JP6125885B2 - 重量物支持機構及びこれを用いた重量物積載装置 - 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保持する際に、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比較的自由に設定することが可能である重量物支持機構の提供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第１と第２のカム面と、これらのカム面にフォロア部材を圧接する付勢手段とを設け、この第１のカム面は重量物の影響を低減させる摩擦力を、第２のカム面はバネ力の影響を低減させる摩擦力を発生させ、上記フォロア部材をスプリングの伸縮方向と共にこれと交差する方向に移動可能にしてフォロア部材とカム面との係合をコントロールす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及ぶバネ力の作用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（１０）とを備える。

そして上記カム部材は、フォロア部材に作用する重量物の重量とスプリング部材のバネ力をバランスさせる第１のカム面（１１ａ）と第２のカム面（１１ｂ）を有し、この第１のカム面（１１ａ）は、重量物の重量がフォロア部材に及ぶのを低減させる摩擦力を生起し、また第２のカム面（１１ｂ）は、バネ力がフォロア部材に及ぶのを低減させる摩擦力を生起するようにフォロア部材と係合させる。このフォロア部材はスプリング部材のバネ力と付勢手段の付勢力と重量物の重量によって第１、第２のカム面に沿ってスプリング部材の伸縮方向と同時に伸縮方向と交差する方向に移動するように構成する。

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これと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。

重量物の重力方向に伸縮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、このフォロア部材にはバネ力を補強する第１のカム面とバネ力を低減する第２のカム面が設けてあるので重量物をその重量変化に影響されることなく安定して保持することと、重量物を支持する高さ位置をある程度フリーに設定することが可能となる。

つまり、重量物の重力方向に伸縮するスプリング部材のバネ力をフォロア部材を介して支持フレームに伝達する際に、バネ力が弱い伸張状態のときには重量物の影響を低減する摩擦力が第１カム面とフォロア部材との間に発生し、逆にバネ力が強い緊縮状態のときにはバネの影響を軽減する摩擦力が第２カム面とフォロア部材との間に発生するように構成しているので重量物の重量がある程度変化しても、また重量物を支持する支持フレームの高さ位置がある程度上下に変化しても比較的安定して重量物を支持することができる。

また、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このカム面とスプリングを直交方向に配置する場合に比べ装置の小型化とコンパクト化が達成される。

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ｚ−ｚ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、カム面に作用する力の関係を、（ｂ）はフォロア部材が図示Ｐo1位置のとき、（ｃ）はフォロア部材が図示Ｐo3位置のときの力関係を示す。 本発明にかかわる重量物積載装置（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（第２実施形態）における重量物支持機構の動作状態を力の関係を示す説明図であり、（ａ）はスプリング部材が伸張した状態ときを、（ｂ）はスプリング部材が緊縮した状態のときを示す。

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。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は床面、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。このほか、固定フレームは構造物（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。

図示の設置部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部材３の固定端３ａ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。この高さ位置Ｈは後述するように所定の高さ（Ｈ±δｈ）で安定するように重量物の重量とバネバランスが計られている。

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１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。つまり支持フレーム２は固定フレーム１に嵌合連結されて接近及び離間可能に支持されることなく、固定フレーム１とは異なる建造物フレーム、装置フレームなどに取り付けても、支持フレーム２と固定フレーム間が接近及び離間可能であれば良い。

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（図示のものは断面矩形状）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、図示実施形態では圧縮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、その一端部を固定端３ａ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（このほかスプリング部材は非線形コイルバネで構成してもよい）。

図２（ｂ）に従ってスプリング部材３について説明する。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３ｂ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との係合面を備えている。

図示のキャップ部材４の係合面は、後述する付勢カム面１１を構成し、このカム面（付勢カム面）はスプリング部材３のバネ力Ｆｂをフォロア部材７に伝達する。これと共に付勢カム面１１はスプリング部材３のバネ力をフォロア部材７がカム部材８のカム面９（制御カム面）に圧接する付勢力を付与するように構成されている。

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。そこでこのフォロア部材７は、スプリング部材の伸縮方向（図１上下）／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；図１左右）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６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（σ）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（Ｈ）が上下振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（Ｈ）にスプリングのバネ力で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）するためのカム面９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。互いに対向する重量物６の重力とスプリング部材３のバネ力との間に重力方向及びこれと所定角度で交差する方向（図示のものは直交する水平方向）に移動可能なフォロア部材７を配置する。そしてこのフォロア部材７に、重量物６の重力とスプリング部材３はバネ力を作用させ、同時にバネ力を増大、抑制する制御カム面９をそれぞれ異なる方向から係合させる。

図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにフォロア部材７には、重量物６の荷重を作用させる係合点ｐ１と、フォロア部材７をカム面側に付勢する付勢カム面の係合点ｐ２と、カム部材８のカム面の係合点ｐ３で異なる３方向から力が作用している。そして重量物の係合点ｐ１とバネ力の係合点ｐ２とは互いに対向する反対方向に作用し、バネ力の係合点ｐ２は図３（ｂ）では左偏り方向に、同図（ｃ）では右偏り方向で対峙している。そしてカム面の係合点ｐ３は図３（ｂ）では右側に、同図（ｃ）では左側から係合している。

従ってフォロア部材７には重力の作用方向上下から重量物の荷重とスプリング部材３のバネ力が対抗するように係合し、同時にカム部材８のカム面９に所定の圧力で圧接する３点係合関係が形成されている。そしてカム面９にフォロア部材７を圧接する付勢力は、スプリング部材３のバネ力を分力する付勢カム面１１（後述）から付与されている。以下、カム手段、付勢手段の順に説明する。

「カム手段」
上述のように重量物６を支持する支持フレーム２は、重力の作用する方向（図１上下方向）に上下動可能に固定フレーム１に支持されている。この固定フレーム１と支持フレーム２の間には上述のスプリング部材３が配置され、その伸縮方向（図１上下方向）に第１、第２のカム面９ａ、９ｂを有するカム部材８が配置されている。

カム部材８は固定フレーム１、若しくはこの固定フレーム１とは異なる装置フレーム（不図示）に配置されている。図１のカム部材８は固定フレーム１に形成され、所定長さ（Ｓ）を有する溝カム８Ｃで形成されている。この溝カム８Ｃは、所定の（溝）間隔Ｄを隔てて互いに対向する第１カム面９ａと第２カム面９ｂで形成されている。溝カム８Ｃの間隔Ｄはフォロア部材７のロッド径が適合する間隔（Ｄ≧ｄ；ｄはロッド径）に形成されている。図示の溝カム８Ｃの間隔Ｄはロッド径ｄとの間に少許の間隙ｇａ（クリアランス）を形成して、Ｄ＝（ｄ＋ｇａ）の関係になっている。

図示の溝カム８Ｃは水平方向と角度θを有する方向に配置され、係合するフォロア部材７がスプリング部材３の伸縮方向（図１上下）に上下動（鉛直方向；ｘ）するのと同時に、その直交方向（水平方向；ｙ）に移動するような傾斜角度θ（０度＜θ＜９０度）に設定されている。この角度は３０度〜４５度位に設定するのが好適である。

なおこの溝カム８Ｃには、バネの伸縮方向の下方に第２カム面９ｂが、上方に第１カム面９ａが形成されている（図２（ｂ）参照）。従ってスプリング部材３が緊縮した状態ではフォロア部材７は第２カム面９ｂに係合し、スプリング部材３が伸張した状態では第１カム面９ａに係合する。この第１カム面９ａと第２カム面９ｂとの間には、中立点Ｓ２が介在し、第１カム面９ａはストローク領域Ｓ１、第２カム面９ｂはストローク領域Ｓ３に中立点Ｓ２を挟んで配置されている。この第１、第２カム面９ａ、９ｂの作用については後述する。

なお、溝カム８Ｃは直線形状に形成する場合を示しているが、必ずしも直線形状に限らず、湾曲した形状（半円弧形状）であっても良い。そして溝カム８Ｃの形状はスプリング部材３と、重量物の重さ（Ｗ）をバランスさせる最適の形状に形成する。この場合スプリング部材３は伸び量に比例してバネ力が変化するため、その変化量をカム面で補正するカム曲線で形成する。

「付勢手段」
上述のように本発明は、重量物６の重量をスプリング部材３でバランスさせて重量物の所定の高さ位置に保持することを目的とし、荷重量の変化、高さ位置の変化を重量物とスプリング部材３との間に配置したフォロア部材７（バネ力伝達手段）とカム面９との間の摩擦力で調整（平滑化）している。このため上述のカム部材８のカム面９（９ａ、９ｂ）にフォロア部材７を圧接する付勢手段が必要となる。以下図示の付勢手段１０について説明する。

図１の実施形態では付勢手段１０をスプリング部材３のキャップ部材４に形成した付勢カム面１１で形成する場合を示している。この付勢カム面１１はスプリング部材３のバネ力Ｆｂをフォロア部材７にバネ伸縮方向と直交する方向に分力を付与するように構成されている。

図２に付勢手段１０の詳細な構成を、図３にカム面に作用する力の関係をそれぞれ示す。図２に示すようにスプリング部材３の自由端３ｂにはキャップ部材４が嵌合され、その表面にはバネの伸縮方向と交差する方向（図示は直交する水平方向）にカム面（図２符号１１）が形成されている。このカム面１１はスプリング部材３のバネ力をフォロア部材７が前述のカム部材８のカム面９に付勢する方向に分岐（偏向）している。以下このスプリング部材３に一体化されたカム面を付勢カム面１１（１１ａ、１１ｂ）と称し、前述のカム部材８のカム面を制御カム面９（９ａ、９ｂ）と称する。

上記付勢カム面１１は、スプリング部材３の自由端３ｂに取り付けたキャップ部材４に形成され、フォロア部材７に係合するカム面１１ａとカム面１１ｂで構成されている。カム面１１ａはフォロア部材７を第１カム面９ａに圧接する方向に、カム面１１ｂはフォロア部材７を第２カム面９ｂに圧接する方向に力を付与している。この圧接力はバネ力としてスプリング部材３からフォロア部材７に伝達される。この付勢カム面１１は後述するようにフォロア部材７に対してカム面１１ａとカム面１１ｂとは異なる方向から圧接力を付与するカム曲線に形成されている。

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。

第１カム面９ａ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７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Ｐｏ２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２カム面９ｂ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Ｐｏ３位置のときには、フォロア部材７とカム面９ａは角度λ（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１０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に従ってカム部材８に嵌合されたフォロア部材７に作用する力の作用関係を説明する。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が高い位置のとき図３：Ｐｏ１位置）。このときフォロア部材７には図３（ｂ）に示すように付勢カム面１１ａがｐ２位置でその法線方向にスプリング部材３のバネ力の分力を付与している。また制御カム面９ａと重量物の荷重がｐ１位置で作用している。そして、同図に示すように重量物の荷重が作用するｐ１点を頂点に付勢カム面１１ａの作用点ｐ２と制御カム面９ａの作用点ｐ３が三角形を形成している。そして、その力の関係はフォロア部材７には図３（ａ）右方向（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・ｔａｎδで表される。

上記Ｗ・ｔａｎδの力で第１カム面９ａに押付けられたフォロア部材７は、制御カム面９ａの傾斜（傾斜角度ε）を駆け上がる方向に作用し、その上方向の力の成分はＷ・ｔａｎδ×（１／ｔａｎε）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・ｔａｎδ×（１／ｔａｎε）］
なおＷ；重量物の重さ、δ；フォロア部材に対する支持フレームの係合接線と付勢カム面の係合接線の間の角度、ε；フォロア部材に係合する制御カム面の接線方向角度（図３の角度θ）。

（２）スプリング部材に蓄えられたエネルギーが大きいとき（積載部２ａが低い位置のとき図３：Ｐｏ３位置）積載部２ａが低い位置のときには、フォロア部材７の位置が移動してカム面９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が低い位置のときでも、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・ｔａｎλ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ε）を駆け下りる方向に作用し、その力の下方向の成分はＷ・ｔａｎλ×（１／ｔａｎε）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・ｔａｎλ×（１／ｔａｎε）］
なおＷ；重量物の重さ、λ；フォロア部材と支持フレームの係合面の間の角度、ε；フォロア部材に係合する制御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をスプリング部材３のバネ力と重量物の荷重をバランスさせるカム面９（９ａ、９ｂ）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任意に移動させて上下動する。そしてカム面９にはバネ力Ｆｂを増大させる第１カム面９ａ（ストローク領域Ｓ１）とバネ力を低減させる第２カム面９ｂ（ストローク領域Ｓ３）を形成し、第１カム面９ａではカム面はフォロア部材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２カム面９ｂではカム面はフォロア部材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、中立点Ｓ２はストローク領域Ｓ１とＳ３の中間に位置する変移点に設定され、この中立点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（カム面の影響を受けない力関係）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カム面９ａに、逆に押し下げる方向に外力が作用すると第２カム面９ｂに移行する。

そして、第１カム面９ａ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：Ｐｏ１位置）でその位置に保持され、第２カム面９ｂ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：Ｐｏ３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ε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７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に示す重量物積載装置Ａについて説明する。前述の第１実施形態では付勢手段１０をスプリング部材３の自由端に設けた付勢カム面１１で構成する場合を示したが、この付勢カム面を、互いに対向するスプリング部材側に付勢カム面を、支持フレーム側に加圧カム面を形成しても良く、その形態を説明する。

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に、固定フレーム１６を固定する。固定フレーム１６は、中空筒形状のフレーム枠構造に構成され、嵌合部１６ａが設けられている。この嵌合部１６ａには、支持フレーム１７の嵌合部１７ａが嵌合され、固定フレーム１６と支持フレーム１７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１６にはバネ固定部１６ｂが設けられ、コイルスプリング１８の固定端１８ａを固定してある。またコイルスプリング１８の自由端１８ｂ（図４上端部）にはキャップ部材１８ｃ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１７には、載置部１７ａが設けられ、重量物Ｗを載置支持するようになっている。つまり、支持フレーム１７に支持された重量物Ｗは、その重さとスプリング部材１８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１６にはスプリング１８の伸縮方向（鉛直方向）にカム面１９を有するカム手段２０が配置されている。このカム面１９はスプリング部材１８で支持する重量物Ｗ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１９は、伸縮方向に第１カム面１９ａと中立点Ｓ２と第２カム面１９ｂを有する溝カムで構成され、後述するフォロア部材２１を介して重量物Ｗを支持するスプリング部材１８のバネ力を強弱調整する。第１カム面１９ａはスプリング部材１８が伸張した状態で大きなバネ力が作用するカム面に形成され、第２カム面１９ｂはスプリング部材１８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。そして中立点Ｓ２は第１カム面１９ａと第２カム面１９ｂの中間に位置する変移点（点又は領域）に設定されている。この第１、第２カム面を構成する溝カム２０の構成は第１実施形態と同一である。

上記第１カム面１９ａではスプリング部材１８によるバネ力とカム面１９ａの摩擦力が協働して重量物の荷重を支持し、第２カム面１９ｂではスプリング部材１８によるバネ力をカム面が軽減するように作用する。つまりスプリング部材１８が伸張して弱いバネ力のときにはフォロア部材２１は第１カム面１９ａと係合し、スプリング部材１８と共に重量物を支持する。またスプリング部材１８が緊縮して強いバネ力のときにはフォロア部材２１は第２カム面１９ｂと係合し、バネ力を低減させて重量物を支持する。そして中立点Ｓ２ではスプリング部材１８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カム面１９ａ及び第２カム面１９ｂ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。

そこで、第１、第２カム面１９ａ、１９ｂにフォロア部材２１を圧接させて摩擦力生起する付勢手段２２について説明する。上記スプリング部材１８には、その自由端１８ｂにキャップ部材１８ｃが嵌合され、このキャップ部材に付勢カム面２３が形成されている。この付勢カム面２３の構成は第１実施形態と同様である。

上記付勢カム面２３は、スプリング部材１８の自由端１８ｂに取り付けたキャップ部材１８ｃに形成され、フォロア部材２１に係合するカム面２３ａとカム面２３ｂで構成されている。カム面２３ａはフォロア部材２１を第１カム面１９ａに圧接する方向に、カム面２３ｂはフォロア部材２１を第２カム面１９ｂに圧接する方向に力を付与している。この圧接力はバネ力としてスプリング部材１８からフォロア部材２１に伝達される。この付勢カム面２３は後述するようにフォロア部材２１に対してカム面２３ａとカム面２３ｂとは異なる方向から圧接力を付与するカム曲線に形成されている。

上記フォロア部材２１には付勢カム面２２からスプリング部材１８のバネ力が伝達され、これと共に支持フレーム１７から重量物の荷重が伝達され、このバネ力と荷重がバランスされたとき、支持フレームはその位置に保持される。そこで、図示の実施形態では支持フレーム１７に加圧カム面２４ａ、２４ｂが形成されている。

その構成と作用を説明すると図５（ａ）はスプリング部材１８が伸張した状態を示し、支持フレーム１７あるいは重量物に上方に持ち上げられるような外力が作用した場合である。このとき、フォロア部材２１は付勢カム面２３ａと加圧カム面２４ａに上下から挟まれ図示矢印方向（右方向）の力を受ける。これによってフォロア部材２１は第１カム面１９ａに圧接され摩擦力が発生する。この摩擦力は重量物が重力で落下するのを阻止する方向に作用するため、重量物はスプリング部材１８のバネ力とカム面の摩擦力でその位置に保持される。

図５（ｂ）はスプリング部材１８が緊縮した状態を示し、支持フレーム１７あるいは重量物の下方に押し下げるような外力が作用したときである。このとき、フォロア部材２１は付勢カム面２３ｂと加圧カム面２４ｂに上下から挟まれ図示矢印方向（左方向）の力を受ける。これによってフォロア部材２１は第２カム面１９ｂに圧接され摩擦力が発生する。この摩擦力はバネ力でフォロア部材２１が上方に移動するのを阻止する方向に作用する。このため重量物は、スプリング部材１８のバネ力で上方に移動することなくその位置に保持される。

以上の構成においてフォロア部材２１の支持機構を図５（ａ）（ｂ）に従って説明する。フォロア部材２１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１８のバネ力Ｆｂと、カム面１９の抗力と、付勢手段２２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２１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１９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。

本発明は、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に関するものであって、産業上の利用可能性を有する。

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
４ キャップ部材
７ フォロア部材（バネ力伝達部材）
９ 制御カム面
９ａ 第１カム面
９ｂ 第２カム面
１０ 付勢手段
１１ 付勢カム面（１１ａ、１１ｂ）
ｐ１ 重量物の係合点
ｐ２ バネ力の係合点
ｐ３ カム面の係合点
２３ａ、２３ｂ 付勢カム面
２４ａ、２４ｂ 加圧カム面

Claims (7)

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およぶバネ力の作用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、
   前記カム部材は、前記フォロア部材に作用する重量物の重量とスプリング部材のバネ力をバランスさせる第１のカム面と第２のカム面を有し、
   前記第１のカム面は、重量物の重量がフォロア部材に及ぶのを低減させる摩擦力を、
   前記第２のカム面は、バネ力がフォロア部材に及ぶのを低減させる摩擦力を、
   生起するように前記フォロア部材と係合し、
   このフォロア部材は前記スプリング部材のバネ力と前記付勢手段の付勢力と前記重量物の重量によって前記第１、第２の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. 前記カム部材は、
   前記固定フレームに配置され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傾斜したストローク長を有する溝カムで構成され、
   前記溝カムには、
   前記第１のカム面と第２のカム面が間隔を隔てて対向する面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の重量物支持機構。
3. 前記付勢手段は、
   前記スプリング部材の自由端に取り付けられた付勢カムで構成され、
   前記付勢カムには前記スプリング部材の伸縮方向と交差する方向に付勢カム面が形成されていると共に、この付勢カム面は前記フォロア部材にスプリング部材のバネ力で伸縮方向と交差する方向の付勢力を付与することを特徴とする請求項１又は２に記載の重量物支持機構。
4. 前記フォロア部材は略断面円形状に形成され、
   このフォロア部材には、
   前記重量物の重量が作用する荷重負荷面と、
   前記スプリング部材のバネ力が作用するバネ加圧面と、
   前記付勢手段の付勢力が作用する付勢面と、
   がそれぞれ異なる接線角度を有する接触面で係合し、
   前記荷重負荷面は前記支持フレームに、
   前記バネ圧面は前記スプリング部材に、
   前記付勢面は前記付勢手段に、
   それぞれ配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項に記載の重量物支持機構。
5. 前記第１、第２カム面は、
   前記スプリング部材の伸縮方向で前記固定フレームの設置側からみて、バネ力の作用を低減させる第２カム面、重量物の重量の作用を低減させる第１カム面の順に配置され、
   前記重量物の重量を、前記スプリング部材のバネ力と前記第１カム面と前記フォロア部材との間の摩擦力で支えてバランスさせ、
   前記第２カム面と前記フォロア部材との間の摩擦力が、前記スプリング部材のバネ力を抑制して、前記重量物の重量と前記スプリング部材のバネ力とのバランスを得ることを特徴とする請求項１に記載の重量物支持機構。
6. 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積載する重量支持部が、
   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５のいずれか１項に記載の重量物支持機構。
7. 重量物を積載支持する積載部と、
   前記積載部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６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。

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