リフト機構の荷重保持機構
【課題】リフト機構が降下時に急停止したときに発生する応力を低減できるリフト機構の荷重保持機構を提供すること。
【解決手段】ねじ軸４に螺合されたナット部材９を昇降するリフト機構の荷重保持機構において、モータ１からの動力によって回転駆動される円筒部材２５と、円筒部材と同心状に配置された外輪２４と、円筒部材と外輪の間に設けられ、円筒部材と外輪の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構２３と、外輪を摩擦力で保持する電磁ブレーキ１５とを備える。
【解決手段】ねじ軸４に螺合されたナット部材９を昇降するリフト機構の荷重保持機構において、モータ１からの動力によって回転駆動される円筒部材２５と、円筒部材と同心状に配置された外輪２４と、円筒部材と外輪の間に設けられ、円筒部材と外輪の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構２３と、外輪を摩擦力で保持する電磁ブレーキ１５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はねじ軸に螺合されたナット部材を昇降するリフト機構の荷重保持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械及び建設機械を含む作業機械には対象物（例えば、荷物）を持ち上げるためのリフト機構を備えるものがある。例えば、荷役作業に使用されるフォークリフトには、リフト機構として、フォークを昇降させるためのマストが車両前方に備えられている。この種のリフト機構は、従来、油圧シリンダを用いた油圧駆動によるものが多かった。しかし、駆動効率の向上や回生エネルギの有効的な取得等による省エネルギ化を目指し、ねじ軸及びこれに螺合されたナット部材を備えたねじ機構（例えば、ボールねじ等）と、その駆動源としての電動モータ（電動機）とを組み合わせた電動リニアアクチュエータ（電動直動アクチュエータ）を利用したリフト機構の開発が進んでいる。
【０００３】
電動リニアアクチュエータを利用したリフト機構では、回生エネルギをより多く取得する観点からは、ねじ機構の逆効率（直動を回転に変換する際の機械効率）が高い方が望ましい。しかし、このように逆効率を高くすると、荷物の自重による落下の可能性が高くなる点に配慮することが必要である。
【０００４】
また、油圧シリンダを用いた油圧駆動式のリニアアクチュエータでは、当該油圧シリンダに圧油を供給するための回路に設置されたバルブを開く量で荷物（リフト機構）の昇降速度をコントロールし、当該バルブを完全に閉じることで荷物を停止させていた。一方、電動リニアアクチュエータでは、電動モータのトルクで荷物の昇降速度をコントロールし、ナット部材の移動を抑制するブレーキのオン／オフで荷物を停止させている。そのため、電動モータの制御とブレーキの制御という２つの制御が必要となる。この２つの制御のタイミングがわずかにずれると、荷物が昇降されているときにブレーキが作用し急停止するなどの状態が発生し、リフト機構に衝撃荷重が作用してしまうおそれがある。
【０００５】
この点を鑑み、停止状態の荷物を上昇させるとき及び上昇中の荷物を停止させるときの制御を電動モータの制御のみで実施しようとした技術がある（特許文献１，２参照）。特許文献１の技術では、電動モータの回転軸にワンウェイクラッチと呼ばれる一方向のみの回転を許容する機構を挿入し、荷物を上昇させる方向の回転は許容するが荷物を降下させる方向の回転は許容しない（回転させない）構成としている。このため、電動モータのトルクで荷物を上昇させた後に当該トルクを０にすると、荷物は自重で降下しようとするが、ワンウェイクラッチが機能するので荷物を停止できる。また、当該技術は通電時にワンウェイクラッチを解除する機構（保持器制御ソレノイド）を備えているため、荷物を降下させる際には当該解除機構に通電してワンウェイクラッチを解除すれば良い。
【０００６】
特許文献２は、特許文献１と同様に回転軸にワンウェイクラッチを挿入した構成である。特許文献１と異なるのは、ワンウェイクラッチ外輪が固定されていない点であり、そのかわりにワンウェイクラッチ外輪にはブレーキディスクが取付けられている。このブレーキディスクは、ブレーキシュがばねによって常に押し付けられている。このため、ワンウェイクラッチが回転を許容する方向にしか回転することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０-１１２４０９号公報
【特許文献２】特開平２-２１０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１では、荷物の降下中にワンウェイクラッチの解除機構への電源供給が断線やバッテリー切れ等で遮断されると、ワンウェイクラッチが動作してしまうので、ねじ軸に動力を伝達する軸の回転が急激に阻止される。この急停止により、ワンウェイクラッチの各部材に過大な接触応力が働くおそれがある。
【０００９】
一方、上記特許文献２では、ワンウェイクラッチが作用する方向には、常にブレーキディスクによりブレーキ力が作用するため、荷物を降下させることができない。なお、ブレーキディスクのブレーキトルク以上のトルクを電動モータによって与えれば荷物を降下させることができるが、この場合には、回生エネルギを取得することができないだけでなく、必要以上のトルクを発生させなければならないため、エネルギ消費を低減する観点からは好ましくない。
【００１０】
本発明の目的は、回生エネルギを有効的に取得できる機構であることを前提とし、リフト機構が降下時に急停止したときに発生する応力を低減できるリフト機構の荷重保持機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、ねじ軸に螺合されたナット部材を昇降するリフト機構の荷重保持機構において、前記リフト機構の駆動源からの動力によって回転駆動される第１回転体と、前記第１回転体と同心状に配置された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構と、前記第２回転体を摩擦力で保持するブレーキとを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リフト機構が降下時に急停止したときに発生する応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態におけるリフト機構の全体構成の側断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る荷重保持機構１００の詳細図。
【図３】図２中のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る荷重保持機構１００Ａの断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係るリフト機構を備えたフォークリフトの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるリフト機構の全体構成の側断面図である。この図に示すリフト機構は、電動リニアアクチュエータを利用して荷物等の対象物の昇降を行うものであり、ねじ軸４と、ねじ軸４に螺合されたナット部材９と、ねじ軸４を回転駆動するための原動機としてのモータ（電動機）１と、主にナット部材９に作用する荷重を保持するための荷重保持機構１００と、リフト機構の操作装置（図示せず）を介して入力されるオペレータの操作に基づいて主にモータ１及び荷重保持機構１００を制御するための制御装置２００を備えている。
【００１５】
モータ１はリフト機構の駆動源であり、モータ１の出力軸１ａの一方（図１中の上側）には、モータ１の回転を停止させ、ナット部材９を停止させるためのブレーキ１１が取り付けられている。
【００１６】
また、モータ１の出力軸１ａの他方（図１中の下側）には荷重保持機構１００と小歯車２が取り付けられている。小歯車２には大歯車３が噛み合わされている。モータ１による動力の回転は、小歯車２から大歯車３に回転が伝達される際に互いの歯数に応じて適宜減速される。すなわち、入力側の歯車が大きいと増速し、小さいと減速される。本実施の形態では、出力側の歯車３に対して入力側の歯車２が小さいため回転は減速される。
【００１７】
大歯車３にはねじ軸４が固定されている。小歯車２はラジアル軸受５とモータ１の軸受によって回転可能に支持されている。大歯車３とねじ軸４が一体化されたものは、ラジアル軸受６により回転可能に支持されており、ねじ軸４の軸方向に発生する推力による反力はスラスト軸受７によって支持されている。上記の各構成によって、モータ１からねじ軸４への回転駆動力の伝達経路が構成されている。なお、上記の各軸受などは、固定部品である下部ハウジング８と上記回転駆動力の伝達経路の各回転部品との間に組み込まれている。
【００１８】
ねじ軸４と、ねじ軸４にねじ対偶で装着されたナット部材９とは、ねじ機構を構成しており、両者４，９は相対的に回転することでねじ軸４の軸方向に相対的に移動する。本実施の形態におけるナット部材９は、ねじ軸４とナット部材９が転がり接触で接触しており、ねじ軸４とナット部材９の間の摩擦抵抗はすべり接触の場合に比べて大幅に小さくなっている。この転がり接触を行うねじ機構の例としては、特許文献１に示されているボールねじ機構等が挙げられる。
【００１９】
ナット部材９の上面には直動出力部材１０が固定されている。直動出力部材１０の内部は中空になっており、これによりねじ軸４との干渉を回避している。また、本実施の形態における直動出力部材１０は、図１中に一点鎖線で示した他のリニアアクチュエータの直動出力部材１０Ａと連結部材１２を介して連結されている。ナット部材９は、連結部材１２及び直動出力部材１０Ａによってねじ軸４の回転中心回りに回転不能に拘束されている。これによりねじ軸４を回転駆動させるとナット部材９が円筒状の上部ハウジング１４内を上下方向に移動する。なお、直動出力部材１０およびナット部材９の中心軸回りの回転を阻止して軸方向への移動を許容する他の構成としては、上部ハウジング１４の内周面１４ａにキー溝を設け、当該キー溝に対応するすべりキーを直動出力部材１０又はナット部材９に設ける構成等がある。
【００２０】
下部ハウジング８の上には中央ハウジング１３が固定されている。中央ハウジング１３の上部には上部ハウジング１４が固定されている。上部ハウジング１４は、その内周面１４ａによってナット部材９およびねじ軸４が傾斜しないように支持する機能を果たしている。また、直動出力部１０が上部ハウジング１４を貫通する部分にはシール（図示せず）が設けられており、当該シールによってねじ軸４とナット部材９によるねじ対偶部にゴミ等の異物が侵入するのを防止している。なお、本実施の形態における荷重保持機構１００は、中央ハウジング１３とモータ１の間に組み込まれている。
【００２１】
図２は、図１に示した荷重保持機構１００の詳細図であり、図３中のＢ−Ｂ断面図である。また、図３は図２中のＡ−Ａ断面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００２２】
荷重保持機構１００は、円筒部材（第１回転体）２５と、外輪（第２回転体）２４と、ワンウェイクラッチ機構２３と、電磁ブレーキ１５を備えている。
【００２３】
円筒部材２５は、モータ１からねじ軸４への回転駆動力の伝達経路に設置された部材であり、モータ１からの動力によって回転駆動される。本実施の形態における円筒部材２５は、モータ１の出力軸１ａの回転軸心と同心状に形成された円筒状の部材であり、出力軸１ａの外周面上に固定されている。これにより円筒部材２５は出力軸１ａとともに一体に回転する。
【００２４】
外輪２４は、円筒部材２５の外周側に出力軸１ａの回転軸心（すなわち、円筒部材２５の回転軸心）と同心状に配置された中空円筒状の部材である。外輪２４の底面における中心部には孔が設けられており、当該孔には出力軸１ａが挿入されている。また、当該孔の周囲には軸受２１が設けられており、外輪２４は軸受２１を介して出力軸１ａに対して回転可能に支持されている。また、外輪２４の底面にはブレーキディスク１８が連結されている。ブレーキディスク１８にはモータ１の出力軸１ａが挿入されており、ブレーキディスク１８は外輪２４と同様に軸受け２１を介して出力軸１ａに対して回転可能に支持されている。
【００２５】
電磁ブレーキ１５は、ブレーキ本体３１と、ブレーキディスク１８を挟んで出力軸１ａの軸方向に配置された２つのブレーキパッド１６，１７と、ばね１９と、コイル２０を備えており、ブレーキディスク１８とブレーキパッド１６，１７の間に発生する摩擦力で外輪２４を保持する無励磁作動型の制動装置である。
【００２６】
ブレーキ本体３１は、中央ハウジング１３（図１参照）に固定されている。ブレーキ本体３１には、出力軸１ａの軸方向と略平行に保持されたピン２２が取り付けられている。ピン２２は、２つのブレーキパッド１６，１７に挿入されている。ブレーキ本体３１側のブレーキパッド１７は、磁性体で形成されており、出力軸１ａの軸方向に上下動可能にピン２２によって支持されている。一方、外輪２４側のブレーキパッド１６は出力軸１ａの軸方向に上下動不可能にピン２２に固定されている。
【００２７】
ばね１９は、ブレーキパッド１７をブレーキパッド１８側（図２中の上方向）に付勢するためのもので、ブレーキ本体３１の上面に設けた凹部内に撓んだ状態で収納されている。電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは主にばね１９によって規定される。図２では簡略してばね１９を１つ表記したが、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクが所望の値になるように複数のばね１９が適宜設置されている。
【００２８】
なお、通常のリフト動作時にブレーキディスク１８が滑らない範囲でワンウェイクラッチ機構２３に作用するトルクを最小とする観点からは、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、図１に示したリフト機構（ナット部材９）に最大積載荷重が作用するときに外輪２４を静的に保持するために必要なトルクと同等とすることが好ましい。さらに、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、最大でも最大積載荷重が作用するときに外輪２４を静的に保持するために必要なトルクの数倍程度になるように設定することが好ましい。これは、ブレーキトルクを大きくしすぎると、ブレーキディスク１８が滑り始めるトルクが必要以上に大きくなってしまい、結果的にワンウェイクラッチ機構２３の各部材に作用する接触力が大きくなってしまうからである。また、ブレーキトルクを大きくしすぎると、ワンウェイクラッチ２３のサイズが大きくなってしまうので、この観点からもブレーキトルクを大きくしすぎることは望ましくない。
【００２９】
コイル２０は、ブレーキ本体３１内に収納されており、通電時には電磁力を発生してブレーキパッド１７を吸着する。コイル２０に通電して電磁力を発生させると、ばね１９の付勢力に抗してブレーキパッド１７がブレーキ本体３１側（コイル２０側）に吸着され、ブレーキパッド１７がブレーキディスク１８から離間してブレーキが解除される。一方、非通電時には電磁力が発生しないので、ばね１９の付勢力によってブレーキパッド１７がブレーキディスク１８に押し付けられ、ブレーキディスク１８とブレーキパッド１６，１７の間に発生する摩擦力によりブレーキが作動した状態となる。これにより外輪２４は電磁ブレーキ１５によって保持される。すなわち、本実施の形態における電磁ブレーキ１５は、通電時にブレーキ解除状態（外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転可能な状態）となり、非通電時（電源供給遮断時など）にブレーキ作動状態（外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転不可能な状態）となる無励磁作動型ブレーキとして機能する。
【００３０】
ワンウェイクラッチ機構２３は、円筒部材２５と外輪２４の一方向（図３中の左回り方向（以下、正転方向と称することがある））の相対回転は許容するが、他方向（図３中の右回り方向（以下、逆転方向と称することがある））の相対回転を禁止するための機構であり、円筒部材２５と外輪２４の間に設けられている。図３に示す例では、ワンウェイクラッチ機構として、溝部２７と、ローラ（転動体）２８と、ばね（付勢手段）２６を備えている。また、ここでいう「正転方向」とは、リフト機構（ナット部材９）の上昇時にモータ１の出力軸１ａが回転する方向とし、「逆転方向」とは、リフト機構の下降時に出力軸１ａが回転する方向とする。
【００３１】
溝部２７は、出力軸１ａの半径方向（円筒部材２５又は外輪２４の半径方向）における幅が逆転方向に向かって縮小する溝であり、本実施の形態では互いに対向する円筒部材２５の外周面と外輪２４の内周面のうち外輪２４の内周面に設けられている。この溝部２７によって、外輪２４の内周面と円筒部材２５の外周面との間には逆転方向に向かって幅が縮小する間隙が形成される。また、本実施の形態における溝２７は、図３に示すように外輪２５の周方向に所定の間隔（１２０度の角度ピッチ）を介して３つ設けられている。
【００３２】
ローラ２８は、各溝部２７に収納された転動体であり、本実施の形態では円筒状に形成されている。ばね２６は、溝部２７に収納された付勢手段であり、逆転方向に向かってローラ２８を付勢している。これによりローラ２８は、円筒部材２５の外周面と外輪２４の内周面（溝部２７）の双方に接触した状態で保持される。
【００３３】
ここでワンウェイクラッチ機構２３の動作について説明する。ワンウェイクラッチ機構２３を動作させる場合には、コイル２０を非通電状態として電磁ブレーキ１５によるブレーキ作動させる必要がある。一方、ワンウェイクラッチ機構２３の動作を解除する場合には、コイル２０を通電状態としてブレーキを解除する必要がある。
【００３４】
まず、電磁ブレーキ１５のコイル２０が非通電状態の場合には、ブレーキディスク１８がブレーキパッド１６，１７と接触することでブレーキが作動して、外輪２４がブレーキ本体３１（中央ハウジング１３）に対して相対回転不可能な状態となる。このとき円筒部材２５が逆転方向に回転すると、円筒部材２５の回転に伴ってローラ２８が溝部２７の幅が縮小する方向に転動し、円筒部材２５と外輪２４の隙間にローラ２８が食い込む。これにより円筒部材２５の逆転方向へのそれ以上の回転が阻止される。一方、円筒部材２５が正転方向に回転すると、円筒部材２５の回転に伴ってローラ２８が溝部２７の幅が拡大する方向に転動するので、円筒部材２５と外輪２４の隙間にローラ２８が食い込むことは無い。これにより円筒部材２５は正転方向に回転可能となる。
【００３５】
一方、コイル２０が通電状態の場合には、ブレーキが解除され、外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転可能な状態となる。この場合には、正転方向及び逆転方向のいずれの方向に回転させても円筒部材２４は回転可能である。これは、円筒部材２５を逆転方向に回転させてローラ２８を円筒部材２５と外輪２４の隙間に食い込ませても、外輪２４自体が回転可能なため、円筒部材２５は外輪２４と一体となって回転するからである。このように、本実施の形態に係るリフト機構では、電磁ブレーキ１５を解除することで、ワンウェイクラッチ機構２３の作動を解除することができる。
【００３６】
図１に戻り、制御装置２００は、上記のようにコイル２０への通電を制御することで行われる電磁ブレーキ１５の制御処理と、モータ１のトルク制御処理とを荷物の昇降に応じて実行するものであり、電磁ブレーキ１５及びモータ１にそれぞれ制御信号を出力している。なお、制御装置２００は、ハードウェア構成として、各種の制御プログラムを実行するための演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）、当該制御プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ）等を備えている（いずれも図示せず）。
【００３７】
上記のように構成されるリフト機構の動作について、リフト（ナット部材９）の上昇及び下降のそれぞれの場合について説明する。
【００３８】
まず、リフト機構の上昇時及び停止時には、制御装置２００はコイル２０を非通電状態にする。これにより外輪２４の回転は電磁ブレーキ１５により拘束されるので、ワンウェイクラッチ機構２３が動作可能な状態となる。この場合、本実施の形態に係るワンウェイクラッチ機構２３は、既述のようにリフトの上昇方向（正転方向）への円筒部材２５の回転を許容するため、電磁ブレーキ１５が作動状態のままでもモータ１のトルクを上昇させることでリフトの上昇が可能である。
【００３９】
リフト機構の上昇を停止するときには、制御装置２００はモータ１のトルクを０にする。このようにモータ１のトルクを０にすると、荷物の自重によりリフトは下降しようとする。しかし、ワンウェイクラッチ機構２３の機能により下降方向（逆転方向）への円筒部材２４の回転は許容されないため、荷物は下降することなく停止する。したがって、上昇している荷物を停止する場合には、電磁ブレーキ１５を動作させつつモータ１のトルクを０にすることで可能である。
【００４０】
一方、リフト機構を降下する場合にはワンウェイクラッチ機構２３を解除する必要がある。そのため、制御装置２００は、コイル２０を通電状態にし、電磁ブレーキ１５によるブレーキを解除する。これにより外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転可能になり、リフトが下降可能な状態になる。このような状態になったら、制御装置２００は、モータ１のトルクを制御することによりリフトを適切な速度で下降させる。このとき、電磁ブレーキ１５による摩擦トルクは発生しないため、モータ１による回生エネルギの取得が可能になる。
【００４１】
リフト機構の降下を停止する場合には、制御装置２００は、まず、モータ１のトルクを制御してリフト機構の降下速度を０に保持し、その後にコイル２０を非通電状態として電磁ブレーキ１５を作動させる。これにより電磁ブレーキ１５がリフトの停止前に作動することが回避できるので、荷重保持機構１００の各構成要素に衝撃荷重を与えることなくリフトの降下を停止することができる。
【００４２】
なお、リフト機構の降下を停止する場合には、上記のようにリフト機構の降下速度を０に保持することに代えて、制御装置２００によって、リフト機構の降下が停止する直前に、リフト機構が上昇するようにモータ１のトルクを制御し、これによりリフト機構の移動方向が下降から上昇に変化した直後（すなわち、上昇し始めた直後）にコイル２０を非通電状態として電磁ブレーキ１５を作動させることが好ましい。そして、このように電磁ブレーキ１５を作動させた直後に、制御装置２００によってモータ１のトルクを減少させると良い。この制御では、先に説明した場合のようにモータ１の制御によりリフト機構の下降速度をほぼ０に保持する制御を行わなくても、ナット部材９が下降を始めようとする時にワンウェイクラッチ機構２３が作動するため、速度がほぼ０に近い状態でリフト機構を停止することができる。つまり、ワンウェイクラッチ機構２３に過大な接触応力が作用することなく停止することが可能となる。
【００４３】
上記のように構成されたリフト機構では、予期せぬトラブル（例えば、断線やバッテリ切れ等）によってコイル２０への通電が突然遮断された場合には、無励磁作動型の電磁ブレーキ１５が作動してワンウェイクラッチ機構２３が作動するので荷物の落下を防止することができる。特に本実施の形態に係る電磁ブレーキ１５は、ブレーキディスク１８とブレーキパッド１６，１７の間に発生する摩擦力によって外輪２４の回転を拘束してリフト機構を急停止するので、当該摩擦力以上のトルクが作用した場合にはブレーキディスク１８を滑らせることができる。このため、ワンウェイクラッチ機構２３には電磁ブレーキ１５のブレーキトルク以上のトルクが作用することはなく、ワンウェイクラッチ機構２３に過大な接触荷重が作用することを防止できるので、ワンウェイクラッチ機構２３の破損が防止できる。また、これによりワンウェイクラッチ機構２３を小型化することができる。
【００４４】
また、上記の構成により、電磁ブレーキ１５への通電の有無でワンウェイクラッチ機構２３の作動及び解除を切り替えることができるため、非通電時はブレーキ１５が作動しワンウェイクラッチ状態、通電時はブレーキ１５が解除されどちらの回転も許容された状態となり、片方向のみ回転が許容された状態と両方向の回転が許容された状態を切り替えることが可能となる。これにより、リフトを上昇させる時はワンウェイクラッチ状態とすることでモータトルクの制御のみでリフト動作を行えるようにし、下降させる時には両方の回転が許容された状態とすることで回生エネルギを有効取得できるようになる。
【００４５】
したがって、本実施の形態によれば、通常時にはリフト機構の降下時に回生エネルギが取得できるとともに、降下時にリフト機構が急停止する非常時にはその際に発生する応力を低減することができる。
【００４６】
なお、上記の説明では、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、リフト機構に最大積載荷重が作用するときに外輪２４を静的に保持するために必要なトルクを基準とすると、当該基準トルク以上とし、最大でも数倍程度に設定することが好ましいとした。しかし、さらに好ましくは、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、当該基準トルクの１．５〜２．０倍とすると良い。このように電磁ブレーキ１５のブレーキトルクを設定すると、例えば、外部から加速度０.２Ｇ〜０.６Ｇ程度の振動がリフト機構に作用し、さらに電磁ブレーキ１５のブレーキトルクに２割程度のばらつきがあったとしても、通常動作時にブレーキディスク１８は滑らないが過大トルクが作用すると滑るという動作を実現できる。これは、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクに２割程度のばらつきがあった場合でも、ブレーキトルクは上記基準に対して最低でも１.２倍〜１.６倍のトルクを有することとなるため、加速度０.２Ｇ〜０.６Ｇの振動が作用してもブレーキディスクが滑ることはないからである。
【００４７】
また、上記の実施の形態では、外輪２４の内周面上に溝部２７を設けてワンウェイクラッチ機構２３を構成したが、これに代替して円筒部材２５の外周面上に溝部を設けて当該機構を構成しても良い。図４は、本発明の他の実施の形態に係る荷重保持機構１００Ａの断面図であり、図２中のＡ−Ａ断面に相当する面で荷重保持機構１００Ａを切断したときのものである。この図に示す荷重保持機構１００Ａは、円筒部材２５Ａと、外輪２４Ａを備えている。円筒部材２５Ａには、出力軸１ａの半径方向における幅が逆転方向に向かって縮小する溝であり、円筒部材２５Ａの外周面に設けられた溝部２７Ａが設けられている。このように円筒部材２５Ａ側に溝部２７Ａを形成しても先に説明した実施の形態と同様にワンウェイクラッチ機構を構成することができるので、同様の効果を奏することができる。
【００４８】
さらに、上記の各実施の形態では、モータ１によって円筒部材２５Ａを回転駆動し、外輪２４Ａを電磁ブレーキ１５で保持する場合について説明したが、モータ１で外輪２４Ａを回転駆動し、円筒部材２５Ａを電磁ブレーキ１５で保持するようにリフト機構を構成しても同様の効果を奏することができる。
【００４９】
次に上記の実施の形態に係るリフト機構の適応例について説明する。図５は本発明の実施の形態に係るリフト機構を備えたフォークリフト（作業機械）の概略構成図である。この図において、フォークリフトの本体３００の前方には一対のマスト３０１が取り付けられており、マスト３０１には荷物昇降部３０２が付設されている。荷物昇降部３０２は、リフトブラケット（図示せず）を介してマスト３０１の内枠に昇降自在に取り付けられた保持枠３０３と、保持枠３０３に取り付けられた一対のフォーク３０４を備えている。上記の実施の形態で説明したリフト機構３０５は、ねじ機構によって荷物昇降部３０２を昇降させるために用いられており、例えばマスト３０１の運転席側に設置することができる。
【００５０】
なお、ここではリフト機構３０５の適用例としてフォークリフトを例に挙げたが、ねじ軸の回転によって昇降されるナット部材を有する電動リニアアクチュエータを備えるものであれば、本発明に係る荷重保持機構及びリフト機構はフォークリフトに限らず種々の作業機械に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…モータ、１ａ…モータ出力軸、２…小歯車、３…大歯車、４…ねじ軸、５…ラジアル軸受、６…ラジアル軸受、７…スラスト軸受、８…下部ハウジング、９…ナット部材、１０…直動出力部、１１…ブレーキ、１２…連結部材、１３…中央ハウジング、１４…上部ハウジング、１４ａ…内周面、１５…電磁ブレーキ、１６…ブレーキパッド、１７…ブレーキパッド、１８…ブレーキディスク、１９…ばね、２０…コイル、２１…軸受、２２…ピン、２３…ワンウェイクラッチ機構、２４…外輪（第２回転体）、２４Ａ…外輪（第２回転体）、２５…円筒部材（第１回転体）、２５A…円筒部材（第１回転体）２６…付勢ばね、２７…溝部、２７Ａ…溝部２８…ローラ（転動体）、１００…荷重保持機構、１００A…荷重保持機構、２００…制御装置、３００…フォークリフト本体、３０１…マスト、３０２…荷物昇降部、３０３…保持枠、３０４…フォーク、３０５…リフト機構
【技術分野】
【０００１】
本発明はねじ軸に螺合されたナット部材を昇降するリフト機構の荷重保持機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機械及び建設機械を含む作業機械には対象物（例えば、荷物）を持ち上げるためのリフト機構を備えるものがある。例えば、荷役作業に使用されるフォークリフトには、リフト機構として、フォークを昇降させるためのマストが車両前方に備えられている。この種のリフト機構は、従来、油圧シリンダを用いた油圧駆動によるものが多かった。しかし、駆動効率の向上や回生エネルギの有効的な取得等による省エネルギ化を目指し、ねじ軸及びこれに螺合されたナット部材を備えたねじ機構（例えば、ボールねじ等）と、その駆動源としての電動モータ（電動機）とを組み合わせた電動リニアアクチュエータ（電動直動アクチュエータ）を利用したリフト機構の開発が進んでいる。
【０００３】
電動リニアアクチュエータを利用したリフト機構では、回生エネルギをより多く取得する観点からは、ねじ機構の逆効率（直動を回転に変換する際の機械効率）が高い方が望ましい。しかし、このように逆効率を高くすると、荷物の自重による落下の可能性が高くなる点に配慮することが必要である。
【０００４】
また、油圧シリンダを用いた油圧駆動式のリニアアクチュエータでは、当該油圧シリンダに圧油を供給するための回路に設置されたバルブを開く量で荷物（リフト機構）の昇降速度をコントロールし、当該バルブを完全に閉じることで荷物を停止させていた。一方、電動リニアアクチュエータでは、電動モータのトルクで荷物の昇降速度をコントロールし、ナット部材の移動を抑制するブレーキのオン／オフで荷物を停止させている。そのため、電動モータの制御とブレーキの制御という２つの制御が必要となる。この２つの制御のタイミングがわずかにずれると、荷物が昇降されているときにブレーキが作用し急停止するなどの状態が発生し、リフト機構に衝撃荷重が作用してしまうおそれがある。
【０００５】
この点を鑑み、停止状態の荷物を上昇させるとき及び上昇中の荷物を停止させるときの制御を電動モータの制御のみで実施しようとした技術がある（特許文献１，２参照）。特許文献１の技術では、電動モータの回転軸にワンウェイクラッチと呼ばれる一方向のみの回転を許容する機構を挿入し、荷物を上昇させる方向の回転は許容するが荷物を降下させる方向の回転は許容しない（回転させない）構成としている。このため、電動モータのトルクで荷物を上昇させた後に当該トルクを０にすると、荷物は自重で降下しようとするが、ワンウェイクラッチが機能するので荷物を停止できる。また、当該技術は通電時にワンウェイクラッチを解除する機構（保持器制御ソレノイド）を備えているため、荷物を降下させる際には当該解除機構に通電してワンウェイクラッチを解除すれば良い。
【０００６】
特許文献２は、特許文献１と同様に回転軸にワンウェイクラッチを挿入した構成である。特許文献１と異なるのは、ワンウェイクラッチ外輪が固定されていない点であり、そのかわりにワンウェイクラッチ外輪にはブレーキディスクが取付けられている。このブレーキディスクは、ブレーキシュがばねによって常に押し付けられている。このため、ワンウェイクラッチが回転を許容する方向にしか回転することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０-１１２４０９号公報
【特許文献２】特開平２-２１０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１では、荷物の降下中にワンウェイクラッチの解除機構への電源供給が断線やバッテリー切れ等で遮断されると、ワンウェイクラッチが動作してしまうので、ねじ軸に動力を伝達する軸の回転が急激に阻止される。この急停止により、ワンウェイクラッチの各部材に過大な接触応力が働くおそれがある。
【０００９】
一方、上記特許文献２では、ワンウェイクラッチが作用する方向には、常にブレーキディスクによりブレーキ力が作用するため、荷物を降下させることができない。なお、ブレーキディスクのブレーキトルク以上のトルクを電動モータによって与えれば荷物を降下させることができるが、この場合には、回生エネルギを取得することができないだけでなく、必要以上のトルクを発生させなければならないため、エネルギ消費を低減する観点からは好ましくない。
【００１０】
本発明の目的は、回生エネルギを有効的に取得できる機構であることを前提とし、リフト機構が降下時に急停止したときに発生する応力を低減できるリフト機構の荷重保持機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、ねじ軸に螺合されたナット部材を昇降するリフト機構の荷重保持機構において、前記リフト機構の駆動源からの動力によって回転駆動される第１回転体と、前記第１回転体と同心状に配置された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構と、前記第２回転体を摩擦力で保持するブレーキとを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、リフト機構が降下時に急停止したときに発生する応力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態におけるリフト機構の全体構成の側断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係る荷重保持機構１００の詳細図。
【図３】図２中のＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る荷重保持機構１００Ａの断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係るリフト機構を備えたフォークリフトの概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるリフト機構の全体構成の側断面図である。この図に示すリフト機構は、電動リニアアクチュエータを利用して荷物等の対象物の昇降を行うものであり、ねじ軸４と、ねじ軸４に螺合されたナット部材９と、ねじ軸４を回転駆動するための原動機としてのモータ（電動機）１と、主にナット部材９に作用する荷重を保持するための荷重保持機構１００と、リフト機構の操作装置（図示せず）を介して入力されるオペレータの操作に基づいて主にモータ１及び荷重保持機構１００を制御するための制御装置２００を備えている。
【００１５】
モータ１はリフト機構の駆動源であり、モータ１の出力軸１ａの一方（図１中の上側）には、モータ１の回転を停止させ、ナット部材９を停止させるためのブレーキ１１が取り付けられている。
【００１６】
また、モータ１の出力軸１ａの他方（図１中の下側）には荷重保持機構１００と小歯車２が取り付けられている。小歯車２には大歯車３が噛み合わされている。モータ１による動力の回転は、小歯車２から大歯車３に回転が伝達される際に互いの歯数に応じて適宜減速される。すなわち、入力側の歯車が大きいと増速し、小さいと減速される。本実施の形態では、出力側の歯車３に対して入力側の歯車２が小さいため回転は減速される。
【００１７】
大歯車３にはねじ軸４が固定されている。小歯車２はラジアル軸受５とモータ１の軸受によって回転可能に支持されている。大歯車３とねじ軸４が一体化されたものは、ラジアル軸受６により回転可能に支持されており、ねじ軸４の軸方向に発生する推力による反力はスラスト軸受７によって支持されている。上記の各構成によって、モータ１からねじ軸４への回転駆動力の伝達経路が構成されている。なお、上記の各軸受などは、固定部品である下部ハウジング８と上記回転駆動力の伝達経路の各回転部品との間に組み込まれている。
【００１８】
ねじ軸４と、ねじ軸４にねじ対偶で装着されたナット部材９とは、ねじ機構を構成しており、両者４，９は相対的に回転することでねじ軸４の軸方向に相対的に移動する。本実施の形態におけるナット部材９は、ねじ軸４とナット部材９が転がり接触で接触しており、ねじ軸４とナット部材９の間の摩擦抵抗はすべり接触の場合に比べて大幅に小さくなっている。この転がり接触を行うねじ機構の例としては、特許文献１に示されているボールねじ機構等が挙げられる。
【００１９】
ナット部材９の上面には直動出力部材１０が固定されている。直動出力部材１０の内部は中空になっており、これによりねじ軸４との干渉を回避している。また、本実施の形態における直動出力部材１０は、図１中に一点鎖線で示した他のリニアアクチュエータの直動出力部材１０Ａと連結部材１２を介して連結されている。ナット部材９は、連結部材１２及び直動出力部材１０Ａによってねじ軸４の回転中心回りに回転不能に拘束されている。これによりねじ軸４を回転駆動させるとナット部材９が円筒状の上部ハウジング１４内を上下方向に移動する。なお、直動出力部材１０およびナット部材９の中心軸回りの回転を阻止して軸方向への移動を許容する他の構成としては、上部ハウジング１４の内周面１４ａにキー溝を設け、当該キー溝に対応するすべりキーを直動出力部材１０又はナット部材９に設ける構成等がある。
【００２０】
下部ハウジング８の上には中央ハウジング１３が固定されている。中央ハウジング１３の上部には上部ハウジング１４が固定されている。上部ハウジング１４は、その内周面１４ａによってナット部材９およびねじ軸４が傾斜しないように支持する機能を果たしている。また、直動出力部１０が上部ハウジング１４を貫通する部分にはシール（図示せず）が設けられており、当該シールによってねじ軸４とナット部材９によるねじ対偶部にゴミ等の異物が侵入するのを防止している。なお、本実施の形態における荷重保持機構１００は、中央ハウジング１３とモータ１の間に組み込まれている。
【００２１】
図２は、図１に示した荷重保持機構１００の詳細図であり、図３中のＢ−Ｂ断面図である。また、図３は図２中のＡ−Ａ断面図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
【００２２】
荷重保持機構１００は、円筒部材（第１回転体）２５と、外輪（第２回転体）２４と、ワンウェイクラッチ機構２３と、電磁ブレーキ１５を備えている。
【００２３】
円筒部材２５は、モータ１からねじ軸４への回転駆動力の伝達経路に設置された部材であり、モータ１からの動力によって回転駆動される。本実施の形態における円筒部材２５は、モータ１の出力軸１ａの回転軸心と同心状に形成された円筒状の部材であり、出力軸１ａの外周面上に固定されている。これにより円筒部材２５は出力軸１ａとともに一体に回転する。
【００２４】
外輪２４は、円筒部材２５の外周側に出力軸１ａの回転軸心（すなわち、円筒部材２５の回転軸心）と同心状に配置された中空円筒状の部材である。外輪２４の底面における中心部には孔が設けられており、当該孔には出力軸１ａが挿入されている。また、当該孔の周囲には軸受２１が設けられており、外輪２４は軸受２１を介して出力軸１ａに対して回転可能に支持されている。また、外輪２４の底面にはブレーキディスク１８が連結されている。ブレーキディスク１８にはモータ１の出力軸１ａが挿入されており、ブレーキディスク１８は外輪２４と同様に軸受け２１を介して出力軸１ａに対して回転可能に支持されている。
【００２５】
電磁ブレーキ１５は、ブレーキ本体３１と、ブレーキディスク１８を挟んで出力軸１ａの軸方向に配置された２つのブレーキパッド１６，１７と、ばね１９と、コイル２０を備えており、ブレーキディスク１８とブレーキパッド１６，１７の間に発生する摩擦力で外輪２４を保持する無励磁作動型の制動装置である。
【００２６】
ブレーキ本体３１は、中央ハウジング１３（図１参照）に固定されている。ブレーキ本体３１には、出力軸１ａの軸方向と略平行に保持されたピン２２が取り付けられている。ピン２２は、２つのブレーキパッド１６，１７に挿入されている。ブレーキ本体３１側のブレーキパッド１７は、磁性体で形成されており、出力軸１ａの軸方向に上下動可能にピン２２によって支持されている。一方、外輪２４側のブレーキパッド１６は出力軸１ａの軸方向に上下動不可能にピン２２に固定されている。
【００２７】
ばね１９は、ブレーキパッド１７をブレーキパッド１８側（図２中の上方向）に付勢するためのもので、ブレーキ本体３１の上面に設けた凹部内に撓んだ状態で収納されている。電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは主にばね１９によって規定される。図２では簡略してばね１９を１つ表記したが、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクが所望の値になるように複数のばね１９が適宜設置されている。
【００２８】
なお、通常のリフト動作時にブレーキディスク１８が滑らない範囲でワンウェイクラッチ機構２３に作用するトルクを最小とする観点からは、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、図１に示したリフト機構（ナット部材９）に最大積載荷重が作用するときに外輪２４を静的に保持するために必要なトルクと同等とすることが好ましい。さらに、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、最大でも最大積載荷重が作用するときに外輪２４を静的に保持するために必要なトルクの数倍程度になるように設定することが好ましい。これは、ブレーキトルクを大きくしすぎると、ブレーキディスク１８が滑り始めるトルクが必要以上に大きくなってしまい、結果的にワンウェイクラッチ機構２３の各部材に作用する接触力が大きくなってしまうからである。また、ブレーキトルクを大きくしすぎると、ワンウェイクラッチ２３のサイズが大きくなってしまうので、この観点からもブレーキトルクを大きくしすぎることは望ましくない。
【００２９】
コイル２０は、ブレーキ本体３１内に収納されており、通電時には電磁力を発生してブレーキパッド１７を吸着する。コイル２０に通電して電磁力を発生させると、ばね１９の付勢力に抗してブレーキパッド１７がブレーキ本体３１側（コイル２０側）に吸着され、ブレーキパッド１７がブレーキディスク１８から離間してブレーキが解除される。一方、非通電時には電磁力が発生しないので、ばね１９の付勢力によってブレーキパッド１７がブレーキディスク１８に押し付けられ、ブレーキディスク１８とブレーキパッド１６，１７の間に発生する摩擦力によりブレーキが作動した状態となる。これにより外輪２４は電磁ブレーキ１５によって保持される。すなわち、本実施の形態における電磁ブレーキ１５は、通電時にブレーキ解除状態（外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転可能な状態）となり、非通電時（電源供給遮断時など）にブレーキ作動状態（外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転不可能な状態）となる無励磁作動型ブレーキとして機能する。
【００３０】
ワンウェイクラッチ機構２３は、円筒部材２５と外輪２４の一方向（図３中の左回り方向（以下、正転方向と称することがある））の相対回転は許容するが、他方向（図３中の右回り方向（以下、逆転方向と称することがある））の相対回転を禁止するための機構であり、円筒部材２５と外輪２４の間に設けられている。図３に示す例では、ワンウェイクラッチ機構として、溝部２７と、ローラ（転動体）２８と、ばね（付勢手段）２６を備えている。また、ここでいう「正転方向」とは、リフト機構（ナット部材９）の上昇時にモータ１の出力軸１ａが回転する方向とし、「逆転方向」とは、リフト機構の下降時に出力軸１ａが回転する方向とする。
【００３１】
溝部２７は、出力軸１ａの半径方向（円筒部材２５又は外輪２４の半径方向）における幅が逆転方向に向かって縮小する溝であり、本実施の形態では互いに対向する円筒部材２５の外周面と外輪２４の内周面のうち外輪２４の内周面に設けられている。この溝部２７によって、外輪２４の内周面と円筒部材２５の外周面との間には逆転方向に向かって幅が縮小する間隙が形成される。また、本実施の形態における溝２７は、図３に示すように外輪２５の周方向に所定の間隔（１２０度の角度ピッチ）を介して３つ設けられている。
【００３２】
ローラ２８は、各溝部２７に収納された転動体であり、本実施の形態では円筒状に形成されている。ばね２６は、溝部２７に収納された付勢手段であり、逆転方向に向かってローラ２８を付勢している。これによりローラ２８は、円筒部材２５の外周面と外輪２４の内周面（溝部２７）の双方に接触した状態で保持される。
【００３３】
ここでワンウェイクラッチ機構２３の動作について説明する。ワンウェイクラッチ機構２３を動作させる場合には、コイル２０を非通電状態として電磁ブレーキ１５によるブレーキ作動させる必要がある。一方、ワンウェイクラッチ機構２３の動作を解除する場合には、コイル２０を通電状態としてブレーキを解除する必要がある。
【００３４】
まず、電磁ブレーキ１５のコイル２０が非通電状態の場合には、ブレーキディスク１８がブレーキパッド１６，１７と接触することでブレーキが作動して、外輪２４がブレーキ本体３１（中央ハウジング１３）に対して相対回転不可能な状態となる。このとき円筒部材２５が逆転方向に回転すると、円筒部材２５の回転に伴ってローラ２８が溝部２７の幅が縮小する方向に転動し、円筒部材２５と外輪２４の隙間にローラ２８が食い込む。これにより円筒部材２５の逆転方向へのそれ以上の回転が阻止される。一方、円筒部材２５が正転方向に回転すると、円筒部材２５の回転に伴ってローラ２８が溝部２７の幅が拡大する方向に転動するので、円筒部材２５と外輪２４の隙間にローラ２８が食い込むことは無い。これにより円筒部材２５は正転方向に回転可能となる。
【００３５】
一方、コイル２０が通電状態の場合には、ブレーキが解除され、外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転可能な状態となる。この場合には、正転方向及び逆転方向のいずれの方向に回転させても円筒部材２４は回転可能である。これは、円筒部材２５を逆転方向に回転させてローラ２８を円筒部材２５と外輪２４の隙間に食い込ませても、外輪２４自体が回転可能なため、円筒部材２５は外輪２４と一体となって回転するからである。このように、本実施の形態に係るリフト機構では、電磁ブレーキ１５を解除することで、ワンウェイクラッチ機構２３の作動を解除することができる。
【００３６】
図１に戻り、制御装置２００は、上記のようにコイル２０への通電を制御することで行われる電磁ブレーキ１５の制御処理と、モータ１のトルク制御処理とを荷物の昇降に応じて実行するものであり、電磁ブレーキ１５及びモータ１にそれぞれ制御信号を出力している。なお、制御装置２００は、ハードウェア構成として、各種の制御プログラムを実行するための演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）、当該制御プログラムをはじめ各種データを記憶するための記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ）等を備えている（いずれも図示せず）。
【００３７】
上記のように構成されるリフト機構の動作について、リフト（ナット部材９）の上昇及び下降のそれぞれの場合について説明する。
【００３８】
まず、リフト機構の上昇時及び停止時には、制御装置２００はコイル２０を非通電状態にする。これにより外輪２４の回転は電磁ブレーキ１５により拘束されるので、ワンウェイクラッチ機構２３が動作可能な状態となる。この場合、本実施の形態に係るワンウェイクラッチ機構２３は、既述のようにリフトの上昇方向（正転方向）への円筒部材２５の回転を許容するため、電磁ブレーキ１５が作動状態のままでもモータ１のトルクを上昇させることでリフトの上昇が可能である。
【００３９】
リフト機構の上昇を停止するときには、制御装置２００はモータ１のトルクを０にする。このようにモータ１のトルクを０にすると、荷物の自重によりリフトは下降しようとする。しかし、ワンウェイクラッチ機構２３の機能により下降方向（逆転方向）への円筒部材２４の回転は許容されないため、荷物は下降することなく停止する。したがって、上昇している荷物を停止する場合には、電磁ブレーキ１５を動作させつつモータ１のトルクを０にすることで可能である。
【００４０】
一方、リフト機構を降下する場合にはワンウェイクラッチ機構２３を解除する必要がある。そのため、制御装置２００は、コイル２０を通電状態にし、電磁ブレーキ１５によるブレーキを解除する。これにより外輪２４がブレーキ本体３１に対して相対回転可能になり、リフトが下降可能な状態になる。このような状態になったら、制御装置２００は、モータ１のトルクを制御することによりリフトを適切な速度で下降させる。このとき、電磁ブレーキ１５による摩擦トルクは発生しないため、モータ１による回生エネルギの取得が可能になる。
【００４１】
リフト機構の降下を停止する場合には、制御装置２００は、まず、モータ１のトルクを制御してリフト機構の降下速度を０に保持し、その後にコイル２０を非通電状態として電磁ブレーキ１５を作動させる。これにより電磁ブレーキ１５がリフトの停止前に作動することが回避できるので、荷重保持機構１００の各構成要素に衝撃荷重を与えることなくリフトの降下を停止することができる。
【００４２】
なお、リフト機構の降下を停止する場合には、上記のようにリフト機構の降下速度を０に保持することに代えて、制御装置２００によって、リフト機構の降下が停止する直前に、リフト機構が上昇するようにモータ１のトルクを制御し、これによりリフト機構の移動方向が下降から上昇に変化した直後（すなわち、上昇し始めた直後）にコイル２０を非通電状態として電磁ブレーキ１５を作動させることが好ましい。そして、このように電磁ブレーキ１５を作動させた直後に、制御装置２００によってモータ１のトルクを減少させると良い。この制御では、先に説明した場合のようにモータ１の制御によりリフト機構の下降速度をほぼ０に保持する制御を行わなくても、ナット部材９が下降を始めようとする時にワンウェイクラッチ機構２３が作動するため、速度がほぼ０に近い状態でリフト機構を停止することができる。つまり、ワンウェイクラッチ機構２３に過大な接触応力が作用することなく停止することが可能となる。
【００４３】
上記のように構成されたリフト機構では、予期せぬトラブル（例えば、断線やバッテリ切れ等）によってコイル２０への通電が突然遮断された場合には、無励磁作動型の電磁ブレーキ１５が作動してワンウェイクラッチ機構２３が作動するので荷物の落下を防止することができる。特に本実施の形態に係る電磁ブレーキ１５は、ブレーキディスク１８とブレーキパッド１６，１７の間に発生する摩擦力によって外輪２４の回転を拘束してリフト機構を急停止するので、当該摩擦力以上のトルクが作用した場合にはブレーキディスク１８を滑らせることができる。このため、ワンウェイクラッチ機構２３には電磁ブレーキ１５のブレーキトルク以上のトルクが作用することはなく、ワンウェイクラッチ機構２３に過大な接触荷重が作用することを防止できるので、ワンウェイクラッチ機構２３の破損が防止できる。また、これによりワンウェイクラッチ機構２３を小型化することができる。
【００４４】
また、上記の構成により、電磁ブレーキ１５への通電の有無でワンウェイクラッチ機構２３の作動及び解除を切り替えることができるため、非通電時はブレーキ１５が作動しワンウェイクラッチ状態、通電時はブレーキ１５が解除されどちらの回転も許容された状態となり、片方向のみ回転が許容された状態と両方向の回転が許容された状態を切り替えることが可能となる。これにより、リフトを上昇させる時はワンウェイクラッチ状態とすることでモータトルクの制御のみでリフト動作を行えるようにし、下降させる時には両方の回転が許容された状態とすることで回生エネルギを有効取得できるようになる。
【００４５】
したがって、本実施の形態によれば、通常時にはリフト機構の降下時に回生エネルギが取得できるとともに、降下時にリフト機構が急停止する非常時にはその際に発生する応力を低減することができる。
【００４６】
なお、上記の説明では、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、リフト機構に最大積載荷重が作用するときに外輪２４を静的に保持するために必要なトルクを基準とすると、当該基準トルク以上とし、最大でも数倍程度に設定することが好ましいとした。しかし、さらに好ましくは、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクは、当該基準トルクの１．５〜２．０倍とすると良い。このように電磁ブレーキ１５のブレーキトルクを設定すると、例えば、外部から加速度０.２Ｇ〜０.６Ｇ程度の振動がリフト機構に作用し、さらに電磁ブレーキ１５のブレーキトルクに２割程度のばらつきがあったとしても、通常動作時にブレーキディスク１８は滑らないが過大トルクが作用すると滑るという動作を実現できる。これは、電磁ブレーキ１５のブレーキトルクに２割程度のばらつきがあった場合でも、ブレーキトルクは上記基準に対して最低でも１.２倍〜１.６倍のトルクを有することとなるため、加速度０.２Ｇ〜０.６Ｇの振動が作用してもブレーキディスクが滑ることはないからである。
【００４７】
また、上記の実施の形態では、外輪２４の内周面上に溝部２７を設けてワンウェイクラッチ機構２３を構成したが、これに代替して円筒部材２５の外周面上に溝部を設けて当該機構を構成しても良い。図４は、本発明の他の実施の形態に係る荷重保持機構１００Ａの断面図であり、図２中のＡ−Ａ断面に相当する面で荷重保持機構１００Ａを切断したときのものである。この図に示す荷重保持機構１００Ａは、円筒部材２５Ａと、外輪２４Ａを備えている。円筒部材２５Ａには、出力軸１ａの半径方向における幅が逆転方向に向かって縮小する溝であり、円筒部材２５Ａの外周面に設けられた溝部２７Ａが設けられている。このように円筒部材２５Ａ側に溝部２７Ａを形成しても先に説明した実施の形態と同様にワンウェイクラッチ機構を構成することができるので、同様の効果を奏することができる。
【００４８】
さらに、上記の各実施の形態では、モータ１によって円筒部材２５Ａを回転駆動し、外輪２４Ａを電磁ブレーキ１５で保持する場合について説明したが、モータ１で外輪２４Ａを回転駆動し、円筒部材２５Ａを電磁ブレーキ１５で保持するようにリフト機構を構成しても同様の効果を奏することができる。
【００４９】
次に上記の実施の形態に係るリフト機構の適応例について説明する。図５は本発明の実施の形態に係るリフト機構を備えたフォークリフト（作業機械）の概略構成図である。この図において、フォークリフトの本体３００の前方には一対のマスト３０１が取り付けられており、マスト３０１には荷物昇降部３０２が付設されている。荷物昇降部３０２は、リフトブラケット（図示せず）を介してマスト３０１の内枠に昇降自在に取り付けられた保持枠３０３と、保持枠３０３に取り付けられた一対のフォーク３０４を備えている。上記の実施の形態で説明したリフト機構３０５は、ねじ機構によって荷物昇降部３０２を昇降させるために用いられており、例えばマスト３０１の運転席側に設置することができる。
【００５０】
なお、ここではリフト機構３０５の適用例としてフォークリフトを例に挙げたが、ねじ軸の回転によって昇降されるナット部材を有する電動リニアアクチュエータを備えるものであれば、本発明に係る荷重保持機構及びリフト機構はフォークリフトに限らず種々の作業機械に適用可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１…モータ、１ａ…モータ出力軸、２…小歯車、３…大歯車、４…ねじ軸、５…ラジアル軸受、６…ラジアル軸受、７…スラスト軸受、８…下部ハウジング、９…ナット部材、１０…直動出力部、１１…ブレーキ、１２…連結部材、１３…中央ハウジング、１４…上部ハウジング、１４ａ…内周面、１５…電磁ブレーキ、１６…ブレーキパッド、１７…ブレーキパッド、１８…ブレーキディスク、１９…ばね、２０…コイル、２１…軸受、２２…ピン、２３…ワンウェイクラッチ機構、２４…外輪（第２回転体）、２４Ａ…外輪（第２回転体）、２５…円筒部材（第１回転体）、２５A…円筒部材（第１回転体）２６…付勢ばね、２７…溝部、２７Ａ…溝部２８…ローラ（転動体）、１００…荷重保持機構、１００A…荷重保持機構、２００…制御装置、３００…フォークリフト本体、３０１…マスト、３０２…荷物昇降部、３０３…保持枠、３０４…フォーク、３０５…リフト機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ軸に螺合されたナット部材を昇降するリフト機構の荷重保持機構において、
前記リフト機構の駆動源からの動力によって回転駆動される第１回転体と、
前記第１回転体と同心状に配置された第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体の間に設けられ、前記第１回転体と前記第２回転体の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構と、
前記第２回転体を摩擦力で保持するブレーキとを備えることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項２】
請求項１に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ブレーキのブレーキトルクは、前記リフト機構に最大積載荷重が作用するときに前記第２回転体を静的に保持するために必要なトルク以上に設定されていることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記リフト機構の上昇時には前記ブレーキを作動させ、前記リフト機構の降下時には前記ブレーキを解除する制御装置をさらに備えることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項４】
請求項３に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記制御装置は、前記リフト機構の降下を停止するとき、前記駆動源のトルクを制御して前記リフト機構の降下速度をゼロにした後に前記ブレーキを作動させることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項５】
請求項４に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記制御装置は、前記リフト機構の降下を停止するとき、
前記リフト機構の降下が停止する直前に、前記リフト機構が上昇するように前記駆動源のトルクを制御し、
前記リフト機構の移動方向が下降から上昇に変化した直後に前記ブレーキを作動させることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項６】
請求項２に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ブレーキのブレーキトルクは、前記リフト機構に最大積載荷重が作用するときに前記第２回転体を静的に保持するために必要なトルクの１．５〜２．０倍であることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ブレーキは、非通電時に前記第２回転体を保持する電磁ブレーキ無励磁作動型の電磁ブレーキであることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ワンウェイクラッチ機構は、
前記第１回転体及び前記第２回転体のいずれか一方に設けられた溝部と、
前記溝部に収納された転動体と、
前記転動体を付勢する付勢手段とを有し、
前記第１回転体又は前記第２回転体の半径方向における前記溝部の幅は、前記他方向に向かって縮小し、
前記付勢手段は、前記他方向に向かって前記転動体を付勢することを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項９】
ねじ軸と、
当該ねじ軸に螺合され、前記ねじ軸が回転されることで昇降されるナット部材と、
前記ねじ軸を回転駆動するための原動機と、
前記原動機からの動力によって回転駆動される第１回転体と、
前記第１回転体と同心状に配置された第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構と、
前記第２回転体を摩擦力で保持するブレーキとを備えることを特徴とするリフト機構。
【請求項１０】
請求項９に記載のリフト機構を備えることを特徴とする作業機械。
【請求項１】
ねじ軸に螺合されたナット部材を昇降するリフト機構の荷重保持機構において、
前記リフト機構の駆動源からの動力によって回転駆動される第１回転体と、
前記第１回転体と同心状に配置された第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体の間に設けられ、前記第１回転体と前記第２回転体の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構と、
前記第２回転体を摩擦力で保持するブレーキとを備えることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項２】
請求項１に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ブレーキのブレーキトルクは、前記リフト機構に最大積載荷重が作用するときに前記第２回転体を静的に保持するために必要なトルク以上に設定されていることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構
【請求項３】
請求項１又は２に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記リフト機構の上昇時には前記ブレーキを作動させ、前記リフト機構の降下時には前記ブレーキを解除する制御装置をさらに備えることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項４】
請求項３に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記制御装置は、前記リフト機構の降下を停止するとき、前記駆動源のトルクを制御して前記リフト機構の降下速度をゼロにした後に前記ブレーキを作動させることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項５】
請求項４に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記制御装置は、前記リフト機構の降下を停止するとき、
前記リフト機構の降下が停止する直前に、前記リフト機構が上昇するように前記駆動源のトルクを制御し、
前記リフト機構の移動方向が下降から上昇に変化した直後に前記ブレーキを作動させることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項６】
請求項２に記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ブレーキのブレーキトルクは、前記リフト機構に最大積載荷重が作用するときに前記第２回転体を静的に保持するために必要なトルクの１．５〜２．０倍であることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ブレーキは、非通電時に前記第２回転体を保持する電磁ブレーキ無励磁作動型の電磁ブレーキであることを特徴とするリフト機構の荷重保持機構
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のリフト機構の荷重保持機構において、
前記ワンウェイクラッチ機構は、
前記第１回転体及び前記第２回転体のいずれか一方に設けられた溝部と、
前記溝部に収納された転動体と、
前記転動体を付勢する付勢手段とを有し、
前記第１回転体又は前記第２回転体の半径方向における前記溝部の幅は、前記他方向に向かって縮小し、
前記付勢手段は、前記他方向に向かって前記転動体を付勢することを特徴とするリフト機構の荷重保持機構。
【請求項９】
ねじ軸と、
当該ねじ軸に螺合され、前記ねじ軸が回転されることで昇降されるナット部材と、
前記ねじ軸を回転駆動するための原動機と、
前記原動機からの動力によって回転駆動される第１回転体と、
前記第１回転体と同心状に配置された第２回転体と、
前記第１回転体と前記第２回転体の間に設けられ、前記第１部材と前記第２部材の一方向の相対回転は許可するが他方向の相対回転は禁止するワンウェイクラッチ機構と、
前記第２回転体を摩擦力で保持するブレーキとを備えることを特徴とするリフト機構。
【請求項１０】
請求項９に記載のリフト機構を備えることを特徴とする作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５７３２８（Ｐ２０１３−５７３２８Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４４４１（Ｐ２０１１−１９４４４１）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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