(57)【要約】【課題】  ピストンの側方向分力による出力の損失を軽減し、燃料の爆裂行程が頻繁で、エンジンの回転速度が低い、震動も小さく、動作が安定で、寿命の長い、高出力を有する運動エネルギー発生装置を提供する。【解決手段】  本発明は、1つのケースと、ケースの内縁部に取り付けられた固定ギヤと、固定ギヤと噛合した可動ギヤと、ケース内に回転可能に取り付けられた伝動子と、伝動子の軸心に軸設した回転伝動軸と、可動ギヤと相対して取り付けられ、回転伝動軸と噛合した軸心ギヤと、軸心ギヤに外側から取り付けられ、1端を施力軸に連結したフライホイルと、各々その1端を施力軸と連結し、他端を気筒のピストンと連結した数本の連杆を含み、気筒の数は3、或いは6の倍数で設けられ、気筒は3個1組とした、運動エネルギー発生装置である。【選択図】  図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギヤ装置を利用したエネルギー発生装置において、
1つのケースと、前記ケースの内縁部に取り付けられた固定ギヤと、前記固定ギヤと噛合した可動ギヤと、前記ケース内に回転可能に取り付けられた伝動子と、前記伝動子の軸心に取り付けられた回転伝動軸と、前記可動ギヤと相対して取り付けられ、前記回転伝動軸と噛合した軸心ギヤと、前記軸心ギヤに外側から取り付けられ、1端を施力軸に連結したフライホイルと、各々その1端を前記施力軸と連結し、他端を気筒のピストンと連結した数本の連杆とを含み、
前記固定ギヤと前記可動ギヤとのギヤ比は3：2、前記回転伝動軸と前記軸心ギヤとのギヤ比もまた、3：2であることを特徴とする、運動エネルギー発生装置。
【請求項２】
前記気筒数は3つの倍数で設けられ、3個1組の気筒は互いに120°の角度差で設置されていることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【請求項３】
前記気筒数は6の倍数で設けられ、3個1組の気筒は互いに120°の角度差で設置され、残りの2組は各々前記ケースの両端部に互いに180°回転し、相対して設置されていることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【請求項４】
前記伝動子と前記ケースとの接触面には、摩擦を緩和にするため、ボール・ベヤリングが設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【請求項５】
前記施力軸の高さはエンジン、或いは空気圧縮器に使用するか、使用目的により調整可能であることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【請求項６】
前記ピストンが始動の起点において、前記軸心ギヤに予め、1つの偏角を与えることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【請求項７】
前記回転伝動軸と前記固定ギヤとの間のダミー区域(dummy area)には、従動ギヤが配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【請求項８】
前記回転伝動軸を別な原動機で駆動回転し、前記軸心ギヤ、前記可動ギヤ、前記フライホイル、前記施力軸及び前記連杆を経由して、前記ピストンに動力を伝達し、前記気筒を圧縮し、空気圧縮機として蓄能することも可能であることを特徴とする、請求項1に記載の運動エネルギー発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は運動エネルギー発生装置に関するもので、特に装置の側方向分力を抑制し、低い回転速度で高い回転トルクと動力を発生でき、震動の小さい、運動エネルギー発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図18に従来のエンジンの運転様式を示す。燃料が気筒内で点火すればその爆発力で、ピストンX1はクランクX2を押し進め、回転伝動軸X3はクランクX2を駆動回転し、動力が発生する。クランクX2の進行方向に対する圧力の偏向角度はかなり大きく、従ってその産出する側方向の分力も大きくなり、全体として装置の出力の損失も大きい。従来のエンジンのピストンが死点に到達したとき、施力点X4における惰力と伝動軸X4の推進力は互いに打ち消し合い、出力を損失ばかりか、震動して装置の寿命に影響し、甚だしいときは装置が破損する。
【０００３】
一般にエンジンの運伝は吸入、圧縮、爆発、排気の4行程を順次遂行する。1サイクルに於いてクランクは出力軸をめぐって2回転する。即ち1回の燃焼行程のたびにエンジンは2回転しなければならなく、出力は低い。その補償のためには、エンジンの回転速度を上げるか、またはエンジンを大きくする必要に迫られるのである。
【０００４】
エンジン性能の向上には許多の工夫がなされている。その1つとしての米国特許4,044,629を図19に示す。この案においてクランク5は外ギヤ7に含まれた偏心輪8と結合している。外ギヤ7がその噛合した内ギヤ15と一緒に回転すれば、軸6の施力方向は偏心輪8に校正され、エンジンの効率は改善するのである。もう1つの例として米国特許4,073,196を図20に示す。この案ではクランク26はカンティレバー40aをへて外ギヤ43aに接続され、内ギヤ44をめぐって回転する。そして外ギヤ43aの軸37を利用して出力するのである。この構成で軸37の施力方向を調整すればエンジンの効率は向上するのである。
【０００５】
然し上記の2つの工夫に頼っただけでは、徹底的に従来のエンジンにおける、側圧や不安定な震動の問題を解決できない。1回の燃焼行程のたびにエンジンは2回転しなければならないので、エンジンの容量を小さくできなく、出力も必然的に大きくならない。
【０００６】
エンジンの外に空気圧縮機も運動エネルギー発生装置の1つである中国特許95101281.9による発明を図21に示す。このケースでのエンジンはピストンが上下1回転するたびに暫時運転が停止する。その運転の状況は図22に示す如きである。ケース・カーバ5の内縁に内ギヤ3が取り付けられ、外ギヤ7と噛合している。外ギヤ2は更に副曲軸1に接続され、その1端はピストンと連杆に接続されている。そして外ギヤ2は、下軸12を主曲軸4と連結して運動エネルギーを出力している。内ギヤ3と外ギヤ2の回転による相互補償作用で、ピストンと連杆が1巡動作するたびにエンジンは一旦休息し、燃料の吸入行程を待って蓄能するのである。そしてピストンと連杆6の動作は従来のクランクのように、決して側方向の分力を生ずることはない。
【０００７】
上記の構造を持つ空気圧縮機は、空気圧力を増加して蓄能するのである。空気圧縮機が2回回転するたびに蓄能するので、性能が悪く、効率も低いものである。
【特許文献１】米国特許4,044,629
【特許文献２】米国特許4,073,196
【特許文献３】中国特許95101281.9
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、燃料の爆裂行程が頻繁で、エンジンの回転速度の低い、高出力の運動エネルギー発生装置を提供する所にある。
【０００９】
本発明のもう1つ目的は、施力軸の慣性角度の変化が少なく、震動の小さい、高出力の運動エネルギー発生装置を提供する所にある。
【００１０】
本発明の更に1つの目的は、震動が小さく、動作が安定で寿命の長い、高出力の運動エネルギー発生装置を提供する所にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を運成せんがため、本発明では、ギヤ装置を利用したエネルギー発生装置に於いて、1つのケースと、ケースの内縁部に取り付けられた固定ギヤと、固定ギヤと噛合した可動ギヤと、ケース内に回転可能に取り付けられた伝動子と、伝動子の軸心に取り付けられた回転伝動軸と、可動ギヤと相対して取り付けられ、回転伝動軸と噛合した軸心ギヤと、軸心ギヤに外側から取り付けられ、1端を施力軸に連結したフライホイルと、各々その1端を施力軸と連結し、他端を気筒のピストンと連結した数本の連杆とを含み、固定ギヤと可動ギヤとのギヤ比は3：2、回転伝動軸と軸心ギヤとのギヤ比もまた3：2である運動エネルギー発生装置を提供した。
【発明の効果】
【００１２】
このような構成で、ピストンが連杆を経て施力軸を押圧すれば、フライホイルと可動ギヤは軸心ギヤをめぐって回り、回転伝動軸は軸心ギヤに駆動されて回転し出力する。本発明に係る装置は、頻繁な燃焼行程で、比較的に低い回転速度で、高出力できるものである。また施力軸の慣性角度の変化が少なく、回転速度が低いので震動が小さく、動作が安定して、機械寿命も長くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図1と図2を参照しよう。本発明に係る運動エネルギー発生装置には主にケース、固定ギヤ2、可動ギヤ3、伝動子4、フライホイル5と数本の連杆6からなっている。
【００１４】
固定ギヤ2はケース1の内縁部に取り付けられ、可動ギヤ3と噛合していて、後者は前者の上を回転する。固定ギヤ2と可動ギヤ3とのギヤ比は3：2である。伝動子4はケース1の中に取り付けられ、運動エネルギーを伝達する。伝動子4とケース1との間の接触面にはボール・ベヤリング41が設けられていて両者間の回転摩擦を軽減するのである。伝動子4の軸心には回転伝動軸42が軸設されている。可動ギヤ3と相対して軸心ギヤ31が取り付けられ、回転伝動軸42と噛合している。回転伝動軸42と軸心ギヤ31とのギヤ比もまた、3：2である。フライホイル5は外側から軸心ギヤ31に取り付けられ、可動ギヤ3と同期回転をするのである。フライホイル5の1端は施力軸51に連結され、各連杆6の1端は施力軸51に連結され、他端は気筒（未図示）のピストン7に連結されているのである。このようにしてピストン7は気筒の壁上を往復摺動することができ、連杆6でフライホイル5と可動ギヤ3を一緒に駆動回転させて運動エネルギーを出力するのである。
【００１５】
このような構成で、気筒内での燃料の燃焼により発生したエネルギーはピストン7を駆動し、連杆6で施力軸51を押圧し、フライホイル5との可動ギヤ3は固定ギヤ2をめぐって回転し、軸心ギヤ31は回転伝動軸42を駆動回転させて、装置は出力するのである。回転伝動軸42の安定な運転を期するため、数個の従動ギヤ8を回転伝動42と、固定ギヤ2との間のダミー区域(dummy
area)に挿入して、プラネット・ギヤのように運行させてもよいのである。
【００１６】
本発明の特徴としては、軸心ギヤ31、施力軸51、及び固定ギヤ2と可動ギヤ3の噛合点9の3つの核心部品を有する所にある。気筒内の燃焼により発生した運動エネルギーが連杆6を経て施力軸51を押圧したとき、その惰力は施力軸51から軸心ギヤ31の方向（施力線01）に圧力が掛かり、その反作用力は噛合点9から軸心ギヤ31の方向９（施力線02に）向い、その結果、軸心ギヤ31から回転伝動軸42に向う力は遥かに従来の如何なる類似装置のそれよりも大きいものである。そればかりでなく、軸心ギヤ31と回転伝動軸42との直接の噛合により出力するので、力の損失が少なくなる。できるなら2本の施力線01と02との間に夾角が形成され、槓の原理で力が一層乗加され、力の相互抵消が起こらなければなおさら好適である。図2に示したように、ピストン7が行程の始点に位置したとき、軸心ギヤ31にある程度の偏移角を与えれば、連杆6が可動ギヤ3とフライホイル5に対する駆動は一段と容易になる。
【００１７】
本発明による連杆6は、その側方向圧力の角度の変化を小さく保持している故、惰力の大部分は、可動ギヤ3とフライホイル5とを駆動する力に利用でき、無効の側方向分力を減少できるのである。図2から図9までを参照しよう。可動ギヤ3が固定ギヤ2をめぐって回転するとき、可動ギヤ3とフライホイル5は互いに反対の方向に回転し、図10に示したような、施力軸51の軌跡（a）を形成するのである。
【００１８】
上記の軌跡（a）を形成する、本発明に係る3つの気筒を1組とした構成において、3本の回転伝動軸42は互いに径方向に120°離れて配置され、それぞれの気筒に使用される。即ち、1つの気筒は1/3の全出力を供給するのである。第1の気筒が燃焼行程に入れば、上下一行程においてピストン7が描く運動の軌跡は図2から図4の軌跡（a）で示される。この加圧過程において、圧力増加による軌跡区域sが形成される（図10参照）。この区域sはほぼリニアで、連杆6からの力の大部分は、可動ギヤ3の駆動に使用され、側方向分力による損失は小さいのである。ピストン7がその行程の終点近くに到達し速度が遅くなったとき、その軌跡（a）は図5と図6に示したようになる。その後連杆6は、第2気筒の圧縮に移り、その燃焼行程の状態は図7から図9に示す如くである。その後は第3気筒の圧縮に移るのである。このとき第1気筒では排気行程が始まる。このようにピストン7が最大惰力を産出したとき、その大部分は可動ギヤ3の駆動に使用され、本装置の運動エネルギーの出力は顕著なものがある。
【００１９】
さて、周知の通りエンジンは、完全な1サイクル内に吸入、圧縮、燃焼（爆裂）、排気の4行程を含んでいる。即ちエンジンが1回転するたびに1/2の爆発力しか利用できないのである。充分なトルク出力を得るためには、エンジンの回転速度を上げる必要がある。それに反し本発明に係る、3個のエンジンを1組にした構成では、3個の気筒が順次に爆発による出力を司どるので、1回の爆裂ごとに各エンジンは、120°だけ回転する。故に本発明の装置は、強いトルクの高出力ができ、動力の損失は少ない。
【００２０】
上記の施力軸51の高さは実際の需要に応じて調整することができる。もし主にエンジンとして使用するならば、施力軸51は噛合点9の付近に設けて、図10に示すような軌跡（a）を描くのである。故に増圧の軌跡区域sが長く、偏移軌跡区域tが狭くなり、側方向分力による損失が小さくなる。図11に示すように、施力軸51を下げれば、その軌跡（b）は図12のようになり、圧縮行程の軌跡区域sは短くなる。この場合直線の推進力は弱くなり、偏移軌跡区域tは広くなる。その結果連杆6のピストン7に与える動力の一部分は、側方向分力の損失となり、このような不適当の構造では、エンジンの効率は低下するのである。
【００２１】
さて、エンジンとして応用する外、本発明に係る、運動エネルギー発生装置は、図13に示すような空気圧縮機としても利用できるものである。この場合、回転伝動軸42は、別な原動機により駆動回転する。動力は軸心ギヤ31、可動ギヤ3、フライホイル5、施力軸51、連杆6を経由して、ピストン7に伝達され、気筒を圧縮して蓄能をするのである。図14に示すように、施力軸51を高くすることで軌跡（c）を形成し、運動エネルギーをピストン7にフィードバックして圧縮し、出力するのである。本発明においては、気筒の数は3の倍数に設計されている。もし気筒の数を減少すれば震動を起こし、装置は安定性を失う。本発明のこの構成はマッサージ椅子にも利用できるものである。
【００２２】
図15と図16を参照しよう。気筒、ピストン7と連杆6の数は3、または6の倍数で設置されている。6の倍数の場合、その中の2組はケースの両端に互いに180°回転し、向きあって設置される（図16参照）。このような構成で、2つの相対した気筒で同時に同じ行程を進行し、運転の平衡状態を保ち、出力を2倍にして可動ギヤ3を駆動する。図17に示すように9個の気筒の構成において3個1組の気筒は互いに平行して、同一方向に1列に配置され、組と組との間は120°の角度差を保って順次に動作し、全体として従来品の3倍のトルクを出力するのである。
【００２３】
以上詳細な説明は、本発明の実行可能な実施例に付いての具体的説明である。但し、これらの実施例は本発明の特許請求範囲を制限するものではなく、凡そ本発明の技術精神を逸脱せずになされた同等効果の実施または変更は全て本発明の特許請求範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る装置の側面図である。
【図２】本発明に係る装置の正面図である。
【図３】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図４】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図５】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図６】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図７】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図８】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図９】本発明に係る装置の動作状態(1)〜(T)をそれぞれ説明する図である。
【図１０】本発明に係る装置の動作軌跡図である。
【図１１】本発明に係る装置のもう1つの実施例における正面図である。
【図１２】図11に示した本発明に係る装置のもう1つの実施例における動作軌跡図である。
【図１３】本発明に係る装置の更に1つの実施例における正面図である。
【図１４】図13に示した本発明に係る装置の更に1つの実施例における動作軌跡図である。
【図１５】本発明に係る6気筒を含んだ装置の側面図である。
【図１６】本発明に係る6気筒を含んだ装置の正面図である。
【図１７】本発明に係る9気筒を含んだ装置の側面図である。
【図１８】従来の気筒のクランクの動作を示す概略図である。
【図１９】それぞれ、米国特許4,044,629号と4,073,196号に開示されたエンジンの概略図である。
【図２０】それぞれ、米国特許4,044,629号と4,073,196号に開示されたエンジンの概略図である。
【図２１】それぞれ、中国特許95101281.9又は台湾特許62305号に開示されたエンジンの構造と動作の説明図である。
【図２２】それぞれ、中国特許95101281.9又は台湾特許62305号に開示されたエンジンの構造と動作の説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
01,02：施力線
1：ケース
2：固定ギヤ
3：可動ギヤ
31：軸心ギヤ       
4：伝動子
41：ボール・ベヤリング
42：回転伝動軸
5：フライホイル
51：施力軸
6：連杆
7：ピストン
8：従動ギヤ
9：噛合点
a、b、c:動作軌跡
s、t:軌跡区域
X1:ピストン
X2:クランク
X3:伝動軸
X4: 施力点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008545079.tif 000015
【図１４】
2008545079.tif 000016
【図１５】
2008545079.tif 000017
【図１６】
2008545079.tif 000018
【図１７】
2008545079.tif 000019
【図１８】
2008545079.tif 000020
【図１９】
2008545079.tif 000021
【図２０】
2008545079.tif 000022
【図２１】
2008545079.tif 000023
【図２２】
2008545079.tif 000024
【国際調査報告】
2008545079.tif 000025
2008545079.tif 000026
2008545079.tif 000027
2008545079.tif 000028
2008545079.tif 000029
2008545079.tif 000030