JP2020056392A - 組立アームジャーナルクランク軸を用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの往復運動とクランク軸の回転を可逆的に変換する遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構を用いた往復機関及び往復圧縮機の実用性向上のため、この機構の組立、保守点検整備の性能を向上させる。【解決手段】クランクピン、クランクピン軸受及びこの軸受を介してクランクピン回りに回転支持される部品の保守点検整備性を高める組立アームジャーナルクランク軸とそれを用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構を考案する。【選択図】図５

Description

ピストンの往復運動とクランク軸の回転運動を可逆的に変換する遊星歯車偏心盤及び中央遊星歯車複偏心盤ハイポサイクロイド遊星歯車機構の実用性を高める組立アームジャーナルクランク軸を用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構とその応用

ディーゼル機関や圧縮機などの往復機械に伝動機構として使用されているピストンクランク機構における組立クランク軸は、組立後は一体クランク軸と同じ態様で実用される一体的クランク軸である。つまり、機構の組立と保守点検整備は、クランク軸の組立と分解に依らず、クランクピン軸受と連接棒大端部を割型として対応している。

先行技術文献に示されるように、これまで、往復機関並びに往復圧縮機に使用されているピストンクランク機構に代えて、遊星歯車偏心盤及び中央遊星歯車複偏心盤ハイポサイクロイド遊星歯車機構の応用が提案されている。前者は１つの遊星歯車と偏心盤が軸方向に一体の機構で、後者は１つの遊星歯車とその軸方向両側の偏心盤が一体の機構である。機構の組立と保守点検整備上の問題点は両者に共通で、クランクピン上で回転する一体的構造の遊星歯車と偏心盤にあり、その問題点を解決する有力な方法のひとつとして、一体的クランク軸と同様な強度と構造寸法をもち、機構の組立性と保守点検整備性を高める組立クランク軸が求められている。
以後、簡明化のため、前者を遊星歯車偏心盤機構、後者を中央遊星歯車複偏心盤機構、両機構を併せて遊星歯車偏心盤方式機構と略記し、遊星歯車偏心盤方式機構の上記問題点を解決する発明について、本明細書では前者（適宜、本機構と略記する）を採り上げて説明する。また、ピストンクランク機構を、適宜、従来機構と略記する。
ここでは、本発明の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ４（００１６項で後述）を用いた図１０に示す実施例において、組立アームジャーナルクランク軸を図１（ｂ）のような一体的アームジャーナルクランク軸１Ｃと見なして本機構の構造を説明する。
本機構では、ケーシング1８に固定した基準円直径４ｅの静止内歯車９とクランクピン４４上にクランクピン軸受１５で回転自在に支えられた遊星歯車偏心盤８の基準円直径２ｅの遊星歯車部８ａがかみあい、遊星歯車部８ａはクランクピン軸心Ｏ2周りに角速度ωで自転するとともに、クランク軸心Ｏ1周りに逆向きに角速度ωで公転する。このとき、遊星歯車部８ａの基準円筒面上にある遊星歯車偏心盤８の偏心盤部８ｂの中心Ｏ３は、シリンダ−中心線Ｃ上をストローク４ｅの正弦直線往復運動を行う。そして、この往復運動がその偏心盤部８ｂ上に偏心盤軸受１４を介して回転自在に支えられ、シリンダ−１２に案内されたピストン１１の運動となる。このように，ピストン１１の正弦直線往復運動が，互いに逆向きの２つの等速回転運動，即ち，偏心量ｅの偏心盤部８ｂがクランクピン軸心Ｏ2周りに自転すると，同時に，クランク半径ｅのクランク軸１Ｃがクランク軸心Ｏ1周りに逆向きに同じ角速度ωで公転することにより創成される。
この構造と運動から、ロングストローク、低速、高圧の往復機関や往復圧縮機において、クロスヘッドピストンクランク機構に代えて、本機構を応用すれば、往復機関では、燃費、排出ガス、摩擦損失及び振動の低減と耐久性の向上を期待でき、往復圧縮機では、圧縮損失、摩擦損失及び振動の低減と耐久性の向上を期待できることが示されてきている。
しかしながら、本機構の歯車、クランクピン軸受の保守点検整備のためには、クランク軸１Ｃにおいて、アームジャーナルとクランクピン間の結合を軸方向に分解する必要があり、実用上、問題である。なお、これを回避するため、遊星歯車偏心盤及び静止内歯車を、それぞれの歯車中心軸を含む適切な平面で割型とする方策が提案されているが、割型歯車の実用性検証が課題である．
このように、本機構の保守点検・整備が難しい問題を解決する、新しい組立アームジャーナルクランク軸が求められている。（先行技術文献 特許文献１〜２及び非特許文献１〜３参照）

特許第５７５３３４３号（Ｐ５７５３３４３） 特開２０１３−１０４４２２（Ｐ２０１３−１０４４２２Ａ）

松田孝，佐藤元宥：サイクロイド遊星歯車機構に関する研究（第１報），自動車技術会論文集，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．２，ｐ．３１１−３１６（２００８）． 松田孝，佐藤元宥：サイクロイド遊星歯車機構に関する研究（第２報），自動車技術会論文集，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．１，ｐ１０９−１１４（２０１０）． 松田孝，佐藤元宥：サイクロイド遊星歯車機構に関する研究（第３報），自動車技術会２０１０年春季大会 学術講演会 パシフィコ横浜 ２０１０年５月２１日発表，学術講演会前刷集Ｎｏ．８８−０９．

０００３項で述べたピストンの往復運動とクランク軸の回転運動を可逆的に変換する本機構を往復機関及び往復圧縮機に実用するため、その組立性及び保守点検・整備性を向上させる。
つまり、本機構において、クランクピン軸受、遊星歯車偏心盤及び静止内歯車のそれぞれを一体的構造とし、さらに、これらの組立性と保守点検整備を容易にする、前記の一体的アームジャーナルクランク軸１Ｃと同様な強度をもつ組立アームジャーナルクランク軸の考案とその応用の提案である。
（特許文献１、２及び非特許文献１〜３参照）。

以下では、クランク軸の具体例として、単気筒のみならず多気筒の往復機関及び往復圧縮機のクランク軸などに拡張できる、クランク位相角πの２クランクピンクランク軸を採り上げて説明する。
舶用ディーゼル機関などでは、図１（ａ）に示すように、一体構造クランクスローのアーム部にクランクジャーナルを焼き嵌めしたクランク軸１Ｐが実用されている。前述のように、これは一体的クランク軸であり、機構の組立と保守点検整備は、クランク軸の組立と分解に依らず、クランクピン軸受と連接棒大端部を割型として対応している。
そして、これら機関などの高品質化のため従来機構に代えて使用する本機構では、同一ストロークにおいて後者は前者に比し、クランク半径が半減することを活かし、図１（ｂ）のように、クランクアームとクランクジャーナルの機能を併せ持つアームジャーナルにクランクピンの両端部を圧入して一体とするアームジャーナルクランク軸１Ｃに拠り、軸方向長さの低減と軸の高剛性化を図れるが、クランクピン及びその軸受と遊星歯車偏心盤の保守点検・整備は困難である。

そこで、これらの保守点検整備を容易にするため、アームジャーナルクランク軸１Ｃにおいて、アームジャーナルを組立式とし、クランクピンをクランク半径方向に着脱して、アームジャーナルとクランクピンの一体的結合と分解を可能とする、組立アームジャーナルクランク軸を考案している。
なお、本機構のクランク軸は、図１（ｂ）のように、クランクピンと、つぎの２種類のアームジャーナルで構成され、両アームジャーナルとクランクピンの結合構造は両者で同じである。
１） 機構外部と連結する軸部を備えた外部軸用アームジャーナル
２） 軸方向にクランクピンで挟まれる連結アームジャーナル
つまり、アームジャーナルクランク軸に基づく組立アームジャーナルクランク軸の発明とは、この結合構造を組立式とする発明である。
そこで、本明細書では、組立アームジャーナルクランク軸の説明として、クランク軸右側の外部軸用アームジャーナルとクランクピンの結合を採り上げて組立式アームジャーナルとクランクピンの結合構造を説明する。
この結合構造は、両組立アームジャーナルに共通なので、とくに必要な場合を除いて、外部軸用組立アームジャーナルの外部軸用を割愛して、以後、組立アームジャーナルと略記する。
なお、アームジャーナルとクランクピンを結合する嵌合部形状は、工具面形状などに拠る丸みなどへの言及は最小限とし、基本的な幾何学的形状で説明する。また、発明の本質でないので、説明を割愛するが、機構外部と連結する外部軸用アームジャーナルの軸部については、別部品としてアームジャーナルと一体結合させることができる。

０００８項に示した要件を満たす嵌合部形状１の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ１の構成、組立と分解などは、図２〜６のように、つぎの５項目に整理される。なお、図６では、嵌合孔部嵌合孔２ｃ１の形状を明確にするため、組立状態において三角楔５１を除いて示している。
１）クランクピン４１両端の嵌合軸部４ｂ１は、平面Ｓｔ１の逆テーパー角δ１の二面取りとし、その軸端を軸直角断面の長手方向に傾斜した平面で切り取った傾斜面Ｓｗ１とする。（以後、逆テーパー二面取り嵌合軸部４ｂ１という）
２）前記アームジャーナルの嵌合孔部嵌合孔は、傾斜面Ｓｗ１をクランク半径の向きに下がり勾配とした嵌合軸部４ｂ１と同一形状の周面とそれを軸方向に延長した傾斜面Ｓｗ1と係合する着脱用ねじ穴付きの三角楔本体５ａ１と円弧ばね５ｂ１（なお、円弧ばねは適切なばねの例示である）からなる三角楔５１を挿入するための軸直角底面の止まり孔とし、この嵌合孔を２ｃ１と表記する。
３）嵌合孔２ｃ１を備えたアームジャーナルは、図６のように、その嵌合孔底面外周の円弧と平面Ｓｔ１のクランク半径外交点Ｑ１を通るクランク半径直交平面と止まり孔の軸直角底面を含む平面（製作面から前者平面のみとしてもよい）で組立アームジャーナルキャップ２ｂ１と組立アームジャーナル本体２ａ１に分割し、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルト６を後者の取付孔を通し、後者の肉抜き部内でナット７により両者を組付けて組立アームジャーナル２１を構成し、その外筒面を組立アームジャーナル２１の軸受面とする。
４）組立アームジャーナル２１とクランクピン４１の一体的結合は、つぎの手順で行う。
ａ）三角楔５１を機能させずに、本体２ａ１の溝に、軸受とそれを介してクランクピンまわりに回転可能に搭載される部品を組み付けたクランクピンの嵌合軸部４ｂ１を、傾斜面Ｓｗ１がクランク軸心Ｏ1からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入する。
ｂ）三角楔本体５ａ１を、そのねじ穴にねじ込んだねじを介して押し込み、本体２ａ１の溝とクランクピン４１の平面部Ｓｔ1間に押圧を与えてから前記ねじを取り外して円弧ばね５ｂ１を挿入し、キャップ２ｂ１を前項のように組み付けて三角楔本体５ａ１の後端面を円弧ばね５ｂ１により押圧して楔効果を与えると共に円筒面部Ｓｃ１を締まり嵌めし、嵌合軸部４ｂ１を嵌合孔２ｃ１に結合する。
５）クランクピン４１と組立アームジャーナル２１の分解は、つぎのように組立の逆順で実施する。
ａ）本体２ａ１とキャップ２ｂ１の締結ナット７を取り外して、キャップ２ｂ１を取り外す。
ｂ）三角楔５１の円弧ばね５ｂ１を取り外し、ついで、三角楔本体５ａ１をそのねじ穴にねじ込んだねじを介して取り外して、嵌合軸部４ｂ１と本体２ａ１の結合を緩め、クランクピン４１をクランク半径方向に取り外す。
なお、嵌合部形状１では筒面と平面の交線が曲線となることから明らかなように、とくに嵌合孔２ｃ１における交線近傍嵌合面の製作は容易でない。
続いて、このように構成される組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ１の意義と機能などについて、００１０〜００１３項で述べる。

図３のように、連結組立アームジャーナル３１の２つの嵌合孔部はクランクピン半径及びクランク半径などに影響されない基本的な軸方向配置を示したが、強度上の問題を生じないかぎり軸方向長さＷを小さくすることが望ましく、このクランク半径とクランクピン半径の差が大きい場合、これら嵌合結合域を軸方向に重ね、このアームジャーナル幅Ｗを半減できる。

図３〜６のように、組立アームジャーナルキャップ２ｂ１と組立アームジャーナル本体２ａ１を、前者に立て後者の取り付け孔を通したスタッドボルト６とナット７により、後者の肉抜き部内で締結することにより、組立アームジャーナル２１の外周面をジャーナル軸の軸受面として使用できる。なお、この締結が肉抜き部内からボルトにより締結できる場合には、スタッドボルト６とナット７に代えてボルトで本体２ａ１とキャップ２ｂ１を締結しても良い。

これら組立アームジャーナル２１とクランクピン４１の組立は、０００９項の４）ａ）
で述べたように、嵌合軸部４ｂ１の本体２ａ１への挿入では三角楔５１を機能させず、挿入後に０００９項の４）ｂ）で述べたように、三角形楔５１により傾斜面Ｓｗ１を介して本体２ａ１に嵌合軸部４ｂ１の平面部Ｓｔ１を密着させ、その状態を維持して、本体２ａ１にキャップ２ｂ１をスタッドボルト６及びナット７で組み付けて、嵌合軸部４ｂ１の筒面部Ｓｃ１を止まり嵌めすると共に三角楔５１の後端面部を円弧ばね５ｂ１により押圧して楔効果を与える。
このように、嵌合軸部４ｂ１の挿入が容易で、平面部Ｓｔ１と筒面部Ｓｃ１を結合させるアームジャーナル２１とクランクピン４１を一体的結合させた組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ１は、組立と分解が容易で損傷も少なく、クランクピン負荷に耐え得るクランク軸となる。

前項に述べた嵌合部構成と０００９項の５）で述べたように、このクランクピン４１と組立アームジャーナル２１の分解は、前項と逆手順で実施できる。これは、０００７項で述べた、図１（ｂ）のアームジャーナルクランク軸１Ｃにおける両者の嵌合軸部と孔部の着脱のように、1) クランク軸を取り外して、軸方向にクランクピンを着脱しなくてはならない 2) 結合面の損傷を伴う などの問題は生じにくく、保守点検整備に適する。
これまで、一方の外部軸用組立アームジャーナル２１とクランクピン４１の結合を示してきたが、前述のように、他方の外部軸用及び連結組立アームジャーナルにおけるクランクピンと組立アームジャーナルの一体的結合と分解も同じである。

図７のように、嵌合部形状１と同様に、０００８項の要件を満たし、０００９項で述べた嵌合孔２ｃ１の製作性を改善するために考案した嵌合面形状２の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ２の構成、組立と分解などは、つぎの５項目に整理される。
なお、三角楔５２の構造は、三角楔５１と基本的に同じなので図示及び説明を割愛し、また、図７では、組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔２ｃ２の形状を明確にするため、組立状態において三角楔５２の図示を除いている。
１）クランクピン両端の嵌合軸部４ｂ２の周面は、その軸平面に対称な逆テーパー角δ２の矩形二面取りと、この矩形平面部Ｓｔ２のテーパーの付いた辺（以後、テーパー辺という）を母線とするクランクピン軸心回りの回転双曲面部Ｓｃ２とで囲まれた形を基本形状とし、その軸端を軸直角断面の長手方向に傾斜した平面で切り取った傾斜面Ｓｗ２とする。
しかし、この嵌合軸部４ｂ２周面と嵌合する嵌合孔２ｃ２周面の基本形状のうち回転双曲面部の製作は難しく、曲面そのものの変更を要する。
そこで、前述の基本形状に基づき、まず、嵌合孔２ｃ２の周面を定め、それに嵌合する嵌合軸部４ｂ２の周面をつぎのように定めている。
図７（ｅ）に示すように、この周面を、逆テーパー角δ２の円錐面工具軸心軌跡Ｌｇとして創成される、工具円錐面部（Ｇ2とＧ3の間の弧の部分）と工具円錐面の孔部２ｃ２軸心回りの包絡面よりなる円錐面部Ｓｃ２及び矩形二面取り平面部Ｓｔ２で構成する。
これに対応して、上述の嵌合軸部４ｂ２周面の基本形状をつぎのように変更する。
嵌合軸部の周面を逆テーパー角δ２の２種類の円錐面部Ｓｃ２と矩形二面取り平面部Ｓｔ２で構成し、その軸端を軸直角断面の長手方向に傾斜した平面で切り取った傾斜面Ｓｗ２とする。（以後、これを逆テーパー矩形二面取り嵌合軸部４ｂ２という）
２）前記アームジャーナルの嵌合部嵌合孔２ｃ２は、傾斜面Ｓｗ２をクランク半径の向きに下がり勾配とした嵌合軸部４ｂ２と同一形状の周面とそれを軸方向に延長し、傾斜面Ｓｗ２と係合する着脱用ねじ穴付きの三角楔本体５ａ２と円弧ばね５ｂ２（なお、円弧ばねは適切なばねの例示である）からなる三角楔５２を挿入するための軸直角底面の止まり孔とし、この嵌合孔を２ｃ２と表記する。
３）嵌合孔２ｃ２を備えたアームジャーナルは、図７のように、矩形平面部Ｓｔ２の上テーパー辺を通るクランク半径直交平面と止まり孔の軸直角底面を含む平面（製作面から前者のみとしてもよい）で組立アームジャーナルキャップ２ｂ２と組立アームジャーナル本体２ａ２に分割し、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルト６を後者の取付孔を通し、後者の肉抜き部内でナット７により両者を組付けて組立アームジャーナル２２を構成し、その外筒面を組立アームジャーナル２２の軸受面とする。
４）組立アームジャーナル２２とクランクピン４２の一体的結合は、つぎの手順で行う。
ａ）三角楔５２を機能させずに、本体２ａ２の溝に、軸受とそれを介してクランクピンまわりに回転可能に搭載される部品を組み付けたクランクピンの嵌合軸部４ｂ２を、傾斜面Ｓｗ２がクランク軸心Ｏ1からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入する。
ｂ）三角楔本体５ａ２を、そのねじ穴にねじ込んだねじを介して押し込み、本体２ａ２の溝とクランクピン４２の逆テーパー矩形二面取り嵌合軸部の平面部Ｓｔ２間に押圧を与えてから前記ねじを取り外して円弧ばね５ｂ２を挿入し、キャップ２ｂ２を前項のように組み付け三角楔本体５ａ２の後端面を円弧ばね５ｂ２により押圧して楔効果を与え、逆テーパー二面取り軸部４ｂ２を嵌合孔２ｃ２に結合する。
５）クランクピン４２と組立アームジャーナル２２の分解は、つぎのように組立の逆順で実施する。
ａ）本体２ａ２とキャップ２ｂ２の締結ナット７を取り外して、キャップ２ｂ２を取り外す。
ｂ）三角楔５２の円弧ばね５ｂ２を取り外し、ついで、三角楔本体５ａ２をそのねじ穴にねじ込んだねじを介して取り外して、嵌合軸部４ｂ２と本体２ａ２の結合を緩め、クランクピン４２をクランク半径方向に取り外す。
なお、嵌合部形状１の組立クランクアームジャーナルクランク軸１Ｂ１について述
べた００１０〜００１３項の内容は、このように構成される嵌合部形状２の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ２においても同様である。

図８のように、アームジャーナルを組立式とし、０００８項の要件を満たし、０００９項で述べた嵌合孔部嵌合孔２ｃ１及び００１４項で述べた３種類の面で構成される嵌合面をもつ嵌合孔２ｃ２より製作容易な円錐面部を嵌合面とする嵌合部形状３の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ３の構成、組立と分解などは、つぎの５項目に整理される。
なお、三角楔５３の構造は、三角楔５１と基本的に同じなので図示及び説明を割愛し、また、図８では、嵌合孔２ｃ３の形状を明確にするため、組立状態において三角楔５３の図示を除いている。
１）クランクピン両端の嵌合軸部は、半頂角が逆テーパー角δ３である円錐面部Ｓｃ３を周面とし、その軸端を円錐底面に傾斜した平面で切り取った傾斜面Ｓｗ３とする。（以後、逆テーパー円錐面嵌合軸部４ｂ３という）
２）前記アームジャーナルの嵌合部嵌合孔は、傾斜面Ｓｗ３をクランク半径の向きに下がり勾配とした嵌合軸部４ｂ３と同一形状の周面とそれを軸方向に延長した傾斜面Ｓｗ３と係合する着脱用ねじ穴付きの三角楔本体５ａ３と円弧ばね５ｂ３（なお、円弧ばねは適切なばねの例示である）からなる三角楔５３を挿入するための軸直角底面の止まり孔とし、この嵌合孔を２ｃ３と表記する。
３）嵌合孔２ｃ３を備えたアームジャーナルは、図８のように、クランク半径に直交する嵌合孔部２ｃ３の軸平面と止まり孔の軸直角底面を含む平面（製作面から前者平面のみとしてもよい）で組立アームジャーナルキャップ２ｂ３と組立アームジャーナル本体２ａ３に分割し、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルト６を後者の取付孔を通し、後者の肉抜き部内でナット７により両者を組付けて組立アームジャーナル２３を構成し、その外筒面を組立アームジャーナル２３の軸受面とする。
４）組立アームジャーナル２３とクランクピン４３の一体的結合は、つぎの手順で行う。
ａ）三角楔５３を機能させずに、本体２ａ３の溝に、軸受とそれを介してクランクピンまわりに回転可能に搭載される部品を組み付けたクランクピンの嵌合軸部４ｂ３を、前記傾斜面Ｓｗ３がクランク軸心Ｏ1からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入する。
ｂ）三角楔本体５ａ３を、そのねじ穴にねじ込んだねじを介して押し込み、本体２ａ３の溝と嵌合軸部４ｂ３間に押圧を与えてから前記ねじを取り外して円弧ばね５ｂ３を挿入し、キャップ２ｂ３を前項のように組み付けて三角楔本体５ａ３の後端面を円弧ばね５ｂ３により押圧して楔効果を与え、嵌合軸部４ｂ３を嵌合孔２ｃ３に結合する。
５）クランクピン４３と組立アームジャーナル２３の分解は、つぎのように組立の逆順で実施する。
ａ）本体２ａ３とキャップ２ｂ３の締結ナット７を取り外して、キャップ２ｂ３を取り外す。
ｂ）三角楔５３の円弧ばね５ｂ３を取り外し、ついで、三角楔本体５ａ３をそのねじ穴にねじ込んだねじを介して取り外して、嵌合軸部４ｂ３と本体２ａ３の密着を緩め、クランクピン４３をクランク半径方向に取り外す。
なお、嵌合部形状１の組立クランクアームジャーナルクランク軸１Ｂ１について述べ
た００１０〜００１３項の内容は、このように構成される嵌合部形状３の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ３においても同様である。
また、この嵌合は、従来のクランク軸１Ｐにおける筒面軸と筒面孔の圧入嵌合と同様に、嵌合面の摩擦でクランクピン軸心まわりの捩りを受けるため、強い捩りの場合には、嵌合面の摩擦損傷やすべりが懸念される。なお、嵌合部錐面に半月キーなどを埋め込むことができるが、強い捩りの場合には、その剪断変形が懸念される。

図９のように、アームジャーナルを組立式とし、０００８項の要件を満たし、クランクピン軸心まわりのねじりに摩擦で抗する００１５項で述べた嵌合孔部嵌合孔２ｃ３を改善した嵌合部形状４の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ４の構成、組立と分解などは、つぎの５項目に整理される。
なお、三角楔５４の構造は、三角楔５１と基本的に同じなので図示及び説明を割愛し、また、図８では、嵌合孔２ｃ４の形状を明確にするため、組立状態において三角楔５４の図示を除いている。
１）クランクピン両端の嵌合軸部周面は、クランク半径方向に長径の楕円の柱面母線と法平面内でその母線が逆テーパー角δ４をなす逆テーパー楕円柱面（以後、逆テーパー楕円柱面という）部を周面Ｓｃ４とし、その軸端を底面に傾斜した平面で切り取った傾斜面Ｓｗ４とする。（以後、逆テーパー楕円柱面嵌合軸部４ｂ４という）
２）前記アームジャーナルの嵌合部嵌合孔は、傾斜面Ｓｗ４をクランク半径の向きに下がり勾配とした嵌合軸部４ｂ４周面と同一形状の周面とそれを軸方向に延長し、傾斜面Ｓｗ４と係合する着脱用ねじ穴付きの三角楔本体５ａ３と円弧ばね５ｂ４（なお、円弧ばねは適切なばねの例示である）からなる三角楔５４を挿入するための軸直角底面の止まり孔とし、この嵌合孔を２ｃ４と表記する。
３）嵌合孔２ｃ４を備えたアームジャーナルは、図９のように、クランク半径に直交する嵌合孔２ｃ４の軸平面と止まり孔の軸直角底面を含む平面（製作面から前者平面のみとしてもよい。）で組立アームジャーナルキャップ２ｂ４と組立アームジャーナル本体２ａ４に分割し、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルト６を後者の取付孔を通し、後者の肉抜き部内でナット７により両者を組付けて組立アームジャーナル２４を構成し、その外筒面を組立アームジャーナル２４の軸受面とする。
４）組立アームジャーナル２４とクランクピン４４の一体的結合は、つぎの手順で行う。
ａ）三角楔５４を機能させずに、本体２ａ４の溝に、軸受とそれを介してクランクピンまわりに回転可能に搭載される部品を組み付けたクランクピンの嵌合軸部４ｂ４を、前記傾斜面Ｓｗ４がクランク軸心Ｏ1からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入する。
ｂ）三角楔本体５ａ４を、そのねじ穴にねじ込んだねじを介して押し込み、本体２ａ４の溝と嵌合軸部４ｂ４間に押圧を与えてから前記ねじを取り外して円弧ばね５ｂ４を挿入し、キャップ２ｂ４を前項のように組み付けて三角楔本体５ａ４の後端面を円弧ばね５ｂ４により押圧して楔効果を与え、嵌合軸部４ｂ４を嵌合孔２ｃ４に結合する。
５）クランクピン４４と組立アームジャーナル２４の分解は、つぎのように組立の逆順で実施する。
ａ）本体２ａ４とキャップ２ｂ４の締結ナット７を取り外して、キャップ２ｂ４を取り外す。
ｂ）三角楔５４の円弧ばね５ｂ４を取り外し、ついで、三角楔本体５ａ４をそのねじ穴にねじ込んだねじを介して取り外して、嵌合軸部４ｂ４と本体２ａ４の密着を緩め、クランクピン４４をクランク半径方向に取り外す。
なお、嵌合部形状１の組立クランクアームジャーナルクランク軸１Ｂ１について述べ
た００１０〜００１３項の内容は、このように構成される嵌合部形状４の組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ４においても同様である。

以上で述べたように、請求項１〜４に記載したいずれかの遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構とその応用により、先行技術文献で示されている、ディーゼル機関などの低速、ロングストローク、高圧、高効率、高寿命、環境対応に寄与できる特長を損なうことなく、ピストンの往復運動とクランク軸の回転運動を可逆的に変換する機構の組立性及び保守点検整備性を改善できる。
さらに、軸受における a) すべり速度の定速性 b) 軸受幅 c) 潤滑性、また、歯車におけるａ）内歯車かみあい ｂ）潤滑性 などから、軸受と歯車を強度、耐久性に優れたものとできることと併せ考えれば、請求項１〜４の組立アームジャーナルクランク軸のいずれかを用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構をロングストローク、低速、高圧の往復機関や往復圧縮機へ応用することは実用的と言える。

さらに、本発明の組立アームジャーナルクランク軸は、その実用性について実験的検討を要するものの、本機構の組立性及び保守点検整備という問題点の解決にとどまらず、従来機構で困難であったクランク軸の製作性、組立性、保守点検整備性などを向上させうることなど発展性を有するものと言える。

請求項１〜４記載したいずれかの遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構とその往復機関及び往復圧縮機などへの応用である。

実施例として、請求項４の遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構のひとつである単気筒組立アームジャーナルクランク軸遊星歯車偏心盤機構の基本構造を図１０に示している。
周知のように、この機構は、２または４ストロークの単及び多気筒往復機関及び往復圧縮機などに応用でき、機構の組立、分解及び保守点検整備が容易である。（先行技術文献 特許文献１、２及び非特許文献１〜３参照）

図１０の遊星歯車偏心盤機構のクランクピン軸受１５のこじれを低減するための実施例として、その遊星歯車偏心盤を、中央に偏心盤、その両側に遊星歯車を備えた複遊星歯車中央偏心盤とした請求項４の機構を図１１に示している。これは組立アームジャーナルクランク軸の特長を活かし遊星歯車偏心盤機構を発展させた機構で、組立アームジャーナルクランク軸複遊星歯車中央偏心盤機構と言える。なお、図１１は、２ストローク２気筒往復機関への応用のための機構の基本構造を示している。
周知のように、この機構は、２または４ストロークの単及び多気筒往復機関及び往復圧縮機などに応用できる。
この機構は組立、分解及び保守点検整備が容易であるだけでなく、クランクピン軸受のこじれを防ぎ伝動性能を高めることができる。（先行技術文献 特許文献１、２及び非特許文献１〜３参照）

クランク位相角πの２クランクピンクランク軸 （ａ）従来のクランク軸１Ｐ （ｂ）アームジャーナルクランク軸１Ｃ 両端の嵌合軸部が逆テーパー二面取りのクランクピン４１ （ａ）正面図 （ｂ）下面図 （ｃ）側面図 クランク位相角πの２クランクピン組立アームジャーナルクランク軸１Ｂ１ クランクピン逆テーパー二面取り嵌合軸部４ｂ１と嵌合する連結及び外部軸用組立アームジャーナルの嵌合孔部嵌合孔３ｃ１及び２ｃ１ （ａ）図３の矢視Ａ−Ａ （ｂ）図３の矢視Ｂ−Ｂ クランクピン逆テーパー二面取り嵌合軸部４ｂ１と外部軸用組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔２ｃ１の結合 （ａ）図３の矢視Ｂ−Ｂ （ｂ）断面 Ａ−Ａ （ｃ）三角楔 [拡大図] 正面図及び断面Ｄ−Ｄ クランクピン逆テーパー二面取り嵌合軸部４ｂ１と外部軸用組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔２ｃ１の結合（三角楔５１を除く）（ａ）正面図 （ｂ）断面 Ａ−Ａ （ｃ）断面 Ｂ−Ｂ （ｄ）嵌合軸部の立体図 クランクピン逆テーパー矩形二面取り嵌合軸部４ｂ２と外部軸用組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔２ｃ２の結合（三角楔５２を除く）（ａ）正面図 （ｂ）断面 Ａ−Ａ （ｃ）断面 Ｂ−Ｂ （ｄ）嵌合軸部の立体図（ｅ）断面Ｄにおける嵌合面の輪郭とその加工 クランクピン逆テーパー円錐面嵌合軸部４ｂ３と外部軸用組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔２ｃ３の結合（三角楔５３を除く）（ａ）正面図 （ｂ）断面 Ａ−Ａ （ｃ）断面 Ｂ−Ｂ （ｄ）嵌合軸部の立体図 クランクピン逆テーパー楕円柱面嵌合軸部４ｂ４と外部軸用組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔２ｃ４の結合（三角楔５４を除く）（ａ）正面図 （ｂ）断面 Ａ−Ａ （ｃ）断面 Ｂ−Ｂ （ｄ）嵌合軸部の立体図 単気筒往復機関に応用した組立アームジャーナルクランク軸遊星歯車偏心盤ハイポサイクロイド遊星歯車機構 （ａ）正面図の断面 （ｂ）矢視 Ａ−Ａ ２ストローク２気筒往復機関に応用した組立アームジャーナルクランク軸複遊星歯車中央偏心盤ハイポサイクロイド遊星歯車機構（ａ）正面図の断面 （ｂ）矢視 Ａ−Ａ

１ クランク軸
１Ｂｋクランクピン嵌合軸部がｋの組立アームジャーナルクランク軸
１Ｃ アームジャーナルクランク軸
１Ｐ 従来機構のクランク軸
２ 外部軸用組立アームジャーナル
２ｋ クランクピン嵌合軸部がｋの外部軸用組立アームジャーナル
２ａｋ クランクピン嵌合軸部がｋの外部軸用組立アームジャーナル本体
２ｂｋ クランクピン嵌合軸部がｋの外部軸用組立アームジャーナルキャップ
２ｃｋ クランクピン嵌合軸部がｋの外部軸用組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔
３ 連結組立アームジャーナル
３ｋ クランクピン嵌合軸部がｋの連結組立アームジャーナル
３ａｋ クランクピン嵌合軸部がｋの連結組立アームジャーナル本体
３ｂｋ クランクピン嵌合軸部がｋの連結組立アームジャーナルキャップ
３ｃｋ クランクピン嵌合軸部がｋの連結組立アームジャーナル嵌合孔部嵌合孔
４ クランクピン
４ｋ クランクピン嵌合軸部がｋのクランクピン
４ａｋ クランクピン嵌合軸部がｋのクランクピン軸受部
４ｂｋ クランクピン嵌合軸部がｋのクランクピン嵌合軸部
５ｋ クランクピン嵌合軸部がｋの三角楔
５ａｋ クランクピン嵌合軸部がｋの三角楔本体
５ｂｋ クランクピン嵌合軸部がｋの円弧ばね
６ スタッドボルト
７ ナット
８ 遊星歯車偏心盤／複遊星歯車中央偏心盤
８ａ 遊星歯車偏心盤の遊星歯車部／複遊星歯車中央偏心盤の遊星歯車部
８ｂ 遊星歯車偏心盤の偏心盤部／複遊星歯車中央偏心盤の偏心盤部
９ 静止内歯車
１０ 内歯車固定ボルト
１１ ピストン
１２ シリンダー
１３ シリンダーヘッド
１４ 偏心盤軸受
１５ クランクピン軸受
１６ 外部軸用組立アームジャーナル軸受
１７ 連結組立アームジャーナル軸受
１８ ケーシング
Ｃｊ シリンダ−軸心（ ｊ＝１,２ ｊは気筒番号、単気筒ではjを削除）
Ｏ１ クランク軸心
Ｏ２ｊクランクピン軸心（ ｊ＝１,２ jは気筒番号、単気筒ではjを削除）
Ｏ３ｊ 偏心盤軸心（ ｊ＝１,２jは気筒番号、単気筒ではjを削除）
Ｏ３Ｐj 従来機構のクランクピン軸心（ ｊ＝１,２は気筒番号）
Ｑｋ クランクピン嵌合軸部がｋの組立アームジャーナル接合面とその嵌合孔底面外周との交点
Ｓ 組立アームジャーナル本体と組立アームジャーナルキャップの接合面
Ｓｃｋ クランクピン嵌合軸部がｋのクランクピン嵌合軸部周面の曲面部
Ｓｔｋ クランクピン嵌合軸部がｋのクランクピン嵌合軸部周面の平面部
Ｓｗｋ クランクピン嵌合軸部がｋのクランクピン嵌合軸部端の傾斜面
ｅ クランク半径／偏心盤偏心量／遊星歯車の基準円半径
δｋ クランクピン嵌合軸部がｋの逆テーパー角／円錐半頂角
ω クランク角速度
添字ｋ クランクピン嵌合軸部が、ｋ=１は逆テーパー二面取り、ｋ=２は逆テーパー矩形二面取り、ｋ=３は逆テーパー円錐面、ｋ=４は逆テーパー楕円柱面に、それぞれ対応する
図中の部品番号は、とくに必要な場合を除き、ひとつの部品について記載する。また、周知の機能と構成の説明は割愛する。

Claims (4)

1. クランク軸のアーム周面をクランクジャーナル筒面とするアームジャーナルの嵌合孔部にクランクピン両端の嵌合軸部を一体的に結合しアームジャーナルとクランクピンを一体化するアームジャーナルクランク軸において、前記嵌合孔部を組立式としてクランクピンをクランク半径方向に着脱し前記の一体的結合とその分解を可能にする、下記４項目に示す組立アームジャーナルクランク軸を用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構。
   なお、この嵌合軸部周面の最大半径距離を、基本的にクランクピン半径とする。
   １）クランクピン両端の嵌合軸部は、その軸平面に対称な逆テーパー二面取りとし、その軸端を軸直角断面の長手方向に傾斜した平面で切り取った傾斜面とする。
   ２）前記アームジャーナルの嵌合孔部の嵌合孔は、前記傾斜面をクランク半径の向きに下がり勾配とした前項の嵌合軸部と同一形状の周面とそれを軸方向に延長し、前記傾斜面と係合する三角楔を挿入するための軸直角底面をもつ止まり孔とする。
   ３）前項の嵌合孔を備えたアームジャーナルを、その嵌合孔底面外周である円弧と直線のクランク半径外交点を通るクランク半径直交平面とその止まり孔底面を含む平面で分割した、組立アームジャーナルキャップと組立アームジャーナル本体を、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルトを後者の取付孔を通し、ナットにより後者の肉抜き部内で両者を組付けて、前記組立アームジャーナルを構成し、その外筒面を前記組立アームジャーナルの軸受面とする。
   ４）前記の一体的結合は、前記組立アームジャーナル本体の溝に、前記クランクピン嵌合軸部を、その傾斜面がクランクの軸心からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入し、ついで、前記三角楔の着脱用ねじ穴付き本体とその後端に円弧ばねを挿入し、前記組立アームジャーナルキャップを前項のように組み付けて楔効果を与えて、前記の組立アームジャーナルの嵌合孔とクランクピン嵌合軸部を結合する。
   この一体的結合の分解は、上記の逆順で実施する。
2. クランク軸のアーム周面をクランクジャーナル筒面とするアームジャーナルの嵌合孔部にクランクピン両端の嵌合軸部を一体的に結合しアームジャーナルとクランクピンを一体化するアームジャーナルクランク軸において、前記嵌合孔部を組立式としてクランクピンをクランク半径方向に着脱し前記の一体的結合とその分解を可能にする、下記４項目に示す組立アームジャーナルクランク軸を用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構。
   なお、この嵌合軸部周面の最大半径距離を、基本的にクランクピン半径とする。
   １）クランクピン両端の嵌合軸部は半頂角が逆テーパー角である２種類の円錐面部と矩形二面取り平面部でその周面を構成し、その軸端を軸直角断面の長手方向に傾斜した平面で切り取った傾斜面とする。
   ２）前記アームジャーナルの嵌合部の嵌合孔は、前記傾斜面をクランク半径の向きに下がり勾配とした前項の嵌合軸部と同一形状の周面とそれを軸方向に延長し、前記傾斜面と係合する三角楔を挿入するための軸直角底面をもつ止まり孔とする。
   ３）前項の嵌合孔を備えたアームジャーナルを、その嵌合孔底面外周である円弧と直線のクランク半径外交点を通るクランク半径直交平面とその止まり孔底面を含む平面で分割した、組立アームジャーナルキャップと組立アームジャーナル本体を、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルトを後者の取付孔を通し、ナットにより後者の肉抜き部内で両者を組付けて、前記組立アームジャーナルを構成し、その外筒面を前記組立アームジャーナルの軸受面とする。
   ４）前記の一体的結合は、前記組立アームジャーナル本体の溝に、前記クランクピン嵌合軸部を、その傾斜面がクランクの軸心からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入し、ついで、前記三角楔の着脱用ねじ穴付き本体とその後端に円弧ばねを挿入し、前記組立アームジャーナルキャップを前項のように組み付けて楔効果を与えて、前記の組立アームジャーナルの嵌合孔とクランクピン嵌合軸部を結合する。
   この一体的結合の分解は、上記の逆順で実施する。
3. クランク軸のアーム周面をクランクジャーナル筒面とするアームジャーナルの嵌合孔部にクランクピン両端の嵌合軸部を一体的に結合しアームジャーナルとクランクピンを一体化するアームジャーナルクランク軸において、前記嵌合孔部を組立式としてクランクピンをクランク半径方向に着脱し前記の一体的結合とその分解を可能にする、下記４項目に示す組立アームジャーナルクランク軸を用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構。
   なお、この嵌合軸部周面の最大半径距離を、基本的にクランクピン半径とする。
   １）クランクピン両端の嵌合軸部は、半頂角が逆テーパー角である円錐面部を外周面とし、その軸端を軸直角断面と傾斜した平面で切り取った傾斜面とする。
   ２）前記アームジャーナルの嵌合孔部の嵌合孔は、前記傾斜面をクランク半径の向きに下がり勾配とした前項の嵌合軸部と同一形状の周面とそれを軸方向に延長し、前記傾斜面と係合する三角楔を挿入するための軸直角底面をもつ止まり孔とする。
   ３）前項の嵌合孔部を備えたアームジャーナルを、その嵌合孔軸心を含むクランク半径直交平面と止まり孔底面を含む平面で分割した、組立アームジャーナルキャップと組立アームジャーナル本体を、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルトを後者の取付孔を通し、ナットにより後者の肉抜き部内で両者を組付けて、前記組立アームジャーナルを構成し、その外筒面を前記組立アームジャーナルの軸受面とする。
   ４）前記の一体的結合は、前記組立アームジャーナル本体の溝に、前記クランクピン嵌合軸部を、その傾斜面がクランクの軸心からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入し、ついで、前記三角楔の着脱用ねじ穴付き本体とその後端に円弧ばねを挿入し、前記組立アームジャーナルキャップを前項のように組み付けて楔効果を与えて、前記の組立アームジャーナルの嵌合孔とクランクピン嵌合軸部を結合する。
   この一体的結合の分解は、上記の逆順で実施する。
4. クランク軸のアーム周面をクランクジャーナル筒面とするアームジャーナルの嵌合孔部にクランクピン両端の嵌合軸部を一体的に結合しアームジャーナルとクランクピンを一体化するアームジャーナルクランク軸において、前記嵌合孔部を組立式としてクランクピンをクランク半径方向に着脱し前記の一体的結合とその分解を可能にする、下記４項目に示す組立アームジャーナルクランク軸を用いた遊星歯車偏心盤方式ハイポサイクロイド遊星歯車機構。
   なお、この嵌合軸部周面の最大半径距離を、基本的にクランクピン半径とする。
   １）クランクピン両端の嵌合軸部は、クランク半径方向に長径をもつ楕円の柱面母線と法平面内でその母線が逆テーパーをなす逆テーパー楕円柱面（以後、逆テーパー楕円柱面という）部を周面とし、その軸端を軸直角断面と長手方向に傾斜した平面で切り取った傾斜面とする。
   ２）前記アームジャーナルの嵌合孔部の嵌合孔は、前記傾斜面をクランク半径の向きに下がり勾配とした前項の嵌合軸部と同一形状の周面とそれを軸方向に延長し、前記傾斜面と係合する三角楔を挿入するための軸直角底面をもつ止まり孔とする。
   ３）前項の嵌合孔を備えたアームジャーナルを、その嵌合孔軸心を含むクランク半径直交平面と止まり孔底面を含む平面で分割した、組立アームジャーナルキャップと組立アームジャーナル本体を、このクランク半径直交平面を接合面として、前者に立てたスタッドボルトを後者の取付孔を通し、ナットにより後者の肉抜き部内で両者を組付けて、前記組立アームジャーナルを構成し、その外筒面を前記組立アームジャーナルの軸受面とする。
   ４）前記の一体的結合は、前記組立アームジャーナル本体の溝に、前記クランクピン嵌合軸部を、その傾斜面がクランクの軸心からクランク半径の向きに下がり勾配となるように挿入し、ついで、前記三角楔の着脱用ねじ穴付き本体とその後端に円弧ばねを挿入し、前記組立アームジャーナルキャップを前項のように組み付けて楔効果を与えて、前記の組立アームジャーナルの嵌合孔とクランクピン嵌合軸部を結合する。
   この一体的結合の分解は、上記の逆順で実施する。
   

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