JP2011068419A

JP2011068419A - スプリングバランサ装置

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Publication number: JP2011068419A
Application number: JP2009218371A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Minagawa; 龍也皆川
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2011-04-07

Abstract

【課題】スプリングバランサ装置において、ロック動作の性能を高め、かつロック動作後の復帰処理を容易に実施できるようにする。
【解決手段】回転主軸１０Ｊに同軸固定された主歯車１０Ｈと、その主歯車１０Ｈに噛合しこの主歯車１０Ｈを回転駆動する駆動歯車２０Ｈと、駆動歯車２０Ｈに噛合しつつこの駆動歯車２０Ｈの回りを移動し主歯車１０Ｈと噛み合うロック位置Ｌｃに移動されることにより回転主軸１０Ｊの回転を停止させるロック用歯車３０Ｈとを備える。負荷検出部４０で検出された駆動歯車２０Ｈの回転負荷の値が所定の値以下のときには主歯車１０Ｈとロック用歯車３０Ｈとが噛み合わない位置ＵＬｃにロック用歯車３０Ｈを退避させ、回転負荷の値が所定の値を超えたときにロック用歯車３０Ｈをロック位置Ｌｃに移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転主軸の回転をスプリングでバランスさせるスプリングバランサ装置に関するものである。

従来より、上下方向に移動可能に保持された物体を任意の位置に静止させたり、あるいは、そのような物体の上下方向への移動に要する力を減少させたりするためのスプリングバランサ装置が知られている。

このようなスプリングバランサ装置は、上下方向へ移動可能な物体に作用する重力を、この物体に対してスプリングにより作用させた力でバランスさせるものである（特許文献１参照）。

このようなスプリングバランサ装置を搭載した装置として、放射線源を上下方向に移動可能に保持しつつ、天井に架設されたレール上を走行する天井走行懸垂器を備えた放射線撮影装置が知られている。

この天井走行懸垂器は、重力の作用する放射線源に対しこの放射線源をワイヤで上方に吊り上げてその放射線源に作用する力をバランスさせて、放射線源を任意の位置に静止させることができる。

このような天井走行懸垂器に配されたスプリングバランサ装置には、放射線源をワイヤで上方に吊り上げる力を作用させるために渦巻バネを用いたものが知られている。

ここで、渦巻バネばねが破断すると、放射線源を上方に吊り上げる力が失われて放射線源に対して重力のみが作用するようになるのでこの放射線源は落下する。

このようなバネの破断による放射線源の落下を防止することができるスプリングバランサ装置として、渦巻バネが破断するとこの渦巻バネが解けて渦巻バネの外径が拡大することを利用したものが知られている（特許文献２参照）。

このような放射線源の落下を防止するロック機構を備えたスプリングバランサ装置は、放射線源を上方に吊り上げるワイヤを巻き上げるための回転主軸を有している。また、この回転主軸にはワイヤを巻き上げる方向に渦巻バネのバネ力が作用している。

渦巻バネの破断によりこの渦巻バネの外径が拡大すると、渦巻バネを収容する円筒ドラムに配されているピンがこの円筒ドラムの外側に押し出される。この押し出されたピンが円筒ドラムの周りを囲う筐体の内側の溝に突き当たることにより、円筒ドラムに固定された回転主軸とこの回転主軸を軸止する筐体との互いの位置がピンを介して固定される。これにより、筐体に対する回転主軸の回転が停止するので放射線源の落下を止めることができる。

特開２００１−１９９７００号公報特開平１１−２２２３９９号公報

ところで、上記ロック機構付のスプリングバランサ装置は、渦巻バネが破断してから、筐体内側の溝にピンが突き当たって放射線源の落下が止まるまでに放射線源が数十ｍｍ落下してしまうので、この落下距離を小さくしたいという要請がある。

また、渦巻バネの外径が拡大して円筒ドラムに配されたピンを筐体内側の溝に突き当てる機構が複雑なため、破断した渦巻バネ等を交換して元のスプリングバランサ装置の状態に復帰させる作業、すなわち渦巻バネの破断時に放射線源の落下を止めるロック動作を実行した後の復帰処理が難しいという問題がある。

そのため、渦巻バネが破断したときの修復を容易に行なえるようにし、かつ、放射線源の落下距離を小さくするためにロック動作の反応時間を短縮したいという要請がある。

なお、このような問題は、放射線源をバランスさせる渦巻バネが破断する場合に限らず、スプリングバランサ装置に配されたバランサ用のスプリングが破断する場合に一般に生じる問題である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ロック動作の性能を高めることができ、かつロック動作後の復帰処理が容易なスプリングバランサ装置を提供することを目的とするものである。

本発明のスプリングバランサ装置は、正転方向への回転モーメントが作用する回転主軸に対して、スプリングにより発生させた正転方向とは反対の逆転方向への回転モーメントを作用させて、回転主軸の回転をバランスさせるロック機構付のスプリングバランサ装置であって、回転主軸を回転させるためこの回転主軸に同軸固定された主歯車と、主歯車に噛合しこの主歯車を回転駆動する駆動歯車と、駆動歯車に生じる回転負荷を検出する負荷検出手段と、回転主軸が正転方向へ回転するときに主歯車および駆動歯車それぞれの歯が両歯車の噛合位置に接近する側において前記一方の歯車とは異なる他方の歯車と噛み合うロック位置に移動されて、回転主軸の正転方向の回転を停止させるロック用歯車と、負荷検出手段で検出された回転負荷の値が所定の値以下のときには主歯車とロック用歯車とが噛み合わない位置にこのロック用歯車を退避させ、回転負荷の値が所定の値を超えたときにロック用歯車をロック位置に移動させるロック用歯車移動手段とを備えたことを特徴とするものである。

ロック用歯車は、主歯車および駆動歯車のいずれか一方の歯車の回転軸に一端が枢支されたアームの、前記一方の歯車の外周より外方に伸びた箇所に軸止され、この一方の歯車に噛合しつつその一方の歯車の回りを移動可能なものとすることができる。

ロック用歯車をロック位置に位置させたときに、ロック用歯車の回転中心と主歯車の回転中心とを結ぶ直線とロック用歯車の回転中心と駆動歯車の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が８５°以上、９５°以下となるように構成することが望ましい。

なお、上記角度は、各歯車の回転中心軸に対して直交する平面と、各歯車の回転中心軸とが交わる位置それぞれを各歯車の回転中心としたときに定められる角度である。

前記スプリングバランサ装置は、天井走行懸垂式の放射線撮影装置の天井走行台に保持された放射線源の自重により回転主軸への正転方向の回転モーメントが加えられるようにこの放射線撮影装置に装着されたものとすることができる。

前記スプリングバランサ装置は、条件式（１）：Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３を満足するものとすることができる。

ただし、Ｇ１は、スプリングが破断しているときに、主歯車および駆動歯車により、ロック用歯車をロック位置に保持する保持力である。Ｇ２は、ロック用歯車移動手段により、ロック位置に位置しているロック用歯車を、主歯車とロック用歯車とが噛み合わない前記退避位置へ移動させるために作用させる力である。Ｇ３は、スプリングが破断していないときに、主歯車および前記駆動歯車により、ロック用歯車をロック位置に保持する保持力である。

本発明のスプリングバランサ装置によれば、回転主軸に同軸固定された主歯車と、主歯車を駆動する駆動歯車と、駆動歯車に生じる回転負荷を検出する負荷検出手段と、ロック位置に移動されて回転主軸の正転方向の回転を停止させるロック用歯車と、負荷検出手段で検出された回転負荷の値が所定の値以下のときには主歯車とロック用歯車とが噛み合わない位置にロック用歯車を退避させ、回転負荷の値が所定の値を超えたときにはロック用歯車をロック位置に移動させるロック用歯車移動手段とを備えるようにしたので、ロック動作の性能を高めることができ、かつロック動作後の復帰処理を容易に行なうことができる。

すなわち、上記３つの歯車を噛み合わせて回転主軸の回転をロックするロック機構と回転主軸の回転をスプリングでバランスさせる機構とを個別に設けることができるので、スプリングが破断したときの修理をロック機構の存在とは拘わりなく行なうことができ、破断したスプリングの修復、およびロック機構の修復をより容易に行なうことができる。

また、このスプリングバランサ装置によれば、負荷検出手段による回転負荷の検出、およびロック用歯車のロック位置への移動の制御等を電気的に実行することができる。したがって、従来の機械的なロック動作、すなわち、例えば渦巻バネの破断により渦巻バネの外径が拡大して筐体内側の溝にピンを突き当てるロック動作を実行する場合に比して、ロック動作の反応時間を短縮することができる。

また、ロック用歯車をロック位置に位置させたときに、ロック用歯車の回転中心と主歯車の回転中心とを結ぶ直線とロック用歯車の回転中心と駆動歯車の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度を８５°以上、９５°以下とすれば、このロック用歯車をロック位置に移動させて主歯車へ噛み合わせる動作をよりスムーズに実施することができる。

本発明の第実施の形態によるスプリングバランサ装置の概略構成を示す正面図上記スプリングバランサ装置の概略構成を示す平面図ロック機構が解除された状態のスプリングバランサ装置の様子を示す正面図上記スプリングバランサ装置が搭載された天井走行懸垂式の放射線撮影装置を示す斜視図上記放射線撮影装置中のスプリングバランサ装置部分を拡大して示す拡大斜視図モータにより放射線源を鉛直方向に移動させるときのフローチャート上記図６Ａに続くフローチャート手動により放射線源を鉛直方向に移動させるときのフローチャート上記図７Ａに続くフローチャート

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるロック機構付きのスプリングバランサ装置の概略構成を示す正面図、図２は上記スプリングバランサ装置の概略構成を示す平面図、図３はロック動作を解除しているときのスプリングバランサ装置の様子を示す正面図である。なお、図１はロック動作が実行された状態を示す図であり、図２、３はロック動作が解除されている状態を示す図である。

図４は上記スプリングバランサ装置が搭載された天井走行懸垂式の放射線撮影装置を示す斜視図、図５は上記放射線撮影装置中のスプリングバランサ装置が搭載されている部分の構造を拡大して示す拡大斜視図である。

図示の本発明の実施の形態によるロック機構付のスプリングバランサ装置１００は、正転方向（図中矢印ＲＡ方向）への回転モーメントが作用する回転主軸１０Ｊに対して、スプリングである渦巻バネＳｐにより発生させた上記正転方向ＲＡとは反対の逆転方向（図中矢印ＲＢ方向）への回転モーメントを作用させて、回転主軸１０Ｊの回転をバランスさせるものである。

このスプリングバランサ装置１００は、回転主軸１０Ｊを回転させるためこの回転主軸１０Ｊに同軸固定された主歯車１０Ｈと、主歯車１０Ｈと常に噛合しこの主歯車１０Ｈを回転駆動するための駆動歯車２０Ｈと、駆動歯車２０Ｈを回転駆動するとともにこの駆動歯車２０Ｈに生じる回転負荷を検出する負荷検出部を兼ねるモータ部４０とを備えている。

また、このスプリングバランサ装置１００は、駆動歯車２０Ｈに一端が枢支されたアーム２５の他端に軸止され、駆動歯車２０Ｈに噛合しつつ駆動歯車２０Ｈの回りを移動可能なロック用歯車３０Ｈを備えている。このロック用歯車３０Ｈは、回転主軸１０Ｊが正転方向ＲＡに回転するときに、主歯車１０Ｈおよび駆動歯車２０Ｈそれぞれの歯が両歯車の噛合位置Ｐｏに接近する側（図中矢印Ｆで示す側）において主歯車１０Ｈと噛み合うロック位置Ｌｃに移動されて回転主軸１０Ｊの正転方向ＲＡの回転を停止させるものである。

なお、ロック用歯車３０Ｈは、ロック用軸３０Ｊに同軸固定されており、アーム２５の他端である、駆動歯車２０Ｈの外周より外方に伸びた個所にロック用軸３０Ｊを介して軸止されている。

さらに、このスプリングバランサ装置１００は、負荷検出手段を兼ねるモータ部４０で検出された回転負荷の値が所定の値以下のときには主歯車１０Ｈとロック用歯車３０Ｈとが噛み合わない退避位置ＵＬｃにこのロック用歯車３０Ｈを位置させ、回転負荷の値が所定の値を超えたときにはロック用歯車３０Ｈをロック位置Ｌｃに移動させるロック用歯車移動部５０を備えている。

このロック用歯車３０Ｈは、主歯車１０Ｈの回転主軸に一端が枢支されたアーム２５の他端に軸止され、主歯車１０Ｈに噛合しつつこの主歯車１０Ｈの回りを移動可能なものであり、回転主軸１０Ｊが正転方向ＲＡに回転するときに、主歯車１０Ｈおよび駆動歯車２０Ｈそれぞれの歯が互に接近する側（図中矢印Ｆで示す側）において駆動歯車２０Ｈと噛み合うロック位置に移動されて回転主軸１０Ｊの正転方向の回転を停止させるものである。

なお、ロック用歯車３０Ｈをロック位置Ｌｃに位置させたときに、ロック用歯車３０Ｈの回転中心３０Ｃと主歯車の回転中心１０Ｃとを結ぶ直線Ｌ１３とロック用歯車３０Ｈの回転中心３０Ｃと駆動歯車２０Ｈの回転中心２０Ｃとを結ぶ直線Ｌ３２とのなす角度αは８５°以上、かつ９５°以下となるように構成されている。

負荷検出部を兼ねるモータ部４０は、駆動軸２０Ｊを回転させるモータ４２と、このモータ４２を駆動するモータ駆動部４４とを有している。このモータ駆動部４４は、モータ４２の回転軸である駆動軸２０Ｊに加えられる負荷すなわち、駆動軸２０Ｊに同軸固定された駆動歯車２０Ｈに加えられる回転負荷を検出するものでもある。モータ駆動部４４で検出された、駆動歯車２０Ｈに加えられる回転負荷を示す値は、後述の負荷判定部５６に入力される。

ロック用歯車移動部５０は、ソレノイド５２と、このソレノイドを駆動するソレノイド駆動部５４と、モータ駆動部４４で検出され入力された回転負荷の値が所定値以下であるか否か（所定値を超えているか）を判定する負荷判定部５６とを有している。

負荷判定部５６には、モータ駆動部４４で検出された、駆動歯車２０Ｈに加えられている回転負荷を示す値が常時リアルタイムで入力されている。

この負荷判定部５６は、入力された回転負荷の値が所定値以下であるか否か（所定値を超えているか）を示す判定結果をソレノイド駆動部５４に入力する。

ソレノイド駆動部５４に対して、回転負荷の値が所定値以下であることを示す判定結果が負荷判定部５６から入力された場合には、このソレノイド駆動部５４が、ソレノイド５２を駆動してロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃに位置させる。

また、ソレノイド駆動部５４に対して、回転負荷の値が所定値を超えていることを示す判定結果が負荷判定部５６から入力された場合には、このソレノイド駆動部５４がソレノイド５２の駆動を解除することによりロック用歯車３０Ｈがロック位置Ｌｃに移動される。

上記ソレノイド駆動部５４によるロック用歯車３０Ｈの駆動については後述する。

アーム２５中のロック用軸３０Ｊを軸止する側には当付部２５Ｑが配置されており、この当付部２５Ｑが常にソレノイド５２の直進軸５２Ｊの先端に当て付けられるように、駆動軸２０Ｊに枢支されたアーム２５がバネ（図示は省略）により付勢されている。

筐体６０には、上記主歯車１０Ｈが同軸固定されている回転主軸１０Ｊ、駆動歯車２０Ｈが同軸固定されている駆動軸２０Ｊが軸止されている。また、この筐体６０には、モータ４２、ソレノイド５２、および渦巻バネＳｐの外周端が固定されている。

また、筐体６０に軸止されている回転主軸１０Ｊには、上記主歯車１０Ｈが同軸固定されるとともに、渦巻バネＳｐの内周端が固定されており、さらにワイヤＥを巻き上げるための傾斜ドラム６２が同軸固定されている。なお、上記のように、渦巻バネＳｐの内周端が回転主軸１０Ｊに固定され、外周端が筐体６０に固定されている。

一端が傾斜ドラム６２に固定されたワイヤＥの他端は、上下方向に移動可能な放射線源２３０に固定されている。

ここで、放射線源２３０の自重によりワイヤＥが図中−Ｘ方向に引かれると、傾斜ドラム６２を介して回転主軸１０Ｊを正転方向ＲＡに回転させる回転モーメントが生じる。一方、この正転方向ＲＡの回転モーメントは、渦巻バネＳｐにより生じる回転主軸１０Ｊを逆転方向ＲＢに回転させる回転モーメントによって相殺される。すなわち、回転主軸１０Ｊを正転方向ＲＡに回転させる回転モーメントと逆転方向ＲＢに回転させる回転モーメントとが釣り合うことにより回転主軸１０Ｊの回転はバランスする。これにより、ワイヤＥに吊られた放射線源２３０を上下方向の任意の位置で静止させることができる。

ここで、ワイヤＥを傾斜ドラム６２で巻き上げるにしたがって、ワイヤＥを巻上るときの径が小さくなるため、放射線源２３０の自重によって回転主軸１０Ｊに加えられる正転方向ＲＡの回転モーメントが小さくなる。一方、傾斜ドラム６２でワイヤＥを巻き上げるにしたがって、渦巻バネＳｐが解かれるため、渦巻バネＳｐに貯えられているバネ力により回転主軸１０Ｊに加えられる逆転方向ＲＢの回転モーメントも小さくなる。このような構成により、放射線源２３０が上下方向のどこに位置していても、回転主軸１０Ｊに加えられる正転方向ＲＡの回転モーメントと逆転方向ＲＢの回転モーメントとを釣合わせることができる。

以下、上記ロック機構付きのスプリングバランサ装置の作用について説明する。

放射線源２３０がワイヤＥで吊られて上下方向に移動可能な状態であるときは、ロック機構が解除されている。

このようにロック機構が解除されているときには、モータ駆動部４４で検出され負荷判定部５６に入力される回転負荷の値（駆動歯車２０Ｈを介して駆動軸２０Ｊに加えられている回転負荷を示す値）は所定値以下である。

所定値以下の回転負荷を示す値が入力されたソレノイド駆動部５４は、ソレノイド５２を駆動させて、このソレノイド５２の直進軸５２Ｊがソレノイド５２内に引き込まれるようにする。すなわち、ソレノイド駆動部５４から電力を供給して駆動されたソレノイド５２は、ソレノイド５２に内蔵されたコイルバネ（図示は省略）の力に抗して直進軸５２Ｊを移動させ、この直進軸５２Ｊをソレノイド５２内に引き込む。これにより、ソレノイド５２の直進軸５２Ｊは図中矢印−Ｘ方向に移動した状態となる（図３参照）。

なお、ソレノイド５２に内蔵されたコイルバネは、直進軸５２Ｊをソレノイド５２から押し出す力（＋Ｘ方向に移動させる力）を付与するものである。すなわち、このソレノイド５２は、電力が供給されず駆動されないときには、コイルバネの力により直進軸５２Ｊがソレノイド５２から＋Ｘ方向へ押し出された状態となり、電力が供給されて駆動されたときには、コイルバネの力に抗して直進軸５２Ｊがソレノイド５２内（−Ｘ方向へ）に引き込まれた状態となるように構成されている。

また、ソレノイド５２の直進軸５２Ｊの先端にアーム２５の当付部２５Ｑが当付けられるように、このアーム２５が常に付勢されているので、アーム２５に軸止されたロック用歯車３０Ｈも図中−Ｘ方向に付勢されている。したがって、ロック用歯車３０Ｈは、ソレノイド５２に電力が供給されているときに、主歯車１０Ｈとロック用歯車３０Ｈとが噛み合わない退避位置ＵＬｃに位置している。

このようにロック動作が解除された状態において、渦巻バネＳｐが破断したとする。

渦巻バネＳｐが破断すると、この渦巻バネＳｐにより回転主軸１０Ｊに加えられていた逆転方向ＲＢの回転モーメントが略ゼロとなり、この回転主軸１０Ｊに加えられる回転モーメントのバランスが崩れる。すなわち、放射線源２３０の自重による正転方向ＲＡの回転モーメントのみが回転主軸１０Ｊに加えられるようになる。

回転主軸１０Ｊに加えられた正転方向ＲＢの回転モーメントは、主歯車１０Ｈ、駆動歯車２０Ｈ、および駆動軸２０Ｊを介してモータ４２に加えられる。

すなわち、このモータ４２の回転軸である駆動軸２０Ｊには、放射線源２３０の自重に応じた回転モーメントが加えられることになる。

ここで、モータ４２は、渦巻バネＳｐが破断しても、この渦巻バネＳｐが破断する以前と同様の所定の動作を実行しようとする。このような状態におけるモータ４２の負荷は非常に大きくなり、このモータ４２に加えられた非常に大きな負荷はモータ駆動部４４で検出される。

このモータ駆動部４４で検出された回転負荷は負荷判定部５６に入力され、負荷判定部５６から、所定値を越えた回転負荷を示す値が入力されたことを示す判定結果がソレノイド駆動部５４に入力されると、ソレノイド駆動部５４はソレノイド５２の駆動を停止する。すなわち、ソレノイド５２への電力供給を遮断する。電力供給が停止されたレノイド５２は、このソレノイド５２に内蔵されたコイルバネのバネ力のみを受けた直進軸５２Ｊが＋Ｘ方向に押し出される（図１参照）。

直進軸５２Ｊがソレノイド５２から押し出されるときには、アーム２５の−Ｘ方向への付勢力の抗して、この直進軸５２Ｊがアーム２５を＋Ｘ方向に移動させる。

このアーム２５の＋Ｘ方向への移動により、このアーム２５に軸止されたロック用歯車３０Ｈが、駆動歯車２０Ｈと噛合しつつロック位置Ｌｃに移動され、ロック用歯車３０Ｈと主歯車１０Ｈが噛み合わされる。

ロック用歯車３０Ｈが、主歯車１０Ｈの歯と駆動歯車２０Ｈの歯とが互に近寄る側において両歯と噛み合わされることにより、３つの歯車が互いに噛み合わされて主歯車１０Ｈに固定されている回転主軸１０Ｊの回転が停止される。これにより回転主軸１０Ｊがロックされる。

このようなロック機構の駆動により、回転主軸１０Ｊの回転がロックされ、ワイヤＥの巻き上げおよび巻き戻しが停止するので放射線源２３０の落下も止まる。これにより、ロック動作が完了する。

なお、上記３つの歯車が互に噛み合わされたときに、駆動歯車２０Ｈに加えられる回転負荷すなわち駆動軸２０Ｈを介してモータ４２に加えられる負荷の大きさは、所定の値以下にはならないので、このように３つの歯車が噛み合わされてロックされた状態が維持される。

このようなロック機構により、渦巻バネＳｐが破断してから回転主軸１０Ｊの回転がロックされるまでの放射線源２３０の落下距離、すなわち渦巻バネＳｐが破断したときの放射線源２３０の落下距離を数ｍｍとすることができる。

一方、従来のロック機構である、渦巻バネが破断したときに渦巻バネの外径が拡大して筐体の内側の溝にピンが突き当たるように構成したロック機構では、渦巻バネが破断したときの放射線源２３０の落下距離は数十ｍｍである。

なお、ロック動作の完了後、このロック動作を解除するために、ロック位置Ｌｃに位置させているロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃに移動させるときには、主歯車１０Ｈと駆動歯車２０Ｈとロック用歯車３０Ｈとの噛み合いを緩めてから、ロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃに移動させることが望ましい。例えば、放射線源２３０に対してこの放射線源２３０を上方に引き上げる力を作用させつつ、ロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃへ移動させることにより、ロック位置Ｌｃに位置するロック用歯車３０Ｈをスムーズに退避位置ＵＬｃへ移動させることができる。

以下にロック動作が解除されるときの条件について詳しく説明する。

ロック動作が解除されているときは、回転主軸１０Ｊの回転によるワイヤＥの巻き上げおよび巻き戻しが可能な状態である。一方、ロック動作が実行されているときは、回転主軸１０Ｊの回転によるワイヤＥの巻き上げおよび巻き戻しが停止されている状態である。

ここで、ロック動作が実行されているときは、渦巻バネが破断してロック状態となっている場合と、渦巻バネは破断していないが単にワイヤＥの巻き上げおよび巻き戻し動作の停止中にロック状態となっている場合とがある。

ロック動作の実行後にロック状態を解除できるか否か、すなわち、ソレノイド５２への電力供給を停止することによりロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃへ移動させることができるか否かは、ロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃへ移動させるためのアーム２５に加えられる上記付勢力（ロック用歯車３０Ｈを軸止するアーム２５がバネにより付勢される力）に依存する。

渦巻バネが破断してロック状態となっている場合、回転主軸１０Ｊには常に正転方向ＲＡへのみ回転モーメントが作用している。このような場合には、ロック用歯車３０Ｈが主歯車１０Ｈと駆動歯車２０Ｈとの噛合点Ｐｏに引き込まれるように両歯車と強く噛み合っている。

そのため、ソレノイド５２への電力供給を停止して直進軸５２Ｊを-Ｘ方向へ移動させても、ロック用歯車３０Ｈを−Ｘ方向へ移動させるための上記アーム２５を介したバネの付勢力では、ロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃへ移動させることはできず、ロック状態を解除することはできない。

一方、渦巻バネは破断していないがロック状態となっている場合、回転主軸１０Ｊに作用する正転方向ＲＡへの回転モーメントと逆転方向ＲＢへの回転モーメントとは釣合っている。このような場合には、ロック用歯車３０Ｈが、主歯車１０Ｈおよび駆動歯車２０Ｈと噛み合う力は小さくなっている。

したがって、ソレノイド５２への電力供給を停止して直進軸５２Ｊを-Ｘ方向へ移動させれば、ロック用歯車３０Ｈを−Ｘ方向へ移動させるための上記アーム２５を介したバネの付勢力により、ロック用歯車３０Ｈを退避位置ＵＬｃへ移動させることができ、ロック状態を解除することができる。

すなわち、条件式（１）：Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３を満足するように、スプリングバランサ装置１００が構成されている。

ここで、Ｇ１は、渦巻バネＳｐが破断しているときに、主歯車１０Ｈおよび駆動歯車２０Ｈにより、ロック用歯車３０Ｈをロック位置Ｌｃに保持する保持力である。

また、Ｇ２は、ロック用歯車移動部５０により、ロック位置Ｌｃに位置しているロック用歯車３０Ｈを主歯車１０Ｈとロック用歯車３０Ｈとが噛み合わない退避位置ＵＬｃへ移動させるために作用させる力である。

また、Ｇ３は、渦巻バネＳｐが破断していないときに、主歯車１０Ｈおよび駆動歯車２０Ｈにより、ロック用歯車３０Ｈをロック位置Ｌｃに保持する保持力である。

なお、上記スプリングバランサ装置１００は、後述する天井走行懸垂式の放射線撮影装置の天井走行台である天井走行懸垂器２０１に保持された放射線源２３０の自重により回転主軸１０Ｊに対して正転方向ＲＡの回転モーメントが加えられるように、この放射線撮影装置２００に装着されているものとすることができる。

以下、スプリングバランサ装置１００を天井走行懸垂式の放射線撮影装置に配置した場合について説明する。

上記のように、このスプリングバランサ装置１００は、天井走行懸垂式の放射線撮影装置の天井走行台である天井走行懸垂器２０１に保持された放射線源２３０の自重により回転主軸１０Ｊへ正転方向ＲＡの回転モーメントが加えられるように、この放射線撮影装置２００に装着されている。

天井走行懸垂式の放射線撮影装置の備える天井走行懸垂器２０１は、天井に架設されたＸ方向に延びる固定レール２１１、この固定レール２１１の延びる方向（Ｘ方向）に対して直交する方向（Ｙ方向）に延びるレールであって、固定レール２１１に懸架された状態でこの固定レール２１１の延びる方向（Ｘ方向）へ走行可能な可動レール２１２、この可動レール２１２に懸架された状態でこの可動レール２１２の延びる方向（Ｙ方向）へ移動可能な水平移動台２１３、この水平移動台２１３の下側に取り付けられた支柱であって、多段繰り出し方式により鉛直方向（Ｚ方向）へ伸縮可能な伸縮支柱２１４と、上記ＸおよびＹ方向への水平移動台２１３の移動、およびＺ方向への伸縮支柱２１４の伸縮を行うための各駆動モータ（図示は省略）とを備えている。

放射線源２３０は、一端が水平移動台２１３に固定された伸縮支柱２１４の他端に取り付けられている。

このように構成された天井走行懸垂器２０１より、放射線源２３０を水平方向（ＸおよびＹ方向）と鉛直方向（Ｚ方向）とへ移動させることができる。

放射線源３０を吊り上げてバランスさせるスプリングバランサ装置１００は、水平移動台２１３に配置されている。

スプリングバランサ装置１００の備える傾斜ドラム６２によって巻き上げられるワイヤＥの先端は、伸縮支柱２１４の下端、すなわち、放射線源２３０の上部に固定されている。この放射線源２３０に固定されたワイヤＥは、筒状に形成された伸縮支柱２１４の内部を通って伸縮支柱２１４の上端の開口部２１４Ｋからこの伸縮支柱２１４の外部へ伸び、水平移動台２１３に設けられたプーリ２１３Ｐを介して傾斜ドラム６２に巻きつくように施設されている。

このようにワイヤＥを施設することにより、放射線源３０の重量をスプリングバランサ装置１００でバランスさせることができる。

なお、天井走行懸垂器２０１は、ロック用歯車３０Ｈをロック位置Ｌｃに移動させて放射線源３２０の鉛直方向への移動を停止させるロック機構の他に、伸縮支柱２１４を多段繰り出しする各支柱の位置関係を固定して放射線源３２０の上下方向への移動を停止させるブレーキ機構（図示は省略）をも有している。

以下に、天井走行懸垂器２０１に配置されたスプリングバランサ装置１００におけるロック動作とブレーキ動作とのタイミングについて説明する。

放射線源２３０の自重をバランスさせる力を発生させるために渦巻バネＳｐを用いたスプリングバランサ装置１００を採用した場合、スプリングバランサ装置１００の使用時に渦巻バネＳｐに生ずる最大応力はこの渦巻バネＳｐの材料の降伏点付近となるため、応力振幅の繰り返し（経年劣化）によりこの渦巻バネＳｐが破断することがある。

例えば、９０ｋｇの質量を有する放射線源のバランスを保持するためのスプリングバランサ装置として３本の渦巻バネを備えているものを採用する場合に、３本の渦巻バネのうちの１本が破断すると、３０ｋｇ分のアンバランスが生じ放射線源が下がり始める。

この対策のため、放射線源の停止時は、ブレーキを掛けるとともにスプリングバランサ装置の回転主軸の回転をロックしている。

ブレーキ動作を解除するときには、スプリングバランサ装置のロック動作も同時に解除する。

渦巻バネが破断していないときの通常の停止時は、ブレーキの動作遅れやブレーキ滑り時間等を考慮して、ブレーキにより放射線源を停止させたときから１秒後に、スプリングバランサ装置のロック動作を実行するようにする。

スプリングバランサ装置により質量９０ｋｇの放射線源を保持しているときに、３本のうちの１本の渦巻バネが破断すると、モータに対して質量３０ｋｇ分に相当する過負荷がかかり、過負荷検出が動作してモータが停止するとともに、ロック動作が遅れることなく実行される。

上記ロック動作とブレーキ動作とのタイミングについて以下の表１にまとめて示す。

また、図６Ａにモータにより放射線源を鉛直方向に移動させるときのフローチャートを、図６Ｂに上記図６Ａに続くフローチャートを示す。図７Ａに手動により放射線源を鉛直方向に移動させるときのフローチャートを、図７Ｂに上記図７Ａに続くフローチャートを示す。

上記のように、本発明のスプリングバランサ装置によれば、スプリングが破断したときのロック動作の反応時間を短縮することができるとともに、スプリングが破断したときのロック動作後の復帰処理を容易に行なうことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。

なお、この回転主軸の回転をロックするロック機構は、上記のような主歯車と駆動歯車とを備えてはいるがロック機構を備えていない一般のスプリングバランサ装置に対して後付けすることもできる。

１０Ｊ回転主軸
１０Ｈ主歯車
２０Ｈ駆動歯車
３０Ｈロック用歯車
４０負荷検出部
Ｌｃロック位置
ＵＬｃ退避位置

Claims

正転方向への回転モーメントが作用する回転主軸に対して、スプリングにより前記正転方向とは反対の逆転方向への回転モーメントを作用させて、前記回転主軸の回転をバランスさせるロック機構付のスプリングバランサ装置であって、
前記回転主軸を回転させるため該回転主軸に同軸固定された主歯車と、
前記主歯車に噛合し該主歯車を回転駆動する駆動歯車と、
前記駆動歯車に生じる回転負荷を検出する負荷検出手段と、
前記回転主軸が正転方向へ回転するときに前記主歯車および前記駆動歯車それぞれの歯が該両歯車の噛合位置に接近する側において他方の歯車と噛み合うロック位置に移動されて、前記回転主軸の正転方向の回転を停止させるロック用歯車と、
前記負荷検出手段で検出された回転負荷の値が所定の値以下のときには前記主歯車と前記ロック用歯車とが噛み合わない位置に該ロック用歯車を退避させ、前記回転負荷の値が所定の値を超えたときに前記ロック用歯車を前記ロック位置に移動させるロック用歯車移動手段とを備えたことを特徴とするスプリングバランサ装置。
前記ロック用歯車は、前記主歯車および前記駆動歯車のいずれか一方の歯車の回転軸に一端が枢支されたアームの、前記一方の歯車の外周より外方に伸びた箇所に軸止され、該一方の歯車に噛合しつつ該一方の歯車の回りを移動可能であることを特徴とする請求項１記載のスプリングバランサ装置。
前記ロック用歯車を前記ロック位置に位置させたときに、前記ロック用歯車の回転中心と前記主歯車の回転中心とを結ぶ直線と前記ロック用歯車の回転中心と前記駆動歯車の回転中心とを結ぶ直線とのなす角度が８５°以上、９５°以下となることを特徴とする請求項１または２記載のスプリングバランサ装置。
前記スプリングバランサ装置が、天井走行懸垂式の放射線撮影装置の天井走行台に保持された放射線源の自重により前記回転主軸への正転方向の回転モーメントが加えられるように該放射線撮影装置に装着されたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のスプリングバランサ装置。
以下の条件式（１）を満足するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のスプリングバランサ装置。
Ｇ１＞Ｇ２＞Ｇ３・・・（１）
ただし、
Ｇ１：前記スプリングが破断しているときに、前記主歯車および前記駆動歯車により、前記ロック用歯車を前記ロック位置に保持する保持力
Ｇ２：前記ロック用歯車移動手段により、前記ロック位置に位置している前記ロック用歯車を、前記主歯車と前記ロック用歯車とが噛み合わない前記退避位置へ移動させるために作用させる力
Ｇ３：前記スプリングが破断していないときに、前記主歯車および前記駆動歯車により、前記ロック用歯車を前記ロック位置に保持する保持力