JP6583356B2 - 荷重補償装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷重補償装置に関するものである。

例えば自動車等の重量物を扱う工場の製造ライン等では、搬送物の種類は多岐に亘るとともに、様々な高さでの作業に対応する必要があることから、簡便な機構で種々の荷重・作業高さに対応できる搬送システムの開発が望まれている。

そこで、搬送システムにかかる負荷を軽減する装置として、例えば平行リンク機構にバネ機構を備えた荷重補償装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２２９５３９号公報

ところで、平行リンク機構にバネ機構を備えた荷重補償装置では、昇降動作に伴って、基台に回動可能に連結されたアーム部材と当該基台とのなす角度が変化する。そうすると、連結部周りにバネ機構による過大なトルクが発生してトルクバランスが崩れ、荷重補償機能が損なわれる虞がある。

そこで本発明では、昇降動作に伴う平行リンク機構の角度変化時の荷重補償と、任意の角度における負荷物による追加荷重の補償とを両立可能な荷重補償装置をもたらすことを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、平行リンク機構にバネ機構を備えた荷重補償装置において、負荷物を支持する支持部材の作用軸に作用軸保持手段を設けて、角度変化に伴って生じる不要なトルクの影響を排除するようにした。

すなわち、ここに開示する第１の技術に係る荷重補償装置は、基台と、前記基台に基端側が回動可能に連結された第１アームと、前記第１アームの下側に離間して平行に配置され、前記基台に基端側が回動可能に連結された第２アームと、前記第１アーム及び前記第２アームの各先端側に、回動可能に連結された第３アームと、前記第３アームに設けられ、負荷物を支持するための支持部材と、前記支持部材の作用軸に連結され、前記負荷物の追加荷重を補償するための第１弾性部材と、前記基台、前記第２アーム及び前記第３アームの少なくとも１つに設けられ、自重を補償するための第２弾性部材と、前記支持部材の作用軸に接続された作用軸保持手段と、を備え、前記第１アームは基台連結部で前記基台に連結されており、前記第１弾性部材は、先端側が前記支持部材の前記作用軸に連結されるとともに、前記基台連結部に掛け回され、基端側が前記基台に連結された引張バネであり、前記作用軸保持手段は、水平方向に対する前記第１アームのなす角度に拘わらず、前記第１アーム及び前記第３アームの連結部に対する前記作用軸の相対位置が、前記負荷物の追加荷重にのみ依存して変化するように、前記作用軸の位置を保持することを特徴とする。

従来の荷重補償装置では、第３アームに配置された支持部材上に負荷物が載置された場合、支持部材が第３アームに対して下側にスライドするとともに、第１弾性部材の弾性力により負荷物の追加荷重を補償することができる。

しかしながら、このような構成では、第３アームが上下方向に昇降移動した場合、第１アーム及び第２アームが水平位置から上方又は下方に移動する。そうすると、支持部材の作用軸の第３アームに対する相対位置が第１弾性部材の弾性力により変動し得る。具体的には、例えば第１アーム及び第２アームが上方又は下方に移動した場合には、第３アームに対して支持部材が少し下降又は上昇した状態となり得る。そうすると、第１アーム及び第２アームの位置によって、荷重補償装置の荷重補償機能が損なわれることになる。

第１の技術によれば、第１アーム及び第２アームの位置によらず、第３アームに対する支持部材の作用軸の相対位置を一定に保つことができる。そして、負荷物により支持部材に追加荷重がかかったときには、その実際の追加荷重の大きさに応じて、作用軸は第３アームに対して上下方向に移動する。そうして、第１アーム及び第２アームの位置によらず、荷重補償装置の荷重補償機能を担保することができる。

また、第１の技術において、前記第１アームは基台連結部で前記基台に連結されており、前記第１弾性部材は、先端側が前記支持部材の前記作用軸に連結されるとともに、前記基台連結部に掛け回され、基端側が前記基台に連結された引張バネである。

第１アームの移動に伴って、基台連結部には不要なトルクが生じ、第３アームに対する支持部材の作用軸の相対位置が変動し得る。第２の技術によれば、基台連結部に生じる不要なトルクの影響を排除して、支持部材にかかる荷重が自重のみの場合における第３アームに対する支持部材の作用軸の相対位置を一定に保つことができる。

ここに開示する第２の技術に係る荷重補償装置は、基台と、前記基台に基端側が回動可能に連結された第１アームと、前記第１アームの下側に離間して平行に配置され、前記基台に基端側が回動可能に連結された第２アームと、前記第１アーム及び前記第２アームの各先端側に、回動可能に連結された第３アームと、前記第３アームに設けられ、負荷物を支持するための支持部材と、前記支持部材の作用軸に連結され、前記負荷物の追加荷重を補償するための第１弾性部材と、前記基台、前記第２アーム及び前記第３アームの少なくとも１つに設けられ、自重を補償するための第２弾性部材とを備え、前記支持部材には、作用軸保持手段が設けられており、前記作用軸保持手段は、前記支持部材に設けられ、前記追加荷重に応じて回動可能に構成されたネジ部材を備えており、前記作用軸は、前記ネジ部材の回動に応じて該ネジ部材上を上下移動するナット部材であり、前記作用軸保持手段は、水平方向に対する前記第１アームのなす角度に拘わらず、前記第１アーム及び前記第３アームの連結部に対する前記作用軸の相対位置が、前記負荷物の追加荷重にのみ依存して変化するように、前記作用軸の位置を保持することを特徴とする。

第２の技術によれば、ナット部材の位置を調整しない限り、支持部材の作用軸の位置を一定に保つことができるので、簡便な機構で、荷重補償装置の荷重補償機能を担保することができる。

第３の技術は、第２の技術において、前記ネジ部材及び前記ナット部材は、ボールネジ構造である。

第３の技術によれば、ボールネジ構造を採用することにより、非常に小さな力で、ナット部材の移動及び保持が可能となるため、荷重補償装置の荷重補償機能を効果的に担保することができる。

第４の技術は、第２又は第３の技術において、前記ナット部材の停止位置で該ナット部材の位置を保持するロック機構を備えている。

第４の技術によれば、ナット部材、すなわち作用軸の位置を、その停止位置においてより確実に保持することができる。

第５の技術は、第２〜第４の技術のいずれか一において、前記支持部材は、前記追加荷重を検出する追加荷重検出手段と、前記追加荷重検出手段により検出された検出値に基づいて、前記ネジ部材を回動させて前記ナット部材を移動させるネジ部材駆動手段とを備えている。

第５の技術によれば、追加荷重の大きさに応じて、迅速且つ正確にナット部材の位置を調整することができ、追加荷重の変動に対する荷重補償装置の対応能力を向上させることができる。

第６の技術は、第１の技術において、前記支持部材は、前記作用軸とともに前記第３アームに対して上下方向にスライド可能に設けられており、前記作用軸保持手段は、先端が前記作用軸に連結された作用軸保持用弾性部材と、前記作用軸保持用弾性部材の基端が連結された基端支持部と、前記基端支持部の上下方向の移動を案内する案内部材と、前記第１アームの移動に同期して前記基端支持部を移動させる駆動手段とを備えている。

第６の技術によれば、駆動手段により第１アームの移動に同期して基端支持部を移動させることで、支持部材の荷重補償を精度よく行うことができる。

第７の技術は、第６の技術において、前記作用軸保持手段は、水平方向に対する前記第１アームの角度を検出する検出手段を備えており、前記駆動手段は、前記検出手段により検出された前記角度に応じて、前記作用軸保持用弾性部材により前記作用軸に作用する力の方向が水平方向に対して前記角度と同一の角度となるように前記基端支持部の位置を調整する。

第７の技術によれば、第１アームの角度に応じて基端支持部の位置を移動させることにより、支持部材の荷重補償を効果的に行うことができる。

第８の技術は、第１〜第７の技術のいずれかにおいて、前記荷重補償装置は、搬送台車に付設されている。

第８の技術によれば、例えば上下動し得る搬送台車に付設されることで、搬送台車の上下動によらず、効果的に負荷物の追加荷重を補償することができる。

第９の技術は、第８の技術において、前記搬送台車の進行方向を基準としたときに、該搬送台車の少なくとも該進行方向両側に付設されている。

第９の技術によれば、負荷物が重量物の場合であっても、荷重補償装置を備えた搬送台車の強度を確保することができる。

第１０の技術は、第８又は第９の技術において、前記搬送台車は自動車車体搬送用である。

第１０の技術によれば、自動車のような重量物を負荷物とする搬送台車の荷重補償を効果的に行うことができる。

以上述べたように、本発明によると、第１アーム及び第２アームの位置によらず、第３アームに対する支持部材の作用軸の相対位置を一定に保つことができる。そして、負荷物により支持部材に追加荷重がかかったときには、その実際の追加荷重の大きさに応じて、作用軸は第３アームに対して上下方向に移動する。そうして、第１アーム及び第２アームの位置によらず、荷重補償装置の荷重補償機能を担保することができる。

図１は、実施形態１に係る荷重補償装置の概略を示す斜視図である。 図２は、図１の荷重補償装置の模式的な側面図である。 図３は、図１の荷重補償装置について、第３アーム上昇時であり且つ負荷物が載置されていない状態を示す模式的な側面図である。 図４は、図３において、負荷物が載置された状態を示す図である。 図５は、図４において、より重い負荷物が載置された状態を示す図である。 図６は、図４の状態から第３アームが下降した状態を示す模式的な側面図である。 図７は、第３アーム上昇時の軸部材にかかる力の関係を示す模式図である。 図８は、図７の状態から第３アームが下降した状態を示す模式図である。 図９は、実施形態２に係る荷重補償装置の図４相当図である。 図１０は、実施形態３に係る荷重補償装置の模式的な側面図である。 図１１は、実施形態３に係る荷重補償装置の模式的な部分斜視図である。 図１２は、実施形態３に係る荷重補償装置を備えた搬送システムの模式的な側面図である。 図１３は、実施形態３に係る荷重補償装置を備えた搬送システムの模式的な概略斜視図である。 図１４は、実施形態４に係る荷重補償装置に設けられたロック部材を示す斜視図であり、当該ロック部材によりナット部材がロックされた状態を示す。 図１５は、図１４のロック部材を下側から見た図である。 図１６は、図１４のロック部材において、ナット部材のロックが解除された状態を示す。 図１７は、図１６のロック部材における図１５相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
＜荷重補償装置＞
実施形態１に係る荷重補償装置１は、図１及び図２に示すように、ベース２（基台）と、ベース２に連結された第１アーム３及び第２アーム４と、第１アーム３及び第２アーム４に連結された第３アーム５と、第３アーム５に設けられた支持部材６と、第１引張バネ７（第１弾性部材、引張バネ）と、第２引張バネ８（第２弾性部材）と、軸保持部材９（作用軸保持手段）とを備えている。

なお、図１及び図２に示すように、本明細書において、「上下方向」は第１アーム３及び第２アーム４が基礎Ｂに対して平行のときの支持部材６の作用軸の移動方向を基準とする。なお、「上下方向」を「鉛直方向」と称するときがある。また、「前後方向」は第１アーム３及び第２アーム４が基礎Ｂに対して平行のときの第３アーム５側を前側、ベース２側を後側とする方向を基準とする。なお「前後方向」を「水平方向」と称するときがある。そして、「左右方向」は荷重補償装置１を後側から見たときの上下方向に垂直な方向を基準とする。

＜ベース＞
ベース２は、例えば、生産ラインの搬送装置の枠組みや床面等の基礎Ｂに固定されて、荷重補償装置１の平行リンク機構を保持するためのものである。

図１に示すように、ベース２は、上下方向に延びる左右一対の板材を備えている。この一対の板材は、例えば最上部や最下部等で互いに連結されるとともに、図２に示すように基礎Ｂに固定されている。

さらに、ベース２は、図１に示すように、第１連結部１１及び掛回部８２から後側に延びるそれぞれ左右一対の板材を備えている。これらの左右一対の板材の間には、それぞれ第１引張バネ７及び第２引張バネ８が配設されている。

＜第１アーム＞
第１アーム３は、図１に示すように、荷重補償装置１の平行リンク機構を構成するための左右一対の板状部材であり、その基端である第１アーム基端３１側が、第１連結部１１（基台連結部）においてベース２に連結されている。第１アーム３は、図２では前後方向に延びているが、第１連結部１１で上下方向に回動可能となっている。

＜第２アーム＞
第２アーム４は、第１アーム３と同様の左右一対の板状部材であり、第１アーム３とともに荷重補償装置１の平行リンク機構を構成するためのものである。

第２アーム４は、第１アーム３の下側に離間して第１アーム３と平行に配置されている。そして、その基端である第２アーム基端４１側が、第２連結部１２においてベース２に連結されている。第２アーム４は、第２連結部１２で、第１アーム３と同様に上下方向に回動可能となっている。

＜第３アーム＞
第３アーム５は、鉛直方向に配置された複数の板状部材を備えており、第１アーム３の先端である第１アーム先端３２側及び第２アーム４の先端である第２アーム先端４２側に、それぞれ第３連結部１３及び第４連結部１４で連結されている。第３アーム５は、第３連結部１３及び第４連結部１４で、第１アーム３及び第２アーム４に対して回動可能に構成されている。すなわち、例えば図１、図３及び図６等に示すように、第１アーム３及び第２アーム４の上下方向の移動に伴って第３アーム５も上下方向に移動し、荷重補償装置１の昇降運動を可能としている。そして、第３アーム５は、後述する支持部材６を備えており、搬送物などの負荷物Ｌの支持を可能としている。

＜支持部材＞
図１及び図２に示すように、第３アーム５には、上下方向にスライド可能な支持部材６が設けられている。支持部材６は、その上端部に載置された負荷物Ｌを支持するためのものである。

この支持部材６に負荷物Ｌの追加荷重Ｌ１がかかると、支持部材６は、その追加荷重Ｌ１の大きさに応じて、図２中符号Ｙで示すように、第３アーム５に対して下側にスライド移動する。

支持部材６は、軸部材６１を備えており、この軸部材６１に、後述する第１引張バネ７及び軸保持部材９が接続されている。軸部材６１は、支持部材６の移動に伴って上下方向にスライド移動する。

＜第１引張バネ＞
図２に示すように、第１引張バネ７は、その先端である第１引張バネ先端７１が軸部材６１に連結されており、第１連結部１１に掛け回されて、その基端である第１引張バネ基端７３がベース２に連結されている。第１引張バネ７は、支持部材６にかかる負荷物Ｌの追加荷重Ｌ１を、その復元力で補償するためのものである。

図２に示すように、第１連結部１１周りには、支持部材６の自重と負荷物Ｌの追加荷重Ｌ１による荷重トルクＴ１と、第１引張バネ７の復元力によるバネトルクＴ２が発生し、これらのトルクが釣り合うことで、支持部材６の自重と負荷物Ｌの追加荷重Ｌ１が補償される。

＜第２引張バネ＞
図１及び図２に示すように、第２アーム４には、第２引張バネ８が設けられている。第２引張バネ８は、荷重補償装置１の自重を補償するためのものである。第２引張バネ８を設けることにより、より大きな荷重の負荷物の支持が可能となり、汎用性が高まる。

第２引張バネ８の先端である第２引張バネ先端８１は、第２アーム４の中間部に連結されており、ベース２に設けられた掛回部８２を経て、その基端である第２引張バネ基端８３がベース２に連結されている。図２に示すように、第２連結部１２周りには、荷重補償装置１の自重による自重トルクＴ３と、第２引張バネ８の復元力による第２引張バネトルクＴ４が発生し、これらのトルクが釣り合うことで、荷重補償装置１の自重が補償される。

＜軸保持部材＞
図１及び図２に示すように、軸部材６１には、軸部材６１の位置を保持するための軸保持部材９が設けられている。

軸保持部材９は、ゼンマイバネ先端９５（ゼンマイバネの先端）が軸部材６１に連結されたゼンマイバネ９１（作用軸保持用弾性部材）と、ゼンマイバネ９１の基端であるゼンマイバネ基端９６が連結された基端保持部９２（基端支持部）と、基端保持部９２の上下方向の移動を案内するレール９３（案内部材）と、第１アーム３の移動に同期して基端保持部９２を移動させるモータ９４（駆動手段）とを備えている。

また、軸保持部材９は、水平方向に対する第１アーム３の角度θ１を検出する角度センサ９７（検出手段）をさらに備えており、モータ９４は、角度センサ９７により検出された角度θ１に応じて基端保持部９２を移動させる。

すなわち、モータ９４は、ゼンマイバネ９１によって軸部材６１に作用する復元力が、後述する軸保持力Ｆ３の大きさで、常に水平方向に対して上記角度θ１、すなわち第１アーム３及び第２アーム４と平行な方向に軸部材６１を引っ張るように、基端保持部９２の位置を調整する。

モータ９４は、基端保持部９２の位置をレール９３に沿って上下に移動させるとともに、必要なときには一定の位置に保持するためのものである。モータ９４として、軸部材６１を精度よく保持する観点から、例えばブレーキモータ等を用いることができる。

ゼンマイバネ９１は、軸部材６１を常に一定の大きさの力で引っ張るためのものである。ゼンマイバネ９１は、ストロークが変更しても、復元力が一定となる。従って、その復元力の大きさが後述する軸保持力Ｆ３の大きさとなるように調整されて、軸部材６１の位置を保持する。

基端保持部９２は、図２中符号Ｚの矢印で示すように、レール９３に従って上下動する。そして、ゼンマイバネ９１の復元力が常に第１アーム３及び第２アーム４と平行な方向に作用するように、ゼンマイバネ９１の基端を適切な位置で保持する役割を有する。基端保持部９２は、例えば図１に示すような金属製の棒材を用いることができるが、これに限定されるものではなく、種々の形状・構成の部材であってよい。

角度センサ９７は、第１アーム３及び第２アーム４の水平方向に対する角度θ１を検出する。角度センサ９７は、図示しない制御装置に電気的に接続されており、角度センサ９７で検出された角度θ１の値は、制御装置に送られる。そして、制御装置によりモータ９４の駆動が制御されて、基端保持部９２の位置が調整される。

＜軸保持部材の機能＞
図３は、第１アーム３及び第２アーム４が上昇しており、支持部材６には負荷物Ｌが載置されていない状態を示している。このとき、支持部材６の軸部材６１にかかる力は、支持部材６の自重と、第１引張バネ７により生じる復元力である。

例えば、第１アーム３及び第２アーム４が水平のとき、すなわち角度θ１が０度のときには、第３アーム５に対する軸部材６１の相対位置は、符号６１Ａで示す位置となる。このとき、第１連結部１１周りには、支持部材６の自重による荷重トルクＴ１と、第１引張バネ７によるバネトルクＴ２とが発生し、これらのトルクが釣り合った状態となっている。

そして、図３に示すように、第１アーム３及び第２アーム４が角度θ１で上昇した場合、第１引張バネ７により生じる上記復元力の鉛直成分が大きくなるため、軸部材６１の吊り合いの位置が、符号６１Ａで示す位置から符号６１Ｂへ示す位置へ下方向に移動する。そうすると、第１連結部１１に生じているバネトルクＴ２は、軸部材６１の移動に伴い増大してバネトルクＴ２’となる。そうして、荷重トルクＴ１とバネトルクＴ２’との間でトルクバランスの崩れが生じる。

軸保持部材９は、基端保持部９２の位置を上昇させて、軸部材６１の位置を符号６１Ｂの位置から符号６１Ａの位置へ上昇させ、上述のトルクバランスの崩れを是正するものである。

図４及び図５は、図３の状態で質量の異なる負荷物Ｌを支持部材６の上部に載置したときの状態を示している。

図４では、負荷物Ｌは、図２に示す負荷物Ｌと同一である。この場合図２及び図４における第３連結部１３から軸部材６１までの距離は、同一となる。すなわち、角度θ１で第１アーム及び第２アーム４が上昇していても、第３アーム５に対する軸部材６１、すなわち支持部材６の相対位置は、角度θ１が０度のときと同一である。

図５では、負荷物Ｌは、図２及び図４に示す負荷物Ｌよりも質量が大きい。この場合、図４に比べて、負荷物Ｌの追加荷重Ｌ１が増大した分だけ、軸部材６１の位置は、下降する。基端保持部９２の位置も、その軸部材６１の位置の変化に伴って変化する。

図６は、図２及び図４と同一の負荷物Ｌが支持部材６の上部に載置された状態で、第１アーム３及び第２アーム４が下降した状態を示している。第１アーム３及び第２アーム４が下降した状態では、第１引張バネ７の復元力の作用により軸部材６１は上昇する傾向にあるが、軸保持部材９の基端保持部９２の位置を下降させることにより、第３連結部１３から軸部材６１までの距離を、図２及び図４における距離と同一として、第１連結部１１周りのトルクバランスの崩れを是正し、荷重補償装置１の荷重補償機能を維持している。

このように、軸保持部材９は、水平方向に対する第１アーム３のなす角度θ１に拘わらず、第３連結部１３に対する軸部材６１の相対位置が、負荷物Ｌの追加荷重Ｌ１にのみ依存して変化するように、軸部材６１の位置を保持する。

図７及び図８は、それぞれ第１アーム３及び第２アーム４が上昇及び下降しているときの、軸部材６１にかかる力関係を模式的に示している。軸部材６１には、自重及び負荷物Ｌによる追加荷重Ｌ１との合計である荷重Ｍｇと、第１引張バネ７による復元力Ｆ１とが作用する。軸部材６１は、これらの力が釣り合ったところ、すなわち、第３連結部１３から距離ΔＹ下降した位置に位置している。

荷重Ｍｇが一定のときに、第１アーム３及び第２アーム４の水平方向となす角度θ１に拘わらず、ΔＹの値を一定とするためには、例えば図８に示すように、軸部材６１に保持力Ｒを作用させる必要がある。復元力Ｆ１と水平方向とのなす角度をθ２とすると、保持力Ｒは以下の式（１）で表すことができる。

Ｒ＝−（Ｆ１×ｓｉｎθ２−Ｍｇ） ・・・（１）
軸部材６１に保持力Ｒを作用させるため、仮に、軸部材６１を水平方向に対し角度θ１の方向、すなわち第１アーム３及び第２アーム４に平行な方向に、軸保持力Ｆ３で引っ張る場合を考える。なお、第１引張バネ７のバネ定数をＫ、第１連結部１１及び第３連結部１３間の距離をＬ_３、第１連結部１１及び軸部材６１間の距離をＬ_６１とし、第１引張バネ７の延び量は、トルクバランスを考慮して、Ｌ_６１と同一となるように設定する。

まず、Ｒ＝Ｆ３×ｓｉｎθ１であるから、式（１）より、式（２）が成り立つ。

Ｆ３＝（Ｍｇ−Ｆ１×ｓｉｎθ２）／ｓｉｎθ１ ・・・（２）
次に、Ｆ１は、第１引張バネ７の延び量Ｌ_６１にバネ定数Ｋをかけた値であるから、式（３）で表される。

Ｆ１＝Ｌ_６１×Ｋ ・・・（３）
また、第１連結部１１、第３連結部１３及び軸部材６１の幾何学的な関係から、式（４）が成り立つ。

Ｌ_６１×ｓｉｎθ２＋Ｌ_３×ｓｉｎθ１＝ΔＹ ・・・（４）
上記式（２）及び式（４）において、θ１＝０、すなわち第１アーム３及び第２アーム４が水平のときのθ２をθ２＝θ２_０とすると、次の式（５）及び式（６）が成り立つ。

Ｆ１×ｓｉｎθ２_０＝Ｍｇ ・・・（５）
Ｌ_６１×ｓｉｎθ２_０＝ΔＹ ・・・（６）
式（３）、式（５）及び式（６）から、ｓｉｎθ２_０を消去すると、次式（７）が得られる。

ΔＹ＝Ｍｇ／Ｋ ・・・（７）
式（２）に、式（３）、式（４）及び式（７）を代入して整理すると、次式（８）が得られる。

Ｆ３＝Ｋ×Ｌ_３ ・・・（８）
すなわち、式（８）から判るように、軸部材６１に保持力Ｒを作用させるために、角度θ１で軸部材６１を引っ張る軸保持力Ｆ３の大きさは、第１連結部１１及び第３連結部１３間の距離Ｌ_３と第１引張バネ７のバネ定数Ｋの積で表され、角度θ１には依存しない。

従って、軸保持部材９の基端保持部９２は、ゼンマイバネ９１により軸部材６１を第１アーム３及び第２アーム４と平行な方向に、常に一定の大きさの軸保持力Ｆ３で引っ張るように構成されている。そうすると、荷重Ｍｇが一定のとき、すなわち負荷物Ｌによる追加荷重Ｌ１が一定のときは、ΔＹは一定に保たれる一方、荷重Ｍｇが変化したとき、すなわち負荷物Ｌによる追加荷重Ｌ１が変化したときは、ΔＹが変化し、延いては復元力Ｆ１の値が変化して第１引張バネ７により、荷重が補償される。そうして、角度θ１変化時の荷重補償と、任意の角度θ１における負荷物Ｌによる追加荷重の補償とを両立させることができる。

＜荷重補償装置の用途＞
本実施形態に係る荷重補償装置１は、例えば、自動車、家電、物流等の工場における製造ラインの搬送台の下部に配置することができる。そうすると、種々の搬送物の種類・質量によらず搬送台にかかる荷重を補償することができる。また、様々な高さでの作業環境を簡便に実現することができ、製造ラインの仕様変更等にも迅速且つ低コストで対応することができる。また、このような製造ラインに限らず、搭載装置等の用途に適用することができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係る他の実施形態について説明する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

＜第２引張バネ８＞
図９に示すように、第２引張バネ８は、第２引張バネ先端８１がベース２に連結され、掛回部８２及び第４連結部１４に掛け回されて第２引張バネ基端８３が第３アーム５に連結された構成であってもよい。これにより、荷重補償装置１の自重を、実施形態１の構成と同様に、適切に補償することができる。

また、ゼンマイバネ９１は、引張バネを用いてもよい。この場合、軸保持部材９による軸部材６１の軸保持力Ｆ３の大きさを一定に保つために、引張バネの先端９５から基端９６までのストロークを一定に保つ必要がある。このため軸保持部材９は、軸部材６１に対して長円の円弧状に形成することなどが考えられる。

上記実施形態では、軸保持力Ｆ３を平行リンク機構の第１アーム３及び第２アーム４と平行な方向に作用させることで、軸部材６１に保持力Ｒを作用させて、軸部材６１の位置を調整していた。これに対し、軸部材６１に保持力Ｒを作用させることができれば、第１アーム３及び第２アーム４と平行な方向に限らず他の方向に軸保持力Ｆ３を作用させてもよい。この場合、角度θ１に依存して軸保持力Ｆ３の大きさは変化するため、軸保持力Ｆ３の大きさを角度θ１に応じて変化させる機構を採用することが必要である。

（実施形態３）
図１０〜図１３を参照して、実施形態３に係る荷重補償装置１について説明する。

図１０、図１１に示すように、実施形態３に係る荷重補償装置１では、支持部材６は第３アーム５に対して上下方向にスライドしない構成となっている。そして、図１１に示すように、支持部材６の下側に支持棒６６が設けられており、支持棒６６の一部は作用軸保持手段としてのネジ部材６３により形成されている。なお、図１０では、簡単のため支持棒６６の記載を省略している。ネジ部材６３には、作用軸としてのナット部材６２が螺合されている。そして、支持部材６の直下にはロードセル６４（追加荷重検出手段）が配置されるとともに、ネジ部材６３の上方にはネジ部材駆動用モータ６５（ネジ部材駆動手段）が配置されており、これらロードセル６４及びネジ部材駆動用モータ６５には制御装置６７が接続されている。

支持部材６上に負荷物Ｌが載置されると、支持部材６に追加荷重Ｌ１が作用する。そうすると、ロードセル６４によりこの追加荷重Ｌ１が検出される。そして、ロードセル６４により検出された検出値は、制御装置６７に送られる。制御装置６７には、予め実験的に求めておいた追加荷重Ｌ１に対するナット部材６２の移動量の相関関係が記録されており、この相関関係と検出値とに基づいて、ナット部材６２の移動量が算出される。そして、制御装置６７からの指令によりネジ部材駆動用モータ６５が駆動されてネジ部材６３が回動する。そうして、ネジ部材６３の回動に応じ、ナット部材６２が算出された移動量だけ上下方向に移動する。

なお、ロードセル６４、ネジ部材駆動用モータ６５及び制御装置６７の位置は、上記構成に限定されるものではなく、追加荷重Ｌ１の正確な検出及びネジ部材６３の回動の制御を正確に行うことができる位置であれば、いずれの位置に設けてもよい。

また、ネジ部材駆動用モータ６５は、サーボロック機構（ロック機構）を備えており、追加荷重Ｌ１が支持部材６に作用しないうちは、第１アーム３及び第２アーム４の上下動に拘わらず、ネジ部材６３は回動せず、ナット部材６２は停止位置で保持される。そして、追加荷重Ｌ１が支持部材６に作用すると、サーボロック機構によるロックが解除され、ネジ部材６３の回動が始まる。

上記構成によれば、ナット部材６２の位置を調整しない限り、支持部材６の作用軸の位置を一定に保つことができるので、簡便な機構で、荷重補償装置１の荷重補償機能を担保することができる。また、追加荷重Ｌ１の大きさに応じて、迅速且つ正確にナット部材６２の位置を調整することができるから、追加荷重Ｌ１の変動に対する荷重補償装置１の対応能力を向上させることができる。

なお、本実施形態に係る荷重補償装置１では、ネジ部材６３及びナット部材６２としてボールネジ構造を採用している。すなわち、図示はしないが、ネジ部材６３のネジ溝とナット部材６２の内側との間にはボールが組み込まれており、ナット部材６２の移動時に、ネジ部材６３のネジ溝をボールが移動する。そうして、非常に小さな力で、ナット部材６２の移動及び保持が可能となるため、荷重補償装置１の荷重補償機能を効果的に担保することができる。なお、ネジ部材６３及びナット部材６２はボールネジ構造に限らず、通常のネジ及びナットを採用してもよい。

また、図１０に示すように、第３アーム５の最下部には車輪Ｗが設置されており、基礎Ｂ上に敷設された搬送用レールＣ上を移動する。そうして、支持部材６上に配置された負荷物Ｌが搬送される。

実施形態３に係る荷重補償装置１は、種々の負荷物Ｌを搬送するための搬送用に用いることができ、好ましくは負荷物Ｌとして例えば自動車の車体、エンジン、アクスル等の重量物の搬送用に好適に用いることができる。この場合、荷重補償装置１を組み込んだ搬送システムとして、図１２及び図１３に示すようなシステムが考えられる。すなわち、支持部材６としての搬送台車Ｋ１の下側に荷重補償装置１を複数台付設し、車輪Ｗ１，Ｗ２を搬送用レールＣ１，Ｃ２上において図中両矢印で示す進行方向に向かって滑らせることで負荷物Ｌを搬送させる構成とすることができる。荷重補償装置１は、図１３に示すように、搬送台車Ｋ１の進行方向、すなわち搬送用レールＣ１，Ｃ２の敷設方向に対して垂直な方向、言い換えると搬送台車Ｋ１の両側に２台付設されるとともに、進行方向に平行な方向に、第３アーム５が互いに対向した状態で２台付設されており、計４台の荷重補償装置１が搬送台車Ｋ１の下側に付設されている。このように、搬送台車Ｋ１に複数台の荷重補償装置１を付設することで、搬送システムの強度を向上させることができるとともに、より重い重量物の搬送が可能となる。なお、搬送システムにおける荷重補償装置１の台数は、搬送させる負荷物Ｌの種類、質量等によって適宜変更することができる。

また、図１３に示すように、進行方向に平行な方向に互いに対向して配置された荷重補償装置１は、第３アーム５の下部が接続されており、その接続部に車輪Ｗ１が配置されている。さらに、搬送用レールＣ１は上下の高低差を有しており、車輪Ｗ１が搬送用レールＣ１上を滑ることで、第３アーム５が上下動し、搬送台車Ｋ１上に載置された負荷物Ｌが上下動する。

（実施形態４）
実施形態３に係る荷重補償装置１では、ナット部材６２の位置を保持するロック機構として、ネジ部材駆動用モータ６５のサーボロック機構を使用する構成であったが、ナット部材６２の位置を確実に保持する観点から、ロック機構を別部材として設けてもよい。

具体的には例えば、図１４〜図１７に示すように、ロック機構として、爪部１０１Ｂを有するナット保持部材１０１Ａと、リリース部材１０１Ｃとを備えたロック部材１０１を設ける構成とすることができる。

ナット保持部材１０１Ａは、図示はしないが、ナット部材６２の上下移動に伴って、例えば第３アーム５に上下方向にスライド可能に設けられた左右一対の部材である。各ナット保持部材１０１Ａの先端には、爪部１０１Ｂが設けられており、爪部１０１Ｂは、ナット保持部材１０１Ａ内に設けられたバネにより付勢されている。ナット部材６２の位置を保持するときには、図１５の白抜き矢印で示すように、爪部１０１Ｂにより、ナット部材６２を左右両側から挟持してその位置を保持する。

一方、ロック部材１０１は、図１４に示すように、例えばネジ部材６３のナット部材６２よりも下側に設けられたリリース部材１０１Ｃを備えている。リリース部材１０１Ｃの内部には、図１４中二点鎖線で示すように、ネジ部材６３を挿通するための挿通孔が形成されており、この挿通孔の上部は、ナット部材６２に嵌合可能となるべく、上下方向に垂直な断面が六角形となるように形成されている。ネジ部材６３の回動時、すなわちナット部材６２の移動時には、図１６及び図１７に示すように、リリース部材１０１Ｃがネジ部材６３上を上側に移動し、その内部にナット部材６２を嵌合保持する。そうすると、図１７中白抜き矢印で示すように、爪部１０１Ｂが左右方向に押し広げられる。そうして、爪部１０１Ｂによるナット部材６２の保持が解除される。その後、例えば、爪部１０１Ｂによりリリース部材１０１Ｃを保持したままナット保持部材１０１Ａが下側に移動することで、ナット部材６２の移動が可能となり、ロックが解除される。

なお、再度ナット部材６２をロックする場合には、爪部１０１Ｂによりリリース部材１０１Ｃを保持したままナット保持部材１０１Ａが上側に移動し、リリース部材１０１Ｃの内部にナット部材６２がセットされた後、リリース部材１０１Ｃのみ下側に移動することで、爪部１０１Ｂによりナット部材６２が再度挟持され、図１４に示す状態となる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、ベース２、第１アーム３、第２アーム４、及び第３アーム５等の部材は、板状であったが、鋼管等を用いてもよい。これらを含む荷重補償装置１の各部材は、例えば、鉄、ステンレス鋼、アルミ、樹脂等の材料を用いて構成することができる。

本発明は、平行リンク機構にバネ機構を備えた荷重補償装置において、昇降動作に伴う平行リンク機構の角度変化時の荷重補償と、任意の角度における負荷物による追加荷重の補償とを両立させることができるので、極めて有用である。

１ 荷重補償装置
２ ベース（基台）
３ 第１アーム
４ 第２アーム
５ 第３アーム
６ 支持部材
７ 第１引張バネ（第１弾性部材、引張バネ）
８ 第２引張バネ（第２弾性部材）
９ 軸保持部材（作用軸保持手段）
１１ 第１連結部（基台連結部）
１２ 第２連結部
１３ 第３連結部（上側連結部）
１４ 第４連結部（下側連結部）
３１ 第１アーム基端（第１アームの基端）
３２ 第１アーム先端（第１アームの先端）
４１ 第２アーム基端（第２アームの基端）
４２ 第２アーム先端（第２アームの先端）
６１ 軸部材（作用軸）
６２ ナット部材（作用軸）
６３ ネジ部材（作用軸保持手段）
６４ ロードセル（追加荷重検出手段）
６５ ネジ部材駆動用モータ（ネジ部材駆動手段）
６６ 支持棒
６７ 制御装置
７１ 第１引張バネ先端（第１引張バネの先端）
７３ 第１引張バネ基端（第１引張バネの基端）
８１ 第２引張バネ先端（第２引張バネの先端）
８２ 掛回部
８３ 第２引張バネ基端（第２引張バネの基端）
９１ ゼンマイバネ（作用軸保持用弾性部材）
９２ 基端保持部（基端支持部）
９３ レール（案内部材）
９４ モータ（駆動手段）
９５ ゼンマイバネ先端（ゼンマイバネの先端）
９６ ゼンマイバネ基端（ゼンマイバネの基端）
９７ 角度センサ（検出手段）
１０１ ロック部材（ロック機構）
１０１Ａ ナット保持部材
１０１Ｂ 爪部
１０１Ｃ リリース部材
Ｂ 基礎
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２ 搬送用レール
Ｋ１ 搬送台車
Ｌ 負荷物
Ｌ１ 追加荷重
Ｔ１ 荷重トルク
Ｔ２、Ｔ２’ バネトルク
Ｔ３ 自重トルク
Ｔ４ 第２引張バネトルク

Claims (10)

1. 基台と、
   前記基台に基端側が回動可能に連結された第１アームと、
   前記第１アームの下側に離間して平行に配置され、前記基台に基端側が回動可能に連結された第２アームと、
   前記第１アーム及び前記第２アームの各先端側に、回動可能に連結された第３アームと、
   前記第３アームに設けられ、負荷物を支持するための支持部材と、
   前記支持部材の作用軸に連結され、前記負荷物の追加荷重を補償するための第１弾性部材と、
   前記基台、前記第２アーム及び前記第３アームの少なくとも１つに設けられ、自重を補償するための第２弾性部材と、
   前記支持部材の作用軸に接続された作用軸保持手段と、
   を備え、
   前記第１アームは基台連結部で前記基台に連結されており、
   前記第１弾性部材は、先端側が前記支持部材の前記作用軸に連結されるとともに、前記基台連結部に掛け回され、基端側が前記基台に連結された引張バネであり、
   前記作用軸保持手段は、水平方向に対する前記第１アームのなす角度に拘わらず、前記第１アーム及び前記第３アームの連結部に対する前記作用軸の相対位置が、前記負荷物の追加荷重にのみ依存して変化するように、前記作用軸の位置を保持する
   ことを特徴とする荷重補償装置。
2. 基台と、
   前記基台に基端側が回動可能に連結された第１アームと、
   前記第１アームの下側に離間して平行に配置され、前記基台に基端側が回動可能に連結された第２アームと、
   前記第１アーム及び前記第２アームの各先端側に、回動可能に連結された第３アームと、
   前記第３アームに設けられ、負荷物を支持するための支持部材と、
   前記支持部材の作用軸に連結され、前記負荷物の追加荷重を補償するための第１弾性部材と、
   前記基台、前記第２アーム及び前記第３アームの少なくとも１つに設けられ、自重を補償するための第２弾性部材と
   を備え、
   前記支持部材には、作用軸保持手段が設けられており、
   前記作用軸保持手段は、前記支持部材に設けられ、前記追加荷重に応じて回動可能に構成されたネジ部材を備えており、
   前記作用軸は、前記ネジ部材の回動に応じて該ネジ部材上を上下移動するナット部材であり、
   前記作用軸保持手段は、水平方向に対する前記第１アームのなす角度に拘わらず、前記第１アーム及び前記第３アームの連結部に対する前記作用軸の相対位置が、前記負荷物の追加荷重にのみ依存して変化するように、前記作用軸の位置を保持する
   ことを特徴とする荷重補償装置。
3. 請求項２において、
   前記ネジ部材及び前記ナット部材は、ボールネジ構造であることを特徴とする荷重補償装置。
4. 請求項２又は請求項３において、
   前記ナット部材の停止位置で該ナット部材の位置を保持するロック機構を備えたことを特徴とする荷重補償装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
   前記支持部材は、
   前記追加荷重を検出する追加荷重検出手段と、
   前記追加荷重検出手段により検出された検出値に基づいて、前記ネジ部材を回動させて前記ナット部材を移動させるネジ部材駆動手段とを備えたことを特徴とする荷重補償装置。
6. 請求項１において、
   前記支持部材は、前記作用軸とともに前記第３アームに対して上下方向にスライド可能に設けられており、
   前記作用軸保持手段は、
   先端が前記作用軸に連結された作用軸保持用弾性部材と、
   前記作用軸保持用弾性部材の基端が連結された基端支持部と、
   前記基端支持部の上下方向の移動を案内する案内部材と、
   前記第１アームの移動に同期して前記基端支持部を移動させる駆動手段とを備えた
   ことを特徴とする荷重補償装置。
7. 請求項６において、
   前記作用軸保持手段は、水平方向に対する前記第１アームの角度を検出する検出手段を備えており、
   前記駆動手段は、前記検出手段により検出された前記角度に応じて、前記作用軸保持用弾性部材により前記作用軸に作用する力の方向が水平方向に対して前記角度と同一の角度となるように前記基端支持部の位置を調整する
   ことを特徴とする荷重補償装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
   搬送台車に付設されていることを特徴とする荷重補償装置。
9. 請求項８において、
   前記搬送台車の進行方向を基準としたときに、該搬送台車の少なくとも該進行方向両側に付設されていることを特徴とする荷重補償装置。
10. 請求項８又は請求項９において、
    前記搬送台車は自動車車体搬送用であることを特徴とする荷重補償装置。
    

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