(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の長さのワイヤを１以上の対象物に巻きつけるためのワイヤ結束機であって、第１段階においてスプールからワイヤを供給し、第２段階においてワイヤを引き戻すように構成されたワイヤ供給機構を備え、
前記ワイヤ供給機構には、互いに密接する一対のローラであって、その間にワイヤを挟持してワイヤを所期の方向に駆動可能な一対のローラを備えるグリッピング機構が含まれ、前記一対のローラの少なくとも１が、モータに接続された駆動ギヤにより駆動されるローラギヤに接続されており、前記グリッピング機構が、前記第２段階においてワイヤの張力が増大すると自動的にワイヤに対する把持力が増加するように構成されており、
前記駆動ギヤと前記駆動ギヤに噛み合うローラギヤは、それぞれの回転軸間距離がある程度離間可能に設けられ、２つのギヤを離間させる力によって各ローラがワイヤに密着されて、ワイヤに対する把持力が増加するように設けられ、
前記一対のローラの少なくとも１が、前記駆動ギヤの回転軸に対し、前記ローラの回転軸が前記駆動ギヤの回転軸からオフセットした位置へ旋回運動可能に設けられる、
ワイヤ結束機。
【請求項２】
純粋に機械的な機構により前記把持力を加える、請求項１に記載のワイヤ結束機。
【請求項３】
前記一対のローラが、モータに接続された駆動ギヤにより駆動されるローラギヤに接続されている、請求項１又は２に記載のワイヤ結束機。
【請求項４】
駆動ギヤ及びローラギヤの回転軸間距離が固定されており、前記ローラギヤが駆動ギヤに対し歳差運動可能に設けられて、前記一対のローラの少なくとも１をワイヤに強く密着させる、請求項１から３のいずれか１項に記載のワイヤ結束機。
【請求項５】
前記一対のローラの少なくとも１が、ワイヤに対し接近及び離間できるよう、旋回運動可能に設けられる、請求項４に記載のワイヤ結束機。
【請求項６】
前記一対のローラの少なくとも１のローラの旋回心軸が、駆動ギヤと同軸である、請求項５に記載のワイヤ結束機。
【請求項７】
前記一対のローラの少なくとも１のローラの回転軸が、駆動ギヤの回転軸を中心にして駆動ギヤに対し旋回運動するように設けられる、請求項４から６のいずれか１項に記載のワイヤ結束機。
【請求項８】
駆動ギヤが噛合うローラギヤの回転軸が、駆動ギヤの回転軸を中心にして駆動ギヤに対し旋回運動するように取付けられる、請求項４から７のいずれか１項に記載のワイヤ結束機。
【請求項９】
一方のローラが直接駆動され、他方のローラの回転軸の位置が、駆動ギヤの回転軸に対し固定されている、請求項１から８のいずれか１項に記載のワイヤ結束機。
【請求項１０】
前記一対のローラが、互いに他方に向けて弾性的に付勢されている、請求項１から９のいずれか１項に記載のワイヤ結束機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄筋コンクリートの建造に用いられる鉄筋に、結束ワイヤを巻きつけて縛るための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
WO 2007/042785に、鉄筋コンクリート構造体の建造に用いられる鉄筋の交差部にワイヤループを巻きつけて縛るための、ワイヤ結束機の例が示されている。この特許文献に開示されたワイヤ結束機の設計により、ワイヤをきつく確実に縛ることが可能で、小型で実用的なワイヤ結束機が得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電源に電池を用いる多くの装置と同様に、電池の寿命を延ばすため、あるいは小型で軽量の電池を用いられるようにするために、電力消費量の一層の削減が常に求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本願出願人は、電力消費量をさらに削減可能な分野は、ワイヤをスプールからヘッドへ送り出した後再び引き戻し、ワイヤを捩る前にワイヤループを強く引っ張るためのモータであることを見出した。
【０００５】
この発明の第１の側面では、所定の長さのワイヤを１以上の対象物に巻きつけて縛るためのワイヤ結束機であって、第１段階においてスプールからワイヤを供給し、第２段階においてワイヤを引き戻すように構成されたワイヤ供給機構を備え、このワイヤ供給機構には、互いに密接する一対のローラであって、その間にワイヤを挟持してワイヤを所期の方向に駆動可能な一対のローラを備えるグリッピング機構が含まれ、このグリッピング機構が、前記第２段階においてワイヤの張力が増大すると自動的にワイヤに対する把持力が増加するように構成されているワイヤ結束機が提供される。
【０００６】
従って当業者であれば、この発明では、第２段階の引っ張り段階においてワイヤの張力が増加すると、ワイヤに対する把持力が増加することを理解できよう。この発明は、第２段階、特に第２段階の後半においてワイヤを強く引っ張って鉄筋に巻きつけるとき、ワイヤに対して非常に大きな把持力をかける必要があるとの本願出願人の知見に基づく。またこれにより、第１段階では、駆動機構はワイヤをスプールから引き出して装置内に供給する際の摩擦に打ち勝てばよいため、小さな把持力しか必要とされないことが分かった。
【０００７】
以前提案した構成では、ワイヤに対する把持力は、第２段階の引っ張り段階でワイヤに十分な張力をかけ、確実にきつく縛れるようにするために、一定の高い値に設定されていた。しかし、これは第１段階における駆動モータのトルクが実際に必要とされる値より高くなり、駆動機構で消費される電流も実際に必要とされる値より高くなることを意味する。ワイヤが強く引っ張られてワイヤの張力が増加するに従って、把持力が自動的に大きくなるようにすることにより、第２段階においてワイヤループがどのような強さで引っ張られても、第１段階でのワイヤに対する把持力及びこれにより消費される電流を低く保つことができる。
【０００８】
上記の機能を実現可能な機構は多数考えられる。例えば、ワイヤの張力を検知してワイヤに加えられる力を制御するためのフィードバック機能を備えた第２のモータ、又はソレノイドを用いて、ワイヤに把持力を加えることができる。しかし、純粋に機械的な機構を用いることが好ましい。好ましくは、一対のローラの内の少なくとも一つが、モータに接続されたピニオンギヤ等の駆動ギヤにより駆動されるギヤに接続されている。駆動ギヤとモータの接続は、モータの駆動軸にギヤを直接取り付けて行うこともできるし、ギヤボックス、クラッチ、又はその他のカップリング機構を用いて行うこともできる。
【０００９】
他方のローラは受動的、すなわち従動ローラであり、この場合ギヤは必須ではない。しかし、従動ローラにもギヤを設けることが好ましい。このギヤを、駆動ギヤと同一又は別のモータに接続されたギヤで駆動することができる。しかし、好ましくは、第１ローラのギヤで従動ローラを駆動する。
【００１０】
好ましい実施形態では、駆動ギヤと、駆動ギヤに噛み合うローラギヤはそれぞれの回転軸間距離がある程度離間可能に設けられ、２つのギヤを離間させる力によって各ローラがワイヤに密着されて、ワイヤに対する把持力が増加するように設けられる。このような実施形態では、ワイヤの張力が増加するに従って、ローラギヤ及び駆動ギヤにより伝達されるトルクも増加する。ローラギヤと駆動ギヤとを個別に設けることによって互いに離間させることが可能になり、各ギヤに付属するローラをワイヤに強く密着させることができる。好ましい実施形態では、ローラは、駆動ギヤの回転軸に対し、ローラの回転軸が駆動ギヤの回転軸からオフセットした位置へ旋回運動可能に設けられる。
【００１１】
別の好ましい実施形態では、駆動ギヤとローラギヤとの回転軸間距離は固定されており、ローラギヤが駆動ギヤに対し歳差運動可能に設けられていることにより、ローラがワイヤに強く密着される。好ましい実施形態では、ローラが、旋回運動によりワイヤに対し接近及び離間可能に取付けられる。噛み合い部材は、例えばアーム又はプレートに設けられる。好ましい実施形態では、旋回運動の中心はピニオンギヤにある。好ましい実施形態では、ローラはその回転軸が、駆動ギヤの回転軸を中心にして駆動ギヤに対し旋回運動するように取付けられる。
【００１２】
上記の説明から明らかなように、好ましい実施形態では、駆動ギヤが係合するローラギヤは、その回転軸が駆動ギヤの回転軸に対し旋回運動可能に設けられる。旋回心軸は駆動ギヤの回転軸であるか、又は旋回心軸は駆動ギヤの回転軸からオフセットする。
【００１３】
いずれの場合でも、２つのローラを直接駆動し、概説した配置の内のひとつを他のローラに設けることもできる。しかし、ローラのひとつだけを直接駆動し、他のローラ（非駆動）の回転軸を、駆動ギヤの回転軸に対し固定された位置にすることが好ましい。
【００１４】
通常、２つのローラは互いに他方に向けて弾性的に付勢されていることが好ましい。これは、第１段階（ワイヤ送出）に適した初期負荷の設定に利用することができる。
【００１５】
この発明のいくつかの好ましい実施形態を、添付の図面に示した例を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】一対の交差した鉄筋の上に位置するワイヤ結束機の斜視図であり、ワイヤを縛る操作を始める前の状態を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すワイヤ結束機のメインマウンティングブラケットを取り外して示す斜視図である。
【図２】図１に示すワイヤ結束機の断面図である。
【図３】ワイヤ結束機を下から見た図である。
【図４】図２と同様にワイヤ結束機の断面図であり、ワイヤを縛る操作の途中の状態を示す断面図である。
【図５Ａ】ワイヤを捻る前に引っ張った状態を示す断面図である。
【図５Ｂ】図５Ａにおいて円で囲った部分の拡大図である。
【図６】この発明の第１の実施形態を表す模式図である。
【図７】この発明の第２の実施形態を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図６，７を参照して説明する下記の実施形態は、一対のコンクリート補強用鉄筋に結束ワイヤを巻きつけて縛るための全ての装置に適用することができる。しかし、参考のために、特定のワイヤ結束機の例について図１から５を参照して説明する。
【００１８】
先ず、図１Ａ，１Ｂ及び図２に、それぞれワイヤ結束機の一部分を図示した斜視図２枚、及び断面図を示す。なお、分かり易くするためにハウジング、ハンドル、電池、制御部、シュラウド、及びワイヤスプール等の部品を取り外した状態で図示している。互いに直交する２本の鉄筋２の交点上にワイヤ結束機を位置させたときの状態を示している。複数の鉄筋２が矩形の格子を形成しており、コンクリート構造体中に埋め込まれたとき補強材となる。図示していないが、ドーム状のシュラウドがワイヤ結束機の下面部に設けられており、このシュラウドには、ワイヤ結束機が２本の鉄筋２の上からずり落ちることなく安定して載置できるように、２つの半円形の凹みが設けられている。
【００１９】
使用時には、ワイヤ結束機４のロータリーヘッドが上側の鉄筋２の上に位置する。ロータリーヘッドは図中水平方向となる円形ベースプレート６を備え、この円形ベースプレートから上方に向けて溝８が延び出しており、溝８は垂直断面における形状がほぼ半円形で、これに直交する方向における幅がほぼ一定である。円形ベースプレート６の中央部には、半球状の凹み９が設けられている。円形ベースプレート６の下面部を図３に示す。図３から分かるように、円形ベースプレート６の片側には半円形の溝の片側に相当する狭いスリット１０があり、円形ベースプレート６の反対側の、半円形の溝の反対側に相当する部分には、漏斗状領域１２が設けられている。
【００２０】
図１Ａ，１Ｂ及び図２に戻って、半円形の溝８にはヘッドの上部シリンダ部１４が付属しており、ヘッドの上部シリンダ部１４は、ハウジング（図示せず）にフランジ部１６ｂ（図１Ａには図示していない）を介して取り付けられたブラケット部材のシリンダ状部１６ａ内に、回転可能に設けられている。上部シリンダ部は２つのロータリベアリング１８で支持されている。上部シリンダ部の上面部にはギヤ２０が固着されており、ウォームギヤを介してモータ２２により駆動される。
【００２１】
コイルが収納されたシリンダ外筒２６と、コイル２６に対し垂直方向に摺動可能な内部プランジャ２８とから成るソレノイドアセンブリが、ギヤ２０を貫通してヘッド４の上端部空間に延び出している。プランジャ２８の下端部には、後に詳述する作動ディスク３０が設けられている。
【００２２】
次に、ヘッド４の内部構造について説明する。図２の紙面向かって左側に、屈曲したクラッチレバー３２が軸支回転可能に設けられている。一対の圧縮バネ３６がクラッチレバー３２の上側の長手アームに作用してクラッチレバー３２を半時計方向に付勢しており、これにより下側の短い方のアームが下方に押される。任意の数のバネを用いることができることは言うまでもない。クラッチレバー３２の右側には、後に詳述する一連のローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃが設けられている。同様のクラッチレバーが、ヘッドを約１８０度回った位置に設けられている。従って、このクラッチレバーはこの断面図には図示されていない。
【００２３】
メインブラケットフランジ部１６ｂに接続されたヘッド上部１４の左側には、ワイヤ供給モジュールから送られてくるワイヤ４６の自由端を受容する、ワイヤ供給入口ガイド４０がある。ワイヤ供給モジュールについては、下記で図６，７を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００２４】
この発明に係るワイヤ供給機構の一例を図６に示す。図６に示すように、２つの噛み合いギヤ１０２，１０３が、それぞれアーム１０４，１０６に回転可能に設けられている。アーム１０４，１０６はそれぞれ、支持プレート１０８に設けられた旋回心軸１０５，１０７を中心にして、少なくとも限られた範囲において旋回運動可能に設けられている。位置決めネジ１１０は、向かって右側のアームの位置を決めるためのものであり、向かって右側の取付アーム１０６の時計方向への旋回運動を規制する。向かって左側のアーム１０４も、調節可能なスプリングストップ１１２により同様の動作をする。位置決めネジ１１０及び調節可能なスプリングストップ１１２は、２つのギヤ１０２，１０３を互いに他方に向けて弾性力により付勢する作用を有する。ギヤ１０２，１０３のそれぞれの背後に接続されたシャフトの各々に摩擦ローラが設けられており、これらの２つの摩擦ローラは、その間を通過するワイヤ４６を把持する。
【００２５】
支持プレート１０８の片側には、ピニオン１１８を駆動するモータ（図示せず）を取り付けるための延長部１１６が設けられている。ピニオン１１８は向かって左側のローラギヤ１０２に係合して、ピニオンの回転により向かって左側のローラギヤ１０２を直接駆動する。向かって右側のローラギヤ１０３は、向かって左側のローラギヤにより間接的に駆動される。なお、ピニオン１１８の回転軸１１９は、駆動ローラギヤ１０２の旋回心軸１０５からオフセットしている。
【００２６】
次に、ワイヤ結束機の操作について説明する。先ず、ワイヤ結束機を互いに直交する一対の鉄筋２の上に置く。シュラウド４２を鉄筋２の上に正しく位置させると、２つのホール効果センサ４４により鉄の存在が検知されて、結束操作の実行が許可される。２つのホール効果センサ４４が鉄筋２の存在を検知する前に作業員が結束操作を始めようとした場合は、ＬＥＤ等の警告灯が点灯して、ワイヤ結束機が更に操作されることを防止する。
【００２７】
鉄筋２が正しく検知されると、作業員は結束操作を開始することができる。結束操作の第１段階では、プランジャ部材２８を下方に押し下げるソレノイドコイル２６が励起される。これによりプランジャの先端部にある作動部材３０がクラッチレバー３２の上側のアームに向けて押し下げられ、この上側のアームが圧縮ハネ３６に抗して押し下げられることにより、下側の短い方のアームが上昇する。このときの状態が図２に図示されている。
【００２８】
次に、メインモータ２２を必要な時間だけ作動させて、ウォーム駆動機及びギヤ２４，２０を介してヘッド４を回転させ、ワイヤ供給入口ガイド４０と、ワイヤ４６を受け取る溝との位置を合わせる。この位置を合わせた状態を「停止」位置と呼ぶ。
【００２９】
ヘッド４が「停止」位置になると、ワイヤ供給モジュールが作動してスプール（図示せず）からワイヤが供給される。図６を参照して、ピニオンギヤを駆動するモータが作動してピニオンギヤを反時計回りに回転させて２つの摩擦ローラを駆動し、ワイヤ４６を図６の紙面下方に向けて供給する。これは、ワイヤが図２に示す方向にある場合には、ワイヤを右方向に供給してワイヤ結束機へ送り込むことに相当することは言うまでもない。このようにしてワイヤ４６がワイヤ入口ガイド４０へ供給され、さらに、位置合わせされたヘッド上部１４の溝へ供給される。ワイヤは水平方向に供給され、最初の受動ローラ３８ａに至る。最初の受動ローラ３８ａによりワイヤはわずかに下方に向けて曲げられ、第２ローラ３８ｂと第３ローラ３８ｃとの間を通過する。３つの受動ローラ３８ａ，３８ｂ，３８ｃの相対位置は、ワイヤ４６がこれらのローラにより弓状に湾曲されて送り出されるように配置される。供給モジュールによりワイヤ４６を供給し続けると、ワイヤは半円形の溝８の内壁面に達し、この内壁面に沿ってガイドされる。
【００３０】
ワイヤ４６が溝８から出たとき、ワイヤが弓状に曲げられていることにより、２本の鉄筋の周囲のガイドされていない自由空間においても、ほぼ円形のアークを描き続ける。この状態を図４に示す。ワイヤ４６を供給し続けると、ワイヤの自由端はやがてベースプレート６の底部にある漏斗状領域１２の入口に達し、半円形の溝８に再び導入される。しかし、ワイヤの自由端は送り出された位置に対して正確に直径方向反対側に導入されず、そこからわずかに横にオフセットした位置に導入される。これにより、ワイヤ受容手段を第１クラッチレバー３２に隣接してさらにクラッチレバー（図示せず）を設ける構成にすることができるので、ワイヤ結束機を小型化することができる。
【００３１】
ワイヤ供給動作の間、ワイヤにかかる抵抗は比較的小さい。スプリングストップ１１２（図６参照）から取付アーム１０４を介して摩擦ローラに加えられる把持力は、ワイヤの滑りを防止するために十分である。
【００３２】
ワイヤの自由端は、半円形の溝８に再度導入されたとき、第２クラッチレバーに当接する。これは第２クラッチレバーのわずかな変位を検知するか、又はマイクロスイッチ、ホール効果センサ、又はその他の位置検出手段等の、別途設けたセンサにより検知することができる。
【００３３】
ワイヤ４６の自由端が検知されたとき、ピニオン１１８を駆動するモータが停止され、ワイヤの供給が停止される。このときソレノイドコイル２６の励起を止めることにより、プランジャ２８がバネ（図示せず）により引き込まれて２つのクラッチレバー３２が開放され、各クラッチレバーに備えられた圧縮バネ３６により各クラッチレバーの下側のアームがワイヤの両端部を押さえ込むように作動し、ワイヤ４６をその位置に保持する。
【００３４】
次に、ワイヤ供給モータを逆転させて、すなわちピニオンを時計回りに回転させて、図６において紙面上方に向けてワイヤを引き込んでワイヤループに張力をかけ、図５Ａに示すように鉄筋２に掛け回したワイヤを引き締める。図５Ｂに、ワイヤ４６の端部を把持しているときのワイヤ供給側のクラッチレバー３２を詳細に示す。上記のように、同様の機構によりワイヤのもう一方の端部が把持される。
【００３５】
ワイヤループを引き締めるに従い、ワイヤ４６の張力が増加する。このため、ピニオン１１８により駆動されるローラギヤ１０２に伝えられるトルクが増大する。この結果、ピニオン１１８と、ローラギヤ１０２とが互いに離間しようとする。すなわち、噛み合いが外れる方向へ動く。旋回運動可能に取付けられた従動ローラギヤ１０２のこのような動きは、限られた範囲内でのみ許容される。これにより、ローラギヤ１０２及びこれに付属するローラがワイヤに向けて強く押され、ワイヤに対する把持力が大幅に増加する。もう一方のローラは、固定された位置決めネジ１１０により規制された旋回アーム１０６に取り付けられているため、反力を生じる。ギヤ１１８，１０２，１０３間の相対距離は、ピニオン１１８と従動ローラギヤ１０２との噛み合いが完全に外れるまで旋回アームが旋回運動しないように設定される。
【００３６】
この構成は、把持力が大きくなるほどワイヤ４６に係る力が増大する、ポジティブフィードバックシステムである。ワイヤ供給段階での一例を示すと、ワイヤに加わる押圧力は２０ニュートンに過ぎないが、ワイヤループを強く引っ張るときにワイヤにかかる最大張力は１２０ニュートンに達する。モータのトルクが予め設定した閾値に達したとき（例えば消費電流により測定）、引っ張り段階を終了する。２つのクラッチ３２によりワイヤループの張力が維持される。
【００３７】
図５Ａに示すように、ワイヤ４６を最大限引っ張ったとき、ワイヤループの両端部は、当初の円形形状からほぼ垂直に引っ張り上げられた状態になる。ワイヤの捻り段階の開始時にヘッド４が回転し始めたとき、ヘッドモータ２２により発生するトルクは、ワイヤを入口ガイド４０とヘッド上部１４との境界で剪断できるほど十分大きいので、ワイヤを切断する操作は必要ない。必要であれば、モータ２２に初期サージ電流（例えばキャパシタに蓄えた電荷により増加させる）を供給して、トルクの初期スパイクを生じさせることもできるが、必須ではない。このようにしてワイヤが切断された後、ヘッド４は、公知のように、ワイヤループの両側を鉄筋２の上方において捻り合わせる。
【００３８】
図７にワイヤ供給モジュールの別の実施形態を示す。第１の実施形態と共通する部材は、同一の番号で示している。この実施形態では、間接的に駆動されるローラの回転軸及びそのギヤ１０３がベースプレート１２０に移動不能に取り付けられている。一方、直接駆動されるローラ及びそのギヤ１０２は旋回アーム１２２に取り付けられており、旋回アーム１２２は、そのほぼ中央部を中心として駆動ピニオン１１８の回転軸１１９の周りを旋回運動可能である。セットスプリング１０５が設けられているが、これはレバーアーム１２２のローラギヤ１０２とは反対側の端部に作用する。図７に示す休止状態では、アーム１２２は、ワイヤ４６に対し直交しないように、わずかに傾いている。
【００３９】
最初のワイヤ４６供給段階での動作は第１の実施形態と同様であり、ピニオンは反時計回りに駆動され、ワイヤに対する把持力はセットスプリング１１２により生じる。しかし、図７においてワイヤ４６を上方へ引っ張るワイヤ引っ張り段階では、旋回アーム１２２の旋回心軸とピニオンの回転軸とが同軸であり、ピニオン１１８及び駆動ローラギヤ１０２の回転軸間の距離が一定になるように取り付けられているため、ピニオン１１８及び駆動ローラギヤ１０２の噛合いは外れない。但しこの実施形態では、ワイヤ４６の張力が増加すると、旋回アーム１２２は時計回りに僅かに旋回運動し、駆動ローラギヤ１０２がピニオン１１８の周囲を歳差運動して、アーム１２２がワイヤ４６に対し直交する方向へ移動する。これにより、２つのローラの回転中心間の距離が減少し、ワイヤに対する把持力が増加する。
【００４０】
この場合も、前記の実施形態と同様、モータのトルクが閾値に達するまでポジティブフィードバックループが作動する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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