JPH08218888A

JPH08218888A - スライダ・ギア・クランク式動力伝達装置

Info

Publication number: JPH08218888A
Application number: JP5962095A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kunida; 治國田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-02-13
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1996-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】ポンプやレシプロエンジンに、一般的に用い
られている「往復スライダクランク機構」と呼ばれる
「往復運動と円運動の変換機構」のもつ欠点、すなわ
ち、横振れの問題やエネルギー効率の低さなどを改善す
る。【構成】クランクアーム５に、歯車３をとりつける。
歯車３は、クランク室内面に設けられた内向きの歯車４
と噛み合いながらころがる。また、歯車３の円周付近に
連接棒２の一端が接続され、他端はピストン１に接続さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関、又は、コン
プレッサー等において、「往復運動を円運動に変換する
とき」、または「円運動を往復運動に変換するとき」に
おける、動力伝達装置に関するものである。（以下、往
復運動が円運動に変換されたり、住復運動が円運動に変
換されることを「往円変換」とよぶ。）

【０００２】

【従来の技術】従来、「往円変換」を行なうさいには、
往復スライダクランク機構とよばれる機構が広く実用に
供されてきた。往復スライダクランク機構とは、レシプ
ロエンジンなどに一般的に使われている機構のことで、
ピストンの往復運動を、連接棒を介し、クランクのアー
ムに伝え、クランクを回転させる機構である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術である往復
スライダクランク機構には下記の欠点があった。

【０００４】（１）連接棒のクランクアーム側の部分
は、ピストンのストローク方向のみならず、それと直角
の方向（以下、ストローク直角方向のことを横方向と呼
ぶ）にも、ストローク長さと同じ長さの運動をする。こ
のため、エンジンやコンプレッサーなどに横方向の振動
がおこったり、機構を構成する部材に余分な横方向の力
をおよぼしていた。

【０００５】（２）連接棒が横方向へ運動するというこ
とは、連接棒がシリンダー壁に接触しない必要があるの
で、気筒直径にくらべてストロークを長く設定したい場
合の、制約要因となっていた。

【０００６】（３）ピストンの運動特性は、内燃機関の
燃焼時間や爆発膨脹特性に、かならずしも合理的に適合
するものではなかった。たとえば、ピストンの上死点付
近では、爆発による力をピストンに加えても、ピストン
を動かすことは困難であり、クランクを回転させる力が
ほとんど発揮できない。

【０００７】（４）コンプレッサーに往復スライダクラ
ンク機構を用いる場合には、空気の吸入と圧縮の行程が
単調であるために、空気の挙動や、動力の特性に応じた
高性能のコンプレッサーを造ることが困難であった。

【０００８】以上のように、従来の、往円変換機構の技
術の、往復スライダクランク機構には、横揺れの問題を
はじめ、エネルギー効率が悪いなどの欠点があった。本
考案は、これらの欠点を改善しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】往復スライダクランク機
構の上記欠点を改善するために、連接棒２の一端をクラ
ンク歯車３に取り付け、クランク歯車３をクランクアー
ム５に取り付ける。このとき、クランク歯車がクランク
室内側に設けられた内向きの歯車４に噛み合ってころが
りながら進むことができるように、クランクのアーム５
の長さが設定されている。

【００１０】クランク歯車３と、内向きの歯車４のギア
比は、「請求項１」において１：２であり、「請求項
２」において１：３、そして、「請求項３」において、
１：４となっている。

【００１１】

【作用】この機構の場合、連接棒２のギア側のピンの中
心６の運動軌跡は、ピン中心６がクランク歯車３の円周
近くに設置されているので、おおまかにいって、「請求
項１」の場合、「図３」の例の軌跡８のように、直線ま
たは扁平なループを描き、「請求項２」の場合、「図
４」の例の軌跡８のように、三角状のループをえがき、
そして、「請求項３」の場合、「図５」の例の軌跡８の
ように、４角状のループをえがく。

【００１２】

【実施例】そこで、連接棒の、ギアがわのピンの中心６
の軌跡の方向を、ピストンの往復運動の方向にたいし
て、適切に設定する。すなわち、「請求項１」の場合、
ピストン１の往復方向と、連接棒２のギア側のピンの中
心６の描く細長い軌跡の長手ほうこうが、おおむね平行
になるような設定とし、「請求項２」の場合は、ピスト
ンの１住復方向と、連接棒２のギア側のピンの中心６の
描く三角状の軌跡の一辺がおおむね平行になるように設
定し、そして、「請求項３」においては、ピストン１の
往復方向と、連接棒２のギア側のピンの中心６の描く四
角状のループの対角線のひとつと、おおむね平行になる
ように設定される。

【００１３】「請求項１」ではシリンダー中心の軸線は
クランクシャフトの軸線と交差するか、または、あまり
離れないように配置される。しかし、「請求項２」及び
「請求項３」の場合は、連接棒の長さ、その他のファク
ター応じて、好ましい場所がことなるので、その機械が
もっとも高い機能を発揮できる配置となるように、実験
をつうじて、好ましい位置を求め、シリンダー軸線の配
置を決める。

【００１４】ピストン１、連接棒２、ギア歯車３、クラ
ンク５、クランク室の内側にとりつけられた内向き歯車
４の配置例を、「図１」および、「図２」にしめす。図
に示す配置例の場合、クランクアーム５には、おもり７
がとりつけられ、クランクが回転する時の重心のかたよ
りを無くしている。また、歯車３にはアームがくっつけ
られており、このアームにピンがとりつけられているの
で、連接棒２のクランク歯車がわのピンの中心６を、ク
ランク歯車３の円周上に置くことができている。

【００１５】

【発明の効果】「請求項１」の装置は、連接棒の横方向
運動を極めてすくなくでき、かつ、ピストンのストロー
クを長くできるので、エンジンにおいては、強い回転力
を得ることが可能である。それゆえ、エンジンのエネル
ギー効率を高めることができる。

【００１６】また、「請求項１」の装置を、コンプレッ
サーに利用する場合においては、ボアに対して、ストロ
ークを十分長くすることができるので、高圧縮比のポン
プを容易につくることができる。

【００１７】「請求項２」の装置は、連接棒の横方向運
動をやや少なくできる。この装置をエンジンに用いる場
合には、クランクの軸が３分の２回転する間、ピストン
からクランクに回転力を加えることができるので、粘り
強い回転力がえられる。その結果、エネルギー効率も高
めることができる。

【００１８】また、「請求項２」の装置を、コンプレッ
サーに用いる場合、クランクが一回転の３分の２まわる
あいだを圧縮行程に使えば、回転動力がわへの負荷が均
等化でき、円滑な運転が可能となる。また、１回転の３
分の２を吸気行程に使えば、高速運転のポンプにおい
て、吸気時間を十分とることができるから、吸気ロスの
少ないコンプレッサーを造ることができる。

【００１９】「請求項３」の装置においては、ピストン
が上死点をすぎた直後からピストンの圧力をクランクの
回転力に変換できるので、内燃機関にもちいれば、力強
い回転力を出力することができる。

【００２０】「請求項３」の装置を、内撚機関にもちい
ると、ストローク中間地点でのピストンの動きが遅いの
で、シリンダー内での燃焼時間を中圧の状態でじゅうぶ
ん長く取ることができる。したがって燃料の完全燃焼を
容易にする。また、吸気・排気に際しても、ストローク
中間地点でのピストンの動きが遅いので、中圧の状態に
おいて、じゅうぶんな時間をとりつつ吸気と排出ができ
る。したがって、エンジンが高速回転する時において
も、安定した性能が得られる。

【００２１】また、「請求項３」の装置を、コンプレッ
サーに用いれば、ストロークの中間地点でピストンの動
きが遅くなるので、高速運転時でも安定した空気吸入・
圧縮の性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機構を示す、１断面図である。

【図２】本発明の機構を示す、別の断面図である。

【図３】請求項１の場合の、連接棒２のクランク歯車側
のピンの中心６の運動軌跡の例をしめす図である。

【図４】請求項２の場合の、連接棒２のクランク歯車側
のピンの中心６の運動軌跡の例をしめす図である。

【図５】請求項３の場合の、連接棒２のクランク歯車側
のピンの中心６の運動軌跡の例をしめす図である。

【符号の説明】

１ピストン２連接棒３クランク歯車４クランク室の内面に設けられた内向きの歯車５クランクアーム６連接棒のギア側のピンの中心７クランクアームのおもり８連接棒のギア側のピンの中心の運動軌跡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクアーム５に、歯車３がとりつけら
れている。この歯車を、以下、「クランク歯車」と呼
ぶ。この場合、クランクアーム５の長さが適切に設定さ
れているので、クランク歯車３は、クランク室の内面に
設けられた内向きの歯車４とかみあいつつ、ころがりな
がら移動できる。そして、クランク歯車３の円周または
その付近に連接棒２の一端がつながれている。また、連
接棒２の他端はピストン１につながっている。以上の機
構のことを、以下、「スライダ・ギア・クランク機構」
とよぶ。いま、「スライダ・ギア・クランク機構」にお
いて、クランク歯車３と、クランク室の内面に設けられ
た内向きの歯車４とのギア比を１：２とする。また、こ
のとき、連接棒のギアがわのピンの中心６の位置は、ク
ランク歯車の円周上か、または、円周からあまり遠くな
い場所におくものとする。以上の機構を有する動力伝達
装置。
【請求項２】上記、「請求項１」で規定する「スライダ
・ギア・クランク機構」において、クランク歯車３と、
クランク室内面の内向きの歯車４とのギア比を１：３と
する。また、このとき、連接棒２のギア側のピンの中心
６の位置は、クランク歯車の円周上か、または、円周か
らあまり遠くない場所におくものとする。以上の機構を
有する動力伝達装置。
【請求項３】上記、「請求項１」で規定する「スライダ
・ギア・クランク機構」において、クランク歯車３と、
クランク室内面の内向きの歯車４とのギア比を１：４と
する。また、このとき、連接棒２のギア側のピンの中心
６の位置は、クランク歯車の円周上か、または、円周か
らあまり遠くない場所におくものとする。以上の機構を
有する動力伝達装置。