JPS59231255A - ピストン摺動子式クランク軸回転機構 - 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】 この発明はピストンの往復運動をクランク軸の回転運動
に変え、又はクランク軸の回転運動をピストンの往復運
動に変えるために、ピストンとクランク軸を連結する方
法として、水平摺動子と、それに直角に交わる垂直摺動
子との組合せを用いる機械構造である。（以下この機械
構造を「摺動子式、１と略称する。） 従来はピストンとクランク軸を連結する方法として、ピ
ストンピンとクランクピンとを連接棒で連結していた。

（以下この機械構造を「連接棒式」と略称する。） 第１図は従来の連接棒式の概念図である。

１、　シリンダー ２　ピストン ３　ピストンピン ４、連接棒 ５、　クランクピン ６　クランク腕 ７　クランクピンの中心の回転の軌跡 ８　クランク主軸 ９　クランク室 第２図は摺動子式の概念図である。

１、　シリンダー を構成する。

４　垂直摺動子 ５　クランクピン ６、　クランク腕 ７、クランクピンの中心の回転の軌跡 ８　クランク主軸 ９　クランク室兼水平摺動子室 １０、上部水平摺動レール（必要な場合のみ）１１　　
下部水平摺動レール（必要な場合のみ）もしも、摺動子
式が連接棒式と違う点が、単に異なった方法で、ピスト
ンの往復運動をクランク軸の回転運動に変えるだけで、
その効果は全く同じで、しかも構造が複雑では、摺動子
式の存在価値はない。

よって摺動子式が何故に連接棒式に勝るかを説明する。

主な優位点は次の３つである。

（１）　　連接棒式に比べて効率が良い。

（２）連接棒式では不可避の、ピストンのシリンダ壁（
二対する側圧がない。

（３）運転が円滑である。

これらの点に付いて更に詳説する。

（１）連接棒式でも摺動子式でも、ピストンが上死点か
ら下死点まで移行すれば、クランク軸が０度から１８０
度まで回転することは同じである。しかし各々の途中経
過は同じではない。即ち摺動子式では、クランク軸を９
０度まで回転させるのに、ピストンはクランク半径と同
じ距離だけ前進すればよいが、連接棒式ではピストンは
クランク半径より１割前後長い距離を前進しなければな
らない。この違いを表示すれば次頁の表の如くである。

この表はクランク半径を１００（従って行程は２００）
、連接棒式の連接棒の長さく大端部と小端部の穴の中心
間距離）がクランク３− 半径の、３倍（３００）、４倍（４００）、５倍（５０
０）及び６倍（６００）の４つの場合を示す。

摺動子式は連接棒がないから、ピストンの前進距離はク
ランク半径によってのみ決定される。

クランク軸の回転角度とピストンの 前進距離との関係を示す表 ５− ４− 第３図は、前夫のうち、摺動子式と連接棒の長さ３００
の連接棒式とのクランク軸回転角度とピストンの前進距
離との関係を比較対照するグラフである。

このグラフ及び前記の表から次のことがわかる。第一に
連接棒式では、 （イ）　ピストンが０度から９０度まで前進するにつれ
て、クランクピンの中心が、「ピストンピンの中心とク
ランク主軸の中心を結ぶ線」（以下これを「中心線」と
略称する）から外れ、クランクピンの中心から中心線に
下した垂線の足からピストンピンの中心までの距離は、
ピストンが前進するにつれて短くなる。従ってピストン
が成る一定距離前進しても、クランクピンの中心から中
心線に下した垂線の足はピストンが前進した距離より短
い距離しか前進しない。

このことを逆に言えば、クランクピンの中心から中心線
への垂線の足が成る一定の６一 距離前進するためには、ピストンはそれ以上長い距離を
前進しなければならないと言うことである。

これを表に於て見れば、例えばクランク軸が９０度回転
したとき、即ち中心線上で、半径分（１００）回転した
とき、ピストンは次の様に半径分（１００）より長い距
離前進する。

連接棒の長さ３００のとき・・・１１７．２０〃　　４
００　　　・・・１１２．７０１１　５００　　　・・
・１１０．１０１１　６００　　　・・・１０８．３５
このことは、ピストンが前進するにつれて、中心線上で
の連接棒の実質的な長さは、クランク軸が０度から９０
度まで回転する間は、だんだん短くなって、９０度で最
短となり、９０度を過ぎた時から元に戻りはじめ、１８
０度回転した時に完全に元の長さに戻ると云うことであ
る。連接棒の長さが短くなると云うことは、それだけ効
率が悪くなることを意味する。何故ならば、もし連接棒
の長さがピストンの前進距離と同じたけ短くなったとす
れば、ピストンの前進はクランク軸の回転とはならない
がらである。

仲）連接棒式のもう一つの性質は、行程が同じならば、
クランク軸を一定の角度回転させるためのピストンの前
進距離は、連接棒の長さが短いほど長く、長いほど短い
と云うことである。即ち短い連接棒は長い連接棒より効
率が悪いと云うことである。

第二（−摺動子式では、 （イ）連接棒がないので、ピストンの前進距離はそのま
＼中心線上のクランクピンの前進距離となる。即ちピス
トンに加えられた力は１００％クランク軸を回転させる
力となる。このことは摺動子式は如何に長い連接棒を持
つ連接棒式よりも効率が良いことを７− 意味する。前述の如く、連接棒式はピストンが前進する
につれて、クランク軸が９０度回転するまでは、中心線
上に於ける連接棒の実質的長さが短くなるが、摺動子式
は、いわば、ピストンの前進につれて連接棒の長さが長
くなる連接棒式のようなものである。摺動子式の効率の
良さの根本原因はこ＼にある。

連接棒式内燃機関で、ピストンの前進力がクランク軸の
回転に最も有効に作用するのは、クランク軸の回転が３
０度から９０度の間であるが、摺動子式でクランク軸が
３０度回転するのに要するピストンの前進距離は連接棒
式よりも２０％前後短く、又９０度回転するための前進
距離は１０％前後短い。要するに、それだけ、摺動子式
は連接棒式より効率が良いわけである。

仲）連接棒式では不可避のピストンのシリンダー壁に対
する側圧が、摺動子式ではか＼８− らない。何故ならば、連接棒式では連接棒が中心線に対
して傾斜するので側圧が発生するが、摺動子式では、ピ
ストンがクランクピンを押す力の方向は中心線に平行で
あり、クランクピンの中心が中心線を外れるにつれて発
生する、中心線に対して直角方向の力は、垂直摺動子の
一ヒ下への摺動で吸収されてしまうからである。

（ハ）摺動子式ではクランク軸の回転の０度から９０度
までと、９０度から１８０度までのピストンの前進の仕
方は完全に左右対称的であり、又前述の様に側圧がない
ので、その運転は連接棒式に比べて、はるかに円滑であ
る。

以上が摺動子式が連接棒式に勝る主な理由である。

このピストン摺動子式クランク軸回転機構は、次の用途
に応用出来る。

（イ）　内燃機関 （ロ）外燃機関 （ハ）　油圧モーター に）空気圧モーター （ホ）ポンプ （〜）圧縮機 （ト）流体計量器 ←）其の他のピストンとクランク軸を持つ機器 ピストン摺動子式クランク軸回転機構は、勿論第２図の
如く、単一ピストン型でも良いが、より安定した摺動運
動のためにも、又機械的効率を良くし、製作費や運転経
費をより経済的にするためにも、水平対向型が最も有利
である。水平対向型ならば、左右２個のピストンが１個
の垂直摺動子室、１個の垂直摺動子、１個のクランクピ
ン、１個のクランク室兼水平摺動子室を共用出来るから
である。

よって以下、この発明の具体的な形状は水平対向型の図
面で示す。単一ピストン型の形状は、水平対向型の片方
のピストンを取除いただけのものであるから、その図面
は省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の連接棒式の概念図 各部の名称は２頁に記載の通り。 第２図は本発明の摺動子式の概念図 各部の名称は３頁に記載の通り。 第３図は摺動子式と連接棒式との、クランク軸の回転角
度とピストンの前進距離との関係を比較対照するグラフ １　摺動子式の曲線 ２、連接棒式（連接棒の長さ３００）の曲線 第４図は水平対向型の連接棒式の概念図である。摺動子
式の特徴の理解を助けるために、参考として示す。 １１− Ｉ　シリンダー ２　ピストン ３、　ピストンピン ４　連接棒 ５、　クランクピン ６　クランク腕 ７　クランクピンの中心の回転の軌跡 ８　クランク主軸 ９　クランク室 第５図は、第４図の水平対向型の連接棒式と同じピスト
ン径と行程を持つ、水平対向型の摺動子式の概念図であ
る。 １　シリンダー を構成する。 ４、垂直摺動子 ５　クランクピン ６　クランク腕 ７　クランクピンの中心の回転の軌跡 １２− ８　クランク主軸 ９　クランク室兼水平摺動子室 １０　　上部水平摺動レール（必要な場合のみ）１１　
　下部水平摺動レール（必要な場合のみ）第６図は水平
対向型摺動子式の一例の内部構成部品及び組立状態を示
す斜面図 （イ）左右にピストンを持ち、中央に垂直摺動子室を設
けたピストン水平摺動子 １　ピストン ２　垂直摺動子室 （ロ）　中央にクランクピンな入れる穴を持つ垂直摺動
子 （ハ）クランク軸 （ニ）上記（イ）（ロ）（ハ）を組立てた状態第７図は
第６図のに）をシリンダーとクランク室兼水平摺動子室
に組込んだ状態を示す部分断面斜視図 １　シリンダー ９、　クランク室兼水平摺動子室 第８図は上記第７図の部分断面正面図 第９図は、第６図とは違った形状の垂直摺動子とそれに
対応する垂直摺動子室、及びそれらの組合せ状態を示す
部分斜視図 （イ）垂直摺動子室 １　垂直摺動子の案内ピンを通す穴 （ロ）垂直摺動子 １　案内ピン ２、　クランクピンを通す穴 （ハ）上記（イ）に（ロ）を組込んだ状態第１０図は、
第９図とも違った形状の垂直摺動子と、それに対応する
垂直摺動子室、及びそれらを組立てた状態を示す部分斜
視図（イ）垂直摺動子室 １　案内ピン （ロ）垂直摺動子 １　案内ビンを通す穴 ２　クランクピンを通す穴 （ハ）上記（イ）の中に（ロ）を組込んだ状態第】】図
は、固定されたクランクピンを持つ垂直摺動子の諸例の
斜視図 （イ）第６図（Ｏ）の垂直摺動子をクランクピン付にし
たもの （ロ）第９図（ロ）の垂直摺動子をクランクピン付にし
たもの （ハ）第１０図（ロ）の垂直摺動子をクランクピン付に
したもの （ニ）クランクピン付の垂直摺動子に対応するクランク
軸 特許出願人　吉田静雄 第１／図 手続補正書（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５８年特許願第１０６３０６号 ２、発明の名称 ピストン摺動子式クランク軸回転機構 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 郵便番号　１５５

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水平摺動子としても作用するピストンのクランク
   軸側に、垂直摺動子室を設ける。
2. （２）その垂直摺動子室内に、水平摺動子に対して直角
   に自由に上下運動の出来る垂直摺動子を組込む。
3. （３）垂直摺動子に穴を開けて、クランクピンな通し、
   そのクランクピンなりランク腕に一固定するか、又は垂
   直摺動子にクランクピンを固定し、クランク腕に連結す
   る。
4. （４）以上によって、ピストンの往復運動をクランク軸
   の回転運動に変え、又は反対にクランク軸の回転運動を
   ピストンの往復運動に変える機械構造。