JPH06329391A - ウインチの荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で精度よく荷重検出が行えるウイ
ンチの荷重検出装置を提供する。 【構成】 モータ１０と、このモータ１０の出力軸に連
結されて出力軸の回転を減速する遊星減速機構２０と、
この遊星減速機構２０のリングギア２１およびキャリア
２４のいずれか一方と一体のウインチドラム３０とを備
え、リングギア２１およびキャリア２４のうちウインチ
ドラム３０とは別体の一方の回転を阻止することによっ
て油圧モータ１０による巻上げ，巻下げを可能としたウ
インチに用いられる荷重検出装置において、リングギア
２１およびキャリア２４のうちウインチドラム３０とは
別体の一方に発生するトルクを検出するトルク検出手段
５３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、クレーンなどに設けら
れるウインチの荷重検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にクレーンには、ウインチの過負荷
を防止するための荷重検出装置が設けられており、検出
された荷重（例えば巻上ロープの張力）が所定値を越え
ると、作業者に警報を発生したり、巻上げを自動停止さ
せるようにしている。従来の荷重検出方法としては次の
（１）〜（３）に示すようなものがあった。 （１）３点ロ−ラ方式：例えば図７に示すように３個の
シ−ブ１０１，１０２，１０３に巻上ロープＲＰを掛け
回し、中央のシ−ブ１０２にかかる矢印方向の荷重（ロ
ープ張力に依存する）をロードセルなどによって検出す
る。 （２）ロープエンド方式：ブームのトップシ−ブから垂
下される巻上ロープにフックを通し、そのロープエンド
をブームに固定するタイプのものに適用され、ブームと
ロープエンドとの間にロードセルを介装して巻上ロープ
の張力を検出する。 （３）起伏ロープ張力検出方式：ブーム起伏用ロープの
張力を検出し、これにブーム角度，ブーム長さなどを加
味して間接的に巻上ロープ張力を演算する。 （４）ウインチドラム荷重検出方式：ウインチ装置それ
自体を作業機本体に対して回動可能に設けるとともに、
その回動中心から離間した位置においてウインチ装置と
作業機本体との間にロードセルを設け、このロードセル
の出力やブーム起伏角度などに基づいてロープ張力を演
算する（実開昭６０−１９３３８９号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
（１）〜（４）の荷重検出方式にはそれぞれ次のような
欠点がある。 （１）の３点ロ−ラ方式では、巻上ロープが複数のシ−
ブに複雑に掛け回されるので、巻上ロープの摩耗や疲労
が著しく素線切れが発生し易い。また、一般的には荷重
検出器がブーム先端部に取付けられるので、クレーン本
体の安定性が損なわれる。 （２）のロープエンド方式は、フックがロープエンドに
取付けられるタイプのものでは、ロードセルを固定でき
ないから適用できない。 （３）の起伏ロープ方式は、例えば長いブームで作業半
径を大きくして軽荷重を吊るときなどには正確に起伏ロ
ープ張力を検出できず、検出精度が低下する。また起伏
ロープは、一般に１０個以上のシ−ブに掛け回されてお
り、ブームの上げ下げに応じてシ−ブ抵抗が逆方向に作
用するため、荷重検出精度が低下する。さらに作業状態
を連続的に検出する必要性から、荷重検出器以外にもブ
ーム角度計やブーム長さ計などが必要となり、演算処理
も複雑となる。 （４）のウインチドラム荷重検出方式においても、巻上
ロープ張力を求めるためにブーム角度を検出する必要が
あり、荷重検出器の他にブーム角度計が必要となる。

【０００４】本発明の目的は、上記問題点を全て解消し
たウインチの荷重検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図１に対
応付けて説明すると、本発明は、モータ１０と、このモ
ータ１０の出力軸１０ａに連結されて出力軸１０ａの回
転を減速する遊星減速機構２０と、この遊星減速機構２
０のリングギア２１およびキャリア２４のいずれか一方
と一体のウインチドラム３０とを備え、リングギア２１
およびキャリア２４のうちウインチドラム３０とは別体
の一方の回転を阻止することによって油圧モータ１０に
よる巻上げ，巻下げを可能としたウインチに用いられる
荷重検出装置に適用される。そして、リングギア２１お
よびキャリア２４のうちウインチドラム３０とは別体の
一方に発生するトルクを検出するトルク検出手段５３を
備え、これにより上記問題点を解決する。特に請求項２
は、図５に示すように、いわゆるフリーフォールが可能
なウインチに適用したもので、リングギア２１およびキ
ャリア２４のうちウインチドラム３０とは別体の一方と
一体にされるブレーキドラム８１と、ブレーキバンド９
１によりブレーキドラム８１を制動するブレーキ装置９
０とを備え、トルク検出手段５３にてブレーキバンド９
１の張力を検出するようにしたものである。また請求項
３は、ウインチドラム３０の巻層を検出する巻層検出手
段６０（図４）と、この巻層検出手段６０の出力と上記
トルク検出手段５３の出力とに基づいて巻上ロープＲＰ
の張力を演算する演算手段７１とを更に備えたものであ
る。

【０００６】

【作用】リングギア２１およびキャリア２４のうちウイ
ンチドラム３０とは別体の一方に発生するトルクは、巻
上ロープＲＰの張力に依存しているから、これを検出す
ることにより正確な荷重検出結果が得られる。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【０００８】

【実施例】

−第１の実施例− 図１〜図４により本発明の第１の実施例を説明する。図
１は本実施例におけるウインチを示す断面図である。主
フレーム１に支持されるウインチは、油圧モータ１０
と、油圧モータ１０の回転を減速する遊星減速機構２０
と、この遊星減速機構２０を介して回転されるウインチ
ドラム３０と、遊星減速機構２０の入力側を制動するネ
ガティブ型油圧式ブレーキ装置４０と、遊星減速機構２
０のキャリア２４に作用するトルクを検出するトルク検
出装置５０と、図４に示す巻層検出装置６０とを備え、
ウインチドラム３０には巻上ロープＲＰが巻回されてい
る。

【０００９】遊星減速機構２０は、ウインチドラム３０
の内周面に固着されたリングギア２１と、油圧モータ１
０の出力軸１０ａに連結されたサンギア２２と、このサ
ンギア２２およびリングギア２１に噛合される遊星ギア
２３と、遊星ギア２３に連結されたキャリア２４と備
え、キャリア２４の回転が阻止された状態でサンギア２
２が回転すると、遊星ギア２３の自転によってリングギ
ア２１が回転し、ウインチドラム３０が回転する。

【００１０】ブレーキ装置４０は、図２の拡大図にも示
すように、軸受ケース４１内において上記サンギア２２
の軸２２ａにスプライン結合されたブレーキディスク４
２と、ケース４１内に収容されたピストン４３と、ピス
トン４３をディスク４２側に付勢するブレーキばね４４
とを備え、ディスク４２の両面にはライニング４２ａ，
４２ｂが取付けられている。油圧室４５に油が供給され
ていないときには、ピストン４３がばね４４の付勢力に
よりケース４１との間でディスク４２を挟圧し、サンギ
ア２２、すなわちウインチドラム３０に制動を加える。
また油路４６を介して油圧室４５に圧油が供給される
と、ピストン４３がばね４４の付勢力に抗して図示右方
に移動し、上記制動が解除される。なお、図１において
ＢＲはころがり軸受を示す。

【００１１】トルク検出装置５０は、図３にも示すよう
に、上記キャリア２４にスプライン結合されたシャフト
５１と、このシャフト５１と一体に回転可能なレバー５
２と、レバー５２の先端と主フレーム１との間に介装さ
れたロードセル５３とから成り、ウインチドラム３０の
回転時にレバー５２、すなわちキャリア２４に作用する
トルクがロードセル５３により検出される。ロードセル
５３の検出出力は、図４に示すコントローラ７１に入力
される。ここで、上記レバー５２は、本来はリングギア
２１の回転反力をとるためのものであり、通常は直接フ
レーム１に連結されるが、本実施例ではキャリア２４の
トルクを検出するためにレバー５２とフレーム１との間
にロードセル５３が介装される。すなわち本実施例で
は、キャリア２４のトルクを検出するために従来からあ
る機構を利用しており、これにより構成の簡素化が図れ
る。

【００１２】巻層検出装置６０は、図４に示すように、
フレーム２上に回動可能に設けられたレバー６１と、レ
バー６１の先端に取付けられたロ−ラ６２と、レバー６
１をウインチドラム３０側に付勢するばね６３と、レバ
ー６１の角度を検出する角度センサ６４とを備えてい
る。レバー６１は、ウインチドラム３０への巻層が増加
するに従って図示矢印方向に回動するから、このレバー
６１の角度を検出することによりウインチドラム３０の
巻層が検知できる。角度センサ６４の出力はコントロー
ラ７１に入力され、コントローラ７１は、この角度セン
サ６４および上記ロードセル５３の各出力に基づいて後
述するように巻上ロープＲＰの張力を演算する。

【００１３】次に、実施例の動作を説明する。不図示の
ウインチ操作レバーが中立位置にあるときには、油圧モ
ータ１０が停止しており、また油圧室４５（図２）に圧
油が供給されておらず、ブレーキ装置４０が作動してウ
インチ１０は停止している。この状態で操作レバーを巻
上方向に操作すると、油圧室４５に圧油が供給されてブ
レーキ装置４０が開放状態となるとともに油圧モータ１
０が駆動され、油圧モータ１０の出力軸１０ａと一体化
されたサンギア２２が回転する。このとき、シャフト５
１，レバー５２およびロードセル５３を介してキャリア
２４の回転が阻止されているから、サンギア２２の回転
により遊星ギア２３が自転しつつリングギア２１を回転
させ、これによりウインチドラム３０が回転して巻上げ
が行われる。

【００１４】ここで、ロードセル５３はレバー５２、つ
まりキャリア２４に作用するトルクを検出してコントロ
ーラ７１に入力し、一方、巻層検出器６４はレバー６１
の角度、つまり巻上ロープＲＰの巻層を検出してコント
ローラ７１にそれぞれ入力する。コントローラ７１は、
これらの入力値に基づいて以下のように巻上ロープＲＰ
の張力を演算する。すなわち、巻上ロープＲＰを介して
ウインチドラム３０に発生するトルクをＴｄ、上記キャ
リア２４に発生するトルクをＴｃ、遊星減速機構２０の
総減速比をｉとすると、

【数１】Ｔｄ：Ｔｃ＝ｉ：（ｉ＋１） の関係が成り立つ。したがって、ロードセル５３の出力
値Ｔｃおよび予め設定された遊星減速機構２０の総減速
比ｉを上式に代入することによりウインチドラム３０に
発生するトルクＴｄを求めることができる。

【００１５】一方、このドラムトルクＴｄと、ウインチ
ドラム３０のロープ巻付部の半径にロープＲＰの巻層を
加えた距離Ｒと、求めるべき巻上ロープＲＰの張力Ｔと
には、

【数２】Ｔｄ＝Ｔ・Ｒ の関係が成り立つ。Ｒは巻層検出装置６０の出力から得
ることができるから、上式にＴｄ，Ｒを代入することに
よりロープ張力Ｔを演算できる。そして、このロープ張
力Ｔが所定値以上になると警告を発生したり、巻上げを
自動的に停止するなどの制御が行われる。なお以上では
巻上時について説明したが、巻下げ時も同様に荷重検出
を行える。また、操作レバーが中立位置にあって、ウイ
ンチドラムが停止しているときにも同様に荷重検出を行
える。

【００１６】以上の実施例の構成において、ロードセル
５３がトルク検出手段を、巻層検出装置６０が巻層検出
手段を、コントローラ７１が演算手段をそれぞれ構成す
る。

【００１７】−第２の実施例− 次に、図５，図６により本発明の第２の実施例を説明す
る。なお、図１と同様な箇所には同一の符号を付し、相
違点を中心に説明する。本実施例のウインチは、上記油
圧モータ１０の動力による巻上げ，巻下げの他に、吊り
荷の自重によって巻下げを行ういわゆるフリーフォール
が可能とされている。このため図５の如く上記シャフト
５１と一体に回転するブレーキドラム８１が設けられ、
このブレーキドラム８１には、ブレーキ装置９０（図
６）を構成するブレーキバンド９１が巻回される。不図
示のブレーキペダルを踏み込み操作すると、ロッド９２
およびリンク９３を介してブレーキバンド９１がブレー
キドラム８１に巻締められ、これによりブレーキドラム
８１が制動される。ブレーキバンド９３の固定端とフレ
ーム１との間には上述と同様のロードセル５３が介装さ
れ、このロードセル５３によりブレーキバンド９３の張
力（キャリア２４のトルクに依存する）が検出され、上
記コントローラ７１に入力される。その他の構成は図１
と同様である。

【００１８】ブレーキ装置９０が制動状態のときには、
ブレーキドラム８１を介してキャリア２４の回転が阻止
されているから、ウインチ操作用レバーの操作に応じて
上記油圧モータ１０による巻上げ，巻下げが行われ、こ
のときロードセル５３および巻層検出用角度センサ６４
の出力に基づいて上述と同様に巻上ロープＲＰの張力が
演算される。一方、油圧モータ１０が停止し、かつ２つ
のブレーキ装置４０，９０が共に制動状態のときにブレ
ーキペダルの操作を解除すると、ブレーキ装置９０のみ
が解放となってキャリア２４の回転、すなわち遊星ギア
２３の公転が許容される。したがって、吊り荷の自重に
よりウインチドラム３０がリングギア２１と一体に回転
し、フリーフォールが行われる。フリーフォールを停止
するにはブレーキペダルを踏み込んでブレーキ装置９０
を作動させればよい。このブレーキ装置９０の作動によ
るフリーフォール停止時にも上述と同様に荷重検出が行
える。

【００１９】なお以上では、油圧モータ１０を用いた例
を示したが、この油圧モータ１０に代えて電動モータを
用いてもよい。また以上では、多層巻のウインチドラム
３０を用いたので、巻層検出装置６０の出力をも加味し
てロープ張力を求めたが、１層巻のウインチドラムを用
いた場合には巻層検出装置６０は不要であり、ロードセ
ル５３の出力および遊星減速機構２０の減速比のみから
ロープ張力を演算するようにしてもよい。また、ロード
セル５３によって検出されるキャリア２４のトルクはロ
ープ張力に依存していから、特に演算によってロープ張
力を求めず、ロードセル５３の出力そのものが所定値以
上か否かにより上述した制御を行うようにしてもよい。
さらに以上では、リングギア２１をウインチドラム３０
と一体にするとともに、トルク検出装置５０でキャリア
２４のトルクを検出する例を示したが、これとは逆にキ
ャリア２４をウインチドラム３０と一体にし、リングギ
ア２１のトルクをトルク検出装置で検出するよう構成し
てもよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、遊星減速機構のリング
ギアおよびキャリアのいずれか一方と一体のウインチド
ラムとを備えたウインチにおいて、リングギアおよびキ
ャリアのうちウインチドラムとは別体の一方に発生する
トルクを検出するようにしたので、次のような効果が得
られる。 （１）巻上ロープを複雑にシ−ブに掛け回すことなく荷
重検出が行えるので、巻上ロープの摩耗や疲労を最小限
に抑制して巻上ロープの長寿命化が図れる。 （２）荷重検出器がブーム先端ではなくウインチ側に設
けられるので、クレーン本体の安定性を確保できる。 （３）フックがロープエンドに取付けられるタイプのも
のにも適用できる。 （４）ブームの長さや作業半径などに左右されず巻上
時，巻下げ時とも精度よく荷重検出を行える。 （５）ブーム角度計やブーム長さ計などは不要であり、
構成が簡素化するとともに、複雑な演算処理を行う必要
がない。 特に請求項２の発明によれば、フリーフォールが可能な
ウインチにおいて、トルク検出手段によりブレーキバン
ドの張力（巻上ロープ張力に依存する）を検出するよう
にしたので、従来の構成を利用して構成の簡素化が図れ
る。また請求項３の発明によれば、上記トルク検出手段
の出力に加えてウインチドラムの巻層をも加味して巻上
ロープの張力を演算するようにしたので、多層巻のウイ
ンチドラムを用いた場合により精度よく荷重検出を行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るウインチの全体構
成を示す断面図。

【図２】図１の一部分を拡大して示す図。

【図３】トルク検出装置の構成を示す図１のIII−III線
から見た図。

【図４】巻層検出装置の構成を示す図。

【図５】第２の実施例に係るウインチの全体構成を示す
断面図。

【図６】トルク検出装置の構成を示す図５のVI−VI線か
ら見た図。

【図７】従来の荷重検出方式の一例を示す図。

【符号の説明】

１ 主フレーム １０ 油圧モータ ２０ 遊星減速機構 ２１ リングギア ２２ サンギア ２３ 遊星ギア ２４ キャリア ３０ ウインチドラム ４０，９０ ブレーキ装置 ５０ トルク検出装置 ５３ ロードセル ６０ 巻層検出装置 ６４ 角度センサ ７１ コントローラ ８１ ブレーキドラム ＲＰ 巻上ロープ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータと、 このモータの出力軸に連結されて出力軸の回転を減速す
   る遊星減速機構と、 この遊星減速機構のリングギアおよびキャリアのいずれ
   か一方と一体のウインチドラムとを備え、前記リングギ
   アおよびキャリアのうち前記ウインチドラムとは別体の
   一方の回転を阻止することによって油圧モータによる巻
   上げ，巻下げを可能としたウインチに用いられる荷重検
   出装置において、 前記リングギアおよびキャリアのうち前記ウインチドラ
   ムとは別体の一方に発生するトルクを検出するトルク検
   出手段を具備することを特徴とするウインチの荷重検出
   装置。
2. 【請求項２】 前記リングギアおよびキャリアのうち前
   記ウインチドラムとは別体の一方と一体にされるブレー
   キドラムと、 ブレーキバンドにより前記ブレーキドラムを制動するブ
   レーキ装置とを備え、 前記トルク検出手段は、前記ブレーキバンドの張力を検
   出することを特徴とする請求項１に記載のウインチの荷
   重検出装置。
3. 【請求項３】 前記ウインチドラムの巻層を検出する巻
   層検出手段と、この巻層検出手段の出力と前記トルク検
   出手段の出力とに基づいて巻上ロープの張力を演算する
   演算手段とを更に備えたことを特徴とする請求項１また
   は２に記載のウインチの荷重検出装置。