JP3891814B2

JP3891814B2 - 表面形状が変形する可動式人工壁の変形機構及び壁の固定方法

Info

Publication number: JP3891814B2
Application number: JP2001315350A
Authority: JP
Inventors: 稔吉田; 和之塩見
Original assignee: Hakusan Corp
Current assignee: Hakusan Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003117040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリークライミング等に使用される人工壁に関し、特にその壁面の形状を所望の形状に容易に変形させるための人工壁の変形機構、及び変形後の壁の固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フリークライミングの対象として用いられる人工壁は、登はん用人工構造物、登はん用壁とも呼ばれ、その基本的な構造は、登る際の手がかり又は足がかりとなるホールドがコンクリート壁面に配置されるものであり、壁面は全高にわたって直壁であって、ホールドはランダムに配置されて壁面に固定された部材が用いられる場合が多い。
【０００３】
人工壁の登はんをより興趣に富んだものにするために、ホールドに用いる部材の配置を変更したり、様々な部材を用いることが行われており、近年においては可動式の人工壁や、壁面に凹凸形状を形成したものが提案されている。
【０００４】
特開平１１−３４７１７０号には、室内などの狭い場所においても設置することができるフリークライミング用の人工壁が提案されており、表面に複数のホールドが固定された無端状のシャッタがフレームの上端部及び下端部において軸支され、前記シャッタは、駆動手段によって表面が下がるように回転可能とされ、かつ前記シャッタの表面がフリークライミング用の壁部を構成すると共に、前記フレームの傾斜角度を調節する角度調節手段が設けられており、前記シャッタの回転中に、前記角度調節手段によって前記フレームの角度を調節できるように構成されたものである。
【０００５】
同様に無端形状のシャッタを回転させる構造を備える人工壁は米国特許第５，９１９，１１７号や、米国特許第５，５４９，１９５号及び米国特許第５，１２５，８７７号でも提案されている。米国特許第５，２５６，１１６号において示されるものは、複数の壁面を備える装置を回転させることによって複数の壁面を利用できるようにしたものであり、例えば６角柱の６つの面をそれぞれ登はん用の壁面として、６角柱の中心において回転可能にするようにして複数の壁面を利用できるようにしたものが提案されている。また特開平１０−１５５９６１号には、実際の岩肌に似た形状、岩肌を備えたフリークライミング用人工壁が提案されており、所定形状の平面パネルと、複数種類の曲線パターンとを有する曲面パネルを組み合わせ、あらかじめ構築していた骨組構造のパネル支持金物に隙間なく取り付けることにより、前記骨組構造の周囲を覆う登はん用壁面を構成したものである。同様の凹凸を備えた人工壁は米国特許第５，２５４，０５８号でも提案されている。
【０００６】
加えて壁面形状を変更する可動式の人工壁としては、正方形又は長方形のプレートを複数備えたものであって、前記プレートの辺において他のプレートと直列に接続して、傾斜を壁面の中途部において傾斜を変更するすることができるものがあった。
【０００７】
従来表面が凹凸形状を有しかつ可動式の人工壁はなかったため、登はん訓練やトレーニングにおいて、自由度の高い高度の成果は得られなかった。即ち可動式の人工壁においては、登はんする面はほとんど平坦な直壁状であり、壁面の変化に関しては登はんする面の全体的な角度を変更することに限られており、壁面が固定であるために興趣はなく、繰り返し利用すると飽きてしまう欠点があった。ホールドの位置を変えることにより難易度を変化させることもできるが、トレーニングのバリエーションは非常に限られたものであった。また、壁面に凹凸形状を形成した人工壁においては、実際の岩肌を登るような感覚は得られるが、凹凸の形状やホールドの位置を変更するには非常に手間を要するものであった。従って、競技において直ちに凹凸形状を変更することは難しく、また競技中に凹凸形状を変更することもできなかった。また、複数のプレートを備えた可動式の人工壁においては、傾斜を壁面の中途部において傾斜を変更するすることはできても、人工壁の壁面に凹凸形状を形成することはできなかった。
【０００８】
上述のような問題を解決するため、本出願人の先の出願に係る特願２０００−２４５０３５にて、三角形または多角形のプレートを組み合わせて成る、壁面の形状を容易にかつ自由に変更することができるようにした人工壁が提案されているが、該人工壁を変形させる方法として、壁面の背後に、隣接する三角形パネル２つの互いに接する辺を回転軸とし、その回転をステップモーターなどの駆動機構で制御する方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる壁面の背後に駆動機構を搭載させる方式では、次のような問題がある。
【００１０】
すなわち、駆動機構を搭載することによって人工壁自体の重さが約２倍（１〜２トン）と大きくなり、より大きなパワーが制御のために要求され、機構そのものがより大型になっていくという問題がある。
【００１１】
また、変形時に、それぞれの三角形のパネルの変形が互いに他に影響を与えないように制御する方法が複雑である。そのためには、それぞれの駆動機構に互いの変形情報を伝えあって協調動作を行う必要があり、約８０枚のパネルすべてが故障なく動作し続けなければならず、安定運用に困難さを伴うという問題もある。
【００１２】
本発明は、かかる三角形または多角形のプレートを組み合わせて成る人工壁の壁面の形状を、所望の形状に容易に変形させるための人工壁の変形機構を提供することを目的とし、併せて、変形後の人工壁の固定方法を提供することをも目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、多角形の形状をしたプレートと前記プレートの辺を軸として枢軸接続する接続手段により多数接続した多数個のプレートからなり、前記プレートの少なくとも二辺のそれぞれ一辺の全辺には他のプレートの一辺の全辺が接続されており、前記プレートを多数接続して形成した多数個のプレートは、少なくとも１個の前記多角形のプレートの少なくとも１つの頂点の周囲について隙間無く接続された可動式人工壁の表面形状の変形機構であって、前記変形機構は、前記可動人工壁を構成する各プレートに少なくとも１本ずつ接続されて人工壁を懸架するワイヤと、前記各ワイヤにそれぞれ接続されたカウンタウェイトと、前記プレートとカウンタウェイトの間に配置され、プレートを引っ張る方向を反転させるための滑車と、前記カウンタウェイトの上下位置を制御するカウンタウェイト位置制御手段とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面形状が変形する可動式人工壁の変形機構において、特に、前記カウンタウェイト位置制御手段が、前記ワイヤを引っ張ったり緩めたりすることによってカウンタウェイトを上下に動かすモータと、前記各プレートの位置情報がそれに対応するカウンタウェイトの位置情報に変換されて格納されているデータベースを有し、該データベースのデータに基づいて前記モータを動かして前記カウンタウェイトの位置を制御する制御装置とで構成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明は、前記多角形のプレートを特に三角形のプレートとした場合の人工壁の変形機構である。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明に係る可動式人工壁は、請求項１乃至３のいずれかに記載された変形機構によって表面形状が変形することを特徴とするものである。
【００１７】
次に、請求項５に記載の発明は、三角形の形状をしたプレートと前記プレートの辺を軸として枢軸接続する接続手段により多数接続した多数個のプレートからなり、前記プレートの少なくとも二辺のそれぞれ一辺の全辺には他のプレートの一辺の全辺が接続されており、前記プレートを多数接続して形成した多数個のプレートは、少なくとも１個の前記三角形のプレートの少なくとも１つの頂点の周囲について隙間無く接続された可動式人工壁を固定する方法であって、該方法は、前記人工壁の外周の三角形プレートの頂点を固定部材によって支柱に固定するものであり、かつ、前記人工壁を構成する外周の三角形プレートの頂点のうち、他のプレートと接合していない単独の頂点を全部と、複数のプレートの頂点が重なる接合点においては、２個の頂点が重なる箇所は全部、３個の頂点が重なる箇所は全部か若しくは１箇所おきに固定することを特徴とするものである。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明に係る可動式人工壁の固定方法は、請求項５に記載の可動式人工壁の固定方法において、さらに、人工壁を構成する外周のプレートの縦の頂点の列から壁の内部に向かって２列目ごとに、その列に属する頂点の全部若しくは１箇所おきに固定することを特徴とするものである。これによって安定性の良い人工壁が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の表面形状が変形する人工壁の変形機構についての発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は本発明にかかる変形機構を採用した人工壁の一例における全体構成の模式図を示しており、人工壁を正面から見た図である。図中、人工壁１０は複数枚の正三角形のプレート１１（黒で表示）が互いに辺で接している他のプレート（白で表示）と、ヒンジ１２によって各辺を軸として枢軸接続されて構成されている。
【００２２】
人工壁１０は後述する変形機構によって凹凸形状を変化させることができ、該変形機構によって形状、位置が調整された後に、固定部材２１によって支柱２０に固定される。ワイヤ３０は人工壁の表面の凹凸形状を変化させたり、壁全体の傾斜、位置を調整するためのものである。
【００２３】
図２は本発明に係る人工壁を側面（図１のＸ方向）から見た模式図である。
【００２４】
人工壁１０を構成している前記各プレート１１にはワイヤ３０が接続され、該ワイヤ３０は滑車４０を介してカウンターウェイト５０に接続され、さらには定トルクモータ６０に接続されている。該定トルクモータ６０は制御装置１００に接続され、人工壁１０の形状を所定の制御プログラムによって変化させることができるように構成されている。制御装置１００には、汎用のパーソナルコンピュータ（パソコン）が使用可能である。なお、本明細書において使用する「ワイヤ」の語には、それらを複数本撚り合わせた「ロープ」の意も含むものとする。
【００２５】
図３は本発明に係る人工壁を上面（図１のＹ方向）から見た模式図である。
【００２６】
尚、本実施例では、正三角形のプレート１１が示されているが、形状は正三角形に限定されるものではなく、プレートの少なくとも二辺のそれぞれの一辺の全辺に他のプレートの全辺が接続されてあり、プレートを多数接続した多数個のプレートが、少なくとも１個の多角形のプレートの少なくとも１つの頂点の周囲について隙間無く接続されたものであれば、三角形（例えば、正三角形、二等辺三角形、直角三角形、直角二等辺三角形、その他の三角形）であっても四角形以上の多角形（正方形、長方形、ひし形、正方形及び長方形及びひし形を除くその他の４角形、５角形、６角形、７角形、８角形、９角形、１０角形等）のプレートであってもよい。さらには、上記の多角形のプレートを隙間無く組み合わせて形成した人工壁の辺縁にあっては、直線状でなくてもよく、曲線状であってもよい。
【００２７】
加えて三角形のプレートであっても、四角形以上の多角形のプレートであっても、一部に曲線を有するプレートであっても、辺縁において直線部分を有しプレートの辺において接する他のプレートと直線部分を軸として枢軸的に接続する接続手段を有するものであれば可動式の人工壁を構成することはできる。
【００２８】
図４は本発明に係る人工壁の変形機構の原理を示した図であり、この図を参照しつつ説明する。
【００２９】
図４(A)中、プレート11aに駆動点13aで接続されたワイヤ30aを矢印の方向（上方向）に引っ張り上げると、プレート11aはヒンジABを軸として矢印方向に回転し、ABはいわゆる「谷折り」状態となる。すなわち、プレート11a、11b、11cがすべて同一平面上にある初期状態から、辺ABが凹んだ状態になる。このような状態を折り紙の分野では「谷折り」と称しているが、本明細書においては、これに倣い、プレートの凹凸状態を折り紙の用語を用いて説明する。
【００３０】
また、このとき、プレート11aは辺BCの中点に近い駆動点13aで引っ張られ、かつ、プレート11bは自重によりバランスしているから、辺BCはヒンジにより「山折り」状態（谷折りの逆）となる。なお、このとき、プレート11bはヒンジBCにおいてプレート11aと繋がっているから、プレート11aが持ち上げられると、それに付随してプレート11bも一緒に少し持ち上げられる。すると、ワイヤ30bに接続されたカウンタウェイトは自重で下がり、ワイヤ30bは少したるむことになるが、図４(B)に示したように、ワイヤ30bは定トルクモータ60bにより常に軽く引っ張られているため、たるみは吸収され、常にピンと張った状態に戻される。このようにしてバランスが保たれている。
【００３１】
同様に、プレート11cに接続されたワイヤ30cが矢印方向（上方向）に引っ張り上げられると、辺AEは「谷折り」状態、辺ABは「山折り」状態となる。
【００３２】
これとは逆に、プレート11bにおいて、ワイヤ30bを緩めるとプレート11bは自重により、ヒンジBCを軸として矢印方向に回転し、辺BCは出っ張った状態、すなわち「山折り」状態になる。
【００３３】
このようにして、各ワイヤを引っ張ったり緩めたりすることにより、隣り合うプレートとの間を「谷折り」もしくは「山折り」状態にして、人工壁１０に凹凸形状を形成させるのである。
【００３４】
なお、プレート11aにおいて、駆動点13aを辺BCのほぼ中点にしているのは以下の理由による。（プレート11b、11cにおいて、駆動点をそれぞれ辺CD、ABのほぼ中点にしているのも同じ理由である。）
すなわち、プレート11aを回転させるときに、同じ駆動力で最大の回転モーメントを発生させるためには、回転軸から最も遠いところに駆動点を設けることになる。そのため、回転軸とは対頂となる頂点が最小の駆動力で最大の回転モーメントを発生させられる点となる。回転軸をABとすれば、対する頂点はＣとなるが、回転軸をACとすれば、対する頂点はBとなる。従って、上方向、横方向の双方の動きを考慮すれば、BとCの中点が適切となる。
【００３５】
また、駆動力としてワイヤによる上方向への引っ張り力のほかに、プレートの自重により下方向へ引っ張られる力があるが、重力はプレートの重心にかかると仮想的に考えられるため、下方向へ回転させるときには重心位置より下方にプレートを支える支点が必要となる。このためにも下方向の回転軸となる辺BCの中点付近が下方向の回転のためにも効率的である。
【００３６】
以上のことより、プレート11aをすべての回転軸に沿って上下、左右に回転させるためには、辺BCの中点付近にワイヤの支点（駆動点）があることが、少ない駆動力で最大の回転モーメントを発生でき、滑らかな変形を促すことができる。
【００３７】
図４(B)は人工壁の凹凸形状を決定するカウンタウェイトの位置を制御する機構を図示したものである。
【００３８】
プレート１１に接続されたワイヤ３０は滑車４０を介してカウンタウェイト５０に接続され、さらにはワイヤ３０は一定のトルクで引っ張る定トルクモータ６０に接続されている。カウンタウェイト５０の重さは１枚のプレート１１の自重よりもわずかに軽く設定されており、定トルクモータで軽く引っ張ってバランスをとっている。
【００３９】
ワイヤ３０を引っ張り上げてプレートを持ち上げるときは、定トルクモータ６０のトルクを少し上げ、プレートを下げるときはモータ６０のトルクを下げてワイヤ３０を緩ませて、プレートの自重によってプレートを下げるようになっている。
【００４０】
さらに、定トルクモータ６０には（図示しない）ワイヤ長検出手段が設けられており、ワイヤ長を電気信号として取り出すことができるようになっている。
【００４１】
ここで、ワイヤ長の変化を検出するのは、カウンタウェイト位置の変化はワイヤ３０の長さの変化としてとらえることができるからである。ワイヤ長検出手段としては、例えばポテンショメータが利用できる。
【００４２】
またさらに、定トルクモータ６０は制御装置１００（例えばパソコン）に接続され、所望の凹凸形状になるようにワイヤ３０の長さが制御される。
【００４３】
このような構成において、どのようして所望の人工壁の凹凸形状が形成されるのかを説明する。
【００４４】
まず始めに、目的とする凹凸形状に対応した各プレートごとのカウンタウェイトの位置情報のデータを、予め制御装置１００の記憶装置に格納しておく。凹凸形状に対応したカウンタウェイトの位置情報のデータは、目的とする凹凸形状の各プレートの頂点の座標から計算によって求めたり、人工壁１０の相似模型（マスター模型）を作っておき、それを所望の形に凹凸変形させ、それに取り付けられた角度センサ、位置センサ、またはそれを撮した画像から画像処理によって各頂点の座標を求め、それをもとにしてカウンタウェイトの位置を計算することも可能である。さらには、実際の岩場の３Ｄデータや画像データから各頂点の座標を求め、そこから必要なカウンタウェイトの位置を算出することも可能である。
【００４５】
以上は各頂点の座標からカウンタウェイトの位置を算出する場合を述べたが、隣り合うプレートの連結角度（例えば図９におけるθ）からカウンタウェイトの位置を計算することもできる。
【００４６】
次に、定トルクモータ６０のワイヤ長検出手段から読み込んだ現在のワイヤ長値から変換したカウンタウェイトの現在位置情報と、目的とする凹凸形状に対応したカウンタウェイトの位置情報とを各プレートごとに比較し、現在のカウンタウェイトの位置が低いときは定トルクモータ６０のトルクを下げ、プレートの自重によってプレートを下げることによってカウンタウェイトの位置を上げ、現在のカウンタウェイトの位置の方が高いときはモータのトルクを上げ、ワイヤを巻き上げることによりカウンタウェイトの位置を下げる。
【００４７】
このようにして、各カウンタウェイトの位置が所定の位置になるように、制御装置１００がカウンタウェイトの位置の制御を行う。その結果、カウンタウェイトが所定の位置におさまり、人工壁１０を所望の凹凸形状に変形させることができる。
【００４８】
図５は本発明に係る変形機構を採用した表面形状が変形する人工壁の実施例であり、１辺が１．２ｍの正三角形のプレートを１列２０枚、４列で計８０枚使用したものである。ワイヤの本数は、最上段の４枚のプレートのみ各２本ずつ使用されているので、計８４本となっている。ワイヤ１本に対して定トルクモータが１台使用されているので、モータは計８４台使用されている。
【００４９】
なお、最上段のプレートには駆動点が２個ずつついているが、このうち上の駆動点は凹凸を変化させるためのものではなく、人工壁１０全体の傾斜・上下位置を変化させるために使用されるものである。図２に示すように、人工壁は傾いており、この傾きを変えることにより登はんの難易度を調整することが可能となる。
【００５０】
以上のようにして、人工壁の凹凸形状、上下位置、傾きを変化させた後に、この状態を保持させるために、図１に示すように、固定部材２１によって、支柱２０に人工壁１０全体を固定する。このように固定しないと、人間が登はんしたときに人間の体重によって形状が変化したり、壁が下がったりするからである。
【００５１】
図６は、人工壁外周の頂点を固定する方法であり、全部で２５箇所で固定する。その内訳は、単独のプレートの頂点（図６のイ）が２箇所、２枚のプレートの接合点（図６のロ）が５箇所、３枚のプレートの接合点（図６のハ）が１８箇所である。これは壁の周辺部にしか固定する場所がない場合にとられる方法である。
【００５２】
また、図７は３枚のプレートの接合点を１箇所おきに固定した場合であり、これでも図６の場合と同じ効果が得られる。なぜならば、図６において、例えば固定部材Ａ、Ｂ、Ｃで固定した状態から、固定部材Ｂを除去したとしても、固定部材Ａ、Ｃによって固定されているため、その間にある固定部材Ｂによって固定されていた点は動くことはできず、実質的には固定部材Ｂによって固定されているのと同じ効果を持つからである。固定箇所は全部で１５箇所になる。
【００５３】
以上は、理論的な場合であって、現実には固定部材は完全な剛体ではないので、補助的に人工壁の中間部分にも固定する必要が生ずる場合がある。図８は人工壁の中間部分にも固定箇所を設けた場合を示したものである。図８において、外周から２列目に固定箇所を設けたのは、上述のように、１箇所おきに固定しても同じ効果が得られるからである。また、２列目において１個おきに固定箇所を設けてあるのも、同じ理由からである。なお、２列目においてすべての接合点において固定してもよいことは言うまでもない。
【００５４】
図１０は本発明に係る変形機構を採用した人工壁の実験モデルの写真であり、プレートに繋がれた糸を上下させることにより、人工壁の凹凸を変形させることができることを確認した。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、プレート自体に駆動機構を設ける必要がないので、壁全体の重量を軽くすることができ、変形に要する力も小さくて済むという効果がある。
【００５６】
また、コンピュータにより自動制御されるので、同じ凹凸形状を再現させることも容易に行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる変形機構を採用した人工壁の一例における全体構成の模式図である。
【図２】本発明に係る人工壁を側面（図１のＸ方向）から見た模式図である。
【図３】本発明に係る人工壁を上面（図１のＹ方向）から見た模式図である。
【図４】本発明に係る人工壁の変形機構の原理を示した図である。
【図５】本発明に係る変形機構を採用した表面形状が変形する人工壁の実施例である。
【図６】人工壁外周のすべての頂点（凹部を除く）において固定した場合を示す図である。
【図７】３枚の三角プレートの接合点における固定を１箇所おきにした場合の図である。
【図８】人工壁の中間部分にも固定箇所を設けた場合を示す図である
【図９】隣り合うプレートの連結角度を説明した図である。
【図１０】本発明に係る変形機構を採用した人工壁の実験モデルの写真である。
【符号の説明】
１０人工壁
１１プレート
１２ヒンジ
１３駆動点
２０支柱
２１固定部材
３０ワイヤ
４０滑車
５０カウンタウェイト
６０定トルクモータ
１００制御装置

Claims

多角形の形状をしたプレートと前記プレートの辺を軸として枢軸接続する接続手段により多数接続した多数個のプレートからなり、前記プレートの少なくとも二辺のそれぞれ一辺の全辺には他のプレートの一辺の全辺が接続されており、前記プレートを多数接続して形成した多数個のプレートは、少なくとも１個の前記多角形のプレートの少なくとも１つの頂点の周囲について隙間無く接続された可動式人工壁の表面形状の変形機構であって、前記変形機構は、前記可動人工壁を構成する各プレートに少なくとも１本ずつ接続されて人工壁を懸架するワイヤと、前記各ワイヤにそれぞれ接続されたカウンタウェイトと、前記プレートとカウンタウェイトの間に配置され、プレートを引っ張る方向を反転させるための滑車と、前記カウンタウェイトの上下位置を制御するカウンタウェイト位置制御手段とを有することを特徴とする表面形状が変形する可動式人工壁の変形機構。
前記カウンタウェイト位置制御手段が、前記ワイヤを引っ張ったり緩めたりすることによってカウンタウェイトを上下に動かすモータと、前記各プレートの位置情報がそれに対応するカウンタウェイトの位置情報に変換されて格納されているデータベースを有し、該データベースのデータに基づいて前記モータを動かして前記カウンタウェイトの位置を制御する制御装置とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状が変形する可動式人工壁の変形機構。
前記多角形のプレートが三角形のプレートである請求項１又は２に記載の表面形状が変形する可動式人工壁の変形機構。
請求項１乃至３のいずれかに記載された変形機構によって表面形状が変形することを特徴とする可動式人工壁。
三角形の形状をしたプレートと前記プレートの辺を軸として枢軸接続する接続手段により多数接続した多数個のプレートからなり、前記プレートの少なくとも二辺のそれぞれ一辺の全辺には他のプレートの一辺の全辺が接続されており、前記プレートを多数接続して形成した多数個のプレートは、少なくとも１個の前記三角形のプレートの少なくとも１つの頂点の周囲について隙間無く接続された可動式人工壁を固定する方法であって、該方法は、
前記人工壁の外周の三角形プレートの頂点を固定部材によって支柱に固定するものであり、かつ、前記人工壁を構成する外周の三角形プレートの頂点のうち、他のプレートと接合していない単独の頂点を全部と、複数のプレートの頂点が重なる接合点においては、２個の頂点が重なる箇所は全部、３個の頂点が重なる箇所は全部か若しくは１箇所おきに固定することを特徴とする可動式人工壁の固定方法。
請求項５に記載の可動式人工壁の固定方法において、さらに、人工壁を構成する外周のプレートの縦の頂点の列から壁の内部に向かって２列目ごとに、その列に属する頂点の全部若しくは１箇所おきに固定することを特徴とする可動式人工壁の固定方法。