直線‐回転運動変換機構
直線往復運動と回転運動との間で変換を行う軸方向機構が、ｚ‐クランクシャフトと、ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材と、１つ又は２つ以上のピストンとを有し、連結ロッドが各ピストンとウォッブル部材に連結されたピボットピンとの間に設けられている。一実施形態では、連結ロッドは、連結ロッドのウォッブル部材側端部のところで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な固有の可撓性を備えている。別の実施形態では、連結ロッドの内部からピボットピンの各々への潤滑連通路が設けられる。別の実施形態では、このようなピボット継手は各々、一体形ユニットとしてウォッブル部材に取り付けられている。別の実施形態では、ｚ‐クランクシャフトは、全てｚ‐クランクシャフトの一方の側に位置決めされると共にｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部に沿って互いに間隔を置いて設けられた軸受によって回転可能に支持されている。別の実施形態では、トルク制限部材が、弾性マウント又は軸受を介してウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されており、弾性マウント又は軸受は、トルク制限部材の振動運動及び長手方向運動を制限することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば１つ又は２つ以上のピストンの直線往復運動をピストンの直線運動軸線に平行な軸線を中心とした回転運動に変換する機構に関する。変形例として、この機構は、回転運動を直線往復運動に変換することができる。このような機構は、例えばエンジン、ポンプ、冷凍機又は圧縮機に利用できる。
【背景技術】
【０００２】
軸方向エンジンでは、ピストンの直線往復動運動は、ピストンの直線往復運動軸線に平行な軸線を中心とした回転運動に変換される。典型的には、多数のピストンが、エンジンの出力シャフトの軸線の回りに配置されている。変形例として、同様な形態のポンプ又は圧縮機では、入力回転運動は、入力回転運動の軸線に平行な１つ又は複数の軸線に沿う多数のピストンの直線往復運動に変換される。
【０００３】
直線往復運動と回転運動との間で変換を行う斜板（スワッシュプレート）型機構が知られている。斜板型機構は、例えば自動車用エアコンディショニングポンプに大々的に用いられると共に幾つかの形態のスターリングエンジン（ヒートエンジン）に用いられている。
【０００４】
直線往復運動と回転運動との間で変換を行うウォッブル又はｚ‐クランク型機構も又知られており、このような機構は、低電力用途において良好な機械的効率を提供することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、直線往復運動と回転運動との間で変換を行う軸方向機構の改良形態又は少なくとも変形形態を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、本発明は、広義には、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
１つ又は２つ以上のピストンを有し、連結ロッドが各ピストンとウォッブル部材に連結されたピボット継手との間に設けられていて、直線往復運動をピストンとウォッブル部材との間で結合するようになっており、連結ロッドは、連結ロッドのウォッブル側端部のところで又はこのウォッブル部材側端部寄りで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な固有の可撓性を備えていることを特徴とする軸方向機構に関する。
【０００７】
好ましくは、連結ロッドは、連結ロッドの一端部がそのピストンに実質的に剛性的に結合される。
【０００８】
好ましくは、連結ロッドは、連結ロッドに所要の可撓性を与えるような長さに対する直径を備えた実質的に円形の断面を有する。連結ロッドは、その長さの１／１０よりも小さい直径を有するのが良い。
【０００９】
広義には、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々が１つ又は２つ以上のピボット継手を介してウォッブル部材に連結され、直線往復運動をウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のピストンを有し、ウォッブル部材の内部から１つ又は２つ以上のピボット継手の各々までの潤滑連通路を有することを特徴とする軸方向機構にある。
【００１０】
代表的には、ピボット継手の各々は、潤滑剤が潤滑連通路を介してウォッブル部材の内部から提供される多数個の軸受を有する。
【００１１】
好ましくは、ウォッブル部材は、所与の量の潤滑剤を溜めるための中空内部を有する。
【００１２】
一形態では、ｚ‐クランクシャフトは、ウォッブル部材の中空内部に通じる内部潤滑連通路を有し、軸方向機構の作動の際、内部潤滑連通路により、潤滑剤が圧力下で、ウォッブル部材及び（又は）ウォッブル部材をｚ‐クランクシャフトのクランクピンに取り付ける軸受及び（又は）１つ又は２つ以上のピストンをウォッブル部材に連結する１つ又は２つ以上のピボット継手の各々に提供される。
【００１３】
広義には、別の態様では、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々がピボット継手を介してウォッブル部材に連結された１つ又は２つ以上のピストンを有し、ピボット継手は、多数個の軸受を有し、一体形ユニットとしてウォッブル部材に取り付けられていることを特徴とする軸方向機構にある。
【００１４】
好ましくは、各ピボット継手は、ウォッブル部材に螺着される。
【００１５】
広義には、別の態様では、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、ｚ‐クランクシャフトは、全てｚ‐クランクシャフトの一方の側に位置決めされると共にｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部に沿って互いに間隔を置いて設けられた軸受によって回転可能に支持され、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動をウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有することを特徴とする軸方向機構にある。
【００１６】
この構成では、クランクピンの他方の側には軸受が存在しない。また、好ましくは、バランスウェイトが、ｚ‐クランクの同一の出力駆動端部に設けられる。
【００１７】
広義には、別の態様では、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動をウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有し、
弾性マウント又は軸受を介してウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、弾性マウント又は軸受は、傾斜クランクピンまでのトルク制限部材の長手方向軸線を中心としたトルク制限部アームの振動運動を制限すると共に好ましくは又、トルク制限部アームの長手方向軸線の方向における運動を制限することができることを特徴とする軸方向機構にある。
【００１８】
好ましくは、弾性マウント又は軸受は、或る程度の大きさの張力をハブ中心に向かってトルク拘束アームの端部に加えるよう配置されている。
【００１９】
好ましくは、トルク制限部材は、出力駆動端部の長手方向軸線が特に、本明細書において「ハブ中心」と呼ぶ箇所の各側でｚ‐クランクシャフトのクランクピンの長手方向軸線を通る箇所のところでクランクピンの長手方向軸線を横方向に通る軸線に沿ってｚ‐クランクシャフトの回転軸線の各側でウォッブル部材に枢動可能に結合されている。
【００２０】
本明細書においては、「往復運動を回転運動に変換する」という表現は、別段の指定がなければ、回転運動を往復運動に変換するという逆の対応を含む。また、「ピストン」という用語は、単動又は複動型エンジンの公知形式のピストン、ディスプレーサ及び例えば位置決め機構として使用可能な往復動ラムを含むが、これらには限定されない。
【００２１】
添付の図面は、例示としての（このような例示には限定されない）外燃エンジン／ヒートエンジンに利用される本発明の機構の好ましい形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】エンジンのｚ‐クランクシャフト、ウォッブル部材、ピストンを収納すると共に連結ロッドを備えたシリンダ及びトルク制限部材が好ましい形態の機構を構成し、エンジンがスターリングエンジンであることを示す斜視図である。
【図２】エンジンから取り外されると共にシリンダ、ピストン及び連結ロッドから分離された状態の好ましい形態の機構のｚ‐クランクシャフト、ウォッブル部材及びトルク制限部材の斜視図であるが、ウォッブル部材によって支持されており、連結ロッドに結合可能な４つの自在継手を示す図である。
【図３】エンジンから取り外された機構の側面図であり、図２と同一の部品及び更に連結ロッドを一方の側から見た図である。
【図４】機構を上から（これについて後で定義される）見た図である。
【図５】図３の図４のＡ‐Ａ線に沿った図３及び図４の機構の断面図である。
【図６】図３のＣ‐Ｃ線に沿った図３ないし図５の機構の断面図である。
【図７】図５に類似した断面図であるが、エンジン‐発電機のケーシング内の定位置に存在する機構の断面図であり、発電機を断面で示すと共に機構の底部バランスウェイトを示す図である。
【図８】図３ないし図６の機構の好ましい形態のトルク制限部材を機構の残部から分離した状態で示す拡大斜視図である。
【図９】トルク制限部材並びにウォッブル部材及び軸受の分解組立て図である。
【図１０】機構の好ましい形態を上から見た部分組立て分解斜視図である。
【図１１】機構の好ましい形態を一方の側から見た部分組立て分解図である。
【図１２ａ】軸受をトルク拘束部材の一形態の外端部に取り付けるための一構成例の拡大図である。
【図１２ｂ】軸受をトルク制限部材の一形態の外端に取り付けるための一構成例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい形態の直線‐回転運動変換機構を、エンジンのピストンの直線往復運動をエンジンの出力シャフトの回転運動に変換するためのエンジン、特にスターリングエンジンの一部として説明する。この説明では、「上側」若しくは「頂部」及び「下側」若しくは「底部」又はこれらと同様な用語は、機構をｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部が最も下に位置し、ｚ‐クランクシャフトのクランクピンが最も上に位置する向きで説明するために用いられているが、この機構をクランクシャフトの出力端部が最も上に位置し又はいずれかの側に位置し若しくは任意の向きで位置するエンジン（又はポンプ若しくは圧縮機）に用いることができ、相対的な用語「上側」若しくは「頂部」と「下方」若しくは「底部」又はこれらに類似した用語の使用は、以下の説明を限定するものではない。
【００２４】
先ず最初に図１ないし図７を参照すると、好ましい形態の機構のｚ‐クランクシャフトが、参照符号１で示されている。ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部２及び傾斜クランクピン３（特に図５参照）を有している。ｚ‐クランクシャフト１は、出力駆動端部２の長手方向軸線を中心に回転可能に設けられている。図示の好ましい形態では、ｚ‐クランクシャフト１は、エンジンのエンジンケーシング５に設けられた上側軸受４ａ（図７参照）及び下側軸受４ｂで支持されている。図示の実施形態では、スターリングエンジンは、直流発電機又は交流発電機（本明細書では、便宜上「発電機」という）を駆動する。発電機のロータ組立体５０は、ｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部２で支持されている。ロータ組立体は、図示のように積層及び巻線から成っていても良く、巻きステータと相互作用する永久磁石型のものであっても良い。下側軸受４ｂは、ｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部２の底端の周りで発電機ケーシング５３の下方部分内に設けられている。上側ハウジング４ａも又、クランプピン３の下でｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部２の周りに位置している。
【００２５】
ウォッブル部材６が、傾斜クランプピン３に回転可能に取り付けられている。好ましい形態では、ウォッブル部材６は、図示のように全体として管状又は円筒形のものであり、上側及び下側軸受７ａ，７ｂによってｚ‐クランクシャフト１上に支持され、これら軸受は、例えば、ウォッブル部材６の各端部のところ又はその近くに、特に、連結ロッド２９の下端部とシリンダ１９内で作動する４つのピストン（図１参照）を連結する４つのナックル継手がウォッブル部材６に取り付けられているウォッブル部材のボス部分６ａの各側に設けられた玉軸受（図５、図７及び図９参照）であるのが良い。トルク制限部材は、同じボス部分６ａのところで、ウォッブル部材６に結合されており、これについては以下において更に説明する。ボルト３０が、ウォッブル部材６の頂部を貫通してクランクピン３（図５参照）の頂部に設けられた軸方向ボアの中にねじ込まれている。
以下、本明細書では、便宜上、ウォッブル部材６をボス６という。
【００２６】
エンジンのピストンの連結ロッドに結合可能な４つのナックル継手を参照すると、これらは、図示のようにボス６の周りに等間隔をなして配置されると共にボス６に固定されている。好ましい形態では、４つのハブピン９の各々の縮径端部８は、ボス６の周りに半径方向に間隔を置いて設けられた横方向ボア１０内にねじ込まれている（図６参照）。図示の好ましい形態では、ボス６とハブピン９は、別々のコンポーネントとして形成されているが、変形例として、ボス６とハブピン９若しくはこれらと均等物は、任意の形態をなす単一の一体形コンポーネントとして形成されても良い。クレビス１１が、ハブピン軸受１２を介して横方向軸線回りに枢動可能に各ハブピン９の外端部に取り付けられている。コンロッドピン１３が、コンロッドピン１３の長手方向軸線に対して横に向いたボアを備える拡大ヨーク１４を有し、コンロッドピンは、ハブピン９の外端部に被さると共に好ましい形態ではニードルころ軸受として示されたハブピン軸受１２を介してハブピン９に取り付けられている。クレビス１１のアームは、コンロッドカップ１５によりコンロッドピン１３の端部に結合されており、これらコンロッドカップは、クレビスのアームに設けられた孔を貫通した状態でハブピン９の端部に設けられた連結ロッド軸受１６、好ましくはニードルころ軸受に被さっている。内側スラスト軸受１７及び外側スラスト軸受１７ａが、コンロッドピン１３とハブピン９の外端部との間に更に設けられている。軸受は、キャップ１８により覆われており、キャップ１８の口にはハブピン９の外部周りにシールが設けられている。連結ロッド２９の下端部は、好ましい形態では各クレビス１１（特に図５参照）の上側ブリッジ部分内へのねじ連結により各クレビス１１に結合されている。上述の実施形態の変形例では、軸受１２，１６，１７の各々に代えてブッシュを用いても良い。
【００２７】
特に図４、図６、図８及び図９を参照すると、好ましい形態としての機構のトルク制限部材は、参照符号２０で示されている。トルク制限部材は、一端部がボス６に結合され、図示の特定の実施形態では、トルク制限部材は又、ｚ‐クランクシャフトを包囲している。クランクピン３は、トルク制限部材２０に設けられた孔２２を貫通してこの中で自由に動くことができる（トルク制限部材に接触することなく）。スタブシャフト２７が、ボス６の内部から見てトルク制限部材からボス６の各側部で軸受２１、例えばニードルころ軸受内に突き出ており、スタブシャフト２７を通る長手方向軸線は、ｚ‐クランクシャフト１の出力駆動端部２の長手方向軸線がクランクピンの長手方向軸線と交差する箇所で傾斜クランクピン３の長手方向軸線を横方向に通るようになっている。便宜上、この箇所を本明細書では「ハブ中心」（又は、別の言い方をすれば、回転中心又はウォッブル中心）という。これにより、トルク制限部材２０は、機構の運動中、ハブ中心を通る軸線回りに枢動することができる。軸受２１は、ボス６の各側に設けられた孔内に設けられている。変形形態では、２本のトルク制限アームをエンジンの各側から見て同一のピボット箇所のところで（ボス中心を横方向に取る同一の軸線に沿って）ボス６に結合しても良い（各トルク制限アームの端部２４は、機構／エンジンの各側に位置している）。
【００２８】
トルク制限部材２０の他端部２４は、不動基準点としてエンジンのケーシングに直接的に又は間接的に結合されている。好ましい形態では、トルク制限アーム２０の端部２４は、軸受２５（本明細書においては、回転防止軸受２５という）内に設けられており、この軸受は、エンジンケーシングの部分５内に設けられている。トルク制限アーム２０の端部２４を何らかの仕方でエンジン本体又はケーシングに又は任意他の不動基準点に固定しても良いが、トルク制限アーム２０の端部２４の長手方向軸線が機構のハブ中心を正確に通っていれば、トルク制限アームのその端部２４の長手方向軸線を中心とした往復振動運動を許容する軸受により固定しなければならない。もしそうでなければ、トルク制限アーム２０も又、機構が回転すると或る程度の長手方向往復運動（トルク制限アーム２０の端部２４の軸線に沿う往復運動）を生じる場合がある。少なくとも僅かな程度のこのような長手方向往復運動を許容するため、回転防止軸受２５がトルク制限アームの長手方向軸線の方向に或る程度まで動くことができるよう回転防止軸受２５を設けるのが良い。例えば、回転防止軸受２５は、トルク制限アームの端部２４のこのような長手方向往復運動を許容するよう弾性的に設けるのが良い。図１２ａ及び図１２ｂは、例示として回転防止軸受２５をこのように取り付けるための一構成例を示している。参照符号２６は、エンジンケーシングの部分５からの直立部を示している。直立部２６の下方部分には貫通孔が形成されており、トルク制限アーム２０の端部２４は、これに回転防止軸受２５が取り付けられた状態でこの貫通孔内に延びており、この回転防止軸受は、ニードルころ軸受として示されている。回転防止軸受２５は、例えばばね鋼で形成されるのが良い弾性要素６３の自由端部に固定された軸受取り付けキャップ６２内に保持されており、弾性要素の他端部は、図示のように締結具６４によって直立部２６に固定されている。この構成は、或る程度の力をハブ中心に向かって、即ち矢印Ａ２の方向に（このことが有利な場合がある）トルク制限アーム２０の端部２４に及ぼしながら、ばね鋼要素６３の下端部が図１２ｂに記載された矢印Ａ１‐Ａ２の方向に自由に往復運動状態で撓むことができるようなものである。このような弾性マウントのもう１つの利点は、この弾性アームが自動調心を行う傾向があるということにある。或る程度の長手方向運動及び（又は）自動調心も又許容するよう回転防振軸受２５を取り付ける任意の別の構成を採用することが可能である。
【００２９】
作動にあたり、図３の矢印ＬＭの方向にエンジンのピストンによって駆動された連結ロッド２９の直線往復運動は、矢印ＲＭによって指示されているようにｚ‐クランク部材１の出力シャフト端部２の回転運動に変換される（例えばポンプ又は圧縮機用途ではこの逆の関係が成り立つ）。
【００３０】
トルク制限部材をハブ中心を通る横方向軸線に沿って枢動可能にウォッブル部材又はボス６に結合した結果として、トルク制限アームとウォッブル部材又はボスとの間の軸受２１に加わる荷重は比較的軽いので、比較的小形の軸受を用いることができる。好ましくは、トルク制限アームとボスとの間で軸受２１を通る軸線は、エンジンをシリンダ及び連結棒の長手方向軸線に対して４５°の角度をなし、それにより、作動中、コンロッド連結ナックル継手によって実行される８の字形運動の幅が最小限に抑えられ、それ故、ピストンに加わる横方向荷重及び振動が最小限に抑えられる。
【００３１】
連結ロッド端部の８の字形運動により、エンジン振動数の２倍の振動数でエンジンのねじり振動が生じる。好ましくは、４シリンダ型機械の場合、軸受２５の位置がシャフト回転位置に対して適当に位相調整した状態で接線方向に動くと、その結果として、ねじり運動が打ち消される。
【００３２】
機構の作動中、連結ロッドの下端部は、軸線に沿う往復運動だけでなく、ピストンシリンダの軸線を下に見た状態で３６０°の軌道を描く幾分かの側方運動を行う傾向がある。好ましい形態では、これは、この運動を許容するのに十分な固有の可撓性を有するよう連結ロッドを構成することによって可能になる。従来、連結ロッドは、剛性であるように形成されている。連結ロッドは、円形又は丸形断面を有するのが良い。連結ロッドの長さに対する断面直径は、連結棒に所要程度の可撓性を与えるようなものである（但し、連結ロッドは、例えば鋼で作られる）。この場合、連結ロッドは、ナックル継手端部のところで３６０°の軌道を描いて撓む。連結ロッドは、これら連結ロッドの長さの１／１０よりも短い直径を有するのが良い。連結ロッドは更に、連結ロッドの座屈を生じないで下向きのピストン力をウォッブル機構に効果的に伝達するのに十分な剛性を有する。連結ロッドを二重曲げ連結ロッドと称しても良い。というのは、このような連結ロッドは、２つの平面内で撓むからである。連結ロッドの上端部のところでの連結ロッドとピストンの連結部は、剛性であるのが良く、それによりこの連結部のところで自在継手を用いる必要性が回避される。この場合、連結ロッドの上端部とピストンとの間のこのような継手に潤滑手段を設けることは不要である。
【００３３】
上述の好ましい実施形態では、ｚ‐クランクシャフト１は、上述したようにエンジンケーシングの部分５内に設けられた軸受４ａ及び発電機ケーシング５３の下方部分内に設けられた軸受４ｂによって支持され、これは両方共、ｚ‐クランクシャフト１の傾斜クランクピン３の下に位置している。クランクピンの上には軸受が設けられていない。加うるに、クランクピン３の下にはバランスウェイトが設けられている。上側バランスウェイト４６が、ｚ‐クランクシャフトの上端部寄りであるが軸受４ａの上でクランクピン３の下に固定されている。下側バランスウェイト４５が、軸受４ｂの下に設けられている。下側バランスウェイト４ｂは、これが発電機のための冷却ファンとして作用するよう羽根を更に有するのが良い。この構成では、これ又、単一のシールを設けることが必要であるに過ぎず、このようなシールは、ボス６をクランクピン３に取り付ける下側軸受７の下に位置したシール３１（図５参照）である。このシールは、ハブ組立体の内側に潤滑剤を保持する。
【００３４】
好ましい形態では、ハブピン９は、ボス６内にねじ込まれている。軸受１２，１６，１７を有する各ハブピン９及び連結ロッドナックル継手は、ボス６とは別個のユニットとして形成され、次にボス６内にねじ込まれるのが良い。これは、機構の組立て及び更に次のナックル継手軸受の任意のものの交換にとって有利である。というのは、連結ロッドをクレビス１１から取り外すことが必要なだけであるからであり、それにより、ナックル継手‐ハブピン組立体をボス６からねじ戻して外し、交換品を定位置にねじ込むことができる。
【００３５】
図示の好ましい形態としての機構では、中空ボス６の頂部は、キャップ（図示せず）によって閉鎖されている。ボス６の下端部は、回転リップシール３１（図５参照）によってｚ‐クランクシャフトに封着され、ボスとトルク制限アームのヨーク端部２１ａとの間の軸受３２の各々は、関連のシールを有している。ボア１０が、ハブピン９を介して連結ロッドナックル継手軸受とボスの内部を連通させている。油循環式システムでは、油が加圧下で、ｚ‐クランクシャフト１を上方に貫通して設けられたボア及びハブピン９の貫通ボア１０を経てハブピン軸受１２、連結ロッドスラスト軸受１７及びクレビス‐ハブピン軸受１６に供給されるのが良い。油は、ハブピン端部とｚ‐クランクシャフトのクランクピンとの間で各ハブピン９の内端部上に設けられたシューによってボア１０に移送されるのが良く、このようなシューは、供給加圧油をピックアップする。変形例として、非加圧油潤滑式システムでは、ボス６の内部は、油リザーバとしての役目を果たすことができ、各ハブピン９の端部とクランクピンとの間のシューは、機構が作動すると、油をピックアップし、これをナックル継手軸受に送ることができる。グリース潤滑式システムでは、ボス６の内部には加圧下でグリースを詰め込むのが良く、グリースは、ボア１０を通ってナックル継手軸受に送られる。エンジン‐機構の補修中、グリースを加圧下で、ボス６の壁を通って単一のニップルに送ることにより全ての軸受を再潤滑するのが良い。
【００３６】
上述の説明は、好ましい形態を含む本発明に関する。当業者には明らかな変形例及び改造例は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば１つ又は２つ以上のピストンの直線往復運動をピストンの直線運動軸線に平行な軸線を中心とした回転運動に変換する機構に関する。変形例として、この機構は、回転運動を直線往復運動に変換することができる。このような機構は、例えばエンジン、ポンプ、冷凍機又は圧縮機に利用できる。
【背景技術】
【０００２】
軸方向エンジンでは、ピストンの直線往復動運動は、ピストンの直線往復運動軸線に平行な軸線を中心とした回転運動に変換される。典型的には、多数のピストンが、エンジンの出力シャフトの軸線の回りに配置されている。変形例として、同様な形態のポンプ又は圧縮機では、入力回転運動は、入力回転運動の軸線に平行な１つ又は複数の軸線に沿う多数のピストンの直線往復運動に変換される。
【０００３】
直線往復運動と回転運動との間で変換を行う斜板（スワッシュプレート）型機構が知られている。斜板型機構は、例えば自動車用エアコンディショニングポンプに大々的に用いられると共に幾つかの形態のスターリングエンジン（ヒートエンジン）に用いられている。
【０００４】
直線往復運動と回転運動との間で変換を行うウォッブル又はｚ‐クランク型機構も又知られており、このような機構は、低電力用途において良好な機械的効率を提供することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、直線往復運動と回転運動との間で変換を行う軸方向機構の改良形態又は少なくとも変形形態を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、本発明は、広義には、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
１つ又は２つ以上のピストンを有し、連結ロッドが各ピストンとウォッブル部材に連結されたピボット継手との間に設けられていて、直線往復運動をピストンとウォッブル部材との間で結合するようになっており、連結ロッドは、連結ロッドのウォッブル側端部のところで又はこのウォッブル部材側端部寄りで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な固有の可撓性を備えていることを特徴とする軸方向機構に関する。
【０００７】
好ましくは、連結ロッドは、連結ロッドの一端部がそのピストンに実質的に剛性的に結合される。
【０００８】
好ましくは、連結ロッドは、連結ロッドに所要の可撓性を与えるような長さに対する直径を備えた実質的に円形の断面を有する。連結ロッドは、その長さの１／１０よりも小さい直径を有するのが良い。
【０００９】
広義には、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々が１つ又は２つ以上のピボット継手を介してウォッブル部材に連結され、直線往復運動をウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のピストンを有し、ウォッブル部材の内部から１つ又は２つ以上のピボット継手の各々までの潤滑連通路を有することを特徴とする軸方向機構にある。
【００１０】
代表的には、ピボット継手の各々は、潤滑剤が潤滑連通路を介してウォッブル部材の内部から提供される多数個の軸受を有する。
【００１１】
好ましくは、ウォッブル部材は、所与の量の潤滑剤を溜めるための中空内部を有する。
【００１２】
一形態では、ｚ‐クランクシャフトは、ウォッブル部材の中空内部に通じる内部潤滑連通路を有し、軸方向機構の作動の際、内部潤滑連通路により、潤滑剤が圧力下で、ウォッブル部材及び（又は）ウォッブル部材をｚ‐クランクシャフトのクランクピンに取り付ける軸受及び（又は）１つ又は２つ以上のピストンをウォッブル部材に連結する１つ又は２つ以上のピボット継手の各々に提供される。
【００１３】
広義には、別の態様では、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々がピボット継手を介してウォッブル部材に連結された１つ又は２つ以上のピストンを有し、ピボット継手は、多数個の軸受を有し、一体形ユニットとしてウォッブル部材に取り付けられていることを特徴とする軸方向機構にある。
【００１４】
好ましくは、各ピボット継手は、ウォッブル部材に螺着される。
【００１５】
広義には、別の態様では、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、ｚ‐クランクシャフトは、全てｚ‐クランクシャフトの一方の側に位置決めされると共にｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部に沿って互いに間隔を置いて設けられた軸受によって回転可能に支持され、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動をウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有することを特徴とする軸方向機構にある。
【００１６】
この構成では、クランクピンの他方の側には軸受が存在しない。また、好ましくは、バランスウェイトが、ｚ‐クランクの同一の出力駆動端部に設けられる。
【００１７】
広義には、別の態様では、本発明の要旨は、直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、ｚ‐クランクシャフトは、ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
ｚ‐クランクシャフトの傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動をウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有し、
弾性マウント又は軸受を介してウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、弾性マウント又は軸受は、傾斜クランクピンまでのトルク制限部材の長手方向軸線を中心としたトルク制限部アームの振動運動を制限すると共に好ましくは又、トルク制限部アームの長手方向軸線の方向における運動を制限することができることを特徴とする軸方向機構にある。
【００１８】
好ましくは、弾性マウント又は軸受は、或る程度の大きさの張力をハブ中心に向かってトルク拘束アームの端部に加えるよう配置されている。
【００１９】
好ましくは、トルク制限部材は、出力駆動端部の長手方向軸線が特に、本明細書において「ハブ中心」と呼ぶ箇所の各側でｚ‐クランクシャフトのクランクピンの長手方向軸線を通る箇所のところでクランクピンの長手方向軸線を横方向に通る軸線に沿ってｚ‐クランクシャフトの回転軸線の各側でウォッブル部材に枢動可能に結合されている。
【００２０】
本明細書においては、「往復運動を回転運動に変換する」という表現は、別段の指定がなければ、回転運動を往復運動に変換するという逆の対応を含む。また、「ピストン」という用語は、単動又は複動型エンジンの公知形式のピストン、ディスプレーサ及び例えば位置決め機構として使用可能な往復動ラムを含むが、これらには限定されない。
【００２１】
添付の図面は、例示としての（このような例示には限定されない）外燃エンジン／ヒートエンジンに利用される本発明の機構の好ましい形態を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】エンジンのｚ‐クランクシャフト、ウォッブル部材、ピストンを収納すると共に連結ロッドを備えたシリンダ及びトルク制限部材が好ましい形態の機構を構成し、エンジンがスターリングエンジンであることを示す斜視図である。
【図２】エンジンから取り外されると共にシリンダ、ピストン及び連結ロッドから分離された状態の好ましい形態の機構のｚ‐クランクシャフト、ウォッブル部材及びトルク制限部材の斜視図であるが、ウォッブル部材によって支持されており、連結ロッドに結合可能な４つの自在継手を示す図である。
【図３】エンジンから取り外された機構の側面図であり、図２と同一の部品及び更に連結ロッドを一方の側から見た図である。
【図４】機構を上から（これについて後で定義される）見た図である。
【図５】図３の図４のＡ‐Ａ線に沿った図３及び図４の機構の断面図である。
【図６】図３のＣ‐Ｃ線に沿った図３ないし図５の機構の断面図である。
【図７】図５に類似した断面図であるが、エンジン‐発電機のケーシング内の定位置に存在する機構の断面図であり、発電機を断面で示すと共に機構の底部バランスウェイトを示す図である。
【図８】図３ないし図６の機構の好ましい形態のトルク制限部材を機構の残部から分離した状態で示す拡大斜視図である。
【図９】トルク制限部材並びにウォッブル部材及び軸受の分解組立て図である。
【図１０】機構の好ましい形態を上から見た部分組立て分解斜視図である。
【図１１】機構の好ましい形態を一方の側から見た部分組立て分解図である。
【図１２ａ】軸受をトルク拘束部材の一形態の外端部に取り付けるための一構成例の拡大図である。
【図１２ｂ】軸受をトルク制限部材の一形態の外端に取り付けるための一構成例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の好ましい形態の直線‐回転運動変換機構を、エンジンのピストンの直線往復運動をエンジンの出力シャフトの回転運動に変換するためのエンジン、特にスターリングエンジンの一部として説明する。この説明では、「上側」若しくは「頂部」及び「下側」若しくは「底部」又はこれらと同様な用語は、機構をｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部が最も下に位置し、ｚ‐クランクシャフトのクランクピンが最も上に位置する向きで説明するために用いられているが、この機構をクランクシャフトの出力端部が最も上に位置し又はいずれかの側に位置し若しくは任意の向きで位置するエンジン（又はポンプ若しくは圧縮機）に用いることができ、相対的な用語「上側」若しくは「頂部」と「下方」若しくは「底部」又はこれらに類似した用語の使用は、以下の説明を限定するものではない。
【００２４】
先ず最初に図１ないし図７を参照すると、好ましい形態の機構のｚ‐クランクシャフトが、参照符号１で示されている。ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部２及び傾斜クランクピン３（特に図５参照）を有している。ｚ‐クランクシャフト１は、出力駆動端部２の長手方向軸線を中心に回転可能に設けられている。図示の好ましい形態では、ｚ‐クランクシャフト１は、エンジンのエンジンケーシング５に設けられた上側軸受４ａ（図７参照）及び下側軸受４ｂで支持されている。図示の実施形態では、スターリングエンジンは、直流発電機又は交流発電機（本明細書では、便宜上「発電機」という）を駆動する。発電機のロータ組立体５０は、ｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部２で支持されている。ロータ組立体は、図示のように積層及び巻線から成っていても良く、巻きステータと相互作用する永久磁石型のものであっても良い。下側軸受４ｂは、ｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部２の底端の周りで発電機ケーシング５３の下方部分内に設けられている。上側ハウジング４ａも又、クランプピン３の下でｚ‐クランクシャフトの出力駆動端部２の周りに位置している。
【００２５】
ウォッブル部材６が、傾斜クランプピン３に回転可能に取り付けられている。好ましい形態では、ウォッブル部材６は、図示のように全体として管状又は円筒形のものであり、上側及び下側軸受７ａ，７ｂによってｚ‐クランクシャフト１上に支持され、これら軸受は、例えば、ウォッブル部材６の各端部のところ又はその近くに、特に、連結ロッド２９の下端部とシリンダ１９内で作動する４つのピストン（図１参照）を連結する４つのナックル継手がウォッブル部材６に取り付けられているウォッブル部材のボス部分６ａの各側に設けられた玉軸受（図５、図７及び図９参照）であるのが良い。トルク制限部材は、同じボス部分６ａのところで、ウォッブル部材６に結合されており、これについては以下において更に説明する。ボルト３０が、ウォッブル部材６の頂部を貫通してクランクピン３（図５参照）の頂部に設けられた軸方向ボアの中にねじ込まれている。
以下、本明細書では、便宜上、ウォッブル部材６をボス６という。
【００２６】
エンジンのピストンの連結ロッドに結合可能な４つのナックル継手を参照すると、これらは、図示のようにボス６の周りに等間隔をなして配置されると共にボス６に固定されている。好ましい形態では、４つのハブピン９の各々の縮径端部８は、ボス６の周りに半径方向に間隔を置いて設けられた横方向ボア１０内にねじ込まれている（図６参照）。図示の好ましい形態では、ボス６とハブピン９は、別々のコンポーネントとして形成されているが、変形例として、ボス６とハブピン９若しくはこれらと均等物は、任意の形態をなす単一の一体形コンポーネントとして形成されても良い。クレビス１１が、ハブピン軸受１２を介して横方向軸線回りに枢動可能に各ハブピン９の外端部に取り付けられている。コンロッドピン１３が、コンロッドピン１３の長手方向軸線に対して横に向いたボアを備える拡大ヨーク１４を有し、コンロッドピンは、ハブピン９の外端部に被さると共に好ましい形態ではニードルころ軸受として示されたハブピン軸受１２を介してハブピン９に取り付けられている。クレビス１１のアームは、コンロッドカップ１５によりコンロッドピン１３の端部に結合されており、これらコンロッドカップは、クレビスのアームに設けられた孔を貫通した状態でハブピン９の端部に設けられた連結ロッド軸受１６、好ましくはニードルころ軸受に被さっている。内側スラスト軸受１７及び外側スラスト軸受１７ａが、コンロッドピン１３とハブピン９の外端部との間に更に設けられている。軸受は、キャップ１８により覆われており、キャップ１８の口にはハブピン９の外部周りにシールが設けられている。連結ロッド２９の下端部は、好ましい形態では各クレビス１１（特に図５参照）の上側ブリッジ部分内へのねじ連結により各クレビス１１に結合されている。上述の実施形態の変形例では、軸受１２，１６，１７の各々に代えてブッシュを用いても良い。
【００２７】
特に図４、図６、図８及び図９を参照すると、好ましい形態としての機構のトルク制限部材は、参照符号２０で示されている。トルク制限部材は、一端部がボス６に結合され、図示の特定の実施形態では、トルク制限部材は又、ｚ‐クランクシャフトを包囲している。クランクピン３は、トルク制限部材２０に設けられた孔２２を貫通してこの中で自由に動くことができる（トルク制限部材に接触することなく）。スタブシャフト２７が、ボス６の内部から見てトルク制限部材からボス６の各側部で軸受２１、例えばニードルころ軸受内に突き出ており、スタブシャフト２７を通る長手方向軸線は、ｚ‐クランクシャフト１の出力駆動端部２の長手方向軸線がクランクピンの長手方向軸線と交差する箇所で傾斜クランクピン３の長手方向軸線を横方向に通るようになっている。便宜上、この箇所を本明細書では「ハブ中心」（又は、別の言い方をすれば、回転中心又はウォッブル中心）という。これにより、トルク制限部材２０は、機構の運動中、ハブ中心を通る軸線回りに枢動することができる。軸受２１は、ボス６の各側に設けられた孔内に設けられている。変形形態では、２本のトルク制限アームをエンジンの各側から見て同一のピボット箇所のところで（ボス中心を横方向に取る同一の軸線に沿って）ボス６に結合しても良い（各トルク制限アームの端部２４は、機構／エンジンの各側に位置している）。
【００２８】
トルク制限部材２０の他端部２４は、不動基準点としてエンジンのケーシングに直接的に又は間接的に結合されている。好ましい形態では、トルク制限アーム２０の端部２４は、軸受２５（本明細書においては、回転防止軸受２５という）内に設けられており、この軸受は、エンジンケーシングの部分５内に設けられている。トルク制限アーム２０の端部２４を何らかの仕方でエンジン本体又はケーシングに又は任意他の不動基準点に固定しても良いが、トルク制限アーム２０の端部２４の長手方向軸線が機構のハブ中心を正確に通っていれば、トルク制限アームのその端部２４の長手方向軸線を中心とした往復振動運動を許容する軸受により固定しなければならない。もしそうでなければ、トルク制限アーム２０も又、機構が回転すると或る程度の長手方向往復運動（トルク制限アーム２０の端部２４の軸線に沿う往復運動）を生じる場合がある。少なくとも僅かな程度のこのような長手方向往復運動を許容するため、回転防止軸受２５がトルク制限アームの長手方向軸線の方向に或る程度まで動くことができるよう回転防止軸受２５を設けるのが良い。例えば、回転防止軸受２５は、トルク制限アームの端部２４のこのような長手方向往復運動を許容するよう弾性的に設けるのが良い。図１２ａ及び図１２ｂは、例示として回転防止軸受２５をこのように取り付けるための一構成例を示している。参照符号２６は、エンジンケーシングの部分５からの直立部を示している。直立部２６の下方部分には貫通孔が形成されており、トルク制限アーム２０の端部２４は、これに回転防止軸受２５が取り付けられた状態でこの貫通孔内に延びており、この回転防止軸受は、ニードルころ軸受として示されている。回転防止軸受２５は、例えばばね鋼で形成されるのが良い弾性要素６３の自由端部に固定された軸受取り付けキャップ６２内に保持されており、弾性要素の他端部は、図示のように締結具６４によって直立部２６に固定されている。この構成は、或る程度の力をハブ中心に向かって、即ち矢印Ａ２の方向に（このことが有利な場合がある）トルク制限アーム２０の端部２４に及ぼしながら、ばね鋼要素６３の下端部が図１２ｂに記載された矢印Ａ１‐Ａ２の方向に自由に往復運動状態で撓むことができるようなものである。このような弾性マウントのもう１つの利点は、この弾性アームが自動調心を行う傾向があるということにある。或る程度の長手方向運動及び（又は）自動調心も又許容するよう回転防振軸受２５を取り付ける任意の別の構成を採用することが可能である。
【００２９】
作動にあたり、図３の矢印ＬＭの方向にエンジンのピストンによって駆動された連結ロッド２９の直線往復運動は、矢印ＲＭによって指示されているようにｚ‐クランク部材１の出力シャフト端部２の回転運動に変換される（例えばポンプ又は圧縮機用途ではこの逆の関係が成り立つ）。
【００３０】
トルク制限部材をハブ中心を通る横方向軸線に沿って枢動可能にウォッブル部材又はボス６に結合した結果として、トルク制限アームとウォッブル部材又はボスとの間の軸受２１に加わる荷重は比較的軽いので、比較的小形の軸受を用いることができる。好ましくは、トルク制限アームとボスとの間で軸受２１を通る軸線は、エンジンをシリンダ及び連結棒の長手方向軸線に対して４５°の角度をなし、それにより、作動中、コンロッド連結ナックル継手によって実行される８の字形運動の幅が最小限に抑えられ、それ故、ピストンに加わる横方向荷重及び振動が最小限に抑えられる。
【００３１】
連結ロッド端部の８の字形運動により、エンジン振動数の２倍の振動数でエンジンのねじり振動が生じる。好ましくは、４シリンダ型機械の場合、軸受２５の位置がシャフト回転位置に対して適当に位相調整した状態で接線方向に動くと、その結果として、ねじり運動が打ち消される。
【００３２】
機構の作動中、連結ロッドの下端部は、軸線に沿う往復運動だけでなく、ピストンシリンダの軸線を下に見た状態で３６０°の軌道を描く幾分かの側方運動を行う傾向がある。好ましい形態では、これは、この運動を許容するのに十分な固有の可撓性を有するよう連結ロッドを構成することによって可能になる。従来、連結ロッドは、剛性であるように形成されている。連結ロッドは、円形又は丸形断面を有するのが良い。連結ロッドの長さに対する断面直径は、連結棒に所要程度の可撓性を与えるようなものである（但し、連結ロッドは、例えば鋼で作られる）。この場合、連結ロッドは、ナックル継手端部のところで３６０°の軌道を描いて撓む。連結ロッドは、これら連結ロッドの長さの１／１０よりも短い直径を有するのが良い。連結ロッドは更に、連結ロッドの座屈を生じないで下向きのピストン力をウォッブル機構に効果的に伝達するのに十分な剛性を有する。連結ロッドを二重曲げ連結ロッドと称しても良い。というのは、このような連結ロッドは、２つの平面内で撓むからである。連結ロッドの上端部のところでの連結ロッドとピストンの連結部は、剛性であるのが良く、それによりこの連結部のところで自在継手を用いる必要性が回避される。この場合、連結ロッドの上端部とピストンとの間のこのような継手に潤滑手段を設けることは不要である。
【００３３】
上述の好ましい実施形態では、ｚ‐クランクシャフト１は、上述したようにエンジンケーシングの部分５内に設けられた軸受４ａ及び発電機ケーシング５３の下方部分内に設けられた軸受４ｂによって支持され、これは両方共、ｚ‐クランクシャフト１の傾斜クランクピン３の下に位置している。クランクピンの上には軸受が設けられていない。加うるに、クランクピン３の下にはバランスウェイトが設けられている。上側バランスウェイト４６が、ｚ‐クランクシャフトの上端部寄りであるが軸受４ａの上でクランクピン３の下に固定されている。下側バランスウェイト４５が、軸受４ｂの下に設けられている。下側バランスウェイト４ｂは、これが発電機のための冷却ファンとして作用するよう羽根を更に有するのが良い。この構成では、これ又、単一のシールを設けることが必要であるに過ぎず、このようなシールは、ボス６をクランクピン３に取り付ける下側軸受７の下に位置したシール３１（図５参照）である。このシールは、ハブ組立体の内側に潤滑剤を保持する。
【００３４】
好ましい形態では、ハブピン９は、ボス６内にねじ込まれている。軸受１２，１６，１７を有する各ハブピン９及び連結ロッドナックル継手は、ボス６とは別個のユニットとして形成され、次にボス６内にねじ込まれるのが良い。これは、機構の組立て及び更に次のナックル継手軸受の任意のものの交換にとって有利である。というのは、連結ロッドをクレビス１１から取り外すことが必要なだけであるからであり、それにより、ナックル継手‐ハブピン組立体をボス６からねじ戻して外し、交換品を定位置にねじ込むことができる。
【００３５】
図示の好ましい形態としての機構では、中空ボス６の頂部は、キャップ（図示せず）によって閉鎖されている。ボス６の下端部は、回転リップシール３１（図５参照）によってｚ‐クランクシャフトに封着され、ボスとトルク制限アームのヨーク端部２１ａとの間の軸受３２の各々は、関連のシールを有している。ボア１０が、ハブピン９を介して連結ロッドナックル継手軸受とボスの内部を連通させている。油循環式システムでは、油が加圧下で、ｚ‐クランクシャフト１を上方に貫通して設けられたボア及びハブピン９の貫通ボア１０を経てハブピン軸受１２、連結ロッドスラスト軸受１７及びクレビス‐ハブピン軸受１６に供給されるのが良い。油は、ハブピン端部とｚ‐クランクシャフトのクランクピンとの間で各ハブピン９の内端部上に設けられたシューによってボア１０に移送されるのが良く、このようなシューは、供給加圧油をピックアップする。変形例として、非加圧油潤滑式システムでは、ボス６の内部は、油リザーバとしての役目を果たすことができ、各ハブピン９の端部とクランクピンとの間のシューは、機構が作動すると、油をピックアップし、これをナックル継手軸受に送ることができる。グリース潤滑式システムでは、ボス６の内部には加圧下でグリースを詰め込むのが良く、グリースは、ボア１０を通ってナックル継手軸受に送られる。エンジン‐機構の補修中、グリースを加圧下で、ボス６の壁を通って単一のニップルに送ることにより全ての軸受を再潤滑するのが良い。
【００３６】
上述の説明は、好ましい形態を含む本発明に関する。当業者には明らかな変形例及び改造例は、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
１つ又は２つ以上のピストンを有し、連結ロッドが各ピストンと前記ウォッブル部材に連結されたピボット継手との間に設けられていて、直線往復運動を前記ピストンと前記ウォッブル部材との間で結合するようになっており、前記連結ロッドは、前記連結ロッドの前記ウォッブル側端部のところで又はこのウォッブル部材側端部寄りで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な固有の可撓性を備えている、
ことを特徴とする軸方向機構。
【請求項２】
前記連結ロッドは、前記連結ロッドの一端部がそのピストンに実質的に剛性的に結合されている、請求項１記載の軸方向機構。
【請求項３】
前記連結ロッドは、前記連結ロッドに前記連結ロッドの前記ウォッブル部材側の端部のところ又はこのウォッブル部材側端部寄りで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な前記固有の可撓性を与えるような長さに対する直径を備えた実質的に円形の断面を有する、請求項１又は２記載の軸方向機構。
【請求項４】
前記連結ロッドは、その長さの１／１０よりも小さい直径を有する、請求項３記載の軸方向機構。
【請求項５】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々が１つ又は２つ以上のピボット継手を介して前記ウォッブル部材に連結され、直線往復運動を前記ウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のピストンを有し、前記ウォッブル部材の内部から前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々までの潤滑連通路を有する、軸方向機構。
【請求項６】
前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々は、潤滑剤が前記潤滑連通路を介して前記ウォッブル部材の内部から提供される多数個の軸受を有する、請求項５記載の軸方向機構。
【請求項７】
前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ウォッブル部材の中空内部に通じる内部潤滑連通路を有し、前記軸方向機構の作動の際、前記内部潤滑連通路により、潤滑剤が圧力下で、前記ウォッブル部材及び（又は）前記ウォッブル部材を前記ｚ‐クランクシャフトの前記クランクピンに取り付ける軸受及び（又は）前記１つ又は２つ以上のピストンを前記ウォッブル部材に連結する前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々に提供される、請求項５又は６記載の軸方向機構。
【請求項８】
前記潤滑連通路は、当初、前記ピボット継手と前記ウォッブル部材との間に設けられたハブピンを介し、前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々と前記ウォッブル部材の内部を連通させる、請求項５ないし７のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項９】
前記ウォッブル部材は、所与の量の潤滑剤を溜めるための中空内部を有する、請求項５ないし８のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項１０】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々がピボット継手を介して前記ウォッブル部材に連結された１つ又は２つ以上のピストンを有し、前記ピボット継手は、多数個の軸受を有し、一体形ユニットとして前記ウォッブル部材に取り付けられている、軸方向機構。
【請求項１１】
各前記ピボット継手は、一体形ユニットとして、前記ウォッブル部材に螺着されている、請求項１０記載の軸方向機構。
【請求項１２】
各前記ピボット継手は、一体形ユニットとして、前記ウォッブル部材にねじ込まれた一体形ユニットとしての前記ピボット継手のねじ山付きハブピン側部分により前記ウォッブル部材に螺着されている、請求項１１記載の軸方向機構。
【請求項１３】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、全て前記ｚ‐クランクシャフトの一方の側に位置決めされると共に前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部に沿って互いに間隔を置いて設けられた軸受によって回転可能に支持され、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動を前記ウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有する、軸方向機構。
【請求項１４】
バランスウェイトが、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部に設けられている、請求項１３記載の軸方向機構。
【請求項１５】
バランスウェイトは、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部の各端に又は各端寄りに設けられている、請求項１４記載の軸方向機構。
【請求項１６】
１つの前記バランスウェイトは、冷却ファンとして働く羽根を更に有する、請求項１５記載の軸方向機構。
【請求項１７】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動を前記ウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有し、
弾性マウント又は軸受を介して前記ウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、前記弾性マウント又は軸受は、前記傾斜クランクピンまでの前記トルク制限部材の長手方向軸線を中心とした前記トルク制限部材の振動運動を制限すると共に前記長手方向軸線に沿う運動を制限することができる、軸方向機構。
【請求項１８】
前記弾性マウント又は軸受は、力を前記傾斜クランクピンに向かって前記トルク制限部材に加えるよう配置されている、請求項１７記載の軸方向機構。
【請求項１９】
前記ウォッブル部材の不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、前記トルク制限部材の一端部は、前記ウォッブル部材の内部で前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに結合され、前記トルク制限部材は、前記トルク制限部材の前記一端部から前記ウォッブル部材の各側部に設けられた軸受内に突き出たスタブシャフトを有する、請求項１ないし１８のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２０】
前記ウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、前記トルク制限部材は、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部の長手方向軸線が前記傾斜クランクピンの長手方向軸線と交わる箇所で前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンの長手方向軸線を横方向に通る軸線に沿って枢動可能に前記ウォッブル部材に結合されている、請求項１ないし１９のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２１】
前記トルク制限部材は、エンジンのシリンダ及び連結ロッドの長手方向軸線に対して約４５°の角度をなして前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンの前記長手方向軸線を横方向に通る前記軸線に沿って枢動可能に前記ウォッブル部材に結合されている、請求項２０記載の軸方向機構。
【請求項２２】
前記ウォッブル部材は、前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンを中心とする全体として管状又は円筒形のものである、請求項１ないし２１のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２３】
前記ウォッブル部材は、前記傾斜クランクピンの各端部のところ又はその近くに設けられた上側及び下側軸受によって前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピン上に支持されている、請求項１ないし２２のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２４】
エンジンであって、前記エンジンの１つ又は２つ以上のピストンの直線往復運動を回転運動に変換するための請求項１ないし２３のうちいずれか一に記載の軸方向機構を有する、エンジン。
【請求項２５】
前記エンジンは、熱機関である、請求項２４記載のエンジン。
【請求項２６】
前記エンジンは、スターリングエンジンである、請求項２４記載のエンジン。
【請求項２７】
前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部に結合された発電機を有する、請求項２４ないし２６のうちいずれか一に記載のエンジン。
【請求項２８】
前記発電機のロータ組立体が、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部で支持されている、請求項２７記載のエンジン。
【請求項２９】
微小組合せ型熱・電力ユニットである発電機に結合された請求項２４ないし２８のうちいずれか一に記載のエンジン。
【請求項３０】
ポンプ又は圧縮機であって、回転運動を前記ポンプ又は圧縮機の１つ又は２つ以上のピストンの直線往復運動に変換するための請求項１ないし２３のうちいずれか一に記載の軸方向機構を有するポンプ又は圧縮機。
【請求項３１】
多シリンダ型機械である請求項２４ないし３０のうちいずれか一に記載のエンジン、ポンプ又は圧縮機。
【請求項１】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
１つ又は２つ以上のピストンを有し、連結ロッドが各ピストンと前記ウォッブル部材に連結されたピボット継手との間に設けられていて、直線往復運動を前記ピストンと前記ウォッブル部材との間で結合するようになっており、前記連結ロッドは、前記連結ロッドの前記ウォッブル側端部のところで又はこのウォッブル部材側端部寄りで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な固有の可撓性を備えている、
ことを特徴とする軸方向機構。
【請求項２】
前記連結ロッドは、前記連結ロッドの一端部がそのピストンに実質的に剛性的に結合されている、請求項１記載の軸方向機構。
【請求項３】
前記連結ロッドは、前記連結ロッドに前記連結ロッドの前記ウォッブル部材側の端部のところ又はこのウォッブル部材側端部寄りで３６０°の軌道を描く側方運動を許容するのに十分な前記固有の可撓性を与えるような長さに対する直径を備えた実質的に円形の断面を有する、請求項１又は２記載の軸方向機構。
【請求項４】
前記連結ロッドは、その長さの１／１０よりも小さい直径を有する、請求項３記載の軸方向機構。
【請求項５】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々が１つ又は２つ以上のピボット継手を介して前記ウォッブル部材に連結され、直線往復運動を前記ウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のピストンを有し、前記ウォッブル部材の内部から前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々までの潤滑連通路を有する、軸方向機構。
【請求項６】
前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々は、潤滑剤が前記潤滑連通路を介して前記ウォッブル部材の内部から提供される多数個の軸受を有する、請求項５記載の軸方向機構。
【請求項７】
前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ウォッブル部材の中空内部に通じる内部潤滑連通路を有し、前記軸方向機構の作動の際、前記内部潤滑連通路により、潤滑剤が圧力下で、前記ウォッブル部材及び（又は）前記ウォッブル部材を前記ｚ‐クランクシャフトの前記クランクピンに取り付ける軸受及び（又は）前記１つ又は２つ以上のピストンを前記ウォッブル部材に連結する前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々に提供される、請求項５又は６記載の軸方向機構。
【請求項８】
前記潤滑連通路は、当初、前記ピボット継手と前記ウォッブル部材との間に設けられたハブピンを介し、前記１つ又は２つ以上のピボット継手の各々と前記ウォッブル部材の内部を連通させる、請求項５ないし７のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項９】
前記ウォッブル部材は、所与の量の潤滑剤を溜めるための中空内部を有する、請求項５ないし８のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項１０】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
各々がピボット継手を介して前記ウォッブル部材に連結された１つ又は２つ以上のピストンを有し、前記ピボット継手は、多数個の軸受を有し、一体形ユニットとして前記ウォッブル部材に取り付けられている、軸方向機構。
【請求項１１】
各前記ピボット継手は、一体形ユニットとして、前記ウォッブル部材に螺着されている、請求項１０記載の軸方向機構。
【請求項１２】
各前記ピボット継手は、一体形ユニットとして、前記ウォッブル部材にねじ込まれた一体形ユニットとしての前記ピボット継手のねじ山付きハブピン側部分により前記ウォッブル部材に螺着されている、請求項１１記載の軸方向機構。
【請求項１３】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、全て前記ｚ‐クランクシャフトの一方の側に位置決めされると共に前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部に沿って互いに間隔を置いて設けられた軸受によって回転可能に支持され、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動を前記ウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有する、軸方向機構。
【請求項１４】
バランスウェイトが、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部に設けられている、請求項１３記載の軸方向機構。
【請求項１５】
バランスウェイトは、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部の各端に又は各端寄りに設けられている、請求項１４記載の軸方向機構。
【請求項１６】
１つの前記バランスウェイトは、冷却ファンとして働く羽根を更に有する、請求項１５記載の軸方向機構。
【請求項１７】
直線往復運動と実質的に平行な軸線を中心とした回転運動との変換を行う軸方向機構であって、
ｚ‐クランクシャフトを有し、前記ｚ‐クランクシャフトは、前記ｚ‐クランクシャフトの長手方向軸線回りに回転可能に設けられ、前記ｚ‐クランクシャフトは、出力駆動端部及び傾斜クランクピンを有し、
前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに回転可能に取り付けられたウォッブル部材を有し、
直線往復運動を前記ウォッブル部材に結合する１つ又は２つ以上のリンク装置を有し、
弾性マウント又は軸受を介して前記ウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、前記弾性マウント又は軸受は、前記傾斜クランクピンまでの前記トルク制限部材の長手方向軸線を中心とした前記トルク制限部材の振動運動を制限すると共に前記長手方向軸線に沿う運動を制限することができる、軸方向機構。
【請求項１８】
前記弾性マウント又は軸受は、力を前記傾斜クランクピンに向かって前記トルク制限部材に加えるよう配置されている、請求項１７記載の軸方向機構。
【請求項１９】
前記ウォッブル部材の不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、前記トルク制限部材の一端部は、前記ウォッブル部材の内部で前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンに結合され、前記トルク制限部材は、前記トルク制限部材の前記一端部から前記ウォッブル部材の各側部に設けられた軸受内に突き出たスタブシャフトを有する、請求項１ないし１８のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２０】
前記ウォッブル部材と不動基準箇所との間に結合されたトルク制限部材を有し、前記トルク制限部材は、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部の長手方向軸線が前記傾斜クランクピンの長手方向軸線と交わる箇所で前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンの長手方向軸線を横方向に通る軸線に沿って枢動可能に前記ウォッブル部材に結合されている、請求項１ないし１９のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２１】
前記トルク制限部材は、エンジンのシリンダ及び連結ロッドの長手方向軸線に対して約４５°の角度をなして前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンの前記長手方向軸線を横方向に通る前記軸線に沿って枢動可能に前記ウォッブル部材に結合されている、請求項２０記載の軸方向機構。
【請求項２２】
前記ウォッブル部材は、前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピンを中心とする全体として管状又は円筒形のものである、請求項１ないし２１のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２３】
前記ウォッブル部材は、前記傾斜クランクピンの各端部のところ又はその近くに設けられた上側及び下側軸受によって前記ｚ‐クランクシャフトの前記傾斜クランクピン上に支持されている、請求項１ないし２２のうちいずれか一に記載の軸方向機構。
【請求項２４】
エンジンであって、前記エンジンの１つ又は２つ以上のピストンの直線往復運動を回転運動に変換するための請求項１ないし２３のうちいずれか一に記載の軸方向機構を有する、エンジン。
【請求項２５】
前記エンジンは、熱機関である、請求項２４記載のエンジン。
【請求項２６】
前記エンジンは、スターリングエンジンである、請求項２４記載のエンジン。
【請求項２７】
前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部に結合された発電機を有する、請求項２４ないし２６のうちいずれか一に記載のエンジン。
【請求項２８】
前記発電機のロータ組立体が、前記ｚ‐クランクシャフトの前記出力駆動端部で支持されている、請求項２７記載のエンジン。
【請求項２９】
微小組合せ型熱・電力ユニットである発電機に結合された請求項２４ないし２８のうちいずれか一に記載のエンジン。
【請求項３０】
ポンプ又は圧縮機であって、回転運動を前記ポンプ又は圧縮機の１つ又は２つ以上のピストンの直線往復運動に変換するための請求項１ないし２３のうちいずれか一に記載の軸方向機構を有するポンプ又は圧縮機。
【請求項３１】
多シリンダ型機械である請求項２４ないし３０のうちいずれか一に記載のエンジン、ポンプ又は圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２ａ】
【図１２ｂ】
【公表番号】特表２０１０−５１２４９９（Ｐ２０１０−５１２４９９Ａ）
【公表日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４１２５４（Ｐ２００９−５４１２５４）
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＺ２００７／０００３５９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７２９８４
【国際公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（５０９０３９０６８）ウィスパー テック リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＺ２００７／０００３５９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７２９８４
【国際公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（５０９０３９０６８）ウィスパー テック リミテッド (2)
【Ｆターム（参考）】
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