JPH11291992A5 - - Google Patents

Description

【書類名】 明細書
【発明の名称】 二重反転プロペラ推進装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 原動機と、互に逆回転する正転プロペラ及び反転プロペラからなるプロペラと、前記原動機の回転を前記プロペラに伝動するベルト伝動手段とを備えるプロペラ推進装置であって、
前記ベルト伝動手段は、
前記原動機によって回転駆動する駆動軸と、
一端が支持体に回転可能に支持されて設けられてなる主軸と、
前記駆動軸に固着された動力プーリーと、
前記動力プーリーと対向する前記主軸上の位置に隣接し、主軸に固着された反転プーリー及びベアリングを介して主軸に回転可能に取付けられ、前面に正転プロペラが取着可能に構成された正転プーリーと、
主軸の先端に固着された反転プロペラを取付けるためのフランジと、
前記正転プーリー及び動力プーリーと内接し、両者を連動させる正転ベルトと、
前記反転プーリー及びテンションプーリーと内接し、両プーリーの中間において動力プーリーと何れかの側面に外接し、反転プーリーを動力プーリーと逆向きに連動回転させる反転ベルトと、
前記ベルトの張力を調整するためのテンション調整手段と、
からなり、
前記ベルト伝動手段において、前記駆動軸が、前記正転プーリー乃至反転プーリーの外側に設けられていて、且つ、前記駆動軸と主軸の軸心が一致しないことを特徴とし、係るベルト伝動手段によって前記両プロペラを相互に反対方向に回転させることを特徴とする二重反転プロペラ推進装置。
【請求項２】 請求の範囲第１項記載のベルト伝動手段において、動力プーリーとテンションプーリーの位置関係を相互に交換して、動力プーリーの位置にテンションプーリーを配設し、テンションプーリーの位置に動力プーリーを配設して、反転プーリー及び動力プーリーを反転ベルトによって内接連動させる共にテンションプーリーと外接させて、テンションプーリーを回転させ、テンションプーリーと正転ベルトによって内接連動している正転プーリーを反転プーリーと逆に回転させ、係るベルト伝動手段によって前記両プロペラを相互に反対方向に回転させることを特徴とする二重反転プロペラ推進装置。
【請求項３】 前記正転ベルト及び／又は反転ベルトの少なくともプーリーと接する面が、長さ方向に複数の略逆Ｖ字状断面からなるリブ（ｒｉｂ）を有するとともに、前記ベルトと接するプーリーの表面は、円周方向に、前記リブと係合する略Ｖ字状断面からなる溝を有することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の二重反転プロペラ推進装置。
【請求項４】 請求の範囲第１項又は第２項記載の回転力伝動手段において、ベルトに代えてチェーンを、プーリーに代えてスプロケットを備えたチェーン伝動機構によって両プロペラを相互に反対方向に回転させることを特徴とする二重反転プロペラ推進装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的軽量の移動体、例えば、ライトプレーン、モーターハングライダー、モーターパラグライダー、パラプレーン、ホバークラフト、軽量ヘリコプター等に使用される二重反転プロペラ推進装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロペラ式飛行機等には通常、回転平面に単列に配列された単列プロペラが使用される。係る単列プロペラは、回転によって生じるトルクの反作用によって、機体がプロペラの回転方向と逆方向に回転しようとするトルクを生じる。このプロペラのトルクを中和して機体の安定操行を図るために、二重反転プロペラが登場した。しかし、従来の二重反転プロペラは、例えば、特公平７−１１２８３４号公報、特開平８−１５６８９４号公報に開示されているように、エンジンとプロペラの回転力の伝動機構に歯車を使用している。
【０００３】
従来の二重反転プロペラは、前記のようにエンジンとプロペラの回転力の伝動機構に歯車を使用していることから、構造が複雑であるばかりでなく、重量が非常に重く、係る二重反転プロペラを前記に例示した軽量の移動体に使用することは困難であった。更に、前記歯車類はボックス中に内蔵され、安全性確保のための故障の点検予測、メンテナンスの点からも不便である等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような問題点を解消し、構造が極めて簡単で、重量が軽く、特に、反トルク作用による影響を受け易い軽量の移動体に搭載して安定操行が確保でき、しかも、従来の歯車作動用潤滑油が不要で、部品の修理交換、点検、故障の予測、メンテナンスが容易で、安全性が極めて高い二重反転プロペラ推進装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、原動機と、互に逆回転する正転プロペラ及び反転プロペラからなるプロペラと、前記原動機の回転を前記プロペラに伝動するベルト伝動手段とを備えるプロペラ推進装置であって、
前記ベルト伝動手段は、
前記原動機によって回転駆動する駆動軸と、
一端が支持体に回転可能に支持されて設けられてなる主軸と、
前記駆動軸に固着された動力プーリーと、
前記動力プーリーと対向する前記主軸上の位置に隣接し、主軸に固着された反転プーリー及びベアリングを介して主軸に回転可能に取付けられ、前面に正転プロペラが取着可能に構成された正転プーリーと、
主軸の先端に固着された反転プロペラを取付けるためのフランジと、
前記正転プーリー及び動力プーリーと内接し、両者を連動させる正転ベルトと、
前記反転プーリー及びテンションプーリーと内接し、両プーリーの中間において動力プーリーと何れかの側面に外接し、反転プーリーを動力プーリーと逆向きに連動回転させる反転ベルトと、
前記ベルトの張力を調整するためのテンション調整手段と、
からなり、
前記ベルト伝動手段において、前記駆動軸が、前記正転プーリー乃至反転プーリーの外側に設けられていて、且つ、前記駆動軸と主軸の軸心が一致しないことを特徴とし、係るベルト伝動手段によって前記両プロペラを相互に反対方向に回転させることを特徴とする二重反転プロペラ推進装置とする（請求項１）。
【０００６】
また、前記の課題を解決するために、本発明は、前記のベルト伝動手段において、動力プーリーとテンションプーリーの位置関係を相互に交換して、動力プーリーの位置にテンションプーリーを配設し、テンションプーリーの位置に動力プーリーを配設して、反転プーリー及び動力プーリーを反転ベルトによって内接連動させる共にテンションプーリーと外接させて、テンションプーリーを回転させ、テンションプーリーと正転ベルトによって内接連動している正転プーリーを反転プーリーと逆に回転させ、係るベルト伝動手段によって前記両プロペラを相互に反対方向に回転させることを特徴とする二重反転プロペラ推進装置とすることが好ましい（請求項２）。
【０００７】
また、前記の課題を解決するために、本発明は、前記正転ベルト及び／又は反転ベルトの少なくともプーリーと接する面が、長さ方向に複数の略逆Ｖ字状断面からなるリブ（ｒｉｂ）を有するとともに、前記ベルトと接するプーリーの表面は、円周方向に、前記リブと係合する略Ｖ字状断面からなる溝を有することを特徴とする前記の二重反転プロペラ推進装置とすることが好ましい（請求項３）。
【０００８】
また、前記の課題を解決するために、本発明は、前記の回転力伝動手段において、ベルトに代えてチェーンを、プーリーに代えてスプロケットを備えたチェーン伝動機構によって両プロペラを相互に反対方向に回転させることを特徴とする二重反転プロペラ推進装置とすることが好ましい（請求項４）。
以下本明細書においては、主としてベルト伝動機構を例にとって説明するが、チェーン伝動機構については、特に断らない限りベルトをチェーンとプーリーをスプロケットと読替えて同様に適用するものとする。
【０００９】
【作用】
本発明に係る二重反転プロペラ推進装置によれば、前記のように２本のベルト（正転ベルト及び反転ベルト）乃至チェーンとそれに対応するプーリー乃至スプロケットによって、原動機の回転力をプロペラに伝動する構造を有する。
【００１０】
まず、請求項１記載の発明にあっては、原動機によって生じた回転力は、駆動軸に固着された動力プーリーから正転ベルトを経て正転プーリーに伝達され、正転プーリーに固着されている正転プロペラを駆動軸の回転と同じ方向に回転する。
原動機によって生じた回転力は、駆動軸に固着された動力プーリーと反転ベルトの外側側面と圧接連動して反転プーリーに伝動され、反転プーリーから主軸を経て反転プロペラに伝達され、反転プロペラを駆動軸の回転と逆方向に回転する。
【００１１】
一方、請求項２記載の発明にあっては、原動機によって生じた回転力は、駆動軸に固着された動力プーリーから反転ベルトを経て反転プーリーに伝達されるとともに、反転ベルトに外接するテンションプーリー、正転ベルトを経て正転プーリーに伝達され、正転プーリーに固着されている正転プロペラを駆動軸の回転と反対方向に回転する。また、反転プーリーの回転力は、主軸を経て反転プロペラに伝達され、反転プロペラを駆動軸の回転と同じ方向に回転する。
【００１２】
前記のように共軸２列のプロペラは相互に反転し、単列プロペラの非対称による欠点、つまり、移動体を一方向に横転しようとする反トルクが解消され、また、進行方向の偏りを引起こすジャイロ効果も中和され、その結果、離陸時に片側に揺れる傾向がなく、突然エンジン出力の増減をしても横転や偏揺れをすることがなく操縦性を向上する作用をなす。
【００１３】
更に、通常ベルトには、プーリーの張り側と緩み側との張力差に伴い、ベルトが弾性変形を引き起こし、長さ変化が起こり、あたかもプーリーの表面でベルトがスリップしたような、所謂ベルトクリープ現象を起こす性質がある。このために、エンジンの始動時や急激な加速時等にエンジンにかかる負荷を最小限にして、始動や加速を容易にするとともに、エンジンの疲労を防止する作用をなす。
【００１４】
ベルトのプーリーと接触する面にリブを有しプーリー表面に形成した溝と係合する構造のものにあっては、単なる平面で接触するものに比較して接触面積が大きく、回転力を確実に伝達することができ、かつ、作動中にベルトの横方向の移動を妨げ、ベルト同志が相互に接触することを防止する作用をなす。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の代表的な実施の形態について、図面に基づいて説明する。
但し、本発明は、係る実施の形態によって何ら限定されるものではない。
【００１６】
図２に示す実施の形態１において、原動機１１は、原付自転車用１乃至２気筒のガソリン（混合油）エンジンが使用され、原動機１１の正面には先端に向かってテーパーに形成された駆動軸１９が設けられ、該駆動軸１９に動力プーリー１２が動力プーリー固定ナット２１で固定されている。動力プーリー１２は正転用と反転用を別々に設けてもよい。チェーン伝動機構にあっては、正転用と反転用の動力スプロケット（図示せず）が別々に駆動軸に固着されている。更に、原動機１１の前面覆部２７には、前記駆動軸１９の下方に、軸に枢設されたテンションプーリー１５を位置調整可能に取付けたテンション調整板２５が螺子で固定されている。また、原動機は前記の他、多気筒エンジン、ディーゼルエンジン、電動式モーター等を使用してもよい。
【００１７】
一方、主軸１８は、例えば、アンギュラ玉軸受２６によって支持体２０に回転可能に枢設され、主軸の後端部の主軸固定ナット２２によって締着固定され、ベアリング２６の離脱と主軸の前後方向の移動が阻止され安定な状態に保たれる。支持体２０は支持体サポート２４を貫通する支持体固定螺子２３によって、原動機カバーの上部に固定される。主軸は支持体２０の前方部分において先がやや細いテーパーに形成され、該主軸部分に嵌合するテーパー孔を有する反転プーリー１４が前記テーパー主軸部分に押入され、反転プーリー固定螺子２８によって固定されている。
【００１８】
反転プーリー１４の前方には正転プーリー１３が正転プーリー枢設用ベアリング２９を介して主軸に枢設され、正転プーリー１３には正転プロペラ３１と正転プロペラ取付用座金３２がこの順に正転プロペラ取付用ロックナット３３で固着されている。反転プーリー１４と正転プーリー１３との間にはスラストベアリング３４を設けて支障なく相互の反転運動が維持される。正転プロペラ３１と座金３２は共に主軸に遊動可能な状態で正転プーリー１３に取付けられているが、プロペラ３１の回転によって生じるトルクの反作用によって、主軸の後方への押圧力を受け、運転中に正転プロペラが前進することはない。
【００１９】
前記正転プロペラの前方の主軸には、反転プロペラ３０を反転プロペラ取付け用座金３５を介して反転プロペラ取付け用ロックナット３６で締着した反転プロペラ取付け用フランジ３７が固着されている。フランジ３７を主軸に固着するには、前記の反転プーリー１４を主軸に取付けると同様に、テーパーに形成した主軸先端部分にテーパー孔を有する前記フランジ３７を押入し、主軸先端部にフランジ固定用螺子３８を螺合して固定する方法による。
【００２０】
次に、図１、図３に例示するように、前記の動力プーリー１２と正転プーリー１３を正転ベルト１６によって内接連動させて動力プーリー１２の回転と同方向の回転を正転ベルト１６を経て正転プーリー１３に伝達する。一方、反転プーリー１４とテンションプーリー１５を反転ベルト１７によって内接連動させ、係る反転ベルト１７の右方外側３９を動力プーリーに圧接させて動力プーリーの回転と逆の回転を反転ベルトを経て反転プーリーに伝達する。前記伝動手段の他に、図１の破線で示すように反転ベルトを連動させ、該左方外側４０を動力プーリーに圧接する伝動手段も発明として同様である。
【００２１】
図１、図３にカッコ書で例示するように、請求項２記載の発明を含む実施の形態２の場合は、駆動軸に固着される動力プーリーとテンション調節板に枢設されるテンションプーリーを交換した関係からなり、駆動軸とプロペラの回転方向の関係も互いに逆の関係になる。従って、実施の形態２を実施の形態１の場合と同一方向に推進するためには駆動軸の回転の方向を反対にしなければならない。
【００２２】
反転ベルト１７のベルト張力はテンションプーリー１５をテンション調整板２５の左右に揺動させて、適宜のベルト張力の位置でテンションプーリーをテンション調整板に螺子で固定することによって行う。正転ベルト１６の張力は支持体サポート２４の高さを調整することによって行う。また、ベルトに連動する各プーリー間の直径比は原動機とプロペラの回転数によって決まり、通常、正転、反転のプロペラの回転数を同数とするために、プーリーの直径比も同一とする。
【００２３】
前記ベルトは通常の皮、織物、ゴム、リンク、鋼板又はこれらを組合わせたものが使用される。中でも、織物に対ガソリン性に優れるゴム、例えば、ポリブタジエンゴム、ＳＢＲ、ＥＰＤＭ等の合成ゴム乃至天然ゴム若しくはこれらを混合した組成物を積層したゴムベルトが耐久性と適度の伸縮性と摩耗性に優れていることから好ましい。
【００２４】
また、図６に示す実施の形態３は、両面に逆Ｖ字状断面のリブ４２を有するベルトの例である。係るベルトを前記反転ベルトとして、リブと係合する適宜の溝を有するプーリーと組合わせて使用することによって、より確実に回転力の伝達と横滑りの防止ができ、好ましい。正転ベルトには片面に逆Ｖ字状断面のリブを有するベルトを使用することもできる。
【００２５】
本実施の形態１，２におけるプロペラは、木製の図５に例示したように２枚のブレードが直線上に対称的に形成されたものからなり、正転プロペラと反転プロペラを構成する。これらは互いにブレードの捩り方向が同一の面同士を向い合わせる状態で主軸に取付けられている。
【００２６】
回転の方向によって、引張りプロペラ（Ｔｒａｃｔｏｒ）または推進プロペラ（Ｐｕｓｈｅｒ）として作用する。また、プロペラの材質は特に限定されず、木材の他、アルミニウム、ジュラルミン、グラスファイバー（ＦＲＰ）等の軽量の金属、合金、これらを組合わせたものでもよい。プロペラ以外の本実施の形態に使用される他の部材も強度、重量等において許される限りにおいて、特に制限を受けるものではない。
【００２７】
図４の例示の場合は、本発明に係る二重反転プロペラ推進装置をモーターパラグライダーの後部に装着して機体を押進する推進プロペラとして使用した例である。軽飛行機やヘリコプターの場合は通常引張りプロペラとして使用される。
また、本実施の形態１に使用した２枚のブレード以外に３乃至６枚等のブレードを使用してもよい。この場合、２列のプロペラは同数のブレードであることが望ましい。更に、本実施例の正転及び反転プロペラを複数組合わせて４列、６列等の複列プロペラとして使用することもできる。
【００２８】
【実施例】
以下に代表的な実施例を挙げるが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２９】
実施例１
図４に例示するように、実施の形態１の二重反転プロペラ推進装置をプロペラを後方に向けてパラグライダーの後部に装着し、運転席との境界にジュラルミン製の安全ネット４１を張った。本実施例では、前記実施の形態２に記載した、両面に逆Ｖ字状断面のリブを有する反転ベルト、及び、片面に逆Ｖ字状断面のリブを有する正転ベルトを、また、各プーリーはＶ字状断面の溝を有するものを使用した。
【００３０】
実施例２
実施例１において、ベルトに代えてチェーンをプーリーに代えてスプロケットを使用した以外は実施例１と同様である。この実施例２で使用したチェーン及びスプロケットは通常、自転車又は原付自転車用の鋼製のものを転用した。鋼製以外のアルミニウム、ジュラルミン、合成樹脂又はこれらを組合わせた軽量素材からなるものを使用できることは言うまでもない。
【００３１】
比較例
実施例１において、二重反転プロペラ推進装置の代りに２枚ブレードの単列プロペラを使用し、ベルトは両面平ベルト、プーリーも溝を有しない通常のものを使用した。
【００３２】
実験例
前記の実施例１、実施例２及び比較例の各パラグライダーを３人で交代で飛行を試み比較実験を行った。
【００３３】
実験結果
前記実験の結果、実験例１乃至実験例２のパラグライダーは、離陸時に片側に揺れる傾向がなく、突然エンジン出力の増減をしても横転や偏揺れを感じることがなく、頗る安定で操縦性に優れ、安全で初心者でも安心して操縦できることが確認できた。これに対し、比較例のパラグライダーは、離陸時や急激なエンジン出力の増減時に片側に倒れる力を受け、姿勢を立て直すのに余分な力を要するばかりでなく、特に初心者の場合は、慌てる原因ともなる。また、同馬力のエンジンで比較して、実施例の方が比較例の概略５０％（体感）近く推進力が向上する。その分、エンジンの回転数乃至馬力を減じることができる。係る実験結果は実験者３人の一致した見解である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明に係る二重反転プロペラ推進装置は、前記のような構造からなり、歯車式伝動手段の重量の大半を占める歯車、ギヤボックスが不要となり、歯車式伝動手段に比較して格段に軽量化がなされた結果、従来、重量制限上、搭載不可能といわれていた軽量移動体に、二重反転プロペラ推進装置を搭載することを可能にした。
【００３５】
本発明に係る二重反転プロペラ推進装置は、トルクの反作用とジャイロ作用を受け易い軽量移動体に対し特に安定性に優れた操縦性を発揮することに加え、プロペラ音の軽減による騒音防止効果が期待できる。また、軽量化と推進効率が向上し、材料と燃料の節約によって、地球の温暖化防止に貢献できる。
更に、動力伝動機構の簡易化と歯車に要する潤滑油が不要、点検、故障の予測、メンテナンスが容易となり、操行の安定化とあいまって、極めて安全性を高める効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
回転力伝動機構を表す構成図である。
【図２】
実施の形態１の二重反転プロペラ推進装置の要部断面図である。
【図３】
実施の形態１の二重反転プロペラ推進装置の要部斜視図である。
【図４】
実施の形態１の二重反転プロペラ推進装置をパラグライダーに取付けてなる斜視図である。
【図５】
実施の形態１の二重反転プロペラ推進装置の全体斜視図である。
【図６】
実施の形態２の両面に逆Ｖ字状リブを有するベルトの要部斜視図である。
【符号の説明】
１：二重反転プロペラ推進装置、１１：原動機、１２：動力プーリー、１３：正転プーリー、１４：反転プーリー、１５：テンションプーリー、１６：正転ベルト、１７：反転ベルト、１８：主軸、１９：駆動軸、２０：支持体、２１：動力プーリー固定ナット、２２：主軸固定ナット、２３：支持体固定螺子、２４：支持体サポート、２５：テンション調整板、２６：アンギュラ玉軸受、２７：前面覆部、２８：反転プーリー固定螺子、２９：正転プーリー枢設用ベアリング、３０：反転プロペラ、３１：正転プロペラ、３２：正転プロペラ取付用座金、３３：正転プロペラ取付用ロックナット、３４：スラストベアリング、３５：反転プロペラ取付け用座金、３６：反転プロペラ取付け用ロックナット、３７：反転プロペラ取付け用フランジ、３８：フランジ固定用螺子、３９：反転ベルト右方外側、４０：反転ベルト左方外側、４１：安全ネット、４２：逆Ｖ字状リブ