JPH10159929A - Crank device - Google Patents

Crank device

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JPH10159929A
JPH10159929A JP32196096A JP32196096A JPH10159929A JP H10159929 A JPH10159929 A JP H10159929A JP 32196096 A JP32196096 A JP 32196096A JP 32196096 A JP32196096 A JP 32196096A JP H10159929 A JPH10159929 A JP H10159929A
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piston
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誠 竹内
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昭一 岩本
Fujio Toda
富士夫 戸田
Chuji Saga
仲治 嵯峨
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SAKUSHIYON GAS KIKAN SEISAKUSHO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a crank device capable of varying the phase differences between its plurality of reciprocating parts with a single crank pin and realizing a longer stroke while suppressing its wear, noises and vibrations with a simple structure. SOLUTION: A tilted carriage 30' involves a tilted member 30A' which lies tilted to a vertical member 30B mounted on a vertical slide rail 32 movably. The tilted member 30A' is provided on its top with a tilted slide rail 34' on which a slide rod 36' is movably supported. The slide rod 36' is turnably coupled on a crankpin 37. That constitution generates no thrust force and brings the piston movement into a single chordal curve movement to thereby suppress the wear, noises and vibrations of the device with a small, lightweight structure. A plurality of slide rods 36' may be turnably engaged with the single common crankpin 37 to cause phase differences between the plurality of crank devices 100 in reciprocating motion. The resultant stroke is also lengthened as compared with existing scotch yoke mechanisms.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、クランク装置(以
下、クランク機構とも言う)に関する。
The present invention relates to a crank device (hereinafter, also referred to as a crank mechanism).

【0002】[0002]

【従来の技術】図7に示すような従来のコンロッドクラ
ンク装置では、ピストンピンにガス圧による垂直力
(F)が作用すると、ピストンピンには、クランクピン
方向の力FKと、水平方向の力FPの分力が働くが、こ
のとき、水平方向の分力FPは、ピストンをスラスト
(水平、サイド)方向に押付けるため、シリンダライナ
とピストンスカートとの間に滑り接触が発生することと
なり、摩擦抵抗増加の一因となっている。また、このス
ラスト力(サイドフォース)FPは、1サイクル中、各
クランク角によりガス圧、及び往復動系の慣性力の変化
で方向が逆転する場合もあり、かかる場合には、ピスト
ンの側部がシリンダライナ内壁に衝突する所謂ピストン
スラップが発生しピストン打音(異音)を発生させる惧
れや、スラスト力(サイドフォース)が起振源となり機
関全体を振動させ各部の強度上の問題を誘発させる等の
惧れがあった。
2. Description of the Related Art In a conventional connecting rod crank device as shown in FIG. 7, when a vertical force (F) due to gas pressure acts on a piston pin, a force FK in a crankpin direction and a force in a horizontal direction are applied to the piston pin. At this time, the horizontal component force FP presses the piston in the thrust (horizontal, side) direction, so that a sliding contact occurs between the cylinder liner and the piston skirt. This contributes to an increase in frictional resistance. In addition, the thrust force (side force) FP may be reversed in one cycle due to changes in the gas pressure and the inertia force of the reciprocating system depending on each crank angle. Causes collisions with the inner wall of the cylinder liner, so-called piston slaps may be generated, causing piston striking noise (abnormal noise), and thrust force (side force) as a source of vibration, causing the entire engine to vibrate and causing problems in the strength of each part. There was a fear of triggering.

【0003】更に、コンロッドクランク装置の基本的な
特徴として、ピストン速度が単一弦曲線運動とはならな
いため、慣性力に2次以降から無限大までの慣性力成分
が発生し、これらの値は1次の慣性力に比べ非常に小さ
な値(1/12〜1/16程度)ではあるが、振動・騒
音を追求するような機関においては問題となる可能性が
高い。なお、コンロッドクランク装置の上記問題を解決
するためには、コンロッド長さlをできるだけ長くする
必要があるが、これでは機関が大型化するという問題を
解決することができないものである。
Further, as a basic feature of the connecting rod crank device, since the piston speed does not become a single chord curve motion, an inertial force component from second order to infinity is generated in the inertial force, and these values are Although the value is very small (about 1/12 to 1/16) as compared with the primary inertial force, it is likely to be a problem in an engine pursuing vibration and noise. In order to solve the above-mentioned problem of the connecting rod crank device, it is necessary to increase the connecting rod length 1 as much as possible, but this cannot solve the problem that the engine becomes large.

【0004】また、図8に示すような従来のスコッチヨ
ーク(クロス・スライダ)装置では、スライダーの動き
が単一弦曲線運動となるため、1次の慣性力成分のみと
なり比較的容易に振動対策が可能であるが、かかる従来
のスコッチヨーク装置では、スライダ枠の支持部Rに大
きな曲げモーメント力(M=FL)が発生し、強度確保
のために構造的に重構造となるという問題がある。さら
に、この曲げモーメントと同じ曲げモーメントがガイド
部にも発生するため、フリクションが大きくなると共
に、スライダシャフト及びガイド部の基本寸法を大きく
とる必要があり慣性力も大きくなるという惧れがある。
In a conventional scotch yoke (cross-slider) device as shown in FIG. 8, since the movement of the slider is a single chordal curve, only the primary inertial force component is included, so that it is relatively easy to take measures against vibration. However, such a conventional scotch yoke device has a problem that a large bending moment force (M = FL) is generated in the support portion R of the slider frame, and the structure becomes a structurally heavy structure in order to secure strength. . Further, since the same bending moment is also generated in the guide portion, friction increases, and it is necessary to increase the basic dimensions of the slider shaft and the guide portion, which may increase inertia force.

【0005】そこで、本願出願人等は、種々の研究を重
ね、その結果、先に出願した特願平7−193893号
において、図5、図6に示すようなクランク装置(以
下、L型スコッチヨーク機構とも言う)を提案した。こ
の図5、図6に示した本願出願人等の発明に係るL型ス
コッチヨーク機構5によれば、ピストン系へのスラスト
力を発生させないため、またピストン運動が単一弦曲線
運動となるため、上述した従来の各機構に比べ、軽量・
コンパクトな構造で、フリクション低減、騒音・振動低
減を大幅に図ることができる。
[0005] The applicant of the present invention has conducted various studies and as a result, as a result, in the previously filed Japanese Patent Application No. 7-193893, a crank device as shown in FIGS. Yoke mechanism). According to the L-shaped scotch yoke mechanism 5 according to the present invention shown in FIGS. 5 and 6, the thrust force to the piston system is not generated, and the piston movement becomes a single chord curve movement. , Lighter and lighter than the conventional mechanisms
With a compact structure, friction and noise / vibration can be greatly reduced.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】更に、本願出願人等
は、使用の仕方によって、特願平7−193893号に
おいて提案したクランク装置(L型スコッチヨーク機
構)には、より一層有益性があることを見出した。即
ち、例えば、一のクランク軸で複数の往復動部材(例え
ばピストン)を連動させる場合(例えば、多気筒機関、
同軸上に複数のピストンを配設したスターリング機関な
どに採用される回転⇔往復動変換装置も含まれる。ま
た、他の一般機械における回転⇔往復動変換装置も含ま
れる)においては、各ピストンの往復動に位相差を持た
せるためには、従来のクランク装置では、クランク軸周
りに所定の回転位相差を持たせたクランクピンを複数設
ける必要があり、かかる複雑なクランク軸の製造は、容
易なものではなかった。また、スターリング機関の性能
試験などにおいて、最適なピストン位相差を見出す際に
は、クランクピンの位相差を異ならせたクランク軸を複
数種準備する必要があると共に、試験毎にクランク軸を
交換しなければならないという問題があったが、これら
の問題を解決できるL型スコッチヨーク機構の使用方法
があることに想到したのである。
Further, the present inventors have found that the crank device (L-type Scotch yoke mechanism) proposed in Japanese Patent Application No. 7-193893 is more advantageous depending on the way of use. I found that. That is, for example, when a plurality of reciprocating members (for example, pistons) are linked by one crankshaft (for example, a multi-cylinder engine,
It also includes a rotation / reciprocation conversion device employed in a Stirling engine having a plurality of pistons arranged coaxially. In addition, a rotation / reciprocation conversion device of another general machine is also included), in order to have a phase difference in reciprocation of each piston, a conventional crank device requires a predetermined rotation phase difference around the crankshaft. Therefore, it is necessary to provide a plurality of crank pins having the above-mentioned characteristics, and it is not easy to manufacture such a complicated crank shaft. To find the optimal piston phase difference in performance tests of Stirling engines, etc., it is necessary to prepare multiple types of crankshafts with different crankpin phase differences, and replace the crankshaft for each test. There was a problem of having to use an L-shaped Scotch yoke mechanism, which could solve these problems.

【0007】また、この使用方法によれば、同時に、コ
ンパクトでありながらロングストローク化を図れること
にもなるのである。本発明は、かかる実情に鑑みなされ
たもので、従来同様にフリクション低減、騒音・振動低
減を大幅に促進しつつ、更に、小型・軽量かつ簡単な構
成で、複数の往復動部の位相差を可変設定することがで
きると共に、ロングストローク化をも図ることができる
ようにしたクランク装置を提供することを目的とする。
Further, according to this method of use, the stroke can be lengthened while being compact. The present invention has been made in view of such circumstances, and greatly promotes the reduction of friction and the reduction of noise and vibration as in the past, while further reducing the phase difference between a plurality of reciprocating parts with a small, lightweight and simple configuration. It is an object of the present invention to provide a crank device that can be variably set and can also achieve a long stroke.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係るクランク装置は、クランク軸の回転中心軸に略直交
する面内の一方向において往復動するように構成された
第1支持部材と、該第1支持部材に、クランク軸の回転
中心軸に略直交する面内で前記第1支持部材の往復動方
向に対して斜めの方向に摺動自在に支持される第2支持
部材と、を備え、該第2支持部材が、クランクピン周り
と回転自由に係合されるように構成した。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a crank device configured to reciprocate in one direction in a plane substantially perpendicular to a rotation center axis of a crankshaft. A second support member slidably supported by the first support member in a direction substantially perpendicular to the rotation center axis of the crankshaft in a direction oblique to the reciprocating direction of the first support member. , And the second support member is configured to be freely rotatable around the crankpin.

【0009】請求項2に記載の発明では、前記斜めの方
向を変更可能に構成した。請求項3に記載の発明では、
請求項1または請求項2に記載のクランク装置を複数備
えた場合に、各クランク装置の第2支持部材が共通のク
ランクピン周りに回転自由に係合されるようにした。
According to the second aspect of the present invention, the oblique direction can be changed. In the invention according to claim 3,
When a plurality of crank devices according to claim 1 or 2 are provided, the second support member of each crank device is rotatably engaged around a common crank pin.

【0010】請求項4に記載の発明では、請求項1また
は請求項2に記載のクランク装置を複数備えた場合に、
各クランク装置の第2支持部材が共通のクランクピン周
りに回転自由に係合されると共に、前記第1支持部材の
往復動間に所定の位相差が生じるように、前記斜めの方
向を設定するようにした。
According to a fourth aspect of the present invention, when a plurality of the crank devices according to the first or second aspect are provided,
The diagonal direction is set so that the second support member of each crank device is rotatably engaged around a common crank pin and a predetermined phase difference is generated between the reciprocation of the first support member. I did it.

【0011】請求項5に記載の発明では、請求項1また
は請求項2に記載のクランク装置を複数備えた場合に、
各クランク装置の第2支持部材が共通のクランクピン周
りに回転自由に係合されると共に、少なくとも一部のク
ランク装置がクランク軸回転中心軸を挟んで反対側に配
設されるようにした。
According to a fifth aspect of the present invention, when a plurality of the crank devices according to the first or second aspect are provided,
The second support member of each crank device is rotatably engaged around a common crank pin, and at least a portion of the crank device is disposed on the opposite side with respect to the crankshaft rotation center axis.

【0012】上記のような構成とすれば、前記第1支持
部材に連動される往復動部(例えばピストン系)の変位
が単一弦曲線運動を行いながら往復動−回転変換を達成
することになると共に、ピストン系へのモーメント力
{スラスト力(サイドフォース)}を発生させないの
で、軽量・コンパクトな構造で、フリクション,騒音,
振動,摺動部摩耗等を最小限に抑制することができる。
With this configuration, the displacement of the reciprocating part (for example, a piston system) interlocked with the first support member achieves a reciprocating-rotational conversion while performing a single chord curve movement. In addition, it does not generate moment force (thrust force (side force)) on the piston system, so it has a lightweight and compact structure,
Vibration, sliding part wear, etc. can be suppressed to a minimum.

【0013】然も、前記斜めの方向(傾斜角)を変える
ことによって、クランクアーム長さを変えずに、容易に
ストロークを変更することができる。また、複数のクラ
ンク装置を備え、各第2支持部材を、共通(単一)のク
ランクピンに回転自在に係合させれば、前記第1支持部
材の往復動間に位相差を生じさせることができる。ま
た、複数のクランク装置のうちの一部をクランク軸回転
中心軸の反対側に配設すれば、第2支持部材が、第1支
持部材上を移動する際に生じるモーメントを相殺するこ
とができるので、騒音、振動にとって有利にできる。
By changing the oblique direction (inclination angle), the stroke can be easily changed without changing the length of the crank arm. Further, when a plurality of crank devices are provided and each second support member is rotatably engaged with a common (single) crank pin, a phase difference is generated between the reciprocating motions of the first support member. Can be. Further, if a part of the plurality of crank devices is disposed on the opposite side of the crankshaft rotation center axis, the moment generated when the second support member moves on the first support member can be canceled. This is advantageous for noise and vibration.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。まず、本実施形態で説明するク
ランク装置100(X型スコッチヨーク機構とも言う)
の基礎となるL型スコッチヨーク機構5について説明す
る。当該L型スコッチヨーク機構5は、図5,図6に示
すようになっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the crank device 100 described in the present embodiment (also referred to as an X-type Scotch yoke mechanism)
The L-shaped scotch yoke mechanism 5 as the basis of the above will be described. The L-shaped scotch yoke mechanism 5 is as shown in FIGS.

【0015】即ち、例えばスターリング機関のパワーピ
ストン2の往復運動は、ピストンロッド3を介してロッ
ドエンド軸受(ピロボールジョイント)4(なお、かか
る部分は、ピン結合としてもよいし、直結構造にしても
よい)により伝達されるが、このロッドエンド軸受4に
はL型可動台座30の水平配置部材30Aが接続されて
いる。
That is, for example, the reciprocating motion of the power piston 2 of a Stirling engine is performed by a rod end bearing (a pillow ball joint) 4 via a piston rod 3 (this portion may be a pin connection or a direct connection structure). The rod end bearing 4 is connected to a horizontal arrangement member 30A of the L-shaped movable pedestal 30.

【0016】当該L型可動台座30の垂直配置部材30
Bは、2列のスライドベアリング33を介して、モーメ
ント受け台座31に略垂直に配設された縦スライドレー
ル32に、図中上下方向(図5の矢印参照)に移動(摺
動)可能に支持されている。一方、水平配置部材30A
の上面には横スライドレール34が配設され、該横スラ
イドレール34には、スライドブロック36が、スライ
ドベアリング35を介して、図中左右方向(図5の矢印
参照)に移動(摺動)可能に支持されている。
The vertically arranged member 30 of the L-shaped movable base 30
B is movable (slidable) in the vertical direction (see the arrow in FIG. 5) in the figure on a vertical slide rail 32 disposed substantially perpendicular to the moment receiving base 31 via two rows of slide bearings 33. Supported. On the other hand, the horizontal arrangement member 30A
A horizontal slide rail 34 is disposed on the upper surface of the device, and a slide block 36 moves (slides) in the left-right direction in the figure (see an arrow in FIG. 5) via a slide bearing 35 on the horizontal slide rail 34. Supported as possible.

【0017】そして、該スライドブロック36は、クラ
ンク軸6A,6Bを連結するクランクピン37に、ベア
リング等を介して、回転自在に連結されるようになって
いる。上記構成により、パワーピストン2がガス圧Fを
受け図中上方に移動する際には、ロッドエンド軸受4を
介して、前記水平配置部材30Aが図中上方へ押圧され
る。この押圧力は、スライドブロック36等を介してク
ランクピン37に伝達され、クランク軸6A,6Bに回
転力として伝達されるが、これによりクランク軸6A,
6Bが回転されると、クランクピン37に連結されたス
ライドブロック36は横スライドレール34上を移動す
ると同時に、L型可動台座30全体がモーメント受け台
座31に略垂直に配設された縦スライドレール32に案
内されて図中上方に移動されることになる。
The slide block 36 is rotatably connected to a crankpin 37 connecting the crankshafts 6A and 6B via a bearing or the like. With the above configuration, when the power piston 2 receives the gas pressure F and moves upward in the figure, the horizontal arrangement member 30A is pressed upward through the rod end bearing 4 in the figure. This pressing force is transmitted to the crankpin 37 via the slide block 36 and the like, and transmitted to the crankshafts 6A and 6B as a rotational force.
When 6B is rotated, the slide block 36 connected to the crank pin 37 moves on the horizontal slide rail 34, and at the same time, the entire L-shaped movable pedestal 30 is disposed substantially vertically on the moment receiving pedestal 31. The guide 32 is moved upward in the figure.

【0018】つまり、図中右回転方向にクランク軸6
A,6Bがガス圧や慣性力で回転するとすると、スライ
ドブロック36は図中左方向に移動され、クランク半径
軌跡に沿って常に垂直荷重を受けながら回転移動される
ことになる。即ち、ピストン系の変位が単一弦曲線運動
を行いながら往復動−回転変換が達成されることにな
る。
That is, the crankshaft 6 is rotated in the clockwise direction in the drawing.
If A and 6B rotate by gas pressure or inertial force, the slide block 36 is moved to the left in the drawing, and is rotated while constantly receiving a vertical load along the crank radius locus. In other words, the reciprocation-rotation conversion is achieved while the displacement of the piston system makes a single chord curve motion.

【0019】また、ピストン系からのクランクピン37
への力の伝達過程において、L型可動台座30上にモー
メント(F×L kg・mm)が発生するが、このモーメン
トは、L型可動台座30の前記スライドベアリング33
により打ち消されるので、ピストン系へのモーメント力
{スラスト力(サイドフォース)}は発生しない。従っ
て、L型スコッチヨーク機構5によれば、前述したよう
にピストン系へのスラスト力(サイドフォース)を発生
させないため、またピストン運動が単一弦曲線運動とな
るため、従来の方式(図7や図8に示した従来のクラン
ク装置)に比べ、軽量・コンパクトな構造で、フリクシ
ョン低減、騒音・振動低減を格段に促進できることにな
る。
The crank pin 37 from the piston system
In the process of transmitting the force to the L-shaped movable pedestal 30, a moment (F × L kg · mm) is generated on the L-shaped movable pedestal 30;
As a result, no moment force {thrust force (side force)} is generated on the piston system. Therefore, according to the L-type Scotch yoke mechanism 5, since the thrust force (side force) to the piston system is not generated as described above, and the piston movement becomes a single chord curve movement, the conventional method (FIG. 7) is used. Compared with the conventional crank device shown in FIG. 8 and FIG. 8, the reduction of friction and the reduction of noise and vibration can be remarkably promoted with a light and compact structure.

【0020】ところで、本実施形態では、上記のL型ス
コッチヨーク機構5を、図1に示すように変形して構成
している。なお、図5、図6のL型スコッチヨーク機構
5と同一の要素には、同一符号を付すことにする。即
ち、前記従来のL型可動台座30に代えて、傾斜可動台
座30’が配設されて用いられる。
In the present embodiment, the L-shaped scotch yoke mechanism 5 is modified as shown in FIG. The same elements as those of the L-shaped scotch yoke mechanism 5 in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals. That is, instead of the conventional L-shaped movable pedestal 30, an inclined movable pedestal 30 'is provided and used.

【0021】この傾斜可動台座30’は、前記縦スライ
ドレール32上にベアリング33を介して移動(摺動)
可能に取り付けられる垂直配置部材30B(本発明にか
かる第1支持部材に相当する)に対して斜めの方向に延
びる傾斜部材30A’を備えている。そして、この傾斜
部材30A’の上面には傾斜スライドレール34’が配
設され、該傾斜スライドレール34’には、スライドブ
ロック36’(本発明にかかる第2支持部材に相当す
る)が、スライドベアリング35’を介して、図中斜め
方向(図1の矢印参照)に移動(摺動)可能に支持され
る。
The tiltable pedestal 30 'moves (slides) on the vertical slide rail 32 via a bearing 33.
An inclined member 30A 'is provided which extends in a direction oblique to a vertically arranged member 30B (corresponding to a first support member according to the present invention) which is attached so as to be possible. An inclined slide rail 34 'is disposed on the upper surface of the inclined member 30A', and a slide block 36 '(corresponding to a second support member according to the present invention) is mounted on the inclined slide rail 34'. It is supported via a bearing 35 'so as to be able to move (slide) in an oblique direction in the figure (see the arrow in FIG. 1).

【0022】そして、該スライドブロック36’は、ク
ランク軸6A,6Bを連結するクランクピン37に、ベ
アリング等を介して、回転自在に連結されるようになっ
ている。上記構成によると、前述したL型スコッチヨー
ク機構5と同様の作用が奏されることになるから、垂直
配置部材30B(本発明にかかる第1支持部材に相当す
る)に連動されるピストン系へのスラスト力(サイドフ
ォース)が発生せず、またピストン運動が単一弦曲線運
動となるため、従来の方式(図7や図8に示した従来の
クランク装置)に比べ、軽量・コンパクトな構造で、フ
リクション低減、騒音・振動低減を格段に促進できるこ
とになる。
The slide block 36 'is rotatably connected to a crankpin 37 connecting the crankshafts 6A and 6B via a bearing or the like. According to the above configuration, the same operation as that of the above-described L-shaped scotch yoke mechanism 5 is achieved, so that the piston system is linked to the vertical arrangement member 30B (corresponding to the first support member according to the present invention). No thrust force (side force) is generated, and the piston movement becomes a single chord curve movement. Therefore, the structure is lighter and more compact than the conventional system (the conventional crank device shown in FIGS. 7 and 8). Thus, reduction of friction and reduction of noise and vibration can be remarkably promoted.

【0023】然も、図2に示すように、2つのクランク
装置100を対向させて配設し、共通(単一)のクラン
クピン37に、夫々のスライドブロック36’を回転自
在に係合させれば、両クランク装置100の往復動に位
相差を生じさせることができることになる。なお、この
ように、2つのクランク装置100を対向させて配設す
れば、スライドブロック36’が傾斜部材30A’,傾
斜スライドレール34’上を移動する際に生じるモーメ
ントを相殺することができるので、騒音、振動にとって
一層有利である。
As shown in FIG. 2, the two crank devices 100 are disposed to face each other, and the respective slide blocks 36 'are rotatably engaged with a common (single) crank pin 37. Then, a phase difference can be generated between the reciprocating motions of the two crank devices 100. In addition, if the two crank devices 100 are disposed so as to face each other, the moment generated when the slide block 36 'moves on the inclined member 30A' and the inclined slide rail 34 'can be canceled. It is more advantageous for noise and vibration.

【0024】もっとも、複数のクランク装置100を共
通(単一)のクランクピンに係合させて同方向に並列に
配設することもでき、この場合には、前記傾斜部材30
A’の傾斜角αを異ならせることで、共通(単一)のク
ランクピンを用いても、各クランク装置100の往復動
に位相差を生じさせることができる(各クランク装置の
間で90〜180°の位相差を持たせることができ
る)。
However, a plurality of crank devices 100 can be arranged in parallel in the same direction by engaging with a common (single) crank pin.
By making the inclination angle α of A ′ different, even if a common (single) crankpin is used, a phase difference can be generated in the reciprocating motion of each crank device 100 (90 to 90 ° between each crank device). 180 ° phase difference).

【0025】従って、従来の多気筒機関のように、各ピ
ストンの往復動に位相差を持たせるために、クランク軸
周りに所定の回転位相差を持たせたクランクピンを複数
設ける必要がなくなるので、複雑な形状のクランク軸を
製造する要求がなく、以って構成の簡略化を図ることが
できる。なお、位相差を持たせない場合においても、共
通のクランクピンに、各クランク装置のスライドブロッ
ク36’を回転自由に係合させることができるのは勿論
である。
Therefore, unlike the conventional multi-cylinder engine, it is not necessary to provide a plurality of crank pins having a predetermined rotational phase difference around the crankshaft in order to make the reciprocating motion of each piston have a phase difference. Therefore, there is no need to manufacture a crankshaft having a complicated shape, so that the configuration can be simplified. It should be noted that, even when the phase difference is not provided, the slide block 36 'of each crank device can be freely rotatably engaged with the common crank pin.

【0026】また、図3に示すように、例えば、傾斜角
度調整溝101、102と、傾斜部材30A’に固定さ
れたブラケット103、104と、に挿通されたボルト
105、106を締結、弛緩すること等によって、前記
傾斜部材30A’の傾斜角度αを可変設定できるように
すれば、容易に往復動部(例えばピストン)の往復動位
相差を可変設定できるので、例えばスターリング機関の
性能試験などにおいて、最適なピストン位相差を見出す
際などに有利なものとなる。また、前記傾斜部材30
A’の傾斜角度αを、油圧アクチュエータの駆動等によ
り制御できるように構成すれば、運転中にあっても位相
差を適宜変更することが可能となるので、運転条件(回
転速度や負荷など)に応じて最適な位相差に制御するこ
とも可能となる。
As shown in FIG. 3, for example, bolts 105 and 106 inserted into the inclination angle adjusting grooves 101 and 102 and the brackets 103 and 104 fixed to the inclined member 30A 'are fastened and loosened. Thus, if the inclination angle α of the inclination member 30A ′ can be variably set, the reciprocating phase difference of the reciprocating part (for example, a piston) can be easily set variably. This is advantageous when finding the optimum piston phase difference. The inclination member 30
If the inclination angle α of A ′ can be controlled by driving a hydraulic actuator or the like, the phase difference can be appropriately changed even during operation, so that the operation conditions (rotational speed, load, etc.) It is also possible to control to an optimal phase difference according to

【0027】更に、本実施形態におけるクランク装置1
00によれば、ストロークを、前述したL型スコッチヨ
ーク機構5に比べて増大できるというメリットもある。
以下に、本実施形態におけるクランク装置100のメカ
ニズムについて、より詳細に説明する。即ち、図4に示
すように、クランク軸回転角度をθ’とし、位相角をΔ
θとし、クランク半径(クランクアーム長さ)をrと
し、傾斜角をαとした場合、ピストンの運動は、次式で
表せる。
Further, the crank device 1 according to the present embodiment
According to 00, there is also a merit that the stroke can be increased as compared with the L-type Scotch yoke mechanism 5 described above.
Hereinafter, the mechanism of the crank device 100 according to the present embodiment will be described in more detail. That is, as shown in FIG. 4, the crankshaft rotation angle is θ ′, and the phase angle is Δ
Assuming θ, the crank radius (crank arm length) as r, and the inclination angle as α, the motion of the piston can be expressed by the following equation.

【0028】 AP=r・sin θ’ (1) AP’=AP・tan α= r・tan α・sin θ’ (2) OA=r・cos θ’ (3) ピストンの変位xは、 x=OA+AP’=r・cos θ’+r・tan α・sin θ’ =r・(tan 2 α+1)1/2 ・cos (α−θ’) (4) 但し、α=(π−Δθ)/2 (5) となり、ストロークST と、クランク半径(クランクア
ーム長さ)rと、は次式に示す関係があることがわか
る。
AP = r · sin θ ′ (1) AP ′ = AP · tan α = r · tan α · sin θ ′ (2) OA = r · cos θ ′ (3) The displacement x of the piston is x = OA + AP ′ = r · cos θ ′ + r · tan α · sin θ ′ = r · (tan 2 α + 1) 1/2 · cos (α−θ ′) (4) where α = (π−Δθ) / 2 ( 5) It can be seen that the stroke ST and the crank radius (crank arm length) r have a relationship represented by the following equation.

【0029】 ST =2r・(tan 2 α+1)1/2 (6) r=ST /{2・(tan 2 α+1)1/2 } (7) 即ち、本実施形態におけるクランク装置100によれ
ば、ストロークを、前述したL型スコッチヨーク機構5
におけるストローク(=2r)より増大できることにな
る。また、上式(4)より、本実施形態におけるクラン
ク装置100は、完全な正弦運動を行い、θ’が傾斜角
αのときに、最小値(ピストンの下死点)となることが
わかる。
S T = 2r · (tan 2 α + 1) 1/2 (6) r = S T / {2 · (tan 2 α + 1) 1/2 } (7) That is, according to the crank device 100 of the present embodiment. If the stroke is adjusted by the L-shaped scotch yoke mechanism 5 described above,
Can be increased from the stroke (= 2r). From the above equation (4), it can be seen that the crank device 100 in the present embodiment performs a complete sine motion and has a minimum value (bottom dead center of the piston) when θ ′ is the inclination angle α.

【0030】なお、本実施形態におけるクランク装置1
00は、ピストンを備えた燃焼機関(内燃機関、外燃機
関)などにその用途が限定されるものではなく、回転⇔
往復動変換装置としてすべての機械・装置類に採用でき
るものである。
Note that the crank device 1 according to the present embodiment is
00 is not limited to a combustion engine (an internal combustion engine, an external combustion engine) or the like having a piston.
The reciprocating motion converter can be used for all machines and devices.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるク
ランク装置によれば、第1支持部材に連動される往復動
部(例えばピストン系)の変位が単一弦曲線運動を行い
ながら往復動−回転変換を達成することになると共に、
ピストン系へのモーメント力{スラスト力(サイドフォ
ース)}を発生させないので、軽量・コンパクトな構造
で、フリクション,騒音,振動,摺動部摩耗等を最小限
に抑制することができる。
As described above, according to the crank device of the present invention, the displacement of the reciprocating part (for example, a piston system) interlocked with the first support member reciprocates while performing a single chord curve movement. -To achieve a rotational transformation,
Since no moment force {thrust force (side force)} is generated on the piston system, it is possible to minimize friction, noise, vibration, abrasion of sliding parts, etc. with a lightweight and compact structure.

【0032】然も、前記斜めの方向(傾斜角)を変える
ことによって、クランクアーム長さを変えずに、簡単に
ストロークを変更することができる。また、複数のクラ
ンク装置を備え、各第2支持部材を、共通(単一)のク
ランクピンに回転自在に係合させれば、各クランク装置
の第1支持部材の往復動に位相差を生じさせることがで
きる。
By changing the oblique direction (inclination angle), the stroke can be easily changed without changing the length of the crank arm. Further, when a plurality of crank devices are provided and each second support member is rotatably engaged with a common (single) crank pin, a phase difference is generated in the reciprocation of the first support member of each crank device. Can be done.

【0033】従って、従来のように、往復動に位相差を
持たせるために、クランク軸周りに所定の回転位相差を
持たせたクランクピンを複数設ける必要がなくなるの
で、複雑な形状のクランク軸を製造する要求がなく、以
って構成の簡略化を図ることができる。また、複数のク
ランク装置のうちの一部をクランク軸回転中心軸の反対
側に配設すれば、第2支持部材が、第1支持部材上を移
動する際に生じるモーメントを相殺することができるの
で、騒音、振動を一層抑制することができる。
Therefore, it is not necessary to provide a plurality of crankpins having a predetermined rotational phase difference around the crankshaft so as to provide a phase difference in the reciprocating motion as in the prior art. There is no requirement to manufacture the simplicity, so that the configuration can be simplified. Further, if a part of the plurality of crank devices is disposed on the opposite side of the crankshaft rotation center axis, the moment generated when the second support member moves on the first support member can be canceled. Therefore, noise and vibration can be further suppressed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態にかかるクランク装置の構
成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a crank device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同上のクランク装置を対向させて配置した場合
の構成図。
FIG. 2 is a configuration diagram in a case where the crank device is arranged to face the same.

【図3】同上のクランク装置に傾斜角調整機構を付加し
た場合の一例を示す構成図。
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example in which an inclination angle adjusting mechanism is added to the crank device of the above.

【図4】同上のクランク装置の模式図。FIG. 4 is a schematic view of a crank device of the above.

【図5】L型スコッチヨーク機構の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of an L-shaped scotch yoke mechanism.

【図6】図5の側面図。FIG. 6 is a side view of FIG. 5;

【図7】従来のコンロッドクランク機構の問題点を説明
する図。
FIG. 7 is a view for explaining a problem of a conventional connecting rod crank mechanism.

【図8】従来のスコッチヨーク機構の問題点を説明する
図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a problem of a conventional scotch yoke mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 パワーピストン 3 ピストンロッド 6A,6B クランク軸 37 クランクピン(単一、共通) 30’ 傾斜可動台座30’ 30A’傾斜部材 30B 垂直配置部材 32 縦スライドレール 33 ベアリング 34’ 傾斜スライドレール 35’ スライドベアリング 36’ スライドブロック 100 クランク装置(X型スコッチヨーク機構) 2 Power piston 3 Piston rod 6A, 6B Crankshaft 37 Crank pin (single, common) 30 'Tilt movable base 30' 30A 'Tilt member 30B Vertical arrangement member 32 Vertical slide rail 33 Bearing 34' Tilt slide rail 35 'Slide bearing 36 'slide block 100 crank device (X type scotch yoke mechanism)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 昭一 東京都港区芝3−2−11−801 (72)発明者 戸田 富士夫 埼玉県草加市旭町4−1−3−205 (72)発明者 嵯峨 仲治 千葉県柏市逆井476−85 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shoichi Iwamoto 3-2-11-801 Shiba, Minato-ku, Tokyo (72) Inventor Fujio Toda 4-1-3-205 Asahimachi, Soka-shi, Saitama (72) Invention Person Saga Nakaharu 476-85 Sakai, Kashiwa City, Chiba Prefecture

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】クランク軸の回転中心軸に略直交する面内
の一方向において往復動するように構成された第1支持
部材と、 該第1支持部材に、クランク軸の回転中心軸に略直交す
る面内で前記第1支持部材の往復動方向に対して斜めの
方向に摺動自在に支持される第2支持部材と、を備え、 該第2支持部材が、クランクピン周りと回転自由に係合
されるように構成されたことを特徴とするクランク装
置。
A first support member configured to reciprocate in one direction in a plane substantially perpendicular to a rotation center axis of the crankshaft; A second support member slidably supported in a direction oblique to the reciprocating direction of the first support member in a plane orthogonal to the first support member, wherein the second support member is rotatable around the crankpin. A crank device configured to be engaged with a crank device.
【請求項2】前記斜めの方向を変更可能に構成したこと
を特徴とする請求項1に記載のクランク装置。
2. The crank device according to claim 1, wherein said oblique direction is changeable.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載のクランク
装置を複数備えた場合に、各クランク装置の第2支持部
材が共通のクランクピン周りに回転自由に係合されるこ
とを特徴とするクランク装置。
3. A plurality of crank devices according to claim 1 or 2, wherein the second support member of each of the crank devices is rotatably engaged around a common crank pin. Crank device to do.
【請求項4】請求項1または請求項2に記載のクランク
装置を複数備えた場合に、各クランク装置の第2支持部
材が共通のクランクピン周りに回転自由に係合されると
共に、 前記第1支持部材の往復動間に所定の位相差が生じるよ
うに、前記斜めの方向が設定されることを特徴とするク
ランク装置。
4. When a plurality of crank devices according to claim 1 or 2 are provided, the second support member of each crank device is rotatably engaged around a common crank pin, and (1) The crank device according to (1), wherein the oblique direction is set so that a predetermined phase difference is generated between reciprocation of the support member.
【請求項5】請求項1または請求項2に記載のクランク
装置を複数備えた場合に、各クランク装置の第2支持部
材が共通のクランクピン周りに回転自由に係合されると
共に、 少なくとも一部のクランク装置がクランク軸回転中心軸
を挟んで反対側に配設されることを特徴とするクランク
装置。
5. When a plurality of crank devices according to claim 1 or 2 are provided, a second support member of each crank device is rotatably engaged around a common crank pin, and at least one The crank device of claim 1, wherein the crank device is disposed on the opposite side of the crankshaft rotation center axis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009120361A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Aisin Seiki Co Ltd Conveying device
CN103791053A (en) * 2012-11-01 2014-05-14 沈阳芯源微电子设备有限公司 Device for converting transverse movement into vertical movement

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