JPH0633235Y2 - エネルギー蓄積装置 - 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っている。

上述の特開昭49−96144号公報に示されるエネルギー蓄
積装置においては、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。したがって、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
となってしまうという問題点があった。

上記のような場合にも出力エネルギーが得られ、かつ弾
性体に初期歪を与えることができる場合には上記従来装
置に比べはるかに高いエネルギー出力効率が得られるよ
うにするために、未だ出願未公開の段階であるが、共に
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エネルギー蓄積装置であっ
て、第１のドラムと第２のドラムとの間に中間ドラムを
配設した装置が提案されている（特願昭61−168033
号）。紐状弾性体は、第１のドラムと中間ドラムとの
間、中間ドラムと第２ドラムとの間、と順次歪量が拡大
されるが、この中間ドラムに弾性体を一旦巻きつけるこ
とによって、第２のドラム上に巻付けられた弾性体を第
１のドラム上へと巻移すエネルギー放出時において、中
間ドラムと第２のドラムとの間の弾性体の歪を第１のド
ラム上における初期歪より大に維持することができ、弾
性体の初期歪が０の場合にもエネルギーを効率よく取り
出すことができる。そして、この中間ドラムの本数が増
す程、エネルギー出力効率を高めることが可能である。

しかし、上述の特願昭61−168033号のエネルギー蓄積装
置には、次のような問題点が残されていた。すなわち、
上述のエネルギー蓄積装置においては、たとえば第４図
に示すように、弾性体６を第１のドラム１、中間ドラム
３、４、５、第２のドラム２の各隣接ドラム間でたすき
がけにしていた。弾性体６は各隣接ドラム間で第１のド
ラム１から第２のドラム２方向に向けて順次歪量が増大
されてエネルギーが蓄積されるが、歪量の増大に伴ない
ドラム間の弾性体張力も、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４と順
次増大する。この歪量と弾性体張力との関係は、たとえ
ば第５図に示すようになり、エネルギー出力時には、入
力時に対してあるヒステリシスをもちながら、第２のド
ラム２から第１のドラム１へと巻移される弾性体６の張
力は、各ドラム間においてＦ４′、Ｆ３′、Ｆ２′、Ｆ
１′と順次減少し、初期歪量に戻った弾性体６が第１の
ドラム１上に巻付けられていく。このようなエネルギー
入出力の過程においては、各中間ドラム３、４、５に
は、その両側における弾性体張力の合力が作用し、その
合力に対応した負荷が各中間ドラム３、４、５の軸受部
にかかるが、上記のように弾性体６が各ドラム間でたす
き掛けられていると、上記各ドラム３、４、５に作用す
る弾性体張力の合力が大きくなり、各軸受部のフリクシ
ョンロスが大きくなって、その分エネルギー入、出力効
率が低下するという問題があった。上記弾性体張力の合
力は、たとえばエネルギ入力時には第６図（イ）（ロ）
（ハ）に示すように、ＦＢ１、ＦＢ２、ＦＢ３となり、
これらが軸受部にかかる。

このような問題を改善するために、先に本出願人によ
り、さらに次のような提案がなされている（実願昭62−
31143号）。すなわち、たとえば第７図に示すように、
第１のドラム11、中間ドラム13、14、15、第２のドラム
12の全ドラムの回転方向を同一方向とし、各ドラム間の
弾性体16の張力の方向を一方向あるいは互に平行な方向
に揃えて、各中間ドラム13、14、15に作用する両側弾性
体張力Ｆ１、Ｆ２又はＦ２、Ｆ３又はＦ３、Ｆ４の合力
を最小化し、各ドラム13、14、15の各軸受部にかかる負
荷を大幅に軽減できるようにした提案である。この提案
により、各軸受部におけるフリクションロスを低減でき
るので、エネルギの入、出力効率を高めることができ
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、上記先の提案においては、各ドラムを連動回転
させる連結手段を歯車で構成し、全ドラムの回転方向を
同一方向とするため各ドラム用歯車間に第７図に示すよ
うにアイドラ歯車17、18、19、20を介装する場合、第４
図の装置に比べアイドラ歯車17、18、19、20の分だけ歯
車の数が大幅に増加することになる。それに伴って、各
歯車を支持する軸受数も増加し、結局ギヤボックスの大
型化する。その結果、エネルギー蓄積装置自体の大型
化、重量増を招くという問題が残されている。

本考案は、前記先の提案における、各ドラムの回転方向
を同一方向とすれば各ドラムの軸受部にかかる負荷を軽
減できフリクションロスを低減できるという技術的思想
を部分的に活かすことにより、エネルギー蓄積装置全体
としての重量増加を最小限に抑えつつ、同時にエネルギ
ー入、出力効率を向上させ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本考案のエネルギー蓄積装置は、紐
状の弾性体の一端が固定されたドラムであって該ドラム
外周上に前記弾性体が巻付けられる第１のドラムと、弾
性体の他端が固定されたドラムであって該ドラム外周上
に弾性体が巻付けられる第２ドラムと、第１のドラムと
第２のドラムの間に位置し第１のドラムと第２のドラム
間に延びる前記弾性体が一旦巻きつけられる少なくとも
１本の中間ドラムとを有し、各ドラムを連動回転させる
ようにかつ各ドラムの外周回転量が第１のドラムから第
２のドラム側にいくにつれて順に大となるように各ドラ
ム間を連結手段により連結したエネルギー蓄積装置であ
って、前記連結手段を、前記全ドラムのうち第２のドラ
ムを含み第２のドラム側に位置する２以上でかつ全ドラ
ム数より少ない数のドラムが互いに同方向に回転し、第
１のドラムを含む残りのドラムは隣接ドラム間で互いに
逆転するように構成したものから成る。

〔作用〕

このような構成をとることにより、歯車列からなるドラ
ム連結手段において、ドラム回転方向を同一方向とする
ためのアイドラ歯車は、全ドラム間に介装する必要はな
く部分的に介装するだけでよいので、第７図に示したよ
うな装置に比べ、歯車数が低減でき、歯車支持用軸受数
が少なくなるとともにギヤボックスが小型化され、エネ
ルギー蓄積装置全体としても小型化され第４図に示した
ような装置に対する重量増加が最小限に抑えられる。そ
して、回転方向が互に同一方向とされる第２のドラム側
の位置では、第５図に示したように弾性体張力が第１の
ドラム側の位置に比べて高いので、この部分でドラム軸
受部にかかる負荷を軽減することにより、フリクション
ロスが効果的に低減される。

〔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図および第２図は、本考案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21は、互に並
置された、それぞれの軸受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
中間の径を持つ中間ドラム33、34、35を有する。第２の
ドラム22と第２のドラム24には中間ドラム33、34、35を
介して紐状の弾性体25がスパイラル状に巻つけられてい
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１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25
ｉ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33と34と35に各１〜２回り巻きつけられる第３の部
分25ｃと25ｅと25ｇと、各ドラム間を連結する第４の部
分25ｂと25ｄと25ｆと25ｈとから成る。第１の部分25ａ
の端部25ａ′は、第１のドラム22上に固定され、第２の
部分25ｉの端部25ｉ′は、第２のドラム24上に固定され
ている。

第１のドラム22と第２のドラム24及び中間ドラム33、3
4、35は、歯車列からなる連結手段28を介して連動回転
するように連結されている。この連結手段28におけるギ
ヤ比および／又は各ドラムの径の設定により、第１のド
ラム22から第２のドラム24側にいくにつれて各ドラムの
外周回転量（外周に位置する任意の点のドラム回転時に
おける周方向移動量を外周回転量と定義する）が大とな
るように設定されている。

各ドラムは、それぞれ軸受26ａ、26ｂ、26ｃ、26ｄ、26
ｅによって両端支持され、回転自在に支持されている。
各ドラムの軸には、連結手段28の歯車28ａ、28ｂ、28
ｃ、28ｄ、28ｅがそれぞれ直結されている。そして、中
間ドラム34用の歯車28ｃと中間ドラム35用の歯車28ｄと
の間にアイドラ歯車28ｆが、歯車28ｄと第２のドラム24
用の歯車28ｅとの間にアイドラ歯車28ｇが介装されて、
互に隣接するドラム34とドラム35およびドラム35とドラ
ム24とは、回転方向が同一方向とされている。

このように構成された実施例装置の作用について説明す
る。

まず、エネルギーの入、出力についてであるが、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、中間ドラム33、34、35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。エネルギー放出
時には、弾性体25の第１のドラム22上の巻きつけ量が増
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。

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25ｉ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25
ｃと25ｅと25ｇも中間ドラム33、34、35に直接接触して
いる。したがって、弾性体25と第１ドラム22、第２のド
ラム24、中間ドラム33、34、35と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25
ｂ、25ｄ、25ｆ、25ｈに伸びが生じても、その引張り歪
は弾性体25の全長にわたっては伝播せず、ほぼ第４の部
分25ｂ、25ｄ、25ｆ、25ｈのみにとどめられる。

前述したように、第１のドラム22と中間ドラム33、34、
35と第２のドラム24は、連結手段28によって一定回転割
合で回転するように連結されており、各ドラムの外周回
転量を第１のドラム22、第３のドラム33、34、35、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25
ｂ、25ｄ、25ｆ、25ｈは、外周回転量の差に応じて引張
歪が増大され、弾性体25には、第１のドラム22から第２
のドラム24へ移行するに伴って順次エネルギーが蓄積さ
れていく。エネルギー放出時には、上記と逆の動作で、
弾性体25は第２のドラム24上から第１のドラム22上へと
巻移されていき、蓄えられていた歪エネルギーからフリ
クションロス等を差し引いたものが出力エネルギーとし
て取り出される。

つぎに、全ドラムのうちの一部のドラム、つまり互に隣
接するドラム34、35、24を、回転方向を同一方向とした
ことの作用について説明する。

まず、互に隣接する一部のドラムのみを、互に回転方向
を同一としたため、介装すべきアイドラ歯車28ｆ、28ｇ
が全ドラム数（５本）に対し２つでよいことになり、第
７図に示した装置に比べアイドラ歯車の数が減少する。
したがって、弾性体をたすき掛けにした装置、つまり第
４図に示した装置に対し、増加するアイドラ歯車の数が
少なくてすみ、該増加による重量増加が小に抑えられ
る。

中間ドラム34、35および第２のドラム24の回転方向を同
一方向にすることによって、第４図の装置に比べ、中間
ドラム34、35間の弾性体25ｆの張力Ｆ３の方向、および
中間ドラム35と第２のドラム24との間の弾性体25ｈの張
力Ｆ４の方向が変更される。弾性体25の張力は、弾性体
25の各部の歪の大きさに比例して、第１のドラム22と中
間ドラム33との間の弾性体25ｂの張力Ｆ１、中間ドラム
33、34間の弾性体25ｄの張力Ｆ２、上記張力Ｆ３、Ｆ４
とこの順に大きい。そして、中間ドラム33には、第３図
（イ）に示すようにＦ１とＦ２の合力ＦＢ１が、中間ド
ラム34には、第３図（ロ）に示すようにＦ２とＦ３の合
力ＦＢ２が、中間ドラム35には、第３図（ハ）に示すよ
うにＦ３とＦ４との合力が加わり、各ドラム33、34、35
の軸受部にもこれら合力が加わる。中間ドラム33には、
第４図の中間ドラム３にかかる弾性体張力の合力と実質
的に同じ合力ＦＢ１が加わるが、この部分では弾性体25
の歪量はそれ程大きくなく、したがって張力Ｆ１、Ｆ２
はそれ程大きくないので、張力Ｆ１、Ｆ２の合力ＦＢ１
もそれ程大きくない。したがって、中間ドラム33の軸受
部で発生するフクリションロスも元々それ程大きくな
い。張力Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４は、順に大きくなるが、中間
ドラム34の位置では、張力Ｆ３の方向が第４図の装置に
おける方向から変えられているので、Ｆ２とＦ３の合力
ＦＢ２は第４図の装置に比べ小さくなる。したがって、
ドラム34の軸受部で発生するフクリションロスも小に抑
えられる。さらに中間ドラム35の位置では、その両側の
張力Ｆ３、Ｆ４の方向が直線状になるように変更されて
いるので、Ｆ３とＦ４の合力ＦＢ３がＦ４−Ｆ３に等し
くなり、その大きさが第４図の装置に比べ大幅に小さく
抑えられる。したがって、ドラム35の軸受部で発生する
フリクションロスも大幅に小に抑えられる。

このように、ドラム回転方向を同一方向として両側張力
の合力を小に抑える作用が、張力の大きい第２のドラム
24に近い側の中間ドラム34、35に対して発揮されるの
で、エネルギー蓄積装置全体としてのフリクションロス
が少ないアイドラ歯車の追加でもって効果的に低減され
る。

なお、上記実施例は、中間ドラムが３本の場合について
説明したが、少なくとも中間ドラムが１本あれば本考案
の適用は可能である。

〔考案の効果〕

本考案のエネルギー蓄積装置によれば、連結手段を、第
２のドラムを含み第２のドラム側に位置する２以上でか
つ全ドラム数より少ない数のドラムが互いに同方向に回
転し、第１のドラムを含む残りのドラムは隣接ドラム間
で互いに逆転するように構成したので、回転方向を同一
方向とするためのアイドラ歯車の追加を小に抑えること
ができ、エネルギー蓄積装置全体としての重量増加を必
要最小限に抑えつつ、同時にフクリションロスを最も効
果的に低減してエネルギー入、出力効率を向上すること
がてきるという効果が得られる。

【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
断面図、 第２図は第１図の装置の平面図、 第３図（イ）（ロ）（ハ）は第１図の各中間ドラムにか
かる弾性体張力の合成図、 第４図は特願昭61−168033号のエネルギー蓄積装置に準
じる構造を有するエネルギー蓄積装置の一例を示す断面
図、 第５図は第４図又は第１図の装置における弾性体の歪量
と弾性体張力との関係図、 第６図の（イ）ないし（ハ）は第４図の中間ドラムにか
かる引張力のベクトル図、 第７図は実願昭62−31144号のエネルギー蓄積装置の断
面図、 である。 21……エネルギー蓄積装置 22……第１のドラム 24……第２のドラム 25……弾性体 25ｂ、25ｄ、25ｆ、25ｈ……各ドラムを連結する弾性体
の第４の部分 26ｂ、26ｃ、26ｄ……軸受 28……連結手段 28ｆ、28ｇ……アイドラ歯車 33、34、35……中間ドラム

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】紐状の弾性体の一端が固定されたドラムで
   あって該ドラム外周上に前記弾性体が巻付けられる第１
   のドラムと、前記弾性体の他端が固定されたドラムであ
   って該ドラム外周上に前記弾性体が巻付けられる第２の
   ドラムと、前記第１のドラムと第２のドラムの間に位置
   し第１のドラムと第２のドラム間に延びる前記弾性体が
   一旦巻きつけられる少なくとも１本の中間ドラムとを有
   し、前記各ドラムを連動回転させるようにかつ各ドラム
   の外周回転量が第１のドラムから第２のドラム側にいく
   につれて順に大となるように各ドラム間を連結手段によ
   り連結したエネルギー蓄積装置であって、前記連結手段
   を、前記全ドラムのうち第２のドラムを含み第２のドラ
   ム側に位置する２以上でかつ全ドラム数より少ない数の
   ドラムが互いに同方向に回転し、第１のドラムを含む残
   りのドラムは隣接ドラム間で互いに逆転するように構成
   したことを特徴とするエネルギー蓄積装置。