JPH05147892A - シリンダー及び流体制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 シリンダーポート２９より加えられ流体圧力
の値を常時重錘の重量に見合うように制御するバランス
回路を構成するシリンダーで、シリンダーロツド３３の
末端に固定され、シリンダーロツド３３に近接して設け
られている透孔よりなるピストン用ポート３５を有する
ピストン１７と、シリンダーロツド３３に遊嵌して設け
られピストン用ポート３５を覆う大きさを有するウエイ
トバルブ３６と、ウエイトバルブ３６を常時はピストン
１１側に付勢するばね３９とを有している。 【効果】 フツクの跳上り現象を防止することができ、
安全、確実に使用することができるシリンダー及び流体
制御装置を提供可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリンダー、特に、シ
リンダーポートより加えられる流体圧力の値を常時重錘
の重量に見合うように制御するバランス回路を構成する
シリンダー、及び、このようなシリンダーを有する流体
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、物体の移動、荷役等の手段とし
て、シリンダー内を摺動するピストンと、このピストン
と係合しワイヤを介して重錘と一体になつているシリン
ダーロツドとを有し、シリンダーのシリンダーポートよ
り加えられ流体圧力の値が常時重錘の重量に見合うよう
に制御するバランス回路を構成するシリンダーが用いら
れている。図４はこのようなシリンダ−の説明図で、２
１はエアーシリンダー、１１はピストン、４０はパツキ
ン、３３はシリンダーロツド、２２はワイヤー、２８
ａ、２８ｂはローラー、３４はフツク、１は荷重体、２
９及び３０ははシリンダーポート、４２はバルブを示し
ている。なお、この種のシリンダ−は、例えば、特開昭
第６２−２０１７９７号公報に記載されているような、
荷重体重量を瞬時に検出して直ちにこの荷重体を無重力
状態にして作業者のわずかの力でこの荷重体を自由に移
動させることのできる流体制御装置（後述参照）のシリ
ンダ−として用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなシ
リンダーでは、シリンダーポート２９から加えられる流
体圧力の値が重錘の重量Ｗとバランスしている状態で、
何等かの外的要因により重錘１からフツク３４が瞬間的
に外れた場合には、フツク３４は跳ね上がり作業者の
手、顔を直撃する可能性があり危険であつた。

【０００４】本発明は、このような問題点を除去し、フ
ツクの跳上り現象を防止することができ、安全、確実に
使用することができるシリンダー及び流体制御装置を提
供可能とすることを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
にとられた本発明の構成は次の如くである。

【０００６】シリンダーは、 （１）シリンダー内を摺動するピストンと、該ピストン
と係合しワイヤーを介して重錘と一体になつているシリ
ンダーロツドとを有し、前記シリンダーのシリンダーポ
ートより加えられ流体圧力の値を常時前記重錘の重量に
見合うように制御するバランス回路を構成するシリンダ
ーにおいて、前記ピストンが前記シリンダーロツドの末
端に固定され、該シリンダーロツドに近接して設けられ
ている透孔よりなるピストン用ポートを有し、前記シリ
ンダー内を摺動するピストン部と、前記シリンダーロツ
ドに遊嵌して設けられ前記ピストン用ポートを覆う大き
さを有するウエイトバルブと、該ウエイトバルブを常時
は前記ピストン部側に付勢する付勢手段とを有している
ことを特徴とするものである。

【０００７】（２）（１）において、前記ウエイトバル
ブを常時は前記ピストン部側に付勢する付勢手段が、前
記シリンダ−ロツドに設けられている鍔状突起、及び、
該鍔状突起と前記ピストン部との間に挿入され両者が離
隔する方向に付勢するばねであることを特徴とするもの
である。

【０００８】（３）（１）又は（２）において、前記シ
リンダ−が、荷重体重量を瞬時に検出して直ちに該荷重
体を無重力状態にして該荷重体を自由に移動させる流体
制御装置のシリンダ−であることを特徴とするものであ
る。

【０００９】流体制御装置は、 （４）シリンダーとコントロラーとを有し、荷重体の重
量を瞬時に検出して直ちに該荷重体を無重力状態にして
作業者のわずかの力で該荷重体を自由に移動させる流体
制御装置において、前記シリンダーに（１）又は（２）
のシリンダーを用いていることを特徴とするものであ
る。

【００１０】（５）出力伝達体にシリンダーロツドを介
し一体にしシリンダー内を摺動するピストンを有し、前
記シリンダーのシリンダーポートより加えられ流体圧力
の値を常時前記重錘の重量に見合うように制御するバラ
ンス回路を構成するシリンダーと、荷重又は外力が印加
され、第１の流体通路を介して連設する容積一定の第１
室及び容積可変の第２室を有するボツクスと、前記第１
室に流体圧力発生源より流体を供給する流体供給路と、
前記第２室及び前記シリンダーのシリンダーポートとを
連結する流体出入路と、荷重又は外力が印加される前記
ボツクスに対して該荷重方向に相対的に移動可能に係合
し、前記ボツクスの前記第２室に通ずる流体排出通路を
有する荷重伝達体と、該荷重伝達体、前記出力伝達体及
び前記ボツクスの総重量に見合う力を前記ピストンに与
える弾性部材と、前記ボツクスの前記第１室と前記第２
室との間及び前記第２室と前記流体排出通路との間にそ
れぞれ設けられている第１及び第２の流体通路と、その
両端が該第１及び該第２の流体通路を前記荷重又は外力
が加えられなかつた場合は閉じた状態とし、該荷重又は
外力が加えられた場合には、それぞれ異なる状態で動作
する如く構成された弁とを有するコントローラーとを有
し、荷重体の重量を瞬時に検出して直ちに該荷重体を無
重力状態にして作業者のわずかの力で該荷重体を自由に
移動させる流体制御装置において、前記ピストンが前記
シリンダーロツドの末端に固定され、該シリンダーロツ
ドに近接して設けられている透孔よりなるピストン用ポ
ートを有し、前記シリンダー内を摺動するピストン部
と、前記シリンダーロツドに遊嵌して設けられ前記ピス
トン用ポートを覆う大きさを有するウエイトバルブと、
該ウエイトバルブを常時は前記ピストン部側に付勢する
付勢手段とを有していることを特徴とするものである。

【００１１】（６）（５）において、前記荷重伝達体
は、前記出力伝達体に連結されるケースを含み、前記ボ
ツクスは前記ケース内に荷重方向に移動可能に取り付け
られ、前記第２室，は、前記ケースに設けられている受
けに対設され、前記弁の弁座が設けられている弾性体よ
りなる隔壁を有していることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】この発明は、従来のシリンダーの作用を検討し
た結果得られたものである。図４に示す如きシリンダ−
は、シリンダ−１の内圧ｐによつて生ずる推力は、シリ
ンダ−１の断面積Ｓに内圧ｐをかけた値

【００１３】

【数１】 Ｓ×ｐ＝Ｆ ………（１） となるので、

【００１４】

【数２】 Ｆ＝Ｗ ………（２） の関係が成り立つ。このような状態で何等かの外的な要
因により荷重体１からフツク３４が瞬間的に外れた場合
には、その瞬間にシリンダ−２１内圧ｐが追随してバラ
ンス状態に至るには、シリンダーポート２９を経て流体
を放出する必要があり、そのため一定の時間がかる。従
つて、シリンダーロツド３３は瞬間的にシリンダ−ポ−
ト３０側に移動し、このためフツク３４は跳ね上がる。

【００１５】これに対して、本発明は、シリンダ−ロツ
ド３３の末端に固定されているピストン１１には、シリ
ンダーロツド３３に近接してピストン用ポート３５が設
けられており、シリンダー２１内を摺動するピストン１
１と、シリンダーロツド３３に遊嵌して設けられピスト
ン用ポート３５を覆う大きさを有するウエイトバルブ３
６と、ウエイトバルブ３６を常時はピストン１１側に付
勢するばね３９と、常時はウエイトバルブ３６とピスト
ン１１とをシールするＯリング３７とを有しているの
で、荷重体１がフツク３４から外れた場合は、シリンダ
ーロツド３３は図１のＡで示す方向へ進むが、ウエイト
バルブ３６が所定の重量を持つている場合には慣性によ
つて元の位置に留まろうとするのでウエイトバルブ３６
とピストン１１との間に間隙を生じピストン１１に設け
られているピストン用ポート３５を介しエアーが排出さ
れ、その結果シリンダ−内圧ｐがシリンダ−ロツド３３
の移動に追随してバランス状態に至るため、フツク３４
の跳上りを防止することができ、安全、確実に使用する
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、実施例について説明する。

【００１７】図１は本発明のシリンダーの説明図、図２
は図１の要部であり図１でＸで示す部分の詳細な説明図
で、これらの図で、２１はエアーシリンダー（以下シリ
ンダーと称する）、３３はシリンダーロツド、１１はシ
リンダ−ロツド３３の先端に固定されているピストン、
４０はパツキン、２２はワイヤー、３４はフツク、１は
荷重体、２９および３０はシリンダー２１のシリンダー
ポート、３５はピストン１１のシリンダーロツド３３に
隣接しに設けられている透孔よりなるピストン用ポー
ト、３６はシリンダ−ロツド３３に遊嵌して設けられピ
ストン用ポ−ト３５を覆う大きさを有するウエイトバル
ブ、３７はピストン用ポート３５の個々に設けられピス
トン１１とウエイトバルブ３６とを常時はシ−ルするＯ
リング、３８はシリンダーロツド３３に設けられている
鍔部、３９は鍔部３８とウエイトバルブ３６との間に挿
入されており、常時はウエイトバルブ３６をピストン１
１の方向に付勢するばねで、ウエイトバルブ３６は所定
の重量ｗｋｇを有している。

【００１８】即ち、この実施例が図４の従来のシリンダ
ーと異なる点は、シリンダ−ロツド３３の固定されてい
るピストン１１が透孔よりなるピストン用ポート３５
と、シリンダ−ロツド３３に遊嵌し常時はピストン１１
側に付勢されているシリンダー用ポート３５を覆う大き
さを有するウエイトバルブ３６と、ピストン１１とウエ
イトバルブ３６とを常時はシールするＯリング３７とを
有している点である。

【００１９】この実施例の装置は、エアー入り口である
シリンダポート２９よりある一定の圧力のある圧搾空気
をシリンダー２１に送り込み吊り下げてある荷重体１
（Ｗｋｇ）と釣り合うようにしてある。この状態では、
ウエイトバルブ３６はばね３９でピストン１１の方向に
付勢されているのでウエイトバルブ３６はピストン１１
に密着しているシリンダー２１内の空気がピストン１１
のピストン用ポート３５を通過することはない。

【００２０】しかし、フツク３４が荷重体１から外れた
場合には、シリンダー２１内の空気は圧縮されているの
でピストン１１は急激に移動する。この際、ウエイトバ
ルブ３６は所定のある重量をもつており、その慣性力が
働くので、直ちにピストン１１の移動に追随して動かず
現在位置に留ろうとする。従つて、移動するピストン１
１と動かないウエイトバルブ３６とが分離する。このよ
うにして、ピストン１１とウエイトバルブ３６との密封
が解除されると、内圧ｐの流体はピストン用ポ−ト３５
を経て急激に流れ出る。これは

【００２１】

【数３】 Ｆ＝Ｗ ………（２） の状態になる迄続き、

【００２２】

【数４】 Ｆ＜Ｗ ………（３） になると再びＯリング３７によりピストン１１とウエイ
トバルブ３６は密封される。

【００２３】以上の如く、ピストン１１とウエイトバル
ブ３６との間隙から空気ガピストン１に設けられている
ピストン用ポート３５を通過するのでピストン１１の移
動が減速阻止されるのでフツク３４の跳上りを阻止する
ことができる。

【００２４】ウエイトバルブ３６がピストン１１から離
れる時期は、シリンダーロツド３３の速度が出初める時
期であり、ピストン１１のピストン用ポート３５の面積
（通気面積）ａとウエイトバルブ３６の重さｗ及びばね
の強さによつて決まる。

【００２５】なお、Ｏリング３７をピストン用ポート３
５の個々に設けることにより、受圧面積を小さくしてウ
エイトバルブ３６が押し付けられる力を小さくし、ピス
トン１１の急速移動時にウエイトバルブ３６が離れ易い
ようになつている。

【００２６】以上の如く、この実施例のシリンダ−は、
フツク３４の跳上りを生じて作業者の手、顔を直撃する
ような危険性は生ぜず、安全、確実な作業を実施するこ
とができる。従つて、流体制御装置に用いるシリンダ−
として用いれば、この種装置を用いる作業の安全性を著
しく高めることができる。

【００２７】図３は図１の流体用シリンダーを用いた本
発明の流体制御装置の一実施例の荷重積替装置の要部の
説明図である（例えば、特開昭第６２−２０１７９７号
公報参照）。

【００２８】この図で、１は荷重体、２、３は流体通
路、４はボツクス、５は弁、６は隔壁、７は受け、８は
ケース、９はばね受け、１０は押し荷重調整用押しね
じ、１１はピストン、１２は流体入口、１３は流体出入
口、１４は吊り具、１５は流体通路、１６はばね、１７
は地上、１８は第１室、１９は第２室、２０はパイプ、
２１はシリンダー、２２は出力伝達体、２３はパイプ、
２４はアキュムレーター、２５は減圧弁、２６は穴、２
７は握り、２８はローラー、２９、３０はシリンダーポ
ート、３１はばね、３２はガイド隔壁、３３はシリンダ
ーロツド、３４はフツク、３５はピストン１１のシリン
ダーロツド３３に近接する位置設けられている透孔より
なるピストン用ポート、３６はシリンダーロツド３３に
遊嵌して設けられピストン用ポート３５を覆う大きさを
有するウエイトバルブ、３７はウエイトバルブ３６とピ
ストン１１との間に設けられているシール、３８はシリ
ンダーロツド３３に設けられている鍔、３９は鍔３８と
ピストン１１との間に挿入され両者を璃隔する方向に付
勢するばね、３９はバルブ、４０はシリンダー２１の内
壁面とピストン１１との間に設けられているパツキンを
示している。

【００２９】シリンダーロツド３３の先端には出力伝達
体２２たる剛性体又はフレキシブルな物体を介してケー
ス８が接続されており、内部にはボツクス４が荷重方向
に対して自由に移動可能な方法で取付けられている。ボ
ツクス４は流体入口１２を有し、弁５，流体通路２，流
体出入口１３と、気密シールされた伸縮性のある、例え
ば、ゴム板からなる隔壁６を有し、流体通路２を介して
連設する容積一定の第１室１８と容積可変の第２室１９
とを有し、吊具１４を介してフツク３４によつて荷重体
１に接合している。隔壁６は周辺部でボツクス４に固定
され、中心部に弁５に対する弁座が設けられており、弁
座は受け７を介してケース８に固定されている。弁５は
中心に弁５の通孔を有し周囲に流体通過用の穴に設けら
れているガイド隔壁３２を介して保持されている。弁５
と流体通路３との位置関係により弁先端部が上又は水平
に向いている場合は、弁５の移動をスムーズに行うため
にばね１６が設けられている。ばね３１はボツクス４を
荷重方向へ一定の圧力で押すばねで、このばね３１を介
在させることによつて、出力伝達体２２及びケース８，
受け７を主体とする荷重伝達体等の荷重に対するシリン
ダー出力を常時確保することができる。ばね受９及び押
し荷重調整用押しねじ１０は、ばね３１の圧力を調節す
るために設けられており、必要に応じて設けられる。ま
た、受け７には流体排出用の流体通路１５が設けられ、
ケース８に設けられた穴２６によつて大気圧開放されて
いる。

【００３０】従つて荷重体１が地上１７に接していると
き、すなわち荷重量０のときはボツクス４にかかる荷重
はボツクス４及び吊具１４のみであり、その荷重量に応
じた量の荷重方向力を持つている。しかし、弁５は受け
７を介してケース８に受けられているため、荷重方向へ
の移動は規制されている。そのため流体通路２は開とな
り、流体入口１２を経て、第１室１８に待機している圧
力流体は第２室１９に流入し、パイプ２０を経て、シリ
ンダー２１のピストン側又はヘツド側の指定されたポー
トに流入すると同時に、隔壁６，受け７を介してケース
８に作用する。これはピストン１１の生ずる推力と隔壁
６を介してボツクス４の生ずる反荷重方向の推力とが比
例関係にあることを示す。比例状態に入るとボツクス４
は浮き上り、流体通路２は閉となる。このときシリンダ
ー２１にはその圧力に比例した推力が反荷重方向に作用
する。もしここでピストン１１と隔壁６との受圧面積が
同一であれば、滑車の原理における又はテコの原理にお
ける１：１の力関係を伝達する装置においては、出力伝
達体２２を介してケース８の反荷重方向力とボツクス４
の反荷重方向力とは一致する。これは比例した出力関係
の中の１つの関係であり、力関係を変えたいときは滑車
又はテコの原理により受圧面積を変えればよい。この比
例した力関係は荷重体１の荷重が１００％生じている場
合、すなわち地上からはなれている場合においても同様
になる。

【００３１】ケース８に反荷重方向の微小な外力を加え
た場合の作用は以下に述べる通りである。ケース８に加
えられた微小な反荷重方向力はピストンに反荷重方向の
推力を生じ、その程度に応じて、シリンダー内容積を増
大しようとする能力が生じる。これはシリンダー内圧の
低下能力として同時に隔壁６にも伝達される。従つてボ
ツクス４の荷重方向移動能力が生じるが、ボツクス４に
は、ボツクス４、吊具１４、荷重体１の合計重力が作用
しており前述の定荷重関係下における、シリンダー２１
とボツクス４との出力比例関係にもどろうとする。この
微小な力をケース８に与えつづければ荷重体１の上昇が
連続的に得られる。荷重体１の下降を要する時には逆の
動作により逆の経路をたどつた出力比例動作をする。次
に荷重体１が接地を始めてから完了する迄、すなわち、
荷重体荷重量が１００％から０％に変化し、又は地上か
ら浮上る迄、すなわち０〜１００％迄の過程について
は、上述の荷重体の上昇，下降原理の微分動作であり、
容易に類すい出来ると同時に実験によつても立証され
た。

【００３２】このコントローラーはその構造上の特徴に
より、高所から低所へ荷重体の移動をするときは、その
荷役作業を行うことにより、流体エネルギーを増大さ
せ、同一高さの場所間における荷役作業の場合は、継続
必要エネルギー量はほぼ０で作動する。これには流体入
口１２に接続されたパイプ２３の途中にアキユームレー
ター２４と、減圧弁２５を設け、ピストン１１の出力が
出力伝達体２２に係り得る最大荷重と同一となる圧力に
減圧弁２５を調整すればよい。ケース８に設けられた握
り２７を反荷重方向へ操作すれば、前述の通り、荷重体
１は浮上し、荷重方向へ操作した場合は第２室１９の圧
力が第１室１８の圧力以上になり、弁５は微小な出力の
ばね１６に抗して上昇し、流体通路２は開となる。一方
流体通路３は第２室１９と流体通路１５との差圧とによ
つて閉の状態を保つためシリンダー２１内の流体通路２
を経てアキユームレーター２４にもどされる。従つて流
体エネルギーは再使用可能な状態となる。

【００３３】そして、この流体制御装置は図１のシリン
ダ−を用いているので、フツク３４の跳上りを生じて作
業者の手、顔を直撃するような危険性は生ぜず、安全、
確実な作業を実施することができる。従つて、この種装
置を用いる作業の安全性を著しく高めることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、フツクの跳上り現象を防止す
ることができ、確実、安全に使用することができるシリ
ンダ−及び流体制御装置を提供可能とするもので、産業
上の効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリンダーの一実施例の説明図であ
る。

【図２】同じく図１の要部の詳細な説明図である。

【図３】本発明の流体制御装置の一実施例の説明図であ
る。

【図４】従来のシリンダーの説明図である。

【符号の説明】

１１…ピストン、２１…エアーシリンダー、３３…シリ
ンダーロツド、３５…ピストン用ポート、３６…ウエイ
トバルブ、３７…Ｏリング、４０…鍔部、３９…ばね。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダー内を摺動するピストンと、該
   ピストンと係合しワイヤーを介して重錘と一体になつて
   いるシリンダーロツドとを有し、前記シリンダーのシリ
   ンダーポートより加えられ流体圧力の値を常時前記重錘
   の重量に見合うように制御するバランス回路を構成する
   シリンダーにおいて、前記ピストンが前記シリンダーロ
   ツドの末端に固定され、該シリンダーロツドに近接する
   位置に透孔よりなるピストン用ポートを有し、前記シリ
   ンダー内を摺動するピストン部と、前記シリンダーロツ
   ドに遊嵌して設けられ前記ピストン用ポートを覆う大き
   さを有するウエイトバルブと、該ウエイトバルブを常時
   は前記ピストン部側に付勢する付勢手段とを有している
   ことを特徴とするシリンダー。
2. 【請求項２】 前記ウエイトバルブを常時は前記ピスト
   ン部側に付勢する付勢手段が、前記シリンダ−ロツドに
   設けられている鍔状突起、及び、該鍔状突起と前記ピス
   トン部との間に挿入され両者が離隔する方向に付勢する
   ばねである請求項１記載のシリンダ−。
3. 【請求項３】 前記シリンダ−が、荷重体重量を瞬時に
   検出して直ちに該荷重体を無重力状態にして該荷重体を
   自由に移動させる流体制御装置のシリンダ−である請求
   項１又は２記載のシリンダー。
4. 【請求項４】 シリンダーとコントロラーとを有し、荷
   重体の重量を瞬時に検出して直ちに該荷重体を無重力状
   態にして作業者のわずかの力で該荷重体を自由に移動さ
   せる流体制御装置において、前記シリンダーに請求項１
   又は２記載のシリンダーを用いていることを特徴とする
   流体制御装置。
5. 【請求項５】 出力伝達体にシリンダーロツドを介し一
   体にしシリンダー内を摺動するピストンを有し、前記シ
   リンダーのシリンダーポートより加えられ流体圧力の値
   を常時前記重錘の重量に見合うように制御するバランス
   回路を構成するシリンダーと、荷重又は外力が印加さ
   れ、連設する容積一定の第１室及び容積可変の第２室を
   有するボツクスと、前記第１室に流体圧力発生源より流
   体を供給する流体供給路と、前記第２室及び前記シリン
   ダーのシリンダーポートとを連結する流体出入路と、荷
   重又は外力が印加される前記ボツクスに対して該荷重方
   向に相対的に移動可能に係合し、前記ボツクスの前記第
   ２室に通ずる流体排出通路を有する荷重伝達体と、該荷
   重伝達体、前記出力伝達体及び前記ボツクスの総重量に
   見合う力を前記ピストンに与える弾性部材と、前記ボツ
   クスの前記第１室と前記第２室との間及び前記第２室と
   前記流体排出通路との間にそれぞれ設けられている第１
   及び第２の流体通路と、その両端が該第１及び該第２の
   流体通路を前記荷重又は外力が加えられなかつた場合は
   閉じた状態とし、該荷重又は外力が加えられた場合に
   は、それぞれ異なる状態で動作する如く構成された弁と
   を有するコントローラーとを有し、荷重体の重量を瞬時
   に検出して直ちに該荷重体を無重力状態にして作業者の
   わずかの力で該荷重体を自由に移動させる流体制御装置
   において、前記ピストンが前記シリンダーロツドの末端
   に固定され、該シリンダーロツドに近接して設けられて
   いる透孔よりなるピストン用ポートを有し、前記シリン
   ダー内を摺動するピストン部と、前記シリンダーロツド
   に遊嵌して設けられ前記ピストン用ポートを覆う大きさ
   を有するウエイトバルブと、該ウエイトバルブを常時は
   前記ピストン部側に付勢する付勢手段とを有しているこ
   とを特徴とする流体制御装置。
6. 【請求項６】 前記荷重伝達体は、前記出力伝達体に連
   結されるケースを含み、前記ボツクスは前記ケース内に
   荷重方向に移動可能に取り付けられ、前記第２室は前記
   ケースに設けられている受けに対設され、前記弁の弁座
   が設けられている弾性体よりなる隔壁を有している請求
   項５記載の流体制御装置。