JP4575992B1

JP4575992B1 - 回転駆動装置

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Publication number: JP4575992B1
Application number: JP2010010492A
Authority: JP
Inventors: 文雄渡辺
Original assignee: 文雄渡辺
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2030-01-20
Also published as: US20120285168A1; EP2527659A4; CN102713314B; CN102713314A; KR20120127411A; WO2011090063A1; EP2527659A1; EP2527659B1; KR101569244B1; JP2011149480A; US8863515B2

Abstract

【課題】回転駆動装置において、流体シリンダのストローク、出力を小型にしながら、各回転ユニットのウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ること。
【解決手段】回転駆動装置１０であって、各回転ユニット２０が、支持台２２に設けた旋回中心軸２３Ａまわりに旋回可能に支持される旋回アーム２３を有し、旋回アーム２３の旋回中心軸２３Ａからのうでの長さが長い位置にウエイト２４を設け、その旋回中心軸２３Ａからのうでの長さが短い位置に流体シリンダ２５側の連結点を設けてなるもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮空気等の流体圧と重力とを利用して回転軸を回転させ、ひいては被回転物を駆動可能にする回転駆動装置に関する。

従来、エンジンやモータを用いることなく回転力を得るための回転駆動装置として、特許文献１に記載のものがある。

特許文献１に記載の回転駆動装置は、架台に枢支される回転軸と、回転軸上に固定される回転台と、回転台上で回転方向に沿って離隔する複数位置に設けられる複数個の回転ユニットとを有する。各回転ユニットは、回転台上に回転軸と直交する方向に直線往復動可能に設けられるウエイトと、そのウエイトを回転軸と直交する方向に直線往復動させる流体シリンダとを備える。流体供給源からの流体を回転軸上に設けたロータリー式切換弁により各回転ユニットの流体シリンダに順に供給することにより、各回転ユニットのウエイトの回転軸に対する半径方向位置を変化させ、そのウエイトに作用する重力が回転軸まわりに及ぼす回転モーメントの変動で回転台及び回転軸を回転させるものである。

特許4011365

特許文献１に記載の回転駆動装置には以下の問題点がある。
(1)各回転ユニットが流体シリンダによってウエイトを回転軸と直交する方向に直線移動させるものである。従って、流体シリンダのストロークがそのままウエイトの半径方向位置の変化になる。ウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得るためには、ウエイトの半径方向位置の変化を大きくする必要があり、同時に流体シリンダのストロークを大きくする必要があるから、大ストロークの流体シリンダが必要になる。

(2)各回転ユニットが流体シリンダによってウエイトを重力に抗して直線移動させるものであり、ウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得るために、ウエイトを大重量にするときには、大出力の流体シリンダが必要になる。

本発明の課題は、流体シリンダによってウエイトの回転軸に対する半径方向位置を変化させて回転力を得る複数個の回転ユニットを有してなる回転駆動装置において、流体シリンダのストローク、出力を小型にしながら、各回転ユニットのウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ることにある。

請求項１の発明は、架台に枢支される回転軸と、回転軸上に固定される回転台と、回転台上で回転方向に沿って離隔する複数位置に設けられる複数個の回転ユニットとを有し、各回転ユニットが、回転台に支持される支持台と、支持台に支持されるウエイトと、支持台に取付けられてウエイトの回転軸に対する半径方向位置を制御可能にする流体シリンダとを備え、流体供給源からの流体を各回転ユニットの流体シリンダに順に供給することにより、各回転ユニットのウエイトの上記半径方向位置を変化させ、そのウエイトに作用する重力が回転軸まわりに及ぼす回転モーメントの変動で回転台及び回転軸を回転させる回転駆動装置であって、各回転ユニットが、支持台に設けた旋回中心軸まわりに旋回可能に支持される旋回アームを有し、旋回アームの旋回中心軸からのうでの長さが長い位置にウエイトを設け、その旋回中心軸からのうでの長さが短い位置に流体シリンダ側の連結点を設けてなるとともに、旋回アームの旋回中心軸を設けた支持台が、回転台に取付けた基台に設けた揺動支軸であって、回転軸に直交する揺動支軸まわりに揺動自在に支持され、支持台に設けた旋回アームの旋回中心軸が、回転軸に直交する面上に位置する中立位置に対する両側のうち、ウエイトに作用する重力が及ぶ側に一定角度だけ揺動可能にされるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記各回転ユニットにおいて、旋回アームがウエイトを回転軸に対する最小半径方向位置から最大半径方向位置に向けて突き出す方向に旋回開始するタイミングＡが、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトが回転軸を含む水平面近くにあり、旋回アームのその後のその方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミングとなるように、流体供給源からの流体を各回転ユニットの流体シリンダに供給するように制御され、各回転ユニットにおいて、旋回アームを上記最大半径方向位置から最小半径方向位置に向けて引込む方向に旋回開始するウエイト引込み開始タイミングＢが、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトが回転軸を含む水平面近くにあり、旋回アームのその後のその方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミングとなるように、流体供給源からの流体を各回転ユニットの流体シリンダに供給するように制御されるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記旋回アーム及び支持台を支持する基台が、回転台に設けた傾動支軸であって、回転軸に沿う傾動支軸まわりに、回転軸を含む面に旋回アームを旋回可能に沿わせてなる基準位置から、回転方向に一定角度だけ進む前傾位置にまで傾動可能に取付けられてなるようにしたものである。

（請求項１）
(a)各回転ユニットが回転台上の支持台に取付けた流体シリンダによって旋回アームの先端ウエイトを旋回移動させ、ウエイトの回転軸に対する半径方向位置を制御する。そして、旋回アームの旋回中心軸からのうでの長さＲが長い位置にウエイトを設け、その旋回中心軸からのうでの長さｒが短い位置に流体シリンダ側の連結点を設けている。従って、流体シリンダのストロークが拡大されてウエイトの半径方向位置の変化になる。流体シリンダのストロークを小型にしながら、ウエイトの半径方向位置の変化を大きくし、ひいてはウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ることができる。

(b)各回転ユニットが流体シリンダによってウエイトを旋回アームの旋回中心軸まわりで旋回移動させるものであり、ウエイトはその旋回移動の過程で遠心力を得る。このため、ウエイトの移動力源として、流体シリンダの流体圧に起因する推力に、上述の遠心力が加算されるものになる。この遠心力の付加により、小出力の流体シリンダを用いながら、大重量のウエイトを移動でき、ひいてはウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ることができる。
(c)支持台に設けた旋回アームの旋回中心軸が、回転軸に直交する面上に位置する中立位置に対する両側のうち、ウエイトに作用する重力が及ぶ側に一定角度だけ揺動可能にされる。従って、各回転ユニットにおいて、支持台の揺動支軸が回転軸を含む鉛直面に対し、旋回アームのウエイトが当該回転ユニットの回転軌跡上で鉛直最上部から重力利用回転方向Ｎに沿って鉛直最下部まで落下する重力作用領域の側にあるときには、支持台に設けた旋回アームの旋回中心軸が回転軸に直交する面上の中立位置からウエイトに作用する重力が及ぶ側に角度α ₀ だけ揺動する。この旋回中心軸の揺動状態で、当該回転ユニットが前述のウエイト突出し開始タイミングＡに近づくと、それらがウエイト突出し開始タイミングＡに至るよりも前（ウエイト突出し開始タイミングＡより回転角αだけ前）のウエイト突出し開始タイミングＡαにおいて、ウエイトは重力起因の旋回補助力を受け、その旋回中心軸まわりの水平面に対し下り勾配（落差Ｈａ）をなす旋回面に沿って自然落下開始する。このとき、流体シリンダに適度な突出し流体圧が印加されていれば、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトがウエイト突出し開始タイミングＡに至るよりもより前のウエイト突出し開始タイミングＡαから、ウエイトの上述の自然落下が開始し、前述のウエイト突出し開始タイミングＡを早めるに至る。流体シリンダの推力によらずに、ウエイトの突出し開始タイミングＡを早める結果、ウエイトが重力作用領域で最大半径方向位置に突出されて回転軸に及ぼす回転モーメントにより回転力を得る、当該回転軸の回転付勢角度範囲Ｌａを拡大でき、回転駆動装置の重力利用率を向上できる。
また、各回転ユニットにおいて、支持台の揺動支軸が回転軸を含む鉛直面に対し、ウエイトが鉛直最下部から鉛直最上部に向けて持ち上げられる反重力作用領域の側にあるときにも、支持台に設けた旋回アームの旋回中心軸が回転軸に直交する面上の中立位置からウエイトに作用する重力が及ぶ側に角度β ₀ だけ揺動する。この旋回中心軸の揺動状態で、当該回転ユニットが前述のウエイト引込み開始タイミングＢに近づくと、それらがウエイト引込み開始タイミングＢに至るよりも前（ウエイト引込み開始タイミングＢより回転角βだけ前）のウエイト引込み開始タイミングＢβにおいて、ウエイトは重力起因の旋回補助力を受け、その旋回中心軸まわりの水平面に対し下り勾配（落差Ｈｂ）をなす旋回面に沿って自然落下開始する。このとき、流体シリンダに適度な引込み流体圧が印加されていれば、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトがウエイト引込み開始タイミングＢに至るよりもより前のウエイト引込み開始タイミングＢβから、ウエイトの上述の自然落下が開始し、前述のウエイト引込み開始タイミングＢを早めるに至る。流体シリンダの推力によらずに、ウエイトの引込み開始タイミングＢを早める結果、ウエイトが反重力作用領域で最大半径方向位置に突出されたまま回転軸に回転抵抗力を及ぼす、当該回転軸の回転抵抗角度範囲Ｌｂを減縮でき、回転駆動装置の重力利用率を向上できる。

（請求項２）
(d)各回転ユニットにおいて、流体シリンダの推力を最小にしながら、旋回アームがウエイトを回転軸に対する最小半径方向位置から最大半径方向位置に向けて突き出す方向に旋回開始するタイミングＡが、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトが回転軸を含む水平面近くにあり、旋回アームのその後のその方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミング（ウエイトの重力起因の旋回補助力を受け得るタイミング）が良い。

(e)各回転ユニットにおいて、流体シリンダの最小推力により、旋回アームを上記最大半径方向位置から最小半径方向位置に向けて引込む方向に旋回開始するウエイト引込み開始タイミングＢが、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトが回転軸を含む水平面近くにあり、旋回アームのその後のその方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミング（ウエイトの重力起因の旋回補助力を受け得るタイミング）が良い。

（請求項３）
(f)旋回アーム及び支持台を支持する基台が、回転台に設けた傾動支軸であって、回転軸に沿う傾動支軸まわりに、回転軸を含む面に旋回アームを旋回可能に沿わせてなる基準位置から、回転方向に一定角度だけ進む前傾位置にまで傾動可能に取付けられる。従って、各回転ユニットにおいて、ウエイトが前述の重力作用領域の側にあるときに、旋回アーム及び支持台を支持する基台が基準位置から前傾位置に傾動する。これにより、当該回転ユニットが前述のウエイト突出し開始タイミングＡαに至るよりも前（ウエイト突出し開始タイミングＡαより回転角θだけ前）のウエイト突出し開始タイミングＡθにおいて、旋回アームのその後のウエイト突出し方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるものになり、ウエイトの重力起因の旋回補助力を受け、自然落下を開始し得るものになる。従って、このとき、流体シリンダに適度な突出し流体圧が印加されていれば、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトがウエイト突出し開始タイミングＡαに至るよりも前のウエイト突出し開始タイミングＡθから、ウエイトの上述の自然落下を開始し、前述のウエイト突出し開始タイミングＡを一層早めるに至る。流体シリンダの推力によらずに、ウエイトの突出し開始タイミングＡを一層早める結果、ウエイトが重力作用領域で最大半径方向位置に突き出されて回転軸に及ぼす回転モーメントにより回転力を得る、当該回転軸の回転付勢角度範囲Ｌａを一層拡大でき、回転駆動装置の重力利用率を一層向上できる。

図１は回転駆動装置を示す全体正面図である。図２は図１の全体側面図である。図３は回転ユニットを示す正面図である。図４は回転駆動装置のウエイト変位状態を示す模式図である。図５は回転軸まわりの鉛直最上部に位置する回転ユニットを示す斜視図である。図６はウエイト突出し過程にある回転ユニットを示す斜視図である。図７は図６のVII方向に沿う矢視図である。図８はウエイト引込み過程にある回転ユニットを示す斜視図である。図９は図８のIX方向に沿う矢視図である。図１０は基台の傾動構造を示す全体斜視図である。図１１は基台の傾動構造を示す断面図である。

回転駆動装置１０は、図１、図２に示す如く、架台１１に設けた左右の軸受１２（左右一方のみを示す）に枢支される回転軸１３を有する。回転軸１３は、左右の各軸受１２に支持される左右の小径中空軸１３Ａと、左右の小径中空軸１３Ａに同軸的に被着固定されて両端支持される大径中空軸１３Ｂとからなる。回転駆動装置１０は、回転軸１３の大径中空軸１３Ｂの外周部に板状、本実施例では六角板状の回転台１４が固定され、回転台１４上で回転方向に沿って離隔する複数位置、本実施例では60度間隔をなす６位置のそれぞれに設けられる６個の回転ユニット２０（２０Ａ〜２０Ｆ）を有する。

各回転ユニット２０は、図３に示す如く、回転台１４に固定的に取付けられている基台２１に後述する如くに支持される支持台２２と、支持台２２に後述する如くに支持される旋回アーム２３に設けられるウエイト２４と、支持台２２に後述する如くに取付けられて旋回アーム２３を旋回させ、回転軸１３に対するウエイト２４の半径方向位置を制御可能にするエアシリンダ等の流体シリンダ２５とを備える。

このとき、各回転ユニット２０は、支持台２２に設けた旋回中心軸２３Ａまわりに旋回アーム２３を旋回可能に支持し、旋回アーム２３の旋回中心軸２３Ａからのうでの長さＲが長い位置にウエイト２４を固定的に設け、その旋回中心軸２３Ａからのうでの長さｒが短い位置に流体シリンダ２５のピストンロッド２５に固定的に設けた連結アーム２６を連結ピン２６Ａにより枢着している。尚、流体シリンダ２５は、支持台２２に支持ピン２５Ａによりトラニオン支持されている。各回転ユニット２０において、流体シリンダ２５は旋回アーム２３を旋回中心軸２３Ａまわりに引込み側〜突出し側で旋回させ、引込み側で回転軸１３に対するウエイト２４の半径方向位置（長さ）を最小にし、突出し側で回転軸１３に対するウエイト２４の半径方向位置（長さ）を最大にする。

回転駆動装置１０は、エアコンプレッサ等の流体供給源からのエア等の流体を各回転ユニット２０の流体シリンダ２５に順に供給する流体供給装置３０を有する。

流体供給装置３０は、流体供給源に接続される流体供給管３１を回転継手３２により回転軸１３の小径中空軸１３Ａ、大径中空軸１３Ｂに連通し、大径中空軸１３Ｂの各回転ユニット２０に対応する周方向の６位置に流体供給口３３を設ける。そして、流体供給装置３０は、回転台１４上の各回転ユニット２０に対応する６位置であって、回転軸１３の大径中空軸１３Ｂまわりの６位置に固定される６個のメカニカルバルブ３４と、架台１１に取付ブラケット３５Ａを介して取付けられ、回転軸１３の大径中空軸１３Ｂまわりに配置されて各メカニカルバルブ３４を順にオン／オフ動作させるドッグ３５とを有する。

各回転ユニット２０のメカニカルバルブ３４は大径中空軸１３Ｂの対応する流体供給口３３に供給ホース３３Ａで接続されるとともに、対応する流体シリンダ２５のピストンにより区画されるロッド側室とピストン側室の２室のそれぞれにホース３４Ａ、３４Ｂで接続され、ドッグ３５により図２（Ｂ）に示す如くにオン／オフされる。各回転ユニット２０が回転軸１３とともに回転する過程における、回転軸１３まわりの突出し側にある180度回転角範囲（図４の突出し側範囲Ｐ１）で、メカニカルバルブ３４はドッグ３５によりオフされ、供給装置３３Ａから供給されている流体をホース３４Ａから流体シリンダ２５のロッド側室に供給して該流体シリンダ２５を収縮させ、旋回アーム２３を旋回中心軸２３Ａまわりで引込み側から突出し側に旋回させ、回転軸１３に対するウエイト２４の半径方向位置を最大にする（流体シリンダ２５のピストン側室の流体はホース３４Ｂからメカニカルバルブ３４を介して排気される）。他方、各回転ユニット２０が回転軸１３とともに回転する過程における、回転軸１３まわりの引込み側にある180度回転角範囲（図４の上記Ｐ１に続く引込み側範囲Ｐ２）で、メカニカルバルブ３４はドッグ３５によりオンされ、供給ホース３３Ａから供給されている流体をホース３４Ｂから流体シリンダ２５のピストン側室に供給して該流体シリンダ２５を伸長させ、旋回アーム２３を旋回中心軸２３Ａまわりで突出し側から引込み側に旋回させ、回転軸１３に対するウエイト２４の半径方向位置を最小にする（流体シリンダ２５のロッド側室の流体はホース３４Ａからメカニカルバルブ３４を介して排気される）。

尚、回転軸１３まわりで180度間隔をなす２個の回転ユニット２０（例えば２０Ａと２０Ｄ）は、一方の回転ユニット２０Ａが突出し側範囲Ｐ１にあるときに、他方の回転ユニット２０Ｄはその反対側の引込み側範囲Ｐ２にあるから、両回転ユニット２０Ａ、２０Ｄの流体シリンダ２５のピストン側室同士（又はロッド側室同士）をホース接続し、各回転ユニット２０Ａ、２０Ｄの流体シリンダ２５とメカニカルバルブ３４を流体供給ホース３４Ａのみで接続するものとしても良い。

従って、回転駆動装置１０は、基本的には、流体供給源からの流体を各回転ユニット２０の流体シリンダ２５に順に供給することにより、各流体シリンダ２０のウエイト２４の上記半径方向位置を上述の引込み側〜突出し側で変化させ、そのウエイト２４に作用する重力が回転軸１３まわりに及ぼす回転モーメントの変動で回転軸１３及び回転台１４を回転させる。即ち、以下の如くである。

(1)回転軸１３及び回転台１４は当初停止している。

(2)流体供給源から流体供給管３１に供給された流体が、回転軸１３まわりの突出し側範囲Ｐ１にある各回転ユニット２０のメカニカルバルブ３４から流体シリンダ２５のロッド側室に供給されると、旋回アーム２３が旋回中心軸２３Ａまわりで突出し側に旋回する。同時に、流体供給管３１に供給された流体が、回転軸１３まわりの引込み側範囲Ｐ２にある各回転ユニット２０のメカニカルバルブ３４から流体シリンダ２５のピストン側室に供給され、回転軸１３まわりの旋回アーム２３が旋回中心軸２３Ａまわりで引込み側に旋回する。

このとき、回転軸１３の予定の回転方向Ｎ（回転軸１３まわりで、図２の時計回り方向、図４の反時計回り方向）に沿う各回転ユニット２０の回転軌跡上において、突出し側範囲Ｐ１の基点となる各回転ユニット２０の突出し開始タイミングＡが回転軸１３を含む水平面Ｘより鉛直上位にあり、引込み側範囲Ｐ２の基点となる各回転ユニット２０の引込み開始タイミングＢが回転軸１３を含む水平面Ｘより鉛直下位にあるように、各回転ユニット２０の流体シリンダ２５のロッド側室又はピストン側室への流体の供給順序を設定する（各回転ユニット２０の流体シリンダ２５への流体供給基本条件）。この流体供給基本条件により、各回転ユニット２０のウエイト２４に作用する重力により回転軸１３まわりに付与される合計の回転モーメントが回転軸１３まわりのＮ方向に作用し、ひいては回転軸１３を上述の回転方向Ｎに回転させるものになる。図２は回転ユニット２０Ａ〜２０Ｃが突出し側範囲Ｐ１にあり、回転ユニット２０Ｄ〜２０Ｆが引込み側範囲Ｐ２にあり、それらのウエイト２４に作用する重力が回転軸１３を回転方向Ｎに回転させる状態を示す。

(3)上述(2)に続き、回転ユニット２０Ｆが引込み側範囲Ｐ２から突出し側範囲Ｐ１に移り、回転ユニット２０Ｃが突出し側範囲Ｐ１から引込み側範囲Ｐ２に移る。これによっても、上述(2)と同様に、新たに各回転ユニット２０のウエイト２４に作用する重力により回転軸１３まわりに付与される合計の回転モーメントが回転軸１３を上述の回転方向Ｎに回転させるものになり、例えばその回転軸１３に被回転物を連結すれば、各種の物体を回転駆動させることができる。

従って、回転駆動装置１０によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)各回転ユニット２０が回転台１４上の支持台２２に取付けた流体シリンダ２５によって旋回アーム２３の先端ウエイト２４を旋回移動させ、ウエイト２４の回転軸１３に対する半径方向位置を制御する。そして、旋回アーム２３の旋回中心軸２３Ａからのうでの長さＲが長い位置にウエイト２４を設け、その旋回中心軸２３Ａからのうでの長さｒが短い位置に流体シリンダ２５側の連結点を設けている。従って、流体シリンダ２５のストロークが拡大されてウエイト２４の半径方向位置の変化になる。流体シリンダ２５のストロークを小型にしながら、ウエイト２４の半径方向位置の変化を大きくし、ひいてはウエイト２４が回転軸１３に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ることができる。

(b)各回転ユニット２０が流体シリンダ２５によってウエイト２４を旋回アーム２３の旋回中心軸２３Ａまわりで旋回移動させるものであり、ウエイト２４はその旋回移動の過程で遠心力を得る。このため、ウエイト２４の移動力源として、流体シリンダ２５の流体圧に起因する推力に、上述の遠心力が加算されるものになる。この遠心力の付加により、小出力の流体シリンダ２５を用いながら、大重量のウエイト２４を移動でき、ひいてはウエイト２４が回転軸１３に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ることができる。

以下、回転駆動装置１０の各回転ユニット２０において、(i)基台２１に対する支持台２２の揺動構造、(ii)回転台１４に対する基台２１の傾動構造について説明する。

(i)基台２１に対する支持台２２の揺動構造（図１〜図９）
回転駆動装置１０にあっては、図１〜図４に示す如く、旋回アーム２３の旋回中心軸２３Ａを設けた支持台２２が、回転台１４に取付けた基台２１に設けた揺動支軸２２Ａであって、回転軸１３に直交する揺動支軸２２Ａまわりに揺動自在に支持される。支持台２２の揺動支軸２２Ａは回転軸１３の半径線上に配置されて回転軸１３に直交配置されるだけでなく、回転軸１３の半径線に平行配置されるものであっても良い。

支持台２２に設けた旋回アーム２３及び旋回中心軸２３Ａが、回転軸１３に直交する面上に位置する図５に示す如くの中立位置Ｋに対する両側のうち、ウエイト２４に作用する重力が及ぶ側に支持台２２とともに一定角度（α₀又はβ₀）だけ揺動可能にされるものになる（図６〜図９）。支持台２２は中立位置から角度α₀（図６、図７）又は角度β₀（図８、図９）揺動したとき、基台２１に設けてあるストッパボルト２１Ｓに当たって制止される。

ところで、回転駆動装置１０の各回転ユニット２０が回転軸１３を回転方向Ｎに回転させるためには、前述の如く、各回転ユニット２０の流体シリンダ２５による旋回アーム２３の突出し開始タイミングＡが回転軸１３を含む水平面Ｘより鉛直上位側にあり、各回転ユニット２０の流体シリンダ２５による旋回アーム２３の引込み開始タイミングＢが回転軸１３を含む水平面Ｘより鉛直下位側にあるように、各回転ユニット２０の流体シリンダ２５のロッド側室又はピストン側室への流体の供給順序を設定する必要がある（流体シリンダ２５への流体供給基本条件）。各回転ユニット２０において、流体シリンダ２５への上述の流体供給基本条件を順守しながら、流体シリンダ２５の推力を最小にできる上述の流体シリンダ２５による突出し開始タイミングＡは、当該回転ユニット２０の旋回アーム２３及びウエイト２４が回転軸１３を含む水平面近くにあり、旋回アーム２３のその後のその方向への旋回過程でウエイト２４の鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミング（ウエイト２４の重力起因の旋回補助力を受け得るタイミング）が良い。また、各回転ユニット２０において、流体シリンダ２５への上述の流体供給基本条件を順守しながら、流体シリンダ２５の推力を最小にできる上述の流体シリンダ２５による引込み開始タイミングＢは、当該回転ユニット２０の旋回アーム２３及びウエイト２４が回転軸１３を含む水平面近くにあり、旋回アーム２３のその後のその方向への旋回過程でウエイト２４の鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミング（ウエイト２４の重力起因の旋回補助力を受け得るタイミング）が良い。

しかるに、回転駆動装置１０にあっては、各回転ユニット２０において、支持台２２の揺動支軸２３Ａが回転軸１３を含む鉛直面に対し、旋回アーム２３のウエイト２４が当該回転ユニット２０の回転軌跡上で鉛直最上部から重力利用回転方向Ｎに沿って鉛直最下部まで落下する重力作用領域の側にあるときには、図６、図７に示す如く、支持台２２に設けた旋回アーム２３の旋回中心軸２３Ａが回転軸１３に直交する面上の中立位置Ｋからウエイト２４に作用する重力が及ぶ側に角度α₀だけ揺動する。この旋回中心軸の揺動状態で、当該回転ユニット２０が前述のウエイト突出し開始タイミングＡに近づくと、それらがウエイト突出し開始タイミングＡに至るよりも前（ウエイト突出し開始タイミングＡより回転角αだけ前）のウエイト突出し開始タイミングＡαにおいて、ウエイト２４は重力起因の旋回補助力を受け、その旋回中心軸まわりの水平面に対し下り勾配（落差Ｈａ）をなす旋回面に沿って自然落下開始する。このとき、流体シリンダに適度な突出し流体圧が印加されていれば、当該回転ユニット２０の旋回アーム２３及びウエイト２４がウエイト突出し開始タイミングＡに至るよりもより前のウエイト突出し開始タイミングＡαから、図７に示す如く、ウエイト２４の上述の自然落下が開始し、前述のウエイト突出し開始タイミングＡを早めるに至る。流体シリンダの推力によらずに、ウエイト２４の突出し開始タイミングＡを早める結果、ウエイト２４が重力作用領域で最大半径方向位置に突出されて回転軸１３に及ぼす回転モーメントにより回転力を得る、当該回転軸１３の回転付勢角度範囲Ｌａを拡大でき、回転駆動装置１０の重力利用率を向上できる。

また、各回転ユニット２０において、支持台２２の揺動支軸２３Ａが回転軸１３を含む鉛直面に対し、ウエイト２４が鉛直最下部から鉛直最上部に向けて持ち上げられる反重力作用領域の側にあるときにも、図８、図９に示す如く、支持台２２に設けた旋回アームの旋回中心軸が回転軸１３に直交する面上の中立位置からウエイト２４に作用する重力が及ぶ側に角度β₀だけ揺動する。この旋回中心軸の揺動状態で、当該回転ユニット２０が前述のウエイト引込み開始タイミングＢに近づくと、それらがウエイト引込み開始タイミングＢに至るよりも前（ウエイト引込み開始タイミングＢより回転角βだけ前）のウエイト引込み開始タイミングＢβにおいて、ウエイト２４は重力起因の旋回補助力を受け、その旋回中心軸まわりの水平面に対し下り勾配（落差Ｈｂ）をなす旋回面に沿って自然落下開始する。このとき、流体シリンダに適度な引込み流体圧が印加されていれば、当該回転ユニット２０の旋回アーム及びウエイト２４がウエイト引込み開始タイミングＢに至るよりもより前のウエイト引込み開始タイミングＢβから、ウエイト２４の上述の自然落下が開始し、前述のウエイト引込み開始タイミングＢを早めるに至る。流体シリンダの推力によらずに、ウエイト２４の引込み開始タイミングＢを早める結果、ウエイト２４が反重力作用領域で最大半径方向位置に突出されたまま回転軸１３に回転抵抗力を及ぼす、当該回転軸１３の回転抵抗角度範囲Ｌｂを減縮でき、回転駆動装置１０の重力利用率を向上できる。

(ii)回転台１４に対する基台２１の傾動構造（図１０、図１１）
図１０、図１１の回転駆動装置１０は、図１〜図９に示した回転駆動装置１０の各回転ユニット２０に基台２１の傾動構造を付加したものである。即ち、各回転ユニット２０において、支持台２２及び旋回アーム２３を支持する基台２１が、回転台１４に設けた傾動支軸２１Ａであって、回転軸１３に沿う傾動支軸２１Ａまわりに、回転軸１３を含む面に旋回アーム２３を旋回可能に沿わせてなる基準位置Ｒ０から、回転軸１３の回転方向Ｎに一定角度θだけ進む前傾位置Ｒθにまで傾動可能に取付けられる。本実施例では、各回転ユニット２０において、回転台１４を構成する２枚の相離隔する円板の内径側に傾動支軸２１Ａを貫通状に固定するとともに、それらの円板の外径側に係合ピン２１Ｂを貫通状に固定する。そして、回転台１４の２枚の円板の間に差し入れた基台２１の平板状部分の一端を傾動支軸２１Ａに枢支するとともに、基台２１の支持台２２が設けられる側において傾動支軸２１Ａを中心とする円弧上に設けた長孔２１Ｐに係合ピン２１Ｂを挿通したものである。基台２１は傾動支軸２１Ａを傾動中心とし、その長孔２１Ｐの円弧に沿う一端〜他端が係合ピン２１Ｂに衝合する角度θの範囲を傾動できる。

各回転ユニット２０の基台２１は、旋回アーム２３のウエイト２４が当該回転ユニット２０の回転軌跡上で前述の反重力作用領域（図１０の回転軸１３を通る鉛直線の右半部）にあるとき、長孔２１Ｐの一端側を係合ピン２１Ｂに衝合する前述の基準位置Ｒ０に位置付けられる。他方、基台２１は、旋回アーム２３のウエイト２４が当該回転ユニット２０の回転軌跡上で前述の重力作用領域（図１０の回転軸１３を通る鉛直線の左半部）にあるとき、長孔２１Ｐの他端側を係合ピン２１Ｂに衝合する前述の前傾位置Ｒθに位置付けられる。

従って、回転駆動装置１０にあっては、各回転ユニット２０において、ウエイト２４が前述の重力作用領域の側にあるときに、旋回アーム２３及び支持台２２を支持する基台２１が基準位置Ｒ０から前傾位置Ｒθに傾動する。これにより、当該回転ユニット２０が前述のウエイト突出し開始タイミングＡαに至るよりも前（ウエイト突出し開始タイミングＡαより回転角θだけ前）のウエイト突出し開始タイミングＡθにおいて、旋回アーム２３のその後のウエイト突出し方向への旋回過程でウエイト２４の鉛直方向位置がより低位になり始めるものになり、ウエイト２４の重力起因の旋回補助力を受け、自然落下を開始し得るものになる。従って、このとき、流体シリンダ２５に適度な突出し流体圧が印加されていれば、当該回転ユニット２０の旋回アーム２３及びウエイト２４がウエイト突出し開始タイミングＡαに至るよりも前のウエイト突出し開始タイミングＡθから、ウエイト２４の上述の自然落下を開始し、前述のウエイト突出し開始タイミングＡを一層早めるに至る。流体シリンダ２５の推力によらずに、ウエイト２４の突出し開始タイミングを一層早める結果、ウエイト２４が重力作用領域で最大半径方向位置に突き出されて回転軸に及ぼす回転モーメントにより回転力を得る、当該回転軸の回転付勢角度範囲Ｌａを一層拡大でき、回転駆動装置１０の重力利用率を一層向上できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、各回転ユニットは、旋回アームの旋回中心軸からのうでの長さが短い位置に、連結リンク機構を介して、流体シリンダ側の連結点を設けても良い。

本発明によれば、流体シリンダによってウエイトの回転軸に対する半径方向位置を変化させて回転力を得る複数個の回転ユニットを有してなる回転駆動装置において、流体シリンダのストローク、出力を小型にしながら、各回転ユニットのウエイトが回転軸に及ぼす回転モーメントを大きくし、大きな回転力を得ることができる。

１０回転駆動装置
１１架台
１３回転軸
１４回転台
２０回転ユニット
２１基台
２１Ａ傾動支軸
２２支持台
２２Ａ揺動支軸
２３旋回アーム
２３Ａ旋回中心軸
２４ウエイト
２５流体シリンダ
３０流体供給装置
Ａ、Ａα、Ａθ 突出し開始タイミング
Ｂ、Ｂβ 引込み開始タイミング
Ｎ回転方向
Ｐ１突出し側範囲
Ｐ２引込み側範囲
Ｌａ回転付勢角度範囲
Ｌｂ回転抵抗角度範囲
Ｋ中立位置
Ｒ０基準位置
Ｒθ 前傾位置

Claims

架台に枢支される回転軸と、回転軸上に固定される回転台と、回転台上で回転方向に沿って離隔する複数位置に設けられる複数個の回転ユニットとを有し、
各回転ユニットが、回転台に支持される支持台と、支持台に支持されるウエイトと、支持台に取付けられてウエイトの回転軸に対する半径方向位置を制御可能にする流体シリンダとを備え、
流体供給源からの流体を各回転ユニットの流体シリンダに順に供給することにより、各回転ユニットのウエイトの上記半径方向位置を変化させ、そのウエイトに作用する重力が回転軸まわりに及ぼす回転モーメントの変動で回転台及び回転軸を回転させる回転駆動装置であって、
各回転ユニットが、支持台に設けた旋回中心軸まわりに旋回可能に支持される旋回アームを有し、旋回アームの旋回中心軸からのうでの長さが長い位置にウエイトを設け、その旋回中心軸からのうでの長さが短い位置に流体シリンダ側の連結点を設けてなるとともに、
旋回アームの旋回中心軸を設けた支持台が、回転台に取付けた基台に設けた揺動支軸であって、回転軸に直交する揺動支軸まわりに揺動自在に支持され、支持台に設けた旋回アームの旋回中心軸が、回転軸に直交する面上に位置する中立位置に対する両側のうち、ウエイトに作用する重力が及ぶ側に一定角度だけ揺動可能にされる回転駆動装置。
前記各回転ユニットにおいて、旋回アームがウエイトを回転軸に対する最小半径方向位置から最大半径方向位置に向けて突き出す方向に旋回開始するタイミングＡが、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトが回転軸を含む水平面近くにあり、旋回アームのその後のその方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミングとなるように、流体供給源からの流体を各回転ユニットの流体シリンダに供給するように制御され、
各回転ユニットにおいて、旋回アームを上記最大半径方向位置から最小半径方向位置に向けて引込む方向に旋回開始するウエイト引込み開始タイミングＢが、当該回転ユニットの旋回アーム及びウエイトが回転軸を含む水平面近くにあり、旋回アームのその後のその方向への旋回過程でウエイトの鉛直方向位置がより低位になり始めるタイミングとなるように、流体供給源からの流体を各回転ユニットの流体シリンダに供給するように制御される請求項１に記載の回転駆動装置。
前記旋回アーム及び支持台を支持する基台が、回転台に設けた傾動支軸であって、回転軸に沿う傾動支軸まわりに、回転軸を含む面に旋回アームを旋回可能に沿わせてなる基準位置から、回転方向に一定角度だけ進む前傾位置にまで傾動可能に取付けられてなる請求項１又は２に記載の回転駆動装置。