JP6591042B2 - 機械のスライド機構のための釣り合い及び駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、垂直方向に変位可能なスライド機構の釣り合いと制御された変位に関する。

様々な種類の機械は電動ステージを含んでいる。電動ステージは、機械軸に沿った相対的な並進運動または機械軸の回りの回転運動を行うため、スピンドルおよびピボットは勿論のこと、キャリッジおよび他のスライド機構を含んでいる。例えば、工具とワークとの間、または計測機械におけるセンサと試験対象部品との間などでの相対運動を実行することができる。

電動ステージは、機械フレームに直接または他の電動ステージに間接的に相対運動するように支持される。ガイドシステムは、所望の動作を規定するためのレール、ベアリング、シャフト、経路、およびローラを含む。典型的なリニアドライブは、ステッピングモータまたはサーボモータで駆動される、ベルト、ラックとピニオン、ボールネジ、リードネジを含む。

ベルトドライブは、タイミングベルトを介して回転運動を直線運動に変換する。タイミングベルトは歯を有し、駆動モータによって直接または間接的に駆動される歯付きプーリと係合する。機械の垂直軸（Ｚ軸）にリニアベルトドライブを装備する場合、垂直方向に変位可能なスライド機構の重量を相殺するために、しばしば釣り合い（counter balance）が必要となる。タイミングベルトは、機械のフレームまたは他の形態のマウントに取り付けられた１つまたは複数のプーリによって支持され、タイミングベルトの一端が、垂直方向に移動可能なスライド機構に取り付けられ、タイミングベルトの他端がカウンタウエイトに取り付けられている。プーリの１つは駆動プーリであり、この駆動プーリは、歯車減速機または他のパワーアロケータを介して回転駆動モータに直接または間接的に接続されている。カウンタウエイトの質量は、垂直方向に移動可能なスライド機構の質量に等しいかほぼ等しく、駆動プーリのいずれかの側で釣り合う荷重又はほぼ釣り合う荷重を生成する。釣り合い荷重は、垂直方向に移動可能なスライド機構を一定のＺ軸位置に維持するために付与すべきモータによる保持力を低減する。これにより、モータによって生成される熱量が低減され、より小さくより安価なモータを使用することも可能になる。

上記既知の形態では、垂直に移動可能なスライド機構が下降している間に予期せぬ障害に遭遇した場合に、問題が生じる可能性がある。カウンタウエイトが存在するにもかかわらず、スライド機構の全重量が障害物に乗る可能性がある。なぜなら、スライド機構をその所望の位置に向かって若干オーバードライブすることによって、駆動モータがカウンタウエイトを持ち上げ、その間、タイミングベルトが駆動モータとスライド機構の間で弛むからである。スライド機構の全重力が障害物に付与されると、スライド機構が損傷したり、障害物が傷つく可能性がある。障害物は作業者の身体の一部である可能性もある。過剰な位置誤差を監視する制御ループは、オーバードライブの量を制限することができるが、いかなる量のオーバードライブでも、釣り合いを解消して、障害物に望ましくない重量を伝達してしまう可能性がある。

実施形態による釣り合い及び駆動システムは、垂直方向に変位可能なスライド機構が下降の過程で予期しない障害物に遭遇した時でも、スライド機構の釣り合いを保つ。実施形態はまた、カウンタウエイトとスライド機構との間の第１フレキシブル接続部が喪失した場合に、釣り合いを維持するためのフェイルセーフシステムを特徴とする。

機械のスライド機構のためのこのような釣り合い及び駆動システムの実施例は、垂直方向に変位可能なスライド機構とカウンタウエイトを支持する機械マウントを含む。機械マウントから吊り下げられた第１フレキシブルコネクタは、スライド機構とカウンタウエイトとを接続し、スライド機構に作用する重力がカウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺される釣り合いシステムを形成する。垂直方向に変位可能なスライド機構のための駆動システムは、機械マウントから吊り下げられてスライド機構とカウンタウエイトとを接続する第２フレキシブルコネクタを含む。駆動システムはまた、スライド機構を垂直方向に変位させるために第２フレキシブルコネクタに作用的に係合された駆動モータと、追従コネクタを含む。追従コネクタは、限定された追従範囲内で、第２フレキシブルコネクタにおける少なくとも前記駆動モータの係合部と前記カウンタウエイトとの間の部位に、調整された張力を付与する。

追従コネクタは、好ましくは相対変位可能であり、スライド機構に対するするカウンタウエイトの相対変位なしに、第２フレキシブルコネクタのオーバードライブを限定された従動範囲内で吸収する。これにより、スライド機構に作用する重力がカウンタウエイトに作用する重量により、少なくとも部分的に相殺される状態を維持する。好ましくは、コントローラが、第２フレキシブルコネクタの検出されたオーバードライブに応答して、限定された追従範囲において、スライド機構の変位に対する第２フレキシブルコネクタのさらなる変位を停止する。

好ましくは、限定された追従範囲内で追従コネクタによって与えられる調節された張力は、カウンタウエイトの持ち上げ力を供給する。この持ち上げ力は、カウンタウエイトに作用する重力の一部しか打ち消さない。
しかし、追従コネクタは、フェイルセーフ機構の一部としての限定された追従範囲を超えて動作するように構成することができる。これにより、第１フレキシブルコネクタによって提供されるスライド機構とカウンタウエイトとの間の接続の破断に応答して、第２フレキシブルコネクタが、スライド機構とカウンタウエイトとを接続するバックアップ釣り合いシステムの一部として機能し、スライド機構に作用する重力がカウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺された状態が維持される。
例えば、追従コネクタは、限定された従動範囲内で調節された張力を付与するスプリングと、ストップとを含む。このストップを介して、第２フレキシブルコネクタが限定された追従範囲を超えてスライド機構とカウンタウエイトとを接続する。これにより、第２フレキシブルコネクタによって更なる張力を伝達することができ、この張力は、カウンタウエイトに作用する重力をより十分に相殺できるカウンタウエイトの持ち上げ力に相当する。

機械のスライド機構のための釣り合い及び駆動システムの別の実施例は、垂直方向に移動可能なスライド機構及びカウンタウエイトを支持する機械マウントの基本的な装備を含む。機械マウントから吊り下げられた第１フレキシブルコネクタは、スライド機構とカウンタウエイトとを接続し、スライド機構に作用する重力がカウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺されるような釣り合いを形成する。この釣り合いは、スライド機構とカウンタウエイトとの間の第１フレキシブルコネクタによる第１の張力の伝達を介して実現する。
機械マウントから吊り下げられた第２フレキシブルコネクタも、スライド機構とカウンタウエイトとを接続する。しかしながら、スライド機構を垂直方向に変位させるために駆動モータが第２フレキシブルコネクタに作用的に係合され、テンショナが、第２フレキシブルコネクタにおける駆動モータの係合部とカウンタウエイトの間の部位に、第２のより小さな張力を付与し、これにより、駆動モータと第２フレキシブルコネクタとの間の係合を維持する。

テンショナは、弾性部材を含むことができ、この弾性部材は、第２フレキシブルコネクタに上記のより小さな張力を付与するために、限られた範囲内で変位可能である。好ましくは、弾性部材の変位は、第２フレキシブルコネクタの限られた量のオーバードライブを、スライド機構に対するカウンタウエイトの相対変位なしに吸収する。これにより、スライド機構に作用する重力が少なくとも部分的に、第１フレキシブルコネクタを介して、カウンタウエイトに作用する重力により相殺された状態を維持できる。

さらに、弾性部材の変位はストップによって制限することができ、これにより、第２フレキシブルコネクタに沿ってより大きな張力を伝達することができる。好ましくは、テンショナにより与えられるより小さな張力は、カウンタウエイトに持ち上げ力を供給する。この持ち上げ力は、カウンタウエイトに作用する重力を部分的にしか相殺しない。しかし、テンショナは、第２フレキシブルコネクタと共にフェイルセーフ機構の一部として構成される。これにより、第１フレキシブルコネクタによって提供されるスライド機構とカウンタウエイトとの間の接続の破断に応答して、第２フレキシブルコネクタは、スライド機構とカウンタウエイトとを接続するバックアップ釣り合いシステムの一部として機能し、スライド機構に作用する重力がカウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺された状態が維持される。

テンショナの１つの構成では、テンショナは、第２フレキシブルコネクタの長さに沿う第１の点に接続された第１部分と、フレキシブルコネクタの長さに沿う第２の点に接続された第２部分と、第１部分と第２部分との間に弾性力を付与する弾性部材とを含む。
テンショナの別の構成では、テンショナは、機械マウントに接続された第１部分と、第２フレキシブルコネクタの側部に係合する第２部分と、第１部分と第２部分の間に弾性力を与える弾性部材とを含む。
いずれの構成においても、テンショナは、第１部分と第２部分との間の相対運動を制限するストップを含むことができる。

第１フレキシブル部材は、好ましくは、２つの端部の間に延在する長さを有する。第１フレキシブル部材の第１部分は、スライド機構に接続された２つの端部のうちの第１端部からカウンタウエイトまで延びている。第１フレキシブル部材の第２部分は、カウンタウエイトからスライド機構に接続された２つの端部のうちの第２端部まで延びている。第１フレキシブル部材の長さの中間部分は、ベアリングを介してカウンタウエイトに接続することができる。このベアリングは、第１フレキシブル部材の第１部分と第２部分とを分けるとともに、第１部分と第２部分の張力の釣り合いを維持する。
第２フレキシブルコネクタは、第１フレキシブルコネクタの第１端部と第２端部との間でスライド機構に接続される第１端部と、第１部分と第２部分とを分ける軸受と整列してカウンタウエイトに接続される第２端部とを有している。この構成により、両方のフレキシブルコネクタをスライド機構とカウンタウエイトの重心に接続することができる。

垂直方向に変位可能なスライド機構を有する多軸測定機の概略側面図である。

上記垂直方向に変位可能なスライド機構のための釣り合い及び駆動システムの側面図であり、スライド機構が仮想線で示されている。

上記釣り合い及び駆動システムの平面図である。

上記釣り合い及び駆動システムの背面図である。

上記釣り合い及び駆動システムの正面図である。

図４の背面図における領域Ａの拡大詳細図であり、追従コネクタを示す。

図６のＸ−Ｘ線に沿う追従コネクタの断面図である。

別のタイプの駆動システムの一部の概略側面図であり、追従コネクタを示す。

発明の詳細な説明

多くの測定機の１つとして示された多軸機械１０は、試験片１８をＸおよびＹ座標軸に沿って水平に移動するためのＸ−Ｙステージ１４と、センサ２０をＺ座標軸に沿って垂直方向に移動するためのスライド機構１６とを含む。Ｘ−Ｙステージ１４は機械ベース２２に支持されている。スライド機構１６は、柱２４に把持されたスライドサポ−ト２６に支持されている。測定機としてセンサ２０が配置されている。センサ２０は例えば、局所的な計測情報を得るための機械的または光学的プローブとして、又は試験片１８のより広い領域にわたる情報を獲得するための対物レンズとして構成されている。機械の計測機能をサポートするセンサまたは他の装置の目に見えない部分は、スライドサポート２６に収容することができる。このスライドサポート２６内でスライド機構１６が移動可能である。

測定機１０は、試験片１８とセンサ２０の一方または他方を相対的に移動させる移動軸の他の組合せを用いることができる。試験片１８とセンサ２０の一方または他方を相対回転させるために、１つまたはそれ以上の回転軸を追加してもよい。しかし、ある実施形態のために、スライド機構１６は、重力の影響を受ける垂直方向に変位可能な質量を有する。すなわち、拘束されていなければ、スライド機構１６は重力のもとで動くであろう。

垂直方向に変位可能なスライド機構１６のための釣り合い及び駆動システムは、図２〜図７に示されている。これら図では、スライド機構１６は仮想線で示されている。スライド機構１６は、他の移動可能なステージと同様に、Ｚ軸に沿った移動のために、好適なレールまたは経路によって案内されることが好ましい。スライド機構１６のためのカウンタウエイト３０も、Ｚ軸に沿った直線運動可能に設けられている。例えば、カウンタウエイト３０は、垂直ガイドレール３２に沿って移動するように構成することができる。カウンタウエイト３０は、垂直軸に沿って移動するために吊り下げられ、機械１０がガタついた場合に揺れを禁じるために拘束することだけが求められているので、カウンタウエイトのための案内システムは緩くてもよく、ガイドレール３２に直に接触しなくてもよい。しかし、カウンタウエイトが傾斜軸に沿って変位するように意図されている場合、または移動しやすい別の機械軸によって支持される場合、カウンタウエイト３０は、ガイドレール３０とより確実に係合させるために、通常のベアリング面を有するように構成することができる。

適宜サイズのリニアタイミングベルト３４の一端は、スライド機構１６に直接取り付けられており、好ましくはスライド機構１６の重心またはその近傍に固定されている。リニアタイミングベルト３４は、タイミングプーリ３６およびアイドラープーリ３８を通り又は掛けられ、駆動プーリ４０の配置に都合が良い経路を有している。駆動プーリ４０は、モータ４２（仮想線で示す）によって直接的にまたは間接的に駆動される。
駆動プーリ４０からのタイミングベルトは、タイミングプーリ４４および他のいくつかのプーリを通り又は掛けられ、カウンタウエイト３０を吊るすのに都合のよい場所までの経路を有している。しかし、リニアタイミングベルト３４の他端は、カウンタウエイト３０に直接取り付けるのではなく、追従コネクタ４６（compliant connector;コンプライアントコネクタ）に取り付けられている。追従コネクタ４６は、カウンタウエイト３０に取り付けられており、好ましくはカウンタウエイト３０の重心またはその近くに取り付けられている。

したがって、図示の実施形態では、タイミングベルト３４は、追従コネクタ４６と共に、スライド機構１６からカウンタウエイト３０まで延びるフレキシブルコネクタ４８を形成する。タイミングベルト３４は、一定の長さを維持しながら、プーリ３６,３８,４０,４４の周りに曲がる（すなわち巻き付く）ことを可能にする可撓性を有している。 追従コネクタ４６は、タイミングベルト３４とカウンタウエイト３０との間のフレキシブルコネクタ４８の長さの制限された変動に適応するために、長さ方向の可撓性を有する。種々のプーリ３６,３８,４０および４４は、スライドサポート２６または柱２４のような機械マウントからフレキシブルコネクタ４８を吊り下げる。タイミングベルト３４および駆動プーリは、好ましくは、回転運動を並進運動に効率的に変換するために歯が形成されている。しかし、チェーンとスプロケットの組み合わせ、または穿孔金属テープとブルノーズピン付きのプーリの組み合わせを含む、他のタイプの駆動手段を用いることができる。

リニアタイミングベルト３４の近傍において、スライド機構１６にはケーブル５２の一端が取り付けられている。このケーブル５２は、鋼線を編んだものまたは他の材料で作られており、制限された曲げ量を許容するために可撓性を有するが、引張り荷重を伸びずに支持するのに十分な強度を有している。ケーブル５２は、一連の溝付きアイドラープーリ５４ａを通りまたは掛けられて、カウンタウエイト３０に至る。カウンタウエイト３０において、ケーブル５２は、カウンタウエイト３０に取り付けられた図４に示す溝付きアイドラープーリ５６のような、１つ又はそれ以上の溝付きアイドラープーリの周りを巻き、同様の戻り経路を経てスライド機構１６に至る。ケーブル５２の他端がスライド機構１６に取り付けられている。

ケーブル５２の戻り経路は、溝付きアイドラープーリ５４ａと同軸に取り付けられた一連の溝付きアイドラープーリ５４ｂによって画定される。プーリ５６は、ケーブル５２をタイミングベルト３４と追従カップリング４６の両側にずらし、同軸に設けられた対をなすアイドラープーリ５４ａ、５４ｂは、ケーブル５２を平行に所望のオフセットで維持する。これにより、ケーブル５４の両端は、タイミングベルト３４の両側においてスライド機構１６に取り付けられている。このようにして、ケーブル５２の２つの端部がタイミングベルト３４を跨ぎ、ケーブル５２とタイミングベルト３４の両方をスライド機構１６に取り付けることができる。好ましくはケーブル５２をスライド機構１６の重心又はその近傍に取り付けることができる。同様に、プーリ５６は、追従コネクタ４６の取り付け位置と整列した位置でカウンタウエイト３０の内部に取り付けることができる。その結果、プーリ５６と追従コネクタ４６は、カウンタウエイト３０の重心又はその近傍に配置することができ、スライド機構１６またはカウンタウエイト３０の傾きや捩れを防止する。

対をなす一連のプーリ５４ａ、５４ｂは、スライドサポート２６または柱２４のような機械マウントからケーブル５２を吊り下げる。このように吊り下げられた二重のケーブル５２は、フレキシブルコネクタ５８を形成する。このフレキシブルコネクタ５８は、スライド機構１６とカウンタウエイト３０とを接続し、これにより、スライド機構１６に作用する重力が、カウンタウエイト３０に作用する重力により少なくとも部分的に相殺される。さらに、ケーブル５２の一方または両方の端部は、ケーブル５２の全長を調整する手段を有してスライド機構１６に取り付けられており、これにより追従コネクタ４６の相対的な長さの適切な調整を可能にする。フレキシブルコネクタ５８はケーブル５２として形成されるが、所望の引っ張り荷重を担持するように構成されたチェーンまたはベルトを含む様々な他の形態をとることができる。

特に図７に示すように、リニアタイミングベルト３４は、ベルトクランププレート６４を介して追従コネクタ４６のハウジング６２にクランプされている。ボルト６６がハウジング６２を貫通してカウンタウエイト３０と螺合している。 ジャムナット６８は、カウンタウエイト３０と係合しているボルト６６を、ロックしている。ハウジング６２内のボルト６６に沿って、圧縮バネ７０が配置されている。この圧縮バネ７０は、ボルト６６のヘッド端のスペーサワッシャ７２から、ハウジング６２の底部のばね捕捉プレート７４まで延在している。

圧縮バネ１６のバネ力は、タイミングベルト３４に張力を付与する。この張力は、カウンタウエイト３０の全重量を持ち上げるのに必要な張力よりもかなり小さいが、スライド機構１６の昇降中にタイミングベルト３４が弛んだり駆動プーリ４０の歯を飛び越えるのを防止するのに十分なものである。加えて、圧縮バネ７０は所定長さ分だけ圧縮可能であり、これによりタイミングベルト３４を所定距離だけオーバードライブさせることができる。この距離で、圧縮バネ７０が完全に圧縮される前にタイミングベルト３４の更なる移動を停止させる状態を引き起こすことができる。

タイミングベルト３４を介した駆動モータ４２の制御により、スライド機構１６を決められた量だけ上昇または下降させることができる。この間、カウンタウエイト３０がケーブル５２を介して下降または上昇する。ケーブル５２は、スライド機構１６とカウンタウエイト３０の片寄った重量による張力のもとで、固定長さを維持しているので、追従カプラ４６も、圧縮バネ７０が駆動プーリ４０とカウンタウエイト３０との間のタイミングベルト３４に沿って所望の張力を発揮した状態で、同じ長さを維持する傾向にある。

スライド機構１６が下降中に障害に遭遇し、もはや下方に動くことができない場合、駆動モータ４２は、タイミングベルト３４をスライド機構１６に向かって押し続け、駆動プーリ４０とスライド機構１６との間のタイミングベルト３４に弛みを生じさせる。駆動プーリ４９とカウンタウエイト３０との間では、タイミングベルト３４のオーバードライブにより、追従コネクタ４６のハウジング６２が持ち上げられ、圧縮バネ７０がさらに圧縮され、それによってフレキシブルコネクタ４８の長さが伸びる傾向にある。

カウンタウエイト３０を持ち上げ、カウンタウエイト３０とスライド機構１６との係合を解除し、スライド機構１６の全重量を障害物に付与する代わりに、上記のように追従コネクタ４６がタイミングベルト３４のオーバードライブに適応するため、タイミングベルト３４によってカウンタウエイト３０に加えられる持ち上げ力の増加は、圧縮バネ７０のさらなる圧縮に伴う追加的なばね力に制限される。好ましくは、圧縮バネ７０の更なる圧縮に伴うばね力の増加は最小にする。タイミングベルト３４の所望の張力を越えず、カウンタウエイト３０に付与される持ち上げ力の著しい増加を回避するためである。そうでなければ、ケーブル５２による所望の釣り合い効果の一部が解除されるだろう。

追従コネクタ４６の追従範囲（range of compliance;コンプライアンス範囲）内、例えば圧縮バネ７０の圧縮範囲内に、タイミングベルト３４のオーバートラベルの許容量を制限するために、好ましくは制御ループが設けられる。この制御ループは、過剰位置エラーに応答して駆動モータ４２を停止させる。このような制御ループの一部として、１つまたは複数の位置センサ９０、９２を設けることができる。これら位置センサ９０，９２は、スライド機構１６に対するタイミングベルト３４のオーバードライブを検出する。オーバードライブでは、駆動モータ４２によるタイミングベルト３４の変位量がスライド機構１６の変位量を超える。センサ９０は、スライド機構１６のＺ軸に沿った並進位置を監視する。センサ９２は、タイミングベルト３４の予想される変位を決定する駆動モータ４２の回転位置を監視する。両方のセンサ９０,９２および駆動モータ４２に接続されたコントローラ９４は、タイミングベルト３４の検出されたオーバードライブ（タイミングベルト３４の変位とスライド機構１６の変位との間の差）に応答して、駆動モータ４２を停止させる。オーバードライブ状態は、追従コネクタ４６の限定された追従範囲内で検出することが好ましい。この限定された追従範囲では、ケーブル５２の所望の釣り合い効果を打ち消すことなく、タイミングベルト３４の過剰な移動を受け入れることができる。

機械１０がこのような停止状態になった時、スライド機構１６を容易に手動で持ち上げることができる。カウンタウエイト３０がケーブル５２を介してまだ有効に働き、スライド機構１６の重量を相殺するからである。スライド機構１６が持ち上げられると、障害物を外に出すことができ、次に、スライド機構１６を手動で降ろして、タイミングベルト３４に弛みがない意図された位置まで戻すことができる。そして機械１０を所望の運転状態に戻すことができる。

追従カプラは、タイミングベルト３４による所定のオーバートラベルの量（オーバードライブ状態を検出し、タイミングベルト３４の更なるオーバートラベルを停止するのに必要な量）を受け入れるのに十分な追従範囲を示す。追従範囲は、更にフェイルセーフの特徴として制限される。例えば、圧縮バネ７０は好ましくは、更なる圧縮が終了する密着高さまで圧縮される。バネ７０が完全に圧縮されたとき、ハウジング６２とカウンタウエイト３０へのボルト接続部との間のさらなる変位は不可能であり、フレキシブルコネクタ４８はもはや伸長可能ではない。したがって、もしもスライド機構１６とカウンタウエイト３０との間のケーブル５２によって支持されたフレキシブルコネクタ５８が破断した場合、フレキシブルコネクタ４８は最大長さまで延び、この最大長さでフレキシブルコネクタは、スライド機構１６とカウンタウエイト３０とを接続するバックアップ釣り合いシステムの一部として機能する。これにより、スライド機構１６に作用する重力が、カウンタウエイト３０に作用する重力によって少なくとも部分的に相殺された状態が維持される。

フェイルセーフシステムの一部として、タイミングベルト３４および追従コネクタ４６は、スライド機構１６とカウンタウエイト３０の両方の重量を支えるのに必要な張力に耐えるように設計されていることが好ましい。そのように釣り合っているので、駆動モータ４２は、スライド機構１６を安全な位置に動かすために動作し続けることができる。ケーブル５２と接触するセンサを使用して、ケーブル５２の破断やスライド機構１６とカウンタウエイト３０の接続の破断を検出して、機械１０を安全モードへと移行することができる。

追従コネクタ４６は、所望の張力を提供するための他の形態の弾性体を配置することを含んで、タイミングベルト３４のためのテンショナとして様々な形態をとることができる。追従範囲を制限するために、他のストップを用いることができる。例えば、引張バネを、この引張バネの伸長を制限するための物理的ストップと共に用いることができる。

フレキシブルコネクタ４８の長さを収縮させるように作用する弾性力によってタイミングベルト３４に張力をかける代わりに、スライド機構１６とカウンタウエイト３０との間に配置されているタイミングベルト３４の経路の長さを延ばすことによって、タイミングベルト３４に張力をかけることができる。例えば図８は、異なる形態のテンショナとしての追従コネクタ７６を示している。この追従コネクタ７６は、駆動プーリ４０とタイミングプーリ４４との間において、タイミングベルト３４に対して横方向の力を加える。アイドラープーリ７８は、タイミングベルト３４を、ピボットアーム８２の一端に回転可能に取り付けられたテンショナプーリ８０の周りに導く。テンショナプーリ８０をアイドラープーリ７８に対して変位させるために、ピボット８４はピボットアーム８２を，スライドサポート２６または柱２４のような機械マウントに取り付ける。圧縮バネ８６がピボットアーム８２の遠位端に係合し、テンショナプーリ８０をアイドラープーリ７８から離れるように付勢し、これによりタイミングベルト３４に所望の張力が生じるように負荷を与える。圧縮バネ８６はまた、ピボットアーム８２に対する所望の力を支持するために、スライドサポート２６または柱２４のような機械マウントに対して作用する。

タイミングベルト３４に張力をかけるための図８に示す代替的な追従コネクタ構成では、タイミングベルト３４またはフレキシブルコネクタ４８の他の部分の長さに対する弾性調整手段を装備せずに、タイミングベルト３４を適切なクランプ機構などによってカウンタウエイト３０に直接接続することができる。タイミングベルト３４がオーバートラベルした場合、例えばスライド機構１６が下降している時に障害物に出会った時には、駆動モータ４２によりカウンタウエイト３０を持ち上げるように加えられるはずの追加的な張力が、圧縮バネ８６によって最初に吸収される。圧縮バネ８６が圧縮してテンショナプーリ８０を変位させ、これにより、オーバートラベルの分だけタイミングベルト３４の経路を短縮する。

圧縮バネが密着高さに圧縮されるまでの変位の支持範囲は、タイミングベルト３４による所定のオーバートラベル量（オーバードライブ状態を検出し、タイミングベルト３４の更なるオーバートラベルを停止させるのに必要なオーバートラベル量）を受け入れるのに十分な範囲とするのが好ましい。テンショナプーリ８０が変位可能な範囲内では、スライド機構１６が障害物に当たっている間でも、ケーブル５２は、カウンタウエイト３０の重量に対するスライド機構１６の重量の釣り合い状態を維持し続ける。

ピボットアーム８２の遠位端部と機械マウントとの間の固体のストップによって設定された追従コネクタ７６の追従の制限は、フェイルセーフシステムに寄与する。すなわち、ケーブル５２またはフレキシブルコネクタ５８の他の部分が破断したとしても、スライド機構１６とカウンタウエイト３０との間の釣り合いを維持する。ストップに達し、タイミングベルト３４の経路の長さがさらに収縮できなくなると、ケーブル５２に沿った張力の代わりにタイミングベルト３４に沿って張力が増加し、これにより、スライド機構１６とカウンタウエイト３０とを接続するバックアップ釣り合いシステムを支持する。その結果、スライド機構１６に作用する重力がカウンタウエイト３０に作用する重力によって少なくとも部分的に相殺された状態を維持する。このように釣り合いにより、駆動モータ４２は、スライド機構１６を安全な位置に動かすために動作し続けることができる。

限定された数の実施形態のみが開示されているが、当業者であれば、開示された特徴および機能の変形形態または代替形態を、提供される教示内容において、他のシステムまたはアプリケーションと組み合わせることができることを理解するであろう。様々な改善も以下の特許請求の範囲によって包含される。

Claims (16)

1. 機械のスライド機構のための釣り合い及び駆動システムであって、
   垂直方向に変位可能なスライド機構及びカウンタウエイトを支持する機械マウントと、
   前記スライド機構に作用する重力が前記カウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺されるように、前記機械マウントから吊り下げられて、前記スライド機構と前記カウンタウエイトとを接続する第１フレキシブルコネクタを含む釣り合いシステムと、
   前記機械マウントから吊り下げられ、前記スライド機構と前記カウンタウエイトとを接続する第２フレキシブルコネクタを含む駆動システムと、
   を備え、
   前記駆動システムは、
   前記スライド機構を垂直方向に変位させるために、前記第２フレキシブルコネクタに係合する駆動モータと、
   限定された追従範囲内で動作し、少なくとも前記第２フレキシブルコネクタにおける前記モータの係合部と前記カウンタウエイトとの間の部位に、調節された張力を付与する追従コネクタと、
   を含むことを特徴とする釣り合い及び駆動システム。
2. 前記駆動モータによる前記第２フレキシブルコネクタの変位が前記スライド機構の変位を超える、前記スライド機構に対する前記第２フレキシブルコネクタのオーバードライブ、を検出するための１つまたはそれ以上のセンサをさらに備え、
   前記追従コネクタは、前記限定された追従範囲内で相対的に変位可能であり、前記スライド機構に対する前記カウンタウエイトの相対的変位なしに、前記第２フレキシブルコネクタのオーバードライブに適応し、これにより、前記第１フレキシブルコネクタを介して前記スライド機構に作用する重力が前記カウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺された状態が維持されることを特徴とする請求項１に記載の釣り合い及び駆動システム。
3. さらにコントローラを備え、このコントローラは、前記第２フレキシブルコネクタの前記検出されたオーバードライブに応答し、前記限定された追従範囲内で、前記スライド機構の変位に対する前記第２フレキシブルコネクタのさらなる変位を停止し、
   前記１つまたはそれ以上のセンサは、前記スライド機構の変位を計測するための第１のセンサと、前記駆動モータによって駆動される前記第２フレキシブルコネクタの変位を計測するための第２のセンサとを含み、前記コントローラは、計測されたスライド機構の変位と計測された第２フレキシブルコネクタの変位との差に応答して、前記駆動モータによる前記第２フレキシブルコネクタの動きを停止することを特徴とする請求項２に記載の釣り合い及び駆動システム。
4. 前記限定された追従範囲内において前記追従コネクタによって与えられる調節された張力が、前記カウンタウエイトに持上げ力を加え、この持ち上げ力は前記カウンタウエイトに作用する重力を部分的にしか打ち消さず、
   前記追従コネクタが、フェイルセーフ機構の一部として、前記限定された追従範囲を超えて動作するように構成され、これにより、前記第１フレキシブルコネクタによって提供された前記スライド機構と前記カウンタウエイトとの間の接続の破断に応答して、前記第２フレキシブルコネクタが前記スライド機構と前記カウンタウエイトを接続するバックアップ釣り合いシステムの一部として働き、前記スライド機構に作用する重力が、カウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺される状態が維持され、
   前記追従コネクタが、前記限定された追従範囲内において前記調節された張力を与えるスプリングと、ストップとをさらに含み、このストップを介して前記第２フレキシブルコネクタが前記限定された追従範囲を超えて前記スライド機構と前記カウンタウエイトとを接続し、これにより、前記第２フレキシブルコネクタによって更なる張力を伝達することができ、この張力は、前記カウンタウエイトに作用する重力をより十分に相殺する持ち上げ力に相当することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の釣り合い及び駆動システム。
5. 前記追従コネクタは、前記第２フレキシブルコネクタの長さの一部を形成し、前記追従コネクタの限定された追従範囲内で、前記第２フレキシブルコネクタが、前記駆動モータと前記カウンタウエイトとの間において、限定された量だけ弾性的に伸長可能であり、
   前記追従コネクタは、前記カウンタウエイトに対して張った状態で引っ張るために、前記限定された追従範囲内で、前記第２フレキシブルコネクタの長さに沿って弾性収縮力を発揮することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の釣り合い及び駆動システム。
6. 前記追従コネクタがストップを有し、このストップが、前記追従コネクタの限定された追従範囲を超えた前記第２フレキシブルコネクタの伸長を制限することを特徴とする請求項５に記載の釣り合い及び駆動システム。
7. 前記追従コネクタは、前記第２フレキシブルコネクタの長さに沿って第１の点で接続された第１部分と、前記第２フレキシブルコネクタの長さに沿って第２の点で接続された第２部分と、前記限定された追従範囲内で、第１部分と第２部分との間に弾性力を付与する弾性部材と、を含み、
   前記追従コネクタがストップを有し、このストップが、前記限定された追従範囲を超えた前記第１部分と前記第２部分の間の相対運動を制限し、
   前記第２フレキシブルコネクタの前記第２の点が、前記カウンタウエイトに接続された前記第２フレキシブルコネクタの端部に相当することを特徴とする請求項５に記載の釣り合い及び駆動システム。
8. 前記追従コネクタは、前記駆動モータの係合部と前記カウンタウエイトとの間において、前記機械マウントから前記第２フレキシブルコネクタを弾性的に支持し、
   前記カウンタウエイトに対して張った状態で前記第２フレキシブルコネクタを引張るために、前記追従コネクタが、前記限定された追従範囲内で、前記第２フレキシブルコネクタにその長さ方向と垂直の弾性力を付与し、
   前記追従コネクタが、前記機械マウントに連結された第１部分と、前記第２フレキシブルコネクタの側部と係合する第２部分と、前記限定された追従範囲内で前記第１部分と前記第２部分との間に弾性力を付与する弾性部材と、を含み、
   前記追従コネクタがさらにストップを有し、このストップが、前記限定された追従範囲を超えた前記第１部分と前記第２部分との間の相対運動を制限することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の釣り合い及び駆動システム。
9. 前記第１フレキシブルコネクタおよび前記第２フレキシブルコネクタは、両方とも前記スライド機構の重心で前記スライド機構に接続され、
   前記第１フレキシブルコネクタと前記第２フレキシブルコネクタとの両方が、前記カウンタウエイトの重心で前記カウンタウエイトに接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の釣り合い及び駆動システム。
10. 前記第１フレキシブルコネクタは、２つの端部の間に延在する長さを有し、前記第１フレキシブルコネクタの第１部分は、前記第１フレキシブルコネクタにおける前記２つの端部のうち前記スライド機構に連結された第１端部から、前記カウンタウエイトまで延在し、前記第１フレキシブルコネクタの第２部分は、前記カウンタウエイトから、前記２つの端部のうち前記スライド機構に接続された第２端部まで延在し、
    前記第１フレキシブルコネクタの前記長さの中間部分は、ベアリングを介して前記カウンタウエイトに連結され、このベアリングは、前記第１フレキシブルコネクタの前記第１部分と前記第２部分を分けるとともに、前記第１部分と前記第２部分の張力が釣り合った状態を維持し、
    前記第２フレキシブルコネクタは、前記第１フレキシブルコネクタの前記第１端部と前記第２端部との間において前記スライド機構に連結された第１端部と、前記カウンタウエイトに接続され、前記第１フレキシブルコネクタの第１部分と第２部分を分ける前記ベアリングと整列された第２端部と、を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の釣り合い及び駆動システム。
11. 機械のスライド機構のための釣り合い及び駆動システムであって、
    垂直方向に変位可能なスライド機構及びカウンタウエイトを支持する機械マウントと、
    前記機械マウントに吊り下げられ、前記スライド機構と前記カウンタウエイトを接続し、前記スライド機構に作用する重力が少なくとも部分的に前記カウンタウエイトに作用する重力によって相殺されるような釣り合いを形成する第１フレキシブルコネクタと、
    前記機械マウントから吊り下げられ、前記スライド機構と前記カウンタウエイトを接続する第２フレキシブルコネクタと、
    前記スライド機構を垂直に変位させるために、前記第２フレキシブルコネクタに作用的に係合された駆動モータと、
    テンショナと、
    を備え、
    上記スライド機構と上記カウンタウエイトの釣り合いが、前記スライド機構と前記カウンタウエイトとの間の前記第１フレキシブルコネクタによる第１の張力の伝達を介してなされ、
    前記テンショナが、前記駆動モータと前記第２フレキシブルコネクタとの間の係合を維持するために、第２フレキシブルコネクタにおける前記駆動モータの係合部と前記カウンタウエイトとの間の部分に、第２のより小さな張力を付与することを特徴とする釣り合い及び駆動システム。
12. 前記テンショナによって与えられる前記のより小さな張力が、前記カウンタウエイトに持ち上げ力を供給し、この持ち上げ力が前記カウンタウエイトに作用する重力を部分的にしか相殺せず、
    前記テンショナは、フェイルセ−フ機構の一部として、前記第２フレキシブルコネクタとともに配置され、これにより、前記第１フレキシブルコネクタによって提供された前記スライド機構と前記カウンタウエイトとの間の接続の破断に応答して、前記第２フレキシブルコネクタが前記スライド機構と前記カウンタウエイトを接続するバックアップ釣り合いシステムの一部として働き、前記スライド機構に作用する重力が、前記カウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺される状態が維持されることを特徴とする請求項１１に記載の釣合い及び駆動システム。
13. 前記テンショナが、前記第２フレキシブルコネクタに前記のより小さい張力を付与するために、限定された範囲内で変位可能な弾性部材を含み、
    前記第２フレキシブルコネクタに沿ってより大きい張力を伝達するために、前記弾性部材の変位がストップによって制限されることを特徴とする請求項１１または１２に記載の釣り合い及び駆動システム。
14. 前記テンショナは、前記第２フレキシブルコネクタの第１の点に接続された第１部分と、前記第２フレキシブルコネクタの第２の点に接続された第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に弾性力を付与する弾性部材と、含み、
    前記テンショナが、前記第１部分と前記第２部分との間の相対運動を制限するストップを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の釣り合い及び駆動システム。
15. 前記テンショナは、前記機械マウントに連結された第１部分と、前記第２フレキシブルコネクタの側部と係合する第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に弾性力を付与する弾性部材と、を含み、
    前記テンショナは、前記第１部分と前記第２部分との間の相対運動を制限するストップを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の釣り合い及び駆動システム。
16. 前記駆動モータによる前記第２フレキシブルコネクタの変位が前記スライド機構の変位を超える、前記スライド機構に対する前記第２フレキシブルコネクタのオーバードライブ、を検出するための１つまたはそれ以上のセンサをさらに備え、
    前記テンショナは、前記スライド機構に対して前記カウンタウエイトを相対的に変位させることなく、前記第２フレキシブルコネクタのオーバードライブを受け入れるために、限られた範囲内で相対的に変位可能な弾性部材を含み、これにより、前記スライド機構に作用する重力が前記第１フレキシブルコネクタを介して前記カウンタウエイトに作用する重力によって少なくとも部分的に相殺される状態を維持され、
    さらにコントローラを備え、このコントローラは、前記第２フレキシブルコネクタの検出されたオーバードライブに応答して、前記弾性部材の限られた変位の範囲で、前記スライド機構の変位に対する前記第２フレキシブルコネクタのさらなる変位を停止することを特徴とする請求項１１に記載の釣り合い及び駆動システム。

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