JP2009143685A - 張力調整機構付リール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ほぼ一定の張力で線状体を繰り出し、巻き取ることができると共に、大型化することなく巻き取り長さを長くすることができる張力調整機構付リール装置を得る。
【解決手段】線状体１６を巻き取るリール本体８を回転可能に支持すると共に、リール本体８と同軸上に回転軸１８を配置し、線状体１６をリール本体８に巻き取る方向に付勢する付勢部材２０の一端をリール本体８側に他端を回転軸１８側に接続する。回転軸１８を回転する駆動源を制御して回転軸１８をリール本体８の回転方向と同方向に回転させ、リール本体８の回転に回転軸１８の回転を追従させる張力調整機構４４を設けた。張力調整機構４４は、太陽歯車４８を回転軸１８に取り付け、リール本体８の回転とは逆方向に回転する内歯歯車５２を設け、遊星歯車５０を回転可能に支持するキャリヤ軸５４を回転軸１８の廻りに公転可能に支持し、キャリヤ軸５４の公転を検知して、駆動源を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ワイヤ、ケーブル、ホース等の線状体をリール本体から繰り出す、あるいは、巻き取る際に、線状体に加わる張力をほぼ一定に調整する張力調整機構付リール装置に関する。

従来より、ワイヤ、ケーブル、ホース等の線状体をリール本体から繰り出す、あるいは、リール本体に巻き取るリール装置が知られている。このようなリール装置では、特許文献１に示すように、リール本体を回転可能に支持した支点軸を設け、ゼンマイばねの一端をリール本体に接続し、ゼンマイばねの他端を支点軸に接続して、線状体をリール本体に巻き取る方向に付勢している。
特開平６−１８２０４号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、線状体をリール本体から繰り出す際に、ゼンマイばねが巻かれるので、線状体を繰り出すに従って、線状体に加わる張力が増加する。そのため、線状体を引き出す側の装置に大きな力が必要となってしまい、また、作業者が線状体を引き出す際には、線状体を引き出すに従って大きな力を必要としてしまうという問題があった。

また、ゼンマイばねの場合は、繰り出し方向と巻き取り方向とではゼンマイばねの摩擦等により、ゼンマイばねの付勢力が異なるヒステリシスが大きく、巻き取り方向にリール本体を回転する際に、付勢力が弱くなり確実に巻き取れない場合があるという問題があった。更に、線状体を巻き取る巻き取り長さが長いリール装置では、ゼンマイばねが大型になり、重量が重くなってしまうという問題があった。

本発明の課題は、ほぼ一定の張力で線状体を繰り出し、あるいは、巻き取ることができると共に、大型化することなく巻き取り長さを長くすることができる張力調整機構付リール装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
線状体を巻き取るリール本体を回転可能に支持すると共に、前記リール本体と同軸上に回転軸を配置し、前記線状体を前記リール本体に巻き取る方向に付勢する付勢部材の一端を前記リール本体側に他端を前記回転軸側に接続し、
かつ、回転軸を回転駆動する駆動源を有し、該駆動源を制御して前記回転軸を前記リール本体の回転方向と同方向に回転させ、前記リール本体の回転に前記回転軸の回転を追従させる張力調整機構を設けたことを特徴とする張力調整機構付リール装置がそれである。

前記張力調整機構は、遊星歯車機構を備え、太陽歯車を前記回転軸に取り付けると共に、前記リール本体の回転とは逆方向に回転する内歯歯車を設け、また、遊星歯車を回転可能に支持するキャリヤ軸を前記回転軸の廻りに公転可能に支持し、前記キャリヤ軸の公転を検知して、前記駆動源を制御し前記回転軸を前記リール本体と同方向に回転させ、前記リール本体の回転に前記回転軸の回転を追従させる構成としてもよい。その際、前記回転軸に回転可能に支持された太陽歯車を前記リール本体に一体回転可能に接続し、前記太陽歯車に噛合した遊星歯車を内歯歯車に噛合し、前記遊星歯車と前記内歯歯車とを固定側に回転可能に支持した逆転機構を設け、該逆転機構の前記内歯歯車と前記張力調整機構の前記内歯歯車とを一体的に固定した構成としてもよい。

また、前記張力調整機構は、遊星歯車機構を備え、内歯歯車を前記回転軸に取り付けると共に、遊星歯車を回転可能に支持するキャリヤ軸を前記リール本体に取り付け、また、太陽歯車を前記回転軸と同軸上で回転可能に支持し、前記太陽歯車の回転を検知して、前記駆動源を制御し前記回転軸を前記リール本体と同方向に回転させ、前記リール本体の回転に前記回転軸の回転を追従させる構成としてもよい。更に、前記駆動源は、前記駆動源により回転されるウオーム歯車に噛合したホイール歯車を介して前記回転軸を回転駆動する構成としてもよい。

本発明の張力調整機構付リール装置は、回転軸をリール本体の回転方向と同方向に回転させ、リール本体の回転に回転軸の回転を追従させる張力調整機構を設けたので、ほぼ一定の張力で線状体を繰り出し、あるいは、巻き取ることができると共に、大型化することなく巻き取り長さを長くすることができるという効果を奏する。

張力調整機構が遊星歯車機構を備えることにより、簡単な構成でリール本体の回転に回転軸の回転が追従するように、駆動源を制御することができる。また、駆動源がウオーム歯車、ホイール歯車を介して回転軸を回転駆動することにより、回転軸がセルフロックにより制動されるので、より小型化される。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３に示すように、１は装置本体で、装置本体１は底板２と、底板２から間隔をあけて立設された左右側板４，６とを備えている。左右側板４，６の間には、リール本体８が配置されており、リール本体８は円筒部１０と、円筒部１０の両端に設けられた鍔板部１２，１４とを備え、内部は中空に形成されている。

円筒部１０の外周には、例えば、ワイヤ、電力あるいは信号ケーブル、油圧、空気圧、水等のホース等の線状体１６を巻掛けることができるように形成されている。リール本体８と同軸上にリール本体８を貫通して回転軸１８が配置されており、回転軸１８は左右側板４，６を貫通して外側に突出されると共に、回転軸１８は回転可能に支持されている。

リール本体８の内部にはゼンマイばねを用いた付勢部材２０が収納されており（図４参照）、付勢部材２０の一端は円筒部１０の内周に接続されている。また、付勢部材２０の他端はリール本体８の内部の回転軸１８に接続されており、付勢部材２０の付勢力により、リール本体８に線状体１６を巻き取る方向に付勢されている。

付勢部材２０は、ゼンマイばねに限らず、ねじりばね等でもよく、また、付勢部材２０にゼンマイばねを用いた場合、線状体１６が引き出されて、リール本体８と回転軸１８との間に生じる回転差によりゼンマイばねが巻かれるが、例えば、回転差が最大１／２〜１回転程度でゼンマイばねが完全に巻かれた状態となってもよい。１／２〜１回転の回転差が生じるまでの間は、付勢部材２０の付勢力が確保できるように構成すればよい。線状体１６が全て引き出されるまで、付勢部材２０の付勢力が生じるように、大きなゼンマイばね等を用いる必要はない。

左側板４から外側に突き出した回転軸１８には、ホイール歯車２２が取り付けられており、ホイール歯車２２に噛合されたウオーム歯車２４が左側板４に回転可能に支持されている。ウオーム歯車２４には、継手２６を介して、駆動源としての電動モータ２８の駆動軸３０が連結されている。

リール本体８と右側板６との間の回転軸１８には、太陽歯車３２が回転軸１８と同軸上で回転可能に支持されており、リール本体８と太陽歯車３２とが連結部材３３により、リール本体８と太陽歯車３２とが一体回転するように連結されている。

太陽歯車３２には遊星歯車３４が噛合されており、遊星歯車３４は内歯歯車３６に噛合されている。内歯歯車３６は右側板６に取り付けられたケース３８ａに回転可能に支持されており、遊星歯車３４はケース側板３８ｂに取り付けられた支持軸４０に回転可能に支持されている。本実施形態では、太陽歯車３２、遊星歯車３４、内歯歯車３６により逆転機構４２を構成している。

逆転機構４２と並んで、張力調整機構４４の遊星歯車機構４６が設けられており、遊星歯車機構４６の太陽歯車４８は回転軸１８に、回転軸１８と同軸上で一体的に固定されている。太陽歯車４８には遊星歯車５０が噛合されており、遊星歯車５０は内歯歯車５２に噛合されている。

内歯歯車５２はケース３８ａに回転可能に支持されると共に、内歯歯車５２は逆転機構４２の内歯歯車３６と一体的に固定されている。遊星歯車５０はキャリヤ軸５４に回転可能に支持されており、キャリヤ軸５４はケース側板３８ｃ及び右側板６に形成された円弧孔５６を貫通して、外部に延出されている。

円弧孔５６は、回転軸１８を中心とするほぼ１８０度の円弧状に形成されており、円弧孔５６に沿ってキャリヤ軸５４が回転軸１８の廻りを公転できるように形成されている。右側板６から外部に突出された回転軸１８の先端には、検知板６０が回転可能に支持されており、この検知板６０にはキャリヤ軸５４の先端が回転可能に挿入されている。

検知板６０には、回転軸１８の軸方向に突出した突部６２が形成されており、突部６２の両側の右側板６には一対のリミットスイッチ６４，６６が取り付けられている。検知板６０が回転軸１８を中心に揺動すると、一方方向の揺動によりリミットスイッチ６４が突部６２により押されてオン信号を出力し、他方向の揺動によりリミットスイッチ６６が突部６２により押されてオン信号を出力する。両リミットスイッチ６４，６６からの信号は、制御回路６８に入力されると共に、制御回路６８はリミットスイッチ６４，６６からのオン信号に応じて、電動モータ２８を回転させると共に、その回転方向を制御する。

次に、前述した本実施形態の張力調整機構付リール装置の作動について説明する。
例えば、線状体１６の後端は、リール本体８に係止されると共に、線状体１６の先端は、装置本体１に設けられた図示しないフック等に掛けられ、あるいは、図示しない移動体に線状体１６の先端が接続され、その状態で、リール本体８と回転軸１８との間に、付勢部材２０による付勢力が作用して、線状体１６はリール本体８に巻き取られる方向に付勢され、線状体１６には付勢部材２０の付勢力に応じた張力が作用している。

この状態から、図４に示すように、線状体１６が繰り出されると、それに伴ってリール本体８が回転する（図４（イ）では反時計方向）。その際、電動モータ２８は駆動されることなく、回転軸１８はホイール歯車２２とウオーム歯車２４との噛合によるセルフロックされた状態にあり、制動された状態で回転は停止している。尚、セルフロックに限らず、電磁ブレーキ、電磁クラッチ等により回転軸１８の回転制動を可能な状態に構成してもよい。

リール本体８の回転により、連結部材３３を介して太陽歯車３２が同方向に回転し、太陽歯車３２の回転により遊星歯車３４が逆方向に回転する。遊星歯車３４の回転により内歯歯車３６が同方向に回転する（図４（イ）では時計方向）。

この逆転機構４２により内歯歯車３６がリール本体８と逆方向に回転し、逆転機構４２の内歯歯車３６と共に、遊星歯車機構４６の内歯歯車５２もリール本体８と逆方向に回転する。内歯歯車５２の回転により、図４（ロ）に示すように、遊星歯車５０が回転（図４（ロ）では時計方向）すると共に、太陽歯車４８の廻りに公転する（図４（ロ）では時計方向）。

これにより、キャリヤ軸５４も回転軸１８を中心に公転し、この公転により検知板６０が回転軸１８を中心に揺動して、突部６２によりリミットスイッチ６４を押す。これにより、リミットスイッチ６４からオン信号が制御回路６８に出力され、制御回路６８は、図４（ハ）に示すように、電動モータ２８を回転駆動して、回転軸１８をリール本体８の回転方向と同方向に回転する（図４（ハ）では反時計方向）。

回転軸１８と共に太陽歯車４８が同方向に回転し、太陽歯車４８の回転により遊星歯車５０が逆方向に回転する。電動モータ２８の回転駆動により回転軸１８を内歯歯車５２よりも速い回転数で回転させると、遊星歯車５０は回転軸１８の廻りに図４（ロ）のときとは逆方向に公転する（図４（ハ）では反時計方向）。

これにより、遊星歯車５０と共にキャリヤ軸５４も回転軸１８の廻りに図４（ロ）のときとは逆方向に公転する。よって、検知板６０が逆方向に揺動されて、突部６２がリミットスイッチ６４から外れて、リミットスイッチ６４がオフの状態になる。制御回路６８はリミットスイッチ６４のオフにより、電動モータ２８の駆動を停止する。

回転軸１８がリール本体８と同方向に回転して、リール本体８の回転に回転軸１８の回転が追従することにより、付勢部材２０の付勢力がほぼ一定に保たれる。更に、付勢部材２０による線状体１６の張力がほぼ一定に維持される。

本実施形態では、リール本体８の回転数よりも、回転軸１８の回転数が速くなるように、回転軸１８の回転数を十分な速さで回転するようにしている。線状体１６が繰り出されている間、回転軸１８は回転と停止とを繰り返し、付勢部材２０の付勢力も多少変動するので、線状体１６の張力も多少変動するが、検知板６０の揺動角度が僅かであれば、線状体１６の張力の変動は小さい。よって、付勢部材２０による線状体１６の張力がほぼ一定に調整され、ほぼ一定の張力で線状体１６を繰り出すことができる。

尚、電動モータ２８の回転数をも制御して、図４（ロ）に示すように、キャリヤ軸５４が揺動した状態を維持するようにすると、リール本体８の回転に応じて回転軸１８の回転数を変化させることにより、リール本体８と回転軸１８との回転数が同一になり、線状体１６の張力が一定に調整される。

一方、図５に示すように、線状体１６が引き戻されると、リール本体８が付勢部材２０の付勢力により回転され（図５（イ）では時計方向）、線状体１６はリール本体８に巻き取られる。そして、リール本体８の回転により、連結部材３３を介して太陽歯車３２が同方向に回転し、太陽歯車３２の回転により遊星歯車３４が逆方向に回転する。遊星歯車３４の回転により内歯歯車３６が同方向に回転する（図５（イ）では反時計方向）。

逆転機構４２により内歯歯車３６がリール本体８と逆方向に回転し、逆転機構４２の内歯歯車３６と共に、遊星歯車機構４６の内歯歯車５２もリール本体８と逆方向に回転する。内歯歯車５２の回転により、図５（ロ）に示すように、遊星歯車５０が回転（図５（ロ）では反時計方向）すると共に、太陽歯車４８の廻りに公転する（図５（ロ）では反時計方向）。

これにより、キャリヤ軸５４も公転し、検知板６０が回転軸１８を中心に揺動して、突部６２によりリミットスイッチ６６を押す。リミットスイッチ６６からオン信号が制御回路６８に出力され、制御回路６８は、図５（ハ）に示すように、電動モータ２８を回転駆動して、回転軸１８をリール本体８の回転方向と同方向に回転する（図５（ハ）では時計方向）。

回転軸１８と共に太陽歯車４８が同方向に回転し、遊星歯車５０は逆方向に回転する。回転軸１８を内歯歯車５２よりも速い回転数で回転させると、遊星歯車５０は回転軸１８の廻りに図５（ロ）のときとは逆方向に公転する（図５（ハ）では時計方向）。

これにより、遊星歯車５０と共にキャリヤ軸５４も公転し、検知板６０が揺動されて、突部６２がリミットスイッチ６６から外れて、リミットスイッチ６６がオフの状態になる。制御回路６８はリミットスイッチ６６のオフにより、電動モータ２８の駆動を停止する。回転軸１８がリール本体８と同方向に回転して、リール本体８の回転に回転軸１８の回転が追従することにより、付勢部材２０の付勢力がほぼ一定に保たれ、線状体１６の張力がほぼ一定に調整される。

このように、リール本体８の回転に追従して回転軸１８を回転させるので、付勢部材２０による線状体１６の張力がほぼ一定に調整される。従って、ほぼ一定の張力で線状体１６を繰り出し、あるいは、巻き取ることができる。線状体１６の先端を図示しない移動体に接続すると、移動体が往復動するに従って、線状体１６がリール本体８から繰り出され、あるいは、巻き取られるが、その間、線状体１６の張力はほぼ一定に調整される。

また、追従して回転するので、リール本体８と回転軸１８との回転差は小さく、付勢部材２０にゼンマイばねを用いた場合でも、ゼンマイばねを密着して巻く必要がなく、ヒステリシスが生じないように構成することが容易である。更に、線状体１６の長さが長く、巻き取り長さが長くても、その全長にわたって張力をほぼ一定にできるので、大型化することなく巻き取り長さを長くすることができる。

尚、前述した実施形態では、逆転機構４２の太陽歯車３２と遊星歯車３４と内歯歯車３６、及び遊星歯車機構４６の太陽歯車４８と遊星歯車５０と内歯歯車５２には、それぞれ平歯車を用いたが、図６に示すように、逆転機構４２の太陽歯車３２と遊星歯車３４と内歯歯車３６、及び遊星歯車機構４６の太陽歯車４８と遊星歯車５０と内歯歯車５２に、ハス歯歯車を用いてもよい。

また、前述した実施形態では、検知板６０の揺動の検出に一対のリミットスイッチ６４，６６を用いた検知機構について説明したが、リミットスイッチ６４，６６を用いた検知機構に限らず、図７に示すように、検知板１２０を円板状に形成し、検知板１２０の外周の一部にマグネット等により形成した円弧状の検出部１２２を配置する。この検出部１２２を検出する一対の近接スイッチ１２０，１２２を設けて、一対の近接スイッチ１２４，１２６により検知板１２０の揺動を検出する検知機構を用いてもよい。

また、図８（イ）に示すように、検知板６０に代えて、歯車１３０を用い、歯車１３０に噛合した小歯車１３２にポテンショメータ等の回転抵抗体１３４の検出軸を取り付ける。図８（ロ）に示すように、回転抵抗体１３４の端子ｂ−ｃ間に電圧を印加し、端子ａ−ｂ間の電圧（Ｖａｂ）と端子ａ−ｃ間の電圧（Ｖａｃ）を比較して回転方向と位置を把握する検知機構を用いてもよい。

更に、図９に示すように、検知板６０に代えて、摺動子１４０を設け、回転軸１８を中心として同心円上に、一対の円弧状のスリップリング１４２，１４４を配置して、摺動子１４０が揺動すると、一方のスリップリング１４２，１４４上を接触しながら摺動するように構成してもよい。摺動子１４０と一方のスリップリング１４２，１４４との導通を検出することにより、揺動方向を検出する検知機構を用いてもよい。

前述した実施形態では、張力調整機構４４，１００に遊星歯車機構４６，１０１を用いて回転方向を検知するようにしたので、制御回路６８は簡単な構成となるが、これに限らず、張力等を検出して、張力がほぼ一定となるように回転軸１８を回転させるように構成してもよい。例えば、遊星歯車機構４６，１０１を用いることなく、ウオーム歯車２４に加わるスラスト方向の荷重をロードセル等により検出して、スラスト力が閾値を超えたときに、電動モータ２８を回転駆動するようにしても、張力をほぼ一定に調整できる。また、回転軸１８に加わるトルクをトルクセンサにより検出して、トルクが閾値を超えたときに電動モータ２８を回転駆動するように構成してもよい。更に、駆動源に電動モータ２８を用いたが、これに限らず、油圧モータや空気圧モータを用いても同様に実施可能である。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての張力調整機構付リール装置の正面図である。 本実施形態の張力調整機構付リール装置の回転軸に沿った拡大断面図である。 本実施形態の張力調整機構付リール装置の背面図である。 本実施形態の張力調整機構付リール装置の線状体を繰り出すときの動作説明図である。 本実施形態の張力調整機構付リール装置の線状体を巻き取るときの動作説明図である。 別の実施形態の張力調整機構付リール装置の要部拡大断面図である。 本実施形態の近接スイッチを用いた検知機構の正面図である。 本実施形態の回転抵抗体を用いた検知機構の正面図である。 本実施形態のスリップリングを用いた検知機構の正面図である。

符号の説明

１…装置本体 ８…リール本体
１６…線状体 １８…回転軸
２０…付勢部材 ２２…ホイール歯車
２４…ウオーム歯車 ２８…電動モータ
３２…太陽歯車 ３３…連結部材
３４…遊星歯車 ３６…内歯歯車
３８ａ…ケース ４０…支持軸
４２…逆転機構 ４４…張力調整機構
４６…遊星歯車機構 ４８…太陽歯車
５０…遊星歯車 ５２…内歯歯車
５４…キャリヤ軸 ５６…円弧孔
６０，１２０…検知板
６４，６６…リミットスイッチ
６８…制御回路 １２４，１２６…近接スイッチ
１３４…回転抵抗体 １４０…摺動子
１４２，１４４…スリップリング

Claims (5)

1. 線状体を巻き取るリール本体を回転可能に支持すると共に、前記リール本体と同軸上に回転軸を配置し、前記線状体を前記リール本体に巻き取る方向に付勢する付勢部材の一端を前記リール本体側に他端を前記回転軸側に接続し、
   かつ、回転軸を回転駆動する駆動源を有し、該駆動源を制御して前記回転軸を前記リール本体の回転方向と同方向に回転させ、前記リール本体の回転に前記回転軸の回転を追従させる張力調整機構を設けたことを特徴とする張力調整機構付リール装置。
2. 前記張力調整機構は、遊星歯車機構を備え、太陽歯車を前記回転軸に取り付けると共に、前記リール本体の回転とは逆方向に回転する内歯歯車を設け、また、遊星歯車を回転可能に支持するキャリヤ軸を前記回転軸の廻りに公転可能に支持し、前記キャリヤ軸の公転を検知して、前記駆動源を制御し前記回転軸を前記リール本体と同方向に回転させ、前記リール本体の回転に前記回転軸の回転を追従させることを特徴とする請求項１に記載の張力調整機構付リール装置。
3. 前記回転軸に回転可能に支持された太陽歯車を前記リール本体に一体回転可能に接続し、前記太陽歯車に噛合した遊星歯車を内歯歯車に噛合し、前記遊星歯車と前記内歯歯車とを固定側に回転可能に支持した逆転機構を設け、該逆転機構の前記内歯歯車と前記張力調整機構の前記内歯歯車とを一体的に固定したことを特徴とする請求項２に記載の張力調整機構付リール装置。
4. 前記張力調整機構は、遊星歯車機構を備え、内歯歯車を前記回転軸に取り付けると共に、遊星歯車を回転可能に支持するキャリヤ軸を前記リール本体に取り付け、また、太陽歯車を前記回転軸と同軸上で回転可能に支持し、前記太陽歯車の回転を検知して、前記駆動源を制御し前記回転軸を前記リール本体と同方向に回転させ、前記リール本体の回転に前記回転軸の回転を追従させることを特徴とする請求項１に記載の張力調整機構付リール装置。
5. 前記駆動源は、前記駆動源により回転されるウオーム歯車に噛合したホイール歯車を介して前記回転軸を回転駆動することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の張力調整機構付リール装置。

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