JP2023003611A - 巻上機 - Google Patents

Abstract

【課題】メンテナンスや入替の作業を従来よりも容易に行いうる巻上機を提供する。【解決手段】巻上機は、ロープの巻き取りおよび巻き戻しを行う駆動綱車と、駆動綱車の回転軸に沿って配置され、駆動綱車を回転させるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられ、固定子の磁界に対する磁力により回転する回転子と、を備える。回転子は、シャフトとの間で第１嵌合部および複数の第２嵌合部を形成するボス部を有する。ボス部は、シャフトの一端が挿入される筒状本体と、筒状本体の内周に突出し、シャフトの一端側の端面に臨むフランジ部とを有する。第１嵌合部では、筒状本体の内周面とシャフトの外周面が嵌着され、各々の第２嵌合部では、フランジ部を挿通してシャフトに対して軸方向に嵌入されたピンにより、フランジ部およびシャフトがピンを介して嵌着される。【選択図】図１

Description

本発明は、巻上機に関する。

従来から、電動機で駆動綱車を回転させて乗りかごを移動させるエレベータ用の巻上機が知られている。近年では、エレベータの輸送能力を向上させるために巻上機の大容量化および高速化が要望される一方で、環境性能の向上のために巻上機に対して低騒音化および低振動化も要望されている。また、エレベータの据付工事を容易にするために、巻上機の小型化および軽量化の要望も存在している。

上記の要望に応えるため、例えば、特許文献１には、綱車が固定された回転軸と、回転軸の先端部に外周側から嵌着するとともに回転子鉄心の内周側に嵌着するスパイダーと、を備えた巻上機が開示されている。特許文献１の巻上機では、回転軸の先端部には、嵌着用の先端部外周部が形成されるとともに、先端側から軸方向に延び出す嵌着用の凸部が形成されている。そして、スパイダーには、凸部の外周側と嵌着する凸部用嵌着部が形成されるとともに、先端部外周部に嵌着する後端側延出し部が形成されている。特許文献１によれば、回転軸と嵌着するスパイダーの剛性が向上してスパイダーのたわみ抑制効果が顕著になり、組立性を悪化させずに運転中の騒音、振動を抑制できるとされている。

特許第５９５５５６３号公報

近年の持続可能な社会を構築する観点からは、巻上機のメンテナンスや入替（リプレイス）の容易さが巻上機の性能指標の１つとして重要視されつつある。例えば、高層ビルの最上階等でスペースの限られた機械室内において、巻上機の分解および組立を簡易に行えることは非常に好ましい。

一方で、例えば特許文献１の場合、機械室でのメンテナンスや入替の際には大掛かりな油圧機器等の搬入が必要となり、また現場で比較的大きな作業空間を確保する必要も生じる。そのため、巻上機のメンテナンスや入替の作業が困難となり、例えばメンテナンスや入替に伴うエレベータの停止が長期間になりうる点で改善の余地があった。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、メンテナンスや入替の作業を従来よりも容易に行いうる巻上機を提供する。

本発明の一態様に係る巻上機は、ロープの巻き取りおよび巻き戻しを行う駆動綱車と、駆動綱車の回転軸に沿って配置され、駆動綱車を回転させるシャフトと、シャフトの一端に取り付けられ、固定子の磁界に対する磁力により回転する回転子と、を備える。回転子は、シャフトとの間で第１嵌合部および複数の第２嵌合部を形成するボス部を有する。ボス部は、シャフトの一端が挿入される筒状本体と、筒状本体の内周に突出し、シャフトの一端側の端面に臨むフランジ部とを有する。第１嵌合部では、筒状本体の内周面とシャフトの外周面が嵌着され、各々の第２嵌合部では、フランジ部を挿通してシャフトに対して軸方向に嵌入されたピンにより、フランジ部およびシャフトがピンを介して嵌着される。

上記の巻上機において、シャフトの一端には、回転軸に直交する第１接合面が形成されてもよく、フランジ部には、回転軸に直交する第２接合面が第１接合面に対向して形成されてもよい。また、第１接合面と第２接合面が接触した状態で、フランジ部およびシャフトがボルトで固定される接合部をさらに有していてもよい。

上記の第１嵌合部は、シャフトの先端側に設けられた第１領域と、第１領域から軸方向に間隔をあけて設けられた第２領域において、それぞれ前記筒状本体の内周面と前記シャフトの外周面が嵌着してもよい。
また、シャフトの外径は、第２領域の対応部位よりも第１領域の対応部位の方が小さくてもよく、筒状本体の内径は、第２領域の対応部位よりも第１領域の対応部位の方が小さくてもよい。

上記のピンは、嵌入方向の先端側が縮径するテーパ形状であってもよく、第２嵌合部の嵌着時に、ピンに挿入されたボルトによりシャフトにピンが締結されてもよい。
また、上記のフランジ部は、回転子とシャフトの分解時にシャフトの一端を押圧する引抜用ねじを螺合可能なねじ穴を有していてもよい。

本発明の一態様の巻上機は、メンテナンスや入替の作業を従来よりも容易に行うことができる。

第１実施形態の巻上機の正面図である。 第１実施形態の巻上機の左側面図である。 図１におけるシャフトと回転子の分解図である。 第２実施形態の巻上機の正面図である。 第２実施形態における第１嵌合部の嵌入工程を示す拡大図である。 第３実施形態の巻上機の正面図である。 第３実施形態の巻上機の左側面図である。 第４実施形態の巻上機の正面図である。 第４実施形態の巻上機の左側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。

図面においては、巻上機の回転軸ＡＸの延長方向と平行な方向を軸方向と称する。また、以下の説明では、回転軸ＡＸを中心とする周方向を単に周方向と称し、回転軸ＡＸを中心とする径方向を単に径方向と称する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の巻上機１の正面図であり、図２は、第１実施形態の巻上機１の左側面図である。第１実施形態の巻上機１は、例えばエレベータ用の巻上機に適用される。

巻上機１は、円筒状の駆動綱車２と、シャフト３と、第１軸受台４と、第２軸受台５と、回転子６と、固定子７とを備える。駆動綱車２は、外周面にロープ巻取面２ａを有し、乗りかごと重りを繋ぐロープ（不図示）を巻き取りまたは巻き戻す機能を担う。シャフト３は、駆動綱車２を軸方向に貫通し、駆動綱車２に対して同心状に取り付けられている。

第１軸受台４および第２軸受台５はそれぞれ取付台８の上に立設されている。取付台８は、例えば、エレベータの機械室の床に固定される。第１軸受台４は、駆動綱車２に対して一方側（図１の左側）に配置され、シャフト３を受ける第１軸受４ａを有する。第２軸受台５は、駆動綱車２に対して他方側（図１の右側）に配置され、シャフト３を受ける第２軸受５ａを有する。第１軸受４ａおよび第２軸受５ａには、例えば自動調心ころ軸受を用いることができる。これにより、シャフト３および駆動綱車２は、第１軸受台４の第１軸受４ａと、第２軸受台５の第２軸受５ａにより回転可能に軸支される。

また、シャフト３の一方側の端部は、第１軸受台４を貫通して一方側に突出する。以後、シャフト３において第１軸受台４よりも一方側に突出する部位を片持軸部１０とも称する。
回転子６および固定子７は、第１軸受台４よりも一方側に配置されている。また、第２軸受台５には、駆動綱車２の回転を制止するブレーキ装置（図示せず）が設置される。

回転子６は、シャフト３の片持軸部１０と嵌着される円筒状のボス部１１と、ボス部１１の外周側に同心状に配置される円筒状の磁極部１２とを有する。磁極部１２の外周には、異なる磁極が周方向に周期的に配置されるように複数の磁石１２ａが取り付けられている。ボス部１１と磁極部１２は、周方向に複数配置される支柱１３により径方向において接続される。また、回転子６の各支柱１３の間には、周方向に環状になすように複数の通風穴１４が形成されている。

回転子６の外周には、エアギャップを隔てて回転子６の磁極部１２と相対するように円筒状の固定子７が配置されている。図２に示すように、固定子７の下側は取付台８に固定されている。また、固定子７にはコイル（不図示）が巻回されている。コイルの電流制御により固定子７の磁界を順番に切り替えることで、回転子６の磁界に対する吸引力または反発力が固定子７に発生する。これにより、回転子６の取り付けられたシャフト３を介して駆動綱車２が回転駆動する。

次に、第１実施形態におけるシャフト３と回転子６の嵌合構造について詳細に説明する。ここで、図１におけるシャフト３と回転子６の部分断面は、図２のＢ－Ｏ－Ｃ－Ｄ－Ｅ線での断面である。また、図３は、図１におけるシャフト３と回転子６の分解図である。

シャフト３の片持軸部１０は円柱状であり、片持軸部１０の外周面は回転子６のボス部１１と嵌着する外周嵌着面１０ａを構成する。外周嵌着面１０ａは、シャフト３の回転軸ＡＸと同心である。また、片持軸部１０の一方側の端面は第１接合面１０ｂをなしている。片持軸部１０の第１接合面１０ｂは、外周嵌着面１０ａに対して直交する平面であり、軸方向に延びるピン穴１５およびボルト穴１６がそれぞれ複数開口されている。ピン穴１５の形状は、有底円筒形状のくぼみである。ボルト穴１６には雌ネジが内周に刻設され、固定ボルト１９を螺合することができる。

ピン穴１５およびボルト穴１６は、回転軸ＡＸの同心円上において周方向に一定間隔をあけて配置されている。第１実施形態では、ピン穴１５およびボルト穴１６はそれぞれ９０度間隔をあけて第１接合面１０ｂに４つずつ開口され、ピン穴１５とボルト穴１６の位置の位相は４５度ずれている。

また、回転子６のボス部１１は、円筒状のボス本体１１ａと、ボス本体１１ａの一方側に形成される環状のフランジ部１１ｂとを有する。ボス本体１１ａの内径は、片持軸部１０の外径に対してしまりばめとなる寸法であり、ボス本体１１ａの内周面は、片持軸部１０の外周嵌着面１０ａと嵌着される内周嵌着面１１ａ１を構成する。

ボス部１１のフランジ部１１ｂは、ボス本体１１ａの内周側に突出するとともに、中央が円形に開口した平板である。フランジ部１１ｂの他方側の面は、片持軸部１０の第１接合面１０ｂと対向する第２接合面１１ｂ１を構成する。フランジ部１１ｂの第２接合面１１ｂ１は、ボス本体１１ａの内周嵌着面１１ａ１に対して直交する平面である。

また、フランジ部１１ｂには、片持軸部１０のピン穴１５およびボルト穴１６と対応する位置にそれぞれピン穴１７およびボルト穴１８が形成されている。フランジ部１１ｂのピン穴１７は、片持軸部１０のピン穴１５と同径の丸穴であって、フランジ部１１ｂを貫通している。シャフト３と回転子６の組立状態では、フランジ部１１ｂのピン穴１７が片持軸部１０のピン穴１５と一体化して面一になる。また、フランジ部１１ｂのボルト穴１８は、例えば固定ボルト１９を挿通可能な丸穴である。

シャフト３の片持軸部１０は、回転子６のボス部１１に対して他方側から挿入されている。シャフト３と回転子６の組立状態では、片持軸部１０の外周嵌着面１０ａとボス本体１１ａの内周嵌着面１１ａ１が嵌着されて両者が面接触し、第１嵌着部２２が形成される。

第１嵌着部２２は、片持軸部１０に対して回転子６を固定するとともに、回転子６の偏心量を抑制する機能を担う。なお、第１嵌着部２２の径、長さ、締代などの仕様は、回転子６に作用するラジアル方向の力（例えば、回転子６の質量による荷重、偏心による回転時の遠心力、磁気吸引力など）を支え、かつ片持軸部１０に回転子６を精度よく同心に固定できる条件下で適宜設定できる。

また、シャフト３と回転子６の組立状態では、片持軸部１０の第１接合面１０ｂに対してフランジ部１１ｂの第２接合面１１ｂ１が臨む。そして、固定ボルト１９は、フランジ部１１ｂのボルト穴１８を挿通して片持軸部１０のボルト穴１６に螺合される。これにより、第１接合面１０ｂと第２接合面１１ｂ１が固定ボルト１９の機械的接合で密着し、軸方向と交差する平面上に接合部２４が形成される。

第１接合面１０ｂおよび第２接合面１１ｂ１はいずれも第１嵌着部２２の嵌着面に対して直角であり、第１接合面１０ｂおよび第２接合面１１ｂ１の接合により回転子６の軸方向位置が定まる。また、第１接合面１０ｂと第２接合面１１ｂ１を密着させて固定ボルト１９で締結したときには、締付けに伴う部材の傾き等も生じない。以上のように、接合部２４は、シャフト３に対する回転子６の軸方向位置を位置決めするとともに、片持軸部１０に回転子６が精度よく同心に固定された状態を保持する機能を担う。

また、シャフト３と回転子６の組立状態では、片持軸部１０およびフランジ部１１ｂの各ピン穴１５、１７にはピン２６が嵌入される。これにより、片持軸部１０のピン穴１５およびフランジ部１１ｂのピン穴１７に対してピン２６が嵌着され、軸方向と交差する平面上に複数の第２嵌着部２８が形成される。

複数の第２嵌着部２８は、回転子６からシャフト３にトルクを伝達する機能を担う。また、第２嵌着部２８は、回転子６の回転方向およびラジアル方向の動きに対して片持軸部１０に回転子６を強固に固定する機能も担う。

ここで、ピン２６の形状は、ピン穴１５、１７に対して外径がしまりばめとなる寸法の円筒形である。ピン２６の中心には、ピン２６を軸方向に貫通する空気抜き穴２６ａが形成されている。ピン２６の空気抜き穴２６ａは、組立の際にピン穴１５の底部に残った空気を外側に逃がし、空気圧でピン２６の嵌入抵抗が増加することを抑制する機能を担う。また、空気抜き穴２６ａの内周には、片持軸部１０およびフランジ部１１ｂからピン２６を引き抜く際に治具（不図示）を締結するための雌ねじ２６ｂが一方側に刻設されている。

また、複数の第２嵌着部２８は回転子６とシャフト３間のトルクを分散して伝達するので、各々の第２嵌着部２８で要求されるピン２６の嵌着力は、第２嵌着部２８の数が多いほど低くなる。したがって、第１実施形態によれば、各々の第２嵌着部２８での嵌着力を、大掛かりな油圧機器を必要とせずに作業員の人力で簡単に分解および組立のできる程度の大きさに留めることが可能になる。

一例として、第２嵌着部２８の設計では、各々の第２嵌着部２８の嵌着力が人力で簡単に分解および組立できる程度となるように、ピン２６およびピン穴１５、１７の寸法や締代などの仕様を決定すればよい。また、第２嵌着部２８の数は、正回転および逆回転のトルクをガタ無く確実に伝達するために要求される総嵌着力に対して第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着力を除算し、その商を切り上げて整数にすることで算出できる。

なお、第１実施形態では、第１嵌着部２２、第２嵌着部２８および接合部２４の３つの要素により、回転子６が片持軸部１０に精度良く同心に支えられた状態で、回転方向、ラジアル方向、軸方向のいずれにもシャフト３と回転子６が強固に固定される。そして、シャフト３および回転子６は正回転・逆回転のトルクをガタ無く確実に伝達できる。これにより、巻上機１の振動および騒音が低減するとともに、回転電機の特性が向上して巻上機１の小型化にも寄与する。

次に、第１実施形態におけるシャフト３および回転子６の組立作業と分解作業について説明する。

シャフト３および回転子６の組立作業において、作業員は、回転子６のボス部１１に対してシャフト３の片持軸部１０を他方側から挿入する。ボス部１１への片持軸部１０の挿入は、例えば、片持軸部１０のボルト穴１６を利用して回転子６を片持軸部１０側に引き寄せる構成の治具等を用いて、人力により組み立てることができる。

その後、フランジ部１１ｂのボルト穴１８を経て片持軸部１０のボルト穴１６に固定ボルト１９を螺合する。この段階で、片持軸部１０の外周嵌着面１０ａとボス本体１１ａの内周嵌着面１１ａ１が嵌着されて第１嵌着部２２が形成される。また、片持軸部１０の第１接合面１０ｂとフランジ部１１ｂの第２接合面１１ｂ１が密着して接合部２４が形成される。第１嵌着部２２の嵌着力は、片持軸部１０に回転子６を精度よく同心に固定できる程度で足りるので、作業員は回転子６のボス部１１に片持軸部１０を人力で容易に挿入できる。

そして、作業員は、フランジ部１１ｂおよび片持軸部１０の各ピン穴１５、１７にピン２６を嵌入する。ピン２６の嵌入は、例えばハンマーや挿入治具等を使用して人力で行われる。これにより、複数の第２嵌着部２８が形成され、シャフト３と回転子６が強固に固定される。第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着力は、大掛かりな油圧機器を必要とせずに作業員の人力で嵌着できる程度の大きさに留まる。また、ピン２６には軸方向に空気抜き穴２６ａが形成され、ピン穴１５の空気圧で嵌入抵抗が増加することもない。したがって、作業員は、各々のピン穴１５、１７に対してピン２６を人力で容易に嵌入できる。

一方、シャフト３および回転子６の分解作業では、まず、作業員は、ジャッキ等を有する引き抜き用の治具を用いてピン２６をピン穴１５、１７から引き抜く。ピン２６の引き抜きは、ピン２６の雌ねじ２６ｂに治具を螺合することで容易に行うことができる。

そして、固定ボルト１９を外した後、回転子６を片持軸部１０から引き抜くことで、シャフト３と回転子６が分離する。例えば、作業員は、回転子６を片持軸部１０から引き抜くときには、通風穴１４から治具を挿入してボス本体１１ａの端面に治具を引っ掛け、片持軸部１０に対して治具をねじ機構等で離間させることで分解すればよい。かかる分解作業においても、作業員は、油圧機器を必要とせずに人力でシャフト３と回転子６を分離できる。

以下、第１実施形態における嵌着力の算出例を、比較例と対比して具体的に説明する。
比較例は、上記の特許文献１（特許第５９５５５６３号公報）と同様であり、スパイダーの後端側延出し部と回転軸の先端部外周部を主とする嵌着部でトルク伝達を担う構成である。比較例の構成は、嵌着部の締代で面を押す力（嵌着力）と嵌着部の摩擦力（嵌着摩擦力）で、回転軸に対して回転子を精度良く保持しつつ強固に固定する。また、比較例の構成では、嵌着部の摩擦トルク（嵌着摩擦トルクとも称する）で、回転子と一体のスパイダーから回転軸へのトルク伝達を行う。

比較例における上記の嵌着力、嵌着摩擦力、嵌着摩擦トルク、摩擦係数および作用半径（嵌着部の半径）の関係は、以下の式（１）から式（４）の通りである。但し、Ｆは嵌着摩擦力、Ｗは嵌着力、μは摩擦係数、Ｔは嵌着摩擦トルク、ｒは作用半径である。
Ｆ＝Ｗ×μ …式（１）
Ｗ＝Ｆ／μ …式（２）
Ｔ＝Ｆ×ｒ …式（３）
Ｆ＝Ｔ／ｒ …式（４）

嵌着摩擦力は、巻上機の分解および組立に必要な力であり、嵌着摩擦トルクはトルク伝達に必要な力である。そのため、これらパラメータの実際の値で巻上機の分解および組立の難易度を判断することができる。

例えば、大容量高速型の巻上機の代表的な機種の場合、比較例の構成での嵌着摩擦力は以下のようになる。なお、摩擦係数の値は、潤滑状態、表面粗さ、経年劣化等によりばらつくので、トルク伝達の計算では摩擦係数の最小値μａを使用し、分解および組立の計算では摩擦係数の最大値μｂを使用する。

比較例の計算条件は下記の通りである。なお、巻上機には、伝達トルクＴｍと同じ値の嵌着摩擦トルクが必要である。
伝達トルクＴｍ ：４５ｋＮ・ｍ（安全率を含む設計値）
比較例での嵌着摩擦トルクＴ１：４５ｋＮ・ｍ（トルク伝達に必要な値）
比較例での作用半径ｒ１ ：０．２ｍ
摩擦係数μ ：０．１５（トルク伝達時μａ）～０．４０（分解・組立時μｂ）

比較例の構成において、式（４）に基づきトルク伝達に必要な嵌着摩擦力Ｆ１ａを計算した結果を、以下の式（５）に示す。
Ｆ１ａ＝Ｔ１／ｒ１＝４５／０．２＝２２５（ｋＮ） …式（５）

また、比較例の構成において、式（２）に基づきトルク伝達に必要な嵌着力Ｗ１を計算した結果を、以下の式（６）に示す。但し、摩擦係数は、トルク伝達時の摩擦係数μａ＝０．１５を用いる。
Ｗ１＝Ｆ１ａ／μａ＝２２５／０．１５＝１５００（ｋＮ） …式（６）

また、比較例の構成において、式（１）に基づき分解・組立時の嵌着摩擦力Ｆ１ｂを計算した結果を、以下の式（７）に示す。但し、嵌着力Ｗ１＝１５００（ｋＮ）とし、摩擦係数は、分解・組立時の摩擦係数μｂ＝０．４０を用いる。
Ｆ１ｂ＝Ｗ１×μｂ＝１５００×０．４＝６００（ｋＮ） …式（７）

上記の分解・組立時の嵌着摩擦力Ｆ１ｂが、比較例において巻上機の分解や組立の際に回転子の引き抜きや挿入に必要となる力である。比較例の構成では、嵌着摩擦力Ｆ１ｂは式（７）のように６００ｋＮであるため、人力での巻上機の分解・組立は事実上不可能である。つまり、比較例の構成では、巻上機の実際の分解・組立作業において６００ｋＮを超える力が得られる油圧機器と、当該油圧機器に対応する治具および工具など含む装置を事前に準備し、これら装置を高層ビル最上階の機械室に搬入する必要が生じる。しかし、装置の機械室への搬入や、機械室での作業スペースの確保は実際には困難であることから、比較例ではメンテナンスや入替の所要時間が長くなり、エレベータの停止が長期間になるという問題がある。

次に、第１実施形態の巻上機１での嵌着力について説明する。
第１実施形態のシャフト３と回転子６は、片持軸部１０の外周嵌着面１０ａとボス本体１１ａの内周嵌着面１１ａ１の嵌合による第１嵌着部２２と、片持軸部１０およびフランジ部１１ｂに嵌入されたピン２６による複数の第２嵌着部２８との２種類の嵌着部を有する。

第１嵌着部２２は、高精度の加工や組立が可能な円筒形の締り嵌めであり、シャフト３に対する回転子６の偏心量を小さくし、回転子６を片持軸部１０に精度良く固定する作用がある。第１嵌着部２２は、主に回転子６に作用するラジアル方向の力を支える機能を担う。上記のようにシャフト３と回転子６間のトルク伝達は主に第２嵌着部２８が担い、第１嵌着部２２はトルク伝達の機能を期待されないため、第１嵌着部２２で必要な嵌着力は大幅に低減する。

例えば、大容量高速型の巻上機の代表的な機種の仕様で、回転子６に作用するラジアル方向の力は１００ｋＮである。第１嵌着部２２は上記のラジアル方向の力を支持するので、第１嵌着部２２に必要な嵌着力Ｗ２は１００ｋＮとなる。このように、比較例と比べて第１嵌着部２２の嵌着力は非常に小さくなることが分かる。したがって、第１実施形態では、比較例と比べて第１嵌着部２２の寸法を小さくしてボス部１１を小型軽量化することができる。

そして、第１嵌着部２２の分解・組立時の嵌着摩擦力Ｆ２ｂは、嵌着力Ｗ２と摩擦係数μの積で算出できる。したがって、第１嵌着部２２の分解・組立時の嵌着摩擦力Ｆ２ｂは、嵌着力Ｗ２＝１００ｋＮと、分解・組立時の摩擦係数μｂ＝０．４０の積から４０ｋＮとなる。

また、第１実施形態は、各々の第２嵌着部２８を人力で分解・組立可能な値に設定し、複数の第２嵌着部２８でシャフト３と回転子６のトルク伝達を担う構成である。一例として、第１実施形態において、各々の第２嵌着部２８での嵌着摩擦力と、複数の第２嵌着部２８における嵌着摩擦トルクの総和は以下のようになる。

まず、第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着摩擦力を人力で分解・組立可能な値に設定すると、第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着力も同時に決定される。また、第２嵌着部２８がトルクを伝達するときには、第２嵌着部２８と片持軸部１０の軸中心距離を作用半径とするトルクの接線力が、ピン２６と回転子６との嵌着部位からピン２６と片持軸部１０の嵌着部位へ伝達される。したがって、正回転・逆回転のトルクをガタ無く確実に伝達するには、ピン２６と回転子６の嵌着部位、ピン２６と片持軸部１０の嵌着部位のそれぞれに、上記したトルクの接線力に相当する総嵌着力が要求される。

複数の第２嵌着部２８の総嵌着力は、ピン２６と回転子６の嵌着部位の総嵌着力と、ピン２６と片持軸部１０の嵌着部位の総嵌着力を加えた値となる。通常、ピン２６と回転子６の嵌着部位とピン２６と片持軸部１０の嵌着部位では総嵌着力は同じ値になるので、第２嵌着部２８の総嵌着力はトルクの接線力の２倍の値が必要になる。また、要求される総嵌着力が第２嵌着部２８の１か所の嵌着力よりも大きい場合、総嵌着力を担える数の第２嵌着部２８を設ける必要がある。具体的には、総嵌着力に対して１か所当たりの嵌着力を除算し、その商を切り上げた整数個以上の第２嵌着部２８を設ければよい。

ここで、第２嵌着部２８におけるトルクの接線力、総嵌着力、１か所当たりの嵌着力、嵌着摩擦力の関係は、以下の式（８）から式（１１）の通りである。但し、Ｒ３はトルクの接線力、Ｔ３は伝達トルクの設計値、ｒ３は作用半径である。また、Ｗ３は第２嵌着部２８の総嵌着力、ｗ３は第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着力、ｎは第２嵌着部２８の数である。また、Ｆ３ｂは嵌着摩擦力、μｂは分解組立時の摩擦係数である。
Ｒ３＝Ｔ３／ｒ３ …式（８）
Ｗ３＝２×Ｒ３ …式（９）
ｗ３＝Ｗ３／ｎ＝２×Ｒ３／ｎ＝２×Ｔ３／ｒ３／ｎ …式（１０）
Ｆ３ｂ＝ｗ３×μｂ＝２×Ｔ３／ｒ３／ｎ×μｂ …式（１１）

以下、大容量高速型の巻上機の代表的な機種の仕様で、第２嵌着部２８の数を４個とした場合を想定する。この場合の計算条件は下記の通りである。
伝達トルクＴ３ ：４５ｋＮ・ｍ（安全率を含む設計値）
作用半径ｒ３ ：０．１６ｍ（ｒ２＝０．８×ｒ１＝０．８×０．２＝０．１６）
第２嵌着部２８の数ｎ ：４
摩擦係数μｂ ：０．４０（分解・組立時の摩擦係数）

第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着力ｗ３につき、式（１０）に基づき計算した結果を、以下の式（１２）に示す。
ｗ３＝２×Ｔ３／ｒ３／ｎ＝２×４５／０．１６／４＝１４１（ｋＮ） …式（１２）

また、第２嵌着部２８の嵌着摩擦力Ｆ３ｂにつき、式（１１）に基づき計算した結果を、以下の式（１３）に示す。
Ｆ３ｂ＝ｗ３×μｂ＝１４１×０．４＝５６（ｋＮ） …式（１３）

以上の計算例から明らかなように、第１実施形態において、第１嵌着部２２の嵌着摩擦力Ｆ２ｂは４０ｋＮであり、第２嵌着部２８の１か所当たりの嵌着摩擦力Ｆ３ｂは５６ｋＮである。したがって、第１実施形態の構成では、比較例と比べて分解・組立時の嵌着摩擦力が非常に小さくなり、人力での巻上機１の分解・組立が十分可能なことが分かる。したがって、第１実施形態の構成では、分解・組立の際に大掛かりな油圧機器等を機械室に搬入しなくてすむので、メンテナンスや入替の作業を容易に行うことができる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の巻上機１の正面図であり、図５は、第２実施形態における第１嵌合部２２の嵌入工程を示す拡大図である。なお、以下の各実施形態の説明では、第１実施形態と共通の要素に関する重複説明を適宜省略する。

第２実施形態は、第１嵌着部２２の内周嵌着面および外周嵌着面を軸方向に分割して形成する例である。第１嵌着部２２はラジアル方向の荷重による曲げモーメントを受ける。そのため、第１嵌着部２２の軸方向全長は、必要な嵌着力から求まる嵌着部の寸法よりも長くする方が合理的な設計となりうる。

第２実施形態では、必要な嵌着力から求まる第１嵌着部２２の長さを２つの領域に分け、一方の領域（第１領域）を片持軸部１０の先端側に配置し、他方の領域（第２領域）を片持軸部１０の根本側に配置する。

図５に示すように、シャフト３の片持軸部１０の外周面には、それぞれ外周嵌着面１０ａの一部をなす円柱状の第１領域３１と第２領域３２が形成されている。外周嵌着面１０ａの第１領域３１は、片持軸部１０の先端側に形成されている。外周嵌着面１０ａの第２領域３２は、第１領域３１から軸方向に間隔をあけて片持軸部１０の根本側に形成されている。

片持軸部１０の第１領域３１および第２領域３２は、それぞれ回転軸ＡＸと同心の円柱状である。片持軸部１０の第１領域３１の外径は、片持軸部１０の第２領域３２の外径よりもわずかに小さく設定されている。また、第１領域３１および第２領域３２の軸方向の嵌着長さは、それぞれに作用する力の大きさに比例して決定されている。なお、第２嵌着部２８がラジアル方向の力を支える作用を利用することで、第１領域３１の嵌着長さを短く設定してもよい。

また、片持軸部１０の第１領域３１と第２領域３２の間には、第１領域３１と第２領域３２と比べて径方向内側にくぼんだ環状の軸側ニゲ部３３が形成されている。

一方、ボス部１１のボス本体１１ａの内周面には、それぞれ内周嵌着面１１ａ１の一部をなす円筒状の第１領域３４と第２領域３５が形成されている。内周嵌着面１１ａ１の第１領域３４は、ボス本体１１ａの一方側（フランジ部寄り）に形成され、片持軸部１０の第１領域３１を受ける。内周嵌着面１１ａ１の第２領域３５は、第１領域３４から軸方向に間隔をあけてボス本体１１ａの他方側に形成され、片持軸部１０の第２領域３２を受ける。

ボス本体１１ａの第１領域３４および第２領域３５は、それぞれ回転軸ＡＸと同心の円筒状である。ボス本体１１ａの第１領域３４の内径は、ボス本体１１ａの第２領域３５の内径よりもわずかに小さく設定されている。ボス本体１１ａの第１領域３４と第２領域３５の内径差は、片持軸部１０の第１領域３１と第２領域３２の外径差に対応する。また、ボス本体１１ａの第１領域３４の内径は、片持軸部１０の第１領域３１に対してしまりばめとなる寸法であり、ボス本体１１ａの第２領域３５の内径は、片持軸部１０の第２領域３２に対してしまりばめとなる寸法である。

また、ボス本体１１ａの第１領域３４と第２領域３５の間には、第１領域３４と第２領域３５と比べて径方向外側にくぼんだ環状のボス側ニゲ部３６が形成されている。

回転子６にシャフト３を嵌入する場合、ボス部１１には片持軸部１０が他方側から挿入される。このとき、図５（ａ）から図５（ｂ）に示すように、片持軸部１０の第１領域３１は、ボス本体１１ａの第２領域３５、ボス側ニゲ部３６の位置を通過して第１領域３４の手前まで挿入される。ボス本体１１ａの第２領域３５およびボス側ニゲ部３６は、いずれもボス本体１１ａの第１領域３４よりも内径が大きい。そのため、片持軸部１０の第１領域３１は、ボス本体１１ａの第２領域３５およびボス側ニゲ部３６に干渉せずに第１領域３４の手前まで挿入できる。

図５（ｂ）の状態では、片持軸部１０の第１領域３１はボス本体１１ａの第１領域３４より他方側に位置し、径方向においてボス本体１１ａのボス側ニゲ部３６に対向している。片持軸部１０の第２領域３２はボス本体１１ａの第２領域３５より他方側に位置し、ボス本体１１ａには挿入されていない。なお、図５（ｂ）の状態では、ボス本体１１ａの第２領域３５は、径方向において片持軸部１０の軸側ニゲ部３３に対向している。

図５（ｂ）の状態から、ボス本体１１ａを他方側に押し進めると、片持軸部１０の第１領域３１およびボス本体１１ａの第１領域３４の嵌入と、片持軸部１０の第２領域３２およびボス本体１１ａの第２領域３５の嵌入がそれぞれほぼ同時に開始される。そして、図５（ｃ）に示すように、片持軸部１０の第１接合面１０ｂとフランジ部１１ｂの第２接合面１１ｂ１が接触するまで片持軸部１０がボス部１１に押し込まれる。

図５（ｃ）の状態では、片持軸部１０の第１領域３１とボス本体１１ａの第１領域３４がしまりばめとなり、片持軸部１０の第２領域３２とボス本体１１ａの第２領域３５がしまりばめとなる。これにより、第１実施形態と同様に、片持軸部１０の外側嵌着面１０ａとボス本体１１ａの内側嵌着面１１ａ１が嵌着されて面接触し、第１嵌着部２２が構成される。したがって、第２実施形態においても、第１嵌着部２２に関して第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、第２実施形態では、片持軸部１０の第１領域３１およびボス本体１１ａの第１領域３４の嵌入と、片持軸部１０の第２領域３２およびボス本体１１ａの第２領域３５の嵌入がほぼ同時に進行し、嵌入開始から嵌入終了までの挿入代が大幅に短くなる。例えば、第１嵌着部２２において嵌着する部分を第１領域（３１、３４）と第２領域（３２、３５）に２等分して割り当てた場合、嵌入時の挿入代は１／２に低減する。

嵌入開始から嵌入終了までの挿入代が短くなると、分解・組立に用いる治具のストロークも短くなるので、第２実施形態では、第１実施形態よりも省スペースで巻上機１の分解・組立を行うことが可能となる。また、第２実施形態では、嵌入開始から嵌入終了までの挿入代が短くなることで、巻上機１の分解・組立の時間を短縮することもできる。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態の巻上機１の正面図であり、図７は、第３実施形態の巻上機１の左側面図である。

第３実施形態は、第２嵌着部２８のピンの形状をテーパ状に形成した例である。第３実施形態では、第２嵌着部２８のピンとして、先端側が後端側よりも縮径した形状のテーパピン４０が適用される。また、片持軸部１０とフランジ部１１ｂのピン穴１５、１７は、テーパピン４０に対応するテーパ形状に形成される。

また、テーパピン４０の中央には、軸方向に沿って空気抜き穴を兼ねる貫通穴４０ａが形成され、貫通穴４０ａには締付ボルト４１が挿入される。締付ボルト４１は片持軸部１０のピン穴１５の底に形成された雌ねじ穴４２と螺合し、テーパピン４０を片持軸部１０に締め付けて固定する機能を担う。

第３実施形態でのテーパピン４０の嵌入では、フランジ部１１ｂと片持軸部１０の各ピン穴１５、１７にテーパピン４０を挿入する。その後、テーパピン４０の貫通穴４０ａに締付ボルト４１を挿入し、締付ボルト４１をピン穴１５内の雌ねじ穴４２と螺合する。これにより、テーパピン４０が締代の分までピン穴１５、１７に嵌入されて第２嵌着部２８が形成される。

第３実施形態では、以下の式（１４）、（１５）に示すように、テーパピン４０の挿入代と第２嵌着部２８の締代を精度よく定めることができる。但し、テーパピン４０の挿入代と第２嵌着部２８の締代は、テーパピン４０とピン穴１５、１７の接した瞬間をゼロとする。
テーパピン４０の挿入代＝締付ボルト４１の回転数×ねじのピッチ …式（１４）
第２嵌着部２８の締代＝テーパピン４０の挿入代×テーパ比 …式（１５）

また、第３実施形態でのテーパピン４０の挿入において、嵌入開始から嵌入終了までの挿入代は、式（１６）に示すように、第２嵌着部２８の締代をテーパ比で除した値である。
テーパピン４０の挿入代＝第２嵌着部２８の締代／テーパ比 …式（１６）

第３実施形態では、テーパピン４０とピン穴１５の接した瞬間をゼロとして、締付ボルト４１の回転でテーパピン４０の挿入量を精度よく調整できる。また、第３実施形態では、第２嵌着部２８の締代をテーパピン４０の挿入量で精度よく管理できるので、複数の第２嵌着部２８における締代のばらつきを抑制できる。

例えば、式（１５）においてテーパ比を１／５０とすると、第３実施形態での第２嵌着部２８の締代は直径でテーパピン４０の挿入量の１／５０であり、締代（半径）の精度は挿入量の１００倍となる。したがって、第３実施形態の場合、第１実施形態で円筒形のピンとピン穴の加工公差を管理する場合に比べ、締代のばらつきを小さくできることが分かる。

このように、第３実施形態では、締代に比例する嵌着摩擦力のばらつきが小さくなるので、ばらつきを考慮した第２嵌着部２８の最大側の嵌着摩擦力を小さく設計できる。以上の理由から、第３実施形態では、第１実施形態と比べて第２嵌着部２８での嵌着摩擦力を低減できる。

また、第３実施形態では、第２嵌着部２８の分解・組立のときにテーパピン４０の嵌入開始から嵌入終了までの挿入代が大幅に短くなる。そのため、第３実施形態では、第１実施形態に比べて、第２嵌着部２８の分解・組立作業が容易となり、作業時間も短縮できる。

例えば、第２嵌着部２８において、必要な締代を直径２０μｍ、テーパ比１／５０とする。この場合、式（１６）からテーパピン４０の挿入代は１ｍｍとなる。一方、第１実施形態のように円筒形のピンを適用するとピンの挿入代は数十ｍｍ以上となるので、第３実施形態では第１実施形態よりもピンの挿入代が大幅に短くなることが分かる。

＜第４実施形態＞
図８は、第４実施形態の巻上機１の正面図であり、図９は、第４実施形態の巻上機１の左側面図である。図８におけるシャフト３と回転子６の部分断面は、図９のＢ－Ｏ－Ｊ－Ｄ－Ｅ線での断面である。

第４実施形態では、フランジ部１１ｂに引抜用ねじ（不図示）を螺合する引抜用ねじ穴４３が形成される。引抜用ねじ穴４３の数は、引抜用ねじの軸力と本数の積が第１嵌着部２２の嵌着摩擦力よりも大きくなるように設定される。図９では、フランジ部１１ｂの周方向に４つの引抜用ねじ穴４３が等間隔に形成された例を示している。

第４実施形態では、シャフト３と回転子６の分解時に引抜用ねじ穴４３に引抜用ねじを螺合する。すると、引抜用ねじが片持軸部１０の第１接合面１０ｂに当接し、回転子６を片持軸部１０から引き抜く力が生じる。そして、引抜用ねじのねじ込み量に比例して回転子６が片持軸部１０から離間し、これによりシャフト３と回転子６を分解できる。第４実施形態によれば、フランジ部１１ｂに引抜用ねじをねじ込むことでシャフト３と回転子６の分解が可能になるので、引抜用治具の簡略化と分解作業の手間の削減を図ることができる。

＜実施形態の補足事項＞
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。例えば、第１実施形態から第４実施形態の構成のうちから複数の実施形態の構成を任意に組み合わせて適用してもよい。

また、上記実施形態において、第１嵌着部２２を構成する外周嵌着面１０ａおよび内周嵌着面１１ａ１を、他方側から一方側に縮径するテーパ形状に形成してもよい。

また、第２実施形態での第１嵌着部２２の嵌着面の形状は、ボス側の内周面と軸側の外周面の干渉を避けることができれば上記の形状に限定されない。例えば、片持軸部１０において、第２領域３２よりも先端側の部分を第１領域３１の外径と面一の円柱状に形成し、溝状のニゲ部を形成しなくてもよい。あるいは、ボス本体１１ａにおいて、第１領域３４よりも他方側の部分を第２領域３５の内径と面一の円筒状に形成し、溝状のニゲ部を形成しなくてもよい。なお、ボス側の内周面と軸側の外周面の干渉を避けることができれば、片持軸部１０の第１領域３１と第２領域３２の間をテーパ形状などで繋いでもよく、ボス本体１１ａの第１領域３４と第２領域３５の間をテーパ形状などで繋いでもよい。

上記実施形態では、本発明をエレベータの巻上機に適用した場合の構成例について説明した。しかしながら、本発明は、ロープを巻き上げる巻上機であれば、如何なる用途の巻上機にも適用可能である。

加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１…巻上機、２…駆動綱車、３…シャフト、６…回転子、７…固定子、１０…片持軸部、１０ａ…外周嵌着面、１０ｂ…第１接合面、１１…ボス部、１１ａ…ボス本体、１１ａ１…内周嵌着面、１１ｂ…フランジ部、１１ｂ１…第２接合面、１５，１７…ピン穴、１６，１８…ボルト穴、１９…固定ボルト、２２…第１嵌着部、２４…接合部、２６…ピン、２８…第２嵌着部、３１，３４…第１領域、３２，３５…第２領域、４０…テーパピン、４１…締付ボルト、４２…雌ねじ穴、４３…引抜用ねじ穴

Claims (6)

1. ロープの巻き取りおよび巻き戻しを行う駆動綱車と、
   前記駆動綱車の回転軸に沿って配置され、前記駆動綱車を回転させるシャフトと、
   前記シャフトの一端に取り付けられ、固定子の磁界に対する磁力により回転する回転子と、を備え、
   前記回転子は、前記シャフトとの間で第１嵌合部および複数の第２嵌合部を形成するボス部を有し、
   前記ボス部は、前記シャフトの一端が挿入される筒状本体と、前記筒状本体の内周に突出し、前記シャフトの一端側の端面に臨むフランジ部とを有し、
   前記第１嵌合部では、前記筒状本体の内周面と前記シャフトの外周面が嵌着され、
   各々の前記第２嵌合部では、前記フランジ部を挿通して前記シャフトに対して軸方向に嵌入されたピンにより、前記フランジ部および前記シャフトが前記ピンを介して嵌着される
   巻上機。
2. 前記シャフトの一端には、前記回転軸に直交する第１接合面が形成され、
   前記フランジ部には、前記回転軸に直交する第２接合面が前記第１接合面に対向して形成され、
   前記第１接合面と前記第２接合面が接触した状態で、前記フランジ部および前記シャフトがボルトで固定される接合部をさらに有する
   請求項１に記載の巻上機。
3. 前記第１嵌合部は、前記シャフトの先端側に設けられた第１領域と、前記第１領域から前記軸方向に間隔をあけて設けられた第２領域において、それぞれ前記筒状本体の内周面と前記シャフトの外周面が嵌着する
   請求項１または請求項２に記載の巻上機。
4. 前記シャフトの外径は、前記第２領域の対応部位よりも前記第１領域の対応部位の方が小さく、
   前記筒状本体の内径は、前記第２領域の対応部位よりも前記第１領域の対応部位の方が小さい
   請求項３に記載の巻上機。
5. 前記ピンは、嵌入方向の先端側が縮径するテーパ形状であり、
   前記第２嵌合部の嵌着時に、前記ピンに挿入されたボルトにより前記シャフトに前記ピンが締結される
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の巻上機。
6. 前記フランジ部は、前記回転子と前記シャフトの分解時に前記シャフトの一端を押圧する引抜用ねじを螺合可能なねじ穴を有する
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の巻上機。
   
   

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