JPH07241353A - 自動張力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動張力装置を提供する。設置スペースを取
らず、張力の調整が容易にでき、快適な運動を行うこと
ができる自動張力装置を提供する。 【構成】 モータ１の出力軸１１にウィンチ４を固着
し、これにワイヤーロープ５の一端を固定し、そのワイ
ヤーロープの他端を停止枠２に通過させて外部に延長
し、その端部に停止部材５１を設けてある。モータ出力
軸に固着した爪車３１にソレノイド３４で吸引される係
止爪３２を噛み合わせてある。モータ出力軸に回転検出
手段７が設けてあり、同手段の検知出力はコンピュータ
利用の制御部７４に与えられる。制御部により定電流回
路８を駆動して、常に一定の電流を発生させてモータ１
に送る。モータのトルクをワイヤーロープのリニア張力
に変換して、ワイヤーロープが往復運動あるいは静止状
態のいずれにあるかを問わず、常に設定した固定の張力
を維持するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動張力装置、特にボ
ディビル用体操機器に適用して好適な自動張力装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ボート漕ぎ練習機、重量揚げ
機、筋肉訓練機などのボディビル用体操機器は、全て、
当該体操の運動量を制御するために張力装置を必要と
し、その張力装置により抵抗運動及び回復運動を発生さ
せる。従来のこのような張力装置は、概ね、下記の２種
類に分けられる。 一、プリング型： 図８に示すように、スプリング型張
力装置９Ａは、主として、ワイヤーロープ９１を回転盤
９２上に巻き、その回転盤９２内にコイルスプリング９
３を設けた構造を有する。そして、ワイヤーロープ９１
が運動部材に引かれた場合に、回転盤９２が動かされて
スプリング９３を圧迫する。これにより、ワイヤーロー
プ９１に張力を発生させるので、運動者が体操機器を操
作した場合に、負荷（抵抗力）を発生し、運動の効果を
生じる。 二、荷重型： 図９に示すように、荷重型張力装置９Ｂ
は、主として、伝動ワイヤーロープ９１の一端に鉄塊９
４などの部材を接続し、伝動ワイヤーロープ９１が上に
向けて引っ張られたら、鉄塊９４の重量によって荷重を
生じ、伝動ワイヤーロープ９１に対して張力を発生させ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スプリング型
張力装置は９Ａは、張力がスプリング９３の弾力によっ
てもたらされたもので、異なった使用者に対して適当な
運動量負荷を調整できない。また、スプリング９３は、
ワイヤーロープ９１巻き付け緊迫程度が異なることによ
り、定格張力に維持できない欠点がある。

【０００４】また、荷重型張力装置９Ｂは、張力（負
荷）の大きさを調整する場合は、必ず、鉄塊９４の数量
を増加して調整しなければならない。これは、時間と力
を必要とするばかりでなく、張力（負荷）の大きさの調
整が容易でない。予定した張力に正確に調整できない。
さらに、鉄塊９４が伝動ワイヤーロープ９１に引き上げ
られれば、再び下ろす場合に、非常に大きい騒音を発生
する欠点がある。

【０００５】本発明は、上記の欠点を解消するために研
究試験を重ね、改良設計をした結果得られたものであ
り、主な目的は、自動張力装置を提供することにあり、
他の目的は、体積が小さく、設置スペースを縮小でき、
張力の調整が容易にでき、快適な運動を実現することが
できる自動張力装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る自動張力装置は、駆動部と制御部と電
源部とを有し、駆動部は、モータの出力軸に固着したウ
ィンチにワイヤーロープの一端を固着し、そのワイヤー
ロープをモータの端面に固定した停止枠に挿通し、その
ワイヤーロープの他端に停止枠により停止される停止部
材を結合し、モータの出力軸に固着した爪車と、その爪
車に噛み合う係止爪と、その係止爪を噛み合い方向に付
勢する付勢部材と、その付勢部材に抗して係止爪の爪車
との噛み合いを離脱させるロック解除手段とからなるロ
ック装置を有し、モータの回転を検出してパルスを発生
する回転検出手段を備えて構成されており、制御部は、
回転検出手段の出力パルスを入力してワイヤーロープの
移動距離を計測して、その計測値に基づいて電源部に制
御信号を与えるものであり、電源部は定電流回路からな
り、制御部からの制御信号に基づいて常に一定の電流を
発生してモータに駆動電流を与えるものであり、モータ
のトルクをワイヤーロープのリニア張力に変換して、ワ
イヤーロープが往復運動あるいは静止状態のいずれにあ
るかを問わず、常に制御部で設定された固定の張力を維
持することを特徴としている。

【０００７】

【作用】直流モータ又は直流サーボモータの電流とトル
クがリニア関係にある特性を利用して、制御部によって
定電流装置を駆動し、一定の電流を発生させてモータに
送るため、モータの出力軸より相対的トルクが発生す
る。モータの出力軸上のウィンチを介して出力軸のトル
クがワイヤーロープのリニア張力に変換される。ワイヤ
ーロープが往復変移動作をするか、静止状態であるか否
かを問わず、常に制御部で設定された固定の張力を維持
する。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は主たる構成要素を示す分解斜視図である。
本発明に係る自動張力装置は、概略的には、モータ１を
中心とする駆動部と、マイクロコンピュータを用いる制
御部と、定電流装置からなる電源部とを有する。 図２
は駆動部の分解斜視図、図３は同駆動部の組立て状態の
斜視図、図４は同駆動部の一部断面側面図、図５は図４
のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。

【０００９】駆動部は、図２に明示されているように、
主として、モータ１、停止枠２、ロック装置３、ウィン
チ４、ワイヤーロープ５、保護カバー６、及び回転検出
手段７を有している。

【００１０】モータ１は、前出力軸１１にキー溝１１１
及びネジ孔１１２を有し、前出力軸１１の両側にそれぞ
れ輪軸１２及び固定軸１３を有し、さらに、固定軸１３
の外側に支持軸１４を有している。

【００１１】停止枠２は、その中央に切欠溝２１を有
し、ネジ２２により前出力軸１１の上方においてモータ
の前端面に固着されている。

【００１２】ロック装置３は、モータ１の前出力軸１１
に対応して取付けられている。ロック装置は、爪車３１
と、係止爪３２と、付勢部材としての停止バネ３３と、
ロック解除手段３４とからなる。爪車３１は、その軸孔
にキー溝３１１を有し、前出力軸のキー溝１１１に嵌合
された位置決めキー１５により前出力軸１１のモータ中
心寄りの位置に固定されている。係止爪３２は、軸孔３
２１内にブッシュ３２２を取付けた後に、固定軸１３上
に位置決めされ、上端部に爪車３１に噛み合う爪部を有
し、下端部に長孔３２３を有する。停止バネ３３は、そ
の一端部３３１が係止爪３２に係合され、他端部３３２
が支持軸１４に係合されて、係止爪３２を爪車３１に常
時噛み合うように付勢している。ロック解除手段３４
は、ロック装置３の爪車３１と係止爪３２の噛み合いに
よるロック状態を解除するためのものであり、主として
ソレノイド３４０で構成されている。ソレノイド３４０
は、前出力軸１１の下方でモータ１に固定されている。
ソレノイドのプランジャには制動フレーム３４１が接続
され、その制動フレームの側方に連結ピン３４２が固定
されている。連結ピン３４２は、係止爪３２の長孔３２
３に回動自在に嵌入されている。ソレノイド３４０が通
電されると、プランジャが吸引されて連結ピン３４２を
介して係止爪３２の爪部が爪車３１から離間されるよう
になっている。

【００１３】ウィンチ４は、外周面に螺旋溝４１を有
し、かつ、軸孔にキー溝４２を有して、共通のキー１５
により前出力軸１１上に固定されている。ウィンチ４の
軸方向外側には、回転摘み４３が備えられ、その回転摘
みに貫通したネジ４４を出力軸のネジ孔１１２にねじ込
むことにより、固定されている。この回転摘みは、指で
把持して前出力軸１１を強制的に回転させるためのもの
である。

【００１４】ワイヤーロープ５は、一端部がウィンチ４
の螺旋溝４１上に固定され、他端部にはゴムボールなど
で構成された停止部材５１が結合されている。この停止
部材は、停止枠２の切欠溝２１の上方に位置され、ま
た、停止部材５１の上面に連結具５２が結合されてい
る。

【００１５】５３はプレッシャローラであり、内側にボ
ールベアリング５３１を取付けた後に、輪軸１２に嵌合
して回転自在に取付けられ、ウィンチ４に巻回されたワ
イヤーロープ５にその外側から押圧されている。

【００１６】保護カバー６は、必要に応じて取付けられ
るものであり、カップ状に形成され、その外周縁に貫通
したネジ６１をモータ１の前端面にねじ込んで固定され
ている。保護カバー６は、中央に孔６２を有し、その孔
から回転摘み４３を外側に露出させている。また、保護
カバー６の外周面の停止枠２に対応する位置に切欠口６
３を有し、その切欠口に停止枠２が嵌合されていて、ウ
ィンチ４に巻かれているワイヤーロープ５が、その停止
枠２の切欠溝２１に挿通されている。

【００１７】モータ１の後出力軸１６（図４参照）側に
は、モータの回転検出手段７が設けられている。この回
転検出手段は、後出力軸１６に固定されたスリット付き
遮光板７１と、この遮光板の上下に配置されたホトカプ
ラ７２と、ホトカプラに電気的に接続されたエンコーダ
７３とから構成されている。７０は、モータ１の後端面
に固定された保護カバーである。エンコーダ７３は、図
１，図２，図４に示すように、導線バス７３１により制
御部７４に電気的に接続されている。制御部７４はマイ
クロコンピュータで構成されている。

【００１８】制御部７４は、図１及び図６に示すよう
に、電源部である定電流回路８に接続されている。この
定電流回路８は、制御部７４からの信号により相対的定
電流に変換してモータ１に送り、かつ、モータ１が正
転、逆転あるいは停止状態のいずれであるかを問わず、
その電流が常に一定に保たれ、一定トルク、一定張力の
目的を達成するものである。

【００１９】本発明の動作原理を図５，６，７に基づい
て説明すると、本発明の自動張力装置は、主として、直
流モータ又は直流サーボモータ１の電流とトルクがリニ
ア関係にある特性を利用して、制御部７４によって定電
流回路８を駆動し、一定の電流を発生させてモータ１に
送ると、モータ出力軸１１，１６より相対的トルクが発
生し、モータの前出力軸１１上のウィンチ４を介して前
出力軸１１のトルクをワイヤーロープ５のリニア張力に
変換し、さらに、ワイヤーロープ５が往復変移動作をす
るか、静止状態であるか否かを問わず、常に設定された
固定の張力を維持するものである。

【００２０】ウィンチ４の外周面に螺旋溝４１を設け、
ウィンチの側辺に備えたプレッシャローラ５３をウィン
チ４に巻き取られたワイヤーロープ５に押圧しているの
で、ワイヤーロープを往復運動させる場合に、ワイヤー
ロープ５をウィンチの外周に整然と配列させるので、ワ
イヤーロープ５をウィンチ４上に円滑に巻き付けること
ができ、ウィンチから離脱させたり、偏って巻き付けた
りする恐れがない。

【００２１】停止枠２の切欠溝２１は、ワイヤーロープ
５を通過させるが、停止部材５１であるゴムボールの径
よりも小さい幅を有するので、ワイヤーロープ５が保護
カバー６内に巻き込まれることを防止することができ
る。

【００２２】さらに、ロック装置３は、停電あるいは電
源切断時に、ワイヤーロープ５が引き出されることを防
止するために設けてある。すなわち、電源が切断された
時は、係止爪３２が停止バネ３３の弾力により、爪車３
１に噛み合って前出力軸１１を反転させないので、ワイ
ヤーロープ５が引き出されない。こうして、電源切断時
又は停電時に、ワイヤーロープ５が引き出されて緩むこ
とがない。また、電源が投入された時は、ソレノイド３
４の吸引力により制動フレーム３４１を引いて後退さ
せ、さらに、係止爪３２を爪車３１から離脱させるの
で、前出力軸１１はロックを解除される。

【００２３】前出力軸１１の外側に露出して手動で回転
させることができる回転摘み４３を設けてあるので、ワ
イヤープ５が往復運動の途中で、突然停電した場合は、
その回転摘み４３により手動で調整する方法により、ワ
イヤーロープ５をウィンチ４上に順調に回収することが
できる。

【００２４】さらに一歩進んで、モータ１の前後の出力
軸１１，１６は同軸上で回転するので、前後の出力軸１
１，１６が回転した場合、後出力軸１６に取付けられた
遮光板７１も回転する。この遮光板を検出する二つのホ
トカプラの出力信号はエンコーダ７３により正転パルス
又は反転パルスに変換されて出力し、制御部７４に与え
られる。

【００２５】制御部７４は、エンコーダ７３からの入力
信号に基づいてワイヤーロープ５の移動距離及び方向を
計測・表示し、また、消耗熱量に換算することができ
る。さらに、制御部７４は、図７に示すように、張力設
定キーの操作により定電流回路８の電流を変化させ、モ
ータ１のトルクを調整し、ロープ５のリニア張力を調整
することにより、張力の大きさの調整を行うことができ
る。

【００２６】図６は、上記定電流回路８の好適な実施例
の回路図である。この回路は主として上記モータ１に対
する供給電流を制御することにより、モータ１の発生ト
ルクを一定に保つために用いられる。さらに詳述する
と、定電流装置８に入力される交流電圧（ＡＣ）は、ノ
イズフィルター８１によってノイズが除去された後、ブ
リッヂ式整流器（ＲＥＣ）８２によって整流され、電解
コンデンサーＣ１によって瀘波されることにより直流電
圧に変換される。この直流電圧は、定電圧を発生する定
電圧供給器（ＳＰＳ）８３の入力端に与えられる。な
お、好ましくないサージから定電圧供給器（ＳＰＳ）を
保護するために、その入力端には、一端が接地されたサ
ージ吸収素子（ＭＯＶ）の他端が接続されている。定電
圧供給器（ＳＰＳ）８３の出力電圧は、モータ（Ｍ）１
に供給されている。モータ（Ｍ）１に供給される電圧
は、一端が接地された可変抵抗器ＶＲ２によって分圧さ
れた後、フィードバック回路８４を経由して定電圧供給
器（ＳＰＳ）に帰還信号として与えられる。定電圧供給
器（ＳＰＳ）８３は、上記帰還信号に基づいて出力電圧
を定電圧に制御する。

【００２７】制御部７４は、モータ（Ｍ）１の回転に伴
ってエンコーダ７３から出力される出力信号（パルス信
号）を受けると、この信号に基づいて、電流制御の指令
としての一組のディジタル信号を生成してディジタル・
アナログ・コンバータ（Ｄ／Ａ）８５に与える。上記デ
ィジタル信号は、ディジタル・アナログ・コンバータ
（Ｄ／Ａ）８５によってアナログ信号に変換された後、
バッファＵ１に入力される。バッファＵ１の出力電圧
は、次段の電圧カップラ（バッファ）Ｕ２の入力端に与
えられる。なお、バッファＵ１の出力電圧は、一端が接
地された可変抵抗器ＶＲ１によって電圧レベルが微調整
され得るようになっている。電圧カップラＵ２の出力電
圧は、次段の電圧カップラＵ３の非反転入力端に入力さ
れる。電圧カップラＵ３の出力電圧は、抵抗Ｒ３を経由
してトランジスタＱ１のベースに与えられる。トランジ
スタＱ１のコレクタは、トランジスタＱ２のコレクタに
接続され、トランジスタＱ２のエミッタは、電圧カップ
ラＵ３の反転入力端に接続されるとともに、一端が接地
された抵抗Ｒ２及びバイパスコンデンサＣ２に接続され
ている。このような回路構成によって、モータ（Ｍ）１
への供給電流は、電圧カップラＵ３の出力電圧に基づい
て、トランジスタＱ１及びＱ２によって制御されるよう
になっている。

【００２８】また、制御部７４は、モータ（Ｍ）１の回
転に伴ってエンコーダ７３から出力される一組の正転あ
るいは反転信号に基づいてデータを演算する。すなわ
ち、制御部７４は、上記正転あるいは反転信号のパルス
数を計数し、その計数値からワイヤロープ５の移動距離
及び消耗熱量を求める。

【００２９】上述の構成により、定電流装置８は、制御
部７４から与えられるアナログ信号に基づいて、モータ
１への供給電流が一定電流となるように制御している。
また、モータ１が正転、逆転あるいは停止状態のいずれ
であるかを問わず、モータ１への供給電流は、常に一定
に維持されるので、定トルク、定張力が得られる。

【００３０】他方、定電流回路８は、直流をソレノイド
３４０に送り出した場合は、ソレノイドの吸引力で係止
爪３２が引き付けられ、爪車３１を当接状態から離脱さ
せ、ウィンチ４のロック状態を解除するため、ワイヤー
ロープ５が往復運動可能になる。

【００３１】上記のようなモータ直接駆動式自動張力装
置は、図７に例示するように、前記モータ１を例えば、
筋肉訓練機、重量揚げ機、ボート漕ぎ練習機などのボデ
ィビル用体操機器１０上に取付け、ロープ５の連結具５
２と各種のボディビル器材の伝動ロープ５Ａに連結する
ことにより、従来の鉄塊荷重装置又はスプリング型張力
装置に取って変わって用いることができる。

【００３２】使用者が運動している時は、必ず、伝動ワ
イヤーロープ５Ａを上に向けて偏移させ、さらにウィン
チ４上のワイヤーロープ５を引き動かし、そのウィンチ
４の回転方向とモータ１は相反するので、張力を安定し
て発生し、使用者が手を緩めれば、モータ１は迅速に同
じ張力でワイヤーロープ５を巻き戻すので、従来の鉄塊
あるいはスプリングの機能の感覚と同じ感覚である。し
かも、騒音を発生しない。また、マイクロコンピュータ
を利用した制御部７４を用いて使用者の体質条件に合わ
して最適な張力（負荷）に設定し、快適な体操、運動の
目的を達成することができる。

【００３３】本発明の特徴及び作用効果をさらに説明す
ると、下記の通りである。 一、モータ１が高トルク及び直接駆動の機能を有し、反
応速度が早い特性を利用して、トルクをワイヤーロープ
のリニア張力に変換し、かつ、電流を一定値に制御し、
ワイヤーロープ５５が往復偏移運動あるいは静止状態の
いずれであるかを問わず、常に一定の固定張力を維持す
るようにさせることができる。また、張力設定を調整し
やすい効果がある。このように張力装置は、筋肉訓練
機、重量揚げ機、ボート漕ぎ練習機などのボディビル用
体操機器に取付けて用いることができる。また、その変
化を必要とする、及び固定張力を維持する必要のある場
所で応用することができる。 二、本発明装置はコンパクトでスペースを取らないの
で、ボディビル用体操機器の設置スペース設計及び取付
けに非常に便利である。さらに、プレッシャローラ５３
は、ウィンチ４の螺旋溝４１に合わせてワイヤーロープ
５を往復移動させる時に、ロープの離脱あるいは偏重巻
き付きを防止し、ロープの円滑な往復移動（巻き戻し、
巻き取り）を保証する。従って、ボディビル体操機器の
操作を安定して行うことができ、使用者の安全性も向上
する。 三、本発明装置は、ロック装置３により、停電時あるい
は電源切断時に、ワイヤーロープが引き出されて緩むこ
とがなく、また、使用途中で停電した場合は、回転摘み
４３を使用して手動調整方式でワイヤーロープ５を回収
することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、制御部によって定電流回路を駆動し、一定の電流を
発生させてモータに送るため、モータの出力軸より相対
的トルクが発生し、モータの出力軸上のウィンチを介し
て出力軸のトルクがワイヤーロープのリニア張力に変換
されるので、ワイヤーロープが往復運動をするか、静止
状態であるか否かを問わず、常に制御部で設定された固
定の張力を維持する。従って、自動張力装置が得られ
る。また、制御部に対する設定操作により張力の調整が
容易にできる。さらに、駆動部、制御部及び電源部は、
いずれも容積の小さな物を用いることができるので、設
置スペースを取らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の主たる構成要素の分解斜視図であ
る。

【図２】同装置の駆動部の分解斜視図である。

【図３】図２の駆動部の組合わせ状態の斜視図である。

【図４】同駆動部の一部断面側面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図であ
る。

【図６】定電流回路の構成及び制御系統を示す回路図で
ある。

【図７】本発明に係る張力装置をボディビル用体操機器
に使用している状態の一例を示す斜視図である。

【図８】従来のスプリング型張力装置の説明図である。

【図９】従来の荷重張力装置の説明図である。

【符号の説明】

１〜７ 駆動部 １ モータ １１ 前出力軸 １６ 後出力軸 ２ 停止枠 ３ ロック装置 ３１ 爪車 ３２ 係止爪 ３４ ロック解除手段 ３４０ ソレノイド ４ ウィンチ ４３ 回転摘み ５ ワイヤーロープ ５１ 停止部材 ５２ 連結具 ５Ａ 伝動ワイヤーロープ ６ 保護カバー ７ 回転検出手段 ７１ 遮光板 ７２ ホトカプラ ７３ エンコーダ ７４ 制御部（マイクロコンピュータ） ８ 電源部（定電流回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動部と、制御部と、電源部とを有し、 前記駆動部は、モータの出力軸に固着したウィンチにワ
   イヤロープの一端を固着し、そのワイヤロープを前記モ
   ータの端面に固定した停止枠に挿通し、そのワイヤロー
   プの他端に停止枠により停止される停止部材を結合し、
   前記モータの出力軸に固着した爪車と、その爪車に噛み
   合う係止爪と、その係止爪を噛み合い方向に付勢する付
   勢部材と、その付勢部材に抗して前記係止爪の爪車との
   噛み合いを離脱させるロック解除手段とからなるロック
   装置を有し、前記モータの回転を検出してパルスを発生
   する回転検出手段を備えて構成されており、 前記制御部は、前記回転検出手段の出力パルスを入力し
   て前記ワイヤロープの移動距離を計測して、その計測値
   に基づいて前記電源部に制御信号を与えるものであり、 前記電源部は、定電流回路で構成され、前記制御部から
   の制御信号に基づいて常に一定の電流を発生して前記モ
   ータに駆動電流を与えるものであり、 前記モータのトルクを前記ワイヤロープのリニア張力に
   変換して、前記ワイヤロープが往復運動あるいは静止状
   態のいずれにあるかを問わず、常に前記制御部で設定さ
   れた固定の張力を維持することを特徴とする自動張力装
   置。