JP2009173391A6 - オートテンション機能を有するウィンチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】巻き揚げ、巻き下げ、停止の３つの動作を、変位センサーを利用して自動的に実施せしめることにより、汎用のウィンチ装置に簡単にオートテンション機能を付加せしめ、安価で且つ短納期のウィンチを提供する。
【解決手段】ワイヤロープなどのロープを巻き取る回転ドラムと該回転ドラムを回転駆動させるアクチュエータから成るウィンチ本体と、該ウィンチ本体を該回転ドラムの回転軸と交差する面上において揺動可能にする回転軸と、該ウィンチ本体の揺動変位のしきい値を検出する変位センサー、から構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドラムを回転させてワイヤロープなどのロープを巻き取りあるいは巻き戻しを行う巻き揚げ装置（以下、ウィンチ装置と呼称する）において、ウィンチ装置が作動している時に、ロープが弛むことが無く、且つロープが張り過ぎることが無いように、ロープの張力を自動調整する機能、いわゆるオートテンション機能を有するウィンチ装置に関する。

オートテンション機能を有するウィンチ装置としては、特許公開平５−８７６８号に記載の装置を一例として挙げることができる。
特許公開平５−８７６８号に記載のオートテンション機能を有するウィンチ装置は、壁面（特に外壁）を清掃したり、壁面の塗装等を剥離する吸着自走式の壁面剥離ロボットの機能を補完するために提供されるものである。
特許公開平５−８７６８号においては、該壁面剥離ロボットにおけるオートテンション機能を有するウィンチ装置の適用例として、下記が記載されている。
「すなわち、該壁面剥離ロボットは一対のオートテンションウィンチ５０，５０によって吊り下げられている。
該一対のオートテンションウィンチ５０，５０は、そのテンションをロープ５１にたるみが生じない程度で、ロボット本体１の走行に支障を生じない程度に設定しておくと、該オートテンションウィンチ５０，５０のテンションがロボット本体１の自重の全部または一部を支承する作用を呈する。
このオートテンションウィンチ５０，５０は所定のテンション（実施例としては、ロボット本体１の重量を２９０Ｋｇｆとして１５〜２０Ｋｇｆ）を有して常時（通電時）ワイヤ５１を巻上げるようになしてある。そして、両オートテンションウィンチ５０，５０は、適宜の間隔を有して設置され、両オートテンションウィンチ５０，５０間にロボット本体１を吊下げるもので、
そのワイヤ５１，５１を屋上側に配した滑車５２，５２で案内して折返しその先端を、本体部１０に固定した吊下げ金具３，３に連結している。
上記オートテンションウィンチ５０，５０は、ロボット本体１を吊下げるも、このオートテンションウィンチ５０，５０によってロボット本体１を壁面Ｗに添って積極的に移動させるものではなく、ロボット本体１の自重の一部または全部を支承して、後述吸着リング３の吸着力の負担を低減するのが主目的であるため、そのテンションは上記ワイヤ５１，５１がたるまない程度で、かつ、ロボット本体１を積極的に引上げない程度に設定される。
また、上記オートテンションウィンチ５０，５０の他の目的は停電等の万が一の場合に、ロボット本体１の壁面Ｗへの吸着力不足による該ロボット本体１の落下を防止することにあり、本実施例では、上記に示したごとくテンションはロボット本体１の自重を支えるには小さい値に設定し、主にこの目的のために使用している。」
特許公開平５−８７６８号公報

上述した特許公開平５−８７６８号公報に記載されたオートテンション機能を有するウィンチ装置において、汎用のウィンチ装置を改造して該オートテンション機能を有するウィンチ装置として転用するのは極めて困難である。
すなわち、上述した特許公開平５−８７６８号公報に記載されたオートテンション機能を有するウィンチ装置は、特別に設計され且つ特別に製造される必要があり、而して極めて高価であり、且つ納期も長期間を要する。
一方、本発明のオートテンション機能を有するウィンチ装置は、巻き揚げ、巻き下げ、停止の３つの動作を、変位センサーを利用して自動的に実施せしめることにより、汎用のウィンチ装置に簡単にオートテンション機能を付加せしめ、而して、安価で且つ短納期のウィンチを提供することを課題とする。

本発明によれば、特許請求の範囲の請求項１に記載されているように、
ワイヤロープなどのロープを巻き取る回転ドラムと該回転ドラムを回転駆動させるアクチュエータから成るウィンチ本体と、該ウィンチ本体を該回転ドラムの回転軸と交差する面上において揺動可能にする回転軸と、該ウィンチ本体の揺動変位のしきい値を検出する変位センサー、から少なくとも構成されていることを特徴とする、オートテンション機能を有するウィンチ装置が提供される。
また、特許請求の範囲の請求項２に記載されているように、
ロープの張力が小さいことに起因して該ウィンチ本体が揺動せず、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出していない時には該回転ドラムはロープを巻き取り、よってロープの張力が増大すると該ウィンチ本体が揺動し、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止し；
ロープの張力が増大したことに起因して該ウィンチ本体が揺動し、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムはロープを巻き戻し、よってロープの張力が減少すると該ウィンチ本体が逆揺動し、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止する；
以上のように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置が提供される。
また、特許請求の範囲の請求項３に記載されているように、
ロープの張力が該回転ドラムの円周部を回転させようとする方向と同一方向に該ウィンチ本体が揺動もしくは回転することを抑制するためのコイルバネやゼンマイ式バネやロータリーアクチュエータ等のアクチュエータを備えている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の装置が提供される。
また、特許請求の範囲の請求項４に記載されているように、
該ウィンチ本体の小さい揺動変位を検出する第１の変位センサーと、該ウィンチ本体の大きい揺動変位を検出する第２の変位センサーを備えており、
ロープの張力が小さいことに起因して該ウィンチ本体が揺動せず、よって該第１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出していない時には該回転ドラムはロープを巻き取り、よってロープの張力が増大すると該ウィンチ本体が揺動し、よって該第１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止し；
ロープの張力がさらに増大すると該ウィンチ本体がさらに揺動し、よって該第２の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムはロープを巻き戻し、よってロープの張力が減少すると該ウィンチ本体が逆揺動し、よって該１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止し；
ロープの張力がさらに減少すると、該ウィンチ本体が該バネ等のアクチュエータの力によりさらに逆揺動され、よって該第１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出しない状態になると、再び該回転ドラムはロープを巻き取り始める；
以上のように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置が提供される。
また、特許請求の範囲の請求項５に記載されているように、
該回転ドラムの回転軸と交差する面上に在る、該ウィンチ本体を揺動可能にする回転軸の軸線が、該回転ドラムの回転軸と交差する面と直交する面上に在る該ウィンチ本体の重心軸とほぼ同一である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の装置が提供される。

本発明は下記の効果をもたらすものである。
上述した特許公開平５−８７６８号公報に記載されたオートテンション機能を有するウィンチ装置において、汎用のウィンチ装置を改造して該オートテンション機能を有するウィンチ装置として転用するのは極めて困難である。
すなわち、上述した特許公開平５−８７６８号公報に記載されたオートテンション機能を有するウィンチ装置は、特別に設計され且つ特別に製造される必要があり、而して極めて高価であり、且つ納期も長期間を要する。
一方、本発明のオートテンション機能を有するウィンチ装置は、巻き揚げ、巻き下げ、停止の３つの動作を、変位センサーを利用して自動的に実施せしめることにより、汎用のウィンチ装置にオートテンション機能を付加せしめるものである。
而して、本発明のオートテンション機能を有するウィンチ装置は、汎用のウィンチ装置を改造して該オートテンション機能を有するウィンチ装置として転用するのが極めて容易であるため、而して安価で且つ短納期のウィンチを提供できるものである。

以下、本発明に従って構成された装置の第１の好適実施例について、添付図を参照して詳細に説明する。
図１乃至図３を参照して説明すると、
図示の装置は、ウィンチ本体１と、ウィンチ本体１の回転ドラムに巻かれたワイヤロープ２と、ウィンチ本体１が固定された揺動ベース３と、固定ベース４と、２個の揺動ピン５と、２個の圧縮コイルバネ６と、リミットスイッチ７から構成されている。
なお、図３は、図２に図示する装置の一部を破断した側面図であり、図４は、図２、図３に示す装置におけるウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が、ワイヤロープ２に引張られて時計方向に揺動し、揺動ベース３の底に溶着されたリミットスイッチ用ドック３ａがリミットスイッチ７の揺動レバーを叩いている状態を図示している。
なお、揺動ピン５の軸線は、ウィンチ本体１の回転ドラムの回転軸の軸線と平行であり、且つウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の重心を通る線上に配置されている。
揺動ピン５の軸線がウィンチ本体１の回転ドラムの回転軸の軸線と平行であり、且つウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の重心を通る線上に配置されている理由については、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の重量がワイヤロープ２に作用し而してワイヤロープ２の張力が増大することを防止するためである。
なお、ワイヤロープ２の張力を精密に制御する必要が無ければ、揺動ピン５の軸線がウィンチ本体１の回転ドラムの回転軸の軸線と平行であり、且つウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の重心を通る線上に配置されている必要は無い。

次に、図３乃至図５を参照して、図１乃至図４に示す本発明に従って構成された装置の第１の好適実施例の装置の作用を説明する。
なお、図５は、図１乃至図４に示す装置の作用を示すフローシートである。
ワイヤロープ２に張力が掛かっておらず、よって装置が図３の状態にある場合においては、リミットスイッチ７は作動していない。この状態の時、装置をオートテンション状態にするスイッチ（図示せず）をＯＮにすると、回転ドラムが反時計方向に回転してワイヤロープ２を巻き取る。
ワイヤロープ２を巻き取ることによりワイヤロープ２の張力が増大すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は揺動ピン５を中心として時計方向に回転してリミットスイッチ用ドック３ａがリミットスイッチ７の揺動レバーを叩いてリミットスイッチ７が動作する（図４に示す状態）。
次に、リミットスイッチ７が動作すれば回転ドラムの回転が停止され、続いて回転ドラムは、今度は反対方向の時計方向に回転してワイヤロープ２を巻き戻す。
ワイヤロープ２が巻き戻されることによりワイヤロープ２の張力が減少すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は、圧縮コイルバネ６の作用により、揺動ピン５を中心として反時計方向に回転してリミットスイッチ用ドック３ａがリミットスイッチ７の揺動レバーから離れてリミットスイッチ７の動作が切れる（図３に示す状態）。
以下、装置は上記の動作を繰り返す。
次に、装置が図３に図示の状態の時、外力がワイヤロープ２を引張って張力が増大し、よってウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が揺動ピン５を中心として時計方向に回転させられてリミットスイッチ用ドック３ａがリミットスイッチ７の揺動レバーを叩いてリミットスイッチ７が動作する（図４に示す状態）と、回転ドラムは時計方向に回転し始めてワイヤロープ２を巻き戻す。
ワイヤロープ２が巻き戻されることによりワイヤロープ２の張力が減少すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は、圧縮コイルバネ６の作用により、揺動ピン５を中心として反時計方向に回転し始め、リミットスイッチ用ドック３ａがリミットスイッチ７の揺動レバーから離れてリミットスイッチ７の動作が切れる（図３に示す状態）と、回転ドラムの回転は停止される。
以下、装置は上記の動作を繰り返す。

本発明に従って構成された装置の第１の好適実施例の装置の効果を説明すると、ウィンチ装置が作動している時に、ロープが弛むことが無く、且つロープが張り過ぎることが無いように、ロープの張力を自動調整する機能、いわゆるオートテンション機能を有するウィンチ装置について、汎用の、いわゆる市販されているウィンチ装置を、安価で且つ短納期でオートテンション機能を有するウィンチ装置に変換できるといった効果がある。
なお、上述のリミットスイッチ７は、物体の変位を検出する変位センサーの一種であり、「物体の任意の変位を検出するセンサー」であるが、「物体の変位のしきい値を検出するセンサー」と言い換えることが出来る。
本発明に従って構成された装置においては、リミットスイッチの代わりに、ロータリエンコーダなどの物体の変位を連続して検出可能な変位センサを使用することができるが、この場合には任意の「しきい値」が設定される。
また、ウィンチがエアモータを使用したエアウィンチの場合には、「物体の任意の変位を検出するセンサー」としてリミットバルブを使用することが出来る。
次に、圧縮コイルバネ６の作用について説明を追加すると、圧縮コイルバネ６は、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が時計方向に揺動するのを抑制する機能を有している。すなわち、圧縮コイルバネ６はワイヤロープ２の張力を調整する機能を有しており、圧縮コイルバネ６のバネ力が大きいとワイヤロープ２の張力が大きくなり、圧縮コイルバネ６のバネ力が小さいとワイヤロープ２の張力が小さくなる。
なお、本発明に従って構成された装置の第１と第２の好適実施例の装置においては、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の揺動角度範囲は３０度以下であるが、例えばゼンマイ式バネや定トルクのロータリーアクチュエータを使用することにより揺動角度範囲を例えば７２０度とすることも可能である。この場合、リミットスイッチの代わりにロータリエンコーダなどの物体の変位を連続して検出可能な変位センサが使用され、「しきい値」として７２０度が設定される。

次に、本発明に従って構成された装置の第２の好適実施例について、添付図を参照して詳細に説明する。
図１、図２及び図６乃至図８は、本発明に従って構成された装置の第２の好適実施例を示す図である。
図１及び図２は、本発明に従って構成された装置の第１の好適実施例と第２の好適実施例に共通する図面である。
図６は、図２に図示する装置の一部を破断した側面図であり、図７は、図２、図６に示す装置におけるウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が、ワイヤロープ２に引張られて時計方向に揺動し、揺動ベース３の底に溶着されたリミットスイッチ用ドック３ａが、「物体の任意の変位を検出するセンサー」である近接スイッチ７１に近接している状態を図示している（実線で示す状態）。
なお、図８は、図１、図２および図６、図７に示す装置の作用を示すフローシートである。
図３乃至図５に示す第１の好適実施例の装置と、図６乃至図８に示す第２の好適実施例の装置の相違点について、第１の好適実施例の装置においては１個のリミットスイッチ７が装備されているのに対し、第２の好適実施例の装置においては２個の近接スイッチ７１、近接スイッチ７２が装備されている。
なお、近接スイッチもリミットスイッチの一種であるので、以下、第１リミットスイッチ７１および第２リミットスイッチ７２と呼称する。
なお、第１リミットスイッチ７１は、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の小さい揺動変位を検出する第１の変位センサーであり、第２リミットスイッチ７２は、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体の大きい揺動変位を検出する第２の変位センサーである。

次に、図６乃至図８を参照して、本発明に従って構成された装置の第２の好適実施例の装置の作用を説明する。
ワイヤロープ２に張力が掛かっておらず、よって装置が図６の状態にある場合においては、第１リミットスイッチ７１、第２リミットスイッチ７２は作動していない。
この状態の時、装置をオートテンション状態にするスイッチ（図示せず）をＯＮにすると、回転ドラムが反時計方向に回転してワイヤロープ２を巻き取る。
ワイヤロープ２を巻き取ることによりワイヤロープ２の張力が増大すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は揺動ピン５を中心として時計方向に回転してリミットスイッチ用ドック３ａが第１リミットスイッチ７１に近接して第１リミットスイッチ７１が動作し（図７に実線で示す状態）、第１リミットスイッチ７１が動作すれば回転ドラムの回転が停止される。
次に、上記の状態において、外力がワイヤロープ２を引張り、よってワイヤロープ２の張力が増大すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は外力により揺動ピン５を中心として時計方向に回転され、よってリミットスイッチ用ドック３ａが第２リミットスイッチ７２に近接して第２リミットスイッチ７２が動作（図７に２点鎖線で示す状態）すると、回転ドラムは時計方向に回転し始めてワイヤロープ２を巻き戻す。
ワイヤロープ２が巻き戻されることによりワイヤロープ２の張力が減少すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は、圧縮コイルバネ６の作用により、揺動ピン５を中心として反時計方向に回転し始め、リミットスイッチ用ドック３ａが第１リミットスイッチ７１に近接して第１リミットスイッチ７１が動作すれば回転ドラムの回転が停止される（図７に実線で示す状態）。
以下、装置は上記の動作を繰り返す。
次に、装置が図６に図示の状態の時、外力がワイヤロープ２を引張って張力が増大し、よってウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が、外力により揺動ピン５を中心として時計方向に回転させられてリミットスイッチ用ドック３ａが第２リミットスイッチ７２に近接して第２リミットスイッチ７２が動作する（図７に２点鎖線で示す状態）と、回転ドラムは時計方向に回転し始めてワイヤロープ２を巻き戻す。
ワイヤロープ２が巻き戻されることによりワイヤロープ２の張力が減少すると、ウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体は、圧縮コイルバネ６の作用により、揺動ピン５を中心として反時計方向に回転し始め、リミットスイッチ用ドック３ａが第１リミットスイッチ７１に近接して第１リミットスイッチ７１が動作すれば回転ドラムの回転が停止される（図７に実線で示す状態）。
以下、装置は上記の動作を繰り返す。

本発明に従って構成された装置の第２の好適実施例の装置の効果を説明すると、ウィンチ装置が作動している時に、ロープが弛むことが無く、且つロープが張り過ぎることが無いように、ロープの張力を自動調整する機能、いわゆるオートテンション機能を有するウィンチ装置について、汎用の、いわゆる市販されているウィンチ装置を、安価で且つ短納期でオートテンション機能を有するウィンチ装置に変換できるといった効果がある。
なお、第１の好適実施例の装置の効果と、第２の好適実施例の装置の効果の相違点について、第１の好適実施例の装置においては、ウィンチ本体の回転ドラムが頻繁に正転と逆転を繰り返すのに対して、第２の好適実施例の装置においては、ウィンチ本体の回転ドラムが正転と逆転を繰り返すのは同様であるが、第１の好適実施例ほど頻繁では無く、休息点があることが相違する。
以上に本発明の装置の好適実施例について説明したが、本発明の装置は該好適実施例の他にも特許請求の範囲に従って種々実施例を考えることができる。

かくの通りの、ウィンチ装置が作動している時にロープが弛むことが無く且つロープが張り過ぎることが無いようにロープの張力を自動調整する機能、いわゆるオートテンション機能を有するウィンチ装置は、「背景技術」の項において例示したように、貯油タンクや船体などの壁面を清掃したり、塗装したりする吸着自走式の壁面作業ロボットの機能を補完する装置として、具体的には墜落を防止する装置として好都合に用いることができる。
また、洋上船舶給油システムにおいては、航行する船舶と船舶の間に一定の張力を保持しながらワイヤロープを張り渡すためのウィンチ装置など、種々の用途を考えることができる。

本発明に従って構成された装置の第１の好適実施例と第２の好適実施例の正面図。 図１に示す装置における左側面図。 図２に示す第１の好適実施例の装置の一部分を破断した図１に示す装置における左側面図。 図３に示す装置のウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が時計方向に揺動した状態を示す図。 第１の好適実施例の装置のフローシート。 図２に示す第２の好適実施例の装置の一部分を破断した図１に示す装置における左側面図。 図６に示す装置のウィンチ本体１と揺動ベース３の集合体が時計方向に揺動した状態を示す図。 第２の好適実施例の装置のフローシート。

Claims (5)

1. ワイヤロープなどのロープを巻き取る回転ドラムと該回転ドラムを回転駆動させるアクチュエータから成るウィンチ本体と、該ウィンチ本体を該回転ドラムの回転軸と交差する面上において揺動可能にする回転軸と、該ウィンチ本体の揺動変位のしきい値を検出する変位センサー、から少なくとも構成されていることを特徴とする、オートテンション機能を有するウィンチ装置。
2. ロープの張力が小さいことに起因して該ウィンチ本体が揺動せず、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出していない時には該回転ドラムはロープを巻き取り、よってロープの張力が増大すると該ウィンチ本体が揺動し、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止し；
   ロープの張力が増大したことに起因して該ウィンチ本体が揺動し、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムはロープを巻き戻し、よってロープの張力が減少すると該ウィンチ本体が逆揺動し、よって該変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止する；
   以上のように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ロープの張力が該回転ドラムの円周部を回転させようとする方向と同一方向に該ウィンチ本体が揺動もしくは回転することを抑制するためのコイルバネやゼンマイ式バネやロータリーアクチュエータ等のアクチュエータを備えている、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２に記載の装置。
4. 該ウィンチ本体の小さい揺動変位を検出する第１の変位センサーと、該ウィンチ本体の大きい揺動変位を検出する第２の変位センサーを備えており、
   ロープの張力が小さいことに起因して該ウィンチ本体が揺動せず、よって該第１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出していない時には該回転ドラムはロープを巻き取り、よってロープの張力が増大すると該ウィンチ本体が揺動し、よって該第１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止し；
   ロープの張力がさらに増大すると該ウィンチ本体がさらに揺動し、よって該第２の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムはロープを巻き戻し、よってロープの張力が減少すると該ウィンチ本体が逆揺動し、よって該１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出すると該回転ドラムの回転が停止し；
   ロープの張力がさらに減少すると、該ウィンチ本体が該バネ等のアクチュエータの力によりさらに逆揺動され、よって該第１の変位センサーが揺動変位のしきい値を検出しない状態になると、再び該回転ドラムはロープを巻き取り始める；
   以上のように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 該回転ドラムの回転軸と交差する面上に在る、該ウィンチ本体を揺動可能にする回転軸の軸線が、該回転ドラムの回転軸と交差する面と直交する面上に在る該ウィンチ本体の重心軸とほぼ同一である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の装置。
   
   

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