JP4605555B2 - ギヤーボックス状装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力装置、気体圧縮装置、ポンプ、モータ等に用いる要素部品及びその利用方法であり、動力を発生させる、あるいは気体、液体を圧縮、移動させる技術に関する。

特許文献１にあるような従来の装置では、ピストンが円運動（回転）するシリンダーを実現する為にピストンが通過する際に素早く上下することにより気密構造を実現する弁が必要であった。また、爆発シリンダーとは別に圧縮シリンダーが必要であった。
さらに、特許文献２のように歯車形状がインボリュート型の場合、噛み合う歯先と歯底は必ず空間があく為、原動機として使用する場合は、潤滑材が燃焼室に入り爆発の際に燃えてしまうことを防止する必要があった。
さらに特許文献３にあるような歯車に切り欠き及び突起を設置する場合で、動力装置として使用する場合は混合圧縮ガスを燃焼室に入れた後の爆発タイミングは少なくとも切り欠き部がハウジングに隠れるまで待たなければならなかった。
最後に、特許文献４にあるような形状は製作コストが大きくなる欠点があった。
特願平１０−２６２２３７ 特表平９−５０１２１６ 特願２００６−２５１６７５ 特開２００４−２７０４４９

発明が解決しようとする課題

しかしながら、特許文献１にあるような高速回転するエンジンにおいてそれを上回る高速で弁を上下させる信頼性のある製品を実現することは困難である。そこで、本発明は弁を使わずに２個の気密室を持ち、なおかつ潤滑材が燃焼室に移行することにより排気ガスの環境負荷を上げず、かつ製作コストが安価な気密構造ギヤーボックス状装置を実現する事を第１の課題とする。

この気密構造ギヤーボックス状装置を用いて動力装置として利用する場合に、歯車の一方に切り欠きを設置する場合のような爆発タイミングでの燃焼室内圧の低下を防止することを第２の課題とする。

さらに、高速回転しながら第一回転目で「圧縮気体の供給直後の爆発」と圧縮を同時に行い、第二回転目で吸気と排気を同時に実現できるようにすることを第３の課題とする。

さらに、弁構造の信頼性・耐久性の向上を実現することを第４の課題とする

また、気密構造ギヤーボックス状装置を用いてコンプレッサーを実現する事を第５の課題とする。

最後に気密構造ギヤーボックス状装置を用いてポンプ及びモータを実現する事を第６の課題とする。

課題を解決するための手段

第１のギヤーボックス状装置（請求項１に対応）は、２つの概略円形の円周面を有する 内部空間と内部空間に通じる少なくとも１つの流通孔と側板内側に溝を有するハウジングと、２つの歯車様形状部品と、を備え、２つの歯車様形状部品のうち一方の歯車様形状部品の一部を切り出した切り出し部と、切り出し部側面から出たピンと、一方の歯車様形状部品には、切り出し部を内側から円周方向に気密を保ちながら自由にスライドし、出入りできるようにして収納する切り出し部収納部と、を有し、２つの歯車様形状部品はそれぞれ２つの概略円形の円周面を有する円周面を有する内部空間を気密に保つようにハウジングに入れられ、歯車様形状部品の先端及び谷底形状は噛み合わせた時に隙間の無い形状とし、ハウジングの内部は、切り出し部と２つの歯車様形状部品の噛み合い部に２つの密閉空間を構成し、２つの歯車様形状部品は滑らかに回転し、溝はピンをガイドすることにより、切り出し部を持つ歯車様形状部品を回転させる時に切り出し部を概略円形のハウジング内部に気密を保ちながら摺動するよう出し、切り出し部が２つの歯車様形状部品の噛み合い部を通過する場合は歯車様形状部品の切り出し部収納部に収納することを特徴とする。

第２のギヤーボックス状装置（請求項２に対応）は、上記の構成において、好ましくは、歯車様形状部品は、円筒形状であることを特徴とする。

発明の効果

本発明は次のような効果を奏する。
請求項１に記載されている発明は動力装置として利用する場合は、ピストンに相当する切り出し部が円運動を行う為、爆発エネルギーをクランク機構を用いずに直接回転エネルギーに変換できることから、従来のクランク機構を採用するエンジンに比較し最大２倍の回転エネルギーを出力することができる。また、素早く上下する弁を用いずに２個の気密室を実現する効果を有している為、一回転目では第一室で圧縮混合ガスの供給直後の爆発をしながら第二室で圧縮を行い、二回転目では第一室で吸気しながら第二室で排気を行うことを繰り返す事により動力装置を実現できる。さらに潤滑材が燃焼室である第一室に入る量が最小であることから２サイクルエンジンのように潤滑材が燃えた後の白煙発生は少ない。
また、切り出し部をスライドする機構としており、一方の歯車にスライド切り欠き部が存在しない為、圧縮混合ガスを爆発室に注入するタイミングを早くできる為、点火時のガス圧の低下を防止できる。同時にこの機構により、スライド切り欠き部を有しない方の歯車を小さくできる為、エンジン全体重量の大幅軽減化に寄与する。また、形状が簡単である為、製作コストが低くできる。

また、気体圧縮装置として利用する場合は吸気口からほぼ連続的に気体を取入れながら同時に圧縮する装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。

ポンプとして利用する場合は吸気口からほぼ連続的に気体を取入れながら同時に排気する装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。
気密性・水密性を必要とするモータとして利用する場合は吸気口から連続的に気体又は液体を注入し排気口から排出することにより動力を得る装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。
気密性・水密性を必要としないモータとして利用する場合は、回転軸に切り出し部収納部のみ設置し、この収納部の中に多段伸長型切り出し部を設置し、この切り出し部の出入動作を規定する為の機構を設置することにより水車あるいは風車型装置を従来の水車あるいは風車の半分程度の大きさで実現できる。
このように従来の２倍の効率の装置を実現できることから、使用燃料、使用エネルギーと環境負荷を１／２にすることができる装置を安価に製造できる。

発明を実施するための最良形態

本発明に係る歯車様形状部品と雪達磨状断面空間を持つハウジングとの間の空間の気密を保ち２分割する気密構造ギヤーボックス状装置は、上記の効果を達成するために、次のように構成される。本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
以下は気密構造ギヤーボックス状装置を実施するための最良形態である。

図１（ａ）に示す噛み合いながら高速回転する１対の歯車の１つである歯車様形状部品２は歯車のイメージの部品とし、歯車様形状部品１は歯車の一部を切り出し、これを元の歯車の切り出し部収納部に入れた形状とし、切り出し部が内側から円周方向に自由にスライドできるようにしたスライド切り出し部３を配する。切り出し部の出入動作を規定する為に、図１（ｂ）に示す歯車を挟むハウジング側板内側にスライド切り出し部制御溝２６を堀り、切り出し部側面から出たピン２８をガイドし切り出し部を回転角度に応じて出入りさせる。
本気密構造ギヤーボックス状装置の実施形態は図２（ｃ）のように円筒型でも良い。また、又は（ｄ）のように歯車様形状部品２を省略してもよい。

歯の先端及び谷底形状は潤滑材をハウジング４の外に追い出し、噛合後空間１４に入れたくない場合は歯の断面は円の一部の形状とする。

図１（ａ）に示すようにこの２個の歯車様形状部品１，２を気密を保つようハウジング４に入れる。ハウジング４の中では歯の噛み合い部２９とスライド切り出し部３により封止された空間１４及び１５が存在し、気密を保つ構造となる。

本装置は歯車様形状部品２の軸に負荷をかけることにより歯と歯の密着性を上げ、気密を保ちながら作動する。また、歯車様形状部品とハウジングは全く同じ材料を使用することにより熱膨張により気密が破れることを防止する。

本装置は単体又は複数で使用する。複数使用の場合はスライド切り出し部を有する歯車様形状部品１の軸同士及び歯車様形状部品２の軸同士を接続させ、噛み合いタイミングをずらすことができる。
以下に気密構造ギヤーボックス状装置を用い動力装置を実施するための最良形態を請求項１の形状に基づいて示す。

図１に示すようにハウジング４の上の歯車様形状部品１，２が噛み合い部２９の前後の位置に吸気口５、圧縮混合気入口孔９、排気口６及び圧縮気体出口孔１１を配す。

ここでは給排気弁の開閉動作を図２を用いて説明する。
タイミング制御の方法はスライド切り出し部を有する歯車様形状部品１の軸に固定されたタイミング歯車１（１９）に噛み合い、回転数を半分にされたタイミング歯車２（２０）を幾つかの伝達歯車３０を介して取り付けられたシャッター歯車２４の軸にシャッター円盤２３を固定し、歯車様形状部品１が２回転する間にシャッター円盤２３が１回転するようにする。シャッター円盤２３には給排気スリット２５を約１８０°に亘り給排気孔がオープンとなるよう開けることにより歯車様形状部品１が２回転する内、１回転の間はシャッターが開放され給排気する構造となる。スリット位置を変えることにより動作タイミングを変更できる。

ここでは圧縮混合気出入口弁の開閉動作を図３を用いて説明する。
図３に示すのは圧縮混合気入口弁１０、圧縮気体出口弁１２及び圧縮気体タンク１７である。シャッター円盤２３に設置されたスリット１０及び１２により開閉する。シャッター円盤２３の動作は給排気弁の開閉動作同様タイミング歯車１（１９）に噛み合い回転数を半分にされたタイミング歯車２（２０）と同期して回転する。

図４に示すのはタイミング歯車１及びタイミング歯車２の設置方法である。図４（ａ）に示すのは給排気弁であり、図４（ｂ）に示すのは圧縮混合気出入弁である。

コンプレッサーとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置に噛み合い後の空間１５に吸気孔を、噛み合い前の気密空間１５に圧縮気体出口孔、圧力レギュレータを接続する。この際、弁制御部品は不要である。外部動力装置により歯車様形状部品１の軸を回転させる。出力圧力は圧力レギュレータにより制御する。高圧を出力したい場合は圧縮気体出口孔は噛み合い部に近い位置に配する。さらに高圧を出力したい場合は一段目の気密構造ギヤーボックス状装置で予圧しておく、二段目の気密構造ギヤーボックス状装置でさらに圧縮してもよい。

液体又は気体を吸入し、吐出するポンプとして実施するための最良形態を以下に示す。基本となる気密構造ギヤーボックス状装置の噛み合い後の空間１４に吸気孔を、噛み合い前の空間１５に排気孔を接続し、歯車様形状部品１の軸を外部動力装置により回転させる。この際、弁制御部品は不要である。ポンプ機構を用いた船舶用推進装置の応用例を図５に示す。伸長アームは１８０°位置のアームと嵌め合わされ、回転する中心軸の動きにより回転する。出入動作を規定する機構はこのポンプ端面に設置され、ガイドピンが制御溝を習う機構とする。中心軸ではなくガイドピンに動力を与えてもよい。

気密性を必要とするモータとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置の噛み合い後の空間１４に吸気孔を、噛み合い前の空間１５に排気孔を接続し、吸気孔より、液体、気体を流入させる。この際、弁制御部品は不要である。
気密性を必要としない場合の例として、図６に４枚羽風力発電装置の応用例を示す。
これは回転軸に設置したフランジに切り出し部収納部に相当する多段伸長アームを設置する。この多段伸長アームの出入動作を規定する為の機構として、てこ式マグニファイヤー及び上記回転軸とは偏心した外部フレームに固定された概円形形状をしたマグニファイヤーガイドを設置する。マグニファイヤーの最下点はは回転軸に設置したフランジに取り付け、マグニファイヤーの第一交点は上記マグニファイヤーガイドに引っ掛ける。多段伸長アームの出入り動作はこのマグニファイヤーガイド及びマグニファイヤーにより行われる。この多段伸長アームを少なくとも２個設置し、このアーム間で構成される面に折畳み式フラップを設置し、このフラップで風を受ける。風に逆行して戻ってくる時はフラップは折畳まれているので従来の風車式と比較し、風の抵抗は極めて少ない。また、本方式は風を垂直に受けることから、翼通過面積が同じ場合、プロペラ式風車と比較し数倍の出力が得られる。又、精密加工を必要とするプロペラを使用しないので安価である。風向き調整垂直尾翼を持つ。強風時には折畳み式フラップをワイヤー等で畳む機構を有し機器を破損から守る。マグニファイヤーガイドが円形の場合、マグニファイヤーの先端動曲線は円となるので、４枚の羽の先端同士をワイヤーで結ぶことにより強度を増す。てこ式マグニファイヤーの代わりに滑車を用いてもよい。

本発明は動力発生装置、気体圧縮装置、ポンプ、モータ等に利用される。

本発明の実施形態に係る歯車様形状部品がハウジングに収められた状態及びハウジングへの各種孔の取り付け位置を表す。 本発明の実施形態に係る給排気弁の構造を表す。 本発明の実施形態に係る圧縮混合気出入口弁 本発明の実施形態に係るタイミング歯車を表す。 本発明の実施形態に係る船舶用推進装置の応用例 本発明の実施形態に係る風力発電装置

符号の説明

１ スライド切り出し部を有する歯車様形状部品
２ スライド切り出し部を有しない歯車様形状部品
３ スライド切り出し部
４ ハウジング
５ 吸気口
６ 排気口
７ 吸気弁
８ 排気弁
９ 圧縮混合気入口孔
１０ 圧縮混合気入口弁
１１ 圧縮気体出口孔
１２ 圧縮気体出口弁
１３ 点火プラグ
１４ 噛合後空間
１５ 噛合前空間
１６ ハウジング側板
１７ 圧縮気体タンク
１８ 気体燃料タンク
１９ タイミング歯車１
２０ タイミング歯車２
２１ スライド切り出し部収納部
２２ シャッターハウジング
２３ シャッター円盤
２４ シャッター歯車
２５ 給排気スリット
２６ スライド切り出し部制御溝
２７ スイッチ
２８ ピン
２９ 歯の噛み合い部
３０ 伝達歯車
３１ 回転軸
３２ マグニファイヤー
３３ マグニファイヤーガイド
３４ 伸縮アーム
３５ 折畳みフラップ

Claims (2)

1. ２つの概略円形の円周面を有する内部空間と前記内部空間に通じる少なくとも１つの流通孔と側板内側に溝を有するハウジングと、
   ２つの歯車様形状部品と、を備え、
   前記２つの歯車様形状部品のうち一方の歯車様形状部品の一部を切り出した切り出し部と、
   前記切り出し部側面から出たピンと、
   前記一方の歯車様形状部品には、前記切り出し部を内側から円周方向に気密を保ちながら自由にスライドし、出入りできるようにして収納する切り出し部収納部と、を有し、
   前記２つの歯車様形状部品はそれぞれ前記２つの概略円形の円周面を有する円周面を有する内部空間を気密に保つように前記ハウジングに入れられ、
   前記歯車様形状部品の先端及び谷底形状は噛み合わせた時に隙間の無い形状とし、
   前記ハウジングの内部は、前記切り出し部と前記２つの歯車様形状部品の噛み合い部に２つの密閉空間を構成し、前記２つの歯車様形状部品は滑らかに回転し、
   前記溝は前記ピンをガイドすることにより、前記切り出し部を持つ前記歯車様形状部品を回転させる時に切り出し部を概略円形のハウジング内部に気密を保ちながら摺動するよう出し、前記切り出し部が前記２つの歯車様形状部品の噛み合い部を通過する場合は前記歯車様形状部品の前記切り出し部収納部に収納することを特徴とするギヤーボックス状装置。
2. 前記歯車様形状部品は、円筒形状であることを特徴とする請求項１記載のギヤーボックス状装置。