JP5953257B2 - 回転軸の潤滑状態検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、大型クレーンの駆動装置の駆動軸等の回転軸とロープを巻取る大型の巻取りドラム等の被駆動体の潤滑状態の検知装置に関し、更に具体的には減速装置の出力軸と巻取りドラム等をギアカップリング等の連結部材を介して連結されている装置の連結部材の潤滑状態の不具合を、音を発生させて知らせる検知装置に関するものである。

本発明が好適に適用できる、特に港湾で使用できる大型のコンテナクレーンの例について説明する。

港湾やコンテナヤード等においては、添付の図８に示すようにコンテナヤード２０に併設された岸壁２１に並行して敷かれたレール上を走行するコンテナクレーン２２を配置している。そして接岸しているコンテナ船２３に搭載されているコンテナ２４を前記コンテナクレーン２２の吊り具２５で把持して吊上げ、ブーム２２ｄを移動するトラバーサ２２ｇがコンテナ２４を受継ぎ、このトラバーサ２２ｇは陸側に高速で移動し、本体２２ａの中央部のガーダ２２ｂ上のトロリ２２ｉが受取り、次いでこの本体２２ａの下方で待機しているシャー２６に搭載する。

このシャーシ２６は、コンテナヤード２０上に予め決めてあるコンテナ置き場であるレーンまで移動し、ここに配置されている図示しないヤードクレーンで吊り上げ、レーン上の所定の場所に積み上げる。次にヤードクレーンで積上げてあったコンテナ２４を吊り上げ、トラックに積み替え、そのトラックで所定の配送先に移送するのが通常の荷役作業である。

前記コンテナクレーン２２は、枠状に組建てた本体２２ａの上部に横向きに固定されたガーダ２２ｂと、そのガーダ２２ｂの海側の先端にヒンジ部２２ｃを介してブーム２２ｄを設けている。前記本体２２ａの上部（あるいはガーダ２２ｂ上に）に機械室２２Ｋが設置されており、また、ブーム２２ｄの下方に操縦室２２ｅと２２ｈが設けてある（例えば、特許文献１参照）。

前記コンテナクレーン２２は、周知のように大型の構造物で、例えば６０トン用コンテナクレーン２２の場合は、ガーダ２２ｂの地上からの高さは３５〜４５ｍ、ガーダ２２ｂの長さが５０ｍ、ブーム２２ｄの長さは３０ｍであり、そしてクレーン２２全体の重量は１３００トン以上もの大重量物である。

しかも機械室２２Ｋは、ブーム２２ｄの下方に位置している操縦室２２ｅや、ガーダ２２ｂの下方に位置している操縦室２２ｈから４５ｍ〜１２０ｍも離れており、操縦室から機械室２２Ｋに行くことはかなり面倒である。その上、機械室２２Ｋ内は荷役していない状態では各機器は静止状態であり、荷役状態では巻取りドラムが回転してロープを巻取ると同時に巻出している。従って、荷役操作をしている状態でこの巻取りドラムや機械室２２Ｋ内の各機器の状態を点検することは危険である。逆に静止状態では機器が異音を発するかどうかを点検できない。

ところで前記形式のコンテナクレーン２２の場合は、トロリ２２ｆ、２２ｉ、トラバーサ２２ｇや吊上げ機構は、全てロープを介して操作されるように構成されている。また、本体２２ａの上部の高所に設けてある機械室２２Ｋ内にはロープを操作する大型の回転ドラム（例えば、直径：８０〜１３０ｃｍ、長さ：３００ｃｍ）や減速機や制御装置などの各種の装置が配置されている。

（連結部材）コンテナクレーン２２の場合、動力源とその動力を受けて回転する回転ドラムとの間に連結部材を介して接続するのが普通である。この連結部材の一例としては、“ローレンツギア”を使用した“ギアカップリング”がある。

このギアカップリングは駆動軸側に一種のスプライン状の外歯を形成し、これと噛合するキャップ状部材側に内歯が形成されている。このギアカップリングは噛合状態で互いに滑り運動をしているので、歯面を潤滑するために粘度が高いグリスが使用されている。

（ギアカップリングの点検の困難性）ギアカップリングは駆動軸の先端に設けたスプラインを抜き取らないとギアカップリング部の潤滑状態の点検ができない。しかし、回転ドラムは大径でかつ長尺の大型構造物であり、その重量が数トンもあるため、狭い場所に起重機を設置する必要があるが、現実にこの作業を行うことは不可能である。

（公知技術は）一般的には、各種の回転手段を持つ装置の回転軸と軸受け部分の回転が不具合（潤滑不良）を防止する重要な方法は、駆動軸と駆動される回転体の連結部分の潤滑油が切れることを積極的に防止する方法が採用されている。

具体的には、ピニオンギヤに沿ってグリスを受けるワッシャを配置する装置が提案されている（例えば、特許文献２）。また、自動車関係の変速装置の場合は、潤滑オイルを強制的に流す通路を形成する構造（例えば、特許文献３）や可動部分にグリスを溜める溝を形成する構造が提案されている（例えば、特許文献４）。

特開平９−３１５７５８号公報 実開平６−２１３６０号公報 特開平６−１０７０１０号公報 特開平５−５２１６７号公報

前記特許文献１に記載されたコンテナクレーンにはコンテナ（重量物）を荷役するためにロープを操作する大型の巻取りドラムが使用されている。しかし、この巻取りドラムは、回転速度が遅く、長期に亘って潤滑油を追加できない事情があることから軸受の潤滑剤としてグリスが使用されている。つまり、自動車のエンジンのように粘度の低い潤滑油が使用できず、注油回数が少なくても潤滑性が保持できる粘度の高いグリスを使用せざるを得ないのである。

従って、前記特許文献２、３、４の何れの構造の装置も、少なくともコンテナクレーンに採用することができない。また、粘度の高いグリスが切れたことを報知する手段も提供されていないのが現状である。

（機械室の内部の様子）図１の平面図は、図８に記載されたコンテナクレーン２２の機械室２２Ｋの内部の一例を示している。縞鋼板からなる床板の周囲に金属板の裏面に断熱材を積層した壁材で囲って部屋３０を区画し、図示しないが断熱材を積層した金属板の屋根で天井を塞いでいる。

床板は要所々を補強部材で補強し、基礎部材を配置した部分に巻取りドラム１、１を軸支し、電動モータ２と減速機３で前記巻取りトラム１を駆動する巻取装置４（４ａ）を構成している。なお、３２は床の下方から部屋３０に出入りするためのハッチ、３３は変圧器、３４は工具箱、３６はロッカー、３７は排気フアンである。

図２は、図８の機械室２２Ｋ内に配置されている巻取装置４を構成する巻取りドラム１（右側）と減速機３の動力伝達部を示す一部切開断面図である。

減速機３の両側に出力軸（駆動軸）５、５が配置され、この出力軸５の先端にグリス潤滑が必要な“ギアカップリング６”を介在させて巻取りドラム１が連結支持されている。また、この巻取りドラム１の右端に突設した支持軸７が軸受８で支持されている。

巻取りドラム１には、トロリ２２ｆや吊り具２５等の各部材を遠隔操作するためのロープの位置を決めるロープ溝９がロープの数だけ刻設されている。

前記ギアカップリング６は、出力軸５と巻取りドラム１の軸心との「段差や傾斜状態」を調節する機能を持つ部材であり、そのために“ローレンツギアＲ”が使用されている。このローレンツギアＲは、図３に示すように中央部が膨らんだ太鼓型で、周囲にスプライン状の突条（特殊歯）を有している。そして一旦、カップリング６を組上げると、簡単に分解することができない構造となっている。

このような特殊な機構を考慮してローレンツギアＲと、この出力軸５の先端にグリス溜め１１をタンク状に形成し、通常はこの中にグリスを充填している。当初はグリス溜め１１に十分な量のグリスが充填されているが、クレーンの操作時間の経過と共に、ローレンツギアＲを潤滑したグリスは少量ずつではあるが減少して行く。その結果、ギアカップリング６が摩耗して動きに不具合が発生するようになる。この状態を放置しておくとギアカップリング６そのものが破壊すると言う問題があった。

前記特許文献２〜４に記載された発明は、小型の装置の回転機構の潤滑装置に関するものであって、大型の装置で緩速かつ静粛に回転する装置、しかも潤滑剤にグリスしか使用できないコンテナクレーンの駆動装置には全く適用することができないものであった。

粘度が低い潤滑油の場合は、潤滑油がある程度漏れることを前提として潤滑油の経路が設計されている。しかし、粘度が極端に高いグリスの場合は、漏れが発生する筈がないと言う常識から設計されており、このような事情から充填されたグリスの漏れを検知する方法や装置が全く開発提案されなかったようである。

本発明は、前記技術的な事情に鑑み、コンテナクレーンの巻取りドラムのように、低速回転する回転体の軸受部の“グリス欠乏状態”を、原始的ではありながら、正確に確認できる手段、つまり、音を発して知らせる装置を提供することを目的とするものである。

１）駆動装置の出力軸と、この出力軸の先端に設けた連結部材と、この連結部材を構成する底付円筒状の受部材と、前記連結部材を軸心に設けた回転体とからなり、
前記出力軸の先端と前記受部材の底部との間に潤滑剤を収容する空間を形成し、
前記空間内で遊動できる大きさの発音体を収容し、
前記空間内の潤滑剤が減少して前記発音体が遊動した際に、その発音体が発音して前記空間内の潤滑剤が欠乏したことを報知することを特徴としている。

２）前記出力軸は駆動装置の出力軸であり、前記連結部材はローレンツギアを含むギアカップリングで構成されており、前記回転体は大型の回転ドラムであることを特徴としている。

３）前記発音体は、衝撃に伴って発音する金属製の板材、角部を有する板材、中空状体であることを特徴としている。

４）前記回転体は、コンテナクレーン用のロープを巻き取るための巻取りドラムであることを特徴している。

グリスを使用した潤滑装置においてギアカップリングを構成する受部材と出力軸の先端との間にグリス溜めを形成しておき、その中に小さな発音体を収容しておくと、グリスが十分ある場合は発音体が回転軸の回転に連れてグリスと共に回転して音が発生しない。しかし、グリス溜めの中のグリスが無くなると、その分、空間が発生して回転軸の動きに連れて発音体が踊って転がり、グリス溜めの周囲や壁面と衝突して発音することになる。

そこで耳を澄ませば、回転軸が泣いているように聞こえ、グリスの充填時期を検知でき、焼付き事故を未然に防止できる。

大きな荷重を負担するコンテナクレーンの大型の巻取りドラムは回転速度が遅く、しかも大荷重を長期間負担する装置であるので、グリスによる潤滑しかできないが、そのグリス切れを高価な装置を使用することなく簡単に確認することができる。

応用として、粘性の低いグリス以外の潤滑油を使用した、静かに回転する回転軸（大型に限らない）の軸受であっても、本発明を適用して焼付き事故を防止することができ、当然、本発明の技術的範囲に属するものである。

図１はコンテナクレーンの機械室内の配置図の一例である。 図２は、図１のＤ−Ｄ部分を示す図である。 図３は、出力軸とギアカップリング部分の断面図である。 図４（Ａ）は、六角形発音体の正面図、（Ｂ）は側面図である。 図５（Ａ）は、四角形発音体の正面図、（Ｂ）は側面図である。 図６は、中空状球体の周囲にこぶを付けた発音体の正面図である。 図７は、三角錐型の発音体の正面図である。 図８は、コンテナクレーンの一例を示す側面図である。

図８は、本発明を好適に適用できるコンテナクレーン２２の側面図であって、このクレーン２２は本体２２ａの上部に水平方向にガーダ２２ｂを固定し、その海側の先端にヒンジ部２２ｃを介してブーム２２ｄを延長し、このブーム２２ｄにトロリ２２ｆとトラバーサ２２ｇを走行するように配置し、本体２２ａ側に別のトロリ２２ｉをガーダ２２ｂの下方に配置した形式のコンテナクレーンを示している。

コンテナの陸揚げ操作では、ブーム２２ｄ側のトロリ２２ｆの吊具２５でコンテナ船２３に搭載されているコンテナ２４を吊上げ、待機しているトラバーサ２２ｇに移載し、このトラバーサ２２ｇを陸側に走行させ、待機している別のトロリ２２ｉの吊具２５で、本体２２ａの下部で待機していたシャーシ２６に移載し、このシャーシ２６でコンテヤード２０上の所定のレーンに運搬し、ヤードクレーンで段積みする。

前記コンテナクレーン２２の本体２２ａの上部に問題の機械室２２Ｋが設置されており、この機械機２２Ｋを中心として巻取りドラム１にロープを巻取り、あるいは巻戻しによって前記荷役操作が行われる。

機械室２２Ｋの配置は図１を参照して説明した通りであり、この図の「Ｄ」部の構造を図２に一部断面して描いており、更にこの図２の「Ｃ」部を図３に拡大して描いている。

図３に示すように減速機３の出力軸４の先端にはギアカップリング６が連結されており、このギアカップリング６を介して巻取りドラム１が駆動されるようになっている。この出力軸５の先端には“ローレンツギアＲ”が設けられ、このローレンツギアＲを介して底付円筒状のギアカップリング６のキャップ形の受け部材６ａが設けられ、このギアカップリング６を介して出力軸５の回転を巻取りドラム１に伝達するように構成されている。さて、出力軸５とギアカップリング６との間は、回転方向には固定状態であるが、巻取りドラム１の軸心と出力軸５の軸心との間に若干の角度変化や軸心の段差が発生する「偏心状態」において正確に動力伝達が可能である。

前記出力軸５の先端と、前記ギアカップリング６の受け穴の底部にはグリス溜め１１が受け穴より拡大して穿設されており、このグリス溜め１１の中に、本発明で適用した「発音体１３」が遊動可能に収容されている。

具体的には、巻取りドラム１の直径は８０〜１３０ｃｍ、長さは３００ｃｍであり、出力軸５の直径は８０〜１３０ｃｍで、巻取りドラム１の回転は１０〜１００ｒｐｍである。また、グリス溜め１１の直径は、前記出力軸５の直径に対して１〜１０％大きい直径であり、更に出力軸５の先端と受け部材６ａに開口した穴の底との間にの形成されるグリス溜め１１の幅は２〜１０ｍｍである。

この発音体１３は、本発明で採用した「グリス切れ」の状態、つまり巻取りドラム１に固定されるギアカップリング６の内部のグリス溜め１１に溜まっていたグリスが時間経過と共に減少し、遂に空になり、前記発音体１３が出力軸５の回転に伴って持ち上げられ、剥離されて落下する際に「カラン、カラン、コトン」と言う小さな音を発する部材である。

発音体１３は、前記グリス溜め１１の中で出力軸５の回転によって「遊動して音を出す部材」であれば、如何なる形状・構造のものでも使用することができる。

図４（Ａ），（Ｂ）は、発音体１３の第１の例の形状を示しており、正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）で示す六角形の発音体で、防錆加工した金属板を使用して製作する。

図５（Ａ），（Ｂ）は、外形が四角形で中央部に膨らみを持たせた金属板２枚を張り合わせた構造のものを示している。

図６は、中空の球体の周囲に多数のコブを突出させたものである。更に、図７は三角錐状のものを示している。

発音体１３は、グリス溜め１１内で踊って、なるべく大きな音を発するように、多角形のもの、コブと付けた球形のもの、角錐形のもの、単なる円板状のものなど、ギアカップリング６の受け部材６ａの中で出力軸５の回転に伴って踊って音を発するものであり、グリス溜め１１に充填されたグリスと反応して劣化させる性質を持つもの、発音体１３の周囲にグリスが付着して剥離あるいは分離し難い性質を持つ材料は避けるのが良い。この意味で発音体１３の材料は金属が最も適している。

前記のように巻取りドラム１の回転と共に回転するグリス溜め１１の中に、発音体１３を収容しておけば、「グリス切れ」になると、この発音体１３が出力軸５の回転に連られて踊り、グリス溜め１１内で自由に運動し、小さいが発音してグリス切れを音で聞き分けることができる。なお、発音体１３の音が小さい場合は、簡単な増幅装置を設けてもよいし、場合によっては通報装置を併設してもよい。

本発明は、実施例に記載した大型の装置の回転軸であって、作動状態の観察や分解掃除が簡単にできない装置の、回転軸の潤滑状態を、発音体が発する小さな音によって検知する装置に有効に適用できるが、潤滑油がグリス以外の粘度が低い材料を使用する装置にも適用可能である。

また、必ずしも大型でなく、中型か小型の装置であっても回転軸の潤滑状態を発音によって感知するのが良い装置であれば、効果的に適用可能である。

１ 巻取りドラム
２ 電動モータ
３ 減速機
４ 巻取装置
５ 出力軸
６ ギアカップリング
６ａ 受け部材
７ 支持軸
８ 軸受
１１ グリス溜め
１３ 発音体
２２ コンテナクレーン
２２Ｋ 機械室
２４ コンテナ
Ｒ ローレンツギア

Claims (4)

1. 駆動装置の出力軸と、この出力軸の先端に設けた連結部材と、この連結部材を構成する底付円筒状の受部材と、前記連結部材を軸心に設けた回転体とからなり、
   前記出力軸の先端と前記受部材の底部との間に潤滑剤を収容する空間を形成し、
   前記空間内で遊動できる大きさの発音体を収容し、
   前記空間内の潤滑剤が減少して前記発音体が遊動した際に、その発音体が発音して前記空間内の潤滑剤が欠乏したことを報知することを特徴とする回転軸の潤滑状態検知装置。
2. 前記出力軸は駆動装置の出力軸であり、前記連結部材はローレンツギアを含むギアカップリングで構成されており、前記回転体は大型の回転ドラムであることを特徴とする請求項１に記載の回転軸の潤滑状態検知装置。
3. 前記発音体は、衝撃に伴って発音する金属製の板材、角部を有する板材、中空状体であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の回転軸の潤滑状態検知装置。
4. 前記回転体は、コンテナクレーン用のロープを巻き取るための巻取りドラムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転軸の潤滑状態検知装置。

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