クランクハンドルとは
クランクハンドル (英: Crank handle) とは、ハンドル (取っ手) を手で回転させることで、機械的に回転出力を発生させるための入力装置です。
主に、レバー (棒状部品) の片端に回転出力側となる穴 (もしくは軸) が配置され、入力となるハンドルをL字形に取り付けられた部品 (工具) を指します。クランクとは、「円運動がシャフトに与えられたり、シャフトから受け取られたり、往復運動が円運動に、またはその逆に変換されたりするために、軸の端に直角にキー止めされた車軸または曲がったシャフトの部分、またはアーム」と示されています。
クランクハンドルの使用用途
図1. クランクハンドルの使用例
クランクハンドルは、回転動作を必要とする様々な用途や環境で使用されています。身近なもので言えば、車載ジャッキ用の回転ハンドルや窓やルーバーの開閉用ハンドルなどです。また、釣り竿リールのハンドルに使用されている場合もあります。
産業用途においては、電動機などの動力装置不具合時のバックアップ回転操作用として、使用される場合が多いです。バルブ開閉用や電動機・減速機などの手動回転操作、旋盤などの工作機械の位置決め用で使用されています。
参考の使用例として、手動吊り上げ装置操作用とウォーム減速機手動操作用にクランクハンドルを使用した場合を上記図1に示しています。
クランクハンドルの原理
クランクハンドルとは、手動回転動作の機械的入力装置として機能させるための機械要素のことです。この場合のクランクとは、回転する軸と芯のずれた軸を結ぶ棒 (レバー) などからなる機構を指します。また、ハンドルとは操作を行うための取っ手を示しています。
ハンドル (取っ手) を手で握り、回転させることで回転出力を発生させるための入力装置を総称して「クランクハンドル」と呼びます。軸などを直接回転させるより、レバーの長さにより小さな力で回転を発生させることができます。クランクハンドルを回すときには、力を加える点 (ハンドル) が回転の中心から遠い方が、より小さな力で作業できます。
この軸などを回転させるために必要な力を「トルク」と呼び、トルクは下記式により定義されます。
トルクＴ(Ｎ・ｍ)＝接線力Ｆ(Ｎ) ※1×回転半径Ｒ(ｍ) ※2
※1 ハンドルを回転させる力
※2 レバーの長さ (ハンドル中心とレバー穴間の距離)
レバーの長さが長いほどより小さな力で、大きな回転力を発生させることができます。しかし、レバーが長いと回転速度を早くすることが難しくなります。したがって、大きなトルクで低回転速度が必要な場合は長いレバー、小さなトルクで高回転速度が必要な場合は短いレバーを選択する必要があります。
クランクハンドルの種類
図2. クランクハンドルの種類 (1)
クランクハンドルの種類は、レバー・ハンドルの材質、形状、穴形状などによって複数種類があります。
図3. クランクハンドルの種類 (2)
- レバー・ハンドル材質 鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、樹脂
- レバー形状 ストレート、オフセット
- ハンドル取り付け 固定、回転式、回転収納式
- レバー穴形状 丸穴、角穴
- その他 軸取り付け部分がラチェット式、ハンドルと反対側にバランスウェイト付き
図4. クランクハンドルの種類 (3)
クランクハンドルの選定
クランクハンドルの選定は、下記のような使用環境や作業スペースを考慮して行います。
- クランクハンドルと取り付ける装置の軸形状に合わせて、丸穴、角穴を選定します。
- クランクハンドルと取り付ける装置の軸寸法、レバー穴寸法を選定します。
- 作業に必要な力が大きい場合は、レバーの長いものを選定します。
- 同様に作業に必要な力が大きい場合は、炭素鋼やステンレス鋼などの強度の高い材質を選定します。
- クランクハンドルと取り付ける装置との距離が近過ぎ、部品などが干渉し操作ができない場合は、オフセットハンドルを選定します。
- 作業しない場合にハンドルが邪魔になるような場合は、回転式ハンドルや回転収納式ハンドルを選定します。
- 特に高温多湿で常時日照にさらされるような場合は、金属製の耐候性に優れたレバー材質を選定します。
- 360度回転する作業スペースがない場合などは、ラチェット式を選定します。
- 旋盤などの工作機械の位置決めで、回転数が多き場合などは、バランスハンドルを選定します。
参考文献
https://www.imao.co.jp/catalog/imageindexlists2/?categorycode=%24SMEH_G
https://www.nbk1560.com/products/machine_element/handle/
https://www.livre-megatech.com/products/index.html