JP2014111921A - Ｘｙ分離クランク機構およびこれを備えた駆動装置 - Google Patents

Ｘｙ分離クランク機構およびこれを備えた駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】摩擦ロスおよび振動を低減し、高い効率で運動を変換伝達可能なＸＹ分離クランク機構およびこれを備えた駆動装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、ＸＹ分離クランク機構は、第１方向に沿って往復移動する移動体１２と、回転自在なクランク軸１４との間に設けられ、移動体の往復運動とクランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、第１方向に沿って往復移動自在に支持され支持部材２０と、支持部材に第２方向に沿って往復動自在に支持され、クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第１透孔を有する第１クランク接続部材２２と、支持部材に第２方向に沿って往復動自在に支持され、第１透孔と同軸に位置しクランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第２透孔を有する第２クランク接続部材２３と、移動体と支持部材を連結し、第１方向に沿って移動体および支持部材と一体的に往復移動する連結部材２４と、を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明の形態は、往復運動を回転運動に変換して伝達する、また、回転運動を往復運動に変換して伝達するＸＹ分離クランク機構、およびこれを備えた駆動装置に関する。
往復運動を回転運動に変換して伝達する機構として、クランク機構が知られている。例えば、エンジン、コンプレッサ等は、シリンダ内に往復自在に設けられたピストンと、ピストンに回動自在に連結されたコンロッドと、ピストンの往復移動方向と直交する方向に延びるクランク軸と、を備えている。コンロッドの他端は、クランク軸に偏心して設けられたクランクピンに回転自在に連結されている。そして、シリンダ内でピストンが往復移動すると、この往復運動は、コンロッドの揺動およびクランクピンの偏心回転により、クランク軸の回転運動に変換される。
上記構成のクランク機構において、コンロッドは、通常、ピストンピンを介してピストンに回動自在に連結され、動力伝達時には、このピストンピンの回りで揺動しながら、平行移動する。そのため、ピストンに回転方向の力が作用し、ピストンの上端外周部および下端外周部の２箇所でシリンダ内面に対して楔効果状の摩擦ロスが発生する。通常、この摩擦ロスを潤滑剤で低減することにより、ピストンの円滑な往復移動を可能としている。しかし、大型のピストンでは油切れを起こし、焼きつき現象となって現れる場合がある。
従来、このような摩擦ロスによる焼きつきを低減するため、ピストンとコンロッドとの間に、クロスヘッドを設けた駆動機構、あるいは、小型エンジンではショートピストンを用いたものが提案されている。
しかし、クロスヘッドを設けることによりピストンの密封度を高めることが可能であるが、クロスヘッドにおいても２箇所の楔効果により、１８０度ごとに変化する摩擦ロスが生じている。そのため、動作としては往復運動をしているが、振動となってロスを生じる。
また、ピストンの摩擦ロスを低減する機構として、スコッチヨーク機構が提案されている。代表的なスコッチヨーク機構は、一対の平行なガイドに往復移動自在に支持された可動板にピストンを連結し、この可動板に貫通形成されたガイド孔にクランク軸を挿通し、かつ、クランク軸に設けられた偏心クランクを上記ガイド孔内で回転させることにより、可動板を往復移動させるように構成されている。
しかしながら、上記のスコッチヨーク機構においても、可動板を支持する一対のガイドに偏心クランクの回転に起因する楔効果のストレスが作用する。そのため、摩擦ロスも大きい。例えば、平行な一対のガイドにリニアスライダを配置した場合、リニアスライダ１本で２本のベアリング列を持つため、傘開き効果による摩擦ロスが発生し、高速動作が困難となる。
特開２００６−３０７９６１号公報 特開２００４−３１６５７６号公報 特開２００７−２７０６５３号公報
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、摩擦ロスおよび振動を低減し、高い効率で運動を変換伝達可能なＸＹ分離クランク機構およびこれを備えた駆動装置を提供することにある。
実施形態によれば、第１方向に沿って往復移動する移動体と、回転自在なクランク軸との間に設けられ、前記移動体の往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構は、前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有する支持部材と、
前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第１透孔を有する第１クランク接続部材と、
前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記第１透孔と同軸に位置し前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第２透孔を有する第２クランク接続部材と、
前記第２および第３支持部の少なくとも一方と前記移動体とを連結し、第１方向に沿って前記移動体および支持部材と一体的に往復移動する連結部材と、を備えている。
図１は、第１の実施形態に係る横置き型のＸＹ分離クランク機構を備えた２気筒の水平同軸対向型の駆動装置を概略的に示す斜視図。 図２は、前記ＸＹ分離クランク機構およびクランク軸を示す分解斜視図。 図３は、前記駆動装置の側面図。 図４は、前記ＸＹ分離クランク機構におけるクランク接続部材の断面図。 図５は、前記ＸＹ分離クランク機構の組み立て工程を示す斜視図。 図６は、前記ＸＹ分離クランク機構に作用する力の向きおよび大きさを模式的に示す図。 図７は、前記分離クランク機構とピストンとの相互作用力を２球体構造で示す図。 図８は、前記ピストンのＹ軸方向の作用力を模式的に示す図。 図９は、比較例に係るクランク機構およびこれに作用する力の向きおよび大きさを模式的に示す図。 図１０は、比較例に係るクランク機構に作用する力の向きおよび大きさを模式的に示す図。 図１１は、比較例に係るクランク機構に作用する力の向きおよび大きさを模式的に示す図。 図１２は、実施形態に係るＸＹ分離クランク機構と比較例に係るクランク機構について、発生する摩擦抵抗を比較して示す図。 図１３は、支持部材の第２支持部および第３支持部が互いに開く方向に変形した状態を概略的に示す側面図。 図１４は、支持部材の第２支持部および第３支持部が互いに閉じる方向に変形した状態を概略的に示す側面図。 図１５は、変形例に係るＸＹ分離クランク機構の第１および第２クランク接続部材を示す図。 図１６は、変形例に係るＸＹ分離クランク機構の支持部材、第１および第２クランク接続部材を示す側面図。 図１７は、他の変形例に係るＸＹ分離クランク機構の第１および第２クランク接続部材を示す分解斜視図。 図１８は、上記他の変形例に係るＸＹ分離クランク機構の支持部材、第１および第２クランク接続部材を示す斜視図。 図１９は、第２実施形態に係る４気筒の水平同軸対向型の駆動装置を示す斜視図。 図２０は、第２実施形態に係る駆動装置のクランク軸を示す断面図。 図２１は、第２実施形態に係る駆動装置のクランク軸およびクランク接続部材を示す斜視図。 図２２は、第３実施形態に係る４気筒の水平同軸対向型の駆動装置を示す斜視図。 図２３は、第３実施形態に係る駆動装置を示す断面図。 図２４は、第４実施形態に係る２気筒の水平対向型の駆動装置を示す斜視図。 図２５は、第５実施形態に係る２気筒の水平対向型の駆動装置を示す斜視図。 図２６は、第５実施形態に係る２気筒の水平対向型の駆動装置を一部破断して示す平面図。 図２７は、第６の実施形態に係る縦置き型のＸＹ分離クランク機構を備える１気筒の駆動装置を示す斜視図。 図２８は、第７実施形態に係る縦置き型のＸＹ分離クランク機構を備える３気筒の駆動装置を示す斜視図。 図２９は、第７実施形態に係る駆動装置を示す断面図。 図３０は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構のクランク接続部材、および支持部材を示す斜視図。 図３１は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構のクランク接続部材を示す分解斜視図。 図３２は、変形例に係るクランク接続部材を示す斜視図。 図３３は、前記変形例に係るクランク接続部材を示す分解斜視図。 図３４は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置の組立て工程を示す斜視図。 図３５は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置の組立て工程を示す斜視図。 図３６は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置の組立て工程を示す斜視図。 図３７は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置の組立て工程を示す斜視図。 図３８は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置の組立て工程を示す斜視図。 図３９は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置の組立て工程を示す斜視図。 図４０は、第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構における第１接続部材および第２接続部材の動作を模式的に示す側面図。
以下、図面を参照しながら、実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離クランク機構およびこれを備えた種々の駆動装置について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る２気筒の水平同軸対向型の駆動装置を示す斜視図、図２は、駆動装置のＺメカニズムＸＹ分離クランク機構を分解して示す分解斜視図、図３は、駆動装置の側面図、図４は、クランク接続部材の断面図である。
図１ないし図４に示すように、２気筒の水平同軸対向型の駆動装置１１は、移動体として、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された一対のピストン１２ａ、１２ｂと、このピストン１２ａ、１２ｂの中心軸（移動軸）を含む基準平面（伝達平面）Ｃと直交する方向に延びるクランク軸１４と、を備えている。２つのピストン１２ａ、１２ｂは、１８０°互いに相反する向きに水平同軸対向配置されている。クランク軸１４は、軸受１５によって回転自在に支持されたジャーナル（主軸）１４ａ、ジャーナルから径方向に延びるクランクアーム１４ｂ、クランクアームからジャーナルと平行に延び、ジャーナルに対して偏心して位置するクランクピン１４ｃ、クランクアームと一体に形成され、クランクアームと反対方向へ延出するバランサウェイト１４ｄを有している。
駆動装置１１において、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、２つのピストン１２ａ、１２ｂと、クランク軸１４との間に設けられ、ピストン１２ａ、１２ｂの第１方向に沿った往復運動とクランク軸１４の回転運動とを相互に変換して伝達するように構成されている。
駆動装置１１が例えばエンジンとして構成されている場合、シリンダ１６内で圧縮および燃焼された燃料によりピストン１２ａ、１２ｂに駆動力が入力され、第１方向に沿って往復移動する。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、駆動入力であるピストン１２ａ、１２ｂの往復運動を、回転運動に変換してクランク軸１４に伝達し、クランク軸１４に回転出力を与える。
また、駆動装置１１が、例えば、圧縮機として構成されている場合、例えばモータ等によってクランク軸１４に回転力が入力され、クランク軸１４が回転する。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、このクランク軸１４の回転運動を往復運動に変換してピストン１２ａ、１２ｂに伝達し、ピストン１２ａ、１２ｂをシリンダ１６内で往復動させる。このピストン１２ａ、１２ｂの往復移動により、シリンダ１６内の空気を圧縮し、外部に供給する。
図１ないし図３に示すように、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、基準平面Ｃにおいて、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材２０と、基準平面Ｃにおいて、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられた第１および第２クランク接続部材２２、２３と、ピストン１２ａ、１２ｂと支持部材２０とを連結した２つの連結部材２４ａ、２４ｂと、を備えている。支持部材２０の移動中心軸（Ｘ軸方向）、第１および第２クランク接続部材２２、２３の移動中心軸（Ｙ軸方向）、および連結部材２４の中心移動軸（Ｘ軸方向）は、基準平面Ｃに位置している。
支持部材２０は、Ｘ軸方向に延びる第１支持部２０ａと、第１支持部２０ａの軸方向両端からＹ軸方向に延びる第２支持部２０ｂおよび第３支持部３０ｃとを一体に有している。本実施形態において、支持部材２０は、第２支持部２０ｂの延出端と第３支持部２０ｃの延出端とを連結し、第１支持部２０ａと隙間を置いて対向する第４支持部２０ｄを一体に備えている。これにより、支持部材２０は矩形枠状に形成されている。支持部材２０は、例えば、アルミニウムによりダイカスト成形されている。
ベース２６上にベースガイドレール２８が固定され、Ｘ軸方向に延びている。ベースガイドレール２８の両側面にはＸ軸方向に延びる蟻溝２８ａが形成されている。このベースガイドレール２８に矩形状の第１リニアスライダ３０が係合し、ベースガイドレール２８に沿ってＸ軸方向に摺動自在に支持されている。そして、支持部材２０の第１支持部２０ａは、第１リニアスライダ３０上に取り付けられている。これにより、第１支持部２０ａを含む支持部材２０は、ベースガイドレール２８に沿ってＸ軸方向に往復動自在に支持されている。ここでは、Ｘ軸方向をほぼ水平方向とし、ＸＹ分離クランク機構１０はいわゆる横置き型に構成されている。なお、第１リニアスライダ３０は、第１支持部２０ａと一体に形成してもよい。
支持部材２０の第２支持部２０ｂには、Ｙ軸方向に延びる第１ガイドレール３２が形成されている。第３支持部２０ｃには、Ｙ軸方向に延びる第２ガイドレール３４が形成され、第１ガイドレール３２と平行に対向している。第１および第２ガイドレール３２、３４は、例えば、矩形状の横断面を有するように形成されている。また、第１、第２ガイドレールは、支持部材２０と一体に成形するか、あるいは、別体に形成されたガイドレールを支持部材に固定するようにしてもよい。
第１クランク接続部材２２は、第１ガイドレール３２によりＹ軸方向に摺動自在にガイドされた状態で第２支持部２０ｂに支持され、また、第２クランク接続部材２３は、第２ガイドレール３４によりＹ軸方向に摺動自在にガイドされた状態で第３支持部２０ｃに支持されている。第１および第２クランク接続部材２２、２３は、潤滑油を含みやすい材料、例えば、銅、真鍮、ファインセラミック等で形成されていることが望ましい。
図１ないし図４に示すように、第１クランク接続部材２２は、全体としてほぼ矩形板状に形成されている。第１クランク接続部材２２は、第１ガイドレール３２に係合する直線状の係合溝を有する第１摺動部３６と、第１摺動部３６から二股状に延出する互いに平行な２つの接続板部３７ａ、３７ｂと、２つの接続板部間に形成された係合スリット３９と、を有している。接続板部３７ａ、３７ｂは、それぞれ矩形板状に形成され、各接続板部のほぼ中心に円形の第１透孔３８が貫通形成されている。そして、第１クランク接続部材２２は、第１ガイドレール３２を第１摺動部３６の係合溝に係合させることにより、Ｙ軸方向に沿って摺動自在（昇降自在）に第２支持部２０ｂに取り付けられている。接続板部３７ａ、３７ｂは、第２支持部２０ｂと第３支持部２０ｃとの間を延在し、更に、基準平面Ｃと平行な平面内に位置している。
第２クランク接続部材２３は、第２ガイドレール３４に係合する直線状の係合溝を有する第２摺動部４２と、第２摺動部４２からから延出する矩形状の接続板部４０とを有し、この接続板部４０のほぼ中心に円形の第２透孔４１が貫通形成されている。第２摺動部４２において、第２ガイドレール３４に摺接する摺動面積は、第１ガイドレール３２に摺接する第１摺動部３６の摺動面積と同一に形成されている。また、第２透孔４１は第１透孔３８と同一の径に形成されている。第２クランク接続部材２３は、第２ガイドレール３４を第２摺動部４２の係合溝に係合させることにより、Ｙ軸方向に沿って摺動自在（昇降自在）に第３支持部２０ｃに取り付けられている。接続板部４０は、第２支持部２０ｂと第３支持部２０ｃとの間を延在し、基準平面Ｃ内に位置している。また、接続板部４０は、第１クランク接続部材２２の係合スリット３９内に挿通され、接続板部３７ａ、３７ｂと平行に対向している。そして、第１クランク接続部材２２の第１透孔３８と第２クランク接続部材２３の第２透孔４１とは、互いに同軸的に整列している。
このように、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、その中心、すなわち、基準平面Ｃと直交する方向の中心、が基準平面Ｃ内に位置するように配置されている。
図１ないし図４に示すように、第１クランク接続部材２２の第１透孔３８および第２クランク接続部材２３の第２透孔に、クランク軸１４のクランクピン１４ｃがボールベアリングあるいはプレーンベアリングを介して回転自在に挿通されている。これにより、第１および第２クランク接続部材２２、２３はクランク軸１４に係合し、クランク軸１４と支持部材２０とを接続している。
図１および図３に示すように、連結部材２４ａは、例えば、細長い連結ロッドとして構成され、その一端は図示しないピストンピンを介してピストン１２ａに連結され、他端は、支持部材２０の第２支持部２０ｂに連結されている。連結部材２４ａは、ピストン１２ａの中心軸（移動軸）と同軸的に延びている。連結部材２４ａは、Ｘ軸方向に沿って支持部材２０と一体的に往復移動し、ピストン１２ａをＸ軸方向に沿って往復移動させる。
また、他方の連結部材２４ｂは、例えば、細長い連結ロッドとして構成され、その一端は図示しないピストンピンを介してピストン１２ｂに連結され、他端は、支持部材２０の第３支持部２０ｃに連結されている。連結部材２４ｂは、ピストン１２ｂの中心軸（移動軸）と同軸的に延びている。連結部材２４ｂは、Ｘ軸方向に沿って支持部材２０と一体的に往復移動し、ピストン１２ｂをＸ軸方向に沿って往復移動させる。
ＸＹ分離クランク機構１０の組み立てにおいては、図５（Ａ−１）、（Ｂ−１）に示すように、まず、一方、例えば、第２クランク接続部材２３を支持部材２０の第２ガイドレール３４に摺動自在に装着する。続いて、図５（Ａ−２）、（Ｂ−２）に示すように、第２クランク接続部材２３からＹ軸方向にずれた位置で、他方の第１クランク接続部材２２を支持部材２０の第１ガイドレール３２に摺動自在に装着する。なお、第１および第２ガイドレール３２、３４、並びに、第１および第２クランク接続部材２２、２３の係合溝は、摺動面に対して垂直な方向に脱着可能な形状としている。ここでは、第１および第２ガイドレール３２、３４は、横断面形状が例えば、矩形状に形成され、同様に、係合溝の断面形状も矩形状に形成されている。
図５（Ａ−３）、（Ｂ−３）に示すように、第１および第２クランク接続部材２２、２３を互いに接近する方向にスライドさせ、第２クランク接続部材２２の接続板部４０を第１クランク接続部材２３の係合スリット３９内に挿入するとともに、第１透孔３８と第２透孔４１とを同軸に整列させる。
この状態で、図５（Ａ−４）、（Ｂ−４）に示すように、クランク軸１４のクランクピン１４ｃを、図示しないベアリングを介して、第１透孔３８および第２透孔４１に挿通し、第１および第２クランク接続部材とクランク軸１４とを接続する。その後、支持部材２０を第１リニアスライダ上に固定するとともに、第１、第２連結部材２４ａ、２４ｂによりピストン１２ａ、１２ｂを支持部材２０に連結する。以上の組立により、水平同軸型のエンジン、あるいは、圧縮機の回転平行運動基幹が形成される。
このような構成のＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０を備えた駆動装置は、水平同軸対向エンジンや圧縮機、ポンプ等に適用することができる。また、上記の同軸構造は複流のピストン構造を容易に実現することができる。
駆動装置１１が、例えば、圧縮機として構成されている場合、クランク軸１４に回転力が入力されてクランク軸１４が時計方向に回転すると、クランクピン１４ｃは、クランク軸１４の周りで、偏心回転する。この偏心回転運動は、クランク接続部材２２、２３および支持部材２０により、Ｙ軸方向の移動とＸ軸方向の移動とに分離され、クランク接続部材２２、２３は第１および第２ガイドレール３２、３４によりＹ軸方向に沿って往復動し、支持部材２０は、クランク接続部材２２、２３と共に、第１リニアスライダ３０によりＸ軸方向に沿って往復動する。支持部材２０のＸ軸方向の往復運動は、連結部材２４ａ、２４ｂを介してピストン１２ａ、１２ｂに伝達され、ピストン１２ａ、１２ｂがシリンダ１６内をＸ軸方向に沿って往復動する。これらピストン１２ａ、１２ｂの往復移動により、シリンダ１６内の空気を圧縮し、外部に供給する。
このようにして、クランク軸１４の回転運動はＸＹ分離クランク機構１０により往復運動に変換され２つのピストン１２ａ、１２ｂに伝達される。
また、駆動装置が例えばエンジンとして構成されている場合、シリンダ１６内で圧縮および燃焼された燃料によりピストン１２ａ、１２ｂに駆動力が入力され、Ｘ軸方向に沿って往復移動する。ピストン１２ａ、１２ｂのＸ軸方向の往復運動は、ＸＹ分離クランク機構１０における支持部材２０のＸ軸方向の往復運動およびクランク接続部材２２、２３のＹ軸方向の往復運動によって回転運動に変換され、クランク軸１４に伝達される。これにより、クランク軸１４に回転出力が与えられる。
上記のように構成された第１の実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０を備えた駆動装置によれば、揺動するコンロッド（連結棒）を用いた機構やスライダークランクと比較して、サイドスラストロス（摩擦ロス）が発生せず、振動の発生も低減することができる。また、サイドスラストロスが無いため、スライダークランク機構に比べ３０％〜４０％の伝達効率を向上する。
上記ＸＹ分離クランク機構１０と比較例に係る従来のクランク機構とについて、摩擦ロスを算出し、比較する。
図６は、本実施形態に係るＸＹ分離クランク機構に作用する作用力を模式的し、図７は、ＸＹ分離クランク機構とピストンとの間の作用力点を２球体で模式的に示している。
図７に示すように、２球体構造の場合、例えば、連結部材２４から力Ｆがピストン１２に加えられると、この力は、F1、F2の２つの力に分解されているが、F1とF2とは等しく、２球体は、図６に示すように、1球体として分析しても良いことになる。
F＝F1＋F2、 F1＝F2
図６において、
ＡＢ：クランク、ＢＣ：クランク接続部材、Ａ点：クランク軸回転中心、
Ｂ点：クランクピン１４ｃ、Fin：Ｂ点に入力される力、
θ：Ａ点のクランクアームの成す角度、α：Ｂ点のFinのなす角度、
とした場合、
点Ｂに入力に入力したFinのＸ方向の分力Fin・cosαは、剛体であるクランクＢＣによって、Ｃ点の１球体に対し同じように発生する。Ｂ点におけるＹ軸方向の分力Fin・sinαも同様にＣ点の１球体に対し同じように発生する。これにより、Ｃ点に発生する摩擦ロスＦmは以下の式で示される。
Figure 2014111921
つまり、Ｙ軸方向への出力Foutは、
Fout ＝ Fin・sinα − μm・sinα
＝ 0.9993 [N]
よって、Ｙ軸方向へ99.93％の伝達効率で出力される。
次に、図８に示すように、Ｃ点におけるＸ軸方向に生じる力をF’inとする。ＣＤは剛体であり、Ｃ点のF’inはＤ点にそのまま移動できるため、図９のように表せる。また、F’inはＤ点における摩擦の力であるので、
F’m ＝ μ'm × F’in …（２）
（μ’m：Ｄ点の動摩擦係数）
F’inは、図６に示したＣ点でのＸ軸方向の力である。
よって、F’in ＝ Fin・cosαから、（２）式は、
F’m ＝ μ’m ×Ｆin・cosα …（３）
（α＝π／２ − θ）
となる。
仮に、Fin ＝ １ [N]、μm ＝ 0.01、θ ＝ ４５°とすると、
F’ｍ ＝ 0.01 × １ × cos４５°
＝ 0.01 [N] …（４）
となる。
この（４）式から、Ｘ軸方向の力伝達は、
F’in − F’m ＝ １ − 0.01 ＝ 0.99
となり、殆どロスを生じることなく、９９％の伝達率が得られることが分かる。
これに対して、比較例として、図９、図１０、図１１は、従来の揺動するコンロッドを用いたクランク機構を模式的に示している。これらの図において、
ＡＢ：クランク、ＢＣ：コンロッド、Ａ点：クランク軸回転中心、
Ｂ点：クランクピン１４ｃ、Ｃ点：ピストンピン、１２：２球体で示されるピストン、
Fin：Ｃ点に入力される力、θ：∠ＢＡＣ、φ：∠ＢＣＡ、
とした場合、
Ｃ点にFinという力を加える。この入力Ｆinにより，コンロッドＢＣにFin・tanφという力が生じる。
Fc ＝ Fin・tanφ …（５）
次に、∠ＢＣＡ＝φをクランク角θによって表すと、ＡＢ＝ｒ、ＢＣ＝l とした場合、
図１０から、
Ｙ＝l・sinφ ＝ ｒ・sinθ、 sinφ ＝ ｒ／l・sinθ …（６） となる。
また、sin2φ+cos2φ＝ １ より、
Figure 2014111921
となる。
式（５）ないし（７）より、
Figure 2014111921
また、Ｃ点におけるサイドスラストFsは、図１１に示すように、
Fs ＝ Fc・sinφ、 Fs ＝ Fc・l／ｒ・sinθ …（９）
となる。式（８）、（９）から、
Figure 2014111921
これら本実施形態に係るＸＹ分離クランク機構における摩擦抵抗Ｆｍと比較例に係るクランク機構の摩擦抵抗Ｆｓを重ねてグラフ化すると図１２のようになる。この図から、本実施形態に係るＸＹ分離クランク機構によれば、比較例に係るクランク機構に比較して、摩擦抵抗、すなわち、摩擦ロスが大幅に低減していることが分かる。
比較例に係るクランク機構のクランク運動では、ピストン１２上部に加えられた力は２球体の上、下を摩擦しながら動作する。このため、大きな摩擦ロスが生じる。大型のピストンでは油切れを起こし焼きつくため、多くは、８０ｒｐｍ程度の低速動作を強いられていた。これに対して、本実施形態に係るＸＹ分離クランク機構１０によれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のいずれにおいても９９％強の力伝達効率が得られ、従来スライダークランク運動の伝達効率５０％から比べ、約２倍の効率で力伝達が可能である。これは、双方向運動変換であるから、原動機、受動機とも可能である。つまり、エンジンでも圧縮機でも同様である。
上記のように、ＸＹ分離クランク機構を用いることにより、摩擦ロスが無く、従来のクロスヘッドは不要となる。このため、油切れを起こすことなく大型ピストンの高速動作が可能となる。このため、従来の大型タービン級の容量を持つピストンスライダーへの適用が可能となる。タービンに比べ、効率ははるかに向上することになる。
上記のように構成されたＸＹ分離クランク機構１０を備えた駆動装置は、回転側にモータを配置すれば、コンプレッサもしくは膨張機となり、ピストン側に流体もしくは気体を流入、燃焼させればエンジン機構となる。相互の組み合わせにより構成は変化させることができる。
上記ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０によれば、揺動するコンロッド（連結棒）を用いた機構やスライダークランクと比較して、サイドスラストロス（摩擦ロス）が発生せず、振動および熱の発生も低減することができる。そのため、駆動装置のピストンあるいはシリンダ等の構成要素をプラスチック、セラミック等の軽量な材料で形成することが可能となる。これにより、一層、保温効果と軽量化が容易となる。
また、ＸＹ分離クランク機構１０の支持部材２０および第１、第２クランク接続部材２２、２３は、クランク軸１４の回動領域とピストン１２ａ、１２ｂの移動領域との間の領域内に収容可能な形状および寸法に形成されている。これにより、ＸＹ分離クランク機構１０は、従来のコンロッドの大径部分とほぼ同程度のサイズで構成することができ、従来使用されているクランクスライダー機構を用いたエンジンやコンプレッサのクランクをそのまま使用できるサイズにすることが出来る。このため、従来の燃焼機構や動弁機構などを変更することなく、ＸＹ分離クランク機構に置き換えることが可能である。
流体に水を使用すれば閉空間の動作系となるため効率が良い。例えば、ピストンおよびＸＹ分離クランク機構１０を３連構成として配置すれば、自起動が可能となるため効率の良い発電システムを実現することができる。水車動力としての利用も可能である。受動機とすればポンプとしても効率の良いポンプを構成することが可能となる。
また、本実施形態によれば、クランク接続部材は、基準平面Ｃに対称となるように２つの独立した第１および第２クランク接続部材２２、２３に分離し、それぞれ別々に支持部材２０に摺動自在に配置し、かつ、それぞれクランク軸と回動自在に係合し、Ｙ軸方向の力伝達を行う構成としている。このように第１クランク接続部材２２、第２クランク接続部材２３が左右独立していると、図１３に示すように、振動により支持部材２０の２つのＹ軸支持部（第２支持部２０ｂ、第３支持部２０ｃ）が開く方向、あるいは、図１４に示すように、閉じる方向に傾斜した場合でも、２つの第１、第２クランク接続部材２２、２３がそれぞれ独立して第２支持部２０ｂあるいは第３支持部３０ｃに追従して傾斜し、かつ、クランク軸１４に対してそれぞれ独立して回動することができる。そのため、クランク接続部材の対角方向の角部が第２および第３支持部に噛み込むような楔現象の発生を防止し、クランク接続部材の動作ロスを抑制することが可能となる。これにより、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、相互にロスとなる干渉を生じることなく、左右に力伝達動作をすることができる。
また、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、それぞれ独立して第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃ間に装着することができ、ガイドレールおよび係合溝を断面矩形状の凹凸とすることが可能となる。ガイドレールおよび係合溝に蟻溝等の外れ防止構造を設ける必要がなく、ガイドレールおよび摺動部の加工が容易となる。また、第１および第２クランク接続部材２２、２３の装着も容易となり、製造性が向上する。例えば、１気筒、あるいは２気筒等の駆動装置の場合、組立方法を考慮すると、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、互いに拘束し合い、ネジ等を用いずとも外れず、スムースな回転往復運動を確保することができる。
更に、第１の実施形態によれば、支持部材２０は、第４支持部２０ｄを有し、矩形枠状に形成されている。この場合、支持部材２０は、強度が高く作れるため、薄く軽く軽量化を図かることが可能となる。また、支持部材２０のダイカスト化も容易で、Ｌ型やＵ字型の支持部材２０に比較して、引けや歪のない矩形状が高精度に作ることができる。同時に、支持部材２０の強度が向上し、振動に起因する第２および第３支持部２０ｂ、２０ｃの変形、変位を抑制することができる。
なお、図１５および図１６に示すように、第１の実施形態において、第１クランク接続部材２２の接続板部３７ａ、３７ｂの延出端（摺動部３６と反対側の端部）は、第１透孔３８を中心とする円弧状に形成してもよい。同様に、第２クランク接続部材２３の接続板部３７ａ、３７ｂの延出端（摺動部３６と反対側の端部）は、第１透孔３８を中心とする円弧状に形成してもよい。
また、図１７および図１８に示すように、第１クランク接続部材２２の各接続板部３７ａ、３７ｂをそれぞれ第１透孔３８の中心を横切る分割面に沿って分割された２部材（第１摺動部３６を含む基端部３７ａ１、３７ｂ１、延出部３７ａ２、３７ｂ２）で構成し、これら２部材を第１透孔３８の上下に位置するネジ５１により分割面同志を突き合せた状態で連結するようにしてもよい。なお、分割面は、第１透孔３８の中心軸を通り、第２方向（Ｙ方向）に延びる平面としている。同様に、第２クランク接続部材２３の接続板部４０を第２透孔４１の中心を横切る分割面に沿って分割された２部材（第２摺動部４２を含む基端部４０ａ、延出部４０ｂ）で構成し、これら２部材を第２透孔４１の上下に位置するネジ５３により分割面同士を突き合せた状態で連結するようにしてもよい。なお、分割面は、第２透孔４１の中心軸を通り、第２方向（Ｙ方向）に延びる分割面としている。
このような構成とした場合、組み立て時、接続板部を分割してクランク軸に装着し、装着後、ネジ等の締結部材により分割部材を互いに連結することができる。分割部材を互いに連結して第１および第２クランク接続部材を構成した後、これらのクランク接続部材を支持部材２０の第２支持部２０ｂと第３支持部２０ｃとの間に上から装着する。これにより、複数のクランクピンを有するクランク軸に対して、クランク接続部材を組み付けることができる。この場合でも、クランク接続部材に力の必要な方向は、摺動面側であり、クランク軸を回動自在にする支え側は構造上の強度は小さくてもよい。そのため、分割部材を連結するネジも小型で良く、全体としてネジなしのクランク接続部材と同様な動作性能が確保できる。
更に、クランク接続部材の摺動部、すなり、第１透孔３８の内面、あるいは、第２透孔の内面、に電鋳、電着等のライニング加工によりプレーンベアリング４３、４５を形成しなめらかな摺動面を確保することも容易である。
２気筒水平同軸型の駆動装置の場合、分割部材を連結するネジ５１、５３は省略可能であるが、４気筒などの多気筒となるとネジ等で分割部材同士を締結する必要がある場合も多い。試作やシミュレーションにより、知恵の輪組合せが可能である場合も数多く作ることができた。
次に、他の実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離クランク機構を備えた駆動装置について説明する。なお、以下に述べる他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる構成について詳細に説明する。
（第２の実施形態）
図１９は、第２実施形態に係る４気筒の水平同軸対向型の駆動装置を示す斜視図、図２０は、第２実施形態に係る駆動装置のクランク軸を示す断面図、図２１は、クランク軸およびクランク接続部材を示す斜視図である。
図１９に示すように、４気筒の水平同軸対向型の駆動装置１１は、移動体として、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された一対のピストン１２ａ、１２ｂと、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された他の一対のピストン１２ｃ、１２ｄと、クランク軸１４と、ピストン１２ａ、１２ｂとクランク軸１４との間に設けられた第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａと、ピストン１２ｃ、１２ｄとクランク軸１４との間に設けられた第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂと、を備えている。
２つのピストン１２ａ、１２ｂは、１８０°互いに相反する向きに水平同軸対向配置されている。２つのピストン１２ｃ、１２ｄは、１８０°互いに相反する向きに水平同軸対向配置されている。クランク軸１４は、ピストン１２ａ、１２ｂの中心軸（移動軸）を含む基準平面（伝達平面）Ｃ１、およびピストン１２ｃ、１２ｄの中心軸（移動軸）を含む基準平面Ｃ２、と直交する方向に延びている。
図２０および図２１に示すように、クランク軸１４は、直線状に延びるジャーナル（主軸）１４ａ、ジャーナルから径方向に延びる２組のクランクアーム１４ｂ１、１４ｂ２、クランクアームからジャーナル１４ａと平行に延び、ジャーナルに対して偏心して位置する２本のクランクピン１４ｃ１、１４ｃ２と、を有している。２本のクランクピン１４ｃ１、１４ｃ２は、ジャーナル１４ａの軸方向に沿って互いに間隔を置いて位置し、また、ジャーナル１４ａに対して偏心して位置している。更に、２本のクランクピン１４ｃ１、１４ｃ２は、ジャーナル１４ａを中心として、互いに１８０度、位相がずれて配置されている。ジャーナル１４ａは、２つのクランクピン１４ｃ１、１４ｃ２の間で、軸受１５により回転自在に支持されている。これにより、２本のクランクピン１４ｃ１、１４ｃ２は、ジャーナル１４ａの周りで偏心回転する。
本実施形態では、クランク軸１４内に、クランクピン１４ｃ１、１４ｃ２まで延びる油路１７を形成し、また、第１および第２クランク接続部材２２、２３にも油路１９を設けている。これらの油路１７、１９に潤滑油を送油することにより、十分な潤滑性能を確保できる。
図１９および図２１に示すように、第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、前述した第１の実施形態におけるＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０と同一の構成を有している。第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、基準平面Ｃ１において、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材２０と、基準平面Ｃ１において、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられた第１および第２クランク接続部材２２、２３と、ピストン１２ａ、１２ｂと支持部材２０とを連結した２つの連結部材２４ａ、２４ｂと、を備えている。支持部材２０の移動中心軸（Ｘ軸方向）、第１および第２クランク接続部材２２、２３の移動中心軸（Ｙ軸方向）、および連結部材２４の中心移動軸（Ｘ軸方向）は、基準平面Ｃに位置している。そして、第１および第２クランク接続部材２２、２３の第１および第２透孔にクランク軸１４のクランクピン１４ｃ１が軸受を介して回転自在に挿通されている。
本実施形態において、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、組み立て性を考慮して、図１７、図１８に示したような分割型の接続部材を用いている。また、支持部材２０の第４支持部２０ｄは、支持部材と別体に形成され、支持部材の第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃにねじ止め固定されている。
第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、ピストン１２ａ、１２ｂのＸ軸方向に沿った往復運動とクランク軸１４の回転運動とを相互に変換して伝達する。
図１９および図２１に示すように、第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂは、前述した第１の実施形態におけるＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０と同一の構成を有している。第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂは、基準平面Ｃ２において、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材２０と、基準平面Ｃ２において、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられた第１および第２クランク接続部材２２、２３と、ピストン１２ｃ、１２ｄと支持部材２０とを連結した２つの連結部材２４ａ、２４ｂと、を備えている。支持部材２０の移動中心軸（Ｘ軸方向）、第１および第２クランク接続部材２２、２３の移動中心軸（Ｙ軸方向）、および連結部材２４の中心移動軸（Ｘ軸方向）は、基準平面Ｃ２に位置している。そして、第１および第２クランク接続部材２２、２３の第１および第２透孔にクランク軸１４のクランクピン１４ｃ２が軸受を介して回転自在に挿通されている。
本実施形態において、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、組み立て性を考慮して、図１７、図１８に示したような分割型の接続部材を用いている。支持部材２０の第４支持部２０ｄは、支持部材と別体に形成され、支持部材の第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃにねじ止め固定されている。
第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂは、ピストン１２ａ、１２ｂのＸ軸方向に沿った往復運動とクランク軸１４の回転運動とを相互に変換して伝達する。
駆動装置１１が例えばエンジンとして構成されている場合、シリンダ１６内で圧縮および燃焼された燃料によりピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに駆動力が入力され、第１方向に沿って往復移動する。第１および第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂは、駆動入力であるピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの往復運動を、回転運動に変換してクランク軸１４に伝達し、クランク軸１４に回転出力を与える。
また、駆動装置１１が、例えば、圧縮機として構成されている場合、クランク軸１４に回転力が入力され、クランク軸１４が回転する。第１および第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂは、このクランク軸１４の回転運動を往復運動に変換してピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに伝達し、これらのピストンをシリンダ１６内で往復動させる。このピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの往復移動により、シリンダ１６内の空気を圧縮し、外部に供給する。
以上のように構成された第２の実施形態に係る駆動装置１１においても前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。上述した水平同軸対向型の駆動装置は、２気筒、４気筒に限らず、６気筒以上としてもよい。
（第３の実施形態）
図２２は、第３実施形態に係る４気筒の水平同軸対向型の駆動装置を示す斜視図、図２３は、第３実施形態に係る駆動装置の一部を破断して示す側面図である。
図２２、図２３に示すように、４気筒の水平同軸対向型の駆動装置１１は、移動体として、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された一対のピストン１２ａ、１２ｂと、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された他の一対のピストン１２ｃ、１２ｄと、クランク軸１４と、ピストン１２ａ、１２ｂとクランク軸１４との間に設けられた第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａと、ピストン１２ｃ、１２ｄとクランク軸１４との間に設けられた第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂと、を備えている。クランク軸１４は、Ｘ軸方向と直交するＺ方向に延びている。
第１および第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂは、それぞれ揺動支点型クランクの搖動力点、搖動支点に、第１および第２クランク接続部材２２，２３を設け、揺動アームの両端をこれらのクランク接続部材に回動自在に接続している。すなわち、クランク軸１４は、クランク軸の中心に対して偏心して２つの偏心円板５０ａ、５０ｂを一体に有している。第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、偏心円板５０ａの周囲に回動自在に係合した揺動アーム５２ａと、それぞれＹ軸方向に延びる左右一対のガイドを有する支持部材２０と、互いに独立してＹ軸方向に移動自在に支持部材２０にガイドされる第１および第２クランク接続部材２２ａ、２３ａと、更に、一対のピストン１２ａ、１２ｂ間にＹ軸方向に移動自在に支持された第４および第５クランク接続部材２２ｂ、２３ｂと、を有している。揺動アーム５２ａの下端は、第１および第２クランク接続部材２２ａ、２３ａ間に挿通され、更に、支持ピン５４ａにより第１および第２クランク接続部材２２ａ、２３ａに回動自在に接続されている。揺動アーム５２ａの上端は、第３および第４クランク接続部材２２ｂ、２３ｂ間に挿通され、更に、支持ピン５４ｂにより第３および第４クランク接続部材２２ｂ、２３ｂに回動自在に接続されている。
駆動装置１１が例えばエンジンとして構成されている場合、シリンダ１６内で圧縮および燃焼された燃料によりピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに駆動力が入力され、第１方向に沿って往復移動する。第１および第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂは、駆動入力であるピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの往復運動を、回転運動に変換してクランク軸１４に伝達し、クランク軸１４に回転出力を与える。
また、駆動装置１１が、例えば、圧縮機として構成されている場合、クランク軸１４に回転力が入力され、クランク軸１４が回転する。第１および第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂは、このクランク軸１４の回転運動を往復運動に変換してピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに伝達し、これらのピストンをシリンダ１６内で往復動させる。このピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの往復移動により、シリンダ１６内の空気を圧縮し、外部に供給する。
以上のように構成された第３の実施形態に係る駆動装置１１においても前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。上述した水平同軸対向型の駆動装置は、２気筒、４気筒に限らず、６気筒以上としてもよい。
（第４の実施形態）
図２４は、第４実施形態に係る２気筒の水平対向型の駆動装置を示す斜視図である。
図２４に示すように、２気筒の水平対向型の駆動装置１１は、移動体として、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された一対のピストン１２ａ、１２ｂと、クランク軸１４と、ピストン１２ａとクランク軸１４との間に設けられた第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａと、ピストン１２ｂとクランク軸１４との間に設けられた第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂと、を備えている。
２つのピストン１２ａ、１２ｂは、クランク１４の軸方向に所定距離ずれて配置されているとともに、１８０°互いに相反する向きに水平対向配置されている。クランク軸１４は、ピストン１２ａの中心軸（移動軸）を含む基準平面（伝達平面）Ｃ１、およびピストン１２ｂの中心軸（移動軸）を含む基準平面Ｃ２、と直交する方向に延びている。
第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、前述した第２の実施形態における第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａと同一の構成を有している。すなわち、第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、基準平面Ｃ１において、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材２０と、基準平面Ｃ１において、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられた第１および第２クランク接続部材２２、２３と、ピストン１２ａと支持部材２０とを連結した連結部材２４ａと、を備えている。支持部材２０の移動中心軸（Ｘ軸方向）、第１および第２クランク接続部材２２、２３の移動中心軸（Ｙ軸方向）、および連結部材２４の中心移動軸（Ｘ軸方向）は、基準平面Ｃに位置している。そして、第１および第２クランク接続部材２２、２３の第１および第２透孔にクランク軸１４のクランクピン１４ｃ１が軸受を介して回転自在に挿通されている。本実施形態において、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、組み立て性を考慮して、図１７、図１８に示したような分割型の接続部材を用いている。また、支持部材２０の第４支持部２０ｄは、支持部材と別体に形成され、支持部材の第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃにねじ止め固定されている。
第１ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａは、ピストン１２ａのＸ軸方向に沿った往復運動とクランク軸１４の回転運動とを相互に変換して伝達する。
第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂは、前述した第２の実施形態における第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂと同一の構成を有している。すなわち、第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂは、基準平面Ｃ２において、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材２０と、基準平面Ｃ２において、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられた第１および第２クランク接続部材２２、２３と、ピストン１２ｂと支持部材２０とを連結した連結部材２４ｂと、を備えている。支持部材２０の移動中心軸（Ｘ軸方向）、第１および第２クランク接続部材２２、２３の移動中心軸（Ｙ軸方向）、および連結部材２４の中心移動軸（Ｘ軸方向）は、基準平面Ｃ２に位置している。そして、第１および第２クランク接続部材２２、２３の第１および第２透孔にクランク軸１４のクランクピン１４ｃ２が軸受を介して回転自在に挿通されている。本実施形態において、第１および第２クランク接続部材２２、２３は、組み立て性を考慮して、図１７、図１８に示したような分割型の接続部材を用いている。また、支持部材２０の第４支持部２０ｄは、支持部材と別体に形成され、支持部材の第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃにねじ止め固定されている。
第２ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ｂは、ピストン１２ａ、１２ｂのＸ軸方向に沿った往復運動とクランク軸１４の回転運動とを相互に変換して伝達する。
以上のように構成された水平対向型の駆動装置１１においても、前述した第１および第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
（第５の実施形態）
図２５は、第５実施形態に係る２気筒の水平対向型の駆動装置を示す斜視図、図２６は、駆動装置の一部を破断して示す平面図である。
図２３および図２４に示すように、２気筒の水平対向型の駆動装置１１は、移動体として、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｘ軸方向）に往復移動自在に配置された一対のピストン１２ａ、１２ｂと、クランク軸１４と、ピストン１２ａ、１２ｂとクランク軸１４との間に設けられたＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０と、を備えている。
２つのピストン１２ａ、１２ｂは、クランク１４の軸方向に所定距離ずれて配置されているとともに、１８０°互いに相反する向きに水平同軸対向配置されている。クランク軸１４は、ピストン１２ａ、１２ｂの中心軸（移動軸）を含む基準平面（伝達平面）と直交する方向に延びている。
本実施形態では、ピストン１２ａ、１２ｂに対して、共通の、すなわち、単一のＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０を用いている。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、前述した第１の実施形態におけるＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０と同一の構成を有している。ただし、支持部材２０の各部は、幅が広く形成され、また、第１リニアスライダ３０により２本のベースガイドレール２８上にＸ軸方向に沿って移動自在に支持されている。
ピストン１２ａは、連結部材２４ａにより支持部材２０の第２支持部２０ｂに連結され、また、ピストン１２ｂは、連結部材２４ｂにより支持部材２０の第３支持部２０ｃに連結されている。第１および第２クランク接続部材２２、２３が、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられている。そして、第１および第２クランク接続部材２２、２３に設けられた第１および第２透孔にクランク軸１４のクランクピン１４ｃが軸受を介して回転自在に挿通されている。
ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０および駆動装置１１の他の構成は、前述した第１あるいは第２の実施形態と同一である。以上のように構成された水平対向型の駆動装置においても、前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
（第６の実施形態）
図２７は、第６実施形態に係る縦置きのＺメカニズムＸＹ分離クランク機構を有する単気筒の駆動装置を示す斜視図である。
図２７に示すように、駆動装置１１は、移動体として、シリンダ１６内に第１方向（Ｙ軸方向）に往復移動自在に配置されたピストン１２と、このピストン１２の中心軸（移動軸）を含む基準平面（伝達平面）Ｃと直交する方向（水平方向）に延びるクランク軸１４と、を備えている。クランク軸１４は、図示しない軸受によって回転自在に支持されたジャーナル（主軸）１４ａ、ジャーナルから径方向に延びるクランクアーム、クランクアームからジャーナルと平行に延び、ジャーナルに対して偏心して位置するクランクピン１４ｃ、クランクアームと一体に形成され、クランクアームと反対方向へ延出するバランサウェイト１４ｄを有している。
駆動装置１１において、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、ピストン１２と、クランク軸１４と、の間に設けられ、ピストン１２のＹ軸方向に沿った往復運動とクランク軸１４の回転運動とを相互に変換して伝達するように構成されている。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、前述した第１の実施形態のＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０と同一の構成を有している。
ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、基準平面Ｃにおいて、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材２０と、基準平面Ｃにおいて、Ｙ軸方向と直交する第２方向（Ｘ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材２０に取り付けられた第１およびクランク接続部材２２、２３と、ピストン１２と支持部材２０とを連結した連結部材２４と、を備えている。
支持部材２０は、例えば、矩形枠状に形成され、Ｙ軸方向に延びる第１支持部２０ａと、第１支持部からＸ軸方向に延びる第２および第３支持部２０ｂ、２０ｃと、第２および第３支持部２０ｂ、２０ｃ間を延び第１支持部と隙間を置いて対向する第４支持部２０ｄとを一体に有している。第１支持部２０ａは、第１リニアスライダ３０により、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在にガイドレール２８に支持されている。ここでは、Ｙ軸方向をほぼ鉛直方向とし、ＸＹ分離クランク機構１０はいわゆる縦置き型に構成されている。
支持部材２０の第２支持部２０ｂおよび第２支持部２０ｃには、第１および第２クランク接続部材２２、２３がそれぞれ独立してＸ軸方向に摺動自在に支持されている。そして、第１および第２クランク接続部材２２、２３に形成された第１および第２透孔に、クランク軸１４のクランクピン１４ｃが図示しない軸受を介して回転自在に挿通されている。これにより、第１および第２クランク接続部材２２、２３はクランク軸１４に係合し、クランク軸１４と支持部材２０とを接続している。
連結部材２４は、例えば、細長い連結ロッドとして構成され、その一端は図示しないピストンピンを介してピストン１２に連結され、他端は、支持部材２０の第２支持部２０ｂに連結されている。連結部材２４は、ピストン１２の中心軸（移動軸）と同軸的に延びている。連結部材２４は、Ｙ軸方向に沿って支持部材２０と一体的に往復移動し、ピストン１２をＹ軸方向に沿って往復移動させる。
駆動装置１１が例えばエンジンとして構成されている場合、シリンダ１６内で圧縮および燃焼された燃料によりピストン１２に駆動力が入力され、Ｙ軸方向に沿って往復移動する。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、駆動入力であるピストン１２の往復運動を、回転運動に変換してクランク軸１４に伝達し、これらのクランク軸１４に回転出力を与える。
また、駆動装置１１が、例えば、圧縮機として構成されている場合、２本のクランク軸１４に回転力が入力され、クランク軸１４が回転する。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０は、このクランク軸１４の回転運動を往復運動に変換してピストン１２に伝達し、ピストン１２をシリンダ１６内で往復動させる。このピストン１２の往復移動により、シリンダ１６内の空気を圧縮し、外部に供給する。
以上のように構成された第６の実施形態に係る駆動装置１１においても前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
（第７の実施形態）
図２８は、第７実施形態に係る縦置きのＺメカニズムＸＹ分離クランク機構を有する複数気筒、例えば、３気筒の駆動装置を示す斜視図、図２９は駆動装置の一部を破断して示す側面図である。
図２８および図２９に示すように、駆動装置１１は、移動体として、それぞれシリンダ１６内に第１方向（Ｙ軸方向）に往復移動自在に配置された３つのピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有し、これらのピストンは水平方向に一列に並んで配置されている。また、駆動装置１１は、ピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃの下方側に配置され水平方向に延びるクランク軸１４を備えている。このクランク軸１４は、互いに所定角度位相がずれて配置された３つのクランクピン１４ｃを有している。これらのクランクピン１４ｃは、クランク軸１４に対して偏心して位置し、クランク軸の周りで偏心回転する。
ピストン１２ａ、１２ｂ、１２ｃとクランク軸１４との間に、第１、第２、第３ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けられている。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂ、１０ｃの各々は、前述した第４の実施形態における、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０と同様に構成されている。クランク軸１４の３つのクランクピン１４ｃは、第１、第２、第３ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂ、１０ｃの第１および第２クランク接続部材２２、２３の第１および第２透孔に回転自在に挿通されている。
上記のように構成された３気筒の駆動装置１１が圧縮機として構成されている場合、例えば、モータ等によりクランク軸１４に回転力が入力されクランク軸１４が回転すると、複数のクランクピン１４ｃは、クランク軸１４の周りで、偏心回転する。この偏心回転運動は、それぞれＸＹ分離クランク機構１０ａ、１０ｂ、１０ｃの第１、第２クランク接続部材２２、２３および支持部材２０により、Ｘ軸方向の移動とＹ軸方向の移動とに分離され、第１、第２クランク接続部材２２、２３はＸ軸方向に沿って往復動し、支持部材２０は、第１、第２クランク接続部材と共に、Ｙ軸方向に沿って往復動する。支持部材２０のＹ軸方向の往復運動は、連結部材２４を介してピストン１２に伝達され、ピストン１２がシリンダ１６内をＹ軸方向に沿って往復動する。このようにして、クランク軸１４の回転運動は、各ＸＹ分離クランク機構により往復運動に変換されピストン１２に伝達される。これにより、シリンダ１６内の気体あるいは液体がピストン１２によって加圧され、加圧流体として外部に供給される。
以上のように構成された第７の実施形態に係る駆動装置１１においても前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。駆動装置１１は、３気筒に限らず、２気筒、あるいは４気筒以上としてもよい。ＸＹ分離クランク機構は、２連、３連、４連などクランク軸に対して自由に並べて配置することができる。複数のＸＹ分離クランク機構を水平もしくは垂直に対向する配置に限らず、星型配置にすることも可能である。
以上のように、上述した種々の実施形態によれば、摩擦ロスおよび振動を低減し、高い
効率で運動を変換伝達可能なＸＹ分離クランク機構、およびこれを備えた駆動装置を提供することができる。
（第８の実施形態）
図３０、図３１は、第８の実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離クランク機構のクランク接続部材を示す斜視図および分解斜視図、図３２、図３３は、変形例に係るクランク接続部材を示す斜視図および分解斜視図、図３４ないし図３９は、第８の実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離クランク機構および駆動装置の組み立て工程をそれぞれ示す斜視図である。
図３０および図３１に示すように、本実施形態によれば、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構１０のクランク接続部材は、矩形ブロック形状の部材として構成されている。すなわち、クランク接続部材６０は、例えば、矩形ブロック状に形成され、左右の側面には、それぞれ第１摺動部６２および第２摺動部６４が形成されている。第１摺動部６２には、支持部材２０の第１ガイドレール３２に係合する直線状の係合溝６２ａが形成されている。第２摺動部６４には、支持部材２０の第２ガイドレール３４に係合する直線状の係合溝６４ａが形成されている。これらの係合溝６２ａ、６４ａは、第２方向（Ｙ軸方向）に延びている。第２摺動部６４において、第２ガイドレール３４に摺接する摺動面積は、第１ガイドレール３２に摺接する第１摺動部６２の摺動面積とほぼ同一に形成されている。
クランク部材６０のほぼ中央部に、円形の透孔６６が貫通形成されている。透孔６６は、Ｙ軸方向と直交するＺ軸方向に延びている。この透孔６６にクランクピンが回転自在に挿通される。透孔６６の摺動面、つまり、内面には、電鋳、電着等のライニング加工（メッキ）によりプレーンベアリング６７を形成している。メッキ後、ワイアカットを用いても良い。
クランク接続部材６０は、第１摺動部６２の係合溝６２ａを支持部材２０の第１ガイドレール３２に係合させることにより、また、第２摺動部６４の係合溝６４ａを支持部材２０の第２ガイドレール３４に係合させることにより、支持部材２０の第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃの間に、Ｙ軸方向に沿って摺動自在（昇降自在）にガイドされた状態で、支持部材に支持される。また、クランク接続部材６０の透孔６６に、クランク軸のクランクピン１４ｃが回転自在に挿通される。これにより、クランク接続部材６０はクランク軸に係合し、クランク軸と支持部材２０とを接続する。
図３０および図３１に示すように、クランク接続部材６０は、透孔６６の中心を横切る分割面７０に沿って分割された２部材（第１摺動部６２を含む第１接続部材６０ａ、および第２摺動部６４を含む第２接続部材６０ｂ）で構成し、これら２部材を分割面７０同志を突き合せた状態で係合することにより、矩形ブロック形状のクランク接続部材６０を構成している。分割面７０は、透孔６６の中心軸を通り、第２方向（Ｙ軸方向）に延びる面とし、透孔６６の上下に位置している。また、分割面７０は、波状、Ｓ字形状、あるいはサイクロン形状の凹凸面に形成されている。分割面７０の凹凸は、Ｚ軸方向に交互に並らび、各凹所および凸部は、Ｙ軸方向に延びている。本実施形態において、各分割面７０は、交互に並んだ２つの凹所と２つの凸部とを有している。係合状態において、第１接続部材６０ａの分割面７０と第２接続部材６０ｂの分割面７０との隙間は、１００μ程度となるように形成されている。第１および第２接続部材６０ａ、６０ｂは、潤滑油を含みやすい材料、例えば、銅、真鍮、ファインセラミック等で形成されていることが望ましい。また、第１および第２接続部材６０ａ、６０ｂは、ＡＢＳ等のエンジニアリングプラスティクで構成し、表面に蒸着メッキ等を施すことで作ることも可能である。
なお、図３２および図３３に示すように、第１接続部材６０ａおよび第２接続部材６０ｂの各分割面７０は、１つの凸部と１つの凹所とを有する凹凸面としてもよい。また、凹凸面は、Ｚ軸方向に凹部、凸部が並んでいればよく、凹部および凸部自体の形状は、曲面に限らず、他の形状に種々変更可能である。
第８の実施形態において、ＸＹ分離クランク機構および駆動装置の他の構成は、例えば、図１９に示す第２の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構、および駆動装置と同一である。
上記構成のクランク接続部材６０を用いて、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構および駆動装置を組立てる場合、図３４および３５に示すように、クランク軸１４のクランクピン１４ｃに、その両側からクランク接続部材６０の第１接続部材６０ａおよび第２接続部材６０ｂを嵌め合わせ、かつ、第１接続部材および第２接続部材の分割面７０を互いに突き合わせて嵌め合う。これにより、クランクピン１４ｃをクランク接続部材６０の透孔６６内に嵌め込み、クランク接続部材６０をクランクピン１４ｃに取り付ける。同様の工程により、クランク軸１４の複数のクランクピン１４ｃにクランク接続部材６０をそれぞれ取り付ける。
次いで、図３６および図３７に示すように、嵌め合わされた各クランク接続部材６０を、支持部材２０の第２および第３支持部２０ｂ、２０ｃ間に、上からスライドさせながら嵌め込み、すなわち、第１摺動部６２の係合溝６２ａおよび第２摺動部６４の係合溝６４ａに第１ガイドレールおよび第２ガイドレール３４をそれぞれ係合させる。これにより、クランク接続部材６０およびクランク軸１４を支持部材２０に取り付ける。その後、各支持部材２０における第１および第２支持部２０ｂ、２０ｃの上端を図示しない第４支持部で連結してもよい。
続いて、図３８に示すように、複数の支持部材２０の第１支持部２０ａをそれぞれ対応するベースガイドレール２８上に支持する。次いで、図３９に示すように、支持部材２０の第２支持部２０ｂおよび／あるいは第３支持部２０ａに、連結部材２４ａを介してピストン１２ａを連結する。同様に、他の支持部材２０に連結部材を介してピストンを連結する。その後、各ピストンを図示しないシリンダ内に装着する。本実施形態では、クランク軸１４は、３本のクランクピン１４ｃを有し、各クランクピン１４ｃにクランク接続部材６０を取り付け、また、各支持部材２０の第２および第２支持部にピストンを連結することにより、６気筒の水平同軸対向型の駆動装置を構成する。
以上のように構成された第８の実施形態に係るＸＹ分離クランク機構および駆動装置においても前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。第８の実施形態では、組み立て時、クランク接続部材６０を分割してクランク軸に装着し、装着後、クランク接続部材を支持部材２０の第２支持部２０ｂと第３支持部２０ｃとの間に上から装着する。これにより、複数のクランクピンを有するクランク軸に対して、クランク接続部材を組み付けることができる。これにより、多気筒の場合でも、組立てが容易となり、組立て性の向上を図ることができる。
クランク接続部材を透孔の中心で左右に２分割し、分割面７０を凸凹形状とすることにより、分割された第１接続部材６０ａおよび第２接続部材６０ｂ間にＸＹ方向に開きがあっても相互干渉による不都合を防止することができる。また、凸凹形状を波状、Ｓ字状、あるいはサイクロイド状とすると、Ｚ軸方向に垂直なＺＹ平面においても、２部材の相互干渉を取り除くことが可能になる。２部材間のクリアランスを例えば１００μ程度の小さな隙間で形成することにより、ＸＹ平面とＺＹ平面で立体的な力の絶縁が可能となる。
ここで、力の絶縁とは、例えば、図４０（ａ）、４０（ｂ）、４０（ｃ）、４０（ｄ）に示すように、分割された２つの第１および第２接続部材６０ａ、６０ｂにおいて、右のから受ける力は右の接続材で、左から受ける力は左の接続部材で受けるという分業をすることを示している。図４０（ａ）の状態で、クランクピン１４ａが時計回りに回転すると、右の第１接続部材６０ａは右壁（第２支持部２０ｂ）に押付けられる。また、左側の第２接続部材６０ｂは、図４０（ｂ）あるいは図４０（ｃ）に示すように、第２摺動部の下端部あるいは上端部が左壁（第３支持部２０ｃ）に当たり、その後、図４０（ｄ）に示す位置に慣性力で押し付けられる。このため、一体の角柱形状のクランク接続部材と異なり、分割された第１および第２接続部材は相互干渉をすることが無く、独自に邪魔とならない位置に自動的に移動する。これにより、第１および第２接続部材が傷等の障害を壁部に与えることがない。
次に、クランクピン１４ａが１８０度回転すると、第１接続部材６０ａおよび第２接続部材６０ｂは、図４０（ａ）〜図４０（ｄ）の反対位置へミラー動作することになる。クランクピン１４ａが更に１８０度回転すると、第１および第２接続部材６０ａ、６０は、図４０（ａ）〜図４０（ｄ）と同様の動作を繰り返す。以上のような動作時、左右の接続部材に作用する力の割合は、例えば、右側の第１接続部材６０ａに作用する力に対して、左側の第２接続部材に作用する力は、１／１０００〜１／１００００と言った著しい差があるため、壁部に傷等の損傷を与えることがない。
これに対して、一体の角柱形状のクランク接続部材では、左右の摺動部に作用する力の差が１／１００から３０／１００という範囲となり、摺動部と壁部との間の間隙が増えると、上記の力の差が飛躍的に縮まり、壁部に傷を与えている可能性が高くなります。一体の角柱形状のクランク接続部材では、上記のような相互干渉よる定在波状の振動現象を防ぐことは難しく、水平同軸動作のエンジン、コンプレッサは寿命が短くなる可能性がある。本実施形態に係るＸＹ分離クランク機構では、力絶縁により、左右の第１および第２接続部材の相互干渉を防ぐことにより水平同軸ピストン機構、ＺメカニズムＸＹ分離ピストンクランク機構の寿命を大幅に延ばすことが可能となる。
第１および第２接続部材６０ａ、６０ｂの組立ても凸凹形状と同様に、矩形の上下位置において位置合わせが容易となる。例えば、８気筒用の４クランクにおいても、クランク接続部材の矩形上部を開閉すれば同様に組立てが容易となる。更に、クランク接続部材を２分割することにより、透孔内面の摺動部に電鋳、電着等のライニング加工によりプレーンベアリングを形成し、なめらかな摺動面を確保することが容易となる。
２気筒水平同軸対向型の駆動装置の場合、第１および第２接続部材６０ａ、６０ｂをネジ等の締結部材で連結することは不要であるが、４気筒などの多気筒となると、ネジ等で締結する必要がある場合も多い。しかし、試作やシミュレーションにより知恵の輪組合せが可能である場合も数多く作ることができた。支持部材の第２および第３支持部間にクランク接続部材を配置することにより、支持部材とクランク接続部材とが相互に拘束されるため、ネジ等を用いずにクランク接続部材を構成することができる。従って、クランク接続部材の組立て、構成が簡易となり、多気筒の駆動装置において特に有効である。
また、クランク接続部材の分割面７０を凹凸形状とすることにより、僅かな隙間であっても３次元それぞれの方向に隙間があるため、３次元での対向平面とクランク接続部材の相互干渉防止が可能である。内燃機関等の場合、不正着火は宿命でもあり、ピストンからの異常振動も多い。この場合でも、３次元（ＸＹ、ＺＹ、ＺＸ）それぞれに例えば１００μ程度の間隙でも、力を絶縁することができる。従って、２分割のクランク接続部材により、ネジやホルダー支えが無くても、力絶縁が有効に働くことになる。第１接続部材および第２接続部材は、材質を問わず、所定の耐力があれば良く、ＡＢＳ等のエンジニアリングプラスティクで形成することが可能となる。これにより、製造コストの低減、加工性の向上を図ることができる。
なお、上述した水平同軸対向型の駆動装置は、６気筒に限らず、２気筒、４気筒、８気筒以上としてもよい。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。例えば、ＸＹ分離クランク機構において、支持部材およびクランク接続部材を往復移動自在に支持する支持部は、リニアスライダに限らず、他の支持構造としてもよい。
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構、
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…ピストン、１４…クランク軸、
１４ｃ…クランクピン、１６…シリンダ、２０…支持部材、２０ａ…第１支持部、
２０ｂ…第２支持部、２０ｃ…第３支持部、２０ｄ…第４支持部、
２２…第１クランク接続部材、２３…第２クランク接続部材、２４…連結部材、
２８…ベースガイドレール、３０…第１リニアスライダ、３２…第１ガイドレール、
３４…第２ガイドレール、３８…第１透孔、４１…第２透孔、
６０…クランク接続部材、６０ａ…第１接続部材、６０ｂ…第２接続部材、
６２…第１摺動部、６４…第２摺動部、６６…透孔、７０…分割面
実施形態によれば、第１方向に沿って往復移動する移動体と、回転自在なクランク軸との間に設けられ、前記移動体の往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構は、前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有する支持部材と、
前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第１透孔を有する第１クランク接続部材と、
前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記第１透孔と同軸に位置し前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第２透孔を有する第２クランク接続部材と、
前記第２および第３支持部の少なくとも一方と前記移動体とを連結し、第１方向に沿って前記移動体および支持部材と一体的に往復移動する連結部材と、を備えている。前記第１クランク接続部材は、前記第２支持部に摺動自在に支持される第１摺動部と、前記第１摺動部から二股状に延出する互いに平行な２つの接続板部と、前記２つの接続板部間に形成された係合スリットと、を有し、前記第１透孔は、前記２つの接続板部を貫通して設けられ、前記第２クランク接続部材は、前記第３支持部に摺動自在に支持される第２摺動部と、前記第２摺動部から延出する接続板部を有し、この接続板部は、前記第２透孔を有しているとともに、前記第１クランク接続部材の係合スリット内に位置し前記第１クランク接続部材の２つの接続板部と対向している。

Claims (21)

  1. 第１方向に沿って往復移動する移動体と、回転自在なクランク軸との間に設けられ、前記移動体の往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、
    前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有する支持部材と、
    前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第１透孔を有する第１クランク接続部材と、
    前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記第１透孔と同軸に位置し前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第２透孔を有する第２クランク接続部材と、
    前記第２および第３支持部の少なくとも一方と前記移動体とを連結し、第１方向に沿って前記移動体および支持部材と一体的に往復移動する連結部材と、を備えるＸＹ分離クランク機構。
  2. 前記第１クランク接続部材は、前記第２支持部に摺動自在に支持される第１摺動部と、前記第１摺動部から二股状に延出する互いに平行な２つの接続板部と、前記２つの接続板部間に形成された係合スリットと、を有し、前記第１透孔は、前記２つの接続板部を貫通して設けられ、
    前記第２クランク接続部材は、前記第３支持部に摺動自在に支持される第２摺動部と、前記第２摺動部から延出する接続板部を有し、この接続板部は、前記第２透孔を有しているとともに、前記第１クランク接続部材の係合スリット内に位置し前記第１クランク接続部材の２つの接続板部と対向している請求項１に記載のＸＹ分離クランク機構。
  3. 前記第２支持部は、前記第２方向に延びる第１ガイドレールを有し、前記第１クランク接続部材の第１摺動部は、前記第１ガイドレールに摺動自在に係合し、
    前記第３支持部は、前記第２方向に延びる第２ガイドレールを有し、前記第２クランク接続部材の第２摺動部は、前記第２ガイドレールに摺動自在に係合し、
    前記第１摺動部および第２摺動部は、同一の摺動面積を有する請求項１に記載のＸＹ分離クランク機構。
  4. 前記第１クランク接続部材および第２クランク接続部材の前記接続板部は、円弧状に形成された延出端を有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＸＹ分離クランク機構。
  5. 前記第１クランク接続部材の各接続板部は、前記第１透孔の中心軸を含む分割面により２つに分割され、この分割面を突き合わせた状態でクランクピンに取付けられ、
    前記第２クランク接続部材の接続板部は、前記第２透孔の中心軸を含む分割面により２つに分割され、この分割面を突き合わせた状態でクランクピンに取付けられている請求項２に記載のＸＹ分離クランク機構。
  6. 前記２つに分割された接続板部は、締結部材により互いに締結されている請求項５に記載のＸＹ分離クランク機構。
  7. 第１方向に沿って往復移動する移動体と、回転自在なクランク軸との間に設けられ、前記移動体の往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、
    前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有する支持部材と、
    前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持される第１摺動部と、前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持される第２摺動部と、前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される透孔と、を有し、前記第１支持部および第２支持部間に配置されたクランク接続部材と、
    前記第２および第３支持部の少なくとも一方と前記移動体とを連結し、第１方向に沿って前記移動体および支持部材と一体的に往復移動する連結部材と、を備え、
    前記クランク接続部材は、前記透孔の中心軸を通る分割面により前記第１摺動部を含む第１接続部材と前記第２摺動部を含む第２接続部材とに分割され、前記分割面は、前記透孔の軸方向に並らぶ凹所および凸部を有する凹凸面状に形成され、前記第１接続部材および第２接続部材は、前記クランクピンに取り付けられ前記分割面同士が係合するＸＹ分離クランク機構。
  8. 前記支持部材は、前記第２支持部と第３支持部とを連結し前記第１支持部と隙間を置いて対向する第４支持部を有し、矩形枠状に形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＸＹ分離クランク機構。
  9. 前記支持部材の第１支持部は、前記第１方向に沿って往復動自在に設けられた第１スライダ上に支持されている請求項１ないし８のいずれか１項に記載のＸＹ分離クランク機構。
  10. 前記支持部材、第１および第２クランク接続部材の中心部、並びに、前記連結部材は、前記移動体の移動軸を含む基準平面内で移動可能に設けられている請求項１ないし９のいずれか１項に記載のＸＹ分離クランク機構。
  11. 前記クランク軸は、前記基準平面と直交して延びている請求項１０に記載のＸＹ分離クランク機構。
  12. 前記連結部材は、前記移動体の移動軸に同軸的に設けられている請求項１０又は１１に記載のＸＹ分離クランク機構。
  13. 前記第２支持部と前記移動体とが前記連結部材により連結され、
    前記第１方向に沿って往復動自在な他の移動体と前記第３支持部とが他の連結部材により連結されている請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のＸＹ分離クランク機構。
  14. シリンダ内に第１方向に沿って往復動自在に設けられたピストンと、
    前記ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、
    前記ピストンとクランク軸との間に設けられ、前記ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換する請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のＸＹ分離クランク機構と、
    を備える駆動装置。
  15. 前記シリンダ内で燃料を圧縮、燃焼するエンジン装置として構成されている請求項１４に記載の駆動装置。
  16. 前記クランク軸を回転する駆動部を備え、前記シリンダから圧縮流体を供給する圧縮機として構成されている請求項１４に記載の駆動装置。
  17. それぞれシリンダ内に第１方向に沿って往復動自在に設けられ、互いに対向して配置された２つのピストンと、
    前記ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、
    前記２つのピストンと前記クランク軸との間に設けられ、前記ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構と、を備え、
    前記ＸＹ分離クランク機構は、
    前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有する支持部材と、
    前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第１透孔を有する第１クランク接続部材と、
    前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持されているとともに、前記第１透孔と同軸に位置し前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される第２透孔を有する第２クランク接続部材と、
    前記ピストンと前記第２支持部とを連結し、前記第１方向に沿って前記ピストンおよび支持部材と一体的に往復移動する第１連結部材と、
    前記他方のピストンと前記第３支持部とを連結し、前記第１方向に沿って前記他方のピストンおよび支持部材と一体的に往復移動する第２連結部材と、を備えている駆動装置。
  18. 前記第１クランク接続部材は、前記第２支持部に摺動自在に支持される第１摺動部と、前記第１摺動部から二股状に延出する互いに平行な２つの接続板部と、前記２つの接続板部間に形成された係合スリットと、を有し、前記第１透孔は、前記２つの接続板部を貫通して設けられ、
    前記第２クランク接続部材は、前記第３支持部に摺動自在に支持される第２摺動部と、前記第２摺動部から延出する接続板部を有し、この接続板部は、前記第２透孔を有しているとともに、前記第１クランク接続部材の係合スリット内に位置し前記第１クランク接続部材の２つの接続板部と対向している請求項１７に記載の駆動装置。
  19. 前記第２支持部は、前記第２方向に延びる第１ガイドレールを有し、前記第１クランク接続部材の第１摺動部は、前記第１ガイドレールに摺動自在に係合し、
    前記第３支持部は、前記第２方向に延びる第２ガイドレールを有し、前記第２クランク接続部材の第２摺動部は、前記第２ガイドレールに摺動自在に係合し、
    前記第１摺動部および第２摺動部は、同一の摺動面積を有する請求項１８に記載の駆動装置。
  20. 前記２つのピストンは、互いに同軸に対向配置されている請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の駆動装置。
  21. それぞれシリンダ内に第１方向に沿って往復動自在に設けられ、互いに対向して配置された２つのピストンと、
    前記ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、
    前記２つのピストンと前記クランク軸との間に設けられ、前記ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構と、を備え、
    前記ＸＹ分離クランク機構は、
    前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有する支持部材と、
    前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持される第１摺動部と、前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持される第２摺動部と、前記クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される透孔と、を有し、前記第１支持部および第２支持部間に配置されたクランク接続部材と、
    前記第２および第３支持部の少なくとも一方と前記移動体とを連結し、第１方向に沿って前記移動体および支持部材と一体的に往復移動する連結部材と、を備え、
    前記クランク接続部材は、前記透孔の中心軸を通る分割面により前記第１摺動部を含む第１接続部材と前記第２摺動部を含む第２接続部材とに分割され、前記分割面は、前記透孔の軸方向に並らぶ凹所および凸部を有する凹凸面状に形成され、前記第１接続部材および第２接続部材は、前記クランクピンに取り付けられ前記分割面同士が係合する駆動装置。
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