JPH1160198A

JPH1160198A - オートバランサ

Info

Publication number: JPH1160198A
Application number: JP22703997A
Authority: JP
Inventors: Soon O; 祖温王; Ko Ho; 鋼包; Ritsugun Ryo; 立軍梁; Takao Shibuya; 貴生渋谷; Motonari Ikehata; 基成池畑; Naotake Koneyama; 尚武小根山
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 1997-08-11
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1999-03-02
Anticipated expiration: 2017-08-11
Also published as: JP3542254B2

Abstract

(57)【要約】【課題】空気圧機器のみによって簡単なオートエアバ
ランサを構成するときに必要な、荷重を空気圧に変換し
バランスシリンダに直接供給することができる荷重−空
気圧変換器（オートバランサ）を提供することを課題と
する。【解決手段】オートバランサであって、二次圧力ポー
トＡと供給圧力ポートＰとの間に給気弁55が配設され、
二次圧力ポートＡと排気ポートＲとの間に排気弁54が配
設されている。エアアクチュエータ（ピストン24）内の
上側の背圧室32に背圧が導入され、エアアクチュエータ
内の下側のフィードバック室33に二次圧力が導入され、
エアアクチュエータの出力部材（シャフト35）に下向き
の荷重が作用するようにされている。給気弁55及び排気
弁54にはそれぞれポペット弁体39・40及び弁座28・29が
あり、フィードバック室33の圧力上昇によって排気弁54
が開放され、フィードバック室33の圧力低下によって給
気弁55が開放され、二次圧力ポートＡの二次圧力が荷重
に対応した値となったとき、給気弁55及び排気弁54が閉
鎖される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷重体の重量を瞬
時に検出して直ちにこの荷重体をバランスさせる力を作
用させ、作業者の僅かな力で荷重体を自由に移動させる
オートエアバランサ用のオートバランサ（荷重−空気圧
変換器）に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来から存在する電気・空気圧
機器を用いて構成したオートバランサを示す回路図であ
る。エアシリンダ１のピストンロッド２にロードセル３
を介して荷重体４が吊るされており、ロードセル３によ
って荷重体４の荷重が電気信号に変換されるように配置
されている。ロードセル３の出力はアンプ５で増幅され
て電空変換器６に入力され、電空変換器６によって空気
圧源７からの圧力空気の圧力がロードセル３の出力に比
例した空気圧に変換される。電空変換器６の出力がパイ
ロット信号としてパイロット操作式減圧弁８のパイロッ
ト操作部に入力され、パイロット操作式減圧弁８の出力
空気がエアシリンダ１のロッド側空気室に供給される。
エアシリンダ１のロッド側空気室の空気圧は、ロードセ
ル３の出力信号に比例するものであり、この空気圧によ
って荷重体４の荷重とバランスする力が発生し、ピスト
ンロッド２は図示の位置に維持される。そして、外力を
荷重体４に作用させることにより、荷重体４を上げたり
下げたりすることが容易にできる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のバランサは、ロ
ードセルによって荷重を電気信号に変換し、次いで電空
変換器により電気信号を空気圧信号に変換していた。も
し、荷重を空気圧に直接変換でき、その空気圧をバラン
スシリンダ（エアシリンダ）に直接供給することができ
れば、空気圧機器のみの簡単なシステムで全空気圧式の
オートエアバランサを構成することができることとな
る。本発明は、空気圧機器のみによって簡単なオートエ
アバランサを構成するときに必要な、荷重を空気圧に変
換しバランスシリンダに直接供給することができる荷重
−空気圧変換器（オートバランサ）を提供することを課
題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を達
成するために、オートバランサであって、二次圧力ポー
トＡと供給圧力ポートＰとの間に給気弁が配設され、二
次圧力ポートＡと排気ポートＲとの間に排気弁が配設さ
れ、エアアクチュエータ内の上側の背圧室に背圧が導入
され、エアアクチュエータ内の下側のフィードバック室
に二次圧力が導入され、エアアクチュエータの出力部材
に下向きの荷重が作用するようにされ、給気弁及び排気
弁にはそれぞれポペット弁体及び弁座があり、フィード
バック室の圧力上昇によって排気弁が開放され、フィー
ドバック室の圧力低下によって給気弁が開放され、二次
圧力ポートＡの二次圧力が荷重に対応した値となったと
き、給気弁及び排気弁が閉鎖されるようにされたことを
第１構成とする。本発明は、第１構成において、背圧室
には供給圧力空気が減圧弁により減圧して導入され、エ
アアクチュエータには出力部材としてシャフトが連結さ
れ、給気弁及び排気弁の各ポペット弁・各端部材の中央
孔にシャフトが挿通され、シャフトの下端にフックが形
成されたことを第２構成とする。本発明は、第１構成又
は第２構成において、オートバランサ本体に操作杆が揺
動可能に配設され、操作杆の把手を上下動させることに
より、給気弁又は排気弁が開放するようにされたことを
第３構成とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態のオ
ートバランサ57を示す。主弁本体10の縦軸方向には段付
の貫通孔が形成され、段付の貫通孔は上部から順に、ピ
ストン24が摺動自在に嵌合されるシリンダ部12、第１端
部材25が嵌合される第１大径部13・第１中径部14（段付
孔）、Ｒポート（排気ポート）に連通した排気室15、第
１弁座28が嵌合される段付の第１弁座支持部16、Ａポー
ト（二次圧力ポート）に連通される二次圧室17、第２弁
座29が嵌合される段付の第２弁座支持部18、Ｐポート
（圧力供給ポート）に連通される一次圧室19、第２端部
材26が嵌合される第２中径部20・第２大径部21（段付
孔）とされている。主弁本体10の上面にカバー11が載置
され、これらはボルト等により相互に連結され固定され
ており、カバー11の上側にハンガー30が連結されてい
る。なお、主弁本体10とカバー11とを合わせたものをオ
ートバランサ本体と称することとする。

【０００６】カバー11の側面にＰ１ポート（背圧ポー
ト）が形成され、Ｐ１ポートは連通路31を通してシリン
ダ部12の背圧室（ピストン24の上側のシリンダ室）32に
連通されている。主弁本体10の側面にＲポート（図１の
背面）、Ａポート（図１の左側面）、Ｐポート（図１の
右側面）が開口され、段付の貫通孔の中心部に、小径部
35Ａ、第１中径部35Ｂ、大径部35Ｃ、第２中径部35Ｄ、
フック35Ｅを有するシャフト35が配設されている。シャ
フト35の小径部35Ａはピストン24の中央孔に挿通され、
小径部35Ａの上側の雄ねじにワッシャが嵌合され、この
雄ねじにナット36が螺合されて、小径部35Ａにピストン
24が連結されている。ピストン24の外周とシリンダ部12
との間はピストン24に装着されたシールにより密封さ
れ、ピストン24の中央孔とシャフト35の小径部35Ａとの
間はピストン24の中央孔に装着されたシールにより密封
されている。

【０００７】シャフト35の第１中径部35Ｂは第１端部材
25の上部隔壁25Ａの中央孔にＯリングを介して摺動自在
に挿通され、第１端部材25は第１大径部13の環状溝に装
着された止め具37によって抜け止めがされている。第１
ポペット弁体39が第１端部材25と第１弁座28との間に配
置され、第１ポペット弁体39の下部隔壁39Ａの中央孔に
シャフト35の第１中径部35Ｂが挿通されている。第１端
部材25では上部隔壁25Ａと円筒部25Ｂとが一体化されて
おり、円筒部25Ｂは下端が開口されており、円筒部25Ｂ
の外周溝に装着されたシールにより、第１端部材25と第
１中径部14との間が密封されている。第１ポペット弁体
39の下部隔壁39Ａの上側に円筒部39Ｂが一体に連結され
ており、円筒部39Ｂの上端が開口され、円筒部39Ｂの外
周溝に装着されたシール42が第１端部材25の円筒部25Ｂ
の内面に摺動自在に嵌合されている。第１端部材25の上
部隔壁25Ａの下面と第１ポペット弁体39の下部隔壁39Ａ
の上面との間に第１スプリング45が介装されている。第
１スプリング45の弾発力により第１ポペット弁体39が下
方に付勢され、第１ポペット弁体39の下部隔壁39Ａの第
１シール部47が第１弁座28を押圧している。なお、第１
ポペット弁体39、第１弁座28、第１スプリング45及び第
１端部材25により排気弁54が構成されている。第１ポペ
ット弁体39の下部隔壁39Ａには複数個の連通孔が形成さ
れ、この連通孔によって二次圧室17と第１ポペット弁体
39の内部とが連通されている。

【０００８】排気弁54と上下対称に給気弁55が形成され
ており、給気弁55は第２ポペット弁体40、第２弁座29、
第２スプリング46及び第２端部材26により構成される。
シャフト35の第２中径部35Ｄは第２端部材26の下部隔壁
26Ａの中央孔にＯリングを介して摺動自在に挿通され、
第２端部材26は第２大径部21の環状溝に装着された止め
具38によって抜け止めがされている。第２ポペット弁体
40が第２端部材26と第２弁座29との間に配置され、第２
ポペット弁体40の上部隔壁40Ａの中央孔にシャフト35の
第２中径部35Ｄが挿通されている。第２端部材26には下
部隔壁26Ａと円筒部26Ｂとが一体化されており、円筒部
26Ｂは上端が開口され、円筒部26Ｂの外周溝に装着され
たシールにより、第２端部材26と第２中径部20との間が
密封されている。第２ポペット弁体40の上部隔壁40Ａの
下側に円筒部40Ｂが一体に連結されており、円筒部40Ｂ
の下端が開口され、円筒部40Ｂの外周溝に装着されたシ
ール43が第２端部材26の円筒部26Ｂの内面に摺動自在に
嵌合されている。第２端部材26の下部隔壁26Ａの上面と
第２ポペット弁体40の上部隔壁40Ａの下面との間に第２
スプリング46が介装され、第２スプリング46の弾発力に
より第２ポペット弁体40が上方に付勢され、第２ポペッ
ト弁体40の上部隔壁40Ａの第２シール部48が第２弁座29
を押圧している。なお、第２ポペット弁体40の上部隔壁
40Ａには複数個の連通孔が形成され、この連通孔によっ
て二次圧室17と第２ポペット弁体40の内部とが連通され
ている。

【０００９】第１端部材25の円筒部25Ｂの内径と第１弁
座28の先端部の径とは同一とされており、第１シール部
47が第１弁座28に当接するとき、排気室15内の空気圧が
第１ポペット弁体39に作用する力は、上下方向の大きさ
が同一でバランスしており、二次圧が第１ポペット弁体
39に作用する力も、上下方向の大きさが同一でバランス
している。そして、第１ポペット弁体39と上下対称の第
２ポペット弁体40も、第１ポペット弁体39と同様に上下
方向の力がバランスする。

【００１０】二次圧室17はフィードバック通路50を介し
てシリンダ部12のフィードバック室（ピストン24の下側
のシリンダ室）33に連通されている。主弁本体10の下端
に支持部51が突設され、支持部51の下端に操作杆52の中
間部がピン63により揺動自在に連結され、操作杆52の先
端がシャフト35の第２中径部35Ｄにピン64により回動自
在に連結されている。ハンガー30によってオートバラン
サ57が吊り下げられ、Ｐポートには供給圧力空気が供給
され、Ｐ１ポートにはシャフト35等とバランスさせるた
めの背圧が供給されている。本発明の実施の形態のオー
トバランサでは、エアアクチュエータとしてシリンダを
用いたが、ダイヤフラム、ベロフラム、ベローズ等を用
いることができる。また、本発明の実施の形態のオート
バランサでは、オートバランサ本体内の上側にアクチュ
エータを配置し、下側に排気弁及び給気弁を配置した
が、上側に排気弁及び給気弁を配置し、下側にアクチュ
エータを配置してもよい。

【００１１】次に本発明のオートバランサ57の実施の形
態の作用について説明する。荷重ゼロの初期位置（図
１）において、二次圧室17の圧力がフィードバック通路
50を通してフィードバック室33に導入され、予め設定さ
れた圧力の背圧が背圧室32に導入されている。フィード
バック室33の圧力は背圧室32の背圧とバランスした圧力
となり、ピストン24、第１ポペット弁体39及び第２ポペ
ット弁体40を図１に示す初期位置を維持している。そし
て、排気弁54及び給気弁55は閉鎖されている。

【００１２】フック35Ｅに下向きの荷重Ｗが作用する
と、ピストン24及び第２ポペット弁体40が下方に変位し
（第２ポペット弁体40はシャフト35の大径部35Ｃと第２
中径部35Ｄとの段差部により押し下げられる）、排気弁
54は閉鎖位置に維持され、給気弁55が開かれる。供給圧
力空気がＰポートから一次圧室19、給気弁55の開口部
（第２ポペット弁体40の上部隔壁40Ａと第２弁座29との
間の隙間）を通って二次圧室17・Ａポートに流入し、二
次圧力が上昇する。上昇した二次圧力空気は、フィード
バック通路50を通ってフィードバック室33に流入し、フ
ィードバック室33に流入した二次圧力はピストン24の下
面に作用して、背圧室33の圧力による下方への力に対抗
し、荷重Ｗと対抗する。二次圧力が荷重Ｗに見合った値
になると、ピストン24が荷重Ｗと対応したバランス位置
に変位し、給気弁55が閉鎖する。

【００１３】次に、フック35Ｅに作用する荷重Ｗが減少
すると、ピストン24及び第１ポペット弁体39が上方に変
位し（第１ポペット弁体39はシャフト35の大径部35Ｃと
第１中径部35Ｂとの段差部により押し上げられる）、給
気弁55は閉鎖位置に維持され、排気弁54が開かれる。二
次圧室17の二次圧力空気が排気弁54の開口部（第１ポペ
ット弁体39の下部隔壁39Ａと第１弁座28との間の隙
間）、排気室15及びＲポートを通って排出され、二次圧
室17及びフィードバック室33の空気圧が低下し、その低
下した空気圧力がピストン24の下面に作用する。二次圧
力が減少した荷重Ｗに見合った値になると、ピストン24
が小さくなった荷重と対応したバランス位置に変位し、
排気弁が閉鎖する。以上のとおり、荷重Ｗの変化に追従
して二次圧力が変化し、荷重Ｗに見合った二次圧力にな
ったとき、ピストン24がバランス位置に変位し、給気弁
及び排気弁が閉鎖される。

【００１４】図２は、荷重を空気圧に変換する本発明の
実施の形態のオートバランサ57を用いて、荷重を空気圧
に直接変換し、空気圧機器のみで構成した全空気圧式オ
ートバランサシステムの回路図である。バランスシリン
ダ（エアシリンダ）58が天井に縦向きにして固定され、
バランスシリンダ58のピストンロッド59にオートバラン
サ57を介して荷重体60が吊るされており、オートバラン
サ57によって荷重体60の荷重が空気圧信号に変換される
ように配置されている。オートバランサ57のＡポートは
可撓性のバランス圧力導管61を通してバランスシリンダ
58のロッド側室62に連通され、オートバランサ57の二次
圧力はバランスシリンダ58のロッド側室62に直接供給さ
れる。バランスシリンダ58のロッド側室62の空気圧（当
初空気圧）は、オートバランサ57の二次圧力に等しく、
この二次圧力によって荷重体60の荷重及び装置自重とバ
ランスする力が発生するように設定されており、ピスト
ンロッド59は図示の位置に維持されている。なお、背圧
室32への背圧は、Ｐポートに供給される圧力空気を減圧
弁70により減圧されたものであり、荷重体60及び装置
（オートバランサ57、ピストン24及びシャフト35等）の
合計重量をピストン24の上側面積で除したものに相当す
る。

【００１５】荷重体60を下降させたいときには、操作杆
52の右端の把手を小さな力で下げると、操作杆52はピン
63を中心にして揺動し、操作杆52の先端がシャフト35の
第２中径部35Ｄを僅かに持ち上げる。その状態は前記図
１の作用の説明の荷重Ｗが減少したときに相当し、二次
圧室17内の空気が排気弁54を通って排気され、オートバ
ランサ57の二次圧力が低下する。オートバランサ57の二
次圧力が低下すれば、全空気圧式オートバランサシステ
ムのバランスシリンダ58のロッド側室62の空気圧は低下
し、ピストンロッド59及び荷重体60は下降する。荷重体
60を速く下降させたいときには、操作杆52の下げ量を多
くし、二次圧力の低下量を大きくし、バランスシリンダ
58のロッド側室62の空気圧の低下量を大きくすればよ
い。荷重体60をゆっくり下降させたいときには、操作杆
52の下げ量を少なくすればよい。そして、荷重体60の下
降動作を停止させたいときには、操作杆52に加える操作
力をゼロにすると、ロッド側室62の空気圧が前記の当初
空気圧となり、荷重体60の下降動作が停止し、停止位置
に維持される。

【００１６】荷重体60を上昇させたいときには、操作杆
52の把手を小さな力で上げると、操作杆52はピン63を中
心にして揺動し、操作杆52の先端がシャフト35の第２中
径部35Ｄを僅かに押し下げる。その状態は前記図１の作
用の説明の荷重Ｗが増加するときに相当し、オートバラ
ンサ57の二次圧力が上昇する。オートバランサ57の二次
圧力が上昇すれば、全空気圧式オートバランサシステム
のバランスシリンダ58のロッド側室62の空気圧は上昇
し、ピストンロッド59及び荷重体60は上方へ移動する。
荷重体60の上方移動速度を上げたいときには、操作杆52
の上げ量を多くし、二次圧力の上昇量を大きくし、バラ
ンスシリンダ58のロッド側室62の空気圧の上昇量を大き
くすればよい。荷重体60の上方移動速度を低下させたい
ときは、操作杆52の上げ量を少なくすればよい。そし
て、荷重体60の上方移動動作を停止させたいときには、
操作杆52に加える操作力をゼロにすると、ロッド側室62
の空気圧が前記当初空気圧となり、荷重体60の上方移動
動作が停止し、停止位置に維持される。

【００１７】図３は、図２の全空気圧式オートバランサ
システムの変形例の回路図である。バランスシリンダ58
が支柱65に横向きに固定され、バランスシリンダ58のピ
ストンロッド59の先端に第１滑車66が連結されている。
第１滑車66の水平方向に第２滑車67が回転自在に固定さ
れ、一端が固定されたロープ68を第１滑車66及び第２滑
車67に掛け、ロープ68の他端にオートバランサ57を介し
て荷重体60が吊るされている。供給圧力空気は支柱内の
配管から可撓性の圧力空気導管69を通してオートバラン
サ57のＰポートに供給され、図２と同様にオートバラン
サ57によって荷重体60の荷重が空気圧信号に変換され、
図２の場合と同様に機能する。

【００１８】

【発明の効果】本発明の請求項１及び２のものは、荷重
に対応した二次圧力を発生させることができる。そし
て、本発明では、給気弁及び排気弁にそれぞれポペット
弁体及び弁座があり、ポペット弁体及び弁座の直径を大
きくすることにより二次圧ポートＡと供給圧力ポートＰ
・排気ポートＲとの間の流量を大きくできるので、オー
トバランサの二次圧ポートＡをバランスピストンのロッ
ド側室等に接続して、二次圧空気を直接供給し、バラン
スピストンを作動させることができる。また、減圧弁を
用いて背圧を制御することにより、一つのオートバラン
サで重さの異なる荷重・装置自重にバランスさせること
ができる。本発明の請求項３のものは、操作杆の把手を
上下動させることにより、バランスシリンダのピストン
ロッド及び荷重体の移動方向及び速度をコントロールす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオートバランサの実施の形態を示す断
面図である。

【図２】本発明のオートバランサを用いて構成した全空
気圧式オートバランサシステムの回路図である。

【図３】本発明の荷重−空気圧変換器を用いて構成した
全空気圧式オートバランサシステムの変形例の回路図で
ある。

【図４】従来のバランサシステムを示す回路図である。

【符号の説明】

24 ピストン（エアアクチュエータ） 28 第１弁座（排気弁の弁座） 29 第２弁座（給気弁の弁座） 32 背圧室 33 フィードバック室 35 シャフト（出力部材） 39 第１ポペット弁（排気弁のポペット弁） 40 第２ポペット弁（給気弁のポペット弁） 54 排気弁 55 給気弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者包鋼中華人民共和国黒龍江省哈爾濱市南崗区西大▲直▼街92号エスエムシー哈爾濱工業大学空気圧技術センター内 (72)発明者梁立軍中華人民共和国黒龍江省哈爾濱市南崗区西大▲直▼街92号エスエムシー哈爾濱工業大学空気圧技術センター内 (72)発明者渋谷貴生茨城県筑波郡谷和原村絹の台４ー２ー２エスエムシー株式会社筑波技術センター内 (72)発明者池畑基成茨城県筑波郡谷和原村絹の台４ー２ー２エスエムシー株式会社筑波技術センター内 (72)発明者小根山尚武茨城県筑波郡谷和原村絹の台４ー２ー２エスエムシー株式会社筑波技術センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次圧力ポートＡと供給圧力ポートＰと
の間に給気弁が配設され、二次圧力ポートＡと排気ポー
トＲとの間に排気弁が配設され、エアアクチュエータ内
の上側の背圧室に背圧が導入され、エアアクチュエータ
内の下側のフィードバック室に二次圧力が導入され、エ
アアクチュエータの出力部材に下向きの荷重が作用する
ようにされ、給気弁及び排気弁にはそれぞれポペット弁
体及び弁座があり、フィードバック室の圧力上昇によっ
て排気弁が開放され、フィードバック室の圧力低下によ
って給気弁が開放され、二次圧力ポートＡの二次圧力が
荷重に対応した値となったとき、給気弁及び排気弁が閉
鎖されるようにされたオートバランサ。
【請求項２】背圧室には供給圧力空気が減圧弁により
減圧して導入され、エアアクチュエータには出力部材と
してシャフトが連結され、給気弁及び排気弁の各ポペッ
ト弁・各端部材の中央孔にシャフトが挿通され、シャフ
トの下端にフックが形成された請求項１記載のオートバ
ランサ。
【請求項３】オートバランサ本体に操作杆が揺動可能
に配設され、操作杆の把手を上下動させることにより、
給気弁又は排気弁が開放するようにされた請求項１又は
２記載のオートバランサ。