JP2005214284A - 巻き上げ機 - Google Patents

Abstract

【課題】 巻き上げ機の製造コストの削減を図るとともに、摩擦材の温度依存性をなくして摩擦クラッチの安定した制動性能を有する巻き上げ機を提供する。
【解決手段】 駆動源に連結された駆動軸１と荷物吊下用滑車３に連結された従動軸２との間に介在されている複数の歯車によって駆動軸１の回転力を従動軸２に伝達し、複数の歯車のうちの少なくとも一つの歯車に回転力を制限して伝達する摩擦クラッチ６を備えた巻き上げ機の摩擦材１０として断熱性を有する炭素繊維からなる織布を使用する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、過負荷防止機能を有する巻き上げ機に関し、より詳しくは、過負荷時の動力制限手段として摩擦クラッチを採用した巻き上げ機に関する。

一般に、巻き上げ機には、予め定められた定格荷重以上の荷物を持ち上げることができないようにするための過負荷防止装置が取付けられている。この過負荷防止装置は、通常、駆動源に連結された駆動軸と荷物吊下用滑車に連結された従動軸間に配置された摩擦クラッチが広く使用されている。

例えば、定格荷重が１０００ｋｇｆであるとすると、１０００ｋｇｆまでは確実に荷物を持ち上げ保持することが可能で、１０００ｋｇｆを越える荷物を持ち上げようとしたときには摩擦クラッチが滑り、それによって１０００ｋｇｆを越える荷物を持ち上げられないようにすることで、安全作業の実現と巻き上げ機の破損防止とを果たしている。

摩擦クラッチとしては、例えば、駆動軸と従動軸とを複数の歯車によって連結することによって駆動軸の回転力を従動軸に伝達する動力系統の一つの歯車の側面に摩擦材を接着し、この摩擦材と向き合う側面を有するクラッチ板を歯車に対して常時圧接状態にしておき、正常運転時には摩擦材とクラッチ板との摩擦力によって生じる制動トルク内での荷物の上げ下ろしを可能としている（特許文献１）。
特開平１０−１５７９８７号公報

しかしながら、この従来の巻き上げ機では、機種毎の定格荷重の変化に伴い摩擦クラッチとしての機能を実現するため歯車とクラッチ板との組み合わせが同一にはならないため、つまり、摩擦クラッチ部の歯車の大きさが一定しないので、大きさの同じ摩擦材を大きさの異なる歯車の側面に接着固定しようとした場合に、仮止めの際に摩擦材の外径の位置合わせのためのけがき作業を必要としていた。

また、従来は、紙製の摩擦材を歯車に本付け作業を行う際に、歯車を加熱して摩擦材と歯車とを加圧することで接着しているが、肉厚及び外径共にクラッチ板よりも大きい歯車の熱容量が大きいため、加熱に長時間を要しコスト高を招いていた。

また、従来の紙製の摩擦材では温度変化によって摩擦性能が変化し易く、特に高温下での摩擦性能が低下してしまうため、使用環境下における摩擦性能が安定しなかった。

そこで、この発明では、摩擦材の仮止めの際における摩擦材の外径の位置合わせのためのけがき作業を不要とし、本付けの際の摩擦材が接着される部材の加熱時間を短くすることによって、巻き上げ機の製造コストの削減を図るとともに、摩擦材の温度依存性をなくして摩擦クラッチの安定した制動性能を有する巻き上げ機を提供することを課題とする。

上記課題を実現するために、請求項１に記載の発明によれば、駆動源に連結された駆動軸と荷物吊下用滑車に連結された従動軸との間に介在されている複数の歯車によって前記駆動軸の回転力を前記従動軸に伝達し、前記複数の歯車のうちの少なくとも一つの歯車に前記回転力を制限して伝達する動力制限手段を備えた巻き上げ機であって、前記動力遮断手段に摩擦クラッチを採用するとともに、該摩擦クラッチの摩擦材として自己潤滑性を有する炭素繊維からなる織布を使用していることを特徴としている。

これにより、−２５℃〜６０℃程度の巻き上げ機の使用環境下における炭素繊維の摩擦性能が安定しており、摩擦材の摩耗も少ない。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の構成に加えて、前記摩擦クラッチは、前記動力制限手段の一部材である歯車と該歯車の側面と向き合う側面を有するクラッチ板とが前記摩擦材を介して常時圧接状態にあるものであって、前記摩擦材が過負荷時に回転力が規制される前記クラッチ板に固定されていることを特徴としている。

これにより、摩擦材の表面に発生した摩擦熱は、クラッチ板に比べて体積の大きな歯車側に直接伝達されるので、発生した熱が熱容量の大きな歯車に分散されると共に、歯車表面から効率よく放熱される。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の構成に加えて、前記クラッチ板は、前記歯車の両側面と向き合う一対の部材であることを特徴としている。これにより、摩擦材に働く摩擦力が倍増する。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３に記載の構成に加えて、前記クラッチ板は円板状であって、前記摩擦材は円板状のクラッチ板の外周とほぼ同じ曲率を有する円弧を所定の間隔で並列させた略三日月状をしていることを特徴としている。

これにより、隣り合う摩擦材同士の関係において、一方の摩擦材の外側の曲率と他方の摩擦材の内側の曲率とが同一であるから、炭素繊維の織布から同一形状の摩擦材が隙間なく切り出すことができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれか一つに記載の構成に加えて、少なくとも前記動力制限手段の一部材である歯車の一部が冷却油に浸漬されていることを特徴としている。

これにより、摩擦熱により発生した熱が摩擦材と摺動し得る歯車に直接伝わるが、その歯車が冷却油により冷却される。

この発明は以上のような手段を有するため、請求項１に記載した発明によれば、−２５℃〜６０℃程度の巻き上げ機の使用環境下における炭素繊維の摩擦性能が安定しており、摩擦材の摩耗も少なく、摩擦クラッチ全体としての温度変化による回転力伝達性能の安定が図れる巻き上げ機が得られる。

請求項２に記載した発明によれば、摩擦材の表面に発生した摩擦熱が摩擦材の表面から直接歯車に伝わり、歯車の持ち得る熱容量とその表面積を有効に使用して空気又は油に放出することで回転力伝達性能のばらつきを防止できる巻き上げ機が得られる。

請求項３に記載した発明によれば、摩擦材に働く摩擦力が倍増するので、定格荷重の大きな巻き上げ機を実現可能とすることができる巻き上げ機が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、隣り合う摩擦材同士の関係において、一方の摩擦材の外側の曲率と他方の摩擦材の内側の曲率とが同一であるから、炭素繊維の織布から同一形状の摩擦材が隙間なく切り出すことができるので、摩擦材の材料取りに無駄がなくなるため、コストの高い炭素繊維を有効に利用することでコスト高になることを抑制することができる巻き上げ機が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、摩擦熱により発生した熱が摩擦材と摺動し得る歯車に直接伝わるが、その歯車が冷却油により冷却されるので、摺動部である摩擦材の表面が高熱になることが防止される。また、寒冷地において冷却油が固化しても、炭素繊維と歯車との摩擦性能に変化が少ないため、安定した制動性能が得られる巻き上げ機が得られる。

以下、この発明の最良の実施の形態について説明する。ただし、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の特許請求の範囲に記載した範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

図１は、この発明の実施の形態に係る巻き上げ機の動力系統の主要部を示した一部断面の正面図である。

駆動源である電動モータ（図示せず）の出力軸に直結できる駆動軸１と、この駆動軸１と並行に配置された従動軸２とがあり、駆動軸１と同軸に荷物吊下用滑車３が回動可能に取り付けられている。荷物吊下用滑車３の周りにはチェーン４の駒が係合する凹部５が形成されており、荷物吊下用滑車３が回転することによってチェーン４の先端に掛けた荷物を上下させることができる。

駆動軸１は動力制限手段である摩擦クラッチ６を介して従動軸２に連結されており、駆動軸１の回転力が摩擦クラッチ６を介して従動軸２に伝達される。従動軸２にはスプライン歯７が形成されており、スプライン歯７の外径にはカラー８が嵌合されており、カラー８の外側には摩擦クラッチ６の一部である第１歯車９が嵌合されている。スプライン歯７の外径とカラー８との間又はカラー８と第１歯車９との間のいずれか一方は回動自在になるような緩いはめいあいの関係であり、他方は両者が一体となる堅いはめあいの関係となっている。

第１歯車９の両側にはそれぞれ摩擦材１０を介して配置された円板状のクラッチ板１１と、これらのクラッチ板１１の外側にそれぞれ配置された皿ばね１２を有している。それぞれの皿ばね１２は、クラッチ板１１を摩擦材１０を介して第１歯車９の両側面に常時圧接するように働く。従動軸２の一端に設けられた締め込みナット１５を従動軸２の軸方向に動かすことで、一対の向かい合った皿ばね１２同士の距離を調整することができるようになっており、この皿ばね１２のばね圧を調整することでクラッチ板１１が摩擦材１０を介して第１歯車９を押圧する力が調整される。

摩擦材１０は、図２に示したように、自己潤滑性及び耐熱性を有する炭素繊維の縦糸と横糸とを用いて平織りされた平板状の織布１３から所定の形状に切断されたものであって、クラッチ板１１に接着固定されている。

摩擦材１０の材料は、直径７μｍの炭素繊維６０００本を束ねて繊維束を作製し、この繊維束の５本を横並びにして１本の縦糸及び１本の横糸として平織りした織布１３であって、網目の大きさは約２．５ｍｍである。摩擦材１０は、この炭素繊維の織布１３からクラッチ板１１の外周とほぼ同じ曲率を有する円弧を所定の間隔で並べた略三日月状の板材として切り出されたものである。略三日月状の摩擦材１０は、その短手方向に連続して配列することで、隣り合う摩擦材１０同士の関係において、一方の摩擦材１０の外側の曲率と他方の摩擦材１０の内側の曲率とが同一であるから、炭素繊維の織布１３から同一形状の摩擦材１０が隙間なく切り出すことができ、摩擦材１０の材料取りに無駄がなくなるため、コストの高い炭素繊維を使用する場合であってもこれを有効に利用することでコスト高になることを抑制することができる。

摩擦材１０をクラッチ板１１に接着固定するには、図３及び図４に示したように、クラッチ板１１の外周と摩擦材１０の円弧の凸部側を一致させるようにすれば、クラッチ板１１の外周の曲率と摩擦材１０の円弧の曲率が一致しているため簡単に位置合わせできる。したがって、この発明の実施の形態に係る巻き上げ機にあっては、従来の摩擦クラッチが歯車側に摩擦材を接着固定していた場合のように、定格荷重の違いによって大きさの変化し得る歯車の側面に摩擦材の接着する位置を決定し、その位置決めの印を付すけがき作業を行うといった手間が不要となる。

接着剤としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の熱硬化性合成樹脂接着剤を使用し、クラッチ板１１を２２０℃になるまで加熱し、接着剤を介してクラッチ板１１に摩擦材１０を仮止めしたら、クラッチ板１１と摩擦材１０とを押しつけるように６０ｋｇｆ／ｃｍ^２程度の加圧状態を約２５分保つようにするとよい。ここで、第１歯車９より肉厚及び外径共に小さなクラッチ板１１に摩擦材１０を接着するため、第１歯車９に摩擦材１０を接着する場合に比べてクラッチ板１１を短時間で接着に適した温度にすることができるので、接着に要する工数が削減できる。

なお、図３では等間隔で３枚の摩擦材１０をクラッチ板１１の外周部に配置させているが、これに限らず、クラッチ板１１の大きさに応じてその数を適宜変更してもよい。

クラッチ板１１は、第１歯車９の両側面と向き合う左右一対のクラッチ板１１を備えているため、第１歯車９とクラッチ板１１との間に介在する摩擦材１０も第１歯車９の一側面に一枚のクラッチ板１１を設けた場合に比べて、摺動部に働く摩擦力が倍増することになり、対応できる定格荷重も大きなものとなる。

摩擦材１０はクラッチ板１１に固定されている。そのため、摩擦材１０の表面に発生した摩擦熱はクラッチ板１１より大きな肉厚及び平面形状を有する熱容量の大きな第１歯車９に直接伝達され早く分散されることで、従来第１歯車に摩擦材を接着固定していた場合に比べ、空気又は油に対してより有効に放出することができるから、回転力伝達性能のばらつきをより確実に防止できることになる。さらに、第１歯車９の一部が冷却油に浸浸できる構造を採用することで、冷却油を使用しない場合に比べ、より効果的な冷却効果が得られることになり、結果として、摺動部である摩擦材の表面が高熱になることが防止され、より安定した制動性能（摩擦性能）が得られる。

また、自己潤滑性を有する炭素繊維平織り布を摩擦材１０に使用しているので、第１歯車９の一部を冷却油に浸漬させている場合において、摩擦材１０である炭素繊維と第１歯車９の側面間に冷却油が介在し難い程度に両者を強く押圧しても、摩擦材１０の摩耗や破損のおそれがない。したがって、寒冷地において冷却油が固化しても制動性能（摩擦性能）の変化が少ない。換言すれば、温度変化に影響されない安定した制動性能（摩擦性能）が得られる。

クラッチ板１１はその中央部に設けられた内歯１４によって従動軸２のスプライン歯７と歯合している。これにより、駆動軸１の回転力は第１歯車９、摩擦板１０及びクラッチ板１１を介して従動軸２に伝達される。

従動軸２のスプライン歯７の隣には第３歯車１５が形成されており、この第３歯車１５と歯合する第４歯車１６が荷物吊下用滑車３に固定されている。これにより、従動軸２はの回転力は第４歯車１６を介して荷物吊下用滑車３に伝達され、荷物吊下用滑車３がチェーン４を巻き取ることでチェーン４の先端に掛けた荷物を持ち上げることができるようになっている。

次に、この発明の実施の形態に係る巻き上げ機の使用方法について説明する。

摩擦クラッチ６の摺動部に予め定格荷重に対応した摩擦力が作用するように、工場出荷前に従動軸２の一端に設けられた締め込みナット１５を従動軸２の軸方向に動かすことで、一対の向かい合った皿ばね１２同士の距離を調整し、第１歯車９に対するクラッチ板１１の押圧力が調整されている。

そのため、巻き上げ機のチェーン４の先端部に定格荷重を越える荷物が吊り下げられた状態で、電動モータが駆動された場合には、摩擦クラッチ６の摩擦材１０を備えた各クラッチ板１１が第１歯車９に対し滑り出し、第１歯車９が従動軸２上を各クラッチ板に所定の回転力を伝達しながら空回りすることになる。これにより、クラッチ板１１、従動軸２、第３歯車１５、第４歯車１６といった動力系統への回転力の伝達は所定の範囲内に制限される。したがって、第４歯車１６に歯合している荷物吊下用滑車３に所定以上の回転力が与えられることがなくなり、結果として定格荷重を越える荷物を吊り上げることができなくなり、安全作業の実現と巻き上げ機の破損防止とを果たすことができる。

以下、この発明の実施の形態に係る巻き上げ機に使用した摩擦クラッチの実施例について行った摩擦性能試験の結果について説明する。
［実施例１］

実施例１として、従動軸２上に、刃先直径が１５０ｍｍのＳ４５Ｃ製の第１歯車９と、この第１歯車９の左右の側面に略三日月状の炭素繊維の織布である摩擦材１０が接触するように、外径が１１５ｍｍのＳ４５Ｃ製の円板状の一方の面に摩擦材１０を接着固定したクラッチ板１１を第１歯車９の左右に一対配置した摩擦クラッチ６を採用した。
［比較例１］

これに対し、従動軸２上に、刃先直径が１５０ｍｍのＳ４５Ｃ製の第１歯車９の左右の側面の中央部に略三日月状の炭素繊維の織布である３枚の摩擦材１０を均等配置させて接着固定し、摩擦材１０の円弧状の外周と同じ大きさの曲率を有する外径が１１５ｍｍのＳ４５Ｃ製の円板状のクラッチ板１１を第１歯車９の左右に一対配置した摩擦クラッチ６を採用したものを比較例１とした。

なお、実施例１と比較例１とで、摩擦材として炭素質摩擦材（東海カーボン（株）製、Ｘ−７１Ａ）を使用し、その材質、大きさ、数、クラッチ板における配置は同一の条件とした。

そこで、実施例１の摩擦クラッチと比較例１の摩擦クラッチとを定格荷重１０００ｋｇｆの同一の巻き上げ機に組み込んで、摩擦材の面圧を３ＭＰａ、回転速度１８０ｒｐｍ、潤滑油：省エネルギー型工業用ギヤ油２６０の条件で、荷物吊下用滑車を回転不能にロックし、駆動軸１に電動モータで３０秒間回転力を与え、摩擦クラッチを強制的にスリップさせた場合の実施例１と比較例１との摩擦クラッチのスリップトルク値（荷重吊下用滑車に伝達される巻上力）を測定することで、両者の摩擦性能を比較した。

試験結果は図５のグラフに示したとおりである。すなわち、比較例１では２８秒後に１２００ｋｇｆまで低下し３０秒後には１２００ｋｇｆを下回る値を示した。これに対して、実施例１では２０秒後に１４００ｋｇｆまで低下したが３０秒後でも１３００ｋｇｆの値を示した。つまり、実施例１にあっては、摩擦材の表面から歯車に伝わる摩擦熱分を歯車の持ち得る熱容量を有効に使用して空気又は油に放出することで摩擦性能のばらつきを防止できるといえる。

３０秒後のスリップトルクの変化が、比較例１では４００ｋｇｆであり、実施例１では３００ｋｇｆであることから、３０秒後のスリップトルクは実施例１が比較例１に比べて１００ｋｇｆだけ少ないため、実施例１の摩擦クラッチの摩擦性能が比較例１の摩擦性能より高いといえる。

以上の結果から、摩擦材を摩擦クラッチの歯車側（可動側）に固定するよりもクラッチ板側（固定側）に固定した方が、高い摩擦性能を確保することができることがわかった。

この発明の実施の形態に係る巻き上げ機の動力系統の主要部を示した一部断面の正面図である。 織布から摩擦材を型取りする際の摩擦材の配置を示した説明図である。 クラッチ板に摩擦材を固定した状態を示した正面図である。 クラッチ板に摩擦材を固定した状態を示した中央断面図である。 摩擦クラッチの摩擦性能の試験結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 駆動軸
２ 従動軸
３ 荷物吊下用滑車
４ チェーン
６ 摩擦クラッチ
９ 第１歯車
１０ 摩擦材
１１ クラッチ板

Claims (5)

1. 駆動源に連結された駆動軸と荷物吊下用滑車に連結された従動軸との間に介在されている複数の歯車によって前記駆動軸の回転力を前記従動軸に伝達し、前記複数の歯車のうちの少なくとも一つの歯車に前記回転力を制限して伝達する動力制限手段を備えた巻き上げ機であって、
   前記動力制限手段に摩擦クラッチを採用するとともに、該摩擦クラッチの摩擦材として自己潤滑性を有する炭素繊維からなる織布を使用していることを特徴とする巻き上げ機。
2. 前記摩擦クラッチは、前記動力制限手段の一部材である歯車と該歯車の側面と向き合う側面を有するクラッチ板とが前記摩擦材を介して常時圧接状態にあるものであって、前記摩擦材が過負荷時に回転力が規制される前記クラッチ板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の巻き上げ機。
3. 前記クラッチ板は、前記歯車の両側面と向き合う一対の部材であることを特徴とする請求項２に記載の巻き上げ機。
4. 前記クラッチ板は円板状であって、前記摩擦材は円板状のクラッチ板の外周とほぼ同じ曲率を有する円弧を所定の間隔で並列させた略三日月状をしていることを特徴とする請求項２又は３に記載の巻き上げ機。
5. 少なくとも前記動力制限手段の一部材である歯車の一部が冷却油に浸漬されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の巻き上げ機。

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