(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ本体と、このシリンダ本体内を往復摺動するピストンと、このピストンに連結されたピストンロッドとを備え、このシリンダ本体には、当該ピストンが、当該シリンダとピストンで囲まれた空間内の容積が最大になる位置で静止した状態でのみ、上記空間内を大気圧とするよう外気に開口される通気孔が設けられており、当該ピストンが摺動する状態では、上記空間内は外気から遮断されているとともに、上記ピストンの摺動に係わりなく、上記空間と外部とが連通可能な接続孔が設けられてなるシリンダ部と、非伸展性かつ気密性を有する材質で形成され、かつ内部にシリンダ容積に比し十分大きな空間を有するエアタンクと、上記両空間を上記接続孔を介して接続する接続部とを備えたエアシリンダであって、上記エアタンク内には、外部と連通可能な空間と閉鎖された空間とに仕切るための隔壁が設けられ、上記閉鎖された空間内は大気圧より高い圧力とされていることを特徴とするエアシリンダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアシリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアシリンダは、従来より種々の目的で様々な機械装置に利用されている。エアシリンダを利用する場合、ピストンの位置変動が生じても、被制御装置に対して実質的に一定した負荷あるいは変動幅の極めて小さい負荷を与えるように工夫されている。しかし、実際には、エアシリンダはその構造上、ピストンの位置変動によりシリンダ内圧の変動を伴うため、ピストンロッドを介して被制御装置に与えられる負荷は変動するのが実情である。こうしたことから、シリンダ内圧の変動を実質的に一定あるいは極めて小さい範囲に制御するための構成として、従来では簡易的にエアシリンダを含む系にエアタンクが設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、エアタンクを設ける構成とした場合、主にピストンとシリンダの間から空気が漏出するため、シリンダ内圧を一定にする必要がある。その手段として、ー般的にはエアコンプレッサを併用して、圧縮空気を補給することが行われている。しかし、このエアコンプレッサを併用することにより、新たな動力源が必要になる。したがって、装置は全体として複雑になり、しかもコストが高くなるという問題を生じている。
【０００４】
本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、エアコンプレッサを併用する必要がない簡単な構造を可能にするとともに、ピストンが所定のストローク範囲で移動しても、シリンダ内圧の変動を実質的に最小限に維持することができ、しかも製造コストを低減することができるエア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、請求項１に対応する本発明のエアシリンダ（以下、発明１という）は、シリンダ本体と、このシリンダ本体内を往復摺動するピストンと、このピストンに連結されたピストンロッドとを備え、このシリンダ本体には、当該ピストンが、当該シリンダとピストンで囲まれた空間内の容積が最大になる位置で静止した状態でのみ、上記空間内を大気圧とするよう外気に開口される通気孔が設けられており、当該ピストンが摺動する状態では、上記空間内は外気から遮断されているとともに、上記ピストンの摺動に係わりなく、上記空間と外部とが連通可能な接続孔が設けられてなるシリンダ部と、非伸展性かつ気密性を有する材質で形成され、かつ内部にシリンダ容積に比し十分大きな空間を有するエアタンクと、上記両空間を上記接続孔を介して接続する接続部とを備えたエアシリンダであって、上記エアタンク内には、外部と連通可能な空間と閉鎖された空間とに仕切るための隔壁が設けられ、上記閉鎖された空間内は大気圧より高い圧力とされていることによって特徴付けられている。
【０００６】
上記接続孔は、シリンダ本体の最下点となる底部に設けてもよいが、この最下点より少し手前のシリンダ本体の側壁に設けるのが好ましい。また、隔壁構造としては、エアタンク内に、例えばバルーンなどの閉空間を有する構成を収容した構成としても良いし、あるいは、エアタンク内の空間を２つに仕切る隔壁を設けた構造としてもよい。
【０００９】
以下に発明１の作用をその対応する実施の形態を例にあげて説明する。図３は、発明１の構成による実施の形態の作用を説明するための図であり、以下にこの図面を参照しつつ、その作用を説明する。
【００１０】
まず、シリンダ本体とピストンで囲まれた空間内の容積が最大になる位置にピストンが静止した状態では、通気孔と大気に開口されるので、シリンダ本体とピストンで囲まれた空間内の圧力（シリンダ内圧Ｐ）は大気圧（Ｐ0 ）に等しく、その後ピストンが押し下げられるにしたがって、シリンダ内圧Ｐは上昇する。このシリンダ内圧Ｐが、エアタンク内の封入気体圧（Ｐ1 ）に達すると、シリンダ本体内とエアタンクは連通し、エアタンクはシリンダ内圧Ｐが上昇しないように働き、ピストン行程が進んでも一定の行程間において、シリンダ内圧Ｐはほぼ一定の圧力を保つ。接続孔が最下点より少し手前のシリンダ本体の側壁に設けられた構成では、ピストンがその接続孔を通過するとシリンダ内の空間はエアタンクと切り離された状態となり、シリンダ内圧Ｐが急上昇する。これにより、ピストンとシリンダ底部との衝突が回避される。
【００１１】
また、シリンダ内圧Ｐを一定圧力に保つピストン行程の長さは、エアタンク内に設けられた外部と連通しない閉鎖された空間の大きさや圧力を制御することにより、調節することができる。例えば、この行程を長くしたい場合は、この閉鎖された空間を大きくしたり、あるいはこの空間内の圧力をさらに高くする。
【００１３】
上記の原理により、発明１は、ピストンがシリンダ内圧を高める方向に移動する場合にはその移動方向とは反対方向に、また、ピストンがその初期位置に戻る場合にはその戻る方向と同方向に、極めて小さいほぼ一定の負荷を発生させることができる。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１は、発明１の実施の形態を示す断面図であり、ピストンが初期位置にある状態を示す図である。
【００１６】
本実施の形態のエアシリンダは、シリンダ部１０とエアタンク部３０とこれらを接続する接続部２０によって構成されている。シリンダ部１０はシリンダ本体１とそのシリンダ本体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とからなる。このシリンダ本体１には、通気孔４が設けられており、その位置はシリンダ本体１とピストン２で囲まれた空間１１内の容積が最大になる位置にピストン２が静止した状態のときのみ、外気と通じる箇所に設定された構成となっている。また、シリンダ本体１には、ピストン２の摺動に係わりなく常に、空間１１と外部とが連通可能な接続孔５が設けられており、シリンダ本体１の底部より少し上方の側壁部分に設けられている。  一方、エアタンク部３０は、非伸展性および気密性を有する材質で形成され、内部に空間を有するエアタンク３１と、そのエアタンク３１内に閉空間を有するバルーン３２によって構成されている。バルーン３２は気密性を有する材質で形成されており、その閉空間には大気圧より高い気体またはエーテルなどの沸点の低い揮発性の液体が封入されている。この実施の形態では、バルーン３２は、ビニールが用いられている。このエアタンク３１とシリンダ本体１は管路２１によって接続されており、管路２１の一方の端は接続孔５に接続されている。
【００１７】
なお、このバルーン内圧は、１．２〜１．５気圧程度が望ましい。バルーン内圧が、１．２気圧のときはピストン２がシリンダ本体１内を１／５行程位進んだとき、またバルーン内圧が、１．５気圧のときはピストン２がシリンダ本体１内を１／３行程位進んだとき、それぞれエアタンクが作用し始める。これらの数値は、断熱圧縮とし、Ｐをシリンダ内圧、Ｖをシリンダ内空間の容積、ｃを気体定数（≒１．６）として、［１］式により得られる。
【００１８】
ＰＶc ＝const.（一定）・・・［１］
以上の構成の本実施の形態においてその動作による作用は、図３に示すように、シリンダ本体１内の空間の容積が最大時には、シリンダ本体１内の空間は大気圧に等しいが、ピストン２が押し下げられ、シリンダ内圧が(1) のように上昇する。そして、シリンダ内圧がエアタンク３１内に封入された気体圧を凌駕したとき、すなわち(2) の点で、シリンダ本体１内とエアタンク３１は連通し、エアタンク３１はシリンダ内圧が上昇しないように、すなわち(3) のように働く。さらに、ピストン２が接続孔５を通過して押し下げられると、シリンダ本体１内の空間１１とエアタンク３１とは切り放され、シリンダ内圧は(4) のように急上昇する。これにより、ピストン２とシリンダ本体１の底部との衝突は回避される。
【００１９】
このように、ピストン２の所定の行程間において、シリンダ内圧を一定に保つことができる。
【００２０】
以上の実施の形態ではエアタンク部３０はエアタンク３１とバルーン３２の二重構造としたが、エアタンク部３０の構成として、図２に示すように、エアタンク３１内を気密性の高い隔膜３３によって２つの空間３５、３６に仕切り、空間３１を管路２１を介してエアシリンダ本体１と接続する構成とすることもできる。この場合、空間３６には大気圧より高い気体あるいは揮発性の液体が封入されている。この実施の形態においても、先の実施の形態同様の作用を奏する。
【００２３】
なお、本実施の形態では、一つのエアタンクに一つのシリンダを連結する構造を示したが、これに限ることなく、一つのエアタンクに複数のシリンダを連結する構造（図示せず）とすることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明１のエアシリンダによれば、シリンダ部とエアタンク部を接続部を介して接続する構成において、エアタンク部を、気密性を有する材質で形成し、かつ内部に空間を有するエアタンクと、そのエアタンク内に、外部と連通可能な空間と閉鎖された空間とに仕切るための隔壁を設け、その閉鎖された空間内を大気圧より高い圧力とする構成としたので、従来のようにピストンから気体が漏れないようエアコンプレッサを設置する必要がない。したがって、簡単な構造を可能にすることができ、製造コストが低減される。さらに、ピストンが所定のストローク範囲で移動しても、シリンダ内圧の変動を実質的に最小限に維持することができる。
【００２６】
また、本発明２のエアシリンダによれば、シリンダ本体内に、気密性を有する変形自在の容器を設け、この容器内の空間と管路を介して連通する、非伸展性および気密性を有する材質で形成されかつ内部に空間を有するエアタンクを備え、このエアタンク内の空間内を大気圧より高い圧力にした構成としたので、発明１と同様、簡単な構造を可能とし、製造コストを低減できる。さらに、ピストンが所定のストローク範囲で移動しても、シリンダ内圧の変動を実質的に最小限に維持する点でも同様の効果を奏する。さらに、発明２の構成では、一つのエアタンクに複数のエアシリンダを連結する構成が可能で利用形態の幅を広げることもできる点で有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明１の実施の形態の断面図
【図２】  本発明１の他の実施の形態の構成図
【図３】  図１および図２に示す実施の形態の作用を説明するための図
【符号の説明】
１０        エアシリンダ部
２０        接続部
３０        エアタンク部
１          シリンダ本体
２          ピストン
３          ピストンロッド
４          通気孔
５          接続孔
３１        エアタンク
３２        バルーン
３３        隔膜
【図１】
0004338800.tif 000002
【図２】
0004338800.tif 000003
【図３】
0004338800.tif 000004