エンジンの動力伝達装置
【課題】 動力源として振動が少なく、サイドスラストによるピストンの摺動抵抗を軽減した、効率の良いエンジンの動力伝達装置を提供する。
【解決手段】 シリンダ３とピストン４とを備えたエンジン１からの往復運動を、クランクシャフト１の回転運動へと変換する動力伝達装置であって、一端が前記ピストン４に接続され、他端が該ピストン４と共に前記シリンダ３の中心線Ｃ上で往復運動するコネクティングロッド５と、前記コネクティングロッド５の他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフト１に伝達するカム機構１０とを備えた。
【解決手段】 シリンダ３とピストン４とを備えたエンジン１からの往復運動を、クランクシャフト１の回転運動へと変換する動力伝達装置であって、一端が前記ピストン４に接続され、他端が該ピストン４と共に前記シリンダ３の中心線Ｃ上で往復運動するコネクティングロッド５と、前記コネクティングロッド５の他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフト１に伝達するカム機構１０とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから出力軸へ駆動力を伝達する動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンの往復運動と回転運動との相互変換装置が特許文献１に記載されている。特許文献１の装置は、ピストンと回転軸間にてこ部材を設け、てこ部材の支点及び力点をスライド可能に形成することにより、駆動力以外の不要なサイドスラストの防止を図ろうとしている。
【０００３】
しかし、この特許文献１の装置では、てこ部材の支持構造が複雑となり、またシリンダの軸にほぼ直角方向にてこ部材が設けられているため、装置が大型化し、広い設置スペースを要する。このような変換装置を通常のエンジンのピストンとクランクシャフト間に適用しようとすれば、ピストンやコネクティングロッドの構成上不具合が生じ、そのまま適用することはできない。
【０００４】
一方、従来からヘリコプタ等の航空機に用いられるエンジンとして、レシプロ型のエンジンをクランク軸の周囲に放射状に配置した図１８に示すような星型エンジンが知られている。
【０００５】
これは、出力軸であるクランクシャフト１０１の周囲に、シリンダ１０３と該シリンダ１０３内に摺動可能に設けたピストン１０４からなる４サイクル等のレシプロ型のエンジン１０２を等間隔かつ放射状に配置したものである。前記ピストン１０４とクランクシャフト１０１とは、コネクティングロッド１０５とクランクロッド１０６とを介して接続されており、前記ピストン１０４の往復運動を回転運動に変換してクランク軸１０１に駆動力を伝達するように構成されたものである。
【０００６】
図１９はこの従来の４サイクルのレシプロエンジンの一つのシリンダ部を示している。前述したように、このエンジンはシリンダ１０３内を上下動するピストン１０４の往復運動をクランクシャフト１０１の回転運動に変換するために両者の間をコネクティングロッド１０５とクランクロッド１０６とで連結した構造となっている。なお、図中の符号１０７，１０８は各々コネクティングロッド１０５とクランクロッド１０６との連結部（クランクピン）およびピストン１０４とコネクティングロッド１０５との連結部（ピストンピン）を示しており、これらは回動自在に連結されている。
【０００７】
このような従来の４サイクルのレシプロエンジンで出力効率を上げるのを妨げている大きな要因の一つとして、ピストン１０４のサイドスラストが知られている。
【０００８】
以下、図２０にエンジン１０２の拡大図を示しこのサイドスラストについて説明する。シリンダ１０３内の爆発の膨張力により、ピストン１０４が図上方に向けてｆの力で移動し、コネクティングロッド１０５及びクランクロッド１０６を介してクランクシャフト１０１を回転させようとする。一方、コネクティングロッド１０５からは図中Ｆで示す反力がピストン１０４に作用する。このときのピストン１０４の移動方向とコネクティングロッド１０５との角度がθとすると、ピストン１０４には、上下方向反力Ｆcosθと横方向反力Ｆsinθとが作用する。この横方向反力Ｆsinθがサイドスラストとなって、ピストン１０４からシリンダ１０３の内壁に作用することになる。すなわち、サイドスラスト力はピストン１０４の往復運動時の横振れによる偏倚力である。なお、上下方向反力Ｆcosθはｆにほぼ等しい。
【０００９】
このサイドスラストはピストン１０４がシリンダ１０３内をその中心線Ｃにそって往復運動するときに、コネクティングロッド１０５がピストンピン１０８を介してピストン１０４に対し傾斜しながら往復運動するため、すなわちシリンダの中心線Ｃに対し角度θをもってその角度θを変化させながら往復運動するためにおこる。従って、サイドスラスト（Ｆsinθ）をなくすには、ピストンの往復運動中常にθ＝０とするか又はＦsinθを打ち消す力を作用させれば良いことが判る。すなわち、コネクティングロッド１０５とピストン１０４との連結部（この例ではピストンピン１０８）において、コネクティングロッド１０５からピストン１０４に対し作用する反力が常に中心線Ｃと一致した方向に作用し、横方向に作用しなければサイドスラストは発生しない。
【００１０】
そのためには、コネクティングロッド１０５がピストン１０４に対しθ＝０で固定された状態で中心線Ｃ上で往復運動するか、もしくは、コネクティングロッド１０５に対し、例えば対称に傾斜しながら往復運動する別のコネクティングロッドを設けて−Ｆsinθの横方向の力を発生させ、これにより双方のサイドスラスト力を相殺させればよい。
【００１１】
なお、例えコネクティングロッド１０５がθ＝０で往復運動しても後述するようにコネクティングロッド１０５の先端に横向きの力が作用すれば、ピストン１０４にも横向きの力が作用するが、コネクティングロッド１０５の先端の横向きの力を逃がす又は別部材で受けることにより、ピストン１０４への影響をなくすことができる。
【００１２】
このように、従来のレシプロエンジンでは、シリンダ１０３とピストン１０４との間でサイドスラストが発生しエネルギー損失が生じる。このため、燃料消費の面からも対策が望まれていた。
【００１３】
このサイドスラストによる影響はエネルギー損失の原因ばかりでなく、シリンダ１０３とピストン１０４の横振れの片当たりによるピストンの割れ、欠けなどの原因にもなる。
【００１４】
また、シリンダ１０３とピストン１０４との間の気密性を高めるためにピストン１０４に設けられたピストンリング１０９の機能にも影響を与え、ピストンリング１０９から生じるガス漏れを完全に封じること出来ず、この点からもエネルギー効率を上げる妨げとなっていた。
【００１５】
さらに、各エンジンのピストン１０４の往復運動が揺動するコネクティングロッド１０５に伝わるため、例え対向するエンジン１０２を同期させて駆動しても各エンジン毎について見ると、コネクティングロッド１０５の揺動による振動を完全にキャンセルすることは困難である。
【００１６】
【特許文献１】特表平８−５１００３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、動力源として振動が少なく、サイドスラストによるピストンの摺動抵抗を軽減した、効率の良いエンジンの動力伝達装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、シリンダと該シリンダ内を摺動するピストンとを備えたエンジンからの往復運動を、クランクシャフトの回転運動へと変換する動力伝達装置であって、一端が前記ピストンに接続され、他端が該ピストンと共に前記シリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドの他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝達するカム機構とを備えていることを特徴とするエンジンの動力伝達装置を提供する。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される楕円状のカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する楕円状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される十字等の星型状のカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する星型状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの前記他端に設けた前記中心線と略直交する溝部を有する延設部と、該延設部の溝部と嵌合し前記中心線に対し対称に回転する少なくとも一対の回転部材とから形成されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１〜６の発明において、前記コネクティングロッドを前記中心線上で往復運動させるガイドを設けたことを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明は、シリンダ内を摺動するピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動へと変換するエンジンの動力伝達装置であって、一端が前記ピストンに接続された複数のコネクティングロッドを有し、該複数のコネクティングロッドの他端は、前記シリンダの中心線に対して対称的に接近離間しながら往復運動するように配置され、該コネクティングロッドの他端と係合し前記中心線に対し対称に回転する複数の回転部材とを備えたことを特徴とするエンジンの動力伝達装置を提供する。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１〜８の発明において、前記ピストンの中心線上に一対のエンジンを対向配置し、両エンジン間に前記カム機構又は回転部材を配置したことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項１〜９の発明において、前記シリンダを放射状に配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の発明によれば、一端がピストンに連結されピストンの往復運動と共にシリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドの他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝達するカム機構とを備えているため、以下の効果が得られる。
【００２９】
１．コネクティングロッドはピストンに連結された一方の端部及び他方の端部が共にシリンダの中心線上で往復運動し、ピストンに対し傾斜しない。すなわち、コネクティングロッドはその長軸がシリンダの中心線と一致した状態で往復運動する。従って、シリンダ中心線に対する傾斜角θは０である。従って、前述のサイドスラストＦsinθ＝０となって、サイドスラスト力は発生しない。このように、ピストンにサイドスラスト力が作用するのを抑止できるため、エンジンの振動を抑えることができる。
２．サイドスラスト力を防止することができるため、エネルギー効率が向上し、出力効率を向上することができる。
３．サイドスラストによる摩擦エネルギーを減少することができるため、アイドリング時も含め、エンジンの回転抵抗を低く抑えることができ、燃料消費を抑制することができる。
４．シリンダとピストンの片当たりが抑制されるのでピストンの割れ、欠けなどの恐れが低減する。
５．ピストンの横振れによりピストンリングから生じるガス漏れを最小限に抑えることができ、出力効率をさらに向上することができる。
請求項２の発明によれば、カム機構が、前記シリンダの中心線上で往復運動する前記コネクティングロッドの他端と接する楕円状のカムによって形成されているため、簡単な構造で往復運動を回転運動に変換できる。
【００３０】
請求項３の発明によれば、カム機構が、前記コネクティングロッドの他端と嵌合する例えば円盤状部材に設けられた楕円状の溝部によって形成されているため、簡単な構造で確実に連結状態を保って往復運動を回転運動に変換できる。また、これにより、カム機構における振動の少ない駆動を実現できる。
【００３１】
請求項４の発明によれば、カム機構が、前記コネクティングロッドの他端と接する十字等の星型状のカムによって形成されているため、簡単な構造で複数のエンジンを協働させて効率よく共通の出力軸を回転させることができる。
【００３２】
請求項５の発明によれば、カム機構が、前記コネクティングロッドの他端と嵌合する例えば円盤状部材に設けられた星型状の溝部によって形成されているため、簡単な構造で確実に複数のエンジンを協働させて効率よく共通の出力軸を回転させることができる。
【００３３】
請求項６の発明によれば、カム機構が、前記シリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドの前記他端に前記中心線と略直交する溝部を有する延設部を備え、該延設部の溝部と嵌合し中心線に対し対称に回転する少なくとも一対の回転部材とから形成されているため、簡単な構造でコネクティングロッドを振らせることなく往復運動させることができると共に、一対の回転部材を相互に対称に回転させて回転出力を得ることができる。これにより、カム機構における振動の少ない駆動を実現することができる。
【００３４】
請求項７の発明の発明によれば、コネクティングロッドを前記中心線に沿って往復運動をガイドする例えばローラから成るガイドが設けてあるため、コネクティングロッドが確実に前記中心線上で往復運動し、振動を防止することができる。
【００３５】
請求項８の発明の発明によれば、複数本のコネクティングロッドがシリンダ中心線に対し相互に対称に開平しながら（すなわち、傾斜角度θを相互に反対方向に変えながら）往復運動をするため、例えば、一対のコネクティングロッドについてみると、前述のサイドスラストＦsinθと−Ｆsinθが生じる。このため両方のコネクティングロッドのサイドスラストが打ち消し合って横振れが防止される。
【００３６】
請求項９の発明によれば、一対のエンジンを協働させて例えばシリンダ中心線上でピストンを同期させて往復運動させることにより、両方のピストンでその間に配置したカム機構（請求項１〜７）または回転部材（請求項８）を駆動でき、効率よく高出力を得ることができる。
【００３７】
請求項１０の発明によれば、複数対のエンジンを放射状に配置できるため、さらに効率よく高出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明が適用される動力伝達装置及びこれを用いたエンジンは、例えば、ヘリコプタ等の航空機に用いられる星型エンジンとして、出力軸であるクランクシャフトの周囲に、シリンダと該シリンダ内に摺動可能に設けたピストンからなる４サイクル等のレシプロ型のエンジンを放射状に配置し、前記ピストンとクランクシャフトとを、コネクティングロッドとカム機構とを介して接続して、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに駆動力を伝達するようにする。以下、図面と共に各実施例についてより詳細に説明する。
なお、以下各実施例において、同一の部品には同一符号を付し、重複する説明はできるだけ省略する。
【００３９】
（第１実施例）
図１は、本発明が適用される動力伝達装置１００を示す第１実施例であり、この第１実施例では、シリンダが一つの単気筒の場合を示している。
１は、出力軸であるクランクシャフトを示しており、このクランクシャフト１には、回転中心を同じくして楕円状のカム１１が設けられている。
５はコネクティングロッドを示し、その一端には、前記カム１１に回転可能に接するように設けられたローラ１２が連結ピン１３を介して配置され、他端はピストン４に一体に接続されている。この第1実施例では、クランクシャフト１に装着されたカム11及びコネクティングロッド５の端部に設けたローラ１２によりカム機構１０が構成される。
【００４０】
コネクティングロッド５の両脇には、ローラから成るガイド１４が設けられ、コネクティングロッド５がピストン４の往復運動する際に揺動しないように、かつ、滑らかに移動できるように支持されている。このガイド１４により、コネクティングロッド５はピストン４の往復運動に伴い、シリンダ３の中心線Ｃに対し傾斜することなく、常に中心線Ｃ上で往復運動する。これにより、ピストン４の往復動作に伴う横振れが防止され、サイドスラストがなくなる。
【００４１】
なお、図中の符号８はピストンピンを示し、符号９は、シリンダ３とピストン４との間の気密性を高めるためにピストン４に設けられたピストンリングを示している。
【００４２】
図２は、図１のカム１１とローラ１２との接点の拡大図である。
シリンダ３内の爆発によりピストン４に上方向の力ｆが発生する。そして、コネクティングロッド５の一端に設けられたローラ１２を介してカム１１に力ｆが伝わると、前記接点では図２に示すように力ｆは接線方向に対して垂直と水平方向の分力ｆ１，ｆ２に分割される。この分力ｆ１によってカム１１が回転され駆動力に変換される。
【００４３】
一方、分力ｆ２によってコネクティングロッド５に対する横方向の力が発生するが、この横方向の力はカム１１及びローラ１２の回転により逃がされる。更に残っている横方向の力はガイド１４で受けられその反力で吸収される。したがってピストン４に対し横振れを起こさせることはない。
【００４４】
以上のような構成をとることにより、ピストン４にサイドスラスト力が作用するのを抑止でき、エンジン振動を抑えることができる。
このようにサイドスラスト力を防止することにより、エネルギー効率が向上し、出力効率を向上することができる。
【００４５】
また、サイドスラストによる摩擦エネルギーを減少することができるため、エンジン回転抵抗を低く抑えることができ、燃料消費を抑制することができる。
さらに、シリンダ３とピストン４の片当たりが抑制されるのでピストンの割れ、欠けなどの恐れが低減する。
【００４６】
また、ピストンの横振れによるピストンリング９から生じるガス漏れを最小限に抑えることができ、出力効率をさらに向上することができる。
特に前述のように、コネクティングロッド５の両側にガイド１４が配置されているため、確実にコネクティングロッド５を傾斜させることなく直線的にシリンダの中心線Ｃ上で往復運動させ、エンジン振動を防止することができる。
【００４７】
（第２実施例）
図３は本発明が適用される動力伝達装置２００を示す第２実施例であり、第１実施例に比してシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプを示している。これら２つのシリンダ３のピストン４を同期して動作させることで、前述の第１実施例と同様の効果を得ると共に、より高出力な駆動力を得ることができる。
【００４８】
また、仮想線で示すように、クランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に複数のシリンダ３を配置した星型エンジンとすることでより高出力な駆動力を得ることも可能である。
【００４９】
（第３実施例）
図４は、本発明が適用される動力伝達装置３００を示す第３実施例であり、この第３実施例でも、第２実施例同様にシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプを示している。
この第３実施例では、カム機構１０として、前述の第１及び第２実施例のカム１１の代わりに、コネクティングロッド５の他端に設けたローラ１２が嵌合する楕円状の溝部１６を円盤状の部材に形成した溝カム１５を用いたものである。
【００５０】
図５はこの溝カム１５の拡大図を示しており、図中符号１７はクランクシャフト１が挿嵌されるシャフト孔であり、１６ａ及び１６ｂは各々溝部１６の外周壁と内周壁を示している。
この第３実施例の構成によれば、前述の第１及び第２実施例の効果に加えて、コネクティングロッド５の端部のローラ１２が溝部１６内に嵌入するため、コネクティングロッド５と溝カム１５の連結状態が確実に保たれる。また、カム機構１０における振動も少なく、さらに振動の少ない駆動を実現することができる。
【００５１】
さらに、コネクティングロッド５の他端に設けられたローラ１２が溝部１６内部に嵌合しているため、前記溝部１６の外周壁１６ａと内周壁１６ｂとを同心状に相似形に形成してあれば、ローラ１２と溝カム１５との同期が仮に微少な範囲でズレた場合であっても、溝部１６の外周壁１６ａと内周壁１６ｂとでローラ１２を狭持できるので、ローラ１２がカム部分から離れることを防止することができる。
【００５２】
（第４実施例）
図６は本発明が適用される図４の動力伝達装置３００をクランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に複数のシリンダ３を配置した星型エンジン４００を示す第４実施例であり、シリンダ３を放射状に８つ配置した８気筒タイプを示している。これら８つのシリンダ３のピストン４を同期して動作させることで、前述の第３実施例と同様の効果を得ると共に、より高出力な駆動力を得ることができる。
【００５３】
（第５実施例）
図７は、本発明が適用される動力伝達装置であり、クランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に６つのシリンダ３を配置した星型エンジン５００を示す第５実施例である。
【００５４】
この第５実施例では、カム機構１０が、コネクティングロッド５の端部のローラ１２と接する十字等の星型状のカム１８によって形成されている点が前述の他の実施例と異なる点である。
【００５５】
このような構造とすることで、前述の第１及び第２実施形態の動力伝達装置１００，２００と同様の効果が得られると共に、カム１８の形状（凸部の数や凹凸の傾斜または大きさ等）を各種条件に合わせて設計することにより、簡単な構造で複数のエンジンを協働させて効率よく共通のクランクシャフト１を回転駆動することができる。
【００５６】
図８は、図７の星型エンジン５００の燃焼サイクルを示す図であり、星型状のカム１８、特にこの第５実施形態による十字状のカム１８では、一回転につきＡ〜Ｄ及びａ〜ｄに示すような４つの工程が２回行われる。
【００５７】
ここで図８を例に一般的な４サイクルエンジンの各工程を説明する。
Ａ，ａ（吸気工程）：カム１８の凸部から凹部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが下死点まで移動する。このとき図外のインテークバルブが開き、インテーク側より燃料と空気が混ざり合った混合空気がシリンダ３内に吸い込まれる。
【００５８】
Ｂ，ｂ（圧縮工程）：カム１８の凹部から凸部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが上死点まで移動する。これによりシリンダ３内の混合空気が圧縮され、そして、ピストン４が上死点付近に到達すると、図外の点火プラグによって着火されシリンダ３内の混合空気を爆発させる。
【００５９】
Ｃ，ｃ（膨張工程）：カム１８の凸部から凹部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが下死点まで移動する。シリンダ３内の混合空気の爆発エネルギーによって、ローラ１２を介してカム１８を回転させる。
【００６０】
Ｄ，ｄ（排気工程）：カム１８の凹部から凸部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが上死点まで移動する。このとき図外のエキゾーストバルブが開き、エキゾースト側より排気が行われる。
【００６１】
（第６実施例）
図９は、本発明が適用される動力伝達装置であり、クランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に６つのシリンダ３を配置した星型エンジン６００を示す第６実施例である。この第６実施例では、カム機構１０として、コネクティングロッド５の端部に設けたローラ１２と嵌合する８つの凹凸をもつ星型状の溝部２０を円盤状の部材に形成した星型状の溝カム１９を用いた点が前述の他の実施例と異なる点である。
【００６２】
これにより、前述の第１〜第５実施形態における効果と同様な効果を同時に得ることができ、簡単な構造で複数のエンジンを協働させて効率よく共通のクランクシャフト１を回転駆動することができる。
【００６３】
（第７実施例）
図１０は、本発明が適用される動力伝達装置７００を示す第７実施例であり、第２実施例と同様にシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプである。
【００６４】
この第７実施例では、対抗するエンジン２のコネクティングロッド５の端部同士は、中心線Ｃに直交する溝部２１を有する共通の延設部４０を介して一体結合される。この例では溝部２１内に摺動可能に嵌合する連結ピン２２を有する左右一対の回転部材２３が備わる。
【００６５】
ピストン３が往復運動すると、コネクティングロッド５の移動に伴い、前記溝部２１内に嵌合する連結ピン２２によって一対の回転部材２３が矢印方向に左右対称に回転する。このとき回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４の何れか一方をクランクシャフト１と結合することにより、ピストン３の往復運動を回転運動に変換することができる。
【００６６】
これにより、前述の第２実施例と同様の効果を得ることができると共に、さらに振動の少ない駆動を実現することができる。
【００６７】
（第８実施例）
図１１は、第７実施例の動力伝達装置７００に対し、クランクシャフト１の周囲に放射状に、かつ、等間隔に６つのシリンダ３を配置した星型エンジン８００を示す第８実施例であり、図１２はその断面図である。ただし、この第８実施例では、延設部４０の溝部２１を有するコネクティングロッド５をＴ字状に形成して、各シリンダ３に対して各々１つずつ設けたものである。
【００６８】
また、回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４から直接駆動力を得るのではなく、一方の回転中心軸２４にギアを形成し、各シリンダ３の回転中心軸２４と噛み合う連結ギア２５を設けて、この連結ギア２５の中心にクランクシャフト１を一体回動可能に接続することで駆動力を取り出している。図１２中の符号２６はこれら各部材を接続するケースの一部を示し、符号２７は回転部材２３と回転中心軸（ギア）２４を連結しケース２６に接続する連結ピンを示している。また、符号２８はクランクシャフト１を回転可能にケース２６に保持するガイドを示している。
【００６９】
なお、ここではより駆動ロスを抑えるためにギアを用いたが、これに限らず、連結ベルト等の通常考え得る範囲の動力伝達機構に代えて実施できることは言うまでもない。
これにより前述の第７実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（第９実施例）
図１３は、本発明が適用される動力伝達装置９００を示す第９実施例であり、第２，第６実施例と同様にシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプである。
【００７１】
この例は、前述の図２０のサイドスラストＦsinθを相殺するために、中心線Ｃに対し対称に傾斜する一対のコネクティングロッドを各ピストンに連結したものである。なお、この例ではシリンダ３を対向させて２つ設けているが、１つのみの単気筒タイプでもよい。
【００７２】
この第９実施例では、各エンジン２は、一端がピストンピン２９を介してピストン４に連結され、シリンダ３の中心線Ｃに沿って対照的に配置された一対のコネクティングロッド５を備え、両エンジン２，２間に該コネクティングロッド５の他端と連結ピン２２等を介して連結され左右対称に回転する一対の回転部材２３が設けられている。
【００７３】
この第９実施例ではシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプであるため、両ピストン４に接続される前記コネクティングロッド５を同じ回転部材２３に連結している。
【００７４】
このような構成をとることにより、ピストン４が往復運動すると、コネクティングロッド５の移動に伴い、一対の回転部材２３が矢印方向に左右対称に回転する。このとき回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４の何れか一方をクランクシャフト１と結合することにより、ピストン４の往復運動を回転運動に変換することができる。
【００７５】
これにより、前述の実施例と同様の効果を得ることができると共に、さらに振動の少ない駆動を実現することができる
【００７６】
（第１０実施例）
図１４は、第９実施例の動力伝達装置９００に対し、クランクシャフト１の周囲に放射状に、かつ、等間隔に４つのシリンダ３を配置した星型エンジン１０００を示す第１０実施例である。この第１０実施例では、シリンダ３が前述のように４つ配置したタイプであるため、各ピストン４に接続される前記コネクティングロッド５を隣り合わせとなるエンジン２と同じ回転部材２３にそれぞれ連結している。
【００７７】
また、この第１０実施例でも前述の第８実施例の星型エンジン８００と同様に回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４から直接駆動力を得るのではなく、一方の回転中心軸２４にギアを形成し、各回転部材２３の回転中心軸２４と噛み合う連結ギア２５を設けて、この連結ギア２５の中心にクランクシャフト１を一体回動可能に接続することで駆動力を取り出している。
なお、連結ギアの代わりに連結ベルト等の通常考え得る範囲の動力伝達機構に代えて実施できることは第８実施例と同様である。
これにより前述の第９実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（第１１実施例）
図１５は、本発明が適用される星型エンジン１１００を示す第１１実施例であり、図１６はこの第１１実施例の星型エンジン１１００の断面を示している。この第１１実施例は、第１０実施例と同様にクランクシャフト１の周囲に放射状に、かつ、等間隔に４つのシリンダ３を配置した４気筒タイプである。
【００７９】
この第１１実施例のカム機構１０は、第１実施例に記載の楕円状のカム１１を２個十字状に重ねて用いるタイプであり、かつ、２個のカム１１を相互に逆方向に回転するように構成したものである。そして、これらのカム１１間を傘歯歯車３０，３１を介して係合させている。より詳しくは、カム１１の対向する側面に傘歯歯車３０が形成され、傘歯歯車３１は連結ピン３３を介してキャリア３２に接続され当該位置にて回転のみ許容して固定されている。
【００８０】
図中の符号３４はカム１１の回転中心軸を示し、この第１１実施例ではその一方がクランクシャフト１に結合されている。
【００８１】
こうすることにより、ピストン４の往復運動が前述したようにカム１１によって回転駆動力に変換される。このときカム１１の対向する側面の両傘歯歯車３０に傘歯歯車３１が噛み合い、この傘歯歯車３１が連結ピン３３を介してキャリア３２に固定されているため、これらカム１１は相互に逆方向に回転する。そして、一方のカム１１の回転中心軸３４と一体に結合されたクランクシャフト１を介して駆動力が伝達される。
【００８２】
従って、前述の第１、第２実施例と同様の効果が得られると共に、相互に逆回転するカム１１の駆動力を傘歯歯車３０，３１を介して接続していることにより、往復運動によるエネルギーをロスなく的確に回転駆動力に変換することができる。
【００８３】
（第１２実施例）
図１７は、第１１実施例の変形例である星型エンジン１２００を示す第１２実施例である。この第１２実施例では、カム１１を楕円状ではなく、第５実施例で説明した十字状のカム１８を用いたものであり、第５及び第１１実施例の両方の効果を得ることができるものである。
【００８４】
なお、前述の各実施例では、クランクシャフト１の周囲に放射状に配置するエンジン２をそれぞれ１，２，４，６，８個配置した例を示したが、これに限るものではない。
【００８５】
また、エンジンとして4サイクルのガソリンエンジンを例示して説明したが、2サイクルエンジンやディーゼルエンジン等、往復運動をするエンジンに適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明を適用した動力伝達装置及び星型エンジンは、ヘリコプター等の小型航空機に適用できるほか、エンジンの往復運動を回転駆動力として利用するものたとえば、車両や船舶、また、発電機等の様々なものに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明が適用される動力伝達装置の第１実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１のカムとローラとの接点の拡大説明図である。
【図３】本発明が適用される動力伝達装置の第２実施例の要部構成説明図である。
【図４】本発明が適用される動力伝達装置の第３実施例の要部構成説明図である。
【図５】第3実施例の溝カムの拡大説明図である。
【図６】本発明が適用される動力伝達装置の第４実施例の要部構成説明図である。
【図７】本発明が適用される動力伝達装置の第５実施例の要部構成説明図である。
【図８】図７の星型エンジンに係る燃焼サイクルの説明図である。
【図９】本発明が適用される動力伝達装置の第６実施例の要部構成説明図である。
【図１０】本発明が適用される動力伝達装置の第７実施例の要部構成説明図である。
【図１１】本発明が適用される第８実施例の要部構成説明図である。
【図１２】図１１の星形エンジンの側方断面図である。
【図１３】本発明が適用される動力伝達装置の第９実施例の要部構成説明図である。
【図１４】本発明が適用される第１０実施例の要部構成説明図である。
【図１５】本発明が適用される第１１実施例の要部構成説明図である。
【図１６】図１５の側方断面図である。
【図１７】第１１実施例の変形例である第１２実施例の要部構成説明図である。
【図１８】従来の星型エンジンを示す構成説明図である。
【図１９】図１８のシリンダ部を示した構成説明図である。
【図２０】図１９の一部を拡大したサイドスラストについての説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１：クランクシャフト、２：エンジン、３：シリンダ、４：ピストン、５：コネクティングロッド、９：ピストンリング、１０：カム機構、１１：カム、１２：ローラ、１３：連結ピン、１４：ガイド、１５：溝カム、１６：溝部、１６ａ：外周壁、１６ｂ：内周壁、１７：シャフト孔、１８：十字カム、１９：星型状溝カム、２０：溝部、２１：溝部、２２：連結ピン、２３：回転部材、２４：回転中心軸、２５：連結ギア、２６：ケース、２７：連結ピン、２８：ガイド、２９：ピストンピン、３０，３１：傘歯歯車、３２：連結ピン、３３：キャリア、３４：回転中心軸、４０：延設部、１００，２００，３００，７００，９００：動力伝達装置、４００，５００，６００，８００，１０００，１１００，１２００：星型エンジン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから出力軸へ駆動力を伝達する動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ピストンの往復運動と回転運動との相互変換装置が特許文献１に記載されている。特許文献１の装置は、ピストンと回転軸間にてこ部材を設け、てこ部材の支点及び力点をスライド可能に形成することにより、駆動力以外の不要なサイドスラストの防止を図ろうとしている。
【０００３】
しかし、この特許文献１の装置では、てこ部材の支持構造が複雑となり、またシリンダの軸にほぼ直角方向にてこ部材が設けられているため、装置が大型化し、広い設置スペースを要する。このような変換装置を通常のエンジンのピストンとクランクシャフト間に適用しようとすれば、ピストンやコネクティングロッドの構成上不具合が生じ、そのまま適用することはできない。
【０００４】
一方、従来からヘリコプタ等の航空機に用いられるエンジンとして、レシプロ型のエンジンをクランク軸の周囲に放射状に配置した図１８に示すような星型エンジンが知られている。
【０００５】
これは、出力軸であるクランクシャフト１０１の周囲に、シリンダ１０３と該シリンダ１０３内に摺動可能に設けたピストン１０４からなる４サイクル等のレシプロ型のエンジン１０２を等間隔かつ放射状に配置したものである。前記ピストン１０４とクランクシャフト１０１とは、コネクティングロッド１０５とクランクロッド１０６とを介して接続されており、前記ピストン１０４の往復運動を回転運動に変換してクランク軸１０１に駆動力を伝達するように構成されたものである。
【０００６】
図１９はこの従来の４サイクルのレシプロエンジンの一つのシリンダ部を示している。前述したように、このエンジンはシリンダ１０３内を上下動するピストン１０４の往復運動をクランクシャフト１０１の回転運動に変換するために両者の間をコネクティングロッド１０５とクランクロッド１０６とで連結した構造となっている。なお、図中の符号１０７，１０８は各々コネクティングロッド１０５とクランクロッド１０６との連結部（クランクピン）およびピストン１０４とコネクティングロッド１０５との連結部（ピストンピン）を示しており、これらは回動自在に連結されている。
【０００７】
このような従来の４サイクルのレシプロエンジンで出力効率を上げるのを妨げている大きな要因の一つとして、ピストン１０４のサイドスラストが知られている。
【０００８】
以下、図２０にエンジン１０２の拡大図を示しこのサイドスラストについて説明する。シリンダ１０３内の爆発の膨張力により、ピストン１０４が図上方に向けてｆの力で移動し、コネクティングロッド１０５及びクランクロッド１０６を介してクランクシャフト１０１を回転させようとする。一方、コネクティングロッド１０５からは図中Ｆで示す反力がピストン１０４に作用する。このときのピストン１０４の移動方向とコネクティングロッド１０５との角度がθとすると、ピストン１０４には、上下方向反力Ｆcosθと横方向反力Ｆsinθとが作用する。この横方向反力Ｆsinθがサイドスラストとなって、ピストン１０４からシリンダ１０３の内壁に作用することになる。すなわち、サイドスラスト力はピストン１０４の往復運動時の横振れによる偏倚力である。なお、上下方向反力Ｆcosθはｆにほぼ等しい。
【０００９】
このサイドスラストはピストン１０４がシリンダ１０３内をその中心線Ｃにそって往復運動するときに、コネクティングロッド１０５がピストンピン１０８を介してピストン１０４に対し傾斜しながら往復運動するため、すなわちシリンダの中心線Ｃに対し角度θをもってその角度θを変化させながら往復運動するためにおこる。従って、サイドスラスト（Ｆsinθ）をなくすには、ピストンの往復運動中常にθ＝０とするか又はＦsinθを打ち消す力を作用させれば良いことが判る。すなわち、コネクティングロッド１０５とピストン１０４との連結部（この例ではピストンピン１０８）において、コネクティングロッド１０５からピストン１０４に対し作用する反力が常に中心線Ｃと一致した方向に作用し、横方向に作用しなければサイドスラストは発生しない。
【００１０】
そのためには、コネクティングロッド１０５がピストン１０４に対しθ＝０で固定された状態で中心線Ｃ上で往復運動するか、もしくは、コネクティングロッド１０５に対し、例えば対称に傾斜しながら往復運動する別のコネクティングロッドを設けて−Ｆsinθの横方向の力を発生させ、これにより双方のサイドスラスト力を相殺させればよい。
【００１１】
なお、例えコネクティングロッド１０５がθ＝０で往復運動しても後述するようにコネクティングロッド１０５の先端に横向きの力が作用すれば、ピストン１０４にも横向きの力が作用するが、コネクティングロッド１０５の先端の横向きの力を逃がす又は別部材で受けることにより、ピストン１０４への影響をなくすことができる。
【００１２】
このように、従来のレシプロエンジンでは、シリンダ１０３とピストン１０４との間でサイドスラストが発生しエネルギー損失が生じる。このため、燃料消費の面からも対策が望まれていた。
【００１３】
このサイドスラストによる影響はエネルギー損失の原因ばかりでなく、シリンダ１０３とピストン１０４の横振れの片当たりによるピストンの割れ、欠けなどの原因にもなる。
【００１４】
また、シリンダ１０３とピストン１０４との間の気密性を高めるためにピストン１０４に設けられたピストンリング１０９の機能にも影響を与え、ピストンリング１０９から生じるガス漏れを完全に封じること出来ず、この点からもエネルギー効率を上げる妨げとなっていた。
【００１５】
さらに、各エンジンのピストン１０４の往復運動が揺動するコネクティングロッド１０５に伝わるため、例え対向するエンジン１０２を同期させて駆動しても各エンジン毎について見ると、コネクティングロッド１０５の揺動による振動を完全にキャンセルすることは困難である。
【００１６】
【特許文献１】特表平８−５１００３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、動力源として振動が少なく、サイドスラストによるピストンの摺動抵抗を軽減した、効率の良いエンジンの動力伝達装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明は、シリンダと該シリンダ内を摺動するピストンとを備えたエンジンからの往復運動を、クランクシャフトの回転運動へと変換する動力伝達装置であって、一端が前記ピストンに接続され、他端が該ピストンと共に前記シリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドの他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝達するカム機構とを備えていることを特徴とするエンジンの動力伝達装置を提供する。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される楕円状のカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する楕円状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される十字等の星型状のカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する星型状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記カム機構は、前記コネクティングロッドの前記他端に設けた前記中心線と略直交する溝部を有する延設部と、該延設部の溝部と嵌合し前記中心線に対し対称に回転する少なくとも一対の回転部材とから形成されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１〜６の発明において、前記コネクティングロッドを前記中心線上で往復運動させるガイドを設けたことを特徴としている。
【００２５】
請求項８の発明は、シリンダ内を摺動するピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動へと変換するエンジンの動力伝達装置であって、一端が前記ピストンに接続された複数のコネクティングロッドを有し、該複数のコネクティングロッドの他端は、前記シリンダの中心線に対して対称的に接近離間しながら往復運動するように配置され、該コネクティングロッドの他端と係合し前記中心線に対し対称に回転する複数の回転部材とを備えたことを特徴とするエンジンの動力伝達装置を提供する。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項１〜８の発明において、前記ピストンの中心線上に一対のエンジンを対向配置し、両エンジン間に前記カム機構又は回転部材を配置したことを特徴としている。
【００２７】
請求項１０の発明は、請求項１〜９の発明において、前記シリンダを放射状に配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２８】
請求項１の発明によれば、一端がピストンに連結されピストンの往復運動と共にシリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドの他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝達するカム機構とを備えているため、以下の効果が得られる。
【００２９】
１．コネクティングロッドはピストンに連結された一方の端部及び他方の端部が共にシリンダの中心線上で往復運動し、ピストンに対し傾斜しない。すなわち、コネクティングロッドはその長軸がシリンダの中心線と一致した状態で往復運動する。従って、シリンダ中心線に対する傾斜角θは０である。従って、前述のサイドスラストＦsinθ＝０となって、サイドスラスト力は発生しない。このように、ピストンにサイドスラスト力が作用するのを抑止できるため、エンジンの振動を抑えることができる。
２．サイドスラスト力を防止することができるため、エネルギー効率が向上し、出力効率を向上することができる。
３．サイドスラストによる摩擦エネルギーを減少することができるため、アイドリング時も含め、エンジンの回転抵抗を低く抑えることができ、燃料消費を抑制することができる。
４．シリンダとピストンの片当たりが抑制されるのでピストンの割れ、欠けなどの恐れが低減する。
５．ピストンの横振れによりピストンリングから生じるガス漏れを最小限に抑えることができ、出力効率をさらに向上することができる。
請求項２の発明によれば、カム機構が、前記シリンダの中心線上で往復運動する前記コネクティングロッドの他端と接する楕円状のカムによって形成されているため、簡単な構造で往復運動を回転運動に変換できる。
【００３０】
請求項３の発明によれば、カム機構が、前記コネクティングロッドの他端と嵌合する例えば円盤状部材に設けられた楕円状の溝部によって形成されているため、簡単な構造で確実に連結状態を保って往復運動を回転運動に変換できる。また、これにより、カム機構における振動の少ない駆動を実現できる。
【００３１】
請求項４の発明によれば、カム機構が、前記コネクティングロッドの他端と接する十字等の星型状のカムによって形成されているため、簡単な構造で複数のエンジンを協働させて効率よく共通の出力軸を回転させることができる。
【００３２】
請求項５の発明によれば、カム機構が、前記コネクティングロッドの他端と嵌合する例えば円盤状部材に設けられた星型状の溝部によって形成されているため、簡単な構造で確実に複数のエンジンを協働させて効率よく共通の出力軸を回転させることができる。
【００３３】
請求項６の発明によれば、カム機構が、前記シリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドの前記他端に前記中心線と略直交する溝部を有する延設部を備え、該延設部の溝部と嵌合し中心線に対し対称に回転する少なくとも一対の回転部材とから形成されているため、簡単な構造でコネクティングロッドを振らせることなく往復運動させることができると共に、一対の回転部材を相互に対称に回転させて回転出力を得ることができる。これにより、カム機構における振動の少ない駆動を実現することができる。
【００３４】
請求項７の発明の発明によれば、コネクティングロッドを前記中心線に沿って往復運動をガイドする例えばローラから成るガイドが設けてあるため、コネクティングロッドが確実に前記中心線上で往復運動し、振動を防止することができる。
【００３５】
請求項８の発明の発明によれば、複数本のコネクティングロッドがシリンダ中心線に対し相互に対称に開平しながら（すなわち、傾斜角度θを相互に反対方向に変えながら）往復運動をするため、例えば、一対のコネクティングロッドについてみると、前述のサイドスラストＦsinθと−Ｆsinθが生じる。このため両方のコネクティングロッドのサイドスラストが打ち消し合って横振れが防止される。
【００３６】
請求項９の発明によれば、一対のエンジンを協働させて例えばシリンダ中心線上でピストンを同期させて往復運動させることにより、両方のピストンでその間に配置したカム機構（請求項１〜７）または回転部材（請求項８）を駆動でき、効率よく高出力を得ることができる。
【００３７】
請求項１０の発明によれば、複数対のエンジンを放射状に配置できるため、さらに効率よく高出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明が適用される動力伝達装置及びこれを用いたエンジンは、例えば、ヘリコプタ等の航空機に用いられる星型エンジンとして、出力軸であるクランクシャフトの周囲に、シリンダと該シリンダ内に摺動可能に設けたピストンからなる４サイクル等のレシプロ型のエンジンを放射状に配置し、前記ピストンとクランクシャフトとを、コネクティングロッドとカム機構とを介して接続して、前記ピストンの往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに駆動力を伝達するようにする。以下、図面と共に各実施例についてより詳細に説明する。
なお、以下各実施例において、同一の部品には同一符号を付し、重複する説明はできるだけ省略する。
【００３９】
（第１実施例）
図１は、本発明が適用される動力伝達装置１００を示す第１実施例であり、この第１実施例では、シリンダが一つの単気筒の場合を示している。
１は、出力軸であるクランクシャフトを示しており、このクランクシャフト１には、回転中心を同じくして楕円状のカム１１が設けられている。
５はコネクティングロッドを示し、その一端には、前記カム１１に回転可能に接するように設けられたローラ１２が連結ピン１３を介して配置され、他端はピストン４に一体に接続されている。この第1実施例では、クランクシャフト１に装着されたカム11及びコネクティングロッド５の端部に設けたローラ１２によりカム機構１０が構成される。
【００４０】
コネクティングロッド５の両脇には、ローラから成るガイド１４が設けられ、コネクティングロッド５がピストン４の往復運動する際に揺動しないように、かつ、滑らかに移動できるように支持されている。このガイド１４により、コネクティングロッド５はピストン４の往復運動に伴い、シリンダ３の中心線Ｃに対し傾斜することなく、常に中心線Ｃ上で往復運動する。これにより、ピストン４の往復動作に伴う横振れが防止され、サイドスラストがなくなる。
【００４１】
なお、図中の符号８はピストンピンを示し、符号９は、シリンダ３とピストン４との間の気密性を高めるためにピストン４に設けられたピストンリングを示している。
【００４２】
図２は、図１のカム１１とローラ１２との接点の拡大図である。
シリンダ３内の爆発によりピストン４に上方向の力ｆが発生する。そして、コネクティングロッド５の一端に設けられたローラ１２を介してカム１１に力ｆが伝わると、前記接点では図２に示すように力ｆは接線方向に対して垂直と水平方向の分力ｆ１，ｆ２に分割される。この分力ｆ１によってカム１１が回転され駆動力に変換される。
【００４３】
一方、分力ｆ２によってコネクティングロッド５に対する横方向の力が発生するが、この横方向の力はカム１１及びローラ１２の回転により逃がされる。更に残っている横方向の力はガイド１４で受けられその反力で吸収される。したがってピストン４に対し横振れを起こさせることはない。
【００４４】
以上のような構成をとることにより、ピストン４にサイドスラスト力が作用するのを抑止でき、エンジン振動を抑えることができる。
このようにサイドスラスト力を防止することにより、エネルギー効率が向上し、出力効率を向上することができる。
【００４５】
また、サイドスラストによる摩擦エネルギーを減少することができるため、エンジン回転抵抗を低く抑えることができ、燃料消費を抑制することができる。
さらに、シリンダ３とピストン４の片当たりが抑制されるのでピストンの割れ、欠けなどの恐れが低減する。
【００４６】
また、ピストンの横振れによるピストンリング９から生じるガス漏れを最小限に抑えることができ、出力効率をさらに向上することができる。
特に前述のように、コネクティングロッド５の両側にガイド１４が配置されているため、確実にコネクティングロッド５を傾斜させることなく直線的にシリンダの中心線Ｃ上で往復運動させ、エンジン振動を防止することができる。
【００４７】
（第２実施例）
図３は本発明が適用される動力伝達装置２００を示す第２実施例であり、第１実施例に比してシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプを示している。これら２つのシリンダ３のピストン４を同期して動作させることで、前述の第１実施例と同様の効果を得ると共に、より高出力な駆動力を得ることができる。
【００４８】
また、仮想線で示すように、クランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に複数のシリンダ３を配置した星型エンジンとすることでより高出力な駆動力を得ることも可能である。
【００４９】
（第３実施例）
図４は、本発明が適用される動力伝達装置３００を示す第３実施例であり、この第３実施例でも、第２実施例同様にシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプを示している。
この第３実施例では、カム機構１０として、前述の第１及び第２実施例のカム１１の代わりに、コネクティングロッド５の他端に設けたローラ１２が嵌合する楕円状の溝部１６を円盤状の部材に形成した溝カム１５を用いたものである。
【００５０】
図５はこの溝カム１５の拡大図を示しており、図中符号１７はクランクシャフト１が挿嵌されるシャフト孔であり、１６ａ及び１６ｂは各々溝部１６の外周壁と内周壁を示している。
この第３実施例の構成によれば、前述の第１及び第２実施例の効果に加えて、コネクティングロッド５の端部のローラ１２が溝部１６内に嵌入するため、コネクティングロッド５と溝カム１５の連結状態が確実に保たれる。また、カム機構１０における振動も少なく、さらに振動の少ない駆動を実現することができる。
【００５１】
さらに、コネクティングロッド５の他端に設けられたローラ１２が溝部１６内部に嵌合しているため、前記溝部１６の外周壁１６ａと内周壁１６ｂとを同心状に相似形に形成してあれば、ローラ１２と溝カム１５との同期が仮に微少な範囲でズレた場合であっても、溝部１６の外周壁１６ａと内周壁１６ｂとでローラ１２を狭持できるので、ローラ１２がカム部分から離れることを防止することができる。
【００５２】
（第４実施例）
図６は本発明が適用される図４の動力伝達装置３００をクランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に複数のシリンダ３を配置した星型エンジン４００を示す第４実施例であり、シリンダ３を放射状に８つ配置した８気筒タイプを示している。これら８つのシリンダ３のピストン４を同期して動作させることで、前述の第３実施例と同様の効果を得ると共に、より高出力な駆動力を得ることができる。
【００５３】
（第５実施例）
図７は、本発明が適用される動力伝達装置であり、クランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に６つのシリンダ３を配置した星型エンジン５００を示す第５実施例である。
【００５４】
この第５実施例では、カム機構１０が、コネクティングロッド５の端部のローラ１２と接する十字等の星型状のカム１８によって形成されている点が前述の他の実施例と異なる点である。
【００５５】
このような構造とすることで、前述の第１及び第２実施形態の動力伝達装置１００，２００と同様の効果が得られると共に、カム１８の形状（凸部の数や凹凸の傾斜または大きさ等）を各種条件に合わせて設計することにより、簡単な構造で複数のエンジンを協働させて効率よく共通のクランクシャフト１を回転駆動することができる。
【００５６】
図８は、図７の星型エンジン５００の燃焼サイクルを示す図であり、星型状のカム１８、特にこの第５実施形態による十字状のカム１８では、一回転につきＡ〜Ｄ及びａ〜ｄに示すような４つの工程が２回行われる。
【００５７】
ここで図８を例に一般的な４サイクルエンジンの各工程を説明する。
Ａ，ａ（吸気工程）：カム１８の凸部から凹部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが下死点まで移動する。このとき図外のインテークバルブが開き、インテーク側より燃料と空気が混ざり合った混合空気がシリンダ３内に吸い込まれる。
【００５８】
Ｂ，ｂ（圧縮工程）：カム１８の凹部から凸部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが上死点まで移動する。これによりシリンダ３内の混合空気が圧縮され、そして、ピストン４が上死点付近に到達すると、図外の点火プラグによって着火されシリンダ３内の混合空気を爆発させる。
【００５９】
Ｃ，ｃ（膨張工程）：カム１８の凸部から凹部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが下死点まで移動する。シリンダ３内の混合空気の爆発エネルギーによって、ローラ１２を介してカム１８を回転させる。
【００６０】
Ｄ，ｄ（排気工程）：カム１８の凹部から凸部に沿ってローラ１２が動き、ピストンが上死点まで移動する。このとき図外のエキゾーストバルブが開き、エキゾースト側より排気が行われる。
【００６１】
（第６実施例）
図９は、本発明が適用される動力伝達装置であり、クランクシャフト１（カム機構１０）の周囲に放射状に、かつ、等間隔に６つのシリンダ３を配置した星型エンジン６００を示す第６実施例である。この第６実施例では、カム機構１０として、コネクティングロッド５の端部に設けたローラ１２と嵌合する８つの凹凸をもつ星型状の溝部２０を円盤状の部材に形成した星型状の溝カム１９を用いた点が前述の他の実施例と異なる点である。
【００６２】
これにより、前述の第１〜第５実施形態における効果と同様な効果を同時に得ることができ、簡単な構造で複数のエンジンを協働させて効率よく共通のクランクシャフト１を回転駆動することができる。
【００６３】
（第７実施例）
図１０は、本発明が適用される動力伝達装置７００を示す第７実施例であり、第２実施例と同様にシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプである。
【００６４】
この第７実施例では、対抗するエンジン２のコネクティングロッド５の端部同士は、中心線Ｃに直交する溝部２１を有する共通の延設部４０を介して一体結合される。この例では溝部２１内に摺動可能に嵌合する連結ピン２２を有する左右一対の回転部材２３が備わる。
【００６５】
ピストン３が往復運動すると、コネクティングロッド５の移動に伴い、前記溝部２１内に嵌合する連結ピン２２によって一対の回転部材２３が矢印方向に左右対称に回転する。このとき回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４の何れか一方をクランクシャフト１と結合することにより、ピストン３の往復運動を回転運動に変換することができる。
【００６６】
これにより、前述の第２実施例と同様の効果を得ることができると共に、さらに振動の少ない駆動を実現することができる。
【００６７】
（第８実施例）
図１１は、第７実施例の動力伝達装置７００に対し、クランクシャフト１の周囲に放射状に、かつ、等間隔に６つのシリンダ３を配置した星型エンジン８００を示す第８実施例であり、図１２はその断面図である。ただし、この第８実施例では、延設部４０の溝部２１を有するコネクティングロッド５をＴ字状に形成して、各シリンダ３に対して各々１つずつ設けたものである。
【００６８】
また、回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４から直接駆動力を得るのではなく、一方の回転中心軸２４にギアを形成し、各シリンダ３の回転中心軸２４と噛み合う連結ギア２５を設けて、この連結ギア２５の中心にクランクシャフト１を一体回動可能に接続することで駆動力を取り出している。図１２中の符号２６はこれら各部材を接続するケースの一部を示し、符号２７は回転部材２３と回転中心軸（ギア）２４を連結しケース２６に接続する連結ピンを示している。また、符号２８はクランクシャフト１を回転可能にケース２６に保持するガイドを示している。
【００６９】
なお、ここではより駆動ロスを抑えるためにギアを用いたが、これに限らず、連結ベルト等の通常考え得る範囲の動力伝達機構に代えて実施できることは言うまでもない。
これにより前述の第７実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
（第９実施例）
図１３は、本発明が適用される動力伝達装置９００を示す第９実施例であり、第２，第６実施例と同様にシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプである。
【００７１】
この例は、前述の図２０のサイドスラストＦsinθを相殺するために、中心線Ｃに対し対称に傾斜する一対のコネクティングロッドを各ピストンに連結したものである。なお、この例ではシリンダ３を対向させて２つ設けているが、１つのみの単気筒タイプでもよい。
【００７２】
この第９実施例では、各エンジン２は、一端がピストンピン２９を介してピストン４に連結され、シリンダ３の中心線Ｃに沿って対照的に配置された一対のコネクティングロッド５を備え、両エンジン２，２間に該コネクティングロッド５の他端と連結ピン２２等を介して連結され左右対称に回転する一対の回転部材２３が設けられている。
【００７３】
この第９実施例ではシリンダ３を図中上下に対向して２つ配置した２気筒タイプであるため、両ピストン４に接続される前記コネクティングロッド５を同じ回転部材２３に連結している。
【００７４】
このような構成をとることにより、ピストン４が往復運動すると、コネクティングロッド５の移動に伴い、一対の回転部材２３が矢印方向に左右対称に回転する。このとき回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４の何れか一方をクランクシャフト１と結合することにより、ピストン４の往復運動を回転運動に変換することができる。
【００７５】
これにより、前述の実施例と同様の効果を得ることができると共に、さらに振動の少ない駆動を実現することができる
【００７６】
（第１０実施例）
図１４は、第９実施例の動力伝達装置９００に対し、クランクシャフト１の周囲に放射状に、かつ、等間隔に４つのシリンダ３を配置した星型エンジン１０００を示す第１０実施例である。この第１０実施例では、シリンダ３が前述のように４つ配置したタイプであるため、各ピストン４に接続される前記コネクティングロッド５を隣り合わせとなるエンジン２と同じ回転部材２３にそれぞれ連結している。
【００７７】
また、この第１０実施例でも前述の第８実施例の星型エンジン８００と同様に回転部材２３と一体となって回動する回転中心軸２４から直接駆動力を得るのではなく、一方の回転中心軸２４にギアを形成し、各回転部材２３の回転中心軸２４と噛み合う連結ギア２５を設けて、この連結ギア２５の中心にクランクシャフト１を一体回動可能に接続することで駆動力を取り出している。
なお、連結ギアの代わりに連結ベルト等の通常考え得る範囲の動力伝達機構に代えて実施できることは第８実施例と同様である。
これにより前述の第９実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
（第１１実施例）
図１５は、本発明が適用される星型エンジン１１００を示す第１１実施例であり、図１６はこの第１１実施例の星型エンジン１１００の断面を示している。この第１１実施例は、第１０実施例と同様にクランクシャフト１の周囲に放射状に、かつ、等間隔に４つのシリンダ３を配置した４気筒タイプである。
【００７９】
この第１１実施例のカム機構１０は、第１実施例に記載の楕円状のカム１１を２個十字状に重ねて用いるタイプであり、かつ、２個のカム１１を相互に逆方向に回転するように構成したものである。そして、これらのカム１１間を傘歯歯車３０，３１を介して係合させている。より詳しくは、カム１１の対向する側面に傘歯歯車３０が形成され、傘歯歯車３１は連結ピン３３を介してキャリア３２に接続され当該位置にて回転のみ許容して固定されている。
【００８０】
図中の符号３４はカム１１の回転中心軸を示し、この第１１実施例ではその一方がクランクシャフト１に結合されている。
【００８１】
こうすることにより、ピストン４の往復運動が前述したようにカム１１によって回転駆動力に変換される。このときカム１１の対向する側面の両傘歯歯車３０に傘歯歯車３１が噛み合い、この傘歯歯車３１が連結ピン３３を介してキャリア３２に固定されているため、これらカム１１は相互に逆方向に回転する。そして、一方のカム１１の回転中心軸３４と一体に結合されたクランクシャフト１を介して駆動力が伝達される。
【００８２】
従って、前述の第１、第２実施例と同様の効果が得られると共に、相互に逆回転するカム１１の駆動力を傘歯歯車３０，３１を介して接続していることにより、往復運動によるエネルギーをロスなく的確に回転駆動力に変換することができる。
【００８３】
（第１２実施例）
図１７は、第１１実施例の変形例である星型エンジン１２００を示す第１２実施例である。この第１２実施例では、カム１１を楕円状ではなく、第５実施例で説明した十字状のカム１８を用いたものであり、第５及び第１１実施例の両方の効果を得ることができるものである。
【００８４】
なお、前述の各実施例では、クランクシャフト１の周囲に放射状に配置するエンジン２をそれぞれ１，２，４，６，８個配置した例を示したが、これに限るものではない。
【００８５】
また、エンジンとして4サイクルのガソリンエンジンを例示して説明したが、2サイクルエンジンやディーゼルエンジン等、往復運動をするエンジンに適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明を適用した動力伝達装置及び星型エンジンは、ヘリコプター等の小型航空機に適用できるほか、エンジンの往復運動を回転駆動力として利用するものたとえば、車両や船舶、また、発電機等の様々なものに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明が適用される動力伝達装置の第１実施例の要部構成説明図である。
【図２】図１のカムとローラとの接点の拡大説明図である。
【図３】本発明が適用される動力伝達装置の第２実施例の要部構成説明図である。
【図４】本発明が適用される動力伝達装置の第３実施例の要部構成説明図である。
【図５】第3実施例の溝カムの拡大説明図である。
【図６】本発明が適用される動力伝達装置の第４実施例の要部構成説明図である。
【図７】本発明が適用される動力伝達装置の第５実施例の要部構成説明図である。
【図８】図７の星型エンジンに係る燃焼サイクルの説明図である。
【図９】本発明が適用される動力伝達装置の第６実施例の要部構成説明図である。
【図１０】本発明が適用される動力伝達装置の第７実施例の要部構成説明図である。
【図１１】本発明が適用される第８実施例の要部構成説明図である。
【図１２】図１１の星形エンジンの側方断面図である。
【図１３】本発明が適用される動力伝達装置の第９実施例の要部構成説明図である。
【図１４】本発明が適用される第１０実施例の要部構成説明図である。
【図１５】本発明が適用される第１１実施例の要部構成説明図である。
【図１６】図１５の側方断面図である。
【図１７】第１１実施例の変形例である第１２実施例の要部構成説明図である。
【図１８】従来の星型エンジンを示す構成説明図である。
【図１９】図１８のシリンダ部を示した構成説明図である。
【図２０】図１９の一部を拡大したサイドスラストについての説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１：クランクシャフト、２：エンジン、３：シリンダ、４：ピストン、５：コネクティングロッド、９：ピストンリング、１０：カム機構、１１：カム、１２：ローラ、１３：連結ピン、１４：ガイド、１５：溝カム、１６：溝部、１６ａ：外周壁、１６ｂ：内周壁、１７：シャフト孔、１８：十字カム、１９：星型状溝カム、２０：溝部、２１：溝部、２２：連結ピン、２３：回転部材、２４：回転中心軸、２５：連結ギア、２６：ケース、２７：連結ピン、２８：ガイド、２９：ピストンピン、３０，３１：傘歯歯車、３２：連結ピン、３３：キャリア、３４：回転中心軸、４０：延設部、１００，２００，３００，７００，９００：動力伝達装置、４００，５００，６００，８００，１０００，１１００，１２００：星型エンジン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと該シリンダ内を摺動するピストンとを備えたエンジンからの往復運動を、クランクシャフトの回転運動へと変換する動力伝達装置であって、
一端が前記ピストンに接続され、他端が該ピストンと共に前記シリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドと、
前記コネクティングロッドの他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝達するカム機構とを備えていることを特徴とするエンジンの動力伝達装置。
【請求項２】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される楕円状のカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項３】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する楕円状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項４】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される十字等の星型状のカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項５】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する星型状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項６】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの前記他端に設けた前記中心線と略直交する溝部を有する延設部と、
該延設部の溝部と嵌合し前記中心線に対し対称に回転する少なくとも一対の回転部材とから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項７】
前記コネクティングロッドを前記中心線上で往復運動させるガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項８】
シリンダ内を摺動するピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動へと変換するエンジンの動力伝達装置であって、
一端が前記ピストンに接続された複数のコネクティングロッドを有し、該複数のコネクティングロッドの他端は、前記シリンダの中心線に対して対称的に接近離間しながら往復運動するように配置され、該コネクティングロッドの他端と係合し前記中心線に対し対称に回転する複数の回転部材とを備えたことを特徴とするエンジンの動力伝達装置。
【請求項９】
前記ピストンの中心線上に一対のエンジンを対向配置し、両エンジン間に前記カム機構又は回転部材を配置したことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項１０】
前記シリンダを放射状に配置したことを特徴とする請求項９に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項１】
シリンダと該シリンダ内を摺動するピストンとを備えたエンジンからの往復運動を、クランクシャフトの回転運動へと変換する動力伝達装置であって、
一端が前記ピストンに接続され、他端が該ピストンと共に前記シリンダの中心線上で往復運動するコネクティングロッドと、
前記コネクティングロッドの他端の往復運動を回転運動に変換してクランクシャフトに伝達するカム機構とを備えていることを特徴とするエンジンの動力伝達装置。
【請求項２】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される楕円状のカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項３】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する楕円状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項４】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端と接して該他端から押圧駆動される十字等の星型状のカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項５】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの他端が嵌合する星型状の溝部から成るカムによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項６】
前記カム機構は、前記コネクティングロッドの前記他端に設けた前記中心線と略直交する溝部を有する延設部と、
該延設部の溝部と嵌合し前記中心線に対し対称に回転する少なくとも一対の回転部材とから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項７】
前記コネクティングロッドを前記中心線上で往復運動させるガイドを設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項８】
シリンダ内を摺動するピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動へと変換するエンジンの動力伝達装置であって、
一端が前記ピストンに接続された複数のコネクティングロッドを有し、該複数のコネクティングロッドの他端は、前記シリンダの中心線に対して対称的に接近離間しながら往復運動するように配置され、該コネクティングロッドの他端と係合し前記中心線に対し対称に回転する複数の回転部材とを備えたことを特徴とするエンジンの動力伝達装置。
【請求項９】
前記ピストンの中心線上に一対のエンジンを対向配置し、両エンジン間に前記カム機構又は回転部材を配置したことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のエンジンの動力伝達装置。
【請求項１０】
前記シリンダを放射状に配置したことを特徴とする請求項９に記載のエンジンの動力伝達装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００６−１０４９９６（Ｐ２００６−１０４９９６Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９１０８０（Ｐ２００４−２９１０８０）
【出願日】平成１６年１０月４日（２００４．１０．４）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月４日（２００４．１０．４）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
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