(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡易で安価な油圧バネシステムを提供する。【解決手段】固定系に往復移動可能に設けられ外力を受ける第一移動部材１と、第一移動部材にクランクスライダ機構を介して連結されたバネ力用油圧シリンダ１２と、第一移動部材に支持荷重を与えるセットフォース用油圧シリンダ８とを備え、クランクスライダ機構が、第一移動部材と直交する方向にスライド可能に設けられた第一スライド部６と、第一スライド部のスライド方向及び第一移動部材の移動方向と直交する軸回りに回転可能に支持される第一偏心部５と、バネ力用油圧シリンダに設けられた第二移動部材１０と、第二移動部材の軸方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第二スライダブロック部と、第二スライダブロック部のスライド方向及び油圧ピストンの軸方向と直交する軸回りに回転可能に支持される第二偏心部と、第一偏心部の回転駆動力を第二偏心部に伝達する伝動手段とを備えた。【選択図】図１
2012021632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定系に往復移動可能に設けられ移動方向の外力を受ける第一移動部材と、該第一移動部材にクランクスライダ機構を介して連結され第一移動部材にバネ力を付与するバネ力用油圧シリンダとを備えた油圧バネシステムであって、前記クランクスライダ機構が、前記第一移動部材にその移動方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第一スライド部と、前記固定系に、前記第一スライド部のスライド方向と直交し、かつ、前記第一移動部材の移動方向と直交する第一中心軸回りに回転可能に支持されると共に、前記第一スライド部に、前記第一中心軸から偏心した軸回りに回転可能に支持された第一偏心部と、前記バネ力用油圧シリンダの油圧ピストンに設けられた第二移動部材と、該第二移動部材に前記油圧ピストンの軸方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第二スライド部と、前記固定系に、前記第二スライド部のスライド方向と直交し、かつ、前記油圧ピストンの軸方向と直交する第二中心軸回りに回転可能に支持されると共に、前記第二スライド部に、前記第二中心軸から偏心した軸回りに回転可能に支持された第二偏心部と、前記第一偏心部の回転駆動力を前記第二偏心部に伝達する伝動手段とを備えたことを特徴とする油圧バネシステム。
【請求項２】
前記第一移動部材に設けられ第一移動部材に前記外力に対する支持荷重を与えるセットフォース用油圧シリンダを備えた請求項１記載の油圧バネシステム。
【請求項３】
前記第二偏心部と前記伝動手段が前記第一偏心部と一体に形成された請求項１又は２記載の油圧バネシステム。
【請求項４】
前記伝動手段が、前記第一中心軸回りに回転すると共に前記第一偏心部と一体に回転する第一ギヤと、前記第二中心軸回りに回転すると共に前記第二偏心部と一体に回転し、かつ、前記第一ギヤに噛合されると共に第一ギヤに対して所定比の半径に形成された第二ギヤとからなる請求項１又は２記載の油圧バネシステム。
【請求項５】
前記第一移動部材に、その移動方向の外力を入力する外力入力装置を設け、該外力入力装置が、外力を入力される第一入力用油圧シリンダと、該第一入力用油圧シリンダに接続されると共に前記第一移動部材に設けられ前記第一入力用油圧シリンダからの油圧を前記第一移動部材に伝達する第二入力用油圧シリンダとからなり、該第二入力用油圧シリンダが前記第一入力用油圧シリンダよりピストンの受圧面積を大きく形成された請求項１〜４のいずれかに記載の油圧バネシステム。
【請求項６】
前記バネ力用油圧シリンダに調節自在に油圧を供給するバネ力用油圧調整制御機構を接続し、バネ力用油圧シリンダによるバネのバネ定数値を操作可能にした請求項１〜５のいずれかに記載の油圧バネシステム。
【請求項７】
前記セットフォース用油圧シリンダに調節可能に油圧を供給するセットフォース用油圧調整制御機構を接続し、セットフォース用油圧シリンダによるバネのセットフォース値を操作可能にした請求項１〜６のいずれかに記載の油圧バネシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧バネシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
支持対象物に作用する振動外乱変位を吸収して発生加速度を抑制したり、荷重の変動量に応じた撓み変位挙動をさせるような用途に適した荷重支持装置としてバネが公知である。
【０００３】
従来のバネは、金属や樹脂材料で形成され、バネに荷重が作用した場合に、バネの材料の応力変位による撓み特性を得るものが一般的である。
【０００４】
また、その他のバネとしては、空気や窒素ガス等の気体を圧縮する際の圧縮圧力反力と撓み変位を利用するものや、磁力の吸引、反発特性を利用するもの等が実用化されている。
【０００５】
このようなバネの特性値は、「セットフォース」と呼ばれる基準変位位相における支持荷重値と、そこからの撓み変位量に対する荷重の変化率を表す「バネ定数」とで表現される。
【０００６】
このようなバネの用途において、そのバネによって支持する荷重レベルに変化が生じた場合、撓み変位による支持位置の変化が生じるが、これに対し、セットフォース値を補正することで支持位置を基準位相に戻したり、支持対象物の質量とバネ定数との関係で決まる振動特性の変化に対して、その質量変化量に応じてバネ定数を補正するような、バネの特性値を状況に応じて変えたいという要求がある。
【０００７】
このような要求に対し、金属や樹脂材料で作られる一般的な固体バネの場合、特性値は、バネを形成する材料素材の物性値と、バネとしての形状・寸法でバネ定数値が決まり、基準変位位相における支持荷重値は、支持対象物に対するバネの取付位置によって一義的に決まる、固定的な特性値となるので、バネ定数やセットフォースを状況に応じて変えることが困難であったのに対し、本発明の発明者は、揺動油圧ピストン機構の角分力変化特性を活用した「特性可変油圧バネシステム及び油圧バネシステム」を発明し、特許出願した（特願２００８−３１７３１９：未公開）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−４８１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この「特性可変油圧バネシステム及び油圧バネシステム」の発明は、バネ定数やセットフォースを自在に操作可能にする画期的な発明であるが、その実施構造として、揺動運動を伴う油圧ピストン機構を複数用いる構造であるために、それらの揺動油圧ピストン機構の各油室へ制御油圧を供給するにあたって、揺動変位を許容できる可撓性を持った耐圧ホースで油路を形成せねばならないと共に、必要な揺動油圧ピストン機構の数も多く、構造が複雑で高価になるという難点があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造が簡易で安価な油圧バネシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、上述の「特性可変油圧バネシステム及び油圧バネシステム」に係る発明の特性原理である「入力変位に伴って揺動運動する推力発生機構の推力の角分力変化特性の活用」を踏襲しながら、その「入力変位に対する推力の角分力変化発生機構」として、推力発生機構となる油圧ピストン機構を揺動要素部分に配置するのではなく、固定シリンダ型油圧ピストン機構の油圧推力を基に、その推力を、クランクスライダ機構による角分力変化を経由して入力変位部材に伝達するように構造を改良することで、所望のリニアなバネ定数特性を実現するものである。これにより、部品構成の大幅な簡素化とコンパクト化を実現できる。
【００１２】
具体的には、本発明は、固定系に往復移動可能に設けられ移動方向の外力を受ける第一移動部材と、該第一移動部材にクランクスライダ機構を介して連結され第一移動部材にバネ力を付与するバネ力用油圧シリンダとを備えた油圧バネシステムであって、前記クランクスライダ機構が、前記第一移動部材にその移動方向は直交する方向にスライド可能に設けられた第一スライド部と、前記固定系に、前記第一スライド部のスライド方向と直交し、かつ、前記第一移動部材の移動方向と直交する第一中心軸回りに回転可能に支持されると共に、前記第一スライド部に、前記第一中心軸から偏心した軸回りに回転可能に支持された第一偏心部と、前記バネ力用油圧シリンダの油圧ピストンに設けられた第二移動部材と、該第二移動部材に前記油圧ピストンの軸方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第二スライド部と、前記固定系に、前記第二スライド部のスライド方向と直交し、かつ、前記油圧ピストンの軸方向と直交する第二中心軸回りに回転可能に支持されると共に、前記第二スライド部に、前記第二中心軸から偏心した軸回りに回転可能に支持された第二偏心部と、前記第一偏心部の回転駆動力を前記第二偏心部に伝達する伝動手段とを備えたものである。
【００１３】
前記第一移動部材に設けられ第一移動部材に前記外力に対する支持荷重を与えるセットフォース用油圧シリンダを備えるとよい。
【００１４】
前記第二偏心部と前記伝動手段が前記第一偏心部と一体に形成されるとよい。
【００１５】
前記伝動手段が、前記第一中心軸回りに回転すると共に前記第一偏心部と一体に回転する第一ギヤと、前記第二中心軸回りに回転すると共に前記第二偏心部と一体に回転し、かつ、前記第一ギヤに噛合されると共に第一ギヤに対して所定比の半径に形成された第二ギヤとからなるとよい。
【００１６】
前記第一移動部材に、その移動方向の外力を入力する外力入力装置を設け、該外力入力装置が、外力を入力される第一入力用油圧シリンダと、該第一入力用油圧シリンダに接続されると共に前記第一移動部材に設けられ前記第一入力用油圧シリンダからの油圧を前記第一移動部材に伝達する第二入力用油圧シリンダとからなり、該第二入力用油圧シリンダが前記第一入力用油圧シリンダよりピストンの受圧面積を大きく形成されるとよい。
【００１７】
前記バネ力用油圧シリンダに調節自在に油圧を供給するバネ力用油圧調整制御機構を接続し、バネ力用油圧シリンダによるバネのバネ定数値を操作可能にするとよい。
【００１８】
前記セットフォース用油圧シリンダに調節可能に油圧を供給するセットフォース用油圧調整制御機構を接続し、セットフォース用油圧シリンダによるバネのセットフォース値を操作可能にするとよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、油圧バネシステムを簡易な構造で安価にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は油圧バネシステムの正面図である（実施例１）。
【図２】図２は図１の側断面図である。
【図３】図３は図１の要部正面図である。
【図４】図４は図１の要部正面図である。
【図５】図５は図１の油圧バネシステムが外力を受けたときの正面図である。
【図６】図６は図５の要部正面図である。
【図７】図７は図５の要部正面図である。
【図８】図８は他の実施の形態を示す油圧バネシステムの正面図である（実施例２）。
【図９】図９は図８の油圧バネシステムが外力を受けたときの正面図である。
【図１０】図１０は、外力入力装置を備えた油圧バネシステムの正面図である（実施例３）。
【図１１】図１１は、図８のバネ力用油圧シリンダを逆向きに設置した油圧バネシステムの正面図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
まず、本発明は、上述の特許出願（特願２００８−３１７３１９）に係る発明の構造を改良した改良発明であるので、その構造改良の要点について説明する。
【００２３】
バネ定数やセットフォースを自在に操作可能にする上記特許出願に係る発明の特性原理は、「入力変位に伴って揺動運動する推力発生機構の推力の角分力変化特性の活用」であるが、本改良発明のポイントは、その「入力変位に対する推力の角分力変化発生機構」の構成構造にある。
【００２４】
つまり、「入力変位に対する推力の角分力変化発生機構」として、推力発生機構となる油圧ピストン機構を揺動要素部分に配置するのではなく、固定シリンダ型油圧ピストン機構の油圧推力を基に、その推力を、クランクスライダ機構による角分力変化を経由して入力変位部材に伝達する構造が、本改良発明のポイントである。
【００２５】
まず、固定シリンダ型油圧ピストン機構の油圧推力を、クランクスライダ機構による角分力変化を活用して、入力変位部材にバネ定数的な推力変化特性を与える方法の基本原理を示す全体構造の基準位相状態を図１に、その動作を図５に示す。また、図１及び図５に示した全体構造図は、重なり合う部材が多いので、その重なり方向の手前側を図３及び図６に、奥側を図４及び図７に示す。図２は、図１の概略側断面図である。
【００２６】
図３において、第一移動部材１の変位移動軸線２に対する直交軸線３上に固定支点（第一中心軸４）を持つ揺動偏心軸（第一偏心部５）が設けられており、この第一偏心部５に回転自在に、外形形状に平行な２面を有する矩形状の第一スライダブロック部（第一スライド部）６が装着されている。
【００２７】
そして、第一移動部材１には、その変位移動軸線２に対する直交軸線３方向の平行な２面を持つ矩形状の長穴７が設けられていて、その平行な２面の間隔が、第一スライダブロック部６の平行２面の間隔とほぼ同じで僅かに大きい値に設定してあり、ここに第一スライダブロック部６の平行２面が挟み込まれるように組み付けられている。
【００２８】
この構成により、図３に示すように、第一偏心部５の偏心方向位相が、第一移動部材１の変位移動軸線２に対する直交軸線３方向である状態を基準位相とし、図６に示すように、第一偏心部５の偏心量をｅとすると、第一移動部材１の基準位相からの変位によって、第一スライダブロック部６が押されて第一偏心部５が角変位することになり、その変位量に対する第一偏心部５の角変位量θは、
ｓｉｎ（θ）＝δ／ｅ
の関係になる。
【００２９】
なお、この構造例の場合、第一移動部材１には、バネのセットフォースに相当する推力を与える第一の固定シリンダ型油圧ピストン機構（セットフォース用油圧シリンダ８）が設けられている。
【００３０】
さらに、第一偏心部５に装着された第一スライダブロック部６が第一移動部材１の長穴７に挟み込まれているのと同様の関係で、その第一移動部材１の長穴７に挟み込まれた平行２面と直角な、他方の平行２面部を挟み込む矩形状の長穴９を有する第二移動部材１０を形成し、その第二移動部材１０を、第一移動部材１の変位移動軸線２に対する直交軸線３の方向にのみ移動可能にスライドガイド１１で支持してある（図４参照）。
【００３１】
そして、この第二移動部材１０に、そのスライド移動軸線方向の推力を与える第二の固定シリンダ型油圧ピストン機構（バネ力用油圧シリンダ１２）が設けられる。
【００３２】
ちなみに、この構造例では、第二移動部材１０に一体的にバネ力用油圧シリンダ１２の油圧ピストンを形成してある。
【００３３】
この構成において、バネ力用油圧シリンダ１２の油圧油室に油圧を作用させて推力Ｆ１を与えると、その推力Ｆ１が第二スライダブロック部（第二スライド部）１３を押し、第二偏心部１４の角変位位相に応じた回転モーメントが第二偏心部１４に作用する。
【００３４】
この第二偏心部１４に作用する回転モーメントをＭとすると、
Ｍ＝Ｆ１×ｅ×ｓｉｎ（θ）
となるが、この回転モーメントＭが第一スライダブロック部６を挟み込んでいる第一移動部材１の長穴７で再び第一移動部材１の変位移動軸線２方向の推力Ｆ２に変換される（図７参照）。
【００３５】
この第一移動部材１の変位移動軸線２方向の推力Ｆ２の大きさは、
Ｆ２＝Ｍ／ｅ／ｃｏｓ（θ）＝Ｆ１×ｔａｎ（θ）
となる（図６参照）。
【００３６】
つまり、第一移動部材１の変位移動軸線２方向の推力Ｆ２は、第一移動部材１の変位δに対し、
Ｆ２＝Ｆ１×δ／ｅ／（１−（δ／ｅ）2）1/2
となって、バネ力用油圧シリンダ１２の推力Ｆ１により、第一移動部材１の変位移動軸線２方向の推力Ｆ２が、第一移動部材１の変位δがゼロの基準位相においてゼロで、δの増減と共に増減変化するバネ定数的特性を得ることができる。
【００３７】
ちなみに、δの増加に対するＦ２の増加特性はタンジェントカーブ状に変化する特性であるので、第一移動部材１の変位動作範囲に対して第一偏心部５の偏心量ｅを十分大きく設定しておけば、ほぼリニアなバネ定数特性が得られる。
【００３８】
「ほぼリニアなバネ定数特性」が得られる条件は、タンジェント変化の直線近似範囲であるので、第一偏心部５の角変位量θが１０°強程度の範囲内（０〜１２°程度）に限られ、そこには、第一偏心部５の偏心量ｅの値を、第一移動部材１の変位動作限界量の４．５倍程度以上に設定する必要がある。
【００３９】
そして、第一移動部材１にその変位移動軸線２方向の推力を直接的に与えるセットフォース用油圧シリンダ８を設置しておけば、その推力が加算され、入力変位部材の変位δがゼロの基準位相における、あたかも一般のバネのセットフォースと同様の作用を担わせることができる。
【００４０】
この構成において、第一移動部材１の変位位相に応じてバネ定数的特性を発揮させるバネ力用油圧シリンダ１２と、セットフォース的特性を発揮させるセットフォース用油圧シリンダ８の発生推力の大きさは、各々に作用させる油圧値に比例して変化するので、これらの油圧値を各々調整制御することによって所望のセットフォース値とバネ定数値とを、個別に自在に操作可能な油圧バネシステム１５を構成できる。
【００４１】
なお、図１に示した油圧バネシステム１５の構造例では、第二移動部材１０に第二偏心部１４の角変位のコサイン成分の運動を与える構造として、第一移動部材１の変位を角位相に変換する第一偏心部５と第二偏心部１４とを共用すると共に、第一スライダブロック部６と第二スライダブロック部１３とを共用した構造で示してあるが、必ずしも共用構造である必要はない。第二移動部材１０専用の第二偏心部１４及び第二スライダブロック部１３を第一偏心部５及び第二スライダブロック部１３とは別に設定してもよい。その場合、第一偏心部５と第二偏心部１４とが一体構造か別体構造かに拘わらず、その回転角変位量が常に同量であるように連結されていて、第一偏心部５の偏心方向が第一移動部材１の移動軸線の直角方向にある基準位相状態において、第二偏心部１４の偏心方向が第二移動部材１０の移動軸線方向を向いている位相状態関係を保てればよい。
【００４２】
ちなみに、この場合、第一偏心部５と第二偏心部１４の偏心量を、互いに異なる値に設定してもよい。
【００４３】
次に油圧バネシステム１５の構造についてより具体的に説明する。
【００４４】
図１、図２、図３及び図４に示すように、油圧バネシステム１５は、ケーシング、車体フレーム等の固定系１６に往復移動可能に設けられ移動方向の外力を受ける第一移動部材１と、第一移動部材１にクランクスライダ機構２８を介して連結され第一移動部材１にバネ力を付与するバネ力用油圧シリンダ１２と、第一移動部材１に設けられ第一移動部材１に外力に対する支持荷重（反力）を与えるセットフォース用油圧シリンダ８とを備える。
【００４５】
第一移動部材１は、ブロック状に形成された本体部１７と、本体部１７の移動方向の一端に設けられ移動方向に延びる被ガイド部１８とを備える。被ガイド部１８は、固定系１６にスライドガイド１１を介してスライド可能に支持されている。本体部１７の他端には、セットフォース用油圧シリンダ８の油圧ピストン１９が設けられている。セットフォース用油圧シリンダ８には、油圧を調節可能に供給するセットフォース用油圧調整制御機構２０が接続されており、セットフォース用油圧シリンダ８によるバネのセットフォース値を操作できるようになっている。
【００４６】
クランクスライダ機構２８は、第一移動部材１にその移動方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第一スライダブロック部６と、固定系１６に、第一スライダブロック部６のスライド方向と直交し、かつ、第一移動部材１の移動方向と直交する第一中心軸４回りに回転可能に支持されると共に、第一スライダブロック部６に、第一中心軸４から偏心した軸回りに回転可能に支持された第一偏心部５と、バネ力用油圧シリンダ１２の油圧ピストン２１に設けられた第二移動部材１０と、第二移動部材１０にバネ力用油圧シリンダ１２の軸方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第二スライダブロック部１３と、固定系１６に、第二スライダブロック部１３のスライド方向と直交し、かつ、油圧ピストンの軸方向と直交する第二中心軸２２回りに回転可能に支持されると共に、第二スライダブロック部１３に、第二中心軸２２から偏心した軸回りに回転可能に支持された第二偏心部１４と、第一偏心部５の回転駆動力を第二偏心部１４に伝達する伝動手段２３とを備えて構成される。
【００４７】
第一スライダブロック部６は直方体状に形成され、第一移動部材１の本体部１７に形成された長穴７に沿って自由にスライドできるようになっている。長穴７は、第一移動部材１の移動方向と直交する方向に延びて形成されており、第一スライダブロック部６は、長穴７の長手方向に延びると共に対向する内面に外周面を面接触させて長穴７内に収容されており、常に同じ姿勢で長穴７内をスライドするようになっている。
【００４８】
第一偏心部５は、第一中心軸４からの偏心量よりも大径の円柱状に形成されており、第一スライダブロック部６に形成された軸穴２４内に筒状の軸受２５を介して回転可能に収容されている。また、第一偏心部５には、第一中心軸４上に延びる軸部材２６が一体に設けられている。軸部材２６は、固定系１６に回転自在に支持されており、軸部材２６と第一偏心部５とでクランクを構成している。また、第一偏心部５は、中心を軸部材２６に対して第一スライダブロック部６のスライド方向側に位置させるように配置されており、第一スライダブロック部６が第一移動部材１を介して外力を受けたとき、第一偏心部５に軸部材２６を中心とする回転方向の力が発生するようになっている。
【００４９】
第二移動部材１０は、バネ力用油圧シリンダ１２の油圧ピストン２１に設けられたブロック状の本体部１７と、バネ用油圧シリンダの伸張方向の本体部１７の端部に伸張方向に延びて設けられた被ガイド部１８とを備える。被ガイド部１８は固定系１６にスライドガイド１１を介してスライド可能に支持されている。また、第二移動部材１０は、第一移動部材１に第一偏心部５の軸方向に隣接して配置されると共に、バネ力用油圧シリンダ１２の伸張方向が第一スライダブロック部６のスライド方向と同じになるように配置されている。
【００５０】
第二スライダブロック部１３は、第一スライダブロック部６と一体に形成されており、第二移動部材１０の本体部１７に形成された長穴９に沿って自由にスライドできるようになっている。長穴９は、第二移動部材１０の移動方向と直交する方向に延びて形成されており、第二スライダブロック部１３は、長穴９の長手方向に延びると共に対向する内面に外周面を面接触させて長穴９内に収容されており、常に同じ姿勢で長穴９内をスライドするようになっている。
【００５１】
第二偏心部１４は、第一偏心部５を軸方向に延長して第一偏心部５と一体に形成されており、第一中心軸４と第二中心軸２２とが同軸に配置されている。第二偏心部１４は、第二スライダブロック部１３に形成された軸穴２４内に軸受２５を介して回転可能に収容されており、第一偏心部５と同様にクランクを構成している。
【００５２】
伝動手段２３は、第一偏心部５と第二偏心部１４を一体に形成することで第一偏心部５及び第二偏心部１４と一体に形成されており、第一偏心部５に作用する回転駆動力を第二偏心部１４に伝達するようになっている。
【００５３】
また、バネ力用油圧シリンダ１２には油圧を調節自在に供給するバネ力用油圧調整制御機構２７が接続されており、バネ力用油圧シリンダ１２によるバネのバネ定数値を操作できるようになっている。
【００５４】
本実施の形態の作用を述べる。
【００５５】
図５に示すように、第一移動部材１の被ガイド部１８に図中下向きの外力が作用した場合、第一スライダブロック部６は第一偏心部５を下方に押し、第一偏心部５と第二偏心部１４は軸部材２６を中心として回動する。図７に示すように、第二偏心部１４は第二スライダブロック部１３を図中左方に押し、第一移動部材１にバネ力用油圧シリンダ１２からの反力が作用する。
【００５６】
このとき、バネ力用油圧シリンダ１２に作用する力（外力の角分力）の割合は第二偏心部１４の角変位量によって変化し、例えば角変位量が０〜１２°の範囲においては角変位量が大きくなるに従ってバネ力用油圧シリンダ１２に作用する力の割合が増加し、セットフォース用油圧シリンダ８に作用する力の割合が減少する。
【００５７】
このため、外力が大きくなるにつれて外力の増加に対するセットフォース用油圧シリンダ８の縮退の割合が小さくなり、バネ定数がリニアに大きくなる。
【００５８】
このように、油圧バネシステム１５を、固定系１６に往復移動可能に設けられ移動方向の外力を受ける第一移動部材１と、第一移動部材１にクランクスライダ機構２８を介して連結され第一移動部材１にバネ力を付与するバネ力用油圧シリンダ１２とを備えるものとし、クランクスライダ機構２８が、第一移動部材１にその移動方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第一スライダブロック部６と、固定系１６に、第一スライダブロック部６のスライド方向と直交し、かつ、第一移動部材１の移動方向と直交する第一中心軸４回りに回転可能に支持されると共に、第一スライダブロック部６に、第一中心軸４から偏心した軸回りに回転可能に支持された第一偏心部５と、バネ力用油圧シリンダ１２の油圧ピストン２１に設けられた第二移動部材１０と、第二移動部材１０に油圧ピストン２１の軸方向と直交する方向にスライド可能に設けられた第二スライダブロック部１３と、固定系１６に、第二スライダブロック部１３のスライド方向と直交し、かつ、油圧ピストン２１の軸方向と直交する第二中心軸２２回りに回転可能に支持されると共に、第二スライダブロック部１３に、第二中心軸２２から偏心した軸回りに回転可能に支持された第二偏心部１４と、第一偏心部５の回転駆動力を第二偏心部１４に伝達する伝動手段２３とを備えるものとしたため、油圧バネシステム１５を簡易な構造にでき、安価なものにできる。
【００５９】
更に、上述の構成を備えた油圧バネシステム１５は、揺動油圧ピストン機構で構成する上記特許出願（特願２００８−３１７３１９）に係る発明に対し、単一の固定シリンダ型油圧ピストン機構のみで構成できるため、機構構成だけでなく、可撓性を持った高圧ホースが不要で、安価な金属配管のみで油圧供給回路を構成できる等、画期的に構造が簡素化され、装置サイズ、コスト、重量、共に、大幅に合理化できる。
【００６０】
また、第一移動部材１に設けられ第一移動部材１に外力に対する支持荷重を与えるセットフォース用油圧シリンダ８を備えるものとしたため、外力を、第一偏心部５及び第二偏心部１４の角変位量に応じた割合でセットフォース用油圧シリンダ８とバネ力用油圧シリンダ１２とで受けることができる。
【００６１】
また、第二偏心部１４と伝動手段２３が第一偏心部５と一体に形成されるものとしたため、油圧バネシステム１５をさらに簡易な構造にできると共にコンパクトにできる。
【００６２】
バネ力用油圧シリンダ１２に調節自在に油圧を供給するバネ力用油圧調整制御機構２７を接続し、バネ力用油圧シリンダ１２によるバネのバネ定数値を操作可能にしたため、簡易な構造で容易にバネ定数値を調節できる。
【００６３】
セットフォース用油圧シリンダ８に調節可能に油圧を供給するセットフォース用油圧調整制御機構２０を接続し、セットフォース用油圧シリンダ８によるバネのセットフォース値を操作可能にしたため、簡易な構造で容易にセットフォース値を調節できる。
【００６４】
従来のバネ装置では、その設定諸元値によって固定的であった、バネとしての基本特性値であるバネ定数とセットフォース値に対し、上述の構成によれば、その両特性を各々個別に自在に操作可能な油圧バネシステム（特性可変油圧バネシステム）１５が実現できる。
【００６５】
なお、第一移動部材１と第二移動部材１０は互いに移動方向が直交するものとしたがこれに限るものではない、例えば、第一スライダブロック部６と第二スライダブロック部１３を別体とし、第一偏心部５と第二偏心部１４の偏心方向が９０°ずれるものにしてもよい。第一移動部材１と第二移動部材１０を同方向に移動するものにできる。
【００６６】
次に、図１に示す油圧バネシステム１５の場合、第一移動部材１の変位動作範囲全域に亘ってほぼリニアなバネ定数特性を得るには、第一移動部材１の変位動作範囲に対して第一偏心部５及び第二偏心部１４の偏心量ｅを十分大きく設定しておく必要があり、装置サイズが大型化してしまう難点があるが、このように第一移動部材１の変位動作範囲が大きく、リニアなバネ定数特性が求められる場合に好適な実施の形態を図８に基づいて説明する。
【００６７】
図８に示す油圧バネシステム３０のポイントは、上述の油圧バネシステム１５と比較して、第一偏心部５と第二偏心部１４とを別体構造にすると共に第一中心軸４と第二中心軸２２を離間して配置し、第二偏心部１４の回転角変位量が、第一偏心部５の回転角変位量の２倍となる関係に、第一偏心部５を支持する軸部材３１と第二偏心部１４を支持する軸部材３２とを歯車機構等の伝動手段３３で係合連結してあることである。
【００６８】
図８に示す油圧バネシステム３０の場合、第一偏心部５を支持する軸部材３１と第二偏心部１４を支持する軸部材３２の各々に、セクタギヤ（第一ギヤ３４及び第二ギヤ３５）が一体的に設置されると共に、両ギヤが互いに噛み合っており、第一偏心部５を支持する軸部材３１に設けられるセクタギヤたる第一ギヤ３４のピッチサークル半径が、第二偏心部１４を支持する軸部材３２に設けられるセクタギヤたる第二ギヤ３５のピッチサークル半径の２倍に設定してあるので、第二偏心部１４の回転角変位量は常に、第一偏心部５の回転角変位量の２倍となる。
【００６９】
図９に示すように、第一偏心部５の偏心量をｅ１とすると、第一移動部材１の基準位相からの変位量δに対する第一偏心部５の角変位量θ１は、
ｓｉｎ（θ１）＝δ／ｅ１
となり、この２倍の角変位量θ２（＝θ１×２）が第二偏心部１４に与えられる。
【００７０】
図８に示すように、第二偏心部１４とバネ力用油圧シリンダ１２との設置関係は、基準位相において第二偏心部１４の偏心方向がバネ力用油圧シリンダ１２のストローク移動軸方向と一致するように設置されている。図９に示すように、第二偏心部１４が基準位相からθ２だけ角変位した位相において第二偏心部１４に作用する回転モーメントＭ２は、第二偏心部１４の偏心量をｅ２、バネ力用油圧シリンダ１２の油圧推力をＦ１とすると、
Ｍ２＝Ｆ１×ｅ２×ｓｉｎ（θ２）
となり、この回転モーメントＭ２が２倍速歯車連結構造（セクタギヤ）を経由して倍増されて第一偏心部５に伝達される。
【００７１】
ここで第二偏心部１４の回転角θ２は、第一偏心部５の回転角θ１の２倍であるから、    Ｍ２＝Ｆ１×ｅ２×ｓｉｎ（θ１×２）
＝Ｆ１×ｅ２×２×ｓｉｎ（θ１）×ｃｏｓ（θ１）
である。
【００７２】
そして、第二偏心部１４の回転モーメントＭ２が倍増されて第一偏心部５に回転モーメントＭ１（＝Ｍ２×２）で作用し、第一スライダブロック部６を経由して第一移動部材１の変位移動軸線方向の推力Ｆ２に変換されるので、
Ｆ２＝Ｍ１／ｅ１／ｃｏｓ（θ１）
＝Ｍ２×２／ｅ１／ｃｏｓ（θ１）
＝Ｆ１×ｅ２×２×ｓｉｎ（θ１）×ｃｏｓ（θ１）×２／ｅ１／ｃｏｓ（θ１）
＝Ｆ１×４×ｅ２／ｅ１×ｓｉｎ（θ１）
＝Ｆ１×δ×４×ｅ２／ｅ１2
となるから、油圧バネシステム３０によれば、第一移動部材１の変位移動軸線２方向の推力Ｆ２は、第一移動部材１の変位量δに完全比例の変化特性となってＫ＝Ｆ１×４×ｅ２／ｅ１2（ｋｇ／ｍｍ）の完全にリニアなバネ定数特性を持った油圧バネシステムが実現できる。
【００７３】
そして、この油圧バネシステム３０の場合、第一偏心部５の偏心量ｅ１の値を、第一移動部材１の変位動作限界量の４．５倍程度に設定する必要性から解放され、比較的小さな偏心量設定でも完全にリニアなバネ定数特性を得ることができるのであるが、第一移動部材１の基準位相からの変位量δが第一偏心部５の偏心量ｅ１にまで到達すると、第一偏心部５の回転角が９０°に達してしまい、その後の円滑な変位復帰に支障がでる。
【００７４】
従って、この構造を採用した場合、第一偏心部５の偏心量ｅ１の値に対する第一移動部材１の変位動作限界量をｅ１の９０％弱（８７〜８９％程度）に設定することが望ましい。
【００７５】
図８に示した油圧バネシステム３０では、第一移動部材１の変位動作限界量を、基準位相に対して±８ｍｍと想定し、第一偏心部５の偏心量ｅ１の値を９ｍｍに設定した場合を示しており、第二偏心部１４の偏心量ｅ２も９ｍｍとして、この第二偏心部１４に推力を与えるバネ力用油圧シリンダ１２のピストン径をφ２０ｍｍ、第一偏心部５に推力を与えるセットフォース用油圧シリンダ８のピストン径をφ４０ｍｍで設計した構造例にしてある。
【００７６】
この構造例の場合、両油圧シリンダ８、１２共に、例えば、１４０ｋｇ／ｃｍ2の油圧を作用させると、各々の油圧推力値は、Ｆｐ１＝１４０×４０2×π／４００≒１７５９ｋｇ、Ｆｐ２＝１４０×２０2×π／４００≒４４０ｋｇの推力が作用するので、基準位相でのセットフォースが１７５９ｋｇで、Ｋ≒１９５．５（ｋｇ／ｍｍ）のリニアなバネ定数を持った油圧バネとなるが、第一移動部材１の変位動作範囲として、基準位相から±８ｍｍの両振幅を想定しているから、最小撓み位相が−８ｍｍ、最大撓み位相が＋８ｍｍとなり、最小荷重１７５９−１９５．５×８＝３３２３ｋｇの動作能力を発揮するバネとなる。
【００７７】
このように、伝動手段３３が、第一中心軸４回りに回転すると共に第一偏心部５と一体に回転する第一ギヤ３４と、第二中心軸２２回りに回転すると共に第二偏心部１４と一体に回転し、かつ、第一ギヤ３４に噛合されると共に第一ギヤ３４に対して所定比の半径に形成された第二ギヤ３５とからなるものとしたため、例えば第一偏心部５の偏心量ｅ１の値を例えば９０ｍｍに変更した場合には、基準位相に対して±８０ｍｍの大きな許容ストローク量を持ってＫ≒１９．５５（ｋｇ／ｍｍ）のバネ定数を持った油圧バネになる、といった具合に、必要な許容ストローク量を満足し、所望のバネ定数を自在に設定可能で、同等の特性を持った従来型金属バネと比較しても、圧倒的に軽量コンパクトで、応力折損の問題もない画期的なバネシステムが実現できる。
【００７８】
但し、このような偏心軸構造において、強大な油圧推力負荷を支える軸受構造として、両持ち構造の堅固な軸受構造にするには、第一偏心部５及び第二偏心部１４の偏心量の増加に対して、その軸受サイズが倍増比で大きくなり、荷重負荷容量とのバランスが悪くなるので、現実的には、この偏心量をあまり大きく設定することは得策でない。
【００７９】
従って、本発明の原理的には、小ストロークで高荷重、高バネ定数の特性向きなのであるが、これを大ストロークで小荷重、低バネ定数の特性用途に適用するには、図１０に示すように、小偏心量でコンパクトに構成した油圧バネシステム３６の第一移動部材１の入力部（被ガイド部１８）を油圧シリンダのピストンにしておき、この油圧シリンダ（第二入力用油圧シリンダ４１）と圧力油室を共有する他の油圧シリンダ（第一入力用油圧シリンダ４２）を設置し、この第一入力用油圧シリンダ４２のピストンを、実際のバネ変位入力部材４３にしてやれば、圧力油室を共有する油圧ピストン同士の受圧面積比で推力とストローク量の関係を簡単に所望の値に変換できる。
【００８０】
ちなみに、図１０に示した例では、第二入力用油圧シリンダ４１のピストン径をバネ変位入力部材４３たるピストンの径の３倍に設定した例なので、ストローク量が９倍の１４４ｍｍに拡大され、最小荷重＝３６９ｋｇ、バネ定数２１．７ｋｇ／ｍｍのバネとして機能する。
【００８１】
このように、第一移動部材１に外力を入力する外力入力装置４４が、外力を入力される第一入力用油圧シリンダ４２と、第一入力用油圧シリンダ４２に接続されると共に第一移動部材１に設けられ第一入力用油圧シリンダ４２からの油圧を第一移動部材１に伝達する第二入力用油圧シリンダ４１とからなり、第二入力用油圧シリンダ４１が第一入力用油圧シリンダ４２よりピストンの受圧面積を大きく形成されるものとしたため、推力とストローク量の関係を簡単な構造で容易に変換できる。
【００８２】
また更にこの油圧バネシステム３０、３６での特筆すべき特徴として、「負」のバネ定数を持ったバネを容易に実現できることが挙げられる。
【００８３】
つまり、この図８に示した油圧バネシステム３０のバネ定数は、Ｋ＝Ｆ１×４×ｅ２／ｅ１2（ｋｇ／ｍｍ）で与えられるが、このＦ１の推力を発生するバネ力用油圧シリンダ１２の設置方向を図１１に示すように図８とは逆向きに設置すれば、その推力方向が反転して−Ｆ１として作用することになるので、Ｋ＝Ｆ１×４×ｅ２／ｅ１2（ｋｇ／ｍｍ）の「負」のバネ定数を持ったバネに変えることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  第一移動部材
４  第一中心軸
５  第一偏心部
６  第一スライダブロック
８  セットフォース用油圧シリンダ
１０  第二移動部材
１２  バネ力用油圧シリンダ
１３  第二スライダブロック部
１４  第二偏心部
１６  固定系
２０  セットフォース用油圧調整制御機構
２１  油圧ピストン
２２  第二中心軸
２３  伝動手段
２７  バネ力用油圧調整制御機構
２８  クランクスライダ機構
３３  伝動手段
３４  第一ギヤ
３５  第二ギヤ
４１  第二入力用油圧シリンダ
４２  第一入力用油圧シリンダ
４４  外力入力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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