| 【発明の名称】 |
緩衝装置付きシリンダ機構 |
| 【発明者】 |
【氏名】野澤 卓平
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| 【要約】 |
【課題】非常時にピストンが暴走してもシリンダヘッドやシリンダボトム付近では衝撃や騒音が減少でき、ゴムクッションの負担が減少できる緩衝装置付きシリンダ機構を提供する。
【解決手段】シリンダ１内に設置されたピストン２と、ピストン２と螺合関係にあるモータシャフト5,8 と、モータシャフト5,8 に回転を伝える駆動体４とを備え、駆動体４によりモータシャフト5,8 が回転することでピストン２を進退動させるシリンダ機構において、ピストン２は中空形状に形成されるとともに前記中空形状内に液体あるいは気体である流体７が充填されたとき、ピストン２が進退動すると、前記中空形状の進行側および後退側において流体７がモータシャフト先端の流体抵抗板13に近づくに従って流体７の流体抵抗力が大きくなることを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリンダ内を軸方向摺動自在に設置されたピストンと、このピストンと螺合関係にあり回転自在なモータシャフトと、このモータシャフトに回転を伝える駆動体とを備え、前記駆動体によりモータシャフトが回転することで螺合関係にある前記ピストンを進退動させるシリンダ機構において、前記ピストンは中空形状に形成されるとともに前記中空形状のうち進行側および後退側の断面積が前記中空形状の中間側の断面積より小さく形成され、前記モータシャフトは前記ピストンと螺合し、前記モータシャフトの先端部が前記ピストンの中空形状内にあり、前記先端部に流体抵抗板が固定され、前記流体抵抗板は前記ピストンの進退動の際、その外形が前記中空形状の進行側および後退側の内周面と接触しない形状に形成され、前記中空形状内に液体あるいは気体である流体が充填されたとき、前記ピストンが進退動すると、前記中空形状の進行側および後退側において前記流体が前記モータシャフト先端の流体抵抗板に近づくに従って前記流体の流体抵抗力が大きくなることを特徴とする緩衝装置付きシリンダ機構。
【請求項２】 前記流体抵抗板に孔を穿設し、この孔の面積の大きさにより前記流体抵抗力を調節する請求項１記載の緩衝装置付きシリンダ機構。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリンダ内に設置されたピストンと、このピストンと螺合関係にあるモータシャフトとを備え、モータシャフトを正回転あるいは逆回転させることによりピストンを進退動させるシリンダ機構に関し、特にシリンダ内に緩衝装置を設けた緩衝装置付きシリンダ機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリンダ内に軸方向移動自在に設置されたピストンと、このピストンと螺合関係にあるモータシャフトとを備え、駆動体によりモータシャフトを正回転あるいは逆回転させることによりピストンを進退動（あるいは上下動）させるシリンダ機構がある。
【０００３】例えば、図４に示すシリンダ機構は、シリンダ１と、このシリンダ１内を軸方向に摺動可能なピストン２０及びロッド３と、このピストン２０に上下動を与える駆動体（モータ等）４およびモータシャフト５とを備えている。
【０００４】シリンダ１は円筒形状を有し、両端部をシリンダヘッド１ａとシリンダボトム１ｂによって塞がれている。シリンダ１の内壁１ｃはピストン２０の胴部２１が摺動可能なように平滑に仕上げられている。シリンダ１の側壁１ｄにはオイルタンク７が設けられており、シリンダ１内とオイルタンク６は連通し、オイルタンク６からシリンダ１内へオイル７が移動可能になっている。
【０００５】シリンダヘッド１ａはロッド３が進退動できるロッド穴１ｅをその中央部に有している。シリンダボトム１ｂは駆動体４の回転軸（モータシャフト）５が回転自在に軸封されるシャフト穴１ｆをその中央部に有している。
【０００６】モータシャフト５はその先端側にボールねじ８が設けられている。ピストン２０は円筒形状の先端部２２と後端部２３とが塞がれた形状を有し円筒内部にオイル７が収容可能になっている。そして、先端部２２にはロッド３が延出しており、後端部２３にはモータシャフト５のボールねじ８と螺合するボールねじナット部９を有している。
【０００７】かかるシリンダ機構において、駆動体４によりモータシャフト５およびボールねじ８が正回転（時計回り）すると、ボールねじナット部９を介してピストン２０がシリンダ１内を後退動（上昇動）する。そして、ピストン２０がそのまま上昇動を続けた場合はシリンダボトム１ｂ側内壁に設けられた後方クッション１１に当接してピストン２０は停止する。また、逆回転（反時計回り）すると、ピストン２０がシリンダ１内を前進動（下降動）する。そして、ピストン２０がそのまま下降動を続けた場合はシリンダ１内のシリンダヘッド１ａ側に設けられた前方クッション１０に当接してピストン２０は停止する。そして、前方クッション１０および後方クッション１１にはゴムやスプリングやショックアブソーバ等が使用されている。
【０００８】なお、ピストン２０は駆動体４の回転数を制御することで所望の位置へ移動制御される。また、前方クッション１０および後方クッション１１はピストン２０が暴走した場合の非常用のものであり、通常はピストン２０が前方クッション１０および後方クッション１１の位置まで移動制御されることはない。
【０００９】オイル７はシリンダ機構の作動油の役割を果たすものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のシリンダ機構は非常時にピストン２０が暴走した場合、前方クッション１０および後方クッション１１に当接（衝突）させて停止させる構造なので、衝突時に機械的衝撃、騒音、クッション１０，１１の破損等の問題が発生する。例えば、クッション１０，１１が破損したり、機械的衝撃によりシリンダヘッド１ａやシリンダボトム１ｂが破損した場合はシリンダ機構自体が使用できなくなるといった問題が生じる。また、騒音が発生すれば、商品としての価値が著しく低下してしまう。
【００１１】以上から本発明は、前記問題点に鑑み創案されたものであり、非常時にピストンが暴走してもシリンダヘッドやシリンダボトム付近では衝撃や騒音が減少でき、ゴムクッションの負担が減少できる緩衝装置付きシリンダ機構を提供することを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記課題を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。すなわち、本発明の緩衝装置付きシリンダ機構は、シリンダ内を軸方向摺動自在に設置されたピストンと、このピストンと螺合関係にあり回転自在なモータシャフトと、このモータシャフトに回転を伝える駆動体とを備え、前記駆動体によりモータシャフトが回転することで螺合関係にある前記ピストンを進退動させるシリンダ機構において、前記ピストンは中空形状に形成されるとともに前記中空形状のうち進行側および後退側の断面積が前記中空形状の中間側の断面積より小さく形成され、前記モータシャフトは前記ピストンと螺合し、前記モータシャフトの先端部が前記ピストンの中空形状内にあり、前記先端部に流体抵抗板が固定され、前記流体抵抗板は前記ピストンの進退動の際、その外形が前記中空形状の進行側および後退側の内周面と接触しない形状に形成され、前記中空形状内に液体あるいは気体である流体が充填されたとき、前記ピストンが進退動すると、前記中空形状の進行側および後退側において前記流体が前記モータシャフト先端の流体抵抗板に近づくに従って前記流体の流体抵抗力が大きくなることを特徴とする。
【００１３】この構成により、ピストンの中空内部両端の断面積が小さくなる部位が流体抵抗板に向かって進むと、進行方向に対し流体抵抗板の流体抵抗が強くなるので、流体の抵抗によってショックダンパと同じ様な働きをもたせることができ、シリンダヘッドあるいはシリンダボトムに達する前にピストンを減速させることができるので、前方あるいは後方クッションへの衝撃を減らすことができ、騒音および機械的負担の減少を図ることができる。
【００１４】本発明の緩衝装置付きシリンダ機構は、前記流体抵抗板に孔を穿設し、この孔の面積の大きさにより前記流体抵抗力を調節する構成のもの例示できる。この例示によれば、孔明けにより流体抵抗板の抵抗面積を変えることでピストンの減速速度を調節することが可能となる。
【００１５】なお、シリンダ機構の潤滑油としてオイルやグリースを使用することが考えられるが、潤滑用にオイルを用いた装置の場合は、オイルが流体の役目を果たしてオイルの抵抗によりピストンを減速させ、潤滑用にグリースを用いた装置の場合は、気体（空気）が流体の役目を果たして空気の抵抗によりピストンを減速させる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係る緩衝装置付きシリンダ機構を図１に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態では、流体として液体（オイル）を用いた場合で説明する。
【００１７】緩衝装置付きシリンダ機構は、シリンダ１と、このシリンダ１内を軸方向に摺動可能なピストン２及びロッド３と、このピストン２に進退動（図１では下降／上昇動）を与える駆動体（モータ等）４およびモータシャフト５とを備えている。
【００１８】シリンダ１は円筒形状を有し、その両端部をシリンダヘッド１ａとシリンダボトム１ｂによって塞がれている。シリンダ１の内周壁１ｃはピストン２の胴部２ａが摺動可能なように平滑に仕上げられている。シリンダ１の側壁１ｄにはオイルタンク６が設けられており、このオイルタンク６は抵抗力作動用流体としてのオイル７が貯溜されている。このオイルタンク６はシリンダ１内部と連通する連通路６ａを有している。なお、オイル７はシリンダ機構の作動油（潤滑油）の役割と、後述する流体抵抗の役割を果たすものであり、オイルタンク６の連通路６ａからシリンダ１内に供給される。
【００１９】シリンダヘッド１ａはロッド穴１ｅをその中央部に有している。このロッド穴１ｅはピストン２先端から延設されたロッド３が上下動できる穴であって、オイル７がシリンダ１内部から漏れないようにシール部材（図示せず）が介在し、ロッド穴１ｅとロッド３との間は液封されている。そして、シリンダヘッド１ａ側の内壁にはゴム製の前方クッション１０が設けられている。
【００２０】シリンダボトム１ｂはシャフト穴１ｆをその中央部に有している。このシャフト穴１ｆは駆動体４の回転軸（モータシャフト）５を回転自在に軸封する穴であって、オイル７がシリンダ１内部から漏れないようにシール部材（図示せず）が介在し、シャフト穴１ｆとモータシャフト５との間は液封されている。そして、シリンダボトム１ｂ側の内壁にはゴム製の後方クッション１１が設けられている。
【００２１】なお、ピストン２は駆動体４の回転数が制御されることで所望の位置へ移動制御されるのであるが、通常はピストン２が前方クッション１０および後方クッション１１の位置まで移動制御されることはない。従って、前方クッション１０および後方クッション１１はあくまでもピストン２が暴走した場合の非常用のものとして設置されている。
【００２２】モータシャフト５はその先端から所定距離の間にかけてボールねじ８が設けられている。ピストン２は円筒形状を有し、その両端部が先端部２ｂと後端部２ｃによって塞がれている。両端部により塞がった円筒内部１２はその先端内周面１２ａおよび後端内周面１２ｂが筒中間部分の内周面と異なる断面形状になっており、先端内周面１２ａおよび後端内周面１２ｂは端部に行くにしたがって先細り形状となるテーパ面を形成している。そして、円筒内部１２はオイル７が収容可能になっている。
【００２３】先端部２ｂはロッド３が先端中央部より延設されている。また、後端部２ｃはモータシャフト５のボールねじ８とボール（図示せず）を介して螺合するボールねじナット部９を有している。このボールねじナット部９はボールねじ８と螺合する。その際、ボールねじ８の先端部分はボールねじナット部９より常時円筒内部１２側にある。なお、ボールねじ８とボールねじナット部９との螺合の隙間を介してシリンダ１内のオイル７がピストン２の円筒内部１２に供給される。
【００２４】円筒内部１２側にあるボールねじ８の先端部分には、流体抵抗板（ダンパプレート）１３が設けられている。このダンパプレート１３は円板形状を有し、その外径は円筒内部１２の内周径よりやや小さい径であって、そのプレート面をボールねじ８の軸線と直交するように固設されている。
【００２５】次に、この実施の形態の動作を説明する。かかる緩衝装置付きシリンダ機構において、駆動体４によりモータシャフト５およびボールねじ８が正回転（時計回り）すると、図２に示すように、ボールねじナット部９を介してピストン２がシリンダ１内を後退動（上昇動）する。すなわち、ピストン２はボールねじ８が正回転すると、シリンダ１の内壁１ｃに沿って軸方向に上昇動し、先端部２ｂに延設されたロッド３もピストン２に同期して上昇動する。なお、ダンパプレート１３はボールねじ８と共に正回転するのみであるが、ピストン２の上昇動により円筒内部１２のオイル７も相対移動するので、上方へ移動するオイル７がダンパプレート１３を押圧することでオイル抵抗（流体抵抗、流体圧力）が生じる。そして、ピストン２の上昇動が進み、先端内周面１２ａがダンパプレート１３の位置までくると、筒中間部分より断面積が小さくなった分だけダンパプレート１３にかかる流体圧力が大きくなるのでピストン２の先端部２ｂが近づくにしたがってピストン２及びロッド３の上昇動の勢いを減衰させることができクッション（ショックダンパ）の役目を果たす。そして、ピストン２が暴走しそのまま上昇動を続けた場合であってもシリンダボトム１ｂ側に設けられた後方クッション１１に当接する時にはピストン２の上昇動の勢いがほぼ減衰状態となっているので後方クッション１１やシリンダボトム１ｂを破損したりすることはない。
【００２６】また、モータシャフト５およびボールねじ８が逆回転（反時計回り）すると、図３に示すように、ボールねじナット部９を介してピストン２がシリンダ１内を前進動（下降動）する。すなわち、ピストン２はボールねじ８が逆回転すると、シリンダ１の内壁１ｃに沿って軸方向に下降動し、ロッド３もピストン２に同期して下降動する。なお、ダンパプレート１３はボールねじ８と共に逆回転するのみであるが、ピストン２の下降動により円筒内部１２のオイル７も相対移動するので、下方へ移動するオイル７がダンパプレート１３を押圧することでオイル抵抗（流体圧力）が生じる。そして、ピストン２の下降動が進み、後端内周面１２ｂがダンパプレート１３の位置までくると、筒中間部分より断面積が小さくなった分だけダンパプレート１３にかかる流体圧力が大きくなるのでピストン２の後端部２ｃが近づくにしたがってピストン２及びロッド３の下降動の勢いを減衰させることができクッション（ショックダンパ）の役目を果たす。そして、ピストン２が暴走しそのまま下降動を続けた場合であってもシリンダヘッド１ａ側に設けられた前方クッション１０に当接する時にはピストン２の下降動の勢いがほぼ減衰状態となっているので前方クッション１０やシリンダヘッド１ａを破損したりすることはない。
【００２７】この実施の形態によれば、ピストン２の円筒内部１２を段付にし円筒内部１２の両端に行くにしたがって先細り形状となるテーパ面を形成したので、ピストン２がシリンダ１の両端のいずれかに近づくに従ってダンパプレート１３に対するオイル抵抗が大きくなって、ピストン２の進退動の勢いを減衰させることができクッション（ショックダンパ）の役目を果たすことができる。
【００２８】なお、この実施の形態では、ダンパプレート１３を円板形状としてのみ説明したが、別の実施の形態としてダンパプレートの円板面に複数の孔を明けて円板面積を少なくし、円板面積を調整する構成にしてもよい。この別の実施の形態によれば、孔明けによりダンパプレートの円板面積を調整することによって、オイル抵抗力を調節することが可能となる。
【００２９】また、この実施の形態では、流体としてオイルを使用し、オイルを潤滑用に用いると共にオイルの抵抗によりクッションの役割を果たさせたが、流体はオイルに限定されるものではなく、グリースを潤滑用に用いた装置の場合は、気体（空気）をオイル代わりに使用して空気の抵抗によりクッション（ショックダンパ）の役割を果たさせる。
【００３０】さらに、この実施の形態では、ピストンとモータシャフトをボールねじによる螺合関係として説明したが、この螺合関係はボールねじに限定されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】本発明によれば、ピストンの中空形状のうち進行側および後退側の断面積が両端に行くにしたがって先細りとなる形状としたので、ピストンがシリンダの両端のいずれかに近づくに従って流体抵抗板に対する流体抵抗が大きくなって、ピストンの進退動の勢いを減衰させることができクッション（ショックダンパ）の役目を果たすことができる。結果として、シリンダヘッドあるいはシリンダボトムに達する前にピストンを減速させることができるので、前方あるいは後方クッションへの衝撃を減らすことができ、騒音および機械的負担の減少を図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９９０６１２２４
【氏名又は名称】協栄工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１０月１９日（１９９９．１０．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９２４４
【弁理士】
【氏名又は名称】遠山 勉 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１１６１０１（Ｐ２００１−１１６１０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年４月２７日（２００１．４．２７） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−２９７１１８ |
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