JPH06264987A - 入出力自在蓄力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】間欠的に発生するエネルギーを回転入力として
捉えてこれをコイルバネの弾性力として蓄力して間欠的
に発生する出力を賄うようにしたもので、これによって
現代の急務である省エネルギーの要望に応え、あらゆる
発生エネルギーの選択自在な活用をはかるものである。 【構成】大径円筒と小径円筒とを平行に設定して、小径
円筒に適正径のコイルバネを整巻きしてその巻終わり端
を大径円筒の対応位置に固定して両円筒を同一回転させ
て小径円筒から巻出したコイルバネを大径円筒に巻き込
んで、そのトルク差によってエネルギーを蓄力する構造
のもので且つ入出自在にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はエネルギーを入力して
弾性体に蓄力し任意に自在に出力活用する必要のあるあ
らゆる装置に使用出来るもので、その利用産業範囲は広
い。

【０００２】

【従来の技術】通常蓄力手段としては蓄電池によるが、
変換効率が低く、重量も大きく経年変化を含めて保守点
検の工数も大で活用し難い。機械的にはバネによるもの
も考えられるが瞬間的で長期の持続性がないのは周知で
ある。例えばゼンマイバネ等では短ストロークの活用は
出来ても均等な荷重を常に入力すると共に均等に出力す
ること等は到底出来ない。本発明はコイルバネまたは適
正形状の弾性体を円筒に巻き付けこれを設計倍率の大径
円筒に巻きかえるに際しての引っ張り力を蓄力として保
存するもので、弾性体の長さ方向に蓄力するため、弾性
力が漸増することもなく入力と出力の間欠使用頻度を統
計して適正長さを設計すれば永久に入出力を自在にする
ことが可能となる。もっとも出願人の過去の特許第１６
９５８４９号の入出力自在エネルギー蓄力装置は同様目
的のものであるが板バネを逆巻きするため設計疲労限度
が短く、最重要要素である定荷重が巻き径の変動によっ
て崩れる形となり不便で使用限度があった。

【０００３】

【課題を解決するための手段】長尺の弾性体実施例では
コイルバネを整理するため大小２円筒を平行してもう
け、小円筒の端部にコイルバネの先端をその外周に固定
して円筒の軸方向に他端まで外周に整巻きした上コイル
バネの長さを円筒長さに合わせてマッチさせておき、そ
の端部を大円筒の対応位置の端部に固定するがそのさい
設計張力を両円筒の共通接線上で加わるように伸張して
固定した上、両円筒を歯車連動して、小円筒に整巻した
コイルバネを巻きもどすと同時に大円筒に巻き込む方向
に同一回転数で回転させると、両円筒の距離によって形
成された接線状のコイルバネ部分に設計上計画した弾性
力が働きつつ大径円筒に巻き込むこととなる。これを出
力として取り出すには逆転することになるが、その力は
両円筒径の差による計算トルク値の差となり回転力とな
って活用出来るのは明白で長尺コイルバネが両円筒を巻
き込む位置と巻き出す位置が同位相にあるためたるみな
く整頓されることになる。本発明の根拠は円筒もしくは
円筒に取り付けた歯車の噛み合わせによる回転トルクの
差が機能を果たしており、長尺バネの整頓のためには片
方円筒の軸をスプライン嵌合にして位相を合わせる方法
も考えられるが複雑になるため大小円筒を同一径の歯車
で同一回転させる実施例をしめしている。

【０００４】

【作用】既に明白なようにトルク差に打ち勝っての入力
を逆転防止機構を外すことによって出力として使用する
方法では入力時に出力出来ず用途が限られるため、これ
を発展させて片方の円筒の周囲を遊星回転して巻き付け
る形にすれば汎用に利用でき、また円筒を３本以上の複
数にして並列にし巻き付け巻きだしを順次大小順に並べ
た円筒上で行えばその集積力が入出力となり円筒の占め
る容積の経済性と弾性力の分割によってコイルバネの巻
易さの利点が考えられる。更にその太陽歯車を出力とし
てその放射線状にラジアル方向に上記円筒を設置すれば
力が平均するばかりでなく設置容積的にも相当の節約に
なりその工夫も実施例で示している。またコイルバネが
円筒上の滑りをなくするためコイルバネ巻きピッチに合
わせてローレット加工することも必須である。また円筒
上のコイルバネの滑り止めを確実にするため、コイルバ
ネの外径にマッチしたテーパーをもつ台形ネジのリード
スクリュウまたはコイルバネの巻径に合った半円溝に成
形すれば一層有効であるし更にこれにローレット加工し
てもよい。もちろん他の適正形状の弾性体においても同
様である。

【０００５】

【実施例】本発明を実施例により説明すると第１図の小
径円筒１と大径円筒２とは同一ピッチサークル径の歯車
３および４により連動してフレーム５に平行して軸受け
設置している。いま小径円筒１に長尺コイルバネ６をそ
の端部を小径円筒１の周上左端部Ｌに固定した上円周上
を左巻きして小径円筒の周上右端部Ｒにまで整巻きして
その端に適正張力即ちこの例では大径円筒と小径円筒の
径比１．３：１．０即ち１．３倍の伸びを加えた後その
端を大径円筒周上の右端部Ｒ’の外周に固定し適正長さ
を残して切断する。いまこの状態で大径円筒の右端部
Ｒ’より左端方向に巻き込む方向に回転入力を加えると
両円筒は同一回転し、コイルバネ６を小径円筒１より巻
きだして大径円筒２に巻き込むが、その際大径円筒２が
１．３倍周速で回転するためコイルバネが円筒周上で滑
らなければ接線部分Ｓで１．３倍に伸びて大径円筒２に
巻き込まれる。滑り止めとしてそれぞれの円筒周上軸方
向にそれぞれのバネ巻ピッチ１倍または１．３倍の刻み
Ｋをローレット加工またはシカルバン加工等で行い接線
部分Ｓでのみコイルバネが伸張するようにすれば両円筒
の軸にかかるトルクの差が蓄力となるから、クラッチ７
を外すと円筒１軸より取り出した回転力をジエネレータ
ーＧで電球Ｐを点灯することとなる。入力回転力はモー
ターＭに太陽電池Ｔよりの入力で賄った形を示してい
る。

【０００６】第２図は第１図が入出力の回転方向が異な
るため、入力中に出力する等の場合の連続活用が不可能
のため、歯車３’の周囲を遊星回動するよう歯車４’・
４’を設けてこれをフレーム５’に軸受けし、それぞれ
に小円筒１’・大円筒２’・大円筒２’と接続し、小径
円筒１’をその左右から引っ張ってバランスを取ったも
のであるが、これを更に小径円筒１’の軸を双方に延長
して外郭部フレーム８に軸受けして回動自在に取り付け
てその軸の左右に出力側の大歯車９とこれに噛み合うピ
ニオン出力歯車１０また入力側の入力大歯車１１とピニ
オン入力歯車１２を設けており、これに風力回転フアン
Ｆにより入力する。またその軸には入力時逆転しないよ
うワンウエイクラッチＷを設け、出力はブレーキＢで開
閉する。

【０００７】第３図は第２図のローレット加工等の滑り
をより確実に防止するためコイルバネ径に適正な溝Ｈを
バネ巻径にあわせてその半円形もしくは台形をネジ状に
外周に設けて更にこれにコイルバネピッチにマッチした
凹凸条刻みＫ’を設けて滑り止めとしたものを示してい
る。

【０００８】また第４図は複数本の円筒を大小順に併設
して各円筒の有効な利用を計るとともに弱い弾性力を集
積して入出力を計ったもので、また第５図は太陽歯車と
遊星歯車とで円筒設置の空間を有効に活用し、太陽歯車
にワンウエイクラッチＷを設けて入出力を自在にしたも
のである。

【０００９】また第６図はコイルバネに替えるに若干の
バネ形態を示したがその機能は同様である。

【００１０】また第７図は入力が２箇所例えばジエネレ
ータと風力等いずれも回転原動力の場合それよりの入力
端としてそれぞれサイドギヤーシャフトプーリーＡ・
Ａ’にＶベルト連動するとしてそれを合成力として捉え
るかそれぞれの単独の入力とするかの選択を自在にする
ため、差動歯車機構を用いたものである。即ち原動力を
ギヤーケース１３の回転に替えて入力するについてその
サイドギヤーシャフトの片方１４及び他方１４’の双方
にそれぞれに逆転防止クラッチＸ・Ｘ’を設けると共に
バンドブレーキＹ・Ｙ’を取付け片方シャフト１４をバ
ンドブレーキＹにて固定すると他方シャフト１４’は逆
転不能のため遊星ギヤーＥ・Ｅ’の回転によってギヤー
ケース１３が他方シャフト１４’と同一の回転方向でそ
の２分の１の回転で回動することになり他方１４’によ
っても同様で二者択一となる。又両シャフトのバンドブ
レーキを解放すればその合成回転力でギヤーケース１３
が回動して入力となる。

【００１１】また第８図は複数入力の選択の為上記機構
を多段に組み合わせたものでギヤーケース１３の回動を
次段の差動歯車のサイドギヤーシャフトに連動する形で
多段にすれば複数の入力が選択自在に可能になる。

【００１２】

【発明の効果】以上の様に構成すると双方円筒にかかる
張力は接線端において同一であるが、両円筒軸にかかる
回転トルクに差があるため入力時の回転エネルギーが出
力時まで保持され、言い替えればコイルバネの長さ方向
に蓄積されることになる。入力と出力が通常いずれもが
間欠的にあることがほとんどで、統計的にその頻度に賄
い得るよう長さを設計すれば、半永久的に効率よく変換
活用ができ、一方コイルバネの耐用寿命は頗る長く、且
つコストも安い。また弾性体の形状は平形の波形状、折
れ形状、ヘヤーピン形状等又ゴム等の材質を用いてもよ
く目的に応じて採用できるが要は滑りをなくし容積を小
さくするための実施態様をしめしたものである。また数
種の回転原動力を機械的に選択する方法として差動歯車
に逆転防止クラッチを用いて選択自在としたがこれ以外
の電力の合成は既存の技術で可能であるから記載を省略
したが、弾性体にゴムを用いて玩具等の家庭用品にも又
風力発電、ソーラーカー、夜間電力の蓄力等活用分野は
頗る広い。

【００１３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基礎原理を示す斜視図。

【図２】入出力を自在に行うように構成したものの平面
図。

【図３】本発明をコイルバネで実施した滑り防止機構を
示す部分側面図。

【図４】大小順に併設した円筒に本発明を実施したもの
の一部切り欠け平面図。

【図５】太陽歯車と遊星歯車の機構を放射線状に設けた
構想を示す図である。

【図６】コイルバネに替えるに適正な形状の弾性体の例
示で（イ）は折れ形状（ロ）は波形状（ニ）はヘアピン
形状を示している。

【図７】差動歯車機構の一部切りかけ側面図

【図８】差動歯車装置を多段に結合する機構を示す一部
切りかけ側面図。

【符号の説明】

１．１’ 小径円筒 ２．２’ 大径円筒 ３．４．３’．４’ 同径の歯車 ５．５’ フレーム ６． コイルバネ ７． クラッチ ８． 外郭フレーム ９． 出力側の大歯車 １０． ピニオン出力歯車 １１． 入力大歯車 １２． ピニオン入力歯車 １３． ギヤーケース １４．１４’ サイドギヤーシヤフト Ｒ． 小径円筒周上右端部 Ｒ’． 大径円筒周上右端部 Ｌ． 小径円筒周上左端部 Ｇ． ジエネレーター Ｐ． 電球 Ｍ． モーター Ｔ． 太陽電池 Ｋ．Ｋ’ 刻み Ｈ． 溝 Ｗ． ワンウエイクラッチ Ｆ． 入力フアン Ｓ． 接線部分 Ｂ． ブレーキ Ｘ．Ｘ’ 逆転防止クラッチ Ｙ．Ｙ’ バンドブレーキ Ｅ・Ｅ’ 遊星歯車 Ａ・Ａ’・Ａ” サイドギヤーシヤフトプ
ーリ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】適正距離を隔てて平行に設置した２つの円
   筒の双方を歯車連動して片方の円筒の外周長さとそれの
   回転数の積が他方の円筒の外周長さとそれの回転数との
   積に差が生じるように設定し、積の小なる方の円筒の外
   周端部に適正弾性張力に成形した適正長さのコイルバネ
   に類する成形バネの端部を固定してその円筒の他端部に
   まで整巻きした上、予め設計した張力による伸びを２円
   筒の接線距離間で与えてその最終端部を他方円筒の対応
   位置の端部外周に固定し、原動力よりの回転力を他方円
   筒に与えるために一方の円筒のバネを漸次巻きほどきつ
   つ他方の円筒の巻き込み位置を対応させて巻替えること
   によって蓄力する入出力自在蓄力装置。
2. 【請求項２】大小の径を異にする２円筒を適正距難を隔
   てて平行に設置し双方を歯車連動して同一回転数で回転
   するよう構成し、小径円筒の外周端部に適正弾性張力に
   成形した適正長さのコイルバネの端部を固定してその円
   筒の他端部にまで整巻きした上、予め設計した張力によ
   る伸びを２円筒接線距離間で与えてその最終端部を大径
   円筒の対応位置の端部外周に固定し、原動力よりの回転
   力を大径円筒に与えることによって、対応位置の小径円
   筒のコイルバネを漸次巻きほどきつつ設計張力で大径円
   筒に巻替えて蓄力し、出力するについては入力途上のク
   ラッチを解放して逆転を許して行う入出力自在蓄力装
   置。
3. 【請求項３】請求項１および請求項２の構成の各円筒に
   巻き込むコイルバネのピッチに相当するローレットその
   他の摩擦凹凸を円筒軸心方向に設けてコイルバネの円筒
   周上での滑り止めとする入出力自在蓄力装置。
4. 【請求項４】請求項２の構成になる大径円筒・小径円筒
   を大小順に複数本平行に設定して順次平行に相対応する
   円筒間に適正弾性体を設けて整巻して弾性力の集積によ
   って入出力とした入出力自在蓄力装置。
5. 【請求項５】請求項２の円筒の歯車を他方円筒の歯車の
   外周を回動する遊星歯車に構成して原動力をこれに連動
   し、太陽歯車円筒の回転に逆転防止装置をもうけて入力
   と出力を同方向に回転回動して同時点においても任意自
   在に行えるようにした入出力自在蓄力装置。
6. 【請求項６】請求項５の構成の円筒配列を円のラヂアル
   方向に放射状に配列して共通の太陽歯車で出力とする入
   出力自在蓄力装置。
7. 【請求項７】請求項１及び２の構成の各円筒に巻き込む
   コイルバネの径に相当する半円形または台形の溝を設け
   必要に応じてコイルバネの巻ピッチに一致したローレッ
   ト状凹凸を溝内に刻んでコイルバネの円筒周上での滑り
   止めとし、必要に応じて選択採用した弾性体に適した形
   状の凹凸を設ける等して滑り止めとした入出力自在畜力
   装置。
8. 【請求項８】請求項２の原動力の入力回転力が２箇所あ
   る場合そのいずれか１箇所または双方共の合成入力とし
   て自在選択機構として差動歯車のサイドギヤーシャフト
   の双方に逆転防止クラッチを設けて同一回転方向のみを
   許してこれにそれぞれの原動力を結合すると共にそれぞ
   れのシャフトにブレーキ装置を設けて独立で作動できる
   ようにし、その遊星歯車の連動機能によりギヤーケース
   の回転を入力とした入力選択機構を備えた入出力自在蓄
   力装置。
9. 【請求項９】請求項８の選択機構のギヤーケースを次段
   のサイドギヤーシヤフトに連結し、これを多段に繰り返
   して連結して複数の原動回転力の入力自在選択機構を備
   えた入出力自在蓄力装置。