JP7029720B2 - 電動昇降装置及びその制御方法 - 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、物品を鉛直上下方向にモータ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。

従来から工業製品の組立てを行う工場では、大きな重量を有する工具、作業用機器、製品、半完成品などの荷役物を吊下げ及び上下動作させる荷役機械を使用している。その中でも、使用者が大きな重量の荷役物を比較的軽い操作力で任意の高さに上下動できるように助力を発生させる昇降装置は、圧力エアを用いたものと、電動モータを用いたものが知られている。

エアシリンダを用いたものは、主としてアーム式で、圧力エアが必要であることからエアコンプレッサ等が別途必要であり、またエア供給が切れた際の安全装置が必要であるという難点があった。また異なる重量の荷役物を吊下げると、その重量差によって助力の度合いが変わってしまうため、これを修正するために、都度手動でエア圧を調整するようにすると作業効率が低下し、荷役物重量をコンピュータに登録して登録呼出しで行うようにしようとすると電空レギュレータを用いるため配管なども含め構成が複雑になるという難点があった。

これに対して電動モータを用いた昇降装置には、物品をロープやチェーンで吊下げる吊下げ式が知られていて、ロープやチェーンを巻胴に巻回して鉛直上下方向にモータによるアシストで重量バランスさせ僅かな操作力で昇降移動させるバランス型電動昇降装置の実用化が始まっている。（特許文献１）

特開２０１７－１２４９０２号公報

このようなバランス型の電動昇降装置において、構造物に固定されたものを誤ってｊ持ち上げようとしたり、物品が何か固定物に引っかかったりして、昇降装置の可搬重量を超える力が加わった時、非常用のブレーキをかけて停止させる動作を行うのが一般的であった。この時、過負荷状態で非常ブレーキが作動するため物品や昇降装置に強い負荷が加わったままになって昇降装置や物品の破損を生じることがあり、また物品の取り外しも困難であるということから改善の余地があった。

このような問題に鑑みて、本発明は、対象とする物品を支持して任意の位置でバランスさせ、小さな外力を加えることで昇降移動させる電動昇降装置の安全性、操作性の向上を目的としている。

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、昇降させる物品を係止する係止部材と、
係止部材に接続されて係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
係止部材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部と、
係止部材の昇降位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
位置検出部からの位置信号と重量検出部からの重量信号に基づいて、モータ部の制御を行う制御部と、
制御部と繋がって係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
を備え、
制御部は、重量検出部から所定重量以上の重量信号を受信した時、係止部材を下降方向に所定距離だけ移動させた後、重量検出部から所定重量よりも小さい重量信号を受信した時に係止部材の位置を保持し、操作指令部の指令を待機するように制御するように構成されている。

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、重量検出部より所定重量以上の重量信号を受信した時から、操作指令部の指令を待機している期間中に、係止部材の位置を保持した状態で待機していることを音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つにて報知を行う報知手段をさらに有して構成されている。

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、昇降作動部が発生させる係止部材への力と係止部材に加わる鉛直下向きの力を釣り合わせて係止部材を任意の位置にてバランス状態になるように、モータ部の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、昇降作動部が、
半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の環が交互に連接され、片端が係止部材に連結するリンクチェーンと、
モータ部の駆動により回転して、リンクチェーンを巻回してリンクチェーンの繰り出しと引込みを巻回する回転部材と、
を備えている。

請求項５に記載の電動昇降装置の制御装置は、上記の目的を達成するために、昇降作動部が、
対をなして相互に噛み合い、片端が係止部材に連結して鉛直上方向に剛直化する噛合チェーンと、
モータ部の駆動により回転して、噛合チェーンと噛み合って噛合チェーンの繰り出し及び引込みを行う歯車と、
を備えている。

請求項６に記載の電動昇降装置の制御方法は、上記の目的を達成するために、昇降させる物品を係止する係止部材と、
係止部材に接続されて係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
係止部材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部と、
係止部材の昇降位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
位置検出部からの位置信号と重量検出部からの重量信号に基づいて、モータ部の制御を行う制御部と、
制御部と繋がって係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
を備える電動昇降装置の制御方法であって、
制御部は、
重量検出部から所定重量以上の重量信号を受信したかどうかを判断する第１の判断ステップと、
第１の判断ステップにより所定重量以上の重量信号を受信したと判断した時に係止部材を下降方向に所定距離だけ移動させる移動ステップと、
重量検出部から所定重量以上の重量信号を受信したかどうかを判断する第２の判断ステップと、
第２の判断ステップにより所定重量より小さい重量信号を受信したと判断した時に係止部材の位置を保持する保持ステップと、
操作指令部の指令を待つ待機ステップと、
を実行するように構成されている。

請求項６に記載の電動昇降装置の制御方法は、上記の目的を達成するために、制御部は、昇降作動部が発生させる係止部材への力と係止部材に加わる鉛直下向きの力を釣り合わせて係止部材を任意の位置にてバランス状態になるように、モータ部の制御を実行するように構成されている。

請求項１に記載の発明の電動昇降装置によれば、電動昇降装置の制御部は、物品を上昇させている時に可搬重量を超える過荷重を検出した際には、係止部材を鉛直下方向に所定の距離降下させた後再度重量を検出し、過荷重が解消していれば保持状態となって操作指令を受け付けて待機するので、物品及び係止部材に過大な荷重が継続して加わることがなく、安全性と操作性に優れた電動昇降装置を提供することができる。

請求項２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、可搬重量を超える過荷重を検出した時点から操作指令部からの指令を待機する期間において報知手段によってその状態を作業者に報知するので、電動昇降装置が現在どのような状態にあるかを作業者は知ることができ、安全性及び操作性に優れた電動昇降装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の斜視構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の一部を透明化した斜視構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作フローチャート図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の斜視構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の側面斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明模式図である。

以下、本発明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は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置１の外観構成を示した斜視図である。電動昇降装置１は、カバーにて覆われた本体部１１と、この本体部１１からリンクチェーン６に沿って下方に伸びた位置にある操作指令部２２ａと、リンクチェーン６の片端に繋がって物品３０ａを吊下げ係止する係止部材８ａ、リンクチェーン６の他端側（無負荷側）にてリンクチェーン６を巻上げている時にリンクチェーン６の一部を収納するリンクチェーン収納部１２とで構成されている。

図２は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置１の本体部１１の一部の内部構造を示したものであって、図１における本体部１１の一部を省略して表したものである。

モータとモータの負荷側に取り付けられた減速機とでモータ部２を構成している。モータは例えばサーボモータである。そして減速機はモータの回転速度を所定の速度に減速している。減速機は例えば波動歯車減速機である。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とからなる。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回転出力軸３に取り出されて伝達するようになっている。

減速機に例えば波動歯車減速機のようなバックラッシが微小なものを使用することで、モータの正逆回転切り換えを頻繁に行って助力動作を行う時に、切り換え時の制御不能な領域をなくし、スムーズな操作感を実現できる。回転出力軸３は減速機にて減速された回転軸であり、昇降作動部７ａに連結され、昇降作動部７ａを連続的に正逆に回転させるものである。

本体部１１の天面にはこの電動昇降装置１を吊下げるための吊下げ用フック９が固定されている。この吊下げ用フック９は水平方向の位置で電動昇降装置１の重心位置に近いところに設けられる。

リンクチェーン６は、半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の環が交差して交互に連接されたものであって、一端は係止部材８ａに繋がっていて、他端（無負荷側）はリンクチェーン収納部１２に収納されている。

係止部材８ａは物品３０ａを係止して吊下げるためのものであって、本実施形態ではリンクチェーン６に連結されたフック形状のものを使用している。係止部材８ａはフックに限らず、対象とする物品３０ａの形状によって適宜選択される。

昇降作動部７ａは、駆動源のモータ部２からの動力の伝達によって回転する回転部材と、係止部材８ａに接続されたリンクチェーン６を含んで構成される。本実施形態では昇降作動部７ａの回転部材は円筒の形状であって、回転出力軸３と繋がっていて、リンクチェーン６の繰り出しと引込みを行う。リンクチェーン６が巻回される位置は、おおよそ吊下げ用フック９の鉛直下付近であって、本体部１１の重心位置に近いところに設けられる。リンクチェーン６は回転部材に設けられたポケット溝に嵌入されておおよそ１８０度ほど巻回される。本実施形態では係止部材８ａに繋がった昇降作動部７ａにリンクチェーン６を用いたが、これに限らずワイヤーロープ等であっても良い。その際昇降作動部７ａの回転部材はドラム形状でワイヤーロープはその一端がドラムの胴部に固定されて巻回される。

モータ部２の反負荷側にはモータの回転角位置を検出する位置検出部４がモータ部２に連結されている。位置検出部４はいわゆるアブソリュートエンコーダであって、光学式にてモータの回転角位置を検出して位置信号を出力する。この位置検出部４は、係止部材８ａの繰り出し位置すなわち昇降位置を検出することができる。

本実施形態では、位置検出部４はモータ部２の反負荷側に配置したがこれに限らず、減速機の出力である回転出力軸３や昇降作動部７ａに設けられても良く、また両方に設けられても良い。さらに光学式に限らず磁気式や静電容量式等であっても良い。

重量検出部５は昇降作動部７ａに巻きつけられているリンクチェーン６から伝達される力を反力として検出できるように起歪体と起歪体に貼られた歪みゲージを備えている。歪みゲージは重量に応じて起歪体に生ずる歪みを電気信号に変換するホイートストーンブリッジ回路に組み込まれ、これによって重量検出部５は重量信号を出力する。

なお重量検出部５はこれに限らず、係止部材８ａに加わる重量を検出できれば良く、減速機と昇降作動部７ａとの間に設けた回転出力軸３の捻れからトルクを検出するような回転型トルクセンサの構造や、モータ部２のケーシングと本体部１１の固定部材の間に設けてモータ部２が受ける反力を検出する鼓型の構造のものであっても良い。

そして不図示の制御部１０が昇降作動部７ａの近傍で本体部１１内に配置されている。制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の記憶装置及び入出力装置を備えている。制御部１０は、位置検出部４からの位置信号及び重量検出部５からの重量信号を基に、モータ部２を制御する。制御部１０をはじめとする電装部は、電動昇降装置１を粉粒や水滴のかかる場所での使用も可能にするために本体部１１内に配置されている。

操作指令部２２ａは、係止部材８ａの鉛直上方向でリンクチェーン６の端部近傍に配置されている。操作指令部２２ａは例えば箱型の形状であって、照光式の操作釦等が設けられており、これらの釦は制御部１０にスパイラルコード１３で電気的に繋がっていて係止部材８ａの昇降に係る指令を制御部１０へ行うことができる。操作指令部２２ａと制御部１０との接続は有線に限らず赤外線等を用いた無線によるものであっても良い。操作指令部２２ａの操作釦は、係止部材８ａに吊下げた物品３０ａをバランス状態にするバランス釦２２ｂと、現在の係止部材８ａの位置を保持する保持釦２２ｃと、保持釦２２ｃにより保持された後に、電動操作で係止部材８ａを上昇させる上昇釦２２ｄと、電動操作で係止部材８ａを下降させる下降釦２２ｅと、からなる。これら操作指令部２２ａの各操作釦は、発光によって押されたことを作業者に報知する。

以上の構成にて、係止部材８ａに物品３０ａが吊るされると、物品３０ａの重量によってリンクチェーン６が引っ張られるため、係止部材８ａ、リンクチェーン６、昇降作動部７ａ、回転出力軸３、モータ部２を介して重量検出部５も下方に引張られる。そして重量検出部５の起歪部が変形し、制御部１０は、昇降作動部７ａに加わる荷重を起歪部に添着された歪みゲージにて検出した荷重信号と、位置検出部４にて検出した位置信号を基に演算して、物品３０ａがバランスするようにモータ部２に対して助力する制御を行う。すなわち制御部１０は、昇降作動部７ａに発生させる係止部材８ａへの力と係止部材８ａに加わる鉛直下向きの力を釣り合わせて係止部材８ａと物品３０ａとを任意の位置にてバランス状態になるように、モータ部２の制御を行っている。もちろん制御部１０は、作業者が物品３０ａ若しくは係止部材８ａに僅かな上下いずれかの方向の外力を印加することで物品３０ａをバランスさせ、作業者が外力の印加を止めると物品３０ａ若しくは係止部材８ａを上下いずれかの方向に例えば低速で移動させるような動作を行うことも可能である。

図３は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明図である。一方、図６は本発明の実施形態に係る電動昇降装置の動作を示すフローチャート図である。図３と図６を用いて本発明の実施形態に係る電動昇降装置を用いた作業の例と制御方法を説明する。

作業者は、まず図３（ａ）に示すように、床などの固定構造物３１に置かれている物品３０ａに係止部材８ａを近づけ、物品３０ａの被係止部に係止させる。そして作業者は、操作指令部２２ａの保持釦２２ｃを押すと、制御部１０は保持釦２２ｃが押されたことを判断し（ステップＳ１０１）、その現在位置を保持するように制御する保持ステップＳ１０２を実行する。次いで制御部１０は上昇釦２２ｄ、下降釦２２ｅ若しくはバランス釦２２ｂを受け付けるように待機する待機ステップを実行する。

作業者が、上昇釦２２ｄを押すと、制御部１０はステップＳ１０３にて上昇指令と判断し、ステップＳ１０４を実行し、物品３０ａを上昇させる。 制御部１０は、重量検出部５から重量信号を受信して所定重量を超過したかどうかを判断する第１の判断ステップＳ１０５を行い、第１の判断ステップＳ１０５にて所定重量を超過していないと判断した時には、位置保持の保持ステップＳ１０２に戻り、その後待機ステップに戻る。作業者が上昇釦２２ｄを押し続けている時に重量検出部５からの重量信号が所定重量を超過していなければ、保持ステップＳ１０２から第１の判断ステップＳ１０５をループで繰り返す。作業者が、物品３０ａを固定構造物３１から離れる位置（ｈ１）まで上昇させたところで（図３（ｂ））、作業者はバランス釦２２ｂを押す。制御部１０はバランス釦２２ｂが押されたことを判断し（ステップＳ１０８）、次いでバランス制御ステップＳ１０９を実行する。すなわち待機ステップは上昇釦２２ｄ若しくは下降釦２２ｅが押されたことを判断するステップＳ１０３と、バランス釦２２ｂが押されたことを判断するステップＳ１０８を含んでいる。

バランス制御ステップＳ１０９では制御部１０は物品３０ａの重量の登録を行い、次いで登録した重量に基づいて物品３０ａのバランスを保つようにモータ部２を制御する。より詳細には、制御部１０は重量検出部５から重量信号を得て、この信号の値が収束した時点で、物品３０ａの重量を算出する。算出した物品３０ａの重量が、この電動昇降装置１の許容重量範囲であれば、制御部１０は重量登録が完了したことを、制御部１０に繋がっている不図示の報知手段にて作業者へ報知する。報知手段は音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つであって、例えばブザー、ＬＥＤ等の発光、表示器による画像や文字表示、小型モータによる振動など、この電動昇降装置１が使用される環境に応じて選択されるものであって、複数の組合せであっても良い。この報知手段からの報知によって物品３０ａの重量登録が完了となる。なおこの報知手段は制御部１０、操作指令部２２ａの他この電動昇降装置１のいずれの場所に配置しても良く、また電動昇降装置１と着脱可能なもので構成しても良い。

作業者がこの重量登録完了を確認した時点で、電動昇降装置１はバランス状態になっていて、作業者は物品３０ａに僅かな外力を加えることで持ち上げることができる。

電動昇降装置１がバランス状態となった後には、作業者が保持釦２２ｃを押したことを制御部１０がステップＳ１１０によって判断するまで、バランス制御を行うバランス制御ステップＳ１０９が行われる。そして電動昇降装置１がバランス状態にある時に、作業者が保持釦２２ｃを押すと、制御部１０は保持釦２２ｃを押されたことをステップＳ１１０によって判断し、係止部材８ａ及び物品３０ａの位置を保持する保持ステップＳ１０２に戻る。

図４は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明図であって、物品３０ａが固定構造物３１に固定されている時の状態を示している。図４と図６を用いて本発明の実施形態に係る電動昇降装置の動作を説明する。

物品３０ａはボルト３２により固定構造物３１に下側から固定されていて、作業者は物品３０ａ側からはボルト３２は見えないので固定されているかどうかは判らない状態である。作業者が物品３０ａを吊上げるためには予めボルト３２を外しておかねばならないが、ボルトが多数あって幾つかのボルト３２を外し忘れてしまっている場合である。

まず作業者は図４（ｃ）のように床などの固定構造物３１に置かれている物品３０ａに、係止部材８ａを近づけ、物品３０ａの被係止部に係止させる。そして作業者は、操作指令部２２ａの保持釦２２ｃと、次いで上昇釦２２ｄとを押して物品３０ａを固定構造物３１から離れる位置まで上昇させようとする。しかしながら物品３０ａはボルト３２により固定構造物３１に固定されているため、リンクチェーン６に引張力が加わった状態となっているものの、物品３０ａは固定構造物３１から浮き上がることはできない（図４（ｄ））。したがって作業者は物品３０ａを浮上させようとして上昇釦２２ｄを押し続けることになる。作業者が上昇釦２２ｄを押し続けると、リンクチェーン６への引張力が増大し、重量検出部５で検出する重量が増加して、この電動昇降装置１で扱える所定重量に達する。

制御部１０は、作業者が上昇釦２２ｄを押している期間中、重量検出部５から重量信号を受信して所定重量を超過したかどうかを判断する第１の判断ステップＳ１０５を行い、第１の判断ステップＳ１０５にて所定重量を超過したと判断した時には、係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させる移動ステップＳ１０６を行う。図４（ｅ）は係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させた後の状態を誇張して表したものであって、リンクチェーン６のテンションが緩んだ状態である。所定距離ｈ２は扱う物品３０ａの形状や重量などを勘案して作業管理者や作業者によって予め定めるものであって、例えば本実施形態では数ｍｍ程度である。制御部１０が係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させようとするものの、図４（ｅ）に示すように物品３０ａは動かず、リンクチェーン６のみが緩むことになる。

制御部１０は、移動ステップＳ１０６の実行後、重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも小さいかどうかを判断する第２の判断ステップＳ１０７を実行する。リンクチェーン６が緩むことで、重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少すると、制御部１０は第２の判断ステップＳ１０７で重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも小さいと判断し、所定距離ｈ２の位置で係止部材８ａの位置を保持する保持ステップＳ１０２に戻り、次いで操作指令部２２ａからの操作の指令を待って待機する待機ステップであるステップＳ１０３及びステップＳ１０８を実行する。 したがって例えば作業者は下降釦２２ｅを押すことでさらに係止部材８ａを下降させることができる。その後は係止部材８ａを物品３０ａから外しても良いし、もし係止部材８ａを物品３０ａから外さずに物品３０ａが固定構造物３１から解放できるならこの解放作業を実行しても良い。

また制御部１０が、第１の判断ステップＳ１０５から、移動ステップＳ１０６、保持ステップＳ１０２を経て、ステップＳ１０３とステップＳ１０８を実行して待機している期間中、制御部１０は、制御動作が遷移して保持状態で待機していることを、音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つにて報知を行う。報知を行う不図示の報知手段は音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つであって、例えばブザー、ＬＥＤ等の発光、表示器による画像や文字表示、小型モータによる振動など、この電動昇降装置１が使用される環境に応じて選択されるものであって、これらの複数の組合せであっても良い。そしてこの報知手段は前述のバランス登録の完了の報知手段と同じであってもよいし、異なるもので構成しても良い。

もし制御部１０が係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させたにもかかわらず、重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少しない場合は、制御部１０は第２の判断ステップＳ１０７にて重量検出部５で検出する重量が所定重量超過のままと判断し、そしてこれは電動昇降装置１が異常な状態にあると判断し電動昇降装置１は動作を停止する。

図５は本発明の第１の実施形態に係る電動昇降装置の動作説明図であって、物品３０ａが固定構造物３１に半固定されている時の状態を示している。図５と図６を用いて本発明の実施形態に係る電動昇降装置の動作を説明する。

ボルト３２のネジ部は物品３０ａに一部螺合しているが、ボルト３２の頭の部分と固定構造物３１には距離ｈ３の隙間があって、ボルト３２は緩められた途中の状態である（図５（ｆ））。作業者は、図５（ｆ）の状態で物品３０ａを保持釦２２ｃを押して保持状態として、次いで上昇釦２２ｄを押して吊上げ、物品３０ａが浮いたところでバランス釦２２ｂを押してバランス動作に移行させようとする。しかしながら物品３０ａは距離ｈ３だけ上昇したところでボルト３２によって上昇が制限されそれ以上上昇ができない（図５（ｇ））。この時にはリンクチェーン６に張力が加わった状態である。

もし作業者が、物品３０ａを保持釦２２ｃを押して保持状態として、次いで上昇釦２２ｄを押して物品３０ａを吊上げ、物品３０ａが距離ｈ３より小さな位置でバランス釦２２ｂを押してバランス動作に移行した場合には、その後作業者は係止部材８ａ若しくは物品３０ａを外力を加えて持ち上げると、物品３０ａが距離ｈ３の位置へ到達する。しかしボルト３２により制限されて作業者はそれ以上持ち上げできないので、物品３０ａを下側へ降ろして固定構造物３１に到達させることになる。

一方作業者が、物品３０ａを保持釦２２ｃを押して保持状態として、次いで上昇釦２２ｄを押して吊上げ、物品３０ａが距離ｈ３に到達してもなお上昇釦２２ｄを押し続けると、重量検出部５で検出する重量が増加して、この電動昇降装置１で扱える所定重量を超える重量に達する。

制御部１０が重量検出部５からこの所定重量以上の重量信号を受信した時には、係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させる（移動ステップＳ１０６）。所定距離ｈ２は前述のように扱う物品３０ａの形状や重量などを勘案して作業管理者や作業者によって予め定めるものである。制御部１０が、係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２移動させる移動ステップＳ１０６を実行すると、物品３０ａは降下し始める。

もし（ｈ３－ｈ２）＞０の時は、物品３０ａは所定距離ｈ２だけ降下して、この時に重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少するので、制御部１０は所定距離ｈ２の位置で係止部材８ａの位置を保持し、次いで操作指令部２２ａからの操作の指令を待って待機する。

一方（ｈ３―ｈ２）≦０の時は、物品３０ａはｈ３だけ降下して固定構造物３１に着地し、この時に重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少するので、制御部１０はこの位置で係止部材８ａの位置を保持し、次いで操作指令部２２ａからの操作の指令を待って待機する。

制御部１０は、保持ステップＳ１０２により保持状態とし、次いで操作指令部２２ａからの操作の指令を待って待機するので、これ以降は電動操作で係止部材８ａを上昇させる上昇釦２２ｄと、電動操作で係止部材８ａを下降させる下降釦２２ｅとによって作業者は操作が可能である。

もし係止部材８ａを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させたにもかかわらず、重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少しない場合は、制御部１０は第２の判断ステップＳ１０７にて重量検出部５で検出する重量が所定重量超過のままと判断し、そしてこの時、電動昇降装置１が異常な状態にあると判断し電動昇降装置１は動作を停止する。

図７は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の斜視図である。また図８は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の正面図である。

本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０は、昇降部として、物品を載せ置く係止部材８ｂと、係止部材８ｂを上下方向に昇降可能にする昇降作動部７ｂと、昇降作動部７ｂを支持固定する昇降支持部４１と、係止部材８ｂの昇降を案内矯正するリンクアーム４６と、昇降作動部７ｂを駆動するモータ部２と、係止部材８ｂに印加される重量を検出する重量検出部５と、モータ部２に繋がって係止部材８ｂの昇降位置を検出する位置検出部４と、係止部材８ｂ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４０は、これに加えて、車輪４３、電源４４、ハンドル４５及び操作指令部２２ａを含み、いわゆる移動台車の構造となっている。

車輪４３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とで構成されている。したがって作業者は、ハンドル４５を押し引き操作することで電動昇降装置４０を操舵することができる。

昇降作動部７ｂが、昇降支持部４１上に係止部材８ｂを昇降可能にするように載置されている。昇降作動部７ｂは、例えば噛合チェーン４２を有したものであって、対をなして相互に噛合可能なチェーンを有する。噛合チェーン４２は、噛み合いが外れた方向に伸長してかつ屈曲自在な状態で昇降作動部７ｂ内の噛合チェーン収容部に収容されている。そして噛合チェーン４２は、昇降作動部７ｂに接続した駆動源を駆動することで、剛直化した状態で鉛直上方向に繰り出されて進み、噛合チェーン４２の噛み合った方の一端が接続されている係止部材８ｂを上昇させる。噛合チェーン４２の噛み合った方の一端部は、係止部材８ｂを構成する支持板４８にボルト等によって接続固定される。一方、噛合チェーン４２の他端部は噛み合いが外れた箇所からそれぞれ反対方向に昇降作動部７ｂの噛合チェーン収容部内に設けた案内部に沿って動き、自由端として収容されている。噛合チェーン４２は昇降作動部７ｂのケース内の歯車と噛み合うことで繰り出し及び引込みすることが可能である。そしてこの歯車の回転軸は継ぎ手を介して駆動源であるモータ部２に接続されている。

モータ部２は例えば減速機を取り付けたサーボモータであって、モータによるトルクを減速機によって重量物である物品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とからなる。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。電動昇降装置においては回転動力系のガタつきは可能な限り低減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７ｂ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。

モータの回転位置を検出する位置検出部４が、モータ部２の反負荷側に取り付けられている。この位置検出部４は、本実施形態ではモータ部２の反負荷側に配置したエンコーダであるが、昇降作動部７ｂのケース内の歯車や歯車の回転軸に設けて噛合チェーン４２の繰り出し位置を検出しても良い。また位置検出部４を減速機の部分に設けても良い。また本実施形態では位置検出部４は光学的な反射によるエンコーダであるがこれに限らず、光学式で透過式のものであっても良いし、磁力を使用したものであっても良い。さらに位置検出部４は昇降支持部４１に設置した反射型の光センサ等で構成し、支持板４８の高さを測定して係止部材８ｂの鉛直方向の位置を検出しても良い。

リンクアーム４６は、鉛直方向にそれぞれ伸縮する複数のアームで構成され、昇降作動部７ｂによる係止部材８ｂの昇降の際の姿勢を矯正保持している。そしてリンクアーム４６は、鉛直上方向に複数段組みの構造である。

昇降支持部４１は金属フレームや板金等で構成され、リンクアーム４６及び昇降作動部７ｂを支持固定している。

係止部材８ｂは支持板４８と天板４７を有しており、支持板４８の上には天板４７が配置され、支持板４８は天板４７を支持している。さらに重量検出部５が、支持板４８の上面部付近に、天板４７との間に挟み込まれて配置されている。重量検出部５は例えば歪みゲージを有したロードセルである。重量検出部５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。そして重量検出部５は、歪みゲージを含んで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、これを増幅して演算を行って天板４７に加わる重量を求め、重量信号として出力する。そしてこの重量信号は、配線ケーブル（不図示）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、アーム部２２に沿うようにして配線及び固定されていても良いし、有線に限らず無線で送信するものであっても良い。

なお本実施形態では、重量検出部５は係止部材８ｂに４つ設けてあるがこれに限るものではない。重量検出部を複数配置することで、物品が天板４７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。

また一方で重量検出部５は、昇降作動部７ｂ内の歯車の軸に起歪部を設けてそこに歪みゲージを添着してトルク値を求め重量を演算して求めるような構成にしても良いし、減速機と一体で設けて減速機の出力軸を起歪部として歪みゲージを添着したものであっても良い。そしてこの場合重量検出は、歪みゲージ式に限らず、磁歪式や静電容量式等によるものであっても良い。

制御部１０は昇降支持部４１にブラケット等で固定されていて、重量検出部５は制御部１０にケーブル等で接続されている。制御部１０はモータ部２を駆動する回路を有してモータ部２とケーブルで電気的に接続されている。制御部１０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、その他の記憶装置及び入出力装置を備えている。制御部１０は、位置検出部４からの位置信号及び重量検出部５からの重量信号を基に、モータ部２を制御する。

電源４４は昇降支持部４１にブラケット等で固定されていて、 例えば電池とインバータ等で構成され、制御部１０とモータ部２等へ電源供給を行うものである。

操作指令部２２ａは例えばハンドル４５にあって、制御部１０とケーブル等で繋がって、操作の指令を行うものである。なお操作指令部２２ａはハンドル４５から着脱可能であって良いし、制御部１０と無線で繋がって通信するものであっても良い。また操作指令部２２ａに配置された釦類は第２の実施形態では第１の実施形態と同等のものであるが、これに限るものではない。

図９は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の側面斜視図であって、例えば略コの字型をした物品３０ｂを載せた時の状態を示している。この構成で制御部１０は、係止部材８ｂに設けられた重量検出部５から重量信号を、モータ部２の反負荷側の位置検出部４から位置信号をそれぞれ受信し、これに基づき、係止部材８ｂの鉛直方向の位置を保ちつつ、係止部材８ｂが受ける重量をキャンセルしてバランスするように指令するための指令信号を演算する。そして制御部１０は、この指令信号によってモータ部２の駆動を行い、係止部材８ｂに置かれた物品３０ｂを任意の位置にて留まらせ、バランス状態を保ちその位置を保持する。そして作業者は係止部材８ｂ若しくは物品３０ｂに手を添えて僅かな外力を加えるという直接的な操作で、係止部材８ｂを上下方向に昇降移動させることができる。その後作業者が外力を止めると、係止部材８ｂはその位置でバランス状態となって保持される。すなわち制御部１０は、係止部材８ｂに加わる鉛直下向きの力と、昇降作動部７ｂが発生させる係止部材８ｂへの力とを釣り合わせ、係止部材８ｂを任意の位置にてバランスさせる。

図１０は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の動作説明図である。図１０と図６を用いて本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の動作を説明する。

作業者が操作指令部２２ａにある保持釦２２ｃを押すと、制御部１０は保持釦２２ｃが押されたことをステップＳ１０１にて検出して、係止部材８ｂを位置保持するように保持ステップＳ１０２を実行する。そして作業者は上昇釦２２ｄ若しくは下降釦２２ｅを押して係止部材８ｂが物品３０ｂを係止できる高さへ移動させて、作業者は係止部材８ｂが物品３０ｂの鉛直下になるように電動昇降装置４０を移動させる（図１０（ａ））。そして作業者は上昇釦２２ｄを押して物品３０ｂを係止部材８ｂに当接させてさらに物品３０ｂを固定構造物３１から離れる位置（ｈ１）まで上昇させる（図１０（ｂ））。物品３０ｂが浮いた状態で作業者がバランス釦２２ｂを押すと、制御部１０はバランス釦２２ｂが押されたことをステップＳ１０８にて検出して、係止部材８ｂをバランス制御するバランス制御ステップＳ１０９を実行する。

制御部１０は、バランス制御ステップＳ１０９では物品３０ｂの重量の登録を行い、バランス状態を保つように前述の方法でモータ部２を制御する。より詳細には、制御部１０は重量検出部５から重量信号を得て、この信号の値が収束した時点で、物品３０ｂの重量を算出する。算出した結果、この電動昇降装置４０の許容重量範囲であれば、制御部１０は重量登録が完了したことを、制御部１０に繋がっている不図示の報知手段にて作業者へ報知する。報知手段は音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つであって、例えばブザー、ＬＥＤ等の発光、表示器による画像や文字表示、小型モータによる振動など、この電動昇降装置４０が使用される環境に応じて選択されるものであって、複数の組合せであっても良い。この報知手段からの報知によって物品３０ｂの重量登録が完了となる。なおこの報知手段は制御部１０、操作指令部２２ａの他この電動昇降装置４０のいずれの場所に配置しても良く、また電動昇降装置４０と着脱可能なもので構成しても良い。

作業者がこの重量登録完了を確認した時点で、電動昇降装置４０はバランス状態になっていて、作業者は物品３０ｂに僅かな外力を加えることで持ち上げることができる。

その後制御部１０が、作業者により保持釦２２ｃが押されたことをステップＳ１１０によって判断するまで、バランス状態を実行するバランス制御ステップＳ１０９が行われる。そして制御部１０が、保持釦２２ｃが押されたことをステップＳ１１０によって判断すると、位置保持の保持ステップＳ１０２に戻る。

作業者が物品３０ｂを係止部材８ｂに載せ置いた後、作業者がこの電動昇降装置４０を移動させる際には、係止部材８ｂは保持状態にして搬送する場合がある。というのもバランス状態では係止部材８ｂの高さ位置は規定されないので重心位置が上下動することがある。したがって作業者が電動昇降装置４０を移動させて床の段差を乗り越える際の安全性等を確保するために係止部材８ｂを保持状態にして搬送する場合がある。

図１１は本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の動作説明図であって、物品３０ｂが固定構造物３１に固着されている時の状態を示している。したがって第１の実施形態の図４に示す状況と類似したものである。図１１と図６を用いて本発明の第２の実施形態に係る電動昇降装置４０の動作を説明する。

物品３０ｂは例えば接着剤や固定構造物３１との長期の結合により固定構造物３１に固着状態となっていて、作業者は物品３０ｂが固定構造物３１に固着されているかどうかは目視などでは判らない状態である。作業者が物品３０ｂを吊上げるためには予め固着を解放しておく必要があるものの、物品３０ｂが例えば１００ｋｇを超えるような重量物であると予め人力で物品３０ｂを水平方向に動かして確認することは困難である。

まず作業者は上昇釦２２ｄ若しくは下降釦２２ｅを押して係止部材８ｂが物品３０ｂの係止できる位置へ移動させて、係止部材８ｂが物品３０ｂの鉛直下になるように電動昇降装置４０を移動させる（図１１（ｃ））。そして作業者は、操作指令部２２ａの保持釦２２ｃと、次いで上昇釦２２ｄとを押して物品３０ｂを固定構造物３１から離れる位置まで上昇させようとする。しかしながら物品３０ｂは固定構造物３１に固着されているため、噛合チェーン４２には圧縮力が加わった状態となっているものの、物品３０ｂは固定構造物３１から浮き上がることはできない（図１１（ｄ））。したがって作業者は物品３０ｂを浮上させようとして上昇釦２２ｄを押し続けることになる。作業者が上昇釦２２ｄを押し続けると、噛合チェーン４２への圧縮力が増大し、重量検出部５で検出する重量が増加して、この電動昇降装置１で扱える所定重量に達する。

制御部１０は、作業者が上昇釦２２ｄを押している期間中、重量検出部５から重量信号を受信して所定重量を超過したかどうかを判断する第１の判断ステップＳ１０５を行い、第１の判断ステップＳ１０５にて所定重量を超過したと判断した時には、係止部材８ｂを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させる移動ステップＳ１０６を行う。図４（ｅ）は係止部材８ｂを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させた後の状態を誇張して表したものであって噛合チェーン４２への圧縮力が緩んだ状態である。所定距離ｈ２は扱う物品３０ｂの形状や重量などを勘案して作業管理者や作業者によって予め定めるものであって、例えば本実施形態では数ｍｍ程度である。制御部１０が係止部材８ｂを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させても、図１１（ｅ）に示すように物品３０ｂは動かずそのままである。

制御部１０は、移動ステップＳ１０６の実行後、重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも小さいかどうかを判断する第２の判断ステップＳ１０７を実行する。そして重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少すると、制御部１０は第２の判断ステップＳ１０７で重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも小さいと判断し、所定距離ｈ２の位置で係止部材８ｂの位置を保持する保持ステップＳ１０２に戻り、次いで操作指令部２２ａからの操作の指令を待って待機する待機ステップであるステップＳ１０３及びステップＳ１０８を実行する。 したがって例えば作業者は下降釦２２ｅを押すことでさらに係止部材８ｂを下降させることができる。作業者は電動昇降装置４０を物品３０ｂの鉛直下位置からから外すことができる。

また制御部１０が、第１の判断ステップＳ１０５から、移動ステップＳ１０６、保持ステップＳ１０２を経て、ステップＳ１０３とステップＳ１０８を実行して待機している期間中、制御部１０は、制御動作が遷移して保持状態で待機していることを、音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つにて報知を行う。報知を行う不図示の報知手段は音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つであって、例えばブザー、ＬＥＤ等の発光、表示器による画像や文字表示、小型モータによる振動など、この電動昇降装置４０が使用される環境に応じて選択されるものであって、これらの複数の組合せであっても良い。そしてこの報知手段は前述のバランス登録の完了の報知手段と同じであってもよいし、異なるもので構成しても良い。

もし制御部１０が係止部材８ｂを下降方向に所定距離ｈ２だけ移動させたにもかかわらず、重量検出部５で検出する重量が所定重量よりも減少しない場合は、制御部１０は第２の判断ステップＳ１０７にて重量検出部５で検出する重量が所定重量超過のままと判断し、そしてこの時、電動昇降装置４０が異常な状態にあると判断し電動昇降装置４０は動作を停止する。

また第１の実施形態の図５に示すように物品３０ｂが固定構造物３１に半固定されているような場合においても、第１の実施形態と同様に作業及び動作を行うことは可能である。

本発明の電動昇降装置の上述の実施形態によれば、電動昇降装置は物品を上昇させている時に可搬重量を超える過重量を検出した際には、すぐさま係止部材を鉛直下方向に所定の距離降下させ、その後再度重量を検出し、過重量が解消していれば保持状態となって操作指令を受け付けて待機する。したがって物品及び電動昇降装置に過大な荷重が継続して加わることがないので、通常の作業への回復も容易であって、操作性に優れた電動昇降装置を提供することができる。

以上、本発明を好ましい実施形態に基づき説明したが、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、構造物に吊下げられたり、移動できる車両等に搭載されたりして使用される電動昇降装置への適用が可能である。

１ ：電動昇降装置
２ ：モータ部
３ ：回転出力軸
４ ：位置検出部
５ ：重量検出部
６ ：リンクチェーン
７ａ、７ｂ ：昇降作動部
８ａ、８ｂ ：係止部材
９ ：吊下げ用フック
１０：制御部
１１ ：本体部
１２ ：リンクチェーン収納部
１３ ：スパイラルコード
２２ａ ：操作指令部
２２ｂ ：バランス釦
２２ｃ ：保持釦
２２ｄ ：上昇釦
２２ｅ ：下降釦
３０ａ、３０ｂ ：物品
３１ ：固定構造物
３２ ：ボルト
４０ ：電動昇降装置
４１ ：昇降支持部
４２ ：噛合チェーン
４３ ：車輪
４４ ：電源
４５ ：ハンドル
４６ ：リンクアーム
４７ ：天板
４８ ：支持板

Claims (7)

1. 昇降させる物品を係止する係止部材と、
   前記係止部材に接続されて前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
   前記昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
   前記係止部材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部と、
   前記係止部材の昇降位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
   前記位置検出部からの前記位置信号と前記重量検出部からの前記重量信号に基づいて、前記モータ部の制御を行う制御部と、
   前記制御部と繋がって前記係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記重量検出部から所定重量以上の前記重量信号を受信した時、前記係止部材を下降方向に所定距離だけ移動させた後、前記重量検出部から前記所定重量よりも小さい前記重量信号を受信した時に前記係止部材の位置を保持し、前記操作指令部の指令を待機するように制御することを特徴とする電動昇降装置。
2. 前記制御部は、前記重量検出部より前記所定重量以上の前記重量信号を受信した時から、前記操作指令部の指令を待機している期間中に、前記係止部材の位置を保持した状態で待機していることを音、光、画像表示及び振動の少なくとも１つにて報知を行う報知手段をさらに有する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、前記昇降作動部が発生させる前記係止部材への力と前記係止部材に加わる鉛直下向きの力を釣り合わせて前記係止部材を任意の位置にてバランス状態になるように、前記モータ部の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. 前記昇降作動部が、
   半円弧部とこれに繋がる直線部からなる長円形の環が交互に連接され、片端が前記係止部材に連結するリンクチェーンと、
   前記モータ部の駆動により回転して、前記リンクチェーンを巻回して前記リンクチェーンの繰り出しと引込みを巻回する回転部材と、
   を備える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。
5. 前記昇降作動部が、
   対をなして相互に噛み合い、片端が前記係止部材に連結して鉛直上方向に剛直化する噛合チェーンと、
   前記モータ部の駆動により回転して、前記噛合チェーンと噛み合って前記噛合チェーンの繰り出し及び引込みを行う歯車と、
   を備える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。
6. 昇降させる物品を係止する係止部材と、
   前記係止部材に接続されて前記係止部材の昇降を行う昇降作動部と、
   前記昇降作動部と繋がっている駆動源のモータ部と、
   前記係止部材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部と、
   前記係止部材の昇降位置を検出して位置信号を出力する位置検出部と、
   前記位置検出部からの前記位置信号と前記重量検出部からの前記重量信号に基づいて、前記モータ部の制御を行う制御部と、
   前記制御部と繋がって前記係止部材の昇降に係る指令を行う操作指令部と、
   を備える電動昇降装置の制御方法であって、
   前記制御部は、
   前記重量検出部から所定重量以上の前記重量信号を受信したかどうかを判断する第１の判断ステップと、
   前記第１の判断ステップにより前記所定重量以上の前記重量信号を受信したと判断した時に前記係止部材を下降方向に所定距離だけ移動させる移動ステップと、
   前記重量検出部から前記所定重量以上の前記重量信号を受信したかどうかを判断する第２の判断ステップと、
   前記第２の判断ステップにより前記所定重量より小さい前記重量信号を受信したと判断した時に前記係止部材の位置を保持する保持ステップと、
   前記操作指令部の指令を待つ待機ステップと、
   を実行することを特徴とする電動昇降装置の制御方法。
7. 前記制御部は、前記昇降作動部が発生させる前記係止部材への力と前記係止部材に加わる鉛直下向きの力を釣り合わせて前記係止部材を任意の位置にてバランス状態になるように、前記モータ部の制御を実行することを特徴とする請求項６に記載の電動昇降装置の制御方法。
   

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