JP2010175080A - 加重制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御中の衝撃などによる被制御物の劣化を抑制し、制御に必要とされるエネルギを大幅に削減し、かつ、簡単な構造で、製造コスト及びランニングコストが低廉な加重制御装置を提供する。
【解決手段】本装置は、シリンダチューブ８１と、端壁５１，６１と、一方の端壁５１を貫通する空気排出口２１と、この空気排出口２１に設けられ、シリンダチューブ８１内の雰囲気を外部に開放／密閉するためのバルブ１９１と、シリンダチューブ８１内を往復摺動するピストン３１と、このピストン３１に連結され、他方の端壁６１を貫通して配設されるピストンロッド９１とを備えた主真空シリンダ１０１と、この主真空シリンダ１０１において、ピストンロッド９２が弛みを生じる弛み部１７を含む副真空シリンダ１０２とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体にかかる加重の負荷を制御する加重制御装置に関する。

加重制御を行う従来技術はバネや油圧、あるいはエアーを使用した、衝撃の吸収や緩和による構成が中心となっている。従来技術においては、衝撃緩和によって被制御物の形状の保全やバランスの維持確保が主要な目的とされている。

また、特許文献１に開示されているように、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真空シリンダがある。図６は、そうした真空シリンダを示す断面図であり、ピストンを引き上げて真空室を形成した状態を示し、図７はピストンを下端壁に密着した状態を示す。

真空シリンダ１００は、シリンダチューブ８と、このシリンダチューブ８の両端をそれぞれ閉鎖する一方の端壁５および他方の端壁６からなるシリンダ本体と、このシリンダチューブ８内を往復摺動するピストン３と、このピストン３に連結されたピストンロッド４を備えている。このピストンロッド４は、他方の端壁６を貫通した状態で設置されており、ピストン３の往復摺動に伴い、往復動作を行うようになっている。一方の端壁５には、空気をシリンダ本体の外部へ排出する空気排出口２が形成されており、この空気排出口２には開閉自在のバルブ１９が設置されており、シリンダチューブ８内部を開放あるいは密閉する。この構成において、図７に示すように、一方の端壁５にピストン３を密着させ、バルブ１９を閉状態とした後、図６に示すように、その密着側と反対の向きにピストン３を摺動させることによりピストン３と一方の端壁５との間に形成された真空状態の真空室７と、大気圧とされた大気室２０との圧力差により、ピストン３に負荷が生じる構成となっている。

特許第３９３４２１５号公報

ところが、上述の技術では、その目的にもあるように効果の及ぶ範囲が限られており、制御中に新たな衝撃を受けた場合は、その衝撃の大きさに応じて被制御物加重負荷が応分に増加し、その分、制御に要するエネルギの使用料も多くなる。

本願発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、真空原理を使用・採用し、被制御物加重負荷から真空応答で計算される応分の力を応力として他の位置に転換することで被制御物の劣化を抑制し、さらに、制御に必要とされるエネルギ使用料を大幅に削減するとともに、簡単な構造で、製造コスト及びランニングコストが低廉な加重制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の加重制御装置は、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、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、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た主真空シリンダと、この主真空シリンダにおいて、ピストンロッドが弛みを生じる弛み部を含む点で当該主真空シリンダと異なる副真空シリンダを有し、上記主真空シリンダのシリンダチューブと副真空シリンダのシリンダチューブは互いのシリンダチューブ側壁を介して連結し、一体的に形成されているとともに、このシリンダチューブ側壁には貫通孔が形成されており、さらに、上記ピストンで生じる作用・反作用の力とは別の応力を発生誘導させるため、上記シリンダチューブをそれぞれ外部から固定する固定手段が備えられており、上記主真空シリンダのピストンの摺動により、上記主真空シリンダの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が真空とされ、これにより上記ピストンに負荷が生じるよう構成されているとともに、上記貫通孔を介して両真空シリンダには共通の真空室が形成され、少なくとも共通の真空室が形成された時点では上記副真空シリンダのピストンロッドの弛みが無くなるよう弛み具合が設定されており、上記それぞれの他方の端壁を貫通した各ピストンロッドは、上記別の応力を生じさせるため当該シリンダチューブの外側側壁から所定の間隔を空けた状態で他方の端壁と逆方向に屈曲したピストンロッド延長部に連結され、このピストンロッド延長部により、外部からの加重負荷を少なくとも主真空シリンダのピストンロッドが直接受けるようになされており、上記主真空シリンダのピストンが上記一方の端壁に密着した状態での上記主真空シリンダの上記一方の端壁外面位置からの当該ピストンロッドの長さが、上記主真空シリンダのピストンの当該シリンダチューブ内における移動可能距離より長くなされ、かつ、上記副シリンダのピストンが上記一方の端壁に密着した状態での上記副真空シリンダの上記一方の端壁外面位置からの当該ピストンロッドの長さが、上記副真空シリンダのピストンの当該シリンダチューブ内における移動可能距離より長くなされているとともに、上記それぞれのピストンの半径は、このピストンロッド全体にかかる加重負荷に対し、それぞれのピストン面積相応の真空抵抗負荷が生じるよう設定されており、外部からの加重負荷を、上記ピストンロッド延長部と連結された少なくとも主真空シリンダのピストンロッドで直接受けることにより、上記それぞれのピストンで生じる真空負荷を作用・反作用で打ち消し、それぞれのピストンで生じた真空負荷相応の抵抗負荷分と同等の真空負荷分を、上記作用・反作用で打ち消し合う力とは別の力とされる応力として、上記固定手段を介して、物体を移動させることなく他の位置に転換し得ることによって特徴付けられる。

主真空シリンダのピストンロッドとピストンとは直接連結された構造である。一方、副真空シリンダのピストンロッドは弛み部を含む構造である。この弛み部は、具体的には、紐もしくは鎖などによって構成され、また、ピストンとピストンロッドとの間あるいはピストンロッドにおける箇所であれば設ける場所は問わない。すなわち、ピストンロッド力は、弛み部の弛みが解消されるまでは、ピストンには伝達しないが、弛みが解消されると、弛み部を介してピストンロッドの力が、ピストンに伝達し、副真空シリンダのピストンは動く。ピストンは、ピストンロッドの動きに追随して、副真空シリンダ内を摺動し、真空室を形成する。

従って、まず主真空シリンダのピストンロッドが他方の端壁の向きに動くと主真空シリンダのピストンが摺動する。これに伴い、副真空シリンダのピストンロッドも一緒に動くが、この動きは、弛み部の弛みが解消されるまでは当該ピストンには伝わらない。この弛みの解消は、少なくとも貫通孔を介して両真空シリンダに共通の真空室が形成される時点でなされる。

以上の動作において、主真空シリンダのピストンあるいは／および副真空シリンダのピストンによって、貫通孔は塞がれた状態であり、主真空シリンダのピストンあるいは／および副真空シリンダのピストンの摺動により両真空シリンダピストンが貫通孔の位置を越えた時、貫通孔は両真空シリンダの共通真空室に開放される。このとき、貫通孔内の微量の空気が、形成された共通真空内に流入するが、その空気は真空室の真空の維持には何ら影響を与えることのない僅かな量であり、真空シリンダの機能の低下はなんらない。

以上の工程により、最終的に共通の真空室が形成された状態で、ピストンロッド全体にかかる加重負荷に対し、それぞれのピストン面積相応の真空抵抗負荷が生じ、この加重負荷からそれぞれのピストンで生じた真空負荷相応の真空抵抗負荷分と同等の真空室負荷分を応力として他の位置に転換し得るようになる。

本発明の加重制御装置は、プレートにかかっている自加重を直接、ピストン摺動に用いてシリンダ内に真空室を構築し、そこで生じた負荷分の力を反発力としてプレートに戻し、それにより自加重を応分に抑制・制御し、さらにその制御した加重と同等の力を応力として他の位置に転換・移動するものである。従って、この装置の機能性を考えた場合、最大でどれだけの力を制御させることができるかということと、どれくらいの力の範囲に対応させ得るかが重要な要素となる。制御し得る負荷の力はピストン面積で予め決まるので、単独シリンダ使用の場合では、制御の範囲は限定される。

例えば、１つの真空シリンダからなる加重制御装置とした場合、ピストン面積を１０平方センチメートルに設定すれば、１０キログラムの加重負荷を受けて制御の反応を起こすが、それ以下では、反応を起こさない。つまり、１０キログラム以上の加重ならば、１０キログラムは略制御しているが、９キロの加重には何ら反応を起こさない。

これに対し、主真空シリンダと、副真空シリンダの両使いの構成である本発明の加重制御装置では、具体的には、以下のような利点がある。

例えば、主真空シリンダのピストン面積を６平方センチメートルに設定し、副真空シリンダのピストン面積を４平方センチメートルに設定すれば、主真空シリンダのピストン面積により主真空シリンダは６キログラムの加重負荷から制御反応を起こし、さらに副真空シリンダが反応を起こせば新たに４キログラムの制御力が加わり、主真空シリンダと副真空シリンダの組み合わせで計１０キログラムの制御が可能となる。これは、負荷が変動し得る場合の加重制御に大変有益であることを示すものである。このように、主真空シリンダと副真空シリンダとを時間差で反応させながら、共通の真空室を形成し制御を行う構造は、制御し得る力の幅や量が真空シリンダを単独で使用するのに比べ一段と広がることを示すものである。

＜主真空シリンダ、副真空シリンダがそれぞれ１つ設けられた構成の説明＞
先ず、最初に真空応答を起こすのは被制御物加重負荷よりも小さいピストン抵抗負荷が生じるように形成されている主真空シリンダで、被制御物の加重総負荷を受け、これにより主真空シリンダのピストンやシリンダチューブを一方の端壁から引き離し続け、まずは摺動状態になる。

次に、予めこの摺動が一定の範囲に達すると、主真空シリンダのピストン抵抗負荷を超えた被制御物の残存負荷が、主真空シリンダに連結した副真空シリンダに真空応答を起こさせ、副真空シリンダのピストンも一方の端壁から離れ、被制御物の残存負荷を副真空シリンダのピストンの抵抗負荷で制御する。この時に生じるピストン抵抗負荷量は被制御物の残存負荷を上回る構成で、さらに主真空シリンダ、副真空シリンダ両方のピストン抵抗負荷を合算した量は、被制御物の加重総量を上回る構成でもある。これにより、被制御物加重負荷は、常時、主真空シリンダと副真空シリンダのピストンロッドやシリンダチューブの摺動範囲内で制御されることになる。これが容易になされる理由は、副真空シリンダの抵抗負荷が被制御物の残存負荷を上回ると、ピストンとシリンダチューブは密着するよう動くが、その途中で、副真空シリンダの加重制御範囲から被制御物の残存負荷が抜けると、主真空シリンダの抵抗負荷では、その状態を維持することができず、再び主真空シリンダのピストンはシリンダの他方の端壁方向へ向い、これにより被制御物残存加重負荷は、再び副真空シリンダの制御範囲に入り制御され、真空応答中は、これが永久的に繰り返される。この作用により、被制御物加重値は変動しながらも主真空シリンダのピストン抵抗負荷値と副真空シリンダのピストン抵抗負荷値の間で制御されることになる。

応力転換され、各シリンダチューブ上から削除される加重制御値は最小でも主真空シリンダの抵抗負荷分となるが、この制御値はピストンとシリンダチューブが寄り合い、重なる方向へ戻り始める直前まで使用される総ピストン断面積と比例するので、制御に供する副真空シリンダの数を増加し、被制御物総加重負荷と最後位副真空シリンダまでの総ピストン制御値が段階的に近くなれば近くなるほど、加重制御される値が大きくなり、さらに、制御変動幅も小さくなるようになされていてもよい。

また、本発明の加重制御装置は、上記ピストンロッドが、当該ピストンに複数本連結する構成としてもよい。

この構成により、必要に応じて被制御物加重負荷が多角的に分力されることにより、被制御物の形状や素材、あるいは重さや環境、あるいは制御の目的などに応じた効率的な加重制御が可能となり、また、その逆に上記した目的による合力にも対応し得る構成となっている。その理由は以下の通りである。

本発明は上述したように、真空シリンダを用いた自然の法則に立脚し、なされたものであり、その制御の基本が真空シリンダの真空応答によるピストンロッドやシリンダチューブの摺動である。本構成では、さらに、被制御物の加重負荷の制御をそのピストンロッドやシリンダチューブで直接的に行っていることが特徴である。しかも、制御負荷の往来は同じピストンと同じシリンダチューブの摺動である。これはプレートを始めとした各種の制御手段が上記ピストンロッドや同シリンダチューブとどのような形状でどのようにつながっているかで制御効率が大きく左右されることを意味しており、本構成はピストンロッドを複数本連結することにより、ピストンロッドがピストンで生じた真空負荷を自加重の制御のみならず、他の面にも活用しうる。すなわち、ピストンロッドを複数本とした場合、ピストンロッドを全てプレートに連結せず、いくつかのピストンロッドを他の制御手段に連結させることでピストンに生じた真空負荷をエネルギとして多岐に活用できる点で有益である。こうした多岐に及ぶピストンロッドの使用形態により加重制御装置の制御をさらに有益なものとしている。

更に、本発明の加重制御装置においては、上記ピストンロッドの動きを停止するための遮蔽壁が、上記固定手段に一体的に形成されているとともに、上記遮蔽壁上面は、上記一方の端壁外面位置より高い位置とされている構成としてもよい。

この構成により、被制御物負荷への変動的な加重に対し、均等的な加重制御を可能とする。真空応答は上記したようにピストン断面積に応じた負荷をピストンに生じさせるが、この負荷は予め設定されており、この負荷を超える被制御物加重負荷でピストンやシリンダチューブに摺動を起こさせながらも、予め設定された設定負荷を上回る残存負荷で生じようとしている過剰な摺動を途中で制止することにより、予め設定された設定負荷分を実質的に制御することができる。こうした手段としては、シリンダチューブ外部で、板、棒、その他の構造物等を配置し、上記摺動を遮断すればよい。これにより、制御中は上記の予め設定された設定負荷分を被制御物加重負荷から常時均等に応力転換し、シリンダチューブ上の負荷を削減できる。

また、遮蔽壁はピストンで生じた真空負荷を超えている被制御物の加重負荷を他の真空シリンダの初動負荷として供給する手段にも活用できる。この結果、１つの加重付加で複数の真空シリンダを稼動でき、多目的に適用可能な複合的な加重制御を可能とする。

本発明の加重制御装置によって、被制御物自体の加重負荷を用いて真空を形成し、その結果生じた抵抗負荷が反作用として被制御物に作用するので、被制御物の加重負荷をプレート上では実質的に略ゼロとすることができ、さらに被制御物を移動させることなくその加重負荷からピストンで生じた真空負荷相応の抵抗負荷分と同等の真空室負荷分を応力として他の位置に転換し得ることで加重制御を多岐にわたって及ぼすことができる。しかも、これに要するエネルギは不要である。その結果、省エネルギが実現でき、製造コストを低く抑えることが出来る。

本発明の加重制御装置に関連する構成を示す断面図である。 本発明の加重制御装置の実施形態を示す断面図であり、本装置の動作を経時的に示す図である。。 本発明の加重制御装置の変形例を示す断面図である。 本発明の加重制御装置の他の変形例を示す断面図である。 本発明の加重制御装置の別の変形例を示す斜視図である。 本願に適用される真空シリンダの原理を説明するための図である。 本願に適用される真空シリンダの原理を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

まず、本実施形態では、図６、７に示す真空シリンダを適用しており、この構造を基本原理としている。

図１は、本発明の加重制御装置に関連する構成を示す断面図であり、これを床に載置した状態である。

本装置には、真空シリンダ１００が１個用いられている。この真空シリンダ１００は、シリンダチューブ８と、このシリンダチューブ８の両端をそれぞれ閉鎖する端壁５，６と、一方の端壁５を貫通し、シリンダチューブ８内の空気を外部に排出するための空気排出口２と、この空気排出口２に設けられ、シリンダチューブ８内の雰囲気を外部に開放／密閉するためのバルブ１９と、シリンダチューブ８内を往復摺動するピストン３と、このピストン３に連結され、他方の端壁６を貫通して配設されるピストンロッド４とが備えられている。この真空シリンダ１００では、一方の端壁５にピストン３を密着させた後、空気排出口２をバルブ１９により密閉させた状態で、他方の端壁６の向きにピストン３を摺動させて、一方の端壁５とピストン３の間のシリンダチューブ８内を真空とすることにより、ピストン３に負荷が生じるよう構成されている。

また、本装置では、シリンダチューブ８を外部から固定する固定手段としてシリンダ脚１４が他方の端壁６の外面に設けられており、この他方の端壁６を貫通したピストンロッド４は、シリンダチューブ８外部側壁に所定の間隔を空けて隣接する形状をなし、ピストン３が上記一方の端壁５に密着した状態での一方の端壁５外面位置からのピストンロッド４の長さが、ピストン３のシリンダチューブ８内における移動可能距離より長くなされているとともに、ピストン３の半径は、このピストンロッド全体にかかる加重負荷に対しピストン面積相応の真空抵抗負荷が生じるよう設定されてなることで物体を移動させることなく、その加重負荷からピストンで生じた真空負荷相応の抵抗負荷分と同等の真空負荷分を応力として他の位置に転換し得る加重制御装置であり、また、ピストンロッド４の端部はプレート１を支持するように構成されている。

以上の構成の本装置では、図１に示すように、本装置を床に置いた状態で空気排出口２のバルブ１９を閉じた後、一方の端壁５にピストン３を密着させ、次にプレート１にかかる被制御物加重負荷１５により、ピストン３が一方の端壁５から離れた結果、真空応答が始まり真空室７が形成される。この真空室７は、ピストン３に真空と大気圧の圧力差による、ピストン断面積に応じた負荷を生じさせており、また、その負荷はピストン３を一方の端壁５方向へ引き戻す力が働いている状態でもある。これは図１に示すように、ピストンロッド４を通じた矢符Ｘの加重負荷作用に対し真空室形成による引き戻しの負荷が同じピストンロッド４に矢符Ｙの方向へ反作用抵抗負荷として対応している関係となっている。すなわち、図１に示すように、ピストンロッド４をシリンダチューブ８の外部でプレート１に直接連結し、被制御物の負荷を利用することにより、ピストン３を他方の端壁６方向へ摺動させれば、一方の端壁５とピストン３との間に真空室７が形成され、ピストン３からは真空と大気圧差により生じた抵抗負荷が反作用の負荷としてピストンロッド４を通じ被制御物負荷に向かい、プレート上ではその負荷分が被制御物加重負荷から実質的に打ち消され、同時に一方の端壁５には矢符Ｚが応力として発生し、その応力がシリンダ脚１４に伝わる。これにより、被制御物加重負荷１５のプレート上負荷はピストンで生じた相応の抵抗負荷分が打ち消され、その分の負荷は応力として他の位置であるシリンダ脚１４に転換されている。この構造が本発明の加重制御装置の基本原理であり、以下に説明する実施形態でも同様である。

図２は、本発明の加重制御装置の実施形態の構成を示す断面図であり、本装置の動作を経時的に示す図である。

本装置は、図２（ａ）に示すように、シリンダチューブ８１と、このシリンダチューブ８１の両端をそれぞれ閉鎖する端壁５１，６１と、一方の端壁５１を貫通し、シリンダチューブ８１内の空気を外部に排出するための空気排出口２１と、この空気排出口２１に設けられ、シリンダチューブ８１内の雰囲気を外部に開放／密閉するためのバルブ１９１と、シリンダチューブ８１内を往復摺動するピストン３１と、このピストン３１に連結され、他方の端壁６１を貫通して配設されるピストンロッド９１とを備えた主真空シリンダ１０１と、この主真空シリンダ１０１において、ピストンロッド９２が鎖、ロープ、紐などの弛みを生じる弛み部１７を含む点で主真空シリンダ１０１と異なり、他の構成は、主真空シリンダ１０１と同一である副真空シリンダ１０２とを有する。

すなわち、主真空シリンダ１０１のピストンロッド９１とピストン３１とは直接連結された構造であるのに対し、副真空シリンダ１０２のピストンロッド９２は、弛み部１７を介してピストン３２と連結した構造である。この弛み部１７は、この弛み部１７の長さの変化に対応できるようバネ仕掛けの引き出し式のピストンロッドカバー１８によって覆われている。

また、各シリンダチューブ８１，８２を外部から固定するシリンダ脚１４１，１４２が設けられている。

さらに、主真空シリンダ１０１のシリンダチューブ８１と副真空シリンダ１０２のシリンダチューブ８２は互いのシリンダチューブ側壁を介して連結し、一体的に形成されており、そのシリンダチューブ８１（８２）側壁には貫通孔（ピン孔）が形成されている。

本装置は、主真空シリンダ１０１のピストン３１の摺動により、一方の端壁５１とピストン３１の間のシリンダチューブ内が真空とされ、これによりピストン３１に負荷が生じるよう構成されている。また、貫通孔８Ａを介して両真空シリンダ１０１、１０２には共通の真空室が形成され、少なくとも共通の真空室が形成された時点では副真空シリンダ１０２のピストンロッド９２の弛み部１７の弛みが無くなるよう弛み具合が設定されている。

また、それぞれの他方の端壁６１，６２を貫通した各ピストンロッド９１，９２は、シリンダチューブ８１，８２の外側側壁から所定の間隔を空けた状態で他方の端壁と逆方向に屈曲した形状をなすピストンロッド延長部４１，４２に連結している。

さらに、主真空シリンダ１０１のピストン３１が一方の端壁５１に密着した状態での主真空シリンダ１０１の一方の端壁５１外面位置からのピストンロッド９１の長さが、主真空シリンダ１０１のピストン３１のシリンダチューブ８１内における移動可能距離より長くなされている。

ピストン３１、３２の半径は、このピストンロッド９１、９２、４１、４２全体にかかる加重負荷に対しそれぞれのピストン面積相応の抵抗負荷が生じるよう設定されている。

以上の構成により、物体を移動させることなく、その被制御物加重負荷１５を応力として他の位置、すなわち、シリンダ脚１４１、１４２に転換されるようになっている。

本装置では、主真空シリンダ１０１は、最初に真空応答を起こす被制御物加重負荷１５よりも小さいピストン抵抗負荷が生じるように形成されている。また、副真空シリンダ１０２は、主真空シリンダ１０１のピストン抵抗負荷を超えた被制御物の残存負荷が連結可能とされる。

上記の構造により、図２（ｂ）に示すように、被制御物加重負荷１５がプレート１にかかると、主真空シリンダ１０１のピストンロッド９１が他方の端壁６１の向きに動き、主真空シリンダ１０１のピストン３１が摺動する。これに伴い、副真空シリンダのピストンロッドも一緒に動くが、この動きは、弛み部１７の弛みが解消されるまで続き、ピストン３１のみが摺動する。つまり、ピストンロッド９２の力は、弛み部の弛みが解消されるまでは、ピストン３２には伝達しない。

ここで、弛みが解消されると、図２（ｃ）に示すように、弛み部１７を介してピストンロッド９２の力が、ピストン３２に伝達し、副真空シリンダ１０２のピストン３２はピストン３１とともに摺動が可能になる。この弛み部１７の弛みの解消は、ピストン３１がピストン３２と面一の状態とされる位置にまで摺動した時点でなされる。

その後は、図２（ｄ）に示すように、ピストン３１、３２は、面一の状態で摺動をともにし、貫通孔８Ａを通過した時点で、貫通孔８Ａは主真空シリンダ１０１及び副真空シリンダ１０２の両真空室に開放され、貫通孔８Ａを介して共通の真空室が形成される。このとき、貫通孔８Ａ内の空気が共通の真空室に流入するが、その量は真空室の真空が維持できるほどの僅かな量であり、真空シリンダの動作に影響しない。

さらに、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、貫通孔８Ａは、副真空シリンダ１０２の非応答時は、副真空シリンダ１０２のピストン３２の厚みにより、常時塞がれている。このため、両真空シリンダのピストンのいずれの摺動においても真空室外の空気が貫通孔８Ａを通じ新たに流入することはなく、貫通孔８Ａ内に当初から存在している僅かな空気が真空室内に僅かな空気の壁を作るのみである。以上のことから、貫通孔８Ａ内に当初からある僅かな空気の存在や、貫通孔８Ａの構造が、両真空シリンダの真空応答や真空の維持を妨げるような悪影響を及ぼすことはない。

なお、この装置における作用・反作用と応力は、矢符Ｘ・矢符Ｙと矢符Ｚで示される。

図３は、本発明の加重制御装置の変形例を説明するための断面図である。

この装置は、この構成では、ピストン３にかかる負荷が２本のピストンロッド４を介して安定的に伝達される。

ここではピストン３から伸びるピストンロッドが２本とする例を示したが、これに限定されることなく、３本以上の複数本であってもよい。

図４は、本発明の加重制御装置の他の変形例を説明するための断面図である。

この装置では、シリンダ脚１４に一体的に形成されたプレス遮断壁１２とプレス遮断杭１３がシリンダチューブ８及びピストンロッド４の外部に設けられている。このプレス遮断壁１２とプレス遮断杭１３は、ピストンロッド４の動きをシリンダチューブ８内で停止するための構造物である。本実施形態では、このプレス遮断壁１２を設けることにより、真空応答に要する初動負荷に静止時の被制御物加重負荷を用いることができ、さらに、プレス遮断杭１３により設置場所の広さや状態の自由度などが高まり、設置の多様化をより多く計ることができる。その理由は、プレス遮断壁１２及びプレス遮断杭１３は、予め計算されているピストン抵抗負荷を上回った被制御物の残存負荷を真空シリンダ外の制御手段で受けるために設置されたものであり、それゆえ、本装置のピストン抵抗負荷は静止時の被制御物加重負荷を下回る値でよく、また、プレス遮断壁１２とは別にプレス遮断杭１３をも制御に用いることで、狭い場所での設置も可能になる。以上の理由により、プレス遮断壁１２とプレス遮断杭１３の上面は、一方の端壁５の外面位置より高い位置となる。

以上の構成においては、被制御物負荷への変動的な加重制御を可能とし、さらに、均等的な加重制御を可能とする。真空応答は上記したようにピストン断面積に応じた負荷をピストン３に生じさせるが、この負荷は予め設定されており、この負荷を超える被制御物加重負荷でピストン３やシリンダチューブ８に摺動を起こさせながらも、予め設定された設定負荷を上回る残存負荷で生じる過剰な摺動を途中で制止することにより、被制御物残存負荷を実質的に削除し、制御する。本実施形態では、板、棒などによって遮断手段を構成するものを説明したが、これらに限ることなく、ピストンの摺動が遮断されればよく、他の構造物を用いてもよい。これにより、予め設定された設定負荷分を被制御物加重負荷から常時均等に削減制御することができる。

図５は、本発明の加重制御装置の別の変形例の構成を示す斜視図である。

この装置は、被制御物を載置するプレートを設けず、シリンダロッド４，４から伸びる４本のシリンダロッド４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの端部によって支持される支持プレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが設けられている以外は、同じ構成である。本装置では、これらの支持プレート１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に被制御物を載置する構造となっており、被制御物の載置部分の接触面積を小さくした状態での加重制御が実現できる。

本発明の構成は、真空と大気圧との境差で生じる力をエネルギーとして取り出すことができ、しかも、コストがかからず、大気のあるところならどこでも簡単にエネルギーを取り出し提供することができる。例えば、ピストンの摺動を利用し、物体を動かす手段として用いるならば、石油、ガス、電気などの従来の動力源を全く使わない真空エネルギーによる自動リフトなどが具体的に実現できる。更に、主シリンダと副シリンダの一体構造によるピストンの往復運動を利用した構成ではエネルギーを半永久的に作り出すことにもつながる点で有益である。また、加重負荷の応力転換による力の移動は、様々な物体における形状制約を回避可能とし、効率的な重量バランスを図ることが可能になる。例えば、自動車などの重量バランスで座席やエンジンの設置位置に対し実際に重さの発生する場所を変えるなどに活用すれば車両の安定性及びこれに伴う燃料効率の向上など、もたらされる効果は大きい。

このように、本発明は、真空原理の利用を従来では成し得なかった分野において実現可能とする点でその有用性は大きい。

１ プレート
２ 空気排出口
３、３１、３２ ピストン
４ ピストンロッド
５、５１、５２ 一方の端壁
６、６１、６２ 他方の端壁
７ 真空室
８、８１、８２ シリンダチューブ
１２ プレス遮断壁
１３ プレス遮断杭
１４ シリンダ脚
１５ 被制御物加重
１７ 弛み部
１８ ロッドカバー
１９ バルブ
１００ 真空シリンダ
１０１ 主真空シリンダ
１０２ 副真空シリンダ

Claims (3)

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、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、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た主真空シリンダと、この主真空シリンダにおいて、ピストンロッドが弛みを生じる弛み部を含む点で当該主真空シリンダと異なる副真空シリンダを有し、上記主真空シリンダのシリンダチューブと副真空シリンダのシリンダチューブは互いのシリンダチューブ側壁を介して連結し、一体的に形成されているとともに、このシリンダチューブ側壁には貫通孔が形成されており、さらに、上記ピストンで生じる作用・反作用の力とは別の応力を発生誘導させるため、上記シリンダチューブをそれぞれ外部から固定する固定手段が備えられており、
   上記主真空シリンダのピストンの摺動により、上記主真空シリンダの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が真空とされ、これにより上記ピストンに負荷が生じるよう構成されているとともに、上記貫通孔を介して両真空シリンダには共通の真空室が形成され、少なくとも共通の真空室が形成された時点では上記副真空シリンダのピストンロッドの弛みが無くなるよう弛み具合が設定されており、
   上記それぞれの他方の端壁を貫通した各ピストンロッドは、上記別の応力を生じさせるため当該シリンダチューブの外側側壁から所定の間隔を空けた状態で他方の端壁と逆方向に屈曲したピストンロッド延長部に連結され、このピストンロッド延長部により、外部からの加重負荷を少なくとも主真空シリンダのピストンロッドが直接受けるようになされており、
   上記主真空シリンダのピストンが上記一方の端壁に密着した状態での上記主真空シリンダの上記一方の端壁外面位置からの当該ピストンロッドの長さが、上記主真空シリンダのピストンの当該シリンダチューブ内における移動可能距離より長くなされ、かつ、上記副シリンダのピストンが上記一方の端壁に密着した状態での上記副真空シリンダの上記一方の端壁外面位置からの当該ピストンロッドの長さが、上記副真空シリンダのピストンの当該シリンダチューブ内における移動可能距離より長くなされているとともに、
   上記それぞれのピストンの半径は、このピストンロッド全体にかかる加重負荷に対し、それぞれのピストン面積相応の真空抵抗負荷が生じるよう設定されており、
   外部からの加重負荷を、上記ピストンロッド延長部と連結された少なくとも主真空シリンダのピストンロッドで直接受けることにより、上記それぞれのピストンで生じる真空負荷を作用・反作用で打ち消し、それぞれのピストンで生じた真空負荷相応の抵抗負荷分と同等の真空負荷分を、上記作用・反作用で打ち消し合う力とは別の力とされる応力として、上記固定手段を介して、物体を移動させることなく他の位置に転換し得る加重制御装置。
2. 請求項１に記載の加重制御装置において、上記ピストンロッドは、当該ピストンに複数本連結する加重制御装置。
3. 請求項１に記載の加重制御装置において、上記ピストンロッドの動きを停止するための遮蔽壁が、上記固定手段に一体的に形成されているとともに、上記遮蔽壁上面は、上記一方の端壁外面位置より高い位置とされている加重制御装置。

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