(57)【要約】【課題】  往復運動とクランク軸を連接棒で連結したリンク装置に於いて、クランクピンの回転軌跡を従来の円形から楕円形に変えて、各種装置の性能及び効果の改善を計る。【解決手段】  回転中心に固定した固定軸に、回転台を回転可能に軸架する。その従来のクランクピンの位置に回転可能に嵌合させた回転軸を取り付ける。回転軸の連接棒取り付け部分を、回転台中心からの半径の数％から１０％程度偏芯させた偏芯軸に形成しこれに連接棒を結合する。回転軸に固定した歯車を設け、固定軸と同芯に固定された歯車と噛み合わせる。その歯数比は１対２とし回転台の１回転で回転軸は２回転する。回転軸が上下死点付近に位置するとき、偏芯軸芯を用途によって回転軸芯の内側又は外側になるように設定する。回転台は直接又は歯車やチェーン等を介して出力軸又は入力軸と結合する。以上の構成によって回転軌跡が楕円形となるリンク装置を開発できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連接棒８の運動範囲を除いて回転中心に固定された固定軸１に、回転台５を回転可能に軸架する。回転台５の従来のクランクピンの位置に、固定軸１と同軸に固定された歯車２と噛み合う、歯車４を設けた回転軸３を回転可能に取り付ける。その歯数比を１対２として回転台５が１回転すると回転軸３を同方向に２回転させる。回転軸３の連接棒８取り付け部分を、回転軸３の取り付け半径の数％から１０％程度偏芯させた偏芯軸７に形成し、偏芯軸７の軸芯位置を用途により上下死点付近で、回転軸３軸芯の内側又は外側に位置するよう設定する。回転台５から直接又は回転台５の周囲に歯車９を設け、歯車やチェーン等を介して出力軸または入力軸と結合させる。以上の構成によって連接棒８を取り付る偏芯軸７を倍速複動回転させて、楕円上を運動するリンク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  往復運動体とクランク軸を、連接棒で結合して運動変換を行うリンク装置の性能や効果を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  内燃機関、ポンプ、扇風機等各種の機器に使用される運動変換装置として、クランクと連接棒によるリンク装置が広く実用化されている。【０００３】  これらのリンク装置では、クランクピンの回転半径と連接棒の長さが設定されると、クランク軸の回転とピストンなどの往復運動部分の運動変化量は特定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ピストン等の往復運動量である図６のＳが同一でも、図６、７の図表が示すようにピストンの動きを、上下死点付近で速度を遅くしたり早くする事ができ、さらに両サイドでは回転半径を大きくまたは小さくなるように変化させて、目的に合せてより高性能で効果的な装置の開発を課題とする。【０００５】  内燃機関に於いて、同じ回転数でも上下死点付近のピストンの速度を、図７の線ｂが示すように遅くして下死点付近での掃気また、上死点付近での燃料気化と燃焼をより効率的にして性能を向上させる内燃機関の開発。【０００６】  扇風機等の一定角度の往復首振り装置で例えばその範囲を三等分した場合、中央部分と左右側との通過時間の差を少なくして、どの位置に於いても扇風機からの風量が同じになるようにした扇風機の開発。【０００７】  排出ポンプに応用して、ピストンやプランジャー等の移動速度の等速化を計り、吐出量変化を少なくしたポンプ類など各種装置の開発。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  回転中心に固定された固定軸１を設け、これに回転台５を回転可能に嵌合する。その回転台５の従来のクランクピンの位置に回転軸３を同じく回転可能に設置する。回転軸３の連接棒８を取り付ける部分を、回転軸３の固定軸１を中心とする取り付け半径の数％から１０％程度偏芯させて形成し、これに従来のクランクによるリンク装置と同様に連接棒８を取り付ける。【０００９】  回転軸３に歯車４を固定し、固定軸１と同芯に固定された歯車２と噛み合わせる。その歯数比は１対２で回転台５が１回転すると回転軸３は同方向に２回転、つまり倍速で複動回転させる。回転台５の回転は直接または歯車９，１０等を介して出力軸１１又は入力軸と結合する。【００１０】  回転軸３が上下死点に位置するとき偏芯軸７の軸芯を、内燃機関で図６，７のｂのようにピストン運動させる場合は回転軸３軸芯の内側、ポンプなどでｃのように運動させる場合は外側に設定する。この様にして偏芯軸７は楕円状の運動軌跡上を回転させる。【００１１】  その楕円状となる回転軌跡の形状は、その偏芯軸７の偏芯率によって長短径比が変化し、率が一定より大きくなると上下死点付近等で動きが乱れ円滑な運動が出来ない。また連接棒８の長さや連結する往復運動が直線か円弧か、またその半径などとも関係するので目的に応して選択する。
【発明の効果】
【００１２】  図６，７で示したように駆動されるピストンの移動位置及び速度変化は、通常のクランク装置の変化量ａに対してｂやｃのように大きく変化させる事が可能となる。【００１３】  内燃機関に応用した場合、同じ回転数でも吸排気の時間を延ばすように調節でき、それによって燃料の気化や燃焼状態、さらに掃気の改善や吸排気弁口の小型化も計られる。偏芯軸７の回転半径が拡大する事によって出力性能や効率の向上が期待できる。【００１４】  クランク方式では軸に強力な捩り力が発生するが、本発明による運動変換装置では直線状で対処し易い入出力軸を除けば、捩り力は全く発生せずその部分の軽量化が図れる。【００１５】  ポンプや扇風機などに応用した場合、向きによる送風量の均等化など変化量を少なくした各種装置の開発に役立つ。また両死点での偏芯軸芯の位置を内燃機関の例と同様にして、左右両端部により長く留まるようにした各種装置の開発が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１６】  図１及び２は本発明を内燃機関のピストンの往復運動を、回転運動に変えるリンク装置に適用した例で、従来のクランクケースに相当するフレーム１５と底カバー１６に囲まれた部分を示した図である。従来のクランクシャフトの形状と似たものであるが、一体のもの又分割したクランク軸の何れとも全く異なった構造である。回転中心には固定枠１２によってフレーム１５に固定軸１が取り付けられ、その連接棒８側の端部に円盤状の回転台５が回転可能に嵌合している。回転台５は外周部に駆動歯車９が、また回転台５の回転軸３の取り付け部の反対側に釣合錘６が形成されている。固定軸１と回転台５は連接棒８を挟んで対称的に設置され、相対する回転台５の従来のクランクピンの位置に回転軸３を回転可能に嵌合させる。その外側に歯車４が取り付けられ、固定軸１と同芯に固定された歯車２と噛み合っている。その歯数比は１対２で、回転軸３が固定軸１の周りを１回転すると回転軸３は同方向に２回転する。【００１７】  回転軸３の連接棒８取り付け部分を、図例では固定軸１を中心とした回転軸３の回転半径の９％強ほど偏芯させた偏芯軸７に形成し、それに連接棒８が従来の内燃機関と同様に取り付けられ、ピストン１３のピストンピン１４と結合される。【００１８】  固定軸１に平行して出力軸１１それに固定された出力歯車１０が、回転台５外周部に形成された歯車９と噛み合っている。図１は直列二気筒の例で、中央部の主軸１は両側の気筒のものを一体化している。歯車９と歯車１０の歯数比は自由に選択できる。また図例は直列気筒の場合を示しているが、横に並べて並列構造とする事も可能であり、また対向ピストンなど各種気筒配置にも対応できる。【００１９】  回転軸３が上死点位置にあるとき偏芯軸７の軸芯は、回転台５の中心方向である内側に位置し、回転台５の回転に伴い回転軸３に取り付けた歯車４が主軸１と同芯の歯車２と噛合って１８０度回転すると、偏芯軸７は一回転して同様に中心方向に位置する。９０度回転では外側に位置し最大径となる。従来のクランクピンの回転軌跡は図２，６で示したａのように円形であるが、偏芯軸７中心の回転軌跡はｂのような横長の楕円形となる。通常の円軌跡ａと比較して半径が大きく変化し外側に拡大した形となり、ピストン１３の移動速度は上下死点近くでは遅く左右側では速くなる。回転による角度毎のピストンの移動量が示しているように、従来のクランク軸の場合とは大きな相違がある。【００２０】  偏芯軸７の中心位置が最も外側になる位置を図に示した９０度から、連接棒８の振れ角度が最大になる例えば７５度前後の位置に設定できる。偏芯軸７軸芯の上死点での取り付け角度を前後にずらして各種目的に沿う調整が可能となる。【００２１】  従来のクランク軸特に直列多連では回転によって、発生する大きな力を他のクランクを経由して出力軸に伝動する。また圧縮時には他のピストンの力または弾み車等の力を他のクランクを経由して駆動するので、大きな捩り力が発生する。その為クランクの強度を保つ為に大型化して耐性を高める必要がある。【００２２】  このリンク装置では発生するピストンの下降方向の力は、偏芯軸７に伝えられ両側の回転台５を回転させる。そして回転軸３の両端部の���車４が固定された歯車２に噛み合って回転しながら自らも歯数比によって二倍の速度で回転する。【００２３】  回転台５の回転はその円周部に設けられた歯車９により歯車１０に直接伝動され出力軸１１を回転させる。回転軸３には左右均等な力が働き、従来のクランク軸のような大きな捩れ力は全く発生しない。【００２４】  回転軸３をこのように複動回転させて、偏芯軸７中心を図６、７ｂのような楕円状軌跡で回転させ、ピストン１３と連接棒８で結合する。それにより従来の機関と同行程、同回転でも上下死点付近でのピストン１３の動きは遅くなる。それを利用して掃気や燃焼の効率を高める事が可能となる。２サイクル機関の掃気改善にとって有効である。【００２５】  ピストン１３が下降すると偏芯軸７の回転半径は図６ｂのように変化する。回転力は加圧力が同じ場合その回転半径によって大きく増減される。概略で図６のａ、ｂ間の斜線で表したような出力増加量が期待できる。【００２６】  図１例では全ての回転部分の軸受け方式を転がり軸受としているが、滑り軸受方式も選択できる。又図１，２例と反対に回転台５と歯車４は固定軸１側を含めて軸受を外側に、歯車を内側と逆構造にもできる。また次の実施例のように軽負荷の装置では図４のように回転台５と歯車４は連結棒の片側だけで十分である。
【実施例２】
【００２７】  図３，４は本発明による扇風機の首振り装置を示す。先に説明した図１，２の内燃機関とは反対に回転軸２１が左右の死点に位置する時、偏芯軸２２の中心は回転軸２１中心の外側に位置し、又９０度回転して上下側に位置すると内側となる。図例ではその偏芯率は回転軸２１の駆動軸１８を中心とする回転半径の１０％とした例を示している。偏芯軸２２軸芯の回転軌跡は図６のｃに似た縦長の楕円状となる。【００２８】  諸装置を納めたケース２７は支軸２６を中心にして一定範囲を往復回転運動して、従来の扇風機と同様に風向きを変える。モーターから減速して伝動された回転力により駆動軸１８に取り付けられたアーム１９を回転させる。【００２９】  アーム１９の先端に設置した回転軸２１には歯車２０を設け、駆動軸１８と同軸芯の固走された歯車１７と噛み合って回転する。その歯数比は１対２で駆動アーム１９が１回転すると、回転軸２１は同方向に２回転する。それにより偏芯軸２２は９０度回転毎に回転軸２１中心の外側から内側、内側から外側と変化して偏芯軸２２の中心は図６ｃに似た楕円軌跡上を移動する。【００３０】  偏芯軸２２には連接棒２３が取り付けられケース２７の台２５に固定されたピン２４と結合してリンクを形成する。アーム１９が一回転するとケース２７は従来の扇風機のように一定角度左右に首振り運動をする。【００３１】  アーム１９が右回転した場合の扇風機の首振り即ち風向きを、図５にアームの回転１０度毎に三角形の記号で示している。図３の状態から１８０度を外側、１８０度から３６０度までを内側の記号で示している。回転軸２１の回転半径や連接棒２３の長さによって変化するが図３の例では図５Ａのようになり、従来の単純なリンク方式の場合では同Ｂに表したようになる。【００３２】  何れの場合でも左右で極く僅かな風量差が生ずるが、全体を三分の一に分けた場合、Ｂでは正面での風量が可成り少なくなる。扇風機ではなるべく均等な風量が望ましいので本発明の偏芯軸２２の複動回転によるリンク方式では、Ａに示したように正面と左右側でほぼ均一化した送風量が可能となる。【００３３】  ポンプ等で図６，７のｃのように駆動した場合ｂとは反対に、駆動範囲Ｓの回転角度毎の移動量が上下死点付近を除いて大きく平均化され、排出量の均一化や駆動動力の軽減も計られる。またこの様な特性を生かした装置の開発ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】  本発明による実施例である内燃機関の従来のクランクケースに相当する部分を示した図で、図２の線Ｂ−Ｂ断面図。
【図２】  図１の線Ａ−Ａ断面図。
【図３】  本発明による扇風機の首振り駆動装置を示した平面図。
【図４】  図３の線Ｃ−Ｃ断面図。
【図５】  扇風機の首振りによる風向きの変化を示す図。
【図６】  偏芯軸の回転による往復運動体の位置変化を示した図。
【図７】  同上
【符号の説明】
【００３５】        １  固定軸                                ２  歯車
３  回転軸                                ４  歯車
５  回転台                                ６  釣合錘
７  偏芯軸                                ８  連接棒
９  歯車                                １０  歯車
１１  出力軸                              １２  固定枠
１３  ピストン                            １４  ピストンピン
１５  フレーム                            １６  底カバー
１７  歯車                                １８  駆動軸
１９  アーム                              ２０  歯車
２１  回転軸                              ２２  偏芯軸
２３  連接棒                              ２４  ピン
２５  台                                  ２６  支軸
２７  ケース
Ｒ  右側                                  Ｆ  正面
Ｌ  左側                                  Ｓ  行程量
ａ  従来のクランクピンの回転軌跡とピストン位置変化
ｂ  偏芯軸７の回転軌跡とピストンの位置変化
ｃ  ポンプ等の偏芯軸の回転軌跡とピストンの位置変化
【図１】
2010261575.tif 000003
【図２】
2010261575.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010261575.tif 000007
【図６】
2010261575.tif 000008
【図７】
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