JP2008249033A

JP2008249033A - 往復運動を回転運動に変換する装置

Info

Publication number: JP2008249033A
Application number: JP2007091812A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yasukagawa; 誠安カ川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】比較的構造が簡単で、長期間の使用に耐えうる高性能の、振動運動を回転運動に変換し得る装置を提供する。
【解決手段】コマ１の回転軸１aを回転可能に支持する内部シンバル２と、回転軸１aを該回転軸を含む面内で回転させ得るように内部シンバル２を支持する外部シンバル４と、外部シンバル４に取り付けられていて内部シンバル２を回転させるため主軸が内部シンバル２の回転軸２aに連結された駆動モーター８と、外部シンバル４を回動可能に支持する支持軸９とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、運動態様変換装置、特に往復運動を回転運動に変換する装置に関する。

往復運動を回転運動に変換する装置としては、クランク機構が古くから知られている。
また、最近では、回転軸線に対して傾斜した傾斜軸線に沿って設けられた傾斜軸部とこの傾斜軸部の両端に接続された接続軸部とにより構成されるＺ型軸部を有し、前記回転軸の軸線回りに回転可能な回転軸と、前記傾斜軸部に回転自在に装着されると共に前記回転軸の軸線回りに回転不能な傾斜部材と、この傾斜部材に支持され且つ前記回転軸線に垂直な方向から見て８字運動であり前記回転軸線方向から見て小円運動である回転みそすり運動を行なう複数の傾斜側連結部材と、前記回転軸の軸線方向に往復移動する複数の往復運動部材の各一端部が接続され他端部に前記傾斜側連結部材を挟持する挟持部材を支持する複数の往復移動部材連結部材とを備えた装置（特許文献１）や、往復運動体上に一方向に回転自在に配置された重心が回転中心と異なる第１の回転体と、この回転体上に前記回転中心を回転中心として回転自在に取り付けられて重心が回転中心と異なる第２の回転体と、第１の回転体と第２の回転体とを連結したばね部材とを備え、往復運動体が往復運動すると、第１の回転体と第２の回転体が、重心と回転中心とが異なることにより発生する回転力がばね部材を介して相互に作用して、一体となって一方向へ回転するように構成された装置（特許文献２）が提案されている。
特開平１１−３４３９２３号公報特開２００４−１１６７４６号公報

ところで、クランク機構は各種の内燃機関等に用いられて古くから実用化されているが、装置が比較的大型となり重量も重くなることから、用途が制限されるといいう問題点がある。これに対して、特許文献１及び２に提案されているものは、比較的小型軽量に構成され得るが、特に特許文献１に提案されている装置は構成が複雑で製作コストが嵩む上に高速運転には適さない。これに対して、特許文献２に提案されている装置は構成が簡単で実用化に適するが、回転中心と構成部材の重心が異なるため回転軸受等に無理が掛かり耐久性に問題がある。

本発明は、このような従来装置の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、比較的構造が簡単で、小型軽量に構成することができ、長期間の使用に耐えうる高性能の、振動運動を回転運動に変換し得る装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明による装置は、コマの回転軸を回転可能に支持する内部シンバルと、前記回転軸を該回転軸を含む面内で回転させ得るように前記内部シンバルを支持する外部シンバルと、前記外部シンバルに取り付けられていて前記内部シンバルを回転させるため主軸が前記内部シンバルに連結された駆動モーターと、前記外部シンバルを回動可能に支持する支持軸とを備え、前記駆動モーターにより前記コマを回転させながら前記支持体を往復回動させることにより、前記コマの回転を加速させて、その回転エネルギーを取り出すことができるように構成されている。

本発明によれば、好ましくは、前記コマがその回転軸に沿って延びた円筒状をなしている。

本発明によれば、上記装置は、好ましくは、前記駆動モーターの回転数を前記支持体の往復回動周期に合わせるべく調整し得るように構成されている。

また、本発明によれば、前記装置は、好ましくは、前記駆動モーターの主軸又は前記内部シンバルの回転軸に主軸が連結された発電機を含んでいる。

本発明のよれば、往復回動（振動）エネルギーを回転エネルギーに効率よく変換し得る実用に適する装置を、比較的廉価に提供することができる。また、本発明によれば、長期間の使用に耐え得るこの種装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図示した実施例に基づき説明する。図１は本発明の一実施例の斜視図である。図中、１は回転軸１aを有する周知のコマ、２はコマ１を取り巻くように構成されていて上下頂部位置に回転軸１aを回転可能に軸受けする軸受３,３を取り付けた内部シンバルである。実施例では、この内部シンバル２は、直交する二つのリングを一体に連結して構成されているが、このリングは一個でも良いし、三個以上で構成されてもよい。４は内部シンバル２を取り囲むように形成されていて内部シンバル２を回転可能に軸受けする軸受５,５を取り付けた外部シンバル、６は外部シンバル４の内側に内部シンバル２を取り囲むように取り付けられていてコマ１の回転軸１aに取り付けられたピニオン７と噛合するラック６aを有するラックリング、８は外部シンバル４に取り付けられていて軸受５に軸受けされた回転軸２aに主軸が連結された駆動モーター、９は駆動モーター８と対向して外部シンバル４に取り付けられていて軸受５に軸受けされた回転軸２aに回転子軸が連結された発電機、１０は外部シンバル４に固着されていて支持台１１上に軸受１２を介して回転可能に支持された支持軸、１３は支持軸１０に固着されたピニオン、１４は往復振動装置１５に取り付けられていてピニオン１３に噛合するラック部１４aを有する駆動竿である。

なお、支持軸１０はコマ１の回転軸１aを含む面内に配置されており、また、往復振動装置１５は、各種の振動体又は震動体とコイルスプリング等の弾機部材とを組合わせて構成され、振動体又は震動体の振動又は震動を連結竿１４の往復運動として取り出し得るように構成されている。

本発明装置は、上記の通り構成されているから、駆動モーター８を駆動させて、例えば内部シンバル２の回転軸２aを時計方向（矢印方向）へ回転させれば、コマ１の回転軸１aは反時計方向に自転しながら時計方向へ公転する。従って、コマ１は駆動モーター８の回転数及びラック６aとピニオン７との歯数比によって決定される回転数で回転しながら、その回転軸１aはラックリング６に沿って旋回する。この旋回状態において、往復振動装置１５,連結竿１４及びピニオン１３を介して支持軸１０に往復回動運動を与えれば、外部シンバル４は支持軸１０の軸線の周りに往復動し、その結果、コマの運動に関するいわゆる「左手の法側」に基づき、コマ１を反時計方向へ回転させるトルクが生じ、その結果、内部シンバル２は増速し、この増速分は発電機９による発電量の増大分として取り出すことができる。

この説明で明かなように、駆動モーター８は内部シンバル２を回転させるためにのみ用いる駆動専用のモーターとして説明したが、駆動モーター兼発電機として構成して発電機９を省略しても良い。

ここで、上記「左手の法則」に基づくトルクの発生について、図２を用いて簡単に説明する。コマ１の反時計方向への回転中、支持軸１０が反時計方向へ回転せしめられた場合、コマ１の回転軸１aが支持軸１０と整合するラックリング６の下側頂点位置から上側頂点位置までの範囲を旋回している時には、コマの回転ベクトルと支持軸１０即ち外部シンバル４の回転ベクトルと上記トルクの回転ベクトルとの関係は、図２（a）に示すようになる。これに対して、支持軸１０が時計方向へ回転せしめられた場合、コマ１の回転軸１aが支持軸１０と整合するラックリング６の上側頂点位置から下側頂点位置までの範囲を旋回している時には、コマの回転ベクトルと支持軸１０即ち外部シンバル４の回転ベクトルと上記トルクの回転ベクトルとの関係は、図２（b）に示すようになる。従って、支持軸１０の往復回転周期即ち振動数と駆動モーター８の回転数即ち内部シンバル２の回転数とが一致すれば、上記トルクの回転ベクトル方向は一致し、内部シンバル２は増速した回転を持続する結果となる。

図３は本発明の他の実施例の概略説明図である。図中、上述の実施例と実質上同一の部材には同一符号を用いそれらについての説明は省略する。この実施例は、コマ１の形状が回転軸１aに沿って細長い円筒状をなしている点で、既述の実施例とは異なる。

本実施例の作用は、基本的には上述の実施例と同様であるが、駆動竿１４の往復振動数が比較的低くてもコマ１の増速回転運動を得ることができるのみならず、装置をより小型に構成できるという利点がある。即ち、コマ１の回転運動において、角運動量は角速度（駆動モーター８の回転速度）と慣性モーメントとの積であり、慣性モーメントは質量と内部シンバル２の回転軸２aからの距離の二乗との積により決定されるから、本実施例におけるようにコマ１が回転軸１aに沿って細長い円筒状であると、角速度が小さくても角運動量は大きくなる。従って、駆動モーター８の回転速度が比較的小さく、これに応じて駆動竿１４の往復振動数が比較的低くても、容易にコマ１の増速回転運動が得られる結果となる。

図４は本発明装置を列車や自動車等に取り付けて発電機能を有するショックアブソーバーとして利用した場合の概略説明図である。図中、１６は車台、１７は車台１６に植設された少なくとも一対の支柱１８，１８に滑動可能に嵌装された車体、１９，１９は車台１６と車体１７間において支柱１８，１８にそれぞれ緩く巻装されたコイルスプリングである。本発明装置は、支持軸１０が車台１６上に回動自在に横架され、駆動竿１４が車体１７に取り付けられた状態で搭載されている。従って、走行時の車体１６の震動及び/又は振動に対し、本発明装置がコイルスプリング１８，１８と共に車体１７のショックアブソーバーとして役立つと共に、車内電装系の電源としても利用することができる。

図５は本発明装置を船体に取り付けて船床部分のショックアブソーバー兼発電手段として利用する例の概略説明図である。図中、図４において説明したのと実質上同一の部材には同一符号が付されている。２１は船床の下に設けられた慣性体で、船体２０の振動及び/又は震動の船床への伝達を緩和すると共に船内の電装系の電源として利用することができるようにしたものである。

以上の説明で明らかなように、本発明装置は、大小各種の大きさに構成することができるので、飛行機や船舶のような大型の輸送手段の場合でも必要に応じ複数台設置すれば、十分に実用的効果を発揮することができる。

また、本発明装置は、図示しない周知の制御手段を用いて駆動モーターの回転数を適宜調整することにより、従来省みられなかった各種の機械的な振動エネルギーを効率よく回転エネルギーとして取り出すことができ、民生用又は家庭用の各種機器の駆動源装置として有効に利用することができる。

本発明は、上記実施例に限定されるもではなく、構成上の各種の変形および修正が可能であり、それらは総べて本発明の範囲に属する。

本発明に係る装置の一実施例の基本構成を示す斜視図である。本発明装置の回転エネルギー取り出しの原理を説明するためのベクトル図である。本発明の他の実施例の概略説明図である。本発明装置を列車や自動車等に取り付けて発電機能を有するショックアブソーバーとして利用した場合の概略説明図である。本発明装置を船体に取り付けて船床部分のショックアブソーバー兼発電手段として利用する例の概略説明図である。

符号の説明

１コマ
１a コマの回転軸
２内部シンバル
２a 内部シンバルの回転軸
３、５、１２回転軸受
４外部シンバル
６ラックリング
６a ラック
７、１３ピニオン
８駆動モーター
９発電機
１０支持軸
１１支持台
１４駆動竿
１４a ラック部
１５往復振動装置
１６車台
１７車体
１８支柱
１９コイルスプリング
２０船体
２１慣性体

Claims

コマの回転軸を回転可能に支持する内部シンバルと、前記回転軸を該回転軸を含む面内で回転させ得るように前記内部シンバルを支持する外部シンバルと、前記外部シンバルに取り付けられていて前記内部シンバルを回転させるため主軸が前記内部シンバルの回転軸に連結された駆動モーターと、前記外部シンバルを回動可能に支持する支持軸とを備え、前記駆動モーターにより前記コマを回転させながら前記支持体を往復回動させることにより、前記コマの回転を加速させて、その回転エネルギーを取り出すことができるようにした装置。
前記コマがその回転軸に沿って延びた円筒状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
前記駆動モーターの回転数を前記支持体の往復回動周期に合わせるべく調整し得るようにした請求項１又は２に記載の装置。
前記駆動モーターの主軸又は前記内部シンバルの回転軸に主軸が連結された発電機を含んでいる請求項１乃至３の何れかに記載の装置。