(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に貫通孔を有し一方に流体の流入出口を設けると共に他方に流体の流出口が形成されたシリンダと、
該シリンダの内壁に沿って移動可能に配設され中心部に前記貫通孔に対応する孔を備えると共に他方の側にボス部を形成されたピストンと、
前記シリンダの前記貫通孔及び前記ピストンの前記孔に挿通されその長手方向に前記シリンダ及びピストンとは独立して移動可能に枢設されたシャフトと、
前記シリンダの前記一方の側の内壁部に固定され、傾斜面をその内周側に形成されたカムリングと、
前記ピストンのボス部にそれぞれ一端部が回動可能に取付けられた複数個のリンクと、
前記シャフトに該シャフトの長手方向には移動不可能に装着され前記各リンクの先端部と接触するリンク先端受けと、
前記カムリングの傾斜面及び前記リンク先端受けと協動し前記シャフトの下方向への移動距離を前記ピストンの下方向への移動距離より短い移動距離に変換して該シャフトの押圧力を倍増させる前記複数個のリンクを含むリンク機構と、
前記シリンダの前記他方の内壁部と前記ピストンの頭部との間に介装されたコイルばね、
とを具備することを特徴とした小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項２】
前記シリンダの前記一方の前記リンク先端受けの近傍にボンネットを固定したことを更に特徴とする請求項１に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項３】
前記リンク機構は、前記ピストンの移動方向に対してほぼ直角に設けられた軸に回動自在に軸支されたリンクと、該リンクの他端に設けられた軸に回動自在に軸支された第１のローラとを有し、前記先端は該第１のローラであることを更に特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項４】
前記第１のローラの両側に該第１のローラと独立して回動するそれぞれ１個の第２のローラを回動自在に設け、前記リンク先端受けを前記第１、第２のローラを受けるローラ受けとしたことを更に特徴とする請求項３に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項５】
前記ローラ受けに溝を形成し、前記第１のローラを該溝の中の該溝の底面に不接触の状態で前記第２のローラのガイドとして移動せしめ、該第２のローラを該溝の周辺の前記ローラ受けの表面に接触させて回動させることを更に特徴とする請求項４に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項６】
前記ピストンと前記シャフトとの間に第２のコイルばねを設けたことを更に特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項７】
前記シャフトに前記ピストンの移動を停止させるストップリングを設けたことを更に特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【請求項８】
前記シリンダに設けられた前記流入出口の近傍における前記カムリングの部分に流体が流通する孔を形成したことを更に特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の小型アクチュエータ用倍力機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空圧駆動のアクチュエータ用倍力機構に関し、特に、長ストロークのストロークエンドで大パワーを出力可能な小型アクチュエータ用倍力機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアクチュエータは、装置に組み込まれる用途が多く、組み込む装置の小型化のために、アクチュエータの小型化が進められ、その倍力機構として油圧を用いたもの、カムを用いたもの、あるいはダブルピストンを用いたもの等が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
叙上の如く、従来の倍力機構には油圧を用いたもの、カムを用いたもの、あるいはダブルピストンを用いたもの等が提供されているが、いずれも小型化が達成されてはおらず、これまでこの技術の分野での大きな課題となっていた。
【０００４】
本発明は従来の上記実情に鑑み、従来の技術に内在する上記課題を解決するためになされたものであり、従って本発明の目的は、小型にして長ストロークのストロークエンドで強大な押圧力を出力することを可能とした新規な小型アクチュエータ用倍力機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する為に、本発明に係る小型アクチュエータ用倍力機構は、中心部に貫通孔を有し一方に流体の流入出口を設けると共に他方に流体の流出口が形成されたシリンダと、該シリンダの内壁に沿って移動可能に配設され中心部に前記貫通孔に対応する孔を備えると共に他方の側にボス部を形成されたピストンと、前記シリンダの前記貫通孔及び前記ピストンの前記孔に挿通されその長手方向に前記シリンダ及びピストンとは独立して移動可能に枢設されたシャフトと、前記シリンダの前記一方の側の内壁部に固定され、傾斜面をその内周側に形成されたカムリングと、前記ピストンのボス部にそれぞれ一端部が回動可能に取付けられた複数個のリンクと、前記シャフトに該シャフトの長手方向には移動不可能に装着され前記各リンクの先端部と接触するリンク先端受けと、前記カムリングの傾斜面及び前記リンク先端受けと協動し前記シャフトの下方向への移動距離を前記ピストンの下方向への移動距離より短い移動距離に変換して該シャフトの押圧力を倍増させる前記複数個のリンクを含むリンク機構と、前記シリンダの前記他方の内壁部と前記ピストンの頭部との間に介装されたコイルばね、とを備えて構成される。
【０００６】
更に前記シリンダの前記一方の前記リンク先端受けの近傍にボンネットが固定されている。
【０００７】
前記リンク機構は、前記ピストンの移動方向に対してほぼ直角に設けられた軸に回動自在に軸支されたリンクと、該リンクの他端に設けられた軸に回動自在に軸支された第１のローラとを有し、前記先端は該第１のローラである。
【０００８】
前記第１のローラの両側に該第１のローラと独立して回動するそれぞれ１個の第２のローラを回動自在に設け、前記リンク先端受けを前記第１、第２のローラを受けるローラ受けとしている。
【０００９】
前記ローラ受けに溝を形成し、前記第１のローラを該溝の中の該溝の底面に不接触の状態で前記第２のローラのガイドとして移動せしめ、該第２のローラを該溝の周辺の前記ローラ受けの表面に接触させて回動させている。
【００１０】
前記ピストンと前記シャフトとの間に第２のコイルばねを設けている。
【００１１】
前記シャフトに前記ピストンの移動を停止させるストップリングを設けている。
【００１２】
前記シリンダに設けられた前記流入出口の近傍における前記カムリングの部分に流体が流通する孔を形成している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明をその好ましい一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態を示す断面図である。
【００１５】
また、図２（ａ）、（ｂ）はシリンダの一実施例を示す一部断面正面図、底面図、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はピストンの一実施例を示す平面図、一部断面正面図、底面図、図４（ａ）、（ｂ）はボンネットの一実施例を示す一部断面正面図、底面図、図５（ａ）、（ｂ）はカムリングの一実施例を示す一部断面正面図、底面図、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はローラ受けの一実施例を示す平面図、一部断面正面図、底面図、図７（ａ）、（ｂ）はシャフトの一実施例を示す平面図、一部断面正面図、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はリンクとローラの結合部の一実施例を示す平面図、正面図、底面図、図９（ａ）〜（ｄ）は本発明の動作を示すシーケンス図である。
【００１６】
図１〜図８を参照するに、参照符号１はシリンダを示し、該シリンダ１内には周囲にピストンリング２ａが巻装されたピストン２が上下動自在に配設されている。シリンダ１の下端部にはボンネット３がストップリング２５によって固着されている。
【００１７】
シリンダ１の中心部長手方向に形成された孔１ａ、ピストン２の中心部に形成された孔２ｂ及びボンネット３の中心部に形成された孔を介してシャフト４がピストン２と独立して上下動可能に枢設されている。
【００１８】
シリンダ１の下端内壁部であって、ボンネット３の上部には、内壁に上方部から中心部に向かって広くなるテーパ即ち傾斜面５ａ及び中心部から下方部に向かって形成された垂直面５ｂを有するカムリング５が図示の如く凹凸結合により固定されている。この傾斜面５ａは、本実施例においては水平面に対して約４５°の傾きをもって形成されているが、この角度は０〜４５°の範囲内であればよい。
【００１９】
シャフト４は小径部４ａと大径部４ｂから成り、このシャフト４の大径部４ｂ上には、小径部４ａを中心として回転可能に且つストップリング１５によりシャフト４の長手（軸）方向にはシャフト４に対して移動しない、即ち、シャフト４と共にシャフト４の軸方向に移動可能なようにローラ受け６が配設されている。ローラ受け６はシャフト４を中心にして回転可能に形成されているが、シャフト４に固定されていてもよい。ローラ受け６の表面には半径方向に複数個（本実施の形態では４個）の溝６ａが形成されている。
【００２０】
ピストン２のボス部２ｃの周辺には複数個のリンク（本実施の形態では２個）７ａ、７ｂがそれぞれ軸８ａ、８ｂを中心として回動自在に軸支されている。軸８ａ、８ｂはピストン２の移動方向に対して直角方向に配設されている。リンク７ａ、７ｂの他端にはそれぞれ軸９ａ、９ｂが設けられ、これらの軸９ａ、９ｂにはそれぞれ大径の１個の第１のローラ１０とこの第１のローラの両側に第１のローラよりも小径の２個の第２のローラ１１がそれぞれ回動自在に軸支されている。リンク７ａ、７ｂ及びローラ１０、１１は、軸８、９に装着されたストッパ１３により軸８、９から抜けないように構成されている。軸８ａに回動自在に軸支されたリンク７ａと軸８ｂに回動自在に軸支されたリンク７ｂとはシャフト４に対して完全に対称な構造となっている。
【００２１】
第１のローラ１０は、ピストン２の上下動に応じて前述したローラ受け６の表面に切設された溝６ａに案内されながら溝６ａの内底面に接触しない状態で第２のローラ１１を溝６ａに沿って溝６ａの周辺のローラ受け６の表面をローラ受け６の半径方向の内外向きに進行案内しながらローラ受け６を下方に移動せしめると共に、必要に応じてカムリング５の内壁に形成された傾斜面５ａに沿って回動してローラ受け６、従ってシャフト４の下動を助長する。
【００２２】
リンク７（７ａ、７ｂ）、軸８（８ａ、８ｂ）、軸９（９ａ、９ｂ）、第１のローラ１０及び２個の第２のローラ１１はリンク機構を構成しており、このリンク機構は、カムリング５及びリンク先端受け（ローラ受け６）と協動して、ピストン２の移動距離（ストローク）をシャフト４のより短い移動距離（ストローク）に変換してシャフト４の押圧力（パワー）を倍増させる機能を有している。
【００２３】
即ち、図１においてピストン２が下方向に移動する時に、リンク機構のリンク７（７ａ、７ｂ）の軸８（８ａ、８ｂ）と軸９（９ａ、９ｂ）を通る直線のシャフト４に対する角度が小さい場合にはシャフト４の移動ストロークはピストン２の移動ストロークとほぼ同じであるが、その角度が大きくなるにしたがってシャフト４のストロークがピストン２のストロークよりも小さくなってくる。このシャフト４の移動ストロークが短くなってくるということは、結局シャフト４のロッド４ｃの押圧力（パワー）が強くなることを意味している。
【００２４】
シリンダ１の上部内壁とピストン２の上部外壁との間には、ピストン２を常時下方向に押圧するコイルばね１２が設けられている。ピストン２は、シリンダ１の流体流入出口１ｂから流入された流体の圧力によってシリンダ２の上方に移動させられ、流入出口１ｂから流体が流出されるとこのコイルばね１２の押圧力によりシリンダ１の下方に押し出されて下動する。
【００２５】
シャフト４にはストップリング１４が固定されており、ピストン２はこのストップリング１４によりシャフト４に対してこのリング１４よりも上方向には移動しないように形成されている。
【００２６】
シャフト４は、シャフト４にストップリング１６によって固定されたばね受け１７とピストン２との間に介装されたコイルばね１８によって、ピストン２に対して上方向に付勢されている。この作用によって、リンク７ａ、７ｂに回動自在に軸支された第１のローラ１０、１０がローラ受け６に切設された溝６ａから逸脱することが阻止される。
【００２７】
尚、１９、２０はピストンリング、ピストン２に設けられた２ｄはコイルばね１２の端部を係止する凹所、２ｅはコイルばね１８の端部を係止する凹所、２２はシリンダ１に形成された流体の流出口をそれぞれ示している。
【００２８】
次に本発明の動作について説明する。
【００２９】
シリンダ１には、流体の流入出口１ｂが設けられ、ここから流体が流出入することにより、流体がカムリング５に形成された流通孔５ｃを介してシリンダ１に流入出することによってピストン２が上下に移動する。また、シリンダ１には、流体の流出口２２が開けられ、ここから流体が自由に流出入することにより、ピストン２の移動がスムーズに行われる。
【００３０】
ここでは、流入出口１ｂから、流体が流入してピストン２及びシャフト４が、シリンダ１の上端に移動した状態から説明する。
【００３１】
図９（ａ）〜（ｄ）を参照するに、流体の流入出口１ｂから、流体が流出し始めると、ピストン２は、コイルばね１２の押圧力によって下方向へ移動を始める。すると、ピストン２に回動自在に軸支されたリンク７ａ、７ｂ及びそれぞれのリンクに回動自在に軸支されたローラ１０、ローラ１１も下方向へ移動する。
【００３２】
その際に、ローラ１０は、カムリング５の内周部上側の円筒部に接するために、ローラ１０は、ピストン２と同じ量だけ下方向に移動して、ローラ１０と同一軸上のローラ１１が、ローラ受け６を下方向へ移動させることにより、シャフト４と共に上下方向に移動するローラ受け６がシャフト４を下方向へ押し出す。
【００３３】
この時には、ピストン２の移動距離と、シャフト４の移動距離は同じであるために、コイルばね１２の推力＝シャフト４の推力となり、この時にはまだシャフト４の推力は倍力されない。
【００３４】
ピストン２が、更に下方向へ移動すると、ローラ１０の外周部はカムリング５の内周の傾斜面５ａに接し始める（図９（ｂ））。すると、リンク７ａ及びリンク７ｂに押されることにより、ローラ１０はカムリング５の傾斜面５ａに沿ってシャフト軸線から見て、外側へ移動する（図９（ｂ））。
【００３５】
この場合には、ローラ１０は、リンク７ａ、リンク７ｂによって、それぞれ外側に開くように、ピストン２側の軸８ａ、８ｂによって円周運動をする。そのために、リンク７ａ、７ｂの軸８ａ、８ｂを中心とした回転角度が、シヤフト４の軸線に対して垂直に近くなるほど、ピストン２の下方向への移動距離に対して、ローラ１０、ローラ１１の下方向への移動距離が短くなり、それに伴って、ローラ１１に接するローラ受け６、それに押されるシャフト８の下方向への移動距離も短くなるので、この移動距離の差が倍力の倍率となり、リンク７ａ、７ｂの回転角度が、シャフト４の軸線に対して垂直に近くなるほど倍率が上がることになり、角度が垂直になる手前でピストン２を止めることにより、シャフト４が下方向へ移動しきった時のシャフト４のロッド４ｃに、最大の倍力を得ることができる（図９（ｃ）、（ｄ））。
【００３６】
従って、この倍力機構は、ストローク端（ロッド４ｃ）で、最大倍力が必要な用途、例えばバルブの締め切り後のバルブシートの密着、あるいはワークのクランプなどに最適であり、また、他の方式に比べて、最大倍力の倍率が大きく取れるためにピストン自体の内径が小さくて済む大きなメリットがある。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成され、作用するものであり、本発明によれば以下に示す効果が得られる。
【００３８】
比較的単純な構成によりシャフト４のストローク端のロッド４ｃでの押圧力が強大なものとなるために、強大な押圧力が必要な用途、例えば、バルブの締め切り後のバルブシートの密着あるいはワークステーションの種々のクランプ等に適用した場合に大きな効果が発揮される。
【００３９】
ピストン自体の内径が小さいのに大きなパワーが得られるので、この種のアクチュエータを極力小型に設計することが可能となる。
【００４０】
本発明をバルブの締め付けに適用した場合に、バルブを開く時には流体を供給することにより行い、バルブを閉じる時にはコイルばねのばね力によって実行されるので、つまり流体注入操作をしない限り、バルブは閉じている。従って、人為的な誤動作は回避され、極めて安全性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）シリンダの一実施例を示す一部断面正面図、（ｂ）は底面図である。
【図３】（ａ）はピストンの一実施例を示す平面図、（ｂ）は一部断面正面図、（ｃ）は底面図である。
【図４】（ａ）はボンネットの一実施例を示す一部断面正面図、（ｂ）は底面図である。
【図５】（ａ）はカムリングの一実施例を示す一部断面正面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】（ａ）はローラ受けの一実施例を示す平面図、（ｂ）は一部断面正面図、（ｃ）は底面図である。
【図７】（ａ）はシャフトの一実施例を示す平面図、（ｂ）は一部断面正面図である。
【図８】（ａ）はリンクとローラの結合部の一実施例を示す平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は本発明の動作を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１…シリンダ
１ａ…孔
１ｂ…流入出口
２…ピストン
２ａ…ピストンリング
２ｂ…孔
３…ボンネット
３ａ…孔
４…シャフト
４ａ…小径部
４ｂ…大径部
４ｃ…ロッド
５…カムリング
５ａ…傾斜面
５ｂ…垂直面
６…ローラ受け
６ａ…溝
７（７ａ、７ｂ）…リンク
８（８ａ、８ｂ、９（９ａ、９ｂ）…軸
１０…第１のローラ
１１…第２のローラ
１２…コイルばね
１３…ストッパ
１４、１５、１６、２５…ストップリング
１７…ばね受け
１８…コイルばね
１９、２０…ピストンリング
２１…Ｏリンク
２２…流出口
【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】
0003842418.tif 000009
【図９】
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