JPH1026001A

JPH1026001A - サイクロイド式出力装置

Info

Publication number: JPH1026001A
Application number: JP19551296A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Takada; 信夫高田; Shigeo Takada; 滋生高田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【目的】従来にない回転式の出力装置を提供する。【構成】出力装置は、３つの等比サイクロイド曲面Ｓ
ａ、Ｓｂ、Ｓｃを持つハウジング１、この中に入れられ
たロータ２、ハウジング１の中心を中心として回転自在
に支持されると共にロータ２を自転自在に支持する回転
ケーシング３、開口部４に配設された吸気／排気弁５、
６、これらの開閉タイミングを制御する弁制御機構、等
を有する。【効果】ロータ２は３つのサイクロイド曲面に３点で
接触し、吸気／排気弁を介してタイミングよく出入りす
る作動流体でロータ２が自転すると共に前記中心を中心
として公転し、回転ケーシング３の出力軸部分に出力ト
ルクを発生させる。小型高性能のエンジンになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガソリンエンジンやデ
ィーゼルエンジン等の内燃機関、油圧モータやエアーモ
ータ、蒸気機関等の各種出力装置の基本構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関等の各種出力装置としては、従
来から往復動式、ロータリー式、タービン式等種々の形
式のものが周知である。これらの出力装置は、構造、性
能、製造、価額等の点でそれぞれ長所及び短所を有し、
それぞれ合目的的に使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、出力変動が
少なく、性能の向上された従来に例のない往復及び回転
動作の組み合わされた出力装置を提供することを課題と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、出力装置が、導円の直径の２／３の直径を
持つ転円の円周上の一点の描く３つの内転サイクロイド
のそれぞれをその曲率中心の方向に所定距離移動して延
長した等比サイクロイド又はこれに近似した曲線の断面
を持ち長さ方向に延設された３つ曲面を備えた構造体
と、該３つの曲面内に入れられた回転体であって前記転
円の直径の両側に前記所定距離とほぼ同じ幅を持つと共
に前記転円の直径の両端を中心として前記所定距離とほ
ぼ同じ半径の半円又は半円状部分を持つ円盤状図形の断
面から成り前記長さ方向に延設された回転体と、該回転
体が前記円盤状図形の中心を通る長さ方向の軸を中心と
して回転自在なように前記回転体を支持する支持出力体
であって出力端を備え前記導円の中心を中心として回転
自在に支持される支持出力体と、前記３つの曲面で形成
される３つの開口のそれぞれに設けられ前記回転体を動
かすための作動流体を吸入及び吐出する吸入弁及び吐出
弁と、前記３つの曲面の開いた部分を閉鎖する閉鎖部材
と、前記作動流体が前記回転体を動かすように前記吸入
弁及び吐出弁の開閉動作を制御する弁制御機構と、を有
することを特徴とする。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の出力装置の構造体
の断面を形成する基本形状である内転サイクロイドを示
す。内転サイクロイドＣ（Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ ）は、導円
Ａの直径６ｒの２／３の直径４ｒを持つ転円Ｂの円周上
の一点ｐの描く３つの軌跡である。このときには、転円
Ｂの点ｐを含む直径線Ｌの他の一点ｑも同じ内転サイク
ロイドを描く。又、転円Ｂの直径が４ｒであるから、そ
の中心Ｂ₀ は、導円Ａの中心Ａ₀ から距離ｒの位置にあ
り、半径ｒの円周Ｒ上を移動する。図では、転円Ｂが６
０°づつ３回右回転して合計１８０°回転し、太い実線
の位置から細い実線と点線とを経由して再び太い実線の
位置まで復帰した状態を示す。このとき、直径線Ｌも矢
印で示すように順次回転し、Ｌ₁ 、Ｌ₂ を経由してＬま
で復帰し、その両端の点ｐ及びｑが、順次、点ｐ₁ 、ｐ
₂ 及びｑ₁ 、ｑ₂ を経由してｐ₃ 及びｑ₃ 至り、細い実
線、点線、太い実線に示す曲線を形成し、内転サイクロ
イドＣ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ が描かれる。この１８０°回転し
たときには、点ｐと点ｑの位置が入れ代わり、それぞれ
の位置に点ｑ₃ とｐ₃ とが来る。１点ｐ又はｑだけが描
く内転サイクロイドは、転円Ｂが３６０°回転すること
により形成される。

【０００６】直径線Ｌは、このようにして形成される３
つの内転サイクロイドＣ（Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ ）に対し
て、ｐ、ｑを通る直線が常にその３つに接触するという
特性を有する。例えば、転円Ｂ及びその直径線Ｌが９０
°回転して２点鎖線で示す直径線Ｌ´となり、その中心
Ｂｏが点ｑの位置Ｂ₀ ´に来たときには、両端ｐ´、ｑ
´がそれぞれ内転サイクロイドＣ₁ 、Ｃ₃ に接触すると
共に、中心Ｂ₀ ´が内転サイクロイドＣ₂ に接触する。

【０００７】図２は、出力装置の構造体としてのハウジ
ング及び回転体としてのロータの断面形状の構成例を示
す。ハウジング１の断面は、図１に示した内転サイクロ
イドＣ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ を、その曲率中心の方向に所定距
離としてｔだけ移動すると共に、太い実線で示す部分を
延長し、曲率を一様にｔだけ小さくした等比サイクロイ
ドＣ₁ ´、Ｃ₂ ´、Ｃ₃ ´の形状を持つ。そして、ハウ
ジング１は、このような断面が図において紙面に直角な
方向である長さ方向に延設され内側を向いた３つの曲面
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃを備えている。

【０００８】この３つの曲面内には、直径線Ｌの両端
ｐ、ｑを中心として所定距離ｔと同じ幅部分Ｄ、Ｅを持
つと共に同じ半径ｔの半円状部分Ｆ、Ｇを持つ円盤状図
形の断面を持ち前記長さ方向（紙面に直角な方向）に延
設された回転体としてのロータ２が入れられている。

【０００９】ロータ２は、直径線Ｌの両側に、内転サイ
クロイドと等比サイクロイドとの曲率中心方向即ち法線
方向の間隔ｔと同じ片側厚みｔを持つので、例えば図示
の状態では、曲面Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃにそれぞれ３点ｈ、
ｉ、ｊで接触することは明らかである。このようにロー
タの片側厚みｔと内転サイクロイドの法線方向の移動距
離ｔとが全体的に同じであれば、ロータ２が図示の状態
から任意の角度回転しても、ロータ２は常に３つの曲面
に接触することになる。その結果、ハウジング１内には
常に３つの容積部分Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃが形成される。

【００１０】図３は以上のように形成されたハウジング
及びロータを持つ出力装置のハウジング及びロータ部分
の構造例を示し、図４乃至図８は出力装置が内燃機関で
ある場合の各部の構造例を示す。本例では、内燃機関は
４サイクルガソリンエンジンであり、図４及び図５は出
力軸の中心線を含む縦断面を上下に分割して示し、図６
及び図７は前記中心線に直角方向の縦断面又は側面形状
をそれぞれ１２０°の角度で区分して示し、図８は吸排
気弁部分の構造を示す。

【００１１】出力装置は、主要構造部分として、構造体
としての前記ハウジング１、回転体としての前記ロータ
２、支持出力体としての回転ケーシング３、開口４に設
けられる吸入弁及び吐出弁としての吸気弁５及び排気弁
６、閉鎖部材としての中間ケーシング７及び前記回転ケ
ーシング３、弁制御機構８等を備えている。又、これら
と関連した構造として、両端ケーシング９、主軸受１
０、吸排気弁箱１１、吸気ケーシング１２、排気ケーシ
ング１３、吸気管１４、排気管１５、潤滑兼冷却油入口
及び出口１６ａ及び１６ｂ、冷却水ジャケット１７等を
備えている。

【００１２】ハウジング１は、前記のように断面がＣ₁
´、Ｃ₂ ´、Ｃ₃ ´の形状を持つ３つの曲面Ｓａ、Ｓ
ｂ、Ｓｃを持ち耐圧構造になっている。但し、図６に示
す如く３つの曲面のうち、ロータ２と接触する限界であ
る点ｈ、ｊより外側の部分は、出力装置の用途等に合わ
せてサイクロイド曲面とは異なった適当な任意の曲面に
することができる。図６では、吸気弁５の配置や燃焼室
１８の大きさ等を考慮して、サイクロイド曲面より広が
った曲面Ｓａ´、Ｓｂ´、Ｓｃ´にしている。但し、燃
焼室の容積や圧縮比等の関係で上部を狭くするような構
造も可能である。又、本実施例ではハウジング１が３つ
に分割されていて、それぞれは中間ケーシング７にピン
１ａで位置決めされネジ１ｂで固定されて一体化されて
いる。

【００１３】ロータ２は回転ケーシング３に回転自在に
支持されている。回転ケーシング３は、出力軸部分３
１、これと一体となって半径方向に延びたフランジ部分
３２、これらの部分にボルト３３によって固定された内
外組立支持軸３４及び３５、外支持軸３５の両端部に配
設された軸受３６等によって構成されていて、軸受３６
部分によってロータ２の中心を通る長さ方向の軸２ａを
中心としてロータ２が回転自在なようにロータ２を支持
すると共に、その中心である前記導円の中心Ａ₀を中心
として回転自在なように主軸受１０によって支持されて
いる。

【００１４】ロータ２は、本実施例では、主要部として
片側厚みｔを持つ幅部分を形成する本体部２１と、半径
ｔの半円状部分を形成する回転シール２２とを備え、こ
れらで円盤状図形の断面が構成されている。回転シール
２２はその両端部を軸受２３で支持されてる。本体部２
１の長さ方向の両側には側板２４が設けられ、両者はネ
ジ２５で固定されて全体が一体化されている。そして、
側板２４が軸受３６で支持されることにより、前述のよ
うにロータ２は回転ケーシング３の外支持軸３５上で自
由に回転できるようになっている。その結果、ロータ２
は、回転ケーシング３に自転可能に支持されると共に、
回転ケーシング３の回転によってその中心２ａが回転ケ
ーシング３の中心Ａ₀ を中心として公転する。この関係
は、通常のエンジンで言えば、中心２ａがクランクピン
の中心で中心Ａ₀がクランク軸の中心に相当する。

【００１５】回転シール２２は、断面が円弧状に形成さ
れていて１１角形の外周部を持ち、それぞれに溝２２ａ
が形成され、その中にバネ２２ｂで外方向に押し出され
るように付勢された気密保持兼油掻き用のシール板２２
ｃが入れられている。同様に、ロータ２の本体部２１に
も溝２１ａが形成され、その中にバネ２１ｂ及びシール
板２１ｃが設けられている。なお、シール板に例えばテ
フロン等を用いて、ハウジング内面を無潤滑にすること
も可能である。

【００１６】回転シール２２は、前述の如く長さ方向の
両端の軸受２３を介して軸２６に支持され、軸２６上で
自由に回転できる。そして軸２６の両端が前記側板２４
に嵌め込まれることにより、本体部２１と回転シール２
２と側板２４とが一体として回転すると共に、回転シー
ル２２がロータ２に対して更に自転できるようになって
いる。符号２２ｄは潤滑兼冷却油の両側をつなぐ油路で
ある。なお、図３に示す如く、回転シール２２が曲面Ｓ
ａ及びＳｃに接触する部分では、両曲面が一定の接線角
を持つので、この角度から計算して回転シール２２の外
周を１１角形にしている。又、側板２４はフランジ部を
備え、側面及びフランジ部でシール板２１ｃ及び２２ｃ
の突出位置を規制している。

【００１７】吸気弁５（５ａ、５ｂ、５ｃ）及び排気弁
６（６ａ、６ｂ、６ｃ）は、３つの曲面Ｓａ、Ｓｂ、Ｓ
ｃ又はこれから開いた曲面Ｓａ´、Ｓｂ´、Ｓｃ´（図
６）で形成される３つの開口４（４ａ、４ｂ、４ｃ）の
それぞれに設けられ、ロータ２を動かすための作動流体
を吸入及び吐出する。作動流体は出力装置の種類によっ
て異なり、例えばディーゼルエンジン、ガソリンエンジ
ン、エアーモータ、油圧モータ、蒸気機関では、それぞ
れ、燃焼用空気及び燃焼ガス、燃料の混合された燃焼用
空気及び燃焼ガス、圧縮空気、圧力油、圧力を持った蒸
気である。

【００１８】吸排気弁５、６は一体的に形成された吸排
気弁箱１１内に収められていて、どちらも同じ構造にな
っている。従って吸気弁５について説明する。吸収弁５
は、弁棒と一体になった弁体５１、弁座５２、弁棒ガイ
ド５３、スプリング５４等で形成されている。弁棒５１
の上端には、後述する弁制御機構８のロッカーアーム８
８の作動端８８ａが圧接している。又弁箱１１には、図
８に示すように、点火プラグ１９が取り付けられてい
る。吸排気弁５、６の下方は燃焼室１８になっている。

【００１９】中間ケーシング７及び前記回転ケーシング
３は、３つの曲面Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ又はＳａ´、Ｓｂ
´、Ｓｃ´の開いた部分である前記開口４ａ、４ｂ、４
ｃにおいて吸気／排気弁の設けられていない部分、及
び、前記曲面の長さ方向の端面を閉鎖する。そして、こ
れらの閉鎖された内部で作動流体が作動し、回転ケーシ
ング３の出力軸部分３１に出力トルクを発生させる。

【００２０】弁制御機構８は吸気弁５及び排気弁６に対
して設けられるが、制御タイミングを変える点を除いて
は何れの弁の制御機構も同じであるから、図４及び図７
により吸気弁５のものとして説明する。弁制御機構８
は、出力軸部分３１で回転駆動される駆動歯車８１、両
端ケーシング９の一端側に固定された支持軸８２ａに回
転自在に支持された中間歯車８２、駆動歯車８１から中
間歯車８２を介して回転駆動されるカム歯車８３、これ
と一体化されたカム８４、これらを回転自在に支持する
カム支持軸受８５、カムフォロワ８６、吸気弁駆動軸８
７、ロッカーアーム８８、等によって構成されている。

【００２１】カム歯車８３は駆動歯車８１の２倍の直径
になっていて、出力軸３６が２回転したときにカムは１
回転する。吸気弁はそれぞれ異なったタイミングで作動
するものが円周上の３箇所に設けられているので、カム
８４はこれに対応するように３箇所の凹凸部分を持つ形
状になっている。

【００２２】図９及び図１０は図４及び図５に対応する
図であり、吸気系Ｉ、排気系Ｅ、燃焼室１８、潤滑兼冷
却油系ＬＣ、冷却水系Ｗを、それぞれ、右斜線、左斜
線、クロス斜線、濃い黒塗り、薄い黒塗りで示してい
る。吸排気ケーシング１２、１３は、図６にも示す如く
（図では吸気ケーシング１２を示していて、排気ケーシ
ングは同じ位置で紙面の裏側に配置されている）、円周
方向に連続していて、３つの開口部分に設けられた３つ
の吸気弁又は排気弁間で連通している。そしてそれぞれ
が１箇所で吸気管１４及び排気管１５につながってい
る。符号１４ａは吸気ケーシング１２と吸気管１４とを
結合する連結管である。なお、吸気管１４には図示しな
いキャブレター等の燃料ガス供給装置が接続され、排気
管１５には図示しない排気消音器が接続される。

【００２３】冷却水ジャケット１７は、３つのハウジン
グ１と中間ケーシング７との間で形成され、それぞれの
ケーシング毎に独立して設けられていて、それぞれのジ
ャケットに冷却水の入口１７ａと出口１７ｂが設けられ
ている。図６では異なったケーシング１の別個の入口、
出口１７ａ、１７ｂを示している。これらは、エンジン
回りに配設された図示しない冷却水入口集合管から分配
され出口集合管に集められる。潤滑兼冷却油系及び冷却
水系には、図示しない循環ポンプ及びラジエータ等から
油や水が供給される。

【００２４】図１１は、出力装置が以上のような構造の
４サイクルエンジンである場合の動作状態を示す。な
お、エンジンがスタートする前に潤滑兼冷却油系や冷却
水系は予め運転されている。図は、同図（ａ）の室Ｒａ
（燃焼室１８）が上死点位置にある状態から、ロータ２
が３０°づつ右回転し、室Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃのうちの何
れかが上死点又は下死点の位置になっている状態を示
す。なお実際には、吸排気弁の上下死点における開閉に
は、必要によってオーバーラップ等を設けるが、説明を
簡単にするために、上下死点で弁が開閉するものとして
説明する。吸排気弁のうち特に開閉について記載しない
ものは閉になっている。

【００２５】同図（ａ）では、ロータ２の１端が開口４
ａの位置である上死点にある。このときには、排気弁６
ａが閉になり、吸気弁５ａが開になり、燃料と空気の混
合ガスの室Ｒａへの吸入が開始される。このとき、室Ｒ
ｂは膨張行程、室Ｒｃは圧縮行程になっていて、この状
態では吸気弁５ａ以外の弁は全て閉じている。（ｂ）で
は、ロータ２が３曲面Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃと３点で接触し
つつ３０°右回転（自転）して、その中心２ａが出力軸
３１（図４）の中心Ａ₀の回りに６０°左回転（公転）
した状態を示す。このときには、Ｒａは吸入行程、Ｒｂ
は膨張行程の終で排気行程の始、Ｒｃは引き続いて圧縮
行程になっている。従って、吸気弁５ａが開で、排気弁
６ｂが開き始める。他の弁は当然閉じている。このとき
室Ｒｂは最大容積で下死点の位置になっている。なお、
ロータの自転角度は公転角度の１／２になる。

【００２６】同図（ｃ）は、ロータ中心２ａが１２０°
公転し、ロータ２が６０°自転した状態を示す。この状
態では、室Ｒａでは吸入行程、室Ｒｂでは排気行程が継
続し、室Ｒｃでは圧縮行程が完了して点火プラグ１９が
オンになり、爆発・燃焼が始まる。更にロータが回転
し、（ｄ）では吸気弁５ａが閉じて室Ｒａで圧縮が始ま
り、（ｅ）では室Ｒｂで排気弁６ｂが閉じて吸気弁６ａ
が開になって吸入行程が始まり、（ｆ）では室Ｒｃで膨
張行程が終り排気弁６ｃが開いて排気行程が始まる。そ
して、ロータが１８０°即ち１／２回転自転し、その中
心が３６０°即ち１回転して再び（ａ）の状態になり、
１／２行程が終了する。次の１／２行程は、室Ｒａでは
点火−燃焼−膨張行程、室Ｒｂでは吸入行程の途中、室
Ｒｃでは排気行程の途中から始まり、それぞれの室では
１／２行程のときとは異なった行程が進み、再び（ａ）
の状態になる。この間で、全ての室で吸入−圧縮−膨張
−排気の４行程が完了し、それぞれの室で点火−爆発・
燃焼−膨張時に出力トルクが発生する。表１は以上の行
程の進行状態を示す。この表において、図１１の縦欄の
符号の“（ａ）２”等は、１サイクルにおける２回目の
図１１（ａ）等の状態を意味する。

【００２７】

【表１】

【００２８】以上の如く、本発明を適用した４サイクル
エンジンでは、ロータ２の１回転で出力軸３１が２回転
するので、ロータの回転の割りに出力軸の速い回転速度
を得ることができる。従って、作動部分の慣性力が相対
的に小さくなり、エンジンの高速化が容易である。又、
出力軸の１回転中に、３つの室で等間隔に合計３回燃焼
−膨張が行われるので、通常のエンジンの３倍の回数で
出力トルクが発生する。従って、トルク変動が小さくな
り、回転出力部分に付加しなければならない慣性質量等
を低減することができる。即ち、従来型の３気筒エンジ
ンと同じ効果がある。又、同じ出力の従来のエンジンと
比較すると、シリンダ容積に相当する部分の容積を１／
３以下にすることができる。そしてこれに加えて、従来
のエンジンではシリンダとクランク機構とが別に設けら
れているのに対して、燃焼室とクランク機構に相当する
出力部分とが同じ位置で一体化されているので、極めて
小型高出力でバランスが良く安定した運転状態の得られ
るエンジンを実現することができる。

【００２９】又、例えば図１１（ｂ）の室Ｒｂに示すよ
うに、燃料の燃焼−膨張する室の容積が指数的に大きく
なっているので、燃料と空気の混合ガスの燃焼による体
積増加の状態に近づく。その結果、爆発・膨張行程中の
圧力差が小さくなり、得られる平均有効圧力の割に最高
圧力を低く押さえることができ、エンジンの強度設計が
容易になる。このような容積変化は、慣性をもった弁の
開閉特性に対しても良い作用を及ぼす。又、ロータ２の
上死点位置から行程が進むに従ってロータ２の受圧面積
もエキスポーネンシャルに増加するので、燃焼ガスの圧
力変化とのマッチングが良くなって発生トルクが均一化
する傾向になると共に、受圧力がそのまま回転トルクに
変換される。従って、受圧面積一定のピストンを用い
て、大きな機械的損失を発生させつつ直線運動を回転運
動に変換する従来のエンジンに較べて、エンジンの熱効
率や機械効率を大幅に改善することができる。

【００３０】更に、本発明の出力装置では、ロータ２の
往復的動作がハウジング内で常に位置を変えて行われ、
結果的にロータは自転、公転し、回転シールも回転する
ので、基本的には回転動作のエンジンになる。そして、
これらの回転速度は常に相互で一定の比率になっている
ので、等速制御されるエンジンでは、全ての回転が等速
になり、加速度のない極めて安定した動作が得られる。
そしてエンジンとして最高の機械効率を得ることができ
る。又、ロータ２の動作は中心軸回りに偏心回転を行な
うジャイロモーションになっているので、その効果によ
って振動等が吸収され、静かな動きをするエンジンとな
る。又、この出力装置自体に大きなジャイロ力があるの
で、エンジン以外の応用用途に対してその安定した動作
を利用することができる。

【００３１】又、図６に示す如く、３つの曲面のうちロ
ータ２と接触する限界である点ｈ、ｊから外側の部分を
適当な任意の曲線にすることができるので、燃焼室の形
状として最も燃焼効率のよい球形燃焼室を実現し、燃焼
効率の向上と排ガスのクリーン化を図ることができる。

【００３２】なお以上では、主として出力装置が４サイ
クルガソリンエンジンである場合について説明したが、
本発明は他の形式のエンジンや種々の出力装置に適用で
きる。他の出力装置の場合には、吸入／吐出弁やその制
御機構はそれぞれの装置に適当な性能や形状のものが選
ばれる。例えば出力装置が２サイクルエンジンやエアー
モータ等の場合には、ロータの１／２回転、従って出力
軸の１回転で１サイクルが完了するので、カム機構とし
ては出力軸の１回転で１回転するものが用いられる。な
お、通常回転羽根等の用いられるエアーモータに較べ
て、本発明の回転往復式出力装置によれば大幅に空気消
費量を低減し、効率的な運転をすることができる。

【００３３】又、ハウジング１の３曲面Ｓ（Ｓａ、Ｓ
ｂ、Ｓｃ）の断面形状を、内転サイクロイドに対して幅
ｔだけ移動させ曲率を小さくした等比サイクロイドと
し、ロータ２の断面形状を、片側寸法ｔの幅部分及び半
径ｔの半円状部分を持つ円盤状図形にしたが、ロータ２
がシール板２１ｃ、２２ｃを備えるような場合には、シ
ール板に突出代があるため、３曲面及びロータを必ずし
も厳密に上記のような形状にしなくてもよい。

【００３４】一方、直径６ｒの導円に対する直径４ｒの
内転サイクロイドは、直径７ｒの円弧と近似した曲線に
なる。即ち、両曲線の中央部分を一致させると、両端近
傍における両曲線の最大誤差はｒ／１０００程度であ
る。従って、実用的には、内転サイクロイドを半径７ｒ
程度の円弧とし、曲面Ｓを７ｒ−ｔ程度の円弧にするこ
とができる。この場合には、ロータ２の断面の両端部を
半径ｔの円弧にすると、ロータと３曲面とが完全には接
触しなくなるが、誤差が小さいため通常このような構成
で問題は生じない。特に、低圧用や高い容積効率を必要
としない場合等には、このようなロータ形状で十分であ
る。但し、この円弧を少し突状に修正することにより、
ロータを３曲面に完全に接触させることもできる。

【００３５】なお、図３乃至６では、ロータ２が回転シ
ール２２を有する例を示したが、例えば出力装置が油圧
モータやエアーモータのように、潤滑性があったり冷却
能力があるような場合には、このような回転シールを設
けることなく、ロータを断面が円盤状の一体物にするこ
とも可能である。又、実施例のように１１角形の円弧状
回転体に溝を設けてその中にバネとシール板を入れるシ
ール構造に代えて、弾性体等の材料から成る一体構造の
回転シールを用い、３曲面とはころがり接触をさせるよ
うな構造にしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、従来に例の
ない往復及び回転動作を組み合わた構造により、出力装
置のトルク変動を少なくし、性能を向上させることがで
きる。即ち、本発明の構成によれば、導円の直径（仮に
６ｒとする）の２／３の直径４ｒを持つ転円の円周上の
一点の描く３つの内転サイクロイドでは、その一点を含
む直径の他の一点も同じ内転サイクロイドを描く。従っ
て、転円の直径は常に２つの内転サイクロイドに接触す
る。又、この直径線は残りの１つの内転サイクロイドに
接触するという特性を持つ。更に、直径が４ｒであるこ
とから、内転サイクロイドを描く直径の中心は、導円の
中心を中心として半径ｒの円周上を移動するという性質
を持つ。従って、導円の中心を中心として前記直径線を
回転させると、直径線はその両端及び中間部分で３つの
内転サイクロイドの全てに接触しながら回転する。この
内転サイクロイドは、又、全体的に半径７ｒの円弧に近
似した曲率を持つ。

【００３７】これらの内転サイクロイドを、それぞれの
曲率中心の方向に所定距離ｔ移動すれば、元のサイクロ
イドから曲率がｔだけ小さくなった等比サイクロイドが
形成される。半径７ｒの円であれば、７ｒ−ｔの円弧に
なる。このような曲線図形には、前記直径の中間部分で
は、直径の両側にそれぞれ厚みｔを持たせた２つの直線
部の何れかが接触する。又直径の両端部分では、両端を
中心とした半径ｔの半円状部分が前記曲線図形に接触す
る。更に、それぞれの２つの曲線図形間には、ほぼ２ｔ
開いた開口が形成される。

【００３８】３曲面を備えた構造体及び回転体は、それ
ぞれ前記のような断面をもって長さ方向に延設されてい
るので、回転体は３曲面に３点で線状に接触する。その
結果、回転体は、３曲面で囲われた部分を３つの室に分
割する。

【００３９】この回転体は支持出力体によって中心軸回
りに回転自在なように支持され、支持回転体が導円の中
心を中心として回転自在に支持されているので、回転体
は常に３曲面に接触しながら自転しつつ導円の中心を中
心として公転できる。このような回転体の自転・公転に
より、それぞれ２曲面で形成された開口を含む３室の容
積は、最小から最大まで拡大／縮小しながら変化する。
この３つの開口には、それぞれ回転体を動かすための作
動流体を吸入及び吐出する吸入弁及び吐出弁が設けら
れ、又、この３つの開口を含み３曲面の開いた部分が閉
鎖部材で閉鎖されるので、タイミングのよい作動流体の
吸入／吐出により、作動流体の圧力によって回転体を自
転しつつ公転させることができる。そして弁制御機構
は、作動流体が回転体を動かすように吸入弁及び吐出弁
の開閉動作を制御するので、上記の如く回転体が自転と
共に公転し、公転力が支持出力体を回転させる。その結
果、この支持出力体の回転を出力トルクとして取り出す
ことができる。

【００４０】このような出力装置は、内転サイクロイド
の延長された部分だけ導円より大きい円の範囲内にその
主要構成部分を備えることになるので、簡素で小型な装
置である。又、吸入／吐出は、３つの開口部のそれぞれ
において１回転に１回、従って合計３回行われるので、
例えば４サイクルガソリン機関では、従来のエンジンが
２回転に一回出力トルクを発生させるのに対して、２回
転に３回出力トルクを発生させることになり、出力が平
均化し、１気筒でもトルク変動の少ないエンジンにする
ことができる。

【００４１】更に、２つの曲面形状に囲われた室の容積
は、開口部を起点としてエキスポーネンシャルに変化す
るので、燃料の燃焼後の体積変化と近似することにな
り、出力装置を内燃機関にする場合には、燃焼室内の最
大圧力の上昇を抑制すると共に、平均トルクを大きくし
て最大トルクを低減することができる。その結果、燃焼
室回りの部材の応力低減や肉厚及び重量の低減を図るこ
とができる。

【００４２】そして、出力装置をエンジンに適用する場
合には、従来のエンジンに較べて、大幅な小型高効率
化、高速化、運転状態の安定化等を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】出力装置のハウジング内面形状を決定する基礎
となる内転サイクロイドの説明図である。

【図２】上記出力装置のハイジング内面形状及びロータ
形状の説明図である。

【図３】上記出力装置のハウジング及びロータ部分の断
面図である。

【図４】出力装置の一例である４サイクルガソリン機関
の長さ方向に平行で中心軸を含む縦断面図の上半分の図
である。

【図５】上記縦断面図の下半分の図である。

【図６】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図７】図１のＢ−Ｂ線断面図と図２の矢印Ｃ方向から
みた側面図とを組合せた図である。

【図８】吸排気弁部分を示し、（ａ）は正面図で（ｂ）
は底面図である。

【図９】図４における流体の流れ状態を示した説明図で
ある。

【図１０】図５における流体の流れ状態を示した説明図
である。

【図１１】（ａ）乃至（ｆ）は上記エンジンの動作の説
明図である。

【符号の説明】

１ハウジング（構造体）２ロータ（回転体）２ａ長さ方向の軸３回転ケーシング（支持出力体、閉鎖部材）４（４ａ、４ｂ、４ｃ）開口５（５ａ、５ｂ、５ｃ）吸入弁６（６ａ、６ｂ、６ｃ）吐出弁７中間ケーシング（閉鎖部材）８弁制御機構３１出力軸部分（出力端）Ａ導円Ａ₀ 導円の中心Ｂ転円Ｃ（Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ₃ ）内転サイクロイドＣ´（Ｃ₁ ´、Ｃ₂ ´、Ｃ₃ ´）等比サイクロイドｐ円周上の一点Ｓ（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ）３つの曲面ｔ所定距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導円の直径の２／３の直径を持つ転円の
円周上の一点の描く３つの内転サイクロイドのそれぞれ
をその曲率中心の方向に所定距離移動して延長した等比
サイクロイド又はこれに近似した曲線の断面を持ち長さ
方向に延設された３つ曲面を備えた構造体と、該３つの
曲面内に入れられた回転体であって前記転円の直径の両
側に前記所定距離とほぼ同じ幅を持つと共に前記転円の
直径の両端を中心として前記所定距離とほぼ同じ半径の
半円又は半円状部分を持つ円盤状図形の断面から成り前
記長さ方向に延設された回転体と、該回転体が前記円盤
状図形の中心を通る長さ方向の軸を中心として回転自在
なように前記回転体を支持する支持出力体であって出力
端を備え前記導円の中心を中心として回転自在に支持さ
れる支持出力体と、前記３つの曲面で形成される３つの
開口のそれぞれに設けられ前記回転体を動かすための作
動流体を吸入及び吐出する吸入弁及び吐出弁と、前記３
つの曲面の開いた部分を閉鎖する閉鎖部材と、前記作動
流体が前記回転体を動かすように前記吸入弁及び吐出弁
の開閉動作を制御する弁制御機構と、を有することを特
徴とする出力装置。