JP2017193440A - 荷役助力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトであって繰り出しも滑らかで助力の操作感に優れた、リンクチェーンによる荷役助力装置を提供する。【解決手段】環状の縦リンク９及び横リンク１０が交互に連接されたリンクチェーン８と、これを巻きつける有底筒状のロードシーブ１３と、ロードシーブ１３を回転させるモータ部２と、ロードシーブ１３に加わるトルクを検出するトルク検出部５と、ロードシーブ１３及びモータ部２の少なくとも１つの回転角を検出する回転角検出部４と、トルクと回転角から演算して荷役物の上下動の助力を制御する制御回路部１７と、を備え、ロードシーブ１３は外周面に縦リンクポケット１１と横リンクポケット１２とを交互に複数有し、横リンク１０の半円弧部に対応して設けられる横リンクポケット１２の側壁面２４がロードシーブの外周方向に向かって広がる傾斜面で構成されている。【選択図】図４

Description

本願は、平成２８年４月１８日付けの出願を基礎とする国内優先権主張の出願である。本発明は、リンクチェーンにより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。

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。

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って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ることから、モータを用いて助力を発生させてバランスさせるものがある。そしてワイヤロープによる荷役物の吊下げではワイヤロープをドラムに巻取る方式が一般的であるが、揚程が長いと巻取りドラムが回転軸方向に長くなって本体が大きくなること、斜め引きをするとワイヤロープが乱巻きして痛むこと、巻取りドラムにおけるワイヤロープの位置が変化することから助力を発生させるモータの制御が複雑になるなどの問題があった。

これに対してリンクチェーンを使用したものは、チェーンを巻取りバケットに溜める構造なので高揚程に有利であり、チェーンの位置がワイヤロープとは異なり、巻取り量で変化しないことから、揚程によって装置が傾くことがなく、しかもコンパクトにできる。

特開２０１４−１４２９３０号公報 特開２０１２−００１３２３号公報

ところが図１に示すような回転角検出部４、ブレーキ６、モータ２ａ、減速機７、トルク検出部５、ロードシーブ１３を直列に配置した従来の荷役助力装置の構成では、ロードシーブ１３が端に配置されることになるため、重心位置とリンクチェーン８の位置が離れていることから姿勢の安定性に難点があると同時に回転軸方向の長さも長くなって荷役助力装置が大きくなってしまう。

さらに従来のリンクチェーンを使用したものは、特許文献１や特許文献２に示されるように、ロードシーブに巻回されるリンクチェーンの数が３〜数個程度が通常である。したがってリンクチェーンの巻上げ又は巻下げ速度が周期的に変動すると、電気チェーンブロックの本体も振動し、検出される電気チェーンブロックの荷重もそれに応じて周期的に変動するため、特にモータによる助力を発生させてバランス制御を行う場合はこれに対する対策が必要であった。そしてリンクチェーンはロードシーブに対して滑らかな繰り出し、巻き取りが必要であるが、リンクチェーンの局所的な摩耗による影響も受けることから例えば特許文献２の平均化処理などの制御手法を用いても充分とは言えなかった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので、コンパクトであって、しかも繰り出し及び巻き取りも滑らかな助力操作感に優れた荷役助力装置を提供することが目的である。

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、
半円弧部とこれに繋がる直線部からなる縦リンク及び横リンクが交互に連接され、片端が荷役物に繋がるリンクチェーンと、
リンクチェーンを巻きつけるロードシーブと、
ロードシーブを回転させるモータ部と、
ロードシーブに加わるトルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出部と、
ロードシーブ及びモータ部の少なくとも１つの回転角を検出して回転角信号を出力する回転角検出部と、
トルク信号と回転角信号から演算して荷役物の上下動の助力をモータ部によって制御する制御回路部と、を備え
ロードシーブは、有底の筒状の外形を有して、外周面に縦リンクが嵌入する縦リンクポケットと、横リンクが嵌入する横リンクポケットとを交互に複数有し、
横リンクの半円弧部に対応して設けられる各横リンクポケットの側壁面が、ロードシーブの外周方向に向かって広がる傾斜面にて構成されている。

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、傾斜面が、各横リンクポケットの底部面の法線方向に対して略１８度の勾配の角度を成して構成されている。

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、傾斜面が、ロードシーブの円周方向に沿った切削方向による切削加工、研磨による加工又は放電加工による加工のいずれかで行われて構成されている。

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、ロードシーブに巻きつけられているリンクチェーンの外側に、リンクチェーンに沿って隙間を有してリンクチェーンの位置を規制する位置規制部材が設けられて構成されている。

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、ロードシーブの縦リンクポケット及び横リンクポケットは、モータ部の外周を覆うようにモータ部の外側に配置されて構成されている。

請求項６に記載の荷役助力装置は、上記の目的を達成するために、モータ部は波動歯車減速機を有して構成されている。

請求項１に記載の発明の荷役助力装置によれば、横リンクの半円弧部が当接する横リンクポケットの側壁面が傾斜面であることから、横リンクが横リンクポケットから離脱する際及び横リンクが横リンクポケットに嵌入する際のリンクチェーンの動きが滑らかになって、使用感に優れた荷役助力装置を実現できる。

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、横リンクの半円弧部が当接する横リンクポケットの側壁面が横リンクポケットの底部面の法線方向と略１８度の角度を成す傾斜面である時、ロードシーブに巻きつけられるリンクチェーンの動きを最も滑らかにすることができる。

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、横リンクポケットの側壁面は少なくともロードシーブの円周方向に沿った切削方向で加工、若しくは研磨加工や放電加工によって滑らかに加工されていることから、側壁面の凹凸が横リンクの動きを阻害しないため、ロードシーブに巻きつけられるリンクチェーンの動きをさらに円滑にすることができる。

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、ロードシーブのリンクチェーン巻きつけ部に、リンクチェーンに沿って隙間を有して位置規制部材が設けられているため、リンクチェーンの移動速度が速くても各ポケットからリンクチェーンが離脱することなく、動きを滑らかにすることができる。

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、ロードシーブの縦リンクポケット及び横リンクポケットがモータ部を含む助力駆動源の外周に配置されていることから駆動軸方向の長さを短くすることができ、荷役助力装置の小型化が実現できる。これと同時にロードシーブの縦リンクポケット及び横リンクポケットが設けられた円周面の直径がモータ部と比較して大きいため、縦リンクポケット及び横リンクポケットの数が多くなり、リンクチェーンの巻上げ又は巻下げ速度が周期的に変動することによる荷役助力装置への振動やトルクのムラを低減することができ、さらにリンクチェーンの局所的な摩耗によるリンクチェーン移動方向の長さ誤差による影響も低減できる。

請求項６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、モータ部が出力部に波動歯車減速機を備えているのでバックラッシがないことから、モータ部の正逆回転切り換え時の制御不能な領域をなくし、スムーズなバランス保持動作を行うことができる。

従来の荷役助力装置の配置構成模式図 本発明の実施形態による荷役助力装置の外観斜視図 本発明の実施形態による荷役助力装置の内部構造斜視図 本発明の実施形態による荷役助力装置の内部構造詳細斜視図 本発明の実施形態による荷役助力装置の内部構成模式図 本発明の実施形態による荷役助力装置のロードシーブとリンクチェーンの詳細拡大図 本発明の実施形態による荷役助力装置のロードシーブのポケット詳細拡大図 本発明の実施形態による荷役助力装置のロードシーブの横リンクポケット詳細断面拡大図 本発明の実施形態による荷役助力装置のロードシーブの画像 荷役助力装置のロードシーブの参考画像

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２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。荷役助力装置１はカバー２１にて覆われた本体部と、この本体部からリンクチェーン８に沿って下方に伸びた位置にある操作部２５と、リンクチェーン８の片端に繋がった荷役用フック１５、リンクチェーン８の他端側（無負荷側）に設けられたリンクチェーン収納部２６で構成されている。

図３は本発明の実施形態による荷役助力装置１の本体部の内部構造を示したものであって、図２におけるカバー２１の一部を省略し、幾つかの部材を半透明化して表したものである。

モータ２ａの負荷側には減速機７が取り付けられてモータ部２を構成し、減速機７はモータ２ａの回転速度を所定の速度に減速している。減速機７は例えば波動歯車減速機である。波動歯車減速機は外周が楕円状のウエーブジェネレータと、外周に多数の外歯が形成されウエーブジェネレータに外嵌されてウエーブジェネレータの回転により円周方向へ撓まされる位置が変化するようにした弾性変形可能なフレクスプラインと、フレクスプラインの外周側にあってフレクスプラインの外歯と嵌合する内歯を備えたサーキュラスプラインからなる。そして動力は、フレクスプラインを回転出力として繋げた回転出力軸３に取り出されて伝達するようになっている。

減速機７に波動歯車減速機のような原則バックラッシがないものを使用することで、モータ２ａの正逆回転切り換えを頻繁に行って助力動作を行う時に、切り換え時の制御不能な領域をなくし、スムーズな操作感を実現できる。回転出力軸３は減速機７にて減速された回転軸であり、ロードシーブ１３に連結され、ロードシーブ１３を連続的に正逆に回転させるものである。図３では、ロードシーブ１３がモータ部２や減速機７の外周を覆って取り付けられているので、ロードシーブ１３を半透明にして表している。そして回転出力軸３はフレーム１９に固定されている回転出力軸軸受部１８によって回転自在に支持されている。回転出力軸軸受部１８はベアリング１８ａとこれを固定するベアリング押え１８ｂと軸受カバー１８ｃにより構成されていて、ベアリング１８ａを粉塵などから保護する構造になっている。（図５参照）

天部のフレーム１９にはこの荷役助力装置１を吊下げるための吊下げ用フック１６が固定されている。この吊下げ用フック１６は荷役助力装置１の重心位置に近いところに設けられる。

リンクチェーン８は、半円弧部２２とこれに繋がる直線部２３からなる長円形の輪が９０度の角度にて交互に連接されたものであって、一端は荷役用フック１５に繋がっていて、他端（無負荷側）はリンクチェーン収納部２６に収納されている。

ロードシーブ１３は、回転出力軸３からの駆動によって回転してリンクチェーン８の繰り出し、巻付けを行う。本実施形態ではロードシーブ１３は多角若しくは円筒の有底の外形をしていて、助力駆動源であるモータ部２の外周を覆うように配置され、その底部は回転出力軸３と繋がっている。リンクチェーン８が巻きつけられる位置はおおよそ吊下げ用フック１６の下であって、荷役助力装置１本体の重心位置に近いところに設けられる。リンクチェーン８はロードシーブ１３に設けられたポケットに嵌入されておおよそ１８０度巻きつけられる。

一方リンクチェーン８をロードシーブ１３へ巻きつける姿勢を保つためにリンクチェーンガイド２０が設けられている。リンクチェーンガイド２０はリンクチェーン８が姿勢を保って通過するように十字状の貫通穴が設けてあって、ロードシーブ１３の外周の接線方向にあってフレーム１９に固定されている。

またロードシーブ１３に巻きつけるリンクチェーン８の移動位置の規制のため、位置規制部材１４が、ロードシーブ１３に巻きつけられているリンクチェーン８の外周方向に、リンクチェーン８に沿って若干の隙間を有して設けられている。この位置規制部材１４は、リンクチェーン８の移動速度が速くても、リンクチェーン８がロードシーブ１３に対して所定の位置から外れて途中で止まること等を防止している。

図４は本発明の実施形態による荷役助力装置１の内部構造詳細を示したものであって、図３における部材の一部を省略し、幾つかの部材を半透明化して本体部を表したものである。そして図５はこれに対応した荷役助力装置１の内部の構成を模式図で示したものである。

モータ部２の反負荷側にはブレーキ６があって、さらにモータ部２の回転角を検出する回転角検出部４に繋がっている。一方ブレーキ６と回転角検出部４の接合部から分岐してトルク検出部５があって、トルク検出部５はフレーム１９に固定されている。トルク検出部５はロードシーブ１３に巻きつけられているリンクチェーン８から伝達される力を反力として検出できるように不図示の歪みゲージを備えている。そしてモータ部２、ブレーキ６、回転角検出部４、トルク検出部５らを制御する制御回路部１７がこの近傍に配置されている。荷役助力装置１を粉粒や水滴のかかる場所での使用も可能にするため、制御回路部１７をはじめとする各電装部はフレーム１９の外のカバー２１内に配置している。

本実施形態では回転角検出部４はモータ部２の反負荷側に配置したがこれに限らず、減速機７の出力である回転出力軸３やロードシーブ１３に設けられても良く、また両方に設けられても良い。さらに光学式に限らず磁気式等であっても良い。またトルク検出部５はこれに限らず、ロードシーブ１３に加わるトルクを検出できれば良く、フレーム等に固定されたロードセルでトルクを受ける構造や、減速機７とロードシーブ１３の間に回転軸が起歪部となっているいわゆる回転型のトルク検出器でも実現可能である。

以上の構成にて、荷役用フック１５に荷役物が吊るされると、荷役物の重量によってリンクチェーン８が引っ張られるため、荷役用フック１５、リンクチェーン８、ロードシーブ１３、回転出力軸３、減速機７、モータ２ａ、ブレーキ６を介してトルク検出部５も下方に引張られ、トルク検出部５の起歪部が変形し、ロードシーブ１３に加わるトルクを起歪部に添着された歪みゲージにて検出したトルク信号と、回転角検出部４にて検出した回転角信号を基に演算して、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制御回路部１７が行う。もちろん荷役物に僅かな外力を印加して上下動させつつバランスするような動作を行うことも可能である。

ロードシーブ１３は前述のように有底の筒状の外形をしていて、例えば開口側にはリンクチェーン８が巻きつけられるポケット部がある。図６、図７はリンクチェーン８が巻きつけられるポケット部であるＡ部の詳細拡大図である。このポケット部は、リンクチェーン８の縦リンク９が嵌入される溝形の縦リンクポケット１１と、横リンク１０が嵌入される長円形の横リンクポケット１２とが、交互に複数配置されたものである。縦リンクポケット１１は溝形状が全周に渡って形成されたものである。一方横リンクポケット１２は、横リンク１０の半円弧部２２に対応したものであって、ロードシーブ１３とリンクチェーン８が離間する近傍の横リンクポケット１２がリンクチェーン８に当接して力（荷重）を受けることになる。特に図７に示す横リンクポケット１２の横リンク１０の半円弧部２２に対応した側壁面２４がこの力（荷重）を主として受けることになる。

図８は図７におけるＢＢ断面図であって、横リンクポケット１２の１つのみを示している。横リンクポケット１２の底部面２７の法線方向Ｃに対し、側壁面２４は範囲Ｅにて角度Ｄの傾斜面となっていて、ロードシーブ１３の外周面へ向かって広がる形状である。発明者は、この側壁面２４が力（荷重）を主として受けることから、リンクチェーン８がロードシーブ１３から離間する際の重要な要素となると考え、その勾配の角度Ｄについて検討を行った。検討は角度Ｄが１１度、１８度、２４度の３種類のロードシーブ１３を製作して行った。その結果、勾配の角度Ｄが１８度の時に、安定してリンクチェーン８がロードシーブ１３に嵌入されると共に離間することが実験により得られた。

一方図９は本発明の横リンクポケット１２の実物画像であって、図１０は発明者が比較検討していたものである。図１０によれば、この横リンクポケット１２は方向Ｆにて切削加工が行われていて、側壁面２４に切削のひき目が外周へ向かって段差となって現れている。この状態の側壁面２４ではこのひき目の段差に横リンク１０の半円弧部２２が当たって、滑らかな動きが阻害される。これに対して図９のように切削方向を円周方向である方向Ｇにて切削加工を行うと、段差は横リンク１０の半円弧部２２の動きに対して垂直なものとなるので、横リンク１０の滑らかな動きを阻害することはない。したがって、横リンクポケット１２の加工に際して、表面の粗さ許容値を大きくすることができ、コスト的にも有利である。

もちろんこの横リンクポケット１２の加工を放電加工や研磨による加工を施して滑らかな面としても同様の効果が得られるのは明らかである。

以上、本実施形態によれば、ロードシーブ１３を減速機７やモータ２ａにオーバーラップするように外周に設けて重心位置を中心に持ってくるようにして小型の荷役助力装置を実現している。リンクチェーン８の巻取りは歯形のスプロケットなどを使用せずロードシーブ１３の縦リンクポケット１１と横リンクポケット１２のみで行っているので、部品点数も少なく、組立ても容易である。

またモータ部２の半径方向の外側にロードシーブ１３の縦リンクポケット１１と横リンクポケット１２を設けているので、リンクチェーン８の巻付け半径が大きく、各ポケット数も多くなり、リンクチェーン８の巻上げ又は巻下げ速度が周期的に変動することによる振動やトルクのムラは平均化されてこれを抑制することができる。さらにリンクチェーンの局所的な摩耗によって一部のリンクチェーン移動方向の長さが長くなったり、がたつきが大きくなったりしても、リンクチェーン８が嵌入する縦リンクポケット１１と横リンクポケット１２の数が多いため、影響は軽微なものとなる。

そして特に横リンクポケット１２の形状を最適化することで円滑な動きを実現した荷役助力装置を提供するものである。

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。

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。

１ ：荷役助力装置
２ ：モータ部
２ａ ：モータ
３ ：回転出力軸
４ ：回転角検出部
５ ：トルク検出部
６ ：ブレーキ
７ ：減速機
８ ：リンクチェーン
９ ：縦リンク
１０ ：横リンク
１１ ：縦リンクポケット
１２ ：横リンクポケット
１３ ：ロードシーブ
１４ ：位置規制部材
１５ ：荷役用フック
１６ ：吊下げ用フック
１７ ：制御回路部
１８ ：回転出力軸軸受部
１８ａ ：ベアリング
１８ｂ ：ベアリング押え
１８ｃ ：軸受カバー
１９ ：フレーム
２０ ：リンクチェーンガイド
２１ ：カバー
２２ ：半円弧部
２３ ：直線部
２４ ：側壁面
２５ ：操作部
２６ ：リンクチェーン収納部
２７ ：底部面

Claims (6)

1. 半円弧部とこれに繋がる直線部からなる縦リンク及び横リンクが交互に連接され、片端が荷役物に繋がるリンクチェーンと、
   前記リンクチェーンを巻きつけるロードシーブと、
   前記ロードシーブを回転させるモータ部と、
   前記ロードシーブに加わるトルクを検出してトルク信号を出力するトルク検出部と、
   前記ロードシーブ及び前記モータ部の少なくとも１つの回転角を検出して回転角信号を出力する回転角検出部と、
   前記トルク信号と前記回転角信号から演算して前記荷役物の上下動の助力を前記モータ部によって制御する制御回路部と、を備え
   前記ロードシーブは、有底の筒状の外形を有して、外周面に前記縦リンクが嵌入する縦リンクポケットと、前記横リンクが嵌入する横リンクポケットとを交互に複数有し、
   前記横リンクの前記半円弧部に対応して設けられる前記各横リンクポケットの側壁面が、前記ロードシーブの外周方向に向かって広がる傾斜面であることを特徴とする荷役助力装置。
2. 前記傾斜面が、前記各横リンクポケットの底部面の法線方向に対して略１８度の勾配の角度を成すことを特徴とする請求項１に記載の荷役助力装置。
3. 前記傾斜面が、前記ロードシーブの円周方向に沿った切削方向による切削加工、研磨による加工又は放電加工による加工のいずれかで行われたことを特徴とする請求項１又は２に記載の荷役助力装置。
4. 前記ロードシーブに巻きつけられている前記リンクチェーンの外側に、前記リンクチェーンに沿って隙間を有して前記リンクチェーンの位置を規制する位置規制部材が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の荷役助力装置。
5. 前記ロードシーブの前記縦リンクポケット及び前記横リンクポケットは、前記モータ部の外周を覆うように前記モータ部の外側に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の荷役助力装置。
6. 前記モータ部は波動歯車減速機を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の荷役助力装置。