JP2003513205A - トルク制御継手装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 トルク制限継手装置はそれぞれ円筒形スリーブ（２０）および円筒形シャフト（１０）の形の二つの共作用する部材（１０，２０）上の二つの同軸の実質上円筒形の共作用する表面（１２，２２）を備える。スリーブおよびシャフトは放射方向緊張に相当しそしてスリーブがシャフトに対して回転を開始するトルク限界までトルクを伝動するために放射方向に緊張された摩擦係合にある。装置はスリーブとシャフトの間の相対回転時に液体貯蔵から共作用する表面（１２，２２）間のギャップ（Ｂ）へ液体をポンプするように駆動される少なくとも一つのポンプ手段（３）を含んでいる。前記部材間の相対回転が発生した後前記摩擦グリップを再確立するようにギャップ（Ｂ）から液体を導き去るための手段（４１）が備えれらる。一方の部材（１０）は共作用する表面の一方（１２）を区画しそして他方の部材（２０）の共作用する表面の材料の可塑化限界よりも相当に低い可塑化限界を持っている材料、例えばｔｏｍｂａｋでできている表面層（５０）を含むベースを有する。表面層（５０）は部材（１０，２０）を放射方向荷重から除荷するように可塑化後表面層（５０）がより小さい放射方向厚みを取ることを可能にする空胴を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１の前文に規定した種類のトルク制限継手装置に関する。

【０００２】 問題の種類の継手装置はＷＯ９０／００２３１に記載されている。この既知の
装置は一般的に良く機能する。この種の装置はしばしば鉄鋼圧延ミルの駆動モー
タ、例えば電気モータとロールの間に使用される。伝動されるパワーは２０，０
００ｋＷのオーダーになり得る。そのような圧延ミルに関する空転コストは１０
０，０００スウェーデンクローネ／時間までのオーダーになり得る。

【０００３】 関心ある分野の場合、装置は比較的低い頻度、例えば５年間に１回ないし年間
３００回の範囲内の頻度で引金される。

【０００４】 基本的に、この継手装置はそれぞれ円筒形スリーブおよび円筒形シャフトの形
の二つの相互作用する部材上の二つの軸方向の一般に円筒形の相互作用する表面
を含み、前記スリーブは相当する限度までトルクを伝動するためシャフトとトル
ク伝動摩擦接触にあり、限度後スリーブはシャフトに対してスライドもしくはス
リップし始める。この摩擦係合は何らかの適当の技術の助けにより選択したレベ
ルへ調節することができる。例えば、スリーブは圧力下に置かれることができる
同心リング−チャンバーを含むことができる。継手装置は液体貯蔵から相互作用
する表面間のギャップへ液体をポンプし、液体が前記相互作用する表面と共に静
水圧層を形成するように機能する一以上のポンプを含んでいる。ポンプは前記部
材間の相対的回転によって駆動されるように意図されている。相互作用する表面
間に液体をポンプする結果、前記表面は設定したトルクを上廻れば直ぐに相互に
対してスライドすることができる。このことは継手装置およびモータまたは圧延
ミルの損傷を避けることを可能にする。この既知の種類のトルク制限継手装置は
トルクがゼロに近いレベルへ減らされる静水圧層を発生するためやっと１回転す
ることのみを要する。

【０００５】 装置が引金される時、駆動を完全に停止する必要がある。継手装置内のポンプ
はその時相互作用する表面間への液体（オイル）のポンピングを停止するであろ
う。このことは液体がチャンネルを通って排液されることを可能にし、それによ
って前記相互作用する表面間の摩擦係合が約１分以内に再確立される。トルク限
界は広い範囲内で選ぶことができ、そして高い精度、例えば所望の値の±１０％
に設定することができる。この継手装置はまたコンパクトな寸法を持っている。

【０００６】 この既知の装置に関する問題は、装置内に収容された液体／オイルの全部また
は一部が装置の引金前に漏れ出るか、またはオイルの性質の経時的な変化により
、例えば装置の引金により形成されることができそしてバルブ、フィルターを詰
まらせ、装置の機能を妨害する粒子によるオイルの汚染の可能性等に存する。

【０００７】 それ故、この既知の装置は引金された時誤作動するいくらかのリスクが存在す
る。装置の誤作動は、相互に作用する表面が十分に引き離されないこと、および
十分でないオイルが相互に作用する表面の間に圧入されないことを意味する。そ
の時誤作動はお構いなしに非常に高いトルクを伝動せしめ、それによりモータお
よび例えば被駆動設備の損傷を招き、そしてまた継手装置自体へ重大な損傷を招
く。特にそのような誤作動の結果（空転コストを比較せよ）を考慮し、関心ある
装置のタイプは装置の正常引金では自動的にそして急速にリセットされ、それに
よって引金となった原因を除去または修復した後プラント作業へ急速に復帰する
装置の能力にも拘らず、実際には特に広汎な使用を見出されていない。

【０００８】 本発明の目的は、装置誤作動の影響を制限し、そのため例えば装置の相互に作
用する表面間に十分でないオイルがポンプされた結果装置が引金される時発生す
る誤作動後に装置をリセットする調整に要する一時的な遮断時間を制限する装置
の更なる開発を提供することである。

【０００９】 この目的は請求項１に従った装置によって達成される。

【００１０】 本装置の更なる具体例は特許請求の範囲の従属項から明らかであろう。

【００１１】 慣用の装置の相互に作用する表面は約０．３ｍｍの深さまで窒素硬化され、そ
してビッカース硬度約７００を有する軽度合金化鋼よりなっているが、今や本発
明により、前記部材の一方は相互に作用する表面の一方を区画し、そして他の部
材の相互に作用する表面よりも実質に低い可塑化限界を持っている材料からなる
表面層を担持することが提案される。この表面層は数ミリメートル、例えば５ｍ
ｍの厚みを持つことができ、そして例えばｔｏｍｂａｋ種類、すなわち９０％Ｃ
ｕ，１０％Ｓｎ，１％Ｐｂのスズ−銅金属から構成されることができる。そのよ
うな合金は約１００Ｎ／ｍ² の弾性限界を有する。この表面層はその自由表面に
溝の形の空胴を含むことができる。これらの溝は軸受機能のための液体分布チャ
ンネルを形成することができる。代って、外側層中の空胴は他のくぼみまたは穴
を含むことができる。表面層のこれらの空胴の目的は、表面層材料が例えば溶融
した時、表面層によって元来占領されていたスリーブとシャフトの間の空間より
小さい体積を持つことを確実にするためである。可塑化はスリーブとシャフトの
間のパワーの伝動をなくすことを意味するので、表面層中の空胴は、好ましくは
スリーブの内径は除荷された時減少し、シャフトの外径はシャフト上の荷重が除
荷された時増加し、そのため表面層に提供し得る空間が減少する事実を考慮に入
れて寸法決められる。このように表面層材料は、好ましくはスリーブとシャフト
の間の放射方向応力の排除後の、そしてまた表面層が可塑化または溶融する時の
温度条件に関して（すなわち表面層、スリーブおよびシャフトに関して対応する
体積偏差）小さい正味の体積を有し、そのためスリーブは原理上スリーブとシャ
フト間の相対回転後可塑化された表面層と接触なしに回転することができる。こ
れは表面層材料へ継手装置の二つの主要部材間の相対回転の結果溶融をおこすほ
どの量のエネルギーが供給されるリスクを減らす。

【００１２】 表面層の可塑化は表面層材料の液体限界もしくは降伏応力の引続く減少を生ぜ
しめる。この表面層は静水圧軸受機能が維持できない時伝動されるトルクを制限
することを可能にする。継手装置の入力シャフトとその出力シャフトの間の動力
伝動は外部手段の助けにより、例えば装置の入力および出力部材の間の可能性あ
るスピード差を検出することにより、前記部材間の相対回転を制限するためにモ
ニターし、そして停止することができる。

【００１３】 本発明は、被駆動設備および駆動設備への損傷を防止し、そしてトルク制限装
置への損傷を制限するのに効果的である。

【００１４】 本継手は、可塑化（表面層の溶融）後前記層および表面層を支承する部材（シ
ャフト）を加熱することによって容易に修復することができる。表面層は高い熱
膨張係数を持つ材料（ｔｏｍｂａｋ）でできているので、該層は前記部材（シャ
フト）のベースから緩み、そしてシャフトから容易に引出されるであろう。ｔｏ
ｍｂａｋスリーブの形の交換表面層は関係する部材（１０，２０）中またはその
上に単に挿入／押込まれ、そして例えば修復プロセス中または表面層の可塑化に
関係して加えられる熱によって破壊される接着剤接合によって固着されることが
できる。

【００１５】 今や本発明は例示のため添付図面を参照して記載される。

【００１６】 第１図はトルク制限継手装置の概略的軸方向断面図である。

【００１７】 図１に図示した装置は、基本的にはＷＯ９０／００２３１による装置に基いて
おり、その教示を本書面に取入れる。

【００１８】 本継手装置は、基本的には円筒形トラニオン１０と、そしてトラニオン／シャ
フト１０を包囲するスリーブ２０を含んでおり、シャフト１０とスリーブ２０と
は駆動システム、例えば大きい電動モータおよび鉄鋼圧延ミルへ属するロールへ
接続するためのそれぞれのフランジ接続１１および２１を持っている。スリーブ
２０はシャフト１０上の外表面１２と相互作用する内表面２２を持っている。ス
リーブ壁中には、相互に作用する表面１２，２２間の界面Ｂにおいて摩擦係合を
発生させるため圧力下、例えば０〜５０ｍＰａの範囲でオイルをポンプ注入する
ことによって圧力下に置くことができるオイルチャンバーＡを含んでいる。摩擦
グリップおよび伝動することができる最大トルクはチャンバーＡ中の油圧によっ
て決定される。充填チャンネルを通ってチャンバーＡへオイルをポンプ注入した
後、チャンネル（図示せず）中のバルブ（図示せず）が閉じられる。

【００１９】 円筒形部材２０は、部材と同軸回転のため取付けたハブ３０を含んでいる。ハ
ブ３０はその外側にハブ車軸に関し偏心している軸受５を含んでいる。多数のオ
イルポンプ３は軸受５と前記部材の内表面の間で放射方向に作動する。ポンプは
関連するチャンネル４を有し、それを通ってオイルが界面Ｂへ、例えばその長手
方向中心区域へポンプされる。オイルは界面に沿ってひろがり、そして例えば界
面Ｂの一端においてチャンネル４１を通って集められ、そしてポンプ空間へ返還
されることができる。オイルの一定量は、部材１０，２０間の相対回転時それぞ
れのポンプによって直ちに吸引され、そして界面Ｂへ押出されるように、ポンプ
空間内部に包囲されることができる。ポンプ５はハブ３０の外表面の偏心（部材
１０，２０に対する軸受５の偏心位置）のために、そのような相対回転時に作動
にセットされるであろう。スリーブ２０と相互作用するシャフト１０の部分はｔ
ｏｍｂａｋ（９０％Ｃｕ，１０％Ｓｎ，１％Ｐｂ）の表面層５０を有する。層５
０はその自由主表面内に溝５１を有する。溝５１はまたオイルをポンプ３から分
布するためのオイル分布チャンネルとして利用されることができる。オイルはポ
ンプ３からチャンネル４０を通って界面Ｂの長手方向中心区域へポンプされ、そ
してそこから図面に矢印で示したように界面Ｂの両端へ軸方向に流れる。オイル
の流れはポンプ室へ直接移され、そしてオイルの分流はオイルポンプ室へ戻り延
びるチャンネル４１を通って集められる。

【００２０】 シャフト１０とスリーブ２０の間に層中の溝５１を除いて層５０で完全に満た
された空間が存在する。溝５１は部材１０，２０間の相対回転の結果可塑化され
た層５０の一部分を受入れるようにも役立つ。部材２０の表面２２は鋼鉄ででき
ており、そして層５０のｔｏｍｂａｋ表面と相互作用する。このｔｏｍｂａｋ層
５０はトルクを正常トルクにおいて伝動することができる。しかしながらトルク
負荷があらかじめ設定した値を上廻る時、鋼鉄表面２２はｔｏｍｂａｋ層５０に
関しスライドし始めるであろう。摩擦熱および／または相対運動は層５０の表面
を可塑化または溶融の結果急速に変形せしめるであろう。溝５１の表面の材料が
表面２２から離れる方向に放射方向に移動することを可能にする。この層の正味
の体積は、スリーブおよびシャフトが放射方向の荷重から解放された後のそして
変形した表面層の状態および温度を考慮して、スリーブとシャフト間の空間に適
切に受入れなければならない。これは材料５０があまり多いエネルギーを吸収し
、材料を溶融させるリスクを減らす。可塑化は材料の液体限界の継続的減少をも
たらす。通常材料５０は溶融相へ移行しないであろう。材料５０の可塑化および
移動の結果、部材１０，２０間の動力伝動はもしポンプ３がオイルを界面Ｂ中へ
ポンプすることができなくても制限されるであろう。

【００２１】 シャフトとスリーブ間の摩擦係合はこの具体例のように油圧チャンバーＡの加
圧以外の手段によって確立することは勿論可能である。例えば、スリーブおよび
シャフトは円錐形で、そして選定された摩擦グリップ、すなわち選定されたトル
ク伝動上限が得られるように一緒に軸方向に駆動されても良い。スリーブおよび
シャフトが与えられた摩擦グリップを得るようにあらかじめ選定された寸法を持
っている時、グリップはいわゆる熱収縮により、またはスリーブをシャフトへプ
レス嵌合することによって達成することができる。摩擦グリップが除かれた時、
すなわちシャフトとスリーブ間の放射方向応力が除かれた時、シャフトの外径は
増加し、そしてスリーブの内径は減少するであろう。それ故表面層は、摩擦接合
がなくなった時、すなわちシャフトおよびスリーブ上の放射方向荷重が除かれた
時、スリーブおよびシャフト間の空間に与えられた公差をもってその正味体積が
受け入れられることができるような寸法でなければならない。このため表面層５
０を比較的低可塑化限界を持っている材料でつくることにより、部材１０，２０
間の初期の回転をその間にオイル膜の不存在下でも、比較的低いトルク限界にお
いて、しかしながら表面層材料の初期可塑化の結果部材１０，２０間の摩擦グリ
ップによって確立されたトルク限界の上にあるトルク限界において引金すること
が可能である。材料５０はシャフトとスリーブ間の界面における潤滑剤を形成す
るということもできる。スリーブとシャフト間に放射方向の荷重が除荷された後
に生ずるギャップ中に表面層が受入れられることを確実にする時、層５０の材料
へのエネルギーの移転、およびシャフトとスリーブ間のエネルギーの伝動が最小
になる。

【００２２】 一方で表面層が前記二つの部材間で当初エネルギーを移転でき、他方で圧潰し
そして相当に小さい径方向厚みを取ることができるためには、表面層はその自由
表面上の機能的溝に加え、他のくぼみまたは穴、例えばその初期の状態において
ポア等を含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 トルク制御継手装置の概略軸方向断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ 【要約の続き】 可塑化後表面層（５０）がより小さい放射方向厚みを取 ることを可能にする空胴を含んでいる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ円筒形スリーブ（２０）および円筒形シャフト（１０）の形の二つの
   共作用する部材（１０，２０）上の二つの同軸の一般に円筒形の共作用する表面
   （１２，２２）を備え、該スリーブは該シャフトと摩擦係合に相当しそしてスリ
   ーブがシャフトに対し回転を開始するトルク限界までトルクを伝動するために摩
   擦係合しており、さらに該スリーブとシャフトの間の相対的回転時に液体貯蔵か
   ら前記共作用する表面（１２，２２）間のギャップ（Ｂ）へ液体をポンプするよ
   うに駆動される少なくとも一つのポンプ手段（３）を備え、トルク限界を上廻っ
   た後に摩擦グリップを回復するように液体をギャップ（Ｂ）から運び去るための
   手段（４１）を備えているトルク制限継手装置であって、 前記部材の一方（１０）は前記共作用する表面の一方（１２）を区画し、そし
   て他方の部材（２０）の共作用する表面（２２）の材料の可塑化限界よりも実質
   的に低い可塑化限界を持っている材料でできている表面層（５０）を持つベース
   を含んでいることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記表面層（５０）は、可塑化時前記他方の部材の共作用する表面から表面層
   が離れて動くことを可能にする空胴（５１）を含んでいることを特徴とする請求
   項１の装置。
3. 【請求項３】 前記空胴は前記表面層の周面に配置され、位置する溝（５１）よりなることを
   特徴とする請求項２の装置。
4. 【請求項４】 前記表面層（５０）はｔｏｍｂａｋでできており、前記他方の部材の共作用す
   る表面は鋼鉄でできていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの装置
   。
5. 【請求項５】 前記部材（１０，２０）は摩擦グリップを確立するように放射方向に相互に緊
   張されている請求項１ないし４のいずれかの装置。
6. 【請求項６】 前記表面層（５０）は、表面層（５０）の可塑化および／または溶融後そして
   部材（１０，２０）から放射方向荷重を除荷した後、前記ベースの表面と前記他
   方の部材（２０）の共作用する表面（２２）の間の距離よりも小さい放射方向厚
   みを表面層が取ることを許容する空胴を含んでいることを特徴とする請求項１な
   いし５のいずれかの装置。
7. 【請求項７】 前記表面層はその熱膨張係数がベースの熱膨張係数よりも高い材料でできてい
   ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの装置。