(57)【要約】【構成】連続的な第１ジャーナル、即ち主ジャーナルと少なくとも一つの偏心ジャーナルとをもつクランクシャフトである。対応する連結構造は、これらジャーナルを受け取る一対のチャンネルをもつ。連結構造を往復運動駆動すると、クランクシャフトが回転する。あるいは、クランクシャフトを回転駆動すると、連結構造が往復運動する。別な連結構造を連続主ジャーナルに連動させてもよく、この場合には、各偏心ジャーナルがクランクシャフトの一部を構成する。連結構造に一つのピストンを配設してもよく、あるいは対向関係で一対のピストンを配設してもよい。一対のピストンそれぞれは、内燃機関の異なるシリンダに対応する。あるいは、連結構造に鋸の刃などの工具を設けてもよく、クランクシャフトの回転時に、往復運動する。【選択図】図１
2005501204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトにおいて、
対向する内面をもち、離間配設した第１クランク構造および第２クランク構造と、そして
少なくとも上記対向内面間に延設し、第１クランク構造および第２クランク構造を相互連結する、離間配設した、全体として平行な第１ジャーナルおよび第２ジャーナルとを有し、
全体として平行な第１ジャーナルおよび第２ジャーナルをこれらクランク構造間に延設し、クランクシャフトを強化したことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項２】
各クランク構造が、第１端部および第２端部をもつ細長いアームであり、第１ジャーナルをアームの第１端部を通して連続的に延設するとともに、第２ジャーナルをアームの第２端部間に延設した請求項１記載のクランクシャフト。
【請求項３】
各クランク構造が、中心領域および周辺領域をもつ全体として平坦なプレートであり、プレートの中心領域を通して第１ジャーナルを延設するとともに、少なくとも周辺領域間に第２ジャーナルを延設した請求項１記載のクランクシャフト。
【請求項４】
上記平坦なプレートが全体として円形のディスクである請求項３記載のクランクシャフト。
【請求項５】
さらに、第３クランク構造を第２クランク構造から離間して配設し、連続ジャーナルとして構成した第１ジャーナルが、第１クランク構造、第２構造および第３クランク構造を相互連結した請求項１記載のクランクシャフト。
【請求項６】
さらに、第１ジャーナルに全体として平行に、かつこれから離間して第３ジャーナルを配設し、第２クランク構造および第３クランク構造を相互連結した請求項５記載のクランクシャフト。
【請求項７】
第２ジャーナルおよび第３ジャーナルが、軸方向に整合配列していない請求項６記載のクランクシャフト。
【請求項８】
さらに、第３クランク構造から離間して第４クランク構造を配設し、連続ジャーナルとして構成した第１ジャーナルが、第１クランク構造、第２クランク構造、第３クランク構造および第４クランク構造を相互連結した請求項５記載のクランクシャフト。
【請求項９】
さらに、第１ジャーナルに全体として平行に、かつこれから離間して第４ジャーナルを配設し、第３クランク構造および第４クランク構造を相互連結した請求項８記載のクランクシャフト。
【請求項１０】
第１クランク構造および第２クランク構造が、第１方向に突出する細長いアームで、第３クランク構造および第４クランク構造が、全体として第１方向の反対方向である第２方向に突出する細長いアームである請求項９記載のクランクシャフト。
【請求項１１】
第１クランク構造、第２クランク構造、第３クランク構造および第４クランク構造が全体として円形のディスクであり、それぞれの中心領域を通して第１ジャーナルを連続的に延設するとともに、それぞれ周辺領域がそれぞれ第２ジャーナル、第３ジャーナルまたは第４ジャーナルに係合した請求項９記載のクランクシャフト。
【請求項１２】
上記ディスク間に延設した第２ジャーナル、第３ジャーナルおよび第４ジャーナルが軸方向に整合配列していない請求項１１記載のクランクシャフト。
【請求項１３】
さらに、連続的な第１ジャーナルによって相互連結した複数のクランク構造を有し、選択した対のクランク構造間に第２ジャーナルを延設した請求項１記載のクランクシャフト。
【請求項１４】
直線運動を回転運動に、または回転運動を直線運動に変換する装置において、
軸を中心して回転できるように取り付けたクランクシャフトであって、第１ジャーナルによって連結した複数のクランク構造を有し、これらのうち少なくとも２つのクランク構造の第２ジャーナルを両者間に延設したクランクシャフトと、そして
上記軸に対して往復運動できるように取り付けた連結構造であって、この連結構造の往復運動時に、第１ジャーナルを受け取る少なくとも一つのチャンネルおよび第２ジャーナルまたはこれと連動する軸受け構造に係合する表面を有する連結構造とを有し、
上記連結構造の往復運動によりクランクシャフトを回転運動させるか、あるいはクランクシャフトの回転運動により連結構造を往復運動させるように構成したことを特徴とする装置。
【請求項１５】
上記連結構造の第２チャンネルによって上記係合表面を形成した請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
第１チャンネルおよび第２チャンネルが全体として相互に直交する請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
上記連結構造を第１ピストンにその一端で連結または結合することによって、第１ピストンが直線運動を引き起こす力を発生する請求項１４記載の装置。
【請求項１８】
上記連結構造を第２ピストンに第２端部で連結することによって、クランクシャフトの第１ジャーナルおよび第２ジャーナルに第１ピストンおよび第２ピストンを連動させるとともに、水平対向関係で運動させ、クランクシャフトを回転させるように構成した請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
第２ジャーナルに連動する軸受け構造を第１チャンネルに係合させ、移動できるように構成した請求項１４記載の装置。
【請求項２０】
複数の第２ジャーナルを配設し、それぞれを隣接対の上記クランク構造の対向内面間に延設した請求項１４記載の装置。
【請求項２１】
複数の第２ジャーナルを配設し、それぞれを選択した対の上記クランク構造の対向内面間に延設した請求項１４記載の装置。
【請求項２２】
第２ジャーナルが軸方向に整合配列していない請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
上記クランク構造が細長いアーム、ディスクまたはこれらの一部である請求項１４記載の装置。
【請求項２４】
さらに、クランクシャフトを回転させるモーターを有する請求項１４記載の装置。
【請求項２５】
少なくとも一対の隣接クランク構造を相互連結する、離間配設した第１ジャーナルおよび第２ジャーナルを有するクランクシャフトと併用する連結構造において、これらジャーナルの少なくとも一つが他方の回転軸を構成し、第１ジャーナルを受け取り、前後に運動させる第１チャンネル，および，第２ジャーナルに係合する、全体として第１チャンネルに直交する係合表面を配設したことを特徴とする連結構造。
【請求項２６】
上記係合表面が、全体として第１チャンネルに直交する第２チャンネルの一部である請求項２５記載の連結構造。
【請求項２７】
さらに、一端に第１ピストンを有する請求項２５記載の連結構造。
【請求項２８】
さらに、他端に第２ピストンを配設することによって、第１ピストンおよび第２ピストンを対向させた請求項２７記載の連結構造。
【請求項２９】
鋸刃である請求項２５記載の連結構造。
【請求項３０】
請求項１のクランクシャフトを使用して、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換することを特徴とする方法。
【請求項３１】
少なくとも一つのシリンダと、
このシリンダ内に配設した少なくとも一つのピストンと、
軸を中心にして回転できるように取り付けたクランクシャフトであって、第１ジャーナルによって連結した複数のクランク構造を有し、これらのうち少なくともの２つのクランク構造の第２ジャーナルを両者間に延設したクランクシャフトと、そして
上記ピストンに結合され、上記軸に対して往復運動できるように取り付けた連結構造であって、連結構造の往復運動時に、第１ジャーナルを受け取る少なくとも一つのチャンネル，および，第２ジャーナルまたはこれと連動する軸受け構造に係合する表面を配設した連結構造とを有し、
上記シリンダ内のピストンの運動の結果として生じる連結構造の往復運動によってクランクシャフトを回転させることを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００１年８月２４日を出願日とする米国仮特許出願第６０／３１４，７５０号および２００２年６月１４日を出願日とする米国仮特許出願第６０／３８８，６３６号の出願日を優先権主張する特許出願である。
本発明は全体としては直線運動を回転運動に変換する装置、より具体的には、連続主ジャーナルを備えたクランクシャフトおよび対応する連結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの機械の場合、クランクシャフトが直線運動を回転運動に変換する重要な機能を担っている。例えば、自動車や航空機などのピストンを備えた内燃機関をもつ機械の場合、クランクシャフトを使用して、燃焼時に生じるピストンの直線運動を回転運動に変換し、目的である車輪やプロペラーなどの駆動を行う。これら形式の構成に使用するクランクシャフトは、例えば、主軸受けジャーナルおよび連結ロッドジャーナルをもち、クランクアームと呼ばれる離間し、外側に向いた支持構造に両者を連結する。通常、主軸受けジャーナルは、隣接対のクランクアーム間においてクランクシャフトの全長にそって離間配設する。同様に離間して、クランクアームの両端間のクランクシャフトに連結ロッドジャーナル、即ちクランクピンを取り付ける。連結ロッドジャーナルは、その名前が示唆するように、隣接ピストン（あるいは、２つのピストンを同じ連結ロッドジャーナルに連結する場合には、２つのピストン）と連動する連結ロッドの軸受け面になる。通常の構成の場合、これら２つの形式のジャーナルは相互に偏心している。従って、ピストンが前後移動すると、連結ロッドが連結ロッドジャーナルを押すか引っ張るため、クランクシャフトが３６０度回転する。
【０００３】
この構成は評判がよいにもかかわらず、一つの大きな欠点がある。主軸受けジャーナルが不連続な（即ち、クランクアーム間に離間配設されている）ため、クランクシャフトに捩れ作用や曲げ作用が加わることである（高負荷の場合、場合によってその程度が１６°に達することもある）。この曲げ作用は扱いにくい。なぜなら、効率が低下し、タイミング問題を発生するだけでなく、クランクアームとジャーナルとの界面にクラックが発生し、最終的にクランクシャフトが機械的に破損するからである。また、この構成には別な問題もある。即ち、個々の連結ロッドジャーナルそれぞれに同時に押し出し作用および引っ張り作用を加える連結ロッドが存在するため、クランクシャフトに大きな振動が加わることである。これらの固有な制限のために、前記のように構成したクランクシャフトには、耐用寿命や伝達できる動力の量に若干の制限がある。
【０００４】
最近、例えば、支持構造や平衡錘をクランクシャフトに付加したり、あるいは剛性をより強くする試みなどによって、これら問題に対処する設計上の試みが行われている。これらの解決策によって、クランクシャフトの耐用寿命が延び、伝達できる動力の量が増え、振動の抑制が達成できるが、別な問題が発生する。例えば、支持構造を付加すると、クランクシャフトが大形になり、必然的にこれを使用するエンジンが大きくなる。さらに、設計が複雑になるほど、クランクシャフトの製造コストが高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の設計の長所をすべて備えているにもかかわらず、上記の多数の問題のないクランクシャフトが依然として望まれている。このようなクランクシャフトとしては、サイズを大きくせず、また重量もそれほど大きくせずに、曲げ作用に負けないほど強度が強く、性能もすぐれているクランクシャフトが望まれている。また、従来のクランクシャフトの多くに必要な連結ロッドを使用する必要もなく、従って設計が簡単になり、クランクシャフトの動作時に受ける振動の量も少ないクランクシャフトが望まれている。全体として、特に製造が容易である点および信頼性の点から見て従来クランクシャフトに比較して、きわめてすぐれたクランクシャフトが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、その第１態様によれば、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換するクランクシャフトを提供するものである。このクランクシャフトは、第１クランク構造および第２クランク構造を所定間隔で配設して構成する。これらクランク構造は、対向内面をもち、全体として平行な第１ジャーナルおよび第２ジャーナルを所定間隔で配設したものである。各ジャーナルを少なくとも対向内面間に延設し、第１クランク構造および第２クランク構造を相互連結する。これらクランク構造間に延設した、全体として平行な第１ジャーナルおよび第２ジャーナルが、クランクシャフトの強度を強くし、曲げ作用に対する耐久性をより強くする。
【０００７】
一つの実施態様では、各クランク構造は、第１端部および第２端部をもつ細長いアームで構成する。第１ジャーナルをアームの第１端部を通して連続的に延設し、第２端部をアームの第２端部の間に延設する。あるいは、各クランク構造を中心領域および周辺領域をもつ全体として平坦なプレートで形成してもよい。この場合には、第１ジャーナルをプレートの中心領域を通して延設し、第２端部を少なくとも周辺領域の間に延設する。なお、これら平坦プレートとしては、全体として円形のディスクが好ましい。
【０００８】
また、第２クランク構造から間隔をおいて第３クランク構造を配設することも可能であり、この場合には、第１ジャーナルを連続的に構成し、第１クランク構造、第２クランク構造および第３クランク構造を相互連結する。この第３ジャーナルについては、第１ジャーナルから間隔をおいて全体としてこれに平行に配設し、第２クランク構造および第３クランク構造を相互連結してもよい。一つの別な実施態様では、第２ジャーナルおよび第３ジャーナルは、軸方向に整合配列していない。
【０００９】
さらに別な実施態様では、第４クランク構造を第３クランク構造から間隔をおいて配設してもよい。この場合には、第１ジャーナルを連続的に構成し、第１クランク構造、第２クランク構造、第３クランク構造および第４クランク構造を相互連結する。この第４ジャーナルについては、第１ジャーナルから間隔をおいて全体としてこれに平行に配設し、第３クランク構造および第４クランク構造を相互連結してもよい。第１クランク構造および第２クランク構造については、第１方向に突出する細長いアームで構成することができ、また第３クランク構造および第４クランク構造については、全体として第１方向の反対方向である第２方向に突出する細長いアームで構成することができる。あるいは、第１クランク構造、第２クランク構造、第３クランク構造および第４クランク構造を全体として円形のディスクで構成することも可能であり、この場合には、各ディスクの中心領域を通して第１ジャーナルを連続的に延設し、周辺領域でそれぞれ第２ジャーナル、第３ジャーナルまたは第４ジャーナルにこれを係合する。また、ディスク間に延設した第２ジャーナル、第３ジャーナルおよび第４ジャーナルについては、軸方向に整合配列する必要はない。また、クランクシャフトを連続第１ジャーナルによって相互連結した複数のクランク構造で構成してもよく、この場合には、選択した対のクランク構造間に第２ジャーナルを延設する。さらに、本発明は、上記クランクシャフトを利用して直線運動を回転運動に変換する方法を含むものである。
【００１０】
本発明は、その第２態様によれば、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換する装置を提供するものである。この装置は、軸を中心にして回転できるように取り付けたクランクシャフトで構成する。クランクシャフトは、第１ジャーナルによって連結した複数（少なくとも２つと定義する）のクランク構造で構成する。少なくとも２つの（即ち複数の）上記クランク構造では、第２ジャーナルをこれらの間に延設する。本発明装置の場合、さらに、軸に対して往復運動できるように連結構造を取り付ける。この連結構造については、連結構造の往復運動時に、第１ジャーナルを受け取る少なくとも一つのチャンネルと、第２ジャーナルまたはこれと連動する軸受け構造に係合する表面とで構成する。従って、連結構造が往復運動すると、クランクシャフトが回転し、あるいはクランクシャフトが回転すると、連結構造が往復運動する。
【００１１】
一つの実施態様では、係合表面を連結構造の第２チャンネルによって形成する。第１チャンネルおよび第２チャンネルについては、相互に全体として垂直になるようにするのが好ましい。連結構造については、第１ピストンが直線運動を引き起こす力を発生するように、第１ピストンの一端に連結または結合すればよい。あるいは、連結構造については、第２ピストンの第２端部に連結し、第１ピストンおよび第２ピストンがクランクシャフトの第１ジャーナルおよび第２ジャーナルに連動し、水平反対方向に運動して、クランクシャフトを回転できるようにしてもよい。第２ジャーナルに連動する軸受け表面については、第１チャンネルに係合し、走行できるようにするのが好ましい。
【００１２】
一つの実施態様では、第２ジャーナルを配設し、それぞれを隣接対の上記クランク構造の対向内面間に延設する。あるいは、それぞれが隣接クランク構造の選択した対の間に延設するように、複数の第２ジャーナルを配設してもよい。第２ジャーナルについては、軸方向に整合配列する必要はない。また、クランク構造は、細長いアーム、ディスクまたはこれらの一部で構成することができる。さらに、本発明装置には、クランクシャフトを回転させるモーターを配設することができる。
【００１３】
本発明は、その第３態様によれば、少なくとも一対の隣接クランク構造を相互連結する第１ジャーナルおよび第２ジャーナルを離間配設し、少なくとも一方のジャーナルが他方のジャーナルの回転軸を形成するクランクシャフトと併用する連結構造を提供するものである。この連結構造は、第１ジャーナルを受け取り、これを前後に動作させる第１チャンネルと、第２ジャーナルに係合する第１チャンネルに対して全体的に垂直に配設した係合表面とで構成する。この係合表面については、第１チャンネルに対して全体として直交配設した第２チャンネル部分で構成してもよい。この連結構造は、好ましくは対向関係で、一端に第１ピストンを配設し、また他端に第２ピストンを配設する。さらに、連結構造に鋸刃を設けることができる。
【００１４】
本発明は、その第４態様によれば、エンジンを提供するものである。このエンジンは、ピストンを受け取る少なくとも一つのシリンダで構成する。第１チャンネルおよび係合表面をもつ連結構造にこのピストンを連結する。第１チャンネルがクランクシャフトの第１連続ジャーナルを受け取り、そして係合表面が第２ジャーナルまたはこれに連動する構造に係合する。この結果、ピストンの往復直線運動が、連結構造とクランクシャフトとの係合によって回転運動に変換される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
添付図面の図１についてまず説明する。図１は、本発明の一つの態様による改良クランクシャフト１０の一つの考えられる実施態様を示す図である。この例示的な実施態様では、クランクシャフト１０は、図１では第１端部および第２端部を有する細長いアームとして図示する少なくとも一対のクランク構造１２、１４を有する。少なくとも一つのアームの一端を通して第１ジャーナル１６、即ち主ジャーナル１６を連続的に延設し、他方のアームに係合するか、またはこれを通して延設する。主ジャーナル１６から離れた位置においてアームの対向端部間に第２ジャーナル１８、即ち偏心ジャーナル１８を延設する。図から理解できるように、第１ジャーナル１６、即ち主ジャーナル１６の連続部分については、一方のアームまたは両アームから延設し、クランクシャフト１０回転時にクランクシャフト１０を支持し、場合によっては、回転運動を伝達できるように構成してもよい。
【００１６】
図２ａおよび図２ｂに、図１のクランクシャフト１０と併用することができる連結構造２０の実施例を示す。図２ａおよび図２ｂにおいて、連結構造２０は、第１チャンネル２４および第２チャンネル２６をもつ連結プレート２２を有する。これらチャンネル２４、２６については、全体として相互に直交配設し、十字を形成するように構成するのが好ましい。図２ａに示す実施態様では、連結プレートは、少なくとも一つのピストン２８（図２ａ）に結合するか、あるいはこのピストン２８を有する。図２ｂに示すように、２つの対向するピストン２８、３０を、わずかに細長く図示されているプレート２２の両端に連結するか結合する。連結プレート２２の幅については、対応するシリンダ内のピストンの動作に干渉しないように、対応するピストン２８、３０の直径よりも少なくともわずかに小さく設定するのが好ましい。周知のように、各ピストン２８、３０はエンジンの対応する燃焼室に連動することができる。当業者ならば理解できるように、図２ａの実施態様は、ピストン／シリンダ体が必要な任意の形式の構成に応用することができ、また図２ｂの実施態様は、（例えば航空機エンジンに使用されている水平対向ピストンなどのように）一対のシリンダを対向関係で配設した構成に最適である。
【００１７】
使用するさいには、主連続ジャーナル１６が第１チャンネル２４内に位置するかあるいは受け取られるように、そして第２ジャーナル１８が第２チャンネル２６にそって位置するように、連結構造２０をクランクシャフト１０に連動させる。例えば、図３aに示すように（図１とは異なるサイズで図示されている第１ジャーナル１６および第２ジャーナル１８の一部横断面を含む概略図である）、連結構造２０が（燃焼室内の爆発後などのように）後退している場合、第１ジャーナル１６は、（図３ａに示す上端である）第１チャンネル２４の第１端部に位置する。また、第２ジャーナル１８は、（第１チャンネル２４および第２チャンネル２６の交点によって形成される十字の中心である）第２チャンネル２６のほぼ中心に位置する。（以下に説明するように、ディスク状クランク構造１２をもつものとして図示されている）クランクシャフト１０が、時計方向（回転方向矢印Ａ）に回転すると、第２ジャーナル１８がチャンネル２６の一方の側部にそって形成される係合表面２６ａに接触し、連結構造２０、従ってピストンを第１方向（動作方向矢印Ｆ）に動作させる。次に、第１ジャーナル１６が第１チャンネルにそってほぼ中心位置に移動する（図３ｂを参照）。
【００１８】
回転が続くと、連結構造２０が方向Ｆに最大変位位置（通常の連結ロッドを使用する場合には“上死点”と呼ぶのが普通である）に移動し、第２ジャーナル１８が中心位置に戻り、そして第１ジャーナル１６、即ち主ジャーナル１６がチャンネル２４の対向端部に移動する（図３ｃ）。さらに回転を続けると、第２ジャーナルがチャンネル２６の端部に向かって移動し、第１ジャーナル１８が中心位置に達する（図３ｄ）。この時点で、連結構造２０に負荷がかかった場合、例えば燃焼爆発によってピストン２８が方向Ｆと反対方向に移動する場合、第２ジャーナルと係合表面２６ａに対応するチャンネル２６の第２係合表面２６ｂとが係合するが、連結構造２０に力が作用せず、（図９に示す実施態様の場合などのように）連結構造２０が係合表面２６ｂに係合する場合には、係合表面は係合表面２６ｃになる。なお、第１ジャーナル１６は、連結構造２０が（方向Ｆに対してほぼ平行な）垂直面内で上下しても、実質的に静止したままになっている。従って、連結構造２０に相互作用することはほとんどない。
【００１９】
図４ａは、単シリンダエンジンに使用した場合の本発明によるクランクシャフト１０および連結構造２０の概略図である。ピストン２８を燃焼室Ｃ内に保持し、実質的に図３ａ〜図３ｄに示すように、連結構造２０に連結する。第１ジャーナル１６および第２ジャーナル１８を対応するチャンネル２４、２６内に配設する。なお、ピストン２８が下死点にあるため、これらの位置は図３ａに示す位置になる。両クランクシャフト１２、１４を完全に貫通するように図示されている連続ジャーナル１６の一端をシリンダブロックＢの一端に形成した凹部Ｒ内に保持する。他端は、回転運動を伝達するプーリＰ、歯車などにキーその他の手段によって連結する。第２ジャーナル１８は、少なくともクランクシャフト１２、１４の対向内面間に延設する。なお、クランク構造１２、１４については、ジャーナル１６、１８が連結構造２０への運動を受け取るか、あるいはこれに伝達する適正な方向に両側から十分に支持されている限り、細長いアーム（例えば図１を参照）、ディスク（例えば図３ａ、図３ｂおよび図４ｂを参照）やその他の形状（例えばディスクの一部）で形成すればよい。往復運動するさいに連結構造２０の底部を受け取る開口Ｏまたは凹部を形成してもよい（なお、このような開口Ｏまたは凹部を必要としない実施態様を示す図１０および図１１を参照）。
【００２０】
図４ｂは、図４ａに示した構成と同様な構成を示す図であるが、チャンネル２４、２６内のジャーナル１６、１８の位置を明示するために、クランク構造１２、１４間の間隔をやや大きく描いた図である。図示のように、第１ジャーナル１６、即ち連続主ジャーナル１６はクランク構造２０間だけでなく、これらを貫通して延設し、第２チャンネル２６内に位置させる。一方、第２ジャーナル１８はクランク構造２０間に単に延設し、第１チャンネル２４内に位置させる。既に説明したように、クランク構造１２、１４については、ディスク状とすればよい。ピストン２８は全体を連結構造２０の一端に連結し、図示のように、後退位置でクランク構造１２、１４間に移動させる。この後退位置については、任意に選択でき、（そして連結構造２０の上端の長さを長くするか、あるいはディスクの代わりにクランク構造１２、１４としてアームを使用することによって調節できる）。
【００２１】
なお、単連結構造２０を単ピストンに連結した状態で（即ち、単シリンダエンジン）、本発明のクランクシャフト１０を使用することに加えて、いくつかのこのような連結構造を使用して、クランクシャフトを駆動することも可能である（図９の実施態様のように、クランクシャフトによって同時駆動してもよい）。例えば、図５に示すように、第１クランク構造１２ａおよび第２クランク構造１４ａを連続ジャーナル１６にその一部にそって連結することも可能である。また、第２クランク構造１４ａについては、クランク構造１２ａが突出し、第３クランク構造１４ｂ（別体としてもよい）を形成する方向に対してほぼ反対方向に延設してもよい。次に、第４クランク構造１２ｂを同じ方向に延設する。これら４つのクランク構造１２ａ、１２ｂ、１４ａおよび１４ｂすべてに不連続部のない連続主ジャーナル１６を延設し、これらを相互連結することによって得られるクランクシャフト１０を強化するとともに、曲げ作用や撓み作用に対する耐久性を強くする。なお、第２ジャーナル１８ａ、１８ｂの一つについては、各対のクランク構造１２ａ、１４ａ；１２ｂ、１４ｂ間に延設する。従って、第２ジャーナル１８ａに隣接する主ジャーナル１６ａの対応する部分が第１連結構造に連動し（単ピストン、複ピストンの場合；いずれも図５に図示していない）、主ジャーナル１６ｂおよび他の第２ジャーナル１８ｂの対応する部分が第２連結構造（図示せず）に連動する。なお、２つのピストンを各連結構造２０（例えば図５ｂを参照）に連結する場合には、通常の連結ロッド構成を使用して２つのピストンを係合するさいに必要な同じ長さおよびサイズのクランクシャフトに２倍のピストンを連動させることができる（これは、曲げ作用の問題が顕著になる、２つの別々な連結ロッドを各“行程”（第２ジャーナル）に取り付けない限りにおいてである）。
【００２２】
一体のクランク構造１４ａ、１４ｂを使用して２つの第２ジャーナル１８ａ、１８ｂを係合する代わりに、別体のクランク構造を離間配設することも任意に選択することができる。この場合でも、図６に示すように、連続ジャーナル１６が４つのクランク構造１２ａ、１４ａ；１２ｂ、１４ｂに係合するが、二つの第１構造１２ａ、１４ａは一つの第２ジャーナル１８ａに連動し、２つの第２構造１２ｂ、１４ｂが第２ジャーナル１８ｂに連動する。この場合、主連続軸受けジャーナル１６ａ、１６ｂの部分は、第２ジャーナル１８ａ、１８ｂの対応する部分に隣接していることはいうまでもない。
【００２３】
図６ａ、図６ｂおよび図６ｃは、図６のクランクシャフト１０を対向関係で２つのピストン２８ａ、２８ｂまたは４つのピストン２８ａ、２８ｂ；３０ａ、３０ｂに連動させる方法の実施例を示す図である。即ち、図６は、連続ジャーナル１６と、（クランクシャフト１０の強度をさらに強くすることができる一つの選択肢である図５に示すものよりも広い）ジャーナル１８ａ、１８ｂをそれぞれ支持する複数対の離間クランク構造１２ａ、１４ａとをもつクランクシャフト１０を示す図である。ジャーナル１６、１８ａ、１８ｂを、それぞれが単ピストン２８ａ、２８ｂを一端にもつ２つの連結構造２０ａ、２０ｂに連結する。（対応する燃焼室内で燃焼が生じた後などの）図６ａの場合、ピストン２８ａ、２８ｂは下死点位置に位置し、また（圧縮後、次の爆発前などの）図６ｂの場合、これらピストンは上死点に位置する。２つのピストン２８ａ、３０ａ；２８ｂ、３０ｂを対向関係で同時に駆動し、図３ａ〜図３ｄに示すパターンで各連結構造２０ａ、２０ｂに係合させ、これらを移動させる方法を図６ｃに示す。
【００２４】
上記したように、クランク構造１２、１４はディスク状として構成すればよい。図７に、連続ジャーナル１６にこのような構造を５つ（なお、図示を明瞭にするために１２ａ〜１２ｅで示すが、クランク構造１４が必ず異なることを示唆するものではない）設けた実施態様を示す。各ディスク１２ａ〜１２ｅの中心に連続ジャーナル１６を延設することが好ましい。選択した複数対の隣接ディスク１２ａ〜１２ｅ間に第２ジャーナル１８延設することができ、この場合には、それぞれの周辺領域に係合させるか、あるいはこれらを介して延設するのが好ましい。図８を参照すればよくわかるように、図示の実施態様は、４つの第２ジャーナル１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび１８ｄをもつ（なお、第２ジャーナル１８ｄは、図７では主ジャーナル１６の陰にある）。
【００２５】
なお、図７のこのクランクシャフト１０の場合、それぞれ図２ａまたは図２ｂのいずれかに示す連結構造２０を使用する４つの、あるいは８つのピストンによって駆動することができる。また、存在する各ピストンが運動をクランクシャフト１０に伝達する瞬間は、隣接ディスク１２ａ〜１２ｅ周囲の第２ジャーナル１８ａ〜１８ｅの位置を調節することによって制御することができる。従って、図７の８−８線についての横断面図である図８を参照すればよくわかるように、第２ジャーナル１８ａ、１８ｂ、１８ｃおよび１８ｄ間を９０°にすると（角度αを参照）、ピストンからクランクシャフト１０への運動の伝達に（対向ピストンを使用する場合には、両側を含む）時間のずれが発生する。同様に、ジャーナル１８ａ〜１８ｄを離間しない場合には、（２つのピストンが各連結構造２０に連動する場合には、同様に両側において）対応するピストンがすべて同じ時刻において同じ位置にあることになる。これらの選択肢があると、本発明のクランクシャフト１０を使用する場合に、エンジン設計者の自由度が大きくなる。ディスクまたはアームの代わりに、ディスクの一部で各クランク構造１２または１４を構成しても（なお、図８の一点鎖線を参照）、同じ機能を信頼性高く実現することができる。
【００２６】
従って、図から理解できるように、クランクシャフト１０と連結構造２０を併用すると、従来構成と比較していくつかの利点が得られる構成が実現できる。まず、すべてのクランク構造１２、１４間に延設した第１連続ジャーナル１６、１８によって、従来クランクシャフトの特徴である不連続性がなくなる。この特徴が、選択した隣接複数対のクランク構造１２、１４を連結する第２ジャーナル１８を使用した場合に、クランクシャフト１０の強度をより強くし、運転時の曲げ作用に対する耐久性をいっそう強くする。連結構造２０を使用すると、連結ロッドの必要がなくなり、クランクシャフト１０に作用する振動の量を小さくできる。さらに、各端部にピストンをもつ連結構造と併用すると、単“工程”（即ち、第２ジャーナル）を使用して、両ピストンをクランクシャフト１０に連結できる。これによって、クランクシャフト１０の長さがさらに短く、また全重量が小さくなるため、ピストン２８、３０間の間隙を狭めることできる。
【００２７】
図９に、本発明のクランクシャフト１０および連結構造２０の考えられる別な使用形態を示す。即ち、鋸刃Ｓなどの往復運動装置または工具を駆動する使用形態である。具体的には、速度可変電動モーターＭなどの動機装置を使用して、回転運動を主ジャーナル１６に伝達する。これによって、クランク構造１２、１４が回転し、第２ジャーナル１８を円形パターンで実質的に回転させる。第２ジャーナル１８がチャンネル２６内に保持されているため、連結構造２０が矢印Ｈの方向に往復運動する。これによって、鋸刃Ｓが前後に運動し、（図示していない）被加工物を切断する。（図示しない）案内構造によって鋸刃Ｓを所定位置に保持し、案内することが好ましい。
【００２８】
クランクシャフト１０および連結構造（複数の場合もある）２０を使用して、（Ｖ型エンジンなどのように）一つかそれ以上の単ピストンを単方向に前後駆動する場合には、チャンネル２６の下縁部から延びるプレート２２の部分を制限または省略することができる。このようなプレート２２の実施例を図１０および図１１に示す。これが可能なのは、実験により判明したことだが、連結構造が前後に往復運動するさいに、第２ジャーナル２８が表面２６ａおよび２６ｂにのみ係合するからである。具体的に説明すると、クランクシャフト１０が時計方向に回転し、対応するピストン２８が燃焼室内の爆発の結果として強制的に下降する場合（図４ｂを参照）には、表面２６ｂと第２ジャーナル１８が係合する。クランクシャフト１０が回転を続けると、表面２６ａと第２ジャーナル１８が係合し、ピストン２８が圧縮位置に戻る。
【００２９】
最後に、図１２に示すように、対応する表面２６ａ、２６ｂまたはチャンネル２４，２６に係合する主連続ジャーナル１６および第２ジャーナル１８の一方か両方に軸受け構造４０を設けることも可能である。軸受け構造４０については、形状が正方形でもよく、あるいは円形でもよい。なお、対応するジャーナル１６または１８の一部を受け取る開口を設けておく。軸受け構造４０のサイズについては、チャンネル２４、２６の一つに嵌合する程度の大きさか、あるいは前後に運動するさいに生じるチャンネル２４、２６間の“間隙をブリッジ”するために、かなり大きくてもよい（例えば、長方形か正方形）。また、軸受け構造４０については、耐久時間の長い、摩擦特性や磨耗特性のすぐれた材料で構成するのが好ましい。
【００３０】
以上、本発明を説明してきたが、以上の実施態様に限らず、他の実施態様も自明であり、可能である。例えば、ジャーナル１６、１８については、横断面が円形で、全体としてサイズが同じであることが好ましい。なお、添付図面に示したように、ジャーナル１６、１８については、横断面のサイズが異なっていてもよい（この場合、チャンネル２４、２６が存在する場合には、サイズを同じサイズにし、最少量の遊びをもってジャーナルが運動できるようにする）。各ジャーナルのサイズおよび形状については、具体的な用途における条件などを考慮して最終的に選択すればよい。さらに、以上の実施例は、内燃機関を使用する機械類や往復運動を必要とする工具類に関するものであるが、本発明のクランクシャフト１０および連結プレート２０は、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換することが望ましい多様な用途に応用することができる。また、ピストン数が１、２、４および８の実施例について説明してきたが、単に連結構造２０の数を増やすだけで、任意の数（偶数でもよく奇数でもよい）のピストンを本発明のクランクシャフト１０とともに使用することができる。本明細書に記載したクランクシャフト１０および連結構造２０は、また、直線運動を回転運動に、あるいは回転運動を直線運動に変換する方法と併用することも可能である。
【００３１】
以上の本発明のいくつかの実施態様および態様は、例示および説明のみを目的とするものである。即ち、ここに記載した厳密な構成に本発明を限定する意図はない。これら実施態様は、本発明の原理およびその応用を最良の形で説明することによって、当業者が、具体的な用途に応じて各種実施態様およびその変形態様で本発明を実施できるように選択し、説明したものである。これら実施態様および変形態様は、いずれも、公正、法的および等価的に記載された範囲に従って解釈する場合、特許請求の範囲に記載された発明の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のクランクシャフトの一つの考えられる実施態様を示す斜視図である。
【図２ａ】本発明の連結構造の一つの考えられる実施態様を示す全体的な正面図である。
【図２ｂ】２つの対向ピストンを有する以外は、図２ａに示した連結構造と同様な連結構造を示す全体的な正面図である。
【図３】図３ａ〜図３ｄは、クランクシャフトおよび単連結構造の動作モードを示す動作図である。
【図４ａ】本発明のクランクシャフトおよび連結構造を使用することができる一つの考えられる環境を示す概略側面図である。
【図４ｂ】本発明のクランクシャフトおよび連結構造を使用することができるもう一つの考えられる実施態様を示す概略側面図である。
【図５】２つのピストンまたは４つのピストンによって駆動されている状態を示すクランクシャフトのもう一つの考えられる実施態様の斜視図である。
【図６】図５のクランクシャフトの別な実施態様を示す図である。
【図６ａ】さらに異なる動作状態にある図６の実施態様と同様なクランクシャフトを示す異なる図である。
【図６ｂ】さらに異なる動作状態にある図６の実施態様と同様なクランクシャフトを示す異なる図である。
【図６ｃ】さらに異なる動作状態にある図６の実施態様と同様なクランクシャフトを示す異なる図である。
【図７】本発明のクランクシャフトのさらに別な実施態様を示す側面図である。
【図８】図７の線８−８についての部分横断面図である。
【図９】本発明のクランクシャフトおよび連結構造の別な応用例を示すやや拡大した斜視図である。
【図１０】連結構造のさらに別な実施態様を示す全体的な正面図である。
【図１１】連結構造のさらに別な実施態様を示す全体的な正面図である。
【図１２】本発明のクランクシャフトの使用が考えられる軸受け構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：クランクシャフト、
１２：クランク構造、
１４：クランク構造、
１６：主ジャーナル、
１８：偏心ジャーナル。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501204.tif 000033
【国際調査報告】
2005501204.tif 000034
2005501204.tif 000035