(57)【要約】  高頻度でしかも大きなストローク力を有する往復動式流体エンジンを提供する。この往復動式流体エンジンは、たとえば羽ばたき飛行機玩具のような飛行機に動力を供給するのに使用されてもよい。往復動式流体エンジンは、全ストロークが駆動ストロークであるピストンを有する。この往復動式流体エンジンを搭載した羽ばたき飛行機は、各ピストンストロークが羽ばたき飛行機のウイングを上下いずれかに動かすピストンを有し、これがウイングをばたつかせる。
2005514559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁と共に第１の開口および第２の開口を有する第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバーからの流体を受けるための第２のチャンバーと、
前記第１のチャンバーを前記第２のチャンバーに接続する第１の流路および第２の流路と、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の内部シールおよび第２の内部シールであって、流体が前記第１の流路および前記第２の流路の一方あるいは両方を通って前記第２のチャンバー内へと至るのを阻止するための前記第１の内部シールおよび第２の内部シールと、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の外部シールおよび第２の外部シールであって、流体が前記第１のチャンバーの前記第１の開口および前記第２の開口の一方あるいは両方を通過するのを阻止するための前記第１の外部シールおよび第２の外部シールと、
実質的に前記第１のチャンバー内に配置され、かつ前記第１の内部シールおよび前記第２の内部シールを貫通し、かつ前記第１の外部シールおよび前記第２の外部シールを貫通した状態で移動可能なバルブステムと、
実質的に前記第２のチャンバー内に配置され、前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーに流入する流体によって往復動作させられるピストンと、を具備してなることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記ピストンは、前記第１の流路を経て前記第２のチャンバー内に流入する流体によって第１の方向に動作させられ、かつ前記ピストンは、前記第２の流路を経て前記第２のチャンバー内に流入する流体によって第２の方向に動作させられることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第２のチャンバーは第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の流路は前記第１の端部の近傍に存在し、かつ前記第２の流路は前記第２の端部の近傍に存在することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記バルブステムは、前記第１の外部シール、前記第１の内部シール、前記第２の内部シール、および前記第２の外部シールをそれぞれ収容するための第１、第２、第３および第４のアンダーカットを有し、前記シールの一つが前記アンダーカットの一つの中に位置させられた際に流体の通過を可能とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記流体が高圧ガスであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記流体が高圧空気であることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがＯ-リングであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがカップシール(cup seal)であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記第１のチャンバーへ流体を供給するための容器が前記第１のチャンバーに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記容器は前記第１のチャンバーに対して取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記容器を流体で満たすためのポンプが前記容器に対して取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記バルブステムを前記ピストンと共に動かすため、前記バルブステムは前記ピストンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１３】
流体を蓄えるための容器と、
前記容器からの流体を受けるための前記容器に接続された第１のチャンバーであって、内壁と共に第１の開口および第２の開口を有する前記第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバーからの流体を受けるための第２のチャンバーであって、第１の流路および第２の流路によって前記第１のチャンバーに接続された前記第２のチャンバーと、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の内部シールおよび第２の内部シールであって、流体が前記第１の流路および前記第２の流路の一方あるいは両方を通って前記第２のチャンバー内へと至るのを阻止するための前記第１の内部シールおよび第２の内部シールと、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の外部シールおよび第２の外部シールであって、流体が前記第１のチャンバーの前記第１の開口および前記第２の開口の一方あるいは両方を通過するのを阻止するための前記第１の外部シールおよび第２の外部シールと、
実質的に前記第１のチャンバー内に配置され、かつ前記第１の内部シールおよび前記第２の内部シールを貫通すると共に前記第１の外部シールおよび前記第２の外部シールを貫通した状態で移動可能なバルブステムと、
実質的に前記第２のチャンバー内に配置され、前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーに流入する流体によって往復動作させられるピストンと、
前記ピストンの往復運動に応えて作動する、前記ピストンに取り付けられた第１のウイングおよび第２のウイングと、を具備してなることを特徴とする羽ばたき飛行機玩具。
【請求項１４】
前記流体が高圧ガスであることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記流体が高圧空気であることを特徴とする請求項１４に記載のエンジン。
【請求項１６】
前記容器は前記第１のチャンバーに対して取り外し可能に連結されていることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１７】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがＯ-リングであることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１８】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがカップシールであることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１９】
前記バルブステムは、前記ピストンによって第１のポジションと第２のポジションとの間で移動可能であることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項２０】
前記第１のバルブステムポジションでは、
流体が前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１の内部シールは前記バルブステムの第２のアンダーカットに収容され、
流体が前記第１の開口を経て前記第１のチャンバー内に流れることを阻止するよう、前記第１の外部シールは前記バルブステムの第１のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを阻止するよう、前記第２の内部シールは前記バルブステムの第３のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第２のチャンバーから前記第２の流路を経て前記第１のチャンバー内へと流入し、かつ前記第２の開口から流出することを可能とするよう、前記第２の外部シールは前記バルブステムの第４のアンダーカットに収容されることを特徴とする請求項１９に記載のエンジン。
【請求項２１】
前記第２のバルブステムポジションでは、
流体が前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第２の内部シールは前記バルブステムの前記第３のアンダーカットに収容され、
流体が前記第２の開口を経て前記第１のチャンバー内に流れることを阻止するよう、前記第２の外部シールは前記バルブステムの前記第４のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを阻止するよう、前記第１の内部シールは前記バルブステムの前記第２のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第２のチャンバーから前記第１の流路を経て前記第１のチャンバー内へと流入し、かつ前記第１の開口から流出することを可能とするよう、前記第１の外部シールは前記バルブステムの前記第１のアンダーカットに収容されることを特徴とする請求項２０に記載のエンジン。
【請求項２２】
第１のチャンバーに流体を供給する（ａ）ステップと、
流体が第１の流路を経て前記第１のチャンバーから第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１のチャンバー内のバルブステムを用いて前記第１のチャンバー内の流体に対して前記第１の流路を開放し、かつ第２の流路を閉鎖する（ｂ）ステップと、
前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーに流入する流体を用いて、ピストンを前記第２のチャンバー内で第１の方向に動作させる（ｃ）ステップと、
流体が前記第２の流路を経て前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１のチャンバー内の流体に対して前記第２の流路を開放し、かつ前記第１の流路を閉鎖するため前記ピストンを用いて前記第１の方向に前記バルブステムを動作させる（ｄ）ステップと、
前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーに流入する流体を用いて前記ピストンを第２の方向に動作させる（ｅ）ステップと、
流体が前記第１の流路を経て前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１のチャンバー内の流体に対して前記第１の流路を開放し、かつ前記第２の流路を閉鎖するため前記ピストンを用いて前記第２の方向に前記バルブステムを動作させる（ｆ）ステップと、
流体の供給が途絶えるまでステップ（ａ）ないしステップ（ｆ）を繰り返すステップ（ｇ）と、を具備することを特徴とするエンジン作動方法。
【請求項２３】
前記第１の方向への前記ピストンの運動は前記ピストンに接続されたウイングを第３の方向に動作させ、前記第２の方向への前記ピストンの運動は前記ウイングを第４の方向に動作させ、これによって前記第３および第４の方向への前記ウイングの動作が、前記ピストンの各運動と共にパワーストロークを提供することを特徴とする請求項２２に記載のエンジン作動方法。
【請求項２４】
前記バルブステムの前記第１の方向への運動は、前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーから流体を排出するために、前記第２のチャンバー内の流体に対して前記第１の流路を開放することを特徴とする請求項２２に記載のエンジン作動方法。
【請求項２５】
前記バルブステムの前記第２の方向への運動は、前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーから流体を排出するために、前記第２のチャンバー内の流体に対して前記第２の流路を開放することを特徴とする請求項２２に記載のエンジン作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は往復動式流体エンジンに関する。さらに詳しくは、本発明は、ピストンの全ストロークが駆動ストロークである往復動式流体エンジンに関する。その上さらに詳しくは、本発明は、ピストンの全ストロークが駆動ストロークである往復動式流体エンジンを搭載した羽ばたき飛行機玩具に関する。
【背景技術】
【０００２】
現存する運行体玩具は、ピストンの一ストロークが駆動ストロークであり、かつ復帰ストロークはエンジンのパフォーマンスに何ら寄与しない空気圧エンジンを備える。そうしたエンジン動作は満足できるものではない。ピストンの全ストロークが駆動ストロークであるエンジンが求められている。
【０００３】
現存する羽ばたき飛行機は、動作するために過剰な数の部品を必要とするエンジンを搭載する。この多数の部品は、羽ばたき飛行機を作るために製造しなければならない部品数を増加させるのはもちろん羽ばたき飛行機の重量を増大させる。部品数が削減されたエンジンを搭載する羽ばたき飛行機が求められている。
【０００４】
ゆえに、ピストンの全ストロークが駆動ストロークである改良エンジンが引き続き求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の第１の目的は、ピストンの全ストロークが駆動ストロークであるエンジンを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、部品数が削減されたエンジンによって動かされる運行体玩具を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、ピストンが、ばたつくウイングを直接駆動し、これによって回転モーターからギア減速の必要性を排除した羽ばたき飛行機玩具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は基本的に、内壁と共に第１の開口および第２の開口を有する第１のチャンバーと、第１のチャンバーからの流体を受けるための第２のチャンバーと、第１のチャンバーを第２のチャンバーに接続する第１の流路および第２の流路と、第１のチャンバーの内壁に配設された第１の内部シールおよび第２の内部シールであって、流体が第１の流路および第２の流路の一方あるいは両方を通って第２のチャンバー内へと流入するのを阻止するための第１の内部シールおよび第２の内部シールと、第１のチャンバーの内壁に配設された第１の外部シールおよび第２の外部シールであって、流体が第１のチャンバーの第１の開口および第２の開口の一方あるいは両方を通過するのを阻止するための第１の外部シールおよび第２の外部シールと、実質的に第１のチャンバー内に配置され、かつ第１の内部シールおよび第２の内部シールを貫通すると共に第１の外部シールおよび第２の外部シールを貫通した状態で移動可能なバルブステムと、実質的に第２のチャンバー内に配置され、第１のチャンバーから第２のチャンバーに流入する流体によって往復動作させられるピストンと、を具備してなるエンジンを提供することによって達成される。
【０００９】
上記目的はまた、第１のチャンバーに流体を供給するステップと、流体が第１の流路を経て第１のチャンバーから第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、第１のチャンバー内のバルブステムを用いて第１のチャンバー内の流体に対して第１の流路を開放し、かつ第２の流路を閉鎖するステップと、第１の流路を経て第２のチャンバーに流入する流体を用いてピストンを第２のチャンバー内で第１の方向に動作させるステップと、流体が第２の流路を経て第１のチャンバーから第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、第１のチャンバー内の流体に対して第２の流路を開放し、かつ第１の流路を閉鎖するためピストンを用いて第１の方向にバルブステムを動作させるステップと、第２の流路を経て第２のチャンバーに流入する流体を用いてピストンを第２の方向に動作させるステップと、流体が第１の流路を経て第１のチャンバーから第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、第１のチャンバー内の流体に対して第１の流路を開放し、かつ第２の流路を閉鎖するためピストンを用いて第２の方向にバルブステムを動作させるステップと、流体の供給が途絶えるまで上記ステップを繰り返すステップと、を具備するエンジン作動方法を提供することによって達成される。
【００１０】
本発明の他の目的、利点および顕著な特徴は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。それは、添付図面と連係して、本発明の好ましい実施形態を開示するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１〜図６に、本発明による往復動式流体エンジン３１を示す。この往復動式流体エンジン３１は、高頻度でかつ大きなストローク力を生み出す。好ましくは、この頻度はおおよそ二十（２０）ヘルツである。往復動式流体エンジン３１は、たとえば、図６〜図１０に示す羽ばたき飛行機玩具５１のような運行体に動力を供給するのに用いられてもよい。往復動式流体エンジン３１は、ピストンアセンブリの全ストロークが駆動ストロークであるピストンアセンブリ５０を駆動し、ゆえにピストンアセンブリの個々のストロークが運行体に、ある方法で動力を供給する。羽ばたき飛行機玩具５１に動力を供給するのに使用された場合、ピストンアセンブリ５０の個々のストロークは、羽ばたき飛行機のウイング８１を上下に動作させ、そのためピストンアセンブリの全ストロークがウイングをばたつかせる。以下の説明は、羽ばたき飛行機玩具５１に動力を供給するのに使用される、本発明の往復動式流体エンジン３１に関するものである。だが、往復動式流体エンジンの用途は、羽ばたき飛行機玩具への動力供給に限定されるものではない。
【００１２】
流体は、高圧、軽量容器すなわち貯蔵槽１５内に、通常のピストン流体ポンプ６１を用いて、図１〜図６に示すように押し込まれる。好ましくは、流体は高圧空気である。高圧貯蔵槽１５は、吸気マニホールド１３を介して往復動式流体エンジン３１に機械的に取り付けられる。好ましくは、貯蔵槽１５は吸気マニホールド１３にネジ方式で(threadably)連結される。流体ポンプ６１はアダプター１４を介して吸気マニホールド１３につながる。吸気マニホールド１３は、一方向チェックバルブ１７およびスプリング１８を備えた流体注入受け口１９を有する。流体流入受け口１９は、チェックバルブ１７によってスプリング１８を強制的に圧縮させ、これによって流体がマニホールド１３内に流入することが可能となる。流体が受け口１９に流入していないとき、スプリング１８はチェックバルブをアダプター１４に載ったポジションにて保持する。これによって、流体が受け口およびアダプターを経てマニホールド１３から漏れ出すのが阻止される。流体はさらに、タイミングバルブステム１および第１および第２の内部シール２Ｂおよび２Ｃそれぞれによって、槽１５およびエンジン３１の第１のチャンバー１２内で保持される。
【００１３】
バルブステム１は実質的に第１のチャンバーすなわちバルブステムシリンダー１２内に配置されており、このバルブステムシリンダー１２は好ましくは円筒形である。第１のチャンバー１２は、その両端に、第１の開口６３および第２の開口６５を有する。バルブステム１は第１の端部６７および第２の端部６９を有する。バルブステム１の第１の端部６７は第１のチャンバー１２の第１の開口６３を貫いて延在している。バルブステム１の第２の端部６９は第１のチャンバー１２の第２の開口６５およびハウジングブラケット１６の第１の開口７２を貫いて延在している。バルブステムの第１の端部６７はステム止め具６８に連結されている。バルブステム１の第２の端部６９はバルブタイミング部材５５に収容されている。
【００１４】
バルブステム１は四つのアンダーカットすなわち溝４１，４２，４３および４４を有する。四つのシール２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄが、バルブステムシリンダー１２の内壁４０に配設されている。好ましくは、このシールはＯ-リングあるいはカップシールである。バルブステム１は、図１〜図３に示すように、バルブステムシリンダー１２内で、かつシール２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄそれぞれにおける開口を貫いて往復運動する。バルブステム１のアンダーカット４１，４２，４３および４４それぞれは、シール２Ａ，２Ｂ，２Ｃおよび２Ｄの一つを受けるよう構成されている。第１のアンダーカット４１は第１の外部シール２Ｄを受ける。第２のアンダーカット４２は第１の内部シール２Ｃを受ける。第３のアンダーカット４３は第２の内部シール２Ｂを受ける。第４のアンダーカット４４は第２の外部シール２Ａを受ける。シールがその対応するアンダーカットと整列したとき、流体はこのシールとバルブステムとの間を通過することが可能となる。シールがその対応するアンダーカットと整列していないとき、このシールと、内側のバルブステムシリンダー壁４０と、バルブステム１とによって、バルブステムシリンダー１２内には気密シールが形成され、これによって流体の通過が阻止される。このシールは、槽１５から第２のチャンバーすなわちピストンシリンダー１１へと、あるいはバルブステムシリンダー１２の第１および第２の開口６３および６５を経て大気開放された開口へと流体が流動するのを阻止する。
【００１５】
第２のチャンバーすなわちピストンシリンダー１１は、第１および第２の流路１１Ｂおよび１１Ａそれぞれによって第１のチャンバー（バルブステムシリンダー１２）に流体接続されている。ピストンアセンブリ５０は実質的に第２のチャンバー１１内に配置されている。ピストンアセンブリ５０は、コネクティングロッド６と、このコネクティングロッドの第１の端部２５に接続されたピストン７と、このピストンの上面および下面に取り付けられた上側および下側ピストンシール８Ａおよび８Ｂと、ロッドの第２の端部２６に接続されたブラケット５とを具備する。好ましくは、第２のチャンバー１１は図６に示すように開放端部７８を有する。第２のチャンバー１１の開放端部７８は、図１〜図３に示すように、ハウジングブラケット１６の第２のチャンバー部７７によって第２のチャンバーに固定されたコネクティングロッドシール１０を用いてシールされている。コネクティングロッドシール１０における開口２４およびハウジングブラケット１６における開口７３は、それを貫くコネクティングロッド６の往復運動を可能にする。
【００１６】
図４および図６に示すように、ハウジングブラケット１６は、槽１５、第１のチャンバー１２および第２のチャンバー１１を一つに固定する。ハウジングブラケット１６は、槽１５を収容するための円筒部７４を有する。ブラケットアーム７５はハウジングブラケット１６の円筒部７４から直立状態で延在している。ブラケットアーム７５は、第１のチャンバー１２の第２の開口６５を閉塞するための第１のチャンバー部７６を有する。ブラケットアーム７５の第１のチャンバー部７６における第１の開口７２は、バルブステム１の第２の端部６９を受ける。ブラケットアーム７５はコネクティングロッドシール１０を収容するための第２のチャンバー部７７を有し、これによって第２のチャンバー１１における開口７８がシールされる。ブラケットアーム７５の第２のチャンバー部７７は、コネクティングロッド６を受けるための第２の開口７３を有する。第１のチャンバー１２と第２のチャンバー１１との間に配置された、第２の流路１１Ａに隣接するシール９Ａは、チャンバー間の流体の漏れを防ぐ。第１のチャンバー１２と第２のチャンバー１１との間に配置された、第１の流路１１Ｂに隣接するシール９Ｂは、第１および第２のチャンバー間の流体の漏れを防ぐ。
【００１７】
ブラケット５はコネクティングロッド６の第２の端部２６に取り付けられている。水平ガイドロッド４の第１の端部２７はブラケット５に固定されている。水平ガイドロッド４の第２の端部２８は、ステムタイミング部材５５の開口３（ステムタイミングスロット）を貫通している。ステムタイミング部材５５は、バルブステム１の第２の端部６９に接続されている。
【００１８】
翼前縁(leading edge)アダプター２０が、図４〜図６および図９、図１０に示すように、ブラケット５の両端に接続されている。翼前縁アダプター２０は、中央部５３と、この中央部から延在するリンクアーム３２と、中央部から延在する外側ストラットレシーバー５４を有する。好ましくは、中央部５３は第１および第２の開口５６および５８を備えた実質的に円筒形のものである。第１の開口５６は、翼前縁アダプター２０をストラットサポート３３に対して回動可能に接続するためにピン２３を収容する。第２の開口５８は、後方に延在するストラット９１を収容する。翼前縁内側ストラット２１は、翼前縁アダプター２０の外側ストラットレシーバーそれぞれから外側に延在する。翼前縁アダプター２０はピン２３を中心として回動するが、このピン２３は上記アダプターをストラットコネクター３３に連結する。ストラットコネクター３３は、第１の端部において翼前縁アダプター２０にピン結合されており、しかもストラットコネクターの第２の端部はピストンシリンダー１１に取り付けられている。翼前縁アダプター２０のリンクアーム３２は、この翼前縁アダプターをブラケット５に接続する。好ましくは、翼前縁アダプター２０のスロット３４は、ブラケットに対して上記アダプターが移動できるようにするためブラケット５のピン３６を収容し、これによってウイング８１にはある程度のフレキシビリティーが付与される。
【００１９】
ウイング８１は複数のストラット部材によって支持される。好ましくは、外側ストラット２２は翼前縁内側ストラット２１から延在する。直列接続部材４６が内側および外側ストラット２１および２２を接続するために使用されている。内側および後方ストラット２１および９１それぞれに配置されたＹ字接続部材４７および４９は、クロスサポートストラット４８を接続するのに使用されている。ウイング８１は、適当な手法で、内側、外側、後方およびクロスサポートストラット２１，２２，９１および４８に取り付けられる。
【００２０】
エンジン３１は、図７および図８に示すように、実質的にエンジンハウジング８３内に配置されている。好ましくは、エンジンハウジング８３は、エンジン３１をエンジンハウジング８３内に実質的に封入するための第１および第２のエンジンハウジング部８４および８５を含む。ブラケットハウジング１６の円筒部７４は、ボディハウジング８７の先端８８に固定される。リアウイング７１はボディハウジング８７の後端８９に連結される。
【００２１】
[動作]
槽１５は最初、流体ポンプ６１をアダプター１４に接続し、そして所望のとおり槽にガスを圧入することで加圧される。ひとたび槽１５が加圧されると、羽ばたき飛行機５１は使用できる状態となる。羽ばたき飛行機玩具５１を飛び立たせた際、すなわち空中に投じた際、空気圧はウイング８１を上方に押しやる。これによって内側および外側ストラット２１および２２もまた上方に動かされる。なぜなら、それらはウイングに連結されているからである。内側および外側ストラット２１および２２の上方への動きによって、翼前縁アダプターの外側ストラットレシーバー５４には上方への動きが生じる。この外側ストラットレシーバーが上方に動く際、翼前縁アダプター２０はピン２３を中心として回動し、これによってリンクアーム３２が下方に動かされる。このリンクアーム３２の下方への動きは、ブラケット５および取り付けられた水平ガイドロッド４を強制的に下方に動かす。水平ガイドロッド４がステムタイミングスロット３の底部に到達するとき、ステムタイミング部材５５およびバルブタイミングステム１は下方に動かされ、この結果、シール２Ｃがアンダーカット４３と整列する。これによって流体は、シール２Ｃを通り抜け、第１の流路１１Ｂを経て、第１のチャンバー１１内へ流入することが可能となる。これが始動(firing)シーケンスの始まりとなる。
【００２２】
バルブステム１は、エンジンの通常のサイクル中、三つの基本ポジションを有する。すなわち、センターポジション、最下ポジション（図１および図２）、および最上ポジション（図３）である。中央ポジションは、流体が、槽１５内と、第１および第２の内部シール２Ｃおよび２Ｂ間の第１のチャンバー１２内とに蓄えられている、羽ばたき飛行機５１を飛び立たせる前のバルブステム１のポジションに対応する。図１に示すバルブステムの最下ポジションは、羽ばたき飛行機を飛び立たせた直後の、すなわちブラケット５およびバルブステム１がハウジングブラケット１６に近接したその最下ポジションにあるときの上記パラグラフにおいて説明したバルブステムのポジションに対応する。
【００２３】
バルブステム１の第１のポジションは、中央すなわち中間ポジションである。この中央ポジションにおいては、圧力槽内に保持された流体は、バルブステム１と第１および第２の内部シール２Ｃおよび２Ｄとの間で止められている。そのため、第１のチャンバーから第２のチャンバーへと流体が通過するのが阻止される。この状態ではエンジン３１を運転できない。
【００２４】
図１および図２に示すようにバルブステム１が最下ポジションにあるとき、流体はバルブステム１と第１の内部シール２Ｂとの間で止められる。流体は、第２の内部シールがアンダーカット４３内に位置しているので、バルブステム１と第１の内部シール２Ｃとを通過する。その後、流体は第１の流路すなわちオリフィス１１Ｂを通過し、そして第２のチャンバーすなわちピストンシリンダー１１内に流入する。流体は、シール２Ｄが対応するアンダーカット４４内に位置していないため、第１の外部シール２Ｄ、第１のチャンバーの内面４０およびバルブステム１の間に形成される気密シールによって、第１のチャンバー１２の第１の開口６３を経て大気中に漏れるのが阻止される。ゆえに、流体圧力は下側ピストンシール８Ａに加わり、ピストン７およびコネクティングロッド６、ブラケット５および水平ガイドロッド４を上方に強制的に動かす。ブラケット５が上方に動く際、リンクアーム３２が上方に回動し、これによって外側ストラットレシーバー５４が下方に回動する。この外側ストラットレシーバー５４の下方への動きは、内側および外側ストラット２１および２２を下方に動かす。内側および外側ストラット２１および２２に取り付けられたウイング８１は、このストラットの下方への動きによって下方に押しやられる。上側ピストンシール８Ｂ上で生じる増大した流体圧力は、第２の外部シール２Ａが対応するアンダーカット４１内に位置しているので、第２の流路すなわちオリフィス１１Ａを通り、続いてステムと第２の外部シール２Ａとの間を通り、そしてバルブステムシリンダー１２の第２の開口６５から大気中へと放出される。バルブステム１が、水平ガイドロッド４を取り囲むステムタイミング部材５５に取り付けられているので、上方に動くピストンアセンブリ５０は、図２および図３に示すように、バルブステムをその最上ポジションへと最後の瞬間に強制的に持ち上げる。こうして次のシーケンスが始まる。コネクティングロッド６およびブラケット５がその上方への運動の終点付近にあるとき、水平ガイドロッド４は、バルブタイミング部材５５におけるタイミングスロット３の上端に到達する。さらなる水平ガイドロッド４の上方への動きは、バルブタイミング部材５５を上方へ動かし、これによってバルブステム１が上方に動かされる。このバルブステム１の上方への動きは、バルブステム止め具６８が第１のチャンバー１２に当接したときに停止する。バルブステム１の上方への動きはまた、第１の内部シール２Ｃがもはやアンダーカット４３と整列していない状況を作り出す。これによって、流体が第１の流路１１Ｂを経て第２のチャンバー１２に流入するのが止められる。
【００２５】
図３に示すように、バルブステム１がその最上ポジションにあるとき、シール２Ｃは対応するアンダーカット４３内に位置していないので、バルブステム１と第１の内部シール２Ｃとの間で流体は止められる。流体は、シール２Ｂが対応するアンダーカット４２内に位置しているので、バルブステム１と第２の内部シール２Ｂとを通過する。流体はその後、第２のオリフィス１１Ａを経て、ピストンシリンダー１１内へと流入する。ゆえに、流体圧力が上側ピストンシール８Ｂに加えられ、これによってピストンおよびコネクティングロッド６、アダプター５および水平ガイドロッド４は強制的に下方に動かされる。これが、上述したように、ウイングを上方に押しやる。下側ピストンシール８Ａに生じる増大した空気圧力は、その後、第１のオリフィス１１Ｂを通り、続いてバルブステム１と第２の外部シール２Ｄとの間を通り、そしてバルブステムステムシリンダー１２の第１の開口６３から大気中へと放出される。バルブステム１は、水平ガイドロッド４を取り囲むバルブステムタイミングスロット部材５５に取り付けられているので、下方に動くピストンアセンブリ５０は、バルブステム１を最後の瞬間にその最下ポジションへと強制的に押し下げ、バルブステム１およびピストンアセンブリ５０は図１に示すポジションへと復帰し、そして前記シーケンスが始まる。ピストンアセンブリ５０およびバルブステム１の下方への動きは、ブラケット５が第２のチャンバー１１に、そしてタイミング部材５５が第１のチャンバー１１にそれぞれ当接したときに停止する。バルブステム１の下方への動きによって第２の内部シール２Ｂがもはやアンダーカット４２と整列していない状況が作り出され、これによって、流体が第２の流路１１Ａを経て、第２のチャンバー１２内に流入するのが止められる。
【００２６】
ゆえに、先のパラグラフで述べたように、ピストンアセンブリ５０の上下ストロークそれぞれは、ウイング８１の上方または下方いずれかへの動きを生じる。このため効率のよいパワフルなエンジンがもたらされる。このシーケンスは自動的に繰り返される。これがウイングを高頻度でストロークさせ、そして大パワーサイクルが、流体圧力が低下するまで機器を飛行させる。流体圧力が低下するとこのサイクルは停止する。
【００２７】
本発明を例証するため有利な実施形態を選択したが、当業者であれば、添付した請求項に規定される本発明の範囲から乖離することなく、その中でさまざまな変更や修正をなしえることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】バルブステムおよびピストンが最下ポジションにある状態での、本発明によるエンジンの断面図である。
【図２】バルブステムは最下ポジションにあり、かつピストンは上方に移動している状態での、本発明によるエンジンの断面図である。
【図３】バルブステムおよびピストンが最上ポジションにある状態での、本発明によるエンジンの断面図である。
【図４】図１のエンジンの斜視図である。
【図５】図４のエンジンの平面図である。
【図６】図１のエンジンを搭載する羽ばたき飛行機の分解斜視図である。
【図７】完全に組み立てられたエンジンを示す、図６の羽ばたき飛行機の分解斜視図である。
【図８】完全に組み立てられた図７の羽ばたき飛行機の立面図である。
【図９】メインウイングおよびリアウイングを備えた図８の羽ばたき飛行機の平面図である。
【図１０】図９の羽ばたき飛行機の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  タイミングバルブステム
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ  シール
３  ステムタイミングスロット
５  ブラケット
６  コネクティングロッド
７  ピストン
８Ａ  上側ピストンシール
８Ｂ  下側ピストンシール
９Ａ，９Ｂ  シール
１１  第２のチャンバー
１１Ａ  第１の流路
１１Ｂ  第２の流路
１２  第１のチャンバー
１３  吸気マニホールド
１４  アダプター
１５  貯蔵槽
１６  ハウジングブラケット
１７  一方向チェックバルブ
１８  スプリング
１９  流体注入受け口
２０  翼前縁アダプター
２１  翼前縁内側ストラット
２４  開口
３１  往復動式流体エンジン
３２  リンクアーム
３３  ストラットサポート
４０  内壁
４１，４２，４３，４４  アンダーカット
４８  クロスサポートストラット
５０  ピストンアセンブリ
５１  羽ばたき飛行機玩具
５３  中央部
５４  外側ストラットレシーバー
５５  ステムタイミング部材
６１  流体ポンプ
６３  第１の開口
６５  第２の開口
６８  ステム止め具
７２  第１の開口
７３  第２の開口
７４  円筒部
７５  ブラケットアーム
７６  第１のチャンバー部
７７  第２のチャンバー部
７８  開放端部
８１  ウイング
８３  エンジンハウジング
８４  第１のエンジンハウジング部
８５  第２のエンジンハウジング部
９１  ストラット
【図１】
2005514559.tif 000003
【図２】
2005514559.tif 000004
【図３】
2005514559.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005514559.tif 000007
【図６】
2005514559.tif 000008
【図７】
2005514559.tif 000009
【図８】
2005514559.tif 000010
【図９】
2005514559.tif 000011
【図１０】
2005514559.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月11日(2004.2.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内壁と共に第１の開口および第２の開口を有する第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバーからの流体を受けるための第２のチャンバーと、
前記第１のチャンバーを前記第２のチャンバーに接続する第１の流路および第２の流路と、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の内部シールおよび第２の内部シールであって、流体が前記第１の流路および前記第２の流路の一方あるいは両方を通って前記第２のチャンバー内へと至るのを阻止するための前記第１の内部シールおよび第２の内部シールと、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の外部シールおよび第２の外部シールであって、流体が前記第１のチャンバーの前記第１の開口および前記第２の開口の一方あるいは両方を通過するのを阻止するための前記第１の外部シールおよび第２の外部シールと、
実質的に前記第１のチャンバー内に配置され、かつ前記第１の内部シールおよび前記第２の内部シールを貫通し、かつ前記第１の外部シールおよび前記第２の外部シールを貫通した状態で移動可能なバルブステムと、
実質的に前記第２のチャンバー内に配置され、前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーに流入する流体によって往復動作させられるピストンと、を具備してなることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記ピストンは、前記第１の流路を経て前記第２のチャンバー内に流入する流体によって第１の方向に動作させられ、かつ前記ピストンは、前記第２の流路を経て前記第２のチャンバー内に流入する流体によって第２の方向に動作させられることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記第２のチャンバーは第１の端部および第２の端部を有し、前記第１の流路は前記第１の端部の近傍に存在し、かつ前記第２の流路は前記第２の端部の近傍に存在することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項４】
前記バルブステムは、前記第１の外部シール、前記第１の内部シール、前記第２の内部シール、および前記第２の外部シールをそれぞれ収容するための第１、第２、第３および第４のアンダーカットを有し、前記シールの一つが前記アンダーカットの一つの中に位置させられた際に流体の通過を可能とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項５】
前記流体が高圧ガスであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項６】
前記流体が高圧空気であることを特徴とする請求項５に記載のエンジン。
【請求項７】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがＯ-リングであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項８】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがカップシール(cup seal)であることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項９】
前記第１のチャンバーへ流体を供給するための容器が前記第１のチャンバーに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１０】
前記容器は前記第１のチャンバーに対して取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記容器を流体で満たすためのポンプが前記容器に対して取り外し可能に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記バルブステムを前記ピストンと共に動かすため、前記バルブステムは前記ピストンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項１３】
流体を蓄えるための容器と、
前記容器からの流体を受けるための前記容器に接続された第１のチャンバーであって、内壁と共に第１の開口および第２の開口を有する前記第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバーからの流体を受けるための第２のチャンバーであって、第１の流路および第２の流路によって前記第１のチャンバーに接続された前記第２のチャンバーと、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の内部シールおよび第２の内部シールであって、流体が前記第１の流路および前記第２の流路の一方あるいは両方を通って前記第２のチャンバー内へと至るのを阻止するための前記第１の内部シールおよび第２の内部シールと、
前記第１のチャンバーの前記内壁に配設された第１の外部シールおよび第２の外部シールであって、流体が前記第１のチャンバーの前記第１の開口および前記第２の開口の一方あるいは両方を通過するのを阻止するための前記第１の外部シールおよび第２の外部シールと、
実質的に前記第１のチャンバー内に配置され、かつ前記第１の内部シールおよび前記第２の内部シールを貫通すると共に前記第１の外部シールおよび前記第２の外部シールを貫通した状態で移動可能なバルブステムと、
実質的に前記第２のチャンバー内に配置され、前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーに流入する流体によって往復動作させられるピストンと、
前記ピストンの往復運動に応えて作動する、前記ピストンに取り付けられた第１のウイングおよび第２のウイングと、を具備してなることを特徴とする。
【請求項１４】
前記流体が高圧ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項１５】
前記流体が高圧空気であることを特徴とする請求項１４に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項１６】
前記容器は前記第１のチャンバーに対して取り外し可能に連結されていることを特徴とする請求項１３に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項１７】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがＯ-リングであることを特徴とする請求項１３に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項１８】
前記第１および第２の内部シールならびに前記第１および第２の外部シールがカップシールであることを特徴とする請求項１３に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項１９】
前記バルブステムは、前記ピストンによって第１のポジションと第２のポジションとの間で移動可能であることを特徴とする請求項１３に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項２０】
前記第１のバルブステムポジションでは、
流体が前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１の内部シールは前記バルブステムの第２のアンダーカットに収容され、
流体が前記第１の開口を経て前記第１のチャンバー内に流れることを阻止するよう、前記第１の外部シールは前記バルブステムの第１のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを阻止するよう、前記第２の内部シールは前記バルブステムの第３のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第２のチャンバーから前記第２の流路を経て前記第１のチャンバー内へと流入し、かつ前記第２の開口から流出することを可能とするよう、前記第２の外部シールは前記バルブステムの第４のアンダーカットに収容されることを特徴とする請求項１９に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項２１】
前記第２のバルブステムポジションでは、
流体が前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第２の内部シールは前記バルブステムの前記第３のアンダーカットに収容され、
流体が前記第２の開口を経て前記第１のチャンバー内に流れることを阻止するよう、前記第２の外部シールは前記バルブステムの前記第４のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーへと流れることを阻止するよう、前記第１の内部シールは前記バルブステムの前記第２のアンダーカットに収容されず、
流体が前記第２のチャンバーから前記第１の流路を経て前記第１のチャンバー内へと流入し、かつ前記第１の開口から流出することを可能とするよう、前記第１の外部シールは前記バルブステムの前記第１のアンダーカットに収容されることを特徴とする請求項２０に記載の羽ばたき飛行機玩具。
【請求項２２】
第１のチャンバーに流体を供給する（ａ）ステップと、
流体が第１の流路を経て前記第１のチャンバーから第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１のチャンバー内のバルブステムを用いて前記第１のチャンバー内の流体に対して前記第１の流路を開放し、かつ第２の流路を閉鎖する（ｂ）ステップと、
前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーに流入する流体を用いて、ピストンを前記第２のチャンバー内で第１の方向に動作させる（ｃ）ステップと、
流体が前記第２の流路を経て前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１のチャンバー内の流体に対して前記第２の流路を開放し、かつ前記第１の流路を閉鎖するため前記ピストンを用いて前記第１の方向に前記バルブステムを動作させる（ｄ）ステップと、
前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーに流入する流体を用いて前記ピストンを第２の方向に動作させる（ｅ）ステップと、
流体が前記第１の流路を経て前記第１のチャンバーから前記第２のチャンバーへと流れることを可能とするよう、前記第１のチャンバー内の流体に対して前記第１の流路を開放し、かつ前記第２の流路を閉鎖するため前記ピストンを用いて前記第２の方向に前記バルブステムを動作させる（ｆ）ステップと、
流体の供給が途絶えるまでステップ（ａ）ないしステップ（ｆ）を繰り返すステップ（ｇ）と、を具備することを特徴とするエンジン作動方法。
【請求項２３】
前記第１の方向への前記ピストンの運動は前記ピストンに接続されたウイングを第３の方向に動作させ、前記第２の方向への前記ピストンの運動は前記ウイングを第４の方向に動作させ、これによって前記第３および第４の方向への前記ウイングの動作が、前記ピストンの各運動と共にパワーストロークを提供することを特徴とする請求項２２に記載のエンジン作動方法。
【請求項２４】
前記バルブステムの前記第１の方向への運動は、前記第１の流路を経て前記第２のチャンバーから流体を排出するために、前記第２のチャンバー内の流体に対して前記第１の流路を開放することを特徴とする請求項２２に記載のエンジン作動方法。
【請求項２５】
前記バルブステムの前記第２の方向への運動は、前記第２の流路を経て前記第２のチャンバーから流体を排出するために、前記第２のチャンバー内の流体に対して前記第２の流路を開放することを特徴とする請求項２２に記載のエンジン作動方法。
【国際調査報告】
2005514559.tif 000013