JP3927055B2 - 倍力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は倍力装置に関し、特に、自動車などの輸送機器に用いられる倍力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、真空倍力装置は、パワーピストン及びパワーダイヤフラムにより隔離された二室を、エンジンの吸気マニホールドやバキュームポンプ等の負圧源に連通させ、非作動状態において二室を負圧に保ち、ブレーキペダルなどの操作によって、入力部材を動作させて一方の室に大気圧を導入し、両室の差圧によりパワーピストンを動作させ、パワーピストンに発生した力により、入力部材の前進力を倍力させて、出力部材に出力する構造となっており、この出力がブレーキマスタシリンダなどに伝達される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の真空倍力装置は、ブレーキペダルなどの操作部材によって動作される入力部材の前進力により出力部材に伝達される力に加え、倍力させるための機構として、入力部材の前進力の伝達経路とは全く別に設けられる負圧源を必要とする。すなわち、従来の真空倍力装置は、入力部材を駆動させる力とは異なる別途の駆動力により動作する負圧源を必要としている。倍力装置としては、真空倍力装置のほか、油圧倍力装置や空気圧倍力装置があるが、油圧倍力装置の場合には、独立した駆動力により動作する、増幅させる力の発生源としての油圧ポンプ等が必要であり、また、空気圧倍力装置の場合には圧縮空気を供給するコンプレッサやエアタンク等が別途必要である。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、入力を増幅させるための独立した駆動系によって駆動する力の発生源を別途に備える必要がなく、入力部材を動作させる力を付与するだけで、入力を増幅でき、装置の小型化、製造コストの低減等を図ることができる倍力装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、ケーシングの一端側から一部が該ケーシング内に臨むように配設される入力部材とケーシングの他端側から一部が該ケーシング内に臨むように配設される出力部材との間に配設され、入力部材の動作により出力部材に力を伝達する出力付与手段と、
前記出力部材に、入力よりも大きな力を付与する増幅伝達手段と
を備える倍力装置であって、
前記増幅伝達手段は、
前記入力部材に設けられる一方の永久磁石と、
前記一方の永久磁石が入力部材の動作に伴って移動することにより対向し得るように、前記ケーシングの側面に形成された開口筒部内に配置された他方の永久磁石と、
前記開口筒部に連接される第１のシリンダ内に配置されると共に、前記他方の永久磁石に連結され、前記両永久磁石により形成される磁界による他方の永久磁石の受ける力によって前記第１のシリンダ内を摺動可能な第１のピストンと、
前記ケーシングの他端に連接され、前記出力部材の一部を構成する第２のピストンが摺動可能に配設される第２のシリンダと、
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダとを連通する配管と、
を具備してなり、
前記入力部材の動作により、前記出力付与手段を介して、前記出力部材のうち、前記ケーシング内に臨んでいる部分に力が伝達されると共に、前記増幅伝達手段によっても、前記他方の永久磁石の受ける力が圧力に変換され、前記配管を介して前記出力部材の第２のピストンを付勢する力が伝達されることを特徴とする倍力装置を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記一方の永久磁石と他方の永久磁石とは、同極同士が対向し得るように配置されており、前記配管の他端が、前記第２のピストンを境として前記第２のシリンダ内に仕切り形成される２つの室のうち、第２のピストンの背面側に位置する押圧室に連通接続され、前記他方の永久磁石の受ける反発磁界により、前記押圧室内を加圧して前記第２のピストンを付勢可能であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置を提供する。
請求項３記載の本発明では、前記一方の永久磁石と他方の永久磁石とは、異極同士が対向し得るように配置されており、前記配管の他端が、前記第２のピストンを境として前記第２のシリンダ内に仕切り形成される２つの室のうち、第２のピストンの前面側に位置する被押圧室に連通接続され、前記他方の永久磁石の受ける吸引磁界により、前記被押圧室内を減圧して前記第２のピストンを付勢可能であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置を提供する。
請求項４記載の本発明では、前記第１のシリンダ、配管及び第２のシリンダ内には、液体が密閉的に充填されており、前記他方の永久磁石の受ける力を液圧に変換して、前記第２のピストンに伝達可能な構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の倍力装置を提供する。
請求項５記載の本発明では、前記第１のピストンの受圧面積よりも、前記第２のピストンの受圧面積が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の倍力装置を提供する。
請求項６記載の本発明では、前記出力付与手段は、入力部材と出力部材との間であって、入力部材の移動方向に沿って配設され、入力部材が出力部材に向かって移動することにより押圧され、前記出力部材のうち、前記ケーシング内に臨んでいる部分に力を伝達する構成であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置を提供する。
請求項７記載の本発明では、前記出力付与手段が、前記入力部材の移動方向に沿って配設されるコイルスプリングであることを特徴とする請求項６記載の倍力装置を提供する。
請求項８記載の本発明では、前記増幅伝達手段が複数設けられ、
各増幅伝達手段に備えられた他方の永久磁石が、前記入力部材に設けられる一方の永久 磁石が移動することにより対向可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の倍力装置を提供する。
請求項９記載の本発明では、前記増幅伝達手段を構成する各配管の他端が、それぞれ前記第２のシリンダ内の押圧室に連通接続されていると共に、
複数設けられる前記増幅伝達手段の各他方の永久磁石が、同極同士を対向させて配設されており、
入力部材に設けられる一方の永久磁石が、各他方の永久磁石間に位置する前の状態で、各他方の永久磁石同士により形成される反発磁界により、各他方の永久磁石に連結された第１のピストンが、第１のシリンダ内で押圧され、前記配管を介して前記押圧室内を加圧して前記出力部材の第２のピストンを付勢する予備荷重を付与可能な構造であることを特徴とする請求項８記載の倍力装置を提供する。
請求項１０記載の本発明では、前記増幅伝達手段を構成する各配管の他端が、それぞれ前記第２のシリンダ内の被押圧室に連通接続されていると共に、
複数設けられる前記増幅伝達手段の各他方の永久磁石が、異極同士を対向させて配設されており、
入力部材に設けられる一方の永久磁石が、各他方の永久磁石間に位置する前の状態で、各他方の永久磁石同士により形成される吸引磁界により、各他方の永久磁石に連結された第１のピストンが、第１のシリンダ内で吸引され、前記配管を介して前記被押圧室内を減圧して前記出力部材の第２のピストンを付勢する予備荷重を付与可能な構造であることを特徴とする請求項８記載の倍力装置を提供する。
【０００５】
（作用）
請求項１記載の発明によれば、入力部材が動作すると、出力付与手段により出力部材に対して入力を伝達すると共に、一方の永久磁石と、増幅伝達手段に設けられた他方の永久磁石とにより形成される磁界により、入力が増幅され、該増幅伝達手段によって増幅された力が出力部材に伝達される。
請求項２記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける反発磁界により、配管を介して接続されたシリンダの押圧室を加圧し、該シリンダ内を摺動可能な出力部材のピストンを押圧する。
請求項３記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける吸引磁界により、配管を介して接続されたシリンダの被押圧室を減圧し、該シリンダ内を摺動可能な出力部材のピストンを吸引方向に動作させる。
請求項４記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける力が液圧に変換されて、出力部材に伝達される。
請求項５記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける入力よりも増幅された力が、出力部材に対してさらに増幅されて伝達される。
請求項６又は７記載の発明によれば、入力部材に加えられた入力が、出力付与手段を介して、例えば、コイルスプリングを介して出力部材に伝達される。
請求項８記載の発明によれば、複数の増幅伝達手段を介して出力部材に対して入力が増幅されて伝達されるため、個々の増幅伝達手段を構成するピストンの変位量を小さくでき、出力部材に対して安定して力を伝達することができる。
請求項９又は１０記載の発明によれば、出力部材に対して予備荷重を付加できる。なお、予備荷重を付与する構成にするか否かは、本発明によって制御される対象によって異なり、適宜に選択して、適切な構造が用いられる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。図１〜図３は本発明の一の実施形態にかかる倍力装置１を示す図であり、ケーシング１０、入力部材としての入力ロッド２０、出力付与手段３０、一方の永久磁石４０、増幅伝達手段５０、出力部材としての出力ロッド６０を有して構成される。
【０００７】
ケーシング１０は非磁性体からなる。これは、本実施形態では、一方の永久磁石４０が一つであるため、入力ロッド２０がケーシング１０内を移動する際に、一方の永久磁石４０の磁界の影響により、入力ロッド２０の移動方向に偏りが生じないようにするためである。もちろん、後述の他の実施形態のように、一方の永久磁石を入力ロッド２０にバランス良く複数支持させた場合には、ケーシング１０が磁性体から形成されるものであってもよい。ケーシング１０は、両端開口の筒状に形成されており、一端１１を介して入力ロッド２０の少なくとも一部が内部に臨み、他端１２を介して出力ロッド６０の少なくとも一部が内部に臨む構造となっている。また、図１〜図３においてケーシング１０の上部には、開口筒部１３が形成されており、この開口筒部１３を介して後述の増幅伝達手段５０が設けられる。
【０００８】
入力ロッド２０は、直接又は図示しないリンク機構などを介して間接に、ブレーキペダルなどの操作部材と連結され、操作部材が操作されることによって生じる操作力が入力される。入力ロッド２０の先端部には、平板状のヨーク２１が連結され、該ヨーク２１がケーシング１０内に位置するように配設される。
【０００９】
ヨーク２１の一面（図１〜図３においては上面）には、一方の永久磁石４０が固着される。このため、一方の永久磁石４０はヨーク２１と共に、入力ロッド２０の進退に従って、ケーシング１０内を軸方向にスライド移動する。一方の永久磁石４０としては、増幅伝達手段５０を構成する他方の永久磁石５１との間で反発磁界を形成できる限り、その磁極配置は限定されるものではない。但し、本実施形態では、図２及び図３に示したように、一方の永久磁石４０が所定量前進移動した際に、その外側に他方の永久磁石５１が位置するように設けられているため、該一方の永久磁石４０は図２及び図３において上下方向に着磁されている。また、一方の永久磁石４０は、単極磁石であってもよいし、複数の磁石を接合してなり、上面及び下面のそれぞれに複数の磁極が配置された多極磁石や二極磁石であってもよい（図１参照）。磁界の効率的な利用を図る観点からは、二極磁石が好ましい。なお、参考までに、図４（ａ）〜（ｆ）に、本実施形態で採用可能な一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１との磁極配置の例を示す。また、図４（ａ）〜（ｆ）において矢印は着磁方向を示す。
【００１０】
出力付与手段３０は、入力ロッド２０の動作に対し、一方の出力付与経路によって出力ロッド６０に対して力を伝達できる手段であればどのような機構であってもよいが、本実施形態では、弾性部材であるコイルスプリング３１を用いている。コイルスプリング３１は、ケーシング１０内において、入力ロッド２０と出力ロッド６０との間に、入力ロッド２０の移動方向に沿って配設される。より具体的には、出力ロッド６０のうち、他端１２からケーシング１０内に臨んでいる端部には、外周部にフランジ部６１ａを備えた略筒状のバネ受け部材６１が連結されており、該バネ受け部材６１の外周部にコイルスプリング３１が配設され、このバネ受け部材６１の外周部に案内されて収縮する構成となっている。また、入力ロッド２０に設けられるヨーク２１の移動方向先端には、コイルスプリング３１に当接して押圧するための、凸部２２ａの周囲にフランジ部２２ｂを有するバネ当接部材２２が設けられている。
【００１１】
コイルスプリング３１は、図２に示したように、常態において、その一端３１ａが、増幅伝達手段５０を構成する他方の永久磁石５１の後端寄りの位置に対応して配置され、他端３１ｂがバネ受け部材６１のフランジ部６１ａに当接するように設けられている。従って、常態においては、入力ロッド２０の移動方向先端に配置されているバネ当接部材２２とコイルスプリング３１とは離間している。このため、本実施形態においては、入力ロッド２０が所定量前進移動すると初めてコイルスプリング３１の一端３１ａにバネ当接部材２２が当接し、出力ロッド６０に対して入力荷重を伝達できる構造である。もちろん、これはあくまで一例であり、入力ロッド２０に対して入力荷重を付加する操作部材の用途や種類などによっては、コイルスプリング３１の一端３１ａが常態において入力ロッド２０のバネ当接部材２２に当接している構成であってもよい。
【００１２】
出力付与手段３０としては、このようなコイルスプリング３１などの弾性部材からなる手段に限られるものではないことはもちろんであり、リンク機構や、リンク機構にコイルスプリング等の弾性部材を併設した機構などを採用することもできる。
【００１３】
増幅伝達手段５０は、ケーシング１０の一端１１と他端１２との間の側面に形成した開口筒部１３内に設けられる他方の永久磁石５１を有してなる。他方の永久磁石５１は、入力ロッド２０が所定量前進移動した際に、一方の永久磁石４０よりも、入力ロッド２０の軸中心に対して外側に位置するように設けられる。また、図１に示したように、開口筒部１３内には段差部１３ａが形成されており、他方の永久磁石５１は該段差部１３ａにより、下限位置が規制されている。さらに、他方の永久磁石５１は、一方の永久磁石４０との間で反発磁界を形成し得るように、一方の永久磁石４０と対峙した際に、同極同士が向き合うように設けられる。これにより、一方の永久磁石４０が入力ロッド２０と共に所定量前進して他方の永久磁石５１と対峙すると、他方の永久磁石５１が、入力ロッド２０の動作方向に対して略直交する方向に反発力を受ける。
【００１４】
他方の永久磁石５１には、ヨーク５１ａを介して第１のピストン５２の端部が連結されている。第１のピストン５２は、ケーシング１０に形成した開口筒部１３を閉塞するように接続されるフランジ付きの第１のシリンダ５３内を摺動可能に配設される。従って、他方の永久磁石５１が反発力を受けることにより、この第１のピストン５２は第１のシリンダ５３内を図２において上方向に摺動し、変位する。
【００１５】
第１のシリンダ５３の上端部には、配管５４の一端５４ａが該第１のシリンダ５３の内部と連通するように連結されている。この配管５４の他端５４ｂは、ケーシング１０の他端１２を閉塞するように接続される第２のシリンダ６２の側部であって、第２のピストン６３によって仕切形成される押圧室６２ａに接続されている。第２のシリンダ６２内には、出力ロッド６０が配設されるが、出力ロッド６０の外周部には第２のピストン６３が設けられ、第２のシリンダ６２内をこの第２のピストン６３が摺動し得る構成となっている。そして、上記した第１のシリンダ５３、配管５４及び第２のシリンダ６２内には、密閉的にオイル等の液体５５が充填されている。従って、第１のピストン５２によって液体５５が押圧されると、配管５４を介して第２のピストン６３を液圧により押圧する。なお、出力ロッド６０は、ブレーキシステムのマスタシリンダなどに連結される。
また、配管５４としては、屈曲部が多い場合、封入された液体に脈動や渦等が生じ、力の伝達損失につながる恐れがあるので、図１〜図３に示したように、一端５４ａと他端５４ｂ間をできるだけ大きな曲率で曲成して用いることが好ましい。また、ブレーキシステムに用いる場合には、配管５４は太い方が好ましい。
【００１６】
本実施形態にかかる倍力装置１によれば、ブレーキペダルなどの操作部材が操作されることにより、その操作力が、直接又は間接に入力ロッド２０に伝達され、入力ロッド２０がケーシング１０内を前進移動する。入力ロッド２０が前進移動すると、入力ロッド２０に固定された一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１に接近していく。
【００１７】
そして、入力ロッド２０の先端にヨーク２１を介して設けられたバネ当接部材２２がコイルスプリング３１に当接すると、該コイルスプリング３１を圧縮しながら、出力ロッド６０に、入力ロッド２０に付加された力が伝達される。また、一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１に接近していくと、反発磁界が強くなり、その磁気エネルギーにより、入力よりも大きな増幅された力が生じる。両者が完全に対峙し合った際には、他方の永久磁石５１は最大の反発力を受ける。これにより、第１のピストン５２が変位し、他方の永久磁石５１の受けた反発力（入力よりも増幅された力）が液圧に変換されて、第２のシリンダ６２の押圧室６２ａを加圧して、第２のピストン６３の背面側を押圧し、出力ロッド６０に反発磁界に基づく力が伝達される。この際、第１のピストン５２の受圧面積に対し、第２のピストン６３の受圧面積が大きい場合には、それに比例して、他方の永久磁石５１を介して第１のピストン５２が受ける反発力よりも、さらに大きな力が液圧として第２のピストン６３に伝達される。この結果、コイルスプリング３１を介して入力ロッド２０に付加された力が伝達されると共に、他方の永久磁石５１を含む増幅伝達手段５０によっても出力ロッド６０に増幅された力が伝達され、倍力される。
【００１８】
（試験例）
第１のピストン５２の受圧面積Ｓｉと第２のピストン６３の受圧面積Ｓｏとの比を１：３とし、コイルスプリング３１としてバネ定数ｋ＝３００Ｎ／ｍｍのものを用いると共に、入力ロッド２０のバネ当接部材２２がコイルスプリング３１の一端に当接するまでの変位量を４０ｍｍに設定し、コイルスプリング３１の圧縮変位量ｘが１０ｍｍに至るまで（入力ロッド２０の変位量５０ｍｍに至るまで）の変位−荷重特性を測定した。また、コイルスプリング３１の圧縮変位量ｘが１０ｍｍ（入力ロッド２０の変位量５０ｍｍ）に至った時点で、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とが平面視で完全にオーバーラップして対峙するように設定した。結果を図５に示す。
【００１９】
なお、入力ロッド２０への入力荷重Ｆｉは、最大でＦｉ＝３０００Ｎとした。また、図２及び図５において、Ｆｍｘは一方の永久磁石４０の前進方向（入力ロッド２０の移動方向）の力、Ｆｍｚは他方の永久磁石５１が反発磁界によって図２において上方向に作用する力、Ｆｏ１は第２のピストン６３の受ける力、Ｆｏ２は入力ロッド２０がコイルスプリング３１に当接することにより出力ロッド６０の受ける力、Ｆｏが出力ロッド６０の出力荷重である。
【００２０】
図５に示したように、入力ロッド２０は変位量４０ｍｍに至るまでコイルスプリング３１に当接しないため、変位量４０ｍｍに至るまでは極めて低い荷重で推移し、変位量４０ｍｍから５０ｍｍに至ると入力荷重が３０００Ｎになる。これに伴い、コイルスプリング３１を含む出力付与手段３０を介して伝達される力Ｆｏ２は、変位量４０ｍｍまでは０であり、変位量４０ｍｍから入力荷重に追随して推移し、変位量５０ｍｍに至ると３０００Ｎになり、最大の入力荷重Ｆｉ＝３０００Ｎが力Ｆｏ２として出力ロッドに伝達される。
【００２１】
入力ロッド２０が変位すると、一方の永久磁石４０も同様に変位するが、変位量５０ｍｍの範囲までは、Ｆｍｘは極めて小さい。これに対し、一方の永久磁石４０が接近してくることにより、他方の永久磁石５１はその反発磁界によって上方向に逃げる力Ｆｍｚが１０００Ｎに至るまで徐々に大きくなっていく。
【００２２】
Ｆｍｚの力が大きくなるのに比例して、第２のピストン６３の受けるアシスト力Ｆｏ１も増大していく。本試験例では、（第１のピストン５２の受圧面積Ｓｉ）：（第２のピストン６３の受圧面積Ｓｏ）＝１：３に設定しているため、第２のピストン６３の受ける力Ｆｏ１は、Ｆｍｚの３倍の力で推移していき、入力ロッド２０の変位量５０ｍｍに至ると３０００Ｎになる。
【００２３】
第２のピストン６３の受ける力Ｆｏ１が、出力付与手段３０による出力付与経路とは別途の経路によって第２のピストン６３に付与されるため、出力ロッド６０に付与されるトータルの出力荷重Ｆｏは、Ｆｏ１＋Ｆｏ２となり、本試験例の場合には、入力ロッド２０の変位量５０ｍｍに至った時点で、６０００Ｎに倍力される。これを、入力ロッド２０の入力荷重Ｆｉの変化に対する出力ロッド６０の出力荷重Ｆｏとして表すと、図６に示したようになり、独立した駆動系によって駆動する力の発生源を用いていないにも拘わらず、例えば、ブレーキシステムなどで従来用いられている各種倍力装置の特性とほぼ同様の倍力特性が表れている。
【００２４】
図７は、本発明の他の実施形態にかかる倍力装置１を示す図である。この倍力装置１は、上記実施形態における一方の永久磁石４０を、入力ロッド２０を挟んで図７において上下に２組対称に配置し、これに対応させて、増幅伝達手段５０を図７においてケーシング１０の上下に２組設けている。また、ケーシング１０の大きさも、収容される部品点数に応じて図１〜図３に示した実施形態よりも大きくしており、さらに、開口筒部１３をケーシング１０の上下に設けて２組の増幅伝達手段５０を配設し得る構造となっている。もちろん、各増幅伝達手段５０に設けられた他方の永久磁石５１のそれぞれは、入力ロッド２０が所定量前進移動した際に、一方の永久磁石４０のそれぞれと対峙し得るように設けられている。その他の構成は上記実施形態と全く同様であり、２組設けられる一方の永久磁石４０のそれぞれの構成、同様に２組設けられる増幅伝達手段５０のそれぞれの構成も上記実施形態と全く同様である。
【００２５】
本実施形態においても、上記実施形態と同様に、入力ロッド２０の前進移動に伴って、コイルスプリング３１を介して出力ロッド６０に入力荷重が伝達されると共に、２組の増幅伝達手段５０を通じて、出力ロッド６０の第２のピストン６３に対して、２つの経路から増幅された力が付与され、倍力される。
【００２６】
しかしながら、本実施形態の場合には、２つの経路から増幅された力が付与されるため、出力ロッド６０の変位量が同等である場合には、増幅伝達手段５０が一組の場合よりも、第１のピストン５２の一つあたりの変位量が小さくなる。このため、第１のピストン５２に連結される他方の永久磁石５１と一方の永久磁石４０とが反発磁界により動作して離間する際の距離が、増幅伝達手段５０が一組の場合よりも小さくなり、一対の永久磁石４０，５１の離間距離が大きくなることによる反発力の低下を抑制することができ、出力部材に対してより安定して力を伝達することができる。
【００２７】
また、２組の一方の永久磁石４０、及び２組の増幅伝達手段５０が、軸心に対して上下にバランスよく配置されているため、入力ロッド２０の進退動作中にケーシング１０との間で受ける摺動抵抗が小さくなるという利点も有する。また、図７では、一方の永久磁石４０を２組使用しているが、図８に示したように、大きさや着磁方向等を適宜選択することにより、増幅伝達手段５０が２組であっても、一方の永久磁石４０を一組にすることもできる。さらに、図９に示したように、各増幅伝達手段５０に用いられる他方の永久磁石５１同士の対向側磁極を同極にして配置することもできる。この場合には、入力ロッド２０に設けられた一方の永久磁石４０が該他方の永久磁石５１間に進入する前の状態において、他方の永久磁石５１同士によって反発磁界が形成され、各第１のピストン５２を押圧し、それにより、出力ロッド６０の第２のピストン６３を背面側から押圧する予備荷重を付与している。このため、この倍力装置１は、予備荷重を必要とする対象に用いる場合に有効である。
【００２８】
図１０及び図１１は、いずれも本発明のさらに他の実施形態にかかる倍力装置１を示す図である。このうち、図１０に示したものは、図１〜図３に示した態様とほぼ同じであるが、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とを、異極同士が対向し、吸引磁界を形成可能に設けていること、両永久磁石４０，５１により吸引磁界を形成可能に設けたために、入力ロッド２０が常に他方の永久磁石５１に接近する方向へ移動しようとするのを防止する必要から、コイルスプリング３１の一端３１ａが常態において入力ロッド２０のバネ当接部材２２に当接していること、及び、配管５４の他端５４ｂを、第２のシリンダ６２において、第２のピストン６３の前面側である被押圧室６２ｂに連通接続している点で異なる。
【００２９】
すなわち、入力ロッド２０が変位すると、コイルスプリング３１が圧縮され、出力ロッド６０に入力がそのまま伝達されると共に、一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１にスライド方向に接近していくと、吸引力が強くなり、他方の永久磁石５１が一方の永久磁石にスライド方向と直交する方向に接近していく。これにより、他方の永久磁石５１に連結された第１のピストン５２が他方の永久磁石５１と共に、図において下方に移動し、第２のシリンダ６２に形成された被押圧室６２ｂ内を減圧する。このため、第２のピストン６３は、図において左方に引き寄せられ、出力ロッド６０が変位する。この場合も、一方の永久磁石４０を有する入力ロッド２０のスライド方向の力（入力）よりも大きな力が、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とにより吸引力として変換されるため、出力ロッド６０を、増幅された力により動作させることができる。なお、図１０に示した態様では、一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１により常に引き寄せられようとしているため、出力ロッド６０及び第２のピストン６３には、常に図において左方に引き寄せられる予備荷重が付与されており、予備荷重を必要とする対象に用いる場合に有効である。
【００３０】
図１１に示した態様は、図１０に示した態様に対し、増幅伝達手段５０を２組設け、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とにより吸引系の磁界を構成したものである。この態様においても、入力ロッド２０の変位により、各一方の永久磁石４０が各他方の永久磁石５１に対してスライド方向に接近することにより、各他方の永久磁石５１を入力ロッド２０のスライド方向に対して直交する方向に引き寄せ、第２のシリンダ６２に形成された被押圧室６２ｂ内を減圧して、第２のピストン６２及び出力ロッド６０を図において左方に変位させることができる。但し、図１１に示した態様では、対向配置された他方の永久磁石５１同士を、同極が対向するように設けている。このため、入力ロッド２０の変位によって一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１間に進入する前の状態では、他方の永久磁石同士５１間に反発磁界が形成されている。その一方、入力ロッド２０に設けた各一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１間には吸引力が作用しているため、結局、この吸引力と他方の永久磁石５１間の反発力とが相殺されて、出力部材に対して予備荷重が付与されない構成となっている。
【００３１】
なお、図１１に示した態様において、対向配置される他方の永久磁石５１同士を、互いに異極を対向させて設けた場合には、該他方の永久磁石５１間の吸引力に加え、各一方の永久磁石４０と各他方の永久磁石５１との間の吸引力も重畳されるため、予備荷重の大きい倍力装置１を提供することができる。
【００３２】
本発明の倍力装置は、例えば、ブレーキ装置、ステアリング機構等に用いられるが、これに限定されるものではなく、例えば、エンジン懸架系の振動をアクティブ制御するアクチュエータに付設することもできる。例えば、図１２（ａ）に示したように、アクチュエータとエンジンとの間に本発明の倍力装置１を介在させて、アクチュエータの入力を増幅させて制御する構成とすることもできるし、図１２（ｂ）に示したように、エンジンマウントとアクチュエータとの間に本発明の倍力装置１を介在させることもできる。図１３は、その具体的構成を示すものであり、アクチュエータとしてのＶＣＭ（ボイスコイルモータ）により、入力ロッド２０が進退可能に設けられ、該入力ロッド２０に入力された力が増幅されて伝達されるものである。なお、この場合には、ＶＣＭからの入力周波数に応じて脈動や渦等が生じないように配管５４の太さが適宜に選択される。また、配管５４の太さを変更して流量を制御することによって、目的に適った特性を備えた構造とすることもできる。
【００３３】
なお、本発明の倍力装置は上記した各実施形態に限定されるものではなく、種々の応用が可能であることはもちろんである。例えば、いずれの実施形態においても、増幅伝達手段５０として、各シリンダ５３，６２及び配管５４内に密閉的に液体を充填して他方の永久磁石５１の受ける力を液圧に変換して増幅された力を伝達する機構を採用しているが、液体に代えて気体を充填する構成とすることもできる。また、他方の永久磁石５１に連結される連動部材（図示せず）を有すると共に、出力部材（出力ロッド６０）の任意部位に連結して設けられる任意のリンク機構（図示せず）を採用することもできる。また、他方の永久磁石５１の受ける力を、出力付与手段３０とは異なる経路で出力ロッド６０に伝達することができる限り、さらに他の手段を採用することももちろん可能である。また、図７等に示した実施形態では、一方の永久磁石４０及び増幅伝達手段５０を２組ずつ設けているが、３組以上配設することも可能である。配設組数を多くすることにより、入力部材（入力ロッド２０）の芯ずれがより抑制されるなどの利点を有するため、より安定して出力部材に対して力を伝達することができる。一方の永久磁石４０及び増幅伝達手段５０の配設組数は、本発明の倍力装置が適用される対象や配設スペース等を考慮して、任意に好ましい組み合わせを選択可能である。
【００３４】
さらに、上記各実施形態では、いずれも、出力付与手段３０を構成するコイルスプリング３１を有しているが、図１４に示したように、本発明の倍力装置１を適用する対象によっては、出力付与手段３０を設けない構成とすることもできる。この場合でも、一方の永久磁石４０に付加される入力は、他方の永久磁石５１とにより形成される磁界によって、入力ロッド２０のスライド方向に対し直交する方向に増幅され、出力部材に対して増幅された力を付与することができる。なお、図１４には、エンジン懸架系の振動をアクティブ制御するアクチュエータであるＶＣＭ（ボイスコイルモータ）が設けられているが、入力ロッド２０を他の手段に連結して使用することももちろん可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の倍力装置は、入力部材に設けた一方の永久磁石と、この一方の永久磁石に対向可能な他方の永久磁石とを備え、一方の永久磁石と他方の永久磁石とにより形成される磁界によって、出力部材に対し、入力よりも大きな増幅された力を付与する構成である。従って、従来の倍力装置のように、入力部材を駆動させる力とは異なる別途の駆動力により動作する負圧源、油圧源等を必要とせず、入力部材を動作させる力を付与するだけで、倍力することができる。このため、倍力装置の小型化、製造コストの低減等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一の実施形態にかかる倍力装置を示す斜視図である。
【図２】 図２は、上記実施形態にかかる倍力装置の非動作状態における内部構造を示す概略断面図である。
【図３】 図３は、上記実施形態にかかる倍力装置の動作状態における内部構造を示す概略断面図である。
【図４】 図４（ａ）〜（ｆ）は、上記実施形態で採用可能な一方の永久磁石と他方の永久磁石との磁極配置の例を示す図である。
【図５】 図５は、上記実施形態における試験例の変位−荷重特性を示す図である。
【図６】 図６は、上記実施形態における試験例の入力荷重−出力荷重特性を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の他の実施形態にかかる倍力装置の内部構造を示す概略断面図である。
【図８】 図８は、上記他の実施形態で採用可能な一方の永久磁石の他の例を示す図である。
【図９】 図９は、上記他の実施形態にかかる倍力装置の他の態様を示す概略断面図である。
【図１０】 図１０は、本発明のさらに他の実施形態にかかる倍力装置の一の態様を示す概略断面図である。
【図１１】 図１１は、本発明のさらに他の実施形態にかかる倍力装置の他の態様を示す概略断面図である。
【図１２】 図１２は、本発明の倍力装置をエンジン懸架系のアクティブ制御に応用する場合の配置構成を示す模式図である。
【図１３】 図１３は、本発明の倍力装置をエンジン懸架系のアクティブ制御に応用する場合の具体的構成の例を示す図である。
【図１４】 図１４は、出力付与手段を配設しない構成の例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は倍力装置に関し、特に、自動車などの輸送機器に用いられる倍力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、真空倍力装置は、パワーピストン及びパワーダイヤフラムにより隔離された二室を、エンジンの吸気マニホールドやバキュームポンプ等の負圧源に連通させ、非作動状態において二室を負圧に保ち、ブレーキペダルなどの操作によって、入力部材を動作させて一方の室に大気圧を導入し、両室の差圧によりパワーピストンを動作させ、パワーピストンに発生した力により、入力部材の前進力を倍力させて、出力部材に出力する構造となっており、この出力がブレーキマスタシリンダなどに伝達される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の真空倍力装置は、ブレーキペダルなどの操作部材によって動作される入力部材の前進力により出力部材に伝達される力に加え、倍力させるための機構として、入力部材の前進力の伝達経路とは全く別に設けられる負圧源を必要とする。すなわち、従来の真空倍力装置は、入力部材を駆動させる力とは異なる別途の駆動力により動作する負圧源を必要としている。倍力装置としては、真空倍力装置のほか、油圧倍力装置や空気圧倍力装置があるが、油圧倍力装置の場合には、独立した駆動力により動作する、増幅させる力の発生源としての油圧ポンプ等が必要であり、また、空気圧倍力装置の場合には圧縮空気を供給するコンプレッサやエアタンク等が別途必要である。
本発明は上記に鑑みなされたものであり、入力を増幅させるための独立した駆動系によって駆動する力の発生源を別途に備える必要がなく、入力部材を動作させる力を付与するだけで、入力を増幅でき、装置の小型化、製造コストの低減等を図ることができる倍力装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、ケーシングの一端側から一部が該ケーシング内に臨むように配設される入力部材とケーシングの他端側から一部が該ケーシング内に臨むように配設される出力部材との間に配設され、入力部材の動作により出力部材に力を伝達する出力付与手段と、
前記出力部材に、入力よりも大きな力を付与する増幅伝達手段と
を備える倍力装置であって、
前記増幅伝達手段は、
前記入力部材に設けられる一方の永久磁石と、
前記一方の永久磁石が入力部材の動作に伴って移動することにより対向し得るように、前記ケーシングの側面に形成された開口筒部内に配置された他方の永久磁石と、
前記開口筒部に連接される第１のシリンダ内に配置されると共に、前記他方の永久磁石に連結され、前記両永久磁石により形成される磁界による他方の永久磁石の受ける力によって前記第１のシリンダ内を摺動可能な第１のピストンと、
前記ケーシングの他端に連接され、前記出力部材の一部を構成する第２のピストンが摺動可能に配設される第２のシリンダと、
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダとを連通する配管と、
を具備してなり、
前記入力部材の動作により、前記出力付与手段を介して、前記出力部材のうち、前記ケーシング内に臨んでいる部分に力が伝達されると共に、前記増幅伝達手段によっても、前記他方の永久磁石の受ける力が圧力に変換され、前記配管を介して前記出力部材の第２のピストンを付勢する力が伝達されることを特徴とする倍力装置を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記一方の永久磁石と他方の永久磁石とは、同極同士が対向し得るように配置されており、前記配管の他端が、前記第２のピストンを境として前記第２のシリンダ内に仕切り形成される２つの室のうち、第２のピストンの背面側に位置する押圧室に連通接続され、前記他方の永久磁石の受ける反発磁界により、前記押圧室内を加圧して前記第２のピストンを付勢可能であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置を提供する。
請求項３記載の本発明では、前記一方の永久磁石と他方の永久磁石とは、異極同士が対向し得るように配置されており、前記配管の他端が、前記第２のピストンを境として前記第２のシリンダ内に仕切り形成される２つの室のうち、第２のピストンの前面側に位置する被押圧室に連通接続され、前記他方の永久磁石の受ける吸引磁界により、前記被押圧室内を減圧して前記第２のピストンを付勢可能であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置を提供する。
請求項４記載の本発明では、前記第１のシリンダ、配管及び第２のシリンダ内には、液体が密閉的に充填されており、前記他方の永久磁石の受ける力を液圧に変換して、前記第２のピストンに伝達可能な構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の倍力装置を提供する。
請求項５記載の本発明では、前記第１のピストンの受圧面積よりも、前記第２のピストンの受圧面積が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の倍力装置を提供する。
請求項６記載の本発明では、前記出力付与手段は、入力部材と出力部材との間であって、入力部材の移動方向に沿って配設され、入力部材が出力部材に向かって移動することにより押圧され、前記出力部材のうち、前記ケーシング内に臨んでいる部分に力を伝達する構成であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置を提供する。
請求項７記載の本発明では、前記出力付与手段が、前記入力部材の移動方向に沿って配設されるコイルスプリングであることを特徴とする請求項６記載の倍力装置を提供する。
請求項８記載の本発明では、前記増幅伝達手段が複数設けられ、
各増幅伝達手段に備えられた他方の永久磁石が、前記入力部材に設けられる一方の永久 磁石が移動することにより対向可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の倍力装置を提供する。
請求項９記載の本発明では、前記増幅伝達手段を構成する各配管の他端が、それぞれ前記第２のシリンダ内の押圧室に連通接続されていると共に、
複数設けられる前記増幅伝達手段の各他方の永久磁石が、同極同士を対向させて配設されており、
入力部材に設けられる一方の永久磁石が、各他方の永久磁石間に位置する前の状態で、各他方の永久磁石同士により形成される反発磁界により、各他方の永久磁石に連結された第１のピストンが、第１のシリンダ内で押圧され、前記配管を介して前記押圧室内を加圧して前記出力部材の第２のピストンを付勢する予備荷重を付与可能な構造であることを特徴とする請求項８記載の倍力装置を提供する。
請求項１０記載の本発明では、前記増幅伝達手段を構成する各配管の他端が、それぞれ前記第２のシリンダ内の被押圧室に連通接続されていると共に、
複数設けられる前記増幅伝達手段の各他方の永久磁石が、異極同士を対向させて配設されており、
入力部材に設けられる一方の永久磁石が、各他方の永久磁石間に位置する前の状態で、各他方の永久磁石同士により形成される吸引磁界により、各他方の永久磁石に連結された第１のピストンが、第１のシリンダ内で吸引され、前記配管を介して前記被押圧室内を減圧して前記出力部材の第２のピストンを付勢する予備荷重を付与可能な構造であることを特徴とする請求項８記載の倍力装置を提供する。
【０００５】
（作用）
請求項１記載の発明によれば、入力部材が動作すると、出力付与手段により出力部材に対して入力を伝達すると共に、一方の永久磁石と、増幅伝達手段に設けられた他方の永久磁石とにより形成される磁界により、入力が増幅され、該増幅伝達手段によって増幅された力が出力部材に伝達される。
請求項２記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける反発磁界により、配管を介して接続されたシリンダの押圧室を加圧し、該シリンダ内を摺動可能な出力部材のピストンを押圧する。
請求項３記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける吸引磁界により、配管を介して接続されたシリンダの被押圧室を減圧し、該シリンダ内を摺動可能な出力部材のピストンを吸引方向に動作させる。
請求項４記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける力が液圧に変換されて、出力部材に伝達される。
請求項５記載の発明によれば、他方の永久磁石の受ける入力よりも増幅された力が、出力部材に対してさらに増幅されて伝達される。
請求項６又は７記載の発明によれば、入力部材に加えられた入力が、出力付与手段を介して、例えば、コイルスプリングを介して出力部材に伝達される。
請求項８記載の発明によれば、複数の増幅伝達手段を介して出力部材に対して入力が増幅されて伝達されるため、個々の増幅伝達手段を構成するピストンの変位量を小さくでき、出力部材に対して安定して力を伝達することができる。
請求項９又は１０記載の発明によれば、出力部材に対して予備荷重を付加できる。なお、予備荷重を付与する構成にするか否かは、本発明によって制御される対象によって異なり、適宜に選択して、適切な構造が用いられる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。図１〜図３は本発明の一の実施形態にかかる倍力装置１を示す図であり、ケーシング１０、入力部材としての入力ロッド２０、出力付与手段３０、一方の永久磁石４０、増幅伝達手段５０、出力部材としての出力ロッド６０を有して構成される。
【０００７】
ケーシング１０は非磁性体からなる。これは、本実施形態では、一方の永久磁石４０が一つであるため、入力ロッド２０がケーシング１０内を移動する際に、一方の永久磁石４０の磁界の影響により、入力ロッド２０の移動方向に偏りが生じないようにするためである。もちろん、後述の他の実施形態のように、一方の永久磁石を入力ロッド２０にバランス良く複数支持させた場合には、ケーシング１０が磁性体から形成されるものであってもよい。ケーシング１０は、両端開口の筒状に形成されており、一端１１を介して入力ロッド２０の少なくとも一部が内部に臨み、他端１２を介して出力ロッド６０の少なくとも一部が内部に臨む構造となっている。また、図１〜図３においてケーシング１０の上部には、開口筒部１３が形成されており、この開口筒部１３を介して後述の増幅伝達手段５０が設けられる。
【０００８】
入力ロッド２０は、直接又は図示しないリンク機構などを介して間接に、ブレーキペダルなどの操作部材と連結され、操作部材が操作されることによって生じる操作力が入力される。入力ロッド２０の先端部には、平板状のヨーク２１が連結され、該ヨーク２１がケーシング１０内に位置するように配設される。
【０００９】
ヨーク２１の一面（図１〜図３においては上面）には、一方の永久磁石４０が固着される。このため、一方の永久磁石４０はヨーク２１と共に、入力ロッド２０の進退に従って、ケーシング１０内を軸方向にスライド移動する。一方の永久磁石４０としては、増幅伝達手段５０を構成する他方の永久磁石５１との間で反発磁界を形成できる限り、その磁極配置は限定されるものではない。但し、本実施形態では、図２及び図３に示したように、一方の永久磁石４０が所定量前進移動した際に、その外側に他方の永久磁石５１が位置するように設けられているため、該一方の永久磁石４０は図２及び図３において上下方向に着磁されている。また、一方の永久磁石４０は、単極磁石であってもよいし、複数の磁石を接合してなり、上面及び下面のそれぞれに複数の磁極が配置された多極磁石や二極磁石であってもよい（図１参照）。磁界の効率的な利用を図る観点からは、二極磁石が好ましい。なお、参考までに、図４（ａ）〜（ｆ）に、本実施形態で採用可能な一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１との磁極配置の例を示す。また、図４（ａ）〜（ｆ）において矢印は着磁方向を示す。
【００１０】
出力付与手段３０は、入力ロッド２０の動作に対し、一方の出力付与経路によって出力ロッド６０に対して力を伝達できる手段であればどのような機構であってもよいが、本実施形態では、弾性部材であるコイルスプリング３１を用いている。コイルスプリング３１は、ケーシング１０内において、入力ロッド２０と出力ロッド６０との間に、入力ロッド２０の移動方向に沿って配設される。より具体的には、出力ロッド６０のうち、他端１２からケーシング１０内に臨んでいる端部には、外周部にフランジ部６１ａを備えた略筒状のバネ受け部材６１が連結されており、該バネ受け部材６１の外周部にコイルスプリング３１が配設され、このバネ受け部材６１の外周部に案内されて収縮する構成となっている。また、入力ロッド２０に設けられるヨーク２１の移動方向先端には、コイルスプリング３１に当接して押圧するための、凸部２２ａの周囲にフランジ部２２ｂを有するバネ当接部材２２が設けられている。
【００１１】
コイルスプリング３１は、図２に示したように、常態において、その一端３１ａが、増幅伝達手段５０を構成する他方の永久磁石５１の後端寄りの位置に対応して配置され、他端３１ｂがバネ受け部材６１のフランジ部６１ａに当接するように設けられている。従って、常態においては、入力ロッド２０の移動方向先端に配置されているバネ当接部材２２とコイルスプリング３１とは離間している。このため、本実施形態においては、入力ロッド２０が所定量前進移動すると初めてコイルスプリング３１の一端３１ａにバネ当接部材２２が当接し、出力ロッド６０に対して入力荷重を伝達できる構造である。もちろん、これはあくまで一例であり、入力ロッド２０に対して入力荷重を付加する操作部材の用途や種類などによっては、コイルスプリング３１の一端３１ａが常態において入力ロッド２０のバネ当接部材２２に当接している構成であってもよい。
【００１２】
出力付与手段３０としては、このようなコイルスプリング３１などの弾性部材からなる手段に限られるものではないことはもちろんであり、リンク機構や、リンク機構にコイルスプリング等の弾性部材を併設した機構などを採用することもできる。
【００１３】
増幅伝達手段５０は、ケーシング１０の一端１１と他端１２との間の側面に形成した開口筒部１３内に設けられる他方の永久磁石５１を有してなる。他方の永久磁石５１は、入力ロッド２０が所定量前進移動した際に、一方の永久磁石４０よりも、入力ロッド２０の軸中心に対して外側に位置するように設けられる。また、図１に示したように、開口筒部１３内には段差部１３ａが形成されており、他方の永久磁石５１は該段差部１３ａにより、下限位置が規制されている。さらに、他方の永久磁石５１は、一方の永久磁石４０との間で反発磁界を形成し得るように、一方の永久磁石４０と対峙した際に、同極同士が向き合うように設けられる。これにより、一方の永久磁石４０が入力ロッド２０と共に所定量前進して他方の永久磁石５１と対峙すると、他方の永久磁石５１が、入力ロッド２０の動作方向に対して略直交する方向に反発力を受ける。
【００１４】
他方の永久磁石５１には、ヨーク５１ａを介して第１のピストン５２の端部が連結されている。第１のピストン５２は、ケーシング１０に形成した開口筒部１３を閉塞するように接続されるフランジ付きの第１のシリンダ５３内を摺動可能に配設される。従って、他方の永久磁石５１が反発力を受けることにより、この第１のピストン５２は第１のシリンダ５３内を図２において上方向に摺動し、変位する。
【００１５】
第１のシリンダ５３の上端部には、配管５４の一端５４ａが該第１のシリンダ５３の内部と連通するように連結されている。この配管５４の他端５４ｂは、ケーシング１０の他端１２を閉塞するように接続される第２のシリンダ６２の側部であって、第２のピストン６３によって仕切形成される押圧室６２ａに接続されている。第２のシリンダ６２内には、出力ロッド６０が配設されるが、出力ロッド６０の外周部には第２のピストン６３が設けられ、第２のシリンダ６２内をこの第２のピストン６３が摺動し得る構成となっている。そして、上記した第１のシリンダ５３、配管５４及び第２のシリンダ６２内には、密閉的にオイル等の液体５５が充填されている。従って、第１のピストン５２によって液体５５が押圧されると、配管５４を介して第２のピストン６３を液圧により押圧する。なお、出力ロッド６０は、ブレーキシステムのマスタシリンダなどに連結される。
また、配管５４としては、屈曲部が多い場合、封入された液体に脈動や渦等が生じ、力の伝達損失につながる恐れがあるので、図１〜図３に示したように、一端５４ａと他端５４ｂ間をできるだけ大きな曲率で曲成して用いることが好ましい。また、ブレーキシステムに用いる場合には、配管５４は太い方が好ましい。
【００１６】
本実施形態にかかる倍力装置１によれば、ブレーキペダルなどの操作部材が操作されることにより、その操作力が、直接又は間接に入力ロッド２０に伝達され、入力ロッド２０がケーシング１０内を前進移動する。入力ロッド２０が前進移動すると、入力ロッド２０に固定された一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１に接近していく。
【００１７】
そして、入力ロッド２０の先端にヨーク２１を介して設けられたバネ当接部材２２がコイルスプリング３１に当接すると、該コイルスプリング３１を圧縮しながら、出力ロッド６０に、入力ロッド２０に付加された力が伝達される。また、一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１に接近していくと、反発磁界が強くなり、その磁気エネルギーにより、入力よりも大きな増幅された力が生じる。両者が完全に対峙し合った際には、他方の永久磁石５１は最大の反発力を受ける。これにより、第１のピストン５２が変位し、他方の永久磁石５１の受けた反発力（入力よりも増幅された力）が液圧に変換されて、第２のシリンダ６２の押圧室６２ａを加圧して、第２のピストン６３の背面側を押圧し、出力ロッド６０に反発磁界に基づく力が伝達される。この際、第１のピストン５２の受圧面積に対し、第２のピストン６３の受圧面積が大きい場合には、それに比例して、他方の永久磁石５１を介して第１のピストン５２が受ける反発力よりも、さらに大きな力が液圧として第２のピストン６３に伝達される。この結果、コイルスプリング３１を介して入力ロッド２０に付加された力が伝達されると共に、他方の永久磁石５１を含む増幅伝達手段５０によっても出力ロッド６０に増幅された力が伝達され、倍力される。
【００１８】
（試験例）
第１のピストン５２の受圧面積Ｓｉと第２のピストン６３の受圧面積Ｓｏとの比を１：３とし、コイルスプリング３１としてバネ定数ｋ＝３００Ｎ／ｍｍのものを用いると共に、入力ロッド２０のバネ当接部材２２がコイルスプリング３１の一端に当接するまでの変位量を４０ｍｍに設定し、コイルスプリング３１の圧縮変位量ｘが１０ｍｍに至るまで（入力ロッド２０の変位量５０ｍｍに至るまで）の変位−荷重特性を測定した。また、コイルスプリング３１の圧縮変位量ｘが１０ｍｍ（入力ロッド２０の変位量５０ｍｍ）に至った時点で、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とが平面視で完全にオーバーラップして対峙するように設定した。結果を図５に示す。
【００１９】
なお、入力ロッド２０への入力荷重Ｆｉは、最大でＦｉ＝３０００Ｎとした。また、図２及び図５において、Ｆｍｘは一方の永久磁石４０の前進方向（入力ロッド２０の移動方向）の力、Ｆｍｚは他方の永久磁石５１が反発磁界によって図２において上方向に作用する力、Ｆｏ１は第２のピストン６３の受ける力、Ｆｏ２は入力ロッド２０がコイルスプリング３１に当接することにより出力ロッド６０の受ける力、Ｆｏが出力ロッド６０の出力荷重である。
【００２０】
図５に示したように、入力ロッド２０は変位量４０ｍｍに至るまでコイルスプリング３１に当接しないため、変位量４０ｍｍに至るまでは極めて低い荷重で推移し、変位量４０ｍｍから５０ｍｍに至ると入力荷重が３０００Ｎになる。これに伴い、コイルスプリング３１を含む出力付与手段３０を介して伝達される力Ｆｏ２は、変位量４０ｍｍまでは０であり、変位量４０ｍｍから入力荷重に追随して推移し、変位量５０ｍｍに至ると３０００Ｎになり、最大の入力荷重Ｆｉ＝３０００Ｎが力Ｆｏ２として出力ロッドに伝達される。
【００２１】
入力ロッド２０が変位すると、一方の永久磁石４０も同様に変位するが、変位量５０ｍｍの範囲までは、Ｆｍｘは極めて小さい。これに対し、一方の永久磁石４０が接近してくることにより、他方の永久磁石５１はその反発磁界によって上方向に逃げる力Ｆｍｚが１０００Ｎに至るまで徐々に大きくなっていく。
【００２２】
Ｆｍｚの力が大きくなるのに比例して、第２のピストン６３の受けるアシスト力Ｆｏ１も増大していく。本試験例では、（第１のピストン５２の受圧面積Ｓｉ）：（第２のピストン６３の受圧面積Ｓｏ）＝１：３に設定しているため、第２のピストン６３の受ける力Ｆｏ１は、Ｆｍｚの３倍の力で推移していき、入力ロッド２０の変位量５０ｍｍに至ると３０００Ｎになる。
【００２３】
第２のピストン６３の受ける力Ｆｏ１が、出力付与手段３０による出力付与経路とは別途の経路によって第２のピストン６３に付与されるため、出力ロッド６０に付与されるトータルの出力荷重Ｆｏは、Ｆｏ１＋Ｆｏ２となり、本試験例の場合には、入力ロッド２０の変位量５０ｍｍに至った時点で、６０００Ｎに倍力される。これを、入力ロッド２０の入力荷重Ｆｉの変化に対する出力ロッド６０の出力荷重Ｆｏとして表すと、図６に示したようになり、独立した駆動系によって駆動する力の発生源を用いていないにも拘わらず、例えば、ブレーキシステムなどで従来用いられている各種倍力装置の特性とほぼ同様の倍力特性が表れている。
【００２４】
図７は、本発明の他の実施形態にかかる倍力装置１を示す図である。この倍力装置１は、上記実施形態における一方の永久磁石４０を、入力ロッド２０を挟んで図７において上下に２組対称に配置し、これに対応させて、増幅伝達手段５０を図７においてケーシング１０の上下に２組設けている。また、ケーシング１０の大きさも、収容される部品点数に応じて図１〜図３に示した実施形態よりも大きくしており、さらに、開口筒部１３をケーシング１０の上下に設けて２組の増幅伝達手段５０を配設し得る構造となっている。もちろん、各増幅伝達手段５０に設けられた他方の永久磁石５１のそれぞれは、入力ロッド２０が所定量前進移動した際に、一方の永久磁石４０のそれぞれと対峙し得るように設けられている。その他の構成は上記実施形態と全く同様であり、２組設けられる一方の永久磁石４０のそれぞれの構成、同様に２組設けられる増幅伝達手段５０のそれぞれの構成も上記実施形態と全く同様である。
【００２５】
本実施形態においても、上記実施形態と同様に、入力ロッド２０の前進移動に伴って、コイルスプリング３１を介して出力ロッド６０に入力荷重が伝達されると共に、２組の増幅伝達手段５０を通じて、出力ロッド６０の第２のピストン６３に対して、２つの経路から増幅された力が付与され、倍力される。
【００２６】
しかしながら、本実施形態の場合には、２つの経路から増幅された力が付与されるため、出力ロッド６０の変位量が同等である場合には、増幅伝達手段５０が一組の場合よりも、第１のピストン５２の一つあたりの変位量が小さくなる。このため、第１のピストン５２に連結される他方の永久磁石５１と一方の永久磁石４０とが反発磁界により動作して離間する際の距離が、増幅伝達手段５０が一組の場合よりも小さくなり、一対の永久磁石４０，５１の離間距離が大きくなることによる反発力の低下を抑制することができ、出力部材に対してより安定して力を伝達することができる。
【００２７】
また、２組の一方の永久磁石４０、及び２組の増幅伝達手段５０が、軸心に対して上下にバランスよく配置されているため、入力ロッド２０の進退動作中にケーシング１０との間で受ける摺動抵抗が小さくなるという利点も有する。また、図７では、一方の永久磁石４０を２組使用しているが、図８に示したように、大きさや着磁方向等を適宜選択することにより、増幅伝達手段５０が２組であっても、一方の永久磁石４０を一組にすることもできる。さらに、図９に示したように、各増幅伝達手段５０に用いられる他方の永久磁石５１同士の対向側磁極を同極にして配置することもできる。この場合には、入力ロッド２０に設けられた一方の永久磁石４０が該他方の永久磁石５１間に進入する前の状態において、他方の永久磁石５１同士によって反発磁界が形成され、各第１のピストン５２を押圧し、それにより、出力ロッド６０の第２のピストン６３を背面側から押圧する予備荷重を付与している。このため、この倍力装置１は、予備荷重を必要とする対象に用いる場合に有効である。
【００２８】
図１０及び図１１は、いずれも本発明のさらに他の実施形態にかかる倍力装置１を示す図である。このうち、図１０に示したものは、図１〜図３に示した態様とほぼ同じであるが、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とを、異極同士が対向し、吸引磁界を形成可能に設けていること、両永久磁石４０，５１により吸引磁界を形成可能に設けたために、入力ロッド２０が常に他方の永久磁石５１に接近する方向へ移動しようとするのを防止する必要から、コイルスプリング３１の一端３１ａが常態において入力ロッド２０のバネ当接部材２２に当接していること、及び、配管５４の他端５４ｂを、第２のシリンダ６２において、第２のピストン６３の前面側である被押圧室６２ｂに連通接続している点で異なる。
【００２９】
すなわち、入力ロッド２０が変位すると、コイルスプリング３１が圧縮され、出力ロッド６０に入力がそのまま伝達されると共に、一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１にスライド方向に接近していくと、吸引力が強くなり、他方の永久磁石５１が一方の永久磁石にスライド方向と直交する方向に接近していく。これにより、他方の永久磁石５１に連結された第１のピストン５２が他方の永久磁石５１と共に、図において下方に移動し、第２のシリンダ６２に形成された被押圧室６２ｂ内を減圧する。このため、第２のピストン６３は、図において左方に引き寄せられ、出力ロッド６０が変位する。この場合も、一方の永久磁石４０を有する入力ロッド２０のスライド方向の力（入力）よりも大きな力が、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とにより吸引力として変換されるため、出力ロッド６０を、増幅された力により動作させることができる。なお、図１０に示した態様では、一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１により常に引き寄せられようとしているため、出力ロッド６０及び第２のピストン６３には、常に図において左方に引き寄せられる予備荷重が付与されており、予備荷重を必要とする対象に用いる場合に有効である。
【００３０】
図１１に示した態様は、図１０に示した態様に対し、増幅伝達手段５０を２組設け、一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１とにより吸引系の磁界を構成したものである。この態様においても、入力ロッド２０の変位により、各一方の永久磁石４０が各他方の永久磁石５１に対してスライド方向に接近することにより、各他方の永久磁石５１を入力ロッド２０のスライド方向に対して直交する方向に引き寄せ、第２のシリンダ６２に形成された被押圧室６２ｂ内を減圧して、第２のピストン６２及び出力ロッド６０を図において左方に変位させることができる。但し、図１１に示した態様では、対向配置された他方の永久磁石５１同士を、同極が対向するように設けている。このため、入力ロッド２０の変位によって一方の永久磁石４０が他方の永久磁石５１間に進入する前の状態では、他方の永久磁石同士５１間に反発磁界が形成されている。その一方、入力ロッド２０に設けた各一方の永久磁石４０と他方の永久磁石５１間には吸引力が作用しているため、結局、この吸引力と他方の永久磁石５１間の反発力とが相殺されて、出力部材に対して予備荷重が付与されない構成となっている。
【００３１】
なお、図１１に示した態様において、対向配置される他方の永久磁石５１同士を、互いに異極を対向させて設けた場合には、該他方の永久磁石５１間の吸引力に加え、各一方の永久磁石４０と各他方の永久磁石５１との間の吸引力も重畳されるため、予備荷重の大きい倍力装置１を提供することができる。
【００３２】
本発明の倍力装置は、例えば、ブレーキ装置、ステアリング機構等に用いられるが、これに限定されるものではなく、例えば、エンジン懸架系の振動をアクティブ制御するアクチュエータに付設することもできる。例えば、図１２（ａ）に示したように、アクチュエータとエンジンとの間に本発明の倍力装置１を介在させて、アクチュエータの入力を増幅させて制御する構成とすることもできるし、図１２（ｂ）に示したように、エンジンマウントとアクチュエータとの間に本発明の倍力装置１を介在させることもできる。図１３は、その具体的構成を示すものであり、アクチュエータとしてのＶＣＭ（ボイスコイルモータ）により、入力ロッド２０が進退可能に設けられ、該入力ロッド２０に入力された力が増幅されて伝達されるものである。なお、この場合には、ＶＣＭからの入力周波数に応じて脈動や渦等が生じないように配管５４の太さが適宜に選択される。また、配管５４の太さを変更して流量を制御することによって、目的に適った特性を備えた構造とすることもできる。
【００３３】
なお、本発明の倍力装置は上記した各実施形態に限定されるものではなく、種々の応用が可能であることはもちろんである。例えば、いずれの実施形態においても、増幅伝達手段５０として、各シリンダ５３，６２及び配管５４内に密閉的に液体を充填して他方の永久磁石５１の受ける力を液圧に変換して増幅された力を伝達する機構を採用しているが、液体に代えて気体を充填する構成とすることもできる。また、他方の永久磁石５１に連結される連動部材（図示せず）を有すると共に、出力部材（出力ロッド６０）の任意部位に連結して設けられる任意のリンク機構（図示せず）を採用することもできる。また、他方の永久磁石５１の受ける力を、出力付与手段３０とは異なる経路で出力ロッド６０に伝達することができる限り、さらに他の手段を採用することももちろん可能である。また、図７等に示した実施形態では、一方の永久磁石４０及び増幅伝達手段５０を２組ずつ設けているが、３組以上配設することも可能である。配設組数を多くすることにより、入力部材（入力ロッド２０）の芯ずれがより抑制されるなどの利点を有するため、より安定して出力部材に対して力を伝達することができる。一方の永久磁石４０及び増幅伝達手段５０の配設組数は、本発明の倍力装置が適用される対象や配設スペース等を考慮して、任意に好ましい組み合わせを選択可能である。
【００３４】
さらに、上記各実施形態では、いずれも、出力付与手段３０を構成するコイルスプリング３１を有しているが、図１４に示したように、本発明の倍力装置１を適用する対象によっては、出力付与手段３０を設けない構成とすることもできる。この場合でも、一方の永久磁石４０に付加される入力は、他方の永久磁石５１とにより形成される磁界によって、入力ロッド２０のスライド方向に対し直交する方向に増幅され、出力部材に対して増幅された力を付与することができる。なお、図１４には、エンジン懸架系の振動をアクティブ制御するアクチュエータであるＶＣＭ（ボイスコイルモータ）が設けられているが、入力ロッド２０を他の手段に連結して使用することももちろん可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の倍力装置は、入力部材に設けた一方の永久磁石と、この一方の永久磁石に対向可能な他方の永久磁石とを備え、一方の永久磁石と他方の永久磁石とにより形成される磁界によって、出力部材に対し、入力よりも大きな増幅された力を付与する構成である。従って、従来の倍力装置のように、入力部材を駆動させる力とは異なる別途の駆動力により動作する負圧源、油圧源等を必要とせず、入力部材を動作させる力を付与するだけで、倍力することができる。このため、倍力装置の小型化、製造コストの低減等を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の一の実施形態にかかる倍力装置を示す斜視図である。
【図２】 図２は、上記実施形態にかかる倍力装置の非動作状態における内部構造を示す概略断面図である。
【図３】 図３は、上記実施形態にかかる倍力装置の動作状態における内部構造を示す概略断面図である。
【図４】 図４（ａ）〜（ｆ）は、上記実施形態で採用可能な一方の永久磁石と他方の永久磁石との磁極配置の例を示す図である。
【図５】 図５は、上記実施形態における試験例の変位−荷重特性を示す図である。
【図６】 図６は、上記実施形態における試験例の入力荷重−出力荷重特性を示す図である。
【図７】 図７は、本発明の他の実施形態にかかる倍力装置の内部構造を示す概略断面図である。
【図８】 図８は、上記他の実施形態で採用可能な一方の永久磁石の他の例を示す図である。
【図９】 図９は、上記他の実施形態にかかる倍力装置の他の態様を示す概略断面図である。
【図１０】 図１０は、本発明のさらに他の実施形態にかかる倍力装置の一の態様を示す概略断面図である。
【図１１】 図１１は、本発明のさらに他の実施形態にかかる倍力装置の他の態様を示す概略断面図である。
【図１２】 図１２は、本発明の倍力装置をエンジン懸架系のアクティブ制御に応用する場合の配置構成を示す模式図である。
【図１３】 図１３は、本発明の倍力装置をエンジン懸架系のアクティブ制御に応用する場合の具体的構成の例を示す図である。
【図１４】 図１４は、出力付与手段を配設しない構成の例を示す図である。
Claims (10)
- ケーシングの一端側から一部が該ケーシング内に臨むように配設される入力部材とケーシングの他端側から一部が該ケーシング内に臨むように配設される出力部材との間に配設され、入力部材の動作により出力部材に力を伝達する出力付与手段と、
前記出力部材に、入力よりも大きな力を付与する増幅伝達手段と
を備える倍力装置であって、
前記増幅伝達手段は、
前記入力部材に設けられる一方の永久磁石と、
前記一方の永久磁石が入力部材の動作に伴って移動することにより対向し得るように、前記ケーシングの側面に形成された開口筒部内に配置された他方の永久磁石と、
前記開口筒部に連接される第１のシリンダ内に配置されると共に、前記他方の永久磁石に連結され、前記両永久磁石により形成される磁界による他方の永久磁石の受ける力によって前記第１のシリンダ内を摺動可能な第１のピストンと、
前記ケーシングの他端に連接され、前記出力部材の一部を構成する第２のピストンが摺動可能に配設される第２のシリンダと、
前記第１のシリンダと前記第２のシリンダとを連通する配管と、
を具備してなり、
前記入力部材の動作により、前記出力付与手段を介して、前記出力部材のうち、前記ケーシング内に臨んでいる部分に力が伝達されると共に、前記増幅伝達手段によっても、前記他方の永久磁石の受ける力が圧力に変換され、前記配管を介して前記出力部材の第２のピストンを付勢する力が伝達されることを特徴とする倍力装置。 - 前記一方の永久磁石と他方の永久磁石とは、同極同士が対向し得るように配置されており、前記配管の他端が、前記第２のピストンを境として前記第２のシリンダ内に仕切り形成される２つの室のうち、第２のピストンの背面側に位置する押圧室に連通接続され、前記他方の永久磁石の受ける反発磁界により、前記押圧室内を加圧して前記第２のピストンを付勢可能であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置。
- 前記一方の永久磁石と他方の永久磁石とは、異極同士が対向し得るように配置されており、前記配管の他端が、前記第２のピストンを境として前記第２のシリンダ内に仕切り形成される２つの室のうち、第２のピストンの前面側に位置する被押圧室に連通接続され、前記他方の永久磁石の受ける吸引磁界により、前記被押圧室内を減圧して前記第２のピストンを付勢可能であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置。
- 前記第１のシリンダ、配管及び第２のシリンダ内には、液体が密閉的に充填されており、前記他方の永久磁石の受ける力を液圧に変換して、前記第２のピストンに伝達可能な構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の倍力装置。
- 前記第１のピストンの受圧面積よりも、前記第２のピストンの受圧面積が大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の倍力装置。
- 前記出力付与手段は、入力部材と出力部材との間であって、入力部材の移動方向に沿って配設され、入力部材が出力部材に向かって移動することにより押圧され、前記出力部材のうち、前記ケーシング内に臨んでいる部分に力を伝達する構成であることを特徴とする請求項１記載の倍力装置。
- 前記出力付与手段が、前記入力部材の移動方向に沿って配設されるコイルスプリングであることを特徴とする請求項６記載の倍力装置。
- 前記増幅伝達手段が複数設けられ、
各増幅伝達手段に備えられた他方の永久磁石が、前記入力部材に設けられる一方の永久磁石が移動することにより対向可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の倍力装置。 - 前記増幅伝達手段を構成する各配管の他端が、それぞれ前記第２のシリンダ内の押圧室に連通接続されていると共に、
複数設けられる前記増幅伝達手段の各他方の永久磁石が、同極同士を対向させて配設さ れており、
入力部材に設けられる一方の永久磁石が、各他方の永久磁石間に位置する前の状態で、各他方の永久磁石同士により形成される反発磁界により、各他方の永久磁石に連結された第１のピストンが、第１のシリンダ内で押圧され、前記配管を介して前記押圧室内を加圧して前記出力部材の第２のピストンを付勢する予備荷重を付与可能な構造であることを特徴とする請求項８記載の倍力装置。 - 前記増幅伝達手段を構成する各配管の他端が、それぞれ前記第２のシリンダ内の被押圧室に連通接続されていると共に、
複数設けられる前記増幅伝達手段の各他方の永久磁石が、異極同士を対向させて配設されており、
入力部材に設けられる一方の永久磁石が、各他方の永久磁石間に位置する前の状態で、各他方の永久磁石同士により形成される吸引磁界により、各他方の永久磁石に連結された第１のピストンが、第１のシリンダ内で吸引され、前記配管を介して前記被押圧室内を減圧して前記出力部材の第２のピストンを付勢する予備荷重を付与可能な構造であることを特徴とする請求項８記載の倍力装置。
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