JP5193414B2 - 荷重取扱装置におけるアーム自重のバランス機構 - Google Patents

Description

本発明は、主として仮想定比槓杆型式の荷重取扱装置におけるアーム機構自重のキャンセル乃至はバランスのための機構に関する。

従来からパンタグラフ状のリンク機構をアームに応用した仮想定比槓杆形式の小型クレーン状の荷重取扱装置は、多数が提案されて実用に供されているものも多い。

上記の荷重取扱装置は、仮想定比槓杆形式であることによりアーム機構上で荷重（アーム機構自重と荷物重量の合計重量）と荷物を昇降させる駆動源の出力とがバランスすると、支持した荷重を擬似無重力状態で空中に保持できるところから、空中に保持された荷重をアーム機構を変形させて水平方向に人力で自由に移動させることができ、従って、重量のある荷物（荷重）の取扱装置乃至は補力装置として各方面で多用されているが、問題もある。

その問題は、空中に荷物を支持しているとき、いわゆるアーム流れ現象といって、アームが勝手に動くことにより支持している荷物が思わぬ方向へ移動する現象があることである。

アーム流れ現象は、この種の荷重取扱装置の主体をなすパンタグラフ状のリンクによるアーム機構の重量と、当該アーム機構の（負荷をかけた状態であると否とに拘らず）姿勢変形に基づく重心の移動とが相俟って生じるものと考えられている。そして、その傾向は、アーム機構が姿勢を変えて負荷点のtan角が小さくなると顕著になり、また、アーム機構自体の自重が大きいとより顕著に現われる。
一方、アーム機構は、その姿勢変形の如何に拘らず、仮想定比槓杆としていわゆるヤジロベーのような平衡状態で荷物を中空に平衡状態で支持するために、そのアーム機構の支点を挟んだ負荷点の反対側に、アーム機構の自重に対するカウンターウエイトを付けたり、このウエイトの代わりに、スプリング等によってアーム機構の負荷点がある側を支点側に引張る力を作用させるアーム機構自重のバランス用スプリングを装着することが行われている。

しかし、上記のアーム機構自体のバランス手法は、耐荷重が例えば100〜200kg重以上などの大きな荷重取扱装置では、アーム機構自体の重量も100kgを悠に超えた重量となるため、このアーム機構に設けるカウンターウエイトの重量も大きくなってそれによる慣性分力が生じ、アーム機構の姿勢、例えば、負荷点のtan角が小さくなるとアーム流れが生じ易くなり、また、カウンターウエイトに代えアームバランス用のスプリングを採用した装置でも、負荷点のtan角が45度近傍ではバランスするが、特に耐荷重が大きいタイプでは、負荷点のtan角が45度を超えたり45度より小さいとアーム自重とバランスすることは不可能であるため、アーム流れを完全に防ぐことはできていない。

そこで本発明は、仮想定比槓杆タイプのアーム機構を備えた荷重取扱装置における上記のようなアーム流れ現象を生じさせないアーム機構の新たなバランス機構を提供することを課題とする。

本発明バランス機構に適用されるバランス方法は、複数のアームがリンク結合された仮想定比槓杆タイプのアーム機構であってその姿勢を変化させることができるアーム機構のアーム先端側に支持させた負荷を、そのアーム機構の後端側に伝達される前記負荷の昇降駆動力によって昇降させるとき、当該アーム機構自体の自重（以下、アーム自重という）を、前記負荷の昇降駆動力とは別に設けたアーム自重のバランス用駆動力によって支持することにより、当該アーム自重と前記バランス用駆動力とを平衡させるようにしたものであり、この方法は以下に述べるアーム機構のバランス機構によって実現できる。

すなわち、上記課題を解決することを目的としてなされた本発明バランス機構の構成は、作用点の上方に位置した機筐に中継輪を設け、かつ、前記作用点の輪に掛け回して前記機筐に一端を結合した索又は鎖による連結部材を、前記中継輪を経由してモータ又はシリンダによるアーム機構の持上げ駆動源に連結されている減速機の出力輪に巻取らせることにより、前記アーム機構の自重と平衡させるようにしたことを特徴とするものである。

アーム機構自重のバランスのために当該アーム機構を上方へ持上げる力の作用点には、索，鎖など柔軟で強靭な連結部材を介してモータやシリンダなどの駆動源の出力を持上げ力として作用させるようにしている。

本発明のアーム機構では、そのアーム機構自体の自重（以下、アーム自重という）を、前記昇降駆動力とは別に設けた駆動力によって支持するため、当該アーム機構の支点より負荷点側の前方であってこのアーム機構の重心近傍に、そのアーム機構を上方へ持上げる駆動力の作用点を設けると共に、その作用点の上方に位置した機筐に中継輪を設け、かつ、前記作用点の輪に掛け回して前記機筐に一端を結合した索又は鎖による連結部材を、前記中継輪を経由してモータ又はシリンダによるアーム機構の持上げ駆動源に連結されている減速機の出力輪に巻取らせることにより、前記アーム機構の自重と平衡させるように負荷点に支持した荷物の重量は、アーム機構の姿勢変化の有無に拘らず、常に、昇降駆動力と平衡する一方、同時に、アーム機構自体は、その自重が当該アーム機構の姿勢変化に拘らず常にそのアーム機構の重心近傍に設けたアーム自重の持上げ駆動力の作用点でその点の上方へ向う持上げ力と平衡しているので、アーム機構がその姿勢によっては勝手に動くといういわゆるアーム流れを完全に防止することができる。

次に、本発明におけるアーム機構の自重バランス機構の実施の形態例について、図を参照して説明する。
図１は本発明のアーム機構自重のバランス機構を設けたパンタグラフ状のリンク機構を応用した仮想定比槓杆タイプの荷重取扱装置の一例を、模式的に示した側面図、図２と図３は、図１のアーム機構において従来のアーム流れ現象を説明するための模式的側面図、図４は、図１のアーム機構において、アーム機構の姿勢変形によって当該アーム機構の重心位置が変位することを説明するための模式的側面図である。

図１において、１と２は、同長の平行な第１アームと第２アーム、３と４は、前記第１，第２アーム１，２の先端側において連結リンク５を介して後端部を軸止めした同長で平行な第３アームと第４アーム、６は第１，第２アーム１，２に平行な第５アーム、７は第３，第４アーム３，４と平行な第６アームで、第５アーム６はその先端部が第３アーム３に軸止めされると共に、第６アーム７はその上端が第１アーム１の後端寄りに軸止めされる一方、第５アーム６と第６アーム７の端末同士が軸止め連結され、これによりパンタグラフ状リンクを応用したアーム機構Amの一例を構成する。なお、第１アーム１と第２アーム２の後端、並びに、第３アーム３と第４アーム４の後端は、各アーム１，２同士、及び同アーム３，４同士の平行を保持するための結合リンク８と９により軸止め結合されている。

上記アーム機構Amは、第１，第２アームの後端部S1（結合アーム８の部位）と第５，第６アーム６，７の軸止め枢着部S2において、機筐（ブラケットともいう）10に設けた直交する垂直ガイド11と水平ガイド12に、夫々、垂直移動と水平移動が可能になるように支持案内されることにより、当該機筐10に架装（マウント）され、この機筐10が、図１の例では支柱Ｐの上に旋回自在に架設されることによって、駆動系を除いた荷重取扱装置の一例を形成する。なお、機筐10は天井側から吊下げた支柱Ｐやポスト部材などに架装されることもある。

機筐10に架装されたアーム機構Amは、第５，第６アーム６，７の水平ガイド12に支持された枢着部S2を支点（以下、支点S2ともいう）とし、第１，第２アーム１，２の垂直ガイド11に支持された後端部S1を力点（以下、力点S1ともいう）とし、及び、第３，第４アーム３，４の先端における結合リンク９の部位を負荷点Ｗとして、かつ、上記３つの点S1，S2，Ｗがこれらを結ぶ仮想の直線状線分Ｌの上に、当該アーム機構の姿勢変化に拘らず、つまり、力点S1，支点S2，負荷点Ｗが、常に線分Ｌの上にあるので、負荷点Ｗから力点S1までの仮想線分Ｌを支点S2で内分した仮想定比槓杆を形成する。

即ち、アーム機構Amの線分Ｌによる仮想定比槓杆とは、前記の３つの点Ｗ，S2，S1において、アーム機構Amの姿勢変化があって各点の位置が変位しても、仮想線分Ｌ上における辺W・S2と辺S1・S2の長さの比が一定であることをいう。

上記の仮想定比槓杆をなすアーム機構Amは、その力点S1に駆動源の出力による下向きの力を付与することにより、負荷点Ｗに支持された荷物の重量を、支点S2に関して平衡させ、これによって前記荷物を空中に擬似無動状態で吊下げ支持するから、図の例では、駆動源の一例としてモータ13を機筐10に設け、減速機13aなどを介して増力させた該モータの出力が、中継輪13bなどを経由した鎖やチェーン14を介して力点S1に伝導されるようにしている。

以上に述べた構成が、従来公知のアーム機構Amと、このアーム機構Amを架装して支持する機筐10と直交する両ガイド11，12と昇降駆動系の構成であり、従来はアーム機構Amの平衡のために、カウンターウエイトやバランス用スプリングが用いられていたが、この手法ではアーム流れを防ぐごとができなかったことは、先に述べたとおりである。

因みに、図１のアーム機構Amにおけるアーム流れ現象は、図２，図３に模式的に示したように、第１，第２アーム１，２と第３，第４アーム３，４とが、これらのアーム１，２と３，４の連結枢着点である連結リンク５の部位が上方へ付勢される（図２参照）と負荷点Ｗと支点S2が互に接近しようとする方向へ生じ、これとは逆に、連結リンク５の部位が下方へ付勢される前記２つの点ＷとS2が互に離れようとする方向へ生じる。

上記のアーム流れにおいて、連結リンク５の部位に付勢される上向き又は下向きの力は、図４に例示するように、アーム機構Amが変形（姿勢変化）して当該アーム機構Amの重心位置が支点S2に関し変位することによりアーム機構に生じるこの支点S2に関するモーメントに変化が生じることを要因とする。

そこで本発明では、図１に例示した荷重取扱装置のアーム機構Amの自重を、以下に説明する手法によりバランスさせてアーム流れを防ぐようにした。

即ち、本発明では、図１に例示したアーム機構Amに対し第２アーム２の中間部に、アームバランス用の力の作用点を設定すると共に、その上方に位置した機筐10に中継輪22を設け、作用点21の輪に掛け回して機筐10に結合した鎖や索による連結体23を、中継輪22を経由させて機筐10に昇降用のモータ13とは別に設けたアーム平衡用のモータ24に連結されている減速機25の出力輪に巻取らせるように結合させることにより、アーム機構Amの自重に対する平衡機構を形成した。

上記のアーム機構Amの第２アーム２に設定するアーム平衡用の力の作用点21は、支点S2を超えた負荷点Ｗに寄った側に設定することが望ましい。アーム機構Am自体の重心は、その構造上、通常、支点S2よりも負荷点Ｗに寄った側に位置しているので、アーム機構自重の平衡をとるための作用点21は、より重心に近い側に設定する方が、重心からより離れた側に設定するよりもこのアーム機構Amを平衡させるための力が少なくて済み、また、力の制御範囲も小さいのでその制御も容易になるからである。

上記の本発明平衡機構においては、駆動源にモータ24を用いたが、モータ24に代えてシリンダを用いてもよい。また、アーム機構Amはカウンタウエイトを備えたものであってもよい。カウンタウエイトは索や鎖を介して支柱Ｐの内部に収容するタイプであることが望ましい。

以上のように、本発明では、荷重取扱装置においてアーム機構自重を、負荷点の昇降用駆動源とは別に設けた駆動源の可変制御ができる出力によって、機筐10の上で平衡させるようにしたので、アーム機構Amが姿勢変化してその重心位置が変位すると否とに拘らず、当該アーム機構の自重は、別に設けた駆動源の力によって常時平衡に維持できるから、従来のカウンタウエイトやバランススプリングによる平衡手法では平衡できる範囲に限界があってアーム流れの発生を避けることはできなかったが、そのようなことは全くなくなる。

よって、本発明によればパンタグラフ状のリンク機構などを応用した仮想定比槓杆スタイルの荷重取扱装置におけるアーム流れを全面回避できるので、この種の荷重取扱装置にとってきわめて有用である。

本発明のアーム機構自重のバランス機構を設けたパンタグラフ状のリンク機構を応用した仮想定比槓杆タイプの荷重取扱装置の一例を、模式的に示した側面図。 図１のアーム機構において従来のアーム流れ現象を説明するための模式的側面図。 図１のアーム機構において従来のアーム流れ現象を説明するための模式的側面図。 図１のアーム機構において、アーム機構の姿勢変形によって当該アーム機構の重心位置が変位することを説明するための模式的側面図。

１，２ 第１，第２アーム
３，４ 第３，第４アーム
５ 連結リンク
６ 第５アーム
７ 第６アーム
８，９ 結合リンク
10 機筐
11 垂直ガイド
12 水平ガイド
13 昇降用モータ
14 鎖やチェーン
21 アームバランス用の力の作用点
22 中継輪
23 連結体
24 平衡用モータ
25 減速機

Claims (1)

1. 複数のアームがリンク結合された仮想定比槓杆タイプのアーム機構であって、その姿勢を変化させることができるアーム機構のアーム先端側に支持させた負荷を、そのアーム機構の後端側に伝達される昇降駆動力によって昇降させるようにしたアーム機構において、当該アーム機構の支点より負荷点寄りの前方であってこのアーム機構の重心近傍に、そのアーム機構を上方へ持上げる駆動力の作用点を設けると共に、その作用点の上方に位置した機筐に中継輪を設け、かつ、前記作用点の輪に掛け回して前記機筐に一端を結合した索又は鎖による連結部材を、前記中継輪を経由してモータ又はシリンダによるアーム機構の持上げ駆動源に連結されている減速機の出力輪に巻取らせることにより、前記アーム機構の自重と平衡させるようにしたことを特徴とするアーム機構自重のバランス機構。

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