JP7034510B2 - 昇降台 - Google Patents

Description

関連出願の引用

本発明は、２０１９年４月３日に中国へ出願された、名称が「昇降台」、出願番号が２０１９１０２６６７６５．２の特許出願の優先権を主張し、この出願の全ての内容を引用して本明細書に組み込まれる。

本発明は、家具の分野又は生産作業設備の分野に関し、詳しくは、高さが変更可能な昇降台に関し、当該昇降台は、デスク、椅子、作業台や展示台などと具現化でき、家庭用家具、オフィス用家具、教学用デスクと椅子や生産用作業台などに適用する。

従来の技術では、昇降台は、通常、作業者による手動操作でテーブル面の高さが変更されるが、作業者の作業の負担を低減するために、昇降台は、エネルギー貯蔵装置（以下、単に貯エネ装置ともいう）を備えてもよい。例えば、貯エネ装置としてねじりばねを用いた昇降台では、ねじりばねを回転させ、ねじりばねをそれ自体の軸周りに数回転させることにより、弾性ポテンシャルエネルギーを蓄積し、その後、テーブル面を上昇させる必要がある場合、ねじりばねに弾性ポテンシャルエネルギーを解放させることでテーブル面を上昇させるための補助エネルギーを提供することができる。テーブル面の昇降に伴い、ねじりばねの弾性ポテンシャルエネルギーとテーブル面の重力ポテンシャルエネルギーとが互いに転換される。

仮に、昇降台のテーブル面が最低位置（例えば地面から７００ｍｍ）から最高位置（例えば地面から１２００ｍｍ）まで上昇する最大ストロークを５００ｍｍとすると、テーブル面が上昇する全過程において、ねじりばねは、５回転する必要があり、つまり、ねじりばねが１回転する毎に、テーブル面が１００ｍｍ上昇する。

仮にねじりばねのねじりアーム長を０．０２５ｍとすると、ねじりばねが１回転する毎に、０．７５Ｎ・ｍのトルクが必要となり、すなわち、０．７５Ｎ・ｍの弾性ポテンシャルエネルギーが蓄積される。ねじりばねが１回転すると、それにより発生したねじり力が０．７５Ｎ・ｍ／０．０２５ｍ＝３０Ｎであり、ねじりばねが２回転すると、それにより発生したねじり力が６０Ｎである。

仮にテーブル面の総荷重を１５０Ｎとし、このテーブル面を最低位置から最高位置まで上昇させようとする。ねじりばねを５回転させておくと、ねじりばねが蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーは、５×０．７５Ｎ・ｍ＝３．７５Ｎ・ｍであり、ねじりばねが外部に作用するねじり力は１５０Ｎであり、このねじり力は、テーブル面の総荷重と釣り合う。このとき、テーブル面に上向きの初期運動量を付与すれば、テーブル面が上昇できる。

テーブル面が１００ｍｍ上昇すると、ねじりばねが１逆回転（所定方向とは反対の方向に回転）し、０．７５Ｎ・ｍのポテンシャルエネルギーが解放され、このとき、ねじりばねが蓄積したポテンシャルエネルギーは、３．７５Ｎ・ｍ－０．７５Ｎ・ｍ＝３Ｎ・ｍに低減され、対応する外部へのねじり力は、３Ｎ・ｍ／０．０２５ｍ＝１２０Ｎとなる。この場合、テーブル面を等速で上昇させるには、作業者は、別途でテーブル面に３０Ｎの上向きの力を加える必要がある。

このように、テーブル面の安定的な上昇を確保するためには、テーブル面の上昇中に、作業者がテーブル面に加える上向きの力（以下、単に外力という）を増加させ続ける必要がある。テーブル面が２００ｍｍ上昇すると、必要とされる外力が６０Ｎであり、テーブル面が４００ｍｍ上昇すると、必要とされる外力が１２０Ｎである。必要とされる外力が増え続けるため、作業者に大きな負担が掛かる。

本発明の目的は、上記従来の技術の欠点を克服し、または少なくとも低減させ、継続的かつ安定的な補助力を提供可能な昇降台を提供することにある。

本発明は、テーブル面と、テーブル面の下方に接続されるエネルギー転換装置と、脚部ユニットとを備える昇降台において、
前記エネルギー転換装置は、弾性ポテンシャルエネルギーを前記テーブル面を上昇させるための補助エネルギーに転換し、ねじりばねと、中心軸と、変速機とを備え、前記ねじりばねの第１端は、前記変速機の入力部材に接続され、前記中心軸は、前記変速機の出力部材に接続され、前記入力部材の回転数は、前記出力部材の回転数よりも小さく、
前記脚部ユニットは、前記中心軸に接続され、前記中心軸の正転又は逆転中、前記脚部ユニットが短縮又は伸長して前記テーブル面を降下又は上昇させることを特徴とする昇降台を提供している。

少なくとも１つの実施形態では、前記変速機は、リングギアと、サンギアと、複数のプラネタリーギヤと、キャリアとを備えるプラネタリーギヤ変速機であり、
前記リングギアが固定され、前記キャリアが前記入力部材として前記ねじりばねに接続され、前記サンギアが前記出力部材として前記中心軸に接続され、
前記ねじりばねは、前記中心軸の外周に外嵌され、前記中心軸と同軸に設けられている。

少なくとも１つの実施形態では、前記変速機は、前記入力部材としての大歯車と、前記出力部材としての小歯車とを備え、前記大歯車と前記小歯車の回転軸は、同一線上に位置しない。

少なくとも１つの実施形態では、前記昇降台は、前記テーブル面に固定される横梁をさらに備え、前記エネルギー転換装置は、クラッチと、ブレーキフォークと、伝達ユニットとをさらに備え、
前記クラッチは、前記横梁に固定され、前記中心軸は、前記クラッチをそれ自体の軸周りに回転可能に貫通しており、
前記ブレーキフォークは、前記中心軸に固定され、前記クラッチによって選択的にロック又は解放可能であり、前記ブレーキフォークが前記クラッチによってロックされる場合、前記中心軸は、回転不能であり、前記ブレーキフォークが前記クラッチによって解放される場合、前記中心軸は、それ自体の軸周りに回転可能であり、
前記伝達ユニットは、前記ねじりばねの第２端に接続され、前記伝達ユニットを操作することにより、前記ねじりばねの前記第２端は、前記第１端に対して回転し、前記ねじりばねは、弾性ポテンシャルエネルギーを蓄積する。

少なくとも１つの実施形態では、前記脚部ユニットは、第１の脚部と、第２の脚部と、同期昇降装置とを備え、前記第１の脚部は、前記第２の脚部の軸方向に沿って前記第２の脚部に近接又は離間可能であり、
前記同期昇降装置は、
長尺状をなす支持フレームと、
前記支持フレームの２つの端部に設けられる２つの伝動プーリと、
前記２つの伝動プーリによって張られて前記２つの伝動プーリに架け渡される無端伝動部材と、
前記無端伝動部材に固定される同期連結器とを備え、
前記中心軸は、前記無端伝動部材に接続され、前記支持フレームは、前記第１の脚部に固定的に接続され、前記同期連結器は、第２の脚部に固定的に接続されている。

少なくとも１つの実施形態では、前記第１の脚部は、前記第２の脚部の外周に外嵌されている。

少なくとも１つの実施形態では、前記脚部ユニットは２つあり、それぞれ前記エネルギー転換装置の軸方向の両側に設けられている。

少なくとも１つの実施形態では、前記エネルギー転換装置は、前記中心軸の端部において前記中心軸に対して互いの軸方向に移動可能に嵌設される外側短軸をさらに備える。

少なくとも１つの実施形態では、前記外側短軸と前記中心軸との接続部には、ばねが設けられており、前記ばねを押圧することにより、外側短軸を前記中心軸に近接させることができる。

少なくとも１つの実施形態では、前記脚部ユニットは、圧力シリンダをさらに備え、前記圧力シリンダのシリンダ体は、前記支持フレームに固定的に接続され、前記圧力シリンダのピストンロッドは、前記第２の脚部に固定的に接続されている。

少なくとも１つの実施形態では、前記圧力シリンダのピストンは、前記シリンダ体を第１のチャンバと第２のチャンバとに区画し、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとが流体連通し、前記ピストンロッドは、前記第２のチャンバから前記シリンダ体よりも延出し、
前記シリンダ体は、軸方向において、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記ピストンロッドの延出端側に位置する第２の領域とに区画され、
前記第１の領域において、前記シリンダ体の内径は、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの方向に徐々に大きくなり、前記第２の領域において、前記シリンダ体の内径は、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの方向に一定である。

本発明の昇降台によれば、テーブル面が上昇する全過程において、ねじりばねが蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーが完全に解放されることはないため、テーブル面に必要とされる作業者からの外力が小さい。

図１は、本発明の一実施形態に係る昇降台の本体部の構造を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るエネルギー転換装置の構造を示す模式図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る変速機の構造を示す模式図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る変速機の構造を示す模式図である。 図５は、本発明の一実施形態に係る同期昇降装置の構造を示す模式図である。 図６は、本発明の一実施形態に係る脚部ユニットの構造を示す模式図である。 図７は、本発明の一実施形態に係る脚部ユニットと横梁ユニットとを組み立てる一部の構造を示す模式図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る圧力シリンダの構造を示す模式図である。

１０ 横梁
２０ 脚部
２１ 第１の脚部
２２ 第２の脚部
３０ エネルギー転換装置
３１ ねじりばね
３２ 変速機
３２１ キャリア
３２２ サンギア
３２３ プラネタリーギヤ
３２４ リングギア
３２５ ハウジング
３３ 中心軸
３４ 外側短軸
３４１ ばね
３５ クラッチ
３５１ クラッチスイッチ
３６ ブレーキフォーク
３７ 伝達ユニット
３７１ ハンドル
３７２ スケール
４０ 同期昇降装置
４１ 支持フレーム
４２ 伝動チェーン
４３ 同期連結器
４４ 位相連結器
４４１ 接続リング
５０ 圧力シリンダ
５１ シリンダ体
５２ ピストンロッド
５３ ピストン

以下、図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態を説明する。これらの具体的な説明は、当業者が本発明をどのように実施するかを教示するためのものに過ぎず、本発明のすべての実施可能な形態を網羅するためのものではなく、本発明の範囲を限定するためのものでもないことを理解すべきである。

以下、図１～図８を参照しながら、本発明に係る昇降台の具体的な構造及び使用方法を説明する。

本実施形態の昇降台は、テーブル面（図示せず）と、テーブル面の下方に固定される中空の横梁１０と、横梁１０の内腔に収容されるエネルギー転換装置３０と、横梁１０の両側に固定される２つの中空の脚部２０と、脚部２０の内腔に収容される同期昇降装置４０及び圧力シリンダ５０とを備える。

エネルギー転換装置３０は、昇降台の昇降部分（昇降部分は主に、テーブル面を含み、以下、説明の便宜上、昇降部分に言及するとき、テーブル面のみで代替する。）の昇降中に、第１の補助エネルギー（第１の補助動力）を提供するためのものであり、エネルギー転換装置３０における貯エネ装置が蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーは、テーブル面の重力ポテンシャルエネルギーに転換され、作業者の負担を軽減することができる。

図２に示すように、エネルギー転換装置３０は、ねじりばね３１と、変速機３２と、中心軸３３と、外側短軸３４と、クラッチ３５と、ブレーキフォーク３６と、伝達ユニット３７とを備える。

クラッチ３５は、横梁１０に固定され、中心軸３３は、クラッチ３５を貫通し、かつクラッチ３５に対してそれ自体の軸周りに回転可能である。ブレーキフォーク３６は、中心軸３３に固定され、クラッチスイッチ３５１の操作により、ブレーキフォーク３６は、クラッチ３５によって選択的にロック又は解放される。ブレーキフォーク３６がクラッチ３５によって解放された場合、中心軸３３は、順方向又は逆方向に回転可能であり、ブレーキフォーク３６がクラッチ３５によってロックされた場合、中心軸３３は、回転不能である。

ねじりばね３１は、中心軸３３の外周に外嵌され、ねじりばね３１の第１端は、変速機３２を介して中心軸３３に接続され、ねじりばね３１の第２端は、伝達ユニット３７に接続されている。伝達ユニット３７は、ねじりばね３１がそれ自体の軸周りに回転するように外力をねじりばね３１の第２端に伝達する。本実施形態では、伝達ユニット３７はウォームギアユニットであり、伝達ユニット３７は、ハンドル３７１に接続され、ハンドル３７１の回転軸は、ねじりばね３１の回転軸に垂直であり、作業者は、ハンドル３７１を回転させることにより外力をねじりばね３１に伝達させることができる。横梁１０の壁には、指示装置３７２がさらに設けられており、ハンドル３７１の回転の度合いは、指示装置３７２によって表示可能である。指示装置３７２は、ラックアンドピニオンなどの伝達部材を介してハンドル３７１に連動する機械的ポインタであってもよいし、フォトセンサなどでハンドル３７１の回転の度合いを測定するデジタルダイヤルであってもよい。作業者は、指示装置３７２を介してねじりばね３１が蓄積しているエネルギーの相対的な大きさを知ることができる。

ねじりばね３１による弾性ポテンシャルエネルギーの蓄積は、以下のように行われる。ブレーキフォーク３６がクラッチ３５によってロックされるようにクラッチスイッチ３５１を制御したうえで、ハンドル３７１を回転させることにより、ねじりばね３１の第１端が固定され、第２端が回転する。

ねじりばね３１による弾性ポテンシャルエネルギーの解放は、以下のように行われる。ハンドル３７１がロックされ、ねじりばね３１の第２端が固定されたうえで、ブレーキフォーク３６がクラッチ３５によって解放されるようにクラッチスイッチ３５１を制御することにより、ねじりばね３１の第１端が第２端に対して回転し、中心軸３３が連れ回る。

変速機３２は、ねじりばね３１の回転が拡大されて中心軸３３に伝達されるように、ねじりばね３１と中心軸３３と接続する。後文から分かるように、テーブル面が一定の距離だけ昇降する場合、対応する中心軸３３の回転回数が一定であるが、中心軸３３が数回回転してもねじりばね３１が小さな角度だけ回転すると、テーブル面の上昇中、ねじりばね３１の弾性ポテンシャルエネルギーが完全に解放されることはない。同じ上昇距離の場合、ねじりばね３１の弾性ポテンシャルエネルギーが完全に解放される調整過程と比べて、本実施形態では、ねじりばね３１による補助力の変化が小さいため、テーブル面の上昇はより安定し、作業者が動的に加える外力はより小さい。

以下、図３及び図４を参照しながら、本実施形態に係る変速機３２の具体的な構造及び作用を説明する。横梁１０の内腔の空間を節約し、中心軸３３及びねじりばね３１の位置配置を容易にするために、本実施形態で使用される変速機３２は、プラネタリーギヤ変速機である。変速機３２は、キャリア３２１と、サンギア３２２と、３つのプラネタリーギヤ３２３と、リングギア３２４と、ハウジング３２５とを備える。キャリア３２１は、ねじりばね３１の第１端に固定され、プラネタリーギヤ３２３は、それ自体の軸周りに回転可能にキャリア３２１に固定されている。中心軸３３は、サンギア３２２を軸方向に貫通し、かつサンギア３２２に対して相対回転不能に接続されている。リングギア３２４の外周は、リングギア３２４がハウジングによって固定されるようにハウジング３２５内の突起に係合可能な複数の切り欠きを有する。

変速機３２の動作過程は、ねじりばね３１による弾性ポテンシャルエネルギーの解放過程に対応する。この過程では、リングギア３２４が動かず、キャリア３２１が能動的であり、サンギア３２２が受動的であるため、キャリア３２１からサンギア３２２への加速的な伝達効果が達成される。

次に、キャリア３２１とサンギア３２２との伝達比（すなわち、回転数（角速度）比）が１：１０であることを例に、本発明で変速機３２を増設する利点を説明する。ここで検討するテーブル面への補助支持は、後文に記載されるシリンダユニットの影響を考慮しない。

仮にねじりばね３１のねじりアーム長を０．０２５ｍとすると、ねじりばね３１が１回転する毎に、７．５Ｎ・ｍのトルクが必要であり、すなわち、７．５Ｎ・ｍのポテンシャルエネルギーが蓄積される。よって、ねじりばね３１が１回転する毎に、変速機３２を介して中心軸３３に伝達される力が７．５Ｎ・ｍ／０．０２５ｍ／１０＝３０Ｎである。

５００ｍｍ上昇する必要がある、荷重が１５０Ｎのテーブル面については、仮に中心軸３３が１回転する毎に、テーブル面が１００ｍｍ上昇するとする。初期状態を定義するとき、ねじりばね３１が順方向に５回転するように予め設定され、ねじりばね３１が蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーが５×７．５Ｎ・ｍ＝３７．５Ｎ・ｍであり、変速機３２を介して中心軸３３に伝達される力が３７．５Ｎ・ｍ／０．０２５ｍ／１０＝１５０Ｎである。このとき、ねじりばね３１によってテーブル面に与えられる支持力は、テーブル面の荷重と釣り合い、テーブル面に小さな上向きの初期運動量を与えることにより、テーブル面を上昇させることができる。

テーブル面が１００ｍｍ上昇すると、中心軸３３が１回転し、ねじりばね３１が所定の回転方向とは反対の逆方向に１／１０（３６°）回転し、ねじりばね３１が解放する弾性ポテンシャルエネルギーは、７．５Ｎ・ｍ×１／１０＝０．７５Ｎ・ｍである。このとき、ねじりばね３１が蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーは、３７．５Ｎ・ｍ－０．７５Ｎ・ｍ＝３６．７５Ｎ・ｍに低減され、ねじりばね３１が変速機３２を介して中心軸３３に伝達される力は、３６．７５Ｎ・ｍ／０．０２５ｍ／１０＝１４７Ｎに低減される。初期状態と比べて、ねじりばね３１によってテーブル面に与えられる支持力は、３Ｎ低減される。このとき、作業者がテーブル面に３Ｎの上向きの外力を加えれば、テーブル面を等速で上昇させ続けることができる。

このように、テーブル面が２００ｍｍ上昇すると、必要とされる外力が、６Ｎであり、テーブル面が４００ｍｍ上昇すると、必要とされる外力が、１２Ｎである。テーブル面が５００ｍｍ上昇すると、ねじりばね３１が逆方向に合計５／１０（１８０°）回転し、解放された弾性ポテンシャルエネルギーが３．７５Ｎ・ｍであり、このとき、ねじりばね３１が蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーは、３７．５Ｎ・ｍ－３．７５Ｎ・ｍ＝３３．７５Ｎ・ｍに低減され、ねじりばね３１が変速機３２を介して中心軸３３に伝達される力は、３３．７５Ｎ・ｍ／０．０２５ｍ／１０＝１３５Ｎに低減される。初期状態と比べて、ねじりばね３１によってテーブル面に与えられる支持力は、１５Ｎしか低減されない。

よって、従来の技術における変速機３２を用いていない発明と比べて、テーブル面が５００ｍｍ上昇する過程において、作業者によって加えられる外力が大幅に低減される。

次に、図５～図７を参照しながら、中心軸３３の回転がどのようにテーブル面の昇降を実現するかを説明する。

同期昇降装置４０は、中心軸３３と脚部２０と接続する。同期昇降装置４０によって、中心軸３３の回転と脚部２０の伸縮運動との転換が実現できるだけでなく、２つの脚部２０が同期して伸縮することも確保できる。

図５に示すように、同期昇降装置４０は、支持フレーム４１と、伝動チェーン４２と、同期連結器４３と、位相連結器４４とを備える。支持フレーム４１は、長尺状をなし、支持フレーム４１の両端には、位相連結器４４がそれぞれ接続されており、それぞれの位相連結器４４は、伝動プーリを有する。無端の伝動チェーン４２は、２つの位相連結器４４の伝動プーリに架け渡されて張られている。同期連結器４３は、伝動チェーン４２に固定され、伝動チェーン４２の正転及び逆転は、同期連結器４３を２つの位相連結器４４の間で往復移動させる。伝動チェーン４２の回転と伝動プーリの回転とは同期しており、伝動プーリの回転は、接続リング４４１の回転を駆動し、接続リング４４１は、中心軸３３に対して相対回転不能に接続可能であるため、中心軸３３の回転と同期連結器４３の往復移動とは、互いに牽制されている。

図６を参照しながら、同期昇降装置４０と脚部２０との接続関係を説明する。脚部２０は、互いに嵌設される第１の脚部２１及び第２の脚部２２を含み、第１の脚部２１及び第２の脚部２２は、互いに近接又は離間可能であるため、脚部２０の短縮又は伸長が実現される。同期昇降装置４０の支持フレーム４１は、第１の脚部２１に固定的に接続され、同期連結器４３は、第２の脚部２２に固定的に接続されている。これにより、第１の脚部２１と第２の脚部２２との相対位置が変化すると、支持フレーム４１における同期連結器４３の位置も変化し、同時に接続リング４４１が回転する。本実施形態では、第１の脚部２１及び第２の脚部２２は、互いに嵌設されているので、第１の脚部２１と第２の脚部２２との相対移動時に、同期連結器４３と位置干渉しないように、第１の脚部２１は、第２の脚部２２の外周に外嵌されている。

次に、図７を参照しながら、中心軸３３がどのように位相連結器４４に接続されるかを説明する。本実施形態の横梁ユニット（横梁１０とエネルギー転換装置３０とを備える）と、脚部ユニット（脚部２０と、同期昇降装置４０と、後文にさらに説明する圧力シリンダ５０とを備える）とは、容易に着脱可能であるので、昇降台をメーカーから客先に輸送する過程で個別に梱包、輸送し、物流コストを節約できる。横梁ユニットと脚部ユニットの着脱自在は、外側短軸３４及びばね３４１によって実現される。中心軸３３（図６では図示せず）の両端は、中空構造とされ、外側短軸３４は、中心軸３３の端部の内腔内に嵌入可能であり、かつ中心軸３３に対して相対回転不能に接続され、例えば、中心軸３３の端部の内腔の断面と外側短軸３４の断面とはいずれも、六角形である。外側短軸３４と中心軸３３との嵌合部には、ばね３４１が設けられており、自然状態では、ばね３４１は元の長さを保持し、外側短軸３４は延出状態にある。外側短軸３４に軸方向の中心軸３３側への圧力が加えられると、外側短軸３４は、中心軸３３の内腔にさらに挿入することができる。外側短軸３４の断面形状が、位相接続リング４４１の環状孔の断面形状に適合することにより、外側短軸３４は位相接続リング４４１内にぴったりと挿入し、かつ外側短軸３４及び位相接続リング４４１のうちの一方の回転は、他方を同じ位相で回転させることができ、両者の回転の位相が互いに規制され、すなわち、両者が相対回転不能に接続されている。

好ましくは、組み立てが完了した昇降台の２つの脚部２０間の距離（２つの接続リング４４１間の距離にほぼ等しい）は、自然状態におけるエネルギー転換装置３０の２つの外側短軸３４の延出端間の距離よりも小さい。これにより、横梁ユニット及び脚部ユニットを組み立てるとき、外側短軸３４は、２つの外側短軸３４がともに対応する位相接続リング４４１内に挿入するまで、少なくとも部分的に中心軸３３に押し込まれる。その後、ばね３４１の弾性力により外側短軸３４が部分的に反発されて中心軸３３から伸出するため、横梁ユニットと脚部ユニットとの組立関係がより強くなる。

外側短軸３４と中心軸３３との伸縮可能な組み立てが上述のように外側短軸３４を中心軸３３の内部に嵌設する形態に限らないことは、理解されるべきである。例えば、中心軸３３が部分的に外側短軸３４の内部に挿入されるように、中心軸３３に接続される外側短軸３４の一端を中空構造としてもよい。

本実施形態に係る圧力シリンダ５０（図８を参照）は、テーブル面の上昇に第２の補助エネルギー（第２の補助動力）を提供する。本実施形態では、圧力シリンダ５０は、気圧シリンダであり、シリンダ体５１内には、高圧窒素が充填されている。シリンダ体５１は、支持フレーム４１又は第１の脚部２１に固定的に接続され、ピストンロッド５２は、第２の脚部２２に固定的に接続されている。テーブル面の上昇中、ピストンロッド５２は、シリンダ体５１から伸出し続けて補助動力を提供する。

好ましくは、ピストンロッド５２の伸出中の出力を安定させるために、圧力シリンダ５０の内径を格別に設計する。なぜなら、ピストンロッド５２がシリンダ体５１の内部の一定の空間を占めており、ピストンロッド５２が外部へ伸出する過程で、シリンダ体５１の内部のガスの体積は、徐々に大きくなり、シリンダ体５１の内部の気圧は、徐々に小さくなるからである。ピストン５３の上下２つの表面の表面積が変わらない場合、ピストンロッド５２が外部へ伸出する全過程において、ピストンロッド５２の外部への出力は徐々に小さくなる。一方、以下に説明する好ましい形態では、シリンダ体５１の内径は軸方向に変化しており、ピストン５３の移動中にその上下２つの表面の表面積も対応的に変化する。

以下、図８を参照しながら、この好ましい圧力シリンダ５０の構造を説明する。

シリンダ体５１の内部は、ピストン５３によって軸方向に第１のチャンバＣ１と第２のチャンバＣ２とに区画されており、第１のチャンバＣ１と第２のチャンバＣ２とが流体連通している。

シリンダ体５１の内径によって、シリンダ体５１は、軸方向に２つの領域に区画されており、ピストンロッド５２の伸出方向を「上」に定義し、第２の領域は、第１の領域の上方に位置する。シリンダ体５１の軸方向における第１の領域から第２の領域への方向に、第１の領域のシリンダ体の内径は、徐々に大きくなり、第２の領域のシリンダ体の内径は、変わらない。

ピストン５３は、一定の弾性を有し、シリンダ体５１の内壁に密着するとともに、シリンダ体の内径の変化に合わせて適宜変形可能である。ピストンロッド５２がシリンダ体５１から外部へ伸出する過程において、ピストン５３が第１の領域を移動するとき、ピストン５３の上下２つの表面（ピストン５３の第１のチャンバＣ１に向かう表面は、その下面であり、ピストン５３の第２のチャンバＣ２に向かう表面は、その上面である）の表面積の差△Ｓは、徐々に小さくなるが、ピストン５３が第２の領域を移動するとき、ピストン５３の上下２つの表面の表面積の差△Ｓ’は、変わらない。図８における破線部分は、ピストン５３の移動軌跡における複数の位置を示すものであり、表１は、上記複数の位置におけるピストン５３の上下２つの表面の表面積の差を示している。なお、実際の応用では、シリンダ体の内径の設計は、ピストンロッド５２の受ける外力やシリンダ内の高圧窒素の物理的状態、装置自体の構造、ガスバルブの配置などの状況に応じて行う必要がある。

表１

ピストンロッド５２が伸出する全過程において、△Ｓ＜△Ｓ’であり、当該表面積の差は、当該過程におけるシリンダ体５１内の気圧差を適宜補償したため、ピストンロッド５２の出力の変化が小さく、圧力シリンダ５０による補助動力が安定的である。

以下、図１と図２を合わせて、本実施形態に係る昇降台の昇降動作過程を説明する。

（１）昇降台の上昇

初期状態では、クラッチスイッチ３５１が接続状態にあり、ブレーキフォーク３６がクラッチ３５によってロックされる。

ハンドル３７１を回転させることにより、ねじりばね３１は順方向に回転してエネルギーを蓄積し、指示装置３７２の目盛りと合わせて、ねじりばね３１は、テーブル面の総荷重に適した弾性ポテンシャルエネルギーを蓄積する。

クラッチスイッチ３５１をオフ状態にする。ブレーキフォーク３６がクラッチ３５のロックから解放され、ねじりばね３１が逆方向に回転して弾性ポテンシャルエネルギーを解放し、変速機３２を介して中心軸３３及び両端の外側短軸３４を回転させ、第１の補助動力を同期昇降装置に伝達する。

圧力シリンダ５０による第２の補助動力及び上記第１の補助動力の支持により、テーブル面は、浮遊状態に近い。このとき、テーブル面を軽く持ち上げ、テーブル面に上向きの初期運動量を与えると、圧力シリンダ５０のピストンロッド５２が伸出する。脚部２０が伸長し（第１の脚部２１がほぼ等速で上昇する）、両側の第１の脚部２１の上昇が同期する。

テーブル面の上昇中、作業者は、テーブル面の移動状態に応じて、テーブル面に一定の人為的な外力を与えることができる。

テーブル面が所望の高さに達すると、クラッチスイッチ３５１を接続状態にし、ブレーキフォーク３６は、クラッチ３５によってロックされる。脚部２０の伸長過程（すなわち、テーブル面の上昇過程）が終了し、昇降台の高さが決定され、テーブル面の重力ポテンシャルエネルギーが増える。

（２）昇降台の降下

クラッチスイッチ３５１をオフ状態にし、ブレーキフォーク３６がクラッチ３５のロックから解放され、中心軸３３及び両端の外側短軸３４が回転可能な状態にある。

テーブル面を軽く押してテーブル面に下向きの初期運動量を与え、テーブル面はそれ自体の重力により降下する。テーブル面の降下中、中心軸３３は、順方向に回転し（昇降台の上昇中の中心軸３３及びねじりばね３１の逆方向の回転に対して）、ブレーキフォーク３６及ねじりばね３１を順方向に回転させ、ねじりばね３１は、エネルギーを蓄積する。

テーブル面が所望の高さに達すると、クラッチスイッチ３５１を接続状態にし、ブレーキフォーク３６がクラッチ３５によってロックされ、降下過程が終了し、昇降台の高さが決定され、テーブル面の重力ポテンシャルエネルギーがねじりばね３１の弾性ポテンシャルエネルギーに転換される。

本発明は少なくとも、以下の利点のうちの１つを有する。

（ｉ）本発明はねじりばね３１を用いて、昇降台の上昇に第１の補助動力を提供し、当該補助動力は変速機３２を介して中心軸３３に伝達され、さらに同期昇降装置４０に伝達される。変速機３２は力及び運動の伝達中に、レバーのような調整作用を果たし、ねじりばね３１の回転角度を大きくして中心軸３３に伝達するので、テーブル面が上昇する全過程において、ねじりばね３１が蓄積した弾性ポテンシャルエネルギーが全て解放されることはない。

（ｉｉ）変速機３２は、プラネタリーギヤ伝動構造を採用しており、ねじりばね３１は、変速機３２の入力部材としてのキャリア３２１に接続され、中心軸３３は、変速機３２の出力部材としてのサンギア３２２に接続されているため、ねじりばね３１は、中心軸３３の外周に外嵌され、かつ中心軸３３と同軸に配置可能であるとともに、中心軸３３は、変速機３２を軸方向に貫通可能であり、横梁１０の内腔の空間を節約することができる。

（ｉｉｉ）同期昇降装置４０がエネルギー転換装置３０に接続されることにより、中心軸３３の回転と脚部２０の伸縮運動との間の伝達が実現されるだけでなく、対をなして設けられる脚部２０の同期伸縮も確保される。

（ｉｖ）外側短軸３４と中心軸３３とは軸方向に一定の距離だけ相対移動可能であるため、同期昇降装置４０とエネルギー転換装置３０との着脱が容易になる。メーカーは保管、物流コストなどを考慮して、脚部ユニット、横梁ユニット及び昇降台のテーブル面をそれぞれ別々に製造し、個別に梱包し、昇降台の全体的な組立過程を消費者に任せることができる。

もちろん、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、当業者は本発明の教示により本発明の上記実施形態に種々の変形を加えることができる。例えば以下のように変形する。

（ｉ）本発明の昇降台によれば、第２の補助動力を提供するための圧力シリンダ５０を用いなくてもよく、すなわち、圧力シリンダ５０の配置を省略することができる。圧力シリンダ５０を用いて第２の補助動力を提供する場合、シリンダ体の内径が軸方向に均一である一般的な圧力シリンダを用いてもよい。

（ｉｉ）本発明の昇降台によれば、１つのみ（２つではない）の脚部２０を備えてもよく、この場合、脚部２０に接続される同期昇降装置４０は、中心軸３３の回転を伝達する役割を果たしている。

（ｉｉｉ）変速機３２は、プラネタリーギヤ伝動構造を用いるのではなく、一般的な歯車伝動構造を用いてもよく、例えば、変速機３２内において、大歯車と小歯車とが噛み合う伝達形態であって、大歯車と小歯車の回転軸が同一線上に位置しなく、この場合、ねじりばね３１は、入力部材としての大歯車に接続され、中心軸３３は、出力部材としての小歯車に接続されている。プラネタリーギヤ変速機と比べて、一般的な変速機がより大きな空間を占めるかもしれないが、一般的な変速機では、部品の精度に対する要求が低く、伝達比の設定の自由度がより高く、メンテナンスしやすい。

（ｉｖ）伝動チェーン４２は、伝動ベルトや伝動ロープなどの他の形態の無端伝動部材であってもよい。

Claims (10)

1. テーブル面と、テーブル面の下方に接続されるエネルギー転換装置（３０）と、脚部ユニットとを備える昇降台において、
   前記エネルギー転換装置（３０）は、弾性ポテンシャルエネルギーを前記テーブル面を上昇させるための補助エネルギーに転換し、ねじりばね（３１）と、中心軸（３３）と、変速機（３２）とを備え、前記ねじりばね（３１）の第１端は、前記変速機（３２）の入力部材に接続され、前記中心軸（３３）は、前記変速機（３２）の出力部材に接続され、前記変速機（３２）は、前記入力部材の回転数が前記出力部材の回転数よりも小さくなるように前記ねじりばね（３１）の回転を前記中心軸（３３）に伝達し、
   前記脚部ユニットは、前記中心軸（３３）に接続され、前記中心軸（３３）の正転又は逆転中、前記脚部ユニットが短縮又は伸長して前記テーブル面を降下又は上昇させることを特徴とする昇降台。
2. 前記変速機（３２）は、リングギア（３２４）と、サンギア（３２２）と、複数のプラネタリーギヤ（３２３）と、キャリア（３２１）とを備えるプラネタリーギヤ変速機であり、
   前記リングギア（３２４）が固定され、前記キャリア（３２１）が前記入力部材として前記ねじりばね（３１）に接続され、前記サンギア（３２２）が前記出力部材として前記中心軸（３３）に接続され、
   前記ねじりばね（３１）は、前記中心軸（３３）の外周に外嵌され、前記中心軸（３３）と同軸に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の昇降台。
3. 前記変速機（３２）は、前記入力部材としての大歯車と、前記出力部材としての小歯車とを備え、前記大歯車と前記小歯車の回転軸は、同一線上に位置しないことを特徴とする請求項１に記載の昇降台。
4. 前記昇降台は、前記テーブル面に固定される横梁（１０）をさらに備え、前記エネルギー転換装置（３０）は、クラッチ（３５）と、ブレーキフォーク（３６）と、伝達ユニット（３７）とをさらに備え、
   前記クラッチ（３５）は、前記横梁（１０）に固定され、前記中心軸（３３）は、前記クラッチ（３５）をそれ自体の軸周りに回転可能に貫通しており、
   前記ブレーキフォーク（３６）は、前記中心軸（３３）に固定され、前記クラッチ（３５）によって選択的にロック又は解放可能であり、前記ブレーキフォーク（３６）が前記クラッチ（３５）によってロックされる場合、前記中心軸（３３）は、回転不能であり、前記ブレーキフォーク（３６）が前記クラッチ（３５）によって解放される場合、前記中心軸（３３）は、それ自体の軸周りに回転可能であり、
   前記伝達ユニット（３７）は、前記ねじりばね（３１）の第２端に接続され、前記伝達ユニット（３７）を操作することにより、前記ねじりばね（３１）の前記第２端は、前記第１端に対して回転し、前記ねじりばね（３１）は、弾性ポテンシャルエネルギーを蓄積することを特徴とする請求項１に記載の昇降台。
5. 前記脚部ユニットは、第１の脚部（２１）と、第２の脚部（２２）と、同期昇降装置（４０）とを備え、前記第１の脚部（２１）は、前記第２の脚部（２２）の軸方向に沿って前記第２の脚部（２２）に近接又は離間可能であり、
   前記同期昇降装置（４０）は、
   長尺状をなす支持フレーム（４１）と、
   前記支持フレーム（４１）の２つの端部に設けられる２つの伝動プーリと、
   前記２つの伝動プーリによって張られて前記２つの伝動プーリに架け渡される無端伝動部材と、
   前記無端伝動部材に固定される同期連結器（４３）と、を備え、
   前記中心軸（３３）は、前記無端伝動部材に接続され、前記支持フレーム（４１）は、前記第１の脚部（２１）に固定的に接続され、前記同期連結器（４３）は、第２の脚部（２２）に固定的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の昇降台。
6. 前記第１の脚部（２１）は、前記第２の脚部（２２）の外周に外嵌されていることを特徴とする請求項５に記載の昇降台。
7. 前記エネルギー転換装置（３０）は、前記中心軸（３３）の端部において前記中心軸（３３）に対して互いの軸方向に移動可能に嵌設される外側短軸（３４）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の昇降台。
8. 前記外側短軸（３４）と前記中心軸（３３）との接続部には、ばね（３４１）が設けられており、前記ばね（３４１）を押圧することにより、外側短軸（３４）を前記中心軸（３３）に近接させることができることを特徴とする請求項７に記載の昇降台。
9. 前記脚部ユニットは、圧力シリンダ（５０）をさらに備え、前記圧力シリンダ（５０）のシリンダ体（５１）は、前記支持フレーム（４１）に固定的に接続され、前記圧力シリンダ（５０）のピストンロッド（５２）は、前記第２の脚部（２２）に固定的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の昇降台。
10. 前記圧力シリンダ（５０）のピストン（５３）は、前記シリンダ体（５１）を第１のチャンバ（Ｃ１）と第２のチャンバ（Ｃ２）とに区画し、前記第１のチャンバ（Ｃ１）と前記第２のチャンバ（Ｃ２）とが流体連通し、前記ピストンロッド（５２）は、前記第２のチャンバ（Ｃ２）から前記シリンダ体（５１）よりも延出し、
    前記シリンダ体（５１）は、軸方向において、第１の領域と、前記第１の領域よりも前記ピストンロッド（５２）の延出端側に位置する第２の領域とに区画され、
    前記第１の領域において、前記シリンダ体（５１）の内径は、前記第１のチャンバ（Ｃ１）から前記第２のチャンバ（Ｃ２）への方向に徐々に大きくなり、前記第２の領域において、前記シリンダ体（５１）の内径は、前記第１のチャンバから前記第２のチャンバへの方向に一定であることを特徴とする請求項９に記載の昇降台。

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