JPH05296062A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動力取出用軸の配設方向をピストンの往復運
動の方向に一致させると共に減速機構を含めてコンパク
トな動力伝達装置を提供すること。 【構成】 ピストン１５に軸支された連結部材２１と、
その連結部材２１を直進案内するガイド部材２５，２６
と、上記連結部材２１に軸支されたカムフォロア２３，
２４と、円筒側面に所定のカム曲線から成るカム溝３１
ａを有する駆動軸３０とから成る。すると、本発明の動
力伝達装置における駆動軸の配設方向はピストンの運動
方向と同一方向となるため、エンジンのシリンダの同心
円方向に対して極めてコンパクトな構成とすることがで
きる。又、駆動軸の円筒側面の１周当りのカムのカム曲
線形状によりピストンの１往復運動に対する駆動軸の回
転数が決まるため、一次減速装置を内蔵したものと同等
となり、滑らかで高トルク回転が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レシプロエンジンにお
けるピストンの直進往復運動をその方向に垂直な面にお
ける回転運動に変換する動力伝達装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、容積型内燃機関をピストンの運動方
式に従って分類した場合、レシプロエンジン及びロータ
リエンジンがある。このうち、レシプロエンジンは、ピ
ストンの往復運動をコネクティングロッドを介してクラ
ンク軸の回転運動に変換して動力を得る方式であり、最
もよく用いられており知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記レシプロエンジン
において、ピストンの往復運動の方向と回転運動するク
ランク軸の配設方向とは互いに垂直方向である。このた
め、シリンダ及びピストン部分は比較的コンパクトにな
るにも拘わらず、コネクティングロッド以降の運動変換
機構部分が大きくピストンの往復運動の方向から垂直方
向に出っ張ることになる。そして、クランク軸の回転を
利用するには方向が限定されるためクランク軸を含めて
構成がコンパクトな装置を得ることは難しかった。又、
上記レシプロエンジンでは減速装置を含めるとかなりの
大きさとならざるを得なかった。

【０００４】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、動力取出
用軸の配設方向をピストンの往復運動の方向に一致させ
ると共に減速機構を含めてコンパクトな動力伝達装置を
提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、レシプロエンジンのシリンダ内を往復
して吸入・圧縮・爆発・排気の各作用をするピストンに
軸支された連結部材と、前記連結部材を直進案内するガ
イド部材と、前記連結部材に軸支された力伝達部材と、
円筒側面に形成され所定のカム曲線から成る前記力伝達
部材と係合するカムを有し、前記力伝達部材の直進往復
運動によりその方向に垂直な面で回転運動される駆動軸
とを備えたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】上記の手段によれば、ピストンに軸支された連
結部材の直進往復運動が力伝達部材及びカムを介して駆
動軸に伝達される。すると、駆動軸は連結部材の直進往
復運動方向に垂直な面で回転運動される。即ち、本発明
の動力伝達装置の駆動軸の配置方向及び回転方向は、従
来のレシプロエンジンのクランク軸に対し、ピストンの
直進往復運動方向を同じとしたとき、各々垂直な方向と
なる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係る動力伝達装置１００の構成
を示した中央縦断面図である。又、図２は図１のＡ−Ａ
線に沿った断面図である。エンジン１０は、シリンダ１
１とシリンダヘッド１３とがガスケットなどにてシール
され、その内側にピストン１５が配設されている。エン
ジン１０はプレート１９を介してハウジング２０に固設
されている。尚、図１の実施例のエンジン１０は２サイ
クルエンジンであり、通常、シリンダヘッド１３に螺合
されて配設される点火プラグやその電気系統の構成部品
は省略されている。又、ピストン１５は、図１に示され
た上死点位置から二点鎖線にて示された下死点位置まで
往復移動する。そして、下死点位置では吸気と排気が同
時に実行される。ピストン１５にはピストンピン１７を
介して連結部材２１が軸支されており、その連結部材２
１のピストン１５と反対側は二股に分かれ、それら先端
部分２１ａ，２１ｂにはそれぞれ力伝達部材であるカム
フォロア２３，２４が軸支されている。そして、ハウジ
ング２０に固設されたガイド部材２５により、連結部材
２１の先端部分２１ａ，２１ｂはピストン１５の移動方
向と同一方向に直進案内される。上記カムフォロア２
３，２４は、ハウジング２０に配設された軸受部材２
８，２９に回動自在に軸受された駆動軸３０の円筒カム
部３１に形成された後述の一続きのカム溝（カム）３１
ａに慴動可能に挿嵌されている。そして、駆動軸３０の
カム溝３１ａを有する円筒カム部３１と一体的な反対側
の出力端部３３には、本実施例では冷却ファンが一体的
に配設された回転体３５が挿嵌され螺子止めされてい
る。

【０００８】上記一続きのカム溝３１ａは、その回転角
に対するカムフォロア２３，２４の変位を直交座標上に
表したカム線図が、図３(a) に示したような基礎曲線か
ら成る。従って、駆動軸３０の円筒カム部３１のカム溝
３１ａの展開図は、図３(b) に示したようになる。即
ち、このカム溝３１ａはカムフォロア２３，２４が単弦
運動をし、変位曲線は正弦曲線となる。このような形状
から成るカムは、圧力角に関する性能が良く、創成加工
が容易であるなど利点が多い。尚、カムの基礎曲線とし
ては、その他、種々のものが採用できる。

【０００９】次に、その作用について説明する。図示し
ないキャブレタから空気と混合された燃料が送出され、
エンジン１０は吸入・圧縮・爆発・排気工程を繰り返し
実行する。エンジン１０の吸入・圧縮・爆発・排気工程
によりピストン１５は所定ストロークにて往復運動され
る。上記ピストン１５にピストンピン１７を介して軸支
された連結部材２１は、ハウジング２０に固設されたガ
イド部材２５により連結部材２１の先端部分２１ａ，２
１ｂがピストン１５の運動方向に直進案内される。する
と、連結部材２１の先端部分２１ａ，２１ｂがガイド部
材２６，２７に直進案内され、それら先端部分２１ａ，
２１ｂに軸支されたカムフォロア２３，２４は、上述の
駆動軸３０の円筒カム部３１に形成されたカム溝３１ａ
に沿って直進往復運動する。カム溝３１ａは、図３に示
したように、ピストン１５の所定のストロークと同一で
２周期分が 360°となるように形成されている。従っ
て、ピストン１５が２往復運動すると駆動軸３０は１回
転運動することになる。

【００１０】従来のレシプロエンジンにおいては、ピス
トンの往復運動はコネクティングロッドを介してクラン
ク軸の回転運動に変換されている。上述したように、本
発明の動力伝達装置１００は、レシプロエンジンのピス
トンの往復運動を連結部材２１を介して駆動軸３０の回
転運動に変換している。これらの大きな違いは、従来の
クランク軸はピストンの運動方向と垂直な平面で軸受さ
れ回転されるが、本発明の駆動軸３０はピストンの運動
方向に平行な平面（図１では一直線方向）で軸受され回
転されることである。これにより、燃料供給系統及び点
火系統を除いて、本発明の動力伝達装置１００は、エン
ジン１０のシリンダ１１と同心円方向に極めてコンパク
トな構成とすることができる。又、エンジン１０と駆動
軸３０との減速比は、駆動軸３０の円筒カム部３１の１
回転（ 360°）内にピストン１５の何往復分に対応する
カム溝３１ａが形成されているかにより決定される。即
ち、上記ピストンの往復回数をｎ回とするとギヤ比ｎと
同等になる。

【００１１】ここで、駆動軸３０の円筒カム部３１のカ
ム溝３１ａを１周期分とし、その円筒カム部３１の半径
をｒ、その回転角をθ、円周方向の移動距離をｘ、その
垂直方向の変移量をｙ、ピストン１５の全ストロークを
Ｓ_t とする。そして、ピストン１５のストロークの中央
位置でカム溝３１ａの傾きが45°であるとすると、駆動
軸３０の円筒カム部３１の半径ｒとピストン１５の全ス
トロークＳ_t との間には以下の関係がある。

【数１】ｙ＝(Ｓ_t／２)・sinθ ｘ＝ｒ・θ ∴ ｙ＝(Ｓ_t／２)・sin(ｘ／ｒ) ｄｙ／ｄｘ＝(Ｓ_t／２)・(１／ｒ)・cos(ｘ／ｒ) ピストン１５のストロークの中央位置、即ち、ｘ＝０で
カム溝３１ａの傾きを45°、即ち、ｄｙ／ｄｘ＝１とす
ると、

【数２】ｄｙ／ｄｘ＝(Ｓ_t／２ｒ) 又、ｘ＝０はピストン１５のストロークの中央位置であ
りカム溝３１ａの傾きは45°、即ち、ｄｙ／ｄｘ＝１で
ある。

【数３】∴ ｒ＝Ｓ_t／２ 従って、ピストン１５のストロークの中央位置でカム溝
３１ａの傾きが45°の条件では、駆動軸３０の円筒カム
部３１の半径ｒはピストン１５の全ストロークＳ_t の
（１／２）倍とされる。

【００１２】次に、駆動軸３０の円筒カム部３１のカム
溝３１ａをｎ周期分とする。駆動軸３０の回転角を実角
Θとすると、その実角Θに対応するカム溝３１ａの動作
角θは、以下のように表される。

【数４】θ＝ｎ・Θ 上述の場合と同様に、円筒カム部３１の半径をｒ、円周
方向の移動距離をｘ、その垂直方向の変位量をｙ、ピス
トン１５の全ストロークをＳ_t とする。そして、ピスト
ン１５のストローク運動の中央位置でカム溝３１ａの傾
きが45°であるとすると、駆動軸３０の円筒カム部３１
の半径ｒとピストン１５の全ストロークＳ_t との間には
以下の関係がある。

【数５】ｙ＝(Ｓ_t／２)・sinθ ｘ＝ｒ・Θ＝(ｒ／ｎ)・θ ∴ ｙ＝(Ｓ_t／２)・sin(ｎｘ／ｒ) ｄｙ／ｄｘ＝(Ｓ_t／２)・(ｎ／ｒ)・cos(ｎｘ／ｒ) そして、同様に、上述のピストン１５のストロークの中
央位置、即ち、ｘ＝０でカム溝３１ａの傾きは45°、即
ち、ｄｙ／ｄｘ＝１である。

【数６】∴ ｒ＝ｎＳ_t／２ 従って、ピストン１５のストロークの中央位置でカム溝
３１ａの傾きが45°の条件では、駆動軸３０の円筒カム
部３１の半径ｒはピストン１５の全ストロークＳ_t の
（ｎ／２）倍とされる。

【００１３】本発明の動力伝達装置は、駆動軸３０の円
筒カム部３１にｎ（ｎは正の整数）周期分から成るカム
溝３１ａを形成することにより１／ｎ倍の減速比を有す
る１次減速装置を内蔵したものと同等とすることができ
る。但し、上述の実施例では、同じストローク位置で２
つのカムフォロア２３，２４がカム溝３１ａに係合して
おり、そのカム溝３１ａは２ｎ周期分とされ、１／２ｎ
倍の減速比が達成される。又、本発明の動力伝達装置に
おいて、力伝達部材と係合するカムは上述の実施例のよ
うなカム溝以外、円筒側面に凸壁を形成して成るカムで
あっても良い。更に、本発明の動力伝達装置の円筒側面
に形成されるカムとしては、上述の円筒外周カムの他、
円筒内周カムを適用することも可能である。この場合に
は、ピストンに軸支された連結部材の力伝達部材を円筒
内部にて上記円筒内周カムと係合させる構造とされる。

【００１４】次に、本発明に係る動力伝達装置の第２の
実施例の構成を図４の模式図に基づいて説明する。図４
は、エンジンを２サイクル３気筒とした場合の動力伝達
装置４００である。尚、エンジンに関してはピストン１
５１，１５２，１５３のみを図示してある。駆動軸３０
の円筒カム部３１の周囲に対して気筒の配置を３等分
（ 120°）とする。そして、その駆動軸３０の円筒カム
部３１のカム溝３１ａは例えば、一続きで１周期分とな
るように形成する。この動力伝達装置４００は紙面に垂
直方向に往復運動をするピストン１５１，１５２，１５
３がそれぞれに軸支された連結部材２１１，２１２，２
１３を介して紙面に垂直方向に配設された駆動軸３０を
紙面に平行な方向の回転運動となる。このように構成さ
れた動力伝達装置４００では、駆動軸３０の１回転にお
けるエンジンの爆発が各１回の合計３回となるので、例
えば、矢印方向に滑らかで高いトルクを得ることが可能
となる。又、各エンジンは駆動軸３０の同心円方向に配
設されるため全体的にコンパクトな動力伝達装置とな
る。更に、駆動軸３０は紙面に垂直方向で上下の何れに
も出力端を設けることが可能となる。

【００１５】次に、本発明に係る動力伝達装置の第３の
実施例の構成を図５の模式図に基づいて説明する。図５
は、エンジンを２サイクル６気筒とした場合の動力伝達
装置５００である。尚、エンジンに関しては６つのピス
トン１５１〜１５６のみを図示してある。駆動軸３０
は、図４と同様に、紙面方向に垂直方向に配設され、そ
の駆動軸３０の円筒カム部３１には紙面に平行な方向で
上下に各一続きの１周期分のカム溝３１ａ，３１ｂを形
成する。駆動軸３０の円筒カム部３１の周囲に対して３
気筒分のピストン１５１，１５２，１５３を上側のカム
溝３１ａに対応させて３等分（ 120°）にて配置する。
残りの３気筒分のピストン１５４，１５５，１５６を同
じく駆動軸３０の周囲に対して下側のカム溝３１ａに対
応させて３等分（ 120°）にて配置する。この時、紙面
に対して上下に配設された各ピストン１５１〜１５６の
配置は、図５に示したように、６等分（60°）となるよ
うにする。このように構成された動力伝達装置５００で
は、駆動軸３０の１回転におけるエンジンの爆発が均等
角度（60°）毎各１回の合計６回となるので、例えば、
矢印方向に極めて滑らかで高いトルクを得ることが可能
となる。又、各エンジンは駆動軸３０の同心円方向に配
設されるため全体的にコンパクトな動力伝達装置とな
る。更に、駆動軸３０は紙面に垂直方向で上下の何れに
も出力端を設けることが可能となる。

【００１６】次に、本発明に係る動力伝達装置の第４の
実施例の構成を図６の模式図に基づいて説明する。図６
は、エンジンを２サイクル４気筒とし、上下のピストン
１５１，１５２及びピストン１５３，１５４をそれぞれ
一つの連結部材２１１，２１２にて軸支し一体的に移動
可能に構成している。尚、エンジンに関しては４つのピ
ストン１５１〜１５４のみを図示してある。駆動軸３０
の円筒カム部３１の上下に対して一対のピストン１５
１，１５２及びピストン１５３，１５４を配置し、その
円筒カム部３１のカム溝３１ａに対応させてそれぞれの
連結部材２１１，２１２を駆動軸３０の円筒カム部３１
に対して左右対称に配置する。又、円筒カム部３１のカ
ム溝３１ａのカム曲線は図３と同様に形成する。更に、
ピストン１５１，１５３が上死点にあるときピストン１
５２，１５４が下死点になり、反対にピストン１５１，
１５３が下死点にあるときピストン１５２，１５４が上
死点になるように構成する。すると、円筒カム部３１の
カム溝３１ａは、それら上死点及び下死点近傍で常にエ
ンジンの爆発により連結部材２１１，２１２が矢印方向
の直進往復運動する力をカムフォロア２３，２４を介し
て受けることになる。そして、その円筒カム部３１と一
体的な駆動軸３０は例えば、矢印方向に回転される。こ
のように構成された動力伝達装置６００では、駆動軸３
０の１回転におけるエンジンの爆発が均等角度（90°）
毎各１回の合計４回となるので、滑らかで高いトルクを
得ることが可能となる。又、本実施例の動力伝達装置６
００においても、各エンジンは駆動軸３０の同心円方向
に配設されるため全体的にコンパクトな動力伝達装置と
なる。更に、駆動軸３０は紙面に垂直方向で上下の何れ
にも出力端を設けることが可能となる。尚、上述の実施
例では全て、吸気及び排気バルブが不必要で構造が簡単
な２サイクルエンジンを想定して述べたが、４サイクル
エンジンであっても何ら問題はない。この場合には、駆
動軸３０の出力端を上記バルブ制御のために使用するこ
とができ、従来のエンジンにおけるバルブ制御に比較し
て、吸気及び排気バルブ近くに出力軸が存在するためタ
イミング誤差の少ない極めて正確な制御が可能となる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ており、本発明の動力伝達装置における駆動軸の配設方
向はピストンの運動方向と同一方向となるため、エンジ
ンのシリンダの同心円方向に対して極めてコンパクトな
構成とすることができる。又、本発明の動力伝達装置
は、駆動軸の円筒側面の１周当りのカムのカム曲線形状
によりピストンの１往復運動に対する駆動軸の回転数が
決まるため、一次減速装置を内蔵したものと同等とな
り、滑らかで高トルク回転が可能である。更に、本発明
の動力伝達装置は、エンジンの気筒数が複数であっても
駆動軸の回転周囲で気筒配置の自由度が大きく、駆動軸
の両端を出力端とすることも容易であるため、種々の構
成及び応用が可能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な一実施例に係る動力伝達装置
の構成を示した縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図３】同実施例に係る駆動軸の円筒カム部のカム溝形
状を示した説明図である。

【図４】本発明に係る動力伝達装置の第２の実施例の構
成を示した模式図である。

【図５】本発明に係る動力伝達装置の第３の実施例の構
成を示した模式図である。

【図６】本発明に係る動力伝達装置の第４の実施例の構
成を示した模式図である。

【符号の説明】

１０−エンジン １１−シリンダ １５−ピストン ２０−ハウジング ２１−連結部材 ２３，２４−カムフォロア（力伝達部材） ２５，２６−ガイド部材 ３０−駆動軸 ３１−円筒カム部 ３１ａ−カム溝（カム） １００−動力伝達装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レシプロエンジンのシリンダ内を往復し
   て吸入・圧縮・爆発・排気の各作用をするピストンに軸
   支された連結部材と、 前記連結部材を直進案内するガイド部材と、 前記連結部材に軸支された力伝達部材と、 円筒側面に形成され所定のカム曲線から成る前記力伝達
   部材と係合するカムを有し、前記力伝達部材の直進往復
   運動によりその方向に垂直な面で回転運動される駆動軸
   とを備えたことを特徴とする動力伝達装置。