(57)【要約】トラフ形ベルトコンベヤシステムのコンベヤベルトを支持する際に使用されるトラフアイドラ６２は、間隔を空けて配置された一対の中央ロール６４、６６及び角度を付けられた一対の側部トラフロール４０、４２を含む。一対の中央ロール６４、６６はピボットブラケットに搭載され、それらの回転軸は互いにある間隔をあけて配置される。中央ロール６４、６６は、各中央ロール６４、６６が同じ外径を有するように選択される。中央ロールのサイズは、中央ロールの外径が側部トラフロール４０、４２の外径より大きくなるように選択される。側部トラフトール４０、４２の外径に対する中央ロール６４、６６の外径の増加は、トラフアイドラ６２の押込み抵抗の大きさを減少する。トラフアイドラ６２は更に、一対の中央ロール６４、６６を支持するために使用されるピボットブラケットの時計回り及び反時計回りの回転量を制限するピボット制限機構３６、６８を含む。【選択図】図４
2004509033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラフ形ベルトコンベヤシステムのコンベヤベルトを支持する際に使用するトラフアイドラであって、
全体的に水平な縦軸であって前記トラフ形コンベヤシステムの前記コンベヤベルトの移動方向に対して横向きである縦軸に沿って延びる支持フレーム；
前記支持フレームに搭載され、前記支持フレームの縦軸に関しトラフ角度で延びる回転軸の周りを回転可能な第１の側部トラフロール；
前記支持フレームに搭載され、前記支持フレームの縦軸に関しトラフ角度で延びる回転軸の周りを回転可能な第２の側部トラフロールであって、前記第１及び第２の側部トラフロールが第１の外径を有するようにされている、第２の側部トラフロール；及び
前記支持フレームに搭載され、前記第１の側部トラフロールと前記第２の側部トラフロールとの間に配置される一対の中央ロールであって、各中央ロールが前記支持フレームの前記縦軸に対して全体的に平行な回転軸に沿って延びており、前記中央ロールの前記回転軸が前記支持フレームの前記縦軸から反対の方向に空間を空けて配置されており、前記中央ロールのそれぞれが第２の外径を有するようにされている、一対の中央ロール；
を備え、前記中央ロールのそれぞれの前記第２の外径が、前記第１及び第２の側部トラフロールの前記第１の外径より大きい、トラフアイドラ。
【請求項２】
前記一対の中央ロールがそれぞれ、前記第１及び第２の側部トラフロールの間で前記支持フレームに枢動可能に搭載された一対のピボットブラケット間に回転可能に支持されており、
前記ピボットブラケットが、各中央ロールの回転軸を、前記支持フレームの縦軸から等しいが反対方向に距離を空けて配置する、
請求項１記載のトラフアイドラ。
【請求項３】
前記ピボットブラケットが、前記支持フレームの前記縦軸に沿って延びるピボットシャフトに回転可能に搭載される、請求項２記載のトラフアイドラ。
【請求項４】
前記ピボットブラケットはそれぞれ、前記ピボットブラケットが前記ピボットシャフトの周りを回転するときに前記支持シャフトに接触するように配置される少なくとも一つの停止面を含み、
前記停止面は前記ピボットシャフトの周りの前記ピボットブラケットの回転量を制限する、請求項３記載のトラフアイドラ。
【請求項５】
前記第１及び第２の側部トラフロールのそれぞれの前記外径は、略６インチ（１５．２４ｃｍ）であり、前記中央ロールのそれぞれの前記外径は略８インチ（２０．３２ｃｍ）である、請求項１記載のトラフアイドラ。
【請求項６】
前記トラフ角度は１０°と６０°との間の角度である、請求項１記載のトラフアイドラ。
【請求項７】
トラフ形ベルトコンベヤシステムのコンベヤベルトを支持する際に使用されるトラフアイドラであって、
前記トラフアイドラの縦軸に関しトラフ角度で延びる回転軸の周りを回転可能な第１の側部トラフロール；
前記トラフアイドラの縦軸に関しトラフ角度で延びる回転軸の周りを回転可能な第２の側部トラフロールであって、前記第１及び第２の側部トラフロールが第１の外径を有するようにされている、第２の側部トラフロール；
前記第１の側部トラフロールと前記第２の側部トラフロールとの間に配置され、第２の外径を有する前方中央ロール；及び
前記第１の側部トラフロールと前記第２の側部トラフロールとの間に配置され、前記前方中央ロールから中央ロール間隔で間隔を空けて配置され、前記第２の外径を有する後方中央ロール；
を備え、
前記前方中央ロール及び前記後方中央ロールの前記第２の外径は、前記第１の側部トラフロール及び前記第２の側部トラフロールの前記第１の外径より大きい、トラフアイドラ。
【請求項８】
前記前方中央ロール及び前記後方中央ロールは、前記トラフアイドラの前記縦軸の両側に配置される、請求項７記載のトラフアイドラ。
【請求項９】
前記前方中央ロール及び前記後方中央ロールは、それぞれ、前記第１及び第２の側部トラフロールの間に配置される一対のピボットブラケットの間で回転可能に支持され、
前記ピボットブラケットは、前記前方中央ロール及び前記後方中央ロールの回転軸を、前記トラフアイドラの前記縦軸から等しい距離を空けて配置する、請求項７記載のトラフアイドラ。
【請求項１０】
前記ピボットブラケットは、前記支持フレームの前記縦軸に沿って延びるピボットシャフトに回転可能に搭載される、請求項９記載のトラフアイドラ。
【請求項１１】
前記ピボットブラケットはそれぞれ、前記ピボットブラケットが前記ピボットシャフトの周りを回転するときに前記支持フレームに接触するように配置される少なくとも一つの停止面を含み、前記停止面は前記ピボットシャフトの周りの前記ピボットブラケットの回転量を制限する、請求項１０記載のトラフアイドラ。
【請求項１２】
トラフ形ベルトコンベヤのコンベヤベルトを支持する際に使用されるトラフアイドラであって、
前記コンベヤベルトの移動方向に対し横方向に延びるベース部を有する支持フレーム；
前記支持フレームの前記ベース部に接続される一対の搭載ブラケット；
前記搭載ブラケットの間に搭載されるピボットブラケットアセンブリであって、前記一対の搭載ブラケットの間に回転可能に支持される、空間を空けて配置された一対のピボットブラケットを含むピボットブラケットアセンブリ；
前記ピボットブラケットアセンブリに回転可能に支持される前方中央ロール；
前記ピボットブラケットアセンブリに回転可能に支持される後方中央ロールであって、前記ピボットブラケットアセンブリが枢動可能であって前方中央ロール及び後方中央ロールの双方をコンベヤベルトに接触するように動かすようにされている、後方中央ロール；及び
前記ピボットブラケットアセンブリの各ピボットブラケット上に形成される少なくとも一つの停止ブロックであって、前記ピボットブラケットに関し前記ピボットブラケットアセンブリが枢動するときに前記搭載ブラケットと接触するように配置され、前記ピボットブラケットアセンブリの回転量を制限する停止ブロック；
を備える、トラフアイドラ。
【請求項１３】
前記ピボットブラケットアセンブリは、各ピボットブラケットから延びる一対の停止ブロックを含み、
前記停止ブロックは、前記ピボットブラケットアセンブリの回転を制限するために前記搭載ブラケットの両側に配置される、請求項１２記載のトラフアイドラ。
【請求項１４】
前記ピボットブラケットはそれぞれ外側表面を有し、前記停止ブロックは前記外側表面から前記搭載ブラケットに向かって延びる、請求項１３記載のトラフアイドラ。
【請求項１５】
前記停止ブロックのそれぞれが、前記ピボットブラケットの外側表面に溶接される、請求項１４記載のトラフアイドラ。
【請求項１６】
前記ピボットブラケットアセンブリは、前記一対の間隔を空けて配置されたピボットブラケットの間に延びる一対の支持材を含み、
前記支持材は、それぞれ、各ピボットブラケットから突出する停止ブロックを画定するように前記ピボットブラケットの双方を通って延び、
前記各ピボットブラケットから突出する前記停止ブロックは、時計回り及び反時計回りの前記ピボットブラケットアセンブリの回転を制限するように前記搭載ブラケットの両側に配置される、請求項１２記載のトラフアイドラ。
【請求項１７】
前記ピボットブラケットはそれぞれ外側表面を有し、
前記停止ブロックは、前記外側表面から前記搭載ブラケットにむかって突出する、請求項１６記載のトラフアイドラ。
【請求項１８】
前記停止ブロックは、前記前方中央ロール及び前記後方中央ロールが上方及び下方に向かって動作可能となるように、前記ピボットブラケットアセンブリが時計回り及び反時計回りの双方に回転できるように前記搭載ブラケットから間隔を空けて配置される、請求項１３記載のトラフアイドラ。
【請求項１９】
前記ピボットブラケットアセンブリは、前記空間を空けて配置された一対のピボットブラケットの間に延びるピボットシャフトを含み、
前記ピボットシャフトは、前記一対の搭載ブラケット間で回転可能に支持される、請求項１２記載のトラフアイドラ。
【請求項２０】
トラフ形ベルトコンベヤのコンベヤベルトを支持する際に使用されるトラフアイドラであって、
コンベヤベルトの移動方向に対し横向きに延びるベース部を有する支持フレーム；
前記支持フレームの前記ベース部に接続される一対の搭載ブラケット；
前記一対の搭載ブラケットの間に搭載されるピボットブラケットアセンブリであって、前記一対の搭載ブラケット間に回転可能に支持される、空間を空けて配置された一対のピボットブラケットを含むピボットブラケットアセンブリ；
前記ピボットブラケットアセンブリに回転可能に支持される前方中央ロール；
前記ピボットブラケットアセンブリに回転可能に支持される後方中央ロール；及び
各ピボットブラケット上に形成され、前記ピボットブラケットアセンブリが回転するときに前記支持フレームの前記ベース部に接触するように配置され、前記ピボットブラケットアセンブリの回転量を制限する少なくとも一つの停止面；
を備えるトラフアイドラ。
【請求項２１】
前記ピボットブラケットは、それぞれ、前記支持フレームの前記ベース部の外側の形状に対応する傾斜部を有するピボットノッチを含み、
前記ピボットノッチの前記停止面は、前記ピボットブラケットアセンブリの回転を制限するように前記ベース部に接触する、請求項２０記載のトラフアイドラ。
【請求項２２】
前記前方中央ロール及び前記後方中央ロールが上方及び下方に向かって動作可能なように前記ピボットブラケットアセンブリが時計回り及び反時計回りのいずれにも回転可能となるように、前記ピボットノッチが前記支持フレームの前記ベース部から間隔を空けて配置される、請求項２０記載のトラフアイドラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラフ形コンベヤシステム内のコンベヤベルトを支持する際に使用するトラフアイドラに関する。より具体的には、本発明は、トラフアイドラの押込み抵抗を低減するために一対の側部トラフロールより大きな外径をそれぞれが有する一対の中央ロールを有するトラフアイドラに関する。更に、本発明は、ピボット制限機構により回転が制限された一対のピボットブラケット間に中央ロールが搭載された、トラフアイドラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラフ形ベルトコンベヤは、一つの位置からもう一つの位置へ大量の物質を搬送するために長い間使用されてきた。トラフ形ベルトコンベヤは、鉱坑や採石場において、遠い地点間で大量の物質を移送する場合に特に有用である。典型的には、トラフ形ベルトコンベヤシステムは、動いているコンベヤベルトの長さに沿って配置される、一連の、間隔を空けられたトラフアイドラアセンブリを有し、コンベヤベルトをその長さに亘って支持する。各トラフアイドラは、回転可能な中央アイドラロールと、大量の物質を搬送するためにトラフを画定する、中央ロールに関しトラフ角度で配置される一対のトラフアイドラロールとを有する。
【０００３】
中央ロール及び一対の側部トラフロールを有するトラフアイドラの上方でベルト及び大量の物質を動かすために要求される力の大きさは、トラフロール及び中央ロールのそれぞれを回転させるために要求される回転抵抗と、トラフアイドラのアイドラロールを越えてベルト及び大量の物質が移動するときのベルト及び大量の物質のローリング抵抗とを含む、２つの主要な構成要素に依存する。
【０００４】
一般に、トラフアイドラの各ロールを回転させるために要求される回転抵抗は、ベアリング、シール、グリース及び他の摩擦抵抗によりシャフトの周りを回転しているロールの抵抗と、整合していないアイドラのロールの上方のベルトのスライドによる抵抗とを含む、２つの主要な構成要素に分解することができる。ローリング抵抗は、コンベヤベルト内へのロールの押込みによる抵抗、アイドラロールの上方のベルトの撓みによる抵抗、及びアイドラロールの上方の物質の撓みによる抵抗を含む３つの主要な構成要素に分解することができる。
【０００５】
上記検討によって理解できるように、リストに上げられた範囲の、一つの抵抗の減少が、トラフ形ベルトコンベヤシステムの効率を増加させ、及び、同じ量の物質を搬送するためにより少ないエネルギーを要求する。
【０００６】
上述した押込み抵抗は、ベルト及び支持されている物質の重さの下方でコンベヤベルトの底部カバーに凹みをつけるアイドラロールにより発生する。図７を参照すると、図７に示されるエリア１０によって図示されるように、ベルト上の物質の重量は接触圧力分布を生じる。接触圧力は、接触する長さにわたって圧力を積分することにより、垂直方向の力１２に分解することができる。圧力分布は、コンベヤベルトが停止したときには、アイドルロール１４のセンターラインについて対称である。従って、垂直方向の接触力１２は、圧力分布の重心を通って作用し、アイドラロール１４のセンターライン上にある。
【０００７】
しかしながら、コンベヤベルト１６が動くとき、ゴムの粘弾性特性が、図８に図示されるように非対称の圧力分布を生じる。コンベヤベルトが動くとき、コンベヤベルト１６はアイドラロール１４のセンターラインのアプローチ側で押込まれる（加圧される）。センターラインの反対側では、ゴムは、その本来の特性により、十分早くには非加圧状態となることはできず、アイドラロールのセンターラインの下流側の接触長さは短くされる。図８に図示されるように、コンベヤベルト１６は、位置１８においてアイドラロールとの接触を失い、位置２０まで完全に緩まない。短くされた接触リンクのため、接触圧力は、エリア２２により図示されるように増加する。加えて、垂直方向の接触力は、このとき、矢印２４で示されるように、アイドラロール１４のセンターラインについて非対称であり、垂直方向の力２４は、アイドラロール１４のセンターラインから上流側のアプローチ側に向かってオフセットされる。この垂直方向の力２４のオフセットは、アイドラロール１４に接する水平方向の力２６により、補償されなければならないモーメントを生じる。水平方向の力２６にアイドラロール１４の半径をかけたものは、垂直方向の力２４にセンターラインからのオフセットである距離をかけたものと等しくなければならない。この水平方向の力２６は、押込みローリング抵抗を示す。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記検討により理解されるように、アイドラロールの押込みによって生じる押込み抵抗の大きさの減少が、トラフ形ベルトコンベヤシステムのより効果的な操作、従ってコンベヤシステムの所有者によるエネルギーを節約する結果となる。加えて、アイドラロールの上方のベルトの撓みによる抵抗及びアイドラロールの上方の物質の撓みによる抵抗における減少は、コンベヤシステムの効率を更に増加する。従って、本発明の目的は、押込み抵抗の大きさ及びベルトと物質の抵抗の大きさを減少する、トラフ形ベルトコンベヤシステムに使用されるトラフアイドラを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、トラフ形ベルトコンベヤの移動しているコンベヤベルトを支持する際に使用されるトラフアイドラである。トラフアイドラは、一般に、トラフ角度で一対の側部トラフロールを搭載するように延びる支持フレームを含む。一対のトラフロールに加えて、本発明のトラフアイドラは、互いに間隔を空けて配置されている一対の中央ロールを含む。各中央ロールの回転角は互いに平行であり、支持フレームの縦軸から同じ距離だけ間隔が空けられている。中央ロールは、中央ピボットシャフトの周りを枢動可能である一対のピボットブラケット間に、互いに回転可能に搭載されている。ピボットシャフトは、中央ロールが支持フレームの縦軸から等しく間隔を空けられるように、支持フレームの縦軸に沿って延びている。
【００１０】
一対のピボットブラケットのピボット回転は、本発明のピボット制限機構により制限され、制御される。ピボット制限機構は、各中央ロールにより感知される負荷を等しくするために、中央ピボットシャフトの周りを一対のピボットブラケットが回転することを許容する。一対の中央ロールを横切る負荷を等しくすることは、中央ロールの回転により消費されるエネルギーを減少するようにする。本発明において、ピボット制限機構は、ピボットブラケットの最大回転を制限するために、ピボットブラケットに対して搭載される停止部材を含む。ピボットブラケットのピボット動作の制限は、ピボットブラケットが過回転して移動しているコンベヤベルトに接触し、中央ロールの一つがピボットブラケットから外れてしまうことを防止する。
【００１１】
本発明によれば、２つの中央ロールの外径は等しく、中央ロールが２つの中央ロール間を動いているコンベヤベルトからの力を等しく分配する。従来技術のトラフアイドラにおいて、中央ロール及び一対の側部トラフロールは、単一サイズのアイドラロールが側部トラフロールの一方または中央ロールの一方として使用できるように同じ外径を有している。本発明において、各中央ロールの外径は２つの側部トラフロールの外径より大きい。好ましくは、各中央ロールの外径は、側部トラフロールの外径より少なくとも１インチ（２．５４ｃｍ）大きい。中央ロールの外径の増加は、一つの中央ロールではなく２つの中央ロールを使用することともに、トラフアイドラの全押込み抵抗を大幅に減らす。
【００１２】
本発明のトラフアイドラは、従って、トラフアイドラにより支持されるコンベヤベルトの移動方向に対して平行な方向に互いから間隔が空けられている一対の中央ロールを含む。一対の中央ロールの縦の構成は、トラフアイドラのベルト及び物質双方の撓み抵抗を減らすように機能する。加えて、本発明のトラフアイドラにおける一対の中央ロールは、それぞれ、一対の側部トラフロールの外径より大きい外径を有する。中央ロールの外径の増加と２つの中央ロールへの中央ロールの分割との組み合わせは、トラフアイドラの押込み抵抗の大きさを大幅に減らす。
【００１３】
本発明の様々な他の特徴、目的及び利点は、以下の図面とともに与えられた説明から明らかとなるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図面は、本発明を実現することを考慮したベストモードを図示している。
まず図１を参照すると、大量の物質３２を輸送するために使用されるコンベヤベルト１６を支持してトラフ形にする従来のトラフアイドラが示されている。トラフアイドラ３０は、一般的に、コンベヤベルトの移動方向に対して横方向に延びるベース部３６と、間隔を空けて配置された一対の直立支持部３８とを有する支持フレーム３４を含む。直立支持部３８は、それぞれ、側部トラフロール４０及び４２の一端部を回転可能に支持する。各側部トラフロール４０及び４２の反対側の端部は、ベース部３６に固定された２つの支持ブラケット４４のうちの１つにより支持されている。加えて、単一の中央ロール４６もまた、支持ブラケット４４の間に回転可能に支持されている。
【００１５】
側部トラフロール４０、４２及び中央ロール４６は、それぞれ、回転軸の周りを自由に回転可能である。図１から判るように、各側部トラフロール４０及び４２の回転軸は、中央ロール４６の一般に水平な回転軸に関してトラフ角度αで延びる。側部トラフロール４０及び４２が配置されているトラフ角度αは、コンベヤベルト１６が支持されるトラフを形成する。
【００１６】
図１から判るように、負荷３２は、コンベヤベルト１６に下向きの力をかけ、中央ロール４６だけでなく一対の側部トラフロール４０及び４２へ伝達される。図１の一般的なトラフアイドラにおいては、負荷重量の約７０％が中央ロール４６により支持され、側部トラフロール４０、４２がそれぞれ、負荷重量の約１５％を支持する。
【００１７】
中央アイドラロール上の均一に分配されたライン負荷に対する押込み抵抗は、研究員により次のように定義された。
【００１８】
【数１】
2004509033.tif 000003
【００１９】
ここで、ＦＲＲｉは押込み抵抗（ポンド）であり、
Ｃｉは押込み損失係数であり、
Ｄはアイドラロール直径（インチ）であり、
Ｆｖｒはロール上の縦方向の負荷（ポンド）である。
【００２０】
図２を参照すると、中央ロールから押込み抵抗の大きさを減らすことを意図した、従来技術の最近の改良例を示している。図２に図示したトラフアイドラ４８において、側部トラフロール４０及び４２が第１の外径を有し、中央ロール５０が一対の側部トラフロール４０、４２の外径より大きい外径を有するように形成されている。例えば、熟考された実施形態において、側部トラフロール４０及び４２は各々６インチ（１５．２４ｃｍ）の外径を有し、中央ロール５０は８インチ（２０．３２ｃｍ）の外径を有する。
【００２１】
先に検討したように、図１に示したような従来のトラフアイドラは、中央ロール４６だけでなく一対の側部トラフロール４０及び４２を形成する同一のアイドラロールを有する。図２に図示された従来技術のシステムにおいて、中央ロール５０の外径は側部トラフロール４０、４２の直径に関連して増加される。中央ロール５０のロール径を増加させることによる、中央ロールにおける押込み抵抗の減少は、次式により与えられる。
【００２２】
【数２】
2004509033.tif 000004
【００２３】
ここで、Ｄ１はロールの直径（インチ）であり、
Ｄ２は増加されたロールの直径（インチ）である。
５インチ（１２．７ｃｍ）から６インチ（１５．２４ｃｍ）へ増加したときの減少は１１．４％；
５インチ（１２．７ｃｍ）から７インチ（１７．７８ｃｍ）へ増加したときの減少は２０．１％；
５インチ（１２．７ｃｍ）から８インチ（２０．３２ｃｍ）へ増加したときの減少は２６．９％；
６インチ（１５．２４ｃｍ）から７インチ（１７．７８ｃｍ）へ増加したときの減少は９．８％；
６インチ（１５．２４ｃｍ）から８インチ（２０．３２ｃｍ）へ増加したときの減少は１７．５％；
７インチ（１７．７８ｃｍ）から８インチ（２０．３２ｃｍ）へ増加したときの減少は８．５％；
である。
【００２４】
上記式及び計算から判るように、中央ロール５０のサイズの増加は、結果として、押込み抵抗の大きさの顕著な減少を生じる。
図２に示されるトラフアイドラ４８内の３つのロール全ての直径を増加させることは押込み抵抗を減少させるが、側部トラフロール４０及び４２の直径の増加はロールのコストを増加させる。押込み抵抗のほんの一部が側部トラフロール４０、４２により発生するので、より大きな中央ロール５０ではなく３つの大きなロールによる押込み抵抗の余分な減少は、一般に、費用的に妥当なものではない。
【００２５】
図２に示されるトラフアイドラ４８に加えて、トラフアイドラの効率を増加させるために提案されたもう一つの改良は、図３のトラフアイドラ５１により図示される。図３に図示されるように、従来のトラフアイドラの単一の中央ロールは、一対の中央ロール５４及び５６を含む中央ロールアセンブリ５２によって置き換えられる。中央ロール５４及び５６は、中央ピボットシャフト６０の周りを互いに枢動可能なピボットブラケット５８の間に搭載される。図３から判るように、中央ロール５４及び５６のそれぞれの回転軸は、支持フレーム３４のベース部３６を通る一般に水平な軸から間隔を空けて配置されている。特に、第１の中央ロール５４の回転軸は、一般に中央ピボットシャフト６０と平行で、第２の中央ロール５６の回転軸とピボットシャフト６０から等しい間隔を空けて、第２の中央ロール５６の回転軸とは反対の方向に配置される。
【００２６】
図３のトラフアイドラ５１の一対の中央ロール５４及び５６の前後構成は、アイドラロールの上方のベルトの撓みによる抵抗の大きさ及びアイドラロールの上方の物質の撓みによる抵抗の大きさを減少させる。各トラフアイドラの上方のコンベヤベルトによる大量の物質の移送の間、ベルト及び物質はトラフアイドラにおいて凸形状に、及び、連続するトラフアイドラ間の間隔の上方で凹形状に、曲がっている。アイドラ間の大量の物質の移送の間、ベルト及び物質は下方に反り、断面をみると、より丸い形状となっている。ベルトと大量の物質とが次のトラフアイドラに達するときまで、物質及びベルトは、トラフアイドラ形状に押し込まれる。ベルト及び大量の物質の連続的な撓みで仕事は減少し、アイドラ間のベルト及び物質の再形成は全ローリング抵抗の撓み抵抗成分を導く。
【００２７】
単一の中央ロールを有する従来のアイドラにおけるベルト及び物質の撓み抵抗の大きさは、次のように表現することができる：
【００２８】
【数３】
2004509033.tif 000005
【００２９】
ここで、ＦＲＲｎｍｆはベルト及び物質の撓みの抵抗（ポンド）であり、Ｃｂｍｆはベルト及び物質の撓みの損失係数であり、Ｔはベルト張力（ポンド）であり、Ｗｂはベルトの重量（ポンド／フィート）であり、Ｗｍは物質の重量（ポンド／フィート）であり、Ｓｉはアイドラの間隔（フィート）である。
【００３０】
上記式が示すように、ベルト及び物質の撓み抵抗は、隣合うアイドラ間の間隔に依存する。
図３に図示されたトラフアイドラ５１は、一対の中央ロール５４及び５６を含む。アイドラ５１上の２つの中央ロール５４及び５６は、２つの隣接する従来のアイドラのように考えることができる。従って、撓み抵抗を算出するときに、一のアイドラは前後の中央ロール５４及び５６の間の中央ロール間隔と等しい空間を有し、次のアイドラは第１のアイドラの後方中央ロールと第２のトラフアイドラの前方中央ロールとの間の距離に等しい間隔を有する。結果として一対の中央ロール５４及び５６によるベルト及び物質の撓み抵抗は、次のように算出することができる。
【００３１】
【数４】
2004509033.tif 000006
【００３２】
ここで、Ｓｃは中央ロールの間隔（フィート）である。
直感的に、二重中央ロールの構成を用いることによって中央ロール間隔における減少は、撓み抵抗を減少させることについて１００％影響するものではない。中央ロールの前後構成は垂直面においてベルトのたるみを顕著に生じるが、これは撓み抵抗を生じる中央ロールに沿ったたるみ以上のものである。従って、５０％から７５％の間の効果因子が用いられる。トラフアイドラ５１における中央ロール５４及び５６の前後構成によるベルト及び物質の撓み抵抗は、次のように概算される：
【００３３】
【数５】
2004509033.tif 000007
【００３４】
ここで、Ｅｆは前後方向の効果（％）であり、Ｓｉはアイドラ間隔（フィート）であり、ＳｃはＥＳＩ中央ロール間隔（フィート）である。
一対の中央ロール５４及び５６を有するトラフアイドラのための上記式が示すように、中央ロール５４及び５６の回転軸の間の間隔が大きいほど、ベルト及び物質の撓み抵抗をより節減される。しかしながら、フィールドテストは、中央ロール間隔が長すぎると、ローリング抵抗全体の削減は顕著に減少される。例として、連続するトラフアイドラ間の間隔が６フィート（１８２．８８ｃｍ）であるコンベヤ上に、１０．５インチ（２６．６７ｃｍ）、１８インチ（４５．７２ｃｍ）、２７インチ（６８．５８ｃｍ）及び３６インチ（９１．４４ｃｍ）の中央ロール間隔についてテストが行われた。３６インチ（９１．４４ｃｍ）の中央ロール間隔がエネルギー節減を最適化するであろうことが予期されたが、１０．５インチ（２６．６７ｃｍ）及び１８インチ（４５．７２ｃｍ）の中央ロール間隔が２７インチ（６８．５８ｃｍ）及び３６インチ（９１．４４ｃｍ）の中央ロール間隔より顕著に良い節減をしたことが判った。より長い中央ロール間隔が、２つの側部トラフロール４０及び４２の下部が、非常に撓みやすいビームとして機能するベルト及び物質によるより大きな負荷を与える結果となることも予測される。この通常より高い接触圧力は、多くの節減が損失させる結果となった。従って、図３に示されるトラフアイドラに対してより大きな節減を提供するとき、２つの中央ロール５４及び５６の間は約１０．５インチ（２６．６７ｃｍ）から１８インチ（４５．７２ｃｍ）の間隔が予想される。
【００３５】
ベルト及び物質の撓み抵抗の減少に加えて、単一の中央ロールを一対の中央ロール５４及び５６の前後構成に置き換えることもまた、トラフアイドラの中央における押込み抵抗の大きさを減少させる。特に、一対の中央ロール５４及び５６の間に負荷を均一に分割することによる、図３に示したトラフアイドラの中央ロールにおける押込み抵抗の減少は、次の式により与えられる。
【００３６】
【数６】
2004509033.tif 000008
【００３７】
上式によれば、トラフアイドラ内の一対の中央ロールの使用が押込み抵抗の大きさを約２０．６％減少させる。しかし、側部トラフロール４０及び４２上の押込み抵抗は変化しないので、押込み抵抗の大きさにおいて１００％の効率的な減少はない。押込み抵抗における全減少量は、中央ロール及び側部トラフロールの間の負荷の分布に依存し、従って、トラフ角度、ベルト幅、ベルト重量、ベルト厚さ、物質密度、負荷率等に依存する。従って、二重中央ロール構造を採用するトラフアイドラの押込み抵抗の全減少は、次式により表現できる。
【００３８】
【数７】
2004509033.tif 000009
【００３９】
ここで、ｆνｃは中央ロール負荷因子であり、これはトラフ角度が２０°のときは０．６であり、トラフ角度が３５°のときは０．６７５であり、トラフ角度が４５°のときは０．７５であり、ＣＥＭＡによるトラフ角度が２０°〜４５°のときの負荷因子は０．７０である。
【００４０】
上記式に基いて、二重中央ロール構造を採用したことによる全押込み抵抗の算出された減少は、だいたい次のとおりである。トラフ角度が２０°のときは１６．１％、トラフ角度が３５％のときは１７．４％、トラフ角度が４５°のときは１８・５％、そしてＣＥＭＡの負荷因子が用いられた場合には１７．８％。
【００４１】
図３から判るように、側部トラフロール４０及び４２は各々、同じタイプの商業的に有用なアイドラロールである。特に、図３に図示された発明の実施形態では、各アイドラロールは、アイドラロールが側部の位置及び一対の中央ロールの間で置き換え可能なように、直径６インチ（１５．２４ｃｍ）である。
【００４２】
図４を参照すると、ここには、本発明に従って構成されたトラフアイドラ６２が示されている。トラフアイドラ６２は、ベース部３６及び間隔が空けられた一対の直立支持部３８を有する支持フレーム３４を含む。トラフアイドラ６２は、支持フレーム３４のベース部３６を通る一般的に水平な縦軸に関しトラフ角度αで搭載されている一対の側部トラフロール４０及び４２を含む。
【００４３】
トラフアイドラ６２は、コンベヤベルトの動く方向に対し横方向に配置された回転軸を有し、ベース部３６を通る縦軸の両側に空間を空けて配置される、一対の中央ロール６４及び６６を含む。中央ロール６４及び６６は、各々、ピボットシャフト６０の周りを枢動可能な一対のピボットブラケット５８の間に搭載されている。ピボットブラケット５８及びピボットシャフト６０は、中央ロールアセンブリ５２が、図６においてもっとも良く判るように中央ロール６４及び６６がコンベヤベルト１６に接触しても保持されるように、枢動するようにされている。先に検討したように、中央ロール６４及び６６の回転軸間の中央ロール間隔は、トラフアイドラ６２の効率を最大化するためには、好ましくは１０．５インチ（２６．６７ｃｍ）と１８インチ（４５．７２ｃｍ）との間である。
【００４４】
図４に戻り、中央ロール６４及び６６は、同じ外径を有する。しかしながら、図３に図示された従来技術のトラフアイドラ５１とは異なり、中央ロール６４及び６６の外径は各側部トラフロール４０及び４２の外径より大きい。一対の中央ロールの外径の増加は、中央ロールにおける押込み抵抗量を減少させる。特に、中央ロールの直径の増加及び枢動された一対の中央ロール６４及び６６の使用の双方による、中央ロールにおける押込み抵抗の減少量は、次式により与えられる。
【００４５】
【数８】
2004509033.tif 000010
【００４６】
上に挙げられた式から容易に分かるように、中央ロール６４及び６６の直径のいかなる増加も、押込み抵抗の大きさを直接減少させる。ロールの直径のいかなる増加も可能であるけれども、実際には、側部ロール４０、４２及び中央ロール６４、６６は、市場における現在の商業的に有効なロールサイズの、制限された数のものの一つが選択される。例えば、もっとも一般に有用なロールのサイズは５インチ（１２．７ｃｍ）、６インチ（１５．２４ｃｍ）、７インチ（１７．７８ｃｍ）及び８インチ（２０．３２ｃｍ）である。従って、中央ロールの直径の増加及び一対の中央ロールの使用は、次の結果を生じる。
【００４７】
直径５インチ（１２．７ｃｍ）から直径６インチ（１５．２４ｃｍ）への増加の場合の減少は２９．７％；
直径５インチ（１２．７ｃｍ）から直径７インチ（１７．７８ｃｍ）への増加の場合の減少は３６．６％；
直径５インチ（１２．７ｃｍ）から直径８インチ（２０．３２ｃｍ）への増加の場合の減少は４２．０％；
直径６インチ（１５．２４ｃｍ）から直径７インチ（１７．７８ｃｍ）への増加の場合の減少は２８．４％；
直径６インチ（１５．２４ｃｍ）から直径８インチ（２０．３２ｃｍ）への増加の場合の減少は３４．５％；
直径７インチ（１７．７８ｃｍ）から直径８インチ（２０．３２ｃｍ）への増加の場合の減少は２７．４％。
【００４８】
図２及び図３の従来技術例において実行された計算と比較して、次の式により理解されるように、中央ロールの直径の増加と中央ロールを２つの別個の中央ロール６４、６６に分割することとの組み合わせは、押込み抵抗の大きさを顕著な大きさで減少させる。
【００４９】
上記式は中央ロールにおける押込み抵抗の減少の百分率を算出するが、押込み抵抗の全減少を算出するために、単に中央ロールの減少でなく、側部トラフロールにおける抵抗と中央ロールにおける抵抗との比を考慮すべきである。従来のトラフアイドラ内の３つのロールの上方の負荷分布について行われた非常に多くのリサーチに基いて、次式は、二重中央ロールと、側部トラフロールの外径に対して中央ロールの直径を増加させることとの双方を採用したトラフアイドラの押込み抵抗における全減少を考慮している。
【００５０】
【数９】
2004509033.tif 000011
【００５１】
上記式において、中央ロールの負荷因子（ｆｖｃ）はＣＥＭＡ基準に基づいて０．７０である。この量に基いて、二重中央ロール構造と側部トラフ形ロールに対し中央ロールの外径を増加させることとの双方を採用したトラフアイドラの全押込み抵抗の減少は、次のようになる。
【００５２】
直径５インチ（１２．７ｃｍ）から直径６インチ（１５．２４ｃｍ）への増加の場合の減少は２５．７％；
直径５インチ（１２．７ｃｍ）から直径７インチ（１７．７８ｃｍ）への増加の場合の減少は３１．６％；
直径５インチ（１２．７ｃｍ）から直径８インチ（２０．３２ｃｍ）への増加の場合の減少は３６．３％；
直径６インチ（１５．２４ｃｍ）から直径７インチ（１７．７８ｃｍ）への増加の場合の減少は２４．５％；
直径６インチ（１５．２４ｃｍ）から直径８インチ（２０．３２ｃｍ）への増加の場合の減少は２９．８％；
直径７インチ（１７．７８ｃｍ）から直径８インチ（２０．３２ｃｍ）への増加の場合の減少は２３．７％。
【００５３】
上記計算及び式から理解されるように、側部トラフロール４０及び４２より大きな外径を有する中央ロール６４及び６６を使用するだけでなく、中央ロールを一対の中央ロール６４及び６６に分割することが、実質的にトラフアイドラ６２の全押込み抵抗の大きさを減少させる。押込み抵抗の大きさを減らすことにより、トラフアイドラ６２は、コンベヤシステムが一連のトラフアイドラに沿って同じ負荷を移動させるのためにより少ないエネルギーをかけることを要求する。先に紹介された式からもまた理解されるように、中央ロールが枢動されないときは、中央ロールは負荷を均一に分割せず、押込み抵抗減少量は少なくなるであろう。
【００５４】
全押込み抵抗の大きさの減少に加えて、中央ロール６４及び６６の前後方向への配置は、ベルト及び物質の撓み抵抗の大きさを減少させる。全押込み抵抗の大きさの減少とベルト及び物質の撓み抵抗における減少との組み合わせは、現在用いられているものと比較してトラフアイドラコンベヤシステムの効率を大きく増加させる。
【００５５】
図５を参照すると、一対の中央ロール６４及び６６のための搭載構造の断面図が示されている。図５から判るように、中央ロール６４及び６６は、それぞれピボットブラケット５８に搭載されており、順次ピボットシャフト６０の周りで枢動可能である。ピボットブラケット５８は、それぞれ、角度を付けられたベース部３６に接触する一対の側面７０及び７２により画定されるピボットノッチ６８を含む。接触面７０及び７２は、ピボットシャフト６０の周りのピボットブラケット５８の枢動動作量を制限する。制限された枢動動作は、ピボットブラケット５８が、中央ロール６４又は６６の一方が追い出されてしまう程にはるか上方へ回転してしまうことを防止する。ピボットブラケット５８の制限された枢動動作量は、ピボットブラケット５８が、中央ロール６４又は６６の一方が追い出されてしまう程にコンベヤベルトにダメージを与えることを防止する。しかしながら、中央ロールがピボットすることを容認することは、押込み抵抗の減少を最適化する。
【００５６】
図５に図示されたピボット制限機構は、Ｖ字状に角度を付けられたベース部３６と相互に影響し合うＶ字状のピボットノッチ６８を含むが、ベース部はチューブ状の部材によって置き換えることが可能である。ベース部６８がＶ字状のブラケット３６ではなくチューブ状の部材を含む場合は、一対のピボットブラケット５８の枢動動作量を制限する半円形のノッチによりピボットノッチを置き換えてもよい。
【００５７】
図９及び図１０を参照すると、本発明のピボット制限機構の第２の実施形態が示されている。図９及び図１０に図示されたように、一対の中央ロール６４及び６６は、空間が空けられた一対のピボットブラケット７４の間に搭載されている。図９から判るように、一対のピボットブラケット７４は、一対の対角材（ｃｒｏｓｓ　ｂｒａｃｅｓ）７６及びピボットシャフト７８により、互いに連結されている。ピボットシャフト７８は、各ピボットブラケット７４の内面に取り付けられた一対のカラー部７９に受け入れられる。対角材７６は空間を空けて配置された一対のピボットブラケット７４に対する支持を提供し、ピボットシャフト７８は一対のブラケット７４の回転軸を画定する。
【００５８】
図１０から判るように、ピボットシャフト７８は搭載ブラケット８０内に受け入れられ、角度を付けられたベース部３６に搭載されている。ピボットシャフト７８は、空間を空けて配置された一対のピボットブラケット７４従って中央ロール６４及び６６が、図１１の矢印８１で一般的に示されたようにピボットシャフト７８の周りを回転することを容認する。
【００５９】
図９及び１０に図示されたように、対角材７６は、それぞれ、両ピボットブラケット７４を通って延び、停止ブロック８２を画定する。図示されたように、各停止ブロック８２は、ピボットブラケット７４の外側表面から突出する。図１０に示されるように、停止ブロック８２は搭載ブラケット８０の幅よりわずかに長い距離で互いに間隔を空けて配置されている。
【００６０】
ピボットブラケット７４が完全にバランスのとれた図１０の状態であるとき、停止ブロック８２と搭載ブラケット８０の端部８３との間には空間が形成される。一対のピボットブラケット７４がピボットシャフト７８の周りで枢動すると、図１１に示したように、停止ブロック８２は搭載ブラケット８０の端面８３に接触し、時計回り及び半時計回りのピボットブラケット７４の可能回転量を制限する。
【００６１】
図１１は、搭載ブラケット８０に対するピボットブラケット７４の最大可能回転を図示している。この実施形態において、中央ロール６４及び６６は、約半インチ（１．２７ｃｍ）上方又は下方に動くことができる。しかしながら、中央ロール６４又は６６が押し出されると、停止ブロック８８は、ピボットブラケットが動いているコンベヤベルトに接触することを防止する。
【００６２】
図１２及び１３を参照すると、本発明のピボット制限機構のもう一つの他の構成が示されている。図１２に図示された本発明の実施形態において、一対のトラフ材（ｔｒｏｕｇｈ　ｂｒａｃｅ）８４は一対のピボットブラケット８６の内面に端部を有する。図示された本発明の実施形態において、一対の停止ブロック８８はピボットブラケット８６の外面から延びている。停止ブロック８８は搭載ブラケット８０の幅よりわずかに長い距離だけ間隔を空けて配置される。図９〜１１に図示された本発明の実施形態のように、停止ブロック８８は、時計回りまたは反時計回りの両方への一対のピボットブラケット８６の可能枢動動作量を制限する。本発明の好ましい実施形態において、各停止ブロック８８は、ピボットブラケット８６の外面に溶接された金属部材である。図１２及び１３に図示された実施形態は一対の対角材８４を有するが、停止ブロック８８が一対のピボットブラケット８６に別個に取り付けられているので、安定性が争点ではない場合には対角材８４が除去されることができるということは理解されるべきである。
【００６３】
本発明のピボット制限機構は、一対の側部トラフロールより直径が大きい中央ロールを有するトラフアイドラに全て図示されているが、ピボット制限機構は、側部ロールと同じ直径を有する中央ロールを有する従来のアイドラに用いられることもできることは理解されるべきである。いずれのケースにおいても、ピボット制限機構は、ピボットブラケットの制御されない回転を防止する。
【００６４】
本発明とみなされる主題を指摘し明確にクレームする特許請求の範囲の範囲内のものとして、様々な選択肢及び実施形態が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
トラフ形ベルトコンベヤシステムの動作を示す、トラフアイドラにより支持されたトラフ形コンベヤベルトを図示した断面図である。
【図２】
単一の中央ロールが一対の側部トラフロールより大きな外径を有するようなトラフ形ベルトコンベヤシステムに使用するためのトラフアイドラの、二番目の従来技術の形態を示す斜視図である。
【図３】
一対の側部トラフアイドラロール及び一対の中央アイドラロールを含み、各アイドラロールが同じ外径を有している従来技術のトラフアイドラを図示した斜視図である。
【図４】
一対の中央ロールが各側部トラフロールの外径より大きな外径を有する、本発明のトラフアイドラを示す斜視図である。
【図５】
トラフアイドラの支持フレームに対して搭載されたピボットブラケットに沿って一対の中央ロールと側部トラフロールの一つとを搭載している状態を示す、図４の５−５線における断面図である。
【図６】
トラフ形ベルトコンベヤシステムのコンベヤベルトを支持する、本発明の一対のトラフアイドラを示す側面図である。
【図７】
コンベヤベルトが静止しているときにアイドラロール上のコンベヤベルト及び支持される物質により生じる垂直方向の力を示す図である。
【図８】
コンベヤベルト及びアイドラロールが動作中であるときにアイドラロール上のコンベヤベルト及び物質により生じる垂直方向の力を示す図である。
【図９】
本発明の第２の実施形態のピボット制限機構を示す上面図である。
【図１０】
図９のピボット制限機構の側面図である。
【図１１】
ピボットブラケットのピボット動作及びピボット制限機構の動作を示す、図１０と類似する側面図である。
【図１２】
本発明の第３の実施形態のピボット制限機構の上面図である。
【図１３】
ピボット制限機構の第３の実施形態の側面図である。
【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004509033.tif 000015
2004509033.tif 000016
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【国際調査報告】
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2004509033.tif 000045