倍力装置
【課題】比較的簡素な構成で低廉にて供給でき、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。
【解決手段】多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成り、多連トグル１の一端６はＬＭガイド１５に固定されて移動せず、多連トグル１の他端７及びトグルリンク機構同士の連結点は、それぞれＬＭガイド１５に沿って摺動するスライドブロックに固定されてＬＭガイド１５に沿って移動可能であり、他端７は出力手段に連結される自由端であって、１つのトグルリンク機構のリンク軸に、入力手段１７からＬＭガイド１５と直交する方向の入力がかかるようにし、前記１つのトグルリンク機構に隣接する両側のトグルリンク機構の各リンク軸を、ベース板上に水平移動可能に設置された係止板１８の両端部に開設されたガイド孔１９内に摺動可能に係止させる。
【解決手段】多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成り、多連トグル１の一端６はＬＭガイド１５に固定されて移動せず、多連トグル１の他端７及びトグルリンク機構同士の連結点は、それぞれＬＭガイド１５に沿って摺動するスライドブロックに固定されてＬＭガイド１５に沿って移動可能であり、他端７は出力手段に連結される自由端であって、１つのトグルリンク機構のリンク軸に、入力手段１７からＬＭガイド１５と直交する方向の入力がかかるようにし、前記１つのトグルリンク機構に隣接する両側のトグルリンク機構の各リンク軸を、ベース板上に水平移動可能に設置された係止板１８の両端部に開設されたガイド孔１９内に摺動可能に係止させる。
【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、例えば、物体の押圧、押込み等に用いられる装置であって、互いに連係する複数の多連のトグル機構を利用することにより、入力を効率よく倍加して出力することを可能にした、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、これらの装置の場合、駆動に要するエネルギーに対して、押圧・押込みエネルギーの発生効率が低いのである。
【０００３】
また、上記押圧・押込みエネルギーの発生効率の向上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
【特許文献２】特開２００６−２９２１２３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・押込みのための装置であって、押圧・押込みエネルギーの発生効率の向上を企図したものは、未だ押圧・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、複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成る倍力装置であって、前記多連トグルの一端は、前記ＬＭガイドに固定されて移動することのない基端とされ、前記多連トグルの他端及び前記トグルリンク機構同士の連結点は、それぞれ前記ＬＭガイドに沿って摺動するスライドブロックに固定されることによって前記ＬＭガイドに沿って移動可能であり、前記多連トグルの他端は出力手段に連結される自由端であって、前記複数のトグルリンク機構のうちの１つのトグルリンク機構のリンク軸に、入力手段から前記ＬＭガイドと直交する方向の入力がかかるようにし、前記１つのトグルリンク機構に隣接する両側のトグルリンク機構のそれぞれのリンク軸を、前記ベース板上に水平移動可能に設置された係止板の両端部に開設されたガイド孔内に摺動可能に係止させて成ることを特徴とする倍力装置である。
【０００７】
例えば前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記１つのトグルリンク機構のリンク軸をカムフォロアとして係合させ、他方の前記外周カム溝に前記係止板に設けたカムフォロアを係合させるものとする。
【０００８】
また、前記出力手段はラック・ピニオン機構又は各種歯付きベルト機構等とすることができ、前記出力手段からの外部出力は、フライホイールを介して行わせることができる。
【０００９】
上記課題を解決するための請求項５に記載の発明は、複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように三次元的に組み合わせて成る倍力装置であって、前記複数の多連トグルには、入力を受けて伝達する入力トグルと、前記入力トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する両端が自由端である中継トグルと、前記中継トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する一端が固定端で他端が自由端である中間トグルと、前記増大された入力を出力する出力トグルとが含まれ、前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記入力トグルの中間の頂点リンク軸がカムフォロアとして係合することを特徴とする倍力装置である。
【００１０】
前記中間トグルから前記出力トグルへの動力伝達には、三角リンクを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明は上述した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、引出し等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。本発明に係る倍力装置は、複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを、ベース板上に配置したＬＭガイド上に設置して成り、その多連トグルの一端を移動することのない基端とし、他端を前記ＬＭガイドに沿って移動する自由端とし、多連トグルがその自由端の移動方向と直交する方向の入力を受けて伸縮動作をするに伴い、入力に対して倍加された押圧力をその自由端から出力可能にした構成を基本とする。
【００１３】
図１は本発明に係る倍力装置の原理を示す図であり、そこに示されるように本装置は、複数のトグルリンク機構１〜４を連結して成る多連トグル（図１では４連）を、ベース板上に配置したＬＭガイド１５上に設置して成る。各トグルリンク機構１〜４は、回転自由支点であるリンク軸５において対称的に連結された一対のリンクアームで構成される。各リンクアームは同長とされる。
【００１４】
多連トグルを構成するトグルリンク機構１〜４のうちの一端側のトグルリンク機構１の基端が、ＬＭガイド１５上に固定されて移動することのない固定端６（ｄ）とされ、他端側のトグルリンク機構４の先端が、後述する出力手段に連結される自由端７（ｆ）とされる。各トグルリンク機構１〜４同士の連結点８〜１０は回転自由支点とされ、各連結点８〜１０及び自由端７は、それぞれ、ＬＭガイド１５に沿って摺動するスライドブロック１１〜１４上に固定されることによって、ＬＭガイド１５に沿って移動可能にされる。
【００１５】
図１（Ａ）に示す例では、トグルリンク機構３に入力手段が設置されている。それは、トグルリンク機構３のリンク軸５に滑車の機能を果たすローラ１６を取り付け、このローラ１６に、一端（固定点ｅ）をベース板上に水平移動可能に設置された係止板１８に固定したロープ１７を掛け回し、このロープ１７の他端に自由端７の移動方向に直交する方向の、換言すれば、ＬＭガイド１５に直交する方向の引張り力を付与可能にしたものである。そして、この入力手段が設置されるトグルリンク機構３に隣接する両側のトグルリンク機構２、４の各リンク軸５が、係止板１８の両端部に形成された、通常長孔状のガイド孔１９内に遊挿されて係止される。
【００１６】
この構成においてロープ１７に引張り力Ｔｎが付与されると、トグルリンク機構３のリンク軸５がＬＭガイド１５の長さ方向に直交する方向に引かれ、その引張り力は、リンクアームを介して両側の連結点９、１０に分かれて伝達され、それぞれスライドブロック１２、１３を、ＬＭガイド１５に沿って互いに反対方向に移動させるように作用する。但し、固定端６は移動しないので、そこからの反作用により、スライドブロック１２、１３は共に、固定端６とは反対の方向に移動することになる。
【００１７】
このスライドブロック１２、１３に対する作用は、隣接するトグルリンク機構１、２、４に次々と伝達されていくが、一端が固定端６となっているトグルリンク機構１とこれに連結されているトグルリンク機構２、換言すれば、連結点８、９は、固定端６方向に移動することができず、固定端６からの反作用を受ける結果、多連トグル全体が自由端７方向に移動することになる。
【００１８】
この構成例に基づく試作品（４連トグルでトグル底辺角３０度）において、自由端７（ｆ）に１０ｋｇの一定荷重Ｐを矢印方向に常時負荷した状態（換言すれば、１０ｋｇの出力が得られる状態）のときのロープ１７の張力Ｔｎを計測したところ、８ｋｇであった（計測故、機構上の摩擦損出等も含まれる）。
【００１９】
その際、トグルリンク機構３のリンク軸５（ｂ）と、係止板１８におけるロープ１７の固定点（ｅ）との間に張力Ｔが作用しており、滑車の理論等によると、各点の張力関係は、ａ＋ｃ＝ｅ＝ｂ＝２Ｔｎ＝Ｔとなり、この場合のＴは、Ｔ＝２Ｔｎ＝１６ｋｇとなる。
【００２０】
また、同様にＰ＝１０ｋｇで３連トグルとした場合のＴｎの実測値は６ｋｇであり、５連トグルとした場合のＴｎの実測値は１０ｋｇであった。これらの実測値から推定すると、６連トグルの場合には、Ｔｎは１２ｋｇということになる。また、トグル底辺角の変化によるＴ＝２Ｔｎの増減割合は、一例を挙げれば、３５度で１４．０、３２．５度で１２．７４、３０度で１１．５４、２７．５度で１０．４２のように直線的であり、力関係計算は比較的容易である。
【００２１】
上記計測結果からすると、トグル底辺角を３７．５〜２５度とした場合のＴの平均荷重は、１６／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２５°）／ｔａｎ３０°＝１７．０９ｋｇであって、リンク長が９０ｍｍの場合のｂ、ｅの移動量は、９０×（ｓｉｎ３７．５°−ｓｉｎ２５°）×２＝３３．５ｍｍであり、その仕事量は、１７．０９×３.３５＝５７．２５ｋｇ・ｃｍで、出力は１０×８．１２５＝８１．２５ｋｇ・ｃｍであるので、出力効率は１．４２倍ということになる。なお、上記式における８．１２５ｃｍは、後述する図３の実施形態において実測して得られた（ｆ）の移動量である（段落００２６参照）。
【００２２】
図１（Ｂ）は、同じく本発明に係る倍力装置の原理を説明するための図であり、連続運転可能にするために、図１（Ａ）に示されるものにおける入力手段を、ＬＭガイド１５上に設置されてそれと平行方向に移動するダブル円筒カムに代えたものである。このダブル円筒カムは、１本のカム軸２３に一対の円筒カム２１、２２を、それらの外周カム溝２１ａ、２２ａ同士が、固定端６、トグルリンク機構同士の連結点８〜１０及び自由端７を結ぶ線に対して対称となるように設置したものである。そして、トグルリンク機構３のリンク軸５を一方の円筒カム２１の外周カム溝２１ａに係合して倣うカムフォロアとし、他方の円筒カム２２の外周カム溝２２ａに係合して倣うカムフォロワア２４を、水平方向に自由移動する係止板１８上に設置する。
【００２３】
このダブル円筒カムのカム軸２３を図示せぬモータで回転駆動することにより、カムフォロアとなるリンク軸５とカムフォロア２４とが、固定端６、トグルリンク機構同士の連結点８〜１０及び自由端７を結ぶ線を挟んで、互いに接近方向又は離隔方向に移動することによって多連トグルが伸縮し続ける結果、自由端７からの連続的出力が可能となる。
【００２４】
この構成に基づく試作機（図３参照）において、一方の円筒カム２１に巻装したロープを円筒カム２１の外周接線方向に引上げた張力である引上げ荷重Ｚ（測定１０回の平均値）を、トグル連数別に実測して次の結果を得た（条件は上記実験結果１の場合と同じ）。
用いたカム曲線が微妙なため、この計測結果から各条件間の関係の計数的定義はできないが、４連の場合について試算してみると、７．８（Ｚ）／１６（Ｔ）×２＝０．２４４＝ｔａｎ１３．７２°で、この結果は、円筒カム進み角実測値を用い、楔の原理に基づいてベクトル分解計算した結果である１６×２×ｔａｎ１３．７２°＝７．８１と完全に一致する。実験結果１においてはｂ、ｅの各側に１６ｋｇ負荷していたが、この場合は、Ｚの反力を受けるカムフォロア（５、２４）がロープと同じ円周上にあるので、２個の円筒カムを同軸上に対称に配したことで、楔の原理に従って有効スラスト荷重が互いに打消し合って供給入力に損失を与えず、損失は無効ラジアル荷重の２個分のみになっている。そのため、この場合のＴは、実験結果１の場合のＴよりも小となっている。
【００２５】
以上の計測結果に基づいて、４連トグル、リンク長９０ｍｍ、使用底辺角３７．５〜２５°、カム外径φ８５として入出力仕事量関係を試算する。カム半円当りの進み量は１６．７６ｍｍ、カム進み角平均は７．１５°、点ｆ（Ｐ＝１０ｋｇ）の移動距離は８１．２５ｍｍである。この結果、出力仕事量は１０×０．０８１２５×２＝１．６２５ｋｇ・ｍ、供給仕事量はＴの平均荷重が１６／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２５°）／ｔａｎ３０°＝１７．０９ｋｇであるので、２個分で１７．０９×ｔａｎ７．１５°×０．０８５π×２＝１．１４５ｋｇ・ｍとなる。従って、この場合の効率は、１．６５／１．１４５＝１．４４倍となる。ここでの計測データ及び計算方式は、後述の入力多連トグルに応用活用される。但し、この機構を圧縮機やプレス等に応用するには、カム軸又はカム軸に至るまでの回転伝動軸にフライホイールを設置することが必要になると考えられるが、より広範囲に有効活用するためには、回転動力に変換し、効率よく伝動得特するワンウェイクラッチを採用することが得策で（後述する図３以下参照）、また、Ｐの往復動は等速であることが前提となる。
【００２６】
また、図２に示すように、固定点ｂ、ｅの左右方向への移動を規制してＬＭガイドを取り付け、両端を自由点ｄ、ｆにした３連トグルにおいて、自由点ｄ、ｆにＰ１、Ｐ２の荷重を負荷し、固定点ｂ、ｅ各々に等加重Ｗ１、Ｗ２を加えつつ、Ｐが始動する際のＷを、図２に示す条件通りにて実測した。その結果は、Ｐ１、Ｐ２が１０ｋｇでＷ１、Ｗ２が１２ｋｇであり、この結果は、図１に示す例のＴと一致し、図１の作用反作用の原理で自生する原点荷重を有効活用したものと一致する（計算例省略）。ここで重要なのは、摩擦係数０．０４５のＬＭガイド２本を用いた図２に示す条件下では、Ｐ＝１０ｋｇがＷ＝１２ｋｇで始動することである。図２で底辺使用角３７．５〜２２°として計算すると、入力平均は１２／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２２°）／ｔａｎ３０°＝１２．２ｋｇ、入力仕事量は１２．２×２．１＝２５．６ｋｇ・ｃｍ、出力仕事量は１０×３．６１＝３６．１ｋｇ・ｃｍであるので、効率は３６．１／２５．６＝１．４倍である。なお、ここでの計測データ及び計算方法は、後述の中継多重トグルに応用活用されている。
【００２７】
図３乃至図５は、上記図１及び２に示した原理に基づいて設計された本発明に係る倍力装置の実施形態を示すものであるが、この設計条件は、４連トグルでリンク長が９０ｍｍ、トグル底辺角が３７．５°乃至２５°、カム外径がφ８５であり、上記のとおり、この仕様において、カムフォロアのカム半円当り進み量は１６．７６ｍｍ、カム進み角平均は７．１５°、ｆ（Ｐ＝１０ｋｇ）の移動量は８１．２５ｍｍの実測値が得られた。
【００２８】
この結果、仕事量は１０×０．０８１２５×２＝１．６２５ｋｇ・ｍで、供給仕事量は平均荷重が約１６／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２５°）／ｔａｎ３０°＝１７．０９ｋｇであり、２個分で１７．０９×ｔａｎ７．１５°×０．０８５π×２＝１．１４５ｋｇ・ｍとなるので、この場合の効率は、１．６５／１．１４５＝１．４４倍ということになる。この効率は、図１の構成の場合とほぼ一致するが、連続運転に対応する入力供給方法としては、この構成のようなダブル円筒カム方式が最適と考えられる。
【００２９】
図３乃至図５において、図１及び２におけると同一の符号を付した部分は同一の構成部分を指している。この実施形態においては、ベース板３１上にＬＭガイド１５が敷設され、その上に、スライドブロック１１〜１４を介して多連トグルが設置されている。入力手段たるダブル円筒カムは、特に図５に詳細に示されるように、ＬＭガイド１５上に２つのスライドブロック３２を介して配置されて、ＬＭガイド１５の長さ方向に移動するスライドベース３３上に設置される。スライドベース３３は、ＬＭガイド１５の長さ方向に移動する。スライドベース３３上には、ＬＭガイド１５と直角方向に延びるＬＭガイド３４と、カム軸２３を軸支する一対の支持スタンド３５、３６とが設置される。そして、ＬＭガイド３４には、スライドブロック３７を介して、移動板１８と多連トグル支持板３９とが設置され、多連トグル支持板３９にトグルリンク機構３のリンク軸５が固定される。
【００３０】
カム軸２３の駆動は、その先端に取り付けた傘歯車４１に、駆動軸４２の先端に取り付けた傘歯車４３を噛合させることによって行う。駆動軸４２は、ベース板１８上において軸支されている駆動プーリ４４にスプライン結合され、駆動プーリ４４から回転駆動力を受けつつ、水平方向に移動することのない駆動プーリ４４に対して摺動して、ＬＭガイド１５の長さ方向に移動し得るようになっている。駆動プーリ４４及びこれにスプライン結合する駆動軸４２は、ベース板１８上に据え付けられたモータ４５によって回転駆動される。
【００３１】
ここに図示されている出力手段は、ラック・ピニオン方式のものである。即ち、ＬＭガイド１５の先端部に、スライドブロック４７を介してラック取付板５０が設置され、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が前方に突き出るように取り付けられる。かくしてラック５１、５２は、ＬＭガイド３の長さ方向に移動可能となる。
【００３２】
ラック５１、５２はそれぞれ、フライホイール軸５３にワンウェ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。そして、ラック取付板５０の前進時には、ワンウェ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５３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５３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５３から外部に出力される（図では発電機５７に出力されている）。
【００３３】
次いで、図６乃至図１０に示された第２の実施形態について説明する。図６は第２の実施形態の全体構成を示す平面図であり、図７はそのうちの入力部と入力伝達部の構成を線図で表したものであり、図８はそのうちの入力部の構成を示すものであり、図９はそのうちの出力部の構成を示すものであり、図１０は出力部の構成を線図で表したものである。なお、図６以下において、図１乃至図５におけると同じ参照符号が付された部分は、上述した第１の実施形態におけると同じ構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
この第２の実施形態の倍力装置は、それぞれ複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルで構成されていて、立体的且つ縦横方向に配置されたＬＭガイド上をスライドブロックを介して移動するトグル群、即ち、入力を受ける入力トグル６１（特に図７、８参照）と、入力トグル６１からの入力を伝達する、両端が自由端とされる第１乃至第３の中継トグル７６、８１、９６（特に図７、８参照）と、中継トグル７６、８１、９６と連係し、伝達された入力を増大させつつ次段の多連トグルに伝達する、一端が固定端で他端が自由端である中間トグル１２１と、増大された入力を出力する第１乃至第３の出力トグル１４０、１５０、１６０（特に図９、１０参照）とから成るものである。
【００３５】
この第２の実施形態における入力手段は、ダブル円筒カムとこのダブル円筒カムに駆動される入力トグル６１とから成る（図６乃至図８参照）。ダブル円筒カムを構成する一方の円筒カム２１に対するカムフォロア６２は、裏面に、ベース板１上に敷設された一対のＬＭガイドに沿って摺動するスライドブロックが固定された並行ＬＭガイド上板６５上に取り付けられており、また、入力トグル６１の中間のリンク軸が他方の円筒カム２２に対するカムフォロア６６となる。
【００３６】
入力トグル６１は３連トグルであって、その一端部６１ａは、カム軸２３と平行に配置された直交ＬＭガイド上板６７に突設された軸支板６８において枢支される（特に図８参照）。直行ＬＭガイド上板６７は、ベース板１上に敷設されたＬＭガイド６９、７０に沿って、カム軸２３と直交方向に移動自在にされる。また、入力トグル６１のカムフォロア６６の両側に位置するリンク軸７１、７２は、並行ＬＭガイド上板６５に設置された軸支板７３、７４において軸支され、軸支板７３、７４は、並行ＬＭガイド上板６５上に渡されたＬＭガイド７５に沿って、リンク軸７１、７２の動きに追随してカム軸２３と直交方向に互いに近接又は離隔するように移動自在にされる。
【００３７】
入力トグル６１の軸支板６８において軸支される一端部６１ａに対する他端部６１ｂは、入力トグル６１と直交状態に配置される第１中継トグル７６の上層において、第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７に枢着される。第１中継トグル７６の一端部７６ａは、カム軸２３と平行に配置されたＬＭガイド７８、７９に沿って移動自在にされたスライド板８０上において軸支され、また、第１中継トグル７６の他端部７６ｂは、カム軸２３に対して直交方向に伸縮動作をする第２中継トグル８１の頂点リンク軸８２に枢支される。
【００３８】
第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７の両側のリンク軸６３、６４は、それぞれ、直交ＬＭガイド上板６７上に長さ方向に移動自在に設置された入力伝動板１１５、１１６の先端部において軸支される。また、入力トグル６１のカムフォロアとなるリンク軸６６の両側の長リンクアームの各中点が、入力中間支持ＬＭガイド１１７に沿って自由移動する軸支板において軸支され、第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７の両側の長リンクアームの各中点が、中間支持ＬＭガイド１１９に沿って自由移動する軸支板１１８においてそれぞれ軸支される。
【００３９】
かくして、カム軸２３が回転駆動されて円筒カム２１、２２が回転すると、カムフォロア６２、６６が相互近接動作又は相互離隔動作し、カムフォロア６６からは直接、また、カムフォロア６２からは並行ＬＭガイド上板６５及び軸支板７３、７４を介して、入力トグル６１に入力が伝達される。その結果入力トグル６１は、その長リンクが軸支板に支持されて、カム軸２３と直交方向に伸縮する。
【００４０】
そして、この入力トグル６１の伸縮に伴い、入力トグル６１の他端部６１ｂによって第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７が押され又は引かれ、また同時に、リンク軸６３、６４が、入力伝動板１１５、１１６に引かれ又は押されることにより、第１中継トグル７６は、その長リンクアームが一対の軸支板１１８に支持されつつ、カム軸２３と平行方向に伸縮する。
【００４１】
以下に述べる第２及び第３の中継トグル８１、９６についても、入力がダブル円筒カムから前段の多連トグルに代わること以外、基本的には同様の構成にて同様の動作をする。即ち、これらの各多連トグルは、いずれも作用反作用の原理にて連動し、各中継トグル７６、８１、９６を経る度に入力トグル６１の入力移動距離が短縮され、逆に、次第に増大していく動力が伝達される。
【００４２】
第２中継トグル８１は、その長リンクアーム８３、８４の各中心部が、固定板８５上にカム軸２３と直交方向に配置されたＬＭガイド８６に沿って移動自在にされた軸支板８７、８８上において軸支され、また、頂点リンク軸８２の両側のリンク軸８９、９０が、スライド板８０上にカム軸２３と直交方向に配置されたＬＭガイド９２に沿って移動自在にされた、長尺伝動板９３、９４の先端部において軸支されることにより支持される。
【００４３】
軸支板８７、８８はＬＭガイド８６上において、また、長尺伝動板９３、９４はＬＭガイド９２上において、それぞれ互いに近接し又は離隔するように動作する。この軸支板８７、８８及び長尺伝動板９３、９４の水平移動動作は、第２中継トグル８１の頂点リンク軸８２が、第１中継トグル７６の他端部７６ｂによって引かれ，又は押されることに伴って起こる。
【００４４】
第２中継トグル８１の先端は、繋ぎ板９５を介して第３中継トグル９６の頂点リンク軸９７に連結される。繋ぎ板９５は機構の密集化を避けるために配置されるものであって、カム軸２３と直交方向のＬＭガイド上を自由移動する。第３中継トグル９６の両端部は、それぞれカム軸２３と平行に移動自在にされた横長伝達板９９、１００に枢着されて支持される。そして、頂点リンク軸９７の両側の長リンクアーム１０１、１０２の中間部が、それぞれ中間支持板１０３、１０４において軸支される。中間支持板１０３、１０４は、固定板１０５上にカム軸２３に平行に敷設されたＬＭガイド１０６に沿って移動自在にされる。
【００４５】
また、頂点リンク軸９７の両側のリンク軸１０７、１０８は、それぞれ水平自由伝動板１０９、１１０の先端において軸支される。水平自由伝動板１０９、１１０はそれぞれ、カム軸２３に平行に敷設されたＬＭガイド１１１に沿って、互いに近接方向又は離隔方向に移動自在に支持される。
【００４６】
第３中継トグル９６の伸縮動作は、横長伝達板９９、１００を介して中間トグル１２１に伝達される。即ち、中間トグル１２１は一端が固定点１２２とされ、固定点１２２を基端としてカム軸２３と直交するＬＭガイド１２３上で伸縮動作するもので、その頂点リンク軸１２４が、横長伝達板１００から延びる中間水平支持板１２５の先端部において軸支される。
【００４７】
また、その頂点リンク軸１２４の両側のリンク軸１２５、１２６は、それぞれ水平自由支持板１２７、１２８において軸支される。水平自由支持板１２７、１２８はそれぞれ、伝達板９９上のカム軸２３に直交するＬＭガイド１２９に沿って、互いに近接方向又は離隔方向に移動自在にされる。そして、頂点リンク軸１２４の両側の長リンクアーム１３１、１３２の中間部が、それぞれＬＭガイド１２３に沿って移動自在の中間支持板において軸支される。
【００４８】
中間トグル１２１の伸縮動作は、その先端部に取り付けられた第１繋ぎ金具１３３を介して、一端が固定点１４１である第１出力トグル１４０の先端に設置された第１三角リンク１４２に伝達され、これを受けて第１出力トグル１４０が、その各長リンクアームの中間点が、カム軸２３に直交するＬＭガイド１４３上において支持されて伸縮動作する。第１三角リンク１４２は、その一辺が第１出力トグル１４０先端部の短リンクアームを構成するもので、その第１繋ぎ金属１３３との連結点であるリンク軸１４４が第１繋ぎ金属１３３に引かれ、又は押されることにより、ＬＭガイド１４３に沿って移動しつつ、隣接する長リンクアーム１４５との連結点であるリンク軸１４６を支点に回動する。
【００４９】
この多重トグル（第１出力トグル）の特徴は、図９に示されるように、一端が原点固定（固定端１４１）で、自由端に設けた二等辺の第１三角リンク１４２のリンク軸１４４から入力Ｔを受け、リンク軸１４７を介して出力Ｐが伝達される、即ち、第１三角リンク１４２だけが受伝動を司り、頂点支え等も不要なシンプルな機構である点にある。その動作は、例えば、中間トグル１２１から入力Ｔを得てリンク軸１４４はやや円弧状に仮想線表示部から実線表示部に移動し、同時にリンク軸１４７は出力Ｐを発揮しつつ、仮想線表示部から実線表示部に至る。４連トグル底辺角４０°、リンク長１５０ｍｍでＰ＝１０ｋｇを負荷した状態で点ｂでの入力はＴ＝８．２１ｋｇを実測した。この動力の利得は４連トグルの固定端１４１に自生する反力Ｑは、ＬＭガイド１４３と平行の方向に常にＱ＋Ｔ＝Ｐの関係にあり、Ｐは一定荷重のため、Ｔの減少分＝Ｑの増加分ということになる。既述のＴ＝８．２１ｋｇは実測値であるので、抵抗損失分も含まれている。また、このＴは梃子の理の長さ比と底辺角の変化により２次曲線的に変化する物理現象であり、その変化状況は直線計算に対し、底辺角使用範囲を１０°〜４０°とした場合に０．７０４倍となるので、一旦直線計算した後に修正する。
【００５０】
即ち、図９において、例えばリンク長を９０ｍｍとした場合、ｂ´における入力Ｔ´＝Ｔ×ｔａｎ１０°／ｔａｎ４０°×１５．６３／８４．５７＝８．２１×０．１７６／０．８３９×１５．６３／８４．５７＝０．３１８ｋｇ（Ｔ＝８．２１ｋｇの実測は底辺角４０°で、梃子の理の長さ比は５７．８５／５７．８５＝１）であるので、入力平均は（８．２１＋０．３２）／２＝４．２６５ｋｇであり、これに実際値修正を加えて４．２６５×０．７０４＝２．９９ｋｇとなる。従って、入力仕事量は片道で２.９９×０．１９６＝０．５８６ｋｇ・ｍであり、出力仕事量は片道で１０×０．１５８＝１．５８ｋｇ・ｍであるので、効率は１．５８／０．５８６＝２．７倍となる。これ等の計測データ及び計算方式は、各出力多連トグル１４０、１５０、１６０において応用活用される。
【００５１】
第１三角リンク１４２の残りのリンク軸１４７は、ＬＭガイド１４３に沿って自由移動する第２繋ぎ金具１４８に連結され、第２繋ぎ金具１４８は、一端が固定点１５１である第２出力トグル１５０の先端に設置された第２三角リンク１５２に連結される。かくして、第１出力トグル１４０の伸縮に伴う第１三角リンク１４２の動きが、第２繋ぎ金具１４８を介して第２三角リンク１５２に伝達されると、第２出力トグル１５０は、その各長リンクアームの中間点が、カム軸２３に直交するＬＭガイド１５３上において支持されて伸縮動作する。
【００５２】
第２三角リンク１５２は第１三角リンク１４２と同様の構成で、その一辺が第２出力トグル１５０先端部の短リンクアームを構成するもので、その第２繋ぎ金属１４８との連結点であるリンク軸１５４が第２繋ぎ金属１４８に引かれ、又は、押されることにより、ＬＭガイド１５３に沿って移動しつつ、隣接する長リンクアーム１５５との連結点であるリンク軸１５６を支点に回動する。
【００５３】
また、上記同様にして、第３繋ぎ金属１５８を介して第２出力トグル１５０に第３出力トグル１６０が連設される。即ち、第３繋ぎ金具１５８は、一端が固定点１６１である第３出力トグル１６０の先端に設置された第３三角リンク１６２に連結されることにより、第２出力トグル１５０の伸縮に伴う第２三角リンク１５２の動きが、第３繋ぎ金具１５８を介して第３三角リンク１６２に伝達されると、第３出力トグル１６０は、その各長リンクアームの中間点が、カム軸２３に直交するＬＭガイド１６３上において支持されて伸縮動作する。
【００５４】
第３三角リンク１６２は第１及び第２三角リンク１４２と同様の構成で、その一辺が第３出力トグル１６０先端部の短リンクアームを構成し、その第３繋ぎ金属１５８との連結点であるリンク軸１６４が第２繋ぎ金属１５８に引かれ、又は、押されることにより、ＬＭガイド１６３に沿って移動しつつ、リンク軸１６６を支点に回動する。第３三角リンク１６２の残りのリンク軸１６７には出力板１６８が設置され、出力板１６８は例えば、出力手段駆動用の歯付きベルト１７０に連結される。なお、出力手段は歯付きベルト１７０に限らず、ラック・ピニオン機構その他任意の手段を採用することができる。
【００５５】
この第２の実施形態を発展させて、４連トグルを合計８連にしたものについての効率計算を試みた。この試算においては、各トグルの出力・供給力等の割合関係を明らかにする便宜上、説明を最終出力多連トグルから逆に入力多連トグルへと進めていく。
【００５６】
第３出力トグル１６０は４連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は１４．７２〜３５°で、入力Ｔの移動量（入力Ｔを受ける第３三角リンク１６２のリンク軸１６４の水平方向移動量）の片道は２１５ｍｍ、出力Ｐの移動量（出力板１６８が設置されたリンク軸１６７の移動量）の片道は１７８ｍｍである（図９参照）。
【００５７】
上記のとおり、トグル底辺角が４０°でＰ＝１０ｋｇのときにＴ＝８．２１ｋｇとの実験計測値が得られており、ｔａｎ４０°＝０．８３９、ｔａｎ３５°＝０．７００であることから、トグル底辺角３５°での入力は、Ｔ３５＝８．２１×０．７／０．８３９＝６．８５ｋｇ（三角リンクは二等辺三角形状であるので、底辺角３５°での梃子の理の長さ比は、８６．０４／８６．０４＝１）になる。また、ｔａｎ１４．７２°＝０．２６３であり、トグル底辺角が１４．７２の場合の梃子の理の長さ比は、３８．１１／１２３．２９＝０．３０９になるので、このときの入力は、Ｔ１４．７２＝６．８５×０．３０９／１×０．２６３／０．７＝０．７９５ｋｇ、供給力平均は、（６．８５＋０．７９６）／２＝３．８２ｋｇで、これに上記のようにして実際値修正を加えると３.８２×０．８３５＝３．１９ｋｇとなり、入力Ｔの移動量は０．２１５ｍであるので、供給仕事量は３．１９×０．２１５＝０．６８６ｋｇ・ｍとなる。
【００５８】
そして、出力仕事量は、Ｐの移動量が０．１７８ｍであるので、１０×０．１７８＝１．７８ｋｇ・ｍとなる。よって、出力効率は１．７８／０．６８６＝２．６倍となる（１サイクル１往復の片道を計算したもの。以下同じ）。
【００５９】
試験機においては、出力多連トグルは一端を原点として回動自在に軸支させ、反対側の可動端の半リンクを図９、１０に示す通り二等辺三角リンク１６２として、トグルリンクに関係しない底辺角（リンク軸１６４）に入力Ｔを供給し、最先端に一定荷重Ｐをかけた。実動機においては、この最終の多連トグル荷重Ｐは等速移動して、歯付ベルトからワンウエイクラッチ内蔵プーリー等を介して発電機等を駆動するものである。
【００６０】
出力Ｐと入力Ｔと４連トグルの固定端１６１に生ずる反力Ｑとの間には、常にＱ＋Ｔ＝Ｐの関係があり、上記動力の利得は、出力Ｐと入力Ｔの仕事量の差により発生している。そして、Ｐは一定荷重のため、Ｔの減少分＝Ｑの増加ということになる。当然Ｔは実験計測値（４連トグルで底辺角４０°の場合、Ｐ＝１０ｋｇにてＴ＝８．２１ｋｇ）を根拠にしているので、ＬＭガイドにおける抵抗損失分等も含まれている。また、このＴの値は、梃子の理の長さ比と底辺角の変化により、二次曲線的に変化する。この底辺角使用範囲においては、実際値と直線計算値との割合は、０．８３５と算出された。
【００６１】
第２出力トグル１５０は４連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は３７．５〜１３．４４°で、入力Ｔの移動量の片道は２６３ｍｍ、出力Ｐの移動量の片道は２１５ｍｍである。出力仕事量は、上記第３出力トグル１６０への供給仕事量と一致し、３．１９×０．２１５＝０．６８６ｋｇ・ｍである。入力は同様に、ｔａｎ３７．５°＝０．７６７よりＴ３７．５＝８．２１×３．１９／１０×０．７６７／０．８３９＝２．３９５ｋｇ(ここにおける３．１９／１０は、Ｐ＝１０ｋｇでの実測値Ｔ＝８．２１ｋｇをこの出力平均値に合わせるものである)、そして、ｔａｎ１３．４４°＝０．２３９で、梃子の理の長さ比は３４．８６／１３１．９＝０．２６４であるので、Ｔ１３．４４＝２．３９５×０．２６４／１×０．２３９／０．７６７＝０．１９７ｋｇとなる。そして、入力平均荷重は（２．３９５＋０．１９７）／２＝１．３ｋｇで、これを実際値修正すると、１．０３×０.７８＝１．０１４ｋｇとなり、入力仕事量は１．０１４×０．２６３＝０．２６７ｋｇ・ｍであって、出力効率は、０．６８６／０．２６７＝２．５７倍となる。
【００６２】
第１出力トグル１４０は４連で、リンク長１５０ｍｍであり、底辺角使用範囲は１０〜４０°で、入力Ｔの移動量の片道は３２６ｍｍ、出力Ｐの移動量の片道は２６３ｍｍである。出力仕事量は第２出力トグル１５０の供給仕事量と一致し、１．０１４×０．２６３＝０．２６７ｋｇ・ｍである。ｔａｎ４０°＝０．８３９の計測結果はこの状態での計測結果であるので、同様にＴ４０＝８．２１×１．０１４／１０×０．８３９／０．８３９＝０．８３２ｋｇ、ｔａｎ１０°＝０．１７６３、梃子の理の長さ比は２６．０５／１４０．９５＝０．１８４８で、Ｔ１０＝１．０１４×０．１８４８／１×０．１７６３／０．８３９＝０．０３９４ｋｇであるので、入力平均荷重は（０．８３２＋０．０３９４）／２＝０．４３６ｋｇで、実際値修正を加えると０．４３６×０.７０４＝０．３０７ｋｇとなり、入力仕事量は０．３０７×０．３２６＝０．１ｋｇ・ｍで、出力効率は０．２６７／０．１＝２．６７倍となる。
【００６３】
中間トグル１２１は３連で、リンク長は２５０ｍｍ、底辺角使用範囲は４０〜１０．４４°で、入力Ｔの移動量の片道は１１５×２＝２３０ｍｍ、出力Ｐの移動量の片道は３２６ｍｍである。出力仕事量は、片道は第１出力トグル１４０の供給仕事量と一致し、０．３０５×０．３２６＝０．１ｋｇ・ｍである。３連トグルで底辺角３０°における計測結果より、Ｐ＝１０ｋｇでＴ＝１２ｋｇであるので、同じ３０°では０．３０５×１２／１０＝０．３６６ｋｇ、入力平均荷重は０．３６６／２×（ｔａｎ４０°＋ｔａｎ１０．４５°）／ｔａｎ３０°＝０．３２４ｋｇ、入力移動量は０．１１５ｍ、入力仕事量は片側で０．３２４×０．１１５×２＝０．０７４５ｋｇ・ｍとなる。故に出力効率は、０．１／０．０７４５＝１．３４倍となる。
【００６４】
第３中継トグル９６は３連で、リンク長は１７５ｍｍ、底辺角使用範囲は９．６５〜４０°で、入力Ｔの移動量の片側片道は８３ｍｍ、出力Ｐの移動量の片側片道は１１５ｍｍである。また、出力仕事量の片側片道は０．３２４×０．１１５＝０．０３７２ｋｇ・ｍ、入力仕事量は上記計測結果から片側片道Ｐ＝１０ｋｇでＷ＝１２ｋｇ・ｍであり、同様に３０°においては、Ｔ３０＝０．３２４×１２／１０＝０．３８９ｋｇ、平均荷重は０．３８９／２×（ｔａｎ４０°＋ｔａｎ９．６４°）／ｔａｎ３０°＝０．３４ｋｇ、入力仕事量は、片側片道が０．３４×０．０８３１＝０．０２８３ｋｇ・ｍであるので、効率は０．０３７２／０．０２８３＝１．３１倍である。
【００６５】
第２中継トグル８１は３連で、リンク長１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は３７．５〜１２．０１°で、入力Ｔの移動量の片側片道は６０．３ｍｍ、出力Ｐの移動量の片側片道は８３．１ｍｍである。出力仕事量は、片側片道が０．３４×０．０８３１＝０．０２８３ｋｇ・ｍ、入力片側は、同様に３０°で０．３４×１２／１０＝０．４０８ｋｇ、平均０．４０８／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ１２．０１°）／ｔａｎ３０°＝０．３４６ｋｇ、入力仕事量は、片側片道が０．３４６×０．０６０３＝０．０２０９ｋｇ・ｍであるので、効率は０．０２８３／０．０２０９＝１．３５倍である。
【００６６】
第１中継トグル７６は３連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は２２．０４〜３７．５°で、入力Ｔの移動量は片側片道で３４．９ｍｍ、出力Ｐの移動量は片側片道で６０．３ｍｍである。そして、出力仕事量は片側片道が０．３４６×０．０６０３＝０．０２０９ｋｇ・ｍである。入力は同様に３０°においては０．３４６×１２／１０＝０．４１５ｋｇで、入力平均荷重は０．４１５／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２２．０４°）／ｔａｎ３０°＝０．４２１ｋｇ、入力仕事量は片側片道が０．４２１×０．０３４９＝０．０１４７ｋｇ・ｍである。よって、効率は０．０２０９／０．０１４７＝１．４２倍となる。
【００６７】
入力トグル６１は３連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は３５〜２６．２４°で、入力Ｔの移動量の片側片道は１９．７ｍｍ、出力Ｐの移動量の片側片道は３４．９ｍｍである。出力仕事量片側片道は０．４２１×０．０３４９＝０．０１４７ｋｇ・ｍである。入力片側移動量は１９．７で、円筒カム外径をφ１６０とすれば、進み角平均のｔａｎの値が１９．７１×２／１６０π＝０．０７８４であるので、進み角平均は４．４８４°となる。そして、３０°の位置での入力荷重は０．４２１×１２／１０＝０．５０５ｋｇであるので、入力平均荷重は０．５０５／２×（ｔａｎ３５°＋ｔａｎ２６．２４°）／ｔａｎ３０°＝０．５２２ｋｇで、入力仕事量片側片道は０．５２２×ｔａｎ４．４８４°×０．１６π／２＝０．０１０３ｋｇ・ｍである。故に効率は０．０１４７／０．０１０３＝１．４３倍となる。
【００６８】
以上、多連トグル８重列の効率の積算合計は、２．６×２．５７×２．６７×１．３４×１．３１×１．３５×１．４２×１．４３＝８５．８５倍と算出されるが、この計算例は、１．３少々から最高２倍強の効率の多連トグルを８連も重ね連ねた効果で、例えば、１連で効率が２倍であっても、発電機自身の効率を考慮すると、１連だけでは実用価値は少ない。また、上記入力トグル６１を採用しない場合は、特殊な変速駆動源を採用しない限り中継トグルは機能せず、実験的には可能であっても、中継トグルが機能しない場合には増幅効果が得られず、実用効果が得られない。また、中間トグルなしでは出力トグルも（サーボ駆動リニアなどの特殊機器を用いる場合を除き）機能しない関係にある。なお、中継トグルや出力トグル等の組合せ方法は無限にあり、これ等の機能的組み合わせによって、実際の設計においては、スペースの有効活用上、極めて大きな効果を発揮する。
【００６９】
上述したように、本発明に係る装置は入力・中継・中間・出力の個性ある４種類の多連トグルを組み合わせて、それぞれの個性を活用しながら構成されて１つの装置として機能するものである。そして、上述したように本装置の最大特徴は、それぞれ効率が１．３以上である多連トグルが幾重にも重ね連ねられることにより、最終出力は無限大となるところにあり、また、入力が限りなく平均化されるところにある。
【００７０】
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】
【００７１】
【図１】本発明に係る倍力装置の原理を示す図である。
【図２】本発明に係る倍力装置における効率の計算方法を示す図である。
【図３】本発明に係る倍力装置の一実施形態の正面図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線、及びＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す実施形態における入力手段を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の入力部における動力伝達過程を示す線図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の入力部の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の出力部の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の出力部の構成を示す線図である。
【符号の説明】
【００７２】
１〜４ トグルリンク機構
５ リンク軸
６ 固定点
７ 自由端
８〜１０ 連結点
１１〜１４ スライドブロック
１５ ＬＭガイド
１６ ローラ
１７ ロープ
１８ 係止板
１９ ガイド孔
２１、２２ 円筒カム
２３ カム軸
２４ カムフォロア
３１ ベース板
３２ スライドブロック
３３ スライドベース
３４ ＬＭガイド
３５、３６ 支持スタンド
３７ スライドブロック
３９ 多連トグル支持板
４１、４３ 傘歯車
４２ 駆動軸
４４ 駆動プーリ
４５ モータ
４７ スライドブロック
５０ ラック取付板
５１、５２ ラック
５３ フライホイール軸
５５、５６ ピニオン
【技術分野】
【０００１】
本発明は倍力装置、より詳細には、例えば、物体の押圧、押込み等に用いられる装置であって、互いに連係する複数の多連のトグル機構を利用することにより、入力を効率よく倍加して出力することを可能にした、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、これらの装置の場合、駆動に要するエネルギーに対して、押圧・押込みエネルギーの発生効率が低いのである。
【０００３】
また、上記押圧・押込みエネルギーの発生効率の向上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
【特許文献２】特開２００６−２９２１２３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・押込みのための装置であって、押圧・押込みエネルギーの発生効率の向上を企図したものは、未だ押圧・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、複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成る倍力装置であって、前記多連トグルの一端は、前記ＬＭガイドに固定されて移動することのない基端とされ、前記多連トグルの他端及び前記トグルリンク機構同士の連結点は、それぞれ前記ＬＭガイドに沿って摺動するスライドブロックに固定されることによって前記ＬＭガイドに沿って移動可能であり、前記多連トグルの他端は出力手段に連結される自由端であって、前記複数のトグルリンク機構のうちの１つのトグルリンク機構のリンク軸に、入力手段から前記ＬＭガイドと直交する方向の入力がかかるようにし、前記１つのトグルリンク機構に隣接する両側のトグルリンク機構のそれぞれのリンク軸を、前記ベース板上に水平移動可能に設置された係止板の両端部に開設されたガイド孔内に摺動可能に係止させて成ることを特徴とする倍力装置である。
【０００７】
例えば前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記１つのトグルリンク機構のリンク軸をカムフォロアとして係合させ、他方の前記外周カム溝に前記係止板に設けたカムフォロアを係合させるものとする。
【０００８】
また、前記出力手段はラック・ピニオン機構又は各種歯付きベルト機構等とすることができ、前記出力手段からの外部出力は、フライホイールを介して行わせることができる。
【０００９】
上記課題を解決するための請求項５に記載の発明は、複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように三次元的に組み合わせて成る倍力装置であって、前記複数の多連トグルには、入力を受けて伝達する入力トグルと、前記入力トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する両端が自由端である中継トグルと、前記中継トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する一端が固定端で他端が自由端である中間トグルと、前記増大された入力を出力する出力トグルとが含まれ、前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記入力トグルの中間の頂点リンク軸がカムフォロアとして係合することを特徴とする倍力装置である。
【００１０】
前記中間トグルから前記出力トグルへの動力伝達には、三角リンクを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明は上述した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、引出し等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。本発明に係る倍力装置は、複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを、ベース板上に配置したＬＭガイド上に設置して成り、その多連トグルの一端を移動することのない基端とし、他端を前記ＬＭガイドに沿って移動する自由端とし、多連トグルがその自由端の移動方向と直交する方向の入力を受けて伸縮動作をするに伴い、入力に対して倍加された押圧力をその自由端から出力可能にした構成を基本とする。
【００１３】
図１は本発明に係る倍力装置の原理を示す図であり、そこに示されるように本装置は、複数のトグルリンク機構１〜４を連結して成る多連トグル（図１では４連）を、ベース板上に配置したＬＭガイド１５上に設置して成る。各トグルリンク機構１〜４は、回転自由支点であるリンク軸５において対称的に連結された一対のリンクアームで構成される。各リンクアームは同長とされる。
【００１４】
多連トグルを構成するトグルリンク機構１〜４のうちの一端側のトグルリンク機構１の基端が、ＬＭガイド１５上に固定されて移動することのない固定端６（ｄ）とされ、他端側のトグルリンク機構４の先端が、後述する出力手段に連結される自由端７（ｆ）とされる。各トグルリンク機構１〜４同士の連結点８〜１０は回転自由支点とされ、各連結点８〜１０及び自由端７は、それぞれ、ＬＭガイド１５に沿って摺動するスライドブロック１１〜１４上に固定されることによって、ＬＭガイド１５に沿って移動可能にされる。
【００１５】
図１（Ａ）に示す例では、トグルリンク機構３に入力手段が設置されている。それは、トグルリンク機構３のリンク軸５に滑車の機能を果たすローラ１６を取り付け、このローラ１６に、一端（固定点ｅ）をベース板上に水平移動可能に設置された係止板１８に固定したロープ１７を掛け回し、このロープ１７の他端に自由端７の移動方向に直交する方向の、換言すれば、ＬＭガイド１５に直交する方向の引張り力を付与可能にしたものである。そして、この入力手段が設置されるトグルリンク機構３に隣接する両側のトグルリンク機構２、４の各リンク軸５が、係止板１８の両端部に形成された、通常長孔状のガイド孔１９内に遊挿されて係止される。
【００１６】
この構成においてロープ１７に引張り力Ｔｎが付与されると、トグルリンク機構３のリンク軸５がＬＭガイド１５の長さ方向に直交する方向に引かれ、その引張り力は、リンクアームを介して両側の連結点９、１０に分かれて伝達され、それぞれスライドブロック１２、１３を、ＬＭガイド１５に沿って互いに反対方向に移動させるように作用する。但し、固定端６は移動しないので、そこからの反作用により、スライドブロック１２、１３は共に、固定端６とは反対の方向に移動することになる。
【００１７】
このスライドブロック１２、１３に対する作用は、隣接するトグルリンク機構１、２、４に次々と伝達されていくが、一端が固定端６となっているトグルリンク機構１とこれに連結されているトグルリンク機構２、換言すれば、連結点８、９は、固定端６方向に移動することができず、固定端６からの反作用を受ける結果、多連トグル全体が自由端７方向に移動することになる。
【００１８】
この構成例に基づく試作品（４連トグルでトグル底辺角３０度）において、自由端７（ｆ）に１０ｋｇの一定荷重Ｐを矢印方向に常時負荷した状態（換言すれば、１０ｋｇの出力が得られる状態）のときのロープ１７の張力Ｔｎを計測したところ、８ｋｇであった（計測故、機構上の摩擦損出等も含まれる）。
【００１９】
その際、トグルリンク機構３のリンク軸５（ｂ）と、係止板１８におけるロープ１７の固定点（ｅ）との間に張力Ｔが作用しており、滑車の理論等によると、各点の張力関係は、ａ＋ｃ＝ｅ＝ｂ＝２Ｔｎ＝Ｔとなり、この場合のＴは、Ｔ＝２Ｔｎ＝１６ｋｇとなる。
【００２０】
また、同様にＰ＝１０ｋｇで３連トグルとした場合のＴｎの実測値は６ｋｇであり、５連トグルとした場合のＴｎの実測値は１０ｋｇであった。これらの実測値から推定すると、６連トグルの場合には、Ｔｎは１２ｋｇということになる。また、トグル底辺角の変化によるＴ＝２Ｔｎの増減割合は、一例を挙げれば、３５度で１４．０、３２．５度で１２．７４、３０度で１１．５４、２７．５度で１０．４２のように直線的であり、力関係計算は比較的容易である。
【００２１】
上記計測結果からすると、トグル底辺角を３７．５〜２５度とした場合のＴの平均荷重は、１６／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２５°）／ｔａｎ３０°＝１７．０９ｋｇであって、リンク長が９０ｍｍの場合のｂ、ｅの移動量は、９０×（ｓｉｎ３７．５°−ｓｉｎ２５°）×２＝３３．５ｍｍであり、その仕事量は、１７．０９×３.３５＝５７．２５ｋｇ・ｃｍで、出力は１０×８．１２５＝８１．２５ｋｇ・ｃｍであるので、出力効率は１．４２倍ということになる。なお、上記式における８．１２５ｃｍは、後述する図３の実施形態において実測して得られた（ｆ）の移動量である（段落００２６参照）。
【００２２】
図１（Ｂ）は、同じく本発明に係る倍力装置の原理を説明するための図であり、連続運転可能にするために、図１（Ａ）に示されるものにおける入力手段を、ＬＭガイド１５上に設置されてそれと平行方向に移動するダブル円筒カムに代えたものである。このダブル円筒カムは、１本のカム軸２３に一対の円筒カム２１、２２を、それらの外周カム溝２１ａ、２２ａ同士が、固定端６、トグルリンク機構同士の連結点８〜１０及び自由端７を結ぶ線に対して対称となるように設置したものである。そして、トグルリンク機構３のリンク軸５を一方の円筒カム２１の外周カム溝２１ａに係合して倣うカムフォロアとし、他方の円筒カム２２の外周カム溝２２ａに係合して倣うカムフォロワア２４を、水平方向に自由移動する係止板１８上に設置する。
【００２３】
このダブル円筒カムのカム軸２３を図示せぬモータで回転駆動することにより、カムフォロアとなるリンク軸５とカムフォロア２４とが、固定端６、トグルリンク機構同士の連結点８〜１０及び自由端７を結ぶ線を挟んで、互いに接近方向又は離隔方向に移動することによって多連トグルが伸縮し続ける結果、自由端７からの連続的出力が可能となる。
【００２４】
この構成に基づく試作機（図３参照）において、一方の円筒カム２１に巻装したロープを円筒カム２１の外周接線方向に引上げた張力である引上げ荷重Ｚ（測定１０回の平均値）を、トグル連数別に実測して次の結果を得た（条件は上記実験結果１の場合と同じ）。
用いたカム曲線が微妙なため、この計測結果から各条件間の関係の計数的定義はできないが、４連の場合について試算してみると、７．８（Ｚ）／１６（Ｔ）×２＝０．２４４＝ｔａｎ１３．７２°で、この結果は、円筒カム進み角実測値を用い、楔の原理に基づいてベクトル分解計算した結果である１６×２×ｔａｎ１３．７２°＝７．８１と完全に一致する。実験結果１においてはｂ、ｅの各側に１６ｋｇ負荷していたが、この場合は、Ｚの反力を受けるカムフォロア（５、２４）がロープと同じ円周上にあるので、２個の円筒カムを同軸上に対称に配したことで、楔の原理に従って有効スラスト荷重が互いに打消し合って供給入力に損失を与えず、損失は無効ラジアル荷重の２個分のみになっている。そのため、この場合のＴは、実験結果１の場合のＴよりも小となっている。
【００２５】
以上の計測結果に基づいて、４連トグル、リンク長９０ｍｍ、使用底辺角３７．５〜２５°、カム外径φ８５として入出力仕事量関係を試算する。カム半円当りの進み量は１６．７６ｍｍ、カム進み角平均は７．１５°、点ｆ（Ｐ＝１０ｋｇ）の移動距離は８１．２５ｍｍである。この結果、出力仕事量は１０×０．０８１２５×２＝１．６２５ｋｇ・ｍ、供給仕事量はＴの平均荷重が１６／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２５°）／ｔａｎ３０°＝１７．０９ｋｇであるので、２個分で１７．０９×ｔａｎ７．１５°×０．０８５π×２＝１．１４５ｋｇ・ｍとなる。従って、この場合の効率は、１．６５／１．１４５＝１．４４倍となる。ここでの計測データ及び計算方式は、後述の入力多連トグルに応用活用される。但し、この機構を圧縮機やプレス等に応用するには、カム軸又はカム軸に至るまでの回転伝動軸にフライホイールを設置することが必要になると考えられるが、より広範囲に有効活用するためには、回転動力に変換し、効率よく伝動得特するワンウェイクラッチを採用することが得策で（後述する図３以下参照）、また、Ｐの往復動は等速であることが前提となる。
【００２６】
また、図２に示すように、固定点ｂ、ｅの左右方向への移動を規制してＬＭガイドを取り付け、両端を自由点ｄ、ｆにした３連トグルにおいて、自由点ｄ、ｆにＰ１、Ｐ２の荷重を負荷し、固定点ｂ、ｅ各々に等加重Ｗ１、Ｗ２を加えつつ、Ｐが始動する際のＷを、図２に示す条件通りにて実測した。その結果は、Ｐ１、Ｐ２が１０ｋｇでＷ１、Ｗ２が１２ｋｇであり、この結果は、図１に示す例のＴと一致し、図１の作用反作用の原理で自生する原点荷重を有効活用したものと一致する（計算例省略）。ここで重要なのは、摩擦係数０．０４５のＬＭガイド２本を用いた図２に示す条件下では、Ｐ＝１０ｋｇがＷ＝１２ｋｇで始動することである。図２で底辺使用角３７．５〜２２°として計算すると、入力平均は１２／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２２°）／ｔａｎ３０°＝１２．２ｋｇ、入力仕事量は１２．２×２．１＝２５．６ｋｇ・ｃｍ、出力仕事量は１０×３．６１＝３６．１ｋｇ・ｃｍであるので、効率は３６．１／２５．６＝１．４倍である。なお、ここでの計測データ及び計算方法は、後述の中継多重トグルに応用活用されている。
【００２７】
図３乃至図５は、上記図１及び２に示した原理に基づいて設計された本発明に係る倍力装置の実施形態を示すものであるが、この設計条件は、４連トグルでリンク長が９０ｍｍ、トグル底辺角が３７．５°乃至２５°、カム外径がφ８５であり、上記のとおり、この仕様において、カムフォロアのカム半円当り進み量は１６．７６ｍｍ、カム進み角平均は７．１５°、ｆ（Ｐ＝１０ｋｇ）の移動量は８１．２５ｍｍの実測値が得られた。
【００２８】
この結果、仕事量は１０×０．０８１２５×２＝１．６２５ｋｇ・ｍで、供給仕事量は平均荷重が約１６／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２５°）／ｔａｎ３０°＝１７．０９ｋｇであり、２個分で１７．０９×ｔａｎ７．１５°×０．０８５π×２＝１．１４５ｋｇ・ｍとなるので、この場合の効率は、１．６５／１．１４５＝１．４４倍ということになる。この効率は、図１の構成の場合とほぼ一致するが、連続運転に対応する入力供給方法としては、この構成のようなダブル円筒カム方式が最適と考えられる。
【００２９】
図３乃至図５において、図１及び２におけると同一の符号を付した部分は同一の構成部分を指している。この実施形態においては、ベース板３１上にＬＭガイド１５が敷設され、その上に、スライドブロック１１〜１４を介して多連トグルが設置されている。入力手段たるダブル円筒カムは、特に図５に詳細に示されるように、ＬＭガイド１５上に２つのスライドブロック３２を介して配置されて、ＬＭガイド１５の長さ方向に移動するスライドベース３３上に設置される。スライドベース３３は、ＬＭガイド１５の長さ方向に移動する。スライドベース３３上には、ＬＭガイド１５と直角方向に延びるＬＭガイド３４と、カム軸２３を軸支する一対の支持スタンド３５、３６とが設置される。そして、ＬＭガイド３４には、スライドブロック３７を介して、移動板１８と多連トグル支持板３９とが設置され、多連トグル支持板３９にトグルリンク機構３のリンク軸５が固定される。
【００３０】
カム軸２３の駆動は、その先端に取り付けた傘歯車４１に、駆動軸４２の先端に取り付けた傘歯車４３を噛合させることによって行う。駆動軸４２は、ベース板１８上において軸支されている駆動プーリ４４にスプライン結合され、駆動プーリ４４から回転駆動力を受けつつ、水平方向に移動することのない駆動プーリ４４に対して摺動して、ＬＭガイド１５の長さ方向に移動し得るようになっている。駆動プーリ４４及びこれにスプライン結合する駆動軸４２は、ベース板１８上に据え付けられたモータ４５によって回転駆動される。
【００３１】
ここに図示されている出力手段は、ラック・ピニオン方式のものである。即ち、ＬＭガイド１５の先端部に、スライドブロック４７を介してラック取付板５０が設置され、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が前方に突き出るように取り付けられる。かくしてラック５１、５２は、ＬＭガイド３の長さ方向に移動可能となる。
【００３２】
ラック５１、５２はそれぞれ、フライホイール軸５３にワンウェ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。そして、ラック取付板５０の前進時には、ワンウェ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５３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５３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５３から外部に出力される（図では発電機５７に出力されている）。
【００３３】
次いで、図６乃至図１０に示された第２の実施形態について説明する。図６は第２の実施形態の全体構成を示す平面図であり、図７はそのうちの入力部と入力伝達部の構成を線図で表したものであり、図８はそのうちの入力部の構成を示すものであり、図９はそのうちの出力部の構成を示すものであり、図１０は出力部の構成を線図で表したものである。なお、図６以下において、図１乃至図５におけると同じ参照符号が付された部分は、上述した第１の実施形態におけると同じ構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００３４】
この第２の実施形態の倍力装置は、それぞれ複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルで構成されていて、立体的且つ縦横方向に配置されたＬＭガイド上をスライドブロックを介して移動するトグル群、即ち、入力を受ける入力トグル６１（特に図７、８参照）と、入力トグル６１からの入力を伝達する、両端が自由端とされる第１乃至第３の中継トグル７６、８１、９６（特に図７、８参照）と、中継トグル７６、８１、９６と連係し、伝達された入力を増大させつつ次段の多連トグルに伝達する、一端が固定端で他端が自由端である中間トグル１２１と、増大された入力を出力する第１乃至第３の出力トグル１４０、１５０、１６０（特に図９、１０参照）とから成るものである。
【００３５】
この第２の実施形態における入力手段は、ダブル円筒カムとこのダブル円筒カムに駆動される入力トグル６１とから成る（図６乃至図８参照）。ダブル円筒カムを構成する一方の円筒カム２１に対するカムフォロア６２は、裏面に、ベース板１上に敷設された一対のＬＭガイドに沿って摺動するスライドブロックが固定された並行ＬＭガイド上板６５上に取り付けられており、また、入力トグル６１の中間のリンク軸が他方の円筒カム２２に対するカムフォロア６６となる。
【００３６】
入力トグル６１は３連トグルであって、その一端部６１ａは、カム軸２３と平行に配置された直交ＬＭガイド上板６７に突設された軸支板６８において枢支される（特に図８参照）。直行ＬＭガイド上板６７は、ベース板１上に敷設されたＬＭガイド６９、７０に沿って、カム軸２３と直交方向に移動自在にされる。また、入力トグル６１のカムフォロア６６の両側に位置するリンク軸７１、７２は、並行ＬＭガイド上板６５に設置された軸支板７３、７４において軸支され、軸支板７３、７４は、並行ＬＭガイド上板６５上に渡されたＬＭガイド７５に沿って、リンク軸７１、７２の動きに追随してカム軸２３と直交方向に互いに近接又は離隔するように移動自在にされる。
【００３７】
入力トグル６１の軸支板６８において軸支される一端部６１ａに対する他端部６１ｂは、入力トグル６１と直交状態に配置される第１中継トグル７６の上層において、第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７に枢着される。第１中継トグル７６の一端部７６ａは、カム軸２３と平行に配置されたＬＭガイド７８、７９に沿って移動自在にされたスライド板８０上において軸支され、また、第１中継トグル７６の他端部７６ｂは、カム軸２３に対して直交方向に伸縮動作をする第２中継トグル８１の頂点リンク軸８２に枢支される。
【００３８】
第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７の両側のリンク軸６３、６４は、それぞれ、直交ＬＭガイド上板６７上に長さ方向に移動自在に設置された入力伝動板１１５、１１６の先端部において軸支される。また、入力トグル６１のカムフォロアとなるリンク軸６６の両側の長リンクアームの各中点が、入力中間支持ＬＭガイド１１７に沿って自由移動する軸支板において軸支され、第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７の両側の長リンクアームの各中点が、中間支持ＬＭガイド１１９に沿って自由移動する軸支板１１８においてそれぞれ軸支される。
【００３９】
かくして、カム軸２３が回転駆動されて円筒カム２１、２２が回転すると、カムフォロア６２、６６が相互近接動作又は相互離隔動作し、カムフォロア６６からは直接、また、カムフォロア６２からは並行ＬＭガイド上板６５及び軸支板７３、７４を介して、入力トグル６１に入力が伝達される。その結果入力トグル６１は、その長リンクが軸支板に支持されて、カム軸２３と直交方向に伸縮する。
【００４０】
そして、この入力トグル６１の伸縮に伴い、入力トグル６１の他端部６１ｂによって第１中継トグル７６の頂点リンク軸７７が押され又は引かれ、また同時に、リンク軸６３、６４が、入力伝動板１１５、１１６に引かれ又は押されることにより、第１中継トグル７６は、その長リンクアームが一対の軸支板１１８に支持されつつ、カム軸２３と平行方向に伸縮する。
【００４１】
以下に述べる第２及び第３の中継トグル８１、９６についても、入力がダブル円筒カムから前段の多連トグルに代わること以外、基本的には同様の構成にて同様の動作をする。即ち、これらの各多連トグルは、いずれも作用反作用の原理にて連動し、各中継トグル７６、８１、９６を経る度に入力トグル６１の入力移動距離が短縮され、逆に、次第に増大していく動力が伝達される。
【００４２】
第２中継トグル８１は、その長リンクアーム８３、８４の各中心部が、固定板８５上にカム軸２３と直交方向に配置されたＬＭガイド８６に沿って移動自在にされた軸支板８７、８８上において軸支され、また、頂点リンク軸８２の両側のリンク軸８９、９０が、スライド板８０上にカム軸２３と直交方向に配置されたＬＭガイド９２に沿って移動自在にされた、長尺伝動板９３、９４の先端部において軸支されることにより支持される。
【００４３】
軸支板８７、８８はＬＭガイド８６上において、また、長尺伝動板９３、９４はＬＭガイド９２上において、それぞれ互いに近接し又は離隔するように動作する。この軸支板８７、８８及び長尺伝動板９３、９４の水平移動動作は、第２中継トグル８１の頂点リンク軸８２が、第１中継トグル７６の他端部７６ｂによって引かれ，又は押されることに伴って起こる。
【００４４】
第２中継トグル８１の先端は、繋ぎ板９５を介して第３中継トグル９６の頂点リンク軸９７に連結される。繋ぎ板９５は機構の密集化を避けるために配置されるものであって、カム軸２３と直交方向のＬＭガイド上を自由移動する。第３中継トグル９６の両端部は、それぞれカム軸２３と平行に移動自在にされた横長伝達板９９、１００に枢着されて支持される。そして、頂点リンク軸９７の両側の長リンクアーム１０１、１０２の中間部が、それぞれ中間支持板１０３、１０４において軸支される。中間支持板１０３、１０４は、固定板１０５上にカム軸２３に平行に敷設されたＬＭガイド１０６に沿って移動自在にされる。
【００４５】
また、頂点リンク軸９７の両側のリンク軸１０７、１０８は、それぞれ水平自由伝動板１０９、１１０の先端において軸支される。水平自由伝動板１０９、１１０はそれぞれ、カム軸２３に平行に敷設されたＬＭガイド１１１に沿って、互いに近接方向又は離隔方向に移動自在に支持される。
【００４６】
第３中継トグル９６の伸縮動作は、横長伝達板９９、１００を介して中間トグル１２１に伝達される。即ち、中間トグル１２１は一端が固定点１２２とされ、固定点１２２を基端としてカム軸２３と直交するＬＭガイド１２３上で伸縮動作するもので、その頂点リンク軸１２４が、横長伝達板１００から延びる中間水平支持板１２５の先端部において軸支される。
【００４７】
また、その頂点リンク軸１２４の両側のリンク軸１２５、１２６は、それぞれ水平自由支持板１２７、１２８において軸支される。水平自由支持板１２７、１２８はそれぞれ、伝達板９９上のカム軸２３に直交するＬＭガイド１２９に沿って、互いに近接方向又は離隔方向に移動自在にされる。そして、頂点リンク軸１２４の両側の長リンクアーム１３１、１３２の中間部が、それぞれＬＭガイド１２３に沿って移動自在の中間支持板において軸支される。
【００４８】
中間トグル１２１の伸縮動作は、その先端部に取り付けられた第１繋ぎ金具１３３を介して、一端が固定点１４１である第１出力トグル１４０の先端に設置された第１三角リンク１４２に伝達され、これを受けて第１出力トグル１４０が、その各長リンクアームの中間点が、カム軸２３に直交するＬＭガイド１４３上において支持されて伸縮動作する。第１三角リンク１４２は、その一辺が第１出力トグル１４０先端部の短リンクアームを構成するもので、その第１繋ぎ金属１３３との連結点であるリンク軸１４４が第１繋ぎ金属１３３に引かれ、又は押されることにより、ＬＭガイド１４３に沿って移動しつつ、隣接する長リンクアーム１４５との連結点であるリンク軸１４６を支点に回動する。
【００４９】
この多重トグル（第１出力トグル）の特徴は、図９に示されるように、一端が原点固定（固定端１４１）で、自由端に設けた二等辺の第１三角リンク１４２のリンク軸１４４から入力Ｔを受け、リンク軸１４７を介して出力Ｐが伝達される、即ち、第１三角リンク１４２だけが受伝動を司り、頂点支え等も不要なシンプルな機構である点にある。その動作は、例えば、中間トグル１２１から入力Ｔを得てリンク軸１４４はやや円弧状に仮想線表示部から実線表示部に移動し、同時にリンク軸１４７は出力Ｐを発揮しつつ、仮想線表示部から実線表示部に至る。４連トグル底辺角４０°、リンク長１５０ｍｍでＰ＝１０ｋｇを負荷した状態で点ｂでの入力はＴ＝８．２１ｋｇを実測した。この動力の利得は４連トグルの固定端１４１に自生する反力Ｑは、ＬＭガイド１４３と平行の方向に常にＱ＋Ｔ＝Ｐの関係にあり、Ｐは一定荷重のため、Ｔの減少分＝Ｑの増加分ということになる。既述のＴ＝８．２１ｋｇは実測値であるので、抵抗損失分も含まれている。また、このＴは梃子の理の長さ比と底辺角の変化により２次曲線的に変化する物理現象であり、その変化状況は直線計算に対し、底辺角使用範囲を１０°〜４０°とした場合に０．７０４倍となるので、一旦直線計算した後に修正する。
【００５０】
即ち、図９において、例えばリンク長を９０ｍｍとした場合、ｂ´における入力Ｔ´＝Ｔ×ｔａｎ１０°／ｔａｎ４０°×１５．６３／８４．５７＝８．２１×０．１７６／０．８３９×１５．６３／８４．５７＝０．３１８ｋｇ（Ｔ＝８．２１ｋｇの実測は底辺角４０°で、梃子の理の長さ比は５７．８５／５７．８５＝１）であるので、入力平均は（８．２１＋０．３２）／２＝４．２６５ｋｇであり、これに実際値修正を加えて４．２６５×０．７０４＝２．９９ｋｇとなる。従って、入力仕事量は片道で２.９９×０．１９６＝０．５８６ｋｇ・ｍであり、出力仕事量は片道で１０×０．１５８＝１．５８ｋｇ・ｍであるので、効率は１．５８／０．５８６＝２．７倍となる。これ等の計測データ及び計算方式は、各出力多連トグル１４０、１５０、１６０において応用活用される。
【００５１】
第１三角リンク１４２の残りのリンク軸１４７は、ＬＭガイド１４３に沿って自由移動する第２繋ぎ金具１４８に連結され、第２繋ぎ金具１４８は、一端が固定点１５１である第２出力トグル１５０の先端に設置された第２三角リンク１５２に連結される。かくして、第１出力トグル１４０の伸縮に伴う第１三角リンク１４２の動きが、第２繋ぎ金具１４８を介して第２三角リンク１５２に伝達されると、第２出力トグル１５０は、その各長リンクアームの中間点が、カム軸２３に直交するＬＭガイド１５３上において支持されて伸縮動作する。
【００５２】
第２三角リンク１５２は第１三角リンク１４２と同様の構成で、その一辺が第２出力トグル１５０先端部の短リンクアームを構成するもので、その第２繋ぎ金属１４８との連結点であるリンク軸１５４が第２繋ぎ金属１４８に引かれ、又は、押されることにより、ＬＭガイド１５３に沿って移動しつつ、隣接する長リンクアーム１５５との連結点であるリンク軸１５６を支点に回動する。
【００５３】
また、上記同様にして、第３繋ぎ金属１５８を介して第２出力トグル１５０に第３出力トグル１６０が連設される。即ち、第３繋ぎ金具１５８は、一端が固定点１６１である第３出力トグル１６０の先端に設置された第３三角リンク１６２に連結されることにより、第２出力トグル１５０の伸縮に伴う第２三角リンク１５２の動きが、第３繋ぎ金具１５８を介して第３三角リンク１６２に伝達されると、第３出力トグル１６０は、その各長リンクアームの中間点が、カム軸２３に直交するＬＭガイド１６３上において支持されて伸縮動作する。
【００５４】
第３三角リンク１６２は第１及び第２三角リンク１４２と同様の構成で、その一辺が第３出力トグル１６０先端部の短リンクアームを構成し、その第３繋ぎ金属１５８との連結点であるリンク軸１６４が第２繋ぎ金属１５８に引かれ、又は、押されることにより、ＬＭガイド１６３に沿って移動しつつ、リンク軸１６６を支点に回動する。第３三角リンク１６２の残りのリンク軸１６７には出力板１６８が設置され、出力板１６８は例えば、出力手段駆動用の歯付きベルト１７０に連結される。なお、出力手段は歯付きベルト１７０に限らず、ラック・ピニオン機構その他任意の手段を採用することができる。
【００５５】
この第２の実施形態を発展させて、４連トグルを合計８連にしたものについての効率計算を試みた。この試算においては、各トグルの出力・供給力等の割合関係を明らかにする便宜上、説明を最終出力多連トグルから逆に入力多連トグルへと進めていく。
【００５６】
第３出力トグル１６０は４連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は１４．７２〜３５°で、入力Ｔの移動量（入力Ｔを受ける第３三角リンク１６２のリンク軸１６４の水平方向移動量）の片道は２１５ｍｍ、出力Ｐの移動量（出力板１６８が設置されたリンク軸１６７の移動量）の片道は１７８ｍｍである（図９参照）。
【００５７】
上記のとおり、トグル底辺角が４０°でＰ＝１０ｋｇのときにＴ＝８．２１ｋｇとの実験計測値が得られており、ｔａｎ４０°＝０．８３９、ｔａｎ３５°＝０．７００であることから、トグル底辺角３５°での入力は、Ｔ３５＝８．２１×０．７／０．８３９＝６．８５ｋｇ（三角リンクは二等辺三角形状であるので、底辺角３５°での梃子の理の長さ比は、８６．０４／８６．０４＝１）になる。また、ｔａｎ１４．７２°＝０．２６３であり、トグル底辺角が１４．７２の場合の梃子の理の長さ比は、３８．１１／１２３．２９＝０．３０９になるので、このときの入力は、Ｔ１４．７２＝６．８５×０．３０９／１×０．２６３／０．７＝０．７９５ｋｇ、供給力平均は、（６．８５＋０．７９６）／２＝３．８２ｋｇで、これに上記のようにして実際値修正を加えると３.８２×０．８３５＝３．１９ｋｇとなり、入力Ｔの移動量は０．２１５ｍであるので、供給仕事量は３．１９×０．２１５＝０．６８６ｋｇ・ｍとなる。
【００５８】
そして、出力仕事量は、Ｐの移動量が０．１７８ｍであるので、１０×０．１７８＝１．７８ｋｇ・ｍとなる。よって、出力効率は１．７８／０．６８６＝２．６倍となる（１サイクル１往復の片道を計算したもの。以下同じ）。
【００５９】
試験機においては、出力多連トグルは一端を原点として回動自在に軸支させ、反対側の可動端の半リンクを図９、１０に示す通り二等辺三角リンク１６２として、トグルリンクに関係しない底辺角（リンク軸１６４）に入力Ｔを供給し、最先端に一定荷重Ｐをかけた。実動機においては、この最終の多連トグル荷重Ｐは等速移動して、歯付ベルトからワンウエイクラッチ内蔵プーリー等を介して発電機等を駆動するものである。
【００６０】
出力Ｐと入力Ｔと４連トグルの固定端１６１に生ずる反力Ｑとの間には、常にＱ＋Ｔ＝Ｐの関係があり、上記動力の利得は、出力Ｐと入力Ｔの仕事量の差により発生している。そして、Ｐは一定荷重のため、Ｔの減少分＝Ｑの増加ということになる。当然Ｔは実験計測値（４連トグルで底辺角４０°の場合、Ｐ＝１０ｋｇにてＴ＝８．２１ｋｇ）を根拠にしているので、ＬＭガイドにおける抵抗損失分等も含まれている。また、このＴの値は、梃子の理の長さ比と底辺角の変化により、二次曲線的に変化する。この底辺角使用範囲においては、実際値と直線計算値との割合は、０．８３５と算出された。
【００６１】
第２出力トグル１５０は４連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は３７．５〜１３．４４°で、入力Ｔの移動量の片道は２６３ｍｍ、出力Ｐの移動量の片道は２１５ｍｍである。出力仕事量は、上記第３出力トグル１６０への供給仕事量と一致し、３．１９×０．２１５＝０．６８６ｋｇ・ｍである。入力は同様に、ｔａｎ３７．５°＝０．７６７よりＴ３７．５＝８．２１×３．１９／１０×０．７６７／０．８３９＝２．３９５ｋｇ(ここにおける３．１９／１０は、Ｐ＝１０ｋｇでの実測値Ｔ＝８．２１ｋｇをこの出力平均値に合わせるものである)、そして、ｔａｎ１３．４４°＝０．２３９で、梃子の理の長さ比は３４．８６／１３１．９＝０．２６４であるので、Ｔ１３．４４＝２．３９５×０．２６４／１×０．２３９／０．７６７＝０．１９７ｋｇとなる。そして、入力平均荷重は（２．３９５＋０．１９７）／２＝１．３ｋｇで、これを実際値修正すると、１．０３×０.７８＝１．０１４ｋｇとなり、入力仕事量は１．０１４×０．２６３＝０．２６７ｋｇ・ｍであって、出力効率は、０．６８６／０．２６７＝２．５７倍となる。
【００６２】
第１出力トグル１４０は４連で、リンク長１５０ｍｍであり、底辺角使用範囲は１０〜４０°で、入力Ｔの移動量の片道は３２６ｍｍ、出力Ｐの移動量の片道は２６３ｍｍである。出力仕事量は第２出力トグル１５０の供給仕事量と一致し、１．０１４×０．２６３＝０．２６７ｋｇ・ｍである。ｔａｎ４０°＝０．８３９の計測結果はこの状態での計測結果であるので、同様にＴ４０＝８．２１×１．０１４／１０×０．８３９／０．８３９＝０．８３２ｋｇ、ｔａｎ１０°＝０．１７６３、梃子の理の長さ比は２６．０５／１４０．９５＝０．１８４８で、Ｔ１０＝１．０１４×０．１８４８／１×０．１７６３／０．８３９＝０．０３９４ｋｇであるので、入力平均荷重は（０．８３２＋０．０３９４）／２＝０．４３６ｋｇで、実際値修正を加えると０．４３６×０.７０４＝０．３０７ｋｇとなり、入力仕事量は０．３０７×０．３２６＝０．１ｋｇ・ｍで、出力効率は０．２６７／０．１＝２．６７倍となる。
【００６３】
中間トグル１２１は３連で、リンク長は２５０ｍｍ、底辺角使用範囲は４０〜１０．４４°で、入力Ｔの移動量の片道は１１５×２＝２３０ｍｍ、出力Ｐの移動量の片道は３２６ｍｍである。出力仕事量は、片道は第１出力トグル１４０の供給仕事量と一致し、０．３０５×０．３２６＝０．１ｋｇ・ｍである。３連トグルで底辺角３０°における計測結果より、Ｐ＝１０ｋｇでＴ＝１２ｋｇであるので、同じ３０°では０．３０５×１２／１０＝０．３６６ｋｇ、入力平均荷重は０．３６６／２×（ｔａｎ４０°＋ｔａｎ１０．４５°）／ｔａｎ３０°＝０．３２４ｋｇ、入力移動量は０．１１５ｍ、入力仕事量は片側で０．３２４×０．１１５×２＝０．０７４５ｋｇ・ｍとなる。故に出力効率は、０．１／０．０７４５＝１．３４倍となる。
【００６４】
第３中継トグル９６は３連で、リンク長は１７５ｍｍ、底辺角使用範囲は９．６５〜４０°で、入力Ｔの移動量の片側片道は８３ｍｍ、出力Ｐの移動量の片側片道は１１５ｍｍである。また、出力仕事量の片側片道は０．３２４×０．１１５＝０．０３７２ｋｇ・ｍ、入力仕事量は上記計測結果から片側片道Ｐ＝１０ｋｇでＷ＝１２ｋｇ・ｍであり、同様に３０°においては、Ｔ３０＝０．３２４×１２／１０＝０．３８９ｋｇ、平均荷重は０．３８９／２×（ｔａｎ４０°＋ｔａｎ９．６４°）／ｔａｎ３０°＝０．３４ｋｇ、入力仕事量は、片側片道が０．３４×０．０８３１＝０．０２８３ｋｇ・ｍであるので、効率は０．０３７２／０．０２８３＝１．３１倍である。
【００６５】
第２中継トグル８１は３連で、リンク長１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は３７．５〜１２．０１°で、入力Ｔの移動量の片側片道は６０．３ｍｍ、出力Ｐの移動量の片側片道は８３．１ｍｍである。出力仕事量は、片側片道が０．３４×０．０８３１＝０．０２８３ｋｇ・ｍ、入力片側は、同様に３０°で０．３４×１２／１０＝０．４０８ｋｇ、平均０．４０８／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ１２．０１°）／ｔａｎ３０°＝０．３４６ｋｇ、入力仕事量は、片側片道が０．３４６×０．０６０３＝０．０２０９ｋｇ・ｍであるので、効率は０．０２８３／０．０２０９＝１．３５倍である。
【００６６】
第１中継トグル７６は３連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は２２．０４〜３７．５°で、入力Ｔの移動量は片側片道で３４．９ｍｍ、出力Ｐの移動量は片側片道で６０．３ｍｍである。そして、出力仕事量は片側片道が０．３４６×０．０６０３＝０．０２０９ｋｇ・ｍである。入力は同様に３０°においては０．３４６×１２／１０＝０．４１５ｋｇで、入力平均荷重は０．４１５／２×（ｔａｎ３７．５°＋ｔａｎ２２．０４°）／ｔａｎ３０°＝０．４２１ｋｇ、入力仕事量は片側片道が０．４２１×０．０３４９＝０．０１４７ｋｇ・ｍである。よって、効率は０．０２０９／０．０１４７＝１．４２倍となる。
【００６７】
入力トグル６１は３連で、リンク長は１５０ｍｍ、底辺角使用範囲は３５〜２６．２４°で、入力Ｔの移動量の片側片道は１９．７ｍｍ、出力Ｐの移動量の片側片道は３４．９ｍｍである。出力仕事量片側片道は０．４２１×０．０３４９＝０．０１４７ｋｇ・ｍである。入力片側移動量は１９．７で、円筒カム外径をφ１６０とすれば、進み角平均のｔａｎの値が１９．７１×２／１６０π＝０．０７８４であるので、進み角平均は４．４８４°となる。そして、３０°の位置での入力荷重は０．４２１×１２／１０＝０．５０５ｋｇであるので、入力平均荷重は０．５０５／２×（ｔａｎ３５°＋ｔａｎ２６．２４°）／ｔａｎ３０°＝０．５２２ｋｇで、入力仕事量片側片道は０．５２２×ｔａｎ４．４８４°×０．１６π／２＝０．０１０３ｋｇ・ｍである。故に効率は０．０１４７／０．０１０３＝１．４３倍となる。
【００６８】
以上、多連トグル８重列の効率の積算合計は、２．６×２．５７×２．６７×１．３４×１．３１×１．３５×１．４２×１．４３＝８５．８５倍と算出されるが、この計算例は、１．３少々から最高２倍強の効率の多連トグルを８連も重ね連ねた効果で、例えば、１連で効率が２倍であっても、発電機自身の効率を考慮すると、１連だけでは実用価値は少ない。また、上記入力トグル６１を採用しない場合は、特殊な変速駆動源を採用しない限り中継トグルは機能せず、実験的には可能であっても、中継トグルが機能しない場合には増幅効果が得られず、実用効果が得られない。また、中間トグルなしでは出力トグルも（サーボ駆動リニアなどの特殊機器を用いる場合を除き）機能しない関係にある。なお、中継トグルや出力トグル等の組合せ方法は無限にあり、これ等の機能的組み合わせによって、実際の設計においては、スペースの有効活用上、極めて大きな効果を発揮する。
【００６９】
上述したように、本発明に係る装置は入力・中継・中間・出力の個性ある４種類の多連トグルを組み合わせて、それぞれの個性を活用しながら構成されて１つの装置として機能するものである。そして、上述したように本装置の最大特徴は、それぞれ効率が１．３以上である多連トグルが幾重にも重ね連ねられることにより、最終出力は無限大となるところにあり、また、入力が限りなく平均化されるところにある。
【００７０】
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】
【００７１】
【図１】本発明に係る倍力装置の原理を示す図である。
【図２】本発明に係る倍力装置における効率の計算方法を示す図である。
【図３】本発明に係る倍力装置の一実施形態の正面図である。
【図４】図１におけるＡ−Ａ線、及びＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示す実施形態における入力手段を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の入力部における動力伝達過程を示す線図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の入力部の構成を示す平面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の出力部の構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の出力部の構成を示す線図である。
【符号の説明】
【００７２】
１〜４ トグルリンク機構
５ リンク軸
６ 固定点
７ 自由端
８〜１０ 連結点
１１〜１４ スライドブロック
１５ ＬＭガイド
１６ ローラ
１７ ロープ
１８ 係止板
１９ ガイド孔
２１、２２ 円筒カム
２３ カム軸
２４ カムフォロア
３１ ベース板
３２ スライドブロック
３３ スライドベース
３４ ＬＭガイド
３５、３６ 支持スタンド
３７ スライドブロック
３９ 多連トグル支持板
４１、４３ 傘歯車
４２ 駆動軸
４４ 駆動プーリ
４５ モータ
４７ スライドブロック
５０ ラック取付板
５１、５２ ラック
５３ フライホイール軸
５５、５６ ピニオン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成る倍力装置であって、前記多連トグルの一端は、前記ＬＭガイドに固定されて移動することのない基端とされ、前記多連トグルの他端及び前記トグルリンク機構同士の連結点は、それぞれ前記ＬＭガイドに沿って摺動するスライドブロックに固定されることによって前記ＬＭガイドに沿って移動可能であり、前記多連トグルの他端は出力手段に連結される自由端であって、前記複数のトグルリンク機構のうちの１つのトグルリンク機構のリンク軸に、入力手段から前記ＬＭガイドと直交する方向の入力がかかるようにし、前記１つのトグルリンク機構に隣接する両側のトグルリンク機構のそれぞれのリンク軸を、前記ベース板上に水平移動可能に設置された係止板の両端部に開設されたガイド孔内に摺動可能に係止させて成ることを特徴とする倍力装置。
【請求項２】
前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記１つのトグルリンク機構のリンク軸をカムフォロアとして係合させ、他方の前記外周カム溝に前記係止板に設けたカムフォロアを係合させる、請求項１に記載の倍力装置。
【請求項３】
前記出力手段はラック・ピニオン機構又は歯付きベルト機構である、請求項１又は２に記載の倍力装置。
【請求項４】
前記出力手段からの外部出力は、フライホイールを介して行われる、請求項１乃至３のいずれかに記載の倍力装置。
【請求項５】
複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成る倍力装置であって、前記複数の多連トグルには、入力を受けて伝達する入力トグルと、前記入力トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する両端が自由端である中継トグルと、前記中継トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する一端が固定端で他端が自由端である中間トグルと、前記増大された入力を出力する出力トグルとが含まれ、前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記入力トグルの中間の頂点リンク軸がカムフォロアとして係合することを特徴とする倍力装置。
【請求項６】
前記中間トグルから前記出力トグルへの動力伝達に、三角リンクを用いる、請求項５に記載の倍力装置。
【請求項１】
複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成る倍力装置であって、前記多連トグルの一端は、前記ＬＭガイドに固定されて移動することのない基端とされ、前記多連トグルの他端及び前記トグルリンク機構同士の連結点は、それぞれ前記ＬＭガイドに沿って摺動するスライドブロックに固定されることによって前記ＬＭガイドに沿って移動可能であり、前記多連トグルの他端は出力手段に連結される自由端であって、前記複数のトグルリンク機構のうちの１つのトグルリンク機構のリンク軸に、入力手段から前記ＬＭガイドと直交する方向の入力がかかるようにし、前記１つのトグルリンク機構に隣接する両側のトグルリンク機構のそれぞれのリンク軸を、前記ベース板上に水平移動可能に設置された係止板の両端部に開設されたガイド孔内に摺動可能に係止させて成ることを特徴とする倍力装置。
【請求項２】
前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記１つのトグルリンク機構のリンク軸をカムフォロアとして係合させ、他方の前記外周カム溝に前記係止板に設けたカムフォロアを係合させる、請求項１に記載の倍力装置。
【請求項３】
前記出力手段はラック・ピニオン機構又は歯付きベルト機構である、請求項１又は２に記載の倍力装置。
【請求項４】
前記出力手段からの外部出力は、フライホイールを介して行われる、請求項１乃至３のいずれかに記載の倍力装置。
【請求項５】
複数のトグルリンク機構を連結した多連トグルを複数、ＬＭガイド上を移動することによって順次連係動作するように組み合わせて成る倍力装置であって、前記複数の多連トグルには、入力を受けて伝達する入力トグルと、前記入力トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する両端が自由端である中継トグルと、前記中継トグルと連係して前記入力を増大させつつ伝達する一端が固定端で他端が自由端である中間トグルと、前記増大された入力を出力する出力トグルとが含まれ、前記入力手段は、一対の円筒カムを、その外周カム溝同士が対称となるように単一のカム軸に設置したダブル円筒カムであって、一方の前記外周カム溝に前記入力トグルの中間の頂点リンク軸がカムフォロアとして係合することを特徴とする倍力装置。
【請求項６】
前記中間トグルから前記出力トグルへの動力伝達に、三角リンクを用いる、請求項５に記載の倍力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−５３８９２（Ｐ２０１０−５３８９２Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１６８９３（Ｐ２００８−２１６８９３）
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（５０５１３７９８２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２６日（２００８．８．２６）
【出願人】（５０５１３７９８２）
【Ｆターム（参考）】
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