JP2016217503A - ダブルクランク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化を招かずに入力軸と出力軸との軸間距離を大きく確保できるダブルクランク装置の提供【解決手段】ダブルクランク装置は、４段の同一構成に係るダブルクランク機構ＤＣ１〜ＤＣ４のカスケード連鎖である。各ダブルクランク機構ＤＣ１〜ＤＣ４は、水平軸４ａ〜４ｄと水平軸４ｂ〜４ｅの２軸を有し、２軸は固定節（第１リンク）としての軸受２ａ〜２ｄと軸受２ｂ〜２ｅのリンク長さａに相当する軸間距離で平行状態である。水平軸４ｂ〜４ｅの原動クランクとしての第２リンク５ａ〜５ｄ（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク６ａ〜６ｄ（リンク長さｃ）、及び水平軸４ａ〜４ｄの従動クランクとしての第４リンク７ａ〜７ｄ（リンク長さｄ）を備え、リング長さの大小関係は、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄである。【選択図】 図１

Description

本発明は、回転出力装置や送風機などに用いるのに好適なダブルクランク装置に関する。

最短の第１リンク（リンク長さａ）、この一方端と回り対偶である第２リンク（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク（リンク長さｃ）、及び第１リンクの他方端と回り対偶である第４リンク（リンク長さｄ）から成る４節回転連鎖において、最短の第１リンクを固定節とし、ａ＋ｂ＜ｃ＋ｄ、ａ＋ｃ＜ｂ＋ｄ、ａ＋ｄ＜ｂ＋ｃの大小関係を満足する機構は、第２リンク及び第４リンクが共に同方向に完全回転するクランクとなったダブルクランク機構（両クランク機構）を構成する。

このダブルクランク機構において、第２リンクを原動クランクとし、第４リンクを従動クランクとすれば、歯車や摩擦車を用いずに、第２リンクの原動軸（入力軸）と軸間距離ａだけ平行に隔てた第４リンクの従動軸（出力軸）に対し回転力を伝達できる回転出力装置を構成できる。また、ケース内において第３リンクを送風羽根とすれば吸い込口からの空気を圧縮して吐き出し口から押し出す送風機を構成できる。

「機構学」オーム社（第２章第２節 両スライダクランク連鎖）

例えば、上記の回転出力装置においては、平行な原動軸と従動軸の軸間距離は最短の第１リンクのリンク長さａで決まることから、軸間距離を大きくするにはリンク長さａを大きくせざるを得ず、必然的に第２リンクの長さｂ及び第４リンクの長さｄも大きくせねばならず、リンクの回転軌跡半径が大径化して軸間距離に対して直角方向にも装置構成の大型化を招き、また回転運動する第２リンク，第３リンク及び第４リンクの重心点が第１リンクの中心点より大きく偏ってしまう結果，回転ムラを起し易く、回転伝達性能を損なう。

そこで、本発明の第１の課題は、上記問題点を解決するものであり、装置の大型化を招かずに入力軸と出力軸との軸間距離を大きく確保できるダブルクランク装置を提供することにある。また、本発明の第２の課題は、大きな軸間距離でも回転ムラを抑制して回転伝達性能を確保できるダブルクランク装置を提供することにある。

本発明に係るダブルクランク装置は、固定節である最短の第１リンク（リンク長さａ）、これと原動軸を以て回り対偶で原動クランクとしての第２リンク（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク（リンク長さｃ）、及び第１リンクと従動軸を以て回り対偶で従動クランクとしての最長の第４リンク（リンク長さｄ）から成り、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄの大小関係を満足するダブルクランク機構が同一構成でｎ個備わっており、ｋを１から（ｎ−１）までの自然数とすると、ｋ番目の前記ダブルクランク機構の従動軸をこの次段である（ｋ＋１）番目の前記ダブルクランク機構の原動軸として共用し、ｎ個の前記ダブルクランク機構をカスケード連鎖して成り、１番目の前記ダブルクランク機構の原動軸が入力軸であってｎ番目の前記ダブルクランク機構の従動軸が出力軸であることを特徴とする。このようなダブルクランク装置においては、ある一つのダブルクランク機構の原動軸と従動軸との軸間距離は最短の第１リンクのリンク長さａであるものの、入力軸から出力軸までの平行に並ぶ軸の数は（ｎ＋１）本となるため、第２リンクの長さｂ及び第４リンクの長さｄを大きくせずとも、入力軸と出力軸との軸間距離をリンク長さａのｎ倍と大きくできる。

そして、上記ダブルクランク装置においては、前記ｎは偶数２ｍであって、ｉを１からｍまでの自然数とし、奇数番目である（２ｉ−１）番目の前記ダブルクランク機構の重心位置とこの次段の偶数番目である（２ｉ）番目の前記ダブルクランク機構の重心位置とが、軸心を重ねると、実質的に１８０°の回転対称関係であることを特徴とする。奇数番目のダブルクランク機構とこの次段の偶数番目のダブルクランク機構の合成重心位置が軸心近傍になるため、偏重心を避けることができ、回転ムラを抑制して回転伝達性能を確保できる。

これに加えて、ダブルクランク装置においては、前記２ｍ個のダブルクランク機構のそれぞれの重心位置は、軸心を重ねると、（１８０°／ｍ）毎の回転対称位置に対応していることを特徴とする。斯かる対応関係から、全体として更に回転ムラを抑制して回転伝達性能を確保できる。

そして、ｍは２であり、上記原動軸と上記従動軸はすべて水平軸であることが望ましい。

本発明によれば、装置の大型化を招かずに入力軸と出力軸との軸間距離を大きく確保できるダブルクランク装置を提供できる。また、大きな軸間距離でも回転ムラを抑制して回転伝達性能を確保できるダブルクランク装置を提供できる。

本発明の実施例に係るダブルクランク装置を示す正面図である。 同ダブルクランク装置の一部平面図ある。 同ダブルクランク装置の右側面図ある。 同ダブルクランク装置における１番目のダブルクランク機構の回転モーメントを示す説明図である。 同ダブルクランク装置における重心位置の回転半径を示す説明図である。 同ダブルクランク装置における１番目のダブルクランク機構と２番目のダブルクランク機構の回転モーメントを示す説明図である。

次に、本発明の実施例に係るダブルクランク装置を添付図面に基づいて説明する。本例のダブルクランク装置は、フレーム１上に同一構成で４つのダブルクランク機構ＤＣ１〜ＤＣ４をカスケード連鎖して成る。

先ず、１番目のダブルクランク機構ＤＣ１は、第１軸受支持フレーム１ａ上の第１軸受２ａ，２ａに支承されて入力プーリ３を持つ入力水平軸４ａと、第２軸受支持フレーム１ｂ上の第２軸受２ｂ，２ｂに支承された従動水平軸４ｂとを有し、入力水平軸４ａと従動水平軸４ｂとは固定節（第１リンク）としての第１軸受２ａと第２軸受２ｂのリンク長さａに相当する軸間距離で平行状態となっている。第１軸受支持フレーム１ａと第２軸受支持フレーム１ｂとに挟まれた空間においては、入力水平軸４ａにより回転される原動クランクとしての第２リンク５ａ（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク６ａ（リンク長さｃ）、及び従動水平軸４ｂを回転させるための従動クランクとしての最長の第４リンク７ａ（リンク長さｄ）を備え、第３リンク６ａは第２リンク５ａと第４リンク７ａに対してそれぞれベアリングＢを以て回り対偶となっている。そして、リング長さの大小関係は、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄである。なお、入力プーリ３にはモータ（図示せず）などから回転力が伝えられる。

次に、２番目のダブルクランク機構ＤＣ２は、従動水平軸４ｂを原動軸とし、第３軸受支持フレーム１ｃ上の第３軸受２ｃ，２ｃに支承された従動水平軸４ｃを有し、従動水平軸４ｂと従動水平軸４ｃとは固定節（第１リンク）としての第２軸受２ｂと第３軸受２ｃのリンク長さａに相当する軸間距離で平行状態となっている。第２軸受支持フレーム１ｂと第２軸受支持フレーム１ｃとに挟まれた空間においては、従動水平軸４ｂにより回転される原動クランクとしての第２リンク５ｂ（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク６ｂ（リンク長さｃ）、従動水平軸４ｃを回転させるための従動クランクとしての最長の第４リンク７ｂ（リンク長さｄ）を備え、第３リンク６ｂは第２リンク５ｂと第４リンク７ｂに対してそれぞれベアリングＢを以て回り対偶となっている。リング長さの大小関係は、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄである。

また同様に、３番目のダブルクランク機構ＤＣ３は、従動水平軸４ｃを原動軸とし、第４軸受支持フレーム１ｄ上の第４軸受２ｄ，２ｄに支承された従動水平軸４ｄを有し、従動水平軸４ｃと従動水平軸４ｄとは固定節（第１リンク）としての第３軸受２ｃと第４軸受２ｄのリンク長さａに相当する軸間距離で平行状態となっている。第３軸受支持フレーム１ｃと第４軸受支持フレーム１ｄとに挟まれた空間においては、従動水平軸４ｃにより回転される原動クランクとしての第２リンク５ｃ（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク６ｃ（リンク長さｃ）、従動水平軸４ｄを回転させるための従動クランクとしての最長の第４リンク７ｃ（リンク長さｄ）を備え、第３リンク６ｃは第２リンク５ｃと第４リンク７ｃに対してそれぞれベアリングＢを以て回り対偶となっている。リング長さの大小関係は、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄである。

そして、４番目のダブルクランク機構ＤＣ４は、従動水平軸４ｄを原動軸とし、第５軸受支持フレーム１ｅ上の第４軸受２ｅ，２ｅに支承されて出力プ―リ８を持つ出力水平軸４ｅを有し、従動水平軸４ｄと出力水平軸４ｅとは固定節（第１リンク）としての第４軸受２ｄと第５軸受２ｅのリンク長さａに相当する軸間距離で平行状態となっている。第４軸受支持フレーム１ｄと第５軸受支持フレーム１ｅとに挟まれた空間においては、従動水平軸４ｄにより回転される原動クランクとしての第２リンク５ｄ（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク６ｄ（リンク長さｃ）、従動水平軸４ｅを回転させるための従動クランクとしての最長の第４リンク７ｄ（リンク長さｄ）を備え、第３リンク６ｄは第２リンク５ｄと第４リンク７ｄに対してそれぞれベアリングＢを以て回り対偶となっている。リング長さの大小関係は、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄである。なお、出力プ―リ８に得られる回転力は増速機（図示せず）などを介して発電機に伝えられる。

本例において、各ダブルクランク機構ＤＣ１〜ＤＣ４で最長の第４リンク７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを代表とすると、１番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ１の従動水平軸４ｂを回転中心とする最長の第４リンク７ａに対して２番目（偶数番目）のダブルクランク機構ＤＣ２の従動水平軸４ｃを回転中心とする最長の第４リンク７ｂは図示矢印の回転方向に１９０°進ませて取り付けられており、軸心を重ねると、１番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ１の重心位置と２番目（偶数番目）のダブルクランク機構ＤＣ２とが実質的に１８０°の回転対称関係となるように設定してある。また、３番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ３の従動水平軸４ｃを回転中心とする最長の第４リンク７ｃに対して４番目（偶数番目）のダブルクランク機構ＤＣ４の従動水平出力軸４ｅを回転中心とする最長の第４リンク７ｄは図示矢印の回転方向に２００°進んでおり、軸心を重ねると、３番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ３の重心位置と４番目（偶数番目）のダブルクランク機構ＤＣ４とが実質的に１８０°の回転対称関係となるように設定してある。そして、１番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ１の従動水平軸４ｂを回転中心とする第４リンク７ａに対して３番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ３の従動水平軸４ｃを回転中心とする第４リンク７ｃは図示矢印の回転方向に８５°進んでおり、軸心を重ねると、１番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ１の重心位置と３番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ３とが概ね９０°の回転対称関係となるように設定してある。なお、２番目のダブルクランク機構ＤＣ２の第４リンク７ｂは３番目のダブルクランク機構ＤＣ３の第４リンク７ｃに対して図示矢印の回転方向に１０５°進んでおり、４番目のダブルクランク機構ＤＣ４の第４リンク７ｄは２番目のダブルクランク機構ＤＣ２の第４リンク７ｂに対して図示矢印の回転方向に９５°進んでおり、１番目のダブルクランク機構ＤＣ１の第４リンク７ａは４番目のダブルクランク機構ＤＣ４の第４リンク７ｄに対して図示矢印の回転方向に７５°進んでいる。

図４では代表例として１番目のダブルクランク機構ＤＣ１の回転モーメントを示している。他のダブルクランク機構ＤＣ２〜ＤＣ４も同様である。Ｒは最長の第４リンク７ａの回転円軌跡で、ｒは第２リンク５ａの回転円軌跡である。Ｌは第２リンク５ａの回転中心である入力水平軸４ａを通る鉛直線であるが、この鉛直線Ｌに対して、従動水平軸４ｂがリング長さａだけ右側に偏心し、しかも第４リンク７ａが最長であることから、第４リンク７ａの回転円軌跡Ｒは右側に張り出ており、入力水平軸４ａから右側の方が回転モーメントは高い。

図５では代表例として１番目のダブルクランク機構ＤＣ１における重心位置の回転半径を示している。他のダブルクランク機構ＤＣ２〜ＤＣ４も同様である。第３リンク６ａの重心点Ｐの回転軌跡ｓは鉛直線Ｌを基準して第２リンク５ａの回転円軌跡ｒより右側に張り出ており、左側では実質的に重なっている。入力水平軸４ａからみて鉛直線Ｌの左側では、第３リンク６ａの重心点Ｐの回転軌跡ｓの回転半径が小さくなるため、第３リンク６ａは入力水平軸４ａをより速く回そうとする。

図６では同ダブルクランク装置における１番目のダブルクランク機構ＤＣ１と２番目のダブルクランク機構ＤＣ２の回転モーメントを示している。１番目のダブルクランク機構ＤＣ１の最長の第４リンク７ａは重力による回転モーメントＭ_１が１番目のダブルクランク機構ＤＣ１の回転方向に対して逆方向に作用しているが、２番目のダブルクランク機構ＤＣ２の最長の第４リンク７ｂは重力による回転モーメントＭ_２が２番目のダブルクランク機構ＤＣ２の回転方向と同じであるため、互いに重力により回転モーメントの影響は打ち消され、１番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ１と２番目（偶数番目）のダブルクランク機構ＤＣ２とは相補関係の組となっている。同様に、３番目（奇数番目）のダブルクランク機構ＤＣ３と４番目（偶数番目）のダブルクランク機構ＤＣ４も相補関係の組となっている。

このようなダブルクランク装置においては、各ダブルクランク機構ＤＣ１〜ＤＣ４の２軸の軸間距離は最短の第１リンクのリンク長さであるものの、最初の入力水平軸４ａから出力水平軸４ｅまでの平行に並ぶ軸の数は５本であるため、第２リンク５ａ〜５ｄの長さｂ及び第４リンク７ａ〜７ｄの長さを大きくせずとも、入力水平軸４ａと出力水平軸４ｅとの軸間距離を４倍と大きく確保できる。また、奇数番目（１番目，３番目）のダブルクランク機構ＤＣ１，ＤＣ３の重心位置と偶数番目（２番目，４番目）のダブルクランク機構ＤＣ２，ＤＣ４の重心位置とが、軸心を重ねると、実質的に１８０°の回転対称関係であるため、偏重心を避けることができ、回転ムラを抑制して回転伝達性能を確保できる。しかも、４段のダブルクランク機構ＤＣ１〜ＤＣ４のそれぞれの重心位置は、軸心を重ねると、実質的に９０°毎の回転対称位置に対応しているため、更に回転ムラを抑制でき、回転伝達性能を確保できる。

なお、上記実施例における水平軸４ａ〜４ｅの総て同一水平面上に配置されているが、従動側の水平軸を階段状に下げてもよい。

１…フレーム
１ａ…第１軸受支持フレーム
１ｂ…第２軸受支持フレーム
１ｃ…第３軸受支持フレーム
１ｄ…第４軸受支持フレーム
１ｅ…第５軸受支持フレーム
２ａ…第１軸受
２ｂ…第２軸受
２ｃ…第３軸受
２ｄ…第４軸受
２ｅ…第５軸受
３…入力プーリ
４ａ…入力水平軸
４ｂ，４ｃ，４ｄ…従動水平軸
４ｅ…出力水平軸
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…第２リンク（原動クランク）
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…第３リンク
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…第４リンク（従動クランク）
８…出力プ―リ
ＤＣ１…１番目のダブルクランク機構
ＤＣ２…２番目のダブルクランク機構
ＤＣ３…３番目のダブルクランク機構
ＤＣ４…４番目のダブルクランク機構
Ｂ…ベアリング
Ｌ…鉛直線
Ｍ_１，Ｍ_２…回転モーメント
Ｐ…重心点
Ｒ…第４リンクの回転円軌跡
ｒ…第２リンクの回転円軌跡
Ｓ…重心点の回転軌跡

Claims (4)

1. 固定節である最短の第１リンク（リンク長さａ）、これと原動軸を以て回り対偶で原動クランクとしての第２リンク（リンク長さｂ）、第１リンクの対辺リンクである第３リンク（リンク長さｃ）、及び第１リンクと従動軸を以て回り対偶で従動クランクとしての第４リンク（リンク長さｄ）から成り、ａ＜ｃ＜ｂ＜ｄの大小関係を満足するダブルクランク機構が同一構成でｎ個備わっており、ｋを１から（ｎ−１）までの自然数とすると、ｋ番目の前記ダブルクランク機構の従動軸をこの次段である（ｋ＋１）番目の前記ダブルクランク機構の原動軸として共用し、ｎ個の前記ダブルクランク機構をカスケード連鎖して成り、１番目の前記ダブルクランク機構の原動軸が入力軸であってｎ番目の前記ダブルクランク機構の従動軸が出力軸であることを特徴とするダブルクランク装置。
2. 請求項１に記載のダブルクランク装置において、前記ｎは偶数２ｍであって、ｉを１からｍまでの自然数とし、奇数番目である（２ｉ−１）番目の前記ダブルクランク機構の重心位置とこの次段の偶数番目である（２ｉ）番目の前記ダブルクランク機構の重心位置とが、軸心を重ねると、実質的に１８０°の回転対称関係であることを特徴とするダブルクランク装置。
3. 請求項２に記載のダブルクランク装置において、前記２ｍ個のダブルクランク機構のそれぞれの重心位置は、軸心を重ねると、（１８０°／ｍ）毎の回転対称位置に対応していることを特徴とするダブルクランク装置。
4. 請求項３に記載のダブルクランク装置において、前記ｍは２であり、前記原動軸と前記従動軸はすべて水平軸であることを特徴とする回転出力装置。

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