JPH02248601A - 回転ピストン機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ケーシング内に支承されかつ互いに駆動的に
連結されて、同一方向に同一回転数で回転するところの
回転ピストンを備える回転ピスト機械に関する。

［従来の技術〕 ピストン及びクランク伝動装置の往復運動が押しのけ体
の可能な限りバランスした純粋な回転運動によって代用
されているところの比較的簡単な構造を用いて、従来の
往復ピストン８！閏を代用させようとする試みの中で、
多くの様々な回転ピストン機械が開発された。しかしな
がら現実的には、これらのすべての構造は、一部におい
て重大な原理的に制約された不完全性を有している。し
たがって回転ピストン機械の機関としての利用に関する
限り、往復ピストン機関は、依然として道路交通におけ
る原動機として有力である０例えばバンケル機関のよう
な機関であれルーツ送風機のような圧縮機であれ公知の
回転ピストン機械の場合、共働するピストン間又はピス
トンとケーシング部分間を密封することは困難である。

パンクル機関の欠点は例えば回転するピストンの偏心運
動にもある。その他の欠点は限定された圧縮能力に基づ
いて生ずる。可能な最大の圧縮に際しても、例えばルー
ツ送風機の場合のように比較的大量の残留容積が発生す
る。これは結果として著しい絞り損失をもたらす。

［発明が解決しようとしている課題］ 本発明の課題は、前述の不完全性を原理的に回避する回
転ピストン機械を提供しようとする試みから生じた。そ
の課題には、自由な慣性力を排除し、それによって振動
のない回転を得るための、回転部材、特に回転ピストン
の最大限の対称性に対する要求が付随する。同様にそれ
は、可能な限りコンパクトな構成に対する要求樟も応え
るであろう。

［課題を解決するための手段］ 本発明の回転ピストン機械は、ピストンを収容する。ケ
ーシングによって包囲されな空間の外側境界面が、半径
Ｒ２の中空球であること、前記空間が、ジャーナルピン
をもってケーシング内に回転可能に支承されている６個
のピストンを収容していること、ピストンの軸線が、球
中心において交差するとともに、正八面体の軸線と一致
しており、該正八面体の中心は前記球中心と一致してい
ること、そして回転ピストンの境界面が、前記ピストン
軸線に沿った１千面に関して対称的な２つの円錐面と前
記球の球冠の１部分とから構成されており、この場合前
記ピストン軸線に垂直な切断平面によって生じた断面の
境界線Ｅ、Ｓ、の座標が、媒介変数関係式 によって与えられており、ここに前記座標系（ｘ、ｙ）
の原点が前記境界線（Ｅ、Ｓ、）の中心と一致し、横軸
（ｘ）が前記断面の長袖と一致し、縦軸（ｙ）が該断面
の短軸と一致しており、そして前記角度変数（β）がπ
／４≦β≦π／２の間で変化し、前記４つの符号の組合
わせがそれぞれ１つのｖＬ限に対応していること、を特
徴としている。

本発明は、以下の記載において、図面を参照してより詳
細に説明くれる。

以下において原理的な構造、とりわけその形状について
説明されるところの回転ピストン機械の場合、回転ピス
トンを収容する空間は厳密な球形状を有している。よれ
ゆえ、このような回転ピストン機械を″球形回転ピスト
ンＳ械〜を呼ぶことにする。つまり前記空間の外側境界
面は中空の球である。実際の構造において、前記球の表
面は、装入物を交換するための管路及び弁、あるいは送
風機として利用する場合には供給するべき媒体を吸込み
並、びに吐出すための管路及び弁を含んでいる。

前記球形空間内には、相互に駆動的に結合された６個の
回転ピストンが存在する。この回転ピストンは同様に同
期して回転するとともに、同回転ピストンの軸線は正八
面体の軸線と一致している。前記正八面体の中心は前記
球の中心と一致している。前記回転ピストンの回転に際
して、隣接する各回転ピストンは、その時々で係合して
いる母線に沿って常に接触している。

この場合母線は、その特有の形状によって、送出媒体又
は駆動媒体が流入し得る空間を交互に開放し、そして再
び完全に閉寡する。このことは、該当する圧縮室と連通
する管路が圧縮率を同等限定しない場合には、そこにお
いて圧縮が無限に高まるであろうことを意味する。前記
圧縮率は、前記管路の寸法を適当に定めることによって
任意に与えられる。

実際の構成では、ピストン室は、半径Ｒ１Ｒ２の２つの
球殻によって限定されており、その球殻の間で６個のピ
ストンが回転することになる。この場合ピストンの軸線
は両球殻の外表面内に公知の方法で支承されている。前
述の管路は外側の球殻（以下において時々ケーシングと
呼ばれる１）内に配設されている。内側の球殻に代えて
完全な球を用いることもできる。内側の球は、それに接
近することが容易でなく、そしてピストンの内側のジャ
ーナルピンを収容するための軸受のみを含んでいる。前
記球形のピストン室ゆえに、この機械は（既述のように
）″球形回転ピストン機械″と呼ばれる。

以下において、第１．２図に関連してピストンの形状が
定義される。第１図は、開角度φ。

のピストンの正面図及び開角度φ、の同ピストンの側面
図を示しており、両図は重ねて表示されている。外側の
球表面の半径はＲ２であり、内側の球表面の半径はＲ１
である。外側の球面内のピストンの表面、即ちその外表
面は、２つの鏡対称の円錐面から構成されている。２つ
の主軸ａ、ｂを有する前記円錐面の母断面は第２図に示
されている。ここでは″母断面″という表現は、回転面
の場合のような意味を有しているのではなく、相似性に
基づいて球中心Ｍから任意の距離において形成された、
ピストン軸線に垂直な断面の輪郭を表している。この新
開は、球形のケーシングの中心Ｍと一致する円錐の頂点
についての知識に関連して、ピストン外表面の形状を規
定面又は放射面として一義的に定めている。ピストンの
上限及び下限は、ケーシング（または内側に位置する半
径Ｒ及びＲ１の球）の外側球面及び内側球面によって規
定される。後者の球は、それが６個のピストンの内側の
ジャーナルビンを収容していることから、軸受球と呼ば
れる。

第２１！ｌに示された母断面の境界、つまりＸ。

ｙ座標は、次の媒介変数関係式によって決定される。

二二に角度変数βはπ／４≦β≦π／２の閏で変化し、
そして４つの符号（±）の組合わせは、それぞれ母断面
の境界の１つの象限に対応している。

第１図には、ピストン軸線ｋに垂直な切断平面（それか
ら母断面が得られる１）が記号１１−１１によって示さ
れている。φＡは、両長牛軸ａの端部の終点Ａに付属す
るところの開角度である。終点Ａは半径Ｒ２の球表面に
上に位置している。終点Ｂを含む短半軸すは、比較的小
さい開角度φ、によって包囲される。終点Ｂは球表面に
内に位置する。Ｂ′は、図示平面内に折り返された一方
の終点Ｂを意味している。投影させた場合、第１図にお
いてピストン軸線には、Ｂを通過するピストンの母線ｍ
、と一致している０ｍ′　は、Ｂを通過する母線ｍ８を
図示平面内に折り返したものである。前記母線は終点Ｂ
′、においてＫと交わる。これにより１球中心Ｍからの
ＢＫの高さが明らかになる。また第１図には、球表面に
とピストンとの交！！ｄも記入されている。実際に製作
されたピストンＤｋは、第３図に示された形状を有して
いる。この場合ピストンにの姿勢は、僅かに前方に傾斜
しているものと想定されている。外画のジャーナルピン
２　はケーシング球内に支承されており、内側のジャー
ナルピン２．は軸受球内に支承さ号 れている、外側のジャーナルピンは、例えば傘歯車を担
持しており、同各傘歯車は、例えば中間歯車又は遊星歯
車を介して互いに駆動的に連結されており、したがって
全てのピストンは。

同一方向に（全て右回り又は左回りに）同一の回転数で
回転せしめられる。この場合隣接するピストンは母線に
沿って互いに連続的−に接触する。即ち運動中の任意の
時点で全ピストンは接触している。このことは第４．５
図から理解される０回転に際して、それぞれ３つのピス
トンが、１つの室を取り囲む、前記室は零と最大の間で
周期的に変化する。

前記球形ピストン機関の相対的配置を幾何学的に考察す
るに、さらに次の点が認められるであろう、全ての６個
のピストンの母断面を通過する切断平面１１−１１を配
置した場合、正六面体が生ずることになる。この正六面
体の中心は、同様に球中心Ｍと一致し、そして同正六面
体は、６Ｍのピストンの回転軸線によって形成される正
八面体に対して共役である。

第４図は、ある位置における６個のピストンの投影図を
示している。その位置を、そこから回転角度が積算され
るところの初期位置と見なす、つまり回転角度は前記位
置において零に等しい、第４．５図においては、見通し
を良くするために、半径Ｒ２の球表面に上の外側境界の
みが示されている。第４図から、半径Ｒ２の球表面Ｋに
存在するピストンの各２つの外側頂点において終了する
ところの、半径に沿った半直線状の２つの辺を、各々の
ピストンが備えていることが分かる。

第４図において、各３つのピストンの円記号を付した外
側の頂点は接触している０球にの表側に位置している３
つの前記接点は、投影図において、凹側面を有する等辺
三角形を形成している０球の裏側に位置している第４の
点は、第４図の投影図において、球中心と一致している
。

この初期位置においては１球の内側でピストンに対して
補足空間を成すところの４つの四面体状の中空室が生じ
ている０表側の３つの放射状のピストン辺によって形成
された１つの中空室は、観察者に向かって開口している
。その他の３つの中空室は、球の反対側に向かって開口
している。いま各ピストンが、所定の角度（例えば第５
図に示されているように４５°）回転せしめられると、
前記４つの中空室は収縮し、そして初期位置においてそ
の都度３つの放射状のピストン辺が接触していた部位に
、新たな４つの四面体状の中空室が発生する。この新た
な中空室は他の４つの中空室が縮小した分だけ膨脹する
。９０°回転すると、第１の４つの中空室は４つの放射
状の半直線に収縮し、そして第２の４つの中空室は最大
の大きさに達する０回転が９０”を越えて継続すると、
前記過程が逆の順序で行われ、そして１８０°回転する
と再び初期位置に達する。

８個の中空室の中心は六面体の各頂点と一致する。この
場合前記六面体の主対角線上で向かい合う２つの頂点に
付属するその都度２つの中空室は逆向きに変化する。一
方は膨脹し、他方は収縮するのである。初期位置での母
断面の投影図は第６図に示されている。

最初に説明したように、この球形の回転ピストン機緘の
圧縮率は、残留容積がピストン室内に全くないために、
原則的には無限である。実際に構成する場合の圧縮比は
、放射状の排気管路（あるいは場合によって吐出し管路
）の直径及び／又は深さの寸法を適当に定めることによ
って選択されることになる。圧縮が行われる各々の中空
室の中心に、環状の放射状の吐出し開口ないし吸込み開
口が、ピストン窟からのガスの噴出並びに吸込み用とし
て備えられる。前記開口にはばねで付勢された逆止弁が
備えられており、同ばねは、所望の吸込み圧力及び排気
圧力が得られるように寸法設定されている。

外側のジャーナルピンＺａ及びその軸受が相当に堅固に
構成されている場合には、軸受球における軸受のための
内側のジャーナルピンＺｉ及びその軸受自体を省略する
ことができる。その場合には、はとんど満足に密閉され
得ないであろうところの尖端が、ピストンの下方の密閉
部を構成することになろう、それゆえ、内側のピストン
端部が凹球面をもって当接するところの軸受を有しない
小さな浮動域が、使用されることになろう、外側及び内
側のジャーナルピンＸａ、Ｚｉをケーシングないし軸受
球内に設けることもできる。この場合には軸受は回転ピ
ストンの両端部に位置する。

【図面の簡単な説明】 第１図は、特徴的な寸法を備えた回転ピストンの２つの
主軸を通過する断面図、第２図は、第１図に記載の切断
面１１−　ＩＩにおける回転ピストンの一母断面″を示
す図、第３ＵＩＩは、回転ピストンの基本的な形状を示
す図、第４．５．６図は１回転ピストンの回転中の種々
の段階における回転ピストン相互の相対的な位置の投影
図である。 Ｒ・・・軸受球の半径、Ｒ２・・・ケーシング球の半径
、Ｅ、Ｓ、・・・母断面、ａ・・・母断面（Ｅ、Ｓ。 ）の長手軸、ｂ・・・Ｅ、Ｓ、の短手軸、φえ・・・Ｅ
。 Ｓ、の長軸に属する開角度、φ、・・・Ｅ、Ｓ、の短軸
に属する開角度１Ｍ・・・球中心、ｋ・・・ピストン軸
線、Ｋ・・・半径Ｒ２の球表面、Ａ・・・Ｅ、Ｓ。 の長手軸の終点、Ｂ・・・Ｅ、Ｓ、の短手軸の終点、Ｂ
′・・・図示平面内に折り返された終点Ｂ　、　ｍ　ｓ
・・・Ｂを通過するピストンの母線、ｍ′　・・・Ｂ′
を通過するピストンの母線、ｍＡ・・・Ａを通過するピ
ストンの母線、Ｂ、Ｂ’、・・・Ｋを通過すに

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシング内に支承されかつ互いに駆動的に連結さ
   れて、同一方向に同一回転数で回転するところの回転ピ
   ストンを備える回転ピストン機械において、前記ピスト
   ン（Ｄｋ）を収容する、前記ケーシングによって包囲さ
   れた空間の外側境界面は、半径（Ｒ＿２）の中空球（Ｋ
   ）であること、前記空間は、ジャーナルピン（Ｚ＿３）
   をもって前記ケーシング内に回転可能に支承されている
   ６個のピストン（Ｄｋ）を収容していること、前記ピス
   トンの軸線（ｋ）は、球中心（Ｍ）において交差すると
   ともに、正八面体の軸線と一致しており、該正八面体の
   中心は前記球中心（Ｍ）と一致していること、そして前
   記回転ピストンの境界面は、前記ピストン軸線（ｋ）に
   沿った１平面に関して対称的な２つの円錐面と前記球（
   Ｋ）の球冠の１部分とから構成されており、この場合前
   記ピストン軸線（ｋ）に垂直な切断平面（ＩＩ−ＩＩ）
   によって生じた断面の境界線（Ｅ．Ｓ．）の座標（ｘ、
   ｙ）は、媒介変数関係式 ｘ√３／Ｒ＿２＝±〔（１／√２）（ｃｏｓβ／ｓｉｎ
   β）＋ｃｏｓβ〕及びｙ√３／Ｒ＿２＝±〔（１／√２
   ）（ｃｏｓ＾２β／ｓｉｎβ）〕によって与えられてお
   り、ここに前記座標系（ｘ、ｙ）の原点は前記境界線（
   Ｅ．Ｓ．）の中心と一致し、横軸（ｘ）は前記断面の長
   軸（２ａ）と一致し、縦軸（ｙ）は該断面の短軸（２ｂ
   ）と一致しており、そして前記角度変数（β）はπ／４
   ≦β≦π／２の間で変化し、前記４つの符号の組合わせ
   は、それぞれ１つの象限に対応していることを特徴とす
   る回転ピストン機械。 ２、前記回転ピストン（Ｄｋ）の内側の端部は、該回転
   ピストンと一体のジャーナルピン（Ｚ＿ｉ）をもって、
   前記球中心（Ｍ）と同心的な、半径（Ｒ＿１）の軸受球
   内に支承されている、請求項１記載の回転ピストン機械
   。 ３、前記回転ピストンの内側の端部は、半径（Ｒ＿１）
   の凹球面部分をもって、同半径（Ｒ＿１）の軸受球上に
   支持されている、請求項１記載の回転ピストン機械。 ４、前記回転ピストン用の前記ジャーナルピンが、前記
   ケーシングと、前記球（Ｋ）の中心（Ｍ）と同心的な軸
   受球とに固設されており、そして前記ジャーナルピン用
   の軸受が、前記回転ピストンの外側及び内側の端部に位
   置している、請求項１記載の回転ピストン機械。