JPS63501090A - 回転運動／直線運動変換装置 - 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】 回転運動／直線運動変換装置 本発明は、回転運動を直線運動に変換し、また、その逆の変換をも行う装置に関 するものである。例えば、本発明の原理は流体作動エンジンまたはモータに対し て、特に動力車両、農業機械、並びにポンプ、熱交換器、発電機などの固定装置 に結合される軸に回転運動を生じさせる装置に対して適用しうるものである。

特に、この好適な応用例のエンジンまたはモータは、広範な流体によって作動さ せることができ、実際に事前の点火の必要性の有無を問わず膨張しうる流体であ ればいかなる形式のものを用いても作動させることができる。したがって、装置 は圧縮または加圧されて膨張可能とされた流体、例えば空気、蒸気またはヘリウ ムを用いて作動させることができ、また、モータは必要な膨張を生じさせるため に点火を必要とする石油、ガス、その他の炭化水素燃料を用いて作動させること ができる。逆に、ポンプとしての使用時に本発明の装置は、液体および気体のい ずれであっても吸上げ又は圧縮することができる。

オーストラリア国特許第５０１５５５号明細書には流体作動装置が記載されてお り、この装置はニジリンダ部材を備え、シリンダ部材内に相互に対向する少なく とも２つのピストン部材が軸線方向に変位可能に配置され、シリンダ部材内で作 動室がピストン部材の対向端とシリンダ部材の内壁とによって限定され、シリン ダ部材に作動室と連通して作動室に流体を導入すると共に作動室から消費された 流体を排出する入口および出口手段が設けられ；さらに、ピストン部材およびシ リンダ部材を同心的に貫通する軸部材と；ピストン部材を他の前記部材の１つに 結合し、ピストン部材の軸線方向往復変位によりピストン部材を他の前記部材の １つに対して回転させる第１の結合手段と；ピストン部材を他の前記部材に結合 し、ピストン部材と他の前記部材の１つとの間の相対回転を防止すると共にピス トン部材の軸線方向往復変位を許容する第２の結合手段と；作動室内で軸部材と 共にシリンダ部材に対して回動しうるように軸部材に作動結合され、入口および 出口手段を通しての作動室内への作動流体の導入および作動室からの作動流体の 排出を制御する弁とを具えている。上記特許明細書に開示されている特定の実施 例において、第１の結合手段は、ピストン部材またはシリンダ部材の表面に形成 した少なくとも１つの連続正弦波形状の案内路と１．シリンダ部材またはピスト ン部材の対向表面から突出させて案内路と係合させた少なくとも１つの関連する カムフォロワとを具え；これら実施例における第２の結合手段は、ピストン部材 または軸部材の表面に形成した少なくとも１つの軸線方向の案内路と、軸部材ま たはピストン部材の対向表面から突出させて案内路と係合させた少なくとも１つ の関連するカムフォロワとを具えている。別の実施例においては、第１および第 ２の結合手段の関係は入換わっている。すなわち、第１の結合手段は、ピストン 部材または軸部材の表面に形成した少なくとも１つの連続正弦波形状の案内路と 、軸部材またはピストン部材の対向表面から突出させて案内路と係合させた少な くとも１つの関連するカムフォロワとを具え：第２の結合手段は、ピストン部材 またはシリンダ部材の表面に形成した少なくとも１つの軸線方向の案内路と、シ リンダ部材またはピストン部材の対向表面から突出させて案内路と係合させた少 なくとも１つの関連するカムフォロワとを具えている。

本発明の目的は、構造が比較的簡単で作動効率の高い、改良された回転運動／直 線運動変換装置を提案することにある。本発明による回転運動／直線運動変換装 置は：中心軸線を有し、その中心軸線の方向に直線運動させうる第１の部材およ びガイドと； 回転運動させうる第２の部材と； 第１および第２の部材を相互に作動結合して、前記部材の一方の直線運動または 回転運動により前記部材の他方の回転運動または直線運動を生じさせる結合手段 とを具え：さらに、前記結合手段が、 第１の部材の中心軸線に対し偏心的に配置された結合軸と； 第１の部材を結合軸に作動結合して、第１の部材の軸線方向の往復運動により結 合軸の旋回運動を生じさせ、または結合軸の旋回運動により第１の部材の軸線方 向の往復運動を生じさせる第１の結合手段と； 結合軸を第２の部材に作動結合して、結合軸の旋回運動により第２の部材の回転 運動を生じさせ、または第２の部材の回転運動により結合軸の旋回運動を生じさ せる第２の結合手段とを具えることを特徴とするものである。

好適な実施態様においては、第１の結合手段が、第１の部材りこ作動結合されて これと共に軸線方向に往復移動しうるスリーブを具え、４このスリーブが結合軸 に関連して配置されてこれに対して軸線方向に往復移動可能とされ、さらに、ス リーブと固定４位置にある取付点との間に延在させた少なくとも１つのリンク部 材を具える。固定取付点の位置は、所要に応じて調整可能とすることができる。

好適な実施態様においては、第２の結合手段が、所定の軸線を中心として回転可 能に配置されたディスク状部材を具え、このディスク状部材に対し結合軸が前記 軸線に関して偏心的に結合され、第２の部材がディスク状部材に作動結合してい る。

一実施例においては、第１の結合手段が、スリーブと、それぞれの固定取付点と の間に延在する複数のリンク部材　′を具える。この場合には、各リンク部材が スリーブおよび取付点に対し限定されパた範囲内でのユニバーサル変位を行いう るように枢着され−でいる構成とするのが望ましい。

一実施例においては１、第２の部体がディスク状部材に対し同軸的に作動結合さ れている。また、他の実施例においでは、第２の部材がディスク状部材の軸線か ら半径方向にオフセットして配置され、かつ、ディスク状部材に対し動力伝達手 段を介して作動結合されている。好適例においては、ディスク状部材がりＶ周の 歯車部分を有し、この歯車部分は第２の部材に作動結合した別の歯車と噛合わせ 可能とする。

好適例においては、第１の部材がビス斗ンを具え、ガイドがシリンダを具え、シ リンダが内部の・作動室、ならびに作動室と連通して作動室に対する作動流体の 導入・排出に供する入口手段および出口手段を有する。第１の部材がシリンダ内 に配置された２個のピストンを具え、これらピストンの間に単一の作動室が形成 されている構成とするのが望ましい。

好適例においては、潤滑及び／又は冷却システムを設け、このシステムが、装置 外部からの潤滑剤及び／又は冷媒としての流体を第１の部材に供給するための結 合軸および第２の結合手段の内部に形成した供給チャンネルを具え、第１の部材 の近傍における特定の位置への前記流体の分配を結合軸の旋回運動によって補助 する構成とする。流体はポンプ作用または遠心力によって循環させることができ る。

以下、添付図面に示した好適実施例について本発明の詳細な説明する。

図面において： 第１図は本発明によるモータの第１実施例を示す（第２図の１−１線に沿う）縦 断面図； 第２図は第１図の■−■線に沿う横断面図；第３図は本発明によるモータの第２ 実施例を示す縦断面図； 第４図は本発明のユニットを一部切欠いて示す斜視図１第５図は単一のピストン 、関連する軸およびこれらの結合部を中央紙断面において一部破断して線図的に 示す斜視図； 第６図は２本のリンクをピストンに結合された結合軸上のスリーブと、エンジン またはポンプハウジングにおける各リンク取付点との間に配置した実施例を（一 部破断して線図的に）示す斜視図である。

図示しない開口等の手段をシリンダに設け、この手段に適当な弁装置を配置して 各作動室１８　、１９と連通させることにより各室に対して作動流体を導入し、 引続いてこれにより作動流体を排出可能とすることができる。作動流体は加圧流 体（例えば、空気、蒸気等の加圧気体、または作動油等の加圧液体）とし、ある いは点火に際して膨張する流体とすることができる。後者の場合、各作動室には 既知の適宜形式の点火装置を設けることもできる。

軸２０をシリンダ１２に対して偏心的に延在させ、ディスク部材２１　、２２の 内面の各端部において偏心的に取付ける。

ディスク部材２１　、２２の外面上に出力軸２３　、２４を同心的に取付け、こ れらの軸２３　、２４はそれぞれシリンダ１２の端部２５　、２６内における適 当な軸受手段によって回動可能に支承する。

各ピストン１４　、１５　：ｌ　１６　、１７は、ピストンの軸線方向往復運動 により軸２０がシリンダ１２内で旋回運動するように軸２Ωに結合する。第１゜ 図および第２図に示すとおり、その結合手段ｔま軸、２０を包■するスリーブ２ ７　、２８　、２９を具え、これらのスリーブｔま軸上で軸線方向に往復移動し うるものである。ピストン１４　、１７は、それぞれスリーブ２７．．２９の一 端に取付け、これに対してピストン１５　、１６は単一のスリーブ２８の各端に 取付けてこれらピストンを一体的に移動可能とする。したがって、作動室１８内 における作動流体の膨張により、第１図に示す位置からピストン１４およびスリ ーブ２７は右側に、またピストン１５およびスリーブ２８は左側にそれぞれ移動 する。この移動を利用して、消費された作動流体を室１９から排出可能とし、そ のためにピストン１６を左側に移動させ、ピストン１７およびスリーブ２９を右 側に移動させると共に、ディスク２１　、２２を軸２ｏ上で旋回運動させて以下 に説明するごとく出力軸２３　、２４を回動させるものである。

ディスク２１　、２２の旋回運動は、シリンダ１２内の長手方向スロット３０　 、３１　、３２を貫通する往復動リンクアーム２７Ａ１２８Ａ　、　２９Ａ　ニ よラチスリーブ２７　、２８　、２９ノ軸２ｏニ沿う軸線方向移動を生じさせる 。各リンクアームは、それぞれ一端をスリーブ２７　、２８　、２９の一端に、 また他端をシリンダ１２の外部で長手方向に延在するハウジング１２内の固定点 に枢着するものである。（所要に応じて、図示実施例は、固定点がシリンダ１２ 内に位置するように変更することができる。）第２図から明らかなとおり、各リ ンクアーム２７Ａ。

２８Ａ　、　２９Ａはハウジング３３内でシリンダの軸線方向に往復動しうるの みならず、その側方に向けて揺動しうる配置とされている。リンクアームを設け たことにより、各スリーブを軸２０に対して軸線方向移動させるに際して軸が例 えば第２図に矢Ａで示す方向に旋回するので、ディスク２１　、２２および出力 軸２３　、２４が回動するものである。

所要に応じて、各リンクアーム２７Ａ　、　２８Ａ’、　２９Ａの枢着点をハウ ジング３３内で又はシリンダ１２内で変更することができる。その結果、ピスト ンの上下の死点位置を変化させることによって作動室内の圧縮比を変更すること が可能となる。さらに、これらリンクアームの長さを変化させてストロークの長 さを適宜に選択することも可能となる。

次に第３回を参照すると、図示の流体作動モータは多くの点で第１図および第２ 図に示したものと類似している。

すなわち、シリンダ１１２と、シリンダ内で軸線方向に可動に配置されたピスト ン１１４　、１１５　、１１６　、１１７とを具え、これらピストンによって作 動室１１８　、１１９が限定されるものである。しかし、本例においては４本の 軸１２０　、１２１　。

１２２　、１２３をシリンダ１１２に対して偏心的に設け、スリーブ１２４　、 １２５　、１２６　、１２７を１つずつ対応する軸上に配置して軸線方向に往復 可能とし、各スリーブにピストン１１４゜１１５　、１１６　、１１７　ヲ１つ ずつ取付ける。各ピストンおよびスリーブは一体構造として構成しうることは言 うまでもない。リンクアーム１２８　、１２９　、１３０　、１３１を第１図お よび第２図について詳述したごとく対応するスリーブと外部の枢着点との間に延 在させる。しかし、第３図に示すように軸１２０　、１２１　、１２２　、１２ ３は対応する歯付きディスク１３２゜１３３　、１３４　、１３５の片面に偏心 的に取付け、各歯付きディスクはシリンダ１１２内に回動可能に配置する。各デ ィスク１３２　、１３３　＋’　１３４　、１３５は、シリンダ１１２の壁内の 適当な開口部を通して外部の出力軸１３７上に取付けられている外歯歯車１３６ と噛合わせる。したがって、作動室１１８　、１１９の膨張または収縮に際して ピストン１１４　、１１５　、１１６　、１１７およびスリーブ１２４　、１２ ５　、１２６　、１２７が軸線方向に移動し、リンクアーム１２８　、１２９　 、１３０　、１３１によって軸１２ｏ。

１２１　、１２２　、１２３が旋回移動すると、その移動が回転運動として出力 軸１３７に伝達されることになる。

所定に応じて、第３回の出力軸１３７に相当する外部出力軸を第１図および第２ 図の実施例に組込み、その出力軸を例えばハウジング３３とは反対側に位置する シリンダ１２の部位に取付けることができる。同様に、第１図の軸２０に相当す る単一の貫通軸を、所要に応じて第３図の実施例における片側のみに延在させた 軸１２０　、１２１　、１２２　、　ｉ２ａの代わりに設けても良い。

第４図は、シリンダ１１２と、その内部に配置されて相互間に作動室を限定する ２つのピストン１１４　、１１５を具える構成を示すものである。ピストン１１ ４　、１１５の出力軸１３７に対する結合構造は同一であり、したがってピスト ン１１４に関連する要素のみについて説明する。ピストン１１４は偏心スリーブ １２４に作動結合し、このスリーブを結合軸１２０上に往復動可能に配置すると 共に結合軸はディスク部材１３２に結合する。リンク部材１２８をスリーブ１２ ４と固定取付点との間に延在させ、この取付点は限定された範囲内でのリンク部 材のユニバーサル変位を許容するものとする。ディスク部材１３２は外歯歯車部 分を有し、この歯車部分は軸１３７に作動結合した歯車１３８と噛合わせる。

第４図に示した装置の作動は、原則的には前述したものと同一である。すなわち 、作動流体をピストンの間の作動室内に導入・排出しうる配置として動力を出力 軸１３７に伝達可能とするものである。

第５図は、シリンダ１２と、その内部で軸線方向に移動しうるピストン１４とを 示すものである。ピストン１４の頂部、すなわちクラウン１４Ａと、シリンダ１ ２内に配置された第２のピストン１５の頂部１５八　と、シリンダ１２の内壁と によってシリンダ１２内に作動室１９を限定する。この配置は、木質的には第４ 図に示したものと同一である。第５図に示すエンジンの他の要素または部分は、 いずれも前述した特徴を有しており、（したがって更に説明する必要がなく）、 シリンダ１２に対して偏心的に配置した軸２０．スリーブ２９、ディスク２１、 出力軸２４、ハウジング３３、リンクアームまたはリンク部材２７、シリンダ１ ２内のスロット３０ならびにハウジング３３に結合した軸３５を有する枢動取付 装置３４を含んでいる。

これらの特徴を有するエンジンまたはポンプの作動は、前述の記載から明らかで ある。

図示のとおり、軸２４、ディスク２１および軸２ｏ内には流体を通すことのでき る少なくとも１つのチャンネルを形成しく第５図には単一のチャンネル４０のみ を示す）、その流体をピストン１４の背後とディスク２１との間のシリンダ領域 内に及び／又はエンジンの他の部分に導入可能とする。流体をピストン１４とデ ィスク２１との間の領域内に導入するため、少なくとも１つの開口部４１を軸２ ０およびこれを包囲するスリーブ２９に形成してチャンネル４０からの）１体の 通路とする。

チャンネル４０を通して流す流体は、通常は潤滑剤（例えば油）、冷媒またはエ ンジンのピストンの冷却にも供する気体である。

流体が油である場合、一般的には、油はエンジンにおけるハウジング３３の底部 サンプ内にスロット３０を通して導入される。また、流体が気体である場合には 、気体はシリンダ１２の内部からスロット３０を通して排出され、ハウジング３ ３内の開口部または弁を通して大気中に放出される。ハウジング３３の内部を大 気圧を超える圧力に保持すべき場合には、大気中への放出は弁を通して行う。

流体がピストンを冷却するためにのみ使用されるとすれば、開口部４１を省略し 、流体をチャンネル４０に接続したオリフィス４２を経てピストン１４の中空内 部領域１４Ｂに供給する。この場合には、冷媒は（ａ）チャンネル４０と平行な 第２のチャンネルを経て、（ｂ）　ピストン１４の後側における少なくとも１つ の開口部４３を経て、または（ｃ）圧縮ピストンリングの後側でピストン１４の 側壁に配置した少なくとも１つの開口部（図示せず）を経て、内部領域１４Ｂか ら排出する。

特定の応用例においては、ピストンリングが必要とされないことは勿論である。

冷媒が、潤滑にも用いられる油であり又はかかる油を含むものである場合には、 冷媒は、圧縮ピストンリングの後方で、しかもスクレーバリングまたはオイルリ ングが設けられているとすればその前方においてピストン１４の側壁内に配置し た少なくとも１つの開口部を経て、内部領域１４Ｂから排出させることができる 。開口部４３に弁を設けて開口部を通過する冷媒の流れを制御しうる構成とする ことができる。他の配置として、開口部を省略することにより行程移動に際して 緩衝作用を発現させることもできる。

流体は一方向弁および往復ピストンの組合わせによりチャンンルを通して吸上げ 若しくは循環させ、または専らピストン１４の往復移動によって循環させる構成 とすることができる。これと同一の構成によって流体を２以上のチャンネルに流 し、または１つのチャンネルを通して一方向に流すと共に別のチャンネルを通し て逆方向に流すこともできる。一方向弁を使用する場合、一方向弁は流体流路内 の適宜の位置に配置することができる。

第６図は複数のリンクまたはリンクアーム５０を各スリーブ２９に結合した変形 例を示すものである。一般的には、スリーブ２９は軸２０に対して、軸２０とス リーブ２９との間に回転変位が生じないように取付けるものである。したがって 、軸２０が円形断面形状を有することは本質的なことではない。

軸２０の断面輪郭形状は、円の一部を１以上の弦で置換したものとすることがで き、また、楕円、６角形、その他の多角形または（より一般的には）任意の連続 した、すなわち不連続でない円錐曲線としてもよい。リンクの一端への結合部が 移動する軸受面２３は、円形断面形状のものとし、非円形断面形状の軸２０と組 合わせ、その一端をピストン１４の背後の小さな受け凹部内に定着させるのが望 ましい。ピストン１４の回動時に、その側部とシリンダ１２の内壁との接触を防 止しうるからである。

スリーブ２９から離間した側のリンクアーム５０の端部は、エンジンのハウジン グ３３に取付けられたロッド５５に結合されている枢着点にそれぞれ枢着する。

他の配置（図示せず）においては、各ロッド５５を受けるマウントとして少なく とも１つのブラケットをシリンダ１２の外部に固定し、そのブラケットにロッド ５５の一端を受ける少なくとも１一つの支持点を設けるものである。

２以上のリンクの使用によってエンジンの作動を一層円滑なものとすることが可 能となる。

上述した形式のエンジンおよびポンプに適用しろる他の特徴は、相互に対向させ て配置したピストン１４　、１５の対における軸２０　、２ＯＡ　（第１図参照 ）を、その軸線がほぼ共軸とならないように配置することである。軸２０　、２ ０＾は、その軸線が、シリンダ１２の軸線を通過する異なる半径面内に位置する ように配置するのが好適である。さらに、軸２０　。

２ＯＡは、シリンダ１２における相互に１８０°離間した半径面内（すなわちシ リンダ′１２の直径面内）に軸線が位置するように配置するのが一層好適である 。

上述の形式のエンジンおよびポンプに適用しうる更に他の特徴は、対向するピス トンの頂部またはクラウンを、エンジンの場合には燃焼ガス（または燃焼混合気 もしくは他の種類の燃焼流体）の、そしてポンプの場合には気体、液体またはス ラリーの最大の乱れ又はスワールが生じる形状に形成することである。

ＦｔＧ、６

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．中心軸線を有し、その中心軸線の方向に直線運動させうる第１の部材（１４ ，１５，１６，１７，１１４，１１５，１１６および１１７）と； 回転運動させうる第２の部材（２３，２４，２３７）と；第１および第２の部材 を相互に作動結合して、前記部材の一方の直線運動または回転運動により前記部 材の他方の回転運動または直線運動を生じさせる結合手段とを具える回転運動／ 直線運動変換装置において：第１の部材の中心軸線に対し偏心的に配置された結 合軸（２０，１２０，１２１，１２２，１２３）と；第１の部材を結合軸に作動 結合して、第１の部材の軸線方向の往復運動により結合軸の旋回運動を生じさせ 、または結合軸の旋回運動により第１の部材の軸線方向の往復運動を生じさせる 第１の結合手段（２９，２９Ａ，２８，２８Ａ，１２７，１３１）と； 結合軸を第２の部材に作動結合して、結合軸の旋回運動により第２の部材の回転 運動を生じさせ、または第２の部材の回転運動により結合軸の旋回運動を生じさ せる第２の結合手段（２１，２２，１３２，１３３，１３４，１３５）とを具え ることを特徴とする回転運動／直線運動変換装置。
2. ２．請求の範囲第１項記載の回転運動／直線運動変換装置において、さらにガイ ド（１２，１１２）を具え、このガイドの内部で又はこれに沿って第１の部材を 移動可能としたことを特徴とする回転運動／直線運動変換装置。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項記載の回転運動／直線運動変換装置において 、第１の結合手段が、第１の部材に作動結合されてこれと共に軸線方向に往復移 動しうるスリーブを具え、このスリーブが結合軸に関連して配置されてこれに対 して軸線方向に往復移動可能とされ、さらに、スリーブと固定位置にある取付点 との間に延在させた少なくとも１つのリンク部材を具えることを特徴とする回転 運動／直線運動変換装置。
4. ４．請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の回転運動／直線運動変換装置 において、第２の結合手段が、所定の軸線を中心として回動可能に配置されたデ ィスク状部材を具え、このディス状部材に対し結合軸が前記軸線に関して偏心的 に結合され、第２の部材がディスク状部材に作動結合していることを特徴とする 回転運動／直線運動変換装置。
5. ５．請求の範囲第２項、第３項または第４項記載の回転運動／直線運動変換装置 において、第１の結合手段が、スリーブと、それぞれの固定取付点との間に延在 する複数のリンク部材を具えることを特徴とする回転運動／直線運動変換装置。
6. ６．請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１つに記載の回転運動／直線運動変換 装置において、各リンク部材がスリーブおよび取付点に対し限定された範囲内で のユニバーサル変位を行いうるように枢着されていることを特徴とする回転運動 ／直線運動変換装置。
7. ７．請求の範囲第４項記載の回転運動／直線運動変換装置において、第２の部材 がディスク状部材に対し同軸的に作動結合されていることを特徴とする回転運動 ／直線運動変換装置。
8. ８．請求の範囲第４項記載の回転運動／直線運動変換装置において、第２の部材 がディスク状部材の軸線から半径方向にオフセットして配置され、かつ、ディス ク状部材に対し動力伝達手段を介して作動結合されていることを特徴とする回転 運動／直線運動変換装置。
9. ９．請求の範囲第８項記載の回転運動／直線運動変換装置において、ディスク状 部材が外周の歯車部分を有し、この歯車部分は第２の部材に作動結合した別の歯 車と噛合わせ可能としたことを特徴とする回転運動／直線運動変換装置。
10. １０．請求の範囲第２項〜第９項のいずれか１つに記載の回転運動／直線運動変 換装置において、第１の部材がピストンを具え、ガイドがシリングを具え、シリ ングが内部の作動室、ならびに作動室と連通して作動室に対する作動流体の導入 ・排出に供する入口手段および出口手段を有することを特徴とする回転運動／直 線運動変換装置。
11. １１．請求の範囲第１０項記載の回転運動／直線運動変換装置において、第１の 部材がシリンダ内に配置された２個のピストンを具え、これらピストンの間に単 一の作動室が形成されていることを特徴とする回転運動／直線運動変換装置。
12. １２．請求の範囲第１項〜第１１項のいずれか１つに記載の回転運動／直線運動 変換装置において、さらに潤滑及び／又は冷却システムを含み、このシステムが 、装置外部からの潤滑剤及び／又は冷媒としての流体を第１の部材に供給するた めの結合軸および第２の結合手段の内部に形成した供給チャンネルを具え、第１ の部材の近傍における特定の位置への前記流体の分配を結合軸の旋回運動によっ て補助することを特徴とする回転運動／直線運動変換装置。