JP7220639B2 - ブレーキ制動力調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーキ制動力調整方法に関する。

従来、クレーン装置として、例えば特許文献１に示されるような、ワイヤロープに掛かる荷重変動を低減することで、掛かる荷重変動によるワイヤロープの衝撃応力を低減するワイヤロープ荷重変動低減装置を備えたものが知られている。

特許文献１には、一端に重量物を吊り下げたワイヤロープを巻上装置によってシーブを介して巻き取ることにより重量物を吊り上げるように構成され、ワイヤロープから伝達されるシーブの軸受荷重の作用によって油圧を発生する油圧装置と、油圧装置に接続されて油圧の変動を減衰させる油圧変動吸収装置とを備え、油圧装置によりワイヤロープの荷重変動を油圧変動に変換し、油圧変動吸収装置により油圧変動を吸収することによりワイヤロープの荷重変動を減衰させるように構成されたワイヤロープ荷重変動低減装置を備えたクレーンについて記載されている。

特開２００５－１７０６６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような従来のクレーン装置では、重量物を吊り上げる際に生じるワイヤロープの荷重変動を低減することは可能であるが、入力される地震レベルが大きい場合に対応したものではない。すなわち、従来のクレーン装置では、例えば吊荷を吊り上げて停止した状態において、入力地震レベルが大きくなると、吊荷が飛び跳ねるようにして浮き上がり、さらにワイヤロープが弛んでから落下するときにワイヤロープが突っ張った状態となってワイヤロープに大きな衝撃張力が発生する。このような落下時の大きな衝撃張力は、ワイヤロープの許容荷重を超えてしまい、ワイヤロープの切断や損傷が生じ得るおそれがあった。
そのため、ワイヤロープの切断や損傷に対応するためには、ワイヤロープの許容荷重を大きくしたものを採用する必要があることから、コストが増大するという問題があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ワイヤロープに許容荷重以上の張力が作用しない構成とすることで、ワイヤロープの切断や損傷を抑制し、かつワイヤロープにかかるコストの増大を抑えるこができるクレーン装置およびブレーキ制動力調整方法を提供することを目的とする。

本発明の他の一態様に係るブレーキ制動力調整方法は、一端に重量物を吊り下げたワイヤロープを巻上げる電磁ブレーキ付きのモータのモータ軸に支持されるアーマチュアと、該アーマチュアに接触してブレーキ制動力を発生させるディスクと、を備えたブレーキ制動部を有するクレーン装置を用いたブレーキ制動力調整方法であって、前記アーマチュアを前記ディスクと離反する方向に吸引するブレーキ電磁マグネットの吸引力を半分作用させ、前記ブレーキ制動力を半分有効な状態で前記ブレーキ制動部で前記ワイヤロープを滑らせる工程と、前記ブレーキ制動部において前記ワイヤロープの滑りがなくなったときに前記アーマチュアの吸引力を大きくして前記ブレーキ制動力を小さくする工程と、を有することを特徴としている。

上記態様に係るブレーキ制動力調整方法によれば、ブレーキ電磁マグネットの吸引力が半分作用した状態とすることで、ブレーキ制動力も半分となり、モータにより意図的にワイヤロープのブレーキを滑らせた状態とすることができる。このときの吸引力は、電磁石に流れる電流値に比例するため、電流を半分にすることで容易に制御することができる。
そして、ブレーキ制動部においてワイヤロープの滑りがなくなった場合には、ブレーキ制動力が大き過ぎることから、ブレーキ制動力を小さくすることで、ワイヤロープが滑るようにブレーキを調整する。ブレーキ制動力を小さくする具体的な調整方法としては、アーマチュアをディスクに押し付ける弾性力を変化させる。例えば弾性変形方向にばね力調整ねじを付けておこくことで、簡単にブレーキ制動力を調整することができ、ワイヤロープの切断や損傷を抑制し、かつワイヤロープにかかるコストの増大を抑えるこができる。

本発明のブレーキ制動力調整方法によれば、ワイヤロープに許容荷重以上の張力が作用しない構成とすることで、ワイヤロープの切断や損傷を抑制し、かつワイヤロープにかかるコストの増大を抑えることができる。

本発明の実施形態によるクレーン装置の概略構成を示した側面図である。 図１に示すクレーン装置に設けられるモータの制動構造を模式的に示す図であって、（ａ）はブレーキ開放時の状態を示す図、（ｂ）はブレーキ作動時の状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態によるクレーン装置およびブレーキ制動力調整方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

図１に示すように、本実施形態によるクレーン装置１は、例えば工場等で重量物である吊荷Ｍを吊り上げるために天井付近に設けられる天井クレーンに適用したものである。具体的にクレーン装置１は、建屋の天井付近に固定された天井スラブや梁材に設けられる走行レール（図示省略）上を移動する板状の基台１１を備えている。

クレーン装置１は、ブレーキ制動部２を備えてワイヤロープ３を繰り出し可能な巻取り装置４と、巻取り装置４のワイヤロープ３が巻き回される複数（ここでは２つ）の滑車５Ａ、５Ｂと、ワイヤロープ３の繰り出し方向（ワイヤロープ繰出し方向Ｅ１）で最も下流に位置する滑車（ここでは第２滑車５Ｂ）からのワイヤロープ３の落下方向への変位を自動的に復元するワイヤロープ復元装置６と、を備えている。
ここで、ワイヤロープ繰出し方向Ｅ１に対して、巻取り装置４でワイヤロープ３が巻き取られる方向をワイヤロープ巻取り方向Ｅ２という。

２つの滑車５Ａ、５Ｂのうち、ワイヤロープ繰出し方向Ｅ１の順で第１滑車５Ａ、第２滑車５Ｂとする。第１滑車５Ａは、ブラケット５１を介して基台１１の下面１１ｂに回転自在に固定されている。第２滑車５Ｂは、基台１１の上方において基台１１上に固定される支持枠体５２に対してワイヤロープ復元装置６を介して回転自在に固定されている。

支持枠体５２は、基台１１の上面１１ａに立設され互いに間隔をあけて配置された一対の柱５３、５３と、これら柱５３、５３の上端同士を連結する梁材５４と、を門型に枠組みして構成されている。梁材５４の下面には、ワイヤロープ復元装置６が固定され、このワイヤロープ復元装置６の下端に第２滑車５Ｂが固定されている。

ワイヤロープ復元装置６は、ワイヤロープ３に許容荷重を超える張力が作用する場合において、ワイヤロープ３が吊荷Ｍとともに落下方向に変位することを許容する。つまり、吊荷は落下方向に変位するが、ワイヤロープ復元装置６によって自動的に復元することができ、かつ上記の許容荷重を超えない通常時にはワイヤロープ３が変位しないようにばね（後述するばね部材６４）に初期張力を設定した構成となっている。
ワイヤロープ復元装置６では、ワイヤロープ３を案内する第２滑車５Ｂ位置が変化するように構成され、第２滑車５Ｂを動かすため、第２滑車５Ｂの移動量の２倍の変位がワイヤロープ３の下端（ワイヤロープ先端部３ａ）に生じることになる。

ワイヤロープ復元装置６は、収容ケース６１と、収容ケース６１内で上下方向Ｙに摺動可能な摺動板６２と、摺動板６２の下面６２ａから下方に延びて収容ケース６１の下壁６１Ａを貫通する連結ロッド６３と、下壁６１Ａと摺動板６２との間に配置され摺動板６２を上向きに付勢するばね部材６４と、を備えている。

収容ケース６１は、下壁６１Ａと、下壁６１Ａの外周全周に設けられる側壁６１Ｂと、を有する有底筒状に形成されている。側壁６１Ｂの上端は、ボルト締結や溶着等の適宜な固定手段により支持枠体５２の梁材５４の下面に固定されている。収容ケース６１の下壁６１Ａの中央には、厚さ方向に貫通する貫通孔６３ａが形成され、この貫通孔６３ａには連結ロッド６３が挿通可能となっている。収容ケース６１は、摺動板６２やばね部材６４を収容している。

摺動板６２は、収容ケース６１内において、収容ケース６１の下壁６１Ａとの間でばね部材６４を上下方向Ｙに挟み込むとともに、側壁６１Ｂの内周面に沿って上下方向Ｙに移動可能に設けられている。摺動板６２の下面６２ａには、ばね部材６４の上端が当接している。摺動板６２は、ばね部材６４の伸縮に伴って上下方向Ｙに摺動する。

連結ロッド６３は、上下方向Ｙに延びる棒状に形成され、摺動板６２の下面６２ａから下方に延びて収容ケース６１の下壁６１Ａの貫通孔６１ａを貫通し、さらに下壁６１Ａよりも下方に延び、ばね部材６４を伸縮させるように摺動板６２とともに収容ケース６１に対して上下方向に直線移動する。連結ロッド６３の下端６３ａには、第２滑車５Ｂの回転軸５ａが連結されている。第２滑車５Ｂは、連結ロッド６３の下端６３ａに対して回転可能に連結され、連結ロッド６３とともに上下方向Ｙに移動可能に設けられている。

ばね部材６４は、例えば弾性的に伸縮変形可能なコイルばね等が採用される。ばね部材６４は、収容ケース６１とばね部材６４が同軸となるように収容ケース６１内に収容され、収容ケース６１内において上下方向Ｙに弾性的に伸縮変形可能となっている。ばね部材６４のばね定数は、ばね復元力によるワイヤロープ３の張力増加分を考慮して設定されている。

設定された許容荷重に達しない通常時には、ばね部材６４が圧縮変形していない初期状態（ばね部材６４が伸びきった状態）で摺動板６２には連結ロッド６３を介して下向きの荷重が作用していない。摺動板６２に前記許容荷重を超える下向き荷重が作用すると、ばね部材６４が圧縮変形することになり、ばね部材６４の付勢力に抗して摺動板６２が下方に移動する。そして、前記許容荷重を超える下向き荷重が小さくなるに伴って、ばね部材６４の復元力（ばね部材６４が元の形状に戻ろうとする力）が作用して下方に移動した摺動板６２が元の位置に戻る。

このようなワイヤロープ復元装置６を設ける場合には、ばね部材６４により初期位置に復元することができるため、地震後の調整作業が必要ない。

巻取り装置４は、基台１１上に設けられている。巻取り装置４は、前述したブレーキ制動部２が装備された電磁ブレーキ付きのモータ４０と、モータ４０を支持するモータ支持部４１と、モータ４０の回転軸に同軸に支持された巻取りドラム４２と、を備えている。
巻取りドラム４２から繰り出されたワイヤロープ３は、第１滑車５Ａと第２滑車５Ｂとに巻き回されたワイヤロープ先端部３ａにおいて、不図示の吊り治具（フック）等によって吊荷Ｍが吊り下げられる。

モータ支持部４１は、基台１１上に固定され、モータ４０を下方から支持している。
モータ４０は、上述したように電磁ブレーキ付きの構造であって、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、回転中心に設けられるモータ軸４３と、モータ軸４３に回りに回転可能に支持されコイル４５（ブレーキ電磁マグネット）を備えたヨーク４４と、を備えている。

ブレーキ制動部２は、アーマチュア２１、ディスク２２、プレート２３がモータ軸４３の方向（以下、軸線Ｏという）でヨーク４４から離れる方向に向かう順で設けられている。さらに、ブレーキ制動部２として、ヨーク４４には、押付けばね２４と、ばね力調整ねじ２５（ばね力調整部材）（図２（ｃ）参照）と、が設けられている。

ブレーキ制動部２においては、モータ４０のモータ駆動力以上（ここでは、モータ駆動力の１．５倍以上）、かつワイヤロープ３のワイヤロープ許容荷重以下のブレーキ制動力となるように設定されている。
つまり、ブレーキ制動部２におけるブレーキ制動力として、運用上許容されるワイヤロープ荷重より小さく設定するとともに、法令上定められた制動力（モータ駆動力の１．５倍以上）は遵守するように設定している。

アーマチュア２１は、コイル４５との間での電流のオンオフによりディスク２２に対して軸線Ｏの方向に近接離反する。アーマチュア２１は、ヨーク４４の軸線Ｏに直交する側面４４ａに対向し、ヨーク４４とディスク２２との間の位置に配置されている。
ディスク２２は、アーマチュア２１とプレート２３との間に配置され、モータ軸４３に沿って移動可能に支持にされている。
プレート２３は、円板状に形成され、その中心がモータ軸４３の先端部４３ａに設けられている。

このように構成されるブレーキ制動部２では、図２（ｂ）に示すように、平常時でモータ４０のブレーキ電源がオフのときには、アーマチュア２１は、ヨーク４４との間に磁気回路が形成されずにヨーク４４に吸引されない状態となる。そのため、押付けばね２４の伸びる方向の弾性変形によって、アーマチュア２１は、ヨーク４４から離反するとともに、ディスク２２に近接する方向に移動する。これによりアーマチュア２１がディスク２２に当接するとともにさらにディスク２２をプレート２３側に向けて押し込む。これによりディスク２２がアーマチュア２１とプレート２３に挟持されて互いに摩擦力が生じ、ブレーキ制動力（ブレーキトルク）が発生して所定の制動力が作用する。

モータ４０のブレーキ電源がオンになると、図２（ａ）に示すように、アーマチュア２１は、ヨーク４４との間に磁気回路が形成され、ヨーク４４に吸引される。このとき、アーマチュア２１は、ヨーク４４側への吸引力により押付けばね２４の付勢力に抗してヨーク４４に近接する方向に移動する。これによりディスク２２がアーマチュア２１から離反して、開放された状態、あるいは弱く接触した状態となり、ブレーキ制動力が発生しない、又はブレーキ制動力が小さくなる構成となっている。

例えば、ワイヤロープ許容荷重を８ｔ、モータ４０の駆動力を５ｔとしたときに、ブレーキ制動力は７．５ｔに設定される。この場合、地震時の吊荷浮き上がり後の落下衝撃により、ブレーキ制動部２のブレーキが７．５ｔで滑り、ワイヤロープ３に作用する荷重も７．５ｔとなる。つまり、７．５ｔ以上の荷重が作用するとワイヤロープ３が繰り出されるため、ワイヤロープ３に許容値以上の張力が作用することがない。

次に、上述した構成のブレーキ制動部２によるブレーキ制動力調整方法について説明する。
ブレーキ制動力調整方法としては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、先ず、アーマチュア２１をディスク２２と離反する方向に吸引するコイル４５の吸引力を半分作用させ、ブレーキ制動力を半分有効な状態でブレーキ制動部２でワイヤロープ３を滑らせる。例えば、制動力７．５ｔのブレーキの場合には、その半分の３．７５ｔの制動力となる。この制動力の初期値は、把握できているものとする。なお、通常の力で、コイル４５の吸引力を作用させると、アーマチュア２１がヨーク４４側に吸引されディスク２２との間に隙間ができ、ブレーキが開放されるが、前記吸引力が半分となるため、ブレーキが弱く作用する状態となる。つまり、ブレーキ制動力が半分有効な状態で、モータ４０で意図的にブレーキを滑らせることができる。例えば、ブレーキ制動力が３．７５ｔのため、能力５ｔのモータ４０によりブレーキを滑らせることが可能である。なお、この場合、一時的に法令上定められた制動力（モータ駆動力の１．５倍以上）を順守していない状態となるが、実際には荷を吊った状態ではないことからより安全に調整作業を行うことができる。

次に、ブレーキ制動部においてワイヤロープ３の滑りがなくなったときにアーマチュア２１の吸引力を小さくしてブレーキ制動力を小さくする。例えばブレーキ制動力が８．５ｔの場合には、地震時の吊荷落下時にワイヤロープ３に過大な張力８．５ｔが作用するため、ブレーキ制動力を例えば初期値の７．５ｔとなるように戻すように小さくし、ブレーキ制動力３．７５ｔで滑るようにブレーキを調整する。
なお、ブレーキ制動部２のブレーキ制動力は、定期的にモータ４０で意図的に滑らせることで実測・調整を行うことにより、設定値を精度よく設定できる。

次に、ブレーキ制動部２によるブレーキ制動力の調整方法としては、上述したようにコイル４５の電圧を調整してアーマチュア２１の吸引力を変化させる方法の他の調整方法として、図２（ｃ）に示すようにばね力調整ねじ２５を使用してばね押付け力を変化させる方法がある。

つまり、図２（ｃ）に示すように、ばね力調整ねじ２５は、ヨーク４４のアーマチュア２１が設けられる一側面とは反対側の他側面４４ｂに設けられ、押付けばね２４の一方の第１端部２４ａに同軸に設けられている。ばね力調整ねじ２５は、図２（ｂ）に示すように、ヨーク４４の他側面４４ｂに設けられた雌ねじ孔４４ｃに螺合され、そのねじ先端２５ａが初期位置Ｐ１に設けられる押付けばね２４の第１端部２４ａに当接している。

そして、図２（ｃ）に示すように、ばね力調整ねじ２５を締め付けることで、押付けばね２４の位置を初期位置Ｐ１から押込み位置Ｐ２にディスク２２側に向けて押し込むことができる。このようにばね力調整ねじ２５を使用して押付けばね２４の位置を調整できるので、アーマチュア２１に対する弾性力が調整される。これにより、アーマチュア２１の吸引力を変化させることができ、ブレーキ制動力を調整することができる。

次に、上述したクレーン装置１の作用について、図面に基づいて具体的に説明する。
本実施形態によるクレーン装置１では、図１に示すように、地震時にワイヤロープ３で吊られた吊荷が一旦浮き上がった後の落下衝撃が生じる場合のようにワイヤロープ３に許容荷重を超える張力（例えばワイヤロープ３の許容荷重の１．５倍）が作用する場合には、ワイヤロープ３を吊荷とともに落下方向に変位させることができる。つまり、ブレーキ制動部２で作動しているブレーキ制動力を小さくしてワイヤロープ３を滑らせてワイヤロープ３を繰り出すことができる。

このとき、ブレーキ制動部２のブレーキ制動力がモータ駆動力以上、かつワイヤロープ許容荷重以下に設定されているので、落下方向に繰り出されるワイヤロープ３に許容値以上の張力が作用することがなく、ワイヤロープ３の切断や損傷を抑制し、かつワイヤロープ３にかかるコストの増大を抑えるこができる。
また、本実施形態では、ブレーキ制動部２においてワイヤロープ許容荷重以下に設定することで、ワイヤロープ３が落下方向に繰り出された場合に、地震後に繰り出した量だけワイヤロープ３を巻き上げることで地震前の状態に復旧することができる。

また、本実施形態によるクレーン装置１では、図２（ａ）に示すように、ブレーキ電源がオンの状態においてアーマチュア２１が押付けばね２４の圧縮力に抗してモータ４０のヨーク４４に吸引されているときには、ディスク２２との間に空隙ができてブレーキが開放され、又は摩擦力が小さくなって、ブレーキ制動力が低減される。
また、図２（ｂ）に示すように、ブレーキ電源が切断（オフ）された場合には、アーマチュア２１は押付けばね２４のばね力により吸引される方向と反対側に押し戻され、アーマチュア２１がディスク２２を押し付けて、ディスク２２がアーマチュア２１とプレート２３に挟持され、その摩擦トルクによりワイヤロープ３にブレーキ制動力を作用させることができる。

このとき、図２（ｃ）に示すように、押付けばね２４のばね力がばね力調整ねじ２５によって調整できるので、アーマチュア２１が吸引されているときの初期状態において、アーマチュア２１とディスク２２との間隔を調整することができる。例えば、初期状態でアーマチュア２１とディスク２２との間に半分程度のブレーキ制動力を作用させるように調整することも可能である。

また、上述したように本実施形態によるブレーキ制動力調整方法では、ブレーキ電磁マグネットのアーマチュア２１に対する吸引力が半分作用した状態とすることで、ブレーキ制動力も半分となり、モータ４０により意図的にワイヤロープ３のブレーキを滑らせた状態とすることができる。このときの電磁吸引力は、電磁石に流れる電流値に比例するため、電流を半分にすることで容易に制御することができる。

そして、ブレーキ制動部２においてワイヤロープ３の滑りがなくなった場合には、ブレーキ制動力が大き過ぎることから、ブレーキ制動力を小さくすることで、ワイヤロープ３が滑るようにブレーキを調整する。ブレーキ制動力を小さくする具体的な調整方法としては、アーマチュア２１をディスク２２に押し付ける弾性力を変化させる。つまり、上述したように弾性変形方向にばね力調整ねじ２５を付けておこくことで、簡単にブレーキ制動力を調整することができ、ワイヤロープ３の切断や損傷を抑制し、かつワイヤロープ３にかかるコストの増大を抑えるこができる。

上述した本実施形態によるクレーン装置およびブレーキ制動力調整方法では、ワイヤロープ３に許容荷重以上の張力が作用しない構成とすることで、ワイヤロープ３の切断や損傷を抑制し、かつワイヤロープ３にかかるコストの増大を抑えるこができる。

以上、本発明によるクレーン装置およびブレーキ制動力調整方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、ブレーキ制動部２において、モータ４０のモータ駆動力の１．５倍以上としているが、モータ駆動力の１．５倍以上であることに限定されることはなく、モータ駆動力以上であればよい。

また、本実施形態では、ブレーキ制動部２として、アーマチュア２１と、ディスク２２と、押付けばね２４と、を備え、押付けばね２４によってアーマチュア２１でディスク２２を押し付けてワイヤロープ３にブレーキ制動力を発生させる構成であり、さらに押付けばね２４にばね力を調整するばね力調整ねじ２５を設けた構成としているが、このような構成であることに限定されることはない。例えば、押付けばね２４の押し付け構造としてばね力調整ねじ２５を設けない構成であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１ クレーン装置
２ ブレーキ制動部
３ ワイヤロープ
４ 巻取り装置
５Ａ 第１滑車
５Ｂ 第２滑車
６ ワイヤロープ復元装置
１１ 基台
２１ アーマチュア
２２ ディスク
２３ プレート
２４ 押付けばね
２５ ばね力調整ねじ（ばね力調整部材）
４０ モータ
４３ モータ軸
４４ ヨーク
４５ コイル（ブレーキ電磁マグネット）
Ｅ１ ワイヤロープ繰出し方向
Ｅ２ ワイヤロープ巻取り方向
Ｙ 上下方向
Ｍ 吊荷（重量物）

Claims (1)

1. 一端に重量物を吊り下げたワイヤロープを巻上げる電磁ブレーキ付きのモータのモータ軸に支持されるアーマチュアと、該アーマチュアに接触してブレーキ制動力を発生させるディスクと、を備えたブレーキ制動部を有するクレーン装置を用いたブレーキ制動力調整方法であって、
   前記アーマチュアを前記ディスクと離反する方向に吸引するブレーキ電磁マグネットの吸引力を半分作用させ、前記ブレーキ制動力を半分有効な状態で前記ブレーキ制動部で前記ワイヤロープを滑らせる工程と、
   前記ブレーキ制動部において前記ワイヤロープの滑りがなくなったときに前記アーマチュアの吸引力を大きくして前記ブレーキ制動力を小さくする工程と、
   を有するブレーキ制動力調整方法。

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