(57)【要約】純粋直線運動を純粋回転運動に変換するための内サイクロイド歯車アセンブリ（１００）は、ピニオンシャフト（２００）と、ピニオンキャリヤ（３００）と、リング歯車（４００）とを有する。ピニオンシャフトはピニオンジャーナル（２０２）を有し、これは、純粋直線方向に動く。ピニオン本体（２０４）はピニオンジャーナルに接続され、それからずれている。ピニオン本体は、ピニオンキャリヤのキャリヤ本体（３２０）の内部に置かれる。ピニオン本体は、キャリヤ本体の中心軸を中心にして回転し、キャリヤ本体をその自己の軸を中心にして回転させる。出力シャフト（３３０）は、その中心線がキャリヤ本体の中心線に一致し、その自己の軸を中心にして回転し、純粋回転運動を行う。
2004500525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内サイクロイド歯車アセンブリであって、
ピニオンジャーナルとピニオン本体とを有するピニオンシャフトと、
エンドプレートと内側キャビティを有するキャリヤ本体と出力シャフトとを有するピニオンキャリヤと、
を備え、
運転中に、前記ピニオンジャーナルは純粋直線運動で移動し、前記出力シャフトは純粋回転運動を行うことを特徴とする内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項２】
円筒形チューブ形状の穴であり、その中心線は前記キャリヤ本体の中心線からずれて前記キャリヤ本体に窓を形成して前記内側キャビティを露出する前記内側キャビティと、前記内側キャビティのまわりに三日月を形成する前記キャリヤ本体の残りの部分と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項３】
外部表面に歯を有する前記ピニオン本体であって、その歯が前記キャリヤ本体の前記窓を通って突出するように、前記キャリヤ本体の前記内側キャビティ内に挿入される前記ピニオン本体をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項４】
内部表面に歯を有し前記キャリヤ本体の上に置かれるリング歯車をさらに備え、
前記ピニオン本体の前記歯は前記リング歯車の前記歯に噛み合うことを特徴とする請求項３に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項５】
前記リング歯車の前記ピニオン本体に対する歯数比は２：１であることを特徴とする請求項４に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項６】
エンジンピストンに接続される前記ピニオンジャーナルをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項７】
前記ピニオン本体の中心線から量Ｙだけずれている前記ピニオンジャーナルの中心線と、前記キャリヤ本体の中心線から量Ｘだけずれている前記内側キャビティの中心線と、をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項８】
同一の中心線を有する前記ピニオン本体および前記内側キャビティと、
同一の中心線を有する前記キャリヤ本体および前記出力シャフトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項９】
前記ピニオンキャリヤの前記内側キャビティ内に置かれる前記ピニオン本体をさらに備え、
前記ピニオン本体と前記内側キャビティとは、前記キャリヤ本体の中心線のまわりに円形方向に移動する請求項８に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１０】
ＰＤのピッチ円直径を有するリング歯車をさらに備え、
ＸおよびＹは１／２ＰＤに等しいことを特徴とする請求項９に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１１】
内側キャビティが上死点にあるときに、上死点にある前記ピニオンジャーナルをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１２】
エンジンピストンに接続される前記ピニオンジャーナルをさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１３】
前記ピニオン本体の両端に２つの軸受表面を有する前記ピニオンシャフトと、
前記エンドプレートに軸受穴を有し、前記キャリヤ本体の一方の端で軸受表面として、且つ、前記キャリヤ本体の反対側の端で第２の軸受表面として作用する前記ピニオンキャリヤと、
をさらに備え、
前記ピニオンキャリヤの前記２つの軸受表面は、前記ピニオンシャフトの前記２つの軸受表面に係合することを特徴とする請求項１に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１４】
前記ピニオン本体からずれている前記ピニオンジャーナルと、
前記ピニオンジャーナルと前記ピニオン本体との接合点に位置するカウンターウェイトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１５】
直線運動エネルギを回転運動エネルギに変換するための内サイクロイド歯車アセンブリであって、
ピニオンジャーナルとピニオン本体とを有するピニオンシャフトと、
エンドプレートと内側キャビティを備えたキャリヤ本体と出力シャフトとを有するピニオンキャリヤと、
リング歯車と、
を備え、
前記ピニオン本体は前記キャリヤ本体の前記内側キャビティ内に挿入され、前記リング歯車は前記キャリヤ本体の上に置かれ、
前記ピニオンジャーナルは純粋直線運動で移動し、前記ピニオン本体は前記ピニオンジャーナルのまわりに円形方向に移動することを特徴とする内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１６】
同一の軸中心を有する前記エンドプレートおよび前記出力シャフトと、
前記出力シャフトがその軸を中心にして回転して純粋回転運動を行うように、前記エンドプレートの軸中心のまわりを円形に一致して移動する前記ピニオン本体および前記キャリヤ本体と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１７】
前記内側キャビティを露出する窓を有する前記キャリヤ本体と、
内部表面に沿って歯を有する前記リング歯車と、
前記軸受穴が上死点にあるときに前記ピニオンジャーナルが上死点にあるにあるように、前記窓を通って突出する歯を外部表面に有して、前記リング歯車の歯に噛み合う前記ピニオン本体と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１８】
ＰＤのピッチ円直径を有する前記リング歯車と、
２：１である前記リング歯車の前記ピニオン本体に対する歯数比と、
前記ピニオン本体の中心線から１／２ＰＤだけずれる前記ピニオンジャーナルの中心線と、
前記キャリヤ本体の前記内側キャビティの中心線から１／２ＰＤだけずれる前記出力シャフトの中心線と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項１９】
前記ピニオンジャーナルに隣接し、前記ピニオンジャーナルの軸を中心にして回転して前記歯車アセンブリの均衡を取るカウンターウェイトをさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項２０】
エンジンピストンに接続される前記ピニオンジャーナルをさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載の内サイクロイド歯車アセンブリ。
【請求項２１】
内サイクロイド歯車アセンブリを使用するエンジンであって、
エンジンピストンと、
接続ロッドと、
ピニオンジャーナルとピニオン本体とを有するピニオンシャフトと、
エンドプレートと内側キャビティを有するキャリヤ本体と出力シャフトとを有するピニオンキャリヤと、
を備え、
前記ピニオンジャーナルは前記接続ロッドに取り付けられ、前記接続ロッドは前記ピストンに取り付けられ、
運転中に、前記ピニオンジャーナルは純粋直線運動で移動し、前記出力シャフトは純粋回転運動を行うことを特徴とするエンジン。
【請求項２２】
円筒形チューブ形状の穴であり、その中心線が前記キャリヤ本体の中心線からずれて前記キャリヤ本体に窓を形成して前記内側キャビティを露出する前記内側キャビティと、前記内側キャビティのまわりに三日月を形成する前記キャリヤ本体の残りの部分と、をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のエンジン。
【請求項２３】
外部表面に歯を有する前記ピニオン本体であって、その歯が前記キャリヤ本体の前記窓を通って突出するように、前記キャリヤ本体の前記内側キャビティ内に挿入される前記ピニオン本体をさらに備えることを特徴とする請求項２２に記載のエンジン。
【請求項２４】
内部表面に歯を有し前記キャリヤ本体の上に置かれるリング歯車をさらに備え、
前記ピニオン本体の前記歯は前記リング歯車の前記歯に噛み合うことを特徴とする請求項２３記載のエンジン。
【請求項２５】
前記リング歯車の前記ピニオン本体に対する歯数比は２：１であることを特徴とする請求項２４に記載のエンジン。
【請求項２６】
前記ピニオン本体の中心線から量Ｙだけずれている前記ピニオンジャーナルの中心線と、前記キャリヤ本体の中心線から量Ｘだけずれている前記内側キャビティの中心線と、をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のエンジン。
【請求項２７】
同一の中心線を有する前記ピニオン本体および前記内側キャビティと、
同一の中心線を有する前記キャリヤ本体および前記出力シャフトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載のエンジン。
【請求項２８】
前記ピニオンキャリヤの前記内側キャビティ内に置かれる前記ピニオン本体をさらに備え、
前記ピニオン本体と前記内側キャビティとは、前記キャリヤ本体の中心線のまわりに円形方向に移動することを特徴とする請求項２７に記載のエンジン。
【請求項２９】
ＰＤのピッチ円直径を有するリング歯車をさらに備え、
ＸおよびＹは１／２ＰＤに等しいことを特徴とする請求項２８に記載のエンジン。
【請求項３０】
内側キャビティが上死点にあるときに、上死点にある前記ピニオンジャーナルをさらに備えることを特徴とする請求項２９に記載のエンジン。
【請求項３１】
エンジンピストンに接続される前記ピニオンジャーナルをさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載のエンジン。
【請求項３２】
前記ピニオン本体の両端に２つの軸受表面を有する前記ピニオンシャフトと、
前記エンドプレートに軸受穴を有し、前記キャリヤ本体の一方の端で軸受表面として、且つ、前記キャリヤ本体の反対側の端で第２の軸受表面として作用する前記ピニオンキャリヤと、
をさらに備え、
前記ピニオンキャリヤの前記２つの軸受表面は、前記ピニオンシャフトの前記２つの軸受表面に係合することを特徴とする請求項２１記載のエンジン。
【請求項３３】
前記ピニオン本体からずれている前記ピニオンジャーナルと、
前記ピニオンジャーナルおよび前記ピニオン本体の接合点に位置するカウンターウェイトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載のエンジン。
【請求項３４】
内サイクロイド歯車機構を運転する方法であって、
ピニオンジャーナルを有するピニオンシャフトを提供するステップと、
出力シャフトを有するピニオンキャリヤを提供するステップと、
前記ピニオンジャーナルを純粋直線運動で動かすステップと、
前記ピニオンジャーナルの純粋直線運動を前記出力シャフトの純粋回転運動に変換するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
前記ピニオンシャフトにピニオン本体を設けるステップと、
前記ピニオン本体を前記ピニオンジャーナルの軸の中心を中心にして回転させるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ピニオンキャリヤに、内側キャビティを有するキャリヤ本体を設けるステップと、
前記ピニオン本体を前記キャリヤ本体の前記内側キャビティ内に置くステップと、
前記ピニオン本体および前記内側キャビティを、前記キャリヤ本体の中心線を中心にして回転させるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記ピニオンジャーナルおよび前記キャリヤ本体の前記内側キャビティの両方が上死点位置にあるときに、前記ピニオンジャーナルを前記キャリヤ本体の前記内側キャビティ内に置くステップをさらに含むことを特徴とする請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
外部表面にあり前記キャリヤ本体の窓を通って突出する歯を有する前記ピニオン本体を提供するステップと、
内部表面に歯を有するリング歯車を前記キャリヤ本体の上に置くステップと、　前記ピニオン本体の前記歯と前記リング歯車の前記歯とを噛み合わせるステップと、
さらに含むことを特徴とする請求項３７に記載の内サイクロイド歯車機構を運転する方法。
【請求項３９】
前記ピニオンジャーナルに接続されるエンジンピストンを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記出力シャフトが純粋回転運動を行うように、前記キャリヤ本体と同一の中心線を有する前記出力シャフトを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項４１】
前記ピニオンジャーナルに接続されるエンジンピストンを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に使用される内サイクロイド歯車アセンブリに関する。歯車アセンブリは、純粋直線往復運動をするピストンから純粋回転運動をする出力シャフトへ動力を伝達することができ、歯車アセンブリおよびエンジンの効率および安定性を増加する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の往復ピストンエンジンおよび歯車機構は、業界ではよく知られている。従来のエンジンでは、接続ロッドがピストンを歯車アセンブリに接合し、ピストンサイクル中にわずかに傾いた位置を想定する。これは、接続ロッドの一方の端のピストンの直線運動と、接続ロッドの他方の端の歯車アセンブリの円形運動とによって引き起こされる。ピストンの力の一部が接続ロッドの側方向に分散されるため、接続ロッドの傾きまたはずれが、ピストンから歯車アセンブリへ伝達される駆動力を減少する。傾きもピストンの横方向力を生成し、これが、ピストンとピストンを保持するシリンダの壁との間の摩擦の量を増加する。さらに、歯車アセンブリで接続ロッドが回転することが、振動効果を排除しエンジンの均衡を取るのをより困難にする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の内サイクロイド歯車機構は、従来のエンジンの接続ロッドの傾きを排除するように開発されてきた。しかし、先行技術の内サイクロイド歯車機構は、非常に複雑であり、複数の歯車およびカウンターウェイトを有する。
【０００４】
例として、Ｗｒｉｎに付与された米国特許第４，０２６，２５２号が挙げられ、これには、８つの歯車および８つのカウンターウェイトを含む内サイクロイドエンジンが開示されている。Ｗｒｉｎ特許には、外側リング歯車７４、７６、内側リング歯車７８、８４、遊星歯車８８、９０、および、出力歯車１０４、１０６、および、カウンターウェイト６２、６４、６６、６７、９２、９４、９６および１００が開示されている。さらに、接続ロッド２６、クランクシャフト４４、プラネタリクランクキャリヤ５２および５６、および、出力シャフト１０２が、円形運動で移動するかまたは回転して、これが、可動部品の数を増やし、さらに、装置の組立ておよび運転を困難にする。
【０００５】
前述の記載を鑑み、効果的なやり方で直線運動を回転運動に変換するための簡略な内サイクロイド歯車配列の必要性が存在することは明らかである。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明の歯車アセンブリは、接続ロッドの純粋直線運動を出力シャフトの純粋回転運動に変換する。歯車アセンブリは、ピニオンジャーナルによって接続ロッドに接続されたピニオンシャフトを備える。ピニオンキャリヤは、ピニオンシャフトとキャリヤとの両方が一致して動くように、ピニオンシャフトの上に置かれる。ピニオンキャリヤは、出力シャフトの軸の中心に一致する軸の中心のまわりを円形に移動する。出力シャフトは、それによって、自己の軸を中心にして回転し、他の結果として起こる運動はない。
【０００７】
本発明の内サイクロイド歯車アセンブリは、直線運動を回転運動に変換する簡略且つ効果的な手段を提供することによって、先行技術を改良する。歯車機構は、２つの可動部品のみ、すなわち、ピニオンシャフトとピニオンキャリヤとを使用して、この変換を実行する。歯車アセンブリを２つの可動部品に減じることによって、組立てがより容易になり、可動部品の間に生じる摩擦の量が減る。
【０００８】
本発明の目的は、ピストンと接続ロッドとが純粋直線運動を行い、それが、歯車機構によって、出力シャフトの純粋回転運動に変換される内サイクロイド歯車機構を提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、ピストンの横方向力を排除しエンジンの効率を上げるように、接続ロッドの傾きを排除することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、ピストンのすべてのエネルギを接続ロッド内に方向づけ、接続ロッドへの側方向のいずれのエネルギ損失を排除することである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
下記に明らかになる本発明のこれらおよび他の目的、利点および特徴とともに、本発明の下記の詳細な説明、添付の特許請求の範囲およびここに付けられた数枚の図面を参照することによって、本発明の性質は、より明らかに理解される。
【００１２】
図面を参照すると、図１は、本発明のピニオン歯車アセンブリ１００の分解斜視図を示す。ピストン１０２は、厳密に直線往復運動で移動する接続ロッド１０４に取り付けられる。この直線運動エネルギは、後述されるように、ピニオン歯車アセンブリ１００を介して出力シャフト３３０の回転運動エネルギに変換される。
【００１３】
ピニオンシャフト２００は、接続ロッド１０４に接続される。ピニオンシャフトは、ピニオンジャーナル２０２、カウンターウェイト２０３およびピニオン本体２０４の３つのセクションを有する単一の一体片から作られる。図２は、カウンターウェイト２０３のないピニオンシャフト２００を示すことに注意すべきである。ピニオンシャフト２００は、軸受１０６の軸受穴１０８に挿入されるピニオンジャーナル２０２によって接続ロッド１０４に接続される。円筒形ピニオンジャーナル２０２に隣接して、軸受２０６およびパイ形状のカウンターウェイト２０３がある。軸受２０６にピニオン本体２０４が取り付けられ、これは、本体の外部表面に沿って配列された歯２１０を有する細長いチューブである。ピニオン本体２０４の反対側の端に、ピニオン本体２０４から突出して軸受表面２０８として機能する小さなシリンダがある。ピニオンジャーナル２０２の中心線は、１／２ＰＤ（ＰＤ＝リング歯車４００のピッチ円直径）に等しい量Ｙだけピニオン本体２０４の中心線からずれており、これは下記に詳述される。
【００１４】
ピニオンキャリヤ３００はピニオンシャフト２００の上に置かれる。ピニオンキャリヤ３００は、近位エンドプレート３０２と中間キャリヤ本体３２０と遠位動力出力シャフト３３０とを有する一体構成要素である。エンドプレート３０２は、ピニオンシャフト２００の挿入に対応するように、軸受穴３０４を中に含む。軸受穴３０４の中心線は、１／２ＰＤに等しい量Ｘだけエンドプレート３０２の中心線からずれている。軸受穴３０４に整合する穴を中に有する軸受支持ディスク３１１がエンドプレート３０２に接続される。軸受ディスク３１１は、図１には示されていない。２つの穴が単一の軸受アセンブリ３１０を形成し、これが、補完軸受表面３１２とともに、軸受２０６および２０８でピニオンシャフト２００を支持する。
【００１５】
中間キャリヤ本体３２０は、内側キャビティ３２３を画成するためにその内部から切り出されたわずかに小さい第２の円形チューブ部分を有する中実円形チューブである。第２の切り出し穴の中心は、キャリヤ本体３２０の一方の側が、内側キャビティ３２３内に開口する窓３２２を有するように、キャリヤ本体３２０の中心からずれている。キャリヤ本体３２０の残りの部分は、図５のキャリヤ本体３２０の端面図によって示されるように、内側キャビティ３２３のまわりに三日月形状を形成する。
【００１６】
ピニオンシャフト２００がピニオンキャリヤ３００内に挿入されるときに、その軸受２０６および２０８は、ピニオンキャリヤ３００の軸受３１０および３１２に係合する。ピニオン本体２０４の歯２１０は、キャリヤ本体３２０の切り出し穴のずれのため、キャリヤ本体３２０の窓３２２を通って延在する。
【００１７】
動力出力シャフト３３０は、エンドプレート３０２とは反対側のキャリヤ本体３２０から延在する。動力出力シャフト３３０は、キャリヤ本体３２０と一体的に形成され、それとともに動く。出力シャフト３３０の中心線は、キャリヤ本体３２０の中心線およびエンドプレート３０２の中心線と一致する。ピニオン本体２０４の中心線は、軸受穴３０４の中心線と一致する。しかし、動力出力シャフト３３０の中心線とピニオン本体２０４の中心線とは量Ｘだけずれる。
【００１８】
図４に示されるリング歯車４００は、キャリヤ本体３２０の上に置かれ、エンドプレート３０２まで延在するが、これに接触しない。リング歯車４００は、中空円形チューブ４１０であり、チューブ４１０の内部長さに沿って配列された歯４２０を有する。リング歯車４００のピッチ円直径（「ＰＤ」）は、リング歯車４００の内部歯４２０の有効径である。リング歯車４００の歯４２０は、ピニオン本体２０４の歯２１０に係合し、これは、ピニオンキャリヤ３００の窓３２２を通して見える。リング歯車４００は、ハウジング５００内に静止して保持され、動いたり回転したりしない。
【００１９】
運転において、エンジンは、混合気をシリンダ（図示せず）に導入し、これが点火されて、混合気を急速膨張させ、ピストン１０２を直線方向に動かすことによって、従来の方法で動力または力を生成する。ピストン１０２は、次いでこの力を接続ロッド１０４へ伝達し、これが厳密に直線状に往復運動を行う。ピニオンジャーナル２０２は回転可能に軸受穴１０８へ挿入され、接続ロッド１０４とともに直線運動を行いながら、軸受穴１０８内を回転する。しかし、ピニオン本体２０４は、ずれＹのため、ピニオンジャーナル２０２のまわりを回転運動で移動しながら、ピニオンジャーナルの回転に一致して回転する。
【００２０】
図６は、ピニオン本体２０４に対するピニオンジャーナル２０２の動きを示す。ピニオンジャーナル２０２は、往復直線方向に動き、その自己の軸を中心にして回転する。ピニオンジャーナル２０２の回転は次いで、図６に示されるように、ピニオン本体２０４を反時計回りの方向に回転させる。ピニオン本体２０４の回転およびずれＹは、ピニオン本体２０４を、リング歯車４００内で円形時計回りの方向に回転させる。
【００２１】
ピニオン本体２０４は、軸受穴３０４を通ってキャリヤ本体３２０の内側キャビティ３２３内に挿入され、キャリヤ本体の中心軸のまわりに内側キャビティ３２３へ円形運動を伝え、したがって、キャリヤ本体３２０を自己の軸を中心にして回転させる。自己の軸を中心にしたキャリヤ本体の回転は、出力シャフト３３０の中心線がキャリヤ本体の中心線に一致するため、出力シャフト３３０を自己の軸を中心にして回転させ、純粋回転運動を生じさせる。
【００２２】
さらに、ピニオン本体２０４が円形方向に移動するときに、ピニオン本体２０４の歯２１０がリング歯車４００の歯４２０に噛み合うように、リング歯車４００がキャリヤ本体３２０の上に置かれる。ずれＸおよびＹは、両方とも１／２ＰＤであり、リング歯車４００に対するピニオン本体２０４の歯数比は２：１であり、ピニオンシャフト２００およびピニオンキャリヤ３００の回転を、ピニオンジャーナル２０２の直線運動に同期させる。
【００２３】
図７Ａ〜７Ｄは、ピストンの全サイクルにわたってリング歯車４００に対するピニオンジャーナル２０２の回転を示している。ピニオン本体２０４の円形運動が内部キャビティ３２３の円形運動と同一であるため、これらの図は図６に類似している。
【００２４】
しかし、ピニオン本体２０４およびキャリヤ本体３２０は、同一方向に円形運動で移動する一方、この回転は反対方向である。これは、キャリヤ本体３２０がリング歯車４００内で円形運動で移動するときに、その本体が、同一方向にリング歯車４００に対して回転するからである。しかし、ピニオン本体２０４の歯は、キャリヤ本体３２０の窓３２２を通って突出し、静止リング歯車４００の歯４２０に噛み合い、ピニオン本体２０４をキャリヤ本体３２０の方向とは反対方向に回転させるが、両者は同一の円形方向に移動する。
【００２５】
内側キャビティ３２３の円形運動は、エンドプレート３０２、キャリヤ本体３２０および出力シャフト３３０の中心線のまわりにあり、これはすべて同一の中心線である。したがって、出力シャフト３３０は、自己の中心線を中心にして回転し、純粋回転運動を行う。このようにして、接続ロッド１０４の直線運動エネルギは、出力シャフト３３０の回転運動エネルギに変換される。
【００２６】
ピニオン歯車アセンブリ１００の部品の回転および円形運動のため、不均一な力がピニオン歯車アセンブリ１００に発生し、これが、不安定にし、歯車アセンブリに不必要な応力を生じさせる。したがってカウンターウェイト２０３がピニオンジャーナルに取り付けられており、歯車全体の力および応力の均衡を取る。
【００２７】
好ましい実施形態において、ピニオン歯車アセンブリ１００の適切なタイミングおよび運転を確実にするために、リング歯車４００の歯４２０のピニオン本体の歯２１０に対する歯数比は、２：１である。ピニオンジャーナル２０２の中心線のピニオン歯車本体２０４の中心線に対するずれＹ、および、軸受穴３０４の中心線のキャリヤ本体３２０の中心線とのずれＸは、両方とも１／２ＰＤである。歯車アセンブリを組み立てる際に、ピストンが上死点にあるときにピニオンシャフト２００がピニオンキャリヤ３００内に挿入され、ピニオンキャリヤ３００の軸受穴３０４はその上死点にある。これらの状態によって、ピニオンジャーナル２０２が直線運動を行うときに、ピニオン本体２０４およびキャリヤ本体３２０は出力シャフト３３０の軸のまわりを円形方向に移動し、出力シャフト３３０へ純粋回転運動を与えることを確実にする。
【００２８】
さらに、ピニオン歯車アセンブリ１００の適切な組み立てには、ピストンが上死点にあるときにピニオンシャフト２００がピニオンキャリヤ３００内に挿入され、軸受穴３０４がその円形運動の頂点にあり、ピストンジャーナル２０２が直線運動の頂点にあることを必要とする。これは、ピストンジャーナル２０２が厳密に直線運動で移動し、ピニオンシャフトの歯２１０がリング歯車の歯４２０に適切に噛み合うことを確実にする。ピニオン歯車シャフト２００が他のいずれの配向でキャリヤアセンブリ３００内に挿入されるならば、ピニオンジャーナル２０２は厳密に直線方向には動かないが、わずかに傾斜した運動を行う。
【００２９】
接続ロッド１０４の純粋直線運動が出力シャフト３３０の純粋回転運動に変換されるため、エネルギ損失は、接続ロッド１０４のいずれの側推力、および、不必要な摩擦を招きエンジンの全体的効率を減少する歯車の不均衡を排除することによって減少される。
【００３０】
図９Ａは、従来のエンジンの変位およびトルクを計算するための図を示す。図９Ｂは、本発明の内サイクロイドエンジンの変位およびトルクを計算するための図を示す。従来のエンジンの変位ＬおよびトルクＴは、
Ｌ＝ｒ２＊ｃｏｓ（φ）＋（ｒ１２−ｒ１２（１−ｃｏｓ（φ）２）１／２）
Ｔ＝Ｆ＊ｒ２＊（（ｒ２／ｃｏｓ（φ））２−（（Ｌ＊ｓｉｎ（φ））２＋ｒ１２））／（２＊Ｌ＊ｒ１＊ｓｉｎ（φ））
である。本発明の内サイクロイド歯車アセンブリを使用するエンジンの変位ＬおよびトルクＴは、
Ｌ＝ｒ２＊（１−ｃｏｓ（φ））
Ｔ＝Ｆ＊ｒ２＊ｓｉｎ（φ）
であり、ただし、
Ｌ＝上死点からのピストンの変位
Ｆ＝ピストン長に加えられる力
ｒ１＝接続ロッドの長さ
ｒ２＝クランクシャフトまたはピニオンジャーナルの半径
φ＝動力シャフトの回転角度
である。
【００３１】
図１０は、従来のエンジンおよび本発明の内サイクロイドエンジンの変位方程式をグラフ形態にしたものである。図１１は、従来のエンジンおよび本発明の内サイクロイドエンジンのトルク方程式をグラフ形態にしたものである。また、図１２は、比較のために、図１０および図１１のグラフを組み合わせたものである。
【００３２】
本発明の好ましい実施形態は、２ストローク内燃機関に関して説明されているが、本発明のピニオン歯車アセンブリは、他のいずれの種類のエンジンとともに使用されるように企図され、４ストロークエンジンおよび手動動力エンジンを含むがそれらに限定されない。さらに、ピニオン歯車アセンブリ１００は、たとえば、いくつか挙げると、油圧システム、コンプレッサ、ポンプおよびベルト駆動システム等の直線運動エネルギを回転運動エネルギに変換する必要があるか、またはその逆等の様々な用途に使用することができる。
【００３３】
図８に示されるように、第２のピストンおよび接続ロッド１２０を軸受１０６に取り付けて、３６０度動力ストロークを提供し、出力シャフト３３０の動力出力を上げることも企図される。
【００３４】
以上、本発明に係る特に好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の思想および範囲から逸脱せずに、ここに示し説明してきた様々な実施形態の変形例および修正例を構成することができることは、本発明が属する分野の当業者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲および適用可能な法の原則によってのみ規定される。
【００３５】
なお本願は、２０００年２月８日に出願された予備出願第６０／１８１，１１２号の優先権を主張する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のピニオン歯車アセンブリの分解斜視図である。
【図２】本発明のピニオンシャフトの側面図である。
【図３】本発明のピニオンキャリヤアセンブリの側面図である。
【図４】本発明のリング歯車の側面図である。
【図５】組み立てられたピニオンキャリヤとピニオンシャフトとを示す図１の線５−５に沿った端面図である。
【図６】本発明の組み立てられたピニオン歯車アセンブリを示す図１の線６−６に沿った端面図である。
【図７Ａ】組み立てられたピニオンキャリヤアセンブリの端面図であって、ピストンの全行程における一時点でリング歯車に対する軸受穴の位置を示す図である。
【図７Ｂ】組み立てられたピニオンキャリヤアセンブリの端面図であって、ピストンの全行程における一時点でリング歯車に対する軸受穴の位置を示す図である。
【図７Ｃ】組み立てられたピニオンキャリヤアセンブリの端面図であって、ピストンの全行程における一時点でリング歯車に対する軸受穴の位置を示す図である。
【図７Ｄ】組み立てられたピニオンキャリヤアセンブリの端面図であって、ピストンの全行程における一時点でリング歯車に対する軸受穴の位置を示す図である。
【図８】２つのピストンに接続された本発明のピニオン歯車アセンブリの図である。
【図９Ａ】本発明のピニオン歯車アセンブリを使用するピストンの変位を計算するための図である。
【図９Ｂ】従来のピストンセンブリを使用するピストンの変位を計算するための図である。
【図１０】本発明のピニオン歯車アセンブリを使用するピストンの変位と従来のピストンセンブリを使用するピストンの変位とを比較するグラフである。
【図１１】本発明のピニオン歯車アセンブリを使用するエンジンによって生じるトルクと従来のエンジンによって生じるトルクとを比較するグラフである。
【図１２】図１１および１２のグラフを組み合わせるグラフである。
【符号の説明】
１００  歯車アセンブリ
１０２  ピストン
１０４  接続ロッド
１０６，２０６，２０８，３１０，３１２  軸受
１０８，３０４  軸受穴
２００  ピニオンシャフト
２０２  ピニオンジャーナル
２０３  カウンターウェイト
２０４  ピニオン本体
２１０  ピニオンの歯
３００  ピニオンキャリヤ
３０２  エンドプレート
３２０  キャリヤ本体
３２２  窓
３２３  内側キャビティ
３３０  出力シャフト
４００  リング歯車
４２０  リング歯車の歯
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図９Ａ】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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