JP6096014B2 - 重量物支持機構及びこれを用いた重量物積載装置並びに重量物懸吊装置 - Google Patents

Description

本発明は重量物を積載支持するか或いは重量物を懸吊支持する重量物支持機構に係わり、重量物を所定の高さ位置に安定して保持する支持機構の改良に関する。

一般にこの種の装置は、重量物を積載する積載台と、装置を床面に設置する据付基盤と、この据付基盤と積載台を所定の高さ位置に連結する昇降機構とで構成され、重量物を所定の高さ位置に安定して設置する装置として知られている。

例えば特許文献１にはモニター装置を所定の高さ位置に位置決め保持する支持機構が開示されている。同文献にはモニターなどの重量物を積載する積載テーブルと、床面に支持する据付フレームとを積載テーブルの高さ位置を調整可能に昇降機構で連結し、その高さ位置をクサビ状のカム面と、このカム面を挟圧する一対の摩擦コロ部材と、左右のコロ部材を付勢する付勢スプリングで位置保持している。つまり据付フレームに積載テーブルを昇降可能に嵌合支持し、この積載テーブルに取り付けた一対の摩擦コロで据付フレームに設けたクサビ状のカム面を挟圧することによって摩擦コロとカム面との間の摩擦力で積載テーブルの高さ位置を調整している。

このように重量物を支持する積載台と据付フレームを高さ位置を調節可能に嵌合し、スプリングなどの付勢手段でカム面とカムフォロア部材(摩擦コロ)の摩擦力で重量物を支持する機構は種々のものが既に知られている。

特許文献１には、重量物を積載した積載台と据付フレームとの間に重量物が重力で落下方向に下降するのをブレーキ機構で規制して位置保持するする技術が開示されている。また、重量物を支持する支持部材と、付勢スプリングとの間にカム機構を介在させてバネ力を増減調整する機構も知られている。

特開２００２−３０３３０４号公報

上述したように設置面に支持した積載台に重量物を載置して、その高さ位置を所定の高さに保持する機構は種々の方法が採られている。第１の方法は、据付台と積載台を予め設計した高さ位置で固定する置き台機構であり、第２の方法は据付台と積載台の高さ位置を自由に変えられるように昇降機構で連結し、ブレーキなどのロック機構で高さ位置を固定する昇降機構であり、第３の方法は据付台と積載台とをスプリングなどの付勢手段を介在させて重量物の重量とスプリングのバネ力をバランスさせて所定の高さ位置に保持するバランス機構である。

上述の第１の方法は、据付台に対する積載台の高さ位置を高低調整することができないため、使用する人の目線或いは作業高さなどに適合させることができない。また第２の方法はロック機構を操作することが面倒であり、例えば大容量の重量物をその高さ位置を保持しながらロック機構で固定する作業は面倒であると同時に困難である。

そこで、積載台に重量物を載置して、据付台との間に配置したスプリングのバネ力で所定の高さ位置に保持することが、比較的簡単に重量物を所定の位置に位置保持する機構として多用されている。

ところが、スプリングなどのバネ力で重量物を支持するとき、重量物の重さとバネ力がアンバランスとなると重量物の高さ位置が上下不安定となる。このアンバランスは重量物の重量が生産時の機体差によって異なると高さ位置が変化する問題とスプリングのバネ力はその変位量に比例して変化するため高さ位置が不安定となる問題が引き起こされる。

例えば特許文献１に提案されているように積載台の高さ位置をカム面と摩擦コロによる制動力で位置保持する機構にあっては装置が大型化する問題がある。前述したように同文献に提案されている機構は重量物の重力で上下動する方向に沿ってクサビ状のカム面を配置し、このカム面に摩擦コロをスプリングで圧接して両者間の摩擦力で重量物を支えている。従って、載置する重量物が大きくなると、クサビ状カム面を緩やかな傾斜面で形成するか、或いはカム面に摩擦コロを弾圧するスプリングのバネ力を大きくしなければならない。

そこで重力の作用方向に配置された傾斜カム面を緩やかな形状にすると装置は幅方向に大型化する。またスプリングのバネ力を大きく設定するとスプリングのバネ長さを長く設計することとなり装置の大型化をもたらす。このように特許文献１の装置に限らず従来の装置はスプリングのバネ力をカム面で調整して重量物を支持する積載部材に作用させているため重量物を安定した高さ位置に保持することと同時に重量物が大容量となると装置が大型化する問題が知られている。

そこで本発明者は、スプリングのバネ力を重量物を支持する積載支持部材に直接作用させることなく重力の作用方向と交差する方向に移動可能なフォロア部材を介して伝達し、このフォロア部材をカム面と、このカム面に付勢する付勢力で重力の作用方向に上下動するのと同時に交差方向に移動させることによって支持する重量物の重力とカム面とでスプリングのバネ力を均一化するとの着想に至った。

本発明は、支持フレームに支持した重量物をスプリング部材のバネ力で所定の高さ位置に支持する際に、比較的長いストローク範囲でほぼ均一なバネバランスを得ることが出来、以って重量物の高さ位置を自由に設定することが可能である重量物支持機構を簡単な構造で小型軽量に構成することをその課題としている。

上記課題を解決するため本発明は、固定フレームと支持フレームとの間に配置したスプリング部材で重量物を支持する際に、スプリング部材のバネ力を支持フレームに伝達するフォロア部材と、このフォロア部材の運動を規制するカム面と、カム面にフォロア部材を圧接する付勢手段とを設け、このフォロア部材をスプリングの伸縮方向と交差する方向に移動可能にして、バネ力と付勢力によってカム面に沿ってスプリングの伸縮方向と同時にこれと交差する方向に移動しながら重力の作用方向に上下動させることを特徴としている。

さらに本発明を詳述すると、固定フレーム（１）と、固定フレームに対して相対的に接近及び離間可能に配置された支持フレーム（２）と、固定フレームと支持フレームとの間に配置され、支持フレームの移動方向に伸縮するスプリング部材（３）と、スプリング部材の伸縮方向と交差する方向に移動可能に配置されスプリング部材のバネ力を支持フレームに伝達するフォロア部材（７）と、スプリング部材から支持フレームに作用するバネ力を増減調整するカム面（９）を有するカム部材（８）と、カム面にフォロア部材を圧接する付勢手段とを備える。

そして上記フォロア部材を、スプリング部材から作用されるバネ力と付勢手段から作用される付勢力によって上記カム面に沿ってスプリング部材の伸縮方向と同時にこの伸縮方向と交差する方向に移動させる。

本発明は固定フレームと支持フレームとの間のスプリング部材で重量物を支持する際に、バネ力を重量物に作用させるフォロア部材を、バネ力を増減調整するカム面と、カム面に圧接する付勢力によって伸縮方向と同時に交差する方向に移動しながらカム面に沿って重力の作用方向に上下動させるものであるから以下の効果を奏する。

スプリング部材のバネ力はフォロア部材を介して重量物の支持フレームに伝達され、このフォロア部材はバネ力を増減調整するカム面に沿ってスプリングの伸縮方向と同時に交差する方向に移動しながらカム面に沿って上下動することとなる。これによってスプリング部材の伸縮方向と、カム手段のカム面は同一方向（重力方向）に配置され、装置を小型コンパクトに構成することができる。つまり従来の装置は、カム面とスプリングの伸縮方向を直交する方向に配置しているため、縦横に長いストロークの機構が配置され装置の大型化をもたらしているのに対し、本発明のカム面とスプリングの伸縮方向は同一方向に配置されているため小型化とコンパクト化が達成される。

スプリング部材のバネ力はフォロア部材を介して重量物を支持する支持フレームに伝達され、このフォロア部材はバネ力を調整するカム面に圧接しながらスプリングの伸縮方向と同時にこれと交差する方向に移動しながら重力方向に上下動するから、カム面の作用とこの面に沿って交差方向に移動する摩擦力の影響でバネ力が調整されるから上下動するストロークの比較的長い領域でバネ力は均一化され平滑化されることとなる。

従来のスプリングとカム面が直接係合してバネ力を調整する機構に対し、本発明はフォロア部材を介してバネ力を重量物に伝達するとともに、フォロア部材はスプリングの伸縮方向と交差する方向に移動しながらカム面に沿って上下動するのでカム面の影響と、重量物からの摩擦力でバネ力を＋方向に作用する方向に作用させることができるので、より平滑化したバネバランスが得られる。

スプリングのバネ力を支持フレームに伝える際に、本発明はフォロア部材をカム面に沿って重力の作用方向及びこれと交差する方向に移動させながら上下動するものであるからフォロア部材を水平方向に移動させることによってカム面を上向き面と下向き面に形成することができ、上向き面ではバネ力と協働して荷重を支え、下向き面ではバネ力を抑制して荷重を支える。これによって重量物の高さ位置を上下に異ならせてもこれを支持するバネバランスを維持することができる。よってバネ力が伸び量による変化をカム面で調整することができ、所望の高さ位置に重量物を位置保持することが可能である。

本発明にかかわる重量物積載装置（第１実施形態）の説明図であり、（ａ）はその全体構成を、（ｂ）はＡ−Ａ線断面を示す。 図1の装置における重量物支持機構の説明図であり（ａ）はカム部材の全体構成を、（ｂ）はカム面とフォロア部材の係合関係を示す説明図。 図２における重量物支持機構の動作状態と力の作用関係を示す説明図であり、（ａ）は、カム面に採用する力の関係を、（ｂ）はフォロア部材が図示Ｐ２位置のとき（ｃ）はフォロア部材は図示Ｐ４位置のときの力関係を示す。 本発明にかかわる重量物懸吊装置（第２実施形態）の全体構成を示す説明図であり、（ａ）はスプリング部材が伸張したときの力の関係を、（ｂ）はスプリング部材が緊縮したときの力の関係を示す。 図４の装置と異なる重量物懸吊装置（第３実施形態）の全体構成を示す説明図であり、（ａ）はスプリング部材が伸張したときの力の関係を、（ｂ）はスプリング部材が緊縮したときの力の関係を、（ｃ）はフォロア部材とスプリングの連結構造を示す。 図５に示す第３実施形態のカム面とフォロア部材の関係を示し、スプリング部材が緊縮した（軽荷重）状態を示す。 図５に示す第３実施形態のカム面とフォロア部材の関係を示し、スプリング部材が伸張した（重荷重）状態を示す。

以下図示の好適な実施の形態に基づいて本発明を詳述する。
［第１実施形態］積載タイプ
図１は本発明を採用した重量物積載装置Ａの一実施形態を示す。重量物積載装置Ａは、固定フレーム１と支持フレーム２とスプリング部材３と支持機構で構成されている。

固定フレーム１は床、テーブル面などの設置面５にアンカーボルトなどで固定されるか、或いはキャスターなどで移動可能に載置されるなど構造物（建造物、機械装置など）の構造と用途に応じて適宜の構造で据え付けられる。図１の固定フレーム１は設置面５に載置して据付けられる設置部１ａとバネ固定部１ｂと支持フレーム嵌合部１ｃで構成されている。

設置部１ａは、床面に安定して載置されるように固定台構造に構成され、用途に応じて移動可能なキャスターが取り付けられる。バネ固定部１ｂは後述するコイルスプリングの固定端を固定する嵌合部（凹陥部）で構成される。また、嵌合部１ｃは後述する支持フレーム２を嵌合支持する筒形状に形成される。

そして固定フレーム１は床面などの設置面５に安定して載置され、内部にスプリング部材３を固定し、支持フレーム２を重力の作用方向に昇降可能に嵌合支持するように構成されている。図示の重量物積載装置Ａはテレビモニタなどの載置台で構成しているため、床面などの設置面５から所定の高さＨに支持フレーム２が位置するようになっている。

支持フレーム２は、固定フレーム１と相対的に接近及び離間可能に配置される。図示の実施形態では前述の固定フレーム１は設置面（床面）５に移動可能に載置され、この固定フレーム１に支持フレーム２が昇降可能（図１上下方向）に嵌合して支持されている。この他、支持フレームとしては固定フレームに固定することなく例えば建造物あるいは装置フレームなどに固定フレームとは分離した構造で昇降可能に支持する構造を採用しても良い。

支持フレーム２には、重量物６を積載支持する載置台２ａ（積載部）と、この載置台を重力の作用する方向（図１上下方向）に昇降可能に支持する嵌合部２ｂが設けられ、この嵌合部は前述の固定フレーム１の嵌合部１ｃに嵌合されている。つまり固定フレーム１と支持フレーム２とは、互いに筒形状で一方が内筒に、他方が外筒に形成され、互いに接近及び離間可能（伸縮するように）に嵌合されている。

スプリング部材３は、バネ力を有するコイルバネで構成され、第１実施形態では圧縮コイルバネで、後述する第２実施形態では引張コイルバネで、構成する場合を示している。このコイルバネは比較的製造が容易な線形スプリングを使用することが好ましいが非線形スプリングで構成しても良い。

スプリング部材３は、その一端部３ａを固定端として固定フレーム１のバネ固定部１ｂに固定され、他端（図１上端部）の自由端３ｂは後述するキャップ部材４を介してフォロア部材（バネ力伝達部材）７に係合している。そして図示のスプリング部材３はバネ長Ｌを有し、重量物６の許容最大重量Ｗｍａxを支持するバネ係数で設計されている。説明の都合上スプリング部材３は、変位量（σ）に比例するバネ係数（ｋ）に構成されている場合を例示する。

スプリング部材３は固定端３ａを固定フレーム１に支持され、自由端３ｂが支持フレーム２にバネ力を作用させる。図示のスプリング部材３には、その自由端３ｂにキャップ部材４が嵌合してある。このキャップ部材４はスプリング自由端の伸縮動作を下記のフォロア部材７に伝達するためであり、フォロア部材７との係合面４ａ（以下「バネ加圧面４ａ」という）を備えている。またキャップ部材４は、嵌合部４ｂを固定フレーム１に嵌合され、スプリング部材３の伸縮方動作を円滑にさせている。

上記支持フレーム２とスプリング部材３との間にはスプリング部材のバネ力Ｆｂを支持フレーム２に伝達するフォロア部材７（バネ力伝達手段）が配置される。このフォロア部材７は、断面円形状のロール部材、シャフト（ロッド）部材、ピン部材などで構成する。図示のフォロア部材７は、シャフト部材（以下「ロッド部材」と云う）で構成されている。本発明のフォロア部材７は、スプリング部材の伸縮方向／及びその伸縮方向と所定角度で交差する方向（図示のものは直交方向）に移動可能に支持されている。その支持構造は３点支持構造として後述する。

上記フォロア部材７は、スプリング部材３からバネ力を受け重量物を支持する支持フレーム２を所定の高さＨに位置保持する。このときフォロア部材７にバネ力を増減調整するカム部材８が設けられている。これは（１）スプリング部材３は伸縮する変位量（δ）に比例してバネ力が変化すること、（２）支持フレーム２の載置台２ａに一時的に外力が作用すると載置台の高さ位置が上下動を繰り返すなど不安定となること、（３）重量物６の質量が機体差で変化すること、などに原因にして重量物６を所定の高さ位置にスプリングのバネ力をバランスさせて位置保持するためには不安定な要素がある。このためスプリング部材３のバネ力を予め設定した長さ領域で均一化（平滑化）するためのカム作用が必要となる。

従来このバネ力の均一化は、スプリング側に配置したカム機構若しくは支持フレーム側に配置したカム機構で行っているが、これに原因してカム面の摩耗、スプリングのへたりなどに原因して経時的にバネ力が変化（減衰）して重量物の落下などの事故を引起こしている。

本発明は次の３点支持構造によって摩耗、ヘタリなどの問題を解決している。カム手段、付勢手段の順に説明する。
「カム手段」
スプリング部材３の伸縮方向（図１上下方向）にカム面９を有するカム部材８を配置する。図１のカム部材８は固定フレーム１に形成され、カム面９はスプリング部材３の伸縮動作で上下動するフォロア部材７が摺接する所定長さ（Ｓ）に形成されている。そしてカム面９はフォロア部材７をスプリングの伸縮方向（ｘ）と交差する方向（図示のものは直交方向（ｙ）に移動させる湾曲面（又は傾斜面）に形成されている。

「付勢手段」
前述のフォロア部材７をカム面９に圧接する付勢手段１０を配置する。図１の実施形態では付勢手段１０は支持フレーム２に一体形成された傾斜面１０ａで構成してあり、重量物の重量（Ｗ）でフォロア部材７をカム面９側に付勢している。このため傾斜面１０ａは、水平線基準に所定角度θ（０＜θ＜９０度）傾斜させてあり、重力の方向(図１上下方向)に作用する重量物の重量でフォロア部材７がカム面９に圧接される角度方向に傾斜している。

以上の構成においてフォロア部材７の支持機構を図２及び図３に従って説明する。フォロア部材７は断面略円形状のロッド部材で構成され、スプリング部材３のバネ力Ｆｂと、カム面９の抗力Ｎと、付勢手段１０の付勢力Ｆｗで異なる３方向から挟持されている。そしてフォロア部材７は、スプリングの伸縮方向（図３矢印ｘ）と、この伸縮方向と交差する方向（図３矢印ｙ）に変位しながらカム面９に沿って上限位置(Ｈｍａｘ)と下限位置(Ｈｍｉｎ)との間で重力の作用方向(図１上下方向)に上下動する。

なお、図示のカム部材８は、固定フレーム１に形成した溝カムで構成され、カム面９ａと、上限規制面９ｂと、下限規制面９ｃを有し、ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５（図２参照）の順に上下動する。そしてカム面９は第１カム領域Ｓ１、第２カム領域Ｓ２、第３カム領域Ｓ３に形成されている。

第１カム領域Ｓ１は、バネ力Ｆｂが荷重Ｆｗ（重量物の重量；以下同様）より小さいときに荷重Ｆｗをバネ力と摩擦力（カム面とフォロア部材との間の摩擦力）で支えて力のバランス（均衡）を得る領域に設定されている。つまりフォロア部材７が図３（ａ）に示すｐ２位置のときには、フォロア部材７とカム面９ａは角度α（接線角度）で係合し、フォロア部材７をカム面９ａが押し上げる（迫り上げる）角度方向に支持している。

また第３カム領域Ｓ３は、バネ力Ｆｂが荷重Ｆｗより大きいときに摩擦力がバネ力Ｆｂを抑制して荷重Ｆｗとバネ力のバランスを得る領域に設定されている。つまりフォロア部材７が図３（ａ）に示すｐ４位置のときには、フォロア部材７とカム面９ａは角度β（接線角度）で係合し、フォロア部材７をカム面９ａが押し下げる（バネ力を抑制する）角度方向で支持している。なお、本発明にあたってフォロア部材７をカム面９に圧接する付勢手段は、キャップ部材４と一体形成された傾斜面であってもよい。

「フォロア部材に作用する力の関係」
図３に従ってカム面９ａからフォロア部材７に作用する力の関係を説明する。
（１）スプリング部材３に蓄えられたエネルギーが小さいとき（積載部２ａが高い位置の時 図３：ｐ２位置）。
このときフォロア部材７はスプリング部材３と摺動可能に係合（「バネ加圧面４ａ」と云う）されており、さらに積載部２ａを有する支持フレーム２との間でも摺動可能に係合（「傾斜面１０ａ」と云う）されている。

このとき傾斜面１０ａは、所定角度θ（０＜θ＜９０度）で傾斜しているためフォロア部材７には図３左方向（カム面に圧接する方向）へ移動しようとする力が発生し、この力はＷ・ｔａｎθで表される。上記Ｗ・ｔａｎθの力でカム面９ａの第１カム領域Ｓ１に押付けられたフォロア部材７は、カム面９ａの傾斜（傾斜角度α）を駆け上がる方向に作用し、その上方向の力の成分はＷ・ｔａｎθ×（１／ｔａｎα）で表される。

従って積載部２ａを備えた支持フレーム２に作用する力は以下のようになる。
［重量物積載部に作用する力］＝［スプリング部材の弾発力］＋［Ｗ・ｔａｎθ×（１／ｔａｎα）］
なおＷ；重量物の重さ、θ；フォロア部材と支持フレームの係合面の傾斜角度、α；フォロア部材に係合するカム面の接線方向角度。

（２）スプリング部材３に蓄えられたエネルギーが大きいとき（積載部２ａが低い位置の時 図３：Ｐ４位置）
積載部２ａが低い位置の時には、フォロア部材７の位置が移動してカム面９ａとの当たり角度が変化する。図３中では水平に対して下側にβの角度（つまり先の角度αに対し角度βは異なる方向）で当たっている。従って、積載部２ａが低い位置の時でも、高い時と同様に、フォロア部材７には左水平方向へ移動しようとする力；Ｗ・ｔａｎθでカム面９ａに押付けられている。その押付け力は、カム面９ａの傾斜（傾斜角β）を駆け下りる方向に作用し、その力の下方向の成分はＷ・ｔａｎθ×（１／ｔａｎβ）で表される。

従って積載部２ａを備えた支持フレーム２に作用する力は以下のようになる。
［重量物積載部に作用する力］＝［スプリング部材の弾発力］−［Ｗ・ｔａｎθ×（１／ｔａｎβ）］
なおＷ；重量物の重さ、θ；フォロア部材と支持フレームの係合面の傾斜角度、β；フォロア部材に係合するカム面の接線方向角度

以上の説明から明らかなように、本発明はスプリング部材３のバネ力をフォロア部材７を介して積載部２ａを有する支持フレーム２に伝達する。このときカムフォロア部材７をバネ力を増減調整するカム面９に沿ってバネの伸縮方向と同時にこの伸縮方向と交差する方向に移動させて上下動させている。そしてカム面９ａにはバネ力Ｆｂを増大させる第１カム領域Ｓ１とバネ力を低減させる第３カム領域Ｓ３を形成し、第１カム領域Ｓ１ではカム面９ａはフォロア部材７を迫り上げる角度方向で係合し、このカム面はバネ力の作用を協働してフォロア部材７の落下を阻止する。また第３カム領域Ｓ３ではカム面９ａはフォロア部材７を押し下げる角度方向で係合し、このカム面はバネ力を抑制してフォロア部材７が上昇方向に移動するのを阻止する。

また、第２カム領域Ｓ２は領域Ｓ１と領域Ｓ３の中間に位置する変移点の近傍に設定され、この領域では実質的に重量物の荷重とスプリング部材３のバネ力が対峙する位置であり、外力が支持フレーム２を押し上げる方向に作用すると第１カム領域Ｓ１に、逆に押し下げる方向に外力が作用すると第３カム領域Ｓ３に移行する。

そして、第１カム領域Ｓ１では、スプリング部材３の伸張でバネ力が低減してもカム面９ａの作用（図３：ｐ２位置）でその位置に保持され、第３カム領域Ｓ３では、スプリング部材３の緊縮でバネ力が増大してもカム面の作用（図３：ｐ４位置）でその位置に保持される。従ってカム面の形状、特に前述の角度αと角度βのカム曲線を設定することによって重量物任意の高さ位置に保持することが可能となる。

なお、本発明にあってスプリング部材３は重量物Ｗに作用する重力の方向（鉛直方向）に伸縮するコイルスプリングを配置する実施形態を説明したが、このスプリングは鉛直方向に対し所定角度傾斜させて伸縮するように配置しても良い。この場合にはコイルスプリングのバネ力の鉛直方向成分が重量物Ｗの重量とバランスする力関係に、水平方向成分がカム面にフォロア部材を圧接する力関係に設定することが効率的である。

［第２実施形態］
次に図４に示す重量物懸吊装置Ｂについて説明する。前述の第１実施形態は載置台２ａに重量物を積載する場合を示したが、この第２実施形態は重量物Ｍを懸吊フックに吊り下げて支持する懸吊装置に関する。図４に示すように、建造物の天井、機械装置の天板などの据付面１１に、固定フレーム１２を固定する。固定フレーム１２には連結フック１３が設けられ、据付面の懸吊フック１４ａに連結されている。固定フレーム１２は、中空筒形状のフレーム枠構造に構成され、嵌合部１２ａが設けられている。この嵌合部１２ａには、支持フレーム１５の嵌合部１５ａが嵌合され、固定フレーム１２と支持フレーム１５は重力の作用方向（鉛直方向）に伸縮可能に構成されている。

上記固定フレーム１２にはバネ固定部１２ｂが設けられ、コイルスプリング１６の固定端を固定してある。またコイルスプリング１６の自由端（図４上端部）にはキャップ部材１６ｃが嵌合してあり、このキャップ部材は固定フレーム内部に昇降可能に支持されている。

一方、支持フレーム１５には懸吊フック１４ａを有する懸吊部１４が設けられ、重量物Ｍを牽引して支持するようになっている。つまり、支持フレーム１５に懸吊された重量物Ｍは、その重さとスプリング部材１６のバネ力がバランスした状態で、その高さ位置に保持されるようになっている。

また、固定フレーム１２にはスプリング１６の伸縮方向（鉛直方向）にカム面１７ａを有するカム手段１７が配置されている。このカム面１７ａはスプリング部材１６で懸吊する重量物Ｍの高さ位置を安定化するため（その作用は前述の第１実施形態と同様）である。

上記カム面１７ａは、伸縮方向に第１カム領域Ｓ１と第２カム領域Ｓ２と第３カム領域Ｓ３で連続するカム曲線で形成され、後述するフォロア部材を介して重量物Ｍを懸吊するスプリング部材１６のバネ力を強弱調整する。第１カム領域Ｓ１はスプリング部材１６が伸張した状態で大きなバネ力が作用するカム面１７ａに形成され、第３カム領域Ｓ３はスプリング部材１６が緊縮した状態で小さなバネ力が作用するカム面に設定されている。そして第２カム領域Ｓ２は第１カム領域Ｓ１と第３カム領域Ｓ３の中間に位置する変移点（点又は領域）に設定されている。

上記第１カム領域Ｓ１ではスプリング部材１６によるバネ力をカム面１７ａが軽減し、第３カム領域Ｓ３ではスプリング部材１６によるバネ力をカム面１７ａが増大させるように作用する。そして第２カム領域Ｓ２ではスプリング部材１６によるバネ力と重量物Ｍによる重力が互いに対向して釣り合う状態を形成する。上記第１カム領域Ｓ１及び第３カム領域Ｓ３のカム面の作用は前述の第１実施形態と同一であるのでその説明を省く。

上記支持フレーム１５には、スプリング１６の伸縮方向（鉛直方向）と所定角度（θ）傾斜した傾斜面１８ａを有するガイド溝１８が形成されている。このガイド溝１８は後述するフォロア部材１９をカム面１７ａ側に圧接する角度方向（θ）に傾斜している。このようにガイド溝１８は支持フレーム１５に形成され、懸吊する重量物Ｍの荷重が傾斜面１８ａに作用するように形成されている。なお、図示の実施形態では支持フレーム１５の嵌合部１５ａにガイド溝１８を形成した関係で、固定フレーム１２の嵌合部１２ａにもガイド溝１８と同一口径若しくは大口径のガイド溝（開口溝；不図示）が形成してある。

上記ガイド溝１８にはスプリング部材１６のバネ力Ｆｂを支持フレーム１５に伝達するフォロア部材１９が嵌合されている。このフォロア部材１９は断面円形状のロール部材、シャフト（ロッド）部材、ピン部材などで構成され、ガイド溝１８の傾斜面１８ａとカム面１７ａとスプリング部材１６に嵌合されたキャップ部材１６ｃのバネ係合面に支持されている。

以上の構成で支持フレーム１５に吊り下げられた重量物Ｍは前述の第１実施形態と同様に、カム面１７ａに沿ってスプリング部材１６の伸縮方向と同時に伸縮方向と交差（図示のものは直交）する水平方向に移動しながら、上下動することとなる。

［第３実施形態］
図５に示す重量物懸吊装置Ｃについて説明する。前述の第２実施形態は重量物Ｍを懸吊フックに吊り下げて支持する際に圧縮スプリングのバネ力で懸吊する場合を示したが、この第３実施形態は引っ張りスプリングで懸吊する機構に関する。前述の第２実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。

据付面１１の連結フック１３に固定フレーム１２が連結フック１３で連結されている。固定フレーム１２は、中空筒形状のフレーム枠で嵌合部１２ａに支持フレーム１５の嵌合部１５ａが嵌合され固定フレーム１２と支持フレーム１５は重力の作用方向（鉛直方向）に伸縮可能となっている。

上記固定フレーム１２にはバネ固定部１２ｘが固定ピンで形成され、コイルスプリングの一端（固定端１６ｘ）が連結してある。このコイルスプリングの他端（自由端）は後述するフォロア部材２０に連結される。また、支持フレーム１５には、懸吊フック１４ａを有する懸吊部１４が設けられ、重量物Ｍを牽引して支持するようになっている。つまり、支持フレーム１５に懸吊された重量物Ｍは、その重さとスプリング部材１６のバネ力がバランスした状態で、その高さ位置に保持される。

また、固定フレーム１２にはスプリング１６の伸縮方向（鉛直方向）にカム面１７ａを有するカム手段１７が配置されている。このカム面１７ａはスプリング部材１６で懸吊する重量物Ｍの高さ位置を安定化するため（その作用は前述の第一実施形態と同様）である。

上記カム面１７ａは、伸縮方向に第１カム領域Ｓ１と第２カム領域Ｓ２と第３カム領域Ｓ３で連続するカム曲線で形成され、後述するフォロア部材２０を介して重量物Ｍを懸吊するスプリング部材１６のバネ力を強弱調整する。第１カム領域Ｓ１はスプリング部材１６が伸張した状態で大きなバネ力が作用するかカム面１７ａに形成され、第３カム領域Ｓ３はスプリング部材１６が緊縮した状態で小さなバネ力が作用するカム面に設定されている。そして第２カム領域Ｓ２は第１カム領域Ｓ１と第３カム領域Ｓ３の中間に位置する変移点（点又は領域）に設定されている。

上記第１カム領域Ｓ１ではスプリング部材１６によるバネ力をカム面１７ａが軽減し、第３カム領域ではスプリング部材１６によるバネ力をカム面１７ａが増大させるように作用する。そして第２カム領域Ｓ２ではスプリング部材１６によるバネ力と重量物Ｍによる重力が互いに対向して釣り合う状態を形成する。上記第１カム領域Ｓ１及び第３カム領域Ｓ３のカム面の作用は後述する。

上記支持フレーム１５には、スプリング１６の伸縮方向（鉛直方向）と所定角度（θ）傾斜した傾斜面１８ａを有するガイド溝１８が形成されている。このガイド溝１８は後述するフォロア部材２０をカム面１７ａ側に圧接する角度方向に傾斜している。このようにガイド溝１８は支持フレーム１５に形成され、懸吊する重量物Ｍの荷重が傾斜面１８ａに作用するように形成されている。なお、図示の実施形態では支持フレーム１５の嵌合部１５ａにガイド溝１８を形成した関係で、固定フレーム１２の嵌合部１２ａにもガイド溝１８と同一口径若しくは大口径のガイド溝（開口溝；不図示）が形成してある。

上記ガイド溝１８にはスプリング部材１６のバネ力Ｆｂを支持フレーム１５に伝達するフォロア部材２０が嵌合されている。このフォロア部材は断面円形状のロール部材、シャフト（ロッド）部材、ピン部材などで構成され、ガイド溝１８の傾斜面１８ａとカム面１７ａとスプリング部材１６の自由端に形成されたフック２１に連結されている。これと共にスプリング部材１６は固定端１６ｘと自由端（フック２１）とは重力の採用する鉛直方向と所定角度γ（０＜γ＜９０度）だけ傾斜させてある。これはバネの張力を鉛直方向成分と水平方向成分に分力させるためである。

（１）スプリング部材１６に蓄えられたエネルギーが小さいとき（重量物懸吊部１４が高い位置の時）
図６に従って説明すると、フォロア部材２０は固定フレーム１２に摺動可能に接続されており、さらに重量物懸吊部１４との間でもカム面１８ａと摺動可能に接続されている。カム面１８ａは重量物懸吊部１４の移動方向（鉛直方向）に対して所定角度θ（０＜θ＜９０度）に傾けてある。また、フォロア部材２０には図５左方向（カム面と圧接する方向）へ移動しようとする力が発生する。

また、スプリング部材１６は重量物懸吊部１４の移動方向（鉛直方向）に対して平行ではなく、所定角度（γ）傾けている。これはスプリング部材バネ力を鉛直方向成分と水平方向成分（カム面と圧接する方向）に区分するためである。これによりフォロア部材２０には同図左方向へ移動しようとする力が発生する。この力（左に移動しょうとする力）の合計は（Ｗ・ｔａｎθ＋Ｆｓ・ｓｉｎγ）で表される。

上記（Ｗ・ｔａｎθ＋Ｆｓ・ｓｉｎγ）の力でカム面に押付けられたフォロア部材２０は、カム面ｂの傾斜（傾斜角α）を駆け上がる方向に作用し、その上方向の力の成分は（Ｗ・ｔａｎθ＋Ｆｓ・ｓｉｎγ）×（１／ｔａｎα）で表される。
よって、重量物懸吊部の発生する力は以下のようになる。
懸吊部に作用する力＝Ｆｓ・ｃｏｓγ＋（Ｗ・ｔａｎθ＋Ｆｓ・ｓｉｎγ）×（１／ｔａｎα）・・・（式１）

（２）スプリング部材１６に蓄えられたエネルギーが大きい時（重量物懸吊部が低い位置の時）
図７に従って説明すると、重量物懸吊部１４が低い位置の時には、フォロア部材２０の位置が移動してカム面１７ｂとの係合角度β（水平線方向と接線方向の間の角度）が変化する（先のα角度は懸吊物の落下を抑制する角度方向であるのに対し、β角度は懸吊物１４が上昇するのを抑制する角度方向）。一方、支持フレーム１５の懸吊部が低い位置の時でも、先の高い時と同様に、フォロア部材２０には図中左方向（カム面に圧接する方向）へ移動しようとする力が発生し、その力は、［Ｗ・ｔａｎθ＋Ｆｌ・ｓｉｎδ］でカム面１７ｂに押付けられている。その押付け力は、カム面１７ｂの傾斜（傾斜角β）を駆け下りる方向に移動しようとする力が働き、その力の下方向の成分はＷ・ｔａｎθ×（１／ｔａｎβ）で表される。
よって、出力台の発生する力は以下のようになる。
懸吊部１４に作用する力＝Ｆｌ・ｃｏｓδ−（Ｗ・ｔａｎθ＋Ｆｌ・ｓｉｎδ）×（１／ｔａｎβ）・・・（式２）

Ａ 重量物積載装置
１ 固定フレーム
１ａ 設置部
１ｂ バネ固定部
１ｃ 嵌合部
２ 支持フレーム
２ａ 載置台
２ｂ 嵌合部
３ スプリング部材
３ａ 固定端
３ｂ 自由端

Claims (9)

1. 重量物を支持する支持フレームと固定フレームとの間に配置されたスプリング部材のバネ力で重量物を支持する機構であって、
   固定フレームと、
   前記固定フレームに対して相対的に接近及び離間可能に配置された支持フレームと、
   前記固定フレームと支持フレームとの間に配置され、支持フレームの移動方向に伸縮するスプリング部材と、
   前記スプリング部材の伸縮方向と交差する方向に移動可能に配置されスプリング部材のバネ力を前記支持フレームに伝達するフォロア部材と、
   前記スプリング部材から前記支持フレームに作用するバネ力を増減調整するカム面を有するカム部材と、
   前記カム面に前記フォロア部材を圧接する付勢手段と、
   を備え、
   前記フォロア部材は、
   前記スプリング部材から作用されるバネ力と前記付勢手段から作用される付勢力によって前記カム面に沿って前記スプリング部材の伸縮方向と同時にこの伸縮方向と交差する方向に移動することを特徴とする重量物支持機構。
2. 前記カム部材のカム面は、
   前記スプリング部材の伸縮方向と所定角度で交差する方向に配置されていると共に、
   前記フォロア部材に作用するバネ力を低減させる第１の係合領域と
   前記フォロア部材に作用するバネ力を増大させる第２の係合領域と
   を有し、
   前記付勢手段は、
   前記第２の係合領域に沿って前記フォロア部材を押し上げる方向の力を、
   前記第１の係合領域に沿って前記フォロア部材を押し下げる方向の力を、
   及ぼすことを特徴とする請求項１に記載の重量物支持機構。
3. 前記カム部材のカム面は、
   前記第１の係合領域でフォロア部材に係合する接線方向角度と、
   前記第２の係合領域でフォロア部材に係合する接線方向角度と、
   は水平方向を基準に異なる角度方向に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の重量物支持機構。
4. 前記カム面は、前記スプリング部材の伸縮方向にバネ力を低減させる第１の係合領域と、バネ力を増大させる第２係合領域との順に配置され、
   前記フォロア部材に作用するスプリング部材のバネ力を平滑化することを特徴とする請求項２に記載の重量物支持機構。
5. 前記カム部材は、前記固定フレームに配置され、
   このカム部材には、前記スプリング部材の伸縮方向に前記カム面を有する溝カムが形成され、
   この溝カムには、前記フォロア部材に伝達するバネ力の作用を低減させる係合領域と、バネ力を増大させる係合領域を有するカム面が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の重量物支持機構。
6. 前記付勢手段は、
   前記支持フレームに設けられた前記フォロア部材と係合する係合面で構成され、
   この係合面は、前記支持フレームに作用する荷重によって前記フォロア部材を前記カム面に向けて圧接するように前記スプリング部材の伸縮方向に対して所定角度傾斜していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の重量物支持機構。
7. 前記固定フレームには、前記スプリング部材を固定するバネ固定部が、
   前記支持フレームには、重量物を積載支持若しくは重量物を懸吊する重量支持部が、
   それぞれ形成され、
   前記固定フレームと前記支持フレームとは互いに摺動可能に嵌合する嵌合部で連結されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の重量物支持機構。
8. 重量物を積載支持する重量支持部材と、
   前記重量支持部材をスプリング部材のバネ力で所定の高さ位置に支持する重量物支持機構と、
   で構成され、
   前記重量物支持機構は請求項１から７のいずれか１項に記載の重量物支持機構で構成され、
   前記スプリング部材は重量物に作用する重力方向に伸縮可能に配置されていることを特徴とする重量物積載装置。
9. 重量物を懸吊する重量支持部材と、
   前記重量支持部材をスプリング部材のバネ力で所定の高さ位置に懸吊支持する重量物支持機構と、
   で構成され、
   前記重量物支持機構は請求項１から８のいずれか１項に記載の重量物支持機構で構成され、
   前記スプリング部材は重量物に作用する重力方向に伸縮可能に配置されていることを特徴とする重量懸吊装置。

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