JP2021100875A - エア式バランサ - Google Patents

Abstract

【課題】 素早い動作を要求される作業にも対応できるようにするとともに、オペレータの負担を軽減させたエア式バランサを提供する。【解決手段】 荷役物３０の重量を検出して、制御手段１１へ重量情報信号を伝達する荷役物重量検出センサ２２と、昇降機構に取り付けられた操作部２０と、操作部が受ける操作情報を検出して、制御手段１１へ操作部操作情報信号を伝達する操作情報検出手段と、を有し、制御手段は、操作部操作情報信号に基づき、第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードを切り替え、第１のバランス操作モードにおいて、操作部操作情報信号と前記重量情報信号とに基づいてシリンダ圧を調整し、第２のバランス操作モードにおいて、第１のバランス操作モードから第２のバランス操作モードへの切替時シリンダ設定圧と、重量情報信号の変化量から算出した荷役物操作情報とに基づいてシリンダ圧を調整するように構成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、荷役、運搬などに用いられるエア式バランサに関するものである。

＜従来技術１＞
現在、エア式バランサの市場において、数多く出回っているエア式バランサでは、搬送する荷役物の重量が不明の場合や多種類の重量の異なる荷役物を搬送する場合は、一般的に次のような制御を行っている。

無負荷圧状態において、荷役物を専用治具で把持し、その状態からシリンダへのエア供給流量を制御しながら徐々にシリンダのエア圧を上げていき、荷役物が地切りした状態（荷役物が着地した状態から僅かに浮き上がった状態）を確認したら一旦エア供給を停止する。荷役物を空中で停止させた状態において、そのときのシリンダ圧を検出して保存（記憶）する。その後、圧力比例制御弁等を使用してシリンダ内の圧力を保存（記憶）した圧力で一定圧に保つことによりバランスモードに設定し、バランサのオペレータは荷役物を直接把持するか、あるいは操作グリップ等を操作して荷役物を搬送する。この制御方式では、シリンダへのエア供給を遮断した状態からバランスモードに移行させる場合、荷役物を完全に停止したのを確認した後、ボタン操作でバランスモードに移行させる方式か、あるいは時限タイマー等を使用して自動的（強制的）にバランスモードに移行させる制御方式が採用されている。この制御方式は、エア部品のみで制御部が構成できるので、低コストで制御部が構成できる利点があるが、荷役物の不明の重量に対応するため、シリンダへの供給エアを流量制御によってシリンダ圧を徐々に増圧し荷役物を地切りさせたり、徐々に減圧させ荷役物を解放する必要があり、また、負荷圧状態のシリンダ圧を記憶する場合、空中に吊り上げた荷役物を完全に停止させる必要があるため、無負荷圧状態から負荷圧状態へのシリンダ圧力の設定処理に時間がかかる欠点がある。

＜従来技術２＞
下記特許文献１（特開２０１８−１５０１７３号公報）では、上記従来技術１の課題を解決するため、荷役物把持部の上部位置に荷役物重量検出センサを設け、常時荷役物の重量を検出し、検出した荷役物重量から荷役物を吊り上げるのに必要なシリンダ圧を算出しシリンダ圧を設定することにより、荷役物重量が不明の場合でも、無負荷圧状態から負荷圧状態へのシリンダ圧の切替え処理、及び負荷圧状態から無負荷圧状態へのシリンダ圧の切替え設定処理を自動で行えるようにしている。このように制御することにより、従来技術１の場合の処理時間と比較すると、無負荷圧状態から負荷圧状態へのシリンダ圧力の設定時間を短縮している。また、特許文献１では、荷役物を吊り上げた状態において、把持する直前の荷役物重量を記憶し、記憶した重量で算出したシリンダ圧を設定し、同圧を一定に保つことよって、オペレータが荷役物を直接把持して搬送することを可能にしている。

特開２０１８−１５０１７３号公報

上記従来技術２では、搬送する荷役物が比較的軽量物の場合は、無負荷圧状態から負荷圧状態へのシリンダ圧の切替え処理、及び負荷圧状態から無負荷圧状態へのシリンダ圧の切替え処理を比較的短時間で行うことができるが、この制御方式では、原理的にオペレータが荷役物を上方向に持ち上げる力によって、シリンダへのエア供給流量が決まるため、荷役物が重量物になった場合、シリンダへの圧力切替え設定処理には時間がかかってしまう。従って、素早い搬送動作を要求される作業や、重量物の搬送作業には不向きである。但し、オペレータが大きな操作力で操作すれば、切替え動作時間を短縮することも可能にはなるが、そのような作業を継続して行った場合、オペレータへの負担が大きすぎて、長時間の作業には耐えられなくなると考えられる。

また、従来技術２では、荷役物重量検出センサの上部位置を把持してバランスモードで操作するだけでなく、荷役物重量を記憶することによって、荷役物重量検出センサの下方にある荷役物等を直接把持してバランスモードで搬送することも可能にしているが、それらの操作では、バランサの機械構造や制御部品の性能による影響を大きく受けてしまうことが考えられる。バランサの機械駆動部の摩擦が小さく、さらにシリンダ内の摺動摩擦が小さい場合は、比較的小さいバランス操作力で操作することができるが、機械駆動部の摩擦が大きい場合や、シリンダ内の摺動摩擦が大きい場合は、バランスモード時の操作力は大きくなり、オペレータに大きな負担がかかることになる。

本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたもので、荷役物の地切り時及び着地時のシリンダ圧の設定時間の短縮化を図ることによって、素早い動作を要求される作業にも対応できるようにするとともに、軽い操作力で荷役物を搬送できるようにして、オペレータの負担を軽減させたエア式バランサを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本願発明のエア式バランサは、
荷役物を把持する把持部と、前記把持部を上下動させる昇降機構と、前記昇降機構を駆動する空気圧シリンダと、前記空気圧シリンダのシリンダ圧を所定の圧力に設定する制御手段を備えたエア式バランサにおいて、
前記把持部の上方に連結し、前記荷役物の重量を検出して、前記制御手段へ重量情報信号を伝達する荷役物重量検出センサと、
前記荷役物重量検出センサの上方で前記昇降機構に取り付けられた操作部と、
前記操作部が受ける操作情報を検出して、前記制御手段へ操作部操作情報信号を伝達する操作情報検出手段と、を有し、
前記制御手段は、前記操作部操作情報信号に基づき、第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードを切り替え、
前記第１のバランス操作モードにおいて、前記制御手段は、前記操作部操作情報信号と前記重量情報信号とに基づいて前記シリンダ圧を調整し、
前記第２のバランス操作モードにおいて、前記制御手段は、前記第１のバランス操作モードから前記第２のバランス操作モードへの切替時シリンダ設定圧と、前記重量情報信号の変化量から算出した荷役物操作情報とに基づいて前記シリンダ圧を調整するように構成されている。

好ましくは、
前記第１のバランス操作モードにおいて、
前記制御手段は、前記重量情報信号に基づくシリンダ基本設定圧と、前記操作部操作情報信号に基づくシリンダ調整圧とを算出し、
前記操作部操作情報信号が上方向への操作を示すときは、前記制御手段は、前記シリンダ基本設定圧に前記シリンダ調整圧分を増圧した圧力を前記シリンダ圧に設定し、
前記操作部情報信号が下方向への操作を示すときは、前記制御手段は、前記シリンダ基本設定圧から前記シリンダ調整圧分を減圧した圧力を前記シリンダ圧に設定する。

また、好ましくは、
前記制御手段は、前記第１のバランス操作モードから前記第２のバランス操作モードへ切り替えるときに、前記切替時シリンダ設定圧と前記重量情報信号に基づく荷役物の切替時重量とを記憶し、
前記第２のバランス操作モードにおいて、
前記制御手段は、記憶した前記切替時重量に対する前記重量情報信号の変化量から、前記荷役物操作情報を算出し、
前記制御手段は、前記荷役物操作情報が上方向への操作を示すときは、記憶した前記切替時シリンダ設定圧に、前記荷役物操作情報に基づいて算出したシリンダ調整圧を増圧した圧力を前記シリンダ圧に設定し、
前記制御手段は、前記荷役物操作情報が下方向への操作を示すときは、記憶した前記切替時シリンダ設定圧に、前記荷役物操作情報に基づいて算出したシリンダ調整圧を減圧した圧力を前記シリンダ圧に設定する。

本発明によれば、操作情報検出手段で検出された操作部操作情報によって、第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードの切り替えを自動で行うことができるため、両バランス操作モードの切替えをオペレータに意識させないで円滑に行うことができる。

第１のバランス操作モードでは、オペレータが操作部を上方向に操作したことを検出した場合は、シリンダ基本設定圧にシリンダ調整圧分を増圧する方向でシリンダ圧を調整し、反対にオペレータが操作部を下方向に操作したことを検出した場合は、シリンダ基本設定圧からシリンダ調整圧分を減圧する方向でシリンダ圧を調整することによって、シリンダ圧の無負荷圧状態から負荷圧状態への切替え、及び、負荷圧状態から無負荷圧状態への切替えを素早く行えるため、作業時間を短縮し作業性を向上させることができる。さらに、把持した荷役物を空中に吊り上げた場合では、シリンダ基本設定圧にシリンダ調整圧分を加えて調整することによって、空中における操作力を軽減させオペレータへの負担を軽くすることができる。

第２のバランス操作モードでは、オペレータが荷役物を把持して上方向に操作した場合は、切替時シリンダ設定圧にシリンダ調整圧分を増圧する方向でシリンダ圧を調整し、反対にオペレータが下方向に操作した場合は、切替時シリンダ設定圧からシリンダ調整圧分を減圧する方向でシリンダ圧を調整するので、空中における操作力を軽減させオペレータへの負担を軽くすることができる。

図１は本願の実施形態に係るエア式バランサの全体構成を示す構成図である。 図２は本願の実施形態に係るエア式バランサの第１のバランス操作モードにおいて使用するシリンダ圧設定手段の構成図である。 図３は本願の実施形態に係る第１のバランス操作モードの地切り動作時における、操作力及び操作方向→シリンダ調整圧変換手段が有る場合と無い場合のシリンダ圧の変化を示すグラフである。 図４は本願の実施形態に係るエア式バランサの第２のバランス操作モードにおいて使用するシリンダ圧設定手段の構成図である。 図５は本願の実施形態に係るエア式バランサの第２のバランス操作モード時に検出される荷役物重量の変化に対する設定シリンダ圧の変化を示すグラフである。 図６は本願の実施形態に係るエア式バランサの操作情報検出センサにロードセル又は歪みゲージを使用した場合の操作グリップの制御構成図である。 図７は本願の実施形態に係るエア式バランサのアナログ操作量情報検出センサの操作力に対する出力特性を示すグラフである。 図８は本願の実施形態に係るエア式バランサの操作情報検出センサに操作有無検出用スイッチを使用した場合の操作グリップの制御構成図である。 図９は本願の実施形態に係るエア式バランサの操作情報検出センサに操作有無検出用スイッチを使用した場合のモード切替手段を示すグラフである。

図１乃至図９を参照しながら、本願の実施形態に係るエア式バランサ１００について説明する。図１は本願の実施形態に係るエア式バランサ１００の全体構成を示す構成図である。

（全体構成）
エア式バランサ１００は、略水平方向の中心軸線を有する概略円柱状の外形をしたケーシング２を有する。ケーシング２の上部にはバランサ吊り具３が取り付けられている。バランサ吊り具３は、エア式バランサ１００を任意の場所に吊り下げるために使用することができる。

ケーシング２の内側には、中心軸線に沿ってボールねじシャフト４が設けられている。ボールねじシャフト４の外周には螺旋状の転動溝が形成されている。ボールねじシャフト４にはボールねじナット５が外嵌している。ボールねじナット５の内側には、ボールねじシャフト４の転動溝に対応する螺旋状の転動溝が形成されている。ボールねじシャフト４の転動溝とボールねじナット５の転動溝の間には不図示のボールが複数配置されている。ボールねじシャフト４、ボールねじナット５、及び複数のボールは、ボールねじ装置を構成する。

ボールねじナット５には円柱状の回転ドラム６が外嵌している。回転ドラム６は、ボールねじナット５とともに回転しながら、ボールねじシャフト４の中心軸線方向に移動することができる。

回転ドラム６の周囲には、懸垂部材として、ワイヤ７が巻き付けられている。ワイヤ７の一方の端部は回転ドラム６に固定されている。ワイヤ７の他方の端部側の部分は、ケーシング２の下部に形成された開口部から外に出て、重力方向に延びている。本実施形態においては、懸垂部材として、紐状部材を採用することができる。紐状部材としては、ワイヤの他、例えば、チェーンを採用することもできる。

ケーシング２の内側で、回転ドラム６の一方の端面にはピストン８が固定されている。ケーシング２及びピストン８は、ケーシング２の中心軸線方向でピストン８に対して回転ドラム６とは反対側にシリンダ空気室９を形成している。シリンダ空気室９は気密に保たれる。ピストン８とシリンダ空気室９は空気圧シリンダを構成する。ボールねじシャフト４、ボールねじナット５、ピストン８及びシリンダ空気室９は、圧縮空気の供給を受けて回転ドラム６を回転させるトルク発生機構を構成する。また、トルク発生機構、回転ドラム６及びワイヤ７は、後述の把持部を上下動させる昇降機構を構成する。昇降機構は、圧縮空気の供給を受けた空気圧シリンダによって駆動する。

シリンダ空気室９側のケーシング２の端面には、制御ボックス１０が取り付けられている。制御ボックス１０には、制御手段１１、シリンダ圧設定入力ポート１２、圧力比例制御弁１３が設けられている。制御手段１１は、シリンダ圧設定入力ポート１２を介して圧力比例制御弁１３を制御する。なお、制御ボックス１０の取り付け位置はこれに限らず、シリンダ空気室９の周辺の任意の位置に配置することができる。

圧力比例制御弁１３は、エア供給部１４と、給気口１５と、排気口１６とに管状部材で接続されている。エア供給部１４は、コンプレッサ等の圧縮空気の供給源（不図示）から、圧縮空気を取り込む。圧縮空気は、圧力比例制御弁１３を介して給気口１５からシリンダ空気室９へ供給される。圧力比例制御弁１３は制御手段１１によって制御される。圧力比例制御弁１３は、圧縮空気の供給源からシリンダ空気室９への圧縮空気の流量を調整し、また、シリンダ空気室９内の空気を排気口１６から排出する。

ケーシング２から外に延びたワイヤ７の下端部周辺には、操作グリップ２０と、操作情報検出センサ２１と、荷役物重量検出センサ２２と、荷役物吊り具２３とが設けられている。荷役物重量検出センサ２２は、ワイヤ７の端部に取り付けられている。荷役物吊り具２３は、荷役物重量検出センサ２２の下部に取り付けられている。荷役物重量検出センサ２２は、荷役物３０の重量を検出して、制御手段１１へ重量情報信号を伝達又は発信する。本実施形態においては、荷役物３０を把持する把持部として、荷役物吊り具２３を用いているが、本願発明においてはこれに限られない。把持部は、荷役物３０の種類、作業内容等に応じて任意のものを選択することができる。また、把持部は、荷役物重量検出センサ２２の下方に連結してあれば良く、把持部と荷役物重量検出センサ２２との間に他の部材が配置されても良い。操作情報検出センサ２１及び荷役物重量検出センサ２２は、接続ケーブル２４によって制御手段１１に接続されている。

操作グリップ２０は円筒状をしており、その内側にワイヤ７が通されている。操作グリップ２０は、オペレータが荷役物３０を操作する際に把持することができる操作部を構成する。操作部として操作グリップ２０を採用することで、オペレータが直感的にエア式バランサ１００を操作することが可能となり、好ましい。しかし、本願発明において、操作部は操作グリップ２０に限定されず、作業内容や荷役物の重量等に応じて適切なものを採用することができる。操作情報検出センサ２１は、操作グリップ２０とワイヤ７の重力方向の相対移動を検出する。検出結果は、操作部操作情報信号として、接続ケーブル２４を介して制御手段１１へ伝達される。

荷役物重量検出センサ２２は、荷役物吊り具２３に吊り下げられた荷役物３０の重量を検出することができる。また、荷役物重量検出センサ２２は、荷役物３０が接地した状態においては、荷役物吊り具２３によって荷役物３０に加えられている上昇方向の力を検出することができる。検出結果は、重量情報信号として、接続ケーブル２４を介して制御手段１１へ伝達される。荷役物３０はスリングベルト３１等により荷役物吊り具２３に吊り下げることができる。なお、操作情報検出センサ２１又は荷役物重量検出センサ２２と制御手段１１とは、有線接続に限らず、無線接続とすることもできる。

＜バランス操作モード＞
本実施形態に係るエア式バランサ１００は、オペレータが、直接荷役物３０を把持するか、あるいは、操作グリップ２０を操作して、荷役物３０を軽い操作力で動かすことができる「バランス操作モード」を備えている。また、バランス操作モードには「第１のバランス操作モード」と「第２のバランス操作モード」があり、両モードは制御手段１１によって切り替えられる。

「第１のバランス操作モード」は、オペレータが操作グリップ２０を把持して操作する際に使用される。第１のバランス操作モードでは、荷役物重量検出センサ２２によって荷役物３０の重量を検出し、アシスト機構が荷役物３０の重量に応じたアシスト力をワイヤ７に加えることにより、重量が不明の荷役物３０や多種類の重量の異なる荷役物３０でも、軽い操作力で荷役物３０を吊り上げることを可能にしている。

「第２のバランス操作モード」は、オペレータが、荷役物３０を吊り上げた状態で、荷役物重量検出センサ２２よりも下にある部分、即ち、荷役物吊り具２３、スリングベルト３１又は荷役物３０を把持して、荷役物３０を操作する場合に使用される。本実施形態に係るエア式バランサ１００は、第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードを作業に合わせて自動で切り替える。

＜第１のバランス操作モード＞
第１のバランス操作モードについて、操作手順に沿って説明する。まず、オペレータは、接地した荷役物３０のスリングベルト３１を荷役物吊り具２３に掛ける。この状態から操作グリップ２０を上昇方向に操作すると、操作情報検出センサ２１により上昇方向の操作がされたこと、及び、その操作力を示す操作部操作情報信号が、接続ケーブル２４を介して制御手段１１に入力される。

上昇方向の操作がされたことを示す操作部操作情報信号が入力させた制御手段１１は、圧力比例制御弁１３を用いてシリンダ空気室９内の気圧を、操作力に比例対応した圧力分上昇させる。圧力比例制御弁１３は、制御手段１１が設定したシリンダ圧設定入力ポート１２の圧力と同じ圧力を給気口１５に設定する。

シリンダ空気室９に圧縮空気が供給されると、ピストン８はボールねじシャフト４の中心軸線方向で回転ドラム側へ移動する。これにより、ボールねじナット５及び回転ドラム６は、ワイヤ７を巻き上げる方向に回転する。

ワイヤ７が巻き上げられると、荷役物重量検出センサ２２が上方に移動し、荷役物３０の一部の重量を検出して、その重量を示す重量情報信号が制御手段１１に入力される。制御手段１１は、所定の単位時間に変化した検出重量に比例対応したシリンダ圧を、操作グリップ２０の操作力に比例対応した圧力に加算して、シリンダ圧設定入力ポート１２に設定する。この結果、シリンダ空気室９の圧力が上昇し、ピストン８が更に回転ドラム６側に押され、ワイヤ７を巻き上げようとする。

これによりワイヤ７に更に大きな張力がかかると、荷役物重量検出センサ２２で検出される荷役物３０の重量は更に大きくなる。このように、「検出重量の増加」、「シリンダ圧の上昇」、「ワイヤ７の張力の上昇」が繰り返され、最終的には全ての荷役物３０の重量が荷役物重量検出センサ２２で検出され、検出重量の変化が生じなくなる。これにより、荷役物３０の全重量に比例対応した圧力がシリンダ圧として設定され、荷役物３０の地切りが完了する。

次に、荷役物３０を接地させる操作手順について説明する。荷役物３０を吊り下げた状態でオペレータが操作グリップ２０を下降方向に操作すると、操作情報検出センサ２１がそれを検出し、検出結果が操作部操作情報信号として制御手段１１に入力される。制御手段１１は、荷役物３０の全重量に比例対応した圧力から操作力に比例対応した圧力だけ減じた圧力をシリンダ圧設定入力ポート１２に設定する。これにより、シリンダ空気室９内の空気が圧力比例制御弁１３を通って排気口１６から排出され、シリンダ空気室９内の圧力が低下する。ワイヤ７は荷役物３０の重量等によって下降方向の力を受けているため、シリンダ空気室９内の圧力が低下すると、ワイヤ７が回転ドラム６を巻き下げ方向に回転させる。この時、ボールねじナット５、回転ドラム６、ピストン８は、ボールねじシャフト４の中心軸線方向でシリンダ空気室９側に移動する。

荷役物３０が接地すると、荷役物３０の重量の一部が、接地面に支持され、荷役物重量検出センサ２２で検出される重量が低下する。制御手段１１は、所定の単位時間に変化した検出重量に比例対応した圧力を、変化前の圧力から減じた圧力をシリンダ圧設定入力ポート１２に設定する。この結果、検出重量の低下分だけシリンダ空気室９の中が減圧され、その減圧分だけワイヤ７にかかる張力が低下する。これにより、荷役物重量検出センサ２２で検出される重量が更に小さくなり、それに応じて制御手段１１はシリンダ圧を低下させる。荷役物３０の全重量が接地面で支持され、検出重量の変化が生じなくなるまで、これを繰り返す。

＜第１のバランス操作モードにおける制御手段の構成＞
図２は、上述した第１のバランス操作モードにおける制御手段１１の制御構成図である。図２に示すように、圧力比例制御弁１３のシリンダ圧設定入力ポート１２に設定する圧力は、以下の（１）から（３）の圧力の総和とする。なお、「無負荷圧状態」とは、荷役物３０を荷役物吊り具２３に吊り下げていない状態で、回転ドラム６が停止するシリンダ圧が設定された状態を意味する。また、「負荷圧状態」とは無負荷圧状態よりも高いシリンダ圧が設定された状態を意味する。
（１）「無負荷圧状態時のシリンダ圧記憶手段」に記憶されている無負荷圧時のシリンダ圧
（２）「荷役物重量検出センサ２２」→「荷役物重量検出手段」→「荷役物重量→シリンダ圧変換手段」を通して検出される荷役物重量に比例対応させたシリンダ圧（シリンダ基本設定圧）
（３）「操作情報検出センサ２１」→「操作力及び操作方向検出手段」→「操作力及び操作方向→調整圧変換手段」を通して検出される操作力に比例対応させたシリンダ調整圧
シリンダ圧設定入力ポート１２に設定された圧力は、圧力比例制御弁１３を介して、そのままシリンダ圧となる。

図３は、第１のバランス操作モードの地切り動作時における、操作力及び操作方向→シリンダ調整圧変換手段２７が有る場合と無い場合のシリンダ圧の変化を示すグラフである。第１のバランス操作モードにおいて、操作力及び操作方向→シリンダ調整圧変換手段２７が有る場合と無い場合で、エア式バランサ１００の把持部（荷役物吊り具２３）で荷役物３０を把持し上方向に一定の操作力で操作した場合のシリンダ圧の変化を示している。操作情報検出手段を備えた場合、同手段がない場合と比較すると、短時間でシリンダ圧が地切り圧まで達し荷役物の地切り動作が開始されることが分かる。

図３のグラフは、荷役物３０が着地している状態（シリンダ圧が無負荷圧状態）から、荷役物３０を地切りさせ吊り上げた状態（負荷圧状態）に移行させるまでの動作を示しているが、この逆の動作、即ち荷役物３０を吊り上げた状態（負荷圧状態）から荷役物を着地させた状態（無負荷圧状態）へ移行させる動作においても、同じようにシリンダ圧の切替え処理時間は短縮される。

＜第２のバランス操作モード＞
次に、荷役物３０を吊り上げた状態で、荷役物重量検出センサ２２よりも下にある部分、例えば、荷役物３０を把持してバランス操作する第２のバランス操作モードについて説明する。

第１のバランス操作モードで荷役物３０を空中に吊り上げた後、操作情報検出センサ２１が操作グリップ２０の操作を検出しない状態、又は、所定の操作力以上の操作を検出しない状態が所定の時間続くと、第１のバランス操作モードから第２のバランス操作モードに切り替わる。モードの切り替えについては後述する。第２のバランス操作モードでは、第１のバランス操作モードとは異なり、荷役物３０を無負荷圧状態で接地した状態からシリンダ圧を増圧して地切りさせることはできない。また、第２のバランス操作モードでは、負荷圧状態から無負荷圧状態になるまでシリンダ圧を減圧して荷役物３０を取り外すこともできない。

＜第２のバランス操作モードにおける制御手段の構成＞
図４は本実施形態に係るエア式バランサ１００の第２のバランス操作モードで使用するシリンダ圧設定手段の構成図である。第１のバランス操作モードから第２のバランス操作モードに切り替える際、制御手段１１は「第２のバランス操作モードへの切り替え直前の荷役物重量記憶手段」によって荷役物重量を記憶するとともに、「第２のバランス操作モードへの切り替え直前のシリンダ圧記憶手段」でシリンダ圧も合わせて記憶する。

図４に示すように、シリンダ圧設定入力ポート１２に設定する圧力は、以下の（１）及び（２）の圧力を加算することにより算出する。
（１） 第２のバランス操作モードへの切り替え時に記憶したシリンダ圧（切替時シリンダ設定圧）
（２）「第２のバランス操作モードへの切り替え直前の荷役物重量記憶手段」に記憶した荷役物重量記憶値（切替時重量）と、「荷役物重量検出センサ２２」→「荷役物重量検出手段」で現在検出している荷役物重量値との差（荷役物操作情報）を求め、その重量差に比例対応させた調整圧
上記（２）で算出した重量差は、オペレータが直接荷役物３０に加えた操作力及び操作の方向を示す。重量差から算出する調整圧は、上昇方向の操作の場合は正値（シリンダ圧を加圧）にし、下降方向の操作の場合は負値（シリンダ圧を減圧）となる。

図５は本願の実施形態に係るエア式バランサ１００の第２のバランス操作モードで荷役物重量検出センサ２２によって検出される重量情報の変化に対する設定シリンダ圧の変化を示すグラフである。第２のバランス操作モードでは、オペレータが荷役物３０に操作力を加えていない時、即ち、荷役物重量検出センサ２２が検出した重量情報に変化がない時、記憶された切替時シリンダ設定圧（図中ア）が設定される。無操作状態からオペレータが荷役物３０を把持して上昇方向に操作すると、荷役物重量検出センサ２２で検出される重量は、操作力分だけ軽くなる。この場合、検出した重量を、記憶した切替時重量から差し引いた重量差は正値となるため、制御手段１１は、この重量差に比例対応させた調整圧（図中イ−１）を、記憶したシリンダ圧（図中ア）に加えた圧力を、シリンダ圧設定入力ポート１２に設定する。これにより、ワイヤ７が巻き上げられ、オペレータは軽い操作力で荷役物３０を上方に移動させることができる。

一方、オペレータが、把持した荷役物３０を下降方向に操作した場合、荷役物重量検出センサ２２で検出される重量は、「第２のバランス操作モードへの切り替え直前の荷役物重量記憶手段」で記憶した切替時重量よりも重くなるため、この場合の重量差は負値となる。重量差が負値の場合、制御手段１１は、この重量差に比例対応した調整圧（図中イ−２）を、記憶したシリンダ圧から減じた圧力を、シリンダ圧設定入力ポート１２に設定する。これにより、シリンダ圧による巻き上げ方向の力よりも、荷役物３０の重量等による巻き出し方向の力が大きくなり、荷役物３０は下降する。

以上に説明したように、第２のバランス操作モードでは、オペレータが荷役物３０を上昇方向に操作する場合は、記憶したシリンダ圧にシリンダ調整圧を増圧し（図中イ−１）、オペレータが荷役物３０を下降方向に操作する場合は、記憶したシリンダ圧からシリンダ調整圧を減圧することになる（図中イ−２）。このようにシリンダ圧を制御することにより、オペレータは軽い操作力で荷役物３０を操作することができる。

＜アナログセンサを使用したバランス操作モード切替え方法＞
図６は本願の実施形態に係るエア式バランサ１００の操作グリップ２０に、操作情報検出センサ２１として、ロードセル又は歪みゲージセンサ等のアナログ操作量情報検出センサを使用した場合の制御構成図である。ワイヤ７の先端は固定部２６において荷役物重量検出センサ２２に固定されている。ロードセル又は歪みゲージセンサからの操作力及び操作方向の操作部操作情報は、ロードセル又はひずみゲージ用のアンプ２５を介して「操作力及び操作方向検出手段」、「バランス操作モード検出手段」で検出され、バランス操作モード情報を信号として制御手段１１へ出力する。

図７は本願の実施形態に係るエア式バランサ１００のアナログ操作量情報検出センサの操作力に対する出力特性を示すグラフである。アナログ操作量情報検出センサは、上昇方向に力が加えられると、その力に比例した正値の電圧を出力し、下降方向に力が加えられると、その力に比例した負値の電圧を出力する。

図７に示すように、上昇操作時のモード切替操作力閾値をｆｕｔとし、そのときのアナログ操作量情報検出センサからの出力をＶｕｔとすると、オペレータが操作グリップ２０を離した状態、即ち操作グリップ２０に上下方向の力が加えられていない状態では、操作力は閾値ｆｕｔよりも小さくなるため、アナログ操作量情報検出センサからの出力電圧Ｖ_０はＶｕｔよりも小さくなる。このとき、図６に示す「第２のバランス操作モード検出手段」は、装置が第２のバランス操作モードであることを示す情報を出力する。無操作の状態から、オペレータが操作グリップ２０を上昇方向に操作して、この操作力閾値ｆｕｔよりも大きな力が加えられ、アナログ操作量情報検出センサからの検出電圧Ｖ_０がＶｕｔを超えた場合、「第２のバランス操作モード検出手段」は、操作が第１のバランス操作モードで上昇方向に操作中であることを示す情報を信号として制御手段１１へ出力する。

下降側操作方向の操作力閾値をｆｄｔ（負値）とし、そのときの出力電圧をＶｄｔ（負値）とすると、下降方向の操作力が操作力閾値|ｆｄｔ|よりも小さい操作力の場合、アナログ操作量情報検出センサからの出力電圧|Ｖ_０|が閾値|Ｖｄｔ|よりも小さくなるため、「バランス操作モード検出手段」は、第２のバランス操作モードにあることを示す情報を信号として制御手段１１へ出力する。また、下降方向の操作力が操作力閾値|ｆｄｔ|よりも大きくなると、そのときのセンサ出力電圧|Ｖ_０|は|Ｖｄｔ|よりも大きくなるため、「バランス操作モード検出手段」は、第１のバランス操作モードに切り替わったと判断し、第１のバランス操作モードで下降方向に操作中であることを示す情報を信号として制御手段１１へ出力する。

以上に説明したように処理することによって、アナログ操作量情報検出センサから第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードを判別することが可能になる。なお、アナログ操作量情報検出センサとしては、次の（Ａ）から（Ｃ）のようなセンサも使用可能である。
（Ａ）回転角や移動量を電圧に変換するポテンショメータを使用し、グリップ部のスライド機構部にポテンショメータを組み込み、スライド機構の移動量に比例した電圧を出力するセンサ。
（Ｂ）スライド時の移動量をアナログ量として検出可能な永久磁石やホールセンサを使用し、グリップ移動量を検出するセンサ。
（Ｃ）圧電ゴム等を利用し、操作力によって生じた微小な変位量を検出するセンサ。
上記以外にも、操作力のアナログ量を検出するセンサとしては、加速度センサ等のＭＥＭＳセンサ、光電式の距離センサ等を使用しても良い。

＜機械式又は電子式スイッチ等を使用したバランス操作モード切替え方法＞
図８は本願の実施形態に係るエア式バランサ１００の操作情報検出センサ２１に操作有検出用スイッチを使用した場合の操作グリップ２０の制御構成図である。機械式又は電気式スイッチでは、アナログ操作量情報検出センサとは異なり、操作力等のアナログ量は検出できないが、操作の有無及び操作方向の検出は可能である。

図８に示すように、操作グリップ２０には、上昇方向の操作を検出する上昇操作検出スイッチ２１ａと、下降方向の操作を検出する下降操作検出スイッチ２１ｂが設けられている。操作グリップ２０は操作グリップ２０の上下部に取り付けられたセンタリング用バネ２０ｃでセンタリングされている。操作グリップ２０は、上下方向の操作力が加えられていない時には、センタリング用バネ２０ｃによって略中央に保持され、上昇操作検出スイッチ２１ａ及び下降操作検出スイッチ２１ｂは両スイッチともＯＦＦになる。

操作グリップ２０が上昇方向に操作されると、操作グリップ２０がセンタリング用バネ２１ｃの付勢力に抗して上方へ移動し、上昇操作検出スイッチ２１ａがＯＮになる。操作グリップ２０が下降方向に操作されると、操作グリップ２０がセンタリング用バネ２１ｃの付勢力に抗して下方へ移動し、下降操作検出スイッチ２１ｂがＯＮになる。この機械式又は電子式スイッチのＯＮ／ＯＦＦ操作情報を「操作有無及び操作方向検出手段」で読み込み、さらに「バランス操作モード検出手段」で検出処理してバランス操作モード情報信号として制御手段１１へ出力する。

図９は本願の実施形態に係るエア式バランサ１００の機械式又は電子式スイッチの出力特性を示すグラフである。操作グリップ２０が操作されず、操作グリップ２０が中央に位置している時、即ち、上昇操作検出スイッチ２１ａ及び下降操作検出スイッチ２１ｂがいずれもＯＦＦの時は、「バランス操作モード検出手段」は、第２のバランス操作モードであることを示す情報を信号として制御手段１１へ出力する。この状態で、オペレータが操作グリップ２０に上昇方向の力を加え、操作グリップ２０が所定の距離だけ上昇し、上昇操作検出スイッチ２１ａがＯＮになると、「バランス操作モード検出手段」は、第１のバランス操作モード（上昇モード）にあることを信号として制御手段１１へ出力する。これとは反対に、オペレータが操作グリップ２０に下降方向の力を加え、下降操作検出スイッチ２１ｂがＯＮになると、「バランス操作モード検出手段」は、バランス操作モード（下降モード）にあることを示す情報を信号として制御手段１１へ出力する。

機械式又は電子式スイッチを利用した場合でも、上述のようにバランス操作モードの判別は可能である。しかし、機械式又は電子式スイッチを利用した場合では、アナログ操作量検出センサから検出した操作力のアナログ情報でシリンダ圧を制御するような処理を行うことが困難である。したがって、自然な操作感を実現するためには、アナログ操作量検出センサを用いることが好ましい。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

操作グリップ２０に操作情報検出センサ２１を設けて、オペレータが操作グリップ２０に加えた操作力の有無及びその方向を検出しているので、第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードの切り替えを、オペレータには全く意識させず自動でスムースに行うことができる。

従来技術のように荷役物重量検出センサ２２からの重量情報だけでなく、操作情報検出センサ２１により検出した操作部操作情報も考慮してシリンダ圧を設定及び調整するので、荷役物３０の地切り及び着地の処理時間の短縮化が図られ、素早い動作を要求される作業に対応が可能になる。

また、本実施形態においては、上述した地切り時及び処理時間の短縮化だけではなく、バランス時のシリンダ圧を調整することにより、オペレータは荷役物重量検出センサ２２の上下位置のどこを持っても荷役物３０を軽い操作力で操作することができる。特に本実施形態のように、ホイストタイプのバランサでは、シリンダの摺動摩擦が大きい上、オペレータが操作グリップ２０を片手で操作することになるため、操作力を軽減する効果は大きい。

なお、本願発明は上記実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、ワイヤを回転ドラムで巻き上げるアシスト機構について説明したが、本願発明はこれに限られず、鉛直方向の荷役物の操作を圧縮空気を用いてアシストする装置であれば、適用が可能である。例えば、上記特許文献１に記載のアームを用いたバランサ（アームバランサ）に適用することもできる。

２ ケーシング
３ バランサ吊り具
４ ボールねじシャフト
５ ボールねじナット
６ 回転ドラム
７ ワイヤ
８ ピストン
９ シリンダ空気室
１０ 制御ボックス
１１ 制御手段
１２ シリンダ圧設定入力ポート
１３ 圧力比例制御弁
１４ エア供給部
１５ 給気口
１６ 排気口
２０ 操作グリップ
２１ 操作情報検出センサ
２２ 荷役物重量検出センサ
２３ 荷役物吊り具
２４ 接続ケーブル
２５ アンプ
２６ 固定部
２７ 操作力及び操作方向→シリンダ調整圧変換手段
３０ 荷役物
３１ スリングベルト
１００ エア式バランサ

Claims (3)

1. 荷役物を把持する把持部と、前記把持部を上下動させる昇降機構と、前記昇降機構を駆動する空気圧シリンダと、前記空気圧シリンダのシリンダ圧を所定の圧力に設定する制御手段を備えたエア式バランサにおいて、
   前記把持部の上方に連結し、前記荷役物の重量を検出して、前記制御手段へ重量情報信号を伝達する荷役物重量検出センサと、
   前記荷役物重量検出センサの上方で前記昇降機構に取り付けられた操作部と、
   前記操作部が受ける操作情報を検出して、前記制御手段へ操作部操作情報信号を伝達する操作情報検出手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記操作部操作情報信号に基づき、第１のバランス操作モードと第２のバランス操作モードを切り替え、
   前記第１のバランス操作モードにおいて、前記制御手段は、前記操作部操作情報信号と前記重量情報信号とに基づいて前記シリンダ圧を調整し、
   前記第２のバランス操作モードにおいて、前記制御手段は、前記第１のバランス操作モードから前記第２のバランス操作モードへの切替時シリンダ設定圧と、前記重量情報信号の変化量から算出した荷役物操作情報とに基づいて前記シリンダ圧を調整するように構成されているエア式バランサ。
2. 前記第１のバランス操作モードにおいて、
   前記制御手段は、前記重量情報信号に基づくシリンダ基本設定圧と、前記操作部操作情報信号に基づくシリンダ調整圧とを算出し、
   前記操作部操作情報信号が上方向への操作を示すときは、前記制御手段は、前記シリンダ基本設定圧に前記シリンダ調整圧分を増圧した圧力を前記シリンダ圧に設定し、
   前記操作部情報信号が下方向への操作を示すときは、前記制御手段は、前記シリンダ基本設定圧から前記シリンダ調整圧分を減圧した圧力を前記シリンダ圧に設定する請求項１に記載のエア式バランサ。
3. 前記制御手段は、前記第１のバランス操作モードから前記第２のバランス操作モードへ切り替えるときに、前記切替時シリンダ設定圧と前記重量情報信号に基づく荷役物の切替時重量とを記憶し、
   前記第２のバランス操作モードにおいて、
   前記制御手段は、記憶した前記切替時重量に対する前記重量情報信号の変化量から、前記荷役物操作情報を算出し、
   前記制御手段は、前記荷役物操作情報が上方向への操作を示すときは、記憶した前記切替時シリンダ設定圧に、前記荷役物操作情報に基づいて算出したシリンダ調整圧を増圧した圧力を前記シリンダ圧に設定し、
   前記制御手段は、前記荷役物操作情報が下方向への操作を示すときは、記憶した前記切替時シリンダ設定圧に、前記荷役物操作情報に基づいて算出したシリンダ調整圧を減圧した圧力を前記シリンダ圧に設定する請求項１又は２に記載のエア式バランサ。

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