JP6283193B2

JP6283193B2 - 荷重支持機構

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Publication number: JP6283193B2
Application number: JP2013214254A
Authority: JP
Inventors: 青柳　達三; 達三青柳; 洋人秋山; 徹落合
Original assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Current assignee: Canon Finetech Nisca Inc
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: JP2015075231A

Description

本発明は、様々な物品等の荷重を支持するための支持機構に関し、特に対象の物品を所望の位置にかつ変位可能に支持するための荷重支持機構に関する。

従来より、コンピューターやテレビのモニター装置、ＯＡ机や作業テーブルの天板、重量物等の物品を所望の高さ位置にかつ昇降可能に支持するために、様々な支持機構が提案されている。例えば、モニター装置を上下に移動でき、一定の支持力で位置決めできるモニター装置支持機構が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１記載のモニター装置支持機構は、少なくとも１つのカムと、少なくとも１つのカム従動部材と、ばね等のエネルギー保存部材と、モニター装置を取り付けるための移動体とを備える。このモニター装置支持機構は、固定された基台に沿って移動体が移動すると、ばねがカムによって圧縮／伸張し、該ばねに保存される弾性エネルギーが増加／減少する。前記ばねのばね力は、カム従動部材に対するカム面からの反力に変換され、この反力には、移動体の移動方向への第１成分と、それに略直交する第２成分とが含まれる。カムの形状は、ばねの圧縮／伸張によって第２成分が増加／減少しても、移動方向への第１成分が一定に保たれ、移動体及びモニター装置に対して略一定の支持力が作用するように設計される。

特許文献１によれば、このようなばねとカム形状との組み合わせによって、移動中の移動体及びモニターをその移動方向に付勢する力は略一定に保たれる。従って、移動体又はモニター装置に手で僅かな力を加えると、モニター装置を簡単に移動でき、前記力を解除すると、移動体及びモニター装置はその新たな支持位置に定位する。

特開２００２−３０３３０４号公報

この種の物品支持機構は、実用上の観点から見て、構造が簡単で部品点数が少なく、小型かつ軽量に構成することが好ましい。ところが、特許文献１に記載のモニター装置支持機構では、エネルギー保存部材のコイルばねが、その軸方向をモニター装置の移動方向と略直交させた向きに配置され、そのばね力で、移動体に回転可能に取り付けられた腕部材の先端のカム従動部材をカム面に押圧している。モニター装置を支持する力は、カム従動部材に対するカム面からの反力の全部ではなく、移動体の移動方向の第１成分によってのみ得られる。

そのため、エネルギー保存部材として、移動体及びモニター装置の重量よりも相当大きいばね力を発揮し得る大型のコイルばねが必要である。しかも、このコイルばねは、カムの前側及び／又は背後に配置されている。その結果、特許文献１のモニター装置支持機構は、装置全体が特に奥行き方向に大型化し、構造が複雑になるから、小型化・軽量化を図ることは困難である。

更に、特許文献１に記載のモニター装置支持機構は、モニター装置の支持力がばねとカム形状との組み合わせによって決定されるから、重量の異なるモニター装置を支持するためには、ばねとカム形状とを取り替えたり支持機構自体を交換することが必要になる。そのため、支持する対象物品の重量毎に個別の支持機構又は構成部品を用意しなければならず、価格も高くなるという問題が生じる。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、物品等の荷重を支持するための荷重支持機構であって、構造が比較的簡単で部品点数が少なく、小型かつ軽量であり、構成部品や装置全体を取り替えることなく、荷重の異なる対象物品を所望の位置にかつ変位可能に支持することができる荷重支持機構を提供することにある。

本発明の荷重支持機構は、固定部材に関して所定の移動方向に沿って所定の範囲で移動可能な、荷重を支持するための支持部材と、
その一端が固定部材に固定され、かつ他端が前記荷重に抗して支持部材にその移動方向に沿った向きに付勢力を発揮するばね部材と、
支持部材又はばね部材の少なくともいずれか一方に、前記付勢力の方向に関して所定の角度で傾斜するように設けられ、支持部材とばね部材の他端との間で前記荷重及び付勢力を伝達しかつそれらと共に前記移動方向に沿って変位する第１カム面と、
固定部材に、前記付勢力の方向に関して所定の角度で傾斜するように設けられた第２カム面と、
第１カム面及び第２カム面に当接し、第１カム面と第２カム面との間に保持されるカムフォロアと、
固定部材に設けられ、前記荷重及び／又は付勢力に対して第１カム面に、前記付勢力の方向と直交する向きにその変位を規制する反力を発生する側方支持部とを備え、
第２カム面のカムフォロアへの押圧力が、支持部材の移動可能な前記所定の範囲においてその位置によって発生する前記付勢力の方向に沿った第１方向の成分と、少なくとも前記付勢力の方向に直交する第２方向の成分とを含み、
ばね部材の前記一端がその位置を前記付勢力の方向に沿って調節可能であり、
第１カム面及び第２カム面が、ばね部材の前記一端の位置を調節しても、カムフォロア周りに作用する前記荷重とばね部材の付勢力と第２カム面のカムフォロアへの押圧力と側方支持部の第１カム面への反力とが、支持部材の移動可能な前記所定の範囲において平衡するように設計されていることを特徴とする。

ここで、「平衡」とは、本願明細書を通して、或る物体又は部材（例えば、カムフォロア）にいくつかの外力が作用しているときに、それらの合力が０であり、その結果、その物体又は部材が静止している状態にあることをいうものとする。また、前記物体又は部材に作用する外力には、該物体又は部材と他の物体又は部材との間に発生する摩擦力、該物体又は部材に前記外力を作用させる他の物体又は部材において発生する摩擦力が含まれる。

このような構成において、第１カム面からカムフォロアへの押圧力は、前記付勢力の方向に沿った第１方向の成分と、それに直交する第２方向の成分とを含み、この第２方向の成分は側方支持部の第１カム面への反力である。従って、カムフォロア周りに作用する前記力が平衡状態にあるとき、前記付勢力の方向には、前記荷重と、ばね部材の付勢力と、第２カム面のカムフォロアへの押圧力の第１方向の成分とが平衡し、前記付勢力の方向に直交する方向には、側方支持部の第１カム面への反力、即ち第１カム面からカムフォロアへの押圧力の第２方向の成分と、第２カム面のカムフォロアへの押圧力の第２方向の成分とが平衡している。

通常、ばね部材の付勢力はその変位によって変動するから、支持部材の位置によって荷重より小さく又は大きくなる。本発明によれば、カムフォロア周りで前記荷重、付勢力、押圧力及び反力が平衡状態にあるとき、前記付勢力の方向において、第２カム面のカムフォロアへの押圧力の第１方向の成分が、ばね部材の付勢力が荷重より小さい場合は、これを補助する向きに作用し、荷重より大きい場合は、これを削減する向きに作用することになる。従って、支持部材の移動可能な所定の範囲において、荷重を支持した状態で支持部材を所望の位置に保持しかつ少ない力で簡単に移動させることができる。

しかも、本発明の荷重支持機構は、ばね部材の前記一端の位置を前記付勢力の方向に沿って調節することによって、ばね部材の初期付勢力を調整でき、異なる大きさの荷重に対しても、第１カム面及び第２カム面がカムフォロア周りにおける前記平衡状態を維持するので、支持部材を所望の位置に静止させかつ移動可能に保持することができる。しかも、荷重の大きさの変動に対して、第１カム面、第２カム面又はばね部材を取り替えたり装置全体を交換する必要がないから、有利である。

また、ばね部材は、支持部材の全移動範囲において荷重を超える大きさの付勢力を発揮する必要が無い。従って、比較的小型で軽量なものを採用することが可能であり、装置全体の小型化、軽量化を図ることができる。

或る実施態様では、第２カム面が、支持部材の移動可能な前記所定の範囲において、第２カム面のカムフォロアへの押圧力の第１方向の成分が前記付勢力の方向に作用する第１の領域と、該第２カム面のカムフォロアへの押圧力の第１方向の成分が前記付勢力の方向とは逆向きに作用する第２の領域とを有する。このように構成すると、第２カム面の前記付勢力の方向に対する傾きの大きさは、第１の領域又は第２の領域の一方が過度に大きくなったり小さくなることがない。従って、支持部材を所望の位置に移動させる際に、カムフォロアを第２カム面の全体に亘って円滑に従動させることができる。

別の実施態様では、前記荷重支持機構は、第１カム面が、支持部材と一体に移動方向に沿って変位するように設けられた支持部材のカム面と、ばね部材の他端と一体に移動方向に沿って変位するように設けられたばね部材の他端のカム面とからなり、支持部材のカム面とばね部材の他端のカム面とがそれぞれカムフォロアに当接し、かつ該カムフォロアを挟んで互いに対向し、第２カム面との間で前記カムフォロアを保持する。

図１は、本発明による荷重支持機構の実施態様の斜視図である。図２は、本実施態様の分解斜視図である。図３は、標準モードで載置プレートが最上位置にある本実施態様の縦断面図である。図４は、図３のIV-IV線における断面図である。図５は、図３における要部間の関係を説明する図である。図６は、載置プレートが中間位置にある場合の図５と同様の説明図である。図７は、載置プレートが最下位置にある場合の図５と同様の説明図である。図８は、軽量モードにおける図３と同様の縦断面図である。図９は、重量モードにおける図３と同様の縦断面図である。

以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施態様を詳細に説明する。尚、添付図面において、本明細書全体を通して類似の構成要素には、同様の参照符号を付して表すこととする。

図１及び図２は、本発明による荷重支持機構の好適実施態様である物品支持装置１を概略的に示している。同図に示すように、本実施態様の物品支持装置１は、基部部材２と、支持部材３と、圧縮コイルばねからなるばね部材４と、ばね力伝達部材５と、カムフォロア部材７とを備える。更に物品支持装置１は、ナット付きばね座板６と調節ねじ軸１０とを組み合わせてなる、後述する直線作動機構を備える。

基部部材２は、垂直方向に延長しかつ上向きに開口する矩形筒状の固定コラム８を有する。固定コラム８の下端には、物品支持装置１を床面や作業台面に設置するために、ベースプレート９が一体に設けられている。

支持部材３は、垂直方向に延長しかつ下向きに開口する矩形筒状の可動コラム１１と、所望の物品を載置するために可動コラム１１の上端に一体に設けられた載置プレート１２とを有する。載置プレート１２の上面中央には、前記物品を位置決めするための位置決めピン１３が突設されている。可動コラム１１の対向する１対の側面１１ａには、可動コラム１１の長手方向に関して斜めに、該可動コラムの略全幅に亘って延長する同一形状かつ寸法の１対の第１カム溝１４が、対向位置に形成されている。各第１カム溝１４は、可動コラム１１の中心軸に関して所定の角度で直線状に傾斜する内周上側の端面からなる下向きカム面１５を有する。

ばね力伝達部材５は、垂直方向に延長しかつ下向きに開口する短い八角形筒状のスライド部１６と、該スライド部の上端に一体に設けられた同一形状かつ寸法の１対のカム１７とを有する。カム１７は、互いにかつスライド部１６の対向する或る１対の側面１６ａと平行に、該スライド部の中心軸に関して鏡面対称に配置された平板カムである。各カム１７は、スライド部１６の略全幅に亘って延長し、該スライド部の中心軸に関して所定の角度で直線状に傾斜する上端面からなる上向きカム面１８を有する。

図３及び図４に示すように、支持部材３の可動コラム１１の内孔１１ｂ内には、ばね力伝達部材５が、内孔１１ｂの各内面にスライド部１６の隣接する外側面を摺接させて、上下方向に相対的に摺動可能に挿入されている。ばね力伝達部材５は、可動コラム１１の中心軸に関して、各カム１７とそれに対応する前記可動コラムの第１カム溝１４とがそれぞれ同じ側になるように配置される。このとき、下向きカム面１５と上向きカム面１８とは、互いに傾斜方向を逆向きにして対向するように配置される。

固定コラム８の対向する１対の側面８ａには、それぞれ上下方向に延長する同一形状かつ寸法の第２カム溝２１が、対向位置に形成されている。第２カム溝２１は、その内周の図３において左側、即ち上向きカム面１８及び下向きカム面１５を向いた側の端面からなる横向きカム面２２を有する。横向きカム面２２は、その上端から下端まで全長に亘って又は部分的に接線方向の傾きが変化するように、図中右向きに即ち上向きカム面１８及び下向きカム面１５を向いて凸状に湾曲している。

カムフォロア部材７は、例えば金属製の真直ぐな円形ロッドからなり、その外周には、前記ロッドの軸線方向に沿って複数の同一外径の転がり軸受が嵌装されている。これにより、カムフォロア部材７は、後述するように前記各軸受を上向きカム面１８、下向きカム面１５及び横向きカム面２２にそれぞれ当接させて円滑に転動することができる。別の実施例では、前記軸受を省略することもできる。

ばね座板６は、固定コラム８の内孔８ｂの断面と略同じ矩形形状及び寸法を有する平板状をなし、その上面には、ばね部材の下端を受けるために円形の浅いばね受け面６ａが凹設されている。ばね座板６の中央には、雌ねじ部を有するナット部１９が垂直上向きに一体に立設されている。更にばね座板６には、一方の側辺の中央から小さい突起２０が外向きに突設されている。

調節ねじ軸１０は、比較的長いねじ部２３と、六角柱状の頭部２４とを有する。図３に示すように、固定コラム８の内孔８ｂ底板には、その中央に調節ねじ軸１０の軸部の外径より僅かに大径の貫通孔２５が形成されている。調節ねじ軸１０は、ねじ部２３を貫通孔２５に下側から上向きに挿通し、内孔８ｂ側から前記ねじ部の基端に２個の止めナット２８を螺着させたダブルナットで抜け止めすることによって、内孔８ｂの前記底板に回動自在に取り付けられている。

固定コラム８には、側面８ａに隣接する一方の側壁８ｃの内面にその上端から下端まで垂直方向に延長するガイド溝２９が凹設されている。ばね座板６は、固定コラム８の内孔８ｂ内に、各側辺を前記内孔の内壁に整合させ、かつ突起２０をガイド溝２９に嵌合させて、ナット部１９を調節ねじ軸１０のねじ部２３に螺合させて配置される。ばね座板６は、内孔８ｂ内でその内壁により各側辺が拘束されて回転できないので、調節ねじ軸１０を回転させると、その向きに応じて上下に移動する。このように、本実施態様によれば、ばね座板６の高さ位置を連続的に調節するための前記直線作動機構が得られる。

調節ねじ軸１０を回動させる際、止めナット２５は、固定コラム８の内孔８ｂ底面に摺接しつつ、前記調節ねじ軸と一体に回動する。止めナット２５と内孔８ｂ底面との間に、低摩擦ワッシャやスラスト軸受等の適当な摩擦低減手段を介装すると、調節ねじ軸１０の円滑な回動を妨げる摩擦や接触面の摩耗が解消又は低減されるので、好都合である。

固定コラム８のガイド溝２９には、その下部に真直な溝からなる貫通窓３０が開設されている。この貫通窓３０を通して、ばね座板６の突起２０を外側から容易に見ることができる。突起２０がばね座板６と共にガイド溝２９内を上下に移動することにより、貫通窓３０から前記ばね座板の高さ位置を判断することができる。

固定コラム８の側面８ｃには、貫通窓３０に沿って、物品支持装置１に適用する荷重の大きさに対応してばね座板６の高さ位置を表示する目盛りを付することが好ましい。例えば、物品支持装置１に載置可能な物品の荷重が１．５〜２．５ｋｇに設定されていれば、その範囲に合わせて貫通窓３０を形成し、対応する目盛り及び／又は数字の表示を設ければよい。

基部部材２の固定コラム８の内孔８ｂには、ばね部材４が、その下端をばね座板６のばね受け面６ａに当接させて、垂直方向に伸縮するように配置されている。ばね力伝達部材５を内孔１１ｂ内に装着した可動コラム１１が、ばね部材４の上方から固定コラム８の内孔８ｂに上下方向に相対的に移動可能に挿入される。ばね力伝達部材５は、スライド部１６の内孔１６ａ上端面にばね部材４の上端を当接させて、該ばね部材により上向きに付勢されるように装着されている。

固定コラム８の上端には、左右１対のガイドローラー２６が、可動コラム１１の第１カム溝１４を設けた側面１１ａに直交する他の対向する１対の側面１１ｂに当接するように設けられている。更に可動コラム１１の下端の各角部には、ガイドローラー２７が、それぞれ側面１１ｂに隣接する固定コラム８の内孔８ｂの内面に当接するように設けられている。これらのガイドローラー２６，２７を介して、可動コラム１１は固定コラム８によって左右方向に両側から支持されるので、該固定コラムに対して左右にガタついたり変位することなく、上下方向に円滑に移動することができる。

カムフォロア部材７は、第１カム溝１４及び第２カム溝２１を挿通してカム１７の上側に水平に配置され、その外周面が下向きカム面１５、上向きカム面１８及び横向きカム面２２と当接するように装着される。このとき、カムフォロア部材７の前記ロッドに嵌装される前記転がり軸受は、下向きカム面１５に対して転がり軸受７１、上向きカム面１８に対して転がり軸受７２、及び横向きカム面２２に対して転がり軸受７３をそれぞれ配置し、対応する前記カム面に個別に当接させる。また、第２カム溝２２から外側に突出するカムフォロア部材７の両端には、適当な止め輪を装着して抜け止めすることが好ましい。

本実施態様では、第２カム溝２１におけるカムフォロア部材７の上下方向の移動範囲が、支持部材３即ち載置プレート１２の上下ストロークである。この範囲内で、載置プレート１２上の物品Ａを昇降し、所望の高さ位置で静止させ、かつその位置に保持することができる。

次に、物品支持装置１の動作及び機能について説明する。以下の説明では、上述したように物品支持装置１に載置可能な物品の荷重を１．５〜２．５ｋｇの範囲と仮定し、該物品の荷重が２ｋｇの場合を標準モード、最小使用荷重１．５ｋｇの場合を軽量モード、最大使用荷重２．５ｋｇの場合を重量モードとする。

また、第２カム溝２１の横向きカム面２２は、カムフォロア部材７との当接位置によって次の３つの領域は分けられる。第１領域Ｓ1は、カムフォロア部材７との接点における法線方向が水平方向に関して上向きの領域である。第２領域Ｓ2は、前記カムフォロア部材との接点における法線方向が実質的に水平方向の領域である。別言すれば、第２領域Ｓ2は、前記カムフォロア部材との接点における接線方向が実質的に垂直方向の領域である。ここで、実質的とは、完全な水平方向よりも僅かに上向き又は下向きであるが、その程度は、本発明の作用効果上又は本実施態様の物品支持装置１の動作もしくは機能上無視できるほどに小さく、水平方向と見なし得る場合を含むという意味である。また、第３領域Ｓ3は、カムフォロア部材７との接点における法線方向が水平方向に関して下向きの領域である。

図３は、標準モードにおいて、荷重Ｗの物品Ａを載せた載置プレート１２が最上位置にある場合を示している。カムフォロア部材７は、横向きカム面２２の第１領域Ｓ1の上限位置で静止している。

図５は、この上限位置においてカムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系に作用する力の平衡状態を模式的に示している。尚、説明を簡単化するため、支持部材３及びばね力伝達部材５の荷重、可動コラム１１と固定コラム８及び前記ばね力伝達部材との間の摩擦力は省略する。実際の設計では、これらの要素を考慮しなければならないことは言うまでもなく、前記支持部材及びばね力伝達部材の荷重を、前記カムフォロア部材、固定コラム、可動コラム、ばね力伝達部材及びカムプレートからなる系に作用する力に加え、それらの合力が、前記可動コラムと固定コラム及び前記ばね力伝達部材との間で発生する摩擦力より小さければ、前記平衡状態は保たれる。

ここで、ばね定数ｋの圧縮コイルばねからなるばね部材４のばね力Ｆsは、前記圧縮コイルばねの軸方向の変位ｘ（ばねの自由長即ち無負荷状態の長さからの変位：ここでは、圧縮方向に正とする）についてＦs＝ｋ・ｘで表される。物品Ａを最上位置で支持できるように、前記ストロークの上限位置において、前記圧縮コイルばねは、自由長から所定の初期変位量ｘ0だけ予め圧縮され、既に垂直方向上向きに初期ばね力（Ｆs0＝ｋ・ｘ0）を発揮しているように構成されている。これは、支持する荷重に合わせて、調節ねじ軸１０を回転させてばね座板６の高さ位置を変化させた場合も同様である。

図５において、カムフォロア部材７と下向きカム面１５との接点Ｐaでは、物品Ａの荷重Ｗと、カムフォロア部材７から下向きカム面１５の法線方向に作用する反力Ｒaと、固定コラム８から可動コラム１１に作用する水平方向の反力Ｒd1とが平衡している。反力Ｒaの垂直方向成分Ｒa1の大きさは荷重Ｗの大きさに等しく、水平方向成分Ｒa2の大きさは固定コラム８からの反力Ｒd1に等しい。下向きカム面１５からカムフォロア部材７を押圧する力Ｆaは、荷重Ｗと反力Ｒd1との合力である。

カムフォロア部材７と上向きカム面１８との接点Ｐbでは、ばね部材４のばね力Ｆsと、カムフォロア部材７から上向きカム面１８の法線方向に作用する反力Ｒbと、固定コラム８から可動コラム１１を介してばね力伝達部材５に水平方向に作用する反力Ｒd2とが平衡している。反力Ｒbの垂直方向成分Ｒb1の大きさはばね力Ｆsに等しく、水平方向成分Ｒb2の大きさは固定コラム８の反力Ｒd2に等しい。上向きカム面１８からカムフォロア部材７を押圧する力Ｆbは、ばね力Ｆsと反力Ｒd2との合力である。

カムフォロア部材７と横向きカム面２２との接点Ｐcでは、カムフォロア部材７に下向きカム面１５及び上向きカム面１８から作用する力Ｆa、Ｆbと、横向きカム面２２から法線方向に作用する反力Ｒcとが平衡している。カムフォロア部材７は横向きカム面２２の第１領域Ｓ1内にあるので、反力Ｒcは上向きの垂直方向成分Ｒc1を有する。反力Ｒcの水平方向成分Ｒc2の大きさは、可動コラム１１及びばね力伝達部材５が固定コラム８から受ける反力Ｒd1と反力Ｒd2との合計である。

カムフォロア部材７が横向きカム面２２上の或る位置で静止しているとき、荷重Ｗとばね力Ｆsと反力Ｒcの垂直方向成分Ｒc1との間には、力の作用方向を垂直方向上向き正として、次の関係が理論上常に成立する。
Ｗ＋Ｆs＋Ｒc1＝０
尚、実際の設計では、前述したように各部材の間で摩擦力が発生し、この関係式で表す合力が０でなく、僅かに値を持っていたとしても、その合力が前記各部材間の摩擦力よりも小さければ、平衡状態が保たれる。

図３の場合、ばね部材４のばね力Ｆsが最小の初期ばね力（Ｆs0＝ｋ・ｘ0）であり、荷重Ｗの大きさよりも小さい。そこで、ばね力Ｆsに、横向きカム面２２から上向きに作用している反力Ｒcの垂直方向成分Ｒc1をアシスト力として加えることによって、垂直方向に荷重Ｗとの平衡を実現している。この状態では、物品Ａ又は載置プレート１２を手で押し下げると、その押し下げ力が荷重Ｗに付加されて、前記平衡が崩れるため、該物品を比較的小さい力で簡単に下降させることができる。

載置プレート１２を下降させると、カムフォロア部材７は、前記横向きカム面、下向きカム面及び上向きカム面に沿って左右方向に変位しながら、下方に移動する。カムフォロア部材７が横向きカム面２２の第１領域Ｓ1の範囲内にある間、反力Ｒcの上向きの垂直方向成分Ｒc1がばね力Ｆsを、荷重Ｗと平衡させるように作用する。

ばね部材４のばね力Ｆsは、カムフォロア部材７に押圧されてばね力伝達部材５が下方に移動し、前記圧縮コイルばねの変位が大きくなるのに対応して増大する。ばね力Ｆsの増大に伴って、横向きカム面２２からの反力Ｒcの垂直方向成分Ｒc1によるアシスト力も小さくて済むようになる。従って、横向きカム面２２の接線方向の垂直方向に対する傾きも、下方に行くほど小さくなる。

下向きカム面１５及び上向きカム面１８からの押圧力によってカムフォロア部材７が横向きカム面２２を水平方向に押圧する力が大きくなるほど、反力Ｒcの水平方向成分Ｒc2が大きくなり、従って反力Ｒc及びその垂直方向成分Ｒc1が大きくなる。反力Ｒd1及び反力Ｒd2は、それぞれ下向きカム面１５及び上向きカム面１８の垂直方向に対する傾きを小さくすれば大きくなり、大きくすれば小さくなる。下向きカム面１５及び上向きカム面１８の垂直方向に対する傾きを調整することによって、横向きカム面２２に対する適当な押圧力が得られる。

別言すれば、横向きカム面２２の反力Ｒcは、該横向きカム面に対する水平方向の押圧力が大きいと、前記横向きカム面の垂直方向に対する傾きを小さくしても、同じ大きさの垂直方向成分Ｒc1、即ちばね力Ｆsへの垂直方向上向きのアシスト力が得られる。横向きカム面２２は、垂直方向に対する傾きが小さくなると、それだけ緩い即ち湾曲の小さい横向き凸形状に設計することができる。

逆に、下向きカム面１５及び／又は上向きカム面１８の垂直方向に対する傾きを大きくしたり、下向きカム面１５又は上向きカム面１８の一方を省略することによって、横向きカム面２２に対する水平方向の押圧力が小さくなると、それだけ横向きカム面２２の反力Ｒcは小さくなる。ここで、同じ大きさの上向き垂直方向成分Ｒc1を得るためには、横向きカム面２２の垂直方向に対する傾きを大きくしなければならず、それだけきつい即ち湾曲の大きい横向き凸形状になる。

標準モードにおいて、荷重Ｗの物品Ａを載せた載置プレート１２を図３の最上位置から中間位置まで押し下げたとき、カムフォロア部材７は、図３に想像線７′で示すように、横向きカム面２２の第２領域Ｓ2の範囲内に位置する。図６は、この中間位置において、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系に作用する力の平衡状態を模式的に示している。同様に簡単化のため、支持部材３及びばね力伝達部材５の荷重、可動コラム１１と固定コラム８及び前記ばね力伝達部材との間の摩擦力は省略して説明する。

図５の場合と同様に、カムフォロア部材７と下向きカム面１５との接点Ｐaでは、物品Ａの荷重Ｗと、カムフォロア部材７から下向きカム面１５の法線方向に作用する反力Ｒaと、固定コラム８から可動コラム１１に作用する水平方向の反力Ｒd1とが平衡している。反力Ｒaの垂直方向成分Ｒa1の大きさは荷重Ｗと等しく、水平方向成分Ｒa2の大きさは固定コラム８の反力Ｒd1と等しい。カムフォロア部材７に下向きカム面１５から作用する力Ｆaは、荷重Ｗと反力Ｒd1との合力である。

カムフォロア部材７と上向きカム面１８との接点Ｐbでは、ばね部材４のばね力Ｆsと、カムフォロア部材７から上向きカム面１８の法線方向に作用する反力Ｒbと、固定コラム８から可動コラム１１を介してばね力伝達部材５に作用する水平方向の反力Ｒd2とが平衡している。反力Ｒbの垂直方向成分Ｒb1の大きさはばね力Ｆsと等しく、水平方向成分Ｒb2の大きさは固定コラム８の反力Ｒd2と等しい。カムフォロア部材７に上向きカム面１８から作用する力Ｆbは、ばね力Ｆsと反力Ｒd2との合力である。

カムフォロア部材７と横向きカム面２２との接点Ｐcでは、カムフォロア部材７に下向きカム面１５及び上向きカム面１８から作用する力Ｆa、Ｆbと、横向きカム面２２から法線方向に作用する反力Ｒcとが平衡している。この場合、カムフォロア部材７は横向きカム面２２の第２領域Ｓ2内にあるので、反力Ｒcは、実質的に水平方向成分だけであり、垂直方向成分を有していない。反力Ｒcの大きさは、可動コラム１１及びばね力伝達部材５に固定コラム８から作用する反力Ｒd1と反力Ｒd2との合計である。

このようにカムフォロア部材７が横向きカム面２２の第２領域Ｓ2の範囲に位置するとき、垂直方向にばね部材４のばね力Ｆsと荷重Ｗとが実質的に平衡している。従って、ばね力Ｆsは、横向きカム面２２からの反力Ｒcによるアシスト力を必要としない。この状態でも、物品Ａ又は載置プレート１２を手で押し下げ又は押し上げることによって、その力が荷重Ｗ又はばね力Ｆsに付加されて、前記平衡が崩れるため、該物品を比較的小さい力で簡単に昇降させることができる。

同じく標準モードにおいて、荷重Ｗの物品Ａを載せた載置プレート１２を最下位置まで押し下げたとき、カムフォロア部材７は、図３に想像線７″で示すように、横向きカム面２２の第３領域Ｓ3の下限位置で静止する。図７は、この下限位置においてカムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系に作用する力の平衡状態を模式的に示している。同様に簡単化のため、支持部材３及びばね力伝達部材５の荷重、可動コラム１１と固定コラム８及び前記ばね力伝達部材との間の摩擦力は省略して説明する。

同図において、カムフォロア部材７と下向きカム面１５との接点Ｐaでは、物品Ａの荷重Ｗと、カムフォロア部材７から下向きカム面１５の法線方向に作用する反力Ｒaと、固定コラム８から可動コラム１１に水平方向に作用する反力Ｒd1とが平衡している。反力Ｒaの垂直方向成分Ｒa1の大きさは荷重Ｗと等しく、水平方向成分Ｒa2の大きさは固定コラム８の反力Ｒd1と等しい。下向きカム面１５からカムフォロア部材７を押圧する力Ｆaは、荷重Ｗと反力Ｒd1との合力である。

カムフォロア部材７と上向きカム面１８との接点Ｐbでは、ばね部材４のばね力Ｆsと、上向きカム面１８の法線方向にカムフォロア部材７からの反力Ｒbと、固定コラム８から可動コラム１１を介してばね力伝達部材５に水平方向に作用する反力Ｒd2とが平衡している。反力Ｒbの垂直方向成分Ｒb1の大きさはばね力Ｆsと等しく、水平方向成分Ｒb2の大きさは固定コラム８の反力Ｒd2と等しい。上向きカム面１８からカムフォロア部材７を押圧する力Ｆbは、ばね力Ｆsと反力Ｒd2との合力である。

カムフォロア部材７と横向きカム面２２との接点Ｐcでは、カムフォロア部材７に下向きカム面１５及び上向きカム面１８から作用する力Ｆa、Ｆbと、横向きカム面２２から法線方向に作用する反力Ｒcとが平衡している。カムフォロア部材７は横向きカム面２２の第３領域Ｓ3内にあるので、反力Ｒcは下向きの垂直方向成分Ｒc1を有する。反力Ｒcの水平方向成分Ｒc2の大きさは、可動コラム１１及びばね力伝達部材５が固定コラム８から受ける反力Ｒd1と反力Ｒd2との合計である。

カムフォロア部材７が横向きカム面２２の第３領域Ｓ3の下限位置にあるとき、ばね部材４の変位が最大で、ばね力Ｆsが最大であり、その大きさは荷重Ｗよりも大きい。そこで、横向きカム面２２から下向きに作用している反力Ｒcの垂直方向成分Ｒc1が、ばね力Ｆsによる上向きの付勢力即ち押し上げ力を削減する向きに作用することによって、垂直方向に荷重Ｗとの平衡を実現している。

この状態でも、物品Ａ又は載置プレート１２を手で押し上げると、その押し上げ力がばね力Ｆsに付加されて、前記平衡が崩れるため、該物品を比較的小さい力で簡単に上昇させることができる。載置プレート１２を上昇させると、カムフォロア部材７は、横向きカム面２２、下向きカム面１５及び上向きカム面１８に沿って左右方向に変位しながら、上方へ移動する。カムフォロア部材７が横向きカム面２２の第３領域Ｓ3の範囲内にある間、反力Ｒcの下向きの垂直方向成分Ｒc1は、ばね部材４のばね力Ｆsによる押し上げ力を減じて荷重Ｗと平衡させる向きに作用する。

ばね部材４のばね力Ｆsは、カムフォロア部材７に抗してばね力伝達部材５が上方に移動し、前記圧縮コイルばねの変位が小さくなるのに対応して減少する。これに伴って、横向きカム面２２からの反力Ｒcの垂直方向成分Ｒc1も、小さくて済むようになる。従って、横向きカム面２２の接線方向の垂直方向に対する傾きも、上方に行くほど小さくなる。

第３領域Ｓ3においても、下向きカム面１５及び上向きカム面１８からの押圧力によってカムフォロア部材７が横向きカム面２２を水平方向に押圧する力が大きくなるほど、反力Ｒcの水平方向成分Ｒc2が大きくなり、従って反力Ｒc及びその垂直方向成分Ｒc1が大きくなる。同様に、反力Ｒd1及び反力Ｒd2は、それぞれ下向きカム面１５及び上向きカム面１８の垂直方向に対する傾きを小さくすれば大きくなり、大きくすれば小さくなる。下向きカム面１５及び上向きカム面１８の垂直方向に対する傾きを調整することによって、横向きカム面２２に対する適当な押圧力が得られる。

別言すれば、横向きカム面２２の反力Ｒcは、該横向きカム面に対する水平方向の押圧力が大きいと、前記横向きカム面の垂直方向に対する傾きを小さくしても、同じ大きさの垂直方向成分Ｒc1、即ち前記押し上げ力を削減する垂直方向下向きの力が得られる。横向きカム面２２は、垂直方向に対する傾きが小さくなると、それだけ緩い即ち湾曲の小さい横向き凸形状に設計することができる。

逆に、下向きカム面１５及び／又は上向きカム面１８の垂直方向に対する傾きを大きくしたり、下向きカム面１５又は上向きカム面１８の一方を省略することによって、横向きカム面２２に対する水平方向の押圧力が小さくなると、それだけ横向きカム面２２の反力Ｒcは小さくなる。ここで、同じ大きさの下向き垂直方向成分Ｒc1を得るためには、横向きカム面２２の垂直方向に対する傾きを大きくしなければならず、それだけきつい即ち湾曲の大きい横向き凸形状になる。

横向きカム面２２全体を見ると、垂直方向に対して傾斜した下向きカム面１５と上向きカム面１８とによって、カムフォロア部材７が横向きカム面２２を水平方向に押圧する力を適当な大きさに設定することにより、必要かつ十分な大きさの垂直方向成分Ｒc1を確保しつつ、第１〜第３領域Ｓ1〜Ｓ3を通して緩やかな即ち湾曲の小さい横向き凸形状にすることができる。これによって、第２カム溝２１及び固定コラム８の水平方向の寸法を比較的小さくすることができ、物品支持装置１自体の小型化が図られる。

本実施態様によれば、横向きカム面２２の全領域で、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系に作用する物品Ａの荷重Ｗ、ばね部材４のばね力Ｆs、固定コラム８からの反力、及び横向きカム面２２からの反力が、カムフォロア部材７の周りで平衡している。それにより、物品Ａを載せた載置プレート１２をその上下ストロークの範囲において、所望の高さ位置に静止させかつその位置を保持し、また比較的少ない力で簡単に昇降させることができる。

また、実際には、載置プレート１２を昇降させる際に、上記説明で省略した可動コラム１１と固定コラム８及びばね力伝達部材５との間に摩擦等の抵抗が発生する。本実施態様では、固定コラム８の上端に設けたガイドローラー２６と、可動コラム１１の下端の各角部に設けたガイドローラー２７とによって、可動コラム１１と固定コラム８間の摩擦による抵抗を少なくし、それが載置プレート１２の昇降動作に及ぼす影響を解消又は緩和して、円滑な動作を確保している。

図８は、軽量モードに設定された物品支持装置１を示している。軽量モードは、調節ねじ軸１０を回転させて、ばね座板６を固定コラム８の内孔８ｂ底面まで下降させることによって設定される。図３の標準モードの場合と同様に、横向きカム面２２を第１領域Ｓ1と第２領域Ｓ2と第３領域Ｓ3とに分けて説明する。

同図は、物品Ａを載せた載置プレート１２が最上位置にある場合を示している。カムフォロア部材７は、横向きカム面２２の第１領域Ｓ1の上限位置で静止している。この位置において、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系には、物品Ａの荷重Ｗ、ばね部材４のばね力Ｆs、固定コラム８からの反力、及び横向きカム面２２からの反力が作用し、カムフォロア部材７の周りで平衡している。

第１領域Ｓ1では、標準モードについて図５に関連して説明したように、ばね部材４の変位が小さく、そのばね力Ｆsは物品Ａの荷重Ｗより小さい。カムフォロア部材７に横向きカム面２２から作用する反力Ｒcは、上向きの垂直方向成分を含んでいる。この反力Ｒcの上向き垂直方向成分をアシスト力としてばね力Ｆsに加えることによって、垂直方向に荷重Ｗとの平衡を実現している。

物品Ａを載せた載置プレート１２を図８の最上位置から中間位置まで押し下げたとき、カムフォロア部材７は、同図に想像線７′で示すように、横向きカム面２２の第２領域Ｓ2の範囲内に位置する。この中間位置でも、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系には、物品Ａの荷重Ｗ、ばね部材４のばね力Ｆs、固定コラム８からの反力、及び横向きカム面２２からの反力が作用し、カムフォロア部材７の周りで平衡している。

第２領域Ｓ2では、標準モードについて図６に関連して説明したように、横向きカム面２２からの反力Ｒcは実質的に水平方向成分だけであり、垂直方向成分を有していない。垂直方向には、ばね部材４のばね力Ｆsと荷重Ｗとが実質的に平衡している。

物品Ａを載せた載置プレート１２を最下位置に押し下げたとき、カムフォロア部材７は、図８に想像線７″で示すように、横向きカム面２２の第３領域Ｓ3の下限位置で静止する。この位置でも、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系には、物品Ａの荷重Ｗ、ばね部材４のばね力Ｆs、固定コラム８からの反力、及び横向きカム面２２からの反力が作用し、カムフォロア部材７の周りで平衡している。

第３領域Ｓ3では、標準モードについて図７に関連して説明したように、ばね部材４の変位が大きく、そのばね力Ｆsは物品Ａの荷重Ｗより大きい。カムフォロア部材７に横向きカム面２２から作用する反力Ｒcは、下向きの垂直方向成分を含んでいる。この反力Ｒcの下向き垂直方向成分が、ばね力Ｆsによる押し上げ力を削減する向きに作用することによって、垂直方向に荷重Ｗとの平衡を実現している。

図９は、重量モードに設定された物品支持装置１を示している。重量モードは、調節ねじ軸１０を回転させて、ばね座板６を所定の最上位置まで上昇させることにより設定される。ここでも、横向きカム面２２を第１領域Ｓ1と第２領域Ｓ2と第３領域Ｓ3とに分けて説明する。

第１領域Ｓ1では、標準モード及び軽量モードについて上述したように、ばね部材４の変位が小さく、そのばね力Ｆsは物品Ａの荷重Ｗより小さい。カムフォロア部材７に横向きカム面２２から作用する反力Ｒcは、上向きの垂直方向成分を含んでいる。この反力Ｒcの上向き垂直方向成分をアシスト力としてばね力Ｆsに加えることによって、垂直方向に荷重Ｗとの平衡を実現している。

物品Ａを載せた載置プレート１２を図９の最上位置から中間位置まで押し下げたとき、カムフォロア部材７は、同図に想像線７′で示すように、横向きカム面２２の第２領域Ｓ2の範囲内に位置する。この中間位置でも、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系には、物品Ａの荷重Ｗ、ばね部材４のばね力Ｆs、固定コラム８からの反力、及び横向きカム面２２からの反力が作用し、カムフォロア部材７の周りで平衡している。

第２領域Ｓ2では、標準モード及び軽量モードについて上述したように、横向きカム面２２からの反力Ｒcは実質的に水平方向成分だけであり、垂直方向成分を有していない。垂直方向には、ばね部材４のばね力Ｆsと荷重Ｗとが実質的に平衡している。

物品Ａを載せた載置プレート１２を最下位置に押し下げたとき、カムフォロア部材７は、図９に想像線７″で示すように、横向きカム面２２の第３領域Ｓ3の下限位置で静止する。この位置において、カムフォロア部材７、固定コラム８、可動コラム１１及びばね力伝達部材５からなる系には、物品Ａの荷重Ｗ、ばね部材４のばね力Ｆs、固定コラム８からの反力、及び横向きカム面２２からの反力が作用し、カムフォロア部材７の周りで平衡している。

第３領域Ｓ3では、標準モード及び軽量モードについて上述したように、ばね部材４の変位が大きく、そのばね力Ｆsは物品Ａの荷重Ｗより大きい。カムフォロア部材７に横向きカム面２２から作用する反力Ｒcは、下向きの垂直方向成分を含んでいる。この反力Ｒcの下向き垂直方向成分が、ばね力Ｆsによる押し上げ力を削減する向きに作用することによって、垂直方向に荷重Ｗとの平衡を実現している。

軽量モードでは、標準モードよりも物品Ａの荷重Ｗが小さいので、ばね部材４の初期変位量及び初期ばね力が標準モードと同じであると、相対的に物品Ａを押し上げる力が大きくなる。そのため、横向きカム面２２の全領域Ｓ1〜Ｓ3において、ばね部材４の付勢力を標準モードの場合よりも小さくする必要がある。

これに対し、重量モードでは、標準モードよりも物品Ａの荷重Ｗが大きいので、ばね部材４の初期変位量及び初期ばね力が標準モードと同じであると、相対的に物品Ａを押し上げる力が小さくなる。そのため、横向きカム面２２の全領域Ｓ1〜Ｓ3において、ばね部材４の付勢力を標準モードの場合よりも大きくする必要がある。

本実施態様では、上述したように調節ねじ軸１０を回動させてばね座板６の高さ位置を調節し、それによりばね部材４の初期変位量及び初期ばね力を変更することによって、前記ばね部材及び／又は他の構成要素を交換したり物品支持装置１自体を取り替えることなく、軽量モード及び重量モードへの対応を実現している。しかも、横向きカム面２２のカムプロフィールは、ばね座板６の高さ位置を変更しても、第１〜第３領域の全範囲で物品を載せた載置プレート１２を所望の高さで静止させ得るように設計され形成されている。

ばね座板６の高さ位置を調節するための手段は、本実施態様の直線作動機構に限定されるものではなく、公知の様々な機構や構造を用いることができる。また、ばね部材４の下端を固定コラム8内で支持するのに、ばね座板以外の構造を採用することができ、その場合に前記直線作動機構とは異なる方法でばね部材の端部位置を調節し得ることも言うまでもない。

上記説明は、本実施態様において物品の荷重Ｗが１．５ｋｇ、２ｋｇ、２．５ｋｇの場合についてなされたものであるが、本実施態様は、当然ながら、物品支持装置１に載置可能な物品の荷重範囲で同様に適用することができる。横向きカム面２２は、支持する荷重に合わせてばね座板６を所定の高さ位置に設定したとき、その全領域で物品を載せた載置プレート１２を所望の高さで静止させ得るカムプロフィールに設計され形成されている。

以上、本発明の好適な実施態様について説明したが、本発明は、上記実施態様に限定されるものでなく、その技術的範囲内において様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、可動コラムの下向きカム面及び固定コラムの横向きカム面は、上述したカム溝の内周縁以外に、公知の様々な形態により形成することができる。また、物品支持装置１の使用可能な荷重範囲は様々に設定することができ、それに対応して、前記可動コラムの下向きカム面、前記ばね力伝達部材の上向きカム面、及び前記固定コラムの横向きカム面は、様々なカムプロフィールに設計することができる。更に、ばね部材は、上述した圧縮コイルばね以外に、板ばね、渦巻きばね等の異なる形状のものや、空気ばね等の流体ばね、ゴム等の弾性材料や他の非金属材料からなるもの等、公知の様々なばねを適用することができる。

１物品支持装置
２基部部材
３支持部材
４ばね部材
５ばね力伝達部材
６ばね座板
７カムフォロア部材
８固定コラム
９ベースプレート
１０調節ねじ軸
１１可動コラム
１２載置プレート
１４第１カム溝
１５下向きカム面
１６スライド部
１７カム
１８上向きカム面
２１第２カム溝
２２横向きカム面

Claims

固定部材に関して所定の移動方向に沿って所定の範囲で移動可能な、荷重を支持するための支持部材と、
その一端が前記固定部材に固定され、かつ他端が前記荷重に抗して前記支持部材にその移動方向に沿った向きに付勢力を発揮するばね部材と、
前記支持部材又は前記ばね部材の少なくともいずれか一方に、前記付勢力の方向に関して所定の角度で傾斜するように設けられ、前記支持部材と前記ばね部材の前記他端との間で前記荷重及び前記付勢力を伝達しかつそれらと共に前記移動方向に沿って変位する第１カム面と、
前記固定部材に、前記付勢力の方向に関して所定の角度で傾斜するように設けられた第２カム面と、
前記第１カム面及び前記第２カム面に当接し、前記第１カム面と前記第２カム面との間に保持されるカムフォロアと、
前記固定部材に設けられ、前記荷重及び／又は前記付勢力に対して前記第１カム面に、前記付勢力の方向と直交する向きにその変位を規制する反力を発生する側方支持部とを備え、
前記第２カム面の前記カムフォロアへの押圧力が、前記支持部材の移動可能な前記所定の範囲においてその位置によって発生する前記付勢力の方向に沿った第１方向の成分と、少なくとも前記付勢力の方向に直交する第２方向の成分とを含み、
前記ばね部材の前記一端がその位置を前記付勢力の方向に沿って調節可能であり、
前記第１カム面及び前記第２カム面が、前記ばね部材の前記一端の位置を調節しても、前記カムフォロア周りに作用する前記荷重と前記ばね部材の付勢力と前記第２カム面の前記カムフォロアへの押圧力と前記側方支持部の前記第１カム面への反力とが、前記支持部材の移動可能な前記所定の範囲において平衡するように設計されていることを特徴とする荷重支持機構。
前記第２カム面が、前記支持部材の移動可能な前記所定の範囲において、前記第２カム面の前記カムフォロアへの押圧力の前記第１方向の成分が前記付勢力の方向に作用する第１の領域と、前記第２カム面の前記カムフォロアへの押圧力の前記第１方向の成分が前記付勢力の方向とは逆向きに作用する第２の領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の荷重支持機構。
前記第１カム面が、前記支持部材と一体に前記移動方向に沿って変位するように設けられた前記支持部材のカム面と、前記ばね部材の前記他端と一体に前記移動方向に沿って変位するように設けられた前記ばね部材の前記他端のカム面とからなり、前記支持部材のカム面と前記ばね部材の前記他端のカム面とがそれぞれ前記カムフォロアに当接し、かつ該カムフォロアを挟んで互いに対向し、前記第２カム面との間で前記カムフォロアを保持することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重支持機構。