JP2009114959A - クランク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク装置の振動を低減させ、かつ、静粛性をさらに向上させる
【解決手段】クランク装置１００では、クランク部材１０４が回転すると遊星歯車部材１０３は自転および公転する。作用部１４７は直線Ｌに沿って直線往復動し、作用部１４７に取り付けられる動作部材２００も直線Ｌに沿って直線往復動する。クランク装置１００は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。さらに、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。
【選択図】図１０

Description

本発明はクランク装置に関し、内周太陽歯車と遊星歯車を有する機構と、遊星歯車の自転および公転に応じて直線往復動する作用部とを備えたクランク装置に関する。

クランク装置は、例えば、ピストンの直線往復動と、クランク軸の回転運動とを相互に変換する装置として用いられている。本発明者は、例えば、特許２６８３２１８号に開示されるように、ピストンに連結した連接棒が実質的に直線往復動するクランク装置を提案している。

斯かるクランク装置１は、図１に示すように、内周太陽歯車２０と、内周太陽歯車２０のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、内周太陽歯車２０と噛み合って自転および公転する遊星歯車２１と、遊星歯車２１の中心部１２を自転可能に支持するクランク部材１０とを備えている。

このクランク装置１では、遊星歯車２１は、遊星歯車２１のピッチ円上に作用部２４を備えている。当該作用部２４は、内周太陽歯車２０と遊星歯車２１の機構によって実質的に直線往復動する。当該作用部２４に連接棒３を介してピストン−シリンダ装置１６のピストン１５を取り付け、ピストン１５を直線往復動させる機構を構成することができる。この場合、ピストン１５が直線往復動するため、サイドスラストによるエネルギ損失の低減を図ることができる。また、シリンダ１７に対するピストン１５のストロークを長くできるので、圧縮比を向上させることができる。このように、かかるクランク装置１は、他のクランク装置では得られない特徴を備えており、シリンダ型の内燃機関やコンプレッサなど種々の装置に適用することができる。なお、特許２８９５４３１号では、かかるクランク装置の振動を低減させるべく静的および動的重量バランスをとる釣合錘を配設することが開示されている。
特許２６８３２１８号 特許２８９５４３１号

クランク装置は、例えば、シリンダ型の内燃機関やコンプレッサにおいてピストンを直線往復動させる機構に用いるのには何ら問題はない。また、特許２８９５４３１号では、かかるクランク装置の振動を低減させるべく、遊星歯車の中心部回りの静的および動的重量バランスをとり、クランク部材の軸部回りの静的および動的重量バランスをとることが開示されている。しかしながら、このクランク装置は、通常のクランク装置に比べて遊星歯車部材とクランク部材が複雑に動作し、より複雑な要因によって振動や運転音が生じ得る。このため、同特許で開示された方法においても、振動を完全に抑えることができない場合があった。本発明は、上述したクランク装置について、振動を低減させ、かつ、静粛性をさらに向上させることを課題としている。

本発明に係るクランク装置は、クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転および公転する遊星歯車部材と、内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するようにクランクケースに配設され、遊星歯車部材を自転および公転可能に支持するクランク部材とを備えている。遊星歯車部材は、遊星歯車部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。クランク部材は、クランク部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材の回転軸上の任意の位置でクランク部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。

このクランク装置では、動作状態で遊星歯車やクランク部材に作用する遠心力の影響を小さくすることができ、かかるクランク装置について、振動を低減し、かつ、静粛性をさらに向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係るクランク装置を図面に基づいて説明する。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。

このクランク装置１００は、図２、図３に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車部材１０３と、クランク部材１０４とを備えている。この実施形態では、クランク装置１００は、図２に示すように、ピストン−シリンダ機構２１０のピストン２１１を駆動させる装置として用いられている。なお、図３は、クランク装置１００の機構を示す概略図である。

≪クランクケース≫
クランクケース１０１は、クランク装置１００の各部材を収容するケースである。この実施形態では、クランクケース１０１は、底を有する筒状の部材であり、図２では、底部１１１を右側に向け、開口１１２を左側に向けて横向きに配設されている。クランクケース１０１の内部には、クランク部材１０４や内周太陽歯車１０２など、クランク装置１００の各部材を収容するスペースが形成されている。クランクケース１０１の底部１１１には、クランク部材１０４の軸部１５８を挿通させる挿通穴１１３が、底部１１１の中心に形成されている。また、クランクケース１０１の側面には、クランクケース１０１の開口１１２から近い位置に、ピストン−シリンダ機構２１０が取り付けられており、ピストン−シリンダ機構２１０のシリンダケース２１２を取り付ける取付穴２２０が形成されている。シリンダケース２１２にはシリンダ２１３が固定されており、ピストン２１１がクランク装置１００の機構により、シリンダ２１３に沿って上下に往復動する。この実施形態では、クランクケース１０１の開口１１２には、カバー２１４が取り付けられている。

≪内周太陽歯車≫
内周太陽歯車１０２は、内周面に歯を有する内歯車であり、クランクケース１０１の内周面の中間位置に形成された段差１２１に固定されている。

≪遊星歯車部材≫
遊星歯車部材１０３は、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する歯車である。この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、図４に示すように、遊星歯車１３１と遊星軸１３２によって構成されている。遊星歯車１３１は、外周面に歯を有する外歯車であり、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有している。すなわち、図３に示すように、遊星歯車部材１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。この遊星歯車１３１の中心部には、図４に示すように、装着穴１４１が形成されており、遊星歯車１３１は遊星軸１３２に装着されている。

遊星軸１３２は、図６に示すように、遊星歯車１３１が装着される装着軸部１４６と、作用部１４７と、第１カウンターウェイト１４８と、第１バランサー１４９とを備えている。

装着軸部１４６は、遊星歯車１３１に装着される部位であり、遊星軸１３２の一端に設けられている。当該装着軸部１４６には遊星歯車１３１が装着されている。当該装着部位には、図示は省略するがスプライン又はキー係合が構成されており、遊星歯車１３１は遊星軸１３２に対して回転しないように装着されている。この実施形態では、第１バランサー１４９は、装着軸部１４６の端面にねじ１５０によって取り付けられている。第１バランサー１４９は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、装着軸部１４６の端面に取り付けられる基部１４９ａと、略扇形の錘部１４９ｂとを備えている。この実施形態では、第１バランサー１４９は、扇形の錘部１４９ｂの円弧の中心が遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２になるように取り付けられている。また、基部１４９ａには、遊星歯車１３１に係合し、廻り止めをなす突起１４９ｃが設けられている。

作用部１４７と第１カウンターウェイト１４８は、第１バランサー１４９が取り付けられた側とは反対側の端部に設けられている。この実施形態では、作用部１４７は、図３に示すように、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃ上に配設されており、作用部１４７の中心線ｃ３が当該ピッチ円１０３ｃに直交したピンで構成されている。作用部１４７には、図４に示すように、ピストン−シリンダ機構２１０のピストン２１１および連接棒１０５が動作部材２００として連結されている。

第１カウンターウェイト１４８は、図４に示すように、遊星歯車部材１０３の自転の慣性力を生じさせる。この実施形態では、第１カウンターウェイト１４８は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から径方向にずれている。この第１カウンターウェイト１４８は、図２および図９に示すように、作用部１４７に取り付けられる連接棒１０５の取り付け部位に干渉しない略半円弧形状を有している。また、第１カウンターウェイト１４８の重心は、作用部１４７の位置から周方向に１８０度ずれた位置に設けられている。

この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、図４に示すように、遊星歯車１３１と遊星軸１３２で構成されており、作用部１４７には動作部材２００が取り付けられる。この遊星歯車部材１０３は、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。すなわち、この遊星歯車部材１０３は、図７に示すように、モデル化できる。図７中、ｃ２は遊星歯車部材１０３の回転軸を、Ｍ１は作用部１４７に連結される動作部材２００に相当する質量体を、Ｍ２は第１カウンターウェイトに相当する質量体を、Ｍ３は第１バランサーに相当する質量体をそれぞれ示している。

図６に示すモデルにおいて、遊星歯車部材１０３が回転した場合に、質量体Ｍ１（動作部材）に作用する遠心力をＦ１、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト）に作用する遠心力をＦ２、質量体Ｍ３（第１バランサー）に作用する遠心力をＦ３とする。この遊星歯車部材１０３は、遠心力Ｆ１と、遠心力Ｆ２と、遠心力Ｆ３を釣り合わせている（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量））。

この場合、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はそれぞれ「遠心力＝質量×半径×（角速度）^２」の式で算出することができ、遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の方向は回転軸ｃ２に対して径方向外向きに作用する。（角速度）^２は、各項に共通しているので除することができ、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の各項の大きさは、質量×半径に置き換えることができる。さらに、この実施形態では、図４に示すように、動作部材２００と第１バランサー１４９は、第１カウンターウェイト１４８に対して周方向において１８０°ずらして配設されている。このため、質量体Ｍ１（動作部材）に作用する遠心力Ｆ１と質量体Ｍ３（第１バランサー）に作用する遠心力Ｆ３は、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト）に作用する遠心力Ｆ２に対して常に方向が反対になる。従って、この実施形態では、質量体Ｍ１（動作部材）の質量をｍ１、半径距離をＡ１とし、質量体Ｍ２（第１カウンターウェイト）の質量をｍ２、半径距離をＡ２とし、質量体Ｍ３（第１バランサー）の質量をｍ３、半径距離をＡ３とした場合に、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）は、（ｍ１×Ａ１＋ｍ３×Ａ３）−（ｍ２×Ａ２）＝０となる。このように、遊星歯車部材１０３は、作用部１４７に動作部材２００が取り付けられた状態で回転した場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合っている。

さらに、この実施形態では、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置で、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）のモーメントが釣り合っている。

すなわち、図７に示すように、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置Ｏ１から各遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が作用する位置までの軸方向の距離をそれぞれＬ１、Ｌ２、Ｌ３とする。この遊星歯車部材１０３は、Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２＋Ｆ３×Ｌ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）になっている。これにより、遊星歯車部材１０３が回転した場合に、当該回転軸ｃ２上の任意の位置において回転軸ｃ２に直交する軸回りに、遊星歯車部材１０３を回転させるように作用する力を小さく抑えることができる。

この実施形態では、遊星歯車部材１０３は、上述したように、Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）、および、Ｆ１×Ｌ１＋Ｆ２×Ｌ２＋Ｆ３×Ｌ３＝０（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３はベクトル量）になるように、第１バランサー１４９の重さを調整している。なお、実際には、各部材については、重さや取り付け位置について製造上の公差が生じる。第１バランサー１４９の重さを調整する際は、作用部１４７に、動作部材２００に相当するダミーウエイトを配設し、クランク部材１０４に支持された状態と同様の状態で、遊星歯車部材１０３を回転自在に支持する。そして、遊星軸１３２をモータ等で回転させて、遊星歯車部材１０３に生じる振動が低減されるように、第１バランサー１４９の重さや取り付け位置を微調整するとよい。

また、第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３の軸方向端部に取り付けられているとよい。この実施形態では、第１バランサー１４９は、遊星歯車部材１０３において、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８を取り付ける位置から軸方向に離れた端部に取り付けられている。この場合、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８の近傍位置では、作用部１４７や第１カウンターウェイト１４８に比べて、第１バランサー１４９を軽くしても、第１バランサー１４９によって遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントが大きい。このため、同一半径距離において、遊星歯車部材１０３の他の位置に第１バランサー１４９を配設する場合に比べて、第１バランサー１４９を軽くしても遊星歯車部材１０３に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。このように、遊星歯車部材１０３の軸端部に第１バランサー１４９を取り付けることによって、クランク装置１００全体を軽くすることができる。

遊星歯車部材１０３が回転した場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合うように調整された一例を図７に示すモデルで示す。例えば、図７に示すモデルにおいて、質量体Ｍ１、質量体Ｍ２、質量体Ｍ３は、それぞれ回転軸ｃ２から重心までの半径距離（Ａ１、Ａ２、Ａ３）が同じである。そして、質量体Ｍ２が回転軸ｃ２に取り付けられた位置から質量体Ｍ１は左側へｓ、質量体Ｍ３は右側へ２ｓの距離にそれぞれ配設されている。この場合、質量体Ｍ１が２ｇ、質量体Ｍ２が３ｇ、質量体Ｍ３が１ｇである場合に、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のモーメントが釣り合う。なお、遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合う例は、この例に限定されない。

≪クランク部材≫
次に、このクランク装置におけるクランク部材を説明する。
クランク部材１０４は、内周太陽歯車１０２の中心線と同軸に回転するようにクランクケース１０１に配設されている。そして、クランク部材１０４は、遊星歯車部材１０３を自転および公転可能に支持している。

この実施形態では、クランク部材１０４は、図８（ａ）に示すように、片側が太く、反対側が細い軸部材である。片側の太い軸部１５１には、図８（ａ）（ｂ）に示すように、上述した遊星歯車部材１０３を装着する装着穴１５２が形成されている。当該装着穴１５２の中心線は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１から遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１の距離ずれており、遊星歯車１３１のピッチ円１０３ｃの中心線ｃ２に一致している。また、このクランク部材１０４の中間部は当該太い軸部１５１よりも少し細く形成されている。当該中間部において、太い軸部１５１に形成された装着穴１５２の底部は、図中１５２ａで示すように、クランク部材１０４の側面に開口している。

この実施形態では、クランク部材１０４には、第２カウンターウェイト１５９と第２バランサー１６０が取り付けられている。第２カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の太い軸部１５１が形成された片側の端面に取り付けられている。第２カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の端面に応じた略半円弧形状を有した質量部材であり、円弧の中心部には、装着穴１５２の中心線ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。このクランク部材１０４は、図２に示すように、軸部１５８がクランクケース１０１の挿通穴１１３に挿通されて、軸受１６３、１６４を介してクランクケース１０１に対して回転自在に装着されている。また、この実施形態では、クランクケース１０１の外に伸びたクランク部材１０４の軸部１５８には、フライホイール１７０が取り付けられている。第２バランサー１６０は、フライホイール１７０の回転中心から径方向に離れた位置に取り付けられている。

≪遊星歯車とクランク部材の取り付け構造≫
この実施形態では、図２に示すように、遊星歯車部材１０３は、軸受１６１、１６２を介在させてクランク部材１０４の装着穴１５２に回動自在に装着されている。詳しくは、遊星歯車部材１０３は、第１カウンターウェイト１４８および作用部１４７が、クランク部材１０４の装着穴１５２から外に出た状態で、装着穴１５２に装着されている。遊星軸１３２の装着軸部１４６は、図２および図９に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａに到達している。斯かる装着軸部１４６に取り付けられた遊星歯車１３１の歯面は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａからクランク部材１０４の外に露出している。

なお、クランク部材１０４の端面に取り付けられた第２カウンターウェイト１５９には、図８に示すように、装着穴１５２の中心線ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。このため、遊星歯車部材１０３が回転しても、第１カウンターウェイト１４８および作用部１４７は、第２カウンターウェイト１５９には干渉しない。

≪クランクケースへの取り付け構造≫
遊星歯車部材１０３およびクランク部材１０４は、図２に示すように、クランクケース１０１に装着されている。クランク部材１０４は、軸受１６３、１６４を介在させて、クランクケース１０１に回動自在に装着されている。クランク部材１０４は、クランクケース１０１に固定された内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの中心線ｃ１と同軸で回転するように装着されている。遊星歯車１３１は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部の開口１５２ａから露出しており、内周太陽歯車１０２に噛み合っている。

≪作用部の軌道≫
遊星歯車部材１０３は、内周太陽歯車１０２との噛み合い、クランク部材１０４の回転に応じて、自転および公転する。このクランク装置１００は、図３に示すように、遊星歯車部材１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。

遊星歯車部材１０３の遊星軸１３２から軸方向に突出した作用部１４７は、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２から径方向にピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分ずれた位置に配設されている。すなわち、作用部１４７は、遊星歯車部材１０３のピッチ円１０３ｃの円周上に配設されている。このクランク装置１００は、クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車部材１０３は内周太陽歯車１０２と噛合しながら自転および公転する。遊星歯車部材１０３は、１回公転する毎に２回自転する。クランク部材１０４の装着穴１５２は、図３に示すように、遊星歯車部材１０３の自転および公転を支持している。遊星歯車部材１０３の自転および公転に応じて、作用部１４７は直線往復動する。この実施形態では、作用部１４７は、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの直径（厳密には、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの一つの直径に平行な直線Ｌ）に沿って直線往復動する。例えば、図３に示す状態では、クランク部材１０４が図中の矢印の方向ｅに回転すると、遊星歯車部材１０３は矢印ｆの方向に回転し、作用部１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇの方向に移動する。クランク部材１０４が逆方向に回転すると、遊星歯車部材１０３の回転方向も逆になり、作用部１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇとは反対の方向に移動する。

この実施形態では、作用部１４７には、連接棒１０５が取り付けられている。連接棒１０５は、図２および図４に示すように、作用部１４７に直交するように連結されており、かつ、図３に示すように、作用部１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びている。この実施形態では、連接棒１０５と作用部１４７の連結部分は、作用部１４７に対して連接棒１０５が回転可能で、かつ、連接棒１０５の軸に対する作用部１４７の軸の交差角が変位可能に連結されている。

この実施形態では、当該連結部分は、図４に示すように、一対の滑り部材３００によって、連接棒１０５に対する作用部１４７の交差角が変化する。滑り部材３００は、作用部１４７に回動自在に装着された第１部材３０１と、連接棒１０５に取り付けられた第２部材３０２とからなる。第１部材３０１の外側面は凸円弧面３１１を有している。凸円弧面３１１は、直線Ｌおよび遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２に直交する方向に連続している。他方、第２部材３０２は、第１部材３０１の凸円弧面３１１を受ける凹円弧面３１２を有している。凹円弧面３１２は、直線Ｌおよび遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２に直交する方向に連続している。これにより、作用部１４７の回動や連接棒１０５に対する相対的な移動は滑らかに行われる。

また、連接棒１０５の先端には、ピストン−シリンダ機構２１０のピストン２１１が取り付けられている。ピストン２１１は、シリンダケースに配設されたシリンダ２１３に装着されている。シリンダ２１３の軸線は、直線Ｌに沿うように配設されている。このクランク装置１００では、直線Ｌに沿って連接棒１０５は上述したように直線往復動するので、ピストン２１１も直線Ｌに沿って直線往復動する。シリンダ２１３の軸線は、直線Ｌに沿うように配設されているので、ピストン２１１のシリンダ２１３に対するサイドスラストは低減される。さらに、連接棒１０５が直線往復動するので、シリンダ２１３に対するピストン２１１のロングストロークを実現することができる。なお、図３に示すように、ピストン２１１のストロークは、理論上、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径に等しくなる。

このクランク部材１０４は、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合う。このクランク装置１００は、図１０に示すように、モデル化できる。図１０中、ｃ１はクランク部材１０４の回転軸を、Ｍ１１は遊星歯車部材１０３に相当する質量体を、Ｍ１２は第２カウンターウェイトに相当する質量体を、Ｍ１３は第２バランサーに相当する質量体をそれぞれ示している。

図１０に示すモデルにおいて、クランク部材１０４が回転した場合に、質量体Ｍ１１（遊星歯車）に作用する遠心力をＦ１１、質量体Ｍ１２（第２カウンターウェイト）に作用する遠心力をＦ１２、質量体Ｍ１３（第２バランサー）に作用する遠心力をＦ１３とする。このクランク部材１０４は、遠心力Ｆ１１と、遠心力Ｆ１２と、遠心力Ｆ１３を釣り合わせている（Ｆ１１＋Ｆ１２＋Ｆ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量））。

さらに、この実施形態では、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置で、クランク部材１０４に作用する遠心力（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３）のモーメントが釣り合っている。

すなわち、図１０に示すように、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置Ｏ２から各遠心力Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３が作用する位置までの軸方向の距離をそれぞれＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３とする。このクランク部材１０４は、Ｆ１１×Ｌ１１＋Ｆ１２×Ｌ１２＋Ｆ１３×Ｌ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）になっている。これにより、クランク部材１０４が回転した場合に、当該回転軸ｃ１上の任意の位置において回転軸ｃ１に直交する軸回りに、クランク部材１０４を回転させるように作用する力を小さく抑えることができる。

この実施形態では、クランク部材１０４は、上述したように、Ｆ１１＋Ｆ１２＋Ｆ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）、および、Ｆ１１×Ｌ１１＋Ｆ１２×Ｌ１２＋Ｆ１３×Ｌ１３＝０（Ｆ１１、Ｆ１２、Ｆ１３はベクトル量）になるように、第２バランサー１６０の重さを調整している。なお、実際には、各部材については、重さや取り付け位置について製造上の公差が生じる。第２バランサー１６０の重さを調整する際は、クランク部材１０４に遊星歯車部材１０３に相当するダミーウエイトを配設し、クランクケース１０１に支持された状態と同様の状態で、クランク部材１０４を回転自在に支持する。そして、クランク部材１０４をモータ等で回転させて、クランク部材１０４に生じる振動が低減されるように、第２バランサー１６０の重さや取り付け位置を微調整するとよい。

また、この実施形態では、第２バランサー１６０は、フライホイール１７０に取り付けられている。フライホイール１７０は、クランク部材１０４の回転軸ｃ１から離れているので、第２バランサー１６０の重さを軽くしても作用する遠心力が大きくなる。このため、より軽い第２バランサー１６０によって、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせることができる。

上述したように、このクランク装置１００は、クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車部材１０３は自転および公転する。そして、作用部１４７は直線Ｌに沿って直線往復動し、作用部１４７に取り付けられる動作部材２００も直線Ｌに沿って直線往復動する。このため、各部材の移動および回転により、回転軸に偏った荷重が掛かり易く、かかるクランク装置１００では、振動を完全に抑えることは極めて難しい。しかしながら、このクランク装置１００は、上述したように遊星歯車部材１０３に作用する遠心力が釣り合い、かつ、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。さらに、クランク部材１０４に作用する遠心力が釣り合い、かつ、クランク部材１０４の回転軸ｃ１上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントが釣り合っている。このため、遊星歯車部材１０３の回転軸ｃ２およびクランク部材１０４の回転軸ｃ１に偏った荷重が作用するのを小さく抑えることができる。これにより、遊星歯車部材１０３の自転および公転に伴ってクランク装置１００に生じる振動を極めて小さくすることができる。

以上、本発明の一実施形態に係るクランク装置を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、発明の要旨が変更されない限りにおいて、種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、第１バランサーと第２バランサーは、それぞれ交換可能に取り付けられている。これによって、第１バランサーと第２バランサーの重さや取り付け位置を微調整することが可能である。しかし、これに限らず、第１バランサーと第２バランサーそれぞれ遊星歯車やクランク部材に固定してもよい。すなわち、第１バランサーと第２バランサーの重さや取り付け位置を微調整することができなくても、上述したように遊星歯車やクランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車やクランク部材の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせるように設計されたバランサーを備えていることによって、本発明による振動を小さく抑える一応の効果は得られる。

また、第１バランサーは、遊星歯車の回転軸に対して径方向や軸方向に取り付け位置が変更できるようにしてもよい。これによって、遊星歯車に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、遊星歯車の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる調整が容易になる。

また、第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して径方向や軸方向に取り付け位置が変更できるようにしてもよい。これによって、クランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、クランク部材の回転軸上の任意の位置に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる調整が容易になる。

また、上述した内周太陽歯車１０２、遊星歯車部材１０３、クランクケース１０１、クランク部材１０４などの具体的な形状や構造は、種々の変更が可能である。また、本実施形態では、作用部が連接棒に対して回動可能に連結されている構成を例示したが、かかる構成は本発明の一実施例を示すに過ぎない。また、同構成において、必ずしも上述した一対の滑り部材を介在させて連結されている必要はない。例えば、所要の機能が奏される場合において、公知のスイベル構造を適用することが可能である。

また、ピストン−シリンダ機構は、例えば、シリンダ型のコンプレッサや内燃機関など、種々の用途に適用可能である。また、連接棒は直線往復動するので、連接棒を作用部から直線Ｌに沿って両側に延伸させ、両側にそれぞれピストン−シリンダ機構を構成することができる。この場合、例えば、連接棒の片側に、シリンダ型のコンプレッサを配し、反対側にシリンダ型の内燃機関を配してもよい。この場合は、連接棒が直線往復動するので、一方の内燃機関で生じたエネルギによって、連接棒を介して直接反対側のコンプレッサで気体を圧縮させることができ、極めてエネルギ効率の良いコンプレッサを作ることができる。また、連接棒の両側に内燃機関を設け、クランク部材から回転駆動力を出力するようにしてもよい。

また、シリンダ型のコンプレッサや、内燃機関に限定されず、ピストンに永久磁石を取り付け、シリンダ部分にコイルを配線した、リニア発電装置も構成することが可能である。また、連接棒の両側に取り付ける装置は、シリンダとピストンの組み合わせを有する装置である必要もなく、このクランク装置は、直線往復動する駆動体を動作させる装置として種々の用途に適用可能である。

クランク装置を示す斜視図。 本発明の一実施形態に係るクランク装置の横断側面図。 本発明の一実施形態に係るクランク装置の機構図。 本発明の一実施形態に係るクランク装置の遊星歯車部材に動作部材を取り付けた状態を示す側面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の第１バランサーを示す断側面図、（ｂ）はその背面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の遊星歯車部材の側面図、（ｂ）はその正面図。 本発明の一実施形態に係るクランク装置の遊星歯車部材の遠心力の釣合を示すモデル図。 （ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置のクランク部材の側面図、（ｂ）はその正面図である。 本発明の一実施形態に係るクランク装置のクランク部材に遊星歯車部材を取り付けた状態を示す側面図。 本発明の一実施形態に係るクランク装置のクランク部材の遠心力の釣合を示すモデル図。

符号の説明

１００ クランク装置
１０１ クランクケース
１０２ 内周太陽歯車
１０２ｃ ピッチ円
１０３ 遊星歯車部材
１０３ｃ ピッチ円
１０４ クランク部材
１０５ 連接棒
１１１ 底部
１１２ 開口
１１３ 挿通穴
１２１ 段差
１３１ 遊星歯車
１３２ 遊星軸
１４１ 装着穴
１４６ 装着軸部
１４７ 作用部
１４８ 第１カウンターウェイト
１４９ 第１バランサー
１４９ａ 基部
１４９ｂ 錘部
１４９ｃ 突起
１５１ 軸部
１５２ 装着穴
１５２ａ 開口
１５８ 軸部
１５９ 第２カウンターウェイト
１６０ 第２バランサー
１６１、１６２ 軸受
１６３、１６４ 軸受
１７０ フライホイール
２００ 動作部材
２１０ シリンダ機構
２１１ ピストン
２１２ シリンダケース
２１３ シリンダ
２１４ カバー
２２０ 取付穴
３００ 滑り部材
３０１ 第１部材
３０２ 第２部材
３１１ 凸円弧面
３１２ 凹円弧面
ｃ１ クランク部材の回転軸（内周太陽歯車のピッチ円の中心線）
ｃ２ 遊星歯車部材の回転軸（遊星歯車のピッチ円の中心線、装着穴の中心線）
ｃ３ 作用部の中心線
Ｌ 作用部が往復動する直線
ｒ１ 遊星歯車のピッチ円の半径
ｒ２ 内周太陽歯車のピッチ円の半径

Claims (9)

1. クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
   前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有する遊星歯車を前記内周太陽歯車に噛み合わせつつ自転および公転する遊星歯車部材と、
   前記内周太陽歯車の中心線と同軸に回転するように前記クランクケースに配設され、前記遊星歯車部材を自転および公転可能に支持するクランク部材と
   を備え、
   前記遊星歯車部材は、前記遊星歯車部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、前記遊星歯車部材の回転軸上の任意の位置で前記遊星歯車部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合い、
   前記クランク部材は、前記クランク部材に作用する遠心力が釣り合い、かつ、前記クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントが釣り合う、クランク装置。
2. 前記遊星歯車は、前記遊星歯車に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、前記遊星歯車の回転軸上の任意の位置で前記遊星歯車に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第１バランサーを備えている、請求項１に記載のクランク装置。
3. 前記クランク部材は、前記クランク部材に作用する遠心力を釣り合わせ、かつ、前記クランク部材の回転軸上の任意の位置で前記クランク部材に作用する遠心力のモーメントを釣り合わせる第２バランサーを備えている、請求項１に記載のクランク装置。
4. 前記第１バランサー又は第２バランサーは、交換可能に取り付けられている、請求項２又は３に記載のクランク装置。
5. 前記第１バランサーは、遊星歯車の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できる、請求項２に記載のクランク装置。
6. 前記第１バランサーは、遊星歯車の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できる、請求項２に記載のクランク装置。
7. 前記第１バランサーは、遊星歯車の軸方向端部に取り付けられている、請求項２に記載のクランク装置。
8. 前記第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して径方向に取り付け位置が変更できる、請求項３に記載のクランク装置。
9. 前記第２バランサーは、クランク部材の回転軸に対して軸方向に取り付け位置が変更できる、請求項３に記載のクランク装置。

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