JP2510497Y2 - オ―トエアバランサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、リフタ装置等における
各種負荷を上下動させる駆動力を低減させるために、駆
動手段と並列に設置するエアバランサに関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先にオートエアバランサに
ついての特許出願をした（特願平３−３５８１６７号，
未公開）。この先願のオートエアバランサは、バラン
スシリンダ内の圧力を入力信号に比例した出力圧力に維
持する電空比例弁、パルス発生器の発生するパルスを
計数し、その計数値を電空比例弁の入力信号とするカウ
ンタ、バランスシリンダのピストンの始動を検出し
て、パルス発生器のパルス停止信号を出力する位置検出
器、から構成されていた。そして、先願のオートエアバ
ランサは、バランスシリンダのピストンが上動し、位置
検出器の動作範囲を逸脱したときのシリンダ推力より、
装置がもつ始動抵抗力に相当する圧力を減算した圧力を
バランス圧力とするものである。

【０００３】先願にかかる非公知のオートエアバランサ
において、位置検出器は所定の位置に固定されているの
で、バランス圧力を得るためには、ピストンを所定の位
置から上動させなければならなかった。また、ピストン
ロッドに治具及び負荷を取り付けた場合に、治具及び負
荷の合計重量とのみバランスさせているので、負荷のみ
を取り外して治具の移動を行うときには、治具の重量分
が作業者の負担となり、作業者に疲労を与える。さら
に、先願にかかるオートエアバランサにおいては、停電
等により電空比例弁（圧力制御弁）への入力信号が０ボ
ルトになると、電空比例弁の出力圧力が大気圧となり、
バランスシリンダの推力がゼロとなるので、治具及び負
荷が落下する。この落下を防止するために、電空比例
弁とバランスシリンダとを連通させる管路にクローズド
センタ形の方向制御弁を配設して、電空比例弁への入力
信号が０ボルトとなるときにバランスシリンダ内圧力を
封止したり、バランスシリンダの下端部にピストンロ
ッドの動きを停止させるブレーキ機構を配設したりする
ことが考えられた。しかしながら、前記，の落下防
止の手段を配設した場合、停電等により電空比例弁への
入力信号が０ボルトになっているので、停電等が復旧
し、前記方向制御弁が元の位置に戻って電空比例弁とバ
ランスシリンダとが連通すると、バランスシリンダ内に
封止されていた圧縮空気が電空比例弁を通って大気に放
出され、負荷が落下する。また、ブレーキ機構を配設
したときでも、ブレーキ解除時にはバランスシリンダの
圧力は低下しているので、ブレーキ解除にともない負荷
は落下する。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】本考案は、オートエア
バランサにおいて、ピストンがどの位置にあってもバラ
ンス圧力を得ることができ、ピストンロッドに治具及び
負荷が取り付けられたときでも、あるいは治具のみが取
り付けられたときでも瞬時にかつ任意の位置でバランス
し、かつ停電等により電空比例弁への入力信号が０ボル
トになった場合でも、負荷及び治具の落下を防止できる
ようにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本考案は、オートエアバ
ランサであって、バランスシリンダのピストンロッド
の位置を常時検出することのできるストロークセンサ、
動き出し検出幅が記憶され、前記ストロークセンサか
ら動き出し検出幅を越える検出信号が入力されると、動
き出し検出信号を出力するストロークセンサ制御装置、
前記ストロークセンサ制御装置からの動き出し検出信
号に従って、バランス圧力設定電圧を出力するバランス
圧力設定制御装置、バランスシリンダ内をバランス圧
力設定電圧に比例した圧力に維持する電空比例弁を構成
要件とする。そして、前記オートエアバランサは、バラ
ンス圧力設定制御装置に無負荷時のバランス圧力電圧が
記憶され、バランスシリンダのピストンに作用する負荷
が無負荷のときに、無負荷時のバランス圧力電圧を電空
比例弁に入力させることができる。また、前記オートエ
アバランサは、バランス圧力設定制御装置内にバランス
圧力設定電圧が記憶され、非常停止から復旧したとき
に、記憶されたバランス圧力設定電圧によって、電空比
例弁を設定することができる。

【０００６】

【作用】本考案のオートエアバランサは、バランスシリ
ンダ内をバランス圧力設定電圧に比例した圧力に維持す
ることができるので、ピストンに作用する負荷の大きさ
に関係なく、ピストンを停止状態に維持することができ
る。そして、ピストンに僅かな外力を加えることによ
り、ピストンを移動させることができる。また、ピスト
ンに負荷が作用した状態から無負荷の状態に変化させた
ときには、無負荷時のバランス圧力電圧を電空比例弁に
入力させることにより、ピストンを停止状態に維持する
ことができる。また、非常停止から復旧したときに、記
憶されたバランス圧力設定電圧を、電空比例弁に出力す
ることにより、ピストンを停止状態に維持することがで
きる。

【０００７】

【実施例】図１〜図３を用いて、本考案の実施例につい
て説明する。図１は、本考案の実施例のシステム構成図
を示し、バランスシリンダ２内にピストン９が摺動自在
に嵌合され、ピストン９と治具51とがピストンロッド10
により連結され、ピストン９外周の環状溝内にマグネッ
ト（図示せず）が固定されている。治具51は、負荷52を
取り付けたり取り外したりできるように構成され、治具
51に負荷52が取り付けられたか否かを検出するための負
荷検出スイッチ19が、治具51又はピストンロッド10に配
設される。負荷検出スイッチ19としては、マイクロスイ
ッチ、発光素子・受光素子等が用いられ、負荷検出スイ
ッチ19はバランス圧力設定制御装置45に配線49で接続さ
れ、負荷検出スイッチ19の出力信号により切換スイッチ
23（図２参照）が切り換えられる。バランスシリンダ２
のロッド側端部には配管35、３位置方向制御弁26を介し
て電空比例弁７が連通され、電空比例弁７には空気圧源
８からエアが配管36を通って供給され、配管35と配管36
との間には絞り37及び手動操作弁28が配設される。手動
操作弁28は、非常停止により空気圧源・電気系が機能し
なくなったときに、バランスシリンダ２内の空気を配管
35、絞り37を通して大気に排出し、負荷52を原点に復帰
させるため等に用いられる。バランスシリンダ２のロッ
ド側端部にはストロークセンサ43及びブレーキ装置30が
配設され、ブレーキ装置30には空気圧源8'から非常停止
弁29を介してエアが供給される。

【０００８】バランスシリンダ２のピストンロッド10の
表面には、磁性部分及び非磁性部分が等ピッチで交互に
軸線方向に配列された２つのスケールＡ及びスケールＢ
（図示せず）が形成され、ストロークセンサ43の検出部
がスケールＡ及びスケールＢに対向配置される。ストロ
ークセンサ43の出力端子は配線50を介してストロークセ
ンサ制御装置40の入力端子に接続され、配線50中にはス
イッチ41が配設される。ストロークセンサ43はピストン
ロッド10の位置を常時検出し、Ａ相、Ｂ相の２相の出力
信号はストロークセンサ制御装置40に入力される。Ａ
相、Ｂ相の位相差を0.1 mmとし、ストロークセンサ制御
装置40において、ピストン９の移動時にＡ相が先行して
検出されるときは正方向としてカウンタアップされ、Ｂ
相が先行して検出されるときは負方向としてカウンタダ
ウンされる。

【０００９】バランスシリンダ２のピストンロッド10の
動き出し等の検出量は、０．１ｍｍ単位で設定される。
バランス圧力を設定するときは、バランスシリンダ２の
ピストン10の現在位置が何処であっても、スイッチ41を
オンとなし、ストロークセンサ43とストロークセンサ制
御装置40とを接続して、バランス圧力設定待機状態とす
る。バランス圧力設定回路45の詳細が図２に示されてい
る。不図示の起動スイッチをオンにすると、発振器４が
作動を開始し、５ビット２進カウンタ（アップダウンカ
ウンタ）11によって２進数（パルス）が５ビットデータ
に変換され、５ビット２進カウンタ11の出力はデコーダ
14によって１００分割される。この100分割された出力
は１００個のアナログスイッチ15のコントロール端子を
順次切り換え、アナログスイッチ15に接続されている10
0 個の抵抗16をシーケンシャルに増加、減少させ、電空
比例弁７に指令電圧を増加、減少させる。従って、時間
の経過と共に電空比例弁７からの出力圧力が増加、減少
し、ピストン９が任意の位置から上動を始め、予め設定
してある「動き出し検出幅」を越える検出信号がストロ
ークセンサ43からストロークセンサ制御装置40に入力さ
れると、ストロークセンサ制御装置40よりバランスシリ
ンダ２のピストンロッド10が動き出したとして、即ち負
荷52・治具51の重量よりもバランスシリンダ２の推力の
方が大きくなったとして、配線53を通してバランス圧力
設定装置45に動き出し検出信号を送る。バランス圧力設
定装置45において、入力された動き出し検出信号によっ
て、発振器４を停止させるとともに、接点21を閉ざし、
動き出し検出時のバランス圧力設定電圧Ｖ₁ より装置
（バランスシリンダ２）始動抵抗相当の電圧ΔＶを減算
させ、電空比例弁７のバランス圧力設定電圧として電空
比例弁７に入力させ、バランス圧力が設定される。ま
た、動き出し検出信号によって、５ビット２進カウンタ
11にプリセット指令を出し、不揮発性メモリ（書き換え
自由なメモリ、ＥＥＰＲＯＭ）12の読み書きを制御する
制御回路13に書き込み指令を出し、現在の５ビットカウ
ントの出力値を不揮発性メモリ12に収納すると共に２進
カウンタ11にプリセットされる。

【００１０】スイッチ41をオンとなし、ピストン９を移
動させると、ストロークセンサ43からの検出信号がスト
ロークセンサ制御装置40に入力され、ストロークセンサ
制御装置40に予め設定してある上方設定値又は下方設定
値を越えると、非常停止弁29へ信号（非通電）を出力す
る。非常停止弁29のソレノイドが非通電となると、非常
停止弁29は図示のＩ位置になり、ブレーキ装置30のエア
が非常停止弁29を通って大気に排出され、ブレーキ装置
30が作動しブレーキ力を発生する。そして、同時にスト
ロークセンサ制御装置40から３位置方向制御弁26への通
電を遮断し、３位置方向制御弁26を中立位置へ移動させ
る。３位置方向制御弁26が中立位置に復帰すると、空気
圧源８から配管35への空気圧の供給が遮断され、空気圧
はバランスシリンダ２のロッド側へは供給されない。ス
イッチ41がオフとなり、ストロークセンサ43とストロー
クセンサ制御装置40とが遮断されているとき、バランス
シリンダ２のピストンロッド10を移動させることができ
る。ストロークセンサ43からの電気信号がストロークセ
ンサ制御装置40に入力されないので、ブレーキ装置30及
び３位置方向制御弁26が非通電とされることなく、ピス
トンロッド10の移動は妨げられない（自由に上下動でき
る）。

【００１１】起動スイッチをオンすると、発振器４より
パルスが５ビット２進カウンタ11に入力され、２進カウ
ンタ11の出力はデコーダ14により１００分割され、１０
０分割されたデコーダ出力は１００個のアナログスイッ
チ15のコントロール端子に接続される。１００個のアナ
ログスイッチ15の各一端には同値（１００Ω）の抵抗16
が接続されており、１００個の抵抗の他端は電源（ＤＣ
５Ｖ）に接続されている。アナログスイッチ15の他端
は、バランスシリンダ２の始動抵抗を減算する演算回路
20、切換スイッチ23を介して、バランス圧力を設定する
電空比例弁７の信号端子に接続される。

【００１２】バランスシリンダ２の始動抵抗を減算する
回路は、第２可変抵抗17、第１可変抵抗18、演算回路
（オペアンプ）20、接点21・切換スイッチ23により構成
される。第１可変抵抗18にバランスシリンダ２の始動抵
抗が設定され、演算回路20で第１可変抵抗18の分圧値
が、１００個のアナログスイッチ15の分圧値から減算さ
れる。第２可変抵抗17にバランスシリンダ２の自重（負
荷52が存在しない重量）に相当するバランス圧力が設定
され、演算回路20で第２可変抵抗17の分圧値が、１００
個のアナログスイッチ15の分圧値と加算される。切換ス
イッチ23は負荷検出スイッチ19によって切り換えられ、
切換スイッチ23の切り換えによって、「第２可変抵抗17
と１００個のアナログスイッチ15による分圧値と加算
し、バランスシリンダ２の始動抵抗を設定する第１可変
抵抗18による分圧値を減算した電圧（負荷重量に見合う
バランス電圧）」又は「バランスシリンダ２の自重に相
当するバランス圧力を設定する第２可変抵抗17による分
圧値」を選択する。

【００１３】５ビット２進カウンタ11のデータは、不揮
発性メモリ12にも入力され、不揮発性メモリ12は制御回
路13からのオフ信号により書き込み記憶状態になり、制
御回路13からのオン信号により新規データの入力待ち状
態となる。２進カウンタ11のプリセット信号は、不揮発
性メモリ12の制御信号と同様に制御回路13からの停電、
非常停止信号により制御される。制御回路13は、起動ス
イッチがオン、非常停止信号がオン（解除状態）、停電
検出信号がオン（非停電状態）のときにオン信号を出力
し、非常停止信号がオフ、或いは停電検出信号がオフの
とき、オフ信号を出力する。なお、バランス圧力設定制
御装置45にリセット信号が入力されると、プリセットデ
ータがクリアされ、起動スイッチの入力待ちとなる。従
って、停電検出信号、非常停止信号のオン信号が制御回
路13から２進カウンタ11に入力されると、不揮発性メモ
リ12に記憶されているデータが２進カウンタ11にプリセ
ットされ、停電、非常停止直前のデータがデコーダ14、
アナログスイッチ15を介して電空比例弁７の指令電圧と
して変換され、バランス圧力を設定する。起動スイッチ
がオンになると、新規データ入力待ちとなり、新たなバ
ランス圧力が設定される。このように、停電、非常停止
から復旧したときには、停電前のバランス圧力が設定さ
れるので、負荷が急上昇、急下降することなく、安全に
作業を再開することができ、負荷52を原点に復帰させる
こともできる。しかし、電気系のトラブル等により電力
を供給できないときには、不揮発性メモリ12に記憶され
ているデータが存在しても、電空比例弁７を作動でき
ず、バランス圧力を設定することができない。また、同
様に空気圧源８が復旧できないときにも、バランス圧力
を設定することができない。このような場合には、手動
操作弁28を操作して、バランスシリンダ２内の空気を配
管35、絞り37、手動操作弁28を通して大気に徐々に放出
し、負荷52を静かに原点に復帰させることができる。

【００１４】ピストン９が待機状態にあるとき、ピスト
ンロッド10又は治具51に取り付けた負荷検出スイッチ19
により、負荷52の有無を判別する。負荷検出スイッチ19
により検出された信号により切換スイッチ23が操作さ
れ、電空比例弁７への指令信号（バランス圧力）を治具
重量か「治具重量＋負荷重量」にするか選択される。負
荷検出スイッチ19が負荷52の存在を検出すると、電空比
例弁７への指令信号（バランス圧力）が「治具重量＋負
荷重量」に対応する回路に切り換えられる。この状態で
起動スイッチをオンすると、発振器４が作動し、２進カ
ウンタ11にパルスが入力され、２進カウンタ11の出力は
デコーダ14により１００分割され、直列に１００個接続
されている抵抗16を順次減算していく。従って、電空比
例弁７の指令電圧はパルス数に対応して１／１００づつ
増加する。そして、「電空比例弁７の出力圧力」と「バ
ランスシリンダ２のピストン９のロッド側の受圧面積」
との積（推力）が、「治具重量＋負荷重量」と始動抵抗
の和より大きくなると、ピストンロッド10が上動を開始
する。ピストンロッド10が上動すると、ストロークセン
サ43からパルス列がストロークセンサ制御装置40に入力
され、ストロークセンサ制御装置40に予め設定してある
「動き出し検出幅」以上のパルスが入力されると、スト
ロークセンサ制御装置40が動き出し検出信号が配線53を
通してバランス圧力設定制御装置45へ伝えられる。バラ
ンス圧力設定制御装置45へ動き出し検出信号が入力され
ると、発振器４が停止し、バランスシリンダ２の始動抵
抗を設定した接点21が閉じる。ピストン９が動き出した
ときの電空比例弁７への指令電圧より始動抵抗分の電圧
を減算した電圧が、電空比例弁７のバランス圧力設定電
圧となる。

【００１５】不図示の適宜の駆動手段により負荷52を駆
動するときは、スイッチ41をオフとなして、ストローク
センサ43とストロークセンサ制御装置40との間を遮断
し、またストロークセンサ制御装置40の設定値をゼロに
リセットする回路を選択する。ストロークセンサ43とス
トロークセンサ制御装置40との間を遮断すると、電気信
号の回路がスイッチ41によって遮断されているので、ピ
ストンロッド10の移動量の検出信号はストロークセンサ
制御装置40には伝達されない。負荷52を所定の位置まで
移動したのちに、スイッチ41をオンとし、ストロークセ
ンサ43とストロークセンサ制御装置40とを接続して、ス
トロークセンサ43にピストンロッド10の動きを検出可能
状態となし、ストロークセンサ制御装置40のゼロリセッ
トを解除する。

【００１６】前記のとおり、駆動手段で負荷52を移動さ
せるときには、スイッチ41をオフにして、ストロークセ
ンサ43の出力信号がストロークセンサ制御装置40に伝え
させないようにし、かつストロークセンサ制御装置40を
ゼロリセットとする。そして、治具51に負荷52を取り付
けて、ピストンロッド10を自由に移動させ、図１のＸ点
に負荷52を移動する。Ｘ点への負荷52の移動が完了した
後、負荷52を降ろすときには負荷検出スイッチ19を操作
し、電空比例弁７の指令信号を治具重量に相当する指令
電圧に切り換え、治具51を操作して負荷52を降ろす。ま
た、負荷52をＸ点にしばらく放置するときは、スイッチ
41をオンにしてストロークセンサ43の出力信号がストロ
ークセンサ制御装置40に伝えられるようにし、ピストン
ロッド10の動きを監視させて、第３者が不用意に動かす
ことによる事故を防止する。Ｙ点で重量の異なる負荷52
とバランスさせたいときには、スイッチ41をオフにし
て、ストロークセンサ43とストロークセンサ制御装置40
とを結ぶ配線50を遮断し、ピストンロッド10を自由に移
動できるようにする。駆動手段によって負荷52をＹ点に
移動させ、前述のバランス操作を繰り返す。

【００１７】０点に対して、バランスシリンダ２の推力
が負荷52の重量に打ち勝ち、移動を開始したとき、スト
ロークセンサ制御装置40からバランス圧力設定制御装置
45に配線53を通して第１出力（動き出し）が伝えられ
る。また、負荷がバランスした後に変動し、０点よりも
上下動し、危険防止のため設定する第２しきい値、第３
しきい値を越えると、ストロークセンサ制御装置40から
異常を示す第２出力、第３出力が外部に伝えられる。
（図３参照）従って、バランスシリンダ２のバランス後
に負荷が増加したときには、バランスシリンダ２のピス
トンロッド10が下降する。このときストロークセンサ43
よりパルス列が出力され、ストロークセンサ制御装置40
に設定してある第３しきい値を越えた時点で、異常下降
を知らせる第３出力が外部に伝えられ、非常停止措置が
とられる。また、負荷が軽減されたときには、バランス
シリンダ２のピストンロッド10が上昇する。このとき
は、第２しきい値を越えた時点で、異常上昇を知らせる
第２出力が外部に伝えられ、非常停止措置がとられ、バ
ランスシリンダ２の移動を規制する。

【００１８】駆動手段で負荷52を駆動中に、スイッチ41
をオンに切り換え、ストロークセンサ43とストロークセ
ンサ制御装置40とを接続すると、暴走防止のため設定し
てあるしきい値を越えるため（図３参照）、ストローク
センサ制御装置40から非常停止信号が非常停止弁29及び
３位置方向制御弁26に出力される。非常停止信号によ
り、非常停止弁29が位置Ｉに切り換えられ、ブレーキ装
置30中のエアが非常停止弁29を通って排出され、ブレー
キ装置30がピストンロッド10を挟持し、ブレーキ作用を
及ぼす。同時に、非常停止信号により、３位置方向制御
弁26が中立位置に切り換えられ、空気圧源８から配管35
を通ってバランスシリンダ２のロッド側へのエアの流れ
が遮断される。このようにして、ピストンロッド10の動
きが停止する。このとき、バランス圧力設定制御装置45
にも非常停止信号が入力され、現在の設定圧力に相当す
る２進カウンタ11の出力値を不揮発性メモリ12に収納す
る。非常停止解除スイッチ（図示せず）を操作すると、
不揮発性メモリ12に収納されていたデータが２進カウン
タ11へプリセットされ、再びバランス圧力が設定され
る。次に、３位置方向制御弁26が通電され、電空比例弁
７の設定圧力がバランスシリンダ２のロッド側圧力室に
導入される。そして、非常停止弁29が解除され、ピスト
ンロッド10は自由に上下することができる。

【００１９】

【考案の効果】本考案のオートエアバランサでは、ピス
トンがどの位置にあっても、バランス圧力（動き出し指
令電圧に比例した圧力）を得ることができ、ピストンに
作用する負荷の大きさに関係なく、ピストンを停止状態
に維持することができる。そして、ピストンに僅かな外
力を加えることにより、ピストンを移動させることがで
きる。また、ピストンに負荷が作用した状態から無負荷
の状態に変化させたときには、無負荷時のバランス圧力
電圧を電空比例弁に入力させることにより、ピストンを
停止状態に維持することができる。従って、ピストンロ
ッドに治具及び負荷が取り付けられたときでも、あるい
は治具のみが取り付けられたときでも瞬時にかつ任意の
位置でバランスさせ、ピストンを停止状態に維持するこ
とができる。また、非常停止から復旧したときに、記憶
された動き出し検出信号に従った動き出し指令電圧を、
電空比例弁に出力することにより、ピストンを停止状態
に維持することができる。従って、停電等により電空比
例弁への入力信号が０ボルトになった場合でも、負荷及
び治具の落下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例のシステム構成図である。

【図２】本考案の実施例のバランス圧力設定制御装置の
詳細図である。

【図３】本考案の実施例の作用を説明する図である。

【符号の説明】

２ バランスシリンダ ７ 電空比例弁 10 ピストンロッド 40 ストロークセンサ制御装置 43 ストロークセンサ 45 バランス圧力設定制御装置

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 次のＡないしＤの手段からなるオートエ
   アバランサ。 Ａ．バランスシリンダのピストンロッドの位置を常時検
   出することのできるストロークセンサ。 Ｂ．動き出し検出幅が記憶され、前記ストロークセンサ
   から動き出し検出幅を越える検出信号が入力されると、
   動き出し検出信号を出力するストロークセンサ制御装
   置。 Ｃ．前記ストロークセンサ制御装置からの動き出し検出
   信号に従って、バランス圧力設定電圧を出力するバラン
   ス圧力設定制御装置。 Ｄ．バランスシリンダ内をバランス圧力設定電圧に比例
   した圧力に維持する電空比例弁。
2. 【請求項２】 バランス圧力設定制御装置に無負荷時の
   バランス圧力電圧が記憶され、バランスシリンダのピス
   トンに作用する負荷が無負荷のときに、無負荷時のバラ
   ンス圧力電圧を電空比例弁に入力させることができる請
   求項１のオートエアバランサ。
3. 【請求項３】 バランス圧力設定制御装置内にバランス
   圧力設定電圧が記憶され、非常停止から復旧したとき
   に、記憶されたバランス圧力設定電圧によって、電空比
   例弁を設定することができる請求項１のオートエアバラ
   ンサ。