(57)【要約】  本発明のサイクロイド往復動機関は、多気筒化とそのシリンダレイアウトの工夫、更にそのバランサ要素の工夫、クランク軸の構造の工夫等の総合的な改善により、実機として十分に実用に供し得るリニアクランク機構を用いた作動機関を提案するものである。  本発明のサイクロイド往復動機関（Ｅ）は、ピストン（３１）とピストンロッド（３２）とを一体化したピストンユニット（３）と、ピストンの動きを回転運動に変える規制遊星ギヤ機構（４）等によりピストンロッド（３１）を直線的に往復運動させるいわゆるリニアクランクを用いた作動機関において、前記作動機関は、シリンダ配置を水平対向２気筒とした組み合わせを単位ユニット機関（Ｅ２）とし、更にこのものを２ユニット連設して水平対向４気筒としたものを単位コンポーネント機関（Ｅ４）とし、この機関が１または複数コンポーネント連接して構成されたことを特徴とする。
2008010490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復動する対向ピストンと、これに一体化されてクランクケースに伸びるピストンロッドとを具えたピストンユニットと、ピストンの動きを回転運動に変えるクランク軸と、このクランク軸と前記ピストンユニットとの間に介在する規制遊星ギヤ機構とを具え、前記規制遊星ギヤ機構におけるピッチ円直径４ｅの静止リングギヤはクランクケースに固定され、一方、ピッチ円直径２ｅの遊星歯車を含む偏心量ｅの自転偏心盤は、遊星歯車の中心をクランク軸におけるクランクピンと回転可能に同軸配置するとともに、自転偏心盤は、ピストンロッドの下端に回転自在に組み合わされることによりピストンユニットを直線的にストローク４ｅで往復運動させる機関において、
前記機関は、シリンダ配置を水平対向２気筒とした組み合わせを単位ユニット機関とし、更にこの単位ユニット機関を２ユニット連設して水平対向４気筒としたものを単位コンポーネント機関とし、この単位コンポーネント機関が１または複数コンポーネント連接されて構成されるものであり、前記各単位ユニット機関の対向するピストンは、ロッドエンドをそれぞれ共有した構成とし、
更に単位コンポーネント機関における単位ユニット機関のクランク角の位相角は１８０°としたことを特徴とするサイクロイド往復動機関。
【請求項２】
前記単位コンポーネント機関は、単位ユニット機関相互の中間に位置するクランク軸の一体構造部位において他の部材との動力伝達を図るように構成されることを特徴とする前記請求項１記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項３】
前記ピストンは、ピストンヘッド形状をクランク軸方向を短寸とした偏平形状としたものであることをを特徴とする前記請求項１または２記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項４】
前記ピストンユニットと、自転偏心盤と、シリンダとのいずれかの２要素またはすべての要素の間において、ピストンユニットの直動誤差に対応し、これを許容する直動誤差許容構造を具えていることを特徴とする請求項１、２または３記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項５】
前記直動誤差許容構造は、ピストンユニットと、シリンダのクリアランスとを充分にとることによって構成されていることを特徴とする請求項４記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項６】
前記直動誤差許容構造は、前記規制遊星ギヤ機構の自転偏心盤が、ロッドエンドに対し、シリンダ摺動方向に直交する方向にわずかな作動クリアランスを有する可動ブロックを介して取り付けられていることを特徴とする請求項４記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項７】
前記直動誤差許容構造は、ピストンユニットのロッドエンドを２分割して、ピストンユニットが全体としてロッドエンドを境にわずかに屈折自在に構成されていることを特徴とする請求項４記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項８】
前記単位ユニット機関における各対向するピストンは、対向ピストンとして一体形成されたものであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項９】
前記サイクロイド往復動機関のクランクウェブは、その周面でクランクケースに支持されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１０】
前記単位コンポーネント機関をＮ（Ｎ＝１，２，３，・・）基組み合わせて水平対向４Ｎ気筒の構成とした場合における前記単位コンポーネント機関間におけるクランク軸の各接続部位は、互いの単位コンポーネント機関の接続部において、クランク軸の位相差を所定のもの（１８０°／Ｎ）としたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１１】
前記サイクロイド往復動機関の伝動軸は、各単位コンポーネント機関から取り出されたもの同士を一体に連結したものであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１２】
前記Ｎ＝１で示される水平対向４気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、往復質量の慣性によるクランクトルクのみをアンバランサとして残し、それぞれのピストンとシリンダとにより区画された作動室内に生じる膨張力によって発生するクランクトルクの平滑化に利用して動力学的に釣り合うように構成していることを特徴とする前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１３】
前記Ｎ＝２で示される水平対向８気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたっては、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（１８０°／Ｎ，Ｎ＝２）に配置したことに加え、クランク軸の両端にエンドバランサを設けることと、各ユニット機関中央に位置するクランク軸中央で外部との動力伝達を図る伝動軸のカウンタバランサとにより動力学的につりあうように構成していることを特徴とする前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１４】
前記Ｎ≧３で示される水平対向１２気筒以上の気筒構成とした場合において、前記往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたっては、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（１８０°／Ｎ，Ｎ＝３、４、・・）に配置することにより動力学的につりあうように構成していることを特徴とする前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１５】
前記機関は、４サイクル機関であることを特徴とする前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１６】
前記機関は、２サイクル機関であることを特徴とする前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載のサイクロイド往復動機関。
【請求項１７】
前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載のサイクロイド往復動機関に用いられているクランク機構を用いたことを特徴とするポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるリニアクランク式の往復動機関に関するものであって、特に振動の低減、摩擦損失の低減及びクランクケースの所要剛性の低減化に加えて、機関のコンパクト化や滑らかな動きの達成等を図るべく改良し、その実用化の途を開いたサイクロイド往復動機関並びにこのクランク機構を用いたポンプ装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リニアクランク機構を用いた往復動機関やポンプ装置（コンプレッサを含む）が提案されている。このものは、ピストンの往復動をクランク機構により回転運動に変えるにあたり、クランク軸を左右の偏心クランク部材で支承し、クランク軸とクランクケースとの間に遊星ギヤ機構を介在させることにより、クランク軸を遊星運動させ、ピストンロッドの下端が直線軌跡上を移動するような構成としたものである。
ところで、このようなリニアクランク機構は、出力機関、ポンプ、コンプレッサの分野で応用の可能性を広く有しているものの、構造が複雑で大きく、更に滑らかな動きに難があるため、現実にはその普及はほとんど進んでいない。
しかしながら、この種のリニアクランク機構は、ピストンロッドが往復直線運動であるので、シリンダとピストンとの間の好ましくないスラスト応力の発生を回避できる点や、パワーロスが少ない点、往復質量の慣性による力及びトルクの不つりあいを除去できるため振動を低減できる点、更にロングストローク化が容易であり、層状燃焼、希薄燃焼等に適した機関ができる点など、従来型の往復動機関に比べて優位性を有することは、十分評価し得るものである（特許文献１）。
【特許文献１】特開平９−１２５９８１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような背景を考慮してなされたものであって、小型軽量化、多気筒化とそのシリンダレイアウトの工夫、更にそのバランサ要素の工夫、更にまたその出力の取り出しレイアウトの工夫等の総合的な工夫改善により、実機として十分に実用に供し得る機関を提案するものである。なお本発明の名称は、リニアクランク機構の動きがサイクロイド運動であることに因み「サイクロイド往復動機関」としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１記載のサイクロイド往復動機関は、シリンダ内を往復動する対向ピストンと、これに一体化されてクランクケースに伸びるピストンロッドとを具えたピストンユニットと、ピストンの動きを回転運動に変えるクランク軸と、このクランク軸と前記ピストンユニットとの間に介在する規制遊星ギヤ機構とを具え、前記規制遊星ギヤ機構におけるピッチ円直径４ｅの静止リングギヤはクランクケースに固定され、一方、ピッチ円直径２ｅの遊星歯車を含む偏心量ｅの自転偏心盤は、遊星歯車の中心をクランク軸におけるクランクピンと回転可能に同軸配置するとともに、自転偏心盤は、ピストンロッドの下端に回転自在に組み合わされることによりピストンユニットを直線的にストローク４ｅで往復運動させる機関において、
前記機関は、シリンダ配置を水平対向２気筒とした組み合わせを単位ユニット機関とし、更にこの単位ユニット機関を２ユニット連設して水平対向４気筒としたものを単位コンポーネント機関とし、この単位コンポーネント機関が１または複数コンポーネント連接されて構成されるものであり、前記各単位ユニット機関の対向するピストンは、ロッドエンドをそれぞれ共有した構成とし、
更に単位コンポーネント機関における単位ユニット機関のクランク角の位相角は１８０°としたことを特徴として成るものである。【０００５】
請求項２記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１の要件に加え、前記単位コンポーネント機関ついては、単位ユニット機関相互の中間に位置するクランク軸の一体構造部位において他の部材との動力伝達を図るように構成されることを特徴として成るものである。【０００６】
請求項３記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、または２記載の要件に加え、前記ピストンについては、ヘッド形状をクランク軸方向を短寸とした偏平形状としたものであることを特徴として成るものである。【０００７】
請求項４記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２または３記載の要件に加え、前記ピストンユニットと、クランク軸と、シリンダとのいずれかの２要素またはすべての要素の間において、ピストンユニットの直動誤差に対応し、これを許容する直動誤差許容構造を具えていることを特徴として成るものである。【０００８】
請求項５記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項４記載の要件に加え、前記直動誤差許容構造については、ピストンユニット、シリンダとのクリアランスとを充分にとることを特徴として成るものである。【０００９】
請求項６記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項４の要件に加え、前記直動誤差許容構造の構成については、前記規制遊星ギヤ機構の自転偏心盤は、ロッドエンドに対し、シリンダ摺動方向に直交する方向にわずかな作動クリアランスを設けた可動ブロックを介して取り付けられていることを特徴として成るものである。【００１０】
請求項７記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項４の要件に加え、前記直動誤差許容構造については、ピストンユニットのロッドエンドを２分割して、ピストンユニットが全体としてロッドエンドを境にわずかに屈折自在に構成されていることを特徴として成るものである。【００１１】
請求項８記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５または６記載の要件に加え、前記単位ユニット機関における各対向するピストンについては、対向ピストンとして一体形成されたものであることを特徴として成るものである。【００１２】
請求項９記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の要件に加え、前記サイクロイド往復動機関のクランクウェブについては、その周面でクランクケースに支持されていることを特徴として成るものである。【００１３】
請求項１０記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の要件に加え、前記単位コンポーネント機関をＮ（Ｎ＝１，２，３，・・）基組み合わせて水平対向４Ｎ気筒の構成とした場合における前記単位コンポーネント機関間におけるクランク軸の各接続部位については、互いの単位コンポーネント機関の接続部において、クランク軸の位相差を所定のもの（１８０°／Ｎ）としたことを特徴として成るものである。【００１４】
請求項１１記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の要件に加え、前記サイクロイド往復動機関の伝動軸については、各単位コンポーネント機関から取り出されたもの同士を一体に連結したものであることを特徴として成るものである。【００１５】
請求項１２記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の要件に加え、前記Ｎ＝１で示される水平対向４気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスについては、往復質量の慣性によるクランクトルクのみをアンバランサとして残し、それぞれのピストンとシリンダとにより区画された作動室内に生じる膨張力によって発生するクランクトルクの平滑化に利用して動力学的に釣り合うように構成していることを特徴として成るものである。【００１６】
請求項１３記載のサイクロイド往復動機関は、記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の要件に加え、前記Ｎ＝２で示される水平対向８気筒の気筒構成とした場合における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスについては、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたっては、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（１８０°／Ｎ，Ｎ＝２）に配置したことに加え、クランク軸の両端にエンドバランサを設けることと、各ユニット機関中央に位置するクランク軸中央で外部との動力伝達を図る伝動軸のカウンタバランサとにより動力学的につりあうように構成していることを特徴として成るものである。【００１７】
請求項１４記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または１１記載の要件に加え、前記Ｎ≧３で示される水平対向１２気筒以上の気筒構成とした場合において、前記往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスについては、前記単位コンポーネント機関同士の接続にあたって、それぞれのクランク軸を所定の位相角の差（１８０°／Ｎ，Ｎ＝３，４，・・）に配置することにより動力学的につりあうように構成していることを特徴として成るものである。【００１８】
請求項１５記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載の構成が４サイクル機関に適用されていることを特徴として成るものである。【００１９】
請求項１６記載のサイクロイド往復動機関は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、または１４記載の構成が２サイクル機関に適用されていることであることを特徴として成るものである。【００２０】
請求項１７記載のポンプ装置は、前記請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４記載のサイクロイド往復動機関に用いられているクランク機構を用いたことを特徴として成るものである。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、ピストンロッドの下端側がシリンダ孔の中心線で往復運動することから、ピストンが受けた力を効率的に回転運動に変換ができ、更に従来のクランク機構を用いたものに比べて、シリンダ側圧を生じないので、シリンダ、クランクケース及びピストンユニットを低剛性化することができる。【００２２】
請求項２記載の発明によれば、動力伝達部位をクランク軸における一体構造部位としたのでクランク軸のいわゆるこじれがほとんどなくバランスの良い機関ができる。【００２３】
請求項３記載の発明によれば、シリンダ間隔を狭く設計することができ、また円形ピストンタイプのものと比較すると、ストロークが同じときピストンユニットの長さを短寸化できるので、シリンダ方向寸法（機関高さ）も低減でき、エンジン全体のコンパクト化が図り得る。特に、クランク軸方向の長さを短縮化できるのでクランク軸のねじり、あるいはクランク軸に生じるアンバランスをより合理的に回避し得る。更にまた偏平ピストンヘッドは、クランク軸直角方向への自転偏心盤中心の微少揺れの吸収に適する。更にまた偏平なピストンヘッドを有するピストンユニットは、全体として平板状の形状とすることができ、軽合金鍛造等の手法で製造するにしても、製造がし易く、且つ小型化も容易に達成できる。【００２４】
また請求項４、５、６または７記載の発明によれば、クランク機構の作動誤差あるいはバックラッシュあるいは動力入力の向きの切り替わり等が生じた場合であっても、クランク並びにそれと共に動いているピストンユニットの動きの円滑さが確保し得る。【００２５】
また請求項８記載の発明によれば、対向する一対のピストンとこれらにつながるピストンロッドがそれぞれ一体として構成されていることから、軽量化を図りながらも十分なピストン剛性を維持することができ、またピストンとピストンロッドとをつなぐリンク部を廃して、これによるパワーロスの回避ができ、安定した往復動が可能となる。【００２６】
また請求項９記載の発明によれば、クランク軸をクランクケースで支持するにあたりクランクウェブの周面上で支持するため、従来のようなクランクウェブ外端のクランク軸上に新たに軸受を設ける必要がなくなり、クランク軸長手方向の寸法を短くすることができ、機関自体をコンパクトにすることができる。【００２７】
また請求項１０記載の発明によれば、２以上の単位コンポーネント機関を連接することによりコンパクトでありながらその出力性能等を向上させることができる。【００２８】
また請求項１１記載の発明によれば、それぞれの単位コンポーネント機関のクランク軸の一体構造部位から動力が伝達軸に取り出される構成を採ることができ、伝達機構の滑らかな動きと、更にバランサとしての機能が効率良く発揮され、機関の振動や騒音を低減させることができる。【００２９】
また請求項１２、１３または１４記載の発明によれば、アンバランスに対して複数のバランサ機構を具えているために、それぞれのバランサが複合的に作用し作動時の振動・騒音等の低減させることができる。特にＮ＝３以上で表される水平対向１２気筒以上の場合には、単位ユニット相互間の位相角の差を所定のものにするだけで、往復質量のアンバランスを除去し、振動を低減することができる。【００３０】
請求項１５または１６記載の発明によれば、ピストンが受けた力を効率的に回転運動に変換することができ、更にピストンユニットが直線上の軌跡を採りながら往復動することによりピストンとシリンダ周面との摩擦によるロスを低減し熱効率を高めることができる。【００３１】
また請求項１７記載の発明によれば、昼夜を問わず連続的に使用されることの多いポンプ装置であるポンプやコンプレッサの振動や騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る水平対向４気筒サイクロイド往復動機関を示す斜視図と、横断面図である。
【図２】本発明に係る水平対向４気筒サイクロイド往復動機関を示す横断面図である。
【図３】本発明に係る水平対向４気筒サイクロイド往復動機関を示す縦断面図である。
【図４】本発明に係る水平対向サイクロイド往復動機関に用いられるピストンユニットとクランク軸の一部を示した斜視図であって、直動誤差許容構造の一例を具えた実施例である。
【図５】本発明に係る水平対向サイクロイド往復動機関に用いられるピストンユニットとクランク軸と伝動軸との位置関係を示した縦断面図であって、直動誤差許容構造の一例を具えた実施例である。
【図６】本発明に係る水平対向４気筒サイクロイド往復動機関の往復質量の慣性力及びトルクのつりあわせの説明図である。
【図７】本発明に係る水平対向８気筒サイクロイド往復動機関を示す横断面図及び往復質量の説明図である。
【図８】本発明に係る水平対向８気筒サイクロイド往復動機関を示す縦断面図である。
【図９】本発明に係る水平対向８気筒サイクロイド往復動機関に用いられるピストンユニットとクランク軸と伝動軸との位置関係を示した縦断面図である。
【図１０】本発明に係る水平対向８気筒サイクロイド往復動機関の往復質量の慣性力及びトルクのつりあわせの説明図である。
【図１１】本発明に係る水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関を示す横断面図及び往復質量の説明図である。
【図１２】本発明に係る水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関を示す縦断面図である。
【図１３】本発明に係る水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関に用いられるピストンユニットとクランク軸と伝動軸との位置関係を示した縦断面図である。
【図１４】本発明に係る水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関の往復質量の慣性力及びトルクのつりあわせの説明図である。
【図１５】本発明のサイクロイド往復動機関を示す概念図であって、（１）は４サイクル機関としたものであり、（２）は２サイクル機関としたものを示すものである。
【図１６】本発明のサイクロイド往復動機関のクランク機構をポンプまたはコンプレッサに適用したものを示した概念図である。
【図１７】共通の伝動軸に対してクランク軸を異にする本発明のサイクロイド往復動機関を複層配設した機関を骨格的に示す縦断面図である。
【図１８】ピストンヘッド形状を偏平とした実施例を示す説明図である。
【図１９】同上クランク組立部も含む横断面であり、円型ピストンヘッドタイプのものとの幅寸法の比較を併せ示すものである。
【図２０】同上クランク組立部を含む可動部材を中心に描いた分解斜視図である。
【図２１】同上クランク組立部の技術思想を基に更に他のクランクウェブ機構（単位ユニット機関毎の独立タイプ）を採用した実施例を示す分解斜視図である。
【図２２】直動誤差許容構造の他の手法を示す縦断面であって、直動誤差許容構造の基本的技術思想を体現したものである。
【図２３】直動誤差許容構造の更に他の手法を示す説明図である。
【図２４】本発明の技術思想を展開した参考的例であって、非水平対向タイプの機関を示す三面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１        クランクケース
１０ａ    クランク室
１０ｂ    作動室
１１      シリンダ
１２      シリンダヘッド
１３      センタージャーナルベアリング
１４      サイドジャーナルベアリング
１５ａ    吸気孔
１５ｂ    吸気弁
１６ａ    排気孔
１６ｂ    排気弁
１７      掃気孔
２        クランク軸
２１      クランクウェブ
２１Ａ    クランクウェブ
２１Ｂ    クランクウェブ
２１Ｐ    クランクピン受孔
２２      伝達ギヤ
２３      クランクピン
２３ａ    クランクピンベアリング
２３Ｐ    クランクピン嵌込部
２４      クランクウェブ
２５      クランク軸バランサ
２６      連結盤
３        ピストンユニット
３Ｆ      ピストンユニット要素
３１      ピストン
３１ａ    ピストンリング
３１ｂ    ピストンスカート
３２      ピストンロッド
３２１    肉薄部
３２２    肉厚部
３３      ロッドエンド
３３Ｃ    サークリップ
３３Ｄ    分割面
３３Ｒ    リテーナリング
３４      ロッドエンドベアリング
３５      可動ブロック
３５ａ    ベアリング受入孔
３５ｃ    可動ブロッククリアランス
３５ｆ    微少摺動面
３６      可動ブロック受入孔
３６ｆ    微少摺動面
４        規制遊星ギヤ機構
４１      自転偏心盤
４２      遊星歯車
４３      静止リングギヤ
５        伝動機構
５１      伝動軸
５２      伝動ギヤ
５５      伝動軸バランサ
Ｃ1       シリンダ軸（方向）中心線
Ｃ2       シリンダ軸（方向）中心線
Ｃ3       シリンダ軸（方向）中心線
Ｃ4       シリンダ軸（方向）中心線
Ｃ5       シリンダ軸（方向）中心線
Ｃ6       シリンダ軸（方向）中心線
Ｄｃ      分割面クリアランス
Ｅ        サイクロイド往復動機関
Ｅ２      単位ユニット機関
Ｅ４      単位コンポーネント機関（水平対向４気筒サイクロイド往復動機関）
Ｅ８      水平対向８気筒サイクロイド往復動機関
Ｅ１２    水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関
Ｅ1       自転偏心盤軸心の軸方向中央点
Ｅ2       自転偏心盤軸心の軸方向中央点
Ｅ3       自転偏心盤軸心の軸方向中央点
Ｅ4       自転偏心盤軸心の軸方向中央点
Ｅ5       自転偏心盤軸心の軸方向中央点
Ｅ6       自転偏心盤軸心の軸方向中央点
Ｓ        オイルシール
Ｐ        点火プラグ
Ｐｃ      ピストンクリアランス
Ｏ        原点（クランク軸心中央）
Ｏ1       クランク軸心
Ｏ2       クランクピン軸心
Ｏ3       自転偏心盤軸心
Ｏ5       伝動軸心
Ｗ0       （円形ピストンヘッドの）シリンダ実質幅
Ｗ1       （偏平形ピストンヘッドの）シリンダ実質幅
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の最適な実施例は、以下の具体的な実施の形態の説明並びに図面に開示されるものである。
なお、本発明のサイクロイド往復動機関について図１、２、７等に示したものについては、シリンダのヘッド部に仕様態様に応じたバルブなどを書き入れていないが、例えば４サイクル機関として用いる場合には、図１５に示すように、少なくとも吸気弁と排気弁とが１組設けられているものである。もちろん、これらの吸気弁、排気弁とを複数設けた多弁式のものとすることも可能である。またこれらの技術は、既に周知なものであるために詳しい説明は省略する。
【実施例１】
【００３５】
本発明のサイクロイド往復動機関Ｅは、単位ユニット機関Ｅ２を２基具えた単位コンポーネント機関Ｅ４をＮ（Ｎ＝１、２、３、・・）基を組み合わせることによって構成されるものである。なお、符号Ｅに添えられた数字は、シリンダの数に因むものであり、例えば後述する符号Ｅ８は、シリンダが合計で8 基具えられていることを示している。
まず基本構成となる単位ユニット機関Ｅ２は、大別するとクランクケース１とこれに支持されるクランク軸２、及びクランクケース１に取り付けられたシリンダ１１内を往復運動するピストンユニット３、及び前記ピストンユニット３とクランク軸２との間に介在する規制遊星ギヤ機構４とを主要部材とするものである。
そして図１等に示した実施例１のサイクロイド往復動機関Ｅは、請求項１でいう単位コンポーネント機関Ｅ４を一基具えたものであって、従ってそのシリンダ１１の配置は、水平対向４気筒である。【００３６】
次に構成する各部材について説明する。
まずクランクケース１は、図１、図２に示すように適宜の強度を有するダイキャスト等により構成されるものであって、クランクケース１には更にその側方に張り出すように別体のシリンダ１１を一例として４基を配設し、更にそれぞれにシリンダヘッド１２を取り付けている。
更に、クランクケース１には、その中央に軸受部材としてセンタージャーナルベアリング１３を設けるとともに、その前後外側近くにサイドジャーナルベアリング１４を設ける。
もちろん、このサイドジャーナルベアリング１４の配置位置の説明について、前後というのは後述するクランク軸２の長手方向を縦方向として説明するためであり、例えばサイクロイド往復動機関Ｅを自動車、モーターサイクル等に用いた場合には自動車等の前後方向によりその前後ではなく側方と表現したほうが適切となる場合があることはいうまでもない。【００３７】
次にこのようなクランクケース１に対して回転自在に支持されるクランク軸２について説明する。まずクランク軸２は、図示のように従来の機関でいうクランクボスの機能も兼ね備えるクランクウェブ２１において、前記センタージャーナルベアリング１３に支持されるものであり、クランクウェブ２１は、その中央に伝達ギヤ２２を配した構成をとる。【００３８】
そして、このクランクウェブ２１から、それぞれ軸方向に並ぶシリンダ１１の基部側に伸びるようにクランクピン２３が延長形成され、そのクランクピン２３は、それぞれの端部のクランクウェブ２４において、前記クランクケース１に設けられたサイドジャーナルベアリング１４に回転自在に支持されている。この一対のクランクピン２３のクランク角度は１８０°である。
なおその外側においては、オイルシールＳによる気密作用を受けている。
このクランク軸２の更に両端部には、請求項２で言うエンドバランサに相当するクランク軸バランサ２５が組み付けられているものであり、図２、図３に示すようにそれぞれバランサの状態は両端部において対向するような位置に設定されている。【００３９】
次に、往復動する部材であるピストンユニット３について説明する。
ピストンユニット３は、図４に示すように前記シリンダ１１内を往復動するものであり、その一部であるピストン３１は気密性を保つためにその周縁にピストンリング３１ａを具える。このピストン３１の裏側からはピストンロッド３２が延長形成され、更にその端部のロッドエンド３３が規制遊星ギヤ機構４に連繋するように組み立てられている。
そしてロッドエンド３３と規制遊星ギヤ機構４とは、ロッドエンドベアリング３４を介して互いに回転自在に組み立てられている。【００４０】
また、ピストンユニット３においては、ロッドエンド３３は、水平対向となっているピストン３１のそれぞれから伸びるピストンロッド３２に対して共有的に取り付けられており、水平対向２気筒分のピストンユニット３は一体化されたいわゆるモノブロック状の形体をとっている。従って、ロッドエンド３３は、その呼称にかかわらず部品形状としては、ピストンユニット３の中央に位置している。
もちろん、ピストン３１の下端とロッドエンド３３との間にピン状の連接部材を介在させることももとより差し支えない。
そして、このロッドエンド３３の部位には、円孔部が設けられており、この円孔部に対し、ロッドエンドベアリング３４が内嵌めされるように組み合わされている。そして、このロッドエンドベアリング３４に後述する自転偏心盤４１が内嵌めされるように組み合わされている。【００４１】
ここで、ロッドエンド３３については、特許請求の範囲１において水平対向状態の一対のピストン３１は、ピストンロッド３２のロッドエンド３３を共有すると記載されているが、これは実質的にはロッドエンド３３の作用位置中心を共有していることを意味する。従ってロッドエンド３３ついては、後述する直動誤差許容構造をとるべく、この部位を２分割するような構造であってもよく、この場合であってもロッドエンド３３は共有された態様である。
因みに図１３に適用したピストンユニット３は、強度を十分に維持しながら軽量化を試み得る構成を有する。すなわち図中端面図で示すようにピストン３１の上端部とロッドエンド３３との間は、全体に薄板状を成し、更に側面視でその中央部を肉薄とし、相対的に周縁部を肉厚のリブ状としているものである。図１３の端面図における符号３２１は肉薄部を示し、符号３２２は肉厚部を示す。【００４２】
なおこのようなピストン３１とピストンロッド３２とロッドエンド３３のコンパクト化、ないしは薄型化を追求すると、ピストン３１そのものについても、図１８、１９、２０に示すようにピストンヘッドの面形状を円形とせず偏平なものとしてもよい。
この実施例は、一例として長円状のピストンヘッド形状を採るものであるが、楕円状、あるいは長円状であるものの長辺部分が幾分か外側に膨出湾曲した形態としてもよい。このような構成は、ここに嵌め込まれるピストンリングの製造精度、製造の容易さ等を考慮して適宜選択されるものである。そして、このような偏平ピストンを採用した場合には、図１９に示すように機関の組立状態、すなわち単位コンポーネントにおいてもクランク軸２方向の長さ寸法を著しく減少させることができる。
因みに図１９には、骨格的にピストンヘッド形状が円形のものを適用した際のクランク軸２方向の長さ寸法（シリンダ実質幅Ｗ0 ）をあわせて示したものであるが、偏平ピストンを用いた単位コンポーネント機関Ｅ４の長さ寸法（シリンダ実質幅Ｗ1 ）は、円形ピストンを用いたものに比べてほぼ１／２程度に抑えることが可能である。このように構成することにより、クランク軸２の軸方向アンバランス要素は、より中心に集中し、振動発生要素の減少に寄与し得る。
また円形ピストンタイプのものと比較すると、ストロークが同じときピストンユニット３の長さを短寸化できるので、シリンダ方向寸法（機関長さ）も低減でき機関全体をコンパクトに設計することが可能となる。
更にまた偏平ピストンヘッドは、クランク軸直角方向への自転偏心盤中心の微少揺れの吸収にも適する。
更にまたピストンユニット３として見ると全体として平板状とすることができ、軽合金鍛造等の手法で製造するにしても製造がし易く、小型化も容易に達成できる。【００４３】
また本実施例においては、上述したロッドエンドベアリング３４は、ピストンユニット３のロッドエンド３３の部位に対して直接取り付けるほか、図４に示すように、可動ブロック３５を介して取り付けるようにしてもよい。この可動ブロック３５は、一例としてその四隅が隅とりされた矩形上の盤状部材であって、その中央部にロッドエンドベアリング３４を内嵌めするためのベアリング受入孔３５ａが設けられているものである。そして、この可動ブロック３５は、ピストンユニット３の中央部に設けられた可動ブロック受入孔３６の微少摺動面３６ｆに対して微少摺動面３５ｆが極微のクリアランスで対面するように嵌め込まれるものであって、ピストンユニット３の往復運動方向と直交する方向には、幾分かの可動ブロッククリアランス３５ｃを設けるように構成されている。
このため、ロッドエンドベアリング３４は、ピストン３１の往復動方向に直交する方向に微動可能になるようにピストンユニット３に対して保持されることとなり、ピストンユニット３をシリンダ直角方向へ微動させようとするような力が加わった場合にも、それを許容してシリンダ１１内を摺動できるようにしているものである。なおこのような動きとしては、このサイクロイド往復動機関Ｅが自動車やモーターサイクルに適用される場合、特にエンジンブレーキがかかるような、逆トルクが生起した場合の動きが挙げられる。【００４４】
上述の可動ブロック３５を設けた構成は、ピストン３１の円滑な往復動を行わせるための直動誤差許容構造の一例であり、この直動誤差許容構造は、上述のほか図２２、２３に示す態様が採り得る。
（１）ピストンクリアランスの確保
図２２に骨格的且つ誇張的に示すように、ピストンクリアランスＰｃをシリンダに対して充分にとり、ピストン３１が誇張的に言えば、図２２（ｃ）に示すように上下に摺動軌跡を選択し得るような形態とすることも差し支えない。このように構成されていれば、先に述べたような動力伝達の際の作動誤差、トルク方向の変換等を許容した円滑な作動が可能となる。【００４５】
（２）ロッドエンド２分割タイプ
直動誤差許容構造についての更に他の実施例としては、図２３に示すようにピストンユニット３において、ロッドエンド３３の部位を一例として中心線で２分割し、二つのピストンユニット要素３Ｆとし、その分割面３３Ｄの間に分割面クリアランスＤｃをわずかにとり、ピストンユニット３としては、全体としてこの中間部を中心に幾分か屈折し得るように構成するものである。もちろん、定常の運転状態では、例えピストンユニット３が中央で分断されていても、一体として作動するものであり、一体として組み付けられていることが必要である。そのための構成としてロッドエンド３３の部位において、図２３（ａ）に示すように左右両側に外嵌めされるリテーナリング３３Ｒ、更にそのリテーナリング３３Ｒの抜け留めを図るためのサークリップ３３Ｃを嵌め込むようにして一体組立構成を実現する。
この構成の場合も同様に、作動誤差等を許容しながら作動が円滑に成されるものである。
なお分割面３３Ｄは、ピストンユニット３の長手方向と直交する中心直径線上にある必要がなく、直交方向から傾いた中心線上にあってもよいし、直径線上とせず中心で屈曲し、分断されたピストンユニット要素３Ｆが非対称形となってもよい。
なおこれら実施例からも理解できるように、直動誤差許容構造を考慮するにあたっては、前述の偏平ピストンタイプのものが好ましい。【００４６】
次に、ピストンユニット３を直線往復運動とさせるための規制遊星ギヤ機構４について説明する。
まず規制遊星ギヤ機構４における自転偏心盤４１は、クランクピンベアリング２３ａ等の軸受を介してクランクピン２３に対して回転自在に外嵌されるとともに、そのクランクピン２３とは、偏心した状態に前記ロッドエンド３３に内嵌状態でロッドエンドベアリング３４を介して回転自在に嵌め合わされている。
そして、前記クランクピン２３と軸心を共通させて遊星歯車４２を自転偏心盤４１の側面にこれと一体的に具えるともに、この遊星歯車４２は、クランクケース１内側に固定された静止リングギヤ４３の内側に噛み合って遊星運動を行っている。
なお機構学的ないしは幾何学的に前記ロッドエンド３３が直線運動をするためには、遊星歯車４２と、静止リングギヤ４３とのピッチ円直径の比は１：２にすることが条件である。また、静止リングギヤ４３のピッチ円直径は、ピストンストローク（４ｅ）に等しい。【００４７】
次に前記伝達ギヤ２２に対して噛み合う伝動機構５について説明する。
この伝動機構５は、クランク軸２と外部との間で滑らかな動力伝達を担う部材であるとともに後述する往復質量の慣性により生じたｙ軸回りの慣性トルクＴy をつりあわせるためのバランサ機構としても利用し得るものである。このものは、図５に示すように双方に対して動力を伝えるための伝動軸５１と、これに固定された伝動ギヤ５２によって構成される。
具体的にはサイクロイド往復動機関Ｅの場合は、外部に対して動力を出力するため、伝動機構５の伝動ギヤ５２が出力ギヤとなって外部に動力を伝達するものであり、一方サイクロイド往復動機関Ｅのクランク機構を用いたポンプ、ないしはコンプレッサ等の場合には、外部のモータ動力等がクランク軸２に伝達される際の入力ギヤとして作動する。【００４８】
また、伝達ギヤ２２と伝動ギヤ５２との組み合わせから成る伝動機構５は、クランク軸２の軸方向に見ると、単位コンポーネント機関Ｅ４を基準とした場合、クランク軸２が一体構造部位、すなわち各シリンダ１１間に配置することが好ましい。これによって、クランク軸２の最も剛性の高い部位で動力伝達が図られ、組立構造を採ることが要求されているクランク軸２の場合、クランク軸２のこじれを有効に防いでいる。
しかしながら、このような設計強度的な問題が生じていなかったり、あるいは解消されている場合には、クランク軸２の一体構造部位以外の箇所において動力伝達を図ってもよい。具体的には、図１８、１９、２０、２１に示す偏平ピストンタイプを適用した単位コンポーネント機関Ｅ４に開示するとおり、伝動機構５をクランク軸２両端に配してもよい。
この場合クランク軸２の組立構造としては、単位コンポーネント機関Ｅ４の中央連結部（シリンダ間）を組立クランクとし、両端のクランクピン２３、クランクウェブ２４と、一体に伝達ギヤ２２を設け、これに噛み合う伝動ギヤ５２により伝動軸５１を連結する構造を採る。具体的には、この組立構造は、図２０に示す分解斜視図により理解されるとおり、中央のクランクウェブ２１を連結媒体とし、このものに１８０°配置したクランクピン受孔２１Ｐを設け、一方左右に分割されたクランクピン２３の中央寄り端部にクランクピン嵌込部２３Ｐを形成し、このクランクピン嵌込部２３Ｐをクランクピン受孔２１Ｐに圧入した構造とする。【００４９】
なおこのように伝動機構５を中央のクランクウェブ２１に設けない構造を更に追及すると、図２１に示すように単位ユニット機関Ｅ２を完全に独立させるような構成とすることも可能である。すなわちこの場合、中央のクランクウェブ２１をあたかも軸方向に分断したような形態とし、クランクウェブ２１Ａ、クランクウェブ２１Ｂとの２部材で構成する。各クランクウェブ２１Ａ、２１Ｂは、クランクピン２３を受入れるクランクピン受入孔２１Ｐをそれぞれ一箇所具え、両クランクウェブ２１Ａ、２１Ｂが組立状態となったときには、同図２１（ｂ）に示すように、それぞれのクランクピン受孔２１Ｐは、１８０°対向した位置に設けられる。
因みにこのような構成としたときには、クランク軸２の剛性の向上が図れる。またクランク軸２の組立部、すなわちクランクウェブ２１におけるねじり負荷が除去され、クランク軸２のこじれが解消される。また、クランク軸２の製作が容易あるとともに、機構の組立が容易である。また左右に設けられる遊星歯車の滑らかな噛み合いに寄与できる。【００５０】
更に伝動ギヤ５２に関し、そのギヤ比等の設定について説明する。伝動ギヤ５２は、上述したクランク軸２に固定されている伝達ギヤ２２に噛み合うものであり、この伝動ギヤ５２と伝達ギヤ２２とのギヤ歯数の比は、この伝動機構５がバランサ機構としての機能を有しているか否かによって異なる。
具体的には伝動機構５を後述するバランサ機構として用いるものについては、単位コンポーネント機関Ｅ４である水平対向４気筒のサイクロイド往復動機関Ｅ４と、この単位コンポーネント機関Ｅ４を２基連結した水平対向８気筒のサイクロイド往復動機関Ｅ８の場合である。これらについては、伝動ギヤ５２と伝達ギヤ２２とのギヤ歯数の比は、１：１の歯数の比にする。
なお詳細については後述するが、伝動機構５をバランサ機構として用いない場合、具体的にはＮ≧３の単位コンポーネント機関Ｅ４を連接するもの（水平対向１２気筒及び１６以上の気筒のサイクロイド往復動機関Ｅ）においては、伝動ギヤ５２と伝達ギヤ２２とのギヤ歯数の比は、任意にとれる。
また図３等に示すように、この伝動ギヤ５２を支持する伝動軸５１には、後述する振動や騒音を低減するための２つ伝動軸バランサ５５がこの伝動ギヤ５２の両側（前後）に取り付けられる。この伝動軸バランサ５５が、請求項１３でいうカウンタバランサの役割を担うものである。【００５１】
なお水平対向４気筒の単位コンポーネント機関Ｅ４の場合であっても、伝動機構５のうち特に伝動軸５１においてバランサ作用を求めない構造とすることもでき、単なる動力伝達のみを担わせる構造としてももとより差し支えない。当然この場合ギヤ比の設定は、１：１に限られない。【００５２】
以上述べたものが本発明の具体的な構造の一例であり、次のように作動する。
まずクランク軸２が回転すると、クランクピン２３が規制遊星ギヤ機構４における自転偏心盤４１を回転させる。このとき共に遊星回転する遊星歯車４２は、静止リングギヤ４３に噛み合っていることによりその動きが規制され、自転偏心盤４１にロッドエンド３３をロッドエンドベアリング３４を介して外嵌めしたピストンユニット３は、常にシリンダ１１の中心とクランク軸２と中心とを結ぶ一直線上を往復動するのである。【００５３】
ここで更に各歯車の動きの関係について具体的に説明する。まずピストンストロークを４ｅと表した場合に、この４ｅをピッチ円直径とする静止リングギヤ４３は、その軸心であるクランク軸心Ｏ1 と一致してクランクケース１に固定配置されている。
これに対してピッチ円直径２ｅである遊星歯車４２は、クランクピンベアリング２３ａを介してクランクピン２３に回転可能に支えられていることから、静止リングギヤ４３とかみあってクランクピン軸心Ｏ2 を中心として自転するとともにクランク半径ｅのクランク軸心Ｏ1 回りに逆方向に同じ角速度で公転する。
そして遊星歯車４２と一体に構成された偏心量ｅの自転偏心盤軸心Ｏ3 は、シリンダ軸中心線Ｃ（なお、以下単位ユニットＥ２ごとにＣ1 からＣ6 として図中に示す。）方向にストローク４ｅの直線往復運動、すなわちサイクロイド運動をする。加えて本発明は、ロッドエンド３３を共有とした水平対向タイプのシリンダ配置であるから対向するピストン３１同士は、圧縮状態と膨張状態とを繰り返しているものである。
なお、ピストン３１のロッドエンド３３側の内側空間を便宜上クランク室１０ａとして、ピストン３１の頭部側のスペースを作動室１０ｂとするものである。【００５４】
このような往復動機関は、当然ながら振動が生ずるものであるが、その振動について、以下のような手段により解消が図られている。
まず本発明のサイクロイド往復動機関Ｅにおいて、回転体のつりあわせは周知なので説明を割愛し、往復質量の慣性力及び慣性トルクのつりあわせ方法を説明する。
本発明のサイクロイド往復動機関Ｅのピストンユニット３の直線往復運動は、クランク軸２のクランク軸心Ｏ1 回りの角速度ω、クランクピン２３のクランクピン軸心Ｏ2 またはクランクピン軸心Ｏ2 ′回りの角速度−ωで等速回転運動する遊星歯車４２により創出されるいわゆるサイクロイド運動である。
往復動するピストンユニット３の質量ＭE に生じる慣性力Ｆ、ｚ軸（クランク軸心）回りの慣性トルクＴz 、ｙ軸回りの慣性トルクＴy 、及びｘ軸回りの慣性トルクＴx のつりあわせを、クランク軸心中央を原点Ｏとし、図６に示すような右手直交座標系Ｏ‐ｘｙｚを基準座標系にとって述べる。バランサは、原点Ｏに関して対称配置でなくてもよいが、ここでは、実用上の観点から、バランサを含め、装置構造を原点Ｏに関して対称とする。図６に示すように、質量ＭE を自転偏心盤軸心の軸方向中央点Ｅ1 、Ｅ2 に集中させ、クランク軸２の両端につりあい質量ＭA を、伝動軸５１の両端にバランサ質量ＭB を設けて動つりあいをとる。このとき、質量ＭA ，ＭB の重心の回転軸心からの半径距離をそれぞれＲA ，ＲB 、また、往復質量ＭE を集中させた点、質量ＭA 及びＭB の重心の回転軸心方向距離をそれぞれｄE ，ｄA 及びｄB とする。周知の動つりあわせの理論から、次の関係式（１）及び（２）を満たすように諸量を定めれば、機構内部で往復質量の慣性力Ｆ、ｘ軸（クランク軸心）回りの慣性トルクＴx 及びｙ軸回りの慣性トルクＴy はつりあう。
なお単位コンポーネント機関Ｅ４、すなわち水平対向４気筒サイクロイド往復動機関Ｅでは、燃焼室爆発力などのピストン３１に加わる力によるクランクトルクを平滑化するため、関係式（３）で与えられるｚ軸回りの慣性トルクＴz をつりあわせずに残留させる。【００５５】
【数１】
2008010490.tif 000003
【００５６】
【数２】
2008010490.tif 000004
【００５７】
【数３】
2008010490.tif 000005
【実施例２】
【００５８】
〔Ｎ＝２とした水平対向８気筒サイクロイド往復動機関Ｅ８（４サイクル機関）〕
次に上述した単位コンポーネント機関Ｅ４を２基連接した水平対向８気筒サイクロイド往復動機関Ｅ８に関する実施例について説明する。
このものは、図７、図８に示すように互いの単位コンポーネント機関Ｅ４の一方のクランク軸バランサ２５を廃し、その端部側に共通のクランクウェブ状の連結盤２６を設けるようにして、２基の単位コンポーネント機関Ｅ４を接続したものである。
具体的な接続形態について説明すると、２基の単位コンポーネント機関Ｅ４を接続するにあたっては、クランク軸２は騒音・振動の低減のために、互いに９０°（１８０°／Ｎ，Ｎ＝２）だけ位相が異なるようにして連結盤２６を用いて接続されている。
また伝動機構５については、図８、図９に示すように、それぞれの単位コンポーネント機関Ｅ４の中央に設けられた伝達ギヤ２２に噛み合うようにそれぞれの伝動ギヤ５２を共通の伝動軸５１に取り付ける。また更にこの伝動軸５１には、振動を抑制するための伝動軸バランサ５５が取り付けられている。【００５９】
往復運動するピストンユニット３の質量ＭE に生じる慣性力Ｆ、ｚ軸（クランク軸心）回りの慣性トルクＴz 、ｙ軸回りの慣性トルクＴy 及びｘ軸回りの慣性トルクＴx のつりあわせを、クランク軸心中央を原点Ｏとし、図１０に示すような右手直交座標系Ｏ−ｘｙｚを基準座標系にとって述べる。バランサは、原点Ｏに関して対称配置でなくてもよいが、ここでは、実用上の観点から、バランサを含め、装置構造を原点Ｏに関して対称とする。図１０に示すように、質量ＭE を自転偏心盤軸心の軸方向中央点Ｅ1 ，Ｅ2 ，Ｅ3 ，Ｅ4 に集中させ、クランク軸２の両端につりあい質量ＭA を、伝動軸５１の両端にバランサ質量ＭB を設けて動つりあいをとる。このとき、質量ＭA ，ＭB の重心の回転軸心からの半径距離をそれぞれＲA ，ＲB 、また、往復質量ＭE を集中させた点、質量ＭA 及びＭB の重心の回転軸心方向距離をそれぞれｄE ，ｄA 及びｄB とする。
周知の動つりあわせの理論から、次の関係式（４）及び（５）を満たすように諸量を定めることにより、機構内部で往復質量の慣性力及び慣性トルクはつりあわせることができる。【００６０】
【数４】
2008010490.tif 000006
【００６１】
【数５】
2008010490.tif 000007
【実施例３】
【００６２】
〔Ｎ＝３とした水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関Ｅ１２（４サイクル機関）〕
次に上述した単位コンポーネント機関Ｅ４を３基連接した水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関Ｅ１２（４サイクル機関）に関する実施例について説明する。
このものは、図１１、図１２、図１３などに示すように互いの単位コンポーネント機関Ｅ４の双方のクランク軸バランサを廃し、その端部側に共通のクランクウェブ状の連結盤２６を設けるようにして、３基の単位コンポーネント機関Ｅ４を接続したものである。
具体的な接続形態について説明すると、３基の単位コンポーネント機関Ｅ４を接続するにあたっては、クランク軸２は騒音・振動の低減のために、互いに６０°（１８０°／Ｎ，Ｎ＝３）だけ位相が異なるようにして連結盤２６を用いて接続されている。
また伝動機構５については、図１３、図１４に示すように、それぞれの単位コンポーネント機関Ｅ４の中央に設けられた伝達ギヤ２２に噛み合うようにそれぞれの伝動ギヤ５２を共通の伝動軸５１に取り付ける。なおこの伝動機構５には、バランサ機構としての機能を具えていないことから、伝動軸５１の両端の振動を抑制するための伝動軸バランサは、取り付けられていない。
なお、単位コンポーネント機関Ｅ４を図１１〜１４のような所定のクランク角の位相差で配置することにより、周知の動つりあわせの理論から、機構内部で往復質量の慣性力及び慣性トルクはつりあわせることができる。従って、伝動機構５については、バランサ機構としての機能を備えないため、伝動軸５１の両端の振動を抑制するための伝動軸バランサは、取り付けられていない減速出力軸のみとする構成となっている。
【実施例４】
【００６３】
〔Ｎ≧４とした水平対向１６気筒以上のサイクロイド往復動機関Ｅ（４サイクル機関）〕
更に、単位コンポーネント機関Ｅ４を４基以上連接した水平対向１６気筒以上のサイクロイド往復動機関Ｅ（４サイクル機関）に関する実施例について説明する。
この場合、水平対向１６気筒サイクロイド往復動機関Ｅ（４サイクル機関）における往復質量の慣性力及び慣性トルクのアンバランスは、厳密には水平対向４、８気筒サイクロイド往復動機関Ｅ４、Ｅ８のようなクランク軸バランサ２５や伝動軸バランサ５５などを適宜設けることと、単位コンポーネント機関Ｅ４同士の連結部においてクランク軸の位相差を１８０°／Ｎ（Ｎ＝４、５、・・）に設定することとにより動力学的に解消させることが好ましいものである。
しかしながら、クランク軸バランサ２５、伝動軸バランサ５５により改善されるアンバランスの程度は微小なものであることから、これらのバランサ部材を設けることによる制約（例えば伝動ギヤ５２の歯数が一義的決定してしまう点など）と、これらのバランサ部材によるアンバランスの改善とを比較考慮すると、アンバランスがわずかながらに残る場合があるが、実用上の観点からＮ＝３の水平対向１２気筒サイクロイド往復動機関Ｅ１２と同様に、クランク軸２の接続部における所定の位相差に設定する手法のみでアンバランスを改善することができる。なお、Ｎの値によっては、Ｎ＝３のときと同じくクランク軸２の接続部を所定の位相差に設定する手法のみで、動力学的に完全にアンバランスを解消することができる場合がある。【００６４】
またクランク軸２を異にする複数の水平対向ｎ気筒サイクロイド往復動機関Ｅを、それらの伝達ギヤ２２を共通の伝動軸５１上に噛み合わせるようにした構成もとり得る。
特に、上述した水平対向１２気筒往復ピストン機関Ｅ１２は、伝動軸５１自体がバランサ機能を有していないことから伝動ギヤ５２の歯数を任意のものにすることができ、異なるクランク軸２を具えたそれぞれの水平対向１２気筒往復ピストン機関Ｅ１２が互いに緩衝しないように配置した設計とすることが可能である。具体的には、図１７に示すように共通の伝動軸５１に対して、上下の両面側より伝達ギヤ２２を噛み合わせるようにしたものであって、いわばサイクロイド往復動機関Ｅによって１本の伝動軸５１を挟みこむような配置になったものである。もちろん、２つのサイクロイド往復動機関Ｅによって構成されるほかに、更に多くのサイクロイド往復動機関Ｅによって構成させることも可能である。
【実施例５】
【００６５】
〔バランサ機構を排除したサイクロイド往復動機関〕
上述したように、本発明のサイクロイド往復動機関Ｅは、その作動状態において振動・騒音等の原因であるアンバランスを解消すべく、動力学的に観点よりそれぞれの機関の構成に応じてクランク軸２両端のクランク軸バランサ２５や伝動軸５１の両端の伝動軸バランサ５５を適宜に設けたものである。
しかし、例えば使用状態でのクランク軸回転数や、ピストン行程とピストン径との関係、シリンダ数などのサイクロイド往復動機関Ｅの総合的な性状が一定の条件を満たす場合には、これらのバランサを省略することも可能である。
具体的には、Ｎ＝１のときの水平対向４気筒サイクロイド往復動機関Ｅ４や、Ｎ＝２のときの水平対向８気筒サイクロイド往復動機関Ｅ８は、所定の条件の下で、動力学的に求められた種々のバランサを排し、隣り合う単位ユニット機関を連結する際の位相角に所定のものとすることで、一定の条件下でバランサを具えたものと同様の静粛運転性能を発揮させることが可能である。【００６６】
〔参考的設計例〕
なお本発明は、基本的に水平対向ピストンタイプのものであるが、その構成を一部利用することにより、図２４に示すように非水平対向タイプのものも実現し得る。
例えば図２４に示すものは、偏平ピストンタイプのものであり、このもの自体充分な新規性を有する。なお各部材の名称、符号等については、既に述べた実施例と共通で、援用することが出来るので、詳細な説明は省略する。このような機構を採用したサイクロイド往復動機関Ｅも実用化が期待し得る。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上述べたサイクロイド往復動機関Ｅは、化石燃料等を用いて出力を生じさせる例えば輸送用機械の動力源、発電機の動力源などとして利用できるものである。更に、このサイクロイド往復動機関Ｅのクランク機構を用いて外部から動力を得ることによってポンプ装置として利用することも可能である。以下、それぞれの作動態様について説明する。
なお本明細書に用いるポンプ装置とは、機械的または他の手段によって流体を連続的に押し揚げ，押圧し、圧縮または排出する装置を意味するものであり、ポンプと、コンプレッサとの双方を含むものである。【００６８】
〔１．出力機関（原動機）として利用する場合〕
図１５（１）に示すように、本発明のサイクロイド往復動機関Ｅを４サイクル機関に適用する場合には、シリンダヘッド１２に吸気孔１５ａと、これを開閉する吸気弁１５ｂとを設けると共に、更に排気孔１６ａとこれを開閉する排気弁１６ｂとを設け、更に点火プラグＰを設ける。もちろんディーゼル機関においては、点火プラグＰの代わりに燃料噴射ノズルが設けられる。
もちろんこの場合、動弁機構については適宜の弁機構を採用し得るものである。
また給排気弁等の数についても、最低限排気弁１６ｂと吸気弁１５ｂとの２つが必要であるものの、多弁型とすることも差し支えないが、これらについての説明は省略する。そしてこれによって得られた回転出力は、伝達ギヤ２２から伝動ギヤ５２を介して外部に取り出される。
なお４サイクル機関に適用する場合において、本装置の構成上、シリンダ側圧は発生せず、しかもピストンストロークは、クランク半径の４倍となることから、いわゆるロングストローク化が容易であり、これに伴い層状燃焼、希薄燃焼等に適した機関が得られる。【００６９】
本発明のサイクロイド往復動機関Ｅを２サイクル機関に適用する場合にも同様である。図１５（２）に示すように給排気弁構造の特性上により吸気孔１５ａはシリンダ１１のクランクケース１寄りの側方に開口し、クランク寄りのクランク室１０ａと作動室１０ｂとを掃気孔１７によって連通させるとともに、掃気孔１７より開孔タイミングが早い排気孔１６ａをシリンダ１１の側面に開孔させている。
そしてピストン３１については、この排気孔１６ａと、掃気孔１７とを開閉する作用を担うべく、ピストン３１の頭部より下方に伸びるにピストンスカート３１ｂを具える。
２サイクル機関の場合も同様にクランク軸２が回転するとピストン３１の上昇時には、クランク室１０ａ側で吸気がなされるとともに、作動室１０ｂ側では圧縮工程が開始される。そして点火プラグＰによる点火を受けて作動室１０ｂの混合気が燃焼し、そのエネルギーでピストン３１が再び下降し、まず排気孔１６ａが開孔したところで内部の燃焼ガスは排気管側に流出する。これとともに掃気孔１７により、クランクケース１側で圧縮されていた新気混合ガスが作動室１０ｂ側に移動して自己掃気をするものである。【００７０】
〔２．ポンプ装置（コンプレッサ、ポンプ）に利用する場合〕
本発明のサイクロイド往復動機関のクランク機構をコンプレッサ、ポンプに適用する場合には、図１６に示すようにまず伝動ギヤ５２を介し外部からの動力を得て、クランク軸２を回転させる。これによってピストン３１が往復動し、適宜シリンダ１１内の吸気孔１５ａより気体や液体などの所望の媒体を吸気もしくは吸入し、次工程においてピストン３１が上昇することにより所望の媒体を圧縮して排気孔１６ａから排出するものである。このような場合には、前記吸気弁１５ｂと排気弁１６ｂについてはワンウェイバルブで十分である。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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