ロータリ式シリンダ装置
【課題】シャフトを中心に等速回転運動が可能な回転部品が軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けられ、複数クランク軸周りの回転運動を合成してピストン組の直線往復運動を実現し、かつ回転部品間の質量バランスをとって回転による振動を抑えて静音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。
【解決手段】第１，第２ピストン組７，８の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを中心とした第１の回転バランス、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸５を中心とする第２の回転バランス及びシャフト４を中心とする第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐの第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイト９，１０によりバランス取りされたまま、シャフト４を中心に第１クランク軸５が回転し、当該第１クランク軸５を中心にピストン複合体Ｐが回転することで、第２筒体６ｂに組み付けられた第１，第２ピストン組７，８がシャフト４を中心とする半径２ｒの第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの転がり円２３の径方向に沿って直線往復運動を行なう。
【解決手段】第１，第２ピストン組７，８の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを中心とした第１の回転バランス、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸５を中心とする第２の回転バランス及びシャフト４を中心とする第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐの第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイト９，１０によりバランス取りされたまま、シャフト４を中心に第１クランク軸５が回転し、当該第１クランク軸５を中心にピストン複合体Ｐが回転することで、第２筒体６ｂに組み付けられた第１，第２ピストン組７，８がシャフト４を中心とする半径２ｒの第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの転がり円２３の径方向に沿って直線往復運動を行なう。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの回転動作とシリンダ内のピストン組の往復動作を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置、より具体的には内燃機関、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機など様々な装置に適用可能なロータリ式シリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機などの原動機においては、クランク軸に連繋するピストン組の往復運動で流体の吸込みと送出しを繰り返すレシプロ駆動方式、固定スクロールに対して旋回スクロールを回転させて流体の吸込みと送出しを繰り返すスクロール駆動方式、ローラーの回転運動で流体の吸込みと送出しを繰り返すロータリ駆動方式（特許文献１参照）、その他スクリュー方式、ベーン方式など用途に応じた各種駆動方式が採用されている。
中でも、中速回転（回転数10000rpm）以下で高い気密性を必要とする内燃機関、圧縮機、真空ポンプなどを含む原動機等においては、レシプロ駆動方式が主流となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９０６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレシプロ駆動方式では、シリンダ内のピストン組の往復運動によるエネルギー損失が発生してエネルギー変換効率が低下し易い。また、ピストン組の往復運動に伴う機械振動による騒音が発生する等の課題がある。また、シリンダ内を往復運動するピストン組を支持するコネクティングロッド、コネクティングロッドに接続するクランクシャフトクランクシャフトに連結するクランクアームが必要であり、ピストン組の往復運動を回転運動に変換するためのエネルギー変換装置が大型になり易い。また、ピストン組が往復運動する際に回転部品の質量バランスの偏り（重心の偏り）によって発生する振動を、ダンパー等を設けて吸収する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、シャフトを中心に等速回転運動が可能な回転部品が軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けられ、複数クランク軸周りの回転運動を合成してピストン組の直線往復運動を実現し、かつピストン組の直線往復運動により発生する偏重心量を含めた回転部品間の質量バランスをとることによって回転による振動を抑えて静音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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
シリンダ内を往復運動するピストンとシャフトの回転運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置であって、前記シャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径ｒの第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第１クランク軸と、前記第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれた第１筒体と、該第１筒体の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸を軸芯とする第２筒体が軸方向両側に連続して形成された偏芯筒体を備え、一方の第２筒体に第１ピストン組が他方の第２筒体に第２ピストン組が互いに交差したまま第１クランク軸を中心に半径ｒの第２仮想クランクアームを介して回転可能に嵌め込まれたピストン複合体と、前記ピストン複合体が嵌め込まれた前記第１クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の回転バランスをとる第１，第２バランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記第１クランク軸及び前記第１，第２バランスウェイト、前記第１クランク軸を中心に回転する前記ピストン複合体を回転可能に収容する本体ケースと、を具備し、前記第１，第２ピストン組の前記第２仮想クランク軸を中心とする第１の回転バランス、前記ピストン複合体の第１クランク軸を中心とする第２の回転バランス及び前記第１クランク軸及びピストン複合体の前記シャフトを中心とする第３の回転バランスが前記第１，第２バランスウェイトにより各々バランス取りされたまま、前記シャフトを中心に前記第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記ピストン複合体が回転することで、前記第２筒体に組み付けられた前記第１，第２ピストン組が前記シャフトを中心とする前記第２仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向に直線往復運動を行なうことを特徴とする。
ここで、第１仮想クランクアームとは、シャフトと第１クランク軸の軸芯間を連結する部位を言い、部品単体でクランクアームが存在しなくても構造上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランクアームとは、第１クランク軸と第２仮想クランク軸の軸芯間を連結する部位をいい、クランクアームが省略されていても機構上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランク軸とは、機構上のクランク軸が存在しなくとも回転中心となる軸芯の存在が仮想上認められるクランク軸を言う。また、ピストン組とは、ピストン単体のピストンヘッド部にシールカップ及びシールカップ押さえ部材やピストンリングなどのシール材が一体に組み付けられたものを言う。
【０００７】
また、前記第１クランク軸の両軸端部には軸方向と交差する向きにピン孔が形成されており、前記第１，第２バランスウェイトの軸部には軸孔と軸方向と交差する向きにピン孔が各々形成されており、前記第１クランク軸の両軸端部が前記第１，第２バランスウェイトの軸孔にピン孔どうしが連通するように各々嵌め込まれ、該連通するピン孔にピンが抜け止めされて嵌め込まれることにより、前記第１クランク軸と第１，第２バランスウェイトとが一体に組み付けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１，第２のバランスウェイトの少なくとも一方に前記シャフトが一体に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、各第２筒体の内外周部には軸受保持部が各々凹設され各軸受保持部には内側軸受及び外側軸受が各々保持されており、前記第１クランク軸は内側軸受に回転可能に支持され、前記第１，第２ピストン組は外側軸受に回転可能に支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るロータリ式シリンダ装置を用いれば、シャフトを回転させると、当該シャフトを中心に第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心にピストン複合体が回転することで、第２筒体に組み付けられた第１，第２ピストン組がシャフトを中心とする第２仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向に直線往復運動を行なう。
このとき、第１，第２ピストン組の第２仮想クランク軸を中心とした第１の回転バランス、ピストン複合体の第１クランク軸を中心とする第２の回転バランス及び第１クランク軸及びピストン複合体のシャフトを中心とする第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイトによりバランス取りされたまま回転運動するので、第１，第２ピストン組の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りによって回転による振動を抑えて静音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。
また、シャフト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、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
また、通常のクランク機構を構成するクランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略して部品点数が少なく機構的に簡略化されたクランク機構を実現することができる。
【００１１】
第１クランク軸と第１，第２バランスウェイトとがピン孔どうしが連通するように各々嵌め込まれ、該連通するピン孔にピンが抜け止めされて嵌め込まれることにより、第１クランク軸の両軸端部に連結する第１，第２バランスウェイトの軸直角方向の組み付け精度を向上させることができる。
【００１２】
また、第１，第２バランスウェイトの少なくとも一方にシャフトが一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフトと第１クランク軸を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを第１，第２バランスウェイトの回転半径により調整して、シャフトを中心として第１クランク軸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。
【００１３】
また、各第２筒体の内外周部には軸受保持部が各々凹設され各軸受保持部には内側軸受及び外側軸受が各々保持されており、第１クランク軸は内側軸受に回転可能に支持され、第１，第２ピストン組は外側軸受に回転可能に支持されていると、第１クランク軸と第２仮想クランク軸を結ぶ第２仮想クランクアームの長さを第２円筒体の回転半径により調整して、第１クランク軸を中心として偏芯筒体を含むピストン複合体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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ロータリ式シリンダ装置の斜視図である。
【図２】図１のロータリ式シリンダ装置の第１本体ケースを取り外した斜視図である。
【図３】図１のロータリ式シリンダ装置の軸方向断面斜視図である。
【図４】ロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。
【図５】シャフトを中心とする第１クランク軸、第２仮想クランク軸の回転運動と複数のクランクアームの往復運動の関係を示す模式原理図である。
【図６】圧縮機に応用した第１本体ケースを取り外した平面図、圧縮機のＺ軸方向断面図、交差するピストン組を含むＺ軸方向断面図である。
【図７】第１クランク軸の正面図である。
【図８】第１バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図９】第２バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図１０】偏芯筒体の平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１１】第１本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１２】第２本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１３】第１ピストン本体の一部破断平面図、Ｚ軸方向半断面図、右側面図及び底面図である。
【図１４】内燃機関用ピストンリングを装着したピストン組の平面図及び本体ケースに収納された状態の部分断面図である。
【図１５】シリンダの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１６】シリンダシールカップの平面図及びＸ軸方向半断面図である。
【図１７】シール押さえの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１８】真空ポンプ用のシリンダシールカップの組み付けを示す部分断面図である。
【図１９】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組の平面視した状態の動作説明図である。
【図２０】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組を平面視した状態の動作説明図である。
【図２１】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組を平面視した状態の動作説明図である。
【図２２】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組を平面視した状態の動作説明図である。
【図２３】ピストン組及びシリンダの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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２３を参照して一例として圧縮機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組の往復運動とシャフトの回転運動とが相互に変換されて出力される装置を想定している。
【００１６】
図１において、第１本体ケース１と第２本体ケース２とで構成される本体ケース３にシャフト４（入出力軸）が回転可能に軸支されている。第１本体ケース１と第２本体ケース２とは、ボルト３ａにより四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている。この本体ケース３内には、図３に示すように、第１クランク軸５を中心に回転可能な偏芯筒体６と該偏芯筒体６に軸受を介して組み付けられた第１ピストン組７及び第２ピストン組８（以下、これらを「ピストン複合体Ｐ」という；図２参照）が回転可能に収容されている。以下、具体的に説明する。
【００１７】
図３において、第１クランク軸５は、シャフト４の軸芯に対して偏芯して連結される。本実施形態では、シャフト４は、第１バランスウェイト９と一体に形成されている。尚、第２バランスウェイト１０側にもシャフトが形成されていてもよい。第１，第２バランスウェイト９，１０は第１クランク軸５の両軸端部に各々嵌め込まれる。図７において、第１クランク軸５の両軸端部には軸方向にスリット５ａが各々形成されている。各スリット５ａには、第１クランク軸５と直交する向きにピン孔５ｂが設けられている。ピン孔５ｂの孔径はスリット５ａの幅より大きく、ピン孔５ｂはスリット５ａの一部に重なり合うように形成されている。また、第１クランク軸５の両端外周部には、Ｄカット部５ｃが形成されている。第１クランク軸５の両端部に第１，第２バランスウェイト９，１０がピン孔９ｂ，１０ｂ（図８（ａ），図９（ａ）参照）とピン孔５ｂとを位置合わせして嵌め込まれている。
【００１８】
図８及び図９において、第１，第２バランスウェイト９，１０の軸部にはボルト孔９ａ，１０ａ及びピン孔９ｂ，１０ｂが各々設けられている。このピン孔９ｂ，１０ｂと第１クランク軸５のピン孔５ｂ（図７参照）を連通するように位置合わせして第１，第２バランスウェイト９，１０が第１クランク軸５に嵌め込まれ、ピン１１ａ（図３参照）を互いに連通するピン孔９ｂ，５ｂに、ピン１１ｂ（図３参照）を連通するピン孔１０ｂ，５ｂに各々嵌め込む。そして、ボルト孔９ａ，１０ａにボルト１２ａ，１２ｂを各々嵌め込んでスリット５ａ及びピン孔５ｂの幅を狭めることで、ピン１１ａ，１１ｂが抜け止めされて第１，第２バランスウェイト９，１０が第１クランク軸５の両端部に一体に組み付けられる（図４参照）。これにより、第１クランク軸５の両軸端部に連結する第１，第２バランスウェイト９，１０の軸直角方向の組み付け精度を向上させることができる。
【００１９】
図３において、第１バランスウェイト９に一体形成されたシャフト４は第１軸受１３ａにより回転可能に軸支されており、第２バランスウェイト１０に形成されたシャフト４と同軸状に形成された軸部１０ｃは第２軸受１３ｂにより回転可能に軸支されている。第１，第２バランスウェイト９，１０は、例えば扇型などのブロック形状をしており（図８（ｂ）（ｃ），図９（ｂ）（ｃ）参照）、後述するようにシャフト４を中心として組み付けられる第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐを含む回転部品間の回転バランスを取るために設けられている。
このように、第１，第２バランスウェイト９，１０の少なくとも一方にシャフト４が一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフト４と第１クランク軸５を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを例えば第１，第２バランスウェイト９，１０の回転半径ｒにより調整して、シャフト４を中心として第１クランク軸５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。
【００２０】
また、図１０（ｂ）に示すように、偏芯筒体６は、第１クランク軸５の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを有する。本実施形態では、交差して組み付けられるピストン組が２組であるため、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂは第１クランク軸５を中心として１８０度位相がずれた位置に形成されている。
【００２１】
図３に示すように、第１，第２ピストン組７，８が互いに交差して第１クランク軸５を中心に回転する偏芯筒体６に組み付けられている。具体的には、図１０（ｂ）において、偏芯筒体６は、回転中心となる第１クランク軸５が挿通する第１筒体６ａと、該第１筒体６ａの軸芯方向両側に第２筒体６ｂが各々連続して形成されている。第１筒体６ａには第１クランク軸５が同芯状に嵌め込まれており、偏芯筒体６の回転中心となっている。また、第２筒体６ｂの軸芯は、第１クランク軸５（第１筒体６ａ）の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと一致するようになっている。図３に示すように、第２筒体６ｂには、外側軸受１６ａ，１６ｂを介して第１，第２ピストン組７，８が互いに交差して回転可能に嵌め込まれている。
【００２２】
図１０（ａ）（ｂ）において、第２筒体６ｂの内周部及び外周部には、軸受保持部６ｃ，６ｄが各々凹設されている。図３に示すように、内周側の軸受保持部６ｃには内側軸受１５ａ，１５ｂが保持されており、外周側の軸受保持部６ｄには外側軸受１６ａ，１６ｂが各々保持されている。内側軸受１５ａ，１５ｂは第１のクランク軸５を回転可能に支持している。また、図３に示すように第１，第２ピストン組７，８は外側軸受１６ａ，１６ｂを介して第２円筒部６ｂに第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと軸直角方向に交差して嵌め込まれたまま回転可能に支持されている。
【００２３】
これにより、第１クランク軸５と第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを結ぶ第２仮想クランクアームの長さを第２円筒体６ｂの回転半径ｒにより調整して、第１クランク軸５を中心として偏芯筒体６を含むピストン複合体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。
また、第１，第２ピストン組７，８が、偏芯円筒６の第２筒体６ｂに第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと軸直角方向に交差（直交）して重なり合い、第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃどうしが同一平面上で往復動可能に組み付けられている。よって、ピストン複合体Ｐ（図２参照）を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、省スペースで小型軽量化を図ることができる。
【００２４】
また、図２において、第１，第２ピストン本体７Ａ，８Ａの長手方向両端部には、第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃが形成されている。第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃには、リング状のシールカップ１７ａ，１７ｂ（図１６（ａ）（ｂ）参照）、シールカップ押さえ部材１８ａ，１８ｂ（図１７（ａ）（ｂ）参照）が各々ボルト１９により組み付けられている。シールカップ１７ａ，１７ｂは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。シールカップ１７ａ，１７ｂの外周縁部にはピストン摺動方向に沿って起立部１７ｃが起立形成されている（図１６（ａ）（ｂ）参照）。圧縮機や流体回転機などにおいては、起立部１７ｃは第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃの摺動方向外側に向けて組み付けられる（図２３（ａ）参照）。
【００２５】
また、図２及び図３において、本体ケース３（第１本体ケース１及び第２本体ケース２）の側面部（４面）に設けられた開口部２０には、シリンダ２１がボルト２２により組み付けられている。図２において、第１，第２ピストン組７，８は、シールカップ１７ａ，１７ｂ（起立部１７ｃ）によって、シリンダ２１の内壁面２１ｆ（図１５（ｂ）参照）とのシール性を保ちながら摺動するようになっている。尚、シールカップ１７ａ，１７ｂは、他の回転部品に比べて回転質量が無視できるほど軽量であるため、第１，第２バランスウェイト９，１０による第１乃至第３のバランス取りに影響を与えない。
【００２６】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、シールカップ及びシールカップ押さえ部材を外した第１ピストン本体７Ａの一部破断平面図、Ｚ軸方向半断面図、右側面図及び底面図である。第１，第２ピストン本体７Ａ，８Ａは同形状をしているため、第１ピストン本体７Ａのみを用いて説明する。第１ピストン本体７Ａに存在する構成は第２ピストン８Ａ（図２参照）にも存在するものとする。
第１ピストン本体７Ａの中央部には、シャフト４の軸部９ｃ（図８（ａ）参照）との干渉を防ぐ逃げ孔７ａが設けられている（図１３（ａ）参照）。逃げ孔７ａの中心は第２仮想クランク軸１４ａに相当する。逃げ孔７ａより外周側には、外側軸受１６ａを保持する軸受保持部７ｂが設けられている（図１３（ｂ）（ｄ）参照）。
【００２７】
また、第１ピストン本体７Ａの長手方向両端には円板状の第１ピストンヘッド部７ｃが各々設けられている。この第１ピストンヘッド部７ｃには、ボルト孔７ｅを有する台座７ｄが各々設けられている（図１３（ｃ）参照）。図１３（ａ）に示すように、第１ピストンヘッド部７ｃの両端面に台座７ｄが設けられて外周側に形成される段差部７ｆに図４に示すシールカップ１７ａを重ね合わせ、該シールカップ１７ａにシールカップ押さえ部材１８ａを、ボルト孔１８ｃがボルト孔７ｅ（図１３（ｃ）参照）と位置合わせして重ね合わせる。そして、ボルト１９をボルト孔１８ｃ，ボルト孔７ｅに嵌め込むことでシールカップ１７ａがシールカップ押さえ部材１８ａと第１ピストンヘッド部７ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。第２ピストン組８の第２ピストンヘッド部８ｃについても同様にしてシールカップ１７ｂがシールカップ押さえ部材１８ｂと第２ピストンヘッド部８ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。
【００２８】
図１４（ａ）（ｂ）は、内燃機関に用いられる場合の第１ピストン組７の構成例を示す。第１ピストンヘッド部７ｃの外周面には、複数の周溝部７ｇが形成されている。各周溝部７ｇには、ピストンリング（シール材）７ｈが嵌め込まれている。第１ピストン組７が本体ケース３の開口部２０に組み付けられたシリンダ２１の内壁面２１ｆに沿って、シール材７ｈが摺動するようになっている。これにより、シリンダ２１に図示しないシリンダヘッドが装着されて形成されるシリンダ室の気密性が保たれるようになっている。
【００２９】
図１８は、真空ポンプに用いられる吸引用の第１ピストン組７の構成例を示す。第１ピストンヘッド部７ｃの端面に形成される段差部７ｆに、シールカップ１７ａを起立部１７ｃが第１ピストンヘッド部７ｃの摺動方向内側に向けて重ね合わせる。シールカップ１７ａにシールカップ押さえ部材１８ａを重ね合わせ、ボルト１９を嵌め込むことによりシールカップ１７ａがシールカップ押さえ部材１８ａと第１ピストンヘッド部７ｃに挟み込まれて一体に組み付けられている（図４参照）。
【００３０】
図１５（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダ２１は開口部２１ａの周囲にフランジ部２１ｂが形成されており、該フランジ部２１ｂより円筒状のシリンダ胴部２１ｃが形成されている。第１ピストン組７の第１ピストンヘッド部７ｃ、第２ピストン組８の第２ピストンヘッド部８ｃは、シリンダ胴部２１ｃ及びフランジ部２１ｂの内壁面２１ｆに沿って摺動するように組み付けられる（図１，図２参照）。
【００３１】
フランジ部２１ｂには、貫通孔２１ｄが２箇所に設けられている。本体ケース３の開口部２０（図３参照）にシリンダ胴部２１ｃを挿入してフランジ部２１ｂを側面部に重ね合わせる。このとき、貫通孔２１ｄは、第１本体ケース１のボルト孔１ｄ及び第２本体ケース２のボルト孔２ｄと各々位置合わせされ、ボルト２２を、貫通孔２１ｄ及びボルト孔１ｄ若しくはボルト孔２ｄと嵌合することにより一体に組み付けられる（図４参照）。
【００３２】
また、図１５（ａ）（ｂ）において、フランジ部２１ｂには、複数箇所にボルト孔２１ｅが設けられている。これは、後述するように、シリンダ２１に重ね合わせてシリンダヘッドを組み付ける際に、ボルト嵌合用のボルト孔が必要になるためである。
【００３３】
図１１（ａ）（ｂ）において、筐体上の第１本体ケース１の側面部（４面）には、第１開口部２０ａが各々設けられている。第１本体ケース１の軸方向端面部には、軸受保持部１ａが設けられている。軸受保持部１ａには第１軸受１３ａが嵌め込まれる（図３参照）。軸受保持部１ａの中央部には、開口部１ｂが形成されている。第１バランスウェイト９に一体形成されたシャフト４は、軸受保持部１ａに保持される第１軸受１３ａを挿通し、開口部１ｂより本体ケース３の外側へ延出して組み付けられる（図３参照）。また、第１本体ケース１の四隅にはボルト３ａ（図１参照）が各々嵌め込まれるボルト孔１ｃが設けられている。また、第１本体ケース１の側面部（４面）には、シリンダ２１を固定するボルト２２（図１参照）のボルト孔１ｄが設けられている。
【００３４】
図１２（ａ）（ｂ）において、第２本体ケース２の側面部（４面）には、第２開口部２０ｂが設けられており、第２本体ケース２の軸方向端面部には、軸受保持部２ａが設けられている。軸受保持部２ａには、第２軸受１３ｂが嵌め込まれる（図３参照）。軸受保持部２ａには、開口部２ｂが形成されている。第２バランスウェイト１０に一体形成された軸部１０ｃは、軸受保持部２ａに保持された第２軸受１３ｂに嵌め込まれている（図３参照）。また、第２本体ケース２の四隅には、第１本体ケース１のボルト孔１ｃと位置合わせしてボルト３ａ（図１参照）が嵌め込まれるボルト孔２ｃが設けられている。また、第２本体ケース２の側面部（４面）には、シリンダ２１を組み付けるボルト２２（図１参照）のボルト孔２ｄが設けられている。
【００３５】
次にロータリ式シリンダ装置の組立構成の一例について図４を参照して説明する。
偏芯筒体６の軸受保持部６ｃに内側軸受１５ａ，１５ｂを組み付ける。また、内側軸受１５ａ，１５ｂが組み付けられた第１円筒体６ａの中心孔に第１クランク軸５を嵌め込む（図３参照）。また、第１，第２ピストン組７，８を第２円筒部６ｂに外側軸受１６ａ，１６ｂを介して交差するように嵌め込む。
【００３６】
また、第１クランク軸５の両端部に第１，第２バランスウェイト９，１０を嵌め込んで、ピン１１ａ，１１ｂをピン孔５ｂに嵌め込み、ボルト１２ａ，１２ｂを締付けて第１，第２バランスウェイト９，１０を第１クランク軸５に一体に組み付ける。また、第１本体ケース１の軸受保持部１ａに第１軸受１３ａ、第２本体ケース２の軸受保持部２ａに第２軸受１３ｂを嵌め込む。そして、第１軸受１３ａにシャフト４を嵌め込み、第２軸受１３ｂに第２バランスウェイト１０の軸部１０ｃを嵌め込むようにして、第１本体ケース１と第２本体ケース２を組み合わせる。これにより、第１クランク軸５、第１，第２バランスウェイト９，１０、及びピストン複合体Ｐ（図２参照）を本体ケース３（図１参照）内に収容する。そして、ボルト孔１ｃとボルト孔２ｃを位置合わせして重ね合わせた状態で、ボルト３ａを嵌め込んで本体ケース３（図１参照）が組み立てられる。最後に、本体ケース３の側面（４面）に形成される開口部２０（図２，図３参照）にシリンダ２１を嵌め込んで、第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃがシリンダ２１の開口部２１ａ（図１５（ａ）（ｂ）参照）内に各々摺動可能に嵌め込まれて（図２参照）、ロータリ式シリンダ装置が組み立てられる。
【００３７】
上述のように組み立てられたロータリ式シリンダ装置は、第１，第２ピストン組７，８の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを中心とした第１の回転バランス、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸５を中心とする第２の回転バランス及び第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐのシャフト４を中心とする第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイト９，１０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、後述するようにシャフト４を中心とする第１クランク軸５の回転運動と、第１クランク軸５を中心とするピストン複合体Ｐの回転運動により、第２筒体６ｂに組み付けられた第１，第２ピストン組７，８がシャフト４を中心とする第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの半径２ｒの転がり円２３（図５（ａ）参照）の径方向に沿って直線往復運動を行なっても、第１，第２ピストン組７，８の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りをすることによって回転による振動を抑えて静音化を図ることができる。また、回転による振動を低減することで、第１，第２ピストン組７，８は従来のレシプロタイプに比べてピストンヘッドの往復運動による機械的な損失を防いでエネルギー変換効率を高めることができ、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
【００３８】
ここで、シャフト４を中心とする第１クランク軸５、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの回転運動と複数のピストン組の直線往復運動の関係を図５（ａ）〜（ｌ）に示す模式構造原理図を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｌ）において、転がり円２３の中心Ｏはシャフト４の軸芯と一致する。また、中心Ｏより偏芯した位置に第１クランク軸５が存在し、第１クランク軸５の回転に伴い第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂが滑らずに回転するものとする。第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの数は、ピストン組の数に対応している。
【００３９】
シャフト４（中心Ｏ）と第１クランク軸５との軸芯間距離ｒを第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長（回転半径）とする。また、シャフト４の軸芯（中心Ｏ）周りに第１仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道３０上を第１クランク軸５が回転する。更には、第１クランク軸５を中心とする第２仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道（仮想円２４）上を第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂが見かけ上回転する。これにより、中心Ｏの周りに仮想円２４の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円２３の径方向に沿って第１，第２ピストン組７，８が各々往復動するようになっている。
【００４０】
本実施例では、互いに直交する第１、第２ピストン組７，８が連繋する第２筒体６ｂの第２仮想クランク軸を１４ａ，１４ｂとして例示するものとする。図５（ａ）において、第２仮想クランク軸を１４ａ，１４ｂは、第１クランク軸５を中心に半径ｒの仮想円２４の円周上に１８０°位相が異なる位置に配置されている。第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３と直径Ｒ１の交点（下端位置）にあり、第２仮想クランク軸１４ｂは、転がり円２３の中心Ｏ（シャフト４の軸芯位置）にある。第１クランク軸５は転がり円２３の中心Ｏから半径ｒの位置にあるものとする。
【００４１】
第１クランク軸５が転がり円２３の中心Ｏの周りに反時計回り方向に１回転する場合について説明する。仮想円２４は時計回り方向に転がり円２３の内周に沿って滑らずに回転するものとする。図５（ａ）〜（ｌ）は第１クランク軸５が３０度ずつ変位した状態を示している。
【００４２】
第１クランク軸５が図５（ａ）の位置から反時計回り方向に９０度回転すると図５（ｄ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３の直径Ｒ１上を中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは直径Ｒ１と直交する直径Ｒ２と転がり円２３との交点（右端位置）まで移動する。
【００４３】
第１クランク軸５が図５（ｄ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図５（ｇ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３と直径Ｒ１との交点（上端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３の中心Ｏへ移動する。
【００４４】
第１クランク軸５が図５（ｇ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図５（ｊ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３の中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３と直径Ｒ２との交点（左端位置）へ移動する。
【００４５】
第１クランク軸５が図５（ｊ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図５（ａ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３と直径Ｒ１との交点（下端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３の中心Ｏへ移動する。
【００４６】
以上のように、第１クランク軸５が中心Ｏ（シャフト４）の周りに回転すると、第２仮想クランク軸１４ａは仮想円２４の回転軌跡である転がり円２３の直径Ｒ１上を往復移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３の直径Ｒ２上を往復移動する。
【００４７】
即ち、シャフト４の軸芯（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの回転軌道３０に沿った第１クランク軸５の回転運動及び第１クランク軸５を中心とした半径ｒの第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの回転運動に伴い、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを軸芯に有する第２円筒部６ｂに連繋する第１ピストン組７が半径２ｒの転がり円２３（シャフト４の軸芯を中心Ｏとする同心円）の直径Ｒ１上で往復動を繰り返し、第２ピストン組８が半径２ｒの転がり円２３（シャフト４の軸芯を中心Ｏとする同心円）の直径Ｒ２上で往復動を繰り返すことになる。
【００４８】
例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃを収納するシリンダ２１に、第１，第２シリンダヘッド２５，２６をボルト孔２１ｅ（図１５（ａ）（ｂ）参照）を用いて第１、第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃに対向して組み付けることで、シリンダ室２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが形成され、各シリンダ室２７ａ〜２７ｄに各々連通する流体の送出口２８と吸込み口２９が各々形成される。
【００４９】
よって、シャフト４を例えば電動機等により回転駆動すると、第１クランク軸５及び偏芯筒体６が回転し、該第１クランク軸５を中心に偏芯円筒６が回転するので、第１ピストン組７と第２ピストン組８がシャフト４を中心とする半径２ｒの同心円（転がり円２３；図５（ａ）参照）の径方向に沿って各々直線往復運動する。このとき、各シリンダ室２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄにおいて吸込み口２９より流体を吸込み、送出口２８より圧縮された流体を送り出す動作が行なわれて流体圧縮機や流体ポンプ装置を形成することができる。
【００５０】
図１９乃至図２２は、シャフト４の回転位置と第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃの直線往復動位置との関係を例示する動作説明図である。
図１９は原点位置、図２０は原点位置より９０度回転した位置、図２１は原点位置より１８０度回転した位置、図２２は原点位置より２７０度回転した位置を示す。図１９から図２０において、第１ピストン組７は平面視で上方向に移動しており、第２ピストン組８は平面視で右方向に移動している。シリンダ室２７ａ，２７ｃでは流体の吸込みが行なわれ、シリンダ室２７ｂ，２７ｄでは流体の送り出しが行なわれる。図２０から図２１において、第１ピストン組７が平面視で上方向に移動しており、第２ピストン組８が平面視で左方向に移動し始めているため、シリンダ室２７ｂ，２７ｃでは流体の送り出し行なわれ、シリンダ室２７ａ，２７ｄでは流体の吸込みが行なわれる。図２１から図２２において、第１ピストン組７が平面視で下方向に移動し始め、第２ピストン組８が平面視で左方向に移動しているため、シリンダ室２７ａ，２７ｃでは流体の送り出し行なわれ、シリンダ室２７ｂ，２７ｄでは流体の吸込みが行なわれる。
【００５１】
尚、第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃの形状は真円である必要はなく、例えば角型であってもよい。また、圧縮機に備えた一部のピストン組を真空ポンプとして使用するハイブリッド型のポンプとすることも可能である。
この場合、圧縮機として使用するピストンヘッド部には、シールカップ１７ａ，１７ｂの起立部１７ｃを摺動方向外側に向けて装着し、真空吸引を行なうピストンヘッド部にはシールカップ１７ａ，１７ｂの起立部１７ｃを摺動方向内側に向けて装着するのが好ましい（図１８参照）。また、流体が水や油等の液体の場合には、シールカップ１７ａ，１７ｂは省略することもできる。
【００５２】
また、ピストン組を２組備えたロータリーシリンダ装置について説明したが、３組以上のピストン組を備えていてもよい。例えばピストン組を３組設ける場合には、図５（ａ）の仮想円２４において、第１クランク軸５を回転中心として１２０度ずつ位相を異ならせて第２仮想クランク軸が配置されるように組み付けることも可能である。
また、２組のピストン組のうち一方のピストンヘッド部を省略することも可能である。この場合、１ピストン組の第２仮想クランク軸がシャフト４の軸芯と重なり合うと回転死点が生ずるおそれがある。しかしながら、ピストンヘッド部を省略されたピストン組の存在により、１ピストン組の回転死点を回避して回転し続けることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃが同一平面上（Ｘ−Ｙ平面上）で往復動可能に偏芯筒体６に組み付けられていたが、偏芯筒体を複数に分割する必要はあるが、複数のピストン組を高さ方向（Ｚ軸方向）に異なる位置に交差するように配置することも可能である。
また、第１，第２ピストン組７，８は互いに直交するように配置したが、これに限定されるものではなく、第１クランク軸５を中心として例えば位相差が６０度等に配置することも可能である。
【００５４】
また、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、第１，第２ピストンヘッド部にピストンリング７ｈを設けることで、内燃機関に応用することも可能である。
具体的には、シリンダ２１にシリンダヘッドを装着して形成されるシリンダ室には給気弁、排気弁、インジェクター、点火プラグ等を備えることにより、エンジンに応用することも可能である。この場合には、シリンダ室内の燃料の燃焼爆発により生ずるピストン組（第１，第２ピストン組７，８）が往復運動することで、偏芯円筒６及び第１クランク軸５（ピストン複合体Ｐ）のシャフト４を中心とする回転運動に変換して出力することができる。
【００５５】
図２３（ａ）は圧縮機や流体回転機などに用いられる第１ピストン組７のシリンダ２１内の部分断面図、図２３（ｂ）は内燃機関などに用いられる第１ピストン組７のシリンダ２１内の部分断面図である（第２ピストン組８も同様であるため構造は省略する）。
図２３（ａ）において、シリンダ２１の内壁面２１ｆとピストンヘッド７ｃ及びシールカップ押さえ部材１８ａの外周面７ｊ，１８ｄとの隙間Ｇは加工誤差や温度変化による寸法変化等を考慮して機械的な干渉が生じないように設定される。かかる隙間Ｇは最小になるように設定されるので、シールカップ１７ａの起立部１７ｃが第１ピストン組７の往復運運動によってシリンダ２１の内壁面２１ｆとの間に噛み込まれずシール性を維持したまま摺動することができる。
【００５６】
図２３（ｂ）において、ピストンヘッド７ｃの周溝部７ｇにピストンリング（シール材）７ｈを設ける場合には、周溝部７ｇとピストンリング７ｈとの間に隙間Ｇが設けられる。この場合、シャフト４を中心とする第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐの第３の回転バランスを取るうえで、ピストンリング７ｈはシリンダ２１内で径方向を拘束されるため、完全なバランス取りはできないが３％以内の誤差となるバランス設計とすることが望ましい。
【００５７】
また、図６（ａ）に示すように２ピストン４ヘッドのロータリ式シリンダ装置においては、シリンダヘッドが４か所に設けられるので、１部を正圧発生部に使用し、その他のシリンダヘッドを負圧発生部に使用することも可能である。
また、４か所のシリンダヘッドを用いて気体を多段圧縮することも可能である。この場合、ピストン組のストロークは変えられないので、ピストン径とシリンダ径を一つのピストン組であっても変更する必要がある。このような場合であっても、第１，第２バランスウェイト９，１０によって、第１の回転バランス乃至第３の回転バランスのバランス取りがなされていることが望ましい。
【００５８】
以上説明したように、シャフト４を回転させると、当該シャフト４を中心に第１クランク軸５が回転し、当該第１クランク軸５を中心に偏芯筒体６が回転することで、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの回転軌跡（内サイクロイド）に沿って第２筒体６ｂに組み付けられた第１，第２ピストン組７，８がシャフト４を中心とする半径２ｒの同心円（転がり円２３；図５（ａ）参照）の径方向に直線往復運動を行なう。
【００５９】
このとき、第１，第２ピストン組７，８の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂ（図１０（ｂ）参照）を中心とする第１の回転バランス、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸５を中心とする第２の回転バランス及び第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐのシャフト４を中心とする第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイト９，１０によりバランス取りされているので、第１，第２ピストン組７，８の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りをすることにより回転による振動を抑えて静音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。
また、シャフト４を中心とする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、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
また、通常のクランク機構を構成するクランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略して部品点数が少なく機構的に簡略化されたクランク機構を実現することができる。
【００６０】
尚、第１の回転バランスに誤差を生ずると、第２の回転バランスや第３の回転バランスにも誤差が発生する。内サイクロイド方式のロータリ式シリンダ装置においては、回転部品のバランス取りについて言及した先行技術として、特公昭６３−２４１５８号公報（第６欄第３１行〜第３４行）が存在することが知られている。しかしながら、上記公報に開示されたバランス取りはシャフトとクランク軸についてのみバランス取りするもので、クランク軸に連繋するスライダーやスライダーに連繋するピストン組を含めた回転部品間の回転バランスを考慮した技術思想まで開示されていない。従来は、ピストン組の直線往復運動により発生する偏重心量をバランス取りするという発想がなかったため、かかる偏重心量によって生ずる振動は、ダンパーなどの振動吸収機構により吸収するのが一般的な考え方である。
これに対して、本願発明にかかるロータリ式シリンダ装置は、シャフト４、第１クランク軸５、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを中心とした各回転部品は各々の回転中心に対して等速回転運動可能に組み付けられ、これらの間には第１，第２バランスウェイト９，１０により上述した第１〜第３のバランス取り、即ち第１，第２ピストン組７，８の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りがなされている。よって、シャフト４を中心とした回転運動の結果、第１，第２ピストン組７，８が直線往復運動しても回転による振動を抑えた内サイクロイド方式のロータリ式シリンダ装置を提供することができる。
【００６１】
ちなみに排気量４６ｃｃの圧縮機についてバランス取りした結果を従来構造と比較すると以下の通りである。シャフト４を中心とする第１クランク軸５のシャフト４周りの偏芯重量は１０ｇである。第１クランク軸５に組み付けられたピストン複合体Ｐの偏芯重量は２１０ｇ（第１，第２ピストン組７，８、偏芯筒体６、内側軸受１５ａ，１５ｂ、外側軸受１６ａ，１６ｂを含む）である。
本願発明の場合、第１，第２バランスウェイト９，１０によって第１〜第３の回転バランスを取ることにより、シャフト４を中心に回転する２２０ｇの偏芯重量の回転バランスをとって回転運動を行なっているため、回転による振動が少なく機械的な損失も少ないのでエネルギー変換効率が高くしかも静音化することができる。これに対して、特公昭６３−２４１５８号公報に開示されたシャフトを中心とするクランク軸についてのみバランス取りを行なっても、シャフトを中心とした第１クランク軸（１０ｇ）のバランス取り（５％程度）にとどまるため、回転による振動が大きく機械的な損失も大きいためエネルギー変換効率が低下し、騒音が激しいためダンパーなどで振動を吸収する必要がある。
【００６２】
また、第１，第２バランスウェイト９，１０の少なくとも一方にシャフト４が一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフト４と第１クランク軸５を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを第１，第２バランスウェイト９，１０の回転半径により調整して、シャフト４を中心として第１クランク軸５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。
【００６３】
また、第２筒体１６ｂの内外周部には軸受保持部６ｃ，６ｄが各々凹設され各軸受保持部６ｃ，６ｄには内側軸受１５ａ，１５ｂ及び外側軸受１６ａ，１６ｂが各々保持されており、第１クランク軸５は内側軸受１５ａ，１５ｂに回転可能に支持され、第１，第２ピストン組７，８は外側軸受１６ａ，１６ｂに回転可能に支持されていると、第１クランク軸５と第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを結ぶ第２仮想クランクアームの長さを第２円筒体６ｂの回転半径により調整して、第１クランク軸５を中心として偏芯筒体６を含むピストン複合体Ｐを軸方向にコンパクトに組み付けることができる。
【００６４】
また、第１，第２ピストン組７，８の先端には第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃ及び第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃに対向してシリンダ室２７ａ〜２７ｄを形成する第１，第２シリンダヘッド２５，２６が本体ケース３に組み付けられていると、閉止されたシリンダ室２７ａ〜２７ｄを２つのピストン組が往復運動する動作を利用して、流体回転機、真空吸引装置、内燃機関など様々な駆動装置への利用が見込まれる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｐ ピストン複合体
１ 第１本体ケース
１ａ，２ａ，６ｃ，６ｄ，７ｂ，８ｂ 軸受保持部
１ｂ，２ｂ，２０，２１ａ 開口部
１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ，７ｅ，９ａ，１０ａ，１８ｃ，２１ｅ ボルト孔
２ 第２本体ケース
３ 本体ケース
３ａ，１２ａ，１２ｂ，１９，２２ ボルト
４ シャフト
５ 第１クランク軸
５ａ スリット
５ｂ ピン孔
５ｃ Ｄカット部
６ 偏芯筒体
６ａ 第１筒体
６ｂ 第２筒体
７ 第１ピストン組
７Ａ 第１ピストン本
７ａ 逃げ孔
７ｃ 第１ピストンヘッド部
７ｄ 台座
７ｆ 段差部
７ｇ 周溝部
７ｈ ピストンリング（シール材）
７ｊ，１８ｄ 外周面
８ｃ 第２ピストンヘッド部
８ 第２ピストン組
８Ａ 第２ピストン本体
９ 第１バランスウェイト
９ｂ，１０ｂ ピン孔
９ｃ，１０ｃ 軸部
１０ 第２バランスウェイト
１１ａ，１１ｂ ピン
１３ａ 第１軸受
１３ｂ 第２軸受
１４ａ，１４ｂ 第２仮想クランク軸
１５ａ，１５ｂ 内側軸受
１６ａ，１６ｂ 外側軸受
１７ａ，１７ｂ シールカップ
１７ｃ 起立部
１８ａ，１８ｂ シールカップ押さえ部材
２０ａ 第１開口部
２０ｂ 第２開口部
２１ シリンダ
２１ａ 開口部
２１ｂ フランジ部
２１ｃ シリンダ胴部
２１ｄ 貫通孔
２１ｆ 内壁面
２３ 転がり円
２４ 仮想円
２５ 第１シリンダヘッド
２６ 第２シリンダヘッド
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ シリンダ室
２８ 送出口
２９ 吸込み口
３０ 回転軌道
Ｇ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの回転動作とシリンダ内のピストン組の往復動作を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置、より具体的には内燃機関、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機など様々な装置に適用可能なロータリ式シリンダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、圧縮機、真空ポンプ、流体回転機などの原動機においては、クランク軸に連繋するピストン組の往復運動で流体の吸込みと送出しを繰り返すレシプロ駆動方式、固定スクロールに対して旋回スクロールを回転させて流体の吸込みと送出しを繰り返すスクロール駆動方式、ローラーの回転運動で流体の吸込みと送出しを繰り返すロータリ駆動方式（特許文献１参照）、その他スクリュー方式、ベーン方式など用途に応じた各種駆動方式が採用されている。
中でも、中速回転（回転数10000rpm）以下で高い気密性を必要とする内燃機関、圧縮機、真空ポンプなどを含む原動機等においては、レシプロ駆動方式が主流となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１９０６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したレシプロ駆動方式では、シリンダ内のピストン組の往復運動によるエネルギー損失が発生してエネルギー変換効率が低下し易い。また、ピストン組の往復運動に伴う機械振動による騒音が発生する等の課題がある。また、シリンダ内を往復運動するピストン組を支持するコネクティングロッド、コネクティングロッドに接続するクランクシャフトクランクシャフトに連結するクランクアームが必要であり、ピストン組の往復運動を回転運動に変換するためのエネルギー変換装置が大型になり易い。また、ピストン組が往復運動する際に回転部品の質量バランスの偏り（重心の偏り）によって発生する振動を、ダンパー等を設けて吸収する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、シャフトを中心に等速回転運動が可能な回転部品が軸方向及び径方向にコンパクトに組み付けられ、複数クランク軸周りの回転運動を合成してピストン組の直線往復運動を実現し、かつピストン組の直線往復運動により発生する偏重心量を含めた回転部品間の質量バランスをとることによって回転による振動を抑えて静音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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。
シリンダ内を往復運動するピストンとシャフトの回転運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置であって、前記シャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径ｒの第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第１クランク軸と、前記第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれた第１筒体と、該第１筒体の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸を軸芯とする第２筒体が軸方向両側に連続して形成された偏芯筒体を備え、一方の第２筒体に第１ピストン組が他方の第２筒体に第２ピストン組が互いに交差したまま第１クランク軸を中心に半径ｒの第２仮想クランクアームを介して回転可能に嵌め込まれたピストン複合体と、前記ピストン複合体が嵌め込まれた前記第１クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の回転バランスをとる第１，第２バランスウェイトと、前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記第１クランク軸及び前記第１，第２バランスウェイト、前記第１クランク軸を中心に回転する前記ピストン複合体を回転可能に収容する本体ケースと、を具備し、前記第１，第２ピストン組の前記第２仮想クランク軸を中心とする第１の回転バランス、前記ピストン複合体の第１クランク軸を中心とする第２の回転バランス及び前記第１クランク軸及びピストン複合体の前記シャフトを中心とする第３の回転バランスが前記第１，第２バランスウェイトにより各々バランス取りされたまま、前記シャフトを中心に前記第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記ピストン複合体が回転することで、前記第２筒体に組み付けられた前記第１，第２ピストン組が前記シャフトを中心とする前記第２仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向に直線往復運動を行なうことを特徴とする。
ここで、第１仮想クランクアームとは、シャフトと第１クランク軸の軸芯間を連結する部位を言い、部品単体でクランクアームが存在しなくても構造上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランクアームとは、第１クランク軸と第２仮想クランク軸の軸芯間を連結する部位をいい、クランクアームが省略されていても機構上クランクアームの存在が認められるものを言う。また、第２仮想クランク軸とは、機構上のクランク軸が存在しなくとも回転中心となる軸芯の存在が仮想上認められるクランク軸を言う。また、ピストン組とは、ピストン単体のピストンヘッド部にシールカップ及びシールカップ押さえ部材やピストンリングなどのシール材が一体に組み付けられたものを言う。
【０００７】
また、前記第１クランク軸の両軸端部には軸方向と交差する向きにピン孔が形成されており、前記第１，第２バランスウェイトの軸部には軸孔と軸方向と交差する向きにピン孔が各々形成されており、前記第１クランク軸の両軸端部が前記第１，第２バランスウェイトの軸孔にピン孔どうしが連通するように各々嵌め込まれ、該連通するピン孔にピンが抜け止めされて嵌め込まれることにより、前記第１クランク軸と第１，第２バランスウェイトとが一体に組み付けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第１，第２のバランスウェイトの少なくとも一方に前記シャフトが一体に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、各第２筒体の内外周部には軸受保持部が各々凹設され各軸受保持部には内側軸受及び外側軸受が各々保持されており、前記第１クランク軸は内側軸受に回転可能に支持され、前記第１，第２ピストン組は外側軸受に回転可能に支持されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るロータリ式シリンダ装置を用いれば、シャフトを回転させると、当該シャフトを中心に第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心にピストン複合体が回転することで、第２筒体に組み付けられた第１，第２ピストン組がシャフトを中心とする第２仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向に直線往復運動を行なう。
このとき、第１，第２ピストン組の第２仮想クランク軸を中心とした第１の回転バランス、ピストン複合体の第１クランク軸を中心とする第２の回転バランス及び第１クランク軸及びピストン複合体のシャフトを中心とする第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイトによりバランス取りされたまま回転運動するので、第１，第２ピストン組の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りによって回転による振動を抑えて静音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。
また、シャフト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、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
また、通常のクランク機構を構成するクランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略して部品点数が少なく機構的に簡略化されたクランク機構を実現することができる。
【００１１】
第１クランク軸と第１，第２バランスウェイトとがピン孔どうしが連通するように各々嵌め込まれ、該連通するピン孔にピンが抜け止めされて嵌め込まれることにより、第１クランク軸の両軸端部に連結する第１，第２バランスウェイトの軸直角方向の組み付け精度を向上させることができる。
【００１２】
また、第１，第２バランスウェイトの少なくとも一方にシャフトが一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフトと第１クランク軸を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを第１，第２バランスウェイトの回転半径により調整して、シャフトを中心として第１クランク軸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。
【００１３】
また、各第２筒体の内外周部には軸受保持部が各々凹設され各軸受保持部には内側軸受及び外側軸受が各々保持されており、第１クランク軸は内側軸受に回転可能に支持され、第１，第２ピストン組は外側軸受に回転可能に支持されていると、第１クランク軸と第２仮想クランク軸を結ぶ第２仮想クランクアームの長さを第２円筒体の回転半径により調整して、第１クランク軸を中心として偏芯筒体を含むピストン複合体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。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ロータリ式シリンダ装置の斜視図である。
【図２】図１のロータリ式シリンダ装置の第１本体ケースを取り外した斜視図である。
【図３】図１のロータリ式シリンダ装置の軸方向断面斜視図である。
【図４】ロータリ式シリンダ装置の分解斜視図である。
【図５】シャフトを中心とする第１クランク軸、第２仮想クランク軸の回転運動と複数のクランクアームの往復運動の関係を示す模式原理図である。
【図６】圧縮機に応用した第１本体ケースを取り外した平面図、圧縮機のＺ軸方向断面図、交差するピストン組を含むＺ軸方向断面図である。
【図７】第１クランク軸の正面図である。
【図８】第１バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図９】第２バランスウェイトの正面図、上視図及び下視図である。
【図１０】偏芯筒体の平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１１】第１本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１２】第２本体ケースの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１３】第１ピストン本体の一部破断平面図、Ｚ軸方向半断面図、右側面図及び底面図である。
【図１４】内燃機関用ピストンリングを装着したピストン組の平面図及び本体ケースに収納された状態の部分断面図である。
【図１５】シリンダの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１６】シリンダシールカップの平面図及びＸ軸方向半断面図である。
【図１７】シール押さえの平面図及びＸ軸方向断面図である。
【図１８】真空ポンプ用のシリンダシールカップの組み付けを示す部分断面図である。
【図１９】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組の平面視した状態の動作説明図である。
【図２０】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組を平面視した状態の動作説明図である。
【図２１】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組を平面視した状態の動作説明図である。
【図２２】第１本体ケースを取り外した状態のシャフト回転位置とピストン組を平面視した状態の動作説明図である。
【図２３】ピストン組及びシリンダの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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２３を参照して一例として圧縮機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組の往復運動とシャフトの回転運動とが相互に変換されて出力される装置を想定している。
【００１６】
図１において、第１本体ケース１と第２本体ケース２とで構成される本体ケース３にシャフト４（入出力軸）が回転可能に軸支されている。第１本体ケース１と第２本体ケース２とは、ボルト３ａにより四隅をねじ嵌合させて一体に組み付けられている。この本体ケース３内には、図３に示すように、第１クランク軸５を中心に回転可能な偏芯筒体６と該偏芯筒体６に軸受を介して組み付けられた第１ピストン組７及び第２ピストン組８（以下、これらを「ピストン複合体Ｐ」という；図２参照）が回転可能に収容されている。以下、具体的に説明する。
【００１７】
図３において、第１クランク軸５は、シャフト４の軸芯に対して偏芯して連結される。本実施形態では、シャフト４は、第１バランスウェイト９と一体に形成されている。尚、第２バランスウェイト１０側にもシャフトが形成されていてもよい。第１，第２バランスウェイト９，１０は第１クランク軸５の両軸端部に各々嵌め込まれる。図７において、第１クランク軸５の両軸端部には軸方向にスリット５ａが各々形成されている。各スリット５ａには、第１クランク軸５と直交する向きにピン孔５ｂが設けられている。ピン孔５ｂの孔径はスリット５ａの幅より大きく、ピン孔５ｂはスリット５ａの一部に重なり合うように形成されている。また、第１クランク軸５の両端外周部には、Ｄカット部５ｃが形成されている。第１クランク軸５の両端部に第１，第２バランスウェイト９，１０がピン孔９ｂ，１０ｂ（図８（ａ），図９（ａ）参照）とピン孔５ｂとを位置合わせして嵌め込まれている。
【００１８】
図８及び図９において、第１，第２バランスウェイト９，１０の軸部にはボルト孔９ａ，１０ａ及びピン孔９ｂ，１０ｂが各々設けられている。このピン孔９ｂ，１０ｂと第１クランク軸５のピン孔５ｂ（図７参照）を連通するように位置合わせして第１，第２バランスウェイト９，１０が第１クランク軸５に嵌め込まれ、ピン１１ａ（図３参照）を互いに連通するピン孔９ｂ，５ｂに、ピン１１ｂ（図３参照）を連通するピン孔１０ｂ，５ｂに各々嵌め込む。そして、ボルト孔９ａ，１０ａにボルト１２ａ，１２ｂを各々嵌め込んでスリット５ａ及びピン孔５ｂの幅を狭めることで、ピン１１ａ，１１ｂが抜け止めされて第１，第２バランスウェイト９，１０が第１クランク軸５の両端部に一体に組み付けられる（図４参照）。これにより、第１クランク軸５の両軸端部に連結する第１，第２バランスウェイト９，１０の軸直角方向の組み付け精度を向上させることができる。
【００１９】
図３において、第１バランスウェイト９に一体形成されたシャフト４は第１軸受１３ａにより回転可能に軸支されており、第２バランスウェイト１０に形成されたシャフト４と同軸状に形成された軸部１０ｃは第２軸受１３ｂにより回転可能に軸支されている。第１，第２バランスウェイト９，１０は、例えば扇型などのブロック形状をしており（図８（ｂ）（ｃ），図９（ｂ）（ｃ）参照）、後述するようにシャフト４を中心として組み付けられる第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐを含む回転部品間の回転バランスを取るために設けられている。
このように、第１，第２バランスウェイト９，１０の少なくとも一方にシャフト４が一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフト４と第１クランク軸５を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを例えば第１，第２バランスウェイト９，１０の回転半径ｒにより調整して、シャフト４を中心として第１クランク軸５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。
【００２０】
また、図１０（ｂ）に示すように、偏芯筒体６は、第１クランク軸５の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを有する。本実施形態では、交差して組み付けられるピストン組が２組であるため、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂは第１クランク軸５を中心として１８０度位相がずれた位置に形成されている。
【００２１】
図３に示すように、第１，第２ピストン組７，８が互いに交差して第１クランク軸５を中心に回転する偏芯筒体６に組み付けられている。具体的には、図１０（ｂ）において、偏芯筒体６は、回転中心となる第１クランク軸５が挿通する第１筒体６ａと、該第１筒体６ａの軸芯方向両側に第２筒体６ｂが各々連続して形成されている。第１筒体６ａには第１クランク軸５が同芯状に嵌め込まれており、偏芯筒体６の回転中心となっている。また、第２筒体６ｂの軸芯は、第１クランク軸５（第１筒体６ａ）の軸芯に対して偏芯した第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと一致するようになっている。図３に示すように、第２筒体６ｂには、外側軸受１６ａ，１６ｂを介して第１，第２ピストン組７，８が互いに交差して回転可能に嵌め込まれている。
【００２２】
図１０（ａ）（ｂ）において、第２筒体６ｂの内周部及び外周部には、軸受保持部６ｃ，６ｄが各々凹設されている。図３に示すように、内周側の軸受保持部６ｃには内側軸受１５ａ，１５ｂが保持されており、外周側の軸受保持部６ｄには外側軸受１６ａ，１６ｂが各々保持されている。内側軸受１５ａ，１５ｂは第１のクランク軸５を回転可能に支持している。また、図３に示すように第１，第２ピストン組７，８は外側軸受１６ａ，１６ｂを介して第２円筒部６ｂに第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと軸直角方向に交差して嵌め込まれたまま回転可能に支持されている。
【００２３】
これにより、第１クランク軸５と第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを結ぶ第２仮想クランクアームの長さを第２円筒体６ｂの回転半径ｒにより調整して、第１クランク軸５を中心として偏芯筒体６を含むピストン複合体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。
また、第１，第２ピストン組７，８が、偏芯円筒６の第２筒体６ｂに第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂと軸直角方向に交差（直交）して重なり合い、第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃどうしが同一平面上で往復動可能に組み付けられている。よって、ピストン複合体Ｐ（図２参照）を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、省スペースで小型軽量化を図ることができる。
【００２４】
また、図２において、第１，第２ピストン本体７Ａ，８Ａの長手方向両端部には、第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃが形成されている。第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃには、リング状のシールカップ１７ａ，１７ｂ（図１６（ａ）（ｂ）参照）、シールカップ押さえ部材１８ａ，１８ｂ（図１７（ａ）（ｂ）参照）が各々ボルト１９により組み付けられている。シールカップ１７ａ，１７ｂは、オイルフリーのシール材（例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂材等）が用いられる。シールカップ１７ａ，１７ｂの外周縁部にはピストン摺動方向に沿って起立部１７ｃが起立形成されている（図１６（ａ）（ｂ）参照）。圧縮機や流体回転機などにおいては、起立部１７ｃは第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃの摺動方向外側に向けて組み付けられる（図２３（ａ）参照）。
【００２５】
また、図２及び図３において、本体ケース３（第１本体ケース１及び第２本体ケース２）の側面部（４面）に設けられた開口部２０には、シリンダ２１がボルト２２により組み付けられている。図２において、第１，第２ピストン組７，８は、シールカップ１７ａ，１７ｂ（起立部１７ｃ）によって、シリンダ２１の内壁面２１ｆ（図１５（ｂ）参照）とのシール性を保ちながら摺動するようになっている。尚、シールカップ１７ａ，１７ｂは、他の回転部品に比べて回転質量が無視できるほど軽量であるため、第１，第２バランスウェイト９，１０による第１乃至第３のバランス取りに影響を与えない。
【００２６】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、シールカップ及びシールカップ押さえ部材を外した第１ピストン本体７Ａの一部破断平面図、Ｚ軸方向半断面図、右側面図及び底面図である。第１，第２ピストン本体７Ａ，８Ａは同形状をしているため、第１ピストン本体７Ａのみを用いて説明する。第１ピストン本体７Ａに存在する構成は第２ピストン８Ａ（図２参照）にも存在するものとする。
第１ピストン本体７Ａの中央部には、シャフト４の軸部９ｃ（図８（ａ）参照）との干渉を防ぐ逃げ孔７ａが設けられている（図１３（ａ）参照）。逃げ孔７ａの中心は第２仮想クランク軸１４ａに相当する。逃げ孔７ａより外周側には、外側軸受１６ａを保持する軸受保持部７ｂが設けられている（図１３（ｂ）（ｄ）参照）。
【００２７】
また、第１ピストン本体７Ａの長手方向両端には円板状の第１ピストンヘッド部７ｃが各々設けられている。この第１ピストンヘッド部７ｃには、ボルト孔７ｅを有する台座７ｄが各々設けられている（図１３（ｃ）参照）。図１３（ａ）に示すように、第１ピストンヘッド部７ｃの両端面に台座７ｄが設けられて外周側に形成される段差部７ｆに図４に示すシールカップ１７ａを重ね合わせ、該シールカップ１７ａにシールカップ押さえ部材１８ａを、ボルト孔１８ｃがボルト孔７ｅ（図１３（ｃ）参照）と位置合わせして重ね合わせる。そして、ボルト１９をボルト孔１８ｃ，ボルト孔７ｅに嵌め込むことでシールカップ１７ａがシールカップ押さえ部材１８ａと第１ピストンヘッド部７ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。第２ピストン組８の第２ピストンヘッド部８ｃについても同様にしてシールカップ１７ｂがシールカップ押さえ部材１８ｂと第２ピストンヘッド部８ｃに挟み込まれて一体に組み付けられる。
【００２８】
図１４（ａ）（ｂ）は、内燃機関に用いられる場合の第１ピストン組７の構成例を示す。第１ピストンヘッド部７ｃの外周面には、複数の周溝部７ｇが形成されている。各周溝部７ｇには、ピストンリング（シール材）７ｈが嵌め込まれている。第１ピストン組７が本体ケース３の開口部２０に組み付けられたシリンダ２１の内壁面２１ｆに沿って、シール材７ｈが摺動するようになっている。これにより、シリンダ２１に図示しないシリンダヘッドが装着されて形成されるシリンダ室の気密性が保たれるようになっている。
【００２９】
図１８は、真空ポンプに用いられる吸引用の第１ピストン組７の構成例を示す。第１ピストンヘッド部７ｃの端面に形成される段差部７ｆに、シールカップ１７ａを起立部１７ｃが第１ピストンヘッド部７ｃの摺動方向内側に向けて重ね合わせる。シールカップ１７ａにシールカップ押さえ部材１８ａを重ね合わせ、ボルト１９を嵌め込むことによりシールカップ１７ａがシールカップ押さえ部材１８ａと第１ピストンヘッド部７ｃに挟み込まれて一体に組み付けられている（図４参照）。
【００３０】
図１５（ａ）（ｂ）に示すように、シリンダ２１は開口部２１ａの周囲にフランジ部２１ｂが形成されており、該フランジ部２１ｂより円筒状のシリンダ胴部２１ｃが形成されている。第１ピストン組７の第１ピストンヘッド部７ｃ、第２ピストン組８の第２ピストンヘッド部８ｃは、シリンダ胴部２１ｃ及びフランジ部２１ｂの内壁面２１ｆに沿って摺動するように組み付けられる（図１，図２参照）。
【００３１】
フランジ部２１ｂには、貫通孔２１ｄが２箇所に設けられている。本体ケース３の開口部２０（図３参照）にシリンダ胴部２１ｃを挿入してフランジ部２１ｂを側面部に重ね合わせる。このとき、貫通孔２１ｄは、第１本体ケース１のボルト孔１ｄ及び第２本体ケース２のボルト孔２ｄと各々位置合わせされ、ボルト２２を、貫通孔２１ｄ及びボルト孔１ｄ若しくはボルト孔２ｄと嵌合することにより一体に組み付けられる（図４参照）。
【００３２】
また、図１５（ａ）（ｂ）において、フランジ部２１ｂには、複数箇所にボルト孔２１ｅが設けられている。これは、後述するように、シリンダ２１に重ね合わせてシリンダヘッドを組み付ける際に、ボルト嵌合用のボルト孔が必要になるためである。
【００３３】
図１１（ａ）（ｂ）において、筐体上の第１本体ケース１の側面部（４面）には、第１開口部２０ａが各々設けられている。第１本体ケース１の軸方向端面部には、軸受保持部１ａが設けられている。軸受保持部１ａには第１軸受１３ａが嵌め込まれる（図３参照）。軸受保持部１ａの中央部には、開口部１ｂが形成されている。第１バランスウェイト９に一体形成されたシャフト４は、軸受保持部１ａに保持される第１軸受１３ａを挿通し、開口部１ｂより本体ケース３の外側へ延出して組み付けられる（図３参照）。また、第１本体ケース１の四隅にはボルト３ａ（図１参照）が各々嵌め込まれるボルト孔１ｃが設けられている。また、第１本体ケース１の側面部（４面）には、シリンダ２１を固定するボルト２２（図１参照）のボルト孔１ｄが設けられている。
【００３４】
図１２（ａ）（ｂ）において、第２本体ケース２の側面部（４面）には、第２開口部２０ｂが設けられており、第２本体ケース２の軸方向端面部には、軸受保持部２ａが設けられている。軸受保持部２ａには、第２軸受１３ｂが嵌め込まれる（図３参照）。軸受保持部２ａには、開口部２ｂが形成されている。第２バランスウェイト１０に一体形成された軸部１０ｃは、軸受保持部２ａに保持された第２軸受１３ｂに嵌め込まれている（図３参照）。また、第２本体ケース２の四隅には、第１本体ケース１のボルト孔１ｃと位置合わせしてボルト３ａ（図１参照）が嵌め込まれるボルト孔２ｃが設けられている。また、第２本体ケース２の側面部（４面）には、シリンダ２１を組み付けるボルト２２（図１参照）のボルト孔２ｄが設けられている。
【００３５】
次にロータリ式シリンダ装置の組立構成の一例について図４を参照して説明する。
偏芯筒体６の軸受保持部６ｃに内側軸受１５ａ，１５ｂを組み付ける。また、内側軸受１５ａ，１５ｂが組み付けられた第１円筒体６ａの中心孔に第１クランク軸５を嵌め込む（図３参照）。また、第１，第２ピストン組７，８を第２円筒部６ｂに外側軸受１６ａ，１６ｂを介して交差するように嵌め込む。
【００３６】
また、第１クランク軸５の両端部に第１，第２バランスウェイト９，１０を嵌め込んで、ピン１１ａ，１１ｂをピン孔５ｂに嵌め込み、ボルト１２ａ，１２ｂを締付けて第１，第２バランスウェイト９，１０を第１クランク軸５に一体に組み付ける。また、第１本体ケース１の軸受保持部１ａに第１軸受１３ａ、第２本体ケース２の軸受保持部２ａに第２軸受１３ｂを嵌め込む。そして、第１軸受１３ａにシャフト４を嵌め込み、第２軸受１３ｂに第２バランスウェイト１０の軸部１０ｃを嵌め込むようにして、第１本体ケース１と第２本体ケース２を組み合わせる。これにより、第１クランク軸５、第１，第２バランスウェイト９，１０、及びピストン複合体Ｐ（図２参照）を本体ケース３（図１参照）内に収容する。そして、ボルト孔１ｃとボルト孔２ｃを位置合わせして重ね合わせた状態で、ボルト３ａを嵌め込んで本体ケース３（図１参照）が組み立てられる。最後に、本体ケース３の側面（４面）に形成される開口部２０（図２，図３参照）にシリンダ２１を嵌め込んで、第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃがシリンダ２１の開口部２１ａ（図１５（ａ）（ｂ）参照）内に各々摺動可能に嵌め込まれて（図２参照）、ロータリ式シリンダ装置が組み立てられる。
【００３７】
上述のように組み立てられたロータリ式シリンダ装置は、第１，第２ピストン組７，８の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを中心とした第１の回転バランス、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸５を中心とする第２の回転バランス及び第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐのシャフト４を中心とする第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイト９，１０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、後述するようにシャフト４を中心とする第１クランク軸５の回転運動と、第１クランク軸５を中心とするピストン複合体Ｐの回転運動により、第２筒体６ｂに組み付けられた第１，第２ピストン組７，８がシャフト４を中心とする第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの半径２ｒの転がり円２３（図５（ａ）参照）の径方向に沿って直線往復運動を行なっても、第１，第２ピストン組７，８の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りをすることによって回転による振動を抑えて静音化を図ることができる。また、回転による振動を低減することで、第１，第２ピストン組７，８は従来のレシプロタイプに比べてピストンヘッドの往復運動による機械的な損失を防いでエネルギー変換効率を高めることができ、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
【００３８】
ここで、シャフト４を中心とする第１クランク軸５、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの回転運動と複数のピストン組の直線往復運動の関係を図５（ａ）〜（ｌ）に示す模式構造原理図を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｌ）において、転がり円２３の中心Ｏはシャフト４の軸芯と一致する。また、中心Ｏより偏芯した位置に第１クランク軸５が存在し、第１クランク軸５の回転に伴い第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂが滑らずに回転するものとする。第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの数は、ピストン組の数に対応している。
【００３９】
シャフト４（中心Ｏ）と第１クランク軸５との軸芯間距離ｒを第１仮想クランクアーム及び第２仮想クランクアームのアーム長（回転半径）とする。また、シャフト４の軸芯（中心Ｏ）周りに第１仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道３０上を第１クランク軸５が回転する。更には、第１クランク軸５を中心とする第２仮想クランクアームのアーム長ｒを回転半径とする回転軌道（仮想円２４）上を第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂが見かけ上回転する。これにより、中心Ｏの周りに仮想円２４の直径Ｒ（２ｒ）を半径とする転がり円２３の径方向に沿って第１，第２ピストン組７，８が各々往復動するようになっている。
【００４０】
本実施例では、互いに直交する第１、第２ピストン組７，８が連繋する第２筒体６ｂの第２仮想クランク軸を１４ａ，１４ｂとして例示するものとする。図５（ａ）において、第２仮想クランク軸を１４ａ，１４ｂは、第１クランク軸５を中心に半径ｒの仮想円２４の円周上に１８０°位相が異なる位置に配置されている。第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３と直径Ｒ１の交点（下端位置）にあり、第２仮想クランク軸１４ｂは、転がり円２３の中心Ｏ（シャフト４の軸芯位置）にある。第１クランク軸５は転がり円２３の中心Ｏから半径ｒの位置にあるものとする。
【００４１】
第１クランク軸５が転がり円２３の中心Ｏの周りに反時計回り方向に１回転する場合について説明する。仮想円２４は時計回り方向に転がり円２３の内周に沿って滑らずに回転するものとする。図５（ａ）〜（ｌ）は第１クランク軸５が３０度ずつ変位した状態を示している。
【００４２】
第１クランク軸５が図５（ａ）の位置から反時計回り方向に９０度回転すると図５（ｄ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３の直径Ｒ１上を中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは直径Ｒ１と直交する直径Ｒ２と転がり円２３との交点（右端位置）まで移動する。
【００４３】
第１クランク軸５が図５（ｄ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図５（ｇ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３と直径Ｒ１との交点（上端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３の中心Ｏへ移動する。
【００４４】
第１クランク軸５が図５（ｇ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図５（ｊ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３の中心Ｏへ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３と直径Ｒ２との交点（左端位置）へ移動する。
【００４５】
第１クランク軸５が図５（ｊ）の位置から反時計回り方向にさらに９０度回転すると図５（ａ）の位置となる。このとき、第２仮想クランク軸１４ａは転がり円２３と直径Ｒ１との交点（下端位置）へ移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３の中心Ｏへ移動する。
【００４６】
以上のように、第１クランク軸５が中心Ｏ（シャフト４）の周りに回転すると、第２仮想クランク軸１４ａは仮想円２４の回転軌跡である転がり円２３の直径Ｒ１上を往復移動し、第２仮想クランク軸１４ｂは転がり円２３の直径Ｒ２上を往復移動する。
【００４７】
即ち、シャフト４の軸芯（中心Ｏ）を中心とした半径ｒの回転軌道３０に沿った第１クランク軸５の回転運動及び第１クランク軸５を中心とした半径ｒの第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの回転運動に伴い、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを軸芯に有する第２円筒部６ｂに連繋する第１ピストン組７が半径２ｒの転がり円２３（シャフト４の軸芯を中心Ｏとする同心円）の直径Ｒ１上で往復動を繰り返し、第２ピストン組８が半径２ｒの転がり円２３（シャフト４の軸芯を中心Ｏとする同心円）の直径Ｒ２上で往復動を繰り返すことになる。
【００４８】
例えば、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃを収納するシリンダ２１に、第１，第２シリンダヘッド２５，２６をボルト孔２１ｅ（図１５（ａ）（ｂ）参照）を用いて第１、第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃに対向して組み付けることで、シリンダ室２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄが形成され、各シリンダ室２７ａ〜２７ｄに各々連通する流体の送出口２８と吸込み口２９が各々形成される。
【００４９】
よって、シャフト４を例えば電動機等により回転駆動すると、第１クランク軸５及び偏芯筒体６が回転し、該第１クランク軸５を中心に偏芯円筒６が回転するので、第１ピストン組７と第２ピストン組８がシャフト４を中心とする半径２ｒの同心円（転がり円２３；図５（ａ）参照）の径方向に沿って各々直線往復運動する。このとき、各シリンダ室２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄにおいて吸込み口２９より流体を吸込み、送出口２８より圧縮された流体を送り出す動作が行なわれて流体圧縮機や流体ポンプ装置を形成することができる。
【００５０】
図１９乃至図２２は、シャフト４の回転位置と第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃの直線往復動位置との関係を例示する動作説明図である。
図１９は原点位置、図２０は原点位置より９０度回転した位置、図２１は原点位置より１８０度回転した位置、図２２は原点位置より２７０度回転した位置を示す。図１９から図２０において、第１ピストン組７は平面視で上方向に移動しており、第２ピストン組８は平面視で右方向に移動している。シリンダ室２７ａ，２７ｃでは流体の吸込みが行なわれ、シリンダ室２７ｂ，２７ｄでは流体の送り出しが行なわれる。図２０から図２１において、第１ピストン組７が平面視で上方向に移動しており、第２ピストン組８が平面視で左方向に移動し始めているため、シリンダ室２７ｂ，２７ｃでは流体の送り出し行なわれ、シリンダ室２７ａ，２７ｄでは流体の吸込みが行なわれる。図２１から図２２において、第１ピストン組７が平面視で下方向に移動し始め、第２ピストン組８が平面視で左方向に移動しているため、シリンダ室２７ａ，２７ｃでは流体の送り出し行なわれ、シリンダ室２７ｂ，２７ｄでは流体の吸込みが行なわれる。
【００５１】
尚、第１ピストンヘッド部７ｃ，第２ピストンヘッド部８ｃの形状は真円である必要はなく、例えば角型であってもよい。また、圧縮機に備えた一部のピストン組を真空ポンプとして使用するハイブリッド型のポンプとすることも可能である。
この場合、圧縮機として使用するピストンヘッド部には、シールカップ１７ａ，１７ｂの起立部１７ｃを摺動方向外側に向けて装着し、真空吸引を行なうピストンヘッド部にはシールカップ１７ａ，１７ｂの起立部１７ｃを摺動方向内側に向けて装着するのが好ましい（図１８参照）。また、流体が水や油等の液体の場合には、シールカップ１７ａ，１７ｂは省略することもできる。
【００５２】
また、ピストン組を２組備えたロータリーシリンダ装置について説明したが、３組以上のピストン組を備えていてもよい。例えばピストン組を３組設ける場合には、図５（ａ）の仮想円２４において、第１クランク軸５を回転中心として１２０度ずつ位相を異ならせて第２仮想クランク軸が配置されるように組み付けることも可能である。
また、２組のピストン組のうち一方のピストンヘッド部を省略することも可能である。この場合、１ピストン組の第２仮想クランク軸がシャフト４の軸芯と重なり合うと回転死点が生ずるおそれがある。しかしながら、ピストンヘッド部を省略されたピストン組の存在により、１ピストン組の回転死点を回避して回転し続けることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃが同一平面上（Ｘ−Ｙ平面上）で往復動可能に偏芯筒体６に組み付けられていたが、偏芯筒体を複数に分割する必要はあるが、複数のピストン組を高さ方向（Ｚ軸方向）に異なる位置に交差するように配置することも可能である。
また、第１，第２ピストン組７，８は互いに直交するように配置したが、これに限定されるものではなく、第１クランク軸５を中心として例えば位相差が６０度等に配置することも可能である。
【００５４】
また、図１４（ａ）（ｂ）に示すように、第１，第２ピストンヘッド部にピストンリング７ｈを設けることで、内燃機関に応用することも可能である。
具体的には、シリンダ２１にシリンダヘッドを装着して形成されるシリンダ室には給気弁、排気弁、インジェクター、点火プラグ等を備えることにより、エンジンに応用することも可能である。この場合には、シリンダ室内の燃料の燃焼爆発により生ずるピストン組（第１，第２ピストン組７，８）が往復運動することで、偏芯円筒６及び第１クランク軸５（ピストン複合体Ｐ）のシャフト４を中心とする回転運動に変換して出力することができる。
【００５５】
図２３（ａ）は圧縮機や流体回転機などに用いられる第１ピストン組７のシリンダ２１内の部分断面図、図２３（ｂ）は内燃機関などに用いられる第１ピストン組７のシリンダ２１内の部分断面図である（第２ピストン組８も同様であるため構造は省略する）。
図２３（ａ）において、シリンダ２１の内壁面２１ｆとピストンヘッド７ｃ及びシールカップ押さえ部材１８ａの外周面７ｊ，１８ｄとの隙間Ｇは加工誤差や温度変化による寸法変化等を考慮して機械的な干渉が生じないように設定される。かかる隙間Ｇは最小になるように設定されるので、シールカップ１７ａの起立部１７ｃが第１ピストン組７の往復運運動によってシリンダ２１の内壁面２１ｆとの間に噛み込まれずシール性を維持したまま摺動することができる。
【００５６】
図２３（ｂ）において、ピストンヘッド７ｃの周溝部７ｇにピストンリング（シール材）７ｈを設ける場合には、周溝部７ｇとピストンリング７ｈとの間に隙間Ｇが設けられる。この場合、シャフト４を中心とする第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐの第３の回転バランスを取るうえで、ピストンリング７ｈはシリンダ２１内で径方向を拘束されるため、完全なバランス取りはできないが３％以内の誤差となるバランス設計とすることが望ましい。
【００５７】
また、図６（ａ）に示すように２ピストン４ヘッドのロータリ式シリンダ装置においては、シリンダヘッドが４か所に設けられるので、１部を正圧発生部に使用し、その他のシリンダヘッドを負圧発生部に使用することも可能である。
また、４か所のシリンダヘッドを用いて気体を多段圧縮することも可能である。この場合、ピストン組のストロークは変えられないので、ピストン径とシリンダ径を一つのピストン組であっても変更する必要がある。このような場合であっても、第１，第２バランスウェイト９，１０によって、第１の回転バランス乃至第３の回転バランスのバランス取りがなされていることが望ましい。
【００５８】
以上説明したように、シャフト４を回転させると、当該シャフト４を中心に第１クランク軸５が回転し、当該第１クランク軸５を中心に偏芯筒体６が回転することで、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂの回転軌跡（内サイクロイド）に沿って第２筒体６ｂに組み付けられた第１，第２ピストン組７，８がシャフト４を中心とする半径２ｒの同心円（転がり円２３；図５（ａ）参照）の径方向に直線往復運動を行なう。
【００５９】
このとき、第１，第２ピストン組７，８の第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂ（図１０（ｂ）参照）を中心とする第１の回転バランス、ピストン複合体Ｐの第１クランク軸５を中心とする第２の回転バランス及び第１クランク軸５及びピストン複合体Ｐのシャフト４を中心とする第３の回転バランスが第１，第２バランスウェイト９，１０によりバランス取りされているので、第１，第２ピストン組７，８の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りをすることにより回転による振動を抑えて静音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。
また、シャフト４を中心とする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、しかもダンパー等の防振構造を簡略化することができる。
また、通常のクランク機構を構成するクランク軸やクランクアームなどの機構部品を省略して部品点数が少なく機構的に簡略化されたクランク機構を実現することができる。
【００６０】
尚、第１の回転バランスに誤差を生ずると、第２の回転バランスや第３の回転バランスにも誤差が発生する。内サイクロイド方式のロータリ式シリンダ装置においては、回転部品のバランス取りについて言及した先行技術として、特公昭６３−２４１５８号公報（第６欄第３１行〜第３４行）が存在することが知られている。しかしながら、上記公報に開示されたバランス取りはシャフトとクランク軸についてのみバランス取りするもので、クランク軸に連繋するスライダーやスライダーに連繋するピストン組を含めた回転部品間の回転バランスを考慮した技術思想まで開示されていない。従来は、ピストン組の直線往復運動により発生する偏重心量をバランス取りするという発想がなかったため、かかる偏重心量によって生ずる振動は、ダンパーなどの振動吸収機構により吸収するのが一般的な考え方である。
これに対して、本願発明にかかるロータリ式シリンダ装置は、シャフト４、第１クランク軸５、第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを中心とした各回転部品は各々の回転中心に対して等速回転運動可能に組み付けられ、これらの間には第１，第２バランスウェイト９，１０により上述した第１〜第３のバランス取り、即ち第１，第２ピストン組７，８の直線往復運動により発生する偏重心量を含めたバランス取りがなされている。よって、シャフト４を中心とした回転運動の結果、第１，第２ピストン組７，８が直線往復運動しても回転による振動を抑えた内サイクロイド方式のロータリ式シリンダ装置を提供することができる。
【００６１】
ちなみに排気量４６ｃｃの圧縮機についてバランス取りした結果を従来構造と比較すると以下の通りである。シャフト４を中心とする第１クランク軸５のシャフト４周りの偏芯重量は１０ｇである。第１クランク軸５に組み付けられたピストン複合体Ｐの偏芯重量は２１０ｇ（第１，第２ピストン組７，８、偏芯筒体６、内側軸受１５ａ，１５ｂ、外側軸受１６ａ，１６ｂを含む）である。
本願発明の場合、第１，第２バランスウェイト９，１０によって第１〜第３の回転バランスを取ることにより、シャフト４を中心に回転する２２０ｇの偏芯重量の回転バランスをとって回転運動を行なっているため、回転による振動が少なく機械的な損失も少ないのでエネルギー変換効率が高くしかも静音化することができる。これに対して、特公昭６３−２４１５８号公報に開示されたシャフトを中心とするクランク軸についてのみバランス取りを行なっても、シャフトを中心とした第１クランク軸（１０ｇ）のバランス取り（５％程度）にとどまるため、回転による振動が大きく機械的な損失も大きいためエネルギー変換効率が低下し、騒音が激しいためダンパーなどで振動を吸収する必要がある。
【００６２】
また、第１，第２バランスウェイト９，１０の少なくとも一方にシャフト４が一体に形成されていると部品点数が少ないうえに、シャフト４と第１クランク軸５を結ぶ第１仮想クランクアームの長さを第１，第２バランスウェイト９，１０の回転半径により調整して、シャフト４を中心として第１クランク軸５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。
【００６３】
また、第２筒体１６ｂの内外周部には軸受保持部６ｃ，６ｄが各々凹設され各軸受保持部６ｃ，６ｄには内側軸受１５ａ，１５ｂ及び外側軸受１６ａ，１６ｂが各々保持されており、第１クランク軸５は内側軸受１５ａ，１５ｂに回転可能に支持され、第１，第２ピストン組７，８は外側軸受１６ａ，１６ｂに回転可能に支持されていると、第１クランク軸５と第２仮想クランク軸１４ａ，１４ｂを結ぶ第２仮想クランクアームの長さを第２円筒体６ｂの回転半径により調整して、第１クランク軸５を中心として偏芯筒体６を含むピストン複合体Ｐを軸方向にコンパクトに組み付けることができる。
【００６４】
また、第１，第２ピストン組７，８の先端には第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃ及び第１，第２ピストンヘッド部７ｃ，８ｃに対向してシリンダ室２７ａ〜２７ｄを形成する第１，第２シリンダヘッド２５，２６が本体ケース３に組み付けられていると、閉止されたシリンダ室２７ａ〜２７ｄを２つのピストン組が往復運動する動作を利用して、流体回転機、真空吸引装置、内燃機関など様々な駆動装置への利用が見込まれる。
【符号の説明】
【００６５】
Ｐ ピストン複合体
１ 第１本体ケース
１ａ，２ａ，６ｃ，６ｄ，７ｂ，８ｂ 軸受保持部
１ｂ，２ｂ，２０，２１ａ 開口部
１ｃ，１ｄ，２ｃ，２ｄ，７ｅ，９ａ，１０ａ，１８ｃ，２１ｅ ボルト孔
２ 第２本体ケース
３ 本体ケース
３ａ，１２ａ，１２ｂ，１９，２２ ボルト
４ シャフト
５ 第１クランク軸
５ａ スリット
５ｂ ピン孔
５ｃ Ｄカット部
６ 偏芯筒体
６ａ 第１筒体
６ｂ 第２筒体
７ 第１ピストン組
７Ａ 第１ピストン本
７ａ 逃げ孔
７ｃ 第１ピストンヘッド部
７ｄ 台座
７ｆ 段差部
７ｇ 周溝部
７ｈ ピストンリング（シール材）
７ｊ，１８ｄ 外周面
８ｃ 第２ピストンヘッド部
８ 第２ピストン組
８Ａ 第２ピストン本体
９ 第１バランスウェイト
９ｂ，１０ｂ ピン孔
９ｃ，１０ｃ 軸部
１０ 第２バランスウェイト
１１ａ，１１ｂ ピン
１３ａ 第１軸受
１３ｂ 第２軸受
１４ａ，１４ｂ 第２仮想クランク軸
１５ａ，１５ｂ 内側軸受
１６ａ，１６ｂ 外側軸受
１７ａ，１７ｂ シールカップ
１７ｃ 起立部
１８ａ，１８ｂ シールカップ押さえ部材
２０ａ 第１開口部
２０ｂ 第２開口部
２１ シリンダ
２１ａ 開口部
２１ｂ フランジ部
２１ｃ シリンダ胴部
２１ｄ 貫通孔
２１ｆ 内壁面
２３ 転がり円
２４ 仮想円
２５ 第１シリンダヘッド
２６ 第２シリンダヘッド
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ シリンダ室
２８ 送出口
２９ 吸込み口
３０ 回転軌道
Ｇ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内を往復運動するピストンとシャフトの回転運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置であって、
前記シャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径ｒの第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第１クランク軸と、
前記第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれた第１筒体と該第１筒体の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸を軸芯とする第２筒体が軸方向両側に連続して形成された偏芯筒体を備え、一方の第２筒体に第１ピストン組が他方の第２筒体に第２ピストン組が互いに交差したまま第１クランク軸を中心に半径ｒの第２仮想クランクアームを介して回転可能に嵌め込まれたピストン複合体と、
前記ピストン複合体が嵌め込まれた前記第１クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の回転バランスをとる第１，第２バランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記第１クランク軸及び前記第１，第２バランスウェイト、前記第１クランク軸を中心に回転する前記ピストン複合体を回転可能に収容する本体ケースと、を具備し、
前記第１，第２ピストン組の前記第２仮想クランク軸を中心とする第１の回転バランス、前記ピストン複合体の第１クランク軸を中心とする第２の回転バランス及び前記第１クランク軸及びピストン複合体の前記シャフトを中心とする第３の回転バランスが前記第１，第２バランスウェイトにより各々バランス取りされたまま、前記シャフトを中心に前記第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記ピストン複合体が回転することで、前記第２筒体に組み付けられた前記第１，第２ピストン組が前記シャフトを中心とする前記第２仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向に沿って直線往復運動を行なうことを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
【請求項２】
前記第１クランク軸の両軸端部には軸方向と交差する向きにピン孔が形成されており、前記第１，第２バランスウェイトの軸部には軸孔と軸方向と交差する向きにピン孔が各々形成されており、前記第１クランク軸の両軸端部が前記第１，第２バランスウェイトの軸孔にピン孔どうしが連通するように各々嵌め込まれ、該連通するピン孔にピンが抜け止めされて嵌め込まれることにより、前記第１クランク軸と第１，第２バランスウェイトとが一体に組み付けられている請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項３】
前記第１，第２のバランスウェイトの少なくとも一方に前記シャフトが一体に形成されている請求項１又は２記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項４】
各第２筒体の内外周部には軸受保持部が各々凹設され各軸受保持部には内側軸受及び外側軸受が各々保持されており、前記第１クランク軸は内側軸受に回転可能に支持され、前記第１，第２ピストン組は外側軸受に回転可能に支持されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項１】
シリンダ内を往復運動するピストンとシャフトの回転運動を相互に変換可能なロータリ式シリンダ装置であって、
前記シャフトの軸芯に対して偏芯して組み付けられ、当該シャフトを中心に半径ｒの第１仮想クランクアームを介して回転可能に組み付けられた第１クランク軸と、
前記第１クランク軸に同芯状に嵌め込まれた第１筒体と該第１筒体の軸芯に対して偏芯した複数の第２仮想クランク軸を軸芯とする第２筒体が軸方向両側に連続して形成された偏芯筒体を備え、一方の第２筒体に第１ピストン組が他方の第２筒体に第２ピストン組が互いに交差したまま第１クランク軸を中心に半径ｒの第２仮想クランクアームを介して回転可能に嵌め込まれたピストン複合体と、
前記ピストン複合体が嵌め込まれた前記第１クランク軸の両端部に各々組み付けられ、前記シャフトを中心とする回転部品間の回転バランスをとる第１，第２バランスウェイトと、
前記シャフトを回転可能に軸支し、当該シャフトを中心に回転する前記第１クランク軸及び前記第１，第２バランスウェイト、前記第１クランク軸を中心に回転する前記ピストン複合体を回転可能に収容する本体ケースと、を具備し、
前記第１，第２ピストン組の前記第２仮想クランク軸を中心とする第１の回転バランス、前記ピストン複合体の第１クランク軸を中心とする第２の回転バランス及び前記第１クランク軸及びピストン複合体の前記シャフトを中心とする第３の回転バランスが前記第１，第２バランスウェイトにより各々バランス取りされたまま、前記シャフトを中心に前記第１クランク軸が回転し、当該第１クランク軸を中心に前記ピストン複合体が回転することで、前記第２筒体に組み付けられた前記第１，第２ピストン組が前記シャフトを中心とする前記第２仮想クランク軸の半径２ｒの転がり円の径方向に沿って直線往復運動を行なうことを特徴とするロータリ式シリンダ装置。
【請求項２】
前記第１クランク軸の両軸端部には軸方向と交差する向きにピン孔が形成されており、前記第１，第２バランスウェイトの軸部には軸孔と軸方向と交差する向きにピン孔が各々形成されており、前記第１クランク軸の両軸端部が前記第１，第２バランスウェイトの軸孔にピン孔どうしが連通するように各々嵌め込まれ、該連通するピン孔にピンが抜け止めされて嵌め込まれることにより、前記第１クランク軸と第１，第２バランスウェイトとが一体に組み付けられている請求項１記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項３】
前記第１，第２のバランスウェイトの少なくとも一方に前記シャフトが一体に形成されている請求項１又は２記載のロータリ式シリンダ装置。
【請求項４】
各第２筒体の内外周部には軸受保持部が各々凹設され各軸受保持部には内側軸受及び外側軸受が各々保持されており、前記第１クランク軸は内側軸受に回転可能に支持され、前記第１，第２ピストン組は外側軸受に回転可能に支持されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のロータリ式シリンダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１１−１１７４３２（Ｐ２０１１−１１７４３２Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３６３３（Ｐ２０１０−５３６３３）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【特許番号】特許第４５５３９７７号（Ｐ４５５３９７７）
【特許公報発行日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（５０４２７２４０８）有限会社ケイ・アールアンドデイ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【特許番号】特許第４５５３９７７号（Ｐ４５５３９７７）
【特許公報発行日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（５０４２７２４０８）有限会社ケイ・アールアンドデイ (9)
【Ｆターム（参考）】
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