WO2008010490A1

WO2008010490A1 - MOTEUR ALTERNATIF cycloïdAL ET POMPE EMPLOYANT CE MÉCANISME DE VILEBREQUIN

Info

Publication number: WO2008010490A1
Application number: PCT/JP2007/064095
Authority: WO
Inventors: Takashi Matsuda; Motohiro Sato
Original assignee: Univ Shizuoka Nat Univ Corp; Suzuki Motor Co; Takashi Matsuda; Motohiro Sato
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-01-24
Also published as: JPWO2008010490A1

Description

明細書

サイクロイド往復動機関並びにこのクランク機構を用いたポンプ装置技術分野

[0001] 本発明は、いわゆるリニアクランク式の往復動機関に関するものであって、特に振動の低減、摩擦損失の低減及びクランクケースの所要剛性の低減化に加えて、機関のコンパクトィ匕ゃ滑らかな動きの達成等を図るべく改良し、その実用化の途を開いたサイクロイド往復動機関並びにこのクランク機構を用いたポンプ装置に係るものである。

背景技術

[0002] 従来から、リニアクランク機構を用いた往復動機関やポンプ装置 (コンプレッサを含む）が提案されている。このものは、ピストンの往復動をクランク機構により回転運動に変えるにあたり、クランク軸を左右の偏心クランク部材で支承し、クランク軸とクランクケースとの間に遊星ギヤ機構を介在させることにより、クランク軸を遊星運動させ、ピストンロッドの下端が直線軌跡上を移動するような構成としたものである。

ところで、このようなリニアクランク機構は、出力機関、ポンプ、コンプレッサの分野で応用の可能性を広く有しているものの、構造が複雑で大きぐ更に滑らかな動きに難があるため、現実にはその普及はほとんど進んでいない。

し力、しながら、この種のリニアクランク機構は、ピストンロッドが往復直線運動であるので、シリンダとピストンとの間の好ましくなレ、スラスト応力の発生を回避できる点や、パワーロスが少なレ、点、往復質量の慣性による力及びトルクの不つりあレ、を除去できるため振動を低減できる点、更にロングストローク化が容易であり、層状燃焼、希薄燃焼等に適した機関ができる点など、従来型の往復動機関に比べて優位性を有することは、十分評価し得るものである（特許文献 1)。

特許文献 1 :特開平 9 125981号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、小型軽量化、多気筒化とそのシリンダレイアウトの工夫、更にそのバランサ要素の工夫、更にまたその出力の取り出しレイアウトの工夫等の総合的な工夫改善により、実機として十分に実用に供し得る機関を提案するものである。なお本発明の名称は、リニアクランク機構の動きがサイクロイド運動であることに因み「サイクロイド往復動機関」としたものである。課題を解決するための手段

[0004] 請求項 1記載のサイクロイド往復動機関は、シリンダ内を往復動する対向ピストンと、これに一体化されてクランクケースに伸びるピストンロッドとを具えたピストンユニットと、ピストンの動きを回転運動に変えるクランク軸と、このクランク軸と前記ピストンュニットとの間に介在する規制遊星ギヤ機構とを具え、前記規制遊星ギヤ機構におけるピッチ円直径 4eの静止リングギヤはクランクケースに固定され、一方、ピッチ円直径 2 eの遊星歯車を含む偏心量 eの自転偏心盤は、遊星歯車の中心をクランク軸におけるクランクピンと回転可能に同軸配置するとともに、自転偏心盤は、ピストンロッドの下端に回転自在に組み合わされることによりピストンユニットを直線的にストローク 4eで往復運動させる機関において、

前記機関は、シリンダ配置を水平対向 2気筒とした組み合わせを単位ュニット機関とし、更にこの単位ユニット機関を 2ユニット連設して水平対向 4気筒としたものを単位コンポーネント機関とし、この単位コンポーネント機関が 1または複数コンポーネント連接されて構成されるものであり、前記各単位ユニット機関の対向するピストンは、口ッドエンドをそれぞれ共有した構成とし、

更に単位コンポーネント機関における単位ュニット機関のクランク角の位相角は 18 0° としたことを特徴として成るものである。

[0005] 請求項 2記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1の要件に加え、前記単位コンポーネント機関ついては、単位ユニット機関相互の中間に位置するクランク軸の一体構造部位において他の部材との動力伝達を図るように構成されることを特徴として成るものである。

[0006] 請求項 3記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、または 2記載の要件に加え、前記ピストンについては、ヘッド形状をクランク軸方向を短寸とした偏平形状としたものであることを特徴として成るものである。 [0007] 請求項 4記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2または 3記載の要件に加え、前記ピストンユニットと、クランク軸と、シリンダとのいずれかの 2要素またはすベての要素の間において、ピストンユニットの直動誤差に対応し、これを許容する直動誤差許容構造を具えていることを特徴として成るものである。

[0008] 請求項 5記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 4記載の要件に加え、前記直動誤差許容構造については、ピストンユニット、シリンダとのクリアランスとを充分にとることを特 ί敷として成るものである。

[0009] 請求項 6記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 4の要件に加え、前記直動誤差許容構造の構成については、前記規制遊星ギヤ機構の自転偏心盤は、ロッドェンドに対し、シリンダ摺動方向に直交する方向にわずかな作動クリアランスを設けた可動ブロックを介して取り付けられていることを特徴として成るものである。

[0010] 請求項 7記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 4の要件に加え、前記直動誤差許容構造については、ピストンユニットのロッドエンドを 2分割して、ピストンュニットが全体としてロッドエンドを境にわずかに屈折自在に構成されてレ、ることを特徴として成るものである。

[0011] 請求項 8記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5または 6記載の要件に加え、前記単位ユニット機関における各対向するピストンについては、対向ピストンとして一体形成されたものであることを特徴として成るものである。

[0012] 請求項 9記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7または

8記載の要件に加え、前記サイクロイド往復動機関のクランクウェブについては、その周面でクランクケースに支持されていることを特徴として成るものである。

[0013] 請求項 10記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8または 9記載の要件に加え、前記単位コンポーネント機関を Ν (Ν = 1， 2, 3, · · )基組み合わせて水平対向 4Ν気筒の構成とした場合における前記単位コンポーネント機関間におけるクランク軸の各接続部位については、互いの単位コンポーネント機関の接続部において、クランク軸の位相差を所定のもの（180° ΖΝ)としたことを特徴として成るものである。

[0014] 請求項 11記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9または 10記載の要件に加え、前記サイクロイド往復動機関の伝動軸については、各単位コンポーネント機関から取り出されたもの同士を一体に連結したものであることを特徴として成るものである。

[0015] 請求項 12記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8または 9記載の要件に加え、前記 N = lで示される水平対向 4気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスについては、往復質量の慣性によるクランクトルクのみをアンバランサとして残し、それぞれのピストンとシリンダとにより区画された作動室内に生じる膨張力によって発生するクランクトルクの平滑化に利用して動力学的に釣り合うように構成していることを特徴として成るものである

[0016] 請求項 13記載のサイクロイド往復動機関は、記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、

10または 11記載の要件に加え、前記 N = 2で示される水平対向 8気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスについては、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたっては、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（180° /N, N = 2)に配置したことに加え、クランク軸の両端にエンドバランサを設けることと、各ユニット機関中央に位置するクランク軸中央で外部との動力伝達を図る伝動軸のカウンタバランサとにより動力学的につりあうように構成していることを特徴として成るものである。

[0017] 請求項 14記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、

9、 10または 11記載の要件に加え、前記 N≥ 3で示される水平対向 12気筒以上の気筒構成とした場合にぉレ、て、前記往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスについては、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたって、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（180° /N, N = 3, 4, · · )に配置することにより動力学的につりあうように構成していることを特徴として成るものである。

[0018] 請求項 15記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、

9、 10、 11、 12、 13または 14記載の構成が 4サイクル機関に適用されていることを特徴として成るものである。

[0019] 請求項 16記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、または 14記載の構成が 2サイクル機関に適用されていることであることを特 ί数として成るものである。

[0020] 請求項 17記載のポンプ装置は、前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13または 14記載のサイクロイド往復動機関に用いられているクランク機構を用いたことを特徴として成るものである。

発明の効果

[0021] 請求項 1記載の発明によれば、ピストンロッドの下端側がシリンダ孔の中心線で往復運動することから、ピストンが受けた力を効率的に回転運動に変換ができ、更に従来のクランク機構を用いたものに比べて、シリンダ側圧を生じないので、シリンダ、クランクケース及びピストンユニットを低剛性化することができる。

[0022] 請求項 2記載の発明によれば、動力伝達部位をクランク軸における一体構造部位としたのでクランク軸のいわゆるこじれがほとんどなくバランスの良い機関ができる。

[0023] 請求項 3記載の発明によれば、シリンダ間隔を狭く設計することができ、また円形ピストンタイプのものと比較すると、ストロークが同じときピストンユニットの長さを短寸化できるので、シリンダ方向寸法 (機関高さ）も低減でき、エンジン全体のコンパクトィ匕が図り得る。特に、クランク軸方向の長さを短縮化できるのでクランク軸のねじり、あるいはクランク軸に生じるアンバランスをより合理的に回避し得る。更にまた偏平ピストンヘッドは、クランク軸直角方向への自転偏心盤中心の微少揺れの吸収に適する。更にまた偏平なピストンヘッドを有するピストンユニットは、全体として平板状の形状とすること力 Sでき、軽合金鍛造等の手法で製造するにしても、製造がし易ぐ且つ小型化も容易に達成できる。

[0024] また請求項 4、 5、 6または 7記載の発明によれば、クランク機構の作動誤差あるいはバックラッシュあるいは動力入力の向きの切り替わり等が生じた場合であっても、クランク並びにそれと共に動いているピストンユニットの動きの円滑さが確保し得る。

[0025] また請求項 8記載の発明によれば、対向する一対のピストンとこれらにつながるビストンロッドがそれぞれ一体として構成されていることから、軽量化を図りながらも十分なピストン剛性を維持することができ、またピストンとピストンロッドとをつなぐリンク部を廃して、これによるパワーロスの回避ができ、安定した往復動が可能となる。 [0026] また請求項 9記載の発明によれば、クランク軸をクランクケースで支持するにあたりクランクウェブの周面上で支持するため、従来のようなクランクウェブ外端のクランク軸上に新たに軸受を設ける必要がなくなり、クランク軸長手方向の寸法を短くすることができ、機関自体をコンパクトにすることができる。

[0027] また請求項 10記載の発明によれば、 2以上の単位コンポーネント機関を連接することによりコンパクトでありながらその出力性能等を向上させることができる。

[0028] また請求項 11記載の発明によれば、それぞれの単位コンポーネント機関のクランク軸の一体構造部位力も動力が伝達軸に取り出される構成を採ることができ、伝達機構の滑らかな動きと、更にバランサとしての機能が効率良く発揮され、機関の振動や騒音を低減させることができる。

[0029] また請求項 12、 13または 14記載の発明によれば、アンバランスに対して複数のバランサ機構を具えているために、それぞれのバランサが複合的に作用し作動時の振動 ·騒音等の低減させることができる。特に N = 3以上で表される水平対向 12気筒以上の場合には、単位ユニット相互間の位相角の差を所定のものにするだけで、往復質量のアンバランスを除去し、振動を低減することができる。

[0030] 請求項 15または 16記載の発明によれば、ピストンが受けた力を効率的に回転運動に変換することができ、更にピストンユニットが直線上の軌跡を採りながら往復動することによりピストンとシリンダ周面との摩擦によるロスを低減し熱効率を高めることができる。

[0031] また請求項 17記載の発明によれば、昼夜を問わず連続的に使用されることの多いポンプ装置であるポンプやコンプレッサの振動や騒音を低減することができる。

図面の簡単な説明

[0032] [図 1]本発明に係る水平対向 4気筒サイクロイド往復動機関を示す斜視図と、横断面図である。

[図 2]本発明に係る水平対向 4気筒サイクロイド往復動機関を示す横断面図である。

[図 3]本発明に係る水平対向 4気筒サイクロイド往復動機関を示す縦断面図である。

[図 4]本発明に係る水平対向サイクロイド往復動機関に用いられるピストンユニットとクランク軸の一部を示した斜視図であって、直動誤差許容構造の一例を具えた実施例である。

園 5]本発明に係る水平対向サイクロイド往復動機関に用いられるピストンユニットとクランク軸と伝動軸との位置関係を示した縦断面図であって、直動誤差許容構造の一例を具えた実施例である。

園 6]本発明に係る水平対向 4気筒サイクロイド往復動機関の往復質量の慣性力及びトルクのつりあわせの説明図である。

[図 7]本発明に係る水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関を示す横断面図及び往復質量の説明図である。

[図 8]本発明に係る水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関を示す縦断面図である。園 9]本発明に係る水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関に用いられるピストンュニットとクランク軸と伝動軸との位置関係を示した縦断面図である。

園 10]本発明に係る水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関の往復質量の慣性力及びトルクのつりあわせの説明図である。

[図 11]本発明に係る水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関を示す横断面図及び往復質量の説明図である。

園 12]本発明に係る水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関を示す縦断面図である

[図 13]本発明に係る水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関に用いられるピストンュニットとクランク軸と伝動軸との位置関係を示した縦断面図である。

園 14]本発明に係る水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関の往復質量の慣性力及びトルクのつりあわせの説明図である。

園 15]本発明のサイクロイド往復動機関を示す概念図であって、 (1)は 4サイクル機関としたものであり、 (2)は 2サイクル機関としたものを示すものである。

園 16]本発明のサイクロイド往復動機関のクランク機構をポンプまたはコンプレッサに適用したものを示した概念図である。

園 17]共通の伝動軸に対してクランク軸を異にする本発明のサイクロイド往復動機関を複層配設した機関を骨格的に示す縦断面図である。

園 18]ピストンヘッド形状を偏平とした実施例を示す説明図である。園 19]同上クランク組立部も含む横断面であり、円型ピストンヘッドタイプのものとの幅寸法の比較を併せ示すものである。

園 20]同上クランク組立部を含む可動部材を中心に描いた分解斜視図である。園 21]同上クランク組立部の技術思想を基に更に他のクランクウェブ機構（単位ュニット機関毎の独立タイプ)を採用した実施例を示す分解斜視図である。

[図 22]直動誤差許容構造の他の手法を示す縦断面であって、直動誤差許容構造の基本的技術思想を体現したものである。

園 23]直動誤差許容構造の更に他の手法を示す説明図である。

園 24]本発明の技術思想を展開した参考的例であって、非水平対向タイプの機関を示す三面図である。

符号の説明

1 クランクケース

10a クランク室

10b 作動室

11 シリンダ

12 シリンダヘッド

13 センタージャーナルベアリング

14 サイドジャーナルベアリング

15a 吸気孔

15b 吸気弁

16a 排気孔

16b 排気弁

17 掃孑し

2 クランク車由

21 クランクウェブ

21A クランクウェブ

21B クランクウェブ

21P クランクピン受孔 2 伝達ギヤ

3 クランクピン

3a クランクピンベアリング3P クランクピン嵌込部4 クランクウェブ

5 クランク軸バランサ6 連結盤

ピストンユニット

F ピストンユニット要素1 ピストン

1a ピストンリング

1b ピストンスカート

2 ピストンロッド

21 肉薄部

22 肉厚部

3 Ϊ3ッド、エンド、

3C サークリップ

3D 分割面

3R リテーナリング

4 ロッドエンドべァリング5 可動ブロック

5a ベアリング受入孔

5c 可動ブロッククリアラン」5f 微少摺動面

6 可動ブロック受入孔6f 微少摺動面

規制遊星ギヤ機構1 自転偏心盤 42 遊星歯車

43 静止リングギヤ

5 伝動機構

51 伝動軸

52 伝動ギヤ

55 伝動軸バランサ

C シリンダ軸（方向）中心線

1

c シリンダ軸（方向）中心線

2

c シリンダ軸（方向）中心線

3

c シリンダ軸（方向）中心線

4

c シリンダ軸（方向）中心線

5

c シリンダ軸（方向）中心線

6

Dc 分割面クリアランス

E サイクロイド往復動機関

E2 単位ユニット機関

E4 単位コンポーネント機関 (水平対向 4気筒サイク 1ロイド往復動機関)

E8 水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関

E12 水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関

E 自転偏心盤軸心の軸方向中央点

1

E 自転偏心盤軸心の軸方向中央点

2

E 自転偏心盤軸心の軸方向中央点

3

E 自転偏心盤軸心の軸方向中央点

4

E 自転偏心盤軸心の軸方向中央点

5

E 自転偏心盤軸心の軸方向中央点

6

s オイノレシーノレ

P 点火プラグ

Pc ピストンクリアランス

o 原点（クランク軸心中央） o クランク車由、

1

o クランクピン軸心

2

O 自転偏心盤軸心

3

〇伝動軸心

5

w (円形ピストンヘッドの）シリンダ実質幅

0

w (偏平形ピストンヘッドの）シリンダ実質幅

1

発明を実施するための最良の形態

[0034] 本発明の最適な実施例は、以下の具体的な実施の形態の説明並びに図面に開示されるものである。

なお、本発明のサイクロイド往復動機関について図 1、 2、 7等に示したものについては、シリンダのヘッド部に仕様態様に応じたバルブなどを書き入れていなレ、が、例えば 4サイクル機関として用いる場合には、図 15に示すように、少なくとも吸気弁と排気弁とが 1組設けられているものである。もちろん、これらの吸気弁、排気弁とを複数設けた多弁式のものとすることも可能である。またこれらの技術は、既に周知なものであるために詳しレヽ説明は省略する。

実施例 1

[0035] 本発明のサイクロイド往復動機関 Eは、単位ユニット機関 E2を 2基具えた単位コンポーネント機関 E4を N (N= 1、 2、 3、 · ·）基を組み合わせることによって構成されるものである。なお、符号 Eに添えられた数字は、シリンダの数に因むものであり、例えば後述する符号 E8は、シリンダが合計で 8基具えられていることを示している。

まず基本構成となる単位ユニット機関 E2は、大別するとクランクケース 1とこれに支持されるクランク軸 2、及びクランクケース 1に取り付けられたシリンダ 11内を往復運動するピストンユニット 3、及び前記ピストンユニット 3とクランク軸 2との間に介在する規制遊星ギヤ機構 4とを主要部材とするものである。

そして図 1等に示した実施例 1のサイクロイド往復動機関 Eは、請求項 1でレ、う単位コンポーネント機関 E4を一基具えたものであって、従ってそのシリンダ 11の配置は、水平対向 4気筒である。

[0036] 次に構成する各部材につレ、て説明する。まずクランクケース 1は、図 1、図 2に示すように適宜の強度を有するダイキャスト等により構成されるものであって、クランクケース 1には更にその側方に張り出すように別体のシリンダ 11を一例として 4基を配設し、更にそれぞれにシリンダヘッド 12を取り付けている。

更に、クランクケース 1には、その中央に軸受部材としてセンタージャーナルベアリング 13を設けるとともに、その前後外側近くにサイドジャーナルベアリング 14を設けるもちろん、このサイドジャーナルベアリング 14の配置位置の説明について、前後とレ、うのは後述するクランク軸 2の長手方向を縦方向として説明するためであり、例えばサイクロイド往復動機関 Eを自動車、モーターサイクル等に用いた場合には自動車等の前後方向によりその前後ではなく側方と表現したほうが適切となる場合があることはいうまでもない。

[0037] 次にこのようなクランクケース 1に対して回転自在に支持されるクランク軸 2につレ、て説明する。まずクランク軸 2は、図示のように従来の機関でレ、うクランクボスの機能も兼ね備えるクランクウェブ 21において、前記センタージャーナルベアリング 13に支持されるものであり、クランクウェブ 21は、その中央に伝達ギヤ 22を配した構成をとる。

[0038] そして、このクランクウェブ 21力ら、それぞれ軸方向に並ぶシリンダ 11の基部側に伸びるようにクランクピン 23が延長形成され、そのクランクピン 23は、それぞれの端部のクランクウェブ 24において、前記クランクケース 1に設けられたサイドジャーナルべァリング 14に回転自在に支持されている。この一対のクランクピン 23のクランク角度は 180° である。

なおその外側においては、オイルシール Sによる気密作用を受けている。このクランク軸 2の更に両端部には、請求項 2で言うエンドバランサに相当するクランク軸バランサ 25が組み付けられているものであり、図 2、図 3に示すようにそれぞれバランサの状態は両端部において対向するような位置に設定されている。

[0039] 次に、往復動する部材であるピストンユニット 3について説明する。

ピストンユニット 3は、図 4に示すように前記シリンダ 11内を往復動するものであり、その一部であるピストン 31は気密性を保っためにその周縁にピストンリング 31aを具える。このピストン 31の裏側からはピストンロッド 32が延長形成され、更にその端部のロッドエンド 33が規制遊星ギヤ機構 4に連繋するように組み立てられている。

そしてロッドエンド 33と規制遊星ギヤ機構 4とは、ロッドエンドベアリング 34を介して互いに回転自在に組み立てられてレ、る。

[0040] また、ピストンユニット 3においては、ロッドエンド 33は、水平対向となっているピストン 31のそれぞれから伸びるピストンロッド 32に対して共有的に取り付けられており、水平対向 2気筒分のピストンユニット 3は一体化されたいわゆるモノブロック状の形体をとつている。従って、ロッドエンド 33は、その呼称にかかわらず部品形状としては、ピストンユニット 3の中央に位置している。

もちろん、ピストン 31の下端とロッドエンド 33との間にピン状の連接部材を介在させることももとより差し支えなレ、。

そして、このロッドエンド 33の部位には、円孔部が設けられており、この円孔部に対し、ロッドエンドベアリング 34が内嵌めされるように組み合わされている。そして、このロッドエンドベアリング 34に後述する自転偏心盤 41が内嵌めされるように組み合わされている。

[0041] ここで、ロッドエンド 33については、特許請求の範囲 1において水平対向状態の一対のピストン 31は、ピストンロッド 32のロッドエンド 33を共有すると記載されている力これは実質的にはロッドエンド 33の作用位置中心を共有していることを意味する。従つてロッドエンド 33ついては、後述する直動誤差許容構造をとるべぐこの部位を 2分割するような構造であってもよぐこの場合であってもロッドエンド 33は共有された態様である。

因みに図 13に適用したピストンユニット 3は、強度を十分に維持しながら軽量化を試み得る構成を有する。すなわち図中端面図で示すようにピストン 31の上端部とロッドエンド 33との間は、全体に薄板状を成し、更に側面視でその中央部を肉薄とし、相対的に周縁部を肉厚のリブ状としているものである。図 13の端面図における符号 32 1は肉薄部を示し、符号 322は肉厚部を示す。

[0042] なおこのようなピストン 31とピストンロッド 32とロッドエンド 33のコンパクトィ匕、ないしは薄型化を追求すると、ピストン 31そのものについても、図 18、 19、 20に示すようにピストンヘッドの面形状を円形とせず偏平なものとしてもよい。

この実施例は、一例として長円状のピストンヘッド形状を採るものであるが、楕円状、あるいは長円状であるものの長辺部分が幾分か外側に膨出湾曲した形態としてもよい。このような構成は、ここに嵌め込まれるピストンリングの製造精度、製造の容易さ等を考慮して適宜選択されるものである。そして、このような偏平ピストンを採用した場合には、図 19に示すように機関の組立状態、すなわち単位コンポーネントにおいてもクランク軸 2方向の長さ寸法を著しく減少させることができる。

因みに図 19には、骨格的にピストンヘッド形状が円形のものを適用した際のクランク軸 2方向の長さ寸法 (シリンダ実質幅 W )をあわせて示したものであるが、偏平ビス

0

トンを用いた単位コンポーネント機関 E4の長さ寸法 (シリンダ実質幅 W )は、円形ピ

1

ストンを用いたものに比べてほぼ 1Z2程度に抑えることが可能である。このように構成することにより、クランク軸 2の軸方向アンバランス要素は、より中心に集中し、振動発生要素の減少に寄与し得る。

また円形ピストンタイプのものと比較すると、ストロークが同じときピストンユニット 3の長さを短寸化できるので、シリンダ方向寸法 (機関長さ）も低減でき機関全体をコンパタトに設計することが可能となる。

更にまた偏平ピストンヘッドは、クランク軸直角方向への自転偏心盤中心の微少揺れの吸収にも適する。

更にまたピストンユニット 3として見ると全体として平板状とすることができ、軽合金鍛造等の手法で製造するにしても製造がし易ぐ小型化も容易に達成できる。

また本実施例においては、上述したロッドエンドベアリング 34は、ピストンユニット 3 のロッドエンド 33の部位に対して直接取り付けるほか、図 4に示すように、可動ブロック 35を介して取り付けるようにしてもよレ、。この可動ブロック 35は、一例としてその四隅が隅とりされた矩形上の盤状部材であって、その中央部にロッドエンドベアリング 3 4を内嵌めするためのベアリング受入孔 35aが設けられているものである。そして、この可動ブロック 35は、ピストンユニット 3の中央部に設けられた可動ブロック受入孔 36 の微少摺動面 36fに対して微少摺動面 35fが極微のクリアランスで対面するように嵌め込まれるものであって、ピストンユニット 3の往復運動方向と直交する方向には、幾分かの可動ブロッククリアランス 35cを設けるように構成されてレ、る。

このため、ロッドエンドベアリング 34は、ピストン 31の往復動方向に直交する方向に微動可能になるようにピストンユニット 3に対して保持されることとなり、ピストンユニット 3をシリンダ直角方向へ微動させようとするような力が加わった場合にも、それを許容してシリンダ 11内を摺動できるようにしてレ、るものである。なおこのような動きとしては、このサイクロイド往復動機関 Eが自動車やモーターサイクルに適用される場合、特にエンジンブレーキがかかるような、逆トルクが生起した場合の動きが挙げられる。

[0044] 上述の可動ブロック 35を設けた構成は、ピストン 31の円滑な往復動を行わせるための直動誤差許容構造の一例であり、この直動誤差許容構造は、上述のほか図 22 、 23に示す態様が採り得る。図 22に骨格的且つ誇張的に示すように、ピストンクリアランス Pcをシリンダに対して充分にとり、ピストン 31が誇張的に言えば、図 22 (c)に示すように上下に摺動軌跡を選択し得るような形態とすることも差し支えない。このように構成されていれば、先に述べたような動力伝達の際の作動誤差、トルク方向の変換等を許容した円滑な作動が可能となる。

[0045] (2)ロッドエンド 2分害 ijタイプ

直動誤差許容構造についての更に他の実施例としては、図 23に示すようにピストンユニット 3において、ロッドエンド 33の部位を一例として中心線で 2分割し、二つのピストンユニット要素 3Fとし、その分割面 33Dの間に分割面クリアランス Dcをわずかにとり、ピストンユニット 3としては、全体としてこの中間部を中心に幾分か屈折し得るように構成するものである。もちろん、定常の運転状態では、例えピストンユニット 3が中央で分断されていても、一体として作動するものであり、一体として組み付けられてレ、ることが必要である。そのための構成としてロッドエンド 33の部位において、図 23 ( a)に示すように左右両側に外嵌めされるリテーナリング 33R、更にそのリテーナリング 33Rの抜け留めを図るためのサークリップ 33Cを嵌め込むようにして一体組立構成を実現する。

この構成の場合も同様に、作動誤差等を許容しながら作動が円滑に成されるものである。

なお分割面 33Dは、ピストンユニット 3の長手方向と直交する中心直径線上にある必要がなぐ直交方向力傾いた中心線上にあってもよいし、直径線上とせず中心で屈曲し、分断されたピストンユニット要素 3Fが非対称形となってもよい。

なおこれら実施例力も理解できるように、直動誤差許容構造を考慮するにあたつては、前述の偏平ピストンタイプのものが好ましい。

[0046] 次に、ピストンユニット 3を直線往復運動とさせるための規制遊星ギヤ機構 4について説明する。

まず規制遊星ギヤ機構 4における自転偏心盤 41は、クランクピンベアリング 23a等の軸受を介してクランクピン 23に対して回転自在に外嵌されるとともに、そのクランクピン 23とは、偏心した状態に前記ロッドエンド 33に内嵌状態でロッドエンドベアリング 34を介して回転自在に嵌め合わされてレ、る。

そして、前記クランクピン 23と軸心を共通させて遊星歯車 42を自転偏心盤 41の側面にこれと一体的に具えるともに、この遊星歯車 42は、クランクケース 1内側に固定された静止リングギヤ 43の内側に嚙み合って遊星運動を行っている。

なお機構学的ないしは幾何学的に前記ロッドエンド 33が直線運動をするためには、遊星歯車 42と、静止リングギヤ 43とのピッチ円直径の比は 1： 2にすることが条件である。また、静止リングギヤ 43のピッチ円直径は、ピストンストローク（4e)に等しい。

[0047] 次に前記伝達ギヤ 22に対して嚙み合う伝動機構 5について説明する。

この伝動機構 5は、クランク軸 2と外部との間で滑ら力な動力伝達を担う部材であるとともに後述する往復質量の慣性により生じた y軸回りの慣性トルク T をつりあわせる

y

ためのバランサ機構としても利用し得るものである。このものは、図 5に示すように双方に対して動力を伝えるための伝動軸 51と、これに固定された伝動ギヤ 52によって構成される。

具体的にはサイクロイド往復動機関 Eの場合は、外部に対して動力を出力するため、伝動機構 5の伝動ギヤ 52が出力ギヤとなって外部に動力を伝達するものであり、一方サイクロイド往復動機関 Eのクランク機構を用いたポンプ、ないしはコンプレッサ等の場合には、外部のモータ動力等がクランク軸 2に伝達される際の入力ギヤとして作動する。

[0048] また、伝達ギヤ 22と伝動ギヤ 52との組み合わせから成る伝動機構 5は、クランク軸

2の軸方向に見ると、単位コンポーネント機関 E4を基準とした場合、クランク軸 2がー体構造部位、すなわち各シリンダ 11間に配置することが好ましい。これによつて、クランク軸 2の最も剛性の高い部位で動力伝達が図られ、組立構造を採ることが要求されてレ、るクランク軸 2の場合、クランク軸 2のこじれを有効に防レ、でレ、る。

し力ながら、このような設計強度的な問題が生じていなかったり、あるいは解消されている場合には、クランク軸 2の一体構造部位以外の箇所において動力伝達を図つてもよレ、。具体的には、図 18、 19、 20、 21に示す偏平ピストンタイプを適用した単位コンポーネント機関 E4に開示するとおり、伝動機構 5をクランク軸 2両端に配してもよい。

この場合クランク軸 2の組立構造としては、単位コンポーネント機関 E4の中央連結部（シリンダ間）を組立クランクとし、両端のクランクピン 23、クランクウェブ 24と、一体に伝達ギヤ 22を設け、これに嚙み合う伝動ギヤ 52により伝動軸 51を連結する構造を採る。具体的には、この組立構造は、図 20に示す分解斜視図により理解されるとおり、中央のクランクウェブ 21を連結媒体とし、このものに 180° 配置したクランクピン受孔 21Pを設け、一方左右に分割されたクランクピン 23の中央寄り端部にクランクピン嵌込部 23Pを形成し、このクランクピン嵌込部 23Pをクランクピン受孔 21Pに圧入した構造とする。

[0049] なおこのように伝動機構 5を中央のクランクウェブ 21に設けない構造を更に追及すると、図 21に示すように単位ユニット機関 E2を完全に独立させるような構成とすることも可能である。すなわちこの場合、中央のクランクウェブ 21をあた力、も軸方向に分断したような形態とし、クランクウェブ 21A、クランクウェブ 21Bとの 2部材で構成する。各クランクウェブ 21A、 21Bは、クランクピン 23を受入れるクランクピン受入孔 21Pをそれぞれ一箇所具え、両クランクウェブ 21A、 21Bが組立状態となったときには、同図 2 1 (b)に示すように、それぞれのクランクピン受孔 21Pは、 180° 対向した位置に設けられる。

因みにこのような構成としたときには、クランク軸 2の剛性の向上が図れる。またクランク軸 2の組立部、すなわちクランクウェブ 21におけるねじり負荷が除去され、クランク軸 2のこじれが解消される。また、クランク軸 2の製作が容易あるとともに、機構の組立が容易である。また左右に設けられる遊星歯車の滑らかな嚙み合いに寄与できる

[0050] 更に伝動ギヤ 52に関し、そのギヤ比等の設定について説明する。伝動ギヤ 52は、上述したクランク軸 2に固定されている伝達ギヤ 22に嚙み合うものであり、この伝動ギャ 52と伝達ギヤ 22とのギヤ歯数の比は、この伝動機構 5がバランサ機構としての機能を有してレ、るか否かによって異なる。

具体的には伝動機構 5を後述するバランサ機構として用レ、るものについては、単位コンポーネント機関 E4である水平対向 4気筒のサイクロイド往復動機関 E4と、この単位コンポーネント機関 E4を 2基連結した水平対向 8気筒のサイクロイド往復動機関 E 8の場合である。これらについては、伝動ギヤ 52と伝達ギヤ 22とのギヤ歯数の比は、 1 : 1の歯数の比にする。

なお詳細については後述するが、伝動機構 5をバランサ機構として用いない場合、具体的には N≥ 3の単位コンポーネント機関 E4を連接するもの（水平対向 12気筒及び 16以上の気筒のサイクロイド往復動機関 E)においては、伝動ギヤ 52と伝達ギヤ 2 2とのギヤ歯数の比は、任意にとれる。

また図 3等に示すように、この伝動ギヤ 52を支持する伝動軸 51には、後述する振動や騒音を低減するための 2つ伝動軸バランサ 55がこの伝動ギヤ 52の両側（前後）に取り付けられる。この伝動軸バランサ 55が、請求項 13でいうカウンタバランサの役割を担うものである。

[0051] なお水平対向 4気筒の単位コンポーネント機関 E4の場合であっても、伝動機構 5のうち特に伝動軸 51においてバランサ作用を求めない構造とすることもでき、単なる動力伝達のみを担わせる構造としてももとより差し支えなレ、。当然この場合ギヤ比の設定は、 1 : 1に限られない。

[0052] 以上述べたものが本発明の具体的な構造の一例であり、次のように作動する。

まずクランク軸 2が回転すると、クランクピン 23が規制遊星ギヤ機構 4における自転偏心盤 41を回転させる。このとき共に遊星回転する遊星歯車 42は、静止リングギヤ 4 3に嚙み合っていることによりその動きが規制され、自転偏心盤 41にロッドエンド 33をロッドエンドベアリング 34を介して外嵌めしたピストンユニット 3は、常にシリンダ 11の中心とクランク軸 2と中心とを結ぶ一直線上を往復動するのである。

[0053] ここで更に各歯車の動きの関係について具体的に説明する。まずピストンストロークを 4eと表した場合に、この 4eをピッチ円直径とする静止リングギヤ 43は、その軸心であるクランク軸心〇と一致してクランクケース 1に固定配置されてレ、る。

1

これに対してピッチ円直径 2eである遊星歯車 42は、クランクピンベアリング 23aを介してクランクピン 23に回転可能に支えられていることから、静止リングギヤ 43とかみあつてクランクピン軸心 O を中心として自転するとともにクランク半径 eのクランク軸心 O

2

回りに逆方向に同じ角速度で公転する。

1

そして遊星歯車 42と一体に構成された偏心量 eの自転偏心盤軸心〇は、シリンダ

3

軸中心線 C (なお、以下単位ユニット E2ごとに C 力 C として図中に示す。）方向に

1 6

ストローク 4eの直線往復運動、すなわちサイクロイド運動をする。加えて本発明は、口ッドエンド 33を共有とした水平対向タイプのシリンダ配置であるから対向するピストン 31同士は、圧縮状態と膨張状態とを繰り返しているものである。

なお、ピストン 31のロッドエンド 33側の内側空間を便宜上クランク室 10aとして、ビストン 31の頭部側のスペースを作動室 10bとするものである。

[0054] このような往復動機関は、当然ながら振動が生ずるものである力その振動について、以下のような手段により解消が図られている。

まず本発明のサイクロイド往復動機関 Eにおいて、回転体のつりあわせは周知なので説明を割愛し、往復質量の慣性力及び慣性トルクのつりあわせ方法を説明する。本発明のサイクロイド往復動機関 Eのピストンユニット 3の直線往復運動は、クランク軸 2のクランク軸心〇回りの角速度 ω、クランクピン 23のクランクピン軸心〇または

1 2 クランクピン軸心 Ο ' 回りの角速度— ωで等速回転運動する遊星歯車 42により創

2

出されるレ、わゆるサイクロイド運動である。

往復動するピストンユニット 3の質量 Μ に生じる慣性力 F、 z軸（クランク軸心）回り

E

の慣性トルク T 、y軸回りの慣性トルク T 、及び X軸回りの慣性トルク T のつりあわせを、クランク軸心中央を原点〇とし、図 6に示すような右手直交座標系 O-xyzを基準座標系にとって述べる。バランサは、原点〇に関して対称配置でなくてもよいが、ここでは、実用上の観点から、バランサを含め、装置構造を原点 oに関して対称とする。図 6に示すように、質量 M を自転偏心盤軸心の軸方向中央点 E 、E に集中させ、

E 1 2

クランク軸 2の両端につりあい質量 M を、伝動軸 51の両端にバランサ質量 M を設

A B

けて動つりあいをとる。このとき、質量 M ， M の重心の回転軸心からの半径距離を

A B

それぞれ R ， R 、また、往復質量 M を集中させた点、質量 M 及び M の重心の

A B E A B

回転軸心方向距離をそれぞれ d ， d 及び d とする。周知の動つりあわせの理論か

E A B

ら、次の関係式（1)及び（2)を満たすように諸量を定めれば、機構内部で往復質量の慣性力 F、 X軸（クランク軸心）回りの慣性トルク T 及び y軸回りの慣性トルク T はつりあう。

なお単位コンポーネント機関 E4、すなわち水平対向 4気筒サイクロイド往復動機関 Eでは、燃焼室爆発力などのピストン 31に加わる力によるクランクトルクを平滑化するため、関係式（3)で与えられる z軸回りの慣性トルク T をつりあわせずに残留させる。

z

[0055] [数 1]

M_EedE = (MARA JA+MBRBCIBJ ( ₁ )

[0056] [数 2]

= MBRBCIB (2)

[0057] [数 3]

Tz = - 2M_Ee² J²sin26tJt (3) 実施例 2

〔N = 2とした水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関 E8 (4サイクル機関）〕次に上述した単位コンポーネント機関 E4を 2基連接した水平対向 8気筒サイクロィド往復動機関 E8に関する実施例につレ、て説明する。

このものは、図 7、図 8に示すように互いの単位コンポーネント機関 E4の一方のクランク軸バランサ 25を廃し、その端部側に共通のクランクウェブ状の連結盤 26を設けるようにして、 2基の単位コンポーネント機関 E4を接続したものである。具体的な接続形態にっレ、て説明すると、 2基の単位コンポーネント機関 E4を接続するにあたっては、クランク軸 2は騒音'振動の低減のために、互いに 90° (180° /N, N = 2)だけ位相が異なるようにして連結盤 26を用いて接続されてレ、る。

また伝動機構 5については、図 8、図 9に示すように、それぞれの単位コンポーネント機関 E4の中央に設けられた伝達ギヤ 22に嚙み合うようにそれぞれの伝動ギヤ 52 を共通の伝動軸 51に取り付ける。また更にこの伝動軸 51には、振動を抑制するための伝動軸バランサ 55が取り付けられている。

[0059] 往復運動するピストンユニット 3の質量 M に生じる慣性力 F、 z軸（クランク軸心）回

E

りの慣性トルク T 、y軸回りの慣性トルク T 及び X軸回りの慣性トルク T のつりあわせを、クランク軸心中央を原点〇とし、図 10に示すような右手直交座標系 O— xyzを基準座標系にとって述べる。バランサは、原点〇に関して対称配置でなくてもよいが、ここでは、実用上の観点から、バランサを含め、装置構造を原点〇に関して対称とする。図 10に示すように、質量 M を自転偏心盤軸心の軸方向中央点 E , E , E , E

E 1 2 3 4 に集中させ、クランク軸 2の両端につりあい質量 M を、伝動軸 51の両端にバランサ

A

質量 M を設けて動つりあいをとる。このとき、質量 M ， M の重心の回転軸心から

B A B

の半径距離をそれぞれ R , R 、また、往復質量 M を集中させた点、質量 M 及び

A B E A

M の重心の回転軸心方向距離をそれぞれ d , d 及び d とする。

B E A B

周知の動つりあわせの理論から、次の関係式 (4)及び（5)を満たすように諸量を定めることにより、機構内部で往復質量の慣性力及び慣性トルクはつりあわせることができる。

[0060] [数 4]

_MEedE = ₍₄₎

[0061] [数 5]

MARACIA = MB BCIB (5)

実施例 3

[0062] 〔N = 3とした水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関 E12 (4サイクル機関）〕

次に上述した単位コンポーネント機関 E4を 3基連接した水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関 El 2 (4サイクル機関）に関する実施例について説明する。

このものは、図 11、図 12、図 13などに示すように互いの単位コンポーネント機関 E 4の双方のクランク軸バランサを廃し、その端部側に共通のクランクウェブ状の連結盤 26を設けるようにして、 3基の単位コンポーネント機関 E4を接続したものである。具体的な接続形態につレ、て説明すると、 3基の単位コンポーネント機関 E4を接続するにあたっては、クランク軸 2は騒音.振動の低減のために、互いに 60° (180° /N, N = 3)だけ位相が異なるようにして連結盤 26を用いて接続されてレ、る。

また伝動機構 5については、図 13、図 14に示すように、それぞれの単位コンポーネント機関 E4の中央に設けられた伝達ギヤ 22に嚙み合うようにそれぞれの伝動ギヤ 5 2を共通の伝動軸 51に取り付ける。なおこの伝動機構 5には、バランサ機構としての機能を具えていないことから、伝動軸 51の両端の振動を抑制するための伝動軸バランサは、取り付けられていない。

なお、単位コンポーネント機関 E4を図 11〜： 14のような所定のクランク角の位相差で配置することにより、周知の動つりあわせの理論から、機構内部で往復質量の慣性力及び慣性トルクはつりあわせることができる。従って、伝動機構 5については、バランサ機構としての機能を備えないため、伝動軸 51の両端の振動を抑制するための伝動軸バランサは、取り付けられていない減速出力軸のみとする構成となっている。実施例 4

〔N≥4とした水平対向 16気筒以上のサイクロイド往復動機関 E (4サイクル機関）〕更に、単位コンポーネント機関 E4を 4基以上連接した水平対向 16気筒以上のサイクロイド往復動機関 E (4サイクル機関）に関する実施例について説明する。

この場合、水平対向 16気筒サイクロイド往復動機関 E (4サイクル機関）における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、厳密には水平対向 4、 8気筒サイクロイド往復動機関 E4、 E8のようなクランク軸バランサ 25や伝動軸バランサ 55などを適宜設けることと、単位コンポーネント機関 E4同士の連結部においてクランク軸の位相差を 180° /N (N = 4、 5、 · ·）に設定することとにより動力学的に解消させることが好ましいものである。

し力ながら、クランク軸バランサ 25、伝動軸バランサ 55により改善されるアンバランスの程度は微小なものであることから、これらのバランサ部材を設けることによる制約（例えば伝動ギヤ 52の歯数が一義的決定してしまう点など）と、これらのバランサ部材によるアンバランスの改善とを比較考慮すると、アンバランスがわずかながらに残る場合があるが、実用上の観点から N = 3の水平対向 12気筒サイクロイド往復動機関 E12と同様に、クランク軸 2の接続部における所定の位相差に設定する手法のみでアンバランスを改善することができる。なお、 Nの値によっては、 N = 3のときと同じくクランク軸 2の接続部を所定の位相差に設定する手法のみで、動力学的に完全にアンバランスを解消することができる場合がある。

[0064] またクランク軸 2を異にする複数の水平対向 n気筒サイクロイド往復動機関 Eを、それらの伝達ギヤ 22を共通の伝動軸 51上に嚙み合わせるようにした構成もとり得る。特に、上述した水平対向 12気筒往復ピストン機関 E12は、伝動軸 51自体がバランサ機能を有していないことから伝動ギヤ 52の歯数を任意のものにすることができ、異なるクランク軸 2を具えたそれぞれの水平対向 12気筒往復ピストン機関 E12が互いに緩衝しないように配置した設計とすることが可能である。具体的には、図 17に示すように共通の伝動軸 51に対して、上下の両面側より伝達ギヤ 22を嚙み合わせるようにしたものであって、いわばサイクロイド往復動機関 Eによって 1本の伝動軸 51を挟みこむような配置になったものである。もちろん、 2つのサイクロイド往復動機関 Eによつて構成されるほかに、更に多くのサイクロイド往復動機関 Eによって構成させることも可能である。

実施例 5

[0065] 〔バランサ機構を排除したサイクロイド往復動機関〕

上述したように、本発明のサイクロイド往復動機関 Eは、その作動状態において振動-騒音等の原因であるアンバランスを解消すベぐ動力学的に観点よりそれぞれの機関の構成に応じてクランク軸 2両端のクランク軸バランサ 25や伝動軸 51の両端の伝動軸バランサ 55を適宜に設けたものである。

しかし、例えば使用状態でのクランク軸回転数や、ピストン行程とピストン径との関係、シリンダ数などのサイクロイド往復動機関 Eの総合的な性状が一定の条件を満たす場合には、これらのバランサを省略することも可能である。具体的には、 N= lのときの水平対向 4気筒サイクロイド往復動機関 E4や、 N = 2のときの水平対向 8気筒サイクロイド往復動機関 E8は、所定の条件の下で、動力学的に求められた種々のバランサを排し、隣り合う単位ユニット機関を連結する際の位相角に所定のものとすることで、一定の条件下でバランサを具えたものと同様の静粛運転性能を発揮させることが可能である。

[0066] 〔参考的設計例〕

なお本発明は、基本的に水平対向ピストンタイプのものであるが、その構成を一部利用することにより、図 24に示すように非水平対向タイプのものも実現し得る。

例えば図 24に示すものは、偏平ピストンタイプのものであり、このもの自体充分な新規性を有する。なお各部材の名称、符号等については、既に述べた実施例と共通で、援用することが出来るので、詳細な説明は省略する。このような機構を採用したサイクロイド往復動機関 Eも実用化が期待し得る。

産業上の利用可能性

[0067] 以上述べたサイクロイド往復動機関 Eは、化石燃料等を用いて出力を生じさせる例えば輸送用機械の動力源、発電機の動力源などとして利用できるものである。更に、このサイクロイド往復動機関 Eのクランク機構を用いて外部から動力を得ることによつてポンプ装置として利用することも可能である。以下、それぞれの作動態様について説明する。

なお本明細書に用いるポンプ装置とは、機械的または他の手段によって流体を連続的に押し揚げ，押圧し、圧縮または排出する装置を意味するものであり、ポンプと、コンプレッサとの双方を含むものである。

[0068] 〔1.出力機関 (原動機)として利用する場合〕

図 15 (1)に示すように、本発明のサイクロイド往復動機関 Eを 4サイクル機関に適用する場合には、シリンダヘッド 12に吸気孔 15aと、これを開閉する吸気弁 15bとを設けると共に、更に排気孔 16aとこれを開閉する排気弁 16bとを設け、更に点火プラグ Pを設ける。もちろんディーゼル機関においては、点火プラグ Pの代わりに燃料噴射ノズノレが設けられる。

もちろんこの場合、動弁機構については適宜の弁機構を採用し得るものである。また給排気弁等の数についても、最低限排気弁 16bと吸気弁 15bとの 2つが必要であるものの、多弁型とすることも差し支えないが、これらについての説明は省略する。そしてこれによつて得られた回転出力は、伝達ギヤ 22から伝動ギヤ 52を介して外部に取り出される。

なお 4サイクル機関に適用する場合において、本装置の構成上、シリンダ側圧は発生せず、し力、もピストンストロークは、クランク半径の 4倍となることから、いわゆるロングストローク化が容易であり、これに伴い層状燃焼、希薄燃焼等に適した機関が得られる。

[0069] 本発明のサイクロイド往復動機関 Eを 2サイクル機関に適用する場合にも同様である。図 15 (2)に示すように給排気弁構造の特性上により吸気孔 15aはシリンダ 11のクランクケース 1寄りの側方に開口し、クランク寄りのクランク室 10aと作動室 10bとを掃気孔 17によって連通させるとともに、掃気孔 17より開孔タイミングが早い排気孔 16a をシリンダ 11の側面に開孔させている。

そしてピストン 31については、この排気孔 16aと、掃気孔 17とを開閉する作用を担うべく、ピストン 31の頭部より下方に伸びるにピストンスカート 31bを具える。

2サイクル機関の場合も同様にクランク軸 2が回転するとピストン 31の上昇時には、クランク室 10a側で吸気がなされるとともに、作動室 10b側では圧縮工程が開始される。そして点火プラグ Pによる点火を受けて作動室 10bの混合気が燃焼し、そのエネルギ一でピストン 31が再び下降し、まず排気孔 16aが開孔したところで内部の燃焼ガスは排気管側に流出する。これとともに掃気孔 17により、クランクケース 1側で圧縮されていた新気混合ガスが作動室 10b側に移動して自己掃気をするものである。

[0070] [2.ポンプ装置 (コンプレッサ、ポンプ）に利用する場合〕

本発明のサイクロイド往復動機関のクランク機構をコンプレッサ、ポンプに適用する場合には、図 16に示すようにまず伝動ギヤ 52を介し外部からの動力を得て、クランク軸 2を回転させる。これによつてピストン 31が往復動し、適宜シリンダ 11内の吸気孔 1 5aより気体や液体などの所望の媒体を吸気もしくは吸入し、次工程においてピストン 31が上昇することにより所望の媒体を圧縮して排気孔 16aから排出するものである。このような場合には、前記吸気弁 15bと排気弁 16bについてはワンウェイバルブで十

S60l790/.00Zdf/X3d 92 061^010/800^ OAV

Claims

請求の範囲

[1] シリンダ内を往復動する対向ピストンと、これに一体化されてクランクケースに伸びるピストンロッドとを具えたピストンユニットと、ピストンの動きを回転運動に変えるクランク軸と、このクランク軸と前記ピストンユニットとの間に介在する規制遊星ギヤ機構とを具え、前記規制遊星ギヤ機構におけるピッチ円直径 4eの静止リングギヤはクランクケースに固定され、一方、ピッチ円直径 2eの遊星歯車を含む偏心量 eの自転偏心盤は、遊星歯車の中心をクランク軸におけるクランクピンと回転可能に同軸配置するとともに、自転偏心盤は、ピストンロッドの下端に回転自在に組み合わされることによりビストンユニットを直線的にストローク 4eで往復運動させる機関において、

更に単位コンポーネント機関における単位ュニット機関のクランク角の位相角は 18 0° としたことを特徴とするサイクロイド往復動機関。

[2] 前記単位コンポーネント機関は、単位ユニット機関相互の中間に位置するクランク軸の一体構造部位において他の部材との動力伝達を図るように構成されることを特徴とする前記請求項 1記載のサイクロイド往復動機関。

[3] 前記ピストンは、ピストンヘッド形状をクランク軸方向を短寸とした偏平形状としたものであることをを特徴とする前記請求項 1または 2記載のサイクロイド往復動機関。

[4] 前記ピストンユニットと、自転偏心盤と、シリンダとのいずれかの 2要素またはすベての要素の間において、ピストンユニットの直動誤差に対応し、これを許容する直動誤差許容構造を具えていることを特徴とする請求項 1、 2または 3記載のサイクロイド往復動機関。

[5] 前記直動誤差許容構造は、ピストンユニットと、シリンダのクリアランスとを充分にとることによって構成されていることを特徴とする請求項 4記載のサイクロイド往復動機関

[6] 前記直動誤差許容構造は、前記規制遊星ギヤ機構の自転偏心盤が、ロッドエンドに対し、シリンダ摺動方向に直交する方向にわずかな作動クリアランスを有する可動ブロックを介して取り付けられていることを特徴とする請求項 4記載のサイクロイド往復動機関。

[7] 前記直動誤差許容構造は、ピストンユニットのロッドエンドを 2分割して、ピストンュニットが全体としてロッドエンドを境にわずかに屈折自在に構成されていることを特徴とする請求項 4記載のサイクロイド往復動機関。

[8] 前記単位ユニット機関における各対向するピストンは、対向ピストンとして一体形成されたものであることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5または 6記載のサイクロイド往復動機関。

[9] 前記サイクロイド往復動機関のクランクウェブは、その周面でクランクケースに支持されていることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7または 8記載のサイクロイド往復動機関。

[10] 前記単位コンポーネント機関を N (N= 1 , 2, 3, · · )基組み合わせて水平対向 4N 気筒の構成とした場合における前記単位コンポーネント機関間におけるクランク軸の各接続部位は、互いの単位コンポーネント機関の接続部において、クランク軸の位相差を所定のもの（180° /N)としたことを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8または 9記載のサイクロイド往復動機関。

[11] 前記サイクロイド往復動機関の伝動軸は、各単位コンポーネント機関から取り出されたもの同士を一体に連結したものであることを特徴とする請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9または 10記載のサイクロイド往復動機関。

[12] 前記 N= 1で示される水平対向 4気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、往復質量の慣性によるクランクトルクのみをアンバランサとして残し、それぞれのピストンとシリンダとにより区画された作動室内に生じる膨張力によって発生するクランクトルクの平滑化に利用して動力学的に釣り合うように構成していることを特徴とする前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8または 9記載のサイクロイド往復動機関。

[13] 前記 N = 2で示される水平対向 8気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたっては、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（180° /N, N = 2)に配置したことに加え、クランク軸の両端にエンドバランサを設けることと、各ユニット機関中央に位置するクランク軸中央で外部との動力伝達を図る伝動軸のカウンタバランサとにより動力学的につりあうように構成していることを特徴とする前記請求項 1、 2、 3、 4 、 5、 6、 7、 8、 9、 10または 11記載のサイクロイド往復動機関。

[14] 前記 N≥ 3で示される水平対向 12気筒以上の気筒構成とした場合において、前記往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたっては、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（180° /N, N = 3、 4、 · ·）に配置することにより動力学的につりあうように構成していることを特徴とする前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10または 11記載のサイクロイド往復動機関。

[15] 前記機関は、 4サイクル機関であることを特徴とする前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13または 14記載のサイクロイド往復動機関。

[16] 前記機関は、 2サイクル機関であることを特徴とする前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13または 14記載のサイクロイド往復動機関。

[17] 前記請求項 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13または 14記載のサイクロイド往復動機関に用いられてレ、るクランク機構を用いたことを特徴とするポンプ装置。