JPH08178010A

JPH08178010A - 運動変換装置およびレシプロエンジン

Info

Publication number: JPH08178010A
Application number: JP33672194A
Authority: JP
Inventors: Kaizo Furukawa; 改造古川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】往復運動をより効率的に回転運動に変換する
ことを目的とする。特に、レシプロエンジンにおけるピ
ストン往復運動を回転運動に変換するための装置につい
て、コンロッドとクランクシャフトとで構成する従来の
既成概念から脱却し、低燃費で高出力を得、製造コスト
が低廉で、しかもコンパクトな設計を可能とする。【構成】シリンダー１０および１０ａを９０度のバン
ク角をなして配置してなるＶ型２気筒エンジンである。
シリンダー１０のストローク室１４内を往復運動するピ
ストン１２には、上端が閉塞され下端が開口された内孔
１８がシリンダーと同心状に形成され、この内孔に円筒
状のシャフト２０が収容され得るよう構成されている。
シャフトの外周面には交差する一対の螺旋溝２２、２４
が刻設される。ピストンが図示上死点位置から下降する
と、該ピストンに固着されて一体的に下降するボス２
６、２８が一対のシャフト螺旋溝にそれぞれ嵌合してい
ることにより、シャフトを図示反時計方向に回転させ
る。シャフトの回転は、傘歯車３０、３２同士の噛合を
介してストレートシャフト３４に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、往復運動を回転運動
に、あるいは逆に回転運動を往復運動に変換する運動変
換装置に関する。前者の運動変換装置は、特に、各種交
通機関や産業用機械の動力源として利用されるレシプロ
エンジンとして好適に適用される。また、後者の運動変
換装置は、たとえば、モータを駆動源とするエアコンプ
レッサやポンプ等に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】往復運動を回転運動に変換して動力を得
る運動変換装置の代表例として、ガソリンや軽油を燃料
とする内燃機関が挙げられる。今日において、かかる内
燃機関としては、レシプロエンジンが主流を占めてい
る。レシプロエンジンは、ガソリンを燃料とするガソリ
ンエンジンおよび軽油を燃料とするディーゼルエンジン
とに大別され、前者は主として乗用車等の自動車や小型
航空機に、後者は乗用車や貨物自動車あるいは船舶に搭
載され、動力源として用いられている。これらレシプロ
エンジンは、燃料と空気との混合気を圧縮状態で点火す
ることにより爆発的に燃焼させ、これに伴う膨張圧をピ
ストンの往復運動に変換して動力を得るものである。

【０００３】たとえば代表的な自動車用エンジンである
４サイクルエンジンにおいては、良く知られているよう
に、吸気、圧縮、爆発、排気の４行程を行う間にピスト
ンが２往復する。すなわち、シリンダ頂部に形成される
燃焼室に通ずる吸気バルブを開いた状態でピストンが下
降することにより、シリンダ内に負圧が形成され、吸気
バルブを通じてガソリンと空気との混合気を燃焼室に吸
入した（吸気行程）後、吸気バルブが閉じられ、ピスト
ンが上昇に転じて燃焼室内の混合気を圧縮する（圧縮行
程）。ピストンが上死点に達する頃にスパークプラグを
介して点火し、混合気を爆発的に燃焼させ、そのときの
膨張圧がピストンを押し下げる（爆発行程）。ピストン
は下死点に達した後に再び上昇に転ずるが、このときに
排気バルブを開くことにより燃焼排ガスをシリンダ外に
排出する（排気行程）。以上の４行程が繰り返し行われ
ることにより、ピストンの往復運動が得られる。そし
て、このピストン往復運動は、ピストン下端部に連結さ
れるコンロッドおよびクランクシャフトを介して回転運
動に変換され、自動車の駆動車輪を回転させるための動
力が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術によるレシプロエンジンにおいては、一般に、ピスト
ンの往復運動を回転運動に変換するためにコンロッドお
よびクランクシャフトが用いられており、吸気、圧縮、
爆発および排気の行程で２往復するピストンの往復運動
をこれらコンロッドおよびクランクシャフトを介して変
換して２回転の回転運動を得ている。したがって高回転
を得るためには、それに相応する速度でピストンを往復
運動させる必要があり、燃料消費量を増大させることに
なる。すなわち、省資源の観点から、低燃費で高出力を
得ることのできるエンジンの開発が切望される。

【０００５】また、クランクシャフトには、コンロッド
を介して作用するピストン往復運動に伴う大きな負荷に
対抗するための強度および剛性が要求され、更にバラン
スのとれたスムーズな高速回転を可能にするための諸特
性が要求される。これらの見地より、クランクシャフト
は一般に鍛造による一体成形品として製造されている
が、きわめて複雑な形状であることから製造コストが嵩
み、これがエンジン全体の製造コストを上昇させる一因
となっている。

【０００６】更に、クランクシャフトの回転中心から径
方向外側に膨出するクランクアームの長さは、ピストン
往復運動における上死点から下死点までのピストンスト
ロークの半分を要する。したがって排気量を増大するた
めにピストンストロークを長くすると、それに比例して
クランクアームも長くなってしまう。乗用車における乗
用部分や貨物車における荷台部分の空間を確保するため
にエンジンを極力コンパクトに設計することが望まれ、
このために多気筒エンジンの配列をＶ型や縦置等とする
ことが行われているが、クランクシャフトを用いること
によるエンジンの長大化の問題は依然として解決されて
いない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、従来技
術とは全く異なる斬新な発想により、往復運動を回転運
動に変換し、あるいは逆に回転運動を往復運動に変換す
る運動変換装置を提供することを目的とする。特に、レ
シプロエンジンにおけるピストン往復運動を回転運動に
変換するための装置について、コンロッドとクランクシ
ャフトとで構成する従来の既成概念から脱却し、全く斬
新な発想に基づいて構成することを提案するものであ
る。

【０００８】すなわち本発明は、往復運動する部材と、
往復運動部材の往復運動方向には移動することができな
いがそれ自体は回転可能に支持される円筒状部材と、往
復運動部材の一部を嵌合すべく円筒状部材の円周面に形
成されるエンドレスの螺旋溝とを有してなり、往復運動
部材の一部とエンドレス螺旋溝との嵌合を介して往復運
動部材の往復運動を円筒状部材の回転運動に変換するこ
とを特徴とする運動変換装置である。

【０００９】また、本発明は、回転部材と、回転部材の
回転軸方向に往復運動可能な往復運動部材と、回転部材
の円周面に形成されて往復運動部材の一部を嵌合するエ
ンドレスの螺旋溝とを有してなり、往復運動部材とエン
ドレス螺旋溝との嵌合を介して回転部材の回転運動を往
復運動部材の往復運動に変換することを特徴とする運動
変換装置である。

【００１０】更に、本発明によるレシプロエンジンは、
上部に燃焼室を有するシリンダと、燃焼室内における燃
料燃焼によりシリンダ室内を往復運動するピストンと、
ピストンの内孔に収容可能に支持されると共にシリンダ
に対して相対回転可能な円筒状軸部材と、ピストンまた
は円筒状軸部材のいずれか一方に一体的に設けられる突
出部材と、ピストンまたは円筒状軸部材の他方に形成さ
れて突出部材を嵌合可能なエンドレスの螺旋溝とを有し
てなり、突出部材とエンドレス螺旋溝との嵌合を介して
ピストンの往復運動を円筒状軸部材の回転運動に変換す
るように構成されてなることを特徴とするレシプロエン
ジンである。

【００１１】前記構成の単気筒エンジンを複数設けて多
気筒化することにより多気筒レシプロエンジンが提供さ
れる。

【００１２】この場合の一つの好適な構成例によれば、
複数の単気筒エンジンの各々における円筒状部材はシリ
ンダの底面を貫通して下方に延長しており、その下端に
はそれぞれ円筒状部材と一体的に回転する第１の歯車が
固着されており、かつ、各単気筒エンジンにおける第１
の歯車のそれぞれと噛合する第２の歯車がストレートシ
ャフトに固着されており、各単気筒エンジンにおける円
筒状部材の回転がストレートシャフトに伝達される。

【００１３】各単気筒エンジンは、ストレートシャフト
の軸方向に対して放射状に配列してもよく、あるいは、
ストレートシャフトのまわりにその軸方向と平行に配列
してもよい。

【００１４】また、本発明の多気筒レシプロエンジンの
他の好適な態様によれば、複数の単気筒エンジンの各々
における円筒状部材はシリンダの底面を貫通して下方に
延長しており、その下端にはそれぞれ円筒状部材と一体
的に回転する第１の歯車が固着されており、かつ、第１
の歯車は、第１のストレートシャフトに固着される第２
の歯車と第２のストレートシャフトに固着される第３の
歯車とに噛合しており、かくして、第１のストレートシ
ャフトと第２のストレートシャフトとを同時に逆方向に
回転することができるように構成される。

【００１５】本発明の多気筒レシプロエンジンの更に別
の好適な態様によれば、複数の単気筒エンジンの各々に
おける円筒状部材はシリンダの底面を貫通して下方に延
長しており、その下端にはそれぞれ円筒状部材と一体的
に回転する第１の歯車が固着されており、かつ、複数の
単気筒エンジンの第１のグループにおいては第１の歯車
が第１のストレートシャフトに固着される第２の歯車と
噛合して第１のストレートシャフトを一方向に回転さ
せ、複数の単気筒エンジンの残余の第２のグループにお
いては第１の歯車が第２のストレートシャフトに固着さ
れる第３の歯車と噛合して第２のストレートシャフトを
第１のストレートシャフトとは逆方向に回転させるよう
に構成される。

【００１６】

【作用】本発明によるレシプロエンジンにおける運動変
換機構の作用を図１に基づいて説明する。シリンダ（図
示せず）内部の下方部分に回転シャフト１が配置され
る。回転シャフト１はピストン（図示せず）の中心孔内
に回転可能に挿入されている。

【００１７】回転シャフト１の外周面には図示されるよ
うな一対の螺旋溝２、３が刻設される。一方の螺旋溝２
は、上端地点ａから始まって、他方の螺旋溝３と交差す
る地点ｂを通り、中間地点ｃを通った後、回転シャフト
１の反対側外周面上を徐々に下降し、その中間地点ｄで
他方の螺旋溝３と交差した後更に下降して下端地点ｅに
到達し、その後上昇に転じて、他方の螺旋溝３と交差す
る地点ｅを通り、再び中間地点ｃを通った後、反対側外
周面上を徐々に上昇し、その中間地点ｇで他方の螺旋溝
３と交差した後更に上昇して上端地点ａに戻る。すなわ
ち、螺旋溝２は、上端地点ａからｂ、ｃ、ｄの各地点を
通って下端地点ｅに到達する間に回転シャフト１の外周
面上を１回転し、下端地点ｅからｆ、ｃ、ｇの各地点を
通って上端地点ａに戻るまでに同様に回転シャフト１の
外周面上を１回転している。

【００１８】他方の螺旋溝３は上記螺旋溝２に対して１
８０度ずらした位置に形成されており、上端の地点ｈ、
反対側外周面上の交差点ｇ、中間地点ｉ、交差点ｆ、下
端地点ｊ、反対側外周面上の交差点ｄ、中間地点ｉ、交
差点ｂの順に通過して地点ｈに戻る。この螺旋溝３にお
いても、上端地点ｈから下端地点ｊに至るまでに回転シ
ャフト１の外周面上を１回転し、下端地点ｊから上端地
点ｈに戻るまでに回転シャフト１の外周面上を１回転す
る。

【００１９】これら螺旋溝２、３内に突入する一対のボ
ス４、５が対向配置される。これらボス４、５はピスト
ンと共に上下に往復移動し、ピストンが上死点にあると
きはボス４が螺旋溝２の上端地点ａに突入すると共にボ
ス５が螺旋溝３の上端地点ｈに突入している。この状態
からピストンが下降して上死点と下死点との間の中間点
に来ると、ボス４は螺旋溝２に案内されながら地点ａか
ら地点ｃを経由して地点ｃに移動すると共に、ボス５は
螺旋溝３に案内されながら地点ｈから地点ｇを経由して
地点ｉに移動する。この間のボス４、５の下降移動によ
って、回転シャフト１が図示反時計方向に１８０度回転
する。引き続きピストンが下降して下死点に到達する
と、ボス４は螺旋溝２内を地点ｃから地点ｄを経由して
下端地点ｅに移動すると共にボス５は螺旋溝３内を地点
ｉから地点ｆを経由して下端地点ｊに移動し、かかるボ
ス４、５の下降移動によって回転シャフト１が更に反時
計方向に１８０度回転する。すなわち、ピストンが上死
点から下死点まで下降する間に回転シャフト１は１回転
する。同様にピストンが下死点から上死点まで上昇する
間に回転シャフトは１回転する。

【００２０】以上のようにしてピストンの往復運動が回
転シャフトの回転運動に変換され、クランクシャフトを
用いる必要なしに所望の回転運動が得られる。本発明に
必要とされる螺旋溝付きシャフトおよび該螺旋溝に嵌合
される突出部材（ボス）は、いずれも既知の手法により
容易に加工製造することができる。

【００２１】図１から、本発明が、回転運動を往復運動
に変換する運動変換装置としても機能し得ることが理解
される。すなわち、シャフト１が図示されないモータ等
により回転されるとき、ボス４、５と螺旋溝２、３との
嵌合により、ボス４、５と一体であるピストンは往復移
動する。

【００２２】

【実施例】図２は本発明をＶ型２気筒エンジンに適用し
た実施例を示す。この実施例では、シリンダ１０および
１０ａが９０度のバンク角をなしてＶ型に配置されてい
る。

【００２３】シリンダ１０および１０ａの構成は略同一
であるので、以下シリンダ１０の構成について説明す
る。シリンダ１０の内部には、ピストン１２を収容して
所定ストロークの往復運動を許容するためのストローク
室１４と、頂部の燃焼室１６とが設けられる。この例に
おいて燃焼室１６は略半球形型の燃焼室として示されて
いるが、これに限定されることなく、多球形型、ウエッ
ジ型、ペンタルーフ型等の燃焼室として構成されるもの
であっても良い。

【００２４】燃焼室１６には、ガソリンと空気との混合
気を吸入するためのインテークマニホールドおよび燃焼
排ガスを排気するためのエキゾーストマニホールドが連
通され、更にこれらインテークマニホールドおよびエキ
ゾーストマニホールドにはそれぞれ吸気および排気を制
御するための吸気バルブおよび排気バルブが配置される
が、これら各部材は公知であるので特に説明を要せず、
したがって図示省略されている。

【００２５】ピストン１２はシリンダ１０のストローク
室１４内を軸方向に往復運動する。すなわち前述したよ
うに吸気、圧縮、爆発、排気の４行程の間に２往復す
る。図２においてシリンダ１０内のピストン１２は上死
点にあるものとして示されており、この状態において他
方のシリンダ１０ａ内のピストン１２ａは下死点に位置
している。

【００２６】ピストン１２には、上端が閉塞され下端が
開口された内孔１８がシリンダ１０と同心状に形成さ
れ、この内孔１８に円筒状のシャフト２０が収容され得
るよう構成されている。シャフト２０は、シリンダ１０
の軸方向には移動不能であって、このための軸方向移動
規制手段（図示せず）が設けられる。また、シャフト２
０はピストン１２に対して回転可能であって、シャフト
２０と摺接する内孔１８の内面およびシリンダ１０の底
面開口１１の内面には、潤滑油やベアリングあるいはホ
ワイトメタル等の相対回転を円滑に許容するための手段
（図示せず）が設けられる。

【００２７】シャフト２０の外周面には交差する一対の
螺旋溝２２、２４が刻設されている。この一対の螺旋溝
２２、２４は前述した図１の例における螺旋溝２、３と
実質的に同一であるものとして示されている。すなわ
ち、螺旋溝２２はその上端点２２ａから下端点２２ｂに
至るまでにシャフト２０の外周面を一周し、下端点２２
ｂから上端点２２ａに戻るまでにシャフト２０の外周面
を同一方向にもう一周する。同様に螺旋溝２４はその上
端点２４ａから下端点２４ｂに至るまでにシャフト２０
の外周面を一周し、下端点２４ｂから上端点２４ａに戻
るまでにシャフト２０の外周面を同一方向にもう一周す
る。

【００２８】ピストン１２の底面部１３には内孔１８に
向けて突出するボス２６，２８が１８０度間隔に対向配
置されている。ボス２６、２８は螺旋溝２２、２４にそ
れぞれ離脱不能に突入嵌合している。ピストン１２が図
示の上死点に位置しているとき、ボス２６は螺旋溝２２
の上端点２２ａに嵌合され、ボス２８は螺旋溝２４の上
端点２４ａに嵌合されている。ボス２６、２８はピスト
ン底面部１３に固定されており、したがってピストン１
２と共にシリンダ１０のストローク室１４内を往復移動
する。

【００２９】シャフト２０はシリンダ１０の底面開口１
１を貫通し、その下端には傘歯車３０が固着されてい
る。傘歯車３０は、ストレートシャフト３４に固着され
る傘歯車３２と噛合し、シャフト２０の回転をストレー
トシャフト３４に伝達して回転させる。

【００３０】以上の構成から明らかなように、ピストン
１２が図２に示される上死点位置からストローク室１４
内を下降すると、該ピストン１２に固着されて一体的に
下降するボス２６、２８がシャフト２０の螺旋溝２２、
２４にそれぞれ嵌合していることにより、シャフト２０
を図示反時計方向に回転させる。螺旋溝２２、２４はそ
の上端点２２ａ、２４ａから下端点２２ｂ、２４ｂに到
達するまでにシャフト２０の外周面を一周しているの
で、ピストン１２が上死点位置から下死点位置に下降移
動する間に、シャフト２０は１回転する。同様に螺旋溝
２２、２４はその下端点２２ｂ、２４ｂから上端点２２
ａ、２４ａに復帰するまでにシャフト２０の外周面を一
周しているので、ピストン１２が下死点から上死点まで
上昇移動する間に、シャフト２０は１回転する。

【００３１】したがって、４サイクルエンジンにおいて
吸気、圧縮、爆発および排気の一連の行程の間に２往復
するピストン１２に対し、シャフト２０は４回転する。
このシャフト２０の回転は、傘歯車３０および３２を介
してストレートシャフト３４に伝達され、これら傘歯車
間の速比に応じた回転数でストレートシャフト３４を回
転させる。たとえば駆動歯車である傘歯車３０の歯数が
２０、被動歯車である傘歯車３２の歯数が１０であると
き、速比は２となり、吸気、圧縮、爆発および排気の一
連の行程でピストン１２が２往復する間にストレートシ
ャフト３４は８回転する。

【００３２】以上に述べたと同様の動作が他方のシリン
ダ１０ａについても行われ、ストローク室１４ａ内にお
けるピストン１２ａの往復運動がシャフト２０ａの回転
運動に変換され、更に傘歯車３０ａと３２との噛合を介
してストレートシャフト３４を回転させる。

【００３３】ストレートシャフト３４には更にフライホ
イール３６が固着される。従来構成のエンジンにおける
と同様に、フライホイール３６の外周にはスタータギア
（図示せず）が噛合していて、セルモータ（図示せず）
によるエンジン始動を可能にしている。

【００３４】ピストン１２はその軸方向にのみ往復運動
するものであり、その回転運動を防止する手段を設ける
必要がある。ピストンが回転すると、ピストンの運動を
溝付きシャフト２０に伝達することが困難もしくは不可
能となってしまう。

【００３５】図３に示されるように、ピストン１２を楕
円形の断面形状とすると、シリンダ１０内におけるピス
トン１２の回転を防止し、シャフト２０の回転に対する
干渉を防止することができる。

【００３６】ストレートシャフト３４の回転は、螺旋溝
２２、２４の巻数および傘歯車３０、３２間の歯車比に
依存する。したがって、これらを適切に選択することに
より、最小の燃料消費で最大の出力を発生するようにレ
シプロエンジンを設計することができる。

【００３７】従来設計のレシプロエンジンにおいて用い
られている部品や要素の多くは、本発明においても使用
可能である。また、冷却機構、潤滑装置、電気系統、排
気系統等を含む多くの関連装置類についても、従来と同
様のものを使用することができる。さらに、本発明のレ
シプロエンジンにおいては、高精度加工が要求されるク
ランクシャフトを用いる必要がなく、これを単純な構成
のストレートシャフトで代替することができる。これら
により、本発明のレシプロエンジンの製造コストは大幅
に低減される。

【００３８】レシプロエンジンを自動車等の動力源とし
て用いる場合、一般に、複数のシリンダによる出力を統
合して高出力を得る多気筒レシプロエンジンが採用され
る。以上に述べた基本構造を有する本発明によれば、多
気筒レシプロエンジンについて各種の斬新な設計を提供
することができる。

【００３９】図２には既述したようにＶ型２気筒エンジ
ンの構成例が示されている。この構成例における２つの
シリンダ１０、１０ａは、エンジン出力の伝達を受ける
ストレートシャフト３４の軸方向に対して放射状に９０
度のバンク角で配列されている。

【００４０】同様に３つのシリンダ１０、１０ａ、１０
ｂを９０度のバンク角でＴ型に配列した構成例が図４に
示される。図４において、シリンダ１０ａおよび１０ｂ
は水平対向に配列されているが、これらの間に適当なバ
ンク角を持たせてＶ型に配列してもよい。なお、シリン
ダ１０ｂの構成および作用は既述したシリンダ１０、１
０ａと実質的に同様であるので、説明を省略する。

【００４１】また、図示されないが、４つのシリンダを
ストレートシャフトの軸方向に対して放射状にＸ型ない
し＋型に配列して４気筒エンジンとしてもよい。

【００４２】さらに、上記のようにストレートシャフト
の軸方向に対して放射状に配列された複数のシリンダに
よる配列構成を、該ストレートシャフトの軸方向に所要
の間隔を置いて、複数組配置することも可能である。た
とえば、図４に示されるＴ型３気筒エンジンをストレー
トシャフトの軸方向に間隔を置いて２組配置することに
より、コンパクトな６気筒エンジンが得られる。同様
に、Ｘ型ないし＋型の４気筒エンジンゐストレートシャ
フトの軸方向に間隔を置いて２組配置することにより、
コンパクトな８気筒エンジンが得られる。

【００４３】図５および図６には更に異なる設計による
多気筒レシプロエンジンが示される。このようなシリン
ダ配列は従来技術によっては実現不可能なものである。
この実施例では、４つのシリンダ４０ａ〜４０ｄがスト
レートシャフト５０のまわりにその軸方向と平行に配列
されている。シリンダ４０ａ〜４０ｄは、既述したシリ
ンダ１０、１０ａと実質的に同一の構成および作用を有
する。各シャフトにおいて、ピストン４４ａ〜４４ｄの
往復運動によって溝付きシャフト４２ａ〜４２ｄが回転
する。溝付きシャフト４２ａ〜４２ｄの下端にはそれぞ
れ歯車４６ａ〜４６ｄが固着され、これらの歯車はすべ
てストレートシャフト５０に固着された歯車４８と噛合
している。ストレートシャフト５０には更にフライホイ
ール５２が固着されている。このように設計された４気
筒エンジンは、特にストレートシャフト５０を中心とす
る径方向寸法において、きわめてコンパクトであること
が理解されよう。ストレートシャフト５０の回転は、歯
車４６ａ〜４６ｄと４８との間の歯車比と、シャフト４
２ａ〜４２ｄに刻設される溝の巻数との組み合わせに依
存する。

【００４４】図７には更に別の設計による多気筒レシプ
ロエンジンが示される。この実施例は、第１のシャフト
５２ａと第２のシャフト５２ｂとを同時に反対方向に回
転させることができるように構成されている。第１およ
び第２のシャフト５２ａ、５２ｂにはそれぞれフライホ
イール６４ａ、６４ｂが固着される。この実施例に用い
られるシリンダ５４ａ〜５４ｆの構成および作用は既述
したシリンダ１０、１０ａと実質的に同一であり、それ
らに収容される溝付きシャフト５６ａ〜５６ｆの下端に
はそれぞれ傘歯車５８ａ〜５８ｆが固着されている。

【００４５】これら傘歯車のうち、傘歯車５８ａおよび
５８ｂは第１のシャフト５２ａに固着される第１の傘歯
車６０ａと噛合し、傘歯車５８ｅおよび５８ｆは第２の
シャフト５２ｂに固着される第１の傘歯車６２ａと噛合
し、傘歯車５８ｃおよび５８ｄは第１のシャフト５２ａ
に固着される第２の傘歯車６０ｂと第２のシャフト５２
ｂに固着される第２の傘歯車６２ｂの両方と噛合してい
る。

【００４６】以上の構成により、図７の実施例では、４
つのシリンダ５４ａ〜５４ｄにおけるピストンの往復運
動により第１のシャフト５２ａを図示矢印方向に回転さ
せ、４つのシリンダ５４ｃ〜５４ｆにおけるピストンの
往復運動により第２のシャフト５２ｂを第１のシャフト
５２ａの回転方向と反対方向である図示矢印方向に回転
させる。すなわち、このエンジンは６気筒エンジンであ
りながら、２つのシャフト５２ａ、５２ｂをそれぞれ４
気筒エンジンで回転駆動しており、４気筒エンジンを２
つ搭載したのと同等のエンジン出力を与えることができ
る。このような設計によるエンジンは、高性能スポーツ
タイプカーや４輪駆動車に搭載して用いることが特に好
適である。

【００４７】図８は、回転運動を往復運動に変換する運
動変換装置の適用例としてのエアコンプレッサを示す。
このエアコンプレッサ６６は電気モータ６８を動力源と
し、その出力軸６８ａには、減速ギア７０を介して、溝
付きシャフト７２が接続される。楕円形の断面（図３参
照）を有するピストン７４が、シリンダ７８の楕円形断
面ピストン室７６内を往復運動可能に収容されている。
溝付きシャフト７２は、ピストン７４の内孔８０内に相
対移動可能に収容される。図１に関して説明したところ
から理解されるように、モータ６８の回転は、減速ギア
７０で所定減速比にて減速された後に、溝付きシャフト
７２に伝達され、ピストン７４の突出部材（図示せず）
とシャフト７２の螺旋溝８２との嵌合により、ピストン
７４を室７６内において往復運動させる。したがって、
ピストン７４の図示左方向への移動時に吸気口８４から
吸入された空気は、ピストン７４の図示右方向への移動
時に排気口８６から排気される。一つのモータ６８に任
意歯車装置を介して複数のシリンダ７８を接続するよう
に構成してもよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、きわめて効率的に往復
運動を回転運動に、あるいは逆に回転運動を往復運動に
変換することができる。

【００４９】本発明は特に自動車等の動力源として用い
られるレシプロエンジンに好適に適用され、ピストンの
往復運動を回転運動に変換するための機構として従来の
コンロッドおよびクランクシャフトで構成するに代えて
採用することができる。

【００５０】本発明によれば、螺旋溝の回転数と歯車比
とを適宜選択することにより、ピストンの往復運動に対
してストレートシャフトの回転数を広範な範囲において
自由に得ることができ、低燃費で高出力を発生させるこ
とができる。

【００５１】本発明のレシプロエンジンにおいては現行
エンジンと同じ形状および構造のエンジンブロックを用
い、冷却機関、潤滑系統、電気系統、排気系統等の関連
装置についても現行エンジンと同じものを用いることが
できるので、エンジン加工や組立においても現行の設備
を利用することができ、経済効率に優れている。

【００５２】更に、特殊鍛造鋼鉄を用いて高度の加工組
立技術を要して製造されるクランクシャフトが不要とな
り、安価に製造可能なストレートシャフトに置換するこ
とができるので、エンジン全体としての製造コストを大
幅に低減させる。

【００５３】また、エンジンの小型化が達成され、乗用
や貨物搭載のためのスペースを増大させることが可能で
ある。たとえば本発明の技術思想を基にＶ型８気筒エン
ジンを設計する場合、その軸方向寸法は直列４気筒エン
ジンと同等程度に縮小が可能であり、従来の多気筒エン
ジンに比して大幅なコンパクト化を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動作原理を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施例によるＶ型２気筒レシプロエ
ンジンの概略構成を示す断面図である。

【図３】図２のエンジンにおける一方のシリンダについ
てのＩＩＩ−ＩＩＩ切断線による断面図である。

【図４】本発明の別の実施例によるＴ型３気筒レシプロ
エンジンの概略構成を示す断面図である。

【図５】本発明の更に別の実施例による４気筒レシプロ
エンジンの概略構成を示す断面図である。

【図６】図５中ＶＩ−ＶＩ切断線による断面図である。

【図７】本発明の更に別の実施例による６気筒レシプロ
エンジンであって２つのシャフトを同時に反対方向に回
転させるものの概略構成を示す断面図である。

【図８】本発明の更に別の実施例によるエアコンプレッ
サの概略構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１回転シャフト２、３螺旋溝４、５ボス１０シリンダ１２ピストン１８内孔２０シャフト２２、２４螺旋溝２６、２８ボス３０傘歯車３２傘歯車３４ストレートシャフト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】往復運動する部材と、前記往復運動部
材の往復運動方向には移動することができないがそれ自
体は回転可能に支持される円筒状部材と、前記往復運動
部材の一部を嵌合すべく前記円筒状部材の円周面に形成
されるエンドレスの螺旋溝とを有してなり、前記往復運
動部材の一部と前記エンドレス螺旋溝との嵌合を介して
前記往復運動部材の往復運動を前記円筒状部材の回転運
動に変換することを特徴とする運動変換装置。
【請求項２】回転部材と、前記回転部材の回転軸方
向に往復運動可能な往復運動部材と、前記回転部材の円
周面に形成されて前記往復運動部材の一部を嵌合するエ
ンドレスの螺旋溝とを有してなり、前記往復運動部材と
前記エンドレス螺旋溝との嵌合を介して前記回転部材の
回転運動を前記往復運動部材の往復運動に変換すること
を特徴とする運動変換装置。
【請求項３】上部に燃焼室を有するシリンダと、前
記燃焼室内における燃料燃焼により前記シリンダ室内を
往復運動するピストンと、前記ピストンの内孔に収容可
能に支持されると共に前記シリンダに対して相対回転可
能な円筒状軸部材と、前記ピストンまたは前記円筒状軸
部材のいずれか一方に一体的に設けられる突出部材と、
前記ピストンまたは前記円筒状軸部材の他方に形成され
て前記突出部材を嵌合可能なエンドレスの螺旋溝とを有
してなり、前記突出部材と前記エンドレス螺旋溝との嵌
合を介して前記ピストンの往復運動を前記円筒状軸部材
の回転運動に変換するように構成されてなることを特徴
とするレシプロエンジン。
【請求項４】請求項３記載の構成の単気筒エンジン
が複数設けられて多気筒化されていることを特徴とする
請求項３のレシプロエンジン。
【請求項５】前記複数の単気筒エンジンの各々にお
ける前記円筒状部材は前記シリンダの底面を貫通して下
方に延長しており、その下端にはそれぞれ前記円筒状部
材と一体的に回転する第１の歯車が固着されており、か
つ、各単気筒エンジンにおける前記第１の歯車のそれぞ
れと噛合する第２の歯車がストレートシャフトに固着さ
れており、各単気筒エンジンにおける前記円筒状部材の
回転が前記ストレートシャフトに伝達されることを特徴
とする請求項４のレシプロエンジン。
【請求項６】前記ストレートシャフトの軸方向に対
して各単気筒エンジンが放射状に配列されてなることを
特徴とする請求項４のレシプロエンジン。
【請求項７】前記ストレートシャフトのまわりに前
記ストレートシャフトの軸方向と平行に各単気筒エンジ
ンが配列されてなることを特徴とする請求項４のレシプ
ロエンジン。
【請求項８】前記複数の単気筒エンジンの各々にお
ける前記円筒状部材は前記シリンダの底面を貫通して下
方に延長しており、その下端にはそれぞれ前記円筒状部
材と一体的に回転する第１の歯車が固着されており、か
つ、前記第１の歯車は、第１のストレートシャフトに固
着される第２の歯車と第２のストレートシャフトに固着
される第３の歯車とに噛合しており、かくして、前記第
１のストレートシャフトと前記第２のストレートシャフ
トとを同時に逆方向に回転することができるように構成
されてなることを特徴とする請求項４のレシプロエンジ
ン。
【請求項９】前記複数の単気筒エンジンの各々にお
ける前記円筒状部材は前記シリンダの底面を貫通して下
方に延長しており、その下端にはそれぞれ前記円筒状部
材と一体的に回転する第１の歯車が固着されており、か
つ、前記複数の単気筒エンジンの第１のグループにおい
ては前記第１の歯車が第１のストレートシャフトに固着
される第２の歯車と噛合して前記第１のストレートシャ
フトを一方向に回転させ、前記複数の単気筒エンジンの
残余の第２のグループにおいては前記第１の歯車が第２
のストレートシャフトに固着される第３の歯車と噛合し
て前記第２のストレートシャフトを前記第１のストレー
トシャフトとは逆方向に回転させるように構成されてな
ることを特徴とする請求項４のレシプロエンジン。