JP2005501204A - 連続主ジャーナルをもつクランクシャフト、および対応する連結構造 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
【0001】
本願は、2001年8月24日を出願日とする米国仮特許出願第60/314,750号および2002年6月14日を出願日とする米国仮特許出願第60/388,636号の出願日を優先権主張する特許出願である。
本発明は全体としては直線運動を回転運動に変換する装置、より具体的には、連続主ジャーナルを備えたクランクシャフトおよび対応する連結構造に関する。
【背景技術】
【0002】
多くの機械の場合、クランクシャフトが直線運動を回転運動に変換する重要な機能を担っている。例えば、自動車や航空機などのピストンを備えた内燃機関をもつ機械の場合、クランクシャフトを使用して、燃焼時に生じるピストンの直線運動を回転運動に変換し、目的である車輪やプロペラーなどの駆動を行う。これら形式の構成に使用するクランクシャフトは、例えば、主軸受けジャーナルおよび連結ロッドジャーナルをもち、クランクアームと呼ばれる離間し、外側に向いた支持構造に両者を連結する。通常、主軸受けジャーナルは、隣接対のクランクアーム間においてクランクシャフトの全長にそって離間配設する。同様に離間して、クランクアームの両端間のクランクシャフトに連結ロッドジャーナル、即ちクランクピンを取り付ける。連結ロッドジャーナルは、その名前が示唆するように、隣接ピストン(あるいは、2つのピストンを同じ連結ロッドジャーナルに連結する場合には、2つのピストン)と連動する連結ロッドの軸受け面になる。通常の構成の場合、これら2つの形式のジャーナルは相互に偏心している。従って、ピストンが前後移動すると、連結ロッドが連結ロッドジャーナルを押すか引っ張るため、クランクシャフトが360度回転する。
【0003】
この構成は評判がよいにもかかわらず、一つの大きな欠点がある。主軸受けジャーナルが不連続な(即ち、クランクアーム間に離間配設されている)ため、クランクシャフトに捩れ作用や曲げ作用が加わることである(高負荷の場合、場合によってその程度が16°に達することもある)。この曲げ作用は扱いにくい。なぜなら、効率が低下し、タイミング問題を発生するだけでなく、クランクアームとジャーナルとの界面にクラックが発生し、最終的にクランクシャフトが機械的に破損するからである。また、この構成には別な問題もある。即ち、個々の連結ロッドジャーナルそれぞれに同時に押し出し作用および引っ張り作用を加える連結ロッドが存在するため、クランクシャフトに大きな振動が加わることである。これらの固有な制限のために、前記のように構成したクランクシャフトには、耐用寿命や伝達できる動力の量に若干の制限がある。
【0004】
最近、例えば、支持構造や平衡錘をクランクシャフトに付加したり、あるいは剛性をより強くする試みなどによって、これら問題に対処する設計上の試みが行われている。これらの解決策によって、クランクシャフトの耐用寿命が延び、伝達できる動力の量が増え、振動の抑制が達成できるが、別な問題が発生する。例えば、支持構造を付加すると、クランクシャフトが大形になり、必然的にこれを使用するエンジンが大きくなる。さらに、設計が複雑になるほど、クランクシャフトの製造コストが高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このように、従来の設計の長所をすべて備えているにもかかわらず、上記の多数の問題のないクランクシャフトが依然として望まれている。このようなクランクシャフトとしては、サイズを大きくせず、また重量もそれほど大きくせずに、曲げ作用に負けないほど強度が強く、性能もすぐれているクランクシャフトが望まれている。また、従来のクランクシャフトの多くに必要な連結ロッドを使用する必要もなく、従って設計が簡単になり、クランクシャフトの動作時に受ける振動の量も少ないクランクシャフトが望まれている。全体として、特に製造が容易である点および信頼性の点から見て従来クランクシャフトに比較して、きわめてすぐれたクランクシャフトが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、その第1態様によれば、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトを提供するものである。このクランクシャフトは、第1クランク構造および第2クランク構造を所定間隔で配設して構成する。これらクランク構造は、対向内面をもち、全体として平行な第1ジャーナルおよび第2ジャーナルを所定間隔で配設したものである。各ジャーナルを少なくとも対向内面間に延設し、第1クランク構造および第2クランク構造を相互連結する。これらクランク構造間に延設した、全体として平行な第1ジャーナルおよび第2ジャーナルが、クランクシャフトの強度を強くし、曲げ作用に対する耐久性をより強くする。
【0007】
一つの実施態様では、各クランク構造は、第1端部および第2端部をもつ細長いアームで構成する。第1ジャーナルをアームの第1端部を通して連続的に延設し、第2端部をアームの第2端部の間に延設する。あるいは、各クランク構造を中心領域および周辺領域をもつ全体として平坦なプレートで形成してもよい。この場合には、第1ジャーナルをプレートの中心領域を通して延設し、第2端部を少なくとも周辺領域の間に延設する。なお、これら平坦プレートとしては、全体として円形のディスクが好ましい。
【0008】
また、第2クランク構造から間隔をおいて第3クランク構造を配設することも可能であり、この場合には、第1ジャーナルを連続的に構成し、第1クランク構造、第2クランク構造および第3クランク構造を相互連結する。この第3ジャーナルについては、第1ジャーナルから間隔をおいて全体としてこれに平行に配設し、第2クランク構造および第3クランク構造を相互連結してもよい。一つの別な実施態様では、第2ジャーナルおよび第3ジャーナルは、軸方向に整合配列していない。
【0009】
さらに別な実施態様では、第4クランク構造を第3クランク構造から間隔をおいて配設してもよい。この場合には、第1ジャーナルを連続的に構成し、第1クランク構造、第2クランク構造、第3クランク構造および第4クランク構造を相互連結する。この第4ジャーナルについては、第1ジャーナルから間隔をおいて全体としてこれに平行に配設し、第3クランク構造および第4クランク構造を相互連結してもよい。第1クランク構造および第2クランク構造については、第1方向に突出する細長いアームで構成することができ、また第3クランク構造および第4クランク構造については、全体として第1方向の反対方向である第2方向に突出する細長いアームで構成することができる。あるいは、第1クランク構造、第2クランク構造、第3クランク構造および第4クランク構造を全体として円形のディスクで構成することも可能であり、この場合には、各ディスクの中心領域を通して第1ジャーナルを連続的に延設し、周辺領域でそれぞれ第2ジャーナル、第3ジャーナルまたは第4ジャーナルにこれを係合する。また、ディスク間に延設した第2ジャーナル、第3ジャーナルおよび第4ジャーナルについては、軸方向に整合配列する必要はない。また、クランクシャフトを連続第1ジャーナルによって相互連結した複数のクランク構造で構成してもよく、この場合には、選択した対のクランク構造間に第2ジャーナルを延設する。さらに、本発明は、上記クランクシャフトを利用して直線運動を回転運動に変換する方法を含むものである。
【0010】
本発明は、その第2態様によれば、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換する装置を提供するものである。この装置は、軸を中心にして回転できるように取り付けたクランクシャフトで構成する。クランクシャフトは、第1ジャーナルによって連結した複数(少なくとも2つと定義する)のクランク構造で構成する。少なくとも2つの(即ち複数の)上記クランク構造では、第2ジャーナルをこれらの間に延設する。本発明装置の場合、さらに、軸に対して往復運動できるように連結構造を取り付ける。この連結構造については、連結構造の往復運動時に、第1ジャーナルを受け取る少なくとも一つのチャンネルと、第2ジャーナルまたはこれと連動する軸受け構造に係合する表面とで構成する。従って、連結構造が往復運動すると、クランクシャフトが回転し、あるいはクランクシャフトが回転すると、連結構造が往復運動する。
【0011】
一つの実施態様では、係合表面を連結構造の第2チャンネルによって形成する。第1チャンネルおよび第2チャンネルについては、相互に全体として垂直になるようにするのが好ましい。連結構造については、第1ピストンが直線運動を引き起こす力を発生するように、第1ピストンの一端に連結または結合すればよい。あるいは、連結構造については、第2ピストンの第2端部に連結し、第1ピストンおよび第2ピストンがクランクシャフトの第1ジャーナルおよび第2ジャーナルに連動し、水平反対方向に運動して、クランクシャフトを回転できるようにしてもよい。第2ジャーナルに連動する軸受け表面については、第1チャンネルに係合し、走行できるようにするのが好ましい。
【0012】
一つの実施態様では、第2ジャーナルを配設し、それぞれを隣接対の上記クランク構造の対向内面間に延設する。あるいは、それぞれが隣接クランク構造の選択した対の間に延設するように、複数の第2ジャーナルを配設してもよい。第2ジャーナルについては、軸方向に整合配列する必要はない。また、クランク構造は、細長いアーム、ディスクまたはこれらの一部で構成することができる。さらに、本発明装置には、クランクシャフトを回転させるモーターを配設することができる。
【0013】
本発明は、その第3態様によれば、少なくとも一対の隣接クランク構造を相互連結する第1ジャーナルおよび第2ジャーナルを離間配設し、少なくとも一方のジャーナルが他方のジャーナルの回転軸を形成するクランクシャフトと併用する連結構造を提供するものである。この連結構造は、第1ジャーナルを受け取り、これを前後に動作させる第1チャンネルと、第2ジャーナルに係合する第1チャンネルに対して全体的に垂直に配設した係合表面とで構成する。この係合表面については、第1チャンネルに対して全体として直交配設した第2チャンネル部分で構成してもよい。この連結構造は、好ましくは対向関係で、一端に第1ピストンを配設し、また他端に第2ピストンを配設する。さらに、連結構造に鋸刃を設けることができる。
【0014】
本発明は、その第4態様によれば、エンジンを提供するものである。このエンジンは、ピストンを受け取る少なくとも一つのシリンダで構成する。第1チャンネルおよび係合表面をもつ連結構造にこのピストンを連結する。第1チャンネルがクランクシャフトの第1連続ジャーナルを受け取り、そして係合表面が第2ジャーナルまたはこれに連動する構造に係合する。この結果、ピストンの往復直線運動が、連結構造とクランクシャフトとの係合によって回転運動に変換される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
添付図面の図1についてまず説明する。図1は、本発明の一つの態様による改良クランクシャフト10の一つの考えられる実施態様を示す図である。この例示的な実施態様では、クランクシャフト10は、図1では第1端部および第2端部を有する細長いアームとして図示する少なくとも一対のクランク構造12、14を有する。少なくとも一つのアームの一端を通して第1ジャーナル16、即ち主ジャーナル16を連続的に延設し、他方のアームに係合するか、またはこれを通して延設する。主ジャーナル16から離れた位置においてアームの対向端部間に第2ジャーナル18、即ち偏心ジャーナル18を延設する。図から理解できるように、第1ジャーナル16、即ち主ジャーナル16の連続部分については、一方のアームまたは両アームから延設し、クランクシャフト10回転時にクランクシャフト10を支持し、場合によっては、回転運動を伝達できるように構成してもよい。
【0016】
図2aおよび図2bに、図1のクランクシャフト10と併用することができる連結構造20の実施例を示す。図2aおよび図2bにおいて、連結構造20は、第1チャンネル24および第2チャンネル26をもつ連結プレート22を有する。これらチャンネル24、26については、全体として相互に直交配設し、十字を形成するように構成するのが好ましい。図2aに示す実施態様では、連結プレートは、少なくとも一つのピストン28(図2a)に結合するか、あるいはこのピストン28を有する。図2bに示すように、2つの対向するピストン28、30を、わずかに細長く図示されているプレート22の両端に連結するか結合する。連結プレート22の幅については、対応するシリンダ内のピストンの動作に干渉しないように、対応するピストン28、30の直径よりも少なくともわずかに小さく設定するのが好ましい。周知のように、各ピストン28、30はエンジンの対応する燃焼室に連動することができる。当業者ならば理解できるように、図2aの実施態様は、ピストン/シリンダ体が必要な任意の形式の構成に応用することができ、また図2bの実施態様は、(例えば航空機エンジンに使用されている水平対向ピストンなどのように)一対のシリンダを対向関係で配設した構成に最適である。
【0017】
使用するさいには、主連続ジャーナル16が第1チャンネル24内に位置するかあるいは受け取られるように、そして第2ジャーナル18が第2チャンネル26にそって位置するように、連結構造20をクランクシャフト10に連動させる。例えば、図3aに示すように(図1とは異なるサイズで図示されている第1ジャーナル16および第2ジャーナル18の一部横断面を含む概略図である)、連結構造20が(燃焼室内の爆発後などのように)後退している場合、第1ジャーナル16は、(図3aに示す上端である)第1チャンネル24の第1端部に位置する。また、第2ジャーナル18は、(第1チャンネル24および第2チャンネル26の交点によって形成される十字の中心である)第2チャンネル26のほぼ中心に位置する。(以下に説明するように、ディスク状クランク構造12をもつものとして図示されている)クランクシャフト10が、時計方向(回転方向矢印A)に回転すると、第2ジャーナル18がチャンネル26の一方の側部にそって形成される係合表面26aに接触し、連結構造20、従ってピストンを第1方向(動作方向矢印F)に動作させる。次に、第1ジャーナル16が第1チャンネルにそってほぼ中心位置に移動する(図3bを参照)。
【0018】
回転が続くと、連結構造20が方向Fに最大変位位置(通常の連結ロッドを使用する場合には“上死点”と呼ぶのが普通である)に移動し、第2ジャーナル18が中心位置に戻り、そして第1ジャーナル16、即ち主ジャーナル16がチャンネル24の対向端部に移動する(図3c)。さらに回転を続けると、第2ジャーナルがチャンネル26の端部に向かって移動し、第1ジャーナル18が中心位置に達する(図3d)。この時点で、連結構造20に負荷がかかった場合、例えば燃焼爆発によってピストン28が方向Fと反対方向に移動する場合、第2ジャーナルと係合表面26aに対応するチャンネル26の第2係合表面26bとが係合するが、連結構造20に力が作用せず、(図9に示す実施態様の場合などのように)連結構造20が係合表面26bに係合する場合には、係合表面は係合表面26cになる。なお、第1ジャーナル16は、連結構造20が(方向Fに対してほぼ平行な)垂直面内で上下しても、実質的に静止したままになっている。従って、連結構造20に相互作用することはほとんどない。
【0019】
図4aは、単シリンダエンジンに使用した場合の本発明によるクランクシャフト10および連結構造20の概略図である。ピストン28を燃焼室C内に保持し、実質的に図3a〜図3dに示すように、連結構造20に連結する。第1ジャーナル16および第2ジャーナル18を対応するチャンネル24、26内に配設する。なお、ピストン28が下死点にあるため、これらの位置は図3aに示す位置になる。両クランクシャフト12、14を完全に貫通するように図示されている連続ジャーナル16の一端をシリンダブロックBの一端に形成した凹部R内に保持する。他端は、回転運動を伝達するプーリP、歯車などにキーその他の手段によって連結する。第2ジャーナル18は、少なくともクランクシャフト12、14の対向内面間に延設する。なお、クランク構造12、14については、ジャーナル16、18が連結構造20への運動を受け取るか、あるいはこれに伝達する適正な方向に両側から十分に支持されている限り、細長いアーム(例えば図1を参照)、ディスク(例えば図3a、図3bおよび図4bを参照)やその他の形状(例えばディスクの一部)で形成すればよい。往復運動するさいに連結構造20の底部を受け取る開口Oまたは凹部を形成してもよい(なお、このような開口Oまたは凹部を必要としない実施態様を示す図10および図11を参照)。
【0020】
図4bは、図4aに示した構成と同様な構成を示す図であるが、チャンネル24、26内のジャーナル16、18の位置を明示するために、クランク構造12、14間の間隔をやや大きく描いた図である。図示のように、第1ジャーナル16、即ち連続主ジャーナル16はクランク構造20間だけでなく、これらを貫通して延設し、第2チャンネル26内に位置させる。一方、第2ジャーナル18はクランク構造20間に単に延設し、第1チャンネル24内に位置させる。既に説明したように、クランク構造12、14については、ディスク状とすればよい。ピストン28は全体を連結構造20の一端に連結し、図示のように、後退位置でクランク構造12、14間に移動させる。この後退位置については、任意に選択でき、(そして連結構造20の上端の長さを長くするか、あるいはディスクの代わりにクランク構造12、14としてアームを使用することによって調節できる)。
【0021】
なお、単連結構造20を単ピストンに連結した状態で(即ち、単シリンダエンジン)、本発明のクランクシャフト10を使用することに加えて、いくつかのこのような連結構造を使用して、クランクシャフトを駆動することも可能である(図9の実施態様のように、クランクシャフトによって同時駆動してもよい)。例えば、図5に示すように、第1クランク構造12aおよび第2クランク構造14aを連続ジャーナル16にその一部にそって連結することも可能である。また、第2クランク構造14aについては、クランク構造12aが突出し、第3クランク構造14b(別体としてもよい)を形成する方向に対してほぼ反対方向に延設してもよい。次に、第4クランク構造12bを同じ方向に延設する。これら4つのクランク構造12a、12b、14aおよび14bすべてに不連続部のない連続主ジャーナル16を延設し、これらを相互連結することによって得られるクランクシャフト10を強化するとともに、曲げ作用や撓み作用に対する耐久性を強くする。なお、第2ジャーナル18a、18bの一つについては、各対のクランク構造12a、14a;12b、14b間に延設する。従って、第2ジャーナル18aに隣接する主ジャーナル16aの対応する部分が第1連結構造に連動し(単ピストン、複ピストンの場合;いずれも図5に図示していない)、主ジャーナル16bおよび他の第2ジャーナル18bの対応する部分が第2連結構造(図示せず)に連動する。なお、2つのピストンを各連結構造20(例えば図5bを参照)に連結する場合には、通常の連結ロッド構成を使用して2つのピストンを係合するさいに必要な同じ長さおよびサイズのクランクシャフトに2倍のピストンを連動させることができる(これは、曲げ作用の問題が顕著になる、2つの別々な連結ロッドを各“行程”(第2ジャーナル)に取り付けない限りにおいてである)。
【0022】
一体のクランク構造14a、14bを使用して2つの第2ジャーナル18a、18bを係合する代わりに、別体のクランク構造を離間配設することも任意に選択することができる。この場合でも、図6に示すように、連続ジャーナル16が4つのクランク構造12a、14a;12b、14bに係合するが、二つの第1構造12a、14aは一つの第2ジャーナル18aに連動し、2つの第2構造12b、14bが第2ジャーナル18bに連動する。この場合、主連続軸受けジャーナル16a、16bの部分は、第2ジャーナル18a、18bの対応する部分に隣接していることはいうまでもない。
【0023】
図6a、図6bおよび図6cは、図6のクランクシャフト10を対向関係で2つのピストン28a、28bまたは4つのピストン28a、28b;30a、30bに連動させる方法の実施例を示す図である。即ち、図6は、連続ジャーナル16と、(クランクシャフト10の強度をさらに強くすることができる一つの選択肢である図5に示すものよりも広い)ジャーナル18a、18bをそれぞれ支持する複数対の離間クランク構造12a、14aとをもつクランクシャフト10を示す図である。ジャーナル16、18a、18bを、それぞれが単ピストン28a、28bを一端にもつ2つの連結構造20a、20bに連結する。(対応する燃焼室内で燃焼が生じた後などの)図6aの場合、ピストン28a、28bは下死点位置に位置し、また(圧縮後、次の爆発前などの)図6bの場合、これらピストンは上死点に位置する。2つのピストン28a、30a;28b、30bを対向関係で同時に駆動し、図3a〜図3dに示すパターンで各連結構造20a、20bに係合させ、これらを移動させる方法を図6cに示す。
【0024】
上記したように、クランク構造12、14はディスク状として構成すればよい。図7に、連続ジャーナル16にこのような構造を5つ(なお、図示を明瞭にするために12a〜12eで示すが、クランク構造14が必ず異なることを示唆するものではない)設けた実施態様を示す。各ディスク12a〜12eの中心に連続ジャーナル16を延設することが好ましい。選択した複数対の隣接ディスク12a〜12e間に第2ジャーナル18延設することができ、この場合には、それぞれの周辺領域に係合させるか、あるいはこれらを介して延設するのが好ましい。図8を参照すればよくわかるように、図示の実施態様は、4つの第2ジャーナル18a、18b、18cおよび18dをもつ(なお、第2ジャーナル18dは、図7では主ジャーナル16の陰にある)。
【0025】
なお、図7のこのクランクシャフト10の場合、それぞれ図2aまたは図2bのいずれかに示す連結構造20を使用する4つの、あるいは8つのピストンによって駆動することができる。また、存在する各ピストンが運動をクランクシャフト10に伝達する瞬間は、隣接ディスク12a〜12e周囲の第2ジャーナル18a〜18eの位置を調節することによって制御することができる。従って、図7の8−8線についての横断面図である図8を参照すればよくわかるように、第2ジャーナル18a、18b、18cおよび18d間を90°にすると(角度αを参照)、ピストンからクランクシャフト10への運動の伝達に(対向ピストンを使用する場合には、両側を含む)時間のずれが発生する。同様に、ジャーナル18a〜18dを離間しない場合には、(2つのピストンが各連結構造20に連動する場合には、同様に両側において)対応するピストンがすべて同じ時刻において同じ位置にあることになる。これらの選択肢があると、本発明のクランクシャフト10を使用する場合に、エンジン設計者の自由度が大きくなる。ディスクまたはアームの代わりに、ディスクの一部で各クランク構造12または14を構成しても(なお、図8の一点鎖線を参照)、同じ機能を信頼性高く実現することができる。
【0026】
従って、図から理解できるように、クランクシャフト10と連結構造20を併用すると、従来構成と比較していくつかの利点が得られる構成が実現できる。まず、すべてのクランク構造12、14間に延設した第1連続ジャーナル16、18によって、従来クランクシャフトの特徴である不連続性がなくなる。この特徴が、選択した隣接複数対のクランク構造12、14を連結する第2ジャーナル18を使用した場合に、クランクシャフト10の強度をより強くし、運転時の曲げ作用に対する耐久性をいっそう強くする。連結構造20を使用すると、連結ロッドの必要がなくなり、クランクシャフト10に作用する振動の量を小さくできる。さらに、各端部にピストンをもつ連結構造と併用すると、単“工程”(即ち、第2ジャーナル)を使用して、両ピストンをクランクシャフト10に連結できる。これによって、クランクシャフト10の長さがさらに短く、また全重量が小さくなるため、ピストン28、30間の間隙を狭めることできる。
【0027】
図9に、本発明のクランクシャフト10および連結構造20の考えられる別な使用形態を示す。即ち、鋸刃Sなどの往復運動装置または工具を駆動する使用形態である。具体的には、速度可変電動モーターMなどの動機装置を使用して、回転運動を主ジャーナル16に伝達する。これによって、クランク構造12、14が回転し、第2ジャーナル18を円形パターンで実質的に回転させる。第2ジャーナル18がチャンネル26内に保持されているため、連結構造20が矢印Hの方向に往復運動する。これによって、鋸刃Sが前後に運動し、(図示していない)被加工物を切断する。(図示しない)案内構造によって鋸刃Sを所定位置に保持し、案内することが好ましい。
【0028】
クランクシャフト10および連結構造(複数の場合もある)20を使用して、(V型エンジンなどのように)一つかそれ以上の単ピストンを単方向に前後駆動する場合には、チャンネル26の下縁部から延びるプレート22の部分を制限または省略することができる。このようなプレート22の実施例を図10および図11に示す。これが可能なのは、実験により判明したことだが、連結構造が前後に往復運動するさいに、第2ジャーナル28が表面26aおよび26bにのみ係合するからである。具体的に説明すると、クランクシャフト10が時計方向に回転し、対応するピストン28が燃焼室内の爆発の結果として強制的に下降する場合(図4bを参照)には、表面26bと第2ジャーナル18が係合する。クランクシャフト10が回転を続けると、表面26aと第2ジャーナル18が係合し、ピストン28が圧縮位置に戻る。
【0029】
最後に、図12に示すように、対応する表面26a、26bまたはチャンネル24,26に係合する主連続ジャーナル16および第2ジャーナル18の一方か両方に軸受け構造40を設けることも可能である。軸受け構造40については、形状が正方形でもよく、あるいは円形でもよい。なお、対応するジャーナル16または18の一部を受け取る開口を設けておく。軸受け構造40のサイズについては、チャンネル24、26の一つに嵌合する程度の大きさか、あるいは前後に運動するさいに生じるチャンネル24、26間の“間隙をブリッジ”するために、かなり大きくてもよい(例えば、長方形か正方形)。また、軸受け構造40については、耐久時間の長い、摩擦特性や磨耗特性のすぐれた材料で構成するのが好ましい。
【0030】
以上、本発明を説明してきたが、以上の実施態様に限らず、他の実施態様も自明であり、可能である。例えば、ジャーナル16、18については、横断面が円形で、全体としてサイズが同じであることが好ましい。なお、添付図面に示したように、ジャーナル16、18については、横断面のサイズが異なっていてもよい(この場合、チャンネル24、26が存在する場合には、サイズを同じサイズにし、最少量の遊びをもってジャーナルが運動できるようにする)。各ジャーナルのサイズおよび形状については、具体的な用途における条件などを考慮して最終的に選択すればよい。さらに、以上の実施例は、内燃機関を使用する機械類や往復運動を必要とする工具類に関するものであるが、本発明のクランクシャフト10および連結プレート20は、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換することが望ましい多様な用途に応用することができる。また、ピストン数が1、2、4および8の実施例について説明してきたが、単に連結構造20の数を増やすだけで、任意の数(偶数でもよく奇数でもよい)のピストンを本発明のクランクシャフト10とともに使用することができる。本明細書に記載したクランクシャフト10および連結構造20は、また、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換する方法と併用することも可能である。
【0031】
以上の本発明のいくつかの実施態様および態様は、例示および説明のみを目的とするものである。即ち、ここに記載した厳密な構成に本発明を限定する意図はない。これら実施態様は、本発明の原理およびその応用を最良の形で説明することによって、当業者が、具体的な用途に応じて各種実施態様およびその変形態様で本発明を実施できるように選択し、説明したものである。これら実施態様および変形態様は、いずれも、公正、法的および等価的に記載された範囲に従って解釈する場合、特許請求の範囲に記載された発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】本発明のクランクシャフトの一つの考えられる実施態様を示す斜視図である。
【図2a】本発明の連結構造の一つの考えられる実施態様を示す全体的な正面図である。
【図2b】2つの対向ピストンを有する以外は、図2aに示した連結構造と同様な連結構造を示す全体的な正面図である。
【図3】図3a〜図3dは、クランクシャフトおよび単連結構造の動作モードを示す動作図である。
【図4a】本発明のクランクシャフトおよび連結構造を使用することができる一つの考えられる環境を示す概略側面図である。
【図4b】本発明のクランクシャフトおよび連結構造を使用することができるもう一つの考えられる実施態様を示す概略側面図である。
【図5】2つのピストンまたは4つのピストンによって駆動されている状態を示すクランクシャフトのもう一つの考えられる実施態様の斜視図である。
【図6】図5のクランクシャフトの別な実施態様を示す図である。
【図6a】さらに異なる動作状態にある図6の実施態様と同様なクランクシャフトを示す異なる図である。
【図6b】さらに異なる動作状態にある図6の実施態様と同様なクランクシャフトを示す異なる図である。
【図6c】さらに異なる動作状態にある図6の実施態様と同様なクランクシャフトを示す異なる図である。
【図7】本発明のクランクシャフトのさらに別な実施態様を示す側面図である。
【図8】図7の線8−8についての部分横断面図である。
【図9】本発明のクランクシャフトおよび連結構造の別な応用例を示すやや拡大した斜視図である。
【図10】連結構造のさらに別な実施態様を示す全体的な正面図である。
【図11】連結構造のさらに別な実施態様を示す全体的な正面図である。
【図12】本発明のクランクシャフトの使用が考えられる軸受け構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【0033】
10:クランクシャフト、
12:クランク構造、
14:クランク構造、
16:主ジャーナル、
18:偏心ジャーナル。
Claims (31)
- 直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトにおいて、
対向する内面をもち、離間配設した第1クランク構造および第2クランク構造と、そして
少なくとも上記対向内面間に延設し、第1クランク構造および第2クランク構造を相互連結する、離間配設した、全体として平行な第1ジャーナルおよび第2ジャーナルとを有し、
全体として平行な第1ジャーナルおよび第2ジャーナルをこれらクランク構造間に延設し、クランクシャフトを強化したことを特徴とするクランクシャフト。 - 各クランク構造が、第1端部および第2端部をもつ細長いアームであり、第1ジャーナルをアームの第1端部を通して連続的に延設するとともに、第2ジャーナルをアームの第2端部間に延設した請求項1記載のクランクシャフト。
- 各クランク構造が、中心領域および周辺領域をもつ全体として平坦なプレートであり、プレートの中心領域を通して第1ジャーナルを延設するとともに、少なくとも周辺領域間に第2ジャーナルを延設した請求項1記載のクランクシャフト。
- 上記平坦なプレートが全体として円形のディスクである請求項3記載のクランクシャフト。
- さらに、第3クランク構造を第2クランク構造から離間して配設し、連続ジャーナルとして構成した第1ジャーナルが、第1クランク構造、第2構造および第3クランク構造を相互連結した請求項1記載のクランクシャフト。
- さらに、第1ジャーナルに全体として平行に、かつこれから離間して第3ジャーナルを配設し、第2クランク構造および第3クランク構造を相互連結した請求項5記載のクランクシャフト。
- 第2ジャーナルおよび第3ジャーナルが、軸方向に整合配列していない請求項6記載のクランクシャフト。
- さらに、第3クランク構造から離間して第4クランク構造を配設し、連続ジャーナルとして構成した第1ジャーナルが、第1クランク構造、第2クランク構造、第3クランク構造および第4クランク構造を相互連結した請求項5記載のクランクシャフト。
- さらに、第1ジャーナルに全体として平行に、かつこれから離間して第4ジャーナルを配設し、第3クランク構造および第4クランク構造を相互連結した請求項8記載のクランクシャフト。
- 第1クランク構造および第2クランク構造が、第1方向に突出する細長いアームで、第3クランク構造および第4クランク構造が、全体として第1方向の反対方向である第2方向に突出する細長いアームである請求項9記載のクランクシャフト。
- 第1クランク構造、第2クランク構造、第3クランク構造および第4クランク構造が全体として円形のディスクであり、それぞれの中心領域を通して第1ジャーナルを連続的に延設するとともに、それぞれ周辺領域がそれぞれ第2ジャーナル、第3ジャーナルまたは第4ジャーナルに係合した請求項9記載のクランクシャフト。
- 上記ディスク間に延設した第2ジャーナル、第3ジャーナルおよび第4ジャーナルが軸方向に整合配列していない請求項11記載のクランクシャフト。
- さらに、連続的な第1ジャーナルによって相互連結した複数のクランク構造を有し、選択した対のクランク構造間に第2ジャーナルを延設した請求項1記載のクランクシャフト。
- 直線運動を回転運動に、または回転運動を直線運動に変換する装置において、
軸を中心して回転できるように取り付けたクランクシャフトであって、第1ジャーナルによって連結した複数のクランク構造を有し、これらのうち少なくとも2つのクランク構造の第2ジャーナルを両者間に延設したクランクシャフトと、そして
上記軸に対して往復運動できるように取り付けた連結構造であって、この連結構造の往復運動時に、第1ジャーナルを受け取る少なくとも一つのチャンネルおよび第2ジャーナルまたはこれと連動する軸受け構造に係合する表面を有する連結構造とを有し、
上記連結構造の往復運動によりクランクシャフトを回転運動させるか、あるいはクランクシャフトの回転運動により連結構造を往復運動させるように構成したことを特徴とする装置。 - 上記連結構造の第2チャンネルによって上記係合表面を形成した請求項14記載の装置。
- 第1チャンネルおよび第2チャンネルが全体として相互に直交する請求項15記載の装置。
- 上記連結構造を第1ピストンにその一端で連結または結合することによって、第1ピストンが直線運動を引き起こす力を発生する請求項14記載の装置。
- 上記連結構造を第2ピストンに第2端部で連結することによって、クランクシャフトの第1ジャーナルおよび第2ジャーナルに第1ピストンおよび第2ピストンを連動させるとともに、水平対向関係で運動させ、クランクシャフトを回転させるように構成した請求項17記載の装置。
- 第2ジャーナルに連動する軸受け構造を第1チャンネルに係合させ、移動できるように構成した請求項14記載の装置。
- 複数の第2ジャーナルを配設し、それぞれを隣接対の上記クランク構造の対向内面間に延設した請求項14記載の装置。
- 複数の第2ジャーナルを配設し、それぞれを選択した対の上記クランク構造の対向内面間に延設した請求項14記載の装置。
- 第2ジャーナルが軸方向に整合配列していない請求項21記載の装置。
- 上記クランク構造が細長いアーム、ディスクまたはこれらの一部である請求項14記載の装置。
- さらに、クランクシャフトを回転させるモーターを有する請求項14記載の装置。
- 少なくとも一対の隣接クランク構造を相互連結する、離間配設した第1ジャーナルおよび第2ジャーナルを有するクランクシャフトと併用する連結構造において、これらジャーナルの少なくとも一つが他方の回転軸を構成し、第1ジャーナルを受け取り、前後に運動させる第1チャンネル,および,第2ジャーナルに係合する、全体として第1チャンネルに直交する係合表面を配設したことを特徴とする連結構造。
- 上記係合表面が、全体として第1チャンネルに直交する第2チャンネルの一部である請求項25記載の連結構造。
- さらに、一端に第1ピストンを有する請求項25記載の連結構造。
- さらに、他端に第2ピストンを配設することによって、第1ピストンおよび第2ピストンを対向させた請求項27記載の連結構造。
- 鋸刃である請求項25記載の連結構造。
- 請求項1のクランクシャフトを使用して、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換することを特徴とする方法。
- 少なくとも一つのシリンダと、
このシリンダ内に配設した少なくとも一つのピストンと、
軸を中心にして回転できるように取り付けたクランクシャフトであって、第1ジャーナルによって連結した複数のクランク構造を有し、これらのうち少なくともの2つのクランク構造の第2ジャーナルを両者間に延設したクランクシャフトと、そして
上記ピストンに結合され、上記軸に対して往復運動できるように取り付けた連結構造であって、連結構造の往復運動時に、第1ジャーナルを受け取る少なくとも一つのチャンネル,および,第2ジャーナルまたはこれと連動する軸受け構造に係合する表面を配設した連結構造とを有し、
上記シリンダ内のピストンの運動の結果として生じる連結構造の往復運動によってクランクシャフトを回転させることを特徴とするエンジン。
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