JP5660749B2

JP5660749B2 - スプリング装置

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Inventors: 楊　泰和; 泰和楊
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Priority date: 2006-08-09
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Description

この発明は、間欠的、不安定または低い駆動力によってエネルギーを蓄積し、トリガによってエネルギーを解放するスプリング装置に関する。

従来、例えば、手で回す発電機又は足で踏む発電機等の人力による回転、移動、又はスウィングを行う駆動装置、例えば、小型風力発電機又はポンプ等の風力で駆動する装置、又はランダム運動エネルギーで発電する装置、又は振動で発電する装置、又はつりあい車、動くブロックで駆動する装置が知られている。

例えば、セイコー社製造のつりあい車で駆動する装置においては、そのランダム運動エネルギーを利用して、加速ギアを通して直接発電機を駆動することで、電気エネルギー記憶装置(Electric Storage Device)に充電し、電気エネルギー記憶装置の電気エネルギーでクオーツ時計のムーブメントの機電動力システムを駆動している。

しかしながら、かかる従来の装置では次のような問題点がある。即ち、従来人力による駆動、又は不連続のランダム駆動、又は回転速度が低く、又は不安定のランダム運動エネルギーを使う駆動は、有効に負荷を駆動できない。例えば、人力で駆動する発電機は均等な速度で駆動するのが難しいし、それにより出力した電圧は速度が不安定なので脈動を呈することになり、又は、その回転速度が低い場合、その発電電圧が不足になる。足で踏む発電機もこの欠点がある。

又、不平衡のつりあい車又は動くブロックを利用して、ランダムで駆動する場合も、その回転速度が不安定か低い。又、風力又は波で負荷を駆動する場合も同じ欠点がある。そのため、上述の運動エネルギーを利用して発電機を駆動する場合、回転速度が低く、又は不等速運動が形成され、その低速段の発電電圧が低すぎるため、発電の電圧も低すぎることになって有効に運用できないので、エネルギーの浪費になる。

例えば、充電する場合、発電の電圧が、既に電気エネルギーを持つが未飽和の状態の充放電可能な電気エネルギー記憶装置Electric Storage Device（ＥＳＤ）の電圧より低い場合、電気エネルギー記憶装置(Electric Storage Device)に充電することができないので、このような状態になる場合、つりあい車の運動エネルギーを浪費することになる。

又は、電気エネルギーを駆動する発光素子の電圧が、発光素子の作動電圧、例えばＬＥＤの作動電圧に達していない場合、又は、機械変位位置を駆動して電気エネルギーを生じ、その生じた駆動力が機構の間にある静摩擦の問題を解決できない場合、その入力されたより弱いランダム運動エネルギーは無効のパワーになってエネルギーを損失することになる。

この発明の主要な目的は、間欠的に入力される運動エネルギーを浪費することなく蓄積し、トリガによってエネルギーを解放するスプリング装置を提供するものである。

この発明は不連続の間欠的な運動エネルギー、又は回転速度が低い運動エネルギー、又は不安定のランダムな運動エネルギーを、必要に応じて伝動装置を通して、運動エネルギーを蓄積し、設定値までエネルギーを蓄積する時、エネルギー解放で制御する装置を駆動することで、スプリングによるトリガで、エネルギーを解放し、より大きいパワーを出力するか、より高い回転速度で負荷を駆動するものである。

即ち、請求項１記載の発明は、エネルギーを蓄積し、トリガによってエネルギーを解放するスプリング装置であって、間欠的、不安定または低い駆動力が入力されて運動エネルギーを生じせしめる入力機構（１０１）と、入力機構（１０１）からの運動エネルギーを機械エネルギーとして蓄積するスプリング（１０３）と、入力機構（１０１）からスプリング（１０３）への方向にのみ運動エネルギーを伝達する単方向伝動機構と、スプリング（１０３）からの機械エネルギーが解放されたときに該機械エネルギーによって駆動される負荷装置（１０５）と、を備え、スプリング（１０３）に蓄積されたエネルギーがトリガによって解放されることにより、負荷装置（１０５）が駆動されることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の前記トリガが、スプリング（１０３）に蓄積されるエネルギーが設定値となることであることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のスプリング装置が、常時は、前記スプリング（１０３）からの負荷装置（１０５）へのエネルギーの伝達を阻止し、前記トリガによってエネルギーの伝達を許容するクラッチ装置（１０４）を備えることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の前記クラッチ装置（１０４）が、前記スプリング（１０３）の出力端及び出力伝動装置（１０２’）を介して前記負荷装置（１０５）の入力端に連結される第１作用端と、非駆動部（１０６）に連結される第２作用端とを有し、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値になると、前記第１作用端は前記第２作用端に対して相対運動可能となり、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値以下であると前記第１作用端は前記第２作用端と相対運動不能となることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３記載の前記クラッチ装置（１０４）が、前記負荷装置（１０５）の駆動部に連結される第１作用端と、非駆動部（１０６）に連結される第２作用端とを有し、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値になると、前記第１作用端は前記第２作用端に対して相対運動可能となり、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値以下であると前記第１作用端は前記第２作用端と相対運動不能となることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項３記載の前記クラッチ装置（１０４）が、前記負荷装置（１０５）の入力端及び出力伝動装置（１０２’）を介して前記スプリング（１０３）の出力端に連結される第１作用端と、非駆動部（１０６）に連結される第２作用端とを有し、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値になると、前記第１作用端は前記第２作用端に対して相対運動可能となり、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値以下であると前記第１作用端は前記第２作用端と相対運動不能となることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１または２記載の前記負荷装置（１０５）が、静摩擦係数値と動摩擦係数値を持つ駆動部と非駆動部とを有し、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値になると、負荷装置（１０５）の駆動部が静摩擦力により停止する状態から動摩擦力を受けながら駆動される状態に転じ、スプリング（１０３）からの力が負荷装置１０５における動摩擦力と平衡を呈するときに、負荷装置（１０５）の駆動部が停止することを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の前記単方向伝動機構が、不可逆性の伝動機構であることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の前記入力機構（１０１）とスプリング（１０３）との間に伝動装置（１０２）が設けられ、該伝動装置（１０２）は、スプリング（１０３）に蓄積されるエネルギーが低いと、速い速度でスプリング（１０３）に機械エネルギーを蓄積し、スプリング（１０３）に蓄積されるエネルギーが高くなると、遅い速度でスプリング（１０３）に機械エネルギーを蓄積することを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の前記入力機構（１０１）とスプリング（１０３）との間に伝動装置（１０２）が設けられ、該伝動装置（１０２）は、入力機構（１０１）からの運動を減速してスプリング（１０３）に伝達することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の前記スプリング（１０３）と負荷装置（１０５）との間に出力伝動装置（１０２’）が設けられ、該出力伝動装置（１０２’）は、入力機構（１０１）からの運動を加速してスプリング（１０３）に伝達することを特徴とする。

請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の前記スプリング（１０３）と負荷装置（１０５）との間に出力伝動装置（１０２’）が設けられ、該出力伝動装置（１０２’）は、入力機構（１０１）からの運動を減速してスプリング（１０３）に伝達することを特徴とする。

本発明によれば、人力による駆動又はその他ランダム間欠運動エネルギーによっても、スプリングを駆動して徐々に締めることでエネルギーを蓄積し、設定値までエネルギーを蓄積し、エネルギー解放で制御する装置を駆動することで、スプリングによるトリガで、エネルギーを解放して負荷を駆動することができるので、運動エネルギーの浪費を節約することができる。

間欠的にエネルギーを蓄積し、トリガによってエネルギーを解放するスプリング装置であって、それは人力による駆動又はその他ランダム間欠運動エネルギーによる、スプリングを駆動して徐々に締めることでエネルギーを蓄積し、設定値までエネルギーを蓄積する場合、エネルギー開放で制御する装置を駆動することで、スプリングによるトリガで、エネルギーを開放して負荷を駆動することができる。その主要な構成は下記の通りである。

入力機構１０１：回転軸、回転ギア又はハンドル又はその他回転駆動、往復移動、スウィング、又は振動などを行えることで、人力による駆動、機械力による駆動、又は電磁力、電気エネルギーモーターによる駆動、又はランダム運動エネルギーによる駆動、又は自然力による単方向又は双方向で駆動することを受けてから生じた単方向変位駆動の運動エネルギーを含むのである。

エネルギー蓄積伝動装置１０２：各種の加速、又は減速、又は等速、又は運動形態を変換する回転又は線状伝動装置(例えば、各種の伝動ギアセット又はギアシステム又はコネクティングロッド)を含む。この装置によって、入力機構１０１の運動エネルギーを伝送して、スプリング１０３を駆動するものである。この装置は必要によって、設置するかどうかを選ぶことができる。

出力伝動装置１０２’：各種の加速、又は減速、又は等速、又は運動形態を変換する回転又は線状伝動装置(例えば、各種の伝動ギアセット又はギアシステム又はコネクティングロッド)を含む。この装置によって、入力スプリング１０３の運動エネルギーを伝送して、負荷１０５を駆動するものである。この装置は必要によって、設置するかどうかを選ぶことができる。

スプリング１０３：入力機構１０１からの機械エネルギーを蓄積するスプリング装置である。そのスプリング装置は渦状、らせん状、シート状又はその他形状を呈する機械エネルギーを蓄積できるスプリング装置で構成されるのである。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４：制限トルクを固定又は設定、又は調整することで、スライド又は離脱機能を形成するクラッチ装置で構成され、又、静摩擦係数値は動摩擦係数値より大きい摩擦式クラッチ装置で構成され、又、電磁力又は流体力で制限トルク機能を制御する機械クラッチ装置で構成される。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の構成にエネルギー蓄積及びエネルギー解放機能としての駆動部、及び駆動部と相互作用を行う非駆動部を含み、更に、固定に便利とするため、その非駆動部をケースに設置することで、共同にケースの非駆動部１０６を構成することができる。

負荷装置１０５：各種のスプリング１０３で駆動する回転式又は線状駆動の負荷を含む。特に、直接又は増速か減速の出力伝動装置１０２’を通して、ポンプを駆動することで、流体を動かし、又はファンを駆動し、又はその他機械性負荷を駆動する。又、直接又は増速、減速の出力伝動装置１０２’を通して発電機を駆動し、発電機の電気エネルギーによって、直接発電出力を行うことで負荷を駆動する。又は、発電の電気エネルギーより充放電装置へ充電してから、充放電装置の電気エネルギーより、時計又は懐中時計の中に電気エネルギーで駆動するクオーツ製のムーブメント、又はその他電気エネルギーで駆動する時計のムーブメント、又は携帯式通信、又はネット会議、又はインフォメーション、又はビデオ、オーディオの放送、録画装置、又はカメラ、又はビデオカメラ、又は発光装置等の負荷に電気エネルギーを供給するものである。

単方向伝動装置１０７：単方向駆動としての爪車機構、又はその他単方向伝動装置で構成され、それをスプリング１０３の入力端とケースの非駆動部１０６の間に設ける。上述のスプリング１０３入力端は、入力機構１０１がエネルギー蓄積伝動装置１０２を通してからスプリング１０３の入力端までの間でのいずれかの回転パーツを指すのである。

主には、不連続の運動エネルギー、又は回転速度が低い運動エネルギー、又は不安定のランダム運動エネルギーを伝動装置に通して、徐々にスプリングを締めることで、運動エネルギーを蓄積し、設定値までエネルギーを蓄積する時、エネルギー解放で制御する装置を駆動することで、スプリングによるトリガで、エネルギーを解放し、運動エネルギーを出力して、運動エネルギーの解放は負荷側と平衡を呈する状態までに負荷を駆動する。更に、この動作を繰り返し行うので、この発明による、分散の運動エネルギーをスプリングに累積してから、より高いパワーを出力し、より高い回転速度で負荷を駆動することができる。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の設置方式は下記のような方式を使っても良い。即ち、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の二つの相互作用端での一つをスプリング１０３の出力端に連結し、及び出力伝動装置１０２’を通して、負荷装置１０５の出力端に連結する。又、その他の一端をケースの非駆動部１０６に連結するので、スプリング１０３を受ける弾力がすでに限界値になる場合、そのエネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４が解放に転じることで、スプリング１０３に蓄積したエネルギーの出力が出力伝動装置１０２’を通して負荷装置１０５を駆動し、スプリング１０３の出力を停止する場合、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４がクローズ状態に戻るのである。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の設置方式は下記のような方式を使っても良い。即ち、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の二つの相互作用端を負荷装置１０５の駆動部及びケースの非駆動部１０６の間に設置するので、スプリング１０３を受ける弾力がすでに限界値になる場合、そのエネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４が解放に転じることで、負荷装置１０５がスプリング１０３に駆動され、スプリング１０３の出力を停止する場合、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４がクローズ状態に戻るのである。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の設置方式は下記のような方式を使っても良い。即ち、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の二つの相互作用端での一端を負荷装置１０５の駆動部の連結機構に連結してから、出力伝動装置１０２’を通してスプリング１０３に連結する。その他の一端をケースの非駆動部１０６に設置するので、スプリング１０３を受ける弾力がすでに限界値になる場合、そのエネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４が解放に転じることで、スプリング１０３に蓄積したエネルギーを出力して負荷装置１０５を駆動し、スプリング１０３の出力を停止する場合、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４がクローズ状態に戻るのである。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４の設置方式は下記のような方式を使っても良い。即ち、静摩擦係数値と動摩擦係数値を持つ負荷装置１０５をダンパーとして、スプリング１０３の入力端をエネルギー蓄積伝動装置１０２の入力端に連結することで、入力機構１０１でエネルギーを蓄積して駆動することを受け、スプリング１０３の出力端が負荷装置１０５を駆動し、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４を使用するかどうかを選ぶことができる。使用しないことを選ぶ場合、負荷装置１０５自体の静摩擦値が動摩擦値より大きいので、エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４のダンパー変化機能を持つので、スプリング１０３の累積トルクが静摩擦の限界値になる場合、負荷装置１０５が停止する静摩擦状態から駆動する動摩擦状態に転じて、スプリング１０３が運動エネルギーを解放して負荷を駆動し、スプリング１０３の運動エネルギーが負荷の動摩擦値と平衡を呈する場合、負荷が停止する静摩擦状態に戻る。

エネルギー蓄積伝動装置１０２自体が不可逆の機能を持ち、又は不可逆の機能を持つ伝動装置(例えば不可逆伝動のウォーム、ウォームギヤーセット)を追加設置する場合、上述のスプリング１０３の入力端及びケースの非駆動部１０６の間にある単方向伝動装置１０７を省略して設置しなくても良い。

エネルギー蓄積伝動装置１０２はトルクによる速度比の特性を変える伝動装置で構成されでも良い。このトルクによる変化する変速比を持つ伝動装置は、スプリング１０３に蓄積されるエネルギーがより低い場合、入力機構１０１がトルクによる速度比の特性を変えるエネルギー蓄積伝動装置１０２を通して、トルクが小さく、速度が早い状態でプリング１０３を締めることができるし、スプリング１０３に蓄積されるエネルギーが増えることによって、徐々に変速比が変化するので、入力機構１０１がトルクによる速度比の特性を変えるエネルギー蓄積伝動装置１０２を通して、トルクが大きく、速度が遅い状態でスプリング１０３を締めることができる。

特に、減速形態を持つ入力のエネルギー蓄積伝動装置１０２を選んで設置することで、入力する場合、微小な運動エネルギーだけで、スプリング１０３を締めてエネルギーを蓄積することができる。

特に、加速形態を持つ出力伝動装置１０２’を選んで設置することで、出力する場合、発電機又はポンプ又はファン又はその他負荷の回転速度をアップさせることができる。

特に、減速形態を持つ出力伝動装置１０２’を選んで設置することで、出力する場合、トルクが大きく、速度が遅い状態で出力することで、負荷を駆動することができる。

特に、減速形態を持つ入力のエネルギー蓄積伝動装置１０２を選んで設置することで、入力する場合、微小な運動エネルギーだけで、スプリング１０３を締めてエネルギーを蓄積することができ、及び、加速形態を持つ出力伝動装置１０２’を選んで設置することで、出力する場合、発電機又はポンプ又はファン又はその他負荷の回転速度をアップさせることができる。

特に、減速形態を持つ入力のエネルギー蓄積伝動装置１０２を選んで設置することで、入力する場合、微小な運動エネルギーだけで、スプリング１０３を締めてエネルギーを蓄積することができ、及び、減速形態を持つ出力伝動装置１０２’を選んで設置することで、出力する場合、トルクが大きく、速度が遅い状態で出力することで、負荷を駆動することができる。

図１は、本発明による第１実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。その主要な構成は、駆動力が入力されて運動エネルギーを生じせしめる入力機構１０１、入力機構１０１に生じた運動エネルギーを伝達するエネルギー蓄積伝動装置１０２、エネルギー蓄積伝動装置１０２によって伝動された運動エネルギーを機械エネルギーとして蓄積するスプリング１０３、スプリング１０３で蓄積された機械エネルギーが伝達されて負荷を駆動する出力伝動装置１０２’、クラッチ装置１０４、負荷装置１０５及び単方向伝動装置１０７から構成される。各構成要素の詳細は下記の通りである。

入力機構１０１は、回転軸、回転ギア、ハンドル又はその他で構成され、回転運動、往復移動、スウィング、又は振動などの運動を行う運動部材を備える。これによって、運動部材は、人力による駆動、機械力による駆動、又は電磁力、電気エネルギーモーターによる駆動、又はランダムな運動エネルギーによる駆動、又は自然力による単方向又は双方向の駆動を受けて運動し、運動エネルギーを発生する。この運動エネルギーは、単方向変位運動の運動エネルギーを含む。

エネルギー蓄積伝動装置１０２は、各種の加速若しくは減速をして又は等速に運動を伝達し、場合によって運動形態を変換して運動を伝達する回転式又はリニア式（線状）伝動装置(例えば、各種の伝動ギアセット又はギアシステム又はコネクティングロッド)を含む。この装置によって、入力機構１０１の運動エネルギーを伝送して、スプリング１０３を駆動するものである。この装置は必要によって、設置するかどうかを選ぶことができ、省略可能である。

出力伝動装置１０２’ は、各種の加速若しくは減速をして又は等速に運動を伝達し、場合によって運動形態を変換して運動を伝達する回転式又はリニア式（線状）伝動装置(例えば、各種の伝動ギアセット又はギアシステム又はコネクティングロッド)を含む。この装置によって、入力スプリング１０３の運動エネルギーを伝達して、負荷１０５を駆動するものである。この装置は必要によって、設置するかどうかを選ぶことができ、省略可能である。

スプリング１０３は、入力機構１０１からの機械エネルギーを蓄積するスプリングである。スプリング１０３は渦状、らせん状、シート状又はその他形状を呈する機械エネルギーを蓄積できるスプリングで構成される。

クラッチ装置１０４は、エネルギー解放で制御するクラッチ装置で、制限トルクを固定、設定、又は調整することで、スライド又は離脱機能を形成するクラッチ装置で構成される。例えば、静摩擦係数値が動摩擦係数値より大きい摩擦式クラッチ装置や、又は、電磁力又は流体力で制限トルク機能を制御する機械クラッチ装置で構成される。クラッチ装置１０４は、常時は、前記スプリング１０３からの負荷装置１０５へのエネルギーの伝達を阻止し、前記トリガによってエネルギーの伝達を許容する。

エネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４は、その構成に、エネルギー蓄積及びエネルギー解放機能としての駆動部、駆動部と相互作用を行う非駆動部及びそれぞれの作用端を含み、更に、固定に便利とするため、その非駆動部をケース等の非駆動部１０６に設置することができる。

図１の例では、クラッチ装置１０４の二つの相互作用端の一端をスプリング１０３の出力端に連結し、且つ出力伝動装置１０２’を通して負荷装置１０５の入力端に連結し、その他の一端をケース等の非駆動部１０６に連結する。これにより、クラッチ装置１０４がスプリング１０３を受ける弾力がすでに限界値になる場合、そのエネルギー解放で制御するクラッチ装置１０４が解放に転じることで、スプリング１０３に蓄積したエネルギーが出力されて、出力伝動装置１０２’を通して負荷装置１０５を駆動する。スプリング１０３の出力を停止する場合、クラッチ装置１０４がクローズ状態（即ち、伝達阻止状態）に戻る。

負荷装置１０５は、各種のスプリング１０３で駆動される回転式又はリニア式（線状）駆動の負荷であり、出力伝動装置１０２’と連結される入力端と、駆動部とを備える。この負荷装置１０５は、例えば、直接に、又は増速か減速をする出力伝動装置１０２’を通して、駆動されるポンプとすることで、該ポンプにより流体を動かし、又はファンを駆動し、又はその他機械性負荷を駆動するものとすることができる。又は、直接に、又は増速か減速をする出力伝動装置１０２’を通して駆動される発電機とすることで、発電機の電気エネルギーによって、直接発電出力を行うことで負荷を駆動するものとすることができる。又は、発電の電気エネルギーより充放電装置へ充電してから、充放電装置の電気エネルギーより、時計又は懐中時計の中で電気エネルギーで駆動するクオーツ製のムーブメント若しくはその他電気エネルギーで駆動する時計のムーブメント、携帯式通信装置、ネット会議，インフォメーション，ビデオ若しくはオーディオの放送若しくは録画装置、カメラ、ビデオカメラ、又は発光装置等の負荷に電気エネルギーを供給するものとすることができる。

単方向伝動装置１０７は、単方向駆動としてのラチェット機構、又はその他単方向伝動装置で構成され、スプリング１０３の入力端とケース等の非駆動部１０６の間に設ける。上述のスプリング１０３の入力端とは、入力機構１０１からエネルギー蓄積伝動装置１０２を通してスプリング１０３までの間でのいずれかの部分（例えばいずれかの回転部分）を指すものとする。

この単方向伝動装置１０７は、エネルギー蓄積伝動装置１０２自体に含めることもでき、エネルギー蓄積伝動装置１０２が不可逆の機能を持ち、又は不可逆の機能を持つ伝動装置(例えば不可逆伝動のウォーム、ウォームギヤーセット)を有している場合、上述の単方向伝動装置１０７を独立的に設置することは不要である。

エネルギー蓄積の効率を向上するため、前述のエネルギー蓄積伝動装置１０２はトルクによる速度比の特性を変える伝動装置で構成されても良い。このトルクにより変化する変速比を持つ伝動装置は、スプリング１０３に蓄積されるエネルギーがより低い場合、入力機構１０１がトルクによる速度比の特性を変えるエネルギー蓄積伝動装置１０２を通して、トルクが小さく、速度が速い状態でスプリング１０３を締めることができ、スプリング１０３に蓄積されるエネルギーが増えることによって、徐々に変速比が変化するので、入力機構１０１がトルクによる速度比の特性を変えるエネルギー蓄積伝動装置１０２を通して、トルクが大きく、速度が遅い状態でスプリング１０３を締めることができる。

図５は、スプリングのエネルギー蓄積値及び減速比の操作関係説明図である。図の中でのａはスプリング１０３のエネルギー蓄積値、ｂは入力機構１０１より回転速度を入力することで、スプリング１０３の入力端の回転速度を駆動する場合の減速比であり、このトルクによる速度比の特性を変える伝動装置は無段、有段変速機能を使っても良い。その操作方式は手動、又は自動変速比などの各種の従来の変速装置で構成されるものである。

このスプリング装置によれば、間欠的にエネルギーを蓄積し、トリガによってエネルギーを解放することができるので、人力による駆動又はその他ランダムな間欠運動エネルギーによってスプリングを駆動して徐々に締めることでエネルギーを蓄積し、出力設定値までエネルギーを蓄積する場合、クラッチ装置１０４が駆動されることで、スプリングのトリガでエネルギーを解放して負荷を駆動することができる。有効的に不連続運動エネルギー、又は回転速度が低い運動エネルギー、又は不安定なランダム運動エネルギーを累積し、再び出力の設定値まで達すると、エネルギー解放で制御する装置を駆動することで、スプリングのトリガによってエネルギーを解放して、大きいパワー、高い回転速度の出力を行うことができることで、エネルギーの浪費を防ぐことができる。

この間欠的にエネルギーを蓄積し、トリガによってエネルギーを解放するスプリング装置の応用として、減速伝達を行うエネルギー蓄積伝動装置１０２を選んで設置することができる。これによって、入力する場合、微小な運動エネルギーだけで、スプリング１０３を締めてエネルギーを蓄積することができる。又、加速伝達を行う出力伝動装置１０２’を選んで設置することで、出力する場合、発電機又はポンプ又はファン又はその他負荷の回転速度を上昇させることができる。又、減速伝達を行う出力伝動装置１０２’を選んで設置することで、出力する場合、トルクが大きく、速度が遅い状態で出力することで、負荷を駆動する応用に適用することができる。

図２は、本発明による第２実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。同一の部材は同一の符号を付しその詳細説明を省略する。

この例では、クラッチ装置１０４の二つの相互作用端を負荷装置１０５の駆動部及びケースの非駆動部１０６の間にそれぞれ設置する。これによって、スプリング１０３を受ける弾力がすでに限界値になる場合、それによって制御されるクラッチ装置１０４が解放に転じることで、負荷装置１０５がスプリング１０３によって駆動される。スプリング１０３の出力を停止する場合、クラッチ装置１０４の駆動部と非駆動部とが連結したクローズ状態（即ち、伝達阻止状態）に戻る。

図３は、本発明による第３実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。同一の部材は同一の符号を付しその詳細説明を省略する。

この例では、クラッチ装置１０４の二つの相互作用端での一端を負荷装置１０５の駆動部の連結機構に連結し、且つ出力伝動装置１０２’を通してスプリング１０３に連結する。その他の一端をケースの非駆動部１０６に設置する。これにより、スプリング１０３を受ける弾力がすでに限界値になる場合、それによって制御されるクラッチ装置１０４が解放に転じることで、スプリング１０３に蓄積したエネルギーを出力して負荷装置１０５を駆動し、スプリング１０３の出力を停止する場合、クラッチ装置１０４の駆動部と非駆動部とが連結したクローズ状態（即ち、伝達阻止状態）に戻る。

図４は、本発明による第４実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。同一の部材は同一の符号を付しその詳細説明を省略する。

この例では、クラッチ装置１０４を省略したものであり、駆動部と非駆動部とを有し、両者の間で静摩擦係数値と動摩擦係数値を持つ負荷装置１０５をダンパーとして、スプリング１０３の入力端をエネルギー蓄積伝動装置１０２の出力端に直接連結する。入力機構１０１でエネルギーを蓄積して駆動することを受け、スプリング１０３の出力端が負荷装置１０５を駆動する。負荷装置１０５の駆動部と非駆動部の静摩擦係数値が動摩擦係数値より大きく、クラッチ装置１０４のダンパー変化機能を持つので、スプリング１０３の累積トルクが静摩擦の限界値になる場合、負荷装置１０５の駆動部が停止する静摩擦状態から駆動する動摩擦状態に転じて、スプリング１０３が運動エネルギーを解放して負荷を駆動し、スプリング１０３の力が負荷装置１０５の動摩擦力と平衡を呈するときに、負荷装置１０５の駆動部が停止する静摩擦状態に戻る。

本発明による第１実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。本発明による第２実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。本発明による第３実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。本発明による第４実施例に係るスプリング装置の構成を表すブロック図である。スプリングのエネルギー蓄積値及び減速比の操作関係を表す説明用グラフである。

符号の説明

１０１：入力機構
１０２：エネルギー蓄積伝動装置
１０２’：出力伝動装置
１０３：スプリング
１０４：クラッチ装置
１０５：負荷装置
１０６：非駆動部
１０７：単方向伝動装置

Claims

エネルギーを蓄積し、トリガによってエネルギーを解放するスプリング装置であって、
間欠的、不安定または低い駆動力が入力されて運動エネルギーを生じせしめる入力機構（１０１）と、
入力機構（１０１）からの運動エネルギーを機械エネルギーとして蓄積するスプリング（１０３）と、
入力機構（１０１）からスプリング（１０３）への方向にのみ運動エネルギーを伝達する単方向伝動機構と、
スプリング（１０３）からの機械エネルギーが解放されたときに該機械エネルギーによって駆動される負荷装置（１０５）と、
を備え、
前記入力機構（１０１）とスプリング（１０３）との間に伝動装置（１０２）が設けられ、該伝動装置（１０２）は、スプリング（１０３）に蓄積されるエネルギーが低いと、速い速度でスプリング（１０３）に機械エネルギーを蓄積し、スプリング（１０３）に蓄積されるエネルギーが高くなると、遅い速度でスプリング（１０３）に機械エネルギーを蓄積し、
前記負荷装置（１０５）は、静摩擦係数値と動摩擦係数値を持つ駆動部と非駆動部とを有し、スプリング（１０３）に蓄積したエネルギーが設定値になると、負荷装置（１０５）の駆動部が静摩擦力により停止する状態から動摩擦力を受けながら駆動される状態に転じ、スプリング（１０３）からの力が負荷装置（１０５）における動摩擦力と平衡を呈するときに、負荷装置（１０５）の駆動部が停止することを特徴とするスプリング装置。
前記単方向伝動機構は、不可逆性の伝動機構であることを特徴とする請求項１に記載のスプリング装置。
前記伝動装置（１０２）は、入力機構（１０１）からの運動を減速してスプリング（１０３）に伝達することを特徴とする請求項１または２に記載のスプリング装置。
前記スプリング（１０３）と負荷装置（１０５）との間に出力伝動装置（１０２’）が設けられ、該出力伝動装置（１０２’）は、入力機構（１０１）からの運動を加速してスプリング（１０３）に伝達することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスプリング装置。
前記スプリング（１０３）と負荷装置（１０５）との間に出力伝動装置（１０２’）が設けられ、該出力伝動装置（１０２’）は、入力機構（１０１）からの運動を減速してスプリング（１０３）に伝達することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスプリング装置。