(57)【要約】      （修正有）【課題】ピストンクランク機構に代えてハイポサイクロイド遊星歯車機構を用いることにより，高圧，低速，ロングストロークの直列多気筒往復動機関において，一層の小型軽量化，低剛性化，高強度化，低振動化，低燃費化と排気ガス清浄化の道を拓く。【解決手段】つりあい錘のない単気筒往復動機関用ハイポサイクロイド遊星歯車機構（単位機構と略称する。）とその力学モデルを作成し，それらを用いて往復質量の慣性力及びそのクランク軸に直交する軸周りのモーメントを多気筒化によりつりあわせる方法を構築した。そして，その方法により，直列多気筒往復動機関の機構において，同じクランク角，並びに，異なるクランク角の単位機構を適切に配置した機構をもつ特殊配置直列６，１０又は１２気筒２ストロークサイクロイド往復動機関及び特殊配置直列１２気筒４ストロークサイクロイド往復動機関を考案した。【選択図】図１
2010196691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
つりあい錘のない単気筒機関用ハイポサイクロイド遊星機構を単位機構とし，これをクランク軸方向に連接して慣性力及びそのクランク軸に直交する軸周りのモーメントをつりあわせた直列多気筒往復動機関の機構を用いて，小型軽量・高強度・低振動・高トルク・高出力・低燃費・清浄な排気ガスの可能性を与えた高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒４ストローク及び２ストロークサイクロイド往復動機関。
【請求項２】
請求項１記載の直列多気筒４ストロークサイクロイド往復動機関において，同一クランク角の単位機構をクランク軸に直交する一平面に関して対称的に配置連接したＮ（Ｎは，４以上の偶数）気筒４ストローク機関の機構をもつ対称配置直列Ｎ気筒４ストロークサイクロイド往復動機関。
【請求項３】
請求項１記載の直列多気筒２ストロークサイクロイド往復動機関において，単位機構を直列ｎ（ｎは，２以上の整数）気筒２ストローク機関用に配置連接した機構と，クランク軸に直交する一平面に関して，それと鏡面対称的な単位機構配置の機構をクランク軸方向に連接し，同一クランク角単位機構の単位機関が同時に作動する直列２ｎ気筒２ストローク複動往復動機関の機構をもつ，対称配置直列２ｎ気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関。
【請求項４】
請求項１記載の直列多気筒２ストロークサイクロイド往復動機関において，適切に単位機構を配置して構築した直列６，１０又は１２気筒２ストローク機関の機構をもつ，特殊配置直列６，１０又は１２気筒２ストロークサイクロイド往復動機関。
【請求項５】
請求項１記載の直列多気筒４ストロークサイクロイド往復動機関において，２組のクランク角の異なる６単位機構を，それぞれ適切に配置して構築した直列１２気筒４ストローク機関の機構をもつ，特殊配置直列１２気筒４ストロークサイクロイド往復動機関。
【請求項６】
請求項１，２，３，４及び５記載の直列多気筒サイクロイド往復動機関の機構において，ピストンとコンロッドを別部品とし，両者を円筒ピストンピンで結合し，その軸心まわり及び軸心方向に微小な回転及びすべりを可能とするとともに，コンロッド大端部を２分割，ねじ締結して製作を容易にした機構をもつ直列多気筒サイクロイド往復動機関。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５及び６記載の直列多気筒サイクロイド往復動機関の機構を用いることを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は，つりあい錘なしで慣性力及びそのクランク軸に直交する軸周りのモーメントをつりあわせることができるハイポサイクロイド遊星歯車機構を用いた直列多気筒往復動機関に関するものであり，小型軽量，高強度，低振動，低燃費と清浄な排気ガスの高圧・低速・ロングストローク往復動機関への道を拓くものである。
なお，以後，ハイポサイクロイド遊星歯車機構をサイクロイド機構，ハイポサイクロイド遊星歯車機構を用いた往復動機関をサイクロイド往復動機関，本発明のつりあい錘のないハイポサイクロイド遊星歯車機構を用いた直列多気筒往復動機関を直列多気筒サイクロイド往復動機関，または，本機関と略称する。
【背景技術】
【０００２】  これまで、図２のピストンクランク機構に代えてサイクロイド機構を用いた往復動機関並びにポンプ装置（コンプレッサを含む。）が提案されてきている（特許文献１，特許文献２及び非特許文献１参照。）。
サイクロイド機構の運動及び慣性つりあわせの原理とこの原理を具現する基本構造を，それぞれ図３および図４に示す。以下，図３および図４について説明する，クランクケース１に固定した基準ピッチ円直径４ｅの静止内歯車５３とクランクピンＦ３６上にクランクピン軸受３５で回転自在に支えられた基準ピッチ円直径２ｅの遊星歯車５１ｂがかみあい、遊星歯車はクランクピン軸心Ｏ２周りに角速度ωで自転するとともに、クランク軸心Ｏ１周りに逆向きに角速度ωで公転する。このとき、遊星歯車５１ｂのピッチ円筒面上にある自転偏心盤５１ａの軸心Ｏ３は、シリンダ中心線Ｃ上をストローク４ｅの直線往復運動（往復動という。）を行う。そして、この往復動が自転偏心盤５１ａ上に自転偏心盤軸受５４を介して回転自在に支えられ、シリンダ２１に案内された一体型ピストン４１の運動となる。このように，一体型ピストン４１の往復動は，互いに逆向きの２つの等速回転運動，即ち，偏心量ｅの自転偏心盤５１ａがクランクピン軸心Ｏ２周りに自転すると，同時に，クランク半径ｅのクランク軸３がクランク軸心Ｏ１周りに逆向きに同じ角速度で公転することにより創成される。したがって，図３に示すように，サイクロイド機構の往復質量ＭＲに生じる慣性力ＩＲ及びそのモーメントは，等速で自転と公転を行う回転体の場合と同様に，半径距離ＲＡに重心Ａがある自転つりあい錘質量ＭＡ及び半径距離ＲＢに重心Ｂがある公転つりあい錘質量ＭＢが関係式（１）及び（２）を満たすとき，質量ＭＡ及びＭＢに生じる慣性力ＩＡ及びＩＢと完全につりあう。これをサイクロイド機構の完全つりあい理論という。なお，これを動つりあわせに発展させる方法は容易なので記述を割愛する。【０００３】
【数１】
2010196691.tif 000003
【０００４】
【数２】
2010196691.tif 000004
上記のように，ピストンクランク機構との比較において、サイクロイド機構の基本的な特長は以下のように整理される。
「ピストンの往復動は、サイクロイド機構では静止内歯車と遊星歯車の歯数比が２：１の等速運動機構である遊星歯車機構により創成される往復動であり、ピストンクランク機構ではシリンダによるピストンの強制案内と不等速運動機構であるリンク機構により創成される往復動である。このため、ピストンクランク機構を用いた往復動機関では不可避のクランク半径とコンロッド長さの比に関係して発生するシリンダ側圧（ピストン側圧）および慣性不つりあいを，サイクロイド機関では除去できる。」
この特長に拠り、ピストンクランク機構を用いた往復動機関に比べて、シリンダ及びクランクケースの低剛性化、摩擦損失、ピストンスラップ，振動および燃焼ガス漏れの低減、上死点近傍の低ピストン速度，適切なロングストロークと燃焼室形状の最適化などに拠る燃焼状態の改善、さらなる高圧・ロングストローク化による高トルク化と低速化を期待できるなど、サイクロイド往復動機関の実用可能性は高く評価できる。このように、機関、ポンプ、コンプレッサの分野で応用の可能性を有しているものの、図２および図４の比較で明らかなように，サイクロイド往復動機関は，構造が複雑で，寸法・重量が大きくなり，さらに，軸受直径の増大やクランクピンおよび遊星歯車の強度が制約されるなどの問題があり，その普及が進んでいないだけでなく，実用に向けた取り組みすらほとんど見当たらないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】  特開平０９−１１９３０１号  公報
【特許文献２】  特開２０００−０７３７０１号  公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】  Ｎｏｒｍａｎ  Ｈ．Ｂｅａｃｈｌｅｙ  ａｎｄ  Ｍａｒｔｈａ  Ａ．Ｌｅｎｚ，“Ａ  Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｇｅａｒｅｄ  Ｈｙｐｏｃｙｃｌｏｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”，ＳＡＥ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒ  Ｓｅｒｉｅｓ  ８８０６６０，１９８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  サイクロイド機構の特長を活かすべく，高圧・低速・ロングストロークのサイクロイド往復動機関を構想した。低速・ロングストロークとすることにより，自動車に実用されている高速・ショートストローク機関への応用で遭遇するクランクピンおよび遊星歯車の強度を十分にできない問題や軸受直径の増大も問題とはならない。逆に，この構想で発生する課題は，ロングストロークによるサイクロイド往復動機関の構造寸法及び重量の増大と複雑な構造の改良である。
本発明は，サイクロイド機構の特長のさらなる活用とこの課題の解決、さらに、ロングストロークと燃焼室形状の最適化による燃焼改善の可能性を与えるものであり，高圧、高トルク，低速，シリンダ及びクランクケースの低剛性、低摩擦損失、低振動，低燃費，清浄な排気ガスの高品質な往復動機関への道を拓くものである。【０００８】  本発明では，ロングストローク化により生じる，長大なピストン，自転つりあい錘及び公転つりあい錘の形状寸法と重量の増大，クランクケースの大型化とクランク部分の複雑な構造を改良することを課題とし，その解決の手段として，つりあい錘の撤去に着目した。この撤去は，自動車用を構想した高速サイクロイド往復動機関では往復質量の慣性力およびそのモーメントをつりあわせること及び各部慣性荷重の低減が重要であること，さらに，サイクロイド往復動機関と完全つりあい理論とが一体化されてきたこともあって，これまで採り上げられることがなかった。つまり，サイクロイド機構により，高圧・低速・ロングストロークの往復動機関の高品質化を構想したことで，初めて導出された課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  図４のサイクロイド機構の基本構造から，自転および公転つりあい錘５２及び３７ａを撤去し，クランクウェブをジャーナルとした図５及び図６に示すサイクロイド機構を単気筒機関の単位機構として，クランク軸方向に連接して多気筒化する。この左及び右歯車列単位サイクロイド機構のいずれか一方のみで多気筒を構成して良いし，適切に混合させても構成できるが，その選択は本手段の本質ではないので，この提示にとどめ，以後，図５の本機関の左歯車列単位サイクロイド機構を用いて説明する。そして，多気筒を構成する単位となる，この機構を単位機構，単位機構の機関を単位機関と名付ける。
まず，つりあい錘の撤去方法を導出するため，背景技術で述べたサイクロイド機構における完全つりあい理論を明確化し，さらに拡張して，単位機構に生じる慣性力およびそのモーメントの力学を直感的，かつ，系統的に考察できるように，各部の質量を往復動する自転偏心盤軸心Ｏ３及びクランクピン軸心Ｏ２に集中させた力学モデルを以下のように構築した。サイクロイド機構は等速運動歯車機構なので。慣性力及びそのモーメントのつりあわせと集中質量系力学モデルは，不等速運動リンク機構である従来機構とは本質的に異なる。  なお，機関の力学で実用されているように，遊星歯車５１ｂのクランクピン軸心Ｏ２まわりの自転とクランク軸心Ｏ１まわりの公転の角加速度は零とする。
１）一体型ピストン４１及び自転偏心盤軸受５４は全て自転偏心盤軸心Ｏ３と共に往復動するので，これら質量は軸心Ｏ３上の集中質量と見なせる。
２）遊星歯車付自転偏心盤５１の自転偏心盤５１ａ部を除く部分及びクランクピン軸受３５の質量の重心は軸心Ｏ２上にある。
３）クランクピン嵌込孔３１ａへの挿入部を除くクランクピン３３ａ部分の質量の重心軸は軸心Ｏ２上にある。
４）クランクピン軸受３５の外径と直径が同じ貫通孔をもつ自転偏心盤５１ａ部に生じる慣性力をつぎのように扱う。まず，この貫通孔と同一の形状で自転偏心盤５１ａと同じ材質の円筒を仮想する。このとき，この仮想円筒を充填した仮想自転偏心盤の重心軸は自転偏心盤軸心Ｏ３上にある。そして，この仮想円筒の重心はクランクピン軸心Ｏ２上にある。そこで，仮想自転偏心盤の質量を軸心Ｏ３上の重心に集中させ，仮想円筒の質量を軸心Ｏ２上の重心に集中させる。このとき，自転偏心盤５１ａに生じる慣性力は，前者に生じる慣性力から後者に生じる慣性力を減じたものとなる。
上記の解析から，つりあい錘を撤去したサイクロイド機構に生じる慣性力およびモーメントは，つぎの集中質量系から求めることができる。
１）一体型ピストン４１，自転偏心盤軸受５４及び仮想自転偏心盤の質量の合計Ｍ３を自転偏心盤軸心Ｏ３上のそれらの重心Ｇ３０に集中させる。
２）遊星歯車付自転偏心盤５１の自転偏心盤５１ａ部を除く部分，クランクピン軸受３５，及びクランクピン嵌込孔３１ａへの挿入部を除くクランクピン３３ａ部分の質量の合計から仮想円筒の質量を減じた質量Ｍ２をクランクピン軸心Ｏ２上のそれらの重心Ｇ２０に集中させる。
このように作成した単位機構の集中質量系モデルを図５に示す。【００１０】  多気筒化により慣性力をつりあわせる方法を直感的，かつ，系統的に検討できるように，前項で構築した集中質量系モデルにおいて，質量Ｍ３に生じる慣性力を，クランク軸心Ｏ１（ｚ軸）周りのモーメントＴ３と軸心Ｏ１上の点Ｇ３への作用力Ｆ３に，質量Ｍ２に生じる慣性力を，軸心Ｏ１上の点Ｇ２への作用力Ｆ２に変換する。
このとき，図３に示す運動と図５の集中質量系モデルから，クランク角θにおける，これらの力及びモーメントは，次式で与えられる。【００１１】
【数３】
2010196691.tif 000005
【００１２】
【数４】
2010196691.tif 000006
【００１３】
【数５】
2010196691.tif 000007
【００１４】
【数６】
2010196691.tif 000008
なお，上式のｋはｚｃ軸向きの単位ベクトルである。
これら慣性力及びそれから生じるモーメントを多気筒化によりつりあわせる。なお，質量Ｍ３の慣性力によるモーメントＴ３は不つりあいとして残留する場合があるが，高速機関の場合と異なり，高圧，かつ，低速の本機関では問題を生じない。【００１５】  前項の解析に従い，慣性力Ｆ３及び慣性力Ｆ２を，下記の条件を満たすように，単位機構をクランク軸方向（ｚ軸方向）に適切なクランク位相角で配置連接して，本機関の機構を構成する。
１）気筒ごとに生じる質量Ｍ３の慣性力Ｆ３の総和を零とする。
２）気筒ごとに生じる慣性力Ｆ３によるｙ軸まわりのモーメントの総和を零とする。
３）気筒ごとに生じる公転質量Ｍ２の遠心力Ｆ２の総和を零とする。
４）気筒ごとに生じる遠心力Ｆ２によるｘ軸及びｙ軸まわりのモーメントのそれぞれの総和を零とする。【００１６】  前項記載の方法に従い，等しいクランク角間隔で爆発燃焼する直列Ｎ（Ｎは，４以上の偶数）気筒４ストロークの本機関の機構を，つぎの手順で構成する。
１）周知の方法で，Ｎ気筒機関における単位機構のクランク角を確定する。
Ｎ気筒を構成する，クランク角間隔が（７２０／Ｎ）ｄｅｇのＮ基の単位機構を定める。
２）気筒ごとに生じる質量Ｍ３の慣性力Ｆ３と質量Ｍ２の遠心力Ｆ２のそれぞれの総和を零とする。
項目１）に従うとき，これらは満たされる。
３）気筒ごとに生じる質量Ｍ３の慣性力Ｆ３によるｙ軸まわりのモーメントの総和を零とする。
同一クランク角の単位機構をクランク軸中央平面Ｏ−ｘｙに関して対称的に，クランク軸方向に配置連接して直列Ｎ気筒機関の機構とする。なお，このクランク軸中央平面のいずれか一方の側の単位機構配置の種類は，クランク軸中央平面の片側に置かれるクランク角の異なる（Ｎ／２）基の単位機関の順列の数となる。
４）気筒ごとに生じる質量Ｍ２の遠心力Ｆ２によるｘ及びｙ軸まわりのモーメントのそれぞれの総和を零とする。
項目３）に従うとき，これらは満たされる。
以上のように，同一クランク角の単位機構を，クランク軸中央平面Ｏ−ｘｙに関して対称的に，クランク軸方向に配置連接することで，所要のつりあわせが実現される。
これを対称配置直列Ｎ（Ｎは，４以上の偶数）気筒４ストロークサイクロイド往復動機関（対称Ｎ気筒４ストロークサイクロイド往復動機関と略称する。）の機構と名付ける。この機構により対称Ｎ気筒４ストロークサイクロイド往復動機関における慣性力とそのｘ及びｙ軸周りのモーメントをつりあい錘なしでつりあわせることができる。【００１７】  ００１５項記載の手段に従い，等しいクランク角間隔で爆発燃焼する直列２ｎ（ｎは２以上の整数）気筒２ストロークの本機関の機構構成を，つぎの手順で構成する。
１）周知の方法で，ｎ気筒機関における単位機構のクランク位相角を確定する。
ｎ気筒を構成する，クランク角間隔が（３６０／ｎ）ｄｅｇのｎ基の単位機構を定める。
２）ｎ気筒において，気筒ごとに生じる質量Ｍ３の慣性力Ｆ３と質量Ｍ２の遠心力Ｆ２のそれぞれの総和を零とする。
項目１）に従うとき，これらは満たされる。
３）２ｎ気筒において，気筒ごとに生じる質量Ｍ３の慣性力Ｆ３によるｙ軸まわりのモーメントの総和を零とする。
項目１）に従う直列ｎ気筒２ストローク機関の機構と，クランク軸に直角な一平面に関して，それと鏡面対称的な単位機構配置の直列ｎ気筒２ストローク機関の機構を，クランク軸方向にクランク軸で連結して２ｎ気筒２ストローク機関の機構とする。この同一クランク角単位機構の機関は同時に作用する複動である。なお，このクランク軸中央平面のいずれか一方の側の単位機構配置の種類は，クランク角が異なるｎ基の単位機構の順列の数となる。
４）２ｎ気筒において，気筒ごとに生じる質量Ｍ２の遠心力Ｆ２によるｘ及びｙ軸まわりのモーメントのそれぞれの総和を零とする。
項目３）に従うとき，これらは満たされる。
以上のように，同一クランク角の単位機構をクランク軸中央平面Ｏ−ｘｙに関して対称的に配置連接する。なお，対称的に配置された同一クランク角単位機構の２つの単位機関は同時に爆発燃焼するので，対称配置直列２ｎ気筒（ｎは，２以上の整数）２ストローク複動サイクロイド往復動機関（対称２ｎ気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関と略称する。）の機構と名付ける。なお，各気筒をクランク２回転に１回燃焼爆発させる２ｎ気筒単動サイクロイド往復動機関として使用することもできる。
この機構により対称２ｎ気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関の慣性力とそのｘ及びｙ軸周りのモーメントをつりあい錘なしでつりあわせることができる。【００１８】  対称配置に拠らず，直列Ｎ（Ｎは，３≦Ｎ≦１２の整数）気筒２ストロークサイクロイド往復動機関について，００１５項記載の方法にしたがって単位機構配置を検討し，Ｎ＝６，１０または１２において，クランク軸方向に（（Ｎ／２）−１）基の単位機構を挟むクランク角位相差１８０ｄｅｇの２つの単位機構に生じる往復質量の慣性力による偶力を適切に組み合わせて，つりあい錘なしで慣性力とそのｘ及びｙ軸周りのモーメントをつりあわせることのできる構成を見出した。これを特殊配置直列Ｎ（Ｎは，６，１０または１２）気筒２ストロークサイクロイド往復動機関（特殊Ｎ気筒２ストロークサイクロイド往復動機関と略称する。）の機構と名付ける。なお，この単位機構配置などについては，実施例で触れる。また，１２気筒を超える直列多気筒サイクロイド往復動機関では，ｘ及びｙ軸まわりの偶力を実用上，問題のない程度に小さくできるので，気筒数は１２以下とした。【００１９】  対称配置に拠らず，直列Ｎ（Ｎは，３≦Ｎ≦１２の整数）気筒４ストロークサイクロイド往復動機関について，前項と同様にして２組のクランク角が異なる（Ｎ／２）基の単位機構群について，それぞれ単位機構配置を検討し，Ｎ＝１２でつりあい錘なしで慣性力とそのｘ及びｙ軸周りのモーメントをつりあい錘なしでつりあわせることのできる構成を見出した。これを特殊配置直列１２気筒４ストロークサイクロイド往復動機関（特殊１２気筒４ストロークサイクロイド往復動機関と略称する。）の機構と名付ける。なお，この単位機構配置などについては，実施例で触れる。また，１２気筒を超える直列多気筒サイクロイド往復動機関では，ｘ及びｙ軸まわりの偶力を実用上，問題のない程度に小さくできるので，気筒数を１２以下とした。【００２０】  請求項１，２，３，４及び５記載の本機関のサイクロイド機構において，図１１のように，構成部品の形状寸法や組立誤差，弾性変形などにより生じる自転偏心盤５１ａの軸心Ｏ３に往復動誤差があっても滑らかな動きを得られるように，ピストン６１とコンロッド７を別部品として両者をピストンピン６２で結合し，両者間において，このピン６２の軸心まわりの微小な回転及び軸心方向のすべりを可能とし，さらに，組立を容易とするため，コンロッド大端部をコンロッド大端部Ａ７２ｂ及びコンロッド大端部Ｂ７３のように割型とし，ねじ７４で締結した機構をもつ直列多気筒サイクロイド往復動機関。【００２１】  請求項１，２，３，４，５及び６記載の本機関の機構を用いることを特徴とするポンプ装置。
【発明の効果】
【００２２】  請求項１，２，３，４，５及び６記載の発明に拠れば，サイクロイド機構の強度上の問題は解決され，高強度，低剛性構造，低摩擦損失，低振動，低燃費，低速，高出力の実用性の高い高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒往復動機関の創出を期待できる。【００２３】  請求項１，２，３，４，５及び６記載の発明に拠れば，燃焼室形状の最適化に道が拓かれ，ロングストローク及び低ピストン速度と併せて，低燃費と排ガス清浄化を期待できる。【００２４】  請求項２記載の発明に拠れば，請求項１に記載した実用性の高い高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒４ストローク往復動機関を期待できる。【００２５】  請求項３記載の発明に拠れば，請求項１に記載した実用性の高い高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒２ストローク複動往復動機関を期待できる。【００２６】  請求項４記載の発明に拠れば，請求項１に記載した実用性の高い高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒２ストローク往復動機関を期待できる。【００２７】  請求項５記載の発明に拠れば，請求項１に記載した実用性の高い高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒４ストローク往復動機関を期待できる。【００２８】  請求項６記載の発明に拠れば，各種誤差があっても，請求項１に記載した実用性の高い高圧・低速・ロングストロークの直列多気筒往復動機関においてピストンに滑らかな往復動を創成し，燃焼ガス漏れの低減と併せて高効率化を期待できる。【００２９】  請求項７記載の発明に拠れば，高圧，低速，低剛性構造，低摩擦損失，低振動の実用性の高い往復動ポンプを期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】  本発明に係る単位機構を連接して慣性力及びそのモーメントをつりあわせた対称配置直列４気筒４ストロークサイクロイド往復動機関の機構例を示す縦断面図である。（本発明に係る単位機構を連接して慣性力及びそのモーメントをつりあわせた対称配置直列４気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関の機構例を示す縦断面図である。）
【図２】  本発明の背景に係るピストンクランク機構の基本構造を示す縦断面図である
【図３】  本発明の背景に係るサイクロイド機構の運動および慣性つりあわせ原理の説明図である。
【図４】  本発明の背景に係るサイクロイド機構の基本構造を示す縦断面図である。
【図５】  本発明に係るクランクウェブジャーナルを用い，つりあい錘を撤去した左歯車列単位サイクロイド機構の基本構造を示す縦断面図，及びこの構造に生じる慣性力とそのモーメントを解析するための集中質量系表示である。
【図６】  本発明に係るクランクウェブジャーナルを用い，つりあい錘を撤去した右歯車列単位サイクロイド機構の基本構造を示す縦断面図である。
【図７】  本発明に係る単位機構で構成した対称配置直列４気筒４ストロークサイクロイド往復動機関の機構の慣性力及びそのモーメントつりあわせ例の説明図である。
【図８】  本発明に係る単位機構で構成した対称配置直列４気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関の機構の慣性力及びそのモーメントつりあわせ例の説明図である。
【図９】  本発明に係る単位機構で構成した特殊配置直列６気筒２ストロークサイクロイド往復動機関の機構の慣性力及びそのモーメントつりあわせ例の説明図である。
【図１０】  発明に係る単位機構を連接して慣性力及びそのモーメントをつりあわせた特殊配置直列６気筒２ストロークサイクロイド往復動機関の機構例を示す縦断面図である。
【図１１】  ピストンとコンロッドをピストンピンで連結し，コンロッド大端部を２分割したピストンユニットの構造例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】  本発明は，図１及び図１０に示す実施例により開示されている。なお，本明細書では，４ストロークまたは２ストロークなどの仕様態様に応じたシリンダヘッド部の吸排気弁，シリンダ部の掃排気ポート，点火プラグ，燃料噴射ノズルなどの技術並びにオイルシール，油道，潤滑ポンプ及び部品を分割してのねじ締結などの技術については，周知なので省略する。
【実施例】
【００３２】  図５において，基本となる単位機関の機構の構成部材について説明する。
クランクケース１とこれにクランクウェブ軸受３２及びクランクピン付クランクウェブ軸受３４を介して回転支持されたクランク半径ｅのクランク軸３，及びクランクケース１に取り付けられたシリンダ２１内をストローク４ｅで往復動し偏心量ｅの自転偏心盤５１ａに自転偏心盤軸受５４を介して回転自在に支持された一体型ピストン４１，及びこの一体型ピストン４１とクランク軸３との間に介在する，クランクピン３３ａにクランクピン軸受３５を介して回転自在に支持された遊星歯車付自転偏心盤５１とクランクケースに固定された静止内歯車５３よりなる遊星歯車機構５を主要部材とするものである。なお，この遊星歯車５１ｂの基準ピッチ円直径は２ｅ，静止内歯車５３の基準ピッチ円直径は４ｅである。
本機関の機構は，クランク角に注目して，この単位機構をクランク軸方向に適切に配置連接したものである。【００３３】  つりあい錘のない単位機構の組み合わせによる慣性力及びそのモーメントのつりあわせを直感的，かつ，系統的に進められるように，構築した集中質量系モデルとその利用方法を述べた０００９項から００１５項と，具体的つりあわせ方法である００１６項から００１９項を用いて構築した本機関の実施例を以下に示す。【００３４】  ００１６項記載の手段によって，同一クランク角の単位機構をクランク軸中央平面Ｏ−ｘｙに関して対称的に，クランク軸方向に配置連接してＮ気筒機関の機構とする対称Ｎ（Ｎは，４以上の偶数）気筒４ストロークサイクロイド往復動機関の一例として，対称４気筒４ストロークサイクロイド往復動機関の慣性つりあわせの説明図及び機構例を，それぞれ，図７及び図１に示す。４気筒の等間隔爆発燃焼機関では，点火順序を示すクランクの位相角φＪ（Ｊ＝１〜４）は，基準とする気筒を０度として，それぞれ，０，１８０，３６０（０）及び５４０（１８０）度となる。括弧内はクランク角を示す。また，機関の点火順序を気筒番号とした。クランク軸を軸心ｚ軸周りに角速度ωで正方向に回転させたとき，気筒１のクランク角θにおける，図７に示す気筒Ｊ（Ｊ＝１〜４）に生じる慣性力は次式となる。【００３５】
【数７】
2010196691.tif 000009
【００３６】
【数８】
2010196691.tif 000010
【００３７】
【数９】
2010196691.tif 000011
【００３８】  慣性力の総和は，関係式（７），（８）及び（９）から明らかなように零となり，慣性力は機構内部でつりあう。
慣性力によるｙ軸周りのモーメントは，図７（ａ）のように，Ｆ３ｘ１，Ｆ３ｘ２，Ｆ３ｘ３及びＦ３ｘ４によるモーメントは零となり，また，Ｆ２ｘ１，Ｆ２ｘ２，Ｆ２ｘ３及びＦ２ｘ４によるモーメントも零となって，機構内部でつりあう。
慣性力によるｘ軸周りのモーメントは，図７（ｂ）のように，Ｆ２ｙ１，Ｆ２ｙ２，Ｆ２ｙ３及びＦ２ｙ４によるモーメントが零となって，機構内部でつりあう。
上記の説明で明らかなように，図７の単位機構配置だけでなく，クランク軸中央平面Ｏ−ｘｙの左側の気筒１と４及び右側の気筒２と３をそれぞれ入れ替えた単位機関配置の機構を構成できる。つまり，前者が決まると後者は決まるので，本機関では，平面Ｏ−ｘｙの左側における単位機構配置において，その順列の数に等しい異なる配置が可能となる。
このつりあい錘なしで慣性力をつりあわせた対称４気筒４ストロークサイクロイド往復動機関の機構構成の一例を図１に示している。【００３９】  関係式（６）から，各単位機構ごとの慣性力によるｚ軸周りのモーメントの総和Ｔ３は次式となる。【００４０】
【数１０】
2010196691.tif 000012
【００４１】  ００１７項記載の手段に従って構成した対称２ｎ気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関の一例として，対称４気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関の慣性つりあわせの説明図と機構例を，それぞれ，図８及び図１に示す。基準とする気筒を０度として，点火順序Ｊ（Ｊ＝１，２）を示すクランクの位相角φＪＬ（Ｊ＝１，２）は，０及び１８０度である。気筒番号Ｌ（Ｌ＝１〜４）は図示の通りで，その構造は００３８項記載の対称４気筒４ストロークサイクロ機関と同じになる。
同一クランク角の単位機関が同時に爆発燃焼する複動機関であるが，クランク軸を軸心ｚ軸周りに角速度ωで正方向に回転させたとき，気筒１のクランク角位置θにおける，図８の気筒Ｌ（Ｌ＝１〜４）に生じる慣性力とそのモーメントは，００３５項記載の対称４気筒４ストロークサイクロイド往復動機関と同様になるので，説明を省略する。
この説明で明らかなように，図８の単位機構配置だけでなく，本機関では，平面Ｏ−ｘｙの左側における単位機構配置において，その順列の数に等しい異なる配置が可能となる。
このつりあい錘なしで慣性力をつりあわせた対称４気筒２ストローク複動サイクロイド往復動機関の機構構成の一例を図１に示している。これは，対称４気筒４ストロークサイクロイド往復動機関の機構構成と同じである。【００４２】  対称配置に拠らず，００１８項記載の手段に従って，つりあい錘なしで慣性をつりあわせた特殊６気筒２ストロークサイクロイド往復動機関のつりあわせの説明図と機構例を，それぞれ，図９及び図１０に示す。６気筒の等間隔燃焼爆発機関では，点火順序Ｊ（Ｊ＝１〜６）を示すクランクの位相角φＪは，それぞれ，０，６０，１２０，１８０，２４０及び３００度となる。また，機関の点火順序を気筒番号とした。クランク軸を軸心ｚ軸周りに角速度ωで正方向に回転させたとき，気筒１のクランク角θにおける，図９に示す気筒Ｊ（Ｊ＝１〜６）に生じる慣性力は次式となる。【００４３】
【数１１】
2010196691.tif 000013
【００４４】
【数１２】
2010196691.tif 000014
【００４５】
【数１３】
2010196691.tif 000015
【００４６】  慣性力の総和は，関係式（１１），（１２）及び（１３）から明らかなように零となり，慣性力は機構内部でつりあう。
慣性力によるｙ軸周りのモーメントは，図９（ａ）のように，Ｆ３ｘ４とＦ３ｘ１による偶力，Ｆ３ｘ６とＦ３ｘ３による偶力及びＦ３ｘ２とＦ３ｘ５による偶力の総和，また，Ｆ２ｘ４とＦ２ｘ１による偶力，Ｆ２ｘ６とＦ２ｘ３による偶力及びＦ２ｘ２とＦ２ｘ５による偶力の総和が零となり，機構内部でつりあう。
慣性力によるｘ軸周りのモーメントは，図９（ｂ）のように，Ｆ２ｙ４とＦ２ｙ１による偶力，Ｆ２ｙ６とＦ２ｙ３の偶力及びＦ２ｙ２とＦ２ｙ５による偶力の総和が零となり，機構内部でつりあう。
単位機構の配置の種類について簡単に下記に述べる。上記の説明で明らかなように，図９の単位機構配置だけでなく，気筒１と４，気筒２と５及び気筒３と６の３組のうちの任意の２組を入れ替えた配置。つまり，この３組ペアの順列の数の異なる単位機構配置の機構を構成でき，さらに，その数と各ペアを構成する単位機構２基の順列の数の積に等しい数の異なる単位機構配置の機構を構成できる。１０及び１２気筒についても同様にして，慣性つりあわせ及び単位機構配置の種類を説明できる。
このつりあい錘なしで慣性力をつりあわせた特殊６気筒２ストロークサイクロイド往復動機関の機構の構成例を図１０に示す。【００４７】  関係式（６）から，各単位機構ごとの慣性力によるｚ軸周りのモーメントの総和Ｔ３は，次式のように機構内部でつりあう。【００４８】
【数１３】
2010196691.tif 000016
【００４９】  対称配置に拠らず，００１９項記載の手段に従ってつりあい錘なしで慣性力をつりあわせた特殊１２気筒４ストロークサイクロイド往復動機関を構成する方法を述べる。１２気筒の等間隔燃焼爆発機関では，点火順序Ｊ（Ｊ＝１〜１２）を示すクランクの位相角φＪは，基準とする気筒を０度として，それぞれ，０，６０，１２０，１８０，２４０，３００，３６０（０），４２０（６０），４８０（１２０），５４０（１８０），６００（２４０）及び６６０（３００）度となる。なお，括弧内はクランク角を示す。そして，気筒番号は機関の点火順序とする。
まず，同一クランク角で点火順序の異なる２基の単位機構ペアで構成される１２基の単位機構から，クランク角の異なる６基の単位機構を抽出し，それを機構群Ａとし，残りの単位機構群を機構群Ｂとする。このとき，両機構群を構成する単位機構のクランク角は，それぞれ，０，６０，１２０，１８０，２４０，３００である。したがって，機構群Ａ及びＢ，それぞれにおいて，００４２項から００４８項記載の特殊６気筒２ストロークサイクロイド往復動機関の機構と同様にして，慣性力及びそのモーメントをつりあわせる単位機構配置を定めることができる。
ついで，このように，機構群Ａ及びＢにおいて構成した６気筒機関の機構をクランク軸方向に連接配置して，特殊１２気筒４ストロークサイクロイド往復動機関を構成できる。
以上のように，機構群Ａを抽出する段階を経た以降は，基本的に前記の特殊６気筒２ストロークサイクロイド往復動機関と同じなので，つりあわせなどの説明を省略する。
なお，上記のように，同一クランク角で点火順序の異なる２基の単位機構のペア６組で構成される１２基の単位機構からクランク角の異なる６基の単位機構を抽出する最初の段階で幾通りもあるなど，単位機構配置の種類は非常に多数になるが，発明の本質ではないので，説明を省略する。【００５０】  クランク軸３について説明する。クランク軸３は，クランクウェブ３１及びクランクピン付クランクウェブ３３においてクランクウェブ軸受３２及びクランクピン付クランクウェブ軸受３４を介してクランクケース１に回転支持されている。そして，クランクピン３３ａをクランクウェブ３１のクランクピン嵌込孔３１ａに圧入する組立クランク軸である。【００５１】  往復動する部材である一体型ピストン４１について説明する。
図５，図１及び図１０に示すように，一体型ピストン４１はシリンダ２１内を往復動するもので，そのピストン４１ａはその周縁にピストンリング４２を具え，また，そのピストンロッド４１ｂの大端部４１ｃが，自転偏心盤軸受５４を介して自転偏心盤５１ａと回転自在に連結されている。
往復動誤差許容構造として，一体型ピストン４１に代えて，図１１のようにピストン６１とコンロッドニット７を別部品とし，両者をピストンピン６２で結合し，その軸方向及び軸心まわりに相対的微動ができるようにし，また。組立の観点から，このコンロッドユニットの大端部を分割して，コンロッド大端部Ｂ７３を別部品としてコンロッド大端部Ａ７２ｂとねじ７４で締結とすることもできる。【００５２】  ピストン４１ａを往復動させるための遊星歯車機構５関連について説明する。
遊星歯車付自転偏心盤５１は，クランクピン軸受３５を介してクランクピン３３ａに対して回転自在に外嵌されるとともに，その自転偏心盤５１ａ部分が自転偏心盤軸受５４を介して一体型ピストン大端部４１ｃに回転自在に内嵌されている。
そして，遊星歯車５１ｂは，クランクケース１に固定された静止内歯車５３とかみあって，遊星歯車付自転偏心盤５１に，クランクピン軸心Ｏ２周りの角速度ωの自転と同時にクランク軸心Ｏ１周りの逆向きの角速度ωの公転を与えている。なお，ピストン大端部４１ｃの軸心Ｏ３をストローク４ｅで往復動させるため，遊星歯車５１ｂと静止内歯車５３の基準ピッチ円直径はそれぞれ２ｅと４ｅであり，クランク軸３のクランク半径及び自転偏心盤５１ａの偏心量は，それぞれ，ｅである。
【符号の説明】
【００５３】        １          クランクケース
１ａ          クランク室
２１          シリンダ
２２          シリンダヘッド
２２ａ          作動室
３          クランク軸
３１          クランクウェブ
３１ａ          クランクピン嵌込孔
３２          クランクウェブ軸受
３３          クランクピン付きクランクウェブ
３３ａ          クランクピン
３４          クランクピン付クランクウェブ軸受
３６          クランクピンＦ
３７          公転つりあい錘付クランクウェブ
３７ａ          公転つりあい錘
４１          一体型ピストン
４１ａ          ピストン
４１ｂ          ピストンロッド
４１ｃ          ピストン大端部
４２          ピストンリング
５          遊星歯車機構
５１          遊星歯車付自転偏心盤
５１ａ          自転偏心盤
５１ｂ          遊星歯車
５２          自転つりあい錘
５３          静止内歯車
５４          自転偏心盤軸受
６          ピストンユニット
６１          ピストン
６２          ピストンピン
７          コンロッドユニット
７１ａ          コンロッド小端部
７２ｂ          コンロッド大端部Ａ
７３          コンロッド大端部Ｂ
７４          コンロッド大端部締結ねじ
Ｃ／Ｃ１〜Ｃ６      シリンダ軸心
Ｏ１          クランク軸心
Ｏ２          クランクピン軸心
Ｏ３          自転偏心盤軸心
Ｏ            原点（クランク軸心の中央点）
Ｏ−ｘｙｚ          右手直角座標系
ｘ          シリンダ軸心方向の座標軸
ｚ          クランク軸心座標軸
Ｏ−ｘｙ          クランク軸中央平面
Ｏｃ          シリンダ軸心とクランク軸心の交点
Ｏｃ−ｘｃｙｃｚｃ  右手直角座標系
ｘｃ          シリンダ軸心の座標軸
ｚｃ          クランク軸心の座標軸
ｕ            多気筒機関におけるクランク軸方向の気筒間隔
θ            クランク角
φＪ          点火順序Ｊ，気筒Ｊのクランクの位相角
φＪＬ        点火順序Ｊ，気筒Ｌのクランクの位相角
ω            クランク角速度
Ｍ２          単位機構において，クランクピン軸受３４及びクランピン３７の質                    量の合計から仮想円筒の質量を減じた質量
Ｍ３          単位機構において，一体型ピストン４１，ピストンリング４２及び                    仮想自転偏心盤の質量の合計
Ｇ２０        単位機構における質量Ｍ２の重心
Ｇ３０        単位機構において，質量Ｍ３と同一の往復動を行う軸心Ｏ３とシリ                    ンダ軸心の交点
Ｇ２          単位機構における，点Ｇ２０を通るクランク軸心Ｏ１に直交する平                    面と軸心Ｏ１の交点
Ｇ３          単位機構におけるシリンダ軸心とクランク軸心Ｏ１の交点
Ｇ２Ｊ        気筒Ｊの点Ｇ２
Ｇ３Ｊ        気筒Ｊの点Ｇ３
Ｆ２Ｘ        単位機構において，質量Ｍ２に生じる慣性力のｘ成分
Ｆ２Ｙ        単位機構において，質量Ｍ２に生じる慣性力のｙ成分
Ｆ３Ｘ        単位機構において，質量Ｍ３に生じる慣性力
Ｆ２ＸＪ      気筒Ｊの質量Ｍ２に生じる慣性力のｘ成分
Ｆ２ＹＪ      気筒Ｊの質量Ｍ２に生じる慣性力のｙ成分
Ｆ３ＸＪ      気筒Ｊの質量Ｍ３に生じる慣性力
１ｋ          クランクケースＫ
１ａｋ        クランク室Ｋ
２１ｋ        シリンダＫ
２２ｋ        シリンダヘッドＫ
３ｋ          クランク軸Ｋ
３１ｋ        クランクウェブＫ
３３ｋ        クランクピンＫ
３５ｋ        クランクピン軸受Ｋ
４２ｋ        ピストンリングＫ
７ｋ          コンロッドＫ
６１ｋ        ピストンＫ
６２ｋ        ピストンピン
６３ｋ        ピストンピン軸受Ｋ
Ｏ１ｋ        クランク軸Ｋの軸心
Ｏ２ｋ        クランクピンＫの軸心
【図１】
2010196691.tif 000017
【図２】
2010196691.tif 000018
【図３】
2010196691.tif 000019
【図４】
2010196691.tif 000020
【図５】
2010196691.tif 000021
【図６】
2010196691.tif 000022
【図７】
2010196691.tif 000023
【図８】
2010196691.tif 000024
【図９】
2010196691.tif 000025
【図１０】
2010196691.tif 000026
【図１１】
2010196691.tif 000027