WO2019069619A1 - ロータリ式シリンダ装置 - Google Patents

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WO2019069619A1
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小松　文人
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有限会社ケイ・アールアンドデイ
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Definitions

  • the present disclosure relates to a rotary cylinder device capable of mutually converting the rotational motion of an input / output shaft and the linear reciprocating motion of a piston in the cylinder, more specifically, a compressor, a vacuum pump, a fluid rotary machine, an internal combustion engine, etc.
  • the present invention relates to a rotary cylinder device applicable to a drive device.
  • a fluid machine in which a piston is disposed in a cylinder provided radially with respect to a crankshaft, and a pumping action generated by converting the rotational motion of the crankshaft into a reciprocating motion of the piston is used to suck and pump fluid. It is known (see Patent Document 1: JP-A-56-141079).
  • the sliding resistance between the piston head portion and the sliding surface used in this fluid machine causes damage to the seal cup provided on the piston head portion or uneven wear of the sliding surface of the cylinder, and also causes friction loss.
  • the piston head portion is received from the cylinder sliding surface by relatively rotatably assembling the piston set to an eccentric cam that rotates relative to the crankshaft.
  • a rotary cylinder device has been proposed in which the magnitude of the reaction force is reduced to realize energy saving with less friction loss (see Patent Document 2: JP-A-2011-190780).
  • the rotary cylinder device of Patent Document 2 mentioned above is put to practical use as a fluid pump of a medical oxygen concentrator used for home oxygen therapy, for example.
  • This oxygen concentrator uses air as a raw material to concentrate oxygen contained in it to 90% or more and supplies concentrated oxygen to the patient from the nasal cannula to treat patients with respiratory diseases such as chronic bronchitis.
  • Used in The rotary cylinder device repeats the operation of generating and sending out compressed air by converting the rotational movement of the drive shaft into the reciprocating movement of the piston in the cylinder, and sucking the negative pressure air.
  • the rotary type cylinder device of Patent Document 2 mentioned above is provided with the linear reciprocating motion of the piston set assembled orthogonal to the eccentric cam in the longitudinal direction of the guide bearing or the piston main body provided on both sides in the moving direction of the piston main body.
  • the sliding resistance between the piston head portion and the cylinder is reduced.
  • the guide bearing is used as the moving direction of the piston body.
  • the number of guide bearings is large, and the guide bearings are provided in guide holes provided in the longitudinal direction of the piston body (Patent Document 2: FIG. 10)
  • the installation area is increased in any case, and the situation has been that the needs for miniaturization can not be met.
  • Another object of the present invention is to provide a rotary type cylinder device in which the number of parts is reduced by the minimum arrangement of the guide bearings to promote the miniaturization and improve the durability.
  • a rotary cylinder apparatus wherein rotation of an input / output shaft rotatably supported on a case body is converted into reciprocating motion of a plurality of piston sets disposed orthogonal to an eccentric cam according to the principle of inward cycloid,
  • a plurality of guide shafts disposed parallel to the input / output shaft are held by the case main body accommodating the piston unit having the first and second piston sets axially positioned and assembled to the eccentric cam.
  • the first guide bearing which is in contact with both side surfaces of the first piston body and receives only the side pressure by the reciprocation, and each side surface of the second piston body respectively, only the side pressure by the reciprocation It is characterized in that the second guide bearing to be received is axially separated and axially assembled.
  • the plurality of guide shafts disposed parallel to the input / output shaft respectively abut on both side surfaces of the first piston main body, and both side surfaces of the first guide bearing and the second piston main body which receive only side pressure by reciprocating motion.
  • the second guide bearing which receives only the side pressure due to the reciprocation, is axially separated and assembled in the case main body in a coaxial arrangement, so the installation area of the case main body for housing the piston unit is greatly reduced. can do. Therefore, since each piston body assembled to the piston unit can be shortened in the longitudinal direction, downsizing can be achieved, and a plurality of guide bearings can be arranged at four intersection positions of the first piston body and the second piston body. It can be omitted to promote miniaturization.
  • a projection is provided radially outward on each of the guide shafts, and a shaft including the projection is fitted in a shaft hole provided in the case main body and prevented from rotating. .
  • the shaft portion including the projection is fitted into the shaft hole of the case main body and prevented from rotating, so that the guide shaft does not vibrate due to the wear of the guide shaft and the case main body, and the durability is improved.
  • Each of the guide shafts is held at its corner end where the first piston main body and the second piston main body cross each other in the case main body, and the first guide bearings are both sides of the first piston main body It is preferable that each of the second guide bearings be assembled at a position in contact with both sides of the second piston main body. As a result, it is sufficient to arrange the minimum number of guide shafts and guide bearings at the corner where the first piston body and the second piston body intersect, which can contribute to downsizing. In addition, since the guide shaft is held at both shaft ends by the case main body, the deflection of the guide shaft can be suppressed, so that the durability can be improved with low vibration and low noise.
  • each piston body assembled to the piston unit can be shortened in the longitudinal direction to reduce the installation area, and the guide bearing can be miniaturized by omitting the number of parts with the minimum necessary arrangement. Promote durability and improve durability. In addition, even if high-speed rotational driving is performed, it is possible to provide a small-sized rotary cylinder device that achieves low energy loss and low friction loss.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of a first case body, a piston unit and a second case body of the rotary cylinder device of FIG. 1; It is the perspective view which abbreviate
  • a rotary cylinder device used for a fluid pump will be mainly described as one example with reference to FIGS. 1 to 13.
  • the rotary cylinder device is assumed to be a device in which the linear reciprocating motion of the piston with respect to the cylinder and the rotational motion of the input / output shaft are mutually converted to be input / output.
  • an input / output shaft is rotatably supported by a case main body 3 configured by a first case body 1 and a second case body 2.
  • the input / output shaft is divided into a first input / output shaft 4a and a second input / output shaft 4b (see FIG. 4).
  • the first case body 1 and the second case body 2 are assembled integrally by screwing a fixing screw 3a (see FIG. 11) into a screw hole as described later.
  • the second input / output shaft 4b is provided with a recess 4c at its end face (see FIG. 4), and is connected to a motor shaft (not shown) to enable direct drive.
  • the axial ends of the first input / output shaft 4a and the second input / output shaft 4b are exposed and supported from through holes provided in the end faces of the first case body 1 and the second case body 2, respectively.
  • the cylindrical cylinder 5 is disposed opposite to the four side surfaces of the case body 3.
  • the first case body 1 and the second case body 2 are sandwiched and held on the side surfaces of the case body 3.
  • the openings of the cylinder 5 provided on the four side surfaces of the case body 3 are closed by the cylinder head 6 and the head cover 7 respectively.
  • Each cylinder head 6 is screwed and fixed to the side surface of the case main body 3 (first case body 1 and second case body 2) together with the head cover 7 with a fixing screw 7a (see FIG. 4).
  • the first end face cover 1 a is screwed and fixed to the end face (upper face in FIG. 1) of the first case body 1 via the sealing material 8 by the fixing screw 1 b.
  • the second end face cover 2a is screwed and fixed to the end face (the lower surface in FIG. 1) of the second case body 2 via the sealing material 8 by the fixing screw 2b.
  • a mounting plate 9 is screwed and fixed on the end face of the first case body 1 by a fixing screw 10 (see FIG. 11).
  • the first input / output shaft 4 a is rotatably supported by the second case body 2 via the first bearing 2 c.
  • a second input / output shaft 4b is rotatably supported by the first case body 1 via a first bearing 1c.
  • the first input / output shaft 4a is assembled integrally with the first balance weight 11a.
  • the second input / output shaft 4b is integrally assembled with the second balance weight 11b.
  • the first and second balance weights 11a and 11b are rotating parts centering on an input / output shaft (first input / output shaft 4a, second input / output shaft 4b) including a first crankshaft 12 and a piston unit P described later It is provided to balance the mass of the
  • the first crankshaft 12 is provided eccentrically with respect to the axis of the input / output shaft. Specifically, one end (the lower end in FIG. 2) of the first crankshaft 12 is integrally screwed and fixed by the fixing screw 12b in a state in which the pin 12a is inserted into the first balance weight 11a. Similarly, the other end (the upper end in FIG. 2) of the first crankshaft 12 is integrally screwed and fixed by the fixing screw 12d in a state where the second balance weight 11b is inserted and the pin 12c is inserted.
  • a cylindrical eccentric cam 13 rotatable relative to the first crankshaft 12 as opposed to the first and second piston sets 14 and 15 (hereinafter referred to as “pistons”).
  • Unit P ′ ′) is assembled so as to be relatively rotatable.
  • the term “piston assembly” refers to a piston head unit of a single piston unit in which a seal cup, seal cup holding member, and a seal material such as a piston ring are integrally assembled. The details will be described below.
  • the eccentric cam 13 is formed in a hollow cylindrical shape in which a cylindrical hole 13a is formed at the center, and the second crankshafts 16a and 16b (see FIG. 12) eccentric to the axis of the first crankshaft 12 are used. Have. In the present embodiment, since the first piston set 14 and the second piston set 15 are disposed so as to cross each other, the second crankshafts 16 a and 16 b are 180 ° out of phase with respect to the first crankshaft 12. Each one exists.
  • the eccentric cam 13 is made of, for example, a stainless steel metal material and is integrally molded by MIM (metal injection molding).
  • a portion (a first balance weight 11a and a second balance weight 11b) connecting the input / output shaft and the shaft center of the first crankshaft 12 serves as a first crank arm. Further, a portion connecting the shaft centers of the first crankshaft 12 and the second crankshafts 16a and 16b is a second crank arm (see FIG. 12).
  • cylindrical bodies 13 b eccentric to a cylindrical hole 13 a through which the first crankshaft 12 as a rotation center is inserted are continuously formed on both sides in the axial direction.
  • the axial center of the cylindrical body 13b coincides with the second crankshafts 16a and 16b (see FIG. 12).
  • the bearing holders 17a and 17b are pressed into the cylindrical hole 13a from both sides or bonded to the cylindrical hole wall and assembled.
  • the bearing holders 17a and 17b abut on the end face in the axial direction of the eccentric cam 13 and are assembled.
  • bearing holding portions 17c and 17d capable of respectively holding at least second bearings 18a and 18b having a diameter larger than that of the cylindrical hole 13a are formed.
  • the first crankshaft 12 is the center of relative rotation of the eccentric cam 13.
  • Third bearings 19a and 19b are respectively assembled on the outer circumferences of a pair of cylindrical bodies 13b formed eccentrically with respect to the axial center of the cylindrical hole 13a on both sides in the longitudinal direction.
  • the first and second piston sets 14 and 15 are rotatably assembled relative to the eccentric cam 13 via the third bearings 19a and 19b while crossing each other.
  • the second crankshaft 16a When the first crankshaft 12 rotates around the center O (the first input / output shaft 4a, the second input / output shaft 4b) by the rotation of the input / output shaft, the second crankshaft 16a has the diameter of the rolling circle 21 of the imaginary circle 20 The second crankshaft 16 b reciprocates on the diameter R 2 of the rolling circle 21.
  • the first piston set 14 is coupled via the third bearing 19a (see FIG. 2) among the piston sets connected in series with the eccentric cam 13 having the second crankshafts 16a and 16b at the axial center in accordance with the rotational movement (see FIG. 2). Reciprocate on the diameter R1 of the rolling circle 21 (concentric circle centering on the axis O) of radius 2r while rotating relatively, and the second piston set 15 passes the third bearing 19b (see FIG.
  • the rotation radius of the first crank arm connecting the first crankshaft 12 with the axial center (center O) of the input / output shaft is r
  • the second crank shaft connecting the first crankshaft 12 and the second crankshaft 16a, 16b By setting the crank arm length to be the rotation radius r of the cylindrical body 13b, the eccentric cam 13 and the first and second piston sets 14 and 15 (piston unit P) centering on the first crankshaft 12 are set. It can be compactly assembled in the axial and radial directions (see FIG. 7).
  • a first piston head portion 14b and a second piston head portion 15b are formed at both longitudinal end portions of the first and second piston main bodies 14a and 15a.
  • Ring-shaped seal cups 14c and 15c are fixed to the first piston head 14b and the second piston head 15b (see FIG. 8). It is assembled by a screw 23.
  • an oil-free seal material for example, PEEK (polyether ether ketone) resin material or the like.
  • the cylinders 5 are respectively assembled to the opening portions provided in the side surface portions (four surfaces) of the case main body 3 (the first case body and the second case body 2).
  • the first piston head portion 14b and the second piston head portion 15b slide so as to maintain sealability with the inner wall surface 5a of each cylinder 5 by the seal cups 14c and 15c (see FIG. 7). It has become.
  • the outer peripheral edge portion of the seal cups 14 c and 15 c is bent to the inner peripheral surface of the cylinder 5.
  • the seal cups 14c and 15c are formed by overlapping the seal cup holding plates 14d and 15d and screwing and fixing the fixing screw 23 (see FIG. 7) to the first piston head 14b and the second piston head 15b (see FIG. 8). It is assembled.
  • each corner portion 2d of the second case body 2 screw holes 2e for screwing fixing screws 3a (see FIG. 11) are provided at four places. Further, in the inner bottom portion 2f of the second case body 2, cylindrical bosses 2g are provided at four positions radially inward of the respective screw holes 2e.
  • the insertion holes 1 e into which the fixing screws 3 a (see FIG. 11) are inserted are drilled at a pair of diagonal positions. The screw hole 1g which fixes the attachment plate 9 mentioned later is provided (refer FIG. 1). Further, in FIG.
  • the boss portion 2g of the second case body 2 is opposed to the insertion hole 1e provided at the diagonal of the first case body 1 and the inner bottom portion 1h radially inward of the screw hole 1g.
  • Cylindrical bosses 1i are provided at four locations.
  • Shaft end portions of a guide shaft 24 described later are respectively fitted and supported in opposing boss holes 1j and 2h of the first case body 1 and the second case body 2, and the projection 24a is fitted in the boss hole 1j to prevent rotation Be done.
  • Screw holes 1k for screwing and fixing the first end face cover 1a (see FIG. 1) with the fixing screw 1b are provided at a plurality of locations on the radially inner side of the boss 1i. Further, in FIG.
  • fluid passage holes 1 f are formed on the side of the first case body 1, and fluid passage holes 2 i are formed on the side of the second case 2 at a plurality of locations. (Note that the fluid inlet and outlet to the cylinder unit are not shown because a flow path can be optionally installed.)
  • the boss holes 2h (see FIG. 4) of the bosses 2g provided in the second case body 2 are parallel to the input / output shafts (first input / output shaft 4a, second input / output shaft 4b)
  • the arranged guide shafts 24 are respectively fitted.
  • the first guide bearing 25 receiving the side pressure of the first piston main body 14a and the second guide bearing 26 receiving the side pressure of the second piston main body 15a are in the axial direction And coaxially assembled (see FIG. 8).
  • Protrusions 24 a are provided protruding outward in the radial direction on each guide bearing 24.
  • the projection 24a is fitted into the boss hole 1j of the first case body 1 shown in FIG. 3B and is prevented from rotating.
  • the projection 24 a is rotationally locked by the case main body 3, the guide shaft 24 does not vibrate, and wear of the guide shaft 24 and the case main body 3 can also be prevented.
  • the protrusion 24 a may be fitted into the boss hole 2 h (see FIG. 4) of the second case body 2 and may be detentated.
  • each guide shaft 24 is held at its corner end where the first piston main body 14 a and the second piston main body 15 a intersect in the case main body 3.
  • the second guide bearings 26 are assembled in contact with both sides of the second piston main body 26 (see FIG. 4).
  • the guide shaft 24 is held at both axial end portions by the case main body 3 (the first case body 1 and the second case body 2), the guide shaft 24 is accompanied by the reciprocation of the first piston body 14a and the second piston body 15a. Since the deflection of the guide shaft 24 can be suppressed, the durability can be enhanced with low vibration and low noise.
  • the first guide bearings in which the plurality of guide shafts 24 disposed in parallel with the input / output shafts (the first input / output shaft 4a and the second input / output shaft 4b) receive the side pressure of the first piston main body 14a 25 and the second guide bearing 26 which receives the side pressure of the second piston main body 15a are axially separated from each other and assembled to the case main body 3 in a coaxial arrangement, the reciprocation of the first piston set 14 and the second piston set 15
  • the motion guiding bearings can be assembled together on the guide shaft 24 to minimize the footprint.
  • a pair of guide shafts 24 and guide bearings 25 and 26 correspond to the corner portion of the case main body 3 where the first piston main body 14a and the second piston main body 15a intersect.
  • each guide shaft 24 is provided with the first guide bearing 25 for the first piston main body 14a
  • the other guide shaft 24 is provided with the second guide bearing 26 for the second piston main body 15a.
  • S1 / S2 1.45, so the size reduction by approximately 30% Is possible.
  • the guide shafts 24 are inserted into the long holes 14f provided in two places in the longitudinal direction of the first piston main body 14a, and the first guide bearings 25 are inserted in the respective long holes 14f.
  • first and second piston bodies 14a and 15a can be shortened in the longitudinal direction, the installation area can be reduced, and the first and second guide bearings 25 and 26 can be reduced together with the first piston body 14a. It is sufficient to arrange at the cross position of the second piston main body 15a at four places, and the number of parts can be omitted to promote miniaturization.
  • FIG. 11 shows an example of the assembly configuration of the rotary cylinder device. Assemble the piston unit P.
  • the first piston assembly 14 and the second piston assembly 15 are assembled by crossing the outer circumference of the cylindrical body 13b of the eccentric cam 13 via the third bearings 19a and 19b, and the bearing holders 17a and 17b are assembled to the second bearing 18a. , 18b and assembled.
  • the first crank shaft 12 is fitted in the cylindrical hole 13a of the eccentric cam 13, and the first balance weight 11a and the first input / output shaft 4a, and the second balance weight 11b and the second input / output shaft 4b are fitted at both axial end portions thereof. Match.
  • the pins 12a and 12c are inserted through the first balance weight 11a and the second balance weight 11b into the axial end of the first crankshaft 12 to align them.
  • the pin 12a and the fixing screw 12b are screwed to the first balance weight 11a, and the pin 12c and the fixing screw 12d are orthogonal to the second balance weight 11b, respectively.
  • the second end face cover 2a is screwed in advance by the fixing screw 2b, and the first bearing 2c is assembled (see FIG. 2).
  • the piston unit P is assembled by fitting the first input / output shaft 4 a into the first bearing 2 c held by the second case body 2.
  • a guide shaft in which first and second guide bearings 25 and 26 are coaxially assembled at predetermined intervals to bosses 2g formed at four places on the inner bottom 2f of the second case body 2 (see FIG. 4) 24 are fitted respectively.
  • the first guide bearing 25 abuts on both sides of the first piston main body 14a (see FIG. 10)
  • the second guide bearing 26 abuts on both sides of the second piston body 15a (see FIG. 9)
  • the side pressure due to the reciprocating motion of the first piston set 14 and the second piston set 15 is received.
  • the cylinder 5 (see FIG. 5) is assembled at four places by inserting the first piston head portion 14b and the second piston head portion 15b into the side surface portion of the second case body 2.
  • the first case body 1 is stacked so as to sandwich the cylinders 5, and the second input / output shaft 4b is rotatably supported by the first bearing 1c.
  • Fixing screws 3a are inserted from the insertion holes 1e provided at diagonal positions into the top surface portion of the first case body 1 and screwed into screw holes 2e provided at opposite diagonal positions of the second case body 2
  • the case body 3 is assembled integrally.
  • the head cover 7 is superimposed on each cylinder 5 via the seal material 27 via the cylinder head portion 6 and the seal material 28, and is assembled to each side surface of the case body 3 by the fixing screw 7 a.
  • the cylinder head portion 6 is assembled with a valve body 6a that switches the flow of fluid from the cylinder chambers into the flow passage.
  • the first end face cover 1a is superimposed on the top surface portion of the first case body 1 with the sealing material 8 and screwed and fixed by a fixing screw 1b.
  • the mounting plate 9 is inserted into the insertion hole 9a by inserting the fixing screw 10 into a screw hole 1g provided at the diagonal position of the first case body 1 and screwed and fixed. The device is assembled.
  • the rotary cylinder apparatus assembled as described above is a first static balance centering on the second crankshafts 16a and 16b of the first and second piston sets 14 and 15, and the first crankshaft 12 of the piston unit P.
  • a second static balance centered on the first crankshaft 12 and a third static balance centered on the input / output shaft of the piston unit P by the first and second balance weights 11a and 11b. ing.
  • FIG. 14 is an example of a graph showing the relationship between the amount of work (input) and the number of revolutions for a compressor with a discharge amount of 50 cc and a pressure of 150 kPa per revolution.
  • the graph line A shows data of a conventional compressor with a static drive system that balances the input and output axes.
  • Graph line B shows data of the compressor of the rotary drive system of the present embodiment.
  • the graph line C shows the magnitude of mechanical loss due to the reciprocating motion of the piston and connecting rod of the reciprocating drive system.
  • first and second piston bodies 14a and 15a can be shortened in the longitudinal direction, the installation area can be significantly reduced, and the first and second guide bearings 25 and 26 can also be reduced with the first piston body 14a. Since arrangement at four positions at the intersection position of the second piston main body 15a is sufficient, the number of parts can be omitted to promote miniaturization.
  • the reduction of vibration due to rotation around the input / output shaft reduces noise (low noise) and mechanical loss, so that low power consumption and low power consumption can be realized.
  • power saving of about 30% can be expected as compared to the conventional reciprocating drive system.
  • an inexpensive small motor with a small output of about 30% can be used as a drive source, so that low power consumption can be promoted and the battery can be miniaturized, so that it can be operated for a long time. Therefore, the reduction in size and weight of the device body such as a compressor, a vacuum pump, or a fluid rotating machine can be promoted to enhance portability in, for example, an oxygen concentrator. Also, if the battery capacity is the same, it can be used for about 30% of the long time.
  • the gaps between the first and second piston bodies 14a and 15a and the first and second guide bearings 25 and 26 receiving the side pressure are mechanical interference in consideration of dimensional errors due to processing errors of components and temperature rise. Is set to be minimum so as not to occur.

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Abstract

ピストンユニットのピストン本体を長手方向に短くして設置面積を減らし、ガイド軸受も必要最小限の配置で部品点数を省略して小型化を促進しかつ耐久性を向上させたロータリ式シリンダ装置を提供する。　解決手段として、入出力軸（第一入出力軸（４ａ），第二入出力軸（４ｂ）と平行に配置された複数のガイド軸（２４）が、第一，第二ピストン組（１４），（１５）が往復動するシリンダ（５）を保持するケース本体（３）に組み付けられており、各ガイド軸（２４）には、第一ピストン本体（１４ａ）の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第一ガイド軸受（２５）と第二ピストン本体（１５ａ）の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第二ガイド軸受（２６）とが軸方向に離間させて同軸に組み付けられている。

Description

ロータリ式シリンダ装置
　本開示は、入出力軸の回転運動とシリンダ内のピストンの直線往復運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置、より具体的には圧縮機、真空ポンプ、流体回転機、内燃機関など様々な駆動装置に適用可能なロータリ式シリンダ装置に関する。
　クランクシャフトに対して半径方向に設けられたシリンダ内にピストンを配置し、クランクシャフトの回転運動をピストンの往復運動に変換することで生ずるポンプ作用を利用して流体を吸入・圧送する流体機械が知られている（特許文献１：特開昭５６－１４１０７９号公報参照）。
　この流体機械に用いられるピストンヘッド部と摺動面との摺動抵抗により、ピストンヘッド部に設けられるシールカップが破損したり、シリンダの摺動面が偏摩耗したりするうえに、摩擦損失により駆動源のエネルギー損失が増大して消費電力が嵩む不具合を解消すべく、クランク軸を中心に相対回転する偏心カムにピストン組を相対回転可能に組み付けることでピストンヘッド部がシリンダ摺動面より受ける反力の大きさを軽減して摩擦損失が少なく省エネルギー化を実現したロータリ式シリンダ装置が提案されている（特許文献２：特開２０１１－１９０７８０号公報参照）。
　上述した特許文献２のロータリ式シリンダ装置は、例えば在宅酸素療法に使用する医療用の酸素濃縮装置の流体ポンプとして実用化されている。この酸素濃縮装置は、空気を原料としてその中に含まれる酸素量を９０％以上に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。ロータリ式シリンダ装置は、駆動軸の回転動作をシリンダ内のピストンの往復動作に変換することで圧縮空気を生成して送り出し、負圧空気を吸引する動作を繰り返す。
特開昭５６－１４１０７９号公報 特開２０１１－１９０７８０号公報
　上述した特許文献２のロータリ式シリンダ装置は、偏心カムに直交して組み付けられたピストン組の直線往復運動をピストン本体の移動方向両側に設けられたガイド軸受若しくはピストン本体の長手方向に設けられたガイド孔内に設けられたガイド軸受でガイドすることで、ピストンヘッド部とシリンダとの摺動抵抗を軽減するようになっている。
　しかしながら、自宅や病院等に据え置きの装置においては上記構成で足りるが、利用者のＱＯＬ（Quality of life）を向上させるため、可搬性を有する酸素濃縮装置としては、ガイド軸受をピストン本体の移動方向両側に合計８カ所設ける構成（特許文献２：図４参照）は、ガイド軸受の本数が多く、ガイド軸受をピストン本体の長手方向に設けられたガイド孔内に設ける構成（特許文献２：図１０参照）は、ピストン本体径が大型化するため、いずれも設置面積が増えて、小型化のニーズに応えられないという実情があった。特に、小型化を図って従来のポンプ性能を維持するためには駆動源である小型モータをより高速回転させて小径のピストン組を直線往復移動させる必要があるが、ガイド軸受を省スペースに組み付けることができなかった。
　また、各ガイド軸受はケース本体に対して片持ち状に支持されているため、ピストン本体の往復動によりガイド軸の耐久性が低下するおそれもあった。
　以下に述べるいくつかの実施形態に適用される開示は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ピストンユニットのピストン本体を長手方向に短くして設置面積を減らし、ガイド軸受も必要最小限の配置で部品点数を省略して小型化を促進しかつ耐久性を向上させたロータリ式シリンダ装置を提供することにある。
　以下に述べるいくつかの実施形態に関する開示は、少なくとも次の構成を備える。
　ケース本体に回転可能に軸支された入出力軸の回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された複数のピストン組の往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置であって、前記入出力軸と平行に配置された複数のガイド軸が、前記偏心カムに軸方向に位置決めされて組み付けられた第一，第二ピストン組を有するピストンユニットを収容する前記ケース本体に保持されており、各ガイド軸には、第一ピストン本体の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第一ガイド軸受と第二ピストン本体の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第二ガイド軸受とが軸方向に離間させて同軸に組み付けられていることを特徴とする。
　このように、入出力軸と平行に配置された複数のガイド軸が、第一ピストン本体の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第一ガイド軸受と第二ピストン本体の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第二ガイド軸受とが軸方向に離間させて同軸配置でケース本体に組み付けられているので、ピストンユニットを収容するケース本体の設置面積を大幅に縮小することができる。
　よって、ピストンユニットに組み付けられる各ピストン本体を長手方向に短くできるので小型化を図り、複数のガイド軸受も第一ピストン本体と第二ピストン本体の交差位置に４箇所配置で足りるので、部品点数を省略して小型化を促進することができる。
　前記各ガイド軸には、径方向外側に突起部が各々突設されており、該突起部を含む軸部が前記ケース本体に設けられた軸孔に嵌め込まれて回り止めされていることが望ましい。
　これにより、突起部を含む軸部がケース本体の軸孔に嵌め込まれて回り止めされるので、ガイド軸とケース本体との摩耗を防いでガイド軸が振動することがなくなり、耐久性を高めることができる。
　前記各ガイド軸は、前記ケース本体内で前記第一ピストン本体と前記第二ピストン本体が交差するコーナー部に両軸端部を保持され、前記第一ガイド軸受が前記第一ピストン本体の両側部に当接し前記第二ガイド軸受が前記第二ピストン本体の両側部に当接する位置に各々組み付けられていることが好ましい。
　これにより、必要最小限のガイド軸及びガイド軸受を第一ピストン本体と第二ピストン本体が交差するコーナー部に配置すれば足りるので、小型化に寄与できる。また、ガイド軸はケース本体に両軸端部を保持されているので、ガイド軸の振れは抑えられるので、低振動、低騒音で耐久性を高めることもできる。
　上述したロータリ式シリンダ装置を用いれば、ピストンユニットに組み付けられる各ピストン本体を長手方向に短くして設置面積を減らすことができ、ガイド軸受も必要最小限の配置で部品点数を省略して小型化を促進しかつ耐久性を向上させることができる。また、高速回転駆動を行っても、摩擦損失が少なく、省エネルギー化を実現した小型のロータリ式シリンダ装置を提供することができる。
ロータリ式シリンダ装置の斜視図である。 ロータリ式シリンダ装置の軸方向断面説明図である。 図１のロータリ式シリンダ装置の第一ケース体を省略した平面図及び第二ケース体を省略した平面図である。 図１のロータリ式シリンダ装置の第一ケース体、ピストンユニット及び第二ケース体の分解斜視図である。 図４のロータリ式シリンダ装置の第一ケース体及び第二ケース体を省略した斜視図である。 図４のロータリ式シリンダ装置の第一ケース体を省略し、第二ケース体からシリンダを取り外した斜視図である。 図６の第二ケース体を省略したピストンユニットの斜視図である。 図７のピストンユニットよりシールカップ及びシールカップ押さえ部材を取り外した斜視図である。 第二ピストン本体と第二軸受との配置構成を示す一部省略斜視図である。 第一ピストン本体と第一軸受との配置構成を示す一部省略斜視図である。 ロータリ式シリンダ装置の一部分解斜視図である。 入出力軸を中心とする第一クランク軸の回転軌道、第一クランク軸を中心とする第二クランク軸の回転軌道とピストン組の直線往復運動の関係を示す模式図である。 従来のケース本体の設置面積に対して本実施形態の設置面積の大きさを対比した模式説明図である。 ロータリシリンダー装置の回転数と出力の関係を示すグラフ図である。
　以下、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。先ず、図１乃至図１３を参照して一例として流体ポンプに用いられるロータリ式シリンダ装置を中心として説明する。ロータリ式シリンダ装置は、シリンダに対するピストンの直線往復運動と入出力軸の回転運動とが相互に変換されて入出力される装置を想定している。
　図１において、第一ケース体１と第二ケース体２とで構成されるケース本体３に入出力軸が各々回転可能に軸支されている。入出力軸は、第一入出力軸４ａと第二入出力軸４ｂに分割されて設けられている（図４参照）。第一ケース体１と第二ケース体２とは、後述するように固定ねじ３ａ（図１１参照）をねじ孔にねじ嵌合させて一体に組み付けられる。第二入出力軸４ｂは、端面に凹部４ｃが設けられており（図４参照）、図示しないモータ軸と連結されてダイレクトドライブが可能になっている。第一入出力軸４ａと第二入出力軸４ｂの軸端は、第一ケース体１及び第二ケース体２の端面に設けられた貫通孔より各々露出して支持されている。
　円筒状のシリンダ５は、ケース本体３の４側面に対向配置されている。本実施形態ではケース本体３の各側面に第一ケース体１と第二ケース体２に挟み込まれて保持されている。また、ケース本体３の４側面に設けられるシリンダ５の開口は、シリンダヘッド部６及びヘッドカバー７により各々閉止されている。各シリンダヘッド部６は、ヘッドカバー７と共にケース本体３（第一ケース体１及び第二ケース体２）の側面に対して固定ねじ７ａでねじ止め固定されている（図４参照）。
　図２に示すように、第一ケース体１の端面（図１上面）には、シール材８を介して第一端面カバー１ａが固定ねじ１ｂによりねじ止め固定されている。また、第二ケース体２の端面（図１下面）には、シール材８を介して第二端面カバー２ａが固定ねじ２ｂによりねじ止め固定されている。第一ケース体１の端面上には、取付板９が固定ねじ１０（図１１参照）によりねじ止め固定されている。
　図２に示すように、第二ケース体２には、第一軸受２ｃを介して第一入出力軸４ａが回転可能に軸支されている。第一ケース体１には、第一軸受１ｃを介して第二入出力軸４ｂが回転可能に軸支されている。第一入出力軸４ａは第一バランスウェイト１１ａと一体に組み付けられている。また、第二入出力軸４ｂは第二バランスウェイト１１ｂと一体に組付けられている。第一，第二バランスウェイト１１ａ，１１ｂは、後述する第一クランク軸１２及びピストンユニットＰを含む入出力軸（第一入出力軸４ａ，第二入出力軸４ｂ）を中心とした回転部品間の質量バランス（静バランス）をとるために設けられている。
　図２において、第一クランク軸１２は、入出力軸の軸心に対して偏心して設けられている。具体的には第一クランク軸１２の一端（図２下端）は、第一バランスウェイト１１ａに嵌め込まれてピン１２ａを挿入された状態で固定ねじ１２ｂにより一体にねじ止め固定される。同様に第一クランク軸１２の他端（図２上端）は、第二バランスウェイト１１ｂに嵌め込まれてピン１２ｃを挿入された状態で固定ねじ１２ｄにより一体にねじ止め固定される。
　図２に示すように第一クランク軸１２を中心に相対回転可能な筒状の偏心カム１３、該偏心カム１３に対して第一ピストン組１４及び第二ピストン組１５（以下、これらを「ピストンユニットＰ」という）が相対回転可能に組み付けられる。尚、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。以下、具体的に説明する。
　また、偏心カム１３は中心に筒孔１３ａが形成された中空筒状に形成されており、第一クランク軸１２の軸心に対して偏心した第二クランク軸１６ａ，１６ｂ（図１２参照）を有する。本実施形態では、第一ピストン組１４及び第二ピストン組１５が互いに交差配置されているため、第二クランク軸１６ａ，１６ｂは、第一クランク軸１２を中心として１８０度位相がずれた位置に各々存在する。偏心カム１３は、例えばステンレススチール系の金属材が用いられ、ＭＩＭ（メタルインジェクションモールド）により一体成形される。
　上述したピストンユニットＰにおいて、入出力軸と第一クランク軸１２の軸心間を連結する部位（第一バランスウェイト１１ａ、第二バランスウェイト１１ｂ）が第一クランクアームとなる。また、第一クランク軸１２と第二クランク軸１６ａ，１６ｂの軸心間を連結する部位が第二クランクアームとなる（図１２参照）。
　図２において、偏心カム１３には回転中心となる第一クランク軸１２が挿通する筒孔１３ａに対して偏心した筒体１３ｂが軸心方向両側に各々連続して形成されている。筒体１３ｂの軸心は、第二クランク軸１６ａ，１６ｂ（図１２参照）と一致するようになっている。筒孔１３ａには両側から軸受ホルダ１７ａ，１７ｂが圧入されるか或いは筒孔壁に接着されて組み付けられる。軸受ホルダ１７ａ，１７ｂは、偏心カム１３の軸方向端面に突き当てて組み付けられる。一対の軸受ホルダ１７ａ，１７ｂには、少なくとも筒孔１３ａより大径の第二軸受１８ａ，１８ｂを各々保持可能な軸受保持部１７ｃ，１７ｄが形成されている。これにより、耐荷重の大きな軸受を組み付けることができるため第二軸受１８ａ，１８ｂの耐久性を向上させることができる。
　軸受ホルダ１７ａ，１７ｂの軸受保持部１７ｃ，１７ｄに組み付けられた第二軸受１８ａ，１８ｂは、偏心カム１３を第一クランク軸１２に対して相対的に回転可能に支持する。第一クランク軸１２は、偏心カム１３の相対回転の中心となる。
　また、筒孔１３ａの軸心に対して偏心して長手方向両側に形成された一対の筒体１３ｂの外周には、第三軸受１９ａ，１９ｂが各々組み付けられている。第一，第二ピストン組１４，１５は、互いに交差したまま第三軸受１９ａ，１９ｂを介して偏心カム１３に対して相対的に回転可能に組み付けられる。
　ここで、入出力軸（第一入出力軸４ａ，第二入出力軸４ｂ）を中心とする第一クランク軸１２、第二クランク軸１６ａ，１６ｂの回転運動と複数のピストン組の直線往復運動（内サイクロイド運動）の原理の概要について図１２Ａ～図１２Ｄを参照して説明する。図１２Ａ～図１２Ｄは、入出力軸の回転にしたがって第一クランク軸１２が中心Ｏ（第一入出力軸４ａ，第二入出力軸４ｂ）の周りを反時計回り方向に９０°ずつ回転した状態を模式的に示したものである。入出力軸の回転により第一クランク軸１２が中心Ｏ（第一入出力軸４ａ，第二入出力軸４ｂ）の周りを回転すると、第二クランク軸１６ａは仮想円２０の転がり円２１の直径Ｒ１上を往復移動し、第二クランク軸１６ｂは転がり円２１の直径Ｒ２上を往復移動する。
　即ち、第一入出力軸４ａ及び第二入出力軸４ｂの軸心（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの反時計回り方向の回転軌道２２に沿った第一クランク軸１２及び偏心カム１３（図２参照）の回転運動に伴い、第二クランク軸１６ａ，１６ｂを軸心に有する偏心カム１３と連繋するピストン組のうち、第一ピストン組１４が第三軸受１９ａ（図２参照）を介して相対的に回転しながら半径２ｒの転がり円２１（軸心Ｏを中心とする同心円）の直径Ｒ１上で往復動を繰り返し、第二ピストン組１５が第三軸受１９ｂ（図２参照）を介して相対的に回転しながら半径２ｒの転がり円２１の直径Ｒ２上で往復運動を繰り返すことになる。実際の装置では、偏心カム１３は第一クランク軸１２を中心に第二軸受１８ａ，１８ｂを介して相対回転し、第一ピストン組１４及び第二ピストン組１５は第三軸受１９ａ，１９ｂを介して相対回転しながら直交配置されたシリンダ５内を往復運動する。
　以上の構成により、入出力軸の軸心（中心Ｏ）と第一クランク軸１２を結ぶ第一クランクアームの回転半径をｒ、第一クランク軸１２と第二クランク軸１６ａ，１６ｂを結ぶ第二クランクアームの長さが筒体１３ｂの回転半径ｒとなるように設定することで、第一クランク軸１２を中心として偏心カム１３及び第一，第二ピストン組１４，１５（ピストンユニットＰ）を軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けることができる（図７参照）。
　また、図２において、第一，第二ピストン本体１４ａ，１５ａの長手方向両端部には、第一ピストンヘッド部１４ｂ，第二ピストンヘッド部１５ｂ（図８参照）が形成されている。第一ピストンヘッド部１４ｂ，第二ピストンヘッド部１５ｂ（図８参照）には、リング状のシールカップ１４ｃ，１５ｃ（図７参照）、シールカップ押さえ部材１４ｄ，１５ｄ（図７参照）が各々固定ねじ２３により組み付けられている。シールカップ１４ｃ，１５ｃは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。
　また、図２おいて、ケース本体３（第一ケース１体及び第二ケース体２）の側面部（４面）に設けられた開口部には、シリンダ５が各々組み付けられている。第一ピストンヘッド部１４ｂ，第二ピストンヘッド部１５ｂ（図８参照）は、シールカップ１４ｃ，１５ｃ（図７参照）によって、各シリンダ５の内壁面５ａとのシール性を保ちながら摺動するようになっている。シールカップ１４ｃ，１５ｃの外周縁部にシリンダ５の内周面との間に折り曲げられている。シールカップ１４ｃ，１５ｃは、シールカップ押さえ板１４ｄ，１５ｄを重ね合わせて固定ねじ２３（図７参照）を第一ピストンヘッド部１４ｂ，第二ピストンヘッド部１５ｂ（図８参照）にねじ止め固定して組み付けられる。
　また、図３Ａにおいて、第二ケース体２の各コーナー部２ｄには、固定ねじ３ａ（図１１参照）をねじ篏合するねじ孔２ｅが４か所に設けられている。また、第二ケース体２の内底部２ｆには、筒状のボス部２ｇが、各ねじ孔２ｅより径方向内側に４か所に設けられている。図４において、第一ケース体１の天面部におけるコーナー部１ｄのうち一対の対角位置には固定ねじ３ａ（図１１参照）が挿入される挿入孔１ｅが穿孔され、一対の対角位置には後述する取付板９を固定するねじ孔１ｇが設けられている（図１参照）。また、図３Ｂにおいて、第一ケース体１の対角に設けられた挿入孔１ｅ，ねじ孔１ｇより径方向内側の内底部１ｈには、上記第二ケース体２のボス部２ｇに対向して筒状のボス部１ｉが４か所に設けられている。第一ケース体１及び第二ケース体２の対向するボス孔１ｊ，２ｈに後述するガイド軸２４の軸端部が各々嵌め込まれて支持され、ボス孔１ｊに突起部２４ａが嵌め込まれて回り止めされる。ボス部１ｉより径方向内側には第一端面カバー１ａ（図１参照）を固定ねじ１ｂによりねじ止め固定するためのねじ孔１ｋが複数箇所に設けられている。また、図４において、第一ケース体１の側面には流体の通路孔１ｆ、第二ケース体２の側面には流体の通路孔２ｉが各々複数箇所に形成されている。（尚、シリンダ装置への流体の入口及び出口は、流路が任意に設置することができるので図示を省略した。）
　図６において、第二ケース体２に設けられた各ボス部２ｇのボス孔２ｈ（図４参照）には、入出力軸（第一入出力軸４ａ、第二入出力軸４ｂ）と平行に配置されたガイド軸２４が各々嵌め込まれている。図７及び図８に示すように、各ガイド軸２４には、第一ピストン本体１４ａの側圧を受ける第一ガイド軸受２５と第二ピストン本体１５ａの側圧を受ける第二ガイド軸受２６とが軸方向に離間させて同軸に組み付けられている（図８参照）。
　各ガイド軸受２４には、径方向外側に突起部２４ａが各々突設されている。該突起部２４ａが図３Ｂに示す第一ケース体１のボス孔１ｊに嵌め込まれて回り止めされる。これにより、突起部２４ａがケース本体３により回り止めされるので、ガイド軸２４が振動することがなく、ガイド軸２４とケース本体３との摩耗も防ぐことができる。尚、突起部２４ａは、第二ケース体２のボス孔２ｈ（図４参照）に嵌め込まれて回り止めされていてもよい。
　また、図３に示すように、各ガイド軸２４は、ケース本体３内で第一ピストン本体１４ａと第二ピストン本体１５ａが交差するコーナー部に両軸端部を保持され、第一ガイド軸受２５が第一ピストン本体１４ａの両側部に当接し、第二ガイド軸受２６が第二ピストン本体２６の両側部に各々当接して組み付けられる（図４参照）。
　これにより、必要最小限のガイド軸２４及びガイド軸受２５，２６を第一ピストン本体１４ａと第二ピストン本体１５ａが交差するコーナー部に配置すれば足りるので、小型化に寄与できる。また、ガイド軸２４はケース本体３（第一ケース体１及び第二ケース体２）に両軸端部を保持されているので、第一ピストン本体１４ａ及び第二ピストン本体１５ａの往復動に伴うガイド軸２４の振れは抑えられるので、低振動、低騒音で耐久性を高めることもできる。
　以上説明したように、入出力軸（第一入出力軸４ａ、第二入出力軸４ｂ）と平行に配置された複数のガイド軸２４が、第一ピストン本体１４ａの側圧を受ける第一ガイド軸受２５と第二ピストン本体１５ａの側圧を受ける第二ガイド軸受２６とが軸方向に離間させて同軸配置でケース本体３に組み付けられているので、第一ピストン組１４及び第二ピストン組１５の往復動をガイドする軸受がガイド軸２４に集約して組み付けられ、設置面積を最小化することができる。
　具体的には、公知例である図１３Ａに示すように一対のガイド軸２４及びガイド軸受２５，２６を第一ピストン本体１４ａと第二ピストン本体１５ａが交差するケース本体３のコーナー部に対応する位置に各々設け、一方のガイド軸２４には第一ピストン本体１４ａ用の第一ガイド軸受２５を設け、他方のガイド軸２４には第二ピストン本体１５ａ用の第二ガイド軸受２６を設けた場合のケース本体３の設置面積をＳ１とし、本実施形態のケース本体３の設置面積をＳ２（二点鎖線部分）とすると、Ｓ１／Ｓ２＝１．４５となるため、概ね３０％を超える小型化が可能となる。
　また、公知例である図１３Ｂに示すようにガイド軸２４を第一ピストン本体１４ａの長手方向に２か所に設けた長孔１４ｆに挿通し、各長孔１４ｆ内に第一ガイド軸受２５を各々設け、ガイド軸２４を第二ピストン本体１５ａの長手方向に２か所に設けた長孔１５ｆに挿通し、各長孔１５ｆ内に第二ガイド軸受２６を各々設けた場合のケース本体３の設置面積をＳ1´とし本実施形態のケース本体３の設置面積をＳ２（二点鎖線部分）とすると、Ｓ１´／Ｓ２＝１．８となるため、概ね４５％を超える小型化が可能となる。
　よって、いずれの場合にも、第一，第二ピストン本体１４ａ，１５ａを長手方向に短くできるので設置面積を減らすことができ、第一，第二ガイド軸受２５，２６も第一ピストン本体１４ａと第二ピストン本体１５ａの交差位置に４箇所配置で足り、部品点数を省略して小型化を促進することができる。
　図１１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。
　ピストンユニットＰを組み立てる。偏心カム１３の筒体１３ｂの外周に第三軸受１９ａ，１９ｂを介して第一ピストン組１４、第二ピストン組１５を交差して組み付け、筒孔１３ａに軸受ホルダ１７ａ，１７ｂを第二軸受１８ａ，１８ｂと共に組み付ける。
　偏心カム１３の筒孔１３ａには第一クランク軸１２を嵌め込み、その両側軸端部に第一バランスウェイト１１ａと第一入出力軸４ａ、第二バランスウェイト１１ｂと第二入出力軸４ｂを嵌め合わせる。そしてピン１２ａ，１２ｃを第一バランスウェイト１１ａ，第二バランスウェイト１１ｂを貫通し第一クランク軸１２の軸端部に各々挿入してこれらを位置合わせする。この状態で、第一バランスウェイト１１ａに対してピン１２ａと固定ねじ１２ｂ、第二バランスウェイト１１ｂに対してピン１２ｃと固定ねじ１２ｄとが各々直交するようにねじ篏合させて一体に組み付ける。
　第二ケース体２は、予め第二端面カバー２ａが固定ねじ２ｂによりねじ止めされ、第一軸受２ｃが組み付けられている（図２参照）。ピストンユニットＰは、第二ケース体２に保持された第一軸受２ｃに第一入出力軸４ａを嵌め込んで組み付けられる。また、第二ケース体２の内底部２ｆに４箇所に形成されたのボス部２ｇに（図４参照）、第一，第二ガイド軸受２５，２６が所定間隔で同軸に組み付けられたガイド軸２４が各々嵌め込まれる。これにより、第一ガイド軸受２５は第一ピストン本体１４ａの両側面に当接し（図１０参照）、第二ガイド軸受２６は第二ピストン本体１５ａの両側面に当接して（図９参照）、第一ピストン組１４、第二ピストン組１５の往復動による側圧を受けるようになる。
　また、第二ケース体２の側面部には、シリンダ５（図５参照）が第一ピストンヘッド部１４ｂ及び第二ピストンヘッド部１５ｂを挿入して４箇所に組み付けられる。各シリンダ５を挟み込むように第一ケース体１を重ね合わせ、第二入出力軸４ｂを第一軸受１ｃにより回転可能に軸支する。第一ケース体１の天面部に対角位置に設けられた挿入孔１ｅより固定ねじ３ａを挿入して第二ケース体２の対向する対角位置に設けられたねじ孔２ｅにねじ篏合させてケース体３が一体に組み立てられる。
　各シリンダ５には、シール材２７を介してシリンダヘッド部６、シール材２８を介してヘッドカバー７を重ね合わせて、固定ねじ７ａによって、ケース体３の各側面に組み付けられる。シリンダヘッド部６には、各シリンダ室から流路への流体の出入りを切り替える弁体６ａが組み付けられている。
　第一ケース体１の天面部には、シール材８を介して第一端面カバー１ａを重ね合わせ、固定ねじ１ｂによりねじ止め固定する。また、第一ケース体１には、取付板９が固定ねじ１０を挿入孔９ａに挿入して第一ケース体１の対角位置に設けられたねじ孔１ｇにねじ止め固定され、ロータリ式シリンダ装置が組み立てられる。
　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、第一，第二ピストン組１４，１５の第二クランク軸１６ａ，１６ｂを中心とした第一の静バランス、ピストンユニットＰの第一クランク軸１２を中心とする第二の静バランス及び第一クランク軸１２及びピストンユニットＰの入出力軸を中心とする第三の静バランスが第一，第二バランスウェイト１１ａ，１１ｂによりバランス取りされて組み立てられている。
　これにより、入出力軸を中心とする第一クランク軸１２の回転運動と、第一クランク軸１２を中心とする偏心カム１３の相対回転運動により、筒体１３ｂに組み付けられた第一，第二ピストン組１４，１５が入出力軸を中心とする第二クランク軸１６ａ，１６ｂの半径２ｒの転がり円２１（図１２Ａ参照）の径方向に沿って直線往復運動を行なう際に、回転による振動を抑えて静音化を図ることができ、入出力軸を中心とした回転による振動を低減することで機械的な損失が少なくエネルギー変換効率を高めることができる。
　図１４は、１回転あたり吐出量５０ｃｃ圧力１５０ｋＰａのコンプレッサについて仕事量（入力）と回転数との関係を示したグラフ図の一例である。グラフ線Ａは、従来の入出力軸の静バランス取りしているレシプロ駆動方式のコンプレッサのデータを示す。グラフ線Ｂは、本実施形態のロータリ駆動方式のコンプレッサのデータを示す。グラフ線Ｃは、レシプロ駆動方式のピストン及びコンロッドの往復動による機械的損失の大きさを示す。
　このグラフ図を参照すると、回転数が１５００ｒｐｍ以下では、グラフ線Ａ及びグラフ線Ｂに示すように仕事量に差異は目立たないが、モータ回転数が３０００ｒｐｍを超える３２００ｒｐｍで回転させた場合、グラフ線Ａではおよそ２６７Ｗの入力を要するのに対してグラフ線Ｂではおよそ１７９Ｗの入力を要し、８８Ｗ程度（図１３の矢印部分）入力が少なくて済む。よって、本実施形態のロータリ駆動方式を採用すれば３３％程度の省エネルギー化を実現することができる。
　また、３０００ｒｐｍを超える高速回転を行うと、グラフ線Ｃに示すようにレシプロ駆動では、機械的な損失が増えるため、仕事量の無駄が増えることがわかる。
　以上説明したように、第一，第二ピストン本体１４ａ，１５ａを長手方向に短くできるので設置面積を大幅の減らすことができ、第一，第二ガイド軸受２５，２６も第一ピストン本体１４ａと第二ピストン本体１５ａの交差位置に４箇所配置で足りるので、部品点数を省略して小型化を促進することができる。
　入出力軸を中心とした回転による振動を低減（低振動）することで騒音も少なく（低騒音）、機械的な損失も少ないため、低発熱で低消費電力化を実現することができる。特に３０００ｒｐｍを超える高速回転駆動する場合、従来のレシプロ駆動方式に比べて３０％前後の省電力が期待できる。
　特に駆動源として３０％程度の小出力の安価な小型のモータを使用できるので低消費電力化を促進することができ、バッテリーも小型化することができるので長時間にわたって稼働させることができる。
　したがって、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機等の装置本体の小型軽量化を促進して、例えば酸素濃縮器においては可搬性を高めることができる。また、バッテリー容量が同一であれば、約３０％程度の長時間使用が可能となる。
　尚、第一，第二ピストン本体１４ａ，１５ａとその側圧を受ける第一，第二ガイド軸受２５，２６との隙間は構成部品の加工誤差や温度上昇による寸法変化を考慮して機械的な干渉が生じないように最小となるように設定される。

Claims (3)

  1. 　ケース本体に回転可能に軸支された入出力軸の回転を内サイクロイドの原理に従い、偏心カムに対して直交配置された複数のピストン組の往復運動に変換されるロータリ式シリンダ装置であって、
    　前記入出力軸と平行に配置された複数のガイド軸が、前記偏心カムに軸方向に位置決めされて組み付けられた第一，第二ピストン組を有するピストンユニットを収容する前記ケース本体に保持されており、
    　各ガイド軸には、第一ピストン本体の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第一ガイド軸受と第二ピストン本体の両側面に各々当接して往復動による側圧のみを受ける第二ガイド軸受とが軸方向に離間させて同軸に組み付けられていることを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
  2. 　前記各ガイド軸には、径方向外側に突起部が各々突設されており、該突起部を含む軸部が前記ケース本体に設けられた軸孔に嵌め込まれて回り止めされている請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
  3. 　前記各ガイド軸は、前記ケース本体内で前記第一ピストン本体と前記第二ピストン本体が交差するコーナー部に両軸端部を保持され、前記第一ガイド軸受が前記第一ピストン本体の両側部に当接し前記第二ガイド軸受が前記第二ピストン本体の両側部に当接する位置に各々組み付けられている請求項１又は請求項２記載のロータリ式シリンダ装置。
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