(57)【要約】【課題】比較的簡素な構成であって従来の同種装置よりも低廉にて供給でき、しかも、入力に対し十分に倍加された押圧・押込みのための出力が得られる倍力装置を提供することを課題とする。【解決手段】ベース板１上に、入力手段２２と、入力手段２２から入力を受ける入力用トグル機構１１と、入力用トグル機構１１によって駆動されて入力用トグル機構１１の伸縮方向と直角方向に伸縮する出力用の多連トグルリンク機構５、６とを備えて成り、多連トグルリンク機構５、６は、複数の平面リンク機構を連ねたものであって、その一端が固定されて基端となり、他端が移動可能な自由端となっていて、自由端に出力手段１が設置され、入力用トグル機構１１に入力を供給すると同時に出力手段からの出力が可能であって、出力手段の移動距離が、入力用トグル機構の共通軸１２の絶対的移動距離よりも小となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース板上に、入力手段と、前記入力手段から入力を受ける入力用トグル機構と、前記入力用トグル機構によって駆動されて前記入力用トグル機構の伸縮方向と直角方向に伸縮する出力用の多連トグルリンク機構とを備えて成り、前記多連トグルリンク機構は、複数の平面リンク機構を連ねたものであって、その一端が固定されて基端となり、他端が移動可能な自由端となっていて、前記自由端に出力手段が設置され、前記入力用トグル機構に入力を供給すると同時に前記出力手段からの出力が可能であって、前記出力手段の移動距離が、前記入力を受けて移動する前記入力用トグル機構の共通軸の絶対的移動距離よりも小となることを特徴とする倍力装置。
【請求項２】
前記入力用トグル機構は、溝カムに係合するカムフォロアを備えていて、前記溝カムの回転に伴って入力を受けることにより、前記多連トグルリンク機構を伸縮させ、前記多連トグルリンク機構の伸動作時に出力可能にした請求項１に記載の倍力装置。
【請求項３】
前記多連トグルリンク機構は、ベース板上に平行に配置されたＬＭガイド上の複数のガイドブロック上に支持され、前記入力用トグル機構に駆動されて前記ＬＭガイドに沿って伸縮動作する請求項１又は２に記載の倍力装置。
【請求項４】
前記多連トグルリンク機構は１列又は複数列配備される請求項１乃至３のいずれかに記載の倍力装置。
【請求項５】
前記溝カムは、円筒外周溝カム又は円盤溝カムである請求項２に記載の倍力装置。
【請求項６】
ベース板上に、入力手段と、前記入力手段によって駆動される出力用の多連トグルリンク機構とを備えて成り、前記多連トグルリンク機構は、複数の平面リンク機構を連ねたものであって、その一端が固定されて基端となり、他端が移動可能な自由端となっていて、前記自由端に出力手段が設置され、前記入力手段からの入力と同時に前記出力手段からの出力が可能であって、前記出力手段の移動距離が、前記入力手段の絶対的移動距離よりも小となることを特徴とする倍力装置。
【請求項７】
前記入力手段による前記多連トグルリンク機構の駆動は、一角が前記入力手段に係合された三角リンクを介して行われる請求項６に記載の倍力装置。
【請求項８】
前記多連トグルリンク機構は、ベース板上に平行に配置されたＬＭガイド上の複数のガイドブロック上に支持され、前記入力手段によって駆動されて前記ＬＭガイドに沿って伸縮動作し、その伸動作時に出力可能である請求項６又は７に記載の倍力装置。
【請求項９】
前記出力手段はラック・ピニオン機構である請求項６乃至８のいずれかに記載の倍力装置。
【請求項１０】
前記多連トグルリンク機構からの外部出力は、フライホイールを介して行われる請求項１乃至９のいずれかに記載の倍力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は倍力装置、より詳細には、物体の押圧、押込み等に用いられる、トグル機構を利用した省エネ効果の高い倍力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ある物体を押圧したり押込んだりするための押圧・押込み装置は、空圧又は油圧シリンダーや、スライダ・クランク機構、トグル機構等を利用したものが多いが、従来のトグル機構を利用した押圧・押込み装置の場合は、省エネ面での配慮が十分とはいえない。即ち、該装置の駆動に要するエネルギーに対して、該装置からの押圧・押込みエネルギーの発生効率が低い。
【０００３】
また、上記押圧・押込みエネルギーの発生効率を企図したものもあるが、構造が複雑となって、コスト面でも不利となる嫌いがある。
【特許文献１】特開２００４−３１６７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の押圧・押込みのための倍力装置には、押圧・押込みエネルギーの発生効率が低く、また、発生効率の良好なものは装置が複雑となってコスト高となるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、比較的簡素な構成であって比較的低廉にて供給でき、しかも、入力に対し十分に倍加された押圧、引張り、押込み、引出しのための出力が得られる倍力装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、ベース板上に、入力手段と、前記入力手段から入力を受ける入力用トグル機構と、前記入力用トグル機構によって駆動されて前記入力用トグル機構の伸縮方向と直角方向に伸縮する出力用の多連トグルリンク機構とを備えて成り、前記多連トグルリンク機構は、複数の平面リンク機構を連ねたものであって、その一端が固定されて基端となり、他端が移動可能な自由端となっていて、前記自由端に出力手段が設置され、前記入力用トグル機構に入力を供給すると同時に前記出力手段からの出力が可能であって、前記出力手段の移動距離が、前記入力を受けて移動する前記入力用トグル機構の共通軸の絶対的移動距離よりも小となることを特徴とする倍力装置である。
【０００７】
好ましい実施形態においては、前記入力用トグル機構は、溝カムに係合するカムフォロアを備えていて、前記溝カムの回転に伴って入力を受けることにより、前記多連トグルリンク機構を伸縮させ、前記多連トグルリンク機構の伸動作時に出力可能にされる。前記入力用トグル機構は、溝カムに係合するカムフォロアを備えていて、前記溝カムの回転に伴って入力を受ける。
【０００８】
また、前記多連トグルリンク機構は、ベース板上に平行に配置されたＬＭガイド上の複数のガイドブロック上に支持され、前記入力用トグル機構に駆動されて前記ＬＭガイドに沿って伸縮動作するようにされ、前記多連トグルリンク機構は１列又は複数列配備される。通例、前記溝カムは、円筒外周溝カム又は円盤溝カムである。
【０００９】
上記課題を解決するための請求項６に記載の発明は、ベース板上に、入力手段と、前記入力手段によって駆動される出力用の多連トグルリンク機構とを備えて成り、前記多連トグルリンク機構は、複数の平面リンク機構を連ねたものであって、その一端が固定されて基端となり、他端が移動可能な自由端となっていて、前記自由端に出力手段が設置され、前記入力手段からの入力と同時に前記出力手段からの出力が可能であって、前記出力手段の移動距離が、前記入力手段の絶対的移動距離よりも小となることを特徴とする倍力装置であって、その一端が固定されて基端となり、他端が移動可能な自由端となっていて、その自由端側から出力可能にしたことを特徴とする倍力装置である。
【００１０】
好ましくは、前記入力手段による前記多連トグルリンク機構の駆動は、一角が前記入力手段に係合された三角リンクを介して行われ、また、前記多連トグルリンク機構は、ベース板上に平行に配置されたＬＭガイド上の複数のガイドブロック上に支持され、前記入力手段によって駆動されて前記ＬＭガイドに沿って伸縮動作し、その伸縮動作時に連続出力可能にされ、更に、前記出力手段として、ラック・ピニオン機構が用いられる。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明はこのような構成であるため、比較的簡素な構成であって低廉にて供給でき、しかも、出力手段の移動距離が入力手段の絶対的移動距離よりも小となるため、入力に対し十分に倍加された押圧、引張り、押込み、引出しのための出力が得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態について、添付図面に依拠して説明する。先ず、図１乃至図４に示される実施形態について説明する。図１及び図２は、第１の実施形態の構成を示す平面図（図１は後述する出力用多連トグルリンク機構の縮動作時を示し、図２はその伸動作時を示している。）、図３はその正面図、図４はその側面図である。
【００１３】
図中１はベース板で、その長尺側両側辺に沿って平行にＬＭガイド２、３が設置される。ＬＭガイド２、３上には、それぞれ複数のスライドブロック４ａ〜４ｄ、４ｅ〜４ｈが配置され、各スライドブロック４ａ〜４ｄ、４ｅ〜４ｈは、それぞれＬＭガイド２、３に沿って自在に移動する。
【００１４】
ＬＭガイド２、３上には、スライドブロック４ａ〜４ｄ、４ｅ〜４ｈを介し、それぞれ出力用の多連トグルリンク機構５、６が配備される。多連トグルリンク機構５、６は、先端部に位置して、後述の入力用トグル機構１１（図４参照）に直結されて駆動される駆動用リンクアーム７、７ａと、これに連なる１又は複数の平面リンク機構で構成される（図１、図２では４連である）。
【００１５】
平面リンク機構を構成する各リンクアーム８ｂ〜８ｄ、８ｆ〜８ｈは、それぞれその中央部が、スライドブロック４ａ〜４ｃ、４ｅ〜４ｇ上において軸支される。詳細には、各リンクアーム８ｂ〜８ｄ、８ｆ〜８ｈは、スライドブロック４ａ〜４ｃ、４ｅ〜４ｇ上に立設された支持軸９上において、回動自在に軸支される。そして、隣接するリンクアーム同士が、それぞれ端部において、短軸９ａを介して枢着されることによって連結されていく（図３参照）。
【００１６】
固定側末端（図１及び図２において左端側）のリンクアーム８ａ、８ｅは、他のリンクアームの約半分の長さであって、その末端側端部が、ＬＭガイド２、３の端部に立設されて移動することのない支持軸１０上において、回動自在に軸支される。また、先端部の駆動用トグルアーム７、７ａも他のリンクアームの約半分の長さであって、その先端部は、先端のスライドブロック４ｄ、４ｈ上に立設された支持軸９ｂに軸着される。かくして各多連トグルリンク機構５、６は、後述する入力用トグル機構１１の作用によって駆動され、連動してＬＭガイド２、３に沿って伸縮動作することになる。
【００１７】
入力用トグル機構１１は、一端が共通軸１２によって軸支された一対の入力用トグルアーム１３、１３ａと、ベース板１上に設置される円筒外周溝カム１４の溝１５に係合するカムフォロア１６を備えたカムビーム１７と、後述するように多連トグルリンク機構５、６の伸縮方向（図１において左右方向）と平行に移動するように設置され、その上に支軸１２及びカムビーム１７が固定されるスライド板１８とから成る。なお、上記円筒外周溝カム１４の代わりに、円盤溝カムで構成することも可能であり、また、エアシリンダー等を用いることも可能である。
【００１８】
スライド板１８は、ベース板１上においてＬＭガイド２、３と平行に設置されたＬＭガイド２、３よりも短寸のガイドバー１９、２０に装着されたスライドブロック２１上に固定されることにより、移動自在とされる。スライド板１８は、円筒外周溝カム１４の回転に伴なうカムビーム１７の往復動作に従って往復動し、以て入力用トグルアーム１３、１３ａを共通軸１２を軸にして開閉する（前進時（図１において右方向移動時）に閉じる。）。２２は、減速モータで、プーリ、ベルトを介してボールスプラインユニット４０のボールスプライン４１を回転駆動する。
【００１９】
入力用トグルアーム１３、１３ａの外端は、それぞれ駆動板２３、２４上において軸支される。駆動板２３、２４は、駆動用ベースプレート２５上に設置される。駆動用ベースプレート２５は、スライドブロック２６を介してＬＭガイド２、３間に渡されることにより、ＬＭガイド２、３に沿って移動可能となる。
【００２０】
駆動用ベースプレート２５の両端部上には、それぞれ一対の短寸のガイドバー２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃが、ＬＭガイド２、３と直交方向に延びるように設置され、一方の駆動板２３は、スライドブロック２８、２８ａを介してガイドバー２７、２７ａ間に固定され、他方の駆動板２４は、スライドブロック２９、２９ａを介してガイドバー２７ｂ、２７ｃ間に固定される。かくして入力用トグルアーム１３、１３ａの外方端部は、駆動板２３、２４に追随して、ＬＭガイド２、３と平行方向に移動自在となると共に、ＬＭガイド２、３と直交方向にも移動自在となる。
【００２１】
また、駆動板２３、２４上には、駆動用トグル機構を構成する駆動用トグルアーム７、７ａの共通軸３０、３１が固定される。かくして共通軸３０、３１が、駆動板２３、２４の動きに追随してＬＭガイド２、３と平行方向及び直交方向に移動し、以て多連トグルリンク機構５、６が伸縮駆動されることになる。
【００２２】
駆動用トグルアーム７、７ａの先端部が軸着される支持軸９ｂは、スライドブロック４ｄ、４ｈを介してＬＭガイド２、３間に渡された出力用プレート３２上に固定される。従って、出力用プレート３２は、多連トグルリンク機構５、６の伸縮動作に伴ない、ＬＭガイド２、３に沿って移動することになる。
【００２３】
出力用プレート３２の中間部には軸支板３３が立設され、軸支板３３の上部においてクランクアーム３４の一端が軸支される。クランクアーム３４の他端は、ベース板１上に設置されるフライホイール３５に偏心的に軸着される。かくして、出力用プレート３２の往復動作に伴ってクランクアーム３４が往復動し、以てフライホイール３５が回転駆動され、フライホイール３５の回転軸３６から、外部に出力される。
【００２４】
図５は、上記実施形態の模式図で、入力用トグル機構１１のトグルアームの共通軸１２が矢印Ｔ方向に押されて点Ａ１からＡ２に移動し、例えば、駆動用リンクアーム７、７ａ及び多連トグルリンク機構５、６の各リンクアームのＬＭガイド２、３に対する傾斜角が３０度から０度になったとすると、その場合、各アームはそれぞれ中間の支軸を中心に同量回動し、点Ｂ１は点Ｂ２に、点Ｃ１は点Ｃ２に、また、点Ｄ１は点Ｄ２にそれぞれ移動し、各リンクアームは、ＬＭガイド２、３上に一直線に並ぶ。
【００２５】
それに伴ない出力用プレート３２は、矢印Ｐ方向に点Ｄ１の位置から点Ｄ２の位置に移動するが、仕事量を考えると、供給量は力Ｔ×（Ａ１・Ａ２−Ｃ１・Ｃ２間の距離）であり、取り出せる仕事量はＰ×（Ｄ１・Ｄ２間の距離）であり、後者が大となることが明らかである。
【００２６】
上記Ｐに対するＴの割合を数値で示せば次のとおりとなる。図６において、共通軸１２が点Ａ１の位置にあって、ＬＭガイド２、３に対する各リンクアームの傾斜角度が３０度の状態で、各リンクアームの長さが１８０ｃｍである場合におけるＴ（３０）は、
Ｔ（３０°）＝点Ｂ２から点Ｃ１までの距離（４３．２）/点Ｂ２から点Ｂ１までの距離（７８．９１）×共通軸１２の移動距離（２９．３５）/点Ｃ１から共通軸１２の移動線上に下ろした垂直線の長さ（２４９．２８）×２＝０．１２９×Ｐ
以下同様にして
Ｔ（１５０°）＝１０．８１/８９．３５×１２６．４７/２１６．８１×２
＝０．１４１×Ｐ
【００２７】
最大値は大体Ｔ（９０°）の位置で、Ｔ・Ｐ仕事量の関係は、荷重と移動量の積で、３０．６８／８４．６１×８３．５６／２３６．６８×２＝０．２５６となる。これは理論上供給動力に対し、１／０．２５６＝３．９１倍の動力が得られることを意味するものである。但し、この計算は、逆Ｕ字形に変化していくＴの最大値（０．２５６）におけるもので、平均値（０．１６３）を取ると、０．１６３×１４３．４／９６．４６＝０．２４２となり、１／０．２４２＝４．１３倍の動力が得られることになる。
【００２８】
上記試算は、ＬＭガイド２、３の摩擦係数が０．００２以下のように無視し得る場合であり、且つ、各列のトグルリンク機構の連数ｎが４の場合であるが、例えばこれを１２連、２０連とした場合は下記のとおり試算され、１２連の場合には１２．４倍に、２０連の場合は、２０．６倍となる。
ｎ＝４    １／０．１６３×９６．４６／１４３．４＝４．１３倍
ｎ＝１２  １／０．１６３×２８９．３９／１４３．４＝１２．４倍
ｎ＝２０  １／０．１６３×４８２．３１／１４３．４＝．２０．６倍
【００２９】
上記実施形態における多連トグルリンク機構は２列であるが、これを３列、あるいは、それ以上の列数とすることもできる。その場合、減速モータ等の駆動手段は、各列間に、リンクアームの長さ分位置的にずらしながら配設される。なお、多列の場合、平面的に配置してもよいが、十分な設置スペースがない場合は、立体的配置とすることもできる。
【００３０】
次いで、図７乃至図９に示される第２の実施形態について説明する。この実施形態は、出力用の多連トグルリンク機構が片側１列である点、及び、その自由端に設置される駆動部が三角リンクである点で、上記実施形態と異なっている。図７乃至図９において図１乃至図４と同一符号が付されている部分は、図１乃至図４におけるものと基本的に同じ構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００３１】
この場合の多連トグルリンク機構６ａは、先端に自由端を有するリンクアーム８ｈの自由端に、短軸９ａを介して三角リンク４０の底辺の一方の角部が軸着される。三角リンク４０の頂点部は、ラック取付板４１の底板４２上に設置された支持軸４３によって枢支される。また、三角リンク４０の底辺のもう一方の角部には、スライド軸４４が固定される。
【００３２】
スライド軸４４は、中継板４５に形成された摺動孔４６内に摺動可能に係合される。中継板４５には、円筒外周溝カム１４の溝１５に係合するカムフォロア１６を備えたカムビーム１７が固定される。中継板４５は２つのスライドガイド４７を備えていて、そこに、ベース板１上にＬＭガイド３に平行に設置された２本のガイドバー４８、４９が摺動自在に挿通される。
【００３３】
この場合、円筒外周溝カム１４とカムフォロア１６の関係からカムビーム１７が移動すると、それと一体の中継板４５が、ガイドバー４８、４９に沿って移動する。この中継板４５の動きに伴ない、摺動孔４６内の外端側に係合しているスライド軸４４が摺動孔４６内を内端側に摺動し、以て三角リンク４０が支持軸４３を枢軸として回動する。そして、これに伴ない、自由端が三角リンク４０に結合されているリンクアーム８ｈが引張られて回動するよう作用を受け、多連トグルリンク機構６ａが伸長する結果三角リンク４０が押圧され、以てラック取付板４１が押圧駆動される。
【００３４】
ラック取付板４１は、その一面の上部並びに他面の下部に、それぞれラック５１、５２が突出状態に取り付けられる。そして、その底板４２が、ＬＭガイド３に装着された１又は複数のスライドブロック５３上に固定されることにより、中継板４５と連動してＬＭガイド３に沿って移動可能にされる。
【００３５】
ラック５１、５２はそれぞれ、フライホイール軸３６にワンウエイクラッチを介して設置されたピニオン５５、５６に噛合する。かくして、ラック取付板４１の進行時には、ワンウエイクラッチの作用で一方のラック５１（５２）とピニオン５５（５６）のみが係合してフライホイール軸５４を回転させ、同様に、後退時には他方のラック５２（５１）とピニオン５６（５５）のみが係合し、フライホイール軸５４を上記回転と同一の方向に回転させる。そして、このフライホイール軸３６から外部に出力される。
【００３６】
この実施形態は、末端のリンクアーム８ｅの移動することのない支持軸１０を基点とし、自由端リンクとして三角リンク４０を配したもので、駆動源である円筒外周溝カム１４から力Ｔを供給し、ラック・ピニオン機構を介して出力（荷重Ｐ）する。
【００３７】
図１０は、三角リンク４０部の拡大図で、そこに示した状態はリンクアームの傾斜角が３０度で、Ｔが最大値Ｔｍａｘをとるときである。この場合、荷重Ｐ（出力Ｐは逆向きとなる）は、中心ｄから等間隔のｂ、ｃ２点に振り分けられて支持されるため、Ｔｍａｘ＝Ｐ／２となる。そして、点ｂ、ｃがそれぞれ点ｂ’、ｃ’に移動することにより、点ａ、ｂ、ｄが一直線上に並び、Ｔ＝０となり、Ｔの平均値は、図７、図８に示す４連トグルリンク機構の場合は約０．３１２５Ｐと試算される。
【００３８】
ここで物理的理想状態（摩擦抵抗質量共に零）を仮定すると、供給と出力との割合は、５７．０７（スライド軸４４の入力方向移動量）×０．３１２５Ｐ：９６．５（支持軸４３の入力方向移動量）×Ｐで、入力に対して５．４倍の出力が得られることになる。出力動力は、トグル連数に比例して増加するが、Ｔとこの相対移動距離はトグル連数には無関係である。実際はＬＭガイドブロックの摩擦損失として、トグル連数をｎとすると、ｎ２Ｐｔａｎ３０°×（摩擦係数）が生ずる。また、ベアリングの摩擦係数は０．００１が定説であり、損失は、ｎ＝４０でも出力動力の１％にも及ばず、無視できる。
【００３９】
なお、この第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、クランクアーム３４の構成によって外部出力用回転力を取り出すように構成することができ、また、第１の実施形態において、クランクアーム方式に代えてこの第２の実施形態におけるピニオン・ラック方式を採用することもできる。
【００４０】
この発明をある程度詳細にその最も好ましい実施形態について説明してきたが、この発明の精神と範囲に反することなしに広範に異なる実施形態を構成することができることは明白なので、この発明は添付請求の範囲において限定した以外はその特定の実施形態に制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る倍力装置の一実施形態の平面図（縮動作時）である。
【図２】本発明に係る倍力装置の一実施形態の平面図（伸動作時）である。
【図３】本発明に係る倍力装置の一実施形態の正面図（伸動作時）である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】本発明に係る倍力装置の作用効果を示す簡略構成図である。
【図６】本発明に係る倍力装置の作用効果を示す図である。
【図７】本発明に係る倍力装置の他の実施形態の平面図（縮動作時）である。
【図８】本発明に係る倍力装置の他の実施形態の正面図である。
【図９】本発明に係る倍力装置の他の実施形態の拡大側面図である。
【図１０】本発明に係る倍力装置の他の実施形態の作用効果を示す簡略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１        ベース板
２、３    ＬＭガイド
４ａ〜ｈ  スライドブロック
５、６    多連トグルリンク機構
７、７ａ  駆動用トグル機構
８ａ〜ｈ  リンクアーム
９        軸筒
９ａ      短軸
１０        軸筒
１１        入力用トグル機構
１２        共通軸
１３、１３ａ  トグルアーム
１４        溝カム
１５        溝
１６        カムフォロア
１７        カムビーム
１８        スライド板
１９、２０  ガイドバー
２１        ＬＭブッシュ
２２        減速モータ
２３        駆動板
２４        駆動板
２５        駆動用ベースプレート
２６        ガイドバー
２６ａ      ガイドバー
２７        ガイドバー
２７ａ      ガイドバー
２８        スライドブロック
２８ａ      スライドブロック
２９        スライドブロック
２９ａ      スライドブロック
３０        共通軸
３１        共通軸
３２        出力用プレート
３３        軸支板
３４        クランクアーム
３５        フライホイール
３６        回転軸
４０        三角リンク
４１        ボールスプライン
４３        支持軸
４４        スライド軸
４５        中継板
４６        摺動孔
４７        スライドガイド
４８、４９  ガイドバー
５１、５２  ラック
５３        スライドブロック
５５、５６  ピニオン
【図１】
2007285413.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007285413.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007285413.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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