サムネイル|平行運動機構のアニメーション 平行運動機構（へいこううんどうきこう 英: Parallel motion linkage）は、1784年にスコットランドの技術者であるジェームズ・ワットが複動式蒸気機関ワットの蒸気機関に関しては、ジェームズ・ワット#最初の動力機関や蒸気機関#ワットの蒸気機関と普及も参照のために発明したリンク機構である。
の一つであり、ほぼ直線状に往復するリンクから揺動運動するビーム（大きなてこ）に運動を伝達できる。
概要
サムネイル|211x211ピクセル|ニューコメンによる機関 トーマス・ニューコメンとワットが設計した初期の蒸気機関では、動力ストローク中にピストンがリンクの一方の端を鎖で下に引き、回復ストローク中にポンプの重さが反対側を同様に引くという、交互に働く力で揺動させていた。しかし、ワットの新しい複動式機関では、ピストンが上方・下方のどちらのストロークでも動力を生成できた。両方向に力を伝達するには引くことしかできない鎖が使えず、ワットは平行運動機構を設計した。ワットが「平行運動」と呼んだのは、ピストンロッドとポンプロッドが垂直で平行に動く必要があったためである。 左|サムネイル|息子へ宛てた手紙の中の手描きの図Franz Reuleaux, The Kinematics of Machinery (1876), page 4. ワットは1808年の息子に宛てた手紙で、どのようにして設計にたどり着いたのかを説明し、「これまでのどの発明よりも誇りに思う"I am more proud of the parallel motion than of any other invention I have ever made."」と記しているFranz Reuleaux, The Kinematics of Machinery (1876), page 4.。手紙のスケッチは、今ではと呼ばれ、ワットの1784年の特許にも記載されたものであるが、すぐに平行運動機構が使われることとなった Also available at https://www.gutenberg.org/files/27106/27106-h/27106-h.htm。
ワットリンク機構との違いは、パンタグラフが追加されている点である。基本原理には影響しないが、機構がよりコンパクトになるため機関室を小さくできる Also available at https://www.gutenberg.org/files/27106/27106-h/27106-h.htm。
この機構により、ピストンの往復両方で蒸気を動力に使用できるため、出力がほぼ2倍になり、サイクル全体でより均等な動力伝達が可能になった。これは、往復運動をクランクや遊星歯車機構を通じて回転運動に変換する場合の利点である。
動作原理
構造 右|サムネイル|平行運動機構の概略図：AとGは固定されたジョイント。Fはジョイントではなく8の字を描くリンク上の点を示す機構自体にはない、説明のための点である。。Fの動きは平行四辺形BCDEによってDに拡大される。 AとGは固定されたジョイント（軸受）で、Aを中心にビームKACが動く。Hはピストンで、垂直方向にのみ移動する。機構の中心はワットリンク機構をつくるAB・BE・EGである。ビームが動くと、F機構自体にはない、説明のための点である。の軌跡は細長い8の字（レムニスケート）を描く。ビームの動きは小さな角度に制限されているため、Fの軌道は8の字の一部になり、垂直の直線に近くなる。 8の字はABとEGの長さが等しければ対称であり、BF:FEとAB:EGの比が等しいときに最も直線に近づく。Fの振れ幅をSとすると、BEが約2/3S、ABが1.5Sのときに、直線区間が最も長くなるNeil Sclater and Nicholas P. Chironis, Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook Third Edition (2001), page 136.。
Fを直接ピストンロッドに接続することも可能だが、そうするとGとビームに距離ができて扱いにくい形状になる。これを避けるため、ワットは平行四辺形BCDEのパンタグラフを追加した。これによりFが常にAとDを結ぶ直線上にあり、DがFの動きを拡大する。
上述のとおり、Fの軌跡は完全な直線ではない。ワットの設計では、その後19世紀には、1864年のなどの完全な直線を実現したリンク機構が発明された。
ギャラリー
注釈
出典
参考文献 Linkages article in Encyclopædia Britannica, 1958. Parallel Motion article in Encyclopædia Britannica, 1911. Robert Stuart, A Descriptive History of the Steam Engine, London, J. Knight and H. Lacey, 1824. How Round Is Your Circle?（Bryant and Sangwin, 2008）contains a chapter about James Watt's parallel motion mechanism
関連項目
サラスリンク機構 - 3次元での正確な直線運動機構