JPWO2002030806A1 - エアバランス装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被搬送体の荷重とシリンダへの供給圧力とを拮抗させて、被搬送体を吊下げるエアバランス装置に関する。
背景技術
従来より、特開平10−30609号公報にあるように、被搬送体の荷重がダイヤフラムにより仕切られた反力室に作用するように構成し、荷重の変化による圧力室の圧力変動に基づいて、主弁を切り換えて、シリンダの作用室に圧力源から圧縮空気を供給、あるいは、作用室を大気に開放して、作用室内圧を制御して、被搬送体の荷重とシリンダの作用力とを釣合わせて、被搬送体を吊下げるように構成したものが知られている。
しかしながら、こうした従来のものでは、被搬送体を昇降させる際に、シリンダのパッキン類の摺動抵抗に打ち勝ってピストンを摺動させて、作用室の体積を増減させなければ主弁の開閉が行われず、昇降操作が重く、操作し難いという問題があった。また、従来の圧力変動を感知しての主弁の開閉は、応差が発生するのを防ぐため(釣合時の上昇下降の抵抗差)にブリードし(主弁の開閉は従来2位置2ポート弁をブリードすることにより応差の影響を少なくするのが主であった。)、空気が絶えず洩れた状態で行っていたので、エネルギロスが大きいという問題があった。更に、種々の弁を設けなければならず装置が複雑になるという問題もあった。
発明の開示
本発明の課題は、操作が容易で、しかも簡単な構成で被搬送体と釣合わせることができるエアバランス装置を提供することにある。
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
被搬送体を昇降させるシリンダの作用室に接続した給排流路の圧力を、前記被搬送体の重量に拮抗する圧力に調圧する圧力調整弁を備え、前記シリンダの作用力と前記被搬送体の重量とを釣り合わせるエアバランス装置において、
釣合時には前記給排流路と制御流路とを連通し、昇降駆動時には前記給排流路とパイロット流路とを連通する切換弁を設けると共に、
前記昇降駆動時に、可変絞り弁を介して前記給排流路に圧縮空気を供給あるいは排出して前記被搬送体を昇降させる昇降弁機構を設け、
また、支点ピンの廻りに揺動可能に支持した梃子部材に前記シリンダを取り付け、
更に、前記制御流路からのパイロット圧の導入により前記梃子部材に前記被搬送体の荷重と同方向の作用力を付与する復元力機構を支点ピン近くに設けると共に、前記被搬送体の荷重と前記復元力機構の作用力とに対して釣り合う作用力を前記パイロット流路に連通したタンクからの圧縮空気の導入により前記梃子部材に付与する付勢力機構を設け、
かつ、前記圧力調整弁は、前記梃子部材の揺動による作用力と前記制御流路からのパイロット圧の導入による作用力とに応じて前記給排流路と前記制御流路及び前記切換弁を介して圧縮空気の給排を行うことを特徴とするエアバランス装置がそれである。
前記昇降弁機構は、パイロット圧の導入により、圧力源と前記給排流路とを可変絞り弁を介して連通する上昇弁と、パイロット圧の導入により、大気中と前記給排流路とを可変絞り弁を介して連通する下降弁とを備えてもよい。また、前記付勢力機構は、前記タンクに連通された付勢室を備え、付勢室に導入される圧縮空気圧の作用力により前記梃子部材に作用力を付与するものでもよい。
発明を実施するための最良の形態
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、1は被搬送体で、シリンダ2に吊下げ支持されている。シリンダ2のシリンダチューブ4にはピストン6が摺動可能に挿入されている。シリンダチューブ4とピストン6とにより形成された作用室8に圧縮空気が供給されると、ピストン6を上昇させる作用力が働くように構成されている。また、ピストン6と一体のロッド6aにはフック9が取り付けられており、このフック9に被搬送体1を吊り下げることができるようにされている。
作用室8には、給排流路10の一端が接続されており、給排流路10には補助タンク12が接続されている。給排流路10の他端は、切換弁14に接続されている。切換弁14は、パイロット操作式のもので、給排流路10とパイロット流路16とを連通する昇降駆動位置14aと、給排流路10と制御流路18とを連通する釣合位置14bとを備えている。
給排流路10には、圧力源20と連通した高圧流路22が接続されると共に、大気中に開放された低圧流路24が接続されている。高圧流路22には、上昇弁26と可変絞り弁28とが介装されている。上昇弁26は、上昇用パイロット流路27を介してパイロット圧が導入されたときに高圧流路22を連通する開位置26aと、パイロット圧の導入がなく排気のときに高圧流路22を遮断する閉位置26bとを備えている。
低圧流路24には、下降弁30と可変絞り弁32とが介装されている。下降弁30は、下降用パイロット流路31を介してパイロット圧が導入されたときに低圧流路24を連通する開位置30aと、パイロット圧の導入がなく排気のときに低圧流路24を遮断する閉位置30bとを備えている。尚、本実施形態では、上昇弁26、可変絞り弁28、下降弁30、可変絞り弁32により昇降弁機構を構成している。
上昇用パイロット流路27と下降用パイロット流路31とは、シャトル弁34を介して、駆動用パイロット流路36に接続されている。駆動用パイロット流路36は、切換弁14を昇降駆動位置14aに切り換えるように、切換弁14にパイロット圧を導入するように接続されている。また、切換弁14には、切換弁14を釣合位置14bに切り換えるパイロット圧を導入する釣合用パイロット流路37も接続されている。
シリンダ2のシリンダチューブ4は、梃子部材38の一端に、ピン40を介して揺動可能、かつ、位置調整可能に取り付けられている。梃子部材38は天井等に取り付けられた吊下部材42に支点ピン44を介して揺動可能に取り付けられている。
この吊下部材42には、圧力調整弁50の弁本体51が取り付けられている。弁本体51には復元力機構48も一体的に組み込まれている。圧力調整弁50は、制御流路18を大気中に開放する開放位置50aと、制御流路18を遮断する遮断位置50bと、制御流路18を圧力源20に接続された高圧流路49aに連通する連通位置50cとを備えている。高圧流路49aには、逆流を防止するチェック弁49bが介装されている。
次に、前述した圧力調整弁50の具体的構成を、図5によって説明する。図1は、圧力調整弁50をJIS記号で示した場合であり、図5は具体的構成を示す断面図である。
圧力調整弁50の弁本体51には、調圧室52、給気室54、排気室56が形成されている。調圧室52には制御流路18が接続されており、給気室54には高圧流路49aが接続されている。
調圧室52と給気室54とは連通されており、調圧室52と給気室54とは摺動可能に支持された給気弁体58によって連通・遮断されるように構成されている。また、調圧室52には、大気中に開放される排気室56が連通されており、摺動可能に支持された排気弁体60によって調圧室52と排気室56とが連通・遮断されるように構成されている。
弁本体51には、復元力機構48が一体的に設けられており、復元力機構48は弁本体51に形成された収納孔62を仕切るダイヤフラム64を備えている。ダイヤフラム64により収納孔62が仕切られて制御室66が形成されている。制御室66はバイパス流路68を介して制御流路18と連通されている。
ダイヤフラム64にはロッド70が一体的に取り付けられており、ロッド70は弁本体51を貫通して外部に突出され、その先端は梃子部材38に接触されている。ダイヤフラム64の受圧面積をB、制御室66の圧力をpとすると、B×pの作用力が梃子部材38に、支点ピン44から距離bの位置に働くように構成されている。また、この作用力は支点ピン44の廻りに、被搬送体1の荷重による作用力と同方向に作用するように構成されている。
圧力調整弁50に設けられたステム72が排気弁体60を貫通してその先端がダイヤフラム64に取り付けられている。制御室66に導入されるパイロット圧の作用により、ロッド70の後端に当接されている。ロッド70が梃子部材38を押したときには、ステム72を介して排気弁体60を摺動させて調圧室52と排気室56とを連通する開放位置50aに切り換えるように構成されている。また、ロッド70が梃子部材38により押されたときには、ステム72を介して給気弁体58を摺動させて調圧室52と給気室54とを連通する連通位置50cに切り換えるように構成されている。
吊下部材42には、復元力機構48と対向して付勢力機構74が取り付けられている。付勢力機構74は本体76に形成された収納孔78を仕切るダイヤフラム80を備え、ダイヤフラム80により仕切られた収納孔78の一方に付勢室82が形成されている。ダイヤフラム80には、ロッド84が一体的に取り付けられており、ロッド84は本体76を貫通して外部に突出されており、その先端は梃子部材38に接触されている。本実施形態では、これらによりアクチュエータを構成している。
本体76には、付勢室82に連通した導入ポート86が形成されており、導入ポート86には導入流路88の一端が接続されている。導入流路88の他端には、タンク90が接続されており、導入流路88にはチェック弁92と絞り94とが並列に介装されている。また、パイロット流路16が、チェック弁92よりもタンク90側の導入流路88に接続されている。
ダイヤフラム80の受圧面積をC、付勢室82の圧力をpとすると、C×pの作用力が梃子部材38に、支点ピン44から距離cの位置に働くように構成されている。また、この作用力は支点ピン44の廻りに、被搬送体1の荷重による作用力と逆方向に作用するように構成されている。
ピン40と支点ピン44との距離をa、作用室8の受圧面積をA、作用室8の圧力をp、被搬送体1の荷重やフック9、ロッド6a、ピストン6等の昇降する物体の総重量をWとすると、作用室8、制御室66、付勢室82の各圧力が等しい場合、下記式が成立するように形成される。尚、昇降する物体以外のピン40に加わる下向きの重量(シリンダチューブ4等の重量)と釣合うように、吊下部材42と梃子部材38との間に、ばね96が配置されている。
aA+bB=cC…(1)
W=pA…(2)
a>b
次に、前述したエアバランス装置の作動について説明する。
まず、図1に示すように、フック9に被搬送体1を吊下げる。そして、昇降駆動時には、上昇用パイロット流路27にパイロット圧を供給する。よって、上昇弁26は開位置26aに切り換えられ、圧力源20から圧縮空気が可変絞り弁28、上昇弁26、高圧流路22、給排流路10を介して、作用室8に供給される。作用室8に供給される圧縮空気圧の作用により、ピストン6、ロッド6aを介して被搬送体1が上昇する。その際、可変絞り弁28の設定に応じた速度で、被搬送体1が上昇する。
また、上昇用パイロット流路27へのパイロット流体の供給で、シャトル弁34、駆動用パイロット流路36を介して、切換弁14にパイロット圧が導入されて、切換弁14が昇降駆動位置14aに切り換えられる。よって、給排流路10、切換弁14、パイロット流路16を介してタンク90に圧縮空気が供給されると共に、絞り94を介して付勢室82に圧縮空気が供給される。
被搬送体1を所定の高さにまで上昇させた後、上昇用パイロット流路27へのパイロット流体の供給を停止し排気にすると、上昇弁26は閉位置26bに切り換えられる。よって、高圧流路22は遮断され、作用室8内の圧力pによる作用力は、被搬送体1の荷重と釣合う(式(2)が成立)。また、作用室8、給排流路10、パイロット流路16、導入流路88、タンク90、付勢室82により閉回路が形成され、これらの圧力pが等しくなる。
一方、昇降駆動時に、下降用パイロット流路31にパイロット圧を供給すると、下降弁30が開位置30aに切り換えられる。よって、作用室8内の圧縮空気が給排流路10、下降弁30、可変絞り弁32、低圧流路24を介して大気中に放出され、被搬送体1が下降する。その際、可変絞り弁32の設定に応じた速度で、被搬送体1が下降する。
また、下降用パイロット流路31へのパイロット流体の供給で、シャトル弁34、駆動用パイロット流路36を介して、切換弁14にパイロット圧が導入されて、切換弁14が昇降駆動位置14aに切り換えられる。よって、タンク90からもパイロット流路16、切換弁14、給排流路10、低圧流路24、下降弁30、可変絞り弁32を介して圧縮空気が大気中に放出される。
被搬送体1を所定の高さまで下降させた後、下降用パイロット流路31へのパイロット流体の供給を停止し排気にすると、下降弁30は閉位置30bに切り換えられる。依って、低圧流路24は遮断され、作用室8内の圧力pによる作用力は、被搬送体1の荷重と釣合う(式(2)が成立)。また、作用室8、給排流路10、パイロット流路16、導入流路88、タンク90、付勢室82により閉回路が形成され、これらの圧力pが等しくなる。
梃子部材38には、支点ピン44の廻りに、被搬送体1の荷重に応じた作用力と、復元力機構48の作用力とが作用すると共に、これに対向した付勢力機構74の作用力が作用する。梃子部材38が揺動すると、圧力調整弁50が切り換えられて、制御室66の圧力が作用室8の圧力と等しくなると、前述した式(1)が成立して、梃子部材38の支点ピン44の廻りの作用力が釣合う。
被搬送体1を圧縮空気圧を利用して昇降させるのではなく、作業者が被搬送体1等を直接持ち上げたり、あるいは降ろしたりする釣合時には、切換弁14に釣合用パイロット流路37を介してパイロット圧を供給する。よって、切換弁14は釣合位置14bに切り換えられ、制御流路18と給排流路10とが連通される。しかし、このときに、制御流路18の圧力とパイロット流路16の圧力とに差があると、誤動作(上昇あるいは下降)が発生する。このとき、ピン40の位置を長穴に沿って移動して変更、あるいは、圧力調整弁50の取り付け位置bを変更して、前述した式(1)を成立させればよい。
この釣合時に、被搬送体1を上昇させる際には、被搬送体1、シリンダ2等を持ち上げる。これにより、梃子部材38が支点ピン44の廻りに揺動し、ロッド70を介して圧力調整弁50が連通位置50cに切り換えられる。圧力源20から、高圧流路49a、圧力調整弁50、制御流路18、給排流路10を介して作用室8に圧縮空気が供給されて、作用室8の圧力が上昇し、被搬送体1が上昇する。同時に、制御流路18、バイパス流路68を介して制御室66にも圧縮空気が供給されて、圧力が上昇する。被搬送体1等を持ち上げる際には、復元力機構48の作用力に抗して持ち上げる必要があるが、梃子部材38により、b/aの軽い力で持ち上げることができる。
持ち上げを止めると、制御室66に導入される供給圧pによる作用力を受けて、ロッド70を介して梃子部材38が支点ピン44の廻りに揺動される。その際、圧力調整弁50は開放位置50aに切り換えられ、制御室66から圧縮空気が大気中に放出される。
よって、制御室66内の圧力が低下する。そして、前述した式(1)が成立する圧力pになったときには、梃子部材38の揺動が停止し、圧力調整弁50は遮断位置50bに切り換えられ、また、作用室8内の圧力pによる作用力と被搬送体1の荷重とが釣合って、上昇を停止する。
一方、被搬送体1、シリンダ2等を降ろすと、梃子部材38が支点ピン44の廻りに揺動し、制御室66内の圧力の作用により、圧力調整弁50が開放位置50aに切り換えられ、作用室8内の圧縮空気が、給排流路10、切換弁14、制御流路18、圧力調整弁50を介して大気中に放出され、被搬送体1が下降する。
降ろすのを止めると、付勢力機構74の付勢室82に導入される圧力pの作用を受けて、ロッド84を介して梃子部材38が支点ピン44の廻りに揺動される。その際、ロッド70を介して圧力調整弁50を遮断位置50bに切り換える。そして、前述した式(1)が成立して、梃子部材38の揺動が停止し、また、作用室8内の圧力pによる作用力と被搬送体1の荷重等の総重量Wとが釣合って、下降を停止する。
タンク90を設けたことにより、被搬送体1を手で昇降するときに、付勢力機構74の付勢室82内圧力変化を小さくして、軽く梃子部材38を揺動させることができるようにしている。また、高圧流路49aにチェック弁49bを設けて、圧力源20からの圧縮空気の供給が停止したとき、圧力調整弁50の制御室66内圧力が低下し、連通位置50c側に切り替わって被搬送体1が自重で落下するのを防止している。更に、補助タンク12、絞り94を設けたことにより、ヒビリ動作の発生を防止することができるようにしている。
次に、前述した実施形態と異なる第2実施形態のエアバランス装置について、図2によって説明する。尚、前述した実施形態のエアバランス装置と同じ部材については同一番号を付して詳細な説明を省略する。以下同様である。
本第2実施形態では、シリンダ100のシリンダチューブ102が水平に固定されており、このシリンダチューブ102に定滑車104が回転可能に支持されている。ピストン106と一体のロッド108には動滑車110が回転可能に支持されており、被搬送体1を吊り下げるワイヤ112が定滑車104と動滑車110とに掛け渡された後、ワイヤ112の先端は、ピン40に締結されている。
シリンダ100の作用室114との間で、給排流路10を介して圧縮空気を給排することにより、動滑車110が移動して、2倍の作用力で被搬送体1を昇降させることができる。よって、下記(1a)、(2a)式に示すように、作用室8の受圧面積は前述した実施形態の受圧面積Aの2倍で、被搬送体1と釣合わせることができる。
この第2実施形態の場合でも、前述した実施形態と同様に、被搬送体1を持ち上げたり、引き下げたりすることにより、軽い力で、被搬送体1を昇降させることができると共に、被搬送体1を釣り合った状態に保つこともできる。
(A/2)×a+b×B=c×C …(1a)
p×A/2=W …(2a)
a>b
また、図3に示す第3実施形態のように、増速機構120を設けてもよい。増速機構120に、ねじ機構122を用い、ドラム124にワイヤ126を巻き付けてワイヤ126の先端に取り付けたフック128に被搬送体1を吊り下げる。また、梃子部材38に支持したフレーム230にシリンダチューブ4を取り付け、ロッド6aをドラム124にスラストベアリング134を介して取り付ける。ここで、Lはねじのリード、Dはドラムピッチ径とすると、下記式が成立する。この増速機構120を用いると、シリンダ2を駆動することにより増速される。
(L/πD)×A×a+b×B=cC …(1b)
(p×L×A)/(π×D)=W …(2b)
a>b
更に、図4に示す第4実施形態のように、被搬送体1をピン140の廻りに揺動可能に支持されたレバー142に吊り下げるようにしてもよい。その際、このレバー142にシリンダ2のロッド6aの先端を接続する。ここで、Eをピン140から被搬送体1までの距離、eをピン140からロッド6aまでの距離とすると、下記式が成立する。よって、シリンダ2の押し側でも、被搬送体1と釣合わせることができる。
(e/E)×A×a+b×B=c×C …(1c)
(e/E)×p×A=W …(2c)
a>b
次に、別の実施例の圧力調整弁150について、図6によって説明する。
この圧力調整弁150は、弁本体151に弁体152が摺動可能に支持されている。弁体152は、弁本体151に形成された弁座154への着座・離間により、高圧流路49aと制御流路18とを遮断・連通することができるように構成されている。弁体152は、コイルばね156により、弁座154に着座する方向に付勢されている。
弁本体151には、収納孔158が形成されており、収納孔158はダイヤフラム160により仕切られて、一方に制御室162が形成されている。制御室162内には、弁体152の先端が突出されており、弁体152の後端は、弁本体151の外部にまで突出されている。
弁体152には、その軸方向に排気孔164が貫通・形成されており、排気孔164は制御室162を大気と連通できるように形成されている。弁体152の先端には、ダイヤフラム160が接触して、排気孔164を閉塞あるいは開放できるように構成されている。また、制御室162内のダイヤフラム160の受圧面積はBとなるように形成されている。調圧室168は制御流路18と接続されており、制御室162はバイパス路170を介して制御流路18に接続されている。
この実施例の圧力調整弁150の場合でも、ロッド70が梃子部材38により押されると、弁体152を摺動させて、弁座154から離間させ、高圧流路49aと制御流路18とを調圧室168を介して接続する連通位置50c(図1参照)に切り換える。また、制御室162内に導入されるパイロット圧が上昇すると、ダイヤフラム160を弁体152の先端から離間して、制御流路18をバイパス路170、制御室162を介して排気孔164と連通する開放位置50a(図1参照)に切り換える。
次に、他の実施例の圧力調整弁180について、図7によって説明する。
圧力調整弁180の弁本体181には、スプール182が摺動可能に支持されており、スプール182の摺動により、制御流路18と高圧流路49aとの連通・遮断と、制御流路18と大気との連通・遮断が切り換えられるように構成されている。
また、スプール182の一端には、制御室184が形成されており、制御室184に導入されるパイロット圧の作用により、スプール182を摺動させる作用力が働くように構成されている。制御室184は受圧面積がBとなるように形成されている。制御室184はバイパス路192を介して制御流路18に接続されている。
スプール182の両端側には、それぞれコイルばね188,190が配置されており、コイルばね188,190は、スプール182が遮断位置50b(図1参照)となるように、スプール182を両側から付勢している。尚、このコイルばね108,110は必要に応じて設ければよく、必ずしも設けなくてもよい。
弁本体181には、制御室184と反対側にロッド70が摺動可能に挿入されており、ロッド70が押し込まれたときにはスプール182を摺動させるように構成されている。これにより、制御流路18と高圧流路49aとを連通する連通位置50c(図1参照)に切り換えられる。また、制御室184に導入される制御流路18からのパイロット圧の作用により、スプール182を摺動させて、制御流路18を大気中に開放する開放位置50a(図1参照)に切り換えられるように構成されている。
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定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種々なる態様で実施し得る。
産業上の利用可能性
以上詳述したように本発明のエアバランス装置は、少ない部品点数で被搬送体と釣り合わせることができると共に、梃子部材により軽い力で圧力調整弁を切り換えることにより、ブリードに伴うエア洩れによるエネルギロスがなく、シリンダのパッキン類の摺動抵抗の影響が少ないので、被搬送体を昇降させる操作を小さい力で行うことができ操作が容易であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の一実施形態としてのエアバランス装置の概略構成図であり、
図2は、第2実施形態としてのエアバランス装置の要部概略構成図であり、
図3は、第3実施形態としてのエアバランス装置の要部概略構成図であり、
図4は、第4実施形態としてのエアバランス装置の要部概略構成図であり、
図5は、本実施形態の圧力調整弁の断面図であり、
図6は、別の実施形態としての圧力調整弁の断面図であり、そして
図7は、他の実施形態としての圧力調整弁の断面図である。
Claims (3)
- 被搬送体を昇降させるシリンダの作用室に接続した給排流路の圧力を、前記被搬送体の重量に拮抗する圧力に調圧する圧力調整弁を備え、前記シリンダの作用力と前記被搬送体の重量とを釣り合わせるエアバランス装置において、
釣合時には前記給排流路と制御流路とを連通し、昇降駆動時には前記給排流路とパイロット流路とを連通する切換弁を設けると共に、
前記昇降駆動時に、可変絞り弁を介して前記給排流路に圧縮空気を供給あるいは排出して前記被搬送体を昇降させる昇降弁機構を設け、
また、支点ピンの廻りに揺動可能に支持した梃子部材に前記シリンダを取り付け、
更に、前記制御流路からのパイロット圧の導入により前記梃子部材に前記被搬送体の荷重と同方向の作用力を付与する復元力機構を支点ピン近くに設けると共に、前記被搬送体の荷重と前記復元力機構の作用力とに対して釣り合う作用力を前記パイロット流路に連通したタンクからの圧縮空気の導入により前記梃子部材に付与する付勢力機構を設け、
かつ、前記圧力調整弁は、前記梃子部材の揺動による作用力と前記制御流路からのパイロット圧の導入による作用力とに応じて前記給排流路と前記制御流路及び前記切換弁を介して圧縮空気の給排を行うことを特徴とするエアバランス装置。 - 前記昇降弁機構は、パイロット圧の導入により、圧力源と前記給排流路とを可変絞り弁を介して連通する上昇弁と、パイロット圧の導入により、大気中と前記給排流路とを可変絞り弁を介して連通する下降弁とを備えたことを特徴とする請求項1記載のエアバランス装置。
- 前記付勢力機構は、前記タンクに連通された付勢室を備え、付勢室に導入される圧縮空気圧の作用力により前記梃子部材に作用力を付与することを特徴とする請求項1又は請求項2記載のエアバランス装置。
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