(57)【要約】【課題】  世界で初めて試作された油圧ロッドレスシリンダーは、性能は優れた構造であるものの、製造に手間が懸かり、大量生産は難点を抱えてコスト高になりやすい構造であった。低コストで製造が容易な実用的油圧ロッドレスシリンダーを実現することが本発明の課題である。【解決手段】  内部チェーンをエンドレス形状に両端の回転出力軸に固定されたスプロケットに噛合う構造とした油圧ロッドレスシリンダーの、仕事を行う大径のピストンとこれとは反対方向に動くカウンターピストンとの面積比が、１．６倍から２．５倍程度の範囲となるように選択する一方で、通常型チェーンの２〜３倍の許容張力の小型特殊チェーンを内部チェーンに採用する設計手法を採用した。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大小の一対の平行なシリンダーと、両端のハウジングにシリンダーとは直角方向にハウジングの内外を貫通する一対の回転出力軸を備えた、ピストンに加わる力をエンドレス形状に回転軸に固定された一対のスプロケットに噛合う内部チェーンで伝動する油圧ロッドレスシリンダーにおいて、内部チェーンは普通型チェーンの２〜３倍の許容張力を有する特殊小型チェーンとする一方で、小径のシリンダーはこの特殊小型チェーンが収納できる最低限度の内径とし、大径のシリンダーの内径は小径シリンダーのおよそ２倍程度の面積の内径のシリンダーを組み合わせることを特徴とする簡易型油圧ロッドレスシリンダー
【請求項２】
前記の大小のシリンダーの内径の面積比が約１．６倍から２．５６倍に限定したことを特徴とする請求項１に記載の簡易型油圧ロッドレスシリンダー
【請求項３】
ハウジングの両端に突出する回転出力軸端部には、内部スプロケットよりも番手が大きく、ピッチ円直径が大きい普通型外部スプロケットが固定され、これに噛合う普通型外部チェーンがエンドレス状に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の簡易型油圧ロッドレスシリンダー
【請求項２】
前記外部チェーンと外部スプロケットは回転出力軸の両端に夫々設けられることを特徴とする請求項３に記載の簡易型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、低コスト化を狙った使いやすいタイプの改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  簡単なようでありながらも、今日迄製品化され、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会学会の講演会で発表してきた。こ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。このため本特許出願人同士で共同研究契約を締結し、共同研究を進める中で新しい形式の油圧ロッドレスシリンダーを試作し、特許願２００５−１３９０５０号として共同特許出願を済ませた。然し乍らこの新技術でも、１８０°前後程度以下の回転角程度であれば不都合は余り無いものの、ピストンストロークに比較して機械全長が長くなる機構なので、長い直線行程が必要な場合や回転角度が３６０°を超える用途では、使い難くなる欠点を有している。【０００３】  １９７９年にドイツで公開された公開特許広報では、上下の内径が２：１程度の２本のシリンダーと両端の一対の回転軸に結合されたスプロケットの間を、エンドレス形状でチェーンが配置された図が掲載されている。所がこの図面では極めて貧弱な小型チェーンしか図示されておらず、発明の名称も「空気圧作動もしくは液圧作動型・・・」と記載されている通り、強力な油圧ロッドレスシリンダーを実現しようとする意図が感じられない内容である。小径のシリンダーに収納されている小型チェーンは、受圧面積が４倍のピストンに加わる圧力に耐えなければならないので、１ＭＰａ前後程度の圧力にしか耐えられない構造であると推定される。従って、７ＭＰａが一般的な最低圧力である油圧機器として実用可能な構造では無いと考えられる。
【特許文献１】特許第３，４６５，２０１号
【特許文献２】ドイツ公開特許広報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、これまで世界中で実用化された例が無かった油圧ロッドレスシリンダーの新技術を、各種の用途に実用化しやすいように、極力低コスト化が図れるような単純構造を工夫することであり、特に前記のドイツ公開特許広報に記載されているような、単純構造の採用を可能とする設計手法を確立する点にある。
【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は、最近特許が認められるようになったソフト的な新しい設計手法であり、強力な力を発揮する油圧ロッドレスシリンダーの伝動要素には、特別に強力な小型チェーンが適している。この特殊強力チェーンの許容強度が最大の鍵を握ることになる。石川県はわが国のチェーン製造業が最初に開業した地域であることから、地元の専業中小企業には特徴の有る小型強力チェーンを商品化しているメーカーがある。このような特殊型強力チェーンを有効に活用することで、油圧ロッドレスシリンダーを実現する基盤が整えられる。大手メーカー製品の大型の強力チェーンは、強度のレベルは高くても、番手の大きなチェーンに限定され、巨大な圧力に耐え得るようなハウジング等を設計するには大きなハンディキャップになり、実用的ではなくなってしまう。【０００６】  具体的な新しい設計手法とは、この小型の特殊強力型チェーンが収納できる最低限の内径のシリンダーを基本とし、この小径シリンダーの面積の２倍前後の大径シリンダーを組み合わせるという手法である。大径の出力ピストンと小径のカウンターピストンの組み合せとなり、アクチュエーター出力はこの両ピストン面積の差に作動油圧力を乗じた力になる。この２倍前後の面積比とは、具体的には１．６倍程度から２．５６倍程度の範囲における限定である。【０００７】  使用に適した小型の強力型チェーンは、具体的にはＥＫ６３５Ｕ（最大許容張力：２，０５０ｋｇｆ）並びにＥＫ８４５Ｕ（最大許容張力：４，５００ｋｇｆ）である。ＥＫ６３５Ｕ型チェーンはこれを収納できる最低限度のシリンダーが、内径３５ｍｍであることから、これに組み合わせることができるシリンダーは、内径４５ｍｍ、５０ｍｍ、５５ｍｍの３種類のシリンダーになる。もう一つのＥＫ８４５Ｕ型チェーンは、最低限度の内径のシリンダーとして内径４５ｍｍのシリンダーを選択することも不可能ではないだろうが、ぎりぎりの寸法であり、シリンダー内面にチェーンのリーフの上下の隅部分が接触する恐れも有り、安全の為に内径５０ｍｍのシリンダーを選択している。これに組み合わせる大径シリンダーは、６３ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍの３種類である。ただし、ＥＫ８４５Ｕ型チェーンは２本並列に並べて使用することも可能であるが、この場合にはピストン面積が大変に大きくなるので、チェーン強度の制約から９０ｍｍの小径シリンダーと１２０ｍｍもしくは１２５ｍｍの大径シリンダーの組み合せに限定されてしまう。この場合にはピストン面積比は１．７８倍と１．９３倍とになる。因にＥＫ６３５Ｕ型チェーンの場合の前記の３本のシリンダーの組合わせでは、ピストン面積比は１．６５倍、２．０４倍、２．４７倍であり、ＥＫ８４５Ｕ型チェーンでは夫々１．５９倍、１．９６倍、２．５６倍の組合わせである。【０００８】  前記の大径のシリンダー内の仕事を行うピストンに対抗する、カウンターピストンの力を差し引いた実効出力は、最低４４０ｋｇｆから最大４トン程度となり、いずれも７ＭＰａでの作動を可能としている。具体的には、内径４５ｍｍ、５０ｍｍ、５５ｍｍシリンダー出力は７ＭＰａにおいて、夫々４４０ｋｇｆ、７００ｋｇｆ、９９０ｋｇｆとなり、６３ｍｍ、７０ｍ���、８０ｍｍのシリンダーでは推力が０．８トン、１．３トン、２．１トンと実用に耐え得るレベルである。この内ＥＫ６３５Ｕ型チェーンを４５ｍｍシリンダーと組み合せ、ＥＫ８４５Ｕ型チェーンを６３ｍｍシリンダーと組み合せた、ピストン面積比が１．６倍程度の組み合せにおいては，チェーン強度に余裕が有るために、１４ＭＰａでの使用も可能になる。チェーン強度の余裕は殆ど無いが、推力も倍になる。【０００９】  本発明は、回転出力型として使用可能であるが、長い行程の直線力に主眼を置いている。そのためには、両端の一対の出力軸を介しての外部スプロケットと、これに噛合う外部チェーンによりピストン力を負荷に伝達しなければならない。この場合の外部チェーンには、カウンターピストンに働く力がマイナスに作用して、実質的にチェーンには負荷の２倍程度の応力が加わることになる厳しい環境の内部チェーンと異なり、負荷相当の応力しか加わらないので、番手が一つ上の普通チェーンを使うことも可能である。内外のスプロケットのＰ．Ｃ．Ｄを、外部スプロケットの方が若干大きくなる様にすれば、同じ比率でピストンストロークよりも負荷の駆動可能距離を増大できることは、前記の２００５−１３９０５０号特許出願明細書でも述べている。この際に、外部チェーンと外部スプロケットは回転軸の両端に結合させることが可能であり、２本の外部チェーンで直線負荷を駆動すれば、負荷との力のバランスが取りやすく、最大許容張力が低い通常型チェーンと通常型スプロケットの採用を容易にできる構造となる。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、大小の一対の平行なシリンダーと、両端のハウジングにシリンダーとは直角方向にハウジングの内外を貫通する一対の回転出力軸とを備えた、ピストンに加わる力をエンドレス形状に回転軸に固定された一対のスプロケットに噛合う内部チェーンで伝動する油圧ロッドレスシリンダーにおいて、内部チェーンは普通型チェーンの２〜３倍の小型特殊高強度チェーンを採用する一方で、この小型特殊高強度チェーンが収納できる最低限度内径のシリンダーを基本に選択し、この小径ピストンと出力を決める大径ピストンの受圧面積の比をおよそ２倍程度、１．６倍から２．５６倍に限定することで、７ＭＰａ以上の圧力で利用可能な油圧ロッドレスシリンダーを手間を懸けずに低コストで製作可能とした。同時にこの一対の回転出力軸に結合される外部スプロケットと外部チェーンを、内部チェーンよりもＰ．Ｃ．Ｄが大きい普通型の番手が大きいチェーンスプロケットと普通型チェーンとし、出力軸両端にこの普通型チェーンとスプロケットを使用するようにして、安価な量産品を使用可能とすれば、一層の低コスト化が可能になる。外部チェーンと外部スプロケットを二組ハウジング両端に設けると、推力を発揮する場合にも負荷からの外力とのバランスが取りやすい構造となり、使用しやすい効果が期待できる。これに加えて、内部チェーンよりもＰ．Ｃ．Ｄが大きくなるスプロケットの使用により、ピストンストロークよりも負荷を推進駆動するストロークがＰ．Ｃ．Ｄ比率だけ長くなり、油圧ロッドレスシリンダー全長に対する有効仕事ストロークが増大して、油圧ロッドレスシリンダーを使用するスペース節約効果を一層高めることが可能である。これに加えて、本発明では内部チェーンのみでエンドレス形状を構成しているために、回転軸の回転出力のみを利用する場合においては、外部チェーンが省略でき、耐環境性が極めて高い強力回転アクチュエータになり、従来の油圧シリンダーでは避けられない、ロッドアームを備えた無駄なスペースを要する回転角度に制限を伴う方式を合理化し、油圧駆動システムの応用領域を拡大できる。【００１１】  実用的な性能を有する油圧ロッドレスシリンダーが、世界で最初に試作製造されてからもう１１年が過ぎようとしているにも拘わらず、未だに１台も実用化されない状態が続いている。本発明の重要な構成手段である新設計手法は、本来ならば極めて単純な手法なので、特許権を取得しにくい側面も有している。然し乍ら、世界中でただの１台も実用化されていない現状に楔を打ち込み、機械技術発展に寄与できる新技術を最初に実用化し、広く普及させるには極めて効果的な低コスト化技術になる。
【発明を実施するための最良の形態・実施例】
【００１２】  本発明の実施例につき、以下は図面により詳述するが、第１図は発明者が最初に試作した油圧ロッドレスシリンダーの内部の断面図である。上下に配置したハウジング３，３’には一対の平行回転出力軸４、４’が軸止されている。この回転軸４、４’には同一歯数のスプロケット５、５’が固定されており、内部チェーン６は上下のスプロケット５、５’に噛合っているが、チェーンの一部は図示を省略した。その中間にはピストン２が固定されており、ピストン２を内蔵しその作動油密封状態での摺動を可能にするシリンダー１が、上下ハウジング３、３’に密封状態で保持されている。このピストン２の上下に構成される二つの圧力差が大きな作動室の密封状態を実現するために、シリンダー１の反対側に内部チェーン自由端８、８’を整列状態で収容する内部チェーン自由端収納室７および７’がハウジング３、３’の間に密封状態で固定されている。収納室７と７’は夫々ハウジング３及び３’に連通しているが、互いに完全に隔離されているので、ピストン２に加わる油圧力は内部チェーン６の許容張力の限度いっぱいまで有効に活用できる。極めて強力な張力が作用する油圧ロッドレスシリンダーにおいては、チェーン許容張力がシステムの作動圧力の制限条件となるので、この点においてこの構造は最も合理的なシステムとなる。然し乍ら、その一方でこの収納室７、７’は、外径が四角形状で駆動負荷のスライドを外面に設けることも可能である反面、その製作には多くの溶接工程が必要になるために製作が厄介な問題を抱え、コスト面では不利になっている。
【００１３】  このような問題を解決する方法の一つとしてピストンの反対側に小径ロッドを差し挟む方式も考案したが、特に直線出力に主眼を置いた方式として、ドイツ公開特許方式に新規な設計手法を取り入れることで、７ＭＰａ程度の低圧油圧駆動を可能とするシンプルな油圧ロッドレスシリンダーを実現した例が図２の実施例である。上下に一対のハウジング１３、１３’と、これに軸止された一対の回転出力軸１４、１４’を備え、出力軸１４、１４’には夫々スプロケット１５、１５’が固定されている点は第１図と同様であるが、左右に内径が２：１程度の一対のシリンダーを配置し、内部チェーン１６がエンドレス形状で連結されていることが大きな相違点である。油圧ロッドレスシリンダーが構成可能なように、内部チェーン１６は小型高強度の特殊チェーンを採用している。小径のシリンダー２１とピストン２２は、この小型高強度チェーンを内蔵できる最低限度寸法となっていることも、本発明の重要な設計手法要素の一つである。左側の大径のシリンダー１１とピストン１２とは、この小径のシリンダー２１とピストン２２のおよそ２倍程度、具体的には１．６倍から２．５６倍の面積に制約される設計手法要素が本発明の重要な構成要素である。図示のおよそ２倍のピストン受圧面積比の実施例では、仕事を行う大径のピストン１２に作用する油圧力は、反対側に移動するカウンターピストン２２に作用する油圧力が差し引く結果、およそ半分の出力に減じられる。然し乍ら極めて許容張力が大きな小型特殊チェーンの使用により、７ＭＰａ程度の低圧での油圧駆動には十分に耐えられるので、低圧油圧駆動システムとしての実用性は高く、単純構造による抵コスト化により、ユーザー側に使いやすい強力アクチュエータとして提供可能となる。矢標Ｓ１は、シリンダー１１の全長からピストン１２の長さを差し引いた、ピストン１２のストロークを表している。右側の矢標Ｓ２は、外部チェーンにピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ）が１．２５倍のスプロケットを使用した際の実質的な直線駆動仕事のストロークを表している。
【００１４】  図３は、ハウジング１３の断面図であるが、前記のように、内部スプロケット１５のピッチ円直径Ｄ１よりも、外部チェーン２６と噛合う外部スプロケット２５のピッチ円直径Ｄ２が１．２５倍である、番手が一つ大きな普通型チェーンとの組み合せとした実施例を示している。前記のストローク比率Ｓ１：Ｓ２は、ピッチ円直径比率Ｄ１：Ｄ２に等しい。上側のチェーンは図示を省略した。この出力軸１４には、キー１７及び２７を介して、内部スプロケット１５と外部スプロケット２５とが固定されており、実質的なピストンストローク増大効果を容易に発揮可能な構造を示す。出力軸１４の両端に一対の外部スプロケット２５が固定された実施例では、外力とのバランスが取りやすくなることは前記した通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】  本発明の基礎となる世界初の油圧ロッドレスシリンダーの内部断面図
【図２】  本発明の油圧ロッドレスシリンダーの内部断面図
【図３】  本発明の油圧ロッドレスシリンダーのハウジング断面図
【符号の説明】
１、１１、２１    シリンダー
２、１２          ピストン
３、３’、１３、１３’    ハウジング
４、４’、１４、１４’    回転出力軸
５、５’、１５、１５’    内部スプロケット
６、１６          内部チェーン
７、７’          内部チェーン自由端収納室
８、８’          内部チェーンの自由端
２２              カウンターピストン
１７、２７        キー
２５              外部スプロケット
２６              外部チェーン
Ｓ１、Ｓ２        ストローク
Ｄ１、Ｄ２        ピッチ円直径
【図１】
2007032826.tif 000003
【図２】
2007032826.tif 000004
【図３】
2007032826.tif 000005