(57)【要約】【課題】外力が印加される方向に左右されずに荷役の助力を行うことを可能にする荷役助力装置を提供する。【解決手段】モータ部と、モータ部の動作制御を行う制御回路部と、モータ部を支持する接続支持部と、を備えてロープを介して繋がった荷役物の移動の助力を行う荷役助力装置であって、接続支持部は、モータ部に接続固定される第１の接続部と、固定部材に接続固定される第２の接続部と、第１の接続部及び第２の接続部の間にあって歪を受けて変形する起歪部と、起歪部に等角度間隔で設けられる歪み検出素子と、を有し、固定部材には荷役物の水平方向の位置を保つ球面軸受が設けられている。【選択図】図１
2017132567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ、若しくはギア付きモータから構成され、回転出力軸を有するモータ部と、
前記モータ部に直接又は間接的に接続され前記モータ部を支持する接続支持部と、
を備えて前記回転出力軸にロープを介して繋がった荷役物の移動の助力を行う荷役助力装置であって、
前記接続支持部は、円柱状の形状を成し、
前記モータ部に直接又は間接的に接続固定される第１の接続部と、
固定部材に接続固定される第２の接続部と、
前記第１の接続部及び前記第２の接続部の間にあって、歪みを受けて変形する起歪部と、
前記起歪部の歪を検出するために前記起歪部に設けられる複数の歪み検出素子と、
を有し、
前記固定部材の一部には前記第２の接続部の姿勢を自在にする球面軸受が設けられていることを特徴とする荷役助力装置。
【請求項２】
前記各歪み検出素子が、ホイートストンブリッジ回路を形成して前記接続支持部の軸回りに等角度間隔にて前記接続支持部の軸を中心とした第１の半径の円周上及び第２の半径の円周上に沿って半径方向に歪みの感度を有してそれぞれ配置され、
前記第１の半径の円周上に配置される前記各歪み検出素子及び前記第２の半径の円周上に配置される前記各歪み検出素子が前記ホイートストンブリッジ回路にてそれぞれ向かい合う辺に位置し、
前記接続支持部の軸回りに同一角度上に配置される前記各歪み検出素子が前記ホイートストンブリッジ回路にて隣り合う辺に位置する、
ことを特徴とする請求項１に記載の荷役助力装置。
【請求項３】
前記接続支持部の軸回りに同一角度上に配置される前記各歪み検出素子の接続端子が互いに近傍に位置するように設けられることを特徴とする請求項２に記載の荷役助力装置。
【請求項４】
前記接続支持部の軸回りに同一角度上に配置される前記各歪み検出素子が一体で設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の荷役助力装置。
【請求項５】
前記第１の接続部が前記モータ部と直接又は間接的に繋がって締結される箇所が、前記等角度間隔で隣り合う前記各歪み検出素子の成す角の略二等分線上に配置されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の荷役助力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一例として荷役物を吊るして上下動をさせる際に使用者の作業を助力する荷役助力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から工業製品の組立てを行う工場では、大きな重量を有する工具、作業用機器、製品、半完成品などの荷役物を吊り下げ及び上下動させる荷役機械を使用している。その中でも、使用者が大きな重量の荷役物を比較的軽い操作力で任意の高さに上下動できるように助力を発生させる荷役助力装置は、エアシリンダを用いたものと、モータを用いたものが知られている。
【０００３】
エアシリンダを用いたものは、主としてアーム式で、圧力エアが必要であることからエアコンプレッサ等が別途必要であり、またエア供給が切れた際の安全装置が必要であるという難点があった。また異なる重量の荷役物を吊り下げると、その重量差によって助力の度合いが変わってしまうため、これを修正するために、都度手動でエア圧を調整するようにすると作業効率が低下し、荷役物重量をコンピュータに登録して登録呼出しで行うようにしようとすると電空レギュレータを用いるため配管なども含め構成が複雑になるという難点があった。（特許文献１）
【０００４】
これに対して圧力エアを不要とするモータを用いたものは回転ドラムにフック付きのワイヤロープを巻き付けてこれをモータで回転させるものである。単にモータと回転ドラムの構成では上下動だけしか行われないため、ぜんまいばねを回転ドラムに取り付けて補助動力として組み合わせたものが公知である。ぜんまいばね方式では、ワイヤロープが使用者によって長く引き出されると、ぜんまいばねは弾性変形して徐々に回転ドラムに大きなトルクを付与することになって使用者の感触が変わってしまうため、特許文献２のようにテーパー状の回転ドラムを用いたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２５６３６２号公報
【特許文献２】特開２０１５−０５４７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に開示された荷役助力装置では、ワイヤロープを巻き付ける回転ドラムの形状がテーパー状になっていることから、これを製作することは従来の円筒形と較べてコストアップとなる。またぜんまいばねの寿命による破損時の交換作業の煩雑さが課題であった。また異なる重量の荷役物を扱う際にも、ぜんまいばねは基本１つで対応せざるを得ないため使用者の使用感に差が生じ、作業効率の低下が生じる恐れがある。
【０００７】
このような問題に鑑みて、本発明者らは、圧力エア供給を不要とし、単純な部品形状及び機構であるものの、様々な重量の荷役物をスムーズに扱うことができて、電動モータによるコンパクトな荷役助力装置を開発中であるが、ワイヤロープの繰り出し位置の変化、荷役物と荷役助力装置との位置関係及び外力の印加方向によって、吊るされている荷役助力装置の姿勢が変化して、荷役物のバランスが保つことができなくなる場合があった。すなわち荷役物及びこれを移動させる力を検出するために設けられた歪み検出素子が、偏った荷重を検出してしまい、適正な制御を困難にする場合があった。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので、ワイヤロープの繰り出し位置、荷役物の位置及び外力の印加方向によって起こり得る誤差を低減した荷役助力装置を提供するのが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、モータ、若しくはギア付きモータから構成され、回転出力軸を有するモータ部と、
モータ部に直接又は間接的に接続されモータ部を支持する接続支持部と、
を備えて回転出力軸にロープを介して繋がった荷役物の移動の助力を行う荷役助力装置であって、
接続支持部は、円柱状の形状を成し、
モータ部に直接又は間接的に接続固定される第１の接続部と、
固定部材に接続固定される第２の接続部と、
第１の接続部及び第２の接続部の間にあって、歪みを受けて変形する起歪部と、
起歪部の歪を検出するために起歪部に設けられる複数の歪み検出素子と、
を有し、
固定部材の一部には第２の接続部の姿勢を自在にする球面軸受が設けられて構成されている。
【００１０】
請求項２に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、各歪み検出素子が、ホイートストンブリッジ回路を形成して接続支持部の軸回りに等角度間隔にて接続支持部の軸を中心とした第１の半径の円周上及び第２の半径の円周上に沿って半径方向に歪みの感度を有してそれぞれ配置され、
第１の半径の円周上に配置される各歪み検出素子及び第２の半径の円周上に配置される各歪み検出素子がホイートストンブリッジ回路にてそれぞれ向かい合う辺に位置し、
接続支持部の軸回りに同一角度上に配置される各歪み検出素子がホイートストンブリッジ回路にて隣り合う辺に位置するように構成されている。
【００１１】
請求項３に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、接続支持部の軸回りに同一角度上に配置される各歪み検出素子の接続端子が互いに近傍に位置するように設けられて構成されている。
【００１２】
請求項４に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、接続支持部の軸回りに同一角度上に配置される各歪み検出素子が一体で設けられて構成されている。
【００１３】
請求項５に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、第１の接続部がモータ部と直接又は間接的に繋がって締結される箇所が、等角度間隔で隣り合う各歪み検出素子の成す角の略二等分線上に配置されて構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明の荷役助力装置によれば、球面軸受によって、ワイヤロープの繰り出し位置、荷役物の位置及び外力の印加方向が変化しても荷役物の水平方向の位置を保つことができるため、姿勢変化による誤差を低減した荷役助力装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明の荷役助力装置によれば上記効果に加えて、起歪部に対向して等角度間隔で歪み検出素子を配置することで、任意の方向から外力を受けても精密な荷重の測定ができるため、非常に高精度な助力を行う荷役助力装置を提供することができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明の荷役助力装置によれば上記効果に加えて、接続支持部の半径方向に並んで配置される各歪み検出素子の各接続端子が互いに近傍にあることから、配線作業を容易とする荷役助力装置を提供することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明の荷役助力装置によれば上記効果に加えて、接続支持部の半径方向に並んで配置される歪み検出素子を一体型としていることから、起歪部への添着する作業が簡素化され、歪み検出素子の最大感度方向も揃えることができるので、精度の良い荷役助力装置が実現できる。
【００１８】
請求項５に記載の発明の荷役助力装置によれば上記効果に加えて、歪み検出素子が、起歪部を支持している第１の接続部のボルトによる締結箇所から離れた位置にあることから、この締結による影響を低減することができるため、高精度な助力を行う荷役助力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による荷役助力装置の外観斜視図
【図２】本発明の実施形態による荷役助力装置の一部断面構造図
【図３】本発明の実施形態による荷役助力装置の接続支持部の詳細図
【図４】本発明の実施形態による荷役助力装置のホイートストンブリッジ回路図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明による実施形態について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は本発明の実施形態による荷役助力装置１の外観を示したものである。
【００２１】
モータ部２の負荷側には機械的な接続であってギアで減速する減速機が取り付けられてモータの回転速度を所定の速度に減速している。一方反負荷側には回転角検出部とブレーキが取り付けられている。ここでは回転角検出部、ブレーキ、モータ、減速機、回転出力軸及びこれらを繋げる部材等を含めてモータ部２と定義する。これらの配置順や選択は使用する目的によって適宜決められるため、例えば回転角検出部が減速機の後段にあっても良く、種々の変形が可能である。
【００２２】
回転出力軸３はここでは減速機にて減速された回転軸であって、回転ドラム１８に連結され、回転ドラム１８を連続的に回転させるものである。また回転出力軸３はブラケット１９に取り付けられた軸受によって回転自在に支持されている。またモータ部２の反負荷側のモータケーシングはブラケット１９に取り付けられている。
【００２３】
回転ドラム１８は、回転出力軸３からの駆動によって回転してロープ６の繰り出し、巻付けを行う。ロープ６は例えば金属ワイヤロープであって回転ドラム１８に巻き付けられていて、その一端は回転ドラム１８に固定され、他端はシンブルを介して荷役物を吊るすための荷役用フック８が接続されている。
【００２４】
ブラケット１９はモータ部２を支持し、後述する接続支持部１０を介して固定部材７ｂにより吊り下げられている。なおブラケット１９はモータ部２の延伸部として構成してモータ部２と一体でも良く、その場合はモータ部２と接続支持部１０は直接繋がっていることになり、本実施形態のようにブラケット１９を設けた場合は間接的に繋がっていることになる。固定部材７ｂは球面軸受２２を介して固定部材７ｃに繋がって、固定部材７ｃは装置吊り下げ用フック９に接続されて全体が吊り下げられている。したがって固定部材７ｂに繋がった接続支持部１０、ブラケット１９及びモータ部２は球面軸受２２によって姿勢を滑らかに変えることができる。この本実施形態では球面軸受２２はロッドエンドベアリングのリンクボール型を使用しているが、これに限定されるものではない。
【００２５】
固定部材７ｃの一部を延伸したものが固定部材延伸部７ａであって、その先には操作部４が取り付けられている。操作部４は固定部材延伸部７ａを沿うように配線された柔軟な操作部ケーブル１６によって制御回路部１７に電気的に接続されている。操作部４には操作釦５が複数あって、荷役を扱うモードの切替えや手動操作の操作指令を行うものである。
【００２６】
制御回路部１７は、荷役助力装置１の動作制御を行うものであって、モータ部２の回転角検出部、後述の歪み検出素子Ｇ及び操作部４からの電気信号を基に、モータ部２のモータを制御する信号をモータへ送信していて、ブラケット１９に固定されている。固定される位置は、モータ部２及び後述の第１の接続部１１の少なくとも１つに直接的又は間接的に接続固定され、ブラケット１９内に収まってコンパクトに配置されている。
【００２７】
図２は本発明の第１の実施形態による荷役助力装置１の一部の断面構造図であって、図１において断面ＢＢで切断した領域Ａの詳細を示している。
【００２８】
接続支持部１０は、いわゆる円柱型のロードセルの形状であってし、荷重を受けて変形する薄肉の起歪部１３を間に挟んで、第１の接続部１１と第２の接続部１２がある。起歪部１３の円柱軸に垂直な面には、歪みを検出できる歪み検出素子Ｇが添着されている。本実施形態では歪み検出素子Ｇには歪みゲージを使用している。本実施形態では、第１の接続部１１、第２の接続部１２、起歪部１３及び歪み検出素子Ｇを含むものを接続支持部１０と定義している。
【００２９】
第１の接続部１１はブラケット１９にボルト２１によって固定されている。第１の接続部１１は起歪部１３と比較して厚肉で剛性が高い形状を成しており、容易に変形し難い形状である。
【００３０】
第２の接続部１２は固定部材７ｂに当接していて、固定部材７ｂによって吊り下げられた状態である。第２の接続部１２も起歪部１３と比較して厚肉で剛性が高い形状を成しており、容易に変形し難い形状を成している。
【００３１】
固定部材７ｂ、７ｃはモータ部２及び接続支持部１０全体を吊り下げるものであり、これは容易には変形しないものである。
【００３２】
操作部ケーブル１６は固定部材延伸部７ａに沿って配線され、ブラケット１９の開口部を通り、コネクタ２０により制御回路部１７に接続されている。操作部ケーブル１６は柔軟なケーブルを使用していて、操作部４に加わる外力の影響が起歪部１３へ伝わらないように構成されている。
【００３３】
以上の構成にて、荷役用フック８に荷役物が吊るされると、荷役物の重量によってロープ６が引っ張られるため、荷役用フック８、ロープ６、回転ドラム１８、回転出力軸３、モータ部２を介してブラケット１９が下方に引っ張られ、したがって、第１の接続部１１も下方に引っ張られ、起歪部１３が変形する。制御回路部１７は起歪部１３の歪み検出素子Ｇからの荷重信号と、モータ部２の回転角検出部からの回転角信号を基に、荷役物がバランスするようにモータ部２に対して助力する制御を行う。もちろん荷役物に僅かな外力を印加して移動させた後バランスするような設定を行うことも可能である。また荷役物の上下動により回転ドラム１８におけるロープ６の位置が変化するが、球面軸受２２によって、荷役物の水平方向の位置が保たれるので、荷役物の取扱いが容易となる。
【００３４】
図３は本発明の実施形態による荷役助力装置１の接続支持部１０の詳細を示したものであって、図２の矢印Ｃの方向から見たものであって、接続支持部１０より上方にある部材を省略して表している。接続支持部１０は円柱状であって、起歪部１３には歪み検出素子Ｇが歪みゲージＧｏ１、Ｇｏ２、Ｇｏ３、Ｇｏ４、Ｇｉ１、Ｇｉ２、Ｇｉ３、Ｇｉ４として放射状に、添着されている。歪みゲージＧｏ１、Ｇｏ２、Ｇｏ３、Ｇｏ４は接続支持部１０の軸を中心として第１の半径Ｒ１の円周上に沿って、歪みゲージＧｉ１、Ｇｉ２、Ｇｉ３、Ｇｉ４は接続支持部１０の軸を中心として第２の半径Ｒ２の円周上に沿って、半径方向に歪みの感度を有するようにそれぞれ配置されている。また歪みゲージＧｏ１と歪みゲージＧｉ１、歪みゲージＧｏ２と歪みゲージＧｉ２、歪みゲージＧｏ３と歪みゲージＧｉ３及び歪みゲージＧｏ４と歪みゲージＧｉ４はそれぞれ接続支持部１０の軸回りの同一角度上に配置されていて、互いに等角度間隔となっている。
【００３５】
図４は本発明の実施形態による荷役助力装置１の歪み検出素子Ｇを含んで形成されるホイートストンブリッジ回路の詳細を示したものである。Ｓ＋、Ｓ−はホイートストンブリッジ回路に印加する電源であり、ＥＸＴ＋、ＥＸＴ−は出力である。第１の半径Ｒ１の円周に沿って配置されている歪みゲージＧｏ１とＧｏ２、Ｇｏ３とＧｏ４はそれぞれ接続支持部１０の軸を挟んで対向していると共に、ホイートストンブリッジ回路においても対向する辺に位置している。同様に第２の半径Ｒ２の円周に沿って配置されている歪みゲージＧｉ１とＧｉ２、Ｇｉ３とＧｉ４もそれぞれ接続支持部１０の軸を挟んで対向していると共に、ホイートストンブリッジ回路においても対向する辺に位置している。
【００３６】
一方で接続支持部１０の軸回りの同一角度上に配置された歪みゲージＧｏ１と歪みゲージＧｉ１、歪みゲージＧｏ２と歪みゲージＧｉ２、歪みゲージＧｏ３と歪みゲージＧｉ３及び歪みゲージＧｏ４と歪みゲージＧｉ４は、ホイートストンブリッジ回路においてはそれぞれ隣り合う辺に位置している。
【００３７】
上記のように等角度間隔にて歪み検出素子Ｇを配置していることで、全方向の外力に対しても正確な荷重を検出できることから、球面軸受２２による荷役物の水平位置を保つ効果と相まって、精密な助力を行う荷役助力装置が可能となる。
【００３８】
また、歪みゲージＧｏ１、Ｇｏ２、Ｇｏ３、Ｇｏ４は半径方向で内側、歪みゲージＧｉ１、Ｇｉ２、Ｇｉ３、Ｇｉ４は半径方向で外側に各接続端子２３があってここから不図示の配線を行うようになっている。ここで各接続端子２３は近傍に位置するように配置されているため、例えば歪みゲージＧｏ１と歪みゲージＧｉ１はホイートストンブリッジ回路においてはそれぞれ隣り合う辺であるため、双方の接続端子を短絡させれば良いので、短い配線で済むことから配線作業が容易となる。
【００３９】
さらに例えば歪みゲージＧｏ１と歪みゲージＧｉ１を同一のベース素材状に形成して一体型とすることで、起歪部１３への添着する作業が簡素化される。この時、歪みゲージＧｏ１と歪みゲージＧｉ１の歪みの最大感度方向も揃えることができるので、精度の良い荷役助力装置が実現できる。
【００４０】
ＺＲ＋、ＺＲ−はゼロ点補正用の抵抗器であって、ホイートストンブリッジ回路の出力ＥＸＴ＋、ＥＸＴ―の電位差がゼロになるように補正するものである。またＭＲ＋、ＭＲ−は温度補正用抵抗器であって、荷役助力装置１が使用される環境温度領域内での誤差を補正するものであり、単位温度あたりの出力電圧の変化率からその値が定められ、実際の使用環境の温度変化に対する補正を行うことができる。
【００４１】
また、接続支持部１０は第１の接続部１１の穴を通してブラケット１９にボルト２１によって固定されていて、各ボルト２１の位置は等角度間隔で隣り合う各歪み検出素子Ｇの成す角の略二等分線Ｌ１、Ｌ２上に配置されている。したがって、ボルト２１の締結によって発生する箇所である第１の接続部１１から起歪部１３へ伝わる歪みが均等に配分されることから、締結による影響を低減することが可能となって、高精度な助力を行う荷役助力装置１を提供することができる。
【００４２】
以上、本発明に関する実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることではなく、種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の活用例として、荷役を扱う荷役助力装置への適用が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  荷役助力装置
２  モータ部
３  回転出力軸
４  操作部
５  操作釦
６  ロープ
７ａ  固定部材延伸部
７ｂ、７ｃ  固定部材
８  荷役用フック
９  装置吊り下げ用フック
１０  接続支持部
１１  第１の接続部
１２  第２の接続部
１３  起歪部
１６  操作部ケーブル
１７  制御回路部
１８  回転ドラム
１９  ブラケット
２１  ボルト
２２  球面軸受
２３  接続端子
Ｇ  歪み検出素子
Ｇｏ１、Ｇｏ２、Ｇｏ３、Ｇｏ４  歪みゲージ
Ｇｉ１、Ｇｉ２、Ｇｉ３、Ｇｉ４  歪みゲージ
Ｌ１、Ｌ２   二等分線
【図１】
2017132567.tif 000003
【図２】
2017132567.tif 000004
【図３】
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【図４】
2017132567.tif 000006