KR20020015351A - 로터리식 실린더장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피스톤과 실린더부재와의 접촉부위로부터의 유체의 누설을 방지하고, 그 결과 고효율인 회전을 가능하게 하는 로터리식 실린더장치에 관하며, 회전축심(O)을 통과하도록 실린더실(22)(23)이 형성되어 회전축심(O)을 중심으로 회전하는 회전실린더부재(2)와, 실린더실(22)(23)내를 왕복직선운동하는 피스톤(3)(4)과, 피스톤(3)(4)을 고정하여 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)에서 편심한 회전중심(X)을 중심으로 하여 회전하는 피스톤 고정부재(5)와, 회전실린더부재(2)를 자유롭게 회전하도록 지지함과 동시에 최소한 하나의 입구(61)와 최소한 하나의 출구(62)를 갖는 케이싱(6)을 구비하고, 피스톤(3)(4)은 피스톤 고정부재(5)의 회전중심(X)으로부터 일정 거리 둔 위치에 또한 그 위치를 중심으로 하여 자유롭게 회전하도록 고정된 것이다.

Description

로터리식 실린더장치{ROTARY CYLINDER DEVICE}

종래 회전자를 회전시켜 치환작용으로 유체를 밀어내는 형식의 펌프로서 치차형의 회전자를 이용한 로터리 펌프가 알려져 있다. 그러나 이 펌프의 경우, 회전자의 치형가공이 어려워 원가상승의 원인이 되었다. 그래서 이 결점을 해소하기 위해 출원인은 흡인,배기 기계장치부분에 치차형 부품을 필요로 하지 않는 구성의 로터리식 실린더장치를 개발했다(일본국 특개소 56-118501호 공보, 일본국 실개소57-87184호 공보 및 일본국 실개소 58-92486호 공보 등 참조).

일본국 특개소 56-118501호 공보에 기재된 로터리식 실린더장치는 도 67 및 도 68과 같이 케이싱(101)내에 압입 등에 의해 고정된 원형의 실린더부재(102)와, 이 실린더부재(102)의 중심부분에 형성된 원형의 공동부(103)안에서 회전하는 지지부재(104)를 갖고 있다. 실린더부재(102)에는 방사모양으로 배치되는 6개의 실린더실(105a)(105b)(105c)(105d)(105e)(105f)이 형성되어 중앙의 공동부(103)에 각각 연통된다. 이들 각 실린더(105a~105f)는 지지부재(104)의 회전에 따라 케이싱(101)의 외부와 연통하여 유체를 실린더장치안으로 거둬들이는 흡입구(106) 및 거둬들인 유체를 가압하여 뿜어내는 토출구(107)에 순차 연통하도록 배치된다.

지지부재(104)는 케이싱(101)에 형성된 구멍(101a)에 자유롭게 회전하도록 지지된 축(108)의 일단에 고정된 원반모양부재로서 축(108)과 반대측 면에는 초생달모양의 밸브시트(109)가 부착된다. 이 밸브시트(109)는 실린더부재(102)의 내벽부(103a)의 약 반둘레분에 상당하는 영역에 밀착한 상태로 회전할 수 있도록 배치되어 공동부(103)와 임의의 실린더를 선택적으로 연통시키도록 배치된다. 또한 지지부재(104)는 토출구(107)에 연통하기 위한 구멍(104a)이 배치된다.

지지부재(104)의 편심한 위치에는 축(110)이 고정되고, 이 축(110)에 회전피스톤부재(111)가 자유롭게 회전하도록 지지된다. 축(110)은 밸브시트(109)를 끼워 대향하도록 배치된 원반모양의 지지부재(104)와 보조판부재(113)에 양단이 고정된다. 보조판부재(113)에는 흡입구(106)에 연통하기 위한 구멍(113a)이 배치된다. 이 보조판부재(113)는 지지부재(104)와 일체로 회전한다. 회전피스톤부재(111)는회전중심부(112a)와, 이 회전중심부(112a)로부터 방사모양으로 3방향으로 뻗어나온 피스톤(111a)(111b)(111c)으로 구성된다. 이 회전피스톤부재(111)는 지지부재(104)의 회전에 따라 실린더부재(102)의 축심(o1)의 주위를 주회한다.

이 지지부재(104)의 회전에 따라 각 피스톤(111a)(111b)(111c)이 도 68A~도 68D와 같이 축(110)을 중심으로 화살표 A1방향으로 회전(자전)하면서 축심(o1)을 중심으로 화살표 B1방향으로 회전(공전)해 감으로써 고정된 각 실린더실(105a~105f)에 순차 3개의 피스톤(111a~111c)이 출입하여 흡입구(106)로부터 각 실린더실(105a~105f)에 순차로 외기가 받아들여지고, 토출구(107)로부터 외부로 토출되는 펌프동작을 반복한다. 이 장치에 의하면 고도의 치형가공기술이 불필요하므로 제조가 용이하다.

그러나 각 피스톤(111a~111c)은 전동하면서 실린더실(105a~105f)내로 출입하므로 그 움직임을 스무스하고 용이한 것으로 하기 때문에 선단부분을 뾰족하게 하면서 각 실린더실(105a~105f)내로 들어갔을 때의 축방향의 치수에 여유를 갖는 구조로 해야 하고, 그 만큼 피스톤(111a~111c)과 실린더실(105a~105f)사이에 간극이 형성되게 된다. 그 결과 간극부분으로부터 유체가 새기 쉽고 그 만큼 펌프효율을 저하시킨다는 문제를 갖고 있다.

또 일본국 실개소 57-87184호 공보 및 일본국 실개소 58-92486호 공보에 도시되는 로터리식 실린더장치는 기본적인 구성 즉 방사모양으로 배치된 피스톤을 회전시키면서 방사모양으로 배치된 실린더실을 따라 상대적으로 회전이동하여 펌프작용을 얻는 점에서 상술한 일본국 특개소 56-118501호 공보에 기재된 로터리식 실린더장치와 동일하지만 실린더부재(102)가 회전피스톤부재(111)의 회전에 의해 회전하는 것, 밸브시트(109)가 케이스에 고정되어 회전하지 않은 것 및 회전피스톤부재(111)의 회전지점이 회동하지 않게 되는 있는 것으로 구성을 달리하고 있다.

따라서 이 실린더실이 회전피스톤부재와 함께 회전하는 타입의 경우는 상술한 실린더실이 고정된 타입의 것과는 달리, 피스톤의 형상은 실린더실의 폭과 거의 동등한 외경의 대략 원형의 디스크로 형성된다. 이것은 실린더부재도 회전피스톤부재와 같은 방향으로 회전하므로 피스톤이 실린더실에 출입할 때 실린더실과의 사이에 거의 간극이 없어도 스무스한 동작이 가능하기 때문이다. 그러나 이 타입의 것은 피스톤과 실린더실과의 접촉면이 원형의 디스크모양의 피스톤의 외주면과 직선형상의 실린더실의 내벽으로 구성되므로 그 접촉면의 면적이 작아 이 부분이 유체의 압력을 견딜 수 없어 유체가 새기 때문에 압력이 올라가면 펌프효율이 떨어지는 문제점을 남기고 있다.

본 발명의 목적은 피스톤과 실린더 부재와의 접촉부위로부터의 유체의 누설을 방지하여 그 결과 유체에너지를 회전운동으로 또는 회전운동을 유체에너지로 낮은 손실로 변환할 수 있는 로터리식 실린더장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 펌프나 콤프렛서, 유체모터 등으로서 사용할 수 있는 실린더장치 특히 회전운동에 의해 피스톤이 실린더실내로 출입하는 로터리식 실린더장치에 관한 것이다.

(기술용어)

본 명세서에서 이용하는 "로터리식 실린더장치"라는 말은 유체에너지를 이용하여 기계적작업을 하는 기기는 물론이고, 회전에너지를 이용하여 유체를 압축, 압송하는 기기도 포함하는 것으로서 사용하고 있다. 즉 "로터식 실린더장치"라는 말은 로터리펌프, 로터리 콤프렛서, 유체모터 등을 총칭하는 기기류를 의미하고 있다.

도 1은 본 발명의 로터리식 실린더장치의 제 1실시예를 도시하는 종단면도.

도 2는 도 1의 로터리식 실린더장치를 위케이스 및 피스톤 고정부를 분리한 상태의 평면도.

도 3은 도 1의 로터리식 실린더장치의 회전실린더부재, 피스톤 고정부재 및 피스톤을 도시하는 분해사시도.

도 4A~도 4D는 도 1의 로터리식 실린더장치의 동작을 설명하는 도면으로, 회전실린더부재를 시계방향으로 30도씩 회전시킨 상태를 도시하고 있다.

도 5는 본 발명의 로터리식 실린더장치의 제 2실시예를 도시하고, 그 회전실린더부재와 피스톤과의 관계를 도시하는 평면도이다.

도 6은 본 발명의 로터리식 실린더장치의 제 3실시예를 도시하고, 그 회전실린더부재와 피스톤과의 관계를 도시하는 평면도이다.

도 7은 본 발명의 제 1실시예의 로터리식 실린더장치의 변형예를 도시하는 종단면도이다.

도 8은 본 발명의 로터리식 실린더장치의 제 4실시예를 도시하는 측면도로서 그 일부를 절개하여 도시하고 있다.

도 9는 도 8의 로터리식 실린더장치의 케이싱덮개를 제거한 상태의 평면도이다.

도 10은 도 8의 로터리식 실린더장치의 종단면도이다.

도 11은 베어링의 일부를 확대하여 도시하는 도면이다.

도 12는 피스톤 고정부재와 피스톤의 회전시 궤적과의 관계를 나타내는 개념도이다.

도 13은 본 발명의 로터리식 실린더장치를 유체회전기로서 구성한 실시예를 도시하는 종단면도이다.

도 14는 도 13의 유체회전기를 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태로 도시하는 평면도이다.

도 15는 도 13의 유체회전기의 회전실린더부재, 피스톤 고정부재 및 피스톤을 도시하는 분해사시도.

도 16A 및 도 16B는 피스톤형상의 제 1예를 도시하는 사시도와 종단면도이다.

도 17은 배압완화수단의 제 2예를 도시하는 도면으로 유체회전기를 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태로 도시하는 평면도이다.

도 18A 및 도 18B는 배압완화수단의 제 3의 예를 도시하는 도면으로 도 18A는 유체회전기를 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태로 도시하는 평면도, 도 18B는 도 18A의 B-B선을 따른 단면도이다.

도 19A 및 도 19B는 배압완화수단의 제 4의 예를 적용한 유체회전기를 도시하는 도면으로 도 19A는 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태로 도시하는 평면도, 도 19B는 도 19A의 B-B선을 따르는 단면도이다.

도 20은 도 13의 유체회전기의 동작을 설명하는 도면으로 회전실린더부재를 15도씩 회전시킨 상태를 도시하고 있다.

도 21은 윤활제 순환기구의 개략구성도이다.

도 22는 본 발명의 로터리식 실린더장치를 구동원에 조립한 유체발전기의 분해사시도이다.

도 23은 유체발전기의 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태의 평면도이다.

도 24는 도 23의 A-A선을 따른 단면도이다.

도 25는 도 22의 유체발전기의 저면도이다.

도 26은 도 22의 유체발전기의 위케이스를 도시하는 평면도.

도 27은 도 22의 유체발전기의 회전실린더부재를 도시하는 평면도.

도 28은 도 22의 유체발전기의 요크와 권선을 도시하는 평면도이다.

도 29A 및 도 29B는 피스톤형상의 제 2의 예를 도시하는 사시도 및 종단면도이다.

도 30A 및 도 30B는 피스톤형상의 제 3의 예를 도시하는 사시도 및 종단면도이다.

도 31A 및 도 31B는 피스톤형상의 제 4의 예를 도시하는 사시도 및 종단면도이다.

도 32A 및 도 32B는 피스톤형상의 제 5의 예를 도시하는 사시도 및 종단면도이다.

도 33A 및 도 33B는 피스톤형상의 제 6의 예를 도시하는 사시도 및 종단면도이다.

도 34A 및 도 34B는 피스톤형상의 제 7의 예를 도시하는 사시도 및 종단면도이다.

도 35는 본 발명의 로터리식 실린더장치를 유체회전기로서 구성한 제 2실시예를 도시하는 종단면도이다.

도 36은 본 발명의 로터리식 실린더장치를 유체회전기로서 구성한 제 3실시예를 도시하는 종단면도이다.

도 37A~ 도 37F는 본 발명의 로터리식 실린더장치의 제 4실시예의 유체회전기의 동작을 설명하는 도면으로, 회전실린더부재를 10도씩 회전시킨 상태를 도시하고 있다.

도 38은 도 17에 도시하는 배압완화수단의 제 2의 예를 적용한 유체회전기의 회전실린더부재, 피스톤 고정부재 및 피스톤을 도시하는 분해사시도이다.

도 39는 발전기의 스테이터코어의 돌극과 마그네트의 자극의 중심위치와 실린더실의 위치관계를 도시하는 도면이다.

도 40은 본 발명의 로터리식 실린더장치를 회전식 압축기로서 구성한 제 1실시예를 도시하고, 그 위케이스와 피스톤 고정부재를 제거한 상태의 평면도이다.

도 41은 도 40의 회전식 압축기의 종단면도이다.

도 42는 도 40의 회전식 압축기의 분해사시도이다.

도 43은 윤활오일 순환기구의 개략구성도이다.

도 44는 도 40의 회전식 압축기의 저면도이다.

도 45는 도 40의 회전식 압축기의 베어링 플레이트를 도시하는 사시도.

도 46은 흡입구 및 토출구와 피스톤이 실린더실의 최외주 단부에 있는 실린더실과의 위치관계를 도시하는 도면이다.

도 47은 회전식 압축기의 배압완화수단의 제 2의 예를 회전식 압축기를 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태로 도시하는 평면도.

도 48은 도 47의 단면도이다.

도 49A~도 49F는 도 40의 회전식 압축기의 동작을 설명하는 도면으로 회전실린더부재를 15도씩 회전시킨 상태를 도시하고 있다.

도 50은 베어링 플레이트의 변형예를 도시하는 사시도이다.

도 51A~도 51F는 회전식 압축기의 다른 실시예의 동작을 설명하는 도면으로 회전실린더부재를 10도씩 회전시킨 상태를 나타내고 있다.

도 52는 회전식 압축기의 배압완화수단의 제 3의 예를, 위케이스 및 피스톤 고정부재를 분리한 상태로 도시하는 평면도이다.

도 53은 도 52의 회전식 압축기의 단면도이다.

도 54는 회전실린더부재의 실린더실이 원주방향에 대해 등배분되어 있지 않은 예를 도시하는 개념도.

도 55는 실린더실을 오프셋시켜 형성한 예를 도시하는 개념도이다.

도 56은 피스톤에 마그네트를 배치한 예를 도시하는 사시도.

도 57은 피스톤 마그네트를 배치한 다른 예를 도시하는 사시도.

도 58은 회전실린더부재에 마그네트를 배치한 예를 도시하는 사시도.

도 59는 회전실린더부재에 마그네트를 배치한 다른 예를 도시하는 사시도.

도 60은 회전실린더부재의 공동부의 각에 모따기를 실시한 모양을 도시하는 개념도이다.

도 61은 배압을 완화하기 위한 통로를 형성한 회전실린더부재와 피스톤 고정부재의 일예를 도시하는 단면도이다.

도 62는 도 61의 회전실린더부재를 도시하는 사시도.

도 63A ~ 도 63B는 도 61의 피스톤 고정부재를 회전실린더부재와는 반대측에서 본 사시도 및 회전실린더부재측에서 본 사시도.

도 64는 본 발명의 로터리식 실린더장치를 회전수 검출수단을 구비한 유체발전기로 한 경우의 예를 도시하는 단면도이다.

도 65는 본 발명의 로터리식 실린더장치를 회전수 검출수단을 구비한 유량계로 한 경우의 예를 도시하는 단면도이다.

도 66은 본 발명의 로터리식 실린더장치를 회전수 검출수단을 구비한 유체펌프로 한 경우의 예를 도시하는 단면도이다.

도 67은 종래의 로터리식 실린더장치를 도시하는 분해사시도이다.

도 68A~도 68D는 도 67의 로터리식 실린더장치의 동작을 설명하는 도면으로 회전피스톤부재를 지지하는 지지부재를 반시계방향으로 30도씩 회전시킨 상태를 나타내고 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 로터리식 실린더장치는 회전축심을 통과하도록 실린더실이 형성되어 회전축심을 중심으로 회전하는 회전실린더부재와,실린더실내를 면접촉하여 왕복직선운동하는 피스톤과, 피스톤을 고정하여 회전실린더부재의 회전축심으로부터 편심한 회전중심을 중심으로 하여 회전하는 피스톤 고정부재와, 회전실린더부재와 피스톤 고정부재를 자유롭게 회전하도록 지지함과 동시에 최소한 하나의 유체의 입구와 최소한 하나의 유체의 출구를 갖는 케이싱을 구비하고, 피스톤이 피스톤 고정부재의 회전중심으로부터 일정한 거리를 둔 위치에 또한 그 위치를 중심으로 하여 자유롭게 회동하도록 고정되도록 하고 있다.

따라서 회전실린더부재 내지 피스톤 고정부재에 외부로부터 회전이 입력되면 또는 유체의 입구로부터 압력을 갖는 유체가 도입됨으로써 실린더실내에서 피스톤에 압력이 작용하면 회전실린더부재와 피스톤 고정부재와의 회전에 의해 혹은 피스톤 자체의 이동에 의해 피스톤이 자전중심을 중심으로 하여 회전하면서 피스톤 고정부재의 회전중심을 중심으로 한 회전(공전)을 함으로써 실린더실내를 피스톤이 왕복운동한다.

이 때 회전실린더부재와 피스톤 고정부재가 각각 케이싱에 지지된 상태로 회전할 수 있고, 또한 피스톤도 그 자체로 회전가능하도록 되어있어 피스톤이 자전중심근처에 회전하여 위치를 바꾸면서 실린더실내를 직선운동할 수 있게 된다. 그 결과 피스톤을 실린더실에 대해 면접촉시키도록 구성해도 각 부재가 스무스하게 회전운동을 할 수 있게 된다. 예를들면 피스톤의 형상을 블록형상으로 해도 각 부재가 스무스하게 회전운동을 할 수 있게 된다. 이 때문에 피스을 쉽게 제조할 수 있고 피스톤의 정밀도도 쉽게 구할 수 있다. 여기서 회전실린더부재의 회전수와 피스톤 고정부재의 회전수와 피스톤의 실린더내 왕복수와의 비는 1 : 2 : 1이 되도록구성하는 것이 바람직하다. 이 경우는 각 부재끼리가 확실하게 무리없이 회전하여 회전시의 진동이나 소음이 경감된다.

또 피스톤과 실린더실과의 접촉면적을 크게할 수 있게 되어 이른바 선접촉에 의해 접촉면이 형성되는 종래의 것에 비해 그 접촉면에서의 유체저항이 크고 접촉면부분으로부터의 유체의 누설을 방지할 수 있다. 이 때문에 유체에너지를 회전운동으로 또는 회전운동을 유체에너지로 낮은 손실로 변환할 수 있게 된다.

또한 피스톤이 실린더실을 왕복직선운동하므로 피스톤동작이 스무스하게 안정된 것이 되어 회전시의 진동이나 소음이 경감되는 구성이 된다. 또 부품정밀도의 허용범위를 넓게할 수 있어 부품가공이 쉬워지고, 역으로 종래와 같은 레벨의 부품정밀도로 하면 기밀성·신뢰성은 향상되므로 펌프 또는 콤프렛서로 한 경우 혹은 유체모터로 한 경우에 고성능화시킬 수 있게 된다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치에 있어서 회전실린더부재의 회전축심을 외부로부터 회전을 도입하는 구동축으로 하면 이 회전실린더부재를 회동시키는 것으로 피스톤과 피스톤 고정부재를 종동동작시킬 수 있다. 이와같이 함으로써 기체를 흡입하고 압축하여 토출하는 콤프렛서 또는 액체를 흡입하여 토출하는 펌프로서 이용가능하다. 또한 이른바 센터구동사양으로 할 수 있게 되어 구동축과 모터축을 동축방향으로 직결시킬 경우 제품으로서의 납품성이 좋으며 또 진동의 면이나 조립면에서도 유리한 것이 된다.

예를들면 회전식 압축기로서 구성할 경우는 회전실린더부재와 피스톤 고정부재를 회전구동원에 의해 상대회전시키는 것으로 피스톤을 움직여 유체의 입구로부터 흡입한 유체를 출구로부터 토출시킨다. 이 때 유체의 입구는 회전실린더부재의 회전에 따라 피스톤이 최외주로 이동한 위치보다 약간 안쪽으로 들어간 위치부터 시작해 피스톤이 공동부 부근으로 이동한 위치까지 이르도록 형성되는 한편 출구는 회전실린더부재의 회전에 따라 피스톤이 최외주로 이동한 위치보다 약간 앞쪽의 위치에 약간 배치되는 것이 바람직하다. 덧붙여 토출구인 출구에 역지밸브를 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우 회전실린더부재의 회전에 의해 각 실린더실이 순번으로 출구에 대향하므로 출구로부터 토출되는 유체의 압력이 맥동해도 역지밸브의 작용으로 압력저하시의 유체의 역류를 방지할 수 있다. 또한 회전실린더부재와 피스톤 고정부재를 상대회전시키는 입력축과, 회전실린더부재 또는 피스톤 고정부재를 캐리어 플레이트를 통해 연결하는 것이 바람직하다. 이 경우 예를들면 입력축의 회전이 회전실린더부재에 전달될 때 입력축의 중심과 회전실린더부재의 중심이 어긋나있어도 이 어긋남을 실린더부재와 캐리어 플레이트 사이에서 흡수하여 회전력을 전달한다. 마찬가지로 입력축의 회전이 피스톤 고정부재에 전달될 때 입력축의 중심과 피스톤 고정부재의 중심이 어긋나 있어도 이 어긋남을 캐리어 플레이트가 흡수하여 회전력을 전달할 수 있다.

또 압력유체를 실린더실에 도입하여 유체의 압력에 의해 피스톤을 움직임으로써 회전실린더부재와 피스톤 고정부재를 회전시키면 회전실린더부재 또는 피스톤 고정부재의 최소한 한쪽을 출력축으로 하여 회전을 빼낼 수 있는 유체회전기로서 구성할 수 있다. 그리고 유체회전기의 경우에는 유체의 입구는 회전실린더부재의 회전축심에서 보아 회전실린더부재의 회전에 따라 피스톤이 회전실린더부재의 대략외주위치에서 실린더실을 연통하도록 개구하고, 회전실린더부재의 대략 중심위치를 통과한 위치에서 실린더실과 폐구하도록 형성하며, 출구는 회전실린더부재의 회전축심에서 보아 회전실린더부재의 회전에 따라 피스톤이 회전실린더부재의 대략 중심위치에 도달하기 전에 실린더실을 연통하도록 개구하고 회전실린더부재의 대략 외주위치에서 실린더실과 폐구하도록 형성되는 것이 바람직하다. 또한 로터리식 실린더장치를 회전식 압축기로서 구성할 경우에는 유체의 입구는 회전실린더부재의 회전축심에서 보아 회전실린더부재의 회전에 따라 피스톤이 회전실린더부재의 대략 외주위치에서 실린더실을 연통하도록 개구하고, 회전실린더부재의 대략 중심위치에서 실린더실과 폐구하도록 형성되며, 출구는 회전실린더부재의 회전축심에서 보아 회전실린더부재의 회전에 따라 피스톤이 회전실린더부재의 대략 중심위치에서 실린더실을 연통하도록 개구하고, 회전실린더부재의 대략 외주위치에서 실린더실과 폐구하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또 이들 유체회전기로서 구성할 경우에는 윤활제 순환기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우 피스톤, 피스톤 고정부재, 회전실린더부재 등의 접동면을 윤활함으로써 고속회전이 가능하게 된다.

또한 상술한 유체회전기의 출력측에 발전기구를 접속하여 유체발전기를 구성해도 좋다. 이 경우에는 상술한 유체회전기를 사용하여 발전을 행할 수 있다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 실린더실에는 피스톤을 접동방향으로 안내하는 안내부가 형성되고, 피스톤에는 안내부에 결합하는 안내결합부가 형성된다. 따라서 피스톤의 왕복직선운동은 안내결합부가 안내부로 안내되면서 행해지는것으로 스무스한 것이 된다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치에 있어서 유체의 입구는 회전실린더부재의 회전축심과 피스톤 고정부재의 회전중심을 묶은 선으로 분할된 어느 한쪽 영역의 케이싱에 실린더실과 연통하도록 배치되고, 출구는 회전실린더부재의 회전축심과 피스톤 고정부재의 회전중심을 묶은 선으로 분할된 어느 다른쪽 영역의 케이싱에 실린더실과 연통하도록 배치되어 이루어지는 것이다. 이 경우 입구와 출구를 충분히 떨어지게 배치할 수 있고, 입구측의 유체의 압력과 출구측의 유체의 압력 차가 큰 경우라도 이 유체가 실린더실을 통과하지 않고 입구로부터 출구, 또는 출구로부터 입구를 향해 직접적으로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 특히 이 유체의 입구 및 출구는 케이싱의 회전실린더부재의 외주면측과 대향한 위치에 배치하는 것이 바람직하다. 이와같이 하는 것으로 각 실린더실을 회전실린더부재의 외주면에 연통하도록 각 실린더실과 입구 및 출구를 구성할 수 있어 제품성이 좋아진다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 피스톤의 피스톤 고정부재와 대향하는 면이 평면인 것이 바람직하다. 이 경우 피스톤의 움직임이 피스톤 고정부재에 대해 스무스하게 된다. 또 피스톤과 피스톤 고정부재 사이에 간극이 발생하는 것을 방지하여 유체의 누설을 방지할 수 있다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 피스톤의 횡단면형상과 실린더실의 횡단면형상과는 접동가능한 약간의 간극을 형성하는 상이형상으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우 회전실린더부재와 피스톤 사이에 간극이 발생하는 것을 방지하여 유체의 누설을 방지할 수 있다. 여기서 피스톤의 형상은 실린더실의 단면형상에합치하는 것이면 특별한 형상일 필요는 없고, 예를들면 전면이 평면으로 형성된 블록형상으로 해도 각 부재가 스무스하게 회전운동을 할 수 있게 된다. 이 결과 피스톤이 쉽게 제조되고 피스톤의 정밀도를 쉽게 구할 수 있다. 또 실린더실의 평면모양의 양 측면의 최소한 한쪽의 측면, 바람직하게는 양 측면, 더욱 바람직하게는 피스톤 고정부재나 케이싱이 구성하는 면을 포함한 4면 전면에 면접촉하는 평면을 피스톤의 측면에 배치하는 구성으로 해도 좋다. 또 피스톤의 횡단면 형상은 직사각형에 한정되지 않고 다른 모양으로 해도 좋으며, 피스톤 형상에 실린더실의 횡단면 형상을 일치시키도록 해도 좋다. 이 경우 피스톤이 접동하는 실린더실의 양 측벽을 저면에 대해 수직으로 형성하지 않아도 되므로 실린더실의 가공이 용이하게 된다. 예를들면 피스톤의 저면의 양 코너부분을 둥근 형상으로 하면 피스톤이 접동하는 실린더실의 코너부분을 둥근 형상으로 할 수 있기 때문에 실린더실의 가공이 더욱 더 용이하게 된다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 회전실린더부재와 피스톤 고정부재와의 상대회전의 저항이 되는 배압을 감소시키는 배압완화수단을 이들 접접면에 배치하는 것이 바람직하다. 이 경우 피스톤이 작동하여 회전실린더부재나 피스톤 고정부재가 회전하는 것으로 이들의 움직임을 방해하는 배압이 발생하지만 이 배압을 배압완화수단이 감소시키므로 회전실린더부재나 피스톤 고정부재 등의 움직임을 스무스하게 할 수 있다. 예를들면 배압완화수단으로서는 피스톤의 이동방향에 작용하는 배압을 완화하는 피스톤 전후이동 배압완화수단이라도 좋고, 또 회전실린더부재와 케이싱 사이에 발생하는 배압을 완화하는 실린더측 배압완화수단이라도 좋으며또한 피스톤 고정부재와 케이싱 사이에 발생하는 배압을 완화하는 피스톤 고정부재측 배압완화수단이라도 좋다. 또 이들을 전부 구비하고 있어도 좋다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 회전실린더부재와 피스톤 고정부재는 쓰러스트하중 및 래디얼하중을 동시에 받는 베어링부재에 의해 자유롭게 회전하도록 지지되는 것이 바람직하다. 이 경우 회전실린더부재와 피스톤 고정부재를 자유롭게 회전하도록 지지하는 부분의 구조가 간단한 것이 되어 장치의 소형화와 저원가화를 도모할 수 있다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는, 회전실린더부재는 베어링 플레이트에 의해 자유롭게 회전하도록 지지되고, 베어링 플레이트는 누름조정나사와 당김조정나사에 의해 조정가능하도록 구성된 것도 있다. 이 경우 누름조정나사와 당김조정나사의 박음양을 변화시키는 것으로 회전실린더부재를 지지하는 베어링 플레이트의 기울기를 조정할 수 있다. 이 때문에 회전실린더부재의 쓰러스트방향의 부품정밀도를 경감할 수 있다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는, 피스톤 고정부재는 베어링 플레이트에 의해 자유롭게 회전하도록 지지되고, 베어링 플레이트는 누름조정나사와 당김조정나사에 의해 조정이 가능하도록 구성되는 경우도 있다. 이 경우 누름나사와 당김나사의 박음양을 변화시키는 것으로 피스톤 고정부재를 지지하는 베어링 플레이트의 기울기를 조정할 수 있다. 이 때문에 피스톤 고정부재의 쓰러스트방향의 부품정밀도를 경감할 수 있다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 피스톤과 실린더실 사이에 형성되는 간극에 자성유체를 배치하고, 자성유체를 간극에 고정시키기 위한 자석을 피스톤과 실린더실의 접촉부위 근방에 배치한 것도 가능하다. 이 경우 자석에 의해 고정된 자성유체가 피스톤과 회전실린더부재 사이의 간극에 충전된다. 이 때문에 피스톤과 실린더부재가 대향하는 부위의 약간의 간극이 더욱 확실하게 밀봉되고, 접촉부위로부터의 유체의 누설이 더욱 확실하게 방지된다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 피스톤과 실린더실이 여러개 형성되고, 이들 여러개의 실린더실은 회전실린더부재의 회전축을 통과하여 교차하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 여러개의 피스톤에 의해 회전하는 로터리식 실린더장치가 제공된다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 실린더실이 회전실린더부재에 원주방향으로 등배분된 위치에 배치되는 것이다. 따라서 회전실린더부재의 회전균형이 좋아져 진동이나 소음의 발생을 방지할 수 있음과 동시에 고속회전에 적합한 로터리식 실린더장치가 제공된다.

또 본 발명의 로터리식 실린더장치는 여러개의 실린더실이 교차하는 부위의 피스톤의 이동방향에서의 길이는 피스톤의 길이보다도 짧은 것이다. 따라서 왕복직선운동을 행하는 피스톤은 실린더실이 교차하는 부위를 통과할 때 이동하는 실린더실의 벽면에 안내되어 교차하는 다른 실린더실을 가로지르므로 다른 실린더실에 부딪히지 않고 스무스하게 통과할 수 있다.

또한 본 발명의 로터리식 실린더장치는 여러개의 실린더실이 교차하는 부위에 모따기부가 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우에도 피스톤의 실린더실이 교차하는 부위의 통과가 더욱 더 스무스하게 된다.

다음 본 발명의 구성을 도면에 도시하는 최량의 형태를 기초로 상세하게 설명한다.

본 발명의 로터리식 실린더장치의 실시의 일예를 도 1 내지 도 3을 기초로 설명한다. 또한 각 실시예에서는 기체를 일정 방향으로 보내는 로터리식 펌프장치로서 설명하지만 보내지는 매체는 기체에 한정되지 않고 액체도 포함한 모든 유체로 할 수 있다. 또 본 발명은 펌프장치에 한정되지 않고 회전실린더부재의 회전동작을 이용함으로써 구성되는 여러가지 장치 예를들면 에어콤프렛서나 에어모터 등에도 적합한 것이 된다.

로터리식 실린더장치(1)는 도 1 및 도 2에 도시하는 것과 같이 방사모양으로 배치된 여러개의 실린더실(22)(23)을 갖고 회전축심(O)을 중심으로 회전하는 회전실린더부재(2)와, 실린더실(22)(23)내를 면접촉하여 왕복직선운동하는 피스톤(3)(4)과, 피스톤(3)(4)을 고정하여 회전실린더부재(2)로부터 편심하여 회전중심(X) 둘레에 회전하는 피스톤 고정부재(5)와, 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)를 자유롭게 회전하도록 지지함과 동시에 최소한 하나의 유체의 입구(61)와 최소한 하나의 유체의 출구(62)를 갖는 케이싱(6)으로 주로 구성되어, 피스톤(3)(4)이 피스톤 고정부재(5)의 회전중심으로부터 일정한 거리 떨어진 위치의 축심(X1)(X2)을 중심으로 하여 자유롭게 회동하도록 고정된다. 보다 구체적으로는 원형형상의 회전실린더부재(2)와, 180도 떨어진 2개의 편심한 자전중심위치(X1)(X2)에 각각 피스톤(3)(4)을 회동가능하도록 고정하고 또한 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)으로부터 편심한 위치를 회전중심위치(X)로 하여 회전하는 피스톤 고정부재(5)와, 회전실린더부재(2) 및 피스톤 고정부재(5)의 양 회전부재를 각각 자유롭게 회전하도록 지지하는 케이싱(6)을 갖고 있다. 또한 본 실시예에서는 회전실린더부재(2)는 실린더실(22)(23) 및 피스톤(3)(4)을 채용하고 있지만 이에 한정되지 않고 최소한 하나의 실린더실과 피스톤을 갖고 있으면 충분하다.

회전실린더부재(2)는 도 1, 2 및 도 3과 같이 소정 두께를 갖는 원형형상으로 형성되어, 케이싱(6)의 내부공간에 자유롭게 회전하도록 배치된다. 이 회전실린더부재(2)의 일단면 즉 도 1 및 도 3에 있어 하측 단면의 회전축심(O)을 둘러싸는 오목부에는 지축(21)의 일단이 압입에 의해 삽입고정된다. 이 지축(21)의 타단측은 케이싱(6)내에 배치된 축방향에 겹쳐 배치된 2개의 베어링부재(7a)(7b)에 자유롭게 회전하도록 지승된다. 그 때문에 회전실린더부재(2)는 지축(21)을 회전중심으로 하여 케이싱(6)안에서 회전가능하게 된다.

회전실린더부재(2)의 타단면 즉 도 1 및 도 3에 있어 상측의 단면에는 4개의 부채모양의 받침부(25)를 이용하여 형성된 십자모양의 홈으로 이루어지는 공간이 설치된다. 이 십자모양의 공간은 4개의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)와 이들이 교차하는 부위(다음 공동부라 함)(24)로 구성된다. 즉 회전실린더부재(2)의 타측의 단면에는 회전축심(O)을 중심으로 하여 소정의 넓이를 구비하고 또한 저면을 갖는 공동부(24)가 형성된다. 그리고 이 공동부(24)내의 회전축심(O)을 중심으로 하여 방사모양으로 4개의 단면 사각형의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)가 배치된다. 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)는 윗면부분이 개방되고 다른 3방면이 모두평면으로 형성된다. 그리고 제 1실린더부위(22a), 공동부(24), 제 2실린더부위(22b)에 의해 실린더실(22)이, 제 3실린더부위(23a), 공동부(24), 제 4실린더부위(23b)에 의해 실린더실(23)이 각각 형성된다. 또한 본 명세서에서는 설명의 편의상 「상」「하」를 사용하고 있지만 이 말은 도면을 기초로 편의상 사용하는 것으로 절대적인 의미에서의 「상」「하」를 의미하는 것은 아니다.

또한 이들 제 1 ~ 제 4의 실린더부위(22a~23b)에는 피스톤 고정부재(5)에 고정된 피스톤(3)(4)이 접동가능하도록 끼워지게 된다. 각 실린더부위(22a~23b)의 피스톤(3)(4)과의 대향면 및 이에 대한 피스톤(3)(4)측의 면은 서로 평면으로 형성되고, 이들이 평면 끼리 접촉하도록 배치된다. 이와같이 각 피스톤(3)(4)과 각 실린더부위(22a~23b)의 접촉면이 평면끼리 형성되므로 접촉면적이 크고 그 접촉부위에서의 유체의 기밀성은 높은 것이 된다. 그 때문에 피스톤(3)(4)과 각 실린더부위(22a~23b)사이의 간극을 통과하여 유체가 잘 새지 않도록 할 수 있다.

또한 상술과 같이 형성된 실린더실(22)(23)은 회전실린더부재(2)를 지름방향에 관통하여 그 외주면(2a)에서 개방된다. 그 때문에 각 실린더실(22)(23)은 케이싱(6)에 형성된 흡입구(유체의 입구)(61) 및 토출구(유체의 출구)(62)에 연통가능하게 된다.

또한 피스톤 고정부재(5)의 회전에 의해 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)가 회전하면 피스톤(3)(4)이 실린더실(22)(23)을 외관상 왕복직선운동하게 된다. 또 각 실린더실(22)(23)이 교차하는 부위인 공동부(24)의 피스톤(3)(4)의 이동방향에서의 길이는 피스톤(3)(4)의 접촉면(실린더실(22)(23)의 양측벽면과 대향하는 면)의 길이보다도 짧게 된다.

또한 공동부(24) 및 이를 중심으로 방사모양으로 배치된 제 1 ~ 제 4의 실린더부위(22a~23b)의 저면에는 2개의 가는 안내용 홈(26a)(27a)의 십자모양으로 형성된다. 한편 피스톤(3)(4)의 바닥부분에는 상술한 안내용 홈(26a)(27a)에 끼워지는 안내결합부인 볼록편(3b)(4b)이 배치된다. 그리고 볼록편(3b)(4b)이 안내용 홈(26a)(27a)에 결합함으로써 직선운동의 가이드를 구성한다. 따라서 이 2개의 안내용 홈(26a)(27a)을 따라 피스톤(3)(4)을 한쌍의 실린더부위(22a)(22b)사이 또는 (23a)(23b)사이에 있어서 안정적으로 왕복직선운동시킨다.

한편 피스톤 고정부재(5)는 회전실린더부재(2)의 외경보다도 작은 외경을 갖는 원형형상으로 형성된다. 이 피스톤 고정부재(5)의 회전중심위치(X)에는 지축(51)의 일단이 압입에 의해 삽입고정된다. 또한 이 피스톤 고정부재(5)의 회전중심위치(X)는 상술한 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)으로부터 편심한 위치에 배치된다. 그리고 지축(51)의 타단측은 케이싱(6)내에 배치된 베어링부재(8a)(8b)에 자유롭게 회전하도록 지승됨과 동시에 그 선단측은 케이싱(6)의 외부로 돌출하고 있다. 그리고 이 돌출부분에 모터 등의 구동원의 출력축(도시생략)에 연결시킴으로써 모터 등의 구동원의 구동력에 의해 지축(51)을 중심으로 하여 피스톤 고정부재(5)가 회전실린더부재(2)의 편심위치에서 회전구동되도록 되어있다.

피스톤 고정부재(5)의 지축(51)이 고정된 면과 반대측의 면에는 피스톤(3)을 자전가능하게 고정하는 지지축(52)과, 피스톤(4)을 자전가능하도록 고정하는 지지축(53)이 입설고정된다. 그리고 지지축(52)(53)에 대해 피스톤(3)(4)이 자유롭게회전하도록 끼워지게 된다.

피스톤(3)(4)은 왕복직선 운동시에 있어 전후의 면(31)(31)(41)(41)이 약간 둥글게 형성되지만, 다른 4면, 즉 실린더실(22)(23)내로 끼워들어간 상태에서 윗면(32)(42), 저면(33)(43) 및 양 측면(34)(34)(44)44)이 평면으로 형성된다. 즉 피스톤(3)(4)은 대략 장방체의 블록형상을 이루고 있다. 그리고 피스톤(3)(4)의 평면으로 형성된 각 면 중 윗면(32)(42)을 제거한 저면(33)(43)과 양 측면(34)(34)(44)(44)은 실린더실(22)(23)내로 끼워넣었을 때의 실린더실(22)(23)과의 접촉면이 된다. 또 피스톤(3)(4)의 중심부분에는 지지축(52)(53)에 자유롭게 회전하도록 끼워지기 위한 바닥이 있는 구멍(3a)(4a)이 배치된다. 또한 구멍(3a)(4a)은 지지축(52)(53)이 안내홈(26a)(27a)에 닿지 않는 길이이면 관통공이라도 좋다.

또한 피스톤 고정부재(5)와 피스톤(3)(4) 회전시의 궤적과의 관계를 도 12에 도시한다. 피스톤 고정부재(5)의 반경(R1), 지지축(52)(53)의 간격의 1/2의 거리 R2, 피스톤(3)(4)의 회전시의 최외경 궤적의 반경 R3의 관계는 R1 > (R2 + R3)가 되며, 반경차 △R이 발생한다. 반경 R1이 거리 R2 + 반경 R3보다도 작은 경우에는 동작시에 피스톤 최외경 궤적이 피스톤 고정부재(5)로부터 튀어나가게 되어 피스톤(3)(4)의 회전의 안정성, 밀폐성을 확보하기 위해서는 부품의 가공정밀도를 향상시킬 필요가 있다. 이에 대해 상술과 같이 반경 R1 > 거리 R2 + 반경 R3의 관계로 하는 것으로 부품의 가공정밀도를 그다지 엄격하게 하지 않아도 피스톤(3)(4)의 회전의 안정성, 밀폐성을 확보하는 것이 용이하게 된다. 단 이러한 관계는 밀폐성을 확보하기 위한 것으로 이 관계에 한정되는 것은 아니고 반경 R1은 거리 R2 + 반경 R3와 거의 동등하거나 작아도 되는 것은 물론이다.

케이싱(6)은 2개의 케이스반체, 즉 피스톤 고정부재(5)를 자유롭게 회전하도록 지지하기 위한 위케이스(63)와, 회전실린더부재(2)를 자유롭게 회전하도록 지지하기 위한 아래케이스(64)로 구성된다. 위케이스(63) 및 아래케이스(64)는 서로의 감합용 돌부(중심을 잡기 위한 돌기부)(63a)(64a)끼리를 감합한 상태로 나사 등에 의해 고정함으로써 밀폐내부공간을 형성하는 케이싱(6)을 구성하는 것이다. 이와같이 감합용 돌부(63a)(64a)끼리를 감합시키는 중심을 잡는 구조로 하는 것으로 위케이스(63)와 아래케이스(64)를 정확하게 위치결정하여 중앙을 구할 수 있으며 또한 어긋남을 방지할 수 있다.

위케이스(63)는 아래케이스(64)에 부착했을 때의 감합용 돌부(63a)를 구비하고, 피스톤 고정부재(5)를 자유롭게 회전하도록 격납하기 위한 원형의 큰 공간(63b)과, 피스톤 고정부재(5)의 회전중심에 고정된 지축(51)을 자유롭게 회전하도록 지지하는 2개의 베어링부재(8a)(8b)를 압입고정하기 위한 원형의 작은 공간(63c)을 내부공간으로서 갖는 컵형상으로 구성된다.

감합용 돌기(63a)는 원형의 큰 공간(63b)의 바깥 테두리를 따라 원형으로 형성되고, 아래케이스(64)측에 돌출하도록 되어있다. 또한 감합용 돌기(63a)의 돌출높이는 아래케이스(64)에 형성된 감합용 돌기(64a)의 돌출높이보다 약간 낮게 되어있음과 동시에 그 반경은 감합용 돌기(64a)의 반경보다 약간 크게 되어있다. 이에 따라 위케이스(63)의 감합용 돌기(63a)가 아래케이스(64)의 감합용 돌기(64a)의 외측에 피복하도록 하여 서로 감합되도록 되어있다.

그리고 위케이스(63)의 작은 공간(63c)의 저면에는 지축(51)을 삽통하기 위한 삽통공(63d)이 배치된다. 지축(51)의 일단측은 이 삽통공(63d)에서 케이싱(6)의 외부로 돌출하고 있다.

한편 아래케이스(64)는 위케이스(63)에 부착할 때의 감합용 돌부(64a)를 구비하고, 회전실린더부재(2)를 자유롭게 회전하도록 격납하기 위한 원형의 큰 공간(64b)과, 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)에 고정된 지축(21)을 자유롭게 회전하도록 지지하는 2개의 베어링부재(7a)(7b)를 압입고정하기 위한 원형의 작은 공간(64c)을 내부공간으로서 갖는 컵형상으로 구성된다.

감합용 돌기(64a)는 원형의 큰 공간(64b)의 바깥 테두리를 따라 원형으로 형성되고, 위케이스(63)측에 돌출하도록 되어있다. 또한 감합용 돌기(64a)의 돌출높이는 위케이스(63)에 형성된 감합용 돌기(63a)의 돌출높이보다 약간 높게 되어있음과 동시에 그 반경은 감합용 돌기(63a)의 반경보다 약간 작게 형성된다.

이와같이 형성된 아래케이스(64)의 큰 공간(64b)내에는 회전실린더부재(2)가 자유롭게 회전하도록 배치된다. 이 회전실린더부재(2)를 배치한 상태에서, 회전실린더부재(2)의 외주면(2a)에 대향하는 위치 즉 큰 공간(64b)의 내벽(64d)에는 외부의 유체를 케이싱(6)내로 흡입하기 위한 흡입구(61)와, 케이싱(6)내로 흡입한 유체를 외부로 토출하기 위한 토출구(62)가 형성된다.

흡입구(61)는 큰 공간(64b)의 내벽(64d)에 형성된 각도 약 80도의 범위에 걸쳐 얕은 오목부(61a)와, 이 오목부(61a)와 케이싱(6)의 외부를 연통시키는연통공(61b)과, 이 연통공(61b)의 케이싱(6)의 외면측에 접속되는 흡기관(61c)으로 구성된다. 그리고 오목부(61a)는 회전실린더부재(2)가 회전하면 각 실린더부위(22a~23b)와 각각 연결되도록 되어있다.

또 토출구(62)는 흡입구(61)의 오목부(61a)로부터 약 10도 떨어진 위치부터 시작해 약 80도에 걸쳐 형성된 얕은 오목부(62a)와, 이 오목부(62a)와 케이싱(6)의 외부를 연통시키는 연통공(62b)과, 이 연통공(62b)의 케이싱(6)의 외면측에 접속되는 배기관(62c)으로 구성된다. 그리고 오목부(62a)는 회전실린더부재(2)가 회전하면 각 실린더부위(22a~23b)와 각각 연결되도록 되어있다.

상술과 같이 구성된 로터리식 실린더장치(1)는 피스톤 고정부재(5)가 모터구동 등에 의해 등각속도의 회전운동을 하면 피스톤(3)(4)이 회전중심위치(X)를 중심으로 한 회전운동을 하고, 이 동작에 따라 회전실린더부재(2)도 등각속도운동을 한다. 이 동작에 의해 펌프동작을 행하게 된다.

다음 본 발명의 제 1실시예의 로터리식 실린더장치(1)의 동작에 대해 도 4A~ 도 4D를 기초로 설명한다. 또한 피스톤(3)(4)의 안내수단의 일부를 구성하는 안내용 홈(26a)(27a)에 대해서는 도시를 생략하고 있다.

도 4A에 있어서 실린더실(22)을 왕복운동하는 피스톤(3)은 회전실린더부재(2)의 공동부(24)에 위치하며 일단측은 실린더부위(22a)의 입구에, 타단측은 실린더부위(22b)의 입구에 각각 약간 진입한 상태가 된다. 즉 피스톤(3)은 평면으로 형성된 양 측면(34)(34) 및 저면(33)은 마찬가지로 평면으로 형성된 실린더부위(22a)(22b)의 양 내벽과 저면 및 공동부(24)의 저면에 동시에 접촉한 상태가 된다. 이와같은 중간위치에 있어서는 피스톤(3)은 공동부(24)를 끼우는 양측의 실린더부위(22a)(22b)에 동시에 끼워진 상태가 되며, 실린더부위(22a)(22b)에는 모두 흡입구(61)로부터 거둬들인 유체가 충만한 상태가 된다.

도 4A에 도시하는 상태에서는 실린더부위(22a)의 최외주 단부는 토출구(62)의 오목부(62a)로 약간 연통하기 시작한 상태가 되고, 실린더부위(22a)는 오목부(62a)를 통해 배기관(62c)과 연통한 상태가 된다. 또 실린더부위(22b)의 최외주 단부는 흡입구(61)의 오목부(61a)와의 연통상태가 종료하기 직전의 상태가 되며, 실린더부위(22b)는 오목부(61a)를 통해 흡기관(61c)과 연통한 상태가 된다. 또한 상술과 같이 피스톤(3)이 공동부(24)에 다다르는 상태가 되므로 이 피스톤(3)에 의해 모든 실린더부위(22a~23b)는 각각 분단되어 닫힌 상태가 된다.

한편 실린더부위(23a)(23b)내를 왕복이동하는 피스톤(4)은 회전실린더부재(2)의 실린더부위(23b)내의 최외주 단부까지 진출한 상태가 된다.

그리고 실린더부위(23b)의 피스톤(4)과 피스톤(3)에 둘러싸인 공간에는 유체가 충만한 상태가 된다. 또 실린더부위(23a)는 피스톤(3)에 의해 다른 실린더부위(22a)(22b)(23b)와 격리된 상태가 되지만 이 실린더부위(23a)내에도 유체가 충만한 상태가 된다. 이 때 실린더부위(23b)의 최외주 단부는 흡입구(61)의 오목부(61a)와 토출구(62)의 오목부(62a) 사이의 위치에 대향한 상태가 된다.

상술한 도 4A의 상태에서 모터구동 등에 의해 피스톤 고정부재(5)를 시계방향(화살표 A방향)으로 회전시키면 피스톤(3)(4)이 지지축(52)(53)과 함께 화살표 A방향으로 이동한다. 이 때의 피스톤(3)(4)의 동작에 의해 회전실린더부재(2)에는화살표 B방향(시계방향)으로의 회전력이 부여되고, 회전실린더(2)는 화살표 B방향으로 회전한다. 이와같은 피스톤(3)(4) 및 회전실린더부재(2)의 상대회전에 의해 각 피스톤(3)(4)은 실린더실(22)(23)내를 왕복운동한다.

이 때의 피스톤(3)(4)의 주회 회전운동 즉 회전중심위치(X)를 중심으로 한 피스톤 고정부재(5)의 회전운동은 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)을 중심으로 하는 회전속도의 2배의 회전수의 회전운동이 된다. 이는 피스톤(3)(4)의 회전반경이 회전실린더부재(2)의 회전반경(실린더 기준원)의 1/2이 되고, 피스톤(3)(4)의 회전운동은 회전실린더부재(2)의 회전운동에 대해 원(圓)사이클로이드(cycloid)운동이 되기 때문이다. 또한 피스톤(3)(4)의 자전, 즉 지지축(52)(53)을 각각 회전중심으로 하는 회전도, 회전실린더부재(2)와 같은 회전수의 등각속도운동이 된다. 따라서 회전실린더부재(2)의 회전수 대 피스톤 고정부재(5)의 회전수대 피스톤(3)(4)의 지지축(52)(53)에 대한 회전수의 비가 1 : 2 : 1 이 된다.

또한 실린더 기준원은 도 2에 있어서 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)으로부터 자전중심위치(X2)의 중심까지의 길이를 반경으로 한 원으로 하고 있다.

또한 이 회전동작에 의해 실린더실(22)(23)내의 피스톤(3)(4)은 회전실린더부재(2)에 대해 회전력을 부여하면서 피스톤(3)은 한쌍의 실린더부위(22a)(22b)사이를, 피스톤(4)은 한쌍의 실린더부위(23a)(23b)사이를 외관상 왕복직선운동한다. 또한 피스톤(3)(4)은 회전실린더부재(2)가 1회전하는 동안에 실린더부위(22a)(22b) 사이 및 (23a)(23b)사이를 1왕복하도록 되어있어 피스톤(3)(4)의 왕복동작수와 회전실린더부재(2)의 회전수가 1 : 1 관계가 된다.

도 4A의 상태에서 피스톤 고정부재(5)가 60도 회전하고, 이에 따라 실린더부재(2)가 30도 회전한 상태를 도시한 것이 도 4B이다.

즉 상술한 도 4A에서 도 4B로의 동작에 의해 피스톤(3)은 공동부(24)를 가로지른 상태로부터 실린더부위(22a)의 내부방향으로 약 1/2정도 진입한다. 이 이동시 피스톤(3)과 실린더부위(22a)와는 평면끼리 면대향하므로 접촉면끼리로부터의 유체의 누설은 거의 없게 된다. 이 동작에 의해 실린더부위(22a)내의 유체가 오목부(62a)를 통해 배출관(62c)에 효율적으로 토출된다. 또한 실린더실(22a)의 길이방향의 거리는 피스톤(3)의 전 길이의 2배보다도 짧기 때문에 약 1/2정도 진출하지만 피스톤(3)의 후단부분은 아직 공동부(24)안에 남아있는 상태가 된다.

한편 피스톤(3)의 실린더부위(22a)방향으로의 동작에 의해 피스톤(3)에 의해 밀봉되었던 실린더부위(22b)(23a) 및 실린더부위(23b)의 일부가 일련의 공간이 된다. 이 일련의 공간안에는 각 실린더부위(22b)(23a)(23b)에 흡입구(61)로부터 유입한 유체가 충만한 상태가 된다.

또 이 사이의 동작에 의해 피스톤(4)은 실린더부위(23b)의 가장 안쪽부로부터 공동부(24)측으로 약 1/9정도 이동한다. 이 이동시, 피스톤(4)과 실린더부위(23b)는 평면끼리 접촉하기 때문에 접촉면(접동면) 사이에서의 유체의 누설은 거의 없게 된다. 이 동작에 의해 외부의 유체는 흡기관(61c)을 통해 오목부(61a)로부터 실린더부위(23b) 내부로 효율적으로 유입한다. 또한 이 시점에서는 피스톤(4)이 실린더부위(23b)의 내부로 완전히 들어간 상태가 된다.

도 4B의 상태로부터 피스톤 고정부재(5)가 다시 60도 회전하고 이에 따라 실린더부재(2)가 다시 30도 회전한 상태를 도시한 것이 도 4C이다.

즉 상술한 도 4B로부터 도 4C로의 동작에 의해 피스톤(3)은 실린더부위(22a)의 내부로 약 1/2정도 진입한 위치에서 더욱 안쪽, 구체적으로는 약 8/9정도 진입한 위치까지 이동한다. 이 동작에 의해 실린더부위(22a)안에 남아있는 유체는 다시 오목부(62a)를 통해 배기관(62c)으로 효율적으로 토출된다.

또 이 사이의 동작에 의해 피스톤(4)은 실린더부위(23b)내를 공동부(24)측으로 다시 이동한다. 이 동작에 의해 외부의 유체가 흡기관(61c)을 통해 오목부(61a)에서 실린더부위(23b)로 다시 유입한다. 또한 이 시점에서는 피스톤(4)의 앞쪽단 부분이 공동부(24)안으로 진출한 상태가 된다.

한편 이 동작중 실린더부위(22b)(23a)와 실린더부위(22a)의 일부는 공동부(24)를 통해 일련의 공간이 되며, 이 일련의 공간안에는 각 실린더부위(22b)(23a)내에 흡입구(61)로부터 유입한 유체가 충만한 상태가 된다.

도 4C의 상태에서 피스톤 고정부재(5)가 다시 60도 회전하고, 이에 따라 피스톤(4)이 다시 30도 회전한 상태를 도시한 것이 도 4D이다.

즉 상술한 도 4C로부터 도 4D로의 동작에 의해 피스톤(3)은 실린더부위(22a)의 내부로 약 8/9정도 진입한 위치로부터 더욱 안쪽, 구체적으로는 실린더부위(22a)의 최외주 단부까지 이동한다. 이 동작에 의해 실린더부위(22a)안에 남아있던 유체가 다시 오목부(62a)를 통해 배기관(62c)에 효율적으로 토출된다. 또한 이 시점 즉 도 4A에 도시한 최초의 상태에서 회전실린더부재(2)가 화살표 B방향으로 90도 회전한 상태에서는 실린더부위(22a)의 최외주단부는 흡입구(61)의 오목부(61a)와 토출구(62)의 오목부(62a) 사이의 위치에 대향한 상태가 되며, 토출동작을 이미 종료한 상태가 된다.

한편 이 사이의 동작에 의해 피스톤(4)은 실린더부위(23b)의 가장 안쪽부측으로부터 공동부(24)를 가로지르고, 선단부분이 실린더부위(23a)내에 진입한 위치까지 다시 이동한다. 이 피스톤(4)의 동작에 의해 피스톤(4)의 일단측은 실린더부위(23b)의 입구로, 타단측은 실린더부위(23a)의 입구로 동시에 약간 진입한 상태가 된다. 즉 피스톤(4)은 왕복운동하는 홈 안의 중간위치에 있는 상태가 되며, 평면으로 형성된 양 측면(44)(44) 및 저면(43)은 마찬가지로 평면으로 형성된 실린더부위(23a)(23b)의 양 내벽과 저면 및 공동부(24)의 저면에 동시에 접촉한 상태가 된다.

이 때 실린더부위(23a)의 최외주 단부는 토출구(62)의 오목부(62a)로 약간 연통하기 시작한 상태가 되며, 실린더실(23a)은 오목부(62a)를 통해 배기관(62c)과 연통한 상태가 된다. 또 실린더부위(23b)의 최외주단부는 흡입구(61)의 오목부(61a)와의 연통상태가 종료하기 직전의 상태가 되며, 실린더부위(22b)는 거의 유체의 흡인동작이 종료한 상태가 된다. 또한 상술과 같이 피스톤(4)이 공동부(24)에 다다르는 상태이기 때문에, 이 피스톤(4)에 의해 각 실린더부위(22a~23b)는 이 시점에서는 다시 각각 분단되어 닫힌 상태가 된다.

이 때의 피스톤(3)(4)은 상술한 도 4A의 상태시에 서로의 위치를 바꾼 상태가 된다. 즉 피스톤(3)(4)은 피스톤 고정부재(5)가 180도 회전하고, 동시에 회전실린더부재(2)가 90도 회전함으로써 실린더부위(22a~23b) 중 하나의 실린더부위로들어가거나 또는 나올지의 동작을 하여 서로의 위치를 바꾼다. 그리고 본 실시예의 로터리식 실린더장치(1)는 이 동작을 반복함으로써 펌프동작을 행하도록 되어있다. 즉 피스톤(3)(4)은 피스톤 고정부재(5)가 다시 180도, 즉 최초의 시점에서 360도 회전하면 도 4A에 도시한 최초의 위치로 복귀한다. 한편 회전실린더부재(2)는 이 사이에 180도 회전한다.

이 때문에 피스톤 고정부재(5)가 2회전, 720도의 회전을 행하면 이 사이에 회전실린더부재(2)는 1회전, 360도의 회전을 행한다. 이에 따라 피스톤(3)(4)은 쌍으로 되어있는 실린더부위(22a~23b)사이를 외관상의 왕복직선운동한다. 즉 피스톤 고정부재(5)가 2회전함으로써 피스톤(3)(4)은 일련의 왕복동작을 1회 완수하고, 지지축(52)(53)에 대해 1회전한다.

또한 이와같은 동작 중 각 피스톤(3)(4)은 각 실린더부위(22a~23b)와 접촉면적이 큰 평면끼리 면대향하게 된다. 그 때문에 대향하고 있는 면끼리, 실제로는 거의 접촉하고 있는 면 끼리의 간극으로부터 유체가 새지 않는 구조가 된다. 그 때문에 각 공간끼리의 유체의 누설이 방지되어 효율적인 펌프로 할 수 있게 된다.

상술한 제 1실시예의 로터리식 실린더장치(1)에서는 실린더실의 수를 2개(4실린더 부위), 피스톤의 수를 2개로 구성하고 있지만 피스톤 및 실린더실의 수를 하나로 해도 좋다. 또 도 5 및 도 6에 도시하는 제 2나 제 3실시예와 같이 실린더실 및 피스톤의 수를 3개로 해도 좋다.

본 발명의 제 2실시예로서 도 5에 도시한 로터리식 실린더장치(1)는 상술한 제 1실시예의 로터리식 실린더장치(1)와 마찬가지로 케이싱(6)내에 6개의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)(28a)(28b)와 6개의 부채모양의 받침부(25)를 구비한 회전실린더부재(2)가 자유롭게 회전하도록 배치된다. 즉 이 실시예에서는 실린더부위(22a)(22b)와 공동부(24)에 의해 실린더실(22)이 실린더부위(23a)(23b)와 공동부(24)에 의해, 실린더실(23)이 실린더부위(28a)(28b)와 공동부(24)에 의해 실린더실(28)이 형성된다. 그리고 회전실린더부재(2)의 편심위치에는 피스톤 고정부재(도시생략)가 자유롭게 회전하도록 배치되고, 이 피스톤 고정부재는 3개의 피스톤(3)(4)(9)이 자유롭게 회전하도록 고정된다. 또한 상술한 실시예의 로터리식 실린더장치(1)와 마찬가지로 이 로터리식 실린더장치(1)의 케이싱(6)내에 배치된 양 부재의 회전의 비율은 피스톤 고정부재의 회전수가 2에 대해 회전실린더부재(2)의 회전수가 1이다.

이와같이 구성된 로터리식 실린더장치(1)는 피스톤 고정부재의 회전에 의해 각 피스톤(3)(4)(9)이 화살표 A'방향으로 회전하면 이 동작에 따라 회전실린더부재(2)가 화살표 B'방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 피스톤(3)이 실린더실(22)을, 피스톤(4)이 실린더실(23)을, 피스톤(9)이 실린더실(28)을 각각 공동부(24)를 가로지르면서 외관상의 왕복운동을 한다.

또한 각 피스톤(3)(4)(9)의 길이방향의 치수는 공동부(24)를 가로지를 때 공동부(24) 양 측의 실린더실의 내벽 양쪽에 결합할 수 있게 된다. 따라서 각 피스톤(3)(4)(9)은 공동부(24)를 가로지를 때에는 양측의 실린더실에 동시에 접촉하게 된다. 또한 각 피스톤(3)(4)(9)은 공동부(24)를 가로지를 때 서로 다른 피스톤(3)(4)(9)에 서로 부딪히지 않도록 설계되는 것은 물론이다. 이에 따라 로터리식 실린더장치(1)는 각 피스톤(3)(4)(9)이 상시 어딘가의 실린더실로 안내되면서 회전이동하고, 그 결과 각 피스톤(3)(4)(9)이 각 실린더장치(22)(23)(28)내로 확실하게 출입하여 펌프동작을 하게 된다.

또 본 발명의 제 3실시예로서 도 6에 도시한 로터리식 실린더장치(1)는 상술한 제 1 및 제 2실시예와 마찬가지로 케이싱(6)내에 6개의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)(28a)(28b)와 6개의 부채모양의 받침부(25)를 구비한 회전실린더부재(2)가 자유롭게 회전하도록 배치되고, 회전실린더부재(2)의 편심위치에는 피스톤 고정부재(도시생략)가 자유롭게 회전하도록 배치된다. 그리고 이 피스톤 고정부재에는 3개의 피스톤(3)(4)(9)이 자유롭게 회전하도록 고정된다. 또한 도 1 및 도 5의 실시예의 로터리식 실린더장치(1)와 마찬가지로 이 로터리식 실린더장치(1)의 케이싱(6)내에 배치된 양 부재 회전의 비율은 피스톤 고정부재의 회전수가 2에 대해 회전실린더부재(2)의 회전수와 피스톤(3)(4)의 회전수는 1이다.

이와같이 구성된 로터리식 실린더장치(1)는 피스톤 고정부재의 회전에 의해 각 피스톤(3)(4)(9)이 화살표 A"방향으로 회전하면 이 동작에 따라 회전실린더부재(2)가 화살표 B"방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 피스톤(3)이 실린더실(22)을, 피스톤(4)이 실린더실(23)을, 피스톤(9)이 실린더실(28)을, 각각 공동부겸 통로(241)를 가로지르면서 외관상의 왕복운동하게 된다.

또한 공동부겸 통로(241)의 양측에는 케이싱(6)에 세워져 마련한 단면이 초생달모양의 안내기둥(26)과, 단면이 대략 반원모양의 안내기둥(27)이 배치되고, 이들의 안내기둥(26)(27)에 의해 공동부겸 통로(241)내를 통과하는 각피스톤(3)(4)(9)의 안내를 하고 있다. 이 도 6에 도시한 로터리식 실린더장치(1)에서는 각 피스톤(3)(4)(9)은 대략 입방체의 블록으로 구성되고, 공동부겸 통로(241)를 가로지를 때에는 어떠한 실린더실로부터도 떨어진 상태가 된다. 그 때문에 각 피스톤(3)(4)(9)은 공동부겸 통로(241)를 가로지를 때에는 안내기둥(26)(27)에 의해 소정의 자세를 유지하면서 통과하게 된다. 또한 안내기둥(26)(27)뿐만 아니라 상술한 제 1실시예와 같이 공동부겸 통로(241)내의 저면에 안내용의 작은 홈을 배치하도록 하여 그 작은 홈과 안내기둥(26)(27)으로 협동하여 피스톤(3)(4)(9)을 안내하도록 해도 좋다.

또한 도 5 및 도 6에 도시하는 6개의 실린더실 및 3개의 피스톤을 갖는 타입의 로티리식 실린더장치(1)는 흡인,배기의 균형이 취해져 토오크변동이 적은 것이 된다.

또 상술한 각 실시예에서는 외면을 평면으로 형성한 각 피스톤이 내벽을 평면으로 형성한 각 실린더실에 출입할 때 평면끼리가 면대향하는 것에 의한 저항력에 의해 각 공간끼리의 유체의 누설을 방지하는 구성이 되지만 이에 덧붙여 각 피스톤과 각 실린더실과의 대향면 부분에 점성그리스 등을 충전부를 배치하여 윤활성을 유지하면서 밀폐성을 높여도 좋다. 이 경우 피스톤의 양 측면에 오목부를 형성하여 이 오목부를 충전부로 해도 좋다. 예를들면 도 69와 같이 피스톤(3)(4)의 양 측면(34)(44)에 오목부(3d)(4d)를 충전부로서 형성하고, 이 오목부(3d)(4d)에 상기 점성그리스 등을 모아두어도 좋다. 또한 이 오목부(3d)(4d)를 형성하는 것으로 윤활제를 이용하지 않는 경우라도 피스톤(3)(4)의 왕복운동시의 저항을 부드럽게 한다.

또 상술한 제 1실시예에서는 피스톤 고정부재(5)의 지축(51)을 케이싱(6)으로부터 돌출시켜 이 돌출부분을 구동원에 연결함으로써 피스톤 고정부재(5)를 회전시키고, 이에 회전실린더부재(2)를 종동시키도록 구성했지만 도 7에 도시하는 로터리식 실린더장치(1)와 같이 역으로 회전실린더부재(2)의 지축(21)을 케이싱(6)으로부터 돌출시켜 이 지축(21)의 선단부분(21a)을 모터 등의 구동원(도시생략)에 연결함으로써 지축(21)측을 입력측으로 하고, 피스톤 고정부재(5)를 회전실린더부재(2)에 종동시키도록 해도 좋다. 이와같이 구성하면 이른바 센터구동용식이 되어 모터에 지축(21)을 직결시킨 경우에 제품성이 좋아진다.

또한 상술한 제 1실시예에서는 흡입구(61)의 오목부(61a) 및 토출구(62)의 오목부(62a)를 모두 약 80도 정도의 폭으로 구성했지만 이들 오목부(61a)(62a)의 폭은 용도에 따라 임의로 설정이 가능하다. 예를들면 고압축비가 적응될 경우 예를들면 에어콤프렛서 등에 사용하는 경우 토출구(62)의 오목부(62a)를 10도 정도로 소용적으로 형성하면 압축비를 높일 수 있어 한꺼번에 유체가 토출구(62)로부터 외부로 토출되게 된다.

또한 상술한 제 1실시예에서는 케이싱(6)의 회전실린더부재(2)의 외주면에 대향하는 위치에 각각 흡입구(61) 및 토출구(62)가 배치되어 회전실린더부재(2)의 외측으로부터 흡인배기를 행하도록 하고 있지만, 흡입구(61) 및 토출구(62)는 회전실린더부재(2)의 상하방향 양측 또는 한쪽에 배치해도 좋다.

또 상술한 제 1실시예에서는 회전실린더부재(2)의 한쪽면측에 피스톤 고정부재(5)를 배치시키고, 이 피스톤 고정부재(5)로부터 지지축(52)(53)을 회전실린더부재(2)의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)내로 돌출시킴으로써 지지축(52)(53)에 고정시킨 피스톤(3)(4)을 회전실린더부재(2)의 십자모양의 공간으로 이루어지는 실린더실내에 배치시키도록 했지만 도 8 ~ 도 11과 같이 피스톤 고정부재(90)를 2장의 원반모양 부재(90a)(90b)로 구성하여 회전실린더부재(2)의 양측에 배치해도 좋다. 다음에 제 4실시예로서 설명한다.

제 4실시예에서는 도 8 ~ 도 11과 같이 케이싱(6)내의 원형의 공간내벽에 다수의 니들(82a)을 등간격으로 배치한 바퀴고리모양의 베어링부재(82)를 배치하고, 그 내측에 회전실린더부재(2)를 자유롭게 회전하도록 지지시키고 있다. 이 회전실린더부재(2)에는 각 단부가 반경방향 외측으로는 관통되지 않고 또한 축방향 양측으로는 관통하고 있는 십자모양의 공간이 형성된다. 이 십자모양 공간의 중심부는 공동부(24), 그리고 공동부(24)로부터 방사모양으로 형성된 부위는 각각 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)가 된다. 이와같이 형성된 십자모양의 공간에는 중심부에 구멍(3a)을 구비한 블록형상의 피스톤(3)과, 중심부에 구멍(4a)을 구비한 블록형상의 피스톤(4)이 자유롭게 미끄럼 이동하도록 끼워지게 된다.

회전실린더부재(2)의 축방향 양측에는 케이싱(6)의 외부로 돌출하는 구동축(89)의 일단과 지축(95)을 회전중심으로 하여 고정한 피스톤 고정부재(90)가 배치된다. 즉 피스톤 고정부재(90)는 회전실린더부재(2)를 사이에 두고 배치된 2장의 원반모양 부재(90a)(90b)로 구성되며, 피스톤(3)(4)을 각각 삽통시킨 2개의 지지축(52)(53)에 의해 연결된다. 그리고 구동축(89)의 돌출부분을 모터 등의 구동원(도시생략)에 연결함으로써 피스톤 고정부재(90)를 회전시키면 피스톤(3)이 실린더부위(22a)(22b)와 공동부(24)로 구성되는 실린더실(22)을, 피스톤(4)이 실린더부위(23a)(23b)와 공동부(24)로 구성되는 실린더실(23)을 각각 슬라이드 이동한다. 이 동작에 의해 회전실린더부재(2)는 피스톤 고정부재(90)와 같은 방향으로 1/2 속도로 회전하고, 각 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)가 도시를 생략한 흡입구 및 토출구(62)에 연통하도록 되어있다.

또한 이 제 4실시예는 동작에 관해서는 상술한 제 1실시예와 동일하며, 이 동작에 의해 펌프활동을 행하게 된다. 이 제 4실시예를 펌프로서 이용할 경우 각 실린더부위(22a~23b)가 회전실린더부재(2)의 외주면에 연통하지 않기 때문에 흡인배기기구를 회전실린더부재(2)의 양 단면 혹은 한쪽 단면의 각 실린더부위(22a~23b)에 연통가능한 위치의 최외주부분에 배치하게 된다.

이상의 각 실시예에서는 회전실린더부재와 피스톤 고정부재 중 어느 한 쪽을 입력측으로 하여 케이싱(6)으로부터 돌출시키고, 다른쪽을 종동측으로 하여 케이싱(6)안에 조립하고 있지만 양 지축(21)(51)을 모두 케이싱(6)으로부터 돌출시켜 하나의 로터리식 실린더장치로 양 타입이 가능하게 해도 좋다. 또한 상술한 각 실시예는 모터의 구동력에 의해 실린더부재를 회전시켜 펌프활동을 행하는 장치로 했지만 유체를 실린더부재 안으로 보내줌으로써 양 지축(21)(51)을 회전시키고 이들 지축(21)(51)으로부터 출력을 취하는 장치로 해도 좋다.

다음 도 13 ~ 도 15에 본 발명의 로터리식 실린더장치를 유체의 에너지를 사용하여 회전출력을 얻는 유체회전기로서 구성한 실시예를 도시한다. 또한 이 실시에에서의 동력원으로서 이용하는 유체는 오일, 물 등의 액체에 한한 것은 아니고 공기, 가스 등의 기체라도 좋다. 또 도 1 ~도 4에 도시하는 실시예에서 설명한 구성과 기본적으로 같은 구성·원리의 것에 대해서는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

이 실시예에서는 회전실린더부재(2)의 회전중심이 되는 축(21)을 출력축으로 하여 케이싱(6)의 밖에 그 선단을 돌출시키고 있다. 또한 안내용 홈(26a)(27a)과 볼록편(3b)(4b)로 이루어지는 안내수단을 피스톤(3)(4)과 실린더부재(2) 사이에 형성하지 않고 실린더실(22)(23)의 양 측벽과 저면과의 3면만으로 피스톤의 이동을 안내하도록 하는 구조로 되어있다. 즉 실린더실(22)(23)을 형성하는 홈의 횡단면 형상은 자세하게는 후술하는 피스톤(3)(4)의 횡단면 형상과 일치하고 있다. 또 실린더부위(22a~23b)의 길이방향의 일단측(중앙측)은 공동부(24)에 연통하고 있다.

또한 공동부(24)의 저면은 각 실린더부위(22a~23b)에 각각 대응한 형상이 된다. 즉 실린더부위(22a~23b)의 횡단면 형상과 이에 연속하는 공동부(24)의 단면형상은 동일하여, 두꺼운 원판재료에 십자모양의 홈을 절삭 등의 방법으로 가공하는 것으로 공동부(24) 및 실린더부위(22a~23b)로 이루어지는 십자모양의 홈을 형성할 수 있다. 또한 절삭 등의 방법으로 가공되는 십자모양 홈의 저면의 양 코너부분은 둥근모양을 띤 형상이면 되므로 그 가공은 극히 용이하다.

여기서 피스톤(3)(4)은 예를들면 도 16A와 같이 그 저면의 양 코너부분(11)을 둥글게 한 형상을 이루고, 그 횡단면 형상을 실린더부위(22a~23b)의 횡단면형상에 일치시키고 있다. 또 피스톤(3)(4)의 윗면(피스톤 고정부재(5)와의 대향면)은평면으로 되어있다. 따라서 케이싱(6) 및 피스톤 고정부재(5)에 의해 막혀진 실린더부위(22a~23b)에 대해 피스톤(3)(4)의 윗면, 양 측면, 저면은 피스톤(3)(4)의 전 길이에 걸쳐 면접촉하게 되고, 실린더부위(22a~23b)와 피스톤(3)(4) 사이의 기밀성, 액밀성이 확보된다. 즉 액체의 누설을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

그리고 아래케이스(64)의 작은 공간(64c)의 저면에는 출력축(21)을 관통시키기 위한 삽통공(64e)이 배치된다. 출력축(21)의 선단은 이 삽통공(64e)에서 케이싱(6)의 외부로 돌출하고 있다. 또 삽통공(64e)의 내면에 오목홈을 배치하고, 거기에 O링(48)을 배치하는 것으로 출력축(21)과 아래케이스(64)사이를 밀봉하고 있다. 이에 따라 압력의 완화를 방지하고 있다.

유체의 입구(61)는 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)에서 보아 회전실린더부재(2)의 회전에 따라 피스톤(3)(4)이 회전실린더부재(2)의 대략 외주위치에 있을 때 실린더부위(22a~23b)를 연통하도록 개구하고, 회전실린더부재(2)의 대략 45도의 위치에 있을 때 실린더부위(22a~23b)를 폐구하도록 형성된다.

또 유체의 입구(62)는 큰 공간(64b)의 내벽(64d)에 형성된 얕은 오목부(62a)와 연통한다. 즉 유체의 출구(62)는 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)에서 보아 회전실린더부재(2)의 회전에 따라 피스톤(3)(4)이 회전실린더부재(2)의 대략 45도의 위치에 있을 때 실린더부위(22a~23b)를 연통하도록 개구하고, 회전실린더부재(2)의 대략 외주위치에 있을 때 실린더부위(22a~23b)를 폐구하도록 형성된다.

유체의 입구(61)와 유체의 출구(62)는 유체의 흐름에 대해 흐름저항이 적어져 연속회전동작하도록 형성된다. 예를들면 유체가 케이싱(6)안을 방향전환하지 않고 그 대로 직진할 수 있도록 회전실린더부재(2)를 사이에 두고 대향하는 위치에 유체의 입구(61)와 유체의 출구(62)를 형성하고 있다. 또 유체의 입구(61)의 오목부(61a)와 유체의 출구(62)의 오목부(62a)는 회전실린더부재(2)의 회전방향에 대해 넓은 범위에 형성된다. 예를들면 오목부(61a)는 회전실린더부재(2)의 회전방향에 대해 피스톤(3)(4)을 더욱 외측으로 이동시키는 상태의 실린더부위(도 14에서는 실린더부위(23b))를 통과한 위치에서 연통공(61b)이 형성되는 범위에 걸쳐 형성된다. 또 오목부(62a)는 회전실린더부재(2)의 회전방향에 대해 연통공(62b)의 시작위치에서 피스톤(3)(4)을 더욱 외측으로 이동시키는 상태의 실린더부위(도 14에서는 실린더부위(23b))의 직전 위치까지의 범위에 걸쳐 형성된다. 또한 유체의 입구(61)의 연통공(61b)과 유체의 출구(62)의 연통공(62b)은 각 실린더부위(22a~23b)에 비해 통로면적이 충분히 커지게 된다. 이와같이 유체의 입구(61)와 유체의 출구(62)가 대향하는 위치에 형성되고, 또한 오목부(61a)(62a)가 넓은 범위에 형성되며 또한 연통공(61b)과 (62b)은 통로면적이 크게 형성되므로 유체이 흐름저항은 작은 것이 된다.

유체의 입구(61)의 오목부(61a)와 유체의 출구(62)의 오목부(62a)는 도 14와 같이 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)과 피스톤 고정부재(5)의 회전중심위치(X)를 지나는 선을 사이에 두고 선대칭이 되도록 형성된다. 오목부(61a)의 도 14 하단측의 위치는 회전축심(O)과 회전중심위치(X)를 지나는 선 상의 근방까지 형성되고, 더욱 상세하게는 상기 선 상에서 피스톤(4)(또는 3) 폭의 대략 절반, 유체의 입구측으로 기운 위치가 된다. 또 오목부(61a)의 도 14 상단측의 위치는 회전축심(O)과 회전중심위치(X)를 지나는 선 상에서 시계회전방향으로 대략 135도 회전시키고 또한 피스톤(4)(또는 3) 폭의 대략 절반, 반시계 회전방향으로 줄어든 위치가 된다. 또 오목부(61a)(62a)의 유로단면적은 깊이방향의 값으로 제어할 수 있기 때문에 유체저항이 작아지도록 설정하고 있다.

이 유체회전기(1)는 배압완화수단을 구비하고 있다. 배압완화수단은 예를들면 피스톤 전후이동 배압완화수단(12)과, 실린더측 배압완화수단(13)과, 피스톤 고정부재측 배압완화수단(14)으로 구성된다.

피스톤 전후이동 배압완화수단(12)은 예를들면 공동부(24) 저면의 중앙에 형성된 십자홈이다. 이 피스톤 전후이동 배압완화수단으로서의 십자홈(12)은 피스톤(3)(4)의 길이보다도 약간 길게 형성되어 도 14와 같이 공동부(24)에 피스톤(3)(4)이 위치하는 경우라도 각 실린더부위(22a~23b)를 연통할 수 있다. 이 때문에 유체로서 비압축성의 액체를 사용하는 경우라도 피스톤(3)(4)이 액압에 의해 막히지 않고 원활한 움직임을 가능하게 하고 있다. 또한 십자홈(12)의 통로단면적은 피스톤(3)(4)의 횡단면적보다도 충분히 작으며, 유체의 입구(61)로부터 실린더부위(22a~23b)안으로 흘러들어온 유체의 압력은 거의 피스톤(3)(4)에 작용하므로 유체회전기(1)로서의 효율을 악화시키지 않는다. 단 피스톤 전후이동 배압완화수단으로서의 십자홈(12)은 예를들면 유체로서 기체를 사용하는 경우 등에는 생략해도 좋다.

실린더측 배압완화수단(13)은 유체회전기(1)의 작동중에 회전실린더부재(2)와 아래케이스(64)사이에 발생하는 배압을 방출하여 회전실린더부재(2) 등의 회전을 원활하게 하기 위한 것으로 예를들면 4개의 받침부(25)를 관통하는 구멍(13)(도 14)이다. 단 실린더측 배압완화수단으로서는 받침부(25)를 관통하는 구멍(13)에 한정되는 것은 아니고 예를들면 도 17 및 도 38과 같이 회전실린더부재(2)의 외주면에 형성된 홈(13)이라도 좋으며 또한 도 18A 및 도 18B와 같이 아래케이스(64)의 내벽(64d)에 형성된 홈(13)이라도 좋다. 이들 3타입의 실린더측 배압완화수단(13)에서는 회전실린더부재(2) 양측의 압력을 균일하게 하는 것으로 배압을 완화하는 구조로서 유체가 케이싱(6)의 밖으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또 유체가 케이싱(6)의 밖으로 누설되는 것을 허용할 수 있는 경우에는 예를들면 도 19A 및 도 19B와 같이 실린더측 배압완화수단으로서 아래케이스(64)에 관통공(13)을 형성하고, 배압을 케이싱(6) 밖으로 방출하도록 해도 좋다.

피스톤 고정부재측 배압완화수단(14)은 유체회전기(1)의 작동중에 피스톤 고정부재(5)와 위케이스(63) 사이에 발생하는 배압을 방출하여 피스톤 고정부재(5)의 회전을 원활하게 하기 위한 것으로 예를들면 피스톤 고정부재(5)를 관통하는 구멍(14)(도 14)이다. 단 피스톤 고정부재측 배압완화수단으로서는 피스톤 고정부재(5)를 관통하는 구멍(14)에 한정되는 것은 아니고 예를들면 도 17 및 도 38과 같이 피스톤 고정부재(5)의 외주면에 형성된 홈(14)이라도 좋고, 또는 도 18A 및 도 18B와 같이 위케이스(63)의 내주면에 형성된 홈(14)이라도 좋다. 이들 3개 타입의 피스톤 고정부재측 배압완화수단(14)에서는 피스톤 고정부재(5)의 양측의 압력을 균일하게 하는 것으로 배압을 완화하는 구조로서 유체가 케이싱(6) 밖으로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또 유체가 케이싱(6) 밖으로 누설되는 것을 허용할 수 있는 경우에는 예를들면 도 19A 및 도 19B와 같이 피스톤 고정부재측 배압완화수단으로서 위케이스(63)에 관통공(14)을 형성하고, 배압을 케이싱(6) 밖으로 방출하도록 해도 좋다.

또 유체회전기(1)는 윤활제 순환기구(15)를 구비하고 있다. 이 윤활제 순환기구(15)는 예를들면 도 21과 같이 윤활제 탱크(16)와 회전실린더부재(2)의 배면에 연통하고, 이 윤활제 탱크(16)로부터 케이싱(6)내로 윤활제를 이끄는 윤활제 유입통로(17)와 피스톤 고정부재(5)의 배면측에 연통하며, 이 윤활제 탱크(16)에 윤활제를 이끄는 윤활제 유출통로(18)를 구비하여 구성된다. 윤활제 유입통로(17)의 중간에는 도시하지 않은 필터가 배치된다. 또한 윤활제로서는 윤활오일, 윤활그리스, 물, 기체, 그 외의 유체 등, 윤활성을 갖는 것이면 된다.

윤활제 유입통로(17)는 위케이스(63)에 배치된 포트(19)에 접속된다. 이 포트(19)로부터 위케이스(63)내로 이끌린 윤활제는 케이싱(6)내의 각 부재의 간극이나 실린더측 배압완화수단(13), 피스톤 고정부재측 배압완화수단(14)등을 따라 접동면을 윤활한다. 그리고 아래케이스(64)에 배치된 포트(20)로부터 윤활제 유출통로(18)로 유출하고, 윤활제탱크(16)로 순환된다. 이 윤활제는 회전실린더부재(2)나 피스톤 고정부재(5)의 회전에 의해 발생하는 압력차를 이용하여 윤활제탱크(16) -> 윤활제 유입통로(17) -> 케이싱(6)내 -> 윤활제 유출통로(18) -> 윤활제 탱크(16)로 순환한다.

상술과 같이 구성된 유체회전기(1)는 유체의 압력에 의해 회전한다. 즉 유체의 입구(61)에 유체가 공급되면 피스톤 고정부재(5)나 회전실린더부재(2) 등이 회전운동을 행하여 출력축(21)으로부터 회전력을 꺼낼 수 있다.

도 13 ~ 도 15에 도시하는 유체회전기(1)의 동작에 대해 도 20A~ 도 20F를 이용하여 설명한다.

우선 도 20A의 상태에서는 실린더부위(22a)(22b)내를 외관상 왕복운동하는 피스톤(3)은 회전실린더부재(2)의 공동부(24)에 위치하고 있다. 이 위치에서는 피스톤(3)은 실린더부위(22a)(22b)에 동시에 결합하고 있다. 한편 실린더부위(23a)(23b)내를 외관상 왕복운동하는 피스톤(4)은 회전실린더부재(2)의 실린더부위(23b)내의 최외주단부까지 진출한(밀려나아간) 상태가 된다.

이 상태에서는 실린더부위(22b)는 유체의 입구(61)의 오목부(61a)에 대향하고, 실린더부위(22a)는 유체의 출구(62)의 오목부(62a)에 대향하고 있다. 또 실린더부위(23a)(23b)는 오목부(61a)와 오목부(62a) 사이, 즉 오목부(61a)(62a)가 형성되지 않는 위치에 대향하고 있다.

이 상태에서 유체의 입구(61)로부터 유체가 실린더부위(22b)로 유입하면 이 유체의 압력에 의해 피스톤(3)이 실린더부위(22a)를 향해 밀려나아간다. 자전중심위치(X1)는 회전중심위치(X)에 대해 어긋나는 것으로 피스톤(3)이 나아가는 힘은 피스톤(3)을 고정하는 피스톤 고정부재(5)를 회전시키는 힘이 되어 피스톤 고정부재(5)를 회전중심위치(X) 둘레에 회전시킨다. 이 결과 피스톤(3)은 회전중심위치(X) 둘레에 회전하므로 회전실린더부재(2)를 회전축심(O) 둘레로 회전시킨다.

피스톤(3)은 실린더부위(22a)내의 유체를 유체의 출구(62)로부터 배출하면서 유체의 입구(61)로부터 실린더부위(22b)로 유입한 유체의 압력으로 밀어내게 된다. 한편 피스톤 고정부재(5)의 회전에 따라 도 20B과 같이 실린더부위(23b)내의 피스톤(4)은 공동부(24)를 향해 되돌리게 되지만 이 때 피스톤(3)(4)사이의 유체는 십자홈(12)을 거쳐 실린더부위(23b)로부터 다른 실린더부위(22a~23a)로 유출하고, 또 피스톤 고정부재(5)의 회전에 의해 실린더부위(23b)가 유체의 입구(61)의 오목부(61a)에 오버랩(대향)하기 시작하므로 유체의 입구(61)로부터 실린더부위(23b)로 유체가 유입하기 시작한다. 즉 유체의 압력에 의해 피스톤(3)(4)의 움직임이 방해되지(액압 락됨) 않고, 피스톤(3)(4)은 스무스하게 움직여 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)는 스무스하게 회전한다.

그리고 유체의 입구(61)로부터 실린더부위(22b)로 유입한 액체는 피스톤(3)을 밀어내는 것으로 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)를 계속해서 회전시킨다. 더욱 구체적으로는 피스톤(3)은 유체의 입구(61)의 오목부(61a)로부터의 유체압력에 의해 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)의 위치로부터 외주로 진행하여 연통공(62b)측의 실린더부위(22a)의 유체를 밀어내려고 한다.

또 유체압력이 피스톤(3)을 미는 것으로 피스톤 고정부재(5)의 회전력이 된다.

한편 이 상태에서는 피스톤(4)은 회전실린더부재(2)의 회전에는 거의 기여하지 않는다. 즉 피스톤(4)은 유체의 입구(61)로부터 실린더부위(23b)로 유입한 유체에 의해 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)을 향하려고 하지만 피스톤(4)의 전후는 모두 오목부(61a)에 연결되어 압력이 균일하게 되므로 피스톤(3)에 의해 회전실린더부재(2)의 회전이 부여된다(도 20C). 이 상태에서는 실린더부위(22b)와 실린더부위(23b)가 유체의 입구(61)의 오목부(61a)에 오버랩하고 있지만 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)가 다시 회전하여 도 20D의 위치에 이르면 유체의 입구(61)의 오목부(61a)에 오버랩하고 있는 실린더실은 실린더부위(23b)로만 되고, 이후 유체의 압력은 피스톤(4)에 작용한다. 즉 유체압력이 피스톤(4)을 밀고, 피스톤(4)이 실린더부위(22b)(23a), 공동부(24)의 흐름을 밀어 피스톤(3)이 밀리게 되며 회전력이 계속된다. 환언하면 유체의 압력을 받는 피스톤이 피스톤(3)으로부터 피스톤(4)으로 이동하고, 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)는 계속하여 회전한다.

한편 이 상태에서는 유체의 출구(62)의 오목부(62a)에 오버랩하고 있는 실린더실은 실린더부위(22a)만으로 실린더부위(22a)내의 유체가 유체의 출구(62)로부터 배출되지만, 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)가 다시 회전하여 도 20E의 위치에 이르면 실린더부위(23a)도 유체의 출구(62)의 오목부(62a)에 오버랩하게 되고, 오목부(61a)로부터의 유체압력은 피스톤(4)이 받아 피스톤 고정부재(5)에 회전을 부여하여 실린더부위(22a)내의 유체와 실린더부위(23a)내의 유체를 유체의 출구(62)로부터 배출하면서 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)는 회전한다(도 20F).

그리고 이후 유체의 입구(61)의 오목부(61a)와 유체의 출구(62)의 오목부(62a)에 대한 실린더실의 위치관계가 실린더부위(22b) -> 실린더부위(23b) -> 실린더부위(22a)-> 실린더부위(23a) -> 실린더부위(22b)로 순번대로 변화하고, 또 유체의 압력을 주로 받는 피스톤이 피스톤(3) -> 피스톤(4) -> 피스톤(3)으로 번갈아 변화하는 것으로 피스톤 고정부재(5) 및 회전실린더부재(2)가 계속하여 회전한다. 따라서 출력축(21)으로부터 회전력이 연속하여 출력된다. 즉 유체모터로서 기능한다.

이 유체회전기(1)에서는 피스톤(3)(4)이 실린더부위(22a~23b)의 외측위치로부터 공동부(24)를 향해 되돌려질 경우, 즉 실린더부위(22a~23b)안의 용적이 증가할 경우에는, 실린더부위(22a~23b)는 유체의 입구(61)의 오목부(61a)에 오버랩하고 있다. 또 피스톤(3)(4)이 공동부(24)로부터 실린더부위(22a~23b)의 외측위치를 향해 밀려나아갈 경우, 즉 실린더부위(22a~23b)내의 용적이 감소할 경우에는 실린더부위(22a~23b)는 유체의 출구(62)의 오목부(62a)에 오버랩하고 있다. 이 때문에 피스톤(3)(4)은 스무스하게 이동한다. 또 상술과 같이 유체의 입구(61)와 유체의 출구(62)는 대향한 위치에 형성되고, 또한 오목부(61a)(62a)가 넓은 범위에 형성되며 또한 연통공(61b)과 (62b)은 통로면적이 크게 형성되므로 유체의 흐름저항은 작은 것이 된다. 이들의 결과 유체의 압력이 효율적으로 회전실린더부재(2) 즉 출력축(21)의 회전력으로 변환되게 되어 효율적인 유체회전기(1)가 된다.

이 유체회전기(1)에서는 피스톤(3)(4)의 주회 회전운동 즉 회전중심위치(X)를 중심으로 한 피스톤 고정부재(5)의 회전운동은 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)을 중심으로 하는 회전각속도의 2배의 각속도 회전운동이 된다.

또 피스톤(3)은 회전실린더부재(2)가 1회전하는 동안 실린더부위(22a)(22b)사이를 1왕복하여 지지축(52)에 대해 1회전하므로 피스톤(3)의 회전수와 회전실린더부재(2)의 회전수가 1 : 1의 관계가 된다. 즉 회전실린더부재(2)의 회전수대 피스톤 고정부재(5)의 회전수대 피스톤(3)(4)의 지지축(52)(53)에 대한 회전수의 비가 1 : 2 : 1이 된다.

또 상술과 같이 피스톤(3)(4)의 횡단면 형상과 실린더부위(22a~23b)의 횡단면 형상을 일치시키고 있기 때문에 유체회전기(1)가 부착되면 실린더부위(22a~23b)에 대해 피스톤(3)(4)의 윗면, 양 측면, 저면은 피스톤(3)(4)의 전 길이에 걸쳐 면접촉하게 되고, 실린더부위(22a~23b)와 피스톤(3)(4)사이의 기밀성·액밀성이 확보된다. 즉 유체의 누설을 더욱 확실하게 방지할 수 있어 효율적인 유체회전기로 할 수 있다.

다음에 이 유체회전기(1)를 사용한 유체발전기의 실시예에 대해 설명한다. 또한 이 실시예에서는 발전기 명령을 빼고 구동원으로서의 유체회전기(1)는 도 1 ~ 도 4에 도시하는 실시예에서 설명한 구성과 기본적으로 동일 구성·원리이기 때문에 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도 22 ~ 도 28에, 이 유체발전기(70)의 일예를 도시한다. 이 유체발전기(70)에서는 유체회전기(1)의 출력측에 발전기구를 접속하고, 이들을 케이싱(6)내에 수용한 것이다. 발전기구는 회전측의 요소로서의 요크(73) 및 마그네트(74)와, 고정측의 요소로서의 스테이터코어(76), 권선(77) 및 홀더(78)를 구비하여 구성된다.

즉 회전실린더부재(2)에 원통부(72)를 일체로 성형하고, 원통부(72)에 요크(73)와 마그네트(74)를 접착고정하고 있다. 회전실린더부재(2)는 쓰러스트방향과 래디얼방향을 동시에 받는 베어링(75)을 통해 아래케이스(64)에 자유롭게 회전하도록 지지된다. 한편 마그네트(74)에 대향하는 스테이터코어(76) 및 권선(77)은 아래케이스(64)에 부착된 홀더(78)에 설치된다.

또한 본 실시예에서는 도 39와 같이 스테이터코어(76)의 돌극의 중심과 마그네트(74)의 자극(N극 또는 S극)의 중심위치와 실린더부위(22a~23b)가 되는 홈위치는 대략 일치시키고 있다. 이는 기동성을 좋게 하기 위함으로 실린더부위(22a~23b)가 정지하면 최대토오크를 발생하여 기동하기 쉬워진다. 그러나 사용상 문제없는 범위이면 상기 위치관계에 고집하지 않는다.

피스톤 고정부재(5)는 쓰러스트방향과 래디얼방향을 동시에 받는 베어링(79)을 통해 위케이스(63)에 지지된다. 위케이스(63)는 아래케이스(64)에 대해 나사고정되고, 이들 사이는 O링(80)에 의해 밀봉된다. 또한 케이싱(6), 피스톤(3)(4), 피스톤 고정부재(5), 회전실린더부재(2)등에 경량화 구멍을 만들어 형상의 안정화, 경량화를 도모할 수 있다.

이 유체발전기(70)의 유체의 입구(61)에 유체가 공급되면 도 20에 도시하는 작동원리와 같은 원리로 회전실린더부재(2)가 회전하고, 거기에 고정되는 마그네트(74)가 스테이터코어(76)에 감겨있는 권선(77)에 대해 회전한다. 따라서 권선(77)에 전류가 발생하여 발전이 행해진다. 이 유체발전기(70)에서는 내측의 스테이터코어(76), 권선(77)을 중심으로 그 주위에 마그네트(74)를 배치하고 있기 때문에 발전효율이 좋아진다.

또한 상술한 유체의 출구(62)를 유체의 유입구로 하고, 유체의 입구(61)를유체의 유출구로서 이용하는 것으로 출력축(21)으로부터 역회전의 출력을 얻도록 해도 좋다.

또 피스톤(3)(4)의 횡단면 형상과 각 실린더부위(22a~23b)의 횡단면 형상을 일치시키는 것으로 피스톤(3)(4)의 주위로부터 유체가 누설되는 것을 방지하는 구성이 된다.

또 피스톤(3)(4)의 형상이나 실린더부위(22a~23b)의 횡단면 형상은 도 16에 도시한 것에 한정되는 것은 아니고 예를들면 도 29A ~ 도 33B에 도시하는 것과 같이 모가난 U자형이나 매끄러운 U자형, 홈베이스형같은 사다리형상, 역삼각형상 등의 여러가지 다른 형상의 횡단면 형상을 갖는 것이라도 좋고, 또 도 34A, 도 34B와 같이 정방형상이라도 좋다. 또한 그 외의 형상이라도 좋다.

또 도 36과 같이 회전실린더부재(2)의 회전축을 출력축(21)으로 함과 동시에 피스톤 고정부재(5)측의 지축(51)을 출력축으로 해도 좋다. 즉 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5) 중 최소한 한쪽의 회전을 출력하면 된다. 또한 도 35 및 도 36은 도 13과 같은 위치의 단면을 도시한 것으로 유입구나 유출구 등의 도시를 생략하고 있다.

또 상술한 발명에서는 구르는 베어링부재(7a)(7b)를 사용하여 회전실린더부재(2)를 지지하고 있지만 미끄럼 베어링부재를 사용하여 회전실린더부재(2)를 지지하도록 해도 좋다. 또 구르는 베어링부재(8a)(8b)를 사용하여 피스톤 고정부재(5)를 지지하고 있지만 미끄럼 베어링부재를 사용하여 피스톤 고정부재(5)를 지지하도록 해도 좋다.

또 상술한 발명에서는 실린더실 수를 2개(실린더부위의 수를 4개), 피스톤의 수를 2개로 했지만 반드시 이 수의 조합에 한정되는 것은 아니다. 예를들면 실린더실의 수를 3개(실린더부위의 수를 6개), 피스톤의 수를 3개로 해도 좋다. 이 경우의 작동원리를 도 37을 기초로 간단히 설명한다.

도 37의 예에서는 케이싱(6)내에 6개의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)(28a)(28b)와 6개의 부채모양의 받침부(25)를 구비한 회전실린더부재(2)가 자유롭게 회전하도록 배치된다. 즉 이 예에서는 실린더부위(22a)(22b), 공동부(24)에 의해 실린더실(22)이, 실린더부위(23a)(23b), 공동부(24)에 의해 실린더실(23)이, 실린더부위(28a)(28b), 공동부(24)에 의해 실린더실(28)이 형성된다. 그리고 회전실린더부재(2)의 편심위치에는 피스톤 고정부재(5)가 자유롭게 회전하도록 배치되고, 이 피스톤 고정부재(5)에는 3개의 피스톤(3)(4)(9)이 자유롭게 회전하도록 고정된다. 또한 상술한 경우와 마찬가지로 이 유체회전기(1)의 케이싱(6)내에 배치된 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)의 회전의 비율은 피스톤 고정부재(5)의 회전수가 2에 대해 회전실린더부재(2)의 회전수가 1이고, 피스톤(3)(4)(9)의 실린더실(22)(23)(28)내의 왕복회수는 1이며, 도시하지 않은 지지축에 대한 피스톤의 회전수도 1이다.

이 예에서도 도 20의 경우와 마찬가지로 피스톤 고정부재(5)의 회전에 의해 각 피스톤(3)(4)(9)이 도면 중 시계회전방향으로 회전하면 이 동작에 따라 회전실린더부재(2)도 같은 방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 피스톤(3)이 실린더실(22)을, 피스톤(4)이 실린더실(23)을, 피스톤(9)이 실린더실(28)을 각각공동부(24)를 가로지면서 외관상의 왕복운동하도록 되어있다.

또한 각 피스톤(3)(4)(9)의 길이방향의 치수는 공동부(24)를 가로지를 때 공동부(24) 양측의 실린더실의 내벽 양쪽에 결합할 수 있게 된다. 따라서 각 피스톤(3)(4)(9)은 공동부(24)를 가로지를 때에는 양측의 실린더실에 동시에 접촉하게 된다. 또한 각 피스톤(3)(4)(9)은 공동부(24)를 가로지를 때 서로 다른 피스톤(3)(4)(9)에 서로 부딪히지 않도록 설계되는 것은 물론이다. 이에 따라 도 37의 예에서는 각 피스톤(3)(4)(9)이 상시 어느한쪽의 실린더실에 안내되면서 회전이동하고, 그 결과 각 피스톤(3)(4)(9)이 각 실린더실(22)(23)(28)내로 확실하게 출입하여 유체의 압력에 의해 도시하지 않은 출력축을 회전시키는 모터동작을 행하게 된다. 또한 작동유체가 비압축성 유체인 경우는 실린더실(22)(23)(28)이 교차하는 공동부(24)에는 도시하지 않지만 방사모양으로 뻗는 6개의 얕은 홈을 형성하는 경우도 있다. 즉 피스톤 전후이동 배압완화수단으로서 공동부(24)에 도시하지 않은 6등방으로 방사한 형상의 홈을 배치하도록 해도 좋다.

또한 도 37에 도시하는 3개의 실린더실(22)(23)(28) 및 3개의 피스톤(3)(4)(9)을 갖는 타입의 유체회전기(1)는 토오크변동이 적은 것이 된다.

다음 도 40 ~ 도 44에 본 발명의 로터리식 실린더장치를 회전력의 입력에 의해 유체를 압축하는 회전식 압축기로서 구성한 실시예를 도시한다. 또한 이 실시예에서 압송하는 유체는 오일, 물 등의 액체에 한정되는 것은 아니고 공기, 가스 등의 기체라도 좋다. 또 도 1 ~ 도 4 , 도 13~ 도 15에 도시하는 실시예에서 설명한 구성과 기본적으로 같은 구성·원리에 대해서는 동일부호를 붙이고, 그 설명을생략한다.

본 실시예의 피스톤(3)(4)은 예를들면 소결메탈(금속 등의 분말의 소결체)에 의해 형성된다. 이 때문에 피스톤(3)(4)이 다공질의 것이 되어 미리 윤활오일을 함침시켜둘 수 있고 접동면의 윤활에 유리하게 된다. 단 피스톤(3)(4)을 소결메탈 이외의 재료를 사용하여 형성해도 좋은 것은 물론이다.

이 실시예에서는 회전실린더부재(2)에는 캐리어 플레이트(221)를 통해 입력축으로서의 지축(21)의 회전이 전달된다. 구체적으로 설명하면 회전실린더부재(2)의 각 받침부(25)내에는 피스톤 고정부재(5)에 대향하는 면과는 반대측의 면, 즉 도 41 및 도 42에 있어서 하측면에 개구하는 대경구멍(25a)이 형성된다. 그리고 각 대경구멍(25a)중 직선모양으로 배치된 2개의 대경구멍(25a)에는 캐리어 플레이트(221)에 입설고정된 캐리어 축(30)이 삽입된다. 이 캐리어 축(30)에 대해 대경구멍(25a)은 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)의 축심방향으로 약간 길게 형성되고, 예를들면 회전실린더부재(2)와 캐리어 플레이트(221)의 회전중심이 어긋나 있다고 해도 이 어긋남을 흡수하면서 캐리어 플레이트(221)의 회전을 회전실린더부재(22)에 양호하게 전달할 수 있다. 캐리어 플레이트(221)와 회전실린더부재(2) 사이에는 공차가 배치되고 있어 후술과 같이 캐리어 플레이트(221)의 기울기 조정을 가능하게 한다.

캐리어 플레이트(221)의 회전축심에는 입력축(21)이 압입에 의해 삽입고정된다. 이 입력축(21)은 그 중앙부를 미끄럼 베어링부재(7)에 자유롭게 회전하도록 지승된다. 또 입력축(21)의 선단은 케이싱(6)의 외부로 돌출하고 있다.

회전실린더부재(2)는 베어링 플레이트(32)에 의해 자유롭게 회전하도록 지지된다. 베어링 플레이트(32)는 회전실린더부재(2)를 자유롭게 회전하도록 평면받이 하기 위한 부재로, 도 45와 같이 그 받이면에는 2조의 돌조(32a)(32b)가 형성된다. 각 돌부(32a)(32b)는 부분적으로 컷트되고, 윤활오일의 순환을 용이하게 하고 있다. 또 각 돌조부(32a)(32b)의 컷트부분은 회전실린더부재(2)의 회전방향에 관해 90도 어긋나 배치되어 회전실린더부재(2)의 기울기 방지를 도모할 수 있다. 이와같이 하여 회전실린더부재(2)를 그 외주부근에서 평면받이 할 수 있기 때문에 회전실린더부재(2)의 회전상태가 안정된 것이 되어 기울어지지 않고 압축성능을 확보할 수 있으며 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 베어링 플레이트(32)에는 후술하는 윤활오일을 순환시키기 위한 구멍(32c)이 형성된다.

베어링 플레이트(32)의 기울기는 조정나사(33)에 의해 조정가능하게 된다. 조정나사(33)는 예를들면 3개의 누름나사(33a)와 3개의 당김나사(33b)로 구성되고, 이들을 둘레방향으로 번갈아 배치하고 있다. 누름나사(33a)는 베어링 플레이트(32)를 부분적으로 회전실린더부재(2)에 다가가게 하고, 당김나사(33b)는 베어링 플레이트(32)를 부분적으로 회전실린더부재(2)로부터 떨어뜨리게 한다. 따라서 누름나사(33a), 당김나사(33b)의 박음량을 변화시키는 것으로 베어링 플레이트(32)의 기울기를 조정할 수 있다. 이 때문에 쓰러스트방향의 부품정밀도를 경감할 수 있다. 각 조정나사(33)와 아래케이스(64), 베어링 플레이트(32)사이는 O링(43)에 의해 밀봉된다. 또 윤활오일을 순환시키기 위한 구멍(32c)이 형성된다.

피스톤 고정부재(5)는 캐리어 플레이트(221)를 지지하는 베어링플레이트(32)와 같은 베어링 플레이트(34)에 의해 자유롭게 회전하도록 지지된다. 이 베어링 플레이트(34)에도 베어링 플레이트(32)와 마찬가지로 2조의 돌부(34a)(34b)가 형성되고, 피스톤 고정부재(5)를 쓰러스트방향으로 평면받이 하도록 되어있다. 이와같이 하여 피스톤 고정부재(5)를 그 외주 부근에서 평면받이 할 수 있기 때문에 피스톤 고정부재(5)의 회전상태가 안정된 것이 되어 잘 기울어지지 않게 되고 압축성능을 확보할 수 있으며 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또 윤활오일을 순환시키기 위한 구멍(34c)이 형성된다. 그리고 이 베어링 플레이트(34)의 기울기는 예를들면 3개의 누름나사(33a)와 3개의 당김나사(33b)로 구성된 조정나사(33)에 의해 조정가능하게 된다. 이 때문에 쓰러스트방향의 부품정밀도를 경감할 수 있다. 각 조정나사(33)와 위케이스(63), 베어링플레이트(33)와의 사이는 O링(42)에 의해 밀봉된다.

또한 래디얼방향에 대해 회전실린더부재(2)는 아래케이스(64)의 주벽(64d)에 의해 피스톤 고정부재(5)는 위케이스(63)의 주벽(63d)에 의해 지지된다.

각 지지축(52)(53)에는 그 축방향 및 지름방향으로 관통하는 지지축내 통로(52a)(53a)가 형성된다. 후술하는 윤활오일의 일부는 지지축내 통로(52a)(53a)를 거쳐 흐르고, 피스톤(3)(4)과 피스톤 고정부재(5)와의 사이의 접동면이나 지지축(52)(53)과 피스톤(3)(4)사이의 접동면을 윤활한다.

또한 윤활의 정도에도 의하지만 지지축내 통로(52a)(53a)는 없어도 좋다.

위케이스(63)와 아래케이스(64)는 나사(45)에 의해 고정된다. 또 위케이스(63)와 아래케이스(64) 사이는 O링(35)에 의해 밀봉된다.

아래케이스(64)의 저부에는 입력축(21)을 관통시키기 위한 삽통공(64e)이 배치된다. 또 아래케이스(64)의 저부에는 캡(36)이 나사(37)에 의해 고정된다. 아래케이스(64)와 캡 사이는 O링(38)에 의해 밀봉된다. 또 입력축(21)과 압축기내부의 밀봉은 2단 겹친 메카니컬씨일(99)에 의해 밀봉된다.

유체의 입구인 흡입구(61)의 오목부(61a)는 회전실린더부재(2)의 회전에 따라 피스톤(3)(4)이 최외주로 이동한 위치보다 약간 내측으로 들어간 위치부터 시작하여 피스톤(3)(4)이 공동부(24) 부근으로 이동한 위치까지 이르도록 형성된다. 또 유체의 출구인 토출구(62)의 오목부(62a)는 회전실린더부재(2)의 회전에 따라 피스톤(3)(4)이 최외주로 이동한 위치보다 약간 앞쪽의 위치에 배치된다. 이와같이 오목부(62a)는 오목부(61a)에 비해 회전실린더부재(2)의 회전방향에 대해 극히 좁은 범위에 형성된다. 따라서 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)내의 압력이 충분히 증가할 때 까지는 이들 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)는 오목부(62a)와 대향하지 않고, 피스톤(3)(4)에 의해 압축된 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)내의 유체를 고압상태로 한꺼번에 토출구(62)로부터 배출할 수 있다.

또한 피스톤(3)(4)이 더욱 외주위치(도 46의 실린더부위(23b)의 위치)에서는 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)안은 더욱 고압이 된다. 이에 대해 흡입구(61)는 저압이다. 따라서 피스톤(3)(4)의 최외주 위치의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)로부터 흡입구(61)로의 유체의 누설을 생각할 수 있지만 이 회전식 압축기(1)에서는 피스톤(3)(4)의 최외주위치와 흡입구(61)의 오목부(61a)사이의 칸막이 부분(도 46의 A부분)을 충분히 넓게하는 것으로 유체의 누설을 방지하고 있다. 또피스톤(3)(4)의 최외주위치의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)에 비해 토출구(62)는 대략 등압이지만 피스톤(3)(4)의 최외주 위치에서 회전실린더부재(2)가 회전하면 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)의 체적은 증가하여 저압화되므로 마찬가지로 피스톤(3)(4)의 최외주위치와 토출구(62)의 오목부(62a)사이의 칸막이부분(도 46의 B부분)을 충분히 넓게하여 유체의 누설을 방지하고 있다.

또 토출구(62)에는 예를들면 볼(39a)과 스프링(39b)으로 이루어지는 역지밸브(39)가 배치되어 유체의 역류를 방지하고 있다. 역지밸브(39)는 오목부(62a)에 가까운 위치에 배치되고 역지밸브(39)의 상류측의 용적을 감소시켜 압축비를 높게하고 있다.

이 회전식 압축기(1)도 배압완화수단을 구비하고 있다. 본 실시예에서는 배압완화수단은 예를들면 실린더측 배압완화수단(13)과, 피스톤 고정부재측 배압완화수단(14)으로 구성된다.

실린더측 배압완화수단(13)은 회전식 압축기(1)의 작동중에 회전실린더부재(2)와 아래케이스(64)사이에 발생하는 배압을 방출하여 회전실린더부재(2) 등의 회전을 원활하게 하기 위한 것으로 예를들면 4개의 받침부(25)를 관통하여 대경공(25a)을 지나는 구멍(13)이다. 단 실린더측 배압완화수단으로서는 받침부(25)를 관통하는 구멍(13)에 한정되는 것은 아니고 예를들면 도 47 및 도 48과 같이 회전실린더부재(2)의 외주면에 형성된 홈(13)이라도 좋으며 또한 도 52 및 도 53과 같이 아래케이스(64)의 주벽(64d)에 형성된 홈(13)이라도 좋다.

피스톤 고정부재측 배압완화수단(14)은 회전식 압축기(1)의 작동중에 피스톤고정부재(5)와 위케이스(63) 사이에 발생하는 배압을 방출하여 피스톤 고정부재(5)의 회전을 원활하게 하기 위한 것으로 예를들면 피스톤 고정부재(5)를 관통하는 구멍(14)이다. 단 피스톤 고정부재측 배압완화수단으로서는 피스톤 고정부재(5)를 관통하는 구멍(14)에 한정되는 것은 아니고 예를들면 도 47 및 도 48가 같이 피스톤 고정부재(5)의 외주면에 형성된 홈(14)이라도 좋고 또는 도 52 및 도 53과 같이 위케이스(63)의 주벽(63d)에 형성된 홈(14)이라도 좋다.

회전식 압축기(1)는 윤활오일 순환기구(15)를 구비하고 있다. 이 윤활오일 순환기구(15)는 예를들면 도 43과 같이 오일탱크(16)와, 이 오일탱크(16)로부터 케이싱(6)내로 오일을 이끄는 오일유입통로(17)와, 케이싱(6)안에서 오일탱크(16)에 오일을 이끄는 오일유출통로(18)를 구비하여 구성된다. 오일유입통로(17) 중간에는 도시하지 않은 필터가 배치된다.

오일유입통로(17)는 위케이스(63)의 포트(63a)에 부착된 죠인트(19)에 접속된다. 이 죠인트(19)로부터 포트(63a)를 거쳐 위케이스(63)내로 이끌린 오일은 케이싱(6)내의 각 부재의 간극이나 실린더측 배압완화수단(13), 피스톤 고정부재측 배압완화수단(14), 지지축내 통로(52a)(53a), 베어링 플레이트(32)(34)의 구멍(32c)(34c) 등을 거쳐 접동면을 윤활한다. 그리고 아래케이스(64)의 포트(64a)에 부착된 죠인트(20)로부터 오일유출통로(18)로 유출하여 오일탱크(16)로 순환된다. 이 오일은 회전실린더부재(2)나 피스톤 고정부재(5)의 회전에 의해 발생하는 압력차를 이용하여 오일탱크(16) -> 오일유입통로(17) -> 죠인트(19) -> 포트(63a)-> 케이싱(6)안 -> 포트(64a)-> 죠인트(20) -> 오일유출통로(18) -> 오일탱크(16)로 순환한다.

또한 본 실시예에서는 피스톤(3)(4)을 소결메탈로 형성하고 있기 때문에 피스톤 고정부재(5) 등의 회전에 의해 발생하는 배압에 의해 피스톤(3)(4)내에 함침되는 윤활오일이 피스톤(3)(4)밖으로 담궈 피스톤(3)(4)과 피스톤 고정부재(5) 사이의 접동면이나, 피스톤(3)(4)과 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)사이의 접동면 등을 윤활오일이 윤활하게 된다.

상술과 같이 구성된 회전식 압축기(1)에서는 입력축(21)이 도시하지 않은 모터 등에 의해 구동되면 이 회전력이 입력축(21) -> 캐리어 플레이트(221) -> 캐리어 축(30) -> 회전실린더부재(2) -> 피스톤(3)(4) -> 피스톤 고정부재(5)로 전달된다. 이에 따라 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)가 상대회전을 행하고, 피스톤(3)(4)을 실린더실(22)(23)에 대해 움직여 흡입구(61)로부터 흡입한 유체를 토출구(62)로부터 토출시킨다. 즉 입력축(21)이 회전되면 피스톤 고정부재(5)나 회전실린더부재(2) 등이 등각속도비의 회전운동을 행하고, 피스톤(3)(4)을 움직여 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)내의 용적이 증감하여 유체를 압송할 수 있다.

회전식 압축기(1)의 동작에 대해 도 49A ~ 도 49F를 이용하여 설명한다. 또한 도 49A ~ 도 49F는 회전실린더부재(2)의 회전각으로 하여 15도 마다 도시한 것이다.

이 회전식 압축기(1)는 각 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)가 흡기행정과 압축행정을 번갈아 반복하는 것으로 유체를 압축한다. 우선 먼저 흡기행정에 대해 실린더부위(23b)에 착목하여 설명한다. 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)가 상대회전하면 피스톤(4)은 도 49A와 같이 실린더부위(23b)의 사점위치로부터 공동부(24)를 향해 이동한다(도 49B). 그리고 피스톤 고정부재(5)와 회전실린더부재(2)가 도 49C에 도시하는 위치까지 회전하면 실린더부위(23b)가 흡입구(61)의 오목부(61a)에 대향(오버랩)하므로 피스톤(4)의 이동에 따른 부압에 의해 유체가 흡입구(61)로부터 실린더부위(23b)안으로 흡입된다(도 49D~도 49F). 그리고 피스톤 고정부재(5)와 회전실린더부재(2)가 다시 회전하면 실린더부위(23b)가 흡입구(61)의 오목부(61a)에서 벗어나므로 흡기행정이 종료하고 다시 이 실린더부위(23b)가 도 49A의 실린더부위(22a)의 위치까지 회전하면 압축행정이 개시된다.

이 압축행정을 실린더부위(22a)에 착목하여 설명한다. 회전실린더부재(2)의 회전에 의해 피스톤 고정부재(5)가 회전하면 피스톤(3)은 공동부(24)의 위치로부터 실린더부위(22a)안으로 진입한다(도 49A, 도 49B). 그리고 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)의 이러한 회전에 의해 피스톤(3)은 실린더부위(22a)내의 외측위치를 향해 이동(도 49C, 도 49D)하므로 실린더부위(22a)내의 유체가 압축된다. 그리고 이 유체가 충분히 압축되면(도 49E) 실린더부위(22a)가 토출구(62)의 오목부(62a)와 오버랩하고(도 49F), 실린더부위(22a)내의 유체를 역지밸브(39)를 누르면서 열고 압송한다.

그리고 이상의 작동은 각 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)에 대해 순번으로 반복되므로 피스톤(3)(4)은 점점 유체를 압축하여 내 보낸다.

이 회전식 압축기(1)는 예를들면 증발기, 응축기, 모세관, 방열파이프 등으로 구성된 냉각회로의 콤프렛서로서 사용가능하다. 즉 열교환을 행한 냉매를 압축하여 순환시키는 데 이용할 수 있다. 또 입력축(21)을 회전시키는 모터를 케이싱(6)내에 수용하도록 해도 좋다.

또한 도 41의 실시예는 회전실린더부재(2)와 피스톤 고정부재(5)중 회전실린더부재(2)측에 입력축(21)을 배치하여 회전을 전달하도록 했지만 피스톤 고정부재(5)측에 입력축(21)의 회전을 전달하도록 해도 좋다.

또 도 40의 실시예는 미끄럼 베어링인 베어링 플레이트(32)(34)에 의해 회전실린더부재(2)나 피스톤 고정부재(5)를 지지했지만 볼베어링 등의 구르는 베어링을 사용하여 회전실린더부재(2)나 피스톤 고정부재(5)를 지지하도록 해도 좋다.

또 베어링 플레이트(32)(34)로서 도 50에 도시하는 것을 사용해도 좋다.

또 도 40의 실시예에서는 피스톤(3)(4)의 구멍(3a)(4a)안에 지지축(52)(53)을 직접삽입했지만 이들 사이에 안내끼움목(44)을 개재시키도록 해도 좋다. 안내끼움목(44)을 도 46에 도시한다. 안내끼움목(44)과 피스톤(3)(4)의 구멍(3a)(4a)사이에는 피스톤 폭방향으로 약간의 덜컹거림이 마련된다. 따라서 예를들어 지지축(52)(53)의 축심과 피스톤(3)(4)의 자전중심위치(X1)(X2)가 어긋나 있다고 해도 이 어긋남을 흡수하면서 피스톤(3)(4)을 회전중심위치(X)를 중심으로 회전운동시킬 수 있다. 이 때문에 요구되는 부품의 가공정밀도를 떨어뜨릴 수 있어 가공이 용이하게 되고 제조원가를 내릴 수 있다.

또 도 40의 실시예에서는 베어링 플레이트(32)(34)의 기울기를 조정나사(33)에 의해 조정하도록 했지만 부품정밀도를 확보할 수 있는 경우 등에는 조정나사(33)를 생략해도 된다.

또 도 40의 실시예는 입력축(21)과 회전실린더부재(2) 사이에 캐리어 플레이트(221)와 캐리어 축(30)을 개재시키고 있지만 부품정밀도를 확보할 수 있는 경우 등에는 캐리어 플레이트(221)와 캐리어축(30)을 생략하여 회전실린더부재(2)에 입력축(21)을 부착하도록 해도 좋다.

또 도 40의 실시에는 씨일구조로서 O링을 이용했지만 메카니컬씨일등을 이용해도 좋다. 또 구동모터와 입력축을 직결하고 도시하지 않은 압력용기에 넣으면 O링은 없어도 좋은 구조를 취할 수 있다.

또 실린더부위의 수를 6개, 피스톤의 수를 3개로 해도 좋다. 즉 도 51과 같이 6개의 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)(28a)(28b)와 3개의 피스톤(3)(4)(9)를 구비해도 좋다. 또한 이 경우의 피스톤(3)(4)(9)과 실린더실(22)(23)(28)의 움직임의 관계는 도 37의 예와 같아 그 설명은 생략한다.

또 이 회전식 압축기(1)를 여러개 조합하여 다단식으로 해도 좋다. 압축한 유체를 다음 단의 압축기(1)에 유입시키는 것으로 더욱 고압의 유체를 얻을 수 있다.

또한 상술한 예는 본 발명의 적절한 실시예이지만 이에 한정되는 것은 아니고 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에 있어 여러가지 변형실시가 가능하다. 예를들면 실린더부위를 회전실린더부재(2)에 대해 원주방향으로 서로 등배분할 필요가 없으며, 예를들면 도 54와 같이 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)를 회전실린더부재(2)에 대해 원주방향으로 등배분하지 않아도 된다.

또 도 55와 같이 실린더부위(22a)(22b)(23a)(23b)를 회전실린더부재(2)의 회전축심(O)에 대해 오프셋시켜 형성해도 좋다. 또 도시하지 않지만 피스톤의 폭은 달라도 된다.

또 피스톤이나 회전실린더부재의 받침부에 마그네트를 배치하고, 자성유체에 의해 이들 사이의 간극으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하도록 해도 좋다. 이러한 구성의 개념을 예를들면 도 56에 도시한다. 피스톤(3)내에는 마그네트(590)가 배치되고, 이 마그네트(590)에 자성유체(591)를 부착시키고 있다. 마그네트(590)는 피스톤(3)의 실린더실과의 접촉부위의 근방, 이 실시예에서는 피스톤(3)의 중앙에 설치된다. 이러한 구성에 의해 각 마그네트(590)는 자성유체(591)를 피스톤(3)으로 가까이 당겨 그 외주에 고정함으로써 자성유체(591)를 회전실린더부재(2)와의 간극에 충전하고 이 간극으로부터의 유체의 누설을 방지할 수 있다. 또한 도면 중 부호 N, S는 마그네트(590)의 자극을 도시하는 것이다.

또한 피스톤(3)에 배치하는 마그네트(590)의 형상은 도 57에 도시하는 것이라도 좋다. 또 피스톤(3)에 마그네트(590)를 배치하는 대신에 예를들면 도 58이나 도 59와 같이 회전실린더부재(2)의 받침부(25)에 마그네트(590)를 배치해도 좋다.

또 예를들면 도 60과 같이 회전실린더부재(2)의 공동부(24)의 모서리(24a)를 모따기 해도 좋다. 이와같이 모따기를 실시하는 것으로 피스톤(3)(4)이 회전실린더부재(2)의 공동부(24)를 통과할 때 피스톤(3)(4)의 진행방향에 대한 방향이 기울어졌다고 해도 다음의 실린더실로 스무스하게 이동할 수 있다. 이 경우 피스톤(3)(4)의 모서리에 모따기를 실시해도 좋지만 피스톤(3)(4)측에 모따기를 실시하는 것 보다도 도 60과 같이 회전실린더부재(2)측에 모따기를 실시하는 것이 더욱 바람직하다. 피스톤측에 모따기를 실시한 경우에는 피스톤이 회전실린더부재의 최외주측으로 회전해도 모따기부분이 간극이 되어 압축된 유체가 잔류하게 되고, 이 잔류한 유체가 그 대로 다음 행정으로 넘겨지게 되어 비효율적이다. 특히 본 발명의 로터리식 실린더장치를 압축기에 적용하는 경우에는 잔류하는 유체가 압축기로서의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 압축된 상태의 잔류유체가 흡기구를 지나는 것으로 급격히 팽창하고, 소음이나 진동을 발생시키는 원인이 된다. 이에 대해 회전실린더부재측에 모따기를 실시하고, 피스톤의 모서리를 코너로 하는 것으로 실린더 최외주위치의 최고압유체의 잔류용적의 감소를 도모할 수 있으며 압축기로서의 효율을 저하시키지 않고 피스톤의 이동을 스무스하게 할 수 있다.

또 배압완화수단은 예를들면 도 61에서 도 63에 도시하는 통로(580)(581)라도 좋다. 즉 예를들면 도 61 내지 도 63과 같이 회전실린더부재(2)의 표리양면을 통과하는 통로(580)나, 피스톤 고정부재(5)의 표리양면을 연통하는 통로(581)를 형성해도 좋다. 이 경우 통로(580)(581)의 형상이나 크기는 특별히 한정되지 않는 것은 물론이다. 또 회전실린더부재(2)의 받침부(25)의 윗면에 패인부분(582)을 형성하거나, 피스톤 고정부재(5)의 통로(581)의 개구부 주위에 패인부분(583)을 형성해도 좋다. 이 경우 각 패인부분(582)(583)의 형상이나 크기는 특별히 한정되지 않는 것은 물론이다.

또 회전실린더부재(2)나 피스톤 고정부재(5)의 회전수를 검출하는 회전수 검출수단을 구비해도 좋다. 예를들면 도 64에 로터리식 실린더장치로서의 유체발전기에 회전수 검출수단을 구비한 경우의 예를 도시한다. 이 유체발전기에서는 예를들면 피스톤 지지축(52)(53)을 금속제의 것으로 함과 동시에 피스톤 고정부재(5)의 피스톤 지지축(52)(53)에 대향하는 위치에 금속센서(571)를 부착하고, 금속센서(571)에 의한 피스톤 지지축(53)(53)의 검출출력을 카운터로 카운터하는 것으로 유체발전기의 회전수를 검출한다. 단 이 방법에 한정되는 것은 아니고 예를들면 마그네트(572)의 회전을 검출하는 MR소자나 홀소자(573) 등을 배치하여 이들의 검출출력을 카운터로 카운터하는 것으로 유체발전기의 회전수를 검출하도록 해도 좋다. 또 도시하지 않은 전압리미터를 배치하고, 발전출력의 정현파형을 기초로 유체발전기의 회전수를 검출하도록 해도 좋다. 또한 마그네트(572)의 외측링에 도시하지 않은 슬릿판을 배치함과 동시에 케이스측에 도시하지 않은 포토인터럽터(photo-interrupter)를 배치하여 슬릿판을 통과하는 빛을 포토인터럽터로 검출하고, 이 검출치를 카운터로 카운트하는 것으로 유체발전기의 회전수를 검출하도록 해도 좋다.

또 예를들면 도 65와 같이 로터리식 실린더장치에 회전수 검출수단을 배치하는 것으로 예를들면 유량계로 할 수도 있다. 이 예도 도 64의 예와 마찬가지로 예를들면 피스톤 지지축(52)(53)을 금속제의 것으로 함과 동시에 피스톤 고정부재(5)의 피스톤 지지축(52)(53)에 대향하는 위치에 금속센서(571)를 부착하고, 금속센서에 의한 피스톤 지지축(52)(53)의 검출출력을 카운터로 카운트하도록 해도 좋다. 또 회전실린더부재(2)에 마그네트(572)를 부착함과 동시에 이 마그네트(572)의 회전을 검출하는 MR소자나 홀소자(573) 등을 배치하여 이들의 출력을 카운터로 카운트하는 것으로 유량계의 회전수를 검출하도록 해도 좋다. 또한 마그네트(572)의 외측링에 도시하지 않은 슬릿판을 배치함과 동시에 케이스측에 도시하지 않은 포토인터럽터를 배치하여 슬릿판을 통과하는 빛을 포토인터럽터로 검출하고, 이 검출치를 카운터로 카운트하는 것으로 유량계의 회전수를 검출하도록 해도 좋다. 용적형의 유량계에서는 회전실린더부재가 일회전한 경우의 유량을 알기 때문에 카운터에 의해 회전수를 카운트하는 것으로 총 유량을 계측할 수 있다.

즉 본 발명의 로터리식 실린더장치를 유량계에 적용한 경우에 회전수 검출수단을 배치하는 것으로 유체의 유량을 전기적으로 검출할 수 있고 검출한 유량을 기초로 예를들면 유로에 배치한 전자식 개폐밸브를 온오프제어하거나 유량이 소정치에 이른 경우에 경보를 울리도록 할 수 있다.

또한 예를들면 도 66과 같이 본 발명의 로터리식 실린더장치를 유체펌프로서 사용할 경우에 회전수 검출수단을 배치하는 것으로 유체펌프의 작동을 피드백제어하도록 해도 좋다. 즉 도 65의 유량계와 마찬가지의 방법으로 회전수를 검출하고 카운터에 의한 카운트수를 기초로 구동모터(563)를 제어하도록 해도 좋다.

Claims (14)

1. 회전축심을 통과하도록 실린더실이 형성되어 상기 회전축심을 중심으로 회전하는 회전실린더부재와, 상기 실린더실내를 면접촉하여 왕복직선운동하는 피스톤과, 상기 피스톤을 고정하여 상기 회전실린더부재의 회전축심에서 편심한 회전중심을 중심으로 회전하는 피스톤 고정부재와, 상기 회전실린더부재와 상기 피스톤 고정부재를 자유롭게 회전하도록 지지하여 수용함과 동시에 최소한 하나의 유체의 입구와 최소한 하나의 상기 유체의 출구를 갖는 케이싱을 구비하고, 상기 피스톤은 상기 피스톤 고정부재의 회전중심으로부터 일정한 거리를 둔 위치에 또한 그 위치를 중심으로 하여 자유롭게 회전하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 실린더실에는 상기 피스톤을 접동방향으로 안내하는 안내부가 형성되고, 상기 피스톤에는 상기 안내부에 결합하는 안내결합부가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 입구는 상기 회전실린더부재의 회전축심과 상기 피스톤 고정부재의 회전중심을 묶은 선으로 분할된 어느 한쪽 영역의 상기 케이싱에 상기 실린더실과 연통하도록 배치되고, 상기 출구는 상기 회전실린더부재의 회전축심과 상기 피스톤 고정부재의 회전중심을 묶은 선으로 분할된 어느 다른쪽 영역의 상기 케이싱에 상기 실린더실과 연통하도록 배치되어 되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤의 상기 피스톤 고정부재와 대향하는 면은 평면인 것을 특징으로하는 로터리식 실린더장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤의 횡단면 형상과 상기 실린더실의 횡단면 형상은 접동가능한 약간의 간극을 형성하는 비슷한 형상으로 한 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 케이싱과 회전실린더부재와 상기 피스톤 고정부재와 상기 피스톤에서의 각 부재의 상호간 동작의 저항이 되는 배압을 감소시키는 배압완화수단을 이들의 접접면에 배치한 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 회전실린더부재와 피스톤 고정부재는 쓰러스트하중과 래디얼하중을 동시에 받는 베어링부재에 의해 자유롭게 회전하도록 지지되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 회전실린더부재는 베어링 플레이트에 의해 자유롭게 회전하도록 지지되고, 상기 베어링 플레이트는 미는 조정나사와 당김 조정나사에 의해 조정가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤 고정부재는 베어링 플레이트에 의해 자유롭게 회전하도록 지지되고, 상기 베어링 플레이트는 미는 조정나사와 당김 조정나사에 의해 조정가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 실린더실 사이에 형성되는 간극에 자성유체를 배치하고, 상기 자성유체를 상기 간극에 고정시키기 위한 자석을 상기 피스톤과 상기 실린더실과의 접촉부위의 근방에 배치한 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 피스톤과 상기 실린더실이 여러개 형성되고, 이들 여러개의 실린더실은 상기 회전실린더부재의 회전축심을 포함하여 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 실린더실은 상기 회전실린더부재에 원주방향으로 등배분된 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
13. 제 11항에 있어서,

    상기 여러개의 실린더실이 교차하는 부위의 상기 피스톤의 이동방향에서의 길이는 상기 피스톤의 길이보다도 짧은 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.
14. 제 11항에 있어서,

    상기 여러개의 실린더실이 교차하는 부위는 모따기부가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 실린더장치.