JPH02504546A - 十字形クランク機構 - Google Patents

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】 ′十字形クランク機構 本発明は、十字形クランク機構であって、＃機？Ｓを用い回＠駆動装置１−使用 して、直線状の可逆運動を発生せしめることができ、又反対に！線運動から回転 運動を発生せしめることができる形式のものに関する。

回転運動の１線運動への変換及びその逆の変換を、押し棒を用いて実現すること ができる公知の装量として１例Ｉえば片側がクランク軸又ははづみ車と糠層し、 他の側がシリンダ内を案内されているピストンと独活している所謂スライドクラ ンク機構が公開されている。

しかしこの形式の運動の変換におっては、押し棒の連続的な振動が必然的に発生 する。そのため、常５ｇｊ傾動するピストンと全く同じように、ピストン上には 力の作動と除去とが、交互に連続的に行われることＫなる。

更Ｋ、フレーム内で回転可能に支承されたクランクを備えた十字形クランク機構 が公開されている。該クランクは、連動中ビンが、案内溝内を案内されている往 復台のスリットと保合してこれを駆動せしめている；７オルマ、Ｊ：伝動技術、 テキストブック、テクニーク社、ベルリン、　１９７２　、　ｐ、４０７　（Ｖ ｏｌｍｅｒ、　Ｊ。

：　Ｇｅｔｒ　１ｅｂｅｔｅｃｈｎｉｋ、　Ｌｅｈｒｂｕｃｈ、　ＶＥＢ−Ｖｅ ｒｌａｇＴｅｃｈｎｉｋ、Ｂｅｒｌｉｎ、　１９７２　、３４０７　）　Ｌかし この装置は、回転運動から可逆の往復運動を発生せしめるような構成にはなって おらず、そのためにはクランクも可逆式になっていなければならない。

従って本発明の課題は、大きな伝達角度を有し、かつ従来のスライドクランクよ フも大きなストロークを有する、可逆的な十字形クランク原動部を提供すること にある。

本発明では、フレーム内で回転可能なり２ンクを備えた十字形クランク＠構であ って、該クランクは運転中、ビンが案内溝内を案内されている往復台のスリット と係合し、その際クランクは、り２ンク回転＠線に対し９０°の角度を取して配 置された２本のピンを肩し、往復台は９０°の角度で交差する２つのスリン）？ 有し、該スリットは、往復台のスライド方向に対し夫々４５゜の角度を成して延 びており、運転中は、第１スリツト内に第１ビンが、第２スリツト内に第２ピン が、夫々案内されている形式のものによって、上記課題を解決することができた 。つまシこのクランク機構は、運動学的には２重の十字形スライダである。

この種の構成にあっては、公知のスライドクランク機構に比べて約２倍の大きさ のストロークが達成されておシ、同時に、１本のビンだけＫよる運動伝達装置を 備えたクランク機構に比べて、改善された伝達角度が達成されている。

本発明の機能は、ビンが、往復運動方向に対し４５゜を成して配置されたスリッ ト側面に当接してお夕、回転の原に該ビンがスライドし、逆にビンに圧力がかか る場合には、これが円運転に変換せしめられるという点にある。その際ピンは、 ９０°を成して配置されたスリット内に留まっている。りまシこの状態は変化し ない。このことから、本発明の決定的な利点が発生する。

りまフ少くとも１本のピンがスリットと結合して残留しており、特に開放された 交差点を通過する際にも、別のピンが結合しているという利点である。

本発明の装置にあっては、上死点と下死点とが発生するが、それはビンの結合線 が往復台の退勤方向と９０°を成して交差するその時である。

往復台の移動運動からピンの回転を発生せしめようとする場合には、更に、ビン をはづみ車上に配置することが提案されている。

案内溝側面におけるビンの摩遵を防止するために、ピンには簡単な形式で、例え ばＩ−ルベアリングのような回転軸受が設けられており、核軸受は＠面上を転動 するか、又はピン自体が回転可能に支承されている。

特に側面とピンと２５：、互いに歯で噛み合うことも可能であり、この場合は特 に静画な、装置の運転を達成することができる。

簡単な場合にはスリットは、Ｘ字状に互いに相対して配置された片側開放式の１ Ｉ１１面であって宜い。それは回転を維持する際、ピンは単に側面に当接するだ けでよいからである。

しかしスリットは交差するスリットとして構成されていでもよく、この場合蝶、 対称的に皓しいスリットが向い合って位置している。又スリットが開放式に形成 されて、側面が向い合って位置する■字形の２つの角度を形成するように構成す ることも基本的に可能である。その際、その先端部間の距離はそのままにしてお く。この距離はビンの通過のために必要なものであり、その際両方のビン又は反 対側の側面が常に駆動されている訳ではない。

スリットは端部が半円形になっておシ、その直径は、ビンの１径、又は場合によ ってはその上を走行するが−ルベアリングの直径よシも若干大きい。その結果ス リットは、これらに対して充分な遊びを有することＫなる。

ピストン駆動部は、本発明によってこれを有利に製作することができる。その際 スリットは、スリット罠配設されたピストンと結合している。その際特に有利な 点は、押し棒ベアリングがもはや必要でないため、ピストンと往復台とを剛性的 に配置することができるという点である。特に、ビン又は場合によっては軸によ って結合された２枚のディスクの間に、スリットを配置することも可能である。

この場合ビンは、前述のよ５に、往復台乃至はそのスリット内を案内されておシ 、その際ディスクの固定は、ビンを用いるだけでこれを実検することができる。

同様に軸を結合部材として使用しなければならない場合には、運動方向Ｋｍびる 軸方向の切欠きを往復台に設け、該切欠きには、軸線に対し総ての貴方に遊びを 残すようにすることが提案されている。

その際％に、　ビン及び場合によっては中心軸には・はづみ車が配設されてお夛 、該はづみ車は死点を、その慣性モーメントによって乗シ越えている。

この新しい運動学によシ、七−タ、ポンプ及びその類似のものは、特に有利にこ れを運転することができる。

その際所要の異なったサイクルタイムは、ｗＩ接するビンを所望の角度だけずら せて配置することにょ夛、これを難なく達成することができる。

本発明の十字形クランク機Ｓａ、十字形往復台速度及び十字形往復台加速度に関 しては、スライドクランク機構に比較して簡単かつ制御可能な、正弦状の経過を 辿っている。更にストロークは４０％以上も大きい。

又押し棒の往復運動が失くなるために、それに関連する厄介な振動は発生しない 。更にスライドクランク機うなよシ高次の慣性力を全く考慮する必要がない。こ のことから良好な振匍特性が導き出される。りまシよシ高次の調和成分が消失す るので、これが原動部の静粛な運転を促進することになる。

その際往復台の速度Ｖは次式に従り： ここでｈ−ストローク Ｒ＝はづみ車紳の中心点からのビンの距離ω−角加速度 である。この式から加速度すは、速度を時間で微分して次式が導かれる。

ここでス）ｏ−りｈは、原動部の道程Ｒを１次元方向に延長したものであシ、該 ストロークｔＢ−ｔｈ−Ｒｅ　（ｓｌｎψ＋ｃｏｓψ−１）で与えられ、ψはは づみ車の回転角を衣わしている。

この原動部の機械効率は、潤滑が適切で転がｐ軸受が使用されている場合には、 約９２チから９６−の間にある。

更に慣性や振動に基く力は、慣性力ＦＴに関して次式が適用される。

ここでｍ−往復台の質量 ω＝揺動ディスクの角速度 である。その詮方ＦＴは前符号に関してだけ変化する。

上述のことから、モータ、圧縮機、ポンプ又はその類似品に対して本装置を使用 するならば、特に機械的な適性が発揮される。その際ピストンは、基本的に押し ＩＩを介して往復台と剛性的に結合されている。ピストン及びシリンダと、往復 台機構とは、を間約に互いに分離されており、運動学的には押し棒を介して結合 されている。このことからこの種モータの特に簡単な構成が導き出される。つま シシリンダ密閉部及び原動部ケーシングを貫通する押し棒の買通部は、簡単なス ライド封上部、シリンダ及び原動部が、分離したユニットに形成されておシ、該 ユニットは、別個にこれを手入れすることができるよう罠なっている。

従来一般的に使用されていたクランクシャフトを省略することができるため、モ ータ及びその類似品はこれを極めて簡単に製作することができる。このことは、 特殊な工具を持たないより小さな工場にとっては、重要な意味を有している。

更に、本発明に基いて製作された七−夕は、圧縮に関して広範囲に亘ってこれを 制御することができる。

シリンダピストンユニットと原動部とが、共通のケーシングによって取シ囲まれ ている必！！はないので、押し棒の調節は、ケーシングを開放することなしに、 例へばねじ棒及び薄ナツトを用いて外方から麺なくこれを行りことができる。

添付の図面に基いて、本発明の詳細な説明する。

第１９乃至第８図は運動学的な運動会過を示しているＯ 第９図は往復台案内部を示している。

第１θ図は往復台案内部の側面図を示している。

第１１図Ｆｉ２サイクル対向エンジンを示している。

第１２図は４サイクル対向ニンジンを示している。

第１３図Ｆ１４段圧縮機を示している。

第１図乃至第８図には、軸４を中心に回転する除、夫々４５°の間隔で位置する ビン５及び６の位置が示されている。大文字Ａ乃至りは、互いに鉛直に配置され たスリット１１　、１１’　、　１２　、１２’内におけるビン５及び６の最終 位置を示している。その際鉛直な１点鎖スリット１１．１１’、１２．１２’は 往復台の構成部材であり（第９図）、その運動方向は上方の矢印が示しているよ うに、ビン５．６が右方走行の際、軸４を中心に力位ｎｉ１８０°（第５図）に 達するまで右方に向って走行し、また３６０°までは逆方向に走行する。その際 ３１５°の位置が第８図に示されている。

第１図乃至第８図に明示されているように、ビンがスリット交差点の開放部を貫 通ずる際には、Ｍ２図、第４図、第６図及び第８図に図示されているように。

別のビンがスリットと保合している。

特表乎２−５０４５４６（４） 相対的な運動を可能にするために、側面間隔はビンｌ径よりも若干大きく設計さ れている。或は、ビン上に回転軸受を配置する必要がある場合には、側面間隔を その軸受の凹径よりも若干大きく設計する。同一の事が、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの位置 の近くに在る半円端部１３にも当然当て￥ｉまる。

同時に第１図乃至第８図に示唆されているように、回転軸線を備えた軸４は、往 復台乃至はそのスリットを貫通することができ、該回転軸線を中心にビン５゜６ が回転している。それは該回転軸線が往復台の中心軸線（第９図の位置１４）に 沿って相対的に支承されているからである。

この配置にあっては、中央の自由空間部が、軸４に対してもよシ大きな半径が採 用されているために、拡大されて図示されておシ、該空間部を通ってビン５゜６ が走行している。

とのよ５に収容された不都合な場合でも、靜東な連動が保障されている。それは 、ビンがスリン）　０１１１面に常に当接して往復台を連続的にＭＡ動じている からである。

第１図及び第５図は、向い合って位置する往復台の死点を示している。往復台が 例へばピストンによって駆動されているような場合には、死点を通過せしめるた めに、軸４及びビン５．６にはずみ′ＪＩＬを配設するか、又は軸４及びビン５ ．６をはずみ車上に装着せしめる。

第９図は往復台ｌ内のスリット１１．１１’、１２゜１２′の配置を示しており 、該往復台には、軸方向の押し捧７が配置されている。この場合の往復台の案内 は、溝９及び１０の肋を借夛て行われる。又別の案内装置も可能である。

往復台の運動は仮想中心線１４に沿って行われており、そのため押し棒も１線的 な往復運動だけを行っている。そして力の伝達は、例１へばピストンのような交 互作用を伴う部材上でベクトル方向を維持し乍ら行われておシ、変更は前置符号 に関してのみ行われる。

ビン５．６及び軸４には２枚のディスク２．３を配設することが可能であり、該 ディスク２．３は、はづみ車として設計されていても宜い。この図面で線軸４は 往復台を貫通し、非接触で貫通孔１５内を走行している。

ビン５．６は同様に往復台１ｔ−貫通しており、ディスク２．３が往復台の両１ １Ｋｋ置されている。

基本的には軸４も省略することができる。その理由は、向い合って位置する２つ のはづみ車が、ビン５゜６だけによっても互いに結合され得るからでおる。

往復台、往復台案内部並びにディスク、軸及びビンは、密閉されたオイルパス内 を走行しておシ、押し棒はそれに対応して封止されたケーシングｔ−貫通してい るものの、その運動が単なる直線運動であるため、その施行については全く問題 がない。

第１Ｏ図は、第９図の往復台案内部の（９０°だけ傾けた）負面図を示しておシ 、その際押し１ｋ（７又は８）は図面平面から突き出ている。往復台１はレール ９゜ｌＯ内を案内されている。両側にはディスク２．３が配置されており、該デ ィスク２．３は、ビン５．６及び軸４によって互いに結合されている。

第１１図は使用物として、簡単に組み込まれた内燃＠関、２サイクル対同エンジ ンを示しており、該エンジンにあっては、ピストン１７が押し棒７によって駆動 されている。押し４！１７は、ピストン１７と往復台ｌとの間で剛性的に配置さ れている。

シリンダケーシング１９Ｆｉ、ビン５．６及びスリン）１１．１２を備えた往復 台１乃至は原動部から、窒く、例へは往復台に存在する雌ねじを介して対応する 押し棒の雄ねじと係合していても宜い。りまシピストン１７は、機械の停止後、 押し棒と共に往復台内にねじ込まれて、圧縮を低下せしめたシ、逆にこれを高め たシする。このためコントロール用に押し棒には、押し棒をコントロールのため のスケールが装着されている。従ってモータは、燃料の変更に対してもこれを適 合せしめることができる。

その他は公知の２サイクルエンジンが原理的に図示されており、その際符号２１ で大口弁が示され符号２２で出口弁が示されている。

第１２図Ｆｉ４サイクル対向エンジンの概略図を示しておシ、この場合第１１図 で述べたことは殆んど同じ杼に当てはまる。

４サイクルエンジンにあっては、予備圧縮装置ｆ２５が中間に接続されているた め、該エンジンは付加的に弁２６を有している。符号２３＃ｉＩ！ＪＩＪ襞童を 表わし、符号２４は点火装置を示している。

本発明は勿論、対向配置に制限されるものではなく、寧ろビン５．６を、ディス ク対の間で任意の角度で互いに配置することが可能であシ、そのため、星型、Ｖ 型及び列盤モータにも、同じように簡単な形式でこれを容易に組み込むことがで きる。

矢印は、第１１１／と同様にガスの流れ方向を示している。

第１３図は本発明の対向圧縮機装置を示しておシ、該装置にあっては、ピストン は両側で負荷されるため、４段圧縮が行われる。ピストン１７　、１７’は、段 階的な圧縮を行うために異なった平面を有している。この場合第１１図及び第１ ２図のエンジンとは異なり、往復台は押しｓ７を介してピストン１７　、１７’ によって駆動されるのではなく、ビン５．６がエンジンと結合して往復台ｌを駆 動し、該往復台１を介して圧縮装置のためにピストン１７　、１７’を駆動して いる。

基本的には、片側を内燃機関として選択し、他の側を圧縮機として選択すること も可能でおる。同様に、効率を向上せしめるため、圧縮さるべきガス通路を冷却 することも可能である。

既に述べたように、この種エンジンの特別な利点は、１方では、シリンダーピス トン−ユニットを原勲部から初めて分離したことと、ピストンと押し棒との間を 傾動不可の剛性的な結合にしたこととであり、他方では、コストをかけなければ 製作することのできないクランク軸を省くことができたことである。本発明にあ っては、シリンダ列の数にｆいて夫々に対応し、かつディスク対の間を８債な角 度で互いにずらされたビン対を備えている（Ｆｉづみ車）ディスク対によって、 クランク軸が代替されている。その際例へば弛度上の観点から、中心部を貫通す る＠４が存在していても差支えない。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．十字形クランク機構であつて、フレーム内に回転可能なクランクを有し、該 クランクは、ピン（５，６）が運転中、往復台（１）のスリツト（１１，１２） と係合し、該往復台（１）は案内溝（９，１０）内を案内されている形式のもの において、クランクがクランク回転軸線に対し９０°の角度を成して配置された ２本のピン（５，６）を有し、往復台（１）が９０°の角度を成して交差する２ つのスリツト（１１，１２）を有し、該スリツト（１１，１２）は往復台（１） のスライド方向に対し夫々４５°の角度を成して延びており、運転中は、第１ス リツト（１１）内に第１のピン（６）が、第２スリツト（１２）内に第２のピン （５）が、夫々案内されていることを特徴とする十字形クランク機構。 ２．ピン（５，６）は回転軸受を有し、かつスリツト（１１，１２）の側面と歯 で噛合つていることを特徴とする、請求項１記載の十字形クランク機構。 ３．ピン（５，６）が、２枚のデイスク（２，３）の間に配置されていることを 特徴とする、請求項１又は２記載の十字形クランク機構。 ４．クランク（２）が軸（４）を有し、かつ往復台がその中心軸線に亘つて延び る貫通孔（１５）を有しており、該貫通孔（１５）は軸（４）によつて貫通され ていることを特徴とする、請求項１から３までのいづれか１項記載の十字形クラ ンク機構。 ５．ピン（５，６）及び場合によつては軸（４）が、離隔したはづみ車対（２， ３）に配設され、かつはづみ車対の間に在る往復台（１）を貫通しており、その 際隣接するピンが角度をずらされて互いに配置されていることを特徴とする、請 求項１から４までのいづれか１項記載の十字形クランク機構。 ６．往復台（１）には押し棒（７）が配置されており、該押し棒（７）は、内燃 機関、ポンプ又はコンプレツサ、ヌはその類似品と、シリンダ内を走行するピス トン（１７）で結合さ打ていることを特徴とする、請求項１から５までのいづれ か１項記載の十字形クランク機構。 ７．ピストン（１７）とシリンダ（１８）、並びにクランク機構が、分離された ケーシング内に装着されていることを特徴とする、請求項６記載の十字形クラン ク機構。 ８．押し棒（７）は、長さの変更が可能であることを特徴とする、請求項６又は ７記載の十字形クランク機構。 ９．クランク機構は、回転中心点からピン距離Ｒを延びているストローク ｈ＝Ｒ〔ｓｉｎ（φｔ）＋ｃｏｓ（φｔ）−１〕を有していることを特徴とする 、請求項１から８までのいづれか１項記載の十字形クランク機構。 １０．ストロークが、回転中心点からのピン距離の変更によつて変更可能である ことを特徴とする、請求項９記載の十字形クランク機構。