JP3769018B2 - 相互接続機構 - Google Patents

Description

本発明は、回転部品と、少なくとも１個の直線状に往復する部材とを相互接続する機構に関するものである。
回転部品と、少なくとも１個の直線状に往復する部材を相互接続し、当該部品の回転により当該部材の往復運動を生じさせたり、当該部材の往復運動により当該部品の回転を生じさせたりするために配置された機構は、多数の提案がなされている。このような機構の最も簡単なものは、往復する部材へ連接棒（ａ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｒｏｄ）によりリンクされた回転可能なクランクを具備し、往復ピストン・エンジンまたはポンプの場合、シリンダ中を摺動するピストンを具備する。連接棒は、一端がクランクに軸受けで支えられ、他端がピストン・ロッドに軸受けで支えられ、したがってピストンに連結している。このような装置は広く使用されているが、ピストン運動が連接棒の長さの複雑な関数であり、ピストン運動は無限の長さの連接棒でないと真の正弦曲線（ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ）とならないという欠点がある。
代替の相互接続機構は、偏心装置である。偏心装置では、円板（「偏心」）を軸の上に偏心させて取り付け、その周囲に偏心ストラップを摺動してはめる。偏心ストラップはそのストラップの一端に強固に固定した連接棒により往復する部材に接続されている。この場合も、部材の運動は無限の長さの連接棒でないと真の正弦曲線とならない。
真の正弦曲線を描く部材の往復運動は、円形の軌跡を描き、往復する部材中に設けられたスロット中を走行するピンを有する回転部品を含む機構により達成することができる。このスロットは、往復運動の方向及び回転軸の方向の両者に対して直角に延びている。しかしこのような機構を、比較的大きいクリアランスをとらずに、したがって著しいバックラッシュなしに製造することは困難である。回転部品と往復する部材とを接続するには、他にも無数の機構があるが、本明細書で述べるものはマルタクロス機構（ｔｈｅ Ｍａｌｔｅｓｅ Ｃｒｏｓｓ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）で、十字型に配置した４個の往復する部材が、回転部品上に形成された湾曲するカムの表面に噛み合う各部材のピンにより往復運動を行う。このような機構は、円滑に、連続的に往復する部材を駆動せず、比較的低速でなければ運転することができない。
本発明は、少なくとも１個の直線的に往復する部材のための相互接続機構を提供することを目的とするが、４個までのこのような部材が可能であり、この機構は円滑に運転することができ、各往復する部材が部品の回転に対して直線的に運動するための予測可能な関数を有する。
本発明によれば、回転部品と、少なくとも１個の直線的に往復する部材を相互接続する機構が提供される。この機構は、
外側に歯が切られた表面を有する第１の回転部品と、
第１の回転部品の歯が切られた表面と噛み合って、回転可能に受けるための、内側に歯が切られた穴と、当該穴の外側に当該穴の軸に対して中心がずれた偏心面とを有する第２の回転部品と、
当該偏心面の外側を回転可能に受ける穴を有する第１の往復部材と、
第１の回転部品の軸に垂直な直線上の通路に沿っての、第１の往復部材の運動を制限する手段と、
を具備する。
本発明の機構は、第１の偏心が第１の回転部品と、その周囲を旋回する第２の回転部品とにより画定される一種の二重偏心機構ということもできる。第２の回転部品は、少なくとも１個の、好ましくは１対の第２の偏心面が取り付けられており、これが直接少なくとも１個の、好ましくは１対の往復部材に結合し、これによりひとつ向きの、第１の回転部品の回転が、その周囲に第２の回転部品の、同じ向きの回転を生じ、両回転部品の運動により各往復部材の直線的な摺動が生じる。反対に、各往復部材の往復運動が、第２及び第１の両回転部品の回転を生じ、これにより回転出力が機構の第１の回転部品から得られる。
第２の回転部品の第１の回転部品に対する偏心度（すなわちその「偏心距離」）と、第２の回転部品の各偏心面の偏心度は同一でなければならない。このようにして、各往復部材の行程はその偏心度（すなわち偏心距離）の４倍に等しくなる。これは、往復部材の一先端位置では、第１及び第２の回転部品の偏心度は一直線上に合わされ、加算され、往復部材の他の先端位置でも、偏心度は一直線上に合わされ、加算されるが、向きが反対であるためである。これらの位置は、１８０°までは第１の回転部品の回転に対応する。第１の回転部品の、９０°及び２７０°の中間位置では、第１及び第２の回転部品の偏心度は一直線上に合わされるが、減算され、これらの位置では、第１の往復部材の穴の幾何学的中心は第１の回転部品の回転軸上にある。
本発明の好ましい形態では、第１の回転部品の回転軸の周りを回転する、回転部品がさらに取り付けられており、この別の回転部品は、第１の回転部品の回転軸に対して偏心して配置された第１の外側偏心面を有する。この装置では、第２の回転部品の穴が、別の回転部品の、第１の外側偏心面を回転可能に受ける、歯のない部分があり、第１の偏心面の偏心度は、第１の回転部品の歯を切った表面の周りを、第２の回転部品の歯が、周転円運動する偏心度と実質的に等しい。
第１の往復部材は、シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンを有するものでもよい。しかし最も好ましくは、第１の往復部材はその部材の穴の両側に１個ずつ配置された２個のピストンを有し、これらのピストンがそれぞれ、付随するシリンダ内を摺動し、これら２個のシリンダは同軸に配置されている。いずれの場合にも、往復部材はシリンダにより直線的な経路に従うように制限される。
第２の往復部材は、第１の往復部材と同様な構成でよく、したがって第２の往復部材の穴の両側に１個ずつ、１対のピストンを有し、同軸に配置された付随する１対のシリンダ内を摺動するように配置されている。これらのシリンダは、第１の往復部材のシリンダの軸に直角な、共通軸を有する。このような機構を製作するために、第１及び第２の別の外側偏心面は、第２の回転部品の上の軸方向に間隔を置かなければならない。好ましくは、付随するシリンダの軸は、第１の回転部品の軸に沿って同様に変位している。ただし、シリンダの軸は、同一平面上に、各往復部材に対してピストンがオフセットするように配置することも可能である。
好ましい構成では、本機構は、各シリンダが形成された本体を有し、第１の回転部品は第１の偏心面が設けられたシャフトを有し、このシャフトが本体に回転可能に取り付けられている。第１及び第２の往復部材はそれぞれ、間に延びる連接ウェブにより間隔を置いた１対のピストンを具備し、このウェブ中に第２の偏心面のための穴が形成されている。このようにして、各ピストンが第１の回転部品の角変位に対して真の正弦運動を行う、特にコンパクトな機構を製作することができる。
例示のみの目的で、本発明により製作し、配置された相互接続機構の２つの実施例について、図を参照して、詳細に説明する。
第１図は、第１の回転部品の軸を中心とする、本機構を示す概略断面図である。
第２図及び第３図はそれぞれ、第１図の線ＩＩ−ＩＩ及びＩＩＩ−ＩＩＩに沿った、本機構を示す概略断面図である。
第４Ａ図、第４Ｂ図、及び第４Ｃ図はそれぞれ、本機構に使用する第１の往復部材を示す平面図、端面図、及び側面図である。第２の往復部材もこれに対応する。
第５Ａ図及び第５Ｂ図はそれぞれ、第１の回転部品を示す側面図及び端面図である。
第６Ａ図、第６Ｂ図、及び第６Ｃ図はそれぞれ、第２の回転部品を示す側面図、第６Ａ図と９０°の方向の側面図、及び端面図である。
第７Ａ図、第７Ｂ図、及び第７Ｃ図はそれぞれ、本体部品を示す断面図、第７Ａ図の線Ｘ−Ｘ、及びＹ−Ｙに沿った断面図である。
第８図、第９図、第１０図、及び第１１図は第１図に示す位置から始まり、第１の回転部品（第５Ａ図及び第５Ｂ図）が１８０°回転した位置までの、機構の位置を示す図である。
第１２Ａ図及び第１２Ｂ図はそれぞれ、第１の回転部品を示す側面図及び端面図である。
第１３Ａ図及び第１３Ｂ図はそれぞれ、第１２Ａ図及び第１２Ｂ図に示す第１の回転部品とともに使用する別の回転部品を示す側面図及び端面図である。
第１４図及び第１５図はそれぞれ、本機構の第２の代替形態を示す、第１の回転部品の軸方向、及び第１４図の線ＸＶ−ＸＶ方向から見た概略断面図である。
第１図から第１１図に示す本発明の相互接続機構の、第１の実施例は、２つの同軸の対１６、１８及び１７、１９として配置された４個のシリンダ１６、１７、１８、１９を画定する本体１５を具備する。シリンダ１６、１８の軸２０は、シリンダ１７、１９の軸２１に垂直方向に延び、これとは横方向に変位している。本体１５はまた、１対のジャーナル２２、２３を画定し、これらの共通軸２４は軸２０及び２１に対してそれぞれ直角に延び、両軸は共通軸２４と交差する。
第１の往復部材２５（特に第４Ａ図、第４Ｂ図、及び第４Ｃ図参照）は、ウェブ２８により強固に相互接続された１対のピストン２６、２７を有する。ウェブ２８にはピストン２６、２７の中間に穴２９が形成されており、穴の軸はピストンの共通軸と交差している。第１の往復部材２５は本体１５中に取り付けられ、ピストン２６、２７はシリンダ１６、１８中に摺動可能に収納されて、これにより第１の往復部材が軸２０に沿って摺動するように制限される。第２の往復部材３０は、第１の往復部材と同様に構成され、ピストンがシリンダ１７及び１９中をそれぞれ摺動するように配置されている。往復部材の比較的狭いウェブによって、これらの部材は制限されたストロークで正弦往復運動を行うことができる。
第１の回転部品４０（第５Ａ図及び第５Ｂ図）は、軸方向に間隔をあけた１対の、外側に歯を切ったリング４２、４３を有するシャフト４０を具備する。シャフト４０はジャーナル２２、２３中に収納され、これにより歯を切ったリングが本体１５内で回転することができる。
第２の回転部品４４（第６Ａ図、第６Ｂ図、及び第６Ｃ図参照）は、両端に形成した２組の内側の歯４５、４６を切った穴３７を有する。歯４５、４６は、本機構を第１図に示すように組み立てたとき、歯を切ったリング４２、４３と噛み合う。
このように、第２の回転部品４４は、歯４２、４５と４３、４６とが噛み合って、内部衛星歯車を形成し、シャフト４０の周りを偏心して回転することができる。この機構は、２組の歯が噛み合ったとき、シャフト４０と穴３７の軸の間隔をあけることにより画定された有効な偏心度を有する。
第２の回転部品は、それぞれ１８０°位相のずれた偏心距離に配置された２個の偏心部材３８及び３９を画定する。これら２個の偏心部材３８及び３９の偏心度は上述のように、それぞれ第１の回転部品４０に対する第２の回転部品４４の偏心度に等しい。別の２個の偏心部材３８及び３９の軸方向の間隔は、本体１５中にあるシリンダの軸２０及び２１の間隔に等しい。
第１図に示すように完全に組み立てたとき、シャフト４１は本体のジャーナル２２及び２３中に収納され、歯４５、４６はそれぞれ歯を切ったリング４２、４３と噛み合い、別の２個の偏心部材３８及び３９はそれぞれ第１及び第２の往復部材２５及び３０の穴２９中に収納される。第１図は、第２の往復部材３０がシリンダ１７及び１９中を移動する末端位置（図では上側）にあり、第１の往復部材２５がシリンダ１６及び１８中の両末端位置のちょうど中間点にあるところを示している。この位置では、第２の回転部品と偏心部材３８の偏心度は軸２１の方向に一直線上に合わされ、加算され、第２の回転部品と偏心部材３９の偏心度は同じ方向に一直線上に合わされるが、減算される。したがって、偏心部材３９の軸はシリンダ１６及び１８の軸２０上にある。第１の往復部材２５はこのようにして中間位置にある。
第２の回転部品４４は、第１及び第２の往復部材２５及び３０の穴２９によって本体１５内に位置する。歯を切ったリング４２、４３及び内側の歯４５、４６の直径は、第２の回転部品４４が第１の回転部品４０の軸の周りを周転円運動するとき、歯が常に噛み合っているように選択する。このように、第２の回転部品が第１の回転部品の軸の周りを周転円運動すると、第１の回転部品から第２の回転部品への駆動（第１の回転部品が駆動されていると仮定して）が与えらえ、または第１の回転部品が第２の回転部品により駆動される（第１及び第２の往復部材２５及び３０が駆動されている場合）。
第１図に示すピストンから始まって、第１の回転部品４０のシャフト４１は、矢印Ａで示すように時計方向に回転することができ、この場合第２の回転部品は時計方向に回転する。矢印Ｂ及びＣは、それぞれ別の偏心部材３８及び３９の回転を示す。出発位置から、第８図は中間位置を示し、第９図は第１の回転部品４０が９０°回転した位置を示す。ここでは、第１の往復部材２５は最左端にあり、第２の往復部材３０はその中間位置にあり、各偏心部材は軸２０に心合わせされている。第１の回転部品４０が反時計方向に矢印Ａの方向の回転を続けると、部品は第１０図に示す相対位置を通過して、第１１図に示す位置に達し、ここで偏心部材は再び軸２１に心合わせされるが、この時は第２の往復部材３０は他の末端位置（図では下）にある。この場合も、第１の往復部材２５は中間位置にある。ここから、第１の回転部品４０が回転を続けると、最終的に各部品は第１図に示す位置に戻る。
上記の説明は、第１及び第２の往復部材２５及び３０の、ピストン２６及び３０の往復運動を発生させるシャフト４１の回転についてのものであるが、本機構は反対の向き、すなわち往復部材のピストンが駆動され、これによりシャフト４１が回転する場合にも機能することは明らかである。
第１２図から第１５図までは、上記の機構の変更態様を示す。ここでは、第１の実施例における第１の回転部品４０の代わりに、歯を切ったスリーブ５５（第１２図参照）が、偏心部材５２（第１３図参照）を取り付けたシャフト５４に回転可能に取り付けられている。
部品５０（第１３Ａ図及び第１３Ｂ図参照）は、偏心部材５２が取り付けられた第１のシャフト部５１を有し、シャフト部５１は一端に、シャフト部５１と同軸の円形に切り欠いた部分５３を有する。シャフト部５１と反対側にある偏心部材５２の端部から、直径がシャフト部５１より小さい別のシャフト部５４が突出している。このシャフト部５４には、一端に歯を切ったリング５６を有する歯を切ったスリーブ５５（第１６Ａ図及び第１６Ｂ図参照）が回転可能に取り付けられている。このリングは、スリーブ５５がシャフト部５４上に位置するときは、切り欠き部５３内に回転可能に収納される。このスリーブの直径は、シャフト部５１の直径に対応する。
複合した第１の回転部品５０及び５５は、第６Ａ図、第６Ｂ図、及び第６Ｃ図に示すものと対応する第２の回転部品とともに使用する。ただし穴３７の両端に内側の歯を設ける必要はない。内側の歯は、歯を切ったリング５６と噛み合うため第２の回転部品の端部にのみ設ける必要がある。第２の回転部品の穴３７は、偏心部材５２が動きばめができる寸法にすべきである。
第１及び別の回転部品５０及び５５を利用する組み立てた機構を、第１４図及び第１５図に示す。この機構の動作は、ピストン運動、第２の回転部品の運動、及び歯を切ったスリーブに関する限り、上述のものと全く同一である。しかし偏心部材５２は、いかなる瞬間でも第２の回転部品を位置決めし、偏心部材５２はそのシャフト部５１により歯を切ったスリーブ５５と反対向きに回転する。歯を切ったスリーブの回転は、第２及び別の回転部品の、それぞれの歯数の比に依存する。
図に示した機構は概略であり、実際に本機構は図示したように組み立てられない。しかし、図は本機構の原理を示すものであり、実際の機構を製造するには詳細設計が必要である。たとえば、本体１５は２つ以上の分割線を設け、分離して各種の回転部品及び往復部材を組み立てた後に、組み立ててボルト締めする必要があるかもしれない。また、本明細書に示したシリンダ１６から１９までは、単に第１及び第２の往復部材２５及び３０を案内するのみであることに気付くであろう。他の形態の案内を設けることもできる。同様に、ピストンとそれぞれの穴との間には流体を通さないシールを設け、これにより、たとえば本機構を適当なシリンダ・ヘッド、バルブ・ギアその他を有するポンプとして機能させることも可能である。

Claims (12)

1. 外側に歯が切られた表面を有する第１の回転部品と、
   第１の回転部品の歯が切られた表面と噛み合って、回転可能に受けるための、内側に歯が切られた穴と、当該穴の外側に当該穴の軸に対して中心がずれた偏心面とを有する第２の回転部品と、
   当該偏心面の外側を回転可能に受ける穴を有する第１の往復部材と、
   第１の回転部品の軸に垂直な直線的通路に沿っての、第１の往復部材の運動を制限する手段と、
   を具備する、回転部品と少なくとも１個の直線上に往復する部材とを相互接続する機構。
2. 第１の回転部品の運動の有効な中心に対する第２の回転部品の運動の有効な中心の偏心度が、上記第２の回転部品の運動の有効な中心に対する偏心面の中心の偏心距離と実質的に同一であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の機構。
3. 歯を切った外側の表面が第１の回転部品の軸と同心の円形の表面を有し、上記歯を切った表面が、第２の回転部品の穴と共働して、上記第１の回転部品の軸の中心と上記第２の回転部品の穴の中心との偏心距離が上記第２の回転部品の穴の中心と上記第２の回転部品の偏心面の中心との偏心距離と実質的に同一である偏心機構を形成することを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の機構。
4. 第１の回転部品の回転軸の周りに回転させるために、別の回転部品が取り付けられ、別の回転部品が第１の回転部品の回転軸に対して偏心して配置された第１の外側偏心面を有し、
   第２の回転部品の穴が歯のない部分を有し、歯のない部分において別の回転部品の第１の外側扁心面が回転可能に受けられ、
   第１の回転部品の歯を切った表面の中心に対する第１の外側偏心面の中心の偏心度が、第２の回転部品の歯の周転円運動の中心の偏心度と実質的に同一であることを特徴とする、特徴請求の範囲第３項に記載の機構。
5. 別の回転部品がシャフトを有し、第１の回転部品が前記シャフトに回転可能に取り付けられていることを特徴とする、請求の範囲第４項に記載の機構。
6. 第２の回転部品が、第２の回転部品の穴の中心に対する第１の偏心面の中心の偏心距離と偏心距離が同じであるが、位相がこれと１８０°ずれて配置された第２の偏心面を有し、
   第２の偏心面を回転可能に受ける穴を有する第２の往復部材と、
   第１の回転部品の軸と第１の往復部材が運動する直線的経路に直角な、直線的経路に沿っての、第２の往復部材の運動を制限する手段と、
   を有することを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つに記載の機構。
7. 第１及び第２の往復部材がそれぞれの直線的経路に沿って移動するのを制限する手段が、上記部材を摺動可能に取り付けた本体を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第６項に記載の機構。
8. 第１及び第２の往復部材のそれぞれが、本体中の付随する穴の中に摺動可能に取り付けられている各ピストンを画定することを特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載の機構。
9. 第１及び第２の往復部材のそれぞれが、各対のピストンを画定し、付随する穴が対のピストンの間に形成された各第２の偏心面を収納する穴を有し、各部材の対のピストンが付随する本体中の心合わせされた穴の中に摺動可能に取り付けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の機構。
10. 第１及び第２の往復部材のそれぞれが、間に延びる連接ウェブにより間隔をあけられた１対のピストンの形態であり、第２の偏心面のための穴がウェブ中に形成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第８項または第９項に記載の機構。
11. 第１の回転部品が、本体中に回転可能に取り付けられたシャフトを有することを特徴とする、特許請求の範囲第７項から第１０項までのいずれか１つに記載の機構。
12. 第１及び第２の往復部材の直線的運動軸が、第２の回転部品の軸の方向に間隔をあけて配置されていることを特徴とする、特許請求の範囲第６項から第１１項までのいずれか１つに記載の機構。

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