JP4425254B2 - 充填空気循環による駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、気公害のない環境汚染防止するためガソリン燃料等を全く使用せず、自然エネルギーとしての空気を圧縮充填し、充填圧力に比例した倍増出力を外部に取り出すことを可能にした省エネと環境衛生保持に効果を奏するもので、特にコードレス駆動装置、スクーター、自転車、自動車、その他の走行車、または、小舟等の航行や各種ソーラーカーなどの各種の無公害駆動装置の駆動源として好適な充填空気循環による駆動装置に関するものである。

出願人は、先に、下記特許文献による空気圧力を機械力変換する圧力−機械変換装置を出願し、特許権を取得した。
特許第２１２７３３６号 特許第２７２７１６６号

この特許文献１，２の圧力−機械変換装置は装置全体に空気圧充填し、排気行程なしで、左右ピストンの交互上下運動を回転運動に変換して出力を得るものである。

しかし、前記特許文献１、特許文献２の圧力−機械変換装置は、シリンダー室は密封され排気行程なしで空気を蓄えるとはいえ、永久機関ではないので、シリンダー室への空気圧充填は補充が必要とされ、左右ピストンの交互上下運動時排気行程なしで長ストロークを得るのに困難を極めた。

本発明の目的は、充填空気圧を移動循環する事により、充填圧力に比例した強力な回転力と円滑な回転力が得られる充填空気循環による駆動装置を提供することにある。

請求項１記載の本発明は前記目的を達成するため、出力歯車に対して噛み合うラック付ピストンシリンダーである圧力集中シリンダーの一対と、この圧力集中シリンダーに配管を介して連結され、内蔵するピストンの移動により圧力集中シリンダーに対して充填してある空気を送って充填させ、また、前記ピストンの逆方向に移動により圧力集中シリンダーに充填した空気を元に戻す空気充填済みシリンダーとからなり、空気充填済みシリンダーは圧力集中シリンダーに対応して一対として設け、各空気充填済みシリンダーはそれぞれピストン杆を共通として複数のシリンダーを有し、各シリンダー毎に配管を介して前記圧力集中シリンダーが連結されるが、ピストン杆を共通とした複数のシリンダー相互は異なる圧力集中シリンダーに連結され、これら各シリンダーがピストン杆には１段ピストン・２段ピストン一体の多段のピストンを上下に設けた多段のピストンとして構成し、また、ピストンに上下移動で開閉する吸排用の弁を備え 一対の圧力集中シリンダーに対して前記一対の空気充填済みシリンダーから交互に空気を充填し、また、吸引するように空気圧循環配管を接続したことを特徴としたことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、空気充填済みシリンダーに充填された圧力空気を圧力集中シリンダーに送り込み、圧力集中シリンダーで出力を行うが、その際、空気充填済みシリンダーでは圧力空気を多段のピストンにより圧力倍増させながら圧力集中シリンダーに送り込むので、圧力集中シリンダーに強力なエネルギーを与え、強力な出力が得られる。

また、ピストンの上下で開閉する弁の作用で、圧力集中シリンダーに対して給排気を行え、しかも、一対の空気充填済みシリンダー同士、一対の圧力集中シリンダー同士は相対的な動作を行わさせることで、連続する動作を得ることができる。

さらに、圧力集中シリンダーの出力を取り出すのに、ラックを使用して行うことができる。また、圧力集中シリンダーは一対あり、それにともないラックも一対であるので、一対の圧力集中シリンダーを交互に運転することで、ラックに噛み合う出力歯車に対して連続する出力を与えることができる。

請求項２記載の本発明は、一対の空気充填済みシリンダーからの送気は、合流させて、圧力集中シリンダーに送りこむことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、圧力集中シリンダーに送りこむ送気は一対の空気充填済みシリンダーの合流であり、前記空気充填済みシリンダーでの多段のピストンにより圧力倍増に加えて、多くの圧力空気を圧力集中シリンダーに送りこみことでより強力な出力を得ることができる。

請求項３記載の本発明は、ピストン杆と入力部との間において、一対の空気充填済みシリンダーのピストン杆は、モーターによる入力部に対して、大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構を介在させて相互に相対運動するように連結する請求項１または請求項２記載の充填空気循環による駆動装置。
一対の空気充填済みシリンダーのピストン杆は、モーターによる入力部に対して、大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構を介在させて相互に相対運動するように連結することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、空気充填済みシリンダーのピストン杆は、これを上下に動かすことでピストンの上下移動とそれに伴う吸排用の弁の開閉駆動を行うことになるが、モーターによる入力部に対して、大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構を介在させて結合されるので、少ない力で、確実にピストン杆の上下動を行うことが出来る。

請求項４記載の本発明は、大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構は、フレームに締付固定した内歯車の直径の半分の径を有する半径歯車に小歯車とピストン杆への接続レバーを締付固定してこの半径歯車を内歯車に噛合させ、小歯車と噛合する小歯車に大歯車を固定し、大歯車には中間歯車が噛合させ、これら中間歯車にモーターの小歯車を噛合させてなることを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構の一つとして、カルダン円応用の直線運動機構を利用するものであり、内歯車と噛合う小歯車の直径を内歯車の半分とし、歯車に固定されたクランク（ピストン杆への接続レバー）のピンを小歯車の円周上に選べば、小歯車が内歯車に内接しつつ回転する時、前記ピンは直径方向に直線運動をなす。滑子クランク機構において連杆を付ける余地の無い時などに有効である。

請求項５記載の本発明は、空気圧循環配管に減圧弁を介して空気圧充填用の圧力容器を接続することを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、空気圧循環配管に減圧弁を介して空気圧充填用の圧力容器を接続することで、装置の使用の準備段階として、空気圧循環配管で接続される空気充填済みシリンダーへの空気充填を行うことができ、また、空気圧循環配管で接続される空気充填済みシリンダーへは、本来、一度圧力空気を充填すれば補充の必要はないが、それでも自然現象として漏れ等があるので、圧力容器から適宜補充することが可能である。

請求項６記載の本発明は、一対の空気充填済みシリンダーのピストン杆はこれを延長して空気補給ピストンのピストン杆を兼用させ、この空気補給ピストンで圧力容器に大気圧空気を蓄圧することを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、圧力容器に大気圧空気を蓄圧するのに本発明装置を利用できる。

以上述べたように本発明の充填空気循環による駆動装置は、充填空気圧を移動循環する事により、充填圧力に比例した強力な回転力と円滑な回転力が得られるものであり、自然エネルギーである空気圧を用いるので、環境衛生保持に効果を奏す。空気のある所、いつどこでも補給でき、無害であり、ガソリン等の燃料を用いないので自給自足の経済効果をもたらすものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の充填空気循環による駆動装置の１実施形態を示す説明図で、図中１はシリンダー固定台１である。

シリンダー固定台１の両面に、一対の空気充填済みシリンダーとしてのシリンダー３の１段シリンダー３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと２段シリンダー２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを気密保持して取付ける。図面上、左上に位置する１段シリンダー３Ａ，２段シリンダー２Ａと左下に位置する１段シリンダー３Ｃ，２段シリンダー２Ｃは、ピストン杆１０Ａを共通とし、右上に位置する１段シリンダー３Ｂ，２段シリンダー２Ｂと右下に位置する１段シリンダー３Ｄ，２段シリンダー２Ｄはピストン杆１０Ｂを共通とする。

１段シリンダー３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，２段シリンダー２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、シリンダー固定台１に締付ボルト５にて締付固定される。

ピストン杆１０Ａには、１段シリンダー３Ａ，２段シリンダー２Ａ内において、１段ピストン６と２段ピストン６Ａが一体の多段のピストンを設け、１段シリンダー３Ｃ，２段シリンダー２Ｃ内において、１段ピストン６と２段ピストン６Ｃが一体の多段のピストンを設ける。

同様にピストン杆１０Ｂには、１段シリンダー３Ｂ，２段シリンダー２Ｂ内において、１段ピストン６と２段ピストン６Ｂが一体の多段のピストンを設け、１段シリンダー３Ｄ，２段シリンダー２Ｄ内において、１段ピストン６と２段ピストン６Ｄが一体の多段のピストンを設ける。

図中３は前記１段ピストン６が移動する１段シリンダーで、その一端はＯリング付ふた板で閉塞され、これらＯリング付ふた板には充填圧力注入配管の継手取付口がそれぞれ設けてある。また、１段シリンダーの他端には下部フランジ部の周囲に吸排口４を設けた。

これら４個の多段のピストンには、それぞれ、弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを設ける。

７は弁受け止め板、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄは流体流通口である。８は弁受け止め板締付ボルト、９はＯリング、１１は弁自在締付２つ割ネジで、弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの凹みを挟み、ピストン杆１０Ａ、１０Ｂの上下に自在に各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを締付ける。

前記弁自在締付２つ割ネジ１１で、各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは多少の傾きに対応でき、また、前記４個の多段のピストンとシリンダー３との関係で、開閉が行われる。図３において、ピストン杆１０Ａを示す左の図において、上の弁１２Ａは閉弁、下の弁１２Ｃは開弁、ピストン杆１０Ｂを示す右の図において、上の弁１２Ｃは開弁、下の弁１２Ｄは閉弁である。

前記シリンダー固定台１の中央には出力歯車４０Ａ，４０Ｂが取付き、また、中央には出力歯車４０Ａ，４０Ｂを挟みラック３８Ａ，３８Ｂを噛み合わせてなる一対の圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂのラック付ピストン３７Ａ，３７Ｂを締付ボルト５にて締付固定する。

圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂはシリンダー取付台１の出力歯車４０Ａ，４０Ｂを挟んで取付られ、出力歯車４０Ａ，４０Ｂにラック３８Ａ，３８Ｂで噛み合うように組立てられる。

ラック３８Ａ，３８Ｂはラック付ピストン３７Ａ，３７Ｂに接続ピン３９Ａ，３９Ｂで接続され、出力歯車４０Ａ，４０Ｂに上下より噛み合い、シリンダー取付台１上に組立てられる。４１Ａ，４１Ｂはワンウェイクラッチで、出力歯車４０Ａ，４０Ｂの内径に圧入される。

ラック転送受ベアリング４２Ａ，４２Ｂはシリンダー取付台１にラックの面をあててラックの振れ止を行うもので、特にラックが長ストローク時には重要な役目を果たす。数個のラック転送受ベアリング４２Ａ，４２Ｂはそれぞれシリンダー取付台１に回転自在に取付けられる。

図６で示すように、出力シャフト回転軸４３は両端軸受（図示せず）を介して回転自在に取付き、その両端にはタイヤ等の走行手段や、他の駆動伝達機構用のプーリーなどが設けられる。出力シャフト回転軸４３の中央で左右に出力歯車４０Ａ，４０Ｂが内径にワンウェイクラッチ４１Ａ，４１Ｂが圧入され、左右一方向の回転負荷の設定で取付けられる。

各ラック付ピストン３７Ａ，３７Ｂが同時に図５の矢印方向に移動すれば、ラック付ピストン３７Ａのワンウェイクラッチ４１Ａには負荷がかかり、ラック付ピストン３７Ｂのワンウェイクラッチ４１Ｂには無負荷で空転出力軸に伝動する。

図１の矢印方向に移動すればラック付ピストン３７Ｂのワンウェイクラッチ４１Ｂには負荷がかかり、ラック付ピストン３７Ａのワンウェイクラッチ４１Ａは無負荷で空転出力軸に回転力一方向伝動する。休みない滑らかな回転力が得られる。これらに変連機を接続すれば回転力自在に選定できる。

図１中、４４Ａ，４４Ｂは圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂに設ける四方継手、４５Ａ，４５Ｂは圧力計、４６Ａ，４６Ｂ，４７Ａ，４７Ｂは圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂと一対の空気充填済みシリンダーとしてのシリンダー２Ａ，２Ｃとシリンダー２Ｂ，２Ｄを連結する配管で、この配管４７Ａ，４７Ｂは充填流体を速やかに移動させる必要がある。特に配管内径が小さい場合は抵抗値が生じ、発生音が生じる。狭い場所にはこれら配管４６Ａ，４６Ｂ，４７Ａ，４７Ｂにはフレキシブルホースを用いる。４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄは配管接続継手である。

配管４６Ａは、シリンダー２Ｃと圧力集中シリンダー３６Ａとを連結し、配管４６Ｂは、シリンダー２Ｂと圧力集中シリンダー３６Ａとを連結する。これら配管４６Ａ，４６Ｂは、四方継手４４Ａで合流して圧力集中シリンダー３６Ａに接続する。

同様に配管４７Ａは、シリンダー２Ａと圧力集中シリンダー３７Ｂとを連結し、配管４７Ｂは、シリンダー２Ｄと圧力集中シリンダー３７Ｂとを連結する。これら配管４７Ａ，４７Ｂは、四方継手４４Ｂで合流して圧力集中シリンダー３６Ｂに接続する。圧力計４５Ａ，４５Ｂは圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂへ充填流体は交互移動循環する際の圧力変化を確認できるためにある。

シリンダー２Ａ，２Ｃとシリンダー２Ｂ，２Ｄは、各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが開く場合には、多段のピストンの１段ピストン室と２段ピストン室は連通となる。

また、各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの片面は弁受け止め板７を介しピストン杆１０Ａ，１０Ｂと共に１段ピストン室から２段ピストン室へとすなわち下降の２段ピストン下方に充填流体が流れこむように開放される。

ピストン杆１０Ａ，１０Ｂはそれぞれ上部においてピストン杆１３Ａ，１３Ｂを延設し、ピストン杆１３Ａ，１３Ｂは上部にピストン杆接続ピン１４Ａ，１４Ｂを設け、ピストン杆１０Ａ，１０Ｂは下部においてピストン杆１５Ａ，１５Ｂを延設し、このピストン杆１５Ａ，１５Ｂは３段シリンダー１５Ｃ，１５Ｄに収められる。シリンダー１５Ｃ，１５Ｄには、空気吸排弁取付フランジ６１Ａ，６１Ｂ、空気吸排弁ブロック６２Ａ，６２Ｂを締付ボルト６３で組み立て、内部に空気吸入弁６４Ａ，６４Ｂ（スプリング付）、空気吐出弁６５Ａ，６５Ｂ（スプリング付）を収めた圧力空気充填手段を設け、この圧力空気充填手段に設けた締付継手６６Ａ，６６Ｂを介して圧力容器６７を接続する。図中６８は圧力容器６７に設ける安全弁ブロック、６９は安全弁、７０は圧力計、７１はブロー弁、７２は大気圧空気吸排管である。

図１、図２中、入力部として太陽光ソーラや各種バッテリーもしくは商用電源で駆動する小歯車付のモーター１６で、ピストン杆１０Ａ，１０Ｂとこの入力部との間において、中間歯車１７を介してフレーム取付の大歯車１８Ａ，１８Ｂの両方と噛み合う。

２０Ａ，２０Ｂはユニットボックスで、大歯車１８Ａ，１８Ｂに締付ボルト２１，２１Ａで締付固定する。ユニットボックス２０Ａ，２０Ｂにベアリング２２Ａ，２２Ｂを圧入し、小歯車１９Ａ，１９Ｂのボス部に回転板２４Ａ，２４Ｂを挿入し、これらにベアリング２５Ａ，２５Ｂを圧入し、これらをフレーム２３に回転自在に挟み、締付ボルト２１で締付固定する。

内歯車２６Ａ，２６Ｂはフレーム２３に締付固定したもので、この内歯車２６Ａ，２６Ｂに噛合する半径歯車２９Ａ，２９Ｂは内歯車２６Ａ，２６Ｂの半径の大きさであり、これらに小歯車３０Ａ，３０Ｂがピストン杆１３Ａ，１３Ｂへの結合レバー３１Ａ，３１Ｂと共に締付ボルト３２で固定される。

図１、図２中、３３Ａ，３３Ｂはピストン杆駆動金具、３４はピストン杆、３５Ａ，３５Ｂはピストン杆振れ止具である。このピストン杆３４は振れ止用として、ピストン杆１３Ａ，１３Ｂの上に接続させるが、かかる振れ止機構は必ずしも必要なものでもない。

図１中、４９は充填圧力配管で、ユニオン継手５０，５０Ａ，５０Ｂを用いて接続するもので、圧力容器５１から減圧弁５２を介し、三方継手５３を介し枝配管をなし、シリンダー２Ａ，２Ｃとシリンダー２Ｂ，２Ｄに接続する。５４は減圧弁５２と三方継手５３間に配設するブロー弁である。

このようにして、減圧弁５２から指定して圧力容器５１から装置に自動的に充填または手動的に充填すること、あるいは電気的に遠隔充填することもできる。

図１中、５５は太陽光ソーラーパネル板で、晴天時は常にバッテリー５６に充電する。バッテリー５６は、小歯車付のモーター１６の電源となる。

回転体５７は前記出力シャフト回転軸４３に軸着して回転するものであり、回転体５７の回転に伴ないこれらに相対のベルトを介し、発電機５９を回転し、起こった電気を前記バッテリー５６に蓄えられるようにしてもよい。このようにすれば、充填流体が空気圧である大気を汚染することがない。常に充電できる大きな利点を有する。

次に、使用法および動作について説明する。まず、図１に基づいて説明すると、使用に先立ち、圧力容器５１より減圧弁５２、充填圧力配管４９を介して装置全体に空気を充填しようとする。シリンダー締付固定台１に固定された２段シリンダーの各片面に１段シリンダー３のふた板が固定され、これらふた板に充填圧力配管４９が接続される。これらに前記配管接続空気が補給される。ピストン杆１０Ａ，１０Ｂに自在に締付固定した各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが開の状態であり、一様の空気圧が充満し、集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂ内の上下にも空気圧が充填してどこにも動かず静止状態である。この状態は中歯車２９Ａ，２９Ｂが左右水平１８０°の位置に於ける時である。

次にモーター１６の回転に伴い、瞬時にピストン杆１０Ａ，１０Ｂが同時に上下運動をし、図１〜図３のごとく、左方上部の弁１２Ａが弁閉、右方下部の弁１２Ｄが弁閉、右方上部の弁１２Ｂが弁開、左方下部の弁１２Ｃが弁開となり、瞬時にシリンダー３の１段シリンダー３Ａと１段シリンダー３Ｄが密閉され（シリンダー内径中＋充填圧力＝空圧時の理論推力が発生）、これらが合体となり、集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂへ交互に充填圧力の数倍となり、給排する。同時に弁１２Ｂが開、弁１２Ｃが開なり、充填空気圧は循環をなす。以上左右、上下、各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは動作を繰り返す。

なお、モーター１６の回転に伴い、瞬時にピストン杆１０Ａ，１０Ｂが同時に上下運動を行えば、図４．図５のごとく、右方上部の弁１２Ｂが弁閉、左方下部の弁１２Ｃが弁閉となり、左方上部の弁１２Ａが弁開、右方下部の弁１２Ｄが弁開となり、瞬時にシリンダー３の１段シリンダー３Ｃと１段シリンダー３Ｂが密閉され（シリンダー内径中＋充填圧力＝空圧時の理論推力が発生）、これらが合体となり、集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂへ交互に充填圧力の数倍となり、給排する。同時に弁１２Ａが開、弁１２Ｄが開なり、充填空気圧は循環をなす。以上左右、上下、各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは動作を繰り返す。

集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂ内、装置内は常に充填圧力充満を要す。ピストン杆１０Ａ，１０Ｂの上下運動に伴い、各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄが同時に交互に開閉することにより、シリンダー３の１段シリンダー３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの交互空圧時の理論推力発生が重要な要旨とする。充填圧力を圧縮、集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂへ交互に送り込む。片方は充填圧力の数倍（＋）となり、地方は充填圧力（−）現象をなす、を交互に繰り返す。

なお、このような状態は減圧弁５２を開くことで自動的に得られるが、場合によっては、バッテリー５６や商用電源でモーター１６を駆動し、モーター１６の小歯車が中間歯車１７を介して大歯車１８Ａ，１８Ｂを回転駆動させ、大歯車１８Ａ，１８Ｂの回転は小歯車１９Ａ，１９Ｂの回転であり、これらに噛合する小歯車３０が回転し、小歯車３０と一体の半径歯車２９Ａ，２９Ｂが回転し、前記半径歯車２９Ａ，２９Ｂは内歯車２６Ａ，２６Ｂにそって自転しながら回転し、それにともない左右のピストン杆１０Ａ，１０Ｂは上下運動を行うことで、各ピストン杆１０Ａ，１０Ｂの各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの弁切替を切り替えて得ることができる。

図１の状態を得る場合には、左上のシリンダー２Ａではピストン６，６Ａが下がり、右下のシリンダー２Ｂではピストン６，６Ｄが上がる結果、左方上部の１段シリンダー３Ａと右方下部の１段シリンダー３Ｄの充填圧力が密閉されると共に歯車直径に比例した倍力に押加算され、左方上部の１段ピストン６と２段ピストン６Ａが一体の多段のピストンと、右方下部の１段ピストン６と２段ピストン６Ｄが一体の多段のピストンが押されて移動し、それまであった空気を圧縮する。

これら圧縮されたシリンダー２Ａとシリンダー２Ｄ内の空気は、配管４７Ａ，４７Ｂの四方継手４４Ｂで合流して左方のラック付ピストン室である圧力集中シリンダー３６Ｂに流れ込み、充填圧力の倍力となり、圧力計４５Ｂに表示される。

これら充填圧力流体は、圧力集中シリンダー３６Ｂにおいて、倍力された押出量でラック付ピストン３７Ｂを押し出し、ラック３８Ｂで出力歯車４０Ｂを回転させ、これによりワンウェイクラッチ４１Ｂにより出力シャフト回転軸４３に回転力伝動する。

前記モーター１６の小歯車を回転入力に対して大歯車１８Ａと大歯車１８Ｂとは相互に逆向きの回転であり、前記左右のピストン杆１０Ａ，１０Ｂの上下運動も相対的な運動である。

このように中間歯車１７にモーター１６の小歯車を回転入力すれば、歯車の大小比による著しく倍力され、各ピストン杆１０Ａ，１０Ｂの各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの弁切替が得られる。

各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは、各ピストン杆１０Ａ，１０Ｂに弁自在締付２つ割ネジ１１が各弁の凹みを挟むことで取り付くことで、各ピストン杆１０Ａ，１０Ｂの心振れ防止に対応でき、また、この弁自在締付２つ割ネジ１１が自在接手の役目を果たし、傾きに対応できる。

モーター１６の小歯車による回転入力を続けると、図１、図３の状態から図４、図５の状態に移行する。

左のピストン杆１０Ａは引き上げられ、右のピストン杆１０Ｂは下げられる。左右のピストン杆１０Ａ，１０Ｂは前記のごとく、大径歯車と小径歯車の直径に比例した倍力された上下運動を行う。

図４、図５の状態では、ピストン杆１０Ａ，１０Ｂに接続の各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは、左方上部の弁１２Ａが弁開、左方下部の弁１２Ｃが弁閉、同時に右方下部の弁１２Ｄが弁開、右方上部の弁１２Ｂが弁閉する。

この状態になると、左方下部の１段シリンダー３Ｃと右方上部の１段シリンダー３Ｂの充填圧力が密閉されると共に歯車直径に比例した倍力に押加算され、左方下部の１段ピストン６と２段ピストン６Ｃが一体の多段のピストンと、右方上部の１段ピストン６と２段ピストン６Ｂが一体の多段のピストンが押されて移動し、それまであった空気を圧縮する。

これら圧縮されたシリンダー２Ｃとシリンダー２Ｂ内の空気は、配管４６Ａ，４６Ｂの四方継手４４Ａで合流して右方のラック付ピストン室である圧力集中シリンダー３６Ａに流れ込み、充填圧力の倍力となり、圧力計４５Ａに表示される。

これら充填圧力流体は、圧力集中シリンダー３６Ａにおいて、倍力された押出量でラック付ピストン３７Ａを押し出し、ラック３８Ａで出力歯車４０Ａを回転させ、これによりワンウェイクラッチ４１Ａにより出力シャフト回転軸４３に回転力伝動する。

このようにして前記一対の圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂには一対の空気充填済みシリンダーとしてのシリンダー２Ａ，２Ｃとシリンダー２Ｂ，２Ｄから交互に圧力流体が充填されるものであり、ラック付ピストン３７Ａ，３７Ｂも交互に作動するが、一方の圧力集中シリンダーに空気が充填されているときは、他方の圧力集中シリンダーの空気は吸引される状態となり、左右のラック付ピストン３７Ａ，３７Ｂは常に同方向に移動を繰り返す。

圧力充填空気の流れについては、左下方にある一方のピストンの充填流体の循環移動は左下方シリンダー２Ｃでは、ピストンの１段ピストン６と２段ピストン６Ｃの室は連通となり、なお、弁１２Ｃの片面は弁受け止め板７Ｃを介しピストン杆１０Ａと共に下降の２段ピストン６Ｃの下方に充填流体が流れこみ、右上方にある一方のピストンの充填流体の循環移動は右上方シリンダー２Ｂでの弁１２Ｂの開にともない１段ピストン６と２段ピストン６Ｂの室は連通となり、なお、弁１２Ｂの片面は受け止め板７Ｂを介しピストン杆１０Ｂと共に上昇し、空気は２段ピストン６Ｂの下側に流れこみ、左下方の２段ピストン６Ｃの下と右上方の２段ピストン６Ｂの下はラック付ピストン３７Ｂの圧力集中シリンダー３６Ｂと共に充填圧力となる。

同様に、左上方にある一方のピストンの充填流体の循環移動は左下方シリンダー２Ａでは、ピストンの１段ピストン６と２段ピストン６Ａの室は連通となり、なお、弁１２Ａの片面は弁受け止め板７Ａを介しピストン杆１０Ａと共に上昇の２段ピストン６Ａの下方に充填流体が流れこみ、右下方にある一方のピストンの充填流体の循環移動は右上方シリンダー２Ｄでの弁１２Ｄの開にともない１段ピストン６と２段ピストン６Ｄの室は連通となり、なお、弁１２Ｄの片面は受け止め板７Ｄを介しピストン杆１０Ｄと共に下降し、空気は２段ピストン６Ｄの下側に流れこみ、左上方の２段ピストン６Ａの下と右下方の２段ピストン６Ｄの下はラック付ピストン３７Ａの圧力集中シリンダー３６Ａと共に充填圧力となる。

以上左右交互に繰り返す。図３のように流体が移動循環され、１行程が終着する際には、大歯車１８Ａ，１８Ｂの回転より図４動作に移る瞬間に一時各ピストン杆１０Ａ，１０Ｂの上下に取付けられた弁は切替時に弁開の状態になり、一部高圧になっていた圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂは充填圧力に戻る。

このように、ストローク終着と同時に各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは一瞬、全部が開の状態になれば、圧力集中シリンダー３６Ａ，３６Ｂの充填圧力の倍力の圧力が瞬時に交互に充填圧力に戻る。すなわち高圧になっていた圧力を行程毎に外部に排気せず元の充填圧力に戻す。これら技術的根拠が本発明が最も重視するものである。これにより、充填圧力に比例した出力を得られる。

ストローク終着と同時に各弁１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは一瞬、全部が開の状態になれば、ラック付ピストン室左方の充填圧力の倍力の圧力が瞬時に充填圧力に戻る。すなわち高圧になっていた圧力を外部に排気せず元の充填圧力に戻す。これら技術的根拠が最も要旨とするものである。

本発明によれば、充填圧力が一部交互充填圧力の倍力となって交互の排気する必要なく流体移動循環することにより長行程ストローク、３００ｍｍ〜５００ｍｍ以上のストロークを得ることができ、１行程すれば出力歯車の回転数を自由に選定することができる。

各部材の関係は以下の通りである。

機種選定の基礎資料（１馬力＝７５ｋｇ１秒１Ｍ持上力）

なお、ピストン杆１０Ａ，１０Ｂの上下駆動とともに空気補給ピストンのピストン杆１５Ａ，１５Ｂにより圧力空気充填手段が駆動され、空気吸入弁６４Ａ，６４Ｂを介して交互に大気圧空気を吸入し、圧力容器６７に空気圧蓄圧することができる。

また、出力シャフト回転軸４３の回転体５７で発電機５９で発電がなされ、その電気をバッテリー５６に蓄えられる。このようにして、太陽光ソーラーパネル板５５により、晴天時は常にバッテリー５６に充電し、また、空気充填、液体移動操作用により、雨天、風力なしの時においても安定した電気充電なすことができる。

また、シリンダー３の他端には下部フランジ部の周囲に吸排口４を設けられ、各１段ピストン径の背圧が加わらないピストン室は大気圧開放となっているので、この吸排口４は許される範囲に大とする必要がある。吸排口４が小さいと抵抗が生じて、吸排時に金属音が発生してしまうからである。

本発明の充填空気循環による駆動装置の１実施形態で、第１工程の縦断側面図である。 本発明の充填空気循環による駆動装置の要部の縦断側面図である。 本発明の充填空気循環による駆動装置の１実施形態で、第１工程での弁開閉の状態を示す説明図である。 本発明の充填空気循環による駆動装置の１実施形態で、第２工程での弁開閉の状態を示す説明図である。 本発明の充填空気循環による駆動装置の１実施形態で、第２工程の縦断側面図である。 本発明の充填空気循環による駆動装置の１実施形態で、出力シャフト回転軸部分の説明図である。

１…シリンダー締付固定台
２，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…２段シリンダー
３…シリンダー
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…１段シリンダー
４…吸排口
５…締付ボルト
６…ピストン１段
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…ピストン２段
７…弁受け止め板
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ…流体流通口
８…弁受け止め板締付ボルト
９…Ｏリング
１０Ａ，１０Ｂ…ピストン杆
１１…弁自在締付２つ割ネジ
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ…弁
１３Ａ，１３Ｂ…ピストン杆
１４Ａ，１４Ｂ…ピストン杆接続ピン
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…ピストン大気空気補給
１６…モーター
１７…中間歯車
１７Ａ…ベアリング
１７Ｂ…締付ボルト
１８Ａ，１８Ｂ…大歯車
１９Ａ，１９Ｂ…小歯車
２０Ａ，２０Ｂ…ユニットボックス
２１…締付ボルト
２１Ａ…大歯車締付用
２２Ａ，２２Ｂ…ベアリング
２３Ａ，２３Ｂ……フレーム
２４…回転板
２５…ベアリング
２６Ａ，２６Ｂ…内歯車
２７Ａ，２７Ｂ…歯車受け止めカバー
２８…締付ボルト
２９Ａ，２９Ｂ…中歯車
３０Ａ，３０Ｂ…小歯車
３１Ａ，３１Ｂ…レバー
３２…ボルト
３３Ａ，３３Ｂ…ピストン杆駆動金具
３４Ａ，３４Ｂ…ピストン杆
３５Ａ，３５Ｂ…ピストン杆振れ止具
３６Ａ，３６Ｂ…集中シリンダー
３７…ラック付ピストン
３７Ａ，３７Ｂ…Ｏリング
３８Ａ，３８Ｂ…ラック
３９Ａ，３９Ｂ…接続ピン
４０Ａ，４０Ｂ…出口回転歯車
４１Ａ，４１Ｂ…ワンウェイクラッチ
４２Ａ，４２Ｂ…ラック転走受ベアリング
４３…出カシャフト回転軸
４４Ａ，４４Ｂ…四方継手
４５Ａ，４５Ｂ…圧力計
４６Ａ，４６Ｂ…配管
４７Ａ，４７Ｂ…配管
４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４８Ｄ…配管接続継手
４９…充填圧力配管
５０Ａ，５０Ｂ…ユニオン継手
５１…圧力容器
５２…減圧弁
５３…三方継手
５４…ブロー弁
５５…太陽光ソーラーパネル板
５６…バッテリー
５７…回転体
５８…ベルト
５９…発電機
６０…配線スイッチ
６１Ａ，６１Ｂ…空気吸排弁取付フランジ
６２Ａ，６２Ｂ…空気吸排弁ブロック
６３…締付ボルト
６４Ａ，６４Ｂ…空気吸入弁
６５Ａ，６５Ｂ…空気吐出弁
６６Ａ，６６Ｂ…弁締付継手
６７…圧力容器
６８…安全弁ブロック
６９…安全弁
７０…圧力計
７１…ブロー弁
７２Ａ，７２Ｂ…大気圧空気吸排管

Claims (6)

1. 出力歯車に対して噛み合うラック付ピストンシリンダーである圧力集中シリンダーの一対と、
   この圧力集中シリンダーに配管を介して連結され、内蔵するピストンの移動により圧力集中シリンダーに対して充填してある空気を送って充填させ、また、前記ピストンの逆方向に移動により圧力集中シリンダーに充填した空気を元に戻す空気充填済みシリンダーとからなり、
   空気充填済みシリンダーは圧力集中シリンダーに対応して一対として設け、各空気充填済みシリンダーはそれぞれピストン杆を共通として複数のシリンダーを有し、各シリンダー毎に配管を介して前記圧力集中シリンダーが連結されるが、ピストン杆を共通とした複数のシリンダー相互は異なる圧力集中シリンダーに連結され、
   これら各シリンダーがピストン杆には１段ピストン・２段ピストン一体の多段のピストンを上下に設けた多段のピストンとして構成し、
   また、ピストンに上下移動で開閉する吸排用の弁を備え、
   一対の圧力集中シリンダーに対して前記一対の空気充填済みシリンダーから交互に空気を充填し、また、吸引するように空気圧循環配管を接続したことを特徴とした充填空気循環による駆動装置。
2. 一対の空気充填済みシリンダーからの送気は、合流させて、圧力集中シリンダーに送りこむ請求項１記載の充填空気循環による駆動装置。
3. ピストン杆と入力部との間において、一対の空気充填済みシリンダーのピストン杆は、モーターによる入力部に対して、大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構を介在させて相互に相対運動するように連結する請求項１または請求項２記載の充填空気循環による駆動装置。
4. 大歯車径と小歯車の直径に比例した倍力される歯車機構は、フレームに締付固定した内歯車の直径の半分の径を有する半径歯車に小歯車とピストン杆への接続レバーを締付固定してこの半径歯車を内歯車に噛合させ、小歯車と噛合する小歯車に大歯車を固定し、大歯車には中間歯車が噛合させ、これら中間歯車にモーターの小歯車を噛合させてなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の充填空気循環による駆動装置。
5. 空気圧循環配管に減圧弁を介して空気圧充填用の圧力容器を接続する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の充填空気循環による駆動装置。
6. 一対の空気充填済みシリンダーのピストン杆はこれを延長して空気補給ピストンのピストン杆を兼用させ、この空気補給ピストンで圧力容器に大気圧空気を蓄圧する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の充填空気循環による駆動装置。

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