JP2680411B2 - 運動変換装置 - Google Patents

運動変換装置

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JP2680411B2
JP2680411B2 JP1103771A JP10377189A JP2680411B2 JP 2680411 B2 JP2680411 B2 JP 2680411B2 JP 1103771 A JP1103771 A JP 1103771A JP 10377189 A JP10377189 A JP 10377189A JP 2680411 B2 JP2680411 B2 JP 2680411B2
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2243/00Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes

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  • Transmission Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、たとえばスターリング機関等に使用される
往復運動と回転運動との運動変換装置に関する。
(従来の技術) 従来、たとえばスターリング機関の運動変換装置とし
ては、クランク機構を備えたものがある。
第6図には、クランク機構を採用した従来のスターリ
ング機関の例を示す。図中の108はシリンダであって、
このシリンダ108内にはデイスプレーサピストン101およ
びパワーピストン102が摺動自在に設けられている。こ
れらのデイスプレーサピストン101およびパワーピスト
ン102は、それぞれ連接棒103,104によってクランク軸10
5に連結されている。上記デイスプレーサピストン101と
パワーピストン102とは、所定の位相差をもって往復運
動し、これらの往復運動はクランク軸の回転運動に変換
される。上記のシリンダ108内には作動ガスが封入され
ており、パワーピストン102の往復運動に対応してデイ
スプレーサピストン101が往復運動し、このシリンダ108
内の作動ガスを配管109、低温熱交換器112、再生器11
1、高温熱交換器110を介して循環させる。したがって、
パワーピストン102が上昇する際にはこの作動ガスは冷
却されて収縮し、またこのパワーピストン102が下降す
る際にはこの作動ガスが加熱されて膨張し、熱エネルギ
を運動エネルギに変換する。また、上記のクランク軸10
5にはバランスウエイト106が取付けられ、上記のデイス
プレーサピストン101、パワーピストン102、連接棒10
3、104等の往復運動部材のバランスをとるように構成さ
れている。
(発明が解決しようとする課題) しかし、このようなクランク機構を採用したものは、
このクランク機構が大形でかつ重量が大きくなる不具合
があった。また、このようなクランク機構はクランク軸
がシリンダの軸方向と直交して配置されるため、このた
め、このスターリング機関を含めた空調装置等の装置全
体が大形化する不具合があった。もちろん、歯車機構等
を採用して回転軸をシリンダの軸方向と平行に配置する
ことは可能であるが、このように構成してもなおかつ大
形化するとともに、構造が複雑となり、装置全体の効率
が低下する不具合を生じる。また、このようなクランク
機構では、バランスウエイトをクランク軸に取付けても
往復運動部材の2次的なアンバランスが残り、完全なバ
ランスをとることは困難であった。
本発明はこれらの不具合を解消し、小形かつ軽量であ
り、また完全なバランスをとることができる運動変換装
置を提供するものである。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、円筒カム体の周面に形成したカム部にピス
トン等の往復運動部材に連結した運動伝達部材を嵌合さ
せ、この円筒カム体によって往復運動と回転運動とを変
換するように構成したものにおいて、上記カム部は円筒
カム体の1回転につき上記往復運動部材が2以上の整数
n回の往復運動をするようなカム形状に形成され、また
上記の運動伝達部材は周方向に360/n゜離間したn箇所
で上記のカム部と嵌合するように構成され、またこのカ
ム部には上記往復運動部材の運動方向と平行に往復運動
するn個のバランスウエイトが上記カム部に嵌合してお
り、これらのバランスウエイトは上記の往復運動部材と
逆位相で往復運動するような周方向位置に配置されてい
るものである。
(作用) このように構成された本発明は、円筒カム体の回転軸
が往復運動部材の運動方向と平行となり、全体として小
形かつ軽量に形成することができる。また、往復運動部
材とバランスウエイトが平行な方向に逆位相で往復運動
するとともに、この往復運動部材の運動伝達部材はn個
の等間隔な箇所でカム部と嵌合しかつn個のバランスウ
エイトも等間隔に配置されており、完全なバランスをと
ることが可能である。
(実施例) 以下、第1図ないし第5図を参照して本発明の実施例
を示す。この実施例は、スターリング機関に本発明の運
動変換装置を適用したものである。
図中の1はシリンダであって、このシリンダ内にはデ
イスプレーサピストン2およびパワーピストン3が気密
を保って摺動自在に設けられており、これらのピストン
2,3はそれぞれ所定の位相関係でこのシリンダ1内を往
復移動するように構成されている。そして、このシリン
ダ1内には作動ガスが所定の圧力で封入されている。
また、このシリンダ1の下部には円筒カム体11が設け
られ、この円筒カム体11はこのシリンダ1の中心軸と同
軸状に配置された回転軸13に取付けられている。この回
転軸13はこのシリンダ1の下端部に取付けられた端部材
18を気密を保持して貫通し、またこの端部材18に回転自
在に支承されている。また、この回転軸13の先端部には
フライホイール15が取付けられている。そして、この円
筒カム体11の外周面にはたとえば溝状の円周カム部12が
形成されている。
上記のデイスプレーサピストン2にはロッド7を介し
て一対のフインガ状の運動伝達部材8が取付けられ、ま
た上記パワーピストン3にも一対のフインガ状の運動伝
達部材9が設けられている。そして、これらの運動伝達
部材の先端部にはそれぞれローラ10が回転自在に設けら
れ、これらのローラ10は上記の円筒カム体11のカム部12
内に嵌合している。
このような機構によって、上記のデイスプレーサピス
トン2およびパワーピストン3の往復運動が回転軸13の
回転運動に変換される。そして、上記のデイスプレーサ
ピストン2はパワーピストン3と所定の位相差をもって
往復運動するように構成されている。したがって、この
デイスプレーサピストン2の移動により、上記シリンダ
1内の作動ガスは低温熱交換器4、再生器5、高温熱交
換器6を介してこのデイスプレーサピストン2の上側の
空間と下側の空間との間を往復流動する。そして、上記
のパワーピストン3が上昇する際にはこの作動ガスは冷
却されて収縮し、またパワーピストン3が下降する際に
はこの作動ガスが加熱されて膨張し、この作動ガスに与
えられる熱エネルギを運動エネルギに変換する。
そして、上記の円筒カム体11のカム部12はこの円筒カ
ム体11が1回転する間に上記のデイスプレーサピストン
2およびパワーピストン3が2以上の整数n回だけ往復
運動するように構成されている。この実施例の場合に
は、nは2であり、したがってこの円筒カム体11が1回
転する間にこれらデイスプレーサピストン2およびパワ
ーピストン3が2往復するように構成されている。ま
た、上記の運動伝達部材8,9はそれぞれn個すなわちこ
の実施例では2個ずつ設けられており、これら2個の運
動伝達部材8,8は360/nすなわち180゜周方向に離間して
配置されている。同様に、運動伝達部材9,9も互いに180
゜離間して配置されている。また、上記のデイスプレー
サピストン2の運動伝達部材8とうパワーピストン3の
運動伝達部材9とは、周方向に約30゜ずれて配置されて
いる。上述のように、この円筒カム体11のカム部12は、
1回転につき2往復となるように形成されているので、
この30゜の配置間隔によって上記デイスプレーサピスト
ン2とパワーピストン3との間にはこれらの1往復を36
0゜とした場合に約60゜の所定の位相差が生じる。
また、上記の円筒カム体11の周囲には、n個すなわち
2個のバランスウエイト14がこのシリンダ1の軸方向と
平行な方向に往復運動自在に設けられている。そして、
これらのバランスウエイト14にはそれぞれローラ10が設
けられ、これらのローラ10はカム部12内に嵌合してい
る。したがって、この円筒カム体11が回転することによ
り、これらのバランスウエイト14は往復運動するように
構成されている。これらバランスウエイト14は、上記の
デイスプレーサピストン2とパワーピストン3との合成
質量中心の往復運動と逆位相で往復運動するような周方
向位置に配置されている。すなわち、これらのバランス
ウエイト14は上記の合成質量中心に対して周方向に90゜
離間した位置(これらピストンの1往復を360゜とすれ
ば180゜の位相差すなわち逆位相となるような周方向位
置)に配置されている。なお、これらバラスウエイト14
相互の周方向間隔は180゜である。
上記の運動伝達部材8,9および上記のバランスウエイ
ト14はそれぞれ案内部材16によってシリンダ1の軸方向
に往復移動自在に案内されている。この案内部材16は円
筒状をなし、その内周面にはそれぞれ一対づつの案内溝
20,21,22が形成されており、上記の運動伝達部材8は案
内溝20内に、運動伝達部材9は案内溝21内に、バランス
ウエイト14は案内溝22内にそれぞれ摺動自在に嵌合して
いる。これら案内溝20,21,22は、上記の各運動案内部材
およびバランスウエイトの周方向の配置位置に対応して
形成されており、上記の運動伝達部材およびバランスウ
エイトはこれらの案内溝によって上記したような所定の
周方向位置において横方向に往復運動するように案内さ
れている。
このように構成された本発明の実施例は、一対の運動
伝達部材8,8、1対の運動伝達部材9、および一対のバ
ランスウエイト14がそれぞれ180゜の周方向間隔で配置
されているので、この円筒カム体11に作用する荷重がす
べて回転軸13に対して対称となる。したがって、この円
筒カム体11やその回転軸13等に曲げ荷重が作用すること
はない。また、上記のバランスウエイト14は、デイスプ
レーサピストン2とパワーピストン3の合成質量点と逆
位相で往復運動するので、完全なバランスがとれる。こ
のような構成は、円筒カム体11の1回転につきデイスプ
レーサピストン2やパワーピストン3等がn回たとえば
2回往復運動するようにカム部12を構成したことによっ
て可能となるものである。すなわち、この円筒カム体11
の周方向に180゜離れた2点は、ピストン等の往復運動
部材の1往復を360゜とすれば、360゜離れた2点すなわ
ち同位相で往復運動する点である。したがって、デイス
プレーサピストン2やパワーピストン3にそれぞれ2個
の運動伝達部材8,9を設け、またバランスウエイト14を
2個設け、これらをそれぞれ180゜対向して配置するこ
とができ、この円筒カム体11に作用する荷重をその回転
軸13に対して対称とし、この回転軸に曲げ荷重が作用す
るのを防止できる。また、このバランスウエイト14はピ
ストンの運動伝達部材8、9に対して90゜の位置(往復
運動からみれば180゜すなわち逆位相の位置)に配置で
き、これらバランスウエイト14を運動伝達部材8,9と干
渉させずに配置できるものである。なお、これら部材の
配置とカム部との関係を展開した状態で第5図に模式的
に示す。
なお、この実施例ではn=2の場合を示したが、nが
2以上の整数の場合でも上記と同様である。たとえば、
n=3の場合には、各ピストンにそれぞれ3個の運動伝
達部材を設け、これらを120゜の間隔で配置すればよ
い。また、バランスウエイトも3個とし、これらをピス
トン等の往復運動部材と逆位相、またはこれら往復運動
部材が複数の場合はそれらの合成質量中心と逆位相、で
往復運動するような位置に配置すればよい。
また、この実施例では、これら往復運動部材8,9およ
びバランスウエイト14は、シリンダ1とは別部材の円筒
状の案内部材16の内周面に形成された案内溝20,21,22に
よって案内される。したがって、この案内部材16をこれ
ら案内溝の配置の相違する別の案内部材に交換するだけ
で、これら運動伝達部材8,9やバランスウエイト14の周
方向の配置すなわちこれらの間の位相の関係を変更する
ことができる。
また、第4図にはこの案内部材の別の例を示す。この
ものは、運動伝達部材8,9およびバランスウエイト14に
それぞれ対応して別々の案内部材16a,16b,16cを設け、
これらを周方向に移動可能としたものである。このもの
は、これらの案内部材16a,16b,16cの周方向の位置を変
更することにより、回転数等に対応してピストンやバラ
ンスウエイトの位相関係を最適な関係に調整することが
可能である。
なお、本発明は上記の実施例には限定されない。たと
えば、この運動変換装置はスターリング機関に限定され
ず、その他の機関の往復運動と回転運動との運動変換装
置として使用することができる。また、ピストン等の往
復運動部材は2個に限らず、1個または3個以上のもの
でもよい。また、運動伝達部材やバランスウエイトの案
内機構は必ずしも上記のようなものには限定されない。
[発明の効果] 上述の如く本発明によれば、往復運動部材の往復運動
の方向と平行に回転軸を配置でき、この装置全体を小形
に形成でき、また回転軸に作用する荷重が対称で曲げ荷
重が生じることがなく、さらに完全なバランスがとれ、
振動、騒音の少ない信頼性の高い運動変換装置を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第5図は本発明の実施例を示し、第1図は
全体の縦断面図、第2図は主要部品のみを示す分解斜視
図、第3図は第1図のA−A線に沿う断面図、第4図は
案内部材の別の例を示す第3図に相当する図、第5図は
各部材の位相の関係を模式的に示す図である。また、第
6図は従来例の概略縦断面図である。 1……シリンダ、2……デイスプレーサピストン、3…
…パワーピストン、8,9……運動伝達部材、11……円筒
カム体、12……カム部、14……バランスウエイト。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】往復運動する往復運動部材と、この往復運
    動部材の往復運動の方向と平行な回転軸を中心として回
    転自在な円筒カム体とを備え、この円筒カム体の外周面
    にはカム部が形成されており、また上記の往復運動部材
    には運動伝達部材が設けられこの運動伝達部材が上記円
    筒カム体のカム部に嵌合しており、これによってこの往
    復運動部材と円筒カム体との間で往復運動と回転運動と
    を変換するものにおいて、上記のカム部は上記円筒カム
    体の1回転につき上記往復運動部材が2以上の整数n往
    復するようなカム形状に形成されており、また上記の運
    動伝達部材はこの円筒カム体の周方向に360/n゜離間し
    たn箇所において上記カム部に嵌合しており、また上記
    往復運動部材の往復運動方向と平行な方向に往復運動す
    るn個のバランスウエイトが設けられ、これらバランス
    ウエイトは上記円筒カム体のカム部に嵌合しており、ま
    たこれらバランスウエイトは上記の往復運動部材と逆位
    相で運動するような周方向の位置に配置されていること
    を特徴とする運動変換装置。
  2. 【請求項2】前記の整数nは2であることを特徴とする
    前記請求項1に記載の運動変換装置。
  3. 【請求項3】互いに位相差をもって往復運動する複数の
    往復運動部材を備え、前記のバランスウエイトはこれら
    複数の往復運動部材の合成質量中心と逆位相で往復運動
    するような位置に配置されていることを特徴とする前記
    請求項1に記載の運動変換装置。
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