(57)【要約】　　　（修正有）【課題】空気圧モータを提供する。【解決手段】各ピストンは、ピストンの上向きのサイクル中、対応するシリンダに対してシールを作り出す直径を有するセクションを備える。上向きのサイクル中に対応するシリンダに入る圧縮流体は、ピストンを上向きに押圧することになる。各セクションは、ピストンの下向きのサイクル中、シールが破られ、シリンダ内の圧縮流体がピストンを迂回して各シリンダ上方の空気口を通って逃げるようにその上に画定された排気溝をさらに備える。このことによって、吸気チャネル内の圧縮流体は、部材を押圧してシリンダを再シールする。ピストンの上向きの運動は慣性力をさらに発生させ、慣性力がピストンを下向きに運動させてサイクルを継続させる。【選択図】　　　図２
2004028084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが対応するシリンダ内に受け入れられるようにサイズ決めされた少なくとも１つのピストンであって、各ピストンがさらに、ピストンの動力行程中、対応するシリンダに対して流体シールを作り出す直径を有するセクションを有することによって画定され、各セクションはピストンの排気行程中、流体シールを一時的に開放するように配置された排気孔をさらに備え、ピストンがさらに、セクションから遠ざかるように延びてクランク・シャフトを係合する連接棒を備える、ピストンと、セクションから遠ざかるように延び、シリンダ内に圧縮流体を入れるようにする手段を有するアクチュエータとを備える、空気圧モータ。
【請求項２】
セクション、連接棒およびアクチュエータによって画定されたピストンが、単一の剛性部片である、請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
各シリンダ内に圧縮流体を入れるようにする手段が、
各シリンダは対応する吸気チャネルと流体連絡しており、各吸気チャネルは、シリンダが吸気チャネル内の圧縮流体よりも小さい圧力を有するときシリンダと対応する吸気チャネルの間に流体シールを作り出すようにサイズ決めされた部材を有し、
各アクチュエータは、ピストンの動力行程の一部の間、部材を吸気チャネル内へ押し込んで、流体シールを破り、吸気チャネル内に含まれる圧縮空気が対応するシリンダ内に入ることを可能にするように画定された輪郭を有する
としてさらに定義される請求項１に記載のモータ。
【請求項４】
ピストンの排気行程中、ピストンとシリンダの間の流体シールが破られ、それによってシリンダ内の圧縮空気がピストンの排気行程中、排気することが許されるように排気孔が画定されている、請求項３に記載のモータ。
【請求項５】
各ピストンが、ピストンの動力行程中、クランク・シャフト内に慣性力を生成し、それによって、慣性力が各ピストンを、排気行程を通って動力行程の位置まで動かし続けて、各ピストン上のアクチュエータに、対応する部材を吸気チャネル内へ押し込ませて、圧縮流体がシリンダ内に戻ることを可能にする、請求項４に記載のモータ。
【請求項６】
圧縮流体が吸気チャネルに供給される限り、動力行程および排気行程を通じて各ピストンが運動し続ける、請求項５に記載のモータ。
【請求項７】
それぞれが、対応するシリンダ内で受け入れられるようにサイズ決めされた少なくとも１つのピストンであって、各ピストンは、ピストンが第１の方向に運動しているとき、対応するシリンダに対して流体シールを作り出し、維持する直径を有するセクションを有することによってさらに画定され、各セクションは、ピストンが第２の方向に運動しているとき、流体シールを一時的に開放するように配置された排気孔をさらに備え、各ピストンがさらに、セクションから遠ざかるように延びて、クランク・シャフトと係合する剛性の連接棒を備える、ピストンと、セクションから遠ざかるように延びている、所定量の時間シリンダ内に圧縮流体を入れるようにする手段を有するアクチュエータとを備える、空気圧モータ。
【請求項８】
ピストンの運動が、サイクル作動する動力および排気行程として定義され、また振動する揺動運動として定義されている、請求項７に記載の空気圧モータ。
【請求項９】
動力行程の一部分の間、流体シールが作り出され、維持される、請求項８に記載の空気圧モータ。
【請求項１０】
排気行程中、排気孔が一時的に流体シールを開放する、請求項７に記載の空気圧モータ。
【請求項１１】
入れるようにする手段が圧縮流体がシリンダ内に入るのを可能にするときより前の部分として定義された動力行程の一部分の間、排気孔が一時的に流体シールを開放する、請求項１０に記載の空気圧モータ。
【請求項１２】
圧縮流体を各シリンダ内へ入れるようにする手段が、前記所定量の時間の間、バルブと係合して一時的に開放するように画定された輪郭を有する各アクチュエータとしてさらに定義され、前記バルブが、圧縮流体がシリンダ内に入るのを防止する手段としてモータ内で定義されている、請求項７に記載のモータ。
【請求項１３】
ピストンの振動する揺動運動が、動力行程の一部分の間アクチュエータをバルブに係合させる、請求項１２に記載のモータ。
【請求項１４】
連接棒が、アクチュエータを揺動させてバルブと係合させるためにピストンが使用する慣性力の量の関数である長さを有し、それによって、連接棒の長さが増加したとき、アクチュエータを揺動させてバルブを係合させるために使用される慣性力の量が減少する、請求項１３に記載のモータ。
【請求項１５】
ピストンが第１の方向に運動しているとき、空気圧モータによって画定されたシリンダに対して流体シールを作り出す直径を有し、ピストンが第２の方向に運動しているとき、流体シールを一時的に開放するように配置された排気孔をさらに備えるセクションと、
セクションから遠ざかる第１の方向に延びて、空気圧モータによって画定されたクランク・シャフトと係合する剛性の連接棒と、
セクションから遠ざかる第２の方向に延びており、所定の時間の間バルブと係合して一時的に開放するための手段を有し、前記バルブは、空気圧モータによって圧縮流体がシリンダ内に入るのを防ぐための手段として定義されている、剛性のアクチュエータとを備える、
空気圧モータで使用するためのピストン。
【請求項１６】
モータが作動しているとき、ピストンがサイクル作動する動力行程および排気行程運動ならびに振動する揺動運動を示し、それによって、ピストンが、動力行程中第１の方向に揺動し、排気行程中第２の方向に揺動する、請求項１５に記載のピストン。
【請求項１７】
アクチュエータが、動力行程の所定の部分の間前記バルブと係合して一時的に開放するように画定された輪郭を備える、請求項１６に記載のピストン。
【請求項１８】
動力行程の一部の間、流体シールが作り出され、維持される、請求項１６に記載のピストン。
【請求項１９】
排気行程中、流体シールが一時的に開放される、請求項１６に記載のピストン。
【請求項２０】
振動する揺動運動が、アクチュエータをバルブと係合および脱係合し、セクションに流体シールを作り出させかつ開放させる、請求項１６に記載のピストン。
【請求項２１】
モータが、ピストンを受け入れるための少なくとも１つのシリンダと、クランク・シャフトと、シリンダ内に流体が入るのを防ぐためのバルブとを備え、ピストンが、
ピストンの動力行程の一部分の間、シリンダによって画定された内部壁面に対する流体シールを作り出し、維持する直径を有し、ピストンの排気行程の一部分および動力行程の一部分の間、流体シールを一時的に開放するように配置された排気孔をさらに備えるセクションと、
セクションから遠ざかる第１の方向に延びて、前記クランク・シャフトと係合する連接棒と、
セクションから遠ざかる第２の方向に延びており、流体シールが作り出され、維持されたときの動力行程の少なくとも前記部分を含む動力行程の一部分の間、前記バルブと係合して開放するための手段を有する、モータで使用するためのピストン。
【請求項２２】
ピストンが、均一な剛性の構造である、請求項２１に記載のピストン。
【請求項２３】
前記バルブと係合して開放する手段が、流体シールが生成および維持されるとき、少なくとも動力行程の前記部分を含む動力行程の前記部分の間前記バルブを係合して一時的に開放する輪郭を有するアクチュエータとして定義されている、請求項２１に記載のピストン。
【請求項２４】
アクチュエータが、バルブが開放される時間量の関数である所定の長さを有する、請求項２１に記載のピストン。
【請求項２５】
モータが作動しているとき、ピストンがサイクル作動する動力行程および排気行程運動ならびに振動する揺動運動を示すようにクランクに取り付けられた少なくとも１つのピストンを備え、前記ピストンが、動力行程の一部の間および第１の方向に揺動しているとき、対応するシリンダに対して流体シールを作り出して維持し、排気行程の間および第２の方向に揺動しているとき、前記流体シールを開放するセクションを備え、前記ピストンがさらに、動力行程の一部の間およびピストンが第１の方向に揺動しているとき、圧縮流体をシリンダ内へ入れるようにする手段を有する、セクションから遠ざかるように延びている剛性のアクチュエータを備える、モータ。
【請求項２６】
ピストンが、セクションから遠ざかるように延びてクランク・シャフトと係合する剛性の連接棒によってクランクに取り付けられている、請求項２５に記載のモータ。
【請求項２７】
連接棒が、アクチュエータを揺動させて圧縮流体をシリンダ内に入れるようにするためにピストンが使用する慣性力の量の関数である長さを有し、それによって、連接棒の長さが増加したとき、アクチュエータを揺動させて圧縮流体をシリンダ内に入れるようにするために使用される慣性力が減少する、請求項２６に記載のモータ。
【請求項２８】
圧縮流体をシリンダ内に入れるようにする手段が、流体シールが生成および維持されるとき、少なくとも動力行程の前記部分を含む動力行程の前記部分の間、バルブと係合して一時的に開放する、輪郭を有するアクチュエータとして定義されている、請求項２６に記載のモータ。
【請求項２９】
圧縮流体を受け取るための少なくとも１つの吸気チャンバと、吸気チャネルと流体連絡しているシリンダとを画定し、さらに、吸気チャネルに対して遠位にあり、圧縮流体がシリンダから出ることができるようにシリンダと流体連絡している排気口を画定しているハウジングと、
シリンダが、吸気チャネル内の圧縮流体よりも低い圧力を有するとき、吸気チャネルからシリンダをシールするように吸気チャネル内に配置された部材と、
車軸が回転しているときピストンが振動する動力行程および排気行程を示すようにシリンダ内で受け入れられるようにサイズ決めされた、車軸に取り付けられたピストンと、
動力行程の所定の部分の間、アクチュエータが、部材を吸気チャネル内に押し込むのに十分な力を部材に及ぼして、吸気チャネル内の圧縮流体がシリンダに入ることを可能にするように画定された輪郭を有する、ピストンから離れて所定の長さ延びているアクチュエータと、
動力行程の所定の部分の間シリンダに対して一時的なシールを作り出し、それによって吸気チャネルを介してシリンダに入る圧縮流体が、セクションに力を加えて、動力行程を通してシリンダを押圧するための直径を有し、排気行程の所定の部分の間前記一時的なシールが破られるようにその中に形成された排気溝をさらに備える、ピストンによって画定されたセクションとを備え、
シールが破られたとき、セクションの下のシリンダ内の圧縮流体が、セクションを通り、排気口を通って外へ排出されることができ、それによってシリンダ内の圧力が、吸気チャネル内の圧縮流体の圧力よりも低くなり、部材がシリンダを吸気チャネルから確実に再シールする、
車軸を回転させるための空気圧モータ。
【請求項３０】
各シリンダが対応するピストンを受け入れるようにサイズ決めされ、ハウジングによって画定された吸気チャネルと連絡しているハウジング内の対応する吸気チャネルと流体連絡している少なくとも２つのシリンダと、少なくとも１つの排気口とを画定しているハウジングと、
ピストンが運動するとき、車軸がそれとともに回転するように車軸およびピストンに取り付けられ、前記ピストンの運動が、振動する動力行程および排気行程としてさらに定義される、クランクと、
圧縮流体が最初に吸気チャネル内に入ったとき、対応するシリンダを吸気チャネルからシールする、各吸気チャネル内に配置された部材と、
アクチュエータが部材を吸気チャネル内に押し込むのに十分な力を部材に及ぼして、吸気チャネル内の圧縮流体が対応するシリンダに入ることを可能にするように画定された輪郭を有する、各セクションから遠ざかるように延びているアクチュエータと、
各ピストン上に画定され、アクチュエータよりも大きい直径を有し、対応するシリンダに対して流体シールを作り出し、それによって吸気チャネルを介して対応するシリンダに入る圧縮流体がセクションに対して力を働かせて、動力行程を通してシリンダを押圧し、さらに排気行程中前記流体シールが破られるように中に形成され配置された排気溝を備えるセクションとを備え、
流体シールが破られたとき、シリンダ内の圧縮流体が対応する排気口を通って逃げることができ、それによって吸気チャネル内の圧縮流体が部材に作用して、部材がシリンダを吸気チャネルから確実にシールする、車軸を回転させるための空気圧モータ。
【請求項３１】
少なくとも１つの吸気チャネルと流体連絡している吸気チャンバを備え、各吸気チャネルが対応するシリンダとさらに流体連絡し、各シリンダが、振動する動力行程および排気行程を通じてサイクル作動してモータ車軸を回転させるピストンを受け入れ、各吸気チャネル内のバルブ部材は、吸気チャネル内の圧縮流体が対応するシリンダ内の圧力よりも高い圧力を有するとき、対応するシリンダを各吸気チャネルからシールし、各ピストンはさらに、動力行程の一部の間アクチュエータに部材を各吸気チャネル内へ押し戻させて圧縮流体が対応するシリンダそれぞれに入ることを可能にする輪郭を有する、ピストンから下向きに延びているアクチュエータを備え、各ピストンはさらに、動力行程の一部の間対応するシリンダに対して流体シールを作り出し、それによって前記動力行程の一部の間対応するシリンダ内に入る圧縮流体が、動力行程を通してピストンを押圧する直径を有するセクションを備え、各セクションはさらに、その上に画定された少なくとも１つの排気口を備え、それによって排気行程中流体シールが破られて、シリンダ内の圧縮流体がピストンのセクションを迂回し、モータ内の排気口を通って逃げ、このことが吸気チャネル内の圧縮流体を部材に押圧してシリンダを吸気チャネルから再シールし、動力行程中のピストンの運動が慣性力をさらに発生させて、慣性力が各ピストンを排気行程を通って、各ピストン上のアクチュエータを対応する部材と接触させ、部材を吸気チャネル内に押し込んで完全サイクルを定義する、動力行程内のある位置まで動かし、前記完全サイクルが、圧縮流体が吸気チャネルに供給される限り継続する、空気圧モータ。
【請求項３２】
ピストンが、クランクを介して車軸に取り付けられ、クランク上に作用しているピストンの動力行程に起因する慣性力が、排気行程および動力行程の始めの部分を通って、アクチュエータを部材と係合させ、部材を吸気チャネル内に押し込んで圧縮流体をシリンダ内に入れるようにする位置までピストンを運動させる、請求項２９に記載のモータ。
【請求項３３】
アクチュエータが、ピストンから一体に形成された、請求項３２、請求項３１、請求項３０または請求項２９に記載のモータ。
【請求項３４】
吸気チャンバが、部材が吸気チャネル内に入るのを防止するための、吸気チャネルの前方に突起を備える、請求項３３、請求項３２、請求項３０または請求項２９に記載のモータ。
【請求項３５】
各アクチュエータの輪郭が、ピストンの運動、部材によって画定された輪郭、および十分な量の圧縮流体を各シリンダ内に入れるようにするのに必要な時間によって画定され、それによって、アクチュエータが、部材に十分な、かつ連続した量の圧力を加えて、部材を吸気チャネル内に押し込み、十分な量の圧縮空気をシリンダ内に入れるようにしてピストンを上向きに押圧する、請求項３４、請求項３３、請求項３２、請求項３１、請求項３０または請求項２９に記載のモータ。
【請求項３６】
吸気チャネルが、圧縮流体がその中に収容された外部タンクと流体連絡した外部ポートを備える、請求項３５、請求項３４、請求項３３、請求項３２、請求項３１、請求項３０または請求項２９に記載のモータ。
【請求項３７】
吸気チャンバが、圧縮流体を空気圧モータに供給する能力を有するポンプ・システムと流体連絡した外部ポートを備える、請求項３５、請求項３４、請求項３３、請求項３２、請求項３１、請求項３０または請求項２９に記載のモータ。
【請求項３８】
クランク上に作用するピストンの動力行程に起因する慣性力が、排気行程および再度の動力行程の少なくとも始めを通って、動力行程中アクチュエータを部材と接触させて、部材を吸気チャネル内に押し入れ、圧縮流体をシリンダ内に入れるようにする位置まで、ピストンを運動させる、請求項３０に記載のモータ。
【請求項３９】
ピストンが互いにオフセットしている、請求項３０に記載のモータ。
【請求項４０】
アクチュエータが、圧縮流体がシリンダ内に入ることが許される時間量の関数である所定の長さを有し、それによって、アクチュエータの所定の長さが増加したとき、シリンダに入る圧縮流体の量が増加することになる、請求項２９に記載のモータ。
【請求項４１】
ピストンが、前記セクションから遠ざかるように延びている連接棒によって車軸に取り付けられ、前記連接棒が、アクチュエータを振動させてバルブに係合させるためにピストンが使用する慣性力の量の関数である長さを有し、それによって、連接棒の長さが増加したとき、アクチュエータを振動させてバルブに係合させるためにピストンが使用する慣性力の量が減少する、請求項２９に記載のモータ。
【請求項４２】
クランクが、所定のオフセット長さだけ車軸からオフセットし、オフセット長さが、ピストンがシリンダ内で示す振動の量をさらに画定し、それによってオフセット長さが増加するとき振動の量が増加する、請求項２９に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧作動のモータ、特にモータに動力供給するために、圧縮された流体または空気を使用するモータに関する。空気圧モータは、車両からプロペラ作動の航空機およびヘリコプタならびに空気動力式ボートまで、多種多様な用途に使用することができる。また、空気動力式またはバッテリ動力式の製品など、その他の様々な使用分野での他の用途も、現在実現化されている。
【０００２】
【従来の技術】
本発明によって実現し、解決される、従来技術での１つの問題点は、簡素さである。複雑な吸気および排気ポート、ばね作動のピストン、バルブ・ロッド、ピストンコネクティングロッド、個別のシール、特別に設計されたシール・スカート、複雑な駆動軸マウントなどを必要とすることなく、効果的な空気圧モータを提供できることである。これらのことはすべて、空気圧モータの製造を複雑にし、個別の部品が破損してモータを作動不能にする可能性を増加させる。したがって、従来技術の空気圧モータを改善する必要性が存在する。このような改善は、複雑な機構、追加のロッド、シール、ばねなどの必要性を除去することによって製造を簡素化すべきであり、このような改善は、他の従来技術のモータよりも小型であり、軽量であり、高価でない空気圧モータをさらに提供するであろう。
【０００３】
たとえば、Ａｋｉｙａｍａの米国特許第４，３２９，８０６号は、空気圧作動の玩具で使用するための流体エンジンを開示している。第‘８０６号特許は、平行な駆動軸にも接続されたディスク要素に接続された吸気バルブ・ロッドを備える複雑な構造を使用している。駆動軸とバルブ・ロッドに垂直なピストンは、ピストンの上向きおよび下向きの運動によって回転するディスク要素と連絡している。ディスク要素はまた、バルブ・ロッドと接触している輪郭表面を備える。ディスク要素が回転するとき、輪郭表面は、ピストンが上向きに運動しているときはバルブ・ロッドを内側へ運動させ、ピストンが下向きに運動しているときはバルブ・ロッドを外側へ運動させる。また、バルブ・ロッドが内側へ運動するとき、流体または圧縮空気がチャンバに入る。空気は、ピストンを上向きに押圧し、最後に側部排気口から出て行く。ピストンの上向きの運動による駆動軸の慣性力は、ピストンを下向きに運動させ続け、それによって空気が尽きるまでプロセスが続くことになる。
【０００４】
Ｋｏｗａｎａｃｋｉに対する米国特許第６，００６，５１７号は、空気がシリンダまたはチャンバ内に入るところの吸気バルブを閉じるために圧縮ばねを使用している。バルブ部材が、圧縮ばねによって開口に上向きに押圧され、気密シールを作り出す。下向きに運動するピストンが、部材を吸気バルブを通って押し下げて、圧縮空気が、部材上を開口を通ってチャンバ内へ流れることを可能にする。空気は、ピストンを押し上げ、それに取り付けられた駆動軸を回転させる。いったんピストンが上向きに運動すると、圧縮ばねが部材を上に押し戻して、吸気バルブを閉じる。また、ピストンとともにチャンバに入る空気は、ピストンが最上位置に達したとき、（チャンバ内に切られた）側部排気ポートから逃げる。米国特許第６，０８５，６３１号は、空気がそれを押し上げたとき膨張する低／高圧力シールを導入していること以外は、第‘５１７号特許と同じ原理を使用している。
【０００５】
また、製造時、製品のサイズはすべての部品に依存することがよく知られている。空気圧モータが極めて小さい、すなわち長さ２．５２ｃｍ（１インチ）以下のサイズであることが望ましい場合、従来技術の空気圧モータを使用してすべての部品を十分小さく製造し、それをこのサイズに合うように組み立てることは、事実上および／または実質上不可能である。本発明の空気圧モータによって実現される利点は、本発明の簡素さによりサイズをきわめて小さくすることができることと判明している。
【０００６】
しかし、全く正反対に、簡素であることのため、空気圧モータをより大きく作製することも極めて簡単である。したがって、本発明は、米国特許第６，００６，５１９号に記載されたような、自動車を作動させるための圧縮流体動力式のエンジンに適用可能であることがわかる。第‘５１９号特許は、「ワンケル・タイプ・ロータリ・エンジン」を用いる、内燃機関で使用するように設計された圧縮空気動力式のエンジンを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明によって、空気圧モータが提供される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
空気圧モータは、少なくとも１つのピストンを備え、ピストンが上向きおよび下向きに運動するときクランク・シャフトに取り付けられた車軸がそれとともに回転するようピストンのそれぞれがクランク・シャフトに取り付けられている。空気圧モータは、各ピストン用のシリンダを有するハウジングを備える。各シリンダは、ハウジング内の対応する吸気チャネルと流体連絡しており、吸気チャネルもまた吸気チャンバと流体連絡している。各シリンダはさらに、ハウジングの最上部分を通るそれに対応する排気口を有する。各吸気チャネルは、圧縮流体が最初に吸気チャネルに入るとき、または吸気チャネル内の圧力がシリンダ内の圧力よりも大きいとき、吸気チャネルから対応するシリンダをシールする部材を収容している。
【０００９】
各ピストンは、好ましくは、上向きに延びてクランク・シャフトに付いた連接棒と、下向きに延びて部材と接触してそれを押圧するアクチュエータとを有する単一の剛性部片によって画定され、対応するシリンダ壁面との一時的なまたは人工的な流体シールを作り出すように画定された直径を有する断面を有する。上述のように、各ピストンから下向きに、部材を吸気チャネル内に押し込んで、吸気チャネル内の圧縮流体が対応するシリンダ内に入ることを可能にするのに十分な力を部材に及ぼすように画定された輪郭形状または反りを有するアクチュエータが延びている。
【００１０】
ピストンはまた、吸気チャネルを介して対応するシリンダに入る圧縮流体が最初に逃げることができないようにして、対応するシリンダ壁面に対する一時的なまたは人工的な流体シールを作り出すように画定された直径を有する断面を有する。したがって、圧縮流体は、セクションに力を及ぼして、シリンダを上向きに押す。セクションはさらに、ピストンの上向きの運動中にのみ流体シールが作り出され、ピストンの下向きの運動中は流体シールが破られるように配置された、その中に形成された排気溝を備える。これは、ピストンの上向きおよび下向きの運動中、連接棒が、回転するクランク・シャフトに接続されたピストンの剛性の延長部となり、それによってピストンもまたシリンダ内で枢動することに起因する。流体シールが一時的に破られると、セクションの下方のシリンダ内の圧縮流体は、セクションを通って上向きに排気口を通って外へ逃げる。このことによって、吸気チャネル内の圧縮流体が、部材をシリンダに押し戻し、部材がシリンダを吸気チャネルから再シールすることを確実にする。
【００１１】
ピストンの上向きの行程に起因するクランク・シャフトによる慣性力は、ピストンを、下向きの行程を通って上向きの行程に運動させ続け、アクチュエータを部材と接触させて、内側へ押圧し、圧縮流体がシリンダに再入することを可能にする。これによって、吸気チャネルへの圧縮流体の供給が維持される限り、継続するサイクルを作り出す。
【００１２】
本発明は、製造が許す限り小さく、ならびに望む限り大きく設計することができる。そのため、本発明は、車両、飛行機、ボート、ヘリコプタで使用することができるフル・スケールの空気圧縮エンジン、ならびに玩具を作動させるためのミニチュア・スケールのエンジンおよび／または他の消費用または産業用の空気動力式またはバッテリ動力式製品での適用が可能であることがわかる。
【００１３】
本発明の他の多くの利点および特徴が、本発明およびその実施形態の以下の詳細な説明から、特許請求の範囲から、および添付図面から容易に明らかになるであろう。
【００１４】
添付図面を参照することによって、前述事項のより完全な理解を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、多くの異なる形態での実施形態が可能であるが、本発明の好ましい実施形態が、本明細書で詳細に図示され、説明される。しかしながら、本開示は、本発明の原理を例示するものと考えるべきものであり、本発明および／または図示した実施形態の特許請求の範囲の精神または範囲を限定するものではないことを理解されたい。
【００１６】
ここで図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態による空気圧モータ１０は、クランク・シャフト１４に取り付けられたピストン１２を備える。クランク・シャフト１４は、回転するとき、主軸１６を駆動する（図５に示す）。その際、主軸１６は、当技術で知られている様々な手段によってモータから作動可能な、いかなる手段にも取り付けることができる。このようなモータ作動可能な手段は、車輪およびプロペラを備えてもよい。しかし、特定の発明は、このような一般に公知のモータ作動可能な手段に必ずしも限定されず、主軸１６の回転から電力を生成する可能性を有してもよい、またはいかなる圧縮流体または圧縮空気動力式の製品に取り付けられてもよい。
【００１７】
図１および図２を引き続き参照すると、モータ１０は、主ハウジング１８と、吸気ハウジング２６と、最上部モータ・ハウジング５０によって画定される。主ハウジング１８は、一体に成形された、またはそれを通って孔を開けられたシリンダ２０を備える。空気圧モータ１０は、外部ライン２４から吸気チャンバ２２内に入る圧縮流体、好ましくは空気によって動力供給される。吸気チャンバ２２は、吸気ハウジング２６の内側に形成され、吸気ハウジング２６は主ハウジング１８に固定されている。
【００１８】
圧縮流体は、吸気チャンバ２２から、主ハウジング１８内に溝付けされた吸気チャネル２８内に入る。吸気チャネル２８の直径よりも小さい直径を有する部材３０が、その中に収容される。吸気チャネル２８はまた、シリンダ２０内に至り、吸気チャネル２８がシリンダ２０と流体連絡するのを可能にする吸気開口３２を備える。部材３０を吸気チャネル２８内に保持するために、吸気チャンバ２２の入り口部分は、吸気ハウジング２６の外側に形成された突起２７によって覆われている。吸気開口３２の直径もまた部材３０の直径よりも小さく、それによって、部材３０はシリンダ２０内に部分的に延びることができるが、シリンダ２０内に完全には入らない。
【００１９】
シリンダ２０が空であるとき、または吸気チャネル２８内の圧縮流体の圧力よりも小さい圧力を有する流体を含むとき、圧縮流体は、部材３０に作用して、それを吸気開口３２に押圧し、流体密封シールを作り出す。したがって、圧縮流体がシリンダ２０内に入ることが妨げられる。以下でより詳細に述べるように、圧縮流体がシリンダ２０内に入ることを可能にするために、部材３０は、ピストン１２の下側部分内に一体に形成されたアクチュエータ３４によって突起２７に向かって吸気チャネル２８内に押しやられる、または押し戻される。いったん部材３０が吸気チャネル２８に押し入れられたあと、圧縮流体が部材３０の周囲を流れ、吸気開口３２を通ってシリンダ２０に入ることになる。
【００２０】
図２を引き続き参照して、ピストン１２およびピストンの運動がここで詳細に説明される。他の従来技術の空気圧モータとは反対に、本発明は好ましくは、連接棒１３と、セクション３６と、アクチュエータ３４（すなわち圧縮流体をシリンダ２０内に入れるようにする手段）と、排気溝３８とを単一の一体成形部片として組み込んだピストン１２を備える。しかし、本発明はまた、連接棒と、セクションと、それに取り付けられたアクチュエータとを別個の部品として備える剛性のピストンを備えてもよい。
【００２１】
他の従来技術のピストン・モータでは、ピストンと連接棒は別個である。様々な歯車機構によって互いに取り付けることによって、ピストンが鉛直方向に運動し、連接棒がクランク・シャフトの回転運動をピストンに伝達することが可能になる。しかし、本発明は、ピストン１２内に連接棒１３を組み込んでおり、このことは、ピストンを枢動自在にだけでなく鉛直方向にも運動させる。このようにして、本発明のピストン１２が、大部分の従来技術の特許で使用されているロッカ・アームやカムと同様に作動することが可能になる。また、ピストン１２の運動によって定義される、本発明のその他の機能および特性もまた可能である。
【００２２】
図２をまた参照すると、連接棒１３は、クランク・シャフト１４を挟む（Ｃｌｉｐ）最上部分４０を備える。他の取付け手段もまた使用することができる。たとえば、最上部分４０は、クランク・シャフト１４がそれを通って滑動できるようにする開口を単に備えることができる。クランク・シャフト１４は、クランク１５にさらに取り付けられ、クランクは主軸（図示せず）に取り付けられている。
【００２３】
ピストン１２が、図２に示した位置から、図３Ａに示すように上向きに運動すると直ちに、アクチュエータ３４は、部材３０を押圧し始め、部材３０を吸気チャネル２８内に押し入れる。この点で、圧縮流体は、シリンダ２０に入り、セクション３６を押圧してピストンを上向きに押す（図３Ａ〜３Ｄ）。セクション３６が、ピストン１２の上向きの行程中、シリンダ壁面４２に対する一時的な流体シールを作り出す直径を有することに留意することは重要である。図３Ｅに示す上死点の前のある点で、ピストン１２上のアクチュエータ３４は部材３０と離れるが、流体シールのため、圧縮流体はセクション３６を押圧し続けることになる。
【００２４】
留意すべき別の重要な点は、アクチュエータ３４の輪郭４４が、サイクルの所定の部分の間、アクチュエータ３４が部材３０と連続的に係合するように画定されていることである。図３Ａ〜図３Ｉに示すように、ピストン１２が回転運動しているとき、ピストン１２はまた枢動もする。したがって、アクチュエータ３４の輪郭４４は、ピストン１２の枢動と部材３０の輪郭との関数であり、それによってアクチュエータ３４は、十分な連続した量の圧力を部材３０上に及ぼし、部材３０を押して、吸気チャネル２８内へ押し入れる。また、アクチュエータ３４の輪郭４４は、シリンダ２０に入ってピストン１２を上向きに押圧するのに必要な圧縮流体の量の関数でもある。シリンダ２０がより大きい場合、より多くの圧縮流体が、上向きの行程を通じてピストン１２を正確に押圧するためにシリンダ２０内で必要となり、したがって、部材３０上の圧力をより長く保持するために輪郭４４を延長することが必要になる。
【００２５】
上述のように、ピストン１２のこの上向きの運動全体を通じて、セクション３６とシリンダ壁面４２の間の流体シールが作り出され、圧縮流体がシリンダ２０から出るのが妨げ続けられる。クランク軸１４の慣性力によって、ピストン１２が、図３Ｆに示す、上死点位置を過ぎて運動し続ける。ピストン１２は、図３Ｇ〜図３Ｈに示すように、いったん上死点を通ったあと、図３Ａ〜図３Ｄに示すような反対方向に枢動し始める。下向きの行程中の枢動は、セクション３６内に形成された排気溝３８（そのうちの１つが図５により良く示されている）が、図４にも示したセクション３６とシリンダ壁面４２の間の一時的な通路４６を作り出すため、セクション３６とシリンダ壁面４２の間の流体シールを破る。圧縮流体は、ここでシリンダ２０から逃げることができ、セクション３６とシリンダ壁面４２の間で空気シールが再び作り出されるまで逃げ続けることになる。好ましくは、流体シールは、上死点、図３Ｆの前の位置で破られ、下死点、図３Ｉの後の位置で作り出される。しかし、排気溝３８の深さを変更すると、これらの位置が変更される。
【００２６】
従来技術のピストン・モータとは反対に、ピストン１２とシリンダ壁面４２の間の本発明の一時的な流体シールは、他の従来技術のモータで使用されているシールはピストンの上向きおよび下向きの行程中係合される点で、独特である。通常、従来技術のモータは決してシールを破らない。圧縮流体は、通常、ピストンが上死点に達したときに開く側部排気チャネルを通って排気することが可能にされている。従来技術のピストンが下向きの行程を始めると直ちに、シールが再生される。このことは、ピストンが慣性力を使用して、下向きの行程中にシール下に捕捉されたいかなる流体も再圧縮し、再圧縮された流体に対抗して、より圧縮された流体をシリンダ内に入れるようにする位置まで戻すことになるため、性能の損失を引き起こす。しかし、本発明は、下向きの行程中開いた通路４６を維持するため、下向きの行程中、いかなる流体の損失または再圧縮も事実上ない。
【００２７】
流体シールが破られるとき、圧縮流体が、最上部モータ・ハウジング５０内の排気口４８を通ってモータ１０から逃げる。また、いったん流体シールが破られたあと、シリンダ２０に入る圧縮流体とシリンダ２０から出る圧縮流体の間の圧力差があり、部材３０が吸気開口３２を確実にシールする。上述のように、クランクの慣性力は、アクチュエータ３４が部材を内側に押し始める点まで下向きにピストン１２を運動させ、上記で説明したサイクルを繰り返させるのに十分である。
【００２８】
いったんこのサイクルが開始されると、空気圧モータ１０は、圧縮空気の供給が使い果たされるまで運転し続ける。サイクルを始めるために、主軸１６が最初に動かされ、クランク１５に、アクチュエータ３４が部材３０を内側に運動させる下死点を過ぎた点まで下向きにピストン１２を運動させる。別法として、他の機械的または電気的手段を、サイクルを開始するために使用してもよい。
【００２９】
一実施形態では、圧縮流体は、図６に示す外部ライン２４に取り付けられた外部タンク６０から供給される。外部タンク６０は、排気後に交換される、または補充可能な、閉じたシステムにすることもできる。両タイプのタンク・システムは、従来技術で公知である。別法として、外部ライン２４は、圧縮空気を連続的に供給するポンプ・システム内に直接供給することもでき、これも従来技術で公知である。
【００３０】
本明細書で図示したシングル・ピストン空気圧モータのほかに、多ピストン・モータが、追加の実施形態で可能である。図７に示すように、３ピストン空気圧モータ１０が示されている。しかし、２ピストン空気圧モータもまた本明細書で具現化される。上記の本明細書で論じた、シングル・ピストン・モータのための原理は、多ピストン・モータで適用可能である。また、ピストンは直列で図示されているが、ピストンは、通常Ｖ−８エンジンで見られるようなオフセット・モータをさらに備えることができる。
【００３１】
図８を参照すると、ピストン１２の様々な寸法を変更することによって、空気圧モータ１０の性能を変更することができることがさらに理解されよう。たとえば、排気溝３８を増やすことによって、圧縮空気をより長く排気することが可能になる。このことは、外側の流体が圧縮流体と異なる、または外側の圧力がより長い排気を保証する所で必要とされることがある。輪郭４４もまた、シリンダ２０内に入る圧縮流体の量を制御するために変更することができる。アクチュエータ３４の長さｌａを変化させて、シリンダが圧力下にある時間を変更することができる。クランク・シャフト１４の軸とセクション３４の間の距離（連接棒１３の長さ）によって画定された長さｌｔｐを変化させて、行程の長さを変化させることができる。これをさらに減少させて、モータをさらにコンパクトにすることができる。また、駆動軸１６からクランク・シャフト１４の軸までの距離によって画定された行程長さｌｓを変化させて、モータの速度に影響を与えることができる。
【００３２】
本発明によると、本明細書で開示された空気圧モータは、製造が許す限り小さく、ならびに望む限り大きく設計することができる。したがって、本発明は、車両、飛行機、ボート、ヘリコプタで使用することができるフル・スケールの空気圧縮エンジン、ならびに玩具を作動させるためのミニチュア・スケールのエンジン、またはバッテリを必要としないその他の小型のモータ作動デバイスで適用可能であることがわかる。
【００３３】
前記のことから、および上述のように、本発明の新規な概念の精神および範囲を逸脱することなく、多数の変更および修正を行うことができることがわかるであろう。本明細書に示された特定の方法および装置に対する限定は意図されず、考えるべきではないということを理解されたい。もちろん、特許請求の範囲内に収まるこのようなすべての修正は、頭記の特許請求の範囲によってカバーするように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるシングル・ピストン空気圧モータの横断面斜視図である。
【図２】図１による空気圧モータの横断面図である。
【図３】Ａ〜Ｉは図１による空気圧モータの横断面図であり、単一のサイクルの様々なステージを通るピストンを示す図である。
【図４】図１による空気圧モータの横断面図であり、セクションとシリンダ壁面の間のシールが開いて圧縮流体を排出を可能にする、下向き行程中のピストンを示す図である。
【図５】図１によるピストンおよびクランクの背面図である。
【図６】圧縮流体の外部タンクを備える空気圧モータである。
【図７】本発明の別の実施形態による３ピストン空気圧モータの分解図である。
【図８】本発明によるピストンの横断面図である。
【符号の説明】
１０　空気圧モータ
１２　ピストン
１３　連接棒
１４　クランク・シャフト
１５　クランク
１６　主軸
１８　主ハウジング
２０　シリンダ
２２　吸気チャンバ
２４　外部ライン
２６　吸気ハウジング
２７　突起
２８　吸気チャネル
３０　部材
３２　吸気開口
３４　アクチュエータ
３６　セクション
３８　排気溝
４０　最上部分
４２　シリンダ壁面
４４　輪郭
４６　通路
４８　排気口
５０　最上部モータ・ハウジング
６０　外部タンク
【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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