(57)【要約】  【課題】  ピストンの直動運動をより効率的に回転運動に変換できる内燃機関を提供すること。  【解決手段】  本発明の内燃機関によれば、螺旋状の往動溝及び復動溝を閉ループ状に繋げた螺旋循環溝を直動回転変換溝として回転出力軸の外周面に凹設し、この直動回転変換溝にスライダ部材を係合した状態のまま、このスライダ部材をピストンを連結することで、ピストンが往復移動を回転出力軸の回転力に変換できる。特に、往動溝及び復動溝の螺旋周回数（回転出力軸の外周回りを螺旋状に周回する回数（例えば１以上の自然数。）をいう。以下同じ。）が１周回以上であれば、ピストンが往動又は復動することで、回転出力軸は、往動時及び復動時にそれぞれ１回転以上、即ち、ピストンの１往復動作（２行程）で２回転以上できることになる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有したシリンダと、そのシリンダの内周部で往復摺動自在なピストンと、そのピストンの往復移動により回転駆動される回転出力軸とを備えている内燃機関において、
前記ピストンと一体となって前記回転出力軸の軸方向に一致する方向に往復移動するスライダ部材と、
そのスライダ部材又は回転出力軸の一方に、その軸方向一端側から他端側へ向かって螺旋状に連続している往動溝とその往動溝の前記軸方向両端部に連通接続され当該往動溝に対して反対回りで当該軸方向一端側から他端側へ向かって螺旋状に連続している復動溝とを繋げてできる螺旋循環溝が１本、又は、その軸回りに等角間隔で位置を違えて２本以上設けられる直動回転変換溝と、
その直動回転変換溝の螺旋循環溝に係合した状態で前記スライダ部材又は回転出力軸の他方に設けられる１又は２以上の係合部材と、
その係合部材又は直動回転変換溝が設けられた前記スライダ部材の軸回りの回転を規制し且つ当該スライダ部材の往復移動を許容してその往復移動をガイドするガイド部材とを備えており、
そのガイド部材によりガイドされている前記スライダ部材が前記ピストンと一体となって往復移動することによって前記係合部材が前記直動回転変換溝の螺旋循環溝に沿って前記軸方向一端側と他端側との間を相対的に往復移動され、且つ、その係合部材の前記螺旋循環溝に沿った相対的往復移動によって前記回転出力軸を回転駆動するものであることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
内周面が円柱状をした前記シリンダと、
そのシリンダ内を往復摺動自在に内嵌される外周面が円柱状をした前記ピストンとを備えていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記スライダ部材が前記回転出力軸の内周部に、又は、前記回転出力軸が前記スライダ部材の内周部に挿脱可能に配設されており、
そのスライダ部材又は回転出力軸のうち内側配設されるものに前記直動回転変換溝又は係合部材の一方が設けられており、
そのスライダ部材又は回転出力軸のうち外側配設されるものに前記直動回転変換溝又は係合部材の他方が設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関。
【請求項４】
前記係合部材の先端部は半球状に形成されており、前記螺旋循環溝は断面視半円弧状をした溝底形状を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関が多気筒型内燃機関であって、その各気筒の前記回転出力軸の回転が伝達されるエンジン主軸と、そのエンジン主軸に各気筒の前記回転出力軸の回転を伝達する伝達機構とを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関における前記回転出力軸に取着され、又は、請求項５記載の内燃機関における前記エンジン主軸に取着されるフライホイールを備えていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室を有したシリンダと、そのシリンダの内周部で往復摺動自在なピストンとを有した内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の４サイクル内燃機関では、ピストンの上下往復動をコネクティングロッド（連接棒）を介して、エンジン主軸となるクランクシャフト（クランク軸）の回転運動に変換するという直動回転変換機構を、一般的に広く採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１７８０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の直動回転変換機構では、４サイクル内燃機関が吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を実行する際に、ピストンが上死点及び下死点間を２回往復して、その間にクランクシャフトは２回転することとなる。
【０００５】
つまり、このような４サイクル内燃機関では、一般的にピストンが１回往復移動（２行程に相当する。）することで、クランクシャフトを１回転させるものであるため、直動運動を回転運動に変換する効率をこれ以上向上できないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ピストンの直動運動をより効率的に回転運動に変換できる内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために第１発明の内燃機関は、燃焼室を有したシリンダと、そのシリンダの内周部で往復摺動自在なピストンと、そのピストンの往復移動により回転駆動される回転出力軸とを備えており、前記ピストンと一体となって前記回転出力軸の軸方向に一致する方向に往復移動するスライダ部材と、そのスライダ部材又は回転出力軸の一方に、その軸方向一端側から他端側へ向かって螺旋状に連続している往動溝とその往動溝の前記軸方向両端部に連通接続され当該往動溝に対して反対回りで当該軸方向一端側から他端側へ向かって螺旋状に連続している復動溝とを繋げてできる螺旋循環溝が１本、又は、その軸回りに等角間隔で位置を違えて２本以上設けられる直動回転変換溝と、その直動回転変換溝の螺旋循環溝に係合した状態で前記スライダ部材又は回転出力軸の他方に設けられる１又は２以上の係合部材と、その係合部材又は直動回転変換溝が設けられた前記スライダ部材の軸回りの回転を規制し且つ当該スライダ部材の往復移動を許容してその往復移動をガイドするガイド部材とを備えており、そのガイド部材によりガイドされている前記スライダ部材が前記ピストンと一体となって往復移動することによって前記係合部材が前記直動回転変換溝の螺旋循環溝に沿って前記軸方向一端側と他端側との間を相対的に往復移動され、且つ、その係合部材の前記螺旋循環溝に沿った相対的往復移動によって前記回転出力軸を回転駆動するものである。
【０００８】
第２発明の内燃機関は、第１発明の内燃機関において、内周面が円柱状をした前記シリンダと、そのシリンダ内を往復摺動自在に内嵌される外周面が円柱状をした前記ピストンとを備えている。
【０００９】
第３発明の内燃機関は、第１又は第２発明の内燃機関において、前記スライダ部材が前記回転出力軸の内周部に、又は、前記回転出力軸が前記スライダ部材の内周部に挿脱可能に配設されており、そのスライダ部材又は回転出力軸のうち内側配設されるものに前記直動回転変換溝又は係合部材の一方が設けられており、そのスライダ部材又は回転出力軸のうち外側配設されるものに前記直動回転変換溝又は係合部材の他方が設けられる。
【００１０】
第４発明の内燃機関は、第１から第３発明のいずれかの内燃機関において、前記係合部材の先端部は半球状に形成されており、前記螺旋循環溝は断面視半円弧状をした溝底形状を有する。
【００１１】
第５発明の内燃機関は、第１から第４発明のいずれかの内燃機関において、前記内燃機関が多気筒型内燃機関であって、その各気筒の前記回転出力軸の回転が伝達されるエンジン主軸と、そのエンジン主軸に各気筒の前記回転出力軸の回転を伝達する伝達機構とを備えている。
【００１２】
第６発明の内燃機関は、第１から第４発明のいずれかの内燃機関における前記回転出力軸に取着され、又は、第５発明の内燃機関における前記エンジン主軸に取着されるフライホイールを備えている。
【００１３】
本発明の内燃機関によれば、直動回転変換溝が１又は２以上の螺旋循環溝を有し、この螺旋循環溝がスライダ部材又は回転出力軸のうち一方の軸回りにその軸方向一端部から他端部に向かって螺旋状に設けられた往動溝と当該軸方向一端部から他端部に向かって往動溝とは反対回りの螺旋状に設けられた復動溝とを当該軸方向両端部で繋げた閉ループ状の溝であることから、この螺旋循環溝に係合される係合部材をスライダ部材又は回転出力軸の他方に設けてスライダ部材をピストンに連結することで、ピストンと一緒に往復移動するスライダ部材の直動運動を回転出力軸の回転運動に変換できる。
【００１４】
ここで、ピストンと一緒にスライダ部材が往動する場合は、直動回転変換溝に係合した係合部材が螺旋循環溝の往動溝内をスライダ部材又は回転出力軸の軸方向一端側から他端側へ向かって相対的に移動することで、回転出力軸が一定方向に回転される。
【００１５】
これに対しピストンと一緒にスライダ部材が復動する場合は、直動回転変換溝に係合した係合部材が螺旋循環溝の復動溝内をスライダ部材又は回転出力軸の軸方向他端側から一端側へ向かって相対的に移動することで、更に、回転出力軸が一定方向に回転される。つまり、ピストンの往復移動によって回転出力軸は同じ方向に続けて回転させられる。
【００１６】
特に、往動溝及び復動溝の螺旋周回数（溝がスライダ部材又は回転出力軸の軸回りを螺旋状に周回する回数（例えば１以上の自然数。）をいう。以下同じ。）が１周回以上である場合、ピストンの往動及び復動によって、回転出力軸は往動時及び復動時にそれぞれ１回転以上することとなり、結果、ピストンの１往復動作（２行程）で２回転以上できることとなる。換言すると、往動溝の螺旋周回数と復動溝の螺旋周回数との合計が、ピストンが１往復する際の回転出力軸の回転数に相当することとなる。
【００１７】
したがって、本発明の内燃機関によれば、ピストンが４サイクルの１行程（１サイクル）分の動作をする場合に回転出力軸を１回転以上させることができるので、従来のコネクティングロッド及びクランクシャフトを用いた直動回転変換機構による場合がピストンの１サイクル分の動作でクランクシャフトが１／２回転であることに比べて、ピストンの直動運動をより効率的に回転出力軸の回転運動に変換できることになる。
【００１８】
また、スライダ部材は、その軸方向に向かってする往復移動がガイド部材を介してガイドされるとともに、このガイド部材を介してその軸回りでの回転が規制されるので、当該スライダ部材が回転出力軸と一緒になって回転することを防止できる。したがって、スライダ部材がその軸回りで回転することがなく、結果、スライダ部材と連結されているピストンがシリンダ内で空転することも防止できる。
【００１９】
このため、シリンダ内でのピストンの空転を防止するため、わざわざシリンダ内周及びピストンを楕円筒状などの非円筒状に形成することも不要となるので、シリンダ及びピストンが非円筒状であることに起因する不均一な熱膨張を防止できる。
【００２０】
なお、例えば、往動溝の螺旋周回数と復動溝の螺旋周回数とが必ずしも一致する必要はなく、異なっていても良く、例えば、往動溝の螺旋周回数を２周回として復動溝の螺旋周回数を１周回とするならば、ピストンが１往動するときに回転出力軸は２回転し、ピストンが１復動する場合に回転出力軸は１回転することとなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の内燃機関によれば、直動回転変換溝の螺旋循環溝の螺旋周回数を適宜設定することによって、ピストンの往復（２サイクル（２行程））動作に対する回転出力軸の回転数を１回転を超えるものにすることができ、従来のコネクティングロッド及びクランクシャフトを用いた直動回転変換機構によってピストンの往復動作をクランクシャフトの１回転に変換するものに比べて、ピストンの直動運動をより効率的に回転運動に変換できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の内燃機関の一実施例である４気筒型４サイクル内燃機関の内部構造を示した断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図４】エンジンのバルブシステムの構造図である。
【図５】シリンダヘッド内のバルブシステムの配置図である。
【図６】回転出力軸の側面図であって、一対の係合突起と直動回転変換溝との係合状態を図示したものである。
【図７】任意のカムシャフトが９０°ずつ回転した状態を示した説明図である。
【図８】各気筒の行程とエンジン主軸の回転角度との関係を示した図である。
【図９】第２実施例のエンジンの断面図である。
【図１０】第２実施例のエンジンの内部構造を部分的に図示した断面図である。
【図１１】第３実施例のエンジンの一対の係合突起と直動回転変換溝との係合状態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。本実施形態の内燃機関１は、燃焼室２を有したシリンダ（気筒）３と、そのシリンダ３の内周部で往復摺動自在なピストン４と、そのピストン４の往復移動により回転駆動される回転出力軸５とを備えており、更に、スライダ部材６と、直動回転変換溝７と、係合部材８と、ガイド部材９とを備えている。
【００２４】
直動回転変換溝７は、回転出力軸５の外周部に設けられている。直動回転変換溝７は、２本の螺旋循環溝７ａ，７ｂを有している。２本の螺旋循環溝７ａ，７ｂは、回転出力軸５の外周方向に等角（１８０°）間隔で位置を違えて設けられている。なお、２本の螺旋循環溝７ａ，７ｂはいずれも回転出力軸５の外周を螺旋状に周回するため互いに交差する箇所がある。
【００２５】
なお、直動回転変換溝７の螺旋循環溝の条数（本数）は、必ずしも２本である必要はなく、例えば、１又は３本以上であっても良い。螺旋循環溝が３本以上ある場合も同様に、各々の螺旋循環溝は回転出力軸５の軸回り（外周方向）に等角間隔で位置を違えて設けられるところ、例えば、螺旋循環溝が３本である場合は、各々の螺旋循環溝が回転出力軸５の外周方向に１２０°間隔で位置を違えて設けられる格好となる。
【００２６】
螺旋循環溝７ａ，７ｂは、ピストン４及びスライダ部材６が往動する場合に係合部材８が通過する往動溝７ｃと、ピストン４及びスライダ部材６が復動する場合に係合部材８が通過する復動溝７ｄとが回転出力軸５の軸方向両端部で繋がることで閉ループ状の循環溝となっている。なお、螺旋周回数が１／２以上である場合は、１つの螺旋循環溝７ａ，７ｂの往動溝７ｃと復動溝７ｄとが回転出力軸５の外周部で互いに交差する箇所が１以上できることとなる。
【００２７】
往動溝７ｃは、回転出力軸５の軸方向一端側から他端側へ向かって螺旋状に連続形成されている。復動溝７ｄは、往動溝７ｃに対して反対回りで回転出力軸５の軸方向一端側から他端側へ向かって螺旋状に連続形成されている。また、互いに対をなす往動溝７ｃおよび復動溝７ｄ同士は、回転出力軸５の軸方向両端部にて互いに連通接続されることで閉ループ状に形成されている。
【００２８】
回転出力軸５は、スライダ部材６の内周部６ａに挿脱可能に配設されている。スライダ部材６と回転出力部材とのうち内側配設されるものである回転出力軸５には、上記したように直動回転変換溝７が設けられており、スライダ部材６と回転出力軸５とのうち外側配設されるものであるスライダ部材６には係合部材８が設けられている。
【００２９】
スライダ部材６は、ピストン４の基端部に一体に連結されており、このピストン４と一緒になって回転出力軸５の軸方向に一致する方向に往復移動するようになっている。このスライダ部材６には２個の係合部材８，８が設けられており、この係合部材８，８の各々が直動回転変換溝７にある２本の螺旋循環溝７ａ，７ｂの各々に係合されている。
【００３０】
ガイド部材９は、スライダ部材６の軸回りの回転を規制する回転規制手段である。ただし、このガイド部材９は、スライダ部材６が回転出力軸５の軸方向に一致する方向への往復移動を許容するとともに、このスライダ部材６の往復移動をガイド（誘導）するものでもある。
【００３１】
このようにスライダ部材６はガイド部材９により回転規制されているが、回転出力軸５は、回転自在（自転可能）となっている。回転出力軸５は、その外周部に設けられている直動回転変換溝７の螺旋循環溝７ａ，７ｂに対し、上記したスライダ部材６に設けられている係合部材８，８が係合された状態となっている。この係合部材８，８と螺旋循環溝７ａ，７ｂとを係合させたまま、スライダ部材６がピストン４と一体となって往復移動することによって、回転出力軸５は回転駆動される。
【００３２】
なお、シリンダ３は、その内周面が円柱状をしており、ピストン４は、その外周面がシリンダ３の内周面に適合した円柱状をしている。ピストン４は、シリンダ３の内周部に往復摺動自在に内嵌されている。
【００３３】
２個の係合部材８，８は、直動回転変換溝７の螺旋循環溝７ａ，７ｂ内に係合される先端部が半球状に形成されており、螺旋循環溝７ａ，７ｂは断面視半円弧状をした溝底形状を有している。係合部材８，８は、スライダ部材６の内周部６ａから回転出力軸５の外周部へ向かって凸設されている。また、スライダ部材６は、この２個の係合部材８，８を支持する支持する部材でもあり、２個の係合部材８，８をスライダ部材６の周方向に等角間隔で支持している。また、スライダ部材６はピストン４の底部に連結固定されている。
【００３４】
なお、係合部材の数は、必ずしも２個である必要はなく、例えば１又は３個以上であっても良く、係合部材が３個以上ある場合は、螺旋循環溝の条数（本数）も３本となる。また、係合部材が３個以上ある場合は、各々の係合部材が回転出力軸５の周囲に等角間隔で位置を違えて凸設される。例えば、係合部材が３個である場合は、各々の係合部材が回転出力軸５の周囲に１２０°間隔で位置を違えて凸設される。
【００３５】
スライダ部材６は、回転出力軸５に外嵌可能に形成される筒状又は環状に形成されている。このスライダ部材６の内周部６ａには、その周方向に等角間隔で２個の係合部材８，８が回転出力軸５の外周面に向かって凸設されている。
【００３６】
また、スライダ部材６の内周部６ａには、回転出力軸５が挿脱自在に係入されており、スライダ部材６がピストン４と一緒に往復移動する場合、２個の係合部材８，８および直動回転変換溝７の２本の螺旋循環溝７ａ，７ｂの係合を介して、スライダ部材６の内周部６ａで回転出力軸５が回転されるようになっている。
【００３７】
さらに、内燃機関１は、気筒数が２気筒以上の多気筒内燃機関であっても良い。このように内燃機関１が多気筒である場合、各気筒の回転出力軸５の回転（力）は、伝達機構１１を介してエンジン主軸１０に伝達される。このエンジン主軸１０を介して内燃機関１の回転動力はパワートレインなどの外部装置へと出力される。
【００３８】
ところで、内燃機関１が単気筒の場合は、回転出力軸５自体をエンジン主軸１０として、これにフライホイール１２を取着しても良く、内燃機関１が２気筒以上の多気筒である場合は、伝達機構１１を介して回転出力軸５の回転力が伝達されるエンジン主軸１０にフライホイール１２を取着するようにしても良い。このように、フライホイール１２を取着することによって、エンジン主軸１０の回転慣性の安定化が図られる。
【００３９】
ここまで本発明の内燃機関１の実施形態について説明したが、本発明は必ずしもこの実施形態に限定されるものではない。ここで、上記実施形態では、
（１）スライダ部材６の内周部６ａに回転出力軸５を挿脱自在に配設した上で、その回転出力軸５の外周部に直動回転変換溝７を、スライダ部材６の内周部６ａに係合部材８，８を、それぞれ設けているが、例えば、
（２）スライダ部材６の内周部６ａに回転出力軸５を挿脱自在に配設した上で、その回転出力軸５の外周部に係合部材８，８を、スライダ部材６の内周部６ａに直動回転変換溝７を、それぞれ設けるようにしても良く、
（３）回転出力軸５の内周部にスライダ部材６を挿脱自在に配設した上で、そのスライダ部材６の外周部に直動回転変換溝７を、回転出力軸５の内周部に係合部材８，８を、それぞれ設けるようにしても良く、
（４）回転出力軸５の内周部にスライダ部材６を挿脱自在に配設した上で、そのスライダ部材６の外周部に係合部材８，８を、回転出力軸５の内周部に直動回転変換溝７を、それぞれ設けるようにしても良い。
【実施例１】
【００４０】
図１は、本発明の内燃機関１の一実施例である４気筒型４サイクル内燃機関１（以下単に「エンジン」という。）の内部構造を示した断面図である。図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１３と、シリンダヘッド１４と、ロータブロック１５と、ロータカバー１６とを備えている。
【００４１】
シリンダブロック１３の先端側にはシリンダヘッド１４が、シリンダブロック１３の基端側にはロータブロック１５が、ロータブロック１５の基端側にはロータカバー１６が、それぞれボルトナットなどの締結具を介して締結固定されている。シリンダブロック１３とシリンダヘッド１４との間、シリンダブロック１３とロータブロック１５との間、及び、ロータブロック１５とロータカバー１６との間にはガスケット１７が介装されている。
【００４２】
シリンダブロック１３には、４気筒分のシリンダ３が設けられ、シリンダヘッド１４には、各シリンダ３に対応つけて吸排気バルブ１８，１９が配設され、この吸排気バルブ１８，１９の動作によって吸気口２０及び排気口２１が開閉される。シリンダブロック１３における各シリンダ３の周囲にはシリンダ周壁部２２を隔てて冷却液の循環用通路であるウォータジャケット２３が設けられている。
【００４３】
ピストン４は、シリンダ３内に往復摺動可能に内嵌されている。このピストン４の外周形状は円柱状に、シリンダ３の内周には円柱状の空間が、それぞれ形成されている。ピストン４の先端外周には環状のピストンリング２４が複数嵌着されている。ピストン４の基端部にはスライダロッド６が同軸連結されている。スライダロッド６の先端部には雄ねじ部６ｃが形成されており、この雄ねじ部６ｃがピストン４の基端部に螺入連結されている。
【００４４】
スライダロッド６は、その外径がシリンダ３の内径に比べて小さく形成されており、シリンダ３内に遊挿可能となっている。また、スライダロッド６の内周部には、スライダロッド６と同軸配置される回転出力軸５が挿脱可能な内周穴６ａが形成されている。スライダロッド６の内周穴６ａは、スライダロッド６の基端面中央にある円形状の開口から、スライダロッド６の先端部へ向けて円柱状の空間を形成している。
【００４５】
スライダロッド６の基端外周からはアーム部６ｂが外方に延設されており、このアーム部６ｂには、当該アーム部６ｂの厚さ方向にガイドロッド９が係入貫通されている。ガイドロッド９は、１気筒（１個）当たりのスライダロッド６に対して４本配設されており、本実施例の４気筒型内燃機関１の場合は１６本のガイドロッド９が使用されている。
【００４６】
ガイドロッド９は、その軸心がピストン４、スライダロッド６及び、回転出力軸５と同軸方向を向いており、スライダロッド６のアーム部６ｂがガイドロッド９の軸方向に往復摺動自在となっている。ガイドロッド９は、その軸方向一端側がシリンダブロック１３に、その軸方向他端側がロータブロック１５の基端部に、それぞれ固定されている。
【００４７】
緩衝弾性スプリング２５は、圧縮コイルスプリングであり、各ガイドロッド９の外周に２個ずつ巻着されている。緩衝弾性スプリング２５は、スライダロッド６のアーム部６ｂを挟んでガイドロッド９の軸方向一端側と他端側とにそれぞれ巻着されている。
【００４８】
各ガイドロッド９に巻着される２個の緩衝弾性スプリング２５，２５のうち、一方の緩衝弾性スプリング２５は、ガイドロッド９の軸方向一端側にあり、スライダロッド６側端部が自由端となり、シリンダブロック１３側端部がシリンダブロック１３に固定された固定端となっている。また、他方の緩衝弾性スプリング２５は、スライダロッド６側端部が自由端となり、ロータカバー１６側端部がロータブロック１５に固定された固定端となっている。
【００４９】
このため、スライダロッド６が往復移動する場合、回転出力軸５の軸方向一端側及び他端側では、スライダロッド６のアーム部６ｂが緩衝弾性スプリング２５を押圧して圧縮変形させることとなるので、この圧縮変形に伴う緩衝弾性スプリング２５の弾性復元力を介して、スライダロッド６の減速及び緩衝がなされる。
【００５０】
２個の係合突起８，８は、スライダロッド６の内周面から内方に向かって凸設されている。係合突起８，８の半球状をした先端部は、螺旋循環溝７ａ，７ｂの溝断面の断面視半円状に合致した形状をしており、直動回転変換溝７の各螺旋循環溝７ａ，７ｂに係合されている。係合突起８の軸部は、スライダロッド６の円筒軸の周壁を貫通している。係合突起８，８は、その軸部に螺嵌した係止ナット２６により、スライダロッド６の円筒軸の周壁に締着されている。係合突起８の先端部には抜け防止用のフランジ８ａが周設されている。
【００５１】
回転出力軸５は、円柱状の第１軸部５ａおよび第２軸部５ｂが同軸状に連設した段付き軸であり、その第１軸部５ａの外周面に２条の螺旋循環溝７ａ，７ｂが凹設されている。螺旋循環溝７ａ，７ｂの螺旋周回数はいずれも１周回となっている。つまり、ピストン４が１行程（往動又は復動１回分）移動することで、回転出力軸５が１回転するようになっている。係合突起８，８はスライダロッド６の周方向に１８０°位置を違えて配設されており、螺旋循環溝７ａ，７ｂも同様に回転出力軸５の周方向に１８０°位置を違えて凹設されている。
【００５２】
回転出力軸５の第１軸部５ａは、係合突起８，８を介してスライダロッド６に連結されており、回転出力軸５の第２軸部５ｂは、軸受を介してロータブロック１５に回転自在に軸支されている。ロータブロック１５には、各気筒の回転出力軸５を貫通支持するボス部１５ａが形成されている。
【００５３】
第２軸部５ｂはロータブロック１５のボス部１５ａを貫通しており、その軸方向両端部にロータブロック１５からの抜脱を防止するストッパカラー２７が各々固定されている。この各ストッパカラー２７がロータブロック１５と衝合してロータブロック１５を挟み込むことで回転出力軸５がロータブロック１５に対して位置決めされている。
【００５４】
伝達機構１１は、互いに歯合する原動ギア１１ａと従動ギア１１ｂとを備えている。原動ギア１１ａは、回転出力軸５の第２軸部５ｂ側の端部に軸着された平歯車であり、従動ギア１１ｂは、エンジン主軸１０の基端部に軸着された平歯車である。この原動ギア１１ａは回転出力軸５の回転をエンジン主軸１０に伝達するための平歯車である。回転出力軸５が回転する原動ギア１１ａ及び従動ギア１１ｂを介してエンジン主軸１０が回転される。
【００５５】
エンジン主軸１０は、各気筒部の中央位置に配設されている。エンジン主軸１０は、その先端がシリンダブロック１３を貫通してシリンダヘッド１４にまで延出されており、その基端部はロータブロック１５から外方へ突出されている。ロータブロック１５は、その基端側にあるボス部１５ａがロータカバー１６により被包されている。エンジン主軸１０は、ロータブロック１５及びロータカバー１６を貫通して外方へ突出されており、パワートレイン（外部装置）（図示せず）に接続されている。
【００５６】
このエンジン主軸１０は、シリンダブロック１３及びシリンダヘッド１４をも貫通して配設されており、シリンダヘッド１４、ロータブロック１５及びロータカバー１６に軸受を介して回転自在に軸支されている。ロータカバー１６内には大径状のフライホイール１２が配設されており、このフライホイール１２はエンジン主軸１０に軸着されている。
【００５７】
図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。図２に示すように、シリンダ３はシリンダブロック１３の中心回りに等角間隔で配置されており、このシリンダブロック１３の中心をエンジン主軸１０が貫通している。各シリンダ３はいずれもエンジン主軸１０の中心から等距離の位置に設けられ、エンジン主軸１０を中心にした円周上に各シリンダ３を配置することで、シリンダ３の配置スペースの狭小化を図っている。
【００５８】
スライダロッド６の外周からは４本のアーム部６ｂが延設されている。アーム部６ｂはスライダロッド６の周方向に等角間隔で形成されており、その先端部にガイドロッド９が貫通している。４本のガイドロッド９は、スライダロッド６の軸心を中心とした同一円周上に等角間隔で配置されている。２個の係合突起８，８は、スライダロッド６の外周部に等角間隔で配置されており、互いに対向位置に固定されている。
【００５９】
スライダロッド６の内周穴６ａ内には、回転出力軸５の第１軸部５ａが遊挿されており、この第１軸部５ａに凹設される直動回転変換溝７の各螺旋循環溝７ａ，７ｂにそれぞれ係合突起８，８が係合されている。スライダロッド６の奥側にはロータブロック１５が配設されており、ロータブロック１５の更に奥側には原動ギア１１ａ及び従動ギア１１ｂが配設されている。原動ギア１１ａは従動ギア１１ｂの周囲に遊星状に配設されている。
【００６０】
原動ギア１１ａ及び従動ギア１１ｂはいずれも仕様（歯形、モジュール、歯数、圧力角、基準ピッチ円直径、歯厚などをいう。）が同一の平歯車である。このため、各原動ギア１１ａの回転数は、従動ギア１１ｂに同一回転数にて伝達されることとなり、各回転出力軸５の回転は増速及び減速されることなくエンジン主軸１０に伝達される。ただし、各回転出力軸５の回転方向は一致しており、エンジン主軸１０の回転方向は各回転出力軸５とは反対方向に回転される。
【００６１】
図３は、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。図３に示すように、シリンダブロック１３には、各シリンダ３の周囲にウォータジャケット２３が形成されており、このウォータジャケット２３を避けてガイドロッド９の端部が固定されている。
【００６２】
図４は、エンジン１のバルブシステム３０の構造図である。図４に示すように、バルブシステム３０は、シリンダヘッド１４に装着されるシリンダヘッド１４内に収容されており、図示しないカムハウジングに搭載されている。なお、図４では、ＳＯＨＣ系の直動式バルブシステム３０について説明する。
【００６３】
この直動式バルブシステム３０は、主に、エンジン主軸１０に軸着されるタイミングギア列３１の第１ギア３１ａに加えて、エンジン１の各気筒毎に備わる吸気バルブ１８及び排気バルブ１９と、タペット（バルブリフター）３２と、カムシャフト３３と、タイミングギア列３１の第２〜第４ギア３１ｂ〜３１ｄとを備えている。このバルブシステム３０は、エンジン主軸１０の回転を、タイミングギア列３１を介してカムシャフト３３に伝達し、このカムシャフト３３の回転をタペット３２を介して吸気バルブ１８及び排気バルブ１９に伝達して、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９を交互に開閉させるものである。
【００６４】
吸気バルブ１８及び排気バルブ１９のバルブシステム３０にはバルブスプリング３４が巻着されており、バルブシステム３０の上端にはタペット３２が取着されている。バルブスプリング３４は、シリンダヘッド１４とタペット３２との間に圧縮状態で介装されており、バルブ１８，１９の傘部を吸気口２０及び排気口２１の開口縁に圧接させる付勢力を付与している。
【００６５】
タイミングギア列３１は、エンジン主軸１０の回転をカムシャフト３３に伝達して吸気バルブ１８及び排気バルブ１９の開閉タイミングを調整するものであり、エンジン主軸１０の１回転につき、カムシャフト３３を１／４回転させるため、タイミングギア列３１の減速比は１／４となっている。このタイミングギア列３１は、エンジン主軸１０に軸着される平歯車の第１ギア３１ａと、これに歯合される平歯車の第２ギア３１ｂと、これと同一の回転軸に軸着されるかさ歯歯車の第３ギア３１ｃと、これに歯合されカムシャフト３３に軸着されるかさ歯歯車の第４ギア３１ｄとを備えている。
【００６６】
図５は、シリンダヘッド１４内のバルブシステム３０の配置図であり、各気筒に配設される点火プラグの図示を省略している。図５に示すように、バルブシステム３０は、シリンダヘッド１４の中央部にエンジン主軸１０に軸着された第１ギア３１ａを備えており、この第１ギア３１ａに各気筒の第２ギア３１ｂが歯合されている。
【００６７】
タイミングギア列３１の４つの第２ギア３１ｂは、第１ギア３１ａを中心とした円周上に等角間隔で遊星状に配置されている。各第２ギア３１ｂの回転軸には第３ギア３１ｃが軸着されており、各第３ギア３１ｃには第４ギア３１ｄが歯合されている。そして、各第４ギア３１ｄは、各気筒のカムシャフト３３に軸着されている。
【００６８】
各カムシャフト３３には、吸気カム３３ａと排気カム３３ｂとが一体形成されており、吸気カム３３ａは吸気バルブ１８のタペット３２に、排気カム３３ｂは排気バルブ１９のタペット３２に、バルブスプリング３４の付勢力を介して各々圧接されている。また、吸気口２０及び排気口２１の配置方式は、互いにシリンダ３の直径方向に対向したクロスフロー方式となっている。
【００６９】
図６を参照して、一対の係合突起８，８と直動回転変換溝７とを用いてピストン４の直動運動を回転出力軸５の回転運動に変換する過程について説明する。図６は、回転出力軸５の側面図であって、一対の係合突起８，８と直動回転変換溝７との係合状態を図示したものである。特に、図６（ａ）〜図６（ｅ）は、回転出力軸５が９０°ずつ回転した状態を図示したものである。
【００７０】
なお、便宜上、図６及びその説明では、上記した螺旋循環溝７ａ，７ｂに係合される係合突起８，８に関し、螺旋循環溝７ａに係合されるものを「係合突起８Ａ」と表記し、螺旋循環溝７ｂに係合されるものを「係合突起８Ｂ」と表記するものとする。
【００７１】
図６（ａ）に示すように、一対の係合突起８Ａ，８Ｂは、その位置が回転出力軸５の周方向に１８０°違っており、一方の係合突起８Ａが回転出力軸５の上側面（図６下側）に、他方の係合突起８Ｂが回転出力軸５の下側面（図６上側）に、それぞれ位置している。
【００７２】
なお、本実施例のエンジン１では、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６に固定され、かつ、スライダロッド６が４本のガイドロッド９により回転規制されているため、図６に示した一対の係合突起８Ａ，８Ｂの上下位置関係は変化しない。また、スライダロッド６はピストン４と一緒に図６の左右方向へ往復移動するため、一対の係合突起８Ａ，８Ｂはスライダロッド６と一緒に図６の左右方向へ移動するのに対し、回転出力軸５は、その軸方向の動きがロータブロック１５及びストッパカラー２７を介して規制されている。
【００７３】
図６に示すように、ピストン４の移動に伴ってスライダロッド６が往動方向（図６の矢印Ｘ１方向）に移動し、一対の係合突起８Ａ，８Ｂが図６（ａ）の位置から図６（ｂ）の位置まで移動（往動）すると、回転出力軸５が９０°回転される。続けて、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６の移動によって図６（ｂ）の位置から図６（ｃ）の位置まで移動（往動）すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から１８０°に相当する。）回転される。
【００７４】
更に続けて、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６の往動によって図６（ｃ）の位置から図６（ｄ）の位置まで移動（往動）すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から２７０°に相当する。）回転される。それから更に、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６の往動によって図６（ｄ）の位置から図６（ｅ）の位置まで移動（往動）すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から３６０°に相当する。）回転される。
【００７５】
つまり、スライダロッド６及び一対の係合突起８Ａ，８Ｂが直動回転変換溝７の往動溝７ｃ，７ｃを一端側（図６左側）から他端側（図６右側）まで移動することによって、回転出力軸５は３６０°回転されることとなる。
【００７６】
その後、ピストン４の移動に伴ってスライダロッド６が復動方向（図６の矢印Ｘ２方向）に移動し、一対の係合突起８Ａ，８Ｂが図６（ｅ）の位置から図６（ｄ）の位置まで移動（復動）すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から４５０°に相当する。）回転される。続けて、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６の移動によって図６（ｄ）の位置から図６（ｃ）の位置まで移動（復動）すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から５４０°に相当する。）回転される。
【００７７】
更に続けて、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６の復動によって図６（ｃ）の位置から図６（ｂ）の位置まで移動（復動）すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から６３０°に相当する。）回転される。それから更に、一対の係合突起８Ａ，８Ｂがスライダロッド６の復動によって図６（ｂ）の位置から図６（ａ）の位置まで移動（復動）して、最初の位置に復帰すると、回転出力軸５が更に９０°（図６（ａ）の位置から７２０°に相当する。）回転される。
【００７８】
つまり、スライダロッド６及び一対の係合突起８Ａ，８Ｂが直動回転変換溝７の復動溝７ｄ，７ｄを一端側（図６右側）から他端側（図６左側）まで移動することによって、回転出力軸５は更に３６０°回転されることとなる。この結果、ピストン４が２行程（２サイクル）動作して１往復移動することによって、回転出力軸５が２回転されることとなる。
【００７９】
図７を参照して、任意のピストン４が４サイクル（吸気行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程）動作する場合、即ち、スライダロッド６が２往復移動する場合にするカムシャフト３３の１回転動作について説明する。
【００８０】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、任意のカムシャフト３３が９０°ずつ回転したときの状態を示した説明図であり、当該カムシャフト３３に形成されている吸気カム３３ａ及び排気カム３３ｂの位置を図示している。図７（ａ）に示すように、上記したように回転出力軸５はピストン４の１行程動作で１回転することから、エンジン主軸１０も１回転することとなり、結果、タイミングギア列３１を介してカムシャフト３３は１／４回転されることとなる。つまり、吸気カム３３ａ及び排気カム３３ｂは１行程当たり９０°（１／４）回転されることとなる。
【００８１】
ここで、吸気カム３３ａは、図７（ａ）の位置から図７（ｂ）の位置まで９０°回転することによって、吸気バルブ１８の開閉動作（吸気行程）を行い、その後の圧縮行程（図７（ｂ）の位置から図７（ｃ）の位置まで９０°回転する行程）、爆発行程（図７（ｃ）の位置から図７（ｄ）の位置まで９０°回転する行程）及び排気行程（図７（ｄ）の位置から図７（ａ）の位置まで９０°回転する行程）の期間中は吸気バルブ１８の閉塞状態を維持するようになっている。
【００８２】
また、排気カム３３ｂは、図７（ｄ）の位置から図７（ａ）の位置まで９０°回転することによって、排気バルブ１９の開閉動作（排気行程）を行い、その後の吸気行程（図７（ａ）の位置から図７（ｂ）の位置まで９０°回転する行程）、圧縮行程（図７（ｂ）の位置から図７（ｃ）の位置まで９０°回転する行程）、及び、爆発行程（図７（ｃ）の位置から図７（ｄ）の位置まで９０°回転する行程）の期間中は排気バルブ１９の閉塞状態を維持するようになっている。
【００８３】
このように、カムシャフト３３は、吸気カム３３ａが排気カム３３ｂに対してカムシャフト３３の中心軸回りに位相が９０°分遅れる状態で設けられている。このため、例えば、図７（ｄ）に示す位置から図７（ａ）に示す位置まで９０°回転して、排気カム３３ｂが排気バルブ１９の開閉動作（排気動作）の開始位置から終了位置まで回転し終えると、吸気カム３３ａが吸気バルブ１８の開閉動作（吸気行程）の開始位置に丁度到来するように到達するようになっている。
【００８４】
図８は、エンジン１の各気筒の行程とエンジン主軸１０の回転角度との関係を示した図である。図８に示すように、エンジン１の第１気筒から第４気筒までは、それぞれ吸気行程−圧縮行程−爆発行程−排気行程を順番に繰り返す。これらの第１〜第４気筒は、第１気筒−第２気筒−第３気筒−第４気筒の順で点火されて爆発行程を行う。また、エンジン主軸１０は、各気筒が爆発する毎に３６０°回転して、４気筒全てが爆発行程を経ることで４回転することとなる。
【実施例２】
【００８５】
図９は、第２実施例のエンジンの断面図であり、図１０は、第２実施例のエンジンの内部構造を部分的に図示した断面図である。第２実施例のエンジン４０は、第１実施例のエンジン１に対し、スライダロッドのガイド機構を変更したものである。以下、第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００８６】
図９に示すように、第２実施例のエンジン４０によれば、スライダロッド６の外周からは３本のアーム部６ｂが延設されている。アーム部６ｂはスライダロッド６の周方向に等角間隔で形成されており、アーム部６ｂの先端部にはガイドロッド９が貫通している。３本のガイドロッド９は、スライダロッド６の軸心を中心とした同一円周上に等角間隔で配置されている。
【００８７】
各ガイドロッド９は各々一対のガイドローラ４１，４１により挟み込まれており、一対のガイドローラ４１，４１は各ガイドロッド９の軸方向に沿ってガイドロッド９に当接したまま転動する。また、一対のガイドローラ４１，４１はともに支持台座４２に軸支されている。各ガイドローラ４１，４１には、ガイドロッド９の断面形状に適合した断面視半円形状の溝底をした係合溝４１ａが外周面に凹設されており、この係合溝４１ａにガイドロッド９が係合している。支持台座４２は、一対のガイドローラ４１，４１を転動自在に支持しており、アーム部６ｂの先端に取着固定されている。
【００８８】
図１０に示すように、一対のガイドローラ４１，４１は、互いの直径が等しく形成されており、かつ、ガイドロッド９の軸方向に互いの回転軸の位置を違えた状態で対向配置されている。対を成すガイドローラ４１，４１同士が接触干渉することを防止するためである。
【実施例３】
【００８９】
図１１は、第３実施例のエンジン５０における一対の係合突起８，８と直動回転変換溝７との係合状態を示した断面図である。第３実施例のエンジン５０は、第１実施例のエンジン１に対し、係合突起と直動回転変換溝とを変更したものである。以下、第１実施例と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００９０】
図１１に示すように、第３実施例のエンジン５０によれば、直動回転変換溝５７の各螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの溝形状は、その溝底が半円状をしており、この溝底の両側に垂直面５１，５１がそれぞれ切り立っている。係合突起５８，５８は、その先端の半球面が螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの半円状の溝底に当接可能となっており、その先端の円筒外周面が螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの垂直面５１，５１に当接可能となっている。係合突起５８，５８は、スライダロッド６に軸受５２，５２を介して回動自在に軸着されており、螺旋循環溝５７ａ，５７ｂに係合したまま移動する際に、螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの垂直面に当接して転動自在となっている。
【００９１】
この係合突起５８，５８の転動によって螺旋循環溝５７ａ，５７ｂとの摩擦が低減され、係合突起５８，５８及び螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの摩滅を低減できる。また、係合突起５８，５８の先端部にはフランジ５８ａが周設されている。このフランジ５８ａは、その片面が球面状をしており、そのもう片面が平面状をしている。フランジ５８ａの球面はスライダロッド６の内周面の湾曲に適合しており、係合突起５８，５８が螺旋循環溝５７ａ，５７ｂ内で転動すると、このフランジ５８ａもスライダロッド６の内周面に当接又は摺接しながら回転される。
【００９２】
また、このようにフランジ５８ａの球面がスライダロッド６の内周面の湾曲に合致するので、係合突起５８，５８が螺旋循環溝５７ａ，５７ｂ内を移動するときにその軸振れを低減でき、係合突起５８，５８の自転を安定化することができる。しかも、フランジ５８ａは、その球面がスライダロッド６の内周面に適合し、その平面が回転出力軸５に当接した格好となるので、フランジ５８ａがスライダロッド６と回転出力軸５との間に挟み込まれて、係合突起５８，５８が抜け難くなる。
【００９３】
さらに、螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの半円状の溝底の両側に垂直面を立設することで、当該螺旋循環溝５７ａ，５７ｂの溝深さを増すことができ、その分、係合突起５８，５８を螺旋循環溝５７ａ，５７ｂ内により深く係入させることができ、係合突起５８，５８が螺旋循環溝５７ａ，５７ｂから抜け難くなっている。
【００９４】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【符号の説明】
【００９５】
１，４０，５０              エンジン（内燃機関）
２                          燃焼室
３                          シリンダ（気筒）
４                          ピストン
５                          回転出力軸
６                          スライダロッド（スライダ部材）
６ａ                        内周部（内周穴）
７，５７                    直動回転変換溝
７ａ，７ｂ，５７ａ，５７ｂ  螺旋循環溝
７ｃ                        往動溝
７ｄ                        復動溝
８，８，５８，５８          係合突起（係合部材）
９                          ガイドロッド（ガイド部材）
１０                        エンジン主軸
１２                        フライホイール
【図１】
2015215071.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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