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【発明の名称】 軸冷却装置
【発明者】 【氏名】青木 邦夫

【氏名】横山 正

【氏名】竹内 彰

【氏名】椎名 重充

【要約】 【課題】冷やし嵌めを行う際に冷却部材の配置に手間をかけることなく、かつ冷却部材の形態の如何を問わず冷却対象部位を均等冷却することができる軸冷却装置を提供する。

【解決手段】上記課題を解決するための軸冷却装置10は、冷却対象とする軸50を覆うケーシング12と、前記ケーシング12に備えられ、前記軸50を基点として当該軸50周りに前記ケーシング12を回転させる回転駆動手段22とを有し、前記ケーシング12には、内部に冷却部材を導入するための開口部14dが設けられていることを特徴とする。また、このような特徴を有する軸冷却装置10では、前記回転駆動手段22は、冷却対象とする軸50を挟持するように配置された複数の回転ローラ24,26と、このうちの少なくとも1つを回転駆動させるギアモータ28とを有する構成とすると良い。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷やし嵌めを行う際に冷却対象とする軸を覆うケーシングと、
前記ケーシングに備えられ、前記軸を基点として当該軸周りに前記ケーシングを回転させる回転駆動手段とを有し、
前記ケーシングには、内部に冷却部材を導入するための開閉窓が設けられていることを特徴とする軸冷却装置。
【請求項2】
前記回転駆動手段は、前記冷却対象とする軸を挟持するように配置された複数のローラと、前記ローラのうちの少なくとも1つを回転駆動させる駆動源とを有する物とし、
前記軸の温度を検出する検温手段と、
当該検温手段により検出された温度を表示する表示手段と、
検出された温度が設定された値となることにより前記駆動源に対して停止信号を出力するように設定された制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の軸冷却装置。
【請求項3】
前記ケーシングは、前記軸との間に間隙を設けて配置される筒状体と、当該筒状体の両端を閉塞する蓋体とより構成され、
前記筒状体は開口部の寸法が異なる複数の部材から構成されて長手方向への伸縮を可能としたテレスコピック構造体であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の軸冷却装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、軸冷却装置に係り、特に産業機械等の組付けを行う際に実施される軸の冷やし嵌め工法において軸を冷却するのに好適な冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
キーによる固定を行わず、部材の嵌め合いのみで連結、固定等を成す構造体の場合、その組付け、あるいは解体に際しては、焼き嵌めや冷やし嵌めといった工法が採られる。このような工法が採られる組付けの例としては、機械フレームに対する軸受の嵌め込み、大型機械における回転軸のカップリングの連結、および回転体のボス穴と回転軸との連結等を挙げることができる。
【0003】
冷やし嵌めに関しては従来より、冷却対象とする部材に固形冷却部材であるドライアイスを宛がうことにより当該部分を冷却するという手法が採られてきた。具体的には、ビニール等の袋にドライアイスを詰めたものを用意し、これを冷却対象部位の周囲に配置するのである。そして、前記ドライアイスを詰めた袋がずれないように、テープ等で袋を固定し、その周囲をウエス等で覆うことで外部からの温度の侵入を遮断するのである。このような手法であっても冷却対象部位は冷却され、冷やし嵌めを行う事自体は可能であった。
【0004】
しかし、上記のような手法では、ドライアイスを袋等に詰めたり、その袋をテープで固定したりする作業が面倒であると共に、手作業による袋の貼り付けのため、冷却対象部位の温度分布に偏りが生ずることとなる。こうした場合、部材の縮み具合に偏りが生じ、組付け作業がスムーズに成されないといった事態が生ずることがある。また、部材形状が変形する要因にもなる。
【0005】
このような実状を鑑み、冷却対象部位の周囲にケーシングを設け、この中に冷却剤を充満させるといった工法(例えば特許文献1)や、別途用意した容器内に液状冷却剤を充填し、この容器に冷却対象部材を浸漬させるといった工法(例えば特許文献2)等が提案されてきている。
【特許文献1】特開平2−17205号公報
【特許文献2】特開平11−138357号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記特許文献1、2に開示されているような工法を用いた場合には、確かに袋詰めの手間を省くことができ、冷却対象部位を均等冷却することが可能となると考えられる。しかし、上記工法による冷却では、いずれも冷却剤の使用に無駄が多く、液状やガス状の冷却剤は取扱いに注意を要する。また、取扱いが比較的容易な固形の冷却剤(例えばドライアイス)を使用した場合には、冷却部材の偏りが生ずるため上述した問題点の1つである冷却対象部位の均等冷却ができなくなってしまう。
【0007】
そこで、本発明では、冷やし嵌めを行う際に冷却部材の配置に手間をかけることなく、かつ冷却部材の形態の如何を問わず冷却対象部位を均等冷却することができる軸冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための本発明に係る軸冷却装置は、冷やし嵌めを行う際に冷却対象とする軸を覆うケーシングと、前記ケーシングに備えられ、前記軸を基点として当該軸周りに前記ケーシングを回転させる回転駆動手段とを有し、前記ケーシングには、内部に冷却部材を導入するための開閉窓が設けられていることを特徴とする。
【0009】
また、上記のような特徴を有する軸冷却装置では、前記回転駆動手段は、前記冷却対象とする軸を挟持するように配置された複数のローラと、前記ローラのうちの少なくとも1つを回転駆動させる駆動源とを有する物とし、前記軸の温度を検出する検温手段と、当該検温手段により検出された温度を表示する表示手段と、検出された温度が設定された値となることにより前記駆動源に対して停止信号を出力するように設定された制御手段とを備えるものとすると良い。
【0010】
さらに、上記のような特徴を有する軸冷却装置では、前記ケーシングは、前記軸との間に間隙を設けて配置される筒状体と、当該筒状体の両端を閉塞する蓋体とより構成され、前記筒状体は開口部の寸法が異なる複数の部材から構成されて長手方向への伸縮を可能としたテレスコピック構造体としても良い。
【発明の効果】
【0011】
上記のような特徴を有する軸冷却装置によれば、冷却部材の配置に手間をかけることなく、かつ冷却部材の形態の如何を問わず冷却対象部位を均等冷却することができる。また、回転駆動手段を軸を挟持する複数のローラと当該ローラを回転駆動させる駆動源とより構成することによれば、ケーシングを軸に対して安定した状態で回転させることができる。また、検温手段を備え、軸の温度が所定の温度に達した後にローラの駆動源に対して停止信号を出力するような構成とすることによれば、軸の冷却温度に誤差が無くなり、工事毎の軸の収縮率を安定させることができる。さらに、ケーシングをテレスコピック構造体とすることによれば、ケーシングによって覆う軸の範囲を変更することが可能となる。よって、挿通距離の長い部材間の冷やし嵌めにも対応させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明の軸冷却装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は本発明に係る一部の実施形態であり、本発明の技術的範囲は以下に示す実施形態に限定されるものでは無い。
【0013】
まず、図4を参照して本発明の軸冷却装置を用いて冷却作業を行う際に冷却対象部位となる箇所、およびその構成の一例について説明する。図4に示す構造体は、大型ファン330と、このファン330を駆動するモータ310、及び前記モータ310の駆動力を前記ファン330に伝達する連結シャフト320とを基本として構成される大型の送風機300である。そして、連結シャフト320とモータ310の回転軸とは締まり嵌めされたカップリング315を介して締結されており、連結シャフト320とファン330のボス穴とは直接的な締まり嵌めにより締結されている。大型回転体の場合、軸と穴とを面で固定することで、キー固定の場合のようなヘタリによるガタツキを生じ難くすることができるのである。本発明の軸冷却装置は、図4中に破線340,350で示した連結シャフト320とファン330との締結、カップリング315のボス部の締結等の組付けを行う際の冷却(冷やし嵌め工法)に用いられる。以下、冷却対象とするシャフト(軸:詳細には軸の端部)とこれを挿入する穴との組付けを行う場合を例に挙げて、本発明の軸冷却装置と、これを用いた軸の冷却について説明する。
【0014】
図1は、本発明の軸冷却装置に係る第1の実施形態を示す図である。なお、図1(A)は同図(B)におけるA−A断面を示す図であり、図1(B)は同図(A)における左側面を示す図であり、図1(C)は、軸冷却装置におけるケーシングの分解斜視図である。
【0015】
本実施形態に係る軸冷却装置10は、冷却対象とする軸50を覆うケーシング12と、このケーシング12を軸50周りに配置して回転させる回転駆動手段22とを基本として構成されている。前記ケーシング12は、前記軸50との間に間隙を設けて配置される筒状の胴部14(14a,14b)と、前記胴部14の両端に配置されて前記軸50と胴部14との間の間隙を塞ぎケーシングとしての内部空間を形成する一対の蓋部16(16a,16b),18(18a,18b)とから構成されている。
【0016】
本実施形態におけるケーシング12は、胴部14および蓋部16,18共に2つの片から成る半割り構造とされている。よって、胴部14を構成する一方の片14aには、他方の片14bに形成された締結穴13に嵌め込まれる締結手段13aが備えられている。なお、図示はしていないが、それぞれの蓋部16,18を構成する片にも、図示しない締結部や締結穴等を設けるようにする。このような構造を採ることにより、既設の構造体の軸に当該ケーシング12を取り付けることが可能となるのである。また、前記胴部14には、いずれかの片(本実施形態では一方の片14a)に、開口部14dが形成されている。当該開口部14dは、冷却対象とする軸50にケーシング12が取り付けられた後、冷却部材としてのドライアイスをケーシング12内に取り込むためのものである。そして胴部14を構成する一方の片14aには、前記開口部14dを覆う、開閉可能な蓋14cが備えられている。なお、図中に明示はしていないが、前記開口部14dを覆う蓋14cは、開口部14dを閉塞した状態でロックすることができる構造とすると良い。
【0017】
前記蓋部16,18は、上述したように半割り構造とされており、中央部には冷却対象とする軸50を挿通させるための軸通し孔16c,18cが設けられている。蓋部16,18の構造としては単純な平板構造であっても良いが、本実施形態の場合、胴部14と対抗する面にボス部17(17a,17b),19(19a,19b)を設ける構成としている。胴部14に蓋体16,18を組付けた際、胴部14の壁面がボス部17,19の内側に入り込む構成とすることで、組付け後のケーシング12の形状を安定させることができるからである。また、前記軸通し孔16c,18cの口径は、冷却対象とする軸50の直径よりも数ミリから数センチ程度大きく形成すると良い。このような構成とすることで、冷却可能とする軸50の直径に幅を持たせることができるからである。なお、軸50にケーシング12を取り付ける際には、蓋部16の軸通し孔16cと軸50との間にフェルト等の緩衝材15を配置し、軸50と軸通し孔16cとの隙間を埋めるようにすると良い。
【0018】
上記のような構成のケーシング12では、前記胴部14の外側または内側、あるいはその両方(図1では外側)に発泡スチロールやウレタン等に代表される断熱材20が備えられている。断熱材20を設けることにより外部からの熱を遮断することができるからである。また、断熱材20により伝熱を妨げることにより、作業員がケーシング12に触れた場合であっても、低温火傷等の負傷を負うことが無くなる。
【0019】
前記回転駆動手段22は、本実施形態の場合、前記蓋部16に備えられる。その具体的構成は、ギアモータ28と、回転ローラ24とを基本とする。前記ギアモータ28は、蓋部16に固定されたスライドベース32上を摺動するスライダ(不図示)に備えられ、バネ、あるいはその他の付勢手段36により、軸50の中心方向に向けたスライド移動が可能な状態とされている。前記回転ローラ24は前記ギアモータ28の回転軸に備えられ、ギアモータ28がスライドさせられることにより軸50へと押し付けられるように構成されている。なお、回転ローラ24は、少なくともローラの外周面をゴムやウレタン等の弾性部材で構成すると良い。このような構成とすることで、回転ローラ24と軸50との間の摩擦抵抗が増加し、回転ローラ24の空回りを防止することができ、上述したケーシング12を軸50周りに回転させることが可能となる。また、前記ギアモータ28には、電源となるバッテリ40が接続されている。
【0020】
また、本実施形態における回転駆動手段22は、上述したギアモータ28に備えられた回転ローラ(駆動ローラ)24の他に、ギアモータ28を備えない複数(本実施形態では2つ)の回転ローラ(従属ローラ)26を有する。従属ローラ26は、駆動源を有さない回転軸に備えられ、前記回転軸は蓋部16に固定されたスライドベース34上を摺動するスライダ30にそれぞれ固定されている。スライダ30はそれぞれ、蓋部16の外周方向から中心方向、すなわち軸50方向へのスライドを可能な構成とされており、バネ等の付勢手段38により軸50の中心方向へと押し付けられている。
【0021】
このような構成の回転駆動手段22は、少なくとも1つの回転ローラを駆動ローラ24として駆動し、当該駆動ローラ24と1つ以上の従属ローラ26とにより軸50を挟み込むことで、前記ケーシング12を安定した状態で回転させることができる。
【0022】
次に、上記のような構成の軸冷却装置10を用いて軸50を冷却する工程について説明する。まず、半割り状態にしたケーシング12の胴部14、蓋部16をそれぞれ冷却対象とする軸50に備え付ける。回転駆動手段22を有する側の蓋部16における軸通し孔16cと軸50との間には緩衝材15を介在させ、ケーシング12の安定と軸50の保護、及びケーシング12内に充填するドライアイスの漏れ防止を図る。なお、他方の蓋部18における軸通し孔18cと軸50との間は開放しておくことにより、昇華した二酸化炭素をケーシング12内から排出することができるようになるが、当該箇所にも緩衝材を配置するようにしても良い。
【0023】
ケーシング12を装着した後、胴部14の一方の片14aに備えられた蓋14cを開放し、開口部14dからケーシング12の内部に冷却剤としてのドライアイスを充填する。ドライアイスを充填した後、前記蓋14cを閉めてロックする。
【0024】
その後、ギアモータ28を駆動させることで駆動ローラ24を軸50の外形に沿って回転させることで、ケーシング12自体を軸50を中心として回転させる。そして、作業員は、冷却対象としている軸50の温度を測定し、軸50の温度が目的温度に達した後にギアモータ28を停止させる。そして、胴部14の一方の片14aに備えられた蓋14cを開放し、開口部14dを下へ向けることでケーシング12の内部からドライアイスを排出する。その後、ケーシング12を分解し、軸50をファン等の相手部品に挿入する。
【0025】
上記のような軸冷却装置10を用いて軸50の冷却を行うことにより、ドライアイスを軸50に接触させつつ回転させる構成となるため、ドライアイスの配置に偏りが無く、軸50を均等に冷却することが可能となる。また、冷却剤であるドライアイスは、ケーシング12に設けられた開口部14dから内部へ投入するだけで良いため、定量ずつ袋に詰める等の作業が不要となる。
【0026】
次に、図2を参照して本発明の軸冷却装置に係る第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る軸冷却装置の殆どの構成は、上述した第1の実施形態に係る軸冷却装置と同様である。したがって、その構成を同一する箇所には図面に100を足した符号を付してその詳細な説明は省略することとする。また、図2において図2(A)は同図(B)におけるA−A断面を示す図であり、図2(B)は同図(A)における左側面を示す図である。
【0027】
本実施形態に係る軸冷却装置110の特徴は、冷却対象とする軸50の温度を検出し、検出温度が所定の温度に達した時点でケーシング112の回転を停止させるというものである。以下に上記特徴的な作用を奏するための具体的構成について述べる。
【0028】
上記作用を奏するための構成として、本実施形態の軸冷却装置110は検温手段141を備えている。本実施形態における検温手段141は、温度センサ146(サーミスタ等)と、当該温度センサ146から出力された電気信号の変化を、予め記憶されているルックアップテーブル等に対応させて検出温度を導き出す制御部142、および前記温度センサ146と前記制御部142とを電気的・機械的に接続するアーム144とを基本として構成される。前記制御部142には、電源であるバッテリ140の他、検出温度を目視可能に表示する表示部148と、ギアモータ128が接続されている。
【0029】
そして、制御部142には、軸50の目標冷却温度が記憶されており、制御部142は前記温度センサ146による検出温度が前記目標冷却温度に達すると、ギアモータ128に対して駆動を停止させる信号が出力されるように設定されている。
【0030】
このような構成とすることで、軸50の冷却誤差を少なくすることができる。すなわち、冷やし嵌めにおける軸50の収縮率の差を少なくすることができ、工事毎の作業労力の差を軽減することが可能となるのである。その他の構成、作用効果については、上述した第1の実施形態に係る軸冷却装置と同様である。
【0031】
次に、図3を参照して本発明の軸冷却装置に係る第3の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る軸冷却装置の殆どの構成は、上述した第1、第2の実施形態に係る軸冷却装置と同様である。したがって、その構成を同一する箇所には図面に200を足した符号を付してその詳細な説明は省略することとする。
【0032】
本実施形態に係る軸冷却装置210と、上記第1、第2の実施形態に係る軸冷却装置との相違点は、ケーシング212における胴部214の構造である。本実施形態の胴部214は、軸50に沿った方向(長手方向)の長さを可変とし、その冷却範囲を変更することを可能としているのである。図3に示す本実施形態に係る軸冷却装置の側断面図において、図3(A)は胴部を短縮させた場合の様子を示す図であり、図3(B)は胴部を伸長させた様子を示す図である。
【0033】
上記のような作用を奏する胴部214の具体的構成としては、次のようなものである。口径の異なる複数(実施形態では2つ)の筒状構成体214a1,214b1、216a1,216b1を組み合わせ、いわゆるテレスコピック構造とするのである。このような構成とする場合、外側に配置される筒状体214a1,214b1には外側に、内側に配置される筒状体216a1,216b1には内側に断熱材220を配置すると良い。こうすることにより、胴部214を短縮させた状態でも、伸長させた状態でも断熱作用を得ることが可能となるからである。また、胴部214を伸縮自在な構造とすることによれば、胴部214を伸長させた状態でケーシング212内部にドライアイスを投入することで、昇華によりドライアイスの量が減り、ケーシング212内におけるドライアイスの割合が減り、軸50の冷却作用が低下した場合に、胴部214を短縮させることによりケーシング212内におけるドライアイスの割合を増加させることができる。
他の作用効果については、上記第1、第2の実施形態に係る軸冷却装置と同様である。
【0034】
なお、上述した実施形態ではいずれも、回転駆動手段や検温手段を、ケーシングの蓋部に配置するように示したが、同様な作用を得ることができれば、これらの配置位置は胴部等であっても良い。また、ケーシングを構成する胴部や蓋部の分割は、半割り構造としていたが、さらに複数に分割する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】第1の実施形態に係る軸冷却装置の構成を示す図である。
【図2】第2の実施形態に係る軸冷却装置の構成を示す図である。
【図3】第3の実施形態に係る軸冷却装置の構成を示す図である。
【図4】本発明に係る軸冷却装置を使用して冷却を行う箇所を有する構造体の例を示す図である。
【符号の説明】
【0036】
10………軸冷却装置、12………ケーシング、14(14a,14b)………胴部、16(16a,16b)………蓋部、18(18a,18b)………蓋部、20………断熱材、22………回転駆動手段、24………回転ローラ(駆動ローラ)、26………回転ローラ(従属ローラ)、28………ギアモータ、30………スライダ、32………スライドベース、34………スライドベース、36………付勢手段、38………付勢手段、40………バッテリ、50………軸。
【出願人】 【識別番号】000005452
【氏名又は名称】株式会社日立プラントテクノロジー
【出願日】 平成18年9月28日(2006.9.28)
【代理人】 【識別番号】100091306
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 友一

【識別番号】100086922
【弁理士】
【氏名又は名称】大久保 操


【公開番号】 特開2008−80454(P2008−80454A)
【公開日】 平成20年4月10日(2008.4.10)
【出願番号】 特願2006−264126(P2006−264126)