JP2004245070A

JP2004245070A - 有限回転装置

Info

Publication number: JP2004245070A
Application number: JP2003033329A
Authority: JP
Inventors: Masabumi Ishimura; 正文石村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】エネルギコストの高い電力などを用いずに、重り玉の転動による回転体の回転付勢力を利用して、動力を発生可能にする。
【解決手段】第１の回転体１４の第１の玉受部材１６上に支承された重り玉２０を、玉案内部材１８に渡すまでの過程で、その重り玉２０の重量により第１の回転体１４に回転力を付与し、玉案内部材１８上に渡されて転動してきた重り玉２０を第２の回転体１５の第２の玉受部材１７上に渡した後、回転により第２の回転体の最上位に来た第２の玉受部材１７上の重り玉２０を、第１の回転体１４の別の第１の玉受部材１７上に移し替え、さらに再び玉案内部材１８上に移し替えるという動作を繰り返す。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連動回転する二つの回転体間に重り玉を移動させることにより、各回転体を有限回転させて動力を外部に取り出すための有限回転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、動力を発生するのに電力を利用したモータ、水力を利用した水車、油圧を利用した油圧モータなどが広く用いられている。これらはいずれも外部から電力、水圧、油圧を供給することにより機械トルクを発生し、モータ、水車、油圧モータに接続された機器に仕事をさせるように機能する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の電力、水力、油圧などを利用する従来の動力発生システムにあっては、動力発生のために必要とされる電力エネルギー、水力エネルギー、油圧エネルギーの利用コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、エネルギーコストの高い電力や設備、施設などを用いずに、重り玉の転動により回転体に回転力を発生させ、これを動力として利用して、発電機等を駆動することができる有限回転装置を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的達成のために、本発明にかかる有限回転装置は、大径の第１の回転体および第１の回転体に比べ軽量で小径の第２の回転体と、第１の回転体および第２の回転体の一方の回転を他方に伝える回転伝達手段と、前記第１の回転体および第２の回転体を互いに逆方向回転させる回転方向変換手段と、前記第１の回転体に対し第２の回転体を一方の回転方向に対しては自由回転可能にし、他方の回転方向に対しては連結可能にするワンウェイクラッチ機構と、第１の回転体の周囲に等間隔配置された複数個の第１の玉受部材と、第２の回転体の周囲に等間隔配置された複数個の第２の玉受部材と、第１の回転体のいずれかの第１の玉受部材に一端が近接し、第２の回転部材のいずれかの第２の玉受部材に他端が近接するように配置され、第２の玉受部側に向って低く傾斜する玉案内部材とを備え、第１の回転体の上位にある第１の玉受部材に載せられている重り玉の重量により該第１の回転体に回転力を付与し、第１の玉受部材の所定の下降位置で該第１の玉受部材上の重り玉を玉案内部材上に渡し、該玉案内部材上に渡された重り玉を回転している第２の回転体の第２の玉受部材に渡し、重り玉が渡された第２の玉受部材が第２の回転体の略最上位にきたとき、重り玉を第１の玉受部材に渡して再び第１の回転体を回転付勢することにより、前記第２の回転体を有限継続させることを特徴とするものである。
【０００６】
これにより、第２の回転体の第２の玉受部材から第１の回転体の第１の玉受部材上に重り玉が転動しながら乗り移るとき、この重り玉の重量が第１の回転体の回転方向に作用し、この第１の回転体を回転付勢する。一方、第１の玉受部材上で転動する重り玉はその第１の玉受部材上から玉案内部材上に乗り移り、この玉案内部材上をさらに転動して、第１の回転体と略同期回転する第２の回転体のいずれかの第２の玉受部材上に乗り移る。このとき重り玉が乗り移る第２の玉受部材は最上位にあるものから数個下方の位置にある第２の玉受部材であり、これに重り玉が乗り移ることによって、この第２の回転体の回転にとってこの重り玉の重量が負荷となる。
【０００７】
しかし、前記第１の回転体は大きな回転力を発生させる位置で、前記第２の玉受部材から第１の玉受部材に重り玉を前記のように受けることと、この重り玉を受けて回転する大径の第１の回転体の回転慣性力が大きいことにより、その回転慣性力が第２の回転体の回転力を助ける。このため、第２の回転体は第２の玉受部材上の重り玉を第２の回転体の最上位回転位置まで持ち上げることができ、再び第１の玉受部材上に乗り移すことができる。このように、重り玉を第１の回転体上および第２の回転体上に乗り移るように循環させることでこれら二つの回転体は有限回転することとなる。
【０００８】
なお、前記重り玉を流体物とすることも可能である。例えば、砂、その他の液体を前記重り玉に換えて使用することもできる。しかしながら、この場合には、第１の回転体および第２の回転体間における流体物の乗り移りに工夫が必要である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図について説明する。図１は本発明の実施の形態による有限回転装置の全体構造を示す斜視図、図２および図３は同じく要部の斜視図、第４図は同じく要部の正面図である。同図において、１、２は床上に設置される基台３上に立設された支持ブラケットであり、これらの各支持ブラケット１、２上には、軸受４、５を介して回転軸６、７が回転自在に支持されている。回転軸６はベベルギャを用いた回転方向変換手段としての逆回転機構部８を介在する二つの回転軸６ａ、６ｂに分離されている。なお、この逆回転機構部８の回転軸６ａ、６ｂの回転比率は例えば１対２とされている。また、回転軸６ｂの一端には、ニードルベアリング式のワンウェイクラッチ機構９を介してクラッチ軸１０が連設されている。このクラッチ軸１０端にはスプロケットホイール１１が取り付けられている。
【００１０】
一方、前記回転軸７端には前記スプロケットホイール１１と同一径のスプロケットホイール１２が取り付けられており、これらの二つのスプロケットホイール１１、１２にはエンドレス型のチェーン１３が装着されている。従って、これらのスプロケットホイール１１、１２を通じて一方の回転軸６ｂの回転が他方の回転軸７に伝達可能とされている。
【００１１】
また、前記各回転軸６ａおよび回転軸７の他端には大径の第１の回転体１４および第２の回転体１５がそれぞれ固定的に取り付けられている。従って、回転軸６ａに取り付けられた第１の回転体１４の一方向の回転は、ワンウェイクラッチ機構９のクラッチ軸１０側では逆方向回転で１対２の速度に変換され、この回転がスプロケットホイール１１に伝えられるようになっている。また、このスプロケットホイール１１の回転はチェーン１３を介してスプロケットホイール１２に伝えられ、このスプロケットホイール１２の回転が回転軸７を介して第１の回転体１５に伝えられる構成となっている。
【００１２】
一方、前記第１の回転体１４の周囲には、図４に示すように、複数の第１の玉受部材１６が例えば角度５°おきに等間隔に多数取り付けられている。この第１の玉受部材１６は、図２に示すように、自身の傾きに応じて重り玉を底部１６ａに支持したり底部１６ａ上を転動させて外部へ排出する機構を持つ。このため、この第１の玉受部材１６は重り玉の落下を防止する堰部１６ｂを、第１の回転体１４の内径側に突設している。
【００１３】
また、第２の回転体１５の周囲には複数の第２の玉受部材７が等間隔に多数取り付けられている。この第２の玉受部材１７は図２に示すように、これ自身の傾きに応じて重り玉を底部１７ａに支持したり、底部１７ａ上を転動させて第２の玉受部材１７の外へ排出する機能を持つ。このため、この第２の玉受部材１７は重り玉の落下を防止する堰部１７ｂを、第２の回転体１５の外径側とこの第１の回転体１４側とに連続するように突設している。
【００１４】
なお、前記第１の玉受部材１６および第２の玉受部材１７は、図１に示すように、重り玉を載置した第２の玉受部材１７が第２の回転体１５の最上位にきたとき、この第２の玉受部材１７の僅か下方の近傍を第１の玉受部材１６が通過するように配置されるとともに、互いに逆方向に同期回転するように、それぞれ第１の回転体１４および第２の回転体１５上に設置されている。これにより、第２の玉受部材１７上の重り玉を第１の玉受部材１６上に移し替えることができる。
【００１５】
第１の回転体１４の外周側には、この第１の回転体１４に近接するようにＵ字溝状の玉案内部材１８が配置されている。この玉案内部材１８が設置される位置は、第１の玉受部材１６が第２の玉受部材１７から重り玉を受け取る位置より下方である。この玉案内部材１８は一端が第１の回転体１４側に上記のように近接して臨み、他端側に向って低くなるように傾斜している。
【００１６】
また、この玉案内部材１８の他端（下端）は、第２の回転体１５の最上位に位置する第２の玉受部材１７より下方にある他の玉受部材１７上に臨んでいる。図１では、玉案内部材１８の他端は最上部にあるものよりも２個下の第２の玉受部材１７に臨んでいる。なお、この玉案内部材１８には、重り玉を第２の玉受部材１７へのみ案内し、他へは落下させない堰部１８ａおよび開口部１８ｃが底部１８ｂ上に突設されている。
【００１７】
次に動作について説明する。上記のように構成された有限回転装置は、第１の回転体１４に、図１の矢印Ａ方向に回転力を与えると、第１の回転体１４側の回転軸６ａの回転に対してワンウェイクラッチ機構９側の回転軸６ｂの回転が逆回転機構部８によって逆方向となる。この逆方向の回転はワンウェイクラッチ機構９を介してクラッチ軸１０に伝えられる。
【００１８】
このクラッチ軸１０の回転は、これとともに回転するスプロケットホイール１１およびチェーン１３を介して回転軸７上のスプロケットホイール１２に伝えられる。従って、回転軸７に取り付けられた第２の回転体１５は、第１の回転体１４に対して回転速度が２倍で、しかも逆方向（矢印Ｂ方向）に回転する。
【００１９】
この場合において、前記ワンウェイクラッチ機構９は、第１の回転体１４が矢印Ａ方向に回転する場合に、第２の回転体１５を矢印Ｂ方向に回転させることができるとともに、第２の回転体１５の回転慣性が大きくなり、設定回転速度を超えると、この第２の回転体１５の矢印Ｂ方向の自由回転を可能にする。また、第１の回転体１４に矢印Ａ方向とは逆方向に回転力が印加された場合には、この逆方向の回転が規制され、従って第２の回転体のＢ方向とは逆方向への回転も阻止される。これにより、各回転体１４、１５の回転が回転方向の変化により不安定になるのを防止できる。
【００２０】
このような動作をする有限回転装置において、第１の回転体１４および第２の回転体１５の回転を重り玉を用いて継続させる方法を説明する。まず、鋼球などの所定重量の重り玉２０を用意し、第１の回転体１４の図中左上半部にあるいずれかの第１の玉受部材１６上に、その重り玉２０を載置する。なお、説明を簡単にするため、一つの重り玉２０を使用する場合について説明する。
【００２１】
このため、その重り玉２０の重量を受けて第１の回転体１４は矢印Ａ方向に回転を開始する。この第１の回転体１４の回転によって、重り玉２０を載せた第１の玉受部材１６が第２の回転体１５外周の最も高い位置付近に至るまでは、重り玉２０は傾斜する第１の玉受部材１６上にあって堰部１６ｂによって落下が阻止されている。このとき、回転軸６と重り玉２０を載せた第１の玉受部材１６とを結ぶ線の傾き（回転角度）が大きくなるにつれて、重り玉２０の重量を受けて、第１の回転体１４の回転力が次第に増していく。
【００２２】
しかし、第１の玉受部材１６は第２の回転体１５外周の最も高い位置付近にくると、傾きが水平方向から逆方向に傾く、従って、重り玉２０はこの第１の玉受部材１６上を図１中左方に転動して、傾斜配置されている玉案内部材１８上に乗り移る。この時点で、第１の回転体１４は重り玉２０の重量を受けて前記のように回転し、回転慣性が付与される。また、玉案内部材１８上に乗り移った重り玉２０はこれの上を、図１中左方へ転動していき、この玉案内部材１８の堰部１８ａに係止して一旦停止するとともに、堰部１８ａが設けられていない開口部１８ｃへ方向を変えて転動していく。
【００２３】
さらに、この重り玉２０は前記開口部１８ｃの外へ転動していくが、第１の回転体１４とともに同期回転する第２の回転体１６の第２の玉受部材１７がその開口部１８ｃの下部に臨むように位置する。このため、その重り玉２０はその開口部１８ｃに臨む第２の玉受部材１７上に乗り移ることとなる。このとき、両回転体１４、１５は共に回転して回転慣性力が付与されているため、第２の回転体１５はその回転慣性を受けてその重り玉２０の重量に抗して矢印Ｂ方向の回転を継続する。
【００２４】
こうして、第２の回転体１６が回転を続け、その重り玉２０を載せた第２の玉受部材１７が第２の回転体１５外周の最上位にくると、その第２の玉受部材１７上の重り玉２０を、その第２の玉受部材１７位置に対向する第１の回転体１４の第１の玉受部材１６上へ乗り移らせる。このため、その乗り移った重り玉２０は第１の玉受部材１６上にあって、再び第１の回転体１４を前記と同方向（矢印Ａ方向）に回転付勢することとなる。
【００２５】
さらに、この第１の玉受部材１６上の重り玉２０は前記同様に玉案内部材１８上へ転動しながら乗り移り、以後、前記同様の動作を繰り返すこととなる。そこで、第２の回転体１５の回転軸７に、例えばプーリ２１、ベルト２２、プーリ２３を介して発電機２４を連結することで、連続回転する第２の回転体１５の回転力を利用して電力（電気エネルギ）を発生し、これを外部へ取り出すことができる。
【００２６】
この場合において、第１の回転体１４の径を、例えば２２００ミリ、第２の回転体１５の径を、例えば１２４０ミリとしたとき、第１の玉受部材１６が重さ２８６グラムの重り玉を第２の玉受部材１７から受け取り、再び別の第２の玉受部材１７に移し替えるまでの第１の回転体１５の移動量、つまり第１の玉受部材１６の移動量（下降量）は、９３ミリ前後とすることが望ましい。
【００２７】
また、このように１個の重り玉２０で第１の回転体１４を移動させる距離が短いため、この第１の回転体１４を回動付勢する力が不足する場合が考えられる。この場合には、図示のように複数個の重り玉２０を同時使用して前記のように第１の玉受部材１６および第２の玉受部材１７間に循環させることで、第１の回転体１４をこれの１回転の間で複数回に亘って回動付勢することが望ましい。このように重り玉２０を複数個同時に用いることで、両回転体１４、１５を有限ではあるが大きなトルクで連続回転させることができる。
【００２８】
また、ワンウェイクラッチ機構９は第１の回転体１４に対し第２の回転体１５の自由な一方向回転を許容するので、第２の回転体１５独自の回転慣性を重り玉２０の支持および送り出しに効果的に利用することができ、従って、第２の玉受部材１７上の重り玉２０の持ち上げ力を高めることができる。
【００２９】
なお、逆回転機構部８はベベルギャを組み合わせたもののほか、平ギャを用いたり、ウォームギャを用いて形成することも可能である。また、回転伝達機構としてスプロケットホイール１１、１２およびチェーン１３を用いたものを示したが、ウォーム歯車とウォーム軸とを組み合わせたものとしてもよい。この場合には、チェーンの緩みなどによる回転伝達誤差を生じないので、第１の回転体１４および第２回転体１５の回転量制御を高精度に実現できる。
【００３０】
また、前記チェーン１３の緩みを防止するため、このチェーン１３の一部をテンションロール１９などにより支承することが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、質量の大きい大径の第１の回転体および第１の回転体に比べ質量の小さい小径の第２の回転体と、第１の回転体および第２の回転体の一方の回転を他方に伝える回転伝達手段と、前記第１の回転体および第２の回転体を互いに逆方向回転させる回転方向変換手段と、前記第１の回転体に対し第２の回転体を一方の回転方向に対しては自由回転可能にし、他方の回転方向に対しては連結可能にするワンウェイクラッチ機構と、第１の回転体の周囲に等間隔配置された複数個の第１の玉受部材と、第２の回転体の周囲に等間隔配置された複数個の第２の玉受部材と、第１の回転体のいずれかの第１の玉受部材に一端が近接し、第２の回転部材の第２の玉受部材に他端が近接するように配置されて、第２の玉受部側に向って低く傾斜する玉案内部材とを備え、第１の回転体の上位にある第１の玉受部材に載せられている重り玉の重量により該第１の回転体に回転力を付与し、第１の玉受部材の所定の下降位置で該第１の玉受部材上の重り玉を玉案内部材上に渡し、該玉案内部材上に渡された重り玉を回転している第２の回転体の第２の玉受部材に渡し、重り玉が渡された第２の玉受部材が第２の回転体の略最上位にきたとき、重り玉を第１の玉受部材に渡して再び第１の回転体を回転付勢することにより、前記第２の回転体を有限継続させることができ、エネルギコストの高い電力などを用いずに、重り玉の転動による回転体の回転付勢力により有限的に動力を発生させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態による有限回転装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の一形態による有限回転装置の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の一形態による有限回転装置の他の状態を示す斜視図である。
【図４】本発明における第１の回転体および第２の回転体間での重り玉の受け渡しを行う状態を示す要部の正面図である。
【図５】本発明における第１の回転体および第２の回転体間での重り玉の受け渡しを行う状態を拡大して示す要部の正面図である。
【図６】図５に示す要部の平面図である。
【符号の説明】
６、７回転軸
８逆回転機構部（回転方向変換手段）
９ワンウェイクラッチ機構
１１、１２スプロケットホイール（回転伝達手段）
１３チェーン（回転伝達手段）
１４第１の回転体
１５第２の回転体
１６第１の玉受部材
１７第２の玉受部材
１８玉案内部材

Claims

大径の第１の回転体および第１の回転体に比べ軽量で小径の第２の回転体と、第１の回転体および第２の回転体の一方の回転を他方に伝える回転伝達手段と、前記第１の回転体および第２の回転体を互いに逆方向に回転させる回転方向変換手段と、前記第１の回転体に対し第２の回転体を一方の回転方向に対しては自由回転可能にし、他方の回転方向に対して連結可能にするワンウェイクラッチ機構と、第１の回転体の周囲に等間隔配置された複数個の第１の玉受部材と、第２の回転体の周囲に等間隔配置された複数個の第２の玉受部材と、第１の回転体のいずれかの第１の玉受部材に一端が近接し、第２の回転部材のいずれかの第２の玉受部材に他端が近接するように配置され、第２の玉受部側に向って低く傾斜する玉案内部材とを備え、第１の回転体の上位にある第１の玉受部材に載せられている重り玉の重量により該第１の回転体に回転力を付与し、第１の玉受部材の所定の下降位置で該第１の玉受部材上の重り玉を玉案内部材上に渡し、該玉案内部材上に渡された重り玉を回転している第２の回転体の第２の玉受部材に渡し、重り玉が渡された第２の玉受部材が第２の回転体の略最上位にきたとき重り玉を第１の玉受部材に渡して再び第１の回転体を回転付勢することにより、前記第２の回転体の回転を有限継続させることを特徴とする有限回転装置。
重り玉を流体物としたことを特徴とする請求項１に記載の有限回転装置。