(57)【要約】      （修正有）【課題】  油圧ロッドレスシリンダーの使用目的に応じた応用型の改良技術である。外部チェーンが省け単純で耐環境性に優れた油圧ロッドレスシリンダーを提供する。【解決手段】両端のハウジングに固定されるシリンダーと平行に、従来の二つに完全に分離された内部チェーン自由端側の収納室に替わって、単純形状の耐圧円筒を設け、内部チェーンのみでエンドレス形状が構成できるようする。小径のロッドをピストンとは反対側の耐圧円筒内部に設けて内部チェーンに連結すると共に、耐圧円筒中央部にはロッドを摺動可能に密封する隔壁を設けた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端のハウジング部に平行に設けられた一対の回転軸を有する油圧ロッドレスシリンダーにおいて、ピストンが摺動するシリンダーとこれに平行な耐圧円筒とがハウジングに固定され、前記ピストン両端に固定される強力型チェーンと、一対の回転軸に固定され前記チェーンに噛合う一対のスプロケットを介して形成される長円形のエンドレス形状の一部に組込まれ、このチェーンの引張り強度に適合する小径ロッドがピストンとは反対側の前記耐圧円筒内部でチェーンに結合されており、この耐圧円筒の中央部において、前記小径ロッドを摺動可能に密封する隔壁が保持されていることを特徴とする油圧ロッドレスシリンダー
【請求項２】
一対の回転軸の内の一方だけがハウジングの外部に突出しており、他方の回転軸はハウジング内部に封入されていることを特徴とする請求項１に記載の油圧ロッドレスシリンダー
【請求項３】
一対の回転軸は両方がハウジング外部に突出しており、この両軸に固定される外部スプロケットに噛合う外部チェーンが直線駆動力を必要とする負荷への結合部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の油圧ロッドレスシリンダー
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、世界で最初の実用化を目指す油圧ロッドレスシリンダーの改良技術に関わる。
【背景技術】
【０００２】  簡単なようでありながら、今日迄製品として実用化されてこなかった油圧ロッドレスシリンダーの新技術は、本発明者の一人が平成６年に世界で初めて試作に成功し、油圧機器メーカーでの負荷テスト終了後に日本機械学会の講演会で発表してきた。この技術の応用に関して本特許出願人同士で共同研究契約を締結し、最初に水門の駆動用に適した油圧ロッドレスシリンダーの開発を進めているが、前記の最初の試作機は製作に手間が懸かり、低コストで簡単に製作できる構造ではなかった。加えて強力な回転力のみを発揮することが求められる用途では、外部チェーンを設けることは水に浸される機会が多い水門駆動用アクチュエータとしてのチェーンの制約条件が大きく、実用条件が狭められる難点があった。例えば、ステンレスチェーンでは鋼製チェーンに比較し、チェーン許容荷重が大幅に低下している。最も許容荷重が大きい可撓性の動力伝達要素は鋼製のチェーンであるだけに、使用可能なチェーン強度が油圧ロッドレスシリンダーの出力を制限している。【０００３】  ドイツの公開特許公報ＤＥ２８００３１８に記載された技術は、両端のスプロケットにチェーンがエンドレスに組まれたロッドレスシリンダーを提示している。このような構造では、ピストンが摺動するシリンダーと、ピストン左右の両作動室の圧力差を維持するための、下部の小径ピストンが摺動する小径シリンダーとの面積比が出力を制限している。この実施例では、およそ２：１の直径比であり、ピストンの受圧面積比では４：１となっている。即ち、ピストンの実質的な受圧面積は３／４に減じているのみならず、下側の小径シリンダーに収まるチェーンしか使用できず、チェーンの許容張力は著しく小さなタイプに制限されている。従って、発明の名称も空気圧もしくは液圧シリンダーとなっており、一般的な油圧機器の使用圧力７ＭＰａ以上では実用可能な構造ではない。
【特許文献１】  特許第３，４６５，２０１号公報
【特許文献２】  ドイツ公開特許公報ＤＥ２８００３１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  本発明が解決しようとする第一の課題は、特に強力な回転駆動力を発揮する油圧ロッドレスシリンダーに重点を置き、外部チェーンを省く場合も可能にして耐環境性を高める一方で、製作が容易で低コストを可能にする、量産に適した油圧ロッドレスシリンダーを実現することである。本発明の第二の課題は、使用目的に応じて外部チェーンと外部スプロケットを追加でき、直線出力を発揮するロッドレスシリンダーとして、油圧方式特有の大駆動力が利用可能なアクチュエータとすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  このような課題を解決するための手段として、本発明者は、断面積が小さくても大きな引張り荷重に耐えられる鋼製のロッドを、両端のスプロケットに噛み合うチェーンのエンドレス形状の一部に組み入れることを考え付いた。即ち、ピストンとは反対側のチェーンのエンドレス機構に、ピストンストロークの半分程度の長さのロッドをチェーンに組み入れる構造とすることで、大きな圧力差のピストン両側の作動室間の密封作用を、シールを内蔵した隔壁中央をピストンとは逆方向に移動するロッドによって容易にしながら、ピストンとロッドの断面積比を大きくして、ロッドを組み入れることによりピストン受圧面積が相殺されるマイナス面を極力小さくする構造を新規に提案するものである。【０００６】  このような構造では、ピストンストロークは軸間距離の１／２程度になるが、３６０°前後程度や１８０°程度の強力回転出力を目的とする油圧ロッドレスシリンダーでは、外部チェーンは必須構成要素ではなくなり、単純で合理的な機構である。【０００７】  本発明を直線作動力を発揮する強力アクチュエータとして応用する場合には、両端の回転軸を介して外部に油圧力を伝えるために、両方の回転軸に油圧シールを設けて外部スプロケットとこれに噛合う外部チェーンを付加し、外部チェーンに負荷を加えることができる。この内部スプロケットと外部スプロケットのピッチ円直径比を大きく設定することで、本発明のピストンストロークが全長に比較して短縮されている点を補うことができる。但し、ピストン推力は内部と外部のスプロケットのピッチ円直径比の逆数になるが、油圧システムの高出力を前提としているので、適度なシリンダー内径や圧力の設定で必要な推力の出力が確保できる。
【発明の効果】
【０００８】  本発明によれば、ピストンとは反対側のチェーンのエンドレス機構中に小径のロッドを組込んでいるので、隔壁の両側作動室の間に生ずる高い圧力差を維持するためのシール機構として、従来の油圧シリンダーと同様のロッドシール機構をそのまま採用でき、合理的で実用的な構造となる。このロッドは、従来の油圧シリンダーのような強大な圧縮力が作用するのではなく、座屈現象とは無縁の引張り力が作用するだけなので、最小径のロッドとなっている。このために、ピストンとロッドの断面積の比となる、ピストン受圧面積低下率も最小である。特許第３，４６５，２０１号の油圧ロッドレスシリンダーと比較すると、チェーンの全体がエンドレス機構となっているので、特にピストンとは反対側のチェーンの収納室構造が単純となり、製造コストも安く、工数を少なくして製造可能である。同時に、外部チェーンが不要になるので、強力型チェーンのコストも合理的に低減することが可能となる。加えて、特に耐環境性が要求される用途にも、ステンレスチェーンの採用による１／１０に近い極端な強度低下を来たすこと無く、強力な回転駆動型の油圧ロッドレスシリンダーを実現することが可能である。【０００９】  本発明を水門駆動用に応用した場合には、およそ９０°の角度でマイターゲート式の水門を制御し、河川の水量調整を行う油圧シリンダーの設置室は、大幅に小型化が可能であり、税金の使用による公共事業の投資額低減と合理化が実現できる。従来は、転倒式ゲートの回転軸には、１ｍ近い高さ附近に油圧シリンダーのロッド先端を軸止する駆動アームが固定され、シリンダー後端は略水平に近い姿勢で固定具に軸止されている。このために設置室は２．５ｍ程度の横幅を要していたが、本発明の油圧ロッドレスシリンダーを使用すると、従来の駆動アームは不要であり、作業者が作業できる最低限度程度の横幅の、１メートルの設置室で済むことになる。これに加えて、油圧ロッドレスシリンダー自体が、ピストン左右の両方の作動室面積が同一なので、作動油タンクが不要であることも、このような水門駆動用のインフラ整備には好都合である。従来は油圧タンクの上部にポンプやモーターや制御弁等を設けた油圧ユニットを使うのが普通だが、小型ポンプと回路切替えバルブ、小型モーターとを一体化した市販の小型油圧ユニットが利用でき、油圧ロッドレスシリンダーの上部にこの小型油圧ユニットを固定すれば、装置と設置室の小型化に大きく貢献することができるので、前記の公共事業の合理化や投資額低減に更に資することができる。特に水に浸される確率が高い水門駆動装置では、このように油圧ユニットを不要とする本発明システムは、水環境保全面からも好都合である。【００１０】  外部チェーンと外部スプロケットを追加して直線作動力を応用する場合には、内部スプロケットのピッチ円径と外部スプロケットピッチ円径との比を適宜選択することで、使用目的に応じた仕様とすることができる。一般的に外部チェーンは、作動油に常時浸されている内部チェーンと比較すると、ピン周辺の摩耗に対する環境が厳しく、十分な対策を必要とするが、内部に充填したグリースが漏れ出ないシールチェーンや、含油ブッシュチェーンの採用で、一定期間のメンテナンス���リー化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態・実施例】
【００１１】  図１には、本発明の基本となった特許第３，４６５，２０１号油圧ロッドレスシリンダーの断面図を示す。シリンダー１の内部で上下に摺動可能なピストン２は、ハウジング３の両端に平行に配置された一対の出力軸４、４’に固定されているスプロケット５、５’に噛み合う内部チェーン６に固定されている。図では内部チェーン６のスプロケット噛合い部分は簡単の為に図示を省いている。この一対の出力軸４および４’は、外部チェーン（図示せず）によって互いに内部チェーン６を引き合うように、反対方向に向かうトルクが加えられている。即ち、左側に図示したピストン２とは反対側の、外部チェーンの右側部分に、大きな張力が加えられており、内部チェーン６の左側とハウジング内外で互いに補完しあいながら、エンドレスチェーン機構を構成している。外部チェーンのピストン２と同じ側となる左側は小さな張力しか加えられていない一方で、内部チェーン６の右側部分はスプロケット５、５’からの噛合いが外れると全く張力が加わらないフリー状態となることが、この技術の基本である。内部チェーン６の両自由端８、８’は図１に示すように、リンク同士が屈曲しないように、左右の完全に分離されたチェーン収納室７、７’に押し込まれる基本構造である。左側の収納室７はピストン２の上側作動室に連通している一方で、ピストン２の下側作動室は右側の収納室７’に連通している。これらの両収納室は互いに完全に分離されていて、ピストン２に加わる全圧力が有効に外部チェーンに加わる効率の良い機構である代わりに、この完全に分離された両収納室は高圧力が加えられても十分に耐えることができる圧力容器であることが求められ、収納室の製作は簡単では無く、手間も懸かり、量産化には制約が生じている。
【００１２】  図２に示すのは、本発明の新しい油圧ロッドレスシリンダー断面図である。本発明において、油圧ロッドレスシリンダーの用途を転倒式マイター型水門等の、３６０°〜１８０°程度以下の回転駆動用途に絞り込むことで、前記の製造が容易では無い内部チェーンの収納室を単純な構造に改善し、低コスト化を可能にしたばかりで無く、耐環境性が求められる使用環境に容易に対応可能な、外部チェーンを廃した改良型の油圧ロッドレスシリンダーである。前記の図１との比較では、油圧ロッドレスシリンダーのハウジング３０、３１内部は、動力伝達要素であるチェーン２６がピストン２０やロッド９を介して全体でエンドレス形状を構成しており、出力軸２４により外部に回転駆動力を伝える基本構造である。その結果、極めて単純な構造となり、図１における、左右に完全に分離された耐圧性容器でもある内部チェーン収納室７、７’は不要であり、これが単純な量産品であるシリンダー１０’に置き換わっている。上部ハウジング３０と基部ハウジング３１には、夫々一対のシリンダーホルダー１１が嵌め込まれており、左右のシリンダー１０及び１０’はシリンダーホルダー１１を介してしっかりと固定されている。左側のピストン２０の上下の作動室の圧力差を維持するために、図１には無かった隔壁２１が右側のシリンダー１０’中央附近に、一対の円筒２７で固定されており、この隔壁２１の中心を貫通するロッド９は、隔壁２１に保持されるロッドシール１２によって作動室圧力差を維持する機構を成している。ロッド９には引張り荷重が加わるのみであり、従来型油圧シリンダーのロッドのような、強力な圧縮力とこれに伴う座屈現象に対抗するための、太い直径を備える必要が無いために、ピストン２０の外径に比較して小径のロッドとなっている。その結果、ピストン２０の面積とロッド９の断面積の比で表される、油圧ロッドレスシリンダー出力の低減比は、最低レベルに保たれる。具体的には、１０％前後になるので高圧作動油を利用する油圧システムとしての、駆動力低下は実用上何ら差支えが無いレベルに止まっている。
【００１３】  図２に示した本発明の油圧ロッドレスシリンダーには、図１の従来の油圧ロッドレスシリンダーには無かった要素が含まれている。図１の油圧ロッドレスシリンダーでは、内部チェーン６に十分な張力を加えるために、これと互いに補完し合ってエンドレス機構を構成する外部チェーンにテンショナーを設けていたが、本発明では内部のチェーン２６自体にテンショナー機構が必要となる。本発明では、ピストン２０にチェーン２６を結合する機構にこのテンショナー機能を設けている。左右螺子を有するターンバックル部品１５でピストン２０の左右のピストンプッシャー１３及び１４を締め付ける構造である。この作業を組立時に行うために、ハウジング３１には調整蓋１９が設けられ、組立時はスパナ調整が可能なこの穴を介しターンバックルを構成する左右螺子１６の六角をスパナで回転させて、ピストン２０の両端のプッシャー１３と１４とを同時に引き付けると共に、チェーン２６に必要な張力を付与し、チェーン２６の遊びやガタを完全に吸収した上で、弛み止めナット１７を、ターンバックルを構成する左右螺子１６の六角に締め付けて、本発明油圧ロッドレスシリンダーの内部組立て作業を終了する。ターンバックル部品１５には左雄螺子が形成され、左右螺子１６の六角部にはこれに螺合する左雌螺子が形成されている。図３の基部ハウジング３１に示した２点鎖線の円は、この調整蓋１９による穴径を示している。
【００１４】  図２に示す本発明の油圧ロッドレスシリンダーは、シリンダー１０とシリンダー１０’とが対称な位置に配されており、基部ハウジング３１は基盤に固定される一方で、回転出力軸２４を支えるハウジング３０は上方に配置される。この両方のハウジングを強固な六角棒の両端に螺子部を設けた４本の締結ロッド１８にて強固に締結しており、全体の機械的な強度を高いレベルに保っている。回転出力軸が高い位置にあるので、耐環境性が要求される水門駆動用等の用途には使いやすい構造であるが、用途に応じてこの出力軸を有するハウジング３０と、回転軸２２を内部に内包したハウジング３１との上下位置の入れ換えも自由であることは云う迄も無い。図２では、回転軸２２と回転出力軸２４とに結合された一対のスプロケット２５、２５に噛合うチェーン２６は、内部リンクを主に図示し、スプロケット２５に噛合う部分は省略して図示している。ターンバックル部品１５とチェーン２６の内部リンクとは距離が大きくなっているが、両者は倍ピッチリンクで結合される。
【００１５】  図３は、本発明の基本構造を判りやすくするために、回転軸中心線を含む断面と、シリンダー中心線を含む断面とを表した断面図である。前記のチェーン２６の一端は、内部リンクが挿入されるピストンプッシャー１３の腕部分にピンで結合されており、ターンバックルの作用でチェーン２６には必要な張力が加えられている。上方の回転出力軸２４は、油圧に耐えられるようにハウジング３０に強固に固定された一対の軸受フランジ３２、３２により、軸受２９を介して回転可能に支持されている。回転出力軸２４のシール作用は、回転軸シールホルダー２８と軸受フランジ３２とに強く挟まれて保持されるシールによってもたらされる。回転出力軸２４の左側は、回転力の負荷を担うために軸が突出している一方、右側には回転角度を検出するためのセンサー用ロッド２３が固定されている。基盤に強固に固定される基部ハウジング３１の軸受フランジ３２’は、本発明の油圧ロッドレスシリンダーが回転力のみを出力する用途には回転軸２２を軸受フランジ３２’内部に閉じ込めて軸承する構造とし、作動油の外部への漏出の可能性がある要素を少なくした構造としている。用途に応じて回転出力軸２４と同様の構造にして、外部チェーンを設けることも容易に可能であり、内外のスプロケットのピッチ径の選択で、直線力のストロークが加減できることも前記の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】  本発明の基本となる世界初の油圧ロッドレスシリンダーの断面図
【図２】  本発明の油圧ロッドレスシリンダーの断面図
【図３】  本発明の油圧ロッドレスシリンダーの、回転出力軸中心線を含むハウジング断面とシリンダー中心線を含むシリンダー部断面とを組み合せた断面図
【符号の説明】
１  シリンダー
２  ピストン
３  ハウジング
４、４’  出力軸
５，５’  内部スプロケット
６  内部チェーン
７、７’  チェーン収納室
８、８’  内部チェーンの自由端
９  ロッド
１０、１０’  シリンダー
１１  シリンダーホルダー
１２  ロッドシール
１３、１４  ピストンプッシャー
１５  ターンバックル部品
１６  左右螺子
１７  弛み止めナット
１８  締結ロッド
１９  調整蓋
２０  ピストン
２１  隔壁
２２  回転軸
２３  センサー用ロッド
２４  回転出力軸
２５  スプロケット
２６  チェーン
２７  円筒
２８  回転軸シールホルダー
２９  軸受
３０  ハウジング
３１  基部ハウジング
３２、３２’  軸受ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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