(57)【要約】【課題】本発明は、シリンダの第１室内に液体を収容して水素ガスシールド性を向上させ、かつ、第２室に不活性ガスのアキュムレータを接続してピストンの戻り性を向上させることを目的とする。【解決手段】本発明による水素ガス駆動シリンダ装置は、シリンダ（１）の第１室（９）内に液体（３３）を収容して水素ガスシールド性を向上させ、第２室（１０）に不活性ガス（３７）のタンク（５１）を接続してアキュムレータとし、ピストン（５）の戻り側の動きを高めて戻り性を向上させる構成である。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドカバー部（３）及びロッドカバー部（２）が両端に設けられたシリンダ（１）内にピストンロッド（６）を有するピストン（５）が作動自在に設けられ、前記ヘッドカバー部（３）とピストン（５）との間に水素ガス（３４）を供給して前記ピストン（５）を作動させるようにした水素ガス駆動シリンダ装置において、前記ピストン（５）の外周に設けられたパッキン（４）と、前記ピストン（５）と前記ヘッドカバー部（３）との間に収容された液体（３３）とを備え、前記パッキン（４）と液体（３３）により前記水素ガス（３４）に対する水素ガスシールドを行う構成としたことを特徴とする水素ガス駆動シリンダ装置。
【請求項２】
前記ピストンロッド（６）に形成され前記ピストンロッド（６）を貫通するガス導入路（３２）と、前記ピストンロッド（６）の上端（６ａ）に設けられ前記ガス導入路（３２）に連通するノズル（３０）とを備え、前記水素ガス（３４）は前記ガス導入路（３２）及びノズル（３０）を介して供給するように構成したことを特徴とする請求項１記載の水素ガス駆動シリンダ装置。
【請求項３】
前記ガス導入路（３２）のガス導入口（６Ａ）に接続され水素吸蔵合金（Ａ）を有する水素源容器（５０）と、前記ピストン（５）と前記ロッドカバー部（２）との間に不活性ガス（３７）を供給するため前記ロッドカバー部（２）に接続されたタンク（５１）とを備えたことを特徴とする請求項２記載の水素ガス駆動シリンダ装置。
【請求項４】
ヘッドカバー部（３）及びロッドカバー部（２）が両端に設けられたシリンダ（１）内にピストンロッド（６）を有するピストン（５）が作動自在に設けられ、前記ヘッドカバー部（３）とピストン（５）との間に水素ガス（３４）を供給して前記ピストン（５）を作動させるようにした水素ガス駆動シリンダ装置において、前記ピストンロッド（６）に形成され前記ピストンロッド（６）を貫通するガス導入路（３２）と、前記ガス導入路（３２）に接続された水素源容器（５０）と、前記水素源容器（５０）に設けられた水素吸蔵合金（Ａ）、前記水素吸蔵合金（Ａ）を挟むペルチェ素子（６１）及びバッテリー（６２）と、前記ピストン（５）とロッドカバー部（２）間に不活性ガス（３７）を供給するためのタンク（５１）とを備えたことを特徴とする水素ガス駆動シリンダ装置。
【請求項５】
前記ピストンロッド（６）の上端（６ａ）に設けられ前記ガス導入路（３２）に連通するノズル（３０）を備えたことを特徴とする請求項４記載の水素ガス駆動シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガス駆動シリンダ装置に関し、特に、シリンダの片側の室に液体を入れて水素ガスシールドを向上させ、かつ、水素ガス発生容器を１個として不活性ガスのアキュムレータを用いピストンの帰り動作を円滑化するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種の一般工業用、医療用介助ロボット、リハビリ機器関係の動作用の水素ガス駆動シリンダ装置としては、例えば、図７の第１従来例、図８の第２従来例、図９の第３従来例を挙げることができる。
図７の第１従来例の場合、シリンダ１の両端には第１ポート２ａを有するロッドカバー２及び第２ポート３ａを有するヘッドカバー３が設けられ、このシリンダ１内にはパッキン４を有するピストン５を備えたピストンロッド６が作動自在に設けられていると共に、このピストンロッド６の一端６ａは前記ロッドカバー２のロッドパッキン８を介して外部へ突出している。
【０００３】
前記シリンダ１内には、前記ピストン５を介して第１室９及び第２室１０が形成され、前記各ポート２ａ、３ａから交互に気体を供給／排気させることにより、ピストンロッドの軸方向往復動作を行うように構成されている。尚、ヘッドカバー３にはストロークエンドでのピストンロッド６の衝撃を緩衝するためのクッションパッキン１１が設けられている。
【０００４】
図８の第２従来例の場合、実開平５−６７８０３号公報に開示された構成であり、シリンダ１の両端に水素ガスを供給するための第１水素ガス容器２０及び第２水素ガス容器２１が接続され、このシリンダ１内には金属ベローズ２２で支持されたピストンロッド６の一端６ａがシリンダ１の一端１ａを貫通して外部へ出没自在に構成されている。
【０００５】
前記第１水素ガス容器２０は前記金属ベローズ２２内に連通し、第２水素ガス容器２１は金属ベローズ２２外のシリンダ１内と連通している。
従って、各水素ガス容器２０、２１から交互に水素ガスを供給することにより、金属ベローズ２２の伸縮が行われてピストンロッド６の一端６ａの出没動作が行われる。
【０００６】
図９の第３従来例の場合、特開平７−２４３４０９号公報に開示された構成であり、図７と同一部分には同一符号を付しその説明は省略する。シリンダ１の第１室９には第１水素吸蔵合金モジュールＡ１が接続され、第２室１０には第２水素吸蔵合金モジュールＡ２が接続されている。
従って、各水素吸蔵合金モジュールＡ１、Ａ２を交互に加熱すると水素が放出され、ピストンロッド６が作動して負荷Ｗを上昇させることができる。また、各水素吸蔵合金モジュールＡ１、Ａ２の加熱・冷却の順序を前述とは逆にすることにより、ピストンロッド６の動作が逆となり、ピストンロッド６を降下させて負荷Ｗを降下させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の水素ガス駆動シリンダ装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図７の第１従来例の場合、シリンダ内に供給する水素ガスは空気に比較して分子量が著しく小さいため、ロッドパッキン及びピストンパッキンからのガス漏れが生じ、実用に耐えることは極めて困難であった。
また、図８の第２従来例の場合、水素漏れは無いが、金属ベローズ及び全ての構造がステンレス等で形成されるため、高価でかつ重くなっていた。また、金属ベローズはストロークが短く、長いストロークを得ることは困難であった。
また、図９の第３従来例の場合、２個の水素吸蔵合金モジュールを用いるため、装置としての全体形状が大形化し、重量も大となることになっていた。
また、この水素吸蔵合金モジュールを１個とした場合には、この水素吸蔵合金モジュールの動作特性上、戻り側の動作で緩慢となり、実用に耐える応答性を得ることができなかった。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、片側の室に液体を入れて水素ガスシールドを向上させ、かつ、水素ガス発生容器を１個として不活性ガスを用いピストンの帰り動作を円滑化するようにした水素ガス駆動シリンダ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による水素ガス駆動シリンダ装置は、ヘッドカバー部及びロッドカバー部が両端に設けられたシリンダ内にピストンロッドを有するピストンが作動自在に設けられ、前記ヘッドカバー部とピストンとの間に水素ガスを供給して前記ピストンを作動させるようにした水素ガス駆動シリンダ装置において、前記ピストンの外周に設けられたパッキンと、前記ピストンと前記ヘッドカバー部との間に収容された液体とを備え、前記パッキンと液体により前記水素ガスに対する水素ガスシールドを行う構成であり、また、前記ピストンロッドに形成され前記ピストンロッドを貫通するガス導入路と、前記ピストンロッドの上端に設けられ前記ガス導入路に連通するノズルとを備え、前記水素ガスは前記ガス導入路及びノズルを介して供給するようにした構成であり、また、前記ガス導入路のガス導入口に接続され水素吸蔵合金を有する水素源容器と、前記ピストンと前記ロッドカバー部との間に不活性ガスを供給するため前記ロッドカバー部に接続されたタンクとを備えた構成であり、また、ヘッドカバー部及びロッドカバー部が両端に設けられたシリンダ内にピストンロッドを有するピストンが作動自在に設けられ、前記ヘッドカバー部とピストンとの間に水素ガスを供給して前記ピストンを作動させるようにした水素ガス駆動シリンダ装置において、前記ピストンロッドに形成され前記ピストンロッドを貫通するガス導入路と、前記ガス導入路に接続された水素源容器と、前記水素源容器に設けられた水素吸蔵合金、前記水素吸蔵合金を挟むペルチェ素子及びバッテリーと、前記ピストンとロッドカバー部間に不活性ガスを供給するためのタンクとを備えた構成であり、また、前記ピストンロッドの上端に設けられ前記ガス導入路に連通するノズルを備えた構成である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による水素ガス駆動シリンダ装置の好適な実施の形態について説明する。尚、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
図１において符号１で示されるものはシリンダであり、このシリンダ１内にはパッキン４を有するピストン５を備えたピストンロッド６が作動自在に設けられていると共に、このピストンロッド６の上端６ａにはノズル３０が上方へ向けて突出して設けられている。
【００１１】
前記シリンダ１の両端には、シリンダガスケット３ａを介してヘッドカバー部３とロッドカバー部２が取付けられており、前記ヘッドカバー部３の軸心位置には上方へ向けて突出するキャップ部３１が形成され、前記ノズル３０は前記キャップ部３１内に沿って配設されている。
【００１２】
前記ピストンロッド６内には、このピストンロッド６を貫通する状態で孔形状のガス導入路３２が形成され、このガス導入路３２の下端にはガス導入口６Ａが形成されている。
前記ヘッドカバー部３の下端３Ａは、シリンダ１の内壁１ａよりも内側へ突出しており、前記ピストン５の上面５ａと当接し、ピストン５の移動時の上限のストッパとしての作用を有している。
【００１３】
前記ピストン５の上面５ａとヘッドカバー部３との間には第１室９が形成され、この第１室９内には液体３３が所要の空隙９ａを残して充填収容されている。前記空隙９ａ内には、ガス導入路３２及びノズル３０を介して水素ガス３４が供給して充填されるが、この液体３３とパッキン４の作用によって極めて信頼性の高い水素ガスシールドが得られるように構成されている。
前記ヘッドカバー部３には第１貫通孔３５が形成され、この第１貫通孔３５を経て前記液体３３が注入され、栓３５ａによってこの第１貫通孔３５は開閉されるように構成されている。
【００１４】
前記ピストン５の下面５ｂとロッドカバー部２との間には第２室１０が形成され、このロッドカバー部２には不活性ガス３７を第２室１０内へ注入するための第２貫通孔３６が形成されていると共に、栓３６ａによってこの第２貫通孔３６は開閉されるように構成されている。
【００１５】
従って、前述の図１の構成において、不活性ガス３７を第２室１０内へ注入した状態下で、ガス導入口６Ａから水素ガス３４を導入すると、この水素ガス３４はガス導入路３２及びノズル３０を経て第１室９内に供給され、この水素ガス３４の量に応じてピストン５が第２室１０内の不活性ガス３７を圧縮しつつ下方へ移動し、ピストンロッド６がロッドカバー部２から下方へ突出する。
前述の状態で、水素ガス３４の注入を止めると、圧縮された不活性ガス３７が元の状態に戻る力によってピストン５が再び上方へ押上げられる。
【００１６】
次に、図２に示す形態は図１の形態におけるガス導入口６Ａに水素源容器５０を接続し、第３貫通孔３６にタンク５１を接続した構成であり、この水素源容器５０には水素吸蔵合金等により水素が充填されていると共に、タンク５１内には不活性ガス３７が充填されている。
【００１７】
次に、前述の構成において、前記第１貫通孔３５から液体３３を第１室９内に充填し、空隙９ａが残る状態とすることにより、この液体３３とパッキン４とによって前記ノズル３０から空隙９ａに供給された水素ガスに対する水素ガスシールド効果を十分に得ることができ、長時間使用においてもピストン５の摺動時における水素ガス漏れがなく、高信頼性（図３に示す特性）の水素ガスシリンダを得ることができる。
【００１８】
実施例１
水素ガス駆動用シリンダとして、図２に示すように内径φ１００ｍｍ、ロッドφ３０ｍｍ、ストローク１５０ｍｍのシリンダ１を用いた。水素源容器５０内には活性処理した水素吸蔵合金Ａを配置した。また、タンク５１及び第２室１０には不活性ガス５ａを充填した。
図３において、容器５０を７０℃以上に加熱したとき、水素ガスを放出することによりピストン５かせ降下する。また、容器５０を４０℃以下に冷却すると水素ガスを吸収することによりピストン５が上昇する。以上のような動作試験を繰り返し行った結果、長時間使用しても水素ガス漏れがなく、安定動作が得られた。
【００１９】
次に、他の実施の形態としては、図２のタンク５１をアルミニウム製のアキュムレータとして用い、このタンク５１からの不活性ガス３７を第２室１０内に供給することによりピストン５の戻り側の動作を補助することにより、水素ガスアクチュエータ駆動システムを可能としたものである。また、水素源容器５０の水素吸蔵合金モジュールＡを図５で示される構成として用いた。
前記水素吸蔵合金Ａは、アルミニウム製でラジエータフィン６０ａを有する密閉容器６０内に設けられており、この水素吸蔵合金Ａは加熱・冷却手段である一対の周知のペルチェ素子６１で挟み合わせた構成であり、このペルチェ素子６１にはバッテリー６２が接続されている。尚、この水素吸蔵合金Ａとペルチェ素子６１によって水素吸蔵合金モジュールＡ１を構成している。
前記密閉容器６０に接続された配管６３は、前記ガス導入口６Ａに接続されている。
【００２０】
次に、前述の図２の構成において、水素吸蔵合金Ａを加熱・冷却手段であるペルチェ素子６１によって冷却すると、水素吸蔵合金Ａが水素ガスを吸収して第１室９内の水素ガスの量が少なくなり、ピストン５が上昇する。次に、ペルチェ素子６１を加熱すると水素吸蔵合金Ａが水素ガスを放出するため、ピストン５が降下し、その時、第２室１０内の不活性ガス３７の圧力が上昇し、この圧力により戻り側（ピストン５が上昇する）の動きを補助することができ、アクチュエータとしてのピストン５の応答性を高めることができる。
【００２１】
実施例２
図２の本発明による水素ガス駆動シリンダ装置を水素ガスアクチュエータ駆動システムとして用いる場合、内径φ１００ｍｍ、ロッドφ３０ｍｍ、ストローク１５０ｍｍのシリンダを用いた図示しない介助支援移乗装置に搭載した。
水素源容器５０の水素吸蔵合金Ａを７０℃以上に加熱したとき、水素ガスを放出することによりピストン５が降下する。また、４０℃以下に冷却すると水素ガスを吸収することによりピストン５が上昇する。以上のような動作試験をアキュムレータ有り（図２）、アキュムレータ無し（図４）で、負荷荷重毎に試験を行った。
図６にはアキュムレータとしてのタンク５１有り、無しの昇降時間結果を示す。
例えば負荷荷重６０ｋｇｆではアキュムレータ無しの場合は昇降時間が２分１５秒かかり、アキュムレータ有りの場合では１分間で終了したことから、図６より読み取れるようにアキュムレータの作用は顕著なものになっている。
【００２２】
【発明の効果】
本発明による水素ガス駆動シリンダ装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、本発明の第１形態によれば、ピストンとヘッドカバー部間に形成された第１室内に空隙を残して液体が充填されているため、ピストンに設けられたパッキンとこの液体によって水素ガスに対する水素ガスシールドを完全に行うことができ、長期間にわたる使用に際してもガス漏れのない安定した動作を得ることができる。
また、本発明の第２形態によれば、シリンダに接続される水素ガス用の容器が従来の２個から１個としたことにより、省スペースとなり、水素吸蔵合金に接続するバッテリーの占有面積を１個分削減でき、装置全体の形状を従来よりも大幅に小型化できる。
また、シリンダに不活性ガス用のタンクであるアキュムレータが占有されているため、ピストンの下降動作と共に第２室のガス圧力が上昇し、この圧力によって戻り側（上昇動作）の動きを補助することにより、応答性を高め、装置が安価にでき、省スペース化が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水素ガス駆動シリンダ装置の第１形態を示す断面図である。
【図２】図１の第２形態を示す断面図である。
【図３】本発明と従来におけるシリンダ装置の水素ガスの漏れ状態を示す特性図である。
【図４】図２のアキュムレータ無しの構成を示す断面図である。
【図５】図２の水素源容器を示す半断面図である。
【図６】図２と図４のアキュムレータ有無の時のピストン５の昇降時間変化を示す特性図である。
【図７】従来のシリンダ装置を示す断面図である。
【図８】従来のシリンダ装置を示す断面図である。
【図９】従来のシリンダ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１　　シリンダ
２　　ロッドカバー部
３　　ヘッドカバー部
４　　パッキン
５　　ピストン
６　　ピストンロッド
６ａ　　上端
３２　　ガス導入路
３３　　液体
３４　　水素ガス
３７　　不活性ガス
５０　　水素源容器
６１　　ペルチェ素子
Ａ　　水素吸蔵合金
Ａ１　　水素吸蔵合金モジュール
【図１】
2004036832.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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