JPH1038047A - 回転運動機構およびエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転運動機構自身の駆動力を利用し、導入バ
ルブおよび排出バルブの駆動および制御を好適に行う。 【解決手段】 １対のＸピストンロッド１６ａ、１６ｂ
と、１対のＹピストンロッド１８ａ、１８ｂと、Ｘ移動
ロッド２０と、Ｙ移動ロッド２２と、Ｘ移動ロット２０
とＹ移動ロッド２２上を移動可能な移動体２４と、給気
バルブ７０と排気バルブ７２を有するシリンダ装置４
１、４２、４５、４６を備え、Ｙ移動ロッド２２を移動
させる第１の駆動機構と、給気バルブ７０と排気バルブ
７２を有するシリンダ装置４３、４４、４７、４８を備
え、Ｘ移動ロッド２０を移動させる第２の駆動機構と、
一方部が移動体２４へ軸着され、出力軸３６を回転させ
るレバー部３８と、一方部が移動体２４へ軸着され、自
転する出力かさ歯車５０、５１と、出力かさ歯車５０、
５１の動力を伝達し、各シリンダ装置の給気バルブ７０
と排気バルブ７２とを駆動させるバルブ駆動機構５２と
を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転運動機構およびエン
ジンに関し、一層詳細には直線運動を回転運動に変換し
て取り出す回転運動機構およびエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】直線運動を回転運動に変換して取り出す
回転運動機構としては、例えばレシプロ式内燃機関や油
圧モータ等が知られている。いずれもシリンダ内で直線
運動するピストンの出力をクランク軸の回転運動に変換
する機構である。上記従来のレシプロ式内燃機関や油圧
モータには次のような課題がある。ピストンとクランク
との間は、コンロッドによって連結されている。ピスト
ンとコンロッドの一方部は軸着され、両者は相対的に傾
動可能になっている。また、コンロッドとクランクとの
間も軸着され、両者は相対的に傾動可能になっている。
従って、コンロッドがピストンに対して傾斜し、コンロ
ッドがクランクに対して傾斜した状態でピストンの推進
力を受けてもクランク軸へは１００パーセント当該推進
力が伝達されない。その結果、クランク軸へ伝達される
のはコンロッド方向への分力をさらにクランク周方向へ
分解した分力に相当する推進力でありロスが大きい。そ
のため、クランク軸から取り出せる回転トルクはピスト
ンの推進力と比較して小さいものになってしまい、直線
推進力を回転トルクへ変換する効率が低いという課題が
ある。

【０００３】そこで、本願発明者は、先に図９および１
０に示す回転運動機構を提案している（特開平７−１２
１９９号）。図９および１０の回転運動機構は以下の構
成を備える。すなわち、第１の方向へ平行に配設された
１対の第１軸ガイド１６ａ、１６ｂと、前記第１の方向
に対して直角な第２の方向へ平行に配設された１対の第
２軸ガイド１８ａ、１８ｂと、前記第１軸ガイド１６
ａ、１６ｂと平行に配され、第１軸ガイド１６ａ、１６
ｂと平行な状態で前記第２の方向へ移動可能な第１軸ロ
ッド２０と、前記第２軸ガイド１８ａ、１８ｂと平行に
配され、第２軸ガイド１８ａ、１８ｂと平行な状態で前
記第１の方向へ移動可能な第２軸ロッド２２と、前記第
１軸ガイド１６ａ、１６ｂと第２軸ガイド１８ａ、１８
ｂに囲繞されて成る矩形平面２８内において、前記第１
軸ロッド２０と第２軸ロッド２２上を前記第１の方向お
よび第２の方向へ移動可能な移動体２４と、前記第２軸
ロッド２２を前記第１の方向へ移動させるための第１の
駆動機構２６ａ〜ｄと、前記第１軸ロッド２０を前記第
２の方向へ移動させるための第２の駆動機構３４ａ〜ｄ
と、軸線を中心として回転可能な出力軸３６ａ、３６ｂ
と、一方部が前記移動体２４へ軸着され、他方部は前記
出力軸３６ａ、３６ｂの一方部へ固定され、移動体２４
が出力軸３６ａ、３６ｂの周囲を旋回した際には出力軸
３６ａ、３６ｂを回転させるレバー片３８ａ、３８ｂと
を具備することを特徴とする。以上の回転運動機構によ
れば、レバー片３８ａ、３８ｂは、一方部が移動体２４
へ軸着され、他方部は軸線を中心として回転可能な出力
軸３６ａ、３６ｂの一方部へ固定されている。そこで、
移動体２４が出力軸３６ａ、３６ｂの周囲を旋回した際
には出力軸３６ａ、３６ｂは軸線を中心として回転可能
になっている。これにより、従来のようなコンロッドを
要せず、直線推進力を回転トルクへ好適に変換できるた
め、エネルギの変換効率を向上できる。

【０００４】また、本願発明者は、先に上記の回転運動
機構に類似する構成を用いて複数の出力軸を同時に回転
させる回転運動機構（特開平７−５１９７２号）を提案
している。この回転運動機構によれば、前記第１軸ロッ
ドと第２軸ロッドを移動させることで、移動体を前記矩
形平面内で自転させずに旋回させる駆動機構部と、前記
矩形平面に対して直角に配設されると共に、所定位置に
おいて軸線を中心として回転可能な複数の出力軸と、一
方部が各前記出力軸へ固定されると共に、他方部が前記
移動体に軸着され、前記一方部と他方部との間の距離が
等しく形成された複数の出力レバーとを具備し、多軸の
回転運動を得ることができるのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記本
願発明者の提案した回転運動機構においては、第１の駆
動機構および第２の駆動機構が、流体を導入する導入部
を開閉する導入バルブ、および流体を排出する排出部を
開閉する排出バルブが設けられたシリンダ装置を備える
場合、その導入バルブおよび排出バルブを駆動する駆動
手段についての詳細は提案されていなかった。それらの
バルブを、前記回転運動機構とは別の駆動装置を用い、
コンピュータ内蔵の制御装置で制御して作動させること
は可能であるが、構成が複雑化するともに、好適なタイ
ミングを取るための信頼性に欠ける面がある。特に給
気、排気および点火等のタイミングを高い精度で行う必
要のある内燃機関（エンジン）において重要課題であ
る。

【０００６】そこで、本発明の目的は、回転運動機構自
身の駆動力を利用し、導入バルブおよび排出バルブの駆
動および制御を好適に行うことができる回転運動機構お
よびエンジンを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明の回
転運動機構は、第１の方向へ平行に配設された１対の第
１軸ガイドと、前記第１の方向に対して直角な第２の方
向へ平行に配設された１対の第２軸ガイドと、前記第１
軸ガイドと平行に配され、第１軸ガイドと平行な状態で
前記第２の方向へ移動可能な第１軸ロッドと、前記第２
軸ガイドと平行に配され、第２軸ガイドと平行な状態で
前記第１の方向へ移動可能な第２軸ロッドと、前記第１
軸ガイドと第２軸ガイドに囲繞されて成る矩形平面内に
おいて、前記第１軸ロッドと第２軸ロッド上を前記第１
の方向および第２の方向へ移動可能な移動体と、流体を
導入する導入部を開閉する導入バルブ、および流体を排
出する排出部を開閉する排出バルブが設けられたシリン
ダ装置を備え、前記第２軸ロッドを前記第１の方向へ移
動させるための第１の駆動機構と、流体を導入する導入
部を開閉する導入バルブ、および流体を排出する排出部
を開閉する排出バルブが設けられたシリンダ装置を備
え、前記第１軸ロッドを前記第２の方向へ移動させるた
めの第２の駆動機構と、前記矩形平面に直交する軸線を
中心として回転可能な出力軸と、一方部が前記移動体へ
軸着され、他方部は前記出力軸の一方部へ固定され、移
動体が旋回運動することで出力軸を回転させるレバー部
と、前記出力軸と平行に配され、回転可能な補助出力軸
と、一方部が前記移動体へ軸着され、他方部は前記補助
出力軸の一方部へ固定され、移動体が旋回運動すること
で補助出力軸を回転させる補助レバー部と、前記補助出
力軸の動力を伝達し、導入バルブと排出バルブとを駆動
させるバルブ駆動機構とを具備する。

【０００８】また、前記補助出力軸の動力が伝達される
ことで駆動され、潤滑油を循環させるオイルポンプを具
備することで、回転運動機構の潤滑を好適に行うことが
できる。

【０００９】また、本発明は、前記一対の第１軸ガイド
および前記一対の第２軸ガイドが各々ロッド状に形成さ
れ、前記シリンダ装置のシリンダが内燃機関装置の燃焼
室を構成し、該シリンダ装置が前記１対の第１軸ガイド
および１対の第２軸ガイドの各両端部に配設され、一対
の第１軸ガイドを介して前記第２軸ロッドを駆動させる
と共に、一対の第２軸ガイドを介して前記第１軸ロッド
を駆動させることを特徴とする前記の回転運動機構を用
いたエンジンにもある。

【００１０】また、１対の第１軸ガイドの一方部側のシ
リンダを第１シリンダおよび第２シリンダ、１対の第２
軸ガイドの一方部側のシリンダを第３シリンダおよび第
４シリンダ、１対の第１軸ガイドの他方部側のシリンダ
を第５シリンダおよび第６シリンダ、１対の第２軸ガイ
ドの他方部側のシリンダを第７シリンダおよび第８シリ
ンダとし、第１シリンダ、第３シリンダ、第５シリン
ダ、第７シリンダ、第２シリンダ、第４シリンダ、第６
シリンダ、第８シリンダの順に点火することで、バラン
スの取れた好適な回転運動を得ることができる。

【００１１】また、１対の第１軸ガイドの一方部側のシ
リンダを第１シリンダおよび第２シリンダ、１対の第２
軸ガイドの一方部側のシリンダを第３シリンダおよび第
４シリンダ、１対の第１軸ガイドの他方部側のシリンダ
を第５シリンダおよび第６シリンダ、１対の第２軸ガイ
ドの他方部側のシリンダを第７シリンダおよび第８シリ
ンダとし、第１シリンダおよび第２シリンダ、第３シリ
ンダおよび第４シリンダ、第５シリンダおよび第６シリ
ンダ、第７シリンダおよび第８シリンダの順に点火する
ことで、より高い出力を得ることができる。

【００１２】また、請求項１記載の回転運動機構の出力
軸を入力軸とし、他の駆動装置による駆動力によって、
移動体を旋回させて、前記各シリンダ装置から吐出流体
を発生させることで、油圧ポンプ或いはコンプレッサ装
置等として好適に利用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
の一例について添付図面と共に詳述する。図１は本実施
例の回転運動機構（エンジン）の内部構造を示した平面
断面図である。１６ａ、１６ｂは一対のＸピストンロッ
ドであり、第１の方向（Ｘ軸方向）へ平行に配設された
一対の第１軸ガイドとして作用する。また、１８ａ、１
８ｂは一対のＹピストンロッドであり、第１の方向（Ｘ
軸方向）に対して直角な第２の方向（Ｙ軸方向）へ平行
に配設された１対の第２軸ガイドとして作用する。

【００１４】２０はＸ移動ロッドであり、前記Ｘピスト
ンロッド１６ａ、１６ｂと平行に配され、Ｘピストンロ
ッド１６ａ、１６ｂと平行な状態で前記第２の方向（Ｙ
軸方向）へ移動可能な第１軸ロッドとして作用する。ま
た、２２はＹ移動ロッドであり、前記Ｙピストンロッド
１８ａ、１８ｂと平行に配され、Ｙピストンロッド１８
ａ、１８ｂと平行な状態で前記第１の方向（Ｘ軸方向）
へ移動可能な第２軸ロッドとして作用する。２４は移動
体であり、一対のＸピストンロッド１６ａ、１６ｂとＹ
ピストンロッド１８ａ、１８ｂに囲繞されて成る矩形平
面２８内において、Ｘ移動ロッド２０とＹ移動ロッド２
２上をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動可能に設けられて
いる。

【００１５】４１、４２、４５、４６は内燃機関のシリ
ンダ装置であり、流体を導入する導入部を開閉する導入
バルブ、および流体を排出する排出部を開閉する排出バ
ルブが設けられている。これらのシリンダ装置４１、４
２、４５、４６は、Ｙ移動ロッド２２を前記Ｘ軸方向へ
移動させるための第１の駆動機構を構成する。４３、４
４、４７、４８は内燃機関のシリンダ装置であり、流体
を導入する導入部を開閉する導入バルブ、および流体を
排出する排出部を開閉する排出バルブが設けられてい
る。これらのシリンダ装置４３、４４、４７、４８は、
Ｘ移動ロッド２０を前記Ｙ軸方向へ移動させるための第
２の駆動機構を構成する。

【００１６】３６は出力軸であり、矩形平面２８に直交
する軸線を中心として回転可能に、本体ケース１０に軸
受けされている。３８はレバー部であり、一方部３８ｃ
が移動体２４へ軸着され、他方部３８ｄは出力軸３６へ
固定され、移動体２４が旋回運動することで出力軸３６
を回転させる。なお、一方部３８ｃと他方部３８ｄとの
間隔は、移動体２４の旋回半径と同一となる。

【００１７】５０（５１）は出力かさ歯車であり、出力
軸３６と平行に配された軸線５０ａ、（５１ａ）を中心
にして回転可能に設けられており、一方部５０ｂ（５１
ｂ）で移動体２４へ軸着されている。これにより、出力
かさ歯車５０は、補助出力軸および補助レバー部を一体
とした部材とて作用し、移動体２４が旋回運動すること
で回転（自転）できる。なお、前記軸線５０ａと一方部
５０ｂとの間隔は、移動体２４の旋回半径と同一に設け
られている。５２はバルブ駆動機構であり、出力かさ歯
車５０の回転動力を伝達し、前記各シリンダ装置４１、
４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８の導入バル
ブ（給気バルブ７０、図３参照）と排出バルブ（排気バ
ルブ７２、図３参照）とを駆動させるように、駆動伝達
用かさ歯車５４、タイミングプーリ５６またはタイミン
グスプロケット、タイミングベルト５８またはタイミン
グチェーン、カム機構６０（図３参照）等から構成する
ことができる。具体的な実施例は後述する。また、８０
はオイルポンプであり、補助出力軸（出力かさ歯車５
０）の動力が伝達されることで駆動され、潤滑油を循環
させる。

【００１８】以上では、８個のシリンダ装置を備えるエ
ンジンの実施例によって実施の形態の説明をしたが、本
発明は、これに限らず、４本のピストンロッド（一対の
第１軸ガイドおよび一対の第２軸ガイド）に対応して４
個のシリンダ装置を備え、高圧流体の給排によって作動
する流体圧利用モータ（例えば油圧モータ）等に適用で
きるのは勿論である。さらに、一対の第１軸ガイドに第
２軸ロッドをスライド可能に設けると共に、一対の第２
軸ガイドに第１軸ロッドをスライド可能に設け、第１軸
ロッドおよび第２軸ロッドにそれぞれ対応して２個のシ
リンダ装置を備える油圧モータ等に適用することも可能
である。また、本発明にかかる回転運動機構の出力軸を
入力軸とし、他の駆動装置による駆動力によって、移動
体を旋回させて、前記各シリンダ装置から吐出流体を発
生させることで、導入バルブおよび排出バルブを好適に
作動させ、油圧ポンプ或いはコンプレッサ装置等として
も利用することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について添付図
面と共に詳述する。図１は前述したとおりであり、図２
は図１の中央縦断面図である。また、図３はシリンダの
ヘッド部を部分的に示す斜視断面図であり、図４は潤滑
油の通路の一例を説明する説明図である。１０は本体ケ
ースであり、側壁部１０ａと上下のカバー１２ａ、１２
ｂとによって構成されている。出力軸３６が回転自在に
軸受けられている。詳しい機構は後述するが、Ｘピスト
ンロッド１６ａ、１６ｂはＸ軸方向へ移動可能に設けら
れ、Ｙピストンロッド１８ａ、１８ｂはＹ軸方向へ移動
可能に設けられている。

【００２０】Ｘ移動ロッド２０は、Ｘピストンロッド１
６ａ、１６ｂと平行に配され、各端部がＹピストンロッ
ド１８ａ、１８ｂへそれぞれ固定されている。従って、
Ｘ移動ロッド２０は、Ｙピストンロッド１８ａ、１８ｂ
のＹ軸方向への移動に伴い、Ｘピストンロッド１６ａ、
１６ｂと平行な状態でＹ軸方向へ移動する。Ｙ移動ロッ
ド２２は、Ｙピストンロッド１８ａ、１８ｂと平行に配
され、各端部がＸピストンロッド１６ａ、１６ｂへそれ
ぞれ固定されている。従って、Ｙ移動ロッド２２は、Ｘ
ピストンロッド１６ａ、１６ｂのＸ軸方向への移動に伴
い、Ｙピストンロッド１８ａ、１８ｂと平行な状態でＸ
軸方向へ移動する。

【００２１】移動体２４は、上側にＸ移動ロッド２０が
挿通され、下側にＹ移動ロッド２２が挿通されている。
移動体２４は、スライド軸受を介してＸ移動ロッド２０
およびＹ移動ロッド２２上をＸ軸方向およびＹ軸方向へ
スライド可能になっている。従って、Ｘ移動ロッド２０
およびＹ移動ロッド２２のＸ軸方向およびＹ軸方向への
移動に伴い、移動体２４は、Ｘピストンロッド１６ａ、
１６ｂとＹピストンロッド１８ａ、１８ｂに囲繞されて
成る矩形平面２８内において、２次元運動可能になって
いる。

【００２２】４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５
ａ、４６ａ、４７ａ、４８ａはシリンダであり、内燃機
関装置の燃焼室を構成し、１対のＸピストンロッド１６
ａ、１６ｂおよび１対のＹピストンロッド１８ａ、１８
ｂの両端部に配設されている。１対のＸピストンロッド
１６ａ、１６ｂの一方部側のシリンダを第１シリンダ４
１ａおよび第２シリンダ４２ａ、１対のＹピストンロッ
ド１８ａ、１８ｂの一方部側のシリンダを第３シリンダ
４３ａおよび第４シリンダ４４ａ、１対のＸピストンロ
ッド１６ａ、１６ｂの他方部側のシリンダを第５シリン
ダ４５ａおよび第６シリンダ４６ａ、１対のＹピストン
ロッド１８ａ、１８ｂの他方部側のシリンダを第７シリ
ンダ４７ａおよび第８シリンダ４８ａとする。

【００２３】各Ｘピストンロッド１６ａ、１６ｂおよび
Ｙピストンロッド１８ａ、１８ｂの各端部は、ピストン
４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ、４５ｂ、４６ｂ、４
７ｂ、４８ｂへそれぞれ連結されており、各シリンダ４
１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ、４６ａ、４７
ａ、４８ａ内で往復動できる。従って、各シリンダ内で
の燃料の点火・爆発によって、各Ｘピストンロッド１６
ａ、１６ｂはＸ軸方向へ、各Ｙピストンロッド１８ａ、
１８ｂはＹ軸方向へ往復動する。このようにして、シリ
ンダ４１ａ、４２ａ、４５ａ、４６ａによって第１の駆
動機構が構成され、シリンダ４３ａ、４４ａ、４７ａ、
４８ａによって第２の駆動機構が構成され、一対のＸピ
ストンロッド１６ａ、１６ｂを介してＹ移動ロッド２２
を駆動させると共に、一対のＹピストンロッド１８ａ、
１８ｂを介してＸ移動ロッド２０を駆動させることがで
きる。

【００２４】３６は出力軸であり、ボールベアリング
（上下の軸受部１３ａ、１３ｂ）を介し、本体ケース１
０に対して軸線を中心として回転可能になっている。出
力軸３６の先端は、上部カバー１２ａから突出してお
り、他の被駆動回転体（不図示）へ連結可能になってい
る。３８はレバー部であり、移動体２４が出力軸３６に
対して旋回した際に出力軸３６を回転させる。本実施例
においてレバー部３８は、出力軸３６と一体に形成され
ており、一方部３８ｃが移動体２４の中心部に設けられ
た貫通孔２５に挿通されることで軸着され、他方部３８
ｄは出力軸３６へ固定されている。前記一方部３８ｃ
は、出力軸からピストン４１ｂ、４２ｂ・・・のストロ
ークの半分偏心して設けられた軸状に形成されている。
また、出力軸３６は、上の軸受部１３ａに軸受けされる
上部３６ａと、レバー部３８を介して連結されていると
共に下の軸受部１３ｂに軸受けされている下部３６ｂと
を備えている。このように出力軸３６は、移動体２４か
らの動力伝達手段となっているレバー部３８を挟んで２
ヶ所で軸受けされているため、バランスよく安定的に回
転できる。なお、本実施例における出力軸３６とレバー
部３８が一体に形成された形態は、クランク軸の形態と
なっている。

【００２５】補助出力軸と補助レバー部の一形態である
出力かさ歯車５０、５１は、各シリンダ４１ａ、４２ａ
・・・に対応してそれぞれ設けられている。図１におい
て、実線で記載した出力かさ歯車５０が下のカバー１２
ｂに支持されて回転可能に軸着されたものであり、仮想
線（二点鎖線）で記載した出力かさ歯車５１が上のカバ
ー１２ａに支持されて回転可能に軸着されたものであ
る。上下の出力かさ歯車５０、５１は、各軸線５０ａ、
５１ａを中心にして回転可能に設けられており、各出力
かさ歯車の一方部５０ｂ、５１ｂが、移動体２４から延
設されたアーム部２４ａの先端部と相対的に軸着されて
いる。すなわち、上下の出力かさ歯車５０、５１で一組
になって、一つのアーム部２４ａの先端部に軸着されて
おり、軸線５０ａと一方部５０ｂとの間隔および軸線５
１ａと一方部５１ｂとの間隔は、移動体２４の旋回半径
と同一に設けられている。なお、アーム部２４ａは移動
体２４と一体的に設けられているから、移動体２４と全
く同一の旋回運動をする。これにより、上下の出力かさ
歯車５０、５１は、移動体２４が旋回運動すれば、出力
軸３６と同期して回転（自転）できる。

【００２６】次に、出力かさ歯車５０、５１の動力を伝
達して給気バルブ７０および排気バルブ７２を駆動させ
るバルブ駆動機構５２について説明する。駆動伝達用か
さ歯車５４は、本体ケース１０に回転可能に軸受けさ
れ、出力かさ歯車５０、５１に歯合しており、出力かさ
歯車５０、５１の駆動によって回転駆動する。この駆動
伝達用かさ歯車５４には、かさ歯車部の反対側に同軸且
つ一体にタイミングプーリ５６が固定されている。ま
た、図３に示すように各シリンダ装置４１、４２・・・
のヘッド部には、カムシャフト７４の端部に従動側のタ
イミングプーリ７５が固定されている。この従動側のタ
イミングプーリ７５と、前記タイミングプーリ５６にタ
イミングベルト５８が掛け回されている。これによって
出力かさ歯車５０、５１の動力を、給気バルブ７０およ
び排気バルブ７２を駆動させるように伝達できる。な
お、カムシャフト７４には給気用および排気用のカムが
設けられ、ロッカアーム、バルブスプリング等を介して
給気バルブ７０および排気バルブ７２が駆動されるが、
この構造は従来のレシプロ型エンジンと同一の構成であ
り、説明を省略する。

【００２７】以上の構成によって、給気バルブ７０およ
び排気バルブ７２の駆動力を、自らの出力から好適に取
り出すことができるのである。また、本実施例では、動
力伝達手段としてタイミングベルト５８を用いたが、こ
れに限らず、タイミングチェーン等を利用できるのは勿
論である。また、オイルポンプ８０は、４つの出力かさ
歯車５０のうちの一つの動力が伝達されることで駆動さ
れるようになっている。動力伝達手段としては、バルブ
駆動機構５２と同様にタイミングベルトまたはタイミン
グチェーン等を用いればよい。

【００２８】次に潤滑機構について、図１、図２および
図４に基づいて説明する。オイルポンプ８０から排出す
る潤滑油は、パイプ８１を通って出力軸３６およびレバ
ー部３８内に設けられた通路へ供給され、出力軸３６と
レバー部３８および移動体２４の摺動に係る潤滑をす
る。また、オイルポンプ８０から排出する潤滑油は、一
対のＸピストンロッド１６ａ、１６ｂと、一対のＹピス
トンロッド１８ａ、１８ｂとが交錯する部分に設けられ
たブロック８２（４ヶ所）へ供給され、そのブロック８
２から各シリンダに分配される。図４は、ブロック８２
に、Ｘピストンロッド１６ｂとＹピストンロッド１８ｂ
が挿通された状態を説明しており、Ｘピストンロッド１
６ｂはＸ軸方向に往復動可能に挿通されているが、ブロ
ック８２のＹ軸方向の移動を規制し、Ｙピストンロッド
１８ｂはＹ軸方向に往復動可能に挿通されているが、ブ
ロック８２のＸ軸方向の移動を規制している。このた
め、ブロック８２は各ピストンロッドの運動には障害と
ならず、移動することを要せず、定位置に保持される。

【００２９】ブロック８２には、オイルポンプ８０から
潤滑油が供給されるように、オイルポンプ８０に管路を
介して連通したＸ方向の長孔溝８４と、Ｙ方向の長孔溝
８６が設けられている。Ｘピストンロッド１６ｂには、
その軸芯に設けられピストン４５ｂに向かって設けられ
た孔１７と、Ｘピストンロッド１６ｂが往復運動しても
前記Ｘ方向の長孔溝８４に常時孔１７が連通するように
設けられた開口１７ａが形成されている。また、Ｙピス
トンロッド１８ｂには、その軸芯に設けられピストン４
４ｂに向かって設けられた孔１９と、Ｙピストンロッド
１８ｂが往復運動しても前記Ｙ方向の長孔溝８６に常時
孔１９が連通するように設けられた開口１９ａが形成さ
れている。このようにして、潤滑油がブロック８２の長
孔溝８４、８６を介すると共に、Ｘピストンロッド１６
ｂの孔１７およびＹピストンロッド１８ｂの孔１９を介
して各シリンダ内に好適に供給されるのである。また、
ブロック８２は、Ｘピストンロッド１６ｂとＹピストン
ロッド１８ｂとを交差した状態で支持するため、Ｘピス
トンロッド１６ｂおよびＹピストンロッド１８ｂがたわ
むことを防止し、装置の剛性を向上させる。これによ
り、振動の発生を抑制し、騒音の発生を防止する共に、
それらによって生ずるエネルギの変換効率の低下を抑制
することができる。なお、ここでは１コーナーのブロッ
ク８２について説明したが、他の３ヶ所のブロックも同
様に設けられ、同一の作用をする。

【００３０】次に、図５の原理図に基づいて、動作の実
施例について説明する。先ず、４サイクルエンジンの場
合は、出力軸が２回転する際に、吸入、圧縮、爆発、排
気の４行程がなされる。このため、図５の矢印の回転方
向に出力軸３６を回転させるには、第１シリンダ４１ａ
（ＣＹＬ１）、第３シリンダ４３ａ（ＣＹＬ３）、第５
シリンダ４５ａ（ＣＹＬ５）、第７シリンダ４７ａ（Ｃ
ＹＬ７）、第２シリンダ４２ａ（ＣＹＬ２）、第４シリ
ンダ４４ａ（ＣＹＬ４）、第６シリンダ４６ａ（ＣＹＬ
６）、第８シリンダ４８ａ（ＣＹＬ８）順に、９０度ず
つ位相をずらして点火爆発すること（クランク回転角９
０°ごとの点火爆発）で、バランスの取れた好適な回転
運動を得ることができる。

【００３１】２サイクルエンジンの場合は、ＣＹＬ１、
ＣＹＬ３、ＣＹＬ５、ＣＹＬ７の順、またはＣＹＬ２、
ＣＹＬ４、ＣＹＬ６、ＣＹＬ８の順に、９０度ずつ位相
をずらして爆発させ、８個のシリンダのうち４個のシリ
ンダのみを利用して爆発行程を行う。対になっている一
方のシリンダのみで爆発させるから、低出力（低トル
ク、アイドリング時等）の際に好適である。なお、爆発
行程の際に、爆発させないようにするには、燃焼室内に
燃料を供給しなければよい。

【００３２】また、２サイクルエンジンの場合、ＣＹＬ
１およびＣＹＬ２、ＣＹＬ３およびＣＹＬ４、ＣＹＬ５
およびＣＹＬ６、ＣＹＬ７およびＣＹＬ８の順に、９０
度ずつ位相をずらして点火爆発すること（クランク回転
角９０°ごとの点火爆発）で、対になった二つのシリン
ダ内で同時爆発させ、より高い出力（高トルク）を得る
ことができる。

【００３３】以下に、本発明の回転運動を解析する。先
ず、速度とトルクに関して、図５に示した本発明に係る
回転運動機構の原理図と、図６に示した本発明に係る回
転運動機構の回転速度等のベクトルを示す分析図に基づ
いて分析する。図６の各記号は、それぞれ「Ｖ：回転速
度、 Ｖx ：Ｘ方向シリンダのピストン速度、 Ｖy ：
Ｙ方向シリンダのピストン速度、 θ：クランク回転
角、 Ｆ：回転力、 Ｆx ：Ｘ方向シリンダのピストン
駆動力、 Ｆy ：Ｙ方向シリンダのピストン駆動力、
Ｔ：回転トルク（Ｔ＝Ｆ×Ｒ）、 Ｒ：クランク回転半
径」を示す。

【００３４】図６により、Ｘ方向の速度はＶx = Ｖ sin
θ、Ｙ方向の速度はＶy = Ｖ cosθとなり、その両者の
運動を合成した結果得られる回転速度は、「数１」に示
す数式で表すことができる。

【数１】 これから明かなように、回転速度Ｖは一定となる。すな
わち、等速度回転になる。また、その回転力も、同様に
その分力がＦx = Ｆ sinθ、Ｆy = Ｆ cosθと表せるか
ら、「数２」の数式で表すことができる。

【数２】 これから明かように、回転力Ｆは一定となる、すなわ
ち、等力回転になる。また、回転トルクＴは、Ｆ×Ｒ
（一定）であり、結局、等トルク回転となる。この関
係、すなわち、出力回転角（Ｘ座標）と、ピストン速度
およびピストン駆動力（Ｙ座標）との関係をグラフに表
すと、図７のようになり、出力軸３６回転速度（移動体
２４の旋回速度）は、Ｙ移動ロッド２２の正弦波運動の
位相に対し、Ｘ移動ロッド２０の正弦波運動の位相は９
０度ずれたものとなり、発生するＹ移動ロッド２２と、
Ｘ移動ロッド２０の運動は、最も自然な運動法則にのっ
とったものとなる。

【００３５】次に、ピストン速度の変化について分析す
る。ピストン速度の変化とはピストンの加減速を意味
し、ピストン速度の微分値である。これを、Ｖax、Ｖay
とすると、「数３」および「数４」に示す数式になる。

【数３】

【数４】 この関係、すなわち、出力回転角（Ｘ座標）と、ピスト
ンの加速度（Ｙ座標）との関係をグラフに表すと、図８
のようになる。

【００３６】本発明にかかる回転運動機構（スクエア回
転メカニズムと称する）は、Ｘ軸とＹ軸の対称性メカニ
ズムである。この対称性は、回転メカニズムを理想的な
合理性へと導く。すなわち、先ず、回転速度と回転トル
クを一定にする回転を得ようとする場合、Ｘ方向ピスト
ンとＹ方向ピストンの運動が９０度位相のずれた正弦波
（サインカーブ）であればよく、そのＸ方向ピストンと
Ｙ方向ピストンを合成した運動が等速度回転（等力回
転、等トルク回転）になる。また、等速、定トルクの回
転を得ようとする場合、Ｘ方向ピストンの加減速、Ｙ方
向ピストンの加減速もサインカーブの増減となり、ＣＹ
Ｌ１〜８の爆発ポイント（図８に示したＰ1 〜Ｐ8 ）は
サインカーブの頂点と一致する。この結果、回転のバラ
ンスも最良に保たれ、メカニズムの振動等も抑制できる
という特別顕著な効果を奏するのである。

【００３７】なお、出力軸３６を反対方向へ回転させる
場合は、ＣＹＬ１〜８の点火爆発の順序を逆にすればよ
い。また、慣性力等の要因から、点火時期、吸入バル
ブ、排気バルブの開閉のタイミングは適宜調整すればよ
い。例えば、図２に示した９０は点火のタイミングをと
るためのセンサであり、マイクロコンピュータと連動し
てエンジンの動作条件に対応して点火時期を自動的に調
整できる。

【００３８】また、以上の実施例では、２本のＸピスト
ンロッド１６ａ、１６ｂおよび２本のＹピストンロッド
１８ａ、１８ｂで、移動体２４を４辺でバランス良く支
持して旋回運動させ、出力軸から動力を発生させるもの
であり、装置全体の振動や騒音の発生を抑制でき、さら
には安定した高速運転も可能になっている。また、本実
施例では、Ｘピストンロッド１６ａ、１６ｂおよびＹピ
ストンロッド１８ａ、１８ｂのＸ軸方向およびＹ軸方向
への直線移動推進力を移動体２４の旋回に変え、一つの
レバー部３８を介して出力軸３６の回転に変換する。従
って、効率ロスの発生は、本実施例のような８気筒のエ
ンジンであっても移動体２４とレバー部３８の軸着箇所
のみとなり、Ｘピストンロッド１６ａ、１６ｂおよびＹ
ピストンロッド１８ａ、１８ｂの直線推進力を出力軸３
６の回転トルクへ変換する効率を向上できる。

【００３９】以上説明してきたエンジンは、８気筒エン
ジンであるが、本発明はこれに限らず、図１の実施例の
回転運動機構を複数積み重ねることも可能である。この
場合２個の回転運動機構を平面的に取付角度をずらした
配置としてもよく、重なり合う回転運動機構の移動体同
士は連結され、一体に移動する。例えば、図１の実施例
の回転運動機構を４５度ずらして２段に配設した場合、
１６個のシリンダが配されることになり、各シリンダを
４５度ずつ位相をずらして順次点火爆発させれば、移動
体をよりスムースに旋回させることが可能である。すな
わち、トルク変動を安定させることができ、バランス良
く移動体を旋回させることができる。その結果、振動等
を可及的に抑制可能となり、大きな出力を好適に得るこ
とができる。以上、本発明の好適な実施例について種々
述べて来たが、本発明は上述の実施例に限定されるので
はなく、直線運動するシリンダ装置を備える回転運動機
構であれば、高圧流体を利用したモータ或いはシリンダ
装置から流体を吐出するポンプ装置等にも好適に適用で
き、発明の精神を逸脱しない範囲でさらに多くの改変を
施し得るのはもちろんである。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係る回転運動機構を用いると、
補助出力軸、補助レバー部およびバルブ駆動機構を介し
て、回転運動機構自身の駆動力を利用し、シリンダ装置
の導入バルブおよび排出バルブの駆動および制御を好適
に行うことができる。従って、導入バルブおよび排出バ
ルブを駆動させる別の駆動装置および制御装置を要せ
ず、構成が複雑化することなくコンパクト化できる。ま
た、機械駆動であるため好適にタイミングを取れ、ノイ
ズ等に影響されず、その信頼性が高いという著効を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転運動機構の一実施例の内部構
造を示す平面断面図。

【図２】図１の中央縦断面図。

【図３】図１の回転運動機構のシリンダヘッドの構造を
示す斜視断面図。

【図４】図１の回転運動機構のオイルの潤滑流路の一例
を示す平面説明図。

【図５】本願発明に係る回転運動機構の原理図。

【図６】本願発明に係る回転運動機構による回転速度等
のベクトルを示す分析図。

【図７】クランク回転角とピストン速度の関係を示すグ
ラフ。

【図８】クランク回転角とピストン加速度の関係を示す
グラフ。

【図９】背景技術の平面断面図。

【図１０】背景技術の側断面図。

【符号の説明】

１０ 本体ケース １６ａ、１６ｂ Ｘピストンロッド １８ａ、１８ｂ Ｙピストンロッド ２０ Ｘ移動ロッド ２２ Ｙ移動ロッド ２４ 移動体 ２８ 矩形平面 ３６ 出力軸 ３８ レバー部 ４１ａ 第１シリンダ ４２ａ 第２シリンダ ４３ａ 第３シリンダ ４４ａ 第４シリンダ ４５ａ 第５シリンダ ４６ａ 第６シリンダ ４７ａ 第７シリンダ ４８ａ 第８シリンダ ５０ 出力かさ歯車 ５２ バルブ駆動機構 ８０ オイルポンプ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の方向へ平行に配設された１対の第
   １軸ガイドと、 前記第１の方向に対して直角な第２の方向へ平行に配設
   された１対の第２軸ガイドと、 前記第１軸ガイドと平行に配され、第１軸ガイドと平行
   な状態で前記第２の方向へ移動可能な第１軸ロッドと、 前記第２軸ガイドと平行に配され、第２軸ガイドと平行
   な状態で前記第１の方向へ移動可能な第２軸ロッドと、 前記第１軸ガイドと第２軸ガイドに囲繞されて成る矩形
   平面内において、前記第１軸ロッドと第２軸ロッド上を
   前記第１の方向および第２の方向へ移動可能な移動体
   と、 流体を導入する導入部を開閉する導入バルブ、および流
   体を排出する排出部を開閉する排出バルブが設けられた
   シリンダ装置を備え、前記第２軸ロッドを前記第１の方
   向へ移動させるための第１の駆動機構と、 流体を導入する導入部を開閉する導入バルブ、および流
   体を排出する排出部を開閉する排出バルブが設けられた
   シリンダ装置を備え、前記第１軸ロッドを前記第２の方
   向へ移動させるための第２の駆動機構と、 前記矩形平面に直交する軸線を中心として回転可能な出
   力軸と、 一方部が前記移動体へ軸着され、他方部は前記出力軸の
   一方部へ固定され、移動体が旋回運動することで出力軸
   を回転させるレバー部と、 前記出力軸と平行に配され、回転可能な補助出力軸と、 一方部が前記移動体へ軸着され、他方部は前記補助出力
   軸の一方部へ固定され、移動体が旋回運動することで補
   助出力軸を回転させる補助レバー部と、 前記補助出力軸の動力を伝達し、前記各シリンダ装置の
   導入バルブと排出バルブとを駆動させるバルブ駆動機構
   とを具備することを特徴とする回転運動機構。
2. 【請求項２】 前記補助出力軸の動力が伝達されること
   で駆動され、潤滑油を循環させるオイルポンプを具備す
   ることを特徴とする請求項１記載の回転運動機構。
3. 【請求項３】 前記一対の第１軸ガイドおよび前記一対
   の第２軸ガイドが各々ロッド状に形成され、前記シリン
   ダ装置のシリンダが内燃機関装置の燃焼室を構成し、該
   シリンダ装置が前記１対の第１軸ガイドおよび１対の第
   ２軸ガイドの各両端部に配設され、一対の第１軸ガイド
   を介して前記第２軸ロッドを駆動させると共に、一対の
   第２軸ガイドを介して前記第１軸ロッドを駆動させるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の回転運動機構を
   用いたエンジン。
4. 【請求項４】 １対の第１軸ガイドの一方部側のシリン
   ダを第１シリンダおよび第２シリンダ、１対の第２軸ガ
   イドの一方部側のシリンダを第３シリンダおよび第４シ
   リンダ、１対の第１軸ガイドの他方部側のシリンダを第
   ５シリンダおよび第６シリンダ、１対の第２軸ガイドの
   他方部側のシリンダを第７シリンダおよび第８シリンダ
   とし、第１シリンダ、第３シリンダ、第５シリンダ、第
   ７シリンダ、第２シリンダ、第４シリンダ、第６シリン
   ダ、第８シリンダの順に点火することを特徴とする請求
   項３記載のエンジン。
5. 【請求項５】 １対の第１軸ガイドの一方部側のシリン
   ダを第１シリンダおよび第２シリンダ、１対の第２軸ガ
   イドの一方部側のシリンダを第３シリンダおよび第４シ
   リンダ、１対の第１軸ガイドの他方部側のシリンダを第
   ５シリンダおよび第６シリンダ、１対の第２軸ガイドの
   他方部側のシリンダを第７シリンダおよび第８シリンダ
   とし、第１シリンダおよび第２シリンダ、第３シリンダ
   および第４シリンダ、第５シリンダおよび第６シリン
   ダ、第７シリンダおよび第８シリンダの順に点火するこ
   とを特徴とする請求項３記載のエンジン。
6. 【請求項６】 前記出力軸を入力軸とし、他の駆動装置
   による駆動力によって、移動体を旋回させて、前記各シ
   リンダ装置から吐出流体を発生することを特徴とする請
   求項１記載の回転運動機構。