空圧ポンプ
【課題】作業者が長時間使用しても疲労することがなく、また、容易に動き周りながら使用することができる空圧ポンプを提供することにある。
【解決手段】シリンダ１１１とピストン１１２を有する空気圧縮装置１１０と、矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部１３４として設けられている第１枠部材１３１、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部１４０として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材１３２を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置１３０とを備える。
【解決手段】シリンダ１１１とピストン１１２を有する空気圧縮装置１１０と、矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部１３４として設けられている第１枠部材１３１、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部１４０として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材１３２を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置１３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に空気を圧送する空圧ポンプに関し、特に足踏み式の空圧ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
災害時に使用する動力付きの救助機器を全ての地域に用意しておくことは非常に困難であり、また電力等の供給が滞ったときは動力付きの救助機器を使用することができなくなる。このような場合、手動の空圧ポンプにより圧縮空気を提供して空圧駆動型の各種救助機器が利用できると救助活動を非常に効率的に行うことができる。手動の空圧ポンプを災害時に利用するには、作業者が空圧ポンプを長時間使用しても疲れ難く、また作業者が他の救助活動を行いながら、即ち作業者が動き回りながら空圧ポンプを使用することができることが必要である。
【０００３】
しかし、手押し式空圧ポンプでは、腕の力を利用しているため作業者が疲れ易く、長時間の使用は困難である。一方、足踏み式空圧ポンプは、脚の力を利用しているため作業者は疲れ難いが、安定性が悪くて足が踏込み部から外れ易いため、使用し難いことが多い。更に、何れの空圧ポンプも一箇所に留めて使用されるため、作業者が動き回りながら該空圧ポンプを使用するには不向きである。そこで、作業者の足先に装着可能な構成とすることにより、安定性を高めて使用し易くし、かつ動き回りながら使用することができるようにした空圧ポンプが提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】広瀬茂男、阿部顕一「災害時救助作業に使用できる高性能家庭用空気入れの開発」、ロボティクス・メカトロニクス講演会’０１講演論文集、１Ｐ１−Ｅ８（１）−（２）（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の空圧ポンプでは、基本的にポンプ全体が作業者の足首よりも下方の足先に装着されるため、足先が重くなり、足首の運動が不自由になる。このため、実際に空圧ポンプを装着して動き回るには困難が伴い、長時間使用すると作業者の極端な疲労を招いてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、人が長時間使用しても疲れ難い空圧ポンプを提供することにある。更に、安定性を高めて使用し易くし、かつ容易に動き回りながら使用することができる空圧ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的達成のため、本発明の空圧ポンプでは、シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する空気圧縮装置と、矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、空気圧縮装置は足踏み部付近に位置する人の足首よりも上方に配置されることになるので、足首よりも下方の足先には重量のある構成要素は取り付けられないことになる。このため、足首の運動が不自由にならないので、作業者が長時間使用しても疲れ難いものとなる。
【０００９】
また、上記目的達成のため、本発明の他の空圧ポンプでは、シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する少なくとも２台の空気圧縮装置と、矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置と、外部に圧送された空気の負荷に感応して、前記第２枠部材の一辺部と少なくとも１台の前記空気圧縮装置のピストンとの連結を解除する連結解除装置とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
これにより、上記作用効果に加え、空圧ポンプの作動初期には複数の空気圧縮装置で多量の空気を圧送することができるため、人の足踏み運動時間を短縮させることができる。また、空圧ポンプの作動後期には外部に圧送された空気の負荷に感応した数の空気圧縮装置で空気を圧送することになるため、人の足踏み運動荷重を軽減させることができる。
【００１１】
また、前記連結解除装置が、前記ピストンを係止・係止解除する係止部材と、該係止部材を係止方向に付勢する付勢部材とを備えたことを特徴としている。これにより、連結解除装置を簡易な構成とすることができるので、空圧ポンプの重量増加やコスト増を抑えることができる。
【００１２】
また、前記空気圧縮装置を人の脛の前側部に取り付ける脛取付装置を備えたことを特徴としている。また、前記運動変換装置の足踏み部を人の足の裏側部に取り付ける足取付装置を備えたことを特徴としている。これにより、人と空圧ポンプを一体化することができるので、空圧ポンプの安定性を高めて使用し易くし、人は容易に動き回りながら使用することができる。
【００１３】
また、前記運動変換装置の足踏み部が、人の足の回動方向に回動自在となるように前記第１枠部材の他の対向辺部端部に設けられていることを特徴としている。これにより、空圧ポンプを装着した人が足首を動かした場合に、足踏み部は足首の動きに合わせて足の裏側部に追従するように回動することができる。よって、足首の運動の自由が奪われることがなく、ほとんど違和感なく容易に動き回ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。この空圧ポンプ１００は、人の脛と足に取り付けられ、人の足踏み運動のエネルギを空気圧縮のエネルギに変換することにより作動するポンプである。空圧ポンプ１００は、外部の例えばアキュムレータやエアージャッキ等（図示せず）に空気を圧送する空気圧縮装置１１０と、この空気圧縮装置１１０を作動させる運動変換装置１３０を備えている。尚、以下の説明では、図中の矢印ａの方向を上下とする。
【００１６】
空気圧縮装置１１０は、シリンダ１１１と該シリンダ１１１内でシリンダ１１１の軸方向に摺動するピストン１１２を有する。シリンダ１１１の下端１１１ａからは、ピストン１１２のロッド１１２ａが突出しており、シリンダ１１１の上端１１１ｂには、給排気部１１３が設けられている。この給排気部１１３は、例えばホース等の空気導管（図示せず）を介して上記アキュムレータやエアージャッキ等に接続される。給排気部１１３には、２系統の逆止弁（図示せず）が内蔵されている。即ち、シリンダ１１１外の空気をシリンダ１１１内に流入させ、シリンダ１１１内の空気はシリンダ１１１外に流出させない逆止弁と、シリンダ１１１内の空気は上記アキュムレータやエアージャッキ等に流出させ、シリンダ１１１外の空気はシリンダ１１１内に流入させない逆止弁が内蔵されている。
【００１７】
運動変換装置１３０は、チャンネル材を矩形状に枠組みした第１枠部材１３１と第２枠部材１３２を有する。第１枠部材１３１の上辺部は、シリンダホルダ１３３としてシリンダ１１１の下端１１１ａに連結されている。また、該シリンダホルダ１３３に対向する下辺部は、詳細は後述するが人の足で踏まれるステップ（足踏み部）１３４として設けられている。このステップ１３４は、側面視コの字状に形成されており、両端がステップホルダ１３５に回動軸ピン（図では左側のみ示す）１３４ａを介して回動自在に軸支持されている。そして、各ステップホルダ１３５は、シリンダホルダ１３３の両端に直交するように各上端が固定されたスライダ（対向辺部）１３１ａ、１３１ｂの各下端に固定されている。
【００１８】
また、詳細は後述するが、シリンダホルダ１３３とシリンダ１１１の下端１１１ａの間には、人の脛の前側部に沿うように僅かに湾曲形成された脛取付具（脛取付装置）１３６が取り付けられ、更にこの脛取付具１３６には、図３に示す人の脛を取り付けるための脛取付ベルト（脛取付装置）１３７が取り付けられている。そして、ステップ１３４には、図３に示す人の足を取り付けるための足取付具（足取付装置）１３８が取り付けられている。
【００１９】
第２枠部材１３２の上辺部は、ピストンホルダ１３９としてピストン１１２のロッド１１２ａの下端１１２ａａに連結されている。また、該ピストンホルダ１３９に対向する下辺部は、詳細は後述するが例えば地上に載置されて上記ステップ１３４が人の足で踏まれたときに該足踏み荷重を受けるベース（荷重受け部）１４０として設けられている。そして、ピストンホルダ１３９の両端に直交するように各上端が固定されたスライダガイド（対向辺部）１３２ａ、１３２ｂは、上記スライダ１３１ａ、１３１ｂの溝内に嵌め込まれている。これにより、スライダ１３１ａ、１３１ｂは、スライダガイド１３２ａ、１３２ｂに沿って溝方向（図示上下方向）に摺動自在となる。そして、各ステップホルダ１３５と各スライダ１３１ａ、１３１ｂの上端の間には、引張バネ（図では左側のみ示す）１４１の両端がそれぞれ係止されている。以上のような構成において、その組立手順について図２を参照して説明する。
【００２０】
図２は、図１に示す空圧ポンプの分解斜視図である。ここで、第１枠部材１３１のシリンダホルダ１３３とスライダガイド１３１ａ、１３１ｂは、既に溶接もしくは接着等により接合済みであり、第２枠部材１３２のピストンホルダ１３９とスライダ１３２ａ、１３２ｂとベース１４０も、既に溶接もしくは接着等により接合済みである。
【００２１】
シリンダ１１１の上端１１１ｂにシリンダ蓋１１１ｃを嵌め込んでネジ止めする。そして、シリンダ蓋１１１ｃを貫通している給排気口１１１ｄに給排気部１１３をねじ込む。また、脛取付具１３６にフェルトもしくはゴム等で成るパッド１３６ａを接着する。このパッド１３６ａは、空圧ポンプ１００の作動時に人の脛を傷付けないようにするためのものである。そして、脛取付具１３６の支持部１３６ｂを第１枠部材１３１のシリンダホルダ１３３の取付穴１３３ａに合わせ、シリンダ１１１の下端１１１ａを支持部１３６ｂに通して取付穴１３３ａに嵌合する。
【００２２】
一方、ピストン１１２のロッド１１２ａの下端１１２ａａにピストン蓋１１２ｃを嵌合する。そして、ピストン蓋１１２ｃを第２枠部材１３２のピストンホルダ１３９の取付部１３９ａに位置合わせしてネジ止めする。また、第２枠部材１３２のスライダガイド１３２ａ、１３２ｂの図示上部に穿設されているネジ穴１３２ｃにバネ係止ピン１４１ａを螺合し、該バネ係止ピン１４１ａに引張バネ１４１の一端を係止する。
【００２３】
この第２枠部材１３２のスライダガイド１３２ａ、１３２ｂを、先に組み立てた第１枠部材１３１のスライダ１３１ａ、１３１ｂの溝内に下方から挿入する。そして、ピストン１１２のヘッド１１２ｂを、シリンダ１１１の下端１１１ａから内部へ挿入する。また、ステップ１３４の両端にステップホルダ１３５を回動軸ピン１３４ａにより取り付ける。そして、各ステップホルダ１３５をスライダ１３１ａ、１３１ｂの各下端にネジ止めする。以上により、図１に示す空圧ポンプ１００が完成する。次に、その使用手順について説明する。
【００２４】
図３は、図１に示す空圧ポンプを人が装着した状態を示す斜視図、図４（Ａ）、（Ｂ）は、空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
ここで、図３に示すように、ステップ１３３に取り付けられている足取付具１３８は、足先固定ベルト（足取付装置）１３８ａと踵固定ベルト（足取付装置）１３８ｂを有する。足先固定ベルト１３８ａ及び踵固定ベルト１３８ｂは、共に２本のベルトで構成されており、各ベルトの一端はステップ１３３の両端に固定され、各ベルトの他端には図示しない面ファスナが付けられている。また、脛取付具１３６に取り付けられている脛取付ベルト１３７も、２本のベルトで構成されており、各ベルトの一端は脛取付具１３６の両端に固定され、各ベルトの他端には図示しない面ファスナが付けられている。
【００２５】
先ず、作業者は、椅子等に腰を掛けた状態で、空圧ポンプ１００のシリンダ１１１を持ってベース１４０を地面上に載置する。続いて、片脚を上げて足の裏側部をステップ１３３上に載置する。そして、足先と踵をステップ１３３に取り付けられている足先固定ベルト１３８ａと踵固定ベルト１３８ｂで固定する。更に、脛の前側部を脛取付具１３６に押し当てる。そして、脛を脛取付具１３６に取り付けられている脛取付ベルト１３７で固定する。これにより、作業者と空圧ポンプ１００を一体化することができるので、空圧ポンプ１００の安定性を高めて使用し易くし、作業者は容易に動き回りながら空圧ポンプ１００を使用することができる。
【００２６】
以上により、作業者への空圧ポンプ１００の装着が完了する。この状態では、図４（Ａ）に示すように、第１枠部材１３１は、引張バネ１４１により引っ張られて第２枠部材１３２から離間した状態にある。次に、作業者が椅子から立ち上がると、作業者の荷重がステップ１３３に対し下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。そして、最終的には、図４（Ｂ）に示すように、第１枠部材１３１は、第２枠部材１３２と重なり合う。そして、給排気部１１３にアキュムレータやエアージャッキ等に接続されているホース等の空気導管を繋ぐ。
【００２７】
続いて、作業者が脚を上げると、図４（Ａ）に示すように、引張バネ１４１の復元力により第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って上昇（離間）する。このとき、シリンダ１１１も上昇するので、ピストン１１２がシリンダ１１１外の空気を給排気部１１３を介してシリンダ１１１内に吸引する。
【００２８】
そして、作業者が脚を下げると、図４（Ｂ）に示すように、作業者の荷重がステップ１３３に下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。このとき、シリンダ１１１も降下するので、ピストン１１２がシリンダ１１１内の空気を圧縮して給排気部１１３からホース等の空気導管を介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送する。
【００２９】
以上のように、第１枠部材１３１と第２枠部材１３２が接近・離間して、作業者の足踏み運動がピストン１１２の往復運動に変換されるので、該足踏み運動を繰り返すことにより、シリンダ１１１内の空気を圧縮して給排気部１１３からホース等の空気導管を介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に間歇的に圧送することができる。尚、作業者が空圧ポンプ１００を２台用意して両脚に装着していた場合には、空気の圧送を連続的に行うことができる。
【００３０】
また、空気圧縮装置１１０はステップ１３３付近に位置する作業者の足首よりも上方に配置されることになる。従って、足首よりも下方の足先には重量のある構成要素は取り付けられないことになるため、足首の運動が不自由にならないので、作業者が長時間使用しても疲れ難いものとなる。更に、ステップ１３３は作業者の足首の動きに合わせて足の裏側部に追従するように回動するので、作業者の足先と踵を足先固定ベルト１３８ａと踵固定ベルト１３８ｂでステップ１３３に固定していても作業者の足首の運動の自由が奪われることがなく、作業者は空圧ポンプ１００を装着していてもほとんど違和感なく容易に動き回ることができる。
【００３１】
尚、図４（Ｂ）に示す第１枠部材１３１と第２枠部材１３２が重なり合った状態で、図示しないストッパ（例えばピンと、該ピンを差し込み可能な第１枠部材１３１と第２枠部材１３２を貫通しているピン穴）により第１枠部材１３１と第２枠部材１３２を固定することにより、作業者は空圧ポンプ１００を装着したまま通常通りに歩行することが可能となる。
【００３２】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。この空圧ポンプ２００は、人の脛と足に取り付けられ、人の足踏み運動のエネルギを空気圧縮のエネルギに変換するものであり、基本的には図１に示す空圧ポンプ１００と同一構成であるため、同一点は同一番号を付してそれらの説明を省略し、相違点のみを説明する。空圧ポンプ２００は、外部の例えばアキュムレータやエアージャッキ等（図示せず）に空気を圧送する空気圧縮装置２１０と、この空気圧縮装置２１０を作動させる運動変換装置１３０を備えている。
【００３３】
空気圧縮装置２１０は、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃと該シリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ内でシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの軸方向に摺動するピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを有する。図示中央に配置されているシリンダ２１１ａ及びピストン２１２ａは、図１に示す空圧ポンプ１００のシリンダ１１１及びピストン１１２と同様に動作するが、図示両側に配置されているシリンダ２１１ｂ、２１１ｃ及びピストン２１２ｂ、２１２ｃは、外部に圧送された空気の負荷に感応して動作する。
【００３４】
即ち、外部に圧送された空気の負荷に感応して、ピストン２１２ｂ、２１２ｃと第２枠部材１３２のピストンホルダ１３９との連結を解除して、ピストン２１２ｂ、２１２ｃをピストンホルダ１３９に穿設されているピストン穴２１５から突出させる連結解除装置２２０を備えている。これにより、空圧ポンプ２００の作動初期には全てのシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ及びピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃで多量の空気を圧送することができるため、人の足踏み運動時間を短縮させることができる。また、空圧ポンプ２００の作動後期には外部に圧送された空気の圧力の上昇に感応し、連結解除装置２２０が作動して連結が解除され、１台のシリンダ２１１ａ及びピストン２１２ａで空気を圧送することになるため、人の足踏み運動荷重が過大になることを防ぐことができる。
【００３５】
図６は、連結解除装置の一例を示す図である。この連結解除装置２２０は、ピストン２１２ｂ（２１２ｃ）のロッド２１２ｂａ（２１２ｃａ）を周面両側から係止する２つのスリッパ（係止部材）２２１と、各スリッパ２２１をロッド２１２ｂａ（２１２ｃａ）の周面方向（係止方向）に付勢する２つの圧縮バネ（付勢部材）２２２を備えている。スリッパ２２１は、カムフォロア２２３と、このカムフォロア２２３を一端で回動自在に軸支持するアーム２２４を有する。２つのカムフォロア２２３は、ロッド２１２ｂａ（２１２ｃａ）の周面に対向するように設けられている円弧面状のカム溝２２５に嵌り込むことが可能になっている。アーム２２４の他端は、ピストンホルダ１３９に回動自在に軸支持されている。これにより連結解除装置２２０を簡易な構成とすることができるので、空圧ポンプ１００の重量増加やコスト増を抑えることができる。このような構成において、その動作を図６及び図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する。
【００３６】
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
作業者は、図１に示す空圧ポンプ１００と同様の手順で空圧ポンプ２００を装着する。この状態では、図７（Ａ）に示すように、第１枠部材１３１は、引張バネ１４１により引っ張られて第２枠部材１３２から離間した状態にある。次に、作業者が椅子から立ち上がると、作業者の荷重がステップ１３３に対し下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。このとき、カムフォロア２２３はカム溝２２５に嵌り込んで、圧縮バネ２２２がアーム２２４を付勢しているので、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａとピストンホルダ１３９は連結状態にある。従って、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃはそのままの状態で、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃが降下する。そして、最終的には、図７（Ｂ）に示すように、第１枠部材１３１は、第２枠部材１３２と重なり合う。そして、給排気部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃにアキュムレータやエアージャッキ等に接続されているホース等の空気導管を繋ぐ。
【００３７】
続いて、作業者が脚を上げると、図７（Ａ）に示すように、引張バネ１４１の復元力により第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って上昇（離間）する。このときも、カムフォロア２２３はカム溝２２５に嵌り込んで、圧縮バネ２２２がアーム２２４を付勢しているので、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａとピストンホルダ１３９は連結状態にある。従って、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃも上昇するので、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃが３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ外の空気を給排気部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを介してシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ内に吸引する。
【００３８】
そして、作業者が脚を下げると、図７（Ｂ）に示すように、作業者の荷重がステップ１３３に下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。このときも、カムフォロア２２３はカム溝２２５に嵌り込んで、圧縮バネ２２２がアーム２２４を付勢しているので、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａとピストンホルダ１３９は連結状態にある。従って、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃも降下するので、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃが３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ内の空気を圧縮して給排気部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送する。このように、空圧ポンプ２００の作動初期には全てのシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ及びピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃで多量の空気を圧送することができるため、人の足踏み運動時間を短縮させることができる。
【００３９】
その後、外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送された空気の負荷が増加してくると、作業者が脚を下げたときのロッド２１２ｂａ、２１２ｃａに働く軸方向の力Ｆｒｏｄが、カムフォロア２２３をカム溝２２５に押し付ける力Ｆｃａｍよりも大きくなるときがくる。
【００４０】
ここで、図６に示すように、カムフォロア２２３とカム溝２２５の接触角（接触角が０はカム溝２２５が無い場合ととる）をθとすると、カムフォロア２２３をカム溝２２５に押し付ける力Ｆｃａｍとロッド２１２ｂａ、２１２ｃａに働く軸方向の力Ｆｒｏｄには、Ｆｃａｍ＝（１／ｔａｎθ）・Ｆｒｏｄの関係がある。θが小さいと（１／ｔａｎθ）は大きくなるので、カムフォロア２２３がカム溝２２５から外れないようにするには圧縮バネ２２２のバネ定数を大きくする必要がある。尚、θが０のときは（１／ｔａｎθ）も０であるため、Ｆｃａｍが０でもロッド２１２ｂａ、２１２ｃａは動かない。
【００４１】
このように、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａに働く軸方向の力Ｆｒｏｄが、カムフォロア２２３をカム溝２２５に押し付ける力Ｆｃａｍよりも大きくなったときに、カムフォロア２２３がカム溝２２５から外れるので、ピストン２１２ｂ、２１２ｃとピストンホルダ１３９の連結が解除される。従って、図７（Ｃ）に示すように、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの降下に伴って、２台のピストン２１２ｂ、２１２ｃも降下してしまうので、１台のピストン２１２ａのみが１台のシリンダ２１１ａ内の空気を圧縮して給排気部２１３ａを介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送する。このように、空圧ポンプ２００の作動後期には外部に圧送された空気の負荷に感応した数、例えば１台のシリンダ２１１ａ及びピストン２１２ａで空気を圧送することになるため、人の足踏み運動荷重を軽減させることができる。
【００４２】
尚、上述した第２の実施形態では、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃと３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃを備えた空気圧縮装置２１０としたが、２台以上であれば配置可能な範囲で特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。
【図２】図１に示す空圧ポンプの分解斜視図である。
【図３】図１に示す空圧ポンプを人が装着した状態を示す斜視図である。
【図４】図１に示す空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。
【図６】図５の連結解除装置の一例を示す図である。
【図７】図５に示す空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００、２００ 空圧ポンプ、１１０、２１０ 空気圧縮装置、１１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ シリンダ、１１２、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ ピストン、１１２ａ、２１２ａａ、２１２ｂａ、２１２ｃａ ロッド、１１２ｂ ヘッド、１１３ 給排気部、１３０ 運動変換装置、１３１ 第１枠部材、１３１ａ、１３１ｂ スライダ、１３２ 第２枠部材、１３２ａ、１３２ｂ スライダガイド、１３３ シリンダホルダ、１３４ ステップ、１３４ａ 回動軸ピン、１３５ ステップホルダ、１３６ 脛取付具、１３７ 脛取付ベルト、１３８ 足取付具、１３９ ピストンホルダ、１４０ ベース、１４１ 引張バネ、２２０ 連結解除装置、２２１ スリッパ、２２２ 圧縮バネ、２２３ カムフォロア、２２４ アーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に空気を圧送する空圧ポンプに関し、特に足踏み式の空圧ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
災害時に使用する動力付きの救助機器を全ての地域に用意しておくことは非常に困難であり、また電力等の供給が滞ったときは動力付きの救助機器を使用することができなくなる。このような場合、手動の空圧ポンプにより圧縮空気を提供して空圧駆動型の各種救助機器が利用できると救助活動を非常に効率的に行うことができる。手動の空圧ポンプを災害時に利用するには、作業者が空圧ポンプを長時間使用しても疲れ難く、また作業者が他の救助活動を行いながら、即ち作業者が動き回りながら空圧ポンプを使用することができることが必要である。
【０００３】
しかし、手押し式空圧ポンプでは、腕の力を利用しているため作業者が疲れ易く、長時間の使用は困難である。一方、足踏み式空圧ポンプは、脚の力を利用しているため作業者は疲れ難いが、安定性が悪くて足が踏込み部から外れ易いため、使用し難いことが多い。更に、何れの空圧ポンプも一箇所に留めて使用されるため、作業者が動き回りながら該空圧ポンプを使用するには不向きである。そこで、作業者の足先に装着可能な構成とすることにより、安定性を高めて使用し易くし、かつ動き回りながら使用することができるようにした空圧ポンプが提案されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】広瀬茂男、阿部顕一「災害時救助作業に使用できる高性能家庭用空気入れの開発」、ロボティクス・メカトロニクス講演会’０１講演論文集、１Ｐ１−Ｅ８（１）−（２）（２００１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の空圧ポンプでは、基本的にポンプ全体が作業者の足首よりも下方の足先に装着されるため、足先が重くなり、足首の運動が不自由になる。このため、実際に空圧ポンプを装着して動き回るには困難が伴い、長時間使用すると作業者の極端な疲労を招いてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、人が長時間使用しても疲れ難い空圧ポンプを提供することにある。更に、安定性を高めて使用し易くし、かつ容易に動き回りながら使用することができる空圧ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的達成のため、本発明の空圧ポンプでは、シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する空気圧縮装置と、矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、空気圧縮装置は足踏み部付近に位置する人の足首よりも上方に配置されることになるので、足首よりも下方の足先には重量のある構成要素は取り付けられないことになる。このため、足首の運動が不自由にならないので、作業者が長時間使用しても疲れ難いものとなる。
【０００９】
また、上記目的達成のため、本発明の他の空圧ポンプでは、シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する少なくとも２台の空気圧縮装置と、矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置と、外部に圧送された空気の負荷に感応して、前記第２枠部材の一辺部と少なくとも１台の前記空気圧縮装置のピストンとの連結を解除する連結解除装置とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
これにより、上記作用効果に加え、空圧ポンプの作動初期には複数の空気圧縮装置で多量の空気を圧送することができるため、人の足踏み運動時間を短縮させることができる。また、空圧ポンプの作動後期には外部に圧送された空気の負荷に感応した数の空気圧縮装置で空気を圧送することになるため、人の足踏み運動荷重を軽減させることができる。
【００１１】
また、前記連結解除装置が、前記ピストンを係止・係止解除する係止部材と、該係止部材を係止方向に付勢する付勢部材とを備えたことを特徴としている。これにより、連結解除装置を簡易な構成とすることができるので、空圧ポンプの重量増加やコスト増を抑えることができる。
【００１２】
また、前記空気圧縮装置を人の脛の前側部に取り付ける脛取付装置を備えたことを特徴としている。また、前記運動変換装置の足踏み部を人の足の裏側部に取り付ける足取付装置を備えたことを特徴としている。これにより、人と空圧ポンプを一体化することができるので、空圧ポンプの安定性を高めて使用し易くし、人は容易に動き回りながら使用することができる。
【００１３】
また、前記運動変換装置の足踏み部が、人の足の回動方向に回動自在となるように前記第１枠部材の他の対向辺部端部に設けられていることを特徴としている。これにより、空圧ポンプを装着した人が足首を動かした場合に、足踏み部は足首の動きに合わせて足の裏側部に追従するように回動することができる。よって、足首の運動の自由が奪われることがなく、ほとんど違和感なく容易に動き回ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。この空圧ポンプ１００は、人の脛と足に取り付けられ、人の足踏み運動のエネルギを空気圧縮のエネルギに変換することにより作動するポンプである。空圧ポンプ１００は、外部の例えばアキュムレータやエアージャッキ等（図示せず）に空気を圧送する空気圧縮装置１１０と、この空気圧縮装置１１０を作動させる運動変換装置１３０を備えている。尚、以下の説明では、図中の矢印ａの方向を上下とする。
【００１６】
空気圧縮装置１１０は、シリンダ１１１と該シリンダ１１１内でシリンダ１１１の軸方向に摺動するピストン１１２を有する。シリンダ１１１の下端１１１ａからは、ピストン１１２のロッド１１２ａが突出しており、シリンダ１１１の上端１１１ｂには、給排気部１１３が設けられている。この給排気部１１３は、例えばホース等の空気導管（図示せず）を介して上記アキュムレータやエアージャッキ等に接続される。給排気部１１３には、２系統の逆止弁（図示せず）が内蔵されている。即ち、シリンダ１１１外の空気をシリンダ１１１内に流入させ、シリンダ１１１内の空気はシリンダ１１１外に流出させない逆止弁と、シリンダ１１１内の空気は上記アキュムレータやエアージャッキ等に流出させ、シリンダ１１１外の空気はシリンダ１１１内に流入させない逆止弁が内蔵されている。
【００１７】
運動変換装置１３０は、チャンネル材を矩形状に枠組みした第１枠部材１３１と第２枠部材１３２を有する。第１枠部材１３１の上辺部は、シリンダホルダ１３３としてシリンダ１１１の下端１１１ａに連結されている。また、該シリンダホルダ１３３に対向する下辺部は、詳細は後述するが人の足で踏まれるステップ（足踏み部）１３４として設けられている。このステップ１３４は、側面視コの字状に形成されており、両端がステップホルダ１３５に回動軸ピン（図では左側のみ示す）１３４ａを介して回動自在に軸支持されている。そして、各ステップホルダ１３５は、シリンダホルダ１３３の両端に直交するように各上端が固定されたスライダ（対向辺部）１３１ａ、１３１ｂの各下端に固定されている。
【００１８】
また、詳細は後述するが、シリンダホルダ１３３とシリンダ１１１の下端１１１ａの間には、人の脛の前側部に沿うように僅かに湾曲形成された脛取付具（脛取付装置）１３６が取り付けられ、更にこの脛取付具１３６には、図３に示す人の脛を取り付けるための脛取付ベルト（脛取付装置）１３７が取り付けられている。そして、ステップ１３４には、図３に示す人の足を取り付けるための足取付具（足取付装置）１３８が取り付けられている。
【００１９】
第２枠部材１３２の上辺部は、ピストンホルダ１３９としてピストン１１２のロッド１１２ａの下端１１２ａａに連結されている。また、該ピストンホルダ１３９に対向する下辺部は、詳細は後述するが例えば地上に載置されて上記ステップ１３４が人の足で踏まれたときに該足踏み荷重を受けるベース（荷重受け部）１４０として設けられている。そして、ピストンホルダ１３９の両端に直交するように各上端が固定されたスライダガイド（対向辺部）１３２ａ、１３２ｂは、上記スライダ１３１ａ、１３１ｂの溝内に嵌め込まれている。これにより、スライダ１３１ａ、１３１ｂは、スライダガイド１３２ａ、１３２ｂに沿って溝方向（図示上下方向）に摺動自在となる。そして、各ステップホルダ１３５と各スライダ１３１ａ、１３１ｂの上端の間には、引張バネ（図では左側のみ示す）１４１の両端がそれぞれ係止されている。以上のような構成において、その組立手順について図２を参照して説明する。
【００２０】
図２は、図１に示す空圧ポンプの分解斜視図である。ここで、第１枠部材１３１のシリンダホルダ１３３とスライダガイド１３１ａ、１３１ｂは、既に溶接もしくは接着等により接合済みであり、第２枠部材１３２のピストンホルダ１３９とスライダ１３２ａ、１３２ｂとベース１４０も、既に溶接もしくは接着等により接合済みである。
【００２１】
シリンダ１１１の上端１１１ｂにシリンダ蓋１１１ｃを嵌め込んでネジ止めする。そして、シリンダ蓋１１１ｃを貫通している給排気口１１１ｄに給排気部１１３をねじ込む。また、脛取付具１３６にフェルトもしくはゴム等で成るパッド１３６ａを接着する。このパッド１３６ａは、空圧ポンプ１００の作動時に人の脛を傷付けないようにするためのものである。そして、脛取付具１３６の支持部１３６ｂを第１枠部材１３１のシリンダホルダ１３３の取付穴１３３ａに合わせ、シリンダ１１１の下端１１１ａを支持部１３６ｂに通して取付穴１３３ａに嵌合する。
【００２２】
一方、ピストン１１２のロッド１１２ａの下端１１２ａａにピストン蓋１１２ｃを嵌合する。そして、ピストン蓋１１２ｃを第２枠部材１３２のピストンホルダ１３９の取付部１３９ａに位置合わせしてネジ止めする。また、第２枠部材１３２のスライダガイド１３２ａ、１３２ｂの図示上部に穿設されているネジ穴１３２ｃにバネ係止ピン１４１ａを螺合し、該バネ係止ピン１４１ａに引張バネ１４１の一端を係止する。
【００２３】
この第２枠部材１３２のスライダガイド１３２ａ、１３２ｂを、先に組み立てた第１枠部材１３１のスライダ１３１ａ、１３１ｂの溝内に下方から挿入する。そして、ピストン１１２のヘッド１１２ｂを、シリンダ１１１の下端１１１ａから内部へ挿入する。また、ステップ１３４の両端にステップホルダ１３５を回動軸ピン１３４ａにより取り付ける。そして、各ステップホルダ１３５をスライダ１３１ａ、１３１ｂの各下端にネジ止めする。以上により、図１に示す空圧ポンプ１００が完成する。次に、その使用手順について説明する。
【００２４】
図３は、図１に示す空圧ポンプを人が装着した状態を示す斜視図、図４（Ａ）、（Ｂ）は、空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
ここで、図３に示すように、ステップ１３３に取り付けられている足取付具１３８は、足先固定ベルト（足取付装置）１３８ａと踵固定ベルト（足取付装置）１３８ｂを有する。足先固定ベルト１３８ａ及び踵固定ベルト１３８ｂは、共に２本のベルトで構成されており、各ベルトの一端はステップ１３３の両端に固定され、各ベルトの他端には図示しない面ファスナが付けられている。また、脛取付具１３６に取り付けられている脛取付ベルト１３７も、２本のベルトで構成されており、各ベルトの一端は脛取付具１３６の両端に固定され、各ベルトの他端には図示しない面ファスナが付けられている。
【００２５】
先ず、作業者は、椅子等に腰を掛けた状態で、空圧ポンプ１００のシリンダ１１１を持ってベース１４０を地面上に載置する。続いて、片脚を上げて足の裏側部をステップ１３３上に載置する。そして、足先と踵をステップ１３３に取り付けられている足先固定ベルト１３８ａと踵固定ベルト１３８ｂで固定する。更に、脛の前側部を脛取付具１３６に押し当てる。そして、脛を脛取付具１３６に取り付けられている脛取付ベルト１３７で固定する。これにより、作業者と空圧ポンプ１００を一体化することができるので、空圧ポンプ１００の安定性を高めて使用し易くし、作業者は容易に動き回りながら空圧ポンプ１００を使用することができる。
【００２６】
以上により、作業者への空圧ポンプ１００の装着が完了する。この状態では、図４（Ａ）に示すように、第１枠部材１３１は、引張バネ１４１により引っ張られて第２枠部材１３２から離間した状態にある。次に、作業者が椅子から立ち上がると、作業者の荷重がステップ１３３に対し下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。そして、最終的には、図４（Ｂ）に示すように、第１枠部材１３１は、第２枠部材１３２と重なり合う。そして、給排気部１１３にアキュムレータやエアージャッキ等に接続されているホース等の空気導管を繋ぐ。
【００２７】
続いて、作業者が脚を上げると、図４（Ａ）に示すように、引張バネ１４１の復元力により第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って上昇（離間）する。このとき、シリンダ１１１も上昇するので、ピストン１１２がシリンダ１１１外の空気を給排気部１１３を介してシリンダ１１１内に吸引する。
【００２８】
そして、作業者が脚を下げると、図４（Ｂ）に示すように、作業者の荷重がステップ１３３に下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。このとき、シリンダ１１１も降下するので、ピストン１１２がシリンダ１１１内の空気を圧縮して給排気部１１３からホース等の空気導管を介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送する。
【００２９】
以上のように、第１枠部材１３１と第２枠部材１３２が接近・離間して、作業者の足踏み運動がピストン１１２の往復運動に変換されるので、該足踏み運動を繰り返すことにより、シリンダ１１１内の空気を圧縮して給排気部１１３からホース等の空気導管を介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に間歇的に圧送することができる。尚、作業者が空圧ポンプ１００を２台用意して両脚に装着していた場合には、空気の圧送を連続的に行うことができる。
【００３０】
また、空気圧縮装置１１０はステップ１３３付近に位置する作業者の足首よりも上方に配置されることになる。従って、足首よりも下方の足先には重量のある構成要素は取り付けられないことになるため、足首の運動が不自由にならないので、作業者が長時間使用しても疲れ難いものとなる。更に、ステップ１３３は作業者の足首の動きに合わせて足の裏側部に追従するように回動するので、作業者の足先と踵を足先固定ベルト１３８ａと踵固定ベルト１３８ｂでステップ１３３に固定していても作業者の足首の運動の自由が奪われることがなく、作業者は空圧ポンプ１００を装着していてもほとんど違和感なく容易に動き回ることができる。
【００３１】
尚、図４（Ｂ）に示す第１枠部材１３１と第２枠部材１３２が重なり合った状態で、図示しないストッパ（例えばピンと、該ピンを差し込み可能な第１枠部材１３１と第２枠部材１３２を貫通しているピン穴）により第１枠部材１３１と第２枠部材１３２を固定することにより、作業者は空圧ポンプ１００を装着したまま通常通りに歩行することが可能となる。
【００３２】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。この空圧ポンプ２００は、人の脛と足に取り付けられ、人の足踏み運動のエネルギを空気圧縮のエネルギに変換するものであり、基本的には図１に示す空圧ポンプ１００と同一構成であるため、同一点は同一番号を付してそれらの説明を省略し、相違点のみを説明する。空圧ポンプ２００は、外部の例えばアキュムレータやエアージャッキ等（図示せず）に空気を圧送する空気圧縮装置２１０と、この空気圧縮装置２１０を作動させる運動変換装置１３０を備えている。
【００３３】
空気圧縮装置２１０は、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃと該シリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ内でシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの軸方向に摺動するピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃを有する。図示中央に配置されているシリンダ２１１ａ及びピストン２１２ａは、図１に示す空圧ポンプ１００のシリンダ１１１及びピストン１１２と同様に動作するが、図示両側に配置されているシリンダ２１１ｂ、２１１ｃ及びピストン２１２ｂ、２１２ｃは、外部に圧送された空気の負荷に感応して動作する。
【００３４】
即ち、外部に圧送された空気の負荷に感応して、ピストン２１２ｂ、２１２ｃと第２枠部材１３２のピストンホルダ１３９との連結を解除して、ピストン２１２ｂ、２１２ｃをピストンホルダ１３９に穿設されているピストン穴２１５から突出させる連結解除装置２２０を備えている。これにより、空圧ポンプ２００の作動初期には全てのシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ及びピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃで多量の空気を圧送することができるため、人の足踏み運動時間を短縮させることができる。また、空圧ポンプ２００の作動後期には外部に圧送された空気の圧力の上昇に感応し、連結解除装置２２０が作動して連結が解除され、１台のシリンダ２１１ａ及びピストン２１２ａで空気を圧送することになるため、人の足踏み運動荷重が過大になることを防ぐことができる。
【００３５】
図６は、連結解除装置の一例を示す図である。この連結解除装置２２０は、ピストン２１２ｂ（２１２ｃ）のロッド２１２ｂａ（２１２ｃａ）を周面両側から係止する２つのスリッパ（係止部材）２２１と、各スリッパ２２１をロッド２１２ｂａ（２１２ｃａ）の周面方向（係止方向）に付勢する２つの圧縮バネ（付勢部材）２２２を備えている。スリッパ２２１は、カムフォロア２２３と、このカムフォロア２２３を一端で回動自在に軸支持するアーム２２４を有する。２つのカムフォロア２２３は、ロッド２１２ｂａ（２１２ｃａ）の周面に対向するように設けられている円弧面状のカム溝２２５に嵌り込むことが可能になっている。アーム２２４の他端は、ピストンホルダ１３９に回動自在に軸支持されている。これにより連結解除装置２２０を簡易な構成とすることができるので、空圧ポンプ１００の重量増加やコスト増を抑えることができる。このような構成において、その動作を図６及び図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を参照して説明する。
【００３６】
図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
作業者は、図１に示す空圧ポンプ１００と同様の手順で空圧ポンプ２００を装着する。この状態では、図７（Ａ）に示すように、第１枠部材１３１は、引張バネ１４１により引っ張られて第２枠部材１３２から離間した状態にある。次に、作業者が椅子から立ち上がると、作業者の荷重がステップ１３３に対し下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。このとき、カムフォロア２２３はカム溝２２５に嵌り込んで、圧縮バネ２２２がアーム２２４を付勢しているので、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａとピストンホルダ１３９は連結状態にある。従って、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃはそのままの状態で、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃが降下する。そして、最終的には、図７（Ｂ）に示すように、第１枠部材１３１は、第２枠部材１３２と重なり合う。そして、給排気部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃにアキュムレータやエアージャッキ等に接続されているホース等の空気導管を繋ぐ。
【００３７】
続いて、作業者が脚を上げると、図７（Ａ）に示すように、引張バネ１４１の復元力により第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って上昇（離間）する。このときも、カムフォロア２２３はカム溝２２５に嵌り込んで、圧縮バネ２２２がアーム２２４を付勢しているので、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａとピストンホルダ１３９は連結状態にある。従って、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃも上昇するので、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃが３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ外の空気を給排気部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを介してシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ内に吸引する。
【００３８】
そして、作業者が脚を下げると、図７（Ｂ）に示すように、作業者の荷重がステップ１３３に下方向に掛かることになるので、第１枠部材１３１は第２枠部材１３２に沿って降下（接近）する。このときも、カムフォロア２２３はカム溝２２５に嵌り込んで、圧縮バネ２２２がアーム２２４を付勢しているので、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａとピストンホルダ１３９は連結状態にある。従って、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃも降下するので、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃが３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ内の空気を圧縮して給排気部２１３ａ、２１３ｂ、２１３ｃを介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送する。このように、空圧ポンプ２００の作動初期には全てのシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ及びピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃで多量の空気を圧送することができるため、人の足踏み運動時間を短縮させることができる。
【００３９】
その後、外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送された空気の負荷が増加してくると、作業者が脚を下げたときのロッド２１２ｂａ、２１２ｃａに働く軸方向の力Ｆｒｏｄが、カムフォロア２２３をカム溝２２５に押し付ける力Ｆｃａｍよりも大きくなるときがくる。
【００４０】
ここで、図６に示すように、カムフォロア２２３とカム溝２２５の接触角（接触角が０はカム溝２２５が無い場合ととる）をθとすると、カムフォロア２２３をカム溝２２５に押し付ける力Ｆｃａｍとロッド２１２ｂａ、２１２ｃａに働く軸方向の力Ｆｒｏｄには、Ｆｃａｍ＝（１／ｔａｎθ）・Ｆｒｏｄの関係がある。θが小さいと（１／ｔａｎθ）は大きくなるので、カムフォロア２２３がカム溝２２５から外れないようにするには圧縮バネ２２２のバネ定数を大きくする必要がある。尚、θが０のときは（１／ｔａｎθ）も０であるため、Ｆｃａｍが０でもロッド２１２ｂａ、２１２ｃａは動かない。
【００４１】
このように、ロッド２１２ｂａ、２１２ｃａに働く軸方向の力Ｆｒｏｄが、カムフォロア２２３をカム溝２２５に押し付ける力Ｆｃａｍよりも大きくなったときに、カムフォロア２２３がカム溝２２５から外れるので、ピストン２１２ｂ、２１２ｃとピストンホルダ１３９の連結が解除される。従って、図７（Ｃ）に示すように、３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの降下に伴って、２台のピストン２１２ｂ、２１２ｃも降下してしまうので、１台のピストン２１２ａのみが１台のシリンダ２１１ａ内の空気を圧縮して給排気部２１３ａを介して外部のアキュムレータやエアージャッキ等に圧送する。このように、空圧ポンプ２００の作動後期には外部に圧送された空気の負荷に感応した数、例えば１台のシリンダ２１１ａ及びピストン２１２ａで空気を圧送することになるため、人の足踏み運動荷重を軽減させることができる。
【００４２】
尚、上述した第２の実施形態では、３台のピストン２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃと３台のシリンダ２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃを備えた空気圧縮装置２１０としたが、２台以上であれば配置可能な範囲で特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。
【図２】図１に示す空圧ポンプの分解斜視図である。
【図３】図１に示す空圧ポンプを人が装着した状態を示す斜視図である。
【図４】図１に示す空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る空圧ポンプを示す斜視図である。
【図６】図５の連結解除装置の一例を示す図である。
【図７】図５に示す空圧ポンプの動作状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００、２００ 空圧ポンプ、１１０、２１０ 空気圧縮装置、１１１、２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ シリンダ、１１２、２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃ ピストン、１１２ａ、２１２ａａ、２１２ｂａ、２１２ｃａ ロッド、１１２ｂ ヘッド、１１３ 給排気部、１３０ 運動変換装置、１３１ 第１枠部材、１３１ａ、１３１ｂ スライダ、１３２ 第２枠部材、１３２ａ、１３２ｂ スライダガイド、１３３ シリンダホルダ、１３４ ステップ、１３４ａ 回動軸ピン、１３５ ステップホルダ、１３６ 脛取付具、１３７ 脛取付ベルト、１３８ 足取付具、１３９ ピストンホルダ、１４０ ベース、１４１ 引張バネ、２２０ 連結解除装置、２２１ スリッパ、２２２ 圧縮バネ、２２３ カムフォロア、２２４ アーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する空気圧縮装置と、
矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置とを備えたことを特徴とする空圧ポンプ。
【請求項２】
シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する少なくとも２台の空気圧縮装置と、
矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置と、
外部に圧送された空気の負荷に感応して、前記第２枠部材の一辺部と少なくとも１台の前記空気圧縮装置のピストンとの連結を解除する連結解除装置とを備えたことを特徴とする空圧ポンプ。
【請求項３】
前記連結解除装置が、前記ピストンを係止・係止解除する係止部材と、該係止部材を係止方向に付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の空圧ポンプ。
【請求項４】
前記空気圧縮装置を人の脛の前側部に取り付ける脛取付装置を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空圧ポンプ。
【請求項５】
前記運動変換装置の足踏み部を人の足の裏側部に取り付ける足取付装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空圧ポンプ。
【請求項６】
前記運動変換装置の足踏み部が、人の足の回動方向に回動自在となるように前記第１枠部材の他の対向辺部端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空圧ポンプ。
【請求項１】
シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する空気圧縮装置と、
矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置とを備えたことを特徴とする空圧ポンプ。
【請求項２】
シリンダと該シリンダ内で摺動して空気を圧縮するピストンとを有する少なくとも２台の空気圧縮装置と、
矩形状に枠組みされており、一辺部が前記シリンダに連結され、該一辺部に対向する他辺部が人の足で踏まれる足踏み部として設けられている第１枠部材、及び矩形状に枠組みされており、一辺部が前記ピストンに連結され、該一辺部に対向する他辺部が足踏み荷重を受ける荷重受け部として設けられ、他の対向辺部が前記第１枠部材の他の対向辺部に沿って摺動可能な第２枠部材を有し、人の足踏み運動により前記第１枠部材と前記第２枠部材が接近・離間して、該足踏み運動を前記ピストンの往復運動に変換する運動変換装置と、
外部に圧送された空気の負荷に感応して、前記第２枠部材の一辺部と少なくとも１台の前記空気圧縮装置のピストンとの連結を解除する連結解除装置とを備えたことを特徴とする空圧ポンプ。
【請求項３】
前記連結解除装置が、前記ピストンを係止・係止解除する係止部材と、該係止部材を係止方向に付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の空圧ポンプ。
【請求項４】
前記空気圧縮装置を人の脛の前側部に取り付ける脛取付装置を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の空圧ポンプ。
【請求項５】
前記運動変換装置の足踏み部を人の足の裏側部に取り付ける足取付装置を備えたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の空圧ポンプ。
【請求項６】
前記運動変換装置の足踏み部が、人の足の回動方向に回動自在となるように前記第１枠部材の他の対向辺部端部に設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の空圧ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−４１４０４（Ｐ２００９−４１４０４Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０５７３５（Ｐ２００７−２０５７３５）
【出願日】平成１９年８月７日（２００７．８．７）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月７日（２００７．８．７）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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