JP2008273678A - ウインチ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構造で軽量・小型であって、水中でもロープを整然と確実に巻き取ったり巻き戻したりでき、水流抵抗が小さく、消費エネルギーが少なくてすみ、破損やそれに伴う誤動作が少なく、簡易に製造できる安価なウインチを提供する。
【解決手段】ウインチ２は、回転するロープ巻取ドラム２５に同一回転軸のスリーブ２２が挿入され、スリーブ２２の外周でその軸に対し傾斜した周回溝２３が設けられ、ドラム２５から該軸向きに突き出た突起２４が、変速器１９によりスリーブ２２と異なる速度で回転しつつ該軸と平行に突起２４の往復動を誘導するガイド２１を介して、周回溝２３へ摺動走行可能に嵌まり、ガイド２１で牽引されつつ連動して回転するドラム２５が、スリーブ２２の回転による周回溝２３上での突起２４の走行に連動してロープ１２の径ずつ順次ずれながら、突起２４の往復動に従い、ロープ１２を層状に巻き取るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、海洋、湖沼、河川、ダム等の水中で、任意の水深の環境状態を観測したりそのデータを通信したりする機器等が搭載された浮力体を昇降させるウインチに関するものである。

水中の水深や水温、ｐＨ、クロロフィル濃度、塩分濃度等を測定する水中観測が行われている。水中観測においては、異なる水深で経時的に繰返し観測データを得ることが重要である。

このような観測は、ロープを巻取るウインチと測定機器とが搭載された浮力体を、水底まで沈めた錨にそのロープで係留した水中測定装置によって行われる。ウインチでロープを巻き取って浮力体を沈めて深い水深で測定したり、ウインチでロープを巻き戻して解き放ち浮力体を浮き上がらせて浅い水深で測定したりして、繰返して異なる水深での環境状態が、観測される。

従来のウインチは、特許文献１に示すように、ロープを巻取ドラムで多層に整然と巻き取るためにドラムに対峙したワイヤロープシフターのようなロープ横行案内具を有していた。このようなウインチ４０のロープ横行案内具４２は例えば、図６に示すように、互いに交差する右螺旋と左螺旋との往路案内溝４３ａ及び復路案内溝４３ｂを有するロープガイド案内軸４４を、ドラム４６に対峙させつつドラム４６の回転軸と平行に配置しドラム４６と連動して回転させ、ロープ横行案内具４２に内蔵され案内溝４３ａ・４３ｂに嵌まり摺動可能な案内爪（不図示）を介して、ロープ横行案内具４２のロープ誘導滑車４５をドラム４６の１回転毎にロープ４１の径ずつスライドさせるというものである。

このようなロープ横行案内具４２は、ドラム４６の外側に配置される。そのため、特に水中で駆動させる際、流体抵抗面積が増大して流体抵抗が大きくなる結果、ウインチ４０の駆動に多大なエネルギーを要し、バッテリーを急激に消耗させ、ウインチ４０の駆動時間が、短くなってしまう。

この往路案内溝４３ａと復路案内溝４３ｂとは、細い軸４４上で細かく抉られ、中程で互いに交差し、両末端で繋がった精密なものである。案内爪は、この案内溝４３ａ・４３ｂの交差点や両端で円滑に摺動できるように、木の葉状で適度なすくい角を有する複雑で精密な形状としなければならないから、その作製には高度な調整技術を要する。しかもこの案内爪は、交差点通過時に交差した案内溝４３ａ・４３ｂの角と過度に接触したり、両末端通過時に大きく曲がった案内溝４３ａ・４３ｂに過度に応力がかかったりして、破損し易い。

実公昭６３−４１４２８号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、簡素な構造で、軽量・小型であって、水中でもロープを整然と確実に巻き取ったり巻き戻したりでき、水流抵抗が小さく、消費エネルギーが少なくてすみ、破損やそれに伴う誤動作が少なく、簡易に製造できる安価なウインチを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載のウインチは、回転するロープ巻取ドラムに同一回転軸のスリーブが挿入され、該スリーブの外周でその軸に対し傾斜した周回溝が設けられ、該ドラムから該軸向きに突き出た突起が、変速器により該スリーブと異なる速度で回転しつつ該軸と平行に該突起の往復動を誘導するガイドを介して、該周回溝へ摺動走行可能に嵌まり、該ガイドで牽引されつつ連動して回転する該ドラムが、該スリーブの回転による該周回溝上での該突起の走行に連動してロープの径ずつ順次ずれながら、該突起の往復動に従い、該ロープを層状に巻き取っていることを特徴とする。

請求項２に記載のウインチは、請求項１に記載されたもので、該溝が、該外周で周回する楕円状の溝、又は、互いに交差し合い端部で繋がる右螺旋と左螺旋との溝であることを特徴とする。

請求項３に記載のウインチは、請求項１に記載されたもので、該変速器が、該スリーブに繋がった遊星歯車と、該ガイドに繋がった内接歯車と、太陽歯車とからなることを特徴とする。

請求項４に記載のウインチは、請求項１に記載されたもので、該突起が、該溝及び該ガイドと摺動するローラーを備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の水中測定装置は、請求項１に記載のウインチと測定機器とが、浮力体に搭載されており、該ウインチに一端を係止され巻き取られるロープの他端が、錨に繋がっていることを特徴とする。

本発明のウインチは、ロープ巻取ドラム内部に、ロープを整然と巻き取らせる機構を収めて、一体にした簡素で小型のものである。そのため軽量であり、しかも流体抵抗面積が狭いから、水中で使用しても流体抵抗が小さく、ロープを巻き取るのに少ないエネルギーで足りる。特に水中でバッテリーにより駆動させる際の電力消費量が少なくてすむので、小型バッテリーを用いても長時間繰返して使用できる。

しかも、このウインチは、高度の調整技術を要する精密な部品を用いなくてすみ、部品の数や大きさを従来のウインチよりも遥かに低減できるので、簡便に効率よく、安価に製造することができる。しかも、簡易な構造であって、破損し難いから、汎用性があるうえ、誤動作を起こさず、長期間、安定して使用できる。

このウインチを有する水中測定装置によれば、異なる水深で経時的に繰返し観測データを得ることができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明のウインチ及びそれを有する水中測定装置の実施の好ましい形態を、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。

水中測定装置１は、図１に示すように、浮力体３１と、それにフレーム１５で吊り下げられて搭載されているウインチ２と、ウインチ２が巻き取るワイヤロープ１２と、そのロープ１２を係留する錨１１とを、有している。

ウインチ２は、モータ１４と、それに接続された円筒状のスリーブ２２と、そのスリーブ２２が挿入された円筒状のトルク伝達シリンダ２０と、そのシリンダ２０を取り巻くロープ巻取ドラム２５とを、有している。ロープ巻取ドラム２５は、スリーブ２２の略半分の筒長を有する円筒状部分と、その両端でロープがはみ出さないように円筒状部分よりも大径の鍔部分とを、有している。

モータ１４は、フレーム１５に螺子止めされて固定されている。モータ１４の出力軸がシャフトケース１７内の減速機１６に連結されている。シャフトケース１７が、フレーム１５に固定されて、摺動可能にスリーブ２２へ挿入されている。

スリーブ２２の外周には、モータ１４の出力軸方向に対して、ロープ巻取ドラム２５の筒長Ｌ_１に相当する幅Ｌ_２だけ傾斜した周回溝２３（図３参照）が、設けられている。スリーブ２２が、摺動可能にトルク伝達シリンダ２０へ挿入されている。トルク伝達シリンダ２０は、モータ１４の出力軸方向と平行に、細長い穴が開いたガイド２１を有している。

減速機１６の出力軸が、トルクフランジ１８にその外面側で螺子止めされている。トルクフランジ１８が、その内面側の外周近傍で、内接歯車１９ｃを介して、トルク伝達シリンダ２０に螺子止めされている。内接歯車１９ｃに噛み合う遊星歯車１９ａが、スリーブ２２に軸支され、遊星歯車１９ａに噛み合う太陽歯車１９ｂが、シャフトケース１７に軸支されている。これらの歯車１９ａ・１９ｂ・１９ｃで、変速器１９を形成している。

トルク伝達シリンダ２０が、摺動可能にロープ巻取ドラム２５へ挿入されている。ドラム２５の内壁から、モータ１４の出力軸線へ向いて、突起２４が突き出ている。突起２４は、トルク伝達シリンダ２０のガイド２１を貫通して、スリーブ２２の周回溝２３へ摺動走行可能に嵌まっている。トルク伝達シリンダ２０のガイド２１は、この軸と平行に突起の往復動を誘導しつつ軸回転を案内するもので、この軸と平行に開いた穴である。その穴の軸方向での長さは、スリーブ２２上で傾斜している周回溝２３の傾斜した幅Ｌ_２よりも、突起２４の径と多少の余裕とを持つ程度だけ、長いものである（図３参照）。

遊星歯車１９ａは、太陽歯車１９ｂよりも大きな径を有し、スリーブ２２が丁度一回転したときに、突起２４がトルク伝達シリンダ２０のガイド２１内をロープ径だけずれながら移動するように、歯車数が調整されている。

突起２４には、スリーブ２２の周回溝２３で摺動走行し易くするローラーと、トルク伝達シリンダ２０のガイド２１で摺動し易くするローラーとが、重なって軸支されている。

ロープ１２の一端が、ロープ巻取ドラム２５に螺子止めされている。ロープ１２は、フレーム１５で支えられた滑車１３を介してウインチ２の下方向に延び、他端が、錨１１に結い付けられている。

浮力体３１内に回路ボックス３２が、収められている。回路ボックス３２内に、モータ駆動制御回路及び電源回路が、納められている。電源回路が、モータ１４に接続されている。また、回路ボックス３２には、海上からの動作指示を受信する受信機又は動作手順を記憶したメモリと、動作指示回路とを有している。さらに回路ボックス３２には、水温計・圧力計・ｐＨメータ等の測定機器も納められている。

ウインチ２は、以下のように、動作する。

モータ１４を駆動させると、モータ１４の出力軸が回転する。モータ１４の出力軸が連結された減速機１６により、適度な比較的高速で、減速機１６の出力軸が回転する。それに連結されたトルクフランジ１８と、トルク伝達シリンダ２０とが、同期して回転する。トルク伝達シリンダ２０の回転に伴いそれに開けられたガイド２１が、突起２４を牽引するので、それに連動してドラムが回転する。ロープ１２は、ドラムに巻き取られ始める。

同時に、トルクフランジ１８とトルク伝達シリンダ２０とに挟み込まれている内接歯車１９ｃも、同期して回転する。すると、減速機１６の出力軸を中心に回転している内接歯車１９ｃと、固定されたシャフトケース１７に軸支されその位置で回転する太陽歯車１９ｂとに、噛み合う遊星歯車１９ａが、内接歯車１９ｃと逆に回転する。それに従い、スリーブ２２が、トルク伝達シリンダ２０よりも僅かに遅い速度で回転する。

突起２４が、傾斜している周回溝２３の最もモータ１４寄りに在るとき、ロープ１２は、ドラム２５の最もトルクフランジ１８寄りで巻き取られる。

スリーブ２２の外周で傾斜している周回溝２３へ、突起２４が摺動走行可能に嵌まっているから、トルク伝達シリンダ２０よりも遅く回転するスリーブ２２の所為で、ドラム２５が回転するに連れ、突起２４が、ガイド２１に沿って丁度ドラムの一回転毎に、ロープ径ずつ、トルクフランジ１８寄りに、順次ずれる。

ドラム２５が数周回転すると、図２のように、突起２４が、周回溝２３の最もトルクフランジ１８寄りに移動する。それに伴い、ロープ１２は、ドラム２５の最もモータ１４寄りで巻き取られる。

これが繰返されると、ロープ１２が、層状に整然と巻き取られるようになる。

ロープを、巻き戻して解き放つときも、同様である。

なお、周回溝が、図３のようにスリーブの外周で周回する楕円状の溝の例を示したが、図４のように、互いに交差し合い端部で繋がる右螺旋と左螺旋とで形成され１回交差する８字状の溝であってもよく、多数回交差する溝であってもよい。

水中測定装置は、以下のようにして使用される。

図５に示すように、水中の観測すべき水域で、船上から水中に、水中測定装置１を投入する。すると、錨１１の重さにより、浮力体３１及びウインチ２ごと沈む。錨１１が水底に達すると、浮力体３１のためにウインチ２が水中で浮遊したままとなりロープ１２が緊張するので、一定の水深（ａ_１）に留まる。船上からの指令信号を回戸ボックス３２で受信すると、ロープ１２を巻き戻して解き放つ。浮力体３１の浮力のために、ウインチ２は浮力体３１ごと、所定の水深（ａ_２）に至る。船上からの指令信号によりロープ巻取ドラムの巻き戻しを止める。

ｐＨ測定等の所定の観測をしたのち、船上からの指令信号、又は回路ボックスのメモリに記憶された動作手順に基づき、ウインチ２を駆動させ、ロープ１２を巻き取る。すると、ロープ１２が整然と巻き取られながら、再び所定の水深（ａ_１）に到達する。これを繰返して、異なる水深で経時的に水中観測を行う。

海流等で、ウインチ２が浮力体ごと、流されていても、同様に所定の水深（ｂ_１）・（ｂ_２）で測定することができる。このとき、ウインチ２が小型であるためその流体抵抗面積が狭く流体抵抗が小さいので、ウインチ２の駆動のエネルギーが少なくてすみ、バッテリーを消耗させず、長時間ウインチ２の駆動が可能である。

このウインチは、ロープを整然と巻き取ったり巻き戻したりするのに有用であり、特に異なる水深で水中観測する際に、水中測定装置を任意の水深に移動させて時間的および位置的に連続した水中の観測データを得るのに有用である。

本発明を適用するウインチの使用途中を示す断面図である。 本発明を適用するウインチの別な使用途中を示す一部切欠き側面図である。 本発明を適用するウインチの一部切欠き平面図である。 本発明を適用する別なウインチの一部切欠き平面図である。 本発明を適用するウインチとそれを搭載した水中測定装置との使用途中を示す概要図である。 本発明を適用外のウインチを示す斜視図である。

符号の説明

１は水中測定装置、２はウインチ、１１は錨、１２はロープ、１３は滑車、１４はモータ、１５はフレーム、１６は減速機、１７はシャフトケース、１８はトルクフランジ、１９ａは遊星歯車、１９ｂは太陽歯車、１９ｃは内接歯車、１９は変速器、２０はトルク伝達シリンダ、２１はガイド、２２はスリーブ、２３は周回溝、２４は突起、２５はドラム、３１は浮力体、３２は回路ボックス、４０はウインチ、４１はロープ、４２はロープ横行案内具、４３ａは往路案内溝、４３ｂは復路案内溝、４４はロープガイド案内軸、４５はロープ誘導滑車、４６はドラムである。

Claims (5)

1. 回転するロープ巻取ドラムに同一回転軸のスリーブが挿入され、該スリーブの外周でその軸に対し傾斜した周回溝が設けられ、該ドラムから該軸向きに突き出た突起が、変速器により該スリーブと異なる速度で回転しつつ該軸と平行に該突起の往復動を誘導するガイドを介して、該周回溝へ摺動走行可能に嵌まり、該ガイドで牽引されつつ連動して回転する該ドラムが、該スリーブの回転による該周回溝上での該突起の走行に連動してロープの径ずつ順次ずれながら、該突起の往復動に従い、該ロープを層状に巻き取っていることを特徴とするウインチ。
2. 該溝が、該外周で周回する楕円状の溝、又は、互いに交差し合い端部で繋がる右螺旋と左螺旋との溝であることを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
3. 該変速器が、該スリーブに繋がった遊星歯車と、該ガイドに繋がった内接歯車と、太陽歯車とからなることを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
4. 該突起が、該溝及び該ガイドと摺動するローラーを備えていることを特徴とする請求項１に記載のウインチ。
5. 請求項１に記載のウインチと測定機器とが、浮力体に搭載されており、該ウインチに一端を係止され巻き取られるロープの他端が、錨に繋がっていることを特徴とする水中測定装置。

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