JPS5853224B2 - はずみ車 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明ははずみ車、特に軽量かつ高強度の複合材料で作
られる複数の棒部材を包有し、軽量な複合材料で作られ
るリム装置に装着される・・ブ部を備えたはずみ車に関
する。

長年はずみ車は機械的エネルギを蓄える装置として周知
であったが、最近特に注目をあびるようになっている。

はずみ車のシャフトにエネルギが供給されると、はずみ
車の回転数が増加しはずみ車に機械的エネルギが与えら
れる。

従ってはずみ車のシャフトが好適なりラッチを介し機械
的原動機又は発電機に連結されると、有用な機械的又は
電気的エネルギが与えられ得る。

はずみ車は、自動車が停止される際に生じるブレーキの
摩擦エネルギのような放出エネルギを有効に回収する際
利用できることが判明している。

このような熱として放出されるエネルギをブレーキを介
してはずみ車に蓄え、自動車を加速する際に利用しうる
。

長い間はずみ車は、中実であるかあるいは積層体でなる
かを問わず鋼のような重量のある等方性材料で作られて
いた。

又この種の重いはずみ車では、運動エネルギを大きくす
ればするほど貯蔵するエネルギも犬になるが、高速回転
を行なう場合欠点があった。

これに対し近年バブ部がガラス繊維又はケブラー（Ｋｅ
ｖｌａｒ）のような繊維をエポキシ母材に巻装されて構
成されたはずみ車が米国特許第４０３６０８０号等によ
り提案されている。

この種の軽量のはずみ車は、鋼製の重いはずみ車に比ベ
エネルギの貯蔵能力には劣るが、極めて高速で回転され
る場合でも安全性に優れる利点がある。

また運動エネルギの貯蔵量は重量の他回転速度の二乗に
も比例するので、回転数が高（なれば重量のあるはずみ
車に匹敵するエネルギを貯蔵しうる。

更にこの軽量のはずみ車はリム部が複合材料で積層構造
にされているので、仮に高速回転ではずみ車が破損する
ような場合でも中実構造のディスクでなるはずみ車と異
なり、次第に分解され急破壊されないので安全に使用で
きる。

一方重量のある等方性材料で作られたはずみ車が破損す
る場合鋼のような大きなかたまりが分解されることにな
り、これを抑止するには強固で且重量のある収容装置が
必要となって不適当であった。

総じて高速ではずみ車を使用するには、軽量かつ強度の
高い材料ではずみ車を作ることが最適であり、複合材料
で円周方向の強度の高いリム部を構成すると共に、バブ
部にアルミニウムのような軽量金属を使用して半径方向
の強度も高くしたはずみ車が提案されている。

この場合アルミニウムの重量は極めて軽いが高価である
ので、軽量のはずみ車で重量のあるはずみ車に相応する
貯蔵エネルギを得るため所定の構造的特性を満足しかつ
高速回転に耐える軽量の材料を用いた構成が望まれてい
た。

本発明によれば、はずみ車のバブ部に複数の棒部材が包
有され、前記各棒部材が一方向繊維で強化された母材で
作られる。

また前記棒部材は交互に直角をなすよう配置され、且積
み重ねられた棒部材は更に例えばボルトにより連結され
ており、ボルト自体ははずみ車が高速回転する除虫じる
遠心力により曲がらないように強化ワイヤで補強される
。

このようにして得られたバブ部の強度は高〈従来使用さ
れた軽金属製の・・ブ部より重量は軽くかつ高速回転に
も耐えうる。

繊維とエポキシ樹脂でなる複合材料は軽金属に比べ総強
度が若干劣るが、半径方向の強度は）・ブ部に加わる荷
重に耐えるのに充分である。

以下、本発明を好ましい実施例に沿って説明する。

第１図に示すように本発明によるはずみ車１０において
は、リム装置１２が・・ブ部１４に装着されている。

前記リム装置１２は所望の材料で形成され得るが、ガラ
ス繊維のような繊維をエポキシ樹脂のような母材の周部
に埋設して形成することが好ましい。

この好適な構成をとることにより前記リム装置１２はそ
の円周方向の強度が大幅に増大される。

リム装置１２はその厚さに応じて好適な形成、例えば米
国特許第４０３６０８０号に開示されるように円形ある
いは回転時にのみ円形をなすような非円形状に形成でき
、また複数の層を積層してもよい。

バブ部１４は複数の棒部材１６を具備しており、前記棒
部材１６は同一断面を有していて好適に相連結されてい
る。

尚詳細には各棒部材１６は母材に一方向繊維が封入され
積層されてなる。

好適な実施態様においては前記棒部材１６はガラス繊維
で強化されたエポキシ樹脂でなる。

所望ならば、前記棒部材１６はケブラー（Ｋｅｖｌａｒ
） −２９（商品名、イ・アイ・デュポン・デ・メモウ
スアンドカンパニー）、ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ） −
４９（商品名、イ・アイ・デュポン・デ・メモウスアン
ドカンパニー）等として市販されている繊維又はサーネ
／１／ （Ｔｈｏｒｎｅｌ ） ３００ （商品名、ユ
ニオンカーバイドコーポレイション）として市販されて
いるような高強度グラファイトも使用できる。

又母材としてダウー＝ｒ−＝ング（Ｄ ｏｗ Ｃｏｒｎ
ｉｎｇ ）ＤＥＲ３３２エポキシ（商品名、ダウケミカ
ルカンパニー）を用いることが好ましい。

第５図に棒部材１６を形成する一実施態様が詳示されて
いる。

この場合、フィラメント繊維１８が両側の平坦な心部材
１９上に繊維の向きが一方向になるよう巻かれる。

次にこの一方向繊維はエポキシ樹脂に含浸され、一方向
繊維がエポキシ樹脂内に埋入されることになる。

エポキシ樹脂の硬化後、点線２０の位置で切断されて棒
部材１６が得られる。

第６図には棒部材１６を形成する別の実施態様が詳示さ
れている。

この場合、フィラメント繊維１８が一方向に配向され、
エポキシ樹脂の母材を加え、オートクレーブ成形法によ
り加圧硬化される。

エポキシ樹脂が硬化した後点線２０に沿って切断され所
望の形状および寸法の棒部材１６が得られる。

従って第５図および第６図のいずれの成形法によっても
・・ブ部１４を構成する棒部材１６が好適に形成され得
ることが理解されよう。

また棒部材１６をいずれの成形法によって形成しても、
棒部材１６に封入される繊維が棒部材１６の長手方向に
向くように設けられる。

次いで第３図および第４図に示すように、上記棒部材１
６は平坦な側部を当接して互いに直交するよう即ち各棒
部材のフィラメント繊維が直交するよう積み重ねられて
、バブ部１４が構成される。

従ってバブ部１４の、スポーク部材として機能する棒部
材１６においてはそのフィラメント繊維が半径方向に延
びることになる。

次に棒部材１６は結合剤等により好適に接着される。

この場合、結合剤等は棒部材１６が回転により遠心力を
受けたとき半径方向外向きに互いに移動させうる程度の
粘性を有することが好ましい。

複数のボルト２２を用いて棒部材１６を強固に連結する
ことができる。

前記ボルト２２は隣接する棒部材１６の交差部近傍の角
隅部に配設され、かつバブ部１４の両端部に配設された
プレート２４を介し棒部材１６を挟圧することが好まし
い。

各プレート２４から車軸部２６が棒部材１６の交差部に
整合させて延設されており、前記車軸部２６は好適なベ
アリングを介し回動可能に設けられている。

また前記車軸部２６は入出力シャフトに連結されており
はずみ車１０に対するエネルギを入出力するよう機能す
る。

各プレート２４はボルト２２にナツト２８を螺着するこ
とにより棒部材１６と固結される。

上述の如く構成されたはずみ車１０は軽量であり且極め
て高速で通常２５００フイート／５ｅｃ（約７．５ ｋ
ｍ／ ｓｅｃ ）で回転し得る。

この回転時に生じる大きな遠心力により、ポルＩ・２２
の中央部は外方向に働く力を受けて曲がりやすい。

この時プレート２４がはずみ車１０の回転軸線に沿い、
バスみ車１０の中心部に向って移動せしめられることに
なり、はずみ車１０として良好に機能しない危惧があっ
た。

従ってボルト２２の彎曲を防ぐため連結装置３０ａ 、
３０ｂがボルト２２の周囲に巻かれる。

連結装置３０はエポキシ樹脂が含浸された高強度のロー
プであることが好ましいが、エポキシ、フェノール、又
はポリイミドの各樹脂で被覆された強化ワイヤでもよい
。

上記のような連結装置３０ａ、３０ｂがバブ部１４０両
端部間においてかつボルト２２の周囲に充分に巻装され
る。

すなわち連結装置３０ａ 、３０ｂは棒部材１６間にお
いてボルト２２の周囲に巻装されることになる（第２図
参照）。

連結装置３０ａ 、３０ｂを内装した後ナツト２８を締
め付は全体を硬化処理することにより軽量で強固なバブ
部１４が得られうる。

必要ならば各棒部材１６の外端部を、好ましくは円弧状
にサンドペーパにより仕上げリム装置１２を嵌装せしめ
てはずみ車１０を完威し得る。

米国特許第４０３６０８０号に開示されたような非円形
状にリム装置１２を構成する場合、棒部材１６は駆動中
、はずみ車１０の軸線において一インチ当り約４０００
〜５０００１ｂ（約１８１２ｋｇ〜２２６５ｋｇ）の遠
心力に耐えられるように構成する必要があるが、本発明
によればボルト２２および連結装置３０を使用すること
により、上記の条件を満足すべくバブ部１４が強化せし
められ、更に棒部材１６自体もフィラメント繊維が半径
方向に？合されているので上記の遠心力に充分に耐えう
る構成となる。

本発明の実施態様を要約すると次の通りである。

■、第１群をなす棒部材が第１の方向に向けられ第２群
をなす棒部材が第２の方向に向けられ、前記の各棒部材
が夫々の中央部で連結され、かつ前記各棒部材が実質的
に同一の断面を有し且第１、第２群の棒部材が母材に実
質的に平行なフィラメント材料を長手方向に埋設してな
る棒装置と、積み重ねられた前記棒装置を一体に固定す
る固定装置と、前記棒装置の先端部に付設されるリム装
置とを備えたはずみ車。

２、固定装置が棒装置の両端部に配設されたプレート装
置を包有する上記第１項記載のはずみ車。

３、固定装置がプレート装置に固設される端部を有した
複数の長手の部材を包有してなる上記第２項記載のはず
み車。

４、長手の部材が夫々棒部材の中央部に近接して配置さ
れてなる上記第３項記載のはずみ車。

５、積み重ねられた棒部材間において長手の部材の周囲
に巻装される連結装置を包有してなる上記第３項又は第
４項のいずれか一項記載のはずみ車。

６、フィラメント材料がガラス繊維、ケブラー（Ｋｅｖ
ｌａｒ）又は高強度グラファイトから成る群から選択さ
れたー繊維である上記第１項記載のはずみ車。

７、母材がエポキシ樹脂である上記第１項又は第６項の
いずれか一項記載のはずみ車。

８、各棒部材の中央部と軸線方向において整合し各プレ
ート装置から延設した車軸装置を包有してなる上記第２
項記載のはずみ車。

９、 リム装置が母材に円周方向にフィラメント材料を
埋設してなる上記第１項又は第６項のいずれか一項記載
のはずみ車。

１０、 ＩＪム装置が複数の層を有してなる上記第９
項記載のはずみ車。

１１、リム装置は所定速度で回転する時実質的に円形と
なるような非円形状に設けられてなる上記第９項記載の
はずみ車。

１２、夫々が実質的に同一の断面を有しフィラメント材
料が母材に埋設され前記フィラメント材料がほぼ長手方
向に整合された複数の棒部材を形成する形成工程と、前
記棒部材が中央部で互いに当接されかつ隣接する棒部材
のフィラメント材料が互いに実質的に直角をなすよう前
記複数の棒部材を積み重ねる工程と、前記棒部材を一体
化するため固定する固定工程と、リム装置を積み重ねら
れた前記棒部材の端部に取り付ける工程とを包有して成
るはずみ車を製造する方法。

１３、形成工程が実質的に長手方向に平行になるようフ
ィラメント材料巻回する工程と、母材に前記フィラメン
ト材料を埋設する工程と、前記フィラメント材料が長手
方向に整合されるよう前記フィラメント材料を埋設した
前記母材を切断する工程とを包有した上記第１２項記載
の方法。

１４、形成工程が実質的に平行にフィラメント材料を配
置する工程と、母材に前記フィラメント材料を埋設する
工程と、前記フィラメント材料が長手方向に整合される
よう前記フィラメント材料を埋設した前記母材を切断す
る工程とを包有した上記第１２項記載の方法。

１５、棒部材の端部を切断して円弧状に成形する工程を
包有した上記第１３項又は第１４項のいずれか一項記載
の方法。

１６、固定工程が積み重ねられた棒部材の両端部にフレ
ート装置を配設する工程と、前記プレート装置を内側に
押圧する工程とを包有した上記第１２項記載の方法。

１７、プレート装置がボルトを介し内側に押圧されて連
結されてなる上記第１６項記載の方法。

１８、棒部材においてボルトの周囲に連結装置を固定す
る工程を包有してなる上記第１７項記載の方法。

１９、積み重ねられ固定された棒部材を硬化させる工程
を包有してなる上記第１８項記載の方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるはずみ車の端面図、第２図は同側
面図、第３図は同部分側面図、第４図は第３図の線４−
４に沿って切断した部分断面図、第５図および第６図は
本発明の説明図である。 １０・・・・・・はずみ車、１２・・・・・・リム装置
、１４・・・・・・バブ部、１６・・・・・・棒部材、
１８・・・・・・フィラメント繊維、１９・・・・・・
心棒部、２２・・・・・・ボルト、２４・・・・・・プ
レート、２６・・・・・・車軸部、２８・・・・・・ナ
ツト、３０ａ 、３０ｂ・・・・・・連結装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バブ部とリム部とを備え、前記バブ部は第１の方向
   に向けられ実質的に平行に配置される第１群の棒部材と
   第２の方向に向けて実質的に平行に配置され前記第１群
   の各棒部材間に交互に配設される第２群の棒部材とを有
   し、前記各棒部材が実質的に平坦な側部を有し実質的に
   一方向のフィラメント材料が埋設された母材でなる棒装
   置と、隣接する各棒部材の平坦な側部が当接されかつ前
   記各棒部材のフィラメント材料が実質的に半径方向に向
   けられ、前記第１および第２の群の棒部材を一体に取り
   付ける取付装置とを具備してなるはずみ車。 ２ 第１および第２の群の棒部材が互いに実質的に直交
   するよう配置されてなる特許請求の範囲第１項記載のは
   ずみ車。 ３ 取付装置がバブ部の両端部に配設されるプレート装
   置と、前記プレート装置を固定する固定装置とを包有し
   てなる特許請求の範囲第１項記載のはずみ車。 ４ 固定装置は端部がプレート装置に固定される複数の
   長手の部材でなる特許請求の範囲第３項記載のはずみ車
   。 ５ 長手の部材がボルトである特許請求の範囲第４項記
   載のはずみ車。 ６ 棒部材の交差部近傍の角隅部に長手の部材が配設さ
   れてなる特許請求の範囲第４項記載のはずみ車。 ７ 各棒部材間において長手の部材の周囲に巻かれる連
   結装置を包有してなる特許請求の範囲第６項記載のはず
   み車。 ８ フィラメント材料は繊維でなる特許請求の範囲第１
   項記載のはずみ車。 ９ 母材がエポキシ樹脂である特許請求の範囲第１項又
   は第８項のいずれか一項記載のはずみ車。 １０ 各プレート装置から延びる車軸装置を包有して
   なる特許請求の範囲第３項記載のはずみ車。 １１ 車軸装置が棒部材の各交差部と整合されてなる
   特許請求の範囲第１０項記載のはずみ車。