JPH0356685Y2 - - 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性を一担巻きつける
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、エネルギーの入、出力が頻繁に行なわれると
弾性体がヒステリシスによつて発熱し、この状態
で弾性体に繰り返し張力を与えると弾性体の劣化
が助長され、弾性体の耐久信頼性が大幅に低下し
てしまうという問題がある。

また、弾性体を最後まで巻きつけてしまうと、
弾性体の固定端に過大な張力が発生し、弾性体を
損傷または切断してしまうという問題が生じる。
したがつて、ドラムの回転は弾性体の固定端より
も以前で停止させる必要がある。

本考案は、上記の問題に着目し、弾性体を高温
と過大な張力から保護す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、前記各ドラムのうちの任意のドラム
に、エネルギーの入力、出力の切換えを行なう入
出力切換機構を連動可能に連結し、該入出力切換
機構に、弾性体の温度が許容温度を越えた場合お
よび第１のドラムと第２のドラムのいずれか一方
のドラムにおける弾性体の巻きつけ量が所定量に
達した場合は該入出切換機構を中立状態にしてエ
ネルギーの入、出力を停止させる弾性体保護機構
を連結したものから成る。

［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、エネルギーの入、出力が頻繁になつ
てヒステリシスにより弾性体の温度が許容温度を
越えた場合は、弾性体保護機構が作動し、入出力
切換機構が中立状態に切換えられる。そのため、
エネルギーの入、出力が停止され、弾性体の温度
上昇による劣化は防止される。

また、第１のドラムと第２のドラムのいずれか
一方のドラムにおける弾性体の巻きつけ量が所定
量に達した場合は、上述と同様に弾性体保護機構
が作動し、エネルギーの入、出力が停止される。
つまり、各ドラムは、弾性体の固定端に過大な張
力がかかる以前に停止されるので、弾性体の損
傷、破断等は確実に防止される。

〔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図ないし第３図は、本考案の一実施例に係
るエネルギー蓄積装置を示している。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、連結ギア２８ａ，２８ｂ，２８
ｃから成る手段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２４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２５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２図及び
第３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３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
グを示している。

第１図において、３０はエネルギー蓄積装置の
エネルギーの入出力の切換えを行なう入出力切換
機構を示している。入出力切換機構３０は、入出
力軸３１と切換ギア３４と移動手段５０とから構
成されている。入出力軸３１は、各ドラムの軸心
方向に延びるように配置されており、入出力軸３
１は入出力軸３１の両端に設けられたベアリング
３３により軸芯まわりに回転自在に支持されてい
る。

入出力軸３１には、切換ギア３４が嵌合されて
いる。入出力軸３１と切換ギア３４の嵌合部分に
はスプライン加工が施されている。すなわち、切
換ギア３４は、入出力軸３１の軸心方向に移動可
能になつており、かつ回転方向には入出力軸３１
と係合可能になつている。したがつて、エネルギ
ー入力時には、入出力軸３１から入力トルクが切
換ギア３４に伝達され、逆にエネルギー回生時に
は、切換ギア３４から入出力軸３１に出力トルク
が伝達される。この切換ギア３４は移動手段５０
によつて入出力軸３１上を移動するようになつて
いる。切換ギア３４は、たとえばエネルギー入力
時に第２のドラム２４の連結ギア２８ａと噛み合
い、エネルギー出力時には、たとえば第３のドラ
ム２３に連結され連結ギア２８ｂと並置されるギ
ア３２（第２図参照）と噛み合うようになつてい
る。

入出力切換機構３０には、弾性体２５を高熱と
過度の引張力から保護する弾性体保護機構３６が
連結されている。弾性体保護機構３６は、減速部
３７、カム部３８、解除レバー３５，３９、温度
検知駆動手段４０、付勢手段４１から構成されて
いる。減速部３７は、さらに第１のドラム２２に
直結されるギア３７ａ、ギア３７ａと噛み合うギ
ア３７ｂ、ギア３７ｂに直結されるギア３７ｃ、
ギア３７ｃと噛み合うギア３７ｄとから構成され
ている。減速部３７の最終段はカム部３８に連結
されており、第１のドラム２２の総回転数がカム
部３８の回転角度として取り出されている。カム
部３８と解除レバー３５，３９は当接可能に接近
して配置されている。そして、第２のドラム２４
における弾性体２５の巻きつけ量が所定量に達し
た場合は、カム部３８のカム面が解除レバー３５
に当接し、移動手段５０を押すことによつて連結
ギア２８ａと噛み合つている連結ギア２８ａを連
結ギア３４から遠ざかる方向に移動させ、両者の
噛み合いを解除させるようになつている。また、
第１のドラム２２における弾性体２５の巻き付け
量が所定量に達した場合は、カム部３８のカム面
が解除レバー３９に当接し、第３のドラム２３に
連結されたギア３２と切換ギア３４との噛み合い
が解除されるようになつている。

解除レバー３５，３９は、各支点３５ａ，３９
ａを中心に回動可能になつている。解除レバー３
５，３９は支点３５ａ，３９ａを基準として一方
が移動手段５０と係合可能となつており、他方は
上述のカム部３８と当接可能になつている。解除
レバー３５の他方の端部には、温度検知駆動手段
４０と付勢手段４１がそれぞれ連結されている。
温度検知駆動手段４０と付勢手段４１とは、解除
レバー３５をはさんで互いに対向するように設け
られている。

温度検知駆動手段４０は、たとえば温度の変化
によつて伸縮するサーモワツクス、形状記憶合金
等から構成されている。温度検知駆動手段４０
は、弾性体２５がヒステリシスにより許容温度を
越えた場合に、弾性体２５の温度を間接的に検知
し、解除レバー３５を連結ギア２８ａと切換ギア
３４との噛み合いを解除させる方向に回動させる
ようになつている。付勢手段４１は、解除レバー
３５を温度検知駆動手段４０の伸び方向と逆方向
に付勢するバイアススプリングである。

このように構成されたエネルギー蓄積装置におい
ては、エネルギー入力時には、弾性体２５の第２
のドラム２４への巻き付け量が増加し、第１のド
ラム２２への巻き付け量が減少される。弾性体２
５の第２のドラム２４への巻き付け量が所定量に
なると、つまり第１のドラム２２における弾性体
２５の巻き付け回数が残り数回程度になると、第
１のドラム２２に減速部３７を介して連結される
カム部３８が解除レバー３５に当接し、切換ギア
３４が解除レバー３９によつて移動手段５０を押
すことによつて移動される。これにより、連結ギ
ア２８ａと切換ギア３４との噛み合いが解除さ
れ、エネルギーの入力が停止される。

エネルギー出力時には、弾性体２５の第１のド
ラム２２への巻き付け量が増加し、第２のドラム
２４への巻き付け量が減少される。弾性体２５の
第１のドラム２４への巻き付け量が所定量になる
と、つまり第２のドラム２４における弾性体２５
の巻き付け回数が残り数回程度になると、カム部
３８が解除レバー３９に当接し、上述と同様に切
換ギア３４が解除レバー３９によつて移動手段５
０を押すことによつて移動される。これにより、
第３のドラム２３と直結されるギア３２と切換ギ
ア３４との噛み合いが解除され、エネルギーの出
力が停止される。

このように、エネルギーの入、出力は、第１の
ドラム２２の総回転数に基づいて自動的に停止す
るようになるので、弾性体２５の各ドラムに固定
される端部２５a′，２５e′には過大な張力が作用
することはなくなり、弾性体２５の損傷、切断等
は防止される。

また、エネルギーの入、出力が頻繁に行なわれ
る場合は、ヒステリシスにより弾性体２５が発熱
する。そして、弾性体２５の温度が許容温度を越
えた場合には、温度検知駆動手段４０が伸びて解
除レバー３９が回動されるため、連結ギア２８ａ
と切換ギア３４との噛み合いが解除され、エネル
ギーの入力が停止される。したがつて、弾性体２
５の温度上昇は抑えられ、弾性体２５の劣化が防
止される。

弾性体２５の温度が低下すると解除レバー３５
は、付勢手段４１によつて押し戻される。そし
て、移動手段５０によつて切換ギア３４を連結ギ
ア２８ａとギア３２のいずれか一方と噛み合わせ
ることにより、再びエネルギーの入、出力が可能
となる。

〔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、エネルギーの入出力切換機構
に、弾性体保護機構を連結させたので、弾性体の
温度が許容温度を越えた場合や第１のドラムと第
２のドラムのいずれか一方のドラムにおける弾性
体の巻きつけ量が所定量に達した場合は、入出力
切換機構を中立状態にしてエネルギーの入、出力
を自動的に停止させることが可能となる。したが
つて、高温度による弾性体の劣化と過大な引張り
力による弾性体の損傷、破断等を未然に防止する
ことができ、弾性体の耐久信頼性を向上させるこ
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
積装置の概略平面図、第２図は本考案のエネルギ
ー蓄積装置の全体斜視図、第３図は第２図の装置
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、３０……入出力切換機構、３１
……入出力軸、３４……切換ギア、３６……弾性
体保護機構、３８……カム部、４０……温度検知
駆動手段。

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、前記各ドラムのう
   ちの任意のドラムに、エネルギーの入力、出力の
   切換えを行なう入出力切換機構を連動可能に連結
   し、該入出力切換機構に、弾性体の温度が許容温
   度を越えた場合および第１のドラムと第２のドラ
   ムのいずれか一方のドラムにおける弾性体の巻き
   つけ量が所定量に達した場合は該入出力切換機構
   を中立状態にしてエネルギーの入、出力を停止さ
   せる弾性体保護機構を連結したことを特徴とする
   エネルギー蓄積装置。