(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次圧力ポートＡと供給圧力ポートＰとの間に給気弁が配設され、二次圧力ポートＡと排気ポートＲとの間に排気弁が配設され、エアアクチュエータ内の上側の背圧室に背圧が導入され、エアアクチュエータ内の下側のフィードバック室に二次圧力が導入され、エアアクチュエータの出力部材に下向きの荷重が作用するようにされ、給気弁には第２ポペット弁体及び第２弁座があるとともに排気弁には第１ポペット弁体及び第１弁座があり、フィードバック室の圧力上昇によって排気弁が開放され、フィードバック室の圧力低下によって給気弁が開放され、二次圧力ポートＡの二次圧力が荷重に対応した値となったとき、給気弁及び排気弁が閉鎖され、二次圧力ポートＡの二次空気をバランスシリンダのシリンダ室に直接供給するようにされたオートバランサ。
【請求項２】
背圧室には、荷重体及びオートエアバランサ装置の合計重量をエアアクチュエータのピストンの上側面積で除した値の背圧を、供給圧力空気が減圧弁により減圧して導入され、エアアクチュエータには出力部材としてシャフトが連結され、給気弁及び排気弁の各ポペット弁・各端部材の中央孔にシャフトが挿通され、シャフトの下端にフックが形成された請求項１記載のオートバランサ。
【請求項３】
オートバランサ本体に操作杆が揺動可能に配設され、操作杆の把手を上下動させることにより、給気弁又は排気弁が開放するようにされた請求項１又は２記載のオートバランサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重体の重量を瞬時に検出して直ちにこの荷重体をバランスさせる力を作用させ、作業者の僅かな力で荷重体を自由に移動させるオートエアバランサ用のオートバランサ（荷重−空気圧変換器）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来から存在する電気・空気圧機器を用いて構成したオートバランサを示す回路図である。エアシリンダ１のピストンロッド２にロードセル３を介して荷重体４が吊るされており、ロードセル３によって荷重体４の荷重が電気信号に変換されるように配置されている。ロードセル３の出力はアンプ５で増幅されて電空変換器６に入力され、電空変換器６によって空気圧源７からの圧力空気の圧力がロードセル３の出力に比例した空気圧に変換される。電空変換器６の出力がパイロット信号としてパイロット操作式減圧弁８のパイロット操作部に入力され、パイロット操作式減圧弁８の出力空気がエアシリンダ１のロッド側空気室に供給される。エアシリンダ１のロッド側空気室の空気圧は、ロードセル３の出力信号に比例するものであり、この空気圧によって荷重体４の荷重とバランスする力が発生し、ピストンロッド２は図示の位置に維持される。そして、外力を荷重体４に作用させることにより、荷重体４を上げたり下げたりすることが容易にできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバランサは、ロードセルによって荷重を電気信号に変換し、次いで電空変換器により電気信号を空気圧信号に変換していた。もし、荷重を空気圧に直接変換でき、その空気圧をバランスシリンダ（エアシリンダ）に直接供給することができれば、空気圧機器のみの簡単なシステムで全空気圧式のオートエアバランサを構成することができることとなる。
本発明は、空気圧機器のみによって簡単なオートエアバランサを構成するときに必要な、荷重を空気圧に変換しバランスシリンダに直接供給することができる荷重−空気圧変換器（オートバランサ）を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するために、オートバランサであって、二次圧力ポートＡと供給圧力ポートＰとの間に給気弁が配設され、二次圧力ポートＡと排気ポートＲとの間に排気弁が配設され、エアアクチュエータ内の上側の背圧室に背圧が導入され、エアアクチュエータ内の下側のフィードバック室に二次圧力が導入され、エアアクチュエータの出力部材に下向きの荷重が作用するようにされ、給気弁には第２ポペット弁体及び第２弁座があるとともに排気弁には第１ポペット弁体及び第１弁座があり、フィードバック室の圧力上昇によって排気弁が開放され、フィードバック室の圧力低下によって給気弁が開放され、二次圧力ポートＡの二次圧力が荷重に対応した値となったとき、給気弁及び排気弁が閉鎖され、二次圧力ポートＡの二次圧力をバランスシリンダのシリンダ室に直接供給するようにされたことを第１構成とする。
本発明は、第１構成において、背圧室には、荷重体及びオートエアバランサ装置の合計重量をエアアクチュエータのピストンの上側面積で除した値の背圧を、供給圧力空気が減圧弁により減圧して導入され、エアアクチュエータには出力部材としてシャフトが連結され、給気弁及び排気弁の各ポペット弁・各端部材の中央孔にシャフトが挿通され、シャフトの下端にフックが形成されたことを第２構成とする。
本発明は、第１構成又は第２構成において、オートバランサ本体に操作杆が揺動可能に配設され、操作杆の把手を上下動させることにより、給気弁又は排気弁が開放するようにされたことを第３構成とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態のオートバランサ５７を示す。主弁本体１０の縦軸方向には段付の貫通孔が形成され、段付の貫通孔は上部から順に、ピストン２４が摺動自在に嵌合されるシリンダ部１２、第１端部材２５が嵌合される第１大径部１３・第１中径部１４（段付孔）、Ｒポート（排気ポート）に連通した排気室１５、第１弁座２８が嵌合される段付の第１弁座支持部１６、Ａポート（二次圧力ポート）に連通される二次圧室１７、第２弁座２９が嵌合される段付の第２弁座支持部１８、Ｐポート（圧力供給ポート）に連通される一次圧室１９、第２端部材２６が嵌合される第２中径部２０・第２大径部２１（段付孔）とされている。主弁本体１０の上面にカバー１１が載置され、これらはボルト等により相互に連結され固定されており、カバー１１の上側にハンガー３０が連結されている。なお、主弁本体１０とカバー１１とを合わせたものをオートバランサ本体と称することとする。
【０００６】
カバー１１の側面にＰ１ポート（背圧ポート）が形成され、Ｐ１ポートは連通路３１を通してシリンダ部１２の背圧室（ピストン２４の上側のシリンダ室）３２に連通されている。主弁本体１０の側面にＲポート（図１の背面）、Ａポート（図１の左側面）、Ｐポート（図１の右側面）が開口され、段付の貫通孔の中心部に、小径部３５Ａ、第１中径部３５Ｂ、大径部３５Ｃ、第２中径部３５Ｄ、フック３５Ｅを有するシャフト３５が配設されている。シャフト３５の小径部３５Ａはピストン２４の中央孔に挿通され、小径部３５Ａの上側の雄ねじにワッシャが嵌合され、この雄ねじにナット３６が螺合されて、小径部３５Ａにピストン２４が連結されている。ピストン２４の外周とシリンダ部１２との間はピストン２４に装着されたシールにより密封され、ピストン２４の中央孔とシャフト３５の小径部３５Ａとの間はピストン２４の中央孔に装着されたシールにより密封されている。
【０００７】
シャフト３５の第１中径部３５Ｂは第１端部材２５の上部隔壁２５Ａの中央孔にＯリングを介して摺動自在に挿通され、第１端部材２５は第１大径部１３の環状溝に装着された止め具３７によって抜け止めがされている。第１ポペット弁体３９が第１端部材２５と第１弁座２８との間に配置され、第１ポペット弁体３９の下部隔壁３９Ａの中央孔にシャフト３５の第１中径部３５Ｂが挿通されている。第１端部材２５では上部隔壁２５Ａと円筒部２５Ｂとが一体化されており、円筒部２５Ｂは下端が開口されており、円筒部２５Ｂの外周溝に装着されたシールにより、第１端部材２５と第１中径部１４との間が密封されている。第１ポペット弁体３９の下部隔壁３９Ａの上側に円筒部３９Ｂが一体に連結されており、円筒部３９Ｂの上端が開口され、円筒部３９Ｂの外周溝に装着されたシール４２が第１端部材２５の円筒部２５Ｂの内面に摺動自在に嵌合されている。第１端部材２５の上部隔壁２５Ａの下面と第１ポペット弁体３９の下部隔壁３９Ａの上面との間に第１スプリング４５が介装されている。第１スプリング４５の弾発力により第１ポペット弁体３９が下方に付勢され、第１ポペット弁体３９の下部隔壁３９Ａの第１シール部４７が第１弁座２８を押圧している。なお、第１ポペット弁体３９、第１弁座２８、第１スプリング４５及び第１端部材２５により排気弁５４が構成されている。第１ポペット弁体３９の下部隔壁３９Ａには複数個の連通孔が形成され、この連通孔によって二次圧室１７と第１ポペット弁体３９の内部とが連通されている。
【０００８】
排気弁５４と上下対称に給気弁５５が形成されており、給気弁５５は第２ポペット弁体４０、第２弁座２９、第２スプリング４６及び第２端部材２６により構成される。シャフト３５の第２中径部３５Ｄは第２端部材２６の下部隔壁２６Ａの中央孔にＯリングを介して摺動自在に挿通され、第２端部材２６は第２大径部２１の環状溝に装着された止め具３８によって抜け止めがされている。第２ポペット弁体４０が第２端部材２６と第２弁座２９との間に配置され、第２ポペット弁体４０の上部隔壁４０Ａの中央孔にシャフト３５の第２中径部３５Ｄが挿通されている。第２端部材２６には下部隔壁２６Ａと円筒部２６Ｂとが一体化されており、円筒部２６Ｂは上端が開口され、円筒部２６Ｂの外周溝に装着されたシールにより、第２端部材２６と第２中径部２０との間が密封されている。第２ポペット弁体４０の上部隔壁４０Ａの下側に円筒部４０Ｂが一体に連結されており、円筒部４０Ｂの下端が開口され、円筒部４０Ｂの外周溝に装着されたシール４３が第２端部材２６の円筒部２６Ｂの内面に摺動自在に嵌合されている。第２端部材２６の下部隔壁２６Ａの上面と第２ポペット弁体４０の上部隔壁４０Ａの下面との間に第２スプリング４６が介装され、第２スプリング４６の弾発力により第２ポペット弁体４０が上方に付勢され、第２ポペット弁体４０の上部隔壁４０Ａの第２シール部４８が第２弁座２９を押圧している。なお、第２ポペット弁体４０の上部隔壁４０Ａには複数個の連通孔が形成され、この連通孔によって二次圧室１７と第２ポペット弁体４０の内部とが連通されている。
【０００９】
第１端部材２５の円筒部２５Ｂの内径と第１弁座２８の先端部の径とは同一とされており、第１シール部４７が第１弁座２８に当接するとき、排気室１５内の空気圧が第１ポペット弁体３９に作用する力は、上下方向の大きさが同一でバランスしており、二次圧が第１ポペット弁体３９に作用する力も、上下方向の大きさが同一でバランスしている。そして、第１ポペット弁体３９と上下対称の第２ポペット弁体４０も、第１ポペット弁体３９と同様に上下方向の力がバランスする。
【００１０】
二次圧室１７はフィードバック通路５０を介してシリンダ部１２のフィードバック室（ピストン２４の下側のシリンダ室）３３に連通されている。主弁本体１０の下端に支持部５１が突設され、支持部５１の下端に操作杆５２の中間部がピン６３により揺動自在に連結され、操作杆５２の先端がシャフト３５の第２中径部３５Ｄにピン６４により回動自在に連結されている。ハンガー３０によってオートバランサ５７が吊り下げられ、Ｐポートには供給圧力空気が供給され、Ｐ１ポートにはシャフト３５等とバランスさせるための背圧が供給されている。
本発明の実施の形態のオートバランサでは、エアアクチュエータとしてシリンダを用いたが、ダイヤフラム、ベロフラム、ベローズ等を用いることができる。また、本発明の実施の形態のオートバランサでは、オートバランサ本体内の上側にアクチュエータを配置し、下側に排気弁及び給気弁を配置したが、上側に排気弁及び給気弁を配置し、下側にアクチュエータを配置してもよい。
【００１１】
次に本発明のオートバランサ５７の実施の形態の作用について説明する。荷重ゼロの初期位置（図１）において、二次圧室１７の圧力がフィードバック通路５０を通してフィードバック室３３に導入され、予め設定された圧力の背圧が背圧室３２に導入されている。フィードバック室３３の圧力は背圧室３２の背圧とバランスした圧力となり、ピストン２４、第１ポペット弁体３９及び第２ポペット弁体４０を図１に示す初期位置を維持している。そして、排気弁５４及び給気弁５５は閉鎖されている。
【００１２】
フック３５Ｅに下向きの荷重Ｗが作用すると、ピストン２４及び第２ポペット弁体４０が下方に変位し（第２ポペット弁体４０はシャフト３５の大径部３５Ｃと第２中径部３５Ｄとの段差部により押し下げられる）、排気弁５４は閉鎖位置に維持され、給気弁５５が開かれる。供給圧力空気がＰポートから一次圧室１９、給気弁５５の開口部（第２ポペット弁体４０の上部隔壁４０Ａと第２弁座２９との間の隙間）を通って二次圧室１７・Ａポートに流入し、二次圧力が上昇する。上昇した二次圧力空気は、フィードバック通路５０を通ってフィードバック室３３に流入し、フィードバック室３３に流入した二次圧力はピストン２４の下面に作用して、背圧室３３の圧力による下方への力に対抗し、荷重Ｗと対抗する。二次圧力が荷重Ｗに見合った値になると、ピストン２４が荷重Ｗと対応したバランス位置に変位し、給気弁５５が閉鎖する。
【００１３】
次に、フック３５Ｅに作用する荷重Ｗが減少すると、ピストン２４及び第１ポペット弁体３９が上方に変位し（第１ポペット弁体３９はシャフト３５の大径部３５Ｃと第１中径部３５Ｂとの段差部により押し上げられる）、給気弁５５は閉鎖位置に維持され、排気弁５４が開かれる。二次圧室１７の二次圧力空気が排気弁５４の開口部（第１ポペット弁体３９の下部隔壁３９Ａと第１弁座２８との間の隙間）、排気室１５及びＲポートを通って排出され、二次圧室１７及びフィードバック室３３の空気圧が低下し、その低下した空気圧力がピストン２４の下面に作用する。二次圧力が減少した荷重Ｗに見合った値になると、ピストン２４が小さくなった荷重と対応したバランス位置に変位し、排気弁が閉鎖する。
以上のとおり、荷重Ｗの変化に追従して二次圧力が変化し、荷重Ｗに見合った二次圧力になったとき、ピストン２４がバランス位置に変位し、給気弁及び排気弁が閉鎖される。
【００１４】
図２は、荷重を空気圧に変換する本発明の実施の形態のオートバランサ57を用いて、荷重を空気圧に直接変換し、空気圧機器のみで構成した全空気圧式オートバランサシステムの回路図である。バランスシリンダ（エアシリンダ）58が天井に縦向きにして固定され、バランスシリンダ58のピストンロッド59にオートバランサ57を介して荷重体60が吊るされており、オートバランサ57によって荷重体60の荷重が空気圧信号に変換されるように配置されている。オートバランサ57のＡポートは可撓性のバランス圧力導管61を通してバランスシリンダ58のロッド側室（ロッド側シリンダ室）62に連通され、オートバランサ57の二次圧力はバランスシリンダ58のロッド側室62に直接供給される。バランスシリンダ58のロッド側室62の空気圧（当初空気圧）は、オートバランサ57の二次圧力に等しく、この二次圧力によって荷重体60の荷重及び装置自重とバランスする力が発生するように設定されており、ピストンロッド59は図示の位置に維持されている。なお、背圧室32への背圧は、Ｐポートに供給される圧力空気を減圧弁70により減圧されたものであり、荷重体60及びオートバランサ装置（オートバランサ57、ピストン24及びシャフト35等）の合計重量をピストン24の上側面積で除したものに相当する。
【００１５】
荷重体６０を下降させたいときには、操作杆５２の右端の把手を小さな力で下げると、操作杆５２はピン６３を中心にして揺動し、操作杆５２の先端がシャフト３５の第２中径部３５Ｄを僅かに持ち上げる。その状態は前記図１の作用の説明の荷重Ｗが減少したときに相当し、二次圧室１７内の空気が排気弁５４を通って排気され、オートバランサ５７の二次圧力が低下する。オートバランサ５７の二次圧力が低下すれば、全空気圧式オートバランサシステムのバランスシリンダ５８のロッド側室６２の空気圧は低下し、ピストンロッド５９及び荷重体６０は下降する。荷重体６０を速く下降させたいときには、操作杆５２の下げ量を多くし、二次圧力の低下量を大きくし、バランスシリンダ５８のロッド側室６２の空気圧の低下量を大きくすればよい。荷重体６０をゆっくり下降させたいときには、操作杆５２の下げ量を少なくすればよい。そして、荷重体６０の下降動作を停止させたいときには、操作杆５２に加える操作力をゼロにすると、ロッド側室６２の空気圧が前記の当初空気圧となり、荷重体６０の下降動作が停止し、停止位置に維持される。
【００１６】
荷重体６０を上昇させたいときには、操作杆５２の把手を小さな力で上げると、操作杆５２はピン６３を中心にして揺動し、操作杆５２の先端がシャフト３５の第２中径部３５Ｄを僅かに押し下げる。その状態は前記図１の作用の説明の荷重Ｗが増加するときに相当し、オートバランサ５７の二次圧力が上昇する。オートバランサ５７の二次圧力が上昇すれば、全空気圧式オートバランサシステムのバランスシリンダ５８のロッド側室６２の空気圧は上昇し、ピストンロッド５９及び荷重体６０は上方へ移動する。荷重体６０の上方移動速度を上げたいときには、操作杆５２の上げ量を多くし、二次圧力の上昇量を大きくし、バランスシリンダ５８のロッド側室６２の空気圧の上昇量を大きくすればよい。荷重体６０の上方移動速度を低下させたいときは、操作杆５２の上げ量を少なくすればよい。そして、荷重体６０の上方移動動作を停止させたいときには、操作杆５２に加える操作力をゼロにすると、ロッド側室６２の空気圧が前記当初空気圧となり、荷重体６０の上方移動動作が停止し、停止位置に維持される。
【００１７】
図３は、図２の全空気圧式オートバランサシステムの変形例の回路図である。バランスシリンダ５８が支柱６５に横向きに固定され、バランスシリンダ５８のピストンロッド５９の先端に第１滑車６６が連結されている。第１滑車６６の水平方向に第２滑車６７が回転自在に固定され、一端が固定されたロープ６８を第１滑車６６及び第２滑車６７に掛け、ロープ６８の他端にオートバランサ５７を介して荷重体６０が吊るされている。供給圧力空気は支柱内の配管から可撓性の圧力空気導管６９を通してオートバランサ５７のＰポートに供給され、図２と同様にオートバランサ５７によって荷重体６０の荷重が空気圧信号に変換され、図２の場合と同様に機能する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の請求項１及び２のものは、荷重に対応した二次圧力を発生させることができる。そして、本発明では、給気弁及び排気弁にそれぞれポペット弁体及び弁座があり、ポペット弁体及び弁座の直径を大きくすることにより二次圧ポートＡと供給圧力ポートＰ・排気ポートＲとの間の流量を大きくできるので、オートバランサの二次圧ポートＡをバランスピストンのロッド側室等に接続して、二次圧空気を直接供給し、バランスピストンを作動させることができる。また、減圧弁を用いて背圧を制御することにより、一つのオートバランサで重さの異なる荷重・装置自重にバランスさせることができる。
本発明の請求項３のものは、操作杆の把手を上下動させることにより、バランスシリンダのピストンロッド及び荷重体の移動方向及び速度をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオートバランサの実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明のオートバランサを用いて構成した全空気圧式オートバランサシステムの回路図である。
【図３】本発明の荷重−空気圧変換器を用いて構成した全空気圧式オートバランサシステムの変形例の回路図である。
【図４】従来のバランサシステムを示す回路図である。
【符号の説明】
２４  ピストン（エアアクチュエータ）
２８  第１弁座（排気弁の弁座）
２９  第２弁座（給気弁の弁座）
３２  背圧室
３３  フィードバック室
３５  シャフト（出力部材）
３９  第１ポペット弁（排気弁のポペット弁）
４０  第２ポペット弁（給気弁のポペット弁）
５４  排気弁
５５  給気弁
【図１】
0003542254.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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