JP2555119B2 - 球形ハウジング内にて回転駆動されるピストンを有する動力変換機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の技術分野 本発明は、球形ハウジング内にて回転駆動される一対
の互いに向い合う独立的作動の複動ピストンを有し、且
つ前記ピストンは球形ハウジングの中央にて共通のバブ
部を介して互いに堅固に結合されており、且つ前記ピス
トンは、中央に配置されて横断方向に延在しピストンの
ハブ部により局部的に貫通されている仕切り板の両側に
配置されており、且つ前記ピストンは球形ハウジングの
内部にて第一の軸の周囲を回転可能なように各々の回転
ピンをもって正反対の両端で少なくも各ピストンにとっ
て非対称に取り付けられている動力変換機に関する。

2.従来技術の説明 ノルウェーの特許明細書第810691号から、上記に類し
た動力変換機は知られている。球形ハウジング内の固定
された共有仕切り板の両側にて回転させられる二つの向
い合って配置され互いに密着した円錐台形状のピストン
が提案されている。更に詳細には、ピストンと仕切り板
との間のローラ構造体の両側に、容積増加と容積減少と
を交互に行なう一対の作動室がピストンの間のスライド
板（ハブ部）と各ピストンとにより郭定される。このも
のは、固定仕切り板のシールされたスロット内にて傾斜
可能であり且つピストン同士を結合しているスライド板
に依存している。

発明の概要 本発明の目的とするところは、構成上及び実益上の観
点から、簡潔にして一層容易に適用し得る解決手段であ
る。特に、仕切り板に対するピストンの回転運動と、相
互に結合しているスライド板の軸方向滑動とを回避し、
その代りに、一層容易に制御し得るピストンの周回運動
と、ピストンと仕切り板との間を一層容易にシールし得
る接続とを使用し得る解決手段を与えることを目的とす
る。

本発明の動力変換機の特徴は、各ピストンがそれ自体
は公知の球のセグメントの形状を有し、前記各ピストン
は、その外方部分は前記ピストンの球のセグメントの球
面にて終端され内方部分はハブ部を介して互いに接続さ
れている対向して配置されたピストン面を具備し、且
つ、同等な円筒周縁状の仕切り壁表面に対する軸受面を
形成している中間ハブ部の円柱周縁状表面を具備し、仕
切り板は球形ハウジングの中心にて第一の軸と交差して
いるもう一つの軸の周囲を回転可能なようにして前記球
形ハウジング内に取り付けられており、且つ、前記仕切
り板は前記各ピストンに対する円筒周縁軸受面を備えた
軸受部と、前記ピストンの前記ハブ部の両端軸受面に対
応する端部軸受面とを前記ピストンの前記ハブ部の向い
側に設けられていることである。

英国特許明細書第1,259,801号及び第1,549,269号か
ら、球のセグメント状したピストンの球面により外方部
分を終端された対向する面を具備する球セグメント形状
のピストンを与える解決法は公知である。それらのピス
トンは、独立的に作動する二つの作動室をピストン自身
の間に郭定する。

本発明に従って回動可能に設けられた仕切り板を使用
することにより、仕切り板とピストンとの間に、簡潔に
して一層効果的な協力関係を純粋に機構的に獲得し得
る。特に仕切り板が、ピストンと共同の或る種の運動と
ピストンに対する他の運動として関与し得るので、ピス
トンと仕切り板との強制的に制御された複合的且つ相対
的な運動により各作動室内にて容積の変更が達成され得
る。更に詳細には、ピストンと仕切り板の表面とが互い
に強制的に制御されて球形ハウジングの内面に対して共
同で運動すると同時に、ピストン面と仕切り板の両面と
が相互に接近し、また離れる方向へと傾斜させられる。

本発明に従って球のセグメント状のピストン及び傾斜
可能なようにしてピストンに取り付けられた仕切り板と
を使用することにより、ピストン面と仕切り板の等しい
両面とは、圧縮条件、入口と出口と必要によりバルブ付
開口部との開放と閉鎖その他を適合させるため、必要に
応じて、最も良く各条件に適合し得るように形状を変更
して設計されることが可能となった。例えば、前記の面
は、平面であってもよく、また或いは、仕切り板とピス
トンとの厚さを局部的に増減させることにより幾分湾曲
させた任意の同等な形状であってもよい。

本発明により、仕切り板及びピストンの寸法と、ピス
トン・ピンの回転軸（前記第一の軸）とピストンの傾斜
軸（ハブ軸）との間の角度とにより定まる作動室容量の
一式を揃えることも可能となろう。

本発明によれば、二つのピストンとそれに協力する仕
切り板とにより、360゜回転する間に四つの作動室の各
々において二つの連続する作動サイクルが成し遂げら
れ、それらは（例えば２サイクル燃焼機関の）吸入工程
と排出工程とに相応し、また（４サイクル燃焼機関の）
四つの作動工程の、該当する作動工程に相対する。前述
の軸相互間角度が例えば35゜であるならば、機械の四つ
の作動室の各々において各ピストンの（揺動）角運動量
は合計140゜（４×35゜）となり、従って四つの全ての
ピストンの角運動量の総計は560゜となる。本発明の一
実施例による本質的利点は、各作動サイクルが180゜の
回転角にて達成され、そのほぼ半分の回転角（約90゜）
は吸入工程に使用され、他方のほぼ半分の回転角（約90
゜）は排出工程に使用され得ることである。同様に、他
の応用分野（例えば４サイクル燃焼機関）における利点
は、各作動サイクル（四つの工程Ｉ乃至IV）が360゜の
回転角により達成され、そのほぼ半分の回転角は二つの
工程（例えば、工程Ｉ及びII）に使用され、他方のほぼ
半分の回転角は他の二つの工程（例えば、III及びIV）
に使用され得ることである。その上、最後に述べた用例
においては、隣り合う二つの作動室が二つの連続した作
動工程を順に実行するという利点がある。同一の軸に取
り付けた二つのモータ・ユニットを使用することによ
り、四つの全作動工程（Ｉ乃至IV）を、連合した作動室
に一つずつ順次に実行させることができる。

本発明によれば、この様にして（２サイクル燃焼機関
又は他のモータもしくは機関において）、二つの作動室
における効果的な吸入工程制御を行なうと同時に残余の
二つの作動室における効果的な排出工程制御をも同様に
して行なうことができる。互いに連続的な吸入工程と排
出工程とを含む180゜の作動工程（球形ハウジング内に
おける180゜の回転）の後に、同様な吸入工程と排出工
程とを含む更に180゜の同様な作動工程が達成される。
もし必要ならば、各作動室の各作動工程における容量を
変更するため、前記二軸間の角度は前記の35゜よりも大
きめもしくは小さめの角度に設定されてよい。

共にクランクシャフトにより貫通されているピストン
と該ピストンの共通のハブ部とが純粋に機構的手段によ
り与えられており、前記クランクシャフトは内部に回転
軸受とスラスト軸受とを有するピストンの内部に第三の
回転軸にて回転可能なようにして設けられ、更に前記ク
ランクシャフトは、従来の方法にて前記回転ピンに堅固
に結合されている。

この様にして、共通な貫通クランクシャフト上へのピ
ストンと共同ハブ部との設置が効果的に行なわれ、クラ
ンクシャフトとピストンとの間にある軸受部における潤
滑剤の効果的貫流も可能となる。同時に、球形ハウジン
グ内における潤滑剤通路と各作動室のと間の効果的シー
ルが、容易な方法にて保障され得る。

本発明の本質的利点は、ピストンと、ピストンに共同
する共通なクランクシャフトとが共に密接な回転体を形
成することであり、該回転体は球形モータ・ハウジング
・チャンバの内部にて回転可能であり、すなわち、モー
タ・ハウジング・チャンバのすぐ外側のモータ・ハウジ
ング内に回転可能に設けられた二つの軸ジャーナルの間
にて回転可能である。本発明のもう一つの優位点は、仕
切り壁もまた回転体形状にしてモータ・ハウジング・チ
ャンバのすぐ外側モータ・ハウジング内に回動可能に設
置され、前記モータ・ハウジング・チャンバ内にて傾斜
可能なことである。ピストンの回転運動により、正確に
制御された方法にて仕切り壁の傾斜運動を強制的に制御
し得るので、ピストンと仕切り壁とのいずれを阻害する
力をも回避し得る。また、前記の各部材を、とりわけコ
ンパクトに、すなわち大きな体積効率をもって小さな空
間に形成し得る。その上、部材相互間のはめあい公差を
最小とし且つ精密に係合させることにより、摩擦を最小
とすることができる。

本発明に従って（ノルウェー特許明細書第810691号の
解決法による270゜に対し）180゜の作動サイクルを有す
ることにより、小数の弁を用いた、或いは弁を用いな
い、入口と出口との場合によりその他の機器とを簡潔且
つ一層有益に配置する共に、弁及びその他の機器を簡潔
且つ一層効果的に制御するようにした極めて簡潔な構成
が実現される。加えて、所要箇所は比較的容易にシール
され得る。

本発明による機械は、相対的に高い効率と小さな体積
とそれによる小さな所要空間とのお陰で、目的を異にす
る多くの用途に用いられ得る。例えば、この機械はコン
プレッサ、ポンプ、空気圧又は水圧モータ、ピストン蒸
気機関、スターリング・モータ等の様式にて使用されて
よい。かかる場合には、入口と出口とは各々、弁又は他
の制御機器を使用することなく、球形ハウジングに対す
るピストンと仕切り板とのそれぞれの運動により制御さ
れてよい。

機械が４サイクル燃焼機関の様式である場合には、排
気口と掃気口とは、部分的には独立の弁により制御され
てよく、また部分的には、仕切り板とピストンとのそれ
ぞれによる開口部の遮蔽、開放により、仕切り板とピス
トンとのそれぞれにより制御されてよい。この様にして
幾つかの工程において、排気口と掃気口との少なくとも
開放維持と閉鎖維持とが各々弁にて制御されてよく、一
方、その全体の中での掃気と排気との時期と機関とは仕
切り板とピストンとの各々の運動により制御されてよ
い。

機械がスターリング・モータの洋式である場合には、
機械は、各々の軸を共通に接続された二つのモータ・ユ
ニットから成っていてよく、一方のモータ・ユニットは
加熱装置と連合しているのに対し地方のモータ・ユニッ
トは冷却装置と連合しており、また、冷却装置と加熱装
置との間の共通軸の周囲には熱交換器が配置されていて
よい。こうして、高い体積効率を有して緻密に小型化さ
れたモータを実現し得る極めて有益な解決法が、固別的
要領にて与えられる。このことは、この機械、すなわち
スターリング・モータに一連の異分野における広大な用
途を拓かしめる。

最後に述べたケースにおいて、前記二つのモータ・ユ
ニットがモータ・ユニット相互の作動工程を調節するた
め角度調節装置を介して互いに接続されており、該調節
装置は調節弁により制御され且つ流体により作動させら
れる回転ピストン装置の様式であってよく、前記調節装
置は一対のモータ・ユニットを二つの互いに反対な回転
方向に回転させてモータの出力を制御すべく共通回転軸
についてのモータ・ユニット相互の回転により調節され
ることが提示される。

本発明の尚一層の特徴は、添付図面との関連を有する
以下の説明から明らかとなろう。

図面の説明 第１図は、一方の外側位置にて描かれたピストンと該
ピストンの中央を通る共通クランクシャフトとを具備す
るコンプレッサの様式にて描かれた本発明の機械の縦断
面図、 第２図は、第１図と同じピストン位置を有する第１図
の機械の、第１図の切断面とは直角に切断面にて描かれ
た一部断面側面図、 第３図は、第２図に描かれた位置からクランクシャフ
トが45゜回転した後の機械の一部断面側面図、 第４図は、第３図に描かれたのと同じ角位置のピスト
ンと、ピストンの中央を貫通させた共通クランクシャフ
トとの断面図、 第５図は、三段膨脹ピストン蒸気機関の様式での本発
明による機械を概略的、 第６図は、第５図の機械の詳細を示した断面図、 第７図は、八室スターリング・モータの様式における
本発明の機械を示した概略断面図、 第８図及び第９図は第７図によるスターリング・モー
タのための調節装置を示した断面図、 第10図及び第11図は４サイクル燃焼機関の様式におけ
る本発明の機械を示した断面図、第12図は、第10図及び
第11図の機械の四つの作動室の各々における四つの作動
工程を概略的に示した図である。

好ましい実施例の説明 第１図乃至第４図には、本実施例では気相媒質圧縮用
コンプレッサの様式と液相媒質汲み上げ用ポンプの様式
にて各々図示されている動力変換機が示されている。或
いはまた、この機械は、それぞれ気相もしくは液相の圧
力媒質により駆動される空気圧モータまたは水圧モータ
としても使用されてよい。

同様な二つの主たる構成要素10a,10bから成る球形ハ
ウジング10が図示されている。ハウジング内部に球状の
空間13が形成されるようにして、構成要素10a,10bは、
締結孔11aとそこへ組み付けられた締結ボルト12とを以
て、相等しいフランジ部11で接合されている。

ハウジングの各構成要素10a,10bには、そのフランジ
部11の反対側の端部にスリーブ状軸受部14が設けられて
いる。軸受部14の中には、第１図に示されている如く一
対の組み合わされた回転スライドバアリング15,16があ
り、その中にクランクシャフト18の一部を形成する回転
ピン17a,17bが回転可能に貫設されている。クランクシ
ャフト18は、ハウジング10に結合した軸受部14を貫通す
る。クランクシャフト18の主要部18aは、回転ピン17a,1
7bに堅固に結合されている。図示の実施例においては、
回転ピンとクランクシャフト18の主要部18aとは単一構
造物をなしている。クランクシャフトの主要部18aと回
転ピンとの間の遷移域にはカラー部19があり、ガスケッ
ト20を介して、軸受部14に対するシールを形成してい
る。クランクシャフト18の主要部18aは、最小の直径d1
を有する中央の円柱状軸部21と、それに続く中位の直径
d2を有する一対の対向するハブ部22と、それに続く最大
の直径d3を有するもう一対の対向する球状シェル部23と
からなる。

クランクシャフト18は回転ピン17a,17bの中心とハウ
ジング10の中心を通る第一回転軸ｘ−ｘの周りを回転し
得るようにして据え付けられており、一方、クランクシ
ャフトの主要部18bは図示の実施例では軸ｘ−ｘに対し
て35゜の角度をなしている主要部軸ｙ−ｙを有してい
る。クランクシャフトの主要部18aは段付きの内腔25を
有するピストン構造体24の中に回転可能に設けられてお
り、その内腔25は、ブッシュ26,27を介在させて確実な
嵌め合いのもとに主要部18aを受けいれる。各々の球状
シェル部23とピストン構造体24との間のシール28,29に
て示されており、また、ピストン構造体24の球状端面32
とハウジング10の球状内面33とハブ部22の球状内面34と
の間のシールが30,31にて示される。回転ピン17aと、ハ
ブ部22と、球状シェル部23と、クランクシャフトの主要
部18aとピストン構造体の孔25との間の環状間隙と、そ
れに加えてクランクシャフトの他端の球状シェル部とハ
ブ部と回転ピン17aとを経由する貫通路35が示されてい
る。

ピストン構造体24は二つの向い合うピストン36とその
中間にある共通のハブ部37とから成り、一体のユニット
を構成している。より詳細には、ピストン構造体24は半
分ずつの要素として製造され（軸ｙ−ｙに沿い且つ第１
図の紙面に直角に分割される）、ねじボルトもしくは類
似の開放可能な締結手段にて、これ以上は示されない手
法をもて締形される。これにより、ピストン構造体はク
ランクシャフトの外側の位置に迅速に設置され得る。

各ピストン36は、第１図の紙面に直角な平面の形で図
示されている二つの向かい合うピストン面36a,36bを備
えている。中間ハブ部37は、互いに向かい合う同等な円
柱シール面37a,37bを備えている。ハブ部37は第１図の
紙面を貫く方向にピストン36よりも短めの寸法を有して
おり、その両端には、仕切り板40の対向するハブ部38,3
9の同等なラジアル・シール面を軸方向に押しているラ
ジアル・シール面を備えている（第２図参照）。ピスト
ン構造体のハブ部は仕切り板40の中央に穿たれたスロッ
ト内の凹状シール面41a,41bに当接するシール面37a,37b
によってシールを形成するようにして仕切り板40内の貫
通スロット内に配置されていることが第１図から明らか
である。

仕切り板40はその球面側縁部に、軸ｚ−ｚに関して互
いに押し合っているフランジ部の内部のそれぞれの空腔
内に組み込まれた軸受スリーブ44,45に回転可能に取り
付けられた二つの向かい合うピボット・ピン42,43を具
備している。仕切り板は、球のセグメント形状の二つの
相対する円板部46,47を具備しており、それらは前記の
ハブ部38,39（第２図参照）により互いに接続されてい
る。組立て上の理由により、仕切り板40は（図示しない
が）第１図の紙面に平行な二つの部分に分割されてい
る。

第１図にはピストン36が各々の外側位置にて示されて
おり、その位置において、ピストン表面36bと仕切り板
表面47b,46bとの間の最大容積を有する作動室48a,49a
が、仕切り板40の両側に形成される。同様にして、（第
３図に示された如く）ピストン表面36aと仕切り板表面4
7b,46aとの間の最小容積を有する作動室48b,49bが、仕
切り板40の両側に形成される。

第２図には、二つのハウジング構成要素10a,10bの接
合部付近のハウジング10の球状内面に（中心をはさんで
互いに向き合って）配置された二つの入口のうちの一つ
が、破線50aにより示されている。同様にして、二つの
ハウジング構成要素10a,10bの接合部付近のハウジング1
0の球状内面に配置された二つの出口のうちの一つが、
破線50bにより示されている。第２図には、第２図にお
いては省略されたハウジング10の前壁の内側の仕切り板
40のピボット・ピン42の両側にそれぞれ配置された一つ
の入口50aと一つの出口50bとが示されており、また、一
方、同等な開口部50a,50bが、第２図のハウジング後壁
のもう一つのピボット・ピン43の両側にそれぞれ同様な
要領にて配置されている。第２図に示された位置におい
ては、組み合せられる四つの開口部は仕切り板40の球状
端面46c（47c）により覆い隠されている。仕切り板40が
第２図に示された位置から外れて揺動するにつれて（こ
れはピストン36とハブ部37とに結合されたクランクシャ
フト18が軸ｘ−ｘの周りを矢印P1により示された回転方
向に回転することにより惹き起こされる）各開口部50a,
50bはそれぞれの作動室48a,48b,49a,49bと連結可能とな
ろう。

第３図においては、ピストン36と仕切り板40とは、二
つの外側位置の中間の位置、すなわちピストン36が軸ｘ
−ｘの周りを90゜回転しそれに応じて仕切り板40が軸ｚ
−zbの周りを強制的に35゜傾斜させられた後の位置にて
示されている。第３図に示された中間的位置において
は、仕切り板40の端部球面47c（46c）と各ピストン36の
端部球面36cとの間に露出域51,52がある（傾線で示
す）。領域51,52は仕切り板40と各ピストン36との動き
により共同で制御されることが第３図より明らかであろ
う。第２図に示された位置から第３図に示された位置に
至るまでに、作動室48a（49a）の容積は減少し、一方、
作動室48b（49b）の容積は増加しよう。

ピストンが第３図の位置から他の外側位置へと移る間
に、仕切り板40は、矢印P3にて示された傾斜方向に傾く
ことにより第２図に示された仕切り板の始動位置へと向
けて戻る。仕切り板のこの逆方向傾斜により、第１図及
び第２図に示された始動位置からピストン構造体が180
゜回転したとき以降は、作動室48a（49a）は（第２図に
示された作動室48bと同様に）容積が最小へと向けて縮
小し続け、一方、それに対応して作動室48b（49b）は最
大へと向けて容積を増加させ続ける。その後、第１図と
第２図の始動位置へと戻る360゜回転の後半の180゜をピ
ストンが通過する間に、作動室48a（49a）はその新しい
同様なサイクルの間に容積が増加し、それに伴って作動
室48b（49b）の容積は減少する。この360゜の回転を通
じて各作動室48a,48b,49a,49bは、作用媒質の入口と出
口と（又は出口と入口と）を有する完全密閉型作動サイ
クルを、すなわち二つずつ対になって交互に作動するそ
れら四つの容積の等しいことを保障する。第４図には二
つのパイプ・スタブ53,54が示されており、その各々は
ハウジング構成要素10a,10bのフランジ部11の壁を経由
して、詳しくは示されていない要領にて、ハウジング10
のそれぞれ組み合せられた入口と出口とに連絡する。中
心を挟んで向かい合うハウジングの壁部に更にもう二つ
のパイプ・スタブが同様にして配置され、そこへ残余の
二つの開口部（入口と出口）が接続される。

図示の実施例において、第１図乃至第４図では本発明
は、気相もしくは液相の作用媒質を取り扱うコンプレッ
サまたはポンプの様式にて示されている。しかしながら
本構成は、既に言及した如く、気相もしくは液相の作用
媒質により駆動される空気圧モータまたは水圧モータの
様式にて一層好適に使用され得る。図示の実施例とし
て、共同する付加的装置を伴う多様な異った機械様式が
以下に述べられるが、主要な構成要素に関しては第１図
乃至第４図の実施例による主たる構成要素と同様であ
る。

第５図に示された第二実施例は、直列に接続された三
つの蒸気圧モータ61,62,63を備えた、三段膨脹型のピス
トン式蒸気圧機関60を示す。モータ61は二本の並列蒸気
供給管64a,64bを経由して蒸気ボイラ64から生蒸気を供
給され、モータ61からの排出蒸気は二本の並列蒸気管65
a,65bを経由してモータ62へと供給され、モータ62から
の排出蒸気は二本の蒸気管66a,66bを経由してモータ63
へと供給され、モータ63からの排出蒸気は二本のパイプ
67a,67bを経由して蒸気凝縮器68へと供給される。パイ
プ68aを経由して凝縮器68からカスケード・タンク69へ
凝縮水が供給される。二本の枝管70a,70bに分岐してい
るパイプ70が、カスケード・タンク69から四室フィード
・ポンプ71へと通じている。二本の枝管72a,72bが、フ
ィード・ポンプ71から蒸気ボイラ64へと通じている。

モータ61,62,63の各々とフィード・ポンプ71とは、そ
れぞれ第６図及び第１図乃至第４図に示された普遍的構
成に対応する。

第６図に、二つの断片からなるハウジング10の一片10
aが示されている。仕切りは、第１図乃至第４図の構成
に関連して述べられたものと一致する。それぞれハウジ
ング片の内面との関連を有して第１図乃至第４図の仕切
り板に相当する仕切り板40の動きにより制御されるとと
もに第１図乃至第４図のピストンに相当するピストン36
により制御されて付加的なバルブを使用することなく開
閉される、中心を挟んで互いに向かい合う一対の入口50
aと、その中間にある、中心を挟んで互いに向かい合う
一対の同様な出口50bとがハウジング内に示されてい
る。仕切り板40は、第１図乃至第４図のピボット・ピン
に関して示されたと同じ要領にて、ピボット・ピン42,4
3の周りを旋回可能なようにしてハウジング10の内部に
設置される。仕切り板40とピストン36との構成と作動方
式とは、第１図乃至第４図の仕切り板40とピストン36と
に関して述べられたところと同様である。

第７図には、作用媒質がそれぞれ異なった温度水準に
て圧縮され且つ膨脹させられて熱回収する、密閉式再生
回路を有する八室スターリング・モータもしくはスター
リング・エンジンの様式にて本発明による機械が示され
ている。このスターリング・モータもしくはスターリン
グ・エンジンは、必要ならばモータ、ヒートポンプ、圧
力発生装置、冷却装置等として構成され得る。図示の実
施例においてこのスターリング・モータは、外部燃焼も
しくは他の外部加熱を伴い且つ同様の外部冷却を伴うモ
ータとして使用されるよう企画されている。

軸受88,89a,89b,90を介して共通の駆動軸に結合され
ており且つ直列に接続されている二つのモータ・ユニッ
ト85,86の概略の構成が示されている。一つのモータ・
ユニット85は冷却装置91（その外形が実線で示されてい
る）によって取り囲まれており、従ってもう一つのモー
タ・ユニットは加熱装置92（その外形が実線で示されて
いる）により取り囲まれている。モータ・ユニット85,8
6の間の連結軸93（破線により示されている）とそれに
共同する軸受89a,89bは、熱交換器又は通常の畜熱器94
（その外形が実線で示されている）により取り囲まれて
いる。

本発明による解決法に従って、一方の冷却されたモー
タ・ユニット85は独立した四つのチャンバ（そのうちの
二つのチャンバ85a,85bのみが第７図に示されている）
を持ち、他方のモータ・ユニット86は独立した四つのチ
ャンバ86a,86b,86c,86dを持つように配置されている。
二つのモータ・ユニット85,86の間に、独立した四つの
誘導路95a,95b,95c,95dが示されている。更に詳細に
は、一方のモータ・ユニットの四つのチャンバの各々
は、それぞれの前記通路を経由して他方のモータ・ユニ
ットの各自に対応するユニットに接続されている。この
ようにして、二対の複動ピストン、すなわち各モータ・
ユニットに二つずつの複動ピストンを備えた配置が実現
される。一方のモータ・ユニットのピストンは、他方の
モータ・ユニットのピストンに対して位相が90゜異なっ
ている。このことは、二つのモータ・ユニットのピスト
ンが作動サイクルの或る局面においてはそれらピストン
の間にて媒質を圧縮し、作動サイクルの他の局面におい
てはそれらピストンの間にて媒質を膨脹させ、作動サイ
クルの更に他の局面においては作動室から作動室への媒
質の移動を認めることの原因となっている（二つの複動
ピストンを有するシステムにおける通常のスターリング
・サイクル）。

第７図は詳細部分に特に重点を置くことなく原理スケ
ッチとして解決法を図示しているものであるから、冷却
装置91と加熱装置92と熱交換器とのそれぞれの詳細は示
されていない。例えば通路は、熟練者には容易に明らか
となろうから、一般的経路だけではなしに図面に示され
た経路とは展開長に関して大幅に異なるようにして作ら
れてよい。しかしながら、パイプが互いに同じ長さと同
じ容積とを有することが必要である。

二つのモータ・ユニット内の仕切り壁40の正逆二つの
回転方向のうちの一つが矢印P2にて示されており、二つ
のピストン36を具備するピストン構造体の回転方向は矢
印P1にて示されている。一方のモータ・ユニット86のピ
ストン36はその外側位置の一方にあるようにして示され
ており、他方のモータ・ユニット85のピストン36は中間
位置を占めている。第７図に示されている如く二つのモ
ータ・ユニットのピストン構造は回転軸に対する互いの
角位置が90゜ずれているので、一方のモータ・ユニット
の作動室はいつでも他方のモータ・ユニットの作動室に
対して位相が90゜ずれている。

本発明に基づくこの解決法の本質的部分は、二つのモ
ータ・ユニットが使用され、その双方が個々に、構成と
作用方式とにおいて第１図乃至第４図に示された解決法
とほぼ一致することである。しかしながら本発明による
解決法では、スターリング・モータにおいて、パイプの
両端は二つのモータ・ユニットの同等な作動室に対し完
全に開放された状態にて接続され、各作動室への接続を
遮る何物をも用いないので、如何なる様式の弁も使用さ
れないことが注目されるべきである。本発明による本質
的利益は、スターリング・モータが簡潔な構成法を獲得
すると同時に、著しく高い効率と、比較的小さな容量
と、それによりもたらされる小さな所要スペースと、少
なからぬ材料の節約と付属機器の節減とを実現し得るこ
とである。

本発明による二つのこうしたモータ・ユニット85,86
を使用することにより、更に、二つのピストン構成間の
角位置を加減可能なように調節する可能性を利用し得る
こととなった。第８図及び第９図には、一方のモータ・
ユニットの軸ジャーナル99と他方のモータ・ユニットの
軸ジャーナル100との間の流体カップリング98が示され
ている。一方の軸ジャーナル99は第一ピストン部材101
に緊合されており、他方の軸ジャーナルは同様に第二ピ
ストン部材102に緊合されている。ピストン部材101,102
は、共通ハウジング104の共通チャンバ103の内部に配置
されている。チャンバ103の内側の流体通路105a,105b
と、環状チャンバ106a,106bと、スリーウェイ調整弁108
への配管107a,107bとが示されている。調整弁108のハン
ドル手段109により、必要に応じ、流体制御媒体を介し
てピストン部材101,102を互いに近接し或いは離れる方
向へと回転させ得る。明確に示されている如く、ピスト
ン部材は、第８図に示されている180゜の外側位置か
ら、第７図に示された位置に相当する中間位置（90
゜）、すなわち二つのモータ・ユニットのピストン配置
の間に90゜の位相差のある位置を経由して、もう一方の
外側位置へと回転させられ得る。ピストン配置は、第７
図に示された位置から、二つの外側位置のそれぞれへと
向けて反対の方向に90゜回転させ得る。このことが、90
゜から０゜へと角度偏倚をいずれの方向へも減少させ得
るようにする。いずれの場合にも、効率を零へと向けて
低下させることができる。効率ゼロの外側位置から始め
て、角度偏倚を90゜又はそれ以上へと増加させることに
より次第に効率を最大へと向けて増大させることもでき
る。ピストン部材が他方に対していずれの外側位置をと
るかにより、ゼロから始めて最大効率へと向けて、二つ
のそれぞれ反対な向きをとることができる。換言するな
らば、旋回方向は始動時に選択された外側位置により決
定されるので、極めて簡潔な方法にて停止位置からの駆
動方向を反転し得る可能性がある。そののち、偏倚は90
゜へと増大させられてよく、また、90゜を越えて偏倚を
増大させることにより一層の効率向上を計られてよい。
その結果、モータ・ユニット間の角度偏倚を変化させる
ことにより、比較的簡単且つ容易な方法にてモータ出力
の効果的調節を確実なものにすると共にいずれの外側位
置へと向けて移動させられたかにより正回転から逆回転
へ、或いはその逆にと旋回方向を反転させ得る可能性が
ある。

第10図、第11図及び第12図においては、二つの連結さ
れたハウジング部材10a,10bからなるハウジング10を具
備する４サイクル燃焼機関110との関連にて本発明が図
示されている。同様の構成は、２サイクル燃焼機関に関
しても使用されてよい。

第10図には、四組の結合されたスパーク・プラグと燃
料弁111a,111b,111c,111d、すなわちチャンバ112a,112
b,112c,112dのそれぞれのためのスパーク・プラグと燃
料弁とのユニットが示されている。その上、弁にて制御
される二つの排出路113a,113c及び弁にて制御される二
つの掃気路113b,113d、すなわち対をなしている作動室
の各々のための通路が、独立の弁114をそれぞれ伴って
示されている。スパーク・プラグと燃料弁とを同時に制
御することが、本質的には従来の原理で知られている方
法にて行なわれる。排出路と掃気路との開閉を同時に制
御することが、或る程度は弁の制御により行なわれ、ま
た或る程度は仕切り板40とピストン36とのそれぞれによ
る横滑りに類似した開放動作と遮蔽動作との各々により
行なわれ得る。スパーク・プラブと燃料ノズルと排気出
口との配置は、最も良く効果を発揮し得るようにして仕
切り板40とピストン36との各々の作動経路に対して位置
決めされる。

２サイクル燃焼機関（詳細は省略）においては、排出
路はピストンと仕切り壁とによってのみ、言い換えれば
仕切り壁の制御によってのみ開閉される一方、掃気弁は
独立に制御されることが必要とされる。掃気は、超過圧
力により行われねばならない（オーバー・チャージ
ャ）。

各排出路の弁114と仕切り壁40のピボット・ピン42,43
とは、モータ・ハウジングのそれぞれの窪み、すなわち
二つのハウジング片10a,10bの間の結合面に設置されて
いる。

第12図には、参照数字115a,115b,115c,115dにて示さ
れている四つの局部的スケッチにより図示された４サイ
クル・モータにおける四つの工程が概略的に示されてお
り、その参照数字は、仕切り板40と二つのピストン36と
の間に位置する四つの異なる作動室112a乃至112dにおけ
る作動工程（Ｉ乃至IV）を示している。

中央に描かれ且つ互いに同心に配置されている四つの
（仮想的な）リング116a,116b,116c,116dにおいて（そ
の一つ一つが作動工程Ｉ乃至IVに対応する）、四つの燃
料弁／スパーク・プラグ111a乃至111d（第10図）の開放
・接続状態は（各々のリングすなわち作動工程におい
て）開口部117a,117b,117c及び117dにより印され、二つ
の排気弁113a,113c（第11図）の開放・接続状態は（各
々のリングすなわち作動工程において）開口部118a,118
bにより印され、二つの掃気弁113b,113d（第11図）の開
放・接続状態は（各々のリングすなわち作動工程におい
て）開口部119a,119bにより印されている。

局部的スケッチ（115a乃至115d）の各々において、モ
ータの内部にて中心を挟んで互いに向かい合って配置さ
れている二つずつの作動室、すなわち作動室112aと112
c、及び作動室112bと112dとは、それぞれ同一の作動工
程にて動作することが第12図から明らかであろう。その
上、一つのピストン36の両側にあり且つ仕切り板40の同
じ側にある二つの隣り合った作動室112a,112bは、互い
の間で次に続く作動工程を有していることが明らかであ
ろう。従って、作動室112cと作動室112bも互いの間で次
に作動工程を有しており、すなわちそれは作動室112aと
作動室112bとの作動工程にそれぞれ一致する。局部的ス
ケッチ115a乃至115dに示された四つの作動工程Ｉ乃至IV
のうちの二つの作動工程のみが続けて使用される。この
ことは、実際上、はずみ車の使用により解決される。或
いはまた、二つのモータ・ユニットが組み合わされて使
用され、四つの作動工程がいつでも二つのモータ・ユニ
ットの作動室に配分されるようにして、一方のモータ・
ユニットの作動室が（例えば作動工程Ｉ及びIIの）二つ
の工程にて動作し、他方のモータ・ユニットの作動室が
（例えば作動工程III及びIV）の工程にて動作するよう
にしてもよい。

それに準じて、２サイクル・モータにおいては二種類
の作動工程がピストンの両側と仕切り板の両側とに二つ
ずつ配置され、通常ははずみ車及び／又は余分のモータ
・ユニットは必要とされない。しかしながら、４サイク
ル・モータと２サイクル・モータとの双方において、二
つ以上のモータ・ユニットが同一の軸に使用されてよ
い。

（第12図に示されている如く）強制的に往復方向への
傾斜運動を生じさせるピストン36の回転運動により制御
される仕切り板40（第12図においては詳細は省略）の往
復傾斜運動により、４サイクル・モータの図示された作
動工程Ｉ乃至IV（局部的スケッチ115a乃至115d）が遂行
される。開放（すなわちモータ・チャンバの種々の出入
口を開くこと）の始期は、ほぼ図示されたリング116a乃
至116dの開口により示された角位置をとり、種々のスケ
ッチ115a乃至115dに対し角度について関連を有する。第
12図においては互いに角度位置にはさほど重点を置くこ
となく、角度位置は暗示的に示されているのみであるか
ら、種々の弁等がどの作動工程にて作動させられるかが
リング116a乃至116dにより概念的に示されているに過ぎ
ない。それは、一つの作動工程（又はそれ以降の作動工
程）のどれ程の部分が開放区間に含まれるかについて、
角度によっては何も示唆しない。

作動工程Ｉにおいては、第一の作動室112aの燃料弁／
スパーク・プラグ111a（開口117aにて示されている）
と、中心を挟んでそれと向かい合う作動室112cの燃料弁
／スパーク・プラグ111b（開口117bにて示されている）
とのみが作動させられる。

作動工程IIにおいては、中心を挟んで互いに向かい合
う作動室112b,112dのそれぞれの燃料弁／スパーク・プ
ラザ111c（開口117cにて示されている）及び111d（開口
117dにて示されている）が作動させられる。この作動工
程IIにおいては、作動室112a,112cの排気路113a,113c
（開口118a,118bにて示されている）が作動させられ
る。

作動工程IIIにおいては、この同じ排気路113a,113c
（開口118a,118b）が、作動室112b,112dのために作動さ
せられる。この同じ作動工程IIIにおいて、掃気路113b,
113d（開口119a,119bにて示されている）が、作動室112
a,112cのために作動させられる。

作動工程IVにおいて、その同じ掃気路113b,113d（開
口119a,119b）が、作動室112b,112dのために作動させら
れる。

以上の記述から、これら四つの燃料弁／スパーク・プ
ラグ111a乃至111dはピストンもしくは仕切り板によって
制御されるのではなく、例えば電子制御により独立に作
動させられることが明らかであろう。実際には排気路11
3a,113cは、初めの二つの作動工程においては開かれ、
それに続く二つの作動工程においては閉じられよう。す
なわち、その上更にピストン36によって隣り合う二つの
作動室が互いの間で制御されて、別工程にある二つの隣
り合う作動室が順次開放される。それに伴って掃気路11
3b,113dもまた初めの二つの作動工程においては開か
れ、それに続く二つの作動工程においては閉じられよ
う。すなわち、その上更にピストン36によって隣り合う
二つの作動室が互いの間で制御されて、別工程にある二
つの隣り同士の作動室が順次開放される。

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】球形ハウジング（10）の内部にて回転駆動
   される一対の互いに向かい合う独立の複動ピストン（3
   6）を有し、前記ピストンは前記球形ハウジングの中央
   にて共通のハブ部（37）を介して互いに堅固に結合され
   ており、且つ前記ピストンは、中央に配置されて横断方
   向に延在し前記ピストンの前記ハブ部（37）により局部
   的に貫通されている仕切り板（40）の両側に配置されて
   おり、且つ前記ピストンはそれぞれの回転ピン（17a,17
   b）をもって前記球形ハウジングの内部にて第一の軸
   （ｘ−ｘ）の周囲を回転可能なように正反対の両端にて
   少なくとも各ピストンにとって非対称に取り付けられて
   いる動力変換機において、 前記各ピストン（36）は通常の球のセグメントの形状を
   有し、 前記各ピストン（36）は、その外方部分は前記ピストン
   （36）の球のセグメントの球面（36c）にて終端され内
   方部分は前記ハブ部（37）を介して互いに接続されてい
   る対向して配置されたピストン面（36a,36b）を具備
   し、且つ、円筒周縁状の仕切り壁表面（41a,41b）に対
   する軸受面を形成している中間ハブ部の円柱周縁状表面
   （37a,37b）を具備し、 前記仕切り板（40）は前記球形ハウジングの中心にて第
   一の軸（ｘ−ｘ）と交差している第二の軸（ｚ−ｚ）の
   周囲を回動可能なようにして前記球形ハウジング内に取
   り付けられており、且つ、前記仕切り板（40）は前記各
   ピストンに対する円筒周縁状軸受面を備えた軸受部と、
   前記ピストンの前記ハブ部（37）の両端軸受面に対応す
   る端部軸受面とを前記ピストンの前記ハブ部（37）の向
   かい側に設けられていることを特徴とする動力変換機。
2. 【請求項２】前記ピストン（36）とそれらに共通な前記
   ハブ部（37）とが、前記回転ピン（17a,17b）に通常の
   方法にて堅固に結合され且つ各軸受部（14）内に回転ス
   ラスト・ベアリング（15,16）を有して第三の回転軸
   （ｙ−ｙ）にて前記ピストン内において回転可能に取り
   付けられたクランクシャフト（18）により貫通されてい
   ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の動力変換
   機。
3. 【請求項３】前記クランクシャフト（18）とそれに共同
   する前記回転ピン（17a,17b）とは一体構造であり、一
   方、ピストン（36）と前記ハブ部（37）とは長手方向に
   分割され得る二つ以上の部分からなることを特徴とする
   請求の範囲第２項記載の動力変換機。
4. 【請求項４】最小容積と最大容積との作動室を有するピ
   ストンの各外側位置における前記仕切り板（40）の前記
   球状端面（46c,47c）が前記仕切り板の両端をもってピ
   ボット・ピン（42,43）のそれぞれ両側にある前記球形
   ハウジング（10）の入口（50a）と出口（50b）とを遮蔽
   し、且つ、前記仕切り板（40）の球状端面（46c,47c）
   がそれぞれ組み合わされた要請増加中の作動室と前記入
   口（50a）との連絡を制御するとともにそれぞれ組み合
   わされた容積減少中の作動室と前記出口（50b）との連
   絡を制御することを特徴とする請求の範囲第１、第２又
   は第３項記載の動力変換機。
5. 【請求項５】前記仕切り板（40）の前記球状外面（46c,
   47c）が前記仕切り板のピボット・ピン（42,43）付近の
   中央域にて最大幅を有するとともに前記ピボット・ピン
   から前記球状外面の両端へと向けて徐々に幅が減少し、
   且つ、前記仕切り板（40）が遷移部（38,39）によって
   互いに結合された二つの円板部（46,47）を含み、前記
   遷移部（38,39）は前記ピストンの前記ハブ部（37）と
   軸方向に整合させられてこれと向き合っていることを特
   徴とする請求の範囲第４項記載の動力変換機。
6. 【請求項６】前記入口（50a）と前記出口（50b）とがそ
   れらの領域を前記仕切り板の前記球状端面（46c,47c）
   及び共同するピストン（36）の球状端面（36c）により
   共同で遮蔽され且つ開放されるようにして配置と寸法と
   を定められることを特徴とする請求の範囲第４又は第５
   項記載の動力変換機。
7. 【請求項７】前記入口と前記出口とがそれぞれ前記球形
   ハウジング（10）との関連にて専ら前記ピストン（36）
   と前記仕切り板（40）とのそれぞれの移動により制御さ
   れることを特徴とする、コンプレッサ、ポンプ、空気圧
   又は水圧モータ、蒸気機関等の様式の、請求の範囲第１
   項乃至第６項のいずれかに記載の動力変換機。
8. 【請求項８】排気口と掃気口とが部分的には個別の弁に
   より制御され、また部分的には前記仕切り板と前記ピス
   トンとのそれぞれにて前記開口を遮蔽、開放することに
   より前記仕切り板（40）と前記ピストンのそれぞれによ
   って制御されることを特徴とする、４サイクル燃焼機関
   の様式の、請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記
   載の動力変換機。