特開 2024-115667 荷重制限装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115667

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】荷重制限装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 9/00 20060101AFI20240820BHJP

   F16H 21/44 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

F16F9/00 A

F16H21/44 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021423

(22)【出願日】2023-02-15

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り （１）掲載日：２０２２年９月４日 ｈｔｔｐｓ：／／ａｃ．ｒｓｊ－ｗｅｂ．ｏｒｇ／２０２２／ ｈｔｔｐｓ：／／ａｃ．ｒｓｊ－ｗｅｂ．ｏｒｇ／２０２２／ｏｎｌｉｎｅ／ｏｎｌｉｎｅｐｒｏｃ．ｈｔｍｌ 「第４０回日本ロボット学会学術講演会」の上記アドレスのオンライン予稿集にて公開 （２）開催日：２０２２年９月６日 場所：東京大学本郷キャンパス 「第４０回日本ロボット学会学術講演会」において公開 （３）開催日：２０２２年１２月３日 ＺＯＯＭミーティングによる開催の「放送大学 岸根研究室２０２２年卒業研究発表会」で公開

(71)【出願人】

【識別番号】515304190

【氏名又は名称】株式会社人機一体

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金岡 克弥

(72)【発明者】

【氏名】野村 方哉

【テーマコード（参考）】

3J062

3J069

【Ｆターム（参考）】

3J062AB27

3J062AC08

3J062BA14

3J062CB02

3J062CB15

3J062CB32

3J069AA01

(57)【要約】

【課題】剛性の低下を招くことなく衝撃荷重を効果的に制限することが可能な荷重制限装置を提供する。
【解決手段】荷重制限装置１０は、外部環境が保護対象Ｏに入力する荷重Ｆを制限するものであって、荷重Ｆが入力される第１部材と、保護対象Ｏに取り付けられる第２部材と、第２部材に対して第１部材が荷重Ｆの方向（Ｚ方向）にのみ変位し得るように第１部材および第２部材を連結する連結部材と、第１部材および第２部材の間の空間に配置された、連結部材を介して荷重Ｆに対応した力が入力される第１ガススプリングおよび第２ガススプリングとを備える。第１ガススプリングは、荷重Ｆが圧縮荷重であり、かつ入力される力が予め設定された第１初期荷重以上である場合にのみ変位し、第２ガススプリングは、荷重Ｆが引張荷重であり、かつ入力される力が予め設定された第２初期荷重以上である場合にのみ変位する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部環境が保護対象に入力する荷重を制限する荷重制限装置であって、
前記荷重が入力される第１部材と、
前記保護対象に取り付けられる第２部材と、
前記第２部材に対して前記第１部材が想定される前記荷重の方向にのみ変位し得るように前記第１部材および前記第２部材を連結する連結部材と、
前記第１部材および前記第２部材の間の空間に配置された、前記連結部材を介して前記荷重に対応した力が入力される第１ガススプリングおよび第２ガススプリングと、
を備え、
前記第１ガススプリングは、前記荷重が前記第１部材を前記第２部材に近づける圧縮荷重であり、かつ前記連結部材を介して入力される力が予め設定された第１初期荷重以上である場合にのみ変位して荷重を制限し、
前記第２ガススプリングは、前記荷重が前記第１部材を前記第２部材から遠ざける引張荷重であり、かつ前記連結部材を介して入力される力が予め設定された第２初期荷重以上である場合にのみ変位して荷重を制限する
ことを特徴とする荷重制限装置。

【請求項2】

前記第１部材、前記第２部材および前記連結部材は、サーラットの機構を構成している
ことを特徴とする請求項１に記載の荷重制限装置。

【請求項3】

前記連結部材を構成する第１リンク機構と前記第１ガススプリングの入力端とに接続された、前記荷重の方向に対して直角な方向に変位可能な第１力伝達部材と、
前記連結部材を構成する第２リンク機構と前記第２ガススプリングの入力端とに接続された、前記荷重の方向に対して直角な方向に変位可能な第２力伝達部材と、
前記第１ガススプリングの基端と前記第２ガススプリングの基端とに接続されたガススプリング支持部材と、
をさらに備え、
前記第１リンク機構および前記第２リンク機構は、相対向している
ことを特徴とする請求項２に記載の荷重制限装置。

【請求項4】

前記ガススプリング支持部材と前記第１ガススプリングの基端との間、または前記ガススプリング支持部材と前記第２ガススプリングの基端との間に設けられた力センサをさらに備えている
ことを特徴とする請求項３に記載の荷重制限装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、保護対象に入力される圧縮荷重および引張荷重を予め設定した範囲内に制限する荷重制限装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、直動アクチュエータとして油圧シリンダの代わりに電動シリンダを利用することが様々な分野で検討されている。電動シリンダによれば、油圧シリンダよりも高精度な位置制御が可能になると期待される。その一方で、電動シリンダは、電動モータの回転を減速する減速機（ギヤ）や、減速後の回転を受けて直動（伸縮）するボールネジ等の回転直動変換機構等、金属同士が接触して摺動あるいは転動する機械構造で構成されているため、油圧シリンダに比べて外部環境から入力される大きな荷重に対して脆いという問題がある。

【0003】

上記の問題を解決することができる従来の装置として、例えば、特許文献１に記載の装置が知られている。この装置によれば、一方の部材から他方の部材に入力される力が所定の閾値以上になったときに磁性板が磁石から脱離することで、該閾値以上の力が他方の部材に入力されるのを防ぐことができる。なお、この装置では、一方の部材から他方の部材に入力される力を制限する閾値は、磁力によって決定される。すなわち、設定できる閾値は磁力の強さによって制限を受けることになる。出力する推力の大きい（外部環境から入力される荷重が大きい）電動シリンダにおいて、磁力によって設定できる閾値では伝達できる推力が不足することが予想される。

【0004】

上記の問題は、（１）荷重入力と電動シリンダとの間に弾性体を装着する、（２）一般的なボールネジよりも衝撃に強い滑りネジを使用した電動シリンダを使用する、（３）荷重入力と電動シリンダとの間に機械的なクラッチ機構を設ける、（４）電動モータの制御系にソフトウェア的なクラッチを設ける、等の手法によっても解決することができると考えられる。しかしながら、（１）の手法を採ると高精度な位置制御に関わる剛性が低下し、（２）の手法を採ると効率が低下し、（３）の手法を採ると重量が増加する。また、（４）の手法では、急激に変化する荷重（すなわち、衝撃荷重）を十分に制限することはできない。ソフトウェア的な制御には応答遅れが存在するからである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－３９５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、剛性の低下を招くことなく衝撃荷重を効果的に制限することが可能な荷重制限装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る荷重制限装置は、外部環境が保護対象に入力する荷重を制限するものであって、荷重が入力される第１部材と、保護対象に取り付けられる第２部材と、第２部材に対して第１部材が想定される荷重の方向にのみ変位し得るように第１部材および第２部材を連結する連結部材と、第１部材および第２部材の間の空間に配置された、連結部材を介して荷重に対応した力が入力される第１ガススプリングおよび第２ガススプリングと、を備え、第１ガススプリングは、荷重が第１部材を第２部材に近づける圧縮荷重であり、かつ連結部材を介して入力される力が予め設定された第１初期荷重以上である場合にのみ変位して荷重を制限し、第２ガススプリングは、荷重が第１部材を第２部材から遠ざける引張荷重であり、かつ連結部材を介して入力される力が予め設定された第２初期荷重以上である場合にのみ変位して荷重を制限する、との構成を有している。

【0008】

上記荷重制限装置は、第１部材、第２部材および連結部材が、例えば、サーラットの機構を構成していてもよい。

【0009】

上記荷重制限装置は、例えば、連結部材を構成する第１リンク機構と第１ガススプリングの入力端とに接続された、荷重の方向に対して直角な方向に変位可能な第１力伝達部材と、連結部材を構成する第２リンク機構と第２ガススプリングの入力端とに接続された、荷重の方向に対して直角な方向に変位可能な第２力伝達部材と、第１ガススプリングの基端と第２ガススプリングの基端とに接続されたガススプリング支持部材と、をさらに備え、第１リンク機構および第２リンク機構は、相対向している、との構成を有していてもよい。

【0010】

上記荷重制限装置は、ガススプリング支持部材と第１ガススプリングの基端との間、またはガススプリング支持部材と第２ガススプリングの基端との間に設けられた力センサをさらに備えていてもよい。

【0011】

なお、上記「第１ガススプリング」および「第２ガススプリング」には、比較的大きな初期荷重（例えば、数ｋｇｆ～数十ｔｏｎｆ以上の初期荷重）を有し、かつコイルスプリング、ゴムスプリング、リーフスプリング等の他のスプリングよりもストロークの変化に対する荷重の変化が緩やかな（好ましくは、ストロークの変化に対して荷重がほとんど変化しない）、ガススプリング相当の機械要素が含まれるものとする（図８参照）。ストロークの変化に対する荷重の変化が緩やかであることは、予め設定された第１荷重Ｆ１および第２荷重Ｆ２で正確に荷重を制限するために重要である（図２参照）。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、剛性の低下を招くことなく衝撃荷重を効果的に制限することが可能な荷重制限装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例に係る荷重制限装置を示す斜視図である。

【図2】実施例に係る荷重制限装置の作用効果を示すグラフである。

【図3】実施例に係る荷重制限装置の構成要素を示す図であって、（Ａ）は荷重変換部を示す斜視図、（Ｂ）は荷重制限部を示す斜視図である。

【図4】実施例における荷重制限部を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。

【図5】実施例に係る荷重制限装置の簡略図であって、（Ａ）は荷重Ｆが第１荷重Ｆ１以上である場合の簡略図、（Ｂ）は荷重Ｆが第２荷重Ｆ２よりも大きく第１荷重Ｆ１よりも小さい場合の簡略図、（Ｃ）は荷重Ｆが第２荷重Ｆ２以下である場合の簡略図である。

【図6】実施例に係る荷重制限装置を示す正面図であって、（Ａ）は荷重Ｆが第１荷重Ｆ１以上である場合の正面図、（Ｂ）は荷重Ｆが第２荷重Ｆ２よりも大きく第１荷重Ｆ１よりも小さい場合の正面図、（Ｃ）は荷重Ｆが第２荷重Ｆ２以下である場合の正面図である。

【図7】実施例における荷重制限部を示す平面図であって、（Ａ）は荷重Ｆが第１荷重Ｆ１以上である場合の平面図、（Ｂ）は荷重Ｆが第２荷重Ｆ２よりも大きく第１荷重Ｆ１よりも小さい場合の平面図、（Ｃ）は荷重Ｆが第２荷重Ｆ２以下である場合の平面図である。

【図8】ガススプリングおよび他のスプリングの特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る荷重制限装置の実施例について説明する。なお、本明細書では、座標系として（一般的な）右手系ではなく左手系を使用するが、特に意味はなく、右手系で説明しても作用効果は何ら変わるものではない。

【0015】

［実施例］
図１に、本発明の実施例に係る荷重制限装置１０を示す。同図に示すように、荷重制限装置１０は、電動シリンダ等からなる保護対象Ｏの先端部に取り付けて使用され、外部環境が保護対象Ｏに入力する荷重Ｆを制限する。より詳しくは、荷重制限装置１０は、図２に示すように、正の荷重Ｆである圧縮荷重のうち予め設定された第１荷重Ｆ１を上回る部分と、負の荷重Ｆである引張荷重のうち予め設定された第２荷重Ｆ２を下回る部分とをカットし、ハッチングを付した部分のみが保護対象Ｏに入力されるようにする。

【0016】

なお、本実施例では、保護対象Ｏの先端部がＸＹ平面に平行な取付面を有するものとする。また、本実施例では、Ｚ方向の荷重Ｆが荷重制限装置１０に入力されるものとする。

【0017】

荷重制限装置１０は、図３（Ａ）に示す荷重変換部２０と、同図（Ｂ）に示す荷重制限部３０とを備えている。

【0018】

荷重変換部２０は、Ｚ方向の荷重ＦをＸ方向の力に変換するためのもので、荷重Ｆが入力される天板２１と、保護対象Ｏの取付面に取り付けられる底板２２と、４つのリンク機構２３，２４，２５，２６とを備えている。なお、「天板」、「底板」の語は、参照符号２１で示された部材が参照符号２２で示された部材の上方に位置することを意味するものではない。また、リンク機構２３，２４，２５，２６は、本発明の「連結部材」に相当する。

【0019】

天板２１は、本発明の「第１部材」に相当する。天板２１は、Ｙ方向に延びた貫通孔からなる連結部２１ａ，２１ｂと、Ｘ方向に延びた貫通孔からなる連結部２１ｃ，２１ｄとを有している。本実施例では、連結部２１ａ，２１ｂは、天板２１のＸ方向に離間した相対向する縁部に設けられ、連結部２１ｃ，２１ｄは、天板２１のＹ方向に離間した相対向する縁部に設けられている。

【0020】

底板２２は、本発明の「第２部材」に相当する。底板２２は、Ｙ方向に延びた貫通孔からなる連結部２２ａ，２２ｂと、Ｘ方向に延びた貫通孔からなる連結部２２ｃ，２２ｄとを有している。本実施例では、連結部２２ａ，２２ｂは、底板２２のＸ方向に離間した相対向する縁部に設けられ、連結部２２ｃ，２２ｄは、底板２２のＹ方向に離間した相対向する縁部に設けられている。

【0021】

第１リンク機構２３は、天板側リンク部材２３１および底板側リンク部材２３２で構成されている。天板側リンク部材２３１は、その上端部において天板２１の連結部２１ａに回動可能に連結されている。底板側リンク部材２３２は、その下端部において底板２２の連結部２２ａに回動可能に連結されている。天板側リンク部材２３１の下端部および底板側リンク部材２３２の上端部も、回動可能に連結されている。

【0022】

第２リンク機構２４は、天板側リンク部材２４１および底板側リンク部材２４２で構成されている。天板側リンク部材２４１は、その上端部において天板２１の連結部２１ｂに回動可能に連結されている。底板側リンク部材２４２は、その下端部において底板２２の連結部２２ｂに回動可能に連結されている。天板側リンク部材２４１の下端部および底板側リンク部材２４２の上端部も、回動可能に連結されている。

【0023】

第３リンク機構２５は、天板側リンク部材２５１および底板側リンク部材２５２で構成されている。天板側リンク部材２５１は、その上端部において天板２１の連結部２１ｃに回動可能に連結されている。底板側リンク部材２５２は、その下端部において底板２２の連結部２２ｃに回動可能に連結されている。天板側リンク部材２５１の下端部および底板側リンク部材２５２の上端部も、回動可能に連結されている。

【0024】

第４リンク機構２６は、天板側リンク部材２６１および底板側リンク部材２６２で構成されている。天板側リンク部材２６１は、その上端部において天板２１の連結部２１ｄに回動可能に連結されている。底板側リンク部材２６２は、その下端部において底板２２の連結部２２ｄに回動可能に連結されている。天板側リンク部材２６１の下端部および底板側リンク部材２６２の上端部も、回動可能に連結されている。

【0025】

天板２１、底板２２および４つのリンク機構２３，２４，２５，２６は、平行リンクの一種であるサーラットの機構を構成している。このため、天板２１に正の荷重Ｆ（圧縮荷重）が入力されると、天板２１は、底板２２に正対したまま該底板２２に近づく。一方、天板２１に負の荷重Ｆ（引張荷重）が入力されると、天板２１は、底板２２に正対したまま該底板２２から遠ざかる。リンク機構２３，２４，２５，２６は、底板２２に対して天板２１がＹ方向にのみ変位するように両者を連結しているといえる。

【0026】

なお、本実施例では、天板２１とリンク機構２３，２４，２５，２６、底板２２とリンク機構２３，２４，２５，２６、および各リンク機構（例えば第１リンク機構２３）における天板側リンク部材２３１と底板側リンク部材２３２とを、ボルトおよびナットの組み合わせにより回動可能に連結したが、これは単なる一例である。本発明では、荷重変換部２０の各部の可動を実現するために、ガタつきがボルトおよびナットの組み合わせと同等、または該組み合わせよりも少ない機構を採用してもよい。例えば、回転軸とボールベアリング、または回転軸とブッシュ、等の組み合わせを採用してもよい。

【0027】

荷重制限部３０は、図３（Ｂ）および図４に示すように、第１力伝達部材３１と、第２力伝達部材３２と、ガススプリング支持部材３３と、１つの第１ガススプリング４０と、２つの第２ガススプリング５０，５０と、力センサ６０とを備えている。

【0028】

第１力伝達部材３１は、Ｙ方向に延びたガススプリング接続部３１ｂと該ガススプリング接続部３１ｂの中央から－Ｘ方向に延びたリンク連結部３１ａとを有している。ガススプリング接続部３１ｂは、第２ガススプリング５０，５０の入力端（ピストンロッド５０ａ，５０ａの先端）に接続されている。リンク連結部３１ａは、第１リンク機構２３の可動部分、すなわち天板側リンク部材２３１および底板側リンク部材２３２の連結部分に回動可能に連結されている。第１リンク機構２３の可動部分が±Ｘ方向に変位すると、第１力伝達部材３１も±Ｘ方向に同じ量だけ変位する。

【0029】

第２力伝達部材３２は、Ｘ方向に延びたリンク接続部３２ａと、リンク接続部３２ａから－Ｘ方向に離間した位置にあるガススプリング接続部３２ｂと、ガススプリング支持部材３３を上下（Ｚ方向）から僅かな隙間を空けて挟み込むようにＸ方向に延び、リンク接続部３２ａおよびガススプリング接続部３２ｂを接続するガイド部３２ｃ，３２ｄとを有している。リンク接続部３２ａは、第２リンク機構２４の可動部分、すなわち天板側リンク部材２４１および底板側リンク部材２４２の連結部分に回動可能に連結されている。ガススプリング接続部３２ｂは、第１ガススプリング４０の入力端（ピストンロッド４０ａの先端）に接続されている。第２リンク機構２４の可動部分が±Ｘ方向に変位すると、第２力伝達部材３２も±Ｘ方向に同じ量だけ変位する。

【0030】

ガススプリング支持部材３３は、第２ガススプリング５０，５０のうちの一方の基端（チューブ５０ｂの末端）に接続されるとともにＸ方向に延びた第１支持部３３ａと、他方の基端（チューブ５０ｂの末端）に接続されるとともにＸ方向に延びた第２支持部３３ｂと、第１支持部３３ａおよび第２支持部３３ｂの双方から連続した、力センサ６０を介して第１ガススプリング４０の基端（チューブ４０ｂの末端）に接続された第３支持部３３ｃとを有している。特に図４（Ａ）に示すように、ガススプリング支持部材３３は、Ｕ字状またはＶ字状を有している。

【0031】

ガススプリング支持部材３３は、第２力伝達部材３２に対して、Ｘ方向にのみ非接触でスライドすることができる。

【0032】

第１ガススプリング４０は、伸びきった状態が無負荷の初期状態であり圧縮することにより反力が発生する圧縮タイプのガススプリングであり、ガスが封入された円筒状のチューブ４０ｂと該チューブ４０ｂに対してスライド可能なピストンロッド４０ａとを有している。入力端としてのピストンロッド４０ａに入力される力が第１荷重Ｆ１（図２参照）に対応する第１初期荷重Ｆｔｈ１（Ｆｔｈ１＝Ｆ１×α。ただし、αは第１リンク機構２３および第２リンク機構２４を含む荷重変換部２０の変換係数）未満であるとき、ピストンロッド４０ａは、そのほとんどがチューブ４０ｂから飛び出した状態（初期状態）をとる（図７（Ｂ），（Ｃ）参照）。また、ピストンロッド４０ａは、第１初期荷重Ｆｔｈ１以上の力が入力されるとチューブ４０ｂに収容されていき、最終的に、そのほとんどがチューブ４０ｂに収容された状態（フルストローク状態）をとる（図７（Ａ）参照）。

【0033】

第２ガススプリング５０，５０はそれぞれ、第１ガススプリング４０と同様の圧縮タイプのガススプリングであり、ガスが封入された円筒状のチューブ５０ｂと該チューブ５０ｂに対してスライド可能なピストンロッド５０ａとを有している。入力端としてのピストンロッド５０ａに入力される力が第２荷重Ｆ２（図２参照）に対応する第２初期荷重Ｆｔｈ２（Ｆｔｈ２＝－Ｆ２×０．５×α）未満であるとき、ピストンロッド５０ａは、そのほとんどがチューブ５０ｂから飛び出した状態（初期状態）をとる（図７（Ａ），（Ｂ）参照）。また、ピストンロッド５０ａは、第２初期荷重Ｆｔｈ２以上の力が入力されるとチューブ５０ｂに収容されていき、最終的に、そのほとんどがチューブ５０ｂに収容された状態（フルストローク状態）をとる（図７（Ｃ）参照）。

【0034】

前述した通り、第１力伝達部材３１、第２力伝達部材３２およびガススプリング支持部材３３は、±Ｘ方向にのみ変位する。このため、第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０，５０にＸ方向以外の向きの力が入力されることはない。第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０，５０は、Ｘ方向以外の向きの力が入力されないように機構的に保護されているといえる。

【0035】

本実施例では、第１荷重Ｆ１と第２荷重Ｆ２の絶対値が等しくなるように、第２初期荷重Ｆｔｈ２が第１初期荷重Ｆｔｈ１（例えば、５０ｋｇｆ）の１／２である２５ｋｇｆに設定されている。

【0036】

なお、第１荷重Ｆ１（第１初期荷重Ｆｔｈ１）および第２荷重Ｆ２（第２初期荷重Ｆｔｈ２）は、特許文献１に記載の装置における所定の閾値に概ね相当する。特許文献１に記載の装置では、磁力の強さの制限により、比較的強力な磁石を多量に配置しないと数十ｋｇｆ以上の閾値を実現することはできない。一方、ガススプリングは一般に単体で数十ｋｇｆ以上の初期荷重を有しているため、本発明ではそのような煩わしさは生じず、小型軽量な荷重制限装置を実現することが可能である。

【0037】

力センサ６０は、第１ガススプリング４０のチューブ４０ｂとガススプリング支持部材３３の第３支持部３３ｃとの間に作用するＸ方向の力を検出し、検出した結果を適当な電気信号として出力する。前述した通り、ガススプリング支持部材３３は、第２力伝達部材３２に対してＸ方向にのみスライドする。このため、力センサ６０にＸ方向以外の向きの力が入力されることはない。力センサ６０は、Ｘ方向以外の向きの力が入力されないように機構的に保護されているといえる。

【0038】

図５に、力センサ６０を省略した荷重制限装置１０の簡略図を示す。同図に示すように、第１リンク機構２３は、第１力伝達部材３１を介して第２ガススプリング５０，５０の入力端（ピストンロッド５０ａ，５０ａの先端）に接続されている。第２リンク機構２４は、第２力伝達部材３２を介して第１ガススプリング４０の入力端（ピストンロッド４０ａの先端）に接続されている。また、第１ガススプリング４０の基端（チューブ４０ｂの末端）および第２ガススプリング５０，５０の基端（チューブ５０ｂ，５０ｂの末端）は、ガススプリング支持部材３３を介して相互に接続されている。

【0039】

このため、荷重制限装置１０に第１荷重Ｆ１よりも小さな正の荷重Ｆ、すなわち制限を必要としない圧縮荷重が入力され、第１リンク機構２３の可動部分（天板側リンク部材２３１および底板側リンク部材２３２の連結部分）に－Ｘ方向の力がかかるとともに第２リンク機構２４の可動部分（天板側リンク部材２４１および底板側リンク部材２４２の連結部分）に＋Ｘ方向の力がかかると、第１ガススプリング４０に該第１ガススプリング４０を縮めようとする力が入力される（同図（Ｂ）参照）。そして、入力される荷重Ｆが第１荷重Ｆ１以上となり、第１ガススプリング４０を縮めようとする力が第１初期荷重Ｆｔｈ１以上となると、第１ガススプリング４０は縮む（同図（Ａ）参照）。

【0040】

一方、荷重制限装置１０に第２荷重Ｆ２よりも大きな負の荷重Ｆ、すなわち制限を必要としない引張荷重が入力され、第１リンク機構２３の可動部分に＋Ｘ方向の力がかかるとともに第２リンク機構２４の可動部分に－Ｘ方向の力がかかると、第２ガススプリング５０，５０のそれぞれに該第２ガススプリング５０，５０を縮めようとする均等な力が入力される（同図（Ｂ）参照）。そして、入力される荷重Ｆが第２荷重Ｆ２以下となり、第２ガススプリング５０，５０を縮めようとする力が第２初期荷重Ｆｔｈ２以上となると、第２ガススプリング５０，５０は縮む（同図（Ｃ）参照）。

【0041】

図６および図７を参照しながら、荷重Ｆが入力されたときの荷重制限装置１０の動き（変形）についてさらに詳しく説明する。なお、図６では、第３リンク機構２５および第４リンク機構２６の図示が省略され、図７では、荷重変換部２０の図示が省略されている。

【0042】

荷重Ｆが第２荷重Ｆ２よりも大きく、かつ第１荷重Ｆ１よりも小さいとき、すなわち、荷重Ｆがゼロ、比較的小さな圧縮荷重または比較的小さな引張荷重であるとき、荷重制限装置１０は、第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０，５０が縮んでいない状態（初期状態）をとる（図６（Ｂ）、図７（Ｂ）参照）。第１ガススプリング４０が縮まないのは、第１リンク機構２３および第２リンク機構２４を含む荷重変換部２０が第１ガススプリング４０に入力するＸ方向の力（＝荷重Ｆ×変換係数α）が第１初期荷重Ｆｔｈ１に達していないからである。また、第２ガススプリング５０，５０が縮まないのは、荷重変換部２０が第２ガススプリング５０，５０のそれぞれに入力するＸ方向の力（＝０．５×荷重Ｆ×変換係数α）が第２初期荷重Ｆｔｈ２に達していないからである。

【0043】

なお、このとき、力センサ６０は、荷重変換部２０が出力するＸ方向の力、すなわち荷重Ｆに比例した力に関する電気信号を出力する。

【0044】

また、このとき、保護対象Ｏには、荷重Ｆがそのまま入力される。

【0045】

荷重Ｆが第１荷重Ｆ１以上であるとき、すなわち、荷重Ｆが制限されるべき比較的大きな圧縮荷重であるとき、荷重制限装置１０は、第１ガススプリング４０は縮んでいるが第２ガススプリング５０，５０は縮んでいない状態をとる（図６（Ａ）、図７（Ａ）参照）。第１ガススプリング４０が縮んだ（変位した）のは、荷重変換部２０が第１ガススプリング４０に入力するＸ方向の力が第１初期荷重Ｆｔｈ１に達したからである。

【0046】

なお、このとき、力センサ６０は、第１ガススプリング４０等で構成された荷重制限部３０によって制限されたＸ方向の力、すなわち第１初期荷重Ｆｔｈ１に関する電気信号を出力する。

【0047】

また、このとき、保護対象Ｏには、第１荷重Ｆ１が入力される。

【0048】

荷重Ｆが第２荷重Ｆ２以下であるとき、すなわち、荷重Ｆが制限されるべき比較的大きな引張荷重であるとき、荷重制限装置１０は、第１ガススプリング４０は縮んでいないが第２ガススプリング５０，５０のそれぞれは縮んだ状態をとる（図６（Ｃ）、図７（Ｃ）参照）。第２ガススプリング５０，５０が縮んだ（変位した）のは、荷重変換部２０が第２ガススプリング５０，５０のそれぞれに入力するＸ方向の力が第２初期荷重Ｆｔｈ２に達したからである。

【0049】

なお、このとき、力センサ６０は、第２ガススプリング５０，５０等で構成された荷重制限部３０によって制限されたＸ方向の力、すなわち第２初期荷重Ｆｔｈ２に応じた電気信号を出力する。

【0050】

また、このとき、保護対象Ｏには、第２荷重Ｆ２が入力される。

【0051】

このように、本実施例に係る荷重制限装置１０によれば、正の荷重Ｆである圧縮荷重のうち予め設定された第１荷重Ｆ１を上回る部分と、負の荷重Ｆである引張荷重のうち予め設定された第２荷重Ｆ２を下回る部分とをカットし、ハッチングを付した部分のみが保護対象Ｏに入力されるようになる（図２参照）。

【0052】

また、本実施例に係る荷重制限装置１０では、従来の手法（１）で使用するような弾性体を使用しない。したがって、荷重制限装置１０によれば、剛性の低下を招くことなく過大な荷重Ｆが保護対象Ｏに入力されるのを防ぐことができる。

【0053】

なお、本実施例に係る荷重制限装置１０は、第１ガススプリング４０が縮みきった後（フルストローク状態）に入力される大きな圧縮荷重、および第２ガススプリング５０，５０が縮みきった後（フルストローク状態）に入力される大きな引張荷重を制限し続けることはできない。しかしながら、この問題は、作動開始は遅いが永続的に作動し続けるソフトウェア的なクラッチ（従来の手法（４））を併用することにより、容易に解消することができる。

【0054】

逆に言えば、従来の手法（４）を併用することによって、ガススプリング４０，５０，５０は、急激に変化する荷重（衝撃荷重）のみ（つまり、荷重の高周波成分のみ）に専念することができ、必要なストロークを小さく設計することが可能となる。これは、荷重制限装置１０のさらなる小型軽量化を可能とする。

【0055】

［変形例］
以上、本発明に係る荷重制限装置の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。

【0056】

例えば、本発明では、荷重変換部２０の代わりに、荷重Ｆが入力される第１部材と、保護対象Ｏに取り付けられる第２部材と、第２部材に対して第１部材が荷重Ｆの方向（Ｚ方向）にのみ変位し得るように両者を連結する連結部材とを含む任意の平行リンクを使用することができる。一例として、本発明では、荷重変換部２０から第３リンク機構２５または第４リンク機構２６を省略したものを使用することができる。

【0057】

また、本発明では、第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０として、縮みきった状態が無負荷の初期状態であり引っ張ることにより反力が発生する引張タイプのガススプリングを使用することができる。ただし、機械要素として一般的で、製品のバリエーションが豊富なのは、圧縮タイプのガススプリングである。

【0058】

また、本発明では、第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０の一方を圧縮タイプとし、他方を引張タイプとすることもできる。この場合は、第１力伝達部材３１、第２ガススプリング５０、力センサ６０、第１ガススプリング４０および第２力伝達部材３２をこのような順序で機械的に直列に接続すればよい。

【0059】

また、本発明では、第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０の数を１以上の任意に数に変更することができる。例えば、第１ガススプリング４０の数を１、第２ガススプリング５０の数を１としてもよいし、第１ガススプリング４０の数を４、第２ガススプリング５０の数を２としてもよい。

【0060】

また、本発明では、保護対象Ｏの脆弱性に応じて、第１荷重Ｆ１に対応する第１初期荷重Ｆｔｈ１および第２荷重Ｆ２に対応する第２初期荷重Ｆｔｈ２を任意に設定することができる。

【0061】

また、本発明では、ガススプリング支持部材３３の第３支持部３３ｃと第１ガススプリング４０の基端（チューブ４０ｂの末端）との間ではなく、ガススプリング支持部材３３の第１支持部３３ａおよび第２支持部３３ｂと第２ガススプリング５０，５０の基端（チューブ５０ｂ，５０ｂの末端）との間に力センサ６０，６０を設けることができる。この場合は、荷重制限装置１０の任意の場所に別途設けられた演算処理装置が、一方の力センサ６０が出力した電気信号と他方の力センサ６０が出力した電気信号とを演算し、各力センサ６０，６０において計測された力の和に対応した電気信号を出力してもよいし、外部演算処理装置が、荷重制限装置１０（力センサ６０，６０）から出力される２つの電気信号を演算し、各力センサ６０，６０において計測された力の和を求めてもよい。

【0062】

また、本発明では、第１力伝達部材３１（例えば、－Ｘ方向に延びたリンク連結部３１ａの途中）、または第２力伝達部材３２（例えば、Ｘ方向に延びたリンク接続部３２ａの途中）に力センサ６０を設けることができる。

【0063】

また、本発明では、荷重Ｆを検知する必要がない場合に力センサ６０を省略することができる。この場合は、ガススプリング支持部材３３の第３支持部３３ｃで第１ガススプリング４０の基端（チューブ４０ｂの末端）を直接的に支持すればよい。

【0064】

また、本発明では、保護対象Ｏに近い順に、第１の底板、第１の天板（第２の底板）、第２の天板（第３の底板）、第３の天板を配置し、それぞれをリンク機構２３，２４，２５，２６のような連続部材で接続するとともに、第１の底板と第１の天板（第２の底板）との間の空間に力センサ６０を配置し、第１の天板（第２の底板）と第２の天板（第３の底板）との間の空間に少なくとも１つの第１ガススプリング４０を配置し、第２の天板（第３の底板）と第３の天板との間の空間に少なくとも１つの第２ガススプリング５０を配置してもよい。なお、力センサ６０、第１ガススプリング４０および第２ガススプリング５０をどの空間に配置するかは、任意に変更することができる。

【0065】

また、本発明に係る荷重制限装置は、電動シリンダ以外のものを保護するために使用されてもよい。

【符号の説明】

【0066】

１０ 荷重制限装置
２０ 荷重変換部
２１ 天板
２２ 底板
２３ 第１リンク機構
２４ 第２リンク機構
２５ 第３リンク機構
２６ 第４リンク機構
３０ 荷重制限部
３１ 第１力伝達部材
３２ 第２力伝達部材
３３ ガススプリング支持部材
４０ 第１ガススプリング
５０ 第２ガススプリング
６０ 力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】