JPH06272671A - 回転ピストン機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊な曲線を用いない単純な形状で、ギアを
必要とせず気密の確実な回転ピストン機械を提供するこ
と。 【構成】 円筒状ハウジング（1 ）と、この円筒状ハウ
ジング内に所定量偏心して設けられた回転軸（5 ）と、
この回転軸上に、その周方向に関して互いに所定角度ず
らしてそれぞれ固着された少なくとも２つの偏心輪（6,
6 ′）と、前記回転軸の前記偏心輪に対応する各位置
に、それぞれ前記ハウジングに対して回動可能に支持さ
れ、前記偏心輪に対応して互いに前記回転軸の周方向に
所定角度ずれており、前記回転軸の径方向に前記ハウジ
ング内周まで貫通した密閉空間を形成する少なくとも２
つのシリンダを有するシリンダ組立体と、前記偏心輪に
対して滑動するように該偏心輪の外周に嵌合され、前記
シリンダの各々における各密閉空間内を往復運動して該
密閉空間の各々内にそれぞれ２つの相対的に容積変化す
る作動室を形成する少なくとも２つのピストン（2,2
′）とをそなえた回転機械。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ、圧縮機、流体
モータおよびエンジン等の回転機械に利用する回転ピス
トン機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポンプ、圧縮機、流体モータおよびエン
ジン等の運転効率の向上、小型化、作動音低減等を図る
ための回転ピストン機械として、従来はバンケル式エン
ジンや、トロコイド型ロータを用いたロータリー機械が
知られ、実用化されている。

【０００３】これらは、丸みを帯びた三角形、あるいは
円弧等を組み合わせた形のロータ（ピストン）と、その
外包絡線で形成されるハウジングとを有し、ロータと回
転軸は、内部ギアを介して回転力を伝達しながら、ハウ
ジング内面に複数箇所で接して回転するように構成され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来の回転ピス
トン機械は、構造が比較的簡単とはいえ、ロータ（ピス
トン）やハウジングが、トロコイド曲線とか繭型等の複
雑な形状であるため、製作に特殊な工作機械を必要と
し、製作が簡単ではない。

【０００５】また、作動形態の必然性から、作動室シー
ルのハウジングとの接触角は一回転中に変化ししかも線
接触となるから、作動室の気密を確実にする点において
も問題がある。

【０００６】さらに、ロータと回転軸間の回転力伝達に
内部ギアを必要とするため、作動音も大きい。しかも内
部ギアは、一方が内歯を持ったものを用いるから製作
上、耐久度上などの問題が多い。

【０００７】本発明は、これらの点を解決しようとする
もので、特殊な曲線を用いない単純な形状で、ギアを必
要とせず気密の確実な回転ピストン機械を提供するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明は、円筒状ハウジングと、この円筒状ハウジ
ング内に所定量偏心して設けられた回転軸と、この回転
軸上に、その周方向に関して互いに所定角度ずらしてそ
れぞれ固着された少なくとも２つの偏心輪と、前記回転
軸の前記偏心輪に対応する各位置に、それぞれ前記ハウ
ジングに対して回動可能に支持され、前記偏心輪に対応
して互いに前記回転軸の周方向に所定角度ずれており、
前記回転軸の径方向に前記ハウジング内周まで貫通した
密閉空間を形成する少なくとも２つのシリンダを有する
シリンダ組立体と、前記偏心輪に対して滑動するように
該偏心輪の外周に嵌合され、前記シリンダの各々におけ
る各密閉空間内を往復運動して該密閉空間の各々内にそ
れぞれ２つの相対的に容積変化する作動室を形成する少
なくとも２つのピストンとをそなえた回転機械、を提供
する。

【０００９】

【作用】回転軸を回動させると、この回転軸に固着され
ている偏心輪が回転する。偏心輪の回転は、偏心輪の外
周に嵌合されているピストンのシリンダ内密閉空間での
往復運動をもたらす。ピストンの往復運動により密閉空
間は、容積が増加する一方の作動室と容積が減少する他
方の作動室とに分けられ、一方が圧縮されて他方が膨張
するようになる。これにより、密閉空間に対して流体を
吸入し排出することができる。これによりポンプの機能
が得られる。流体が気体であれば、圧縮機としても機能
する。

【００１０】また、加圧流体を作動室に吸入、排出する
ことにより、回転軸を駆動することができる。これによ
り流体モータとしての機能が得られる。

【００１１】他方、密閉空間で燃料を爆発させると、そ
の膨張力をピストンに伝えて往復運動を行わせることに
より偏心輪を回転させ、さらに回転軸を回転させること
ができる。これによりエンジンが構成される。

【００１２】

【実施例】図１ないし図３は、本発明に係る回転ピスト
ン機械の構造を示す断面図である。

【００１３】本発明は、連結した少なくとも２気筒以上
の複数のシリンダにより構成されるが、ここでは２気筒
形式の場合について説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例の横断面を示し
ている。この図に示すように、円筒状ハウジング１を形
成し、このハウジング１の内部の、中心位置から所定量
Ａだけ偏心した位置に回転軸５を設ける。

【００１５】この偏心量Ａは、ピストンの往復運動距離
を決定するもので、具体値は設計的に決定される。概ね
ハウジング直径の1/10〜1/25程度が実用上の限度で、こ
の場合のピストン往復距離は、ハウジング直径の1/2.5
〜1/6.25となる。

【００１６】この回転軸５上には、その周方向に関して
互いに所定角度ずらして少なくとも２つの偏心輪６、
６′をそれぞれ固着する。これらの偏心輪６、６′は、
回転軸５の周方向に関して互いにほぼ１８０°ずれてい
る。

【００１７】また、回転軸５の偏心輪６、６′に対応す
る各位置には、ハウジング１内に２つの密閉空間を形成
するために、２つのシリンダを設ける。これらの２つの
シリンダは、連結されてシリンダ組立体を形成し、この
シリンダ組立体がハウジング１の中心線上に配置された
シリンダ組立体軸受９で支持され、ハウジング１内で回
転中心Ｑを中心にして自在に回転できるように構成され
ている。

【００１８】これらのシリンダは、ハウジング１の内周
に接するように、かつ回転軸５を径方向両側から挟むよ
うに配された一対の円弧状部材３、３′と、回転軸５の
軸方向に沿って偏心輪６、６′の両側に接するように設
けられた側板４、４′とによりハウジング１の内周を径
方向に貫通する密閉空間を形成する。これらの密閉空間
は、偏心輪６、６′が１８０°ずれていることに対応し
て、回転軸５の周方向にほぼ９０°ずれて設けられてい
る。

【００１９】そして、偏心輪６、６′の外周には、ピス
トン２、２′が嵌合されており、シリンダの密閉空間内
で往復運動を行う。すなわち、密閉空間は、ピストン
２、２′を間に挟んで２つの作動室８、８′を形成す
る。

【００２０】ピストン２、２′の運動は、回転軸５の回
転によってもたらされる場合とピストン２、２′の運動
により回転軸５を回転させる場合とがある。前者は、ポ
ンプ、圧縮器の場合であり、後者は流体モータ、エンジ
ンの場合である。いづれにしても吸入ポート１１、１
１′から作動室８、８′に流体を導入し、排出ポート１
２、１２′から排出する。そして、エンジンの場合に
は、点火手段を設ける場合もある。

【００２１】なお、シリンダ数が４気筒以上の場合は、
少なくとも２気筒以上を連結して１シリンダ組立体と
し、複数のシリンダ組立体により構成してもよい。

【００２２】図２および図３は、２気筒形式の構成での
ピストン２とピストン２′との位置関係を示したもの
で、これらのピストン２、２′は互いに９０゜回転変位
して取付けられている。

【００２３】通常の往復動エンジンにおける、クランク
軸に相当する偏心輪６と偏心輪６′とは、互いに１８０
゜回転変位して取付けられている。ピストン２、２′は
単純な往復運動のみを行うため、ピストン２、２′とシ
リンダの断面形状を特別なものとする必要はなく、真
円、楕円、正方形、長方形、六角形等のいずれの形状で
もよい。

【００２４】回転軸５は、回転軸の軸受１０によって支
持される構成となっているが、この回転軸の軸受１０と
シリンダ組立体の軸受９の中心とは、前述の偏心量Ａを
持つように配置されている。

【００２５】また回転軸５は、一部に回転軸配置の偏心
量Ａと同一寸法だけ偏心して固着一体化された偏心輪６
を有し、この偏心輪６を軸にピストン２、２′の中心部
を回転自在に支持している。このように構成することに
より、ピストン２、２′の偏心回転に従動してシリンダ
組立体が回転し、両者の相対的運動により各作動室の容
積変化を生ずる。

【００２６】図４は、シリンダの回転角と回転軸５の回
転角の関係を表したものである。この図において、回転
軸中心をＰ、偏心輪６、６′の中心をＲとすると、回転
軸中心Ｐから偏心輪中心Ｒまでの距離は、回転軸５の配
置上のずれ寸法と同一で、偏心距離Ａで表す。

【００２７】ここで、回転軸５を回転させると、偏心輪
６、６′の中心Ｒの軌跡は、回転軸５の中心Ｐを中心と
し、シリンダ組立体の回転中心Ｑを通り上記偏心量Ａと
同寸法の半径を持った円Ｒ′を描く。

【００２８】偏心輪６、６′の中心Ｒはピストン２、
２′の中心であり、シリンダ組立体の回転中心Ｑと偏心
輪６、６′の中心Ｒを通る直線Ｂは、ピストン２、２′
の往復運動の方向、すなわちシリンダの方向となる。

【００２９】シリンダ組立体の回転中心Ｑと回転軸の中
心Ｐを通る直線に対する、シリンダの回転角ｂと回転軸
の回転角ａの関係は、シリンダ組立体の回転中心Ｑ、回
転軸の中心Ｐ、偏心輪中心Ｒの各点を結ぶ三角形が二等
辺三角形になるので、次式に示す通りになる。

【００３０】 （１８０−ａ）＋２ｂ＝１８０（゜）‥‥（１） この式（１）は、書き改めると次のようになる。

【００３１】 ∴ ａ＝２ｂ （゜） ‥‥（２） シリンダ組立体の回転中心Ｑおよび回転軸の中心Ｐは一
定位置にあり、偏心量Ａは不変である。したがって、シ
リンダの回転角ｂは、上記式（２）により、常に回転軸
回転角ａの１／２となり、シリンダ組立体とピストン
２、２′は、回転軸の １／２の角速度で回転運動をす
ることができる。ただし、ピストン２、２′の中心Ｒ
が、シリンダ組立体の回転中心Ｑと回転軸５の中心Ｐと
を結ぶ直線上の点Ｓにあるとき、ピストン２、２′から
回転軸に対して回転力を伝達することはできない。ま
た、ピストン２、２′の中心Ｒとシリンダ組立体の回転
中心Ｑとが一致した場合は、回転軸５からピストン２、
２′に回転力の伝達ができない。これらの点を死点と称
する。

【００３２】本発明では、シリンダ数が２以上の複気筒
形式であり、各ピストンとそれぞれの軸である各偏心輪
との偏心は位置、方向を異なって配置されるため、いず
れかのピストンと偏心輪との間で、必ず回転動作の伝達
が行なわれる。したがって、死点がなくなって滑らかな
回転が行なわれ、回転伝達用の内部ギアを必要とするこ
ともない。

【００３３】図５（a ）ないし（d ）は、シリンダ、ピ
ストン２および回転軸５の作動時の位置関係を、代表的
ないくつかの時点につき間欠的に示したものである。同
図（a ）は、シリンダ方向（ピストンの往復運動の方
向）と偏心輪の偏心方向とが同方向となった場合で、一
方の作動室８の容積が最小で、他方の作動室８′の容積
が最大となっている状態の図である。そして、同図（b
）は、同図（a ）の状態から回転軸５が反時計方向に
９０゜回転し、偏心輪６が反時計方向に回転移動した状
態の図である。

【００３４】シリンダ組立体は、ハウジング１内に回転
自在に支持され真円運動を行うことができるが、それ自
体には回転力の発生も、回転軸との直接的な回転力の伝
達もない。しかし、ピストン２は偏心輪６によって中心
位置が決まり、また回転自在に支持されているので、そ
のピストン２の偏心回転に従動してシリンダの方向が決
まり、シリンダ組立体が回転する。

【００３５】回転角度は、前述した図４の説明のよう
に、偏心輪６と同じ角度ではなく回転軸５の１／２の回
転を行なう。すなわち、同図（b ）のシリンダとピスト
ン２は、回転軸５と同じ反時計方向に、前の状態より４
５゜回転した位置に移動し、作動室８の容積が増加し、
他方の作動室８′の容積が減少する。

【００３６】そして同図（c ）は、さらに回転軸５が、
反時計方向に９０゜回転し、偏心輪６がシリンダの中央
（ハウジング中央）に回転移動した状態を示したもので
ある。これは、同図（a ）の状態からすると、回転軸５
が１８０゜、ピストン２およびシリンダが９０゜それぞ
れ反時計方向に回転した状態で、ピストン２はシリンダ
中央に位置し、作動室８と作動室８′の容積が等しくな
っている。

【００３７】このようにして、次の同図（d ）の状態を
経て、同図（a ）の状態に戻る。

【００３８】この間、回転軸５は１回転し、シリンダ、
ピストン２は１／２の回転を行なったことになり、作動
室８の容積は最小から最大に変化し、作動室８′の容積
は最大から最小に変化したことになる。

【００３９】このようにして、ピストン２、シリンダ両
者の相対的運動の関係が、シリンダ内におけるピストン
２の往復運動となって各作動室８、８′の容積変化を生
じ、吸入ポートおよび排出ポートから作動流体（気体、
または液体）の吸入、排出あるいは圧縮、膨張を行なう
ように作動する。そして、吸入、排出については主とし
てポンプ、圧縮機、流体モータに応用でき、圧縮、膨張
については主としてエンジン等に応用できる。

【００４０】作動流体の吸入、排出は、図２および図３
の実施例のように取付けた、吸入ポート１１、１１′お
よび排出ポート１２、１２′により行なうが、その取付
け位置、形状は、用途により設計的に決定される。

【００４１】作動室８、８′の気密を保つため、シリン
ダ組立体３、４において、作動室シール７′は、ハウジ
ング１に接した部分に、作動室８、８′を囲むように配
置されるが、シリンダ組立体３、４はハウジング１内を
真の円運動で回転するので、ハウジング１との接触角は
常に一定である。

【００４２】ピストン２における作動室シール７は、円
弧状部材３に接する部分に配置されるが、ピストン２は
シリンダ内を単純に往復運動するだけであるから、やは
り接触角は常に一定である。

【００４３】以上では一実施例について説明したが、本
発明は、連結した少なくとも２気筒以上の複数のシリン
ダで構成し、偏心輪の位置、方向を異ならせて配置して
も正常作動が可能である。

【００４４】なお、シリンダの数またはその配置によっ
ては、動的バランスがとれない場合がある。その場合は
バランサを回転軸のどこかに取付ける必要があるが、実
施例ではバランサを省略し、図示していない。

【００４５】

【発明の効果】本発明は上述のように、円筒状ハウジン
グと、形状的に制約の少ないピストンとによって構成さ
れるので、製作が容易で作動室の形状設計も比較的自由
にできる。また、ロータリエンジンのような内部ギアを
用いる必要がないので低騒音化が図れる。さらに、作動
室のシールの接触角が常に一定であって面接触であるか
ら、気密の確保が容易である。

【００４６】したがって、本発明は、ポンプ、圧縮機、
流体モータおよびエンジン等に応用してとくに有用なも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を２気筒形式の回転ピストン機械に適用
した一実施例を示す横断面図。

【図２】図１のＸ−Ｘ’方向断面図。

【図３】図１のＹ−Ｙ’方向断面図。

【図４】シリンダ回転角と回転軸回転角の関係を表した
説明図。

【図５】同図（a ）ないし（d ）は、シリンダ、ピスト
ンおよび回転軸の位置関係を示す作動状態図。

【符号の説明】 １ ハウジング ２，２’ ピストン ３，３’ 円弧状部材（シリンダ組立体） ４，４’ 側板（シリンダ組立体） ５ 回転軸 ６，６’ 偏心輪 ７，７’ 作動室シール ８，８’ 作動室 ９，９’ シリンダ組立体軸受 １０，１０’ 回転軸軸受 １１，１１’，１２，１２’ 吸入、排出ポート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状ハウジングと、 この円筒状ハウジング内に所定量偏心して設けられた回
   転軸と、 この回転軸上に、その周方向に関して互いに所定角度ず
   らしてそれぞれ固着された少なくとも２つの偏心輪と、 前記回転軸の前記偏心輪に対応する各位置に、それぞれ
   前記ハウジングに対して回動可能に支持され、前記偏心
   輪に対応して互いに前記回転軸の周方向に所定角度ずれ
   ており、前記回転軸の径方向に前記ハウジング内周まで
   貫通した密閉空間を形成する少なくとも２つのシリンダ
   を有するシリンダ組立体と、 前記偏心輪に対して滑動するように該偏心輪の外周に嵌
   合され、前記シリンダの各々における各密閉空間内を往
   復運動して該密閉空間の各々内にそれぞれ２つの相対的
   に容積変化する作動室を形成する少なくとも２つのピス
   トンと、をそなえた回転機械。
2. 【請求項２】請求項１記載の回転機械において、 前記回転軸を駆動することにより前記密閉空間の作動室
   への流体の吸入、排出を行うようにした回転機械。
3. 【請求項３】請求項１記載の回転機械において、 前記密閉空間の作動室から生じる駆動力を前記ピストン
   を介して取り出し前記回転軸を駆動するようにした回転
   機械。