(57)【要約】【課題】ピストン体とシリンダ体とが互いに接触しなくても、シリンダ室内の圧力を保持することができる圧力シリンダを提供する。【解決手段】圧力シリンダは、軸線Ｉに沿うように環状周壁が形成され一端側だけが開口をするシリンダ体２と、シリンダ体２の開口側にピストンロッド３４により軸線Ｉに沿ってシリンダ体２と往復的相対運動をするように設置され、開口を経由してシリンダ体２内に延伸し、シリンダ体内２の奥の方に往復的相対運動により容積が変化するシリンダ室を形成させるピストン手段３とを備える。ピストン手段３のシリンダ体２に向いている面に、シリンダ体２の環状周壁が挿入される環状溝４２が形成され、その奥の方は往復的相対運動に従って容積が変化する圧力対抗室となっている。【選択図】図１
2007120447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その軸線に沿うように環状周壁が形成され、該軸線の一端側だけが開口をしているシリンダ体と、
前記シリンダ体の開口側にピストンロッドにより前記軸線に沿って前記シリンダ体と往復的相対運動をすることができるように設置されており、且つ、それから前記開口を経由して前記シリンダ体内に延伸する上、前記シリンダ体内で前記往復的相対運動と共に運動し、前記シリンダ体内の奥の方に前記往復的相対運動に従って容積が変化できるシリンダ室を形成させるピストン体を有するピストン手段とからなっており、
且つ、前記ピストン手段の前記シリンダ体に向いている面に、前記環状周壁が前記軸線方向から挿入されて前記往復的相対運動時にその中で運動し、その奥の方に前記往復的相対運動に従って容積が変化できる圧力対抗室が構成される環状溝が形成されていることを特徴とする圧力シリンダ。
【請求項２】
前記シリンダ体は、内円筒と少なくとも一つの外円筒とからなった同軸の多重円筒体であり、前記内円筒の円環状周壁は前記環状周壁となり、前記外円筒の円環状周壁とその内側の円筒体との間に円環状の隙間が形成され、
前記ピストン手段は、円柱台と該円柱台を囲んでいる少なくとも一つの円環台とからなった同心円台であり、前記円柱台は前記ピストン体となり、最も内側の前記円環台とその内側の円柱台との間に形成された円環状の隙間に前記内円筒の円環状周壁が挿入されて前記環状溝となっていることを特徴とする請求項１に記載の圧力シリンダ。
【請求項３】
前記外円筒は複数あり、且ついずれかの外円筒の円環状周壁とその内層の円筒体との間の円環状隙間は、前記ピストン手段の一つの円環台が挿入される上、該円環台は、前記往復的相対運動時に該円環状隙間内で運動し、該円環状隙間の奥の方に前記往復的相対運動に従って容積が変化できる圧力対抗室が構成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧力シリンダ。
【請求項４】
前記円環台の前記軸線に沿って前記シリンダ体の方へ延びる長さは前記円柱台のそれより長いことを特徴とする請求項２に記載の圧力シリンダ。
【請求項５】
前記シリンダ体と前記ピストン手段の前記ピストンロッドを除いた部分とは共に同一の収容室内に密閉されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの一項に記載の圧力シリンダ。
【請求項６】
エンジン用のシリンダブロックを構成し、前記ピストンロッドは伝動装置と繋がるクランクとなり、前記シリンダ室は点火手段、吸気バルブ及び排気バルブを付設されて内燃室となっていることを特徴とする請求項５に記載の圧力シリンダ。
【請求項７】
エアコンプレッサ用の圧力生成手段を構成し、前記ピストンロッドは駆動手段と繋がるクランクとなり、前記シリンダ室は吸気バルブ及び排気バルブを付設されて圧力室となっていることを特徴とする請求項５に記載の圧力シリンダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアシリンダやオイルシリンダのような、例えばコンプレッサなどの工作機械及びエンジンなどの原動機に使用される圧力シリンダに関し、特にそのピストン部とシリンダが接触しなくてもシリンダ室内の圧力を保持することができる圧力シリンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の圧力シリンダは、主に直筒形のシリンダ体と、該シリンダ体内で摺動により前記直筒形の軸線に沿って往復運動をすることができるピストン体と、前記ピストン体の往復運動により駆動され、またはその作動により前記ピストン体を往復運動させることができるピストンロッドからなっている。
【０００３】
図１１の従来のエンジン用圧力シリンダの断面図を参照して説明すると、１１０は前記シリンダ体であり、１１１は前記ピストン体であり、１１２は前記ピストンロッドである。
【０００４】
図面をさらに詳しく参照すると、この圧力シリンダはエンジン用であるため、シリンダ体１１０のシリンダ室１１３内に点火手段としてのスパークプラグ１１４が設けてあり、また、シリンダ体１１０におけるシリンダ室１１３のピストン運動上死点に近いところに吸気バルブ１１０ａ及び排気バルブ１１０ｂが付設されている。即ち、シリンダ室１１３は内燃室となっていてその室内の燃料ガスの点火・爆発並びに吸気バルブ１１０ａによる吸気及び排気バルブ１１０ｂによる排気によってピストン体１１１を往復運動させることができる。そして、ピストンロッド１１２はクランクとなっていて前記往復運動に駆動され、図中の伝動装置１１６を介して出力し工作をすることができる。
【０００５】
前述シリンダはエンジン用のものであるが、コンプレッサ用の圧力生成手段としてのものであれば、前記ピストンロッド１１２が駆動手段と繋がるクランクとなり、前記シリンダ室１１３が吸気バルブ１１０ａ及び排気バルブ１１０ｂを付設されて圧力室となっているものが挙げられる。
【０００６】
しかし、エンジン用のものであれ、コンプレッサ用のものであれ、または、エアシリンダであれ、オイルシリンダであれ、従来のいずれかの圧力シリンダも、ピストン体とシリンダ体との間に摺動可能な接触関係をもっているが、気密性を保持しなければならないので、摺動時の接触による摩擦及びこの摩擦による高熱発生を避けることができないため、稼動速度が一定以下に抑えなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記に鑑みて、本発明は、そのピストン体とシリンダ体とが互いに接触しなくても、シリンダ室内の圧力を保持することができる圧力シリンダを提供しようとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、発明者は、まず、その軸線に沿うように環状周壁が形成される上、該軸線の一端側だけに開口をしているシリンダ体と、前記シリンダ体の開口の方にピストンロッドにより前記軸線に沿って前記シリンダ体と往復的相対運動をすることができるように設置されており、且つ、それから前記開口を経由して前記シリンダ体内に延伸する上、前記シリンダ体内に前記往復的相対運動と共に運動し、前記シリンダ体内の奥の方に前記往復的相対運動に従って容積が変化できるシリンダ室をなさせているピストン体を有するピストン手段とからなっており、且つ、前記ピストン手段の前記シリンダ体の方へ向かっている面に、前記環状周壁が前記軸線方向から挿入する上、前記往復的相対運動時にその中に運動し、その奥の方に前記往復的相対運動に従って容積が変化できる圧力対抗室をなさせている環状溝が形成されていることを特徴とする圧力シリンダを提供する。
【０００９】
前記構成の圧力シリンダとしては、前記シリンダ体は、内円筒と少なくとも一つの外円筒とからなった同軸の多重円筒体であり、前記内円筒の円環状周壁は前記環状周壁となり、前記外円筒の円環状周壁はその内層の円筒体と円環状の隙間を挟んでおり、また、前記ピストン手段は、円柱台と該円柱台を囲んでいる少なくとも一つの円環台とからなった同心円台であり、前記円柱台は前記ピストン体となり、前記円環台の最内層の一つはその内層の円柱台と円環状の隙間を挟んで前記内円筒の円環状周壁に挿入され前記環状溝となっているものが挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
前記構成による本発明の圧力シリンダは、そのシリンダ体とピストン手段とが互いに接触しなくても、そのシリンダ室だけでなく、その圧力対抗室もシリンダ体とピストン手段との間の相対運動に従って容積が変化し、両方の圧力がいつもバランスよくないし圧力対抗室の方の圧力がやや高く維持されうるため、シリンダ室からの漏れがなくて密接性が要求されないので、製造コストを下げることができるばかりでなく、摺動による摩擦及びこの摩擦による高熱発生をも下げることができるので、工作効率ないし稼動速度を上げることもできる。
【００１１】
即ち、本発明の圧力シリンダの構成は、そのシリンダ体とピストン手段とがまったく接触していないものはもちろん、従来のように接触があっても、密接性が要求されないので、製造についてもかなり有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の上記その他の目的と特徴は以下の説明を添付図面とあわせて参照することによって明らかとなろう。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧力シリンダの断面図であり、図２は、本発明の実施の形態１における圧力シリンダの斜面図である。
【００１４】
図１及び図２に示すように、本発明の圧力シリンダ１は主にシリンダ体２とピストン手段３とから構成されている。
【００１５】
シリンダ体２は、その軸線Ｉに沿うように二重環状周壁が形成される上、一端側だけに開口をしている二重円筒体である。図中における２１は内円筒であって円形開口を有し、２２は外円筒であって円環形開口を有する。
【００１６】
ピストン手段３は、軸線Ｉに沿って内円筒２１の円形開口内に延伸している円柱台３１と、該円柱台３１を囲んでいる上、外円筒２２の円環形開口内に軸線Ｉに沿って延伸している円環台３２とからなった同心円台であって、ピストンロッド３４により軸線Ｉに沿ってシリンダ体２と往復相対運動ができるように設置されている。即ち、円柱台３１はピストン体となっていて前記往復相対運動中に内円筒２１内で往復運動をすることができるので、内円筒２１内の奥の方に前記往復的相対運動に従って容積が変化できるシリンダ室４１をなさせている。
【００１７】
図面を詳しくみると、前記往復的相対運動中に、円環台３２も円柱台３１の内円筒２１に対するピストン運動と共に外円筒２２に対するピストン運動をする。そればかりでなく、それと同時に、円柱台３１と円環台３２との間に形成されている環状溝４２に対し、内円筒２１の環状周壁もピストン運動をする。即ち、円柱台３１と円環台３２との間の環状溝４２及び外円筒２２の円環形開口内（即ち、外円筒２２の環状周壁と内円筒２１の環状周壁との間の隙間４３）は、いずれも、それらの奥の方が往復的相対運動に従って容積が変化できるシリンダ室のような空間になっており、ここでは圧力対抗室と呼ばれる。以下、円柱台３１と円環台３２との間の環状溝４２及び外円筒２２の環状周壁と内円筒２１の環状周壁との間の隙間４３は圧力対抗室と称す。
【００１８】
なお、図１のように、内円筒２１、外円筒２２及び円環台３２それぞれの軸線Ｉに沿う長さはほぼ同じであるが、円柱台３１のそれよりかなり大きい。つまり、圧力対抗室４２及び４３は、いずれも、断面積がシリンダ室４１の面積より遥かに小さいばかりでなく、それらの圧縮空間内の上死点に至る時の残っている深さも図３及び図４に示すようにシリンダ室４１の残っている深さより小さいので、圧力対抗室４２、４３の圧縮比はシリンダ室４１の圧縮比より大きくなる。それがために、圧縮時の圧力対抗室４２、４３内の圧力がシリンダ室４１のそれより高いので、シリンダ体２とピストン手段３とが互いに接触しなくても、シリンダ室４１内からの円柱台３１と内円筒２１との間の隙間を経由する漏れを阻止することができ、従って密接性が要求されず、製造コストを下げることができるばかりでなく、摺動による摩擦及びこの摩擦による高熱発生をも下げることができ、工作効率ないし稼動速度を上げることもできる。即ち、この圧力シリンダ１の構成は、シリンダ体２とピストン手段３とがまったく接触していないものはもちろん、従来のように接触があっても、密接性が要求されないので、製造にとっても有利である。
【００１９】
また、図１及び図３に示すように、この実施の形態例の圧力シリンダ１は、エンジン用のシリンダブロックとしてのものであるので、高熱や廃棄汚染の隔離を図るために、シリンダ体２とピストン手段３のピストンロッド３４を除いた部分とは共に同一の収容室４内に密閉されている。詳しくみると、収容室４はカバー１１と周壁体１２と基盤体１３とにより画成されている。カバー１１はシリンダ体２と一体的に形成されており、周壁体１２と基盤体１３とは一体的に形成されている。また、ピストンロッド３４は、収容室４内から基盤体１３を貫通して突出している。なお、ピストンロッド３４は伝動装置１６と繋がるクランクとなり、シリンダ室４１は点火手段５３、吸気バルブ５１及び排気バルブ５２を付設されて内燃室となっている。
【００２０】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２を説明する。
【００２１】
図５は、本発明の実施の形態２における圧力シリンダの断面図である。以下の説明は、実施の形態１と異なる部分だけを説明するので、この断面図においては、実施の形態１と構造及び機能が同一である部品について同一の符号を付し、場合によってはそれらを省略することもある。
【００２２】
図５に示すように、本発明の実施の形態２における圧力シリンダ１Ａのシリンダ体２Ａは、外円筒２２の外、さらに外円筒２２を周りから囲んでいる第２の外円筒２３を有するものであり、即ちその軸線Ｉに沿った三重の環状周壁２１、２２、２３が形成されているものである。前記外円筒２２と内円筒２１との関係と同様に、第２の外円筒２３と外円筒２２との間にも円環状隙間４５が挟まれている。
【００２３】
また、ピストン手段３Ａは、円環台３２の外、さらに円環台３２を周りから囲んでいる第２の円環台３３を有するものであり、即ち円環台３２と第２の円環台３３との間にも環状溝４４が介在している。
【００２４】
外円筒２２の環状周壁は円環台３２と第２の円環台３３との間の環状溝４４に挿入されており、該環状溝４４の奥の方に往復的相対運動に従って容積が変化できる圧力対抗室が形成されている。そして、第２円環台３３もまた外円筒２２と第２外円筒２３との間の円環状隙間４５に挿入されており、該円環状隙間４５の奥の方に往復的相対運動に従って容積が変化できる圧力対抗室が形成されている。
【００２５】
本実施の形態における圧力シリンダ１Ａには、圧力対抗室４２、４３の外、さらに外層の、往復相対運動に従って容積が変化する圧力対抗室４４及び圧力対抗室４５が増設されたため、内層の圧力対抗室４２、４３内の圧力をより確実に維持させることができるので、そのシリンダ室４１内からの円柱台３１と内円筒２１との間の隙間を経由する漏れを阻止する効果を一層上げることができる。
【００２６】
また、図６に示す圧力シリンダ１Ｂのように、前記と同じ方式で圧力対抗室４６、４７を更に増設することもできる。図６の圧力シリンダ１Ｂでは、第３の外円筒と第３の円環台をさらに設け、圧力対抗室を増設している。
【００２７】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３を説明する。
【００２８】
図７は、本発明の実施の形態３における圧力シリンダを使用するエンジン用のシリンダブロック１Ｃの断面図である。以下の説明は、実施の形態１と異なる部分だけを説明するので、この断面図においては、実施の形態１と構造及び機能が同一である部品について同一の符号を付し、場合によってはそれらを省略することもある。
【００２９】
図７に示すように、本発明の実施の形態３における圧力シリンダを使用するエンジン用のシリンダブロック１Ｃは２台の実施の形態１の圧力シリンダ１がＶ字の形状のように配置されており、それぞれのピストンロッド３４はクランクとなり共用の伝動装置１６と繋がり、複数の圧力シリンダ１の稼動によって伝動装置１６を駆動して自動車などの交通手段を走行させることが出来る。
【００３０】
本実施の形態は、複数の圧力シリンダ１を設置することにより、伝動装置１６への出力を高めることができる。無論、必要に応じ、上記のような２台ばかりでなく、６台ないし８台などの多数の圧力シリンダ１を設置することもできる。それに、圧力シリンダ１の設置方法もＶ形状に限定されるものではなく、直列状や、水平対向型などの採用も構わない。
【００３１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４を説明する。
【００３２】
図８は、本発明の実施の形態４における圧力シリンダ１Ｄの断面図であり、図９は、本発明の実施の形態４における圧力シリンダ１Ｄの圧縮状態の断面図である。以下の説明は、実施の形態１と異なる部分だけを説明するので、これらの断面図においては、実施の形態１と構造及び機能が同一である部品について同一の符号を付し、場合によってはそれらを省略することもある。
【００３３】
図８に示すように、本発明の実施の形態４における圧力シリンダ１Ｄのシリンダ体２Ｄには、外円筒が設けていなく、代わりに内円筒２１の開口縁外側に第１のフランジ２１１、円環台３２の環状溝開口の内側に第２のフランジ３２１が形成してある。そうすると、図示のように、円柱台３１、円環台３２、第１のフランジ２１１及びピストン手段３Ｄの基部３１２が囲んでいる空間は圧力対抗室４８となり、内円筒２１、円環台３２、第１のフランジ２１１及び第２のフランジ３２１が囲んでいる空間は圧力対抗室４９となっている。
【００３４】
図８、図９を共に参照すると、シリンダ体２Ｄとピストン手段３Ｄの往復的相対運動中に、円柱台３１と円環台３２との間の環状溝に挿入された内円筒２１及び第１のフランジ２１１は圧力対抗室４８内でピストン運動をし、圧力対抗室４８の容積を変化させ、また、この内円筒２２のピストン運動と共に、第１のフランジ２１１も第２のフランジ３２１と往復的相対運動をして圧力対抗室４９の容積を変化させることができる。
【００３５】
しかしながら、圧力対抗室４８と圧力対抗室４９との容積変化は、実施の形態１の圧力対抗室４２と圧力対抗室４３とのように、同時に増大または縮小するのではなく、逆に、圧力対抗室４８の容積が増大するとき、圧力対抗室４９の容積はそれに反して縮小し内部の圧力を増大させる。そして、圧力対抗室４８の容積が縮小し内部の圧力を増大させるとき、圧力対抗室４９の容積は増大する。つまり、シリンダ体２Ｄとピストン手段３Ｄの往復的相対運動中、これらが互いに接近する過程においても離れる過程においても、常に圧力対抗室４８と圧力対抗室４９とのいずれかが圧力が高い状態にあるので、シリンダ室４１の漏れを的確に阻止することができる。
【００３６】
（実施の形態５）
次に、実施の形態５を説明する。
【００３７】
図１０は、本発明の実施の形態５における圧力シリンダの断面図である。以下の説明は、実施の形態１と異なる部分だけを説明するので、この断面図においては、実施の形態１と構造及び機能が同一である部品について同一の符号を付し、場合によってはそれらを省略することもある。
【００３８】
この実施の形態例の圧力シリンダ１Ｅは、コンプレッサ用のシリンダブロックとしてのものであり、エンジン用のシリンダブロックとしてのものとはほぼ同じでるが、ピストンロッド３４は駆動装置９６と繋がるクランクとなり、シリンダ室４１にスパークプラグを設けずに、圧縮室となっている。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明の圧力シリンダの構成によれば、ピストン手段のシリンダ体に対する摺動による摩擦及び高熱発生を下げること、並びに工作効率ないし稼動速度を上げることなどについては、そのシリンダ体とピストン手段とがまったく接触していないものはもちろん、従来のように接触があるものにとっても効果を奏することができ、それに密接性が要求されないため、製造についてもかなり有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態１における圧力シリンダの断面図。
【図２】実施の形態１における圧力シリンダの分解斜視図。
【図３】実施の形態１における圧力シリンダが圧縮状態にある時の断面図。
【図４】実施の形態１における圧力シリンダの圧縮状態時の要部断面図。
【図５】本発明の実施の形態２における圧力シリンダの断面図。
【図６】実施の形態２における圧力シリンダの断面図。
【図７】実施の形態３であって本発明の圧力シリンダを２台併せて構成したエンジン用のシリンダブロック７の断面図。
【図８】本発明の実施の形態４における圧力シリンダの断面図。
【図９】実施の形態４における圧力シリンダの非圧縮状態時の断面図。
【図１０】本発明の実施の形態５における圧力シリンダの断面図。
【図１１】従来のエンジン用圧力シリンダの断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１、１Ａ〜１Ｅ  圧力シリンダ
１１  カバー
１２  周壁体
１３  基盤体
１６  伝動装置
２、２Ａ、２Ｄ  シリンダ体
２１  内円筒
２１１、３２１  フランジ
２２、２３  外円筒
３、３Ａ、３Ｄ  ピストン手段
３１  円柱台
３１２  ピストン基部
３２、３３  円環台
３４  ピストンロッド
４１  シリンダ室
４２〜４９  圧力対抗室（隙間、溝）
５１  吸気バルブ
５２  スパークプラグ
５３  排気バルブ
９６  駆動装置
Ｉ  軸線
【図１】
2007120447.tif 000003
【図２】
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【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】
2007120447.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007120447.tif 000011
【図１０】
2007120447.tif 000012
【図１１】
2007120447.tif 000013