クランク装置
【課題】クランク装置をより滑らかに動作させる
【解決手段】このクランク装置１００は、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車１０３と、クランク部材１０４と、連接棒１０５を備えている。ピン１４７は、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの円周上に配設されている。このクランク装置１００は、クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車１０３の自転および公転に応じてピン１４７が直線往復動する。連接棒１０５は、ピン１４７に連結され、ピン１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びるように配設されている。連接棒１０５とピン１４７の連結部分は、連接棒１０５に対するピン１４７の交差角が変位可能に連結されている。これにより、連接棒１０５に軸方向に大きな力が作用し、ピン１４７が撓むと、それに応じて連接棒１０５に対するピン１４７の交差角度が変わる。
【解決手段】このクランク装置１００は、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車１０３と、クランク部材１０４と、連接棒１０５を備えている。ピン１４７は、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの円周上に配設されている。このクランク装置１００は、クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車１０３の自転および公転に応じてピン１４７が直線往復動する。連接棒１０５は、ピン１４７に連結され、ピン１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びるように配設されている。連接棒１０５とピン１４７の連結部分は、連接棒１０５に対するピン１４７の交差角が変位可能に連結されている。これにより、連接棒１０５に軸方向に大きな力が作用し、ピン１４７が撓むと、それに応じて連接棒１０５に対するピン１４７の交差角度が変わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はクランク装置に関し、内周太陽歯車と遊星歯車を有する機構を備え、連接棒が直線往復動するクランク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク装置は、例えば、ピストンの直線往復動と、クランク軸の回転運動とを相互に変換する装置として用いられている。本発明者は、例えば、特許２６８３２１８号に開示されるように、ピストンに連結した連接棒が実質的に直線往復動するクランク装置を提案している。
【０００３】
斯かるクランク装置１は、図１に示すように、内周太陽歯車２０と、内周太陽歯車２０のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、内周太陽歯車２０と噛み合って自転および公転する遊星歯車２１と、遊星歯車２１の中心部１２を自転可能に支持するクランク部材１０とを備えている。遊星歯車２１は、遊星歯車２１のピッチ円上に、当該ピッチ円に直交する方向に延びたピン２４を備えており、連接棒３は当該ピン２４に連結されている。
【０００４】
このクランク装置１は、内周太陽歯車２０と遊星歯車２１の機構によって、連接棒３が実質的に直線往復動する。このため、ピストン１５においてサイドスラストによるエネルギ損失の低減を図ることができる。また、シリンダに対するピストンのストロークを長くできるので、圧縮比の向上など、従来のクランク装置では得られない特徴を備えている。斯かるクランク装置１は、シリンダ型の内燃機関やコンプレッサなど種々の装置に適用することができる。
【特許文献１】特許２６８３２１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、斯かるクランク装置を鋭意研究している。本発明者は、上述したクランク装置を、例えば、シリンダ型の内燃機関やコンプレッサにおいてピストンを直線往復動させる機構として用いた場合に、クランク装置の動きが悪くなる事象を発見し、当該事象の原因を探求した。
【０００６】
その結果、遊星歯車が、内周太陽歯車と噛み合って自転および公転する際に、バックラッシュ分、遊星歯車が所定の軌道からずれることがわかった。このため、連接棒は、厳密には往復する際に、所定の直線からずれることがある。また、連接棒３とピン２４の連結部分には、滑り材を介在させている。本発明者の研究において、クランク装置の動きが悪くなる原因として、内燃機関やコンプレッサにおいてピストン１５に大きな力が作用すると、連接棒３とピン２４の連結部分に大きな力が作用し、ピン２４が微小ではあるが撓むことが分かった。これによってクランク装置１の滑らかな動きが阻害される場合がある。
【０００７】
これらの事象は、それによってクランク装置が動作しないというほどの不具合を生じさせないが、クランク装置をより効率よく、かつ、より滑らかに動作させるためには更なる改良が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るクランク装置は、クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、内周太陽歯車と噛み合って自転および公転する遊星歯車と、クランクケースに、内周太陽歯車の中心軸と同軸に回転するように支持されるとともに、遊星歯車を自転可能に支持するクランク部材と、遊星歯車のピッチ円上に配設されたピンと、ピンに直交するように連結された連接棒とを備えている。ピンは遊星歯車の自転および公転に応じて直線往復動し、連接棒はピンが往復動する直線に沿って延び、連接棒とピンの連結部分は、連接棒に対するピンの交差角が変位可能に連結されている。
【０００９】
さらに、連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に、ピンが動くことが許容されていてもよい。
【００１０】
また、ピンに装着された第１部材と、連接棒に取り付けられた第２部材とからなる一対の滑り部材によって、連接棒に対するピンの交差角が変化するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
このクランク装置は、連接棒とピンの連結部分は、連接棒に対するピンの交差角が変位可能に連結されている。このため、連接棒の軸線方向に力を受けてピンが撓む場合に、これに応じて連接棒に対するピンの交差角が変化する。このため、連接棒は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００１２】
また、連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に、ピンが動くことが許容されている場合には、遊星歯車が自転および公転する際にバックラッシュ分ずれると、これに応じてピンと連接棒との相対的な位置関係がずれるので、連接棒は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００１３】
また、ピンに装着された第１部材と、連接棒に取り付けられた第２部材とからなる一対の滑り部材によって、連接棒に対するピンの交差角が変化するように構成されている場合には、連接棒とピンの連結部の製造が容易になり、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る鞍乗型車両を図面に基づいて説明する。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１５】
このクランク装置１００は、図２、図３に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車１０３と、クランク部材１０４と、連接棒１０５を備えている。なお、図３は、クランク装置１００の概略図である。
【００１６】
≪クランクケース≫
クランクケース１０１は、クランク装置１００の各部材を収容するケースである。この実施形態では、クランクケース１０１は、底がある筒状の部材であり、図２では、クランクケース１０１は、底部１１１を右側に向け、開口１１２を左側に向け、横向きに配設されている。クランクケース１０１の内周面には、クランク装置１００の各部材を取り付けるための段差が形成されている。また、クランクケース１０１の底部１１１の中心部には、後述するクランク部材１０４の軸部１５８を挿通させる挿通穴１１３が形成されている。また、クランクケース１０１の側面には、クランクケース１０１の開口１１２から近い位置に連接棒１０５を挿通させる挿通穴１１４（図６参照）が形成されている。この実施形態では、クランクケース１０１の開口１１２には、カバー（図示省略）を取り付けている。
【００１７】
≪内周太陽歯車≫
内周太陽歯車１０２は、内周面に歯を有する内歯車であり、クランクケース１０１の内周面の中間位置に形成された段差１２１に固定的に配設されている。
【００１８】
≪遊星歯車≫
遊星歯車１０３は、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する歯車である。この実施形態では、遊星歯車１０３は、図４（ａ）に示すように、遊星歯車部材１３１と遊星軸部材１３２によって構成されている。遊星歯車部材１３１は、外周面に歯を有する外歯車であり、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有している。すなわち、図３に示すように、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。この遊星歯車部材１３１の中心部には、図４（ａ）に示すように、遊星軸部材１３２の装着する装着穴１４１が形成されている。
【００１９】
遊星軸部材１３２は、一端に遊星歯車部材１３１に装着される装着端部１４６を備え、他端にピン１４７と、カウンターウェイト１４８が設けられている。ピン１４７とカウンターウェイト１４８は、遊星軸部材１３２の当該端部において回転軸ｃ２を中心として対称な位置に配設されている。ピン１４７は、図３に示すように、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃ上に配設されている。この実施形態では、ピン１４７は、ピン１４７の中心軸線ｃ３が当該ピッチ円１０３ｃを直交するように、遊星軸部材１３２の軸方向に延びている。カウンターウェイト１４８は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、遊星歯車１０３の自転の慣性力を奏する部位であり、この実施形態では、遊星軸部材１３２の回転軸ｃ２から半径方向にずれた位置にカウンターウェイト１４８としての質量部材を取り付けている。
【００２０】
≪クランク部材≫
クランク部材１０４は、内周太陽歯車１０２の中心軸と同軸に回転可能に配設されるとともに、遊星歯車１０３を自転および公転可能に支持する部材である。
【００２１】
この実施形態では、クランク部材１０４は、図５（ａ）に示すように、軸部材であり、片側は太く、反対側は細くなっている。片側の太い軸部１５１には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、クランク部材１０４の中心軸ｃ１から、上述した遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分のずれた位置を中心軸ｃ２として、上述した遊星歯車１０３を装着する装着穴１５２が形成されている。また、このクランク部材１０４の中間部は一端の太い軸部１５１よりも少し細く形成されている。これによって、太い軸部１５１に形成された装着穴１５２の底部１５２ａが、クランク部材１０４の側面に開口している。クランク部材１０４の太い軸部１５１の外周面には、装着穴１５２に貫通したねじ穴１５６が形成されている。また、この実施形態では、クランク部材１０４にカウンターウェイト１５９が取り付けられている。カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の太い軸部１５１が形成された片側の端面に取り付けられている。このカウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の端面に応じた略半円弧形状を有した質量部材であり、円弧の中心部には、装着穴１５２の中心軸ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。このクランク部材１０４の太い軸部１５１の反対側には、軸受装着部１５７と、クランクケース１０１の挿通穴１１３を挿通し、クランクケース１０１の外に伸びる軸部１５８を有している。
【００２２】
≪遊星歯車とクランク部材の取り付け構造≫
この実施形態では、図２に示すように、遊星歯車１０３は、クランク部材１０４の装着穴１５２に軸受１６１、１６２によって回動自在に装着されている。また、クランク部材１０４は、クランクケース１０１に軸受１６３、１６４によって内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの中心軸ｃ１と同軸で回転するように、回動自在に装着されている。遊星軸部材１３２の遊星歯車部材１３１に装着される装着端部１４６は、図２に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部１５２ａの開口１５２ｂに到達している。斯かる装着端部１４６に取り付けられた遊星歯車部材１３１の歯面は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部１５２ａの開口１５２ｂから露出している。また、遊星歯車１０３のカウンターウェイト１４８およびピン１４７は、クランク部材１０４の装着穴１５２の外に出ている。この実施形態では、クランク部材１０４の端面には、クランク部材１０４のカウンターウェイト１５９が取り付けられているが、カウンターウェイト１５９は、図５（ｂ）に示すように、装着穴１５２の中心軸ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されており、遊星歯車１０３が回転する際、遊星歯車１０３のカウンターウェイト１４８およびピン１４７が、クランク部材１０４のカウンターウェイト１５９に干渉しない。
【００２３】
≪カラー≫
なお、この実施形態では、遊星歯車１０３の遊星軸部材１３２を装着穴１５２に軸支する２つの軸受１６１、１６２の間には、筒状のカラー１６５が装着されている。このカラー１６５の軸方向の両端は、軸受１６１、１６２の外輪に当っている。また、このカラー１６５の外周面には、上述したクランク部材１０４の装着穴１５２の側面に形成したねじ穴１５６に軸方向に対応する位置に、周方向に溝１６６が形成されている。そして、遊星歯車１０３をクランク部材１０４に取り付ける際、軸受１６１、１６２の間に上記カラー１６５を取り付けるとともに、クランク部材１０４の側面に形成したねじ穴１５６にねじ（図示省略）を取り付ける。このねじは、先端が当該カラー１６５の溝１６６に嵌る。これによって、カラー１６５がクランク部材１０４に対して軸方向に動くのが規制されており、さらに、軸受１６１、１６２および遊星軸部材１３２が、クランク部材１０４の装着穴１５２から抜けるのが防止されている。
【００２４】
≪クランクケースへの取り付け構造≫
クランクケース１０１の中間位置に形成された段差１２１には、内周太陽歯車１０２がねじによって固定されている。遊星歯車１０３およびクランク部材１０４は、上述したようにクランク部材１０４の装着穴１５２に遊星歯車１０３を装着したアッセンブリの状態で、クランクケース１０１に装着されている。この際、クランク部材１０４の軸部１５８は、クランクケース１０１の底部１１１の挿通穴１１３に挿通されており、クランク部材１０４の太い軸部１５１および遊星歯車１０３はクランクケース１０１内に配設されている。クランク部材１０４は、クランクケース１０１の内側面に装着された軸受１６３と、クランクケース１０１の底部１１１の挿通穴１１３に装着された軸受１６４によって、内周太陽歯車１０２の中心軸ｃ１と同軸で回転するようにクランクケース１０１に回転自在に装着されている。
【００２５】
≪ピンの軌道≫
遊星歯車部材１３１は、図２に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部１５２ａの開口１５２ｂから露出しており、内周太陽歯車１０２に噛み合っている。これによって、遊星歯車１０３は、内周太陽歯車１０２との噛み合い、クランク部材１０４の回転に応じて、自転および公転する。このクランク装置１００は、図３に示すように、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。
【００２６】
遊星歯車１０３の遊星軸部材１３２から軸方向に突出したピン１４７は、遊星歯車１０３の回転中心軸ｃ２から半径方向にピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分ずれた位置に配設されている。すなわち、ピン１４７は、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの円周上に配設されている。このクランク装置１００は、クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車１０３は内周太陽歯車１０２と噛合しながら自転および公転する。遊星歯車１０３は、１回公転する毎に２回自転する。クランク部材１０４の装着穴１５２は、図３に示すように、遊星歯車１０３の自転および公転を支持する腕部としての機能を奏する。遊星歯車１０３の自転および公転に応じて、ピン１４７は直線往復動する。この実施形態では、ピン１４７は、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの直径（厳密には、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの一つの直径に平行な直線Ｌ）に沿って直線往復動する。例えば、図３に示す状態では、クランク部材１０４が図中の矢印の方向ｅに回転すると、遊星歯車１０３は矢印ｆの方向に回転し、ピン１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇの方向に移動する。クランク部材１０４が逆方向に回転すると、遊星方向１０３の回転方向も逆になり、ピン１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇとは反対の方向に移動する。
【００２７】
≪連接棒≫
連接棒１０５は、図２および図６に示すように、ピン１４７に直交するように連結されており、かつ、図３に示すように、ピン１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びている。この実施形態では、連接棒１０５とピン１４７の連結部分は、連接棒１０５に対するピン１４７の交差角が変位可能に連結されている。
【００２８】
この実施形態では、当該連結部分は、図６に示すように、一対の滑り部材３００によって、連接棒１０５に対するピン１４７の交差角が変化する。滑り部材３００は、ピン１４７に装着された第１部材３０１と、連接棒１０５に取り付けられた第２部材３０２とからなる。具体的には、この実施形態では、ピン１４７は連接棒１０５の中間位置に連結されている。図７（ａ）（ｂ）に示すように、連接棒１０５は、長さ方向の中間位置が太くなっており、当該太い部位に、連接棒１０５の長さ方向の真ん中に、ピン１４７を連結するべく、幅方向に貫通した略矩形の装着穴３０３が形成されている。
【００２９】
ピン１４７に装着される第１部材３０１は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、上述した連接棒１０５の略矩形の装着穴３０３よりも小さい略矩形のブロック状の部材である。第１部材３０１の中心には、ピン１４７が挿入される挿入穴３１１が形成されている。第１部材３０１は、外側面に凸円弧面３１２を有している。この実施形態では、凸円弧面３１２は、連接棒１０５に対してピン１４７が交差する部位の中心Ｏを円弧の中心にして形成されている。さらに、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、図２および図６に示すように、連接棒１０５およびピン１４７を所定の状態で組み付けたときに、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向（図８（ｂ）中の矢印ｔの方向）に連続している。この挿入穴３１１の内径はピン１４７の外径よりも少し大きく形成されている。なお、この実施形態では、軽量化を図るため、図８（ｂ）に示すように、第１部材３０１の４隅に穴３１３を形成している。
【００３０】
他方、連接棒１０５に取り付けられる第２部材３０２は、図６に示すように、この実施形態では、連接棒１０５の装着穴３０３において、連接棒１０５の軸方向両側面に沿って装着される一対の部材３２１、３２２で構成されている。当該両側の各部材３２１、３２２は、図６および図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１部材３０１の凸円弧面３１２と対向する側面において、第１部材３０１の凸円弧面３１２を受ける凹円弧面３２３を有している。第２部材３０２の凹円弧面３２３は、凸円弧面３１２と同様に、連接棒１０５およびピン１４７を所定の状態で組み付けたときに、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に連続している。
【００３１】
第２部材３０２を構成する両側の各部材３２１、３２２は、図６に示すように、装着穴３０３の内側面に沿って装着されている。両側の各部材３２１、３２２は、連接棒１０５の端面に沿って延在するフランジ部３２４、３２５を連接棒１０５の端面にねじで固定して、連接棒１０５に取り付けられている。第２部材３０２を構成する両側の各部材３２１、３２２の間には、凹円弧面３２３に凸円弧面３１２が嵌った状態で、第１部材３０１が装着されている。ピン１４７は、斯かる第１部材３０１の挿入穴３１１に滑り材３３１（ブッシュ）を介して装着されている。また、この実施形態では、図６に示すように、ピン１４７には、内部に給油通路４００が形成されている。斯かる給油通路４００は、図示は省略するが、クランクケース１０１、クランク部材１０４、および、遊星軸部材１３２、ピン１４７の内部に形成されている。この実施形態では、図６に示すように、潤滑油は、斯かる給油通路４００を通ってブッシュ３３１に供給され、さらに、ブッシュ３３１から滴り出る潤滑油が一対の滑り部材の滑り面（この実施形態では、第１部材３０１の凸円弧面３１２と第２部材３０２の凹円弧面３１２、３２３）に供給される。これにより、当該滑り面に適度な潤滑が得られ、斯かる滑り面の損傷を防止できる。
【００３２】
上述したように、この実施形態では、第１部材３０１は、凸円弧面３１２を有し、第２部材３０２は第１部材３０１の凸円弧面３１２を受ける凹円弧面３２３を有している。凸円弧面３１２と凹円弧面３２３は互いに滑り、第１部材３０１および第１部材３０１の挿入穴３１１に挿入されたピン１４７は、連接棒１０５に対して回動する。
【００３３】
また、第２部材３０２の凹円弧面３２３は、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に連続している。他方、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に連続している。このため、第１部材３０１と第２部材３０２とは、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に相対的に移動可能である。
【００３４】
第１部材３０１と第２部材３０２の滑り面が形成されている凸円弧面３１２と凹円弧面３２３は、それぞれ滑らかな面で形成しており、上述したピン１４７の回動や連接棒１０５に対する相対的な移動は滑らかに行われる。
【００３５】
この実施形態では、図３に示すように、クランク装置１００の両側には、ピン１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って、シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２が対向配置されている。シリンダ型コンプレッサ２０１、２０２は、シリンダ２１１、２１２にピストン２１３、２１４が装着されており、ピストン２１３、２１４をシリンダ２１１、２１２内に押し込むことによって、シリンダ２１１、２１２内の気体を圧縮させて圧縮ガスを作る装置である。この実施形態では、上述した直線Ｌに沿って、シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２のシリンダ２１１、２１２が配設されており、シリンダ型のピストン２１３、２１４は、連接棒１０５の両端に取り付けられている。
【００３６】
このような装置では、ピストン２１３、２１４を押したり、引いたりするため、連接棒１０５には、軸方向（直線Ｌの方向）に大きな力が作用する。このため、連接棒１０５とピン１４７の連結部分には大きな力が作用する。ピン１４７は、図６に示すように、上述したように、遊星軸部材１３２の一端に片持ち支持された状態で突出しており、連接棒１０５とピン１４７の連結部分に大きな力が作用すると、図６に矢印ｓで示す方向に、ピン１４７は微小ではあるが連接棒１０５の軸方向に撓むことがある。
【００３７】
また、遊星歯車１０３が、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する際に、バックラッシュ分、遊星歯車１０３が所定の軌道からずれることがある。この場合、図３に矢印ｔで示す方向に、遊星歯車１０３のずれに応じてピン１４７と連接棒１０５との連結部に大きな力が作用する。
【００３８】
この実施形態では、上述したようにピン１４７は連接棒１０５に対して回動することができる。このため、連接棒１０５に軸方向（直線Ｌの方向）に大きな力が作用し、ピン１４７が撓むと、それに応じて連接棒１０５に対してピン１４７が回動する。これによって、このような場合にピン１４７が撓むことに影響されずに、連接棒１０５は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００３９】
この実施形態では、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、連接棒１０５に対してピン１４７が回動する回動中心を中心とする円弧で形成されている。また、第２部材３０２は第１部材３０１の凸円弧面３１２を受ける凹円弧面３２３を有している。これによって、第１部材３０１の凸円弧面３１２と、第２部材３０２の凹円弧面３２３は互いに接触した状態で滑る。このため、ピン１４７、第１部材３０１、第２部材３０２、連接棒１０５の間で、連接棒１０５の軸方向に適切に力を伝達することができる。
【００４０】
また、遊星歯車１０３が内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する際に、バックラッシュ分、遊星歯車１０３が所定の軌道からずれることがある。この場合、図３に矢印ｔで示す方向に、ピン１４７の位置は、連接棒１０５が配設される直線Ｌから、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向にずれる。この実施形態では、第２部材３０２の凹円弧面３２３は、当該方向ｔに連続しているので、第１部材３０１は、第２部材３０２に対して当該方向ｔに相対的に移動可能である。すなわち、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向ｔに、ピン１４７が動くことが許容されている。このため、上述したように自転および公転する際にバックラッシュ分、遊星歯車１０３が所定の軌道からずれた場合でも、これに応じて第１部材３０１と第２部材の相対的な位置（ピン１４７と連接棒１０５との相対的な位置）がずれる。これによって、連接棒１０５は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００４１】
また、この実施形態では、第２部材３０２の凹円弧面３２３は、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向ｔに連続している。他方、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、当該方向ｔに連続している。このため、第１部材３０１と第２部材の相対的な位置が当該方向ｔにずれた場合でも、第１部材３０１の凸円弧面３１２と第２部材３０２の凹円弧面３２３が面当りした状態が維持され、ピン１４７、第１部材３０１、第２部材３０２、連接棒１０５の間で、連接棒１０５の軸方向に適切に力が伝達される。
【００４２】
また、この実施形態では、上述したように、連接棒１０５はピン１４７が装着される装着穴３０３を有しており、ピン１４７に装着される第１部材３０１と、装着穴３０３に装着される第２部材３０２とを備えた一対の滑り部材３００によって、連接棒１０５に対するピン１４７の動きが許容されている。この場合、斯かる一対の滑り部材３００は、適宜に、交換が可能であり、メンテナンスができ、装置の長寿命化を図ることができる。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態に係るクランク装置を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、発明の要旨が変更されない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００４４】
例えば、上述した内周太陽歯車１０２、遊星歯車１０３、クランクケース１０１、クランク部材１０４などの具体的な形状や構造は、種々の変更が可能である。また、ピンが連接棒に対して回動可能に連結さればよく、必ずしも上述した一対の滑り部材を介在させて連結されている必要はない。例えば、所要の機能が奏される場合において、公知のスイベル構造を適用することが可能である。
【００４５】
また、上述した実施形態において、一対の滑り部材は、その一例を例示したものに過ぎず、第１部材、第２部材についても上述した実施形態に限定されない。
【００４６】
また、上述した実施形態では、図３に示すように、連接棒１０５の両端に、シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２を配し、当該シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２のピストンが連結されている。この場合、クランク部材１０４の軸部へ動力を伝達し、クランク部材１０４を回転させ、遊星歯車１０３、ピン１４７、連接棒１０５を介して、連接棒１０５の両側のコンプレッサ２０１、２０２を駆動させている。本発明に係るクランク装置は、上述したように、連接棒が直線往復動するので、他の種々の用途に適用可能である。
【００４７】
例えば、連接棒の片側に、シリンダ型のコンプレッサを配し、反対側にシリンダ型の内燃機関を配し、連接棒の両端にそれぞれのピストンを連結するようにしてもよい。この場合は、連接棒が直線往復動するので、一方の内燃機関で生じたエネルギによって、連接棒を介して直接反対側のコンプレッサで気体を圧縮させることができるから、極めてエネルギ効率の良いコンプレッサを作ることができる。また、連接棒の両側に内燃機関を設け、クランク部材から回転駆動力を出力するようにしてもよい。また、連接棒の両側にシリンダを対向配置させた形態を例示したが、連接棒の片側のみに、シリンダを配設し、当該シリンダに装着されるピストンを駆動させる装置として用いても良い。
【００４８】
また、シリンダ型のコンプレッサや、内燃機関に限定されず、ピストンに永久磁石を取り付け、シリンダ部分にコイルを配線した、リニア発電装置も構成することが可能である。また、連接棒の両側に取り付ける装置は、シリンダとピストンの組み合わせを有する装置である必要もなく、このクランク装置は、直線往復動する駆動体を動作させる装置として種々の用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】クランク装置を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係るクランク装置の横断平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るクランク装置の概略図。
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の遊星歯車を示す側面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置のクランク部材を示す側面図であり、（ｂ）はその正面図。
【図６】本発明の一実施形態に係るクランク装置のピンと連接棒との連結部を示す横断平面図。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の連接棒を示す正面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の滑り部材の第１部材の平面図であり、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面矢視図である。
【図９】（ａ）は滑り部材の第２部材の凹円弧面を示す側面図であり、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面矢視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００ クランク装置
１０１ クランクケース
１０２ 内周太陽歯車
１０２ｃ ピッチ円
１０３ 遊星歯車
１０３ｃ ピッチ円
１０４ クランク部材
１０５ 連接棒
１１１ 底部
１１２ 開口
１１３ 挿通穴
１１４ 挿通穴
１２１ 段差
１３１ 遊星歯車部材
１３２ 遊星軸部材
１４１ 装着穴
１４６ 装着端部
１４７ ピン
１４８ カウンターウェイト（質量部材）
１５１ 軸部
１５２ 装着穴
１５２ａ 底部
１５２ｂ 開口
１５７ 軸受装着部
１５８ 軸部
１５９ カウンターウェイト（質量部材）
１６１〜１６４ 軸受
１６５ カラー
２０１、２０２ シリンダ型コンプレッサ
２１１、２１２ シリンダ
２１３、２１４ ピストン
３００ 滑り部材
３０１ 第１部材
３０２ 第２部材
３０３ 装着穴
３１１ 挿入穴
３１２ 凸円弧面
３１３ 穴
３２３ 凹円弧面
３２４ フランジ部
３３１ 滑り材（ブッシュ）
４００ 給油通路
ｃ１ 内周太陽歯車のピッチ円の中心軸又はクランク部材の回転軸
ｃ２ 遊星歯車の回転中心軸、遊星歯車のピッチ円の中心軸又は遊星歯車の回動軸
ｃ３ ピン１４７の中心軸線
Ｌ 連接棒の長さ方向の軸線又はピンが往復動する直線
ｒ１ 遊星歯車のピッチ円の半径
ｒ２ 内周太陽歯車のピッチ円の半径
ｔ 連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向
【技術分野】
【０００１】
本発明はクランク装置に関し、内周太陽歯車と遊星歯車を有する機構を備え、連接棒が直線往復動するクランク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランク装置は、例えば、ピストンの直線往復動と、クランク軸の回転運動とを相互に変換する装置として用いられている。本発明者は、例えば、特許２６８３２１８号に開示されるように、ピストンに連結した連接棒が実質的に直線往復動するクランク装置を提案している。
【０００３】
斯かるクランク装置１は、図１に示すように、内周太陽歯車２０と、内周太陽歯車２０のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、内周太陽歯車２０と噛み合って自転および公転する遊星歯車２１と、遊星歯車２１の中心部１２を自転可能に支持するクランク部材１０とを備えている。遊星歯車２１は、遊星歯車２１のピッチ円上に、当該ピッチ円に直交する方向に延びたピン２４を備えており、連接棒３は当該ピン２４に連結されている。
【０００４】
このクランク装置１は、内周太陽歯車２０と遊星歯車２１の機構によって、連接棒３が実質的に直線往復動する。このため、ピストン１５においてサイドスラストによるエネルギ損失の低減を図ることができる。また、シリンダに対するピストンのストロークを長くできるので、圧縮比の向上など、従来のクランク装置では得られない特徴を備えている。斯かるクランク装置１は、シリンダ型の内燃機関やコンプレッサなど種々の装置に適用することができる。
【特許文献１】特許２６８３２１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、斯かるクランク装置を鋭意研究している。本発明者は、上述したクランク装置を、例えば、シリンダ型の内燃機関やコンプレッサにおいてピストンを直線往復動させる機構として用いた場合に、クランク装置の動きが悪くなる事象を発見し、当該事象の原因を探求した。
【０００６】
その結果、遊星歯車が、内周太陽歯車と噛み合って自転および公転する際に、バックラッシュ分、遊星歯車が所定の軌道からずれることがわかった。このため、連接棒は、厳密には往復する際に、所定の直線からずれることがある。また、連接棒３とピン２４の連結部分には、滑り材を介在させている。本発明者の研究において、クランク装置の動きが悪くなる原因として、内燃機関やコンプレッサにおいてピストン１５に大きな力が作用すると、連接棒３とピン２４の連結部分に大きな力が作用し、ピン２４が微小ではあるが撓むことが分かった。これによってクランク装置１の滑らかな動きが阻害される場合がある。
【０００７】
これらの事象は、それによってクランク装置が動作しないというほどの不具合を生じさせないが、クランク装置をより効率よく、かつ、より滑らかに動作させるためには更なる改良が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るクランク装置は、クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、内周太陽歯車と噛み合って自転および公転する遊星歯車と、クランクケースに、内周太陽歯車の中心軸と同軸に回転するように支持されるとともに、遊星歯車を自転可能に支持するクランク部材と、遊星歯車のピッチ円上に配設されたピンと、ピンに直交するように連結された連接棒とを備えている。ピンは遊星歯車の自転および公転に応じて直線往復動し、連接棒はピンが往復動する直線に沿って延び、連接棒とピンの連結部分は、連接棒に対するピンの交差角が変位可能に連結されている。
【０００９】
さらに、連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に、ピンが動くことが許容されていてもよい。
【００１０】
また、ピンに装着された第１部材と、連接棒に取り付けられた第２部材とからなる一対の滑り部材によって、連接棒に対するピンの交差角が変化するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
このクランク装置は、連接棒とピンの連結部分は、連接棒に対するピンの交差角が変位可能に連結されている。このため、連接棒の軸線方向に力を受けてピンが撓む場合に、これに応じて連接棒に対するピンの交差角が変化する。このため、連接棒は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００１２】
また、連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に、ピンが動くことが許容されている場合には、遊星歯車が自転および公転する際にバックラッシュ分ずれると、これに応じてピンと連接棒との相対的な位置関係がずれるので、連接棒は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００１３】
また、ピンに装着された第１部材と、連接棒に取り付けられた第２部材とからなる一対の滑り部材によって、連接棒に対するピンの交差角が変化するように構成されている場合には、連接棒とピンの連結部の製造が容易になり、低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る鞍乗型車両を図面に基づいて説明する。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１５】
このクランク装置１００は、図２、図３に示すように、クランクケース１０１と、内周太陽歯車１０２と、遊星歯車１０３と、クランク部材１０４と、連接棒１０５を備えている。なお、図３は、クランク装置１００の概略図である。
【００１６】
≪クランクケース≫
クランクケース１０１は、クランク装置１００の各部材を収容するケースである。この実施形態では、クランクケース１０１は、底がある筒状の部材であり、図２では、クランクケース１０１は、底部１１１を右側に向け、開口１１２を左側に向け、横向きに配設されている。クランクケース１０１の内周面には、クランク装置１００の各部材を取り付けるための段差が形成されている。また、クランクケース１０１の底部１１１の中心部には、後述するクランク部材１０４の軸部１５８を挿通させる挿通穴１１３が形成されている。また、クランクケース１０１の側面には、クランクケース１０１の開口１１２から近い位置に連接棒１０５を挿通させる挿通穴１１４（図６参照）が形成されている。この実施形態では、クランクケース１０１の開口１１２には、カバー（図示省略）を取り付けている。
【００１７】
≪内周太陽歯車≫
内周太陽歯車１０２は、内周面に歯を有する内歯車であり、クランクケース１０１の内周面の中間位置に形成された段差１２１に固定的に配設されている。
【００１８】
≪遊星歯車≫
遊星歯車１０３は、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する歯車である。この実施形態では、遊星歯車１０３は、図４（ａ）に示すように、遊星歯車部材１３１と遊星軸部材１３２によって構成されている。遊星歯車部材１３１は、外周面に歯を有する外歯車であり、内周太陽歯車１０２のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有している。すなわち、図３に示すように、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。この遊星歯車部材１３１の中心部には、図４（ａ）に示すように、遊星軸部材１３２の装着する装着穴１４１が形成されている。
【００１９】
遊星軸部材１３２は、一端に遊星歯車部材１３１に装着される装着端部１４６を備え、他端にピン１４７と、カウンターウェイト１４８が設けられている。ピン１４７とカウンターウェイト１４８は、遊星軸部材１３２の当該端部において回転軸ｃ２を中心として対称な位置に配設されている。ピン１４７は、図３に示すように、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃ上に配設されている。この実施形態では、ピン１４７は、ピン１４７の中心軸線ｃ３が当該ピッチ円１０３ｃを直交するように、遊星軸部材１３２の軸方向に延びている。カウンターウェイト１４８は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、遊星歯車１０３の自転の慣性力を奏する部位であり、この実施形態では、遊星軸部材１３２の回転軸ｃ２から半径方向にずれた位置にカウンターウェイト１４８としての質量部材を取り付けている。
【００２０】
≪クランク部材≫
クランク部材１０４は、内周太陽歯車１０２の中心軸と同軸に回転可能に配設されるとともに、遊星歯車１０３を自転および公転可能に支持する部材である。
【００２１】
この実施形態では、クランク部材１０４は、図５（ａ）に示すように、軸部材であり、片側は太く、反対側は細くなっている。片側の太い軸部１５１には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、クランク部材１０４の中心軸ｃ１から、上述した遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分のずれた位置を中心軸ｃ２として、上述した遊星歯車１０３を装着する装着穴１５２が形成されている。また、このクランク部材１０４の中間部は一端の太い軸部１５１よりも少し細く形成されている。これによって、太い軸部１５１に形成された装着穴１５２の底部１５２ａが、クランク部材１０４の側面に開口している。クランク部材１０４の太い軸部１５１の外周面には、装着穴１５２に貫通したねじ穴１５６が形成されている。また、この実施形態では、クランク部材１０４にカウンターウェイト１５９が取り付けられている。カウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の太い軸部１５１が形成された片側の端面に取り付けられている。このカウンターウェイト１５９は、クランク部材１０４の端面に応じた略半円弧形状を有した質量部材であり、円弧の中心部には、装着穴１５２の中心軸ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されている。このクランク部材１０４の太い軸部１５１の反対側には、軸受装着部１５７と、クランクケース１０１の挿通穴１１３を挿通し、クランクケース１０１の外に伸びる軸部１５８を有している。
【００２２】
≪遊星歯車とクランク部材の取り付け構造≫
この実施形態では、図２に示すように、遊星歯車１０３は、クランク部材１０４の装着穴１５２に軸受１６１、１６２によって回動自在に装着されている。また、クランク部材１０４は、クランクケース１０１に軸受１６３、１６４によって内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの中心軸ｃ１と同軸で回転するように、回動自在に装着されている。遊星軸部材１３２の遊星歯車部材１３１に装着される装着端部１４６は、図２に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部１５２ａの開口１５２ｂに到達している。斯かる装着端部１４６に取り付けられた遊星歯車部材１３１の歯面は、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部１５２ａの開口１５２ｂから露出している。また、遊星歯車１０３のカウンターウェイト１４８およびピン１４７は、クランク部材１０４の装着穴１５２の外に出ている。この実施形態では、クランク部材１０４の端面には、クランク部材１０４のカウンターウェイト１５９が取り付けられているが、カウンターウェイト１５９は、図５（ｂ）に示すように、装着穴１５２の中心軸ｃ２を中心とする円弧状の切り欠き１５９ａが形成されており、遊星歯車１０３が回転する際、遊星歯車１０３のカウンターウェイト１４８およびピン１４７が、クランク部材１０４のカウンターウェイト１５９に干渉しない。
【００２３】
≪カラー≫
なお、この実施形態では、遊星歯車１０３の遊星軸部材１３２を装着穴１５２に軸支する２つの軸受１６１、１６２の間には、筒状のカラー１６５が装着されている。このカラー１６５の軸方向の両端は、軸受１６１、１６２の外輪に当っている。また、このカラー１６５の外周面には、上述したクランク部材１０４の装着穴１５２の側面に形成したねじ穴１５６に軸方向に対応する位置に、周方向に溝１６６が形成されている。そして、遊星歯車１０３をクランク部材１０４に取り付ける際、軸受１６１、１６２の間に上記カラー１６５を取り付けるとともに、クランク部材１０４の側面に形成したねじ穴１５６にねじ（図示省略）を取り付ける。このねじは、先端が当該カラー１６５の溝１６６に嵌る。これによって、カラー１６５がクランク部材１０４に対して軸方向に動くのが規制されており、さらに、軸受１６１、１６２および遊星軸部材１３２が、クランク部材１０４の装着穴１５２から抜けるのが防止されている。
【００２４】
≪クランクケースへの取り付け構造≫
クランクケース１０１の中間位置に形成された段差１２１には、内周太陽歯車１０２がねじによって固定されている。遊星歯車１０３およびクランク部材１０４は、上述したようにクランク部材１０４の装着穴１５２に遊星歯車１０３を装着したアッセンブリの状態で、クランクケース１０１に装着されている。この際、クランク部材１０４の軸部１５８は、クランクケース１０１の底部１１１の挿通穴１１３に挿通されており、クランク部材１０４の太い軸部１５１および遊星歯車１０３はクランクケース１０１内に配設されている。クランク部材１０４は、クランクケース１０１の内側面に装着された軸受１６３と、クランクケース１０１の底部１１１の挿通穴１１３に装着された軸受１６４によって、内周太陽歯車１０２の中心軸ｃ１と同軸で回転するようにクランクケース１０１に回転自在に装着されている。
【００２５】
≪ピンの軌道≫
遊星歯車部材１３１は、図２に示すように、クランク部材１０４の装着穴１５２の底部１５２ａの開口１５２ｂから露出しており、内周太陽歯車１０２に噛み合っている。これによって、遊星歯車１０３は、内周太陽歯車１０２との噛み合い、クランク部材１０４の回転に応じて、自転および公転する。このクランク装置１００は、図３に示すように、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの半径ｒ１と、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの半径ｒ２との比は、ｒ１：ｒ２＝１：２の関係になっている。
【００２６】
遊星歯車１０３の遊星軸部材１３２から軸方向に突出したピン１４７は、遊星歯車１０３の回転中心軸ｃ２から半径方向にピッチ円１０３ｃの半径ｒ１分ずれた位置に配設されている。すなわち、ピン１４７は、遊星歯車１０３のピッチ円１０３ｃの円周上に配設されている。このクランク装置１００は、クランク部材１０４が回転すると、遊星歯車１０３は内周太陽歯車１０２と噛合しながら自転および公転する。遊星歯車１０３は、１回公転する毎に２回自転する。クランク部材１０４の装着穴１５２は、図３に示すように、遊星歯車１０３の自転および公転を支持する腕部としての機能を奏する。遊星歯車１０３の自転および公転に応じて、ピン１４７は直線往復動する。この実施形態では、ピン１４７は、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの直径（厳密には、内周太陽歯車１０２のピッチ円１０２ｃの一つの直径に平行な直線Ｌ）に沿って直線往復動する。例えば、図３に示す状態では、クランク部材１０４が図中の矢印の方向ｅに回転すると、遊星歯車１０３は矢印ｆの方向に回転し、ピン１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇの方向に移動する。クランク部材１０４が逆方向に回転すると、遊星方向１０３の回転方向も逆になり、ピン１４７は直線Ｌに沿って矢印ｇとは反対の方向に移動する。
【００２７】
≪連接棒≫
連接棒１０５は、図２および図６に示すように、ピン１４７に直交するように連結されており、かつ、図３に示すように、ピン１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って延びている。この実施形態では、連接棒１０５とピン１４７の連結部分は、連接棒１０５に対するピン１４７の交差角が変位可能に連結されている。
【００２８】
この実施形態では、当該連結部分は、図６に示すように、一対の滑り部材３００によって、連接棒１０５に対するピン１４７の交差角が変化する。滑り部材３００は、ピン１４７に装着された第１部材３０１と、連接棒１０５に取り付けられた第２部材３０２とからなる。具体的には、この実施形態では、ピン１４７は連接棒１０５の中間位置に連結されている。図７（ａ）（ｂ）に示すように、連接棒１０５は、長さ方向の中間位置が太くなっており、当該太い部位に、連接棒１０５の長さ方向の真ん中に、ピン１４７を連結するべく、幅方向に貫通した略矩形の装着穴３０３が形成されている。
【００２９】
ピン１４７に装着される第１部材３０１は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、上述した連接棒１０５の略矩形の装着穴３０３よりも小さい略矩形のブロック状の部材である。第１部材３０１の中心には、ピン１４７が挿入される挿入穴３１１が形成されている。第１部材３０１は、外側面に凸円弧面３１２を有している。この実施形態では、凸円弧面３１２は、連接棒１０５に対してピン１４７が交差する部位の中心Ｏを円弧の中心にして形成されている。さらに、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、図２および図６に示すように、連接棒１０５およびピン１４７を所定の状態で組み付けたときに、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向（図８（ｂ）中の矢印ｔの方向）に連続している。この挿入穴３１１の内径はピン１４７の外径よりも少し大きく形成されている。なお、この実施形態では、軽量化を図るため、図８（ｂ）に示すように、第１部材３０１の４隅に穴３１３を形成している。
【００３０】
他方、連接棒１０５に取り付けられる第２部材３０２は、図６に示すように、この実施形態では、連接棒１０５の装着穴３０３において、連接棒１０５の軸方向両側面に沿って装着される一対の部材３２１、３２２で構成されている。当該両側の各部材３２１、３２２は、図６および図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１部材３０１の凸円弧面３１２と対向する側面において、第１部材３０１の凸円弧面３１２を受ける凹円弧面３２３を有している。第２部材３０２の凹円弧面３２３は、凸円弧面３１２と同様に、連接棒１０５およびピン１４７を所定の状態で組み付けたときに、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に連続している。
【００３１】
第２部材３０２を構成する両側の各部材３２１、３２２は、図６に示すように、装着穴３０３の内側面に沿って装着されている。両側の各部材３２１、３２２は、連接棒１０５の端面に沿って延在するフランジ部３２４、３２５を連接棒１０５の端面にねじで固定して、連接棒１０５に取り付けられている。第２部材３０２を構成する両側の各部材３２１、３２２の間には、凹円弧面３２３に凸円弧面３１２が嵌った状態で、第１部材３０１が装着されている。ピン１４７は、斯かる第１部材３０１の挿入穴３１１に滑り材３３１（ブッシュ）を介して装着されている。また、この実施形態では、図６に示すように、ピン１４７には、内部に給油通路４００が形成されている。斯かる給油通路４００は、図示は省略するが、クランクケース１０１、クランク部材１０４、および、遊星軸部材１３２、ピン１４７の内部に形成されている。この実施形態では、図６に示すように、潤滑油は、斯かる給油通路４００を通ってブッシュ３３１に供給され、さらに、ブッシュ３３１から滴り出る潤滑油が一対の滑り部材の滑り面（この実施形態では、第１部材３０１の凸円弧面３１２と第２部材３０２の凹円弧面３１２、３２３）に供給される。これにより、当該滑り面に適度な潤滑が得られ、斯かる滑り面の損傷を防止できる。
【００３２】
上述したように、この実施形態では、第１部材３０１は、凸円弧面３１２を有し、第２部材３０２は第１部材３０１の凸円弧面３１２を受ける凹円弧面３２３を有している。凸円弧面３１２と凹円弧面３２３は互いに滑り、第１部材３０１および第１部材３０１の挿入穴３１１に挿入されたピン１４７は、連接棒１０５に対して回動する。
【００３３】
また、第２部材３０２の凹円弧面３２３は、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に連続している。他方、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に連続している。このため、第１部材３０１と第２部材３０２とは、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向に相対的に移動可能である。
【００３４】
第１部材３０１と第２部材３０２の滑り面が形成されている凸円弧面３１２と凹円弧面３２３は、それぞれ滑らかな面で形成しており、上述したピン１４７の回動や連接棒１０５に対する相対的な移動は滑らかに行われる。
【００３５】
この実施形態では、図３に示すように、クランク装置１００の両側には、ピン１４７が直線往復動する直線Ｌに沿って、シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２が対向配置されている。シリンダ型コンプレッサ２０１、２０２は、シリンダ２１１、２１２にピストン２１３、２１４が装着されており、ピストン２１３、２１４をシリンダ２１１、２１２内に押し込むことによって、シリンダ２１１、２１２内の気体を圧縮させて圧縮ガスを作る装置である。この実施形態では、上述した直線Ｌに沿って、シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２のシリンダ２１１、２１２が配設されており、シリンダ型のピストン２１３、２１４は、連接棒１０５の両端に取り付けられている。
【００３６】
このような装置では、ピストン２１３、２１４を押したり、引いたりするため、連接棒１０５には、軸方向（直線Ｌの方向）に大きな力が作用する。このため、連接棒１０５とピン１４７の連結部分には大きな力が作用する。ピン１４７は、図６に示すように、上述したように、遊星軸部材１３２の一端に片持ち支持された状態で突出しており、連接棒１０５とピン１４７の連結部分に大きな力が作用すると、図６に矢印ｓで示す方向に、ピン１４７は微小ではあるが連接棒１０５の軸方向に撓むことがある。
【００３７】
また、遊星歯車１０３が、内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する際に、バックラッシュ分、遊星歯車１０３が所定の軌道からずれることがある。この場合、図３に矢印ｔで示す方向に、遊星歯車１０３のずれに応じてピン１４７と連接棒１０５との連結部に大きな力が作用する。
【００３８】
この実施形態では、上述したようにピン１４７は連接棒１０５に対して回動することができる。このため、連接棒１０５に軸方向（直線Ｌの方向）に大きな力が作用し、ピン１４７が撓むと、それに応じて連接棒１０５に対してピン１４７が回動する。これによって、このような場合にピン１４７が撓むことに影響されずに、連接棒１０５は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００３９】
この実施形態では、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、連接棒１０５に対してピン１４７が回動する回動中心を中心とする円弧で形成されている。また、第２部材３０２は第１部材３０１の凸円弧面３１２を受ける凹円弧面３２３を有している。これによって、第１部材３０１の凸円弧面３１２と、第２部材３０２の凹円弧面３２３は互いに接触した状態で滑る。このため、ピン１４７、第１部材３０１、第２部材３０２、連接棒１０５の間で、連接棒１０５の軸方向に適切に力を伝達することができる。
【００４０】
また、遊星歯車１０３が内周太陽歯車１０２と噛み合って自転および公転する際に、バックラッシュ分、遊星歯車１０３が所定の軌道からずれることがある。この場合、図３に矢印ｔで示す方向に、ピン１４７の位置は、連接棒１０５が配設される直線Ｌから、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向にずれる。この実施形態では、第２部材３０２の凹円弧面３２３は、当該方向ｔに連続しているので、第１部材３０１は、第２部材３０２に対して当該方向ｔに相対的に移動可能である。すなわち、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向ｔに、ピン１４７が動くことが許容されている。このため、上述したように自転および公転する際にバックラッシュ分、遊星歯車１０３が所定の軌道からずれた場合でも、これに応じて第１部材３０１と第２部材の相対的な位置（ピン１４７と連接棒１０５との相対的な位置）がずれる。これによって、連接棒１０５は滑らかに直線往復動をすることができる。
【００４１】
また、この実施形態では、第２部材３０２の凹円弧面３２３は、連接棒１０５の長さ方向の軸線Ｌおよび遊星歯車１０３の回動軸ｃ２に直交する方向ｔに連続している。他方、第１部材３０１の凸円弧面３１２は、当該方向ｔに連続している。このため、第１部材３０１と第２部材の相対的な位置が当該方向ｔにずれた場合でも、第１部材３０１の凸円弧面３１２と第２部材３０２の凹円弧面３２３が面当りした状態が維持され、ピン１４７、第１部材３０１、第２部材３０２、連接棒１０５の間で、連接棒１０５の軸方向に適切に力が伝達される。
【００４２】
また、この実施形態では、上述したように、連接棒１０５はピン１４７が装着される装着穴３０３を有しており、ピン１４７に装着される第１部材３０１と、装着穴３０３に装着される第２部材３０２とを備えた一対の滑り部材３００によって、連接棒１０５に対するピン１４７の動きが許容されている。この場合、斯かる一対の滑り部材３００は、適宜に、交換が可能であり、メンテナンスができ、装置の長寿命化を図ることができる。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態に係るクランク装置を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されず、発明の要旨が変更されない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００４４】
例えば、上述した内周太陽歯車１０２、遊星歯車１０３、クランクケース１０１、クランク部材１０４などの具体的な形状や構造は、種々の変更が可能である。また、ピンが連接棒に対して回動可能に連結さればよく、必ずしも上述した一対の滑り部材を介在させて連結されている必要はない。例えば、所要の機能が奏される場合において、公知のスイベル構造を適用することが可能である。
【００４５】
また、上述した実施形態において、一対の滑り部材は、その一例を例示したものに過ぎず、第１部材、第２部材についても上述した実施形態に限定されない。
【００４６】
また、上述した実施形態では、図３に示すように、連接棒１０５の両端に、シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２を配し、当該シリンダ型のコンプレッサ２０１、２０２のピストンが連結されている。この場合、クランク部材１０４の軸部へ動力を伝達し、クランク部材１０４を回転させ、遊星歯車１０３、ピン１４７、連接棒１０５を介して、連接棒１０５の両側のコンプレッサ２０１、２０２を駆動させている。本発明に係るクランク装置は、上述したように、連接棒が直線往復動するので、他の種々の用途に適用可能である。
【００４７】
例えば、連接棒の片側に、シリンダ型のコンプレッサを配し、反対側にシリンダ型の内燃機関を配し、連接棒の両端にそれぞれのピストンを連結するようにしてもよい。この場合は、連接棒が直線往復動するので、一方の内燃機関で生じたエネルギによって、連接棒を介して直接反対側のコンプレッサで気体を圧縮させることができるから、極めてエネルギ効率の良いコンプレッサを作ることができる。また、連接棒の両側に内燃機関を設け、クランク部材から回転駆動力を出力するようにしてもよい。また、連接棒の両側にシリンダを対向配置させた形態を例示したが、連接棒の片側のみに、シリンダを配設し、当該シリンダに装着されるピストンを駆動させる装置として用いても良い。
【００４８】
また、シリンダ型のコンプレッサや、内燃機関に限定されず、ピストンに永久磁石を取り付け、シリンダ部分にコイルを配線した、リニア発電装置も構成することが可能である。また、連接棒の両側に取り付ける装置は、シリンダとピストンの組み合わせを有する装置である必要もなく、このクランク装置は、直線往復動する駆動体を動作させる装置として種々の用途に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】クランク装置を示す斜視図。
【図２】本発明の一実施形態に係るクランク装置の横断平面図。
【図３】本発明の一実施形態に係るクランク装置の概略図。
【図４】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の遊星歯車を示す側面図であり、（ｂ）はその正面図である。
【図５】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置のクランク部材を示す側面図であり、（ｂ）はその正面図。
【図６】本発明の一実施形態に係るクランク装置のピンと連接棒との連結部を示す横断平面図。
【図７】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の連接棒を示す正面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図８】（ａ）は本発明の一実施形態に係るクランク装置の滑り部材の第１部材の平面図であり、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ｂ）のＸ−Ｘ断面矢視図である。
【図９】（ａ）は滑り部材の第２部材の凹円弧面を示す側面図であり、（ｂ）はその正面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面矢視図である。
【符号の説明】
【００５０】
１００ クランク装置
１０１ クランクケース
１０２ 内周太陽歯車
１０２ｃ ピッチ円
１０３ 遊星歯車
１０３ｃ ピッチ円
１０４ クランク部材
１０５ 連接棒
１１１ 底部
１１２ 開口
１１３ 挿通穴
１１４ 挿通穴
１２１ 段差
１３１ 遊星歯車部材
１３２ 遊星軸部材
１４１ 装着穴
１４６ 装着端部
１４７ ピン
１４８ カウンターウェイト（質量部材）
１５１ 軸部
１５２ 装着穴
１５２ａ 底部
１５２ｂ 開口
１５７ 軸受装着部
１５８ 軸部
１５９ カウンターウェイト（質量部材）
１６１〜１６４ 軸受
１６５ カラー
２０１、２０２ シリンダ型コンプレッサ
２１１、２１２ シリンダ
２１３、２１４ ピストン
３００ 滑り部材
３０１ 第１部材
３０２ 第２部材
３０３ 装着穴
３１１ 挿入穴
３１２ 凸円弧面
３１３ 穴
３２３ 凹円弧面
３２４ フランジ部
３３１ 滑り材（ブッシュ）
４００ 給油通路
ｃ１ 内周太陽歯車のピッチ円の中心軸又はクランク部材の回転軸
ｃ２ 遊星歯車の回転中心軸、遊星歯車のピッチ円の中心軸又は遊星歯車の回動軸
ｃ３ ピン１４７の中心軸線
Ｌ 連接棒の長さ方向の軸線又はピンが往復動する直線
ｒ１ 遊星歯車のピッチ円の半径
ｒ２ 内周太陽歯車のピッチ円の半径
ｔ 連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復運動と回転運動とを変換するクランク装置であって、
クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、前記内周太陽歯車と噛み合って自転および公転する遊星歯車と、
前記クランクケースに、内周太陽歯車の中心軸と同軸に回転するように支持されるとともに、前記遊星歯車を自転および公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車のピッチ円上に配設されたピンと、
前記ピンに直交するように連結された連接棒と
を備え、
前記ピンは前記遊星歯車の自転および公転に応じて直線往復動し、前記連接棒は前記ピンが往復動する直線に沿って延び、前記連接棒とピンの連結部分は、連接棒に対するピンの交差角が変位可能に連結されているクランク装置。
【請求項２】
前記連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に、前記連接棒に対してピンが動くことが許容されている、請求項１に記載のクランク装置。
【請求項３】
前記ピンに装着された第１部材と、前記連接棒に取り付けられた第２部材とからなる一対の滑り部材によって、前記連接棒に対するピンの交差角が変化する、請求項１又は２に記載のクランク装置。
【請求項４】
前記第１部材は凸円弧面を有し、前記第２部材は前記第１部材の凸円弧面を受ける凹円弧面を有している、請求項３に記載のクランク装置。
【請求項５】
前記第２部材の凹円弧面は、前記連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に連続している、請求項４に記載のクランク装置。
【請求項６】
前記第１部材の凸円弧面は、前記連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に連続している、請求項５に記載のクランク装置。
【請求項７】
前記一対の滑り部材の滑り面に潤滑油を供給する給油通路を有する、請求項１に記載のクランク装置。
【請求項８】
前記給油通路が、前記クランクケース、クランク部材、および、ピンの内部に形成されている、請求項１に記載の記載のクランク装置。
【請求項１】
往復運動と回転運動とを変換するクランク装置であって、
クランクケースに固定的に配設された内周太陽歯車と、
前記内周太陽歯車のピッチ円直径の２分の１のピッチ円直径を有し、前記内周太陽歯車と噛み合って自転および公転する遊星歯車と、
前記クランクケースに、内周太陽歯車の中心軸と同軸に回転するように支持されるとともに、前記遊星歯車を自転および公転可能に支持するクランク部材と、
前記遊星歯車のピッチ円上に配設されたピンと、
前記ピンに直交するように連結された連接棒と
を備え、
前記ピンは前記遊星歯車の自転および公転に応じて直線往復動し、前記連接棒は前記ピンが往復動する直線に沿って延び、前記連接棒とピンの連結部分は、連接棒に対するピンの交差角が変位可能に連結されているクランク装置。
【請求項２】
前記連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に、前記連接棒に対してピンが動くことが許容されている、請求項１に記載のクランク装置。
【請求項３】
前記ピンに装着された第１部材と、前記連接棒に取り付けられた第２部材とからなる一対の滑り部材によって、前記連接棒に対するピンの交差角が変化する、請求項１又は２に記載のクランク装置。
【請求項４】
前記第１部材は凸円弧面を有し、前記第２部材は前記第１部材の凸円弧面を受ける凹円弧面を有している、請求項３に記載のクランク装置。
【請求項５】
前記第２部材の凹円弧面は、前記連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に連続している、請求項４に記載のクランク装置。
【請求項６】
前記第１部材の凸円弧面は、前記連接棒の長さ方向の軸線および遊星歯車の回動軸に直交する方向に連続している、請求項５に記載のクランク装置。
【請求項７】
前記一対の滑り部材の滑り面に潤滑油を供給する給油通路を有する、請求項１に記載のクランク装置。
【請求項８】
前記給油通路が、前記クランクケース、クランク部材、および、ピンの内部に形成されている、請求項１に記載の記載のクランク装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２６７４６８（Ｐ２００８−２６７４６８Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１００６５（Ｐ２００７−１１００６５）
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（３９２０２９９７１）ＬＷＪ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【出願人】（３９２０２９９７１）ＬＷＪ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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