(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダチューブと、このシリンダチューブの両端をそれぞれ閉鎖する端壁と、一方の端壁を貫通し、上記シリンダチューブ内の空気を外部に排出するための空気排出口と、この空気排出口に設けられ、上記シリンダチューブ内の雰囲気を外部に開放／密閉するための開閉手段と、他方の端壁を貫通し、上記シリンダチューブ内の雰囲気が大気に開放される開放口と、上記シリンダチューブ内を往復摺動するピストンと、このピストンに連結され、上記他方の端壁を貫通して配設されるピストンロッドとを備えており、上記一方の端壁にピストンを密着させた後、上記空気排出口を密閉させた状態で、他方の端壁の向きに上記ピストンを摺勤させて、上記一方の端壁と上記ピストンの間の当該シリンダチューブ内を真空とすることにより、上記ピストンに負荷が生じるよう構成されてなる真空シリンダであって、上記ピストンが上記他方の端壁に密着した状態で、そのピストンと上記一方の端壁との間の当該シリンダチューブの側壁に、バルブあるいは弁が装着された通路口が少なくとも１つ以上設けられており、上記ピストンを上記一方の端壁の向きに移動させる際には、上記通路口のバルブあるいは弁は開状態とされ、上記ピストンが当該通路口の位置を通過するとともに閉状態とされるよう上記バルブあるいは弁が制御されてなる真空シリンダ。
【請求項２】
真空源を備えており、上記一方の端壁には、その一方の端壁を貫通する排気口が設けられ、この排気口を介して上記真空源により、上記シリンダチューブ内を真空とするよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の真空シリンダ。
【請求項３】
上記一方の端壁には、その一方の端壁を貫通する空気導入孔が設けられており、この空気導入孔を介して大気あるいは圧縮空気を導入することにより、上記シリンダチューブ内の真空状態を解除し、これにより上記ピストンを上記他方の端壁の向きに移動させる際、上記通路口のバルブあるいは弁が閉状態となるよう上記バルブあるいは弁が制御されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の真空シリンダ。
【請求項４】
被制御物と上記ピストンロッドとを連結する連結手段が備えられており、上記ピストンに発生した負荷が上記ピストンロッドから当該連結手段を介して被制御物に伝達するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の真空シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空エアシリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の真空シリンダは、シリンダチューブ内を真空にすることにより、その真空吸引力を、被制御物の吸着あるいは吸引の負荷として利用する構成となっている。この場合の負荷は、被制御物にこの真空シリンダを直接密着させた状態で、この真空シリンダ内全体を真空排気することによって得られる真空圧によりその大きさが決定されるものとなっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、上述したように真空シリンダを被制御物に直接密着させた状態で利用することから、被制御物の重量のみならず、その形状や材質により真空シリンダ内の真空圧が不安定となる等の影響が大きい。これを防止するためには、真空圧の制御手段を別途設ける必要があり、このため装置全体は複雑となり、またこのためのコストおよびランニングコストが高くなる問題がある。さらに、従来技術の構成では利用範囲も制限を受けざるをえない。
【０００４】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、被制御物の形状や材質に真空圧が影響を受けることなく、また、利用範囲を拡大させることができるとともに、簡単な構造でしかも製造コストおよびランニングコストが低廉な真空シリンダを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために、本発明の真空シリンダは、シリンダチューブと、このシリンダチューブの両端をそれぞれ閉鎖する端壁と、一方の端壁を貫通し、上記シリンダチューブ内の空気を外部に排出するための空気排出口と、この空気排出口に設けられ、上記シリンダチューブ内の雰囲気を外部に開放／密閉するための開閉手段と、他方の端壁を貫通し、上記シリンダチューブ内の雰囲気が大気に開放される開放口と、上記シリンダチューブ内を往復摺動するピストンと、このピストンに連結され、上記他方の端壁を貫通して配設されるピストンロッドとを備えており、上記一方の端壁にピストンを密着させた後、上記空気排出口を密閉させた状態で、他方の端壁の向きに上記ピストンを摺勤させて、上記一方の端壁と上記ピストンの間の当該シリンダチューブ内を真空とすることにより、上記ピストンに負荷が生じるよう構成されてなる真空シリンダであって、上記ピストンが上記他方の端壁に密着した状態で、そのピストンと上記一方の端壁との間の当該シリンダチューブの側壁に、バルブあるいは弁が装着された通路口が少なくとも１つ以上設けられており、上記ピストンを上記一方の端壁の向きに移動させる際には、上記通路口のバルブあるいは弁は開状態とされ、上記ピストンが当該通路口の位置を通過するとともに閉状態とされるよう上記バルブあるいは弁が制御されてなることによって特徴付けられている。
【０００６】
また、本発明の真空シリンダは、上記構成に加え、真空源を備えており、上記一方の端壁には、その一方の端壁を貫通する排気口が設けられ、この排気口を介して上記真空源により、上記シリンダチューブ内を真空とするよう構成されていてもよい。
【０００７】
さらに、本発明の真空シリンダは、上記構成に加え、上記一方の端壁には、その一方の端壁を貫通する空気導入孔が設けられており、この空気導入孔を介して大気あるいは圧縮空気を導入することにより、上記シリンダチューブ内の真空状態を解除し、これにより上記ピストンを上記他方の端壁の向きに移動させる際、上記通路口のバルブあるいは弁が閉状態となるよう上記バルブあるいは弁が制御されてなる構成としてもよい。
【０００８】
さらにまた、本発明の真空シリンダは、上記構成に加え、被制御物と上記ピストンロッドとを連結する連結手段が備えられており、上記ピストンに発生した負荷が上記ピストンロッドから当該連結手段を介して被制御物に伝達するよう構成されていてもよい。
【０００９】
本発明のエアシリンダでは、上記一方の端壁にピストンを密着させた後、上記開放口を密閉することにより、まず初期の真空状態となり、その後、その状態から一方の端壁の向きにピストンを摺動させることで、ピストンと一方の端壁との間に真空室が形成されるので、この真空室と開放口によって大気圧とされているピストンともう一方の端壁との間に形成される大気室との間に、圧力差が簡単に生じ、ピストンにはその断面積に応じた負荷が発生する。このピストンにかかる負荷の大きさは、１ｃｍ2 あたり約１ｋｇであり、わずかなピストン半径のピストンであっても大きな負荷を発生させることが可能となる。この負荷はシリンダチューブの長さや、ピストンの位置にかかわらず、ほぼ一定である。このように、真空と大気圧とをピストンで介した場合、ピストンの断面積でピストンにかかる負荷が決定されるので、ピストンの半径を適宜選択すれば、所望の負荷を発生させることができ、負荷制御は簡単である。さらに、この一連の動作によって、真空室の容積は変動するが、真空圧はほとんど変化せず、真空応答時間も速い。
【００１０】
そして、このピストンにかかる負荷はピストンロッドを介して被制御物に与えられ、その負荷は、変動も小さくほぼ一定となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態を示す断面図であり、（ａ）図はピストンを引き上げて真空室を形成した状態を示し、（ｂ）図はピストンを一方の端壁に密着させた状態を示す図である。
【００１３】
本実施の形態の真空シリンダ１０は、シリンダチューブ１と、このシリンダチューブ１の両端をそれぞれ閉鎖する上端壁４および下端壁５からなるシリンダ本体と、このシリンダチューブ１内を往復摺動するピストン２と、このピストン２に連結されたピストンロッド３を備えている。このピストンロッド３は、上端壁４を貫通した状態で設置されており、ピストン２の往復摺動に伴い、往復動作を行うようになっている。上端壁４には開放口２１、２２が形成されており、これらによりシリンダチューブ１内を大気圧とする。また、下端壁５には、空気をシリンダ本体の外部へ排出する排出口６が形成されており、この排出口６には開閉自在のバルブ７が設置されており、シリンダチューブ１内部を開放あるいは密閉する。この構成において、図１（ｂ）に示すように、下端壁５にピストン２を密着させ、バルブ７を閉状態とした後、その密着側と反対の向きにピストン２を摺動させることによりピストン２と下端壁５と間に形成された真空状態の真空室９と、大気圧とされた大気室８との圧力差により、ピストン２に負荷が生じる構成となっている。この場合、ピストンロッド３に伝わる負荷の大きさは、ピストン２の半径が１０ｃｍの場合、約３００ｋｇとなり、わずかなピストン半径でこのような強大な負荷を発生させることができる。したがって、その引き戻しの力は、同様に約３００ｋｇとなる。したがって他の制御器と組み合わせることにより、従来真空シリンダとして用いられていた範囲だけでなく、大型プレス機や大型クレーン機のような大きな負荷を必要とする機械にまで適用が可能となる。また、この実施の形態の構成では、従来用いられていた真空シリンダの場合のように、シリンダ全体を真空にする必要はなく、ピストンと下端壁によって形成された空間を真空にすればよいので、真空応答時間を短くすることができ、作業を効率的に行うことができる。
【００１４】
以上の構成の真空シリンダ１０を適用した例の一つとして、アスレチックトレーニング器具の構成を説明する。図５は、このアスレチックトレーニング器具の要部を示す構成図である。
【００１５】
このトレーニング器具には、真空シリンダ１０がその負荷手段として組み込まれている。この真空シリンダ１０の上端壁４の中央から突出するピストンロッド３の上端にはベルト３１の一端３２が固定されている。このベルト３１はプーリ３３を経て、その他端３５が、揺動アーム３７の上端部に形成したカム周面３４の所定位置に固定されている。揺動アーム３７は軸３６を支点として矢印３９、４０の方向に回動可能である。揺動アーム３７の下端には、キックバー３８が設けらている。
【００１６】
この構成のトレーニング器具において、トレーニング者がキックバー３８を矢印３９の向きに蹴り込むとベルト３１が引っ張られてピストンロッド３が上方に引き上げられる。このとき、真空シリンダ１０内のピストン断面積により設定された負荷がトレーニング者の脚にかかり、脚に対するキック力を解除すれば、揺動アーム３７は自動的に元の位置に戻る。
【００１７】
また、この真空シリンダ１０を適用したもう一つ例として、被制御物を空中において保持し、その被制御物を所定位置に随時移動可能とするバランサーがある。図６は、このバランサーの要部を示す構成図である。
【００１８】
このバランサーには、真空シリンダ１０がその負荷手段として組み込まれており、この真空シリンダ１０は、これを支持する支持棒など支持体５１に設置されている。この真空シリンダ１０の上端壁４の中央から突出するピストンロッド３の先端には、アーム５２が固定されている。このアーム５２の先端には、被制御物５０を保持するための保持具５３が設けられている。
【００１９】
この構成のバランサーにおいて、シリンダ１０のピストン断面積によって設定された負荷の大きさ以下の重量をもつ被制御物５０がアーム５２によってつり下げられている。また、このバランサーにおいては、ピストンの位置あるいは移動に関係なく、等負荷状態を保つことができ、バランサーとしての信頼性は高い。したがって、この被制御物５０を矢印５５の方向へ引き下げる時、シリンダ１０によって発生する負荷と被制御物５０の重量の力差を上回る力を矢印５５の向きに加えれば、被制御物５０は矢印５５の向きに簡単に動く。また、その力を解除すれば、被制御物５０は元の位置に戻る。
【００２０】
さらに、他の実施の形態として、図３に示すように、上述した図１の構成において、下端壁５にバルブ口２８を設け、これを真空源４６に接続した構成とするものがある。
【００２１】
この構成においては、ピストン２と下端壁５の間に形成される真空室の真空度を高める必要がある場合、この真空室内の排気を、例えば真空ポンプなどの真空源により行うことができる。
【００２２】
さらに、他の実施の形態として、図４に示すように、上述した図１の構成において、エアコンプレッサ４８と、このエアコンプレッサ４８からの圧縮空気を導入するためのバルブ口２７を下端壁５に設けた構成とするものもある。
【００２３】
この実施の形態では、真空室の真空状態を解除する際に、圧縮空気を導入する構成となっている。これにより、真空解除の制御を行える。
【００２４】
なお、真空を解除する場合、圧縮空気を導入する手段を用いない場合は、バルブ口２７を開状態としてもよいし、別途バルブを備えたバルブ口（図示せず）を設けてもよい。
【００２５】
なお、上記のいずれの実施の形態においても、バルブ口に弁あるいはバルブが設けられ、その開閉は手動であってもよいし、自動的に行うよう制御機構を設けた構成としてもよい。
【００２６】
またさらに、他の実施の形態を図２に示し、以下にこの図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００２７】
この実施の形態の真空シリンダ２０は、シリンダチューブ１と、このシリンダチューブ１の両端をそれぞれ閉鎖する上端壁４および下端壁５からなるシリンダ本体と、このシリンダチューブ１内を往復摺動するピストン２と、このピストン２に連結されたピストンロッド３、上端壁４に設けられた真空シリンダ２０内を大気圧に開放する開放口２１、２２、下端壁５に設けられた空気の排出口６を備えている点では、図１の構成と共通した構造となっている。さらに、シリンダチューブ１の側壁には、バルブあるいは弁が装着された通路口２３、２４、２５、２６が形成されており、また下端壁５にはバルブ口２８が形成され、このバルブ口２８は真空源４６に接続されている。さらに、この下端壁５には、エアーコンプレッサ４８からの圧縮空気を導入するためのバルブ口２７が形成されている。
【００２８】
以上の構成の真空シリンダ２０では、上記の実施の形態と同様に、ピストン２を下端壁５に密着にさせた後、ピストンロッド３によってこのピストン２を上端壁４の向きに移動させることにより、ピストン２と下端壁５のと間に真空室を形成する。この真空室を真空源４６により真空引きすることにより、この真空室の真空度をさらにあげることができ、真空シリンダとしての機能、つまり吸着力あるいは吸引力を向上さすせることができる。また、ピストン２を下端壁５の向きに移動させる際、通路口２３、２４、２５、２６のバルブあるいは弁は開状態となり、シリンダチューブ１内の空気はこれらの通路口を介して排出され、ピストン２がこれらの通路口の位置を通過するとともに閉状態となるよう、各バルブあるいは弁は制御されている。なお、これらの通路口２３、２４、２５、２６は、ピストン２が上端壁４に密着した状態で、そのピストン２と下端壁５によって造られる空間の範囲であれば、どこに設けてもよく、また、その数も限定されず、必要に応じて設けられる。一方、ピストン２を下端壁５から上端壁４に移動させる場合、圧縮空気をバルブ口２７を介してエアーコンプレッサ４８から導入する。この時には、通路口２３、２４、２５、２６のバルブは閉状態となるよう制御される。なお、このバルブ口２７は真空室の真空引きを始める時は密閉される。
【００２９】
以上の構成のこの真空シリンダ２０では、上記した真空シリンダ１０と同様に、ピストンの断面積でピストンにかかる負荷が決定される。また、被制御物の形状や材質によって真空圧の変動が起きやすい従来の真空シリンダに比べ、吸着力あるいは吸引力の制御が容易である。さらに、真空源４６を備えた構成としたので、真空室の真空度をさらにあげることができ、吸着力あるいは吸引力を大きくすることができる。さらにまた、エアーコンプレッサ４８を備え、圧縮空気を利用する構成としたので、真空解除のみならず、吸引移動距離を確保する場合、非真空状態下では、ピストンを上端壁４までの移動を自動的に行うこともでき、簡便化される。
【００３０】
この真空シリンダ２０は、上記のトレーニング器具やバランサーに用いることができるのは勿論であるが、家屋を解体する場合のように、大きな負荷を必要とする場合に適用できる点で利用範囲を広げたものとなっている。この具体例として、家屋解体機に用いた実施の形態を以下に説明する。
【００３１】
半径２０ｃｍのピストンを、下端壁から２０ｃｍ手前に配置する。ピストンロッドの先に鋼鉄ロープを固着し、もう一方の鋼鉄ロープの先端にイカリ型の金具をつける。一方、解体すべき家屋の壁には予め壁に穴を開けておき、その穴にイカリ型の金具を装着する。この状態で、ピストンと下端壁によって形成された円柱の真空室を真空ポンプで高いレベルの真空とした場合、理論的には約１２００ｋｇの吸引力が発生する。そして、真空室の真空が解除され、ピストンが再び下端壁に到達することにより、約１２００ｋｇの負荷が家屋の壁にかかり、壁は崩れる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の真空シリンダによれば、シリンダチューブと、このシリンダチューブの両端をそれぞれ閉鎖する端壁と、一方の端壁を貫通する開放口に設けられた開閉手段と、上記シリンダチューブ内を往復摺動するピストンと、このピストンに連結され、もう一方の端壁を貫通して配設されるピストンロッドとを備え、ピストンと一方の端壁の間のみを真空にすればよく、ピストンが一方の端壁に到達した時点から、大きな負荷をピストンに発生させることができる。この負荷をピストンロッドで簡単に制御でき、ピストンに発生した負荷を被制御物に対する抵抗負荷として、多角的に利用できる。
【００３３】
また、この負荷はピストンの断面積に応じて発生させることができる点、また、ピストンと下端壁の間に真空を形成するので、真空応答時間も速く、たとえ、この真空の容積が変動してもその真空圧はほとんど変化しないので、負荷をほぼ一定とすることができ、したがって、その制御も容易となり、利便性も高い。
【００３４】
さらに、こうした負荷装置の構成を簡略化することができるとともに、製造コストおよびランニングコストを低く抑えることができる。
【００３５】
また、シリンダ内を真空とするために、真空源に開放される開放口を、一方の壁に設けらた構成とすれば、シリンダ内の真空度を上げることができるので、吸引力あるいは吸着力を高めることができ、装置としての機能は広がり、応用範囲も広がる。
【００３６】
さらにまた、一方の端壁を貫通する空気導入孔を設けた構成とすれば、大気あるいは圧縮空気を導入することができ、真空解除を容易とするだけでなく、ピストンを非真空状態下におけるピストンの移動距離を制御でき、作業工程の自動化を図ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の断面図
【図２】本発明の他の実施の形態の構成図
【図３】本発明のさらに他の実施の形態の構成図
【図４】本発明のまたさらに他の実施の形態の構成図
【図５】図１に示す本発明の実施の形態の適用例を示す構成図
【図６】図１に示す本発明の実施の形態のもう一つの適用例を示す構成図
【符号の説明】
１０、２０      真空シリンダ
１              シリンダチューブ
２              ピストン
３              ピストンロッド
４              上端壁
５              下端壁
６              排出口
７              バルブ
８              大気室
９              真空室
６、２１、２２  開放口
【図１】
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【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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