JPH02283844A

JPH02283844A - 運動変換装置

Info

Publication number: JPH02283844A
Application number: JP10377189A
Authority: JP
Inventors: Katsumasa Araoka; 勝政荒岡; Kiyoshi Kagawa; 香川　澄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1990-11-21
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2680411B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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かある。

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ビストン１０
１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ビストン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１０５に連結されている。上記デイ
スプレーサビストン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１１人されており、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ビスト
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１１１、
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１０５にはバランスウェイト１０６が取付けられ、上
記のデイスプレーサビストン１０１、パワーピストン１
０２、連接棒１０３．１０４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、このようなり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、このようなり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、このようなりランク機
構では、バランスウェ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個のバランスウェイトが上記カム部に嵌合して
おり、これらのバランスウェ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ェ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個のバランスウェ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
スプレーサビストン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１
８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ビストン２にはロッド７を介して
一対のフィ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にも一対のフィンガ状の運動伝達
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ビスト
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
ビストン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
デイスプレーサビストン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ビストン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ビス
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ビストン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
の連動伝達部材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ビストン
２の運動伝達部材８とパワーピストン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３
０＠の配置間隔によって上記デイスプレーサビストン２
とパワーピストン３との間にはこれらの１往復を３６０
°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個のバランスウェイト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ェイト１４にはそれぞれローラ１
０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ェイト１４は往復運動するように
構成されている。これらバランスウェイト１４は、上記
のデイスプレーサビストン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
スウェイト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、これらバランスウェイト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ェイ
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１
６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、バランスウェイト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ェイト
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ェ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軸方
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、一対の運動伝達部材９、および一対のバ
ランスウェイト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、上記のバランスウェイト１
４は、デイスプレーサビストン２とパワーピストン３の
合成質量点と逆位相で往復連動するので、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ビストン２やパワーピストン３
等が０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、デイスプレーサビストン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、またバランスウェイト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、このバランスウェイト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
れらバランスウェイト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、バランスウェイトも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
びバランスウェイト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
スウェイト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およびバランスウェイ
ト１４にそれぞれ対応して別々の案内部材１６ａ、１６
ｂ、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１６ｇ、１６
ｂ、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ェイトの位相関係
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、連動伝達部材や
バランスウェ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
か生じることがなく、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・・・デイスプレーサビストン、
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・・・
バランスウェイト。第図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（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
ェイトは上記円筒カム体のカム部に嵌合しており、また
これらバランスウェ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）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）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。