JP2013194748A - 不規則往復運動を一方向回転運動に変換する機構 - Google Patents

Abstract

【課題】振幅が一定しない往復運動を回転運動に変換する。従来のクランク機構では上死点と下死点があり、往路ストロークと復路のストロークがこの両死点に達する同一ストロークの往復運動でなければ回転運動に変換する事が出来なかった。例えば海面の波の振動か得た不規則な往復運動や、人力による不規則な往復運動等を一方向の回転運動に変換する事が不可能であったが、これを可能にする。
【解決手段】往復運動する往復桿１００の両側に、往路用ラック歯車２１０と復路用ラック歯車２２０を装備し、ピニオン３００を、この両ラック歯車２１０、２２０のいずれか一方のみ排他的に噛合させる。往復桿１００の往路運動の際にはピニオン３００の右側に往路用ラック歯車２１０が噛合し、復路運動している際にはピニオン３００の右側に復路用ラック歯車２２０が噛合する事により、往路運動の時も復路用運動の時にもピニオン３００が同一回転を獲得する。
【選択図】図１

Description

本発明は往復運動を回転運動に変換する機構であり、往復振幅が一定ではなく、往路ストロークと復路のストロークが同一ではない、例えば海面の波の振動や、人力による不規則な往復運動等を回転運動に変換する事を可能にするものである。

往復運動を回転運動に変換する機構としてはクランク機構が一般的である、クランク機構では往路ストロークと復路のストロークが同一である往復運動にしか回転運動に変換する事ができなかった。

つまり、上死点と下死点に到達する規則的な往復運動でなければならす、上下死点に達しない不定振幅の振動や往復運動（以下、不定振幅往復運動と称す）を回転運動に変換する事はクランク機構では出来なかった。
再生可能エネルギーとして自然界に存在する振動エネルギーが注目されているが、この振動は殆ど不規則振幅であり、これを効率的に回転運動に変換する変換機構が求められていてる。

これを実現するため、ピニオンラック機構とワンウエクラッチを組み合わせて不定振幅往復運動を回転運動に変換する事が提案されてるが、ワンウエクラッチで往復運動の一方だけを有効にし、他方は無効にして往復→回転の変換を行うので、これは往復振動エネルギーの半分のエネルギーしか取り出していないので非効率であった。
また、ワンウエクラッチと歯車を組み合わせて往復エネルギーの両方を取り出す事が出来るものも存在するが、複雑な構造であった。

本発明は、ピニオンラック機構により、不定振幅往復運動を回転運動に変換するものであるが、従来の様にワンウェイクラッチクラッチを使わず、簡単な構造で往復エネルギーの全てを一方向回転運動に変換するものである。

ピニオンラック機構を利用するのであるが、従来の様に一個のピニオンと一個のラック歯車を一対一に噛合させるのではなく、１個のピニオンに２個のラック歯車を軸対称に配置して、これを排他的に交互に噛合させて同一回転を得るのである。
２個のラック歯車は往復運動する往復桿に装備され、この両ラック歯車の内側にピニオンを配置する。
往路運動の際には一方のラック歯車がピニオンの片側にだけ噛合し、復路運動の際にはピニオンの反対側の片側にだけ噛合するので、交互に反対方向を続ける往復運動を同一方向の回転運動に変換する事が可能になるのである。

排他的噛合を行う手段は、往復運動に与る往復桿の往復力をこの往復方向に直交する方向の往復力に変換する事により行われるのであるが、プランジャ機構等を使って外部の電磁力等で行ってもよい。

本発明は動作は可逆的なので、回転力をピニオンに付与し、排他的噛合を外部のからプランジャ機構等を使って制御すれば、付与した回転力と排他的噛合の制御に従い往復桿が任意方向に往復する。例えば、この往復桿に重りを取り付けて建物等に設置し、地震計から得られた信号でこれを動作させ、このビルの揺れの反対方向に往復運動させる事により制振装置として利用可能になる。

自然界に多く存在する波力や風力等不定振幅往復運動を、簡素な構造で効果的に回転運動に変換する事が出来るので、の再生可能エネルギーを有効利用する事が出来る。

波力や風力を回転運動に変換するに最適であり、特に人力による不規則振幅の往復運動を簡単に回転力に変換する事を容易にするので、携帯端末用充電器や自転車に利用する事が最良である。
また、温度変化に伴う物質の熱膨張運動を回転運動に変換すれば、橋梁や塔等の金属が露出した構造物に本発明を取り付けるだけで回転運動を取り出す事が可能になる。

ビルの屋上に設置する制震装置として利用する際には、このビルの低層階や中層階に地震計を設置し、この出力データーから屋上の揺れを計算して、本発明を制御する事により、効果的に、他の制震装置よりも簡単な構造で且つ低コストで制振装置を製造出来る。

スターリングエンジンに本発明を利用すれば、温度差の範囲が広く取れるので効率を向上させることが可能になる。
本発明をスターリングエンジンや制震装置に利用する際には、排他的噛合を外部からの信号に応じて能動的にダイナミックに行ってもよい。

本発明の斜視図 本発明が往路運動している上面図 本発明が復路運動している上面図 本発明の側面図 ワンウェイクラッチを介して回転軸出力して筐体内に封入した図で筐体の一部を切り取った図

以下、往復力に与る第一の往復桿と、これに追従して往復する第二の往復桿を使用してピニオンとの排他的噛合を行い、同一方向回転させる本発明の実施形態について図を使って説明する。

第一の往復桿１００は上下方向に、第二の往復桿２００は左右に往復自在に筐体５００に支承されている。そしてこの筐体５００にはベアリング５５０でピニオン３００が回転自在に支持されていて、第二の往復桿２００の開口部の内側にある往路用ラック歯車２１０と復路用ラック歯車２２０のいずれか一方にのみ噛合して回転する様になっている。

図２に示す様に往路運動に於いて、第一の往復桿１００が下向きの力を受け取り、これが第二の往復桿２００に伝達して下向きに移動するのであるが、その際、傾斜している往路押圧用斜辺１１０が被押圧突起２５０を押圧して、この第二の往復桿２００を左向きに移動せしめて往路用ラック歯車２１０をピニオン３００の右側に噛合させる。これにより第二の往復桿２００の往路運動がピニオン３００の左回転に変換されるのである。

復路運動に於いては図３に示す様に、第一の往復桿１００が上向きの力を受け取り、これが第二の往復桿２００に伝達して上向きに移動するのであるが、その際、傾斜している復路用接触斜面１２０が突起２５０を押圧して、この第二の往復桿２００を右向きに移動せしめて復路用ラック歯車２２０をピニオン３００の右側に噛合させると共に、今まで噛合していた往路用ラック歯車２１０との噛合が解消される。これにより第二の往復桿２００の復路運動が引き続きピニオン３００の左回転に変換されるのである。

この時、往路幅と復路幅が異なっても、ピニオン３００の回転数は相違するものの、同一方向回転は継続する。この事が本発明の大きな特徴である。
つまり、第一の往復桿１００に入力される往復運動の振幅が不定であっても、同一方向に回転変換し続けるするのであり、従来では不可能だった不規則振幅往復運動の回転運動変換を実現可能になるのである。

図５はピニオン３００の回転軸にワンウェイクラッチ４５０を介して慣性回転出力軸４８０を取付、筐体内に封入したたものである。このワンウェイクラッチ４５０により、間歇的なピニオン３００の回転を平滑化して、安定した慣性回転を出力する事が可能になり、種々の装置内部に簡単に組み込む事が出来るので、利用範囲が拡がる。
本説明に於いては平板状の往復桿に両ラック歯車を備えた例に付いて説明したが、例えばカム機構や他の方式を使い使用環境に応じた排他的噛合手段を選択すればよい。

１００ 第一の往復桿
１１０ 往路押圧用斜辺
１２０ 復路押圧用斜辺
２００ 第二の往復桿
２１０ 往路用ラック歯車
２２０ 復路用ラック歯車
２５０ 被押圧突起
３００ ピニオン
４００ 回転軸
４５０ ワンウェイクラッチ
４８０ 慣性回転出力軸
５００ 筐体
５５０ ベアリング

Claims (2)

1. 内側両面に往路用のラック歯車と復路用のラック歯車を対向して有する往復桿と、ピニオンからなる不規則振幅の往復運動を回転運動に変換する装置であって、
   この往復桿が、往路運動する際にはピニオンが往路用のラック歯車と噛合させて復路用のラック歯車とは噛合させず、復路運動する際にはピニオンが復路用のラック歯車と噛合させて往路用ラック歯車とは噛合させない、排他的噛合手段を有する事を特徴とする不規則往復運動を一方向回転運動に変換する機構
2. 往復桿に錘を取り付けた本発明全体を東西南北に自在に回転可能に建物の最上部近辺に設置し、地震計のデータを元に算出したこの建物の振動方向と反称方向に本発明を回転させ、地震計のデータを元に算出したこの建物の振幅に応じて、ピニオンの回転数と両ラックの噛合を制御して、往復桿を往復させることにより、この建物の揺れを制動する請求項１記載の不規則往復運動を一方向回転運動に変換する機構

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