WO2016140323A1 - Xy分離クランク機構を備えた駆動装置 - Google Patents
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Abstract
実施形態によれば、駆動装置は、第1設置平面内で第1方向に往復移動自在に第1シリンダ内に設けられた第1ピストンと、第1設置平面と直交して延びる第1クランク軸と、第1設置平面内で第1ピストンと第1クランク軸との間に設けられ、第1ピストンの往復運動と第1クランク軸の回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構と、中心基準平面に対して第1設置平面と対称に位置する第2設置平面内で第1方向と対称な第2方向に往復移動自在に第2シリンダ内に設けられた第2ピストンと、第2設置平面と直交して延びる第2クランク軸と、第2設置平面内で第2ピストンと第2クランク軸との間に設けられ、第2ピストンの往復運動と前記第2クランク軸の回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構と、第1クランク軸と第2クランク軸とを連結し、第1、第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構と、を備えている。
Description
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、シリンダ内に往復移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。
従来、このような摩擦ロスによる焼きつきを低減するため、ピストンとコンロッドとの間に、クロスヘッドを設けた駆動機構、あるいは、小型エンジンではショートピストンを用いたものが提案されている。
しかし、クロスヘッドを設けることによりピストンの密封度を高めることが可能であるが、クロスヘッドにおいても2箇所の楔効果により、180度ごとに変化する摩擦ロスが生じている。そのため、動作としては往復運動をしているが、振動となってロスを生じる。
この発明の実施形態の課題は、摩擦ロスおよび振動を低減し、動作効率の高い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、中心基準平面の片側に位置する第1設置平面内に設けられた第1シリンダと、前記第1設置平面内で第1方向に沿って往復移動自在に前記第1シリンダ内に設けられた第1ピストンと、前記第1設置平面と直交して延びる第1クランク軸と、前記第1設置平面内で前記第1ピストンと前記第1クランク軸との間に設けられ、前記第1ピストンの往復運動と前記第1クランク軸の回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構と、
前記中心基準平面の反対側に位置し、前記中心基準平面に対して前記第1設置平面と対称に位置する第2設置平面内に設けられた第2シリンダと、前記第2設置平面内で前記第1方向と対称な第2方向に沿って往復移動自在に前記第2シリンダ内に設けられた第2ピストンと、前記第2設置平面と直交して延びる第2クランク軸と、前記第2設置平面内で前記第2ピストンと前記第2クランク軸との間に設けられ、前記第2ピストンの往復運動と前記第2クランク軸の回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構と、 前記第1クランク軸と第2クランク軸とを連結し、前記第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構と、を備えている。
前記第1XY分離クランク機構は、前記第1方向に往復移動自在に設けられた第1支持部材と、前記第1設置平面内で前記第1方向と直交する第3方向に沿って往復移動自在に前記第1支持部材に取り付けられているとともに、前記第1クランク軸のクランクが回転自在に係合する第1クランク接続部材と、前記第1ピストンと前記第1支持部材とを連結した第1連結部材と、を備え、前記第2XY分離クランク機構は、前記第2方向に往復移動自在に設けられた第2支持部材と、前記第2設置平面内で前記第2方向と直交する第4方向に沿って往復移動自在に前記第2支持部材に取り付けられているとともに、前記第2クランク軸のクランクが回転自在に係合する第2クランク接続部材と、前記第2ピストンと前記第2支持部材とを連結した第2連結部材と、を備えている。
前記中心基準平面の反対側に位置し、前記中心基準平面に対して前記第1設置平面と対称に位置する第2設置平面内に設けられた第2シリンダと、前記第2設置平面内で前記第1方向と対称な第2方向に沿って往復移動自在に前記第2シリンダ内に設けられた第2ピストンと、前記第2設置平面と直交して延びる第2クランク軸と、前記第2設置平面内で前記第2ピストンと前記第2クランク軸との間に設けられ、前記第2ピストンの往復運動と前記第2クランク軸の回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構と、 前記第1クランク軸と第2クランク軸とを連結し、前記第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構と、を備えている。
前記第1XY分離クランク機構は、前記第1方向に往復移動自在に設けられた第1支持部材と、前記第1設置平面内で前記第1方向と直交する第3方向に沿って往復移動自在に前記第1支持部材に取り付けられているとともに、前記第1クランク軸のクランクが回転自在に係合する第1クランク接続部材と、前記第1ピストンと前記第1支持部材とを連結した第1連結部材と、を備え、前記第2XY分離クランク機構は、前記第2方向に往復移動自在に設けられた第2支持部材と、前記第2設置平面内で前記第2方向と直交する第4方向に沿って往復移動自在に前記第2支持部材に取り付けられているとともに、前記第2クランク軸のクランクが回転自在に係合する第2クランク接続部材と、前記第2ピストンと前記第2支持部材とを連結した第2連結部材と、を備えている。
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。なお、実施形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る駆動装置の斜視図、図2は、駆動装置の第1駆動ユニットを分解して示す分解斜視図である。
本実施形態において、駆動装置は、例えば、エンジンあるいはコンプレッサとして構成されている。図1に示すように、駆動装置10は、第1クランク軸12aを有する第1駆動ユニット20aと、第2クランク軸12bを有する第2駆動ユニット20bと、第1クランク軸12aと第2クランク軸12bとを連結し、第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構50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斜視図、図2は、駆動装置の第1駆動ユニットを分解して示す分解斜視図である。
本実施形態において、駆動装置は、例えば、エンジンあるいはコンプレッサとして構成されている。図1に示すように、駆動装置10は、第1クランク軸12aを有する第1駆動ユニット20aと、第2クランク軸12bを有する第2駆動ユニット20bと、第1クランク軸12aと第2クランク軸12bとを連結し、第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構50と、を備えている。
第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、同一の構成を有している。第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置され、更に、第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して左右、前後対称に配置(ミラー配置)および構成されている。
本実施形態において、第1駆動ユニット20aは、中心基準平面CRPの片側に位置し中心基準平面CRPと直交する第1設置平面MP1に設けられた第1シリンダ22aと、第1設置平面MP1内で第1方向に沿って往復移動自在に第1シリンダ22a内に設けられた第1ピストン24aと、第1設置平面MP1と直交して延びる第1クランク軸12aと、第1設置平面MP1内で第1ピストン24aと第1クランク軸12aとの間に設けられ、第1ピストン24aの往復運動と第1クランク軸12aの回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構30aと、を備えている。第1ピストン24aは、横断面が円形のピストンを用いている。
本実施形態において、第1ピストン24aの往復移動方向である第1方向は、中心基準平面CRPと直交する第1方向X1としている。また、第1クランク軸12aは、中心基準平面CRPとほぼ平行に配置されている。
第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの反対側に位置し中心基準平面CRPと直交する第2設置平面MP2に設けられた第2シリンダ22bと、第2設置平面MP2内で第2方向に沿って往復移動自在に第2シリンダ22b内に設けられた第2ピストン24bと、第2設置平面MP2と直交して延びる第2クランク軸12bと、第2設置平面MP2内で第2ピストン24bと第2クランク軸12bとの間に設けられ、第2ピストン24bの往復運動と第2クランク軸12bの回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構30bと、を備えている。第2ピストン24bは、横断面が円形のピストンを用いている。
第2設置平面MP2は、中心基準平面CRPに対して、第1設置平面MP1と対称に位置している。第2ピストン24aの往復移動方向である第2方向は、前述した第1方向X1と対称の方向であり、中心基準平面CRPと直交する第2方向X2としている。第1方向X1と第2方向X2とは、180度の角度を成している、すなわち、同一方向であり、第1ピストン24aと第2ピストン24bは、互いに同軸的に配置されている。
図1および図2に示すように、第1駆動ユニット20aの第1クランク軸12aは、その軸方向両端部が図示しない軸受により回転自在に支持されている。第1クランク軸12aの中途部に、1組のクランクウェブ14aが固定され、これらクランクウェブ14a間にクランクピン16aが固定されている。クランクピン16aの中心軸は、第1クランク軸12aと平行に、かつ、第1クランク軸の中心軸に対して、偏心して位置している。クランクピン16aは、第1クランク軸12aの回転に応じて、第1クランク軸12aの周りで偏心回転する。
第1XY分離クランク機構30aは、第1ピストン24aと第1クランク軸12aとの間に設けられ、第1ピストン24aの第1方向X1に沿った往復運動と第1クランク軸12a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。
第1XY分離クランク機構30aは、第1ピストン24aの中心軸(移動軸、X軸)を含む第1設置平面MP1において、第1方向X1に沿って往復移動自在に設けられた第1支持部材(L型コンビネータ)32aと、第1設置平面MP1において、第1方向X1と直交する第3方向Y1(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第1支持部材32aに取り付けられた第1クランク接続部材(クランク接続プレート)34aと、第1ピストン24aと第1支持部材32aとを連結する連結部材としての連結ロッド36aと、を備えている。第1支持部材32aの移動中心軸(第1方向X1)、第1クランク接続部材34aの移動中心軸(第3方向Y1)、および第1連結ロッド36aの中心移動軸(第1方向X1)は、第1設置平面MP1に位置している。
第1支持部材32aは、例えば、L字形状に形成され、第1方向X1に延びる第1支持部33aと、第1支持部33aの一端(ここでは、左端)から第3方向Y1に延びる第2支持部33bとを一体に有している。第1支持部33aに第1リニアスライダ40aが固定されている。また、図示しない筐体の内面にガイドレール44aが設置され、第1設置平面MP1内で第1方向X1に延びている。第1リニアスライダ40aは、ガイドレール44a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、第1支持部材32aの内、第1支持部33aのみが、ガイドレール44a上に第1方向X1に沿って往復移動自在に支持されている。
第1支持部材32aの第2支持部33bには、第3方向Y1に延びるガイドレール44bが固定され、あるいは、第2支持部と一体に形成されている。第1クランク接続部材34aに第2リニアスライダ41aが取付けられ、第3方向Y1に延びている。第2リニアスライダ41aは、ガイドレール44b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、第1クランク接続部材34aの一端部のみが、第3方向Y1に沿って往復移動自在に第1支持部材32aに支持されている。
なお、第1および第2リニアスライダ40a、41aは、それぞれガイドレール44a、45aに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
なお、第1および第2リニアスライダ40a、41aは、それぞれガイドレール44a、45aに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
第1クランク接続部材34aは、例えば、円弧ブロック形状に形成され、横断面が円形の透孔46を有している。第1クランク接続部材34aは、透孔46の中心を含む分割面53で、第1ハーフ部51aと第2ハーフ部51bとに分割可能に形成され、第2ハーフ部51bは、第1ハーフ部51aにネジ等で固定されている。第1ハーフ部51aの平坦部に前述した第2リニアスライダ41aが固定されている。
第1クランク接続部材34aの透孔46に、第1クランク軸12aのクランクピン16a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、第1クランク接続部材34aは第1クランク軸12aに係合し、第1クランク軸12aと第1支持部材32aとを接続している。
連結部材は第1連結ロッド36aを有している。第1連結ロッド36aの軸方向一端は支持ピンを介して第1ピストン24aに連結され、軸方向他端は、第1支持部材32aの第2支持部33bに連結されている。第1連結ロッド36aは第1方向X1に延びているとともに、第1ピストン24aの移動軸と同軸的に設けられている。第1連結ロッド36aは、第1方向X1に沿って第1支持部材32aと一体的に往復移動し、第1ピストン24aを第1方向X1に沿って往復移動させる。
図1に示すように、第2駆動ユニット20bの第2クランク軸12bおよび第2XY分離クランク機構30bは、第1駆動ユニット20aの第1クランク軸12aおよび第1XY分離クランク機構30aとそれぞれ同一の構成を有している。そして、第2クランク軸12bおよび第2XY分離クランク機構30bは、中心基準平面CRPに対して、第1クランク軸12aおよび第1XY分離クランク機構30aと対称に配置されている。
詳細には、第2クランク軸12bは、その軸方向両端部が図示しない軸受により回転自在に支持され、第1クランク軸12aとほぼ平行に配置されている。第2クランク軸12bの中途部に1組のクランクウェブ14bが固定され、これらクランクウェブ14b間にクランクピン16b(図3参照)が固定されている。このクランクピン16bは、第2クランク軸12bの回転に応じて、第2クランク軸12bの周りで偏心回転する。
第2XY分離クランク機構30bは、第2ピストン24bの中心軸(移動軸、X軸)を含む第2設置平面MP2において、第2方向X2に沿って往復移動自在に設けられた第2支持部材(L型コンビネータ)32bと、第2設置平面MP2において、第2方向X2と直交する第4方向Y2(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第2支持部材32bに取り付けられた第2クランク接続部材(クランク接続プレート)34bと、第2ピストン24bと第2支持部材32bとを連結する連結部材としての第2連結ロッド36bと、を備えている。第2支持部材32bの移動中心軸(第2方向X2)、第2クランク接続部材34bの移動中心軸(第4方向Y2)、および第2連結ロッド36bの中心移動軸(第2方向X2)は、第2設置平面MP2に位置している。
第2支持部材32bは、例えば、L字形状に形成され、第2方向X2に延びる第1支持部35aと、第1支持部35aの一端(ここでは、右端)から第4方向Y2に延びる第2支持部35bとを一体に有している。第1支持部35aは第1リニアスライダ41aに固定され、この第1リニアスライダ41aは、ガイドレール45aに第2方向X2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、第2支持部材32bの内、第1支持部35aのみが、ガイドレール45a上に第2方向X2に沿って往復移動自在に支持されている。本実施形態において、ガイドレール45aは、第1駆動ユニット20aのガイドレール44aと共通のガイドレールで構成されている。なお、ガイドレール45aは、中心基準平面CRPの位置で、ガイドレール44aと分離していてもよい。
第2支持部材32bの第2支持部35bには、第4方向Y2に延びるガイドレール45bが固定され、あるいは、第2支持部と一体に形成されている。第2クランク接続部材34bに第2リニアスライダ41bが取付けられ、第4方向Y2に延びている。第2リニアスライダ41bは、ガイドレール45b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、第2クランク接続部材34bの一端部のみが、第4方向Y2に沿って往復移動自在に第2支持部材32bに支持されている。
第2クランク接続部材34bは、横断面が円形の透孔を有し、この透孔に、第2クランク軸12bのクランクピン16b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、第2クランク接続部材34bは第2クランク軸12bに係合し、第2クランク軸12bと第2支持部材32bとを接続している。
第2クランク接続部材34bは、横断面が円形の透孔を有し、この透孔に、第2クランク軸12bのクランクピン16b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、第2クランク接続部材34bは第2クランク軸12bに係合し、第2クランク軸12bと第2支持部材32bとを接続している。
第2連結ロッド36bの軸方向一端は支持ピンを介して第2ピストン24bに連結され、軸方向他端は、第2支持部材32bの第2支持部35bに連結されている。第2連結ロッド36bは第2方向X2に延びているとともに、第2ピストン24bの移動軸と同軸的に設けられている。第2連結ロッド36bは、第2方向X2に沿って第2支持部材32bと一体的に往復移動し、第2ピストン24bを第2方向X2に沿って往復移動させる。
図1および図2に示すように、駆動装置10の連結同期機構50は、第1クランク軸12aの一端部に同軸的に取り付けられた第1歯車52aと、第2クランク軸12bの一端部に同軸的に取り付けられた第2歯車52bと、を有している。第1歯車52aおよび第2歯車52bは、同一径、および同一歯数に形成され、互いに歯合している。第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、第1歯車52aおよび第2歯車52bを介して互いに連結されている。第1歯車52aが回転すると、第2歯車52bは、第1歯車52aの回転に同期して、第1歯車52aと逆方向へ回転する。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、同期して互いに相反する方向に回転する。
第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して、左右対称、前後対称に配置および構成されていることから、動作も対称となる。図3に示すように、第1ピストン24aが上死点に移動すると、これに同期して、第2ピストン24bも上死点に移動する。図4に示すように、第1ピストン24aが上死点から下死点に向かって移動すると、同時に、第2ピストン24bが上死点から下死点に向かって移動する。図3および図4に示すように、第1XY分離クランク機構30aおよび第2XY分離クランク機構30bも、中心基準平面CRPに対して、互いに対称な状態を保ちながら、互いに同期して動作する。
上記のように構成された駆動装置10をエンジンとして用いる場合、第1シリンダ22aのシリンダヘッドおよび第2シリンダ22bのシリンダヘッドに、吸気バルブおよび排気バルブを設け、第1シリンダ22aおよび第2シリンダ22b内に燃料および空気を導入し、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bで圧縮した後、燃料を燃焼する。これにより、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bに駆動力が入力され、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bがそれぞれ第1方向X1および第2方向X2に沿って往復運動する。第1ピストン24aの往復運動は、第1XY分離クランク機構30aにおける第1支持部材32aの第1方向X1の往復運動および第1クランク接続部材34aの第3方向Y1の往復運動によって回転運動に変換され、第1クランク軸12aに伝達される。これにより、第1クランク軸12aに回転出力が与えられる。
同時に、第2ピストン24bの往復運動は、第2XY分離クランク機構30bにおける第2支持部材32bの第2方向X2の往復運動および第2クランク接続部材34bの第4方向Y2の往復運動によって回転運動に変換され、第2クランク軸12bに伝達される。これにより、第2クランク軸12bに回転出力が与えられる。
駆動装置10をコンプレッサとして用いる場合、モータ等により第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bの少なくとも一方に回転力を入力する。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bが互いに相反する方向に回転し、各クランク軸のクランクピンは、クランク軸の周りで偏心回転する。第1クランク軸12aのクランクピン16aの偏心回転運動は、第1XY分離クランク機構30aの第1クランク接続部材34aおよび第1支持部材32aにより、第3方向Y1の往復運動と、第1方向X1の往復運動とに分離され、第1支持部材32aの第1方向X1の往復運動は、第1連結部材36aを介して第1ピストン24aに伝達される。これにより、第1ピストン24aは第1シリンダ22a内で第1方向X1に沿って往復移動し、第1シリンダ22a内の流体を圧縮した後、シリンダヘッドから出力する。
同様に、第2クランク軸12bのクランクピン16bの偏心回転運動は、第2XY分離クランク機構30bの第2クランク接続部材34bおよび第2支持部材32bにより、第4方向Y2の往復運動と、第2方向X2の往復運動とに分離され、第2支持部材32bの第2方向X2の往復運動は、第2連結部材36bを介して第2ピストン24bに伝達される。これにより、第2ピストン24bは第2シリンダ22b内で第2方向X2に沿って往復移動し、第2シリンダ22b内の流体を圧縮した後、シリンダヘッドから出力する。
上記のように構成された駆動装置10によれば、第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bにおいて、第1および第2XY分離クランク機構30a、30bにより、第1クランク軸12aの回転運動および第2クランク軸12bの回転運動を、第1方向の直線的な往復運動とこの第1方向、第2方向とそれぞれ直交する第3方向、第4方向の直線的な往復運動とに分離、変換することができ、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bの完全な平行運動を実現することができる。そのため、シリンダに対するピストンの片当たりを無くし、シール性の向上、摩擦ロスの低減、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。更に、第1駆動ユニットと第2駆動ユニットとを、中心基準平面に対して左右対称、前後対称に配置(ミラー配置)、および構成しているため、偏差による振動を完全に打ち消し、無振動回転構造体を構成することができる。
従来、エンジンは、6気筒、8気筒、12気筒と多気筒化することにより、ようやく振動が低減するが、本実施形態に係る駆動装置によりエンジンを構成した場合、2気筒で完全にバランスし、従来の多気筒化エンジン以上の無振動化を実現することができる。このように、3気筒以上の多気筒エンジンを究極的には極低振動の2気筒に収斂化することができ、エンジンの大幅なダウンサイジング、重量の軽量化、バルブ数の削減を実現することが可能となる。
更に、駆動装置10をエンジンとして用いる場合、第1クランク軸および第2クランク軸から相互に逆転した相等しい逆転回転出力を得ることができ、すなわち、同期同一逆転2軸出力が得られる。この同期同一逆転2軸出力により、例えば、ヘリコプターの羽や船舶のスクリューを駆動し、ブレの無い安定した推力を発生することが可能となる。更に、駆動装置10を飛行機のエンジンに使用することもできる。第1ピストンおよび第2ピストンは、同時に逆方向に動くため、駆動装置10は、エンジンに限らずコンプレッサ、ポンプに適用した場合でも、無振動運転が可能となる。
また、XY分離クランク機構により、ピストンのサイドスラストが無いため、シリンダ、ピストンをセラミック、ガラス等で形成することが可能となり、低温で保温型の熱効率のよいエンジンを構築することができる。更に、駆動装置は、サイドスラストによる振動が無いため、シリンダをカーボンファイバー、あるいは、PBT等のプラスティク素材で形成することが可能となる。これにより、従来のエンジンの1/5~1/10という超軽量エンジンが製作可能となる。
以上のように、第1の実施形態によれば、摩擦ロスおよび振動を低減し、動作効率の高い駆動装置が得られる。
図26は、従来のコンロッドを有するスライダークランク機構(Type1)の変位式と、本実施形態に係るXY分離クランク機構(ZメカニズムType2)の変位式とを比較して示す図、図27は、本実施形態に係るXY分離クランク機構の動力学解析の式を示す図、図28は、上記従来のスライダークランク機構の動力学解析の式を示す図、図29は、従来のスライダークランク機構(Type1)と、本実施形態に係るXY分離クランク機構(Type2)とについて、振動解析結果を比較して示す図である。
以上のように、第1の実施形態によれば、摩擦ロスおよび振動を低減し、動作効率の高い駆動装置が得られる。
図26は、従来のコンロッドを有するスライダークランク機構(Type1)の変位式と、本実施形態に係るXY分離クランク機構(ZメカニズムType2)の変位式とを比較して示す図、図27は、本実施形態に係るXY分離クランク機構の動力学解析の式を示す図、図28は、上記従来のスライダークランク機構の動力学解析の式を示す図、図29は、従来のスライダークランク機構(Type1)と、本実施形態に係るXY分離クランク機構(Type2)とについて、振動解析結果を比較して示す図である。
図26に示すように、従来のスライダークランク機構では、ストロークの式は、2乗項と開平項があり、ストロークを時間dtで微分を行えば循環、発散するので、振動はなくならないことが解る。これに対して、本実施形態に係るXY分離クランク機構では、S1、S2は一次式であり、dtで微分しても発散しない。よって、それぞれXY分離クランク機構を有する第1駆動ユニットと第2駆動ユニットとをミラー配置することにより、必ず振動がなくなることが解る。
図27ないし図29に示すように、従来のスライダークランク機構の動力学解析式(3)、(4)の通り、スライダークランク機構は、回転数による位相偏差が発生し、一意に振動を止めることは困難となる。図29に楕円Aで囲って示すように、スライダークランク機構は、角度毎に大きくロスが変動する。これに対して、XY分離クランク機構の動力学解析式(1)、(2)の通り、XY分離クランク機構は、-mgだけの一次式となるため、第1駆動ユニットと第2駆動ユニットとをミラー配置することにより、振動を容易に打ち消すことができる。図29に楕円Bで囲って示すように、XY分離クランク機構は、機構の自重の分しか力が掛からないため、ほとんどロスがない。
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)
図5は、第2の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。第2の実施形態によれば、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状および横断面形状が異形、つまり、非円形に形成されたピストンを用いている。本実施形態において、第1ピストン24aおよび第2ピストン24b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。第1シリンダ22aおよび第2シリンダ22bは、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bにそれぞれ対応して、横断面形状がオーバル形状に形成されている。
図5は、第2の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。第2の実施形態によれば、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状および横断面形状が異形、つまり、非円形に形成されたピストンを用いている。本実施形態において、第1ピストン24aおよび第2ピストン24b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。第1シリンダ22aおよび第2シリンダ22bは、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bにそれぞれ対応して、横断面形状がオーバル形状に形成されている。
第1ピストン24aの長軸Lは、第1設置平面内に位置し、第1支持部材32aの第2支持部33bと平行に、すなわち、第3方向Y1と平行に位置している。第2ピストン24bの長軸Lは、第2設置平面内に位置し、第2支持部材32bの第2支持部35bと平行に、すなわち、第4方向Y2と平行に位置している。
駆動装置10において、他の構成は、第1の実施形態に係る駆動装置と同一である。
駆動装置10において、他の構成は、第1の実施形態に係る駆動装置と同一である。
オーバル形状の第1および第2ピストン24a、24bを用いる場合、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。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。円形ピストンをオーバルピストンとすることにより、例えば、容量は2.5倍となる。そのため、2気筒で2000ccのエンジンを構成しながら、重量は、従来の円形ピストン、4気筒エンジンの約1/4程度となり、軽量化および小型化を図ることができる。
また、駆動装置10では、第1ピストン24a、第2ピストン24b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。
その他、第2の実施形態に係る駆動装置10は、第1の実施形態に係る駆動装置と同様の作用効果を得ることができる。なお、第2の実施形態において、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。
その他、第2の実施形態に係る駆動装置10は、第1の実施形態に係る駆動装置と同様の作用効果を得ることができる。なお、第2の実施形態において、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。
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。第3の実施形態では、連結同期機構の構成が、第1の実施形態と相違している。図6に示すように、連結同期機構50は、第1クランク軸12aの一端部に同軸的に取り付けられた第1駆動プーリ54aと、第2クランク軸12bの一端部に同軸的に取り付けられた第2駆動プーリ54bと、これら駆動プーリの回転軸と平行な回転軸をそれぞれ有する複数のテンションプーリ56a、56b、56cと、第1および第2駆動プーリ、並びに、複数のテンションプーリに掛渡されたエンドレスの歯付きベルト58と、を備えている。
図6は、第3の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。第3の実施形態では、連結同期機構の構成が、第1の実施形態と相違している。図6に示すように、連結同期機構50は、第1クランク軸12aの一端部に同軸的に取り付けられた第1駆動プーリ54aと、第2クランク軸12bの一端部に同軸的に取り付けられた第2駆動プーリ54bと、これら駆動プーリの回転軸と平行な回転軸をそれぞれ有する複数のテンションプーリ56a、56b、56cと、第1および第2駆動プーリ、並びに、複数のテンションプーリに掛渡されたエンドレスの歯付きベルト58と、を備えている。
第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、連結同期機構50を介して互いに連結され、同期して互いに相反する方向に回転する。すなわち、第1クランク軸12aとともに第1駆動プーリ54aが回転すると、第1駆動プーリ54aの回転は、歯付きベルト58により第2駆動プーリ54bに伝達され、第2駆動プーリ54bは第2クランク軸12bと共に逆方向に回転する。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、同期して互いに相反する方向に回転する。
第3の実施形態においても、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状および横断面形状が異形、つまり、非円形に形成されたピストン、例えば、オーバル形状のピストンを用いている。
第3の実施形態において、駆動装置10の他の構成は、第1の実施形態あるいは第2の実施形態に係る駆動装置と同一である。第3の実施形態に係る駆動装置10は、第1の実施形態に係る駆動装置と同様の作用効果を得ることができる。なお、第3の実施形態において、連結同期機構50は、プーリとベルトの組合わせに限らず、スプロケットとチェーンとの組合わせにより構成してもよい。
(第4の実施形態)
図7は、第4の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。第4の実施形態では、駆動装置10は、多気筒化され、たとえば、4気筒の駆動装置として構成されている。すなわち、駆動装置10は、前述した第1駆動ユニット20a、および第2駆動ユニット20bに加えて、第3駆動ユニット20cおよび第4駆動ユニット20dを備えている。第3駆動ユニット20cは、第1駆動ユニット20aと同一の構成を有し、第1駆動ユニット20aと中心基準平面CRPと平行な方向に並んで配置されている。第4駆動ユニット20dは、第2駆動ユニット20bと同一の構成を有し、第2駆動ユニット20bと中心基準平面CRPと平行な方向に並んで配置されている。
図7は、第4の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。第4の実施形態では、駆動装置10は、多気筒化され、たとえば、4気筒の駆動装置として構成されている。すなわち、駆動装置10は、前述した第1駆動ユニット20a、および第2駆動ユニット20bに加えて、第3駆動ユニット20cおよび第4駆動ユニット20dを備えている。第3駆動ユニット20cは、第1駆動ユニット20aと同一の構成を有し、第1駆動ユニット20aと中心基準平面CRPと平行な方向に並んで配置されている。第4駆動ユニット20dは、第2駆動ユニット20bと同一の構成を有し、第2駆動ユニット20bと中心基準平面CRPと平行な方向に並んで配置されている。
第3駆動ユニット20cと第4駆動ユニット20dとは、同一の構成を有している。第3駆動ユニット20cおよび第4駆動ユニット20dは、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置され、更に、第3駆動ユニット20cと第4駆動ユニット20dとは、中心基準平面CRPに対して左右、前後対称に配置(ミラー配置)および構成されている。
第3駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの片側に位置し中心基準平面CRPと直交する第3設置平面MP3に設けられた第3シリンダ22cと、第3設置平面MP3内で第1方向X1に沿って往復移動自在に第3シリンダ22c内に設けられた第3ピストン24cと、第3設置平面MP3と直交して延びる第1クランク軸12aと、第3設置平面MP3内で第3ピストン24cと第1クランク軸12aとの間に設けられ、第3ピストン24aの往復運動と第1クランク軸12aの回転運動とを相互に変換する第3XY分離クランク機構30cと、を備えている。第3設置平面MP3は、第1駆動ユニット20aの第1設置平面MP1と平行に対向している。第3ピストン24cの往復移動方向である第1方向は、中心基準平面CRPと直交する第1方向X1としている。また、第1クランク軸12aは、第1駆動ユニット20aの第1クランク軸12aに連結され、あるいは、一体に形成され、互いに同軸的に延びている。
第4駆動ユニット20dは、中心基準平面CRPの反対側に位置し中心基準平面CRPと直交する第4設置平面MP4に設けられた第4シリンダ22dと、第4設置平面MP4内で第2方向X2に沿って往復移動自在に第4シリンダ22d内に設けられた第4ピストン24dと、第4設置平面MP4と直交して延びる第2クランク軸12bと、第4設置平面MP4内で第4ピストン24dと第2クランク軸12bとの間に設けられ、第4ピストン24dの往復運動と第2クランク軸12bの回転運動とを相互に変換する第4XY分離クランク機構30dと、を備えている。
第4設置平面MP4は、中心基準平面CRPに対して、第3設置平面MP3と対称に位置している。また、第4設置平面MP4は、第2駆動ユニット20bの第2設置平面MP2と平行に対向している。第4ピストン24dの往復移動方向である第2方向は、前述した第1方向X1と対称の方向であり、中心基準平面CRPと直交する第2方向X2としている。第1方向X1と第2方向X2とは、180度の角度を成している、すなわち、同一方向であり、第3ピストン24cと第4ピストン24dは、互いに同軸的に配置されている。また、第4駆動ユニット20dの第2クランク軸12bは、第2駆動ユニット20bの第2クランク軸12bに連結され、あるいは、一体に形成され、互いに同軸的に延びている。
第3XY分離クランク機構30cは、第1方向X1に沿って往復移動自在に設けられた第3支持部材(L型コンビネータ)32cと、第3設置平面MP3において、第1方向X1と直交する第3方向Y1(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第3支持部材32cに取り付けられているとともに第1クランク軸12aのクランクピンに回転自在に係合した第3クランク接続部材(クランク接続プレート)34cと、第3ピストン24cと第3支持部材32cとを連結する連結ロッド36cと、を備えている。
第3支持部材32cは、L字形状に形成され、第1方向X1に延びる第1支持部と、第1支持部の一端(ここでは、左端)から第3方向Y1に延びる第2支持部とを一体に有している。第3支持部材32cの内、第1支持部のみが、第1リニアスライダを介してガイドレール44a上に第1方向X1に沿って往復移動自在に支持されている。第3クランク接続部材34cの一端部のみが、第3方向Y1に沿って往復移動自在に第3支持部材32cに支持されている。
第4駆動ユニット20dの第4XY分離クランク機構30dは、第3XY分離クランク機構30cと同一の構成を有し、中心基準平面CRPに対して、第3XY分離クランク機構30cと対称に配置されている。すなわち、第4XY分離クランク機構30dは、第2方向X2に沿って往復移動自在に設けられた第4支持部材(L型コンビネータ)32dと、第4設置平面MP4において、第2方向X2と直交する第4方向Y2(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第4支持部材32dに取り付けられているとともに第2クランク軸12bのクランクピンに回転自在に係合した第4クランク接続部材(クランク接続プレート)34dと、第4ピストン24dと第4支持部材32dとを連結する連結ロッド36dと、を備えている。
第4の実施形態において、第1、第2、第3、第4ピストン24a、24b、24c、24dとして、平面形状および横断面形状が異形、つまり、非円形に形成されたピストン、例えば、長軸Lおよび短軸Sを有するオーバル形状のピストンを用いている。第1ピストン24aは、その長軸Lが第3方向Y1と平行になるように配置され、第2ピストン24bは、その長軸Lが第4方向Y2と平行になるように配置されている。同様に、第3ピストン24cは、その長軸Lが第3方向Y1と平行になるように配置され、第2ピストン24bは、その長軸Lが第4方向Y2と平行になるように配置されている。これにより、第3ピストン24cの長軸Lは、第1ピストン24aの長軸Lと平行に並び、第4ピストン24dの長軸Lは第2ピストン24bの長軸Lと平行に並んでいる。
第4の実施形態において、駆動装置10の他の構成は、第1の実施形態あるいは第2の実施形態に係る駆動装置と同一である。第4の実施形態に係る駆動装置10は、第1の実施形態に係る駆動装置と同様の作用効果を得ることができる。また、駆動装置10は、容易に多気筒化することができる。本実施形態によれば、いわゆる水平対向型の4気筒のエンジンあるいはコンプレッサを提供することができる。更に、オーバル形状のピストンを用い、ピストンの長軸が平行に並ぶように複数のピストンを配置することにより、複数のピストンをクランク軸の軸方向に沿って互いに接近して配置することができる。これにより、駆動装置を多気筒化した場合でも、クランク軸の軸方向に沿った駆動装置の寸法を短くすることができ、駆動装置の小型化を図ることが可能となる。
なお、第4の実施形態において、駆動装置は、4気筒に限定されることなく、6気筒あるいは8気筒以上としてもよい。また、各駆動ユニットのピストンは、オーバル形状に限らず、他の異形状、あるいは円形状のピストンを用いてもよい。
(第5の実施形態)
図8は、第5の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。上述した第1ないし第4の実施形態は、第1ピストンの移動方向である第1方向と第2ピストンの移動方向である第2方向とが、互いに180度相反している、すなわち、同軸的に延びている、いわゆる水平対向型の駆動装置を示している。これに対して、第5の実施形態によれば、駆動装置10は、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置された第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bを備え、第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが180度よりも小さい角度θ、例えば、60ないし90度を成すように、配置されている。
図8は、第5の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。上述した第1ないし第4の実施形態は、第1ピストンの移動方向である第1方向と第2ピストンの移動方向である第2方向とが、互いに180度相反している、すなわち、同軸的に延びている、いわゆる水平対向型の駆動装置を示している。これに対して、第5の実施形態によれば、駆動装置10は、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置された第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bを備え、第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが180度よりも小さい角度θ、例えば、60ないし90度を成すように、配置されている。
第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、それぞれ第1実施形態における第1駆動ユニットおよび第2駆動ユニットと同一である。ただし、第5の実施形態では、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとしてオーバル形状のピストンを用いている。
第1駆動ユニット20aは、中心基準平面CRPの片側に位置し中心基準平面CRPと直交する第1設置平面MP1に設けられている。第1ピストン24aは、第1設置平面MP1内で第1方向X1に沿って往復移動自在に第1シリンダ22a内に設けられている。本実施形態において、第1方向X1は、中心基準平面CRPと90度よりも小さい角度で交差する方向としている。第1クランク軸12aは、中心基準平面CRPとほぼ平行に配置されている。第1ピストン24aは、その長軸Lが第1設置平面MP1内で第1方向X1と直交する向きに配置されている。
第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの反対側に位置し中心基準平面CRPと直交する第2設置平面MP2に設けられている。第2設置平面MP2は、中心基準平面CRPに対して、第1設置平面MP1と対称に位置している。これにより、第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPに対して、第1駆動ユニット20aと対称に配置(ミラー配置)されている。第2ピストン24bの往復移動方向である第2方向X2は、第1ピストン24aの第1方向X1と対称の方向であり、中心基準平面CRPと90度よりも小さい角度で交差する方向としている。第1方向X1と第2方向X2とは、中心基準平面CRPで互いに交差し、180度よりも小さい角度θ、例えば、50ないし120度を成している。なお、第2ピストン24bは、その長軸Lが第2設置平面MP2内で第2方向X2と直交する向きに配置されている。
なお、第1方向X1と第2方向X2とが10ないし170度の角度θを成している場合、第1および第2クランク軸12a、12bの回転バランスを取るため、第1クランク軸12aのクランクウェブ14aおよび第2クランク軸12bのクランクウェブ14bにバランス調整用の切欠き15a、15bを設けている。
駆動装置10の他の構成は、第1実施形態に係る駆動装置と同一である。
駆動装置10の他の構成は、第1実施形態に係る駆動装置と同一である。
以上のように、第4の実施形態に係る駆動装置10は、いわゆるV型のエンジンを構成することができる。また、第5の実施形態に係る駆動装置10においても、前述した第1の実施形態に係る駆動装置と同様の作用効果を得ることができる。
(第6の実施形態)
図9は、第6の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態に係る駆動装置10は、前述した第5の実施形態に係る駆動装置10とほぼ同一に構成されている。第6の実施形態では、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状、横断面形状が円形のピストンを用いている。
図9は、第6の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態に係る駆動装置10は、前述した第5の実施形態に係る駆動装置10とほぼ同一に構成されている。第6の実施形態では、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状、横断面形状が円形のピストンを用いている。
第1駆動ユニット20aにおいて、第1XY分離クランク機構30aの第1支持部材32aは、前述した実施形態における第1支持部材と逆向きに設けられている。すなわち、第1支持部材32aの第1支持部33aおよびガイドレール44aは、第1設置平面MP1において、第1クランク軸12aに対して中心基準平面CRP側に配置され、第1方向X1と平行に延びている。第1支持部材32aの第2支持部33bは、第1支持部33aの一端から第3方向Y1に延出し、第1ピストン24aの移動軸(第1方向X1)と直交している。
第1駆動ユニット20aと対称に配置、構成された第2駆動ユニット20bにおいて、第2XY分離クランク機構30bの第1支持部35aおよびガイドレール45aは、第2設置平面MP2において、第2クランク軸12bに対して中心基準平面CRP側に配置され、第2方向X2と平行に延びている。第2支持部材32bの第2支持部35bは、第2支持部33bの一端から第4方向Y2に延出し、第2ピストン24bの移動軸(第2方向X2)と直交している。
第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と、第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とは、中心基準平面CRPで互いに交差しているとともに、180度よりも小さい角度θ、例えば、60~90度、を成している。
以上のように構成された第6の実施形態においても、いわゆるV型の駆動装置10を構成することができる。その他、第6の実施形態においても、第1の実施形態あるいは第5の実施形態と同様の作用効果が得られる。
(第7の実施形態)
図10は、第7の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態によれば、駆動装置10の第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように、また、中心基準平面CRPと平行になるように、対称配置されている。これにより、第1XY分離クランク機構30aの第1支持部33aおよびガイドレール44a、並びに、第2XY分離クランク機構30bの第1支持部35aおよびガイドレール45aは、互いに平行に、かつ、中心基準平面CRPと平行に延びている。駆動装置10の他の構成は、図8に示した第5の実施形態に係る駆動装置と同一である。
図10は、第7の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態によれば、駆動装置10の第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように、また、中心基準平面CRPと平行になるように、対称配置されている。これにより、第1XY分離クランク機構30aの第1支持部33aおよびガイドレール44a、並びに、第2XY分離クランク機構30bの第1支持部35aおよびガイドレール45aは、互いに平行に、かつ、中心基準平面CRPと平行に延びている。駆動装置10の他の構成は、図8に示した第5の実施形態に係る駆動装置と同一である。
(第8の実施形態)
図11は、第8の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態によれば、上述した第7の実施形態と同様に、駆動装置10の第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように、また、中心基準平面CRPと平行になるように、対称配置されている。
図11は、第8の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態によれば、上述した第7の実施形態と同様に、駆動装置10の第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように、また、中心基準平面CRPと平行になるように、対称配置されている。
第1駆動ユニット20aにおいて、第1XY分離クランク機構30aの第1支持部材32aは、前述した実施形態における第1支持部材と逆向きに設けられている。すなわち、第1支持部材32aの第1支持部33aおよびガイドレール44aは、第1設置平面MP1において、第1クランク軸12aに対して中心基準平面CRP側に配置され、第1方向X1と平行に延びている。第1支持部材32aの第2支持部33bは、第1支持部33aの一端から第3方向Y1に延出し、第1ピストン24aの移動軸(第1方向X1)と直交している。
第2駆動ユニット20bにおいて、第2XY分離クランク機構30bの第1支持部35aおよびガイドレール45aは、第2設置平面MP2において、第2クランク軸12bに対して中心基準平面CRP側に配置され、第2方向X2と平行に延びている。第2支持部材32bの第2支持部35bは、第2支持部33bの一端から第4方向Y2に延出し、第2ピストン24bの移動軸(第2方向X2)と直交している。
駆動装置10の他の構成は、第7の実施形態に係る駆動装置と同一である。
(第9の実施形態)
図12は、第9の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態によれば、上述した第7の実施形態と同様に、駆動装置10の第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように、また、中心基準平面CRPと平行になるように、対称配置されている。本実施形態では、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状、横断面形状が円形のピストンを用いている。駆動装置10の他の構成は、第7の実施形態に係る駆動装置と同一である。
図12は、第9の実施形態に係る駆動装置を示す側面図である。本実施形態によれば、上述した第7の実施形態と同様に、駆動装置10の第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように、また、中心基準平面CRPと平行になるように、対称配置されている。本実施形態では、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bとして、平面形状、横断面形状が円形のピストンを用いている。駆動装置10の他の構成は、第7の実施形態に係る駆動装置と同一である。
上述した第7ないし第9の実施形態によれば、平行型の駆動装置10を提供することができる。その他、第7ないし第9の実施形態においても、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。
上述した第5および第6の実施形態に係るV型の駆動装置、並びに、第7ないし第9の実施形態に係る平行型の駆動装置は、いずれも2気筒に限定されるものではなく、4気筒、6気筒あるいは8気筒以上と、多気筒化してもよい。
上述した実施形態において、第1駆動ユニットおよび第2駆動ユニットが配置される第1設置平面MP1および第2設置平面MP2は、中心基準平面CRPと直交する平面としているが、これに限らず、90度よりも大きい、あるいは、小さい角度で中心基準平面CRPと交差する平面としてもよい。この場合、第1クランク軸および第2クランク軸は、中心基準平面CRPと平行とならず、中心基準平面CRPに対し傾斜して位置するが、連結同期機構として、例えば、傘歯車を用いることにより、第1クランク軸と第2クランク軸とを互いに連結し、相互に逆転した相等しい逆転回転出力を得ることができる。
(第10の実施形態)
図13は、第10の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図、図14は、XY分離クランク機構の分解斜視図である。第10の実施形態では、XY分離クランク機構の構成が第1の実施形態と相違している。
図13は、第10の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図、図14は、XY分離クランク機構の分解斜視図である。第10の実施形態では、XY分離クランク機構の構成が第1の実施形態と相違している。
図13に示すように、駆動装置10は、第1クランク軸12aを有する第1駆動ユニット20aと、第2クランク軸12bを有する第2駆動ユニット20bと、第1クランク軸12aと第2クランク軸12bとを連結し、第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構50と、を備えている。
第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、同一の構成を有している。第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置され、更に、第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して左右、前後対称に配置(ミラー配置)および構成されている。第1駆動ユニット20aは、中心基準平面CRPの片側に位置し中心基準平面CRPと直交する第1設置平面MP1に設けられ、第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの反対側に位置し中心基準平面CRPと直交する第2設置平面MP2、すなわち、第1設置平面MP1と対称な第2設置平面MP2に設けられている。
第1駆動ユニット20aは、第1設置平面MP1と直交して延びる第1クランク軸12aと、第1設置平面MP1内で第1ピストン24aと第1クランク軸12aとの間に設けられ、第1ピストン24aの往復運動と第1クランク軸12aの回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構30aと、を備えている。第1ピストン24aの往復移動方向である第1方向は、中心基準平面CRPと直交する第1方向X1としている。また、第1クランク軸12aは、中心基準平面CRPとほぼ平行に配置されている。
第2駆動ユニット20bは、第2設置平面MP2と直交して延びる第2クランク軸12bと、第2設置平面MP2内で第2ピストン24bと第2クランク軸12bとの間に設けられ、第2ピストン24bの往復運動と第2クランク軸12bの回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構30bと、を備えている。第2ピストン24aの往復移動方向である第2方向は、前述した第1方向X1と対称の方向であり、中心基準平面CRPと直交する第2方向X2としている。第1方向X1と第2方向X2とは、180度の角度を成している、すなわち、同一方向であり、第1ピストン24aと第2ピストン24bは、互いに同軸的に配置されている。
第1XY分離クランク機構30aと第2XY分離クランク機構30bとは、同一の構成を有し、中心基準平面CRPに対して左右、上下対称に配置されている。第2XY分離クランク機構30bを代表して、詳細に説明する。図13および図14に示すように、第2XY分離クランク機構30bは、第2ピストン24bの中心軸(移動軸、X軸)を含む第2設置平面MP2において、第2方向X2に沿って往復移動自在に設けられた第2支持部材(コンビネータ)32bと、第2設置平面MP2において、第2方向X2と直交する第4方向Y2(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第2支持部材32bに取り付けられた第2クランク接続部材(クランク接続プレート)34bと、第2ピストン24bと第2支持部材32bとを連結する連結部材としての第2連結ロッド36bと、を備えている。第2支持部材32bの移動中心軸(第2方向X2)、第2クランク接続部材34bの移動中心軸(第4方向Y2)、および第2連結ロッド36bの中心移動軸(第2方向X2)は、第2設置平面MP2に位置している。
本実施形態において、第2支持部材32bは、例えば、矩形枠状に形成されている。すなわち、第2支持部材32bは、第2方向X2に延びる第1支持部35aと、第1支持部35aの軸方向両端から第4方向Y2に延びる第2支持部35bおよび第3支持部35cとを一体に有している。本実施形態において、第2支持部材32bは、第2支持部35bの延出端と第3支持部35cの延出端とを連結し、第1支持部35aと隙間を置いて対向する第4支持部35dを一体に備えている。第2支持部35bおよび第3支持部35cの互いに対向する内面は、平坦に、かつ、互いに平行に形成され、それぞれ第4方向Y2に沿って延びている。第2支持部材32b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35aに第1リニアスライダ41aが固定されている。また、図示しない筐体の内面に第2ガイドレール45aが設置され、第2設置平面MP2内で第2方向X2に延びている。第1リニアスライダ41aは、第2ガイドレール45a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、第2支持部材32bの内、第1支持部35aのみが、第2ガイドレール45a上に第2方向X2に沿って往復移動自在に支持されている。第2リニアスライダ41aは、第2ガイドレール45aに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
第2クランク接続部材34b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34bの左右の側面は、それぞれ第1摺動面60aおよび第2摺動面60bを構成している。第1摺動面60aおよび第2摺動面60bは、それぞれ平坦に、また、互いに平行に形成され、かつ、それぞれ第4方向Y2に沿って延びている。
第2クランク接続部材34bのほぼ中央部に、円形の透孔46が貫通形成されている。透孔46は、第2方向X2および第4方向Y2と直交するZ軸方向に、すなわち、第2クランク軸12bと平行な方向に、延びている。この透孔46に第2クランク軸12bのクランクピン16bが回転自在に挿通される。透孔46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。メッキ後、ワイアカットを用いても良い。
第2クランク接続部材34bは、枠状の第2支持部材32b内に配置され、第1摺動面60aが第2支持部35bの内面に摺動自在に接触し、第2摺動面60bが第3支持部35cの内面に摺動自在に接触している。これにより、第2クランク接続部材34bは、第第2支持部材32bの第2および第3支持部35b、35c間に、第4方向Y2に沿って往復移動自在に支持およびガイドされている。また、第2クランク接続部材34bの透孔46に、第2クランク軸12bのクランクピン16bが回転自在に挿通される。これにより、第2クランク接続部材34bは第2クランク軸12に係合し、第2クランク軸12bと第2支持部材32bとを接続している。
なお、第2支持部材32bの第2支持部35bおよび第3支持部35cの内面にそれぞれ第4方向Y2に延びるガイドレールを設置し、また、第2クランク接続部材34bの第1摺動面60aおよび第2摺動面60bに、それぞれガイドレールと係合するガイド溝を設けてもよい。
第2クランク接続部材34bは、透孔46の中心軸を通り第2方向X2と直交する分割面62に沿って分割された2部材(第1摺動面60aを含む第1ハーフ部64a、および第2摺動面60bを含む第2ハーフ部64b)で構成し、これら2部材を分割面62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34bを構成している。分割面62は、透孔46の中心軸を通り、第4方向Y2に延びる面としている。また、分割面62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62の凹凸は、Z軸方向(透孔46の軸方向)に交互に並らび、各凹所および凸部は、第4方向Y2に延びている。本実施形態において、各分割面62は、交互に並んだ円弧状の凹面と円弧状の凸面とを有している。係合状態において、第1ハーフ部64aの分割面61と第2ハーフ部64b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64a、64b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64a、64b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64aおよび第2ハーフ部64bの各分割面62は、2つ以上の凸部および/あるいは、2つ以上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。
第2XY分離クランク機構30bの第2連結ロッド36bの一端は支持ピンを介して第2ピストン24bに連結され、他端は、第2支持部材32bの第2支持部35bに連結されている。第2連結ロッド36bは第2方向X2と平行に、かつ、第2ピストン24bと同軸的に延びている。第2連結ロッド36bは、第2方向X2に沿って第2支持部材32bと一体的に往復移動し、第2ピストン24bを第2方向X2に沿って往復移動させる。なお、連結部材は、単一の連結ロッドに限らず、複数本の連結ロッド、あるいは、第4方向Y2に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
駆動装置10をエンジンとして用いる場合、第2ピストン24bに駆動力が入力され、第2ピストン24bが第2方向X2に沿って往復運動する。第2ピストン24bの往復運動は、第2XY分離クランク機構30bにおける第2支持部材32bの第2方向X2の往復運動および第2クランク接続部材34bの第4方向Y2の往復運動によって回転運動に変換され、第2クランク軸12bに伝達される。これにより、第2クランク軸12bに回転出力が与えられる。
図13に示すように、第1XY分離クランク機構30aは、第2XY分離クランク機構30bと同様に構成され、第1方向X1に沿って往復移動自在に設けられた矩形枠状の第1支持部材32aと、第1支持部材32a内に第3方向Y1に沿って往復移動自在に支持およびガイドされたブロック形状の第1クランク接続部材34aと、第1支持部材32aと第1ピストン24aとを連結した第1連結ロッド36aと、を備えている。第1クランク接続部材34aの透孔に第1クランク軸12aのクランクピンが回転自在に挿通されている。
第1XY分離クランク機構30aは、中心基準平面CRPに対して、第2XY分離クランク機構30bと左右対称に配置および構成され、第2XY分離クランク機構30bと対称に動作する。
第10の実施形態において、駆動装置10の他の構成は、前述した第1の実施形態あるいは第2の実施形態に係る駆動装置と同一である。
第10の実施形態において、駆動装置10の他の構成は、前述した第1の実施形態あるいは第2の実施形態に係る駆動装置と同一である。
上記のように構成された第10の実施形態に係る駆動装置10は、第1の実施形態に係る駆動装置10と同一の作用効果を得ることができる。更に、第10の実施形態によれば、XY分離クランク機構における支持部材を矩形枠状とし、この枠体内にクランク接続部材をXYZ方向に摺動可能に配置する構成とすることにより、リニアガイドを省略し、XY分離クランク機構の構成部材数を低減することが可能となる。また、組み立て時、クランク接続部材を分割してクランク軸に装着し、装着後、クランク接続部材を支持部材の第2支持部と第3支持部との間に装着する。これにより、クランクピンを有するクランク軸40に対して、クランク接続部材を組み付けることができる。これにより、クランク機構の組立工数を軽減し、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。更に、支持部材とクランク接続部材とは、最適位置での摺動を自動的に調整する機能を持つことができる。
クランク接続部材を透孔46の中心軸で左右に2分割し、分割面62を凸凹形状とすることにより、分割された第1ハーフ部64aおよび第2ハーフ部64b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。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。
図15は、本実施形態のように、クランク接続部材を凹凸状の分割面で2分割した場合(a)と、クランク接続部材を分割されていない一体部品とした場合(b)と、でクランク接続部材に作用する応力を比較して示している。図15(a)に示すように、本実施形態に係るクランク接続部材では、一方のハーフ部の摺動面に応力が作用した場合でも、この応力は分割面で絶縁され、他方のハーフ部に伝わらず、他方のハーフ部の変形は見られない。そのため、クランク接続部材と支持部材との間にサイドスラストロスが生じることがなく、XY分離クランク機構の円滑な摺動動作を実現することができる。
これに対して、図15(b)に示すように、クランク接続部材を一体型とした場合、一方の摺動面に応力が作用すると、クランク接続部材が全体的に変形する。そのため、クランク接続部材の摺動面と支持部材の摺動面との間に対向平面が出来やすく、これらの摺動面間でサイドスラストロスを生じる。
(第11の実施形態)
図16は、第11の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図、図17は、図16と反対側から見た駆動装置の斜視図、図18は、一部を破断して示す駆動装置の正面図である。本実施形態によれば、駆動装置は、2本のクランク軸を回転させる駆動モータを備えた2軸加圧式のコンプレッサを構成している。
図16ないし図18に示すように、コンプレッサとしての駆動装置10は、矩形箱状のクランクケース70と、2つのシリンダ22a、22bを有しクランクケース70上に設けられたシリンダブロック72と、シリンダ22a、22bの上部開口を覆うシリンダヘッド74と、それぞれクランクケース70内に回転自在に支持された第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bと、を備えている。クランクケース70は、板状の基台76上に設置されている。
図16は、第11の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図、図17は、図16と反対側から見た駆動装置の斜視図、図18は、一部を破断して示す駆動装置の正面図である。本実施形態によれば、駆動装置は、2本のクランク軸を回転させる駆動モータを備えた2軸加圧式のコンプレッサを構成している。
図16ないし図18に示すように、コンプレッサとしての駆動装置10は、矩形箱状のクランクケース70と、2つのシリンダ22a、22bを有しクランクケース70上に設けられたシリンダブロック72と、シリンダ22a、22bの上部開口を覆うシリンダヘッド74と、それぞれクランクケース70内に回転自在に支持された第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bと、を備えている。クランクケース70は、板状の基台76上に設置されている。
本実施形態において、2つのシリンダ22a、22bは、互いに平行に並んで形成され、また、同一の内径を有している。また、シリンダ22a、22bの中心軸は、基台76に対して垂直に延びている。シリンダヘッド74には、シリンダ22aへの吸気およびシリンダ22aからの排気を制御する第1リードバルブ78aと、シリンダ22bへの吸気およびシリンダ22bからの排気を制御する第2リードバルブ78bと、が設けられている。
駆動装置10は、シリンダ22a内に設けられた第1ピストン24aおよび第1クランク軸12aを有する第1駆動ユニット20aと、シリンダ22b内に設けられた第2ピストン24bおよび第2クランク軸12bを有する第2駆動ユニット20bと、第1クランク軸12aと第2クランク軸12bとを連結し、第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構50と、第1クランク軸12aを駆動(回転)する第1駆動モータ80aと、第2クランク軸12bを第1クランク軸12aと反対方向に駆動(回転)する第2駆動モータ80bと、を備えている。第1駆動モータ80aおよび第2駆動モータ80bは、例えば、同一のサイズ、同一の出力を有し、それぞれ基台76上に設置されクランクケース70の両側に配置されている。
図18に示すように、第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、同一の構成を有している。第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、第1ピストン24aの移動方向である第1方向X1と第2ピストン24bの移動方向である第2方向X2とが、互いに平行となるように配置されている。第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置され、更に、第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して左右、前後対称に配置(ミラー配置)および構成されている。第1駆動ユニット20aは、中心基準平面CRPの片側に位置し中心基準平面CRPと直交する第1設置平面MP1に設けられ、第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの反対側に位置し中心基準平面CRPと直交する第2設置平面MP2、すなわち、第1設置平面MP1と対称な第2設置平面MP2に設けられている。
本実施形態によれば、第1駆動ユニット20aは、第1設置平面MP1と直交して延びる第1クランク軸12aと、第1設置平面MP1内で第1ピストン24aと第1クランク軸12aとの間に設けられ、第1ピストン24aの往復運動と第1クランク軸12aの回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構30aと、を備えている。第1ピストン24aの往復移動方向である第1方向は、中心基準平面CRPと平行な第1方向X1としている。また、第1クランク軸12aは、中心基準平面CRPとほぼ平行に配置されている。
第2駆動ユニット20bは、第2設置平面MP2と直交して延びる第2クランク軸12bと、第2設置平面MP2内で第2ピストン24bと第2クランク軸12bとの間に設けられ、第2ピストン24bの往復運動と第2クランク軸12bの回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構30bと、を備えている。第2ピストン24aの往復移動方向である第2方向は、前述した第1方向X1と平行で、中心基準平面CRPと平行な第2方向X2としている。
第1XY分離クランク機構30aと第2XY分離クランク機構30bとは、同一の構成を有し、中心基準平面CRPに対して左右、上下対称に配置されている。第2XY分離クランク機構30bを代表して、詳細に説明する。図18および図19に示すように、第2XY分離クランク機構30bは、第2ピストン24bの中心軸(移動軸、X軸)を含む第2設置平面MP2において、第2方向X2に沿って往復移動自在に設けられた第2支持部材(コンビネータ)32bと、第2設置平面MP2において、第2方向X2と直交する第4方向Y2(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第2支持部材32bに取り付けられた第2クランク接続部材(クランク接続プレート)34bと、第2ピストン24bと第2支持部材32bとを連結する連結部材としての第2連結ロッド36bと、を備えている。第2支持部材32bの移動中心軸(第2方向X2)、第2クランク接続部材34bの移動中心軸(第4方向Y2)、および第2連結ロッド36bの中心移動軸(第2方向X2)は、第2設置平面MP2に位置している。
本実施形態において、第2支持部材32bは、例えば、矩形枠状に形成されている。すなわち、第2支持部材32bは、第2方向X2に延びる第1支持部35aと、第1支持部35aの軸方向両端から第4方向Y2に延びる第2支持部35bおよび第3支持部35cとを一体に有している。本実施形態において、第2支持部材32bは、第2支持部35bの延出端と第3支持部35cの延出端とを連結し、第1支持部35aと隙間を置いて対向する第4支持部35dを備えている。第2支持部35bおよび第3支持部35cの互いに対向する内面は、平坦に、かつ、互いに平行に形成され、それぞれ第4方向Y2に沿って延びている。第2支持部材32b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35aに第2リニアスライダ41aが固定されている。また、クランクケース70の内面に第2ガイドレール45aが設置され、第2設置平面MP2内で第2方向X2に延びている。第2リニアスライダ41aは、第2ガイドレール45a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、第2支持部材32bの内、第1支持部35aのみが、第2ガイドレール45a上に第2方向X2に沿って往復移動自在に支持されている。第2リニアスライダ41aは、第2ガイドレール45aに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
第2クランク接続部材34b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34bの上下の側面は、それぞれ第1摺動面60aおよび第2摺動面60bを構成している。第1摺動面60aおよび第2摺動面60bは、平坦に平行に形成され、かつ、それぞれ第4方向Y2に沿って延びている。
第2クランク接続部材34bのほぼ中央部に、円形の透孔46が貫通形成されている。透孔46は、第2方向X2および第4方向Y2と直交するZ軸方向に、すなわち、第2クランク軸12bと平行な方向に、延びている。この透孔46に第2クランク軸12bのクランクピン16bが回転自在に挿通される。透孔46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。メッキ後、ワイアカットを用いても良い。
第2クランク接続部材34bは、枠状の第2支持部材32b内に配置され、第1摺動面60aが第2支持部35bの内面に摺動自在に接触し、第2摺動面60bが第3支持部35cの内面に摺動自在に接触している。これにより、第2クランク接続部材34bは、第第2支持部材32bの第2および第3支持部35b、35c間に、第4方向Y2に沿って往復移動自在に支持およびガイドされている。また、第2クランク接続部材34bの透孔46に、第2クランク軸12bのクランクピン16bが回転自在に挿通される。これにより、第2クランク接続部材34bは第2クランク軸12に係合し、第2クランク軸12bと第2支持部材32bとを接続している。
なお、第2支持部材32bの第2支持部35bおよび第3支持部35cの内面にそれぞれ第4方向Y2に延びるガイドレールを設置し、また、第2クランク接続部材34bの第1摺動面60aおよび第2摺動面60bに、それぞれガイドレールと係合するガイド溝を設けてもよい。
第2クランク接続部材34bは、透孔46の中心軸を通り第2方向X2と直交する分割面62に沿って分割された2部材(第1摺動面60aを含む第1ハーフ部64a、および第2摺動面60bを含む第2ハーフ部64b)で構成し、これら2部材を分割面62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34bを構成している。分割面62は、透孔46の中心軸を通り、第4方向Y2に延びる面としている。また、分割面62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62の凹凸は、Z軸方向(透孔46の軸方向)に交互に並らび、各凹所および凸部は、第4方向Y2に延びている。本実施形態において、各分割面62は、交互に並んだ円弧状の凹面と円弧状の凸面とを有している。係合状態において、第1ハーフ部64aの分割面61と第2ハーフ部64b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64a、64b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64a、64b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64aおよび第2ハーフ部64bの各分割面62は、2つ以上の凸部および/あるいは、2つ以上の凹所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。
第2XY分離クランク機構30bの第2連結ロッド36bの一端は支持ピンを介して第2ピストン24bに連結され、他端は、第2支持部材32bの第2支持部35bに連結されている。第2連結ロッド36bは第2方向X2と平行に、かつ、第2ピストン24bと同軸的に延びている。第2連結ロッド36bは、第2方向X2に沿って第2支持部材32bと一体的に往復移動し、第2ピストン24bを第2方向X2に沿って往復移動させる。なお、連結部材は、単一の連結ロッドに限らず、複数本の連結ロッド、あるいは、第4方向Y2に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
図18および図19に示すように、第1XY分離クランク機構30aは、第2XY分離クランク機構30bと同様に構成され、第1リニアスライダ40aおよび第1ガイドレール44aにより第1方向X1に沿って往復移動自在に設けられた矩形枠状の第1支持部材32aと、第1支持部材32a内に第3方向Y1に沿って往復移動自在に支持およびガイドされたブロック形状の第1クランク接続部材34aと、第1支持部材32aと第1ピストン24aとを連結した第1連結ロッド36aと、を備えている。第1クランク接続部材34aの透孔に第1クランク軸12aのクランクピンが回転自在に挿通されている。
上記のように構成された第1XY分離クランク機構30aおよび第2XY分離クランク機構30bは、クランクケース70内に設けられている。第1XY分離クランク機構30aは、中心基準平面CRPに対して、第2XY分離クランク機構30bと左右対称に配置および構成され、第2XY分離クランク機構30bと対称に動作する。
第1クランク軸12aは、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。第2クランク軸12bは、第1クランク軸12aと平行に延び、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。
第1クランク軸12aは、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。第2クランク軸12bは、第1クランク軸12aと平行に延び、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。
図16ないし図18に示すように、駆動装置10の連結同期機構50は、第1クランク軸12aの一端部に同軸的に取り付けられた第1歯車52aと、第2クランク軸12bの一端部に同軸的に取り付けられた第2歯車52bと、を有している。第1歯車52aおよび第2歯車52bは、同一径、および同一歯数に形成され、互いに歯合している。第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、第1歯車52aおよび第2歯車52bを介して互いに連結されている。第1歯車52aおよび第2歯車52bと基台76との干渉を避けるため、基台76にはスロット81が形成され、第1歯車52aおよび第2歯車52bの下端部分がスロット81内に位置する。第1歯車52aが回転すると、第2歯車52bは、第1歯車52aの回転に同期して、第1歯車52aと逆方向へ回転する。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、同期して互いに相反する方向に回転する。
第1クランク軸12aの他端部に第1従動プーリ82aが同軸的に取り付けられている。第2クランク軸12bの他端部に第2従動プーリ82aが同軸的に取り付けられている。第1従動プーリ82aおよび第2従動プーリ82bは、同一の径に形成されている。第1駆動モータ80aの駆動軸81aに第1駆動プーリ84aが同軸的に取り付けられ、この第1駆動プーリ84aと第1従動プーリ82aとに第1駆動ベルト86aが架け渡されている。第2駆動モータ80bの駆動軸81bに第2駆動プーリ84bが同軸的に取り付けられ、この第2駆動プーリ84bと第2従動プーリ82bとに第2駆動ベルト86bが架け渡されている。第1駆動プーリ84aおよび第2駆動プーリ84bは、同一の径に形成されている。上述した各プーリおよび駆動ベルトは、それぞれ歯付きプーリおよび歯付きベルトとしてもよい。
なお、駆動モータの回転出力をクランク軸に伝達する伝達機構は、プーリとベルトの組合わせに限らず、スプロケットとチェーンとの組合わせにより構成してもよい。
なお、駆動モータの回転出力をクランク軸に伝達する伝達機構は、プーリとベルトの組合わせに限らず、スプロケットとチェーンとの組合わせにより構成してもよい。
上記のようにコンプレッサとして構成された駆動装置10において、第1駆動モータ80aおよび第2駆動モータ80bを作動させると、第1駆動プーリ、第1駆動ベルト、第1従動プーリを介して、第1駆動モータ80aの回転力が第1クランク軸12aに入力され、同時に、第2駆動プーリ、第2駆動ベルト、第2従動プーリを介して、第2駆動モータ80bの回転力が第2クランク軸12bに入力される。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bに互いに逆向きの回転力が入力され、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bが互いに相反する方向に回転する。この際、連結同期機構50により、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは互いに同期して回転する。各クランク軸のクランクピンは、クランク軸の周りで偏心回転する。
第1クランク軸12aのクランクピン16aの偏心回転運動は、第1XY分離クランク機構30aの第1クランク接続部材34aおよび第1支持部材32aにより、第3方向Y1の往復運動と、第1方向X1の往復運動とに分離され、第1支持部材32aの第1方向X1の往復運動は、第1連結ロッド36aを介して第1ピストン24aに伝達される。これにより、第1ピストン24aは第1シリンダ22a内で第1方向X1に沿って往復移動し、第1シリンダ22a内の流体を圧縮した後、第1リードバルブ78aを通して加圧流体を出力する。
同様に、第2クランク軸12bのクランクピン16bの偏心回転運動は、第2XY分離クランク機構30bの第2クランク接続部材34bおよび第2支持部材32bにより、第4方向Y2の往復運動と、第2方向X2の往復運動とに分離され、第2支持部材32bの第2方向X2の往復運動は、第2連結ロッド36bを介して第2ピストン24bに伝達される。これにより、第2ピストン24bは第2シリンダ22b内で第2方向X2に沿って往復移動し、第2シリンダ22b内の流体を圧縮した後、第2リードバルブ78bを通して加圧流体を出力する。
第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して、左右対称、前後対称に配置および構成されていることから、動作も対称となる。第1ピストン24aが上死点に移動すると、これに同期して、第2ピストン24bも上死点に移動する。第1ピストン24aが上死点から下死点に向かって移動すると、同時に、第2ピストン24bが上死点から下死点に向かって移動する。第1XY分離クランク機構30aおよび第2XY分離クランク機構30bも、中心基準平面CRPに対して、互いに対称な状態を保ちながら、互いに同期して動作する。
上記のように構成された駆動装置10によれば、第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bにおいて、第1および第2XY分離クランク機構30a、30bにより、第1クランク軸12aの回転運動および第2クランク軸12bの回転運動を、第1方向および第2方向の直線的な往復運動とこの第1方向、第2方向とそれぞれ直交する第3方向、第4方向の直線的な往復運動とに分離、変換することができ、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bの完全な平行運動を実現することができる。そのため、シリンダに対するピストンの片当たりを無くし、シール性の向上、摩擦ロスの低減、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。更に、第1駆動ユニットと第2駆動ユニットとを、中心基準平面に対して左右対称、前後対称に配置(ミラー配置)、および構成しているため、偏差による振動を完全に打ち消し、無振動回転構造体を構成することができる。
また、XY分離クランク機構により、ピストンのサイドスラストを実質的に無くすことができ、その結果、シリンダ、ピストンをセラミック、ガラス等で形成することが可能となり、低温で保温型の熱効率のよいコンプレッサを構築することができる。更に、駆動装置は、サイドスラストによる振動が無いため、シリンダをカーボンファイバー、あるいは、PBT等のプラスティク素材で形成することが可能となる。更に、サイドスラストレスであることから、ピストンのハイアスペクト比化を実現でき、その分、ショートショートストローク化を図り小型ロープロファイルのコンプレッサあるいはポンプを実現することができる。
更に、第11の実施形態によれば、XY分離クランク機構における支持部材をU字形枠状とし、この枠体内にクランク接続部材をXYZ方向に摺動可能に配置する構成とすることにより、リニアガイドを省略し、XY分離クランク機構の構成部材数を低減することが可能となる。また、組み立て時、クランク接続部材を分割してクランク軸に装着し、装着後、クランク接続部材を支持部材の第2支持部と第3支持部との間に装着する。これにより、クランクピンを有する第1および第2クランク軸12a、12bに対して、クランク接続部材を組み付けることができる。このことから、クランク機構の組立工数を軽減し、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。更に、支持部材とクランク接続部材とは、最適位置での摺動を自動的に調整する機能を持つことができる。
クランク接続部材を透孔46の中心軸で左右に2分割し、分割面62を凸凹形状とすることにより、分割された第1ハーフ部64aおよび第2ハーフ部64b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。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。同時に、2部材間のZ軸方向への自動調芯を行うことができる。
以上のように、本実施形態によれば、2本のクランク軸を歯車あるいはベルトで逆転結合し低振動化するミラー型のXY分離クランク機構と自動調芯のXYZ力分離機構とを組み合わせることで、摩擦ロスおよび振動を低減し、動作効率の高いコンプレッサあるいはポンプが得られる。シリンダとピストンを隣り合わせに配置できるので、集合配管が容易である。従来のクロスヘッドが不要であり、振動がないため、装置全体を軽量化することができる。また、2本のクランク軸は、完全同期、同時正回転、逆回転であるため、独立した2つの駆動モータを用いてクランク軸を駆動することができ、各駆動モータとして小型で廉価なモータを用いることができる。
なお、駆動モータは、2つに限らず、単一の駆動モータを用いてもよい。この場合、駆動モータにより、いずれか一方のクランク軸に回転力を入力し、連結同期機構により他方のクランク軸に回転力を伝達する。また、ピストンの形状は、円形に限らず、非円形状、例えば、オーバル形状、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。
(第12の実施形態)
図20は、第12の実施形態に係る駆動装置の正面側を示す斜視図、図21は、駆動装置の背面側を示す斜視図、図22は、駆動装置を一部破断して示す正面図、図23は、駆動装置のXY分離クランク機構を示す分解斜視図である。本実施形態によれば、駆動装置は、2軸出力のエンジン装置を構成している。
図20は、第12の実施形態に係る駆動装置の正面側を示す斜視図、図21は、駆動装置の背面側を示す斜視図、図22は、駆動装置を一部破断して示す正面図、図23は、駆動装置のXY分離クランク機構を示す分解斜視図である。本実施形態によれば、駆動装置は、2軸出力のエンジン装置を構成している。
図20ないし図22に示すように、駆動装置10は、例えば、2サイクルで動作するエンジン装置として構成されている。駆動装置10は、矩形箱状のクランクケース70と、第1シリンダ22aおよび第2シリンダ22bを有しクランクケース70上に設けられた上部シリンダブロック(第1シリンダブロック)72aと、第1および第2シリンダ22a、22bの上部開口を覆うヘッドカバー(カムケース)88と、第3シリンダ23aおよび第4シリンダ23bを有しクランクケース70下に設けられた下部シリンダブロック(第2シリンダブロック)72bと、第3および第4シリンダ23a、23bの下部開口を覆うバルブケース90と、バルブケース90の下面に設けられたエアーコレクタ92と、それぞれクランクケース70内に回転自在に支持された第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bと、を備えている。本実施形態において、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは互いに平行に配置されている。
本実施形態において、上部の2つの第1および第2シリンダ22a、22bは、互いに平行に並んで形成され、また、同一の内径を有している。また、下部の2つの第3および第4シリンダ23a、23bは、互いに平行に並んで形成され、また、同一の内径を有している。第3および第4シリンダ23a、23bの内径は、第1および第2シリンダ22a、22bの内径よりも大きく形成されている。また、上部の第1シリンダ22aと下部の第3シリンダ23aとは、互いに同軸的に設けられ、共通の中心軸を有している。上部の第2シリンダ22bと下部の第4シリンダ23bとは、互いに同軸的に設けられ、共通の中心軸を有している。
ヘッドカバー88には、第1シリンダ22aの上部開口に連通する燃焼室94a、この燃焼室94aに開口する給気ポートおよび排気ポートが形成され、更に、第2シリンダ22bの上部開口に連通する燃焼室94b、この燃焼室94bに開口する給気ポートおよび排気ポートが形成されている。また、ヘッドカバー88に、第1シリンダ22a側の給気ポートを開閉する第1給気側バルブ機構96a、第1シリンダ22a側の排気ポートを開閉する第1排気側バルブ機構98a、第2シリンダ22b側の給気ポートを開閉する第2給気側バルブ機構96b、および第2シリンダ22b側の排気ポートを開閉する第2排気側バルブ機構98bが設けられている。
これらのバルブ機構96a、96b、98a、98bは、同一の構成を有している。すなわち、各バルブ機構は、バルブ体として、例えば、きのこ弁100と、きのこ弁100のステムに連結されたバルブスライダ102と、ヘッドカバー88に固定されバルブスライダ102をきのこ弁100の開閉方向に摺動自在にガイドするリニアガイド104と、バルブスライダ102とヘッドカバー88との間に設けられきのこ弁100を閉じ位置方向に付勢するバルブばね106と、バルブスライダ102に回転自在に取り付けられたカムフォロア107と、ヘッドカバー88に揺動可能に取り付けられ、一端がカムフォロア107に当接しているロッカーアーム108と、ロッカーアーム108の他端に接触する複数のカムを有し、ヘッドカバー88に回転自在に支持された共通のカムシャフト110と、を備えている。
更に、ヘッドカバー88に点火プラグ95a、95bが取り付けられ、それぞれ燃焼室94a、94b内に対向している。
更に、ヘッドカバー88に点火プラグ95a、95bが取り付けられ、それぞれ燃焼室94a、94b内に対向している。
一方、下部のバルブケース90には、第3シリンダ23aへの吸気を制御する第1リードバルブ78aと、第4シリンダ23bへの吸気を制御する第2リードバルブ78bと、が設けられている。更に、バルブケース90に排気リードバルブ79が設けられている。排気リードバルブ79は、第3シリンダ23aおよび第4シリンダ23bからの圧縮気体の排気を制御する。駆動装置10は、排気リードバルブ79からヘッドカバー88の2つの吸気ポートまで延びる排気流路(排気配管)112を有している。本実施形態では、排気流路112は、下部シリンダブロック72b、クランクケース70、上部シリンダブロック72a、およびヘッドカバー88に連続して形成された流通孔により規定されている。後述するように、第3シリンダ23aおよび第4シリンダ23bから排気された圧縮気体は、排気リードバルブ79、排気流路112、およびヘッドカバー88の吸気ポートを通して、第1シリンダ22aおよび第2シリンダ22bの燃焼室94a、94bに供給される。
図20ないし図22に示すように、駆動装置10は、第1クランク軸12aを駆動する第1駆動ユニット20aと、この第1駆動ユニット20aと同一の構成を有し第2クランク軸12bを駆動する第2駆動ユニット20bと、第1クランク軸12aと第2クランク軸12bとを連結し、第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構50と、を備えている。第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの両側にそれぞれ配置され、更に、第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して左右、前後対称に配置(ミラー配置)および構成されている。第1駆動ユニット20aは、中心基準平面CRPの片側に位置し中心基準平面CRPと直交する第1設置平面MP1に設けられ、第2駆動ユニット20bは、中心基準平面CRPの反対側に位置し中心基準平面CRPと直交する第2設置平面MP2、すなわち、第1設置平面MP1と対称な第2設置平面MP2に設けられている。第1クランク軸12aは第1設置平面MP1と直交して延びている。第2クランク軸12bは第2設置平面MP2と直交して延びている。
第1駆動ユニット20aは、第1シリンダ22a内に往復動自在に設けられた第1ピストン24aと、前述した第1クランク軸12aと、第3シリンダ23a内に往復動自在に設けられた第3ピストン25aと、第1ピストン24aと第1クランク軸との間および第3ピストン25aと第1クランク軸との間に設けられ、第1ピストン24aおよび第3ピストン25aの往復運動と第1クランク軸12aの回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構30aと、を備えている。第1ピストン24aおよび第3ピストン25aの往復移動方向である第1方向は、中心基準平面CRPと平行な第1方向X1としている。また、本実施形態において、下部の第3ピストン25aは、上部の第1ピストン24aよりも大径に形成され、更に、大きなアスペクト比に形成されている。
第2駆動ユニット20bは、第2シリンダ22b内に往復動自在に設けられた第2ピストン24bと、前述した第2クランク軸12bと、第4シリンダ23b内に往復動自在に設けられた第4ピストン25bと、第2ピストン24bと第2クランク軸12bとの間および第4ピストン25bと第2クランク軸との間に設けられ、第2ピストン24bおよび第4ピストン25bの往復運動と第2クランク軸12bの回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構30bと、を備えている。第2ピストン24bおよび第4ピストン25bの往復移動方向である第2方向は、第1方向X1と平行で、中心基準平面CRPと平行な第2方向X2としている。本実施形態において、下部の第4ピストン25bは、上部の第2ピストン24bよりも大径に形成され、更に、大きなアスペクト比(径/高さ)に形成されている。
第1XY分離クランク機構30aと第2XY分離クランク機構30bとは、同一の構成を有し、中心基準平面CRPに対して左右、上下対称に配置されている。第2XY分離クランク機構30bを代表して、詳細に説明する。図22および図23に示すように、第2XY分離クランク機構30bは、第2ピストン24bの中心軸(移動軸、X軸)および第4ピストン25bの中心軸を含む第2設置平面MP2において、第2方向X2に沿って往復移動自在に設けられた第2支持部材(コンビネータ)32bと、第2設置平面MP2において、第2方向X2と直交する第4方向Y2(Y軸方向)に沿って往復移動自在に第2支持部材32bに取り付けられた第2クランク接続部材(クランク接続プレート)34bと、第2ピストン24bと第2支持部材32bとを連結する連結部材としての第2連結ロッド36bと、第4ピストン25bと第2支持部材32bとを連結する連結部材としての第4連結ロッド37bと、を備えている。第2支持部材32bの移動中心軸(第2方向X2)、第2クランク接続部材34bの移動中心軸(第4方向Y2)、および第2、第4連結ロッド36b、37bの中心移動軸(第2方向X2)は、第2設置平面MP2に位置している。
本実施形態において、第2支持部材32bは、例えば、矩形枠状に形成されている。すなわち、第2支持部材32bは、第2方向X2に延びる第1支持部35aと、第1支持部35aの軸方向両端から第4方向Y2に延びる第2支持部35bおよび第3支持部35cとを一体に有している。本実施形態において、第2支持部材32bは、第2支持部35bの延出端と第3支持部35cの延出端とを連結し、第1支持部35aと隙間を置いて対向する第4支持部35dを備えている。第2支持部35bおよび第3支持部35cの互いに対向する内面は、平坦に、かつ、互いに平行に形成され、それぞれ第4方向Y2に沿って延びている。第2支持部材32b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35aに第2リニアスライダ41aが固定されている。また、クランクケース70の内面に第2ガイドレール45aが設置され、第2設置平面MP2内で第2方向X2に延びている。第2リニアスライダ41aは、第2ガイドレール45a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、第2支持部材32bの内、第1支持部35aのみが、第2ガイドレール45a上に第2方向X2に沿って往復移動自在に支持されている。第2リニアスライダ41aは、第2ガイドレール45aに転接するボールベアリングを内蔵していてもよい。
第2クランク接続部材34b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34bの上下の側面は、それぞれ第1摺動面60aおよび第2摺動面60bを構成している。第1摺動面60aおよび第2摺動面60bは、それぞれ平坦に、かつ、互いに平行に形成され、かつ、それぞれ第4方向Y2に沿って延びている。
第2クランク接続部材34bのほぼ中央部に、円形の透孔46が貫通形成されている。透孔46は、第2方向X2および第4方向Y2と直交するZ軸方向に、すなわち、第2クランク軸12bと平行な方向に、延びている。この透孔46に第2クランク軸12bのクランクピン16bが回転自在に挿通される。透孔46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。メッキ後、ワイアカットを用いても良い。
第2クランク接続部材34bは、枠状の第2支持部材32b内に配置され、第1摺動面60aが第2支持部35bの内面に摺動自在に接触し、第2摺動面60bが第3支持部35cの内面に摺動自在に接触している。これにより、第2クランク接続部材34bは、第第2支持部材32bの第2および第3支持部35b、35c間に、第4方向Y2に沿って往復移動自在に支持およびガイドされている。また、第2クランク接続部材34bの透孔46に、第2クランク軸12bのクランクピン16bが回転自在に挿通される。これにより、第2クランク接続部材34bは第2クランク軸12に係合し、第2クランク軸12bと第2支持部材32bとを接続している。
なお、第2支持部材32bの第2支持部35bおよび第3支持部35cの内面にそれぞれ第4方向Y2に延びるガイドレールを設置し、また、第2クランク接続部材34bの第1摺動面60aおよび第2摺動面60bに、それぞれガイドレールと係合するガイド溝を設けてもよい。
第2クランク接続部材34bは、透孔46の中心軸を通り第2方向X2と直交する分割面62に沿って分割された2部材(第1摺動面60aを含む第1ハーフ部64a、および第2摺動面60bを含む第2ハーフ部64b)で構成し、これら2部材を分割面62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34bを構成している。分割面62は、透孔46の中心軸を通り、第4方向Y2に延びる面としている。また、分割面62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62の凹凸は、Z軸方向(透孔46の軸方向)に交互に並らび、各凹所および凸部は、第4方向Y2に延びている。本実施形態において、各分割面62は、交互に並んだ円弧状の凹面と円弧状の凸面とを有している。係合状態において、第1ハーフ部64aの分割面61と第2ハーフ部64b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64a、64b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64a、64b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64aおよび第2ハーフ部64bの各分割面62は、2つ以上の凸部および/あるいは、2つ以上の凹所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。
第2XY分離クランク機構30bの第2連結ロッド36bの一端は支持ピンを介して第2ピストン24bに連結され、他端は、第2支持部材32bの第2支持部35bに連結されている。第2連結ロッド36bは第2方向X2と平行に、かつ、第2ピストン24bと同軸的に延びている。第2連結ロッド36bは、第2方向X2に沿って第2支持部材32bと一体的に往復移動し、第2ピストン24bを第2方向X2に沿って往復移動させる。
第2XY分離クランク機構30bの第2連結ロッド36bの一端は支持ピンを介して第2ピストン24bに連結され、他端は、第2支持部材32bの第2支持部35bに連結されている。第2連結ロッド36bは第2方向X2と平行に、かつ、第2ピストン24bと同軸的に延びている。第2連結ロッド36bは、第2方向X2に沿って第2支持部材32bと一体的に往復移動し、第2ピストン24bを第2方向X2に沿って往復移動させる。
第2XY分離クランク機構30bの第4連結ロッド37bの一端は支持ピンを介して第4ピストン25bに連結され、他端は、第2支持部材32bの第3支持部35cに連結されている。第4連結ロッド37bは第2方向X2と平行に、かつ、第4ピストン25bと同軸的に延びている。第4連結ロッド37bは、第2方向X2に沿って第2支持部材32bと一体的に往復移動し、第4ピストン25bを第2方向X2に沿って往復移動させる。
なお、連結部材は、単一の連結ロッドに限らず、複数本の連結ロッド、あるいは、第4方向Y2に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
なお、連結部材は、単一の連結ロッドに限らず、複数本の連結ロッド、あるいは、第4方向Y2に延びる板状の連結アームを用いてもよい。
図22および図23に示すように、第1XY分離クランク機構30aは、第2XY分離クランク機構30bと同様に構成され、第1リニアスライダ40aおよび第1ガイドレール44aにより第1方向X1に沿って往復移動自在に設けられた矩形枠状の第1支持部材32aと、第1支持部材32a内に第3方向Y1に沿って往復移動自在に支持およびガイドされたブロック形状の第1クランク接続部材34aと、第1支持部材32aと第1ピストン24aとを連結した第1連結ロッド36aと、第1支持部材32aと第3ピストン25aとを連結した第3連結ロッド37aと、を備えている。第1クランク接続部材34aの透孔に第1クランク軸12aのクランクピンが回転自在に挿通されている。
第1クランク接続部材34aは、透孔の中心軸を通り第1方向X1と直交する分割面62に沿って分割された2部材(第1摺動面を含む第1ハーフ部、および第2摺動面を含む第2ハーフ部)で構成され、これら2部材を分割面62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34aを構成している。分割面62は、透孔の中心軸を通り、第2方向Y1に延びる面としている。また、分割面62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62の凹凸は、Z軸方向(透孔の軸方向)に交互に並らび、各凹所および凸部は、第2方向Y1に延びている。
上記のように構成された第1XY分離クランク機構30aおよび第2XY分離クランク機構30bは、クランクケース70内に設けられている。第1XY分離クランク機構30aは、中心基準平面CRPに対して、第2XY分離クランク機構30bと左右対称に配置および構成され、第2XY分離クランク機構30bと対称に動作する。
第1クランク軸12aは、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。第2クランク軸12bは、第1クランク軸12aと平行に延び、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。
第1クランク軸12aは、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。第2クランク軸12bは、第1クランク軸12aと平行に延び、その軸方向両端部がそれぞれクランクケース70の側壁を貫通し、それぞれ軸受によりクランクケース70に回転自在に支持されている。
図20ないし図22に示すように、駆動装置10の連結同期機構50は、第1クランク軸12aの一端部に同軸的に取り付けられた第1歯車52aと、第2クランク軸12bの一端部に同軸的に取り付けられた第2歯車52bと、を有している。第1歯車52aおよび第2歯車52bは、同一径、および同一歯数に形成され、互いに歯合している。第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、第1歯車52aおよび第2歯車52bを介して互いに連結されている。第1歯車52aが回転すると、第2歯車52bは、第1歯車52aの回転に同期して、第1歯車52aと逆方向へ回転する。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは、同期して互いに相反する方向に回転する。
第1クランク軸12aの他端部に第1タイミングプーリ114aが同軸的に取り付けられている。第2クランク軸12bの他端部に第2タイミングプーリ114bが同軸的に取り付けられている。ヘッドカバー88に取り付けられているカムシャフト110の一端に第3タイミングプーリ114cが取り付けられている。更に、第2タイミングプーリ114bの近傍に、回転自在なアイドラープーリ116が設けられている。このアイドラープーリ116は、例えば、クランクケース70に支持されている。
これら第1、第2、第3タイミングプーリ114a、114b、114cおよびアイドラープーリ116にカムタイミングベルト114が架け渡されている。各タイミングプーリおよびアイドラープーリ116は、それぞれ歯付きプーリを用いている。また、タイミングベルト114は、両面に歯を有する歯付きベルトを用いている。これら第1、第2、第3タイミングプーリ114a、114b、114c、アイドラープーリ116、およびカムタイミングベルト114により、第1および第2クランク軸12a、12bの回転に同期してカムシャフト110を回転させ、所定のタイミングで吸気側および排気側バルブを開閉することができる。
なお、クランクシャフト110を回転させる機構は、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せに限らず、スプロケットとチェーンとの組合せを用いてもよい。
なお、クランクシャフト110を回転させる機構は、歯付きプーリと歯付きベルトとの組合せに限らず、スプロケットとチェーンとの組合せを用いてもよい。
上記のようにエンジン装置として構成された駆動装置10において、始動時、図示しないモータ等により、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bを回転させ、第1ないし第4ピストン24a、24b、25a、25bを昇降させる。例えば、図22に示すように、第1および第2ピストン24a、24bが下死点から上死点に移動する間、第1吸気バルブおよび第2吸気バルブが開放され、吸気ポートから空気および燃料が第1および第2シリンダ22a、22bおよび燃焼室94a、94bに供給され、その後、第1吸気バルブおよび第2吸気バルブが閉じられ、燃料と空気の混合気が圧縮される。続いて、点火プラグ95a、95bによって燃焼室94a、94b内の混合気に点火し、燃焼、爆発させることにより第1および第2ピストン24a、24bが上死点から下死点に向かって下降する。この間、第1排気バルブおよび第2排気バルブが開放され、ピストンの下降の後半で、燃焼ガスが排気ポートから排気される。始動時以降は、給気、燃焼を繰り返すことにより、第1および第2ピストン24a、24bが第1方向X1および第2方向X2に往復駆動される。第1および第2ピストン24a、24bの往復運動は、第1XY分離クランク機構30aおよび第2XY分離クランク機構30bにより回転運動に変換され、第1および第2クランク軸12a、12bにそれぞれ回転力が入力される。これにより、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bが互いに相反する方向に回転する。この際、連結同期機構50により、第1クランク軸12aおよび第2クランク軸12bは互いに同期して回転する。
また、第1および第2ピストン24a、24bの往復運動に同期して、第3および第4ピストン25a、25bが第1方向X1および第2方向X2に往復駆動される。第3および第4ピストン25a、25bが下降位置から上昇位置に移動する間、第1リードバルブ78aおよび第2リードバルブ78bから第2シリンダ23aおよび第4シリンダ23bに外気が吸気される。そして、第3および第4ピストン25a、25bが上昇位置から下降位置に移動する間、第2シリンダ23aおよび第4シリンダ23b内の空気が第3および第4ピストンによって圧縮され、この圧縮気体は排気リードバルブ79から排気流路112に排気される。更に、圧縮気体は、排気流路112を通ってヘッドカバー88の吸気ポートに送られ、第1吸気バルブおよび第2吸気バルブを通して燃焼室94a、94bへ供給される。第3および第4ピストン25a、25bが第1方向X1および第2方向X2に往復移動を繰り返すことにより、給気および圧縮気体の排気を繰り返す。このように、第2、第4シリンダ23a、23bおよび第2、第4ピストン25a、25bは、ポンプあるいはターボ過給器として機能することができる。
第1駆動ユニット20aと第2駆動ユニット20bとは、中心基準平面CRPに対して、左右対称、前後対称に配置および構成されていることから、これらユニットの動作も対称となる。第1ピストン24aが上死点に移動すると、これに同期して、第2ピストン24bも上死点に移動する。第1ピストン24aが上死点から下死点に向かって移動すると、同時に、第2ピストン24bが上死点から下死点に向かって移動する。同様に、第2ピストン25aと第4ピストン25bは、互いに同期して昇降動作する。
上記のように構成された駆動装置10によれば、第1駆動ユニット20aおよび第2駆動ユニット20bにおいて、第1および第2XY分離クランク機構30a、30bにより、第1クランク軸12aの回転運動および第2クランク軸12bの回転運動を、第1方向X1および第2方向X2の直線的な往復運動とこの第1方向、第2方向とそれぞれ直交する第3方向Y1、第4方向Y2の直線的な往復運動とに分離、変換することができ、第1ピストン24aおよび第2ピストン24bの完全な平行運動、並びに、第3ピストン25aおよび第4ピストン25bの完全な平行運動を実現することができる。そのため、シリンダに対するピストンの片当たりを無くし、シール性の向上、摩擦ロスの低減、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。更に、第1駆動ユニットと第2駆動ユニットとを、中心基準平面に対して左右対称、前後対称に配置(ミラー配置)、および構成しているため、偏差による振動を完全に打ち消し、無振動回転構造体を構成することができる。
XY分離クランク機構により、ピストンのサイドスラストを実質的に無くすことができ、その結果、シリンダ、ピストンをセラミック、ガラス等で形成することが可能となり、低温で保温型の熱効率のよいエンジン装置を構築することができる。更に、駆動装置は、サイドスラストによる振動が無いため、シリンダをカーボンファイバー、あるいは、PBT等のプラスティク素材で形成することが可能となる。更に、サイドスラストレスであることから、ピストンのハイアスペクト比化を実現でき、その分、ショートショートストローク化を図り小型ロープロファイルのエンジン装置を実現することができる。
本実施形態によれば、XY分離クランク機構における支持部材をU字形枠状とし、この枠体内にクランク接続部材をXYZ方向に摺動可能に配置する構成とすることにより、リニアガイドを省略し、XY分離クランク機構の構成部材数を低減することが可能となる。また、組み立て時、クランク接続部材を分割してクランク軸に装着し、装着後、クランク接続部材を支持部材の第2支持部と第3支持部との間に装着する。これにより、クランクピンを有する第1および第2クランク軸12a、12bに対して、クランク接続部材を組み付けることができる。これにより、クランク機構の組立工数を軽減し、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。更に、支持部材とクランク接続部材とは、最適位置での摺動を自動的に調整する機能を持つことができる。
クランク接続部材を透孔46の中心軸で左右に2分割し、分割面62を凸凹形状とすることにより、分割された第1ハーフ部64aおよび第2ハーフ部64b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。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。同時に、2部材間のZ軸方向への自動調芯を行うことができる。
更に、本実施形態によれば、燃焼ピストンである第1および第2ピストンと同期して作動する第3および第4ピストンを備え、これらの第3および第4ピストンにより過給器(ターボポンプ)を構成している。これにより、燃焼室に燃料とともに圧縮(加圧)気体を供給し、燃焼効率の向上を図ることができる。2サイクルターボエンジン、4サイクルターボエンジン、あるいは、デーゼルエンジン等の多様にエンジン装置を容易に実現することが可能となる。なお、本実施形態において、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。
(第1変形例)
上述した第12の実施形態において、エンジン装置は、2サイクルに限らず、4サイクルエンジン装置としてもよい。図24は、4サイクルエンジン装置に適した第1変形例に係る過給機構を概略的に示す図である。
図に示すように、過給機構は、排気流路112を形成する排気配管130を有している。排気配管130の一端は、下部の第2(第3)シリンダ23a、23bの排気ポートに接続され、他端は、上部の第1(第2)シリンダ22a、22bの吸気ポートに接続されている。排気配管130には、インタークーラー124、アキュムレートチャンバ126が設けられ、更に、アキュムレートチャンバ126にリリーフバルブ128が接続されている。また、下部の第2(第3)シリンダ23a、23bの吸気ポートにキャブレタ120が接続されている。4サイクルエンジン装置の場合、第3、第4ピストン25a、25bの径は、第1、第2ピストン24a、24bの径と同等か、それ以下に形成している。
上述した第12の実施形態において、エンジン装置は、2サイクルに限らず、4サイクルエンジン装置としてもよい。図24は、4サイクルエンジン装置に適した第1変形例に係る過給機構を概略的に示す図である。
図に示すように、過給機構は、排気流路112を形成する排気配管130を有している。排気配管130の一端は、下部の第2(第3)シリンダ23a、23bの排気ポートに接続され、他端は、上部の第1(第2)シリンダ22a、22bの吸気ポートに接続されている。排気配管130には、インタークーラー124、アキュムレートチャンバ126が設けられ、更に、アキュムレートチャンバ126にリリーフバルブ128が接続されている。また、下部の第2(第3)シリンダ23a、23bの吸気ポートにキャブレタ120が接続されている。4サイクルエンジン装置の場合、第3、第4ピストン25a、25bの径は、第1、第2ピストン24a、24bの径と同等か、それ以下に形成している。
上記のように構成された過給機構では、キャブレタ120から第3、第4シリンダ23a、23bに供給された燃料と空気の混合気を、第3、第4ピストン25a、25bで加圧、圧縮した後、排気配管130に排気する。圧縮混合気は、インタークーラー124で冷却され、更に、アキュムレートチャンバ126に一時保留された後、排気配管130および給気ポートを通して上部の第1、第2シリンダ22a、22bの燃焼室に供給される。
(第2変形例)
次に、4サイクルエンジン装置に適した第2変形例に係る過給機構について説明する。前述した第1変形例と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第1変形例と異なる部分を中心に説明する。
図25は、第2変形例に係る過給機構を概略的に示す図である。
次に、4サイクルエンジン装置に適した第2変形例に係る過給機構について説明する。前述した第1変形例と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、第1変形例と異なる部分を中心に説明する。
図25は、第2変形例に係る過給機構を概略的に示す図である。
第2変形例によれば、過給機構の排気配管130において、アキュムレートチャンバ126と第1、第2シリンダ22a、22bとの間に、制御用エアフローメータ132、スロットル134、燃料インジェクタ136が順に設けられている。また、下部の第2、第3シリンダ23a、23bの吸気ポートに給気配管131がそれぞれ接続され、各給気配管131にスロットル134が設けられている。
上記のように構成された過給機構では、スロットル134を通して第3、第4シリンダ23a、23bに供給された空気を、第3、第4ピストン25a、25bで加圧、圧縮した後、排気配管130に排気する。圧縮空気は、インタークーラー124で冷却され、更に、アキュムレートチャンバ126に一時保留された後、エアフローメータ132、スロットル134を通り、給気ポートから上部の第1、第2シリンダ22a、22bの燃焼室に供給される。その際、インジェクタ136により圧縮空気に燃料が噴射され、圧縮空気と燃料との混合気が燃焼室に供給される。
上記のように構成された第1変形例および第2変形例に係る過給機構によれば、第3および第4ピストンにより加圧、圧縮された空気を燃料と共に上部の燃焼室に供給することができ、燃焼効率の向上を図ることができる。なお、第1変形例および第2変形例に係る過給機構は、4サイクルターボエンジン装置に限らず、2サイクルエンジン装置、あるいは、デーゼルエンジン等に適用可能である。
(第3変形例)
次に、第3変形例に係るXY分離クランク機構について説明する。第3変形例において、前述した第10から第12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、これらの実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図30は、第3変形例に係るXY分離クランク機構を示す斜視図、図31は、このXY分離クランク機構の分解斜視図である。2つのXY分離クランク機構の内、一方、例えば、第2XY分離クランク機構30bを代表して、その構成を説明する。
次に、第3変形例に係るXY分離クランク機構について説明する。第3変形例において、前述した第10から第12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、これらの実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図30は、第3変形例に係るXY分離クランク機構を示す斜視図、図31は、このXY分離クランク機構の分解斜視図である。2つのXY分離クランク機構の内、一方、例えば、第2XY分離クランク機構30bを代表して、その構成を説明する。
図30および図31に示すように、第3変形例によれば、第2XY分離クランク機構30bにおいて、第2クランク接続部材34bの透孔46にローラベアリング71が装着され、クランク軸12のクランクピン16bは、ローラベアリング71に挿通されている。クランクピン16bは、ローラベアリング71を介して第2クランク接続部材34bに回転自在に係合している。
この場合、クランク軸12のクランクピン16bは、クランク軸12および1組のクランクウェブ14bと別体に形成されている。組立て時において、クランクピン16bは、ローラベアリング16bに挿通された後、クランクウェブ14bに固定される。また、第3変形例では、支持部材(コンビネータ)32bは、矩形枠状に一体に成形されている。すなわち、第2支持部材32bは、第2方向に延びる第1支持部35aと、第1支持部35aの軸方向両端から第4方向に延びる第2支持部35bおよび第3支持部35cと、第2支持部35bの延出端と第3支持部35cの延出端とを連結し、第1支持部35aと隙間を置いて対向する第4支持部35dと、を一体に有している。更に、ピストン24bと支持部材32bとを連結する連結部材としての第2連結ロッド36bは、支持部材32bと一体に成形されている。
上記構成のXY分離クランク機構は、前述した第10から第12の実施形態のXY分離クランク機構に適用することができる。そして、ローラベアリング71を介してクランクピン16bを回転自在に支持することにより、クランクピン16bの回転運動を一層円滑とすることができ、高速で回転するエンジン等に適したXY分離クランク機構が得られる。
本発明は上述した実施形態あるいは変形例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 (18)
- 中心基準平面の片側に位置する第1設置平面内に設けられた第1シリンダと、前記第1設置平面内で第1方向に沿って往復移動自在に前記第1シリンダ内に設けられた第1ピストンと、前記第1設置平面と直交して延びる第1クランク軸と、前記第1設置平面内で前記第1ピストンと前記第1クランク軸との間に設けられ、前記第1ピストンの往復運動と前記第1クランク軸の回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構と、
前記中心基準平面の反対側に位置し、前記中心基準平面に対して前記第1設置平面と対称に位置する第2設置平面内に設けられた第2シリンダと、前記第2設置平面内で前記第1方向と対称な第2方向に沿って往復移動自在に前記第2シリンダ内に設けられた第2ピストンと、前記第2設置平面と直交して延びる第2クランク軸と、前記第2設置平面内で前記第2ピストンと前記第2クランク軸との間に設けられ、前記第2ピストンの往復運動と前記第2クランク軸の回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構と、
前記第1クランク軸と第2クランク軸とを連結し、前記第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構と、を備え、
前記第1XY分離クランク機構は、前記第1方向に往復移動自在に設けられた第1支持部材であって、前記第1方向に延びる第1支持部と、前記第1支持部から前記第1設置平面内で前記第1方向と直交する第3方向に延びる第2支持部と、前記第3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、を有する第1支持部材と、前記第1設置平面内で前記第3方向に沿って往復移動自在に前記第1支持部材の前記第2支持部と第3支持部との間に設けられているとともに、前記第1クランク軸のクランクピンが回転自在に係合する第1クランク接続部材と、前記第1ピストンと前記第1支持部材とを連結した第1連結部材と、を備え、
前記第2XY分離クランク機構は、前記第2方向に往復移動自在に設けられた第2支持部材であって、前記第2方向に延びる第1支持部と、前記第1支持部から前記第2設置平面内で前記第2方向と直交する第4方向に延びる第2支持部と、前記第4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、を有する第2支持部材と、前記第2設置平面内で前記第4方向に沿って往復移動自在に前記第2支持部材の前記第2支持部と第3支持部との間に設けられているとともに、前記第2クランク軸のクランクピンが回転自在に係合する第2クランク接続部材と、前記第2ピストンと前記第2支持部材とを連結した第2連結部材と、を備え、
前記第1クランク接続部材および第2クランク接続部材の各々は、前記第2支持部に前記第3方向あるいは前記第4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3方向あるいは前記第4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方向と直交する方向に延び、前記第1クランク軸あるいは第2クランク軸のクランクが回転自在に挿通される透孔と、を備え、
前記透孔の中心軸を通り前記第1方向あるいは第2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、前記クランクピン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駆動装置。 - 第1クランク軸を含み、中心基準平面の片側に設けられた第1駆動ユニットと、第2クランク軸を含み、前記第1駆動ユニットと同一の構成を有し、前記中心基準平面の反対側に前記中心基準平面に対して前記第1駆動ユニットと対称に配置された第2駆動ユニットと、前記第1クランク軸と第2クランク軸とを連結し、前記第1クランク軸および第2クランク軸を同期して互いに反対方向に回転させる連結同期機構と、を備え、
前記第1駆動ユニットは、第1シリンダと、第1方向に沿って往復移動自在に前記第1シリンダ内に設けられた第1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第1設置平面と直交して延びる前記第1クランク軸と、前記第1設置平面内で前記第1ピストンと前記第1クランク軸との間に設けられ、前記第1ピストンの往復運動と前記第1クランク軸の回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構と、を備え、
前記第2駆動ユニットは、第2シリンダと、前記中心基準平面に対して前記第1方向と対称な第2方向に沿って往復移動自在に前記第2シリンダ内に設けられた第2ピストンと、前記第2ピストンの前記第2方向に沿った移動軸を含み前記中心基準平面に対して前記第1設置平面と対称に位置する第2設置平面と直交して延びる前記第2クランク軸と、前記第2設置平面内で前記第2ピストンと前記第2クランク軸との間に設けられ、前記第2ピストンの往復運動と前記第2クランク軸の回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構と、を備え、
前記第1XY分離クランク機構は、前記第1方向に往復移動自在に設けられた第1支持部材であって、前記第1方向に延びる第1支持部と、前記第1支持部から前記第1設置平面内で前記第1方向と直交する第3方向に延びる第2支持部と、を有する第1支持部材と、前記第1設置平面内でと、前記第1設置平面内で前記第3方向に沿って往復移動自在に前記第1支持部材に取り付けられているとともに、前記第1クランク軸のクランクピンが回転自在に係合する第1クランク接続部材と、前記第1ピストンと前記第1支持部材とを連結した第1連結部材と、を備え、
前記第2XY分離クランク機構は、前記第2方向に往復移動自在に設けられた第2支持部材あって、前記第2方向に延びる第1支持部と、前記第1支持部から前記第2設置平面内で前記第2方向と直交する第4方向に延びる第2支持部と、を有する第2支持部材と、前記第2設置平面内で前記第4方向に沿って往復移動自在に前記第2支持部材に取り付けられているとともに、前記第2クランク軸のクランクピンが回転自在に係合する第2クランク接続部材と、前記第2ピストンと前記第2支持部材とを連結した第2連結部材と、を備え、前記第2支持部材、第2クランク接続部材、および前記第2連結部材は、前記中心基準平面に対して、前記第1XY分離クランク機構の第1支持部材、第1クランク接続部材および前記第1連結部材とそれぞれ対称に形成および配置されている駆動装置。 - 前記第1クランク軸と第2クランク軸とは互いに平行に配置されている請求項1又は2に記載の駆動装置。
- 前記第1方向および前記第2方向は、前記中心基準平面と直交し、かつ、互いに同軸的に延びている請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記第1方向と第2方向とは、180度よりも小さい角度を成しているとともに、前記中心基準平面で互いに交差している請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記第1方向および第2方向は、前記中心基準平面と平行に延びている請求項1から3のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記第1ピストンは、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に形成され、前記第2ピストンは、前記第2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に形成されている請求項1から6のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記第1ピストンは、前記長軸が前記第3方向と平行となる向きに配置され、前記第2ピストンは、前記長軸が前記第4方向と平行となる向きに配置されている請求項7に記載の駆動装置。
- 前記連結同期機構は、前記第1クランク軸に取り付けられた第1歯車と、前記第2クランク軸に取り付けられ、前記第1歯車に歯合した第2歯車と、を有し、前記第1歯車および第2歯車は、互いに同一の径および同一歯数に形成されている請求項1から8のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記連結同期機構は、前記第1クランク軸に取り付けられた第1駆動プーリと、前記第2クランク軸に取り付けられた第2駆動プーリと、前記第1駆動プーリおよび第2駆動プーリに架け渡された駆動ベルトと、を備え、前記第1および第2クランク軸を互いに同期して逆回転させる請求項1から8のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記第1および第2XY分離クランク機構は、前記第1クランク接続部材および第2クランク接続部材の透孔に装着されたローラベアリングを備え、前記クランクピンは、前記ローラベアリングにより回転自在に支持されている請求項1に記載の駆動装置。
- 前記第1クランク軸を第1方向に回転させる第1駆動モータと、前記第2クランク軸を前記第1方向と逆向きの第2方向に回転させる第2駆動モータと、を備え、前記第1ピストンおよび第2ピストンで圧縮された加圧気体を出力するコンプレッサを構成している請求項1から11のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 前記第1クランク軸および第2クランク軸から互いに同期した逆回転の同一出力を出力するエンジンを構成している請求項1から11のいずれか1項に記載の駆動装置。
- 第1クランク軸を含み、中心基準平面の片側に設けられた第1駆動ユニットと、第2クランク軸を含み、前記第1駆動ユニットと同一の構成を有し、前記中心基準平面の反対側に前記中心基準平面に対して前記第1駆動ユニットと対称に配置された第2駆動ユニットと、前記第1クランク軸と第2クランク軸とを連結し、前記第1クランク軸および第2クランク軸を同期して回転させる連結同期機構と、を備え、
前記第1駆動ユニットは、第1シリンダと、第1方向に沿って往復移動自在に前記第1シリンダ内に設けられた第1ピストンと、前記第1シリンダと同軸的に設けられた第3シリンダと、前記第1方向に沿って往復動自在に前記第3シリンダ内に設けられた第3ピストンと、前記第1ピストンと第3ピストンとの間に設けられ、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第1設置平面と直交して延びる前記第1クランク軸と、前記第1設置平面内で前記第1ピストンおよび第3ピストンと前記第1クランク軸との間に設けられ、前記第1ピストンおよび第3ピストンの往復運動と前記第1クランク軸の回転運動とを相互に変換する第1XY分離クランク機構と、を備え、
前記第2駆動ユニットは、第2シリンダと、前記中心基準平面に対して前記第1方向と対称な第2方向に沿って往復移動自在に前記第2シリンダ内に設けられた第2ピストンと、前記第2シリンダと同軸的に設けられた第4シリンダと、前記第2方向に沿って往復動自在に前記第4シリンダ内に設けられた第4ピストンと、前記第2ピストンと第4ピストンとの間に設けられ、前記第2ピストンの前記第2方向に沿った移動軸を含む第2設置平面と直交して延びる前記第2クランク軸と、前記第2設置平面内で前記第2ピストンおよび第4ピストンと前記第2クランク軸との間に設けられ、前記第2ピストンおよび第4ピストンの往復運動と前記第2クランク軸の回転運動とを相互に変換する第2XY分離クランク機構と、を備え、
前記第1XY分離クランク機構は、前記第1方向に往復移動自在に設けられた第1支持部材と、前記第1設置平面内で前記第1方向と直交する第3方向に沿って往復移動自在に前記第1支持部材に取り付けられているとともに、前記第1クランク軸のクランクピンが回転自在に係合する第1クランク接続部材と、前記第1ピストンと前記第1支持部材とを連結した第1連結部材と、前記第3ピストンと前記第1支持部材とを連結した第3連結部材と、を備え、
前記第2XY分離クランク機構は、前記第2方向に往復移動自在に設けられた第2支持部材と、前記第2設置平面内で前記第2方向と直交する第4方向に沿って往復移動自在に前記第2支持部材に取り付けられているとともに、前記第2クランク軸のクランクピンが回転自在に係合する第2クランク接続部材と、前記第2ピストンと前記第2支持部材とを連結した第2連結部材と、前記第4ピストンと前記第2支持部材とを連結した第4連結部材と、を備えている駆動装置。 - 前記第3シリンダおよび第4シリンダ内で圧縮され、前記第3シリンダおよび第4シリンダから排気された加圧気体を、前記第1シリンダおよび第2シリンダの吸気側に供給する排気流路を備えている請求項14に記載の駆動装置。
- 前記第1XY分離クランク機構の第1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支持部から前記第1設置平面内で前記第3方向に延びる第2支持部と、前記第3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、前記第1クランク接続部材は、前記第2支持部に前記第3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3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方向と直交する方向に延び、前記第1クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される透孔と、を備え、前記第1連結部材は前記第1支持部に連結され、前記第3連結部材は前記第3支持部に連結され、
前記第2XY分離クランク機構の第2支持部材は、前記第2方向に延びる第1支持部と、前記第2支持部から前記第4方向に延びる第2支持部と、前記第4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、前記第2クランク接続部材は、前記第2支持部に前記第4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4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2方向と直交する方向に延び、前記第2クランク軸のクランクピンが回転自在に挿通される透孔と、を備え、前記第2連結部材は前記第1支持部に連結され、前記第4連結部材は前記第3支持部に連結されている請求項14又は15に記載の駆動装置。 - 前記第1クランク接続部材および第2クランク接続部材の各々は、前記透孔の中心軸を通り前記第1方向あるいは第2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、前記クランクピン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16に記載の駆動装置。
- 前記第3ピストンおよび第4ピストンは、同一径を有し、前記第1ピストンおよび第2ピストンの径よりも大きな径を有している請求項14から17のいずれか1項に記載の駆動装置。
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