JP2012508348A - 空気圧を利用したシリンダ駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、各種エネルギー枯渇問題、経済的な困難、環境公害問題など、これ以上放置することができない至急に解決すべき全人類の生存権につながる地球全体の切実な問題を解決するためのものである。また、地球温暖化にもつながる化石燃料に対する依存を大きく解消するためのものである。従って本発明は、エネルギー効率を最大化した装置として、化石エネルギーの使用節減および清浄エネルギーであるという特徴を有する、空気圧を利用したシリンダ駆動装置により上記の問題を解決することができる。より詳細には、クランク軸に締結された複数の伸縮チューブが高圧の空気で充填された後、膨張エネルギーにより順番に膨張して昇降運動することでクランク軸を動作させて回転運動が得られるようにし、このような構造において、摩擦を最小化し、昇降運動において阻害要因となる自重による重力を相殺することができる装置を備えており、圧縮空気の膨張エネルギーを回転運動に変換させる効率を最大にした、空気圧を利用したシリンダ駆動装置に関する。このような本発明は、本発明の出願人の韓国特許登録第００４１７９１号及び第０２１０３６８号を積極的に補完及び改良したもので、創造的な構造として補助チューブを取り付けることで、新しいエネルギー源として利用することができる。従来は、様々な化石燃料から動力源を得ていたが、本発明により、高油価によるエネルギーの問題を解決することで、安定的な生活および経済の発展を図ることが可能であり、世界の人々に親環境的な新しいエネルギー源を提供し、従来の種々の動力源を代替する資源として利用することができる効果がある。本発明によれば、ケースの内部に設置され、高圧の空気により伸縮運動を行う複数の伸縮チューブと；前記各々の伸縮チューブに固定され、ケースの上部を貫通して設置された連結棒と；前記連結棒に順次に締結され、連結棒の昇降運動により回転するクランク軸と；前記伸縮チューブにエアラインを介して高圧の空気を供給する高圧タンク（６）；を含むシリンダ駆動装置において、前記伸縮チューブの内部に上下空間が区画され、上下空間の空気の流れを開閉するバルブが設置され；前記バルブは、伸縮チューブが高圧の空気で充填された状態では上下空間を遮断するように閉鎖され、伸縮チューブが上死点まで上昇すると開放される構造を有し；内部に引張スプリングが設置され、圧縮された状態を保持しようとするスプリング力が作用する補助チューブが前記バルブに連結され、バルブが開かれたときに伸縮チューブの圧縮空気が補助チューブに移動する構造を有することを特徴とする空気圧を利用したシリンダ駆動装置を提供する。

Description

本発明は、空気圧を利用したシリンダ駆動装置に関し、クランク軸に締結された複数の伸縮チューブが高圧の空気で充填された後、膨張エネルギーにより交互に膨張して昇降運動することでクランク軸を動作させて回転運動が得られるようにし、このような本発明の構造において、摩擦を最小化し、昇降運動において阻害要因となる自重による重力を相殺することができる装置を備えており、圧縮空気の膨張エネルギーが回転運動に転換される効率を最大にした、空気圧を利用したシリンダ駆動装置に関する。

韓国特許登録第００４１７９１号、１９９１．０５．１５ 韓国特許登録第０２１０３６８号、１９９９．０４．２６

現在の原動機は、石油、石炭、ガスなどの化石エネルギーを利用するものであって、その爆発力によるピストンの往復運動をクランクを介して回転運動に変換させる構造である。

しかし、化石エネルギー源は、その埋蔵量が有限で減りつつあるのが現状である。また、その使用による深刻な環境汚染を招いている。

従って、本発明は、化石エネルギーの使用を革命的に代替し、使用量を大きく減らすことができ、さらに、エネルギーの転換効率を最大化した高圧の空気を利用したシリンダ駆動装置を提供することにその目的がある。特に、本発明の出願人の先登録特許発明である前記引用文献１と２の構造を改良することで、空気の膨張エネルギーを一層効率的に運用することができるようにし、また、構造的には、摩擦によるエネルギーの損失を最小化して駆動エネルギーへの転換効率を飛躍的に増大させることで、代替エネルギー源としての価値を有する構造を提供することにその目的がある。

本発明は、上記の目的を達成するために、圧縮空気により膨張と収縮を繰り返す伸縮チューブが、前記伸縮チューブに連結されて圧力を補充して昇降を補助する補助チューブを備えている、空気圧を利用したシリンダ駆動装置を提供する。このような本発明は、本発明の出願人の韓国特許登録第００４１７９１号及び第０２１０３６８号を積極的に補完及び改良したもので、創造的な構造として補助チューブを取り付けることで、新しいエネルギー源として利用することができる構造を有する。

本発明によれば、複数の伸縮チューブに固定された各々の連結棒がクランク軸に連結され、円滑な回転運動が可能な構造を有し、高圧の空気で圧縮された伸縮チューブがその他の伸縮チューブの下降力と補助チューブの圧縮力による空気圧の注入により膨脹しながら上昇する過程を繰り返すことで、複数の伸縮チューブから発生する空気の膨張エネルギーが相互作用によりクランク軸を回転させる力として働き、その転換効率を最大化することができる効果を有する。

上記のようなエネルギー効率の増大は、有限である化石エネルギーの使用を画期的に節減することができ、自然環境の保護および圧縮空気エネルギーの積極的な利用を通して清淨エネルギーとして利用することができ、エネルギー分野における大きな変化をもたらす効果がある。また、代替エネルギー源及び交替エネルギー源としての価値も大きいと言える。

従来は、様々な化石燃料から動力源を得ていたが、本発明により、高油価によるエネルギーの問題を解決することで、安定的な生活および経済の発展を図ることが可能であり、世界の人々に環境に優しい新しいエネルギー源を提供し、従来の動力源を代替する資源として利用することができる効果がある。

本発明の全体の外観斜視図である。 ケースの内部に設置された構造の斜視図である。 １つのケースの内部に設置された構造の縦断面図である。 １つのケースの内部に設置された構造の縦断面図である。 伸縮チューブの解除装置及び高さ固定装置の構造図である。 解除装置の詳細図である。 バルブの詳細断面図である。 制限装置の構造図である。

本発明による空気圧を利用したシリンダ駆動装置は、ケース１の内部に設置され、高圧の空気により伸縮運動を行う複数の伸縮チューブ２と；前記各々の伸縮チューブ２に固定され、ケース１の上部を貫通して設置された連結棒３と；前記連結棒３に順次に締結され、連結棒３の昇降運動により回転するクランク軸４と；前記伸縮チューブ２にエアライン５を介して高圧の空気を供給する高圧タンク６と；を含んで構成されるシリンダ駆動装置を改良および改善したものである。

すなわち、本発明は、圧縮空気の膨張エネルギーをより効率的に使用できるようにしたもので、図２〜図４に示される伸縮チューブ２と補助チューブ７の構造にその大きな特徴がある。

従って本発明は、図３に示すように、伸縮チューブ２において、その内部に上下空間が区画され、上下空間の空気の流れを開閉するバルブ８が設置され；前記バルブ８は、伸縮チューブ２が高圧の空気で充填された状態では上下空間を遮断するように閉鎖され、伸縮チューブ２が上死点まで上昇すると開放される構造を有し；内部に引張スプリング９ａが設置され、圧縮された状態を保持しようとするスプリング力が作用する補助チューブ７が前記バルブ８に連結され、バルブ８が開放されたときに伸縮チューブ２の圧縮空気が補助チューブ７に移動する構造を有することを特徴とする。

また、上記のような構造を有するバルブ８は、図５および図７に示されるように、伸縮チューブ２の上下部空間を区画し、複数の通孔１０ａを有する仕切り板１１と；前記仕切り板１１に密着して設けられ、前記通孔１０ａと対応する複数の通孔１０ｂを有する移動板１２と；で構成されており、前記移動板１２の移動により通孔１０ａと通孔１０ｂが貫通したり閉鎖する構造により伸縮チューブ２の上下空間が開閉されることを特徴とする。

ここで、前記バルブ８は、図５に示されるように、仕切り板１１が上下空間を区画し、通孔１０ａおよび通孔１０ｂが形成されるものは、２つの管体で構成することもできる。すなわち、直径の小さい管体が、直径の大きな管体の内部に挿入されて移動する構造として、小さな管体が移動板１２の役割をする。

また、図３に示されるように、前記ケース１の内部に位置する連結棒３にバルブスライド１３が挿入されて、伸縮チューブ２の昇降によって昇降し；前記バルブスライド１３とバルブ８の移動板１２にピンで締結されて、伸縮チューブ２の昇降によってバルブ８を開閉するリンク機構１４ａが設置されている。

さらに、図３に示すように、前記ケース１の内部に位置する連結棒３に挿入されたバルブスライド１３の下部に補助チューブスライド１５が挿入されて、伸縮チューブ２の昇降によって昇降し；前記補助チューブスライド１５と補助チューブ７にピンで締結されて、伸縮チューブ２の昇降によって補助チューブ７を伸縮させるリンク機構１４ｂが設置されている。

ここで、バルブスライド１３と補助チューブスライド１５との間には圧縮スプリング１６ａが設置され、補助チューブスライド１５と伸縮チューブ２の上端との間には圧縮スプリング１６ｂが設置される。前記圧縮スプリング１６ａは、圧縮スプリング１６ｂよりスプリング定数が小さいことが好ましい。これにより、リンク機構１４ａがリンク機構１４ｂより先に作動するようになる。

また、図２〜図４に示すように、伸縮チューブ２が上昇するとき、その自重による重力の影響を最小化するための昇降補助装置１７が具備される。昇降補助装置１７は、ケース１に垂直に固定された取付け棒１８と、前記取付け棒１８に回転可能に固定設置されているピニオンギア１９と、前記ピニオンギア１９に噛合され、伸縮チューブ２に固定設置されているラックギア２０ａと、前記ラックギア２０ａとピニオンギア１９を中心に対称に設置されているラックギア２０ｂと、前記ラックギア２０ａの上端とラックギア２０ｂの上端を連結する引張スプリング９ｂとで構成される。

これにより、伸縮チューブ２の自重によって下がろうとする力は、ラックギア２０ａとピニオンギア１９によりラックギア２０ｂを上部に移動させる作用をするようになり、安定した位置、つまり、上下方向の力がバランスした状態を保持する。

そして、伸縮チューブ２が完全に膨張した状態にならないように、上下の一定の高さを保持し、空気の膨張エネルギーを瞬間的に解除して伸縮チューブ２が瞬間的に跳ね上がるように挙動することができるようにし、これを繰り返すようにする解除装置２１が具備されている。前記解除装置２１は、図５および図６に示されるように、伸縮チューブ２の上部に上端部が固定されて垂直方向に長く設置され、下部に締結溝２２が形成された固定棒２３と；伸縮チューブ２の下部に固定設置され、前記固定棒２３が挿入される管体であり、締結溝２２に挿入される係止片２４を有しており、固定棒２３が上部に移動しないように固定し、下部に移動するときだけ締結が解除されるようにした固定管２５と；ケース１の下部底に突出して形成され、固定棒２３が係止片２４に締結されていて共に下部に移動したとき、係止片２４に接触し、押して回動させて締結溝２２から離脱するようにする解除突起２６と；から構成される。

そして、伸縮チューブ２が完全に押着された状態ではなく、さらに押着することができる状態で伸縮チューブ２の高さを固定し、以降、押着された状態でも空気の膨張エネルギーを有するようにする高さ固定装置２７が具備される。

前記高さ固定装置２７は、図５に示すように、伸縮チューブ２の上部にピンで固定されて回動する作動棒２８と、伸縮チューブ２の下部に設置された突部２９と、前記作動棒２８と突部２９にピンで回動可能に軸止され、作動棒２８により回動して伸縮チューブ２をこれ以上拡張されないように固定するリンク機構１４ｃを含む。前記リンク機構１４ｃと突部２９との間には、圧縮スプリング１６ｃが設置されており、リンク機構１４ｃが突部２９に締結されるときの衝撃を緩和する役割をする。

また、伸縮チューブ２の最大膨張を防止するために、その最大の高さを所定の状態に固定する制限装置が具備される。前記制限装置は、図８に示すように、締結棒３０が伸縮チューブ２の上部と下部を連結し、これ以上伸長されないようにする構造であればよい。

また、伸縮チューブ２の内部には連結棒３が垂直に設置されており、伸縮チューブ２の圧縮時に底面に接しない程度の長さを有する。そして、伸縮チューブ２の底には、連結棒３の下部が挿入されて昇降をガイドするガイド管３１ａが設置され、前記ガイド管３１ａの下部側面には通気孔３３ａが形成されており、連結棒３がガイド管３１ａで昇降する際に、内部空気の圧力抵抗によるエネルギーの損失を防止する。

また、伸縮チューブ２の下部底面にはガイドバー３２が垂直に設置され、ケース１の内側底には前記ガイドバー３２が挿入されて昇降をガイドするガイド管３１ｂが設置され、前記ガイド管３１ｂの下部軸面には通気孔３３ｂが設けられており、ガイドバー３２の昇降時に空気圧力による抵抗を取り除く役割をする。

上記の構造を有する本発明は、図１に示されるように、複数がクランク軸４に連結されて駆動力を発生させる。各々のケース１には伸縮チューブ２などの構造が設置されており、高圧タンク６から高圧の空気を順次受けてシリンダの作動によって回転力を発生させる。このとき、エネルギーの損失を最小化して高効率の回転力を得ることができる。

図２は、各々のケース１の内部に設置された構造を示す斜視図であり、図３および図４は垂直断面図である。図３は、高圧タンク６から高圧の空気が伸縮チューブ２に充填された状態を示している。所定の高圧が充填されると遮断し、その後は外部の高圧空気が流入しない。勿論これは、所定の行程を構成する間であり、その後、空気圧の低下などが発生する場合は再び高圧の空気を充填する。

高圧の空気が充填された伸縮チューブ２は、隣接する他の伸縮チューブ２の連結棒３の下降によるクランク軸４の回転により上部に移動する。伸縮チューブ２の上昇は、これに固定された補助チューブ７とラックギア２０ａが同時に上昇するようになる。前記ラックギア２０ａの上昇は、ピニオンギア１９を時計方向に回転させ、これにより、ラックギア２０ｂが下降する運動が行われる。

勿論、昇降補助装置１７は、伸縮チューブ２の自重による下降を防止してバランス状態を保持するが、これは、ラックとピニオンによる作用によって行われる。従って、このような作用により、伸縮チューブ２の上昇運動がより柔軟に行われることができる。

また、伸縮チューブ２の上昇する間、連結棒３に挿入されたバルブスライド１３が上昇してケース１の上部下面にぶつかるようになる。この後も、伸縮チューブ２が圧縮スプリングによってさらにある程度上昇することができる。そして、順次に補助チューブスライド１５が上部に移動して、バルブスライド１３の下部で圧縮された圧縮スプリング１６ａと接触し、次いで、圧縮スプリング１６ｂも伸縮チューブ２の上端部と接触して圧縮される。

上記のように、伸縮チューブ２が上昇することは、伸縮チューブ２を固定している連結棒３がクランク軸４により上昇することによって行われる。

伸縮チューブ２の上昇とともにバルブスライド１３の上昇により、これに連結されるリンク機構１４ａが動作し、図７に示すように、リンク機構１４ａの作動で移動板１２が左に移動する。移動板１２の通孔１０ｂと仕切り板１１の通孔１０ａが重なると、伸縮チューブ２の空気は、図３に示すように、補助チューブ７に移動する。

補助チューブ７に移動した空気は、補助チューブ７を伸長させ、また、伸縮チューブ２の上昇によりリンク機構１４ｂの作動で補助チューブ７が伸長するようになるが、前記２つの作用により補助チューブ７は容易に伸長する。

補助チューブ７の内部に設置された引張スプリング９ａは、以降の段階でその役割を果し、これについては後述する。

伸縮チューブ２が上昇する間、連結棒３の下端部は、伸縮チューブ２の底に設置されたガイド管３１ａに挿入された状態で昇降がガイドされており、内部圧力や負圧により連結棒３の昇降ガイドを妨害しないように、通気孔３３ａが形成されている。従って、ガイド管３１ａの内部圧力は常に伸縮チューブ２の内部圧力と同じく、連結棒３の昇降を妨害しない。

勿論、伸縮チューブ２の下部に設置されたガイドバー３２もまた、ケース１の内部下面に設置されたガイド管３１ｂに挿入されて昇降するが、ガイド管３１ｂにも通気孔３３ｂが形成されていて挙動を妨害しない。

また、伸縮チューブ２が上昇する状態では、図８に示すように、締結棒３０によりその高さが常に一定に固定されており、図６に示すように、解除装置２１によりロック状態を保持する。これにより、伸縮チューブ２は、高圧の空気が膨脹しようとするエネルギー状態である。

伸縮チューブ２が上死点まで上昇した後に再び下降し、伸縮チューブ２の下降はラックギア２０ａと一緒に動き、ラックギア２０ａの下降はピニオンギア１９を反時計方向に回転させ、これにより、ラックギア２０ｂは上昇される。この時、引張スプリング９ｂは、引張されながら弾性エネルギーを持つようになり、これは、次の段階で再び伸縮チューブ２が上昇する際にエネルギーとして利用される。

また、伸縮チューブ２の下降は、バルブスライド１３の他、補助チューブスライド１５を自由状態に回復させており、スプリング定数が大きい圧縮スプリング１６ｂにより、リンク機構１４ｂが相対的にスプリング定数が小さい圧縮スプリング１６ａによるリンク機構１４ａより先に動作するようになる。これにより、補助チューブ７が先に動作するようになるが、この時、リンク機構１４ｂとともにその内部に設置された引張スプリング９ａのスプリングにより補助チューブ７は急激に圧縮される。

従って、補助チューブ７の内部にあった圧縮空気は再び伸縮チューブ２に移動し、次いで、圧縮スプリング１６ａの作用によるリンク機構１４ａの動作でバルブ８が閉鎖され、伸縮チューブ２の内部は、初期高圧の状態に戻る。

さらに、伸縮チューブ２が下降して、図６に示すように、係止片２４がケース１の底に突出した解除突起２６により回動されると、固定棒２３が自由状態になる。固定棒２３は、図５に示すように、伸縮チューブ２を圧縮して固定する手段であるので、これの解除は伸縮チューブ２の膨張エネルギーを解放させ、伸縮チューブ２がボールが跳ね上がるようにする役割をする。そして、上記のように、伸縮チューブ２が膨張しても、図８の締結棒３０により所定の高さを保持するようになる。

上記のように、複数の伸縮チューブ２が順次に圧縮空気の膨張エネルギーにより作動して上昇および下降が互いに有機的に作用することで、クランク軸４を回転させて駆動力を得ることができる。

１：ケース
２：伸縮チューブ
３：連結棒
４：クランク軸
５：エアライン
６：高圧タンク
７：補助チューブ
８：バルブ
９ａ、９ｂ：引張スプリング
１０ａ、１０ｂ：通孔
１１：仕切り板
１２：移動板
１３：バルブスライド
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：リンク機構
１５：補助チューブスライド
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ：圧縮スプリング
１７：昇降補助装置
１８：取付け棒
１９：ピニオンギア
２０ａ、２０ｂ：ラックギア
２１：解除装置
２２：締結溝
２３：固定棒
２４：係止片
２５：固定管
２６：解除突起
２７：高さ固定装置
２８：作動棒
２９：突部
３０：締結棒
３１ａ、３１ｂ：ガイド管
３２：ガイドバー
３３ａ、３３ｂ：通気孔

Claims (5)

1. ケース（１）の内部に設置され、高圧の空気により伸縮運動を行う複数の伸縮チューブ（２）と；前記各々の伸縮チューブ（２）に固定され、ケース（１）の上部を貫通して設置された連結棒（３）と；前記連結棒（３）に順次に締結され、連結棒（３）の昇降運動により回転するクランク軸（４）と；前記伸縮チューブ（２）にエアライン（５）を介して高圧の空気を供給する高圧タンク（６）と；を含むシリンダ駆動装置において、
   前記伸縮チューブ（２）の内部に上下空間に区画されるように設けられ、上下空間の空気の流れを開閉するバルブ（８）が設置され；前記バルブ（８）は、伸縮チューブ（２）が高圧の空気で充填された状態では上下空間を遮断するように閉鎖され、伸縮チューブ（２）が上死点まで上昇すると開放される構造を有し；内部に引張スプリング（９ａ）が設置されて、圧縮された状態を保持しようとするスプリング力が作用する補助チューブ（７）が前記バルブ（８）に連結され、バルブ（８）が開放されたときに伸縮チューブ（２）の圧縮空気が補助チューブ（７）に移動する構造を有することを特徴とする空気圧を利用したシリンダ駆動装置。
2. 前記バルブ（８）は、伸縮チューブ（２）の上下部空間を区画し、複数の通孔（１０ａ）が形成されている仕切り板（１１）と；前記仕切り板（１１）に密着して設けられ、前記通孔（１０ａ）と対応する複数の通孔（１０ｂ）が形成されている移動板（１２）と；で構成されており、前記移動板（１２）の移動により通孔（１０ａ）と通孔（１０ｂ）が貫通されたり閉鎖する構造により伸縮チューブ（２）の上下空間が開閉されることを特徴とする、請求項１に記載の空気圧を利用したシリンダ駆動装置。
3. 前記ケース（１）の内部に位置する連結棒（３）にバルブスライド（１３）が挿入されて、伸縮チューブ（２）の昇降によって昇降し；前記バルブスライド（１３）とバルブ（８）の移動板（１２）にピンで締結されて、伸縮チューブ（２）の昇降によってバルブ（８）を開閉するリンク機構（１４ａ）が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空気圧を利用したシリンダ駆動装置。
4. 前記ケース（１）の内部に位置する連結棒（３）に挿入されたバルブスライド（１３）の下部に補助チューブスライド（１５）が挿入されて、伸縮チューブ（２）の昇降によって昇降し；前記補助チューブスライド（１５）と補助チューブ（７）にピンで締結されて、伸縮チューブ（２）の昇降によって補助チューブ（７）を伸縮させるリンク機構（１４ｂ）が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の空気圧を利用したシリンダ駆動装置。
5. 前記伸縮チューブ（２）には解除装置（２１）が設置され；前記解除装置（２１）は、伸縮チューブ（２）の上部に上端部が固定されて垂直方向に長く設置され、下部に締結溝（２２）が形成された固定棒（２３）と；伸縮チューブ（２）の下部に固定設置され、前記固定棒（２３）が挿入される管体であり、締結溝（２２）に挿入される係止片（２４）を有しており、固定棒（２３）が上部に移動しないように固定し、下部に移動するときだけ締結が解除されるようにした固定管（２５）と；ケース（１）の下部底に突出して形成され、固定棒（２３）が係止片（２４）に締結されていて共に下部に移動したとき、係止片（２４）に接触し、押して回動させて締結溝（２２）から離脱するようにする解除突起（２６）と；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の空気圧を利用したシリンダ駆動装置。

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