JPH0638199Y2 - 弾性エネルギ蓄積装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、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、
とくに弾性体のゆるみ、張りすぎを自動的に調整できる
ようにし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を蓄積する弾性エネ
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。したがっ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となってしまうという問題
があった。

これを解決するために、まだ出願公開前ではあるが、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供された（特開昭61-16803
3号）。

特願昭61-168033号の弾性エネルギ蓄積装置は、たとえ
ば第３図に示すように、外周回転量の小さい第１のドラ
ム１と外周回転量の大きい第２のドラム２との間に、中
間の外周回転量の第３のドラム３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。

このような弾性エネルギ蓄積装置では、第４図および第
５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５図）の場合と３ド
ラム方式（第４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った。

［考案が解決しようとする課題］ しかし、第３図に示したような中間ドラム（複数あって
もよい）を有する弾性エネルギ蓄積装置においては、エ
ネルギの入、出力を多数回繰返す場合次のような問題が
あることが判った。

すなわち、エネルギの入、出力を行う場合、ｉ番目のド
ラム上の弾性体の歪η_ｉは入出力時に次のように変化す
る。ｉ番目のドラムの半径をｒ_ｉとすると、 エネルギの入力の場合：弾性体は、外周回転量の小さ
いドラム側から大きいドラム側へ送られる。弾性体に過
不足が生じないとしてｉ番目のドラム上の弾性体の歪η
入_ｉは、ｉ番目とｉ−１番目のドラム間の歪に等しく η入_ｉ＝ｒ_ｉ（１＋η入_ｉ−１）/r_ｉ−１−１ ＝ｒ_ｉ（１＋η_１）/r_１−１ となる。

エネルギ出力の場合：各ドラムは入力時とは反対方向
に回転し、弾性体は外周回転量の大きいドラム側から小
さいドラム側へ送られる。弾性体に過不足が生じないと
してｉ番目のドラム上の弾性体の歪η^出 _ｉは、ｉ番目と
ｉ＋１番目のドラム間の歪に等しく、 η出_ｉ＝ｒ_ｉ（１＋η出_ｉ＋１）/r_ｉ＋１−１ ＝ｒ_ｉ−１（１＋η_１）/r_１−１ となる。

つまり出力時には入力時の１つ下のドラム上の歪に変化
する。たとえば第６図にドラム段数４段の装置における
弾性体の歪（張力）の変化を示すように、入力時には特
性Ａ（白丸）のように、出力時には特性Ｂ（黒丸）のよ
うに変化する。

しかし、エネルギの入力、出力を切換えた直後では、中
間ドラムに巻き付けられた弾性体は、ドラム表面との摩
擦のために直ちには歪量を変えられない。そのため、そ
の部分の弾性体は、入力時（出力時）にもかかわらず、
出力時（入力時）の低い（高い）歪をもったまま大径
（小径）ドラム側へと巻き付けられていくことなり、
入、出力を切換えた後しばらくの間はトルク変化、換言
するとドラム上の弾性体の張りすぎ、ゆるみすぎを引き
起こす。つまり、第６図において、エネルギ入力時にお
ける目標とする弾性体の歪特性を特性Ａとすると、特性
Ｂにて大径ドラム（図示例では４段目ドラム）上に巻き
付けられることによりゆるみすぎが生じたり、特性Ｃに
て大径ドラム上に巻き付けられることにより張りすぎが
生じたりする。

本考案は、中間ドラムを有するエネルギ蓄積装着を繰り
返し使用した場合における、弾性体のゆるみすぎ、張り
すぎを自動的に調整し、所望の入、出力特性を維持する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成する本考案の弾性エネルギ蓄積装置は、
次の装置からなる。すなわち、 小径ドラム側から大径ドラム側に順に外周回転量が大き
くなるように、ギヤ列から機械的連結手段により回転可
能に連結された、軸心が互に平行に配置された複数のド
ラムと、該複数のドラムの最小外周回転量のドラムの外
周面と最大外周回転量のドラムの外周面との間に中間ド
ラムの外周面を介してかけ渡され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
な紐状の弾性体と、を備えた弾性エネルギ蓄積装置にお
いて、上記ギヤ列のうち前記最大外周回転量のドラム側
端のギヤと前記最大外周回転量のドラムとの間に遊星歯
車機構を介装し、該遊星歯車機構の太陽歯車に、該太陽
歯車を前記最大外周回転量のドラムの回転を前記機械的
連結手段のみによる回転に対しエネルギ入力方向に進め
る方向に回動させる付勢手段とそれと反対方向の一定以
上の該歯車の回動を規制するストッパとを有するドラム
回転量比調整装置を接続し、前記遊星歯車機構の内歯歯
車と前記最大外周回転量のドラムとを連結し、前記遊星
歯車機構の遊星歯車を前記ギヤと一体回転するように前
記ギヤに取付けたキャリア軸上に回転自在に支持したこ
とを特徴とする弾性エネルギ蓄積装置。

［作用］ このような装置においては、機械的連結手段のみでは各
ドラムの回転比が常時一定の割合に定められていたのに
対し、ドラム回転量比調整装置を設けることにおり、最
大外周回転量のドラムの、一つ前のドラムに対する回転
量比が両ドラム間の弾性体の張力に応じて自動的に変更
され、弾性体の張力が自動的に調整される。上記ドラム
間張力が大きく、弾性体が張りすぎの状態になろうとす
るときには、付勢手段がその付勢方向と反対方向にスト
ッパ位置まで押し戻され、遊星歯車機構の太陽歯車が、
最大外周回転量のドラムの回転を相対的に遅らせる方向
に回動され、それによって弾性体の張りすぎが自動的に
解消される。逆にドラム間張力がゆるみすぎになろうと
するときには、付勢手段による付勢力と釣合う位置まで
太陽歯車が回動され、相対的に最大外周回転量のドラム
の回転がエネルギ入力方向に進められて弾性体のゆるみ
すぎが自動的に解消される。その結果、最大外周回転量
のドラムに巻き付けられる弾性体の張力（歪量）を常に
一定に保つことが可能となる。

［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図および第２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は支持体
を示しており、支持体11には、互に平行な４本の軸12、
13、14、15が回転可能に支持されている。軸12には、最
小外周回転量のドラムとしての最小径ドラム16が、軸15
には、最大外周回転量のドラムとしての最大径ドラム17
が、それぞれ軸と一体回転するように支持されている。
軸13、14には、それぞれ、中間ドラム18、19が、軸と一
体回転されるように支持されている。

軸12、13の一端側には、ギヤ20、21が軸14の同じ端部側
には、ギヤ22とギヤ23が、軸15の同じ端部側には、遊星
歯車機構24およびそれに連結されたギヤ25が設けられて
おり、ギヤ23とギヤ25は噛合している。各ドラムは、ギ
ヤ20、21、22、23、25のギヤ列からなる機械的連結手段
26と遊星歯車機構24を介して、順次トルク伝達可能にか
つ連動回転可能に連結されており、各伝達機構における
歯車の歯数は、最小径ドラム16から最大径ドラム17方向
に、エネルギ入力時に各ドラムの外周回転量が順次大き
くなるように設定されている。このドラム16から、中間
ドラム18、19を介して、ドラム17へと紐状の弾性体27が
掛け渡されており、該弾性体27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27は、エネルギ蓄積時には、最小径
ドラム16外周面に巻付けられている部分30が巻き戻さ
れ、各ドラム間部分31、32、33で順次伸ばされ、伸ばさ
れた弾性体34が最大径ドラム17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27は上記と逆方向に
移行される。

遊星歯車機構24は、最大径ドラム17の軸15に一体的に連
結された内歯歯車40と、ギヤ25に対し相対回動可能に支
持された太陽歯車41と、内歯歯車40と太陽歯車41との間
に介装され両歯車に噛合する遊星歯車42と、からなって
いる。遊星歯車42は、そのキャリア軸43上に回転自在に
支持されており、該キャリア軸43はギヤ25に支持され、
ギヤ25と一体に回転するようになっている。

遊星歯車機構24の太陽歯車41には、該歯車41を回動させ
ることにより該歯車41上を転動する遊星歯車42の転動量
を変え、それによって内歯歯車40、最大径ドラム17の回
転量を変えることが可能なドラム回転量比調整装置50が
接続されている。このドラム回転量比調整装置50は、太
陽歯車41の軸44に該軸と一体回動可能に接続されたレバ
ー51と、一端がレバー51側に他端が固定支柱52に固定さ
れレバー51を自身のばね力で第２図における矢印Ｘ方向
に付勢している、付勢手段としてのうず巻きばね53と、
該ばね53の付勢方向と反対方向Ｙへのレバー51の一定量
以上の回動を規制するストッパ54と、から構成されてい
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。

出力から入力への切換時には、中間ドラム18、19上の弾
性体部分は前述の如くその歪が定常のエネルギ入力状態
よりも小さいので、最大径ドラム17上には歪の小さい状
態、つまりゆるみすぎの状態で巻き付けられようとす
る。このとき、ドラム19、17間の弾性体の張力は目標値
よりも小さいので、遊星歯車機構24に加わるトルク、太
陽歯車41に加わるトルクは目標値よりも小さく、うず巻
きばね53の付勢力によりレバー51および太陽歯車41が第
２図Ｘ方向に上記弾性体張力とが釣合う位置まで、第１
図の矢印の方向に回動される。この回動により遊星歯車
42を介して、内歯歯車40および最大径ドラム17の回転が
エネルギ入力方向に進められ、ドラム19、17間弾性体張
力が増大される。すなわち、第６図における特性Ｂから
特性Ａまで弾性体の張力が増大され、弾性体のゆるみす
ぎが解消される。

入力から出力への切換時には、初期の２〜３回転は中間
ドラム18、19上の弾性体部分は歪が定常状態（出力時特
性としての第６図の特性Ａの状態）より大きいまま最小
径ドラム16上へと巻き付けられていく。

次の出力から入力への切換えの場合には、最小径ドラム
16上に定常状態よりも大きい歪で巻き付けられた弾性体
部分が、中間ドラム18、19によりさらに歪を拡大され、
第６図における特性Ｃの張力状態で最大径ドラム17上に
巻き付けられようとする。しかしこのとき、ドラム19、
17間の弾性体が張りすぎになろうとするので、遊星歯車
機構24の太陽歯車41が、うず巻きばね53の付勢力に抗し
てレバー51がＹ方向にストッパ54に当接するまで回動さ
れる。この回動により、遊星歯車42を介して内歯歯車40
および最大径ドラム17の回転がエネルギ入力方向に対し
遅れ、それによって弾性体の張りすぎが解消される。

上記弾性体の張力調整は、太陽歯車41に加わるトルク、
したがって最大径ドラム17に加わるトルクが一定になる
ように、自動的に行われる。その結果、最大径ドラム17
の弾性体の張力は常時第６図の特性Ａのレベルに保たれ
る。この自動調整は、うず巻きばね53の伸縮のくり返し
によって行われる。

なお、うず巻きばね53は、第６図の特性Ａの張力に見合
うように予圧して取付けられる。この付勢手段としての
うず巻きばねには、ばね定数のできるだけ変化しないも
の、たとえばCo−スプリング等が望ましい。

［考案の効果］ 本考案の弾性エネルギ蓄積装置によれば、機械的連結手
段のギヤ列のうち最大外周回転量のドラム側端のギヤと
最大外周回転量のドラムとの間に遊星歯車機構を介装し
て該ドラムと隣接ドラム間の回転量比を可変にするとと
もに、該回転量比の調整を太陽歯車に接続した付勢手段
を有するドラム回転量比調整装置により自動的に行うよ
うにし、遊星歯車機構の内歯歯車と最大径ドラムとを連
結し、遊星歯車機構の遊星歯車を前記ギヤと一体回転す
るように前記ギヤに取付けたキャリア軸上に回転自在に
支持したので、最大外周回転量のドラム上に巻き付けら
れる弾性体の張力（歪量）を所望の一定値に維持するこ
ができ、弾性体のゆるみすぎ、張りすぎを自動的に調整
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る弾性エネルギ蓄積装置
の概略平面図、 第２図は第１図の装置のドラム回転量比調整装置の概略
正面図、 第３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４図は第３図の装置のエネル出力効率特性図、 第５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、 第６図は多段ドラムエネルギ蓄積装置における弾性体歪
特性図、 である。 11……支持体 12、13、14、15……軸 16……最小外周回転量のドラムとしての最小径ドラム 17……最大外周回転量のドラムとしての最大径ドラム 18、19……中間ドラム 20、21、22、23、25……ギヤ 24……遊星歯車機構 26……機械的連結手段 27……弾性体 40……内歯歯車 41……太陽歯車 41……遊星歯車 43……キャリア軸 50……ドラム回転量比調整装置 51……レバー 53……付勢手段としてのうず巻きばね 54……ストッパ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】小径ドラム側から大径ドラム側に順に外周
   回転量が大きくなるように、ギヤ列からなる機械的連結
   手段により回転可能に連結された、軸心が互に平行に配
   置された複数のドラムと、該複数のドラムの最小外周回
   転量のドラムの外周面と最大外周回転量のドラムの外周
   面との間に中間ドラムの外周面を介してかけ渡され自身
   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と、を備えた弾性エネ
   ルギ蓄積装置において、前記ギヤ列のうち前記最大外周
   回転量のドラム側端のギヤと前記最大外周回転量のドラ
   ムとの間に遊星歯車機構を介装し、該遊星歯車機構の太
   陽歯車に、該太陽歯車を前記最大外周回転量のドラムの
   回転を前記機械的連結手段のみによる回転に対しエネル
   ギ入力方向に進める方向に回動させる付勢手段とそれと
   反対方向の一定以上の該歯車の回動を規制するストッパ
   とを有するドラム回転量比調整装置を接続し、前記遊星
   歯車機構の内歯歯車と前記最大外周回転量のドラムとを
   連結し、前記遊星歯車機構の遊星歯車を前記ギヤと一体
   回転するように前記ギヤに取付けたキャリア軸上に回転
   自在に支持したことを特徴とする弾性エネルギ蓄積装
   置。