(57)【要約】      （修正有）【課題】弁を使わずに２個の気密室を持ち、なおかつ排気ガスの環境負荷を上げず、かつ製作コストが安価な気密構造ギヤーボックス状装置を提供する。【解決手段】  ２つの噛み合った歯車様形状部品の一部を切り出し、これを元の歯車様形状部品の切り出し部収納部に入れた形状とする。切り出し部を持つ歯車様形状部品を回転させる時に切り出し部を概略円形のハウジング内部に摺動するような出入動作を規定する為の機構を持つ。これにより概略円形のハウジング内部はスライド切り出し部と２つの歯車様形状部品の噛み合い部により２つの密閉空間が構成され、歯車様形状部品は滑らかに回転する。このような装置のハウジングに貫通孔、弁、レギュレータ、点火装置等を取付け、ポンプ、コンプレッサー、モータ、内燃機関等の目的を実現するギヤーボックス状装置。【選択図】図１
2008298062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの噛み合った歯車様形状部品からその一部を切り出し、これを元の歯車様形状部品の切り出し部収納部に入れた形状とし、切り出し部が内側から円周方向に気密を保ちながら自由にスライドし、出入りできるようにする。歯車様形状部品の先端及び谷底形状は噛み合わせた時に隙間の無い形状とする。切り出し部を持つ歯車様形状部品を回転させる時に切り出し部を概略円形のハウジング内部に気密を保ちながら摺動するよう出し、スライド切り出し部が２つの歯車様形状部品の噛み合い部を通過する場合は歯車様形状部品の切り出し部収納部に収納する。スライド切り出し部のこのような出入動作を規定する為の機構を持つ。切り出し部を持たない歯車様形状部品は上記概略円形の空間を気密に保つようにハウジングに入れる。このように概略円形のハウジング内部はスライド切り出し部と２つの歯車様形状部品の噛み合い部により２つの密閉空間を構成し、２つの歯車様形状部品は滑らかに回転する。スライド切り出し部を滑らかにスライドさせるための機構あるいは形状を持つ。このような特徴を持つ装置のハウジングに貫通孔、弁、レギュレータ、点火装置等を取付け、ポンプ、コンプレッサー、モータ、内燃機関等の目的を実現することを特徴としたギヤーボックス状装置。
組み合わせる歯車様形状部品の個数、大きさ及び切り出し部の個数は任意である。
切り出し面に大きな力がかかる場合、歯車様形状部品の変形を防止する機構を設置する。潤滑材等を使わない使用目的によっては、歯の先端及び谷底形状は噛み合わせた時に隙間ができる形状でも良い。
上記ギヤーボックス状装置の変形として、歯の大きさを無限に小さくして円筒としてもよく、切り出し部を持たない歯車様形状部品の直径を無限に小さくして概略円形のハウジング内部に接する切り出し部を持つ歯車様形状部品又は円筒の形状としても良い。
切り出し部形状はスライドするストロークを稼ぐ為に多段伸長型としても良い。
【請求項２】
請求項１のギヤーボックス状装置の回転を別の円板又は歯車に伝達し、この円板又は歯車の一部には貫通孔あるいは切り欠きを設け、この円板又は歯車が回転することによりハウジング側板上の概略円形のハウジング内空間に通じる貫通孔を開閉することを特徴とするシャッター機構。
特に回転数を１／２にし、ギヤーボックス状装置の第一回転では開とし、第二回転では閉とするよう円板外周上に貫通孔あるいは切り欠きを設けた上記シャッター機構は２サイクルエンジンの吸排気弁および圧縮ガス出口弁となり、円板外周上の一ヶ所に貫通孔あるいは切り欠き設け短時間で貫通孔を開閉する機構は圧縮ガス入口弁となる。
【請求項３】
請求項１の使用目的の内、気密性・水密性を必要としない場合として、請求項１の概略円形ハウジング及び切り出し部を持つ歯車様形状部品及び切り出し部を持たない歯車様形状部品を省略し、回転軸に取り付けた少なくとも２個のフランジにそれぞれ切り出し部収納部を設置し、この収納部の中に多段伸長型切り出し部を設置し、２個の多段伸長型切り出し部間に折畳み式フラップを設置し、この切り出し部の出入動作を規定し、折畳み式フラップを開閉する為の機構を設置することにより出入動作を増倍機構により多段伸長型切り出し部に伝える機構を持つ水車あるいは風車型装置。
上記多段伸長型切り出し部の回転軸に対し１８０°回転した位置に設置する切り出し部収納部の多段伸長型切り出し部の先端同士をリンクしても良い。
本装置は、風向き調整垂直尾翼もしくは、風向計からのデータによる電気的制御機構により姿勢制御を行う。強風対策として折畳み式フラップをワイヤー等で畳む機構を有し機器を破損から守る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、動力装置、気体圧縮装置、ポンプ、モータ等に用いる要素部品及びその利用方法であり、動力を発生させる、あるいは気体、液体を圧縮、移動させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１にあるような従来の装置では、ピストンが円運動（回転）するシリンダーを実現する為にピストンが通過する際に素早く上下することにより気密構造を実現する弁が必要であった。また、爆発シリンダーとは別に圧縮シリンダーが必要であった。
さらに、特許文献２のように歯車形状がインボリュート型の場合、噛み合う歯先と歯底は必ず空間があく為、原動機として使用する場合は、潤滑材が燃焼室に入り爆発の際に燃えてしまうことを防止する必要があった。
さらに特許文献３にあるような歯車に切り欠き及び突起を設置する場合で、動力装置として使用する場合は混合圧縮ガスを燃焼室に入れた後の爆発タイミングは少なくとも切り欠き部がハウジングに隠れるまで待たなければならなかった。
最後に、特許文献４にあるような形状は製作コストが大きくなる欠点があった。
【特許文献１】特願平１０−２６２２３７
【特許文献２】特表平９−５０１２１６
【特許文献３】特願２００６−２５１６７５
【特許文献４】特開２００４−２７０４４９
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  しかしながら、特許文献１にあるような高速回転するエンジンにおいてそれを上回る高速で弁を上下させる信頼性のある製品を実現することは困難である。そこで、本発明は弁を使わずに２個の気密室を持ち、なおかつ潤滑材が燃焼室に移行することにより排気ガスの環境負荷を上げず、かつ製作コストが安価な気密構造ギヤーボックス状装置を実現する事を第１の課題とする。
【０００４】  この気密構造ギヤーボックス状装置を用いて動力装置として利用する場合に、歯車の一方に切り欠きを設置する場合のような爆発タイミングでの燃焼室内圧の低下を防止することを第２の課題とする。
【０００５】  さらに、高速回転しながら第一回転目で「圧縮気体の供給直後の爆発」と圧縮を同時に行い、第二回転目で吸気と排気を同時に実現できるようにすることを第３の課題とする。
【０００６】  さらに、弁構造の信頼性・耐久性の向上を実現することを第４の課題とする
【０００７】  また、気密構造ギヤーボックス状装置を用いてコンプレッサーを実現する事を第５の課題とする。
【０００８】  最後に気密構造ギヤーボックス状装置を用いてポンプ及びモータを実現する事を第６の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上記第１及び第２の課題を解決するために、２つの噛み合った歯車様形状部品の一部を切り出し、これを元の歯車様形状部品の切り出し部収納部に入れた形状とし、切り出し部が内側から円周方向に自由にスライドし、出入りできるようにし、一方の歯車様形状部品は歯先円と同程度の径のハウジングに入れ、もう一方の切り出し部を持つ歯車様形状部品はこの歯車様形状部品より大きい概略円形のハウジングに入れる。切り出し部を持つ歯車様形状部品を回転させる時に切り出し部を概略円形のハウジング内部に摺動するよう出し、切り出し部が２つの歯車様形状部品の噛み合い部を通過する場合は歯車様形状部品の切り出し部収納部に収納する。スライド切り出し部の出入動作を規定する為の機構を持つ。これにより概略円形のハウジング内部は切り出し部と２つの歯車様形状部品の噛み合い部により２つの密閉空間が構成され、なおかつ歯車様形状部品は滑らかに回転することを第１の手段とする。歯車様形状部品の先端及び谷底形状を円とすることにより「噛み合い後の気密空間」である爆発室に潤滑材の移行が著しく減少させる。
組み合わせる歯車様形状部品の個数、大きさ及び切り出し部の個数は任意である。
切り出し面に大きな力がかかる場合、歯車様形状部品の変形を防止する機構を設置しても良い。
上記ギヤーボックス状装置の変形として、歯の形状を無限に小さくして円筒／ロータとしてもよく、また、切り出し部を持たないほうの歯車様形状部品の直径を無限に小さくして概略円形のハウジングに内接する切り出し部を持つ歯車様形状部品又は円筒の形状としても良い。
【００１０】  上記第３の課題を解決するための手段を以下に記す。
歯車様形状部品の回転の際の「噛み合い後の気密空間」部のハウジング側板に吸気孔、圧縮混合気入口孔を配し、「噛み合い前の気密空間」部のハウジング側板に排気孔、圧縮気体出口孔を配し、噛み合い部のハウジング側板には潤滑油出口孔を配し、吸気孔には吸気弁を接続し、圧縮気体入口孔には圧縮気体入口弁を接続し、排気孔には排気弁を接続し、圧縮気体出口孔には逆止機構付き圧縮気体出口弁を接続してあること及びこれらを制御する為の次の第３の手段に述べるシャッター機構を用い、歯車様形状部品に比し、回転数を１／２にした円板外周上に貫通孔あるいは切り欠きを設け約１８０°に亘り円板上のシャッターが開となることにより２サイクルエンジンの吸排気弁および圧縮ガス出口弁とし、円板外周上の一ヶ所に貫通孔あるいは切り欠き設け短時間で開閉するようにしたものを圧縮ガス入口弁としたシャッター機構を設置することを第２の手段とする。
【００１１】  上記第４の課題を解決するための手段は、
ギヤーボックス状装置の歯車様形状部品１，２のいづれかの軸に取付けた歯車の回転を一部に貫通孔あるいは切り欠きを設けた円板又は歯車に伝達し、この円板又は歯車を回転することによりハウジング側板上の貫通孔を開閉し、貫通孔あるいは切り欠き位置を変えることにより動作タイミングを変更できることを特徴とするシャッター機構を設けることを第３の手段とする。
【００１２】  第５の課題を解決するために、コンプレッサーとして使用する場合は、噛み合い後の空間に吸気孔を、噛み合い前の気密空間に圧縮気体出口孔及び逆止機構付き圧力レギュレータを設置してあることを第４の手段とし、
【００１３】  第６の課題を解決するために、ポンプまたはモータとして使用する場合は、噛み合い後の空間に吸気孔を、噛み合い前の空間に排気孔を設置してあることを第５の手段とする。
気密性・水密性を必要としない場合は、回転軸に切り出し部収納部のみ設置し、この収納部の中に多段伸長型切り出し部を設置し、この切り出し部の出入動作を規定する為の機構を設置してある水車あるいは風車型装置を実現することを第６の手段とする。
【発明の効果】
【００１４】  本発明は次のような効果を奏する。
請求項１に記載されている発明は動力装置として利用する場合は、ピストンに相当する切り出し部が円運動を行う為、爆発エネルギーをクランク機構を用いずに直接回転エネルギーに変換できることから、従来のクランク機構を採用するエンジンに比較し最大２倍の回転エネルギーを出力することができる。また、素早く上下する弁を用いずに２個の気密室を実現する効果を有している為、一回転目では第一室で圧縮混合ガスの供給直後の爆発をしながら第二室で圧縮を行い、二回転目では第一室で吸気しながら第二室で排気を行うことを繰り返す事により動力装置を実現できる。さらに潤滑材が燃焼室である第一室に入る量が最小であることから２サイクルエンジンのように潤滑材が燃えた後の白煙発生は少ない。
また、切り出し部をスライドする機構としており、一方の歯車にスライド切り欠き部が存在しない為、圧縮混合ガスを爆発室に注入するタイミングを早くできる為、点火時のガス圧の低下を防止できる。同時にこの機構により、スライド切り欠き部を有しない方の歯車を小さくできる為、エンジン全体重量の大幅軽減化に寄与する。また、形状が簡単である為、製作コストが低くできる。
【００１５】  また、気体圧縮装置として利用する場合は吸気口からほぼ連続的に気体を取入れながら同時に圧縮する装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。
【００１６】  ポンプとして利用する場合は吸気口からほぼ連続的に気体を取入れながら同時に排気する装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。
気密性・水密性を必要とするモータとして利用する場合は吸気口から連続的に気体又は液体を注入し排気口から排出することにより動力を得る装置を、クランク機構を採用する場合と比較し最大２倍の効率で、実現できる。
気密性・水密性を必要としないモータとして利用する場合は、回転軸に切り出し部収納部のみ設置し、この収納部の中に多段伸長型切り出し部を設置し、この切り出し部の出入動作を規定する為の機構を設置することにより水車あるいは風車型装置を従来の水車あるいは風車の半分程度の大きさで実現できる。
このように従来の２倍の効率の装置を実現できることから、使用燃料、使用エネルギーと環境負荷を１／２にすることができる装置を安価に製造できる。
【発明を実施するための最良形態】
【００１７】  本発明に係る歯車様形状部品と雪達磨状断面空間を持つハウジングとの間の空間の気密を保ち２分割する気密構造ギヤーボックス状装置は、上記の効果を達成するために、次のように構成される。本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
以下は気密構造ギヤーボックス状装置を実施するための最良形態である。
【００１８】  図１（ａ）に示す噛み合いながら高速回転する１対の歯車の１つである歯車様形状部品２は歯車のイメージの部品とし、歯車様形状部品１は歯車の一部を切り出し、これを元の歯車の切り出し部収納部に入れた形状とし、切り出し部が内側から円周方向に自由にスライドできるようにしたスライド切り出し部３を配する。切り出し部の出入動作を規定する為に、図１（ｂ）に示す歯車を挟むハウジング側板内側にスライド切り出し部制御溝２６を堀り、切り出し部側面から出たピン２８をガイドし切り出し部を回転角度に応じて出入りさせる。
本気密構造ギヤーボックス状装置の実施形態は図２（ｃ）のように円筒型でも良い。また、又は（ｄ）のように歯車様形状部品２を省略してもよい。
【００１９】  歯の先端及び谷底形状は潤滑材をハウジング４の外に追い出し、噛合後空間１４に入れたくない場合は歯の断面は円の一部の形状とする。
【００２０】  図１（ａ）に示すようにこの２個の歯車様形状部品１，２を気密を保つようハウジング４に入れる。ハウジング４の中では歯の噛み合い部２９とスライド切り出し部３により封止された空間１４及び１５が存在し、気密を保つ構造となる。
【００２１】  本装置は歯車様形状部品２の軸に負荷をかけることにより歯と歯の密着性を上げ、気密を保ちながら作動する。また、歯車様形状部品とハウジングは全く同じ材料を使用することにより熱膨張により気密が破れることを防止する。
【００２２】  本装置は単体又は複数で使用する。複数使用の場合はスライド切り出し部を有する歯車様形状部品１の軸同士及び歯車様形状部品２の軸同士を接続させ、噛み合いタイミングをずらすことができる。
以下に気密構造ギヤーボックス状装置を用い動力装置を実施するための最良形態を請求項１の形状に基づいて示す。
【００２３】  図１に示すようにハウジング４の上の歯車様形状部品１，２が噛み合い部２９の前後の位置に吸気口５、圧縮混合気入口孔９、排気口６及び圧縮気体出口孔１１を配す。
【００２４】  ここでは給排気弁の開閉動作を図２を用いて説明する。
タイミング制御の方法はスライド切り出し部を有する歯車様形状部品１の軸に固定されたタイミング歯車１（１９）に噛み合い、回転数を半分にされたタイミング歯車２（２０）を幾つかの伝達歯車３０を介して取り付けられたシャッター歯車２４の軸にシャッター円盤２３を固定し、歯車様形状部品１が２回転する間にシャッター円盤２３が１回転するようにする。シャッター円盤２３には給排気スリット２５を約１８０°に亘り給排気孔がオープンとなるよう開けることにより歯車様形状部品１が２回転する内、１回転の間はシャッターが開放され給排気する構造となる。スリット位置を変えることにより動作タイミングを変更できる。
【００２５】  ここでは圧縮混合気出入口弁の開閉動作を図３を用いて説明する。
図３に示すのは圧縮混合気入口弁１０、圧縮気体出口弁１２及び圧縮気体タンク１７である。シャッター円盤２３に設置されたスリット１０及び１２により開閉する。シャッター円盤２３の動作は給排気弁の開閉動作同様タイミング歯車１（１９）に噛み合い回転数を半分にされたタイミング歯車２（２０）と同期して回転する。
【００２６】  図４に示すのはタイミング歯車１及びタイミング歯車２の設置方法である。図４（ａ）に示すのは給排気弁であり、図４（ｂ）に示すのは圧縮混合気出入弁である。
【００２７】  コンプレッサーとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置に噛み合い後の空間１５に吸気孔を、噛み合い前の気密空間１５に圧縮気体出口孔、圧力レギュレータを接続する。この際、弁制御部品は不要である。外部動力装置により歯車様形状部品１の軸を回転させる。出力圧力は圧力レギュレータにより制御する。高圧を出力したい場合は圧縮気体出口孔は噛み合い部に近い位置に配する。さらに高圧を出力したい場合は一段目の気密構造ギヤーボックス状装置で予圧しておく、二段目の気密構造ギヤーボックス状装置でさらに圧縮してもよい。
【００２８】  液体又は気体を吸入し、吐出するポンプとして実施するための最良形態を以下に示す。基本となる気密構造ギヤーボックス状装置の噛み合い後の空間１４に吸気孔を、噛み合い前の空間１５に排気孔を接続し、歯車様形状部品１の軸を外部動力装置により回転させる。この際、弁制御部品は不要である。ポンプ機構を用いた船舶用推進装置の応用例を図５に示す。伸長アームは１８０°位置のアームと嵌め合わされ、回転する中心軸の動きにより回転する。出入動作を規定する機構はこのポンプ端面に設置され、ガイドピンが制御溝を習う機構とする。中心軸ではなくガイドピンに動力を与えてもよい。
【００２９】  気密性を必要とするモータとして実施するための最良形態を以下に示す。
基本となる気密構造ギヤーボックス状装置の噛み合い後の空間１４に吸気孔を、噛み合い前の空間１５に排気孔を接続し、吸気孔より、液体、気体を流入させる。この際、弁制御部品は不要である。
気密性を必要としない場合の例として、図６に４枚羽風力発電装置の応用例を示す。
これは回転軸に設置したフランジに切り出し部収納部に相当する多段伸長アームを設置する。この多段伸長アームの出入動作を規定する為の機構として、てこ式マグニファイヤー及び上記回転軸とは偏心した外部フレームに固定された概円形形状をしたマグニファイヤーガイドを設置する。マグニファイヤーの最下点はは回転軸に設置したフランジに取り付け、マグニファイヤーの第一交点は上記マグニファイヤーガイドに引っ掛ける。多段伸長アームの出入り動作はこのマグニファイヤーガイド及びマグニファイヤーにより行われる。この多段伸長アームを少なくとも２個設置し、このアーム間で構成される面に折畳み式フラップを設置し、このフラップで風を受ける。風に逆行して戻ってくる時はフラップは折畳まれているので従来の風車式と比較し、風の抵抗は極めて少ない。また、本方式は風を垂直に受けることから、翼通過面積が同じ場合、プロペラ式風車と比較し数倍の出力が得られる。又、精密加工を必要とするプロペラを使用しないので安価である。風向き調整垂直尾翼を持つ。強風時には折畳み式フラップをワイヤー等で畳む機構を有し機器を破損から守る。マグニファイヤーガイドが円形の場合、マグニファイヤーの先端動曲線は円となるので、４枚の羽の先端同士をワイヤーで結ぶことにより強度を増す。てこ式マグニファイヤーの代わりに滑車を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】  本発明は動力発生装置、気体圧縮装置、ポンプ、モータ等に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車様形状部品がハウジングに収められた状態及びハウジングへの各種孔の取り付け位置を表す。
【図２】本発明の実施形態に係る給排気弁の構造を表す。
【図３】本発明の実施形態に係る圧縮混合気出入口弁
【図４】本発明の実施形態に係るタイミング歯車を表す。
【図５】本発明の実施形態に係る船舶用推進装置の応用例
【図６】本発明の実施形態に係る風力発電装置
【符号の説明】
【００３２】    １          スライド切り出し部を有する歯車様形状部品
２          スライド切り出し部を有しない歯車様形状部品
３          スライド切り出し部
４          ハウジング
５          吸気口
６          排気口
７          吸気弁
８          排気弁
９          圧縮混合気入口孔
１０          圧縮混合気入口弁
１１          圧縮気体出口孔
１２          圧縮気体出口弁
１３          点火プラグ
１４          噛合後空間
１５          噛合前空間
１６          ハウジング側板
１７          圧縮気体タンク
１８          気体燃料タンク
１９          タイミング歯車１
２０          タイミング歯車２
２１          スライド切り出し部収納部
２２          シャッターハウジング
２３          シャッター円盤
２４          シャッター歯車
２５          給排気スリット
２６          スライド切り出し部制御溝
２７          スイッチ
２８          ピン
２９          歯の噛み合い部
３０          伝達歯車
３１          回転軸
３２          マグニファイヤー
３３          マグニファイヤーガイド
３４          伸縮アーム
３５          折畳みフラップ
【図１】
2008298062.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008298062.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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