特許 7138548 ジャイロ装置及びフライホイール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-08

(45)【発行日】2022-09-16

(54)【発明の名称】ジャイロ装置及びフライホイール

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/08 20060101AFI20220909BHJP

   B66C 13/08 20060101ALI20220909BHJP

   B66C 1/34 20060101ALI20220909BHJP

【ＦＩ】

G01C19/08

B66C13/08 L

B66C1/34 D

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018218124

(22)【出願日】2018-11-21

(65)【公開番号】P2020085582

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000154901

【氏名又は名称】株式会社北川鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】100187838

【弁理士】

【氏名又は名称】黒住 智彦

(74)【代理人】

【識別番号】100205589

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 和将

(74)【代理人】

【識別番号】100194478

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 文彦

(72)【発明者】

【氏名】阿藻 徳彦

(72)【発明者】

【氏名】河本 清道

(72)【発明者】

【氏名】前島 暁彦

【審査官】山▲崎▼ 和子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１２０７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２４７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５６４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３１９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２５２０８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｃ １９／００－１９／７２

Ｂ６６Ｃ １／３４

１３／００－１５／０６

Ｆ１６Ｆ １５／００－１５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転駆動力が加えられる中心軸部と、
中心軸部の外周部に設けられた外輪部と
を有するフライホイールであって、
中心軸部と外輪部とが別部材からなり、
中心軸部と外輪部とのうち一側に設けられた係合凸部αが、他側に設けられた係合凹部βに係合することにより、中心軸部と外輪部とが一体化した構造とされ、
通常時には、外輪部が中心軸部と一体になって回転しながらも、
中心軸部の回転がロックした非常時には、係合凸部αが破断することにより、外輪部が中心軸部から独立して回転し続けるようにした
ことを特徴とするフライホイール。

【請求項2】

非常時における係合凸部αの破断を補助する破断補助部が、係合凸部αに設けられた請求項１記載のフライホイール。

【請求項3】

中心軸部に設けられた係合ピン挿入孔に挿入されて、中心軸部の外周面から端部が突出した状態とされる係合ピンが設けられる一方、
外輪部の内周面に、係合ピンにおける前記端部を嵌合するための係合ピン嵌合凹部が設けられ、
係合ピンにおける前記端部が係合凸部αとなり、
外輪部における係合ピン嵌合凹部が係合凹部βとなるようにした
請求項１又は２記載のフライホイール。

【請求項4】

中心軸部の外周部に対して外輪部を回転可能な状態で支持する非常時用軸受が設けられ、
非常時において中心軸部から独立して回転し続ける外輪部を非常時用軸受で支えるようにした
請求項１～３いずれか記載のフライホイール。

【請求項5】

請求項１～４いずれか記載のフライホイールを組み込んだジャイロ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クレーンで吊荷を旋回させるため等に使用されるジャイロ装置と、このジャイロ装置に組み込まれるフライホイールとに関する。

【背景技術】

【0002】

クレーンで作業を行う際に、作業員の手で吊荷の向きを変えるようにすると、吊荷が作業員に当たる危険性がある。このため、クレーンのなかには、吊荷を吊り下げるフックの周辺にジャイロ装置（例えば、特許文献１の第１図における「ジャイロ１０」を参照。）を設け、吊荷を機械的に旋回できるようにしたものも見受けられる。この種のジャイロ装置には、フライホイールと呼ばれる円盤状の部材（同文献の第１図における「フライホイール１０ａ」を参照。）が組み込まれている。ジャイロ装置を有するクレーンでは、回転状態にあるフライホイールの回転軸を傾動させることで生ずるジャイロ作用により、吊荷を旋回させるようになっている。

【0003】

ところで、フライホイールは、通常、中心軸部と、中心軸部の外周部に設けられた外輪部とで構成され、中心軸部の両端部がそれぞれ軸受に支持された状態とされる。これらの軸受への給油不良や焼付けが生じたり、これらの軸受に経年劣化が生じたりすると、軸受に対してフライホイールの中心軸部が円滑に回転しなくなり、場合によっては、フライホイールの中心軸部が軸受に固着した状態となって、フライホイールの回転が急にロックされた状態となる可能性もある。

【0004】

フライホイールは、通常、その回転の慣性モーメントが大きくなるように、外輪部の重量が大きく確保されているところ、このように重量のあるフライホイールの回転が急にロックされると、そのときの衝撃で中心軸部が破損し、最悪の場合には、フライホイールが回転しながらジャイロ装置におけるカバーやフレームを突き破って外部へ飛び出し（フライホイールが逸走し）、逸走したフライホイールが周囲の人に衝突する事故が発生する虞がある。特に、高層ビルを建設する場合等に使用されるクライミングクレーンにおいてこのような事故が発生すると、フライホイールは、高所から落下するようになるため、その被害は拡大する可能性がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開昭６３－０７４８９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、回転が急にロックされることがあっても逸走しない構造のフライホイールを提供するものである。また、このフライホイールを組み込んだジャイロ装置を提供することも本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題は、
回転駆動力が加えられる中心軸部と、
中心軸部の外周部に設けられた外輪部と
を有するフライホイールであって、
中心軸部と外輪部とが別部材からなり、
中心軸部と外輪部とのうち一側に設けられた係合凸部αが、他側に設けられた係合凹部βに係合することにより、中心軸部と外輪部とが一体化した構造とされ、
通常時（中心軸部の回転がロックしていないとき。以下同じ。）には、外輪部が中心軸部と一体になって回転しながらも、
中心軸部の回転がロックした非常時には、係合凸部αが破断することにより、外輪部が中心軸部から独立して回転し続けるようにした
ことを特徴とするフライホイール
を提供することによって解決される。

【0008】

上記のように、中心軸部の回転がロックした非常時に、係合凸部αが破断して、外輪部が中心軸部から独立して回転し続けるようにしたことによって、中心軸部の回転がロックしたときの衝撃を小さく抑え、中心軸部に破損が生じにくくすることが可能になる。このため、中心軸部の回転がロックしても、中心軸部が軸受に支持された状態を維持されるようにし、フライホイールが逸走しないようにすることが可能になる。

【0009】

本発明のフライホイールにおいては、非常時における係合凸部αの破断を補助する破断補助部を、係合凸部αに設けることも好ましい。これにより、非常時に係合凸部が破断しやすくして、外輪部が中心軸部から独立して回転し続ける状況（中心軸部の破損を防止できる状況）がより確実に生ずるようにすることができる。

【0010】

本発明のフライホイールにおいては、中心軸部に設けられた係合ピン挿入孔に挿入されて、中心軸部の外周面から端部が突出した状態とされる係合ピンを設ける一方、外輪部の内周面に、係合ピンにおける前記端部を嵌合するための係合ピン嵌合凹部を設け、係合ピンにおける前記端部が係合凸部αとなり、外輪部における係合ピン嵌合凹部が係合凹部βとなるようにすることも好ましい。これにより、上記の係合凸部αや係合凹部βに係る構造を容易に実現することが可能になる。

【0011】

本発明のフライホイールにおいては、中心軸部の外周部に対して外輪部を回転可能な状態で支持する非常時用軸受を設け、非常時において中心軸部から独立して回転し続ける外輪部を非常時用軸受で支えるようにすることも好ましい。これにより、非常時に係合凸部αが破断した後に、中心軸部に対して外輪部が滑らか且つ安定して回転するようにすることが可能になる。このため、中心軸部の回転がロックする非常が発生しても、係合凸部αが設けられた箇所を除いて、中心軸部や外輪部にダメージが生じないようにすることも可能になる。したがって、係合凸部αが設けられた箇所のみを交換すれば、中心軸部や外輪部をその後継続して使用することも可能になる。

【発明の効果】

【0012】

以上のように、本発明によって、回転が急にロックされることがあっても逸走しない構造のフライホイールを提供することが可能になる。また、このフライホイールを組み込んだジャイロ装置を提供することも可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のジャイロ装置を備えたクレーンで吊荷を旋回させている様子を示した斜視図である。

【図2】図１のジャイロ装置を、フライホイールの回転軸線Ｌ_１及び傾動軸線Ｌ_２を含む平面で切断した状態を示した断面図である。

【図3】図２のジャイロ装置を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図である。

【図4】フライホイールにおける中心軸部を外輪部に取り付けている様子を示した斜視図である。

【図5】図２のジャイロ装置を、フライホイールの回転軸線Ｌ_１に垂直で傾動軸線Ｌ_２を含む平面で切断した状態を示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明のジャイロ装置及びフライホイールの好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。以下においては、説明の便宜上、本発明のジャイロ装置については、クレーンで使用する場合を例に挙げて説明する。しかし、本発明のジャイロ装置は、クレーンで使用されるものに限定されず、ジャイロ装置が使用される各種の装置で採用することができる。また、本発明のフライホイールについては、ジャイロ装置に組み込む場合を例に挙げて説明する。しかし、本発明のフライホイールは、ジャイロ装置で使用する場合に限定されず、フライホイールが組み込まれる各種の装置で採用することができる。

【0015】

［ジャイロ装置］
まず、ジャイロ装置について説明する。図１は、本発明のジャイロ装置１０を備えたクレーンで吊荷５０を旋回させている様子を示した斜視図である。説明の便宜上、図１の丸囲み拡大部分は、ジャイロ装置１０の内部構造を透視した状態で描いている。本実施態様のジャイロ装置１０は、図１に示すように、クレーンにおけるフック６０と吊荷５０との間に配されており、吊荷５０を同図における矢印Ａ_３の方向に旋回させるためのものとなっている。ジャイロ装置１０を設ける場所は、クレーンの吊荷５０を旋回させることができるの（吊荷５０に旋回力を伝達できる場所）であれば、図１に示す場所に限定されない。例えば、吊荷５０の下側にジャイロ装置１０を設けても、吊荷５０を旋回させることができる。

【0016】

このジャイロ装置１０は、フライホイール１１と、フライホイール１１を回転軸線Ｌ_１を中心として回転駆動する回転用駆動装置１２と、フライホイール１１を傾動軸線Ｌ_２を中心として傾動駆動する傾動用駆動装置１３とを備えている。回転用駆動装置１２や傾動用駆動装置１３としては、通常、電動機（モーター）が用いられ、このうち、傾動用駆動装置１３としては、減速機付電動機を好適に用いることができる。フライホイール１１は、回転軸線Ｌ_１を中心とする回転（図１の矢印Ａ_１）と、傾動軸線Ｌ_２を中心とする傾動（図１の矢印Ａ_２）との２つの回転を許容するフレーム状の回転台（二軸ジンバル１４）に支持されている。フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１と傾動軸線Ｌ_２は、非平行な状態とされ、通常、直交した状態とされる。

【0017】

このジャイロ装置１０では、回転用駆動装置１２を駆動して、フライホイール１１を回転軸線Ｌ_１回りに回転させている状態で、傾動用駆動装置１３を駆動し、フライホイール１１を傾動軸線Ｌ_２回りに傾動させると、旋回軸線Ｌ_３回りのジャイロモーメントが生じる。このジャイロモーメントによって、ジャイロ装置１０が旋回軸線Ｌ_３を中心として旋回（図１の矢印Ａ_３）する。吊荷５０は、ジャイロ装置１０の下部に吊り下げられているため、ジャイロ装置１０が旋回軸線Ｌ_３回りに旋回すると、吊荷５０も旋回軸線Ｌ_３回りに旋回する。吊荷５０が旋回する向きは、フライホイール１１を傾動させる向きを逆にすると、逆転させることができる。本実施態様において、ジャイロ装置１０は、リモートコントローラ１５によって操作するようになっている。

【0018】

ところで、このジャイロ装置１０において、フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１回りの回転が急にロックすることがあると、そのときの衝撃でフライホイール１１を軸支する軸部（後掲する図２における中心軸部１１ａ）が破損してしまい、最悪の場合には、フライホイール１１が回転しながらジャイロ装置１０におけるカバー１６等を突き破って外部へ逸走し、逸走したフライホイール１１が周囲の作業員７０等に衝突する事故が発生する虞がある。この点、本発明のジャイロ装置１０では、以下で述べるような工夫をフライホイール１１に施しており、フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１回りの回転が急にロックしても、中心軸部１１ａが二軸ジンバル１４に支持された状態が維持されるようにしている。

【0019】

［フライホイール］
図１のジャイロ装置１０に組み込まれた本発明のフライホイール１１の構造について詳しく説明する。図２は、図１のジャイロ装置１０を、フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１及び傾動軸線Ｌ_２を含む平面で切断した状態を示した断面図である。図３は、図２のジャイロ装置１０を、同図における破線囲み部Ｐで抜き出して拡大した図である。図４は、フライホイール１１における中心軸部１１ａを外輪部１１ｂに取り付けている様子を示した斜視図である。

【0020】

本実施態様において、フライホイール１１は、図２に示すように、円柱状の中心軸部１１ａと、中心軸部１１ａの外周部に環状に設けられた外輪部１１ｂとで構成されている。中心軸部１１ａは、回転用駆動装置１２に連結されている。このため、回転用駆動装置１２が回転駆動されると、中心軸部１１ａは、回転軸線Ｌ_１を中心として回転するようになっている。中心軸部１１ａは、その両端部を一対の通常時用軸受１７によって、二軸ジンバル１４のフレーム部分に軸支された状態となっている。

【0021】

外輪部１１ｂは、フライホイール１１に回転軸線Ｌ_１回りの回転モーメントを発現させるためのものである。フライホイール１１における中心軸部１１ａと外輪部１１ｂは、別部材で構成されているものの、通常時（中心軸部１１ａの回転軸線Ｌ_１回りの回転がロックされていないとき）においては、図３及び図４に示すように、係合凸部αと係合凹部βとが互いに係合した状態となっており、回転軸線Ｌ_１回りには相対的に回動できない状態となっている。したがって、通常時においては、中心軸部１１ａが回転軸線Ｌ_１を中心として回転すると、外輪部１１ｂも中心軸部１１ａと一体となって回転軸線Ｌ_１を中心として回転するようになっている。

【0022】

係合凸部α及び係合凹部βのそれぞれを中心軸部１１ａ及び外輪部１１ｂのどちらに設けるかは特に限定されない。しかし、本実施態様においては、図４に示すように、外輪部１１ｂの中心部に設けた軸部保持孔１１ｂ_１に対して、中心軸部１１ａを挿通して保持させる構造を採用しているところ、この構造においては、外輪部１１ｂの内周面（軸部保持孔１１ｂ_１の内壁）に係合凸部αを設けることが容易ではない。このため、本実施態様においては、中心軸部１１ａの外周面に係合凸部αを設けて、外輪部１１ｂの内周面に係合凹部βを設けている。係合凹部βは、中心軸部１１ａの挿通方向（フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１に平行な方向）に沿って延びる溝状に設けている。このため、外輪部１１ｂの軸部保持孔１１ｂ_１に中心軸部１１ａを挿通する際には、係合凸部αが係合凹部βに沿って所定の位置まで案内されるようになっている。

【0023】

係合凸部αが係合凹部βに係合すると、外輪部１１ｂは、中心軸部１１ａに対して回転軸線Ｌ_１回りに相対的に回転できない状態となる。ただし、溝状の係合凹部βに対して係合凸部αが係合しただけでは、中心軸部１１ａに対する外輪部１１ｂの回転（回転軸線Ｌ_１回りの回転）を拘束できても、中心軸部１１ａに対する外輪部１１ｂのスライド（回転軸線Ｌ_１に平行な方向のスライド）を拘束することはできない。この点、本実施態様においては、図３に示すように、中心軸部１１ａの両端部近傍にスライドストッパー１８を設けており、中心軸部１１ａに対して外輪部１１ｂが回転軸線Ｌ_１に平行な方向にスライドしないようにしている。

【0024】

係合凸部α及び係合凹部βの個数は、特に限定されないが、複数個ずつ設けてもよい。係合凸部α及び係合凹部βを複数個ずつ設ける場合には、係合凸部α及び係合凹部βを回転軸線Ｌ_１に対して回転対称に配することが好ましい。これにより、中心軸部１１ａに対して外輪部１１ｂをバランスよく拘束することが可能になる。本実施態様においては、図３及び図４に示すように、中心軸部１１ａの外周面における、互いに反対側を向く箇所に、一対（計２個）の係合凸部αを設けており、外輪部１１ｂの内周面における、互いに対向する箇所に、一対（計２個）の係合凹部βを設けている。

【0025】

具体的には、中心軸部１１ａを径方向（回転軸線Ｌ_１に垂直な方向）に貫通する係合ピン挿入孔１１ａ_１を中心軸部１１ａに設けて、係合ピン挿入孔１１ａ_１の全長よりも長い係合ピン１９を係合ピン挿入孔１１ａ_１に挿入し、係合ピン挿入孔１１ａ_１の両側の開口端から外方に突出した状態となる係合ピン１９の両端部（一端部及び他端部）が係合凸部αとなるようにしている。これにより、中心軸部１１ａに簡単な加工（係合ピン挿入孔１１ａ_１を穿孔する加工）を施すだけで、中心軸部１１ａの外周面における、互いに反対側を向く箇所に、一対の係合凸部αを形成することができる。一方の係合凹部βは、外輪部１１ｂの内周面における、係合凸部αに対応する箇所に溝を切削加工することによって設けている。

【0026】

図５は、図２のジャイロ装置１０を、フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１に垂直で傾動軸線Ｌ_２を含む平面で切断した状態を示した断面図である。図５（ａ）は、中心軸部１１ａの回転軸線Ｌ_１回りの回転がロックされていない通常時の状態を、図５（ｂ）は、中心軸部１１ａの回転軸線Ｌ_１回りの回転がロックされた非常時の状態を示している。通常時のフライホイール１１は、図５（ａ）に示すように、係合凸部αと係合凹部βとの係合によって、中心軸部１１ａと外輪部１１ｂとが一体化された状態となっているため、中心軸部１１ａ及び外輪部１１ｂが回転軸線Ｌ_１を中心として一体的に回転する。

【0027】

これに対し、中心軸部１１ａが通常時用軸受１７（図２）に固着した状態となり、中心軸部１１ａの回転がロックした非常時においても、中心軸部１１ａと外輪部１１ｂとが一体化された状態が維持され続けると、中心軸部１１ａの回転軸線Ｌ_１回りの回転が停止したにもかかわらず、重量のある外輪部１１ｂは、慣性によって回転軸線Ｌ_１回りに回転し続けようとするため、外輪部１１ｂの回転力が、回転停止状態の中心軸部１１ａに衝撃力として伝わり、その衝撃力によって中心軸部１１ａが破損し、フライホイール１１が逸走する虞がある。中心軸部１１ａの回転がロックする原因としては、中心軸部１１ａを軸支する通常時用軸受１７（図２）の給油不良、焼付け又は経年劣化等が考えられる。

【0028】

この点、本発明のフライホイール１１では、中心軸部１１ａの回転がロックした非常時においては、図５（ｂ）に示すように、係合凸部αが中心軸部１１ａから破断（本実施態様においては、係合凸部αが、係合ピン１９における、係合ピン挿入孔１１ａ_１に挿通された部分から破断）することにより、外輪部１１ｂが中心軸部１１ａから独立して回転し続けるようになっている。本実施態様においては、図３に示すように、通常時に中心軸部１１ａを軸支する一対の通常時用軸受１７よりも内側に、非常時において中心軸部１１ａから独立して回転し続ける外輪部１１ｂを軸支する一対の非常時用軸受２０を設けており、中心軸部１１ａの外周部に対して外輪部１１ｂが円滑に回転するようにしている。

【0029】

このため、フライホイール１１の回転軸線Ｌ_１回りの回転が急にロックしたときの衝撃力が中心軸部１１ａに伝わらないようになっており、中心軸部１１ａの破損を防止できるようになっている。したがって、非常時においても、中心軸部１１ａが通常時用軸受１７（図２）に支持された状態が維持され、フライホイール１１の逸走を防止することが可能となっている。破断した後の係合凸部αは、係合凹部βに収まった状態のまま、外輪部１１ｂとともに回転し続ける。

【0030】

以上のように、係合凸部αは、非常時において破断することが前提のものである一方で、通常時において破断することがあってはならない。したがって、係合凸部αの破断強度は、通常時においては破断せず、非常時においては破断するように設定しておく必要がある。係合凸部αの破断強度は、係合凸部αを形成する部材の素材の種類や寸法等（本実施態様においては係合ピン１９の素材や直径等）によって定まるが、係合凸部αを形成する部材の素材の種類や寸法によって、係合凸部αの破断強度を適切な範囲に設定することは必ずしも容易ではない。

【0031】

この点、本実施態様においては、図３に示すように、係合凸部αの付根近傍（中心軸部１１ａの外周面との境界近傍）に破断補助部α_１を設けることで、係合凸部αの破断強度を適切な範囲に設定している。破断補助部α_１は、係合凸部αにおける他の部分より脆弱に形成された部分となっている。破断補助部α_１は、通常、凹部とされる。破断補助部α_１を構成する凹部は、連続線状に設けられたもの（溝状のもの）であってもよいし、断続的に設けられたもの（ミシン目状の凹部）であってもよい。本実施態様において、破断補助部α_１は、係合凸部αの付根近傍の外周部全周に亘って環状に設けた環状溝としている。この環状溝は、断面「Ｖ」字状に形成しており、所定以上の力が加わるとこの環状溝が設けられた部分で確実に破断するようになっている。

【符号の説明】

【0032】

１０ ジャイロ装置
１１ フライホイール
１１ａ 中心軸部
１１ａ_１ 係合ピン挿入孔
１１ｂ 外輪部
１１ｂ_１ 軸部保持孔
１２ 回転用駆動装置
１３ 傾動用駆動装置
１４ 二軸ジンバル
１５ リモートコントローラ
１６ カバー
１７ 通常時用軸受
１８ スライドストッパー
１９ 係合ピン
２０ 非常時用軸受
５０ 吊荷
６０ フック
７０ 作業員
Ｌ_１ フライホイールの回転軸線
Ｌ_２ フライホイールの傾動軸線
Ｌ_３ ジャイロ装置の旋回軸線
α 係合凸部
α_１ 破断補助部
β 係合凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】