(57)【要約】【課題】騒音を抑えることができて、全体構成をコンパクトにすることのできるピストン機関の消音構造を提供すること。【解決手段】シリンダ１１の基台１６の、コンロッド１３の側面に対向する部分であって、回転軸１５の少なくとも回転方向側に、コンロッド１３の側面が摺接し得るコンロッドガイド２０を設けたこと。【選択図】図１
2008031908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に収納されて往復動するピストンに、コンロッドを介してクランクシャフトまたはカムを連結し、このクランクシャフトまたはカムにより回転される回転軸を有したピストン機関において、
前記シリンダの基台の、前記コンロッドの側面に対向する部分であって、前記回転軸の少なくとも回転方向側に、前記コンロッドの側面が摺接し得るコンロッドガイドを設けたことを特徴とするピストン機関の消音構造。
【請求項２】
前記コンロッドの、前記コンロッドガイドに摺接し得る部分に摺接ベアリングを設けて、この摺接ベアリングの外面にて前記コンロッドガイドに摺接するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のピストン機関の消音構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダ内にて往復動するピストンによって、往復運動を回転運動に変換したり、逆に、回転運動を往復動運動に変換するためのピストン機関における消音機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ピストン機関は、図５及び図６に示すように、シリンダ内を直線的に往復動するピストンと、連結ピンを介して一端がピストンに回動自在に取り付けられるコネクティングロッド（以下、単にコンロッドという）と、このコンロッドの他端に回動自在に取り付けられるクランクシャフトまたはカムとによって構成されている。そして、このピストン機関は、コンロッドを介して伝わるピストンの直線的な往復運動を回転運動に変換させるか、あるいは回転軸によって回転されるクランクシャフトまたはカムの回転運動を、コンロッドを介して伝わるピストンの直線的な往復運動に変換させるものである。
【０００３】
このような一般的なピストン機関では、ピストンが往復動される際に、コンロッドがピストンの往復直線運動方向に対し傾斜するために、ピストンに加わる力により、ピストンとシリンダの衝突ならびに摩擦（ピストンスラップ）が発生し、振動及び騒音と摩擦損失の大きな要因となっている。
【０００４】
また、ピストン及びコンロッドの往復質量による不釣り合い運動により、振動及び騒音が発生し、多気筒往復動ピストン機関では、偶力による振動及び騒音が発生するが、このような問題を解決するために、特許文献１に示されているような技術が存在している。
【特許文献１】特開平１１−３４３８０１号公報、要約、代表図
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている「往復動ピストン機関及びリンク機構」は、「振動及び騒音がほとんど発生せず、摩擦損失が少なくて機械効率がよく、しかも小型，軽量に構成できる往復動ピストンエンジン，往復動ピストンコンプレッサ，往復動ピストンポンプ，プレス機械等に利用可能なリンク機構を提供すること」を目的としてなされたもので、図７に示すように、「相関的に逆方向に移動する少なくとも一対のピストン１１、１１ａの動作を、質量及び揺動回転半径の等しい左右部分を有する揺動アーム１５を介して揺動型回転運動に変換した後、その運動をコンロッド４３、４３ａによって二手に均等に分けてリンク機構に伝達し、前記リンク機構に組み込まれた回転軸４９の回転に変換して出力すること」を特徴とするものである。
【０００６】
そして、この「往復動ピストン機関及びリンク機構」では、段落００１０〜００１６に記載されているように、「円筒型ピストン１１，１１ａが直線的往復運動をするエンジン」であり、「揺動回転軸４０は、円筒型ピストン１１，１１ａの上下方向への動きに伴って、揺動アーム１５を介して揺動回転駆動され」、結果として、「円筒型ピストン１１，１１ａの上下動に際してのコンロッド１３，１３ａの傾きは、揺動アームピン１４，１４ａの軌跡の範囲内のものであるため僅かなものである。そのため、コンロッド１３，１３ａが傾くことによってもたらされるピストン側圧は極く僅かなものとなり、ピストン側圧が大きいことに起因する振動及び騒音と摩擦損失が極めて少なくなり、機械効率もかなり向上する」ものになっていると考えられる。
【０００７】
しかしながら、この特許文献１の「往復動ピストン機構」では、段落００１４に記載されているように、「円板クランク４５，４５ａは、その中心部に取り付けられたクランク回転軸４６，４６ａによって軸支され、…クランク回転軸４６，４６ａの端部には駆動ギア４７，４７ａが取り付けられ、各駆動ギア４７，４７ａは出力軸たる回転軸４９に設置された被動ギア４８に噛合し、これを回転駆動する」ものとしなければならず、構造が複雑で、しかもピストン機構を「一対」のものとしなければならない制限もある。
【０００８】
また、従来の一般的なピストン機関では、ピストンが往復動される際に、コンロッドがピストンの往復直線運動方向に対し傾斜するために、ピストンに加わる力により、振動及び騒音と摩擦損失の大きな要因となっているピストンとシリンダの衝突ならびに摩擦が発生し易いものであった。これを回避するための一般的な方法は、図５に示すように、ピストンの高さＨ２をできるだけ高くして、シリンダ内を安定的に往復動するようにすることであったが、ピストンの高さＨ２をできるだけ高くすれば、当然のことながら、全体構造を大きくせざるを得ないことになる。
【０００９】
そこで、本発明者等は、この種のピストン機関について、騒音が発生しにくいとともに、全体構成をコンパクトにするにはどうしたらよいか、について種々検討を重ねてきた結果、本発明を完成したのである。
【００１０】
すなわち、本発明の目的とするところは、騒音を抑えることができて、全体構成をコンパクトにすることのできるピストン機関の消音構造を、簡単な構成によって提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するために、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、後述する最良形態の説明中で使用する符号を付して説明すると、
「シリンダ１１内に収納されて往復動するピストン１２に、コンロッド１３を介してクランクシャフトまたはカム１４を連結し、このクランクシャフトまたはカム１４により回転される回転軸１５を有したピストン機関１０において、
シリンダ１１の基台１６の、コンロッド１３の側面に対向する部分であって、回転軸１５の少なくとも回転方向側に、コンロッド１３の側面が摺接し得るコンロッドガイド２０を設けたことを特徴とするピストン機関１０の消音構造」
である。
【００１２】
すなわち、この請求項１に係るピストン機関１０の消音構造は、図１に示すように、シリンダ１１の基台１６の、コンロッド１３の側面に対向する部分であって、コンロッド１３の側面が摺接し得る部分に、コンロッドガイド２０を設けたものであり、特に、このコンロッドガイド２０は、回転軸１５の少なくとも回転方向側に位置する基台１６に設けたものである。この場合、回転軸１５の「少なくとも回転方向側に位置する」ということは、「回転方向とは反対側に位置する」部分にもコンロッドガイド２０を設けてもよいことを意味している。
【００１３】
ここで、本発明で述べているピストン機関としては、往復動ピストンエンジン、往復動ピストンコンプレッサ、往復動ピストンポンプ（例えばエアポンプ）、プレス機械等のクランク機構を有するものが対象であり、ピストンからエネルギーを受けるものの他、クランクシャフトまたはカムからエネルギーを受けるものも含むものである。
【００１４】
さて、コンロッドガイド２０が回転軸１５の少なくとも回転方向側に位置する基台１６に設けてあると、コンロッド１３の往復動時に、コンロッド１３の回転方向側の側面が常にこのコンロッドガイド２０に当接するということになる。何故なら、このコンロッドガイド２０は、回転軸１５の少なくとも回転方向側に位置する基台１６に設けてあったから、コンロッド１３は、回転軸１５の回転方向側、つまりコンロッドベアリング１３ｂの回転方向側に力を受けていて、このコンロッド１３の側面がコンロッドガイド２０側に圧接することになるからである。
【００１５】
換言すれば、コンロッド１３の側面は、その往復動時に常にコンロッドガイド２０に接触していることになり、横振れしないように案内されているのである。このため、コンロッド１３は、その往復動時には、ピストン１２の往復直線運動方向に対し傾斜することがないのであり、シリンダ１１との衝突は勿論、ピストン１２との摩擦も発生しないことになり、このピストン機関１０は、振動及び騒音と摩擦損失を発生させることがないものとなっているのである。
【００１６】
さらに言えば、コンロッド１３は、その往復動時に、ピストン１２の往復直線運動方向に対し傾斜することがないから、ピストン１２がシリンダ１１内にて「拗れる」ことがなくなるのであり、その分、図２の（ａ）にて示した高さＨ１を、従来例を示す図５の（ａ）に示した高さＨ２より低くすることができるのである。
【００１７】
なお、この場合、コンロッドガイド２０のコンロッド１３側に向かう面に、図２に示すようなコンロッドベアリング１３ｂを設けるようにして、このコンロッドベアリング１３ｂにコンロッド１３が接触するようにすると、より一層、振動及び騒音と摩擦損失を発生させることがないものとなる。
【００１８】
逆に、コンロッド１３のコンロッドガイド２０に当接する部分に、コンロッドガイド２０側に向けて少し突出する部分を形成してもよい。この場合や、上記コンロッドベアリング１３ｂを設ける場合に、コンロッド１３のコンロッドガイド２０に当接する面に摩擦を低減させるメッキや塗装を施すのも、本発明の目的を達成する上で有利となる。
【００１９】
従って、この請求項１のピストン機関１０は、騒音を抑えることができて、全体構成をコンパクトにすることができるものとなっているのである。
【００２０】
また、上記課題を解決するために、請求項２に係る発明の採った手段は、上記請求項１に記載のピストン機関１０の消音構造について、
「コンロッド１３の、コンロッドガイド２０に摺接し得る部分に摺接ベアリング２１を設けて、この摺接ベアリング２１の外面にてコンロッドガイド２０に摺接するようにしたこと」
である。
【００２１】
すなわち、この請求項２のピストン機関１０では、図１に示すように、コンロッド１３の、コンロッドガイド２０に摺接し得る部分に摺接ベアリング２１を設けて、この摺接ベアリング２１の外面にてコンロッドガイド２０に摺接するようにしたのである。
【００２２】
このコンロッドベアリング１３ｂは、コンロッド１３がコンロッドガイド２０に摺接する際の摩擦抵抗を低減するものであり、コンロッド１３のコンロッドガイド２０に対する往復動を、より一層安定的に行なわせることになるものである。
【００２３】
従って、この請求項２のピストン機関１０は、コンロッド１３のコンロッドガイド２０に対する往復動を滑らかに行えて、騒音をより一層抑えることができ、全体構成をコンパクトにすることができるものとなっているのである。
【発明の効果】
【００２４】
以上、説明した通り、本発明においては、
「シリンダ１１内に収納されて往復動するピストン１２に、コンロッド１３を介してクランクシャフトまたはカム１４を連結し、このクランクシャフトまたはカム１４により回転される回転軸１５を有したピストン機関１０において、
シリンダ１１の基台１６の、コンロッド１３の側面に対向する部分であって、回転軸１５の少なくとも回転方向側に、コンロッド１３の側面が摺接し得るコンロッドガイド２０を設けたこと」
にその構成上の主たる特徴があり、これにより、騒音を抑えることができて、全体構成をコンパクトにすることのできるピストン機関１０の消音構造を、簡単な構成によって提供することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、以上のように構成した各請求項に係る発明を、図面に示した最良の形態であるピストン機関型のエアポンプ１００について説明するが、この最良形態であるピストン機関型のエアポンプ１００は、上記各請求項に係る発明の全てを含むものである。勿論、本発明は、このピストン機関型のエアポンプ１００に限らず、往復動ピストンエンジン、往復動ピストンコンプレッサ、往復動ピストンポンプ、プレス機械等のクランク機構を有するものをも対象とすることができるのであり、ピストン１２からエネルギーを受けるものの他、クランクシャフトまたはカム１４からエネルギーを受けるものも含むものであることは、前述した通りである。
【００２６】
図１には、回転軸１５の軸方向に直交する面で切断したピストン機関型のエアポンプ１００の断面図が示してあるが、このピストン機関型のエアポンプ１００はピストン機関１０を含んでおり、回転軸１５の回転力を、コンロッド１３を介してシリンダ１１内のピストン１２に伝達して、このピストン１２を往復動させるようにしたものである。このピストン機関型のエアポンプ１００は、ピストン１２の往復動に応じて、シリンダ１１とピストン１２との間に形成されているポンプ室３０内に外気を吸い込み、吸い込んだ空気を外部に送り出すようにしたものであり、そのシリンダヘッド１７には、図１等に示したように、排気弁１８ｂ及び吸気弁１８ａが設けてある。
【００２７】
さて、ピストン機関１０は、図１〜図３に示したように、シリンダ１１内に収納されて往復動するピストン１２に、コンロッド１３を介してクランクシャフトまたはカム１４を連結し、このクランクシャフトまたはカム１４により回転される回転軸１５を有したものである。
【００２８】
このピストン機関１０のコンロッド１３には、図３の（ｂ）に示したように、その上端部にコンロッドベアリング１３ｂが設けてあり、このコンロッドベアリング１３ｂの右側半分の外側にさらに摺接ベアリング２１が設けてある。この摺接ベアリング２１は、図１にも示したように、その外面が後述するコンロッドガイド２０の表面に接触するものであり、このコンロッドガイド２０の内側のコンロッドベアリング１３ｂ内には、図２の（ｂ）に示したように、ピストン１２と一体的な２本のピストンスタンド１２ａの下部に軸支した自在連結ピン１３ａが挿通されるものである。これにより、コンロッド１３はピストン１２に対して揺動自在に連結されているのである。
【００２９】
一方、このコンロッド１３の下端には、図３の（ｂ）にも示したように、ベアリング１４ａが取り付けてあり、このベアリング１４ａ内には、図１に示したように、クランクシャフトまたはカム１４が取付けてある。このクランクシャフトまたはカム１４は、本最良形態の場合、図１に示した回転軸１５に連結してあり、回転軸１５の回転力を往復動に変換しながらコンロッド１３に伝えるものである。
【００３０】
そして、このピストン機関１０においては、図１に示したように、シリンダ１１の基台１６の、コンロッド１３の側面に対向する部分であって、回転軸１５の少なくとも回転方向側に、コンロッド１３の側面が摺接し得るコンロッドガイド２０が設けてある。このコンロッドガイド２０は、単なる金属製のブロックであってもよいが、基台１６の一部を膨出させて形成したり、あるいはコンロッドベアリング１３ｂ等のようなベアリングとしてもよいものである。金属製のブロックや、基台１６の一部を膨出させて形成した場合のコンロッドガイド２０であれば、コンロッド１３側のコンロッドベアリング１３ｂと摺接する面にメッキや塗装を施して、耐摩耗性や耐食性を向上させるようにするとよい。
【００３１】
さて、以上のように構成した本発明に係るピストン機関１０を含むピストン機関型のエアポンプ１００では、図４に示したような作用を発揮する。すなわち、まず、図４の（ａ）では、ピストン１２が上死点にあって、これからポンプ室３０内に吸気弁１８ａから外気を吸引しようとする状態が示してある。この時点では、コンロッド１３上の摺接ベアリング２１は、図示左側の斜線部で示したコンロッドガイド２０に接触している。
【００３２】
そこで、回転軸１５が回転されてその分ピストン１２が下がると、図４の（ｂ）に示したように、ポンプ室３０は僅かに容積を増やし外気の吸引が始まる。この時にも、コンロッド１３上の摺接ベアリング２１は、図示左側の斜線部で示したコンロッドガイド２０に接触している。そして、図４の（ｃ）及び（ｄ）に示した順にピストン１２が降下して行き、下死点に至るが、以上の間も、コンロッド１３上の摺接ベアリング２１は、図示左側の斜線部で示したコンロッドガイド２０に接触したままの状態が維持される。
【００３３】
その後は、図４の（ｃ）、（ｂ）及び（ａ）の順に、当該ピストン機関型のエアポンプ１００は排気行程に入るのである。勿論この排気行程では、排気弁１８ｂが開放されて吸気弁１８ａは閉止される。以上の各工程を繰り返すことにより、当該ピストン機関型のエアポンプ１００は、外気を圧縮しながら所定の箇所に供給するのである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係るピストン機関を含んだピストン機関型のエアポンプの部分破断正面図である。
【図２】同ピストン機関を構成しているピストンとコンロッドとの関係を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】同ピストン機関を構成しているコンロッドの構成を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明のピストン機関を含むピストン機関型のエアポンプの作動を示すもので、（ａ）〜（ｄ）の順にピストンが降下していって、ポンプ室内に外気が順に吸気される様子を示す部分破断正面図である。
【図５】従来のピストン機関を構成しているピストンとコンロッドとの関係を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】従来のピストン機関を構成しているコンロッドの構成を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図７】特許文献１に示された従来のピストン機関を示す部分破断正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００    ピストン機関型のエアポンプ
１０    ピストン機関
１１    シリンダ
１２    ピストン
１２ａ  ピストンスタンド
１３    コンロッド
１３ａ  自在連結ピン
１３ｂ  コンロッドベアリング
１４    クランクシャフトまたはカム
１４ａ  ベアリング
１５    回転軸
１６    基台
１７    シリンダヘッド
１８ａ  吸気弁
１８ｂ  排気弁
２０    コンロッドガイド
２１    摺接ベアリング
３０    ポンプ室
４１    ベアリング
４２    ベアリング
Ｈ１・Ｈ２    高さ
【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】
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