(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、
前記支持体に一方の端部が第１枢着部で回動自在に連結された第１アームと、
前記支持体に一方の端部が第１枢着部の鉛直上方に離間した第２枢着部で回動自在に連結された第２アームと、
第１アームの他方の端部に第３枢着部で回動自在に連結されているとともに、第２アームの他方の端部に第３枢着部の鉛直上方に離間した第４枢着部で回動自在に連結されて、前記支持体に対して上下に平行する第１アームと第２アームで鉛直面内で並進移動できるように支持された昇降ヘッド部と、
前記昇降ヘッド部に水平軸線周りに回転自在に支持された巻胴と、
前記巻胴に一方の端が固定されて巻き付けられ、他方の端部に荷を吊り下げる吊具を有する可撓条体と、
前記昇降ヘッド部に対して上限位置と下限位置との間で鉛直方向にスライド自在に支持された切換ラックと、
前記昇降ヘッド部に設けられ、前記巻胴の回転を減速して前記切換ラックに伝達する歯車列と、
上限位置にある前記切換ラックと係合してその下降を阻止する係合位置と、下降を可能とする解除位置との間で移動可能に前記昇降ヘッド部に設けられ、前記係合位置に向けて常時ばね付勢されているストッパと、
前記ストッパに付設され、前記巻胴から下方に引き出された可撓条体に当接してこれを横方向から前記切換ラック側に屈曲させ、当該可撓条体に張力が作用した際に、これに押されて当該ストッパをばね付勢力に抗して解除位置へ移動させるガイド部材と、
前記支持体の第１枢着部の鉛直上方に離間して設けられた第１支承部と第１アームの長手方向途中位置に設けられた第２支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部で方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第１連結体と、
第１支承部と第２支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変形された状態で、第１連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その反発力によって第１連結体を牽引付勢する自重補償ばね要素と、
前記切換ラックの上限位置において、第４枢着部と略重なる位置で当該切換ラックに付設された第３支承部と第２アームの長手方向途中位置に設けられた第４支承部との間に掛け渡され、一方の端部が第３支承部に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が第４支承部で方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第２連結体と、
前記切換ラックの下限位置において、第３支承部と第４枢着部間の距離に略等しい長さだけ弾性変形された状態で、第２連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その反発力によって第２連結体を牽引付勢する付加重量補償ばね要素とを備え、
前記自重補償ばね要素のばね定数は、可撓条体が荷を吊り下げてなく、且つ、切換ラックが上限位置にある状態で第１アーム、第２アーム及び前記昇降ヘッド部を含む可動部分全体の重量を補償するように設定されているとともに、前記付加重量補償ばね要素のばね定数は、可撓条体が荷を吊り下げて切換ラックが下限位置にある状態で、前記荷によって増加した重量分を補償するように設定され、
前記歯車列の減速比は、荷の重量が付加重量補償ばね要素の付勢力に抗して切換ラックを下限位置に保持可能な比率に設定されていることを特徴とする補償重量切換式荷重補償装置。
【請求項２】
自重補償ばね要素が、ピストンロッドが自重補償マスタばねに連結された自重補償シリンダユニットとシリンダ本体どうしが管路で連結され、前記管路を通る作動流体を介して前記ピストンロッドと連動するピストンロッドを備えた作動シリンダユニットによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の補償重量切換式荷重補償装置。
【請求項３】
付加重量補償ばね要素が、ピストンロッドが付加重量補償マスタばねに連結された付加重量補償シリンダユニットとシリンダ本体どうしが管路で連結され、前記管路を通る作動流体を介して前記ピストンロッドと連動するピストンロッドを備えた作動シリンダユニットによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の補償重量切換式荷重補償装置。
【請求項４】
第１アーム及び第２アームが略水平に向いた姿勢より下方に回動することを阻止する回動制限部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の補償重量切換式荷重補償装置。
【請求項５】
第３支承部、第４支承部、第２連結体、切換ラック、付加重量補償ばね要素は、複数組並列して設けられているとともに、各組の切換ラックと歯車列との間には、全ての切換ラックに同時に噛合可能な軸方向幅を有して、軸方向へのスライドにより、当該歯車列に連動させる切換ラックの数を変更可能な切換歯車が組み込まれ、ストッパと当該ストッパを付勢するばねは、各組の切換ラックと対応させて同数組設けられ、歯車列と連動させる切換ラックに対応するストッパだけを一つの共通なガイド部材に連結可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の補償重量切換式荷重補償装置。
【請求項６】
第３支承部、第４支承部、第２連結体、切換ラック、付加重量補償ばね要素は、複数組並列して設けられ、且つ、それぞれの付加重量補償ばね要素は異なるばね定数に設定されているとともに、各組の切換ラックと歯車減速機構との間には、軸方向にスライドして何れか一つの切換ラックと選択的に噛み合う切換歯車が組み込まれ、ストッパと当該ストッパを付勢するばねは、各組の切換ラックと対応させて同数組設けられ、且つ各組のストッパは、一つの共通なガイド部材に選択的に連結可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の補償重量切換式荷重補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アームを備えたロボットやマニピュレータ、作業機器等のアーム等の可動部分に作用する重力とバランスさせるための荷重補償装置に関し、特に、作業途中でアームに負荷される荷重が変わる場合に、自動的に補償トルクの切り換えが可能な補償重量切換式荷重補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、垂直面内で回動するアームを備えたロボット等の荷重補償装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、ワイヤとこれに連結されたコイルばねを用いてアームの傾斜角度に拘わらず、アーム及びこれに保持されるワーク等に作用する重力と、ばね力が釣り合うようにして荷重補償を行う装置が提案されている。
【０００３】
図１１は、このような従来の荷重補償装置の概略構造を示すもので、同図において、荷重補償装置Ａ１は、水平な床面に設置された支持体Ａ２に、アームＡ３がＯ点で水平軸回りに回動自在に支持されており、また、Ｏ点から鉛直上方に距離ｈ離れたａ点にワイヤＡ４の一方の端が連結されている。
【０００４】
前記ワイヤＡ４は、アームＡ３上のＯ点から距離ｐだけ離れたｂ点で前記ワイヤＡ４を上下から挟むように設けられた一対のガイドプーリＡ５、Ａ６を経由して屈曲されて、その他方の端が、引っ張りコイルばねＡ７の一方の端部に連結されている。
【０００５】
引っ張りコイルばねＡ７は、自然長（外力が作用しない状態での長さ）からａ点とｂ点の間のワイヤＡ４の長さＬＳに等しい量だけ引き伸ばされた状態で、その他端がアームＡ３上に連結されている。（なお、同図では、引っ張りコイルばねＡ７は、説明の都合上、前記長さＬＳに比べて実際より短縮して描いてある。）
【０００６】
ここで、アームＡ３は、図示していないワークを保持しており、このワークの重量とアームＡ３の自重とを合わせた総重量と等価な荷重Ｗが作用点Ｇに鉛直方向に作用しているものとする。
【０００７】
Ｏ-Ｇ間の距離をＬとすると、図１２に示すように、アームＡ３が水平方向Ｘから角度θ傾斜している姿勢において、荷重Ｗによって生じるＯ点回りの負荷トルクτＷは下記のようになる。
τＷ＝ＷＬｃｏｓθ         （ｅ１）
【０００８】
一方、自然長より長さＬＳだけ引き延ばされている、引っ張りコイルばねＡ７によりワイヤＡ４に作用する張力Ｔは、前記引っ張りコイルばねＡ７のばね定数をｋとすると、Ｔ＝ｋＬＳであるから、図１２から明らかなように、前記張力ＴによってＯ点回りに発生するばね力トルクτＳは下記のようになる。
【０００９】
τＳ＝ｋＬＳｈｓｉｎφ      （ｅ２）
一方、
ＬＳｓｉｎφ＝ｐｃｏｓθ    （ｅ３）
であるから、前記（ｅ２）と（ｅ３）の式からφを消去すると、
τＳ＝ｋｐｈｃｏｓθ        （ｅ４）
【００１０】
ここで、ばね力トルクτＳは、負荷トルクτＷと向きが反対であり、前記（ｅ１）式と（ｅ４）式の関係から、引っ張りコイルばねＡ７のばね定数ｋを次の（ｅ５）式のように選択すると、ばね力トルクτＳは負荷トルクτＷと角度θに関係せずに釣り合って荷重補償が可能となる。
ｋ＝ＷＬ／ｐｈ                （ｅ５）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４１４４０２１号公報
【特許文献２】特開２００７−１１９２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述した荷重補償装置Ａ１においては、荷重Ｗに応じて前記（ｅ５）式の関係で引っ張りコイルばねＡ７のばね定数ｋを初期に設定しておく必要がある。しかしながら、実際のロボットアームで荷物を運ぶような場合、アーム先端のエンドエフェクタ等が動作の途中で荷物を把持したり離したりすると、その時点で負荷が変化するため、負荷トルクの変化分だけアクチュエータに負担がかかることになる。
【００１３】
一方、前記特許文献２においては、図１１のａ点の位置をハンドルを手で回す操作により上下動させてｈを変更できるようにし、（ｅ４）式に基づいて補償トルクを負荷トルクに応じて増減できるようにしているが、頻繁に荷を保持したり離したりする場合には、負荷トルクの変動に応じてその都度ハンドル操作を行って補償トルクを調整する必要がある。
【００１４】
一方、手でハンドル操作を行う代わりにモータを使用してｈの調整を行うことも考えられるが、その場合は、モータへの給電回路や制御回路を設ける必要があり、構造が複雑化してしまう問題が生じる。
【００１５】
そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題点を解消し、アーム等の可動部分の自重のみが補償される状態と、可動部分に荷を保持させて前記自重に荷の重量が加わった総重量が補償される状態との間で、モータ等の動力源を用いることなく、自動的に補償力の切り換えを行えるようにした、補償重量切換式荷重補償装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的のために提供される本発明の補償重量切換式荷重補償装置は、支持体と、前記支持体に一方の端部が第１枢着部で回動自在に連結された第１アームと、前記支持体に一方の端部が第１枢着部の鉛直上方に離間した第２枢着部で回動自在に連結された第２アームと、第１アームの他方の端部に第３枢着部で回動自在に連結されているとともに、第２アームの他方の端部に第３枢着部の鉛直上方に離間した第４枢着部で回動自在に連結されて、前記支持体に対して上下に平行する第１アームと第２アームで鉛直面内で並進移動できるように支持された昇降ヘッド部と、前記昇降ヘッド部に水平軸線周りに回転自在に支持された巻胴と、前記巻胴に一方の端が固定されて巻き付けられ、他方の端部に荷を吊り下げる吊具を有する可撓条体と、前記昇降ヘッド部に対して上限位置と下限位置との間で鉛直方向にスライド自在に支持された切換ラックと、前記昇降ヘッド部に設けられ、前記巻胴の回転を減速して前記切換ラックに伝達する歯車列と、上限位置にある前記切換ラックと係合してその下降を阻止する係合位置と、下降を可能とする解除位置との間で移動可能に前記昇降ヘッド部に設けられ、前記係合位置に向けて常時ばね付勢されているストッパと、前記ストッパに付設され、前記巻胴から下方に引き出された可撓条体に当接してこれを横方向から前記切換ラック側に屈曲させ、当該可撓条体に張力が作用した際に、これに押されて当該ストッパをばね付勢力に抗して解除位置へ移動させるガイド部材と、前記支持体の第１枢着部の鉛直上方に離間して設けられた第１支承部と第１アームの長手方向途中位置に設けられた第２支承部との間に掛け渡され、一方の端部がこれらの支承部の一方に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が他方の支承部で方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第１連結体と、第１支承部と第２支承部間の距離に略等しい長さだけ弾性変形された状態で、第１連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その反発力によって第１連結体を牽引付勢する自重補償ばね要素と、前記切換ラックの上限位置において、第４枢着部と略重なる位置で当該切換ラックに付設された第３支承部と第２アームの長手方向途中位置に設けられた第４支承部との間に掛け渡され、一方の端部が第３支承部に回動自在に連結されているとともに、長手方向途中位置が第４支承部で方向変換自在且つスライド自在に案内支持されている第２連結体と、前記切換ラックの下限位置において、第３支承部と第４枢着部間の距離に略等しい長さだけ弾性変形された状態で、第２連結体の他方の端部と、当該連結体端部のスライド方向に対する定位置との間に設けられ、その反発力によって第２連結体を牽引付勢する付加重量補償ばね要素とを備え、前記自重補償ばね要素のばね定数は、可撓条体が荷を吊り下げてなく、且つ、切換ラックが上限位置にある状態で第１アーム、第２アーム及び前記昇降ヘッド部を含む可動部分全体の重量を補償するように設定されているとともに、前記付加重量補償ばね要素のばね定数は、可撓条体が荷を吊り下げて切換ラックが下限位置にある状態で、前記荷によって増加した重量分を補償するように設定され、前記歯車列の減速比は、荷の重量が付加重量補償ばね要素の付勢力に抗して切換ラックを下限位置に保持可能な比率に設定されていることを特徴としている。
【００１７】
本発明の補償重量切換式荷重補償装置においては、自重補償ばね要素を、ピストンロッドが自重補償マスタばねに連結された自重補償シリンダユニットとシリンダ本体どうしが管路で連結され、前記管路を通る作動流体を介して前記ピストンロッドと連動するピストンロッドを備えた作動シリンダユニットによって構成することができる。
【００１８】
また、本発明の補償重量切換式荷重補償装置においては、付加重量補償ばね要素を、ピストンロッドが付加重量補償マスタばねに連結された付加重量補償シリンダユニットとシリンダ本体どうしが管路で連結され、前記管路を通る作動流体を介して前記ピストンロッドと連動するピストンロッドを備えた作動シリンダユニットによって構成することができる。
【００１９】
また、本発明の補償重量切換式荷重補償装置においては、第１アーム及び第２アームが略水平に向いた姿勢より下方に回動することを阻止する回動制限部材を備えていることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の補償重量切換式荷重補償装置においては、第３支承部、第４支承部、第２連結体、切換ラック、付加重量補償ばねは、複数組並列して設けられているとともに、各組の切換ラックと歯車列との間には、全ての切換ラックに同時に噛合可能な軸方向幅を有して、軸方向へのスライドにより、当該歯車列に連動させる切換ラックの数を変更可能な切換歯車が組み込まれ、ストッパと当該ストッパを付勢するばねは、各組の切換ラックと対応させて同数組設けられ、歯車列と連動させる切換ラックに対応するストッパだけを一つの共通なガイド部材に連結可能に構成されていることも望ましい。
【００２１】
また、本発明の補償重量切換式荷重補償装置においては、第３支承部、第４支承部、第２連結体、切換ラック、付加重量補償ばねは、複数組並列して設けられ、且つ、それぞれの付加重量補償ばねは異なるばね定数に設定されているとともに、各組の切換ラックと歯車減速機構との間には、軸方向にスライドして何れか一つの切換ラックと選択的に噛み合う切換歯車が組み込まれ、ストッパと当該ストッパを付勢するばねは、各組の切換ラックと対応させて同数組設けられ、且つ各組のストッパは、一つの共通なガイド部材に選択的に連結可能に構成されていることも望ましい。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発明に係る補償重量切換式荷重補償装置によれば、装置のアーム等の可動部分の自重のみを補償する状態と、可動部分に荷を保持させて前記自重に荷の重量が加わった総重量を補償する状態間で補償力を、モータ等の動力源を用いることなく、自動的に切り替えることができる。
【００２３】
また、請求項２記載の発明に係る補償重量切換式荷重補償装置によれば、自重補償ばね要素のばね定数を、作動シリンダユニットのピストンロッドと、自重補償シリンダユニットのピストンロッドの受圧面積比を選択することによって、幅広い範囲で設定可能なため、設計自由度を高めることができる。
【００２４】
また、請求項３記載の発明に係る補償重量切換式荷重補償装置によれば、付加重量補償ばね要素のばね定数を、作動シリンダユニットのピストンロッドと、付加重量補償シリンダユニットのピストンロッドの受圧面積比を選択することによって、幅広い範囲で設定できるため、設計の自由度を高めることができる。
【００２５】
また、請求項４記載の発明に係る補償重量切換式荷重補償装置によれば、第１アーム及び第２アームが略水平に向いた姿勢より下方に回動することを阻止する回動制限部材を備えることにより、可撓条体に荷の重量が作用したときに、昇降ヘッドが可撓条体に引っ張られて下方に動いてしまうことを防止することができる。
【００２６】
また、請求項５及び請求項６記載の発明に係る補償重量切換式荷重補償装置によれば、一台で複数種類の重さの荷を取り扱うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置の１実施形態を示す概略側面図である。
【図２】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置の１実施形態における、水平姿勢で空荷の状態を示す概略側面図である。
【図３】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置の１実施形態における、水平姿勢で荷を保持させた状態を示す概略側面図である。
【図４】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置の１実施形態における荷を上方へ持ち上げた状態を示す概略側面図である。
【図５】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置の別の実施形態を示す概略側面図である。
【図６】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置のさらに別の実施形態を示す概略側面図である。
【図７】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置のさらに別の実施形態における要部概略平面図であり、（ａ）は、付加重量補償ばね２９’Ａ１本を有効とした状態、（ｂ）は、付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂの２本を有効とした状態をそれぞれ示す。
【図８】図７に示す補償重量切換式荷重補償装置に用いられるストッパとワイヤガイド（ガイド部材）の連結状態を示す図であって、（ａ）は、一つのストッパ３０Ａのみをワイヤガイド３２Ａと連結して解除位置に退避させた状態、（ｂ）は、すべてのストッパ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃをワイヤガイド３２Ａと連結し、係合位置に前進させた状態をそれぞれ示す。また、（ｃ）は、連結した状態にあるストッパ３０Ａとワイヤガイド３２Ａの側面図である。
【図９】本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置のさらに別の実施形態における要部概略平面図であり、（ａ）は、付加重量補償ばね２９’ａを有効とした状態、（ｂ）は、付加重量補償ばね２９’ｂを有効とした状態をそれぞれ示す。
【図１０】図９に示す補償重量切換式荷重補償装置に用いられるストッパとワイヤガイド（ガイド部材）の連結状態を示す図であって、（ａ）は、ストッパ３０ａのみをワイヤガイド３２ａと連結して解除位置に退避させた状態、（ｂ）は、ストッパ３０ａのみをワイヤガイド３２ａと連結して係合位置に前進させた状態をそれぞれ示す。また、（ｃ）は、連結した状態にあるストッパ３０ａとワイヤガイド３２ａの側面図である。
【図１１】従来の荷重補償装置の概略側面図である。
【図１２】図１１の荷重補償装置における各部の幾何学的関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る補償重量切換式荷重補償装置（以下、単に荷重補償装置という。）の１実施形態を示す概略側面図であって、同図に示す荷重補償装置１は、床面に固定された柱状の支持体２を有している。
【００２９】
この支持体２には、第１アーム３の一方の端部が水平な第１枢着部としての軸４周りに回動自在に連結されているとともに、第２アーム５が、前記軸４の鉛直上方に離間して設けられた第２枢着部としての軸６周りに回動自在に連結されている。
【００３０】
第１アーム３と第２アーム５のそれぞれの他方の端部は、これらのアーム３、５どうしが上下に平行になるように、昇降ヘッド部７の垂直部７Ａに、第３枢着部としての軸８と、その鉛直上方に離間して設けられた第４枢着部としての軸９周りに回動自在に連結されている。
【００３１】
従って、支持体２、第１アーム３、昇降ヘッド部７、及び、第２アーム５は、鉛直面内で平行リンク機構を構成しており、昇降ヘッド部７は、支持体２に対して常に一定姿勢を保持して上下に並進移動可能になっている。
【００３２】
また、これらの第１アーム３、昇降ヘッド部７、及び、第２アーム５を含む可動部分全体の重量は、後述するように、圧縮コイルばねからなる、自重補償ばね要素としての自重補償ばね１０の反発力によって、昇降ヘッド部７の上下位置に関係なく補償されるようになっている。
【００３３】
また、本実施形態のものにおいては、第１アーム３が略水平に向いた姿勢で、その軸４側端部近傍の下縁が当接してこれより下方へ第１アーム３が回動することを制限する回動制限部材１１が支持体２に設けられている。なお、回動制限部材はこれに限らず、例えば床面に置いた台を回動制限部材として、この台上面で昇降ヘッド部７の下面を受けるようにしてもよい。  
【００３４】
自重補償ばね１０は、本実施形態のものにおいては、第２枢着部と兼用している第１支承部としての軸６で一方の端部が支持体２に回動自在に連結されている、第１連結体としての第１ガイドロッド１２に伸縮自在に遊嵌されている。
【００３５】
第１ガイドロッド１２は、第１アーム３の長手方向途中位置に軸１３によって回動自在に取り付けられた第２支承部としてのスライダ１４にスライド自在に支持されている。そして、前記自重補償ばね１０は、第１ガイドロッド１２の他方の端部に形成されたばね受部１２Ａとスライダ１４との間に挟まれるように、軸６（第１支承部）と軸１３（第２支承部の中心）と間の距離Ｌａだけあらかじめ自然長より圧縮弾性変形された状態で組み込まれており、その反発力によって第１ガイドロッド１２は常時、軸６と軸１３間の距離を縮める向きに牽引付勢されて第１アーム３の軸４周りに補償トルクを発生するようになっている。
【００３６】
なお、自重補償ばね１０のばね定数は、前記補償トルクが、第１アーム３、第２アーム５及び前記昇降ヘッド部７を含む可動部分全体の自重により生じる軸４周りの負荷トルクと釣り合うように設定されている。ここで、自重補償ばね１０による可動部分全体の自重の補償動作は、先に図１１、１２に基づいて説明した荷重補償装置Ａ１と、基本的に同一原理に基づくものである。
【００３７】
昇降ヘッド部７には、水平軸周りに回転自在に巻胴１５が設けられている。この巻胴１５には、可撓条体としてのワイヤ１６がその一方の端部を外周面に固定された状態で巻き付けられており、前記ワイヤ１６の他方の端部には、荷を吊り掛けるための吊具１７が取り付けられている。
【００３８】
巻胴１５には駆動ピニオン１８が同軸に固定されている。前記駆動ピニオン１８は、これに隣接する第１歯車１９と噛み合っている。第１歯車１９には第１ピニオン２０が同軸に固定されており、第１ピニオン２０には、第２歯車２１が噛み合っている。また、第２歯車２１には、第２ピニオン２２が同軸に固定されており、第２ピニオン２２は、その反対側で切換ラック２４と噛み合っている中継歯車２３と噛み合っている。
【００３９】
切換ラック２４は、昇降ヘッド部７の一部を形成している垂直部７Ａに、上限位置と下限位置との間で鉛直方向にスライド自在に案内支持されている。
この切換ラック２４には、これが図１に示す上限位置にあるときに、第２アーム５と前記垂直部７との間を回動自在に連結している軸８（第４枢着部）と、略同軸上に重なった位置になる、第３支承部としての軸２５が付設されている。
【００４０】
なお、図１では軸８と軸２５は重なった位置にあるため、図示の都合上同じ軸として描いているが、実際は、軸８と軸２５は、軸方向に分離されていて切換ラック２４のスライド動作が妨げられることはない。
【００４１】
切換ラック２４には、第２連結体としての第２ガイドロッド２６の一方の端部が、前記軸２５（第３支承部）によって回動自在に連結されている。第２ガイドロッド２６は、第２アーム５の長手方向途中位置に軸２７によって回動自在に取り付けられた第４支承部としてのスライダ２８によってスライド自在に案内支持されている。
【００４２】
また、第２ガイドロッド２６の他方の端部に形成されたばね受部２６Ａと、スライダ２８との間には、付加重量補償ばね要素としての、圧縮コイルばねからなる付加重量補償ばね２９が、軸２５（第３支承部）と軸２７（第４支承部の中心）間の距離Ｌｂに略等しい長さだけ自然長から圧縮弾性変形した状態で組み込まれている。
【００４３】
昇降ヘッド部７の底部には、上限位置にある切換ラック２４の下降を阻止する係合位置（図１に示す位置）と、下降を可能とする解除位置との間で水平方向に移動自在なストッパ３０が組み込まれている。前記ストッパ３０は、その先端部上面が切換ラック２４の下端面に当接する係合位置を保持するように常時弱い圧縮コイルばね３１によって付勢されている。
【００４４】
また、前記ストッパ３０には、巻胴１５から下方に引き出されたワイヤ１６に当接してこれを横方向から切換ラック２４側に偏向させるガイド部材としてのガイドローラ３２が回転自在に付設されている。
【００４５】
次に、前述したように構成されている荷重補償装置１の動作について説明する。図２は、図１の状態から、第１アーム３を回動制限部材１１に当接する位置まで回動させて、昇降ヘッド部７を下降させた状態を示している。
【００４６】
図１の状態から図２の状態まで昇降ヘッド部７を下降移動させる過程においては、前述したように、荷重補償装置１の可動部分の自重により第１アーム３に作用する軸４周りの負荷トルクは、自重補償ばね１０により生じる補償トルクが打ち消しているため、昇降ヘッド部７は第１アーム３、第２アーム５とともに、容易に移動させることができる。
【００４７】
なお、このとき、第２ガイドロッド２６と切換ラック２４を連結している軸２５は、第２アーム５と昇降ヘッド部７の垂直部７Ａを連結している軸８と略同軸に位置しているため、付加重量補償ばね２９の反発力は前記補償トルクには何ら影響は及ぼさない。
【００４８】
ここで、図３に示すように、吊具１７に荷Ｗを吊すと、その重量がワイヤ１６に作用する張力を増加させる。そうすると、ガイドローラ３２はワイヤ１６に押され、その結果、ガイドローラ３２が取り付けられているストッパ３０がガイドローラ３２とともに圧縮コイルばね３１の付勢力に抗して、図３に示すように解除位置まで退避する。
【００４９】
この際、昇降ヘッド部７の下面からのワイヤ１６の引出位置は、ガイドローラ３２に追従して移動するため、昇降ヘッド部７下面からワイヤ１６を引き出すためのワイヤ引出孔３３はストッパ３０の移動方向に細長く形成されている。
【００５０】
一方、切換ラック２４は、ストッパ３０から解放されるために下降が可能となる。
そうすると、切換ラック２４と歯車列を介して連結されている巻胴１５も回転可能になるため、巻胴１５に巻かれていたワイヤ１６が荷Ｗの重量によって引き出され、巻胴１５が回転する。
【００５１】
巻胴１５の回転は、これと一体の駆動ピニオン１８から第１歯車１９、第１ピニオン２０、第２歯車２１、第２ピニオン２２の歯車列に伝達されて減速され、ここからさらに中継歯車２３に伝達され、これに噛み合っている切換ラック２４を、図３に示す下限位置まで下降させる。
【００５２】
切換ラック２４の下降に伴って、これに付設されている軸２５（第３支承部）も同時に下降する。図３に示すように、本実施形態のものにおいては、切換ラック２４が下限位置まで下降した状態では、軸２５は、第１アーム３と昇降ヘッド部７の垂直部７Ａとを連結している軸９（第３枢着部）と同軸に重なる位置に移動する。
なお、軸９は軸８と同様に、軸２５とは軸方向に分離されているため、両者が重なった位置になっても相互に干渉することはない。
【００５３】
軸２５（第３支承部）の下方への移動に伴って、軸２７と軸２５間の距離Ｌｂが延びるため付加重量補償ばね２９は圧縮され、切換ラック２４は下降する過程で第２ガイドロッド（第２連結体）２６を介して付加重量補償ばね２９の反発力による上向きの力を受ける。
【００５４】
従って、前記上向きの力に打ち勝って切換ラック２４を下限位置まで下降させるためには、第１歯車１９と第１ピニオン２０間、及び、第２歯車２１と第２ピニオン２２間の歯数比の掛け合わせにより決まる荷Ｗの重量の倍増比率を、切換ラック２４を下降させる力が付加重量補償ばね２９の反発力によって上向きに作用する力を上回るように設計しておけばよい。
【００５５】
本実施形態のものにおいては、切換ラック２４が昇降ヘッド部７に対して下限位置にある状態で、付加重量補償ばね２９の反発力により軸４（第１枢着部）周りに生じる補償トルクが、荷Ｗの重量によって軸４周りに作用する負荷トルクと釣り合うように、前記付加重量補償ばね２９のばね定数が設定されている。
【００５６】
切換ラック２４が下限位置に移動した後は、図４に示すように、昇降ヘッド部７を持ち上げて第１アーム１が昇降ヘッド部７から上方に離れた任意の高さにおいて、自重補償ばね１０と付加重量補償ばね２９の２つが協働して、荷重補償装置１の可動部分の自重と荷Ｗの重量とを補償することができる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、説明を容易にする都合上、図１乃至図４に示すように、支持体２を床面に固定しているが、支持体２を床面に対して鉛直軸線周りに旋回できるようにして、荷Ｗを吊り上げた状態で支持体２を旋回して荷Ｗを別の位置に移動させたり、或いは支持体２を床面上を移動可能な台車等の移動装置上に搭載することにより、荷Ｗを別の位置に運搬できる形態としてもよい。
【００５８】
また、第１アーム３、昇降ヘッド部７、及び、第２アーム５を含む可動部分の上下移動は昇降ヘッド部７等を直接手で押したり、或いは、ロボットアーム等の駆動に用いられているような周知の流体シリンダや直線作動機等のアクチュエータによって第１アーム３や第２アーム５を駆動して行うことができる。
【００５９】
次に、荷重補償装置１から荷を外す場合には、図４に示す状態から昇降ヘッド部７を図３のように、第１アーム３、第２アーム５が略水平姿勢になるように下降させる。この際、荷下ろし位置に荷置き台を用意して、昇降ヘッド部７の下降終端位置付近で荷置き台上に荷Ｗが載るようにしておくと、荷置き台に荷Ｗが載ることによって、ワイヤ１６に作用する張力が減少する。
【００６０】
一方、切換ラック２４は第２ガイドロッド２６を介して作用する付加重量補償ばね２９の反発力によって、昇降ヘッド部７の垂直部７Ａに対して上方へ付勢されているため、巻胴１５には、歯車列を介してワイヤ１６を巻き取る向きのトルクが作用している。
【００６１】
その結果、ワイヤ１６に作用する張力が減少すると、当該ワイヤ１６は、巻胴１５に巻き取られ、これに連動して切換ラック２４は、図２に示す上限位置へ復帰し、軸２５（第３支承部）は、第２アーム５と昇降ヘッド部７の垂直部７Ａ上端とを連結している軸８（第４枢着部）と略同軸位置になるため、付加重量補償ばね２９による補償トルクは消失する。
【００６２】
なお、切換ラック２４が上限位置に近づくと、第２ガイドロッド２６が水平姿勢になるため、付加重量補償ばね２９が切換ラック２４を上方に付勢する力が作用しなくなるが、切換ラック２４は慣性によって上限位置まで上昇する。
【００６３】
ここで、切換ラック２４を確実に上限位置へ戻すために、例えば巻胴１５にワイヤ１６を巻き取り方向に常時付勢している弱いぜんまいばねを組み込むなどの方法で切換ラック２４に上昇方向の付勢力を付加しておけば、切換ラック２４の上昇動作をより確実に行うことができる。
【００６４】
切換ラック２４が上限位置まで上昇して、ワイヤ１６に作用する張力がさらに減少すると、圧縮コイルばね３１の付勢力によって、ストッパ３０は、ガイドローラ（ガイド部材）３０とともに、切換ラック２４との係合位置まで移動し、ストッパ３０の先端部上面が切換ラック２４の下端面に係合して切換ラック２４の下降を阻止する。荷Ｗは、切換ラック２４にストッパ３０が係合した後に吊具１７から取り外す。
【００６５】
ここで、切換ラック２４が上限位置にある状態で昇降ヘッド部７を図１に示すように上方へ移動した場合には、付加重量補償ばね２０の反発力が第２ガイドロッド２６を介して切換ラック２４に対して斜め下方に作用するが、昇降ヘッド部７の垂直部７Ａに対する切換ラック２４の下方への移動はストッパ３０より阻止されているため、切換ラック２４に付設されている軸２５（第３支承部）が軸８（第４枢着部）から下方へ離間して付加重量補償ばね２０の反発力の影響によって、空荷状態での補償バランスが崩れてしまう虞はない。
【００６６】
なお、本実施形態のものにおいては、吊具１７にはフックを用いているが、これに限らず、荷の種類や形状に適合した構造の吊具を用いることが可能である。例えば、鉄製等磁気吸着可能なのものであれば電磁石を用いたり、ガラス板等であれば真空吸着パッドを用いてもよい。
【００６７】
また、本実施形態のものにおいては、荷を吊り下げる可撓条体としてワイヤ１６を用いているが、これに限定するものではなくチェーンやロープ、吊ベルト等を使用することも可能である。
【００６８】
次に、図５は、本発明に係る荷重補償装置の別の実施形態を示す概略側面図であって、同図に示す荷重補償装置１’は、前述した図１乃至図４で説明した荷重補償装置１における圧縮コイルばねを使用した自重補償ばね１０と付加重量補償ばね２９を、それぞれ引っ張りコイルばねからなる、自重補償ばね要素としての自重補償ばね１０’と付加重量補償ばね要素としての付加重量補償ばね２９’に置き換えたものである。
【００６９】
図５において、図１乃至図４中の番号と同一の番号で示す部分は、前述した荷重補償装置１と同一構造であって、第１アーム３を支持体２に連結している軸４（第１枢着部）の鉛直上方に離間して、第１支承部としての軸６’が設けられており、この軸６’には第１連結体としてのワイヤ１２’の一方の端部が回動自在に連結されている。
【００７０】
前記ワイヤ１２’は第１アーム３の長手方向途中位置に設けられた、第２支承部としての回転自在な偏向ローラ１４’に掛け渡されて、その他方の端部が、自重補償ばね１０’の一方の端部に連結されている。また、自重補償ばね１０’の他方の端部は、第１アーム３上に設けたばね固定軸３４に固定されている。
【００７１】
自重補償ばね１０’は、軸６’（第１支承部）と偏向ローラ１４’（第２支承部）と間の距離Ｌａだけあらかじめ自然長より引き延ばされて弾性変形した状態で組み込まれている。
【００７２】
前記自重補償ばね１０’のばね定数は、先に述べた荷重補償装置１の場合と同様に、吊具１７に荷を保持しておらず、切換ラック２４が昇降ヘッド部７に対して上限位置にある状態で、自重補償ばね１０’の反発力により軸４（第１枢着部）周りに生じる補償トルクが第１アーム３、第２アーム５及び昇降ヘッド部７を含む可動部分全体の自重により生じる軸４周りの負荷トルクと釣り合うように設定されている。
【００７３】
切換ラック２４が上限位置において、軸８（第４枢着部）と略同軸位置にあるように前記切換ラック２４設けられた、第３支承部としての軸２５Ａには、第２連結体としてのワイヤ２６’の一方の端部が回動自在に連結されている。
【００７４】
前記ワイヤ２６’は、第２アーム５の長手方向途中位置に設けられた第４支承部としての回転自在な偏向ローラ２８’に掛け渡されてその他方の端部が付加重量補償ばね２９’の一方の端部に連結されている。また、前記付加重量補償ばね２９’の他方の端部は、第２アーム５上に設けたばね固定軸３５に固定されている。
【００７５】
付加重量補償ばね２９’は、軸２５Ａ（第３支承部）と偏向ローラ２８’（第４支承部）と間の距離Ｌｂだけあらかじめ自然長より引き延ばされて弾性変形した状態で組み込まれている。
【００７６】
前記付加重量補償ばね２９’のばね定数は、先に述べた荷重補償装置１の場合と同様に、吊具１７に荷を保持させて、切換ラック２４が昇降ヘッド部７に対して下限位置に下降している状態で、付加重量補償ばね２９’の反発力により軸４（第１枢着部）周りに生じる補償トルクが前記荷の重量によって軸４周りに作用する負荷トルクと釣り合うように設定されていて、荷重補償装置１’の補償動作に関しては、先に説明した荷重補償装置１と変わるところはない。
【００７７】
なお、本実施形態の荷重補償装置１’においては、第１連結体であるワイヤ１２’と第２連結体であるワイヤ２６’に、高張力に耐え且つ伸びが少ない材料を用いることで、装置全体の軽量化を図ることができる。
【００７８】
次に、図６は、本発明に係る荷重補償装置の別の実施形態を示す概略側面図であって、同図に示す荷重補償装置１”は、前述した図１乃至図４で説明した荷重補償装置１における圧縮コイルばねを使用した自重補償ばね１０及び第１ガイドロッド１２（第１連結体）を第１作動シリンダユニット３６に、また、付加重量補償ばね２９と第２ガイドロッド２６（第２連結体）を第２作動シリンダユニット３７に置き換えたもので、図６において、図１乃至図４中の番号と同一の番号で示す部分は、前述した荷重補償装置１と同一構造である。
【００７９】
第１作動シリンダユニット３６は、ロッド側端部近傍を軸１３で第１アーム３の長手方向途中位置に回動自在に支持されているシリンダ本体３６Ａと、そのロッド側端部から進退自在に突出して先端部が、第１アーム３を支持体２に連結している軸４（第１枢着部）の鉛直上方に離間して設けられている軸６’（第１支承部）に回動自在に連結されているピストンロッド３６Ｂを備えている。
【００８０】
前記ピストンロッド３６Ｂは、本発明における第１連結体の機能を兼ねており、シリンダ本体３６Ａ内に嵌挿されている図示しないピストンと一体に連結されている。また、シリンダ本体３６Ａは、本発明における第２支承部の機能を兼ねており、そのロッド側ポートＰ１は、支持体２の近傍に設置されている自重補償シリンダユニット３８のシリンダ本体３８Ａのロッド側ポートＰ１と、屈曲自在な管路３９Ａで連結されている。
【００８１】
一方、前記シリンダ本体３６Ａのヘッド側ポートＰ２は、屈曲自在な管路３９Ｂを介して図示しない駆動用流体回路に連結されている。前記駆動用流体回路は、例えば、ポンプや方向切換弁等からなる周知の油圧回路等を用いて構成されている。
【００８２】
シリンダ本体３８Ａ内にはピストン３８Ｂが嵌挿されており、これに一体に連結されたピストンロッド３８Ｃが、前記シリンダ本体３８Ａのロッド側端部から進退自在にその外部に突出してその先端が第１可動枠４０の下面に連結されている。また、シリンダ本体３８に設けられているヘッド側ポートＰ２は、管路３９Ｃを介して前記駆動用流体回路と連結されている。
【００８３】
第１可動枠４０は、シリンダ本体３８Ａを取り付けてある第１固定枠４１に対して、図示していないリニアガイド機構によって昇降自在に案内支持されており、前記第１可動枠４０と第１固定枠４１と間には、圧縮コイルばねからなる自重補償マスタばね４２が所定量圧縮変形された状態で組み込まれている。
【００８４】
ここで、第１作動シリンダユニット３６のシリンダ本体３６Ａ内に嵌挿されている図示しないピストンのロッド側受圧面積をＳ１、自重補償シリンダユニット３８のシリンダ本体３８Ａ内に嵌挿されているピストン３８Ｂのロッド側受圧面積をＳ２とすると、第１作動シリンダユニット３６のピストンロッド３６Ｂの伸長方向の変位は、管路３９Ａを流れる油等の非圧縮性流体を介して自重補償シリンダユニット３８のピストンロッド３８ＣにそのＳ１／Ｓ２倍の収縮方向の変位として伝達される。
【００８５】
ここで、自重補償マスタばね４２をその自然長より、軸６’（第１支承部）と軸１３（第２支承部の中心位置）間の距離ＬａのＳ１／Ｓ２倍の長さだけあらかじめ圧縮変形させて、可動枠４１と固定枠４２間に組み込んでおくことで、第１作動シリンダユニット３６は、自重補償マスタばね４２のばね定数をＫとすると、ｋ＝ （Ｓ１／Ｓ２）２  Ｋのばねと等価な自重補償ばね要素として、前記距離Ｌａに比例した反発力を発生することができる。
【００８６】
その結果、図１乃至図４に示す補償重量切換式荷重補償装置に用いている自重補償ばね１０と同様にして、第１アーム３、第２アーム５及び前記昇降ヘッド部７を含む可動部分全体の自重により、第１アーム３の軸４周りに生じる負荷トルクを補償することができる。
【００８７】
このようにして、補償トルクと負荷トルクとが平行している状態において、前記駆動用流体回路から管路３９Ｃを通じて自重補償シリンダユニット３８のシリンダ本体３８Ａのヘッド側ポートＰ２へ加圧流体を供給するとともに、第１作動シリンダユニット３６のシリンダ本体３６Ａのヘッド側ポートＰ２から屈曲自在な管路３９Ｂを介して流体を当該駆動用流体回路側へ排出することで、第１作動シリンダユニット３６のピストンロッド３６Ｂは伸長して昇降ヘッド部７を下降させることができる。
【００８８】
また、前記駆動用流体回路から管路３９Ｂを通じて第１作動シリンダユニット３６のシリンダ本体３６Ａのヘッド側ポートＰ２へ加圧流体を供給するとともに、自重補償シリンダユニット３８のシリンダ本体３８Ａのヘッド側ポートＰ２から管路３９Ｃを介して流体を駆動用流体回路側へ排出することで、昇降ヘッド部７を上昇させることができる。
【００８９】
第２作動シリンダユニット３７は、ロッド側端部近傍を軸２７で第２アーム５の長手方向途中位置に回動自在に支持されているシリンダ本体３７Ａと、そのロッド側端部から進退自在に突出して先端部が軸２５（第３支承部）に回動自在に連結されているピストンロッド３７Ｂを備えている。
【００９０】
前記ピストンロッド３７Ｂは、本発明における第２連結体の機能を兼ねており、シリンダ本体３７Ａ内に嵌挿されている図示しないピストンと一体に連結されている。また、シリンダ本体３７Ａは、本発明における第４支承部の機能を兼ねており、そのロッド側ポートＰ１は、支持体２の近傍に設置されている付加重量補償シリンダユニット４３のシリンダ本体４３Ａのロッド側ポートＰ１と屈曲自在な管路３９Ｄで連結されている。一方、前記シリンダ本体３７Ａのヘッド側ポートＰ２は大気中に開放されている。
【００９１】
前記付加重量補償シリンダユニット４３のシリンダ本体４３Ａ内には、ピストン４３Ｂが嵌挿されており、これに一体に連結されたピストンロッド４３Ｃが、前記シリンダ本体４３Ａのロッド側端部から進退自在に突出してその先端が第２可動枠４４の下面に連結されている。また、シリンダ本体４３Ａに設けられているヘッド側ポートＰ２は、大気中に開放されている。
【００９２】
第２可動枠４４は、シリンダ本体４３Ａを取り付けてある第２固定枠４５に対して、図示していないリニアガイド機構によって昇降自在に案内支持されており、前記第２可動枠４４と第２固定枠４５と間には、圧縮コイルばねからなる付加重量補償マスタばね４６が所定量圧縮変形された状態で組み込まれている。
【００９３】
なお、図６中においては、作図の都合上、付加重量補償シリンダユニット４３を自重補償シリンダユニット３８の上方に図示しているが、両者はともに支持体２近傍の床面上に並べて配置されている。
【００９４】
ここで、第２作動シリンダユニット３７のシリンダ本体３７Ａ内に嵌挿されている図示しないピストンのロッド側受圧面積をＳ’１、付加重量補償シリンダユニット４３のシリンダ本体４３Ａ内に嵌挿されているピストン４３Ｂのロッド側受圧面積をＳ’２とすると、第２作動シリンダユニット３７のピストンロッド３７Ｂの伸長方向の変位は、管路３９Ｄを流れる作動流体を介して付加重量補償シリンダユニット４３のピストンロッド４３Ｃにその（Ｓ’１／Ｓ’２）倍の収縮方向の変位として伝達される。
【００９５】
ここで、付加重量補償マスタばね４６をその自然長より、軸２５（第３支承部）と軸２７（第４支承部の中心位置）間の距離Ｌｂの（Ｓ１’／Ｓ’２）倍の長さだけあらかじめ圧縮変形させて、可動枠４４と固定枠４５間に組み込んでおくことで、第２作動シリンダユニット３７は、付加重量補償マスタばね４６のばね定数をＫ’とすると、ｋ’＝ （Ｓ’１／Ｓ’２）２  Ｋ’のばねと等価な付加重量補償ばね要素として、前記距離Ｌｂに比例した反発力を発生することができ、図１乃至図４に示す補償重量切換式荷重補償装置に用いている付加重量補償ばね２９と同様に機能する。
【００９６】
従って、前述した荷重補償装置１において、図３または図４で示す場合と同様に、本実施形態の荷重補償装置１”で昇降ヘッド部７に荷（図示せず）を吊り下げている場合に、自重補償マスタばね４２と付加重量補償マスタばね４６の２つが協働して、荷重補償装置１”の可動部分全体の自重と前記荷の重量を補償することができる。
【００９７】
前述したように、本実施形態の荷重補償装置１”においては、ピストンロッド３６Ｂが本発明における第１連結体として、また、ピストンロッド３７Ｂが第２連結体として、シリンダ本体３６Ａが第２支承部として、シリンダ本体３７Ａが第４支承部として、第１作動シリンダユニット３６が自重補償ばね要素として、第２作動シリンダユニット３７が付加重量補償ばね要素としての機能をそれぞれ有している。
【００９８】
次に、図７は、本発明に係る荷重補償装置のさらに別の実施形態における要部概略平面図であって、これは、先に説明した図５に示す荷重補償装置１’の構造を基本として、３種類の異なる重さの荷に対応できるように発展させたものである。
【００９９】
同図に示すように、支持体（図示せず）に対して第２枢着部としての軸６周りに回動自在にに連結されている第２アーム５には、ばね固定部３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃにそれぞれ一方の端部を固定された状態で、３組の引っ張りコイルばねからなる付加重量補償ばね要素としての付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃが設けられている。
【０１００】
これらの付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃの他方の端部はそれぞれ、第２連結体としてのワイヤ２６’Ａ、２６’Ｂ、２６’Ｃのそれぞれの一方の端部と連結されている。
【０１０１】
これらのワイヤ２６’Ａ、２６’Ｂ、２６Ｃ’は、第４支承部としての偏向ガイド２８’Ａで途中位置を案内されて、他方の端部が昇降ヘッド部７’に横並び状態で個別に昇降可能に案内支持されている３組の切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃのそれぞれに対して、図示していない第３支承部としての軸で回動自在に連結されている。
なお、前記昇降ヘッド部７’は、前述した各実施形態における昇降ヘッド７と同じ構造で第１アーム（図示せず）と第２アーム５に連結支持されている。
【０１０２】
図７に示されているように、昇降ヘッド部７’には、これらの切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと同時に噛み合い可能な幅を有する幅広の切換歯車２３Ａが、軸方向にスライド自在に且つ回転自在に設けられている。
【０１０３】
前記切換歯車２３Ａは、昇降ヘッド部７’に第１中継歯車２３Ｂ、第２中継歯車２３Ｃ、ならびに図示していない歯車列を介して、図５に記載されている巻胴１８と同様な巻胴に駆動連結されている。
【０１０４】
従って、切換歯車２３Ａを図７の（ａ）、（ｂ）に示すように、軸方向にスライドさせることによって、前記巻胴と駆動連結される切換ラックの数を増減させて、補償力が有効となる付加重量補償ばねの数を、取り扱う荷の重さに応じて増減させることができる。
なお、付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃは、この実施形態のものにおいては全て同じばね定数のものが用いられている。
【０１０５】
また、これらの切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、巻胴に連動させるもの以外は、下降移動を規制しておく必要があるため、本実施形態のものにおいては、各切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ毎に、個別にこれらの切換ラックの下降を阻止する係合位置と、下降を可能とする解除位置の間で水平方向に移動自在な、図８に示す構造のストッパ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃが、昇降ヘッド部７’の底部に組み込まれている。また、これらのストッパ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、個別に係合位置に向けてばね付勢されている。
【０１０６】
これらのストッパ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃは、それぞれ連結ピンＣＰを介して荷を吊るワイヤ１６が当接するガイドピンＧＰが設けられた、枠状のワイヤガイド３２Ａと必要に応じて連結分離自在になっている。
【０１０７】
前記ガイドピンＧＰは、ワイヤガイド３２Ａに対して抜き差し自在になっていて、軸方向にスライドさせることによって、ワイヤガイド３２Ａと連結するストッパの数を増減することが可能になっている。
【０１０８】
図８（ａ）は、ワイヤガイド３２Ａと連結ピンＣＰで連結されているストッパ３０Ａのみが、ワイヤガイド３２ＡのガイドピンＧＰに荷を吊り下げているワイヤ１６から作用する力によりストッパ３０Ａを付勢するばね力に抗して解除位置へ退避している状態を示している。
【０１０９】
残りのストッパ３０Ｂ、３０Ｃは、ワイヤガイド３２Ａと分離されているため、それぞれに作用するばねの付勢力によって係合位置に保持されている。この状態では、ワイヤ１６に荷の重さが加わることにより、切換ラック２４Ａのみが下降可能であり、図７（ａ）に示すように切換歯車２３Ａを切換ラック２４Ａのみに噛み合うスライド位置に移動しておくと、付加重量補償ばね２９’Ａのみが有効になる。
【０１１０】
また、重量が２倍の荷を取り扱う場合には、図７（ｂ）に示すように、２つの切換ラック２４Ａ、２４Ｂを切換歯車２３Ａと噛み合わせ、且つ、これらの切換ラック２４Ａ、２４Ｂに対応している２つのストッパ３０Ａ、３０Ｂをワイヤガイド３２Ａと連結ピンＣＰと連結すれば、２つの付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂの両方を有効にすることにより荷重補償が可能となる。
【０１１１】
さらに、切換歯車２３Ａを全ての切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに噛み合わせ、且つ、図８（ｂ）に示すようにストッパ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃの全てをワイヤガイド３２Ａに連結すれば、３つの付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃが全て有効になるため、３倍の重量の荷に対応することができる。
【０１１２】
なお、この実施形態においては、３つの付加重量補償ばね２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃは全て同じばね定数のものを使用しているが、これらのばね定数は互いに異なっていてもよく、その場合にも、付加重量補償ばねの数に応じた複数種類の重量の荷を取り扱うことができる。また、付加重量補償ばねや切換ラック、ストッパ等の数は、必要に応じて適宜増減可能である。
【０１１３】
次に、図９は、本発明に係る荷重補償装置のさらに別の実施形態における要部概略平面図であって、これは、先に説明した図５に示す荷重補償装置１’の構造を基本として、前述した図７及び図８で説明した実施形態のものと同様に、３種類の異なる重さの荷に対応できるように発展させたものである。
【０１１４】
図９において、３つの付加重量補償ばね２９’ａ、２９’ｂ、２９’ｃは、全てばね定数が異なっており、前述した図７のものと同様に、第２アーム５に対してばね固定部３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃにそれぞれ一方の端部を固定され、他方の端部がそれぞれ、第２連結体としてのワイヤ２６’Ａ、２６’Ｂ、２６’Ｃを介して、昇降ヘッド部７’に横並びに配列されている切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに連結されている。
【０１１５】
昇降ヘッド部７’には、これらの切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの何れかに選択的に噛み合う切換歯車２３ａが軸方向にスライド自在且つ回転自在に設けられている。前記切換歯車２３ａは、昇降ヘッド部７’に第１中継歯車２３ｂ、第２中継歯車２３ｃ、並びに図示していない歯車列を介して、図５に記載されている巻胴１８と同様な巻胴に駆動連結されている。
【０１１６】
従って、切換歯車２３ａを図９の（ａ）または（ｂ）のようにスライドさせることによって、前記巻胴と駆動連結される切換ラックを換えて、３つの付加重量補償ばね２９’ａ、２９’ｂ、２９’ｃの中で、荷の重さに適合する補償力が得られるものを有効にすることができる。
【０１１７】
また、これらの切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、巻胴に連動させるもの以外は、下降移動を規制しておく必要があるため、前述した図７、図８に示す実施形態のものと同様に、各切換ラック２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ毎に、個別にこれらの切換ラックの下降を阻止する係合位置と、下降を可能とする解除位置の間で水平方向に移動自在な、図１０に示す構造のストッパ３０ａ、３０ｂ、３０ｃが、昇降ヘッド部７’の底部に組み込まれている。
【０１１８】
これらのストッパ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、前述した図８に示すストッパ３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃと同様に、個別に係合位置に向けてばね付勢されていて、これらの何れか一つが前述した図８に示すワイヤガイド３２Ａと略同じ構造のワイヤガイド３２ａと連結キーＣＫを介して選択的に連結可能になっている。
【０１１９】
図１０（ａ）は、ワイヤガイド３２ａと連結キーＣＫで連結されているストッパ３０ａのみが、ワイヤガイド３２ａのガイドピンＧＰに荷を吊り下げているワイヤ１６から作用する力によりストッパ３０ａを付勢するばね力に抗して解除位置へ退避している状態を示しており、残りのストッパ３０ｂ、３０ｂはワイヤガイド３２ａと分離されているため、それぞれに作用するばねの付勢力によって係合位置に保持されている。
【０１２０】
この状態では、ワイヤ１６に荷の重さが加わることにより、ワイヤガイド３２ａがストッパ３０ａを伴って図１０（ｂ）の係合位置から（ａ）の解除位置に移動すると、図９の切換ラック２４Ａのみが下降可能となる。
【０１２１】
この際、図９（ａ）に示すように切換歯車２３ａを切換ラック２４Ａに噛み合う位置に移動しておくと、切換ラック２４Ａが下限位置まで下降し、荷の重さに適合するように設定されている付加重量補償ばね２９’ａが有効になる。
【０１２２】
また、付加重量補償ばね２９’ｂに適合した重さの荷を扱う場合には、図９（ｂ）のように、切換歯車２３ａを切換ラック２４Ｂに噛み合う位置に移動し、且つ、前記切換ラック２４Ｂに対応するストッパ３０ｂをワイヤガイド３２ａと連結キーＣＫで連結することにより、付加重量補償ばね２９’ｂを有効にして荷重補償を行うことができる。なお、付加重量補償ばねや切換ラック、ストッパ等の数は必要に応じて適宜増減可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明の補償重量切換式荷重補償装置は、ロボットやマニピュレータ、アームクレーンや、車両等への荷の積卸装置等、幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１，１’  補償重量切換式荷重補償装置
２  支持体
３  第１アーム
４  軸（第１枢着部）
５  第２アーム
６  軸（第２枢着部、又は第２枢着部兼第１支承部）
６’  軸（第１支承部）
７  昇降ヘッド部
７Ａ  垂直部
８  軸（第４枢着部）
９  軸（第３枢着部）
１０、１０’  自重補償ばね（自重補償ばね要素）
１１  回動制限部材
１２  第１ガイドロッド（第１連結体）
１２Ａ  ばね受部
１２’  ワイヤ（第１連結体）
１３  軸
１４  スライダ（第２支承部）
１４’  偏向ローラ（第２支承部）
１５  巻胴
１６  ワイヤ（可撓条体）
１７  吊具
１８  駆動ピニオン
１９  第１歯車
２０  第１ピニオン
２１  第２歯車
２２  第２ピニオン
２３  中継歯車
２３Ａ、２３ａ  切換歯車
２３Ｂ、２３ｂ  第１中継歯車
２３Ｃ、２３ｃ  第２中継歯車
２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ  切換ラック
２５  軸（第３支承部）
２６  第２ガイドロッド（第２連結体）
２６Ａ  ばね受部
２６’２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ  ワイヤ（第２連結体）
２７  軸
２８  スライダ（第４支承部）
２８’  偏向ローラ（第４支承部）
２８’Ａ  偏向ガイド（第４支承部）
２９、２９’２９’Ａ、２９’Ｂ、２９’Ｃ、２９’ａ，２９’ｂ、２９’ｃ  付加重量補償ばね（付加重量補償ばね要素）
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ  ストッパ
３１  圧縮コイルばね
３２  ガイドローラ（ガイド部材）
３２Ａ、３２ａ  ワイヤガイド（ガイド部材）      
３３  ワイヤ引出孔
３４、３５  ばね固定軸
３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃ  ばね固定部
３６  第１作動シリンダユニット（自重補償ばね要素）
３６Ａ  シリンダ本体（第２支承部）
３６Ｂ  ピストンロッド（第１連結体）
３７  第２作動シリンダユニット（付加重量補償ばね要素）
３７Ａ  シリンダ本体（第４支承部）
３７Ｂ  ピストンロッド（第２連結体）
３８  自重補償シリンダユニット
３８Ａ  シリンダ本体
３８Ｂ  ピストン
３８Ｃ  ピストンロッド
３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｄ  管路
４０  第１可動枠
４１  第１固定枠
４２  自重補償マスタばね
４３  付加重量補償シリンダユニット
４３Ａ  シリンダ本体
４３Ｂ  ピストン
４３Ｃ  ピストンロッド
４４  第２可動枠
４５  第２固定枠
４６  付加重量補償マスタばね
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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