(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピストンによって駆動されるクランク軸（１）とエンジン機構とを備えたユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関であって、
前記ピストンはシリンダー内部を往復し、クロスヘッド（３）を介して前記クランク軸（１）に接続され、
前記エンジン機構は、前記クランク軸（１）を回転可能に支持するベッドフレーム（５）と、前記ベッドフレーム（５）の上方に設けられ複数のクロスヘッド（３）の往復運動を案内するためのフレームボックス（６）と、前記フレームボックス（６）の上方に設けられ複数のシリンダーを保持するシリンダーフレームと、を備え、
前記フレームボックス（６）は、前記クランク軸（１）の両側に、後部横断壁（１１；３１，３４；５１）によって複数の案内壁（９；３９；５９；７９）へと接続される側壁（１０）を備え、
各案内壁（９；３９；５９；７９）は、摺動するクロスヘッドの移動経路の側面に平行に延びる案内面（８）を備え、
各案内壁（９；３９；５９；７９）からは横断壁（７；３７）が突出し、
前記横断壁（７；３７）は対応する後部横断壁（１１；３１，３４；５１）と並んで配置され、クランク軸（１）の一側案内壁（９；３９；５９；７９）と対応する他側案内壁（９；３９；５９；７９）とを接続し、
後部横断壁（１１；３１，３４；５１）は、摺動するクロスヘッドの移動経路に対して垂直に配置された水平補剛リブ（１３；３３；５３）を備え、前記水平補剛リブ（１３；３３；５３）は、案内壁（９；３９；５９；７９）と側壁（１０）の接続を補強し、
各案内壁（９；３９；５９；７９）はそれぞれ２つの補剛側壁（１２；３２；５２；７２）を備え、前記補剛側壁（１２；３２；５２；７２）は、対応する側壁（１０）側へ突出し、クロスヘッドの移動経路の側面に平行に延び、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で、案内壁（９；３９；５９；７９）と２つの補剛側壁（１２；３２；５２；７２）とが、クロスヘッドの移動経路と垂直な平面でＵ字形状の断面を形成することを特徴とするユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項２】
各案内壁（９；３９；５９；７９）において、後部横断壁（１１；３１，３４；５１）に対向する２つの補剛側壁面が並行に配置されているか、もしくは案内壁（９；３９；５９；７９）から離れるにしたがって対向する２つの補剛側壁の間の距離が増すように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項３】
各水平補剛リブ（１３；３３；７３）が一側の両補剛側壁（１２；３２；７２）と後部横断壁（１１；３１，３４；５１）とを接続するために後部横断壁（１１；３１，３４；５１）から延び、両側の後部横断壁（１１；３１，３４；５１）において、案内壁（９；３９；７９）後部の縁が空洞（１５；３５；７５）によって水平補剛リブ（１３；３３；７３）から隔てられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項４】
ベッドフレーム（５）、フレームボックス（６）及びシリンダーフレームは、フレームボックス（６）を通って延びる控えボルト（１４）によって取り付けられ、
控えボルト（１４）はベッドフレーム（５）の中に固定され、シリンダーフレームに取り付けられ、各水平補剛リブ（１３；３３；５３）は、少なくとも１つの空洞（１５）を備え、
各後部横断壁（１１；３１，３４；５１）の両側には、少なくとも１つの控えボルト（１４）が、一連に配列される空洞（１５）に挿通され、
各水平補剛リブ（１３；３３；５３）に形成された空洞（１５）は、その直径が、天板（１６）に形成された貫通孔（１７）やフレームボックス（６）の底板部に形成された貫通孔（１８）よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項５】
両補剛側壁（１２；３２；５２；７２）の長さ、及び／又は幅が案内面（８）の高さと共に変化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項６】
フレームボックス（６）のすべて、または少なくとも、フレームボックスの天板を除いた部分が一体に鋳造されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項７】
フレームボックスは、一体に鋳造される案内面部材を備え、
各案内面部材は、横断壁の１つと、横断壁により接続される２つの案内壁と、連結している２つの案内壁よりそれぞれ突出している２つの補剛側壁とから構成され、
各案内面部材は、フレームボックスの側壁側へと溶接されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項８】
フレームボックスは、一体に鋳造される案内面部材を備え、
各案内面部材は、案内壁の１つと、案内壁より突出している２つの補剛側壁から構成され、各案内面部材が、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で前記Ｕ字形状の断面を形成し、
各案内面部材は、横断壁、後部横断壁及び水平補剛リブにそれぞれ溶接されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項９】
フレームボックスは、一体に鋳造される案内面部材（３０）を備え、
各案内面部材（３０）は、案内壁（３９）の１つと、案内壁（３９）から突出している２つの補剛側壁（３２）と、案内壁側の後部横断壁（３４）と、水平補剛リブ（３３）とから構成され、
水平補剛リブ（３３）は、案内壁側の後部横断壁（３４）を２つの補剛側壁（３２）に接続し、
各案内面部材は、水平補剛リブ（３３）のある場所を除いて、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所でＥ字形状の水平断面を形成し、
各案内面部材（３０）は、横断壁（３７）と側壁側の後部横断壁（３１）に溶接されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項１０】
フレームボックスは、案内面部材（５０）を備え、
各案内面部材は平坦な金属部材を曲げることによって形成され、案内壁（５９）の１つと２つの補剛側壁（５２）から構成され、
各案内面部材（５０）はクロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で前記Ｕ字形状の断面を形成し、
各案内面部材（５０）は、横断壁（３７）、後部横断壁（５１）、及び水平補剛リブ（５３）に溶接されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【請求項１１】
個別の鋳鋼から成形された案内壁（７９）、横断壁（３７）、及び補剛側壁（７２）は、一体に溶接され、
各案内壁（７９）は対応する後部横断壁（５１）に溶接され、
各補剛側壁（７２）は対応する水平補剛リブ（７３）に溶接されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（本発明）請求項１の前提部分に基づく、ユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、主に大型の２行程ディーゼルエンジンで見受けられる。しかし、この種のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関のなかには、船舶や発電所のような、特にガスによって駆動するエンジンも時折見受けられ、ユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関のエンジン燃焼室には単流式掃気機構が備えられている。また、この種の単流式クロスヘッド型燃焼機関のエンジンは、ピストンロッドを、クロスヘッドと連接棒を介して、クランク軸に接続するクロスヘッド型の配置をしており、クロスヘッドによる横向きの力をエンジン機構へと伝えて、ピストンが各シリンダーの中で横向きの力を受けることがなく往復運動できるようになっている。
【０００３】
横向きの力を、クロスヘッドを介してエンジン機構へと伝えるために、ユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関には通常、クロスヘッドをピストン往復運動の軸に沿って摺動するための摺動構造が備えられる。特許文献１（ＧＢ  ３３６，  ９２９  Ａ）などの初期型のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関では、エンジン機構に中央部Ｕ字形状部が備えられ、当該Ｕ字形状部にはクランク軸軸受の鞍部が形成されており、さらにＵ字形状部の脚にはクロスヘッドを摺動するための案内レールが具備されている。そしてＵ字形状部の周辺には支持体が形成され、当該支持体は当該Ｕ字形状部を支持する。当該支持体の上にはシリンダーが設置される。
【０００４】
特許文献１の改良型のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関では、エンジン機構の製造やクランク軸の設置を容易にするための試みがなされている。
【０００５】
この種のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、エンジンのクランク軸を受け入れ、当該クランク軸を回転自在に軸支するベッドフレームの上部において、エンジン機構はフレームボックスを備え、当該フレームボックスの上にはシリンダーフレームが設置され、当該シリンダーフレームは、１つ、または複数のシリンダー、あるいはエンジンの各シリンダーライナーを保持している。
【０００６】
フレームボックスには、クロスヘッド用の案内レールが複数形成され、各案内レールはクランク軸の両側に案内面を有し、クロスヘッドは、この案内レールを摺動しながら往復運動する。
【０００７】
このようなユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関には通常、各クロスヘッドのクランク軸の両側にそれぞれ２つの案内側面が形成されている。当該案内側面には案内壁が備えられ、当該案内壁は、クロスヘッドが摺動する案内面と、隣接するクロスヘッドが摺動する案内面とを備えている。当該案内壁は、クランク軸上部に伸びている横断壁によって、クランク軸反対側の各案内壁へ接続されていて、当該横断壁は、接続されている各案内壁の２つの案内面を隔てている。
【０００８】
各案内壁の裏側には、クランク軸を横断する横断壁より延びている、後部横断壁があり、当該後部横断壁は各案内壁の裏側を、フレームボックスの側壁に接続している。
【０００９】
通常、フレームボックスの２つの側壁は、フレームボックスの底面からフレームボックスの上面にかけて互いに接近し、フレームボックスが、クランク軸に対して垂直に延びている面でＡ字形状を形成する。
【００１０】
したがって、側壁は、フレームボックス案内レールの保持体を形成する。当該保持体はさらに、フレームボックス上部で、クランク軸の一面側の案内壁をそれぞれ各側壁に接続する天板と、フレームボックス底部で案内レールをクランク軸それぞれの側壁に接続する底壁部を具備することが可能である。
【００１１】
クランク軸両側にあるそれぞれの案内壁と側壁を互いに接続し、また案内壁自身を補強するために、様々な提案がなされている。
【００１２】
一般的な従来のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関では、各後部横断壁に水平リブが設けられ、側壁と案内壁とをそれぞれ接続している。より一般的に言うと、水平リブは、クロスヘッド往復運動の移動経路に対して垂直な面に延びている。しかしながら、このような設計の欠点は、案内面の滑り面の水平リブが設置されている部分に硬くなった領域が形成される一方、水平リブと水平リブとの間の滑り面の剛性は比較的小さく、水平リブと水平リブとの間の滑り面は水平リブが設置してある箇所に比べて大きな変形が可能である点にある。硬くなった領域によって滑り面の油膜は薄くなり、その結果、ガイドシューの白色合金部分への負荷が上昇し、クロスヘッドの負荷が上昇する。上昇した負荷により、疲労亀裂が発生する可能性がある。
【００１３】
この問題を解決するための試みとして、特許文献２（ＪＰ  ２００５  １１３  ８４３  Ａ）では三角の構造が提案され、そこでは案内壁の裏側に二枚の垂直板が加えられ、案内壁と二枚の垂直壁が三角形の断面を形成している。これにより、案内面が全滑り面に渡って強化されるので、油膜をより均一な厚さとすることができる。しかし三角の形状は、溶接するのには適しているが、鋳造用中子を製造し、鋳造部材を取り出すことは困難である。
【００１４】
その他の形状としては、特許文献３（ＪＰ  ２０１１  ０８９  ４２９  Ａ）が公開されており、そこでは、一重の案内壁の代わりに二重の案内壁部材が提案されていて、二枚の垂直壁が水平リブによって相互に接続されている。ところがこの方法でも、クロスヘッドの運動経路に沿って不均一な油膜の厚さを引き起こし、上述した従来型の設計と、結局は同じ問題を引きおこしてしまう。
【００１５】
フレームボックス案内壁部材の断面を三角の形状とする提案が、特許文献４（ＪＰ  ２００４  ００３  ４８５  Ａ）でなされたが、鋳造に関して言えば、この種の形状でも同じように、上述したような欠点がある。
【００１６】
案内壁が閉じた三角形をしている場合、溶接をするために閉じた三角形の案内壁内側へアクセスする事は困難であるため、垂直に延びている三枚の壁を、断面の内側から溶接することは困難となる。この種の問題を克服するための試みとして、特許文献５（ＥＰ  ２  ２３６  ８０２  Ａ１）では、案内壁裏側の後部補強板をクロスヘッドの移動経路いっぱいの長さまで延ばさずに、クロスヘッドからエンジンフレームへと伝わる横向きの力が最も高まると思われる、短い部分にのみ延ばすことが提案された（引用文献の図１および図５を参照のこと）。このような部分的補強により、溶接のために案内壁上部および下部の裏側の閉じた補強部へとアクセスすることが可能となる。しかし、補強部が長くなるにつれ、溶接シームの全接続部にわたって、閉じた部分の内側にアクセスすることが困難となってゆく。さらには、このような構造は、三角型の末端間構造に関して、鋳造をする上で、上述の構造と同じ問題を抱えている。
【００１７】
一方、裏側の補強部が短くなると、クロスヘッドガイドシューの案内面を補強する効果は薄れていく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】英国特許出願第３３６９２９号公報
【特許文献２】特開２００５−１１３８４３号公報
【特許文献３】特開２０１１−０８９４２９号公報
【特許文献４】特開２００４−００３４８５号公報
【特許文献５】欧州特許出願第２２３６８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来型フレームボックス設計の一般的なユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関の問題点を受けて、本発明の目的は、エンジン部のフレームを容易に製造し、かつ製造方法の選択に対して幅広い選択肢を提供する事を可能にし、さらに案内面の剛性が高く作られ、案内面の剛性分布はクロスヘッドの移動経路に沿って高レベルで均一となるようなユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の請求項１に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、複数のピストンによって駆動されるクランク軸（１）とエンジン機構とを備えたユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関であって、前記ピストンはシリンダー内部を往復し、クロスヘッド（３）を介して前記クランク軸（１）に接続され、前記エンジン機構は、前記クランク軸（１）を回転可能に支持するベッドフレーム（５）と、前記ベッドフレーム（５）の上方に設けられ複数のクロスヘッド（３）の往復運動を案内するためのフレームボックス（６）と、前記フレームボックス（６）の上方に設けられ複数のシリンダーを保持するシリンダーフレームと、を備え、前記フレームボックス（６）は、前記クランク軸（１）の両側に、後部横断壁（１１；３１，３４；５１）によって複数の案内壁（９；３９；５９；７９）へと接続される側壁（１０）を備え、各案内壁（９；３９；５９；７９）は、摺動するクロスヘッドの移動経路の側面に平行に延びる案内面（８）を備え、各案内壁（９；３９；５９；７９）からは横断壁（７；３７）が突出し、前記横断壁（７；３７）は対応する後部横断壁（１１；３１，３４；５１）と並んで配置され、クランク軸（１）の一側案内壁（９；３９；５９；７９）と対応する他側案内壁（９；３９；５９；７９）とを接続し、後部横断壁（１１；３１，３４；５１）は、摺動するクロスヘッドの移動経路に対して垂直に配置された水平補剛リブ（１３；３３；５３）を備え、前記水平補剛リブ（１３；３３；５３）は、案内壁（９；３９；５９；７９）と側壁（１０）の接続を補強し、各案内壁（９；３９；５９；７９）はそれぞれ２つの補剛側壁（１２；３２；５２；７２）を備え、前記補剛側壁（１２；３２；５２；７２）は、対応する側壁（１０）側へ突出し、クロスヘッドの移動経路の側面に平行に延び、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で、案内壁（９；３９；５９；７９）と２つの補剛側壁（１２；３２；５２；７２）とが、クロスヘッドの移動経路と垂直な平面でＵ字形状の断面を形成することを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項２に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、各案内壁（９；３９；５９；７９）において、後部横断壁（１１；３１，３４；５１）に対向する２つの補剛側壁面が並行に配置されているか、もしくは案内壁（９；３９；５９；７９）から離れるにしたがって対向する２つの補剛側壁の間の距離が増すように配置されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項３に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、各水平補剛リブ（１３；３３；７３）が一側の両補剛側壁（１２；３２；７２）と後部横断壁（１１；３１，３４；５１）とを接続するために後部横断壁（１１；３１，３４；５１）から延び、両側の後部横断壁（１１；３１，３４；５１）において、案内壁（９；３９；７９）後部の縁が空洞（１５；３５；７５）によって水平補剛リブ（１３；３３；７３）から隔てられていることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項４に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、ベッドフレーム（５）、フレームボックス（６）及びシリンダーフレームは、フレームボックス（６）を通って延びる控えボルト（１４）によって取り付けられ、控えボルト（１４）はベッドフレーム（５）の中に固定され、シリンダーフレームに取り付けられ、各水平補剛リブ（１３；３３；５３）は、少なくとも１つの空洞（１５）を備え、各後部横断壁（１１；３１，３４；５１）の両側には、少なくとも１つの控えボルト（１４）が、一連に配列される空洞（１５）に挿通され、各水平補剛リブ（１３；３３；５３）に形成された空洞（１５）は、その直径が、天板（１６）に形成された貫通孔（１７）やフレームボックス（６）の底板部に形成された貫通孔（１８）よりも大きいことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項５に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、両補剛側壁（１２；３２；５２；７２）の長さ、及び／又は幅が案内面（８）の高さと共に変化することを特徴とする。
【００２５】
本発明の請求項６に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、フレームボックス（６）のすべて、または少なくとも、フレームボックスの天板を除いた部分が一体に鋳造されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の請求項７に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、フレームボックスは、一体に鋳造される案内面部材を備え、各案内面部材は、横断壁の１つと、横断壁により接続される２つの案内壁と、連結している２つの案内壁よりそれぞれ突出している２つの補剛側壁とから構成され、各案内面部材は、フレームボックスの側壁側へと溶接されることを特徴とする。
【００２７】
本発明の請求項８に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、フレームボックスは、一体に鋳造される案内面部材を備え、各案内面部材は、案内壁の１つと、案内壁より突出している２つの補剛側壁から構成され、各案内面部材が、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で前記Ｕ字形状の断面を形成し、各案内面部材は、横断壁、後部横断壁及び水平補剛リブにそれぞれ溶接されることを特徴とする。
【００２８】
本発明の請求項９に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、フレームボックスは、一体に鋳造される案内面部材（３０）を備え、各案内面部材（３０）は、案内壁（３９）の１つと、案内壁（３９）から突出している２つの補剛側壁（３２）と、案内壁側の後部横断壁（３４）と、水平補剛リブ（３３）とから構成され、水平補剛リブ（３３）は、案内壁側の後部横断壁（３４）を２つの補剛側壁（３２）に接続し、各案内面部材は、水平補剛リブ（３３）のある場所を除いて、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所でＥ字形状の水平断面を形成し、各案内面部材（３０）は、横断壁（３７）と側壁側の後部横断壁（３１）に溶接されることを特徴とする。
【００２９】
本発明の請求項１０に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、フレームボックスは、案内面部材（５０）を備え、各案内面部材は平坦な金属部材を曲げることによって形成され、案内壁（５９）の１つと２つの補剛側壁（５２）から構成され、各案内面部材（５０）はクロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で前記Ｕ字形状の断面を形成し、各案内面部材（５０）は、横断壁（３７）、後部横断壁（５１）、及び水平補剛リブ（５３）に溶接されることを特徴とする。
【００３０】
本発明の請求項１１に記載のユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関は、個別の鋳鋼から成形された案内壁（７９）、横断壁（３７）、及び補剛側壁（７２）は、一体に溶接され、各案内壁（７９）は対応する後部横断壁（５１）に溶接され、各補剛側壁（７２）は対応する水平補剛リブ（７３）に溶接されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、エンジン機構のフレームを容易に製造し、かつ製造方法の選択に対して幅広い選択肢を提供する事を可能にし、さらに案内面の剛性が高く作られ、案内面の剛性分布をクロスヘッドの移動経路に沿って高レベルで均一となるようなユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１によるエンジンの中間部および下部の概略側面図である。
【図２】図１で示したエンジンフレームボックスの斜視図である。
【図３】従来技術フレームボックス内部の案内レール構造の水平断面図である。
【図４】図３に対応する、別の従来技術のフレームボックス内部の案内レール構造の水平断面図である。
【図５】図３、図４に対応し、図２で示されたフレームボックス内部の案内レール構造の水平断面図である。
【図６】本発明の実施例２による案内レール構造の水平部分断面図である。
【図７】本発明の実施例３による案内レール構造の水平部分断面図である。
【図８】本発明の実施例４による案内レール構造の水平部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。
【実施例１】
【００３４】
以下、図１，２，５は本発明の実施例１を示している。クランク軸１は、軸受（図示せず）の中に回転自在に軸支されていて、当該軸受は、機械床部、つまり図示されたユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関のエンジン機構のベッドフレーム５の一部を構成する。ピストンは図示されていないが、当該ピストンは、ピストンロッド４、クロスヘッド３、そして連結棒２より、クランク軸１のクランクピン（図示せず）へと接続する。クロスヘッド３は、クランク軸１の両側に垂直に延びている案内面８に沿って摺動される。ただしここでいう垂直とは、クロスヘッド３の動く方向を意味する。また当該案内面８は、クランク軸１に対して横向きに延びている。案内面８は、フレームボックス６に形成され、フレームボックス６はベッドフレーム５の上部に設置される。フレームボックス６の上には、図示しないが、エンジン機構のシリンダー部とシリンダーフレームが設置される。
【００３５】
図２は、フレームボックス６を図示する。フレームボックス６は２つの側壁１０を備え、側壁１０はフレームボックス６の底部から上部にかけて、相互に傾斜するように延びていて、クランク軸１の方向に見て、Ａ字形状を形成している。両側壁１０の間には、案内レール構造が側壁１０に複数配設され、これは図５で詳細に図示される。側壁１０の上部には天板１６が配置されていて、当該天板は４つある垂直経路の両面に配置されている。当該垂直経路は案内レール構造に囲まれ、横断壁７によって互いに隔てられ、横断壁７は案内レール構造の一部を構成する。
【００３６】
本実施例によれば、フレームボックス６の案内壁９はそれぞれ２つの補剛側壁１２を備え、当該補剛側壁１２は、案内壁９を対応する側壁１０へと接続する後部横断壁１１の両面側で、側壁１０側に向かって、後部横断壁１１に対向するように突出している。つまり、２つの補剛側壁１２は、案内壁９の裏側より突出する。さらに、２つの補剛側壁１２はクロスヘッド３の移動経路に沿って延びている。補剛側壁１２は、横向きの力が最も高まると思われる領域だけではなく、クロスヘッド３の移動経路に沿う全部分にわたって延び、案内壁９と２つの補剛側壁１２は、クロスヘッド３の移動経路と垂直な平面で、それぞれＵ字形状の断面を形成する。
【００３７】
ここでＵ字形状の断面とは、具体的には、互いに向かい合う補剛側壁１２が並行に配置していることを意味する。または、鋳造や、案内壁９の裏側と当該案内壁９に溶接する後部横断壁１１等との溶接シームへのアクセスを考えて、補剛側壁１２と補剛側壁１２との距離が、案内壁９との距離が増すに従い、増えていくような配置を意味する。
【００３８】
さらには、水平補剛リブ１３が後部横断壁１１から延びていて、２つある補剛側壁１２のうちどちらか一方を、後部横断壁１１に接続することが好ましい。水平補剛リブ１３は、水平に（一般的には、クロスヘッド３の移動経路に対して垂直に）設置され、側壁１０から案内壁９の裏側にわたって延ばすことが可能である。しかし、大概の場合には、ここまでする必要もなく、一方の水平補剛リブ１３を後部横断壁１１と補剛側壁１２に接続し、後部横断壁１１の反対側にある他方の水平補剛リブ１３を、補剛側壁１２に接続すればそれで十分である。
【００３９】
後部横断壁１１の両側において、案内壁９の裏側と水平補剛リブ１３とは、空洞１５によって隔たれている。さらに、フレームボックス６を通り、シリンダーフレーム（図示せず）側からフレームボックス６のベッドフレーム５側まで続く控えボルト１４用の貫通孔１７，１８を設けるため、このような空洞１５を鋳造により形成することができる。ベッドフレーム５、フレームボックス６、シリンダーフレームをまとめて取り付けるために、控えボルト１４はベッドフレーム５のねじ切り孔（図示せず）へと螺合することができ、控えボルト１４は対応するナット（図示せず）によって、シリンダーフレームへと固定することができる。
【００４０】
水平補剛リブ１３が、後部横断壁１１と補剛側壁１２に溶接される場合には、案内壁９の裏側と後部横断壁１１との境界が、水平補剛リブ１３に形成された空洞１５によって隔たれているだけでなく、案内壁９裏側は、補剛側壁１２から後部横断壁１１までの全部分にわたって隔てられていることが好ましく、さらには、補剛側壁１２の後部横断壁１１を向く側面からも隔てられていることが好ましい。このような設計により、水平補剛リブ１３を案内壁９に溶接した場合の最大局所負荷を回避することができる。さらには溶接の際、水平補剛リブ１３と後部横断壁１１との溶接シームや、水平補剛リブ１３と補剛側壁１２との溶接シームへ、確実にアクセスすることができる。
【００４１】
後部横断壁１１の両面側にある上記空洞１５は、後部横断壁１１の両面側に１つずつ形成される対の控えボルト１４を設置するために形成される。ところが一般的に、控えボルト１４はベッドフレーム５の軸受シェル（図示せず）に様々な配置で螺合しなければならない。またエンジンの小型化を確実にするためには、軸受シェルの肉厚は制限されなければならない。したがって、控えボルト１４は対となって配置されるよりも、後部横断壁１１に一つの空洞１５を設け、そこに単体の控えボルトを配置する方が好ましい場合もある。その場合、空洞１５は後部横断壁１１に形成され、案内壁９に接して配置されるか、または、案内壁９から側壁１０側へ離れて配置される。
【００４２】
控えボルト１４の径に適合しなければならないものが、フレームボックスの天板１６の貫通孔１７と、フレームボックス底部の貫通孔１８だけで十分な場合には、水平補剛リブ１３に形成された空洞１５は鋳造により形成することが可能であり、その際、鋳造後の仕上げ加工は不要である。
【００４３】
さらに、フレームボックス６は天板１６と底板部（もしくは底フランジ部）とを具備しているが、補剛側壁１２は、天板１６あるいは底板部まで延びている必要はなく、２つある補剛側壁１２はクロスヘッド３の全移動経路に沿って、略横向きに延びていればよく、本発明の請求項に記載の「クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所」とは、このような意味に解釈される。さらに多くの場合、案内壁９はフレームボックス６の底板部までは延びておらず、フレームボックス６の底板部のすこし上にあるフレームボックス６下端までしか延びていない。これは、案内レールに支えられるクロスヘッドガイドシューが、フレームボックス６の底板部よりもいくらか上の部分から上昇するという事実に関係する。したがって、クロスヘッド３は、フレームボックス６の底板部より運動を開始しなくとも、底板部よりいくらか上の部分から運動の経路が始まってもよい。つまり本発明の請求項に記載の「クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所」には、フレームボックス６の底板部から案内壁９下部までの区間は含まれなくてもよい。
【００４４】
クロスヘッド３からエンジン機構へと伝わる垂直加重が特に高くなる領域を特に強化するため、補剛側壁１２の長さ、及び／又は幅は、案内面８の長さに応じて変化してもよい。フレームボックス６における、垂直加重が特に高くなる領域を補強するためだけなら、例外的に、両方の補剛側壁１２を案内面８よりも短くすることも可能である。
【００４５】
案内壁９の裏側は開放した形状をしており、このような形状は特に鋳造に好都合であるので、フレームボックス６のすべて、または少なくとも、フレームボックス６の天板１６を除いた部分は、一体に鋳造することができる。
【００４６】
しかし、ユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関において、ピストンの孔は０．２６−０．５０メートルもの大きさになることもあるので、フレームボックス６も相当の大きさとなり、このような大きなフレームボックス６に適した型枠を形成するのは容易ではない。したがって、フレームボックス６が一体型に鋳造されなくとも、一体型に鋳造されるのは、フレームボックス６内部の案内壁９だけでもよい。
【００４７】
図５は本実施例による案内レール構造を図示し、図３，４は従来技術の案内レール構造を図示している。
【００４８】
従来技術および本実施例１において、クロスヘッド３はそれぞれ、クランク軸１の各側にある２つの案内面８”、８’、８によって支えられ、案内壁９”、９’、９には、案内面８”、８’、８が対となって形成される。各案内壁９”、９’、９は、クランク軸１を横切って延びている横断壁７”、７’、７によって、クランク軸１の反対側に対応する案内壁９”、９’、９に接続されており、横断壁７”、７’、７は、各案内壁９”、９’、９にある２つの案内面８”、８’、８を互いに隔て、一方の案内面８”、８’、８は１つのクロスヘッド３に割り与えられ、他方の案内面は、隣接するクロスヘッド３へと割り与えられるようになっている。各案内壁９”、９’、９、の裏側（フレームボックス６の側壁１０”、１０’、１０を向く側）では、垂直に延びる横断壁７”、７’、７から延びている後部横断壁１１”、１１’、１１が、各案内壁９”、９’、９を対応する側壁１０”、１０’、１０へと接続する。
【００４９】
これまでのところ、図３〜図５に図示の案内レール構造に違いは見られない。しかし、案内壁９”、９’、９の補強や、フレームボックス６内での側壁１０”、１０’、１０に対する案内壁９”、９’、９の支持に違いがみられる。
【００５０】
図３に図示の従来技術の案内レール構造では、案内壁９”の裏側が、側壁１０”に対し、水平補剛リブ１３”によって接続され、水平補剛リブ１３”は後部横断壁１１”にも接続されている。この種の構造において、案内壁９”のうち、水平補剛リブ１３”によって補剛されている部分については剛性が高くなるが、水平補剛リブ１３”によって補剛されていない部分の剛性は、補剛されている部分の剛性に比べて低くなり、結果、案内面８”の油膜が不均一となる問題が発生する。
【００５１】
この問題を解決するため、図４で図示されているような従来技術の案内レール構造では、案内壁９’裏側に三角形の支持構造が用いられている。ここでは、垂直に延びる支持板１２’の一端は案内壁９’の裏側に溶接されず、支持板１２’の他端も後部横断壁１１’に溶接されておらず、断面が三角形を形成するようになっている。このような設計よって、案内壁９’の剛性が不均一であることの問題が解決される。しかし、三角形の閉じた断面は、案内レール構造を鋳造するのには不向きである。また、三角形断面を内側から溶接することはできないので、三角形断面の外側における溶接シームの品質の確保には、長い作業時間をかけなければならない。
【００５２】
図５に図示された本実施例の案内レール構造は、クロスヘッド３の反対側にあるもう一つの案内レール構造や、フレームボックス６の側壁１０と一体に鋳造される。つまり、フレームボックス６は一対に鋳造される。各案内壁９の裏側には、側壁１０に向かってそれぞれ２つの補剛側壁１２が突出している。したがって、案内壁９、２つの補剛側壁１２、そして２つの当該補剛側壁１２の間にある後部横断壁１１によって作られる水平断面は、Ｅ字形状を形成する。したがって、案内壁９には程よい剛性が得られ、断面が開放していることで鋳造が可能となり、フレームボックス６全体の剛性と耐性の両面からみて効果的である。
【００５３】
側壁１０と案内壁９の接続部の補強は、水平補剛リブ１３によって達成され、水平補剛リブ１３は、側壁１０、後部横断壁１１、そして対応する２つの補剛側壁１２に接続し、よって水平補剛リブ１３は、案内壁９と間接的に接続する。
【００５４】
水平補剛リブ１３は、空洞１５によって案内壁９と隔てられている。空洞１５は、鋳造の段階で既に形成され、控えボルト１４を貫通させるものであり、控えボルト１４によって、シリンダーフレーム、フレームボックス６、そしてベッドフレーム５が一緒に取り付けられる。空洞１５は、その径が控えボルト１４より大きくなるように形成され、天板１６に形成された貫通孔１７と、フレームボックス６の底板部に形成された貫通孔１８のみが、控えボルト１４のサイズに調整される。したがって、鋳造後に、空洞１５を仕上げ加工する必要はなくなり、仕上げ加工されるのは貫通孔１７および貫通孔１８のみで十分である。
【００５５】
本発明の効果としては、ユニフロー式クロスヘッド型燃焼機関のフレームボックス６の案内壁部分の独創的な設計により、滑り面、つまり案内面８の均一的な剛性が得られる。同時に、Ｕ字形状の断面というのは、鋳造中子の製造と、鋳造部材の取り出しという面から考えると、製造が容易である。
【００５６】
フレームボックス６の全体を、鋳造により、大きな一体型に形成することが不可能な場合には、以下の実施形態のうちの１つを利用することが可能である。
【実施例２】
【００５７】
図６は、本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。
【００５８】
フレームボックス６は、一体に鋳造される案内面部材３０を備えることができ、案内面部材３０はそれぞれ、横断壁３７、横断壁３７により接続される２つの案内壁３９、連結している２つの案内壁３９よりそれぞれ突出している、計４つの補剛側壁３２、から構成される。案内面部材３０は、クロスヘッド３の運動の向きに対して垂直な水平断面がいずれの場所（特に案内壁３９の裏側）においても開放しているので、このような案内面部材３０を鋳造することは容易である。好ましくは、一体に鋳造された案内面部材３０は、後部横断壁３１，３４を備えるか、もしくは、互いに接続されている２つの案内壁３９にそれぞれ接続される後部横断壁３１，３４の一部分を少なくとも含む。より好ましくは、一体に鋳造された案内面部材３０は水平補剛リブ３３を具備し、当該水平補剛リブ３３は、２つの後部横断壁３１，３４、または後部横断壁３１，３４の一部分を、補剛側壁３２へとそれぞれ接続する。このような案内面部材３０はフレームボックス６の側壁１０に溶接することも可能である。つまり案内面部材３０は、案内面部材３０が後部横断壁３１，３４を備える場合には側壁１０へと直接溶接し、案内面部材３０が後部横断壁３１，３４の一部分しか備えていない場合には側壁側の後部横断壁３１へと溶接する。
【００５９】
フレームボックス６は、一体に鋳造されている案内面部材３０を備えている。案内面部材３０は、２つの案内面８を備える案内壁３９、案内壁３９の裏側から側壁１０に向かって突出している２つの補剛側壁３２、後部横断壁３１，３４のうちの案内壁側の後部横断壁３４を備える。また、好ましくは、案内面部材３０は水平補剛リブ３３を備える。水平補剛リブ３３は、後部横断壁３１，３４のうちの案内壁側の後部横断壁３４を、２つの補剛側壁３２に接続する。各案内面部材３０は、水平補剛リブ３３を除いた、クロスヘッド３の運動経路に沿うすべての場所で、Ｅ字形状の断面を形成する。案内面部材３０は、フレームボックス６の中へと挿入され、案内壁側の後部横断壁３４が、側壁側の後部横断壁３１に溶接される。つまり、案内壁３９の裏側で、各案内面部材３０は、案内壁側の後部横断壁３４を、側壁側の後部横断壁３１に溶接可能である。
【００６０】
案内面部材３０の表側（つまり案内面８側）では、案内面部材３０が横断壁３７に溶接され、クランク軸１の一面側の案内面部材３０と、クランク軸１の他面側にあるもう一つの案内面部材３０との間に横断壁３７を形成している。つまり案内面部材３０は、横断壁３７に溶接可能で、横断壁３７を介してクランク軸１反対側の案内面部材３０へと接続する。
【００６１】
空洞３５は、案内壁部材３０の鋳造過程で円を略四分割した形に形成され、案内壁３９と案内壁側の後部横断壁３４との縁を水平補剛リブ３３から隔てている。図６に図示の、案内部材３０の水平補剛リブ３３は、実施例３（図７）および実施例４（図８）と比べて短く、フレームボックス６の側壁１０にはそれぞれ接続せずに、案内壁側の後部横断壁３４における側壁側の末端部分に接続し、案内壁側の後部横断壁３４は案内面部材３０と一対型に形成される。
【実施例３】
【００６２】
図７は、本発明の実施例３を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。
【００６３】
フレームボックス６は案内面部材５０を備え、各案内面部材５０は、一体に鋳造されていて、各案内面部材５０は案内壁３９と、案内壁３９より突出している２つの補剛側壁３２のみから構成されていて、案内面部材５０のそれぞれが、クロスヘッド３の移動経路の側面に沿うすべての場所で、Ｕ字形状の断面を形成している。このようにして形成された案内面部材５０は、横断壁３７、後部横断壁５１、水平補剛リブ５３にそれぞれ溶接することができる。
【００６４】
案内面部材５０は、それぞれ平坦な金属部材から出来ていて、その金属部材を曲げることによって、案内壁５９と、案内壁５９より突出する２つの補剛側壁５２を形成している。案内面部材５０のうち、２つの補剛側壁５２に相当する部分は、金属部材を約９０度曲げて形成される。つまり案内面部材５０は、金属部材を曲げることによって、案内壁５９と、案内壁５９の裏側より突出している２つの補剛側壁５２、のみから一体型に形成される。前記金属部材の案内面８が形成される面には、曲げ加工の前に、滑り面を設けることが可能で、曲げ加工後に、補剛側壁５２の外面にもまた滑り面層が設けられるようになっている。
【００６５】
そして、曲げ加工によって形成された案内面部材５０は、クロスヘッド３の運動経路に沿うすべての場所でＵ字形状の断面を形成し、当該案内面部材５０は、横断壁３７、後部横断壁５１、水平補剛リブ５３に溶接される。
【００６６】
図７に図示の点線は案内面に摺動性を持たすための摺動性のコーティングを示す。金属には、曲げ変形前、案内面８に摺動性を持たすための摺動性のコーティングが被覆される。本実施例は、一体として鋳造することが不可能である場合に用いることができる。しかし、後部横断壁５１と案内壁５９の裏側を溶接するために、後部横断壁５１と案内壁５９の裏側との溶接部分（溶接シーム）にアクセスすることは困難である場合があり、鋳造する余裕がある場合には、図６の実施例が好都合かもしれない。
【実施例４】
【００６７】
図８は、本発明の実施例４を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述する。
【００６８】
小さな部品が、鋳鋼等から個別の部品として成形された後に、案内壁９、横断壁７、補剛側壁１２などの前記部品がまとめて溶接される。また、後部横断壁１１には、溶接によって水平補剛リブ１３が設けられ、当該後部横断壁１１は対応する案内壁９と側壁１０に接続可能である。また補剛側壁１２は、溶接によって、水平補剛リブ１３に接続可能である。以下図面を参照して、本発明のより詳細な説明をする。
【００６９】
上記実施例３において、後部横断壁５１と案内壁５９裏側との間にある溶接シームへ接近アクセスすることが困難である点を克服する別の可能性としては、図８に図示するように、補剛側壁７２を案内壁７９にも溶接することがあげられる。このようにすれば、後部横断壁５１を案内壁７９にまず溶接し、その後で２つの補剛側壁７２を案内壁７９に溶接することが可能となる。
【００７０】
また、図中には、控えボルト１４を貫通するための丸い空洞７５が図示されている。しかし、空洞７５は、様々な形状とすることが可能である。そのうちの形状のうちの１つが、図８に点線で示されている。
【００７１】
つまり、本実施例の空洞７５は、水平補剛リブ７３を案内壁７９から隔て、さらには水平補剛リブ７３を、２つの補剛側壁７２の面のうち後部横断壁５１を向く面から隔てる。したがって、溶接に伴って局所負荷が最大となることを回避し、同時に、水平補剛リブ７３を支持（つまり案内レール構造を補強）するという機能も実現される。
【００７２】
尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１  クランク軸
３  クロスヘッド
４  ピストンロッド
５  ベッドフレーム
６  フレームボックス
７，３７  横断壁
８  案内面
９，３９，５９，７９  案内壁
１０  側壁
１１，３１，３４，５１  後部横断壁
１２，３２，５２，７２  補剛側壁
１３，３３，５３，７３  水平補剛リブ
１４  控えボルト
１５，３５，７５  空洞
１６  天板
１７  貫通孔
１８  貫通孔
３０，５０  案内面部材
【要約】
【課題】エンジン機構のフレームの製造を容易とし、クロスヘッドの移動経路に沿う案内面の剛性分布が高レベルで均一な単流式クロスヘッド型燃焼機関を提供する。
【解決手段】
各案内壁（９；３９；５９；７９）はそれぞれ２つの補剛側壁（１２；３２；５２；７２）を備え、補剛側壁（１２；３２；５２；７２）は対応する後部横断壁（１１；３１，３４；５１）の反対側で対応する側壁（１０）側へ突出し、クロスヘッドの移動経路の側面に平行に延び、クロスヘッドの移動経路の側面に沿うすべての場所で案内壁（９；３９；５９；７９）と２つの補剛側壁（１２；３２；５２；７２）はそれぞれＵ字形状の断面を形成することによってエンジン機構のフレームの製造を容易とし、クロスヘッドの移動経路に沿う案内面の剛性分布を高レベルで均一とすることができる。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005567230.tif 000008
【図８】
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