JP6455245B2 - 作業機械のウインチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、クローラクレーンなど作業機械のウインチ装置に関する。

ウインチドラムの巻上駆動を停止したとき、ロープ先端に取り付けられたフックが慣性力によって飛び跳ねることによりロープが緩んで乱巻を生じることがある。また、ロープ先端に取り付けられたバケットをフリーフォール（自由落下）させて地面に衝突させたときにもロープが緩んで乱巻を生じることがある。落下速度が速いことによりバケットが地面に衝突したと同時にウインチドラムが停止しないこと、およびロープの慣性がフリーフォール時の乱巻を生じさせる原因である。乱巻の種類（症状）には、上記したもの以外にも、隣り合うロープの隙間が空く、ドラム両端フランジ部以外で隣のロープに載り上がる、下層に上層のロープが食い込む、といったものもある。

このようなロープの乱巻を防止するための装置には、従来技術として、下記の特許文献１、２に記載されたものがある。

特許文献１に記載の従来技術は、ウインチドラムとフックとの間のワイヤロープを１組のテンションプレートで挟むことで、ワイヤロープに張力を付与してワイヤロープの乱巻を防止するというものである。

特許文献２に記載の従来技術は、ウインチドラムの近傍でワイヤロープにローラを押し付けることで、ワイヤロープに張力を付与してワイヤロープの乱巻を防止するというものである。

なお、ロープ（ワイヤロープ）が巻き取られたり繰り出されたりを繰り返すウインチ使用時の、すなわち動的な状態でのロープの乱巻を防止するための装置ではないが、ウインチドラムに新しいロープを巻くときの、すなわち静的な状態でのロープの乱巻を防止するための装置として、下記の特許文献３に記載されたものがある。

特許文献３に記載の従来技術は、新しいロープの供給元である木製等のドラムとウインチドラムとの間に、内面に螺旋羽根を有する外筒の中に内筒を嵌めてなるドラムを配置したものであって、回転が制御される内筒の外周面および外筒の螺旋羽根とワイヤロープとの接触摩擦により、ワイヤロープに張力を付与してロープの乱巻を防止するというものである。

特開２００６−６９７７４号公報 特開２０００−３１３５９２号公報 特開平９−２５５２８７号公報

上記の従来技術には次の問題がある。まず、特許文献１に記載の従来技術の問題点を記載する。クレーン作業中ロープは動いているが、プレート（テンションプレート）は、ロープを挟む方向およびロープから離れる方向以外に動かないのでロープとの接触位置が常に同じ位置となり摩耗しやすい。また、プレートが上記方向以外に全く動かないためロープの摩耗も発生しやすい。また、高速で動くロープに張力を付与する場合には、相当大きな押し付け力（ロープ挟持力）が必要となるという問題もある。さらには、ロープが大きくばたついた場合には、小さなプレートではロープを挟めない可能性があるので、プレートを大型化せざるを得ない。さらには、挟み込む機能を実現するために部品点数が多くなり配置し難いという問題もある。

特許文献２に記載の従来技術は、ローラを押し付ける位置のロープにある程度の張力があることが前提であるので、大きな緩みが突然に発生する場合や、ロープのばたつきが大きい場合には、ロープに対して張力を与えることができず緩み防止機能が果たせなくなる。また、ローラの配置箇所がウインチドラムの近傍に限定されるので配置に柔軟性がなく取り付けに支障がでる場合がある。さらには、大型のクレーンの場合、ロープの張力が大きくなりロープも太く且つ重くなるので、装置自体を大きくしなくては強度的にもたない。さらには、ロープのばたつく方向は一方向だけでなく三次元的にばたつくことがあるが、このような状況には対応できない。さらには、ブームの角度によって、ウインチドラムとロープとの位置関係が異なるが、これを勘案すると装置が複雑になる。さらには、ブームにウインチドラムを取り付ける場合、ブームとロープとの間隔が小さくなるので、ロープに付与できる張力の大きさが限定される。

なお、特許文献３に記載の従来技術は、前記したとおり、ウインチドラムに新しいロープを巻くときに用いる装置（ウインチドラムへのロープ巻き付け装置）であり、ロープが巻き取られたり繰り出されたりを繰り返すウインチ使用時の、すなわち動的な状態でのロープの乱巻を防止するための装置（ウインチ装置）ではない。すなわち、特許文献１、２に記載の従来技術とはその目的が全く異なる装置である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロープを含めた耐摩耗、ロープへの張力付与性、および配置性に優れ、小型化でき、且つ簡易な構造の作業機械のウインチ装置を提供することである。

本発明に係る作業機械のウインチ装置は、先端に吊り具が取り付けられたロープを巻き取るドラムを有するウインチと、前記ウインチと前記吊り具との間に配置され、前記ロープが少なくとも１周巻回される回転可能な補助ドラムを有するプリテンション装置とを備えていることを特徴とする。

本発明のウインチ装置は、ロープが少なくとも１周巻回される回転可能な補助ドラムでロープに張力を付与してロープの乱巻を防止する。この補助ドラムは回転可能であるので、補助ドラムとロープとは常に相互の相対位置が変わって常にドラムの同一位置で擦れ続けるというものではないのでロープを含め補助ドラムの耐摩耗性に優れる。また、特許文献１、２に記載されているようなプレートやローラをロープに押し付けるような局所的な張力付与ではなく、補助ドラムにロープを巻き付けることでロープに張力を付与するという全域的な（ロープのより広範囲にわたる）張力付与であるので張力付与性に優れる。

また、上記補助ドラムの位置は、ウインチドラム（ロープを巻き取るドラム）の近傍に限定されるものではなく、ウインチドラムから離れた位置であってもロープに対して適切に張力を付与することができるので配置性にも優れる。また、補助ドラムは筒形状であるので、強度を確保しやすい、すなわち小型化でき、且つ構造がシンプル（簡易）である。

本発明の一実施形態に係るウインチ装置を備える移動式クレーンを示す側面図である。 図１に示す補助ドラム部分の詳細を示す平面図である。 補助ドラムの構造を示す一部切欠き断面図である。 ブレーキ装置の詳細、およびブレーキ装置の制御部である油圧回路を示す図である。 図４に示す油圧回路をコントロールする制御回路を示す図である。 補助ドラムの制御系統図である。 補助ドラムの制御に関するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下に示す実施形態は、本発明の一実施形態に係るウインチ装置を、伸縮ブームを取り付けたクローラ式の移動式クレーンに適用する場合を例示したものであるが、本発明に係るクレーンのウインチ装置は、ラチスブームを取り付けた移動式クレーンや、ホイール式の移動式クレーン、固定式のクレーンにも適用できる。さらには、杭打機やコンテナクレーン等の荷役機械等のウインチを備える建設機械、作業機械にも本発明に係るウインチ装置を適用することができる。

また、以下に示す実施形態は、鋼線材を撚り合わせてなるワイヤロープ（以下、単に「ロープ」と記載する）の先端にフックを取り付けたものであるが、バケットを取り付ける場合もある。フック、バケットなど、ロープの先端に取り付けられて、ウインチにより巻き上げられたり巻き下げられたりする部品の総称として、本願では「吊り具」と記載している。

（移動式クレーンの構成）
まず、図１を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るウインチ装置を備える移動式クレーン１について説明する。

移動式クレーン１は、クローラ式の下部走行体２と、下部走行体２の上に旋回軸受３を介して取り付けられた上部旋回体４とを備えている。上部旋回体４は、旋回軸受３に取り付けられる旋回フレーム６、起伏可能に旋回フレーム６に取り付けられる伸縮ブーム７、旋回フレームの前部に取り付けられる運転室８、旋回フレームの後部に取り付けられるカウンターウェイト９、旋回フレーム６に取り付けられるガントリ１０などから構成される。

旋回フレーム６には、主巻きウインチ１１および補巻きウインチ１３が取り付けられている。主巻きウインチ１１は、先端に主フック５（吊り具）が取り付けられた主巻きロープ１２を巻き取ったり、繰り出したりするためのものであり、補巻きウインチ１３は、先端に補助フック１８（吊り具）が取り付けられた補巻きロープ１４を巻き取ったり、繰り出したりするためのものであり、いずれも駆動装置として油圧モータ（不図示）を備えている。

また、上部旋回体４のガントリ１０にはガイドシーブ１０ａ、１０ｂが取り付けられ、伸縮ブーム７の先端部にはアイドラシーブ１５、ブームポイントシーブ１６、および補助シーブ１７が取り付けられている。これらのシーブは、ロープ１２またはロープ１３の走行ガイドとなる部品である

（ウインチ装置の構成）
ここで、伸縮ブーム７の上面には、本発明のウインチ装置を構成する一部品の一実施形態である回転可能な補助ドラム１９が支持フレーム２０を介して取り付けられている。この補助ドラム１９は、主巻きウインチ１１と主フック５との間に配置されており、本実施形態では、主巻きロープ１２が３周巻回されている（図２参照）。なお、本発明の一実施形態に係るウインチ装置は、主巻きロープ１２を巻き取るドラム１１ａを有する主巻きウインチ１１と、補助ドラム１９を有するプリテンション装置とで構成される。

図２、３に示すように、補助ドラム１９は軸受２２を介して支持フレーム２０の側板２０ａに支持されており、支持フレーム２０の底板２０ｂ部分がボルト等で伸縮ブーム７に固定される。底板２０ｂに形成された孔２０ｃは、ボルトが挿入される孔である。

＜補助ドラムの詳細＞
補助ドラム１９は、軸受２２が外挿されるシャフト１９ａと、シャフト１９ａの外周面に固定されたフレーム１９ｂと、フレーム１９ｂの筒部の外周面に加硫接着などで取り付けられたゴム製のロープ接触部１９ｃとで構成される。シャフト１９ａおよびフレーム１９ｂは鋼製である。シャフト１９ａは、両持ち支持であってもよいし、片持ち支持であってもよい。

補助ドラム１９のロープ接触面（主巻きロープ１２が巻回される面）、すなわちロープ接触部１９ｃの外周面は、滑らかな凹形状とされている。また、このロープ接触面は、回転軸方向の一端部側の接触面Ｓ１の方が他端部側の接触面Ｓ２よりも緩やかな傾斜面とされ、且つ当該ロープ接触面の回転軸方向における中央からずれた位置に最底部が形成されている（変則円錐形状）。

なお、補助ドラム１９のロープ接触面は、滑らかな凹形状でなくてもよく、多角形状の凹の面であってもよいし、一本一本の主巻きロープ１２がはまり込む当該一本一本の主巻きロープ１２に対応する複数の凹凸を有する全体として凹の面であってもよい。さらには、ロープ接触面のうちの最底部を、当該ロープ接触面の回転軸方向における中央に位置させてもよいし、ロープ接触面のうちの最底部の両側の面の傾斜（傾斜角度）を同一にしてもよい。

主巻きウインチ１１側からもってきた主巻きロープ１２を補助ドラム１９の下（補助ドラム１９と支持フレーム２０の底板２０ｂとの間）に通し、補助ドラム１９に例えば３周巻回す。このとき、２周巻き以降、補助ドラム１９のロープ接触面のうちの傾斜が緩やかな接触面Ｓ１側に主巻きロープ１２を巻回す。これにより、１周巻き目は、ロープ接触面の谷部に主巻きロープ１２が巻回され、２周巻き目以降の主巻きロープ１２は、傾斜が緩やかな接触面Ｓ１側で並ぶ。

（作用・効果）
主巻きウインチ１１を作動させてドラム１１ａに主巻きロープ１２を巻き取る際、補助ドラム１９の外周面（ロープ接触部１９ｃの外周面）と、主巻きロープ１２との間に生じる摩擦力、および補助ドラム１９の回転と主巻きウインチ１１の回転（速度）の差によって、主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２にロープ張力が発生する。これに加えて、主巻きロープ１２が補助ドラム１９に巻き付けられていることによる慣性力の伝達の抑制、補助ドラム１９表面のゴムでの抵抗力（弾性力）などから、主フック５側の主巻きロープ１２の動きを補助ドラム１９で遮っている状態となる。そのため、主巻きウインチ１１の巻上駆動を停止しても、補助ドラム１９と主巻きウインチ１１との間の主巻きロープ１２へ主フック５側の主巻きロープ１２の動きが伝わりにくいので、主フック５が慣性力によって飛び跳ねたとしても、補助ドラム１９を挟んで主フック５とは反対側に位置するドラム１１ａに巻き取られている主巻きロープ１２が緩んで乱巻が生じることは防止される。なお、主巻きウインチ１１が停止したときに、主巻きウインチ１１（ドラム１１ａ）が回転しない、且つ、補助ドラム１９も回転しないもしくは張力がかる方向に補助ドラム１９が回転しているということが、主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２にかかっているロープ張力が維持されるのに必要である。

また、主フック５の飛びはねによる乱巻防止対策という面からは、補助ドラム１９への主巻きロープ１２の巻数を増やすことや、補助ドラム１９（とその支持構造全体）の剛性を高めることで、より主巻きウインチ１１側への慣性力の伝達を抑制できる。但し、補助ドラム１９の剛性を高めるにはその支持構造物の板厚を増やしたりドラムの軸を太くするなどが必要となり、その結果、重量が増えることになるので、補助ドラム１９（とその支持構造全体）の剛性を過剰に高めることはできない。

補助ドラム１９は回転可能であるので、補助ドラム１９と主巻きロープ１２とは常に相互の相対位置が変わって常に補助ドラム１９の同一位置で擦れ続けるというものではないので主巻きロープ１２を含め補助ドラム１９は耐摩耗性に優れる。また、特許文献１、２に記載されているようなプレートやローラをロープに押し付けるような局所的な張力付与ではなく、補助ドラム１９に主巻きロープ１２を巻き付けることでロープに張力を付与するという全域的な（ロープのより広範囲にわたる）張力付与であるので張力付与性に優れる。

また、本実施形態では、伸縮ブーム７の先端側に補助ドラム１９を取り付けているが、例えば伸縮ブーム７の基端部側に補助ドラム１９を取り付けてもよく、補助ドラム１９の取付位置は特に限定されない。さらには、ロープを巻き取る各種ウインチの位置に応じて、補助ドラム１９の取付位置を適宜選択することができる。すなわち、プリテンション装置の配置性に優れる。また、補助ドラム１９は筒形状であるので、強度を確保しやすい、すなわち小型化でき、且つ構造がシンプル（簡易）である。そのため、本実施形態のように補助ドラム１９を伸縮ブーム７に取り付けてもクレーンの吊り能力への影響が少ない。

また、簡易な構成のため、補助ドラム１９の脱着・移動を行い易く、クレーンの構成に応じた配置、および分解・組立を行い易い。なお、補巻きウインチ１３に対しても、主巻きウインチ１１と同様に補助ドラム１９を設けてもよい。すなわち、ウインチが複数ある場合には、ウインチ毎に補助ドラム１９を設けてもよい。これによれば、ウインチ毎にロープの緩みや乱巻を防止することができる。

また、本実施形態のように、補助ドラム１９のロープ接触面を滑らかな凹形状とすることが好ましい。これにより、ロープ（主巻きロープ１２）の耐摩耗性をより向上させることができる。

さらには、補助ドラム１９のロープ接触面に関し、回転軸方向の一端部側の接触面Ｓ１の方が他端部側の接触面Ｓ２よりも緩やかな傾斜面とされていることが好ましい。これによると、傾斜が緩やかな接触面Ｓ１にロープ（主巻きロープ１２）を集中して巻回すことができるので、ロープの巻き付け部の位置を安定させることができ、補助ドラム１９によるロープ（主巻きロープ１２）への張力付与性が安定する。

また、本実施形態では、凹形状のロープ接触面のうちの最底部が、当該ロープ接触面の回転軸方向における中央からずれた位置に形成されている。これによると、補助ドラムが取り付けられる位置が限定された場合に、ロープとの位置関係を適切に配置することができるという効果がある。例えば、補助ドラムの取り付け位置が狭く限られており、調整代など移動することができないことがある。このような場合に、ウインチの幅方向の中心とシーブの中心がずれていたとすると、補助ドラムの最低部の位置があっていないと、ロームや補助ドラムに負荷がかかったり、補助ドラムへの巻回しがスムーズにできない可能性がある。そこで補助ドラム自体の位置は変えずに、補助ドラムの最低部の位置をずれに合わせてずらすことで、ロープと補助ドラムの接触がスムーズになり、ロープや補助ドラムに不要な負荷をかけることがなくなる。

補助ドラム１９のロープ接触部１９ｃはゴム製であることに限定されないが、本実施形態のようにロープ接触部１９ｃをゴム製としたり、または樹脂製や布、不織布等の弾性体または柔らかい性質を持つ材料としたりすることが好ましい。これによると、補助ドラム１９の外周面（ロープ接触部１９ｃの外周面）と、主巻きロープ１２との間に生じる摩擦力を確保しやすい。また、補助ドラム１９と主巻きロープ１２との間に滑りが発生しても主巻きロープ１２が摩耗しにくい。ロープ接触部１９ｃをゴム製とすると、ロープ接触部１９ｃが変形することによって、ロープの局部変形を軽減することができるので、ロープを構成している素線（鋼線材）の疲労寿命が改善される。

＜ブレーキ装置＞
シャフト１９ａにはブレーキ装置２１が取り付けられている。ブレーキ装置２１は、プリテンション装置を構成する一部品であり、主巻きウインチ１１（ドラム１１ａ）と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２に張力を付与するように補助ドラム１９の回転を制動する制動手段である。図４に示すように、ブレーキ装置２１は、補助ドラム１９のシャフト１９ａの周囲に配置される弾性変形する円環形状のバンド２１ａと、バンド２１ａを縮径させる油圧駆動のブレーキシリンダ２１ｂとを有する。バンド２１ａをシャフト１９ａに押し付けたときに発生するシャフト１９ａとバンド２１ａとの間の摩擦力がブレーキ力となる。

なお、ブレーキ装置としては、ドラムブレーキ、ディスクブレーキのように、回転部にパッドなどを押し付ける形式のものであってもよい。さらには、ブレーキ装置は、補助ドラム１９のシャフト１９ａに電動モータなどを接続し、主巻きウインチ１１が主巻きロープ１２を巻き取る方向とは逆方向に補助ドラム１９を回転させて、主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２にロープ張力を与えるものであってもよい。さらには、主巻きウインチ１１が繰り出す方向と同じ方向で且つ主巻きウインチ１１が繰り出す速度より早く補助ドラム１９を回転させることで主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２にロープ張力を与える駆動装置（例えば、油圧モータ）をブレーキ装置に代えて制動手段として用いてもよい。

（作用・効果）
補助ドラム１９がブレーキ装置２１を備えていることで、主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２のロープ張力をより確実に発生させることができる。また、補助ドラム１９と主巻きロープ１２との接触摩擦力を適宜調節することができる、すなわち主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２のロープ張力を適宜調節することができる。

ここで、図５に示すように、本実施形態のウインチ装置を構成するプリテンション装置は、ブレーキ装置２１を制御する制御部としての油圧回路４０と、油圧回路４０へ信号を出力するコントローラ４１とをさらに備えている。

＜制御部（油圧回路）＞
まず、図４を参照しつつ油圧回路４０の構成について説明する。油圧回路４０は、ブレーキシリンダ２１ｂに圧油を供給する油圧ポンプ３０と、並列に配置された２つのリリーフ弁３１，３２とを有する。

バンド２１ａを縮径させる方向へのブレーキシリンダ２１ｂの作動力を増大させる場合、すなわちブレーキ力を増大させる場合は、電磁比例リリーフ弁３２に流す電流を増大させることでタンクＴへ戻る圧油の流量を減少させる。逆に、ブレーキ力を減少させる場合は、電磁比例リリーフ弁３２に流す電流を減少させることでタンクＴへ戻る圧油の流量を増大させる。なお、電磁比例リリーフ弁３２は、流れる電流が増大することでリリーフ圧が昇圧するリリーフ弁としているが、これは、電気回路に短絡等の不具合が発生して電磁比例リリーフ弁３２に電流が供給されなくなっても、想定以上のブレーキ力が発生しない、すなわち想定以上のロープ張力が発生しないようにするためである。リリーフ圧が固定のリリーフ弁３１は、さらなる安全対策のリリーフ弁であり、想定以上の圧力が生じた場合は、このリリーフ弁３１が作動して、圧油をタンクＴに逃がす。

＜コントローラ＞
図５、６に示すように、油圧回路４０へ信号を出力するコントローラ４１には、クレーン作業状況検出手段である、ブーム角度センサ４２、ブーム長さセンサ４３、起伏シリンダ圧力センサ４４、掛け数入力スイッチ４５、ドラム外径センサ４６、およびウインチ回転センサ４７からの信号が入力される。

ブーム角度センサ４２は、伸縮ブーム７の水平方向に対する傾斜角度を検出するためのセンサであり、ブーム長さセンサ４３は、伸縮ブーム７の長さを検出するためのセンサであり、起伏シリンダ圧力センサ４４は、伸縮ブーム７を起伏させる起伏シリンダに作用している圧力（油圧）を検出するためのセンサである。また、掛け数入力スイッチ４５の掛け数とは、主フック５に巻き掛けている主巻きロープ１２の掛け数のことであり、ドラム外径センサ４６は、主巻きロープ１２を含むドラム１１ａの外径を検出するためのセンサであり、ウインチ回転センサ４７は、ドラム１１ａの回転数（回転速度）を検出するためのセンサである。

コントローラ４１は、ロープ張力演算部４１ａ、ウインチ巻き層演算部４１ｂ、ロープ速度演算部４１ｃ、制動力判別部４１ｄ、および出力部４１ｅを有する。

ロープ張力演算部４１ａには、ブーム角度センサ４２、ブーム長さセンサ４３、起伏シリンダ圧力センサ４４、および掛け数入力スイッチ４５からの信号が入力され、このロープ張力演算部４１ａにて、主巻きロープ１２のロープ張力が算出される。すなわち、ブーム角度センサ４２、ブーム長さセンサ４３、起伏シリンダ圧力センサ４４、および掛け数入力スイッチ４５は、ロープ張力検出手段である。

ウインチ巻き層演算部４１ｂには、ドラム外径センサ４６からの信号が入力され、このウインチ巻き層演算部４１ｂにて、ドラム１１ａ（主巻きウインチ１１）への主巻きロープ１２の巻き層数が算出される。すなわち、ドラム外径センサ４６は、ウインチ巻き層数検出手段である。

ロープ速度演算部４１ｃには、ドラム外径センサ４６、およびウインチ回転センサ４７からの信号が入力され、このロープ速度演算部４１ｃにて、主巻きロープ１２のロープ速度（ロープが動く速度）が算出される。すなわち、ドラム外径センサ４６、およびウインチ回転センサ４７は、ロープ速度検出手段である。

（補助ドラムの制御例）
主として図７に示すフローチャートを参照しつつ補助ドラム１９の制御例を説明する。

図７に示すフローチャートは、主巻きロープ１２の張力が大きいときは補助ドラム１９に付与するブレーキ力が小さくなるように、主巻きロープ１２の張力が小さいときは補助ドラム１９に付与するブレーキ力が大きくなるように、コントローラ４１が油圧回路４０に信号を出力して補助ドラム１９の回転を制御するものである。

ロープ張力演算部４１ａは、ブーム角度θ（ブーム角度センサ４２からの信号）、ブーム長さＬ（ブーム長さセンサ４３からの信号）、起伏シリンダ圧力Ｐｂ（起伏シリンダ圧力センサ４４からの信号）、および掛け数Ｎ（掛け数入力スイッチ４５からの信号）を読み込み（ステップ１（Ｓ１））、読み込んだブーム角度θ、ブーム長さＬ、起伏シリンダ圧力Ｐｂ、および掛け数Ｎから主巻きロープ１２に作用しているロープ張力Ｔを算出する（Ｓ２）。これにより、補助ドラム１９と主フック５との間の主巻きロープ１２のロープ張力を把握することができる。

ウインチ巻き層演算部４１ｂは、主巻きロープ１２を含むドラム１１ａの外径Ｄ（ドラム外径センサ４６からの信号）を読み込み（Ｓ３）、読み込んだドラム１１ａの外径Ｄから主巻きウインチ１１（ドラム１１ａ）への主巻きロープ１２の巻き層数Ｓを算出する（Ｓ４）。

ロープ速度演算部４１ｃは、ドラム１１ａの外径Ｄに加えてウインチ回転数Ｒ（ドラム１１ａの回転数、ドラム外径センサ４６からの信号）を読み込み（Ｓ５）、読み込んだドラム１１ａの外径Ｄと回転数Ｒから主巻きロープ１２のロープ速度Ｖを算出する（Ｓ６）。

そして、算出されたロープ張力Ｔ、巻き層数Ｓ、およびロープ速度Ｖから、主巻きロープ１２のロープ張力の閾値Ｔ０を制動力判別部４１ｄは算出する（Ｓ７）。制動力判別部４１ｄで、ロープ張力Ｔ＞閾値Ｔ０と判定されれば（Ｓ８）、出力部４１ｅは、補助ドラム１９に付与するブレーキ力を小さくする指令を油圧回路４０に出力する（Ｓ９）。一方、ロープ張力Ｔ＜閾値Ｔ０と判定されれば（Ｓ１０）、出力部４１ｅは、補助ドラム１９に付与するブレーキ力を大きくする指令を油圧回路４０に出力する（Ｓ１１）。

閾値Ｔ０は、主巻きウインチ１１の大きさ、主巻きロープ１２の大きさと表面性状、補助ドラム１９の材質と表面性状、ロープ速度、吊り荷の重さなどさまざまなパラメータから決まるもので、予め実験などをして決めておくことが好ましい。

なお、前記したステップ１〜６（Ｓ１〜６）は、この順にフローを進める必要は必ずしもない。

（作用・効果）
本実施形態では、クレーン作業状況検出手段からの信号に基づいて主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間のロープ張力をクレーンの作業状況に応じて可変させている。これによると、クレーンの作業状況に応じて補助ドラム１９がロープに与える制動力を最適に制御することができる。

また本実施形態では、クレーン作業状況検出手段として、ロープ張力検出手段を用いている。これによると、ロープ張力に応じて補助ドラム１９がロープに与える制動力を最適に制御することができる。

また本実施形態では、ロープ張力検出手段として、ブーム角度センサ４２、ブーム長さセンサ４３、起伏シリンダ圧力センサ４４、および掛け数入力スイッチ４５を用いている。これらのセンサ、スイッチは、従来のクレーンに一般的に適用されているものであるので、専用の検出機器を別途設ける場合に比べて、設置スペース、重量、コスト等において有利である。なお、ロープ張力検出手段としては、公知のローラ式のものがあるが、このローラ式の場合、ロープに曲げが作用するため、巻き上げ繰り出しを繰り返すロープの場合その寿命に悪影響を及ぼしかねない。

また本実施形態では、クレーン作業状況検出手段として、ウインチ巻き層数検出手段を用いている。これによると、ウインチ巻き層数に応じて補助ドラム１９がロープに与える制動力を最適に制御することができる。

ここで、ドラム１１ａのロープ巻き層数が多いときは補助ドラム１９に付与するブレーキ力が小さくなるように、ドラム１１ａのロープ巻き層数が少ないときは補助ドラム１９に付与するブレーキ力が大きくなるように、コントローラ４１が油圧回路４０（制御部）へ信号を出力して、ブレーキ装置２１を制御するのが好ましい。

これによると、ロープ（主巻きロープ１２）のドラム１１ａに接する下層の巻き付けは、高いロープ張力でなされるのでロープがしっかりと緊張し、ドラム１１ａに固く巻き付く。上層の巻き付けは、下層の巻き付けよりも低いロープ張力でなされるので、上層のロープが下層に食い込むのを防止することができ、その結果、より正確なロープの巻き取りが可能となる。

また、前記した実施形態のように、ロープの張力が大きいときは（ロープ張力Ｔ＞閾値Ｔ０）、補助ドラム１９に付与するブレーキ力が小さくなるように、ロープの張力が小さいときは（ロープ張力Ｔ＜閾値Ｔ０）、補助ドラム１９に付与するブレーキ力が大きくなるように、コントローラ４１が油圧回路４０（制御部）へ信号を出力して、ブレーキ装置２１を制御するのが好ましい。

これによると、例えばロープの許容張力を閾値Ｔ０にした場合、ロープ張力が許容張力を超えるのを防止することができる。その結果、プリテンション装置を設けたとしても、ウインチの能力アップ、ロープの径を太くするなどの対策が不要となる。また、ロープ張力に制限を加えることで、補助ドラム１９、ブレーキ装置２１などの長寿命化を図ることができる。

また、ロープは、ロープ張力が高いときは伸びてロープが細くなり、ロープ張力が低いときは高いときよりはロープ径の減少が小さい。ロープ径の変動は乱巻きや食い込みの原因となる。上記制御によると、ロープ張力の変動を抑えることができるのでロープ径を安定させることができ、この観点からも、ロープの乱巻きや食い込みを防止することができる。

さらには、ドラム１１ａのロープ巻き速度が遅いときは補助ドラム１９に付与するブレーキ力が小さくなるように、ドラム１１ａのロープ巻き速度が速いときは補助ドラム１９に付与するブレーキ力が大きくなるように、コントローラ４１が油圧回路４０（制御部）へ信号を出力して、ブレーキ装置２１を制御するのも好ましい。

これによると、ロープ巻き速度に応じてしっかりとブレーキをかけることができ、適切な張力をロープにかけられて、より正確にロープを巻き取ることができる。

（変形例）
補助ドラム１９の制動手段として、前記したブレーキ装置２１の代わりに、ワンウエイクラッチを用いてもよい。ワンウエイクラッチとは、一方の方向のみに回転力を伝達するクラッチのことである。この場合、主巻きウインチ１１のドラム１１ａによる主巻きロープ１２の巻き取り時に補助ドラム１９に回転抵抗を付与し、ドラム１１ａからの主巻きロープ１２の繰り出し時には補助ドラム１９に回転抵抗を付与しないようにワンウエイクラッチを補助ドラム１９のシャフト１９ａに取り付ける。

これによると、主巻きロープ１２の繰り出し時の抵抗を軽減できるとともに、油圧制御または電気制御に比べて応答性を改善することができる。

また、補助ドラム１９の制動手段として、前記したブレーキ装置２１の代わりに、主巻きロープ１２の繰り出し方向に補助ドラム１９を回転させる補助ドラム駆動装置（例えば、油圧モータ）を用いてもよい。

これによると、主巻きロープ１２の繰り出し時に、補助ドラム駆動装置を作動させて主巻きロープ１２の繰り出し方向に補助ドラム１９を回転させることで、主巻きロープ１２の繰り出し時においても、主巻きウインチ１１と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２にロープ張力をより付与することができる。そのため、急速な巻き下げ操作をした場合などにおいても、主巻きロープ１２の緩みや乱巻を防止することができる。

具体的には、主巻きウインチ１１のドラム１１ａからの主巻きロープ１２の繰り出し速度よりも補助ドラム１９のロープ接触面の回転速度の方が速くなるように、または繰り出し速度と補助ドラム１９のロープ接触面の回転速度とが同等となるように、補助ドラム駆動装置を作動させる。

この場合、主巻きロープ１２の張力が大きいときは、主巻きロープ１２の繰り出し方向への補助ドラム１９に付与する回転力が小さくなるように、主巻きロープ１２の張力が小さいときは、主巻きロープ１２の繰り出し方向への補助ドラム１９に付与する回転力が大きくなるように、コントローラが制御部に信号を出力して補助ドラム１９の回転を制御することが好ましい。

なお、本願の特許請求の範囲、および明細書の中で「制動」という文言は、ブレーキをかけるという狭義の意味だけでなく、目的に沿った運動をするように物体を動かすことを含むより広義の意味を有する。

また、主巻きウインチ１１（ウインチ）と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２のロープ張力を測定し、測定したロープ張力が所定の張力になるように、ブレーキ装置２１などの制動手段で補助ドラム１９に制動力を加えることも好ましい。主巻きウインチ１１（ウインチ）と補助ドラム１９との間の主巻きロープ１２のロープ張力の測定方法としては、例えば次の方法がある。主巻きウインチ１１（ウインチ）の回転速度と補助ドラム１９の回転速度との差からロープ張力を測定する。補助ドラム１９にロードセルを取り付け、補助ドラム１９が主巻きウインチ１１（ウインチ）側に引っ張られている荷重をロードセルで測定する。なお、上記以外の公知のロープ張力測定方法を用いてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。

１：移動式クレーン（作業機械）
２：下部走行体
４：上部旋回体
５：主フック（吊り具）
６：旋回フレーム
７：伸縮ブーム
８：運転室
９：カウンターウェイト
１０：ガントリ
１１：主巻きウインチ
１１ａ：ドラム（主巻きドラム）
１２：主巻きロープ
１９：補助ドラム
１９ｃ：ロープ接触部
２１：ブレーキ装置（制動手段）
４０：油圧回路（制御部）
４１：コントローラ

Claims (11)

1. 作業機械のウインチ装置であって、
   先端に吊り具が取り付けられたロープを巻き取るドラムを有するウインチと、
   前記ウインチと前記吊り具との間に配置され、前記ロープが少なくとも１周巻回される回転可能な補助ドラムを有するプリテンション装置と、
   を備え、
   前記プリテンション装置は、前記ウインチと前記補助ドラムとの間の前記ロープに張力を付与するように前記補助ドラムの回転を制動する制動手段を有し、
   前記制動手段は、前記ドラムによる前記ロープの巻き取り時に前記補助ドラムに回転抵抗を付与し、前記ロープの繰り出し時には前記補助ドラムに回転抵抗を付与しないように構成されていることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
2. 作業機械のウインチ装置であって、
   先端に吊り具が取り付けられたロープを巻き取るドラムを有するウインチと、
   前記ウインチと前記吊り具との間に配置され、前記ロープが少なくとも１周巻回される回転可能な補助ドラムを有するプリテンション装置と、
   を備え、
   前記プリテンション装置は、
   前記ウインチと前記補助ドラムとの間の前記ロープに張力を付与するように前記補助ドラムの回転を制動する制動手段と、
   前記制動手段を制御する制御部と、
   クレーン作業状況検出手段からの信号が入力されるとともに前記制御部へ信号を出力するコントローラと、を有し、
   前記コントローラは、
   前記ドラムのロープ巻き層数が多いときは前記補助ドラムに付与するブレーキ力が小さくなるように、前記ドラムのロープ巻き層数が少ないときは前記補助ドラムに付与するブレーキ力が大きくなるように、前記制御部へ信号を出力するように構成され、
   前記クレーン作業状況検出手段からの信号に基づいて前記ウインチと前記補助ドラムとの間のロープ張力をクレーンの作業状況に応じて可変させることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
3. 請求項１または２に記載の作業機械のウインチ装置において、
   前記制動手段は、前記ロープの繰り出し方向に前記補助ドラムを回転させる補助ドラム駆動装置であることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
4. 請求項１に記載の作業機械のウインチ装置において、
   前記プリテンション装置は、
   前記制動手段を制御する制御部と、
   クレーン作業状況検出手段からの信号が入力されるとともに前記制御部へ信号を出力するコントローラと、
   を備え、
   前記クレーン作業状況検出手段からの信号に基づいて前記ウインチと前記補助ドラムとの間のロープ張力をクレーンの作業状況に応じて可変させることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
5. 請求項２または４に記載の作業機械のウインチ装置において、
   前記コントローラは、 前記ロープの張力が大きいときは前記補助ドラムに付与するブレーキ力が小さくなるように、前記ロープの張力が小さいときは前記補助ドラムに付与するブレーキ力が大きくなるように、前記制御部へ信号を出力することを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
6. 請求項２、４、または５に記載の作業機械のウインチ装置において、
   前記コントローラは、
   前記ドラムのロープ巻き速度が遅いときは前記補助ドラムに付与するブレーキ力が小さくなるように、前記ドラムのロープ巻き速度が速いときは前記補助ドラムに付与するブレーキ力が大きくなるように、前記制御部へ信号を出力することを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
7. 請求項４に記載の作業機械のウインチ装置において、
   前記コントローラは、
   前記ロープの張力が大きいときは前記ロープの繰り出し方向への前記補助ドラムに付与する回転力が小さくなるように、前記ロープの張力が小さいときは前記ロープの繰り出し方向への前記補助ドラムに付与する回転力が大きくなるように、前記制御部へ信号を出力することを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の作業機械のウインチ装置において、
   前記補助ドラムのロープ接触面が凹形状とされていることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
9. 請求項８に記載の作業機械のウインチ装置において、
   凹形状の前記ロープ接触面は、回転軸方向の一端部側の接触面の方が他端部側の接触面よりも緩やかな傾斜面とされていることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
10. 請求項８または９に記載の作業機械のウインチ装置において、
    凹形状の前記ロープ接触面のうちの最底部が、当該ロープ接触面の回転軸方向における中央からずれた位置に形成されていることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の作業機械のウインチ装置において、
    前記補助ドラムのロープ接触部がゴムまたは樹脂で形成されていることを特徴とする、作業機械のウインチ装置。

Images