JP2008051086A

JP2008051086A - 気密構造ギヤーボックス状装置及びその利用方法

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Publication number: JP2008051086A
Application number: JP2006251675A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Shinohara; 芳紀篠原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-03-06

Abstract

【課題】弁を使わずに２個の気密室を持つ気密構造ギヤーボックス状装置を実現する事を課題とする。
【解決手段】上記の課題を解決するために、歯車様形状をした任意個の部品が噛み合った状態で半径方向に突き出た突起と、この突起に密着し噛み合いながら滑らかに摺動する切り欠きを任意個配し、回転中に歯の噛み合い部と突起間の空間がハウジング内で気密であることを特徴とし、利用目的に応じてハウジングに孔及び弁等を備えた気密構造ギヤーボックス状装置
【選択図】図２

Description

本発明は、動力装置、気体圧縮装置、ポンプ等に用いる要素部品及びその利用方法であり、動力を発生させる、あるいは気体、液体を圧縮、移動させる技術に関する。

従来の装置では、ピストンが円運動（回転）するシリンダーを実現する為にピストンが通過する際に素早く上下することにより気密構造を実現する弁が必要であった。また、爆発シリンダーとは別に圧縮シリンダーが必要であった。さらに、潤滑材が燃焼室に入り爆発の際に燃えてしまうことを防止する必要があった。
特願平１０−２６２２３７

発明が解決しようとする課題

しかしながら、高速回転するエンジンにおいてそれを上回る高速で弁を上下させる信頼性のある製品を実現することは困難である。そこで、本発明は弁を使わずに２個の気密室を持つ気密構造ギヤーボックス状装置を実現する事を第１の課題とする。

潤滑材が噛み合い後空間に入る量を最小限にし、装置内を循環させることを第２の課題とする。

これを用いて動力装置として利用する場合に、高速回転しながら第一回転目で圧縮気体の供給に続く爆発と圧縮及び第二回転目で吸気と排気をそれぞれ同時に実現できるようにすることを第３の課題とする。

また、気密構造ギヤーボックス状装置を用いてコンプレッサーを実現する事を第４の課題とする。

最後に気密構造ギヤーボックス状装置を用いてポンプを実現する事を第５の課題とする。

課題を解決するための手段

上記第１の課題を解決するために、歯車様形状をした任意個の部品が噛み合った状態で半径方向に突き出た突起と、この突起に密着し噛み合いながら滑らかに摺動する切り欠きを任意個配し、回転中に歯の噛み合い部と突起間の空間がハウジング内で気密であることを第１の手段とする。

この歯車様形状をした一対の部品が噛み合いながら高速回転する場合にフライホイールの役割をすることを第２の手段とし、

この歯車様部品は高速回転をしても振動しないよう、一部の質量をとりのぞいてあることを第３の手段とする。

この２個の歯車様形状部品を密着して回転した時の最外周の軌道形状寸法と同じ雪達磨状断面の空間を持つハウジングに入れ、歯車様形状部品はそれぞれの軸を中心に噛み合いながら回転することを第４の手段とする。

回転中に歯の噛み合い部と突起で分けられたハウジング内の２個の空間が気密であることを第５の手段とする。

この装置の気密性を高める為に、切り欠きを持つ歯車様形状部品の軸に負荷をかけ、突起を持つ歯車様形状部品の軸を動力軸とすること及び歯車様形状部品とハウジングは熱膨張率が同等の材料を用いること、さらに、局所的熱変形を吸収するシールリングを歯車様形状部品の側面に取り付けることを第６の手段とする。

第２の課題を解決するために、歯車様部品は、噛み合わせて回転する際、歯先と谷底が密着し滑らかに摺動すべく断面が円の形状をしていることを第７の手段とする。

第１４の手段で述べた形状により歯先及び谷底に付着した気体及び潤滑液体を装置外に出す孔をハウジングに備えていることを第８の手段とする。

上記第８の手段の孔よりハウジング外に押し出された気体及び潤滑液体は２つの歯車様形状部品の軸を支えるベアリング部を覆う気密カバーを貫通する孔よりハウジング内に入り、ベアリングを通過後歯車様形状部品の両側面に配される、歯までは達しない溝を伝わり側面を潤滑すること、また、第３の手段で述べた一部の質量をとりのぞいた空間は潤滑油溜めとして用いられること、側面の歯の近傍に達した潤滑油は第７の手段による圧力によりハウジングとのわずかな隙間を通り歯先に押し出されることを第９の手段とする。

上記第３の課題を解決するための手段を以下に記す。
歯車様形状部品の回転の際の「噛み合い後の気密空間」部のハウジング側板に吸気孔、圧縮混合気孔を配し、「噛み合い前の気密空間」部のハウジング側板に排気孔、圧縮気体出口孔を配し、噛み合い部のハウジング側板には第６の特徴で述べた潤滑油出口孔を配し、吸気孔には吸気弁を接続し、圧縮混合気孔には隔離弁、点火プラグ、圧縮混合気弁を接続し、排気孔には排気弁を接続し、圧縮気体出口孔には逆止機構付き圧力レギュレータを接続してあることを第１０の手段とする。

２つの歯車様形状部品のいずれかの軸に固定された「歯車あるいはプーリ」に噛み合い回転数を半分にされたもう一つの「歯車あるいはプーリ」の側面に隆起した又は隆起後折り返された円弧状突起を配し、この突起が第１０の手段で述べた弁又は弁に接続された「てこ」あるいはスイッチを押す制御部品構造とし、これにより弁を開閉し、スイッチにより点火プラグを点火し、円弧位置を変えることにより動作タイミングを変更できることを第１１の手段とする。

第１１の手段の制御部品により、歯車様形状部品の一回転目には「圧縮混合ガスの吸気に続く爆発」と「空気又は燃料ガスと空気の混合気体の圧縮」をそれぞれ行い、二回転目には２つの気密室で「空気の又は燃料ガスと空気の混合気体の吸気」と「燃焼ガスの排気」をそれぞれ行う弁の開閉を行い、これを繰り返すことを第１２の手段とする。

第１２の手段で述べた「圧縮混合ガスの吸気に続く爆発」の機構は１回転目に作られた圧縮気体を一旦タンクに収め、２回転目の開始後、噛み合い後の気密空間に接続された点火プラグを備えた前室とタンクとの間の圧縮混合気弁を開き前室に定量吐出しておき、２回転目の終了までに圧縮混合気弁を閉じ、突起が噛み合い部を通過後次の１回転目の初期に前室と噛み合い後の気密空間との間の隔離弁を開き、一定時間後に点火プラグを点火することにより爆発させるもので、隔離弁は１回転目の終了時点までに閉じること、及び前室の容量を変化させることでアクセル機構を実現することを第１３の手段とし、圧縮気体を一旦収めるタンクは前室と比べ十分大きな容量とする。

燃料は第１３の手段のタンクに接続してある液化気体燃料タンクから水素、ＬＰＧ，ＬＮＧ，ブタン等を供給する。ガソリン、アルコール等の液体燃料の場合は気化後、吸気口より空気と共に供給することを第１４の手段とし、

第４の課題を解決するために、コンプレッサーとして使用する場合は、噛み合い後の空間に吸気孔を、噛み合い前の気密空間に圧縮気体出口孔、逆止機構付き圧力レギュレータを接続してあることを第１５の手段とし、

第５の課題を解決するために、ポンプとして使用する場合は、噛み合い後の空間に吸気孔を、噛み合い前の空間に排気孔を接続してあることを第１６の手段とする。

発明の効果

本発明は次のような効果を奏する。
請求項１に記載されている発明は動力装置として利用する場合は、ピストンに相当する突起が円運動を行う為、爆発エネルギーをクランク機構を用いずに直接回転エネルギーに変換できることから、従来のクランク機構を採用するエンジンに比較し最大２倍の回転エネルギーを出力することができる。また、素早く上下する弁を用いずに２個の気密室を実現する効果を有している為、一回転目では第一室で圧縮混合ガスの供給に続く爆発をしながら第二室で圧縮を行い、二回転目では第一室で吸気しながら第二室で排気を行うことを繰り返す事により動力装置を実現できる。さらに潤滑材が燃焼室である第一室に入る量が最小であることから２サイクルエンジンのように潤滑材が燃えた後の白煙発生は少ない。

また、気体圧縮装置として利用する場合は吸気口から連続的に気体を取入れながら同時に圧縮する装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。

ポンプとして利用する場合は吸気口から連続的に気体を取入れながら同時に排気する装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。このように従来の２倍の効率の装置を実現できることから、使用燃料、使用エネルギーと環境負荷を１／２にすることができる。

発明を実施するための最良形態

本発明に係る歯車様形状部品と雪達磨状断面空間を持つハウジングとの間の空間を気密を保ち２分割する気密構造ギヤーボックス状装置は、上記の効果を達成するために、次のように構成される。本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
以下は気密構造ギヤーボックス状装置を実施するための最良形態である。

図１に示す噛み合いながら高速回転する１対の歯車様形状部品１には断面が円の一部の形状をした突起３を配し、歯車様形状部品２にはこの突起３が気密を保ちながら噛み合う切り欠き４を配する。曲線Ａ−Ｂは楕円の一部で、曲線Ｂ−Ｃは円の一部である。

歯の先端及び谷底形状は潤滑材をハウジング５の外に追い出し、空間１７に入れない為に断面は円の一部の形状とする。

図２に示すようにこの２個の歯車様形状部品１，２を気密を保つようハウジング５に入れる。ハウジング５の中では歯の噛み合せ部と突起３により封止された空間１７及び１８が存在し、気密を保つ構造となる。

本装置は歯車様形状部品２の軸に負荷をかけることにより歯と歯の密着性を上げ、気密性を保ちながら作動する。また、歯車様形状部品とハウジングは全く同じ材料を使用することにより熱膨張により気密が破れることを防止する。また、局所的熱変形を吸収するシールリングを歯車様形状部品の側面に取り付ける。

本装置は単体又は複数で使用する。複数使用の場合は歯車様形状部品１の軸同士及び歯車様形状部品２の軸同士を接続させ、噛み合いタイミングをずらす。これにより、いかなる場合もどこかで歯が噛み合うことになる為、突起と切り欠きの磨耗を減少させることが出来る。
以下に気密構造ギヤーボックス状装置を用い動力装置を実施するための最良形態を示す。

図２に示すようにハウジング５の上の歯車様形状部品１，２が噛み合う前後の位置に吸気口６、圧縮混合気入口孔１０、排気口７及び圧縮気体出口孔１４を配す。

ここでは給排気弁の開閉動作を図３、図４、図５、図６、図７を用いて説明する。
タイミング制御の方法は歯車様形状部品１の軸に固定された歯車２１に噛み合い、回転数を半分にされた歯車２２の側面に弁を閉じる為の円弧状突起２３及び弁を開く為の円弧状突起２４を配し、この突起が吸排気弁スイング２５に接続された弁閉てこ２６及び弁開てこ２７、点火プラグ１３を点火するためのスイッチ２８を押す構造とし、これにより、８，９，１１，１２、１３を作動させることにより、歯車様形状部品１，２の一回転目では空間１７では圧縮混合ガスの吸気後の爆発と空間１８での圧縮を同時に行い、２回転目では空間１７では吸気を空間１８では排気を同時に行い、以降この動作を繰り返す。円弧位置を変えることにより動作タイミングを変更できる。

図３に給気弁８及び排気弁９の構造を示す。この弁はバタフライ弁でも良い。左に動かすと弁は閉じる。図４はハウジング側板１６の外に設置する吸排気弁スイング２５を示す。吸排気弁スイング２５はベアリング３３により自由に左右に動かすことが出来る。吸排気弁スイング２５には図５に示すように８，９，１１が接続される為、一斉に開閉動作を行う。左右に動かす為の吸排気弁スイング開閉ベアリング３２がアームの途中に設置されている。

図６（ａ）に示すように部品１の軸に固定されたタイミング歯車１（２１）はタイミング歯車２（２２）に噛み合い、タイミング歯車２の歯数はタイミング歯車１の２倍である。２２には２３、２４がマウントされ、２３、２４の断面は図６（ｂ）、図６（ｃ）に示す。

図７（ａ）に示すのは弁閉てこ２６の動きで、２３が回転してやって来ると３２を左に押す。図７（ｂ）に２６の側面図を示す。一方、図７（ｃ）に示すのは弁開てこ２７で、２４が回転してやって来ると３２を右に押す。図７（ｄ）に２７の側面図を示す。この機構により、吸排気弁スイング開閉ベアリング３２は左右に動かされ、給排気弁は強制的に開閉される。隔離弁を開閉する場合も上記と同じ機構を用い、隔離弁開閉ベアリング３４を左右に動かす事により隔離弁を開閉する。

図８に示すように「圧縮混合ガスの吸気に続く爆発」の機構は１回転目に作られた圧縮気体を一旦タンク１９に収め、２回転目で給排気動作をを行っている間に１１を開くことにより前室２９に定量吐出しておき２回転目の最後に１１を閉じる。次の１回転目の初期に隔離弁１２を開き、混合気が１０を経由して１７に充満した一定時間後に２８によりスイッチを押すことにより点火プラグを点火する。隔離弁１２は１回転目の終了時点までに閉じる。前室の容量を変化させるネジ加工されたプラグ４０を配することでアクセル機構を実現する。隔離弁１２の開閉は給排気弁と同様歯車２２にマウントされた３８，３９により行う。

図９に示すように圧縮気体出口孔１４より出た圧縮気体は一旦タンク１９に蓄えられ前室２９を経由して圧縮混合気入口孔１０より空間１７に供給される。液化気体燃料はタンク１９に接続してあるＬＰＧ液化気体燃料タンク２０から供給する。混合気割合は圧力レギュレータ１５及び液化気体燃料レギュレータ３０の調整により行う。

コンプレッサーとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置に噛み合い後の空間１７に吸気孔を、噛み合い前の気密空間１８に圧縮気体出口孔、圧力レギュレータを接続する。この際、制御部品は不要である。外部動力装置により歯車様形状部品１の軸を回転させる。出力圧力は圧力レギュレータにより制御する。高圧を出力したい場合は圧縮気体出口孔は噛み合い部に近い位置に配する。

ポンプとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置の噛み合い後の空間１７に吸気孔を、噛み合い前の空間１８に排気孔を接続し、歯車様形状部品１の軸を外部動力装置により回転させる。この際、制御部品は不要である。

モータとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置の噛み合い後の空間１７に吸気孔を、噛み合い前の空間１８に排気孔を接続し、吸気孔より、液体、気体を流入させる。この際、制御部品は不要である。

本発明は動力発生装置、気体圧縮装置、ポンプ等に利用される。

本発明の実施形態に係る歯車様形状部品を表す。本発明の実施形態に係る歯車様形状部品がハウジングに収められた状態及びハウジングへの各種孔の取り付け位置を表す。本発明の実施形態に係る給排気弁の構造を表す。本発明の実施形態に係る給排気弁スイングの構造を表す。本発明の実施形態に係る給排気弁スイングへの弁の取付け状態を表す。本発明の実施形態に係るタイミング歯車を表す。本発明の実施形態に係る弁開閉てこの動きを表す。本発明の実施形態に係る圧縮気体のハウジングへの供給方法を表す。本発明の実施形態に係る燃料供給方法を表す。

符号の説明

１突起を有する歯車様形状部品
２切り欠きを有する歯車様形状部品
３突起
４切り欠き
５ハウジング
６吸気口
７排気口
８吸気弁
９排気弁
１０圧縮混合気入口孔
１１圧縮混合気弁
１２隔離弁
１３点火プラグ
１４圧縮気体出口孔
１５逆止弁付き圧力レギュレータ
１６ハウジング側板
１７噛合後空間
１８噛合前空間
１９圧縮気体タンク
２０気体燃料タンク
２１タイミング歯車１
２２タイミング歯車２
２３弁を閉じる為の円弧状突起
２４弁を開く為の折り返し付き円弧状突起
２５吸排気弁スイング
２６弁閉てこ
２７弁開てこ
２８スイッチ
２９前室
３０液化気体燃料レギュレータ
３１潤滑材出口孔
３２吸排気弁スイング開閉ベアリング
３３吸排気弁スイングベアリング
３４隔離弁開閉ベアリング
３５シールリング
３６質量バランス孔
３７潤滑油溝
３８隔離弁を閉じる為の円弧状突起
３９隔離弁を開く為の折り返し付き円弧状突起
４０前室容量プラグ

Claims

歯車様形状をした任意個の部品が噛み合った状態で半径方向に突き出た突起と、この突起に密着し噛み合いながら滑らかに摺動する切り欠きを任意個配し、回転中に歯の噛み合い部と突起間の空間がハウジング内で気密であることを特徴とし、利用目的に応じてハウジングに孔及び弁等を備えた気密構造ギヤーボックス状装置
噛み合わせて回転する際、歯先と谷底が密着し滑らかに摺動する断面が円の一部の形状をしていることにより噛み合い部が気密空間となる気密構造ギヤーボックス状装置用歯車様部品
請求項１の気密構造ギヤーボックス状装置を気体圧縮装置、ポンプ、モータとして利用する場合は弁制御機構は不要であるが、内燃機関として使用する場合の各種弁の制御を機械的に行う場合は、請求項１のいづれかの歯車様形状部品の軸に固定された「歯車あるいはプーリ」に噛み合い、回転数を半分にされたもう一つの「歯車あるいはプーリ」の側面に隆起した又は隆起後折り返された円弧状突起を配し、この突起が弁又は弁に接続された「てこ」あるいはスイッチを押す構造とし、この機構により弁を直接あるいは間接的に開閉し、スイッチにより点火プラグを点火し、円弧位置を変えることにより動作タイミングを変更でき、又、制御を電気的に行う場合は、「てこ」を使用せずセンサーとソレノイド等により行うことを特徴とした気密構造ギヤーボックス状装置用弁制御機構