JPS583713B2 - 玩具および模型用エンジン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加圧気体を動力源として作動する玩具および
模型用エンジンに関する。

本発明の目的は、加圧気体を動力源として回転運動の出
力を得ることができ、構造が簡単で軽量小形であり、玩
具用および模型用の動力装置として種々の利用が可能な
玩具用および模型用エンジンを提供することにある。

このため、本発明は、加圧気体源に連通して給気弁を開
閉自在に配設した給気口とシリンダ内に連通した排気口
とを設け、その給気弁と排気口を、ピストンの往復運動
を回転運動に変換するクランクに設けられたカムと連動
して往復運動を行う弁ロツドにより順次開閉し、これに
よりシリンダ内への給気と排気を的確に行うようにした
ものである。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は第一実施例の全体構成を示す。

図中１はピストン２を内蔵する合成樹脂製のシリンダ、
３は、前記シリンダ１と一体に形成された上部ケース部
材３ａおよびこれと着脱自在に結合された下部ケース部
材３ｂから成る合成樹脂製のクランクケース、４はエン
ジンの出力を取出す回転軸、５は前記回転軸の軸受、６
は加圧気体源たる合成樹脂製のエアタンク、７は注入弁
８と安全弁９とから成る弁ユニツト、１０，１１は加圧
気体の給気路たるホースである。

次に、第２図〜第４図は、上記第一実施例のエンジン本
体部分の構造の詳細を示す。

シリンダ１には、その上端部に接続したホース１０を通
じてエアタンク６からの加圧気体が送り込まれる。

前記シリンダ１内で前記加圧気体により下向きに押下げ
られて駆動されるピストン２は、その受圧面の外周縁部
に、シリンダ内面に密接する可撓性フランジ１２を有す
る。

ピストン２には、その下端面側に円錐形にへこむ当接部
２ｂが形成され、ここに連接棒１３の半球状上端部１３
ａが当接している。

この連接棒１３の下端部は、円板クランク１４ヘピン１
５により連結されている。

円板クランク１４は、クランクケース３内に突出した回
転軸４の端部に固定されている。

回転軸４の軸受５は、クランクケース３に固定されてい
る。

第３図に示すように、回転軸４の軸受５には、加圧気体
源たるエアタンク６からシリンダ１への給気路の一部と
して、給気弁装置１６が設けられている。

すなわち、加圧気体源に連通したホース１１の一端を接
続する給気室１６ａと、シリンダ１に連通したホース１
０の一端を接続する通気室１６ｂとが給気口１６ｃによ
って連通されているとともに、該給気口１６ｃはボール
状の給気弁１６ａにより開閉されるようになっている。

上記給気弁１６ａは、軸受５内に回転軸４と平行にかつ
軸方向に移動自在に配設された弁ロッド１７の先端に当
接する位置に配置されている。

弁ロツド１７の後端はクランクケース３内に臨ませてあ
り、該後端面には、上記円板クランク１４の片面に形成
したカム１８が面接触するように構成されている。

このカム１８は、第５図に示す通り、ピストン２の往行
程（下降行程）の間ずつと、給気弁１６ａを開くように
、円板クランク１４においてピストン２の往行程に相当
する回転角θの部位に所定のカムリフト量ｈで形成され
ている。

第３図中１９は弁ロツド１７の外径と等しい口径の排気
口である。

これは、給気弁１６ｄが給気口１６ｃを遮断した第６図
の状態において、弁ロッド１７の外周のすきまとして形
成した排気路２０と通気室１６ｂとを連通させるように
設けられている。

すなわち、排気口１９と弁ロツド１１の小径部１７ａと
のすきまによって排気路２０と，通気室１６ｂとが連通
ずるように構成されている。

第３図中、２１は上記の排気路２０を出た排気の放出口
である。

また、第３図中２２は連接棒１３と円板クランク１４と
を連結するピン１５の左端が当接するガイド筒である。

これはピン１５，の回転軌跡と同心の円筒体として形成
され、クランクケース３に固定されている。

このガイド筒２２は、ピン１５が円板クランク１４の穴
から抜けないようにするためのものである。

さらに、第３図中２３は音出し用ノズルであり、これは
シリンダ１の下部であって、第３図中に二点鎖点て示す
ごとく下死点位置に到達したピストン２のフランジ１２
より若干上方の位置に開口している。

ピストン２が、このノズル２３より下方に移動した際、
ノズル２３を通じて放出される加圧気体によって音を生
じさせ、擬音効果を与えるためのものである。

上記第一実施例のエンジンの作動は次の通りである。

先ず、第１図に示すような簡易なポンプ４０を用いてエ
アタンク６内に加圧空気を貯める。

加圧空気は、ポンプ４０の排気チューブ４１を弁ユニッ
ト７の注入弁８に接続して把手４２を何回か上下動する
ことにより、エアタンク６内に送り込まれる。

尚、エアタンク６内の空気圧が所定の圧力を越えると安
全弁９が開いて圧力を下げ、エアタンク６を保護するよ
うになっている。

また、エアタンク６内に適宜量の加圧空気を充填した後
、注入弁８からポンプ４０の排気チューブ４２を脱嵌す
るが、このとき、ピストン２は復行程（上昇行程）にあ
り、弁ロッド１７は第３図中左動していて給気弁１５ｄ
は給気口１６ｃを閉じており１エアタンク６内の加圧空
気は給気室１６ａで止められている。

次に、この状態でエンジンが装着された走行体、飛行体
等を押して勢をつけてやると、回転軸４に取付けたフラ
イホイールやプロペラ等の慣性によりピストン２が昇降
して初動を開始する。

ピストン２の昇降に伴ない円板クランク１４、弁ロッド
１７等が作動開始するが、まずピストン２が上死点に到
達し、つづいて下降を始めると円板クランク１４のカム
１８に押された弁ロツド１７により給気弁装置１６が開
かれる。

このため、エアタンク６からホース１１を通じて給気弁
装置１６の給気室１６ａに到達している加圧気体はホー
ス１０を通じてシリンダ１のピストン前室に送り込まれ
、上死点を通過したピストン２を押し下げて往行程を進
める。

ピストン２が下死点に到達する直前に、円板クランク１
４のカム１８は終端に至り、そのカム１８による拘束を
解消された弁ロツド１７は、通気室１６ｂとクランク室
３ｃとの間の圧力差の故に第３図の左方へ押し戻され、
給気弁１６ａが閉じる。

これと同時に、第６図の通り、左方へ変位した弁ロツド
１７の小径部１７ａが排気口１９を開口させ、通気室１
６ｂと排気路２０とが連通ずる。

他方、ピストン２が下死点に到達すると同時に、その受
圧面２ａの上に露出したノズル２３を通じてシリンダ１
内の加圧気体の一部が放出され、エンジン音が出る。

その後、下死点を通過したピストン２は、フライホイー
ル５５の慣性により上昇する連接棒１３によって押し上
げられ、復行程を進行する。

ピストン２の上昇に伴う排気はホース１０から通気室１
６ｂに逆流し、排気口１９を通じて排気路２０に放出さ
れ、ピストン２の復行程にはほとんど抵抗を生じさせな
い。

かくして、ピストン２が上死点に到達すると、円板クラ
ンク１４および回転軸４は１回転したことになり、回転
軸４に回転運動の出力が得られる。

上死点に到達したピストン２は、以後上述した通りの動
作をくり返して往復運動をする。

このエンジンは、回転軸４を通じて少なくともピストン
２が、その上死点を通過する程度の回転を与えることに
よって始動することができる。

また、回転軸４の回転を無理に停止させ、かつピストン
２が下死点を通過して上死点に至らない間の位置に止め
ることによって停止の状態を保持することができる。

エアタンク６内に入れる加圧気体としては、２気圧前後
の圧縮空気を用いるが大気圧よりわずかに高い気圧（１
．２気圧程度）でもエンジンを作動させることができる
。

また、空気の代わりに炭酸ガスその他のガスを使用する
こともできる。

次に、上記エンジンにおいては、加圧気体の補給を可能
にするためホース１１の途中に弁ユニット７が設置され
ている。

その詳細な構造の一例を第８図に示す。

ベース７０にホース１１が接続される継手７１，７２を
有する通路７３が設けられ、該通路１３に注入弁８と安
全弁９とが連結されている。

注入弁８は、注入口８０の内端に弁座８１が形成され、
これに円板状の弁体８２が密着するようになっている。

弁体８２は、内外の圧力差の故に常時弁座８１に密着し
て注入口を閉鎖している。

注入口８０を通じて内部の加圧気体より圧力の大きい加
圧気体が注入されることによって、その時にのみ弁体８
２が開く、かくして、注入される加圧気体は、給気弁１
６ａを閉じている限り、エアタンク６内に逆流して貯め
られる。

なお、図中８４は、加圧気体注入時の弁体８２の不規則
な躍りを紡ぐため、弁座８１に密着した弁体８２に近接
してその内側に設けた拘束部であり、これには１または
２以上の通気孔８５が設けられている。

次に、安全弁９は、ベース７０の通路７３に連絡する通
孔９０の上端に弁座９１が形成され、これに円板状の弁
体９２が密着するようになっている。

弁体９２は、加圧気体の上限圧力を設定するばね９３に
より下向きに押されている。

図中９４は放出口である。

つまり、上記の注入弁８を通じて補給された加圧気体の
圧力がはね９３の作用力より大となると、弁体９２が開
いて加圧気体を放出し、系の安全を保つのである。

次に、本発明の第二実施例を説明する。

第９図において、ピストン３２を内蔵するシリンダ３１
の下端部に給・排気孔３３が設けられ、この給排気孔３
３と連通する給気弁装置３５および排気弁装置３７を有
する弁ハウジング３８が前記シリンダ３１へ固着されて
いる。

加圧気体を貯めたエアタンク３６は、パイプ３９によっ
て給気弁装置３５の入口ポート３５ａと接続されている
。

給気弁装置３５を構成するボール弁３５ｂは、排気弁装
置３１を構成する弁ロッド３７ａによって左方へ押し開
かれるようになっている。

排気弁装置３７は、弁ロツド３７ａが右方へ抜け去るこ
とにより開かれる。

そして、弁ロッド３７ａは揺動リンク４０の下端に取り
付けられている。

ピストン３２は、その受圧面３２ａ側の外周縁部にシリ
ンダ内面に密着する可撓性フランジ４２を有する。

該ピストン３２のロツド３４は、フライホイール４１を
有する回転軸４４のクランク４３と連接棒４５を介して
連結されている。

４６，４７はその連結ピンである。

クランク４３には、連結ピン４６を共通に利用してリン
ク４８の一端が連結され、同リンク４８の他端はピン４
９によって揺動リンク４ｏの上端と連結されている。

揺動リンク４０は、中間位置のピン５０を支点として一
定のストロークで揺動する。

かくして、給気弁装置３５および排気弁装置３７は、ピ
ストン３２の往復運動に同調して弁ロツド３７ａを介し
て開閉されるのである。

第９図に示すエンジンの作動について簡単に説明する。

この図は、弁ロツド３７ａによって給気弁装置３５が開
き、シリンダ３１内に流入した加圧気体により押された
ピストン３２が上昇している状態を示す。

回転軸４４は反時計方向に回転している。

ピストン３２が上死点に到達する直前に弁ロツド３７ａ
の右方への変位に伴ない、ボール弁３５ｂが圧力差によ
り右方に押されて給気弁装置３５が閉じる。

そして、ピストン３２が上死点を通過すると、弁ロツド
３７ａは排気弁装置３７からも右方に抜け去り、排気弁
装置３７は開く、このあと、ピストン３２はフライホイ
ール４１の慣性力により排気しつつ下降し、復行程を進
行する。

排気は、排気弁装置３７を通じて大気中に放出される。

ピストン３２が下死点に到達するに伴ない弁ロッド３７
ａは左方へ戻り、まず排気弁装置３７を閉じる。

つづいて、ピストン３２が下死点を通過すると、ボール
弁３５ｂを左方へ押し動かし、給気弁装置３５が開かれ
る。

このため、給気弁装置３５を通じシリンダ３１内に流入
する加圧気体によってピストン３２の上昇、つまり往行
程が進行する。

かくして、ピストン３２の一往復によって回転軸４４は
１回転し、回転運動としての出力を得ることができる。

次に、第１０図と第１１図を参照して、第１図〜第７図
に示した第一実施例のエンジン使用例について説明する
。

第１０図は自動車等の走行玩具５０の動力装置として用
いた例を示す。

これは、走行玩具５０の動輪（後輪）５１の車軸５３に
取付けた従動歯車５２に、出力軸４に取付けたピニオン
５４をかみ合せて構成されている。

エンジンのシリンダ１、クランクケース３並びにエアタ
ンク６は、走行玩具５０のシャーシ板上に設置される。

なお、この使用例の場合、エンジンの総重量はあまり問
題とならないので、第３図の通り、回転軸４にフライホ
イール５５とピニオン５４とを対にして取付けて使用す
るのが良い。

次に、第１１図は、模型飛行機６０の動力装置として用
いた例を示す。

すなわち、模型飛行機６０の主フレーム６１の頭部にシ
リンダ１およびクランクケース３の対を固定して取付け
、回転軸４に直接プロペラ６２が取付けられている。

エアタンク６は、主フレーム６１の下部であって、前後
の重量バランスのとれた重心の位置に取付けられている
。

この使用例の場合には、プロペラ６２がフライホイール
との役目を果す。

本発明に係る玩具および模型用エンジンは、以上に説明
したように構成されるから、次の効果を奏する。

すなわち、加圧気体を動力源として作動し、それにより
回転運動の出力を得ることができしかも、簡潔構造の弁
機構を採用したのでそれに伴ない全体の構造を簡単で軽
量小形化することができ、しかも、カムの位相を変えれ
ば、吸気および排気の弁開閉時期を自由に変えることが
できるので、ピストンの下降行程時期に吸気時期を、ま
た上昇行程時期に排気時期をそれぞれ完全に一致させる
ことが可能である。

そうすることによって、加圧効率が高くない、使用気圧
が大気圧よりわずかに高い程度の圧力でも十分作動させ
ることができるので玩具用または模型用の動力装置とし
て種種な態様の使用するうえで好都合なエンジンを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例の全体斜視図、第２図はエ
ンジン本体部分の平面図、第３図は第２図の■一■線断
面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図は
円板クランクの斜視図、第６図は給気弁装置の拡大図、
第７図はエアタンクに加圧空気を入れるために使用する
ポンプの斜視図、第８図は弁ユニットの断面図、第９図
は第二実施例の断面図、第１０図と第１１図は本発明に
係るエンジンの使用例を示す斜視図である。 ６，３６−・・・・・エアタンク（加圧気体源）、１，
３１・・・・・・シリンダ、２，３２・・・・・・ピス
トン、１６ｄ，３５・・・・・・給気弁、１７．３７・
・・・・・弁ロツド、１４・・・・・・円板クランク、
１８・・・・・・カム、４３・・・・・・クランク、４
８・・・・・・リンク、４０・・・・・・揺動リンク、
１０，１１・・・・・・ホース。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 加圧気体源から加圧気体が送り込まれるシリンダと
   、該シリンダ内で上記加圧気体により駆動されるピスト
   ンと、該ピストンの往復運動を回転運動に変換するクラ
   ンクと、該クランクに設けられた力，と、基端部が該カ
   ムに摺接して往復運動をする弁ロッドと、該弁ロッドの
   軸方向に沿って該弁ロツドを囲んでそれぞれ順次連通し
   て設けられた排気口、前記シリンダ内に連通する通気室
   、および前記加圧気体源に連通する給気口と、該給気口
   に開閉自在に設けられた給気弁とを備え、前記排気口お
   よび前記給気弁は前記弁ロツドの往復移動に伴って順次
   開閉されることを特徴とする玩具および模型用エンジン
   。