JP6501456B2 - 釣合機構 - Google Patents

Description

本発明は釣合機構に関し、特に、機器の全体重量を減少させ、昇降動作開始時の慣性力を小さくするのに好適な釣合機構に関するものである。

従来の釣合機構の代表例としてエレベータの釣合機構の例を図４を参照して説明する。図４において、１０１は昇降路を上下に移動する例えばかごであり、当該かご１０１は昇降部として機能する。かご１０１の中に人が乗る。かご１０１は例えばワイヤーロープ１０２に結合されている。ワイヤーロープ１０２は、環状の形態を有し、上端のプーリ１０３と下端のプーリ１０４の間に架け渡されている。上端のプーリ１０３の軸部は駆動装置１０５の駆動軸１０５ａに連結されている。ワイヤーロープ１０２では、かご１０１が取り付けられた部分に対して、プーリ１０３，１０４を境にして反対側の部分に釣合錘１０６が取り付けられている。釣合錘１０６は、かご１０１と同じ重量を有し、釣合のバランスを取る機能を有し、カウンタウェイトとも呼ばれている。駆動装置１０５からプーリ１０３に対して回転駆動力が与えられないときには、かご１０１と釣合錘１０６は釣り合った状態にあり、ワイヤーロープ１０２は動かず、かご１０１および釣合錘１０６は静止した状態にある。駆動装置１０５からプーリ１０３に対してかご１０１を下降させる回転駆動力が与えられると、図４に示すごとく上端の位置にあるかご１０１は釣合錘１０６との間でバランスを保持されつつ下降する。反対に、駆動装置１０５からプーリ１０３に対してかご１０１を上昇させる回転駆動力が与えられると、下方の位置にあるかご１０１は釣合錘１０６との間でバランスを保持されつつ上昇する。

上記の釣合機構はエレベータにおけるかご１０１と釣合錘１０６の釣合機構であったが、従来では、かご１０１以外の一般的な昇降部に対しても同様な釣合機構が用いられている。

従来の釣合機構の公知文献としては、特許文献１に開示されたエレベータや特許文献２に開示されたエレベータ装置が知られている。いずれも、ロープの両端にかごと釣合錘を備えた構造である。

特開２０１３−６６８９号公報 特開平９−１５１０５９号公報

釣合錘を用いた釣合機構を備えた従来の昇降駆動システムでは、釣合錘の重量分が増加し、可動対象となる機器の重量が増加し、機器全体として大きな重量となるという問題があった。また駆動装置の側からみると、昇降駆動を開始する時に必要とされる駆動力は、昇降部の重量と釣合錘の重量を合計した重量に対応する慣性力を配慮することが必要となる。このため、駆動装置は、昇降駆動の開始時に大きな駆動力を発生させることが必要になり、大きな出力を有するモータが必要となるという問題があった。さらに、釣合錘を用いた構成の場合には、昇降部の昇降動作に応じて釣合錘も同じ距離を昇降するので、釣合錘が移動するための昇降路のスペースが必要となる。そのため、昇降駆動システムの装置サイズが大きくなるという問題があった。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、釣合錘を用いない構造とし、機器全体の軽量化を図り、駆動対象となる重量を軽減し、低出力のモータを用いて安価に構成することができ、さらに省スペース化を実現できる釣合機構を提供することにある。

本発明に係る釣合機構は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

第１の釣合機構（請求項１に対応）は、昇降式ホーム柵の可動柵に対して可動柵の重量と釣り合うように釣合部材を設けた釣合機構において、釣合関係を作る機構部を有し、釣合部材は、機構部に一部が結合されかつ可動柵の移動位置に応じて必要な長さに伸び、伸びた或る定点で可動柵の重量に釣り合う引張力を生じるコイルバネであることを特徴とする。

上記の釣合機構では、昇降する可動柵に対して、これと釣合関係を作る機構部を有し、かつ可動柵と釣り合う釣合部材を、機構部に一部が結合されかつ可動柵の移動位置に応じて必要な長さに伸び、伸びた或る定点で可動柵の重量に釣り合う引張力を生じるコイルバネであるとしたため、機器全体を軽量化することができ、駆動対象となる部分の重量を軽減し、低出力の駆動モータを用いることが可能となる。

第２の釣合機構（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、可動柵は上下の位置関係にて配置された２つのプーリの間に架け渡された環状部材に結合され、コイルバネは一端が固定されかつ他端が環状部材に結合され、可動柵が最上位置にあるときコイルバネは最収縮状態にあるように釣合の均衡が保たれることを特徴とする。

第３の釣合機構（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、コイルバネは、一端が動かないように固定されかつ他端が環状部材に結合されたバネであり、このバネの引張力と可動柵の重量が釣り合うように設定され、可動柵を昇降させる駆動装置の動作は、可動柵の重量のみを昇降駆動開始時の慣性負荷であるとして制御されることを特徴とする。

第４の釣合機構（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、可動柵が最下位置にあるときに可動柵の位置を固定するロック機構を備えることを特徴とする。

本発明によれば、昇降させる可動柵との間の重量バランスをとるための手段として釣合錘を用いず、その代わりにコイルバネを用いてバランスをとるようにしたため、装置等の機器全体の軽量化を達成することができ、昇降駆動の対象となる重量を軽減することができ、その結果、低出力のモータを用いて可動柵を昇降駆動することができ、釣合機構を安価な費用で構成することができ、さらに昇降する釣合錘を使用しないことから省スペース化を実現できるという効果を発揮する。

本発明に係る釣合機構の基本的な構成を説明する構成図である。 釣合機構の原理を説明する概念図である。 伸縮部材の代表例を示す斜視図である。 従来の代表的な釣合機構を示す構成図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１と図２を参照して本発明に係る釣合機構の代表的な実施形態を説明する。図１において、（Ａ）は昇降する対象物が最上位の位置（最上位置）にある状態を示し、（Ｂ）は当該対象物が最下位の位置（最下位置）にある状態を示している。図２は本発明に係る釣合機構の原理を概念的に説明するための図である。

図１の（Ａ）と（Ｂ）において、鉛直方向での上下の位置関係にて２つのプーリ１１，１２が設置されており、例えば上側にプーリ１１は駆動用プーリであり、下側のプーリ１２は受け用のプーリである。上側のプーリ１１と下側のプーリ１２の間には環状の形状を有したベルト（またはチェーン、ワイヤーロープ等）１３が架け渡されている。駆動用のプーリ１１の回転中心軸１１ａはモータ１４の駆動軸１４ａに連結されている。従って、プーリ１１の回転中心軸１１ａが、モータ１４の駆動軸１４ａから時計回りまたは反時計回りの回転駆動力を受けると、プーリ１１は時計回りまたは反時計回りに回転する。モータ１４の回転動作は、コントローラ１５から与えられる制御信号に基づいて制御される。モータ１４の回転動作に関する制御の内容は、例えば、回転の方向、および昇降駆動開始時に生じる慣性負荷に対抗し、これを超える駆動力の大きさである。図１に示された例では、後述するごとく、プーリ１１が時計方向に回転駆動されるときには下降動作に対応し（図１の（Ａ）から（Ｂ）への変化の動作）、プーリ１１が反時計方向に回転駆動されるときには上昇動作に対応する（図１の（Ｂ）から（Ａ）への変化の動作）。

ベルト１３には、昇降させるための対象物１６が結合部１７を介して取り付けられている。対象物１６の具体例は、任意であり、例えば駅ホームに設置された昇降式ホーム柵の可動柵、あるいはビル等に設置されたエレベータの昇降かごである。対象物１６は、上下の位置にある２つのプーリ１１，１２を結ぶ鉛直線を中心軸線として一方の側（例えば図１（Ａ）中右側）に位置するベルト１３の部分に取り付けられている。図１の（Ａ）では、対象物１６は最上位の位置に存在している。また２つのプーリ１１，１２を結ぶ鉛直線を中心軸線として他方の側（例えば図１（Ａ）中左側）に位置するベルト１３の部分には、伸縮部材として例えばコイルバネ１８が結合部１９を介して取り付けられている。コイルバネ１８は、図中下端部１８ａが例えば床面２０等の固定部に連結されて固定され、さらにその上端部１８ｂが結合部１９を介してベルト１３に連結されている。図１の（Ａ）の図示例では、コイルバネ１８は相対的に短くなり、収縮した状態にある。

図１の（Ｂ）では、図１の（Ａ）に示された状態から、プーリ１１が時計回りに所定の角度だけ回転駆動され、その結果、ベルト１３が矢印Ａのごとく所定の距離だけ時計回りに移動し、対象物１６を下降させ、対象物１６を最下位の位置に移動させている。このとき、コイルバネ１８は、結合部１９がベルト１３の移動に従って最上位の位置に移動するため、図示のごとく相対的に長くなり、伸長された状態になる。

反対に、図１の（Ｂ）に示された状態から、プーリ１１が反時計回りに所定の角度だけ回転駆動され、その結果、ベルト１３が矢印Ｂのごとく所定の距離だけ反時計回りに移動し、対象物１６を上昇させ、対象物１６を最上位の位置に移動させ、図１の（Ａ）の状態になる。このとき、コイルバネ１８は、結合部１９がベルト１３の移動に従って最下位の位置に移動するため、図示のごとく相対的に短くなり、短縮された状態になる。

図１に示された構成では、鉛直方向の上下位置に配置されたプーリ１１，１２と、プーリ１１，１２の間に架け渡された環状のベルト１３であってかつ対象物１６とコイルバネ１８を線対称的な位置関係で取り付けられたベルト１３は、対象物１６と釣合部材との間の釣合関係を作る機構部として構成され、さらに、当該釣合部材として前述したコイルバネ１８に基づく反力（引張力）を利用して対象物１６の重量と釣り合うように構成している。次に図２を参照して、対象物１６とコイルバネ１８の釣合関係について説明する。

図２は、対象物１６とコイルバネ１８の釣合関係を概念的に示している。図２では、軸２１ａの回りに回転自在に設置されたプーリ２１に架けられたワイヤーロープ２２において、一方の端部に対象物１６が結合されており、他方の端部に、下端１８ａが床面２０に固定されたコイルバネ１８が結合されている。図２は、釣合関係を説明するための概念的なイメージ図である。この釣合関係では、対象物１６の質量Ｗに基づく重量Ｗｇ（ｇ：重力加速度）と、対象物１６の位置に応じて必要な長さに伸びたコイルバネ１８による反力（引張力）Ｆとが釣り合った状態にある。このように、本実施形態に係る釣合機構によれば、昇降する対象物１６に対してその重力と釣合を行うための部材としてコイルバネ１８（一般的には伸縮部材）を利用し、対象物１６の重量に釣り合う反力をコイルバネ１８によって発生させるように構成している。対象物１６は、図１を参照して説明した通り、モータ１４による駆動に基づきＣ方向にて昇降するように移動する。このため、コイルバネ１８の長さは、対象物１６の移動位置に応じて決まり、その時のコイルバネ１８によって生じる反力Ｆは、コイルバネ１８の長さに応じて生じる。基本的には、対象物１６の重量Ｗｇに釣り合う近似的な反力（力Ｆ）は、コイルバネ１８の長さで決まる引張力によって生成される。

図１で示したモータ１４による起動のための駆動力が与えられていない状態では、対象物１６の重量Ｗｇとコイルバネ１８の反力Ｆは釣り合っている。その釣合状態において、モータ１４によって矢印Ｃに示されるごとく対象物１６を昇降させるときには、モータ１４は駆動用のプーリ２１（図１ではプーリ１１に相当）に対して対象物１６を移動させるために要する昇降駆動開始用の回転駆動力を与える。昇降駆動開始用の回転駆動力は、主に対象物１６の重量Ｗｇのみによって決まる慣性負荷に対応し、これを超える回転駆動力である。換言すれば、本実施形態に係る釣合機構の場合には、対象物１６を昇降させるときのモータ１４から出力される回転駆動力の制御では、対象物１６の重量のみを考慮すればよく、釣合部材であるコイルバネ１８の重量はほとんど無視することができる。すなわち、本実施形態に係る釣合機構によれば、対象物１６の重量Ｗｇとバランスをとるための反力をコイルバネ１８の伸縮機能に基づき生じる力で生じさせ、さらに、この構成によってモータ１４による昇降駆動開始時の駆動力を、対象物１６の重量のみを対象として、駆動対象の重量を軽量化することができるため軽減することができる。

さらに本実施形態に係る釣合機構によれば、従来の錘を利用した釣合機構に比較して、コイルバネ１８自体は移動せず、伸縮するだけなので、移動のスペースを必要としないという利点を有している。このため、釣合機構の構造をコンパクトに作ることができる。

上記の釣合機構において、好ましくは、対象物１６が最下位の位置にあるときに、対象物１６の位置を固定するためのロック機構を備えることも可能である。このようなロック機構は、例えばコイルバネ１８に不具合が生じたときに、釣合機構の安全性を保証するための手段である。またロック機構によるロック動作は、対象物１６が最下位の位置以外の他の位置にあるときにも、目的に応じて任意に設定することもできる。ロック機構としては、具体的に機械的装置として装備することもできるが、それ以外にも、モータ１４の駆動の状態として、コントローラ１５に基づくモータの駆動制御に基づいて制御的な観点でロック機能を実現することも可能である。

前述した実施形態では、説明の便宜上、伸縮部材としてコイルバネ１８の例を説明したが、バネ部材としては図３に示すようにゼンマイバネのバネユニットを用いることもできる。このバネユニット３１は、円筒形の容器３２の中にゼンマイバネ３３を収容しており、ゼンマイバネ３３の回転軸部に結合されたワイヤー３４がケース枠体３５から引き出された構造を有している。ワイヤー３４の先端部３４ａは前述した結合部１９に結合される。バネユニット３１において、ワイヤー３４がケース枠体３５からさらに引き出されるときにはゼンマイバネ３３は伸び、ワイヤー３４がケース枠体３５の中に引き込まれるときにはゼンマイバネ３３は縮むように構成されている。

本実施形態の釣合機構における伸縮部材としては、その他に、ゴムや、同等の伸縮機能
を有する力発生器を用いることも可能である。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係る釣合機構は、エレベータや昇降式ホーム柵等のごとく昇降する機器を有する装置において、当該昇降機器の重量との間で釣り合いを生じる手段として利用される。

１１，１２ プーリ
１３ ベルト
１４ モータ
１５ コントローラ
１６ 対象物
１７ 結合部
１８ コイルバネ
１９ 結合部
２０ 床面
２１ プーリ
２２ ワイヤーロープ
３１ バネユニット
３２ 容器
３３ ゼンマイバネ
３４ ワイヤー
３５ ケース枠体
１０１ かご
１０２ ワイヤーロープ
１０３ プーリ
１０４ プーリ
１０５ 駆動装置
１０６ 釣合錘

Claims (4)

1. 昇降式ホーム柵の可動柵に対して前記可動柵の重量と釣り合うように釣合部材を設けた釣合機構において、釣合関係を作る機構部を有し、前記釣合部材は、前記機構部に一部が結合されかつ前記可動柵の移動位置に応じて必要な長さに伸び、伸びた或る定点で前記可動柵の重量に釣り合う引張力を生じるコイルバネであることを特徴とする釣合機構。
2. 前記可動柵は上下の位置関係にて配置された２つのプーリの間に架け渡された環状部材に結合され、前記コイルバネは一端が固定されかつ他端が前記環状部材に結合され、前記可動柵が最上位置にあるとき前記コイルバネは最収縮状態にあるように釣合の均衡が保たれることを特徴とする請求項１記載の釣合機構。
3. 前記コイルバネは、前記一端が動かないように固定されかつ前記他端が前記環状部材に結合されたバネであり、このバネの引張力と前記可動柵の重量が釣り合うように設定され、前記可動柵を昇降させる駆動装置の動作は、前記可動柵の重量のみを昇降駆動開始時の慣性負荷であるとして制御されることを特徴とする請求項２記載の釣合機構。
4. 前記可動柵が最下位置にあるときに前記可動柵の位置を固定するロック機構を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の釣合機構。

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