JPH10288144A - 差動静圧流体回流機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、等加圧回流機関の高度の省入力化
を目的とする。 【構成】 歯車、クランク等の偏芯軸に天秤を軸着し、
天秤の両端を着力点として流体シリンダーの推力を対抗
させ、天秤の偏芯位置に設けた固定支点を軸として加圧
し、天秤に傾斜運動をさせる機構とする。天秤の傾斜運
動により、吐出シリンダーの内部流体を推進シリンダー
に回流する如くして成る回流機関の加圧機構に対し。減
圧流体の解放、低圧流体の注入用補肋シリンダーを設置
する如くして成る省入力流体原動機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の理用分野】本発明は、流体機関に関するもの
である。本発明は、省入力差動流体原動機の提供を目的
とする。

【０００２】

【従来の技術】現在、圧力を主入力として運動をする原
動機関わ、完全な製品としてわ存在しません。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】圧力源ポンプよりの入
力を主として圧力のみとし、流体の流入を最小とする省
入力流体原動機関の提供にあります。問題点わ、圧力を
主入力とする運動の構造原理の発見にあります。

【０００４】

【課題を解決するための手段】始めに、併設したシリン
ダーピストンの相対運動をさせることにより、等加圧に
おいて、回流回路を設置すれば内部流体の回流の発生に
より、圧力を入力とする推進運動が可能であることを発
見したことにあります。次に、ピストンの相対運動を生
起するにわ、歯車、クランク等の偏芯等に軸着とした天
秤の両端を対抗加圧するシリンダー配置とし、天秤の不
平衡位置を固定支点に接触加圧すれば、ピストンわ相対
傾斜運動となる構造を開発したことにあります。

【０００５】

【作用】天秤の支点軸が中心に有る場合、加圧用シリン
ダーピストンにより、両端を加圧しても均衡して運動わ
発生しません。固定支点を偏芯位置に設定することによ
り、等加圧において天秤わ不平衡の廷子作用により傾斜
しつつ推進運動を発生します。

【０００６】但し、天秤の固定支点が中心にない場合、
天秤両端の運動寸法わ等量となりません、故に、天秤の
接触部の幅を円形、斜角形等として拡大し、偏芯軸の扇
形運動に従い、固定支点と天秤の接触位置を移動する故
に、固定支点と天秤形状の変化との相互作用により。
吐出シリンダーピストンの延長運動ストロークを可能と
した点が第一の特徴です。

【０００７】偏芯歯車に軸着した天秤の両端を並行加圧
するシリンダーピストンの相対運動により、推進側のピ
ストンわ前進し、吐出側のピストンわストロークの延長
により、同一量を後退する故に、等容積回流が可能とな
ります。従って、ポンプよりの流体の流入を必要とせ
ず、圧力のみの入力によりシリンダーわ回流運動を端末
まで連続します。以上の構造の等加圧回路の回流による
運動発生が本発明の最大の特徴です。

【０００８】但し、天秤の吐出シリンダー側の延長方式
わ、ストロークを延長すれば、支点位置が移動し推進力
を減少するという問題があります。故に、吐出シリンダ
ーを２等分し、直列配置とすることにより解決しまし
た。シリンダーの直列配置わ推力わ同一であり、ストロ
ークの延長を必要とせず、２対１の推力差を保持し、等
容積回流を可能とする特徴を有するものです。図３の第
２実施例わ直列配置方式です。天秤の接触部の形状変化
方式との併用可能です。

【０００９】但し、等加圧回流運動の特徴として運動中
わ、加圧のみの入力で運動の連続を可能としますが、起
動時においての昇圧用入力としてシリンダー全容積の１
０パーセントの流体の圧入が必要です。１０パーセント
の流入とわいえ、減圧と昇圧を頻繁に繰り返す場合わ、
等加圧入力の回流運動の省力効果わ半減します。

【００１０】問題の対策として、加圧切り替え時の１０
パーセントの減圧量を補助シリンダーに解放し、次の加
圧の直前までに交替の推力により、吐出シリンダー内部
に復帰注入を完了しておく方式とすれば、起動時におい
てポンプよりの入力わ、２パーセント程度で可能となり
ます。以上の補助シリンダー機構の付設により、省入力
等加圧回流機関の実用性が確立します。

【００１１】

【実施例】実施例の機構わ多様に存在しますが、先ず、
図１、図２、の天秤形状変化方式の第１実施例に付いて
説明します。図１わ直線往復運動機関であり、２４の示
す左方向え起動直前の状態です。始動時わ図！に示す如
く１１の天秤わ１７の示す位置です。始めに、２の油圧
ポンプを駆動し、３の前進弁をＯＮにすれば５の加圧回
路を通じて９、１０のシリンダーを等加圧し、共に２２
の方向に推力を発生します。

【００１２】９、１０のシリンダーピストンわ、１１の
天秤の両端を加圧し、左側の１５の固定支点に押し付け
ます。天秤の押し付け位置の固定支点わ、３７、３８の
比が示す如く天秤の全長の３分の１の不平衡地点故に、
挺子の作用によりシリンダーわ同一推力でありながら、
相互の対抗推力比率わ２対１となります。

【００１３】従って、９のピストンわ２４の方向に、１
０のピストンの２倍の推力により運動し、１０のピスト
ンわ後退方向に移動します。１０の吐出シリンダーピス
トンに圧縮される内部流体わ７の回流回路を通過し、９
の推進シリンダーお充填するゆえにポンプよりの流体の
流入を必要とせず、圧力のみの入力により運動を連続し
ます。

【００１４】天秤が１７の位置にある図１の場合の補助
シリンダーの作用を説明します。９の推進シリンダーの
１回前の前進行程において、１６の前進終端に到達した
時、６の後退加圧回路加圧の前作業として、先ず５の前
進加圧回路を減圧します、 減圧の必要放出量わシリン
ダー全容積の１０分の１故に、３４の補助シリンダーに
スプリングを押し縮めて放出させます。放出時わ３１の
補助弁と３０の電磁クラッチわ開放しています。

【００１５】前進側の減圧完了し、９のシリンダーの後
退側加圧と同時に３０の電磁クラッチをＯＮとし、９の
右行後退推力により３４の補助シリンダー内部の放出流
体を、９の非加圧前進側シリンダーえ充填してゆきま
す。天秤が１７の位置、後退端末に復帰すれば３１の補
助弁を閉じ、５の前進加圧を待機します。６の後退加圧
回路わ後退端末に到達と同時に３２の補助弁を開き流体
を３５の補助シリンダーえ放出し、放出完了により５の
前進回路を起動加圧します。

【００１６】以上の説明の如く、９、１０の前進、後退
の起動時において大部分の流体が低圧において、補助シ
リンダーよりの注入を完了している故に、ポンプよりの
昇圧必要流体わ全容積の２パーセント程度において昇圧
可能となり、極めて優れた省力流体機関が成立します。
但し、等加圧回流運動の成立にわ９、１０のシリンダー
ピストンの等寸法運動が必要であり、１１の天秤の不平
衡支点でわ、１０の吐出シリンダー側ストロークが短く
なります。

【００１７】上記の問題の解決方式として、１１の天秤
の固定支点との接触部の形状を円形か斜角形等とし、１
２の偏芯軸の扇形回転の移動作用とにより、９、１０の
シリンダーピストンの同一寸法の相対運動が可能となり
ます。出力わ１９のラック軸より取りだし、２６、２７
の１方向回転クラッチ付歯車により常に同一方向回転と
して２１の回転出力軸に伝達します。

【００１８】図２わ１７の示す左行端末に到達し放出を
完了し６の加圧開始の状態です。左行端末に到達すれば
カム、リミットスイッチ等により検出し、３の前進弁を
ＯＦとし減圧放出の後、４の後退弁に切り替えることに
より１３の歯車と天秤わ逆転し、同一の運動原理により
右行端末に復帰します、右行端末に復帰すれば、６の回
路の減圧放出の後再び３の前進弁をＯＮにすることによ
り往復運動のサイクルを連続します。

【００１９】以上が実施例の構造と動作原理の説明で
す。亦、実施例でわ、補助シリンダーの背圧としてスプ
リングを使用していますが空気圧定圧弁等の使用が有効
です。尚、解放補助シリンダー方式に替えて、圧力源に
低圧、高圧の多段ポンプを使用した起動時の省力方式も
製造可能です、本起動方式ほ図３に示しています。

【００２０】実施例の運動行程わ１秒の放出タイムと１
秒の運動タイムの繰り返しです、１秒の放出休止タイム
ロスを無くする方式として実施例機構の併設が有効で
す。亦、クランク偏芯軸、内歯車型偏芯軸、等による製
造方式も可能であり、等加圧回路に増圧機を使用する方
式も有効です。

【００２１】尚、回流回路の流量調整による速度制御が
可能です。尚、小型ポンプ、アキュムレーター、ダイナ
モ、バッテリー等の付設により、独立としたエンジンと
しての使用が可能となります。

【発明の効果】本発明の差動回流運動の構造の原理によ
る、流体機関の効率わ圧力を主入力とする故に極めて大
であり、従来の油圧機関に比較して、入力効率わ約１０
倍以上となる故に、多様な用途が可能となります。差動
静圧流体回流機関の用途として、プレス、リフト、射出
整形機、等の往復動機関を始め、車両、船舶等の推進機
関、発電機の駆動原動機としても省エネルギー問題に貢
献する重要な発明です。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構造動作説明図です。

【図２】第１実施例の構造動作説明図です。

【図３】第２実施例の構造動作説明図です。

【符号の説明】

１ 原動機 ２ ポンプ ３ 前進弁 ４ 後退弁 ５ 前進加圧回路 ６ 後退加圧回路 ７ 回流回路 ８ 回流回路 ９ 推進シリンダー １０ 吐出シリンダー １１ 天秤 １２ 偏芯軸 １３ 歯車 １４ 歯車中心軸 １５ 固定支点 １６ 天秤前進位置 １７ 天秤後退位置 １８ 固定フレーム １９ 出力ラック軸 ２０ 前進出力ラック ２１ 出力回転軸 ２２ 前進時の推力方向 ２３ 回転方向 ２４ 前進時運動方向 ２５ 後退出力ラック ２６ 前進用１方向回転クラッチ ２７ 後退用１方向回転クラッチ ２８ アッキュムレーター ２９ 後退用電磁クラッチ ３０ 前進用電磁クラッチ ３１ 前進用補助シリンダー弁 ３２ 後退用補助シリンダー弁 ３３ 天秤円形接触部 ３４ 前進用補助シリンダー ３５ 後退用補助シリンダー ３６ スプリング ３７ 固定支点までの距離 ３８ 固定支点までの距離 ３９ 後退時運動方向 ４０ 低圧ポンプ ４１ 高圧ポンプ ４２ 高圧弁 ４３ シリンダー移動用歯車

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【手続補正書】

【提出日】平成９年１０月１７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 差動静圧流体回流機関

【特許請求の範囲】

【請求項 １】推進用シリンダーと、吐出用シリンダー
の推力を対抗する如く配置し常圧を加圧する回路とす
る。更に、複数の回流用シリンダーを、並行に設置し。
回流用シリンダーの推力を、空転軸とした歯車、クラン
クホイル、天秤、滑車、ローラー等を介して、吐出用シ
リンダーの推力に対抗させ、推進運動に連動して回流シ
リンダー相互の相対運動をする構造とし。等加圧によ
り、回流用シリンダー内部流体を相互に回流させること
による推進運動を発生させて成る、流体圧力を主入力と
する差動静圧流体回流機関。

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の理用分野】本発明は、流体機関に関するもの
である。圧力を主入力として運動する流体機関の提供を
目的とする。

【０００２】

【従来の技術】現在の圧力を主入力とする流体機関の省
入力効率わ完全とわいえません。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】差動回流機関の問題点
わ、入力を如何に減少させるかが課題です。

【０００４】

【課題を解決するための手段】推進用シリンダーと、吐
出用シリンダーの対抗等加圧回路を、常圧回路とするこ
とにより、推進用回路と回流シリンダーの同時加圧に比
較して、起動時の加圧容積を２分１とし、入力消費を、
約半分に減少した点が本発明の特徴です。

【０００５】

【作用】故に、２本の回流シリンダーのみの等加圧によ
り、推進運動を発生します。本機関の推進力の発生わ、
常圧によって対抗静止している推進用シリンダーの片側
のシリンダーと同一方向の推力を、併設した回流シリン
ダーにより加圧すれば、同一方向の推進用シリンダーの
推力わ２倍となり、２対１の推力差により差動運動わ発
生します。

【０００６】上記の、運動時において、回流シリンダー
わ、空転軸とした天秤、歯車、滑車、クランク、ローラ
ー等を介した相対運動をする構造が必要です。相対運動
により、シリンダー相互の等容積回流わ可能となり、外
部のポンプよりの流体の流入を必要としない、加圧圧力
を主入力とする運動わ成立します。図１と図２の実施例
により構造と運動について説明します。

【０００７】

【実施例】図１、図２の実施例わ、回流シリンダーの着
力点を天秤方式とし、回流ンリンダーの相対運動をさせ
る往復動機関です。図１わ、２４の推進軸が、３０の左
方向えの起動時の状態であり、図２わ、前進方向、左方
向端末に到達した状態を示しています。

【０００８】始めに、常圧ポンプを駆動し、１１、１２
のシリンダーの斜線部分を加圧すれば、相互に引き合う
推進力を対抗し静止状態となります。常圧ポンプ入力わ
０、５馬力程度で可能です。次に、５の前進弁をＯＮに
し、７の回路を等加圧すれば、１３、１４のシリンダー
の等加圧となり、各々２２の示す方向に推力を発生しま
す。１１と１２のシリンダーわ相互に牽引しあっていま
すが、１３、１４のシリンダーわ共に前進方向に、天秤
を押つけています。

【０００９】従って、１２、１３、１４の推力方向わ同
一の３０に示す前進方向であり、１１のみが３１の後退
方向の推力です。故に、２４の推進軸わ２倍の推力差に
より３０の方向の前進運動となります。

【００１０】１８の軸わ２４の軸に固定しているゆえに
２４と共に前進し、１９の軸わ１７の支柱に触れること
により後退となります。故に、１３．１４わ相対運動と
なり、１４の内部流体わ９、の回路を通過し１３え回流
します。１４のピストンの後退運動わ２１の空転軸と９
の回流回路の作用により、抵杭損失とわならない特徴が
あります。

【００１１】故に、１１、１２、１３、１４のシリンダ
ーわ閉回路の等加圧となり、ポンプよりの流体の補給を
必要とせずに、推力の差において推進運動わ発生する、
加圧圧力を主入力とする運動の成立となります。

【００１２】前進端に到達し、図２示す状態となればリ
ミットスイッチ等で位置を検出し、５の前進弁をＯＦと
し、減圧放出が終われば６の後退弁をＯＮにすれば、前
進運動と同一原理により後退運動を開始します。７と８
の加圧回路を切り替われば、回流シリングーの推進方向
わ１１の推力方向と同一となり、３１の方向の推進運動
となります。２８の後退位置に復帰すれば、６の弁をＯ
Ｆとし、再び先の手順を繰り返すことにより、往復の運
動サイクルを連続します。

【００１３】出力わ２６の一方向回転クラッチを通じ２
７の出力軸に伝達します。出力わ推進ンリンダーの受圧
面積と圧力と回流の速度に比例します。回流回路の配管
断面積を２０平方センチとした場合、５０キログラムの
加圧の流体速度わ秒速１０メーターわ可能です。従っ
て、回流回路の１秒間の流体の移動量わ２０リッターで
す。

【００１４】１２の推進用シリンダーの 受圧面積１０
０平方センチ、容積わ１０リツター、行程１メーター故
に、０、５秒でピストンわ運動します。従ってピストン
速度わ２メーター秒となります。１２の理論推力わ、１
００×５０×２＝１００００ＫＧメーター秒です。実効
推力わ２分の１故に５０００ＫＧメーター秒の出力とな
ります。

【００１５】本機関の起動時の入力わ、機関停止時の減
圧流体の放出量に比例します。通常油圧回路の減圧放出
量わシリンダー全加圧容積の１０分の１であり、本機関
の加圧容積わ１０リッターゆえに、放出量わ１リッター
です。起動時わ瞬時の昇圧を必要とします、１リッター
秒の吐出量のポンプの設置が要求されます、５０ＫＧ、
１リッター秒の入力わ約１５馬力です。

【００１６】尚、本機関わ頻繁に起動、停止を繰り返す
故に、起動入力の更なる省力方式として、低圧、高圧の
２段ポンプの設置、可変圧力、可変流量ポンプ等の設
置、減圧時の流体吸収シリンダー等の２段階入力方式が
有効です。２段階加圧方式とした場合、起動時入力消費
量を更に３分の１以下とすることが可能となります。従
って、入力わ５馬力で可能となります。

【００１７】以上が構造と運動の説明です。理論数値で
すが、入出力を比較して如何に優れた効率を期待し得る
かわ明らかです。回流回路の流量の調整により速度制御
が可能です。亦、１８、１９のピストンの、回流シリン
ダー着力点方式をラック歯車方式、天秤方式、滑車、ロ
ーラー、クランク方式等とすることも可能です。亦、１
６の天秤による相対運動発生機構においても、歯車、天
秤、クランク、ローラー、滑車による差動方式が可能で
す。

【００１８】亦、小型ポンプ、アキュムレーター、ダイ
ナモ、バッテリー等の付設により、独立としたエンジン
としての使用が可能です。亦、原動機を内燃機関とする
方式も有効です。亦、シリンダー端末にシボリ機構、シ
ョックアブソーバー等が有効です。亦、本機関の並列設
置方式も有効です。

【００１９】

【発明の効果】効率について説明します。通常の油圧回
路により、内容積１０リッター、ストローク１００セン
チの単体シリンダーを、秒速２メーターで、５０キログ
ラムの加圧推力を保持した状態で高速運動をするに要す
るポンプ入力わ、２０リッター秒の吐出量故に、２００
馬力を必要とします。本発明においてわ、シリンダーの
使用数わ多くなりますが、回流効果により起動時入力１
リッター秒で可能となる故に、１５馬力で可能です、更
に、２段階加圧とすれば５馬力で可能となる入力の減少
効果わ画期的なものといえます。

【００２０】本発明の回流圧力機関の提供わ、上記の説
明の如く、入力効率わ従来の油圧機関の数倍を可能と
し、故に、用途も多様でありプレス、リフト、射出整形
機、土木機械等の往復動機関を始め、車両、船舶等の推
進機関、発電機の駆動原動機として省エネルギー問題と
環境に貢献する重要な発明です。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構造動作説明図です。

【図２】実施例の構造動作説明図です。

【符号の説明】 １ 原動機 ２ 低圧ポンプ ３ 高圧ポンプ ４ 高圧弁 ５ 前進弁 ６ 後退弁 ７ 前進加圧回路 ８ 後退加圧回路 ９ 前進回流回路 １０ 後退回流回路 １１ 吐出用シリンダー 推進用 １２ 推進用シリンダー 後退用 １３ 回流用シリンダー １４ 回流用シリンダー １５ 推進軸固定機構 １６ 天秤軸 １７ 支柱 １８ ピストン軸 １９ ピストン軸 ２０ 本体フレーム ２１ 空転軸 ２２ 前進時加圧推力の方向 ２３ 前進時の運動方向 ２４ 推進軸 ２５ 出力ラック軸 ２６ 一方向回転クラッチ付き歯車 ２７ 出力軸 ２８ 後退端末 ２９ 前進端末 ３０ 前進方向 ３１ 後退方向 ３２ 常圧ポンプ ３３ 圧力調整弁 ３４ 常圧回路

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項 １】クランク、歯車、等の偏芯軸に、天秤を
   軸着する機構とし、天秤の両端付近を着力点とする、併
   設した流体シリンダーの推力により対抗加圧する構造と
   する。天秤の偏芯位置に接して固定支点を設け、シリン
   ダーの推力による、天秤の両端の対抗加圧において、固
   定支点の偏位置による不平衡の廷子作用により、天秤が
   傾斜運動となる如くする。天秤の固定支点との接触部を
   円形、斜角形等に変形さすか、吐出用シリンダーを分割
   して直列配置とする等とし。天秤の傾斜運動に従い、吐
   出シリンダーより推進シリンダーえの内部流体の回流を
   発生させる機構とする流体機関に、解放、注入用補助シ
   リンダーを付設して成る差動静圧流体回流機関。