JP4855741B2 - 巻取ドラム用の安全ブレーキ装置および安全ブレーキ研磨のための作業方法 - Google Patents

Description

本発明は、巻上装置（ホイスト機などとも呼ばれる）に用いられる巻取ドラム用の安全ブレーキ装置に関する。また本発明は、このようなブレーキ装置を研磨するための作業方法にも関する。

巻上装置は荷物を持ち上げて運搬する装置であり、一般に、荷物を吊り上げるワイヤを巻きつけるための巻取ドラムや、このドラムを回転させるためのモータを有している。荷物運搬時に何らかの機構的不具合等が生じて駆動力が失われた場合、荷物が高速度で落下する危険性がある。それを防止するため、巻上装置には安全ブレーキ装置が設置される。この装置は、落下速度が異常であることを検知したときにブレーキリングと呼ばれる部品をロックし、巻取ドラムの回転を停止させるものである。ブレーキリングは通常、巻取ドラムと一体になって回転するが、上記ロック時には巻取ドラムに対して所定分量だけ摺動するように構成されている。このため、ブレーキング動作の際にも巻上装置や荷物に衝撃が加わるのを防ぐことができる。

この種の安全ブレーキ装置は公知であり、例えば、ケーブルウィンチ、スライディングドアの駆動システムなどのための二次ブレーキ装置として用いられる。通常の一次ブレーキ装置はモータ軸に設置されることが多いが、そのようなモータブレーキとは独立して動作するブレーキが必要である場合に二次ブレーキ装置が用いられる。安全ブレーキ装置を用いれば、吊上げ駆動に異常が発生した場合、例えばギアボックスのギアが破損した場合などにおいて、荷物の落下を防いだり、予期せぬ降下を比較的短い降下距離で留めたりする事ができる。

上述したような安全ブレーキ装置の一例が、下記の特許文献１および２に記載されている。

ドイツ特許ＤＥ３１３７５２３Ｃ２号公報 ドイツ特許ＤＥ１９６３３８３６Ｃ１号公報

特許文献１は、巻上装置のための安全ブレーキ装置を開示している。同装置によれば、荷物の落下速度が過大になったときに急停止することなく巻取ドラムをブレーキングすることができる。その実現のため、巻取ドラムの一端の周辺部領域に円筒状のブレーキ面を設け、それをブレーキリングが囲む構成をとっている。ブレーキリングは個々のセグメントからなり、その内周にはブレーキライニング（ドラムに接触する部材）が設置され、ブレーキ面に押し付ける接触圧力も調整可能である。巻上装置の動作中、ブレーキリングはブレーキライニングとドラムとの間の摩擦力によって、巻取ドラムと共に回転する。ブレーキリングの外周はラチェットになっており、その歯が、安全装置のフレームに設置された別動作する爪とかみ合う構成をとっている。巻上装置に不具合が起こったとき、ブレーキリングは上記爪によって即座にロックされる。ブレーキリングに設置されたブレーキライニングはブレーキ面とは摩擦接触しているため、爪が突然ブレーキリングをロックしたときは、まずブレーキリングのブレーキライニングがブレーキ面を幾分か滑り、そののち巻取ドラムが停止する。このような構成において巻取ドラムを静かにブレーキングするためには、ブレーキライニングとブレーキ面との接触圧力を適切に調整しておく必要がある。

特許文献２が開示する構成においては、巻取ドラムは変速装置の出力軸に接続されており、安全ブレーキ装置は、この出力軸に対して設けられている。具体的には、上記出力軸には、ブレーキシューが所定の押圧力を以って接触するブレーキ面として機能するネック部が形成されている。また、上記ブレーキシューが固定されたブレーキリングを停止させるためにロック手段が設けられている。ロック手段は、支持フレームに対して直接あるいは間接的に固定されている。

特許文献１に記載された安全ブレーキ装置においては、巻取ドラムのブレーキ動作時に必要なブレーキトルクを得るための作業として、一般的には過負荷をかけてブレーキライニングを研磨することが行われる。この研磨を行うためには負荷運転の動作条件を実現する必要があり、そのためにまず巻上装置を完全に組み立てる必要がある。その後、負荷をかけながら幾度もブレーキング工程を実行し、加えて、各工程のあとで巻取ドラムのドラムチューブを周囲温度にまで冷却しなければならない。かくして実際の研磨工程は多大な時間を要することとなる。何度も繰り返しこのような工程を経るため、巻上装置の生産フローは著しく停滞し、巻上装置が最終組立段階に入るまでの所要時間は、二次的な安全ブレーキ装置を持たない巻上装置の組立と比較して大幅に長くなる。

これに対して、特許文献２に記載された構成によれば、安全ブレーキ装置のブレーキシューが摺動接触するブレーキ面は、ギアボックスの出力軸に直接形成される。このため、当該安全ブレーキ装置は、ギアボックスに設置することができ、ブレーキトルクを調節するに際して巻上装置を巻取ドラム装着済みの完成形にする必要はない。

特許文献２の方法は、特許文献１に記載された方法よりも改良されてはいるが、安全ブレーキの研磨時にギアボックスが必要になるという欠点がある。加えて、この研磨作業は通常よりも大きな負荷のもとで行う必要がある。なぜなら、研磨に必要なブレーキトルクは、ギアボックスの負荷トルクよりもはるかに大きいからである。さらなる欠点として、ギアボックスの出力軸が単品構成であるため、巻取ドラムを支持するためには端面の直径をかなり大きくせざるを得ない点が挙げられる。ギアボックスの出力軸は高強度な材質で作ることが必要となるため、この方法ではコストが非常に高くなってしまう。

かかる事情に鑑み、本発明は、研磨工程およびブレーキトルク調整工程を他の製造工程から分離し、巻上装置の組立完成に先んじて行うことにより、部材費やコストの削減が可能となるような構成を持つ、一般的な安全ブレーキ装置を提供することを課題とする。

この課題を解決するため、本発明は、ギアボックスの出力軸や巻取ドラムと同心配置され、かつ取り外しも可能な硬質カップリングを設け、その外周にブレーキ面を構成することを提案する。本発明によるブレーキ面は、前述の従来技術とは異なり、出力軸や巻取ドラムから構造的に完全に分離した部材上に形成される。このため、巻取ドラムや出力軸といった構成部品の有無に関係なく、最終組立に先んじて、研磨工程を実行することができる。したがって、ギアボックスに余分な負荷がかかることもない。調整・検査工程によって製造フロー・組立工程を停滞させることもない。また、先行技術の駆動軸が高価であるのに対し、本発明のカップリングは経済的に製造できる。

本発明の安全ブレーキ装置は、基本構造に利があるため、ブレーキリングの研磨作業の工程が非常に有利なものになる。すなわち、カップリングの研磨・検査を、製品本体ではなく専用シミュレート装置にて実施することができるため、必要な摩擦トルクを調整する際に、巻上装置の組立が完了している必要がないのである。

本発明の第１の側面によれば、カップリング形状は少なくともブレーキ面の領域では円筒であり、一箇所では同心のハブを介してギアボックスの出力軸に接続し、他の箇所ではブレーキ面付近にある巻取ドラム外周に接続している。カップリングは、ギアボックスと巻取ドラムの間に設置される単純構造の部品に過ぎないため、ギアボックスの変速比や巻取ドラムの設計の違いによってカップリングの作成・設置方法を変える必要がない。また、カップリングの研磨や調整は専用の装置によってコストをかけずに実施できるうえに、経済的にメリットのあるロット規模で、巻上装置全体の受注量とも関係なく実施できる。この手法で作成されたカップリングは、巻上装置の他の部品とは独立して、生産し、保管し、出荷することができる。

本発明によれば、ハブとギアボックス出力軸の間の接続は、対応する回転伝達手段によって実現してもよい。このため、駆動トルクの伝達機能を持つカップリングを出力軸へ取り付ける工程は、カップリングを巻上装置に組み込むことなしに実施できる。すなわち、カップリング上のブレーキ面を研磨し、ブレーキトルクが適正になるように調整した後でカップリングを出力軸に取り付けることができる。

好ましくは、回転伝達手段はキー又はスプライン連結手段とされる。軸とハブをそのような手段で連結すると、トルクが双方向に非常によく伝達される。

巻取ドラムはカップリングの外周によって保持するようにしてもよい。カップリングを中央にそろえて安定的に支持するため、ハブにおける回転伝達手段の近傍領域に設けたセンタリング部が出力軸に対して支持されるようにすることも可能である。ハブのセンタリング部の支持は、出力軸に形成された隆起状のカラー（段部）の箇所で行うようにしてもよい。これにより、カップリングの回転軸が確かになるだけでなく、カップリングおよび巻取ドラムの重量を安定して支持することができるようになる。

好ましくは、カップリング形状は壺形とし、半径方向に間隔をあけてギアボックス出力軸を取り囲む形状を有している。同時に、出力軸は、巻取ドラムの中まで延びており、当該軸に支持されるハブのセンタリング部は少なくとも巻取ドラムの中に配置している。

好ましくは、ブレーキリングは、カップリング上における巻取ドラムから離れた外周領域に配置され、安全ブレーキ装置の筐体などに固定されたロック装置によってロックされる。ロック装置は任意の構成をとりうるが、好ましくは、所定の爪部材が、ブレーキリングの外周に歯を持つラチェットと係合する構成とされる。

巻取ドラムを本発明のカップリング上に固定するために、巻取ドラムとカップリングは互いに対向配置された開口あるいは凹部を有し、そこに連結部材を挿入して両者を結合する。

本発明によれば、安全ブレーキ装置の位置決めおよび研磨をカップリングという分離構造体に対して行うので、巻上装置の製造フローや組立が滞らないという利点がある。また、ブレーキ面が巻取ドラムからも変速装置の出力軸からも構造的に分離して設けられているので、当該ブレーキ面を有するカップリングを、様々なブレーキ装置において汎用的に利用することが可能となる。さらには、巻上装置ならびに巻取ドラムの特定の動作条件に応じ、カップリングの駆動端および出力端の双方を個別に調整することができる。同カップリングは、ブレーキ装置とともに在庫としてストックすることができる。

以下、本発明の実施の形態につき、添付の図を参照しつつ具体的に説明する。

図１は本発明に係る安全ブレーキ装置を備えた巻上装置の概略図である。巻上装置は、２つのフレーム部材１、２と、それらを互いに接続する連結棒５，６，７（図１では連結棒７のみを示す）とを含む。フレーム部材１、２が支持している巻取ドラム８は、ワイヤケーブル９を介して荷物を上下に移動できる。巻取ドラム８を回転させるためのモータ４は、ギアボックス３の入力軸（図示せず）を駆動する。ギアボックス３はフレーム部材２に設置されている。ギアボックス３と巻取ドラム８の間あるブレーキ装置１１は、２本の連結棒５、６に支持されているため、固定のフレーム部材２と間接的につながっている。

ブレーキ装置１１は、ブレーキリング１２を有しており、当該リングに設置されたブレーキライニング２４は、ブレーキ面２３に対して押し付けることができる。さらにブレーキ装置１１はブレーキリング１２をロックする装置を有している。これについて、図２を参照しつつ以下に説明する。

図２は図１に記載された巻上装置を示す、Ａ−Ｂ線に沿った断面図であり、ブレーキ装置の機構の詳細を示している。巻取ドラム８は、ドラムチューブ８ａを有しており、ドラムチューブ８ａの近傍には、ブレーキリング１２が設けられている。ブレーキリング１２の外周には複数の歯が均等配置されたラチェット１３が設けられている。これらの歯が、ロック装置としての爪１４と係合することにより、ブレーキリング１２がフレーム部材２に対して固定される。同図では爪１４は係合位置にあり、爪の先端１４ａはブレーキリング１２のラチェット１３の歯のうちの一つをロックし、それによって巻取ドラム８の回転を防いでいる。

図２から理解されるとおり、爪１４は２つの支持板１７の内側にあるボルト１６上で揺動するように取り付けられている。支持板１７は連結棒５、６に対して固定されている。巻上装置の動作中には、爪１４はバネの張力によって所定の位置に保持され、爪の先端１４ａがブレーキリング１２の包絡線の円周より外側に位置することとなる。この状態は、巻取ドラム８の回転が最大許容速度を超えない限り維持される。不具合発生時には、爪の先端１４ａがラチェット１３との係合位置へ移動させられる。この移動を実現するために、爪１４はダブルアームのレバー形状とし、先端１４ａとは逆側の端部に設置したローラ１４ｂがカムディスク（図示せず）に沿って回転移動する構成としている。ギアボックスに不具合が発生した場合、あるいは、巻取ドラム８の回転速度が許容値を超えるほど大幅に上昇して荷物が異常落下するおそれがある場合には、上記カムディスクにより、ローラ１４ｂが上方に押し上げられ、爪１４がボルト１６まわりに揺動する。その結果、爪の先端１４ａがラチェット１３の一の歯と係合して、ブレーキリング１２は即座にロックされる。この工程は、ブレーキ装置１１の機能や構成とともに、ドイツ特許第ＤＥ３１３７５２３Ｃ２号公報に詳細に記載されている。

爪１４がラチェット１３の歯と瞬時に係合してブレーキリング１３が遅延なくロックされた場合、巻上装置および荷物の一方もしくは両方が損傷を受けるおそれがある。これを防止するためには、巻取ドラム８にブレーキをかけて、荷物に衝撃が加わらないようにする工夫が必要となる。そのために、上述のブレーキリング１２がギアボックス３や巻取ドラム８に対し、所定の摩擦力を以って固定される構成を採用している（図３）。

穏やかに、しかし可能な限りすばやく巻取ドラムにブレーキをかけるには、ブレーキリング１２に設けられたブレーキライニング２４を、ブレーキ面２３に対し適切な接触圧力（ブレーキ力）で押し付けておくことにより、荷物が短距離落下した時点で巻取ドラムが停止に至るようなブレーキ遅延を確保しなければならない。そのためには既に述べたように、巻上装置を設置する前の段階で、ブレーキ面２３との関連においてブレーキリング１２を正確に研磨し、かつその仕上がり状態を検査するという作業を行う必要がある。

本発明においては、ギアボックス３と巻取ドラム８の間に硬質のカップリング１０が設けられる。これについて、以下、図３を参照しつつ説明する。

図３は巻上装置の部分拡大図であり、その一部を断面で示している。昇降用のギアボックス３はフレーム部材２の中に設置されている。同図では、ギアボックス３の部品のうち、出力軸２１のみが明示されている。出力軸２１には、硬質のカップリング１０が設けられている。カップリング１０は、ハブ１５を介して出力軸２１に固定されており、ハブ１５には回転伝達キー１０ａ（スプライン）が形成されている。ギアボックス３の出力軸２１がモータ４（図１参照）によって回転させられると、回転伝達キー１０ａによってカップリング１０も回転する。

符号１０ｂは、回転伝達キー１０ａの側方において出力軸２１に接するように形成されたセンタリング部を示す。このような構成により、カップリング１０におけるハブ１５の内周拡張領域が出力軸２１によって支持され、その結果、カップリング１０が当該出力軸に安定的に位置決めされることとなる。カップリング１０の外周部２０は、釣鐘形（壺形）になっており、出力軸２１を同心で包み込んでギアボックス３の方向に伸びた形状をなしている。同様に、外周部２０上に形成されるブレーキ面２３もまた、出力軸２１と同心となるように配置されており、さらにそれを取り囲むブレーキリング１２も同心配置されている。ブレーキリング１２の内周に設置されたブレーキライニング２４は、調整可能な接触圧力でブレーキ面２３に押し付けることができる。塵や湿気がブレーキ面２３とブレーキライニング２４の間に入りこまないようにするため、ガスケット１９が設置されている。図３に示すように、ガスケット１９は、ブレーキ面２３の両側の位置において、ブレーキリング１２とカップリング１０との間に設けられており、これらの間の隙間を封止している。

外周部２０におけるギアボックス３から離れた領域には、巻取ドラム８のドラムチューブ８ａが固定されている。ドラムチューブ８ａもやはり、出力軸２１と同心となるように配置されている。ドラムチューブ８ａおよびカップリング１０には、互いの対向位置に開口１８が設けられており、そこに連結部材２２が挿入される。これにより、カップリング１０および巻取ドラム８が相互に固定される。

カップリング１０は、（回転伝達キー１０ａを介して）出力軸２１と着脱可能に連結されており、また（連結部材２２を介して）巻取ドラム８とも着脱可能に連結されている。このため、カップリング１０を出力軸２１から取り外し、さらにこのカップリング１０から巻取ドラム８を取り外すことが可能である。

本発明のブレーキ面２３は従来技術とは異なり、巻取ドラム８上に形成されているのではなく、また、ギアボックス３を構成する固定部材上に形成されているのでもない。すなわち、本発明においては、当該ブレーキ面は、カップリング１０上に設けられており、このカップリング１０は、巻取ドラム８および（ギアボックス３を構成する）上記固定部材の双方から切り離すことができる個別の構成部品である。このような構成によれば、ブレーキリング１２を所定の箇所に設置するだけで（すなわち巻上装置を完全に組み立てなくとも）、ブレーキリング１２の研磨を行うことができる。具体的には、たとえば、以下のようにして当該研磨を行うことができる。まず、カップリング１０を研磨専用治具の回転軸に取り付ける。この回転軸（スプライン軸）には、所定のキー溝（たとえば４つ）が形成されており、カップリングの取り付けの際には、ハブ１５に設けられた回転伝達キー１０ａが当該キー溝に嵌め込まれる。上記研磨専用治具は、巻上装置が不具合を起こした際の状況をシミュレートできるように構成されており、たとえば、上記スプライン軸を所定の回転速度および所定のトルクで駆動することができる。このような方法によれば、巻上装置の組立を遅滞させることなく、また、試運転時の過負荷によってギアボックスを損傷したりすることなく、ブレーキリング１２の調整作業を行うことができる。こうして、カップリング１０のブレーキ面２３に対し、ブレーキリング１２が最適の接触圧力を以って当接するようになった段階で、ブレーキリング１２とともにカップリング１０を巻上装置に取り付ければよい。このように、カップリング１０は、直接、使用可能な製品の出力軸２１および巻取ドラム８に連結してもよいし、あるいは、必要となるまで倉庫の中で保管してもよい。

本発明に基づく巻上装置の全体を示す概略図である。 同巻上装置の図１におけるＡ−Ｂ線断面図である。 本発明カップリング構造を示す拡大部分断面図である。

符号の説明

１，２ フレーム部材
３ ギアボックス
４ モータ
５，６，７ 連結棒
８ 巻取ドラム
８ａ ドラムチューブ
９ ワイヤケーブル
１０ カップリング
１０ａ 回転伝達キー
１０ｂ センタリング部
１１ ブレーキ装置
１２ ブレーキリング
１３ ラチェット
１４ 爪
１４ａ 爪の先端
１４ｂ ローラ
１５ ハブ
１６ ボルト
１７ 支持板
１８ 開口
１９ ガスケット
２０ 外周部
２１ 出力軸
２２ 連結部材
２３ ブレーキ面
２４ ブレーキライニング

Claims (9)

1. 巻上装置における駆動可能な巻取ドラムのための安全ブレーキ装置であって、上記巻取ドラムは、荷物の降下速度が過剰な場合、上記巻取ドラムと同心状で回転し且つ当該ドラムに対して摩擦力をもって固定されたブレーキリングをロックすることで衝撃なしで停止させられ、上記ブレーキリングが上記巻上装置に設けられた円筒状ブレーキ面に当接する構成であって、
   上記ブレーキ面が、硬質のカップリングの外周部に設けられており、上記カップリングは、ギアボックスの出力軸および上記巻取ドラムを同心状に相互に連結し、これら出力軸および巻取ドラムは、上記カップリングに対して着脱可能に連結されている、安全ブレーキ装置。
2. 上記カップリングは、少なくとも上記ブレーキ面の領域において円筒状に形成されており、また上記カップリングは、その第１端に設けられた円筒状ハブを介して上記ギアボックスの上記出力軸に連結されているとともに、その第２端における上記ブレーキ面近傍の外周部において上記巻取ドラムに連結されている、請求項１に記載の安全ブレーキ装置。
3. 上記ハブと上記ギアボックスの出力軸とは、回転伝達手段を介して相互に連結されている、請求項２に記載の安全ブレーキ装置。
4. 上記回転伝達手段は、キー又はスプライン連結手段である、請求項３に記載の安全ブレーキ装置。
5. 上記ハブにおける上記回転伝達手段の隣接領域には、上記出力軸によって支持されるセンタリング部が設けられている、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の安全ブレーキ装置。
6. 上記カップリングは、半径方向に離間した状態で上記出力軸を取り囲む釣鐘状であり、さらに上記カップリングは、上記巻上ドラムの内部に延びる上記出力軸に対して当接した上記センタリング部を少なくとも取り囲んでいる、請求項１乃至５のいずれか１つに記載の安全ブレーキ装置。
7. 上記ブレーキリングは、上記巻取ドラムから離間した位置において、上記カップリングの外周面上に設けられており、さらに上記ブレーキリングは、フレーム部に設けられたロック装置によってロックされるように構成されている、請求項１乃至６のいずれか１つに記載の安全ブレーキ装置。
8. 相互に対向する開口が上記巻取ドラムおよび上記カップリングの周壁に設けられており、これら開口に連結部材を挿入することで上記巻取ドラムおよび上記カップリングが相互に連結される、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の安全ブレーキ装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１つに記載された安全ブレーキ装置のブレーキリングを研磨するための作業方法であって、上記安全ブレーキ装置を組み立てる前の段階において、上記ギアボックスの上記出力軸をシミュレートする治具を用いることにより、この治具に取り付けた状態で上記カップリングとともに上記ブレーキリングを研磨し、且つ検査を行うことによって所望の摩擦モーメントを得ることを特徴とする、作業方法。

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