JP6058510B2 - モータ付きスプリングバランサー、自動懸垂装置 - Google Patents

Description

本発明は、工具等を懸垂するモータ付きスプリングバランサーと、該モータ付きスプリングバランサーを備えた自動懸垂装置に関するものである。

従来、工業製品の組立てを行う工場等において工具や作業用機器等を懸垂（吊り下げ保持）するために用いられる荷役機器として、スプリングバランサーがある。

スプリングバランサーは、一般に、工具等を吊り下げるためのワイヤロープを巻きつけた回転ドラムと、ワイヤロープを巻き上げるための回転力をドラムに付与するぜんまいばねとをケースに内蔵することで構成されており、ぜんまいばねによりワイヤロープを巻き取る張力と吊り下げる工具等の重さとのバランスをとることで、使用者が比較的軽い操作で工具等を任意の高さに移動できるようにして、その任意の位置で工具等を停止させるものである。

このようなスプリングバランサーにおいては、不使用時に工具を上方へ移動させたり、あるいは使用時にこれを降下させたりするためには、使用者が手動により工具を上げ下げしなければならず、特に重量物を吊り下げる場合などには操作が重くなるため作業者の作業能率の低下を招くおそれがあった。

そこで、回転ドラムを回転させるモータを備えることで、当該モータが回転ドラムを回転させて工具等を所望の位置にまで移動させることを可能としながら、モータと回転ドラムとの間にクラッチを介装することで、モータによる工具等の移動後にクラッチがモータと回転ドラムとを切り離し、使用者が手動で工具等の位置を微調整することを可能としたモータ付きスプリングバランサーがある（特許文献１参照）。

実開平１−１６４０８５号公報

しかしながら、特許文献１に係るモータ付きスプリングバランサーにおいては、モータ駆動による位置調整と手動による位置調整との切り替え時に、クラッチの連結と解放を行わなければならないため、動作をスムーズに行うことが困難であり、それによって作業者の作業能率が低下するおそれがある。

このような問題に鑑みて、本発明は、スムーズな動作を可能にして、使用者の作業能率の低下を防ぐモータ付きスプリングバランサーと、該モータ付きスプリングバランサーを備えた自動懸垂装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、テーパー状の外周面を有する回転ドラムと、
該回転ドラムの大径側から小径側に巻き取られるワイヤロープと、
該ワイヤロープを巻き取る方向に前記回転ドラムを付勢するぜんまいばねと、
前記回転ドラムを回転させるトルクを発生するモータと、を有するモータ付きスプリングバランサーにおいて、
前記モータはステッピングモータであり、
該ステッピングモータを駆動するドライバと、
該ドライバを制御して前記ワイヤロープ先端の位置決めを行うコントローラと、
前記ワイヤロープが巻取り限に達したことを検出して前記コントローラへ信号を発信するリミットスイッチと、を有し、
前記コントローラは、前記位置決めが完了した場合、又は、電源を入れた当初から前記リミットスイッチがオフになっている場合に、前記ドライバを介して前記ステッピングモータをフリーランの状態にすることを特徴とするモータ付きスプリングバランサーを提供する。

好ましくは、前記回転ドラム、前記ステッピングモータ、前記ドライバ、及び前記コントローラを収容する略直方体状の本体ケースを有する。

また、好ましくは、前記回転ドラムと前記ステッピングモータの回転中心となる中心線は、互いに平行で、前記本体ケースの対向するいずれか２つの平面に対して垂直で、該平面の対角線方向に並んでいる。

また、好ましくは、前記ステッピングモータから前記回転ドラムへの前記トルクの伝達は、歯車により行われる。

また、好ましくは、前記ワイヤロープが巻取り限に達したことを検出して前記コントローラへ信号を発信するリミットスイッチを有する。

また、好ましくは、前記ぜんまいばねの内径側端部が固定されたスピンドルと、
該スピンドルに外嵌固定され、径方向外方へ突出した複数の突部を備えたラチェットホイールと、
前記ラチェットホイールの回転規制とその解除を行う予巻ラチェットと、を有する。

また、好ましくは、前記予巻ラチェットは、前記突部と係合する一対の爪部を備えている。

また、好ましくは、前記ラチェットホイールと前記予巻ラチェットが前記本体ケース内に収容されている。

また、好ましくは、前記コントローラに接続され、前記コントローラが発した信号を前記本体ケースの外部へ出力する出力コネクタを有する。

また、好ましくは、前記コントローラに接続され、前記本体ケースの外部からの信号を前記コントローラへ入力する入力コネクタを有する。

また、好ましくは、前記コントローラに接続され、使用者の操作に応じて、前記コントローラへ前記ワイヤロープの巻出し量を示す信号を前記コントローラへ発信するボリュームを有する。

また、好ましくは、前記コントローラに接続され、使用者の操作に応じて、前記コントローラに前記ワイヤロープの巻出し及び巻取りの速度を示す信号を前記コントローラへ発信する切替スイッチを有する。

また、上記課題を解決するために本発明は、上述の複数のモータ付きスプリングバランサーと、
前記複数のモータ付きスプリングバランサーの前記コントローラのそれぞれと電気的に接続され、前記複数のモータ付きスプリングバランサーを制御する上位コントローラと、
作業対象物に付されたバーコードを読み取って前記上位コントローラに信号を発信するバーコードリーダと、を有し、
前記上位コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置を提供する。

また、上記課題を解決するために本発明は、上述の複数のモータ付きスプリングバランサーと、
前記複数のモータ付きスプリングバランサーの前記コントローラのそれぞれと電気的に接続され、前記複数のモータ付きスプリングバランサーを制御する上位コントローラと、
作業対象物の移動を検出して前記上位コントローラに信号を発信するセンサと、を有し、
前記上位コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置を提供する。

また、上記課題を解決するために本発明は、上述の複数のモータ付きスプリングバランサーと、
前記複数のモータ付きスプリングバランサーの前記コントローラのそれぞれと電気的に接続され、前記複数のモータ付きスプリングバランサーを制御する上位コントローラと、
それぞれ前記複数のモータ付きスプリングバランサーに対応して配置され、作業対象物の移動を検出して前記上位コントローラに信号を発信する複数のセンサと、を有し、
前記上位コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置を提供する。

また、上記課題を解決するために本発明は、前記モータ付きスプリングバランサーと、
作業対象物の移動を検出して前記コントローラに信号を発信するセンサと、を有し、
前記コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置を提供する。

本発明によれば、スムーズな動作を可能にして、使用者の作業能率の低下を防ぐモータ付きスプリングバランサーと、該モータ付きスプリングバランサーを備えた自動懸垂装置を提供することができる。

本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの内部構造を正面側から見た平面図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの内部構造を裏面側から見た平面図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの正面図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの図３に示すＡ−Ａ切断面における断面図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの外観図である。（ａ）は上面を示し、（ｂ）は裏面を示し、（ｃ）は下面を示し、（ｄ）は左側面を示している。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの各構成要素間の電気的な接続を示すブロック図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの制御と動作の流れを示すフローチャートである。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの第１応用例としての自動懸垂装置を示すブロック図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの第２応用例としての自動懸垂装置を示すブロック図である。 本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの第３応用例としての自動懸垂装置を示すブロック図である。

本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーについて図１ないし図７を参照しつつ説明する。

図１は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の内部構造を正面側から見た平面図である。本実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の本体は、金属製の平板からなる略直方体状の本体ケース２によって覆われているが、図１においては、正面側の本体ケース２の部分を取り外した状態を示している。

本体ケース２の内部には、工具等を懸垂するワイヤロープ３と、ワイヤロープ３を巻き取る回転ドラム４と、回転ドラム４を回転させるためのトルクを発生するステッピングモータ５と、ステッピングモータ５の回転軸に取り付けられた小歯車６と、小歯車６からのトルクを大歯車８へ伝達する中歯車７と、中歯車７からのトルクを回転ドラム４に伝達する大歯車８と、ステッピングモータ５を駆動するドライバ９と、ドライバ９を制御するコントローラ１０と、ワイヤロープ３が巻取り限に達したことを検出するリミットスイッチ１１の一部と、が収容されている。

ワイヤロープ３は、本体ケース２の下部に設けられた貫通孔を通って本体ケース２の下方外側へ延び、リミットスイッチ１１の当接部１１ａに形成された貫通孔を通り抜けて、さらに下方へ延びている。ワイヤロープ３の先端には、懸垂する工具等を取り付けるためのフック１２がシンブル１３を介して取り付けられている。シンブル１３の根元側のワイヤロープ３にはリミットスイッチ１１の当接部１１ａに当接する緩衝ゴム１４が取り付けられている。緩衝ゴム１４は、ワイヤロープ３が巻き取られて巻取り限に達したときに当接部１１ａとシンブル１３とが衝突して破損するのを防ぐ。

回転ドラム４は表面側から裏面側に向かうにつれて径が小さくなるテーパー状の外周面を有しており、該外周面には径方向内方へ向かって凹んだ溝部４ａ（図１において不図示）が螺旋状に形成されている。回転ドラム４の大径側の溝部４ａの部分には、ワイヤロープ３の端部が着脱可能に固定され、ワイヤロープ３は、溝部４ａに沿って径の小さい側へ向かって巻き付けられている。ワイヤロープ３の端部が着脱可能に固定されているのは、使用によってワイヤロープ３が劣化した時などにワイヤロープ３を交換できるようにするためである。

回転ドラム４のテーパー状の外周面と、その大径側から小径側へ螺旋状に巻き付けられたワイヤロープ３との構成により、ワイヤロープ３の巻き出し量に関わらず、ワイヤロープ３によって懸垂される工具等の重さとぜんまいばね１５によるワイヤロープ３の張力を、釣り合わせることができる。即ち、使用者の操作等によってワイヤロープ３が引き出されるに従い、ぜんまいばね１５（図１において不図示）が弾性変形して巻数が増え、ぜんまいばね１５が回転ドラム４に与えるトルクは大きくなるが、回転ドラム４の外周面が円すい面状をしていることにより、ワイヤロープ３から受ける反力が、徐々に回転ドラム４の大径側にかかるようになり、回転ドラム４に対し徐々に大きいトルクを与えることとなる。ワイヤロープ３が巻き取られる場合には、これとは逆に作用する。このように、ぜんまいばね１５が回転ドラム４に与えるトルクの変化を、ワイヤロープ３からの反力がかかる位置（回転ドラム４の回転中心軸からの距離）を変化させることで相殺し、巻き出し量に関わらず略一定の張力を発生させるようにしている。

回転ドラム４は、テーパー状の外周面の大径側から小径側へ向かって凹んだ凹部４ｂ（図１において不図示）を有しており、凹部４ｂの内部には、ぜんまいばね１５が、回転ドラム４の円周方向と同じ円周方向に向けて収容されている。回転ドラム４の回転中心とぜんまいばね１５の中心には、本体ケース２の表側部分と裏側部分に支持されたスピンドル１６が挿通されている。回転ドラム４はスピンドル１６に相対回転可能に取り付けられている。ぜんまいばね１５の外側端部は回転ドラム４に取り外し可能に固定され、ぜんまいばね１５の内側端部は、スピンドル１６に取り外し可能に固定されている。ぜんまいばね１５は、ワイヤロープ３を巻き取る向きに回転ドラム４を付勢する向きに取り付けられている。ぜんまいばね１５を取り外し可能に固定しているのは、ぜんまいばね１５の取り替えを可能にするためである。

回転ドラム４の上部には、ぜんまいばね１５の寿命によりぜんまいばね１５が切れた場合に、回転ドラム４の回転を止めて懸垂している工具等の落下を防ぐ安全装置１７が設けられている。

ステッピングモータ５は、ドライバ９によって駆動し、小歯車６、中歯車７、及び大歯車８を介して、回転ドラム４を回転させ、ワイヤロープ３の巻取りと巻き出しを行う。ぜんまいばね１５により生じるワイヤロープ３の張力と、工具等の重さにより生じるワイヤロープ３の張力は釣り合うため、ステッピングモータ５のトルクは人の力よりも弱いトルクで足り、また、ステッピングモータ５の脱調はトルクリミッタとしての機能を果たすため、本実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１は作業者にとって安全なものとなる。

歯車の代わりにタイミングベルトを用いた構成とすることも可能である。

小歯車６は、ステッピングモータ５の回転軸に外嵌し、ステッピングモータ５のトルクを中歯車７へ伝達する。

中歯車７は、正面側の本体ケース２に取り付けられた中心軸に回転可能に取り付けられており、小歯車６のトルクを大歯車８に伝達する。

大歯車８は、スピンドル１６を回転中心軸とし、回転ドラム４の大径側を覆うように回転ドラム４に取り付けられたカバー２９に固定されている。これにより、大歯車８は、ステッピングモータ５が発生させるトルクを中歯車７から回転ドラム４へ伝達する。

本実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１は、小歯車６、中歯車７、及び大歯車８の回転中心を本体ケース２を正面から見て略対角線上に配置することで、正面形状が略正方形の本体ケース２の中にコンパクトに収容することを可能としている。本体ケース２の正面形状を略正方形とすると、工場などにおけるモータ付きスプリングバランサー１の設置が容易になる。

図２は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の内部構造を裏面側から見た平面図である。回転ドラム４から突出したスピンドル１６の部分にはラチェットホイール１８が外嵌固定されている。スピンドル１６は、本体部が本体ケース２に回転可能に取り付けられており、ラチェットホイール１８の回転に伴って回転することができる。

ラチェットホイール１８は金属製の平板から形成され、外周部に径方向に突出した突部１８ａを複数有しており、突部１８ａと予巻ラチェット１９が係合している。予巻ラチェット１９は、金属製の平板から形成されたレバー１９ａを備えており、レバー１９ａは、本体ケース２の下部に設けられたスリット２ａを抜けて下方外側へ突出している。レバー１９ａを操作してラチェットホイール１８と予巻ラチェット１９の係合を解除することで、不図示の六角棒スパナを用いてスピンドル１６を回転させることができるようになる。スピンドル１６を回転させることで、ぜんまいばね１５の予巻き量を増減させ、ぜんまいばね１５が回転ドラム４を付勢することで生じるワイヤロープ３の張力の大きさを調整することができる。つまり、ワイヤロープ３によって懸垂する工具等が重い場合には、ぜんまいばね１５の予巻き量を増やしてワイヤロープ３の張力を大きくし、ワイヤロープ３によって懸垂する工具等が軽い場合には、ぜんまいばね１５の予巻き量を減らしてワイヤロープ３の張力を小さくすることができる。

予巻ラチェット１９は、金属製の平板から形成され、ラチェットホイール１８の突部１８ａと係合する一対の爪部１９ｂ、１９ｃを有し、本体ケース２内側に取り付けられた揺動中心軸２０を中心として揺動することができるように構成されている。爪部１９ｂ、１９ｃは、ラチェットホイール１８の回転に伴って交互に係合できる位置に配置されている。例えば、図２において、レバー１９ａを操作して予巻ラチェット１９とラチェットホイール１８との係合を解いてラチェットホイール１８を時計周りに徐々に回転させると、爪部１９ｂの下方にある突部１８ａが爪部１９ｂに係合可能な位置に達する前に、爪部１９ｃの上方にある突部１８ａが爪部１９ｃに係合可能な位置に達する。このように、ラチェットホイール１８の回転量に応じて予巻ラチェット１９との係合が可能になる周期が半周期ずれるように爪部１９ｂと爪部１９ｃを配置することで、懸垂する工具等の重さに応じて予巻量の調整をより細かく行うことができるようにしている。

予巻ラチェット１９は、揺動方向に延びる長孔１９ｄを有しており、長孔１９ｄには本体ケース２に固設された規制部材２１が挿入されている。これにより、予巻ラチェット１９は、所定の角度範囲を超えて揺動できないように規制されている。

ラチェットホイール１８と予巻ラチェット１９は、本体ケース２の内部に収容されており、モータ付きスプリングバランサー１の外形をより直方体に近づけコンパクトにしている。

図２に向かって左側の回転ドラム４の部分、即ち、ワイヤロープ３が回転ドラム４に接触している状態から非接触の状態に移行する回転ドラム４の部分には、本体ケース２に固定され、回転ドラム４のテーパー状の外周面に沿って傾斜して延びるガイド２２が設けられている。ガイド２２は、ワイヤロープ３の巻取り、巻き出しに際し、ワイヤーロープ３が回転ドラム４の外周面に形成された溝部４ａから外れるのを防止する。

図３は本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の正面図である。

スプリングバランサー１の正面は本体ケース２によって覆われており、本体ケース２の正面には、ステッピングモータ５を駆動してワイヤロープ３を巻き出す際に、どれだけの距離を降下させるのかを設定するためのボリューム２３と、ワイヤロープ３の巻取りと巻き出しの速度を設定するための切り替えスイッチ２４と、所定の信号を出力する出力コネクタ２５と、外部からの信号を入力する入力コネクタ２６と、リミットスイッチ１１が検出している時に点灯するランプ２７を備えている。

ボリューム２３はコントローラ１０と電気的に接続されており、コントローラ１０は、ボリューム２３の回転角に応じて、ステッピングモータ５の必要な回転数を得るための信号をドライバ９へ発信する。

切替スイッチ２４は、ワイヤロープ３の巻取りと巻出しの速度を低速又は高速に切り替えるものであり、コントローラ１０と電気的に接続されている。コントローラ１０は、切替スイッチ２４の低速と高速のどちらが押されているかに応じてドライバ９へ発信する信号を切り替え、ステッピングモータ５の回転速度を切り替える。これにより、作業者は作業内容等に合わせて工具等の上下動のスピードを調整することができ、作業能率が向上する。

出力コネクタ２５は、コントローラ１０に電気的に接続されている。コントローラ１０は、ステッピングモータ５にボリューム２３の回転角に応じた回転数を回転させると、出力コネクタ２５を通じて他のモータ付きスプリングバランサーや電子計算機に位置決め完了信号を出力することができる。また、コントローラ１０は、リミットスイッチ１１からワイヤロープ３の巻取りが巻取り限に達したことを示す信号を受信すると、出力コネクタ２５を通じて原点位置信号を出力する。

入力コネクタ２６は、コントローラ１０と電気的に接続されている。コントローラ１０は、不図示のペンダントスイッチや電子計算機等の外部からの信号を、入力コネクタ２６を通して受信することができる。本願のモータ付きスプリングバランサーは、出力コネクタ２５と入力コネクタ２６とを備えることで、電子計算機や他のモータ付きスプリングバランサーと連携して使用状況に応じた柔軟な制御が可能である。

図５は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の外観図である。（ａ）は上面を示し、（ｂ）は裏面を示し、（ｃ）は下面を示し、（ｄ）は左側面（正面から見て左側の面）を示している。（ｃ）においてはワイヤロープ３、フック１２、シンブル１３、緩衝ゴム１４の記載を省略している。右側面図は（ｄ）に示す左側面図と同様であるため省略している。

本実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の裏面、上面、左側面、及び右側面を構成する本体ケース２にはネジ孔２８が複数設けられている。これにより、本実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１は、工場等において容易に設置することができる。

図５（ｃ）、（ｄ）から分かるように、レバー１９ａの先端は正面側に向かって直角に折れ曲がっている。

図６は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の各構成要素間の電気的な接続を示すブロック図である。

コントローラ１０は、外部からの電源の供給を受け、ドライバ９に電源を供給するとともに、入力コネクタ２６から入力される外部からの入力信号、リミットスイッチ１１からの信号、ボリューム２３からの設定位置信号に基づいてドライバ９に制御信号及びパルス信号を送信する。また、コントローラ１０は、出力コネクタ２５を通じて外部へ信号を発信する。図６及び図７においては、入力コネクタ２６から入力される信号として使用者が操作するボタンからの信号を想定している。

ボタンから入力される信号としては、ワイヤロープ３を巻取り上限まで巻き取ることを指示する原点信号と、ボリューム２３によって設定した降下位置までワイヤロープ３を巻き出すことを指示する設定位置信号とがある。

コントローラ１０から出力コネクタ２５を通じて外部へ発信される信号としては、ワイヤロープ３が巻取り上限まで巻き取られていることを示す原点位置信号と、ワイヤロープ３がボリューム２３によって設定した降下位置まで巻き出されたことを示す位置決め完了信号とがある。

ドライバ９は、コントローラ１０と電気的に接続されており、コントローラ１０から電源の供給を受け、コントローラ１０から制御信号、パルス信号を受信してステッピングモータ５にパルス信号を送信する。ステッピングモータ５は該パルス信号により駆動する。

図７は本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサー１の制御と動作の流れを示すフローチャートである。

モータ付きスプリングバランサー１の電源が入れられると、コントローラ１０はリミットスイッチ１１からの信号の有無によって、リミットスイッチ１１がオンになっているか否かを判断する。

リミットスイッチ１１がオンになっている場合、即ち、ワイヤロープ３が巻取り限まで巻き取られている場合、コントローラ１０はモータをロックする。また、コントローラ１０は原点位置信号の出力を開始する。

原点位置信号が出力されている状態において、使用者が設定位置ボタンを押すと、設定位置信号が入力コネクタ２６を通じてコントローラ１０に送信される。この信号を受けたコントローラ１０は、原点位置信号の出力をオフにするとともに、ドライバ９にステッピングモータ５を正転させてフック１２を降下させる信号の送信を開始し、それを受信したドライバ９はステッピングモータ５へパルス信号を送信する。ステッピングモータ５は、ドライバ９から受信したパルス信号により正転し、ワイヤロープ３が巻き出されてフック１２が下降する。

ドライバ９は、ボリューム２３の回転角に応じてコントローラ１０から送信された信号に従い、フック１２を設定位置まで降下させるのに必要なパルス数のパルス信号を送信する。これにより、ステッピングモータ５はワイヤロープ３を設定位置まで巻き出したところで停止する。ステッピングモータ５を使用することで、精度の高い位置決めが可能となる。

ワイヤロープ３が設定位置まで巻き出されると、コントローラ１０は、フック１２がボリューム２３によって設定された位置に達したことを示す位置決め完了信号の出力を開始する。

位置決めが完了した場合、又は、電源を入れた当初からリミットスイッチ１１がオフになっていた場合、コントローラ１０は、ドライバ９を介してステッピングモータ５をフリーランの状態とする。これにより、使用者は、モータ付きでないスプリングバランサーと同様に、懸垂した工具等の上下の位置を自由に調整することができるようになる。また、ステッピングモータを使用することで、クラッチを必要としない。したがって、製造コストを低下させ、不具合の発生確率を減らすことができる。また、クラッチのための圧縮空気の供給など、電力以外の動力の供給も不要となり、工場設備にかかるコストも低下させることができる。

工具の使用が終了する等して、使用者が原点ボタンを押すと、原点信号がコントローラ１０に入力され、コントローラ１０が、位置決め完了信号をオフにするとともに、ステッピングモータ５をロックし、ドライバ９へステッピングモータ５を逆転させる信号の送信を開始する。該信号を受信したドライバ９は、ステッピングモータ５を逆転させるパルス信号の送信を開始し、ステッピングモータ５は逆転を開始する。

これにより、フック１２が上昇して緩衝ゴム１４がリミットスイッチ１１の当接部１１ａに当接すると、リミットスイッチ１１がオンになり、そのことを示す信号のコントローラ１０への送信が開始される。該信号を受信したコントローラ１０は、ステッピングモータ５を逆転させるパルス信号の送信を停止し、ステッピングモータ５を停止させる。また、コントローラ１０は原点位置信号の出力を開始する。

（第１応用例）
図８は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの第１応用例としての自動懸垂装置を示すブロック図である。

本第１応用例は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーを複数台用いることで、作業内容に応じて適切な工具を作業者１３３へ適宜供給することを可能とした自動懸垂装置１００に関するものである。自動懸垂装置１００は、ライン生産方式の作業で用いることができ、図８においては、図面に向かって左側から右側へワーク（作業対象物）１３２が流れる場合を想定している。ワーク１３２としては、例えば、エンジンなどの自動車部品、家電製品等が考えられる。

自動懸垂装置１００は、３台のモータ付きスプリングバランサー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃと、モータ付きスプリングバランサー１０１ａないし１０１ｃに電気的に接続された上位コントローラ１２９と、上位コントローラ１２９に電気的に接続されたバーコードリーダ１３０と、を有している。

モータ付きスプリングバランサー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃには、互いに種類の異なる工具の例として、それぞれ、Ｍ６ねじ用ナットランナー、Ｍ８ネジ用ナットランナー、Ｍ１０ねじ用ナットランナーが懸垂されている。

上位コントローラ１２９としては、電子計算機やプログラマブルロジックコントローラ（PLC：Programmable Logic Controller)等の制御装置を用いることができる。本発明のモータ付きスプリングバランサーは、モータとしてステッピングモータを用いていることから、デジタル制御回路との相性が良い。

上位コントローラ１２９は、モータ付きスプリングバランサー１０１ａないし１０１ｃの出力コネクタ及び入力コネクタと接続されており、作業者１３３が操作する上述の「原点」ボタンや「設定位置」ボタンの代わりに、「原点」信号と「設定位置」信号をモータ付きスプリングバランサー１０１ａないし１０１ｃへ発信する。また、上位コントローラ１２９は、モータ付きスプリングバランサー１０１ａないし１０１ｃが発信する「位置決め完了」信号、「原点位置」信号を受信する。

上位コントローラ１２９が発した「原点」信号を受信したモータ付きスプリングバランサー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、ワイヤロープを巻き取り、原点に達すると「原点位置」信号を発信する。また、上位コントローラ１２９が発した「設定位置」信号を受信したモータ付きスプリングバランサー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、予め設定された位置までそれぞれワイヤロープを巻き出し、作業者１３３へナットランナーを供給し、それと同時に「位置決め完了」信号を発信する。

ナットランナーを供給するタイミングは、ワーク１３２の種類に対応したバーコードを付し、当該バーコードをバーコードリーダ１３０に読み取らせ、バーコードリーダー１３０からの信号に応じて、上位コントローラ１２９が判断する。つまり、上位コントローラ１２９は、ワーク１３２の種類ごとの作業者の作業に応じて、どのタイミングでモータ付きスプリングバランサー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのうちのどれに「設定位置」信号を発信するかを予め設定することができ、その設定に従って「設定位置」信号を発信する。バーコードは、例えば、部品コードをバーコード化したものを用いることができる。

上位コントローラ１２９がライン上に流れているワーク１３２が何かを予め把握している場合には、バーコードリーダ１３０の代わりにライン上にワーク１３２が流れてきたことを検出するセンサ１３１を用いることができる。センサ１３１としては、光電センサ、近接センサ等を用いることができる。

上位コントローラ１２９には、ワーク１３２と作業の種類に応じて作業想定時間が予め設定されており、該作業想定時間が経過すると、上位コントローラ１２９が「原点」信号出力をオンにする。これにより、モータ付きスプリングバランサー１０１ａないし１０１ｃは、作業者１３３の作業が終了した頃にナットランナーを原点まで巻き上げるようになる。なお、巻き上げのタイミングは、作業想定時間の設定に限らず、ナットランナーの締付完了信号、又は使用者によるボタンの操作等によって決めるものとしてもよい。

本第１応用例によれば、ワーク１３２に付されたバーコードに応じて、例えば、モータ付きスプリングバランサー１０１ｃ、モータ付きスプリングバランサー１０１ａ、モータ付きスプリングバランサー１０１ｂの順に、ワイヤロープの巻き出しと、作業想定時間経過後の巻取りを行うことができる。また、ワーク１３２に付されたバーコードによっては、モータ付きスプリングバランサー１０１ａ、モータ付きスプリングバランサー１０１ｃの順に、ワイヤロープの巻き出しと、作業想定時間経過後の巻取りを行い、モータ付きスプリングバランサー１０１ｂは巻取りと巻き出しを行わないこともできる。

以上のように、第１応用例に係る自動懸垂装置１００によれば、モータ付きスプリングバランサー１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、作業者１３３が操作する「原点」ボタン及び「設定位置」ボタンの代わりに上位コントローラ１２９からの「原点」信号、「設定位置」信号を用いることで、作業者１３３の操作の手間を無くし、又は軽減し、作業能率を向上させることができる。

また、第１応用例に係る自動懸垂装置１００は、ワーク１３２の種類に応じて作業に必要な工具を必要な順番で供給するため、作業者１３３が作業をし忘れたり、作業手順を間違えるといったポカよけとしての機能も発揮することができる。

（第２応用例）
図９は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの第２応用例を示すブロック図である。

第２応用例に係る自動懸垂装置２００は、第１応用例と同様に、ライン生産方式のライン上にある複数台のモータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを上位コントローラ２２９によって制御し、工具等を作業者２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃに適宜供給するが、ライン上の作業者２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃのそれぞれの作業エリアに１台ずつモータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃを設置している点において第１応用例とは異なっている。

自動懸垂装置２００は、３台のモータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃと、モータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃに電気的に接続された上位コントローラ２２９と、上位コントローラ２２９に電気的に接続されたセンサ２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと、を有している。センサ２３１ａないし２３１ｃとしては、光電センサ、近接センサ等を用いることができる。

モータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃには、作業者２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃの作業内容に応じた工具が懸垂される。

上位コントローラ２２９としては、電子計算機やプログラマブルロジックコントローラ（PLC：Programmable Logic Controller)等の制御装置を用いることができる。

上位コントローラ２２９は、モータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃの出力コネクタ及び入力コネクタと電気的に接続されており、作業者２３３ａないし２３３ｃが操作する上述の「原点」ボタンや「設定位置」ボタンの代わりに、「原点」信号と「設定位置」信号をモータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃへ発信する。また、上位コントローラ２２９は、モータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃが発信する「位置決め完了」信号、「原点位置」信号を受信する。

上位コントローラ２２９が発した「原点」信号を受信したモータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、ワイヤロープを巻き取り、原点に達すると「原点位置」信号を上位コントローラ２２９へ発信する。また、上位コントローラ２２９が発した「設定位置」信号を受信したモータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、予め設定された位置までワイヤロープを巻き出し、作業者２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃへ工具を供給し、それと同時に「位置決め完了」信号を発信する。

工具を供給するタイミングは、作業者２３３ａないし２３３ｃのそれぞれの作業エリア内に設けられたセンサ２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃがワーク２３２を検出すると、上位コントローラ２２９へ「ワーク検出」信号を発信し、当該信号を受信した上位コントローラ２２９は、所定のタイミングでモータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃに「設定位置」信号を発信する。

上位コントローラ２２９には、作業内容に応じて作業想定時間が予め設定されており、当該作業想定時間が経過すると、上位コントローラ２２９が「原点」信号出力をオンにする。これにより、モータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃは、作業者２３３の作業が終了した頃にナットランナーを原点まで巻き上げるようになる。なお、巻き上げのタイミングは、作業想定時間の設定に限られず、ナットランナーの締付完了信号、又は使用者によるボタン等の操作によって決めるものとしてもよい。

このように、第２応用例に係る自動懸垂装置２００によれば、モータ付きスプリングバランサー２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃは、作業者２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃが操作する「原点」ボタン及び「設定位置」ボタンの代わりに上位コントローラ２２９からの「原点」信号、「設定位置」信号を用いることで、ラインの上流から下流へのワーク２３２の移動に応じて、順次モータ付きスプリングバランサー２０１ａないし２０１ｃを作動することができ、作業者２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃの操作の手間を無くして、作業者２３３ａないし２３３ｃの作業能率を向上させることができる。

（第３応用例）
図１０は、本願の実施形態に係るモータ付きスプリングバランサーの第３応用例を示すブロック図である。

本第３応用例に係る自動懸垂装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、第２応用例と同様に、ライン上の複数の作業者３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃのそれぞれの作業エリアに１台ずつ設置されているが、上位コントローラを有さず、それぞれが独立している点において第２応用例とは異なっている。

自動懸垂装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃは、それぞれ、モータ付きスプリングバランサー３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃと、モータ付きスプリングバランサー３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃに電気的に接続されたセンサ３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃと、を有している。センサ３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃとしては、光電センサ、近接センサなどを用いることができる。

モータ付きスプリングバランサー３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃには、作業者３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃの作業内容に応じた工具が懸垂される。

センサ３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃは、それぞれ、モータ付きスプリングバランサー３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃの入力コネクタと電気的に接続されている。センサ３３１ａないし３３１ｃは、ワーク３３２が所定の位置に達したことを検出し、「設定位置」信号をモータ付きスプリングバランサー３０１ａないし３０１ｃへ発信する。

センサ３３１ａないし３３１ｃが発した「設定位置」信号を受信したモータ付きスプリングバランサー３０１ａないし３０１ｃは、それぞれ予め設定された位置までワイヤロープを巻き出し、作業者３３３ａないし３３３ｃへ工具を供給する。

モータ付きスプリングバランサー３０１ａないし３０１ｃ内に備えられた不図示のコントローラには、予め作業内容に応じて作業想定時間が設定されており、該作業想定時間を経過すると、モータ付きスプリングバランサー３０１ａないし３０１ｃはワイヤロープを巻き上げる。なお、巻き上げのタイミングは、作業想定時間の設定に限らず、工具から発信される信号、又は使用者によるボタン等の操作によって決めるものとしてもよい。

このように、本第３実施例に係る自動懸垂装置３００ａないし３００ｃによれば、ワーク３３２の移動に応じて作業員３３３ａないし３３３ｃに工具を供給することができ、作業員３３３ａないし３３３ｃの操作の手間を無くして、作業能率を向上させることができる。

また、自動懸垂装置３００ａないし３００ｃをライン上に並べて配置することで、ラインの上流から下流へのワーク３３２の移動に応じて、モータ付きスプリングバランサー３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃを順次作動させることができる。

以上、本願発明を説明するために具体的な実施形態を示して説明したが、本願発明はこれに限られず、種々の変更・改良が可能である。例えば、各構成要素間の信号の送受信は無線により行うことが可能である。また、第１ないし第３応用例においては、モータ付きスプリングバランサーを３つ備えた自動懸垂装置を示したが、モータ付きスプリングバランサーの数は３つに限られず、作業内容等に合わせて設定することができる。

以上のように、本発明によれば、スムーズな動作を可能にして、使用者の作業能率の低下を防ぐモータ付きスプリングバランサーと自動懸垂装置を提供することができる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ モータ付きスプリングバランサー
２ 本体ケース
２ａ スリット
３ ワイヤロープ
４ 回転ドラム
４ａ 溝部
４ｂ 凹部
５ ステッピングモータ
６ 小歯車
７ 中歯車
８ 大歯車
９ ドライバ
１０ コントローラ
１１ リミットスイッチ
１１ａ 当接部
１２ フック
１３ シンブル
１４ 緩衝ゴム
１５ ぜんまいばね
１６ スピンドル
１７ 安全装置
１８ ラチェットホイール
１８ａ 突部
１９ 予巻ラチェット
１９ａ レバー
１９ｂ、１９ｃ 爪部
１９ｄ 長孔
２０ 揺動中心軸
２１ 規制部材
２２ ガイド
２３ ボリューム
２４ 切替スイッチ
２５ 出力コネクタ
２６ 入力コネクタ
２７ ランプ
２８ ネジ孔
２９ カバー
１２９、２２９ 上位コントローラ
１３０ バーコードリーダ
１３１、２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、３３１ａ、３３１ｂ、３３１ｃ センサ
１３２、２３２、３３２ ワーク
１３３、２３３a、２３３ｂ、２３３ｃ、３３３ａ、３３３ｂ、３３３ｃ 作業者
１００、２００、３００ａ、３００ｂ、３００ｃ 自動懸垂装置

Claims (15)

1. テーパー状の外周面を有する回転ドラムと、
   該回転ドラムの大径側から小径側に巻き取られるワイヤロープと、
   該ワイヤロープを巻き取る方向に前記回転ドラムを付勢するぜんまいばねと、
   前記回転ドラムを回転させるトルクを発生するモータと、を有するモータ付きスプリングバランサーにおいて、
   前記モータはステッピングモータであり、
   該ステッピングモータを駆動するドライバと、
   該ドライバを制御して前記ワイヤロープ先端の位置決めを行うコントローラと、
   前記ワイヤロープが巻取り限に達したことを検出して前記コントローラへ信号を発信するリミットスイッチと、を有し、
   前記コントローラは、前記位置決めが完了した場合、又は、電源を入れた当初から前記リミットスイッチがオフになっている場合に、前記ドライバを介して前記ステッピングモータをフリーランの状態にすることを特徴とするモータ付きスプリングバランサー。
2. 前記回転ドラム、前記ステッピングモータ、前記ドライバ、及び前記コントローラを収容する略直方体状の本体ケースを有することを特徴とする請求項１に記載のモータ付きスプリングバランサー。
3. 前記回転ドラムと前記ステッピングモータの回転中心となる中心線は、互いに平行で、前記本体ケースの対向するいずれか２つの平面に対して垂直で、該平面の対角線方向に並んでいることを特徴とする請求項２に記載のモータ付きスプリングバランサー。
4. 前記ステッピングモータから前記回転ドラムへの前記トルクの伝達は、歯車により行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサー。
5. 前記ぜんまいばねの内径側端部が固定されたスピンドルと、
   該スピンドルに外嵌固定され、径方向外方へ突出した複数の突部を備えたラチェットホイールと、
   前記ラチェットホイールの回転規制とその解除を行う予巻ラチェットと、を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサー。
6. 前記予巻ラチェットは、前記突部と係合する一対の爪部を備えていることを特徴とする請求項５に記載のモータ付きスプリングバランサー。
7. 前記ラチェットホイールと前記予巻ラチェットが前記本体ケース内に収容されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のモータ付きスプリングバランサー。
8. 前記コントローラに接続され、前記コントローラが発した信号を前記本体ケースの外部へ出力する出力コネクタを有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサー。
9. 前記コントローラに接続され、前記本体ケースの外部からの信号を前記コントローラへ入力する入力コネクタを有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサー。
10. 前記コントローラに接続され、使用者の操作に応じて、前記コントローラへ前記ワイヤロープの巻出し量を示す信号を前記コントローラへ発信するボリュームを有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサー。
11. 前記コントローラに接続され、使用者の操作に応じて、前記コントローラに前記ワイヤロープの巻出し及び巻取りの速度を示す信号を前記コントローラへ発信する切替スイッチを有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサー。
12. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載された複数のモータ付きスプリングバランサーと、
    前記複数のモータ付きスプリングバランサーの前記コントローラのそれぞれと電気的に接続され、前記複数のモータ付きスプリングバランサーを制御する上位コントローラと、
    作業対象物に付されたバーコードを読み取って前記上位コントローラに信号を発信するバーコードリーダと、を有し、
    前記上位コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置。
13. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載された複数のモータ付きスプリングバランサーと、
    前記複数のモータ付きスプリングバランサーの前記コントローラのそれぞれと電気的に接続され、前記複数のモータ付きスプリングバランサーを制御する上位コントローラと、
    作業対象物の移動を検出して前記上位コントローラに信号を発信するセンサと、を有し、
    前記上位コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置。
14. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載された複数のモータ付きスプリングバランサーと、
    前記複数のモータ付きスプリングバランサーの前記コントローラのそれぞれと電気的に接続され、前記複数のモータ付きスプリングバランサーを制御する上位コントローラと、
    それぞれ前記複数のモータ付きスプリングバランサーに対応して配置され、作業対象物の移動を検出して前記上位コントローラに信号を発信する複数のセンサと、を有し、
    前記上位コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置。
15. 請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のモータ付きスプリングバランサーと、
    作業対象物の移動を検出して前記コントローラに信号を発信するセンサと、を有し、
    前記コントローラは、前記信号に応じて前記ステッピングモータを駆動させることを特徴とする自動懸垂装置。

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