JP6195892B2 - アーチ形可撓性部材の両側終端部の逆方向回転によって運動を付与する装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１２年３月１８日に出願された、参照により本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／６１２，３４８号明細書の利益を主張するものである。

本発明は、可撓性弾性部材の両側終端部の逆方向回転によって運動を付与する装置に関し、より詳細には、可撓性部材を使用して、取り付けられた構成要素を、例えば、柱状構造体の長手軸に沿って昇降させるように、柱状構造体に対して可撓性部材を運動させることに関する。

柱状構造体に沿って「負荷」を移動させる必要が生じる状況は多い。例えば、様々な保守および構築作業では、工作物をポールまたは梯子の上方に上げる（例えば、カメラをポールに取り付ける、カテドラル型天井の環境で電球を交換する、無線通信装置をタワーに取り付けるなど）必要がある。作業員自身は、多くの場合、高い位置で取り付けおよび修理作業を行うためにポールに登る必要がある。レクリエーション活動でも、人または装置を柱状構造体に沿って高い位置に移動させる必要性が求められることがある（例えば、足場（ｄｅｅｒ ｓｔａｎｄ）を樹木の中の所定の位置に上げる）。

当該技術分野には、これらの機能を果たすための様々な装置が豊富にある。これらの装置は、多数の移動部品を必要とすることも、様々な異なる目的にあまり十分適していないこともある。すなわち、特定のタイプの柱状構造体に沿って負荷を移動させるために、それぞれの個別の状況により、それ自体の独自の装置が開発される傾向がある。

不規則形状の柱状構造体（例えば、樹木）で使用するように設計された先行技術の装置は、負荷力を最小限の接触点に集中させるように構成される。結果として、装置にあてがわれる牽引力が制限され、樹木または他のかかる構造体が損傷を受けることがある。

様々な先行技術システムは、ある種の「ブレーキ」または使い古しの地面取付式ブームの介在を必要とする。いずれの場合も、停止用の装置が故障した場合、結果は悲惨であろう。

都市環境で使用される装置（例えば、無線装置を電柱の上方に上げるなど）は、別々の支持システムを使用し、広い作業専有面積（例えば、万能トラックを含む）を必要とし、結果として、作業場所を囲む領域で街路交通を遮断することが多い。

さらに、多くの先行技術装置は、多数の独立した構成要素を有する非常に複雑な構成であり、したがって、多くの場合非常に重く、突発事故の可能性がより高い、費用のかかる問題解決手段となる。

先行技術に残るニーズが本発明によって対処され、本発明は、可撓性弾性部材の両側終端部の逆方向回転によって運動を付与する装置に関し、より詳細には、可撓性部材を使用して、取り付けられた構成要素を、例えば、柱状構造体の長手軸に沿って昇降させるように、柱状構造体に対して可撓性部材を運動させることに関する。

特定の一実施形態では、本発明は、柱状構造体に対して負荷を並進移動させる装置について説明し、その装置は、構造体の一部を囲むように配置された少なくとも１つの可撓性弾性部材（例えば、バンジーコード）の形態をとる。プラットフォーム（または、他の任意で適切なタイプの負荷容器）が可撓性弾性部材の両端に連結される。プラットフォームは、負荷を支持するために使用され、可撓性部材の端部は、自由に回転できるようにプラットフォームに連結される。したがって、これらの両端の終端部に逆方向の回転力を加えることで、可撓性弾性部材に歪力が付与され、最終的に、この歪力により、可撓性部材が反転して歪力を逃がす。逆方向の回転力を加え続けることで、可撓性部材は反転し続け、柱状構造体に沿った並進移動で進む。

以下の説明の流れの中で、および添付図面を参照して、本発明の他のおよびさらなる特徴と利点とが明らかになるであろう。

ここで図面を参照して、いくつかの図において、同じ数字は同じ部品を示す。

図１は、本発明の原理を理解するのに有用である、例示的な可撓性部材および柱状構造体の等角図である。 図２は、図１の装置の平面図である。 図３は、柱状構造体に対する可撓性部材に沿った応力線の位置を示す、図１の部分等角図である。 図４は、図３に示すのと同じ装置の図であり、この場合に、逆方向の回転力が可撓性部材に加えられており、応力線が相応して移動している。 図５は、本発明の別の実施形態を示しており、この場合に、可撓性部材と柱状構造体との間の相対水平移動を引き起こすことを伴う。 図６は、可撓性部材の並進移動特性を利用する装置一式を示しており、この場合に、取り付けられたプラットフォームの柱状構造体に沿った移動を示している。 図７は、図６に示すプラットフォームの側面図である。 図８は、図６に示すプラットフォームの正面図である。 図９は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、この場合に、取り付けられた負荷（負荷は図に示していない）用の駆動力を供給するために、一括した態様で使用される複数の可撓性部材を利用する。 不規則形状の柱状構造体に沿った並進移動を可能にする、本発明の可撓性部材の能力を示している。 本発明を使用するさらに別の装置を示しており、この場合に、柱状構造体はトロイド形状を有して、可撓性部材は、プラットフォームをトロイドのまわりに回転移動させる。

本発明によれば、柱状構造体の少なくとも一部を囲むように配置された可撓性部材の両端に逆方向の回転力（トルク）を加えることで、可撓性部材の弓形（すなわちアーチ形）形状に沿って螺旋ねじりモーメントが発生する。下記に詳細に説明するように、この場合に、この螺旋ねじりモーメントは、可撓性部材の（柱状部材の長手軸に対する）直線移動に変換される。

図１は、本発明の原理を示す基本的な簡略図である。この例示的な実施形態では、可撓性部材１０は、柱状構造体１２の一部を囲んで配置されている。可撓性部材１０には、例えば、バンジーコード、トルクモーメントに対応する十分な弾性を有するロープ（または他の繊維質材料）の一部、チェーン状にセグメント化されたリンク機構、またはスプリングを含めることができ、リンク機構またはスプリングもやはりトルクモーメントに対応する十分な弾性を有する。実際上、スプリングは、図１に示すように、弓形の形態で形成することができる。可撓性部材１０に対して特定の材料を選択しようとしまいと、可撓性部材の重要な特性は、トルクモーメントによる回転反動を示すことである。図１に具体的に示していないが、当然のことながら、可撓性部材１０は、引張り力のかかった状態で柱状構造体１２に対して配置される。すなわち、部材１０を柱状構造体１２に沿った所定の位置に保持するために、ある種の固定（例えば、ラチェット、係合など）が、可撓性部材１０の端部終端部１４、１６間で行われる。この特徴は、下記に説明するように、「ブレーキ」力を可撓性部材１０に付与して、動いていないときに、可撓性部材１０がスリップするのを防止する点で特に有利である。

図１を参照して、柱状構造体１２に対して可撓性部材１０を運動させる機能について下記に説明する。示すように、および特に、時計方向の回転力Ｆ_ＣＷが第１の端部終端部１４に加えられ、一方、反時計方向の回転力Ｆ_ＣＣＷが第２の端部終端部１６に同時に加えられる。力は加えられ続けるので、これらの回転力は、可撓性部材１０の横方向の伸長範囲に沿って（すなわち、曲率半径Ｒに沿って）ポテンシャルエネルギを蓄積し続ける。所与の時点で、可撓性部材１０のねじりモーメントが克服され、可撓性部材１０が「反転」し、蓄積されたポテンシャルエネルギが、柱状構造体１２の長手軸Ａに対する可撓性部材１０の並進移動の形態の運動エネルギに変換される。

すなわち、端部終端部１４に時計方向の力を加え、端部終端部１６に反時計方向の力を加えることで、運動エネルギの解放により、可撓性部材１０が、図１の矢印で示すように上方に並進し、仮想線で示す、新たな並進した位置に移動する。説明したように、可撓性部材１０は、同じ向きを維持しながら単に「並進」するのではなく、正しくは、ねじりモーメントの解除により、可撓性モーメントが基本的に「反転」し、その結果として上方に移動する。

新たな位置への並進移動に伴って運動エネルギを消費することで、可撓性部材１０は、部材内にエネルギが全く残っていないまま、再度「休止」状態になる。したがって、上記と同じ態様で端部終端部１４、１６に力を加えることで、この場合も、可撓性部材１０は、モーメントが再度克服されるまでポテンシャルエネルギを蓄積し、再度上方に向かって「反転」し、柱状構造体１２の長手軸Ｌに沿って新たな位置まで並進する。有利には、本発明の装置は、可撓性部材の端部終端部に逆方向回転力が加わらない場合に、可撓性部材１０が下方にスリップするのを防止するという点で自然の「ブレーキ」を提供する。

当然のことながら、上記の説明は、第１の端部終端部１４に時計方向の回転力を加え、第２の端部終端部１６に反時計方向の回転力を加える使用法について述べているが、逆の構成を使用して、可撓性部材１０を下方に移動させることができる。すなわち、反時計方向の回転力を第１の端部終端部１４に加え、時計方向の回転力を第２の端部終端部１６に加えることができる。加えた力対が逆方向回転である限り、可撓性部材１０は、柱状構造体１２に対して長手方向に並進する。したがって、逆方向の回転力（すなわち、時計方向および反時計方向の両方）を連続して加えることで、可撓性部材１０が柱状構造体１２に対して連続して移動することが分かる。

図２は、図１の装置の平面図であり、可撓性部材を柱状構造体に対して並進移動させる際に作用する特定の力を示している。特に、図２は、可撓性部材１０の陰影部１１によって示す、可撓性部材１０と柱状構造体１２との間の広い接触領域を示している。示すように、この接触領域１１に沿って内側に分散した圧力Ｆ_ｉｎは、上記のように、張力のかかった状態で可撓性部材１０を柱状構造体１２に対して保持することで直線性引張り力が生じた結果である。この直線性引張り力は、端部終端部１４、１６でＦ_ＬＩＮとして示されている。実際上、この直線引張り力は、逆方向の回転力がかかっていない場合に、可撓性部材１０を所定の位置に保持する力である。可撓性部材１０と柱状構造体１２との間のそのような比較的広い接触領域（すなわち、陰影領域１１）を有しているために、直線性引張り力は、「ブレーキ」力として作用し、柱状構造体１２に沿った可撓性部材１０の位置を維持する。

本発明によれば、および下記に詳細に説明するように、分散した力Ｆ_ｉｎは、回転したときに、可撓性部材１０を「反転」させる駆動力になり、可撓性部材１０の柱状構造体１２に対する並進移動を可能にする。

図３および図４は、柱状構造体１２に対して可撓性部材１０を移動させるための、可撓性部材１０に沿ったこれらの力の活用をさらに示している。特に、図３は、柱状構造体１２に対して所定の位置にある「応力緩和」した状態の可撓性部材１０を示している。これは、可撓性部材１０が反転した直後の状態か、または逆方向回転力が加えられる前の初期位置にある状態である。可撓性部材１０に沿った線３６は応力線を画定し、柱状構造体１２に対して直角な線を示す、すなわち、可撓性部材１０に作用する直線性の引張り力だけが存在することを示す。

図４は、力Ｆ_ＣＷ、Ｆ_ＣＣＷが可撓性部材１０の端部終端部１４、１６に加えられたときの応力線３６のねじれ変化を示している。実際上、応力線３６のアーチ形中心領域は、内向きの圧力Ｆ_ｉｎの増加を示し、アーチ形中心領域は、柱状構造体１２に対する抵抗を受ける。このねじれは、アーチ全体にわたって均一に分散し、平滑化されたポテンシャルエネルギの蓄積を示しており、このようなポテンシャルエネルギの蓄積により、可撓性部材１０を柱状構造体１２に沿って移動させるのに必要とされるピークトルク力が最小化され、最終的にねじりモーメントが克服されるのが可能になって、ポテンシャルエネルギが解放され、可撓性部材１０が反転および移動する。

図１の特定の装置は、柱状構造体１２を垂直の向きに配置されるとして示しているが、これは、単なる例示とみなすべきである。実際上、柱状構造体１２は、水平の向きに配置することができ、可撓性部材１０は、逆方向の回転力を加えることで、左右いずれかに移動するように制御される。図５は、本発明のこの実施形態を示している。この場合に、反時計方向の回転力Ｆ_ＣＣＷが第１の端部終端部１４に加えられ、時計方向の回転力Ｆ_ＣＷが第２の端部終端部１６に加えられ、その結果、柱状構造体１２０が、可撓性部材１０に対して右に移動する。いずれの場合も、２つの要素（可撓性部材および柱状構造体）間の相対運動が起こり、いずれかの要素が実際に移動することができる。当然ながら、柱状構造体１２の他の向き（例えば、水平に対して４５°）も可能であり、他の向きが、可撓性部材１０を使用して負荷を柱状構造体に沿って移動させる能力に影響を及ぼすことはない。

なお、図５に示す特定の実施形態では、柱状構造体１２０は、（図１の柱状構造体１２の丸い円筒状の輪郭ではなくて）四角ビームの形態を取る。実際上、柱状構造体は、樹木などの「自然な」／不規則な柱状構造体を含む様々な形態をとることができるのは当然のことである。

本発明の原理についてのこの基本認識に基づけば、この種の移動付与装置に対して様々な異なる用途があるのは明白である。

図６は、ポール１２２の形態をとった柱状構造体に沿って、負荷を上方向に引き上げるのに使用される本発明の実施形態を概念的に示している。図６は、可撓性部材１０を使用して、プラットフォーム２０をポール１２２に沿って上方に引き上げるための例示的な装置を示す等角図である。図７は、図６の７−７線に沿って切り取ったプラットフォーム２０の側面図であり、図８は、図６の８−８線に沿って切り取ったプラットフォーム２０の正面図である。

図６〜８を参照すると、プラットフォーム２０は、床部２１および側壁部２２を含む。プラットフォーム２０は、ポール１２２に支持されるように、側壁部２２の裏面に取り付けられた少なくとも１つの並進部材（この場合、１対のホイール２４、２６）をさらに含む。本発明のこの実施形態によれば、プラットフォーム２０のポール１２２に対する並進移動は、可撓性部材１０の端部終端部１４、１６に（側壁２２の厚さを貫通して）取り付けられた１対のクランクハンドル２８、３０によってもたらされる。クランクハンドル２８、３０を使用して、逆方向の回転力を可撓性部材１０に付与し、上記のような並進移動を実現する。すなわち、時計方向／反時計方向を一組としてハンドルを回すことで、逆方向の回転力が可撓性部材１０に加えられて、最終的に、可撓性部材１０が「反転」して、ポール１２２に沿って並進する。プラットフォーム２０は、可撓性部材１０に連結されているので、プラットフォーム２０も、プラットフォーム２０に置かれた任意の「負荷」とともに並進する。当然のことながら、この特定の構成は、負荷を移動させるためにプラットフォームを利用するが、任意の適切なタイプの容器または適切に形成された負荷が可撓性部材１０に連結されて、本発明の態様で移動することができる。

特に図８を参照して、（クランクハンドル３０が時計方向に回転し、クランクハンドル２８が反時計方向に回転する、矢印「Ａ」で示す）「内向きに」クランクハンドル２８、３０が回転されると、可撓性部材１０に付与された歪力により、部材１０が上方に向かって「反転」して、図８に「上向きの」矢印で示すように、プラットフォーム２０を引き上げることが分かる。反対に、（クランクハンドル３０が反時計方向に回転し、クランクハンドル３８が時計方向に回転する、矢印「Ｂ」で示す）「外向きに」クランクハンドル２８、３０が回転されると、可撓性部材１０に付与された歪力により、部材１０が下方に向かって「反転」して、図８に「下向きの」矢印で示すように、プラットフォーム２０を引き下げる。

図６〜８に示す実施形態は、この逆方向の回転力を付与するために、１対のクランクハンドルを使用して示しているが、当然のことながら、他の任意で適切な駆動機構を使用することができる。例えば、遠隔制御式のモータを使用して、所望の逆方向回転力を発生させ、可撓性部材１０の端部終端部１４、１６に供給することができる。テザー駆動式の装置を遠隔構成の所定の位置で使用することもできる。通常、本発明の範囲は、可撓性部材に力を加えるために使用される装置によって限定されないと考えられる。

さらに、図６〜８に示す実施形態は、プラットフォームとポールとの間に相対運動を引き起こすために、単一の可撓性部材を使用して示しているが、本発明の他の構成は、負荷を移動させるために共同して働く複数の可撓性部材を使用することができる。複数の可撓性部材の縦列構成は、単一のプラットフォームの側壁に取り付けられた複数の可撓性部材、またはそれぞれが別のプラットフォームの側壁に取り付けられた可撓性部材、またはそれらの任意の組み合わせを有することを含む様々な異なる形態をとることができる。

図９は、ポール１２２上に配置された、例示的な３つの可撓性部材１０−１、１０−２、１０−３のセットの側面図であり、これらの３つの部材は、単一のプラットフォームの側壁（図示せず）に取り付けることができ、並進移動のためのより大きく、より強力な力を供給するために同時に動作する。さらに、複数の可撓性部材を使用することで、いずれか１つの可撓性部材が破損した場合に、残りの部材が、取り付けられた負荷を支持し続けることができるので、構造体の安全性が向上すると考えられる。単一対の逆方向回転力をこの実施形態で使用できることが企図され、単一対を使用して、３つの可撓性部材すべてを同時に回転させる。ただし、独自の逆方向回転力対を用いて、各可撓性部材を個別に制御することも可能である。

上記のように、本発明の装置の一特徴とは、奇形の柱状構造体（樹木など）に沿って並進移動する能力である。樹木または任意の種類のポールは、表面に沿った多数の種類の隆起（すなわち、樹木のこぶ、ポールの所定の位置にねじ留めされた案内プレートなど）を含むことがある。本発明の可撓性部材の「反転」移動という特性は、可撓性部材の弾性と相まって、可撓性部材が、これらの不規則性の存在に対処し、その並進移動を続けることを可能にする。

図１０は、本発明のこの態様を示し、外向きに膨らんだ部分１２６を含むポール１２４に沿った、可撓性部材１０の上方に向かう移動を示している。前と同様に、時計方向の力が可撓性部材１０の端部終端部１４に加えられ、反時計方向の力が可撓性部材１０の端部終端部１６に加えられて、その結果、最初に、可撓性部材１０が「反転」して位置Ｉから位置ＩＩに至る。この時点で、運動エネルギのすべてが使用され、時計方向／反時計方向の力をさらに加えることで、可撓性部材１０が再度反転して上方に向かい位置ＩＩＩに至る。可撓性部材１０はまた、膨らみ１２６の存在に対処して拡張しなければならないので、エネルギの一部はこの動作に費やされ、取り付けられた負荷（図示せず）の実際の横方向並進移動は、位置Ｉから位置ＩＩへの第１の移動に伴うものよりも若干短い。

同じ態様のまま、および図１０をさらに参照して、逆方向回転力が可撓性部材１０に加えられるが、この場合に、膨らみ１２６が存在することで生じた、移動に対するさらなる障害に打ち勝つ助けとするために、力を増大させることが必要である。一方、ある時点で十分な量の力が可撓性部材１０内に蓄積され、可撓性部材は反転して、位置ＩＩＩから位置ＩＶに至る。その後、並進移動は円滑に進む。

図１１は、本発明のさらに別の実施形態を示しており、この場合に、柱状構造体は、直線状の構造体ではなく、トロイドの形態をとる。この場合に、可撓性部材１０の端部終端部１４、１６に逆方向の回転力を加えることで、プラットフォーム２０が円形構成のトロイダル構造体１３０のまわりを並進する。プラットフォーム２０の様々な位置への移動が、図１１に仮想線で示されている。明白なことであるが、様々な異なる実施形態において、可撓性部材に加えられる逆方向の回転力を本発明に従って使用することで、取り付けられた負荷が運動をする。

したがって、上記の説明から容易に分かるように、本発明の装置は、本質的に新規で基本的なタイプの駆動技術である。したがって、任意のタイプの取付装置（上記の「プラットフォーム」など）を利用できることが企図され、実際に、本発明の対象は、それらに限定されるものではないが、可搬式および固定式昇降機、リフトプラットフォーム、ポールおよびパイプラインの構築および保守、多方向プラットフォーム、階段の交換、足場、梯子、木登り装置など、装置内の多数のタイプの負荷を移動させるのに使用される。

実際上、上記の説明は、本発明の様々な態様および特徴を説明することだけを意図され、本発明の装置の細部または用途に関して限定することを意図するものではない。細部、用途、および態様のすべては、特に、添付した特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨および範囲に包含されると考えられる。

Claims (10)

1. 負荷が取り付けられた構造体に対して前記負荷を並進移動させる装置において、
   前記構造体の一部を囲んで配置された少なくとも１つの可撓性弾性部材であって、第１の端部終端部および第２の端部終端部として規定される両端の終端部を有するとして定義される可撓性弾性部材と、
   前記可撓性弾性部材の両端に連結され、前記負荷を支持するために使用されるプラットフォームであって、前記可撓性弾性部材の第１の端部終端部に時計方向の回転力を、前記可撓性弾性部材の第２の端部終端部に反時計方向の回転力をそれぞれ加えるための手段を含むプラットフォームとを含み、前記時計方向の回転力および反時計方向の回転力は、前記可撓性弾性部材が回転して前記構造体に沿って並進することで解放される歪力を、前記可撓性弾性部材に付与するのに十分なものであることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの可撓性弾性部材には、前記プラットフォームに連結された単一の可撓性弾性部材が含まれることを特徴とする装置。
3. 請求項１に記載の装置において、前記少なくとも１つの可撓性弾性部材には、平行に配置された複数の可撓性弾性部材が含まれることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載の装置において、各可撓性弾性部材は、それぞれの終端部で時計方向および反時計方向の回転力を得るために独立して制御されることを特徴とする装置。
5. 請求項３に記載の装置において、前記複数の可撓性弾性部材は、時計方向および反時計方向の回転力を得るために一括して制御されることを特徴とする装置。
6. 請求項１に記載の装置において、少なくとも１つの可撓性弾性部材の前記両端の終端部は、直線性の引張り力を発生させるように前記構造体に対して配置されることを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の装置において、前記直線性の引張り力は、時計方向および反時計方向の回転力が加えられていない場合に、前記構造体に対して前記少なくとも１つの可撓性弾性部材の位置を維持するのに十分であることを特徴とする装置。
8. 請求項１に記載の装置において、前記構造体に対する前記プラットフォームの移動を手助けするために、前記プラットフォームに連結された受動並進部材をさらに含むことを特徴とする装置。
9. 請求項８に記載の装置において、前記受動並進部材には、前記プラットフォームに取り付けられた１つまたは複数のホイールが含まれることを特徴とする装置。
10. 柱状構造体に沿って負荷を移動させる方法において、
    前記柱状構造体の一部を囲むように可撓性部材を配置し、前記可撓性部材の第１の端部終端部および第２の端部終端部として規定される両端の終端部を直線性の引張り力がかかった状態に維持して、前記柱状構造体に対して所定の位置に固定されたままにするステップと、
    前記両端の終端部が自由に回転できる状態を維持するような態様で、前記負荷を支持するプラットフォームを前記可撓性部材の前記両端の終端部に取り付けるステップと、
    前記可撓性部材に沿ってトルクモーメントを発生させ、最終的に、前記可撓性部材が前記トルクモーメントを克服し、回転して、前記柱状構造体に沿って並進するように、前記可撓性部材の第１の端部終端部に時計方向の回転力を、第２の端部終端部に反時計方向の回転力をそれぞれ付与するステップと、
    を含むことを特徴とする方法。

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