JP6760600B2 - 電動昇降装置 - Google Patents

Description

本発明は、製造分野の製造組立て設備、運輸分野の移送設備などに用いて、物品の姿勢を平行に維持した状態で鉛直上下方向にモータ等によって昇降移動させる電動昇降装置に関するものである。

従来、昇降装置として、相互に噛み合って一体的に駆動される１対の噛合チェーン、を用いて重量物などの物品を昇降移動させる昇降装置がある。このような噛合チェーンを用いた昇降装置では、噛合チェーンが相互に噛み合うことによって剛直化することを利用して、鉛直方向で物品を支持して昇降をさせる仕組みである。そしてこの昇降装置は電動方式であって、噛合チェーンとこれの送り動作を行うスプロケットを格納した昇降作動部と、昇降作動部を駆動するモータ及び減速機、モータを駆動する電気回路等で構成されていた。

特開２０１２−００１３６０号公報 特開２０１６−１１７４２０号公報

しかしながら上述した電動昇降装置は特許文献１及び特許文献２にて開示されているように、単に置き台部上に置かれる物品の上下動を操作スイッチ等によって電動で行うだけであった。したがって精密な組立てにおいては所望の位置に物品を移動操作することが難しかった。即ち物品の位置を目視で観察しながら操作スイッチにより昇降動作を行うため、例えば下方から僅かな周囲のクリアランスにて鉛直上向きに物品を挿入するような作業には不向きであった。というのも操作スイッチによる昇降動作は物品を挿入する力を制御する訳ではないため、物品を斜めに無理矢理挿入してしまって破損するなどの問題を起こしてしまうことがあった。また棚や搬送コンベアなどへ昇降によって電動昇降装置から移載する際には、移載する高さを操作スイッチによって目視調整して都度合わせ込みをする必要があった。

このような問題に鑑みて、本発明は、物品の昇降移動操作を容易にする電動昇降装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、
物品を載せ置く置き台部と、
対をなす噛合チェーンを備えて噛合チェーンの一端部を置き台部に接続して置き台部の昇降を行う昇降作動部と、
昇降作動部へ動力を伝達するモータ部と、
置き台部に印加される重量を検出して重量信号を出力する重量検出手段と、
置き台部の昇降位置を検出して位置信号を出力する位置検出手段と、
位置検出手段からの位置信号と重量検出手段からの重量信号から、置き台部が任意の位置でバランスするようにモータ部へ指令を行う制御部と、で構成されている。

請求項２に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、制御部は、さらに物品の荷重より小さな所定の外力が置き台部及び物品の少なくとも１つへ印加されている時は物品をバランス状態に保つように、かつ所定の外力未満の置き台部及び物品の少なくとも１つへの外力印加では物品の上昇若しくは下降の動作を随時選択することを可能にして、モータ部へ指令を行うように構成されている。

請求項３に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、制御部は、さらに置き台部に鉛直下方向にて所定重量を超える力が予め定めた時間内に印加された時、置き台部が鉛直方向に減衰運動するように制御を行うように構成されている。

請求項４に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、重量検出手段は、歪みゲージを有して置き台部に印加される重量を検出するように構成されている。

請求項５に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、モータ部は、波動歯車減速機を備えている。

請求項６に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、置き台部が、水平方向に移動自在な天板と、天板の水平位置を固定する固定手段を備えている。

請求項７に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、重量検出手段が、置き台部、昇降作動部を支持する昇降支持部、昇降作動部及びモータ部の少なくとも１つに備えられている。

請求項８に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、重量検出手段が置き台部に複数配置されている。

請求項９に記載の電動昇降装置は、上記の目的を達成するために、重量検出手段が昇降支持部に複数配置されている。

請求項１に記載の発明の電動昇降装置によれば、重量検出手段からの重量信号及び位置検出手段からの位置信号によって、置き台部が任意の位置でバランスするように制御部がモータ部へ指令するため、作業者が置き台部若しくは物品に触れ、しかも軽微な力で物品の昇降動作をさせることが可能となる。

請求項２に記載の発明の電動昇降装置によれば、物品の荷重より小さな所定の外力が置き台部及び物品の少なくとも１つに加わっている状態でバランスし、所定の外力未満の小さな外力の時は上下いずれかの方向に選択可能で物品が自動で移動する。したがって物品をバランス状態から若干シフトさせ、すなわち僅かな上昇力若しくは下降力のいずれかを発生させて物品を移動させるように働き、これを抑制する僅かな力を作業者が物品に印加しつつ作業を行うことができるため、快適に物品を昇降させることができて特に細かい組立て作業などに有用である。

請求項３に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、所定の値以上の鉛直下方向の重量が予め定めた時間内に印加された時、置き台部は鉛直方向に減衰運動するように制御されることから、所定の重量より重い物品を置き台部に落としたり、作業者が転倒するなどして物品や置き台部に鉛直下向きの外力を印加したり等、比較的短い時間内で大きな荷重変化が起こった時にでも、電動昇降装置の昇降作動部やモータ部減速機等の破損を防止することができる。

請求項４に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、物品の重量を歪みゲージにて検出することから、重量検出手段の温度変化とクリープ変形に対する自己補償特性を付与することができるため、別段の補償手段を講ずることなく、温度変化やクリープ変形に対する補償ができる。したがって電動昇降装置を使用する環境変化や、重量物の長時間の扱いによるクリープ変形などの影響を排除した電動昇降装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、モータ部が出力部に波動歯車減速機を備えているのでバックラッシがないことから、モータ部の正逆回転切り換え時の制御不能な領域をなくし、スムーズなバランス保持動作を行うことができる。

請求項６に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、置き台部が、水平方向に移動自在な天板を有することから、天板に置かれた物品を外部へ円滑に移動転載することができる。また天板の水平位置を固定する固定手段を有することから、任意の位置で物品を固定保持することができて物品を扱う作業を容易にする。

請求項７に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、重量検出手段の配置位置の自由度が高く、電動昇降装置の使用環境に応じて配置させることも可能である。しかも重量検出手段を複数箇所に配置することで重量検出の精度を高めてスムーズな物品の昇降動作をさせることが可能となる。

請求項８に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、重量検出手段が置き台部に複数配置されることから、物品が必ずしも置き台部の中央部に置かれる必要はなく、物品を扱う作業の自由度が高くなる。

請求項９に記載の発明の電動昇降装置によれば上記効果に加えて、重量検出手段が昇降支持部に複数配置されることから、制御部への配線の取り回しを容易にすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の構成詳細図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の置き台部が下降した時の状態図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の置き台部が移動した時の側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る電動昇降装置の構成図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置について、図面を基に詳細な説明を行う。図１は物品が載った際の本発明の第１の実施形態の電動昇降装置の構成図であって、図２は図１における物品を取り除いて天板１４を透明にして内部を示した構成図である。そして図３は本発明の第１の実施形態の電動昇降装置の置き台部２１が下降した時の状態図である。

本発明の実施形態である電動昇降装置１は、昇降部として、物品５０を載せ置く置き台部２１と、置き台部２１を昇降可能にする昇降作動部５と、置き台部２１の昇降を案内するアーム３ａ、３ｂと、昇降作動部５を駆動するモータ部６と、置き台部２１に設けられて物品５０の重量を検出する重量検出手段１５ａ〜１５ｄと、モータ部６に繋がって物品５０の昇降位置を検出する位置検出手段１９と、置き台部２１の昇降動作を制御する制御部１０とを備えている。そして電動昇降装置１は、これらの昇降部に加えて、車輪、ハンドルグリップ１２及び操作部１３の付いた台車２を備えている。

台車２の下面側には、自由に方向転換可能な複数の自在輪と、方向転換が不能な固定輪からなる複数の従動輪が設けられている。したがって台車２はハンドルグリップ１２を押し引き操作することで電動昇降装置１を操舵することができる。

台車２の上面側には、置き台部２１を昇降可能にする昇降作動部５が固定されている。昇降作動部５は、噛合チェーン４を有した公知のものであって、お互いに噛合可能で対をなすチェーンを有する。噛合チェーン４は、噛合がはずれた屈曲自在な状態で昇降作動部５のケース内に収容され、これに接続した駆動源を駆動することで噛み合って剛直化した状態で上方に繰り出され、置き台部２１を上昇させる。より詳細には噛合チェーン４の一端部は支持板１８にボルト等によって接続固定され、他端部は昇降作動部５のケース内に設けられた案内部に沿って動き、自由端として格納されている。噛合チェーン４は昇降作動部５のケース内のスプロケットによって繰り出され、このスプロケットの回転軸がカップリング８を介して駆動源であるモータ部６に接続されている。

モータ部６は例えば減速機７を取り付けたＡＣサーボモータであって、モータによるトルクを減速機７によって重量物である物品５０を昇降させるのに必要なトルクに増幅させている。本発明の実施形態では減速機７は波動歯車減速機を使用している。波動歯車減速機は外周が楕円状のウエーブジェネレータと、外周に多数の外歯が形成されウエーブジェネレータに外嵌されてウエーブジェネレータの回転により円周方向へ撓まされる位置が変化するようにした弾性変形可能なフレクスプラインと、フレクスプラインの外周側にあってフレクスプラインの外歯と嵌合する内歯を備えたサーキュラスプラインからなる。そして動力は、フレクスプラインを回転出力として繋げたスプロケット回転軸に取り出されて伝達するようになっている。回転動力系のガタは可能な限り減少させることが望ましく、減速機のバックラッシは昇降作動部５の昇降状態に影響するので、本発明の実施形態ではバックラッシが極めて微小な波動歯車減速機を用いている。

モータ部６の反負荷側にはモータの回転位置を検出する位置検出手段１９が取り付けられている。この位置検出手段１９は本実施形態ではモータ部６の反負荷側に設置したエンコーダであるが、昇降作動部５のケース内のスプロケットやスプロケットの回転軸に設けて噛合チェーン４の繰り出し位置を位置検出としても良い。また減速機７等に設けることも可能である。また本実施形態では光学的な反射によるエンコーダを用いたがこれに限らず、また光学式で透過式ものであっても良いし、また磁力を使用したものであっても良い。さらに昇降支持部２０に反射型の光センサ等を設置して置き台部２１との距離を測定することで置き台部２１の上下方向位置を検出しても良い。

昇降作動部５が置き台部２１を昇降させる際の姿勢を保つために、支持板１８はＸ字状のアーム３ａ、３ｂよって案内されている。アーム３ａとアーム３ｂは、昇降作動部５を挟んで対向して設けられ、昇降支持部２０と支持板１８にはアーム３ａとアーム３ｂを規定された角度範囲で回転するための支持軸と、アーム３ａとアーム３ｂの端部をスライドさせるスライド機構が設けられている。図３は置き台部２１が最下点に位置した状態を示していて、図２に示すアーム３ａとアーム３ｂが伸びた状態から、置き台部２１の姿勢を保ちつつ、最下点でアーム３ａとアーム３ｂが折り畳まれている。なお置き台部２１の案内は上記のようなアームによるものに限らず、中空形状のスライド伸縮式の多段ガイドによるものであっても良い。

昇降支持部２０はアーム３ａ、アーム３ｂ及び昇降作動部５を支持し、台車２に載置されている。

置き台部２１は支持板１８と天板１４で構成されていて、支持板１８の上には天板１４が設置され、これを支持している。さらに支持板１８の上面には重量検出手段１５ａ〜１５ｄが、天板１４との間に挟み込まれて配置されている。重量検出手段１５ａ〜１５ｄは例えば歪みゲージを有したロードセルである。重量検出手段１５ａ〜１５ｄは起歪部を有して起歪部に歪みゲージが添着されていて、起歪部に加わる歪みを検出できるようになっている。そして歪みゲージはホイートストーンブリッジ回路を構成して歪み量に応じたアナログ信号を出力し、さらに検出したアナログ信号を増幅して演算を行って天板１４に加わる重量を求め重量信号として出力するものである。そしてこの重量信号は不図示の配線ケーブル等によって制御部１０へ送信されている。なお配線ケーブルは伸縮するスパイラルコードであっても良いし、アーム３ａ、３ｂに沿うようにして固定されていても良い。

なお本実施形態では重量検出手段は置き台部２１に４つ設けてあるがこれに限るものではない。重量検出手段を複数配置することで、物品５０が天板１４に置かれる位置の自由度が上がり、フレキシブルな作業の向上を図ることができる。

制御部１０は台車２にブラケット等で固定されていて、重量検出手段１５ａ〜１５ｄは制御部１０にケーブル等で接続されている。

モータドライバ９は台車２にブラケット等で固定されていてモータ部６を駆動する回路を有し、モータ部６と制御部１０にそれぞれケーブル等で接続されている。

電源１１は台車２にブラケット等で固定されていて、 モータドライバ９や制御部１０へ電源供給を行うものである。

操作部１３は台車２のハンドル部等にあって、制御部１０とケーブル等で繋がって、作業モードの切り換えや手動操作を行うものである。なお操作部１３は台車２のハンドル部から着脱可能であっても良いし、制御部１０と無線で繋がっていても良い。

この構成で制御部１０は、置き台部２１に設けられた重量検出手段１５ａ〜１５ｄから重量信号を、モータ部６の反負荷側の位置検出手段１９から位置信号をそれぞれ受信し、これを基に、置き台部２１の鉛直方向の位置を保ちつつ、置き台部２１が受ける重量を相殺してバランスするような指令信号を演算してモータドライバ９へ送信する。モータドライバ９はこの指令を基にモータ部６の駆動を行うことで、置き台部２１に置かれた物品５０はバランス状態が保たれる。

さらに加えて制御部１０は、前述のバランス状態を意図的にずらすことで、物品５０の荷重より小さな所定の外力が置き台部２１及び物品５０の少なくとも１つへ印加された時に物品５０をバランス状態に保つようにすることも可能である。そして所定の外力未満の置き台部２１及び物品５０の少なくとも１つへの外力印加では物品５０の上昇若しくは下降の動作を随時選択することも、操作部１３から制御部１０へ指令することによって容易に可能である。具体的には、物品５０の重量が４０ｋｇであって、所定の外力を鉛直下向きに１００ｇと設定すると、物品５０は鉛直上向きに１００ｇの力で浮上して来て、作業者が物品５０を鉛直下向きに１００ｇの力で押さえつけるとその位置を保ってバランスすることになる。一方物品５０の重量が４０ｋｇであって、所定の外力を鉛直上向きに５００ｇと設定すると、物品５０は鉛直下向きに５００ｇの力で降下し、作業者が物品５０を５００ｇの鉛直上向きの力で支えるとその位置を保ってバランスすることになる。所定の外力を鉛直上向きにするか鉛直下向きにするかは行う作業によって選択されるものであって、これは随時、作業者が操作部１３のスイッチ等での選択によって可能である。

さらに加えて制御部１０は、予め定めた時間内に重量検出手段１５ａ〜１５ｄから得た重量値が所定重量を超える場合、その時点での位置検出手段１９にて検出した位置を中心点とした弾粘性制御を行う。この時弾性力は中心点からの距離と第１の係数を乗算し、粘性力は速度と第２の係数を乗算することによって得られる。物品５０の荷重と弾性力及び粘性力の和を目標値と定め、重量検出手段１５ａ〜１５ｄから求めた重量値がこれに合致するように制御部１０は指令信号を演算してモータドライバ９へ送信する。重量値及び速度が所定の値以下に抑制されるまでの間、制御部１０は弾性力と粘性力を一定の時間ごとに更新する。ここで第１の係数はばね係数、第２の係数は減衰係数であって、これらは電動昇降装置１を扱う作業者等が任意に設定可能である。故に、予め定めた比較的短い時間内で置き台部２１に鉛直下方向にて大きな荷重変化が起こった時に、制御部１０は置き台部２１を上下に減衰運動させるように働くので、電動昇降装置１の昇降作動部５やモータ部６の減速機等の破損を防止することができる。

図４は物品５０が載った際の本発明の第２の実施形態の電動昇降装置の構成図であって、図５はその側面図であり、図６は置き台部２１が移動した時の側面図である。基本的な構成は第１の実施形態の電動昇降装置と同じであることから相違点のみ記述する。

置き台部２１の支持板１８には不図示のレールが設けられて、可動側は天板１４に固定されている。レールはＡ方向に天板１４が動くように配置され、天板１４はＡ方向すなわち水平方向に移動自在となっている。そして固定手段２２は天板１４を支持板１８に固定するもので、例えばクランプレバーや、ノブを９０回転させて固定／開放ができるスライドロックなどである。第２の実施形態ではＡ方向すなわち１方向であったが、これに限らず、Ａ方向に垂直な方向や天板１４の略中心を軸に回転するもの及びこれらを組合せたものであっても良い。この機構によって、例えば台車２が干渉して接近できない棚やコンベアなどへ、天板１４に置かれた物品５０を円滑に移動、転載することができる。また天板１４の水平位置を固定する固定手段２２を有することから、任意の位置で物品５０を固定保持することができて物品を扱う作業を安全かつ容易にする。

またこの時重量検出手段は置き台部２１にあっても良いが、天板１４の可動エリアに制限を加える場合もあるため、昇降支持部２０に設置するのが好ましい。重量検出手段１５ｅ〜１５ｈは昇降支持部２０と台車２の間に複数あって、第１の実施形態の置き台部２１同様に配置されている。この場合特に物品５０と置き台部２１を含めた全体の重心位置が検出できることから、重心位置が制御可能な範囲を越えた領域外にあることを警告として知らせることも可能となる。また重量検出手段１５ｅ〜１５ｈは昇降において固定側にあることから、制御部１０との配線は容易なものとなる利点がある。

図７は本発明の第３の実施形態の電動昇降装置の構成図である。基本的な構成は第１の実施形態の電動昇降装置と同じであることから相違点のみ記述する。

減速機付き重量検出手段１７はモータ部６とカップリング８の間に配置されている。具体的には減速機と一体化した回転体のトルク検出器である。減速機からの出力回転軸に設けた起歪部に歪みゲージが添着されていて、この起歪部に加わる歪みを検出できるようになっている。そして歪みゲージはホイートストーンブリッジ回路を構成して歪み量に応じたアナログ信号を増幅して演算を行ってトルク値を求め、これから昇降作動部５が受ける重量を重量信号として出力するものである。

また一方で、昇降作動部５内のスプロケット軸に起歪部を設けて歪みゲージを添着して同様にトルク値を求め重量信号として出力するように構成しても良い。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

本発明の活用例として、台車及び移動できる車両等に搭載される電動昇降移動装置への適用が可能である。

１ ：電動昇降装置
２ ：台車
３ａ、３ｂ ：アーム
４ ：噛合チェーン
５ ：昇降作動部
６ ：モータ部
７ ：減速機
８ ：カップリング
９ ：モータドライバ
１０ ：制御部
１１ ：電源
１２ ：ハンドルグリップ
１３ ：操作部
１４ ：天板
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 重量検出手段（歪みゲージ式ロードセル）
１７ ：減速機付き重量検出手段
１８ ：支持板
１９ ：位置検出手段
２０ ：昇降支持部
２１ ：置き台部
２２ ：固定手段
５０ ：物品

Claims (9)

1. 物品を載せ置く置き台部と、
   対をなす噛合チェーンを備えて前記噛合チェーンの一端部を前記置き台部に接続して前記置き台部の昇降を行う昇降作動部と、
   前記昇降作動部へ動力を伝達するモータ部と、
   前記置き台部に印加される重量を検出して重量信号を出力する重量検出手段と、
   前記置き台部の昇降位置を検出して位置信号を出力する位置検出手段と、
   前記位置検出手段からの前記位置信号と前記重量検出手段からの前記重量信号から、前記置き台部が任意の位置でバランスするように前記モータ部へ指令を行う制御部と、
   を有することを特徴とする電動昇降装置。
2. 前記制御部は、さらに前記物品の荷重より小さな所定の外力が前記置き台部及び前記物品の少なくとも１つへ印加されている時は前記物品をバランス状態に保つように、かつ前記所定の外力未満の前記置き台部及び前記物品の少なくとも１つへの外力印加では前記物品の上昇若しくは下降の動作を随時選択することを可能にして、前記モータ部へ指令を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動昇降装置。
3. 前記制御部は、さらに前記置き台部に鉛直下方向にて所定重量を超える力が予め定めた時間内に印加された時、前記置き台部が鉛直方向に減衰運動するように制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動昇降装置。
4. 前記重量検出手段は、歪みゲージを有して前記置き台部に印加される重量を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動昇降装置。
5. 前記モータ部は、波動歯車減速機を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電動昇降装置。
6. 前記置き台部が、水平方向に移動自在な天板と、前記天板の水平位置を固定する固定手段を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動昇降装置。
7. 前記重量検出手段が、前記置き台部、前記昇降作動部を支持する昇降支持部、前記昇降作動部及び前記モータ部の少なくとも１つに備えられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電動昇降装置。
8. 前記重量検出手段が前記置き台部に複数配置されることを特徴とする請求項７に記載の電動昇降装置。
9. 前記重量検出手段が前記昇降支持部に複数配置されることを特徴とする請求項７又は８に記載の電動昇降装置。