JP7019382B2 - 昇降装置 - Google Patents

Description

本発明は、昇降装置に関する。

物や人を昇降させる昇降装置として、様々な装置が実用化されている。クレーンのようにワイヤを利用したものや、フォークリフトのようにガイドレールを利用したもの等がある。

さらに、リンクを利用して昇降させるジャッキタイプのものがある。例えば、パンタグラフジャッキや、Ｘの形に繋いだリンクの角度を変えることにより昇降させる構造のものがある。このＸリンクを用いたジャッキ構造は、リンク自体が昇降装置構と荷重を支える構造を兼ねるため、小スペースに優れるという利点がある。しかしながら、Ｘ構造のリンクの開閉の度合いによって、持ち上げに必要な力や昇降のストロークが変化するという欠点がある。例えば、パンタグラフジャッキは、上下のリンクが閉じた状態に近い場合は、台形ねじを１回転させることで一対のリンク連結点の間隔が狭くなり、リンク上端の上昇量が大きく、必要とするトルクも大きくなる。一方で、上下のリンクが大きく開いた状態では、台形ねじの回転に対するリンク上端の上昇量は小さく、必要なトルクは小さくなる。このようにＸリンクを用いた昇降装置は、負荷に対する所要動力の不均一性があるため、電動化には不向きであるという欠点があった。

また、従来のＸリンク式ジャッキは、Ｘリンクに沿った方向の力に対しては、Ｘリンクが引っ張りに耐える形で荷重を受け持つので高い剛性を誇るが、Ｘリンクを倒す方向の力に関しては、Ｘリンクが曲げられる方向で荷重を受け持つことから脆弱であるという欠点があった（特許文献１）。

特開２０１０－１５５６６２号公報

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、Ｘリンクタイプの昇降装置において、昇降台の昇降時において、所要トルクの変動が小さい昇降装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上述の主目的の少なくとも１つを達成するために以下の手段を採った。

本発明にかかる昇降装置は、
昇降部と、
ベース部と、
前記昇降部と前記ベース部との間にＸ状に配置されたＸリンクが平行に配置された少なくとも２つ以上のリンク部と、
それぞれの前記リンク部の前記Ｘリンクを水平方向にスライド可能に支持する支持部を構成するスライド孔を有する少なくとも２つの中央支持部材と、
２つの前記中央支持部材間に水平に配置され、中央から対向する位置に正ねじと逆ねじが螺刻された水平シャフトと、
前記水平シャフトに設けられたナット部材と、
前記ナット部材と前記Ｘリンクの支持部近傍との間に架設された水平リンク棒と、
を備え、
前記水平リンク棒の長さと、前記Ｘリンクの交差部と支持部の長さとが略同一の長さに形成されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる昇降装置において、
前記支持部は、前記Ｘリンクの端部近傍に形成されていることを特徴とするものであってもよい。

さらに、本発明にかかる昇降装置において、
前記Ｘリンクが上下に２段以上配置されていることを特徴とするものであってもよい。

図１は、第１実施形態にかかる昇降装置１００の構成の概略を示す分解斜視図である。 図２は、第１実施形態にかかる昇降装置１００のバリエーションを示す斜視図である。 図３は、第２実施形態にかかる昇降装置１００の構成の概略を示す斜視図である。 図４は、第２実施形態にかかる昇降装置１００の平面図である。 図５は、第２実施形態にかかる昇降装置１００の正面図である。 図６は、実施例１にかかる昇降時の作動時間（ｓｅｃ）とリフト上昇量（ｍｍ）の関係及び作動時間（ｓｅｃ）とモータ回転数（ｒｐｍ）との関係を示すグラフである。 図７は、比較例にかかるＸリンク式のジャッキ２００を示す斜視図である。 図８は、比較例にかかる昇降時の作動時間（ｓｅｃ）とリフト上昇量（ｍｍ）の関係及び作動時間（ｓｅｃ）とモータ回転数（ｒｐｍ）との関係を示すグラフである。 図９は、実施例２にかかる昇降時の作動時間（ｓｅｃ）とリフト上昇量（ｍｍ）の関係及び作動時間（ｓｅｃ）とモータ回転数（ｒｐｍ）との関係を示すグラフである。

（第１実施形態）
次に、本発明にかかる昇降装置１００の第１実施形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。図１は第１実施形態にかかる昇降装置１００の一部分解斜視図である。

本発明にかかる昇降装置１００は、図１に示すように、ベース部１０と、昇降部２０と、このベース部１０とこの昇降部２０との間に設けられるリンク部３０と、このリンク部３０を駆動するための水平リンク部４０と、この水平リンク部４０を駆動する駆動手段５０と、を主として備えている。

ベース部１０は、地面等に配置されてリンク部３０及び昇降部２０等を支持する部分である。本実施形態においては、左リンク下方支持部材１１ａ及び右リンク下方支持部材１１ｂ（１１）と、この左右のリンク下方支持部材１１を連結する下方連結部材１２を備えている。下方連結部材１２は、左リンク下方支持部材１１ａ及び右リンク下方支持部材１１ｂの間隔を一定に維持するための部材である。下方支持部材１１は、底面側を支持する底面部１４と、後述するリンク部３０と連結される立設片１５とを有しており、立設片１５の前方側には、略水平方向の長孔からなるスライド孔１３が形成されている。なお、本実施形態においては、ベース部１０に左右別体のリンク下方支持部材１１を有する形態を採用しているが、底面側を支持する支持面と、リンク部３０を連結する立設片１５が設けられていれば、その形態は特に限定するものではない。例えば、図２に示すように、一枚の板を折り曲げて左右の両側に立設片１５が形成されるようにベース部１０を作製してもよい。

昇降部２０は、物や人を昇降させる部分である。本実施形態においては、昇降部２０は、ベース部１０の左リンク下方支持部材１１ａ及び右リンク下方支持部材１１ｂ（１１）に対して、それぞれ上下対称に作製された左リンク上方支持部材２１ａ及び右リンク上方支持部材２１ｂ（２１）とで形成されている。上方支持部材２１には、リンク部３０と連結可能な立設片２５が設けられている。また、立設片２５の前方側には、略水平方向の長孔からなるスライド孔２３が形成されている。昇降部２０には、図１に示すように昇降台２６を取り付けてもよい。また、図２に示すように、一枚の板を折り曲げて左右の両側に立設片２５が形成されるように昇降部２０を作製してもよい。このように作製することにより、昇降部と昇降台の機能を兼ねることができる。

リンク部３０は、それぞれ下方支持部材１１と上方支持部材２１との間に配置されており、それぞれ右側と左側に配置されている。左右のリンク部３０は、それぞれの同様の概念で構成されているので、右側のリンク部３０の説明により左側リンク部３０の説明に代える。リンク部３０は、同じ長さに形成された２本のリンク棒（３１ａと３１ｂ又は３１ｃと３１ｄ）がＸ状に配置されたＸリンク３２からなり、第１実施形態においては、２組のＸリンク３２ａ、３２ｂが上下に２段重なるように配置されている。上下の２組のＸリンク３２は、それぞれ上方側Ｘリンク３２ａの下方端部と、下方側Ｘリンク３２ｂの上方側端部とがそれぞれ回転自在となるように軸支された前後の２つリンク軸支部３４が形成されている。それぞれ前後に形成され２つのリンク軸支部３４は、それぞれ水平方向にスライド孔３５ａが前後に２つ形成された中央支持部材３５にスライド自在に配置されている。本実施形態の場合は、このリンク軸支部３４が特許請求の範囲における「支持部」を構成する。上方側Ｘリンク３２ａと下方側Ｘリンク３２ｂを構成するそれぞれのリンク棒３１は、それぞれのリンク棒３１の中心で構成する交差部３１ｅにおいて互いに回転自在となるように軸支されている。

上方側Ｘリンク３２ａは、一方のリンク棒３１ａの上方側の端部が上方支持部材２１の前方側に設けられたスライド孔２３に対してスライド自在に取り付けられており、他方のリンク棒３１ｂは上方側の端部が上方支持部材２１の後方側で立設片２５に対して回転自在に軸支されている。

下方側Ｘリンク３２ｂは、一方のリンク棒３１ｃの下方側の端部が下方支持部材１１の前方側に設けられたスライド孔２３に対してスライド自在に取り付けられており、他方のリンク棒３１ｄは下方側の端部が下方支持部材１１の後方側で立設片１５に対して回転自在に軸支されている。

こうして作製されたリンク部３０は、左側も同様に作製され、左側のリンク部が形成されている。そして、それぞれ対応する左右リンク部３０のリンク棒３１ａ～３１ｄの端部同士、及び交差部３１ｅ同士の間に架設部材３８が設けられており、それぞれの間隔を一定に維持して安定性を確保するとともに、それぞれが互いに同期して動くようにされている。

水平リンク部４０は、上述したリンク部３０を駆動するためのリンクである。水平リンク部４０は、水平に配置されたねじ溝が螺刻された水平シャフト４１と、この水平シャフト４１とリンク軸支部３４との間に架設させた水平リンク棒４２とを備えている。

水平シャフト４１は、左右のそれぞれの中央支持部材３５の間を架設するように配置された棒状部材であり、台形ねじが螺刻されている。台形ねじは、水平シャフト４１の略中央から左右のねじが反対となるように、一方が正ねじ、他方が逆ねじとなるように螺刻されている。

水平リンク棒４２は、水平シャフト４１に設けられたナット部材４３と、それぞれのリンク軸支部３４との間に水平方向に回転自在に架設されている。それぞれ水平シャフト４１に対して前後に対称となるように設けられる。水平リンク棒４２は、リンク棒３１のリンク軸支部３４から交差部３１ｅまでの長さと同一又はほぼ同一の長さとなるように形成される。好ましくは、水平リンク棒４２は、リンク棒３１のリンク軸支部３４から交差部３１ｅまでの長さの差は、水平リンク棒４２の長さの１０％以内となるように形成することが好ましい。

駆動手段５０は、水平シャフト４１を回転させるための手段であり、本実施形態においては、駆動モータ５１とこの駆動モータ５１の回転を水平シャフト４１に伝達するため水平シャフト４１に固定されているギア５２とを備えている。よって駆動モータの回転が所定比率で減速されて水平シャフト４１に伝達される。しかしながら、駆動手段の構成は特に限定するものではなく、水平シャフト４１を回転させる手段であればよく、手動であっても構わない。

以上のように作製された昇降装置１００は、昇降させる際に上下のＸリンク３２の角度を変更させるのに、直接ではなく直交する方向に台形ねじを有する水平シャフト４１を配し、台形ねじの回転によって移動されるナット部材４３に回転自在に接続された水平リンク棒４２を介してＸリンク３２が移動されることになる。

また、こうして作製された昇降装置１００は、Ｘリンク３２を倒す方向の力に対して水平リンクが引っ張りに耐える形で一部の荷重を受け持つので高い剛性を有する。

（第２実施形態）
第２実施形態にかかる昇降装置１００が図３に示されている。第２実施形態にかかる昇降装置１００は、第１実施形態にかかる昇降装置１００は、Ｘリンク３２が上下に２段形成されていたが、１段のみ有している。すなわち、右側のＸリンク３２は、２本のリンク棒３１により１つのＸリンク３２のみが設けられている。また、第２実施形態においては、第１実施形態における昇降部２０と中央支持部材３５が一体に形成された昇降部一体型中央支持部材３９が設けられている。Ｘリンク３２は、ベース部１０と昇降部一体型中央支持部材３９との間に設けられており、Ｘリンク３２を構成するリンク棒３１ｆ、リンク棒３１ｇのうち、一方のリンク棒３１ｆは下方側端部がベース部１０の後方に回転自在に軸支されており、上方側端部が昇降部一体型中央支持部材３９の前方側に形成された水平方向のスライド孔３５ａにスライド可能に支持されており、他方のリンク棒３１ｇは、下方側端部がベース部１０の前方に形成されたスライド孔１３にスライド自在に支持されており、上方側端部が昇降部一体型中央支持部材３９の後方側に形成された水平方向のスライド孔３５ａにスライド可能に支持されている。本実施形態においては、このリンク棒３１の上方側端部が支持部となる。

昇降部一体型中央支持部材３９には、水平シャフト４１は、左右のそれぞれの昇降部一体型中央支持部材３９の間を架設するように配置されており、第１実施形態と同様に台形ねじが螺刻されている。台形ねじは、水平シャフト４１の略中央から左右のねじが反対となるように、一方が正ねじ、他方が逆ねじとなるように螺刻されている。

水平リンク棒４２は、水平シャフト４１に設けられたナット部材４３と、それぞれの支持部３４との間に水平方向に回転自在に架設されている。水平リンク棒４２は、リンク棒３１の支持部３４から交差部３１ｅまでの長さと同一又はほぼ同一の長さとなるように形成される。

駆動手段５０は、第１実施形態と同様である。

以上のように構成された昇降装置１００は、第１実施形態と同様に昇降させる際に上下のＸリンク３２の角度を変更させるのに、直接ではなく直交する方向に台形ねじを有する水平シャフト４１を配し、台形ねじの回転によって移動されるナット部材４３に回転自在に接続された水平リンク棒４２を介してＸリンク３２が移動されることになる。

（実施例１）
以下、本実施形態にかかる昇降装置１００の動作について詳細に説明する。例えば、実施例１では、第２実施形態のように、Ｘリンクが１段のタイプであって、Ｘリンク３２のリンク棒３１の長さを３００ｍｍ、水平リンク棒の長さを１５０ｍｍとしてある。また水平シャフト４１の台形ねじが、時計周りに回転させた場合に、ナット部材４３が中央に向かうように、それぞれ螺刻されている。

この実施例１の昇降装置１００において水平シャフト４１を時計周りに回転させると、図４に示すように、水平リンク棒４２の昇降部一体型中央支持部材３９に対する角度（θ１）は大きくなり、それに伴いリンク軸支部３４（図３参照）が前後中央に引っ張られる。これに伴い、図５に示すようにＸリンク３２の開閉角度（θ２）が大きくなり、昇降部２０が上昇することになる。逆に、反時計周りに水平シャフト４１を回転させた場合には、ナット部材４３が中央から離れるように移動し、水平リンク棒４２の昇降部一体型中央支持部材３９に対する角度（θ１）は小さくなり、それに伴いリンク軸支部３４が前後中央に引っ張られる。これに伴いＸリンクの開閉角度（θ２）が小さくなり、昇降部２０が下降することになる。

次に、かかる構成によって作製された昇降装置１００の効果について比較例と比較して説明する。負荷をＷ、台形ねじのトルクからナットの推進力の変換係数をαとすると、台形ねじの所要トルクＴは、以下の式となる。

Ｔ＝（Ｗ／α）×［｛ｃｏｓ（θ２）×ｓｉｎ（θ１）｝／｛ｓｉｎ（θ２）×ｃｏｓ（θ１）｝］

θ１及びθ２の角度が昇降時に一致することになる。そのため上記式の大括弧［ ］内は、常に１となり、所要トルクは一定となる。かかる条件においては、負荷が一定であるので、駆動モータに対しての減速比を大きくとる必要がなくなる。そこで、１：４の減速機により、高速トルク０．４Ｎ・ｍ、無負荷回転数３０００ｒｐｍのＤＣモータで、リンク初期角度θ１＝１０°で駆動したデータのグラフを図６に示す。図６の左側のグラフは、作動時間（ｓｅｃ）に対するリフト上昇量（ｍｍ）を表すグラフであり、右側のグラフは、作動中の作動時間（ｓｅｃ）に対する電動モータの回転数（ｒｐｍ）を表すグラフである。かかるデータによれば、リフト上昇量は、上昇中のどの位置においても一定の速度を保ち、モータ回転数も一定であることがわかる。本条件では、３００ｍｍのリフト高さに到達するのに、６秒かかった。

（比較例）
一方、図７に示すような単純なＸリンク式のジャッキ２００の場合、負荷をＷ、リンク角度θ３、台形ねじのトルクからナットの推進力の変換係数をαとすると、台形ねじの所要トルクＴは、

Ｔ＝（Ｗ／α）×ｃｏｓ（θ３）／ｓｉｎ（θ３）

となる。上式からわかるとおり、リンク角度θ３が小さい場合は所要トルクは非常に大きくなり、ねじの回転に伴う上昇量はリンク角度が小さいほど大きくなる。リンク長さ３００ｍｍ、リンク初期角度１０°のジャッキを実施例と同様の電動モータを使用して、減速比１：１２の減速機を用いて駆動させた場合のシミュレーション結果を図８に示す。図８の左側のグラフは、作動時間（ｓｅｃ）に対するリフト上昇量（ｍｍ）を表すグラフであり、右側のグラフは、作動中の作動時間（ｓｅｃ）に対する電動モータの回転数（ｒｐｍ）を表すグラフである。かかる結果によれば、ジャッキの上昇に伴い、所要トルクが低減されることで、電動モータの回転数が上昇していることがわかる。逆にいうと、初期の所要トルクが大きい領域で動作できるよう減速機を設定する必要があるので、所要トルクが低くなると、モータの低負荷、高回転領域で動作せざるを得ないので、電動モータの性能を無駄にすることになる。

（実施例２）
実施例２として、第１実施形態と同様の２段式のＸリンク型の昇降装置１００において、Ｘリンクのリンク棒３１の長さ５２０ｍｍ、水平リンク棒４２の長さは２２８ｍｍ、初期角度は、θ１が５．５°、θ２が５．１°に構成された昇降装置を使用し、高速トルク０．７６Ｎ・ｍ、無負荷回転数４０００ｒｐｍのＤＣモータで、減速比１：８で駆動した。結果を図９に示す。図９の左側のグラフは、作動時間（ｓｅｃ）に対するリフト上昇量（ｍｍ）を表すグラフであり、右側のグラフは、作動中の作動時間（ｓｅｃ）に対する電動モータの回転数（ｒｐｍ）を表すグラフである。実施例２にかかる昇降装置１００は、レイアウトの制約上、リンク長さは完全に２：１ではなく初期角度も同じではないが、θ１とθ２が近い値で推移するので、所要トルクに大きな変動はなく、モータ回転数は、ほぼ一定の値で動作することがわかる。

上述した実施の形態で示すように、昇降装置として利用することができる。

１０…ベース部、１１…リンク下方支持部材、１１ａ…左リンク下方支持部材、１１ｂ…右リンク下方支持部材、１２…下方連結部材、１３…スライド孔、１４…底面部、１５…立設片、２０…昇降部、２１…上方支持部材、２１ａ…左リンク上方支持部材、２１ｂ…右リンク上方支持部材、２３…スライド孔、２５…立設片、２６…昇降台、３０…リンク部、３１…リンク棒、３１ａ…リンク棒、３１ｂ…リンク棒、３１ｃ…リンク棒、３１ｄ…リンク棒、３１ｅ…交差部、３１ｆ…リンク棒、３１ｇ…リンク棒、３２…Ｘリンク、３２ａ…Ｘリンク、３２ｂ…下方側Ｘリンク、３４…リンク軸支部、３５…中央支持部材、３５ａ…スライド孔、３８…架設部材、３９…昇降部一体型中央支持部材、４０…水平リンク部、４１…水平シャフト、４２…水平リンク棒、４３…ナット部材、５０…駆動手段、５１…駆動モータ、５２…ギア、１００…昇降装置、２００…ジャッキ

Claims (3)

1. 昇降部と、
   ベース部と、
   前記昇降部と前記ベース部との間にＸ状に配置され、支持部を有するＸリンクが平行に配置された少なくとも２つ以上のリンク部と、
   それぞれの前記リンク部の前記Ｘリンクの支持部を水平方向にスライド可能に構成するスライド孔を有する少なくとも２つの中央支持部材と、
   ２つの前記中央支持部材間に水平に配置され、中央から対向する位置に正ねじと逆ねじが螺刻された水平シャフトと、
   前記水平シャフトに設けられたナット部材と、
   前記ナット部材と前記Ｘリンクの支持部近傍との間に架設された水平リンク棒と、
   を備え、
   前記水平リンク棒の長さと、前記Ｘリンクの交差部と支持部の長さとが略同一の長さに形成されていることを特徴とする昇降装置。
2. 前記支持部は、前記Ｘリンクの端部近傍に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の昇降装置。
3. 前記Ｘリンクが上下に２段以上配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の昇降装置。

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