JPH07113452A - 往復運動をカムによる回転変換機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、レシプロエンジンのクランク
を用いず回転運動を得る事により、ピストンにかかる側
圧を抑え摩擦抵抗と振動の低減を、目的として効率を求
めた考案である。又、スターリングエンジンの密封装置
を用いす、作動ガスの漏れ防止を目的として、軽量、コ
ンパクトを求めた考案である。又、シャフトを動力で回
転させて、油圧、空気圧等、ポンプとしても使用できる
考案である。 【構成】 本発明は固定されたブロックケースの上
下にシリンダーを配置してある。シリンダーブロック
に、一体形で上下にピストンをもつ中央が楕円にくりぬ
いてあるブロックが、ピストンリングで組み込まれてい
る。ブロックケースにベアリングで固定されたシャフト
の先端のカムが、楕円の内壁を回転するように取り付け
てある。シャフトは２本で左右逆回転するようにしてあ
り、ピストンへの側圧を相殺するように機構されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、内燃、又は外燃機関
の往復運動を回転運動に変換する、クランクシャフトに
変わりえる装置である。

【０００２】

【従来の技術】 図４は従来のレシプロエンジンの断面
図である。９のクランクシャフト、１０のコンロッドを
用いて４ｂのピストンの往復運動を回転運動に変換して
いる。

【０００３】１０のコンロッドは４ｂのピストンの往復
運動により、横方向への動きがあるため５ｂのシリンダ
ー側面に４ｂのピストンをおしつける圧力を発生する。

【０００４】このように往復運動を回転運動に変えるク
ランクシャフトでは、ピストンに側圧が発生し、摩擦抵
抗により効率の低下と振動を生じる。又、クランクシャ
フトは重量増となる。

【０００５】図５はダブルアクティングスターリングエ
ンジンの断面図である。スターリングエンジンは作動ガ
スの膨張収縮の原理でピストンに往復運動を得るもので
ある。

【０００６】図５で５ｃはシリンダー、４ｃはピスト
ン、１４は加熱器、１５は蓄熱器、１６は冷却器、１１
は密封装置、１７はピストンロッド、１０ａはコンロッ
ド、９ａはクランクシャフト、１３は膨張室、１２は低
圧室である。

【０００７】１３の膨張室、１４の加熱器、１５の蓄熱
器、１６の冷却器、１２の低圧室は作動ガスが流通して
いる。

【０００８】１４の加熱器は始動の際、７５０゜Ｃ程度
に加熱されている。セルモーターにて４ｃのピストンが
下降すると１２の低圧室の作動ガスが、１３の膨張室に
流れ、１４の加熱器で加熱され高圧となり、４ｃのピス
トンに下降させる力を生じる。９ａのクランクシャフト
の反動する動きで４ｃのピストンが上昇すると、１３の
膨張室の作動ガスは１２の低圧室に流れ、１６の冷却器
で冷却され低圧となる。

【０００９】ダブルアクティングスターリングエンジン
は、実際は４気筒でクランク進角が６０°〜９０°あ
り、膨張室と低圧室は１シリンダー内で流通しているの
ではなく、４気筒間で一つづつずれながら流通してい
る。このようにスターリングエンジンは、作動ガスを加
熱、冷却することにより、高圧、低圧を連続させ往復運
動を得る外燃機関である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】 レシプロエンジンの
往復運動をクランクシャフトで回転運動に換える機構で
は、ピストンに側圧が生じ摩擦抵抗で効率の低下、振動
の原因となる。

【００１１】スターリングエンジンの実用化の課題は作
動ガスの漏れをいかに防ぎ、耐久性を得るかである。

【００１２】図５で、１７のピストンロッドを用いて４
ｃのピストンへの側圧を抑え、１３の膨張室からの作動
ガスの漏れを防ぎ、１１の密封装置でクランク室への作
動ガスの漏れを防いでいる。

【００１３】現在、スターリングエンジンを研究開発し
ている企業では、１１の密封装置の材質等、種々の研究
がなされている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】 本発明は、ピストン
の往復運動に側圧を生じないようにクランクを介さず、
上下のピストンの中央に楕円の穴をとり、２個の互いに
逆回転するカムにより、往復運動を回転運動に変換しよ
うとしたものである。

【００１５】２個の互いに逆回転するカムは楕円の内壁
を滑り回る時、互いに反対の内壁を滑り回るので、相互
に力を相殺してピストンへの側圧は生じない。

【００１６】スターリングエンジンでは密封装置を用い
ないように、解決しようとしたものである。

【００１７】

【作用】 本発明をレシプロエンジンの動作に例
をとり説明する。本発明では上下にシリンダーがあり、
上下のシリンダーに一体形のピストンが組み込まれてい
る。一体形のピストンの中央に楕円のくりぬき穴を設け
ている。

【００１８】固定されたブロックケースの中央に左右独
立したシャフトがベアリングで取り付けてある。ブロッ
クケース内、一体形のピストン中央の楕円の内壁に、シ
ャフトの先端に固定されたカムが接している。

【００１９】一体形のピストン中央の楕円は、上下に寸
法が短く、左右に寸法が長い。カムの寸法の長い先端の
部分が楕円内で上の位置に達した時、上のピストンは上
死点に達する。

【００２０】カムシャフトは逆回転するように機構され
ているので、カムの寸法の長い先端の部分が楕円内の左
右の壁に達したとき、楕円の中心点から左、又は右の楕
円の端までの寸法は、カムの中心点からカムの寸法の長
い先端の部分までの寸法と同一であるので左右方向への
力は生じない。

【００２１】上下のシリンダーに混合気の吸入装置、点
火装置、排気装置を設け、吸入、圧縮、爆発、排気をレ
シプロエンジンと同じ仕組みにより発生させると、ピス
トンは往復運動を発生し、一体形のピストンの楕円の内
壁に接しているカムを内壁の寸法の短い方から寸法の長
い方へ滑り回る力を発生する。以上の連続がカムを回転
させ回転動力を生み出す。

【００２２】

【実施例】 本発明の実施例を、図１、図２、図３、
に基ずいて説明する。１は固定されたブロックケースで
ある。１のブロックケースの上下には、５、５ａのシリ
ンダーブロックが固定されている。１のブロックケース
の中心点に２のカムシャフトがベアリングで取り付けて
ある。４、４ａのピストンは一体形であり、上下のピス
トンの中央に７の楕円の内壁をくりぬいた構造である。
４、４ａのピストンは５、５ａのシリンダーに上下それ
ぞれ、８、８ａのピストンリングで組み込まれている。
４、４ａのピストンの中央の７の楕円の内壁には、３、
３ａのカムの寸法の長い方の先端に取り付けてある６、
６ａのローラーベアリングが接している。図３で２、２
ａのカムシャフトは１のブロックケースに、左右独立し
て取り付けてあり、逆回転するように機構されている。
図１、図２、図３はスターリングエンジンを念頭におい
て描いている。

【００２３】次に動作について説明する。レシプロエン
ジンと同様に５、５ａのシリンダーに、吸入装置、点火
装置、排気装置を取り付け、セルモーターで２、２ａの
カムシャフトを回転させると、３、３ａのカムの寸法の
長い方が７の楕円の内壁を、滑り回り始める。３、３ａ
のカムの寸法の長い先端が７の楕円の寸法の長い左右の
内壁にあるときは、４、４ａのピストンは中立の位置に
あり、３、３ａのカムの寸法の長い先端が７の楕円の寸
法の短い４のピストン側の内壁に達したとき、５のシリ
ンダー室は圧縮状態にある。この時５ａのシリンダー室
は吸入状態にある。５のシリンダー室で爆発が起きる
と、３、３ａのカムの寸法の長い先端は７の楕円の寸法
の短い４のピストン側の内壁より、７の楕円の寸法の長
い方へ滑り回り始める。

【００２４】５のシリンダー室での爆発の反動で３、３
ａのカムの寸法の長い先端は、７の楕円の寸法の短い４
ａのピストン側の内壁まで達する。この時、５ａのシリ
ンダー室が圧縮状態になる。この時５ａのシリンダー室
で爆発が起きると、上記の往復運動は持続し３、３ａの
カムにより回転運動を取り出せる。

【００２５】本発明は本来スターリングエンジンの為に
考案したものである。スターリングエンジンでは、高圧
側のシリンダー室と低圧側のシリンダー室が必要であ
り、本発明の５、５ａのシリンダーのように２つのシリ
ンダー室を有し、一方のシリンダー室が吸入状態の時、
他方のシリンダー室が爆発状態の機構は、スターリング
エンジンには必要不可欠のものである。

【００２６】本発明ではピストンロッドが無いため、密
封装置が不必要で作動ガスの漏れの心配がない。

【００２７】本発明では、逆回転する３、３ａのカムの
横方向の力の相殺により４、４ａのピストンへの側圧が
発生しないため８、８ａのピストンリングの摩耗が極小
で作動ガスの漏れを防げると考える。

【００２８】

【発明の効果】 本発明は、クランクを介さず往復運動
を逆回転するカムにより回転運動に換える工夫がしてあ
るため、ピストンへの側圧を抑えることにより効率の向
上、振動の低減、寸法、重量の大幅な減量を可能にする
ものと思われる。又、スターリングエンジンでは作動ガ
スの漏れを防ぎ、実用化に向けおおいに期待できると思
われる。

【００２４】本発明はシャフトを動力で回転させ、油
圧、空気圧等のポンプとしても使用できると思われる。
又、スターリングエンジンの可逆サイクル理論により、
冷凍機としても使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 斜視図一部断面図

【図２】 正面断面図

【図３】 側面断面図

【図４】 レシプロエンジンの断面図

【図５】 ダブルアクティングスターリングエンジン
の断面図

【符号の説明】

１は固定されたブロックケース、２はカムシャフト、３
はカム、４はピストン、５はシリンダー、６はローラー
ベアリング、７は４のピストンと一体形の楕円のケー
ス、８はピストンリング、９はクランクシャフト、１０
はコンロッド、１１は密封装置、１２は圧縮室、１３は
膨張室、１４は加熱器、１５は蓄熱器、１６は冷却器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 往復運動をクランクを使用せず楕円の内
   壁をカムが回転する事により、回転変換させる機構。
2. 【請求項２】 一体形のブロックケースの上下にシリン
   ダーを設け上下に一体形のピストンを内蔵して上下のシ
   リンダー内の爆発膨張、又は作動ガスの膨張収縮の動力
   変換を行う請求項１の形式。
3. 【請求項３】 一体形の上下のピストンの中央に位置す
   る楕円の内壁に接しているカムは２個で互いに逆回転を
   する請求項１の形式。