JP2004190487A - ロータリ式シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転抵抗となる背圧を効率よく逃がす。
【解決手段】ロータリ式シリンダ装置１を回転シリンダ部材２又はピストン保持部５材に回転動作を与えることにより、吸込口６１から流体を吸入し、吐出口６２から流体を排出する流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる吐出口６２からピストン保持部材５の背後に回り込んだ背圧を低圧側（例えば吸込口６１）に導く流路９２や、回転シリンダ部材２の背後に回り込んだ背圧を低圧側（例えば吸込口６１）に導く流路９１を設けている。
【選択図】 図１

Description

【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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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１１及び図１２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】
【特許文献１】
特開２００１−３７０１号公報
【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では、吸込口１６１から吸い込んだ流体を加圧して吐出口１６２から吐出させるので、加圧された流体がケーシング１０６と回転シリンダ部材１０２の隙間から回転シリンダ部材１０２の背後に漏れることがあり、また、ケーシング１０６とピストン保持部材１０５の隙間からピストン保持部材１０５の背後に漏れることがある。
【０００５】
回転シリンダ部材１０２の背後に漏れた流体は回転シリンダ部材１０２の回転抵抗となる背圧（シリンダ背圧）を発生させ、ピストン保持部材１０５の背後に漏れた流体はピストン保持部材１０５の回転抵抗となる背圧（ピストン背圧）を発生させる。このため、シリンダ背圧やピストン背圧を逃がす必要があるが、このとき、ロータリ式シリンダ装置１０１の機械効率を向上させるために背圧を効率良く逃がす必要がある。
【０００６】
本発明は、背圧を効率よく逃がす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。
【０００７】
【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、回転シリンダ部材又はピストン保持部材に回転動作を与えることにより、吸込口から流体を吸入し、吐出口から流体を排出する流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる吐出口からピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側となる吸込側管路、または、吸込口、または、大気中に導く流路を設けるものである。
【０００８】
流体搬送ポンプでは、吸込口から吸い込んだ流体を加圧して吐出口から吐出させるので、吸込口が低圧側となり、吐出口が高圧側となる。支持部材内の加圧された流体はピストン保持部材の背後に回り込み、ピストン保持部材の回転を妨げる背圧となることがある。この背圧を流路が低圧側の吸込側管路、または、吸込口、または、大気中に導き、ピストン保持部材の回転をスムーズにする。流路は、低圧となっている吸込側管路、または、吸込口、または、大気中に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、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、回転シリンダ部材又はピストン保持部材に回転動作を与えることにより、吸込口から流体を吸入し、吐出口から流体を排出する流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる吐出口から回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側となる吸込側管路、または、吸込口、または、大気中に導く流路を設けるものである。
【００１０】
流体搬送ポンプでは、吸込口から吸い込んだ流体を加圧して吐出口から吐出させるので、吸込口が低圧側となり、吐出口が高圧側となる。支持部材内の加圧された流体は回転シリンダ部材の背後に回り込み、回転シリンダ部材の回転を妨げる背圧となることがある。この背圧を流路が低圧側の吸込側管路、または、吸込口、または、大気中に導き、ピストン保持部材の回転をスムーズにする。流路は、低圧となっている吸込側管路、または、吸込口、または、大気中に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、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供給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、供給口から流体を供給し、吐出口から流体を排出することにより、回転シリンダ部材又はピストン保持部材の回転動作を利用し、回転力を出力する流体モータに用いた場合には、高圧側となる供給口からピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側となる吐出側管路、または、吐出口、または、大気中に導く流路を設けるものである。
【００１２】
流体モータでは、高圧の流体が供給口から流入し低圧となって吐出口から吐出するので、供給口が高圧側となり、吐出口が低圧側となる。支持部材内の高圧流体はピストン保持部材の背後に回り込み、その回転を妨げる背圧となることがある。この背圧を流路が低圧側の吐出側管路、または、吐出口、または、大気中に導き、ピストン保持部材の回転をスムーズにする。流路は、低圧となっている吐出側管路、または、吐出口、または、大気中に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、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供給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、供給口から流体を供給し、吐出口から流体を排出することにより、回転シリンダ部材又はピストン保持部材の回転動作を利用し、回転力を出力する流体モータに用いた場合には、高圧側となる供給口から回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側となる吐出側管路、または、吐出口、または、大気中に導く流路を設けるものである。
【００１４】
流体モータでは、高圧の流体が供給口から流入し低圧となって吐出口から吐出するので、供給口が高圧側となり、吐出口が低圧側となる。支持部材内の高圧流体は回転シリンダ部材の背後に回り込み、その回転を妨げる背圧となることがある。この背圧を流路が低圧側の吐出側管路、または、吐出口、または、大気中に導き、ピストン保持部材の回転をスムーズにする。流路は、低圧となっている吐出側管路、または、吐出口、または、大気中に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００１５】
また、請求項５記載のロータリ式シリンダ装置は、支持部材の内側底面に、回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を流路に導く通路を設けたものである。したがって、回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧は、支持部材の内側底面に設けられた通路を通って流路に流れ込み、この流路を通って低圧側の吐出口へと導かれる。
【００１６】
また、請求項６記載のロータリ式シリンダ装置は、支持部材の内側底面に、ピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を流路に導く通路を設けたものである。したがって、ピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧は、支持部材の内側底面に設けられた通路を通って流路に流れ込み、この流路を通って低圧側の吐出口へと導かれる。
【００１７】
さらに、請求項７記載のロータリ式シリンダ装置は、通路が、支持部材の内側底面の周縁部に設けられた周縁通路と、周縁通路に通じる放射状通路を備えるものである。したがって、回転シリンダ部材やピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧は、それぞれの周縁通路からそれぞれの環状通路を通ってそれぞれの流路に流れ込み、当該流路を通って低圧側の吐出口へと導かれる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１〜図６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、例えば回転シリンダ部材に回転動作を与えることにより、吸込口から流体を吸入し、吐出口から流体を排出する流体搬送ポンプとして説明しているが、ピストン保持部材に回転動作を与えることにより、吸込口から流体を吸入し、吐出口から流体を排出する流体搬送ポンプとしても良い。また、流体搬送ポンプに限るものではなく、供給口から流体を供給し、吐出口から流体を排出することにより、回転シリンダ部材又はピストン保持部材の回転動作を利用し、回転力を出力する流体モータに用いても良い。この場合、ポンプとして用いたときの吐出口が流体モータとして用いたときの供給口となり、ポンプとして用いたときの吸込口が流体モータとして用いたときの吐出口となる。
【００２０】
ロータリ式シリンダ装置１は、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。
【００２１】
回転シリンダ部材２は、所定の厚みを有する円形形状で形成されており、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が配置されている。そのため、回転シリンダ部材２は、支軸２１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。なお、シリンダスラスト軸受８５は、例えば滑り軸受で、例えばカーボン材等の摺動性の良い材料で形成されている。
【００２２】
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、ピストン保持部材５側が開放され、他の３方の面が全て平面で形成されており、長手方向の一端側は空洞部２２に連通している。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
なお、上述した各シリンダ室２３ａ〜２３ｄ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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間において見た目上の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。
【００２８】
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で形成されている。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（図２）。そして、支軸５１の他端側は、ケーシング６のケース上蓋９５に取り付けられた軸受け部材８に回転自在に支持されていると共に、その先端側はケース上蓋９５の外部に突出している。そして、この突出部分をモータ等の駆動源（図示省略）に連結することで、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。
【００２９】
なお、ピストン保持部材５とケース上蓋９５の間には、スラスト軸受９６が配置されている。スラスト軸受９６は、例えば滑り軸受で、例えばカーボン材等の摺動性の良い材料で形成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
ピストン３は、シリンダ室２３ａ，２３ｂに対する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。
【００３２】
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、シリンダ室２３ｃ，２３ｄに対する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。
【００３３】
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。
【００３４】
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込管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。
【００３５】
吐出口６２は、ケース上蓋９５の回転シリンダ部材２と対向する面に形成された凹部６２ａと、この凹部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吐出管６２ｃとから構成されている。そして、凹部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。なお、図２において、凹部６２ａに対応する位置には斜線を付してある。
【００３６】
また、ケーシング６の周壁６ａの内面には、凹部６２ａに連通する溝６２ｄ，６２ｅが形成されている（図２）。回転シリンダ部材２の回転によってシリンダ室２３ａ〜２３ｄが凹部６２ａに連通し始める位置に溝６２ｄが形成され、シリンダ室２３ａ〜２３ｄと凹部６２ａとの連通が終了する位置に溝６２ｅが形成されている。本実施形態では、凹部６２ａをケース上蓋９５に設けているので、シリンダ室２３ａ〜２３ｄが凹部６２ａに連通し始める回転シリンダ部材２の回転角度、及びシリンダ室２３ａ〜２３ｄと凹部６２ａとの連通が終了する回転シリンダ部材２の回転角度２が、ケーシング６とケース上蓋９５の嵌め合わせの誤差に応じて変化する虞がある。回転シリンダ部材２を収容するケーシング６に溝６２ｄ，６２ｅを形成することで、ケーシング６とケース上蓋９５の嵌め合わせ誤差の影響を受けることなく、シリンダ室２３ａ〜２３ｄが凹部６２ａに連通し始める回転シリンダ部材２の回転角度、及びシリンダ室２３ａ〜２３ｄと凹部６２ａとの連通が終了する回転シリンダ部材２の回転角度を常に一定にすることができる。即ち、溝６２ｄ，６２ｅを設けることで、吐出開始位置及び吐出終了位置を正確に加工することができる。また、溝６２ｄ，６２ｅの分だけ、流路面積を広くすることができる。
【００３７】
このロータリ式シリンダ装置１は、低圧側となる吸込口６１に、高圧側となる吐出口６２から回転シリンダ部材２の背後に回り込んだ背圧（シリンダ背圧）を低圧側となる吸込口６１に導く流路９１を設けている。本実施形態では、スリット６１ａを回転シリンダ部材２の背後に達するまで深く形成し、シリンダ背圧を吸込口６１の連通孔６１ｂに導く流路９１にしている。
【００３８】
また、ケーシング６の内側底面には、シリンダ背圧を流路９１に導く通路９３を設けている。本実施形態では、ケーシング６と回転シリンダ部材２の間、即ちケーシング６の底面部分にシリンダスラスト軸受８５を設けているので、ケーシング６の底面としてのシリンダスラスト軸受８５の表面に通路９３を設けている。通路９３を図５及び図６に示す。通路９３は、シリンダスラスト軸受８５の表面の周縁部に設けられた周縁通路９３ａと、周縁通路９３ａに通じる放射状通路９３ｂを備えている。
【００３９】
即ち、吐出口６２から吐出される流体は高圧であり、回転シリンダ部材２とケーシング６との間の僅かな隙間から回転シリンダ部材２の背後に回り込んで回転シリンダ部材２を押し出し、回転シリンダ部材２の回転抵抗となるシリンダ背圧を発生させる。本発明では通路９３と流路９１を設けてシリンダ背圧を、吐出口６２よりも低圧の吸込口６１に逃がしているので、回転シリンダ部材２の回転抵抗を減少させることができる。しかも、吸込口６１はケーシング６内で最も圧力の低い部分であり、シリンダ背圧を効率よく逃がすことができる。
【００４０】
また、このロータリ式シリンダ装置１には、低圧側となる吸込口６１に、高圧側となる吐出口６２からピストン保持部材５の背後に回り込んだ背圧（ピストン背圧）を低圧側となる吸込口６１に導く流路９２を設けている。流路９２は、例えばケース上蓋９５の底面に形成された凹部である。流路９２の深さはピストン保持部材５の背後にまで達している。流路９２は、流路９１に連通しており、この流路９１を介してピストン背圧を吸込口６１の連通孔６１ｂに導くことができる。なお、図２において、流路９２に対応する位置には斜線を付してある。
【００４１】
即ち、吐出口６２から吐出される流体は高圧であり、ピストン保持部材５とケース上蓋９５との間の僅かな隙間からピストン保持部材５の背後に回り込んでピストン保持部材５を押し出し、ピストン保持部材５の回転抵抗となるピストン背圧を発生させる。本発明では流路９２を設けてピストン背圧を、吐出口６２よりも低圧の吸込口６１に逃がしているので、ピストン保持部材５の回転抵抗を減少させることができる。しかも、吸込口６１はケーシング６内で最も圧力の低い部分であり、ピストン背圧を効率よく逃がすことができる。
【００４２】
上述したように構成されたロータリ式シリンダ装置１は、ピストン保持部材５がモータ等の駆動源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。
【００４３】
次に、ロータリ式シリンダ装置１の動作について、図７を用いて説明する。支軸５１が回転するとピストン３，４はシリンダ室２３ａ〜２３ｄを相対的に往復直線運動しながら吸込口６１から流体を吸入し、吐出口６２から流体を吐出する。
【００４４】
図７（ａ）の状態から回転シリンダ部材２が僅かに回転すると、シリンダ室２３ｄと吸込口６１のスリット６１ａが連通し、ピストン４の移動によって流体がシリンダ室２３ｄ内に吸入され始める。そして、図７（ｄ）の状態まではピストン４がシリンダ室２３ｄ内を移動し、吸込口６１から流体を吸入する。
【００４５】
また、図７（ｄ）の状態から図７（ｅ）の状態の直前までの間は、シリンダ室２３ｄとシリンダ室２３ｂおよび空洞部２２が連通しており、この連通部分の容積は増加するため吸込口６１からの吸入は継続される。そして図７（ｅ）の状態でシリンダ室２３ｄがスリット６１ａから外れ、シリンダ室２３ｄと吸込口６１の連通は遮断される。それと同時にシリンダ室２３ｂが溝６２ｄに連通し吐出口６２に通じる。
【００４６】
図７（ｅ）の状態から図７（ｆ）の状態までの間は、シリンダ室２３ｄとシリンダ室２３ｂと空洞部２２の容積は減少するため、流体はシリンダ室２３ｂを通じて吐出口６２から吐出される。
【００４７】
次に図７（ｆ）の状態から図７（ｈ）の状態までの間は、ピストン３はシリンダ室２３ｂ内を移動し吐出口６２から流体を吐出させる。このとき、流体は支軸２１の軸方向に一旦流れて凹部６２ａに流入した後、吐出口６２から吐出される。流体はピストン３によって加圧されており、凹部６２ａ内は高圧になる。凹部はケース上蓋９５の回転シリンダ部材２と対向する面に設けられているので、凹部６２ａ内の圧力は回転シリンダ部材２をケーシング６の底面に押し付ける方向（支軸２１の軸方向）に作用する。即ち、流体の圧力が支軸２１に対して径方向から作用することがなく、支軸２１を撓ませることがない。このため、回転シリンダ部材２の偏りや倒れによるケーシング６内周面との接触を防ぎ、かじり、焼き付きによるトラブルを防ぐことができる。また、支軸２１に対して径方向から作用する横荷重による軸受部への負荷も軽減することができる。また、凹部６２ａ内の圧力を利用して、回転シリンダ部材２がシリンダ背圧によって持ち上げられることを抑制することができる。これらにより、回転シリンダ部材２の回転をより一層円滑なものにすることができる。
【００４８】
そして、ロータリ式シリンダ装置１は、上述の吸入と圧縮の行程を各シリンダ室２３ａ〜２３ｄについて繰り返し行い、ポンプ動作を行う。
【００４９】
なお、上述の説明では、通路９２を流路９１に連通させていたが、例えば図１３に示す様にロータリ式シリンダ装置１の外に開口させても良く、あるいは図１４に示す様に吸込管６１ｃ内に開口させても良い。即ち、ピストン保持部材５の背後に回り込んだ背圧を、図１３に示す様に、支持部材としてのケース上蓋９５に設けられた流路９２により大気中に排出しても良く、また、図１４に示す様に、ケース上蓋９５内部に設けられた流路９２により、低圧側である吸込側管路（吸込管６１ｃ）に導いても良い。
【００５０】
また、上述の説明では、流路９１を連通孔６１ｂに連通させていたが、例えば図１３に示す様にロータリ式シリンダ装置１の外に開口させても良く、あるいは図１４に示す様に吸込管６１ｃ内に開口させても良い。即ち、回転シリンダ部材２の背後に回り込んだ背圧を、図１３に示す様に、支持部材としてのケーシング６に設けられた流路９１により大気中に排出しても良く、また、図１４に示す様に、ケーシング６内部に設けられた流路９１により、低圧側である吸込側管路（吸込管６１ｃ）に導いても良い。
【００５１】
なお、このような動作中、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、効率の良いポンプとすることが可能となる。
【００５２】
なお、上述のロータリ式シリンダ装置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。
【００５３】
なお、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ロータリ式シリンダ装置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。
【００５４】
また、上述のロータリ式シリンダ装置１では、ピストン保持部材５の支軸５１をケース上蓋９５から突出させ、この突出部分を駆動源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をケーシング６から突出させて駆動源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。
【００５５】
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。
【００５６】
例えば、上述の説明では、ケーシング６の底面としてのシリンダスラスト軸受８５の表面に通路９３を設けていたが、シリンダスラスト軸受８５の表面の代わりにケーシング６の底面に直接通路９３を設けても良いことは勿論である。
【００５７】
また、上述の説明では、吐出口６２について凹部６２ａを設け、高圧の流体を支軸２１の軸方向に一旦導いた後、吐出口６２から吐出させるようにしていたが、凹部６２ａを省略し、連通孔６２ｂをケーシング６の周壁６ａの内面に開口させるようにしても良い。
【００５８】
また、上述の説明では、ケーシング６の周壁６ａに吸込口６１と吐出口６２を設けていたが、連通孔６１ｂ、連通孔６２ｂをケース上蓋９５又はケーシング６の底壁を軸方向に貫通する孔としてケース上蓋９５又はケーシング６の底壁に吸込口６１と吐出口６２を設けるようにしても良い。
【００５９】
なお、流体搬送ポンプとしての用途は、例えば、液体（流体）を加圧し勢いよく吐出させながら洗浄を行う洗浄装置などがある。
【００６０】
また、上述の説明では、回転シリンダ部材２とケーシング６の間に滑り軸受であるシリンダスラスト軸受８５を設けていたが、それに代えて、例えば図８に示すように、ローラベアリング等の転がり軸受であるスラスト軸受９７を設けるようにしても良い。
【００６１】
同様に、上述の説明では、ピストン保持部材５とケース上蓋９５の間に滑り軸受であるスラスト軸受９６を設けていたが、それに代えて、例えば図８に示すように、ローラベアリング等の転がり軸受であるスラスト軸受９８を設けるようにしても良い。
【００６２】
また、吸込口６１を複数設けても良い。例えば、図９及び図１０に、２つの吸込口６１を設けた例を示す。２つの吸込口６１の間は、隔壁９４によって完全に仕切られている。このため、２つの吸込口６１の吸入工程を完全に独立させることができ、別々の流体を吸入することができる。隔壁９４の幅は、シリンダ室２３ａ〜２３ｄの幅よりも若干広くなっている。このように、隔壁９４の幅をシリンダ室２３ａ〜２３ｄの幅よりも広くすることで、一方の吸込口６１から吸い込まれた流体が他方の吸込口６１に逆流するのを防止することができる。また、各吸込口６１がシリンダ室２３ａ〜２３ｄに対し開口している間のピストン移動量に応じて流体が吸い込まれるので、種類が異なる流体を一定の比率で吸い込み、ロータリ式シリンダ装置１の内部で混合して吐出することができる。そして、この場合、各吸込口６１のスリット６１ａの幅の広さを調整することで、流体の混合比率を調整することができる。なお、図９の隔壁９４の部分を拡大して図１５に示す。
【００６３】
また、上述の説明では、本発明を流体搬送ポンプに適用していたが、流体のエネルギを回転力に変換する流体モータに適用しても良い。なお、流体モータの場合は流体搬送ポンプとは逆の動作になる。つまり、流体搬送ポンプの吐出口６２が流体モータでは供給口となり、流体搬送ポンプの吸込口６１が流体モータでは吐出口となる。供給口から流入した流体がシリンダ室２３ａ〜２３ｄに流入し、ピストン３，４を押し退けることでピストン保持部材５と回転シリンダ部材２を回転させ支軸５１を回転させる。この支軸５１の回転が流体モータの出力となる。そして、ピストン３，４を押し退けた流体は、吐出口から排出される。なお、流体モータとした場合、流体搬送ポンプの場合の溝６２ｄ，６２ｅに相当する溝を供給口に設けることで、供給開始位置及び供給終了位置を正確に加工することができ、また、流路面積を広くすることができる点は、流体搬送ポンプの場合と同様である。また、支軸２１の回転を出力として取り出すようにしても良い。
【００６４】
また、流体モータとしての用途は、例えば、流体の圧力で発電機を回転させる発電装置などがある。
【００６５】
さらに、支持部材としてのケース上蓋９５の内側底面にピストン保持部材５の背後に回り込んだ背圧を流路９２に導く通路を設けても良い。本実施形態では、ケース上蓋９５とピストン保持部材５の間、即ちケース上蓋９５の底面部分にスラスト軸受９６を設けているので、ケース上蓋９５の底面としてのスラスト軸受９６の表面に前記通路を設けても良い。この通路としては、例えば通路９３と同様に、スラスト軸受９６の表面の周縁部に設けられた周縁通路と、周縁通路に通じる放射状通路を備えたものが考えられる。
【００６６】
【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、流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる吐出口からピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けるようにしているので、ピストン保持部材の動きをスムーズにすることができる。しかも、流路は、低圧となっている吸込口に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００６７】
また、請求項２記載のロータリ式シリンダ装置では、流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる吐出口から回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けるようにしているので、回転シリンダ部材の動きをスムーズにすることができる。しかも、流路は、低圧となっている吸込口に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００６８】
また、請求項３記載のロータリ式シリンダ装置では、流体モータに用いた場合には、高圧側となる供給口からピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けるようにしているので、ピストン保持部材の動きをスムーズにすることができる。しかも、流路は、低圧となっている吐出口に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００６９】
また、請求項４記載のロータリ式シリンダ装置では、流体モータに用いた場合には、高圧側となる供給口から回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けるようにしているので、回転シリンダ部材の動きをスムーズにすることができる。しかも、流路は、低圧となっている吐出口に背圧を導くので、背圧を効率よく逃がすことができる。
【００７０】
さらに、請求項５記載のロータリ式シリンダ装置では、支持部材の内側底面に、回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を流路に導く通路を設けているので、シリンダ背圧を良好に逃がすことができる。
【００７１】
また、請求項６記載のロータリ式シリンダ装置では、支持部材の内側底面に、ピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を流路に導く通路を設けているので、ピストン背圧を良好に逃がすことができる。
【００７２】
これらの場合、請求項７記載のロータリ式シリンダ装置のように、通路は、支持部材の内側底面の周縁部に設けられた周縁通路と、周縁通路に通じる放射状通路を備えるようにしても良い。
【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第１の実施形態を示し、吸込口及び吐出口を含む位置における断面図である。
【図２】図１のロータリ式シリンダ装置の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。
【図３】図１のロータリ式シリンダ装置を示し、図１の断面位置と直交する断面位置における断面図である。
【図４】図１のロータリ式シリンダ装置の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】図１のロータリ式シリンダ装置のケーシング及びシリンダスラスト軸受を示す平面図である。
【図６】図１のロータリ式シリンダ装置のケーシング及びシリンダスラスト軸受を示す断面図である。
【図７】図１のロータリ式シリンダ装置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が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が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が若干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が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が回転した状態を示す図、（ｇ）は（ｆ）の状態から回転シリンダ部材が回転した状態を示す図、（ｈ）は（ｇ）の状態から回転シリンダ部材が回転した状態を示す図である。
【図８】本発明を適用したロータリ式シリンダ装置の第２の実施形態を示し、吸込口及び吐出口を含む位置における断面図である。
【図９】本発明を適用したロータリ式シリンダ装置の第３の実施形態を示し、その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。
【図１０】図９のロータリ式シリンダ装置を示す断面図である。
【図１１】従来のロータリ式シリンダ装置を示す断面図である。
【図１２】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。
【図１３】本発明を適用したロータリ式シリンダ装置の第４の実施形態を示し、吸込口及び吐出口を含む位置における断面図である。
【図１４】本発明を適用したロータリ式シリンダ装置の第５の実施形態を示し、吸込口及び吐出口を含む位置における断面図である。
【図１５】図９の隔壁の部分を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１ ロータリ式シリンダ装置
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
９１，９２ 流路
９３ 通路
９３ａ 周縁通路
９３ｂ 放射状通路
ｏ 回転軸心
Ｘ （回転軸心から）偏心した回転中心位置
ｘ１，ｘ２ （ピストン保持部材の）偏心した自転中心位置

Claims (7)

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、前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、前記ピストン保持部材の前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、前記回転シリンダ部材と前記ピストン保持部材との相対回動により前記ピストン自体が前記自転中心位置を中心として回動しながらかつ前記回転中心位置を中心として回転することによって前記一対のシリンダ室の双方に出入りすると共に、前記支持部材に、前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、前記回転シリンダ部材又は前記ピストン保持部材に回転動作を与えることにより、前記吸込口から流体を吸入し、前記吐出口から前記流体を排出する流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる前記吐出口から前記ピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けることを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
2. 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、前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、前記ピストン保持部材の前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、前記回転シリンダ部材と前記ピストン保持部材との相対回動により前記ピストン自体が前記自転中心位置を中心として回動しながらかつ前記回転中心位置を中心として回転することによって前記一対のシリンダ室の双方に出入りすると共に、前記支持部材に、前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、前記回転シリンダ部材又は前記ピストン保持部材に回転動作を与えることにより、前記吸込口から流体を吸入し、前記吐出口から前記流体を排出する流体搬送ポンプに用いた場合には、高圧側となる前記吐出口から前記回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けることを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
3. 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、前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、前記ピストン保持部材の前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、前記回転シリンダ部材と前記ピストン保持部材との相対回動により前記ピストン自体が前記自転中心位置を中心として回動しながらかつ前記回転中心位置を中心として回転することによって前記一対のシリンダ室の双方に出入りすると共に、前記支持部材に、前記シリンダ室に連なる供給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、前記供給口から流体を供給し、前記吐出口から前記流体を排出することにより、前記回転シリンダ部材又は前記ピストン保持部材の回転動作を利用し、回転力を出力する流体モータに用いた場合には、高圧側となる前記供給口から前記ピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けることを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
4. 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、前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、前記ピストン保持部材の前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、前記回転シリンダ部材と前記ピストン保持部材との相対回動により前記ピストン自体が前記自転中心位置を中心として回動しながらかつ前記回転中心位置を中心として回転することによって前記一対のシリンダ室の双方に出入りすると共に、前記支持部材に、前記シリンダ室に連なる供給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、前記供給口から流体を供給し、前記吐出口から前記流体を排出することにより、前記回転シリンダ部材又は前記ピストン保持部材の回転動作を利用し、回転力を出力する流体モータに用いた場合には、高圧側となる前記供給口から前記回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を低圧側に導く流路を設けることを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
5. 前記支持部材の内側底面に、前記回転シリンダ部材の背後に回り込んだ背圧を前記流路に導く通路を設けたことを特徴とする請求項２又は４記載のロータリ式シリンダ装置。
6. 前記支持部材の内側底面に、前記ピストン保持部材の背後に回り込んだ背圧を前記流路に導く通路を設けたことを特徴とする請求項１又は３記載のロータリ式シリンダ装置。
7. 前記通路は、前記支持部材の内側底面の周縁部に設けられた周縁通路と、前記周縁通路に通じる放射状通路を備えることを特徴とする請求項５又は６記載のロータリ式シリンダ装置。

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