JPH0526371Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、紐状弾性体の弾性変形を利用してエ
ネルギを蓄積し、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弾性エネ
ルギ蓄積装置に関し、とくにドラム上に弾性体を
多層巻きする場合、エネルギ入出力中にその入出
力特性が安定して所望の値となるようにした弾性
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を蓄積する
エネルギ蓄積装置は、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つのドラム間に紐状弾性体が掛け渡さ
れた装置から成り、２つのドラムは同方向に回転
する。

特開昭49−96144号公報に示されるエネルギ蓄
積装置では、小径ドラムに巻き付けられた弾性体
の初期歪を０とすると、出力時のエネルギは０と
なり、効率は０％となる。したがつて弾性体とし
て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、同時に弾性体伸度が
小さい弾性体において小径ドラムに巻き付ける場
合の初期歪が０の状態でも効率良くエネルギを
入、出力可能なエネルギ蓄積装置が提案されてい
る（特願昭61−168033号）。

特願昭61−168033号のエネルギ蓄積装置は、た
とえば第２図に示すように、外周回転量の小さい
小径のドラム１と外周回転量の大きい大径ドラム
２との間に、中間の外周回転量の中間ドラム３
（複数あつてもよい）を設け、これらドラム１，
２，３間に紐状の弾性体４を掛け渡したものであ
る。

各ドラム１，２，３は機械的連結手段５、たと
えばギヤにより、外周回転量が小径ドラム側から
大径ドラム側に向けて順に大きくなるように連結
され、紐状弾性体４が小径ドラム１側から大径ド
ラム２側に移行巻付けされることにより弾性体４
が引き伸ばされてその歪エネルギが蓄えられ、逆
向きに移行されることにより蓄えられた歪エネル
ギが放出される。

このようなエネルギ蓄積装置では、第３図およ
び第４図に同歯数のギヤで半径R1、R2、R3のド
ラムを連結した場合の、従来の２ドラム方式（第
４図）の場合と３ドラム方式（第３図）の場合と
の比較を示すように、中間ドラムを設けることに
より、エネルギの入、出力効率を高めることがで
き、弾性体の初期歪が０の場合でも出力を得るこ
とが可能となつた。

［考案が解決しようとする課題］ 上記のようなエネルギ蓄積装置においては、
入、出力するエネルギ総量を大きくするために
は、弾性体の長さを長くとり、該弾性体をドラム
（大径ドラムおよび小径ドラム）上に多層で巻き
付けるようにすることが有効である。

しかしながら、弾力性をドラム上に多層巻きに
すると、巻き付け径が変化するため、大径ドラム
上では巻層の増大に伴ない弾性体を引込み過ぎと
なり、小径ドラム上では巻層の減少に伴ない弾性
体の送り不足となるおそれがある。すなわち、弾
性体の張力（歪）が巻層の変化によつて変化し、
入、出力トルク特性が変化する。とくに、大径ド
ラム側で巻層数が増大するとき、隣接する中間ド
ラムとの間で弾性体を引張り過ぎることがあり、
単なるドラムの連成ではドラム間のトルクのバラ
ンスがとれなくなるおそれがある。

これを防止する方法の一つとして、弾性体の歪
のレベルを元々小に抑え、多層巻きの最外層にお
いても歪がそれ程大きくならないようにする方法
が考えられる。しかしそうすると、巻層内層側の
弾性体の歪量を相当小さく抑えてしまうことにな
るので、出力できる弾性エネルギ量が小さくな
り、弾性体の張り過ぎは防止できるものの装置の
出力特性が低く抑えられてしまう。

本考案は、上記のような問題点に着目し、弾性
体を多層巻きにする弾性エネルギ蓄積装置におい
て、とくに最大外周回転量のドラム上に複数層で
巻き付けられる弾性体の張り過ぎを防止し、安定
したかつ効率のよいエネルギ入出力特性を得るこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的に沿う本考案の弾性エネルギ蓄積装置
は、複数のドラムを配設順に外周回転量が大きく
なるようにかつ連動回転可能に機械的連結手段に
より連結し、最小外周回転量のドラムと最大外周
回転量のドラムとの間に、両ドラムの外周面間を
中間ドラムの外周面を介して移行することにより
自身の歪エネルギを蓄えることと蓄えられた歪エ
ネルギを放出することが可能な紐状の弾性体をか
け渡した弾性エネルギ蓄積装置において、弾性体
の長さを、該弾性体が歪エネルギの蓄積後に最大
外周回転量のドラムの外周面上に複数巻層にて巻
き付けられる長さとし、少なくとも最大外周回転
量のドラムに隣接する中間ドラムを、ドラム表面
がドラム軸心に沿う方向にテーパに形成されたテ
ーパドラムとし、該テーパドラムをドラム軸心に
沿う方向に移動可能に支持するとともに、該テー
パドラムを最大外周回転量のドラム外周面上にお
ける弾性体の巻層数の変化に応じて移動させるテ
ーパドラム駆動手段を設け、上記移動可能なテー
パドラムに対し、該テーパドラム外周面上を移行
される弾性体をドラム軸心に沿う方向に一定位置
に保つ案内手段を設けたものからなる。

そして、望ましくは、最小外周回転量のドラム
上にも弾性体が複数層で巻付けられる場合、その
巻層数の変化に応じて外周回転量を調整可能な調
整手段が設けられる。

［作用］ このような装置においては、エネルギ入出力時
に弾性体の移行に伴ない最大外周回転量のドラム
上で弾性体の巻層数が変化し、それに伴なつて隣
接する中間ドラムとの間で弾性体の張力が変化し
ようとするが、上記巻層数の変化に応じて、テー
パドラムがその軸心方向に移動され、テーパドラ
ムへの弾性体巻付け径が変更される。この巻付径
の変更は、たとえば最大外周回転量のドラム上で
の弾性体の歪量と隣接するテーパドラム上での弾
性体の歪量との差が一定になるように行われるの
で、両ドラム間での弾性体の張り代は実質的に一
定に抑えられ、張り過ぎ等が防止されて出力特性
が安定化される。

［実施例］ 以下に、本考案の望ましい実施例を、図面を参
照して説明する。

第１図は、本考案の一実施例に係る弾性エネル
ギ蓄積装置を示している。図において、１１は最
小外周回転量のドラムとしての小径ドラム、１２
は最大外周回転量のドラムとしての大径ドラム、
１３，１４は中間ドラムを示している。本実施例
は中間ドラムが２本である４ドラム方式の装置で
あるが、中間ドラムの数はこれに限定されない。

上記複数のドラムの軸１５，１６，１７，１８
は、互に平行に配設されており、各ドラム１１，
１３，１４，１２は、その配設順に外周回転量が
大きくなるようにかつ連動回転可能に機械的連結
手段１９により連結されている。小径ドラム１１
と大径ドラム１２との間には、中間ドラム１３，
１４を介して紐状の弾性体２０が掛け渡されてお
り、該弾性体２０は、伸ばされることにより内部
に歪エネルギを蓄えることができる材料から構成
されている。弾性体２０は、歪エネルギ蓄積時に
は、小径ドラム１１外周面に巻付けられている部
分２０ａが巻き戻され、中間ドラム上に巻付けら
れた部分２０ｃとの間で順次伸ばされ、伸ばされ
た弾性体２０が最終的に巻付け部分２０ｂとして
大径ドラム１２外周面上に巻付けられていく。エ
ネルギ放出時には、弾性体２０は上記と逆方向に
移行される。

弾性体２０の長さは、上記の歪エネルギ蓄積前
には小径ドラム１１の外周面上に複数巻層にて巻
き付けられ歪エネルギ蓄積後には大径ドラム１２
の外周面上に複数巻層にて巻き付けられる長さに
設定されている。図は、弾性体２０の最上層の巻
き状態のみを示している。

上記機械的連結手段１９のうち大径ドラム１２
と中間ドラム１３，１４との連結については、軸
１８，１７，１６の端部に設けられたクランクア
ーム（又はクランクホイール）２１，２２，２
３，２１′，２２′，２３′、と連結棒２４，２
４′とで行われ、大径ドラム１２と中間ドラム１
３，１４とは同一回転数にて同期して連動回転す
るようになつている。中間ドラム１３と小径ドラ
ム１１との間は、ギヤ機構２５、無段変速機２６
を介して連結され、無段変速機２６の増減速調整
により、ドラム間回転数差を変更できるようにな
つている。

中間ドラム１３，１４は、ドラム表面がドラム
軸心に沿う方向にテーパに形成されたテーパドラ
ムとされている。このテーパドラムからなる中間
ドラム１３，１４は、軸１６，１７に対し、スプ
ライン機構等を介して連結されており、トルク伝
達しつつドラム軸心に沿う方向に移動可能に支持
されている。ドラム１３，１４に対し、スラスト
ベアリング２７，２８を介して移動ベース２９が
設けられており、移動ベース２９には、ねじ棒３
０に螺合するナツト３１が取付けられている。し
たがつて、ねじ棒３０の回転により、ナツト３
１、移動ベース２９を介して中間ドラム１３，１
４が軸心に沿う方向に移動されるようになつてい
る。ねじ棒３０は、ゼネバギヤ３２，３３を介し
てギヤ機構２５に連結されており、上記中間ドラ
ム１３，１４の移動は、ゼネバギヤ３２，３３を
介して間欠的に行われるようになつている。この
間欠移動は、大径ドラム１２と連動して回転され
るギヤ機構２５によりゼネバギヤ３２，３３（ゼ
ネバ機構）を回転させることにより行われるが、
これらギヤ系は、大径ドラム１２上で弾性体２０
の巻層が変化する瞬間に上記間欠送りが行われる
ように設定されている。

小径ドラム１１、大径ドラム１２間を移行され
る弾性体２０は、装置支持体３４の底面から突設
された軸上に回転自在に支持された各ガイドプー
リ３５，３６，３７，３，３９によつて、各ドラ
ムの軸心に沿う方向でみて一定軌道上を案内され
る。したがつて、前述の如く中間ドラム１３，１
４が移動された場合、そのテーパ外周面上におけ
る弾性体２０の巻付位置が変化し、巻付径が変化
する。中間ドラム１３，１４のテーパ形状は、た
とえば、前述の如く大径ドラム１２上で弾性体巻
層が変化しそれに応じてテーパドラム１３，１４
が間欠的に送られた場合に、ドラム１２，１４間
の弾性体の歪量の差が一定に保たれるような形状
に設定されている。ただしこの形状に限定される
ものではなく、必要入、出力特性に合わせ、両ド
ラム間の巻付径の比率又は差が適当な目標値にな
るようにテーパ形状を選定することも可能であ
る。また、テーパ形状における傾斜度は、巻付け
られている弾性体２０が常に小径側に滑り落ちる
程度とすることが望ましい。

ガイドプーリ３５，３６間には、弾性体２０の
張力を検出する弾性体張力センサ４０が設けられ
ており、該センサ４０からの信号は、ギヤ機構２
５側とマイタギヤ４１を介して無段変速機２６の
調整機構部とに連結されるクラツチ４２に送られ
る。クラツチ４２は、その作動を介して無段変速
機２６の増減速を調整でき、弾性体張力センサ４
０での検出信号が一定値に保たれるよう制御され
る。

小径ドラム１１、大径ドラム１２は、軸１５，
１８に対し、スプライン結合等により、トルクを
伝達しつつ軸心に沿う方向に移動可能に支持され
ている。小径ドラム１１、大径ドラム１２は、ス
ラストベアリング４３，４４および４５，４６を
介して小径ドラムベース４７および大径ドラムベ
ース４８と連動されている。小径ドラムベース４
７および大径ドラムベース４８には、それぞれア
ーム４９，５０が設けられており、アーム４９，
５０には、ドラム軸心に沿う方向に延びるウイー
ビン棒５１，５２のらせん状ガイド溝５３，５４
に沿つて案内される案内子５５，５６が設けられ
ている。案内子５５，５６がガイド溝５３，５４
に沿つて案内されることにより、ドラムベース４
７，４８を介して小径ドラム１１および大径ドラ
ム１２が軸心に沿う方向に往復動され、かつこの
往復動はギヤ５７，５８および５９，６０を介し
て各ドラム１１，１２の回転と連動されるので、
弾性体２０はドラム外周面上に隙間なく巻付けら
れあるいは順に巻戻されていくとともに、往復動
の方向が変わることによつて巻層が変化するよう
になつている。

なお、図における６１は、本装置の入、出力軸
を示しており、ギヤ６２，６３を介してエネルギ
の入、出力が行われる。

上記のように構成された弾性エネルギ蓄積装置
においては、エネルギ入力時、最初は弾性体２０
は、小径ドラム１１外周面上に多層に巻付けられ
ている。入、出力軸６１、入、出力ギヤ６２，６
３により各ドラムが回転駆動されると、弾性体２
０は小径ドラム１１から巻戻され、中間ドラム１
３，１４を介して大径ドラム１２側に移行され、
大径ドラム１２の外周面上に順次巻付けられてい
く。このとき、小径ドラム１１、大径ドラム１２
上での巻層の変化により弾性体２０の張力かせ変
化しようとするが、小径ドラム１１側において
は、弾性体２０の張力が弾性体張力センサ４０に
よつて検出され、その信号がクラツチ４２に送ら
れて無段変速機２６が増減速調整され、検出張力
が一定となるように制御される。

大径ドラム１２側においては、大径ドラム１２
上の弾性体２０の巻層が増加する瞬間、ゼネバギ
ヤ３２，３３により中間ドラム１３，１４が図の
右方向に間欠移動され、テーパドラム上における
巻付径も同期して増加される。その結果、大径ド
ラム１２上での弾性体歪量と中間ドラム１４上に
おける弾性体歪量との差が一定に保たれるよう
に、すなわち、大径ドラム１２における半径を
r₂、中間ドラム１４における半径をr₁とすると、
歪εが、 ε＝（2πr₂−2πr₁）／（2πr₁） ＝（r₂−r₁）／r₁ ＝一定 となるように制御され、この間での弾性体２０の
張力変化が吸収される。したがつてこの間におけ
る弾性体２０の張り過ぎも防止される。上記制御
は、大径ドラム１２上において弾性体２０の巻層
が増加する毎に行われるので、エネルギ入力特性
が安定化される。

エネルギ出力時においては、上記と逆の作動に
なり、大径ドラム１２上における巻層数が減少す
る毎に、中間ドラム１３，１４が図の左方向に間
欠的に送られ、ドラム１２，１４間における張力
変化が吸収され、安定した出力特性が得られる。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案のエネルギ蓄積装
置によるときは、弾性体が複数巻層にてドラム上
に巻き付けられるタイプのエネルギ蓄積装置にお
いて、少なくとも最大外周回転量のドラムに隣接
する中間ドラムを軸心方向に最大外周回転量のド
ラム上における弾性体の巻層変化に応じて間欠移
動可能なテーパドラムとしたので、両ドラム間に
おける弾性体の張り代を一定に制御することがで
き、安定した、かつ効率の高いエネルギ入出力特
性を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る弾性エネルギ
蓄積装置の概略平面図、第２図は特願昭61−
168033号で提案したエネルギ蓄積装置の斜視図、
第３図は第２図の装置のエネルギ出力効率特性
図、第４図は２ドラム方式のエネルギ蓄積装置の
エネルギ出力効率特性図、である。 １１……最小外周回転量のドラム、１２……最
大外周回転量のドラム、１３，１４……中間ドラ
ム、１５，１６，１７，１８……ドラム軸、１９
……機械的連結手段、２０……弾性体、２１，２
２，２３，２１′，２２′，２３′……クランクア
ーム、２４，２４′……連結棒、２５……ギヤ機
構、２６……無段変速機、２９……移動ベース、
３０……ねじ棒、３１……ナツト、３２，３３…
…ゼネバギヤ、３４……支持体、３５，３６，３
７，３８，３９……ガイドプーリ、４０……弾性
体張力センサ、４２……クラツチ、４７，４８…
…ドラムベース、５１，５２……ウイービン棒、
５３，５４……ガイド溝、５５，５６……案内
子、６１……入、出力軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 複数のドラムを軸心が互に並行するように配設
   するとともに、該複数のドラムを配設順に外周回
   転量が大きくなるようにかつ連動回転可能に機械
   的連結手段により連結し、最小外周回転量のドラ
   ムと最大外周回転量のドラムとの間に、両ドラム
   の外周面間を中間ドラムの外周面を介して移行す
   ることにより自身の歪エネルギを蓄えることと蓄
   えられた歪エネルギを放出することが可能な紐状
   の弾性体をかけ渡した弾性エネルギ蓄積装置にお
   いて、前記弾性体の長さを、該弾性体が前記歪エ
   ネルギの蓄積後に前記最大外周回転量のドラムの
   外周面上に複数巻層にて巻き付けられる長さと
   し、少なくとも前記最大外周回転量のドラムに隣
   接する中間ドラムを、ドラム表面がドラム軸心に
   沿う方向にテーパに形成されたテーパドラムと
   し、該テーパドラムをドラム軸心に沿う方向に移
   動可能に支持するとともに、該テーパドラムを前
   記最大外周回転量のドラム外周面上における弾性
   体の巻層数の変化に応じて移動させるテーパドラ
   ム駆動手段を設け、前記移動可能なテーパドラム
   に対し、該テーパドラム外周面上を移行される弾
   性体をドラム軸心に沿う方向に一定位置に保つ案
   内手段を設けたことを特徴とする弾性エネルギ蓄
   積装置。