JP2004256219A

JP2004256219A - 荷重制限機能付き巻上機

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Publication number: JP2004256219A
Application number: JP2003047878A
Authority: JP
Inventors: Osamu Date; 修伊達; Kanpei Isoda; 環兵磯田; Yasuo Umemura; 康夫梅村
Original assignee: Nippon Pneumatic Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pneumatic Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】巻上機のエアーモータの駆動を遠隔操作自在とし、かつエアー供給源の圧力変動の影響を受けることなく過負荷状態を精度良く検出してエアーモータを停止し得る荷重制限機能付き巻上機を得る。
【解決手段】チェーンブロック内のチェーンホイール４に連結されたエアーモータ６へ、主制御弁ユニット１０を介して圧縮エアーを供給源Ｓから供給し、上記ユニット１０を遠隔制御する手動操作弁３０_Ｕ、３０_Ｄのうち巻上げ用の操作弁３０_Ｕと主制御弁ユニット１０との間に荷重制限弁２０を設け、エアーモータ６へのエアー供給圧により過負荷状態を荷重制限弁２０へ伝送し、吊上荷重が設定値以上の過負荷状態では主制御弁ユニット１０の制限弁１３_Ｕへのパイロット圧力を遮断してエアーモータ６を停止させ、巻上げを停止するように巻上機を構成する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、駆動源の圧縮エアーの圧力変動の影響を受けない制御回路により精度よく制限荷重で停止し、制限荷重を越える物を吊上げないようにした荷重制限機能付き巻上機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアーモータを動力源として本体ケース内に設けられるチェーンホイールを巻回し、チェーンの端のフックにより吊り下げた荷重を昇降させる巻上機（エアーホイスト）は、荷重を簡便に吊上げ、吊下げできるという利点を有するため、種々の作業現場で広く利用されている。この種の巻上機では、引紐によりエアーモータの操作弁を操作する方法、又は遠隔操作手段のエアーシリンダにより操作する方法のいずれか、若しくは両者を併用してエアーモータの回転速度の調整が行われる。引紐による方法は、荷重の真下での操作による危険性があり、遠隔操作では回転速度の微調整が困難である。
【０００３】
このため、特許文献１で開示された「エアホイストの制御装置」では、遠隔操作手段に下降用、荷下ろし用、上昇用の３種類のスロットル弁を設け、特に微調整の難しい荷下ろし時の微速下降を荷下ろし用のスロットル弁を介して可能とし、遠隔操作であっても微速下降の調整ができるようにしている。
【０００４】
特許文献２の「巻上機」では、巻上機のエアーモータと遠隔操作用の操作ユニット（弁）との間に空気量調整機構の弁と停止機構の弁とを設け、操作ユニットからの指令エアーの量で空気量調整機構の弁の可変絞り開口の面積を変化させてエアーモータへのエアー供給量に応じた回転速度を可能とし、又過負荷時には過負荷作動圧により停止機構の弁の可変絞り通路の流量を減じることによりブレーキ力を増大させて作動を停止させるように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−２１９４号公報
【特許文献２】
特開平９−３０７８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１のエアーホイストでは荷下ろし用のスロットル弁の操作により荷下ろし時の微速調整は可能であるが、通常の操作時における過負荷吊上げについて、過負荷状態を検出する機構や操作回路は何ら設けられていない。このため、エアー供給源の圧力が定格荷重の吊上げ可能限界値を越えていても、過負荷荷重を吊上げる可能性が生じる。一般に、この種の巻上機はエアー供給源の圧力が上昇すると吊上げ荷重も比例して大きくなる。
【０００７】
特許文献２の巻上機では、遠隔操作によりエアーモータの回転速度を微調整可能とし、かつ過負荷時にはエアーモータへの過負荷作動圧を検出し、その過負荷作動圧によりブレーキ手段を作動させてエアーモータを停止させるようにしている。しかし、エアー供給源の圧力が変動した場合、その圧力変動の影響を受けて過負荷作動圧が変動する。このため、過負荷状態を正確に精度よく検出することができない。
【０００８】
この発明は、上記の問題に留意して、巻上機のエアーモータの駆動を遠隔操作自在とし、かつエアーの供給源の圧力変動の影響を受けることなく過負荷状態を精度良く検出して、エアーモータを停止し得る荷重制限機能付き巻上機を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、圧縮エアーを動力源とするエアーモータをチェーンブロック内に組込まれたチェーンホイールに連結し、チェーンホイールに巻回されるチェーンにより物体を昇降自在に吊るよう巻上機を構成し、エアーモータの回転方向と回転速度を制御する主制御弁ユニットと遠隔の手動操作弁ユニットとをつなぐ経路に、吊上荷重が設定値より大きくなると主制御弁ユニットがエアーモータへのエアーの供給を停止する状態となるよう制御する荷重制限弁を設けて成る荷重制限機能付き巻上機としたのである。
【００１０】
上記の構成とした巻上機では、定格荷重を超える荷重の巻上げ時には過負荷状態が検出され、エアーモータの動作を停止させて巻上げが停止される。この過負荷状態の検出は、エアー供給源に圧力変動があっても、その圧力変動の影響を受けることなく常に所定の定格荷重以上の過負荷状態を検出すると、エアーモータの回転が停止される。
【００１１】
過負荷状態の検出は、エアーモータの正転（上昇）側給気口の圧力を荷重制限弁で検出し、その圧力がこの弁内の弁機構による設定圧力以上になったことを検出することにより行われ、これにより主制御弁ユニットへの正転操作信号流路を遮断し、主制御弁ユニットからエアーモータへ送られるエアーの供給を停止して過負荷状態では荷重の吊上げを行わないようにするのである。
【００１２】
またエアーモータへの供給圧はエアー供給源の圧力が変動すればそれと相関して変動するが、この荷重制限弁は、巻上機のエアー供給源からエアーモータの正転（上昇）側給気口に至る流路の任意の点の圧力に定数を掛けた値を、エアーモータの正転（上昇）側給気口圧力から減算した値が設定値を超えたときに、主制御弁ユニットへのパイロット圧を遮断し、主制御弁ユニットがエアーモータへのエアーの供給を停止するように構成することができる。このような荷重制限弁とすることによりエアー供給源の圧力が変動しても常に定格以上の荷重を吊り上げたことを検出でき、精度よく制限荷重で巻上げ動作を停止することができる。
【００１３】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１、図２に示すように、巻上機（エアーホイスト）Ａの本体１にはチェーンブロック２が組込まれ、その上部には本体１を天井フレーム等に吊下げるための吊りフック３ａ、下方には荷を吊下げるための荷フック３ｂが設けられている。チェーンブロック２の上部ブロック２ａと下部ブロック２ｂとの間にチェーンホイール４が設けられ、このチェーンホイール４にチェーン５が巻回される。
【００１４】
チェーン５は、下部ブロック２ｂの下方に取付けた吊部材２ｃに一端が係止され、その下方に吊下げられるもう１つのチェーンブロック２’内のチェーンホイールを経て上方へ向かい、第１のチェーンブロック２内のチェーンホイール４に巻回された後他端は本体１に取付けられた係止部材１_Ｔに係止され、チェーンホイール４と係止部材１_Ｔ間のチェーン余裕長さは下方へ垂れて設けられている。
【００１５】
上記本体１内にはチェーンホイール４に隣接してこのチェーンホイール４を回転駆動するためのエアーモータ６が設けられ、その出力軸６ｘがチェーンホイール４の中心をチェーンホイール４に対し回転自在に貫通して設けられ、この出力軸６ｘはエアーモータ６と反対側にチェーンホイール４に隣接して設けられた減速機構７に連結されている。さらに、出力軸６ｘの延長部６ｘａにはブレーキ手段８が連結され、ブレーキ手段８は後述するブレーキ解除手段のブレーキカム９により開閉されるようになっている。
【００１６】
エアーモータ６へは、動力源としての圧縮エアーをエアーポート１１から本体１内へ供給し、エアーの切換をする主制御弁ユニット１０と荷重制限弁２０を介して送り込むように構成されている。１０ｘは後述する主制御弁ユニット１０の作動ロッド、１０ａはピニオン、１０ｂは部分歯形部、１０_Ｒは操作ロッドである。なお、部分歯形部１０ｂとブレーキカム９は操作ロッド１０_Ｒの両端に連結されてこれらがブレーキ解除手段を形成しており、主制御弁ユニット１０の作動によりブレーキカム９を回転させ、ブレーキ手段８を開閉する。又、１１ａは本体１内のエアー室、１２は排気室、１２ａは排気スクリーン、１２ｂは排気ポートである。
【００１７】
図１の矢視ＩＩＩ −ＩＩＩから見た詳細断面を図３に示す。図示のように、主制御弁ユニット１０は、本体１内の内筒部１_ｉ内に設けたスリーブ１０ｃ内に摺動自在に嵌合する作動ロッド１０ｘと、スリーブ１０ｃ内へエアーが流入するのを開閉する弁部材１０ｖと、この作動ロッド１０ｘを左右に駆動するための制御弁１３とから成る。制御弁１３は作動ロッド１０ｘの左右にそれぞれ一対に設けられており、それぞれに１３_Ｄ、１３_Ｕの符号を付しているが、左右対称で、同一構成の部材であり、同一符号を付している。制御弁１３は、シリンダ１３Ａを取付座１３ａを介して本体１の端に取付け、シリンダ１３Ａ内にはピストン１３ｂと押えばね１３ｃとピストンロッド１３ｄを設けて成る。
【００１８】
上記ピストンロッド１３ｄは、取付座１３ａの中心を貫通して摺動自在に設けられ、その突き出し端は、弁部材１０ｖ内にわずかに嵌入する位置で、弁部材１０ｖ内に挿入された作動ロッド１０ｘの突き出し端１０ｘａと互いに当接するように設定されている。１４は給排気用ポート、１５は排気口に通じる排気ポートである。なお、シリンダ１３Ａ、１３Ａの左右端には、図示省略しているが、操作用のエアーを導入するための接続口が設けてあり、後述するように操作弁から送られる圧縮エアーにより切換え操作が行われる。１３ｓはシリンダー室であり、室１３ｅは大気に開放されている。
【００１９】
上記詳細断面構造から分かるように、主制御弁ユニット１０内の切換弁１０Ａは、スリーブ１０ｃ内の左右の空間スペースと弁部材１０ｖとから成り、後述するように、この切換弁１０Ａは３位置切換弁を構成している。さらに、作動ロッド１０ｘの下面にはラック歯形が形成されており、このラック歯形にピニオン１０ａが係合し、作動ロッド１０ｘが左右に移動することによりピニオン１０ａを回転させると、その回転を部分歯形部１０ｂへ伝達し、操作ロッド１０_Ｒを回転することによりブレーキカム９が回転駆動される。
【００２０】
図４は上記主制御弁ユニット１０を含むエアーモータ６の制御回路の全体系統図を示す。巻上機本体に設けられた圧縮エアーの供給源Ｅから送られるエアーは、主制御弁ユニット１０の切換弁１０Ａを経てエアーモータ６へ、正転（上昇）時は右側、逆転（下降）時は左側の配管から送られる。図示の状態は切換弁１０Ａを中立（停止）位置とした場合を示す。又、供給源Ｅからのエアーは、途中で左右の系路に分岐され、左系路は左側の操作弁３０_Ｄを経て左側の制御弁１３_Ｄへ、右系路は右側の操作弁３０_Ｕを経て荷重制限弁２０を介して右側の制御弁１３_Ｕへ接続されている。以上が制御回路の大略であるが、以下さらにその詳細について図４の他に図５を併せて参照しながら説明する。
【００２１】
供給源Ｅからの圧縮エアーは、配管Ｒ_１を途中配管Ｒ_２、Ｒ_３に分岐して遠隔位置に設けた操作弁３０_Ｄ、３０_Ｕに供給され、さらに配管Ｒ_１は本体側の直前で２つの配管Ｒ_１２、Ｒ_１３に分岐して切換弁１０Ａに接続されている。配管Ｒ_２は操作弁３０_Ｄを経て制御弁１３_Ｄへ接続され、配管Ｒ_３は操作弁３０_Ｕを経て荷重制限弁２０のポートＰ_１とＰ_３へ接続されている。
【００２２】
ポートＰ_３は荷重制限弁２０内の流路Ｑ_２、Ｑ_８を経てポートＰ_６から配管Ｒ_６を経て制御弁１３_Ｕへ接続されている。配管Ｒ_５は配管Ｒ_３から分岐されてポートＰ_１へ、又配管Ｒ_１から主制御弁ユニット給気口Ｔの分岐点で分岐された配管Ｒ_４はポートＰ_２へ接続されている。なお、モータ６への経路Ｒ_０２、Ｒ_０３は切換弁１０Ａと本体１内での内部接続である。さらにエアーモータ６の入口でのエアーモータの正転側給気口Ｓの分岐点から分岐された配管Ｒ_７は荷重制限弁２０のポートＰ_７に接続されている。ポートＰ_４、Ｐ_５は大気へ開放されている。
【００２３】
荷重制限弁２０は、弁本体２１内にスプール２２とばね室２３ａ内に設けたばね２３とから成る第１スプール弁２０Ａと、小さいスプール２５とばね室内に設けたばね２６とから成る第２スプール弁２０Ｂと、オリフィス２７とチェック弁２８とを備えている。なお、チェック弁２８は必ずしも設けなくてもよい。第１スプール弁２０Ａのスプール２２は嵌合されている穴内で軸方向に摺動自在であり、その外周に設けた溝２２ａを介して流路Ｑ_２からのエアーを流路Ｑ_８へ連通している。スプール２２の端部の鍔２２_Ｈは大径に形成され、小室２２_Ｒ内に嵌合している。ばね２３は、ばね受け２３ｂ、２３ｂ間に挿置され、弁本体２１の端に設けたねじロッド２４により設定長さを任意に調整自在である。
【００２４】
流路Ｑ_７はスプール２２がばね２３の方へ移動した際の流路Ｑ_８内のエアーを大気へ逃がすための開放流路である。又、スプール２２の小径部の断面積をＡ_１、スプール２２の大径部の左端面がシール部材と接触したときのシール部材との接触円で囲まれる面積をＡ_２、スプール２２の端部の鍔２２_Ｈに流路Ｑ_６から作用する圧力をＰ_Ｓ、流路Ｑ_４から作用する圧力をＰ_Ｔとすると、それぞれの有効受圧面積はＰ_Ｓに対しＡ_２、Ｐ_Ｔに対しては（Ａ_２−Ａ_１）となる。これは、鍔２２_Ｈが小室２２_Ｒ内で左側へ押されている際に、シール部材により左側端面と小室２２_Ｒの左端壁との間にわずかに隙間が生じ、このためシール部材の内径まで圧力Ｐ_Ｓは作用し、又鍔２２_Ｈの外周と小室２２_Ｒとの内径との間にもわずかな隙間があり、圧力Ｐ_Ｔは鍔２２_Ｈの外周からシール部材の外側までかかり、このためＡ_２とＡ_１の差面積に対応する環状部分に圧力Ｐ_Ｔが作用するからである。
【００２５】
オリフィス２７は、ポートＰ_７からのエアーを受入れる小室２７ａと流路Ｑ_６との間の流れを制限するために設けられ、流路Ｑ_６はスプール２２の鍔２２_Ｈが嵌合する小室２２_Ｒに連通している。なお、オリフィス２７の絞り径は配管Ｒ_４から流路Ｑ_４間の流路径に比べて十分小さくなっている。又、チェック弁２８は、流路Ｑ_６を分岐した流路Ｑ_５内に設けられ、流路Ｑ_６のエアーを流路Ｑ_５、Ｑ_３を経由し、第２スプール弁２０Ｂのばね室を通りポートＰ_４から大気へ開放するようになっている。
【００２６】
第２スプール弁２０Ｂは、流路Ｑ_１にエアーが送られるとスプール２５がばね２６側へ移動し、ポートＰ_２からのエアーがスプール２５の外周の溝２５ａを介して流路Ｑ_３へ送られるようになっている。なお、流路Ｑ_３は流路Ｑ_５とＱ_４に分岐され、流路Ｑ_４は第１スプール弁２０Ａのスプール端部の小室２２_Ｒに接続されている。又、経路Ｒ_０２、Ｒ_０３は独立の配管として設けたものではなく、図３の断面に示す内筒部１_ｉ内に形成されるスリーブ１０ｃ、弁部材１０ｖ、１０ｖなどで構造上形成される流路である。
【００２７】
又、図４に示すように、モータ６に連結されたチェーンホイール４を回転する際、回転軸６ｘの端のブレーキ手段８は切換弁１０Ａに連動するピニオン１０ａ、部分歯形部１０ｂ、連結ロッド１０_Ｒ、カム９のブレーキ開放手段により開放されてチェーンホイール４は回転可能となる。図２に示すように、カム９が回転することによりブレーキ手段８のブレーキドラム８ａからこれを押さえるブレーキシュ８ｂを有するブレーキ板８ｃをばね板８ｄの押圧力に逆らって離し、ブレーキ力を開放するのである。但し、図４ではピニオン１０ａは切換弁１０Ａに対し少し離して模式図的に示している。
【００２８】
以上のように構成した実施形態の荷重制限機能付き巻上機の作用は次の通りである。初期状態では、図４に示すように主制御弁ユニット１０の切換弁１０Ａは中立状態にあり、供給源Ｅから所定圧のエアーが配管Ｒ_１、Ｒ_１２、Ｒ_１３を介して切換弁１０Ａに送られて来るが、エアーモータ６へは流れが遮断されているためモータ６は回転しない。所定圧のエアーは、配管Ｒ_２、Ｒ_３を介して手動操作弁３０_Ｄ、３０_Ｕへ、又配管Ｒ_４を介して荷重制限弁２０へも送られて来る。
【００２９】
しかし、手動操作弁３０_Ｄ、３０_Ｕは遮断位置にあるため、荷重制限弁２０側の配管Ｒ_３、主制御弁ユニット１０の制御弁１３_Ｄ側の配管Ｒ_２へはエアーは遮断され、又配管Ｒ_４を経由するエアーは荷重制限弁２０の第２スプール弁２０ＢへポートＰ_２から送られるが、第２スプール弁２５で遮断されている。
【００３０】
次に、図６に示すように、巻上げ用の手動操作弁３０_Ｕが操作されると、エアーは操作弁３０_Ｕから配管Ｒ_３を経て荷重制限弁２０のポートＰ_３へ送られ、ポートＰ_３からのエアーは流路Ｑ_２、第１スプール弁２２の溝２２ａ、流路Ｑ_８、ポートＰ_６、配管Ｒ_６を経由して主制御弁ユニット１０の制御弁１３_Ｕへ供給される。これにより切換弁１０Ａは巻上げ状態Ｕとなり、配管Ｒ_１３からエアーが流路Ｒ_０３を経てエアーモータ６へ送られ、エアーモータ６が駆動されて荷重の巻上げが開始される。
【００３１】
一方、配管Ｒ_３から分岐された配管Ｒ_５を経てポートＰ_１から荷重制限弁２０の第２スプール弁２０Ｂへエアーが送られると、流路Ｑ_１を経てスプール２５を押圧し、ばね２６の押圧力に逆らって移動させる。このため、配管Ｒ_４からポートＰ_２を経てスプール２５の溝２５ａへ供給されていたエアーは、流路Ｑ_３からＱ_４へと供給され、第１スプール弁２０Ａのスプール２２の大径の鍔２２_Ｈの右側に作用する。このときの流路Ｑ_４からのエアー圧力をＰ_Ｔとする。但し、流路Ｑ_３から分岐された流路Ｑ_５は、チェック弁２８により遮断されている。
【００３２】
他方では、エアーモータ６の巻上げ側流路に接続されている配管Ｒ_７へもエアーが分岐されて供給されるため、このエアーは荷重制限弁２０のポートＰ_７から小室２７ａへ送られ、オリフィス２７を通って流路Ｑ_６からスプール２２の大径の鍔２２_Ｈの左側に作用する。このときの流路Ｑ_６からのエアー圧力をＰ_Ｓとする。従って、スプール２２の鍔２２_Ｈには流路Ｑ_６側からＰ_Ｓ・Ａ_２の力、流路Ｑ_４側からＰ_Ｔ・（Ａ_２−Ａ_１）の力が作用することとなる。このとき、Ｐ_ＳとＰ_Ｔの関係は、エアーモータの正転（上昇）側給気口Ｓから主制御弁ユニット給気口Ｔまでの管路抵抗による圧力降下分だけＰ_ＳはＰ_Ｔより低くなる。
【００３３】
そして、スプール２２にはばね２３の力ｆがスプール２２を流路Ｑ_６側へ押す方向に働いている。こうして、スプール２２に作用している力は、流路Ｑ_６側（左側）からＰ_Ｓ・Ａ_２、ばね２３側（右側）からＰ_Ｔ・（Ａ_２−Ａ_１）＋ｆが働く。よって、左右のエアー押力の差ΔＦ＝Ｐ_Ｓ・Ａ_２−Ｐ_Ｔ・（Ａ_２−Ａ_１）がｆより小さい限り、スプール２２は移動せず、図４、図５に示した状態のままである。従って、チェーンで吊上げる荷重ｗが最大定格荷重までは上記のエアー押力の差ΔＦとばねの力ｆとが上記の関係を保持するように予めｆの値を設定しておけば、荷重Ｗが定格荷重を越えない限りスプール２２は移動せずに荷重を吊り上げることができる。荷重の吊上げを停止する場合、巻上げ用の手動操作弁３０_Ｕを遮断状態に戻せば、図４の状態となり、エアーモータ６は直ちに停止し、巻上げ動作が停止される。
【００３４】
しかし、荷重ｗが最大定格荷重を超えた過負荷荷重ｗ’を巻上げる場合、上記押力の差ΔＦとばね力ｆの関係が成立しなくなる。即ち、Ｐ_Ｓ・Ａ_２−Ｐ_Ｔ・（Ａ_２−Ａ_１）＞ｆになると、図７に示すように、押力の差ΔＦ−ｆでスプール２２がばね２３の方向へ押圧される。このため、配管Ｒ_３からのエアーはスプール２２で遮断され、スプール２２の溝２２ａを介して流路Ｑ_８とＱ_７が連通されるため、制御弁１３_Ｕへの配管Ｒ_６内のエアーは、ポートＰ_５から大気へ開放される。そして、反対側の制御弁１３_Ｄのばねにより切換弁１０Ａは中立位置Ｎへ戻され、エアーモータ６へのエアーの供給が遮断されて巻上機は停止する。一方、切換弁１０Ａが中立位置Ｎに戻ると前述したブレーキ手段８により巻上機は制動される。
【００３５】
この場合、手動の操作弁３０_Ｕを作動側にしたままの状態を続けると、配管Ｒ_３、Ｒ_５へはエアーが送り続けられる。配管Ｒ_３からのエアーはスプール２２で流路Ｑ_８と遮断されるが、配管Ｒ_５からのエアーは流路Ｑ_１を経てスプール２５を押圧し続ける。このため、配管Ｒ_４からのエアーはスプール２５の溝２５ａを経て流路Ｑ_３へ送られ、流路Ｑ_４から小室２２_Ｒを経由して流路Ｑ_６へ向かう。このとき、切換弁１０Ａは中立位置Ｎにあるため配管Ｒ_７内は大気に開放されている。しかしオリフィス２７の絞り径は配管Ｒ_４から流路Ｑ_４間の流路径に比べて十分小さいために圧力Ｐ_Ｔが低下することはなくスプール２２の図７の状態は変わらず、巻上機の停止状態は維持される。
【００３６】
このように、過負荷状態をスプール弁の鍔２２_Ｈに作用するＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓの圧力とばね力ｆとのバランスにより検出する上記検出方式は、圧縮エアーの供給源の圧力が変化しても設定された最大定格負荷荷重を超えると、これを精度よく検出してエアーモータ６の回転を停止させ、過負荷巻上げを阻止することができる。その理由は、次のとおりである。図６において、エアーモータの巻上側のエアー入り口である給気口Ｔ点の圧力すなわちスプール２２の鍔の左側に作用する圧力をＰ_Ｓ、Ｔ点より圧縮エアーの供給源Ｅ側の給気口Ｓ点の圧力すなわちスプール２２の鍔の右側に作用する圧力をＰ_Ｔとすれば、通常の使用範囲の供給圧（０．４〜０．７ＭＰａ）においては、負荷荷重、供給源の圧力とＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓの間には次のような関係がある。
【００３７】
図１０に示すように、圧縮エアーの供給源の圧力が一定のときは、負荷荷重とＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓは相関関係にあり、負荷荷重が大きくなればＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓも直線的に大きくなる。一方、図１１に示すように、負荷荷重が一定のときは、供給源の圧力が上昇すると、それにともなってＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓが直線的に上昇し、Ｐ_Ｔ、Ｐ_Ｓの間にはＰ_Ｔ＞Ｐ_Ｓかつ比例関係Ｐ_Ｓ＝ｋ・Ｐ_Ｔ＋Ｃが成り立つ。このときｋはＰ_Ｔの上昇がＰ_Ｓにおよぼす影響の度合いによる定数であり、Ｃも定数である。また、圧力Ｐ_ＴとＰ_Ｓの差は管路上のＴとＳ間の管路抵抗による圧力損失によるものである。
【００３８】
従って、負荷荷重を吊上げたときの（Ｐ_Ｓ−ｋ・Ｐ_Ｔ）の値すなわち負荷荷重を吊上げたときのＰ_Ｔに、Ｐ_Ｔの上昇がＰ_Ｓにおよぼす影響の度合いによる定数ｋを掛けた値をＰ_Ｓから減算した値が、あらかじめ設定された定格荷重を吊上げたときの（Ｐ_Ｓ−ｋ・Ｐ_Ｔ）の値以上になったことを検知することで過負荷状態を検出することができる。但し、この場合Ｐ_Ｔは、スプール２２が移動する前に鍔２２_Ｈに静的に作用する圧力であるから、エアー供給源Ｅからエアーモータの正転側給気口Ｓに至る流路の任意の点の圧力に定数ｋを掛けた値を給気口Ｓの圧力から減算するようにしてもよいこととなる。
【００３９】
又、図４、図５に示す例では、鍔付のスプールの端面に作用する圧力Ｐ_ＳとＰ_Ｔにより発生する力ΔＦとばね力ｆとの釣り合いを利用して、ΔＦ＞ｆとなったときスプールが移動し過負荷状態を検出するような構成としている。そしてｆ_１は図４、図５で示す構造から

となる。このとき、上式の（１−Ａ_１／Ａ_２）は、前述のＰ_Ｔの上昇がＰ_Ｓにおよぼす影響の度合いによる定数ｋに該当する。
【００４０】
よって、スプールの鍔の寸法Ａ_１、Ａ_２をＡ_１／Ａ_２＝１−ｋを満足するように設定し、ばね力ｆの値を定格荷重を吊上げたときのΔＦ＝Ｐ_Ｓ・Ａ_２−Ｐ_Ｔ・（Ａ_２−Ａ_１）に等しく設定しておけば、供給圧力の変動にかかわらず過負荷状態を検出することができることとなる。また、前述したようにＰ_ＴとＰ_Ｓは比例関係にあることから、最適なＡ_１、Ａ_２は次の方法で簡単に求めることができる。
【００４１】
通常の使用範囲の供給圧において、最低、最高供給圧力における２組のＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓが既知であるとき、前述のスプール２２に発生する力ΔＦ＝Ｐ_Ｓ・Ａ_２−Ｐ_Ｔ・（Ａ_２−Ａ_１）は共に同じでなければならないので
Ｐ_Ｓ１：最低供給圧のときのＰ_Ｓ
Ｐ_Ｔ１：最低供給圧のときのＰ_Ｔ
Ｐ_Ｓ２：最高供給圧のときのＰ_Ｓ
Ｐ_Ｔ２：最高供給圧のときのＰ_Ｔ
とすると、
Ｐ_Ｓ１・Ａ_１−Ｐ_Ｔ１・（Ａ_１−Ａ_２）＝Ｐ_Ｓ２・Ａ_１−Ｐ_Ｔ２・（Ａ_１−Ａ_２）
の関係が成立する。
【００４２】
上式を変形すると
Ａ_１・（Ｐ_Ｔ１−Ｐ_Ｔ２）＝Ａ_２・｛（Ｐ_Ｔ１−Ｐ_Ｔ２）−（Ｐ_Ｓ１−Ｐ_Ｓ２）｝
となる。よって、

となる。ΔＰ_Ｓ、ΔＰ_Ｔは差圧である。すなわち、圧力Ｐ_Ｓ、Ｐ_Ｔの最高と最低が決まれば上式を満足するようなＡ_１とＡ_２を求めることができる。
【００４３】
前述したように、過負荷状態の検出に、管路上の管路抵抗によって生じる圧力降下を利用したこの実施形態では、Ｐ_ＴとＰ_Ｓの取出位置を図７のＴ及びＳとしたが、Ｐ_ＴとＰ_Ｓの取り出し位置は、巻上機本体のエアーの供給源Ｅから主制御弁ユニットを介してエアーモータの正転側給気口に至る管路上の任意の、巻上機本体のエアーの供給源Ｅに近いところからＰ_Ｔを、エアーモータの正転側給気口に近いところからＰ_Ｓを取り出すのが良い。
【００４４】
なお、吊り上げた荷重ｗを巻下げるときは、手動操作弁３０_Ｄを作動状態にすれば、圧縮エアーが制御弁１３_Ｄへ送られ、これにより切換弁１０Ａが巻下げの位置へ移動し、エアーがエアーモータ６の巻下げ側入口へ送られて巻下げが行われるが、この状態は図示するまでもないので省略する。
【００４５】
図８にスプール２２の鍔２２_Ｈと小室２２_Ｒの構造を上記実施形態と異なる他の構成例とした変形例を示す。（ａ）図では、小室２２_Ｒよりさらに径の小さい側室２２_Ｒ’を小室２２_Ｒに接続して設け、鍔２２_Ｈの外径が側室２２_Ｒ’に嵌合するようにし、鍔２２_Ｈの外側端に突出部２２_Ｔを設けて隙間δを確保する。この隙間δの側室２２_Ｒ’に作用する圧力Ｐ_Ｓは有効面積Ａ_２に作用し、一方鍔２２_Ｈの流路Ｑ_４側からの圧力Ｐ_Ｔは有効面積（Ａ_２−Ａ_１）に作用する。（ｂ）図では同様に小室２２_Ｒの一側に側室２２_Ｒ”を設け、鍔２２_Ｈの径が側室２２_Ｒ”の径より大となるようにしている。突出部２２_Ｔは設けられていない。この場合も圧力Ｐ_Ｓ、Ｐ_Ｔの作用する有効面積は第１実施形態の場合と同じである。
【００４６】
図９に荷重制限弁２０の一部変形例を示す。この変形例は第１スプール弁２０Ａについてスプール２２に固着現象が発生した場合の対策を施した例である。以下、主として第１実施形態と異なる点について説明する。図示のように、第１スプール弁２０Ａは、固着防止手段として固着防止ピストン３０とばね３１を備えている。固着防止ピストン３０は、スプール２２の鍔２２_Ｈが嵌合する小室２２_Ｒを流路Ｑ_６側へ拡張して形成した拡張室内に微小距離摺動自在に設けられている。
【００４７】
ばね３１は、拡張室に連通して設けられたばね室内に挿置されており、固着防止ピストン３０をばね２３の方向へ押圧しているが、その弾性力はばね２３より小さく設定されている。ばね３１のばね室には流路Ｑ_３からのエアーを導入する流路Ｑ_９が流路Ｑ_５の途中より分岐して設けられている。又、固着防止ピストン３０には流路Ｑ_６からのエアー圧をスプール２２の鍔２２_Ｈに作用させるよう断面視Ｔ字状の流路Ｑ_１０が形成されている。流路Ｑ_１０は初期状態では、図９に示すように、流路Ｑ_６につながる周溝３２のばね３１側寄りで流路Ｑ_６に接続され、固着防止ピストン３０が微小距離だけばね２３側へ移動したときは周溝３２のばね２３側寄りで流路Ｑ_６に連通するように形成されている。
【００４８】
以上の構成としたこの変形例の荷重制限弁２０では、長時間にわたり巻上機の運転を休止した後、再度巻上げ動作を開始したときにスプール弁、特に第１スプール弁２０Ａのようにスプール長さが長い弁では固着現象が生じ動かないことがある。このような場合、動作開始時にスプール２２の鍔端面を少し押圧することによりスプール２２の固着を解消し、その後のスプール２２の円滑な動きを確保するのである。このとき、固着防止ピストン３０の断面積Ａ_３はスプール弁２２の端部の有効断面積Ａ_２より大に設定されている。
【００４９】
正転（上昇）開始時には瞬時に固着防止ピストン３０は流路Ｑ_９からのエアー圧力で距離Ｌを移動し、スプール２２が固着していても解消される。距離Ｌを移動した状態になると、過負荷状態を検出するスプール弁２０Ａの端部の有効面積Ａ_２とスプール２２の断面積Ａ_１によりスプール弁２０Ａがばね２３側へ押圧される力は、スプール２２に対する第１実施形態の作用で説明したのと同じ状態で作用する。
【００５０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、この発明の荷重制限機能付き巻上機は、チェーンブロック内のチェーンホイールに連結されるエアーモータを主制御弁ユニットとこれを遠隔操作する手動操作弁で操作自在とし、上記ユニットと手動操作弁間に設けた荷重制限弁で、吊上荷重が設定値より大となったことをエアーモータの正転側供給口の圧力により検出して、エアーモータへのエアーの供給を停止させて定格荷重を越える過負荷荷重を吊上げないようにした。さらにエアー供給圧力源の圧力変動に起因するエアーモータへの供給圧力の変動による設定値への影響をなくすことにより、精度よく制限荷重で巻上げを停止させることができ、無理に過負荷荷重を吊上げることによる危険を回避して安全性を確保できるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の荷重制限機能付き巻上機の主要断面図
【図２】同上のブレーキ手段の断面図
【図３】図１の矢視ＩＩＩ −ＩＩＩから見た断面図
【図４】同上巻上機の制御回路の全体概略系統図
【図５】荷重制限弁の部分拡大図
【図６】定格荷重巻上げ作用の説明図
【図７】過負荷荷重巻上げ作用の説明図
【図８】荷重制限弁の部分変形例の要部断面図
【図９】荷重制限弁の他の変形例の要部断面図
【図１０】負荷荷重とＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓの関係の一例のグラフ
【図１１】エアー供給圧とＰ_Ｔ、Ｐ_Ｓの関係の一例のグラフ
【符号の説明】
４チェーンホイール
６エアーモータ
８ブレーキ手段
１０主制御弁ユニット
１０Ａ切換弁
１３_Ｕ、１３_Ｄ制御弁
２０荷重制限弁
２０Ａ第１スプール弁
２０Ｂ第２スプール弁
２２スプール
２２_Ｈ鍔
２２_Ｒ小室
２３ばね
２５スプール
２６ばね
２７オリフィス
２８チェック弁
Ｒ_１〜Ｒ_７配管
Ｑ_１〜Ｑ_８流路
Ｓエアーモータの正転側給気口
Ｔ主制御弁の給気口

Claims

圧縮エアーを動力源とするエアーモータをチェーンブロック内に組込まれたチェーンホイールに連結し、チェーンホイールに巻回されるチェーンにより物体を昇降自在に吊るよう巻上機を構成し、エアーモータの回転方向と回転速度を制御する主制御弁ユニットと遠隔の手動操作弁ユニットとをつなぐ経路に吊上荷重が設定値より大きくなると主制御弁ユニットがエアーモータへのエアーの供給を停止する状態となるように制御する荷重制限弁を設けて成る荷重制限機能付き巻上機。
前記荷重制限弁が、エアーモータの正転側給気口圧力が設定圧を越えると主制御弁ユニットへのパイロット圧を遮断する弁機構を有することを特徴とする請求項１に記載の荷重制限機能付き巻上機。
前記荷重制限弁の弁機構を、巻上機のエアー供給源からエアーモータの正転側給気口にいたる流路の任意の点の圧力に定数を掛けた値を、エアーモータの正転側給気口圧力から減算した値が設定値を超えると、主制御弁ユニットへのパイロット圧を遮断し、主制御弁ユニットが停止位置へ移動するように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重制限機能付き巻上機。
前記荷重制限弁の弁機構を、オリフィス、およびスプリングで復帰する第一のスプール弁と、スプリングで復帰し第一スプール弁へのエアーの送りを開閉する第二のスプール弁とで構成し、第一スプール弁はそのスプールの一端に大径の鍔を設け、このスプールの鍔側端面および鍔のスプール側の面にそれぞれエアーモータの正転側給気口圧力と第二スプール弁を介して主制御弁ユニット給気口圧力を導入し、主制御弁ユニット給気口からの圧力に定数を掛けた値をエアーモータの正転側給気口圧力から減算した値が設定圧を超えると主制御弁ユニットへのパイロット圧を遮断し、主制御弁ユニットが停止位置へ移動するように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の荷重制限機能付き巻上機。
前記荷重制限弁の弁機構を、弁本体内に設けたスプール弁により構成し、このスプール弁の端に固着防止ピストン及びばねから成る固着防止手段を設け、巻上げ時の手動操作弁からのエアー圧で固着防止ピストンを移動させてスプール固着を解消するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の荷重制限機能付き巻上機。