JPH05506905A - 回転運動に変換する装置 - 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】 回転運動に変換する装置 発明の分野 本発明は、往復ピストン内燃機関および流体ポンプなどの機械における直線運動 から回転運動への変換に関する。

一般に、機械における直線運動から回転運動への変換は、クランクおよび連接棒 によって行われている。技術上周知のものとなっているこの機構は、多くの欠点 を持っているが、現在でも、この効果を得るための最も広く受け入れられた機構 となっている。

先行技術の簡単な説明 本出願人による国際特許出願１’ＣＴ／ＡＵ８９１００２７５には、中央回転シ ャフトを有し、往復ピストンと回転シャフトの接続が多くの遊星ローブシャフト によって行われる単一バンク・ラジアル往復ピストン装置が記述されている。

各ローブシャフトは、中実軸を中心にして旋回しながら軸の周りを回転するもの で、その回転運動が軌道に沿った旋回運動と釣り合うように内歯環状歯車に契合 する遊星歯車を備えている。また、各ローブシャフトは、同じ角度および間隔を おいて配置された多くのローブを備えている。それらのローブは、装置の回転時 に、装置の周辺の連続するピストンに連続的にかみ合う。

そのような先行技術による装置は、効果的に作動するが、本発明は、実行可能な 代替的装置としてみなすことができよう。

発明の要約 したがって、本発明は、１つの広い形式において、中実軸と、それぞれがそれ自 体の軸の周りを回転し、かつ中実軸を中心とする共通の円形経路の周りを旋回し 、等間隔に配置された半径方向に伸長する複数のローブを有する複数のローブホ イールと、中実軸を中心にして固定された内歯環状歯車と、各ローブホイールを 駆動させ、かつ環状歯車に契合する各ピニオン歯車と、歯の数がすべて等しいビ ニオン歯車と、各シリンダー内で滑動できる少なくとも１つの往復ピストンと、 各ピストンに対応して半径方向に往復可能なローブ従動部と、固定された１つの 端部の周りを回転できて、ピニオンと従動部の釣合いのとれた同期的な往復運動 を提供するために各ピストンとそのローブ従動部との間に確実に接続されるレバ ーアームを具備し、連続的に通過するローブホイールのローブが一定間隔の半径 方向の軸において中実軸からの最大半径方向距離を保つようにローブホイールご とのローブの数およびピニオンと環状歯車の比が選択され、各従動部がそれぞれ の前記の半径方向の軸と一直線に並ぶように配置される装置から成り立っている と言えよう。

各レバーアームは、連接棒によって各ピストンに接続され、別の連接棒によって 各従動部に接続されることが望ましい。

ローブ従動部は、連続的なローブとローブ従動部の半径方向内側下部との契合に より、連続的なローブに従動して外向きに動くようにし、またローブホイールの 軌道旋回速度で回転し、かつ内部カム表面を含むカムリングとの契合により、ロ ーブに従動して半径方向内向きに動くようにすることが望ましい。

各ローブホイールとビニオン歯車は、中実軸の周りを回転するラジアルウェブの 粕受内に収まったローブシャフトによって固着的に連結されることが望ましい。

また、ピストンは、２つのラジアルバンクに配置された複数のピストンで構成し 、レバーアームは、対にして配置して、各レバーアームが２つのバンクのピスト ン間のほぼ中央に位置する１つの端部において旋回できるようにすることが望ま しい。

図面の簡単な説明 例を用いて、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施態様だけを説明す る。

図１は、本発明の実施態様の縦断面図である。

図２は、図１の装置の部分的な横断面図である。

図３は、部分的に、図１および図２の装置の２つの連動部材を示している。

図４は、図１および図２の装置のさらなる部材を示している。

図５も、図１および図２の装置のさらなる部材を示している。

図６は、図１と同様なものであり、本発明の代替的な実施態様を示している。

図７−９は、図６の装置のそれぞれの下位組み立て体を詳細に示している。

図１０−１２は、図１および６の装置に使用する代替的な部材を示している。

好ましい実施態様の説明 装置は、回転中央シャフト６および同シャフトを中心として配置されるラジアル ピストン１の二重バンクａ１ｂを有する。装置全体は図面に示されていないが、 配置の概要は図１および図２に明解に示されている。

各ピストン１ａには、ピストンの第２バンクに属するピストン１ｂが隣接されて いる。対を成す連動ピストン１ａおよび１ｂ間には相互連結のために、接線ピン １１上を旋回するロッカーアーム２が配置される。使用される場合に、対を成す 各連動ピストン１ａおよび１ｂは、ロッカーアーム２の各端部と常時接触しなが ら非同期的に往復する。

ロッカーアーム２は固着されず、均等に分かれた２つの部分が限られた角度を成 して動けるように中央で連接されている。ただし、その動きは緩衝装置１４によ って非常に偏ったものとなる。

回転中央シャフト６と一体になるように、一対のラジアルウェブ５ａおよび５ｂ が、ピン１１を含めて中央直径面に関して相称的に配置される。各ウェブ５の外 寄りの端には共通のピッチ円の周りに等間隔に配置されるローブ付きシャフト３ を支持する複数のピン１２が設けられている。

ローブ付きシャフト３自体は、２つのバンクａ％　ｂに配置され、対を成すよう にロッカーピン１１の両側に設けられる。それぞれのローブ付きシャフトは、関 連のロッカーアーム２の下側のローブ従動部を形成する領域と接触する。ローブ 従動部領域は、連続的なローブの動きに応じて、半径方向に効果的に往復する。

図５は、そのような一対のローブ付きシャフト３ａｓ　３ｂの端面図であり、そ れぞれが６枚のローブ９．１０から構成され、非相称的に配置されているようす を示している。したがって、ローブ付きシャフト３が回転している間、１つのシ ャフト、例えば３ａのローブ９．１０は、ロッカーアーム２の片側を上昇させ、 他のシャフト３ｂのローブは、ロッカーアームのもう一方の側を下降させる。ロ ーブ９．１０の輪郭は、上昇および下降運動が相称的に行われず、継続的な接触 を保つ偏向的な連接ロッカーアーム２によって相殺されるように形成される。

ローブ付きシャフト３は、ウェブ５の回転、歯車７と各ローブ付きシャフト３と の一体的な契合および歯車と装置のケーシングに組み込まれている定置形環状歯 車１３との契合により、惑星のように動（。図２には、これらの部材の相対的な 回転方向を示すさまざまな矢印が描かれている。

図３は、隣接したローブ付きシャフト３が、共通のバンクａまたはｂの一部を形 成しながら、さねはぎ型の配置でオーバーラツプするようすを示している。各ロ ーブ付きシャフト３は、溝付きの雌ローブ９または舌状の雄ローブ１０としての ローブを６枚具有している。ローブ付きシャフト３は、さねはぎ形の配置で互い に自由に通過しながらその半径方向の外端部のポイントがオーバーラツプするよ うに配置およびタイミング設定される。また、ローブ付きシャフトは、ロッカー アーム２のローブ従動部領域と一直線に並ぶ事前設定された半径方向の軸Ｃ−Ｃ において、通過する各ローブ付きシャフト３のローブ９．１０が半径方向の最大 限度を有するように配置およびタイミング設定される。

ピストン１は、簡便な機械的機構か前記の特許出願ＰＣＴ／Ａ［ｌ８９１００２ ７５に記述されているような流体機構または図面に示しである溝付き直結装置１ ５により、ロッカーアーム２の各端部との継続的な接触を維持する。また、各ピ ストン１は、すでに確立されている技術、つまり連動式のシリンダー内の従来の 内燃ピストン、容積式流体ポンプなどにしたがって作動させることができる。

本発明の代替的な実施態様を、図６に示しである。この実施態様は、同じように 配置されたピストン２１の２つのラジアルバンクを有する。ピストンのバンクは 、２１ａおよび２１ｂという符号で示されている。

各ピストン２１は、半径方向外側の連接棒３７によって、各レバーアーム２２に 連結される。連接棒３７は、ピストン２１の端部およびレバーアーム２２の端部 において旋回する。

レバーアーム２２は、内側ピン３１において旋回する。内側ピン３１は、シャフ ト２６の接線方向に動くもので、エンジンケース２４に相対的に固定されている 。

半径方向内側の連接棒３６は、各レバーアーム２２と各カム・ローブ従動部３２ を同じような旋回方式で連結する。

一般に、各従動部３２は、エンジンケース２４に相対的に固定されているガイド ３９内で、半径方向および往復的に滑動する。従動部３２は、ローブが外側半径 方向の最大限度に達するときの軌道旋回角度に一致するエンジンの半径範囲上に 配置される。外側半径方向の最大限度は、本明細書の前記の実施態様に関連した 図２に示されている。

ローブシャフト組み立て体は、回転ウェブ２５内の軸受２９を通る一体シャフト ２８およびビニオン歯車２７から成る。

ローブホイール２３は、キーなどの確実な契合装置によってビニオン歯車２７の 反対側のシャフト２８の端部に固定される。

図８は、ローブホイール組み立て体の２つの個別の設計を示した詳細図である。

この図には、外周部が連続するように配列された２番目のローブホイール２３が 全て平形ローブホイールか、または隣接したローブホイール２３と互いにオーバ ーラツプできるように周縁に深い溝が設けられたローブホイールであることが示 されている。またこれも図８から分かる通り、隣接するビニオン歯車２７のオー バーラツプは、各シャフト２８の長手方向に沿ってオフセットすることによって 達成される。

図１の実施態様と同じように、各ビニオン歯車２７は、エンジンケース２４に相 対的に固定されている環状歯車３３と契合する。ウェブ２５は、エンジンケース ２４内の軸受３０に収まった状態で動（シャフト２６に固定されたまま回転する 。

ローブホイール２３と従動部３２の相互作用は、ロッカーアーム２の下側に接触 するローブホイール３（ローブ付きシャフト）に関して図１〜５を参照しながら 前述したものとほとんど同じである。しかし、図６の装置の場合は、従動部は小 さな円弧を描くのではなく、完全に直線的に動くことができる。したがって、ロ ーブホイール２３と従動部３２との間では純粋なころがり接触、つまり、滑り運 動を伴わない接触が得られる。

従動部３２のさらなる詳細および関連の部材が図９に示されている。従動部３２ は、正方形またはそれに類似した断面を有していて、長手方向の軸の周りを回転 できないようになっている。ガイド３９は、それに対応した内部形状を有してい る。従動部３２の一部分（この部分は常にガイド３９の外部にある）からは、軸 受３５を支持するビンなどの適切な連結装置が伸長している。軸受３５は、ロー ブホイール２３の影響下に置かれている従動部３２の正常な動きに応じられるよ うに形成された環状カム３４に沿って動く。この配置により、従動部３２の確実 な折り返し運動およびピストン２１までの連結が達成されるーピストン２１に対 するシリンダー内の作業条件自体がピストンの確実な折り返し運動を瞬時のうち に達成できない場合でも。

各カムホイール（ローブホイール）２３の各ローブの先端の輪郭は同一であり、 ローブ従動部３２の下部接触表面およびローブがたどる複雑な経路になじむよう になっている。これによって、ローブとローブ従動部３２との間の接触にハイポ イド歯車で得られるような純粋なころがり特性を持たせることができる。

さらに、基本的な配置では、シャフト２６の回転速度に関してピストン２１の非 相称的な往復運動を提供する。

シャフト２６の一定の回転速度におけるピストン２１の往復運動の半径方向外側 半分の動き、および対応する半径方向内側半分の動きを考慮して、サイクルの半 径方向外側半分におけるピストン２１の平均速度が、サイクルの半径方向内側半 分における平均速度よりも速くなるようにする。「非相称性」の実際の程度は、 ローブホイール２３０ローブの先端の輪郭、ローブ従動部３２の下側接触表面の 形状、１つのローブがローブ従動部３２と契合しなくなって次の連続的なローブ が従動部に契合するまでの休止時間、他の主な幾何学的関係などの設計要素によ って少なくともある程度まで変更することができる。

図８は、一般に半径方向において、２つの隣接したローブホイール下位組み立て 体２３．２７．２ｇがどのようにオーバーラツプするかを示している。

図１０は、内部に一対のピストン２１を備えた内燃機関のカートリッジ３９の断 面図である。カートリッジ３９は、簡単に装置に対する取り付けまたは取り外し を行うことができる。図１０に示しであるピストン２１は、段階的な構造になっ ているもので、２つの個別の動作容積（行程容積）または室４１．４２が設けら れている。作動させる場合は、半径方向内側の室４２を使用して可燃性の空気と 燃料による混合気を予備圧縮または過給し、それを交差ボート４０を介して、さ らに圧縮が行われるもう一方のピストン２１の半径方向外側の動作室４１（燃焼 室を形成する）に送り込む。これは、例えば先行技術においてその概念が周知の ものとなっている段階式ピストン内燃機関に役立つ。

図１１は、３つの室の対を成す６つの個別動作室を有する第２のカートリッジ３ ９を示している。３室の各対は、図１０の半径方向外側の室４１に相当する中央 室４１と図１０の半径方向内側の室４２に相当する２つの室４２とから成る。

同じような交差ポートが設けられるが、隣接している対の室４２と４１との間に は示されていない。

１６す、６ ｂｏ、７ 補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成４年１１月１８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．中央軸と、それぞれがそれ自体の軸の周りを回転し、かつ中央軸を中心とす る共通の円形経路の周りを旋回する、等間隔に配置されて半径方向に伸長する複 数のローブを有する複数のローブホイールと、中央軸を中心にして固定された内 歯環状歯車と、各ローブホイールを駆動させ、かつ環状歯車に契合する各ピニオ ン歯車と、歯の数がすべて等しいピニオン歯車と、各シリンダー内で滑動できる 少なくとも１つの往復ピストンと、各ピストンに対応して半径方向に往復可能な ローブ従動部と、固定された１つの端部の周りを回転できる、ピニオンと従動部 の釣合いのとれた同期的な往復運動を提供するために各ピストンとそのローブ従 動部との間に確実に接続されるレバーアームとを具備し、連続的に通過するロー ブホイールのローブが一定間隔の半径方向の軸において中央軸からの最大半径方 向距離を保つようにローブホイールごとのローブの数およびピニオンと環状歯車 の比が選択され、各従動部がそれぞれの前記の半径方向の軸と一直線に並ぶよう に配置されることを特徴とする装置。 ２．各レバーアームが連接棒によって各ピストンに結合され、別の連接棒によっ て各従動部に結合される請求項１の装置。 ３．請求項２の装置であって、従動部が、連続的なローブとローブ従動部の半径 方向内側下部との契合により、連続的なローブに従動して外向きに動き、ローブ ホイールの軌導旋回速度で回転し、かつ内部カム表面を食むカムリングとの契合 により、連続的なローブに従動して半径方向内向きに動くように拘束されること を特徴とする装置。 ４．各従動部と各連続的ローブとの間でころがり接触が起こる請求項３の装置 各ローブが非相称的な請求項４の装置。 各従動部に、連続的なローブに接触する半径方向内側表面が含まれ、その半径方 向内側表面が非平面的である請求項４の装置。 ７．請求項４の装置であり、各ローブホイールとピニオンが各ローブシャフトに よって固定的に結合され、ローブシャフトが中央メインシャフトに固定されたラ ジアルウエブの周りの軸受に等間隔に配置されることをさらなる特徴とする装置 。 ８．請求項４の装置であり、各ローブが特定のローブ従動部とほぼ契合しなくな るときに次の連続的なローブが前記の特定のローブ従動部と契合するように軌導 上に隣接したローブホイールがオーバーラッブすることをさらなる特徴とする装 置。 ９．請求項７の装置であり、各ローブが特定のローブ従動部とほぼ契合しなくな るときに次の連続的なローブが前記の特定のローブ従動部と契合するように軌導 上に隣接したローブホイールがオーバーラッブすることをさらなる特徴とする装 置。 １０．請求項９の装置であり、共通のピッチ円の周りおよび共通のピストンの半 径面内において半径方向に等角度で隔置される複数のピストンと、複数の従動部 とを有し、各従動部が各ピストンと関連付けられ、かつ各従動部が、共通のピッ チ円の周りおよび共通の従動部の半径面内において半径方向に等角度で隔置され ることを特徴とする装置。 １１．請求項１０の装置であり、軸方向の短い間隔をおいた２つの従動部の半径 面と、軸方向の間隔をおいた２つのピストンの半径面が含まれ、前記の２つの従 動部の半径面が前記の２つのピストンの半径面の間に位置し、前記のピストンが ピストンの対で構成され、各対のうちの１つが各ピストンの半径面内および共通 の軸面内にあることを特徴とする装置。 １２．各対のピストンが、装置全体から分離できる共通のカートリッジ内にある 請求項１１の装置。 １３．請求項１１の装置であり、各ピストンおよびシリンダーによつて第１およ び第２の動作容積が形成される段階式ピストンを有し、一対を成す各ピストンの 第１の動作容積が、圧縮された流体を、前記対のもう一方のピストンの第２の動 作容積に送り込むことを特徴とする装置。 １４．請求項１の装置であり、各ピストンが、弁によって制御された一方向の流 体の流れを通す中央流体フローボアを有することを特徴とする装置。 １５．往復ピストン内燃機関である請求項１１の装置。