(57)【要約】      （修正有）【課題】安定な動作で確実に操作力を軽減できる荷役機械と搬送方法を提供する。【解決手段】荷役機械１１では、シリンダ１２１内の圧力変化が補助センサ２１で検出されており、シリンダ１２１内が負荷バランス圧Ｐ2に設定されている状態で、荷役物１１９に加わった操作力が上向き方向の成分を有することが検出されると、制御回路１３１がシリンダ１２１の内圧をΔＰ1昇圧し、上向きの補助力Δｆ1を発生させ、下向き方向の成分を有することが検出されるとΔＰ2減圧し、下向き方向の補助力Δｆ2を発生させる。操作力と同方向の補助力が加えられるので作業者１２５の負担が軽減される。【選択図】  図２
2007091439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷役物を持ち上げるアームと、
前記アームに取りつけられたシリンダと、
前記シリンダに接続され、前記シリンダ内の気体を給排気し、前記シリンダ内を入力された圧力信号に応じた圧力にする圧力制御装置と、
前記圧力制御装置に前記圧力信号を出力する制御回路と、
を有し、
前記荷役物の重量に応じた負荷バランス圧を示す前記圧力信号を前記圧力制御装置から出力したときに、前記シリンダ内の圧力によって生成され、前記アームを介して前記荷役物に加えられる上昇力と、前記荷役物の重量によって生じる下降力とが釣り合い、前記荷役物が上下方向に静止し、前記荷役物に操作力を加えると前記荷役物を所望方向に移動できるバランス状態を形成するように構成された荷役機械であって、
前記制御回路は、前記操作力が上向き方向の成分を有するか、下向き方向の成分を有するかを検出し、前記圧力信号を変更して、上向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を増加させて上向きの補助力を発生させ、下向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を減少させて下向きの補助力を発生させるように構成された荷役機械。
【請求項２】
前記シリンダ内の圧力を測定する補助センサが設けられ、
前記制御回路は、前記補助センサの測定結果から、前記シリンダ内の圧力の増減を検出し、前記操作力が上向き方向の成分を有するか下向き方向の成分を有するかを判別する請求項１記載の荷役機械。
【請求項３】
前記制御回路は、前記補助力を発生させた後、所定の補助力発生時間が経過すると前記補助力を消滅させるように構成された請求項２記載の荷役機械。
【請求項４】
前記アームと前記荷役物の間には、前記操作力の方向を検出する操作力検出センサが設けられ、
前記制御回路は、前記操作力検出センサから入力される信号により、前記操作力が上向き方向の成分を有するか下向き方向の成分を有するかを判別する請求項１記載の荷役機械。
【請求項５】
前記操作力検出センサによって前記操作力の消滅が検出されると、前記圧力信号を負荷バランス圧に戻すように構成された請求項４記載の荷役機械。
【請求項６】
前記補助力の大きさは、前記上下方向の静止を維持できる大きさに設定された請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の荷役機械。
【請求項７】
荷役物を持ち上げるアームと、
前記アームに取りつけられたシリンダとを有する荷役機械を用い、
前記シリンダ内の圧力を、前記荷役物の重量に応じた負荷バランス圧に設定し、シリンダ内の圧力によって前記アームを介して前記荷役物に加えられる上昇力と、前記荷役物の重量によって生じる下降力とを釣り合わせ、前記荷役物が上下方向に静止させ、前記荷役物に操作力を加えると、前記荷役物を所望方向に移動できるバランス状態を形成する搬送方法であって、
前記操作力が上向き方向の成分を有するか、下向き方向の成分を有するかを検出し、上向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を増加させ、前記荷役物に上向きの補助力を発生させ、下向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を減少させ、前記荷役物に下向きの補助力を発生させる搬送方法。
【請求項８】
前記操作力の消滅を検出すると、前記補助力を消滅させる請求項７記載の搬送方法。
【請求項９】
前記シリンダ内の圧力変化から前記操作力が有する成分を検出する請求項７記載の搬送方法。
【請求項１０】
前記補助力は、所定の補助力発生時間の経過後、消滅させる請求項９記載の搬送方法。
【請求項１１】
前記補助力の大きさは、前記上下方向の静止が維持される大きさにする請求項７乃至請求項１０のいずれか１項記載の搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷役機械及び搬送方法の技術分野にかかり、特に、作業者の労力を軽減できる荷役機械と搬送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場の生産ラインあるいは倉庫などでは、比較的重量のある機材の脱着作業に伴う搬送、半製品ワークの次工程への搬送、また出荷製品の運搬など多種多様な搬送が行われている。
こうした各種負荷の搬送作業では、労力軽減化と安全化を図り、かつ小回りが利き機動性と簡便さを備えた荷役機械が使用されている。
【０００３】
図１の符号１０１は、本発明及び従来技術の荷役機械の外観図である。
この荷役機械１０１の基本構造は、台車(又は底面)１１１から支柱１１２が垂直に立ち上げられており、この支柱１１２の上端１１３には、アーム１１５が取りつけられている。
【０００４】
アーム１１５は、首振り動と旋回が可能に構成されている。アーム１１５の先端部は荷役物１１９を吊り上げる吊上部１１６となっていて、荷役物のクランプ機構１１７が装備されている。
【０００５】
荷役機械１０１には、荷役物１１９を持ち上げるクレーンモードの他、クランプ機構１１７が荷役物をクランプした状態で、作業者が荷役物１１９を直接把持して無重力感覚で自在に移動・移載できるバランスモードという制御モードがある。
【０００６】
バランスモードにおける動作を図２の制御ブロック図を使って説明する。
荷役機械１０１は、同図に示すように支点Ａに対して、アーム１１５の重量と、クランプされた荷役物１１９の重量による反時計回りのモーメントと、エアーシリンダ１２１のピストンロッド１２２に支持された力点Ｂによる時計回りのモーメントとが生じており、その二個のモーメントを一致させると停止した状態（バランス状態）になる。このバランスされた状態で作業者１２５が荷役物１１９に操作力を加えると、両モーメントのバランスが崩れ、荷役物１１９を自由に動かすことが可能になる。
【０００７】
例えば、荷役機械１０１で荷役物１１９をクランプし、上向きの操作力を加えて持ち上げた状態では、荷役物１１９の重量W1、アーム１１５の重量W2によって、アーム１１５の荷役物１１９側には、下降方向(図中では反時計回りの方向)の力ｆ1（W1＋W2)が加わり、荷役機械１０１の支点Ａと荷役物１１９との間の有効アーム長をＬ1とすると、ｆ1×Ｌ1のモーメントが働く。
【０００８】
一方、エアーシリンダのピストンロッド１２２による下降方向の力をｆ2、支点Bと作用点Ａとの間の距離をＬ2とすると、支点Bを介して時計回りの方向にはモーメントｆ2×Ｌ2が働く。
荷役機械１０１のアーム１１５がバランス状態を保つためには、次式を満足しなければならない。
【０００９】
ｆ1×Ｌ1＝ｆ2×Ｌ2 ……(１)
上式(１)から、バランス状態ではエアーシリンダ１２１による下降方向の力ｆ2は、
ｆ2＝ｆ1×Ｌ1／Ｌ2 ……(２)
を満足する必要がある。
【００１０】
制御回路１３１は、荷役物を吊り上げた状態（バランス状態）を維持するためには、ｆ2と同じ力を発生させるようにエアーシリンダ１２１の内圧を昇圧する必要がある。ここでエアーシリンダ１２１のピストン１２４の受圧面積をＳとするとバランス状態におけるエアーシリンダ１２１の内圧Ｐは、
Ｐ＝ｆ2／Ｓ
で求めることができる。
【００１１】
圧力制御装置１３２は、大別してエアー制御によるものと電気制御によるものがあるが、基本的な回路動作は同じであり、圧力制御装置の入力圧ポートａにエアー源１３４を接続し、出力圧ポートｃにエアーシリンダ１２１を接続し、制御回路１３１から設定ポートｂにエアー圧Ｐを入力すると、出力圧ポートｃには、入力されたエアー圧Ｐと同じエアー圧が発生するように構成されている。
【００１２】
圧力制御装置１３２の動作について、図６を用いて説明する。
先ず、時刻ｔ1において、クランプ機構１１７で荷役物１１９をクランプする。このとき、圧力制御装置１３２の設定圧力は無負荷時の無負荷バランス圧Ｐ1に設定されており、シリンダ１２１の内圧もその圧力にされている。
【００１３】
次に、時刻ｔ2で負荷バランスボタン１３８をONすると、制御回路１３１が設定ポートｂに出力する圧力信号は、予め記憶された負荷バランス圧Ｐ2に変更され、圧力制御装置１３２の設定圧力はその負荷バランス圧Ｐ2に変更される。
【００１４】
圧力制御装置１３２は、出力圧ポートｃの圧力を検出する圧力センサを有しており、設定圧力が変更されると、圧力制御装置１３２の内部に設定された動作待機時間Δｔ1が経過した後(時刻ｔ3)、エアー源１３４からの給気と、消音器１３５を介した排気とによって出力圧ポートｃの圧力を昇降させ、出力ポートｃの圧力、即ちシリンダ１２１の内圧を、設定ポートｂに入力されている圧力信号の圧力(負荷バランス圧Ｐ2)にする。
【００１５】
この状態では荷役物１１９には、その重量を打ち消す力が加わっており、作業者１２５が荷役物１１９を把持し、僅かな操作力で上方に持ち上げることができる(地切り操作)。持ち上げられた荷役物１１９は、作業者が手を離しても空中で静止する。この状態は負荷バランス状態と呼ばれている。
【００１６】
地切りした後(時刻ｔ4)、作業者１２５が荷役機械１０１のアーム１１５又はアーム１１５下部のクランプ機構等に操作力を加え、上下方向に移動させるとエアーシリンダ１２１内の圧力は、アーム先端の荷役物に加えられた操作力によって僅かながら変化する。
【００１７】
図６は、荷役物１１９に上向き方向の成分を有する操作力を加え、上方に移動させた場合の圧力変化を示しており、シリンダ１２１の内圧は僅かに低下している。逆に、荷役物１１９を下方に移動させればシリンダ１２１の内圧は僅かに上昇する。
【００１８】
荷役物１１９を移動させるためには、荷役物１１９の移動量に応じてピストン１２４も移動させる必要があるが、荷役物１１９に操作力が加えられると圧力制御装置１３２は、シリンダ１２１の内圧を設定ポートｂに入力されている圧力(負荷バランス圧Ｐ2)にするために、短い遅延時間Δｔ2の経過後、シリンダ１２１内のエアーを給排気し、荷役物１１９の移動量に対応した移動量だけピストン１２４を移動させる。これにより、僅かな操作力で荷役物１１９を移動させることができる。
【００１９】
このように、負荷バランス状態では作業者１２５に求められる操作力は低減されており、僅かな操作力によって荷役物１１９を自由に昇降及び左右に移動させ、搬送することができる。
しかし、実際の荷役機械１０１では、次に挙げられる要因によって、操作力の低減にも限界がある。
【００２０】
(１)エアーシリンダ１２１が上下するときのピストン１２４の内部の摺動摩擦や、エアーシリンダ１２１とアーム１１５連結部のピストン１２４の外部の摺動摩擦
(２)各アーム１１５リンク部の摩擦
(３)アーム１１５と荷役物１１９の慣性
(４)圧力制御装置１３２の給排気能力
操作力が軽ければ作業者１２５は長時間荷役機械１０１を操作できるが、操作力が重くなってくると、作業者１２５に疲れや筋肉痛などが生じ、荷役機械１０１を長時間使用することができなくなる。
【００２１】
特に、重い荷役物１１９をバランスモードにして搬送する場合、荷役物１１９が重いだけではなく、アーム１１５の剛性を上げるためアーム１１５全体の慣性が大きくなり、さらにそれに伴い荷役機械１０１の関節部における摩擦も大きくなるため、大きな操作力が必要となってしまう。
【００２２】
このような荷役機械１０１を使った作業環境で長時間作業を行っていくと、作業者１２５には大きな負担がかかってくる。
【００２３】
操作力を軽減するためには、関節部における摩擦力だけではなく、上記各要因について、それぞれ検討を行い改良していく必要があるが、荷役機械１０１の構造上の問題や性能上の問題等もあって簡単には操作力を軽減することはできなかった。
【特許文献１】特開平１１−１４７６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、安定な動作で確実に操作力を軽減できる荷役機械と搬送方法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】
【００２５】
本発明は、上記課題を解決するために創作されたものであり、荷役物を持ち上げるアームと、前記アームに取りつけられたシリンダと、前記シリンダに接続され、前記シリンダ内の気体を給排気し、前記シリンダ内を入力された圧力信号に応じた圧力にする圧力制御装置と、前記圧力制御装置に前記圧力信号を出力する制御回路と、を有し、前記荷役物の重量に応じた負荷バランス圧を示す前記圧力信号を前記圧力制御装置から出力したときに、前記シリンダ内の圧力によって生成され、前記アームを介して前記荷役物に加えられる上昇力と、前記荷役物の重量によって生じる下降力とが釣り合い、前記荷役物が上下方向に静止し、前記荷役物に操作力を加えると前記荷役物を所望方向に移動できるバランス状態を形成するように構成された荷役機械であって、前記制御回路は、前記操作力が上向き方向の成分を有するか、下向き方向の成分を有するかを検出し、前記圧力信号を変更して、上向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を増加させて上向きの補助力を発生させ、下向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を減少させて下向きの補助力を発生させるように構成された荷役機械である。
また、本発明は、前記シリンダ内の圧力を測定する補助センサが設けられ、前記制御回路は、前記補助センサの測定結果から、前記シリンダ内の圧力の増減を検出し、前記操作力が上向き方向の成分を有するか下向き方向の成分を有するかを判別する荷役機械である。
また、本発明は、前記制御回路は、前記補助力を発生させた後、所定の補助力発生時間が経過すると前記補助力を消滅させるように構成された荷役機械である。
また、本発明は、前記アームと前記荷役物の間には、前記操作力の方向を検出する操作力検出センサが設けられ、前記制御回路は、前記操作力検出センサから入力される信号により、前記操作力が上向き方向の成分を有するか下向き方向の成分を有するかを判別する荷役機械である。
また、本発明は、前記操作力検出センサによって前記操作力の消滅が検出されると、前記圧力信号を負荷バランス圧に戻すように構成された荷役機械である。
また、本発明は、前記補助力の大きさは、前記上下方向の静止を維持できる大きさに設定された荷役機械である。
また、本発明は、荷役物を持ち上げるアームと、前記アームに取りつけられたシリンダとを有する荷役機械を用い、前記シリンダ内の圧力を、前記荷役物の重量に応じた負荷バランス圧に設定し、シリンダ内の圧力によって前記アームを介して前記荷役物に加えられる上昇力と、前記荷役物の重量によって生じる下降力とを釣り合わせ、前記荷役物が上下方向に静止させ、前記荷役物に操作力を加えると、前記荷役物を所望方向に移動できるバランス状態を形成する搬送方法であって、前記操作力が上向き方向の成分を有するか、下向き方向の成分を有するかを検出し、上向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を増加させ、前記荷役物に上向きの補助力を発生させ、下向き方向の成分を有する場合は前記シリンダの圧力を減少させ、前記荷役物に下向きの補助力を発生させる搬送方法である。
また、本発明は、前記操作力の消滅を検出すると、前記補助力を消滅させる搬送方法である。
また、本発明は、前記シリンダ内の圧力変化から前記操作力が有する成分を検出する搬送方法である。
また、本発明は、前記補助力は、所定の補助力発生時間の経過後、消滅させる搬送方法である。
また、本発明は、前記補助力の大きさは、前記上下方向の静止が維持される大きさにする搬送方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の荷役機械、搬送方法を用いれば、操作力が有する上向き又は下向き方向の成分と同じ方向の補助力が生成され、荷役物に加えられるので、特に重い重量物の搬送作業において操作力が軽減され、作業者の負担が軽くなり、長時間の作業も可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施例について説明する。
本発明の第一例、及び後述する第二例の荷役機械１１、１２の外観は図１に示した通りであり、台車(又は底面)１１１から支柱１１２が垂直に立ち上げられており、その上端１１３には、アーム１１５が首振り動と旋回動が可能に取りつけられている。また、アーム１１５の先端側は根本側に対して回転可能に取りつけられている。
【００２８】
アーム１１５の一端部は荷役物１１９を吊り上げる吊上部１１６となっており、吊上部１１６の下端には荷役物のクランプ機構１１７が装備されている。
アーム１１５の反対側の部分はシリンダ１２１のピストン１２４に接続されている。
【００２９】
図３は、第一例の荷役機械１１の制御ブロック図であり、図４は、第二例の荷役機械１２の制御ブロック図である。
図３、４を参照し、第一例、第二例の荷役機械１１、１２でも、圧力制御装置１３２の出力圧ポートｃにシリンダ１２１が接続され、入力圧ポートａにはエアー源１３４が接続されており、圧力制御装置１３２内の給気側の弁を制御すると、エアー源１３４からシリンダ１２１内にエアーを供給できるように構成されている。
【００３０】
また、圧力制御装置１３２の排気ポートｄは消音器１３５を介して大気に接続されており、排気側の弁を制御することでシリンダ１２１内のエアーを大気中に排出可能に構成されている。
【００３１】
このような給排気によって、シリンダ１２１内の圧力を昇降させることができる。シリンダ１２１内の圧力が上昇すると荷役物に加わる上向きの力は増加し、圧力が低下すると減少する。
【００３２】
圧力制御装置１３２の設定ポートｂは、Ｄ／Ａ変換器２３を介して制御回路１３１に接続されており、制御回路１３１が出力するディジタルの圧力信号は、Ｄ／Ａ変換器２３によってアナログの信号に変換された後、設定ポートｂに入力されるように構成されている。
【００３３】
圧力制御装置１３２は、出力圧ポートｃの圧力を測定する不図示のセンサを有しており、圧力制御装置１３２は、そのセンサが測定した圧力と、圧力信号が示す圧力とが等しくなるように給排気の弁を制御し、シリンダ１２１内を給排気している。
【００３４】
本発明の荷役機械１１を用いた荷役物１１９の搬送方法について説明する。
ここでは荷役物１１９の重量は既知であり、(２)式を満足させ、荷役物１１９の重量を打ち消すための負荷バランス圧Ｐ2(Ｐ2＞０)は予め制御回路１３１に記憶されているものとする。
【００３５】
先ず、クランプ機構１１７によって荷役物１１９をクランプし、負荷バランスボタン１３８を押下すと、制御回路１３１から圧力制御装置１３２に負荷バランス圧Ｐ2を示す圧力信号が出力される。
【００３６】
初期状態ではシリンダ１２１内は無負荷バランス圧Ｐ1(Ｐ1＜Ｐ2)に設定されており、圧力制御装置１３２が負荷バランス圧Ｐ2に設定されるとシリンダ１２１内はエアーの供給によって昇圧される。
【００３７】
シリンダ内の圧力が上昇し、負荷バランス圧Ｐ2になると、荷役物１１９には、その荷重を打ち消す上向き方向の力が加わり、空中で上昇も下降もしないバランス状態が維持できようになる。バランス状態では僅かな操作力で移動させることが可能になる。
【００３８】
バランス状態での動作を、先ず、第一例の荷役機械１１について、図３を用いて説明する。
第一例の荷役機械１１は、シリンダ１２１には補助センサ２１が接続されており、シリンダ１２１内の圧力は、補助センサ２１によって測定されている。
【００３９】
補助センサ２１は、Ａ／Ｄ変換器２２を介して制御回路１３１に接続されており、補助センサ２１が測定結果をアナログ信号として出力すると、Ａ／Ｄ変換器２２によってディジタルの信号に変換されて制御回路１３１に入力される。
【００４０】
バランス状態でアーム１１５や荷役物１１９等に上向き方向の成分を有する操作力が加わると、シリンダ１２１のピストン１２４は下方向に動くため、シリンダ１２１内の圧力は僅かながら低下し、逆に、下向き方向の成分を有する操作力が加わると、シリンダ１２１のピストン１２４は上方向に動くため、シリンダ１２１の内圧は僅かながら上昇する。
補助センサ２１はシリンダ１２１内の圧力を制御回路１３１に常時出力しており、制御回路１３１は、補助センサ２１から入力された圧力値を記憶している。
【００４１】
従って、制御回路１３１は、補助センサ２１から入力された圧力値と、記憶している圧力値とを比較し、比較結果から、シリンダ１２１内の圧力が低下しか上昇したかを検出し、操作力が上向き方向の成分を有するか、下向き方向の成分を有するかを判別することができる。
【００４２】
制御回路１３１は、シリンダ１２１内の圧力変化が所定値以上であった場合に、圧力制御装置１３２の遅延時間Δｔ2が経過する前に、圧力制御装置１３２に出力する圧力信号の値を、変更する。
【００４３】
即ち、上向き方向の成分を有している場合には、負荷バランス圧Ｐ2よりも所定の補助圧ΔＰ1(ΔＰ1＞０)だけ高圧にし(Ｐ2＋ΔＰ1)、下向き方向の成分を有している場合には、負荷バランス圧Ｐ2よりも所定の補助圧ΔＰ2(ΔＰ2＞０)だけ降圧させる(Ｐ2−ΔＰ2)。
圧力制御装置１３２は、遅延時間Δｔ2の経過後給排気を開始し、シリンダ１２１内の圧力を、圧力信号が示すＰ2＋ΔＰ1、又はＰ2−ΔＰ2にする。
【００４４】
シリンダ１２１の内圧が補助圧ΔＰ1だけ昇圧されると、荷役物１１９には上向きの補助力Δｆ1(＝ΔＰ1×Ｓ×(Ｌ2／Ｌ1)、Ｓ：シリンダ１２１の受圧面積)が加わるから、荷役物１１９は、上向きの操作力ｆと補助力Δｆ1の合計の力ｆ＋Δｆ1によって上方向に搬送される。
【００４５】
補助圧ΔＰ2だけ降圧されると、荷役物１１９には下向きの補助力Δｆ2(＝ΔＰ2×Ｓ×(Ｌ2／Ｌ1)が加わり、荷役物１１９は、下向きの操作力ｆと補助力Δｆ2の合計の力ｆ＋Δｆ2によって下方向に搬送される。
【００４６】
制御回路１３１には、予め補助力発生時間ΔＴが設定されており、圧力信号を変更した時刻から補助力発生時間ΔＴが経過した後、圧力信号は、負荷バランス圧Ｐ2を示す元の値に戻され、その後、待機時間Δｔ1が経過すると、シリンダ１２１の内圧は、負荷バランス圧Ｐ2に復帰する。
【００４７】
図７は、作業者１２５が、先ず、荷役物１１９を上方に移動させ、次いで、下方に移動させた場合の回路動作を示すタイミングチャートである。図７の横軸は経過時間を示しており、縦軸はシリンダ１２１内の圧力(上側)と圧力信号の値(下側)である。
【００４８】
最初、荷役物１１９のクランプ前は無負荷バランスボタン１３９が押下されており、圧力信号の値は無負荷バランス圧Ｐ1に設定され、シリンダ１２１の内圧も無負荷バランス圧Ｐ1にされている。無負荷バランス圧Ｐ1＜負荷バランス圧Ｐ2である。
【００４９】
時刻ｔ1〜ｔ13では、下記の操作が行われている。
ｔ1：荷役物１１９をクランプした時刻
ｔ2：負荷バランスボタン１３８を押下し、圧力信号が負荷バランス圧Ｐ2に設定された時刻
ｔ3：動作待機時間Δｔ1を経過し、シリンダ１２１内の圧力が負荷バランス圧に設定された時刻
ｔ4：荷役物１１９に上向き方向の成分を有する操作力が加わったことが検出され、圧力信号がＰ2＋ΔＰ1に設定された時刻
ｔ5：遅れ時間Δｔ2が経過し、圧力制御装置１３２がシリンダ１２１内の圧力を上昇させ始めた時刻
ｔ6：シリンダ１２１内の圧力が、Ｐ2＋ΔＰ1になった時刻
ｔ7：圧力信号が負荷バランス圧Ｐ2に戻された時刻
ｔ8：遅れ時間Δｔ1が経過し、圧力制御装置１３２の圧力が負荷バランス圧Ｐ2に復帰した時刻
ｔ9：荷役物１１９に下向き方向の成分を有する操作力が加わったことが検出され、圧力信号がＰ2−ΔＰ2に設定された時刻
ｔ10：遅れ時間Δｔ2が経過し、圧力制御装置１３２がシリンダ１２１内の圧力を低下させ始めた時刻
ｔ11：シリンダ１２１内の圧力がＰ2−ΔＰ2になった時刻
ｔ12：圧力信号が負荷バランス圧Ｐ2に戻された時刻
ｔ13：遅れ時間Δｔ1が経過し、圧力制御装置１３２の圧力が負荷バランス圧Ｐ2に復帰した時刻
時刻ｔ13の経過後、負荷バランス状態を維持しながら荷役物１１９を所定の場所に搬送し、荷役物１１９を着地させる。
【００５０】
その状態で無負荷バランスボタン１３９を押し、荷役機械１０１が無負荷バランス状態に設定した後、アンクランプボタンを押下すると、荷役物１１９はアンクランプされる。
このとき、荷役機械１０１は無負荷バランス状態に設定されているため、アームは上昇することなく静止状態が維持される。
【００５１】
なお、バランス状態において、補助圧ΔＰ1、ΔＰ2によって生成される補助力Δｆ1、Δｆ2は、機械内部の摩擦等によって生じる抗力よりも小さく、補助力Δｆ1、Δｆ2が生じていても、操作力ｆがゼロの時は荷役物１１９は移動せず空中で静止できる。
【００５２】
次に、本発明の第二例の荷役機械１２について図４を用いて説明する。
この荷役機械１２では、アーム１１５とクランプ機構１１７の間に、操作力の方向を検出する操作力検出センサ１８が設けられており、クランプ機構１１７にクランプされた荷役物１１９に操作力が加わると、操作力検出センサ１８によって操作力が上向き方向の成分を有するか下向き方向の成分を有するかを検出できるように構成されている。
操作力検出センサ１８は制御回路１３１に接続されており、操作力検出センサ１８の検出結果は、制御回路１３１に常時入力されている。
【００５３】
第一例の荷役機械１１と同様に、バランス状態で、作業者１２５が荷役物１１９やクランプ機構１１７を把持して操作力を加え、制御回路１３１が荷役物１１９に上向きの操作力が加わったことを検出するとシリンダ１２１内の圧力を補助圧ΔＰ1だけ昇圧させ、Ｐ2＋ΔＰ1の大きさにする。
【００５４】
他方、下向きの操作力が加わったことを検出するとシリンダ１２１内の圧力を補助圧ΔＰ2だけ減圧し、Ｐ2−ΔＰ2の大きさにする。
これにより、補助力Δｆ1、Δｆ2が発生し、作業者１２５が荷役物を搬送する労力が軽減される。
【００５５】
図８の符号ｔ1〜ｔ13は、第一例の荷役機械１１と同じ動作に対応する時刻を示している。
【００５６】
操作力検出センサ１８は、操作力が上向き方向の成分を有することを検出するとプラスの信号を出力し、下向き方向の成分を有することを検出するとマイナスの信号を出力するように構成されており、時刻ｔ4、ｔ9で、荷役物１１９に操作力が加わると直ちにその成分の方向が検出され、制御回路１３１に出力されている。
【００５７】
第一例の荷役機械１１では、補助力発生時間ΔＴの間、シリンダ１２１内の圧力がＰ2＋ΔＰ1又はＰ2−ΔＰ2の一定圧力に維持されており、補助力発生時間ΔＴの間に操作力がゼロになっても、それを検出して補助力を消滅させることができない。従って、第一例の荷役機械１１では、補助力Δｆ1、Δｆ2は、タイマー等によって予め設定された補助力発生時間ΔＴの間、操作力の有無に拘わらず発生させる必要がある。
【００５８】
第二例の荷役機械１２でも、一定の補助力発生時間ΔＴが経過した後、負荷バランス圧Ｐ2に戻すようにしてもよいが、操作力検出センサ１８によれば、操作力の方向の他、操作力の有無も検出できる。
【００５９】
従って、操作力が消滅したことが検出されたら、一定期間補助力を維持することなく、圧力信号の値を負荷バランス圧Ｐ2に戻すことができ、これにより、短い遅れ時間Δｔ2の後、シリンダ１２１内の圧力が負荷バランス圧Ｐ2に復帰させることができる。
【００６０】
荷役物１１９に加わる操作力の方向が変わった場合、生成する補助力の方向を直ちに変更できるので、操作力の変化に対する補助力の追随性に優れている。
【００６１】
操作力検出センサ１８の配置例を図５に示す。
第二例の荷役機械１２は、鉤状のフックで構成されたクランプ機構１１７と、円筒形の操作グリップ１４２とを有している。
【００６２】
操作グリップ１４２には軸１４１が鉛直に挿入されており、その上端はアーム１１５の先端に取りつけられ、下端には、フック１１７が取りつけられており、バランス状態で作業者１２５が操作グリップ１４２を把持し、操作力を加えると、フック１１７に懸吊した荷役物１１９を搬送できるように構成されている。
【００６３】
軸１４１の上端と下端には、ストッパ部材１４４ａ、１４４ｂが設けられている。操作グリップ１４２とストッパ部材１４４ａ、１４４ｂの間にはバネ１４３ａ、１４３ｂが配置されており、操作グリップ１４２に操作力が加わっていない状態では、操作グリップ１４２の上端と下端はストッパ部材１４４ａ、１４４ｂの表面からバネ１４３ａ、１４３ｂの厚み分だけ離間するように構成されている。
【００６４】
操作グリップ１４２の上端とストッパ部材１４４ａの間と、操作グリップ１４２の下端とストッパ部材１４４ｂの間には検出スイッチ１８ａ、１８ｂが配置されている。操作力検出センサ１８は、この二個の検出スイッチ１８ａ、１８ｂで構成されている。
検出スイッチ１８ａ、１８ｂは、力が加わっていないときはＯＦＦであり、力が加わるとＯＮするように構成されている。
【００６５】
検出スイッチ１８ａ、１８ｂの厚みは、操作グリップ１４２とストッパ部材１４４ａ、１４４ｂの間の距離よりも小さく、操作グリップ１４２に操作力が加わっていないときは、ストッパ部材１４４ａ、１４４ｂと操作グリップ１４２のいずれか一方には接触せず、力が加わらないようにされている。従って、操作力が加わっていない場合、二個の検出スイッチ１８ａ、１８ｂは両方ともＯＦＦである。
【００６６】
操作グリップ１４２は軸１４１に対して上下方向に移動可能に取りつけられており、上向き方向の成分を有する操作力が加わると操作グリップ１４２は上方向に移動し、上側のバネ１４３ａを圧縮し、操作グリップ１４２の上方に位置する検出スイッチ１８ｂを押圧する。これにより、その検出スイッチ１８ａがＯＮする。
【００６７】
逆に下向き方向の成分を有する操作力が加わると、操作グリップ１４２下方向に移動し、下側のバネ１４３ｂを圧縮し、操作グリップ１４２の下方に位置する検出スイッチ１８ｂをＯＮさせる。
【００６８】
検出スイッチ１８ａ、１８ｂは制御回路１３１に接続されており、操作グリップ１４２の上方の検出スイッチ１８ａがＯＮすると、制御回路１３１には正電圧が入力され、逆に、操作グリップ１４２の下方の検出スイッチ１８ｂがＯＮすると負電圧が入力されるようになっている(図７のタイミングチャート)。
【００６９】
制御回路１３１は、入力された電圧の極性から操作力が上向き方向の成分を有するか下向き方向の成分を有するかを判別し、シリンダ１２１内の圧力を補助圧ΔＰ1だけ昇圧、又は補助圧ΔＰ2だけ減圧し、操作力と同方向に補助力を発生させることができる。
【００７０】
なお、検出スイッチ１８ａ、１８ｂではなく、高価ではあるが、荷重を検出する荷重センサをクランプ機構１１７とアーム１１５の間に配置し、制御回路１３１が操作力の方向を検出するようにしてもよい。
【００７１】
この場合、バランス状態で作業者１２５が荷役物１１９を把持して操作力を加えたとき、操作力が上向き方向の成分を有すればクランプ機構１１７に加わる荷重は減少し、下向き方向の成分を有すれば増大する。従って、操作力の方向により、荷重センサから制御回路１３１に入力される荷重値も変化する。
【００７２】
制御回路１３１は、入力された荷重力その変化を求め、第一、第二例の荷役機械１１、１２と同様に、荷役物１１９に加わった操作力と同方向の補助力を発生させることができる。
【００７３】
この例でも、第一例の荷役機械１１と同様、一定の補助力発生時間ΔＴが経過した後、負荷バランス圧Ｐ2に戻すようにしてもよいが、荷重センサによって操作力の消滅を検出できるので、第二例の荷役機械１２と同様に、操作力の消滅を検出すると補助力を消滅させるようにしてもよい。
【００７４】
なお、第一例の荷役機械１１のように、圧力センサーを使った操作力軽減機能は構造的には易しく比較的低コストで実現することができるが、制御回路１３１−D/A変換器２３−圧力制御装置１３２−補助センサ２１−A/D変換器２２−制御回路１３１の閉ループが構成されるため、制御は難しくなる。
【００７５】
一方、第二例の荷役機械１２のように、操作方向検出センサーを用いた方式では閉ループが存在しないため、動作は安定するが、アーム１１５先端の操作グリップの形状、クランプ機構等によって操作力検出センサ１８の検出方式・構造を変更する必要がある。
【００７６】
なお、操作力検出センサ１８や荷重センサから出力される数値がアナログ値の場合、制御回路１３１はA/D変換器を介して読み込む必要があるが、操作力の方向さえ分かればよいから、必ずしもアナログ値である必要はない。
【００７７】
以上は操作力を軽減させる動作、及びそのための構造を説明したが、本発明の荷役機械１１、１２はそれだけではなく、例えば上昇スイッチと下降スイッチを有しており、上昇スイッチを押下すれば、シリンダ１２１の内圧が負荷バランス圧Ｐ2を超える圧力にされ、荷役物１１９が持ち上げられ、下降スイッチを押下すれば、シリンダ１２１の内圧が、負荷バランス圧Ｐ2未満の大きさにされ、荷役物１１９を降ろすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】従来技術及び本発明の荷役装置の外観図
【図２】従来技術の荷役機械の制御ブロック図
【図３】本発明の第一例の荷役機械の制御ブロック図
【図４】本発明の第二例の荷役機械の制御ブロック図
【図５】操作力検出センサの一例を説明するための図
【図６】従来技術の荷役機械の圧力信号とシリンダ内圧の関係を説明するためのタイミングチャート
【図７】本発明の第一例の荷役機械の圧力信号とシリンダ内圧の関係を説明するためのタイミングチャート
【図８】本発明の第二例の荷役機械の操作力検出センサの出力信号と圧力信号とシリンダ内圧の関係を説明するためのタイミングチャート
【符号の説明】
【００７９】
１１、１２……荷役機械
１８……操作力検出センサ
２１……補助センサ
１１５……アーム
１１９……荷役物
１２１……シリンダ
１３１……制御回路
１３２……圧力制御装置
【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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