(57)【要約】      （修正有） 【課題】 高圧流体により稼動するピストンの直線運動を効率良く回転運動に変換するダブルシリンダーエンジンを提供する。【解決手段】  本発明は、第１のピストンを内蔵した第１のシリンダー室の後室と、第２のピストンを内蔵した第２のシリンダー室の後室とを連結パイプで導通し、前記両シリンダー室の前室に高圧流体を交互に導入して前記ピストンを往復動させるダブルシリンダーと、前記第１のピストンの運動に連動する第１のピストンロッドに取りつけられた第１のラックと、前記第２のピストンの運動に連動する第２のピストンロッドに取りつけられた第２のラックとに噛み合って回転する動力伝達機構とで構成し、ダブルシリンダーの直線運動を動力伝達機構から効率良く負荷へ伝達する、ダブルシリンダーエンジンである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のピストンを内蔵した第１のシリンダー室の後室と、第２のピストンを内蔵した第２のシリンダー室の後室とを連結パイプで導通し、前記両シリンダー室の前室に高圧流体を交互に導入して前記ピストンを往復動させるダブルシリンダーと、前記第１のピストンの運動に連動する第１のピストンロッドに取りつけられた第１のラックと、前記第２のピストンの運動に連動する第２のピストンロッドに取りつけられた第２のラックとに噛み合って回転する動力伝達機構とで構成されているダブルシリンダーエンジン。
【請求項２】
前記第１のシリンダー室と前記第２のシリンダー室とに高圧流体を供給する供給経路に四方切替弁を挿入し、この切替弁を第１のラックに設けた切替ロッドと第２のラックに設けた切替ロッドの動きにより高圧流体の導通路を切り替えるように構成した請求項１に記載のダブルシリンダーエンジン。
【請求項３】
前記動力伝達機構を、ラックと噛み合う第１の歯車と、この第１の歯車の回転軸に取り付けられ、第１の歯車の双方向回転を１方向の回転のみに変換する第２の歯車と、この第２の歯車と噛み合い、第２の歯車の回転を負荷に供給する第３の歯車とで構成した請求項１に記載のダブルシリンダーエンジン。
【請求項４】
前記第１のラックと、前記第２のラックとに噛み合って回転する歯車を有し、前記動力伝達機構は第１のラックと噛み合う第１のピニオンと、前記第２のラックと噛み合う第２のピニオンと、第１のピニオンと第２のピニオンとを共通に軸支し、両ピニオンの双方向の回転を１方向の回転に変換して負荷に伝導する軸とで構成した請求項１に記載のダブルシリンダーエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピストンの直線運動を回転運動に変換するダブルシリンダーエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体圧力、例えば水蒸気で稼動する蒸気機関は高圧の蒸気をピストン運動に替え、ピストンの直線運動をクランク軸により回転運動に変換し、出力パワーとして負荷に供給するが、このような蒸気機関ではクランク機構により直線運動を円運動に返還する初期段階ではずみ車の慣性運動を利用するため、高圧蒸気のエネルギーを効率良く使用することができず、エネルギーロスが大きかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように、高圧流体により稼動するピストンの直線運動を効率良く回転運動に変換する機構が要望されている。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解消し、初期駆動力が通常稼動時と比べてそれほど大きくなく。熱効率の優れたダブルシリンダーエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のダブルシリンダーエンジンは、第１のピストンを内蔵した第１のシリンダー室の後室と、第２のピストンを内蔵した第２のシリンダー室の後室とを連結パイプで導通し、前記両シリンダー室の前室に高圧流体を交互に導入して前記ピストンを往復動させるダブルシリンダーと、前記第１のピストンの運動に連動する第１のピストンロッドに取りつけられた第１のラックと、前記第２のピストンの運動に連動する第２のピストンロッドに取りつけられた第２のラックとに噛み合って回転する動力伝達機構とで構成されている。
【０００６】
前記本発明第１のダブルシリンダーエンジンにおいて、第１のシリンダー室と第２のシリンダー室とに高圧流体を供給する供給経路に四方切替弁を挿入し、この切替弁を第１のラックに設けた切替ロッドと第２のラックに設けた切替ロッドの動きにより高圧流体の導通路を切り替えるように構成すると良い。
【０００７】
前記本発明第１のダブルシリンダーエンジンの前記動力伝達機構を、ラックと噛み合う第１の歯車と、この第１の歯車の回転軸に取り付けられ、第１の歯車の双方向回転を１方向の回転のみに変換する第２の歯車と、この第２の歯車と噛み合い、第２の歯車の回転を負荷に供給する第３の歯車とで構成することが好ましい。
【０００８】
前記本発明第１のダブルシリンダーエンジンは、前記第１のラックと、前記第２のラックとに噛み合って回転する歯車を有し、前記動力伝達機構は第１のラックと噛み合う第１のピニオンと、前記第２のラックと噛み合う第２のピニオンと、第１のピニオンと第２のピニオンとを共通に軸支し、両ピニオンの双方向の回転を１方向の回転に変換して負荷に伝導する軸とで構成すると良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ピストンの直線運動を容易に回転運動に変換でき、初期駆動力が通常稼動時と比べてそれほど大きな力を要さず、熱効率の良い安定した動力を負荷に供給することができる優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を実施形態により詳細に説明する。
図１および図２は本発明の一実施形態を示すもので、１は第１のシリンダー室で、該シリンダー室１内には第１のピストン１１が摺動自在に内蔵され、該ピストン１１には第１のピストンロッド１２が結合されている。１３は前記第１のピストンロッド１２に固定された第１のラックで、該第１のラックの歯は後述する動力伝達機構８の歯車８１と噛合っている。
【００１１】
図において２は第２のシリンダー室で、該シリンダー室２内には第２のピストン２１が摺動自在に内蔵され、該ピストン２１には第２のピストンロッド２２が結合されている。２３は前記第２のピストンロッド２２に固定された第２のラックで、該第２のラックの歯は後述する動力伝達機構８の歯車８１と噛合っている。
前記ピストンを内蔵したシリンダー室１とシリンダー室２とでダブルシリンダーを構成している。
【００１２】
図において１４はピストンロッド１２の先端に、或いはラック１３の端部に固定した後述する流体切替弁７の弁を切り替える切替ロッド、２４はピストンロッド２２の先端に、或いはラック２３の端部に固定した後述する流体切替弁７の弁を切り替える切替ロッドである。
【００１３】
３は第１のシリンダー室１のエンド壁１５と、第２のシリンダー室２のエンド壁２５とを連結するパイプ、４は第１のシリンダー室１のフロント壁１６に設けたポートに結合の給排用パイプ、５は第２のシリンダー室２のフロント壁２６に設けたポートに結合の給排用パイプである。
【００１４】
７は流体切替弁で、該流体切替弁７は４つのポートを有し、第１のポートは配管７１で圧力源９に接続され、第２のポート７２は第１の給排パイプ４に連結され、第３のポート７３は廃棄パイプ７５に連結され、第４のポート７４は第２の給排パイプ５に連結され、図１に示す弁の位置では圧力源９に収納の高圧流体（例えば水蒸気、圧縮空気）は流体切替弁７から第１の給排パイプ４を通ってシリンダー室１の前室１７に導通される。一方この流体切替弁７を図２のように切り替えると、圧力源９に収納の高圧流体（例えば水蒸気、圧縮空気）は流体切替弁７から第２の給排パイプ５を通ってシリンダー室２の前室２７に導通される。
【００１５】
８は動力伝達機構で、図示する実施態様は３枚の歯車からなり、第１の歯車８１は双方向歯車で軸８４に軸支され、該第１の双方向歯車８１は前記ラック１３，２３の歯と噛合っており、ラック１３、２３の動きに追従して時計方向、反時計方向に回転し、軸８４を時計方向、反時計方向に回転させる。動力伝達機構８の１方向回転歯車８２は動力伝達機構８を構成する第２の歯車で、軸８４に軸支され、１方向に回転する歯車で、該１方向回転歯車８２は前記双方向歯車８１が例えば時計方向に回転する時は軸８４と噛み合って時計方向に回転し、軸８４が反時計方向に回転する時は回転しないように例えばカム機構等により軸支されている。本実施形態では歯車８１よりも歯車８２の径の方が大きく設計されている。
【００１６】
動力伝達機構８の第３の歯車８３は動力伝達歯車で、該伝達歯車８３は第２の歯車（１方向回転歯車）８２の外周に刻まれた歯に噛み合い、第２の１方向回転歯車８２の回転に従って前記ピストン１１、２１の動きを図示しない例えば発電機等の負荷に供給する。伝達歯車８３は大きい径の１方向回転歯車８２よりもかなり小さい径の歯車からなり、負荷に高速回転の動力を供給するように設計されている。なお、上記動力伝達機構は大きい径の１方向回転歯車８２を１方向に回転するように設計したが、大きい径の歯車８２を双方向歯車８１に追随させて双方向回転とし、動力伝達歯車８３を１方向回転とするようにしてもよい。
【００１７】
次ぎに動作につき説明する。
図１に示すように流体切替弁７が弁切替ロッド１４による操作で圧力源９の高圧流体が第１の給排パイプ４を通って第１のシリンダー室１の前室１７に供給される方向にセットされると、高圧流体はシリンダー室１の前室１７に供給される。高圧流体がシリンダー室１の前室１７に供給されると、該高圧流体によりピストン１１が図１において左方向（矢印方向）に押されて、左方向に移動する。
【００１８】
この移動に伴ってシリンダー室１の後室１８内に充填されている流体（例えば空気、油）が押出されて連結パイプ３を通ってシリンダー室２の後室２８に入り、ピストン２１を図１において左から右方向（矢印方向）に押す。ピストン２１が右方向に押されるとシリンダー室２の前室２７の流体は押出され、第２の給排パイプ５から流体切替弁７を通りポート７３から外に排出される。この一連の動作により、ピストン１１に連結のラック１３が左へ、ピストン２１に連結のラック２３が右へ動き、動力伝達機構の第１の双方向歯車８１を反時計方向に回転する。双方向歯車８１が反時計方向に回転すると、この双方向歯車８１と連動して１方向回転歯車８２が回転し、該１方向歯車と噛み合っている動力伝達歯車８３が回転してその動力を図示しない負荷へ伝達する。
【００１９】
圧力源９の高圧流体がピストン１１をシリンダー室のエンド壁１５近傍まで押しやられると、シリンダー室２のピストン２１はシリンダー室２のフロント壁２６近傍へ押し出され、このピストン２１の動きに従って弁切替ロッド２４が流体切替弁７の操作杆７７を押して図２に示すように高圧流体の供給方向を切り替える。即ち、高圧流体を給排パイプ５からシリンダー室２の前室２７に供給する。ピストン１１が図２に示すようにシリンダー室１のエンド壁１５近傍に到着すると、流体切替弁７は図２のように切り替えられる。
【００２０】
流体切替弁７が図２のように切り替えられると、圧力源９の高圧流体が第２の給排パイプ５を通って第２のシリンダー室２の前室２７に供給される。高圧流体がシリンダー室２の前室２７に供給されると、該高圧流体によりピストン２１が図１において左方向（矢印方向）に押されて、左方向に移動する。この移動に伴なってシリンダー室２の後室２８内に充填されている流体（例えば空気、油）が押出されて連結パイプ３を通ってシリンダー室１の後室１８に入り、ピストン１１を図２において左から右方向（矢印方向）に押す。ピストン１１が右方向に押されるとシリンダー室１の前室１７の流体は押出され、第１の給排パイプ４から流体切替弁７を通りポート７３から外に排出される。この一連の動作により、ピストン２１に連結のラック２３が左へ、ピストン１１に連結のラック１３が右へ動き、動力伝達機構の第１の双方向歯車８１を時計方向に回転する。双方向歯車８１が時計方向に回転すると、この双方向歯車８１と連動して１方向回転歯車８２は時計方向には回転しない。
【００２１】
圧力源９の高圧流体がピストン２１をシリンダー室２のエンド壁２５近傍まで押しやると、シリンダー室１のピストン１１はシリンダー室１のフロント壁１６近傍へ押し出され、このピストン１１の動きに従って弁切替ロッド１４が流体切替弁７の操作杆７６を押して図１に示すように高圧流体の供給方向を再度切り替える。即ち、高圧流体を給排パイプ４からシリンダー室１の前室１７に供給する。この図１に示す動さと図２に示す動さを繰り返すことにより、動力伝達機構８の双方向歯車８１は時計方向、反時計方向に連続的に回転し、その回転力を１方向回転歯車８２、動力伝達歯車８３により１方向回転の動力として負荷へその動力を供給する。
【００２２】
上記実施形態では流体切替弁７をピストンの動きに連動する弁切替ロッド１４、２４の操作で切り替えてピストンを連続的に作動させ、その直線運動を動力伝達歯車８３で回転運動に変えて負荷へ伝達した。
【００２３】
このような構成は、例えば負荷の作動に大きな力を必要とする時には、流体切替弁７の切替がピストンの動きに連動するため間欠的になり安定した回転力を負荷に供給できない場合がある。従って、例えば大きい負荷を必要とする時には、弁切替ロッド１４、２４とリミットスイッチ等とを組合わせ、弁切替ロッドがリミットスイッチを操作した瞬間に流体切替弁７が瞬時に切り替わるように構成することで、動力伝達機構８をスムーズに回転し、安定した力の回転力を負荷へ供給することができる。
【００２４】
このような実施形態１によれば、ピストンの直線運動を容易に回転運動に変換でき、熱効率の良い安定した動力を負荷に供給することができる優れた効果を発揮する。
【００２５】
図３は本発明の第２の実施形態で、本実施形態は動力伝達機構をラック１３、２３それぞれに噛み合うピニオン９１、９２により取り出すように構成されている。ピニオン９１は第１のラック１３と噛み合い、ラック１３の直線運動を回転運動に変換する。ピニオン９２は第２のラック２３と噛み合い、ラック２３の直線運動を回転運動に変換する。ピニオン９１と９２は共通の軸９４に軸支され、両方のピニオン９１、９２は同一方向にのみ回転するように軸９４に支持されている。即ち、ラック１３が図３に示すように右から左に動くときにはピニオン９１は反時計方向に回転する。一方ラック１３が右から左に動くときにはもう一方のラック２３は左から右に動くため該ラック２３と噛み合っているピニオン９２は時計方向に回転する。
【００２６】
このようにピニオン９１と９２は逆方向に回転することになるため、一方のピニオンが例えば時計方向に回転する時は他方のピニオンはラックの運動を受け入れないカム機構等により空回りとし、ピニオン９１がラック１３の力を軸９４に伝達しているときはピニオン９２は軸９４に対して空回りとし、逆にピニオン９２がラック２３の力を軸９４に伝達しているときはピニオン９１は軸９４に対して空回りとして、軸９４を連続的に回転させ、安定した力の回転動力を負荷に供給する。
【００２７】
なお、図３において３１はラック１３と２３との間に設けた歯車で、ラック１３と２３の動きをシリンダー室の両ピストン１１、２１に均等に負担させるために設けている。即ち、ラック１３に噛み合っているピニオン９１が軸９４を回転させているときには、ラック１３に大きな負荷がかかり、一方ラック２３に噛み合っているピニオン９２は空回りしているのでラック２３には負荷はかからないため、両ラックにかかる負荷を歯車３１を設けることで、歯車３１を介して両ラックに負荷が均等に掛かるようにしたものである。なお、伝達する負荷が小さい場合には歯車３１を省略しても良い。
【００２８】
このような構成の実施形態２によれば、ピストン１１、２１の直線運動を連続した回転運動として取り出すことができ、直線運動を効率よく円運動に転換できる優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明の実施形態１を説明するための一部欠栽説明図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１を説明するための一部欠栽説明図である。
【図３】図３は本発明の実施形態２を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１            シリンダー室
２            シリンダー室
３            連結パイプ
４            給排パイプ
５            給排パイプ
７            流体切替弁
８            動力伝達機構
９            圧力源
１１            第１のピストン
１２            第１のピストンロッド
１３            第１のラック
１４            第１の弁切替ロッド
２１            第２のピストン
２２            第２のピストンロッド
２３            第２のラック
２４            第２の弁切替ロッド
３１            歯車
７１            配管
７２            ポート
７３            ポート
７４            ポート
７５            廃棄パイプ
７６            操作杆
７７            操作杆
８１            第１の歯車（双方向歯車）
８２            第２の歯車（方向回転歯車）
８３            第３の歯車（動力伝達歯車）
【図１】
2005331098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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