(57)【要約】【課題】ピストン組の直線往復運動をケース本体との間に設けたガイドコロを用いて滑ることなく案内することで小型化を促進し耐久性を向上させ、摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現した小型のロータリ式シリンダ装置を提供する。【解決手段】第一，第二ピストン組１１，１２の両側面に設けられたガイド面１１ｈ，１２ｈと対向するケース体３のガイド壁面３ｃとの間に複数のガイドコロ２２が転がり移動可能に挟み込まれて各々配置され、シャフト４を中心にクランク軸１０が回転し、当該クランク軸１０を中心に偏心カム１６が相対回転することで、第一，第二ピストン組１１，１２がシャフト４を中心とした直線往復運動する際にガイドコロ２２が転がり移動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対のピストン組の直線往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置であって、
前記シャフトの軸心に対して偏心して組み付けられ、前記シャフトを中心に回転半径ｒで回転可能に組み付けられたクランク軸と、
前記クランク軸を中心に相対回転可能に組み付けられた偏心カムと、
前記偏心カムに前記クランク軸から回転半径ｒで互いに交差したまま相対回転可能に組み付けられた複数のピストン組と、
前記クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の静バランスをとるバランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記クランク軸、前記バランスウェイト、前記偏心カム及び前記ピストン組を収容するケース体と、を備え、
前記ピストン組の両側面に設けられたガイド面と対向する前記ケース体のガイド壁面との間に複数のガイドコロが転がり移動可能に挟み込まれて各々配置され、前記シャフトを中心に前記クランク軸が回転し、当該クランク軸を中心に前記偏心カムが相対回転することで、前記複数のピストン組が前記シャフトを中心とした半径２ｒの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行う際に前記ガイドコロが転がり移動することを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
【請求項２】
前記ガイドコロは、円弧面の一部が切り欠かれた転がり面を有し、前記ピストン組のガイド面に当接する内側転がり面と前記ケース体のガイド壁面に当接する外側転がり面を有する請求項1記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項３】
第一ピストン組と第二ピストン組が前記偏心カムの軸方向両側にガイド板を挟んで配置されており、各ガイドコロには、内側転がり面及び外側転がり面近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピンが各々突設されている請求項１又は請求項２記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項４】
ガイド板に設けられたガイド孔及び前記ケース体に設けられたガイド溝に外側転がり面近傍のガイドピンが各々挿入され、第一ピストン組及び第二ピストン組の側面部に設けられたガイド溝に内側転がり面近傍に設けられたガイドピンが挿入されている請求項２又は請求項３記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項５】
前記ガイド溝及び前記ガイド孔は、前記ガイドコロの転がりによって前記各ガイドピンが描く軌跡に沿って形成されている請求項４記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項６】
前記ガイドコロの転がり面が切り欠かれた側面部には、板厚が薄くなった逃げ凹部が形成されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項７】
前記ガイドコロは、耐摩耗性を有する樹脂により一体に成形されている請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のロータリ式シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの回転運動とシリンダ内のピストンの直線往復運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置、より具体的には圧縮機、真空ポンプ、流体回転機、内燃機関など様々な駆動装置に適用可能なロータリ式シリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機、真空ポンプ、流体回転機などの原動機においては、クランクシャフトに連繋した揺動ピストンによるピストンの往復動で流体の吸込みと送出しを繰り返す揺動ピストン方式、固定スクロールに対して旋回スクロールを回転させて流体の吸込みと送出しを繰り返すスクロール駆動方式、ローラーの回転運動で流体の吸込みと送出しを繰り返すロータリ駆動方式（特許文献１：特許第６２８１８５８号公報参照）、その他スクリュー方式、ベーン方式など用途に応じた各種駆動方式が採用されている。
【０００３】
中でも、シャフトとクランクピンを連結する第１アームとクランクピンとピストンを連結する第２アームとの長さを揃えることで、クランクアームの長さを１／２にしてピストンのストロークを２倍にした２ピストン４ヘッドの流体ポンプがある。この流体ポンプはピストンヘッド部とシリンダ摺動面との摺動抵抗により、ピストンヘッド部に設けられるシールカップが破損したり、シリンダ摺動面が偏摩耗したりするうえに、摩擦損失により駆動源のエネルギー損失が増大して消費電力が嵩むおそれがあった。
【０００４】
本件出願人は、ピストン組のピストンヘッド部がシリンダの摺動面から受ける反力の影響を軽減することで、摩擦損失が少なく、省エネルギー化を実現した小型のロータリ式シリンダ装置を開発した。ケース本体内で第一ピストン本体と第二ピストン本体が交差するコーナー部にガイド軸が両軸端部を保持され、第一ピストン本体の側圧を受ける第一ガイド軸受が第一ピストン本体の両側部に当接し、第二ピストン本体の側圧を受ける第二ガイド軸受が第二ピストン本体の両側部に各々当接して組み付けられている。これにより、必要最小限のガイド軸及びガイド軸受を第一ピストン本体と第二ピストン本体が交差するコーナー部に配置すれば足りるので、小型化に寄与でき、第一ピストン本体及び第二ピストン本体の往復動に伴うガイド軸の振れは抑えられるので、低振動、低騒音で耐久性を高めることもできる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６２８１８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１のロータリ式シリンダ装置は、ガイド軸の軸方向に２か所に軸受（金属製ボールベアリング）が配置され、合計８個の軸受が必要となるため、部品単価が高価であることから、製品コストが高くなる。
また、複数の軸受が異なる方向に往復動するピストン本体をガイドするため、軸受が位置ずれを起こし易く、同期を取って回転させることが難しい。全ての第一ガイド軸受と第一ピストン本体、第二ガイド軸受と第二ピストン本体との転がり状態が円滑に行われずに滑りが発生して軸受とピストン本体との当接面が摩耗して耐久性が低下するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、ピストン組の直線往復運動をケース本体との間に設けたガイドコロを用いて滑ることなく案内することで小型化を促進し耐久性を向上させかつピストンヘッド部がシリンダの摺動面から受ける反力の影響を軽減することで摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現したロータリ式シリンダ装置を安価に提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
シャフトの回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対のピストン組の直線往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置であって、前記シャフトの軸心に対して偏心して組み付けられ、前記シャフトを中心に回転半径ｒで回転可能に組み付けられたクランク軸と、前記クランク軸を中心に相対回転可能に組み付けられた偏心カムと、前記偏心カムに前記クランク軸から回転半径ｒで互いに交差したまま相対回転可能に組み付けられた複数のピストン組と、前記クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の静バランスをとるバランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記クランク軸、前記バランスウェイト、前記偏心カム及び前記ピストン組を収容するケース体と、を備え、前記ピストン組の両側面に設けられたガイド面と対向する前記ケース体のガイド壁面との間に複数のガイドコロが転がり移動可能に挟み込まれて各々配置され、前記シャフトを中心に前記クランク軸が回転し、当該クランク軸を中心に前記偏心カムが相対回転することで、前記複数のピストン組が前記シャフトを中心とした半径２ｒの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行う際に前記ガイドコロが転がり移動することを特徴とする。
ここで、ピストン組とは、ピストン単体のピストンヘッド部にシールカップ及びシールカップ押さえ部材などのシール材が一体に組み付けられたものを言う。
【０００９】
このように、複数のピストン組の両側面と対向するケース体のガイド壁面との間にガイドコロが転がり移動可能に挟まれて配置されているので、小型化を促進することができ、ピストン組の直線往復動を滑ることなく転がり移動して案内するので耐久性が向上し、ピストンヘッド部がシリンダの摺動面から受ける反力の影響をガイドコロで軽減することで、摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現したロータリ式シリンダ装置を安価に提供することができる。
【００１０】
前記ガイドコロは、円弧面の一部が切り欠かれた転がり面を有し、前記ピストン組のガイド面に当接する内側転がり面と前記ケース体のガイド壁面に当接する外側転がり面を有することが好ましい。
これにより、ガイドコロにピストン組の往復動に必要最小限の円弧面を備えることで、設置面積を減らして小型化することができる。
【００１１】
第一ピストン組と第二ピストン組が前記偏心カムの軸方向両側にガイド板を挟んで配置されており、各ガイドコロには、内側転がり面及び外側転がり面近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピンが各々突設されていることが好ましい。
内側転がり面及び外側転がり面近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピンをガイドすることで、ガイドコロが滑らずに転がり移動させることができる。
【００１２】
ガイド板に設けられたガイド孔及び前記ケース体に設けられたガイド溝に外側転がり面近傍のガイドピンが各々挿入され、第一ピストン組及び第二ピストン組の側面部に設けられたガイド溝に内側転がり面近傍に設けられたガイドピンが挿入されていることが好ましい。
このように、外側転がり面近傍に設けられた一対のガイドピンがガイド板に設けられたガイド孔及びケース体に設けられたガイド溝に各々挿入され、内側転がり面近傍に設けられたガイドピンが第一ピストン組及び第二ピストン組の側面部に設けられたガイド溝に各々挿入されていると、複数のガイドコロが滑ることなく同期を取って転がり移動させることができる。
【００１３】
前記ガイド溝及び前記ガイド孔は、前記ガイドコロの転がりによって前記各ガイドピンが描く軌跡に沿って形成されていることが好ましい。
これによって、第一ピストン組及び第二ピストン組の直線往復運動に伴ってガイドコロが正逆いずれの方向に転がり移動しても、ガイドピンはガイドコロの転がり軌跡に沿ったガイド溝に案内されるため、滑りや位置ずれを起こすことが無くなる。
【００１４】
前記ガイドコロの転がり面が切り欠かれた側面部には、板厚が薄くなった逃げ凹部が形成されていてもよい。
これによって、第一ピストン組と第二ピストン組を軸方向に近接配置しても、軸方向に重ねて配置されたガイドコロのガイドピンを逃げ凹部で逃がすことでガイドピンがガイドコロと干渉することなく転がり移動することができる。よって、シリンダ装置を軸方向に小型化することができる。
【００１５】
複数の前記ガイドコロは、耐摩耗性を有する樹脂により一体に成形されていることが好ましい。
これにより、複数のガイドコロを同一形状に樹脂成形することができ、軽量化を図り、安価大量生産することができ、部品管理や組み付けも容易に行える。
【発明の効果】
【００１６】
複数のピストン組の直線往復運動をケース本体との間に設けたガイドコロを用いて滑ることなく案内することで小型化を促進し耐久性を向上させかつピストンヘッド部がシリンダの摺動面から受ける反力の影響をガイドコロで軽減することで摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現したロータリ式シリンダ装置を安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ロータリ式シリンダ装置の外観斜視図である。
【図２】図１のロータリ式シリンダ装置の軸方向断面図である。
【図３】図１のロータリ式シリンダ装置の軸直角方向の断面図である。
【図４】図１シリンダ装置から第一ケース体、シリンダを取り外した斜視図である。
【図５】ピストンユニットの分解斜視図である。
【図６】ガイドプレートの斜視図である。
【図７】図５のピストンユニットとシャフト及びバランスウェイトの分解斜視図である。
【図８】ピストン組とガイドコロ及びガイド壁面の配置関係を示す平面図である。
【図９】ガイドコロの斜視図である。
【図１０】第二ケース体の斜視図である。
【図１１】第一，第二ピストン組、ガイドプレートを含むガイドコロのケース体に対する組み付け状態を示す分解斜視図である。
【図１２】第一ケース体とこれに組み付けられたピストンユニットから第二ケース体を外した状態の部分断面図である。
【図１３】ガイドピンとピストン本体の平面図及び一部拡大説明図である。
【図１４】ガイド溝及びガイド孔の形状（カム曲線）を示すグラフ図である。
【図１５】第一，第二ピストン組とその両側に設けられたガイドコロの動作状態を示す説明図である。
【図１６】シャフトを中心とする第一クランク軸の回転軌道、第一クランク軸を中心とする第二クランク軸の回転軌道と両頭ピストン組の直線往復運動の関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明を実施するための一実施形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図１乃至図１６を参照してロータリ式シリンダ装置の一例について説明する。ロータリ式シリンダ装置１は、シリンダに対するピストンの直線往復運動とシャフトの回転運動とが相互に変換されて出力される装置を想定している。
【００１９】
図１において、第一ケース体３Ａと第二ケース体３Ｂとで構成されるケース体３にシャフト４（入出力軸）が回転可能に軸支されている。本実施例では、図２に示すように２分割されたシャフト４ａ，４ｂが用いられる。第一ケース体３Ａと第二ケース体３Ｂとは、ボルト５により四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられる。
ケース体３の側面には、シリンダ６がシリンダ受け板６ａを介して４か所に各々組み付けられている。各シリンダ６の開口部はシリンダヘッド部７により各々閉止され、シリンダ室が形成されている。シリンダヘッド部７の外側にヘッドカバー８が装着され、ボルト９によりケース体３に固定されている。シリンダヘッド部７には吐出用の吐出バルブ７ａが設けられていてもよい。
【００２０】
このケース体３内には、図２に示すようにクランク軸１０を中心に回転可能な偏心カム１６と該偏心カム１６に軸受（２０ａ，２０ｂ）を介して組み付けられた第一ピストン組１１及び第二ピストン組１２（以下、これらを「ピストンユニットＰ」という：図５参照）が直線往復動可能に収容されている。以下、具体的に説明する。
【００２１】
クランク軸１０は、シャフト４の軸心に対して偏心して連結される。本実施形態では、図７に示すように、シャフト４ａは、第一バランスウェイト１３の挿入孔１３ａに嵌め込まれてクランク軸１０と位置合わせして一体に組み付けられる。シャフト４ｂは、第二バランスウェイト１４の挿入孔１４ａに嵌め込まれてクランク軸１０と位置合わせして一体に組み付けられる。シャフト４ａ，４ｂには、後述する第一軸受１７ａ，１７ｂとの間にワッシャー４ｃが嵌め込まれていてもよい。図７において、クランク軸１０の両側軸端部近傍にはピン孔１０ａ，１０ｂが各々設けられている。第一バランスウェイト１３にはピン孔１３ｂ、第二バランスウェイト１４にはピン孔１４ｂが各々設けられている（図７参照）。クランク軸１０の両端部を第一バランスウェイト１３の挿入孔１３ａ及び第二バランスウェイト１４の挿入孔１４ａに各々挿入し、ピン孔１０ａ，１３ｂ及びピン孔１０ｂ，１４ｂを位置合わせした状態で挿入ピン１５を各々挿入することで、クランク軸１０の両端部に第一，第二バランスウェイト１３，１４が各々組み付けられる。
【００２２】
また、図７に示すように、第一バランスウェイト１３の挿入孔１３ａにシャフト４ａがクランク軸１０とＤカット面どうしが重なるように挿入され、第二バランスウェイト１４の挿入孔１４ａにシャフト４ｂがクランク軸１０とＤカット面どうしが重なるように挿入されて、第一バランスウェイト１３，第二バランスウェイト１４のねじ孔１３ｃ，１４ｃにボルト１３ｄ，１４ｄを挿入してシャフト４ａ，４ｂとねじ篏合させて先端部をクランク軸１０のＤカット面に突き当てて、シャフト４、クランク軸１０、第一バランスウェイト１３及び第二バランスウェイト１４が一体に組み付けられる（図２参照）。第一，第二バランスウェイト１３，１４は、シャフト４を中心としたクランク軸１０及びピストンユニットＰを含む回転部品間の静バランス（質量バランス）をとるために設けられている。
【００２３】
図２において、第一バランスウェイト１３に連結されたシャフト４ａは第一ケース体３Ａに組み付けられた第一軸受１７ａにより回転可能に軸支されている。第二バランスウェイト１４に連結されたシャフト４ｂは、第二ケース体３Ｂに組み付けられた第一軸受１７ｂにより回転可能に軸支されている。偏心カム１６はクランク軸１０を中心に相対回転可能に組み付けられている。図５に示すように、偏心カム１６は、クランク軸１０の軸心に対して１８０度位相がずれた位置で偏心した第一，第二偏心部１６ａ，１６ｂを有する。第一偏心部１６ａには第一ピストン組１１が、第二偏心部１６ｂには第二ピストン組１２が軸直方向に各々相対回転可能に組み付けられる。
【００２４】
図２において、偏心カム１６は、第一，第二偏心部１６ａ，１６ｂの軸方向両側に筒体部１６ｃ，１６ｄが設けられている。クランク軸１０は偏心カム１６を貫通して相対回転可能に組み付けられている。クランク軸１０の両端部近傍には、環状凹部１８ａが形成された軸受カップ１８が、環状凹部１８ａどうしが対向する向きに各々圧入されて一体に組み付けられている。環状凹部１８ａ内には筒体部１６ｃ，１６ｄが挿入されその外周側に第二軸受１９ａ，１９ｂが各々嵌め込まれている。筒体部１６ｃ，１６ｄの外周に設けられた第二軸受１９ａ，１９ｂは、外輪接着にて軸受カップ１８と一体に組み付けられている。これにより、クランク軸１０がシャフト４を中心に回転しても、偏心カム１６は、クランク軸１０の周囲を第二軸受１９ａ，１９ｂを介して相対回転する。
【００２５】
また、図２において、第一，第二偏心部１６ａ，１６ｂの外周には、第三軸受２０ａ，２０ｂが内輪接着により嵌め込まれている。第一ピストン組１１は、第一偏心部１６ａの周囲に第三軸受２０ａを介して相対回転可能に組み付けられている。また、第二ピストン組１２は、第二偏心部１６ｂの周囲に第三軸受２０ｂを介して相対回転可能に組み付けられている。
図４に示すように、軸受カップ１８の環状凹部１８ａとは反対面には、位置決め凸部１８ｂが各々設けられている。これらの位置決め凸部１８ｂは、クランク軸１０の両端部を第一，第二バランスウェイト１３，１４の挿入孔１３ａ，１４ａに各々挿入して組み付ける際の軸周りの位置決めとして用いられる。
【００２６】
図２において、第一偏心部１６ａと第二偏心部１６ｂとの間にガイド板２１が設けられている。ガイド板２１は、ケース体３の四隅に設けられたピン３ａ（図１０参照）がピン孔２１ａに各々嵌め込まれて組み付けられ（図３参照）、第一ピストン組１１と第二ピストン組１２によって軸方向両側に挟み込まれて配置されている（図５参照）。図１０に示すようにケース体３（第一ケース体３Ａ及び第二ケース体３Ｂ）の四隅の段付き面３ｄには、一対の弧状ガイド溝３ｂが設けられている。ガイド板２１の四隅にもガイド溝３ｂと同形状の一対の弧状ガイド孔２１ｂが設けられている。ケース体３には排気用の通気孔３ｅが設けられていてもよい。
【００２７】
図８に示すように、第一ピストン組１１，第二ピストン組１２の両側面に設けられたガイド面１１ｈ，１２ｈと対向するケース体３のガイド壁面３ｃ（図１０参照）との間には、複数（本実施例では８個）のガイドコロ２２が転がり移動可能に挟み込まれて各々配置されている。
図９に示すように、ガイドコロ２２は、円弧面の一部が切り欠かれた転がり面を有する回転体が用いられる。具体的には、ガイドコロ２２は、第一，第二ピストン組１１，１２のガイド面１１ｈ，１２ｈに当接する内側転がり面２２ａとガイド壁面３ｃに当接する外側転がり面２２ｂを有する。このように、ガイドコロ２２が第一，第二ピストン組１１，１２の直線往復動に必要最小限の円弧面を備えることで、設置面積を減らして小型化することができる。
【００２８】
図９において、各ガイドコロ２２には、内側転がり面２２ａ及び外側転がり面２２ｂ近傍の両側に一対のガイドピン２２ｃが径方向に対向配置されて各々突設されている。これにより、内側転がり面２２ａ及び外側転がり面２２ｂ近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピン２２ｃをガイドすることで、複数のガイドコロ２２が滑らずに転がり移動させることができる。
【００２９】
図１１に示すように、各ガイドコロ２２は、ガイド板２１に設けられたガイド孔２１ｂ及びケース体３に設けられたガイド溝３ｂに外側転がり面２２ｂ近傍のガイドピン２２ｃが各々挿入されて組み付けられる。また、第一ピストン組１１及び第二ピストン組１２の側面部に設けられたフランジ部１１ｆ，１２ｆを切り欠いて設けられたガイド溝１１ｇ，１２ｇ（溝カム）に内側転がり面２２ａ近傍に設けられたガイドピン２２ｃが挿入されて組み付けられる（図１３参照）。ガイドコロ２２がガイド板２１とケース体３に位置合わせして組み付けられた状態を図１２に示す。図１２において、ガイドコロ２２に設けられた４本のガイドピン２２ｃのうち、内側転がり面２２ａ側の１本（２２ｃ１）はいずれのガイド孔やガイド溝に挿入されずにフリーの状態となっている。尚、図１２及び図１３において、第一ケース体３Ａの構成は、第二ケース体３Ｂと同様な構成であるので図示を省略している。
【００３０】
このように、外側転がり面２２ｂ近傍の一対のガイドピン２２ｃがガイド板２１に設けられたガイド孔２１ｂ及びケース体３に設けられたガイド溝３ｂに挿入され、内側転がり面２２ａ近傍に設けられたガイドピン２２ｃが第一ピストン組１１及び第二ピストン組１２の側面部に設けられたガイド溝１１ｇ，１２ｇに挿入されていると、複数のガイドコロ２２が滑ることなく同期を取って転がり移動させることができる。
【００３１】
ガイド溝１１ｇ，１２ｇ（図１３参照）及びガイド孔２１ｂ（図６，図１０参照）は、ガイドコロ２２の転がりによって各ガイドピン２２ｃが描く軌跡に沿って形成されていることが好ましい。具体的には、図１４に示すような円形のガイドコロ２２の外周近傍の側面に突設されたガイドピン２２ｃが描く軌跡（カム曲線）に従って、ガイド板２１に設けられたガイド孔２１ｂ、ケース体３に設けられたガイド溝３ｂ及びピストン本体１１ａ，１２ａに設けられたガイド溝１１ｇ，１２ｇが各々形成されている。尚、図１４は、ガイドコロ２２が滑らず転がる際のガイドピン２２ｃが描く軌跡の一例を示している。
これによって、第一ピストン組１１及び第二ピストン組１２の直線往復運動に伴って複数のガイドコロ２２が正逆いずれの方向に転がり移動しても、ガイドピン２２ｃは、単純化されたガイドコロ２２の転がり軌跡に沿ってガイド孔２１ｂ若しくはガイド溝３ｂ，１１ｇ，１２ｇに案内されるため、滑りや位置ずれを起こすことが無くなる。
【００３２】
図９において、ガイドコロ２２の転がり面２２ａ，２２ｂが切り欠かれた側面部には、板厚が薄くなった逃げ凹部２２ｄが形成されていてもよい。これによって、図１２に示すように第一ピストン組１１と第二ピストン組１２を軸方向に近接配置しても、軸方向に重ねて配置されたガイドコロ２２のガイドピン２２ｃを逃げ凹部２２ｄで逃がすことでガイドピン２２ｃが他のガイドコロ２２と干渉することなく転がり移動することができる。よって、シリンダ装置を軸方向に小型化することができる。
【００３３】
複数のガイドコロ２２は、耐摩耗性を有する熱可塑性樹脂（例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等）により一体に成形してもよい。これにより、複数のガイドコロを同一形状に樹脂成形することができ、軽量化を図り、安価大量生産することができ、部品管理や組み付けも容易に行える。
【００３４】
また、図５において、ピストン本体１１ａ，１２ａの長手方向両端部には、ピストンヘッド部１１ｂ，１２ｂが形成されている。ピストンヘッド部１１ｂ，１２ｂには、リング状のシールカップ１１ｃ，１２ｃ、シールカップ押さえ部材１１ｄ，１２ｄが各々ボルト２３により組み付けられている。シールカップ１１ｃ，１２ｃは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。ピストン本体１１ａの両側面に設けられたフランジ部１１ｆより下側の側面が、ガイドコロ２２の転がり面２２ａが当接するガイド面１１ｈとなり、ピストン本体１２ａの両側面に設けられたフランジ部１２ｆより上側の側面が、ガイドコロ２２の転がり面２２ａが当接するガイド面１２ｈとなっている。
【００３５】
また、図３において、ケース体３（第一ケース体３Ａ及び第二ケース体３Ｂ）の側面部（４面）に設けられた開口部には、シリンダ６がシリンダ受け板６ａを介して各々組み付けられている。ピストンヘッド部１１ｂ，１２ｂは、シールカップ１１ｃ，１２ｃによって、シリンダ６の内壁面とのシール性を保ちながら摺動するようになっている。シールカップ１１ｃ，１２ｃの外周縁部には起立部１１ｅ，１２ｅが設けられている。圧縮機の場合、起立部１１ｅ，１２ｅは、ピストン摺動方向外側に向けて組み付けられている。尚、図２に示すようにシールカップ押さえ部材１１ｄ，１２ｄには、ケース体３内より吸気する吸気バルブ１１ｉ，１２ｉが設けられていてもよい。
【００３６】
ここで、図１６Ａ〜図１６Ｄを参照してシャフト４（４ａ，４ｂ）を中心Ｏとするクランク軸１０（第一クランク軸）、仮想クランク軸２４ａ，２４ｂ（第二クランク軸：仮想軸であり、偏心カム１６に形成された第一偏心部１６ａ，第二偏心部１６ｂの中心部）の回転運動と第一ピストン組１１，第二ピストン組１２の直線往復運動（内サイクロイド運動）の原理の概要について説明する。図１６Ａ〜図１６Ｄは、シャフト４の回転にしたがってクランク軸１０が中心Ｏの周りを反時計回り方向に９０°ずつ回転した状態を模式的に示したものである。シャフト４の回転によりクランク軸１０が中心Ｏの周りを回転すると、仮想クランク軸２４ａは仮想円２５の転がり円２６の直径Ｒ１上を往復移動し、仮想クランク軸２４ｂは転がり円２６の直径Ｒ２上を往復移動する。尚、仮想クランク軸２４ａは偏心カム１６の第一偏心部１６ａの中心部に相当し、仮想クランク軸２４ｂは第二偏心部１６ｂの中心部に相当する。
【００３７】
即ち、シャフト４の軸心（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの反時計回り方向の回転軌道２７に沿ってクランク軸１０が回転すると、偏心カム１６はクランク軸１０を中心に第二軸受１９ａ，１９ｂを介して相対回転する。また、偏心カム１６の第一偏心部１６ａに組み付けられた第一ピストン組１１が第三軸受２０ａ（図２参照）を介して相対回転しながら半径２ｒの転がり円２６（軸心Ｏを中心とする同心円）の直径Ｒ１上に配置されたシリンダ６内で往復運動を繰り返し、偏心カム１６の第二偏心部１６ｂに組み付けられた第二ピストン組１２が第三軸受２０ｂ（図２参照）を介して相対回転しながら半径２ｒの転がり円２６の直径Ｒ２上に配置されたシリンダ６内で往復運動を繰り返す。
【００３８】
また図１５は、第一ピストン組１１及び第二ピストン組１２がガイドコロ２２にガイドされて直線往復動する様子を模式的に示したものである。図１５Ａ〜Ｄ上段が第一ピストン組１１の動作を示しており、同下段が第二ピストン組１２の動作を示している。図１５Ａ，Ｃ上段に示す位置が、第一ピストン組１１が移動範囲の中間位置であり、図１５Ｂは上端に向かって移動した位置、図１５Ｄは下端に向かって移動した位置を示す。図１５Ｂ，Ｄ下段に示す位置が、第二ピストン組１２が移動範囲の中間位置であり、図１５Ａは左端に向かって移動した位置、図１５Ｃは右端に向かって移動した位置を示す。
【００３９】
第一ピストン組１１及び第二ピストン組１２は、いずれかのピストン組が移動端まで移動したとき、両側に設けられたガイドコロ２２のうち、ピストン移動方向後側のガイドコロ２２は、ガイドピン２２ｃどうしの位置がピストン移動方向と直交する向きに対向した位置（図８参照）にある。即ち、第一，第二ピストン組１１，１２の往復動による側圧を内側ガイド面２２ａ及び外側ガイド面２２ｂで確実にうけてピストンヘッド部１１ｂ，１２ｂがシリンダ６の摺動面から受ける反力の影響を軽減している。
【００４０】
上述したロータリ式シリンダ装置１は、第一，第二ピストン組１１，１２の仮想クランク軸２４ａ，２４ｂを中心とした第一の静バランス、ピストンユニットＰのクランク軸１０を中心とする第二の静バランス及びクランク軸１０及びピストンユニットＰのシャフト４を中心とする第三の静バランスが第一，第二バランスウェイト１３，１４によりバランス取りされて組み立てられている。
【００４１】
これにより、シャフト４を中心とするクランク軸１０の回転運動と、クランク軸１０を中心とするピストンユニットＰの相対回転運動により、第一偏心部１６ａ，第二偏心部１６ｂに組み付けられた第一，第二ピストン組１１，１２がシャフト４を中心とする仮想クランク軸２４ａ，２４ｂの半径２ｒの転がり円２６（図１６参照）の径方向に沿って直線往復運動を行なっても、回転による振動を抑えて静音化を図ることができ、シャフト４を中心とした回転による振動を低減することで機械的な損失が少なくエネルギー変換効率を高めることができる。
【００４２】
このように、第一，第二ピストン組１１，１２の両側面（ガイド面１１ｈ，１２ｈ）と対向するケース体３のガイド壁面３ｃとの間に複数のガイドコロ２２が転がり移動可能に挟まれて配置されているので、小型化を促進することができ、ピストン組１１，１２の直線往復動を滑ることなく案内するので耐久性が向上し、ピストンヘッド部１１ｂ，１２ｂがシリンダ６の摺動面から受ける反力の影響をガイドコロ２２で軽減することで、摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現したロータリ式シリンダ装置１を安価に提供することができる。
【００４３】
また、ガイドコロ２２は、円弧面の一部が切り欠かれた転がり面を有し、ピストン組１１，１２の側面に当接する内側転がり面２２ａとガイド壁面３ｃに当接する外側転がり面２２ｂを有しているので、ガイドコロ２２にピストン組１１，１２の往復動に必要最小限の円弧面を備えることで、設置面積を減らして小型化することができる。
【００４４】
尚、第一，第二ピストン組１１，１２とその側圧を受けるガイドコロ２２との隙間は構成部品の加工誤差や温度上昇による寸法変化を考慮して機械的な干渉が生じないように最小となるように設定される。
また、ガイドコロ２２に設けられるガイドピン２２ｃは、内側転がり面２２ａと外側転がり面２２ｂに対応して４本設けられていたが、３本でもよい。
また、上記実施例では第一，第二ピストン組１１，１２として両頭ピストンを用いたが、片側のみのピストンを用いてもよい。
また、シリンダ室に対する吸気経路及び吐出経路やバルブ配置は任意に変更することができる。
【符号の説明】
【００４５】
1  ロータリ式シリンダ装置  ３  ケース体  ３Ａ  第一ケース体  ３Ｂ  第二ケース体  ３ａ  ピン  ３ｂ，１１ｇ，１２ｇ  ガイド溝  ３ｃ  ガイド壁面  ３ｄ  段付き面  ３ｅ  通気孔  ４，４ａ，４ｂ  シャフト  ４ｃ  ワッシャー  ５，９，１３ｄ，１４ｄ，２３  ボルト  ６  シリンダ  ６ａ  シリンダ受け板  ７  シリンダヘッド部  ７ａ  吐出バルブ  ８  ヘッドカバー  １０  クランク軸（第一クランク軸）  １０ａ，１３ｂ，１４ｂ，２１ａ  ピン孔  Ｐ  ピストンユニット  １１  第一ピストン組  １１ａ，１２ａ  ピストン本体  １１ｂ，１２ｂ  ピストンヘッド部  １１ｃ，１２ｃ  シールカップ  １１ｄ，１２ｄ  シールカップ押さえ部材  １１ｅ，１２ｅ  起立部  １１ｆ，１２ｆ  フランジ部  １１ｈ，１２ｈ  ガイド面  １１ｉ，１２ｉ  吸気バルブ  １２  第二ピストン組  １３  第一バランスウェイト  １３ａ，１４ａ  挿入孔  １３ｃ，１４ｃ  ねじ孔  １４  第二バランスウェイト  １５  挿入ピン  １６  偏心カム  １６ａ  第一偏心部  １６ｂ  第二偏心部  １６ｃ，１６ｄ  筒体部  １７ａ，１７ｂ  第一軸受  １８  軸受カップ  １８ａ  環状凹部  １８ｂ  位置決め突部  １９ａ，１９ｂ  第二軸受  ２０ａ，２０ｂ  第三軸受  ２１  ガイド板  ２１ｂ  ガイド孔  ２２  ガイドコロ  ２２ａ  内側転がり面  ２２ｂ  外側転がり面  ２２ｃ，２２ｃ１  ガイドピン  ２２ｄ  逃げ凹部  ２４ａ，２４ｂ  仮想クランク軸（第二クランク軸）  ２５  仮想円  ２６  転がり円  ２７  回転軌道
【図１】
2020159286.tif 000003
【図２】
2020159286.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年6月26日(2019.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対のピストン組の直線往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置であって、
前記シャフトの軸心に対して偏心して組み付けられ、前記シャフトを中心に回転半径ｒで回転可能に組み付けられたクランク軸と、
前記クランク軸を中心に相対回転可能に組み付けられた偏心カムと、
前記偏心カムに前記クランク軸から回転半径ｒで互いに交差したまま相対回転可能に組み付けられた複数のピストン組と、
前記クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の静バランスをとるバランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記クランク軸、前記バランスウェイト、前記偏心カム及び前記ピストン組を収容するケース体と、を備え、
前記ピストン組の両側面に設けられたガイド面と対向する前記ケース体のガイド壁面との間に複数のガイドコロが転がり移動可能に挟み込まれて各々配置され、第一ピストン組と第二ピストン組が前記偏心カムの軸方向両側にガイド板を挟んで配置され、各ガイドコロには、内側転がり面及び外側転がり面近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピンが各々突設されており、前記シャフトを中心に前記クランク軸が回転し、当該クランク軸を中心に前記偏心カムが相対回転することで、前記複数のピストン組が前記シャフトを中心とした半径２ｒの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行う際に前記ガイドコロが転がり移動することを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
【請求項２】
前記ガイドコロは、円弧面の一部が切り欠かれた転がり面を有し、前記ピストン組のガイド面に当接する内側転がり面と前記ケース体のガイド壁面に当接する外側転がり面を有する請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項３】
前記ガイド板に設けられたガイド孔及び前記ケース体に設けられたガイド溝に外側転がり面近傍のガイドピンが各々挿入され、前記第一ピストン組及び第二ピストン組の側面部に設けられたガイド溝に内側転がり面近傍に設けられたガイドピンが挿入されている請求項１又は請求項２記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項４】
前記ガイド溝及び前記ガイド孔は、前記ガイドコロの転がりによって前記各ガイドピンが描く軌跡に沿って形成されている請求項３記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項５】
前記ガイドコロの転がり面が切り欠かれた側面部には、板厚が薄くなった逃げ凹部が形成されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項６】
前記ガイドコロは、耐摩耗性を有する樹脂により一体に成形されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のロータリ式シリンダ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
シャフトの回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された一対のピストン組の直線往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置であって、前記シャフトの軸心に対して偏心して組み付けられ、前記シャフトを中心に回転半径ｒで回転可能に組み付けられたクランク軸と、前記クランク軸を中心に相対回転可能に組み付けられた偏心カムと、前記偏心カムに前記クランク軸から回転半径ｒで互いに交差したまま相対回転可能に組み付けられた複数のピストン組と、前記クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の静バランスをとるバランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記クランク軸、前記バランスウェイト、前記偏心カム及び前記ピストン組を収容するケース体と、を備え、前記ピストン組の両側面に設けられたガイド面と対向する前記ケース体のガイド壁面との間に複数のガイドコロが転がり移動可能に挟み込まれて各々配置され、第一ピストン組と第二ピストン組が前記偏心カムの軸方向両側にガイド板を挟んで配置され、各ガイドコロには、内側転がり面及び外側転がり面近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピンが各々突設されており、前記シャフトを中心に前記クランク軸が回転し、当該クランク軸を中心に前記偏心カムが相対回転することで、前記複数のピストン組が前記シャフトを中心とした半径２ｒの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行う際に前記ガイドコロが転がり移動することを特徴とする。
ここで、ピストン組とは、ピストン単体のピストンヘッド部にシールカップ及びシールカップ押さえ部材などのシール材が一体に組み付けられたものを言う。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
このように、複数のピストン組の両側面と対向するケース体のガイド壁面との間にガイドコロが転がり移動可能に挟まれて配置されているので、小型化を促進することができ、ピストン組の直線往復動を滑ることなく転がり移動して案内するので耐久性が向上し、ピストンヘッド部がシリンダの摺動面から受ける反力の影響をガイドコロで軽減することで、摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現したロータリ式シリンダ装置を安価に提供することができる。
特に、内側転がり面及び外側転がり面近傍の両側に径方向に対向配置された一対のガイドピンをガイドすることで、ガイドコロが滑らずに転がり移動させることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】