JP2001355403A - 球形のｚ軸ピストン機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 球体を基本構造とした極めて軽量コンパクト
な高出力の内燃ピストン機関を提供する。 【解決手段】 ハウジング１０内中央に設けた固定壁の
ハウジング隔壁１２に隔壁窓１７を設け、その隔壁窓１
７を挟むハウジング１０対向壁に円形凹みの軸板室１５
と、その中心部を貫く主軸受１３を設ける。そして、各
軸板室１５に凹面円形板の軸板２４を回転可能に嵌合さ
せ、その両軸板２４を連結棒２６が掛け渡すＺ軸２３の
軸頸を主軸受１３に軸承させ、且つ揺動ピストン３０を
前記隔壁窓１７に差し込んで主軸受１３の軸直線に対し
て±θ角度範囲を揺動可能に枢結子８８を介在させて連
結棒２６に枢着する。すると、ハウジング１０内壁面と
軸板２４凹面とハウジング隔壁１２面と揺動ピストン３
０板面とで作動室Ｆｕが形成され、その作動室Ｆｕを臨
むハウジング１０壁に吸気孔Ｉｎと排気孔Ｅｘ、それを
開閉するバルブ装置Ｖａ、及び点火具Ｉｇとを具備す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピストンの揺動に
伴って作動室容積が変化し、その作動室内における燃焼
ガスの圧力をピストンに作用させて機関軸の回転力とす
るピストンスピードの極めて高い軽量コンパクトな新規
な内燃ピストン機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、２行程サイクル、及び４行程サイ
クルの原動機は、レシプロカッティングピストン機関
（以下、往復ピストン機関という）の火花点火機関とデ
ィーゼル機関が各種汎用機関として存在する。往復ピス
トン機関は、シリンダー、ピストン、コネクティングロ
ッド、クランク軸、フライホイール等の主要構成部品か
らなり、クランク軸がピストンの直線往復運動を円運動
に変換するものである。従って、その作動においては、
ピストン側面でシリンダー壁を強打して振動、騒音のも
ととなるピストン・スラップの発生があり、往復運動部
分のために機関の平衡が損なわれる慣性質量の障害とト
ルク変動が発生する。その慣性力とトルク変動による振
動を軽減する為に、また機関出力を増大させる等の見地
から殆どの往復ピストン機関は複数気室の多気筒機関で
ある。

【０００３】往復ピストン機関における多気筒機関は、
重量、寸法の機関全体の容積が大きくなり、各々のピス
トンがピストンピン、コネクティングロッド、クランク
を経て回転軸に連結される為に同一部品の点数が多く複
雑であると共に、回転軸は長軸になって自然振動の為に
軸破壊がし易くなり、高出力を実現する為の高回転化を
阻止する。反面、往復ピストン機関のピストンスピード
は、それが余り速いと潤滑の追従が困難となってピスト
ンは破壊し易くなり、同様にバルブ装置も機関回転数を
高めるほどに異常振動が発生して吸、排気効率を低下さ
せ、バルブとピストンとを干渉し易くして機関の高回転
化を阻止する。

【０００４】また、往復ピストン機関の燃焼室は、円筒
シリンダー両端の一方側のみであって単位重量、単位体
積あたりの機関出力を小さくしている。その上、円筒シ
リンダーの頂部に吸、排気のバルブ取付け箇所が限られ
ていることにより吸入空気重量が制限され、その吸、排
気効率の向上と動弁装置における慣性質量低減の為に個
々の部品を細分化した多バルブ化の傾向にあるが、何れ
の場合にもその分解、組立ての作業性には不利である。
更に、各々の気室は容積／面積比が小さい為に最高燃焼
温度が高く、有害排気ガスである窒素酸化物（ＮＯｘ）
の生成が多い等の欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した往
復ピストン機関の多くの問題点に鑑み、内燃機関として
不可欠な諸条件を充分に満たすと共に、出力、燃料消
費、排出ガス、静粛性、耐久性、重量寸法、生産費等に
関して、従来の往復ピストン機関よりも優れた各種性能
を有するピストンの摺動面を球面とした球体構造の新規
な内燃ピストン機関を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、相互に関係す
る点、線、面の幾何学的構成における幾何図形上におい
て成り立つ基本的構造の特質がある。

【０００７】

【解決手段１】本発明は、上記課題を解決する手段の一
つとして、球心Ｏから半径ｒの球面Ｇを有するハウジン
グ１０において、角度θをなして球心Ｏで交差する二つ
の直線をＸ軸線、Ｙ軸線とし、そのＸ軸線に球心Ｏにお
いて直交する軸直線をＭ軸線とし、そのＭ軸線を垂線と
して球面Ｇ内のＸ軸線上に形成される大円平面をＲ円面
とし、且つＹ軸線を鉛直軸線として球面Ｇ内に球心Ｏを
通って形成される大円平面をＳ円面とし、そのＲ円面と
Ｓ円面とが交差する球心Ｏ上の交差割線を軸線Ｋとし、
その交差割線Ｋの両端を点Ｋａ、点Ｋｂとする。

【０００８】上記のように点、線、面の各関係を設定し
たハウジング１０内のＳ円面上が球面Ｇのハウジング１
０内壁面と一体化するハウジング隔壁１２として交差割
線Ｋ上に窓状空隙の隔壁窓１７を有する平面状壁に形成
され、且つＹ軸線上のハウジング１０対向内壁の各々を
軸板室１５として円形凹みに形成すると共に、その両軸
板室１５の側壁中心を貫く軸受円孔の主軸受１３を設け
る。

【０００９】その両主軸受１３には、互いの外側面中心
に柄状の軸柱を固着させて互いの内側凹面を対面させ、
且つ前記軸板室１５の各々に回転可能に嵌合する凹面円
形板からなる軸板２４の各々をＸ軸線上の連結棒２６が
掛け渡してＺ状に形成したＺ軸２３の両側軸頸を軸承さ
せ、尚その連結棒２６の球心Ｏ部分にＭ軸線を関節の基
軸線とするピン継手関節５５の円形素子からなる枢結子
８８をＸ軸線を回転軸として外嵌させる。

【００１０】Ｒ円面上には、球面Ｇに回転可能に接する
外周面の球弧面３２と、その球弧面３２の弓形輪郭平面
をなしてＫ軸線側を弦とする弓形面３１とを有し、且つ
その弓形面３１の弦側に円柱状のピストン中間軸３３を
合体させた略板状の揺動ピストン３０を設け、この揺動
ピストン３０のピストン中間軸３３の母線方向を前記ハ
ウジング隔壁１２の隔壁窓１７に回動自由な摺接関係に
嵌め込む。

【００１１】この揺動ピストン３０には、前記Ｚ軸２３
の連結棒２６を遊挿させるピストン通軸孔３４を球弧面
３２に開口させ、そのピストン通軸孔３４のピストン中
間軸３３内中央に円形空隙部分のピストン枢３５を有し
て前記枢結子８８にＸ軸線上の連結棒２６を基軸として
±θ角度範囲を揺動可能に枢着し、且つピストン中間軸
３３両端の前記点Ｋａ，Ｋｂ側に交差割線Ｋを連結軸と
する蝶番関節５０の蝶番ピン５１、又は蝶番ピン受５２
の何れかの連結素子を設ける。

【００１２】また、交差割線Ｋの両端にあたる前記隔壁
窓１７の対向両壁の各々に前記蝶番関節５０素子に対応
する連結素子を設けて嵌合させると、前記ハウジング隔
壁１２に揺動ピストン３０が交差割線Ｋを蝶着の軸とし
て±θ角度範囲を擺動可能に連結する。

【００１３】すると、Ｓ円面上のハウジング隔壁１２が
ハウジング１０内の球面Ｇをなす凹面を閉鎖して半球状
の空間からなる半月状作動室Ｈａを形成し、且つその半
月状作動室ＨａをＲ円面上の揺動ピストン３０が櫛形状
空間の櫛形状作動室Ｆｕに形成する。更に、その櫛形状
作動室Ｆｕに臨ませて吸気孔Ｉｎと排気孔Ｅｘと、その
出入孔を開閉するバルブ装置Ｖａとを設け、且つ燃焼室
を窺って点火具Ｉｇ、或は燃料噴射弁を挿着したことを
特徴とする球形のＺ軸ピストン機関である。

【００１４】

【解決手段２】上記解決手段１に対する解決手段のもう
一つとして、球心Ｏから半径ｒを有する球面Ｇの内壁面
に形成したハウジング１０において、角度θをなして球
心Ｏで交差する二つの直線をＸ軸線、Ｙ軸線とし、その
Ｘ軸線に球心Ｏにおいて直交する軸直線をＭ軸線とし、
そのＭ軸線を垂線として球面Ｇ内のＸ軸線上に形成され
る大円平面をＲ円面とし、且つＹ軸線を鉛直軸線として
球面Ｇ内に球心Ｏを通って形成される大円平面をＳ円面
とし、そのＲ円面とＳ円面とが交差する球心Ｏ上の交差
割線を軸線Ｋとし、その交差割線Ｋの両端を点Ｋａ、点
Ｋｂとする。

【００１５】上記のように点、線、面の各関係を設定し
たハウジング１０内のＳ円面上が球面Ｇのハウジング１
０内壁面と一体化するハウジング隔壁１２として交差割
線Ｋ上に窓状空隙の隔壁窓１７を有する平面状壁に形成
され、且つＹ軸線上のハウジング１０の対向両壁を貫く
軸受円孔の主軸受１３を設ける。

【００１６】その両主軸受１３には、互いの外側面端部
に柄状の軸柱を固着させた任意形状の腕の部分からなる
軸腕２５の各々をＸ軸線上の連結棒２６が掛け渡してＺ
状をなすＺ軸２３の両側軸頸を軸承させ、尚その連結棒
２６の球心Ｏ部分にＭ軸線を関節の基軸線とするピン継
手関節５５の円形素子からなる枢結子８８をＸ軸線を回
転軸として外嵌させる。

【００１７】Ｒ円面上には、球面Ｇをなすハウジング１
０内壁面に回転可能に接する外周面の球弧面３２と、そ
の球弧面３２の弓形輪郭平面をなしてＫ軸線側を弦とす
る弓形面３１とを有し、且つその弓形面３１の弦側にＫ
軸線を取付け軸線とする円柱状のピストン中間軸３３を
合体させた略板状の揺動ピストン３０を設け、この揺動
ピストン３０のピストン中間軸３３の母線方向を前記ハ
ウジング隔壁１２の隔壁窓１７に回動自由な摺接関係に
嵌め込む。

【００１８】この揺動ピストン３０には、前記Ｚ軸２３
の連結棒２６と軸腕２５とを遊挿させるピストン通軸孔
３４を球弧面３２に開口させ、そのピストン通軸孔３４
のピストン中間軸３３内中央に円形空隙部分のピストン
枢３５を有して前記枢結子８８にＸ軸線上の連結棒２６
を基軸として±θ角度範囲を揺動可能に枢結し、且つピ
ストン中間軸３３両端の前記点Ｋａ，Ｋｂ側に交差割線
Ｋを連結軸とする蝶番関節５０の蝶番ピン５１、又は蝶
番ピン受５２の何れかの連結素子を設ける。

【００１９】また、交差割線Ｋの両端にあたる前記隔壁
窓１７の対向両壁の各々に前記蝶番関節５０素子に対応
する連結素子を設けて嵌合させると、前記ハウジング隔
壁１２に揺動ピストン３０が交差割線Ｋを蝶着の軸とし
て±θ角度範囲を擺動可能に連結する。

【００２０】すると、Ｓ円面上のハウジング隔壁１２が
ハウジング１０の球面Ｇをなす凹面内壁１１を閉鎖して
半球状の空間からなる半月状作動室Ｈａを形成し、且つ
その半月状作動室ＨａをＲ円面上の揺動ピストン３０が
櫛形状空間の櫛形状作動室Ｆｕに形成する。更に、その
櫛形状作動室Ｆｕに臨ませて吸気孔Ｉｎと排気孔Ｅｘ
と、その出入孔を開閉するバルブ装置Ｖａとを設け、且
つ燃焼室を窺って点火具Ｉｇ、或は燃料噴射弁を挿着し
たことを特徴とする球形のＺ軸ピストン機関である。

【００２１】

【共通の解決手段１】上記解決手段１、及び解決手段２
の構成において、前記ハウジング隔壁１２は、Ｋ軸線を
挟むＳ円面上の両側に弦側面１８，１８を対面させた半
円より小さい弓形板の二つが互いの弓形輪郭面をハウジ
ング１０内壁面に結合させてＫ軸線上を矩形に突き抜け
た前記隔壁窓１７を有する。Ｒ円面上には、前記球弧面
３２と、表裏の前記弓形面３１，３１と、その弓形面３
１，３１の弓形弦が挟持する弦側面とから形成された半
円より小さい半月状板の二つをＫ軸線を挟んで互いの弦
側面を対面させて対称配置し、且つその対面する弦側面
に前記ピストン中間軸３３を介在合体させて略円形板に
形成した前記揺動ピストン３０を配置する。

【００２２】すると、Ｓ円面上のハウジング隔壁１２の
壁面とハウジング１０内の凹面とで囲われた二つの前記
半月状作動室Ｈａ，Ｈａが形成され、且つその半月状作
動室Ｈａ，Ｈａの各々をＲ円面上の揺動ピストン３０が
二つずつの前記櫛形状作動室Ｆｕ，Ｆｕ、Ｆｕ，Ｆｕに
形成する球形のＺ軸ピストン機関である。

【００２３】

【共通の解決手段２】又は、上記解決手段１、及び解決
手段２の構成において、前記ハウジング隔壁１２は、Ｋ
軸線を挟むＳ円面上の何れか一方側に半円より小さい弓
形板が弓形輪郭面をハウジング１０内壁面に結合させて
弦側面１８を辺とする弓形優弧形の前記隔壁窓１７を有
する。Ｒ円面上には、Ｓ円面を跨ぐ範囲の半球面より大
きい前記球弧面３２と、Ｋ軸線を挟んだ両側に前記弓形
面３１，３１とを有し、且つその両弓形面３１，３１の
弓形弦間に前記ピストン中間軸３３を半埋い込み状に介
在合体させて半球状の略円形板に形成した前記揺動ピス
トン３０を配置する。

【００２４】すると、Ｓ円面上のハウジング隔壁１２の
壁面とハウジング１０内の凹面とで囲われた二つの前記
半月状作動室Ｈａ，Ｈａが形成され、且つその半月状作
動室Ｈａ，Ｈａの各々をＲ円面上の揺動ピストン３０が
前記櫛形状作動室Ｆｕ，Ｆｕに形成する球形のＺ軸ピス
トン機関である。

【００２５】

【共通の解決手段３】或は、上記解決手段１、及び解決
手段２の構成において、前記ハウジング隔壁１２は、Ｓ
円面を挟む両側の何れか一方側を塞いでハウジング１０
の内部空間を半球状にすると共に、Ｋ軸線上が溝状の半
円柱形凹み部分に形成された前記隔壁窓１７を有する。
Ｒ円面上には、前記球弧面３２と、表裏の前記弓形面３
１，３１と、その弓形面３１，３１の弓形弦が挟持する
弦側面とから形成された半円より小さい半月状板が弦側
面に前記ピストン中間軸３３を合体させて略半円板に形
成した前記揺動ピストン３０を配置する。

【００２６】すると、Ｓ円面上のハウジング隔壁１２の
壁面とハウジング１０内の凹面とで囲われた前記半月状
作動室Ｈａが形成され、且つその半月状作動室ＨａをＲ
円面上の揺動ピストン３０が二つの前記櫛形状作動室Ｆ
ｕ，Ｆｕに形成する球形のＺ軸ピストン機関である。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明は、相互に関係する点、
線、面の幾何学的構成における幾何図形上において成り
立つ基本的構造の特質と作動原理とを有する特徴があ
る。即ち、本発明における相互関係の図形を図１に示す
と、球心Ｏから半径ｒの球面Ｇを内包するハウジング１
０には、又は球心Ｏから半径ｒを有して球面Ｇをなす内
壁面に形成されたハウジング１０には、角度θをなして
球心Ｏで交差する二つの直線をＸ軸線、Ｙ軸線とし、そ
のＸ軸線に球心Ｏにおいて直交する軸直線をＭ軸線と
し、そのＭ軸線を垂線として球面Ｇ内のＸ軸線上に形成
される大円平面をＲ円面とし、且つＹ軸線を鉛直軸線と
して球面Ｇ内に球心Ｏを通って形成される大円平面をＳ
円面とし、そのＲ円面とＳ円面とが球心Ｏにおいて交差
する交差割線を軸線Ｋとし、その交差割線Ｋの両端を点
Ｋａ、点Ｋｂとし、以上のように各点、線、面の関係を
設定する。

【００２８】そして図１において、Ｘ軸線は自らが球面
Ｇに交わる点ＰとＹ軸線が球面Ｇに交わる点Ｑとの間を
半径とする円を底面とし、球心Ｏを頂点とする円錐の周
面を回転軌跡とした円錐運動をする。即ち、Ｘ軸線が
Ｘ、Ｙの軸線間に創出される角度θを保持して球心Ｏを
旋回の中心とし、回転軸とするＹ軸線の回りを旋回すれ
ば、Ｘ軸線は球心Ｏを円錐の頂点として自らを円錐母線
とする円錐運動の周回軌跡上を回転し、起点とする図１
から図２の方向に順次回転して図５に至って半回転であ
る１８０度分を回転し、更に１８０度分の回転を与える
と元の図１に戻る。

【００２９】同様に前記解決手段１は図６、前記解決手
段２は図７において、矢印方向の回転を与えると、前記
Ｚ軸２３と前記枢結子８８とが図６，７の各（アａ），
（アｂ）乃至各（オａ），（オｂ）の順に位相を変化さ
せながら１８０度分を回転するが、図６，７の各（ア
ａ），（アｂ）のＺ軸２３と枢結子８８の位相は図形の
図１の回転角位置に、図６，７の各（イａ），（イｂ）
のＺ軸２３と枢結子８８の位相が図形の図２の回転角位
置に何れも対応し、また図６，７の各（ウａ），（ウ
ｂ）は図形の図３、更に図６，７の各（エａ），（エ
ｂ）は図形の図４に、そして図６，７の各（オａ），
（オｂ）は図形の図５に何れも各Ｚ軸２３と枢結子８８
との位相が互いに与する図形の各回転角位置に対応す
る。

【００３０】その時、Ｓ円面の位相は不動であるが、Ｒ
円面はＹ軸線を回転軸とする公転のみで自転をしないＸ
軸線の為に、その公転に伴って交差割線Ｋを蝶着の軸、
支点として位相不動のＳ円面に接近と離間を繰り返す。
即ち、Ｒ円面は交差割線Ｋを境として対面するＳ円面の
何れか一方の半円から離間すれば対称側のもう一方の半
円側に接近し、その接近が離間に転じれば対称側（先の
離間側）が接近し、そのようにＲ円面は半回転毎にＳ円
面に近付いたり離れたりを繰り返すから、球面ＧとＲ円
面とＳ円面とで囲われて密閉された各空間Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄを見ると、図１から図２，３，４を経て図５までの半
回転において空間Ａは拡張して空間Ｂは収縮し、空間Ｃ
は拡張して空間Ｄは収縮するが、図５から半回転して元
の図１になると、空間Ａは収縮して空間Ｂは拡張し、空
間Ｃは収縮して空間Ｄは拡張する。

【００３１】つまり、空間Ａが拡張すると空間Ｂは収縮
して空間Ｃが拡張すると空間Ｄは収縮し、また空間Ａの
拡張に対して空間Ｄが収縮し、空間Ｂの収縮に対して空
間Ｃが拡張するから、空間ＡとＢは互いの体積増減を反
比例に変化させて対をなし、空間ＣとＤも互いの体積の
増減を反比例に変化させて対偶し、空間ＡとＣ、空間Ｂ
とＤは互いの体積変化を正比例させる順と逆の関係にあ
る。また、軸線Ｘ，Ｙ，Ｍのそれぞれが同一の平面上に
ある時のＳ円面とＲ円面との交差角度は、空間Ａ，Ｃ側
の鋭角側が９０−θ角度となって最小となり、空間Ｂ，
Ｄ側の鈍角側が９０＋θ角度となって最大となる。

【００３２】そのように設定した点、線、面の各関係を
もとに本発明における具体的な実施の形態を実施例に基
づいて以下説明する。尚この各種実施例を説明する図８
乃至図１７において、作動媒体の吸入孔Ｉｎと排出孔Ｅ
ｘ、バルブ装置Ｖａ、点火具（又は燃料噴射弁）Ｉｇ等
の図示は省略すると共に、本発明の説明に付する全図面
においても、ガスシール、オイルシール等の密閉具（往
復ピストン機関ではピストンリング）、及び冷却装置、
及び潤滑装置等の図示は省略した。

【００３３】

【実施例１】図８、図９に示すこの実施例１は、前記解
決手段１（及び共通の解決手段１）の構成に基づくと共
に、その解決手段１と同様に球心Ｏ、半径ｒ、球面Ｇ、
角度θ、軸線Ｘ、軸線Ｙ、軸線Ｍ、Ｒ円面、Ｓ円面、交
差割線Ｋ、点Ｋａ、点Ｋｂの点、線、面の各関係を設定
する。そのように点、線、面の各関係を設定した球面Ｇ
を内包するハウジング１０の内部空間がＳ円面を対称面
として互いの凹面を対面させた二つの半球状をなす空間
に形成されるが、その対面する半球状の空間は、固定壁
のハウジング隔壁１２によって球面Ｇをなす球体の空間
がＳ円面の両側に隔絶されたものである。

【００３４】即ち、ハウジング隔壁１２は、弓形の劣弧
とその劣弧の両端を差し渡す弓形弦とから形成された半
円より小さい半月状板の二つを互いの弓形輪郭面を外側
向きにして互いの弦側面１８，１８を内側向きにし、且
つ前記交差割線Ｋを対称軸としてＳ円面上に対称配置
し、その上で双方の弓形輪郭面を球面Ｇをなすハウジン
グ１０内壁面に結合させれば互いの弦側面１８，１８が
Ｋ軸線を挟んで対面し、前記点Ｋａと点Ｋｂ側のハウジ
ング１０内壁の対向両面も対面する。それら対面する４
辺は、ハウジング隔壁１２の隔壁窓１７として交差割線
Ｋに沿って長ずる矩形の窓状空隙部分を形成し、ハウジ
ング１０内の二つの半球状空間を連通すべく突き抜けて
いる。

【００３５】そのように形成された隔壁窓１７の点Ｋ
ａ、点Ｋｂ側にあたるハウジング１０の対向壁には、Ｋ
軸線を連結の軸とする蝶番関節５０の蝶番ピン５１，５
１を内部突出させる。また、ハウジング１０には、Ｙ軸
線上の球面Ｇからなる対向内壁を何れも円形凹みに切り
欠き形成した軸板室１５，１５と、その両軸板室１５，
１５壁の中心部に貫通孔の主軸受１３，１３とが設けら
れる。

【００３６】そして、対称同形の凹面円形板に形成した
互いの軸板２４，２４を向き合わせて並立させ、その軸
板２４，２４の互いを一方筋交い状に連結固定する丸棒
の連結棒２６と、各軸板２４の外側面中心部に固着させ
た柄状の丸棒とから全体形を一体構造のＺ字形に形成し
たＺ軸２３は、その両軸頸がジャーナルに形成されて互
いの与する前記主軸受１３，１３に回転自由に嵌挿する
と共に、両軸板２４，２４も各々が与する前記軸板室１
５，１５に回転可能に組込まれる。尚この時、各軸板２
４の内側凹面が球心Ｏから半径ｒを有する球面Ｇの位置
にあって連結棒２６の軸直線とＸ軸線とが同一線上に一
致し、且つ軸板２４が軸板室１５に回転可能に嵌合すれ
ば、軸板２４形成の差し渡し長は自由である。

【００３７】一方、周側面を同心の回転摺接面に形成
し、且つその周側面に鉛直に貫く軸受円孔を設けた円形
体からなるピン継手関節５５の枢結子８８が、その軸受
円孔にＺ軸２３の連結棒２６を嵌挿させて球心Ｏの位置
に回転自由に取付けられるが、この枢結子８８には自ら
の円形体軸線のＭ軸線を連結軸とするピンか、又はピン
受孔（図８，９ではピン受孔である）の何れかからなる
連結素子を有する。

【００３８】また、球面Ｇに回転可能に契合する外周面
の球弧面３２と、その球弧面３２の弓形輪郭平面をなす
表裏の弓形面３１，３１と、その弓形面３１，３１の弓
形弦が挟持する弦側面とから形成された半円より小さい
半月状板の二つを同一平面上に対称配置し、且つその両
半月状板の弦側面間に円柱状のピストン中間軸３３を介
在合体させて略円形板にした揺動ピストン３０を前記Ｒ
円面上に設ける。この揺動ピストン３０には、ピストン
中間軸３３の両底面中心部の各々に前記隔壁窓１７の点
Ｋａ，Ｋｂ側に設けた前記蝶番ピン５１，５１に与する
蝶番ピン受５２，５２を備えて対応する。

【００３９】その上で、ピストン中間軸３３を母線方向
に沿って前記ハウジング隔壁１２の隔壁窓１７に差し込
み入れると、揺動ピストン３０とハウジング隔壁１２と
がピストン中間軸３３上において交差すると共に、ピス
トン中間軸３３と隔壁窓１７との点Ｋａ、点Ｋｂ側に蝶
番ピンと蝶番ピン受５１，５２、５１，５２とが軸支関
係の回動自在に嵌合し、更にピストン中間軸３３の軸線
と交差割線Ｋとが同一線上に一致して隔壁窓１７の前記
弦側面１８，１８とピストン中間軸３３柱面とが回動自
由な摺接関係に密封し、ピストン中間軸３３の両底面と
隔壁窓１７の点Ｋａ，Ｋｂ側の対向両面も摺接関係に密
封し、且つ両球弧面３２，３２もその各々が与する前記
軸板２４，２４の球面Ｇをなす内側凹面を回転摺動関係
に密封する。

【００４０】尚この揺動ピストン３０には、自らが内包
するＲ円面に沿ってＸ軸線上を球弧面３２からピストン
中間軸３３内中央に貫き穿つ空洞のピストン通軸孔３４
を開口させ、且つそのピストン通軸孔３４の内部中央に
は中心部にピン状の素子を有する円形の空隙に形成した
ピストン枢３５を設けて前記枢結子８８に対応させ、そ
のピストン通軸孔３４に前記Ｚ軸２３の連結棒２６を遊
挿させると共に、連結棒２６の中央部分に取付けた枢結
子８８をピストン枢３５に枢支関係に連結嵌合させてＭ
軸線を連結軸とする前記ピン継手関節５５を組成する。

【００４１】結局、ハウジング１０の内部空間は、固定
平面であるＳ円面上のハウジング隔壁１２によって球面
Ｇの凹面がハウジング隔壁１２を挟んで対面する半球状
の定積空間からなる二つの半月状作動室Ｈａ，Ｈａに形
成され、そこにＭ，Ｋ軸線の２軸に支持された運動平面
であるＲ円面上の揺動ピストン３０が、その半月状作動
室Ｈａ，Ｈａの各々を反比例に体積変化させる二つずつ
の櫛形状空間からなる気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに形成する。
このように構成されたこの実施例のＺ軸２３に回転を与
えると、Ｘ軸線上の連結棒２６は球心Ｏを回転の中心と
し、Ｙ軸線を回転軸としてＹ軸線に常に角度θを保持し
たまま円錐運動をし、揺動ピストン３０はピストン中間
軸３３両端の点Ｋａ、点Ｋｂ側の前記蝶番関節５０によ
って交差割線Ｋを蝶着の軸とする動きのみ可能に拘束さ
れるが、前記枢結子８８の介在によってＳ円面のハウジ
ング隔壁１２を擺動の対向面として±θ角度範囲を揺動
する。

【００４２】そこで、図示はしないが各気室Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄがハウジング１０外部と連通して作動媒体を流出
入させる吸気孔Ｉｎと排気孔Ｅｘと、その吸、排気孔Ｉ
ｎ，Ｅｘを開閉するバルブＶａとを設け、且つそのバル
ブＶａをバルブ駆動装置に連結して連動させる。また、
図示はしないが各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの燃焼室部を窺っ
て点火具Ｉｇ、或はディーゼル機関の態様では燃料噴射
弁（燃料噴射ノズル）を挿着しておき、揺動ピストン３
０の振幅運動に伴う体積変化に同期させ、適宜吸、排気
弁Ｖａに開閉を与えて作動媒体を交換すると共に、作動
媒体の圧縮時に点火具Ｉｇにより点火するか、燃料噴射
弁（以下、燃料噴射弁は上記点火具Ｉｇに含ませて点火
具Ｉｇのみ記載する）により燃料を噴射する。

【００４３】つまり、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの体積が最
小の位置から大きくなる過程に作動媒体を吸入して圧縮
し、その圧縮の上死点付近で点火して燃焼させると、そ
の燃焼気室に与する揺動ピストン３０の弓形面３１とハ
ウジング隔壁１２の壁面間が膨張圧力によって押し広げ
られるから、揺動ピストン３０は膨張する燃焼ガス圧力
を受けてＸ軸線上の連結棒２６に取付けたＭ軸線上の枢
結子８８から拘束を受けつつ、且つＫ軸線を中心に角度
（θ×２）の範囲を揺動しつつ枢結するＺ軸２３を回転
させる。

【００４４】

【実施例２】図１０に示す実施例２は、円形状板の揺動
ピストン３０を組込んで球形ハウジング１０内に４気室
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを存在させた上記実施例１に対して、ハ
ウジング１０内に半球状板の揺動ピストン３０を組込ん
で回転軸に水平方向並びの２気室Ａ，Ｄか、又は気室
Ｂ，Ｃに構成して作動させる前記解決手段１、及び前記
共通の解決手段２の構成に基づく実施の形態であるか
ら、上記以外の各部構成の主要素とその作動は上記実施
例１の場合と全く同じである。

【００４５】この実施例におけるハウジング隔壁１２
は、半円より小さい一つの半月状板がその弦側面１８を
前記交差割線Ｋに平行に置いて弓形輪郭面をＳ円面上の
球面Ｇをなすハウジング１０内壁面に結合させて形成さ
れ、隔壁窓１７は、弦側面１８とＫ軸線の両端に位置す
る前記点Ｋａと点Ｋｂ側を含む球面Ｇをなすハウジング
１０内壁面とから、Ｓ円面上に弓形の優弧からなる半円
より大きい窓状空隙部分に形成されてハウジング１０内
の二つの半球状空間を連通する。その隔壁窓１７には、
球面Ｇに契合して回転可能に摺接する半球面より大きい
回転外周面の球弧面３２と、その球弧面３２の弓形輪郭
平面をなして互いの弓形弦が平行に置かれた両側の弓形
面３１，３１と、その弓形弦の平行間隔内に軸柱面の母
線方向を挟持させた円柱状のピストン中間軸３３を半埋
込み状に合体させて全体形を半球体より大きい略円形板
に形成した揺動ピストン３０が、そのピストン中間軸３
３母線方向を嵌挿状態に組付けられる。

【００４６】そこで、上記実施例１における構成と同様
に、点Ｋａ、点Ｋｂ側にあたる隔壁窓１７の対向両側と
ピストン中間軸３３の両端に互いが与して嵌合する蝶番
ピンと蝶番ピン受５１，５２、５１，５２との前記蝶番
関節５０を組成して連結すると共に、前記Ｚ軸２３は両
側軸板２４，２４がＹ軸線上に対向する軸板室１５，１
５に収容されて主軸受１３，１３に両軸頸を嵌挿させ、
且つ連結棒２６に外嵌させた枢結子８８と揺動ピストン
３０のピストン枢３４とが枢結して球心Ｏ上にピン継手
関節５５を組成する。

【００４７】結局、ハウジング１０の内部空間は、Ｓ円
面上のハウジング隔壁１２によって球面Ｇをなす凹面が
ハウジング隔壁１２を挟んで対面する半球状の定積空間
からなる二つの半月状作動室Ｈａ，Ｈａに形成され、そ
の半月状作動室Ｈａ，Ｈａの各々が半球板状揺動ピスト
ン３０によってＲ円面における表裏の何れか一方の平面
上に一つずつの櫛形状空間をなす気室Ａ，Ｄか、又は気
室Ｂ，Ｃに形成され、而もハウジング１０には、図示は
しないが気室Ａ，Ｄか、又は気室Ｂ，Ｃに面して作動媒
体流出入孔の吸、排気孔Ｉｎ，Ｅｘと、その吸、排気孔
Ｉｎ，Ｅｘを開閉する弁Ｖａと、燃焼室を窺って点火具
Ｉｇとが設けられる。

【００４８】

【実施例３】図１１に示すこの実施例３は、前記解決手
段１、及び前記共通の解決手段３に基づく構成であり、
上記実施例１における揺動ピストン３０の円形状板を半
円状板に置き換えたもので、球形ハウジング１０内に４
気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを存在させた上記実施例１の構成に
対して回転軸に垂直方向並びの２気室Ａ，Ｂか、又は
Ｃ，Ｄに構成して作動させる実施の形態である。従っ
て、上記実施例１を円球分の構成とすれば、この実施例
では半球分の構成であり、その構成の主要素と作動は上
記実施例１の場合と同じである。

【００４９】この実施例におけるハウジング隔壁１２
は、前記交差割線Ｋを挟むＳ円面上の両側に半円より小
さい対称弓形面の壁面が互いの弓形弦を交差割線Ｋに平
行に置いて、その弓形弦側間に溝状の凹み部分を有して
形成されるから、隔壁窓１７はその溝状凹面の弦側面１
８とＫ軸線両端の前記点Ｋａ，Ｋｂ側のハウジング１０
対向壁面とから形成される半円柱形の凹状の空隙部分で
ある。そのように形成された隔壁窓１７には、球面Ｇに
回転可能に契合する回転外周面の球弧面３２と、その球
弧面３２の弓形輪郭平面をなす表裏の弓形面３１，３１
と、その表裏の弓形面３１，３１の弓形弦に挟持される
弦側面とから形成される櫛形状の半月状板が、その半月
状板の弦側面に円柱状のピストン中間軸３３と軸柱面の
母線方向に沿って合体した半円より大きい略半円板の揺
動ピストン３０をピストン中間軸３３の母線方向が差し
込まれて組付けられる。

【００５０】また、この実施例においても、点Ｋａ，Ｋ
ｂ側にあたる隔壁窓１７の対向両側とピストン中間軸３
３の両端に前記蝶番関節５０が組成されて連結すると共
に、前記Ｚ軸２３は両側の軸板２４，２４がＹ軸線上に
対向する軸板室１５，１５に収容されて両主軸受１３，
１３に両軸頸を嵌挿させ、且つ連結棒２６の球心Ｏ位置
に外嵌させた枢結子８８が揺動ピストン３０のピストン
枢３４に枢結する。尚、ハウジング隔壁１２の裏側に位
置する軸板室１５はＹ軸線に同心円の空隙がピストン中
間軸３３より外側に隔壁窓１７から継続して形成される
が、その軸板室１５に与する軸板２４が回転可能に収納
されると、対向側の軸板２４は球面Ｇをなす内側凹面が
前記半径ｒを有する位置にあって互いの軸板２４，２４
を繋ぐ連結棒２６の軸直線と前記Ｘ軸線とが同一線上に
一致する。

【００５１】結局、この実施例におけるハウジング１０
の内部空間は、Ｓ円面上のハウジング隔壁１２によって
球面Ｇの凹面が閉鎖されて半球状の定積空間からなる半
月状作動室Ｈａに形成され、その半月状作動室ＨａがＲ
円面上の半円状板揺動ピストン３０によって櫛形状空間
をなす二つの気室Ａ，Ｂか、又はＣ，Ｄに形成され、而
もハウジング１０には、その気室Ａ，Ｂか、又はＣ，Ｄ
に面して図示はしないが作動媒体を流出入させる吸、排
気孔Ｉｎ，Ｅｘと、その各孔Ｉｎ，Ｅｘを開閉する弁Ｖ
ａと、燃焼室を窺って点火具Ｉｇとが設けられる。

【００５２】

【実施例１乃至３の共通態様（軸板）】上記実施例１乃
至３における共通の態様として、Ｚ軸２３の軸板２４
は、半球状空間からなる半月状作動室Ｈａの内側凹面径
を満たす凹面状板であるか、又は半月状作動室Ｈａの内
側凹面径より小さい径の凹面板であるかし、その後者に
おける半月状作動室Ｈａの凹面は軸板２４の凹面とその
軸板２４凹面を延長する同心円のハウジング１０内壁面
とから形成される。

【００５３】

【実施例１乃至３共通の別態様（軸腕）】また、何れの
上記実施例においても、Ｚ軸２３の軸板２４の部分を揺
動ピストン３０のピストン通軸孔３４内に収容して作動
させることが可能である。即ち上記実施例１乃至３の構
成においては、凹面の円形板からなる作動室Ｆｕ側の軸
板２４を球面Ｇより外側の位置にハウジング１０内壁を
軸板室１５に削成して収容すると共に、その軸板２４の
内側面に球面Ｇを持たせたものであるが、それに対して
作動室Ｆｕ側のハウジング１０壁には軸板室１５を設け
ずに凹面内壁１１に球面Ｇを持たせ、任意形状の板状、
又は棒状からなる腕状の部材に形成した軸腕２５を揺動
ピストン３０内に遊離関係に収めて作動させる前記解決
手段２の構成に基づく実施例４乃至６を以下簡潔に説明
する。

【００５４】

【実施例４】図１２，１３に示す実施例４は、前記解決
手段２と共通の解決手段１に基づく構成であるが、上記
実施例１におけるＺ軸２３の両軸板２４，２４の部分を
軸腕２５，２５に換えて構成するもので、それ以外の各
部構成の主要素とその作動においては上記実施例１の場
合と全く同様である。即ち、何れも任意形状からなる腕
状の部分に形成した両軸腕２５，２５を球面Ｇ内におい
て向き合わせ、その互いを中間斜軸をなす丸棒の連結棒
２６が一方の筋交い状に連結固定すると共に、各軸腕２
５の外側面に軸頸とする柄状の丸棒を固着させてＺ字形
の一体構造からなるＺ軸２３を形成し、その両軸頸をハ
ウジング１０対向壁の主軸受１３，１３に嵌挿させて軸
承させ、且つ軸腕２５，２５と枢結子８８を取付けた連
結棒２６との部分を円形状揺動ピストン３０のピストン
通軸孔３４に挿通させて枢結子８８をピストン枢３４に
枢着させる。

【００５５】結局、球形のハウジング１０内には、上記
実施例１の場合と同様にＳ円面上のハウジング隔壁１２
が球面Ｇをなす凹面（この実施例では両凹面内壁１１，
１１である）をハウジング隔壁１２を挟んで対面させた
半球状の定積空間からなる二つの半月状作動室Ｈａ，Ｈ
ａを形成し、その半月状作動室Ｈａ，Ｈａの各々がＲ円
面上の円形状板からなる揺動ピストン３０によって反比
例に体積変化をさせる二つずつの櫛形状空間をなす気室
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに形成される。

【００５６】

【実施例５】図１４に示す実施例５は、前記解決手段
２、及び前記共通の解決手段２に基づく構成であり、上
記実施例２におけるＺ軸２３の両軸板２４，２４の部分
を軸腕２５，２５に換えて構成するものである。即ち、
何れも任意形状の腕状の部分に形成した両軸腕２５，２
５を球面Ｇ内において向き合わせ、その互いを中間斜軸
をなす連結棒２６に固定させると共に、各軸腕２５の外
側面に軸頸とする柄状の丸棒を固着させてＺ字形の一体
構造からなるＺ軸２３を形成し、その両軸頸をハウジン
グ１０対向両壁に貫設される主軸受１３，１３に嵌挿さ
せて軸承させ、且つ枢結子８８を取付けた連結棒２６と
軸腕２５，２５との部分を半球状円形板の揺動ピストン
３０のピストン通軸孔３４に挿通させて枢結子８８をピ
ストン枢３４に枢着させる。

【００５７】結局、ハウジング１０の内部空間は、上記
実施例２の場合と同様にＳ円面上のハウジング隔壁１２
によって球面Ｇをなす凹面（この実施例ではハウジング
１０の両凹面内壁１１，１１である）がハウジング隔壁
１２を挟んで対面する半球状定積空間からなる二つの半
月状作動室Ｈａ，Ｈａに形成され、その半月状作動室Ｈ
ａ，Ｈａの各々を半球状揺動ピストン３０がＲ円面表裏
の何れか一方の平面上に一つずつの櫛形状空間をなす気
室Ａ，Ｄか、又は気室Ｂ，Ｃに形成する。

【００５８】

【実施例６】図１５に示す実施例６は、前記解決手段
２、及び前記共通の解決手段３に基づく構成であり、上
記実施例３におけるＺ軸２３の軸板２４，２４を軸腕２
５，２５に置き換えて構成したものであるから、この実
施例は上記以外の各部構成の主要素とその作動は上記実
施例３の場合と同じである。即ち、何れも腕状の部分に
形成した両軸腕２５，２５を球面Ｇ内に向き合わせて互
いを中間斜軸の連結棒２６の端部に固定させ、且つ各軸
腕２５の外側面に軸頸とする柄状の丸棒を固着させてＺ
字形の一体構造からなるＺ軸２３を形成し、その作動室
Ｆｕ側の軸腕２５と枢結子８８を取付けた連結棒２６と
の部分を半円状板揺動ピストン３０のピストン通軸孔３
４に挿通させて枢結子８８をピストン枢３４に枢着させ
る。

【００５９】また、両側のうち一方の軸腕２５は前記半
径ｒ内のピストン通軸孔３４内に置かれ、もう一方の軸
腕２５はハウジング隔壁１２の裏側に位置して隔壁窓１
７に継続的に設けられる軸腕室１６に収容されるから、
この軸腕室１６に与する軸腕２５はピストン中間軸３３
より外側に置かれるが、その軸腕室１６側壁と前記凹面
内壁１１との各々の中心部に設けられる主軸受１３，１
３にＺ軸２３の各軸頸を嵌挿させて軸承させ、更にこの
実施例においてもハウジング１０の内部空間はＳ円面上
のハウジング隔壁１２によって球面Ｇをなす凹面内壁１
１が閉鎖されて半球状の定積空間からなる半月状作動室
Ｈａに形成され、その半月状作動室ＨａをＲ円面上の半
円状板からなる揺動ピストン３０が櫛形状空間をなす二
つの気室Ａ，Ｂか、又は気室Ｃ，Ｄに形成する。

【００６０】尚、上記実施例４乃至６の何れの実施例に
おいても、各気室Ｆｕに面して作動媒体の出入孔Ｉｎ，
Ｅｘと、その出入孔Ｉｎ，Ｅｘを開閉する弁Ｖａとを設
け、且つその弁Ｖａを弁駆動装置に連結して連動させる
と共に、各気室Ｆｕの燃焼室の部分を窺って点火具Ｉｇ
を挿着しておき、各気室Ｆｕの体積変化に同期させ、適
宜吸、排気の弁Ｖａに開閉を与えて作動媒体を交換し、
その作動媒体の圧縮終わりに点火具Ｉｇにより点火する
ものである。

【００６１】

【その他の実施例】機関作動における１サイクル４行程
のうち、ポンピング作用をする吸、排気行程と仕事行程
の準備をする圧縮行程は負の仕事であり、トルク発生に
拘わる膨張行程のみが正の仕事であるが、４行程サイク
ル機関に不変的に正の仕事をさせる為には基本的に４気
室（２サイクル機関では２燃焼室）が必要である。その
ような４作動室の構成には、一つのハウジング１０内に
気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを存在させた上記実施例１，４の他
に、半球状の円形板に形成した揺動ピストン３０を組込
んで回転軸に水平並びの気室Ａ，Ｄか、又は気室Ｂ，Ｃ
に構成した上記実施例２，５における各成分を１組分と
し、又は半円状板に形成した揺動ピストン３０を組込ん
で回転軸に垂直並びの気室Ａ，Ｂか、又は気室Ｃ，Ｄに
構成した上記実施例３，６における各成分を１組分と
し、その何れにおいてもその素子組成と同様なもう１組
分を構成して２組分にすると共に、その２組分の素子組
成を一つのハウジング１０内に並列、又は直列に連結さ
せて気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにする。

【００６２】即ち、上記実施例２の構成における２組分
連結は、図１６（ａ）に示すように双方のハウジング１
０，１０をＹ軸線上において合体させ、両Ｚ軸２３，２
３も一方ずつの軸板２４，２４を背面で合体させてＹ軸
線上に一体化させると共に、その結合部分に対応する内
空部をハウジング１０の中央部に形成して回転可能に収
納し、また上記実施例５における構成の２組分連結は、
図１６（ｂ）に示すように双方のハウジング１０，１０
をＹ軸線上において合体させ、且つＹ軸線上のハウジン
グ１０中央壁にも主軸受１３を貫設し、その主軸受１３
に双方が結合して軸央に形成されるＺ軸２３のジャーナ
ル部を嵌挿させるが、その何れにおいても半球状をなす
定積空間の半月状作動室Ｈａ，Ｈａ、Ｈａ，Ｈａの二つ
ずつが、その各々に与する半球状円形板の揺動ピストン
３０，３０によって反比例に体積変化させる二つずつの
櫛形状作動室Ａ，ＤとＢ，Ｃに形成される。

【００６３】又は、上記実施例３，６の各構成における
それぞれの２組分の連結は、図１７（ａ），（ｂ）に示
すように双方のハウジング１０，１０をＹ軸線上におい
て合体させ、両Ｚ軸２３，２３も図（ａ）に示す一方ず
つの軸板２４，２４、又は図（ｂ）に示す一方ずつの軸
腕２５，２５を背面でＹ軸線上に合体させると共に、そ
の結合部分を回転可能に収納する内空部をハウジング１
０の中央部に形成して嵌挿させ、その何れにおいても双
方の半球状をなす半月状作動室Ｈａ，Ｈａが、その各々
に与する半円状板の揺動ピストン３０，３０によって反
比例に体積変化する二つずつの櫛形状作動室Ａ，Ｂと
Ｃ，Ｄに形成される。

【００６４】

【各実施例の共通態様（θ角度）（枢結子）（吸、排気
孔と点火具）】上記何れの実施例においても、Ｘ軸線と
Ｙ軸線とが球心Ｏ上において交差して創出する角度θは
１０°＜θ＜６０°が実用範囲であり、その最適角度は
２５°〜３５°である。

【００６５】また、上記何れの実施例においても、ピン
継手関節５５素子の枢結子８８は、図１８に示すように
円板状（短柱）か、又は円柱状（丸棒）の円形体である
が、それも図１８（あ）の如くに自らの軸線上にピン受
孔を有する環状の円形板か、又は図１８（い）の如くに
両底面の中心部分にピン柱を凸設形成した円形板か、或
は図１８（え）の如くに枢結子８８本体が丸棒状のピン
柱に形成されるかし、その何れにおいても周側面を貫通
する連結棒２６の挿通孔と軸止めされたピン、又はピン
受孔を含む円形本体の形成軸線とがＸ軸線とＭ軸線との
関係にあって十字に交差する。また、図１８（う），
（お）に示すように連結棒２６が挿通する孔に合わせて
対向両側か、又は図示はしないが両側面の何れか一方に
管（中空円柱）を固着させ、その管孔から連結棒２６を
挿通させる袖付きにすることも可能である。

【００６６】また、上記何れの実施例においても、各作
動室Ｆｕに臨んで吸、排気孔Ｉｎ，Ｅｘを対とした作動
媒体の出入孔がハウジング１０壁を貫通して穿設される
が、４気室Ｆｕ，Ｆｕ、Ｆｕ，Ｆｕを存在させる構成に
おいては吸、排気孔Ｉｎ，Ｅｘの４対が、２気室Ｆｕ，
Ｆｕの構成においては吸、排気孔Ｉｎ，Ｅｘの２対がそ
れぞれ穿設され、その上その何れの場合にもそれら各孔
Ｉｎ，Ｅｘは、例えば図１９，２０に示すようにカム駆
動される茸弁や、Ｚ軸２３の軸頸取付け歯車に従動する
環バルブ等のバルブ装置Ｖａによって開閉される。その
時、燃焼室に面して挿着する点火具（スパークプラグ）
Ｉｇは、図１９，２０に示すように４気室Ｆｕ，Ｆｕ、
Ｆｕ，Ｆｕ構成では最少４本であり、２気室Ｆｕ，Ｆｕ
構成の実数は少なくとも２本である。

【００６７】

【各実施例共通の別態様（２サイクル態様）】上記何れ
の実施例も４行程サイクル機関として作動させるもので
あるが、その各実施例における共通の別態様として、２
行程サイクル機関に構成して作動させることが可能であ
り、その２行程サイクル機関には従来機関のクランク室
圧縮型、及び掃気ポンプ付きに相当する何れの形態も許
容する。例えば図２１（イ）に示す形態は、ポンプ側と
パワー側気室Ｐｕ，Ｗｏを繋ぐ連通孔Ｓｃ内に図２２
（ａ），（ｂ）に示すようなバルブＶａの装着はあって
も２気室Ｆｕ，Ｆｕ１対組はクランク室圧縮型２サイク
ル機関に対置される。

【００６８】即ち、その２気室Ｆｕ，Ｆｕの１対組は、
一方の気室Ｆｕをポンプ気室Ｐｕとして作動媒体の給気
充填と圧縮行程をさせ、もう一方の気室Ｆｕをワーキン
グのパワー気室Ｗｏとして作動媒体の燃焼に伴う膨張圧
力を受圧させるが、ポンプ、パワー気室Ｐｕ，Ｗｏ間を
連絡する往復ピストン機関の掃気孔に相当する連通孔Ｓ
ｃがハウジング隔壁１２を貫通して設けられ、且つその
連通孔Ｓｃ内部に面して点火具ＩｇとバルブＶａを挿着
し、連通孔Ｓｃを燃焼室として構成する。つまり、ポン
プ気室Ｐｕに吸入された作動媒体は、圧縮行程の中期以
後にポンプ気室Ｐｕ側のバルブＶａが開いて燃焼室に移
動し、圧縮行程の終了と同時にそのポンプ気室Ｐｕ側の
バルブＶａが閉じて燃焼室に圧縮気として充填される
が、その充填圧縮気は既に燃焼室挿着の点火具Ｉｇによ
って点火され、その時パワー気室Ｗｏ側のバルブＶａは
既に開放されているから、作動媒体の燃焼と共に燃焼ガ
スは排気行程を終了しているパワー気室Ｗｏに移動す
る。

【００６９】このポンプ、パワー気室Ｐｕ，Ｗｏから構
成される２サイクル機関の態様は、図８，１２と図１
６，１７の各（ａ），（ｂ）に示す気室Ａ，Ｂをパワー
側気室Ｗｏとすれば気室Ｃ，Ｄがポンプ側気室Ｐｕであ
り、気室Ａ，Ｄがパワー側気室Ｗｏである時に気室Ｂ，
Ｃがポンプ側気室Ｐｕであり、又は気室Ａ，Ｃがパワー
側気室Ｗｏであれば気室Ｂ，Ｄはポンプ側気室Ｐｕであ
るが、その何れにおいてもパワー、ポンプ気室Ｗｏ，Ｐ
ｕが逆の組合わせになり得る。また、図１０，１１と図
１４，１５に示す二つの気室Ｆｕ，Ｆｕにおいても、何
れか一方がパワー気室Ｗｏとすれば他方がポンプ気室Ｐ
ｕであるが、その何れの組合せにおいても、ポンプ側気
室ＰｕにはバルブＶａ付きの吸気孔Ｉｎを取付けてパワ
ー側気室ＷｏにもバルブＶａ付きの排気孔Ｅｘを取付
け、且つポンプ、パワー気室Ｐｕ，Ｗｏ間に互いを連通
する連通孔Ｓｃとその連通孔Ｓｃを開閉するバルブ装置
Ｖａとを設けて燃焼室に面して点火具Ｉｇを挿着する。

【００７０】

【実施例１とその他の実施例共通の別態様（２サイクル
態様）】上記実施例１と上記その他の実施例において、
例えば図２１（イ），（ロ）に示すように上記実施例１
におけるＺ軸２３の各軸板２４が揺動ピストン３０の揺
動範囲を越える差し渡しの凹面板であり、その凹面部分
が櫛形状空間Ｆｕの形成面であると共に、その櫛形状空
間Ｆｕが４気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから構成される場合で
は、その櫛形状空間Ｆｕに面する各軸板２４の縁部近く
にポンプ、パワー気室Ｐｕ，Ｗｏに合致する吸、排気孔
Ｉｎ，Ｅｘの何れかの軸板孔２９を穿設し、且つその軸
板孔２９の回転円周上のハウジング１０壁にもハウジン
グ１０壁を貫く周回分の連続した孔、若しくは溝状の孔
を開口しておく。

【００７１】つまり、揺動ピストン３０における±θ角
度分の揺動は、揺動ピストン３０が半月状作動室Ｈａの
最下端位置から最上端への移動か、又はその逆向きの移
動であるが、それはＺ軸２３の半回転分の回転に相当し
て１行程分に相当するから、軸板孔２９をＹ軸線上のＺ
軸２３軸頸軸線とＸ軸線上の連結棒２６軸線との双方を
通る平面とＹ軸線とに直交する直線を穿孔の基準軸線と
して軸板２４の縁部近くに開口させれば、その軸板孔２
９は軸板２４の半回転につき一つの気室Ｆｕ空間上を通
過する。即ち、気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各々には、その各
々に与する軸板２４の半回転毎にハウジング１０外部と
連通する軸板孔２９が出没することになり、その１回転
毎に各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの空間は開放と閉鎖とを組と
して繰り返し、その開放と閉鎖の行程を吸気と圧縮の行
程か、又は膨張と排気との行程として各半月状作動室Ｈ
ａ毎に分担させると共に、互いの半月状作動室Ｈａ，Ｈ
ａの適合する一つずつの櫛形状空間Ｆｕ−Ｆｕ、Ｆｕ−
Ｆｕを繋ぐ前記連通孔Ｓｃ，Ｓｃを図２２（ａ），
（ｂ）に示すように燃焼室として作動させてもよい。

【００７２】

【作動原理】本発明において、定位軸線のＹ軸線上にあ
るＺ軸２３の回転は、球心Ｏを回転の中心としてＹ軸線
を回転軸とする歳差軸線が与えられたＸ軸線上の連結棒
２６をＹ軸線に対して常に角度θを保持したままの円錐
軌跡上を回転させる。その上、球心Ｏに位置する連結棒
２６の回転中心部にその連結棒２６を回転軸として外嵌
させた枢結子８８がＭ軸線を連結軸とする揺動ピストン
３０のピストン枢３５に枢結しているから、連結棒２６
の円錐軌跡上の回転に伴って揺動ピストン３０もその円
錐軌跡を得べく方向の運動をするが、この揺動ピストン
３０はピストン中間軸３３両端の点Ｋａ、点Ｋｂ側がハ
ウジング１０壁の固定部分に支持されていて交差割線Ｋ
を軸とする回動のみ可能に拘束される。

【００７３】結局、揺動ピストン３０はＺ軸２３の回転
に伴う回転運動はしないが、Ｚ軸２３の半回転につきＳ
円面上のハウジング隔壁１２の壁面を擺動の対向面とし
て±θ角度の範囲を擺動する。その時、Ｚ軸２３の連結
棒２６は軸承される両軸頸と一体構造である為に公転と
自転との周期が等しく、偏平な空隙に形成されているピ
ストン通軸孔３４内を自らの１回転につき球心Ｏに位置
するピストン枢３５が支点となって偏平方向に１往復の
揺動をすると同時に、十字に交差する二つの連結軸線の
一方を連結棒２６に、他方をピストン枢３５に連結して
球心Ｏに拠点を置く枢結子８８はその球心Ｏにおいて公
転のみの円錐運動をする。

【００７４】また、本発明の球形のＺ軸ピストン機関
は、前述したように２サイクル機関に構成して作動させ
ることも可能であるが、本来４ストローク往復ピストン
機関と同じように確実な吸気行程、圧縮行程、膨張行
程、及び排気行程を有する４サイクル機関に構成して作
動させても何ら差し支えがない。次に、その４行程サイ
クル機関としての本発明の球形のＺ軸ピストン機関にお
ける作動を説明する。

【００７５】その前に、従来の往復ピストン機関におけ
る動作流体である混合気の燃焼と吸気と排気とについて
述べると、混合気の燃焼にはある時間を必要とし、定積
燃焼が出来ない為にピストンの上死点よりもかなり前に
点火するが、一般には最高圧力が上死点後１２度（クラ
ンク回転角）あたりにくるようにして点火すると、この
原因による仕事損失が最小になる。つまり、通常は上死
点前３０度付近で点火され、すぐには燃焼せずに着火待
ち時間があって上死点前１５度付近で燃焼が開始され、
それから気筒内圧力が急激に上昇し始め、上死点後１０
度ほどで燃焼が終了して最高圧力となるが、その燃焼開
始の上死点前１５度付近の回転角位置を（Ａ）として燃
焼終了の上死点後１０度付近の位置を（Ｂ）とした時の
（Ａ），（Ｂ）間の中央が上死点となるように点火進角
を合わせると最高出力になる。また、燃焼ガスの排出に
もある時間を必要とし、下死点まで膨張を続けてから排
気弁を開いたのでは排気噴き出しによって気筒内圧力が
十分に低下する余裕がなく排気行程に負の仕事をさせる
ことになり、そこで下死点よりもかなり前に排気弁を開
き、排気噴き出しによって気筒内圧力を大気圧力に近付
くまで落して排気行程に移るほうがよく、吸気において
も高速の吸入空気流動の慣性を考慮して吸気弁の閉まる
時期を下死点よりもかなり（クランク回転角において数
十度）遅らせてある。即ちバルブ開閉のバルブタイミン
グにおいて、吸気バルブは上死点のかなり前で開いて下
死点のかなり後で閉じ、同様に排気バルブも下死点のか
なり前で開いて上死点のかなり後で閉じるから、吸、排
気バルブの作用角は上死点において大きくオーバーラッ
プする。

【００７６】しかし、本発明の球形のＺ軸ピストン機関
における１サイクル四つの行程は、便宜上回転角０度か
ら吸入作用に入って１８０度で吸気行程が終了し、３６
０度で圧縮行程が終了するものとし、且つその時に点火
されて回転角５４０度で膨張行程が終了し、７２０度に
おいて排気行程が終了するものとする。従って、作動室
Ｆｕ空間の最小から最大、又はその逆の最大から最小へ
の容積変化がＺ軸２３の回転角にして１８０度毎に行わ
れ、吸気行程から排気行程までの全作動は４ストローク
の往復ピストン機関と同様に７２０度回転角、即ちＺ軸
２３の２回転の間に行われる。

【００７７】まず、揺動ピストン３０の擺動に伴って各
気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに生じる容積変化を上記実施例１の
構成を例として図２３に基づき詳しく説明する。両側の
半月状の空間Ｈａ，Ｈａ内に揺動ピストン３０の円形状
板を組込むと、ハウジング１０の内壁面を含むかする各
軸板２４の内側凹面とハウジング隔壁１２の壁面とピス
トン中間軸３３の軸柱面を含む揺動ピストン３０の各弓
形面３１とに囲われた二つずつの櫛形状空間をなす気室
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されるが、その同一半月状作動室
Ｈａ内の２気室Ａ，Ｂか、又はＣ，Ｄは、何れも揺動ピ
ストン３０の擺動に伴って互いが反比例に体積を増減さ
せる。

【００７８】つまり、ハウジング隔壁１２によってダブ
ルエンドに構成された各半月状作動室Ｈａ内に半円分ず
つがダブルエンドのピストンに相当する揺動ピストン３
０を組込めば、その半円分が二つの気室Ａ，Ｂ、又は
Ｃ，Ｄの一方を拡張して体積を増加させると反対側の空
間は収縮して体積を減少させる。また、二つの半月状空
間Ｈａ，Ｈａの体積を等しく、且つ揺動ピストン３０の
半円分ずつも同一容積に形成すれば、４気室Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの行程体積は等しく同じ側のハウジング隔壁１２
を挟む２気室Ａ，Ｄ、又はＢ，Ｃの互いも反比例に体積
を変化させて作動し、対称位置にある２気室Ａ，Ｃ、又
はＢ，Ｄは互いの体積が常に等しい正比例の関係を有し
て増減する。

【００７９】結局、櫛形状の空間からなる気室Ｆｕの形
成は、相対する揺動ピストン３０の弓形面３１とハウジ
ング隔壁１２の壁面との二つの板面の間隙であり、その
互いの板面の離合によって生ずる間隙の大小が気室空間
の増減である。従って、互いに与する揺動ピストン３０
の弓形面３１とハウジング隔壁１２の壁面の接近は、そ
の両面間に形成される間隙の収縮であり、その間隙が形
成する気室体積の減少であって往復ピストン機関におけ
るピストンが下死点から上死点に向かう過程の作動に相
当し、反対に揺動ピストン３０の弓形面３１とハウジン
グ隔壁１２の壁面の離反は、その両面間に形成される間
隙の拡張であると共に、その間隙が形成する気室体積の
増加であって往復ピストン機関におけるピストンが上死
点から下死点への移動過程に相当する。

【００８０】いま図２３（ａ）において、気室Ａとその
気室Ａの対称位置にある気室Ｃは、互いが気室間隙を収
縮させていて気室体積も最小であり、また揺動ピストン
３０の同一面を気室Ａと共に挟む気室Ｂとハウジング隔
壁１２の同一面を気室Ａと共に挟む気室Ｄは、共に気室
間隙を最大に拡張させた行程体積分を持っているが、Ｚ
軸２３に矢印方向の回転を与えれば、図（ａ）から
（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順に気室Ａ，Ｃの二つの気室
間隙を押し広げてその体積を増加させ、反対に気室Ｂ，
Ｄを構成する揺動ピストン３０とハウジング隔壁１２と
の両板面が近付いて互いの気室間隙を収縮させ、その気
室体積を減少させる。

【００８１】つまり、図２３（ａ）におけるＺ軸２３が
矢印方向に９０度分を回転すると、図示はしないが揺動
ピストン３０はＺ軸２３に対して水平位置になり、気室
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの体積変化が中位になって４気室の体積
は等量になるが、図（ｃ）の方向に向かう程、気室Ａ，
Ｃの両気室間隙は更に広がって気室体積を拡大させ、反
対に気室Ｂ，Ｄの両気室体積を更に縮小させて図（ｄ）
に至る。ここまでにＺ軸２３は１８０度分である半回転
を行っており、揺動ピストン３０を右上がりから右下が
りの体勢に変化させると共に、気室Ａは気室Ｃと同様に
行程体積分の最大体積を有し、反対に気室Ｂ，Ｄは何れ
も最大容積から最小容積へ変換されて気室空間を収縮さ
せる。

【００８２】更に、図（ｄ）における気室Ａ，Ｃの双方
が最小容積、気室Ｂ，Ｄが共に最大容積になるまでＺ軸
２３に矢印方向の回転を加えれば、図（ｅ）と（ｆ）を
経て再び図（ａ）に戻るが、それまでにＺ軸２３は３６
０度分である１回転を行って各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが二
つずつの行程を完了させる。従って、図（ａ）乃至
（ｆ）に示す上述の作動を繰り返して行えば４行程サイ
クルの継続が可能であるが、それには各気室Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄに供給する給気と排出される廃気との作動媒体の
流出入が必要である。

【００８３】即ち、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの吸、排気時
に見合う適位置のハウジング１０壁に作動媒体の流路孔
Ｉｎ，Ｅｘを取付け、更にその流路孔Ｉｎ，Ｅｘ上にバ
ルブ装置Ｖａを設けて気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各行程の進
行に伴って適宜開閉する。つまり、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄの吸気行程時には、その気室における排気孔Ｅｘの弁
Ｖａを閉じて吸気孔Ｉｎの弁Ｖａを開け、排気行程時に
は吸気孔Ｉｎの弁Ｖａを閉じて排気孔Ｅｘの弁Ｖａを開
け、而も各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの体積が最小になる上死
点辺りの燃焼室内を窺うハウジング１０壁に点火具Ｉｇ
を挿着しておき、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの圧縮行程が最
大に達する付近で作動媒体に点火、燃焼させて内燃ピス
トン機関における給気の吸入と圧縮、圧縮気の燃焼と膨
張、廃気排出の各行程を成立させるものである。

【００８４】

【行程の進行】更に作動原理として、各気室Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの各々が次々と行う各行程の作動と進行を上記実
施例１の構成を例に図２４に基づき説明する。尚この図
２４は、Ｚ軸２３の半回転における揺動ピストン３０の
作動と各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの体積変化を示すものであ
るが、その中で吸、排気孔Ｉｎ，Ｅｘは各気室Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの体積変化に呼応して適宜、動作流体を流出入す
べく弁Ｖａによって開閉されるものとして図示しない。

【００８５】図２４（イ）において、いま気室Ａは揺動
ピストン３０が上死点位置の空隙容積に相当する最小体
積時であり、廃気排出の終了と共に吸気孔Ｉｎが開けら
れた給気の開始時であるが、気室Ｂは行程体積いっぱい
まで拡張した膨張行程の終息時であって排気孔Ｅｘが開
放された燃焼ガスの排出開始時である。その時、気室
Ｃ，Ｄにおいては吸、排気孔Ｉｎ，Ｅｘが共に閉じられ
ていて、気室Ｄは気室空間を拡張させた最大の容積を有
して吸気行程を終了し、気室Ｃは気室空間が最小に収縮
した圧縮行程の最大時にあって作動媒体が既に点火され
た膨張行程開始の回転角位置である。

【００８６】その気室Ｃにおける膨張行程は、その燃焼
圧力が気室Ｃを形成する揺動ピストン３０の弓形面３１
とハウジング隔壁１２面との両面間を押し広げると同時
に、直ぐ前に膨張行程を終了させた気室Ｂに換わってＺ
軸２３に回転力を与えるが、その回転力は気室Ｃの間隙
の広がりに伴って図２４における（イ）から（ロ），
（ハ）の順に示すように気室Ａの気室空間を拡張させる
と共に、気室Ｂ，Ｄの両気室間隙を収縮させるように作
用する。結局、図２４（イ）から（ロ）を経て（ハ）に
至ってＺ軸２３が１８０度分を回転し、気室Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの各々が何れの行程も重複しない１行程分ずつを
終了させる。

【００８７】［吸気行程（１）〜（３）］図２４におい
て、（１）の状態は気室Ｆｕ容積が最小であって往復ピ
ストン機関におけるピストンの上死点位置に相当し、
（２）〜（３）とＺ軸２３の回転と揺動ピストン３０の
揺動に伴って気室Ｆｕ空間は順次大きくなり、開口した
吸気孔Ｉｎから混合気が吸い込まれ、この（３）の状態
になると気室Ｆｕ容積は最大となって吸気行程が完了す
るが、この状態は往復ピストン機関におけるピストンの
下死点位置に相当する。 ［圧縮行程（４）〜（６）］上記における下死点の位置
を過ぎて（５）〜（６）と混合気が圧縮され、この
（６）の往復ピストン機関における上死点に相当する近
辺まで圧縮された位置で点火具Ｉｇによって点火され
る。 ［膨張行程（７）〜（９）］（７）で点火された混合気
は燃焼し、（８）〜（９）と下死点位置に相当する付近
まで膨張しながら揺動ピストン３０を介して枢結子８８
と連結棒２６を経てＺ軸２３に回転力を与える。 ［排気行程（10）〜（12）］膨張行程終わりの（10）の
下死点位置に相当する付近で排気孔Ｅｘが開口し、仕事
行程を終えた燃焼ガスが排出され始めて（12）の上死点
に相当する付近まで排気が続けられる。

【００８８】以上のように、各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各
行程は図２４（イ）を出発点として同時進行し、次の
（ロ）を経て（ハ）に至って気室Ａが吸気行程、気室Ｂ
が排気行程、気室Ｃが膨張行程、気室Ｄが圧縮行程を終
了させる。次に、気室Ａには圧縮行程をさせて気室Ｂに
は吸気行程をさせ、気室Ｃには排気行程、気室Ｄには膨
張行程をさせるが、以下各気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに後続す
るそれぞれの行程を行わせれば、揺動ピストン３０が２
往復する間に気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各々はそれぞれに吸
気、圧縮、膨張、及び排気の各行程を完了させると共
に、４気室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて揺動ピストン３０の
２往復間に４回の膨張行程を有することになる。

【００８９】

【トルク発生原理】次に、本発明の球形のＺ軸ピストン
機関におけるトルク発生の原理を図２５に基づいて説明
する。

【００９０】本発明において、Ｚ軸２３は往復ピストン
機関におけるクランク軸と同様に一様な回転速度で回っ
ていると見なしてもよいが、揺動ピストン３０の揺動速
度は往復ピストン機関のピストンと同様に上下の両死点
に相当する近辺では行程途中よりも遅く、特に上下両死
点では速度が零となって運動方向が反転するもので、上
下両死点付近では時間に対する作動室の容積変化が小さ
い。一方、燃焼室内において作動媒体である混合気の燃
焼時間はかなり短く、大まかには燃焼がほぼ定容のもと
に行われ、その燃焼質量の割合に応じた燃焼ガス圧力が
揺動ピストン３０弓形面３１に作用して揺動ピストン３
０に力を及ぼす。そして、更にＺ軸２３が回転をすると
揺動ピストン３０は膨張する燃焼ガスの圧力による力を
受けつつその力の方向に運動をするから、この力が仕事
をしてＺ軸２３の回転という形で機械エネルギーに変換
される。

【００９１】従って、本発明の球形のＺ軸ピストン機関
におけるトルク発生は往復ピストン機関と同様に考える
ことが出来る。即ち、ピストン中間軸３３の軸柱面を含
む揺動ピストン３０の弓形面３１に加わるガス圧力Ｐｇ
は、球面ＧにＸ，Ｙ軸線が接するＺ軸２３の軸頸と軸腕
２５、又は軸板２４との結合部の点Ｑと、連結棒２６と
軸腕２５、又は軸板２４との結合部の点Ｐとの２点間
（軸腕２５長）を半径長とした円周において、その円周
の接線方向に作用する切線力ＦｔとＺ軸２３のジャーナ
ル軸受荷重として作用するＰｂとに分けて考えることが
出来る。

【００９２】つまり、揺動ピストン３０において交差割
線Ｋの両端（点Ｋａ，Ｋｂ）にある蝶番関節５０の蝶番
ピン５１，５１が往復ピストン機関におけるピストンピ
ンに相当するが、Ｘ軸線上のＭ軸線を連結軸とするピン
継手関節５５の枢結子８８とピストン枢３５とが往復ピ
ストン機関のクランクピンに相当し、Ｙ軸線上にあるＺ
軸２３軸頸の点Ｑが往復ピストン機関のクランク回転中
心に相当する。結局、Ｚ軸２３におけるトルクＴは、往
復ピストン機関のクランクピン、クランク半径（ｅ）に
相当するＺ軸２３の点Ｐと点Ｑ間をｅとすれば、Ｔ＝Ｆ
ｔ・ｅで示される。

【００９３】

【出力計算】従って、本発明の球形のＺ軸ピストン機関
における出力Ｎｅは、次式によって計算される。 Ｎｅ＝Ｐｍｅ・Ｖｈ・ｚ・ｉ／７５×６０×１００ ＝２・π・Ｔ・ｎ／７５×６０（ＰＳ） Ｎｅ：軸出力 Ｐｍｅ：正味平均有効圧力 Ｖｈ：単室作動容積 （cm³） ｎ：Ｚ軸の回転数 （r.p.m） ｉ：Ｚ軸１回転あたりのサイクル数 ｚ：作動室数 Ｔ：トルク （kg／ｍ） 尚、本発明の球形のＺ軸ピストン機関における４行程サ
イクル機関の態様ではＺ軸２３の２回転で１回の膨張行
程のため、ｉ＝１／２（２行程サイクル機関の態様では
ｉ＝１）である。

【００９４】

【発明の効果】従来の往復ピストン機関では、その構造
において円筒シリンダー、ピストン、コネクティングロ
ッド、クランク軸、弁等があって部品の数が多く複雑で
あり、単位出力あたりの機関容積が大きい上に、その作
動において往復運動部分の慣性質量による障害が発生す
ると共に、ピストンはシリンダー内壁にはまってのみ支
持されて定位軸の支持がなく上下摺動の反転時（上端）
にピストンがシリンダー壁を強打して振動、騒音の原因
をなすピストンスラップを発生させる。また、気筒内の
燃焼温度が高い為に浄化困難な窒素酸化物（ＮＯｘ）の
生成が多い等の欠点がある。

【００９５】そのような従来の往復ピストン機関に対
し、本発明の球形のＺ軸ピストン機関は上記構成と作用
によるものであり、機関軸をクランク軸からＺ状のＺ軸
２３に置き換えることによって揺動ピストン３０の中心
部を枢支すると共に、ピストン中間軸３３両端の点Ｋ
ａ、点Ｋｂ側も関節連結の軸承部として支持する構造上
の特徴を有するものである。従って、ピストンスラップ
の発生がなく、その運動においても往復動ではなくピス
トン中間軸３３軸線の交差割線Ｋを支点として揺動ピス
トン３０の弓形面３１を可動端の作用点とする揺動ピス
トン３０の擺動である為に、ピストン中間軸３３を対称
軸としてシンメトリーに形成される揺動ピストン３０で
は慣性質量、慣性偶力が共に容易に排除可能である。

【００９６】そのピストンの往復加速運動による慣性力
の解決と軸対称ピストンの揺動は、機関の回転数を変化
させることが容易であり、慣性モーメントが小さく機関
の過渡特性に優れて追従性がよく、平均ピストンスピー
ドの上限を押し上げて機関の使用回転範囲を広げる。つ
まり、機関の高速回転を意味するから高出力が実現し、
高回転をするほどにＰＳ／ｌの比出力も増大して必然的
に燃費性能も向上する。また、外部殻のハウジング１０
を球形、球面を基本構造とするもので機関内部の受圧・
加圧に係わる部分も球体の大円を含むダブルエンドに形
成される。

【００９７】即ち、立体形において最大の容積と最小表
面積からなる球形を基本構造とすることにより、球体内
に４気筒分が集約されて機関体積に対する行程容積の占
める割合が著しく大きく、極めて軽量コンパクトであ
り、球体の機関本体は熱変形や応力、衝撃荷重に強く堅
牢である。尚、揺動ピストン３０とＺ軸２３との組合わ
せから構成する主要部品の各々がシンプルであり、部品
数が少ないと同時に同一の部品も少なく、機構も簡単平
明で複雑でないから分解、組立て、手入れ等の作業性に
有利であると共に、機構からくる高い製作精度、高い組
立て精度を要求されないから低コストであり、故障しに
くく耐久性に富む。

【００９８】更に、球形内に形成される偏平空間の櫛形
状作動室Ｆｕは、容積に対して面積の比が従来の往復ピ
ストン機関より著しく大きい上に、球面の凹面内を作動
室Ｆｕ空間が移動すること等から流入空気に乱れと撹拌
が生じ、その為に火炎伝播は進行して完全燃焼が促さ
れ、不完全燃焼による有害なＣＯの生成や未燃焼のＨＣ
ガスの排出を抑えて高い燃焼効率が得られる。反面、火
炎が接触する燃焼室壁の表面積が大きい為に火炎は常に
燃焼室壁に冷やされて最高燃焼温度が低く抑えられ、高
温で発生する有害排気ガスの窒素酸化物（ＮＯｘ）が生
成されにくい上に、ノッキング、或はピンキングに代表
される高温による異常燃焼の発生が少ない。

【００９９】以上説明したように本発明によれば、従来
の往復ピストン機関とは全く異なった原理に基づく構造
と作動を示すもので、クランクレスを構成するパーツを
球体内に収めたことにより小形軽量と高回転が実現し、
且つ振動と騒音の発生を抑制することが出来た。また、
燃焼状態においては、燃焼室の形状と球面を移動する燃
焼室とから完全燃焼と低い最高温度の燃焼が得られるも
ので、その低い最高温度の燃焼は有害排出ガスである窒
素酸化物（ＮＯｘ）の発生を低減させるものである。一
方、球体内に集中する燃焼室は、必要な熱の分散を抑え
て高い熱効率の水準が得られるもので大型の冷却装置を
必要としない等の多数の利点を有すると共に、従来の往
復ピストン機関では相矛盾して解決が不可能とされてい
た出力と燃費性能との両立を実現させた高性能の内燃ピ
ストン機関である。

【０１００】即ち、本発明の球形のＺ軸ピストン機関
は、高出力で優れた燃料経済性を兼ね備え、有害排出ガ
スの生成が少なく、部品組成に難解さがなく簡単平明で
あり、部品数が少なく、複雑でなく、取り扱い易く、ま
たその単純さ故に製造コストが大幅に低く安価であると
共に、耐久品であり、軽量コンパクトであり、静粛機関
である等の多数の優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す基準図形の一部縦断斜視
図。

【図２】基準図形の角度変化を示す斜視図。

【図３】基準図形の角度変化を示す斜視図。

【図４】基準図形の角度変化を示す斜視図。

【図５】基準図形の角度変化を示す斜視図。

【図６】本発明の解決手段１におけるＺ軸と枢結子の転
回過程を示す（アａ）（イａ）（ウａ）（エａ）（オ
ａ）の各展開斜視図と、同（アｂ）（イｂ）（ウｂ）
（エｂ）（オｂ）の各展開側面図。

【図７】本発明の解決手段２におけるＺ軸と枢結子の転
回過程を示す（アａ）（イａ）（ウａ）（エａ）（オ
ａ）の各展開斜視図と、同（アｂ）（イｂ）（ウｂ）
（エｂ）（オｂ）の各展開側面図。

【図８】本発明の実施例１を示す一部縦断側面図。

【図９】図８の一部断面分解斜視図。

【図１０】本発明の実施例２を示す一部縦断側面図。

【図１１】本発明の実施例３を示す一部縦断側面図。

【図１２】本発明の実施例４を示す一部縦断側面図。

【図１３】図１２の一部断面分解斜視図。

【図１４】本発明の実施例５を示す一部縦断側面図。

【図１５】本発明の実施例６を示す一部縦断側面図。

【図１６】実施例２、又は実施例５の構成成分を２組連
結した態様を示す（ａ）（ｂ）の各一部縦断側面図。

【図１７】実施例３、又は実施例６の構成成分を２組連
結した態様を示す（ａ）（ｂ）の各一部縦断側面図。

【図１８】本発明における枢結子の各種態様を示す
（あ）（い）（う）（え）（お）の各斜視図。

【図１９】本発明の各実施例における吸、排気孔と弁、
及び点火具取り付けの例を示す一部縦断側面図。

【図２０】本発明の各種実施例に取付ける環バルブの例
を示す一部縦断側面図。

【図２１】その他の実施例における２サイクル態様を示
す（イ）の一部縦断側面図と、（ロ）の軸板を示す側面
図。

【図２２】図２１の連通孔の態様を示す（ａ）（ｂ）の
各断面部分図。

【図２３】本発明における各気室の容積変化を示す
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）の各一部縦断側
面図。

【図２４】本発明における各気室の１行程分（１８０
度）の進行過程を示す（イ）（ロ）（ハ）の各一部縦断
側面図。

【図２５】本発明におけるトルク発生の原理を示す一部
縦断正面図。

【符号の説明】

Ｇ 球面 Ｏ 球面Ｇの球心 ｒ 球面Ｇの半径 Ｘ Ｘ軸線（Ｚ軸の連結棒取付け軸線） Ｙ Ｙ軸線（Ｚ軸取付け軸線、Ｓ円面の形成軸線） Ｍ Ｍ軸線（Ｘ軸線の垂直軸線、ピン継手関節の連結
軸線） Ｒ Ｒ円面（Ｘ軸線上の水平平面） Ｓ Ｓ円面（Ｙ軸線の垂直平面） Ｋ Ｋ軸線（Ｒ円面とＳ円面との交差割線） Ｋａ Ｋ軸線の端点（Ｋ軸線両端の一方の点） Ｋｂ Ｋ軸線の端点（Ｋ軸線両端のもう一方の点） Ｐ Ｘ軸線上の点（Ｘ軸線が球面Ｇに交わる点） Ｑ Ｙ軸線上の点（Ｙ軸線が球面Ｇに交わる点） θ θ角度（Ｘ軸線とＹ軸線との鋭角側の交差角度） Ｈａ 半月状作動室 Ｆｕ 櫛形状作動室 Ｉｎ 吸気孔 Ｅｘ 排気孔 Ｉｇ 点火具（燃料噴射弁） Ｖａ 弁、バルブ Ａ 空間Ａ、気室Ａ、櫛形状作動室Ａ Ｂ 空間Ｂ、気室Ｂ、櫛形状作動室Ｂ Ｃ 空間Ｃ、気室Ｃ、櫛形状作動室Ｃ Ｄ 空間Ｄ、気室Ｄ、櫛形状作動室Ｄ Ｓｃ 連通孔（掃気孔） Ｐｕ ポンプ気室 Ｗｏ パワー気室 １０ ハウジング １１ 凹面内壁 １２ ハウジング隔壁 １３ 主軸受 １５ 軸板室 １６ 軸腕室 １７ 隔壁窓 １８ 隔壁窓の弦側面 ２３ Ｚ軸 ２４ Ｚ軸の軸板 ２５ Ｚ軸の軸腕 ２６ Ｚ軸の連結棒 ２９ 軸板孔 ３０ 揺動ピストン ３１ 揺動ピストンの弓形面 ３２ 揺動ピストンの球弧面 ３３ ピストン中間軸 ３４ ピストン通軸孔 ３５ ピストン枢 ５０ 蝶番関節 ５１ 蝶番ピン ５２ 蝶番ピン受 ５５ ピン継手関節 ８８ 枢結子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 球心（Ｏ）から半径（ｒ）の球面（Ｇ）
   を有するハウジング（１０）において、角度（θ）をな
   して球心（Ｏ）で交差する二つの直線を軸線（Ｘ）軸線
   （Ｙ）としその軸線（Ｘ）に球心（Ｏ）において直交す
   る軸直線を軸線（Ｍ）としその軸線（Ｍ）を垂線として
   球面（Ｇ）内の軸線（Ｘ）上に形成される大円平面を円
   面（Ｒ）とし且つ軸線（Ｙ）を鉛直軸線として球面
   （Ｇ）内に球心（Ｏ）を通って形成される大円平面を円
   面（Ｓ）としその円面（Ｒ）と円面（Ｓ）とが交差する
   球心（Ｏ）上の交差割線を軸線（Ｋ）としその交差割線
   （Ｋ）の両端を点（Ｋａ）点（Ｋｂ）とし、 そのように点線面の各関係を設定したハウジング（１
   ０）内の円面（Ｓ）上が球面（Ｇ）のハウジング（１
   ０）内壁面と一体化するハウジング隔壁（１２）として
   交差割線（Ｋ）上に窓状空隙の隔壁窓（１７）を有する
   平面状壁に形成され且つ軸線（Ｙ）上のハウジング（１
   ０）対向内壁の各々を軸板室（１５）として円形凹みに
   形成すると共にその両軸板室（１５）の側壁中心を貫く
   軸受円孔の主軸受（１３）を設け、 その両主軸受（１３）には互いの外側面中心に柄状の軸
   柱を固着させて互いの内側凹面を対面させ且つ軸板室
   （１５）の各々に回転可能に嵌合する凹面円形板からな
   る軸板（２４）の各々を軸線（Ｘ）上の連結棒（２６）
   が掛け渡してＺ状に形成したＺ軸（２３）の両側軸頸を
   軸承させ尚その連結棒（２６）の球心（Ｏ）部分に軸線
   （Ｍ）を関節の基軸線とするピン継手関節（５５）の円
   形素子からなる枢結子（８８）を軸線（Ｘ）を回転軸と
   して外嵌させ、 円面（Ｒ）上には球面（Ｇ）に回転可能に接する外周面
   の球弧面（３２）とその球弧面（３２）の弓形輪郭平面
   をなして軸線（Ｋ）側を弦とする弓形面（３１）とを有
   し且つその弓形面（３１）の弦側に円柱状のピストン中
   間軸（３３）を合体させた略板状の揺動ピストン（３
   ０）を設けこの揺動ピストン（３０）のピストン中間軸
   （３３）の母線方向を前記ハウジング隔壁（１２）の隔
   壁窓（１７）に回動自由な摺接関係に嵌め込み、 この揺動ピストン（３０）には前記Ｚ軸（２３）の連結
   棒（２６）を遊挿させるピストン通軸孔（３４）を球弧
   面（３２）に開口させそのピストン通軸孔（３４）のピ
   ストン中間軸（３３）内中央に円形空隙部分のピストン
   枢（３５）を有して前記枢結子（８８）に軸線（Ｘ）上
   の連結棒（２６）を基軸として角度（±θ）範囲を揺動
   可能に枢着し且つピストン中間軸（３３）両端の前記点
   （Ｋａ）点（Ｋｂ）側に交差割線（Ｋ）を連結軸とする
   蝶番関節（５０）の蝶番ピン（５１）又は蝶番ピン受
   （５２）の何れかの連結素子を設け、 また交差割線（Ｋ）の両端にあたる前記隔壁窓（１７）
   の対向両壁の各々に前記蝶番関節（５０）素子に対応す
   る連結素子を設けて嵌合させると前記ハウジング隔壁
   （１２）に揺動ピストン（３０）が交差割線（Ｋ）を蝶
   着の軸として角度（±θ）範囲を擺動可能に連結し、 すると円面（Ｓ）上のハウジング隔壁（１２）がハウジ
   ング（１０）内の球面（Ｇ）をなす凹面を閉鎖して半球
   状の空間からなる半月状作動室（Ｈａ）を形成し且つそ
   の半月状作動室（Ｈａ）を円面（Ｒ）上の揺動ピストン
   （３０）が櫛形状空間の櫛形状作動室（Ｆｕ）に形成
   し、 更にその櫛形状作動室（Ｆｕ）に臨ませて吸気孔（Ｉ
   ｎ）と排気孔（Ｅｘ）とその出入孔を開閉するバルブ装
   置（Ｖａ）とを設け且つ燃焼室を窺って点火具（Ｉｇ）
   或は燃料噴射弁を挿着したことを特徴とする球形のＺ軸
   ピストン機関。
2. 【請求項２】 球心（Ｏ）から半径（ｒ）を有して球面
   （Ｇ）をなす内壁面に形成したハウジング（１０）にお
   いて、角度（θ）をなして球心（Ｏ）で交差する二つの
   直線を軸線（Ｘ）軸線（Ｙ）としその軸線（Ｘ）に球心
   （Ｏ）において直交する軸直線を軸線（Ｍ）としその軸
   線（Ｍ）を垂線として球面（Ｇ）内の軸線（Ｘ）上に形
   成される大円平面を円面（Ｒ）とし且つ軸線（Ｙ）を鉛
   直軸線として球面（Ｇ）内に球心（Ｏ）を通って形成さ
   れる大円平面を円面（Ｓ）としその円面（Ｒ）と円面
   （Ｓ）とが交差する球心（Ｏ）上の交差割線を軸線
   （Ｋ）としその交差割線（Ｋ）の両端を点（Ｋａ）点
   （Ｋｂ）とし、 そのように点線面の各関係を設定したハウジング（１
   ０）内の円面（Ｓ）上が球面（Ｇ）のハウジング（１
   ０）内壁面と一体化するハウジング隔壁（１２）として
   交差割線（Ｋ）上に窓状空隙の隔壁窓（１７）を有する
   平面状壁に形成され且つ軸線（Ｙ）上のハウジング（１
   ０）の対向両壁を貫く軸受円孔の主軸受（１３）を設
   け、 その両主軸受（１３）には互いの外側面端部に柄状の軸
   柱を固着させた任意形状の腕の部分からなる軸腕（２
   ５）の各々を軸線（Ｘ）上の連結棒（２６）が掛け渡し
   てＺ状をなすＺ軸（２３）の両側軸頸を軸承させ尚その
   連結棒（２６）の球心（Ｏ）部分に軸線（Ｍ）を関節の
   基軸線とするピン継手関節（５５）の円形素子からなる
   枢結子（８８）を軸線（Ｘ）を回転軸として外嵌させ、 円面（Ｒ）上には球面（Ｇ）をなすハウジング（１０）
   の内壁面に回転可能に接する外周面の球弧面（３２）と
   その球弧面（３２）の弓形輪郭平面をなして軸線（Ｋ）
   側を弦とする弓形面（３１）とを有し且つその弓形面
   （３１）の弦側に円柱状のピストン中間軸（３３）を合
   体させた略板状の揺動ピストン（３０）を設けこの揺動
   ピストン（３０）のピストン中間軸（３３）の母線方向
   を前記ハウジング隔壁（１２）の隔壁窓（１７）に回動
   自由な摺接関係に嵌め込み、 この揺動ピストン（３０）には前記Ｚ軸（２３）の連結
   棒（２６）と軸腕（２５）とを遊挿させるピストン通軸
   孔（３４）を球弧面（３２）に開口させそのピストン通
   軸孔（３４）のピストン中間軸（３３）内中央に円形空
   隙部分のピストン枢（３５）を有して前記枢結子（８
   ８）に軸線（Ｘ）上の連結棒（２６）を基軸として角度
   （±θ）範囲を揺動可能に枢結し且つピストン中間軸
   （３３）両端の前記点（Ｋａ）点（Ｋｂ）側に交差割線
   （Ｋ）を連結軸とする蝶番関節（５０）の蝶番ピン（５
   １）又は蝶番ピン受（５２）の何れかの連結素子を設
   け、 また交差割線（Ｋ）の両端にあたる前記隔壁窓（１７）
   の対向両壁の各々に前記蝶番関節（５０）素子に対応す
   る連結素子を設けて嵌合させると前記ハウジング隔壁
   （１２）に揺動ピストン（３０）が交差割線（Ｋ）を蝶
   着の軸として角度（±θ）範囲を擺動可能に連結し、 すると円面（Ｓ）上のハウジング隔壁（１２）がハウジ
   ング（１０）の球面（Ｇ）をなす凹面内壁（１１）を閉
   鎖して半球状の空間からなる半月状作動室（Ｈａ）を形
   成し且つその半月状作動室（Ｈａ）を円面（Ｒ）上の揺
   動ピストン（３０）が櫛形状空間の櫛形状作動室（Ｆ
   ｕ）に形成し、 更にその櫛形状作動室（Ｆｕ）に臨ませて吸気孔（Ｉ
   ｎ）と排気孔（Ｅｘ）とその出入孔を開閉するバルブ装
   置（Ｖａ）とを設け且つ燃焼室を窺って点火具（Ｉｇ）
   或は燃料噴射弁を挿着したことを特徴とする球形のＺ軸
   ピストン機関。
3. 【請求項３】 前記ハウジング隔壁（１２）は軸線
   （Ｋ）を挟む円面（Ｓ）上の両側に弦側面（１８），
   （１８）を対面させた半円より小さい弓形板の二つが互
   いの弓形輪郭面をハウジング（１０）内壁面に結合させ
   て軸線（Ｋ）上を矩形に突き抜けた前記隔壁窓（１７）
   を有し、 円面（Ｒ）上には前記球弧面（３２）と表裏の前記弓形
   面（３１），（３１）とその弓形面（３１），（３１）
   の弓形弦が挟持する弦側面とから形成された半円より小
   さい半月状板の二つを軸線（Ｋ）を挟んで互いの弦側面
   を対面させて対称配置し且つその対面する弦側面に前記
   ピストン中間軸（３３）を介在合体させて略円形板に形
   成した前記揺動ピストン（３０）を配置し、 すると円面（Ｓ）上のハウジング隔壁（１２）面とハウ
   ジング（１０）内の凹面とで囲われた二つの前記半月状
   作動室（Ｈａ），（Ｈａ）が形成され且つその半月状作
   動室（Ｈａ），（Ｈａ）の各々を円面（Ｒ）上の揺動ピ
   ストン（３０）が二つずつの前記櫛形状作動室（Ｆ
   ｕ），（Ｆｕ）、（Ｆｕ），（Ｆｕ）に形成する請求項
   １又は請求項２記載の球形のＺ軸ピストン機関。
4. 【請求項４】 前記ハウジング隔壁（１２）は軸線
   （Ｋ）を挟む円面（Ｓ）上の何れか一方側に半円より小
   さい弓形板が弓形輪郭面をハウジング（１０）内壁面に
   結合させて弦側面（１８）を辺とする弓形優弧形の前記
   隔壁窓（１７）を有し、 円面（Ｒ）上には円面（Ｓ）を跨ぐ範囲の半球面より大
   きい前記球弧面（３２）と軸線（Ｋ）を挟んだ両側に前
   記弓形面（３１），（３１）とを有し且つその両弓形面
   （３１），（３１）の弓形弦間に前記ピストン中間軸
   （３３）を半埋い込み状に介在合体させて半球状の略円
   形板に形成した前記揺動ピストン（３０）を配置し、 すると円面（Ｓ）上のハウジング隔壁（１２）面とハウ
   ジング（１０）内の凹面とで囲われた二つの前記半月状
   作動室（Ｈａ），（Ｈａ）が形成され且つその半月状作
   動室（Ｈａ），（Ｈａ）の各々をＲ円面上の揺動ピスト
   ン（３０）が前記櫛形状作動室（Ｆｕ），（Ｆｕ）に形
   成する請求項１又は請求項２記載の球形のＺ軸ピストン
   機関。
5. 【請求項５】 前記ハウジング隔壁（１２）は円面
   （Ｓ）を挟む両側の何れか一方側を塞いでハウジング
   （１０）の内部空間を半球状にすると共に軸線（Ｋ）上
   に溝状の半円柱形凹み部分の前記隔壁窓（１７）を有
   し、 円面（Ｒ）上には前記球弧面（３２）と表裏の前記弓形
   面（３１），（３１）とその弓形面（３１），（３１）
   の弓形弦が挟持する弦側面とから形成された半円より小
   さい半月状板が弦側面に前記ピストン中間軸（３３）を
   合体させて略半円板に形成した前記揺動ピストン（３
   ０）を配置し、 すると円面（Ｓ）上のハウジング隔壁（１２）面とハウ
   ジング（１０）内の凹面とで囲われた前記半月状作動室
   （Ｈａ）が形成され且つその半月状作動室（Ｈａ）を円
   面（Ｒ）上の揺動ピストン（３０）が二つの前記櫛形状
   作動室（Ｆｕ），（Ｆｕ）に形成する請求項１又は請求
   項２記載の球形のＺ軸ピストン機関。