JP2005500454A - 機械装置 - Google Patents

Abstract

中心軸（３）の回りを回転するように制約され、かつ、そこから離れて位置するジャイロ素子（９）（１０）を備える機械装置であって、ジャイロ素子（９）（１０）は回転軸を有し、その回転軸が中心軸（３）又は中心軸３の近くを通過する第１の向きと、その回転軸が中心軸（３）からのジャイロ素子の変位に対して実質的に垂直である第２の向きとの間を移動可能であることを特徴とする機械装置。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は機械装置、特にジャイロ（ジャイロスコープ）回転の現象を応用する機械装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジャイロの原理は周知のものであり、端的に言えば、ジャイロスコープ又は回転ホイールは、その回転軸の方向（軸角）を変えるように加えられた力に比例し、その回転体の直径及び回転スピードに依存する速さで、且つその回転軸の方向を変えるように加えられた力に対し９０°の方向に歳差運動を行い又はその元の回転軸の方向（軸角）を変える。
【０００３】
したがって、回転ホイールが車軸の一端に取り付けられ、その車軸の他端が支持体の上に載っているとき、その回転ホイールは、ホイールが十分な速さで回転している限り、一つにはホイールの重量から生じる下方への力に拮抗するように作用し、また一つにはホイールに対して水平力を与えるように作用するトルクによって、水平面における歳差運動を行う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、この原理を利用する機械装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第一の側面は、機械装置を提供することであり、該機械装置は、中心軸の回りを回転するように制約され、かつ、その中心軸から離れて位置するジャイロ素子を備え、該ジャイロ素子は回転軸を有し、その回転軸が中心軸又はそれの近くを通る第１の向きと、その回転軸が該中心軸からのジャイロ素子の変位の方向に対して実質的に垂直である第２の向きとの間を移動可能であることを特徴とする。
【０００６】
好都合には、機械装置は一対のジャイロ素子を備える。好ましくは、機械装置は中心シャフトを備え、中心軸は実質的に中心シャフトの長手方向の軸から成る。さらに有利には、ジャイロ素子はアームにより中心軸の回りを回転するように制約されている。
【０００７】
好都合には、アームは、該アームが中心軸に対する第１の角度を定める第１の位置と、該アームが中心軸に対する第２の角度を定める第２の位置との間を移動可能であり、第１の角度は第２の角度より大きい。
好ましくは、第１の位置において、アームは中心軸に対して実質的に垂直である。有利には、機械装置は、さらにアームを第２の位置から第１の位置に、移動操作が可能であるアーム復元装置を備える。
【０００８】
好都合には、アームは中心軸の回りを旋回可能に取り付けられている。好ましくは、機械装置は、さらに中心軸に沿って摺動可能に取り付けられているスライダを備え、該スライダはアームの長さ方向の所定位置でコネクタにより接続されている。有利には、機械装置は、さらにジャイロ素子を第１の向きと第２の向きとの間を移動操作できるジャイロ位置決め装置を備える。
本発明の別の側面は、上述した機械装置を備える車両（乗り物）を提供する。
【０００９】
本発明のさらに別の側面は、機械装置を操作する方法であって、その方法は中心軸の回りを回転するように制約され、かつ、そこから離間されたジャイロ素子を提供するものであり、該ジャイロ素子は回転軸を有し、その回転軸が該中心軸又はその近くを通る第１の向きと、その回転軸が該中心軸からのジャイロ素子の変位の方向に対して実質的に垂直である第２の向きとの間を移動可能であることを特徴とするジャイロ素子を準備する工程（ステップ）と、ジャイロ素子を第１の向きに配置する工程と、回転軸が中心軸に対して第１の角度を定めるように、ジャイロ素子を第１の位置に配置する工程と、ジャイロ素子を中心軸回りに回転させる工程と、ジャイロ素子を、その回転軸が中心軸に対して第一の角度より小さい第２の角度を定めるように、第２の位置への移動を可能にする工程と、ジャイロ素子を第２の向きに移す工程と、ジャイロ素子を第１の位置に戻す工程と、ジャイロ素子を第１の向きに移す工程とから成る。
【００１０】
好都合には、機械装置の操作方法は一対のジャイロ素子を提供する工程を含む。好ましくは、中心軸の回りを回転するように制約されたジャイロ素子を提供する工程は、中心軸の回りを回転するように制約されているアームにジャイロ素子を取り付ける工程を含む。
有利には、ジャイロ素子を第１の位置に配置するステップは、アームをシャフトの中心軸に対して実質的に直角に配置する工程を含む。
好都合には、機械装置の操作方法はさらに、中心シャフトを提供する工程を含み、中心軸は実質的に中心シャフトの長手方向軸を含む。
本発明のさらに別の側面は、上記工程を繰り返すことから成る機械装置の操作方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、ジャイロ効果を利用した有用な装置を提供するものであり、該装置は正味の直線推力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の理解をさらに容易にするために、以下添付図面を参照しながら実施例により本発明を具体的に説明する。
まず、図１を参照すると、本発明を具体的に示す機械装置１は中心シャフト２を備え、該中心シャフトはその中心軸３の回りを回転可能になっている。
第１及び第２のアーム４、５が中心軸３の回りを旋回可能に取り付けられている。該アーム４、５は、アーム４、５がシャフト２の中心軸３に対して実質的に垂直になる第１の位置と、アーム４、５がシャフト２の中心軸３に対してより小さい角度を定める第２の位置との間を移動可能である。
【００１３】
スライダ６は中心シャフト２に摺動可能に取り付けられており、第１及び第２の支持体７、８は、第１及び第２のアーム４、５の長さに沿う途中の位置でスライダ６に接続する。
好ましくは、中央シャフト２、第１及び第２のアーム４、５、並びに第１及び第２支持体７、８は頑丈な硬い材料で作られる。
第１及び第２のアーム４、５の遠端には、それぞれ第１及び第２のジャイロ素子９、１０が取り付けられている。ジャイロ素子９、１０のそれぞれは回転軸の回りを回転可能になっている。
【００１４】
第１及び第２のジャイロ素子９、１０は第１及び第２のアーム４、５に取り付けられており、ジャイロ素子のそれぞれは、その回転軸がシャフト２の中心軸３又はその近くを通過する第１の向きと、その回転軸がシャフト２の中心軸３からのジャイロ素子９、１０の変位の方向に対して、実質的に垂直である第２の向きとの間を移動可能になっている。
【００１５】
第１及び第２のジャイロ素子９、１０のそれぞれはモーター１１、１２を備えており、これによりそれぞれの回転軸の回りに回転可能になっている。
機械装置１を操作するに当たって、上述したように、まずアーム４、５を第１の位置に設置する。ジャイロ素子９、１０を第１の向きに設定すると、機械装置１は第１の配置になる。
ジャイロ素子９、１０の回転をモーター１１、１２を起動することにより開始し、中心シャフト２をその中心軸３の回りに回転する。シャフト２は一方向に連続回転することが可能であるが、交互に振動回転（オシレート回転）させることも可能であることが理解できるであろう。
【００１６】
中心シャフト２の回転（よってアーム４、５も同様に回転する）によって各ジャイロ素子９、１０の各々が受ける求心力（向心力）は、２個のジャイロ素子間の軸角（回転軸間の角度）が変更するように作用することが理解されるであろう。
従って、上述したように、ジャイロ素子９、１０の各々に対して、軸角を変えるように加えられる力に対して、９０度の方向に力（合力）が作用し、そしてこの力が、実質的にジャイロ素子９、１０の面内（同一面内）に存在する。すなわち、この力（合力は）シャフト２の中心軸３と実質的に平行であることが理解されるであろう。したがって、ジャイロ素子９、１０はこの方向に移動する。
【００１７】
上述した回転ホイールの例を参照すると、本発明の構成は同様の状況を提供する。つまり、回転体に作用する力は、その力に対して直角にトルクを発生させるのではなく、回転体に作用するトルクは、そのトルクに対して直角の力を発生させる。
この動作により、ジャイロ素子９、１０はアーム４、５を第２の位置に移動させ、同時にスライダ６をジャイロ素子９、１０の移動方向に中心シャフト２に沿って移動させる。これにより、機械装置１は第２の配置になる。また、機械装置１には反対方向の力が作用しないので、機械装置１がジャイロ素子９、１０の移動方向に推進力を受けることが分かる。
【００１８】
一旦アーム４、５が第２の位置に移動すると、上述したように、ジャイロ素子９、１０は第２の向きに移動する。これにより、機械装置１は第３の配置になる。ジャイロ素子９、１０がそのような向きに置かれると、中心シャフト２の回転により発生する求心加速度に起因して、ジャイロ素子９、１０に作用する力はジャイロ素子９、１０の軸角を変更するように作用しないので、ジャイロ素子９、１０にはジャイロ効果に起因する力が殆ど又は全く作用しないことが理解されるであろう。
【００１９】
ジャイロ素子９、１０が第２の配置を取るとともに、アーム４、５が第１の位置に戻り、機械装置１は第４の配置になる。この動きの間に、機械装置１に作用する正味の力は存在せず、従って、ジャイロ素子９、１０が第１の向きにある間に、機械装置に与えられる推進力は反対方向の力を受けないことが分かるであろう。
【００２０】
アーム４、５が第１の位置に戻る動きは、中心シャフトの回転に起因して起こる。すなわち、この回転によりアームは効果的に外側に投げ出される。
また、これはアーム４、５を第１の位置に戻すための他の手段（例えばモーター）を設けることによっても可能である。そして、ジャイロ素子９、１０は第１の向きに戻り、機械装置１がサイクルスタート時の第１の構成を取ることが理解されるであろう。
機械装置１に、最初に加えられたのと同じ方向に、再度推進力が加わることにより、このサイクルが繰り返される（以下同様）。このようにして機械装置１は、中心シャフト２と平行又は実質的に平行な方向に正味の直線運動を行うことができる。
【００２１】
本発明の実用的な例として、可動部の運動量を増し、各動作サイクル間の機械装置１の動作量を増すために、機械装置１の一部に重りを付加することが必要であるかも知れない。
付加的な重りはスライダ６の上、又はその周りに設置することが好ましい。スライダ６それ自身を、十分な大きさの高密度の材料で形成してもよく、又は製造後に重りを加えてもよい。
【００２２】
上記動作サイクルの間に、スライダ６は、第１の配置から第２の配置への移行する間に、シャフト２に沿って一定の距離を第１の方向に移動する。サイクルの復帰に際しては（すなわち、第３から第４の形態への動作期間中）、スライダは第１の方向とは反対の方向に移動する。一方、中心シャフト２は、戻り期（相）にある間、スライダ６の動きへの反作用として第１の方向に移動する。これら動作の正味の効果が、機械装置１全体が第１の方向への直線運動することが理解される。
【００２３】
図５は、本発明の機械装置１をさらに具体的に示すものであり、機械装置１は中心シャフト２が取り付けられる基部１３を含み、該中心シャフト２は、駆動シャフト１５にまたがる駆動ベルト１４によって回転し、主モーター１６によって駆動シャフトを駆動する。ジャイロ素子９、１０を第１及び第２の向きの間を動かすための第１及び第２のアクチュエータ１７、１８が備えられ、アーム４、５の第１及び第２のそれぞれ相当する位置に、スライダ６を固定するためのソレノイドラッチ１９、２０が備えられる。
【００２４】
図５には、機械装置１の第１及び第３の配置が示されており、第３の配置は点線で示されている。
当業者であれば、本発明は他の方法でも効果を発揮することが理解される。本発明は図５に示す配置に限定されない。
一対以上のジャイロ素子を、関連するアームやシャフトとともに任意に備えることができる。当業者であれば、そのような複数対の具体的な運用方法は用意に理解される。
【００２５】
上記の説明において、ジャイロ素子９、１０のそれぞれは、その回転軸がシャフト２の中心軸３又はその近くを通過する時に、第１の向きにあると記述している。この第１の向きは、回転軸のベクトルを中心軸３に平行な方向及び垂直な方向の成分に分解するとき、垂直成分が該ベクトルの主要部を占めるような状況に対応すると理解される。
同様に、ジャイロ素子９、１０のそれぞれはその回転軸がシャフト２の中心軸３からのジャイロ素子９、１０の変位に対して実質的に垂直である時に、第２の向きにあると記述されている。
そして、この第２の向きは、回転軸ベクトルを、中心軸３からのジャイロ素子９、１０の変位に対し平行及び垂直な成分に分解するとき、垂直成分が該ベクトルの主要部を占める状況に対応すると理解される。
【００２６】
本発明は、ジャイロ効果を利用した有用な装置を提供するものであり、該装置は正味の直線推力を発生させるために利用できる。
本明細書において「備える」とは「含む又は構成される」ことを意味し、「備えている」とは「含んでいる又は構成されている」ことを意味する。
説明書中に開示した本発明の態様、請求の範囲、又は各様態の、上記と同様に特定の形態として、若しくは開示した機能を発揮させるための手段として表現した付属図面、又は方法若しくは開示した結果を得るためのプロセスは、適切に、単独若しくは記述した様態のすべての組み合わせで、本発明の広範な形態を実現するために用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
ジャイロ効果を利用した有用な装置を提供するものであり、該装置は正味の直線推力を発生させるために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に基づく装置の第１配置図である。
【図２】図１に示した装置の第２配置図である。
【図３】図１に示した装置の第３配置図である。
【図４】図１に示した装置の第４配置図である。
【図５】図１に示した装置の追加の部品を示す。

Claims (22)

1. 中心軸の回りを回転するように制約され、かつ、そこから離れて位置するジャイロ素子を備え、ジャイロ素子は回転軸を有し、その回転軸が中心軸又はその近くを通過する第１の向きと、その回転軸が中心軸からのジャイロ素子の変位に対して実質的に垂直である第２の向きとの間を移動可能であり、
   ジャイロ素子が第１の向きにあり、該ジャイロ素子が中心軸の回りを回転すると、ジャイロ素子に加わる力が該ジャイロ素子を中心軸に対して実質的に平行な方向に移動させることを特徴とする機械装置。
2. 一対のジャイロ素子を備えることを特徴とする請求項１記載の機械装置。
3. 中心シャフトを備え、その中心軸は実質的に中心シャフトの長手方向軸からなることを特徴とする請求項１又は２記載の機械装置。
4. ジャイロ素子は、アームにより中心軸の回りを回転するように制約されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の機械装置。
5. アームは、アームが中心軸に対する第１の角度を定める第１の位置と、アームが中心軸に対する第２の角度を定める第２の位置との間を移動可能であり、第１の角度は第２の角度より大きいことを特徴とする請求項４記載の機械装置。
6. 第１の位置において、アームが中心軸に対して実質的に垂直であることを特徴とする請求項５記載の機械装置。
7. アームを第２の位置から第１の位置に移動するための操作が可能なアーム復元装置をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６記載の機械装置。
8. アームが中心軸の回りを旋回可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の機械装置。
9. 中心軸に沿って摺動可能に取り付けられているスライダをさらに備え、該スライダはコネクタによりアームの全長に沿った位置に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の機械装置。
10. 各動作サイクル間の装置の運動量を増加させるために、装置の一つ以上の可動部の上又はその周囲に、重りを加えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の機械装置。
11. ジャイロ素子を第１の向きと第２の向きとの間を移動可能に操作できるジャイロ位置決め装置を、さらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の機械装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の機械装置を備える車両。
13. 機械装置の操作方法であって、
    中心軸の回りを回転するように制約され、かつ該中心軸から離間させて配置したジャイロ素子を備え、ジャイロ素子は回転軸を有し、その回転軸が中心軸又はその近くを通過する第１の向きと、その回転軸は中心軸からジャイロ素子の変位に対して実質的に垂直である第２の向きとの間を移動可能であり、
    ジャイロ素子が第１の向きにあり、且つ該ジャイロ素子が中心軸の回りを回転すると、ジャイロ素子に加わる力が該ジャイロ素子を中心軸に対して実質的に平行な方向に移動させることを特徴とする前記方法。
14. ジャイロ素子を第１の向きに配置し、
    回転軸が中心軸に対する第１の角度を定める第１の位置にジャイロ素子を配置し、
    ジャイロ素子を中心軸の回りを回転させ、
    回転軸が中心軸に対する第２の角度を定めるように、ジャイロ素子を第２の位置への移動を可能にし、第２の角度が第１の角度より小さく、
    ジャイロ素子を第２の向きに移動させ、
    ジャイロ素子を第１の位置に戻す工程と、
    ジャイロ素子を第1の向きに移動させる工程と
    からなることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 一対のジャイロ素子を設けることを特徴とする請求項１３又は１４記載の方法。
16. 中心軸の回りを回転するように制約されたジャイロ素子を配置する工程は、中心軸の回りを回転するように制約されているアームにジャイロ素子を取り付けることからなることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載の方法。
17. ジャイロ素子を第１の位置に配置する工程は、アームを中心シャフトの中心軸に対して実質的に直角に配置する工程からなることを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 中心シャフトを配置し、その中心軸が実質的に中心シャフトの長手方向の軸からなることを特徴とする請求項１３乃至請求項１７のいずれか１項記載の方法。
19. 各動作サイクル間の運動量を増加させるために、装置の一つ以上の可動部の上又はその周囲に、重りを加える工程からなることを特徴とする請求項１３乃至請求項１８のいずれか１項記載の方法。
20. 請求項１３乃至請求項１９のいずれか１項記載の工程を繰り返すことを特徴とする機械装置の操作方法。
21. 添付図面に基づいて上記に実質的に記載された機械装置。
22. 添付図面に基づいて上記に実質的に記載された方法。

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