JP2011202519A - Rotary cylinder device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary cylinder device facilitating noise-reduction by reducing vibration accompanying rotation of piston sets installed to a piston complex eccentrically coupled to a first crankshaft rotating around a shaft and linearly reciprocating, and by reducing noise when taking in and exhausting fluid.SOLUTION: When the first crankshaft 308 rotates around the shaft 304, the piston complex P rotates around the first crankshaft 308 and thereby the plurality of piston sets 301, 302 linearly reciprocate along diametral directions of rolling circles 323 of a radius 2r of second virtual crankshafts 314a, 314b around the shaft 304, operation is performed for taking fluid into one of cylinder chambers 342 formed on opposite sides of the respective piston sets 301, 302 from an intake port 321f and for exhausting fluid from the other of the cylinder chamber 342 through a discharge valve 340a.

Description

本発明は、シャフトの回転動作とシリンダ内のピストンの往復動作を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置、より具体的には内燃機関、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機など様々な装置に適用可能なロータリ式シリンダ装置に関する。   The present invention is applicable to various types of devices such as a rotary cylinder device that can mutually convert the rotational motion of the shaft and the reciprocating motion of the piston in the cylinder, more specifically, an internal combustion engine, a compressor, a vacuum pump, a fluid rotary machine, and the like. The present invention relates to a possible rotary cylinder device.

例えば、酸素濃縮装置には圧縮機としてコンプレッサが用いられている。コンプレッサを構成するモータの駆動を制御して原料空気から90%以上に酸素を濃縮して、鼻カニューレから患者に濃縮酸素を供給することで、慢性気管支炎等の呼吸器疾患の患者の治療に用いられている(特許文献1)。   For example, a compressor is used as a compressor in the oxygen concentrator. By controlling the drive of the motor that composes the compressor to concentrate oxygen to 90% or more from the raw air, and supplying the patient with concentrated oxygen from the nasal cannula, it is used to treat patients with respiratory diseases such as chronic bronchitis. (Patent Document 1).

上記酸素濃縮装置に用いられるコンプレッサは、主にモータ駆動によりピストンを揺動させる揺動タイプのポンプが用いられている。例えば、図13において揺動ピストンを用いた圧縮機の吸排気構造を示す。シャフト401に図示しないクランクアームを介して連繋するクランク軸402にピストン組403が所定の偏芯量を設けて連繋している。ピストン組403の先端側に設けられたピストンヘッド部403aには環状のシールカップ404がシールカップ押さえ405によって一体に組み付けられている。ピストンヘッド部403aは、シリンダ406内に挿入されている。シリンダ406の開口端には第1シリンダヘッド407及び第2シリンダヘッド408が組み付けられている。   As a compressor used in the oxygen concentrator, a swing type pump that swings a piston mainly by driving a motor is used. For example, FIG. 13 shows an intake / exhaust structure of a compressor using a swing piston. A piston set 403 is connected to a crankshaft 402 connected to the shaft 401 via a crank arm (not shown) with a predetermined eccentricity. An annular seal cup 404 is integrally assembled with a piston head portion 403 a provided on the front end side of the piston assembly 403 by a seal cup retainer 405. The piston head part 403 a is inserted into the cylinder 406. A first cylinder head 407 and a second cylinder head 408 are assembled to the opening end of the cylinder 406.

第1シリンダヘッド407はピストンヘッド部403aとの間で閉止されたシリンダ室409が形成され、第1シリンダヘッド407と第2シリンダヘッド408との間には吸気室410aと排気室410bが各々形成されている。第1シリンダヘッド407には、吸気室410aをシリンダ室409に対して開閉する接続する吸気バルブ(吸気弁)407aと排気室410bをシリンダ室409に対して開閉する排気バルブ(排気弁)407bが設けられている。また第2シリンダヘッド408には、吸気室410aに吸気する吸気口408aと排気室410bより排気する排気口408bが各々設けられている。上記吸気バルブ407a,排気バルブ407bは、第1シリンダヘッド407の反対面に各々設けられており、例えば板ばね等により常時第1シリンダヘッド407を閉止するように付勢されている。   A cylinder chamber 409 is formed between the first cylinder head 407 and the piston head portion 403a, and an intake chamber 410a and an exhaust chamber 410b are formed between the first cylinder head 407 and the second cylinder head 408, respectively. Has been. The first cylinder head 407 includes an intake valve (intake valve) 407 a for connecting and closing the intake chamber 410 a with respect to the cylinder chamber 409 and an exhaust valve (exhaust valve) 407 b for opening and closing the exhaust chamber 410 b with respect to the cylinder chamber 409. Is provided. The second cylinder head 408 is provided with an intake port 408a that intakes air into the intake chamber 410a and an exhaust port 408b that exhausts air from the exhaust chamber 410b. The intake valve 407a and the exhaust valve 407b are respectively provided on the opposite surfaces of the first cylinder head 407, and are urged so as to always close the first cylinder head 407 by, for example, a leaf spring.

駆動源を作動させて、シャフト401を回転させると、クランク軸402が回転し、該クランク軸402に連繋するピストン組403が揺動しながら往復運動する。図14(a)〜(e)はピストン組403が上死点(a)から吸気室410a,シリンダ室409へ吸気を行なって下死点へ移動して吸気が終了し、シリンダ室409を圧縮して排気室410bを介して排気口408bへ排気させ、ピストン組403が上死点に到達して排気が終了する工程を示す説明図である。   When the shaft 401 is rotated by operating the drive source, the crankshaft 402 rotates, and the piston set 403 linked to the crankshaft 402 reciprocates while swinging. 14 (a) to 14 (e), the piston set 403 performs intake from the top dead center (a) to the intake chamber 410a and the cylinder chamber 409, moves to the bottom dead center, the intake ends, and the cylinder chamber 409 is compressed. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a process of exhausting to the exhaust port 408b through the exhaust chamber 410b, and ending exhaust when the piston set 403 reaches top dead center.

特開2002−45424号公報JP 2002-45424 A

上述した第1シリンダヘッド407と第2シリンダヘッド408との間に吸気室410aと排気室410bが分かれて形成されているため、第1シリンダヘッド407には吸気バルブ407aと排気バルブ407bが設けられている。このため、揺動式のピストン組403の往復運動に伴う揺動による振動のほかに、流路が絞られたバルブを通過する際の流体音、バルブ開閉による衝撃音や振動音などが吸気側と排気側とで各々発生する。このため、騒音の発生原因が増えることになり、防振対策や防音対策を強化しなければならず、装置構造が複雑で大がかりになってしまう。
また、ピストン組403が往復運動と共に揺動するため、ピストン本体が直線運動をする範囲が短いため、シリンダ径を大きくするか、ピストン本体の長さを長くしないと十分な流体の流量を確保することが難しくなり、装置が大型化し易い。
Since the intake chamber 410a and the exhaust chamber 410b are separately formed between the first cylinder head 407 and the second cylinder head 408, the first cylinder head 407 is provided with an intake valve 407a and an exhaust valve 407b. ing. For this reason, in addition to the vibration caused by the reciprocating motion of the swinging piston assembly 403, the fluid sound when passing through the valve with the flow path restricted, the impact sound and vibration sound due to the opening and closing of the valve, etc. And on the exhaust side. For this reason, the cause of noise generation increases, and it is necessary to strengthen anti-vibration measures and sound-proof measures, resulting in a complicated and large device structure.
In addition, since the piston assembly 403 swings together with the reciprocating motion, the range in which the piston body linearly moves is short. Therefore, a sufficient fluid flow rate is ensured unless the cylinder diameter is increased or the length of the piston body is increased. This makes it difficult to increase the size of the apparatus.

本発明の目的は、シャフトを中心に回転する第1クランク軸に偏芯して連繋するピストン複合体に組み付けられて直線往復運動するピストン組の回転にともなう振動を低減すると共に、吸排気する際の騒音を低減して静音化を促進したロータリ式シリンダ装置を提供することにある。   An object of the present invention is to reduce vibrations associated with rotation of a piston assembly that is assembled in a piston complex that is eccentrically connected to a first crankshaft that rotates about a shaft, and to perform intake and exhaust of the piston assembly that reciprocates linearly. An object of the present invention is to provide a rotary cylinder device that reduces noise and promotes quietness.

上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
シリンダ内を往復運動するピストンとシャフトの回転運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置であって、前記シャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径rの第1仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第1クランク軸と、前記第1クランク軸に同芯状に嵌め込まれた第1筒体と該第1筒体の軸芯に対して偏芯した複数の第2仮想クランク軸を軸芯とする第2筒体が連続して形成された偏芯筒体を備え、前記第2筒体に複数のピストン組が互いに交差したまま前記第1クランク軸を中心に半径rの第2仮想クランクアームを介して回転可能に嵌め込まれたピストン複合体と、前記ピストン複合体が嵌め込まれた前記第1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に回転する回転部品間の回転バランスをとる第1,第2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第1クランク軸及び前記第1,第2バランスウェイト、前記第1クランク軸を中心に回転する前記ピストン複合体を回転可能に収容する本体ケースと、前記本体ケースに組み付けられ、ピストンヘッド部が摺動可能に挿入され当該シリンダの摺動面に吸気口が形成されたシリンダと、前記シリンダ内に挿入されたピストンヘッド部に対向してシリンダ開口部を閉止するように組み付けられてシリンダ室を形成する吐出バルブのみが形成されたシリンダヘッドと、を具備し、前記シャフトを中心に前記第1クランク軸が回転し、当該第1クランク軸を中心に前記ピストン複合体が回転することで、前記複数のピストン組が前記シャフトを中心とする前記第2仮想クランク軸の半径2rの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行なう際に、各ピストン組の両端側に形成される一方のシリンダ室へ前記吸気口から吸気動作が行なわれ他方のシリンダ室から前記吐出バルブを経て排気動作が交互に行なわれることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
A rotary cylinder device capable of mutually converting rotational movements of a piston and a shaft that reciprocate in a cylinder, and is assembled eccentrically with respect to the shaft center of the shaft, and has a radius r around the shaft. A first crankshaft rotatably assembled via a virtual crank arm, a first cylinder fitted concentrically to the first crankshaft, and an eccentricity with respect to the axis of the first cylinder The first cylinder is provided with an eccentric cylindrical body in which a second cylindrical body having a plurality of second virtual crankshafts as axial centers is continuously formed, and a plurality of piston sets intersect with each other in the second cylindrical body. A piston complex rotatably fitted through a second virtual crank arm having a radius r around the shaft, and both ends of the first crankshaft into which the piston complex is fitted; Times in the center First and second balance weights that balance the rotation between rotating parts, and the first crankshaft and the first and second balance weights that support the shaft rotatably and rotate around the shaft, A main body case that rotatably accommodates the piston complex that rotates about the first crankshaft, and a piston head portion that is slidably inserted into the main body case, and an intake port on a sliding surface of the cylinder And a cylinder head that is assembled so as to close the cylinder opening so as to face the piston head portion inserted into the cylinder and has only a discharge valve that forms a cylinder chamber. The first crankshaft rotates about the shaft, and the piston complex rotates about the first crankshaft. One cylinder formed at both ends of each piston set when a plurality of piston sets perform linear reciprocating motion along the radial direction of the rolling circle of radius 2r of the second virtual crankshaft centered on the shaft An intake operation is performed to the chamber from the intake port, and an exhaust operation is alternately performed from the other cylinder chamber through the discharge valve.

ここで、第1仮想クランクアームとは、シャフトと第1クランク軸の軸芯間を連結する部位を言い、部品単体でクランクアームが存在しなくても構造上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第2仮想クランクアームとは、第1クランク軸と第2仮想クランク軸の軸芯間を連結する部位をいい、クランクアームが省略されていても機構上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第2仮想クランク軸とは、機構上のクランク軸が存在しなくとも回転中心となる軸芯の存在が仮想上認められるクランク軸を言う。また、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やピストンリングなどのシール材が一体に組み付けられたものを言う。   Here, the first virtual crank arm is a portion that connects between the shaft and the axis of the first crankshaft, and a component that can be recognized as having a crank arm even if the crank arm does not exist as a single component. To tell. The second virtual crank arm is a portion that connects the shaft centers of the first crank shaft and the second virtual crank shaft, and the existence of the crank arm on the mechanism is recognized even if the crank arm is omitted. To tell. The second virtual crankshaft is a crankshaft in which the existence of an axis serving as the center of rotation is virtually recognized even if no crankshaft is present on the mechanism. Further, the piston assembly means that a seal member such as a seal cup, a seal cup pressing member, and a piston ring is integrally assembled to a piston head portion of a single piston.

また、前記吸気口に接続する貫通孔若しくは溝孔が、前記シリンダのピストンヘッド部が摺動する摺動面に形成されていることを特徴とする。   Further, a through hole or a groove hole connected to the intake port is formed on a sliding surface on which a piston head portion of the cylinder slides.

また、前記貫通孔若しくは溝孔の摺動面に臨むエッジ部には、R面、面取り部、テーパー面のいずれかを含む逃げ部が形成されていることを特徴とする。   Further, the edge portion facing the sliding surface of the through hole or the groove hole is formed with a relief portion including any of an R surface, a chamfered portion, and a tapered surface.

本発明に係るロータリ式シリンダ装置を用いれば、複数のピストン組がシャフトを中心とする第2仮想クランク軸の半径2rの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行なう際に各ピストン組の往復運動による振動を抑えて静音化することができるうえに、シリンダヘッドに吸気バルブを省略することで、吸気バルブを通過する際の流体音、バルブ開閉による衝撃音や振動音などが低減するので静音化を促進することができる。また、通常シリンダヘッドに設けられる吸気バルブを省略できるので部品点数が減るうえにシリンダヘッドの形状も簡易に形成することができる。   When the rotary cylinder device according to the present invention is used, when the plurality of piston sets perform linear reciprocating motion along the radial direction of the rolling circle having the radius 2r of the second virtual crankshaft centered on the shaft, The vibration due to reciprocating motion can be suppressed and noise can be reduced, and by omitting the intake valve from the cylinder head, fluid noise when passing through the intake valve, impact sound and vibration noise due to opening and closing of the valve are reduced. Silencing can be promoted. Further, since the intake valve normally provided in the cylinder head can be omitted, the number of parts can be reduced and the shape of the cylinder head can be easily formed.

また、吸気口に接続する貫通孔若しくは溝孔が、シリンダのピストンヘッド部が摺動する摺動面に形成されていると、部品点数が減り、ピストンヘッド部の往復運動により簡易な構造で吸気バルブを形成することができる。
尚、シリンダ胴部に貫通孔や溝孔を設けても、ピストン組のストロークがシャフトに対する第1クランク軸の偏芯量rの4倍のストローク(4r)を実現できるので、シリンダ径を必要以上に大きくしなくても十分な吸排気動作を行なうことができる。
Also, if the through hole or groove hole connected to the intake port is formed in the sliding surface on which the piston head part of the cylinder slides, the number of parts is reduced, and the intake and intake air can be made with a simple structure by the reciprocating motion of the piston head part. A valve can be formed.
Even if a through hole or a slot is provided in the cylinder body, the stroke of the piston assembly can achieve a stroke (4r) that is four times the eccentric amount r of the first crankshaft with respect to the shaft. A sufficient intake / exhaust operation can be performed without increasing the size.

また、貫通孔若しくは溝孔のピストンヘッド部が摺動する摺動面に臨むエッジ部にはR面、面取り部、テーパー面のいずれかを含む逃げ部が形成されていると、シリンダ胴部の摺動面を摺動するピストンヘッド部に設けられたシールカップの噛み込みや破損を防ぐことができる。   Further, when an escape portion including any one of an R surface, a chamfered portion, and a tapered surface is formed on the edge portion facing the sliding surface on which the piston head portion of the through hole or the groove hole slides, It is possible to prevent biting or breakage of the seal cup provided on the piston head portion that slides on the sliding surface.

第1,第2シリンダヘッドを取り外したロータリ式シリンダ装置の斜視図である。It is a perspective view of the rotary type cylinder device which removed the 1st and 2nd cylinder head. 図1のロータリ式シリンダ装置の軸方向断面斜視図である。FIG. 2 is an axial sectional perspective view of the rotary cylinder device of FIG. 1. ロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a rotary cylinder apparatus. シャフトを中心とする第1クランク軸、第2仮想クランク軸の回転運動と複数のクランクアームの往復運動の関係を示す模式原理図である。It is a model principle figure which shows the relationship between the rotational motion of the 1st crankshaft centering on a shaft and a 2nd virtual crankshaft, and the reciprocating motion of several crank arms. 第1,第2シリンダヘッドを組み付けたロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the rotary cylinder apparatus which assembled | attached the 1st, 2nd cylinder head. シリンダに第1シリンダヘッドと第2シリンダヘッドが組み付けられた構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure where the 1st cylinder head and the 2nd cylinder head were assembled | attached to the cylinder. 図6のシリンダ胴部の形態を示す斜視図、平面図及び矢印A‐A方向断面図である。It is the perspective view which shows the form of the cylinder trunk | drum of FIG. 6, a top view, and arrow AA direction sectional drawing. 他例に係る第1,第2シリンダヘッドを組み付けたロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the rotary cylinder apparatus which assembled | attached the 1st, 2nd cylinder head which concerns on another example. 図8のシリンダ胴部の形態を示す斜視図、平面図及び矢印E‐E方向断面図である。FIG. 9 is a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view in the direction of arrow EE showing the form of the cylinder body of FIG. 8. 図9のシリンダ胴部の他の形態を示す斜視図、平面図及び矢印E‐E方向断面図である。It is the perspective view which shows the other form of the cylinder trunk | drum of FIG. 9, a top view, and arrow EE direction sectional drawing. 第1,第2ピストン組の直線往復運動を示す動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing which shows the linear reciprocation of a 1st, 2nd piston group. 第1,第2ピストン組の直線往復運動と吸排気動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the linear reciprocating motion and intake / exhaust operation | movement of a 1st, 2nd piston group. 揺動ピストン組を用いた圧縮機の模式図である。It is a schematic diagram of the compressor using a rocking piston set. 揺動ピストン組の直線往復運動と吸排気動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the linear reciprocating motion and intake / exhaust operation | movement of a rocking | swiveling piston group.

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。
ロータリ式シリンダ装置について図1乃至図4を参照して説明する。ロータリ式シリンダ装置は、シャフト(駆動軸)304の回転運動が第1,第2ピストン組301,302の直線往復運動に変換されて出力される。
An embodiment for carrying out the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
A rotary cylinder device will be described with reference to FIGS. In the rotary cylinder device, the rotary motion of the shaft (drive shaft) 304 is converted into the linear reciprocating motion of the first and second piston sets 301 and 302 and output.

図1において、第1本体ケース305と第2本体ケース306とで構成される本体ケース307にシャフト304(駆動軸)が回転可能に軸支されている。シャフト304は、図示しない電動モータの出力軸に連繋して組み付けられる。第1本体ケース305と第2本体ケース306とは、ボルト307aにより四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている。   In FIG. 1, a shaft 304 (drive shaft) is rotatably supported by a main body case 307 constituted by a first main body case 305 and a second main body case 306. The shaft 304 is assembled and connected to an output shaft of an electric motor (not shown). The first main body case 305 and the second main body case 306 are assembled together by screwing four corners with bolts 307a.

この本体ケース307内には、図2に示すように、第1クランク軸308を中心に回転可能な偏芯筒体303と該偏芯筒体303に組み付けられた第1ピストン組301及び第2ピストン組302(以下、これらを「ピストン複合体P」という)が回転可能に収容されている。以下、具体的に説明する。   In the main body case 307, as shown in FIG. 2, an eccentric cylindrical body 303 rotatable around the first crankshaft 308, and a first piston set 301 and a second piston assembly assembled to the eccentric cylindrical body 303 are provided. A piston set 302 (hereinafter referred to as “piston complex P”) is rotatably accommodated. This will be specifically described below.

図2において、第1クランク軸308は、シャフト304の軸芯に対して偏芯して連結される。本実施形態では、シャフト304は、第1バランスウェイト309と一体に形成されている。尚、第2バランスウェイト310側にもシャフトが形成されていてもよい。第1,第2バランスウェイト309,310は第1クランク軸308の両軸端部に各々嵌め込まれて一体に組み付けられている。   In FIG. 2, the first crankshaft 308 is eccentrically connected to the axis of the shaft 304. In the present embodiment, the shaft 304 is formed integrally with the first balance weight 309. A shaft may also be formed on the second balance weight 310 side. The first and second balance weights 309 and 310 are fitted into the shaft end portions of the first crankshaft 308 and assembled together.

図3において、第1クランク軸308の両軸端部には軸方向にスリット308aが各々形成されている。各スリット308aの一部には、ピン孔308bが設けられている。ピン孔308bの孔径は、スリット308aの幅より大きく形成されている。   In FIG. 3, slits 308 a are formed in the axial direction at both shaft ends of the first crankshaft 308. A pin hole 308b is provided in a part of each slit 308a. The hole diameter of the pin hole 308b is formed larger than the width of the slit 308a.

図2において、第1,第2バランスウェイト309,310が第1クランク軸308の両端部にボルト312a,312bにより一体に組み付けられている。第1バランスウェイト309に一体形成されたシャフト304は第1軸受313aにより回転可能に軸支されており、第2バランスウェイト310に形成された軸部310cは第2軸受313bにより回転可能に軸支されている。第1,第2バランスウェイト309,310は、例えば扇型などのブロック形状をしており、シャフト304を中心に回転可能に組み付けられている。第1,第2バランスウェイト309,310は、第1クランク軸308及びピストン複合体Pを含むシャフト304を中心とした回転運動の質量バランスをとり、特に第1,第2ピストン組301,302の直線往復運動により発生する偏重心の影響を少なくするために設けられている。   In FIG. 2, first and second balance weights 309 and 310 are integrally assembled to both ends of the first crankshaft 308 by bolts 312a and 312b. The shaft 304 integrally formed with the first balance weight 309 is rotatably supported by the first bearing 313a, and the shaft portion 310c formed on the second balance weight 310 is rotatably supported by the second bearing 313b. Has been. The first and second balance weights 309 and 310 have, for example, a fan-shaped block shape and are assembled so as to be rotatable around the shaft 304. The first and second balance weights 309 and 310 balance the mass of the rotational motion around the shaft 304 including the first crankshaft 308 and the piston complex P, and particularly the first and second piston sets 301 and 302. It is provided to reduce the influence of the eccentric center of gravity generated by the linear reciprocation.

また、図2に示す偏芯筒体303は、第1クランク軸308の軸芯に対して偏芯した複数の第2仮想クランク軸314a,314b(図4(a)参照)を有する。本実施形態では、交差するピストンが2本であるため、第2仮想クランク軸314a,314bは第1クランク軸308を中心として180度位相がずれた位置に設けられている。   2 includes a plurality of second virtual crankshafts 314a and 314b (see FIG. 4A) that are eccentric with respect to the axis of the first crankshaft 308. In the present embodiment, since there are two intersecting pistons, the second virtual crankshafts 314a and 314b are provided at positions that are 180 degrees out of phase with the first crankshaft 308 as the center.

図2に示すように、第1,第2ピストン301,302が互いに交差して第1クランク軸308を中心に回転する偏芯筒体303に組み付けられている。具体的には、偏芯筒体303は、回転中心となる第1クランク軸308が挿通する第1筒体303aと、該第1筒体303aに連続して第2筒体303bが軸芯方向両側に各々連続して形成されている。第1筒体303aには第1クランク軸308が同芯状に嵌め込まれており、偏芯筒体303の回転中心となっている。また、第2筒体6bの軸芯は、第1クランク軸5の軸芯に対して偏芯した第2仮想クランク軸314a,314bと一致するようになっている(図4(a)参照)。軸方向両側に設けられた第2筒体303bには、外側軸受316a,316bを介して第1,第2ピストン組301,302が回転可能に嵌め込まれている。   As shown in FIG. 2, the first and second pistons 301 and 302 intersect with each other and are assembled to an eccentric cylindrical body 303 that rotates about the first crankshaft 308. Specifically, the eccentric cylindrical body 303 includes a first cylindrical body 303a through which the first crankshaft 308 serving as a rotation center is inserted, and a second cylindrical body 303b that is continuous with the first cylindrical body 303a. Each is formed continuously on both sides. A first crankshaft 308 is fitted concentrically into the first cylinder 303 a and serves as the center of rotation of the eccentric cylinder 303. Further, the axis of the second cylinder 6b coincides with the second virtual crankshafts 314a and 314b that are eccentric with respect to the axis of the first crankshaft 5 (see FIG. 4A). . The first and second piston sets 301 and 302 are rotatably fitted to the second cylindrical body 303b provided on both axial sides through outer bearings 316a and 316b.

また、図2に示すように、第2筒体303bの内周側には、内側軸受315a,315bが保持されており、外周側には外側軸受316a,316bが各々保持されている。内側軸受315a,315bは第1クランク軸308を回転可能に支持している。また、外側軸受316a,316bは、第1,第2ピストン組301,302が第2筒体303bに軸直角方向に互いに交差して回転可能に嵌め込まれている。   Further, as shown in FIG. 2, inner bearings 315a and 315b are held on the inner peripheral side of the second cylinder 303b, and outer bearings 316a and 316b are held on the outer peripheral side. The inner bearings 315a and 315b support the first crankshaft 308 in a rotatable manner. The outer bearings 316a and 316b are fitted so that the first and second piston sets 301 and 302 intersect the second cylinder 303b so as to intersect each other in the direction perpendicular to the axis and rotate.

このように、第1,第2ピストン組301,302が、偏芯円筒303の第2筒体303bにピストンどうしが交差(直交)して重なり合うように組み付けられているので、第1,第2ピストンヘッド部301c,302cどうしが同一平面上で往復動可能に組み付けられている。よって、ピストン複合体P(図2参照)を高さ方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができ、省スペースで小型軽量化を図ることができる。   As described above, the first and second piston groups 301 and 302 are assembled so that the pistons intersect (orthogonally) and overlap the second cylinder 303b of the eccentric cylinder 303. The piston head portions 301c and 302c are assembled so as to be able to reciprocate on the same plane. Therefore, the piston complex P (see FIG. 2) can be assembled in the height direction and the radial direction in a compact manner, and space-saving can be achieved in a small size and weight.

また、図3に示すように、第1,第2ピストン組301,302の長手方向両端部に設けられる第1ピストンヘッド部301c、第2ピストンヘッド部302cには、リング状のシールカップ317a,317b、シールカップ押さえ部材318a,318bが各々ボルト319により組み付けられる。シールカップ317a,317b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。シールカップ317a,317bの外周縁部にはピストン摺動方向に起立部317cが起立形成されている。コンプレッサや流体回転機などにおいては、起立部317cは第1,第2ピストンヘッド部301c,302cの摺動方向外側に向けて組み付けられる。   Further, as shown in FIG. 3, the first piston head portion 301c and the second piston head portion 302c provided at both longitudinal ends of the first and second piston sets 301 and 302 include ring-shaped seal cups 317a, 317b and seal cup pressing members 318a and 318b are assembled by bolts 319, respectively. For the seal cups 317a and 317b, an oil-free seal material (for example, PEEK (polyether ether ketone) resin material or the like) is used. Upright portions 317c are erected on the outer peripheral edge portions of the seal cups 317a and 317b in the piston sliding direction. In a compressor, a fluid rotating machine, or the like, the upright portion 317c is assembled toward the outside in the sliding direction of the first and second piston head portions 301c and 302c.

また、図2において、本体ケース307(第1本体ケース305及び第2本体ケース306)の側面部(4面)に設けられた開口には、シリンダ321がボルト322により組み付けられている。第1,第2ピストン組301,302は、シールカップ317a,317b(図3参照)によって、シリンダ321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。   In FIG. 2, a cylinder 321 is assembled with a bolt 322 in an opening provided on a side surface (four surfaces) of the main body case 307 (the first main body case 305 and the second main body case 306). The first and second piston groups 301 and 302 slide with seal cups 317a and 317b (see FIG. 3) while maintaining the sealing performance with the inner wall surface of the cylinder 321.

シリンダ321は、本体ケース307の開口にシリンダ胴部321cを挿入してフランジ部321bを側面部に重ね合わせ、ボルト322を、貫通孔及びボルト孔と嵌合することにより本体ケース307に一体に組み付けられる(図1参照)。   The cylinder 321 is integrally assembled to the main body case 307 by inserting the cylinder body 321c into the opening of the main body case 307, overlapping the flange 321b on the side surface, and fitting the bolt 322 with the through hole and the bolt hole. (See FIG. 1).

また、図1においてフランジ部321bには、複数箇所にボルト孔321eが設けられている。これは、後述するように、シリンダ321に重ね合わせて後述する第1,第2シリンダヘッド340,341を組み付ける際に、ボルト嵌合用のボルト孔が必要になるためである。   In FIG. 1, the flange portion 321b is provided with bolt holes 321e at a plurality of locations. This is because, as will be described later, when assembling first and second cylinder heads 340 and 341, which will be described later, overlaid on the cylinder 321, bolt holes for bolt fitting are required.

図3において、ロータリ式シリンダ装置の組立構成の一例を示す。
偏芯筒体303の第2筒体303bに内側軸受315a,315bを組み付ける。また、偏芯筒体303の内側軸受315a,315b、第1円筒体303aの中心孔に第1クランク軸308を嵌め込む(図6参照)。また、第1,第2ピストン301,302の第1、第2ピストンヘッド部301c,302cに、シールカップ317a,317b及びシールカップ押さえ部材318a,318bをボルト319にて一体に組み付ける。更に、第1,第2ピストン301,302の軸受保持部,に外側軸受316a,316bが嵌まり込むように組み付ける。そして、上記第1,第2ピストン301,302を第2円筒部303bに外側軸受316a,316bを介して交差するように嵌め込む。
FIG. 3 shows an example of the assembly configuration of the rotary cylinder device.
The inner bearings 315a and 315b are assembled to the second cylinder 303b of the eccentric cylinder 303. Further, the first crankshaft 308 is fitted into the inner holes 315a and 315b of the eccentric cylindrical body 303 and the center hole of the first cylindrical body 303a (see FIG. 6). Further, the seal cups 317 a and 317 b and the seal cup pressing members 318 a and 318 b are integrally assembled to the first and second piston head portions 301 c and 302 c of the first and second pistons 301 and 302 with a bolt 319. Further, the outer bearings 316a and 316b are assembled so as to fit into the bearing holding portions of the first and second pistons 301 and 302, respectively. Then, the first and second pistons 301 and 302 are fitted into the second cylindrical portion 303b so as to intersect with each other via the outer bearings 316a and 316b.

また、第1クランク軸308の両端部に第1,第2バランスウェイト309,310を嵌め込んで、ピン311a,311bをピン孔308bに嵌め込み、ボルト312a,312bを締付けて第1,第2バランスウェイト309,310を第1クランク軸308の端部に一体に組み付ける。また、第1本体ケース305の軸受保持部305aに第1軸受313a、第2本体ケース302の軸受保持部302aに第2軸受313bを嵌め込む。そして、第1軸受313aにシャフト304を嵌め込み、第2軸受313bに第2バランスウェイト310の軸部310cを嵌め込むようにして、第1本体ケース305と第2本体ケース306を組み合わせる。これにより、偏芯筒体303とこれに交差して組み付けられた第1,第2ピストン301,302(ピストン複合体P)を本体ケース307(図1参照)内に収容する。そして、ボルト孔305cとボルト孔306cを位置合わせして重ね合わせた状態で、ボルト307aを嵌め込んで本体ケース307が組み立てられる。最後に、本体ケース307の側面(4面)に形成される開口にシリンダ321を嵌め込んで、第1ピストンヘッド部301c,第2ピストンヘッド部302cがシリンダ321の開口部321a内に各々摺動可能に嵌め込まれる(図1参照)。   Also, the first and second balance weights 309 and 310 are fitted into both ends of the first crankshaft 308, the pins 311a and 311b are fitted into the pin holes 308b, and the bolts 312a and 312b are tightened to tighten the first and second balances. The weights 309 and 310 are assembled integrally with the end portion of the first crankshaft 308. Further, the first bearing 313 a is fitted into the bearing holding portion 305 a of the first main body case 305, and the second bearing 313 b is fitted into the bearing holding portion 302 a of the second main body case 302. Then, the first main body case 305 and the second main body case 306 are combined so that the shaft 304 is fitted into the first bearing 313a and the shaft portion 310c of the second balance weight 310 is fitted into the second bearing 313b. Thus, the eccentric cylindrical body 303 and the first and second pistons 301 and 302 (piston complex P) assembled so as to intersect with the eccentric cylindrical body 303 are accommodated in the main body case 307 (see FIG. 1). Then, with the bolt hole 305c and the bolt hole 306c aligned and superimposed, the main body case 307 is assembled by fitting the bolt 307a. Finally, the cylinder 321 is fitted into the opening formed on the side surface (four surfaces) of the main body case 307, and the first piston head portion 301c and the second piston head portion 302c slide in the opening 321a of the cylinder 321, respectively. It fits in (see FIG. 1).

図5において、4面に設けられたシリンダ321の端面(フランジ部321b)には、第1シリンダヘッド340と第2シリンダヘッド341とがシリンダ開口部を閉止するように重ねて組み付けられ、ロータリ式シリンダ装置が組み立てられる。第1ピストン組301の一方の第1ピストンヘッド部301cが挿入されるシリンダ321と、該シリンダ321の端面(フランジ部321b)に第1シリンダヘッド340と第2シリンダヘッド341が組み付けられた構造を図6に模式的に示す。   In FIG. 5, the first cylinder head 340 and the second cylinder head 341 are assembled on the end surface (flange portion 321b) of the cylinder 321 provided on the four surfaces so as to close the cylinder opening, and the rotary type The cylinder device is assembled. A cylinder 321 into which one of the first piston head portions 301c of the first piston set 301 is inserted, and a structure in which the first cylinder head 340 and the second cylinder head 341 are assembled to the end surface (flange portion 321b) of the cylinder 321. This is schematically shown in FIG.

図6において、第1シリンダヘッド340と第1ピストンヘッド部301cとの間にはシリンダ室342が各々形成されている。また、第1シリンダヘッド340には吐出バルブ340aのみが形成されている。第1シリンダヘッド340と第2シリンダヘッド341との間には排気室343が各々形成される。また、第2シリンダヘッド341には、吐出口341aが形成されている。また、第1ピストンヘッド部301cが摺動可能に挿入されるシリンダ胴部321cには摺動面321hの一部に吸気口321fが複数個所に各々形成されている。吸気口321fは、第1ピストン組301が上死点と下死点との間を往復動する範囲内に形成され、第1ピストン組301が下死点にあるときシリンダ室342と連通するようになっている。   In FIG. 6, a cylinder chamber 342 is formed between the first cylinder head 340 and the first piston head portion 301c. Further, only the discharge valve 340a is formed in the first cylinder head 340. An exhaust chamber 343 is formed between the first cylinder head 340 and the second cylinder head 341, respectively. The second cylinder head 341 has a discharge port 341a. The cylinder body 321c into which the first piston head 301c is slidably inserted is formed with a plurality of intake ports 321f in a part of the sliding surface 321h. The intake port 321f is formed within a range in which the first piston set 301 reciprocates between the top dead center and the bottom dead center, and communicates with the cylinder chamber 342 when the first piston set 301 is at the bottom dead center. It has become.

シリンダ321の形態について具体的に説明すると、図7(a)〜(c)において、吸気口321fは、シリンダ胴部321cに形成された貫通孔321gに連通している。貫通孔321gは周方向に等間隔で複数箇所(例えば4か所)に設けられている。貫通孔321gの摺動面321hに臨むエッジ部には、R面,テーパー面,面取り部のうちいずれかを含む逃げ部が形成されているのが好ましい(図7(c)参照)。尚、貫通孔321gに連通している吸気口321fは、シリンダ胴部321cに1箇所だけ形成されていてもよい。   The form of the cylinder 321 will be specifically described. In FIGS. 7A to 7C, the air inlet 321f communicates with a through hole 321g formed in the cylinder body 321c. The through holes 321g are provided at a plurality of locations (for example, four locations) at equal intervals in the circumferential direction. It is preferable that an escape portion including any one of an R surface, a tapered surface, and a chamfered portion is formed at the edge portion facing the sliding surface 321h of the through hole 321g (see FIG. 7C). Note that the intake port 321f communicating with the through hole 321g may be formed only at one location in the cylinder body 321c.

また、図8にはロータリ式シリンダ装置の他例を示す。シリンダ装置の概略構成は図5と同様であるが、図8に示すシリンダ装置はシリンダ321には、摺動面321hに貫通孔321gに替えて溝孔321iが軸方向に沿って形成されている。   FIG. 8 shows another example of the rotary cylinder device. Although the schematic configuration of the cylinder device is the same as that of FIG. 5, the cylinder device shown in FIG. 8 has a groove 321i formed in the cylinder 321 along the axial direction in the sliding surface 321h in place of the through hole 321g. .

シリンダ321の形態について具体的に説明すると、図9(a)〜(c)において、吸気口321fは、シリンダ胴部321cに形成された溝孔(角孔)321iに連通している。溝孔321iは周方向に等間隔で複数箇所(例えば4か所)に設けられている。溝孔321iの摺動面321hに臨むエッジ部には、R面,テーパー面,面取り部のうちいずれかを含む逃げ部が形成されているのが好ましい(図9(c)参照)。尚、溝孔321iに連通している吸気口321fは、シリンダ胴部321cに1箇所だけ形成されていてもよい。   The form of the cylinder 321 will be specifically described. In FIGS. 9A to 9C, the air inlet 321f communicates with a slot (square hole) 321i formed in the cylinder body 321c. The slots 321i are provided at a plurality of locations (for example, four locations) at equal intervals in the circumferential direction. It is preferable that an escape portion including any one of an R surface, a tapered surface, and a chamfered portion is formed at an edge portion facing the sliding surface 321h of the slot 321i (see FIG. 9C). Note that the intake port 321f communicating with the groove 321i may be formed only in one place in the cylinder body 321c.

また、溝孔の他の形態として図10(a)〜(c)に示すように、摺動面321hよりシリンダ端部に向かって溝深さが漸進深くなるようにテーパー溝321jが形成されていても良い。
このようにシリンダヘッド321の摺動面321hに臨むエッジ部の形状がなだらかであると、第1,第2ピストンヘッド部301c,302cに設けられるシールカップ317a,317b(図3参照)の噛み込みや破損を防ぐことができる。
As another form of the groove hole, as shown in FIGS. 10A to 10C, a tapered groove 321j is formed so that the groove depth gradually increases from the sliding surface 321h toward the cylinder end. May be.
When the shape of the edge portion facing the sliding surface 321h of the cylinder head 321 is gentle, the seal cups 317a and 317b (see FIG. 3) provided in the first and second piston head portions 301c and 302c are engaged. And can prevent damage.

上述のように組み立てられたロータリ式シリンダ装置は、第1,第2ピストン組301,302の外側軸受316a,316b(第2仮想クランク軸314a,314b)周りの回転バランス(第1のバランス)、ピストン複合体Pの第1クランク軸308周りの回転バランス(第2のバランス)、シャフト304周りの構成部品の回転バランス(第3のバランス)が、バランスウェイト309,310により調整されて組み立てられている。
これにより、シャフト304を中心として第1クランク軸308、第1クランク軸308を中心として偏芯筒体303が回転し、第1,第2ピストン組301,302の直線往復運動によるピストン複合体Pに偏重心が発生しても、回転による振動を抑えて静音化を図ることができ、しかも機械的損失を低減してエネルギー変換効率を高めることができる。
The rotary cylinder device assembled as described above has a rotational balance (first balance) around the outer bearings 316a and 316b (second virtual crankshafts 314a and 314b) of the first and second piston sets 301 and 302, The rotation balance (second balance) around the first crankshaft 308 of the piston complex P and the rotation balance (third balance) of the components around the shaft 304 are adjusted and assembled by balance weights 309 and 310. Yes.
As a result, the first crankshaft 308 is rotated about the shaft 304, the eccentric cylinder 303 is rotated about the first crankshaft 308, and the piston complex P is generated by the linear reciprocating motion of the first and second piston sets 301, 302. Even if an eccentric center of gravity is generated, vibration due to rotation can be suppressed and noise reduction can be achieved, and mechanical loss can be reduced to increase energy conversion efficiency.

ここで、シャフト304を中心とする第1クランク軸308、第2仮想クランク軸314a,314bの回転運動と複数のピストン組の往復運動の関係を図4(a)〜(l)に示す模式構造原理図を参照して説明する。図4(a)〜(l)において、転がり円323の中心Oはシャフト304の軸芯と一致する。また、中心Oより偏芯した位置に第1クランク軸308が存在し、第1クランク軸308の回転に伴い第2仮想クランク軸314a,314bが滑らずに回転するものとする。第2仮想クランク軸314a,314bの数は、ピストンの数に対応している。   Here, the schematic structure shown in FIGS. 4A to 4L shows the relationship between the rotational motion of the first crankshaft 308 and the second virtual crankshafts 314a and 314b around the shaft 304 and the reciprocating motion of the plurality of piston sets. This will be described with reference to the principle diagram. 4A to 4L, the center O of the rolling circle 323 coincides with the axis of the shaft 304. Further, it is assumed that the first crankshaft 308 exists at a position eccentric from the center O, and the second virtual crankshafts 314a and 314b rotate without slipping as the first crankshaft 308 rotates. The number of second virtual crankshafts 314a and 314b corresponds to the number of pistons.

シャフト304(中心O)と第1クランク軸308との軸芯間距離rを第1仮想クランクアーム及び第2仮想クランクアームのアーム長(回転半径)とする。また、シャフト304の軸芯(中心O)周りに第1仮想クランクアームのアーム長rを回転半径とする回転軌道330上を第1クランク軸308が回転する。更には、第1クランク軸308を中心とする第2仮想クランクアームのアーム長rを回転半径とする回転軌道(仮想円324)上を第2仮想クランク軸314a,314bが見かけ上滑らずに回転する。これにより、中心Oの周りに仮想円324の直径R(2r)を半径とする転がり円323の径方向(内サイクロイド)に沿って第1,第2ピストン組301,302が各々直線往復運動するようになっている。   A center distance r between the shaft 304 (center O) and the first crankshaft 308 is defined as the arm length (rotation radius) of the first virtual crankarm and the second virtual crankarm. Further, the first crankshaft 308 rotates on the rotation track 330 around the axis (center O) of the shaft 304 with the arm length r of the first virtual crank arm as the rotation radius. Further, the second virtual crankshafts 314a and 314b rotate without apparently slipping on a rotation path (virtual circle 324) having an arm length r of the second virtual crankarm centered on the first crankshaft 308 as a rotation radius. To do. As a result, the first and second piston sets 301 and 302 reciprocate linearly around the center O along the radial direction (inner cycloid) of the rolling circle 323 having the radius R (2r) of the virtual circle 324 as the radius. It is like that.

本実施例では、互いに直交する第1、第2ピストン組301,302が連繋する第2筒体303bの第2仮想クランク軸を314a,314bとして例示するものとする。図4(a)において、第2仮想クランク軸314aは転がり円323と直径R1の交点(下端位置)にあり、第2仮想クランク軸314bは、転がり円323の中心O(シャフト4の軸芯位置)にある。第1クランク軸308は転がり円323の中心Oから半径rの位置にあるものとする。   In the present embodiment, the second virtual crankshaft of the second cylinder 303b in which the first and second piston sets 301, 302 that are orthogonal to each other are linked is illustrated as 314a, 314b. 4A, the second virtual crankshaft 314a is at the intersection (lower end position) of the rolling circle 323 and the diameter R1, and the second virtual crankshaft 314b is the center O of the rolling circle 323 (the axial center position of the shaft 4). )It is in. The first crankshaft 308 is assumed to be located at a radius r from the center O of the rolling circle 323.

第1クランク軸308が転がり円323の中心Oの周りに反時計回り方向に1回転する場合について説明する。仮想円324は時計回り方向に転がり円323の内周に沿って滑らずに回転するものとする。図4(a)〜(l)は第1クランク軸308が30度ずつ変位した状態を示している。   A case where the first crankshaft 308 rotates once counterclockwise around the center O of the rolling circle 323 will be described. It is assumed that the virtual circle 324 rotates in the clockwise direction without rotating along the inner circumference of the circle 323. 4A to 4L show a state in which the first crankshaft 308 is displaced by 30 degrees.

第1クランク軸308が図4(a)の位置から反時計回り方向に90度回転すると図4(d)の位置となる。このとき、第2仮想クランク軸314aは転がり円323の直径R1上を中心Oへ移動し、第2仮想クランク軸314bは直径R1と直交する直径R2と転がり円323との交点(右端位置)まで移動する。   When the first crankshaft 308 is rotated 90 degrees counterclockwise from the position shown in FIG. 4A, the position becomes the position shown in FIG. At this time, the second virtual crankshaft 314a moves to the center O on the diameter R1 of the rolling circle 323, and the second virtual crankshaft 314b reaches the intersection (right end position) between the diameter R2 orthogonal to the diameter R1 and the rolling circle 323. Moving.

第1クランク軸308が図4(d)の位置から反時計回り方向にさらに90度回転すると図4(g)の位置となる。このとき、第2仮想クランク軸314aは転がり円323と直径R1との交点(上端位置)へ移動し、第2仮想クランク軸314bは転がり円323の中心Oへ移動する。   When the first crankshaft 308 is further rotated 90 degrees counterclockwise from the position shown in FIG. 4D, the position shown in FIG. 4G is reached. At this time, the second virtual crankshaft 314a moves to the intersection (upper end position) between the rolling circle 323 and the diameter R1, and the second virtual crankshaft 314b moves to the center O of the rolling circle 323.

第1クランク軸308が図4(g)の位置から反時計回り方向にさらに90度回転すると図4(j)の位置となる。このとき、第2仮想クランク軸314aは転がり円323の中心Oへ移動し、第2仮想クランク軸314bは転がり円323と直径R2との交点(左端位置)へ移動する。   When the first crankshaft 308 is further rotated 90 degrees counterclockwise from the position of FIG. 4G, the position of FIG. 4J is reached. At this time, the second virtual crankshaft 314a moves to the center O of the rolling circle 323, and the second virtual crankshaft 314b moves to the intersection (left end position) between the rolling circle 323 and the diameter R2.

第1クランク軸308が図4(j)の位置から反時計回り方向にさらに90度回転すると図4(a)の位置となる。このとき、第2仮想クランク軸314aは転がり円323と直径R1との交点(下端位置)へ移動し、第2仮想クランク軸314bは転がり円323の中心Oへ移動する。   When the first crankshaft 308 is further rotated 90 degrees counterclockwise from the position shown in FIG. 4J, the position shown in FIG. 4A is obtained. At this time, the second virtual crankshaft 314a moves to the intersection (lower end position) between the rolling circle 323 and the diameter R1, and the second virtual crankshaft 314b moves to the center O of the rolling circle 323.

以上のように、第1クランク軸308が中心O(シャフト304)の周りに回転すると、第2仮想クランク軸314aは仮想円324の転がり軌跡(内サイクロイド)である転がり円323の直径R1上を往復移動し、第2仮想クランク軸314bは転がり円323の直径R2上を往復移動する。   As described above, when the first crankshaft 308 rotates around the center O (shaft 304), the second virtual crankshaft 314a moves on the diameter R1 of the rolling circle 323 that is the rolling locus (inner cycloid) of the virtual circle 324. The second virtual crankshaft 314b reciprocates on the diameter R2 of the rolling circle 323.

即ち、シャフト304の軸芯(中心O)を中心とした半径rの回転軌道330に沿った第1クランク軸308及びピストン複合体P(図2参照)の回転移動に伴い、第2仮想クランク軸314a,314bを軸芯に有する第2円筒部303bにおいて偏芯筒体303と連繋する第1ピストン301が半径2rの転がり円323(シャフト304の軸芯を中心とする同心円)の直径R1上で往復動を繰り返し、第2ピストン302が半径2rの転がり円323(シャフト304の軸芯を中心とする同心円)の直径R2上で往復動を繰り返すことになる。   That is, with the rotational movement of the first crankshaft 308 and the piston complex P (see FIG. 2) along the rotation path 330 having the radius r about the axis (center O) of the shaft 304, the second virtual crankshaft In the second cylindrical portion 303b having 314a and 314b as the axis, the first piston 301 linked to the eccentric cylindrical body 303 is on a diameter R1 of a rolling circle 323 having a radius 2r (a concentric circle centered on the axis of the shaft 304). The reciprocating motion is repeated, and the second piston 302 repeats the reciprocating motion on the diameter R2 of the rolling circle 323 having a radius of 2r (a concentric circle with the axis of the shaft 304 as the center).

図11(a)〜(e)は、ロータリ式シリンダ装置におけるシャフト4の回転角度変化に伴う吸気及び排気動作を例示する動作説明図である。シャフト4の回転角度は、一体形成された第1バランスウェイト309の反時計回りの回転位置により識別して説明するものとする。また、2ピストン組により4か所に形成されるシリンダ室342のうち第1ピストン組301の左端部形成されるシリンダ室342の状態を中心に説明する。   FIGS. 11A to 11E are operation explanatory views illustrating the intake and exhaust operations accompanying the change in the rotation angle of the shaft 4 in the rotary cylinder device. The rotation angle of the shaft 4 is described by being identified by the counterclockwise rotation position of the integrally formed first balance weight 309. Further, the description will focus on the state of the cylinder chamber 342 formed at the left end of the first piston set 301 among the cylinder chambers 342 formed at four locations by the two piston sets.

図11(a)は第1ピストン組301が上死点位置(原点位置;第1バランスウェイト309の回転角0°)、図11(b)は第1ピストン組301が上死点位置から移動し始めた状態(第1バランスウェイト309の回転角45°)、図11(c)は第1ピストン組301が下死点に向けて移動途中(シリンダ室342内が真空)を示しており(第1バランスウェイト309の回転角90°)、図11(d)は第1ピストン組301がシリンダ321の吸気口321f付近を通過する際に、シリンダ室342の内外の圧力差によって外気が吸気口321fを通じて瞬時に吸入される状態を示しており(第1バランスウェイト309の回転角135°)、図11(e)は第1ピストン組301が下死点に到達してシリンダ室342が外気で満たされた状態を示す(第1バランスウェイト309の回転角170°)。シャフト304が更に同方向に回転すると、第1ピストン組301は下死点から上死点に向けて移動するため、シリンダ室342に吸引した外気を圧縮して排気する工程に移行する。   11A shows that the first piston set 301 is at the top dead center position (origin position; the rotation angle of the first balance weight 309 is 0 °), and FIG. 11B shows that the first piston set 301 is moved from the top dead center position. FIG. 11C shows a state in which the first piston set 301 is moving toward the bottom dead center (the inside of the cylinder chamber 342 is vacuum). 11 (d) shows that when the first piston set 301 passes in the vicinity of the intake port 321f of the cylinder 321, the outside air is sucked into the intake port due to the pressure difference between the inside and outside of the cylinder chamber 342. FIG. 11 (e) shows a state where the gas is sucked instantaneously through 321f (the rotation angle of the first balance weight 309 is 135 °). FIG. Satisfaction It shows the state (the rotation angle 170 ° of the first balance weight 309). When the shaft 304 further rotates in the same direction, the first piston set 301 moves from the bottom dead center toward the top dead center, so that the process proceeds to a process of compressing and exhausting the outside air sucked into the cylinder chamber 342.

図12(a)〜(e)は第1ピストン組301が上死点から下死点を経て再度上死点に戻るまでの吸気及び排気動作を例示する模式図である。
第1ピストン組301が上死点(図12(a))から吸気動作(図12(b))を行なって下死点へ移動して吸気を終了する(図12(c))。
12A to 12E are schematic views illustrating the intake and exhaust operations until the first piston set 301 returns from the top dead center to the top dead center again through the bottom dead center.
The first piston set 301 performs the intake operation (FIG. 12B) from the top dead center (FIG. 12A), moves to the bottom dead center, and ends the intake (FIG. 12C).

次に、第1ピストン組301が下死点から上死点に向けて移動することにより、シリンダ室342内の空気を圧縮して吐出バルブ340aを開放し、排気室343を経て吐出口341aより圧縮空気を排気する状態を示す(図12(d))。そして、第1ピストン組301が再度上死点に到達すると(図12(e))排気動作が終了する。シリンダ室342へ吸気を行なって下死点へ移動して吸気が終了し、シリンダ室342を圧縮して排気室343を介して吐出口341aへ排気させ、第1ピストン組304が上死点に到達して排気が終了する。以降は、同様の動作の繰り返しであり、第2ピストン組302についても移動状態は異なるが吸気及び排気動作は同様である。   Next, when the first piston set 301 moves from the bottom dead center toward the top dead center, the air in the cylinder chamber 342 is compressed, the discharge valve 340a is opened, and the discharge port 341a passes through the exhaust chamber 343. A state in which the compressed air is exhausted is shown (FIG. 12D). When the first piston set 301 reaches the top dead center again (FIG. 12 (e)), the exhaust operation ends. Intake into the cylinder chamber 342 moves to the bottom dead center and the intake ends, the cylinder chamber 342 is compressed and exhausted to the discharge port 341a through the exhaust chamber 343, and the first piston set 304 is brought to the top dead center. It reaches and exhaust ends. Thereafter, the same operation is repeated, and the movement of the second piston set 302 is different, but the intake and exhaust operations are the same.

以上説明したように、シャフト304を中心としたピストン複合体Pの回転に際して各ピストン組の往復運動による振動を抑えて静音化することができるうえに、シリンダヘッドに吸気バルブを省略することで、吸気バルブを通過する際の流体音、バルブ開閉による衝撃音や振動音などが低減するので静音化を促進することができる。
また、通常シリンダヘッドに設けられる吸気バルブを省略できるので、部品点数が減りうえにシリンダヘッドの形状も簡易に形成することができる。
As described above, when the piston complex P is rotated around the shaft 304, vibration due to the reciprocating motion of each piston set can be suppressed, and the intake valve can be omitted from the cylinder head. Since the fluid sound when passing through the intake valve, the impact sound and vibration sound due to the opening and closing of the valve are reduced, the noise reduction can be promoted.
Further, since the intake valve normally provided in the cylinder head can be omitted, the number of parts can be reduced and the shape of the cylinder head can be easily formed.

上述したロータリ式シリンダ装置は、例えば酸素濃縮装置のコンプレッサ(圧縮機)に用いることが可能であり、その他にも内燃機関、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機など様々な装置に適用が見込まれる。   The above-described rotary cylinder device can be used for, for example, a compressor (compressor) of an oxygen concentrator, and is expected to be applied to various devices such as an internal combustion engine, a compressor, a vacuum pump, and a fluid rotating machine. .

P ピストン複合体
301 第1ピストン組
301c 第1ピストンヘッド部
302 第2ピストン組
302c 第2ピストンヘッド部
303 偏芯筒体
303a 第1筒体
303b 第2筒体
304 シャフト
305 第1本体ケース
305a,306a 軸受保持部
305c,306c,309a,310a,318c,321e ボルト孔
306 第2本体ケース
307 本体ケース
307a,312a,312b,319,322 ボルト
304 シャフト
308 第1クランク軸
308a スリット
308b ピン孔
309 第1バランスウェイト
310 第2バランスウェイト
310c 軸部
311a,311b ピン
313a 第1軸受
313b 第2軸受
314a,314b 第2仮想クランク軸
315a,315b 内側軸受
316a,316b 外側軸受
317a,317b シールカップ
317c 起立部
318a,318b シールカップ押さえ部材
321 シリンダ
321a 開口部
321b フランジ部
321c シリンダ胴部
321f 吸気口
321g 貫通孔
321h 摺動面
323 転がり円
324 仮想円
342 シリンダ室
330 回転軌道
331 出力軸
340 第1シリンダヘッド
340a 吐出バルブ
341 第2シリンダヘッド
341a 吐出口
343 排気室
P Piston complex 301 1st piston set 301c 1st piston head part 302 2nd piston set 302c 2nd piston head part 303 Eccentric cylindrical body 303a 1st cylindrical body 303b 2nd cylindrical body 304 Shaft 305 1st main body case 305a, 306a Bearing holding portion 305c, 306c, 309a, 310a, 318c, 321e Bolt hole 306 Second body case 307 Body case 307a, 312a, 312b, 319, 322 Bolt 304 Shaft 308 First crankshaft 308a Slit 308b Pin hole 309 First Balance weight 310 Second balance weight 310c Shaft 311a, 311b Pin 313a First bearing 313b Second bearing 314a, 314b Second virtual crankshaft 315a, 315b Inner bearing 316a, 31 b Outer bearing 317a, 317b Seal cup 317c Standing portion 318a, 318b Seal cup holding member 321 Cylinder 321a Opening 321b Flange 321c Cylinder body 321f Inlet 321g Through-hole 321h Sliding surface 323 Rolling circle 330 324 Cylinder 324 Rotating track 331 Output shaft 340 First cylinder head 340a Discharge valve 341 Second cylinder head 341a Discharge port 343 Exhaust chamber

Claims (3)

シリンダ内を往復運動するピストンとシャフトの回転運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置であって、
前記シャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径rの第1仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第1クランク軸と、
前記第1クランク軸に同芯状に嵌め込まれた第1筒体と該第1筒体の軸芯に対して偏芯した複数の第2仮想クランク軸を軸芯とする第2筒体が連続して形成された偏芯筒体を備え、前記第2筒体に複数のピストン組が互いに交差したまま前記第1クランク軸を中心に半径rの第2仮想クランクアームを介して回転可能に嵌め込まれたピストン複合体と、
前記ピストン複合体が嵌め込まれた前記第1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回転バランスをとる第1,第2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第1クランク軸及び前記第1,第2バランスウェイト、前記第1クランク軸を中心に回転する前記ピストン複合体を回転可能に収容する本体ケースと、
前記本体ケースに組み付けられ、ピストンヘッド部が摺動可能に挿入され当該シリンダの摺動面に吸気口が形成されたシリンダと、
前記シリンダ内に挿入されたピストンヘッド部に対向してシリンダ開口部を閉止するように組み付けられてシリンダ室を形成する吐出バルブのみが形成されたシリンダヘッドと、を具備し、
前記シャフトを中心に前記第1クランク軸が回転し、当該第1クランク軸を中心に前記ピストン複合体が回転することで、前記複数のピストン組が前記シャフトを中心とする前記第2仮想クランク軸の半径2rの転がり円の径方向に沿った直線往復運動を行なう際に、各ピストン組の両端側に形成される一方の前記シリンダ室へ吸気口から吸気動作が行なわれ他方のシリンダ室から吐出バルブを経て排気動作が交互に行なわれることを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
A rotary cylinder device capable of mutually converting the rotational motion of a piston and a shaft that reciprocate in a cylinder,
A first crankshaft assembled eccentrically with respect to the shaft axis of the shaft and rotatably assembled via a first virtual crank arm having a radius r around the shaft;
A first cylinder fitted concentrically to the first crankshaft and a second cylinder having a plurality of second virtual crankshafts eccentric to the axis of the first cylinder are continuous. And a plurality of piston sets intersecting with each other while being intersected with each other so as to be rotatable through a second virtual crank arm having a radius r. A piston complex,
First and second balance weights that are respectively assembled at both ends of the first crankshaft into which the piston complex is fitted, and that balances rotation between rotating parts around the shaft;
The shaft is rotatably supported, and the first crankshaft and the first and second balance weights that rotate about the shaft and the piston complex that rotates about the first crankshaft are rotatable. A main body case for housing;
A cylinder that is assembled to the main body case, the piston head portion is slidably inserted, and an intake port is formed on a sliding surface of the cylinder; and
A cylinder head formed only with a discharge valve which is assembled so as to close the cylinder opening facing the piston head portion inserted into the cylinder and forms a cylinder chamber;
The first crankshaft rotates about the shaft, and the piston complex rotates about the first crankshaft so that the plurality of piston sets center on the shaft. When performing a linear reciprocating motion along the radial direction of a rolling circle having a radius of 2r, an intake operation is performed from one intake port to one of the cylinder chambers formed at both ends of each piston set, and discharge is performed from the other cylinder chamber. A rotary cylinder device characterized in that exhaust operations are alternately performed through valves.
前記吸気口に接続する貫通孔若しくは溝孔が、前記シリンダのピストンヘッド部が摺動する摺動面に形成されている請求項1記載のロータリ式シリンダ装置。   The rotary cylinder device according to claim 1, wherein a through hole or a groove hole connected to the intake port is formed on a sliding surface on which a piston head portion of the cylinder slides. 前記貫通孔若しくは溝孔の摺動面に臨むエッジ部には、R面、面取り部、テーパー面のいずれかを含む逃げ部が形成されている請求項2記載のロータリ式シリンダ装置。   The rotary cylinder device according to claim 2, wherein an escape portion including any one of an R surface, a chamfered portion, and a tapered surface is formed at an edge portion facing the sliding surface of the through hole or the groove hole.
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