(57)【要約】【課題】発熱に起因したクリアランスの増加を抑える。動作音の発生防止を図る。【解決手段】回転シリンダ部材とピストン保持部材とを、ケーシングにそれぞれ回転自在に支持すると共に、ピストン保持部材の回転中心位置から偏心した自転中心位置には、その位置を中心として回動可能にピストンが保持され、回転シリンダ部材とピストン保持部材との相対回動によりピストン自体が自転中心位置を中心として回動しながらかつ回転中心位置を中心として回転することによってシリンダ室に出入りすると共に、ケーシングに、シリンダ室に連なる吸込口及び吐出口を備えたロータリ式シリンダ装置であって、吐出口から吐出された気体と液体の混合流体を冷却するラジエタ９０と、混合流体の気体と液体を分離する気液分離器９１を有し、ラジエタ９０によって冷却され且つ気液分離器９１によって分離された気体により装置本体１を冷却するる。【選択図】        図１
2004190613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸心を中心として形成された空洞部に連通し、該空洞部を挟んで対向する少なくとも一対のシリンダ室を有する円形形状の回転シリンダ部材と、上記回転シリンダ部材の回転軸心から偏心した回転中心位置を中心として回転するピストン保持部材とを、支持部材にそれぞれ回転自在に支持すると共に、上記ピストン保持部材の上記回転中心位置から偏心した自転中心位置には、その位置を中心として回動可能にピストンが保持され、上記回転シリンダ部材と上記ピストン保持部材との相対回動により上記ピストン自体が上記自転中心位置を中心として回動しながらかつ上記回転中心位置を中心として回転することによって上記一対のシリンダ室の双方に出入りすると共に、上記支持部材に、上記シリンダ室に連なる吸込口及び吐出口を備えたロータリ式シリンダ装置において、前記吐出口から吐出された気体と液体の混合流体を冷却するラジエタと、前記混合流体の気体と液体を分離する気液分離器を有し、前記ラジエタによって冷却され且つ前記気液分離器によって分離された気体と液体それぞれにより装置本体を冷却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】
前記気液分離器によって分離された液体は前記支持部材内部に戻されることを特徴とする請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項３】
前記シリンダ室の開口部と前記吸込口及び吐出口の開口部を、前記シリンダ室と前記吸込口又は吐出口とが連通し始める時にはその連通面積を徐々に増加させる形状にしたことを特徴とする請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項４】
前記シリンダ室と前記吸込口又は吐出口の連通が遮断される時にはその連通面積を徐々に減少させる形状にしたことを特徴とする請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリ式シリンダ装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、コンプレッサ、真空ポンプ等としての使用に適したロータリ式シリンダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロータリ式シリンダ装置として、特開２００１−３７０１号公報に開示されたものがある。かかるロータリ式シリンダ装置１０１は、図２４及び図２５に示すように、円形形状の回転シリンダ部材１０２と、１８０度離れた２つの偏心した自転中心位置ｘ１，ｘ２にそれぞれピストン１０３，１０４を回動可能に保持しかつ回転シリンダ部材１０２の回転軸心ｏから偏心した位置を回転中心位置Ｘとして回転するピストン保持部材１０５と、回転シリンダ部材１０２及びピストン保持部材１０５の両回転部材をそれぞれ回転自在に支持するケーシング１０６と、を有している。
【０００３】
回転シリンダ部材１０２にはシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄが形成されている。支軸１５１を図示しないモータによって回転させると、ピストン保持部材１０５が回転し、ピストン１０３をシリンダ室１２３ａ，１２３ｂに沿って往復運動させながら、また、ピストン１０４をシリンダ室１２３ｃ，１２３ｄに沿って往復運動させながら、回転中心位置Ｘまわりに回転させる。これにより、回転シリンダ部材１０２も回転し、吸込口１６１からシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄ内に吸い込んだ流体をピストン１０３，１０４によって加圧して吐出口１６２から吐出させる。
【０００４】
シリンダ室１２３ａ〜１２３ｄの開口部の輪郭形状、吸込口１６１のスリット１６１ａの開口部の輪郭形状、吐出口１６２のスリット１６２ａの開口部の輪郭形状は、ほぼ矩形状を成している。したがって、シリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吸込口１６１、又はシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吐出口１６２とが連通する場合、それらの連通面積は急激に増加する。また、連通していたシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吸込口１６１、又はシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吐出口１６２との連通が遮断される場合、それらの連通面積は急激に減少する。即ち、吸込口１６１と吐出口１６２は、開く場合には一気に開き、閉じる場合には一気に閉じていた。
【０００５】
また、このロータリ式シリンダ装置１０１は、装置内を冷却する手段を有していなかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３７０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のロータリ式シリンダ装置１０１では、回転シリンダ部材１０２やピストン保持部材１０５の回転、ピストン１０３，１０４の往復運動などによって熱が発生し、各部品が膨張する。各部品の材料は必ずしも同じであるとは限らないので、各部品の材料が異なり線膨張係数が異なると、各部品の膨張に伴い各部品間のクリアランスが増加する。このため、加圧する流体の漏れ等が発生する虞があり、装置としての性能が悪化するという問題があった。
【０００８】
また、吸込口１６１や吐出口１６２が開く場合、即ちシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吸込口１６１、又はシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吐出口１６２が連通する場合、その連通面積が急激に増加し、また、吸込口１６１や吐出口１６２が閉じる場合、即ちシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吸込口１６１又はシリンダ室１２３ａ〜１２３ｄと吐出口１６２の連通が遮断される場合、その連通面積が急激に減少するので、比較的大きな動作音が発生するという問題があった。
【０００９】
本発明は、発熱に起因したクリアランスの増加を抑えることができるロータリ式シリンダ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、動作音の発生防止が図られたロータリ式シリンダ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために請求項１記載の本発明は、回転軸心を中心として形成された空洞部に連通し、該空洞部を挟んで対向する少なくとも一対のシリンダ室を有する円形形状の回転シリンダ部材と、回転シリンダ部材の回転軸心から偏心した回転中心位置を中心として回転するピストン保持部材とを、支持部材にそれぞれ回転自在に支持すると共に、ピストン保持部材の回転中心位置から偏心した自転中心位置には、その位置を中心として回動可能にピストンが保持され、回転シリンダ部材とピストン保持部材との相対回動によりピストン自体が自転中心位置を中心として回動しながらかつ回転中心位置を中心として回転することによって一対のシリンダ室の双方に出入りすると共に、支持部材に、シリンダ室に連なる吸込口及び吐出口を備えたロータリ式シリンダ装置において、吐出口から吐出された気体と液体の混合流体を冷却するラジエタと、混合流体の気体と液体を分離する気液分離器を有し、ラジエタによって冷却され且つ気液分離器によって分離された気体と液体それぞれにより装置本体を冷却するものである。
【００１１】
したがって、吐出口から突出された混合流体はラジエタによって冷却され、気液分離器によって気体と液体に分離される。そして、液体から分離された気体は装置本体に戻され、発熱部分を冷却する。また、装置本体を冷却することで気体の温度は上昇し、その湿度が相対的に減少する。さらに、気液分離器によって分離された液体は、気体と同様に、装置本体に戻され、発熱部分を冷却するとともに装置本体を潤滑・シールする。
【００１２】
また、請求項２記載のロータリ式シリンダ装置は、気液分離器によって分離された液体は支持部材内部に戻される。したがって、分離した液体を装置本体に循環・シールさせることができる。
【００１３】
また、請求項３記載のロータリ式シリンダ装置は、シリンダ室の開口部と吸込口及び吐出口の開口部を、シリンダ室と吸込口又は吐出口とが連通し始める時にはその連通面積を徐々に増加させる形状にしたものである。
【００１４】
したがって、吸込口と吐出口は、開く場合には徐々に開く。このため、流体の圧力変化が緩和され、運転振動が減少する。
【００１５】
また、請求項４記載のロータリ式シリンダ装置は、シリンダ室と吸込口又は吐出口の連通が遮断される時にはその連通面積を徐々に減少させる形状にしたものである。
【００１６】
したがって、吸込口と吐出口は、閉じる場合には徐々に閉じる。このため、流体の圧力変化が緩和される。また、吐出口から吐出される流体の脈動が緩和される。さらに、運転音が静かになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明を適用したロータリ式シリンダ装置の実施形態の一例を示す。なお、本実施形態では、ロータリ式シリンダ装置を、液体例えば水により潤滑を行いながら気体を一定の方向に送り出す圧縮機として説明している。また、本発明のロータリ式シリンダ装置は圧縮機に限るものではなく、回転シリンダ部材の回転動作を利用することによって構成される種々の装置、例えば、真空ポンプ等にも適したものとなっている。
【００１９】
まず最初に、ロータリ式シリンダ装置の装置本体１について説明する。装置本体１は、図２から図４に示すように、円形形状の回転シリンダ部材２と、１８０度離れた２つの偏心した自転中心位置ｘ１，ｘ２にそれぞれピストン３，４を回動可能に保持しかつ回転シリンダ部材２の回転軸心ｏから偏心した位置を回転中心位置Ｘとして回転するピストン保持部材５と、回転シリンダ部材２及びピストン保持部材５の両回転部材をそれぞれ回転自在に支持する支持部材としてのケーシング６と、を有している。なお、図４では回転シリンダ部材２とピストン３，４に設けられているディンプル８９の記載を省略している。
【００２０】
回転シリンダ部材２は、所定の厚みを有する円形形状に形成されており、ケーシング６の内部空間に回転自在に配置されている。この回転シリンダ部材２の一側面には、シリンダラジアル軸受７０が圧入されている。このシリンダラジアル軸受７０は、ケーシング６に圧入した支軸２１に回転自在に嵌め込まれている。また、回転シリンダ部材２とケーシング６との間には、シリンダスラスト軸受８５が設けられている。そのため、回転シリンダ部材２は、支軸２１、即ち回転軸心ｏを回転中心としてケーシング６内で回転可能となっている。
【００２１】
回転シリンダ部材２の他側面には、４つの扇状の台部２５を利用して形成された十字状の空間が設置されている。この十字状の空間は、空洞部２２と４つのシリンダ室２３ａ〜２３ｄとから構成されている。すなわち、回転シリンダ部材２の他側面には、回転軸心ｏを中心として所定の広さを備えかつ底面を有する空洞部２２が形成されている。そして、この空洞部２２内の回転軸心ｏを中心として放射状に、４つの断面矩形のシリンダ室２３ａ〜２３ｄが設けられている。すなわち、シリンダ室２３ａ〜２３ｄは、３方の面が全て平面で形成された溝であり、長手方向の一端側は空洞部２２に連通している。
【００２２】
なお、これらのシリンダ室２３ａ〜２３ｄ内には、後述するようにピストン保持部材５に保持されたピストン３，４が嵌まり込むようになっており、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄの３方の各平面部分が、４方の外面を平面で形成されたピストン３，４の３方の各平面部分との接触面となっている。すなわち、シリンダ室２３ａ〜２３ｄのピストン３，４との対向面及びこれに対するピストン３，４側の対向面は、互いに平面で形成され、これらの平面同士が接触面となっている。このように各ピストン３，４と各シリンダ室２３ａ〜２３ｄとの接触面が平面同士で形成されるため、接触面積が大きく、その接触部位における流体の接触抵抗は大きいものとなっている。そのため、各ピストン３，４が各シリンダ室２３ａ〜２３ｄ内に嵌まり込むことによって形成している各空間から、接触面を伝って他の空間へ流体が漏れ出すことを、より確実に防止することができる。
【００２３】
なお、上述したように形成されたシリンダ室２３ａ〜２３ｄの長手方向の他端側、即ち、シリンダ室２３ａ〜２３ｄの開口部７３は、回転シリンダ部材２の外周面２ａに開放されている。そのため、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄは、後述するケーシング６に形成された吸込口６１及び吐出口６２に連通可能となっている。
【００２４】
なお、上述した各シリンダ室のうちの２つのシリンダ室２３ａ，２３ｂは、１８０度の位置に配置されており、ピストン３にとって、それぞれ空洞部２２を挟んで対向する一対の部材となっている。そして、後述するように、ピストン保持部材５に回転により、回転シリンダ部材２とピストン保持部材５とが相対回動すると、ピストン３が空洞部２２を経てシリンダ室２３ａ，２３ｂ間を見た目上の往復直線運動し、シリンダ室２３ａ，２３ｂ内の双方に出入りするようになっている。
【００２５】
また、残りの２つのシリンダ室２３ｃと２３ｄも、１８０度の位置に配置されており、ピストン４にとって、それぞれ空洞部２２を挟んで対向する一対の部材となっている。そして、回転シリンダ部材２とピストン保持部材５とが相対回転すると、ピストン４が空洞部２２を経てシリンダ室２３ｃ，２３ｄ間を見た目上の往復直線運動し、シリンダ室２３ｃ，２３ｄ内の双方に出入りするようになっている。
【００２６】
なお、空洞部２２及び十字に配置された直線状のシリンダ室２３ａ〜２３ｄによって形成された十字状の空間に連通するように、細い十字溝が回転シリンダ部材２に形成されている。この細い十字溝は、ピストン３を一対のシリンダ室２３ａ，２３ｂ間において見た目上の往復直線運動させるための直線状のガイド溝２４ａと、ピストン４を一対のシリンダ室２３ｃ，２３ｄ間において往復直線運動をより安定的にするための直線状のガイド溝２４ｂとが十字状に交差することによって形成されている。
【００２７】
一方、ピストン保持部材５は、回転シリンダ部材２の外径よりも小さい外径を有する円形形状に形成されている。このピストン保持部材５の回転中心位置Ｘには、支軸５１の一端が圧入されている。なお、このピストン保持部材５の回転中心位置Ｘは、上述の回転シリンダ部材２の回転軸心ｏから偏心した位置に設けられている。そして、支軸５１の他端側は、詳しくは後述する軸受７１に回転自在に支持されている。そして、支軸５１の先端に、駆動源としてのモータ７２の出力軸７２ａを連結することにより、モータ７２の駆動力によって支軸５１を中心としてピストン保持部材５が、回転シリンダ部材２の偏心位置で回転駆動されるようになっている。
【００２８】
ピストン保持部材５の支軸５１が固定された面と反対側の面には、ピストン３を自転可能に保持する保持軸５２と、ピストン４を自転可能に保持する保持軸５３とが立設固定されている。そして、保持軸５２には、ピストン３がシリンダ室２３ａ，２３ｂを含む直線状の溝、すなわちガイド溝２４ａ内の所定の部位に嵌まり込んだ状態で遊嵌されている。
【００２９】
ピストン３は、往復直線運動時における前後の面３１，３１が若干丸みを有するように形成されているが、他の４面、すなわちシリンダ室２３ａ，２３ｂ内に嵌まり込んだ状態における上面３２、底面３３及び両側面３４，３４が平面に形成されている。すなわち、ピストン３は、略長方体のブロック形状を有している。そして、平面に形成された各面のうちの上面３２を除く底面３３と両側面３４，３４は、ピストン３がシリンダ室２３ａ，２３ｂ内に嵌まり込んだ際のシリンダ室２３ａ，２３ｂとの接触面となる。また、ピストン３の中心部分には、保持軸５２に遊嵌されるための穴３ａが設けられている。さらに、ピストン３の底部分には、上述したガイド用溝２４ａに嵌まり込む凸片３ｂが設けられている。
【００３０】
一方、保持軸５３には、ピストン４がシリンダ室２３ｃ，２３ｄを含む直線状の溝、すなわちガイド溝２４ｂ内の所定の位置に嵌まり込んだ状態で遊嵌されている。ピストン４もピストン３と同様、往復直線運動時における前後の面４１，４１が若干丸みを有するように形成されているが、他の４面、すなわちシリンダ室２３ｃ，２３ｄ内に嵌まり込んだ状態における上面４２、底面４３及び両側面４４，４４が平面に形成されている。すなわち、ピストン４も、ピストン３と同様、略長方体のブロック形状を有している。そして、平面に形成された各面のうちの上面４２を除く底面４３と両側面４４，４４は、ピストン４がシリンダ室２３ｃ，２３ｄ内に嵌まり込んだ際のシリンダ室２３ｃ，２３ｄとの接触面となる。また、ピストン４の中心部分には、保持軸５３に遊嵌されるための穴４ａが設けられている。さらに、ピストン４の底部分には、上述したガイド用溝２４ｂに嵌まり込む凸片４ｂが設けられている。
【００３１】
ケーシング６内には、回転シリンダ部材２が回転自在に配置されている。この回転シリンダ部材２を配置した状態で、回転シリンダ部材２の外周面２ａに対向する位置、すなわちケーシング６の周壁６ａには、外部の流体をケーシング６内に吸い込むための吸込口６１と、ケーシング６内に吸い込んだ流体を外部へ吐出するための吐出口６２とが形成されている。
【００３２】
吸込口６１は、ケーシング６の周壁６ａの内面に形成されたスリット６１ａと、このスリット６１ａとケーシング６の外部とを連通させる連通孔６１ｂと、この連通孔６１ｂのケーシング６の外面側に接続される吸気管６１ｃとから構成されている。そして、スリット６１ａは、回転シリンダ部材２が回転すると、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄとそれぞれ連なるようになっている。
【００３３】
また、吐出口６２は、吸込口６１のスリット６１ａから離れた位置に形成されたスリット６２ａと、このスリット６２ａとケーシング６の外部とを連通させる連通孔６２ｂと、この連通孔６２ｂのケーシング６の外面側に接続される排気管６２ｃとから構成されている。そして、スリット６２ａは、回転シリンダ部材２が回転すると、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄとそれぞれ連なるようになっている。
【００３４】
図５に、吸込口６１と吐出口６２の開口部７４，７５を示す。シリンダ室２３ａ〜２３ｄの開口部７３（図３）と吸込口６１及び吐出口６２の開口部７４，７５を、シリンダ室２３ａ〜２３ｄと吸込口６１又は吐出口６２とが連通し始める時にはその連通面積を徐々に増加させ、且つシリンダ室２３ａ〜２３ｄと吸込口６１又は吐出口６２の連通が遮断される時にはその連通面積を徐々に減少させる形状にしている。本実施形態では、シリンダ室２３ａ〜２３ｄの横断面形状が矩形を成しているので、シリンダ室２３ａ〜２３ｄの開口部７３の輪郭形状も矩形状をなしている。一方、吸込口６１の開口部７４の輪郭形状即ちスリット６１ａの輪郭形状と、吐出口６２の開口部７５の輪郭形状即ちスリット６２ａの輪郭形状は、周方向の両端部分が円弧形状を成すほぼ卵形となっている。このため、シリンダ室２３ａ〜２３ｄと吸込口６１ａとが連通し始める時にはその連通面積が徐々に増加し、連通が遮断される時にはその連通面積が徐々に減少する。同様に、シリンダ室２３ａ〜２３ｄと吐出口６２ａとが連通し始める時にはその連通面積が徐々に増加し、連通が遮断される時にはその連通面積が徐々に減少する。即ち、吸込口６１と吐出口６２は徐々に開口し、徐々に閉口する。このため、流体の急激な圧力変化が緩和され、運転振動を減少させることができる。また、吐出流体の脈動が緩和され、運転音を静かにすることができる。
【００３５】
装置本体１には、駆動源であるモータ７２が取り付けられている。即ち、モータ７２のハウジング７２ｂはベースプレート７６に固定されている。また、ベースプレート７６には軸受７１が取り付けられており、この軸受７１によってモータ７２の出力軸７２ａを回転自在に支持している。ベースプレート７６は、ケーシング６とともに支持部材を構成する蓋部材７７に取り付けられており、ベースプレート７６と蓋部材７７の間はＯリング７８によってシールされている。これにより、詳しくは後述するように、ヒータとなる折り返し通路７９が形成されている。
【００３６】
軸受７１は、例えばボールベアリングである。軸受７１の外輪はベースプレート７６と蓋部材７７の両方に嵌合されており、これらの同軸度を確保している。また、軸受７１の内輪はモータ７２の出力軸７２ａと支軸５１の外径を一緒に軸受けし、同芯度を確保している。支軸５１の端面には溝５１ａが形成されており、この溝５１ａにモータ７２の出力軸７２ａの端面に設けられた凸部２１０を嵌め込むことで、これらが連結されかつ軸芯のずれを吸収している。したがって、モータ７２は、ピストン保持部材５を回転させることができる。
【００３７】
支軸５１は、メカニカルシール構造によってシールされている。図６にメカニカルシール構造を示す。ロータラジアルスラスト軸受８０は蓋部材７７に固定されている。ロータラジアルスラスト軸受８０と軸受７１の内輪との間にはホルダ８１が設けられており、ホルダ８１とロータラジアルスラスト軸受８０との間にはプレート８２が設けられている。また、プレート８２とホルダ８１の間にはＯリング８３が挟み込まれており、Ｏリング８３の弾性力で、プレート８２がロータラジアルスラスト軸受８０に押し付けられている。ロータラジアルスラスト軸受８０とプレート８２の摺動面は、液体を漏らさないように鏡面に仕上げられている。また、ホルダ８１内には、支軸５１との間をシールするＯリング８４が二重に設けられている。
【００３８】
プレート８２の周縁部には複数の切り欠き８２ａが設けられており、また、ホルダ８１には複数の凸部８１ａが設けられている。切り欠き８２ａに凸部８１ａを嵌合することで、プレート８２とホルダ８１が一体となって回転する。また、ホルダ８１の中央の孔８１ｂを小判形状にすると共に、支軸５１の先端部分の横断面形状を小判形状にしている。ホルダ８１の孔８１ｂに支軸５１の先端部分を挿入することで、これらが一体となって回転する。即ち、支軸５１、ホルダ８１、プレート８２は一体となって回転し、また、これらとＯリング８３，８４も一体となって回転する。
【００３９】
ロータリ式シリンダ装置の運転時には支軸５１は回転し、ロータラジアルスラスト軸受８０と支軸５１の間には加圧された流体が入り込む。ロータラジアルスラスト軸受８０とプレート８２との間には回転差が生じるが、これらの摺動面は鏡面に仕上げられており、また、プレート８２はＯリング８３の弾性力によってロータラジアルスラスト軸受８０に押し付けられているので、これらの間から流体が漏れることはない。また、プレート８２と支軸５１の間からホルダ８１側に圧力流体が入り込んでくるが、Ｏリング８３，８４によってシールされ漏れることはない。
【００４０】
上述したように構成された装置本体１は、ピストン保持部材５がモータ７２により等角速度の回転運動を行うと、ピストン３，４が周回動作をし、この動作に伴って回転シリンダ部材２も等角速度運動を行うようになっている。この動作によって、ポンプ動作を行うものとなっている（図７（Ａ）〜（Ｆ），図８（Ａ）〜（Ｆ））。なお、図７（Ａ）〜（Ｆ），図８（Ａ）〜（Ｆ）は、回転シリンダ部材２の回転角にして１５度おきに示したものである。また、図７（Ｆ）に続く動作は、図７（Ａ）おいてピストン３と４を逆にし、シリンダ室２３ａ，２３ｂと２３ｃ，２３ｄを逆にした状態となる。
【００４１】
例えば、シリンダ室２３ｄに着目して説明する。図７（Ａ）の状態では、ピストン４は、回転シリンダ部材２のシリンダ室２３ｄ内の最外周端部まで進出した（押し進められた）状態となっている。シリンダ室２３ｄは吸込口６１のスリット６１ａと吐出口６２のスリット６２ａのいずれにも対向していない。即ち、吸込口６１と吐出口６２のいずれも閉じている。
【００４２】
この状態より回転シリンダ部材２が回転すると、シリンダ室２３ｄが吸込口６１のスリット６１ａに対向し、吸込口６１が開口する（図７（Ｂ））。このとき、ピストン４は空洞部２２に向けて移動しており、吸込口６１の開口によりシリンダ室２３ｄ内に流体を吸入する。そして、シリンダ室２３ｄが吸込口６１のスリット６１ａから外れるまで、即ち吸込口６１が閉じるまで、流体を吸入し続ける（図７（Ｃ）→（Ｄ）→（Ｅ）→（Ｆ））。吸込口６１は徐々に開口し、徐々に閉口するので、流体の急激な圧力変化が緩和され、振動や騒音の発生防止を図ることができる。
【００４３】
図７（Ｆ）の状態より、回転シリンダ部材２が１９５度回転した状態を図８（Ａ）示す。図８（Ａ）の状態から圧縮行程が開始される。即ち、空洞部２２の位置からピストン４がシリンダ室２３ｄ内に進入するので、シリンダ室２３ｄ内の流体が圧縮される（図８（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ））。そして、シリンダ室２３ｄが吐出口６２のスリット６２ａに対向すると（図８（Ｄ））、吐出口６２が開口し、シリンダ室２３ｄ内の加圧流体が吐出される。回転シリンダ部材の回転によりピストン４は最外周端部に向けて進出するので、シリンダ室２３ｄ内の加圧流体は吐出口６２に吐出される（図８（Ｄ）→（Ｅ）→（Ｆ））。この後、図７（Ａ）の状態に戻り、吐出口６２が閉じる。吐出口６２は徐々に開口し、徐々に閉口するので、流体の急激な圧力変化が緩和され、振動や騒音の発生防止を図ることができる。
【００４４】
以上の動作は、他のシリンダ室２３ａ〜２３ｃとピストン３，４についても同様に行われる。そして、回転シリンダ部材２の回転に伴い、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄからの流体の吐出が繰り返し行われるので、装置本体１がコンプレッサとして機能する。
【００４５】
本実施形態では、シリンダスラスト軸受８５、シリンダラジアル軸受７０、ロータラジアルスラスト軸受８０、ピストン３，４は炭素黒鉛質カーボンで形成されている。即ち、銅粉カーボン材に銅を含浸させることで形成されている。
【００４６】
シリンダスラスト軸受８５はケーシング６内の底に配置され、２本の回り止め軸８６によって固定されている。シリンダスラスト軸受８５を、図９及び図１０に示す。シリンダスラスト軸受８５の回転シリンダ部材２を支持する面８５ａには、回転シリンダ部材２の底に潜り込んだ背圧を逃がす背圧逃がし溝８７が形成されている。背圧逃がし溝８７は、外周溝８７ａと内周溝８７ｂと放射状溝８７ｃより構成されている。
【００４７】
ロータラジアルスラスト軸受８０は、蓋部材７７に固定されている。ロータラジアルスラスト軸受８０を、図１１及び図１２に示す。ロータラジアルスラスト軸受８０のピストン保持部材５を支持する面８０ａには、ピストン保持部材５の底に潜り込んだ背圧を逃がす背圧逃がし溝８８が形成されている。背圧逃がし溝８８は、放射状に形成されている。
【００４８】
ピストン３，４、回転シリンダ部材２、ピストン保持部材５の摺動面には、多数のディンプル８９が形成されている。回転シリンダ部材２とピストン保持部材５の外周面のディンプル８９を図１３に示す。摺動面を潤滑すると共にシールする液体を、ディンプル８９によって摺動面に保持することができる。
【００４９】
次に、ピストン３，４と回転シリンダ部材２との摺動について説明する。
【００５０】
ピストン３，４は回転シリンダ部材２の溝（シリンダ室２３ａ〜２３ｄ）の中を高速で往復運動する。ピストン３，４の進行方向には圧縮流体が存在し、進行方向と反対方向には低圧吸入流体が存在するため、ピストン３，４と回転シリンダ部材２の溝、蓋部材７７、ピストン保持部材５との隙間をできるだけ狭くし、流体のシール性を確保してコンプレッサとしての性能を確保する必要がある。このため、各部品の加工には高精度が求められる。
【００５１】
ところが、各部品は機械加工で作られ、加工寸法に許容されたばらつきが設定されているため、装置本体１を組み付けた後に慣らし運転を行う必要がある。本実施形態では、炭素黒鉛質カーボンでピストン３，４を形成しているので、ピストン３、４を対摺動部品（ピストン３，４が摺動する部品）の形状に合致する形状に倣い（ならい）やすく、ピストン３，４自ら摩耗した部分は対摺動部品の面粗度に倣い、摩耗粉はピストン３，４自らの空洞に入り込み面粗度が上がる。また、対摺動部品の面粗度もピストン３，４の面粗度に倣い、面粗度が上がる。そのため、初期のエージング時間が大幅に短縮される。かつ、耐熱温度が非常に高く、対摺動部品との摺動において焼き付くことはない。
【００５２】
また、ピストン３，４を炭素黒鉛質カーボンで形成しているので、面圧が高く耐摩耗性に優れている。このため、ピストン３，４と対摺動部品との間の隙間の寸法が変化し難く、コンプレッサとして安定した性能、耐久性が得られる。このことは、ピストン３，４と同じく炭素黒鉛質カーボンで形成されたシリンダスラスト軸受８５、シリンダラジアル軸受７０、ロータラジアルスラスト軸受８０についても同様である。
【００５３】
即ち、装置本体１の摺動部材に炭素黒鉛質カーボンを使用したことにより、次の効果を有している。▲１▼面摺動の状態が安定した状態に早く到達し初期のエージング時間が大幅に短縮され生産効率を向上させることができる。また、▲２▼耐摩耗性が良好になり、機器の耐久性が大幅に長期化する。▲３▼焼き付き防止性が良好になり、金属凝着が発生せず、機器の信頼性が大幅に向上する。▲４▼耐腐食性が高く、使用液に浸されないため、信頼性が高くなる。▲５▼液潤滑下では摩擦係数が極めて低く、接触負荷が減少し消費電力が低下する。
【００５４】
本発明のロータリ式シリンダ装置は、吐出口６２から吐出された気体と液体の混合流体を冷却するラジエタ９０と、流体の気体と液体を分離する気液分離器９１を有しており、ラジエタ９０によって冷却され且つ気液分離器９１によって分離された気体と液体それぞれにより装置本体１内を冷却する。
【００５５】
本実施形態では、蓋部材７７の内部空間をヒータとし、このヒータに気体を導くことで装置本体１内を冷却すると共に、気体を加熱している。即ち、蓋部材７７の内面には、図１４に示すように隔壁９２が設けられている。この蓋部材７７にベースプレート７６を重ねることで、蓋部材７７の内部に折り返し通路７９が形成される。
【００５６】
折り返し通路７９には流入口９３と流出口９４が接続されている。折り返し通路７９を蓋部材７７の内部空間に形成することで、モータ７２と装置本体１との間に折り返し通路７９を配置することができ、モータ７２と装置本体１の発熱によって折り返し通路７９内は暖められる。逆に、折り返し通路７９内を流れる気体によって、モータ７２と装置本体１を冷却することができる。
【００５７】
図１５にラジエタ９０を示す。ラジエタ９０は、流入側の分配室９５と流出側の集結室９６とを多数のパイプ９７によって連通し、各パイプ９７に多数のフィン９８を形成している。ラジエタ９０の片面にはファン９９が設けられており、フィン９８間に空気の流れを強制的に形成することができる。
【００５８】
気液分離器９１（図１）は、例えば液体タンクである。気液分離器９１は流入口２００、流出口２０１、流出口２０２を有し、内部に流入口２００から流出口２０１までの経路を長くする気液分離プレート２０３を備えている。気液分離器９１内の液体、例えば水によって装置本体１内の摺動部分を潤滑すると共にシールする。即ち、装置本体１の吐出口６２から吐出される流体は、サイレンサ２１１を介して吸込口６１から吸い込まれた気体と潤滑剤としての液体との混合流体となっている。
【００５９】
装置本体１の吐出口６２から吐出された流体（混合流体）はラジエタ９０に供給される。そして、この流体はラジエタ９０によって冷却された後、気液分離器９１に流入し気体と液体に分離される。
【００６０】
気液分離器９１で分離された気体は高湿度状態である。この気体は流出口２０１から装置本体１の折り返し通路７９に導かれるが、その途中の配管２０４内で若干冷やされて結露を生じさせる。そして、配管２０４を通過した気体は流入口９３から折り返し通路７９に流入し、この折り返し通路７９を通過しながら加熱される。加熱されて気体の温度が上昇すると、その相対湿度は低下する。即ち、気体が乾燥される。また、気体を加熱することで、モータ７２と装置本体１内は冷却される。
【００６１】
折り返し通路７９内で乾燥された気体は流出口９４から吐出し、後続の機器類で使用される。即ち、乾燥した空気を供給することができる。
【００６２】
一方、気液分離器９１によって分離された液体は流出口２０２から配管２０５を通り、フィルタ２０６を通過して装置本体１の流入口２１２に戻される。また、配管２０４で結露した液体は分岐部２０７から流下し、配管２０５内の液体と合流する。装置本体１の作動によって気液分離器９１内は高圧になり、一方、流入口２１２内は低圧になっているので、これらの圧力差によって液体が循環される。
【００６３】
流入口２１２に戻された液体は、ロータラジアルスラスト軸受８０に通じる通路２０８（図２）を介してロータラジアルスラスト軸受８０に供給される。そして、装置本体１内の摺動部分を潤滑、冷却、シールした後、ピストン３，４によって加圧された気体に混じって吐出口６２から吐出される。なお、ピストン保持部材５には、図６等に示すように液体通路２０９が設けられており、液体の循環を容易にしている。
【００６４】
このように、ラジエタ９０によって吐出流体を冷却する方式としたため、吐出流体を冷却して分離した気体を装置本体１に循環させることができ、装置本体１、モータ７２を冷却することができる。このため、発熱の少ないシステムを構成することができる。また、運転時の飽和温度を低くすることができるので、装置本体１の部品の材料の違いによる線膨張率差があっても、構成部品の間のクリアランスの変化量が少なく、安定した性能を得ることができる。
【００６５】
また、吐出流体の気体をヒータ（折り返し通路７９）により加温するため、相対湿度の低い吐出気体を得ることができる。
【００６６】
さらに、吐出流体を冷却して分離した液体を装置本体１に循環させることができ、装置本体１を潤滑・シールすることができる。
【００６７】
なお、動作中、各ピストン３，４は、各シリンダ室２３ａ〜２３ｄと接触面積の大きい平面同士で面対向することとなる。そのため、対向している面同士、実際にはほぼ接触している面同士の隙間から流体が漏れないような構造となっている。そのため、各空間同士での流体の漏れが防止され、効率の良いコンプレッサとすることが可能となる。
【００６８】
また、上述の装置本体１では、シリンダ室の数を４つ、ピストンの数を２つとしているが、ピストンの数を１つとしてもよい。また、シリンダ室の数を６つ、ピストンの数を３としてもよく、その他の数でもよい。
【００６９】
また、６つのシリンダ室及び３つのピストンを有するタイプの装置本体１は、吸排のバランスが取れトルク変動が少ないものとなる。なお、シリンダ室の数及びピストンの数は、上述したものに限らず、シリンダ室の数を偶数としかつピストンの数をシリンダ室の数の半分で構成すれば、シリンダ室の数を２つとしたりあるいは８個以上としても良い。また、ピストンの数は、シリンダ室の数の半分ではなく、半分より少ない数としてもよい。
【００７０】
また、上述の装置本体１では、ピストン保持部材５の支軸５１をモータ７２に連結することによりピストン保持部材５を回転させ、これに回転シリンダ部材２を従動させるように構成したが、逆に回転シリンダ部材２の支軸２１をモータ７２に連結することにより支軸２１側を入力側とし、ピストン保持部材５を回転シリンダ部材２に従動させるようにしてもよい。このように構成すると、いわゆるセンター駆動方式となり、モータ７２に支軸２１を直結させた場合に製品としての納まりが良くなる。
【００７１】
さらに、上述の実施形態では、ケーシング６の回転シリンダ部材２の外周面に対向する位置に、それぞれ吸込口６１及び吐出口６２が設けられ、回転シリンダ部材２の外側から吸排を行うようになっているが、吸込口６１及び吐出口６２は回転シリンダ部材２の上下方向両側やあるいは片側に設けられるようにしてもよい。
【００７２】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００７３】
例えば、上述の説明では、シリンダスラスト軸受８５、シリンダラジアル軸受７０、ロータラジアルスラスト軸受８０、ピストン３，４を炭素黒鉛質カーボンにより形成していたが、これらを炭素黒鉛質カーボン以外の材料で形成しても良く、あるいは、シリンダスラスト軸受８５、シリンダラジアル軸受７０、ロータラジアルスラスト軸受８０、ピストン３，４のいずれかを炭素黒鉛質カーボン以外の材料で形成しても良い。
【００７４】
また、上述の説明では、シリンダスラスト軸受８５、シリンダラジアル軸受７０、ロータラジアルスラスト軸受８０、ピストン３，４のみを炭素黒鉛質カーボンにより形成していたが、他の部材を炭素黒鉛質カーボンにより形成しても良い。
【００７５】
また、気液分離器９１を図１６に示すようにしても良い。即ち、例えば流出口２０１の開口部分にねずみ返し部２１３を設けるようにしても良い。気液分離器９１の内面に付着した水滴はねずみ返し部２１３を伝わって下降するので、この水滴が気体に混じって流出口２０１から流出するのを防止することができる。
【００７６】
また、気液分離器９１の内面の例えば流入口２００と流出口２０１の付近や気液分離プレート２０３、ねずみ返し部２１３等に撥水性の部材を塗布し、付着した水滴を落下しやすくしても良い。
【００７７】
また、気液分離器９１を図１７及び図１８に示すようにしても良い。即ち、例えば流入口２００を周壁２１３に設け、流入した流体を周壁２１３と内筒２１４との間を旋回しながら下降させ、遠心力によって気液分離を行うようにしても良い。なお、周壁２１３と内筒２１４の間に多数のフィン２１５を設けておき、フィン２１５によって旋回流を効率よく発生させるようにしても良い。また、図１７のタイプの場合にも周壁２１３や円筒２１４等の表面に撥水性の部材を塗布しておくようにしても良い。
【００７８】
さらに、気液分離器９１の流入口２００を絞り、流体の流速を増加させても良い。また、内筒２１４に対して接線方向から流体を当てるようにしても良い。また、気液分離した気体の流速を十分減速した後、流出口２０１から流出させるようにしても良い。さらに、流入口２００と流出口２０１の位置を遠ざけるようにしても良い。
【００７９】
また、分岐部２０７を図１９及び図２０に示すようにしても良い。即ち、例えば流入口２１６を周壁２０７ａに設け、流入した気体を周壁２０７ａと内筒２１７との間に旋回させながら下降させ、遠心力によって気液分離を行うようにしても良い。分離した液体（水）は周壁２０７ａを伝わって流出口２１８から落下する。一方、分離した気体（空気）は内筒２１７内を緩やかに上昇し、流出口２１９から流出する。周壁２０７ａと内筒２１７の間には多数のフィン２２０が設けられており、旋回流を効率よく発生させるようにしている。また、流入口２１６に絞り２１８を設け、気体の流速を増加させて気液分離の効率を上げている。
【００８０】
なお、分岐部２０７についても、図１に示す気液分離器９１と同様に気液分離プレートを設けて気液分離を行う構造にしても良く、また、図１６に示す気液分離器９１と同様にねずみ返し部を設けて気液分離を行うようにしても良い。さらに、分岐部２０７の内面に撥水性の部材を塗布するようにしても良い。また、流入口と流出口の距離を離すようにしても良い。
【００８１】
また、上述の説明では、気液分離器９１である液体タンクと分岐部２０７を別々に構成していたが、これらを一体構造にしても良い。例えば、気液分離器９１を図１７及び図１８の構造にすることで、独立した分岐部２０７を省略することができる。
【００８２】
また、吸入口６１と吐出口６２の開口部７４，７５の輪郭形状は、図５に示す形状に限るものではないことは勿論である。例えば、卵形の他、小判形、楕円形、菱形等でも良く、図２１や図２２に示す形状でも良い。また、吸入口６１の開口部７４と吐出口６２の開口部７５の輪郭形状を異なるものにしても良い。また、上述したように開口部７４，７５の輪郭形状を卵形等にして吸入口６１と吐出口６２を徐々に開口し徐々に閉口するようにする他、開口部７４，７５の深さ（スリット６１ａ，６２ａの深さ）を徐々に変化させて吸入口６１と吐出口６２を徐々に開口し徐々に閉口するようにしても良い。
【００８３】
また、上述の説明では、装置本体１がコンプレッサであったが、コンプレッサに限るものではなく、例えば真空ポンプ等であっても良い。
【００８４】
また、上述の説明では、モータ７２の出力軸７２ａと支軸５１を別部材としていたが、例えば図２３に示すように、モータ７２の出力軸７２ａと支軸５１を一体化しても良い。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載のロータリ式シリンダ装置では、吐出口から吐出された気体と液体の混合流体を冷却するラジエタと、混合流体の気体と液体を分離する気液分離器を有し、ラジエタによって冷却され且つ気液分離器によって分離された気体と液体それぞれにより装置本体を冷却するようにしたので、装置本体を冷却することができ、発熱の少ないシステムを構成することができる。また、冷却できる結果、運転時の飽和温度が低くなるので、装置本体の構成部品の材料の相違により線膨張率差があっても、構成部品間に発生するクリアランスの変化を抑えることができ、性能を安定化することができる。さらに、気液分離器によって分離された気体を加温することができるため、相対湿度の低い吐出気体を得ることができる。また、気液分離器によって分離された液体は、気体と同様に、装置本体に戻され、発熱部分を冷却するとともに装置本体を潤滑・シールする。
【００８６】
また、請求項２記載のロータリ式シリンダ装置は、気液分離器によって分離された液体は支持部材内部に戻されるので、分離した液体を装置本体に循環・シールさせることができる。
【００８７】
また、請求項３記載のロータリ式シリンダ装置は、シリンダ室の開口部と吸込口及び吐出口の開口部を、シリンダ室と吸込口又は吐出口とが連通し始める時にはその連通面積を徐々に増加させる形状にしているので、吸込口と吐出口を回転シリンダ部材の回転に伴い徐々に開口させることができる。このため、急激な圧力変化を抑えることができ、運転振動を減少させることができる。
【００８８】
また、請求項４記載のロータリ式シリンダ装置は、シリンダ室と吸込口又は吐出口の連通が遮断される時にはその連通面積を徐々に減少させる形状にしているので、吸込口と吐出口を回転シリンダ部材の回転に伴い徐々に閉口させることができる。このため、吐出流体の脈動を抑えることができ、運転音を静かにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したロータリ式シリンダ装置の実施形態の一例を示す概念図である。
【図２】同ロータリ式シリンダ装置の装置本体の断面図である。
【図３】回転シリンダ部材とピストンの位置関係を示す図である。
【図４】回転シリンダ部材とピストンとピストン保持部材を示す分解斜視図である。
【図５】吸込口と吐出口の開口部を示す図である。
【図６】メカニカルシール構造を示す分解斜視図である。
【図７】図２の装置本体の作動原理を説明するための図で、（Ａ）は一方のピストンが空洞部を横切り、他方のピストンがシリンダ室の最奥部にまで進入した状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｄ）は（Ｃ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｅ）は（Ｄ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｆ）は（Ｅ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図である。
【図８】図２の装置本体の作動原理を説明するための図で、（Ａ）は図７（Ｆ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で１９５度だけ回転した状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｃ）は（Ｂ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｄ）は（Ｃ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｅ）は（Ｄ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図、（Ｆ）は（Ｅ）の状態から回転シリンダ部材の回転角で更に１５度だけ回転した状態を示す図である。
【図９】シリンダスラスト軸受を示す平面図である。
【図１０】シリンダスラスト軸受を一部切り欠いて示す側面図である。
【図１１】ロータラジアルスラスト軸受を示す平面図である。
【図１２】ロータラジアルスラスト軸受を示す縦断面である。
【図１３】回転シリンダ部材とピストン保持部材の外周面を展開して示す図である。
【図１４】蓋部材の内側面を示す図である。
【図１５】ラジエタの断面図である。
【図１６】気液分離器の第１の変形例を示す正面図である。
【図１７】気液分離器の第２の変形例を示す縦断面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図１９】分岐部の変形例を示す縦断面である。
【図２０】図１９のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２１】吸込口と吐出口の開口部の第１の変形例を示す図である。
【図２２】吸込口と吐出口の開口部の第２の変形例を示す図である。
【図２３】装置本体の他の実施形態を示す断面図である。
【図２４】従来のロータリ式シリンダ装置を示す断面図である。
【図２５】従来のロータリ式シリンダ装置を示し、ケース上蓋とピストン保持部材を取り外した状態の平面図である。
【符号の説明】
１  装置本体
２  回転シリンダ部材
３，４  ピストン
５  ピストン保持部材
６  ケーシング（支持部材）
２２  空洞部
２３ａ〜２３ｄ  シリンダ室
６１  吸込口
６２  吐出口
７３  シリンダ室の開口部
７４  吸込口の開口部
７５  吐出口の開口部
９０  ラジエタ
９１  気液分離器
ｏ  回転軸心
Ｘ  回転中心位置
ｘ１，ｘ２  自転中心位置
【図１】
2004190613.tif 000003
【図２】
2004190613.tif 000004
【図３】
2004190613.tif 000005
【図４】
2004190613.tif 000006
【図５】
2004190613.tif 000007
【図６】
2004190613.tif 000008
【図７】
2004190613.tif 000009
【図８】
2004190613.tif 000010
【図９】
2004190613.tif 000011
【図１０】
2004190613.tif 000012
【図１１】
2004190613.tif 000013
【図１２】
2004190613.tif 000014
【図１３】
2004190613.tif 000015
【図１４】
2004190613.tif 000016
【図１５】
2004190613.tif 000017
【図１６】
2004190613.tif 000018
【図１７】
2004190613.tif 000019
【図１８】
2004190613.tif 000020
【図１９】
2004190613.tif 000021
【図２０】
2004190613.tif 000022
【図２１】
2004190613.tif 000023
【図２２】
2004190613.tif 000024
【図２３】
2004190613.tif 000025
【図２４】
2004190613.tif 000026
【図２５】
2004190613.tif 000027