JPH026940B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は回転運動と往復運動を相互に変換す
る装置に関するものである。

［従来の技術］ 回転運動を往復運動に、または逆に往復運動を
回転運動に変換する必要は多く、クランク機構、
回転斜板、揺動板その他、多くの機構が古くから
用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、これらの従来の機構は形状の制約、
効率、平衡性等の点で必ずしも理想的な変換機構
は実現されていない。各種圧縮機、ポンプ、内燃
機関、スターリングエンジン等においては、小型
で大きな負荷能力があり、滑かで、滑り部分に接
触圧力の小さい、力の平衡性のある、しかも回転
角と変位の関係などに自由度の高い回転・往復動
変換装置が望まれているが、これらの要求を充分
に満足するものは得られていない。

本発明は小型で負荷能力が大きく、変換の関係
に自由度があり、平衡性のある回転・往復動変換
装置で、各種圧縮機、ポンプ、内燃機関、スター
リングエンジンその他の機構に利用し得る装置を
提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的に対応して、この発明の案内溝による
回転・往復動変換装置は、円筒形状の外面または
内面に１周につきｎ周期の正弦波形その他の滑か
な曲線で周角度に応じて軸方向に変位する同一波
形のｍ条の案内溝を、周角度の位相差をそれぞれ
α₁、α₂…α_nとして設け、案内溝に沿つて転動す
るローラまたは球ｎ×ｍ個をピストンにそれぞれ
の位置を定めて回転自由に保持させ、円筒面の回
転運動をピストンの往復運動に、またはピストン
の往復運動を円筒面の回転運動に、あるいはそれ
らの逆関係、及びピストンの回転を許容する差動
のある関係において変速を含む変換作用を実現す
る円筒面とピストンとの往復運動と回転運動との
相互変換装置において、各案内溝条間の位相差
α₁、α₂…α_nの各隣接する溝間の位相差の差｜α₂
−α₁｜、｜α₃−α₂｜…｜α₁−α_n｜の各々の差を溝
幅に相当する値以上の差を保つように設定したこ
とを特徴としている。

［作用］ 円筒面の案内溝とピストンとの間のローラまた
は球を介して円筒面とピストンとの間に運動が伝
達され、円筒面の回転運動がピストンの直線運動
に変換され、またはその逆の変換がなされ、か
つ、ピストンの回転が許容される場合にはピスト
ンが回転しつつ直線運動をし、円筒面の運動と差
動を生じる変換をする。

［実施例］ 以下、本発明を第１図、第２図、第３図、第４
図及び第５図に示す実施例による案内溝を有する
円筒面の回転とローラまたは球を一定位置に有す
るピストンの往復運動における動力及び運動の伝
達について説明する。

円筒面１には周方向角度を位相とする案内溝２
及び２′が１周につき２周期の正弦波形で設けら
れており、軸方向は軸３を支持するスラストベア
リング４及び４′により移動を拘束され回転でき
るように構成され、各案内溝にはピストン５に設
けられたピストンのラジアル方向を中心として回
転自由なローラ６及び６′、７及び７′が嵌合され
ており、ピストン５の外周にはシリンダ８に対し
てピストンの回転を抑制するためのローラ９及び
９′の可動する溝１０及び１０′が設けられてい
る。軸３の回転に応じて、ピストン５は回転面１
回転に２往復の比率で往復運動を生じる。案内溝
は円筒面を展開した第３図に示すように１回転２
周期につき４つの交差部を生じるが、各案内溝の
位相を（１／２）πより溝幅に対応する角度以上
にずらせて、各案内溝のローラの両対が同時に交
差部に入ることのないようにする。交差部に一対
のローラが入つている間は残りの一対のローラに
よりピストン５は力及び運動を授受することにな
る。

ローラ６及び６′、７及び７′と案内溝２及び
２′との接触は第４図ａに示すように線接触で、
案内溝２及び２′の片面に接して転がり、ピスト
ン５に対してはさらに小球１２により転がり軸受
と同様な転がり摩擦だけで回転自由に支持され
る。また第４図ｂに示すように転がり球１３をロ
ーラ６及び６′、７及び７′に代替して用い、案内
溝２ｂもこれに適合する形にすることもできる。
さらに、ローラにおける滑りを小さくするため
に、ローラ６及び６′、７及び７′を第４図ｃに示
すように案内溝２ｃに接する部分１３′を円筒面
の半径を高さとする円錐状にすることもできる。

本装置における案内溝は２条の場合は溝幅以上
に相当する位相差を（α₂−α₁）に与え、しかも
π／（ｍ・ｎ）からの偏りをあまり大きくしない
ようにすることが簡単にできる。（α₂−α₁）が溝
幅相当以上である限り、２対のローラが同時に案
内溝の交差部に入ることはなく、また（α₂−α₁）
が極端に大きくない限りつねに平衡を保ち得る。
すなわち、ｍ＝２、ｎ＝２の場合、α₂−α₁≪
（π／４）にすることが簡単にできる。このこと
は平衡を保つための条件を満す。

次に溝幅相当の位相差θの許容範囲と溝の位相
差との関係について述べると、第５図ａに示すよ
うに、ｎ＝１で、案内溝の条数ｍが３の場合、溝
幅相当の周方向角度の位相差をθとし、α₁、α₂、
α₃をｘ、ｘ＋n₁θ、ｘ＋n₂θとして、n₂＞n₁とすれ
ば、n₂−n₁＝n₁−０とする必要があり、ｎ＝2n₁、
α₁＋α₂＋α₃＝360゜、すなわち、3x＋3n₁θ＝360゜、
n₁＝１として、θとｘのほぼ最適値が求められ
る。この場合はθ≦40゜で自由度があり、一般的
にθには必要最小限値θ_nに対し余裕をもつてα₁、
α₂、α₃の選定ができる。

ｍ＝４の場合には、第５図ｂに示すように交差
部が１周期に12点となり、選択の自由度は小さく
なる。ｎ＝１で、α₁、α₂、α₃、α₄をｘ、ｘ＋n₁θ、
ｘ＋n₂θ、ｘ＋n₃θとしてn₁＞n₃＞n₂としてn₃−
n₂、n₁−n₂、n₃−０、n₁−０をたとえば１、２、
３、４と不等整数に選べばn₁＝４、n₂＝２、n₃＝
３となる。したがつて4x＋9θ＝360゜となり、θ＝
16゜とすればα₁＝54゜、α₂＝118、α₃＝86゜、α₄＝
102゜となる。この場合一般的にはθ＝16゜はかな
り限界に近い値であり、自由に選択できる余地は
小さくなる。

なお、以上説明した実施例は、ピストンがシリ
ンダに拘束されて直線運動だけが許容される場合
のものであるが、ピストンの回転運動をも許容す
る構造とすれば、円筒面とピストンとの回転運動
−直線運動またはその逆の変換運動の他に、その
中間の変換運動すなわち円筒面とピストンとの間
に差動のある変換運動が実現する。

こうして本発明では可能な限り溝の交差部の重
なりを避けると共に、一方ではできるだけ最大の
位相差やその偏りを小さくして、円筒面とピスト
ンとの力の授受における円滑性と平衡性を高める
ことができる。

［発明の効果］ 本発明では溝幅相当の周方向角度の位相差を大
きくすることによつて、溝内に入る球の径を大き
くしかつ球の数を大きくすることができ、これに
よつて負荷能力を高めることができる。また本発
明では円筒面とピストンとの間の運動の変換が、
回転運動と直線運動との間の変換だけでなく、そ
の中間のピストンが回転運動と直線運動を同時行
つて円筒面との間に差動関係のある変換も実現す
ることができ、変換関係の自由度が極めて大き
い。しかも運動伝達の負荷部分はすべてころがり
接触で実現することができ、運動の変換が円滑で
ある。

しかも本発明では案内溝の周方向角度の位相差
（α₁−α₂）…を可能な限り小さくして平衡を保つ
ことができる。

以上のように本発明によれば、案内溝による回
転と往復運動の変換において複数のローラまたは
転がり球を、円滑に平衡を保つて効果的に利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回転・往復動変換装置の縦断面説明
図、第２図は第１図における−部断面図、第
３図は円筒面の案内溝の２条を示す展開説明図、
第４図はローラ及び球の係合状態を示す断面部分
説明図、第５図ａは案内溝の位相関係を示す説明
図、及び第５図ｂは他の案内溝の位相関係を示す
説明図である。 １……円筒面、２，２′……案内溝、３……軸、
５……ピストン、６，６′，７，７′……ローラ、
８……シリンダ、９，９′……ローラ、１０，１
０′……溝、１２……小球、１３……転がり球。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒形状の外面または内面に１周につきｎ周
   期の正弦波形その他の滑かな曲線で周角度に応じ
   て軸方向に変位する同一波形のｍ条の案内溝を、
   周角度の位相差をそれぞれα₁、α₂……α_nとして
   設け、案内溝に沿つて転動するローラまたは球ｎ
   ×ｍ個をピストンにそれぞれの位置を定めて回転
   自由に保持させ、円筒面の回転運動をピストンの
   往復運動に、またはピストンの往復運動を円筒面
   の回転運動に、あるいはそれらの逆関係、及びピ
   ストンの回転を許容する差動のある関係において
   変速を含む変換作用を実現する円筒面とピストン
   との往復運動と回転運動との相互変換装置におい
   て、各案内溝条間の位相差α₁、α₂…α_nの各隣接
   する溝間の位相差の差｜α₂−α₁｜、｜α₃−α₂｜…
   ｜α₁−α_n｜の各々の差を溝幅に相当する値以上
   の差を保つように設定したことを特徴とする案内
   溝による回転・往復動変換装置。