JP2009052977A - ロードセルおよび吊荷の吊り上げ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多点吊りをする吊荷における各吊点の荷重計測を可能としつつ、クレーンと吊荷、および／または天秤と吊荷との距離を短くすることができるロードセルを提供する。
【解決手段】上記課題を解決するためのロードセルは、両端部に連通可能な貫通孔１６を備えたシャックル本体１２と、歪みゲージを有する荷重検出部２６を中央部に備え、一方の端部に雄ネジ部２４を形成したピン型ロードセル（ピン型部材２０）とを有し、ピン型部材２０をシャックル本体１２における貫通孔１６に挿通させると共に、雄ネジ部２４にナット３０を螺合させることで抜け止めを図ることを特徴とする。また、シャックル本体１２の両端部に形成された２つの貫通孔１６の間に配置されたピン型部材２０における荷重検出部２６と、貫通孔１６との間にそれぞれスペーサ６０を配置し、吊荷の係合範囲を荷重検出部２６に限定するようにしても良い。
【選択図】図５

Description

本発明は、ロードセル、および吊荷の吊り上げ方法に係り、特に屋内施設における大型モジュールの吊り上げ作業時に用いる事が好適なロードセル、および吊荷の吊り上げ方法に関する。

大規模な工場施設や発電施設などでは、当該施設への搬入物そのものも大型なものが多く、中には別施設で組立られ、モジュールとして搬入される構造物もある。このような大型構造物の搬入は、クレーンと吊荷との間に天秤を配置し、天秤と吊荷の間に複数のワイヤを張り、吊荷の状態を水平に保ったまま多点吊りで吊り上げて搬入を行うという事が行われる。この際、吊荷に定められた各吊点や、ワイヤの負荷荷重に大きな偏りが生じ無いよう、天秤と吊荷を繋ぐワイヤを２つに分断し、上下のワイヤ（上部ワイヤ３、下部ワイヤ４）間に荷重計（ロードセル）１を配置し、吊荷２を地切りする際に各ワイヤにかかる荷重のバランスを調整するという措置がとられている（図１０参照）。なお、ワイヤにかかる荷重のバランス調整は、ワイヤに替えて、あるいはワイヤに連結されて配置されるチェーンブロック（不図示）による巻上げ、巻き出しにより成される（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
２００４−１２３２４８号公報 ２００４−２２４５３４号公報

ワイヤを連結する場合、あるいはワイヤに吊荷２を取り付ける場合には、ワイヤの端部を折り返し、アイ５と呼ばれる輪を形成し、このアイ５を基点としてワイヤの係合等を行うこととなる。しかし、重量物を持ち上げる際に使用するワイヤは、その耐荷重の大きさに比例してその太さや曲がり難さが増大する。そのため、アイ５を形成する際に要するワイヤの長さや、アイ５自体の長さも大きくなる。

そして、大型の吊荷を吊り上げる際には、ロードセル１の上部に係合される上部ワイヤ３のアイ５と、ロードセル１、およびロードセル１の下部に係合される下部ワイヤ４のアイ５を合わせた長さＬだけで１ｍ以上の長さとなってしまうこともあり、屋内での吊り上げ作業の場合には、吊り上げ高さを確保することができなくなってしまい、都合が悪かった。

そこで本発明では、クレーンと吊荷、および／または天秤と吊荷との距離を短くすることができ、かつ吊荷の水平を保つための荷重計測も可能とするロードセル、および吊り上げ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るロードセルは、両端部に連通可能な貫通孔を備えたＵ字部材と、歪みゲージを有する荷重検出部を中央部に備え、一方の端部に雄ネジ部を形成したピン型ロードセルとを有し、前記ピン型ロードセルを前記Ｕ字部材における前記貫通孔に挿通させると共に、前記雄ネジ部にナットを螺合させることで抜け止めを図ることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するロードセルでは、前記Ｕ字部材の両端部に形成された２つの貫通孔の間に配置された前記ピン型ロードセルにおける前記荷重検出部と、前記貫通孔との間にそれぞれスペーサを配置し、吊荷の係合範囲を前記荷重検出部に限定すると良い。このような特徴を有することにより、吊荷の荷重を確実に荷重検出部で捉えることが可能となり、荷重の計測を高精度に行うことが可能となる。

また、上記のような特徴を有するロードセルでは、前記スペーサに替え、前記２つの貫通孔の双方から前記荷重検出部へ向けて付勢する押圧板を備えるようにしても良い。このような特徴を有することによれば、吊荷の荷重を確実に荷重検出部で捉えることが可能となり、荷重の計測を高精度に行うことが可能となることに加え、吊荷における係合部の幅に関わり無く、係合範囲を荷重検出部の中心に定めることができる。

また、上記のような特徴を有するロードセルでは、前記２つの貫通孔と前記荷重検出部との間に位置するピンにそれぞれ、雄ネジを形成すると共に、前記スペーサに替えて螺合板を設けるようにしても良い。このような特徴を有する場合であっても、吊荷の荷重を確実に荷重検出部で捉えることが可能となり、荷重の計測を高精度に行うことが可能となることに加え、吊荷における係合部の幅に関わり無く、係合範囲を荷重検出部の中心に定めることができる。

さらに、上記のような特徴を有するロードセルでは、鉛直レベル計と、前記鉛直レベル計により計測された傾きと、前記ピン型ロードセルにより検出された荷重とに基づいて、前記ピン型ロードセルに負荷された荷重の鉛直方向成分を算出する演算手段とを備えるようにすると良い。このような構成とすることによれば、吊荷の吊点に作用する垂直荷重を算出することが可能となり、吊荷の吊点に作用する垂直荷重のバランスに基づいて吊荷の水平を調整することができるようになる。

また、上記目的を達成するための本発明に係る吊荷の吊り上げ方法は、シャックルのピンに荷重計を備え、前記荷重計を備えたシャックルのＵ字部にワイヤを係合すると共にピンを吊荷における吊点に係合して吊荷を地切りする際に各吊点に作用する荷重の計測を行い、複数の吊点間における荷重のバランスをとることを特徴とする。

さらに、上記特徴を有する本発明に係る吊荷の吊り上げ方法は、前記シャックルに係合したワイヤの傾きあるいはシャックルの傾きを計測し、前記傾きと前記荷重計により計測される荷重とに基づいて、吊荷の係合部に作用する垂直荷重を算出することが望ましい。このような構成とすることによれば、吊荷の吊点に作用する垂直荷重のバランスに基づいて吊荷の水平を調整することができるようになる。

上記のような特徴を有するロードセルによれば、クレーンと吊荷、および／または天秤と吊荷との距離を短くすることができる。また、当然に吊荷の水平を保つための各吊点に作用する荷重の計測も可能となる。

また、上記のような特徴を有する吊荷の吊り上げ方法によれば、各吊点に作用する荷重の計測を可能としつつ、クレーンと吊荷、および／または天秤と吊荷との距離を短くすることができ、吊荷の吊り上げ高さを稼ぐことが可能となる。

以下、本発明のロードセル、および吊荷の吊り上げ方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１、図２を参照して実施形態に係るロードセルについて説明する。なお、図１（Ａ）は実施形態に係るロードセルの全体構成を示す正面図であり、図１（Ｂ）は同側面図である。また、図２は、実施形態に係るロードセルの分解形態を示す図である。本実施形態に係るロードセルは、Ｕ字状に形成されたシャックル本体１２と、シャックル本体１２の開口部、すなわちＵ字の開口部を閉じるためのピン型部材２０とより構成されるシャックル型のロードセル（以下、シャックル型ロードセル１０と称す）である。

前記シャックル本体１２は、その耐荷重にもよるが、金属部材により構成され、図２に示すように、Ｕ字に形成された金属部材の両端部にそれぞれ、詳細を後述するピン型部材２０を挿通するための貫通孔１６が設けられている。

ピン型部材２０は、長手方向に直交する方向、すなわち曲げ方向の負荷荷重を検出する荷重検出部２６を有する荷重計とすると良い。荷重計として既存のものを利用する場合、例えば、ピン型ロードセルを例に挙げる事ができる。実施形態に係るピン型部材２０の場合、一方の端部に抜け止め用の大径部２２を、他方の端部に雄ネジ部２４を形成している。

荷重計であるピン型ロードセルは、図示しないが、筒体を構成する荷重検出部２６の内壁面に備えられた歪みゲージにより予め定められた方向への延び、または圧縮を検知し、検知された延び（あるいは縮み）の大きさに応じた電圧（電気信号）を出力する。ピン型部材２０の外部、あるいは内部には、図示しないアンプが設けられており、出力された電気信号を増幅し、演算手段５２（図３参照）へ出力する。実施形態に係るピン型部材２０では、矢印Ａで示す方向への延び（あるいは縮み）を検知可能であれば良く、荷重計としてはこの方向への負荷荷重を検出可能なものであれば良い。

荷重計をピン型ロードセルとした場合、負荷荷重を検出可能な方向が定められているため、ピン型部材２０とシャックル本体１２との双方にケガキ線２２ａ，１２ａや記号による、いわゆるアイマークを付与する必要がある。ピン型部材２０を配置する際に、アイマークを一致させることで、ピン型ロードセルの負荷荷重検出方向を定めることが可能となるからである。

上記のようなシャックル本体１２とピン型部材２０は、シャックル本体１２に形成した２つの貫通孔１６の双方にピン型部材２０を一方向から挿通させる。そして、挿通させたピン型部材２０の先端部に形成された雄ネジ部２４にナット３０を螺合させることで、シャックル本体１２からピン型部材２０が脱落することを防止する。ここで、ナット３０によりピン型部材２０を固定する際、シャックル本体１２とピン型部材２０とに設けたアイマークを一致させて、ピン型部材２０の負荷荷重検出方向をシャックル本体１２の湾曲部に対向させるようにする。なお図示しないが、ピン型部材２０に関しては、雄ネジ部２４の先端側に貫通孔を設け、ナット３０を螺合させた後に前記貫通孔に割りピンを配置し、これをナット３０の回り止めとしても良い。このような構成とすることで、ナット３０の脱落に伴うピン型部材２０の脱落、吊荷の脱落を防止する事ができるからである。

上記のようにして構成されるシャックル型ロードセル１０では、ピン型部材２０により検出された負荷荷重は、電気信号として有線、あるいは無線等の手段を介して演算手段５２へと送信される。ここで、有線により電気信号を送信する場合には、ピン型部材２０と演算手段５２とを電気ケーブル４０により直接接続（不図示）し、図示しないアンプを介して増幅された信号を演算手段５２へと出力するようにすれば良い。一方、無線により信号を送信する場合には、シャックル型ロードセル１０、あるいはその近傍に発信機５０を配置し、当該発信機５０とピン型部材２０とを電気ケーブル４０で接続し、演算手段５２に設けた受信機（不図示）に電気信号を出力するようにすれば良い。ここで、無線により電気信号の送信を行う場合には、シャックル型ロードセル１０等に配置する発信機５０にバッテリ（不図示）を備え、これをピン型ロードセルの電源として共有させることが望ましい。

演算手段５２には、表示手段５４が備えられており、シャックル型ロードセル１０から出力された電気信号が、視認可能な荷重値、あるいは予め定められた荷重範囲毎の警告色として表示される。なお当然に、表示に替えて音声や警告音による伝達手段を用いるようにすることも可能である。

次に、上記構成を有するシャックル型ロードセル１０を用いた吊荷の吊り上げについて図４を参照して説明する。実施形態に係るシャックル型ロードセル１０は、シャックル本体１２にワイヤやチェーンブロック１２０等を係合し、ピン型部材２０を吊荷１００の吊点１１０に設けられた係合孔、あるいは係合孔に係合されたワイヤのアイ（輪の部分）に挿通させて使用する。

ここで、ピン型部材２０を吊荷１００の吊点１１０における係合孔に直接挿通させるようにしてシャックル型ロードセル１０を配置することによれば、少なくともロードセルと吊荷との間にシャックル（通常のシャックル）を介在させていた従来に比べ、吊荷の吊り上げに使用する部品点数を減らすことができる。またロードセルと吊荷を直接係合させることを可能にしたことで、クレーンのフック１４０から吊荷１００までの距離、および／またはクレーンに吊られた天秤１３０から吊荷１００までの距離を大幅に縮める事が可能となった。これにより、特に屋内において吊荷１００の吊り上げ高さを確保することが可能となり、作業性が向上することとなる。

実施形態でピン型部材（荷重計）２０として採用するピン型ロードセルは、荷重検出部２６における受圧の方向、および範囲が定められているため、精度の高い荷重計測を行いたい場合には、ピン型部材２０に係合する吊孔やワイヤの当接面を、ピンの中央部付近、すなわち荷重検出部２６の中心付近に位置決めする必要がある。

よって、ピン型部材２０と係合する部材（例えば吊点１１０）の幅（厚み）が予め定められている場合には図５に示すように、シャックル本体１２に形成された貫通孔１６と、ピン型部材２０における荷重検出部２６との間に、位置決め用のスペーサ６０を配置すると良い。スペーサ６０は、その材質、形状を特に限定されるものでは無いが、例えば加工の容易性、剛性の高さ等を考慮した場合には、炭素鋼やステンレス等で構成したドーナツ型の円板とすれば良い。

このようなスペーサ６０をピン型部材２０に配置することで、吊点１１０やワイヤ等の係合部材は、ピン型部材２０の荷重検出部２６に強制的に位置決めされることとなり、荷重検出部２６からズレる虞も無いため、高精度な荷重計測を実施することが可能となる。

また、ピン型部材２０に対する係合部材の位置決めを行う手段としては、図６に示すようなものであっても良い。具体的には、シャックル本体１２の両端部にバネ部材７４を配置し、その先端に押圧板７０を配置するというものである。

バネ部材７４としては、貫通孔１６の径以上の径を有する弦巻バネを使用すると良い。これにより、弦巻バネの中にピン型部材２０を挿通させる事が可能となるからである。また、押圧板７０としては、板面にピン型部材２０を挿通させるための貫通孔を形成しておくと良く、対向して配置される２枚の押圧板７０の板面の距離が、ピン型部材２０に近づくほど短くなるように、段階的、あるいは連続的なテーパ面７２あるいは段差を有するようにすると良い。押圧板７０の対向面にテーパ面７２や段差を設けることにより、押圧板７０，７０間に配置された係合部材の幅（厚み）に合わせて押圧板７０が広がることとなる。

このような構成によれば、対を成す押圧板７０は、バネ部材７４の作用によりシャックル本体１２の中心側、すなわちピン型部材２０の中心へと付勢することとなる。そして、押圧板７０をバネ部材７４によりピン型部材２０の中心である荷重検出部２６側へ付勢させる構成としたため、係合部材がピン型部材２０に係合される際、荷重検出部２６の中心に係合部材が当接するように、シャックル型ロードセル１０全体をスライドさせて調芯が成されることとなる。なお、吊荷１００が軽量物である場合、係合部材の方がスライドされて調芯が成されることとなる。

また、ピン型部材２０に対する係合部材の位置決めを行う手段としては、図７に示すようなものであっても良い。具体的には、ピン型部材２０における荷重検出部２６と、シャックル本体１２における貫通孔１６との間に位置するピンにそれぞれ雄ネジ２８，２８を形成する。雄ネジ２８，２８には、螺合可能な雌ネジ孔８２を有する螺合板８０をそれぞれ配置し、対を成す螺合板８０，８０を回転させる事で螺合板８０の配置位置、間隔を定めるようにするのである。このような構成とした場合であっても係合部材をピン型部材２０の荷重検出部２６へ位置決めすることが可能となる。なお、図７において、図７（Ａ）はピン型部材２０に対して螺合板８０，８０を螺合させた状態を示す図であり、図７（Ｂ）は螺合板８０単体の正面図と部分断面側面図である。

さらに同様な効果を奏することのできる位置決め手段としては、図８に示すようなスリーブ９０であっても良い。スリーブ９０は、シャックル本体１２における貫通孔１６，１６の間に位置するピン型部材２０の長さと同等の長さを有する筒体である。また、スリーブ９０は、両端部に比べて中央部の径を小さくした、いわゆる鼓型に形成されている。このような形状とする事で、シャックル本体１２における貫通孔１６，１６間の中心に位置する荷重検出部２６へ、係合部材を誘導することが可能となるからである。なお、図８において、図８（Ａ）はピン型部材２０に対してスリーブ９０を装着した状態を示す図であり、図８（Ｂ）はスリーブ９０単体を示す参考斜視図である。また、図８においてスリーブ９０の胴面は、湾曲状にくびれを成すように示しているが、これをＶ字型や荷重検出部２６に対応する部分のみ単純な円筒型としても良い。

次に、上記構成のシャックル型ロードセル１０の応用形態について説明する。上記実施形態ではいずれも、吊荷１００を地切りする際、吊荷１００と天秤１３０とを結ぶワイヤ（不図示）やチェーンブロック１２０等はそれぞれ鉛直状態である事を想定している。しかし実際には、天秤１３０を用いて吊り掛けした場合であってもワイヤ等には多少の傾きが存在することがあり、クレーンのフック１４０に複数の吊点１１０からのワイヤ等を係合する場合には必然的にワイヤやチェーンブロック等に傾きが生ずることとなる。

ワイヤ等に傾きが生じた場合、ロードセルが検出する荷重は、ワイヤにかかる張力に関するものとなるが、検出された値は、吊荷の吊点１１０に作用する垂直荷重では無い。このため、複数の吊点に作用する垂直荷重のバランスは、ワイヤ等の傾斜角によってロードセルが検出した荷重のバランスとは異なることとなることがある。このため、実際の垂直荷重のバランスによっては、地切りをした際に吊荷１００の水平を保つことができず、吊荷１００が傾いたり、吊荷１００に歪みを生じさせたりする可能性がある。よって、吊点１１０に作用する垂直荷重を算出することにより、吊荷１００を水平に吊り上げることを高い精度で実現することが可能となる。

ワイヤやシャックル型ロードセル１０の傾きを計測するためには、シャックル型ロードセル１０におけるシャックル本体１２の直線部分１４や、シャックル本体１２に係合されたワイヤ等に、鉛直レベル計（傾斜計）５６を備えるようにすれば良い（図９は、ワイヤに鉛直レベル計５６を備えた様子）。シャックル型ロードセル１０により検出される荷重は、垂直方向成分の荷重と、水平方向成分の荷重との合力であるから、ワイヤやシャックル本体１２の傾斜角度を知る事ができれば、検出荷重に対する垂直荷重を算出することが可能となるからである。

例えば、シャックル型ロードセル１０による検出荷重がＷであり、鉛直レベル計５６による検出値（傾斜角）がθである場合、検出荷重に対する垂直荷重Ｗ１は、数式１により求めることができる。

ここで、垂直荷重Ｗ１の算出は、上述した演算手段５２にて行うようにすれば良く、鉛直レベル計５６により検出された傾斜角θは、有線、あるいは無線により、演算手段５２へと出力されるようにする。

このような構成のシャックル型ロードセル１０であっても、従来に比べて天秤１３０やクレーンのフック１４０から吊荷１００までの距離を短くすることが可能であるため、本発明に係るロードセルとすることができる。また、本実施形態に係る吊荷の吊り上げ方法によれば、吊荷１００の吊点１１０に作用する垂直荷重のバランスを高精度に検知する事ができ、吊荷１００の吊り上げ作業の安全性を向上させることが可能となる。

実施形態に係るロードセルの正面図と側面図である。 実施形態に係るロードセルの分解図である。 実施形態に係るロードセルによる荷重の検出、および表示の説明をするための図である。 実施形態に係るロードセルを使用して、多点吊により吊荷の吊り上げを行う様子を示す図である。 係合部材の係合範囲を限定するための第１の構成を示す図である。 係合部材の係合範囲を限定するための第２の構成を示す図である。 係合部材の係合範囲を限定するための第３の構成を示す図である。 係合部材の係合範囲を限定するための第４の構成を示す図である。 発明に係るロードセルの応用形態を示す図である。 従来の多点吊りにおけるロードセルとワイヤ、および吊荷の形態を示す図である。

符号の説明

１０………シャックル型ロードセル、１２………シャックル本体、１４………直線部分、１６………貫通孔、２０………ピン型部材、２２………大径部、２４………雄ネジ部、２６………荷重検出部、３０………ナット、４０………電気ケーブル、５０………発信機、５２………演算手段、５４………表示手段、７０………押圧板、８０………螺合板、９０………スリーブ、１００………吊荷、１１０………吊点、１２０………チェーンブロック、１３０………天秤、１４０………フック。

Claims (7)

1. 両端部に連通可能な貫通孔を備えたＵ字部材と、
   歪みゲージを有する荷重検出部を中央部に備え、一方の端部に雄ネジ部を形成したピン型ロードセルとを有し、
   前記ピン型ロードセルを前記Ｕ字部材における前記貫通孔に挿通させると共に、前記雄ネジ部にナットを螺合させることで抜け止めを図ることを特徴とするロードセル。
2. 前記Ｕ字部材の両端部に形成された２つの貫通孔の間に配置された前記ピン型ロードセルにおける前記荷重検出部と、前記貫通孔との間にそれぞれスペーサを配置し、
   吊荷の係合範囲を前記荷重検出部に限定したことを特徴とする請求項１に記載のロードセル。
3. 前記スペーサに替え、前記２つの貫通孔の双方から前記荷重検出部へ向けて付勢する押圧板を備えたことを特徴とする請求項２に記載のロードセル。
4. 前記２つの貫通孔と前記荷重検出部との間に位置するピンにそれぞれ、雄ネジを形成すると共に、
   前記スペーサに替えて螺合板を設けたことを特徴とする請求項２に記載のロードセル。
5. 鉛直レベル計と、
   前記鉛直レベル計により計測された傾きと、前記ピン型ロードセルにより検出された荷重とに基づいて、前記ピン型ロードセルに負荷された荷重の鉛直方向成分を算出する演算手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のロードセル。
6. シャックルのピンに荷重計を備え、
   前記荷重計を備えたシャックルのＵ字部にワイヤを係合すると共にピンを吊荷における吊点に係合して吊荷を地切りする際に各吊点に作用する荷重の計測を行い、
   複数の吊点間における荷重のバランスをとることを特徴とする吊荷の吊り上げ方法。
7. 前記シャックルに係合したワイヤの傾きあるいはシャックルの傾きを計測し、
   前記傾きと前記荷重計により計測される荷重とに基づいて、
   吊荷の係合部に作用する垂直荷重を算出することを特徴とする請求項６に記載の吊荷の吊り上げ方法。

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