特開 2022-147946 電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147946

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造

(51)【国際特許分類】

   B66D 3/20 20060101AFI20220929BHJP

【ＦＩ】

B66D3/20 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021049426

(22)【出願日】2021-03-24

(71)【出願人】

【識別番号】000137878

【氏名又は名称】株式会社ミヤマエ

(74)【代理人】

【識別番号】100095647

【弁理士】

【氏名又は名称】濱田 俊明

(72)【発明者】

【氏名】宮前 昭宏

(57)【要約】

【課題】電子制御によらず、吊り荷が着地するなどしてドラムが無負荷となったと同時に当該ドラムの回転を停止して、バックラッシュ現象を防止することができる電動巻上げ装置を提供する。
【解決手段】モータの回転方向を正逆に切り替えることによりドラムに巻回した吊り荷を昇降可能とした電動巻上げ機において、ドラムの回転中心に挿通した支軸上にモータの回転と同期して正逆に回転可能に設けた爪車と、ドラムに設けた爪とでラチェットが構成され、ラチェットは、吊り荷によるドラムの繰出し方向の負荷トルクによって爪が爪車に噛合することで爪車を介してモータの動力がドラムに伝達可能となる一方、負荷トルクが一定以下となれば爪が爪車に噛合せず爪車が空転可能となることでドラムに対するモータの動力の伝達を遮断し、もってバックラッシュ現象を防止する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータの回転方向を正逆に切り替えることによりドラムに巻回した吊り荷を昇降可能とした電動巻上げ機において、前記ドラムの回転中心に挿通した支軸上に前記モータの回転と同期して正逆に回転可能に設けた爪車と、前記ドラムに設けた爪とでラチェットが構成され、当該ラチェットは、前記吊り荷による前記ドラムの繰出し方向の負荷トルクによって前記爪が前記爪車に噛合することで当該爪車を介して前記モータの動力が前記ドラムに伝達可能となる一方、前記負荷トルクが一定以下となれば前記爪が前記爪車との噛合を外れて当該爪車が空転することで前記ドラムに対する前記モータの動力の伝達が遮断されることを特徴とした電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項2】

前記ラチェットは、前記爪を噛合方向に弾性付勢するバネを有する請求項１記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項3】

前記モータの動力を減速ギア機構・制動機構の順で前記ドラムに伝達し、前記ラチェットを最終のモータ動力伝達手段とした請求項１または２記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項4】

前記制動機構は、前記モータと正逆に回転可能に接続されるネジ軸と、該ネジ軸上にライニングを介してクラッチ板と摩擦板を交互に配列してなるクラッチと、前記ネジ軸の前記ドラムと前記クラッチの間に前記クラッチ側に向かって締め込まれるように螺合され、当該締め込み時の推力により前記クラッチ板と前記摩擦板とを前記ライニングにより摩擦接合可能な押圧用ナット部を備え、前記ネジ軸は前記ドラムの回転中心に挿通した支軸に前記押圧用ナット部が螺合する雄ネジ部を形成してなると共に、前記押圧用ナット部は前記爪車に前記雄ネジに螺合する雌ネジを設けてなる請求項１、２または３記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項5】

クラッチは、複数組のクラッチ板・ライニング・摩擦板からなる多板クラッチで構成され、当該組数を変更可能とすることで前記吊り荷の重量に応じたブレーキ力を得る請求項３または４記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項6】

前記ネジ軸上に前記押圧用ナット部と対峙して前記クラッチ板及び前記摩擦板の受け部を備えると共に、この受け部はこれを爪車として、前記押圧用ナット部により構成される前記ラチェットとは別のラチェットを構成することにより常時逆転が規制した請求項３、４または５記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項7】

モータの停止時において、当該モータと減速ギア機構を合わせた回転抵抗として示される駆動系の静的摩擦トルクを、ドラム側の負荷トルクと釣り合うように設定した請求項３～６のうち何れか一項記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項8】

モータの逆転駆動による吊り荷の降下中、ドラム側の負荷トルクが一定以下となったとき、押圧用ナット部は、前記クラッチから締め込みに対する反作用を受けて前記締め込みが緩まり、前記クラッチを切断する請求項４から７のうち何れか一項記載の電動巻上げ装置。

【請求項9】

前記減速ギア機構は、少なくとも一部を遊星歯車で構成した請求項３から８のうち何れか一項記載の電動巻上げ装置におけるバックラッシュ防止構造。

【請求項10】

請求項１から９のうち何れか一項に記載したバックラッシュ防止構造を備えた電動巻上げ装置を搭載したことを特徴とするドローン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、モータの回転方向を正逆に切り替えることで吊り荷を昇降する電動巻上げ装置において、吊り荷の降下中にバックラッシュ現象が起きることを防止する構造に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの回転方向を正逆に切り替えて吊り荷を昇降する電動巻上げ機において、モータを逆転して吊り荷を降下しているとき、ドラムから繰り出されるロープが弛むとバックラッシュ現象が起こる。つまり、吊り荷の降下速度よりもロープの繰出し速度が勝ると、吊り荷とドラムの間でロープが弛み、この弛んだ部分が逆転中のドラムに絡んだり、もつれたりしてしまう。こうしたバックラッシュ現象を防止するものとして、特許文献１には、モータの逆転駆動中、ロープの張力検出部からの検出信号に応じて、ロープの張力が所定の閾値以上の場合にはドラムが逆回転される一方、ロープの張力が所定の閾値を下回る場合にはドラムが逆回転されないようにモータを制御する装置が開示されている。

【0003】

他方、特許文献２には、モータの逆転駆動中、ドラムの繰出し方向の回転速度が、駆動ギアに噛合する従動ギアの回転速度を上回れば、従動ギアが送りネジ機構によって摩擦板を押圧する方向に移動してブレーキ力を発生させ、これにより吊り荷をモータの逆転速度で降下させるようにしたメカニカルブレーキ付き巻上げ機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１７７５００号公報

【特許文献2】特開２０１６－５９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の装置は、バックラッシュ現象を防止するために、ロープの張力検出部（張力センサ）やモータの制御部を備えるなど、ほぼその全てを電子制御に頼っている。したがって、この種装置の多くが屋外で使用されることに鑑みると、防水・防塵措置が必須であり、また、電子回路は温度の影響を受けやすいことから、酷暑地や極寒地で使用することを想定して断熱措置も必要となり、コスト高を招く。さらに、張力検出部は、使用するロープなどの牽引部材の素材や太さ等に対応したものでなくてはならず、また閾値もドラムの回転特性等に応じて設定する必要があるなど、初期設定に手間を要し、汎用性に乏しい。なお、特許文献１では、クラッチやトルクリミッター（ドラグ装置）を設けることは、装置全体の大重量化や大型化、コストアップを招くとして、その使用を否定している。

【0006】

一方、特許文献２の巻上げ機は、メカニカルブレーキによって吊り荷の降下速度がモータの回転速度に同期するから、本来的にバックラッシュ現象が起こりにくい。しかしながら、吊り荷が着地したと同時にモータの逆転を停止しなければ、そのままロープが繰り出されてしまい、バックラッシュ現象は免れない。

【0007】

この点、近年ではドローンを利用した荷物の配送サービスが実現しつつある。つまり、ドローンに巻上げ機を搭載して荷を空輸しようというものであり、これが実現すれば、陸路が整備されていない僻地への物資の配送や、買い物が不便な年寄り等に対しても機動的な配送が可能となる。なお、このサービスでは、荷を引き渡すのに際して、最終的には受取人が吊り荷をロープ等から外すとしても、受取人がドローンはもちろん、巻上げ機を操作することはできない。このため、受取人が荷を受け取るまでの操作は、自ずとドローンのオペレータが行うことになる。具体的には、ドローンが目的地に到着したら、安全な高さでドローンをホバリングさせつつ、巻上げ機のモータを逆転駆動して吊り荷を降下させ、吊り荷が着地すればモータを止めるといった作業をオペレータが行うことになる。しかしながら、こうした作業を空撮用のカメラモニターで確認しながら行ったとしても、上空からの確認では、オペレータが吊り荷の着地を正確に把握することは困難である。したがって、吊り荷の着地とモータの停止にタイムラグが生じやすく、バックラッシュ現象も起こりやすいといった課題がある。そもそも、目的地上空でドローンをホバリングさせながらモータを逆転し、カメラモニターを確認しながら吊り荷の着地と同時にモータを停止するといった作業を完全に遂行するには、それに見合った訓練や、専用オペレータの育成が必要になるなど、従来の巻上げ機をそのままの利用したのでは解決できない課題も多い。

【0008】

本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電子制御によらず、吊り荷が着地するなどしてドラムが無負荷となったと同時に当該ドラムの回転を停止して、バックラッシュ現象を防止することができる電動巻上げ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した目的を達成するために本発明では、モータの回転方向を正逆に切り替えることによりドラムに巻回した吊り荷を昇降可能とした電動巻上げ機において、前記ドラムの回転中心に挿通した支軸上に前記モータの回転と同期して正逆に回転可能に設けた爪車と、前記ドラムに設けた爪とでラチェットが構成され、当該ラチェットは、前記吊り荷による前記ドラムの繰出し方向の負荷トルクによって前記爪が前記爪車に噛合することで当該爪車を介して前記モータの動力が前記ドラムに伝達可能となる一方、前記負荷トルクが一定以下となれば前記爪が前記爪車との噛合を外れて当該爪車が空転することで前記ドラムに対する前記モータの動力の伝達が遮断されるという手段を用いた。当該手段によれば、吊り荷を宙吊りするなどしてドラムに繰出し方向の負荷トルクが作用している限り、ラチェットが噛合してモータの動力を正逆ともドラムに伝達し、吊り荷を昇降させることができる。これに対して、吊り荷を取り付ける前や、降下中に吊り荷が着地するなどしてドラムに作用する負荷トルクが一定以下となれば、ラチェットは噛合せず、爪車が空転可能な状態となり、ドラムに対するモータ動力の伝達が遮断される。したがって、モータを逆転して吊り荷の降下中に、吊り荷が着地したり、人が吊り荷を持ち上げたりすると、モータはそのまま逆転を続けるが、爪の噛合が外れることによって爪車は逆転方向に空転し、ドラムへの動力伝達が遮断されることによって、それ以降はドラムの回転が停止してロープが繰り出されることがないため、バックラッシュ現象も起きない。なお、爪車に対して爪の噛合が外れる負荷トルクの上限をどの程度に設定するかは自由であるが、少なくとも負荷トルクがゼロとなれば爪を爪車に噛合させないことが必要である。

【0010】

一方、前記ラチェットは、前記爪を噛合方向に弾性付勢するバネを有することが好ましい。ドラムに負荷トルクが作用するときの爪と爪車の噛合状態が保持され、確実にモータ動力により吊り荷を昇降させることができるからである。

【0011】

なお、前記モータの動力を減速ギア機構・制動機構の順で前記ドラムに伝達し、前記ラチェットを最終のモータ動力伝達手段とすることが好ましい。減速ギア機構によってモータのトルクが増大され、また、制動機構によって吊り荷の降下速度を減速したり、吊り荷を一定高さに保持したりすることができるようになるからである。

【0012】

具体的に前記制動機構は、前記モータと正逆に回転可能に接続されるネジ軸と、該ネジ軸上にライニングを介してクラッチ板と摩擦板を交互に配列してなるクラッチと、前記ネジ軸の前記ドラムと前記クラッチの間に前記クラッチ側に向かって締め込まれるように螺合され、当該締め込み時の推力により前記クラッチ板と前記摩擦板とを前記ライニングにより摩擦接合可能な押圧用ナット部を備えてなり、前記ネジ軸は前記ドラムの前記支軸に前記押圧用ナット部が螺合する雄ネジ部を形成してなると共に、前記押圧用ナット部は前記爪車に前記雄ネジに螺合する雌ネジを設けてなることが好ましい。当該手段によれば、モータやドラムの回転運動は何れも、ドラムの支軸をネジ軸とした送りネジ機構によって、爪車で構成した押圧用ナット部が前記ネジ軸を左右にネジ推進してクラッチと接離する直線的な往復運動に変換される。こうした押圧用ナット部（爪車）の往復運動中、クラッチを押圧する推力の有無によって、クラッチによるブレーキ力の有無が決定する。即ち、クラッチは、モータを巻上げ方向に回転させた場合は、これと連動して回転するネジ軸によって押圧用ナット部が締め込まれることで当該クラッチが接続され、モータと減速ギア機構の駆動系トルクをドラムに伝達するように作用するが、モータの停止中は、吊り荷による負荷トルクによってドラムが繰り出し方向に回転するのと連動して、このときも押圧用ナット部が締め込まれることで、吊り荷を一定高さに保持するブレーキ力を発揮し、いわゆるブレーキクラッチとして機能する。一方、モータを吊り荷の繰出し方向に回転させた場合は、ネジ軸（ドラムの支軸）が巻上げ時とは逆向きに回転することにより、押圧用ナット部（爪車）がクラッチに対する締め込みとは反対の緩み方向に変位してブレーキ力が解除され、ドラムが自由回転可能な状態となることで、吊り荷自身の重量によって吊り荷が降下する。さらに、当該降下中にドラムの回転速度、即ち押圧用ナット部（爪車）の降下方向の回転速度が、モータの繰出し方向の回転速度、即ちネジ軸（ドラムの支軸）の繰出し方向の回転速度を超えると、押圧用ナット部（爪車）の降下方向の回転が優勢となって、当該押圧用ナット部（爪車）が再び締め込まれ、その推力によってブレーキ力が回復する。したがって、モータの繰出し方向の回転トルクで吊り荷を降下させることでき、以後、押圧用ナット部（爪車）とネジ軸（ドラムの支軸）との回転差に応じて、ブレーキ力の解除と回復を繰り返して、モータを停止するまで吊り荷を降下させることができるため、吊り荷の降下中のバックラッシュ現象が防止される。

【0013】

さらにクラッチは、複数組のクラッチ板・ライニング・摩擦板からなる多板クラッチで構成され、当該組数を変更可能とすることで前記吊り荷の重量に応じたブレーキ力を得ることが好ましい。モータと減速ギア機構からなる駆動系が同じ構成（出力トルク）であれば、クラッチ側への締め込み時の押圧用ナット部（爪車）の推力は一定となるため、多板クラッチの組数を変更するだけで、吊り荷の重量に見合ったブレーキ力が得られるからである。これは、モータの停止中に吊り荷を一定高さに保持するときに特に有効であり、例えば、３組の多板クラッチにより３０ｋｇの吊り荷を保持するブレーキ力が得られるとすれば、５組の多板クラッチでは５０ｋｇの吊り荷を保持することができるようになる。

【0014】

また、前記ネジ軸（ドラムの支軸）上に前記押圧用ナット部（爪車）と対峙してクラッチの受け部を備えると共に、この受け部はラチェットにより常時逆転を規制するという手段では、押圧用ナット部が逆転により締め込まれたとしても、受け部はラチェットが効いてその方向には共回りせず、回転停止の状態で押圧用ナット部の推力を受圧する。したがって、モータの停止中、押圧用ナット部のクラッチ側への推力を前記受け部が受圧することで、クラッチを完全に摩擦接合状態として、吊り荷を一定高さに保持可能なブレーキ力を確実に得ることができる。また、モータを巻上げ方向に作動しているときも、受け部の逆回転規制によってドラムの降下方向の回転が規制され、吊り荷が落下するトラブルを防止することができる。

【0015】

さらに、モータの停止時において、当該モータと減速ギア機構を合わせた回転抵抗として示される駆動系の静的摩擦トルクを、ドラム側の負荷トルクと釣り合うように設定するという手段では、モータが電磁ブレーキ等のブレーキを備えていなくとも、モータの停止中、ドラムから吊り荷が繰り出されることなく、吊り荷を一定高さに保持可能なブレーキ力を維持させることができる。また、前記モータの停止中に、仮に、前記ドラム側に前記ブレーキ力を超過する荷重が作用したときは、前記静的摩擦トルクを超えて前記駆動系の逆転が許容される。したがって、超過荷重による巻上げ装置への衝撃等を緩和することができる。これは、例えば本装置をドローンに搭載して荷の配送システムを構築した場合に有効で、その配送中に吊り荷が木に引っかかったとしても、ドローンへの衝撃を緩和するのに役立つ。一方、モータの逆転駆動による吊り荷の降下中、ドラム側の負荷トルクが一定以下となったとき、押圧用ナット部は、前記クラッチから締め込みに対する反作用を受けて前記締め込みが緩まり、前記クラッチを切断するという手段では、吊り荷が着地するなどして負荷トルクが一定以下となれば、押圧用ナット部の緩みによりクラッチが切れた状態となる。そして、一度緩んだ押圧用ナット部はネジ軸と共転することになり、そのままモータを逆転し続けたとしても、クラッチが切れた状態が継続する。したがって、本発明では、押圧用ナット部のラチェットが空転する以外、吊り荷の着地と同時にクラッチが切断されることで、より確実にバックラッシュ現象を防止することができる。

【0016】

さらにまた、前記減速ギア機構は、平歯車のみで構成することもできるが、少なくとも一部を遊星歯車で構成することが好ましい。必要なトルクを得ながら、減速ギア機構をより小型化・軽量化することができるからである。

【0017】

なお、本発明の電動巻上げ装置は、工場や倉庫、建設現場などの一般的な荷役に限らず、あらゆる荷役分野で利用することができる。また、本装置をドローンに搭載すれば、陸路が整備されていない僻地に対しても手軽に荷を配送することができるようになるなど、その可能性は無限となる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ドラムに対するモータの動力伝達系に、ドラムに作用する負荷トルクが一定以下となれば爪の爪車に対する噛合が外れるラチェットを設けたので、モータを停止しなくても、吊り荷が着地するなどしてドラムが無負荷となったと同時に当該ドラムの回転が停止するので、確実にバックラッシュ現象を防止することができる。また、電子的な制御によらず、機構的にバックラッシュ現象を防止するため、電子回路を異物や熱から保護する措置が不要となり、コストを下げることができるうえ、ロープの素材や太さ等に応じた初期設定も不要となり、汎用性が高い電動巻上げ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る電動巻上げ装置の全体斜視図

【図2】同、フレームを除いた主要部の斜視図

【図3】同、全体の断面図

【図4】同、主要部の拡大断面図

【図5】同、主要部を左側から見た分解斜視図

【図6】同、主要部を右側から見た分解斜視図

【図7】同、押圧用ナット部のラチェット機構を示す説明図

【図8】本発明を適用した最もシンプルな電動巻上げ装置の説明図

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面に従って説明する。図１は本発明の一実施形態に係る電動巻上げ装置の全体斜視図であって、１はモータ、２はドラムである。ドラム２にはロープ３を巻掛けており（図面上、右側から見て左巻き）、その先端に吊り荷Ｗを固定している。４はレベルワンダーであって、ドラム２と連動して回転するトラバースカム５上を左右に往復動することで、ロープ３をドラム２に均一に巻掛けるものである。そして、端子６に接続したコントローラ（図示せず）によってモータ１の作動・停止、及び回転方向を正逆に切り替えることで、ドラム２を正逆に回転させて吊り荷Ｗを昇降したり、吊り荷Ｗを一定高さに保持したりする。

【0021】

本装置は、４枚の平行するプレート状のフレームＦ１～４間に、モータ１やドラム２を始め、減速ギア機構及び制動機構を組み付けている。このうち減速ギア機構は、図２・３に示すように、モータ１側から二組の遊星歯車７・８、平歯車からなる二つの伝達ギア９・１０、伝達ギア９・１０よりも大径な平歯車からなる出力ギア１１によって構成されている。このうち最終の出力ギア１１は、ドラム２の回転中心に挿通した支軸１２の一端（図面上、右端）に一体的に固定している。なお、説明の便宜上、各ギア７～１１の歯は図示を省略している。

【0022】

こうした減速ギア機構によってモータ１のトルクを増大したうえで、制動機構を介して、ドラム２に伝達するところ、本実施形態の制動機構は、ドラム２の支軸１２をネジ軸とした送りネジ機構と、多板クラッチとで構成されている。

【0023】

このうち送りネジ機構は、図４によく示されるように、支軸１２の片側一部に雄ネジ部１２ａを形成してネジ軸を構成すると共に、その雄ネジ部１２ａには押圧用ナット部１３を螺合してなる。したがって、支軸１２が回転すれば、押圧用ナット部１３がネジ推進によって支軸１２の回転方向に従った方向に支軸１２上を左右に往復動する。また、支軸１２の回転停止中（モータ１の停止中と同義）も、押圧用ナット部１３はドラム２が吊り荷Ｗの荷重によって繰出し方向に回転するのと連動して回転し、支軸１２をネジ推進する。

【0024】

制動機構の一構成を担う多板クラッチは、図４に示したように、ライニング１５を介してクラッチ板１４と摩擦板１６を複数組、支軸１２上に交互に配列してなる。このうちクラッチ板１４は、図５・６に示すように、その外周２カ所に設けた凸起１４ａを受け部１７の収容筒部に形成した切欠き１７ａに嵌合している。一方、摩擦板１６は、その中心孔１６ａを押圧用ナット部１３の軸基部１３ａと合致する角軸状として、押圧用ナット部１３と共転可能としている。なお、この実施形態では、ライニング１５を５枚とした多板クラッチとしているが、組数をより多くすることで、初期のブレーキ力を増大させることができる。

【0025】

そして、上記多板クラッチは、支軸１２上で押圧用ナット部１３と対峙する受け部１７（の上記収容筒部）に収容している。受け部１７は、図５・６に示したように、これを爪車とする第一のラチェット１８を構成しており、受け部１７に形成した歯１７ｂに爪１８ａが噛合することによって、受け部１７の逆転を常時規制している。したがって、押圧用ナット部１３が吊り荷Ｗの繰出し方向に回転した場合でも受け部１７は逆転しない。なお、爪１８ａは、図１に示したように、フレームＦ１・Ｆ２間に軸支したピン１８ｂによって回動可能に枢支している。

【0026】

一方、送りネジ機構における押圧用ナット部１３は、図５・６に示したように、これを爪車とする第二のラチェット１９を構成している。第二のラチェット１９における爪１９ａは、ドラム２の端面凹部２ａに回転可能に枢支しており、板バネ１９ｂによって、常時、押圧用ナット部１３に形成した歯１３ｂに噛合するように付勢している。そして、この第二のラチェット１９は、図７に示したように、モータ１の正転駆動により押圧用ナット部１３が吊り荷Ｗの巻上げ方向に回転（正転Ｒ１）するときに、その歯１３ｂに爪１９ａが噛合するもので、ドラム２側から見ると、ドラム２が吊り荷Ｗによる負荷トルクで繰出し方向に回転（逆転Ｒ２）しようとするときに、爪１９ａが歯１３ｂに噛合する。このため、ドラム２に吊り荷Ｗを巻回している限り、その負荷トルクによって爪１９ａが歯１３ｂに噛合して、ドラム２と押圧用ナット部１３が正逆に一体回転することになるが、ドラム２側の負荷トルクが一定以下となれば、当該噛合が外れて、ドラム２へのモータ動力の伝達が遮断される。つまり、当該押圧ナット部１３は本実施形態においてモータ１の動力をドラム２に伝達する最終伝達手段とされており、後述するように、本発明のバックラッシュ防止構造を構成している。なお、この実施形態では、ドラム２を押圧用ナット部１３側に弾性的に付勢しているため（図３のコイルスプリング２０）、押圧用ナット部１３が支軸１２上を往復する間もドラム２が追従することで、第二ラチェット１９の噛合が外れることがない。

【0027】

次に、この電動巻上げ装置の動作を図４にしたがって説明する。ここで各方向を整理しておくと、この実施形態では、ドラム２に対してロープ３を左巻きに巻掛けているので、これを基準として、以下の動作説明では、吊り荷Ｗを上昇させるためにロープ３を巻き上げる回転方向（左回り）を正転Ｒ１とし、吊り荷Ｗを降下させるためにロープ３を繰出す回転方向（右回り）を逆転Ｒ２とする。また、送りネジ機構における支軸１２と押圧用ナット部１３は左ネジ（逆ネジ）によって螺合しているものとして、押圧用ナット部１３が相対的な正転Ｒ１によるネジ推進で支軸１２上をクラッチ側に変位する締め込み方向（図面上、右方向）を順方向Ｓ１とし、反対に押圧用ナット部１３がクラッチから離間する緩み方向を逆方向Ｓ２とする。

【0028】

今、モータ１の停止中にロープ３に吊り荷Ｗを固定（宙吊り）すると、その重量によってドラム２は逆転Ｒ２しようとする。ドラム２が逆転Ｒ２しようとすると、その逆転トルク（負荷トルク）は第二のラチェット１９を介して押圧用ナット部１３に伝達され、押圧用ナット部１３が逆転Ｒ２する。押圧用ナット部１３が逆転Ｒ２すると、押圧用ナット部１３は回転停止状態にある支軸１２を左ネジ作用によって順方向Ｓ１に変位し、クラッチを押圧するように締め込まれる。このとき押圧用ナット部１３はドラム２の逆転Ｒ２トルクに見合った推力によってクラッチを押圧する。こうした押圧用ナット部１３の推力により、クラッチにおけるクラッチ板１４と摩擦板１６がライニング１５により摩擦接合してブレーキ力が得られる。この間、受け部１７にもクラッチを介して押圧用ナット部１３の逆転Ｒ２トルク（引いてはドラム２側の負荷トルク）が伝達されるが、受け部１７は第一のラチェット１８によって逆転Ｒ２が規制されているため、押圧用ナット部１３だけが逆転Ｒ２することになり、設定されたブレーキ力が得られるまで押圧用ナット部１３を確実に締め込むことができる。以降、ドラム２に吊り荷Ｗの荷重（負荷トルク）が作用している限り、上記推力に見合ったブレーキ力によって吊り荷Ｗを一定高さに保持し続けることができる。

【0029】

なお、この実施形態では、モータ１の停止中、モータ１と減速ギア機構を合わせた回転抵抗として示される駆動系の静的摩擦トルクを、静止状態にある吊り荷Ｗを含んだドラム２側の負荷トルクと釣り合うように設定している。このため、吊り荷Ｗが予定重量である限り、押圧用ナット部１３の推力及びクラッチのブレーキ力は一定に維持され、吊り荷Ｗを上述のように一定高さで保持することができる。これに対して、ドラム２側に設定ブレーキ力を超える超過荷重が作用すれば駆動系の逆転が許容される。このように超過荷重によって駆動系が逆転Ｒ２することで、装置側への衝撃を緩和することができる。

【0030】

ここまで吊り荷Ｗを一定高さに保持することを重点に説明したが、これは特に、本装置をドローンに搭載した荷物の配送するシステムで有効だからである。つまり、ドローンを用いた配送システムでは、ドローンをホバリングさせた状態で吊り荷を固定すると共に、その場（定位置）で資材等を昇降する通常の荷役作業とは異なり、無人飛行による配送過程があり、この間、モータを停止した状態で吊り荷を確実に保持（宙吊り）する必要があるからである。また、配送中に外力（風圧や荷の引っかかり）でブレーキ力を超える超過荷重が生じた場合には、これを吸収する必要もある。そこで、本発明では、上述のように、駆動系の静的摩擦トルクをドラム側の負荷トルクを制動機構を介して釣り合うように設定することによって、こうした課題に対応しているのである。

【0031】

続いて、吊り荷Ｗの昇降動作を説明する。まず吊り荷Ｗを上昇させるには、モータ１を正転駆動する。モータ１の正転駆動力によって、二組の遊星歯車７・８、平歯車からなる二つの伝達ギア９・１０を介して最終の出力ギア１１が正転Ｒ１し、該出力ギア１１と一体化された支軸１２も正転Ｒ１する。支軸１２が正転Ｒ１すると、押圧用ナット部１３は左ネジの送りネジ作用によって支軸１２上を順方向Ｓ１に変位する。ただし、吊り荷Ｗを宙吊りに固定した段階で、押圧用ナット部１３は既に完全に締め込まれているため、支軸１２と共転可能な状態にあり、モータ１の始動後、ほぼ時間差なく押圧用ナット部１３が正転Ｒ１する。こうした押圧用ナット部１３の正転Ｒ１トルクは第二のラチェット１９を介してドラム２に伝達され、吊り荷Ｗを巻き上げるのである。この間、クラッチはクラッチ板１４と摩擦板１６がライニング１５による完全な摩擦接合状態にあるため、確実に駆動系側の巻上げトルクによって吊り荷Ｗを巻き上げることができる。また、受け部１７は第一のラチェット１８によって逆転Ｒ２が規制されているから、吊り荷Ｗの上昇中に万一、ドラム２が逆転Ｒ２しようとしてもこれが規制され、モータ１等の駆動系が逆転Ｒ２することもなく、吊り荷Ｗの落下事故を防止することができる。

【0032】

なお、この巻上げ動作は、吊り荷Ｗの宙吊り状態から開始することが必須ではなく、吊り荷Ｗを地面においた状態で巻上げを開始することも当然可能である。この場合、押圧用ナット部１３がクラッチ板１６から離間して位置していたとしても（言い換えれば、押圧用ナット部１３が緩まっており、ブレーキ力がゼロの状態であったとしても）、モータ１を正転駆動すれば、上述したのと同じ要領で吊り荷Ｗを巻き上げることができる。また、巻上げ途中でモータ１を停止した場合も、同じブレーキ力を得て、吊り荷Ｗを一定高さに保持することができる。

【0033】

一方、吊り荷Ｗを降下させるには、モータ１を逆転駆動する。モータ１を逆転駆動すれば、二組の遊星歯車７・８、平歯車からなる二つの伝達ギア９・１０を介して最終の出力ギア１１が逆転Ｒ２する。これにより出力ギア１１と一体化された支軸１２が逆転Ｒ２する。支軸１２が逆転Ｒ２すると、今度は押圧用ナット部１３が支軸１２を逆方向Ｓ２に変位して締め込みが緩み、クラッチに対する推力を失う。このようにしてクラッチ板１４と摩擦板１６のライニング１５に対する摩擦接合力も喪失され、ブレーキ力が解除される。その後、ドラム２は逆転Ｒ２方向にフリー回転可能な状態となり、吊り荷Ｗは自然落下によって降下する。

【0034】

ただし、吊り荷Ｗの降下速度はほぼ一定に保たれる。なぜなら、吊り荷Ｗの降下速度が駆動系の繰出し速度を超えようとすると、ドラム２の逆転Ｒ２の回転速度（押圧用ナット部１３の逆転Ｒ２の回転速度と同義）が、支軸１２の逆転Ｒ２の回転速度（駆動系の逆転Ｒ２の回転速度と同義）を上回ることになって、相対的に押圧用ナット部１３の逆転Ｒ２が優勢となる。すると、みかけ上、押圧用ナット部１３が当該速度差に見合った分だけ単独で逆転Ｒ２することになるので、支軸１２を順方向Ｓ１に締め込まれ、クラッチに対する推力を得て、再びブレーキ力が回復する。したがって、モータ１の逆転駆動中は、駆動系の逆転Ｒ２速度によって吊り荷Ｗを降下させることができるのである。

【0035】

そして、最終段階では、吊り荷Ｗが着地したのを見計らってモータ１を停止することで一連の動作が完了する。ここで、モータ１を停止するタイミングが吊り荷Ｗの着地から遅れた場合、通常であれば、ドラム２からロープ３が必要以上に繰出されてバックラッシュ現象（釣りで言うところの糸ふけによるラインの絡まり）が起きる。しかし、本実施形態では、吊り荷Ｗが着地することでドラム２が無負荷となれば、その瞬間に、押圧用ナット部１３が緩む。つまり、それまで押圧用ナット部１３はドラム２側の負荷トルクによってクラッチ側に締め込まれているが、これと同時に、クラッチからは緩み方向の反作用を受けている。したがって、負荷トルクがゼロとなれば、クラッチからの反作用によって押圧用ナット部１３が瞬時に緩むのである。このようにして押圧用ナット部１３が緩むとクラッチのブレーキ力も解除され（クラッチが切れ）、以降、モータ１を逆転Ｒ２駆動し続けても、押圧用ナット部１３は緩んだ状態のまま支軸１２と共回りするだけで、クラッチが切れていることからモータ１の動力はドラム２には伝達されず、ドラム２からロープ３が繰り出されることもないため、バックラッシュ現象が起きることがない。さらに、ドラム２が無負荷となれば、第二のラチェット１９の爪１９ａを歯１９ｂに噛合させる逆転Ｒ２方向の成分がなくなるため、押圧用ナット部１３だけが逆転Ｒ２方向に空転することになる。したがって、吊り荷Ｗの着地後、モータ１を停止するタイミングが遅れたとしても、吊り荷Ｗの着地と同時に押圧用ナット部１３が空転することでドラム２の逆転Ｒ２が停止し、ロープ３が余分に繰り出されないことから、バックラッシュ現象も防止することができる。つまり、本実施形態では、吊り荷Ｗの降下中、ドラム２側の負荷トルクが一定以下となれば、押圧用ナット部１３の緩みによるクラッチ切断と、第二のラチェット１９の噛合解除の二つの手段によって、確実にバックラッシュ現象を防止しているのである。ただし、本発明において必要なことは、少なくとも第二のラチェット１９による手段を採用することである。

【0036】

以上、本実施形態の電動巻上げ装置によれば、制動機構（送りネジ機構とクラッチ）がドラム２の支軸１２上に全て集約されているので、装置の小型化と軽量化に寄与する。また、クラッチのアクチュエータである送りネジ機構の押圧用ナット部１３は、減速ギア機構における種々ギアと噛合関係にないため、ブレーキ力の解除・回復時に減速ギア機構の噛合部に無理な力がかからず、耐久性が高まる。

【0037】

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されない。その一つとして、バックラッシュ現象を防止する第二のラチェット１９の爪車を、送りネジ機構の押圧用ナット部１３で構成することで、当該バックラッシュ防止構造と制動機構を集約できたが、これら爪車と押圧用ナット部１３は別々の部材で構成することも可能であり、上述した制動機構そのものを省略することも可能であり、この場合、第二のラチェット１９の爪車を支軸上で往復動させることなく、モータの回転と同期するように正逆に回転可能に設ければ済む。

【0038】

また、減速ギア機構の一部を二組の遊星歯車７・８で構成したが、遊星歯車は一組であってもよく、また全てを平歯車によって減速ギア機構を構成することも可能であり、軽量な荷を対象とするなら、減速ギア機構そのものを省略することも可能である。極論的には、図８に示すように、減速ギア機構と制動機構の何れをも省略してモータ２１に第二ラチェット２２の爪車２２ａを直結すると共に、これとドラム２３に設けた爪２２ｂとを噛合可能として、バックラッシ防止構造を構成することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0039】

本発明は、一般的な荷役分野に限らず、ドローンに搭載することで、手軽且つ機動的に荷を空輸する配送サービスにも利用することができる。

【符号の説明】

【0040】

１ モータ
２ ドラム
３ ロープ
４ レベルワインダー
５ トラバースカム
６ 接続端子
７・８ 遊星歯車
９・１０ 伝達ギア
１１ 出力ギア
１２ 支軸（ネジ軸）
１２ａ 雄ネジ部
１３ 押圧用ナット部
１４ クラッチ板
１５ ライニング
１６ 摩擦板
１７ 受け部
１８ 第一のラチェット
１９ 第二のラチェット
Ｗ 吊り荷
Ｆ１～Ｆ４ フレーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】