特開 2024-44950 往復運動を一方向の回転運動に変換する機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024044950

(43)【公開日】2024-04-02

(54)【発明の名称】往復運動を一方向の回転運動に変換する機構

(51)【国際特許分類】

   F16H 35/00 20060101AFI20240326BHJP

   F16H 19/04 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

F16H35/00 G

F16H19/04 G

F16H19/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2022163548

(22)【出願日】2022-09-21

(71)【出願人】

【識別番号】595147962

【氏名又は名称】橋本 達鋭

(72)【発明者】

【氏名】橋本 達鋭

【テーマコード（参考）】

3J062

【Ｆターム（参考）】

3J062AB03

3J062AB05

3J062AC07

3J062CA16

3J062CA17

(57)【要約】

【課題】 往復運動又は揺動運動をする物体の動きを一方向の回転力に変換伝達機構
【解決手段】 複数個のギヤと２個のワンウェイクラッチと該ワンウェイクラッチに勘合して、一方向に回転を伝達される回転出力軸から構成される一方向回転伝達機構
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

往復移動または、揺動する物体の動きを、少なくとも複数の歯車と、２個のワンウェイクラッチと該ワンウェイクラッチに勘合して、一方向に回転を伝達される回転出力軸から構成される一方向回転伝達機構

【請求項2】

請求項１の構成であって、該複数の歯車の内、ひとつはラックで、該ラックに噛合う歯車はピニオンギヤであって、該ピニオンギヤに該ワンウェイクラッチは回転軸に同一方向に咬み込む向きで、圧入されて一体となっており、かつ、該回転出力軸の長手方向に、並んで該２個のピニオンギヤが勘合されており、該ラックの２個は其々の噛み合いに干渉しないで、対面する点対称の位置にお互いの長手方向の両端部で固定され、一体的にスライドできるようにしたことを特徴とする一方向回転伝達機構

【請求項3】

請求項１の構成であって、該複数の歯車は傘歯車の組合せによる回転伝達機構からなることを特徴とする一方向回転伝達機構

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体が往復運動する時の力を一方向の回転運動に変換する機構に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、往復運動を一方向に回転する機構としては、代表的なものとしてレシプロエンジンのクランク機構がある。また、いろいろな装置が考案されている。

【先行技術文献】

【特許文献1】特開２０１２－８７８９１

【0003】

特許文献１では、２対の歯車と２対のスプロケットとチェーンと２個のワンウェイクラッチの組合せで、往復運動を一方向回転運動に変換している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

解決しようとする問題点は、チェーンによる駆動伝達の手段を用いているので、チェーンのたるみやスプロケットとの噛み合いガタ等で伝達効率が落ちる。従って、比較的緩やかで、移動量の大きい往復動の場合での一方向回転への変換は有効であると考えられるが、微少な往復動では、変換効率が悪い。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、ギヤとワンウェイクラッチの組合せと出力軸への回転伝達のみで、一方向の回転に変換できることを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

この構成により、海の波のような緩やかなうねりや、道路の橋脚等の車の通過による振動を、装置の揺動又は往復動入力部に連結することで、往復移動のいずれの方向の移動力でも、一方向の回転力に変換することができるので、回転式発電機を回す動力として有効な手段となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】は本発明の第一実施例の外観斜視図である。

【図2】は長手方向のセンターの断面図である。

【図3】は長手方向の端部を外して内部をみた右側面図である。

【図4】は本発明の第二実施例の外観斜視図である。

【図5】は正面図で以下の図がどの位置の断面図かを示す図である。

【図6】はＡＡ断面図である。

【図7】はＢＢ断面図である。

【図8】は本発明の第三実施例の断面図である。

【図9】は入力軸の軸を縦割にした図８におけるＣＣ断面図である。

【図10】本発明の第二実施例の使った発電機の実施例である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の一実施例の外観図である。図２は長手方向のセンターの断面を下から見た図である。１はラックである。２はピニオンギヤで。３はワンウェイクラッチで、４は軸で一方向回転の出力軸である。
図３は長手方向から見た図で、内部の構成を説明する。上下のピニオンギヤ２は回転中心に図示せぬそれぞれワンウェイクラッチ３が同じ回転方向の時だけ、軸４咬み込む向きで圧入されている。ワンウェイクラッチ３が、中心の軸４に勘合して上下に配置されている。

【0009】

軸４はフレーム５に支えられた図示していない軸受けで、上下を回転自在に軸支されている。以下の説明においては、図３の上から見て、右方向にワンウェイクラッチ３が回転するときに、軸４が右方向に回転させられることになる。

【0010】

ピニオンンギヤ２は歯２１とピッチ円径の円筒部２２からなる。また、右側のラック１は、歯１１とピニオンギヤ２の噛み合い、ピッチ円円筒部２２に接する凸部１２と、噛み合わない上のピニオンギヤ２の歯をよける凹部１３から成る。また、左側のラック１は上のピニオンギヤ２と下のピニオンギヤの中間点で点対称の一に配置されており、右側のラック１とは反対に、上のピニオンギヤ２の歯と歯が噛合い、ピッチ円円筒部２２に接する凸部１２と、噛み合わない下のピニオンギヤ２の歯を凹部１３はよけている。
左右のラック１は長手方向の両端部でラック固定１４にて一体になっている。６はツバ付きのコロで、フレーム５の上側に４か所、下側に２か所、左右を３点支持になる様、回転自在に軸支されており、ラック１を、前後方向にスライド自在に支えている。

【0011】

次に動作を、説明する。一体となったラック１が手前に移動すると、上のピニオンギヤ２は左回りに回転するので、ワンウェイクラッチ３は軸４に咬まずにフリーで回転する。一方、下のピニオンギヤ２は右回りに回転するので、ワンウェイクラッチ３は軸４に咬み込んで、回転を伝える。

【0012】

今度は一体となったラック１が奥側に移動すると、上のピニオンギヤ２は右回りに回転するので、ワンウェイクラッチ３は軸４に咬み込んで、回転を伝える。一方、下のピニオンギヤ２は左回りに回転するので、ワンウェイクラッチ３は軸４に咬まずにフリーで回転する。このように、ラック１が前後する度に、其々のピニオンギヤ２の回転方向が変わり、軸４に咬み込んで、回転力を伝えるピニオンギヤが交代する。往復動差中の方向が切り替わる時以外は、常に軸４を右回転方向に回すこととなる。

【0013】

図４は第二実施例の外観図である。図５は側面図で、図６は図５で示すＡＡ断面図で、図７は図５で示すＢＢ断面図である。
図４で１は外装で、２は蓋で、蓋２は外装１と一体に固定される。３は後述するセンターで噛み合う複数の傘歯車と一方向に回転する軸を回転自在に軸支するギヤボックスである。図６で、ギヤボックス３は左右対称形状で、図示しないネジで結合されている。３１はギヤボックス３の後述する傘歯車を回転自在に軸支する摺動面である。また、２４は後述するギヤユニットの軸を回転自在に軸支する摺動面である。

【0014】

外装１の内の円筒部と垂直な面には歯数４８枚の傘歯車１１が形成されている。外装１の１２はギヤボックス３を回転自在に支持する摺動面である。蓋２の２１はギヤボックス３を回転自在に支持する摺動面である。４は前述の傘歯車１１と噛み合う歯数１２の傘歯車４１とギヤボックス３の摺動部３２で回転軸支される軸部４２と、後述する傘歯車と噛み合う歯数１２傘歯車４３から成る、ギヤユニットである。

【0015】

５は前述のギヤユニット４の傘歯車４３と噛み合う歯数１６の傘歯車５４と、外円筒部５３から成る傘歯車で、左右２つある傘歯車５の円筒内部にはワンウェイクラッチ６が同じ右回転方向で軸７を咬み込む向きで圧入されている。円筒外周部はギヤボックス３の円筒摺動部３１に回転自在に軸支されている。この時、この傘歯車５はギヤボックス３のセンターに対して、向かい合う様に配置してあるので、ギヤユニット４の傘歯車４３の左右両側で噛み合い、同時に両方の傘歯車５に互いに対し、逆方向に回転を伝達する。図７に有るように、傘歯車５に対し、ギヤユニット４の傘歯車は４３は４方向から噛み合っている。

【0016】

次に動作を説明する。外装１は回転しないように、外部に固定されている状態で、ギヤボックス３に揺動力を入力する。図４の矢印右回り揺動の時、ギヤユニット４の傘歯車４１は噛み合った傘歯車１１が固定されているため、図６の上側から見て、左回りに、ボックス３の揺動角度に対し４倍（４８歯数÷１２歯数）の角度で揺動回転する。すると、傘歯車４３と噛み合う左側の傘歯車５は右回りに０．７５倍（１２歯数÷１６歯数）の角度で揺動回転する。この時の右回り回転なのでワンウェイクラッチ６が軸７を咬み込んで、ギヤボックス３の揺動角に対し、３倍（４×０．７５）の角度で右回りに揺動回転する。

【0017】

一方、右側の傘歯車５のワンウェイクラッチ６は左回りなので、軸７に咬まずにフリーで回転する。
今度は、図４の矢印左回り揺動の時、ギヤユニット４の傘歯車４１は、図６の上側から見て、右回りに揺動回転し、傘歯車４３と噛み合う左側の傘歯車５は左回りに揺動回転する。この時の左回りなので、軸７に咬まずにフリーで回転する。一方、右側の傘歯車５は右回りなので、ギヤボックス３の揺動角に対し、３倍の角度で右回りに揺動回転する。
このようにして、ギヤボックス３が揺動する動きで、軸７は右方向に回転を続ける。実施例では外装１を固定し、ギヤボックスを入力手段としたが、ギヤボックス３を固定し、外装１を入力手段としても同じ結果が得られる。

【0018】

図８、図９は第三実施例で傘歯車方式であって、第二実施例と同じ機能のものは、同じ番号で説明図に記載している。外装１と一体の傘歯車１１の歯数を多くして、高増速にした場合、ギヤユニット４の傘歯車４１の歯数が少ないと、噛み合い率が少なくなるので、噛み合い率を上げる機構を説明する。

【0019】

３２はギヤボックス３に固定されたアイドル軸で、図８のようにギヤユニット４を含め、各３０度となる様に、アイドル軸３２は中心の出力軸７に向かって、かつ、ギヤユニットの軸線と同平面上に配置されている。３３はアイドル軸３２に回転自在に軸支された傘歯車４、１と同じ外形をしているアイドル傘歯車である。従って、ギヤボックス３と外装１のいずれかが、揺動すると、アイドル傘歯車３３は傘歯車１１に噛み合っている為、回転する。

【0020】

図９において、１１１は対向する傘歯車１１と同じ形状のフリー傘歯車であり、３４はギヤボックス３に回転自在に支持された、４個のツバ付きコロである。これは出力軸７とフリー傘歯車１１１が同軸でかつ回転自在に支持され、かつ傘歯車４１やアイドル傘歯車３３との噛み合いが逃げないようにツバで支持する。

【0021】

次に動きを説明する。ギヤボックス３と外装１が相対的に回転すると、下側の傘歯車１１と噛み合った、４個の傘歯車４１回転させる。同時に、８個のアイドル傘歯車３３も回転させる。すると、上側のフリー傘歯車１１１がそれら計１２個の歯車によって、ギヤボックス３の回転と逆方向に回転移動する。この時、４個の傘歯車４１は他端部の傘歯車を回す為に負荷がかるので、回りづらくなる。

【0022】

一方、負荷の掛かっていない８個のアイドル傘歯車３３で、上側のフリー傘歯車１１１を回すことで、４個の傘歯車４１に回転力を伝えることになる。つまり、出力軸７を回転させる元の４個の傘歯車４１は上下両側からの噛み合いで回転力が伝えられるので、負荷変動があってもスムーズに揺動力を一方向回転に増速変換できる。

【0023】

図１０は、傘歯車方式の本発明の入力側揺動部に不釣り合いの重り付けた発電機の使用例を示す。１０１は本発明機構である。１０２は入力部に付けた不釣り合いの重りで、１０３は回転式発電機で、出力軸と発電機の回転軸と直結して有る。１０４は装置全体を支持するフレームである。この装置を車や船や電車等の乗り物に搭載したり、人や動物の身に付けたりすると、それらの動きで、入力部の不釣り合いの重りが、揺動することで、出力軸が一方向に増速回転して、発電機軸が回り、電気を発生することができる。

【0024】

とは言え、揺動や往復動では必ず、移動方向の向きが変わる瞬間に回転力が発生しない。このときの出力回転を変動しないようにするためには出力軸にフライホィールを追加するとよい。揺動や往復動が間隔をおいて発生するようなもので、フライホィールでは間に合わないような場合は、ぜんまい式の回転力を貯める装置と組み合わせて、一定のぜんまいの巻きが貯まってから、間欠的に回転力を放出ようにすると、その時だけは一定の回転力が得られ、安定して発電が出来る。

【0025】

実施例では、傘歯車方式で、ワンウェイクラッチの圧入された出力傘歯車を回転させるギヤユニットは４個であるが、駆動の伝達がスムーズならば、１個でも２個でも３個でもよい。また、ワンウェイクラッチと勘合する出力軸の少なくとも勘合面は、軸受け炭素鋼やステンレス鋼など、硬く剛性のある材質が耐久的に望ましい。ワンウェイクラッチは、スプリングクラッチ等のクラッチもあるが、ローラークラッチが軸に咬み込まない側に回る時の負荷が非常に少ないので、好ましい。

【0026】

また、ローラー式ワンウェイクラッチであれば、出力軸を長い出力軸に容易に交換することができるので、この機構を複数個差し込み、其々の機構に連結した揺動手段がバラバラに動いてもこの機構は機能するので、例えば、海の防波堤等で、外海のうねりを浮体で複数個所揺動運動に変換して、この機構に入力すれば、回転トルクを増やすことができる。

【0027】

さらに、原理的に、揺動の向きが変わる位置が毎回変わっても一方向への回転ができるので、特に、傘歯車方式であれば、構造上、方向変換する前段階で増速出来るため、ゆったりしたうねりから、振動とよばれるような比較的周波数の高い往復動であっても機能を果たす事が出来る。

【産業上の利用可能性】

【0028】

以上のように、この装置は往復動や揺動する物体の動きを一方向回転運動に変換できるので、特に波のようなうねりや、自動車やバイク等の車体とタイヤ間のショックアブソーバーの往復動や、子供の遊具であるブランコやシーソーなどの揺動を、装置の揺動部又は往復動部に連結すれば、回転式発電機の有効な動力源となる。
また、傘歯車を使った実施例で、入力部に不釣り合い重りをつけた回転式発電機と組み合わせたものでは、動くものに搭載すると、姿勢や角速度の変化で、一方回転力が増速して得られるので、動きのあるあらゆるもので、発電が可能となる。

【符号の説明】

【0029】

第一の実施例
１ ラック
２ ピニオンギヤ
３ ワンウェイクラッチ
４ 軸
５ フレーム
６ 軸受け
第二の実施例
１ 外装
１１ 傘歯車
３ ギヤボックス
４ ギヤユニット
５ 出力傘歯車
６ ワンウェイクラッチ
７ 出力軸
第三の実施例
３３ アイドル傘歯車
３４ つば付きコロ
１１１ フリー傘歯車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】