JPH0356680Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は弾性体の弾性変形を利用してエネルギ
ーを蓄積し、弾性体の一部を大きく一定量歪ま
せ、その歪領域を順次拡大させていくエネルギー
蓄積装置に関するエネルギ蓄積装置に関し、コン
パクト化、軽量化をはかつたエネルギ蓄積装置に
関する。

〔従来の技術〕

弾性体の弾性変形を利用しエネルギーを蓄積す
るエネルギー蓄積装置は、特開昭49−96144号公
報に開示されている。該公報の装置は２つのドラ
ムを有し、該２つのドラムに弾性体が掛け渡され
た装置から成り、２つのドラムは同方向に回転す
る。第４図は、特開昭49−96144号公報に開示さ
れた装置ではないが、後述する３つ以上のドラム
を有する本発明との比較において、互いに径の異
なる２つのドラム１０，１２を並置し、それに紐
状の弾性体１４をたすき掛けしたエネルギー蓄積
装置を示している。

特開昭49−96144号公報に示されるエネルギー
蓄積装置及び第４図に示される２つのドラムを有
するエネルギー蓄積装置において、小径ドラムに
巻きつけられた弾性体の初期歪ηを０とすると、
出力時のエネルギーは０となり、効率は０％とな
る。（理由は後述する。）したがつて弾性体として
その弾性伸度の少ないものを用いた場合には、十
分な初期歪を付与できないため、出力時のエネル
ギーはほとんど０となつてしまうという問題があ
つた。

これを解決するために、先に本出願人により、
弾性体の一部を大きく一定量歪ませその領域を順
次拡大していく方法であり、同時に弾性伸度が小
さい弾性体において小径ドラムに巻き付ける初期
歪が０の状態でも効率良くエネルギーを入、出力
可能なエネルギー蓄積装置が提供された（特願昭
61−168033号）。

特願昭61−168033号のエネルギー蓄積装置は、
(a)互いに並置された、軸芯まわりに回転可能な、
第１のドラムおよび第２のドラム並びに第１のド
ラムと第２のドラムとの間に配置された中間ドラ
ムからなる第３のドラムと、(b)第１のドラムに巻
きつけられる第１の部分と、第２のドラムに巻き
つけられる第２の部分と、第３のドラムに巻きつ
けられる第３の部分と、各ドラム間を連結する第
４の部分を有し、第１の部分の端部が第１のドラ
ムに固定され、第２の部分の端部が第２のドラム
に固定された、紐状の弾性体と、(c)第１のドラム
と第２のドラム及び第３のドラムとを、第２のド
ラムの外周回転量が第３のドラムの外周回転量が
第３のドラムの外周回転量より大であり、第３の
ドラムの外周回転量が第１のドラムの外周回転量
より大となるように連結する手段と、から構成さ
れる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

前記提案により、多数個のドラムを使用する
と、ドラム数が増加するにつれシステムの効率が
向上することがわかつた。しかしながら、ドラム
数が増加することにより重量が大きくなり、車輌
等に搭載した場合には、システム全体の効率が低
下してしまうという問題があつた。

本考案は、前記特願昭61−168033号のタイプの
エネルギー蓄積装置において、装置のコンパクト
化、軽量化をはかることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本考案に係るエネル
ギー蓄積装置は、互に並置された、軸芯まわりに
回転可能な、第１のドラムおよび第２のドラム並
びに第１のドラムと第２のドラムとの間に配設さ
れた少なくとも１個の中間ドラムからなる第３の
ドラムと；前記第１のドラムに巻きつけられる第
１の部分と、前記第２のドラムに巻きつけられる
第２の部分と、前記第３のドラムに巻きつけられ
る第３の部分と、各ドラム間を連結する第４の部
分を有し、前記第１の部分の端部が前記第１のド
ラムに固定され、前記第２の端部が前記第２のド
ラムに固定された紐状の弾性体と；前記第１のド
ラムと第２のドラム及び第３のドラムとを、前記
第２のドラムの外周回転量が第３のドラムの外周
回転量より大であり、第３のドラムの外周回転量
が前記第１のドラムの外周回転量より大となるよ
うに連結する手段と；からなり、前記少なくとも
１個の中間ドラムからなる第３のドラムを軸方向
に移動可能として成るエネルギー蓄積装置から成
る。

〔作用〕

上記本考案のエネルギー蓄積装置においては、
エネルギー蓄積時には弾性体の第１の部分の第１
のドラムへの巻き付け量が減少するとともに弾性
体の第２の部分の第２のドラムへの巻き付け量が
増大する。エネルギー放出時には弾性体の第２の
部分の第２のドラムへの巻き付け量が減少すると
ともに弾性体の第１の部分の第１のドラムへの巻
きつけ量が増大する。第３のドラムへの巻き付け
量は変化せず巻き付け位置のみがエネルギーの蓄
積、放出に合せドラム上を移動する。

エネルギー蓄積時、弾性体が第１のドラムより
第３のドラムを介して第２のドラムに巻きつけら
れるときに、第３のドラムの外周回転量は第１の
ドラムの外周回転量より大であり、第２のドラム
の外周回転量は第３のドラムの外周回転量より大
のため、弾性体のドラムを連結している第４の部
分が伸ばされ、この第４の部分に引張りが生じて
エネルギーが蓄積され、引張り歪が生じた状態で
第３のドラムへ巻きつけられていく。次に第３の
ドラムと第２のドラムを連結している第４の部分
がさらに伸ばされこの部分の歪が増大し、エネル
ギーが大きくなつた状態で第２のドラムへ巻きつ
けられていく。弾性体と第１のドラム、第２のド
ラム及び第３のドラムとの間にはほとんどすべり
がないので、ドラム回転による引張り歪を生じさ
せる部分はほとんど弾性体のドラムを連結してい
る第４の部分のみであり、引張り歪が生じた後そ
の状態を維持して第３のドラムを介して第２のド
ラムへと巻きつけられてエネルギーが蓄積され
る。

エネルギー出力時には、蓄積時と逆の作用が起
り、引張り歪大の状態で第２のドラムに巻き付け
られた弾性体は第３のドラムに巻き付けられる時
に第２のドラムと第３のドラムの外周回転量の差
に応じた分だけ引張歪は減少した状態で第３のド
ラムに巻き付く。続いて第３のドラムを出た弾性
体は第３のドラムと第１のドラムの外周回転量の
差に応じた分だけ引張歪は減少し、初期歪と同一
の大きさになつて第１のドラムに巻き取られる。
この時第３のドラムがないと仮定すると、第２の
ドラムと第１のドラムを連結する弾性体の歪は初
期歪と等しくなり、初期歪が０もしくは０に近い
場合はエネルギーの出力は０あるいはほとんど０
の状態となる。しかしながらこの第３のドラムが
第２のドラムと第１のドラムの間にあることによ
つて第３のドラムと第２のドラムの間の弾性体の
歪は初期歪より大の状態であり、このため弾性体
の初期歪を０としても、つまり弾性伸度の小さい
弾性体を使用した場合においても、エネルギーを
効率よく取り出すことができる。

上記において、中間ドラムからなる第３のドラ
ムを、回転方向にはシヤフトと一体化して回転す
るが軸方向にはシヤフトに対して移動可能とした
ので、第３のドラムは弾性体の張力によつて軸方
向に移動し、これによつて第３のドラムに第１の
ドラム、第２のドラムの全長と同じ長さをもたせ
る必要がなくなり、軸方向に短縮でき、システム
の小型化、軽量化がはかられて、装置重量あたり
のエネルギー効率の向上がはかられている。

軸方向に移動可能なドラムは、ドラムの全数が
ｎのシステムでは最大ｎ−２個取付けることが可
能であり、大巾な軽量化がはかられる。

さらに、中間ドラムに取付けられたギヤーの歯
数を小さくすることにより、中間ドラムの回転数
を多くし、その結果中間ドラムの径を小さくする
ことが可能となる。そのため、さらに軽量化、ス
ペース低減がはかられる。

〔実施例〕

以下に本考案に係るエネルギー蓄積装置の望ま
しい実施例を図面を参照して説明する。

第１図ないし第４図は本考案の実施例を示して
おり、第５図はその特性を示している。図中エネ
ルギー蓄積装置２０は、互いに並置された、それ
ぞれの軸心まわりに回転可能な、互いに径の異な
る第１のドラム２２と第２のドラム２４及び第１
のドラム２２と第２のドラム２４の間に２つのド
ラムの径の中間の径を持つ少なくとも１個の第３
のドラム（中間ドラム）２３を有する。第３のド
ラム２３は軸方向に移動可能であるが、回転方向
にはシヤフトと一体に回転する。第１のドラム２
２と第２のドラム２４には第３のドラム２３を介
して紐状の弾性体２５がスパイラル状に巻きつけ
られている。

弾性体２５は、第１のドラム２２に密着させて
スパイラル状に巻きつけられる第１の部分２５ａ
と、第２のドラム２４に装着させてスパイラル状
に巻きつけられる第２の部分２５ｅと、第１のド
ラム２２と第２のドラム２４の間の第３のドラム
２３に１〜２回り巻きつけられる第３の部分２５
ｃと、各ドラム間に連結する第４の部分２５ｂと
２５ｄとから成る。第１の部分２５ａと、第４の
部分２５ｂと、第３の部分２５ｃと、第４の部分
２５ｄと、第２の部分２５ｅとは、順にすなわち
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅの順に
直列状に連続している。第１の部分２５ａの端部
２５a′は、第１のドラム２２に固定され、第２の
部分２５ｅの端部２５e′は、第２のドラム２４に
固定されている。

第１のドラム２２と第２のドラム２４及び第３
のドラム２３は、手段２８を介して連結されてい
る。手段２８は、第１のドラム２２と第３のドラ
ム２３と第２のドラム２４とを、第２のドラム２
４の外周回転量（外周に位置する任意の点のドラ
ム回転時における周方向移動距離を外周回転量と
定義する）が第３のドラム２３の外周回転量より
大であり、第３のドラム２３の外周回転量が第１
のドラム２２の外周回転量より大となるように、
互に機械的に連結している。この場合、エネルギ
ー蓄積時には、弾性体２５の第２のドラム２４上
の巻きつけ量が増えるとともに第１のドラム２２
上の巻きつけ量は減少し、第３のドラム２３の巻
きつけ量は変化せず弾性体２５の巻きつけ位置の
みが変化する。エネルギー開放時には、弾性体２
５の第１のドラム２２上の巻きつけ量は増加する
とともに第２のドラム２４上の巻きつけ量は減少
する。

以上が主要部であるが、さらに構成を技術的に
具体的に説明すると次の通りである。弾性体２５
の第１の部分２５ａは第１のドラム２２の外周に
直接接触しており、弾性体２５の第２の部分２５
ｅは第２のドラム２４の外周に直接接触してい
る。また、第３の部分２５ｃも第３のドラム２３
に直接接触している。したがつて、弾性体２５と
第１のドラム２２、第２のドラム２４、第３のド
ラム２３の間には周方向相対ずれを防止する摩擦
力が働き、弾性体２５の第４の部分２５ｂ，２５
ｄに伸びが生じても、その引張り歪は弾性体２５
の全長にわたつては伝播せず、ほぼ第４の部分２
５ｂ，２５ｄのみにとどめられる。弾性体２５の
第１の部分２５ａの第１のドラム２２への巻き付
け方向と、弾性体２５の第３の部分２５ｃの第３
のドラム２３への巻き付け方向とは、第１図及び
第２図に示すように互いに逆である。また、弾性
体２５の第３の部分２５ｃの巻き付け方向と、弾
性体２５の第２の部分２５ｅの第２のドラム２４
への巻き付け方向とは、互いに逆である。また、
第１のドラム２２と第３のドラム２３と第２のド
ラム２４は、手段２８によつて、互いに順に逆方
向に、一定回転割合で回転するように連結されて
いる。弾性体２５の第４の部分２５ｂ，２５ｄ
は、各ドラム間のスペースを通り抜けている。

第２図において、エネルギー蓄積時第２のドラ
ム２４上に張力Ｆを加えると、手段２８で連結さ
れた第１のドラム２２及び第３のドラム２３は矢
印の方向に回転する。この時、第１のドラム２２
の半径をR1、第３のドラム２３の半径をR2、第
２のドラム２４の半径をR3とし、手段２８の各
ギヤの歯数を同じとし、R1＜R2＜R3なる関係に
し、外周回転量を第１のドラム２２、第３のドラ
ム２３、第２のドラム２４の順に多くすると、弾
性体２５の第４の部分２５ｂ及び２５ｄは、外周
回転量の差に応じて引張応力が増大する。ここ
で、弾性体２５を第１のドラム２２に初期歪ηで
巻きつけたとすると、第４の部分２５ｂ及び２５
ｄのそれぞれの張力F1，F2は、フツクの法則に
従い弾性体２５のヤング率をＥとするとそれぞ
れ、F1＝｛（１＋η）R2−R1｝Ｅ／R1、F2＝
｛（１＋η）R3−R1｝Ｅ／R1となる。また、第２
のドラム２４上での力のつり合いは、Ｆ＝F1・
（R2−R1）／R3＋F2・ （R3−R2）／R3であ
るから、エネルギー蓄積時の力Finは Fin＝［｛（１＋η）R2−R1｝／R1］・Ｅ・｛（R2−
R1）／R3｝＋［｛（１＋η）R3−R1｝／R1］・Ｅ・
｛（R3−R2）／R3｝となる。この力Ｆにて、弾性
体２５は、第１のドラム２５から第２のドラム２
４へ順次エネルギーが蓄積されていく。

中間ドラム２３の個数は図示例では１個である
が、複数個の互いに並置されたドラムの組み合せ
であつてもよい。また、図中２６はドラムを回転
自在に支持するベアリングを示し、２７，２９は
ドラムを支持する支持台を示す。

中間ドラムである第３のドラム２３は、第３図
および第４図に示すように、軸３０の二面巾３１
にローラベアリング３２を介して支持され、これ
によつて回転方向には軸３０と一体に、軸方向に
は移動可能に取付けられる。第３のドラム２３の
軸方向長さは第１のドラム２２、第２のドラム２
４の長さより小で、弾性体２５の張力によつて軸
方向に移動される。

つぎに、エネルギー解放時には、蓄積時と逆の
作用が起り各ドラムは逆方向に回転するとともに
第３のドラム２３は上記と逆方向に移動し、引張
り歪が｛（１＋η）R3−R1｝／R1の状態で、第
２のドラム２４に巻き付けられた弾性体２５は、
第３のドラムに巻き付けられる時に、第２のドラ
ム２４と第３のドラム２３の外周回転量の差に応
じた分だけ、引張歪が減少した状態で第３のドラ
ム２３に入る。続いて、第３のドラム２３から出
た弾性体２５は、第３のドラム２３と第１のドラ
ム２２の外周回転量の差に応じた分だけ引張歪は
減少して、第１のドラム２２に巻き取られる。こ
の時の第４の部分２５ｂ，２５ｄのそれぞれの張
力F1及びF2は、 F2＝［｛（１＋η）R2−R1｝／R1］・Ｅ F1＝η・Ｅ となり、第２のドラム２４を回転させる力Fout
は、 Fout＝［｛（１＋η）R2−R1｝／R1］・Ｅ・｛（R3
−R2）／R3｝＋η・Ｅ・｛（R2−R1）／
R3｝ となる。したがつて効率はFin／Foutとなり、こ
の計算結果を第５図に示す。

また、特開昭49−96144号公報に示される装置
及び第６図の比較例のエネルギー蓄積装置におい
ては、第６図のR2上での力のつり合いはＦ＝F1
｛１−（R1／R2）｝で与えられ、F1の入力時の大
きさは小径ドラムに巻きつけられた弾性体の初期
歪をηとすると、ヤング率をＥとしてF1＝Ｅ
｛（１＋η）R2／R1−１｝で与えられる。一方、
出力時の大きさはF1＝Eηとなり、その効率は ｛η（１−R1／R2）｝／［｛（１＋η）R2／R1
−１｝（１−R1／R2）］ となる。したがつて、例えば小径ドラムに巻きつ
けられた弾性体の初期歪ηを０とすると、出力は
０となり、効率は０％となる。この計算結果を第
７図に示す。以上のように本考案のエネルギー蓄
積装置２０は、従来の特開昭49−96144号公報お
よび第６図に示されるシステムに比べ、効率が大
巾に改善され、弾性体２５の初期歪が小さい状態
でも、高い効率が得られる。

以上は各ドラムの外周回転量を各ドラムの回転
半径により変えた例であるが、ドラム径を同じに
してギヤー比によつてドラムの外周回転量を変え
てもよく、この選択は任意である。

また、第３のドラム２３を軸方向に移動可能と
して弾性体２５の張力によつて自動的に軸方向に
移動させるようにしたので、第３のドラム２３の
長さを縮少でき、装置のコンパクト化、軽量化が
はかられている。また、第３のドラム２３のギヤ
ーの歯数を小さくすることにより第３のドラム２
３の回転数を多くし、第３のドラム２３の径を小
さくして、更に軽量化がはかられる。

〔考案の効果〕

本考案によるエネルギー蓄積装置２０によると
きは次の諸効果が得られる。

(イ) 特開昭49−96144号公報および比較例の第６
図に示されるような２ドラムシステムに比べ、
中間ドラム２３を設けることによつて、弾性体
２５の初期歪が０の状態にても、出力を得るこ
とができ、高い効率が期待できる。

(ロ) 中間ドラム２３の数を多数個にすると、さら
に効率を上げることができる。

(ハ) 第３のドラムを軸方向に移動可能としたの
で、第３のドラムを小さくして、装置の小型
化、軽量化をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るエネルギー蓄
積装置の平面図、第２図は第１図の装置の断面
図、第３図は第３のドラムの軸支部の断面図、第
４図は第３図と直交する方向の断面図、第５図は
第１図ないし第４図の装置の特性図、第６図は従
来の特開昭49−96144号公報と同一の効果となる
２ドラムシステムを有する比較例の断面図、第７
図は第６図の装置の特性図、である。 ２０……エネルギー蓄積装置、２２……第１の
ドラム、２３……第３のドラム（中間ドラム）、
２４……第２のドラム、２５……弾性体、２５ａ
……第１の部分、２５ｂ……第４の部分、２５ｃ
……第３の部分、２５ｄ……第４の部分、２５ｅ
……第２の部分、３０……第３のドラムの軸、３
２……ベアリング。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 互に並置された、軸芯まわりに回転可能な、第
   １のドラムおよび第２のドラム並びに第１のドラ
   ムと第２のドラムとの間に配設された少なくとも
   １個の中間ドラムからなる第３のドラムと；前記
   第１のドラムに巻きつけられる第１の部分と、前
   記第２のドラムに巻きつけられる第２の部分と、
   前記第３のドラムに巻きつけられる第３の部分
   と、各ドラム間を連結する第４の部分を有し、前
   記第１の部分の端部が前記第１のドラムに固定さ
   れ、前記第２の端部が前記第２のドラムに固定さ
   れた紐状の弾性体と；前記第１のドラムと第２の
   ドラム及び第３のドラムとを、前記第２のドラム
   の外周回転量が第３のドラムの外周回転量より大
   であり、第３のドラムの外周回転量が前記第１の
   ドラムの外周回転量より大となるように連結する
   手段と；からなり、前記少なくとも１個の中間ド
   ラムからなる第３のドラムを軸方向に移動可能と
   して成るエネルギー蓄積装置。