JPH0356682Y2 - - 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
ギーを蓄積するエネルギー蓄積装置に関し、とく
に、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。

〔従来の技術〕

弾性体の弾性変形を利用してエネルギーを蓄積
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
するようになつている。

上述の特開昭49−96144号公報に示されるエネ
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。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。

そこで、これらの問題を解決するために、弾性
体の一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、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
能にしたエネルギー蓄積装置が提案されている
（特願昭61−168033号）。

このエネルギー蓄積装置には、第１のドラムと
第２のドラムとの間に、中間ドラムが配設されて
おり、この中間ドラムに弾性体を一担巻きつける
ことによつて中間ドラムと第２のドラムとの間の
弾性体の歪を初期歪より大とすることができ、弾
性体の初期歪を０としてもエネルギーを効率よく
取り出すことができる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の特願昭61−168033号のエ
ネルギー蓄積装置にも残された問題が存在する。
すなわち、上述のエネルギー蓄積装置において
は、弾性体がドラムに巻き付けられた状態で長時
間放置された場合は、弾性体が伸長された状態で
あるためクリープが発生する。とくに、これは弾
性体の張力が最も大きくなる第２のドラムで著し
い。その結果、エネルギー回生時には弾性体の引
張力が低下し、エネルギー蓄積装置の出力が低下
してしまうという問題が生じる。つまり、この場
合の出力トルクは、第５図の特性Ａに示すよう
に、ドラムの回転量に伴なつて徐々に低下し、出
力トルクを一定に保つことができなくなる。

本考案は、上記の問題に着目し、ドラムに巻き
付けられた弾性体にクリープが発生した場合で
も、ドラムの回転量のほぼ全域にわたつて一定の
出力を発生させることのできるエネルギー蓄積装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的に沿う本考案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、から構成されるエネルギー蓄積装置
であつて、前記弾性体の張力が最も大きくなる第
２のドラムに、エネルギー回生時に該第２のドラ
ムを弾性体のクリープを吸収する方向に付勢させ
る付勢手段を設けたものから成る。

〔作用〕 このように構成された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。

エネルギー回生時には、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。

この場合、弾性体が長時間にわたつて第２のド
ラムに巻き付けられていると、弾性体にクリープ
が生じ、弾性体の引張力が低下して出力トルクが
低下してしまう。しかしながら、第２のドラム
に、エネルギー回生時に第２のドラムを弾性体の
クリープを吸収する方向に付勢させる付勢手段を
設けているので、ドラムの回転量が変化しても弾
性体の第４の部分の張力が一定に保たれ、結果と
して、エネルギー蓄積装置の出力は一定値に維持
される。

〔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実施例 第１図ないし第４図は本考案の第１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第３のドラム（中間
ドラム）２３を有する。第１のドラム２２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。エネルギー解放時には、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３図及び
第４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４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
ギアの歯数を同じとし、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され、弾性体
２５は、第１のドラム２５から第２のドラム２４
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は各ドラムと連
結されたシヤフト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。

第１図および第２図は、第２のドラム２４をそ
れぞれ示している。第２のドラム２４は中空状に
形成され、その中空部にはシヤフト３０、ベアリ
ング３１、付勢手段３２が配設されている。第２
のドラム２４は、ベアリング３１を介してシヤフ
ト３０に回転可能に支持されている。ベアリング
３１は、第２のドラム２４の両側に１個ずつ配置
され、付勢手段３２は一方のベアリング３１に近
接して配置されている。付勢手段３２は、外筒３
３、内筒３４、うず巻きばね３５から構成されて
いる。外筒３３は、圧入等により第２のドラム２
４側に固定されており、内筒３４は、同様に圧入
等によりシヤフト３０側に固定されている。外筒
３３と内筒３４との間には、円周方向に何回も巻
かれたうず巻ばね３５が介装されている。うず巻
きばね３５の一端３５ａは外筒３３に固定され、
他端３５ｂは内筒３４に固定されている。このう
ず巻ばね３５は、エネルギーの回生時に、第２の
ドラム２４を弾性体２５に生じたクリープを吸収
する方向に付勢するように巻かれている。

このように構成された第１実施例においては、
第２のドラム２４上に巻き付けられた弾性体２５
の第２の部分２５ｅには大きな引張り応力が作用
しているため、弾性体２５がこの状態で長時間に
わたり放置された場合は、弾性体２５にクリープ
が発生する。したがつて、この状態ではエネルギ
ー回生時に弾性体２５の引張力は低下することに
なる。しかしながら、第２のドラム２４は、上述
したようにエネルギー回生時に付勢手段３２のう
ず巻きばね３５によつてクリープを吸収する方向
に付勢されるので、弾性体２５の第４の部分２５
ｂにおける張力は、クリープが発生されない場合
とほぼ同じ状態に保たれる。

したがつて、エネルギー蓄積装置２０の出力ト
ルクは、第５図に示すように、ドラムの回転角の
変化に伴なつて特性Ａのように低下することはな
く、特性Ｂの如く一定に保たれる。

第２実施例 第６図は、本考案の第２実施例に係るエネルギ
ー蓄積装置を示している。第２実施例が第１実施
例と異なるところは付勢手段の構成であり、その
他の部分は第１実施例に準じるので、準じる部分
の説明を省略し異なる付勢手段についてのみ説明
する。

第６図において、４１はエネルギー回生時に、
第２のドラム２４を弾性体２５のクリープを吸収
する方向に付勢させる付勢手段を示している。付
勢手段４１は、２個の支持部材４２，４３と２個
の引張りコイルばね４４とから構成されている。
一方の引張りコイルばね４４、一端が支持部材４
２を介し第２のドラム２４側に固定され、他端が
支持部材４３を介してシヤフト３０側に固定され
ている。他方の引張りコイルばね４４も上述と同
様に取付けられている。

このように構成された第２実施例においては、
エネルギー回生時に、第２のドラム２４が引張り
コイルばね４４によつて弾性体２５のクリープを
吸収する方向に付勢されるので、弾性体２５にク
レープが生じた場合でも第１実施例と同様に弾性
体２５の第４の部分２５ｂにおける張力が一定に
保たれ、出力されるトルクはドラムの回転量の変
化にかかわらず一定に保たれる。

以上の実施例は、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。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案のエネルギー蓄積
装置によるときは、弾性体の張力が最も大きくな
る第２のドラムに、エネルギー回生時に第２のド
ラムを弾性体のクレープを吸収する方向に付勢さ
せる付勢手段を設けるようにしたので、エネルギ
ー回生時の弾性体の第４の部分の張力を一定にす
ることが可能となり、エネルギー蓄積装置の出力
を一定に保つことができる。

また、第２のドラムを中空状にし、この中空部
分に付勢手段を設けるようにすれば、第２のドラ
ムの軽量化と慣性マスの低減をはかることも可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係るエネルギー
蓄積装置の第２のドラムの分解斜視図、第２図は
第１図の断面図、第３図は本考案のエネルギー蓄
積装置の全体斜視図、第４図は第３図の装置の断
面図、第５図は第３図の装置の特性図、第６図は
本考案の第２実施例に係るエネルギー蓄積装置に
おける付勢手段近傍の断面図、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、３２、４１……付勢手段、３５
……うず巻きばね、４４……引張りコイルばね。

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；からなる
   エネルギー蓄積装置であつて、前記弾性体の張力
   が最も大きくなる第２のドラムに、エネルギー回
   生時に該第２のドラムを弾性体のクリープを吸収
   する方向に付勢させる付勢手段を設けたことを特
   徴とするエネルギー蓄積装置。