JPH0623521B2

JPH0623521B2 - エンジン等における運動変換装置

Info

Publication number: JPH0623521B2
Application number: JP60259336A
Authority: JP
Inventors: 明頃末
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-19
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: KR900006248B1; DE3638040C2; KR870005160A; DE3638040A1; JPS62121801A; US4776304A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、レシプロ式の内燃機関や空気圧縮機などで、
ピストンの往復運動を出力軸の回転運動に、又は、入力
軸の回転運動をピストンの往復運動にかえるための運動
変換装置に関し、より詳しく運動系のバランスを良くし
振動を低減するようにしたエンジン等における運動変換
装置に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

従来より、直列式のレシプロエンジンや空気圧縮着など
で回転軸にフライホイールや回転バランスウエイトを設
けて回転を円滑にするとともに振動を軽減することは知
られている。このような場合、直列４気筒エンジンを例
にとれば、慣性不釣合から来る一回転に一度の主として
ピストンの運動による上下方向の一次振動はとれるが、
コネクチングロッドの横振れ等による偶数次振動が発生
するが、これをとるにはバランスウエイトによって成る
可く振動を小さくしているか、又はメカニズムであるバ
ランサーを設けて振動をとっている。バランスウイエト
を用いる場合、エンジンから発生した振動を伝えないた
め、シリンダーブロックの肉厚を厚くしたり、複雑なエ
ンジンルームの防震構造を設けていた。一方、バランサ
ーを用いる場合、機構が複雑になるのは免れなかった。

これらの振動を軽減する目的でエンジンのバランスを良
くするため従来から各種の提案がなされて来た。すなわ
ち、エンジンのバランスを良くするためピストンが対称
的に直接揺動するようにしてその運動を回転運動に変換
することにより振動を低減するようにした機構が、例え
ばＵ.Ｓ.Ｐ2,050,603 号のエンジンや、イギリスのセル
ウッド式エンジン〔「内燃機関の歴史」（昭和44.12.25
三栄書房発行）P241〕，ブラックシヨウのエンジン（同
上「内燃機関の歴史」P246）などのように円弧状にシリ
ンダーとピストンをドーナツ形に配置して直接揺動運動
を発生して回転運動に変換するものがあったが、これら
はシリンダー及びピストンの下降が困難で気密にも難点
があり実用にならなかった。また、４気筒エンジンでバ
ランスを良くするためシリンダー放射状に配置して４等
辺リンクを用いたアメリカのカネミのカムエンジンが上
記「内燃機関の歴史」P260に記載されているが、これは
ピストンに内装されたローラとまゆ形カムとが線接触に
より高速度でころがる形式でありバランスが良く防振の
点ではすぐれているが、爆発によるローラとマクとの接
触部分での応力が大きく摩耗しやすくエンジンとして実
用とするには耐久性に問題があった。さらに、ピストン
の往復運動を揺動運動にかえて回転運動にかえる揺動斜
板機構を用いた例えば特許236540号に示すようなエンジ
ンではピストンの運動が出力軸の平行なアキシヤルピス
トンの形式が殆んどでピストンの直線運動を揺動運動に
変換するジョイント部分の構造が複雑となり、耐久性に
問題を残し、また、揺動斜板の回転止めも必要となる場
合が多い。

本発明はこのような点に着目してなされたものであって
４つのシリンダーを十文字に配置し、リンクを用いて発
生した揺動運動をＺクランク軸により回転運動に変換す
るもので、一次振動、二次振動を含むすべての振動を相
殺により解消するとともに、運動変換の接触部分をすべ
て面接触乃至はボールベヤリングなどの多数の接触部分
からなる転がり接触として耐久性を持たせ、ピストンの
荷重条件や潤滑条件を現在の標準にエンジンにおけるの
と同様に信頼性のあるものとし、従来のレシプロに見ら
れる形式よりもバランスの良いしかも小型、軽量な機械
効率の高い実用性のあるエンジンなどにおける運動変換
装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の運動変換装置の技術的手段は、同じ軸線上に対
向して配置した各１対のシリンダーのそれぞれの軸線が
同一平面で直交するように４つのシリンダー(C₁),(C₂),
(C₃),(C₄)を十文字状に配置し、シリンダー内の各ピス
トン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)のピストンピン(p₁),(p₂),
(p₃),(p₄)には、それぞれ隣り合うピストンピン間を連
結するように等辺の４つのリンク(L₁),(L₂),(L₃),(L₄)
の各端部を関着せしめ、対向した各１対の平行するリン
ク(L₁),(L₃)及び(L₂),(L₄)の各中点にＸ状に交叉したク
ロスアーム(A₁),(A₂)の端部をそれぞれ関着せしめ、ク
ロスアーム中央の交点でアームの作動面に垂直に片方の
クロスアーム(A₁)に揺動軸(1)を固設して該揺動軸(1)を
回動自在に設け、その軸端に二叉に分岐したヨーク(2)
を固着する。

又、上記揺動軸(1)の軸線方向に直交してＺクランク軸
(3)を回転軸(4a),(4b)の軸線を配置する。該回転軸の軸
線に斜交する回転軸間のクランクピン(5)と摺嵌する直
交軸受(6)にはその軸線に直交して両側に揺動ピン(6a),
(6a)が設けられ、該揺動ピンを上記ヨーク(2)の１対の
アーム(2a),(2a)間に軸支せしめて構成され、また、必
要に応じて上記揺動軸(1)の同軸上にクロスアーム(A₁)
のヨーク(2)と反対側に位置するアーム(A₂)を固設して
揺動バランスウェイト(10)を固着するなどして、ピスト
ンの往復運動から揺動運動を取り出し、ヨーク(2)，直
交軸受(6)を介してＺクランク(3)で回転運動に変換でき
るように構成される。

〔作用〕

このようにするることにより、対向する各１対のピスト
ンが往動又は復動すると、交叉状態にあるクロスアーム
(A₁),(A₂)は相互に揺動し、一方のクロスアームに固設
した揺動軸(1)端部のヨーク(2)は揺動してヨークに支持
された直交軸受(6)はクランクピン(5)にミソスリ運動を
起さしてＺクランク軸(3)は回転軸(4a),(4b)部で軸心が
固定された状態で回転運動をする。このとき、各ピスト
ンは４本の等辺のリンクにより互いに制約を受けて作動
し、向い合った２つのピストンは４本のリンクの対角線
の交点を中心に対称的に作動するのでピストン及びリン
クなどの動きは完全にバランスがとれて振動を防止す
る。また、Ｚクランク軸はクランクピン両端のバランス
ウェイトにより偶力の不釣合を相殺して０にすることが
でき、また、直交軸受の動きはクランクピンまわりの回
転運動（ミソスリ運動）の成分と揺動ピン附近の揺動運
動の成分とに分解され、各運動成分はクランクピン(5)
両側の回転軸(4a),(4b)に設けた回転バランスウェイト
(15)，(15)と、ヨークを固着してない側のクロスアーム
(A₂)に必要に応じて直結されてヨーク側のクロスアーム
(A₁)と逆方向に揺動する揺動バランスウェイト(10)とで
バランスをとることにより、前記したピストン運動のバ
ランスも含めて全体として極めてバランス良く構成で
き、装置全体の振動を少くすることができる。但し、該
揺動バランスウェイトは(10)は小型機械に関しては回転
軸(4a),(4b)に設ける回転バランスウェイト(15)，(15)
に若干のウェイトを付加することで角振動を半減させ実
用上必要のない場合が多い。

〔実施例〕

本発明の運動変換装置をエンジンに用いたときの実施例
を図面に基いて説明する。

第１図は運動変換装置の要部の分解斜視図であって、ピ
ストンは便宜上対向する１対のピストンのみを表示して
シリンダー部は省略しており、第２図（Ｉ）〜第２図
（IV）はエンジンのシリンダー部及び其の関連部分にお
ける要部の動作経過を示す断面平面図で弁の動きを判り
易く説明するようにしたものである。

同じ軸線上の対向して配置した各１対のシリンダー
(C₁),(C₃)及び(C₂),(C₄)のそれぞれの線軸が平面上で直
交するように該４つのシリンダーが十文字状に軸線の交
点より等距離に配置され、各シリダーにはそれぞれの吸
気弁(V₁),(V₂),(V₃),(V₄)及び排気弁(V₁′),(V₂′),
(V₃′),(V₄′)と図示しない点火栓等が設けられてい
る。各シリンダー内の各ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)
のそれぞれのピストンピン(p₁),(p₂),(p₃),(p₄)には隣
り合うピストンピン間を連結するように等辺の４つのリ
ンク(L₁),(L₂),(L₃),(L₄)の各端部が連結されている。
すなわち、ピストン(P₁)のピストンピン(p₁)にはリンク
(L₁),(L₂)の各一端が、ピストン(P₂)のピストンピン
(p₂)にはリンク(L₂),(L₃)の各一端が、ピストン(P₃)の
ピストンピン(p₃)にはリンク(L₃),(L₄)の各一端が、ピ
ストン(P₄)のピストンピン(p₄)にはリンク(L₄),(L₁)の
各一端がそれぞれ関着され４等辺リンクにより形成され
る四角形が変形自在となっている。対向する各１対の平
行リンク(L₁),(L₃)及び(L₂),(L₄)の各中点にＸ状に交叉
したクロスアーム(A₁),(A₂)の端部がそれぞれ関着され
て、これらのリンクは関着部で自在に回動でき、４辺の
等辺リンクは対向する各１対の平行するリンク(L₁),
(L₃)及び(L₂),(L₄)が交叉に近づいたり遠ざかったりで
き、それに応じて上記クロスアーム(A₁),(A₂)は交点を
中心に互いに揺動できるようになっている。而して下側
のクロスアーム(A₁)にはクロスアームの交点位置で該ア
ーム(A₁)の作動面に垂直に揺動軸(1)が固設されて該揺
動軸(1)は回動自在に支持され、また、上側のクロスア
ーム(A₂)には同様にして揺動軸(1a)が下部の揺動軸(1)
の細軸部(1′)に摺嵌状態で固設され相互に反対方向に
揺動できるようになっており、揺動軸(1a)の上端には揺
動バランスウェイト(10)が固着されている。実施例で揺
動バランスウェイト(10)を設けたが小型のエンジンの場
合必ずしも必要とするものではない。このようにするこ
とにより、シリンダー内の対向する一組のピストンが近
づくとき、他の対向する一組のピストンは互いに遠ざか
り、また、近づいた対向するピストンが遠ざかるとき、
他の対向する一組のピストンは互いに近接するようにな
るとともにクロスアームに固設された揺動軸は揺動運動
を起すようになる。なお、(12)、(12)は下側のクロスア
ーム(A₁)に固着された１対のアームピンで１対の平行リ
ンク(L₁),(L₃)の各中点に連結され、４つのピストン
(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)からの力を順次受けてクロスアー
ム(A₁)を揺動せしめるもので、(13)、(13)は上側のクロ
スアーム(A₂)を１対の平行リンク(L₂),(L₃)に連結する
ように該リンク(L₂),(L₃)に固着したリンクピンであ
る。下側のクロスアーム(A₁)に固着した揺動軸(1)の下
側にヨーク(2)が固着され、ヨーク(2)の二叉に分岐した
アーム(2a),(2a)間に、軸受部の軸線に直交して両側部
に揺動ピン(6a),(6a)を具備した直交軸受(6)が揺動自在
に懸架されて、該直交軸受(6)の軸受部は上記揺動軸(1)
の軸線方向に直交するように揺動軸(1)の下方に設けら
れたＺクランク軸(3)の中央部のクランクピン(5)と摺嵌
して連結されている。

Ｚクランク軸(3)は、クランクピン(5)の両側に位置する
回転軸の主軸(4a)及び福軸(4b)が軸受により支承されヨ
ーク(2)の揺動により回転するもので、該軸(4a),(4b)間
の軸線に斜交して設けられたクランクピン(5)の両側に
クランクピンの支持部に連続して回転バランスウェイト
(15)，(15)が付設されている。

第３図は、装置要部の組合せ状態を示す側面図であっ
て、上記Ｚクランク軸(3)の一方の回転軸である主軸(4
a)にはフライホイール(11)が取り付けられ公知の手段で
あるクラッチ機構を用いて外部に回転力を伝えるもので
ある。また、Ｚクランク軸(3)の主軸(4a)と反対側の副
軸(4b)には同期用プーリ(14)が固着されタイミングベル
トなどを介して図示しないカムを回転せしめ、第２図
（Ｉ）〜第２図（IV）に示す吸気弁(V₁),(V₂),(V₃),
(V₄)及び排気弁(V₁′),(V₂′),(V₃′),(V₄′)の開閉を
各ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)の各動きに対応して所
定のタイミングでこれを行うようにしている。また、点
火用発電機を回して図示しない点火栓の点火を上記と同
様にして切換えピストンの動きに対応して順次所定のタ
イミングで点火するようにしている。なお、回転軸(4
a),(4b)及び揺動軸(1)，(1a)には適当に軸受が設けられ
る。回転軸の主軸(4a)にはフライホイール(11)が固設さ
れている。

次にこのような運動変換装置を備えた４気筒４サイクル
ガソリンエンジンの作動につき説明する。

第２図(I) は、十字型シリンダーの中のシリンダー(C₁)
の図示しない点火栓が発火して第２図（IV）に示す圧縮
された気化燃料が爆発してピストン(P₁)が十字型シリン
ダーの中心方向に押され、ピストンピン(p₁)に連結され
たリンク(L₁)は回動自在に支持された揺動軸(1)上のク
ロスアーム(A₁)を反時計方向に回動せしめる。同時にリ
ンク(L₁)に平行状態で対向するリンク(L₃)は第２図（I
V）に示す状態からその中点を反時計方向に押されてピ
ストン(P₂)は十字型シリンダーの中心より遠ざかる方向
にシリンダー(C₂)のシリンダーヘッド方向に押し込まれ
る。このとき、シリンダー(C₂)の吸気弁(V₂)，排気弁(V
₂′)は閉鎖状態となっており第２図（IV）に示す吸入さ
れた外気は圧縮される。また、シリンダー(C₃)内のピス
トン(P₃)はクロスアーム(A₁)の反時計方向の回動による
リンク(L₃)の中点の反時計方向の移動により、第２図
（IV）に示すシリンダー(C₃)のヘッド方向に押し込まれ
た位置から十字型シリンダーの中心方向に引込まれ同時
に吸気弁(V₃)は開き状態となりシリンダー(C₃)内に外気
が吸入される。また、シリンダー(C₄)内のピストン(P₄)
は第２図（IV）に示す十字型シリンダーの中心に近接し
た位置からリンク(L₁)の中点の反時計方向の移動により
シリンダーヘッド方向に押し込まれ同時に排気弁(V₄′)
は開き状態となって第２図（IV）に示すシリンダー(C₄)
内の爆発後の燃焼ガスを排気せしめる。一方、対向する
平行リンク(L₂),(L₄)のそれぞれの中点に端部を関着さ
れた上部クロスアーム(A₂)はシリンダー(C₁)内のピスト
ン(P₁)が爆発により押し込まれるとき第２図（IV）に示
す状態から時計方向に回動せしめられ、クロスアーム(A
₂)上に固設された上部揺動軸(1a)は時計方向に回動す
る。すなわち、シリンダー(C₁)内の第２図（IV）に示す
圧縮状態の気化燃料が爆発するとき第２図（IV）の状態
から第２図（Ｉ）の状態へと下のクロスアーム(A₁)は反
時計方向に、また、上のクロスアーム(A₂)は時計方向に
回動せしめられる。上記において、各ピストンのストロ
ーク及びクロスアームの回動量はクロスアーム(A₁)に直
結されたヨーク(2)の反時計方向の回動により直交軸受
(6)のミソスリ運動でＺクランク軸(3)が180゜回転せし
められるときのクランクピン(5)の運動範囲により規定
される。次に、第２図（Ｉ）の圧縮状態にあるシリンダ
ー(C₂)内の気化燃料は図示しない点火栓の発火により爆
発を起して各ピストン，リンク，クロスアームは第２図
（II）の状態に移行する。すなわち、シリンダー(C₂)内
のピストン(P₂)は十字型シリンダーの中心方向に押さ
れ、それと同時にシリンダー(C₃)の開き状態にある吸気
弁(V₃)は閉じてシリンダー(C₃)に吸入された気化燃料は
圧縮され、シリンダー(C₄)の開き状態にある排気弁
(V₄′)が閉じて吸気弁(V₄)が開きピストン(P₄)の十字型
シリンダー中心方向への引込みによりシリンダー(C₄)内
に外気が吸入され、シリンダー(C₁)では排気弁(V₁′)が
開いてピストン(P₁)のシリンダーヘッド方向への押し込
みによりシリンダー(C₁)内の爆発燃焼ガスは排気され
る。このとき、下部のクロスアーム(A₁)はピストン(P₂)
の十字型シリンダーの中心方向への押圧移動により、各
リンクは前述と同様にして移動し、下部のクロアーム(A
₁)は時計方向に、また、上部のクロスアーム(A₂)は反時
計方向に回動せしめられ、クロスアーム(A₁)に連結され
たヨーク(2)の時計方向に回動により直交軸受(6)のミソ
スリ運動でＺクランク軸(3)は180゜回転せしめられる。
すなわち、下部のクロスアーム(A₁)の１回の往復揺動に
よりＺクランク軸(3)は１回転する。次に、第２図（I
I）の圧縮状態にあるシリンダー(C₃)内の気化燃料は図
示しない点火栓の発火により爆発を起して各ピストン，
リンク，クロスアームは第２図（III）の状態に移行す
る。すなわち、シリンダー(C₃)内のピストン(P₃)は十字
型シリンダーの中心方向に押され、それと同時にシリン
ダー(C₄)内のピストン(P₄)はシリンダーヘッド方向に押
されて吸入された気化燃料は圧縮され、シリンダー(C₁)
内のピストン(P₁)の移動によりシリンダー(C₁)内に外気
が吸入され、また、シリンダー(C₂)内のピストン(P₂)の
シリンダヘッド方向への押込みによりシリンダー(C₂)内
の爆発燃焼ガスの排気が前述と同様にして行われ、ピス
トン(P₃)の十字型シリンダーの中心方向への押圧移動に
よる各リンクの移動により下部のクロスアーム(A₁)は反
時計方向に、また、上部のクロスアーム(A₂)は時計方向
に回動せしめられ、クロスアーム(A₁)に直結されたヨー
ク(2)反時計方向の回動により、直交軸受(6)のミソスリ
運動でＺクランク軸(3)は180゜回転せしめられる。次に
第２図（III）の圧縮状態にあるシリンダー(C₄)内の気
化燃料の爆発により前述と同様の経過で第２図（IV）に
示すごとく下部のクロスアーム(A₁)は時計方向に、ま
た、上部のクロスアーム(A₂)は反時計方向に回動せしめ
られ、ヨーク(2)の時計方向の回動によりＺクランク軸
(3)は180゜回転させめられる。次いで第２図（IV）の圧
縮状態にあるシリンダー(C₁)内に気化燃料の爆発により
第２図（Ｉ）の状態に移送する。すなわち、十字型シリ
ンダーの４つのシリンダー(C₁),(C₂),(C₃),(C₄)内の圧
縮された気化燃焼の順次の爆発によりクロスアーム
(A₁),(A₂)はそれぞれ２回往復揺動しＺクランク軸(3)は
２回転する。また、前述の吸気弁、排気弁、点火栓等の
図示しないタイミング制御カムは、Ｚクランク軸(3)の
２回転につき１回転してタイミングの制御を行う。

第４図(a)〜第４図(d)はヨーク(2)の１回の往復揺動に
よりＺクランク軸(3)が１回転する状態を表わすもの
で、第４図(a)はヨーク(2)の揺動方向がＺクランク軸
(3)の軸線方向に対して中空の位置にある状態を示す。
第４図(a)の状態からヨーク(2)を上方から見て反時計方
向に回動せしめると、ヨーク(2)の分岐したアーム間に
揺動ピン(6a),(6a)により軸支された直交軸受(6)はミソ
スリ運動を起してヨーク(2)の回動終端位置では第４図
(b)に示す状態となり、回転軸(4a)はその端面図が示す
ように90゜回転する。次いでヨーク(2)を反対方向（上
方から見て時計方向）に回動せしめると、直交軸受(6)
はミソスリ運動を続けて第４図(c)の状態を経て第４図
(d)に示すように該ヨーク(2)は第４図(b)に示す状態の
反対側の回動終端位置に至り、回転軸(4a)は第４図(b)
の状態より180゜回転し、次いでヨーク(2)が反対方向
（上方から見て時計方向）に回動して第４図(a)に示す
ような中立状態になるとき回転軸(4a)はさらに90゜回転
し、第４図(a)の状態よりヨーク(2)が揺動してもとの状
態に戻ると回転軸つまりＺクランク軸は１回転する。ヨ
ーク(2)の１回の往復揺動はどの状態からでも例えば第
４図(b)の状態からヨーク(2)１往復揺動して第４図(b)
の状態に戻るときも同様である。また、クロスアーム(A
₁)とヨーク(2)との取付方法がどの関係位置にあっても
４のピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)が順次作動すればヨ
ーク(2)の揺動によりＺクランク軸(3)は２回転する。

Ｚクランク軸(3)はクランクピン両端の回転バランスウ
エイト(15)，(15)により偶力の不釣合を相殺し、直交軸
受(6)の動きは上記回転バランスウエイト(15)，(15)と
さらにクロスアーム(A₁)と逆方向に揺動する揺動バラン
スウエイト(10)とによりバランスをとり振動を少くする
ことができる。

第５図は、平行リンク部分とクロスアーム部との組合せ
を工夫して更に剛性の高い構造としたものである。

すなわち、ヨーク(2)の固着すべき揺動軸(1)上部のクロ
スアーム(A₁)にピストンから力を伝えるためのリンクを
二重にしてアーム(A₁)に捩りモーメントがかからぬよう
にしたものである。すなわち、クロスアーム(A₁)及びそ
の両側の平行リンク(L₂),(L₄)両端部をそれぞれ上下１
対の平行リンク(L₁),(L₁)及び(L₃),(L₃)で挟みアームピ
ン(12)，(12)でクロスアーム(A₁)と、ピストンピン
(p₁),(p₂),(p₃),(p₄)で各ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)
に連結する。また、他の平行リンク(L₂),(L₄)及びクロ
スアーム(A₁)を挟んで上部クロスアーム(A₂)と二重に揺
動軸(1)に摺嵌の状態で副クロスアーム(A₂′)を設け該
アーム(A₂′)をリンクピン(13)，(13)で平行リンク
(L₂),(L₄)と連結する。第６図は第５図のクロスアーム
(A₁)部分のＤ視で、図に示すようにピストンピン(p₄)か
ら平行リンク(L₁),(L₁)によりクロスアーム(A₁)に伝達
される力(P)は、クロスアーム(A₁)に上下に突出する如
く植設されたアームピン(12)の上下にそれぞれ P/2の力
で加えられる。従ってアーム(A₁)に対する上下の捩りモ
ーメントは相殺されて、リンク(L₁)が一重のときクロス
アーム(A₁)に力(P)がかかる状態を表した第７図に見ら
れようなＢ＝Ｐｌ_１の捩りモーメントがかからない。ア
ームピン(12)に加わる応力は第６図ではＰの力が上下に
等分されるためにアームピン(12)の受ける曲げモーメン
トは P/2×ｌ_３で第７図の場合では該曲げモーメントは
Ｐ×ｌ_２となる。設計上リンクの板厚を考えるとｌ_２≒
２ｌ_３となるので、第７図のピンの受ける曲げモーメン
トＰ×ｌ_２＝２Ｐ×ｌ_３となり、第６図のアームピン(1
2)の受ける曲げモーメントは第７図の場合に比較し1/4
となる。また、剪断応力も半減するのでアームピンの強
度の面でも大変有利となる。従って、クロスアーム(A₁)
にかかる応力も小さくなり剛性の高い構造とすることが
できる。また。上記クロスアーム(A₂)と二重に設けられ
る副クロスアーム(A₂′)は対向する平行リンク(L₂),
(L₄)の一方に力がかかり他のリンクに力を伝達すると
き、リンクピン(13)にかかる曲げモーメントは剪断応力
の力で一重の場合より有利となり構造の堅牢化に役立
つ。このような剛性の高いリンク機構はエンジンなどで
の苛酷な使用に最適である。

上記実施例においては、本発明の運動変換装置をエンジ
ンに用いた場合について説明したが、また、この形式は
対向する２つのシリンダーのみをエンジンとして使用
し、それに直交した２つのシリンダーを圧縮機として使
用する場合にも最適に用いることができる。この場合
は、一般のエンジン付き圧縮機に較べて極めて小型とな
り、平行リンクが直接圧縮機側のピストンを押すので、
途中にクランク軸やコネクチングロッドが介在して伝達
する機構に較べて摩擦損失が少なく効率の高い圧縮機と
して利用できる。

さらに、本発明の運動変換装置のＺクランク軸を入力軸
としてこれを回転駆動することにより、十文字状に配列
したシリンダー部を圧縮機として使用することも可能で
ある。この場合においても４シリンダーの圧縮機として
バランス良く小型に効率の良い振動の少い機械を作製す
ることができる。

なお、本発明の運動変換装置はエンジンとして使用する
場合は、実施例の如く４サイクルに限らず２サイクルや
ジーゼルのすべてに適用が可能である。

〔発明の効果〕

上記の説明から明らかなように、本発明によれば、４つ
のシリンダーを十文字状に配置して、それぞれのピスト
ンの往復運動から４等辺リンクにより揺動運動を取り出
し、ヨーク、直交軸受を介してＺクランク軸で回転運動
に変換できるようにしたから、ピストン及びリンクの動
きは完全にバランスが取れて、ピストンの往復運動にも
とづつ一次振動及び其の他の横ブレ等の偶数次振動を含
むすべての振動を相殺により解消することができるもの
で、さらに、Ｚクランク軸においては、クランクピン両
端のバランスウエイトにより偶力不釣合いを無くすよう
にされ、Ｚクランク軸を作動させるヨークの揺動運動も
揺動バランスウエイトを用いて角振動を少くするように
できるので、ピストン運動のバランスを含めて全体とし
て極めてバランス良く構成でき振動を少くすることがで
きる。而も、運動伝達部分をすべて面接触乃至はボール
ベヤリングなどの多数の接触部分からなる転がり接触で
行うようにしたから、耐久性の良い装置を提供すること
ができる。本装置はエンジンとして利用する場合気密，
潤滑，冷却等の面では現在レシプロエンジンなどの持っ
ている信頼性をそのまま利用するものであり、又、信頼
性の高い且つ実績のある機械部分で構成されるため、従
来のレシプロに見られる形式よりもバランスの良いしか
も小型，軽量な機械効率の高い製品を提供することがで
きるもので、さらにピストンの往復運動から４等辺のリ
ンク機構を介して発生した揺動運動をヨークに伝え、揺
動ピンのみで直交軸受と連結してＺクランク軸を駆動し
ており構造が極めて簡単である。また、構成部分のうち
一ケの傾斜したクランクピンを持つＺクランクは、例え
ば直列４気筒エンジンのクランクシヤフトに較べて構造
が簡単且つ軽量であり、両端の軸受の距離を非常に小さ
くできる。これにより軸の剛性が大きくなり特に振動の
大きい原因となるねじり剛性において有利である。又、
出力軸であるＺクランク軸に偶力の形でトルクを発生さ
せるため一般クランクのようにモーメント荷重でトルク
を発生するのに対し、軸受荷重が半減し摩擦損失が少な
く振動や騒音が少ない。この軸受間の距離が小さいこと
は、現在主流となりつつあるフロントエンジン・フロン
トドライブ（ＦＦ）車に搭載するのに最適であり、軸受
け箱の小型化により全体として非常に剛性が高く、しか
も軽量な機構となる。又、エンジンとして構成した本装
置を軽飛行機に利用する場合、シリンダーブロックを下
部にＺクランク軸を上部にして搭載すれば重心が低く安
定したレイアウトとなり、Ｚクランク軸の上部がないた
めに視界が良くなる。さらに各シリンダーが独立してお
り特に空冷として有利でる。また、本機構は本来バラン
スが極めて良いために特に軽量化の必要な軽飛行機にお
いて不快となる振動が少ないので防振対策を簡略化でき
る。このようにピストン部からの騒動軸とＺクランク軸
とが直交した本装置は配置の自由度が高いという利点が
ある。

一方、本装置の対向する２つのシリンダーのみをエンジ
ンとして使用し、それに直交する２つのシリンダーを圧
縮機として使用すると小型でバランスの良い効率の高い
エンジン付空気圧縮機などを構成でき、また、Ｚクラン
ク軸を入力軸として４つの全シリンダーを圧縮機として
使用するとバランスの良い振動の少ない圧縮機を構成で
きるなど、本発明の運動変換装置は振動の少ない信頼
性，耐久性の良い小型軽量化可能の装置として多方面に
利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は、運動変換装置の一部を省略した要部の分解斜
視図、第２図（Ｉ），第２図（II），第２図（III），第２図
（IV）は、エンジンのシリンダー部及び其の関連部分に
おける要部の動作経過を示す断面平面図。第３図は、装
置要部の組合せ状態を示す側面図。第４図(a)，第４図(b)，第４図(c)，第４図(d)は、ヨー
クの揺動とＺクランク軸の回転との動作経過を示す側面
図と対応する軸端面図。第５図は、平行リンク部分とクロスアーム部分との組合
せの他の実施例を示す斜視図。第６図は、第５図のクロスアーム(A₁)部分のＤ視図。第７図は、先の実施例の第６図該当部を示す図。である。 (1),(1a)……揺動軸、(2)……ヨーク、(2a)……アー
ム、(3)……Ｚクランク軸、(4a),(4b)……回転軸、(5)
……クランクピン、(6)……直交軸受、(6a)……揺動ピ
ン、(10)……揺動バランスウエイト、(11)……フライホ
イール、(15)……回転バランスウエイト、(A₁),(A₂)…
…クロスアーム、(C₁),(C₂),(C₃),(C₄)……シリンダ
ー、(L₁),(L₂),(L₃),(L₄)……リンク、(P₁),(P₂),(P₃),
(P₄)……ピストン、(p₁),(p₂),(p₃),(p₄)……ピストン
ピン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関又は空気圧縮機などでピストンの
往復運動を出力軸の回転運動に、又は、入力軸の回転運
動をピストンの往復運動にかえる運動変換装置におい
て、同一軸線上に対向して配置した各１対のシリンダー
の各軸線が同一平面で直交するごとく４つのシリンダー
(C₁),(C₂),(C₃),(C₄)を十文字状に配置し、各シリンダ
ー内を摺動する各ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)のピス
トンピン(p₁),(p₂),(p₃),(p₄)のそれぞれに、隣り合う
ピン間を連結するごとく等辺の４本のリンク(L₁),(L₂),
(L₃),(L₄)の各端部を関着せしめ、対向する各１対のリ
ンク(L₁),(L₃)及び(L₂),(L₄)の各中点にＸ状に交叉する
クロスアーム(A₁),(A₂)の端部をそれぞれ関着せしめ
て、該クロスアームの交点でアームの作動面に垂直に一
方のクロスアーム(A₁)に揺動軸(1)を固設して該揺動軸
(1)を回動自在に設け、その軸端にヨーク(2)を固着し、
揺動軸(1)の軸線方向に軸線が直交するごとくＺクラン
ク軸(3)を設け、その回転軸(4a),(4b)間の軸線に斜交す
るクランクピン(5)と摺嵌するごとく直交軸受(6)を設け
て、該直交軸受の軸線に直交方向の両側の揺動ピン(6
a),(6a)を上記ヨーク(2)の１対のアーム(2a),(2a)間に
軸支せしめてなり、ピストンの往復運動から揺動運動を
取り出し、ヨーク(2)，直交軸受(6)を介してＺクランク
軸(3)で回転運動に変換できるようにしたことを特徴と
するエンジン等における運動変換装置。
【請求項２】上記ヨーク(2)を固着した揺動軸(1)が固設
されるクロスアーム(A₁)両端部に中点を関着した対向す
る平行リンク(L₁),(L₃)は、該クロスアーム(A₁)を挟ん
で二重に設けられて他の一対の平行リンク(L₂),(L₄)を
挟持して連結されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のエンジン等における運動変換装置。
【請求項３】上記４つの各シリンダー(C₁),(C₂),(C₃),
(C₄)と上記各ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)とのそれぞ
れの組合せをエンジンとして構成したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項又は第２項記載のエンジン等にお
ける運動変換装置。
【請求項４】上記４つのシリンダー(C₁),(C₂),(C₃),
(C₄)のうちの対向する２つのシリンダーをエンジン用と
し、他の対向する２つのシリンダーを圧縮機用としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
エンジン等における運動変換装置。
【請求項５】上記４つのシリンダー(C₁),(C₂),(C₃),
(C₄)と上記ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)とのそれぞれ
の組合せが圧縮機として構成され、Ｚクランク軸(3)の
回転駆動により上記ピストン(P₁),(P₂),(P₃),(P₄)を往
復運動するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項記載のエンジン等における運動変換装
置。
【請求項６】上記ヨーク(2)を固着した上記揺動軸(1)と
同軸上に設けられ上記クロスアーム(A₁)のヨーク(2)と
反対側に位置するアーム(A₂)に固設した揺動軸(1a)に揺
動バランスウエイト(10)を固着したことを特徴とする特
許請求の範囲第１項乃至第４項の何れかに記載のエンジ
ン等における運動変換装置。