荷重補償機構
【課題】初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る荷重補償機構は、回転体１に荷重が作用する第１の作用点Ｐと、回転体１に第１の弾性体２の弾性力が作用する第２の作用点Ａと、回転体１に第２の弾性体５の弾性力が作用する第３の作用点Ｂと、を備え、第１の作用点Ｐに作用する荷重に基づく回転体１の回転軸回りのトルクと、第２の作用点Ｂに作用する弾性力に基づく回転体１の回転軸回りのトルク及び第３の作用点Ｃに作用する弾性力に基づく回転体１の回転軸回りのトルクの合力トルクと、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、第２の弾性体５に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構７を備える。
【解決手段】本発明の一形態に係る荷重補償機構は、回転体１に荷重が作用する第１の作用点Ｐと、回転体１に第１の弾性体２の弾性力が作用する第２の作用点Ａと、回転体１に第２の弾性体５の弾性力が作用する第３の作用点Ｂと、を備え、第１の作用点Ｐに作用する荷重に基づく回転体１の回転軸回りのトルクと、第２の作用点Ｂに作用する弾性力に基づく回転体１の回転軸回りのトルク及び第３の作用点Ｃに作用する弾性力に基づく回転体１の回転軸回りのトルクの合力トルクと、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、第２の弾性体５に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構７を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重補償機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、非特許文献１において荷重補償機構を発表している。当該荷重補償機構の基本原理は、実施の形態において詳細に説明するが、回転体に荷重が作用する第１の作用点と、回転体に第１の弾性体の弾性力が作用する第２の作用点と、回転体に第２の弾性体の弾性力が作用する第３の作用点と、を備え、第１の作用点に作用する荷重に基づく回転体の回転軸回りのトルクと、第２の作用点に作用する弾性力に基づく回転体の回転軸回りのトルク及び第３の作用点に作用する弾性力に基づく回転体の回転軸回りのトルクの合力と、が逆向きの回転方向に作用して相殺する構成である。
ここで、当該荷重補償機構は、第２の弾性体に初期弾性力を導入することで、当該荷重の変化に対して対応することができる構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会２０１０ 講演論文集、２Ｐ１−Ｄ１１、２０１０年６月１６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の構成の荷重補償機構は、荷重の変化に対して第２の弾性体に初期弾性力を導入する必要があるが、当該荷重が大きくなるにつれ、初期弾性力の導入に多大な力が必要になる。
本発明の目的は、初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態に係る荷重補償機構は、 回転体に荷重が作用する第１の作用点と、前記回転体に第１の弾性体の弾性力が作用する第２の作用点と、前記回転体に第２の弾性体の弾性力が作用する第３の作用点と、を備え、前記第１の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第２の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第３の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、前記第２の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備える。
【０００６】
上記荷重補償機構において、前記初期弾性力導入機構は、第３の弾性体と、前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、前記第３の弾性体の弾性力が作用する第５の作用点と、前記第４の作用点と前記第５の作用点とを連結するリンク機構と、前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、前記第２の弾性体に初期弾性力を導入するとき、前記第２の弾性体に生じる復元力と、前記第３の弾性体の弾性力に基づき前記第２の弾性体に作用する力と、が相殺すること、が好ましい。
【０００７】
上記荷重補償機構において、前記第２の弾性体の弾性係数と前記第３の弾性体の弾性係数とは等しいこと、が好ましい。
上記荷重補償機構において、前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは平行に配置されていること、が好ましい。
上記荷重補償機構において、前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは直交するように配置されていること、が好ましい。
【０００８】
上記荷重補償機構において、前記初期弾性力導入機構は、前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、前記第４の作用点に駆動力を伝達するカム機構と、前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、前記カム機構のカム本体が回転したとき、前記第２の弾性体の復元力により前記カム本体に生じるトルクが一定となるように前記カム本体のカム形状が設定されていること、が好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
以上、説明したように、本発明によると、初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、第２及び３の作用点の変位を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の単純モデルを示す図である。
【図４】図３の単純モデルに連結される第３の弾性体の一形態を示す図である。
【図５】図３の単純モデルに連結される第３の弾性体の異なる一形態を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態２の荷重補償機構を模式的に示す図である。
【図１１】第２の弾性体及びカム本体の各パラメータを説明するための図である。
【図１２】カム本体の各パラメータを説明するための図である。
【図１３】カム本体のカム形状の一例を示す図である。
【図１４】第２の弾性体の下端部の変位とカム本体に発現させるトルクとの関係を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態２の荷重補償機構における、異なるカム本体を模式的に示す図である。
【図１６】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図１７】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図１８】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図１９】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図２０】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置を概略的に示す正面透視図である。
【図２１】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、第１のリンク周辺を概略的に示す正面透視図である。
【図２２】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、第２及び３のリンク周辺を概略的に示す正面透視図である。
【図２３】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、初期弾性力導入機構を概略的に示す平面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。ちなみに、以下の説明において、荷重ｍｇが作用する方向と平行な方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向と直交方向をＸ軸方向とする。
【００１２】
＜基本原理＞
先ず荷重補償機構の基本原理を説明する。本原理では、図１に示すように、回転体であるリンク１がＹ軸方向に配置されている。リンク１は、回転軸Ｏ１を中心として回転する。リンク１の一方の端部には、荷重ｍｇ（以下、単にｍｇと示す）が作用する第１の作用点Ｐが設けられている。
【００１３】
リンク１の他方の端部には、第１の弾性体２の弾性力が作用する第２の作用点Ａが設けられている。第１の弾性体２は、Ｘ軸方向に配置されている。第１の弾性体２としては、例えばコイルバネを用いることができるが、弾性係数を有するゴム等の部材でも良い。第１の弾性体２の一方の端部は、基台３に連結されている。第１の弾性体２の他方の端部は、第２の作用点Ａに接触している。第１の弾性体２は、リンク１が回転していない状態、即ち図１ではＹ軸方向に配置されている状態で、弾性力がゼロ（自然長）となるように配置されている。ちなみに、図１では、リンク１の配置を明瞭に示すために、第１の弾性体２の配置位置が正確に示されていない。
【００１４】
ここで、リンク１が回転軸Ｏ１を中心に回転した際に、第１の弾性体２がＹ軸方向に捻じれないように、リンク１のＹ軸方向への変位を許容する許容部４を備えていることが好ましい。許容部４は、第２の作用点ＡからＺ軸方向に突出する突出部４ａと、第１の弾性体２の他方の端部に設けられた摺動板４ｂと、を備えている。これにより、図１に示すように、リンク１の第１の作用点Ｐにｍｇが作用して、リンク１が矢印Ｎ方向に回転すると、突出部４ａは摺動板４ｂ上を摺動しつつ、当該摺動板４ｂを押し込む。そのため、第１の弾性体２がリンク１の回転に追従して捻じれることがない。ちなみに、突出部４ａはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部４ａをスムーズに摺動板４ｂ上で移動させることができる。
【００１５】
リンク１における、回転軸Ｏ１と第２の作用点Ａ、即ち本原理では第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａとを結ぶ直線Ｌ１上には、第２の弾性体５の弾性力が作用する第３の作用点Ｂが設けられている。第３の作用点Ｂは、回転軸Ｏ１と第２の作用点Ａとの間の位置に配置されている。第２の弾性体５は、Ｙ軸方向に配置されている。第２の弾性体５としては、例えばコイルバネを用いることができるが、弾性係数を有するゴム等の部材でも良い。第２の弾性体５の一方の端部は、後述する拘束機構１０に連結されている。第２の弾性体５の他方の端部は、第３の作用点Ｂに接触している。第２の弾性体５は、リンク１が回転していない状態で、弾性力がゼロ（自然長）となるように配置されている。ちなみに、図１では、リンク１の配置を明瞭に示すために、第２の弾性体５の配置位置が正確に示されていない。
【００１６】
ここで、リンク１が回転軸Ｏ１を中心に回転した際に、第２の弾性体５がＸ軸方向に捻じれないように、リンク１のＸ軸方向への変位を許容する許容部６を備えることが好ましい。許容部６は、第３の作用点ＢからＺ軸方向に突出する突出部６ａと、第２の弾性体５の他方の端部に設けられた摺動板６ｂと、を備えている。これにより、図１に示すように、リンク１の第１の作用点Ｐにｍｇが作用して、リンク１が矢印Ｎ方向に回転すると、突出部６ａは摺動板６ｂ上を摺動しつつ、当該摺動板６ｂを押し込む。そのため、第２の弾性体５がリンク１の回転に追従して捻じれることがない。ちなみに、突出部６ａはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部６ａをスムーズに摺動板６ｂ上で移動させることができる。
【００１７】
第１の作用点Ｐに作用するｍｇに基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＰと、第２の作用点Ａに作用する第１の弾性体２の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＡ及び第３の作用点Ｂに作用する第２の弾性体５の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＢの合計トルクと、は互いに回転軸Ｏ１を中心に逆向きの回転方向に作用する。そのため、回転トルクτＰと、回転トルクτＡとτＢとを加算した値と、が等しいと、ｍｇを補償する機構となる。
【００１８】
具体的に云うと、図２に示すように、第１の作用点Ｐにｍｇが作用して、リンク１が回転軸Ｏ１を中心として矢印Ｎ方向に回転角θ、回転したとすると、第１の作用点Ｐに作用するｍｇに基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＰは、［式１］で表される。
［式１］ τＰ＝ｍｇｌＰｓｉｎθ
但し、第１の作用点Ｐから回転軸Ｏ１までの距離をｌＰとする。
【００１９】
この時の第１の弾性体２のＸ軸方向の変位ｘは、［式２］で表される。
［式２］ ｘ＝ｌＡｓｉｎθ
但し、第２の作用点Ａから回転軸Ｏ１までの距離をｌＡとする。
また、第２の弾性体５のＹ軸方向の変位ｙは、［式３］で表される。
［式３］ ｙ＝ｌＢ（１−ｃｏｓθ）
但し、第３の作用点Ｂから回転軸Ｏ１までの距離をｌＢとする。
【００２０】
そのため、第２の作用点ＡにおいてＸ軸方向に作用する力ｆＡは、［式４］で表される。
［式４］ ｆＡ＝ｋ１ｘ＝ｋ１ｌＡｓｉｎθ
但し、第１の弾性体２の弾性係数をｋ１とする。
また、第３の作用点ＢにおいてＹ軸方向に作用する力ｆＢは、［式５］で表される。
［式５］ ｆＢ＝ｋ２ｙ＝ｋ２ｌＢ（１−ｃｏｓθ）
但し、第２の弾性体５の弾性係数をｋ２とする。
【００２１】
よって、第２の作用点Ａに作用する第１の弾性体２の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＡは、［式６］で表される。
［式６］ τＡ＝ｋ１ｌＡ２ｓｉｎθｃｏｓθ
また、第３の作用点Ｂに作用する第２の弾性体５の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＢは、［式７］で表される。
［式７］ τＢ＝ｋ２ｌＢ２（１−ｃｏｓθ）ｓｉｎθ
【００２２】
したがって、回転トルクτＡとτＢとの合計トルク（合力トルク）τｋは、［式８］で表される。
［式８］ τｋ＝ｋ１ｌＡ２ｓｉｎθｃｏｓθ＋ｋ２ｌＢ２（１−ｃｏｓθ）ｓｉｎθ
ここで、ｋ１ｌＡ２＝ｋ２ｌＢ２とすると、［式８］は［式９］で表される。
［式９］ τｋ＝ｋ２ｌＢ２ｓｉｎθ
そのため、上方に作用する力ωは、［式１０］で表される。
［式１０］ ω＝τｋ／（ｌｐｓｉｎθ）＝ｋ２ｌＢ２／ｌｐ
これにより、上述の原理は上方に作用する力を一定にすることができる。
【００２３】
さらに、ｋ１ｌＡ２＝ｋ２ｌＢ２＝Ｃとすると、［式８］は［式１１］で表される。
［式１１］ τｋ＝Ｃｓｉｎθ
そのため、［式１］より、Ｃ＝ｍｇｌｐを満たせば、ｍｇを補償することができる機構が実現できる。
【００２４】
上述の荷重補償機構の設計方法では、ｍｇまでしか荷重を補償することができないので、第２の弾性体５に初期弾性力を導入しておくことが好ましい。
すなわち、第２の弾性体５に初期弾性力を導入するべく、初期設置点（平衝点）をｌＢ'だけ下方に移動させる。
【００２５】
これにより、［式３］は［式１２］に変化する。
［式１２］ ｙ＝ｌＢ（１−ｃｏｓθ）＋ｌＢ'
ここで、ｌＢ'を、ｌＢを用いてｌＢ'＝ｌＢ（α−１）と表すと、［式９］は［式１３］で表される。
［式１３］ τｋ＝Ｃαｓｉｎθ
【００２６】
この場合、α＝１は初期変位ｌＢ＝０のことであり、ｍｇを補償することになる。そして、α＝２とすると、ｌＢ'＝ｌＢとなり、補償できる荷重は２倍になる。このように、第２の弾性体５に初期弾性力を導入するだけで、対応荷重を調整することができる。ちなみに、第２の弾性体５を予め伸張させて設置すると、対応荷重を減らすことができる。なお、第２の弾性体５のみに初期弾性力を導入するのは、上述のようにｃｏｓθを消すことができるようにするためである。そのため、ｙ軸方向への回転トルクを生じさせる弾性体に初期弾性力が導入される。
【００２７】
このとき、補償するｍｇが大きくなるにつれ、初期弾性力の導入に大きな力が必要になる。そこで、本実施の形態では、以下のような構成とした。
【００２８】
＜実施の形態１＞
実施の形態１に係る荷重補償機構を説明する。本実施の形態の荷重補償機構は、図１に示すように、基本原理で説明した構成要素に加えて、初期弾性力導入機構７を備えている。初期弾性力導入機構７は、第３の弾性体８と、リンク機構９と、拘束機構１０と、を備えている。
【００２９】
第３の弾性体８は、第１の弾性体２と略平行に配置されている。すなわち、第３の弾性体８は、Ｘ軸方向に配置されている。第３の弾性体８の一方の端部は、基台３に連結されている。第３の弾性体８の他方の端部は、リンク機構９に接触している。なお、第３の弾性体８は、後述する第４の作用点Ｃを通りＹ軸方向に延びる直線上に他方の端部が配置された状態で、弾性力がゼロとなるように設定されている。
【００３０】
リンク機構９は、長さの等しい二本のリンク９ａ、９ｂを備えている。二本のリンク９ａ、９ｂは、リンク９ａと９ｂとの一方の端部の連結部がＸ及びＹ軸方向に移動し、リンク９ａ及び９ｂの他方の端部がＹ軸方向に移動する。
【００３１】
詳細には、リンク９ａの一方の端部は、リンク９ｂの一方の端部にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク９ａの他方の端部は、拘束機構１０にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク９ｂの他方の端部は、基台３にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク９ａ及び９ｂの他方の端部は、後述する第４の作用点Ｃを通りＹ軸方向に延びる直線上に配置されている。つまり、リンク機構９は、Ｚ軸方向から見るとくの字形状に配置されている。
【００３２】
リンク９ａと９ｂとの連結部は、第３の弾性体８の他方の端部に接触している。つまり、リンク９ａと９ｂとの連結部は、第３の弾性体８の弾性力が作用する第５の作用点Ｄとして機能する。
【００３３】
ここで、リンク９ａと９ｂとの連結部は、当該連結部のＹ軸方向への変位を許容する許容部１１を備えることが好ましい。許容部１１は、当該連結部からＺ軸方向に突出する突出部１１ａと、第３の弾性体８の他方の端部に設けられた摺動板１１ｂと、を備えている。これにより、詳細は後述するが、リンク機構９を介して第３の弾性体８の弾性力で第２の弾性体５を押し込んだ際に、突出部１１ａが摺動板１１ｂ上を摺動してＹ軸方向に移動するので、第３の弾性体８がＹ軸方向に捻じれることがない。ちなみに、突出部１１ａはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部１１ａをスムーズに摺動板１１ｂ上で移動させることができる。
【００３４】
拘束機構１０は、リニアガイド１０ａと、駆動機構１０ｂと、を備えている。リニアガイド１０ａは、一般的なリニアガイドと同様の構成とされている。詳細には、リニアガイド１０ａは、具体的な図示を省略したが、Ｙ軸方向に配置されたレール部材に沿って摺動部１０ｃが移動する。ここで、レール部材は、基台３に連結されている。そして、摺動部１０ｃは、Ｘ軸方向に突出する突出部１０ｄを備えている。つまり、摺動部１０ｃは、Ｚ軸方向から見ると略Ｌ字形状に形成されている。突出部１０ｄにおけるＹ軸方向に配置される一方の面（図１では下面）には、第２の弾性体５の一方の端部が接触している。突出部１０ｄにおけるＹ軸方向に配置される他方の面（図１では上面）には、リンク９ａの他方の端部がＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。つまり、突出部１０ｄとリンク９ａとの連結部は、第２の弾性体５における第３の作用点Ｂと逆側の作用点である第４の作用点Ｃとして機能する。
【００３５】
摺動部１０ｃには、駆動機構１０ｂからＹ軸方向に駆動力が伝達される。例えば、駆動機構１０ｂは、駆動装置の一例である電動モータの回転軸に設けられたピニオンギアを、摺動部１０ｃに連結されたラックギヤやボールネジに螺合させ、電動モータの駆動力を摺動部１０ｃに伝達する構成とされている。但し、駆動機構１０ｂは、摺動部１０ｃをＹ軸方向に移動させる駆動力を当該摺動部１０ｃに与えることができれば、構成は特に限定されない。
【００３６】
このような構成により、第２の弾性体５の伸縮方向（Ｙ軸方向）以外の方向の動きが拘束される。そのため、第３の弾性体８の弾性力は、リンク９ａを介して第２の弾性体５を下方に押し込むように作用する。
【００３７】
次に、初期弾性力導入機構７を用いた場合、第２の弾性体５に初期弾性力を導入する際に小さい力で済む原理を説明する。
図３では、初期弾性力導入機構７の単純モデルを示している。第４の作用点Ｃは、Ｙ軸方向に延在するリニアガイド１２により、他の方向への動きが拘束されている。第５の作用点Ｄは、Ｘ軸方向に延在するリニアガイド１３により、他の方向への動きが拘束されている。そして、第４の作用点Ｃと第５の作用点Ｄとは、リンク９ａで連結されている。さらに図４に示すように、Ｘ軸方向に配置された第３の弾性体８が第５の作用点Ｄに連結されている。
【００３８】
ここで、図３に示すように、第４の作用点Ｃを通りＹ軸方向に延びる直線と、第５の作用点Ｄを通りＸ軸方向に延びる直線と、の交点を原点として、第４の作用点ＣのＹ軸方向への変位及び第５の作用点ＤのＸ軸方向への変位をｑ１及びｐ１として示す。ちなみに、第３の弾性体８は、当該交点位置で弾性力がゼロに設定されている。
【００３９】
このような条件下において、三平方の定理より、［式１４］の関係が成り立つ。
［式１４］ ｐ１２＋ｑ１２＝ｒ１２
但し、リンク９ａの長さ（第４の作用点Ｃと第５の作用点Ｄとの距離）をｒ１とする。
［式１４］を変形すると、［式１５］を導き出すことができる。
［式１５］ ｐ１＝√（ｒ１２−ｑ１２）
［式１５］をｑ１で偏微分すると、ｑ１からｐ１への減速比（ヤコビアン）Ｊは［式１６］で表される（ｐ１（・）＝Ｊｑ１（・））。
［式１６］ Ｊ＝−ｑ１／√（ｒ１２−ｑ１２）＝−ｑ１／ｐ１
【００４０】
また、図３に示すように、Ｘ軸方向とリンク９ａとの傾き角度をφ１とすると、［式１６］は［式１７］で表される。
［式１７］ Ｊ＝−ｑ１／ｐ１＝−ｔａｎφ１
このヤコビアンにより、力の伝達には［式１８］が成り立つ。
［式１８］ ｆＣ＝−ｆＤｔａｎφ１
但し、第５の作用点Ｄに作用する第３の弾性体８の弾性力をｆＤ、第４の作用点Ｃに作用する力をｆＣとする。
【００４１】
ｆＤは［式１９］で表される。
［式１９］ ｆＤ＝−ｋ３ｐ１
但し、第３の弾性体８の弾性係数をｋ３とする。
このとき、第４の作用点Ｃに作用する力ｆＣは［式２０］で表される。
［式２０］ ｆＣ＝ｋ３ｐ１ｔａｎφ１＝ｋ３ｑ１
【００４２】
すなわち、符号が反転し、弾性係数はそのままで、変位はｐ１からｑ１に置き換わった形となる。このこと自体は、例えば振動系の分野で「負のばね」等として、既に知られている事項である。
【００４３】
ここで、第４の作用点Ｃに図１に示す第２の弾性体５の一方の端部を連結する。第４の作用点Ｃには、第３の弾性体８からの下向きの力ｆＣと、第２の弾性体５からの上向きの力ｆＢと、が作用することになり、上向きを正とするとその合力ｆＣ'は［式２１］で表される。
［式２１］ ｆＣ'＝ｆＢ−ｆＣ＝ｋ２（ｑ１＋ｙ）−ｋ３ｑ１
【００４４】
また、第３の弾性体８の弾性係数をｋ３＝ｋ２とすると、第４の作用点Ｃに作用する合力（平衝点移動に必要な力）は、［式２２］で表される。
［式２２］ ｆＣ'＝ｋ２ｙ
【００４５】
このように、平衡点移動に必要な力は第４の作用点Ｃの変位ｑ１に関わらず、第２の弾性体５の他方の端部の変位ｙで決定される。つまり、第２の弾性体５に初期弾性力を導入する際に生じる当該第２の弾性体５の復元力と、第３の弾性体８の弾性力に基づき第２の弾性体５に作用する力と、が相殺する。そのため、初期弾性力導入機構７が無かった場合に比べて、小さな力で第２の弾性体５に初期弾性力を導入することができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態のリンク機構９は、第５の作用点Ｄを押し込むように第３の弾性体８を配置しているが、図５に示すように、第５の作用点Ｄを引き込むように第３の弾性体８を配置しても同様に実施できる。
【００４７】
また、上記実施の形態のリンク機構９は、二本のリンク９ａと９ｂとが等しい長さに設定されているが、図６に示すリンク機構９１のように、リンク９１ａの一方の端部を延長させても良い。例えば、図６のリンク機構９１では、リンク９１ａの長さをリンク９１ｂの長さの２倍に設定し、その中間位置でリンク９１ｂの一方の端部と連結している。そして、リンク９１ａの他方の端部を第３の弾性体８の他方の端部に接触させている。この場合、ｐ１＝ｐ２、ｑ１＝ｑ２、ｒ１＝ｒ２と置き換えれば、図３で示したリンク機構９の原理と同様である。なお、図１のリンク機構９は、図６のリンク９１ａの中間位置に第３の弾性体８の他方の端部を接触させたものと等価であり、このとき第３の弾性体８の変位はｐ２の１／２となるため、第３の弾性体８の復元力により第２の弾性体５の復元力と相殺するには、第３の弾性体８の弾性係数は第２の弾性体５の弾性係数の２倍に設定することになる。
【００４８】
ちなみに、図７に示すように、第３の弾性体８を例えばＹ軸方向（但し、配置方向は特に限定されない。）に配置し、当該第３の弾性体８の他方の端部をプーリ１４を介してリンク９ａの一方の端部に連結しても良い。
【００４９】
また、上記実施の形態のリンク機構９は、二本のリンク９ａと９ｂとを一組配置しているが、図８に示すように、二組のリンク機構９をＸ軸方向に並列に配置し、リンク９ａと９ｂとの連結部相互を第３の弾性体８で連結しても良い。これにより、第３の弾性体８の揺動を略防ぐことができる。
【００５０】
また、上記実施の形態のリンク機構９は、二本のリンク９ａと９ｂとを組み合わせているが、リンクの本数は特に限定されない。すなわち、図９に示すリンク機構９２のように、複数のリンクを組み合わせても良い。例えば、図９のリンク機構９２は、Ｌ字形状の第１のリンク９２ａと、直線状の第２及び３のリンク９２ｂ及び９２ｃを備えている。第１のリンク９２ａの角部は、基台３にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第１のリンク９２ａの一方の端部は、第２のリンク９２ｂの一方の端部にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第１のリンク９２ａの他方の端部は、第３のリンク９２ｃの一方の端部にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第２のリンク９２ｂの他方の端部は、Ｙ軸方向に配置されたリニアガイド１５に連結されている。つまり、第２のリンク９２ｂの他方の端部は、リニアガイド１５によってＹ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。第３のリンク９２ｃの他方の端部は、Ｙ軸方向に配置されたリニアガイド１６に連結されている。つまり、第３のリンク９２ｃの他方の端部は、リニアガイド１６によってＹ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。ここで、第２のリンク９２ｂの他方の端部と、第３のリンク９２ｃの他方の端部と、はＹ軸方向に延びる共通の直線上に配置されている。そして、第３のリンク９２ｃの他方の端部は、第３の弾性体８の他方の端部に接触している。第３の弾性体８は、Ｙ軸方向に配置されており、一方の端部が基台３に連結されている。このような構成においても、ｐ１＝ｐ３、ｑ１＝ｑ３、ｒ１＝ｒ３と置き換えれば、上述したリンク機構９の原理と同様である。
【００５１】
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係る荷重補償機構を説明する。本実施の形態の荷重補償機構は、図１０に示すように、基本原理を説明した構成要素に加えて、初期弾性力導入機構７１を備えている。初期弾性力導入機構７１は、カム機構７２を備えている。
【００５２】
カム機構７２は、カム本体７３と、拘束機構７４と、を備えている。カム本体７３は、詳細を後述する外周側面の曲面形状（カム形状）に形成されており、当該外周側面に拘束機構７４が接触している。カム本体７３は、図示を省略した駆動装置の駆動力が回転軸７３ａに伝達されて回転する。
【００５３】
拘束機構７４は、リニアガイド７４ａを備えている。リニアガイド７４ａは、一般的なリニアガイドと同様の構成とされている。つまり、リニアガイド７４ａは、具体的な図示を省略したが、Ｙ軸方向に配置されたレール部材に沿って摺動部７４ｂが移動する。ここで、レール部材は、基台３に連結されている。そして、摺動部７４ｂは、Ｘ軸方向に突出する突出部７４ｃを備えている。つまり、摺動部７４ｂは、Ｚ軸方向から見ると略Ｌ字形状に形成されている。
【００５４】
突出部７４ｃにおけるＹ軸方向に配置される一方の面（図１０では下面）には、第２の弾性体５の一方の端部が接触している。突出部７４ｃにおけるＹ軸方向に配置される他方の面（図１０では上面）には、カム本体７３の外周側面が接触している。つまり、突出部７４ｃとカム本体７３との接触部は第４の作用点Ｃとして機能する。ちなみに、本実施の形態では、突出部７４ｃとカム本体７３とはカムフォロア７５を介して接触している。
【００５５】
このような構成により、カム本体７３を回転させると、第２の弾性体５の伸縮方向（Ｙ軸方向）以外の方向の動きが拘束された状態で、カム本体７３のカム形状に倣って第２の弾性体５が下方に押し込まれる。このとき、以下に説明するように、カム本体７３を回転させた際に、第２の弾性体５の復元力によりカム本体７３に生じるトルクが設定状態において一定となるように当該カム本体７３のカム形状が設計されていると良い。
【００５６】
次に、カム本体７３のカム形状の設計方法を説明する。図１１（ａ）、（ｂ）及び図１２は、カム本体７３の各パラメータを示している。Ψはカム本体７３の回転角度、Ｒ０はカム本体７３の最小半径、Ｒ（Ψ）はカム本体７３がΨ回転した際の第４の作用点Ｃと回転軸７３ａとの距離（半径）、ｌＢ'は第２の弾性体５の上端部のＹ軸方向への変位、ｙは第２の弾性体５の下端部のＹ軸方向への変位、ｄΨは微小角度、ＲｄΨはカム本体７３における外周側面の微小角度部分におけるＸ軸方向の距離、ｄＲはカム本体７３における外周側面の微小角度部分におけるＹ軸方向の距離、φ２はカム本体７３における外周側面の微小角度部分における傾斜角度、ｆｘはカム本体７３における外周側面の微小角度部分における一端部に作用するＸ軸方向の力、ｆｙはカム本体７３における外周側面の微小角度部分における一端部に作用するＹ軸方向の力である。
【００５７】
このようなパラメータにおいて、第２の作用点ＢをＹ軸方向にｙ（θ）変位させる。また、第４の作用点Ｃをカム本体７３によってＹ軸方向にｌＢ'（Ψ）変位させる。ここで、Ψ＝０のときのカム本体７３の半径はＲ０＝Ｒ（０）であり、ｙ（θ）は［式２３］（［式３］と同様）で表される。
［式２３］ ｙ（θ）＝ｌＢ（１−ｃｏｓθ）
【００５８】
また、ｌＢ'（Ψ）は［式２４］で表される。
［式２４］ ｌＢ'（Ψ）＝Ｒ（Ψ）−Ｒ０
そして、カム本体７３に作用するトルクは、［式２５］で表される。
［式２５］ τ＝Ｒ（Ψ）ｆｘ
ここで、［式２６］〜［式２８］が成り立つ。
［式２６］ ｆｘ＝ｆｙｔａｎφ２
［式２７］ ｆｙ＝ｋ２（ｙ（θ）＋ｌＢ'（Ψ））
［式２８］ ｔａｎφ２＝ｄＲ／ＲｄΨ
【００５９】
そのため、［式２９］を導くことができる。
［式２９］ τ＝ｋ２（ｙ＋Ｒ−Ｒ０）ｄＲ／ｄΨ
［式２９］を変数分離して、積分すると［式３０］を導くことができる。
【数１】
［式３０］を解くと、［式３１］を導くことができる。
［式３１］ τΨ＝ｋ２（ｙＲ＋Ｒ２／２−Ｒ０Ｒ−ｙＲ０＋Ｒ０２／２）
［式３１］をＲについて解くと、［式３２］を導くことができる。
［式３２］ Ｒ＝Ｒ０−ｙ±√（ｙ２＋２τΨ／ｋ２）
【００６０】
このように［式３２］で表すようなカム本体７３のカム形状を導くことができる。ここで、例えば第２の弾性体５の弾性係数ｋ２＝２８０００［Ｎ／ｍ］、カム本体７３の最小半径Ｒ０＝２２［ｍｍ］、駆動装置で発現させるトルク設定値、即ちカム本体７３に発現させるトルクτ＝６．２［Ｎ・ｍ］、第２の弾性体５の下端部の変位ｙ＝２０［ｍｍ］としたとき、上記の［式３２］によって得られるカム本体７３のカム形状は、図１３に示す形状となる。ここでは、１８０°まで求めて、カム本体７３が線対称になるような形状としたが、一周分求めることで、トルクをさらに低減することも可能である。
【００６１】
上述の例では、カム本体７３に作用させるトルクτを６．２［Ｎ・ｍ］と調整することで、最小半径Ｒ（０）＝２２［ｍｍ］と最大半径Ｒ（π）＝４４［ｍｍ］との差で、平衡点移動に必要な２２［ｍｍ］を確保できるようにした。
【００６２】
このカム本体７３のカム形状を用いた場合に必要なトルクを逆算すると、［式３３］で表される。
［式３３］ τ＝ｋ２（（Ｒ−Ｒ０＋ｙ）２−ｙ２）／２Ψ
【００６３】
第２の弾性体５の下端部の変位ｙが変化したときに、カム本体７３を回転させるのに必要なトルクがどのように変化するかを確認すると、図１４に示すようになる。ｙの最大変位２０［ｍｍ］を設計値としたため、ｙ＝２０［ｍｍ］のときには設定トルク６．２［Ｎ・ｍ］で一定であり、ｙが２０ｍｍより小さいときには当該トルクより小さくなっていることが確認できる。
【００６４】
このようにカム本体７３のカム形状を設計することで、ｙが予め設定された最大変位以下の条件においては、予め設定したトルク以下で第２の弾性体５を押し込むことができる。したがって、初期弾性力導入機構７１が無かった場合に比べて、小さな力で第２の弾性体５に初期弾性力を導入することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態のカム本体７３は１８０°までカム形状を求めて、線対称になるような形状としたが、図１５に示すように３６０°まで求めたカム形状に形成しても良い。
ここで、［式３３］は、第４の作用点Ｃに位置するローラ（カムフォロア７５）の直径がゼロとして求めたカムの外周形状であり、実施に当たってはカムフォロアの半径分内側にオフセットした外周形状を用いることとなる。
【００６６】
＜他の実施の形態＞
上述の原理は、リンク１における第１の作用点Ｐが設けられた側と回転軸Ｏ１を挟んで逆側に、第２の作用点Ａ及び第３の作用点Ｂを設けたが、この限りでない。
【００６７】
例えば図１６に示すように、リンク１における第１の作用点Ｐと回転軸Ｏ１との間に、第２の作用点Ａ及び第３の作用点Ｂを設けても良い。
【００６８】
また、図１７に示すように、リンク１に代わってＴ字形状のリンク１７を用いる場合は、リンク１７の回転軸Ｏ２を挟んで両端部に第１の作用点Ｐと第３の作用点Ｂとをそれぞれ設け、第１の作用点Ｐと第３の作用点Ｂとを結ぶ直線Ｌ２と直交し、且つ回転軸Ｏ２を通る直線Ｌ３上に第２の作用点Ａを設けても良い。
【００６９】
また、図１８に示すように、同じくリンク１に代わってＴ字形状のリンク１７を用いる場合は、リンク１７の回転軸Ｏ２を挟んで両端部に第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａとをそれぞれ設け、第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａとを結ぶ直線Ｌ４と直交し、且つ回転軸Ｏ２を通る直線Ｌ５上に第３の作用点Ｂを設けても良い。
【００７０】
さらに図１９に示すように、リンク１に代わって、Ｌ字形状の第１のリンク１８と、直線状の第２及び３のリンク１９及び２０と、を用いて、以下のように第１乃至３の作用点を設けても良い。詳細には、第１のリンク１８の一方の端部に第１の作用点Ｐが設けられる。第１のリンク１８の第１辺１８ａの他方の端部に回転軸Ｏ３が設けられる。第１のリンク１８における回転軸Ｏ３と第１の作用点Ｐとの間の位置に第６の作用点Ｅが設けられる。第６の作用点Ｅには、Ｚ軸と平行な軸回りに回転可能に第２のリンク１９の一方の端部が連結される。第２のリンク１９の他方の端部は、具体的な図示を省略したが、Ｘ軸方向に摺動可能な構成とされる。また、第２のリンク１９の他方の端部には、Ｘ軸方向に配置された第１の弾性体２に連結される。つまり、第２のリンク１９の他方の端部は、第２の作用点Ａとして機能する。そして、第１のリンク１８の第２辺１８ｂの端部に第７の作用点Ｆが設けられる。第７の作用点Ｆには、Ｚ軸と平行な軸回りに回転可能に第３のリンク２０の一方の端部が連結される。第３のリンク２０の他方の端部は、具体的な図示を省略したが、Ｘ軸方向に摺動可能な構成とされる。また、第３のリンク２０の他方の端部には、Ｘ軸方向に配置された第２の弾性体５に連結される。つまり、第３のリンク２０の他方の端部は、第３の作用点Ｂとして機能する。
【００７１】
要するに、第１の作用点Ｐに作用するｍｇに基づく回転軸回りの回転トルクに対して、第２の作用点Ａに作用する第１の弾性体２の弾性力に基づく回転軸周りの回転トルク及び第３の作用点Ｂに作用する第２の弾性体５の弾性力に基づく回転軸周りの回転トルクの合力トルクが逆向きの回転方向に作用し、且つ等しくなるように、第２の作用点Ａや第３の作用点Ｂ、及び第１の弾性体２や第２の弾性体５の配置並びに弾性係数は適宜、変更すれば良い。
＜適用形態＞
【００７２】
上述の基本原理を昇降装置に適用した形態を説明する。本適用形態の昇降装置１００は、図２０乃至２３に示すように、リンク機構１１０と、基台１２０と、昇降台１３０と、第１の弾性体１４０と、第２の弾性体１５０と、初期弾性力導入機構１６０と、を備えている。
【００７３】
リンク機構１１０は、直線状の第１のリンク１１１と、Ｌ字形状の第２のリンク１１２と、直線状の第３のリンク１１３と、を備えている。第１のリンク１１１と第２のリンク１１２とは、長手方向の中央部分で回転可能に連結されＸ形状に配置されている。第２のリンク１１２は、第１辺１１２ａと、第１辺１１２ａの下端に直交する第２辺１１２ｂと、を備えている。
【００７４】
第１のリンク１１１の一方の端部は、図２１に示すように、基台１２０にＸ軸方向に摺動可能に連結されている。第１のリンク１１１の他方の端部は、昇降台１３０にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部は、図２２に示すように、昇降台１３０にＸ軸方向に摺動可能に連結されている。第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの他方の端部は、基台１２０にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第２のリンク１１２の第２辺１１２ｂの端部には、第３のリンク１１３の一方の端部がＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第３のリンク１１３の他方の端部は、基台１２０にＸ軸方向に摺動可能に連結されている。
【００７５】
基台１２０は、第１及び３のリンク１１１及び１１３の他方の端部を摺動させることができるように、Ｘ軸方向に延在する溝部１２１を備えている。溝部１２１には、第１のリンク１１１の他方の端部に設けられたローラ１１１ａ、及び第３のリンク１１３の他方の端部に設けられたローラ１１３ａが挿入されている。
【００７６】
昇降台１３０は、第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部を摺動させることができるように、Ｘ軸方向に延在する溝部１３１を備えている。溝部１３１に第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部に設けられたローラ１１２ｃが挿入されている。
【００７７】
第１の弾性体１４０は、Ｘ軸方向に配置されている。第１の弾性体１４０の一方の端部は、第１のリンク１１１の他方の端部に連結されている。第１の弾性体１４０の他方の端部は、基台１２０に連結されている。第２の弾性体１５０も、Ｘ軸方向に配置されている。第２の弾性体１５０の一方の端部は、第３のリンク１１３の他方の端部に連結されている。第２の弾性体１５０の他方の端部は、初期弾性力導入機構１６０に連結されている。第１及び２の弾性体１４０及び１５０は、第１及び２のリンク１１１及び１１２が回転していない状態、即ちθ＝０°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。ちなみに、第１の弾性体１４０は、第１のリンク１１１の他方の端部に連結されているが、これは第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部に連結されている状態と同様に扱うことができる。
【００７８】
このような構成の昇降装置１００の昇降台１３０に荷物１７０を置き、任意の高さとすると、第１及び２の弾性体１４０及び１５０は、第１及び２のリンク１１１及び１１２が回転していない状態、即ちθ＝０°で弾性力がゼロとなるように連結されているので、第１のリンク１１１の他方の端部のＸ軸方向の変位ｘ１は、［式３４］で表される。
［式３４］ ｘ１＝ｌ１ｓｉｎθ
但し、第１のリンク１１１の長さをｌ１とする。
また、第３のリンク１１３の他方の端部のＸ軸方向の変位ｘ２は、［式３５］で表される。
［式３５］ ｘ２＝ｌ２（１−ｃｏｓθ）
但し、第２のリンク１１２の第２辺１１２ｂの長さをｌ２／２、第３のリンク１１３の長さをｌ２／２とする。
【００７９】
すなわち、本形態は、第１のリンク１１１の他方の端部は、図１で示す第２の作用点Ａに対応させ、第３のリンク１１３の他方の端部は、図１９で示す第３の作用点Ｂに対応させることができ、上述の基本原理に基づいて設計すると、荷重を補償し得る昇降装置１００を実現することができる。
【００８０】
ここで、本形態でも、図２３に示すように、上述した図９に示す初期弾性力導入機構と略同様の原理の初期弾性力導入機構１６０によって、第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入する。なお、図２３の破線では、初期弾性力導入機構１６０の動作を示している。初期弾性力導入機構１６０は、基台１２０内に収納されている。この初期弾性力導入機構１６０は、角部を挟んで隣接する辺の長さが等しいＬ字形状の第４のリンク１６１と、直線状の等しい長さの第５及び６のリンク１６２及び１６３と、第３の弾性体１６４と、等を備えている。
【００８１】
第４のリンク１６１の角部は、基台１２０にＹ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第４のリンク１６１の一方の端部は、第５のリンク１６２の一方の端部にＹ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第５のリンク１６２の他方の端部は、第２の弾性体１５０の他方の端部に連結されている。ちなみに、本形態では、Ｚ軸方向に配置された連結部材１８０を介して、第５のリンク１６２の他方の端部と、第２の弾性体１５０の他方の端部と、が連結されている。この第５のリンク１６２の他方の端部は、Ｘ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。
【００８２】
第４のリンク１６１の他方の端部は、第６のリンク１６３の一方の端部にＹ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第６のリンク１６３の他方の端部は、第３の弾性体１６４の一方の端部に連結されている。ちなみに、本形態では、Ｚ軸方向に配置された連結部材１９０を介して、第６のリンク１６３の他方の端部と、第３の弾性体１６４の一方の端部と、が連結されている。この第６のリンク１６３の他方の端部は、Ｘ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。
【００８３】
第３の弾性体１６４は、Ｘ軸方向に配置されている。そして、第３の弾性体１６４の他方の端部は、基台１２０に連結されている。ここで、第３の弾性体１６４は第４のリンク１６１の回転角φ３が０°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。第２の弾性体１５０は、第２のリンク１１２の角度θが０°の状態で、且つ第４のリンク１６１の回転角φ３が０°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。
【００８４】
このような初期弾性力導入機構１６０は、図１に示す初期弾性力導入機構の基本原理と同様の原理で、第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入する際に生じる第２の弾性体１５０の復元力と、第３の弾性体１６４の弾性力に基づき第２の弾性体１５０に作用する力と、が相殺するように機能するので、やはり小さい力で第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入することができる。
【００８５】
しかも、初期弾性力導入機構１６０は、基台１２０内に収納されている。そのため、第１乃至３のリンクの動作を阻害することが無い。また、昇降装置１００をコンパクトに設計することができる。
【００８６】
さらに重量物である第１及び２の弾性体１４０及び１５０を基台１２０側に配置したので、第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入する際に、さらに小さい力で済む。
【００８７】
以上、本発明に係る荷重補償機構の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａと第３の作用点Ｂとを異なる位置に配置したが、等しい位置に配置しても良い。これにより、荷重補償機構の設計工程を簡易に行うことができる。また、荷重補償機構をコンパクトに設計することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１ リンク
２ 第１の弾性体
３ 基台
４ 許容部、４ａ 突出部、４ｂ 摺動板
５ 第２の弾性体
６ 許容部、６ａ 突出部、６ｂ 摺動板
７ 初期弾性力導入機構
８ 第３の弾性体
９ リンク機構
９ａ、９ｂ リンク
１０ 拘束機構、１０ａ リニアガイド、１０ｂ 駆動機構、１０ｃ 摺動部、１０ｄ 突出部
１１ 許容部、１１ａ 突出部、１１ｂ 摺動板
１２、１３ リニアガイド
１４ プーリ
１５、１６ リニアガイド
１７ リンク
１８ 第１のリンク、１８ａ 第１辺、１８ｂ 第２辺
１９ 第２のリンク
２０ 第３のリンク
２１ 第１のリンク
２２ 第２のリンク
７１ 初期弾性力導入機構
７２ カム機構、７３ カム本体、７３ａ 回転軸
７４ 拘束機構、７４ａ リニアガイド、７４ｂ 摺動部、７４ｃ 突出部、７５ カムフォロア
９１ リンク機構、
９１ａ 、９１ｂ リンク
９２ リンク機構、９２ａ 第１のリンク、９２ｂ 第２のリンク、９２ｃ 第３のリンク
１００ 昇降装置
１１０ リンク機構
１１１ 第１のリンク、１１１ａ ローラ
１１２ 第２のリンク、１１２ａ 第１辺、１１２ｂ 第２辺、１１２ｃ ローラ
１１３ 第３のリンク、１１３ａ ローラ
１２０ 基台、１２１ 溝部
１３０ 昇降台、１３１ 溝部
１４０ 第１の弾性体
１５０ 第２の弾性体
１６０ 初期弾性力導入機構、１６１ 第４のリンク、１６２ 第５のリンク、１６３ 第６のリンク、１６４ 第３の弾性体
１７０ 荷物
１８０、１９０ 連結部材
Ｐ 第１の作用点
Ａ 第２の作用点
Ｂ 第３の作用点
Ｃ 第４の作用点
Ｄ 第５の作用点
Ｅ 第６の作用点
Ｆ 第７の作用点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重補償機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、非特許文献１において荷重補償機構を発表している。当該荷重補償機構の基本原理は、実施の形態において詳細に説明するが、回転体に荷重が作用する第１の作用点と、回転体に第１の弾性体の弾性力が作用する第２の作用点と、回転体に第２の弾性体の弾性力が作用する第３の作用点と、を備え、第１の作用点に作用する荷重に基づく回転体の回転軸回りのトルクと、第２の作用点に作用する弾性力に基づく回転体の回転軸回りのトルク及び第３の作用点に作用する弾性力に基づく回転体の回転軸回りのトルクの合力と、が逆向きの回転方向に作用して相殺する構成である。
ここで、当該荷重補償機構は、第２の弾性体に初期弾性力を導入することで、当該荷重の変化に対して対応することができる構成とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会２０１０ 講演論文集、２Ｐ１−Ｄ１１、２０１０年６月１６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の構成の荷重補償機構は、荷重の変化に対して第２の弾性体に初期弾性力を導入する必要があるが、当該荷重が大きくなるにつれ、初期弾性力の導入に多大な力が必要になる。
本発明の目的は、初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一形態に係る荷重補償機構は、 回転体に荷重が作用する第１の作用点と、前記回転体に第１の弾性体の弾性力が作用する第２の作用点と、前記回転体に第２の弾性体の弾性力が作用する第３の作用点と、を備え、前記第１の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第２の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第３の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、前記第２の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備える。
【０００６】
上記荷重補償機構において、前記初期弾性力導入機構は、第３の弾性体と、前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、前記第３の弾性体の弾性力が作用する第５の作用点と、前記第４の作用点と前記第５の作用点とを連結するリンク機構と、前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、前記第２の弾性体に初期弾性力を導入するとき、前記第２の弾性体に生じる復元力と、前記第３の弾性体の弾性力に基づき前記第２の弾性体に作用する力と、が相殺すること、が好ましい。
【０００７】
上記荷重補償機構において、前記第２の弾性体の弾性係数と前記第３の弾性体の弾性係数とは等しいこと、が好ましい。
上記荷重補償機構において、前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは平行に配置されていること、が好ましい。
上記荷重補償機構において、前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは直交するように配置されていること、が好ましい。
【０００８】
上記荷重補償機構において、前記初期弾性力導入機構は、前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、前記第４の作用点に駆動力を伝達するカム機構と、前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、前記カム機構のカム本体が回転したとき、前記第２の弾性体の復元力により前記カム本体に生じるトルクが一定となるように前記カム本体のカム形状が設定されていること、が好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
以上、説明したように、本発明によると、初期弾性力の導入の労力を低減することができる荷重補償機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、第２及び３の作用点の変位を説明する図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の単純モデルを示す図である。
【図４】図３の単純モデルに連結される第３の弾性体の一形態を示す図である。
【図５】図３の単純モデルに連結される第３の弾性体の異なる一形態を示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図８】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図９】本発明に係る実施の形態１の荷重補償機構における、初期弾性力導入機構の異なる単純モデルを示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態２の荷重補償機構を模式的に示す図である。
【図１１】第２の弾性体及びカム本体の各パラメータを説明するための図である。
【図１２】カム本体の各パラメータを説明するための図である。
【図１３】カム本体のカム形状の一例を示す図である。
【図１４】第２の弾性体の下端部の変位とカム本体に発現させるトルクとの関係を示す図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態２の荷重補償機構における、異なるカム本体を模式的に示す図である。
【図１６】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図１７】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図１８】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図１９】本発明に係る他の形態の荷重補償機構における、第２並びに３の作用点の配置、及び第１並びに２の弾性体の配置を示す図である。
【図２０】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置を概略的に示す正面透視図である。
【図２１】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、第１のリンク周辺を概略的に示す正面透視図である。
【図２２】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、第２及び３のリンク周辺を概略的に示す正面透視図である。
【図２３】本発明に係る荷重補償機構を適用した昇降装置における、初期弾性力導入機構を概略的に示す平面透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。ちなみに、以下の説明において、荷重ｍｇが作用する方向と平行な方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向と直交方向をＸ軸方向とする。
【００１２】
＜基本原理＞
先ず荷重補償機構の基本原理を説明する。本原理では、図１に示すように、回転体であるリンク１がＹ軸方向に配置されている。リンク１は、回転軸Ｏ１を中心として回転する。リンク１の一方の端部には、荷重ｍｇ（以下、単にｍｇと示す）が作用する第１の作用点Ｐが設けられている。
【００１３】
リンク１の他方の端部には、第１の弾性体２の弾性力が作用する第２の作用点Ａが設けられている。第１の弾性体２は、Ｘ軸方向に配置されている。第１の弾性体２としては、例えばコイルバネを用いることができるが、弾性係数を有するゴム等の部材でも良い。第１の弾性体２の一方の端部は、基台３に連結されている。第１の弾性体２の他方の端部は、第２の作用点Ａに接触している。第１の弾性体２は、リンク１が回転していない状態、即ち図１ではＹ軸方向に配置されている状態で、弾性力がゼロ（自然長）となるように配置されている。ちなみに、図１では、リンク１の配置を明瞭に示すために、第１の弾性体２の配置位置が正確に示されていない。
【００１４】
ここで、リンク１が回転軸Ｏ１を中心に回転した際に、第１の弾性体２がＹ軸方向に捻じれないように、リンク１のＹ軸方向への変位を許容する許容部４を備えていることが好ましい。許容部４は、第２の作用点ＡからＺ軸方向に突出する突出部４ａと、第１の弾性体２の他方の端部に設けられた摺動板４ｂと、を備えている。これにより、図１に示すように、リンク１の第１の作用点Ｐにｍｇが作用して、リンク１が矢印Ｎ方向に回転すると、突出部４ａは摺動板４ｂ上を摺動しつつ、当該摺動板４ｂを押し込む。そのため、第１の弾性体２がリンク１の回転に追従して捻じれることがない。ちなみに、突出部４ａはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部４ａをスムーズに摺動板４ｂ上で移動させることができる。
【００１５】
リンク１における、回転軸Ｏ１と第２の作用点Ａ、即ち本原理では第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａとを結ぶ直線Ｌ１上には、第２の弾性体５の弾性力が作用する第３の作用点Ｂが設けられている。第３の作用点Ｂは、回転軸Ｏ１と第２の作用点Ａとの間の位置に配置されている。第２の弾性体５は、Ｙ軸方向に配置されている。第２の弾性体５としては、例えばコイルバネを用いることができるが、弾性係数を有するゴム等の部材でも良い。第２の弾性体５の一方の端部は、後述する拘束機構１０に連結されている。第２の弾性体５の他方の端部は、第３の作用点Ｂに接触している。第２の弾性体５は、リンク１が回転していない状態で、弾性力がゼロ（自然長）となるように配置されている。ちなみに、図１では、リンク１の配置を明瞭に示すために、第２の弾性体５の配置位置が正確に示されていない。
【００１６】
ここで、リンク１が回転軸Ｏ１を中心に回転した際に、第２の弾性体５がＸ軸方向に捻じれないように、リンク１のＸ軸方向への変位を許容する許容部６を備えることが好ましい。許容部６は、第３の作用点ＢからＺ軸方向に突出する突出部６ａと、第２の弾性体５の他方の端部に設けられた摺動板６ｂと、を備えている。これにより、図１に示すように、リンク１の第１の作用点Ｐにｍｇが作用して、リンク１が矢印Ｎ方向に回転すると、突出部６ａは摺動板６ｂ上を摺動しつつ、当該摺動板６ｂを押し込む。そのため、第２の弾性体５がリンク１の回転に追従して捻じれることがない。ちなみに、突出部６ａはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部６ａをスムーズに摺動板６ｂ上で移動させることができる。
【００１７】
第１の作用点Ｐに作用するｍｇに基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＰと、第２の作用点Ａに作用する第１の弾性体２の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＡ及び第３の作用点Ｂに作用する第２の弾性体５の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＢの合計トルクと、は互いに回転軸Ｏ１を中心に逆向きの回転方向に作用する。そのため、回転トルクτＰと、回転トルクτＡとτＢとを加算した値と、が等しいと、ｍｇを補償する機構となる。
【００１８】
具体的に云うと、図２に示すように、第１の作用点Ｐにｍｇが作用して、リンク１が回転軸Ｏ１を中心として矢印Ｎ方向に回転角θ、回転したとすると、第１の作用点Ｐに作用するｍｇに基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＰは、［式１］で表される。
［式１］ τＰ＝ｍｇｌＰｓｉｎθ
但し、第１の作用点Ｐから回転軸Ｏ１までの距離をｌＰとする。
【００１９】
この時の第１の弾性体２のＸ軸方向の変位ｘは、［式２］で表される。
［式２］ ｘ＝ｌＡｓｉｎθ
但し、第２の作用点Ａから回転軸Ｏ１までの距離をｌＡとする。
また、第２の弾性体５のＹ軸方向の変位ｙは、［式３］で表される。
［式３］ ｙ＝ｌＢ（１−ｃｏｓθ）
但し、第３の作用点Ｂから回転軸Ｏ１までの距離をｌＢとする。
【００２０】
そのため、第２の作用点ＡにおいてＸ軸方向に作用する力ｆＡは、［式４］で表される。
［式４］ ｆＡ＝ｋ１ｘ＝ｋ１ｌＡｓｉｎθ
但し、第１の弾性体２の弾性係数をｋ１とする。
また、第３の作用点ＢにおいてＹ軸方向に作用する力ｆＢは、［式５］で表される。
［式５］ ｆＢ＝ｋ２ｙ＝ｋ２ｌＢ（１−ｃｏｓθ）
但し、第２の弾性体５の弾性係数をｋ２とする。
【００２１】
よって、第２の作用点Ａに作用する第１の弾性体２の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＡは、［式６］で表される。
［式６］ τＡ＝ｋ１ｌＡ２ｓｉｎθｃｏｓθ
また、第３の作用点Ｂに作用する第２の弾性体５の弾性力に基づく回転軸Ｏ１回りの回転トルクτＢは、［式７］で表される。
［式７］ τＢ＝ｋ２ｌＢ２（１−ｃｏｓθ）ｓｉｎθ
【００２２】
したがって、回転トルクτＡとτＢとの合計トルク（合力トルク）τｋは、［式８］で表される。
［式８］ τｋ＝ｋ１ｌＡ２ｓｉｎθｃｏｓθ＋ｋ２ｌＢ２（１−ｃｏｓθ）ｓｉｎθ
ここで、ｋ１ｌＡ２＝ｋ２ｌＢ２とすると、［式８］は［式９］で表される。
［式９］ τｋ＝ｋ２ｌＢ２ｓｉｎθ
そのため、上方に作用する力ωは、［式１０］で表される。
［式１０］ ω＝τｋ／（ｌｐｓｉｎθ）＝ｋ２ｌＢ２／ｌｐ
これにより、上述の原理は上方に作用する力を一定にすることができる。
【００２３】
さらに、ｋ１ｌＡ２＝ｋ２ｌＢ２＝Ｃとすると、［式８］は［式１１］で表される。
［式１１］ τｋ＝Ｃｓｉｎθ
そのため、［式１］より、Ｃ＝ｍｇｌｐを満たせば、ｍｇを補償することができる機構が実現できる。
【００２４】
上述の荷重補償機構の設計方法では、ｍｇまでしか荷重を補償することができないので、第２の弾性体５に初期弾性力を導入しておくことが好ましい。
すなわち、第２の弾性体５に初期弾性力を導入するべく、初期設置点（平衝点）をｌＢ'だけ下方に移動させる。
【００２５】
これにより、［式３］は［式１２］に変化する。
［式１２］ ｙ＝ｌＢ（１−ｃｏｓθ）＋ｌＢ'
ここで、ｌＢ'を、ｌＢを用いてｌＢ'＝ｌＢ（α−１）と表すと、［式９］は［式１３］で表される。
［式１３］ τｋ＝Ｃαｓｉｎθ
【００２６】
この場合、α＝１は初期変位ｌＢ＝０のことであり、ｍｇを補償することになる。そして、α＝２とすると、ｌＢ'＝ｌＢとなり、補償できる荷重は２倍になる。このように、第２の弾性体５に初期弾性力を導入するだけで、対応荷重を調整することができる。ちなみに、第２の弾性体５を予め伸張させて設置すると、対応荷重を減らすことができる。なお、第２の弾性体５のみに初期弾性力を導入するのは、上述のようにｃｏｓθを消すことができるようにするためである。そのため、ｙ軸方向への回転トルクを生じさせる弾性体に初期弾性力が導入される。
【００２７】
このとき、補償するｍｇが大きくなるにつれ、初期弾性力の導入に大きな力が必要になる。そこで、本実施の形態では、以下のような構成とした。
【００２８】
＜実施の形態１＞
実施の形態１に係る荷重補償機構を説明する。本実施の形態の荷重補償機構は、図１に示すように、基本原理で説明した構成要素に加えて、初期弾性力導入機構７を備えている。初期弾性力導入機構７は、第３の弾性体８と、リンク機構９と、拘束機構１０と、を備えている。
【００２９】
第３の弾性体８は、第１の弾性体２と略平行に配置されている。すなわち、第３の弾性体８は、Ｘ軸方向に配置されている。第３の弾性体８の一方の端部は、基台３に連結されている。第３の弾性体８の他方の端部は、リンク機構９に接触している。なお、第３の弾性体８は、後述する第４の作用点Ｃを通りＹ軸方向に延びる直線上に他方の端部が配置された状態で、弾性力がゼロとなるように設定されている。
【００３０】
リンク機構９は、長さの等しい二本のリンク９ａ、９ｂを備えている。二本のリンク９ａ、９ｂは、リンク９ａと９ｂとの一方の端部の連結部がＸ及びＹ軸方向に移動し、リンク９ａ及び９ｂの他方の端部がＹ軸方向に移動する。
【００３１】
詳細には、リンク９ａの一方の端部は、リンク９ｂの一方の端部にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク９ａの他方の端部は、拘束機構１０にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク９ｂの他方の端部は、基台３にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。リンク９ａ及び９ｂの他方の端部は、後述する第４の作用点Ｃを通りＹ軸方向に延びる直線上に配置されている。つまり、リンク機構９は、Ｚ軸方向から見るとくの字形状に配置されている。
【００３２】
リンク９ａと９ｂとの連結部は、第３の弾性体８の他方の端部に接触している。つまり、リンク９ａと９ｂとの連結部は、第３の弾性体８の弾性力が作用する第５の作用点Ｄとして機能する。
【００３３】
ここで、リンク９ａと９ｂとの連結部は、当該連結部のＹ軸方向への変位を許容する許容部１１を備えることが好ましい。許容部１１は、当該連結部からＺ軸方向に突出する突出部１１ａと、第３の弾性体８の他方の端部に設けられた摺動板１１ｂと、を備えている。これにより、詳細は後述するが、リンク機構９を介して第３の弾性体８の弾性力で第２の弾性体５を押し込んだ際に、突出部１１ａが摺動板１１ｂ上を摺動してＹ軸方向に移動するので、第３の弾性体８がＹ軸方向に捻じれることがない。ちなみに、突出部１１ａはローラを備えていることが好ましい。これにより、突出部１１ａをスムーズに摺動板１１ｂ上で移動させることができる。
【００３４】
拘束機構１０は、リニアガイド１０ａと、駆動機構１０ｂと、を備えている。リニアガイド１０ａは、一般的なリニアガイドと同様の構成とされている。詳細には、リニアガイド１０ａは、具体的な図示を省略したが、Ｙ軸方向に配置されたレール部材に沿って摺動部１０ｃが移動する。ここで、レール部材は、基台３に連結されている。そして、摺動部１０ｃは、Ｘ軸方向に突出する突出部１０ｄを備えている。つまり、摺動部１０ｃは、Ｚ軸方向から見ると略Ｌ字形状に形成されている。突出部１０ｄにおけるＹ軸方向に配置される一方の面（図１では下面）には、第２の弾性体５の一方の端部が接触している。突出部１０ｄにおけるＹ軸方向に配置される他方の面（図１では上面）には、リンク９ａの他方の端部がＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。つまり、突出部１０ｄとリンク９ａとの連結部は、第２の弾性体５における第３の作用点Ｂと逆側の作用点である第４の作用点Ｃとして機能する。
【００３５】
摺動部１０ｃには、駆動機構１０ｂからＹ軸方向に駆動力が伝達される。例えば、駆動機構１０ｂは、駆動装置の一例である電動モータの回転軸に設けられたピニオンギアを、摺動部１０ｃに連結されたラックギヤやボールネジに螺合させ、電動モータの駆動力を摺動部１０ｃに伝達する構成とされている。但し、駆動機構１０ｂは、摺動部１０ｃをＹ軸方向に移動させる駆動力を当該摺動部１０ｃに与えることができれば、構成は特に限定されない。
【００３６】
このような構成により、第２の弾性体５の伸縮方向（Ｙ軸方向）以外の方向の動きが拘束される。そのため、第３の弾性体８の弾性力は、リンク９ａを介して第２の弾性体５を下方に押し込むように作用する。
【００３７】
次に、初期弾性力導入機構７を用いた場合、第２の弾性体５に初期弾性力を導入する際に小さい力で済む原理を説明する。
図３では、初期弾性力導入機構７の単純モデルを示している。第４の作用点Ｃは、Ｙ軸方向に延在するリニアガイド１２により、他の方向への動きが拘束されている。第５の作用点Ｄは、Ｘ軸方向に延在するリニアガイド１３により、他の方向への動きが拘束されている。そして、第４の作用点Ｃと第５の作用点Ｄとは、リンク９ａで連結されている。さらに図４に示すように、Ｘ軸方向に配置された第３の弾性体８が第５の作用点Ｄに連結されている。
【００３８】
ここで、図３に示すように、第４の作用点Ｃを通りＹ軸方向に延びる直線と、第５の作用点Ｄを通りＸ軸方向に延びる直線と、の交点を原点として、第４の作用点ＣのＹ軸方向への変位及び第５の作用点ＤのＸ軸方向への変位をｑ１及びｐ１として示す。ちなみに、第３の弾性体８は、当該交点位置で弾性力がゼロに設定されている。
【００３９】
このような条件下において、三平方の定理より、［式１４］の関係が成り立つ。
［式１４］ ｐ１２＋ｑ１２＝ｒ１２
但し、リンク９ａの長さ（第４の作用点Ｃと第５の作用点Ｄとの距離）をｒ１とする。
［式１４］を変形すると、［式１５］を導き出すことができる。
［式１５］ ｐ１＝√（ｒ１２−ｑ１２）
［式１５］をｑ１で偏微分すると、ｑ１からｐ１への減速比（ヤコビアン）Ｊは［式１６］で表される（ｐ１（・）＝Ｊｑ１（・））。
［式１６］ Ｊ＝−ｑ１／√（ｒ１２−ｑ１２）＝−ｑ１／ｐ１
【００４０】
また、図３に示すように、Ｘ軸方向とリンク９ａとの傾き角度をφ１とすると、［式１６］は［式１７］で表される。
［式１７］ Ｊ＝−ｑ１／ｐ１＝−ｔａｎφ１
このヤコビアンにより、力の伝達には［式１８］が成り立つ。
［式１８］ ｆＣ＝−ｆＤｔａｎφ１
但し、第５の作用点Ｄに作用する第３の弾性体８の弾性力をｆＤ、第４の作用点Ｃに作用する力をｆＣとする。
【００４１】
ｆＤは［式１９］で表される。
［式１９］ ｆＤ＝−ｋ３ｐ１
但し、第３の弾性体８の弾性係数をｋ３とする。
このとき、第４の作用点Ｃに作用する力ｆＣは［式２０］で表される。
［式２０］ ｆＣ＝ｋ３ｐ１ｔａｎφ１＝ｋ３ｑ１
【００４２】
すなわち、符号が反転し、弾性係数はそのままで、変位はｐ１からｑ１に置き換わった形となる。このこと自体は、例えば振動系の分野で「負のばね」等として、既に知られている事項である。
【００４３】
ここで、第４の作用点Ｃに図１に示す第２の弾性体５の一方の端部を連結する。第４の作用点Ｃには、第３の弾性体８からの下向きの力ｆＣと、第２の弾性体５からの上向きの力ｆＢと、が作用することになり、上向きを正とするとその合力ｆＣ'は［式２１］で表される。
［式２１］ ｆＣ'＝ｆＢ−ｆＣ＝ｋ２（ｑ１＋ｙ）−ｋ３ｑ１
【００４４】
また、第３の弾性体８の弾性係数をｋ３＝ｋ２とすると、第４の作用点Ｃに作用する合力（平衝点移動に必要な力）は、［式２２］で表される。
［式２２］ ｆＣ'＝ｋ２ｙ
【００４５】
このように、平衡点移動に必要な力は第４の作用点Ｃの変位ｑ１に関わらず、第２の弾性体５の他方の端部の変位ｙで決定される。つまり、第２の弾性体５に初期弾性力を導入する際に生じる当該第２の弾性体５の復元力と、第３の弾性体８の弾性力に基づき第２の弾性体５に作用する力と、が相殺する。そのため、初期弾性力導入機構７が無かった場合に比べて、小さな力で第２の弾性体５に初期弾性力を導入することができる。
【００４６】
なお、上記実施の形態のリンク機構９は、第５の作用点Ｄを押し込むように第３の弾性体８を配置しているが、図５に示すように、第５の作用点Ｄを引き込むように第３の弾性体８を配置しても同様に実施できる。
【００４７】
また、上記実施の形態のリンク機構９は、二本のリンク９ａと９ｂとが等しい長さに設定されているが、図６に示すリンク機構９１のように、リンク９１ａの一方の端部を延長させても良い。例えば、図６のリンク機構９１では、リンク９１ａの長さをリンク９１ｂの長さの２倍に設定し、その中間位置でリンク９１ｂの一方の端部と連結している。そして、リンク９１ａの他方の端部を第３の弾性体８の他方の端部に接触させている。この場合、ｐ１＝ｐ２、ｑ１＝ｑ２、ｒ１＝ｒ２と置き換えれば、図３で示したリンク機構９の原理と同様である。なお、図１のリンク機構９は、図６のリンク９１ａの中間位置に第３の弾性体８の他方の端部を接触させたものと等価であり、このとき第３の弾性体８の変位はｐ２の１／２となるため、第３の弾性体８の復元力により第２の弾性体５の復元力と相殺するには、第３の弾性体８の弾性係数は第２の弾性体５の弾性係数の２倍に設定することになる。
【００４８】
ちなみに、図７に示すように、第３の弾性体８を例えばＹ軸方向（但し、配置方向は特に限定されない。）に配置し、当該第３の弾性体８の他方の端部をプーリ１４を介してリンク９ａの一方の端部に連結しても良い。
【００４９】
また、上記実施の形態のリンク機構９は、二本のリンク９ａと９ｂとを一組配置しているが、図８に示すように、二組のリンク機構９をＸ軸方向に並列に配置し、リンク９ａと９ｂとの連結部相互を第３の弾性体８で連結しても良い。これにより、第３の弾性体８の揺動を略防ぐことができる。
【００５０】
また、上記実施の形態のリンク機構９は、二本のリンク９ａと９ｂとを組み合わせているが、リンクの本数は特に限定されない。すなわち、図９に示すリンク機構９２のように、複数のリンクを組み合わせても良い。例えば、図９のリンク機構９２は、Ｌ字形状の第１のリンク９２ａと、直線状の第２及び３のリンク９２ｂ及び９２ｃを備えている。第１のリンク９２ａの角部は、基台３にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第１のリンク９２ａの一方の端部は、第２のリンク９２ｂの一方の端部にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第１のリンク９２ａの他方の端部は、第３のリンク９２ｃの一方の端部にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第２のリンク９２ｂの他方の端部は、Ｙ軸方向に配置されたリニアガイド１５に連結されている。つまり、第２のリンク９２ｂの他方の端部は、リニアガイド１５によってＹ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。第３のリンク９２ｃの他方の端部は、Ｙ軸方向に配置されたリニアガイド１６に連結されている。つまり、第３のリンク９２ｃの他方の端部は、リニアガイド１６によってＹ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。ここで、第２のリンク９２ｂの他方の端部と、第３のリンク９２ｃの他方の端部と、はＹ軸方向に延びる共通の直線上に配置されている。そして、第３のリンク９２ｃの他方の端部は、第３の弾性体８の他方の端部に接触している。第３の弾性体８は、Ｙ軸方向に配置されており、一方の端部が基台３に連結されている。このような構成においても、ｐ１＝ｐ３、ｑ１＝ｑ３、ｒ１＝ｒ３と置き換えれば、上述したリンク機構９の原理と同様である。
【００５１】
＜実施の形態２＞
実施の形態２に係る荷重補償機構を説明する。本実施の形態の荷重補償機構は、図１０に示すように、基本原理を説明した構成要素に加えて、初期弾性力導入機構７１を備えている。初期弾性力導入機構７１は、カム機構７２を備えている。
【００５２】
カム機構７２は、カム本体７３と、拘束機構７４と、を備えている。カム本体７３は、詳細を後述する外周側面の曲面形状（カム形状）に形成されており、当該外周側面に拘束機構７４が接触している。カム本体７３は、図示を省略した駆動装置の駆動力が回転軸７３ａに伝達されて回転する。
【００５３】
拘束機構７４は、リニアガイド７４ａを備えている。リニアガイド７４ａは、一般的なリニアガイドと同様の構成とされている。つまり、リニアガイド７４ａは、具体的な図示を省略したが、Ｙ軸方向に配置されたレール部材に沿って摺動部７４ｂが移動する。ここで、レール部材は、基台３に連結されている。そして、摺動部７４ｂは、Ｘ軸方向に突出する突出部７４ｃを備えている。つまり、摺動部７４ｂは、Ｚ軸方向から見ると略Ｌ字形状に形成されている。
【００５４】
突出部７４ｃにおけるＹ軸方向に配置される一方の面（図１０では下面）には、第２の弾性体５の一方の端部が接触している。突出部７４ｃにおけるＹ軸方向に配置される他方の面（図１０では上面）には、カム本体７３の外周側面が接触している。つまり、突出部７４ｃとカム本体７３との接触部は第４の作用点Ｃとして機能する。ちなみに、本実施の形態では、突出部７４ｃとカム本体７３とはカムフォロア７５を介して接触している。
【００５５】
このような構成により、カム本体７３を回転させると、第２の弾性体５の伸縮方向（Ｙ軸方向）以外の方向の動きが拘束された状態で、カム本体７３のカム形状に倣って第２の弾性体５が下方に押し込まれる。このとき、以下に説明するように、カム本体７３を回転させた際に、第２の弾性体５の復元力によりカム本体７３に生じるトルクが設定状態において一定となるように当該カム本体７３のカム形状が設計されていると良い。
【００５６】
次に、カム本体７３のカム形状の設計方法を説明する。図１１（ａ）、（ｂ）及び図１２は、カム本体７３の各パラメータを示している。Ψはカム本体７３の回転角度、Ｒ０はカム本体７３の最小半径、Ｒ（Ψ）はカム本体７３がΨ回転した際の第４の作用点Ｃと回転軸７３ａとの距離（半径）、ｌＢ'は第２の弾性体５の上端部のＹ軸方向への変位、ｙは第２の弾性体５の下端部のＹ軸方向への変位、ｄΨは微小角度、ＲｄΨはカム本体７３における外周側面の微小角度部分におけるＸ軸方向の距離、ｄＲはカム本体７３における外周側面の微小角度部分におけるＹ軸方向の距離、φ２はカム本体７３における外周側面の微小角度部分における傾斜角度、ｆｘはカム本体７３における外周側面の微小角度部分における一端部に作用するＸ軸方向の力、ｆｙはカム本体７３における外周側面の微小角度部分における一端部に作用するＹ軸方向の力である。
【００５７】
このようなパラメータにおいて、第２の作用点ＢをＹ軸方向にｙ（θ）変位させる。また、第４の作用点Ｃをカム本体７３によってＹ軸方向にｌＢ'（Ψ）変位させる。ここで、Ψ＝０のときのカム本体７３の半径はＲ０＝Ｒ（０）であり、ｙ（θ）は［式２３］（［式３］と同様）で表される。
［式２３］ ｙ（θ）＝ｌＢ（１−ｃｏｓθ）
【００５８】
また、ｌＢ'（Ψ）は［式２４］で表される。
［式２４］ ｌＢ'（Ψ）＝Ｒ（Ψ）−Ｒ０
そして、カム本体７３に作用するトルクは、［式２５］で表される。
［式２５］ τ＝Ｒ（Ψ）ｆｘ
ここで、［式２６］〜［式２８］が成り立つ。
［式２６］ ｆｘ＝ｆｙｔａｎφ２
［式２７］ ｆｙ＝ｋ２（ｙ（θ）＋ｌＢ'（Ψ））
［式２８］ ｔａｎφ２＝ｄＲ／ＲｄΨ
【００５９】
そのため、［式２９］を導くことができる。
［式２９］ τ＝ｋ２（ｙ＋Ｒ−Ｒ０）ｄＲ／ｄΨ
［式２９］を変数分離して、積分すると［式３０］を導くことができる。
【数１】
［式３０］を解くと、［式３１］を導くことができる。
［式３１］ τΨ＝ｋ２（ｙＲ＋Ｒ２／２−Ｒ０Ｒ−ｙＲ０＋Ｒ０２／２）
［式３１］をＲについて解くと、［式３２］を導くことができる。
［式３２］ Ｒ＝Ｒ０−ｙ±√（ｙ２＋２τΨ／ｋ２）
【００６０】
このように［式３２］で表すようなカム本体７３のカム形状を導くことができる。ここで、例えば第２の弾性体５の弾性係数ｋ２＝２８０００［Ｎ／ｍ］、カム本体７３の最小半径Ｒ０＝２２［ｍｍ］、駆動装置で発現させるトルク設定値、即ちカム本体７３に発現させるトルクτ＝６．２［Ｎ・ｍ］、第２の弾性体５の下端部の変位ｙ＝２０［ｍｍ］としたとき、上記の［式３２］によって得られるカム本体７３のカム形状は、図１３に示す形状となる。ここでは、１８０°まで求めて、カム本体７３が線対称になるような形状としたが、一周分求めることで、トルクをさらに低減することも可能である。
【００６１】
上述の例では、カム本体７３に作用させるトルクτを６．２［Ｎ・ｍ］と調整することで、最小半径Ｒ（０）＝２２［ｍｍ］と最大半径Ｒ（π）＝４４［ｍｍ］との差で、平衡点移動に必要な２２［ｍｍ］を確保できるようにした。
【００６２】
このカム本体７３のカム形状を用いた場合に必要なトルクを逆算すると、［式３３］で表される。
［式３３］ τ＝ｋ２（（Ｒ−Ｒ０＋ｙ）２−ｙ２）／２Ψ
【００６３】
第２の弾性体５の下端部の変位ｙが変化したときに、カム本体７３を回転させるのに必要なトルクがどのように変化するかを確認すると、図１４に示すようになる。ｙの最大変位２０［ｍｍ］を設計値としたため、ｙ＝２０［ｍｍ］のときには設定トルク６．２［Ｎ・ｍ］で一定であり、ｙが２０ｍｍより小さいときには当該トルクより小さくなっていることが確認できる。
【００６４】
このようにカム本体７３のカム形状を設計することで、ｙが予め設定された最大変位以下の条件においては、予め設定したトルク以下で第２の弾性体５を押し込むことができる。したがって、初期弾性力導入機構７１が無かった場合に比べて、小さな力で第２の弾性体５に初期弾性力を導入することができる。
【００６５】
なお、本実施の形態のカム本体７３は１８０°までカム形状を求めて、線対称になるような形状としたが、図１５に示すように３６０°まで求めたカム形状に形成しても良い。
ここで、［式３３］は、第４の作用点Ｃに位置するローラ（カムフォロア７５）の直径がゼロとして求めたカムの外周形状であり、実施に当たってはカムフォロアの半径分内側にオフセットした外周形状を用いることとなる。
【００６６】
＜他の実施の形態＞
上述の原理は、リンク１における第１の作用点Ｐが設けられた側と回転軸Ｏ１を挟んで逆側に、第２の作用点Ａ及び第３の作用点Ｂを設けたが、この限りでない。
【００６７】
例えば図１６に示すように、リンク１における第１の作用点Ｐと回転軸Ｏ１との間に、第２の作用点Ａ及び第３の作用点Ｂを設けても良い。
【００６８】
また、図１７に示すように、リンク１に代わってＴ字形状のリンク１７を用いる場合は、リンク１７の回転軸Ｏ２を挟んで両端部に第１の作用点Ｐと第３の作用点Ｂとをそれぞれ設け、第１の作用点Ｐと第３の作用点Ｂとを結ぶ直線Ｌ２と直交し、且つ回転軸Ｏ２を通る直線Ｌ３上に第２の作用点Ａを設けても良い。
【００６９】
また、図１８に示すように、同じくリンク１に代わってＴ字形状のリンク１７を用いる場合は、リンク１７の回転軸Ｏ２を挟んで両端部に第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａとをそれぞれ設け、第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａとを結ぶ直線Ｌ４と直交し、且つ回転軸Ｏ２を通る直線Ｌ５上に第３の作用点Ｂを設けても良い。
【００７０】
さらに図１９に示すように、リンク１に代わって、Ｌ字形状の第１のリンク１８と、直線状の第２及び３のリンク１９及び２０と、を用いて、以下のように第１乃至３の作用点を設けても良い。詳細には、第１のリンク１８の一方の端部に第１の作用点Ｐが設けられる。第１のリンク１８の第１辺１８ａの他方の端部に回転軸Ｏ３が設けられる。第１のリンク１８における回転軸Ｏ３と第１の作用点Ｐとの間の位置に第６の作用点Ｅが設けられる。第６の作用点Ｅには、Ｚ軸と平行な軸回りに回転可能に第２のリンク１９の一方の端部が連結される。第２のリンク１９の他方の端部は、具体的な図示を省略したが、Ｘ軸方向に摺動可能な構成とされる。また、第２のリンク１９の他方の端部には、Ｘ軸方向に配置された第１の弾性体２に連結される。つまり、第２のリンク１９の他方の端部は、第２の作用点Ａとして機能する。そして、第１のリンク１８の第２辺１８ｂの端部に第７の作用点Ｆが設けられる。第７の作用点Ｆには、Ｚ軸と平行な軸回りに回転可能に第３のリンク２０の一方の端部が連結される。第３のリンク２０の他方の端部は、具体的な図示を省略したが、Ｘ軸方向に摺動可能な構成とされる。また、第３のリンク２０の他方の端部には、Ｘ軸方向に配置された第２の弾性体５に連結される。つまり、第３のリンク２０の他方の端部は、第３の作用点Ｂとして機能する。
【００７１】
要するに、第１の作用点Ｐに作用するｍｇに基づく回転軸回りの回転トルクに対して、第２の作用点Ａに作用する第１の弾性体２の弾性力に基づく回転軸周りの回転トルク及び第３の作用点Ｂに作用する第２の弾性体５の弾性力に基づく回転軸周りの回転トルクの合力トルクが逆向きの回転方向に作用し、且つ等しくなるように、第２の作用点Ａや第３の作用点Ｂ、及び第１の弾性体２や第２の弾性体５の配置並びに弾性係数は適宜、変更すれば良い。
＜適用形態＞
【００７２】
上述の基本原理を昇降装置に適用した形態を説明する。本適用形態の昇降装置１００は、図２０乃至２３に示すように、リンク機構１１０と、基台１２０と、昇降台１３０と、第１の弾性体１４０と、第２の弾性体１５０と、初期弾性力導入機構１６０と、を備えている。
【００７３】
リンク機構１１０は、直線状の第１のリンク１１１と、Ｌ字形状の第２のリンク１１２と、直線状の第３のリンク１１３と、を備えている。第１のリンク１１１と第２のリンク１１２とは、長手方向の中央部分で回転可能に連結されＸ形状に配置されている。第２のリンク１１２は、第１辺１１２ａと、第１辺１１２ａの下端に直交する第２辺１１２ｂと、を備えている。
【００７４】
第１のリンク１１１の一方の端部は、図２１に示すように、基台１２０にＸ軸方向に摺動可能に連結されている。第１のリンク１１１の他方の端部は、昇降台１３０にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部は、図２２に示すように、昇降台１３０にＸ軸方向に摺動可能に連結されている。第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの他方の端部は、基台１２０にＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第２のリンク１１２の第２辺１１２ｂの端部には、第３のリンク１１３の一方の端部がＺ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第３のリンク１１３の他方の端部は、基台１２０にＸ軸方向に摺動可能に連結されている。
【００７５】
基台１２０は、第１及び３のリンク１１１及び１１３の他方の端部を摺動させることができるように、Ｘ軸方向に延在する溝部１２１を備えている。溝部１２１には、第１のリンク１１１の他方の端部に設けられたローラ１１１ａ、及び第３のリンク１１３の他方の端部に設けられたローラ１１３ａが挿入されている。
【００７６】
昇降台１３０は、第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部を摺動させることができるように、Ｘ軸方向に延在する溝部１３１を備えている。溝部１３１に第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部に設けられたローラ１１２ｃが挿入されている。
【００７７】
第１の弾性体１４０は、Ｘ軸方向に配置されている。第１の弾性体１４０の一方の端部は、第１のリンク１１１の他方の端部に連結されている。第１の弾性体１４０の他方の端部は、基台１２０に連結されている。第２の弾性体１５０も、Ｘ軸方向に配置されている。第２の弾性体１５０の一方の端部は、第３のリンク１１３の他方の端部に連結されている。第２の弾性体１５０の他方の端部は、初期弾性力導入機構１６０に連結されている。第１及び２の弾性体１４０及び１５０は、第１及び２のリンク１１１及び１１２が回転していない状態、即ちθ＝０°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。ちなみに、第１の弾性体１４０は、第１のリンク１１１の他方の端部に連結されているが、これは第２のリンク１１２の第１辺１１２ａの一方の端部に連結されている状態と同様に扱うことができる。
【００７８】
このような構成の昇降装置１００の昇降台１３０に荷物１７０を置き、任意の高さとすると、第１及び２の弾性体１４０及び１５０は、第１及び２のリンク１１１及び１１２が回転していない状態、即ちθ＝０°で弾性力がゼロとなるように連結されているので、第１のリンク１１１の他方の端部のＸ軸方向の変位ｘ１は、［式３４］で表される。
［式３４］ ｘ１＝ｌ１ｓｉｎθ
但し、第１のリンク１１１の長さをｌ１とする。
また、第３のリンク１１３の他方の端部のＸ軸方向の変位ｘ２は、［式３５］で表される。
［式３５］ ｘ２＝ｌ２（１−ｃｏｓθ）
但し、第２のリンク１１２の第２辺１１２ｂの長さをｌ２／２、第３のリンク１１３の長さをｌ２／２とする。
【００７９】
すなわち、本形態は、第１のリンク１１１の他方の端部は、図１で示す第２の作用点Ａに対応させ、第３のリンク１１３の他方の端部は、図１９で示す第３の作用点Ｂに対応させることができ、上述の基本原理に基づいて設計すると、荷重を補償し得る昇降装置１００を実現することができる。
【００８０】
ここで、本形態でも、図２３に示すように、上述した図９に示す初期弾性力導入機構と略同様の原理の初期弾性力導入機構１６０によって、第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入する。なお、図２３の破線では、初期弾性力導入機構１６０の動作を示している。初期弾性力導入機構１６０は、基台１２０内に収納されている。この初期弾性力導入機構１６０は、角部を挟んで隣接する辺の長さが等しいＬ字形状の第４のリンク１６１と、直線状の等しい長さの第５及び６のリンク１６２及び１６３と、第３の弾性体１６４と、等を備えている。
【００８１】
第４のリンク１６１の角部は、基台１２０にＹ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第４のリンク１６１の一方の端部は、第５のリンク１６２の一方の端部にＹ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第５のリンク１６２の他方の端部は、第２の弾性体１５０の他方の端部に連結されている。ちなみに、本形態では、Ｚ軸方向に配置された連結部材１８０を介して、第５のリンク１６２の他方の端部と、第２の弾性体１５０の他方の端部と、が連結されている。この第５のリンク１６２の他方の端部は、Ｘ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。
【００８２】
第４のリンク１６１の他方の端部は、第６のリンク１６３の一方の端部にＹ軸と平行な軸回りに回転可能に連結されている。第６のリンク１６３の他方の端部は、第３の弾性体１６４の一方の端部に連結されている。ちなみに、本形態では、Ｚ軸方向に配置された連結部材１９０を介して、第６のリンク１６３の他方の端部と、第３の弾性体１６４の一方の端部と、が連結されている。この第６のリンク１６３の他方の端部は、Ｘ軸方向以外の方向への動きが拘束されている。
【００８３】
第３の弾性体１６４は、Ｘ軸方向に配置されている。そして、第３の弾性体１６４の他方の端部は、基台１２０に連結されている。ここで、第３の弾性体１６４は第４のリンク１６１の回転角φ３が０°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。第２の弾性体１５０は、第２のリンク１１２の角度θが０°の状態で、且つ第４のリンク１６１の回転角φ３が０°の状態で弾性力がゼロとなるように設定されている。
【００８４】
このような初期弾性力導入機構１６０は、図１に示す初期弾性力導入機構の基本原理と同様の原理で、第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入する際に生じる第２の弾性体１５０の復元力と、第３の弾性体１６４の弾性力に基づき第２の弾性体１５０に作用する力と、が相殺するように機能するので、やはり小さい力で第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入することができる。
【００８５】
しかも、初期弾性力導入機構１６０は、基台１２０内に収納されている。そのため、第１乃至３のリンクの動作を阻害することが無い。また、昇降装置１００をコンパクトに設計することができる。
【００８６】
さらに重量物である第１及び２の弾性体１４０及び１５０を基台１２０側に配置したので、第２の弾性体１５０に初期弾性力を導入する際に、さらに小さい力で済む。
【００８７】
以上、本発明に係る荷重補償機構の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第１の作用点Ｐと第２の作用点Ａと第３の作用点Ｂとを異なる位置に配置したが、等しい位置に配置しても良い。これにより、荷重補償機構の設計工程を簡易に行うことができる。また、荷重補償機構をコンパクトに設計することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１ リンク
２ 第１の弾性体
３ 基台
４ 許容部、４ａ 突出部、４ｂ 摺動板
５ 第２の弾性体
６ 許容部、６ａ 突出部、６ｂ 摺動板
７ 初期弾性力導入機構
８ 第３の弾性体
９ リンク機構
９ａ、９ｂ リンク
１０ 拘束機構、１０ａ リニアガイド、１０ｂ 駆動機構、１０ｃ 摺動部、１０ｄ 突出部
１１ 許容部、１１ａ 突出部、１１ｂ 摺動板
１２、１３ リニアガイド
１４ プーリ
１５、１６ リニアガイド
１７ リンク
１８ 第１のリンク、１８ａ 第１辺、１８ｂ 第２辺
１９ 第２のリンク
２０ 第３のリンク
２１ 第１のリンク
２２ 第２のリンク
７１ 初期弾性力導入機構
７２ カム機構、７３ カム本体、７３ａ 回転軸
７４ 拘束機構、７４ａ リニアガイド、７４ｂ 摺動部、７４ｃ 突出部、７５ カムフォロア
９１ リンク機構、
９１ａ 、９１ｂ リンク
９２ リンク機構、９２ａ 第１のリンク、９２ｂ 第２のリンク、９２ｃ 第３のリンク
１００ 昇降装置
１１０ リンク機構
１１１ 第１のリンク、１１１ａ ローラ
１１２ 第２のリンク、１１２ａ 第１辺、１１２ｂ 第２辺、１１２ｃ ローラ
１１３ 第３のリンク、１１３ａ ローラ
１２０ 基台、１２１ 溝部
１３０ 昇降台、１３１ 溝部
１４０ 第１の弾性体
１５０ 第２の弾性体
１６０ 初期弾性力導入機構、１６１ 第４のリンク、１６２ 第５のリンク、１６３ 第６のリンク、１６４ 第３の弾性体
１７０ 荷物
１８０、１９０ 連結部材
Ｐ 第１の作用点
Ａ 第２の作用点
Ｂ 第３の作用点
Ｃ 第４の作用点
Ｄ 第５の作用点
Ｅ 第６の作用点
Ｆ 第７の作用点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に荷重が作用する第１の作用点と、前記回転体に第１の弾性体の弾性力が作用する第２の作用点と、前記回転体に第２の弾性体の弾性力が作用する第３の作用点と、を備え、前記第１の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第２の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第３の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、
前記第２の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備える荷重補償機構。
【請求項２】
前記初期弾性力導入機構は、
第３の弾性体と、
前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、
前記第３の弾性体の弾性力が作用する第５の作用点と、
前記第４の作用点と前記第５の作用点とを連結するリンク機構と、
前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、
前記第２の弾性体に初期弾性力を導入するとき、前記第２の弾性体に生じる復元力と、前記第３の弾性体の弾性力に基づき前記第２の弾性体に作用する力と、が相殺する請求項１に記載の荷重補償機構。
【請求項３】
前記第２の弾性体の弾性係数と前記第３の弾性体の弾性係数とは等しい請求項２に記載の荷重補償機構。
【請求項４】
前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは平行に配置されている請求項２又は３に記載の荷重補償機構。
【請求項５】
前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは直交するように配置されている請求項２又は３に記載の荷重補償機構。
【請求項６】
前記初期弾性力導入機構は、
前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、
前記第４の作用点に駆動力を伝達するカム機構と、
前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、
前記カム機構のカム本体が回転したとき、前記第２の弾性体の復元力により前記カム本体に生じるトルクが一定となるように前記カム本体のカム形状が設定されている請求項１に記載の荷重補償機構。
【請求項１】
回転体に荷重が作用する第１の作用点と、前記回転体に第１の弾性体の弾性力が作用する第２の作用点と、前記回転体に第２の弾性体の弾性力が作用する第３の作用点と、を備え、前記第１の作用点に作用する前記荷重に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクと、前記第２の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルク及び前記第３の作用点に作用する弾性力に基づく前記回転体の回転軸回りのトルクの合力トルクと、が逆向きの回転方向に作用して相殺する荷重補償機構であって、
前記第２の弾性体に初期弾性力を導入する初期弾性力導入機構を備える荷重補償機構。
【請求項２】
前記初期弾性力導入機構は、
第３の弾性体と、
前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、
前記第３の弾性体の弾性力が作用する第５の作用点と、
前記第４の作用点と前記第５の作用点とを連結するリンク機構と、
前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、
前記第２の弾性体に初期弾性力を導入するとき、前記第２の弾性体に生じる復元力と、前記第３の弾性体の弾性力に基づき前記第２の弾性体に作用する力と、が相殺する請求項１に記載の荷重補償機構。
【請求項３】
前記第２の弾性体の弾性係数と前記第３の弾性体の弾性係数とは等しい請求項２に記載の荷重補償機構。
【請求項４】
前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは平行に配置されている請求項２又は３に記載の荷重補償機構。
【請求項５】
前記第２の弾性体と前記第３の弾性体とは直交するように配置されている請求項２又は３に記載の荷重補償機構。
【請求項６】
前記初期弾性力導入機構は、
前記第２の弾性体における前記第３の作用点と逆側の作用点である第４の作用点と、
前記第４の作用点に駆動力を伝達するカム機構と、
前記第２の弾性体の伸縮方向以外の動きを拘束する拘束機構と、を備え、
前記カム機構のカム本体が回転したとき、前記第２の弾性体の復元力により前記カム本体に生じるトルクが一定となるように前記カム本体のカム形状が設定されている請求項１に記載の荷重補償機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１３−５２４９４（Ｐ２０１３−５２４９４Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９４０２７（Ｐ２０１１−１９４０２７）
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月６日（２０１１．９．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
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