(57)【要約】【課題】吊物旋回装置の傾動部、及び装置全体を軽量化する。【解決手段】フライホイール２０と、フライホイール２０を回転させる回転用モーター５０と、フライホイール２０を傾動させる傾動用モーター６４とを備え、回転用モーター５０によって回転されるフライホイール２０が傾動用モーター６４により傾動されることによって生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊荷を旋回させる吊荷旋回装置１０であって、フライホイール２０を収容すると共に回転可能に支持し、かつ、回転用モーター５０を支持し、フライホイール２０を傾動可能に支持するための支軸３４、３５が一体化されているフライホイールカバー３０を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールと、前記フライホイールを回転させる回転用モーターと、前記フライホイールを傾動させる傾動用モーターとを備え、前記回転用モーターによって回転される前記フライホイールが前記傾動用モーターにより傾動されることによって生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、
前記フライホイールを収容すると共に回転可能に支持し、かつ、前記回転用モーターを支持し、前記フライホイールを傾動可能に支持するための支軸が一体化されているフライホイールカバーを備える吊物旋回装置。
【請求項２】
前記フライホイールの両面は、内周部が外周部に対して凹んだ凹凸形状となっており、前記フライホイールカバーの両面は、前記フライホイールの凹凸に沿った凹凸形状となっている請求項１に記載の吊物旋回装置。
【請求項３】
前記フライホイールカバーは、ジュラルミン製である請求項１又は請求項２に記載の吊物旋回装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させる吊物旋回方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吊材で吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤーで吊られた吊物の旋回方向の位置決めを行うための吊物旋回装置として、中心軸周りに回転するフライホイールが傾動することにより生じるジャイロ効果を利用して吊物を旋回させる装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この吊物旋回装置では、フライホイールを回転可能に支持するジンバル枠に、フライホイールを傾動可能に支持するためのジンバル軸が一体で設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２―１１１５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の吊物旋回装置においてフライホイールの風損を低減するためには、フライホイールをフライホイールカバーの中に収納する必要がある。ここで、ジンバル枠は、フライホイールカバーとは別に単体で設けられ、さらにフライホイールカバーを囲うような大掛かりな構成になっている。これにより、ジンバル枠やフライホイール等の傾動部、及び装置全体が高重量化している。従って、ジンバル枠をジンバル軸の周りに回動させるためのモーターを高出力にしたり、装置を吊持するクレーンを大容量にしたりする必要があるため、電力消費量や設備コストが増大する。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、吊物旋回装置の傾動部、及び装置全体を軽量化することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る吊物旋回装置は、フライホイールと、前記フライホイールを回転させる回転用モーターと、前記フライホイールを傾動させる傾動用モーターとを備え、前記回転用モーターによって回転される前記フライホイールが前記傾動用モーターにより傾動されることによって生じるジャイロ効果を利用して、吊材により吊られた吊物を旋回させる吊物旋回装置であって、前記フライホイールを収容すると共に回転可能に支持し、かつ、前記回転用モーターを支持し、前記フライホイールを傾動可能に支持するための支軸が一体化されているフライホイールカバーを備える。
【０００７】
前記吊物旋回装置において、前記フライホイールの両面は、内周部が外周部に対して凹んだ凹凸形状となっていてもよく、前記フライホイールカバーの両面は、前記フライホイールの凹凸に沿った凹凸形状となっていてもよい。
【０００８】
前記吊物旋回装置において、前記フライホイールカバーは、ジュラルミン製であってもよい。
【０００９】
また、本発明に係る吊物旋回方法は、上記吊物旋回装置を使用して、前記吊物を旋回させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吊物旋回装置の傾動部、及び装置全体を軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る吊荷旋回装置を示す斜視図である。
【図２】吊荷旋回装置の内部構造を示す正面図である。
【図３】吊荷旋回装置の内部構造を示す側面図である。
【図４】図２の４−４断面図である。
【図５】吊荷旋回装置の動作の原理を説明するための図である。
【図６】吊荷旋回装置の動作の原理を説明するための図である。
【図７】吊荷旋回装置の動作方法を説明するための図である。
【図８】吊荷旋回装置の動作方法を説明するための図である。
【図９】吊荷旋回装置の動作方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る吊荷旋回装置１０を示す斜視図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０は、高層建築物の高層部に設置されたタワークレーンからワイヤー１で吊り下げられた吊冶具（天秤梁）２に固定された状態で使用され、吊冶具２からワイヤー３で吊り下げられた吊荷４の鉛直軸周りの旋回角度を調整する。なお、吊荷旋回装置１０は、吊冶具２からワイヤーで吊り下げた状態で使用してもよく、また、タワークレーンからワイヤーで吊り下げられた吊荷からワイヤーで吊り下げた状態で使用してもよい。
【００１３】
図２は、吊荷旋回装置１０の内部構造を示す正面図であり、図３は、吊荷旋回装置１０の内部構造を示す側面図である。また、図４は、図２の４−４断面図（平断面図）である。これらの図に示すように、吊荷旋回装置１０は、フライホイール２０と、フライホイール２０を収納するフライホイールカバー３０と、フライホイールカバー３０を傾動可能に支持するフレーム４０と、フライホイールカバー３０に取り付けられた回転用モーター５０及びカウンターウエイト５２と、フレーム４０に取り付けられた傾動用駆動機構６０とを備えている。
【００１４】
図４に示すように、フライホイール２０は、外周部２１が内周部２２よりも厚肉の円盤であり、フライホイール２０の両面は、内周部２２が外周部２１に対して凹んだ凹凸形状となっている。また、フライホイール２０の中心には、両面から突出した回転軸２３が設けられている。
【００１５】
フライホイールカバー３０は、中空の円盤であり、その中心部にフライホイール２０を挟むように一組の軸受３３が内蔵されている。この一組の軸受３３に回転軸２３が回転可能に支持されていることにより、フライホイール２０がフライホイールカバー３０に回転可能に支持されている。また、フライホイールカバー３０の一方の面の中心部には、回転用モーター５０が取り付けられている。この回転用モーター５０の出力軸と回転軸２３とが同軸に配され、カップリング５１により結合されている。即ち、回転用モーター５０は、フライホイール２０をその中心軸の周りに回転させる。さらに、フライホイールカバー３０の他方の面の中心部には、カウンターウエイト５２が取り付けられており、フライホイールカバー３０の両側の重量バランスが調整されている。
【００１６】
ここで、フライホイールカバー３０の両面は、内周部３２が外周部３１に対して凹んだ凹凸形状、即ち、フライホイール２０との隙間が均一となるように、フライホイール２０の凹凸に沿った凹凸形状となっている。なお、フライホイール２０の凹凸形状の両面とフライホイールカバー３０の凹凸形状の内壁面との隙間は、０．１ｍｍ〜５ｍｍである。
【００１７】
また、図２〜図４に示すように、フライホイールカバー３０の外周面には、その中心軸に対して直交する水平方向の両側に延びる支軸３４、３５が設けられている。この支軸３４、３５にはプレート３４Ａ、３５Ａが一体で形成されており、このプレート３４Ａ、３５Ａがフライホイールカバー３０の外周面にネジ止めされている。
【００１８】
ここで、フライホイールカバーの材質は、フライホイール２０、回転用モーター５０及びカウンターウエイト５２の荷重に耐える高剛性のものが選択されており、本実施形態では、ジュラルミンＡ２０１７が選択されている。
【００１９】
フレーム４０は、長方形状の上下の枠部４１、４２と、この上下の枠部４１、４２を結合する各２本の柱部４３、４４とを備えている。枠部４１、４２の一対の対辺（図４の左右の辺である長辺）は、フライホイール２０の回転軸に対して平行に配され、他の一対の対辺（図４の上下の辺である短辺）は、フライホイール２０の回転軸に対して直角に配されている。枠部４１、４２の各辺の長さは、平面視において、フライホイールカバー３０、回転用モーター５０、及びカウンターウエイト５２が枠部４１、４２の内側に収まるように設定されている。
【００２０】
上側の枠部４１の長辺の上面には、軸受３６が設けられており、この軸受３６によって支軸３４、３５が回転可能に支持されている。また、２本の柱部４３は、軸受３６の下に配されて上下の枠部４１、４２の長辺を結合している。また、２本の柱部４４は、上下の枠部４１、４２の短辺の長手方向中央部を結合している。
【００２１】
傾動用駆動機構６０は、２本の柱部４３の一方に取り付けられたギアボックス６２と、ギアボックス６２の下部に取り付けられた傾動用モーター６４とを備えている。ギアボックス６２には、支軸３４と傾動用モーター６４の出力軸とが挿入されており、これらを連結するギアが内蔵されている。即ち、傾動用モーター６４の出力がギアボックス６２内のギアにより支軸３４に伝達されることにより、フライホイールカバー３０及びその中のフライホイール２０が支軸３４、３５の周りに回動し、支軸３４、３５を支点として傾動する。
【００２２】
図５及び図６は、吊荷旋回装置１０の動作の原理を説明するための図である。図５に示すように、吊荷旋回装置１０では、フライホイール２０が、回転軸２３の周りに高速で回転し、フライホイール２０が、回転軸２３と直交する支軸３４、３５を支点として傾動することにより、回転軸２３及び支軸３４、３５と直交するモーメント軸１１の周りにジャイロモーメントＭが発生する。吊荷旋回装置１０は、フライホイール２０により発生されたジャイロモーメントＭを受けて鉛直軸の周りに回転し、吊荷４を鉛直軸の周りに旋回させる。
【００２３】
そして、図６に示すように、吊荷旋回装置１０では、フライホイール２０の回転軸２３を鉛直に、モーメント軸１１を水平にすることにより、吊荷４に作用する鉛直軸の周りのトルクが消失する。
【００２４】
ここで、吊荷４を旋回させるトルクＴは、下記（１）式で示すように、フライホイール２０の慣性モーメントＩｆ、フライホイール２０の回転軸２３の周りの角速度ωｆ、フライホイールの支軸３４、３５の周りの角速度ωｇに比例する。なお、θは、フライホイール２０の傾斜角度である。
Ｔ＝Ｉｆ×ωｆ×ωｇ×ｃｏｓθ  ・・・（１）
【００２５】
図７〜図９は、吊荷旋回装置１０の動作方法を説明するための図である。この図に示すように、吊荷旋回装置１０には、送信器７０と受信器８０とが設けられている。送信器７０には、各種の操作ボタンが設けられており、作業者により送信器７０の操作ボタンが操作されて操作信号が受信器８０に送信される。受信器８０には、制御部８２が接続されており、制御部８２は、受信器８０が受信した操作信号に基づいて制御信号を生成して回転用モーター５０及び傾動用モーター６４へ出力する。
【００２６】
送信器７０の操作ボタンとしては、吊荷４の旋回を指示するための旋回ボタン７２、吊荷４の旋回を停止させるためのストップボタン７４、吊荷４を旋回させるトルクを増大させるためのブーストアップボタン７６、及び、フライホイール２０を回転軸２３が水平になる位置（以下、中立位置という）に復帰させるための中立ボタン７８が設けられている。
【００２７】
作業者により旋回ボタン７２が操作されると、傾動用モーター６４が駆動されてフライホイール２０が所定角度αだけ傾動される。これにより、吊荷旋回装置１０が旋回する。
【００２８】
また、図８に示すように、作業者によりストップボタン７４が操作されると、傾動用モーター６４のブレーキが開放され、フリーになったフライホイール２０が旋回エネルギーに反応し、傾転する。これにより、吊荷旋回装置１０の旋回が停止する。
【００２９】
また、作業者によりブーストアップボタン７６が操作されていない状態では、回転用モーター５０の回転数が、所定の第１回転数（例えば、１８００ｒｐｍ）に設定されるのに対し、作業者によりブーストアップボタン７６が操作されると、回転用モーター５０の回転数が、第１回転数より多い所定の第２回転数（例えば、２３００ｒｐｍ）に設定される。このため、ブーストアップボタン７６が操作されると、モーメント軸１１の周りに作用するジャイロモーメントＭが増大して吊荷４を旋回させるトルクＴが増大する。これにより、強風時等、吊荷４の旋回に対する抵抗力が増大した場合であっても、吊荷４を旋回させるのに十分な大きさのトルクＴを発生させることができる。
【００３０】
また、図９に示すように、フライホイール２０が倒れた状態で、作業者により中立ボタン７８が操作されると、傾動用モーター６４が駆動されてフライホイール２０が中立位置まで回転される。なお、吊荷旋回装置１０が吊られた状態では、倒れた状態のフライホイール２０の回転の反力を受ける物が存在しないことから、フライホイール２０を起こすことができない。このため、倒れた状態のフライホイール２０を起こす場合には、吊荷旋回装置１０を地面や建築物の上に載置してから、中立ボタン７８を操作することを要する。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、フライホイール２０の風損を抑えるために、フライホイールカバー３０を、フライホイール２０を収容すると共に回転可能に支持するように設け、このフライホイールカバー３０に回転用モーター５０を支持させ、そして、フライホイール２０を傾動可能に支持するための支軸３４、３５を、フライホイールカバー３０に一体化させている。これにより、フライホイール２０を傾動可能に支持するためのジンバル枠を不要にすることができ、フライホイール２０等の傾動部、及び装置全体を軽量化することができる。従って、傾動用モーター６４の高出力化や吊荷旋回装置１０を吊持するクレーンの高容量化を抑制でき、消費電力量を低減できる。
【００３２】
ここで、消費電力量を低減できることによって、吊荷旋回装置１０に搭載するバッテリーの容量を減らすことができるため、装置全体をより一層軽量化することができ、消費電力量をより一層低減できる。
【００３３】
また、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、フライホイール２０の両面が、内周部２２が外周部２１に対して凹んだ凹凸形状となっており、フライホイール２０の外周部２１が内周部２２よりも高重量になっている。これにより、フライホイール２０の重量を増やすことなく、フライホイール２０の慣性モーメントＩｆを増大させることができ、吊荷４を旋回させるトルクＴを増大させることができる。
【００３４】
ここで、フライホイールカバー３０の両面を、フライホイール２０の凹凸に沿った凹凸形状とすることにより、フライホイール２０の内周部２２とフライホイールカバー３０の内周部３２との隙間を狭めている。これにより、フライホイール２０の風損を減らすことができ、吊荷４を旋回させるトルクＴを効率よく増大させることができるため、消費電力量をより一層低減できる。
【００３５】
また、本実施形態に係る吊荷旋回装置１０では、フライホイールカバー３０をジュラルミン製とすることにより、フライホイールカバー３０を、フライホイール２０、回転用モーター５０及びカウンターウエイト５２等の荷重に耐える高強度で、鋼製のジンバル枠に比して軽量である支持体とすることができる。
【００３６】
なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００３７】
例えば、上述の各実施形態では、吊荷を旋回させる吊荷旋回装置を例に挙げて本発明を説明したが、ワイヤー等の吊材で吊られたゴンドラ等の他の吊物を旋回させる吊荷旋回装置にも本発明を適用できる。また、フライホイールカバー３０をジュラルミン製とすることは必須ではなく、フライホイールカバー３０が、フライホイール２０、回転用モーター５０及びカウンターウエイト５２等の荷重に耐える強度を備え、鋼製のジンバル枠に比して軽量となるような他の素材を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  ワイヤー、２  吊冶具、３  ワイヤー、４  吊荷（吊物）、１０  吊荷旋回装置（吊物旋回装置）、１１  モーメント軸、２０  フライホイール、２１  外周部、２２  内周部、２３  回転軸、３０  フライホイールカバー、３１  外周部、３２  内周部、３３  軸受、３４  支軸、３４Ａ  プレート、３５  支軸、３５Ａ  プレート、３６  軸受、４０  フレーム、４１  枠部、４２  枠部、４３  柱部、４４  柱部、５０  回転用モーター、５１  カップリング、５２  カウンターウエイト、６０  傾動用駆動機構、６２  ギアボックス、６４  傾動用モーター、７０  送信器、７２  旋回ボタン、７４  ストップボタン、７６  ブーストアップボタン、７８  中立ボタン、８０  受信器、８２  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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