JP2011511730A - 一定力レールクランプ - Google Patents

Abstract

レールクランプは、フレーム及び一対のレバーを備える。各レバーは、その第１端部にブレーキパッド、その第２端部にカムフォロアを有し、第１端部と第２端部との間に配置された枢軸によってフレームに取り付けられる。カムはこれらのレバーの間に配置され、スプリングがカムを第１方向に付勢する。クランプ解放アクチュエータが作動してカムを第２方向に移動させる。第２方向は第１方向の反対である。一対の勾配変化カム表面が、カムの両側に配置される。各勾配変化カム表面は、対応するレバーのカムフォロアと接触しかつ勾配を有し、この勾配には、カムの移動に伴うスプリングのスプリング力の変動を中和して一定の締め付け力を維持するように変化がつけられている。
【選択図】図１

Description

本発明はレールクランプ、特に、クレーン及びその他の材料運搬機材のスプリング作動液圧解放式ブレーキに関する。

レールクランプはよく知られている。１９７６年８月３日に発行された特許文献１は、クレーン用レールの側部を把持するためのフェイルセーフレール締め付け装置を開示している。一対の締め付けレバーにはその第１端部にブレーキシューが取り付けられていて、レールの両側での締め付け係合が可能である。締め付けレバーの第２端部は作動リンクに枢動的に接続されていて、トグル機構を構成している。圧縮スプリングがこのトグル機構に作用して締め付けレバーを枢動させることによって、締め付けレバーの第１端部とレールとの係合が促される。しかしながら、締め付けレバーとトグル機構との機構比の変化は、スプリング力の変化よりも速く変化する。従って、細いレールまたは磨耗したブレーキシューの場合、極めて小さいトグル角であっても締め付け力は極めて高くなる。

ウェッジを使用して一対の締め付けレバーを枢動させることによってブレーキをかけることも知られている。１９９４年１０月１１日に発行された特許文献２は、ホイストのケージ用のスプリング作動液圧解放式非常ブレーキシステムを開示している。このブレーキシステムは一対のブレーキアームを備え、この一対のブレーキアームはその第１端部に対向するブレーキシューを有し、その第２端部にカムフォロアを有する。通常はシリンダにかけられる液圧がピストンロッドを伸長位置に維持し、カムフォロアはカム上に在り、ブレーキシューはブレーキ面から離れる。液圧を解放すると、ピストンロッドがスプリング力によって後退する。これによってカムフォロアはカム表面を上に進み、ブレーキレバーが枢動してブレーキ面と係合する。しかしながら、一旦ブレーキをかけ始めてスプリング力が低下すると、カムフォロアはカム表面に沿って進み続ける。このため、ブレーキ力が、スプリングの伸長によるスプリング力の低下により弱くなる。

Ｎｏｒｍａｎ Ａｌｌｅｎ Ｊｏｈｎｓｏｎの米国特許第３９７２３９２号 Ｄｅｒｍｏｔ Ｅ．Ｃａｍａｃｋらの米国特許第５３５３８９５号

本発明の目的は、作動スプリングの伸長及び収縮に伴うスプリング力の変動を少なくとも部分的に補償する新規で改良されたスプリング作動式ブレーキ機構を提供することである。

フレームと一対のレバーとを備えたレールクランプの形態のスプリング作動液圧解放式ブレーキを提供する。各レバーは、その第１端部にブレーキパッド、その第２端部にカムフォロアを有し、第１端部と第２端部との間に配置された枢軸によってフレームに取り付けられる。カムはこれらのレバーの間に配置され、スプリングがこのカムを第１方向に付勢する。クランプ解放アクチュエータが作動してカムを第２方向に移動させる。第２方向は第１方向の反対である。一対の勾配変化カム表面が、カムの両側に配置される。各勾配変化カム表面は、対応するレバーのカムフォロアと接触しかつ勾配を有し、この勾配には、カムの移動に伴うスプリングのスプリング力の変動を中和して一定の締め付け力を維持するように変化がつけられている。

一定力レールクランプの部分断面斜視図である。 開放位置にある図１の一定力レールクランプを示す側面図である。 係合位置にある図１の一定力レールクランプを示す側面図である。 図１の一定力レールクランプの勾配変化カムウェッジを示す側面図である。 第１位置にある図１の一定力レールクランプの勾配変化カムウェッジの示力図である。 第２位置にある図１の一定力レールクランプの勾配変化カムウェッジの示力図である。 図６の示力図を規定するそれぞれの幾何学的形状及び距離を示す図である。 図１の一定力クランプの一定した締め付け力を示すグラフである。

図を参照するが、まず図１において、この図は、一定力レールクランプ１０の形態のスプリング作動液圧解放式ブレーキ機構を示す。レールクランプ１０は新規のウェッジスタイルのクランプであり、加えられるスプリング力の違いにも関わらず、レールと対向する締め付けレバーとの間で一定のブレーキ力または締め付け力を維持する。レールクランプ１０はフレーム１２を有し、このフレーム１２は、この例において、４本の離間されたガイドポスト１４、１６、１８、２０を含む。ガイドポスト１４、１６、１８、２０は一対の取付板２２、２４をスプリング機構２８に接続する。第１のガイドポスト対１４、１６は第１の取付板２２をスプリング機構２８の上板２６に接続する。第２のガイドポスト対１８、２０は、第２の取付板２４をスプリング機構２８の上板２６に接続する。ガイドポスト１４で図示したように、各ガイドポストはネジを切った第１端部１３を有し、この第１端部１３は対応する取付板２２と螺合する。各ガイドポストはその第２端部にネジ穴１５も有する。これによってボルト３０との螺合が可能になり、ボルト３０は一対の座金３１、３３と共にガイドポスト１４をスプリング機構２８の上板２６に固定する。

スプリング機構２８の底板２７は実質的に長方形であり、その四隅付近に穴（図示せず）を有する。ガイドポスト１４、１６、１８、２０はそれぞれ対応する穴内を摺動するように延びているため、スプリング機構２８の底板２７はガイドポスト１４、１６、１８、２０に沿って摺動可能である。スプリング機構２８は、圧縮コイルスプリング４０、４２、４４、４６も含む。圧縮スプリング４０、４２、４４、４６は、スプリング機構２８の上板２６と底板２７との間で縦方向に延びる。この例においては４つの圧縮スプリングがある。しかしながら、当業者において、いかなる適切な数またはタイプのスプリングを使用し得ることは理解されよう。

クロスバー７０が取付板２２と２４との間に延びる。クロスバー７０の底面７１は、取付板２２、２４の上部の凹部によって受け止められる。図１においては、一方の取付板２２の凹部２３しか図示していない。ボルト７４、７６がクロスバー７０を取付板２２、２４に固締する。クランプアクチュエータ６０は、クロスバー７０とスプリング機構２８との間に配置される。クランプアクチュエータ６０は、ウェッジ５０の形態の勾配変化カム、このウェッジ５０を取り付けるシリンダ６２及びクロスバー７０に取り付けられるピストンロッド６４を備える。ポート６５、６６及びこれらのポート６５、６６に接続された流体導管（図示せず）が、加圧流体のシリンダ６２内外への流入及び流出を可能にする。ウェッジ５０は、スプリング機構２８の底板２７に連動的に接続される。図４で最もわかりやすく図示されるように、勾配変化ウェッジ表面５１、５３は、ウェッジ５０の両側に配置される。好ましくは、勾配変化ウェッジ表面５１、５３は、少なくとも部分的に、特殊な輪郭の（ｐｒｏｆｉｌｅｄ）挿入部材９２、９６によってそれぞれ構成される。これらの挿入部材９２、９６はウェッジ５０にボルト９４、９８によってそれぞれ固締される。従って、挿入部材９２、９６は交換可能であり、損傷または磨耗した場合のメンテナンスが容易である。

図２で最もよく示されるように、レールクランプ１０は更に一対の対向する締め付けレバー８０、８２を含む。各レバー８０、８２はブレーキまたは摩擦パッド８１、８３を、その第１端部にそれぞれ有する。各レバー８０、８２は、ローラ８４、８６の形態のカムフォロアも、その２つに分岐した第２端部にそれぞれ有する。各レバー８０、８２は、ピボットピン８７、８９によって取付板２２、２４（両方とも図１に図示）にそれぞれ枢動可能に接続される。ピボットピン８７、８９は、パッド８１、８３とローラ８４、８６との間に配置される。ピボットピン８７、８９は、レバー８０、８２の枢軸または支点として機能する。ピボットピン８７、８９は保持板によって取付板２２、２４に保持される。図２においては、一方の取付板２２の保持板９０しか図示していない。保持板９０は取付板２２にネジ９１、９３、９５によって固定される。連結バー８５、８７はレバー８０、８２をそれぞれウェッジ５０に接続する。

図２は、開放位置にあるレールクランプ１０を示す。開放位置において、クランプアクチュエータ６０のシリンダ６２からの液圧は、スプリング機構２８の底板２７を、レール１００（この上をクレーン（図示せず）またはその他の材料運搬機材が移動する）とは反対方向に付勢する。スプリング機構２８のスプリング４０、４２、４４、４６は圧縮され、ウェッジ５０はレール１００から最も離れた位置にある。連結バー８５、８７はローラ８４、８６をウェッジ表面５１、５３と連絡した状態で保持し、一方でレール１００とブレーキパッド８１、８３との間に適切なクリアランスを依然として確保する。従って、ウエッジ５０はローラ８４と８６との間に延びたままであり、ウェッジ表面５１、５３はローラ８４、８６とクサビ接触している。開放位置において、ローラ８４、８６はウェッジ表面５１、５３の一部と接触していて、この部位は一般に、ウェッジ５０の残りの部位より急な勾配を有する。

レール１００を係合させるために、液圧をクランプアクチュエータ６０のシリンダ６２から解放する。これによってスプリング機構２８のスプリング４０、４２、４４、４６が伸長してスプリング機構２８の底板２７をレール１００に向かって付勢する。スプリング機構２８の底板２７はウェッジ５０に連動的に接続されていて、ガイドポスト１４、１６、１８、２０と摺動可能に係合している。従って、ガイドポスト１４、１６、１８、２０は、底板２７及びウェッジ５０のレール１００に向かう動きを誘導する。ウェッジ５０がレール１００に近づくにつれて、ローラ８４、８６はウェッジ５０のウェッジ表面５１、５３に沿って転がり、Ｖ字方向に互いから離れていく。これによってレバー８０、８２は、ピボットピン８７、８９を中心として枢動し、パッド８１、８３はレール１００に押し付けられ、レールクランプ１０は、図３に図示の係合位置に移動させられる。レールクランプ１０をこの係合位置から解放するには、作動液をクランプアクチュエータ６０のシリンダ６２に供給してピストンロッド６４を伸長させ、またウェッジ５０をレール１００から離して図２に図示の位置に戻す。

ウェッジ５０及びレバー８０、８２によって締め付けについての機構比が得られ、この比にスプリングチャンバ２８の底板２７に作用するスプリング４０、４２、４４、４６のスプリング力を掛けると、パッド８１、８３がレール１００の両側を圧迫する締め付け力が得られる。スプリング４０、４２、４４、４６が下方向に弛緩するにつれ、スプリング４０、４２、４４、４６のスプリング力は変化する。従って、機構比が変化しないなら、得られる締め付け力は変化する。本願において開示のレールクランプ１０においては、ローラ８４、８６がウェッジ５０の勾配変化ウェッジ表面５１、５３に沿って転がると、機構比が変化する。ウェッジ表面５１、５３の勾配を適切に変化させることによって、機構比が変化して、スプリングの伸長及び圧縮から生じるスプリング力の変化が中和される。ウェッジ表面５１、５３の勾配につける適切な変化は、本願に添付の付録Ａに示す計算式によって決定される。

ここで図５及び図６を参照するが、これらの図はレールクランプ１０及びウェッジ５０の異なる位置での示力図である。図５は位置（ｉ−１）にあるウェッジを示し、図６は位置（ｉ）にあるウェッジを示す。図５及び図６において、レバーのデザインは簡略化されていて、第１端部Ｃ、枢軸Ｂ及び第２端部Ａを備えたレバーとみなされている。力はレバーの第２端部Ａに加えられ、第１端部Ｃはレール１００に接触させるためのものである。レバーアーム比は３：１、すなわちＡＢ＝３ｘＢＣである。レバー及び関係する部材のたわみは考慮しない。レールクランプ１０全体に関し、力はウェッジ５０の上部に加えられる。枢軸Ｂ間の距離は一定である。

図５及び図６において、
ＡＢ＝Ｌ１：レバーロングアーム
ＢＣ＝Ｌ２：レバーショートアーム
ｒ：ローラ半径
Ｐ：機構の鉛直軸とレバーの枢動点との距離
α：機構の鉛直軸と接触点でのウェッジの線に対する法線との角度
Ψ：鉛直軸とレバーとの角度
Ｆ_ｓｐ：スプリング力
Ｆ_ｃｌ：レバー締め付け力
Ｆ_ｒｉ＝Ｆ_ｙｉ＝Ｆ_ｓｐ／２：１本のレバーに作用するスプリング力
Ｆ_ｉ＝Ｆ_ｙｉ／ｃｏｓ（α_ｉ）：ウェッジとの接触点でレバーに作用する力
Ｘ：横方向のウェッジの輪郭を規定するパラメータ
Ｙ：鉛直方向のウェッジの輪郭を規定するパラメータ
である。

ここで図７を参照するが、この図は図６の示力図を規定するそれぞれの幾何学的形状及び距離を示す。ウェッジの幾何学的形状を規定するパラメータは角度α及びＹ、Ｙ座標である。標準的なウェッジ輪郭、すなわち角度αが定数である直線的なウェッジ輪郭の場合、レールと対向する締め付けレバーとの間の締め付け力は、加えられるスプリング力に応じて変動する。これに関しては添付の付録Ａのセクション４を参照のこと。本願において開示のレールクランプ１０においては、レールの幅及び公差、同じくレール及びブレーキパッドの磨耗に関わらず締め付け力を一定に維持するため、角度αをスプリング力（角度Ψ）に応じてそれぞれ変化させる。必要な締め付け力を規定する方程式は付録Ａに記載される。この方程式が、必要な締め付け力及び異なる角度Ψでの角度α及びＸ、Ｙ座標を決定する。反復法を利用して、必要とされるパラメータを規定する。必要とされる一定の締め付け力についての様々な角度Ψ及びそれぞれの様々なスプリング力での５回の反復後、角度α及びＸ、Ｙパラメータについての最終結果が得られる。付録Ａのセクション７は、一定の締め付け力の場合のウェッジ輪郭を規定する全パラメータについての最終結果を示す。

従って、図５、図６、図７は付録Ａと共に、締め付け力がいかにして、図８のグラフで示されるように、実質的に一定にまたは既定の範囲内に維持されるかを示す。

実際的な見地からすると、図２において、ブレーキパッド８１、８３が接触するレール１００の部位の幅Ｗが狭ければ狭いほど、ブレーキパッド８１、８３がレール１００の両側を締め付けるのに必要とされるスプリング４０、４２、４４、４６の伸長の度合いは大きくなる。従って、幅Ｗが狭ければ狭いほど、締め付けに使えるスプリング力は少なくなる。ウェッジ表面５１、５３のウェッジ角度を変化させることによって、スプリング４０、４２、４４、４６が伸長するにつれ低下するスプリング力が補償され、この結果、様々なレール幅に関して実質的に一定のブレーキ力が得られる。更に、ブレーキパッド８１、８３が磨耗するにつれ、スプリング４０、４２、４４、４６を更に伸長させて、パッド８１、８３が締め付け力をレール１００の両側にかけられるようにすることも必要である。従って、ウェッジ５０のウェッジ表面５１、５３の変化する勾配は、ブレーキパッド８１、８３が磨耗しても締め付け力が実質的に一定に維持されるように機構比を調節する。これによってレールクランプ１０を使用している運送手段のオペレータによる予測可能性が上昇し、安全性が向上する。

勾配変化カム表面を介して加えられる一定力の応用例は、図示されるようなブレーキ機構に限定されないことを当業者なら理解でき、いずれのスプリング作動式機構、特には、磨耗による弾力の喪失に特に敏感な機構（例えば、スプリング作動式ディスクブレーキまたはクランプ）にも応用可能である。

また、上記の詳細の多くが単なる例に過ぎず、以下の請求項に基づいて決定される本発明の範囲を限定することを意図するものでないことを当業者なら理解できる。

Claims (19)

1. ブレーキ機構であって、
   フレームと、
   それぞれが第１端部にブレーキパッド、第２端部にカムフォロアを有しかつその第１端部と第２端部との間に配置された枢軸によってフレームに取り付けられる一対のレバーと、
   これらのレバーの間に配置されたカムと、
   そのカムを第１方向に付勢するスプリングと、
   作動してカムを第１方向とは反対の第２方向に移動させるクランプ解放アクチュエータと、
   カムの両側に配置された一対の勾配変化カム表面とを備え、その勾配変化カム表面のそれぞれが、対応するレバーのカムフォロアと接触しかつ勾配を有し、その勾配には、カムの移動に伴うスプリングのスプリング力の変動を中和して一定の締め付け力を維持するように変化がつけられていることを特徴とするブレーキ機構。
2. クランプ解放アクチュエータが、液圧シリンダとピストンとを含む請求項１に記載のブレーキ機構。
3. カムが、シリンダに取り付けられる請求項２に記載のブレーキ機構。
4. カムが、ウェッジである請求項１に記載のブレーキ機構。
5. 各レバーのカムフォロアが、そのレバーの第２端部に回転可能に取り付けられたローラである請求項１に記載のブレーキ機構。
6. 各勾配変化カム表面が、交換可能な挿入部材を含む請求項１に記載のブレーキ機構。
7. ブレーキ機構であって、
   フレームと、
   第１端部にブレーキパッド、第２端部にカムフォロアを有しかつその第１端部と第２端部との間に配置された枢軸によってフレームに取り付けられるレバーと、
   カムと、
   そのカムを第１方向に付勢するスプリングと、
   作動してカムを第１方向とは反対の第２方向に移動させるクランプ解放アクチュエータと、
   カムの側面に配置された勾配変化カム表面とを備え、その勾配変化カム表面がカムフォロアと接触しかつ勾配を有し、その勾配には、カムの移動に伴うスプリングのスプリング力の変動を中和して一定の締め付け力を維持するように変化がつけられていることを特徴とするブレーキ機構。
8. クランプ解放アクチュエータが、液圧シリンダとピストンとを含み、カムがそのピストンに取り付けられる請求項７に記載のブレーキ機構。
9. カムが、シリンダに取り付けられる請求項８に記載のブレーキ機構。
10. カムが、ウェッジである請求項７に記載のブレーキ機構。
11. カムフォロアが、レバーの第２端部に回転可能に取り付けられたローラである請求項７に記載のブレーキ機構。
12. 勾配変化カム表面が、交換可能な挿入部材を含む請求項７に記載のブレーキ機構。
13. レールを締め付けるためのレールクランプであって、
    フレームと、
    それぞれが第１端部にブレーキパッド、第２端部にカムフォロアを有しかつその第１端部と第２端部との間に配置された枢軸によってフレームに取り付けられる一対のレバーと、
    これらのレバーの間に配置されたカムと、
    そのカムを第１方向に付勢するスプリングと、
    作動してカムを第１方向とは反対の第２方向に移動させるクランプ解放アクチュエータと、
    カムの両側に配置された一対の勾配変化カム表面とを備え、その勾配変化カム表面のそれぞれが、対応するレバーのカムフォロアと接触しかつ勾配を有し、その勾配には、カムの移動に伴うスプリングのスプリング力の変動を中和して一定の締め付け力を維持するように変化がつけられていることを特徴とするレールクランプ。
14. クランプ解放アクチュエータが、液圧シリンダとピストンとを含む請求項１３に記載のレールクランプ。
15. カムが、シリンダに取り付けられる請求項１４に記載のレールクランプ。
16. カムが、ウェッジである請求項１３に記載のレールクランプ。
17. 各レバーのカムフォロアが、そのレバーの第２端部に回転可能に取り付けられたローラである請求項１３に記載のレールクランプ。
18. 各勾配変化カム表面が、交換可能な挿入部材を含む請求項１３に記載のレールクランプ。
19. クランプであって、
    それぞれが第１締め付け端部と、カムフォロアが配置された第２端部と、その第１端部と第２端部との間に配置された枢軸とを有する一対のレバーと、
    これらのレバーの間に配置されたカムと、
    そのカムを第１方向に付勢するスプリングと、
    作動してカムを第１方向とは反対の第２方向に移動させるクランプ解放アクチュエータと、
    カムの両側に配置された一対の勾配変化カム表面とを備え、その勾配変化カム表面のそれぞれが、対応するレバーのカムフォロアと接触しかつ勾配を有し、その勾配には、カムの移動に伴うスプリングのスプリング力の変動を中和して一定の締め付け力を維持するように変化がつけられていることを特徴とするクランプ。

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