(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的に少なくとも１つの荷重を往復運動体に加えるよう構成されたフォース・バリア機構であって、
前記フォース・バリア機構は、フォース・バリア体、往復運動体及び静止体を有し、
前記静止体が前記往復運動体と前記フォース・バリア体のための所定経路を明示し、
前記往復運動体が、前記静止体の所定経路に沿って往復運動するよう構成され、
前記往復運動体には、一以上の段部（step）が設けられ、
前記フォース・バリア体が、前記静止体の前記所定経路に沿って又は前記所定経路の一部に沿って往復運動するよう構成され、
前記フォース・バリア機構は、
前記静止体の前記所定経路に沿った第一方向に第一の力を連続的に前記往復運動体に加えるための第一加重手段と、
前記静止体の前記所定経路に沿った前記第一方向と反対方向の第二方向に第二の力を連続的に前記フォース・バリア体に加えるための第二加重手段と、をさらに備え、
前記第二の力は前記第一の力より大きく、
前記往復運動体には、一以上の段部（step）が設けられ、
前記静止体には、一以上の段部（step）が設けられ、
前記フォース・バリア機構は、
前記フォース・バリア体が前記静止体の前記段部に寄り掛かり、前記往復運動体から自由な第一動作条件と、
前記フォース・バリア体が前記静止体の前記段部に寄り掛かり、前記往復運動体の前記段部に寄り掛かる第二動作条件と、
前記フォース・バリア体が前記静止体から自由で、前記往復運動体の前記段部に寄り掛かる第三動作条件と、の３つの動作条件を有し、
前記第一動作条件では、前記往復運動体に前記第二の力が作用するのを前記フォース・バリア体が防ぐことによって、前記第一の力の影響下で前記往復運動体は前記第一の方向に加速され、
前記第三動作条件では、前記フォース・バリア体が前記往復運動体に前記第二の力を加えることによって、前記第一の力と前記第二の力の差の影響下で前記往復運動体が前記第二の方向に加速される
ことを特徴とするフォース・バリア機構。
【請求項２】
前記往復運動体及び前記静止体には、一以上のフォース・バリア体を支持する段部が少なくとも一組設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフォース・バリア機構。
【請求項３】
前記静止体がシリンダであり、
前記往復運動体が前記静止体の内部に設けられたピストンであり、
前記一以上のフォース・バリア体が、前記静止体と前記往復運動体の間に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【請求項４】
前記静止体がピストンであり、
前記往復運動体がシリンダであり、
前記静止体が前記往復運動体の内部に設けられ、
前記一以上のフォース・バリア体が前記静止体と前記往復運動体の間に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【請求項５】
前記静止体、前記往復運動体及び他の部品とともに加圧液体及び／又は圧縮ガスを一以上のチャンバ内で生じさせるための一以上のフォース・バリア体が、前記フォース・バリア機構に設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のフォース・バリア機構。
【請求項６】
加圧液体、圧縮ガス、密封部材、ワイパー、スクレーパー及びガイド部材のうちの少なくとも一つを含む一以上のフォース・バリア体が、前記フォース・バリア機構に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のフォース・バリア機構。
【請求項７】
前記加圧液体及び前記圧縮ガスのうちの少なくとも一つが前記一以上のフォース・バリア体を押す側と反対の側に他の部品と共に設けられた前記一以上のチャンバが、周囲の大気圧よりも低い圧力に維持されていることを特徴とする請求項５に記載のフォース・バリア機構。
【請求項８】
前記フォース・バリア機構が、前記一以上のフォース・バリア体に力を加えるよう構成された一以上のバネを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【請求項９】
前記フォース・バリア機構が、前記一以上のフォース・バリア体に力を加えるよう構成された一以上の可動磁石モータを有し、
前記一以上のフォース・バリア体が、前記一以上の可動磁石モータの一以上の磁石である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【請求項１０】
前記フォース・バリア機構が、前記一以上のフォース・バリア体に力を加えるよう構成された一以上の電気リニアモータ又は一以上の電磁石を有し、
前記一以上のフォース・バリア体が、前記一以上の電気モータの一部であってもなくてもよい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【請求項１１】
前記フォース・バリア体が複数設けられており、該複数のフォース・バリア体は、異なる力の供給源を有するとともに異なる種類の力を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【請求項１２】
前記フォース・バリア機構が、前記フォース・バリア体に加えられる力を生じさせるための異なる種類の供給源を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォース・バリア機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力もしくは複数の力を高速で往復運動体に加える及び／又は往復運動体から除去するフォース・バリアに関する。フォース・バリアは、任意の往復質量系装置の機能性を向上させる。フォース・バリアは、リニアモータ、リニアアクチュエータ、リニアバイブレータ、角度の付いた往復運動モータ及びリバウンド・エフェクター(rebound-effector)に適用することができる。
【０００２】
リバウンド・エフェクターの場合、フォース・バリアによって性能及び能力が大きく向上する。高速スイッチング、受動性動作、大きな流量及び圧縮ガスの使用によって、さまざまな応用が可能となる。いくつかの例として、装蹄用ハンマー、振動ハンマー、締固め用ハンマー、粉砕機及び力増強装置が挙げられる。
【０００３】
フォース・バリアを用いる機械又は装置は、一般産業、建設産業、土木機械、重機、ハンドヘルド工具、農業、医学、歯科、センサ、家庭用機器、鉱業、建築、そして実質的にその他の分野にも使用される。
【背景技術】
【０００４】
リバウンド・エフェクターの機能性にとって、スイッチング時間は非常に重要である。スイッチング時間が短くなるほど効率及び効果が高くなる。非常に高速な力方向変更器が必要とされる。リバウンド・エフェクターは、高い加圧流体流速を伴ってもよい。その場合、運動部分にかかる力の方向を変える弁が、大きな加圧流量に対処しなければならず、そのため弁は大きくなければならない。リバウンド・エフェクターは周期が毎秒数十である。加圧流体を使用する場合、制御弁の周期は毎秒数十でなければならず、そのため弁が機能するためのエネルギー消費量が大きくなる。
【０００５】
短いスイッチング時間、大流量及び高速スイッチングの組合せを実現することは非常に困難である。一般的なスプール弁や一般的なポペット弁にはこれらの要求に対処する能力がない。上記の一般的な弁は、高速スイッチング、大流量又は高速スイッチングに別々に対処する能力がない。リバウンド・エフェクターがバネによって駆動される場合、力を一つの方向から反対方向へ素早く切り替えるための周知の技術は存在しない。電気モータ及びリニア電気モータの場合についても同じである。
【０００６】
多くのさまざまな種類の弁が市場に出ている。これらの弁は、液体又は気体の圧力を加える又は除去することができる。そうするためには、固体物体が方向を変える又は移動しなければならない。この動きには時間がかかるので、圧力を加える又は除去するにも時間がかかる。非常に速い弁は、完全に開いた状態から完全に閉じた状態まで又はその反対のフル動作を実行するのに、約五ミリ秒必要とする。弁の可動固体物体は質量を有し、大きく加速させなければならないので、この動きを行うためにはエネルギーを必要とする。非常に速い弁は十分な速さではなくそして多くのエネルギーを消費する。
【０００７】
高速スイッチング、大流量又は高振動数のための弁が存在する。しかし非常に速く非常に振動数の高いスイッチングと大流量とを組み合わせたものに関しては、市販の解決手段はない。状況はさらに悪く、これは価格や要求とは関係なく、既存の知識では大流量の高振動数及び高速スイッチングをサポートできない。
【０００８】
弁の構造及び弁の制御に関する特許文献は多く存在するが、しかしながらそれらは全て固体物体の運動及び／又は回転に基づくものである。固体物体は位置変更のために時間を要し、エネルギーを消費する。現実には、流量が大きいほど固体物体は大きく且つ重い。スイッチング時間が短いほど制御力が大きく、そしてスイッチング速度が高いほどエネルギー消費量が大きい。この場合、大流量、短いスイッチング時間及び高振動数の全てが必要とされる。このような組み合わせについてはどの特許文献も扱っていない。
【０００９】
既存のフロー弁は、全流量及び制限された流量を許可する又は流量を回避する能力があるが、媒体の有効体積を変えることなく加圧媒体によって生じる力を加える又は除去する能力はない。力を蓄えるために弁は有効面積に加圧媒体を接触させなければならない。力を維持するために弁は影響を受けた物体が動くにつれて加圧媒体を追加しなければならない。他方向への動きを許可するために、フロー弁は、これまで加圧媒体であったものを低加圧容器内に排出しなければならない。したがって、フロー弁は、物体を一方向に駆動させるために高圧媒体を送り、その後この同じ体積を低加圧容器に送る。フロー弁が機能するにつれ、媒体が高圧から低圧に循環される。この循環は、圧縮−解放−圧縮工程だけで大量のエネルギーが浪費されることから、気体の使用を制限する。
【００１０】
媒体循環はリバウンド・エフェクターにおいて問題がある。循環は、エネルギー変換器を他の機能から分離し、自発的機能及び自発的機構となる選択肢を防止する。エネルギー変換器は駆動エネルギーを運動エネルギーに変換するとともに、運動エネルギーを駆動エネルギーに変換する。駆動エネルギーが加圧媒体である場合、フロー弁の使用はエネルギー変換器に高圧流量を必要とし、その後その流量を低圧に分割する。低圧チャンバへの流量の分割は、圧縮ガスの使用を不要にし、加圧液体系システムの効率を低下させる。
【００１１】
リバウンド・エフェクターを一以上のバネによって全体的に又は部分的に駆動させるという選択肢には、一般的なフロー弁は全く関係がない。機械的な障壁(barrier)が必要とされる。
【００１２】
リバウンド・エフェクターが任意の種類の電気モータによって全体的又は部分的に駆動される場合、モータの極性及び電源への接続は、一般的なモス電界効果トランジスタによって簡単に変えることができる。モス電界効果トランジスタは非常に高速で機能するが、電気モータのコイルの極性を変えるのに五秒以上かかる。電気モータの実際のスイッチング時間は長すぎる。機械的な障壁が必要とされる。
【００１３】
大流量媒体、短いスイッチング時間、高いスイッチング振動数及び自発的エネルギー変換器を許容し、（複数の）バネ及び／又は（複数の）電気モータによって補助される又は動作するとの選択肢を有する解決手段が必要とされる。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、高速加圧媒体流体スイッチングにとって代わる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００１５】
本発明は、大流量加圧媒体流体スイッチングにとって代わる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００１６】
本発明は、高振動数加圧媒体流体スイッチングにとって代わる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００１７】
本発明は、高速加圧媒体流体スイッチング、大流量加圧媒体流体スイッチング及び高振動数スイッチングの組合せにとって代わる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００１８】
本発明は、高速及び／又は高振動数のバネ荷重の印加及び除去のための現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００１９】
本発明は、高速及び高振動数磁気及び／又は電磁気及び／又は電機的付加の印加及び／又は除去のための現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２０】
本発明は、リバウンド・エフェクターのエネルギー変換器を他の機能から分離するための現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２１】
本発明は、リバウンド・エフェクターのための孤立した自発的エネルギー変換器を作成する現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２２】
本発明は、リニアモータ及び／又はリニアアクチュエータを駆動する及び／又は制御するための現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２３】
本発明は、角度の付いた往復運動モータ及び／又は角度の付いた往復運動アクチュエータを駆動する及び／又は制御するための現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２４】
本発明は、実質的にどの市販されているエネルギー源を用いても駆動することができる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２５】
本発明は、非常に小さな装置から非常に大きな装置を用いて実現できる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【００２６】
本発明は、実質的にどの分野にも適用できる現実的な方法及び現実的な装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは静止位置又はスイッチングポイントの右側にある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押される。
【図１ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押される。
【図１ｃ】バウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは静止位置又はスイッチングポイントの左側にある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押される。
【図２ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは静止位置又はスイッチングポイントの右にある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって左及び右に押される。
【図２ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって左及び右に押される。
【図２ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは静止位置又はスイッチングポイントの左側にある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって左及び右に押される。
【図３ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側においてバネによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置の右側にある状態で示される。フォース・バリアは、バネの力によって右に押される。
【図３ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側においてバネによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置にある状態で示される。フォース・バリアは、バネの力によって右に押される。
【図３ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側においてバネによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置の左側にある状態で示される。フォース・バリアは、バネの力によって右に押される。
【図４ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側においてバネによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置の右側にある状態で示される。フォース・バリアは、バネによって左及び右に押される。
【図４ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側においてバネによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置にある状態で示される。フォース・バリアは、バネによって左及び右に押される。
【図４ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側においてバネによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置の左側にある状態で示される。フォース・バリアは、バネによって左及び右に押される。
【図５ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において別のバネの組合せによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。
【図５ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において別のバネの組合せによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。
【図５ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアであって、ピストンの両側において別のバネの組合せによってエネルギーが与えられるフォース・バリアを示す。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。
【図６ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの左側は加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。左のフォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押され、右のフォース・バリアはバネによって左に押される。
【図６ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの右側は加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。ピストンの左側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアはバネによって右に押される。
【図６ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの左側は加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押される。
【図７ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの左側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側は電磁石によってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアはバネによって右に押される。
【図７ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの左側は加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側は電磁石によってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアは、加圧液体の圧力によって及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押される。
【図８ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる三つのフォース・バリアを示す。二つのフォース・バリアは、ピストンを加圧液体及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押す。一つのフォース・バリアは、ピストンをバネによって左に押す。ピストンは四つの重要な位置にある状態で示される。
【図８ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられる三つのフォース・バリアを示す。二つのフォース・バリアは、ピストンを加圧液体及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押す。一つのフォース・バリアは、ピストンをバネによって左に押す。ピストンは四つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図８ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられる三つのフォース・バリアを示す。二つのフォース・バリアは、ピストンを加圧液体及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押す。一つのフォース・バリアは、ピストンをバネによって左に押す。ピストンは四つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図８ｄ】リバウンド・エフェクターに用いられる三つのフォース・バリアを示す。二つのフォース・バリアは、ピストンを加圧液体及び／又は圧縮ガスの圧力によって右に押す。一つのフォース・バリアは、ピストンをバネによって左に押す。ピストンは四つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図９ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの左側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側は可動磁石モータによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。左のフォース・バリアはバネによって右に押される。磁石である右のフォース・バリアは可動磁石モータのコイルによって左に押される。
【図９ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの左側は加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側は可動磁石モータによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。左のフォース・バリアは加圧液体及び／又は圧縮ガスによって右に押される。磁石である右のフォース・バリアは可動磁石モータのコイルによって左に押される。
【図１０ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの左側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側は可動磁石モータによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアはバネによって右に押される。可動磁石モータの磁石はピストンに一体化されている。
【図１０ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの左側は加圧液体及び／又は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。ピストンの右側は可動磁石モータによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。フォース・バリアは加圧液体及び／又は圧縮ガスによって右に押される。可動磁石モータの磁石はピストンに一体化されている。
【図１１】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は可動磁石モータによってエネルギーが与えられる。ピストンは、静止位置又はスイッチングポイントにある状態で示される。左の可動磁石モータの磁石であるフォース・バリアは、左のコイルによって右に押される。右の可動磁石モータの磁石はピストンに一体化されている。
【図１２ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、電磁石がシリンダの左側に一体化されている。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１２ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、電磁石がシリンダの左側に一体化されている。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１２ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、電磁石がシリンダの左側に一体化されている。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１３ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、可動磁石モータがシリンダの中央部に一体化されている。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１３ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、可動磁石モータがシリンダの中央部に一体化されている。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１３ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、可動磁石モータがシリンダの中央部に一体化されている。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１４ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、可動磁石モータがシリンダの右側部に一体化されて、右のバネに影響を及ぼす。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１４ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、可動磁石モータがシリンダの右側部に一体化されて、右のバネに影響を及ぼす。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１４ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪うために、可動磁石モータがシリンダの右側部に一体化されて、右のバネに影響を及ぼす。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１５ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。シリンダの左側に可動磁石モータが連結されている。可動磁石モータの磁石はピストン内に一体化されている。可動磁石モータは、ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪う。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１５ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。シリンダの左側に可動磁石モータが連結されている。可動磁石モータの磁石はピストン内に一体化されている。可動磁石モータは、ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪う。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１５ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側はバネによってエネルギーが与えられる。シリンダの左側に可動磁石モータが連結されている。可動磁石モータの磁石はピストン内に一体化されている。可動磁石モータは、ピストンにエネルギーを加える又はピストンからエネルギーを奪う。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１６ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバは互いに接続している。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１６ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバは互いに接続している。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１６ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバは互いに接続している。ピストンは、三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１７】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は加圧液体によってエネルギーが与えられる。加圧液体は圧縮ガスによって加圧されている。二つの圧縮ガスチャンバは互いに接続されている。
【図１８】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバはピストンを介して互いに接続されている。
【図１９ａ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は加圧液体によってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバは圧縮ガスアキュムレータに接続されている。加圧液体は圧縮ガスによって加圧される。ピストンは三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１９ｂ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は加圧液体によってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバは圧縮ガスアキュムレータに接続されている。加圧液体は圧縮ガスによって加圧される。ピストンは三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図１９ｃ】リバウンド・エフェクターに用いられるフォース・バリアを示す。ピストンの両側は加圧液体によってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバは圧縮ガスアキュムレータに接続されている。加圧液体は圧縮ガスによって加圧される。ピストンは三つの重要な位置のうちの一つにある状態で示される。
【図２０ａ】リバウンド・エフェクターに用いられる二つのフォース・バリアを示す。ピストンの両側は圧縮ガスによってエネルギーが与えられる。左チャンバと右チャンバはピストンを介して互いに接続されている。中央部は詳細Ａとマーキングされている。
【図２０ｂ】二つのフォース・バリアが、静止位置又はスイッチングポイントの状態において、ピストンとシリンダに寄りかかっているときの上記詳細Ａの部分の詳細を示す。
【図２０ｃ】二つのフォース・バリアが、静止位置又はスイッチングポイントの状態において、シリンダに寄りかかりかつピストンには接触していないときの上記詳細Ａの部分の詳細を示す。
【図２０ｄ】二つのフォース・バリアが、静止位置又はスイッチングポイントの状態において、ピストンに寄りかかりかつシリンダとは接触していないときの上記詳細Ａの部分の詳細を示す。
【図２０ｅ】両方のフォース・バリアが静止位置又はスイッチングポイントでピストンとシリンダに寄りかかる場合において、スイッチングポイントを右に横切ったときにピストンに作用する力を示す。
【図２０ｆ】両方のフォース・バリアが静止位置又はスイッチングポイントでシリンダのみに寄りかかる場合において、スイッチングポイントを右に横切ったときにピストンに作用する力を示す。
【図２０ｇ】両方のフォース・バリアが静止位置又はスイッチングポイントでピストンのみに寄りかかる場合において、スイッチングポイントを右に横切ったときにピストンに作用する力を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
フォース・バリアは、高速で荷重を往復運動体から除去する又は往復運動体にかける機構である。荷重を除去する又はかけることにより、往復運動体に作用する有効力の方向及び／又は大きさが変わる。多くの場合、フォース・バリアは有効力の方向を逆転させる。有効力の方向の逆転によって、加速の方向が逆転し、最終的に往復運動体の運動方向が逆転する。
【００２９】
フォース・バリアは、バネ、加圧媒体、電気力、電磁気力、磁力、上記した力供給源の任意の組合せ又は任意の他の力のうちの少なくとも一つを用いて、一方向に押される。フォース・バリアがピストンなどの可動部の上に置かれると、フォース・バリアはピストンを押す力を加える。フォース・バリアがシリンダなどの静止部の上に置かれると、フォース・バリアはシリンダに力を加えるが、ピストンには影響を及ぼさない。
【００３０】
フォース・バリアは任意の形状でもよく、一以上の部品から構成されてもよく、より多くの機能を果たしてもよく、そして任意の（複数の）材料から作成されてもよい。フォース・バリアは特定の形状、特定の材料、特定の構造を有しておらず、一つの機能に限定されないが、受動性であり、そして高速で往復運動体に力を加える又は往復運動体から力を除去する機能を含む。
【００３１】
フォース・バリアは、力の印加又は除去以外の少なくともあと一つの機能を実行する。加圧液体及び／又は圧縮ガスがフォース・バリアを押す場合、加圧液体及び／又は圧縮ガスチャンバ並びにシーリングの一部として機能する。可動磁石モータがフォース・バリアを押す場合、可動磁石モータの磁石であってもよい。フォース・バリアは測定装置として機能してもよく、又は測定システムの一部の機能を果たしてもよい。フォース・バリアは、例えば潤滑油、錆止め、圧電材料、電子部品、エネルギー貯蔵物質、送信機、受信機、密封部材、ワイパー、フィルター、静的バランサー、動的バランサー、磁石、放射性トレーサー、化学トレーサー、センサ、コイル、弁及び／又は衝撃減衰器などの、システムの機能性、制御及び／又は追跡可能性を向上させる材料を少なくとも一つ含んでもよい。
【００３２】
多くの場合、フォース・バリアは、可動体の相対位置に応じて可動体及び／又は静止体上に置かれた浮遊性の受動リングによって実現される。
【００３３】
フォース・バリアは、リバウンド・エフェクター、角度の付いたリバウンド・エフェクター、リニアモータ、角度の付いた往復運動モータ、リニアアクチュエータ、角度の付いた往復運動アクチュエータ、リニアバイブレータ、角度の付いた往復運動バイブレータ及び少なくとも一つの往復運動部又は角度の付いた往復運動部を有する任意の機構に使用されてもよい。
【００３４】
簡潔性及び一貫性のために、図面及び明細書においては、一以上のフォース・バリアが適用される装置としてリバウンド・エフェクターを用いているが、フォース・バリアの使用はリバウンド・エフェクターに限定されない。
【００３５】
明確にするためにそして明細書の記載及び図面の理解を助けるために、以下にリバウンド・エフェクターについて簡潔に説明する。
【００３６】
リバウンド・エフェクターは、高加速度で重量を前後に駆動させる機構である。重量が加速されるにつれてリバウンド力が増大する。この力は重量と加速度の積に比例し、加速度ベクトルと反対の方向である。
【００３７】
リバウンド・エフェクターには四つの動作段階がある。第一段階において、エネルギーがシステム内に与えられ、運動と同じ方向に重量を加速させ、運動エネルギーに変換される。第二段階において、この運動エネルギーは、重量の速度が落ちるとともに取り消され、貯蔵される。第三段階において、貯蔵されたエネルギーが重量を運動方向に加速させ、運動エネルギーに変換される。第四段階において、この運動エネルギーは重量の速度が落ちるとともに取り消され、貯蔵される。摩擦及び理想的でないエネルギー変換の作用を無視すると、リバウンド・エフェクターは、リバウンド・エフェクターが実行する現実の有効な物理的運動を補償するためだけに外部エネルギーを必要とする。
【００３８】
リバウンド・エフェクターは、非対称で反対方向の、矩形振動形状の力のパターンを作る。反対向きの力の間の伝達は、非常に速く、実際にハンマーで打つような動作である。
【００３９】
簡潔性及び一貫性のために、以下の記載は、シリンダが静止している間にピストンが動くことを述べている。ピストンが静止しシリンダが動くことも可能である。実際には、多くの場合、ピストンとシリンダの両方が動く。重要な点は、シリンダとピストンの間に相対的な動きがあることである。ピストンとシリンダの動きを定義する座標系は重要ではない。
【００４０】
「ピストン」及び「シリンダ」なる用語は比喩的なものとして理解すべきであることは明らかである。「シリンダ」は、油圧式及び空気圧式の実施における一般的な実際のシリンダでもよいが、「ピストン」を含んでガイドする任意の物体でもよい。「ピストン」は「シリンダ」の内部に部分的に又は完全に設けられてもよい。「ピストン」は、油圧式及び空気圧式の実施における一般的な実際のピストンでもよいが、「シリンダ」に含まれて「シリンダ」によってガイドされる任意の物体でもよい。「シリンダ」は「ピストン」を部分的に又は完全に収容してもよい。
【００４１】
図１ａ、図１ｂ及び図１ｃを参照する。
【００４２】
図１ａ、図１ｂ及び図１ｃは、リバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン１０１はシリンダ１１１内で移動する。シリンダ１１１とピストン１０１と右カバー１１８とから構成される右チャンバ１１７は、右ポート１１６を介して加圧流体及び／又は圧縮ガスと接続している。シリンダ１１１とピストン１０１とフォース・バリア１０８と左カバー１０３とから構成される左チャンバ１０５は、左ポート１０４を介して加圧流体及び／又は圧縮ガスと接続している。加圧流体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示していない。低圧ポート１０９は、低加圧流体及び／又は低圧縮ガスに接続され、吸引され又は空気に通気される。低加圧流体及び／又は低圧縮ガスの低圧ポート１０９の供給源は図示していない。低圧ポート１０９の左側にあるシリンダ左側部１０７の内径は、低圧ポート１０９の右側にあるシリンダ右側部１１４の内径よりも大きい。シリンダ１１１の二つの内径の間にある接続部には段部１１２が設けられている。ピストン１０１は三つの部分を有する。中央部１１３の直径は、左側部１０２及び右側部１１９の直径よりも大きい。ピストン１０１の左側部１０２の直径とピストン１０１の中央部１１３との間の接続部には、ピストン左段部１１０が設けられている。ピストン１０１の右側部１１９の直径とピストン１０１の中央部１１３との間の接続部には、ピストン右段部１１５が設けられている。
【００４３】
図１ｂは、スイッチング位置又は静止位置にあるリバウンド・エフェクターを示す。フォース・バリア１０８がシリンダの段部１１２上に寄りかかる(lies on)とともに、ピストン左段部１１０がフォース・バリア１０８上に寄りかかる。ピストン右段部１１５の面積と右チャンバ１１７内の圧力とを掛けたものが、フォース・バリア１０８の有効面積１０６と左チャンバ１０５内の圧力とを掛けたものよりも低い又は小さいとき、ピストン１０１がフォース・バリア１０８上に寄りかかるとともにフォース・バリア１０８がシリンダ１１１上に寄りかかる。低圧ポート１０９内の圧力は低く、実際には影響を及ぼさない。ピストン１０１が運動エネルギーを有していなければ、ピストン１０１はこの位置に静的にとどまる又は静止する。
【００４４】
図１ａは図１ｂに示される静止位置の右側にピストン１０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。ピストン１０１は、ピストン右段部１１５の面積に右チャンバ１１７内の圧力を掛けたものと同じ力によって左に向かって荷重がかけられる。フォース・バリア１０８はシリンダの段部１１２に寄りかかり、ピストン１０１に荷重をかけない。低圧ポート１０９内の圧力は低く、特に影響は及ぼさない。ピストン１０１に加えられる有効力は、ピストン右段部１１５の面積に右チャンバ１１７内の圧力をかけた大きさによるもので、左向きの力である。
【００４５】
図１ｃは、図１ｂに示される静止位置の左側にピストン１０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。ピストン１０１は、ピストン右段部１１５の面積に右チャンバ１１７内の圧力を掛けたものと同じ大きさの力によって左に向かって荷重がかけられるとともに、フォース・バリア１０８の有効面積１０６に左チャンバ１０５内の圧力を掛けたものと同じ大きさの力によって右に向かって荷重がかけられる。右向きの力が左向きの力よりも強いので、結果として得られる力は右向きの力となる。
【００４６】
ピストン１０１が図１ｂに示す静止位置を横切る度に、有効力の方向が逆転する。力は、ピストン１０１が左へと移動すると、左向きから右向きに切り替わり、ピストン１０１が右へと移動すると、右向きから左向きに切り替わる。このため、静止位置は、スイッチング位置又はスイッチングポイントとも呼ばれる。
【００４７】
上記した力の方向の逆転は、非常に速く、実際には音速に近い。またどのような制御も必要としない。フォース・バリア１０８は完全に受動的な動作をする。リバウンド・エフェクターが水平であろうと、鉛直であろうと、又は水平方向に対して角度がついていようと、力の方向の逆転は常にシリンダ１１に対して同じポイントで生じる。スイッチングポイントは、重力、ピストン１０１の速度、ピストン１０１の加速度、左チャンバ１０５内の圧力及び右チャンバ１１７内の圧力による影響を受けず、あるいはピストン１０１が安定でシリンダ１１１が移動するような状態による影響を受けない。フォース・バリア１０８は完全に受動性であるので、制御のための外部エネルギーを必要としない。
【００４８】
力の方向の逆転は、力又は複数の力を機械的に取り除く又は加えることにより行われる。この工程は、高圧チャンバから低圧チャンバへと高圧流体及び／又は高圧縮ガスを排出することを含まない。これは、左チャンバ１０５及び右チャンバ１１７が完全に閉じたシステム又は複数の完全に閉じたシステムの一部であってもよいことを意味する。加圧流体及び／又は圧縮ガスの排出及び充填は不要である。
【００４９】
以下、図２ａ、図２ｂ及び図２ｃを参照して説明する。
【００５０】
図２ａ、図２ｂ及び図２ｃは、二つのフォース・バリアを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。シリンダ２１２は、三つの内径を有する。シリンダ左段部２１３とシリンダ右段部２１４とによって制限されるシリンダ中央部２１１の直径は、シリンダ左側部２０７とシリンダ右側部２２０の直径よりも小さい。ピストン２０１は三つの直径を有する。ピストン左段部２１０とピストン右段部２１５とによって制限されるピストン中央部２１７の直径は、ピストン左側部２０２とピストン右側部２２４の直径に比べて最も大きい。左チャンバ２０５は、シリンダ２１２、左カバー２０３、ピストン２０１及び左側フォース・バリア２０８から構成される。左チャンバ２０５は、左ポート２０４を介して加圧流体及び／又は圧縮ガスに接続されている。右チャンバ２２１は、シリンダ２１２、右カバー２２３、ピストン２０１及び右のフォース・バリア２１８から構成される。右チャンバ２２１は、右ポート２２２を介して加圧流体及び／又は圧縮ガスに接続されている。加圧流体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示していない。ピストン中央部２１７及びシリンダ中央部２１１は、長さが同じである。左の通気チャンバ２０９及び右の通気チャンバ２１６は、低圧流体及び／又は低圧縮ガスに接続され、吸引され、又は空気に通気される。
【００５１】
図２ｂは、静止位置又はスイッチング位置にあるリバウンド・エフェクターを示す。右のフォース・バリア２１８はシリンダ右段部２１４に寄りかかり、左のフォース・バリア２０８はシリンダ左段部２１３に寄りかかる。これは、静的な、停止した、バランスのとれた位置であり、ピストン２０１が動いている場合はスイッチングポイントである。
【００５２】
図２ａは、図２ｂに示される静止状態に対して右側にピストン２０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。この位置において、左のフォース・バリア２０８はシリンダ左段部２１３に寄りかかり、右のフォース・バリア２１８はピストン右段部２１５に寄りかかる。ピストン２０１には左向きの力が加わり、その大きさは、右のフォース・バリア２１８の有効面積２１９と右チャンバ２２１内の圧力とを掛けた大きさである。左の通気チャンバ２０９内の圧力及び右の通気チャンバ２１６内の圧力は低く、ピストン２０１には影響を及ぼさない。
【００５３】
図２ｃは、図２ｂに示される静止状態に対して左側にピストン２０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。この位置において、右のフォース・バリア２１８はシリンダ右段部２１４に寄りかかり、左のフォース・バリア２０８はピストン左段部２１０に寄りかかる。ピストン２０１には右向きの力が加わり、その大きさは、左のフォース・バリア２０８の有効面積２０６と左チャンバ２０５内の圧力とを掛けた大きさである。左の通気チャンバ２０９内の圧力及び右の通気チャンバ２１６内の圧力は低く、ピストン２０１には影響を及ぼさない。
【００５４】
ピストン２０１が図２ｂに示す静止位置を横切る度に、有効力の方向が逆転する。力は、ピストン２０１が左へと移動すると、左向きから右向きに切り替わり、ピストン２０１が右へと移動すると、右向きから左向きに切り替わる。このため、静止位置は、スイッチング位置又はスイッチングポイントとも呼ばれる。
【００５５】
上記した力の方向の逆転は、非常に速く、実際には音速に近い。またどのような制御も必要としない。左のフォース・バリア２０８及び右のフォース・バリア２１８は完全に受動的な動作をする。リバウンド・エフェクターが水平であろうと、鉛直であろうと、又は水平方向に対して角度がついていようと、力の方向の逆転は常にシリンダ２１２に対して同じポイントで生じる。スイッチングポイントは、重力、ピストン２０１の速度、ピストン２０１の加速度、左チャンバ２０５内の圧力及び右チャンバ２２１内の圧力による影響を受けず、あるいはピストン２０１が安定でシリンダ２１２が移動するような状態による影響を受けない。左のフォース・バリア２０８及び右のフォース・バリア２１８は完全に受動性であるので、制御のための外部エネルギーを必要としない。
【００５６】
力の方向の逆転は、力又は複数の力を機械的に取り除く又は加えることにより行われる。この工程は、高圧チャンバから低圧チャンバへと高圧流体及び／又は高圧縮ガスを排出することを含まない。これは、左チャンバ２０５及び右チャンバ２２１が完全に閉じたシステム又は複数の完全に閉じたシステムの一部であってもよいことを意味する。加圧流体及び／又は圧縮ガスの排出及び充填は不要である。
【００５７】
以下、図３ａ、図３ｂ及び図３ｃを参照して説明する。
【００５８】
図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、二つのバネによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。シリンダ３０５は、シリンダ左側部３０６においてシリンダ右側部３１１よりも大きな直径を有する。ピストン３０１は、ピストン中央部３１０において、ピストン左側部３０２及びピストン右側部３１４よりも大きな直径を有する。右のバネ３１２は、右カバー３１３を背にしてピストン３１０を左に押す。左のバネ３０４は、左カバー３０３を背にしてフォース・バリア３０７を右に押す。フォース・バリア３０７は、シリンダ左側部３０６とピストン左側部３０２に沿ってスライドする。フォース・バリア３０７は、シリンダ３０５の二つの直径の間に位置するシリンダ段部３０８と接触すると、シリンダ３０５に寄りかかる。フォース・バリア３０７は、ピストン左側部３０２とピストン中央部３１０との間にあるピストン左段部３０９に接触すると、ピストン３０１に寄りかかる。
【００５９】
図３ｂは、静止位置又はスイッチングポイントにあるリバウンド・エフェクターを示す。右のバネ３１２はピストン３０１を左側に押し、一方で、右のバネ３１２よりも強い左のバネ３０４は、フォース・バリア３０７及びピストン３０１を右に押す。フォース・バリア３０７は、シリンダ段部３０８に寄りかかっているので、それ以上右側に動くことはできない。これは、静的な、停止した、バランスのとれた位置であり、ピストン３０１が動いている場合にはスイッチング位置である。
【００６０】
図３ａは、図３ｂに示される静止状態に対して右側にピストン３０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。右のバネ３１２は、右カバー３１３を背にしてピストン３１０を左に押す。左のバネ３０４は、左カバー３０３を背にしてフォース・バリア３０７を右に押すが、フォース・バリア３０７はシリンダ段部３０８に寄りかかる。その結果ピストン３０１に加わる力は左向きの力である。
【００６１】
図３ｃは、図３ｂに示される静止位置の左側にピストン３０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。右のバネ３１２は、右カバー３１３を背にしてピストン３１０を左に押す。左のバネ３０４は、左カバー３０３を背にしてフォース・バリア３０７を右に押す。フォース・バリア３０７はピストン左段部３０９に寄りかかり、ピストン３０１を右に押す。左のバネ３０４は右のバネ３１２よりも強いので、結果としてピストン３０１に加わる力は右向きの力である。
【００６２】
ピストン３０１が図３ｂに示す静止位置を横切る度に、ピストン３０１への有効力の方向が逆転する。力は、ピストン３０１が左へと移動すると、左向きから右向きに切り替わり、ピストン３０１が右へと移動すると、右向きから左向きに切り替わる。このため、静止位置は、スイッチング位置又はスイッチングポイントとも呼ばれる。
【００６３】
上記したように、力の方向の逆転は非常に速く、実際には音速に近い。またどのような制御も必要とせず、フォース・バリア３０７は完全に受動的な動作をする。リバウンド・エフェクターが水平であろうと、鉛直であろうと、又は水平方向に対して角度がついていようと、力の方向の逆転は常にシリンダ３０５に対して同じポイントで生じる。スイッチングポイントは、重力、ピストン３０１の速度及びピストン３０１の加速度による影響を受けず、また、左のバネ３０４が右のバネ３１２よりも強い場合に限り左のバネ３０４の強度及び右のバネ３１２の強度による影響を受けず、あるいはピストン３０１が安定でシリンダ３０５が移動するような状態による影響を受けない。フォース・バリア３０７は完全に受動性であるので、制御のための外部エネルギーを必要としない。
【００６４】
力の方向の逆転は、力又は複数の力を機械的に取り除く又は加えることにより行われる。この工程は、高圧チャンバから低圧チャンバへと高圧流体及び／又は高圧縮ガスを排出することを含まない。これは、上記のリバウンド・エフェクターが完全エネルギー変換器を含み、加圧流体及び／又は圧縮ガスの排出も充填も不要であることを意味する。
【００６５】
以下、図４ａ、図４ｂ及び図４ｃを参照して説明する。
【００６６】
図４ａ、図４ｂ及び図４ｃは、二つのバネによってエネルギーが与えられる、二つのフォース・バリアを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。シリンダ４０４は三つの内径を有する。シリンダ左段部４０７とシリンダ右段部４０８とによって制限されるシリンダ中央部４０６は、シリンダ左側部とシリンダ右側部に比べて最も小さい直径を有する。ピストン４０１は三つの直径を有する。ピストン左段部４０９とピストン右段部４１０とによって制限されるピストン中央部４１１の直径は、ピストン左側部とピストン右側部の直径よりも大きい。左のバネ４０３は左カバー４０２を背にしてフォース・バリア４０５を右に押し、右のバネ４１３は右カバー４１４を背にしてフォース・バリア４１２を左に押す。ピストン中央部４１１及びシリンダ中央部４０６は、長さが同じである。シリンダ４０４、ピストン４０１、左カバー４０２及び右カバー４１４の内側により構成されるチャンバは、空気に通気され、吸引され、密封され、又は圧縮ガスチャンバに接続される。
【００６７】
図４ｂは、静止位置又はスイッチングポイントにあるリバウンド・エフェクターを示す。左のフォース・バリア４０５はシリンダ左段部４０７に寄りかかり、右のフォース・バリア４１２はシリンダ右段部４０８に寄りかかる。これは、静的な、停止した、バランスのとれた位置であり、ピストン４０１が動いている場合にはスイッチング位置である。
【００６８】
図４ａは、図４ｂに示される静止状態に対して右側にピストン４０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。この位置において、左のフォース・バリア４０５はシリンダ左段部４０７に寄りかかり、右のフォース・バリア４１２はピストン右段部４１０に寄りかかる。ピストン４０１には左向きの力が加えられる。
【００６９】
図４ｃは、図４ｂに示される静止位置の左側にピストン４０１があるときのリバウンド・エフェクターを示す。この位置において、右のフォース・バリア４１２はシリンダ右段部４０８に寄りかかり、左のフォース・バリア４０５はピストン左段部４０９に寄りかかる。ピストン４０１には右向きの力が加えられる。
【００７０】
ピストン４０１が図４ｂに示す静止位置を横切る度に、有効力の方向が逆転する。力は、ピストン４０１が左へと移動すると左向きから右向きに切り替わり、ピストン４０１が右へと移動すると右向きから左向きに切り替わる。このため、静止位置は、スイッチング位置又はスイッチングポイントとも呼ばれる。
【００７１】
上記したように、力の方向の逆転は非常に速く、実際には音速に近い。どのような制御も必要としない。左のフォース・バリア４０５及び右のフォース・バリア４１２は完全に受動的な動作をする。リバウンド・エフェクターが水平であろうと、鉛直であろうと、又は水平方向に対して角度がついていようと、力の方向の逆転は常にシリンダ４０４に対して同じポイントで生じる。スイッチングポイントは、重力、ピストン４０１の速度、ピストン４０１の加速度、左のバネ４０３及び右のバネ４１３による影響を受けず、あるいはピストン４０１が安定でシリンダ４０４が移動するような状態による影響を受けない。左のフォース・バリア４０５及び右のフォース・バリア４１２は完全に受動性であるので、制御のための外部エネルギーを必要としない。
【００７２】
力の方向の逆転は、力又は複数の力を機械的に取り除く又は加えることにより行われる。これは、上記のリバウンド・エフェクターが完全に閉じたエネルギー変換器であることを意味する。
【００７３】
以下、図５ａ、図５ｂ及び図５ｃを参照して説明する。
【００７４】
図５ａは、二つのフォース・バリア及び四つのバネを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン５０１は比較的幅広のピストン中央部５０７を有し、シリンダ５０９は比較的幅狭のシリンダ中央部５０５を有する。左のフォース・バリア５０４は左の圧縮バネ５０３の影響を受けるとともに右の引張バネ５１０の影響を受ける。右のフォース・バリア５０６は右の圧縮バネ５１０の影響を受けるとともに左の引張バネ５０２の影響を受ける。
【００７５】
左の引張バネ５０２及び右の引張バネ５１０は、シリンダ５０９の外側にある。左の引張バネ５０２及び／又は右の引張バネ５１０は、単一のバネであってもよく、あるいは少数のバネ、等しいバネ又は異なるバネであってもよい。
【００７６】
左のフォース・バリア５０４及び右のフォース・バリア５０６の機能性は、上記したものと同じである。
【００７７】
図５ｂは、二つのフォース・バリア及び四つのバネを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン５２１は比較的幅広のピストン中央部５２７を有し、シリンダ５２９は比較的幅狭のシリンダ中央部５２７を有する。左のフォース・バリア５２４は左の圧縮バネ５２２の影響を受けるとともに左の外部圧縮バネ５２３の影響を受ける。右のフォース・バリア５２６は右の圧縮バネ５２８の影響を受けるとともに右の外部圧縮バネ５３０の影響を受ける。
【００７８】
左の外部圧縮バネ５２３及び右の外部圧縮バネ５３０は、シリンダ５２９の外側に設けられている。左の外部圧縮バネ５２３及び／又は右の外部圧縮バネ５３０は、単一のバネであってもよく、あるいは少数のバネ、等しいバネ又は異なるバネであってもよい。
【００７９】
左のフォース・バリア５２４及び右のフォース・バリア５２６の機能性は、上記したものと同じである。
【００８０】
図５ｃは、二つのフォース・バリア及び四つのバネを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン５４１は比較的幅広のピストン中央部５４７を有し、シリンダ５４９は比較的幅狭のシリンダ中央部５４５を有する。左のフォース・バリア５４４は左の圧縮バネ５４２の影響を受けるとともに左の外部圧縮バネ５４３の影響を受ける。右のフォース・バリア５４６は右の圧縮バネ５４８の影響を受けるとともに右の外部圧縮バネ５５０の影響を受ける。
【００８１】
左の外部圧縮バネ５４３及び右の外部圧縮バネ５５０は、シリンダ５４９の外側に設けられている。左の外部圧縮バネ５４３及び／又は右の外部圧縮バネ５５０は、単一のバネであってもよく、あるいは少数のバネ、等しいバネ又は異なるバネであってもよい。
【００８２】
左のフォース・バリア５４４及び右のフォース・バリア５４６の機能性は、上記したものと同じである。
【００８３】
以下、図６ａ、図６ｂ及び図６ｃを参照して説明する。
【００８４】
図６ａは、二つのフォース・バリアを有し、左の加圧液体及び／又は圧縮ガスと右のバネとによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン６０１は比較的幅広のピストン中央部６０８を有し、シリンダ６０４は比較的幅狭のシリンダ中央部６０６を有する。左のフォース・バリア６０５は左チャンバ６０３内の圧力によって右に押される。左チャンバ６０３は、ポート６０２から運ばれる加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされている。加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示していない。右のフォース・バリア６０７は右のバネ６０９によって左に押される。
【００８５】
図６ｂは、フォース・バリアを有し、右の加圧液体及び／又は圧縮ガスと左のバネとによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン６２１は比較的幅広のピストン中央部６２６を有し、シリンダ６２３は比較的幅狭のシリンダ右側部６２７及び比較的幅広のシリンダ左側部６２４を有する。フォース・バリア６２５はバネ６２２によって右に押される。右チャンバ６２８は、ポート６２９から運ばれる加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされている。加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示されていない。ピストン６２１は右チャンバ内６２８の圧力によって左に押される。
【００８６】
図６ｃは、一つのフォース・バリアを有し、左の加圧液体及び／又は圧縮ガスと右のバネとによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン６４１は比較的幅広のピストン中央部６４７を有する。シリンダ６４４は、比較的幅狭のシリンダ右側部６４８及び比較的幅広のシリンダ左側部６４２を有する。ピストン６４１はバネ６４９によって左に押される。左チャンバ６４５は、ポート６４３から運ばれる加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされている。加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示されていない。フォース・バリア６４６は左チャンバ６４５内の圧力によって右に押される。
【００８７】
以下、図７ａ及び図７ｂを参照して説明する。
【００８８】
図７ａは、一つのフォース・バリアを有し、左のバネと右の電磁石とによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン７０１は比較的幅広のピストン右側部７０７及び比較的幅狭のピストン左側部７０２を有する。シリンダ７０４は比較的幅狭のシリンダ右側部７０６を有する。フォース・バリア７０５はバネ７０３によって右に押される。コイル７０８は、ピストン右側部７０７とともに電磁石を形成して、ピストン７０１を左に押す。コイル７０８の電力供給は図示していない。
【００８９】
図７ｂは、一つのフォース・バリアを有し、左の加圧液体及び／又は圧縮ガスと右の電磁石とによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン７２１は比較的幅広のピストン右側部７２８及び比較的幅狭のピストン左側部７２２を有する。シリンダ７２５は比較的幅狭のシリンダ右側部７２７を有する。フォース・バリア７２６はチャンバ７２４内の圧力によって右に押される。チャンバ７２４は、ポート７２３から供給された加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされている。加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示していない。コイル７２９は、ピストン右側部７２８とともに電磁石を形成して、ピストン７２１を左に押す。コイル７２９への電力供給は図示していない。
【００９０】
以下、図８ａ、図８ｂ、図８ｃ及び図８ｄを参照して説明する。
【００９１】
同じピストンに作用する三以上のフォース・バリアを一つの装置に設けてもよい。ピストンを左に押すフォース・バリアの数、ピストンを右に押すフォース・バリアの数、各フォース・バリアのためのエネルギー源などに関して多くの組合せが可能である。
【００９２】
図８ａ、図８ｂ、図８ｃ及び図８ｄは、第一フォース・バリア８０４、第二フォース・バリア８０７及び第三フォース・バリア８０９の三つのフォース・バリアを有するリバウンド・エフェクターを示す。この構成により、ピストン８０１に、左チャンバ８０３の圧力、右チャンバ８０６の圧力及びバネ８１０による三つの力を与えることができる。シリンダ８１１は四つの内径を有する。ピストン８０１は四つの外径を有する。左チャンバ８０３はポート８０２から供給される加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされており、第一フォース・バリア８０４を右に押す。右チャンバ８０６はポート８０５から供給される加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされており、第二フォース・バリア８０７を右に押す。左チャンバ８０３及び右チャンバ８０６のための加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源は図示していない。通気チャンバ８０８は空気に通気され、吸引され又は低圧源に接続されており、ピストン８０１への影響はない。バネ８１０は第三フォース・バリア８０９を左に押す。
【００９３】
図８ａに示される位置において、ピストン８０１は左チャンバ８０３内の圧力及び右チャンバ８０６内の圧力による影響を受ける。
【００９４】
図８ｂに示される位置において、ピストン８０１は右チャンバ８０６内の圧力による影響を受ける。
【００９５】
図８ｄに示される位置において、ピストン８０１はバネ８１０による影響を受ける。
【００９６】
図８ｃは、静止した静的な位置又はピストン８０１が動いている場合にはスイッチングポイントを示す。
【００９７】
以下、図９ａ及び図９ｂを参照して説明する。
【００９８】
図９ａは、二つのフォース・バリアを有し、左のバネ及び右の可動磁石モータによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン９０１は比較的幅広のピストン中央部９０７を有する。シリンダ９０４は、比較的幅狭のシリンダ中央部９０６及び比較的幅広のシリンダ左側部９０２を有する。左のフォース・バリア９０５はバネ９０３によって右に押される。磁石フォース・バリア９０８は、コイル９０９とともに可動磁石モータを形成して、ピストン９０１を左に押す。コイル９０９への電力供給は図示していない。
【００９９】
図９ｂは、二つのフォース・バリアを有し、左の加圧液体及び／又は圧縮ガスと右の可動磁石モータとによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン９２１は比較的幅広のピストン中央部９２８及び比較的幅狭のピストン左側部９２２を有する。シリンダ９２５は、比較的幅狭のシリンダ中央部９２７を有する。左のフォース・バリア９２６は、チャンバ９２４内の圧力によって右に押される。チャンバ９２４は、ポート９２３から運ばれる加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされている。磁石フォース・バリア９２９は、コイル９３０とともに可動磁石モータを形成してピストン９２１を左に押す。コイル９３０への電力供給は図示していない。チャンバ９２４のための加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源も図示していない。
【０１００】
以下、図１０ａ及び図１０ｂを参照して説明する。
【０１０１】
図１０ａは、一つのフォース・バリアを有し、左のバネと右の可動磁石モータとによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン１００１は比較的幅広のピストン右側部１００７及び比較的幅狭のピストン左側部１００２を有する。シリンダ１００４は比較的幅狭なシリンダ右側部１００６を有する。フォース・バリア１００５は、バネ１００３によって右に押される。磁石１００８はピストン１００１に一体化されており、コイル１００９とともに可動磁石モータを形成してピストン１００１を左に押す。コイル１００９への電力供給は図示していない。
【０１０２】
図１０ｂは、一つのフォース・バリアを有し、左の加圧液体及び／又は圧縮ガスと右の可動磁石モータとによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン１０２１は比較的幅広のピストン右側部１０２８及び比較的幅狭のピストン左側部１０２２を有する。シリンダ１０２５は比較的幅狭なシリンダ右側部１０２７を有する。フォース・バリア１０２６は、チャンバ１０２４内の圧力によって右に押される。チャンバ１０２４はポート１０２３を介して供給される加圧液体及び／又は圧縮ガスで満たされている。磁石１０２９は、ピストン１０２１に一体化されており、コイル１０３０とともに可動磁石モータを形成してピストン１０２１を左に押す。コイル１０３０への電力供給は図示していない。チャンバ１０２４のための加圧液体及び／又は圧縮ガスの供給源も図示していない。
【０１０３】
以下、図１１を参照して説明する。
【０１０４】
図１１は、一つのフォース・バリアを有し、可動磁石モータによって左右に駆動されるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン１１０１は比較的幅広のピストン右側部１１０７及び比較的幅狭のピストン左側部１１０２を有する。シリンダ１１０３は比較的幅狭なシリンダ右側部１１０６を有する。磁石フォース・バリア１１０５は、左のコイル１１０４とともに左の可動磁石モータを形成して、ピストン１１０１を右に押す。磁石１１０９はピストン１１０１と一体化され、右のコイル１１１０とともに右の可動磁石モータを形成して、ピストン１１０１を左に押す。左のコイル１１０４及び右のコイル１１１０への電力供給は図示していない。
【０１０５】
以下、図１２ａ、図１２ｂ及び図１２ｃを参照して説明する。
【０１０６】
図１２ａ、図１２ｂ及び図１２ｃは、二つのフォース・バリアを有し、二つのバネによってエネルギーが与えられる、電磁石を有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。左のフォース・バリア１２０５は左のバネ１２０３によって右に押される。右のフォース・バリア１２０６は右のバネ１２０７によって左に押される。シリンダ１２０４の左側に連結されたコイル１２０２は、ピストン１２０１とともに電磁石を形成する。コイル１２０２のための電力供給は図示していない。コイル１２０２の線が開くと、電磁石はアイドリングし、リバウンド・エフェクターの動作には影響を及ぼさない。ピストン１２０１の移動方向と同じ方向に力が生じるように電磁石にエネルギーを与えることにより、ピストン１２０１にエネルギーが追加される。ピストン１２０１の移動方向と逆の方向に力が生じるように電磁石にエネルギーを与えることにより、ピストン１２０１のエネルギーが減少する。
【０１０７】
図１２ａは、ピストン１２０１が静止位置又はスイッチングポイントの左側にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１２ｂは、ピストン１２０１が静止位置又はスイッチングポイントにある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１２ｃは、ピストン１２０１が静止位置又はスイッチングポイントの右側にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。
【０１０８】
以下、図１３ａ、図１３ｂ及び図１３ｃを参照して説明する。
【０１０９】
図１３ａ、図１３ｂ及び図１３ｃは、二つのフォース・バリアを有し、二つのバネによってエネルギーが与えられる、可動磁石モータを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。左のフォース・バリア１３０４は左のバネ１３０３によって右に押される。右のフォース・バリア１３０７は右のバネ１３０８によって左に押される。シリンダ１３０２に一体化されたコイル１３０６は、ピストン１３０１に一体化された磁石１３０５とともに可動磁石モータを形成する。コイル１３０６のための電力供給は図示していない。コイル１３０６の線が開くと、可動磁石モータはアイドリングし、リバウンド・エフェクターの動作には影響を及ぼさない。ピストン１３０１の移動方向と同じ方向に力が生じるようにコイル１３０６にエネルギーを与えることにより、ピストン１３０１にエネルギーが追加される。ピストン１３０１の移動方向と逆の方向に力が生じるようにコイル１３０６にエネルギーを与えることにより、ピストン１３０１のエネルギーが減少する。
【０１１０】
図１３ａは、ピストン１３０１が静止位置又はスイッチングポイントの左側にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１３ｂは、ピストン１３０１が静止位置又はスイッチングポイントにある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１３ｃは、ピストン１３０１が静止位置又はスイッチングポイントの右側にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。
【０１１１】
以下、図１４ａ、図１４ｂ及び図１４ｃを参照して説明する。
【０１１２】
図１４ａ、図１４ｂ及び図１４ｃは、二つのフォース・バリアを有し、二つのバネによってエネルギーが与えられる、可動磁石モータを有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。左のフォース・バリア１４０４は左のバネ１４０３によって右に押される。右のフォース・バリア１４０５は右のバネ１４０６によって左に押される。シリンダ１４０２の右側に可動磁石モータが連結されている。コイル１４０８及び磁石１４０７は可動磁石モータを構成する。コイル１４０８は、磁石１４０７が動いている間、シリンダ１４０２にしっかりと結合されている。コイル１４０８への電力供給は図示していない。ピストン１４０１は磁石と１４０７と直接接触していない。コイル１４０８の線が開くと、可動磁石モータはアイドリングし、リバウンド・エフェクターの動作には影響を及ぼさない。ピストン１４０１の移動方向と同じ方向に力が生じるようにコイル１４０８にエネルギーを与えることにより、ピストン１４０１にエネルギーが追加される。ピストン１４０１の移動方向と逆の方向に力が生じるようにコイル１４０８にエネルギーを与えることにより、ピストン１４０１のエネルギーが減少する。可動磁石モータは、ピストン１４０１が静止位置又はスイッチングポイントの右側にあるときにのみ有効である。
【０１１３】
図１４ａは、ピストン１４０１が静止位置又はスイッチングポイントの左側にあり、磁石１４０７が最も右の位置にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１４ｂは、ピストン１４０１が静止位置又はスイッチングポイントにあり、磁石１４０７が最も左の位置にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１４ｃは、ピストン１４０１が静止位置又はスイッチングポイントの右側にあり、磁石１４０７が最も右の位置にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。
【０１１４】
以下、図１５ａ、図１５ｂ及び図１５ｃを参照して説明する。
【０１１５】
図１５ａ、図１５ｂ及び図１５ｃは、二つのフォース・バリアを有し、二つのバネによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターであって、ピストンの左側部に一体化されてコイルとともに可動磁石モータを形成する磁石を有するリバウンド・エフェクターの断面を示す。左のフォース・バリア１５０５は左のバネ１５０４によって右に押される。右のフォース・バリア１５０６は右のバネ１５０７によって左に押される。コイル１５０３はシリンダ１５０８の左側に連結され、ピストン１５０１に一体化された磁石１５０２とともに可動磁石モータを形成する。コイル１５０３への電力供給は図示していない。コイル１５０３の線が開くと、可動磁石モータはアイドリングし、リバウンド・エフェクターの動作には影響を及ぼさない。ピストン１５０１の移動方向と同じ方向に力が生じるように可動磁石モータにエネルギーを与えることにより、ピストン１５０１にエネルギーが追加される。ピストン１５０１の移動方向と逆の方向に力が生じるように可動磁石モータにエネルギーを与えることにより、ピストン１５０１のエネルギーが減少する。
【０１１６】
図１５ａは、ピストン１５０１が静止位置又はスイッチングポイントの左側にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１５ｂは、ピストン１５０１が静止位置又はスイッチングポイントにある状態のリバウンド・エフェクターを示す。図１５ｃは、ピストン１５０１が静止位置又はスイッチングポイントの右側にある状態のリバウンド・エフェクターを示す。
【０１１７】
以下、図１６ａ、図１６ｂ及び図１６ｃを参照して説明する。
【０１１８】
図１６ａ、図１６ｂ及び図１６ｃは、一つのフォース・バリアを有するとともに、ピストンの両側で圧縮ガスによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。シリンダ１６０４は比較的幅狭なシリンダ右側部１６０８を有する。ピストン１６０１は、比較的幅狭なピストン左側部１６０２、比較的幅狭なピストン右側部１６１１及び比較的幅広なピストン中央部１６０７を有する。フォース・バリア１６０５は、左チャンバ１６０３の長さを設定し、図１６ａに示されるようにシリンダ１６０４に寄りかかってもよく、あるいは図１６ｃに示されるようにピストン１６０１に寄りかかってもよい。通気チャンバ１６０６は、空気に通気され、低圧チャンバに接続され又は吸引される。何れの場合でも、通気チャンバ１６０６はピストン１６０１に大きな影響をおよぼさない。チャンバの通気、低圧チャンバの選択肢又は真空設定は、図示していない。右チャンバ１６１０内の圧力はピストン１６０１を左に押す。左チャンバ１６０３内の圧力は、フォース・バリア１６０５を右に押す。左チャンバ１６０３及び右チャンバ１６１０は管１６０９を介して互いに接続されている。ピストン１６０１が、図１６ａに示すように静止位置又はスイッチングポイントの右側にあるとき、フォース・バリア１６０５はシリンダ１６０４に寄りかかり、右チャンバ１６１０内の圧力による影響を受けず、結果として左に向かう力が得られる。図１６ｃに示すようにピストン１６０１が静止位置又はスイッチングポイントの左側にあるとき、フォース・バリア１６０５はピストン１６０１に寄りかかり、右チャンバ１６１０内の圧力によって左に押されるとともに、左チャンバ１６０３内の圧力によって右に押される。左チャンバ１６０３内の圧力と右チャンバ１６１０内の圧力は同じであるものの、フォース・バリア１６０５の有効面積は、右チャンバ１６１０におけるピストン１６０１の有効面積よりも大きく、得られる力は右向きの力である。図１６ｂは、ピストン１６０１が静止位置又はスイッチングポイントにある状態を示す。
【０１１９】
図１６ａ、図１６ｂ及び図１６ｃは、完全に閉じたエネルギー変換システムを示す。ピストン１６０１は、図１６ａに示される位置からスタートする場合、右チャンバ１６１０内の圧力によって荷重がかけられ、左向きの力を有する。この力は、ピストン１６０１を左に加速させ、これにより圧縮ガスの空気エネルギーをピストン１６０１の運動エネルギーに変換する。図１６ｂに示すようにピストン１６０１がスイッチングポイントを左に横切ると、結果として得られる力は左向きから右向きに変わる。ピストン１６０１の速度は左チャンバ１６０３内の圧縮ガスの圧力によって減速し、これによりピストン１６０１の運動エネルギーを圧縮ガスの空気エネルギーに変換する。最終的に、ピストン１６０１は、左向きに動くのを停止して右向きに動き始め、これにより右向きに加速すると同時に圧縮ガスの空気エネルギーを運動エネルギーに変換する。図１６ｂに示すようにピストン１６０１がスイッチングポイントを右に横切ると、結果として得られる力は右向きから左向きに変わる。ピストン１６０１の右向きの移動の運動エネルギーは、圧縮ガスの空気エネルギーへと変換される。摩擦及び非効率性を無視すると、ピストン１６０１は、サイクルを開始したポイントで右に移動するのを停止する。リバウンド・エフェクターは圧縮ガスの空気エネルギーを質量運動エネルギーに変換し、また逆に質量運動エネルギーを圧縮ガスの空気エネルギーに変換する。エネルギー変換は、完全に閉じた環境で行われ、制御を必要としない。
【０１２０】
以下、図１７を参照して説明する。
【０１２１】
図１７は、一つのフォース・バリアを有し、加圧液体によってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。特に左チャンバ１７０４は、シリンダ１７０９、ピストン１７０１及びフォース・バリア１７０５により制限されている。特に右チャンバ１７１０は、シリンダ１７０９及びピストン１７０１により制限されている。左チャンバ１７０４、右チャンバ１７１０、左下アキュムレータ１７０２、右下アキュムレータ１７１２及び管１７０７は互いに接続されており、加圧液体で満たされている。左上アキュムレータ１７０３、右上アキュムレータ１７１１及び管１７０８は互いに接続されており、圧縮ガスで満たされている。通気チャンバ１７０６は空気に通気され、吸引され又は低圧チャンバに接続されているが、図示していない。図１７は、静止位置又はスイッチングポイントの右の位置にあるピストン１７０１を示す。この位置において、ピストン１７０１は右チャンバ１７１０内の圧力のみによって影響を受け、結果として左向きの力が得られる。
【０１２２】
以下、図１８を参照して説明する。
【０１２３】
図１８は、二つのフォース・バリアを有し、ピストンの両側で圧縮ガスによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン１８０５は中空内部１８１１及び比較的幅広のピストン中央部１８０９を有する。シリンダ１８１５は、比較的幅狭のシリンダ中央部１８０７を有する。左チャンバ１８０３は、左カバー１８０２、シリンダ１８１５、ピストン１８０５及び左のフォース・バリア１８０６によって制限されている。右チャンバ１８１３は、右カバー１８１６、シリンダ１８１５、ピストン１８０５及び右のフォース・バリア１８１０によって制限されている。左チャンバ１８０３は、左ポート１８０４によってピストン１８０５の中空内部１８１１と接続している。右チャンバ１８１３は、右ポート１８１４によってピストン１８０５の中空内部１８１１と接続している。通気チャンバ１８０８は空気と通気され、低圧に接続され又は吸引されるが、図示していない。図１８に示すようなピストン１８０５の位置は、静止位置又はスイッチングポイントの右側である。この場合、右チャンバ１８１３内の圧力と右のフォース・バリア１８１０の有効面積とを掛けたものに等しい力であって左向きの力が、ピストン１８０５にかかる。
【０１２４】
以下、図１９ａ、図１９ｂ及び図１９ｃを参照して説明する。
【０１２５】
図１９ａ、図１９ｂ及び図１９ｃは、一つのフォース・バリアを有するとともに、ピストンの両側で加圧流体によってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。ピストン１９０１は、比較的幅広なピストン中央部１９０８を有する。シリンダ１９１０は比較的幅狭なシリンダ右側部１９０９を有する。左チャンバ１９０５は、特にシリンダ１９１０、ピストン１９０１及びフォース・バリア１９０６によって制限されている。左チャンバ１９０５は左下アキュムレータ１９０３に接続されている。右チャンバ１９１１は、特に、シリンダ１９１０及びピストン１９０１によって制限されている。右チャンバ１９１１は右下アキュムレータ１９１２に接続されている。左チャンバ１９０５、左下アキュムレータ１９０３、右チャンバ１９１１及び右下アキュムレータ１９１２は、加圧液体で満たされている。左上アキュムレータ１９０２及び右上アキュムレータ１９１３は圧縮ガスで見たされている。通気チャンバ１９０７は、空気に通気され、吸引され又は低圧チャンバに接続されているが、図示していない。図１９ａに示すようにピストン１９０１が静止位置又はスイッチングポイントの右側にあるとき、ピストン１９０１は右チャンバ１０１１内の圧力による影響を受け、結果として左向きの力が得られる。図１９ｃに示すようにピストン１９０１が静止位置又はスイッチングポイントの左側にあるとき、ピストン１９０１は右チャンバ１０１１内の圧力及び左チャンバ１９０５内の圧力による影響を受ける。フォース・バリア１９０６の有効面積と左チャンバ１９０５内の圧力とを掛けたものがピストン１９０１の有効面積と右チャンバ１９１１内の圧力とを掛けたものよりも大きいので、結果として右向きの力が得られる。図１９ｂは静止位置又はスイッチングポイントにあるピストン１９０１を示す。
【０１２６】
以下、図２０ａ、図２０ｂ、図２０ｃ及び図２０ｄを参照して説明する。
【０１２７】
図２０ａは、二つのフォース・バリアを有するとともに、ピストンの両側で圧縮ガスによってエネルギーが与えられるリバウンド・エフェクターの断面を示す。詳細Ａは、静止位置又はスイッチングポイントにおける二つのフォース・バリア、シリンダの比較的幅狭部及びピストンの比較的幅広部に注目している。
【０１２８】
図２０ｂ、図２０ｃ及び図２０ｄは、シリンダの比較的幅狭部２００３、ピストンの比較的幅広部２００４、左のフォース・バリア２００２及び右のフォース・バリア２００５の間の三つの相対位置を示す。
【０１２９】
図２０ｂは、同じ長さを有するシリンダの比較的幅狭部２００３とピストンの比較的幅広部２００４を示す。静止位置又はスイッチングポイントにおいて、左のフォース・バリア２００２及び右のフォース・バリア２００５は、シリンダの比較的幅狭部２００３及びピストンの比較的幅広部２００４に寄りかかる。左のフォース・バリア２００２への右向きの力は、Ｆ１  ２００１で示される。右のフォース・バリア２００５への左向きの力は、Ｆ２  ２００６で示される。ピストン２００４が左から右に動いて静止位置又はスイッチングポイントを横切るとき、ピストン２００４にかかる力のパターンは、図２０ｅに示されるとおりである。力Ｆ１  ２００１による影響を受ける状態から力Ｆ２  ２００６による影響を受ける状態への変化は、非常に速く、実際には音速で起こる。
【０１３０】
図２０ｃは、シリンダの比較的幅狭部２００３がピストンの比較的幅広部２００４よりも長い場合を示す。静止位置又はスイッチングポイントにおいて、左のフォース・バリア２００２及び右のフォース・バリア２００５はシリンダの比較的幅狭部２００３に寄りかかり、ピストンの比較的幅広部２００４とは接触しない。Ｆ１  ２００１は、左のフォース・バリア２００２にかかる右向きの力である。Ｆ２  ２００６は右のフォース・バリア２００５にかかる左向きの力である。ピストン２００４が左から右に動いて静止位置又はスイッチングポイントを横切るとき、ピストン２００４にかかる力のパターンは図２０ｆに示されるとおりである。力Ｆ１  ２００１による影響を受ける状態から力の影響を受けない状態への変化は、非常に速く、実際には音速で起こる。その後、ピストン２００４が右のフォース・バリア２００５と接触するとき、Ｆ２  ２００６が非常に素早く実際には音速に近い速度でピストン２００４に加わる。
【０１３１】
図２０ｄは、シリンダの比較的幅狭部２００３がピストンの比較的幅広部２００４よりも短い場合を示す。静止位置又はスイッチングポイントにおいて、左のフォース・バリア２００２及び右のフォース・バリア２００５はピストンの比較的幅広部２００４に寄りかかり、シリンダの比較的幅狭部２００３とは接触しない。Ｆ１  ２００１は、左のフォース・バリア２００２にかかる右向きの力である。Ｆ２  ２００６は右のフォース・バリア２００５にかかる左向きの力である。ピストン２００４が左から右に動いて静止位置又はスイッチングポイントを横切るとき、ピストン２００４にかかる力のパターンは図２０ｇに示されるとおりである。力Ｆ１  ２００１による影響を受ける状態から、力Ｆ１  ２００１及び力Ｆ２  ２００６の両方による影響を受ける状態への変化は、非常に速く、実際には音速で起こる。その後、左のフォース・バリア２００２がシリンダの比較的幅狭部２００３と接触するとき、ピストン２００３は力Ｆ２  ２００６のみによって影響を受ける。力Ｆ１  ２００１及び力Ｆ２  ２００６の両方による影響を受ける状態から力Ｆ２  ２００６のみによって影響を受ける状態への変化は、非常に素早く、実際には音速に近い速度で起こる。
【０１３２】
高速でピストンに力を加えること又はピストンから力を取り除くことは、衝撃に似た力の変化を生じさせる。この衝撃は、ハンマーを打つことと同じように高速で生じ、これにより、リバウンド・エフェクターが、駆動ハンマー、破壊ハンマー、圧縮ハンマー、振動ハンマー、粉砕ハンマー及び解体ハンマーとして機能することを可能にする。
【０１３３】
まとめると、全体的に、本発明は、荷重もしくは複数の荷重を往復運動体にかける又は往復運動体から取り除くよう構成されたフォース・バリア機構に関する。フォース・バリア機構は、少なくとも三つの部分、即ちフォース・バリア体、往復運動体及び静止体を含む。往復運動体は、フォース・バリア機構の動作中、静止体の所定の経路に沿って往復運動するよう構成され、少なくとも一つの段部を有する。フォース・バリア体は、往復運動体が往復運動するときに同じ経路又は経路の一部に沿って往復運動するように構成され、往復運動体の少なくとも一つの段部に寄りかかるよう構成された少なくとも一つの段部を有する。静止体は、往復運動体のための及び／又はフォース・バリア体のための経路を有するとともに、フォース・バリア体が寄りかかる少なくとも一つの段部を有する。さらに、往復運動体、静止体及びフォース・バリア体に設けられた段部のうちの少なくとも一つの段部によって、フォース・バリア体が、往復運動体のみに、静止体のみに又は往復運動体と静止体の両方に同時に寄りかかることができる。
【０１３４】
フォース・バリア体が往復運動体と静止体の両方に寄りかかるポイントから一方向に往復運動体が動く場合、フォース・バリア体は静止体に寄りかかったままの状態を維持し、往復運動体は単独で動く。フォース・バリア体が往復運動体と静止体の両方に寄りかかるポイントから反対方向に往復運動体が動く場合、フォース・バリア体は往復運動体に寄りかかり往復運動体と共に動く。
【０１３５】
往復運動体及び静止体は、少なくとも一つのフォース・バリア体を支持する少なくとも一組の段部を有してもよい。各フォース・バリア体は、フォース・バリア体、往復運動体及び静止体に設けられた関連のある少なくとも一つの段部とともに、上記した通りに機能する。
【０１３６】
本発明を適用する方法は、通常以下のとおりである。フォース・バリア体に力が加えられる。フォース・バリア体が往復運動体に寄りかかると、往復運動体に力が伝わる。フォース・バリア体が静止体に寄りかかると、静止体に力が伝わる。フォース・バリアが往復運動体と静止体の両方に寄りかかる場合、力は部分的に往復運動体に寄りかかるとともに部分的に静止体に寄りかかる。二以上のフォース・バリア体がある場合、各フォース・バリアに力が加えられ、上記したように、各フォース・バリアが往復運動体及び／又は静止体に力を伝える。
【０１３７】
フォース・バリアは、非常に高速に力を往復運動体へ加える及び往復運動体から取り除くものである。フォース・バリアは完全に受動性の装置である。フォース・バリアは制御を必要とせず、そして、向き、力の種類、力の大きさ及び重力に関係なく常に同じ位置で力を切替える。往復運動体が加圧液体及び／又は圧縮ガスによって駆動される場合、フォース・バリアは方向弁又はオン・オフ弁の代用品であるが、より高速で、エネルギー消費が少なく、制御を必要としない。フォース・バリアは、一以上のバネ及び／又は一以上の電子モータをリバウンド・エフェクター、リニアモータ及び他の往復運動装置に使用することを可能にする。
【０１３８】
フォース・バリアは、シリンダとピストンの間に配置された円板として実施されてもよい。シリンダは二つの内径を有し、ピストンは二つの外径を有する。ピストンの二つの直径の間及びシリンダの二つの直径の間には段部が設けられている。フォース・バリアは、シリンダの大きな直径とピストンの小さな直径の間に位置する。フォース・バリアは、シリンダに、その二つの直径間の段部に寄りかかってもよく、又はピストンに、その二つの直径間の段部に寄りかかってもよい。フォース・バリアに加わる力は、ピストン及び／又はシリンダに伝えられてもよい。シリンダからピストンへ又はその逆の力の印加の変化は、毎回、ピストンの段部の線がシリンダの段部の線を超えるときに起こる。ピストンからの力の除去又はピストンへの力の追加は、結果として得られるピストンへの力を変え、したがってピストンの動態を変える。
【図１ａ】
0005904599.tif 000002
【図１ｂ】
0005904599.tif 000003
【図１ｃ】
0005904599.tif 000004
【図２ａ】
0005904599.tif 000005
【図２ｂ】
0005904599.tif 000006
【図２ｃ】
0005904599.tif 000007
【図３ａ】
0005904599.tif 000008
【図３ｂ】
0005904599.tif 000009
【図３ｃ】
0005904599.tif 000010
【図４ａ】
0005904599.tif 000011
【図４ｂ】
0005904599.tif 000012
【図４ｃ】
0005904599.tif 000013
【図５ａ】
0005904599.tif 000014
【図５ｂ】
0005904599.tif 000015
【図５ｃ】
0005904599.tif 000016
【図６ａ】
0005904599.tif 000017
【図６ｂ】
0005904599.tif 000018
【図６ｃ】
0005904599.tif 000019
【図７ａ】
0005904599.tif 000020
【図７ｂ】
0005904599.tif 000021
【図８ａ】
0005904599.tif 000022
【図８ｂ】
0005904599.tif 000023
【図８ｃ】
0005904599.tif 000024
【図８ｄ】
0005904599.tif 000025
【図９ａ】
0005904599.tif 000026
【図９ｂ】
0005904599.tif 000027
【図１０ａ】
0005904599.tif 000028
【図１０ｂ】
0005904599.tif 000029
【図１１】
0005904599.tif 000030
【図１２ａ】
0005904599.tif 000031
【図１２ｂ】
0005904599.tif 000032
【図１２ｃ】
0005904599.tif 000033
【図１３ａ】
0005904599.tif 000034
【図１３ｂ】
0005904599.tif 000035
【図１３ｃ】
0005904599.tif 000036
【図１４ａ】
0005904599.tif 000037
【図１４ｂ】
0005904599.tif 000038
【図１４ｃ】
0005904599.tif 000039
【図１５ａ】
0005904599.tif 000040
【図１５ｂ】
0005904599.tif 000041
【図１５ｃ】
0005904599.tif 000042
【図１６ａ】
0005904599.tif 000043
【図１６ｂ】
0005904599.tif 000044
【図１６ｃ】
0005904599.tif 000045
【図１７】
0005904599.tif 000046
【図１８】
0005904599.tif 000047
【図１９ａ】
0005904599.tif 000048
【図１９ｂ】
0005904599.tif 000049
【図１９ｃ】
0005904599.tif 000050
【図２０ａ】
0005904599.tif 000051
【図２０ｂ】
0005904599.tif 000052
【図２０ｃ】
0005904599.tif 000053
【図２０ｄ】
0005904599.tif 000054
【図２０ｅ】
0005904599.tif 000055
【図２０ｆ】
0005904599.tif 000056
【図２０ｇ】
0005904599.tif 000057