WO2016103414A1 - Ｘｙ分離クランク機構を備えた駆動装置 - Google Patents

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WO2016103414A1
WO2016103414A1 PCT/JP2014/084371 JP2014084371W WO2016103414A1 WO 2016103414 A1 WO2016103414 A1 WO 2016103414A1 JP 2014084371 W JP2014084371 W JP 2014084371W WO 2016103414 A1 WO2016103414 A1 WO 2016103414A1
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piston
axis
crankshaft
crank
drive device
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PCT/JP2014/084371
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保夫 吉澤
匠 吉澤
穣 吉澤
慧 吉澤
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Ｚメカニズム技研株式会社
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/28—Other pistons with specially-shaped head
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F5/00—Piston rings, e.g. associated with piston crown

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a drive device including an XY separation crank mechanism and an atypical piston that convert a reciprocating motion into a rotational motion and transmit it, and convert a rotational motion into a reciprocating motion and transmit it.
  • a crank mechanism is known as a mechanism for transmitting a reciprocating motion by converting it into a rotational motion.
  • an engine, a compressor, and the like include a piston that is reciprocally movable in a cylinder, a connecting rod that is rotatably connected to the piston, and a crankshaft that extends in a direction perpendicular to the reciprocating direction of the piston. ing.
  • the other end of the connecting rod is rotatably connected to a crank pin provided eccentrically on the crankshaft.
  • the connecting rod is normally pivotally connected to the piston via a piston pin, and moves in parallel while swinging around the piston pin during power transmission. Therefore, a rotational force is applied to the piston, and a wedge-effect friction loss is generated on the inner surface of the cylinder at two locations, the outer peripheral portion at the upper end and the outer peripheral portion at the lower end of the piston.
  • a friction loss is generated on the inner surface of the cylinder at two locations, the outer peripheral portion at the upper end and the outer peripheral portion at the lower end of the piston.
  • smooth reciprocation of the piston is possible.
  • large pistons may run out of oil and appear as a seizure phenomenon.
  • a true circular piston is usually used as the piston.
  • the number of cylinders is increased by using a true circular piston, it is necessary to arrange the pistons and the cylinders with a bore pitch larger than the diameter of the pistons as much as possible, which increases the size of the device in the cylinder arrangement direction.
  • the crankshaft becomes longer and it becomes difficult to increase the rigidity of the entire apparatus.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a drive device that can convert and transmit motion with high efficiency and can easily be increased in capacity and reduced in size.
  • the driving device includes a cylinder and a piston provided in the cylinder so as to be reciprocally movable along the first direction, and has an oval having a major axis and a minor axis orthogonal to the first direction.
  • a non-circular piston including a shape, a crankshaft extending perpendicular to a reference plane including a moving axis along the first direction of the piston, and provided between the piston and the crankshaft,
  • An XY separation crank mechanism for reciprocally converting a reciprocating motion and a rotational motion of the crankshaft, a support member provided so as to be reciprocally movable in the first direction, and a long axis orthogonal to the first direction.
  • a crank connecting member that is attached to the support member so as to be reciprocally movable along a second parallel direction, and that a crank of the crankshaft is rotatably engaged with, the piston and the support.
  • a XY separation crank mechanism comprising a connecting member which connects the member, the.
  • FIG. 1 is a side view of the drive device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view orthogonal to the crankshaft of the drive device.
  • FIG. 3 is a plan view showing an upper surface of a cylinder of the drive device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the drive device along the axial direction of the crankshaft of the drive device.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a support member, a piston, and a crank connecting member of the drive device.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the piston and the piston ring.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the piston equipped with the piston ring.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view showing a support member, a piston, a crank connecting member, and a crankshaft of the drive device.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a valve mechanism portion of the drive device.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing a relationship between a piston and a cylinder of the drive device, and an inflow port and an exhaust port.
  • FIG. 11 is a view showing a comparison between a bore pitch of the drive device and a bore pitch of a drive device according to a comparative example using a circular piston.
  • FIG. 12 is a perspective view schematically showing a valve body and a cylinder head according to a modification.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing a drive device according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view orthogonal to the crankshaft of the drive device according to the second embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a support member, a piston, a crank connecting member, and a crankshaft of a driving apparatus according to a second embodiment.
  • FIG. 16 is a plan view showing an upper surface of a cylinder of the driving device.
  • FIG. 17 is a side view showing a piston, a support member, and a crankshaft of the drive device.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a drive device according to a third embodiment.
  • FIG. 19 is a perspective view showing an XY separation valve mechanism of the drive device according to the third embodiment.
  • FIG. 20 is a perspective view schematically showing a drive device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a side view of an axial flow pump according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the axial flow pump taken along line AA in FIG. 1
  • FIG. 4 is a sectional view of the driving device along the axial direction of the crankshaft of the axial flow pump.
  • the axial flow pump 10 is configured so as to close a substantially rectangular tube-shaped casing 12, a cylinder block (cylinder) 14 fixed on the casing 12, and an upper end opening of the cylinder block 14.
  • a rectangular block-shaped cylinder head (support) 16 provided on the cylinder block 14, a piston 20 disposed in a reciprocating manner in a bore 18 of the cylinder block 14, and a plurality of valve mechanisms 70 provided on the cylinder head 16.
  • a drive shaft (crankshaft) 40 rotatably supported by the housing 12, an XY separation crank mechanism 50 for converting the rotational motion of the crankshaft 40 into reciprocating motion and transmitting it to the piston 20, and a pump crankshaft 40
  • a motor 22 for driving is provided.
  • the pump 10 is configured as a multi-cylinder, for example, two cylinders, and includes two pistons 20 and two XY separation crank mechanisms 50.
  • the planar shape of each piston 20 is formed in an irregular shape, that is, a non-circular shape.
  • the piston 20 is formed in an oval shape including an oval shape and an oval shape, and has a long axis L and a short axis S orthogonal to the long axis.
  • the piston 20 has a pair of linear long side edges parallel to the long axis L, and a semicircular short side edge continuous with the ends of the long side edges.
  • the housing 12 includes a rectangular bottom wall 26a having a pair of legs 24, four side walls 26b and 26c erected along the side edges of the bottom wall, and an upper wall 26d facing the bottom wall 26a. And a partition wall 26e erected on the bottom wall 26a between a pair of opposing side walls.
  • One side wall 26c and upper wall 26d orthogonal to the partition wall 26e are formed separately from the other side walls, and are detachably fixed to the housing 12.
  • the cylinder block 14 is fixed on the upper wall 26d of the casing 12, and extends upward from the casing 12 along the vertical direction.
  • the pump 10 has two cylinders, and two bores (cylinder bores) 18 are formed in the cylinder block 14 and extend in a first direction (Y-axis direction), here, in the vertical direction.
  • the cylinder block 14 has two cylinders integrally.
  • each bore 18 is formed in an oval cross-sectional shape corresponding to the piston 20.
  • the two bores 18 are formed such that their long axes L are arranged in parallel to each other. Further, in the present embodiment, the two bores 18 are arranged and formed so that the short axes S are arranged coaxially.
  • the inner surface of each bore 18 is formed by a cylinder liner.
  • the cylinder block 14 is formed with a plurality of cooling channels through which cooling water flows.
  • the cylinder block 14 has a long axis L of the bore 18 extending substantially parallel to the partition wall 26e of the housing 12, and a portion between the two bores 18 is opposed to the partition wall 26e. As shown in FIG. The lower end openings of the two bores 18 are closed by the upper wall 26d.
  • a cylinder head 16 is fixed on the cylinder block 14, and upper end openings of the two bores 18 are closed by the cylinder block 14.
  • a heat insulating member for example, a heat insulating sheet made of fluororesin is disposed between the upper end of the cylinder block 14 and the cylinder head 16 and between the lower end of the cylinder block 14 and the housing 12. May be.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the piston and XY separation crank mechanism of the pump
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing the support member, piston, crank connecting member, and crankshaft of the drive device.
  • the oval piston 20 having a planar shape is slidably disposed in the bore 18 of the cylinder block 14.
  • Plural piston rings 21 are mounted on the outer periphery of the piston 20, and these piston rings 21 are in airtight contact with the inner peripheral surface of the cylinder, that is, the inner peripheral surface of the bore 18.
  • the two pistons 20 are arranged with their long axes L aligned in parallel to each other and the short axes S aligned in the same direction.
  • each piston ring 21 is composed of a plurality of divided parts. That is, each piston ring 21 includes a pair of linear parts 21a corresponding to the straight part of the oval and a pair of arc-shaped parts 21b corresponding to the semicircular part of the oval.
  • the pair of linear parts 21a and the pair of arcuate parts 21b are mounted on oval mounting grooves 20b formed on the outer periphery of the piston 20 with the coil springs 23 interposed therebetween, and the ends of the parts overlap each other.
  • an oval piston ring 21 is formed.
  • the piston ring 21 is elastically pressed by the coil spring 23 against the inner surface of the bore 10, that is, the inner surface of the cylinder.
  • a compression chamber 20a is defined in each bore 18 by a piston 20 and a cylinder head 16.
  • the piston 20 moves up and down in the cylinder bore 18, that is, reciprocates along the axial direction (Y-axis direction, first direction) of the cylinder bore 18, thereby increasing or decreasing the volume of the compression chamber 20a.
  • connecting members for example, two connecting rods 28 are connected to the piston 20. These connecting rods 28 extend from the piston 20 through the through holes 30 formed in the upper wall 26 d of the housing 12 into the housing 12. For example, two rod packings 32 are fitted into the through hole 30 of the upper wall 26d, and the connecting rod 28 extends through the rod packings 32 in an airtight manner.
  • the two connecting rods 28 extend in parallel with the movement direction (first direction) of the piston 20, that is, in parallel with the axis of the bore 18.
  • the two connecting rods 28 are located on both sides of the short axis S on the long axis L of the piston 20. That is, the two connecting rods 28 are arranged side by side in the direction of the long axis L.
  • the connecting member is not limited to two connecting rods, and a single connecting rod or a plate-like connecting arm extending in the long axis L direction may be used.
  • crankshaft 40 extends in a direction orthogonal to a reference plane C (see FIG. 5) including the central axis (movement axis, Y axis) of the piston 20.
  • both ends in the axial direction of the crankshaft 40 are rotatably supported by the first bearing 35a and the second bearing 35b attached to the two opposing side walls 26b of the housing 12, respectively.
  • the crankshaft 40 is positioned substantially at the center of the casing 12 and extends in a direction perpendicular to the side wall 26b, and is rotatable around the Z axis perpendicular to the long axis L of the piston 20. It is supported by the body 12. Further, the central portion in the axial direction of the crankshaft 40 is rotatably supported by a third bearing 35 c provided on the partition wall 26 e of the housing 12.
  • crankshaft 40 protrudes outside the side wall 26b, and a large-diameter flywheel 34 is coaxially attached to the protruding end.
  • the other end of the crankshaft 40 protrudes outside the other side wall 26b, and a driven pulley 36 is coaxially attached to the protruding end.
  • a driving pulley 38 is attached to the rotating shaft of the motor 22, and a toothed belt 39 is bridged between the driving pulley 38 and the driven pulley 36.
  • the crankshaft 40 can be rotated by the motor 22 via the toothed belt 39.
  • crank webs 42 a and 42 b are fixed to the middle portion of the crankshaft 40, and a crank pin is further interposed between each set of crank webs 42 a and 42 b. 44 is fixed.
  • the center axis of the crank pin 44 is located parallel to the crank shaft 40 and eccentric with respect to the center axis of the crank shaft.
  • the two crank pins 44 are arranged in opposite directions, for example, 180 degrees.
  • the crank pin 44 and the crank webs 42 a and 42 b are arranged in the housing 12 and rotate eccentrically around the crank shaft 40 in accordance with the rotation of the crank shaft 40.
  • the Z mechanism XY separation crank mechanism 50 is provided between the piston 20 and the crankshaft 40, and reciprocates along the Y-axis direction of the piston 20.
  • the rotational movement of the crankshaft 40 is converted to each other and transmitted.
  • a driving force is input to the crankshaft 40 by the motor 22, and the crankshaft 40 rotates around the Z axis.
  • the Z mechanism XY separation crank mechanism 50 converts the rotational motion of the crankshaft 40, which is a drive input, into a linear reciprocating motion and transmits it to the piston 20, and gives an output to the piston 20.
  • the XY separation crank mechanism 50 includes a support member (L-shaped combinator) 52 provided so as to be reciprocally movable along the Y-axis direction on a reference plane C including the central axis (movement axis, Y-axis) of the piston 20, and a reference In the plane, a crank connection member (crank connection plate) 54 attached to the support member 52 so as to freely reciprocate along a second direction (X-axis direction) orthogonal to the Y-axis direction, and the piston 20 and the support member 52. And the aforementioned connecting rod 28 to be connected.
  • a support member (L-shaped combinator) 52 provided so as to be reciprocally movable along the Y-axis direction on a reference plane C including the central axis (movement axis, Y-axis) of the piston 20, and a reference In the plane, a crank connection member (crank connection plate) 54 attached to the support member 52 so as to freely reciprocate along a second direction (X-axis direction) orthogonal
  • the movement center axis (Y-axis direction) of the support member 52, the movement center axis (X-axis direction) of the crank connection member 54, and the center movement axis (Y-axis direction) of the connecting rod 28 are located on the reference plane C.
  • the long axis L of the piston 20 extends in parallel with the second direction (X-axis direction) and is positioned on the reference plane C.
  • the support member 52 is formed in, for example, an L shape, and extends in the Y-axis direction.
  • the second support portion 52b extends in the X-axis direction from one end (here, the upper end) of the first support portion 52a.
  • a first linear slider 56a is fixed to the first support portion 52a, and a guide rail 58a is fixed to the inner surface of the side wall 26c of the housing 12 and extends in the Y-axis direction.
  • the first linear slider 56a is supported and guided by the guide rail 58a so as to be reciprocally movable. Thereby, only the 1st support part 52a among the support members 52 is supported by the housing
  • a guide rail 58b extending in the X-axis direction is fixed to the second support portion 52b of the support member 52.
  • a second linear slider 56b is attached to the crank connecting member 54 and extends in the X-axis direction.
  • the second linear slider 56b is supported and guided by the guide rail 58b so as to reciprocate.
  • only one end of the crank connecting member 54 is supported by the support member 52 so as to be reciprocally movable along the X-axis direction.
  • Each of the first and second linear sliders 56a and 56b may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the guide rail.
  • the crank connecting member 54 is formed in a rectangular block shape, for example, and has a circular through hole 60.
  • the crank connecting member 54 is a split surface 61 including the center of the through hole 60 and is formed so as to be split into a first half portion 62a and a second half portion 62b.
  • the second half portion 62b is formed on the first half portion 62a. It is fixed with screws.
  • the aforementioned second linear slider 56b is fixed to the flat portion of the first half portion 62a.
  • crank pin 44 of the crankshaft 40 is rotatably inserted into the through hole 60 of the crank connecting member 54 via a bearing such as a ball bearing or a plain bearing.
  • a bearing such as a ball bearing or a plain bearing.
  • the connecting member has two connecting rods 28, one end of each connecting rod 28 is connected to the piston 20 via a support pin, and the other end is connected to the second support portion 52 b of the support member 52.
  • the connecting rods 28 extend in parallel with the Y-axis direction and are spaced apart from each other in the X-axis direction. At the same time, the two connecting rods 28 are arranged side by side on the long axis L of the piston 20.
  • the connecting rod 28 reciprocates integrally with the support member 52 along the Y-axis direction, and reciprocates the piston 20 along the Y-axis direction.
  • the two pistons 20 and the two sets of XY separation crank mechanisms 50 are configured in the same manner.
  • the XY separation crank mechanism 50 and the two pistons 20 are arranged and installed so that the major axis L of the piston 20 is located in parallel to each other and the minor axis S is located on the same plane.
  • the long axes L are positioned in parallel to each other, and the short axes S of the two pistons are at a predetermined angle in the rotation direction of the crankshaft 40, for example, 20 to 180. It is also possible to arrange them so as to be shifted by a degree.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a valve mechanism portion of the pump
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing a relationship between a piston and a cylinder bore, an inflow port and an exhaust port.
  • the cylinder head 16 as a support has two inflow holes 116 and two exhaust holes 118 that communicate with the compression chamber 20 a of the cylinder block 14.
  • One end of the inflow hole 116 (inflow port 116a) and one end of the discharge hole 118 (discharge port 118a) are opened on the lower surface of the cylinder head 16 and face the compression chamber 20a.
  • the other ends of the inflow hole 116 and the discharge hole 118 are respectively opened on both side surfaces of the cylinder head 16.
  • one end of the other inflow hole 116 (inflow port 116a) and one end of the discharge hole 118 (discharge port 118a) open to the lower surface of the cylinder head 16 and face the compression chamber 20a of the other bore 18, respectively. Yes.
  • the other inflow holes 116 and the other ends of the discharge holes 118 are respectively opened on both side surfaces of the cylinder head 16.
  • the inflow port 116a has a diameter D1 slightly shorter than the short axis S of the bore 18, and similarly, the discharge port 118a has a short diameter of the bore 18.
  • the diameter D2 is slightly shorter than the axis S.
  • the sum of the diameters D1 and D2 is sufficiently larger than the length of the short axis S of the bore 18 and slightly smaller than the length of the long axis L.
  • the Z mechanism valve mechanism 70 provided in the cylinder head 16 opens and closes the inflow side valve mechanism 120 that opens and closes the inflow hole 116 and the discharge hole 118 for each cylinder bore 18.
  • a discharge side valve mechanism 122 is provided.
  • the inflow side valve mechanism 120 and the discharge side valve mechanism 122 are configured as static pressure valves.
  • the inflow side valve mechanism 120 includes, for example, an inflow valve 121a made of a mushroom valve and a valve guide (guide hole) 123a formed in the cylinder head 16 as valve bodies.
  • the stem 125a of the inflow valve 121a is inserted through the valve guide 123a.
  • the inflow valve 121a is guided by the valve guide 123a so as to be movable up and down along the Y-axis direction (first direction), and opens and closes the inflow port 116a of the inflow hole 116.
  • the inflow port 116a is formed with a tapered valve seat over the entire circumference.
  • the stem 125a of the inflow valve 121a passes through a sealing 127 provided in the valve guide 123a in an airtight manner, and extends into the first installation chamber 130a of the cylinder head 16.
  • the first installation chamber 130 a is hermetically sealed and airtightly separated from the inflow hole 116.
  • the inflow side valve mechanism 120 includes a linear drive mechanism that linearly moves the inflow valve 121a in the Y-axis direction that is the opening / closing direction.
  • This linear drive mechanism includes a Y-axis slider 132a fixed to the stem 125a of the inflow valve 121a, a Y-axis guide rail (linear guide) 134a fixed in the first installation chamber 130a of the cylinder head 16 and extending in the Y-axis direction.
  • the fixed spring retainer 150a fixed to the upper end of the stem 125a of the inflow valve 121a, the movable spring retainer 150b provided in the middle of the stem 125a in the axial direction, and the fixed spring retainer 150a and the movable spring retainer 150b.
  • a valve spring for example, a compression coil spring
  • the movable spring retainer 150b is attached to the cylinder head 16 so as to be movable along the Y-axis direction in the first installation chamber 130a.
  • the stem 125a of the inflow valve 121a extends through the movable spring retainer 150b.
  • the Y-axis slider 132a is fixed to the middle part of the stem 125a and is located in the first installation chamber 130a.
  • the Y-axis slider 132a is formed in a substantially block shape and has one side surface extending in the Y-axis direction.
  • a Y-axis linear slider 140a extending in the Y-axis direction is fixed on one side surface of the Y-axis slider 132a, or formed integrally with the Y-axis slider 132a.
  • the Y-axis linear slider 140a is guided and supported by the Y-axis guide rail 134a so as to be slidable along the Y-axis direction.
  • the Y-axis linear slider 140a may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the Y-axis guide rail 134a. Further, a rotary bearing such as a deep groove ball bearing or an angular bearing is used as a Y-axis linear slider so that the stem 125a can rotate with respect to the Y-axis linear slider 140a when the inflow valve 121a and the Y-axis linear slider 140a move up and down in the Y-axis direction. The stem 125a may be fixed to the Y-axis linear slider 140a via the rotary bearing.
  • the adjustment rod 154a is inserted into the first installation chamber 130a and extends in the Y-axis direction.
  • the lower end of the adjustment rod 154a is fixed to the movable spring retainer 150b.
  • the upper end portion of the adjustment rod 154a is threaded, and this upper end portion is screwed into the ceiling plate portion of the cylinder head 16 and protrudes upward from the cylinder head 16.
  • a stopper nut 156a is attached to the upper end portion of the adjustment rod 154a and is in contact with the upper surface of the cylinder head 16.
  • the movable spring retainer 150b is positioned at an arbitrary Y-axis direction position by the adjustment rod 154a. Further, the movable spring retainer 150b can be moved up and down by screwing or pulling out the adjustment rod 154a with the nut 156a loosened to raise and lower the adjustment rod 154a in the Y-axis direction.
  • the urging force (reaction force) of the valve spring 138a can be adjusted by changing the distance from the fixed spring retainer 150a. By adjusting the urging force of the valve spring 138a, the opening / closing timing of the suction valve 124a, the contact of the valve head, and the like can be adjusted.
  • the fixed spring press 150a, the movable spring press 150b, and the adjustment rod 154a constitute a spring adjustment mechanism.
  • the inflow valve 121a and the Y-axis slider 132a are lifted and biased by the valve spring 138a, and the valve head of the inflow valve 121a is in close contact with the valve seat (valve seat) of the inflow port 116a.
  • 116a is closed.
  • the piston 20 moves downward from the top dead center and the pressure in the compression chamber 20a is reduced, the inflow valve 121a is lowered to open the inflow port 116a. Thereby, air or fluid is sent from the inflow hole 116 into the compression chamber 20a.
  • the inflow valve 121a is lifted by being biased by the valve spring 138a, and closes the inflow port 116a.
  • the discharge side valve mechanism 122 is configured in substantially the same manner as the inflow side valve mechanism 120. That is, the discharge side valve mechanism 122 includes, as valve bodies, for example, a discharge valve 121b made of a mushroom valve and a valve guide (guide hole) 123b formed in the cylinder head 16. The stem 125b of the discharge valve 121b is inserted through the valve guide 123b. The discharge valve 121b is guided by a valve guide 123b so as to be movable up and down along the Y-axis direction (first direction). The valve head of the discharge valve 121b is an end opening (discharge port) on the compression chamber 20a side of the discharge hole 118. 118a is opened and closed.
  • a discharge valve 121b made of a mushroom valve and a valve guide (guide hole) 123b formed in the cylinder head 16.
  • the stem 125b of the discharge valve 121b is inserted through the valve guide 123b.
  • the discharge valve 121b is guided by a valve guide 123b
  • the discharge port 118a is formed with a tapered valve seat over the entire circumference.
  • the stem 125b of the discharge valve 121b penetrates the sealing 127 provided in the valve guide 123b in an airtight manner and extends into the second installation chamber 130b of the cylinder head 16.
  • the second installation chamber 130 b is hermetically sealed and hermetically separated from the discharge hole 118.
  • the discharge-side valve mechanism 122 includes a linear drive mechanism that linearly moves the discharge valve 121b in the Y-axis direction that is the opening / closing direction.
  • This linear drive mechanism includes a Y-axis slider 132b fixed to the stem 125b of the discharge valve 121b, a Y-axis guide rail (linear guide) 134b fixed in the second installation chamber 130b of the cylinder head 16 and extending in the Y-axis direction.
  • a fixed spring retainer 152a fixed to the axial intermediate portion of the stem 125b of the discharge valve 121b, a movable spring retainer 152b provided at the upper end of the stem 125b, and these fixed spring retainers 152a And a movable spring retainer 152b, a valve spring (for example, a compression coil spring) 138b provided around the stem 125b.
  • the movable spring retainer 152b is attached to the cylinder head 16 so as to be movable along the Y-axis direction in the second installation chamber 130b.
  • the stem 125b of the discharge valve 121b extends through the movable spring retainer 152b.
  • the Y-axis slider 132b is fixed to the middle portion of the stem 125b in the axial direction and is located in the second installation chamber 130b.
  • the Y-axis slider 132b is formed in a substantially block shape and has one side surface extending in the Y-axis direction.
  • a Y-axis linear slider 140b extending in the Y-axis direction is fixed on one side surface of the Y-axis slider 132b or formed integrally with the Y-axis slider 132b.
  • the Y-axis linear slider 140b is guided and supported by the Y-axis guide rail 134b so as to be slidable along the Y-axis direction.
  • the Y-axis linear slider 140b may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the Y-axis guide rail 134a.
  • a rotary bearing such as a deep groove ball bearing or an angular bearing is attached to the Y-axis linear slider so that the stem 125b can rotate relative to the Y-axis linear slider 140b when the discharge valve 121b and the Y-axis linear slider 140b move up and down in the Y-axis direction.
  • the stem 125b may be fixed to the Y-axis linear slider 140b via the rotary bearing.
  • the adjustment rod 154b is inserted into the second installation chamber 130b and extends in the Y-axis direction.
  • the lower end of the adjustment rod 154b is fixed to the movable spring retainer 152b.
  • the upper end portion of the adjustment rod 154 b is threaded, and the upper end portion is screwed into the ceiling plate portion of the cylinder head 16 and protrudes upward from the cylinder head 16.
  • a stopper nut 156a is attached to the upper end portion of the adjustment rod 154b and is in contact with the upper surface of the cylinder head 16.
  • the movable spring retainer 152b is positioned at an arbitrary Y-axis direction position by the adjustment rod 154b. Also, the movable spring retainer 152b can be raised and lowered by screwing or pulling the adjustment rod 154b and raising and lowering the adjustment rod 154b in the Y-axis direction with the nut 156b loosened. Thereby, the urging
  • the discharge valve 121b and the Y-axis slider 132b are lowered by being urged by the valve spring 138b, and the valve head of the discharge valve 121b is brought into close contact with the valve seat (valve seat) of the discharge port 118a. Closed.
  • the discharge valve 121b rises to open the discharge port 118a. Thereby, the compressed air or the compressed fluid is discharged from the compression chamber 20a through the discharge hole 118. Further, when the piston 20 is lowered and the pressure in the compression chamber 113a is reduced, the discharge valve 121b is urged and lowered by the valve spring 138b to close the discharge port 118a.
  • the pump 10 including the XY separation crank mechanism 50 configured as described above, for example, when a rotational force is input to the crankshaft 40 and the crankshaft 40 rotates, the two crankpins 44 are connected to the crankshaft. It rotates eccentrically around 40. This eccentric rotational motion is separated into movement in the Y-axis direction and movement in the X-axis direction by the crank connecting member 54 and the support member 52, and the crank connecting member 54 reciprocates along the X-axis direction by the second linear slider 56b. Move. The support member 52 reciprocates along the Y-axis direction with the crank connecting member 54 by the first linear slider 56a.
  • the reciprocating motion of the piston 20 is the reciprocating motion of the support member 52 in the Y-axis direction and the reciprocating motion of the crank connecting member 54 in the X-axis direction in the XY separation crank mechanism 50. Is converted into a rotational motion and transmitted to the crankshaft 40. As a result, a rotational output is given to the crankshaft 40.
  • the Z mechanism XY separation crank mechanism 50 can realize complete parallel movement of the piston 20. Therefore, even when a non-circular piston, for example, an oval piston is used, or when a large piston is used, the piston does not come into contact with each other, sealing performance is good, and high efficiency can be obtained without side thrust loss.
  • Multi-stage is easy, and it is excellent in flexibility that can be arbitrarily multi-stage such as 2-cylinder, 3-cylinder, and 8-cylinder. Since there is no side thrust, the piston and valve can be easily ceramicized, and the use of ceramic can reduce the weight and improve the heat insulation.
  • the displacement of the piston can be doubled or tripled compared to a circular piston having the same diameter as the short axis S of the piston. Thereby, it can reduce in size with a large flow volume. Further, since the piston area can be increased with the same stroke, the volume is also increased.
  • a plurality of oval-shaped pistons 20 and cylinder bores 18 are arranged so that their long axes L are substantially parallel.
  • the bore pitch P1 is, for example, 105 mm.
  • the bore pitch P2 is, for example, 150 mm. That is, by using the oval-shaped piston 20, the bore pitch P1 can be significantly reduced as compared with an equivalent capacity pump using a circular piston, and the apparatus can be downsized. For example, when the bore pitch is shared between a drive device using an oval piston and a drive device using a perfect circle piston, the total length of the drive device using an oval piston is about half that of a drive device using a perfect piston. It becomes.
  • the XY separation crank mechanism 50 is configured such that the reciprocating direction (second direction) of the crank connecting member 54 is parallel to the long axis L of the piston 20. For this reason, the plurality of pistons and the XY separation crank mechanism 50 can be arranged close to each other to reduce the size of the entire apparatus. Further, by reducing the dimension in the bore pitch direction, the crankshaft can be shortened, and as a result, the rigidity of the crankshaft and the rigidity of the entire apparatus can be increased.
  • the inflow port and the exhaust port can have a diameter substantially equal to the short axis S, that is, the inflow port, the exhaust port, and the valve
  • the diameter can be easily increased. This facilitates an increase in capacity of the pump.
  • the shape of the valve can be arbitrarily changed according to the properties of the fluid, such as an ellipse, a half moon, a square, a hexagon, and the like.
  • a pump that is highly efficient, has a large capacity, and can be easily miniaturized is obtained.
  • the drive device described above may be applied not only to a pump but also to an engine, a compressor, and the like. Moreover, it is good also as not only 2 cylinders but a single cylinder or 3 cylinders or more.
  • the shape of the piston is not limited to the oval shape, and may be other non-circular shapes, for example, a rectangular shape with rounded corners, other polygonal shapes, an elliptical shape with a constricted central portion, and the like.
  • the drive device is configured as an axial pump, for example.
  • 13 is a perspective view schematically showing an axial flow pump according to the second embodiment
  • FIG. 14 is a longitudinal sectional view of the axial flow pump taken along line DD in FIG. 13
  • FIG. 15 is an axial flow diagram. It is a perspective view which shows the piston and XY separation crank mechanism of a pump.
  • the axial flow pump 10 has a substantially rectangular tube-shaped casing 12, a cylinder block (cylinder) 14 fixed on the casing 12, and an upper end opening of the cylinder block 14 closed.
  • a rectangular block-shaped cylinder head (support) 16 provided on the cylinder block 14, a piston 20 disposed in a reciprocating manner in a bore 18 of the cylinder block 14, and a plurality of valve mechanisms 120 provided on the cylinder head 16.
  • a drive shaft (crankshaft) 40 rotatably supported by the housing 12, an XY separation crank mechanism 50 that converts the rotational motion of the crankshaft 40 into a reciprocating motion and transmits it to the piston 20, and a crankshaft of the pump
  • a motor (not shown) for driving 40 is provided.
  • the pump 10 is configured as a multi-cylinder, for example, two cylinders, and includes two pistons 20 and two XY separation crank mechanisms 50.
  • the planar shape of each piston 20 is irregular, that is, non-circular.
  • the piston 20 is formed in an oval shape including an oval shape and an oval shape, and has a long axis L and a short axis S orthogonal to the long axis.
  • the piston 20 has a pair of linear long side edges parallel to the long axis L, and a semicircular short side edge continuous with the ends of the long side edges.
  • Two bores (cylinder bores) 18 are formed in the cylinder block 14 and extend in the first direction (Y-axis direction), here, in the vertical direction. That is, the cylinder block 14 has two cylinders integrally. Each bore 18 is formed in an oval cross-sectional shape corresponding to the piston 20. The two bores 18 are formed such that their long axes L are arranged in parallel to each other. The piston 20 having an oval shape in plan view is slidably disposed in the bore 18 of the cylinder block 14. The two pistons 20 are arranged with their long axes L aligned in parallel to each other and the short axes S aligned in the same direction.
  • a compression chamber 20a is defined by a piston 20 and a cylinder head 16.
  • the piston 20 moves up and down in the cylinder bore 18, that is, reciprocates along the axial direction (Y-axis direction, first direction) of the cylinder bore 18, thereby increasing or decreasing the volume of the compression chamber 20a.
  • the XY separation crank mechanism 50 is provided between the piston 20 and the crankshaft 40, and is configured to convert the reciprocating motion along the Y-axis direction of the piston 20 and the rotational motion of the crankshaft 40 by mutually converting them.
  • a driving force is input to the crankshaft 40, and the crankshaft 40 rotates around the Z axis.
  • the XY separation crank mechanism 50 converts the rotational motion of the crankshaft 40, which is a drive input, into a linear reciprocating motion and transmits the linear motion to the piston 20, and gives an output to the piston 20.
  • Each XY separation crank mechanism 50 includes a support member (combinator) 52 provided so as to be reciprocally movable along the Y-axis direction on a reference plane including the central axis (movement axis, Y-axis) of the piston 20, and a reference plane.
  • the piston 20 and the support member 52 are coupled to the crank connection member (crank connection plate) 54 attached to the support member 52 so as to be reciprocally movable along a second direction (X-axis direction) orthogonal to the Y-axis direction.
  • a connecting rod 28 as a connecting member.
  • the movement center axis (Y-axis direction) of the support member 52, the movement center axis (X-axis direction) of the crank connecting member 54, and the center movement axis (Y-axis direction) of the connecting rod 28 are located on the reference plane.
  • the long axis L of the piston 20 extends in parallel with the second direction (X-axis direction) and is located on the reference plane.
  • the support member 52 is formed in a rectangular frame shape, for example. That is, the support member 52 integrally includes a first support portion 52a extending in the Y-axis direction, and a second support portion 52b and a third support portion 52c extending in the X-axis direction from both axial ends of the first support portion 52a. is doing. In the present embodiment, the support member 52 connects the extended end of the second support portion 52b and the extended end of the third support portion 52c, and faces the first support portion 52a with a gap therebetween. 52d is integrally provided.
  • the support member 52 is die-cast, for example, from aluminum.
  • the first linear slider 56a is fixed to the first support portion 52a, and the first guide rail 58a is fixed to the inner surface of the side wall 26c of the housing 12 and extends in the Y-axis direction.
  • the first linear slider 56a is supported and guided by the first guide rail 58a so as to reciprocate along the Y-axis direction.
  • the support member 52 is supported by the housing 12 so as to be reciprocally movable along the Y-axis direction.
  • the first linear slider 56a may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the first guide rail 58a.
  • a second guide rail 58b extending in the X-axis direction is formed on the second support portion 52b of the support member 52.
  • a third guide rail 58c extending in the X-axis direction is formed on the third support portion 52c, and faces the second guide rail 58b in parallel.
  • the second and third guide rails 58b and 58c are formed to have, for example, a rectangular cross section.
  • the second and third guide rails 58b and 58c may be formed integrally with the support member 52, or guide rails formed separately may be fixed to the support member 52.
  • the crank connection member 54 of the XY separation crank mechanism 50 is configured as a rectangular block member.
  • a first sliding portion 63a and a second sliding portion 63b are formed on the left and right side surfaces of the crank connecting member 54, respectively.
  • a linear engagement groove that engages with the second guide rail 58b of the support member 52 is formed in the first sliding portion 63a.
  • a linear engagement groove that engages with the third guide rail 58c of the support member 52 is formed in the second sliding portion 63b. These engagement grooves extend in the second direction (X-axis direction).
  • the sliding area that is in sliding contact with the third guide rail 58c is formed substantially the same as the sliding area of the first sliding portion 63a that is in sliding contact with the second guide rail 58b.
  • a circular through hole 60 is formed through substantially the center of the crank connecting member 54.
  • the through hole 60 extends in the Z-axis direction orthogonal to the Y-axis direction.
  • the crank pin 44 of the crankshaft 40 is rotatably inserted into the through hole 60.
  • a plain bearing 67 is formed on the sliding surface of the through hole 60, that is, the inner surface by lining processing (plating) such as electroforming or electrodeposition.
  • a wire cut may be used after plating.
  • the crank connecting member 54 engages the engaging groove of the first sliding portion 63 a with the second guide rail 58 b of the supporting member 52, and the engaging groove of the second sliding portion 63 b of the supporting member 52.
  • the first and second support portions 52b and 52c of the support member 52 are slidably guided and supported along the X-axis direction.
  • the crank pin 44 of the crankshaft 40 is rotatably inserted into the through hole 60 of the crank connection member 54.
  • the crank connecting member 54 engages with the crankshaft 40 and connects the crankshaft 40 and the support member 52.
  • the crank connecting member 54 is divided into two members (a first half portion 62a including a first sliding portion 63a and a second sliding portion) that are divided along a dividing surface 61 that passes through the central axis of the through hole 60 and is orthogonal to the Y-axis direction.
  • the second half portion 62b) including the moving portion 63b) is engaged, and the two members are engaged in a state where the divided surfaces 61 are abutted with each other, thereby forming a crank connecting member 54 having a rectangular block shape.
  • the dividing surface 61 is a surface that passes through the central axis of the through hole 60 and extends in the second direction (X-axis direction).
  • the dividing surface 61 is formed in a corrugated surface having a wave shape, an S shape, or a cyclone shape.
  • the unevenness of the dividing surface 61 is alternately arranged in the Z-axis direction, and the respective recesses and protrusions extend in the X-axis direction.
  • each dividing surface 61 has two recesses and two projections that are alternately arranged.
  • the gap between the dividing surface 61 of the first half portion 62a and the dividing surface 61 of the second half portion 62b is formed to be about 100 ⁇ m.
  • the first and second half portions 62a and 62b are preferably formed of a material that easily contains lubricating oil, such as copper, brass, or fine ceramic. Further, the first and second half portions 62a and 62b can be made of engineering plastics such as ABS, and can be made by performing vapor deposition plating or the like on the surface.
  • each division surface 61 of the 1st half part 62a and the 2nd half part 62b is good also as an uneven surface which has one convex part and one recessed part.
  • the concave / convex surface only needs to have concave portions and convex portions arranged in the Z-axis direction, and the shapes of the concave portions and the convex portions themselves are not limited to curved surfaces but can be variously changed to other shapes.
  • the connecting member has two connecting rods 28, one end of each connecting rod 28 is connected to the piston 20 via a support pin, and the other end is connected to the second support portion 52 b of the support member 52.
  • the connecting rods 28 extend in parallel with the Y-axis direction and are spaced apart from each other in the X-axis direction. At the same time, the two connecting rods 28 are arranged side by side on the long axis L of the piston 20.
  • the connecting rod 28 airtightly penetrates the rod packing 32 provided on the upper wall 26 d of the housing 12 from the piston 20 and extends into the housing 12.
  • the connecting rod 28 reciprocates integrally with the support member 52 along the Y-axis direction, and reciprocates the piston 20 along the Y-axis direction.
  • the connecting member is not limited to two connecting rods, and a single connecting rod or a plate-like connecting arm extending in the long axis L direction may be used.
  • the two pistons 20 and the two sets of XY separation crank mechanisms 50 are configured in the same manner. As shown in FIGS. 16 and 17, the XY separation crank mechanism 50 and the two pistons 20 are arranged so that the major axis L of the piston 20 is located in parallel with each other and the minor axis S is located on the same plane. Are arranged and installed. However, in the two pistons 20 and the two sets of XY separation crank mechanisms 50, the long axes L are positioned in parallel to each other, and the short axes S of the two pistons are at a predetermined angle in the rotation direction of the crankshaft 40, for example, 20 to 180. It is also possible to arrange them so as to be shifted by a degree.
  • crank connection member 54 is divided and attached to the crankshaft 40. After the attachment, the crank connection member 54 is attached to the second support portion 52b and the third support portion 52c of the support member 52. Install in between. Thereby, the crank connecting member 54 can be assembled to the crankshaft 40 having the plurality of crankpins 44. Even in the case of multiple cylinders, the assembly becomes easy and the assemblability can be improved.
  • the crank connecting member is divided into two left and right at the center of the through-hole 60, and the dividing surface 61 is formed to be uneven, so that there is an opening in the XY direction between the divided first half portion 62a and second half portion 62b. Also, inconvenience due to mutual interference can be prevented. Further, if the uneven shape is a wave shape, an S shape, or a cycloid shape, it is possible to remove the mutual interference between the two members even in the ZY plane perpendicular to the Z-axis direction. By forming the clearance between the two members with a small gap of about 100 ⁇ m, for example, it is possible to insulate a three-dimensional force between the XY plane and the ZY plane.
  • the drive device is configured as an engine device, for example.
  • FIG. 18 is a perspective view schematically showing an engine apparatus according to the third embodiment
  • FIG. 19 is a perspective view showing an XY separation valve mechanism of the engine apparatus.
  • the engine device 100 includes a substantially rectangular tube-shaped casing 12, a cylinder block (cylinder) 14 fixed on the casing 12, and the cylinder block 14 so as to close the upper end opening of the cylinder block 14.
  • a rectangular block-shaped cylinder head (support) 16 provided in the cylinder block 16, a piston 20 disposed in the bore 18 of the cylinder block 14 so as to freely reciprocate, a plurality of valve mechanisms 120 and 122 provided in the cylinder head 16, and a housing.
  • a drive shaft (crankshaft) 40 rotatably supported by the body 12 and an XY separation crank mechanism 50 that converts the reciprocating motion of the piston 20 into a rotational motion and transmits the rotational motion to the crankshaft 40 are provided.
  • the planar shape of the piston 20 is irregular, that is, non-circular.
  • the piston 20 is formed in an oval shape including an oval shape and an oval shape, and has a long axis L and a short axis S orthogonal to the long axis.
  • the piston 20 has a pair of linear long side edges parallel to the long axis L, and a semicircular short side edge continuous with the ends of the long side edges.
  • the housing 12, the piston 20, the cylinder block 14, and the XY separation crank mechanism 50 are configured in the same manner as in the second embodiment described above, for example.
  • the cylinder head 16 has an inflow hole 116 and an exhaust hole 118 that communicate with the compression chamber 20a of the cylinder block 14.
  • One end of the inflow hole 116 (inflow port 116a) and one end of the discharge hole 118 (discharge port 118a) are opened on the lower surface of the cylinder head 16 and face the compression chamber 20a.
  • the other ends of the inflow hole 116 and the discharge hole 118 are respectively opened on both side surfaces of the cylinder head 16.
  • a spark plug 130 for ignition is attached to the cylinder head 16, and the lower end of the spark plug 130 is exposed to the combustion chamber 16b of the cylinder head 16 between the inflow port 116a and the exhaust port 118a.
  • the valve mechanism provided in the cylinder head 16 includes an inflow side valve mechanism 120 that opens and closes the inflow port 116a and a discharge side valve mechanism 122 that opens and closes the discharge port 118a.
  • the inflow side valve mechanism 120 and the discharge side valve mechanism 122 are constituted by a Z mechanism linear valve mechanism or a Z mechanism XY separation valve mechanism as a valve operating mechanism.
  • the inflow side valve mechanism 120 is composed of a Z mechanism XY separation valve mechanism
  • the discharge side valve mechanism 122 is composed of a Z mechanism linear valve mechanism.
  • the inflow side valve mechanism 120 includes an inflow valve 121a made of, for example, a mushroom valve as a valve body.
  • the inflow valve 121a integrally has a substantially disc-shaped valve head and an elongated cylindrical stem extending from the valve head.
  • An annular valve face is formed on the periphery of the valve head.
  • the stem of the inflow valve 121a is guided to move up and down along the fourth direction Y1 (a direction slightly inclined with respect to the moving direction Y of the piston 20), and the valve head opens and closes the inflow port 116a.
  • the inflow port 116a is formed with a tapered valve seat facing the valve face.
  • the inflow side valve mechanism 120 is connected to a valve spring (for example, a compression coil spring) 74a that urges the inflow valve 121a toward the closed position, and a stem extending end of the inflow valve 121a, and opens and closes the inflow valve 121a. And a separation drive mechanism 77.
  • the valve spring 74 a is disposed in a mounting chamber 71 a formed in the cylinder head 16.
  • a cap 70a is fitted into the upper end opening of the mounting chamber 71a, and the upper end opening is airtightly closed.
  • the stem of the inflow valve 121a penetrates the cylinder head 16 in an airtight manner, and protrudes above the cylinder head 16 through the mounting chamber 71a and the cap 70a.
  • the XY separation drive mechanism 77 is fixed to the stem extension end of the inflow valve 121a, and stands on the cylinder head 16 and the Y axis (first) separation slider (combinator) 78a that moves in the first direction Y1 integrally with the inflow valve 121a.
  • An intake cam 86a that is rotatably supported and is in rolling contact with the cam follower 85a is provided.
  • the Y-axis separation slider 78a is formed in a substantially rectangular block shape, and has one side surface extending in the fourth direction Y1 and an upper surface extending in the sixth direction X1 orthogonal to the first direction.
  • a Y-axis linear slider 87a extending in the fourth direction Y1 is fixed on one side surface of the Y-axis separation slider 78a, or is formed integrally with the Y-axis separation slider 78a.
  • An X-axis guide rail 88a extending in the sixth direction X1 is fixed to the upper surface of the Y-axis separation slider 78a, or is formed integrally with the Y-axis separation slider 78a.
  • a Y-axis guide rail 90a extending in the fourth direction Y1 is fixed on the side surface of the fulcrum hinge 80a facing the Y-axis separation slider 78a, or is formed integrally with the fulcrum hinge 80a.
  • the Y-axis linear slider 87a of the Y-axis separation slider 78a is guided and supported by the Y-axis guide rail 90a so as to be slidable along the fourth direction Y1. That is, only one side of the Y-axis separation slider 78a is supported by the fulcrum hinge 80a so as to be able to reciprocate along the fourth direction Y1.
  • An X-axis linear slider 92a is fixed to the lower surface of the X-axis separation slider 84a facing the Y-axis separation slider 78a, or is formed integrally with the X-axis separation slider 84a.
  • the X-axis linear slider 92a is guided and supported by the X-axis guide rail 88a of the Y-axis separation slider 78a so as to be slidable along the sixth direction X1. That is, only the lower end portion of the X-axis separation slider 84a is engaged with the Y-axis separation slider 78a so as to reciprocate in the sixth direction X1.
  • Each of the Y-axis linear slider 87a and the X-axis linear slider 92a may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the guide rail.
  • the fulcrum hinge 80a is formed in a rod shape or a plate shape and is fixed to the upper surface of the cylinder head 16 along the fourth direction Y1 from the cylinder head 16, that is, in parallel with the stem of the intake valve 121a. It has an extending body part and a distal end part 80c extending in a bifurcated manner from the upper end of the body part.
  • the distal end portion 80c is curved or bent from the body portion to the moving path side (X-axis separation slider 84a side) of the Y-axis separation slider 78a with respect to the fourth direction Y1.
  • the rocker arm 82a is rotatably supported by the extended end of the tip 80c of the fulcrum hinge 80a, and this support position constitutes a fulcrum. For this reason, the rocker arm 82a is swingably supported by the fulcrum hinge 80a at a fulcrum position shifted from the center in the longitudinal direction of the rocker arm toward the force point side, that is, the X-axis separation slider 84a.
  • the distance L1 between the action point (the center axis of the cam follower 85a) and the fulcrum is sufficiently larger than the distance L2 between the fulcrum and the force point (the engagement position between the X separation slider 84a and the rocker arm 82a) (L1> L2). , About 3 times.
  • the rocker arm 82a has a large lever ratio (L1 / L2), and the X-axis separation slider 84a, the Y-axis separation slider 78a, and the inflow valve 121a can be easily operated by applying a relatively small force to the action point. It is possible to push it down.
  • the inflow valve 121a When the inflow port 116a is closed, the inflow valve 121a is lifted by being biased by the valve spring 74a, the valve face is in close contact with the valve seat (valve seat) provided in the inflow port 116a, and the inflow port 116a is closed. .
  • the intake cam (pressing member) 86a rotates and pushes the cam follower 85a of the rocker arm 82a upward at a predetermined timing.
  • the rocker arm 82a rotates counterclockwise around the fulcrum, and the X-axis separation slider 84a rotates downward.
  • the X-axis separation slider 84a pushes the Y-axis separation slider 78a and the inflow valve 121a downward along the fourth direction Y1, and simultaneously slides in the sixth direction X1 with respect to the Y-axis separation slider 78a. That is, the rotational movement of the rocker arm 82a and the X-axis separation slider 84a is separated into the movement in the fourth direction Y1 and the movement in the sixth direction X1, and only the movement in the fourth direction Y1 is transmitted to the Y-axis separation slider 78a. Is done. As a result, the Y-axis separation slider 78a and the inflow valve 121a are reciprocated along the fourth direction Y1 by the Y-axis linear slider 87a to open and close the inflow port 116a.
  • the discharge side valve mechanism 122 includes a discharge valve 121b made of, for example, a mushroom valve as a valve body.
  • the discharge valve 121b integrally has a substantially disc-shaped valve head and a substantially long cylindrical stem extending from the valve head.
  • An annular valve face is formed on the periphery of the valve head.
  • the stem of the discharge valve 121b is guided up and down along a fifth direction Y2 slightly inclined with respect to the moving direction Y of the piston 20, and the valve head of the discharge valve 121b opens and closes the discharge port 118a.
  • the discharge port 118a is formed with a tapered valve seat facing the valve face.
  • the discharge-side valve mechanism 122 is connected to a valve spring (for example, a compression coil spring) 97a that urges the discharge valve 121b toward the closed position and a stem extending end of the discharge valve 121b, and is a linear that drives the discharge valve 121b to open and close. And a slide drive mechanism 98.
  • the valve spring 97 a is disposed in a mounting chamber 71 b formed in the cylinder head 16.
  • a cap 70b is fitted into the upper end opening of the mounting chamber 71b, and the upper end opening is airtightly closed.
  • the stem of the discharge valve 121b penetrates the cylinder head 16 in an airtight manner, and protrudes above the cylinder head 16 through the mounting chamber 71b and the cap 70b.
  • the linear slide drive mechanism 98 is fixed to the stem extension end of the discharge valve 121b, and moves in the fifth direction Y2 integrally with the discharge valve 121b.
  • the linear slide drive mechanism 98 is rotatably attached to the Y-axis slider 100a.
  • the Y-axis slider 100a is formed in a substantially rectangular block shape and has one side surface extending in the fifth direction Y2.
  • a Y-axis linear slider 106a extending in the fifth direction Y2 is fixed on one side surface of the Y-axis slider 100a, or is formed integrally with the Y-axis slider 100a.
  • a Y-axis guide rail 108a extending in the fifth direction Y2 is fixed on the side surface of the slide holder 104a that faces the Y-axis slider 100a.
  • the Y-axis linear slider 106a of the Y-axis slider 100a is guided and supported by the Y-axis guide rail 108a so as to be slidable along the fifth direction Y2.
  • the Y-axis linear slider 106a may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the Y-axis guide rail 108a.
  • the discharge valve 121b and the Y-axis slider 100a are lifted by the valve spring 97a, and the discharge valve 121b is in close contact with the valve seat (valve seat) of the discharge port 118a to close the discharge port 118a.
  • the discharge cam 105a rotates and pushes the cam follower 102a of the Y-axis slider 100a downward at a predetermined timing.
  • the Y-axis slider 100a slides downward along the third direction Y2, moves the discharge valve 121b downward along the fifth direction Y2, and opens the discharge port 118a.
  • a driving force is input to the piston 20 by the fuel compressed and burned in the compression chamber 20a of the cylinder block 14, and the piston 20 reciprocates along the Y-axis direction.
  • the reciprocating motion of the piston 20 is converted into a rotational motion by the reciprocating motion in the Y-axis direction of the support member 52 and the reciprocating motion in the X-axis direction of the crank connecting member 54 in the XY separation crank mechanism 50 and is transmitted to the crankshaft 40.
  • a rotational output is given to the crankshaft 40.
  • the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained.
  • the dimension of the engine device along the axial direction of the crankshaft 40 can be shortened, and the engine device can be downsized. For example, it is possible to install a piston for four cylinders and an XY separation crank mechanism in a conventional installation space for two cylinders.
  • FIG. 20 shows a two-cylinder horizontally opposed engine device as the drive device according to the fourth embodiment.
  • an engine device 100 is provided on a crankshaft 40 rotatably supported by a bearing (not shown) or the like, and a bore 18 of a cylinder block 14 so as to be reciprocally movable along a first direction (X-axis direction).
  • the two pistons (first piston and second piston) 20 and an XY separation crank mechanism 50 that transmits the reciprocating motion of the piston 20 and the rotational motion of the crankshaft 40 to each other are transmitted.
  • the crankshaft 40 has one crankpin 44.
  • the crankpin 44 is positioned eccentrically with respect to the crankshaft 40 and rotates eccentrically around the crankshaft 40.
  • each piston 20 is irregular, that is, non-circular.
  • the piston 20 is formed in an oval shape including an oval shape and an oval shape, and has a long axis L and a short axis S orthogonal to the long axis.
  • the piston 20 has a pair of linear long side edges parallel to the long axis L, and a semicircular short side edge continuous with the ends of the long side edges.
  • the two pistons 20 are arranged on both sides of the crankshaft 40 in directions opposite to each other by 180 ° and are arranged coaxially with each other.
  • the two pistons 20 are arranged so that the long axes L face each other in parallel and the long axes L are located in the reference plane C.
  • the crankshaft 40 extends in the Z direction orthogonal to the reference plane C.
  • the XY separation crank mechanism 50 includes a support member 52 provided so as to reciprocate along the X-axis direction (first direction) on the reference plane C including the central axis (movement axis) of the piston 20, and the reference plane C.
  • a crank connecting member 54 attached to the support member 52 so as to be reciprocally movable along a second direction (Y-axis direction) orthogonal to the X-axis direction, and a connecting rod 28 connecting the piston 20 and the support member 52; It has.
  • the support member 52 is formed, for example, in a U shape, and extends in the X-axis direction.
  • the second support portion 52b and the third support 52b extend in the Y-axis direction from both axial ends of the first support portion 52a. It has the part 52c integrally.
  • the support member 52 may include a fourth support portion that connects the extended end of the second support portion 52b and the extended end of the third support portion 52c.
  • the support member 52 is die-cast, for example, from aluminum.
  • the 1st support part 52a has the guide groove 53 extended along an X-axis direction as a linear slider.
  • a first guide rail 58a is provided in a housing or the like (not shown) and extends in the X-axis direction. By engaging the guide groove 53 with the first guide rail 58a, the first support portion 52a is guided and supported by the first guide rail 58a so as to be slidable along the X-axis direction.
  • the first support 52a may incorporate a ball bearing that is in rolling contact with the first guide rail 58a.
  • a second guide rail 58b extending in the Y-axis direction is formed on the second support portion 52b of the support member 52.
  • a third guide rail 58c extending in the Y-axis direction is formed on the third support portion 52c, and faces the second guide rail 58b in parallel.
  • the second and third guide rails 58b and 58c are formed to have, for example, a rectangular or trapezoidal cross section.
  • the second and third guide rails 58b and 58c may be formed integrally with the support member 52, or guide rails formed separately may be fixed to the support member 52.
  • the crank connection member 54 of the XY separation crank mechanism 50 is configured as a rectangular block member.
  • a first sliding portion and a second sliding portion are formed on the left and right side surfaces of the crank connection member 54, respectively.
  • a linear engagement groove 63 a that engages with the second guide rail 58 b of the support member 52 is formed in the first sliding portion.
  • a linear engagement groove that engages with the third guide rail 58 c of the support member 52 is formed in the second sliding portion.
  • These engagement grooves 63a extend in the second direction (Y-axis direction).
  • the sliding area that is in sliding contact with the third guide rail 58c is formed substantially the same as the sliding area of the first sliding portion that is in sliding contact with the second guide rail 58b.
  • a circular through hole 60 is formed through substantially the center of the crank connecting member 54.
  • the through hole 60 extends in the Z-axis direction orthogonal to the Y-axis direction.
  • the crank pin 44 of the crankshaft 40 is rotatably inserted into the through hole 60.
  • a plain bearing is formed on the sliding surface of the through hole 60, that is, the inner surface by lining processing (plating) such as electroforming or electrodeposition.
  • the crank connecting member 54 engages the engagement groove 63 a of the first sliding portion with the second guide rail 58 b of the support member 52, and the engagement groove of the second sliding portion is the first of the support member 52.
  • the second guide member 52b is guided and supported so as to be slidable along the Y-axis direction between the second and third support portions 52b and 52c of the support member 52.
  • the crank pin 44 of the crankshaft 40 is rotatably inserted into the through hole 60 of the crank connection member 54.
  • the crank connecting member 54 engages with the crankshaft 40 and connects the crankshaft 40 and the support member 52.
  • the crank connecting member 54 is divided into two members (a first half portion 62a including a first sliding portion and a second sliding portion) divided along a split surface 61 that passes through the central axis of the through hole 60 and is orthogonal to the Y-axis direction.
  • a rectangular block-shaped crank connecting member 54 is formed by engaging the two members in a state in which the divided surfaces 61 face each other.
  • the dividing surface 61 is a surface that passes through the central axis of the through hole 60 and extends in the second direction (Y-axis direction). Further, the dividing surface 61 is formed in a corrugated surface having a wave shape, an S shape, or a cyclone shape.
  • the unevenness of the dividing surface 61 is alternately arranged in the Z-axis direction, and the respective recesses and protrusions extend in the Y-axis direction.
  • each dividing surface 61 has two recesses and two projections that are alternately arranged.
  • the gap between the dividing surface 61 of the first half portion 62a and the dividing surface 61 of the second half portion 62b is formed to be about 100 ⁇ m.
  • the first and second half portions 62a and 62b are preferably formed of a material that easily contains lubricating oil, such as copper, brass, or fine ceramic. Further, the first and second half portions 62a and 62b can be made of engineering plastics such as ABS, and can be made by performing vapor deposition plating or the like on the surface.
  • One piston 20 is connected to the second support portion 52b of the support member 52 by two connecting rods 28, for example.
  • the other piston 20 is connected to the third support portion 52 c by two connecting rods 28.
  • the two connecting rods 28 extend in parallel with the X-axis direction and are spaced apart from each other in the Y-axis direction. At the same time, the two connecting rods 28 are arranged side by side on the long axis L of the piston 20.
  • the connecting rod 28 reciprocates integrally with the support member 52 along the X-axis direction, and reciprocates the piston 20 along the X-axis direction.
  • the connecting member is not limited to two connecting rods, and a single connecting rod or a plate-like connecting arm extending in the long axis L direction may be used.
  • the piston 20 when a driving force is input to the piston 20 by fuel compression and combustion, the piston 20 reciprocates in the first direction.
  • the reciprocating motion of the piston 20 is converted into a rotational motion by the reciprocating motion in the X-axis direction of the support member 52 and the reciprocating motion in the Y-axis direction of the crank connecting member 54 in the XY separation crank mechanism 50. 40.
  • a rotational output is given to the crankshaft 40.
  • the major axes L of the two pistons are parallel to each other, and are configured to be positioned in parallel with the second and third support portions 52b and 52c of the support member 52.
  • the size of the engine device 100 in the Z-axis direction and the length of the crankshaft 40 can be reduced to achieve compactness.
  • a large capacity and compact engine device can be realized by using an oval piston.
  • the coaxial horizontally opposed engine device described above is not limited to two cylinders, and may be four cylinders, six cylinders or more.
  • the drive device provided with the XY separation crank mechanism 50 can be applied to a compressor, a pump, and the like in addition to a horizontally opposed engine.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
  • various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment.
  • constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

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Abstract

　実施形態によれば、駆動装置は、シリンダと、シリンダ内に第１方向に沿って往復移動自在に設けられ第１方向と直交する長軸および短軸を有するオーバル形を含む非円形のピストンと、クランク軸と、ピストンとクランク軸との間に設けられたＸＹ分離クランク機構と、を備えている。ＸＹ分離クランク機構は、第１方向に往復移動自在に設けられた支持部材と、第１方向と直交しピストンの長軸と平行な第２方向に沿って往復移動自在に支持部材に取り付けられているとともに、クランク軸のクランクが回転自在に係合するクランク接続部材と、ピストンと支持部材とを連結した連結部材と、を備えている。

Description

ＸＹ分離クランク機構を備えた駆動装置
　この発明の実施形態は、往復運動を回転運動に変換して伝達する、また、回転運動を往復運度に変換して伝達するＸＹ分離クランク機構および異型ピストンを備えた駆動装置に関する。
　往復運動を回転運動に変換して伝達する機構として、クランク機構が知られている。例えば、エンジン、コンプレッサ等は、シリンダ内に往復動自在に設けられたピストンと、ピストンに回動自在に連結されたコンロッドと、ピストンの往復移動方向と直交する方向に延びるクランク軸と、を備えている。コンロッドの他端は、クランク軸に偏心して設けられたクランクピンに回転自在に連結されている。そして、シリンダ内でピストンが往復移動すると、この往復運動は、コンロッドの揺動およびクランクピンの偏心回転により、クランク軸の回転運動に変換される。
　上記構成のクランク機構において、コンロッドは、通常、ピストンピンを介してピストンに回動自在に連結され、動力伝達時には、このピストンピンの回りで揺動しながら、平行移動する。そのため、ピストンに回転方向の力が作用し、ピストンの上端外周部および下端外周部の２箇所でシリンダ内面に対して楔効果状の摩擦ロスが発生する。通常、この摩擦ロスを潤滑剤で低減することにより、ピストンの円滑な往復移動を可能としている。しかし、大型のピストンでは油切れを起こし、焼きつき現象となって現れる場合がある。
　また、ピストンは、通常、真円形のピストンが用いられている。しかし、真円形のピストンを用いて多気筒化を図る場合、最低減、ピストンの直径以上のボアピッチを取ってピストンおよびシリンダを並べる必要があり、シリンダの配列方向の装置寸法が大きくなる。同時に、クランクシャフトが長くなり、装置全体の剛性を上げることが困難となる。
特開２００６－３０７９６１号公報 特開２００４－３１６５７６号公報 特開２００７－２７０６５３号公報
　この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その課題は、高い効率で運動を変換伝達可能で大容量化および小型化が容易な駆動装置を提供することにある。
　実施形態によれば、駆動装置は、シリンダと、前記シリンダ内に第１方向に沿って往復移動自在に設けられたピストンであって、前記第１方向と直交する長軸および短軸を有するオーバル形を含む非円形のピストンと、前記ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、前記ピストンと前記クランク軸との間に設けられ、前記ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、前記第１方向に往復移動自在に設けられた支持部材と、前記第１方向と直交し前記長軸と平行な第２方向に沿って往復移動自在に前記支持部材に取り付けられているとともに、前記クランク軸のクランクが回転自在に係合するクランク接続部材と、前記ピストンと前記支持部材とを連結した連結部材と、を具備するＸＹ分離クランク機構と、を備えている。
図１は、第１の実施形態に係る駆動装置の側面図。 図２は、前記駆動装置のクランクシャフトと直交する縦断面図。 図３は、前記駆動装置のシリンダの上面を示す平面図。 図４は、前記駆動装置のクランクシャフトの軸方向に沿った前記駆動装置の断面図。 図５は、前記駆動装置の支持部材、ピストン、クランク接続部材を示す斜視図。 図６は、前記ピストンおよびピストンリングを示す分解斜視図。 図７は、前記ピストンリングを装着した前記ピストンを示す斜視図。 図８は、前記駆動装置の支持部材、ピストン、クランク接続部材、クランクシャフトを示す分解斜視図。 図９は、前記駆動装置のバルブ機構部分を示す断面図。 図１０は、前記駆動装置のピストンおよびシリンダと、流入ポートおよび排出ポートとの関係を概略的に示す平面図。 図１１は、前記駆動装置のボアピッチと、円形ピストンを用いる比較例に係る駆動装置のボアピッチと、を比較して示す図。 図１２は、変形例に係るバルブ体およびシリンダヘッドを概略的に示す斜視図。 図１３は、第２の実施形態に係る駆動装置を模式的に示す斜視図。 図１４は、第２の実施形態に係る駆動装置のクランクシャフトと直交する断面図。 図１５は、第２の実施形態に係る駆動装置の支持部材、ピストン、クランク接続部材、クランクシャフトを示す斜視図。 図１６は、前記駆動装置のシリンダの上面を示す平面図。 図１７は、前記駆動装置のピストン、支持部材、およびクランク軸を示す側面図。 図１８は、第３の実施形態に係る駆動装置の断面図。 図１９は、第３の実施形態に係る駆動装置のＸＹ分離バルブ機構を示す斜視図。 図２０は、第４の実施形態に係る駆動装置を模式的に示す斜視図。
　以下、図面を参照しながら、実施形態に係るＺメカニズムＸＹ分離クランク機構を備える種々の駆動装置について説明する。　
（第１の実施形態）　
　本実施形態において、駆動装置は、例えば、軸流ポンプとして構成されている。図１は、第１の実施形態に係る軸流ポンプの側面図、図２は、図１の線Ａ－Ａに沿った軸流ポンプの縦断面図、図３は、軸流ポンプのシリンダの上面を示す平面図、図４は、軸流ポンプのクランクシャフトの軸方向に沿った前記駆動装置の断面図である。
　図１ないし図４に示すように、軸流ポンプ１０は、ほぼ角筒形状の筐体１２、筐体１２上に固定されたシリンダブロック（シリンダ）１４、シリンダブロック１４の上端開口を塞ぐようにシリンダブロック１４上に設けられた矩形ブロック形状のシリンダヘッド（支持体）１６、シリンダブロック１４のボア１８内に往復移動自在に配置されたピストン２０、シリンダヘッド１６に設けられた複数のバルブ機構７０、筐体１２に回転自在に支持された駆動軸（クランク軸）４０、クランク軸４０の回転運動を往復運動に変換してピストン２０に伝達するＸＹ分離クランク機構５０、およびポンプのクランク軸４０を駆動するためのモータ２２を備えている。本実施形態において、ポンプ１０は、多気筒、例えば、２気筒に構成され、２つのピストン２０および２つのＸＹ分離クランク機構５０を備えている。また、各ピストン２０の平面形状は、異形、つまり、非円形に形成されている。本実施形態において、ピストン２０は、楕円形、長円形を含むオーバル形状に形成され、長軸Ｌおよびこの長軸と直交する短軸Ｓを有している。ピストン２０は、長軸Ｌと平行な一対の直線状の長側縁と、長側縁の端同士に連続する半円形の短側縁と、を有する。
　筐体１２は、一対の脚部２４を有する矩形状の底壁２６ａと、底壁の側縁に沿って立設された４つの側壁２６ｂ、２６ｃと、底壁２６ａと対向する上壁２６ｄと、対向する一対の側壁間で底壁２６ａに立設された隔壁２６ｅと、を有している。隔壁２６ｅと直交する１つの側壁２６ｃおよび上壁２６ｄは、他の側壁と別体に形成され、取外し可能に筐体１２に固定されている。
　シリンダブロック１４は、筐体１２の上壁２６ｄ上に固定され、鉛直方向に沿って筐体１２から上方へ延びている。本実施形態において、ポンプ１０は２気筒であり、シリンダブロック１４には２つのボア（シリンダボア）１８が形成され、それぞれ第１方向（Ｙ軸方向）、ここでは、鉛直方向、に延びている。これにより、シリンダブロック１４は２つのシリンダを一体に有している。図３に示すように、各ボア１８は、ピストン２０に対応するオーバル形状の断面形状に形成されている。２つのボア１８は、その長軸Ｌが互いに平行に並ぶように形成されている。更に、本実施形態において、２つのボア１８は、その短軸Ｓが同軸的に並ぶように、配置、形成されている。各ボア１８の内面は、シリンダライナにより形成されている。また、シリンダブロック１４には、冷却水を流す複数の冷却流路が形成されている。
　図２ないし図３に示すように、シリンダブロック１４は、ボア１８の長軸Ｌが筐体１２の隔壁２６ｅとほぼ平行に延びるように、また、２つのボア１８間の部分が隔壁２６ｅと対向するように、筐体１２に固定されている。２つのボア１８の下端開口は、上壁２６ｄにより閉塞されている。シリンダブロック１４上にシリンダヘッド１６が固定され、２つのボア１８の上端開口は、シリンダブロック１４により閉塞されている。　
　なお、シリンダブロック１４の上端とシリンダヘッド１６との間、並びに、シリンダブロック１４の下端と筐体１２との間、には、それぞれ断熱部材、例えば、フッ素樹脂で形成された断熱シートを配置してもよい。
　図５は、ポンプのピストンおよびＸＹ分離クランク機構を示す斜視図、および図６は、前記駆動装置の支持部材、ピストン、クランク接続部材、クランクシャフトを示す分解斜視図である。図２、図４および図５に示すように、平面形状がオーバル形のピストン２０は、シリンダブロック１４のボア１８内に摺動自在に配置されている。ピストン２０の外周には複数本のピストンリング２１が装着され、これらのピストンリング２１は、シリンダの内周面、すなわち、ボア１８の内周面に気密に接触している。２つのピストン２０は、その長軸Ｌが互いに平行に並び、かつ、短軸Ｓが同一方向に整列した状態で配置されている。
　なお、図６および図７に示すように、オーバル形状のピストン２０の場合、各ピストンリング２１は、複数の分割パーツにより構成されている。すなわち、各ピストンリング２１は、オーバルの直線部に対応する一対の直線状パーツ２１ａと、オーバルの半円部分に対応する一対の円弧状パーツ２１ｂと、で構成されている。一対の直線状パーツ２１ａおよび一対の円弧状パーツ２１ｂは、ピストン２０の外周に形成されたオーバル状の装着溝２０ｂにそれぞれコイルバネ２３を挟んで装着され、かつ、各パーツの端部同士を重ね合わせることにより、オーバル形状のピストンリング２１を構成している。ピストンリング２１は、コイルバネ２３により、ボア１０の内面、つまり、シリンダの内面に弾性的に押圧される。
　図２ないし図３に示すように、各ボア１８内には、ピストン２０とシリンダヘッド１６により、圧縮室２０ａが規定されている。ピストン２０は、シリンダボア１８内を昇降することにより、すなわち、シリンダボア１８の軸方向（Ｙ軸方向、第１方向）に沿って往復移動することにより、圧縮室２０ａの体積を増加、減少させる。
　連結部材として、例えば、２本の連結ロッド２８がピストン２０に連結されている。これらの連結ロッド２８は、ピストン２０から筐体１２の上壁２６ｄに形成された透孔３０を通り、筐体１２内まで延びている。上壁２６ｄの透孔３０には、例えば、２つのロッドパッキン３２が嵌合され、連結ロッド２８は、これらのロッドパッキン３２を気密に貫通して延びている。２本の連結ロッド２８は、ピストン２０の移動方向（第１方向）と平行に、すなわち、ボア１８の軸と平行に延在している。本実施形態において、２本の連結ロッド２８は、ピストン２０の長軸Ｌ上で、短軸Ｓの両側に位置している。すなわち、２本の連結ロッド２８は長軸Ｌの方向に並んで配置されている。　
　なお、連結部材は、２本の連結ロッドに限らず、単一の連結ロッド、あるいは、長軸Ｌ方向に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
　図１、図２、図４および図５に示すように、クランク軸４０は、ピストン２０の中心軸（移動軸、Ｙ軸）を含む基準平面Ｃ（図５参照）と直交する方向に延びている。本実施形態では、クランク軸４０の軸方向両端部は、筐体１２の対向する２つの側壁２６ｂに取付けられた第１軸受３５ａおよび第２軸受３５ｂにより、それぞれ回転自在に支持されている。これにより、クランク軸４０は、筐体１２のほぼ中央部に位置し、かつ、側壁２６ｂと直交する方向に延在し、ピストン２０の長軸Ｌと直交するＺ軸の周りで回転自在に筐体１２に支持されている。また、クランク軸４０の軸方向中央部は、筐体１２の隔壁２６ｅに設けられた第３軸受け３５ｃにより回転自在に支持されている。
　クランク軸４０の一端は、側壁２６ｂの外側に突出し、この突出端に、大径のフライホイール３４が同軸的に取り付けられている。また、クランク軸４０の他端は、他方の側壁２６ｂの外側に突出し、この突出端に、従動プーリ３６が同軸的に取り付けられている。これにより、フライホイール３４および従動プーリ３６は、クランク軸４０と一緒に回転する。モータ２２の回転軸に駆動プーリ３８が取り付けられ、この駆動プーリ３８と従動プーリ３６とに歯付きベルト３９が架け渡されている。モータ２２により、歯付きベルト３９を介してクランク軸４０を回転させることができる。
　図２、図４、図５、図８に示すように、クランク軸４０の中途部に、２組のクランクウェブ４２ａ、４２ｂが固定され、更に、各組のクランクウェブ４２ａ、４２ｂ間にクランクピン４４が固定されている。クランクピン４４の中心軸は、クランク軸４０と平行に、かつ、クランク軸の中心軸に対して、偏心して位置している。２本のクランクピン４４は、例えば、１８０度、反対向きに配置されている。これらのクランクピン４４およびクランクウェブ４２ａ、４２ｂは、筐体１２内に配置され、クランク軸４０の回転に応じて、クランク軸４０の周りで偏心回転する。
　図２、図４、図５、図８に示すように、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構５０は、ピストン２０とクランク軸４０との間に設けられ、ピストン２０のＹ軸方向に沿った往復運動とクランク軸４０の回転運動とを相互に変換して伝達するように構成されている。本実施形態に係るポンプ１０においては、モータ２２によりクランク軸４０に駆動力が入力され、クランク軸４０がＺ軸の周りで回転する。ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構５０は、駆動入力であるクランク軸４０の回転運動を、直線的な往復運動に変換してピストン２０に伝達し、ピストン２０に出力を与える。
　ＸＹ分離クランク機構５０は、ピストン２０の中心軸（移動軸、Ｙ軸）を含む基準平面Ｃにおいて、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材（Ｌ型コンビネータ）５２と、基準平面において、Ｙ軸方向と直交する第２方向（Ｘ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材５２に取り付けられたクランク接続部材（クランク接続プレート）５４と、ピストン２０と支持部材５２とを連結する前述の連結ロッド２８と、を備えている。支持部材５２の移動中心軸（Ｙ軸方向）、クランク接続部材５４の移動中心軸（Ｘ軸方向）、および連結ロッド２８の中心移動軸（Ｙ軸方向）は、基準平面Ｃに位置している。本実施形態において、ピストン２０の長軸Ｌは、第２方向（Ｘ軸方向）と平行に延び、また、基準平面Ｃに位置している。
　支持部材５２は、例えば、Ｌ字形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる第１支持部５２ａと、第１支持部５２ａの一端（ここでは、上端）からＸ軸方向に延びる第２支持部５２ｂとを一体に有している。第１支持部５２ａに第１リニアスライダ５６ａが固定され、また、筐体１２の側壁２６ｃの内面にガイドレール５８ａが固定されＹ軸方向に延びている。第１リニアスライダ５６ａは、ガイドレール５８ａに往復移動自在に支持およびガイドされている。これにより、支持部材５２の内、第１支持部５２ａのみが、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在に筐体１２に支持されている。
　支持部材５２の第２支持部５２ｂには、Ｘ軸方向に延びるガイドレール５８ｂが固定されている。クランク接続部材５４に第２リニアスライダ５６ｂが取付けられ、Ｘ軸方向に延びている。第２リニアスライダ５６ｂは、ガイドレール５８ｂに往復移動自在に支持およびガイドされている。これにより、クランク接続部材５４の一端部のみが、Ｘ軸方向に沿って往復移動自在に支持部材５２に支持されている。　
　なお、第１および第２リニアスライダ５６ａ、５６ｂは、それぞれガイドレールに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
　クランク接続部材５４は、例えば、矩形ブロック形状に形成され、円形の透孔６０を有している。クランク接続部材５４は、透孔６０の中心を含む分割面６１で、第１ハーフ部６２ａと第２ハーフ部６２ｂとに分割可能に形成され、第２ハーフ部６２ｂは、第１ハーフ部６２ａにネジ等で固定されている。第１ハーフ部６２ａの平坦部に前述した第２リニアスライダ５６ｂが固定されている。
　クランク接続部材５４の透孔６０に、クランク軸４０のクランクピン４４がボールベアリングあるいはプレーンベアリング等の軸受を介して回転自在に挿通されている。これにより、クランク接続部材５４はクランク軸４０に係合し、クランク軸４０と支持部材５２とを接続している。
　連結部材は２本の連結ロッド２８を有し、各連結ロッド２８の一端は支持ピンを介してピストン２０に連結され、他端は、支持部材５２の第２支持部５２ｂに連結されている。連結ロッド２８はＹ軸方向と平行に延びているとともに、Ｘ軸方向に互いに離間して配置されている。同時に、２本の連結ロッド２８は、ピストン２０の長軸Ｌ上に並んで配置されている。連結ロッド２８は、Ｙ軸方向に沿って支持部材５２と一体的に往復移動し、ピストン２０をＹ軸方向に沿って往復移動させる。
　なお、２つのピストン２０および２組のＸＹ分離クランク機構５０は、互いに同様に構成されている。本実施形態において、ＸＹ分離クランク機構５０および２つのピストン２０は、ピストン２０の長軸Ｌが互いに平行に位置するように、かつ、短軸Ｓが同一平面上に位置するように、配列および設置されている。ただし、２つのピストン２０および２組のＸＹ分離クランク機構５０は、長軸Ｌが互いに平行に位置し、２つのピストンの短軸Ｓがクランク軸４０の回転方向に所定角度、例えば、２０～１８０度ずれて位置するように配置することも可能である。
　次に、ポンプ１０のＺメカニズムバルブ機構について説明する。図９は、ポンプのバルブ機構部分を示す断面図、図１０は、ピストンおよびシリンダボアと、流入ポートおよび排出ポートとの関係を概略的に示す平面図である。　
　図１、図２、図９、図１０に示すように、支持体としてのシリンダヘッド１６は、シリンダブロック１４の圧縮室２０ａに連通する流入孔１１６および排出孔１１８を２つずつ有している。流入孔１１６の一端（流入ポート１１６ａ）および排出孔１１８の一端（排出ポート１１８ａ）はシリンダヘッド１６の下面にそれぞれ開口し、圧縮室２０ａに対向している。流入孔１１６および排出孔１１８の他端は、シリンダヘッド１６の両側面にそれぞれ開口している。同様に、他方の流入孔１１６の一端（流入ポート１１６ａ）および排出孔１１８の一端（排出ポート１１８ａ）はシリンダヘッド１６の下面にそれぞれ開口し、もう一方のボア１８の圧縮室２０ａに対向している。他方の流入孔１１６および排出孔１１８の他端は、シリンダヘッド１６の両側面にそれぞれ開口している。
　図１０から良く分かるように、オーバル形状のボア１８に対して、流入ポート１１６ａは、ボア１８の短軸Ｓよりも僅かに短い直径Ｄ１を有し、同様に、排出ポート１１８ａはボア１８の短軸Ｓよりも僅かに短い直径Ｄ２を有している。直径Ｄ１、Ｄ２の合計は、ボア１８の短軸Ｓの長さよりも充分に大きく、長軸Ｌの長さよりも僅かに小さい。
　図２、図９、図１０に示すように、シリンダヘッド１６に設けられたＺメカニズムバルブ機構７０は、シリンダボア１８毎に、流入孔１１６を開閉する流入側バルブ機構１２０、および排出孔１１８を開閉する排出側バルブ機構１２２を備えている。本実施形態において、流入側バルブ機構１２０および排出側バルブ機構１２２は、静圧バルブとして構成されている。
　流入側バルブ機構１２０は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる流入バルブ１２１ａと、シリンダヘッド１６に形成されたバルブガイド（ガイド孔）１２３ａと、を備えている。流入バルブ１２１ａのステム１２５ａは、バルブガイド１２３ａに挿通されている。流入バルブ１２１ａは、このバルブガイド１２３ａにより、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って昇降自在にガイドされ、流入孔１１６の流入ポート１１６ａを開閉する。流入ポート１１６ａには、全周に亘って、テーパ状のバルブシートが形成されている。流入バルブ１２１ａのステム１２５ａは、バルブガイド１２３ａに設けられているシーリング１２７を気密に貫通し、シリンダヘッド１６の第１設置室１３０ａ内に延出している。第１設置室１３０ａは、密閉され、流入孔１１６に対して気密に分離している。
　流入側バルブ機構１２０は、流入バルブ１２１ａを開閉方向であるＹ軸方向にリニアに移動させるリニア駆動機構を備えている。このリニア駆動機構は、流入バルブ１２１ａのステム１２５ａに固定されたＹ軸スライダ１３２ａと、シリンダヘッド１６の第１設置室１３０ａ内に固定されＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール（リニアガイド）１３４ａと、流入バルブ１２１ａのステム１２５ａの上端部に固定された固定ばね押さえ１５０ａと、ステム１２５ａの軸方向中間に設けられた可動ばね押さえ１５０ｂと、これら固定ばね押さえ１５０ａと可動ばね押さえ１５０ｂとの間で、ステム１２５ａの周囲に設けられたバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）１３８ａと、を備えている。可動ばね押さえ１５０ｂは、第１設置室１３０ａ内でＹ軸方向に沿って移動自在に、シリンダヘッド１６に取付けられている。流入バルブ１２１ａのステム１２５ａは、可動ばね押さえ１５０ｂを貫通して延びている。
　Ｙ軸スライダ１３２ａは、ステム１２５ａの中間部に固定され、第１設置室１３０ａ内に位置している。Ｙ軸スライダ１３２ａは、ほぼブロック形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる１側面を有している。Ｙ軸スライダ１３２ａの１側面上にＹ軸方向に延びるＹ軸リニアスライダ１４０ａが固定され、あるいは、Ｙ軸スライダ１３２ａと一体に形成されている。Ｙ軸リニアスライダ１４０ａは、Ｙ軸ガイドレール１３４ａにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。
　Ｙ軸リニアスライダ１４０ａは、Ｙ軸ガイドレール１３４ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。また、流入バルブ１２１ａおよびＹ軸リニアスライダ１４０ａがＹ軸方向に昇降する時にステム１２５ａがＹ軸リニアスライダ１４０ａに対して回転できるように、深溝玉軸受やアンギュラ軸受等の回転ベアリングをＹ軸リニアスライダ１４０ａに取付け、この回転ベアリングを介してステム１２５ａをＹ軸リニアスライダ１４０ａに固定してもよい。
　固定ばね押さえ１５０ａと可動ばね押さえ１５０ｂとの間に設けられたバルブばね１３８ａは、流入バルブ１２１ａを閉塞位置側、つまり、上方に付勢している。第１設置室１３０ａ内に調整ロッド１５４ａが挿通され、Ｙ軸方向に延びている。調整ロッド１５４ａの下端は、可動ばね押さえ１５０ｂに固定されている。調整ロッド１５４ａの上端部にはねじが切られ、この上端部は、シリンダヘッド１６の天井板部にねじ込まれ、シリンダヘッド１６の上方へ突出している。また、調整ロッド１５４ａの上端部にストッパ用のナット１５６ａが装着され、シリンダヘッド１６の上面に当接している。
　可動ばね押さえ１５０ｂは、調整ロッド１５４ａにより、任意のＹ軸方向位置に位置決めされている。また、ナット１５６ａを緩めた状態で、調整ロッド１５４ａをねじ込むあるいは引出して調整ロッド１５４ａをＹ軸方向に昇降させることにより、可動ばね押さえ１５０ｂを昇降させることができ、これにより、可動ばね押さえ１５０ｂと固定ばね押さえ１５０ａとの間隔を変えてバルブばね１３８ａの付勢力（反力）を調整することができる。そして、バルブばね１３８ａの付勢力を調整することにより、吸込みバルブの１２４ａの開閉タイミング、バルブヘッドの当たり等を調整することができる。このように、固定ばね押さえ１５０ａ、可動ばね押さえ１５０ｂ、調整ロッド１５４ａは、ばね調整機構を構成している。
　バルブの閉塞時、流入バルブ１２１ａおよびＹ軸スライダ１３２ａは、バルブばね１３８ａにより付勢されて上昇し、流入バルブ１２１ａのバルブヘッドは流入ポート１１６ａの弁座（バルブシート）に密着して、流入ポート１１６ａを閉じている。ピストン２０が上死点から下方に移動して圧縮室２０ａ内が減圧されると、流入バルブ１２１ａが下降し、流入ポート１１６ａを開放する。これにより、流入孔１１６から空気あるいは流体が圧縮室２０ａ内に送られる。また、ピストン２０が上昇して圧縮室２０ａ内の圧力が上昇すると、流入バルブ１２１ａは、バルブばね１３８ａにより付勢されて上昇し、流入ポート１１６ａを閉じる。
　排出側バルブ機構１２２は、流入側バルブ機構１２０とほぼ同様に構成されている。すなわち、排出側バルブ機構１２２は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる排出バルブ１２１ｂと、シリンダヘッド１６に形成されたバルブガイド（ガイド孔）１２３ｂと、を備えている。排出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂは、バルブガイド１２３ｂに挿通されている。排出バルブ１２１ｂは、バルブガイド１２３ｂにより、Ｙ軸方向（第１方向）に沿って昇降自在にガイドされ、排出バルブ１２１ｂのバルブヘッドは、排出孔１１８の圧縮室２０ａ側の端開口（排出ポート）１１８ａを開閉する。排出ポート１１８ａには、全周に亘って、テーパ状のバルブシートが形成されている。排出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂは、バルブガイド１２３ｂに設けられているシーリング１２７を気密に貫通し、シリンダヘッド１６の第２設置室１３０ｂ内に延出している。第２設置室１３０ｂは、密閉され、排出孔１１８に対して気密に分離している。
　排出側バルブ機構１２２は、排出バルブ１２１ｂを開閉方向であるＹ軸方向にリニアに移動させるリニア駆動機構を備えている。このリニア駆動機構は、排出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂに固定されたＹ軸スライダ１３２ｂと、シリンダヘッド１６の第２設置室１３０ｂ内に固定されＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレール（リニアガイド）１３４ｂと、第２設置室１３０ｂ内において、排出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂの軸方向中間部に固定された固定ばね押さえ１５２ａと、ステム１２５ｂの上端部に設けられた可動ばね押さえ１５２ｂと、これら固定ばね押さえ１５２ａと可動ばね押さえ１５２ｂとの間で、ステム１２５ｂの周囲に設けられたバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）１３８ｂと、を備えている。可動ばね押さえ１５２ｂは、第２設置室１３０ｂ内でＹ軸方向に沿って移動自在に、シリンダヘッド１６に取付けられている。排出バルブ１２１ｂのステム１２５ｂは、可動ばね押さえ１５２ｂを貫通して延びている。
　Ｙ軸スライダ１３２ｂは、ステム１２５ｂの軸方向中間部に固定され、第２設置室１３０ｂ内に位置している。Ｙ軸スライダ１３２ｂは、ほぼブロック形状に形成され、Ｙ軸方向に延びる１側面を有している。Ｙ軸スライダ１３２ｂの１側面上にＹ軸方向に延びるＹ軸リニアスライダ１４０ｂが固定され、あるいは、Ｙ軸スライダ１３２ｂと一体に形成されている。Ｙ軸リニアスライダ１４０ｂは、Ｙ軸ガイドレール１３４ｂにＹ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。
　Ｙ軸リニアスライダ１４０ｂは、Ｙ軸ガイドレール１３４ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。また、排出バルブ１２１ｂおよびＹ軸リニアスライダ１４０ｂがＹ軸方向に昇降する時にステム１２５ｂがＹ軸リニアスライダ１４０ｂに対して回転できるように、深溝玉軸受やアンギュラ軸受等の回転ベアリングをＹ軸リニアスライダ１４０ｂに取付け、この回転ベアリングを介してステム１２５ｂをＹ軸リニアスライダ１４０ｂに固定してもよい。
　固定ばね押さえ１５２ａと可動ばね押さえ１５２ｂとの間に設けられたバルブばね１３８ｂは、排出バルブ１２１ｂを閉塞位置側、つまり、下方に付勢している。第２設置室１３０ｂ内に調整ロッド１５４ｂが挿通され、Ｙ軸方向に延びている。調整ロッド１５４ｂの下端は、可動ばね押さえ１５２ｂに固定されている。調整ロッド１５４ｂの上端部にはねじが切られ、この上端部は、シリンダヘッド１６の天井板部にねじ込まれ、シリンダヘッド１６の上方へ突出している。また、調整ロッド１５４ｂの上端部にストッパ用のナット１５６ａが装着され、シリンダヘッド１６の上面に当接している。
　可動ばね押さえ１５２ｂは、調整ロッド１５４ｂにより、任意のＹ軸方向位置に位置決めされている。また、ナット１５６ｂを緩めた状態で、調整ロッド１５４ｂをねじ込むあるいは引出して調整ロッド１５４ｂをＹ軸方向に昇降させることにより、可動ばね押さえ１５２ｂを昇降させることができる。これにより、可動ばね押さえ１５２ｂと固定ばね押さえ１５２ａとの間隔を変えてバルブばね１３８ｂの付勢力（反力）を調整することができる。そして、バルブばね１３８ｂの付勢力を調整することにより、排出バルブ１２１ｂの開閉タイミング、バルブヘッドの当たり等を調整することができる。
　閉塞時、排出バルブ１２１ｂおよびＹ軸スライダ１３２ｂは、バルブばね１３８ｂにより付勢されて下降し、排出バルブ１２１ｂのバルブヘッドは排出ポート１１８ａの弁座（バルブシート）に密着して、排出ポート１１８ａを閉じている。ピストン２０が下死点から上方に移動して圧縮室２０ａ内が加圧されると、排出バルブ１２１ｂが上昇し、排出ポート１１８ａを開放する。これにより、圧縮空気あるいは圧縮流体が圧縮室２０ａから排出孔１１８を通して排出される。また、ピストン２０が下降して圧縮室１１３ａ内が減圧されると、排出バルブ１２１ｂは、バルブばね１３８ｂにより付勢されて下降し、排出ポート１１８ａを閉じる。
　上記のように構成されたＸＹ分離クランク機構５０を備えたポンプ１０によれば、例えば、クランク軸４０に回転力が入力されてクランク軸４０が回転すると、２本のクランクピン４４は、クランク軸４０の周りで、偏心回転する。この偏心回転運動は、クランク接続部材５４および支持部材５２により、Ｙ軸方向の移動とＸ軸方向の移動とに分離され、クランク接続部材５４は第２リニアスライダ５６ｂによりＸ軸方向に沿って往復動する。支持部材５２は、クランク接続部材５４と共に、第１リニアスライダ５６ａによりＹ軸方向に沿って往復動する。支持部材５２のＹ軸方向の往復運動は、連結ロッド２８を介して２つのピストン２０に伝達され、ピストン２０がシリンダブロック１４のボア１８内をＹ軸方向に沿って往復動する。　
　このようにして、クランク軸４０の回転運動はＸＹ分離クランク機構５０により往復運動に変換されピストン２０に伝達される。
　なお、ピストン２０に駆動入力がされる場合も同様に、ピストン２０の往復運動は、ＸＹ分離クランク機構５０における支持部材５２のＹ軸方向の往復運動およびクランク接続部材５４のＸ軸方向の往復運動によって回転運動に変換され、クランク軸４０に伝達される。これにより、クランク軸４０に回転出力が与えられる。
　上記のように構成されたポンプ１０によれば、ＺメカニズムＸＹ分離クランク機構５０により、ピストン２０の完全な平行運動を実現できる。そのため、非円形、例えば、オーバル形状のピストンを用いる場合でも、あるいは、大型ピストンを用いる場合でも、ピストンの片当たりを無くし、シール性がよく、サイドスラストロスレスで高い効率を得ることができる。多段化が容易であり、２気筒、３気筒、８気筒と任意に多段化できる柔軟性に優れている。サイドスラストロスがないため、ピストンやバルブを容易にセラミック化することが可能であり、セラミックを用いることにより、軽量化、断熱性の向上を図ることができる。
　オーバル形状のピストンを用いる場合、このピストンの短軸Ｓと同径の円形ピストンに比べて、ピストンの押しのけ量を２ないし３倍にすることができる。これにより、大流量で小型化することができる。また、ストロークが同じでピストン面積を増やすことができるから体積も大きくなる。
　図１１（ａ）に示すように、本実施形態では、複数のオーバル形状のピストン２０およびシリンダボア１８を、その長軸Ｌがほぼ平行となるように、複数配列している。ボアピッチＰ１は、例えば、１０５ｍｍとしている。これに対して、図１０（ｂ）に示すように、ピストン２０とほぼ同一面積を有する複数の円形ピストンを平行に配列した場合、ボアピッチＰ２は、例えば、１５０ｍｍとなる。すなわち、オーバル形状のピストン２０を用いることにより、円形ピストンを用いた同等容量のポンプに比較して、ボアピッチＰ１を大幅に減少することができ、装置の小型化を図ることができる。例えば、オーバル形ピストンを用いる駆動装置と、真円ピストンを用いる駆動装置とでボアピッチを共通とした場合、オーバル形ピストンを使った駆動装置の全長は真円ピストンを使った駆動装置の約半分程度となる。
　ＸＹ分離クランク機構５０は、クランク接続部材５４の往復移動方向（第２方向）がピストン２０の長軸Ｌと平行となるように構成されている。そのため、複数のピストンおよびＸＹ分離クランク機構５０を互いに接近して配置し、装置全体の小型化を図ることができる。更に、ボアピッチ方向の寸法を低減することにより、クランク軸を短くすることができ、その結果、クランク軸の剛性および装置全体の剛性を上げることが可能となる。
　図１０で示したように、オーバル形状のピストンおよびボアを用いることにより、流入ポートおよび排出ポートをほぼ短軸Ｓと同等の径にすることができ、すなわち、流入ポート、排出ポート、およびバルブを容易に大径化することができる。これにより、ポンプの大容量化が容易となる。また、図１２に示すように、バルブを、オーバル形状に合わせて、円形以外の異形状にしてもよい。バルブの形状は、楕円、半月、角型、６角形等、任意、流体の性質にあわせ任意に変更可能である。
　以上のことから、本実施形態によれば、高効率、大容量で小型化が容易なポンプが得られる。なお、上述した駆動装置は、ポンプに限らず、エンジン、コンプレッサ等に適用してもよい。また、２気筒に限らず、単気筒、あるいは３気筒以上としてもよい。ピストンの形状は、オーバル形状に限定されることなく、他の非円形状、例えば、角を丸めた矩形状、その他の多角形状、中央部のくびれた楕円形状等としてもよい。
　次に、他の実施形態に係る駆動装置について説明する。なお、以下に説明する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分を中心に詳しく説明する。
（第２の実施形態）
　第２の実施形態において、駆動装置は、例えば、軸流ポンプとして構成されている。図１３は、第２の実施形態に係る軸流ポンプを概略的に示す斜視図、図１４は、図１３の線Ｄ－Ｄに沿った軸流ポンプの縦断面図、図１５は、軸流ポンプのピストンおよびＸＹ分離クランク機構を示す斜視図である。
　図１３ないし図１５に示すように、軸流ポンプ１０は、ほぼ角筒形状の筐体１２、筐体１２上に固定されたシリンダブロック（シリンダ）１４、シリンダブロック１４の上端開口を塞ぐようにシリンダブロック１４上に設けられた矩形ブロック形状のシリンダヘッド（支持体）１６、シリンダブロック１４のボア１８内に往復移動自在に配置されたピストン２０、シリンダヘッド１６に設けられた複数のバルブ機構１２０、１２２、筐体１２に回転自在に支持された駆動軸（クランク軸）４０、クランク軸４０の回転運動を往復運動に変換してピストン２０に伝達するＸＹ分離クランク機構５０、およびポンプのクランク軸４０を駆動するための図示しないモータを備えている。本実施形態において、ポンプ１０は、多気筒、例えば、２気筒に構成され、２つのピストン２０および２つのＸＹ分離クランク機構５０を備えている。各ピストン２０の平面形状は、異形、つまり、非円形に形成されている。本実施形態において、ピストン２０は、楕円形、長円形を含むオーバル形状に形成され、長軸Ｌおよびこの長軸と直交する短軸Ｓを有している。ピストン２０は、長軸Ｌと平行な一対の直線状の長側縁と、長側縁の端同士に連続する半円形の短側縁と、を有する。
　シリンダブロック１４には、２つのボア（シリンダボア）１８が形成され、それぞれ第１方向（Ｙ軸方向）、ここでは、鉛直方向、に延びている。すなわち、シリンダブロック１４は２つのシリンダを一体に有している。各ボア１８は、ピストン２０に対応するオーバル形状の断面形状に形成されている。２つのボア１８は、その長軸Ｌが互いに平行に並ぶように形成されている。平面形状がオーバル形のピストン２０は、シリンダブロック１４のボア１８内に摺動自在に配置されている。２つのピストン２０は、その長軸Ｌが互いに平行に並び、かつ、短軸Ｓが同一方向に整列した状態で配置されている。
　各ボア１８内には、ピストン２０とシリンダヘッド１６により、圧縮室２０ａが規定されている。ピストン２０は、シリンダボア１８内を昇降することにより、すなわち、シリンダボア１８の軸方向（Ｙ軸方向、第１方向）に沿って往復移動することにより、圧縮室２０ａの体積を増加、減少させる。
　ＸＹ分離クランク機構５０は、ピストン２０とクランク軸４０との間に設けられ、ピストン２０のＹ軸方向に沿った往復運動とクランク軸４０の回転運動とを相互に変換して伝達するように構成されている。本実施形態に係るポンプ１０においては、クランク軸４０に駆動力が入力され、クランク軸４０がＺ軸の周りで回転する。ＸＹ分離クランク機構５０は、駆動入力であるクランク軸４０の回転運動を、直線的な往復運動に変換してピストン２０に伝達し、ピストン２０に出力を与える。
　各ＸＹ分離クランク機構５０は、ピストン２０の中心軸（移動軸、Ｙ軸）を含む基準平面において、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在に設けられた支持部材（コンビネータ）５２と、基準平面において、Ｙ軸方向と直交する第２方向（Ｘ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材５２に取り付けられたクランク接続部材（クランク接続プレート）５４と、ピストン２０と支持部材５２とを連結する連結部材としての連結ロッド２８と、を備えている。支持部材５２の移動中心軸（Ｙ軸方向）、クランク接続部材５４の移動中心軸（Ｘ軸方向）、および連結ロッド２８の中心移動軸（Ｙ軸方向）は、基準平面に位置している。本実施形態において、ピストン２０の長軸Ｌは、第２方向（Ｘ軸方向）と平行に延び、また、基準平面に位置している。
　本実施形態において、支持部材５２は、例えば、矩形枠状に形成されている。すなわち、支持部材５２は、Ｙ軸方向に延びる第１支持部５２ａと、第１支持部５２ａの軸方向両端からＸ軸方向に延びる第２支持部５２ｂおよび第３支持部５２ｃとを一体に有している。本実施形態において、支持部材５２は、第２支持部５２ｂの延出端と第３支持部５２ｃの延出端とを連結し、第１支持部５２ａと隙間を置いて対向する第４支持部５２ｄを一体に備えている。支持部材５２は、例えば、アルミニウムによりダイカスト成形されている。
　第１支持部５２ａに第１リニアスライダ５６ａが固定され、また、筐体１２の側壁２６ｃの内面に第１ガイドレール５８ａが固定されＹ軸方向に延びている。第１リニアスライダ５６ａは、第１ガイドレール５８ａにＹ軸方向に沿って往復移動自在に支持およびガイドされている。これにより、支持部材５２は、Ｙ軸方向に沿って往復移動自在に筐体１２に支持されている。第１リニアスライダ５６ａは、第１ガイドレール５８ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
　支持部材５２の第２支持部５２ｂには、Ｘ軸方向に延びる第２ガイドレール５８ｂが形成されている。第３支持部５２ｃには、Ｘ軸方向に延びる第３ガイドレール５８ｃが形成され、第２ガイドレール５８ｂと平行に対向している。第２および第３ガイドレール５８ｂ、５８ｃは、例えば、矩形状の横断面を有するように形成されている。第２および第３ガイドレール５８ｂ、５８ｃは、支持部材５２と一体に成形するか、あるいは、別体に形成されたガイドレールを支持部材５２に固定するようにしてもよい。
　ＸＹ分離クランク機構５０のクランク接続部材５４は、矩形ブロック形状の部材として構成されている。クランク接続部材５４の左右の側面には、それぞれ第１摺動部６３ａおよび第２摺動部６３ｂが形成されている。第１摺動部６３ａには、支持部材５２の第２ガイドレール５８ｂに係合する直線状の係合溝が形成されている。第２摺動部６３ｂには、支持部材５２の第３ガイドレール５８ｃに係合する直線状の係合溝が形成されている。これらの係合溝は、第２方向（Ｘ軸方向）に延びている。第２摺動部６３ｂにおいて、第３ガイドレール５８ｃに摺接する摺動面積は、第２ガイドレール５８ｂに摺接する第１摺動部６３ａの摺動面積とほぼ同一に形成されている。
　クランク接続部材５４のほぼ中央部に、円形の透孔６０が貫通形成されている。透孔６０は、Ｙ軸方向と直交するＺ軸方向に延びている。この透孔６０にクランク軸４０のクランクピン４４が回転自在に挿通される。透孔６０の摺動面、つまり、内面には、電鋳、電着等のライニング加工（メッキ）によりプレーンベアリング６７を形成している。メッキ後、ワイアカットを用いても良い。
　クランク接続部材５４は、第１摺動部６３ａの係合溝を支持部材５２の第２ガイドレール５８ｂに係合させることにより、また、第２摺動部６３ｂの係合溝を支持部材５２の第３ガイドレール５８ｃに係合させることにより、支持部材５２の第１および第２支持部５２ｂ、５２ｃの間に、Ｘ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。また、クランク接続部材５４の透孔６０に、クランク軸４０のクランクピン４４が回転自在に挿通される。これにより、クランク接続部材５４はクランク軸４０に係合し、クランク軸４０と支持部材５２とを接続している。
　クランク接続部材５４は、透孔６０の中心軸を通りＹ軸方向と直交する分割面６１に沿って分割された２部材（第１摺動部６３ａを含む第１ハーフ部６２ａ、および第２摺動部６３ｂを含む第２ハーフ部６２ｂ）で構成し、これら２部材を分割面６１同志を突き合せた状態で係合することにより、矩形ブロック形状のクランク接続部材５４を構成している。分割面６１は、透孔６０の中心軸を通り、第２方向（Ｘ軸方向）に延びる面としている。また、分割面６１は、波状、Ｓ字形状、あるいはサイクロン形状の凹凸面に形成されている。分割面６１の凹凸は、Ｚ軸方向に交互に並らび、各凹所および凸部は、Ｘ軸方向に延びている。本実施形態において、各分割面６１は、交互に並んだ２つの凹所と２つの凸部とを有している。係合状態において、第１ハーフ部６２ａの分割面６１と第２ハーフ部６２ｂの分割面６１との隙間は、１００μ程度となるように形成されている。第１および第２ハーフ部６２ａ、６２ｂは、潤滑油を含みやすい材料、例えば、銅、真鍮、ファインセラミック等で形成されていることが望ましい。また、第１および第２ハーフ部６２ａ、６２ｂは、ＡＢＳ等のエンジニアリングプラスティクで構成し、表面に蒸着メッキ等を施すことで作ることも可能である。
　なお、第１ハーフ部６２ａおよび第２ハーフ部６２ｂの各分割面６１は、１つの凸部と１つの凹所とを有する凹凸面としてもよい。また、凹凸面は、Ｚ軸方向に凹部、凸部が並んでいればよく、凹部および凸部自体の形状は、曲面に限らず、他の形状に種々変更可能である。　
　連結部材は２本の連結ロッド２８を有し、各連結ロッド２８の一端は支持ピンを介してピストン２０に連結され、他端は、支持部材５２の第２支持部５２ｂに連結されている。連結ロッド２８はＹ軸方向と平行に延びているとともに、Ｘ軸方向に互いに離間して配置されている。同時に、２本の連結ロッド２８は、ピストン２０の長軸Ｌ上に並んで配置されている。連結ロッド２８は、ピストン２０から筐体１２の上壁２６ｄに設けられたロッドパッキン３２を気密に貫通し、筐体１２内まで延びている。連結ロッド２８は、Ｙ軸方向に沿って支持部材５２と一体的に往復移動し、ピストン２０をＹ軸方向に沿って往復移動させる。なお、連結部材は、２本の連結ロッドに限らず、単一の連結ロッド、あるいは、長軸Ｌ方向に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
　上記２つのピストン２０および２組のＸＹ分離クランク機構５０は、互いに同様に構成されている。図１６および図１７に示すように、ＸＹ分離クランク機構５０および２つのピストン２０は、ピストン２０の長軸Ｌが互いに平行に位置するように、かつ、短軸Ｓが同一平面上に位置するように、配列および設置されている。ただし、２つのピストン２０および２組のＸＹ分離クランク機構５０は、長軸Ｌが互いに平行に位置し、２つのピストンの短軸Ｓがクランク軸４０の回転方向に所定角度、例えば、２０～１８０度ずれて位置するように配置することも可能である。
　第２の実施形態において、ＸＹ分離クランク機構の他の構成、およびポンプ１０の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一である。　
　以上のように構成された第２の実施形態に係るポンプ１０においても前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。第２の実施形態では、組み立て時、クランク接続部材５４を分割してクランク軸４０に装着し、装着後、クランク接続部材５４を支持部材５２の第２支持部５２ｂと第３支持部５２ｃとの間に装着する。これにより、複数のクランクピン４４を有するクランク軸４０に対して、クランク接続部材５４を組み付けることができる。多気筒の場合でも、組立てが容易となり、組立て性の向上を図ることができる。
　クランク接続部材を透孔６０の中心で左右に２分割し、分割面６１を凸凹形状とすることにより、分割された第１ハーフ部６２ａおよび第２ハーフ部６２ｂ間にＸＹ方向に開きがあっても相互干渉による不都合を防止することができる。また、凸凹形状を波状、Ｓ字状、あるいはサイクロイド状とすると、Ｚ軸方向に垂直なＺＹ平面においても、２部材の相互干渉を取り除くことが可能になる。２部材間のクリアランスを例えば１００μ程度の小さな隙間で形成することにより、ＸＹ平面とＺＹ平面で立体的な力の絶縁が可能となる。
（第３の実施形態）　
　第３の実施形態において、駆動装置は、例えば、エンジン装置として構成されている。図１８は、第３の実施形態に係るエンジン装置を概略的に示す斜視図、図１９は、エンジン装置のＸＹ分離バルブ機構を示す斜視図である。
　図１８に示すように、エンジン装置１００は、ほぼ角筒形状の筐体１２、筐体１２上に固定されたシリンダブロック（シリンダ）１４、シリンダブロック１４の上端開口を塞ぐようにシリンダブロック１４上に設けられた矩形ブロック形状のシリンダヘッド（支持体）１６、シリンダブロック１４のボア１８内に往復移動自在に配置されたピストン２０、シリンダヘッド１６に設けられた複数のバルブ機構１２０、１２２、筐体１２に回転自在に支持された駆動軸（クランク軸）４０、およびピストン２０の往復運動を回転運動に変換してクランク軸４０に伝達するＸＹ分離クランク機構５０を備えている。ピストン２０の平面形状は、異形、つまり、非円形に形成されている。本実施形態において、ピストン２０は、楕円形、長円形を含むオーバル形状に形成され、長軸Ｌおよびこの長軸と直交する短軸Ｓを有している。ピストン２０は、長軸Ｌと平行な一対の直線状の長側縁と、長側縁の端同士に連続する半円形の短側縁と、を有する。筐体１２、ピストン２０、シリンダブロック１４、ＸＹ分離クランク機構５０は、例えば、前述した第２の実施形態と同様に構成されている。
　図１８に示すように、シリンダヘッド１６は、シリンダブロック１４の圧縮室２０ａに連通する流入孔１１６および排出孔１１８を有している。流入孔１１６の一端（流入ポート１１６ａ）および排出孔１１８の一端（排出ポート１１８ａ）はシリンダヘッド１６の下面にそれぞれ開口し、圧縮室２０ａに対向している。流入孔１１６および排出孔１１８の他端は、シリンダヘッド１６の両側面にそれぞれ開口している。更に、シリンダヘッド１６に点火用の点火プラグ１３０が装着され、この点火プラグ１３０の下端は、流入ポート１１６ａと排出ポート１１８ａとの間で、シリンダヘッド１６の燃焼室１６ｂに露出している。
　シリンダヘッド１６に設けられたバルブ機構は、流入ポート１１６ａを開閉する流入側バルブ機構１２０、および排出ポート１１８ａを開閉する排出側バルブ機構１２２を備えている。本実施形態において、流入側バルブ機構１２０および排出側バルブ機構１２２は、動弁機構として、Ｚメカニズムリニアバルブ機構あるいはＺメカニズムＸＹ分離バルブ機構により構成されている。例えば、流入側バルブ機構１２０は、ＺメカニズムＸＹ分離バルブ機構で構成され、排出側バルブ機構１２２はＺメカニズムリニアバルブ機構で構成されている。
　図１８および図１９に示すように、流入側バルブ機構１２０は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる流入バルブ１２１ａを備えている。流入バルブ１２１ａは、ほぼ円盤形状のバルブヘッド、およびバルブヘッドから延出する細長い円柱形状のステムを一体に有している。バルブヘッドの周縁部に環状のバルブフェースが形成されている。流入バルブ１２１ａのステムは、第４方向（ピストン２０の移動方向Yに対して、やや傾斜した方向）Ｙ１に沿って昇降自在にガイドされ、バルブヘッドは、流入ポート１１６ａを開閉する。流入ポート１１６ａには、バルブフェースに対面するテーパ状のバルブシートが形成されている。流入側バルブ機構１２０は、流入バルブ１２１ａを閉塞位置側に付勢するバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）７４ａと、流入バルブ１２１ａのステム延出端に連結され、流入バルブ１２１ａを開閉駆動するＸＹ分離駆動機構７７と、を備えている。バルブばね７４ａは、シリンダヘッド１６に形成された装着室７１ａに配置されている。装着室７１ａの上端開口にキャップ７０ａが嵌合され、上端開口を気密に閉塞している。流入バルブ１２１ａのステムは、シリンダヘッド１６を気密に貫通し、装着室７１ａ内およびキャップ７０ａを通ってシリンダヘッド１６の上方に突出している。
　ＸＹ分離駆動機構７７は、流入バルブ１２１ａのステム延出端に固定され、流入バルブ１２１ａと一体に第１方向Ｙ１に移動するＹ軸（第１）分離スライダ（コンビネータ）７８ａ、シリンダヘッド１６に立設され、第４方向Ｙ１に延びる支点ヒンジ（ヒンジ部材）８０ａ、この支点ヒンジ８０ａの延出端に揺動自在に支持されたロッカーアーム（揺動部材）８２ａ、ロッカーアーム８２ａの一端（力点）に回動自在に支持されたＸ軸（第２）分離スライダ（力点ブロック）８４ａ、ロッカーアーム８２ａの他端（作用点）に回転自在に支持されたカムフォロア（ローラ）８５ａ、図示しない支持フレームに回転自在に支持され、カムフォロア８５ａに転接する吸気カム８６ａを備えている。
　Ｙ軸分離スライダ７８ａは、ほぼ矩形ブロック形状に形成され、第４方向Ｙ１に延びる１側面および第１方向と直交する第６方向Ｘ１に延びる上面を有している。Ｙ軸分離スライダ７８ａの１側面上に第４方向Ｙ１に延びるＹ軸リニアスライダ８７ａが固定され、あるいは、Ｙ軸分離スライダ７８ａと一体に形成されている。Ｙ軸分離スライダ７８ａの上面に、第６方向Ｘ１に延びるＸ軸ガイドレール８８ａが固定され、あるいは、Ｙ軸分離スライダ７８ａと一体に形成されている。また、支点ヒンジ８０ａのＹ軸分離スライダ７８ａと対向する側面上に、第４方向Ｙ１に延びるＹ軸ガイドレール９０ａが固定され、あるいは、支点ヒンジ８０ａと一体に形成されている。Ｙ軸分離スライダ７８ａのＹ軸リニアスライダ８７ａは、Ｙ軸ガイドレール９０ａに第４方向Ｙ１に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。すなわち、Ｙ軸分離スライダ７８ａは、その一側部のみが、第４方向Ｙ１に沿って往復動自在に、支点ヒンジ８０ａに支持されている。また、Ｘ軸分離スライダ８４ａのＹ軸分離スライダ７８ａと対向する下面にＸ軸リニアスライダ９２ａが固定され、あるいは、Ｘ軸分離スライダ８４ａと一体に形成されている。このＸ軸リニアスライダ９２ａは、Ｙ軸分離スライダ７８ａのＸ軸ガイドレール８８ａに第６方向Ｘ１に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。すなわち、Ｘ軸分離スライダ８４ａは、その下端部のみが、第６方向Ｘ１に往復動自在に、Ｙ軸分離スライダ７８ａと係合している。　
　なお、Ｙ軸リニアスライダ８７ａおよびＸ軸リニアスライダ９２ａは、それぞれガイドレールに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
　支点ヒンジ８０ａは、棒状あるいは板状に形成され、シリンダヘッド１６の上面に固定された基端部と、シリンダヘッド１６から第４方向Ｙ１に沿って、つまり、吸気バルブ１２１ａのステムと平行に、延びている胴体部と、胴体部の上端から二股状に分離して延びる先端部８０ｃとを有している。先端部８０ｃは、第４方向Ｙ１に対して、胴体部からＹ軸分離スライダ７８ａの移動路側（Ｘ軸分離スライダ８４ａ側）に湾曲あるいは屈曲している。ロッカーアーム８２ａは、支点ヒンジ８０ａの先端部８０ｃの延出端に回動自在に支持され、この支持位置が支点を構成している。そのため、ロッカーアーム８２ａは、ロッカーアームの長手方向中央部よりも力点側、すなわち、Ｘ軸分離スライダ８４ａ側にずれた支点位置で、支点ヒンジ８０ａに揺動自在に支持されている。作用点（カムフォロア８５ａの中心軸）と支点との距離Ｌ１は、支点と力点（Ｘ分離スライダ８４ａとロッカーアーム８２ａの係合位置）との距離Ｌ２よりも十分に大きく（Ｌ１＞Ｌ２）、例えば、約３倍、に設定されている。これにより、ロッカーアーム８２ａは大きなてこ比（Ｌ１／Ｌ２）が得られ、比較的小さな力を作用点に作用させることで、Ｘ軸分離スライダ８４ａ、Ｙ軸分離スライダ７８ａ、および流入バルブ１２１ａを容易に押し下げることが可能となる。
　流入ポート１１６ａの閉塞時、流入バルブ１２１ａはバルブばね７４ａにより付勢されて上昇し、流入ポート１１６ａに設けられた弁座（バルブシート）にバルブフェースが密着して、流入ポート１１６ａを閉じている。吸気カム（押圧部材）８６ａが回転し、所定のタイミングでロッカーアーム８２ａのカムフォロア８５ａを上方へ押す。ロッカーアーム８２ａが支点の周りで反時計方向に回動し、Ｘ軸分離スライダ８４ａは下方へ回動する。これにより、Ｘ軸分離スライダ８４ａは、Ｙ軸分離スライダ７８ａおよび流入バルブ１２１ａを第４方向Ｙ１に沿って下方へ押し下げ、同時に、Ｙ軸分離スライダ７８ａに対して第６方向Ｘ１にスライドする。すなわち、ロッカーアーム８２ａおよびＸ軸分離スライダ８４ａの回動運動は、第４方向Ｙ１の移動と第６方向Ｘ１の移動とに分離され、第４方向Ｙ１の移動のみがＹ軸分離スライダ７８ａに伝達される。これにより、Ｙ軸分離スライダ７８ａおよび流入バルブ１２１ａは、Ｙ軸リニアスライダ８７ａにより第４方向Ｙ１に沿って往復動し、流入ポート１１６ａを開閉する。
　なお、吸気カム８６ａが更に回転すると、カムフォロア８５ａが吸気カム８６ａの小径部に転接し、吸気カム８６ａによる押圧が低減する。そのため、バルブばね７４ａの付勢力により、流入バルブ１２１ａおよびＹ軸分離スライダ７８ａが第４方向Ｙ１に沿って上方へ移動し、流入ポート１１６ａを閉じる。ロッカーアーム８２ａが支点の周りで時計方向に回動し、Ｘ軸分離スライダ８４ａは、第６方向Ｘ１に摺動しながら、Ｙ軸分離スライダ７８ａと一緒に上方へ移動する。
　図１８に示すように、排出側バルブ機構１２２は、バルブ体として、例えば、きのこ弁からなる排出バルブ１２１ｂを備えている。排出バルブ１２１ｂは、ほぼ円盤形状のバルブヘッド、およびバルブヘッドから延出する略長い円柱形状のステムを一体に有している。バルブヘッドの周縁部に環状のバルブフェースが形成されている。排出バルブ１２１ｂのステムは、ピストン２０の移動方向Ｙに対して僅かに傾斜する第５方向Ｙ２に沿って昇降自在にガイドされ、排出バルブ１２１ｂのバルブヘッドは排出ポート１１８ａを開閉する。排出ポート１１８ａには、バルブフェースに対面するテーパ状のバルブシートが形成されている。
　排出側バルブ機構１２２は、排出バルブ１２１ｂを閉塞位置側に付勢するバルブばね（例えば、圧縮コイルばね）９７ａと、排出バルブ１２１ｂのステム延出端に連結され、排出バルブ１２１ｂを開閉駆動するリニアスライド駆動機構９８と、を備えている。バルブばね９７ａは、シリンダヘッド１６に形成された装着室７１ｂに配置されている。装着室７１ｂの上端開口にキャップ７０ｂが嵌合され、上端開口を気密に閉塞している。排出バルブ１２１ｂのステムは、シリンダヘッド１６を気密に貫通し、装着室７１ｂ内およびキャップ７０ｂを通ってシリンダヘッド１６の上方に突出している。
　リニアスライド駆動機構９８は、排出バルブ１２１ｂのステム延出端に固定され、排出バルブ１２１ｂと一体に第５方向Ｙ２に移動するＹ軸スライダ１００ａ、Ｙ軸スライダ１００ａに回転自在に取り付けられたカムフォロア（ローラ）１０２ａ、シリンダヘッド１６に立設され、第３方向Ｙ２に延びるスライドホルダ１０４ａ、図示しない支持フレームに回転自在に支持され、カムフォロア１０２ａに転接する吐出カム１０５ａを備えている。
　Ｙ軸スライダ１００ａは、ほぼ矩形ブロック形状に形成され、第５方向Ｙ２に延びる１側面を有している。Ｙ軸スライダ１００ａの１側面上に第５方向Ｙ２に延びるＹ軸リニアスライダ１０６ａが固定され、あるいは、Ｙ軸スライダ１００ａと一体に形成されている。また、スライドホルダ１０４ａのＹ軸スライダ１００ａと対向する側面上に、第５方向Ｙ２に延びるＹ軸ガイドレール１０８ａが固定されている。Ｙ軸スライダ１００ａのＹ軸リニアスライダ１０６ａは、Ｙ軸ガイドレール１０８ａに第５方向Ｙ２に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。Ｙ軸リニアスライダ１０６ａは、Ｙ軸ガイドレール１０８ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。　
　閉塞時、排出バルブ１２１ｂおよびＹ軸スライダ１００ａは、バルブばね９７ａにより付勢されて上昇し、排出バルブ１２１ｂは排出ポート１１８ａの弁座（バルブシート）に密着して、排出ポート１１８ａを閉じている。吐出カム１０５ａが回転し、所定のタイミングでＹ軸スライダ１００ａのカムフォロア１０２ａを下方へ押す。これにより、Ｙ軸スライダ１００ａは、第３方向Ｙ２に沿って下方へスライドし、一緒に、排出バルブ１２１ｂを第５方向Ｙ２に沿って下方へ移動させ、排出ポート１１８ａを開放する。
　吐出カム１０５ａが更に回転すると、カムフォロア１０２ａが吐出カム１０５ａの小径部に転接する。そのため、バルブばね９７ａの付勢力により、排出バルブ１２１ｂおよびＹ軸スライダ１００ａが第５方向Ｙ２に沿って上方へ移動し、排出バルブ１２１ｂは排出ポート１１８ａを閉じる。
　上記のように構成されたエンジン装置１００において、シリンダブロック１４の圧縮室２０ａで圧縮、燃焼された燃料によりピストン２０に駆動力が入力され、ピストン２０がＹ軸方向に沿って往復運動する。ピストン２０の往復運動は、ＸＹ分離クランク機構５０における支持部材５２のＹ軸方向の往復運動およびクランク接続部材５４のＸ軸方向の往復運動によって回転運動に変換され、クランク軸４０に伝達される。これにより、クランク軸４０に回転出力が与えられる。
　上記構成のエンジン装置１００によれば、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。クランク軸４０の軸方向に沿ったエンジン装置の寸法を短くすることができ、エンジン装置の小型化を図ることが可能となる。例えば、従来の２気筒分の設置スペースに、４気筒分のピストンおよびＸＹ分離クランク機構を設置することが可能となる。
（第４の実施形態）　
　図２０は、第４の実施形態に係る駆動装置として、２気筒の水平対向エンジン装置を示している。図に示すように、エンジン装置１００は、図示しない軸受等により回転自在に支持されたクランク軸４０、それぞれシリンダブロック１４のボア１８に第１方向（Ｘ軸方向）に沿って往復移動自在に設けられた２つのピストン（第１ピストン、第２ピストン）２０、およびピストン２０の往復運動とクランク軸４０の回転運動とを相互に変換して伝達するＸＹ分離クランク機構５０を備えている。クランク軸４０は、１つのクランクピン４４を有している。クランクピン４４は、クランク軸４０に対して偏心して位置し、クランク軸４０の周りで偏心回転する。
　各ピストン２０の平面形状は、異形、つまり、非円形に形成されている。本実施形態において、ピストン２０は、楕円形、長円形を含むオーバル形状に形成され、長軸Ｌおよびこの長軸と直交する短軸Ｓを有している。ピストン２０は、長軸Ｌと平行な一対の直線状の長側縁と、長側縁の端同士に連続する半円形の短側縁と、を有する。
　２つのピストン２０は、クランク軸４０の両側に、１８０°互いに相反する向きに配置されているとともに、互いに同軸的に配置されている。本実施形態において、２つのピストン２０は、その長軸Ｌが互いに平行に対向するように、かつ、長軸Ｌが基準平面Ｃ内に位置するように配置されている。クランク軸４０は、基準平面Ｃと直交するＺ方向に延在している。
　ＸＹ分離クランク機構５０は、ピストン２０の中心軸（移動軸）を含む基準平面Ｃにおいて、Ｘ軸方向（第１方向）に沿って往復移動自在に設けられた支持部材５２と、基準平面Ｃにおいて、Ｘ軸方向と直交する第２方向（Ｙ軸方向）に沿って往復移動自在に支持部材５２に取り付けられたクランク接続部材５４と、ピストン２０と支持部材５２とを連結した連結ロッド２８と、を備えている。
　支持部材５２は、例えば、Ｕ字形状に形成され、Ｘ軸方向に延びる第１支持部５２ａと、第１支持部５２ａの軸方向両端からＹ軸方向に延びる第２支持部５２ｂおよび第３支持部５２ｃとを一体に有している。支持部材５２は、第２支持部５２ｂの延出端と第３支持部５２ｃの延出端とを連結する第４支持部を備えていてもよい。支持部材５２は、例えば、アルミニウムによりダイカスト成形されている。
　第１支持部５２ａは、リニアスライダとして、Ｘ軸方向に沿って延びるガイド溝５３を有している。図示しない筐体等に第１ガイドレール５８ａが設けられ、Ｘ軸方向に延びている。第１ガイドレール５８ａにガイド溝５３を係合させることにより、第１支持部５２ａは、第１ガイドレール５８ａにＸ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。第１支持部５２ａは、第１ガイドレール５８ａに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
　支持部材５２の第２支持部５２ｂには、Ｙ軸方向に延びる第２ガイドレール５８ｂが形成されている。第３支持部５２ｃには、Ｙ軸方向に延びる第３ガイドレール５８ｃが形成され、第２ガイドレール５８ｂと平行に対向している。第２および第３ガイドレール５８ｂ、５８ｃは、例えば、矩形状あるいは台形状の横断面を有するように形成されている。第２および第３ガイドレール５８ｂ、５８ｃは、支持部材５２と一体に成形するか、あるいは、別体に形成されたガイドレールを支持部材５２に固定するようにしてもよい。
　ＸＹ分離クランク機構５０のクランク接続部材５４は、矩形ブロック形状の部材として構成されている。クランク接続部材５４の左右の側面には、それぞれ第１摺動部および第２摺動部が形成されている。第１摺動部には、支持部材５２の第２ガイドレール５８ｂに係合する直線状の係合溝６３ａが形成されている。第２摺動部には、支持部材５２の第３ガイドレール５８ｃに係合する直線状の係合溝が形成されている。これらの係合溝６３ａは、第２方向（Ｙ軸方向）に延びている。第２摺動部において、第３ガイドレール５８ｃに摺接する摺動面積は、第２ガイドレール５８ｂに摺接する第１摺動部の摺動面積とほぼ同一に形成されている。
　クランク接続部材５４のほぼ中央部に、円形の透孔６０が貫通形成されている。透孔６０は、Ｙ軸方向と直交するＺ軸方向に延びている。この透孔６０にクランク軸４０のクランクピン４４が回転自在に挿通される。透孔６０の摺動面、つまり、内面には、電鋳、電着等のライニング加工（メッキ）によりプレーンベアリングを形成している。
　クランク接続部材５４は、第１摺動部の係合溝６３ａを支持部材５２の第２ガイドレール５８ｂに係合させることにより、また、第２摺動部の係合溝を支持部材５２の第３ガイドレール５８ｃに係合させることにより、支持部材５２の第２および第３支持部５２ｂ、５２ｃの間に、Ｙ軸方向に沿って摺動自在にガイドおよび支持されている。また、クランク接続部材５４の透孔６０に、クランク軸４０のクランクピン４４が回転自在に挿通される。これにより、クランク接続部材５４はクランク軸４０に係合し、クランク軸４０と支持部材５２とを接続している。
　クランク接続部材５４は、透孔６０の中心軸を通りＹ軸方向と直交する分割面６１に沿って分割された２部材（第１摺動部を含む第１ハーフ部６２ａ、および第２摺動部を含む第２ハーフ部６２ｂ）で構成し、これら２部材を分割面６１同志を突き合せた状態で係合することにより、矩形ブロック形状のクランク接続部材５４を構成している。分割面６１は、透孔６０の中心軸を通り、第２方向（Ｙ軸方向）に延びる面としている。また、分割面６１は、波状、Ｓ字形状、あるいはサイクロン形状の凹凸面に形成されている。分割面６１の凹凸は、Ｚ軸方向に交互に並らび、各凹所および凸部は、Ｙ軸方向に延びている。本実施形態において、各分割面６１は、交互に並んだ２つの凹所と２つの凸部とを有している。係合状態において、第１ハーフ部６２ａの分割面６１と第２ハーフ部６２ｂの分割面６１との隙間は、１００μ程度となるように形成されている。第１および第２ハーフ部６２ａ、６２ｂは、潤滑油を含みやすい材料、例えば、銅、真鍮、ファインセラミック等で形成されていることが望ましい。また、第１および第２ハーフ部６２ａ、６２ｂは、ＡＢＳ等のエンジニアリングプラスティクで構成し、表面に蒸着メッキ等を施すことで作ることも可能である。
　一方のピストン２０は例えば２本の連結ロッド２８により支持部材５２の第２支持部５２ｂに連結されている。他方のピストン２０は、２本の連結ロッド２８により第３支持部５２ｃに連結されている。２本の連結ロッド２８はＸ軸方向と平行に延びているとともに、Ｙ軸方向に互いに離間して配置されている。同時に、２本の連結ロッド２８は、ピストン２０の長軸Ｌ上に並んで配置されている。連結ロッド２８は、Ｘ軸方向に沿って支持部材５２と一体的に往復移動し、ピストン２０をＸ軸方向に沿って往復移動させる。なお、連結部材は、２本の連結ロッドに限らず、単一の連結ロッド、あるいは、長軸Ｌ方向に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
　上記のように構成された水平対向エンジン装置１００において、燃料の圧縮、燃焼によりピストン２０に駆動力が入力されると、ピストン２０が第１方向に往復運動する。ピストン２０の往復運動は、ＸＹ分離クランク機構５０における支持部材５２のＸ軸方向の往復運動およびクランク接続部材５４のＹ軸方向の往復運動によって回転運動に変換され、クランクピン４４を介してクランク軸４０に伝達される。これにより、クランク軸４０に回転出力が与えられる。
　上記エンジン装置１００によれば、２つのピストンの長軸Ｌが互いに平行となるように、また、支持部材５２の第２および第３支持部５２ｂ、５２ｃと平行に位置するように構成することにより、エンジン装置１００のＺ軸方向の寸法およびクランク軸４０の長さを小さくし、コンパクト化を図ることができる。同時に、オーバル形状のピストンを用いることにより、大容量でコンパクトなエンジン装置を実現することができる。　
　上述した同軸水平対向エンジン装置は、２気筒に限らず、４気筒、６気筒以上としてもよい。また、ＸＹ分離クランク機構５０を備えた駆動装置は、水平対向エンジンの他、コンプレッサ、ポンプ等に適用することができる。
　本発明は上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims (15)

  1. 　シリンダと、
    　前記シリンダ内に第１方向に沿って往復移動自在に設けられたピストンであって、前記第１方向と直交する長軸および短軸を有するオーバル形を含む非円形のピストンと、
    　前記ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、
    　前記ピストンと前記クランク軸との間に設けられ、前記ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、前記第１方向に往復移動自在に設けられた支持部材と、前記第１方向と直交し前記長軸と平行な第２方向に沿って往復移動自在に前記支持部材に取り付けられているとともに、前記クランク軸のクランクが回転自在に係合するクランク接続部材と、前記ピストンと前記支持部材とを連結した連結部材と、を具備するＸＹ分離クランク機構と、
    　を備える駆動装置。
  2. 　前記支持部材は、前記第１方向に延びる第１支持部と、前記第１支持部から第２方向に延びる第２支持部とを有し、前記第１支持部は、第１方向スライダにより支持されている請求項１に記載の駆動装置。
  3. 　前記クランク接続部材は、前記第２方向にスライド自在な第２スライダにより前記第２支持部に取り付けられ、前記クランク接続部材に、前記クランク軸のクランクが回転自在に支持されている請求項２に記載の駆動装置。
  4. 　前記支持部材は、前記第１方向に沿って往復移動自在に支持された第１支持部と、前記第１方向と直交する前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出する第２支持部と、前記第２方向に沿って前記第１支持部から延出し前記第２支持部と隙間を置いて対向する第３支持部と、を有し、
    　前記クランク接続部材は、前記第２支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持される第１摺動部と、前記第３支持部に前記第２方向に沿って往復動自在に支持される第２摺動部と、前記第１方向および第２方向と直交する第３方向に延び、前記クランク軸のクランクが回転自在に挿通される透孔と、を有し、前記第１支持部および第２支持部間に配置されている請求項１に記載の駆動装置。
  5. 　前記クランク接続部材は、前記透孔の中心軸を通り前記第１方向と直交する分割面により前記第１摺動部を含む第１接続部材と前記第２摺動部を含む第２接続部材とに分割され、前記第１および第２接続部材の分割面は、前記透孔の軸方向に並らぶ凹所および凸部を有する凹凸面状に形成され、前記第１接続部材および第２接続部材は、前記クランクに取り付けられ前記分割面同士を突き合わせた状態で係合している請求項４に記載の駆動装置。
  6. 　前記連結部材は、前記第１方向に延びる連結ロッドを有し、前記連結ロッドは、前記支持部材に固定された一端と前記ピストンに連結された他端とを有している請求項１に記載の駆動装置。
  7. 　前記連結部材は、それぞれ前記第１方向に延びる２本の連結ロッドを有し、前記連結ロッドの各々は、前記支持部材に固定された一端と前記ピストンに連結された他端とを有し、前記２本の連結ロッドは、前記第２方向に並んで配置されている請求項１に記載の駆動装置。
  8. 　前記シリンダに設けられ、前記シリンダ内に開口する流入ポートおよび排出ポートを有するシリンダヘッドと、前記流入ポートを開閉する流入側バルブ機構と、前記排出ポートを開閉する排出側バルブ機構と、を更に備え、
    　前記流入ポートの開口径と前記排出ポートの開口径との合計は、前記ピストンの前記短軸の長さよりも大きい請求項１ないし７のいずれか１項に記載の駆動装置。
  9. 　前記流入側バルブ機構は、前記シリンダヘッドに第４方向に沿って往復移動自在に支持されて、前記流入ポートを開閉するバルブ体を有し、前記排出側バルブ機構は、前記シリンダヘッドに第５方向に沿って往復移動自在に支持されて、前記排出ポートを開閉するバルブ体を有し、
    　前記流入側バルブ機構および排出側バルブ機構の少なくとも一方は、前記バルブ体を開閉するＸＹ分離駆動機構を備え、
    　前記ＸＹ分離駆動機構は、前記シリンダヘッドに取付けられた第１ヒンジ部材と、この第１ヒンジ部材に回動自在に取付けられた揺動部材と、前記第１ヒンジ部材に前記第４方向あるいは第５方向に往復動自在に支持され、前記バルブ体に連結された第１分離スライダと、前記揺動部材に回動自在に支持されているとともに、前記第４方向あるいは第５方向と直交する第６方向に沿って往復移動自在に前記第１分離スライダに係合する第２分離スライダと、前記揺動部材を押圧し、前記揺動部材を揺動させる押圧部材と、を備えている請求項８に記載の駆動装置。
  10. 　前記流入側バルブ機構は、前記シリンダヘッドに第４方向に沿って往復移動自在に支持されて、前記流入ポートを開閉するバルブ体と、前記バルブ体を開閉するリニア駆動機構と、を備え、前記リニア駆動機構は、前記シリンダヘッドに設けられ前記第４方向に延びるリニアガイドと、前記バルブ体に固定されているとともに前記リニアガイドに沿って前記第４方向に往復移動自在に支持されたリニアスライダと、前記リニアスライダを介して前記バルブ体を閉塞位置に付勢するバルブばねと、を備えている請求項８に記載の駆動装置。
  11. 　前記流入側バルブ機構は、前記バルブばねの付勢力を調整する調整機構を備えている請求項１０に記載の駆動装置。
  12. 　前記ピストンは、オーバルの平面形状を有し、
    　前記ピストンの外周面にピストンリングが装着され、
    　前記ピストンリングは、オーバルの直線部に対応する一対の直線状パーツと、オーバルの半円部に対応する一対の円弧状パーツとに分割され、前記直線状パーツおよび円弧状バーツを組合わせてオーバル状に形成されている請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の駆動装置。
  13. 　複数のシリンダと、
    　それぞれ前記シリンダ内に第１方向に沿って往復移動自在に設けられ、それぞれ前記第１方向と直交する長軸および短軸を有するオーバル形を含む非円形の複数のピストンと、
    　前記ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、
    　前記ピストンと前記クランク軸との間に設けられ、前記ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、前記第１方向に往復移動自在に設けられた支持部材と、前記第１方向と直交し前記長軸と平行な第２方向に沿って往復移動自在に前記支持部材に取り付けられているとともに、前記クランク軸のクランクが回転自在に係合するクランク接続部材と、前記ピストンと前記支持部材とを連結した連結部材と、を具備するＸＹ分離クランク機構と、を備え、
    　前記複数のシリンダおよび複数のピストンは、前記ピストンの長軸が互いに平行に位置して配置されている駆動装置。
  14. 　前記複数のシリンダおよび複数のピストンは、前記ピストンの短軸が互いに平行に並んで配置されている請求項１３に記載の駆動装置。
  15. 　同軸的に配置された２つのシリンダと、
    　それぞれ前記シリンダ内に第１方向に沿って往復動自在に設けられ、それぞれ前記第１方向と直交する長軸および短軸を有するオーバル形を含む非円形の第１ピストンおよび第２ピストンであって、前記長軸同士が平行に対向する配置された第１ピストンおよび第２ピストンと、
    　前記第１ピストンの前記第１方向に沿った移動軸を含む基準平面と直交して延びるクランク軸と、
    　前記第１ピストンおよび第２ピストンと前記クランク軸との間に設けられ、前記第１および第２ピストンの往復運動と前記クランク軸の回転運動とを相互に変換するＸＹ分離クランク機構であって、前記第１方向に往復移動自在に設けられた支持部材と、前記第１方向と直交し前記長軸と平行な第２方向に沿って往復移動自在に前記支持部材に取り付けられているとともに、前記クランク軸のクランクが回転自在に係合するクランク接続部材と、前記第１ピストンと前記支持部材とを連結した第１連結部材と、前記第２ピストンと前記支持部材とを連結した第２連結部材と、を具備するＸＹ分離クランク機構と、
    　を備える駆動装置。
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