JP5161306B2 - 往復回転動力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は往復回転動力変換装置に係るもので、より詳しくは往復回転運動を一方向回転運動に又は一方向回転運動を往復回転運動に変換させる往復回転動力変換装置に関するものである。
一般的に、自動車などのような装置で往復直線運動を一方向回転動力に転換するために使用するクランク機構はピストンと、前記ピストンに一端が連結され他端がクランク軸に偏心連結されたコネクティングロッドと、で構成される。
自動車ではエンジンに設置されたピストンが往復直線運動をすると、ピストンの往復直線運動をコネクティングロッドとクランク軸が回転運動に変換することになるので車両に駆動力が伝達されるものである。また、前記クランク軸の回転運動を入力端とすることになるとピストンの往復直線運動を出力端で得られるようになる。ここで、前記コネクティングロッド、偏心されたクランク軸等で直線往復運動を一方向回転運動に変換させるためには、ピストンの移動距離、コネクティングロッドの偏心による回転半径などを確保しなければならないので非常に大きい体積が必要になりこれによって重量が大きくなる問題点がある。
それで、これを解決するためにワンケルエンジン等のようなロータリーエンジンが開発されたが、これは構造が複雑で製作しにくいだけでなく密閉室の構造、吸排気の問題などによって高出力エンジンに適用することができなくなるので、体積が小さくて効率に優れたクランク機構の開発が必要となった。
例えば、大韓民国登録特許第0404446号(トーラスクランク機構)に開示されているところ、これは図７と図８に図示されたように四角のボックス状のハウジング(５０)と、前記ハウジングの内部に配置されると共に四つのチャンバーを形成する固定ブロック(５１)と、前記チャンバーに挿入されるように形成されたロータボディー(５２)と、前記ロータボディー(５２)の上下部に結合される出力ベベルギヤ(５３)と、前記ベベルギヤ(５３)に結合され回転するように４方向の軸(５４)が形成されたコア(５５)と、ハウジング(５０)に結合されロータボディー(５２)を制限するカバー(５６)からなっている。
ところが、前記のようなクランク機構はその構成が非常に複雑で製作しにくいだけでなく、多数のベベルギヤが噛み合って回転するので動力の伝達経路が非常に複雑でこれによって摩擦が大きくて動力の効率が低い問題点がある。
また、駆動される部分が四つのベベルギヤ及び二つの出力ベベルギヤからなっているので、ギヤの駆動際の磨耗、騒音の発生などの問題点がある。
本発明の目的は動力変換装置の全体的な構造を単純にすると共に維持保守が容易である往復回転動力変換装置を提供することにある。
本発明の他の目的は摩擦される部分を極小化して摩擦による騒音の発生、動力効率の低下などを改善した往復回転と一方向回転を変換させる往復回転動力変換装置を提供することにある。
前記の目的を実現するために本発明は、往復回転運動を入力受けるか出力する往復回転軸と、一方向回転運動を入力受けるか出力して、その一側に傾斜偏心アームが設置された少なくとも一つ以上の一方向回転軸と、 往復回転軸と一方向回転軸が同一平面で互いに直交されるように設置されて、一方向回転軸によって支持されたハウジングと、往復回転軸又は一方向回転軸に動力が伝達されると円錐回転運動とツイスト運動によって往復回転運動と一方向回転運動への変換がなされるように構成された運動変換手段で構成される点にある。
前記のように本発明は構成部品がクランクピン、一対のガイドベアリング、ガイド部材だけでなされた非常に単純な構成で往復回転運動と一方向回転運動の変換をなすことができると共に、摩擦部分が最小化されているので、クランク機構の維持保守が簡単で騒音の発生が極小化され、製作費用が低減される利点がある。
本発明による往復回転動力変換装置で往復回転軸が正回転された場合を示した断面図。 図１ａで往復回転軸が逆回転された状態を示した断面図。 図１ａでハウジングを除外した状態の往復回転動力変換装置の分解斜視図。 図１ａでハウジングを除外した往復回転動力変換装置の平断面図。 図３でＡ―Ａ線断面図。 図１ａに示された一対のガイドベアリングの斜視図。 図１ａに示されたクランクピンと傾斜偏心アームと往復回転軸と一方向回転軸の回転軌跡を示した概略図。 往復回転を一方向回転に変換させる従来の動力変換装置を示した分解斜視図。 図７に示された動力変換装置の部分切開斜視図。
本発明は、往復回転運動を入力受けるか出力する往復回転軸と、一方向回転運動を入力受けるか出力して、その一側に傾斜偏心アームが設置された少なくとも一つ以上の一方向回転軸と、 往復回転軸と一方向回転軸が同一平面で互いに直交されるように設置されて、一方向回転軸によって支持されたハウジングと、往復回転軸又は一方向回転軸に動力が伝達されると円錐回転運動とツイスト運動によって往復回転運動と一方向回転運動への変換がなされるように構成された運動変換手段で構成される点にある。
参照は本発明の実施例を詳細に説明したもので、それらの実施例は添付された図面に図示されており、同一の参照符号は同一の要素に該当する。以下、実施例は図面によって本発明を説明するために記載することになる。
図１ａと図１ｂ及び図２は本発明による往復回転と一方向回転を変換させる動力変換装置を示した断面図とハウジングを除外した斜視図として、往復回転運動を入力受けるか出力する往復回転軸(１)と、一方向回転運動を入力受けるか出力する一方向回転軸(２)と、往復回転軸(１)と一方向回転軸(２)が同一平面で互いに直交されるように設置されて、一方向回転軸(２)によって支持されたハウジング(３)と、前記往復回転軸(１)又は一方向回転軸(２)に動力が入力されると円錐回転運動とツイスト運動によって往復回転運動と一方向回転運動への変換がなされるように構成された運動変換手段からなっている。
前記運動変換手段は往復回転軸(１)と一方向回転軸(２)と同一平面上でツイスト運動及び円錐回転運動を並行しながら往復回転運動と一方向回転運動への変換がなされるようにするものである。
前記運動変換手段は図３と図４に示されたように、往復回転軸(１)に一体に結合形成されると共に中間部分が空いている“Ｕ”字形状で製作されて中央部分に回転ボール(４)が形成されたガイド部材(５)と、前記ガイド部材(５)の上面に結合されると共にハウジング(３)に回転支持されるように第１回転軸(６)が突出形成されたカバー(７)と、前記ガイド部材(５)の空いている部分(中空部分)に挿入されると共に第２回転軸(６ａ)に回転ボール(４)に結合され回転ツイスト運動をするように設置された一対のガイドベアリング(８)と、前記一対のガイドベアリング(８)の間に位置され滑りながら円錐回転運動をするクランクピン(９)と、前記クランクピン(９)の両端に所定角度をなしながら結合されて一方向回転軸(２)と一体をなしてハウジング(３)内で回転するように設置された第１、２傾斜偏心アーム(１０ａ,１０ｂ)からなっている。
前記クランクピン(９)は一対のガイドベアリング(８)の間に位置されると共に、両端が一方向回転軸(２)の第１、２傾斜偏心アーム(１０ａ,１０ｂ)に固定設置されて、第２回転軸(６ａ)を中心に互いに当接して円錐回転運動をすることになる。
前記第１、２傾斜偏心アーム(１０ａ,１０ｂ)は一方向回転軸(２)と同一平面上に位置されるようにハウジング(３)内に設置される。そして、クランクピン(９)の傾斜角度は“Θ”になり、これは回転の際の往復回転軸(１)の回転角度と一致する。
ガイド部材(５)と一対のガイドベアリング(８)及びクランクピン(９)とガイドベアリング(８)の二つの接触面の間にはクランクピン(９)が円錐回転運動をする際摩擦が発生されるのでこれを減少させるために潤滑手段が設置される。
前記潤滑手段は図２と図５に示されたように、潤滑油を充鎮して充鎮された潤滑油がガイド部材(５)と一対のガイドベアリング(８)の間の接触面に流入されるように一対のガイドベアリング(８)の側面に形成されたオイル溝(Ｏ)と、前記一対のガイドベアリング(８)とクランクピン(９)の間の接触面に潤滑油が流入されるように一対のガイドベアリング(８)が互いに合う部分に形成された隙間(Ｓ)と、からなる。
もちろん、往復回転軸(１)と一方向回転軸(２)を固定する回転軸などのように回転する部分には回転の際摩擦を減少させるためにベアリング(１１)などが設置される。
本発明の往復回転動力変換装置の作動原理を説明すると次のようだ。
本実施例では、エンジンのピストン等のように往復回転運動をする機構にて往復回転力が往復回転軸(１)に伝達されると本発明の装置を通じて一方向回転軸(２)の一方向回転運動に変換する過程を説明して、一方向回転力を往復回転に変換する場合はここでは説明していないが本実施例の全ての過程を逆順とすると可能である。
図１ａは上から見た時、時計方向(Ａ１方向)に往復回転軸(１)が回転する状態を示すものであり、往復回転軸(１)が回転するとガイド部材(５)が時計方向に回転して、中間に挟まれた状態である前記クランクピン(９)が連動回転することになる。
前記ガイド部材(５)によって前記クランクピン(９)がＣ方向に回転力を受けると、クランクピン(９)は第２回転軸(６ａ)を中心に両側が全て円錐状の回転運動をすることになり、この回転力は前記第１、２傾斜偏心アーム(１０ａ,１０ｂ)を通じて前記クランクピン(９)に一定角度で偏心結合されている一方向回転軸(２)を“Ａ２”方向に回転させる力で作用することになる。
前記クランクピン(９)、往復回転軸(１)及び一方向回転軸(２)、第１、２傾斜偏心アーム(１０ａ,１０ｂ)の回転軌跡を描いてみると図６に図示されたようで、クランクピン(９)は第２回転軸(６ａ)を中心に両端が円錐状の回転運動をすることになる。
この際、前記ガイド部材(５)と一対のガイドベアリング(８)及びクランクピン(９)の間では摩擦が発生されるが、オイル溝(Ｏ)に充鎮された潤滑油とガイドベアリング(８)の隙間(Ｓ)に流入された潤滑油によって摩擦が極小化され、本願発明ではエネルギーの損失を最小化させることができる。
一方、往復回転軸(１)の回転方向が“Ｂ１”方向に変わると図１ｂのようになり、前記クランクピン(９)が往復回転運動によって円錐状の回転運動をすることになり、これにより一方向回転軸(２)が連続的な回転運動をすることになる。
前記クランクピン(９)の円錐状の回転運動によって一方向回転軸(２)が連続的な一方向回転運動をするためには図６でクランクピン(９)の両端であるＰａ、Ｐｂ点が各方向(Ａ２,Ｂ２)回転の際一方向回転軸(２)と同一の水平面に位置した地点である“Ｐ１,Ｐ２”点が各方向回転運動の端点になるように設定しなければならない。
即ち、往復回転軸(１)がＡ１方向の回転を終えて逆方向であるＢ１方向に回転しようとする際、クランクピン(９)の一端Ｐａ点がＡ２方向の回転を終えてＰ１地点に到達した状態なら、往復回転軸(１)の回転方向が変わってもクランクピン(９)の他端Ｐｂ点はＰ２点に向かってＢ２方向に回転することになり、前記クランクピン(９)は完全な円錐運動をすることになり、結果的に前記一方向回転軸(２)に同一方向回転を連続的に発生させることになる。
前記のように往復回転軸(１)の往復回転によって一方向回転軸(２)が連続的に同一方向回転をすると、非常に単純な構造で摩擦部分が最小化されたクランクピン機構として往復回転運動を一方向回転運動に変換させることができるようになる。
もちろん、前記一方向回転軸(２)に一方向回転力が伝達されるとこれは第１、２傾斜偏心アーム(１０ａ,１０ｂ)とクランクピン(９)を通じてガイド部材(５)の往復運動に変換され往復回転軸(１)が往復回転運動をすることになる。
本発明の往復回転動力変換装置は自動車、ロボット及び産業機器の全般にかけて動力変換をすることになる動力変換装置に適用することができて、特に往復回転運動を一方向回転運動に又は一方向回転運動を往復回転運動に変換させる動力変換装置に適用することができる。
本発明のいくつかの実施例を図示して記載したが、本発明は前記記載された実施例に限らない。そして、それは技術分野における通常の知識を有する者なら本発明の原理及び精神から逸脱することなく、このような実施例を作ることができて本発明の範疇はクレーム及びそれらの同等性によって形成される。
1:往復回転軸
2:一方向回転軸
3:ハウジング
4:回転ボール
5:ガイド部材
6:第１回転軸
6a:第２回転軸
7:カバー
8:ガイドベアリング
9:クランクピン
10a:第１傾斜偏心アーム
10b:第２傾斜偏心アーム
11:ベアリング

Claims (5)

  1. 往復回転運動を入力受けるか出力する往復回転軸と、
    一方向回転運動を入力受けるか出力して、その一側に傾斜偏心アームが設置された少なくとも一つ以上の一方向回転軸と、
    前記往復回転軸と前記一方向回転軸が同一平面で互いに直交されるように設置されて、一方向回転軸によって支持されたハウジングと、
    前記往復回転軸に連結されて、往復回転軸又は一方向回転軸に動力が伝達されると円錐回転運動とツイスト運動によって往復回転運動と一方向回転運動への変換がなされるように構成された運動変換手段と、で構成され、
    前記運動変換手段は、その中間に中空部分が形成されて中央部分に回転ボールが形成されたガイド部材と、
    前記ガイド部材の上面に結合されると共にハウジングに回転支持されるように第１回転軸が突出形成されたカバーと、
    前記ガイド部材の空いている部分に挿入されて両端が第１、２傾斜偏心アームを通じて一方向回転軸に所定角度で結合されたクランクピンと、
    前記クランクピンとガイド部材の間に結合され回転ツイスト運動をするように設置された一対のガイドベアリングと、で構成されることを特徴とする往復回転と一方向回転を変換させる往復回転動力変換装置。
  2. 請求項１において、前記運動変換手段はクランクピンが円錐回転運動をする際、前記ガイド部材と前記一対のガイドベアリングの間及び前記クランクピンと前記ガイドベアリングの間で発生される摩擦を減少させる潤滑手段をさらに含むことを特徴とする往復回転と一方向回転を変換させる往復回転動力変換装置。
  3. 請求項２において、前記潤滑手段はガイド部材と前記一対のガイドベアリングの間の接触面に流入されるように前記一対のガイドベアリングの側面に形成されたオイル溝と、前記一対のガイドベアリングとクランクピンの間の接触面に潤滑油が流入されるように一対のガイドベアリングが互いに合う部分に形成された隙間と、からなることを特徴とする往復回転と一方向回転を変換させる往復回転動力変換装置。
  4. ハウジングと、
    前記ハウジングに連結され、往復回転運動を伝達する往復回転軸と、
    前記往復回転軸と同一平面内で直交されるように設置され、その一側に傾斜偏心アームがそれぞれ設置される少なくとも一つ以上の一方向回転軸と、
    前記往復回転軸に動力が伝達されると円錐回転運動によって往復回転運動は一方向回転運動に変換して、前記一方向回転軸に動力が伝達されると円錐回転運動によって一方向回転運動は往復回転運動に変換がなされる運動変換手段と、で構成され、
    前記運動変換手段は、その中間に中空部分が形成されて中央部分に回転ボールが形成されたガイド部材と、
    前記ガイド部材の上面に結合されて、第１回転軸が突出形成されたカバーと、
    前記ガイド部材の中空部分に挿入されて、その両端が第１、２傾斜偏心アームを経て一方向回転軸に結合されたクランクピンと、
    前記クランクピンとガイド部材の間に結合されて、回転ツイスト運動をする一対のガイドベアリングと、で構成されることを特徴とする往復回転動力変換装置。
  5. 往復回転運動を伝達する往復回転軸と；
    前記往復回転軸と同一平面内で直交されるように設置されて、その一側に傾斜偏心アームが設置された少なくとも一つ以上の一方向回転軸と；
    前記往復回転軸に連結されるガイド部材と、前記ガイド部材に結合されてハウジングに回転支持されるように回転軸が形成されたカバーと、第１、２傾斜偏心アームを通じて一方向回転軸に所定角度で結合されたクランクピンからなって、往復回転軸又は一方向回転軸に動力が伝達されると円錐状回転運動とツイスト運動によって往復回転運動と一方向回転運動に変換がなされるように構成された運動変換手段と、で構成されることを特徴とする往復回転動力変換装置。
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