JP2004092483A

JP2004092483A - エアモータ

Info

Publication number: JP2004092483A
Application number: JP2002253537A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanzaka; 勘坂　隆司
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】トルク変動が小さく、且つ大きいトルクを得ることができるエアモータを提供する。
【解決手段】同軸上に配置された第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３とを軸線方向に連結してロータ１２を形成し、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間で、ロータ１２の周方向に隣接する一対のベーン２７がなす角度の１／２の角度位相だけロータ１２の軸線回りに角度位相を設けて、正面視でベーン２７を互い違いに配置した。従って、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間で、軸線を対称中心として対称に位置する空気室に圧縮空気が供給されるタイミングをずらして、これら空気室にオーバーラップして圧縮空気が供給される時間を短縮することでロータ１２の回転をより円滑なものとして、トルク変動が小さく、且つ大きいトルクを有するエアモータ７を得ることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアモータに関し、特に、軸線の回りに複数枚のベーンを放射状に等配したロータを備えるエアモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、軸線回りに複数枚のベーンを放射状に等配したロータをシリンダ内に収容したエアモータが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図８は、従来のエアモータの軸断面図である。この図に示されるように、ロータ１はシリンダ２に対して偏心させて配置されている。また、ロータ１には当該ロータ１の軸線回りに複数枚（本従来例では８枚）のベーン３が放射状に等配されており、各ベーン３は、ロータ１に配設された溝部で当該ロータ１の半径方向へ摺動変位可能に支持されて外側端面がシリンダ２の内周面に摺接されている。そして、シリンダ２内に給気ポート５から圧縮空気を供給すると共にシリンダ２内に供給された圧縮空気を排気ポート６から排出することにより、ロータ１は、ベーン３をロータ３の半径方向へ摺動変位させながら、且つベーン３の外側端面とシリンダ２の内周面とを摺接させながら図８における時計回り方向へ回転する。
【０００３】
しかしながら、このように構成された構造のエアモータは、隣接するベーン３間の各空気室への圧縮空気の供給が断続的になるためトルク変動が大きくなり、例えば、上記エアモータをインパクトレンチに搭載した場合、振動が大きくなると共にボルト、ナット等を設定されたトルクで正確に締付けすることができずに締付不良を生じる虞がある。そこで、図９に示されるように、シリンダ２の断面を略長丸形に形成してロータ１の両側（図９における上下）に対称に空気室を形成すると共に給気ポート５及び排気ポート６をロータ１の軸線位置を対称点として両側（上下）の各空気室に対称に配設して、トルク変動を軽減したエアモータがある。しかしながら、このエアモータは、スムーズ（連続的）且つ高回転な特性となるが、両側（上下）の各空気室の容量を大きく設定することができないため各空気室に供給される圧縮空気の量が小さく、空気室がロータ１の一側のみに形成されたエアモータと比較して出力が小さくなる。従って、複数の空気室を有するエアモータは、呼び径が小さいボルト、ナット等の締付には適するが、呼び径が比較的大きいナットを締付するにはトルク不足となる。
【０００４】
（特許文献１）
特開平１１−２８０４０１号公報（段落番号００１７，００１８、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、トルク変動が小さく、且つ大きいトルクを得ることができるエアモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ロータハウジング内に形成されたシリンダと、該シリンダ内に収容されシリンダに対して偏心させて配置されたロータと、該ロータの外周面に設けられロータの軸線回りに放射状に等配された複数の溝部と、各溝部に設けられロータの半径方向へ摺動変位可能な複数枚のベーンと、ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられシリンダに連通する給気ポートと、ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられシリンダに連通する排気ポートと、を具備し、シリンダ内の空気室に圧縮空気を給排してロータを回転させるエアモータであって、ロータを、同軸上に配置された複数個のロータ部材を連結させて多段に形成し、各ロータ部材を収容する各シリンダを、隣接するシリンダ間でロータの軸線回りに所定の角度位相で配設し、また給気ポートと排気ポートとを、隣接するシリンダ間で各シリンダの軸線回りに所定の角度位相で配設することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、隣接するロータ部材間のベーンを、ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けて互い違いに配設することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項３に記載の発明は、ロータハウジング内に形成された密閉されたシリンダと、該シリンダ内に収容されシリンダに対して偏心させて配置されたロータと、該ロータの外周面に設けられロータの軸線回りに放射状に等配された複数の溝部と、各溝部に設けられロータの半径方向へ摺動変位可能な複数枚のベーンと、ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられシリンダに連通する給気ポートと、ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられシリンダに連通する排気ポートと、を具備し、シリンダ内の空気室に圧縮空気を給排してロータを回転させるエアモータであって、ロータを、同軸上に配置された複数個のロータ部材を連結させて多段に形成し、隣接するロータ部材間のベーンを、ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けて互い違いに配設することを特徴とする。
【０００９】
従って、請求項１に記載の発明では、ロータの１回転について、連結された各ロータ部材を収容する各シリンダに所定の角度位相で圧縮空気が供給されるので、ロータを、マルチシリンダエンジンのようにトルク変動が小さく、且つ大きなトルクで回転させることが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、隣接するロータ部材間のベーンに角度位相を設けたことで、シリンダへの圧縮空気の供給間隔が短縮されるので、ロータをより小さいトルク変動で回転させることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、ロータの１回転について、連結された各ロータ部材を収容する各シリンダに所定の角度位相で圧縮空気が供給されるので、ロータを、マルチシリンダエンジンのようにトルク変動が小さく、且つ大きなトルクで回転させることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１乃至図７に基づいて説明する。図１に示すのは、本エアモータ７が搭載されたインパクトレンチ８の一部を断面で示した図である。上記インパクトレンチ８は、トリガースイッチ９を操作してエアバルブ１０を開くことにより、グリップ３３の内部空間に供給された圧縮空気がエアモータ７のシリンダ１１内に供給されてロータ１２が回転し、該ロータ１２の回転力によりスピンドル１３が回転駆動される構造になっている。また、上記インパクトレンチ８は、エアモータ７の回転出力がパルス発生部１４を介してスピンドル１３へ伝達されており、エアモータ７の回転出力がパルス発生部１４でパルス状に変換されてスピンドル１３へ伝達されている。これにより、上記インパクトレンチ８は、例えばナットを締め付ける場合、ナットに衝撃が連続的に付加され、締付トルクの反力が継続してインパクトレンチ本体１５に付加されるのが防止される構造になっている。
【００１３】
さらに、上記パルス発生部１４とスピンドル１３との間にはトルクセンサ１６が介設されており、該トルクセンサ１６によりスピンドル１３に作用する締付トルクの反力が設定トルクに到達したことが検出されるとエアモータ７とスピンドル１３との間に介設されたクラッチを断絶して、過大な締付トルクがナットに付加されることを防止した構造になっている。なお、エアモータ７から排出された排気は、所定の排気経路を経由してグリップ３３の下端部に設けられたサイレンサ１７により消音消圧されて大気中に放出されている。また、図１に示すように、上記エアモータ７は、インパクトレンチ本体１５に形成された密閉されたシリンダ１１にロータ１２が収納されており、該ロータ１２は、ロータ軸１８，１９がインパクトレンチ本体１５に配設されたベアリング対２０，２１で回転自在に支持される。
【００１４】
上記ロータ１２は、図１〜図３に示すように、同軸上に配置されて外径Ｄ１（図２参照）が等しい第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３とが、ロータ１２の軸線方向に連結されて形成されている。また、インパクトレンチ本体１５には、上記第１のロータ部材２２を収容する第１のシリンダ２４と上記第２のロータ部材２３を収容する第２のシリンダ２５とが配設されている。上記第１のシリンダ２４と第２のシリンダ２５とは、内径Ｄ２（図５参照）がロータ部材２２，２３の外径Ｄ１よりも大きく形成され（Ｄ２＞Ｄ１）、図４及び図５に示すように、第２のシリンダ２５は、第１のシリンダ２４に対してロータ１２の軸線回りに１８０度の角度位相で形成されており、これにより、第２のシリンダ２５は、図４に示すように、第１のシリンダ２４に対して水平方向（図４及び図５における左右方向）へ偏心して形成されている。そして、ロータ１２は、第１のロータ部材２２を、図６に示すように、第１のシリンダ２４の内周面の一側（図６における左側）に摺接させると共に、第２のロータ部材２３を、図７に示すように、第２のシリンダ２５の内周面の他側（図７における右側）に摺接させてシリンダ２４，２５に収容されている。なお、上記第１のシリンダ２４と第２のシリンダ２５とは、シール部材により隔離されている。
【００１５】
また、図６に示すように、第１のロータ部材２２には、当該ロータ部材２２を軸線方向（図６における紙面視方向）へ貫通して外周面２２ａから半径方向へ所定の深さで形成された溝部２６が軸線回りに放射状に複数個（本実施の形態では８個）で等配されている。そして、各溝部２６には、例えば炭素粉末に金属粉末等の添加物を混入して板状に燒結成形したベーン２７が、第１のロータ部材２２の半径方向へ摺動変位可能に嵌入されている。同様に、図７に示すように、第２のロータ２３には８個の溝部２６が軸線回りに放射状に等配され、各溝部２６には、例えば炭素粉末に金属粉末等の添加物を混入して板状に燒結成形したベーン２７が、第２のロータ部材２３の半径方向へ摺動変位可能に嵌入されている。そして、図２並びに図６及び図７に示すように、第１のロータ部材２２に形成された溝部２６と第２のロータ部材２３に形成された溝部２６とは、正面視（図６及び図７における紙面視）でロータ１２の軸線回りに互い違いに配置されている。これにより、第１のロータ部材２２に配設されたベーン２７と第２のロータ部材２３に配設されたベーン２７とは、各ロータ部材２２，２３の隣り合うベーン２７がなす各ロータ部材２２，２３の軸線回りの角度θ１（本実施の形態では４５度、図６及び図７参照）の１／２の角度位相θ２（図７参照）で正面視で互い違いに配設されている。
【００１６】
また、インパクトレンチ本体１５と一体で形成され内部空間にシリンダ２４，２５を形成するロータハウジング２８には、第１のシリンダ２４と連通してロータ１２の軸線方向へ同一直線上に配列された給気ポート２９並びに排気ポート３０、及び第２のシリンダ２５と連通する給気ポート３１並びに排気ポート３２が設けられている。そして、図６に示すように、第１のシリンダ２４には、２列の給気ポート２９と３列の排気ポート３０とが、第１のシリンダ２４の軸線回りに所定の角度位相をなして開口し、同様に、図７に示すように、第２のシリンダ２５には、２列の給気ポート３１と３列の排気ポート３２とが、第２のシリンダ２５の軸線回りに所定の角度位相をなして開口されている。そして、図６及び図７に示すように、第１のシリンダ２４と第２のシリンダ２５との間では、給気ポート２９及び排気ポート３０と給気ポート３１及び排気ポート３２とが、各シリンダ２４，２５の軸線回りに１８０度の角度位相で配設されている。
【００１７】
次に、本実施の形態の作用を説明する。インパクトレンチ８のトリガースイッチ９が操作されエアバルブ１０が開かれると、圧縮空気はエアモータ７のロータハウジング２８に配設された各給気ポート２９，３１から各シリンダ２４，２５へ供給される。これにより、各給気ポート２９が開口するシリンダ２４内の相互に隣接するベーン２７間に形成された空間（以下、空気室と称す）に圧縮空気が供給され、上記隣接するベーン２７のうち溝部２６からより突出した側のベーン２７が空気室の外側へ押圧され、第１のロータ部材２２が軸線回りに図６における時計回り方向へ回転駆動される。そして、第１のロータ部材２２の周方向に形成された各空気室に２列の給気ポート２９から順次圧縮空気を供給すると共に各空気室に供給された圧縮空気を３列の排気ポート３０から順次排出することで、第１のロータ部材２２は、図６に示すように、軸線を中心に放射状に配設されたベーン２７を半径方向へ摺動変位させながら当該ベーン２７の外側端面を第１のシリンダ２４の内周面２４ａに摺接させて回転する。
【００１８】
一方、各給気ポート３１からシリンダ２５内の空気室に圧縮空気が供給されると、上記第１のロータ部材２２と同じ原理で、第２のロータ部材２３は軸線回りに図７における時計回り方向へ回転駆動される。そして、第２のロータ部材２３の周方向に形成された各空気室に２列の給気ポート３１から順次圧縮空気を供給すると共に各空気室に供給された圧縮空気を３列の排気ポート３２から順次排出することで、第２のロータ部材２３は、図７に示すように、軸線を中心に放射状に配設されたベーン２７を半径方向へ摺動変位させながら当該ベーン２７の外側端面を第２のシリンダ２５の内周面２５ａに摺接させて回転する。この時、第１のシリンダ２４と第２のシリンダ２５とをロータ１２の軸線回りに１８０度の角度位相で配設すると共に給気ポート２９及び排気３０ポートと給気ポート２１及び排気ポート３２とを各シリンダ２４，２５の軸線回りに１８０度の角度位相で配置したことで、ロータ１２は軸線回りの角度位相が１８０度をなす空気室、即ち正面視でロータ１２の軸線を対称中心として対称に位置する空気室に、略同時に圧縮空気が供給されることとなる。
【００１９】
これにより、本エアモータ７は、ロータ１２の１回転（周期）当りに等間隔（１８０度の角度位相）で２回の給気を行うことが可能となり、空気室がロータ１２の一側のみに形成された従来のエアモータ（図８参照）と比較して、ロータ１２の回転が円滑となり、トルク変動を大幅に削減することができる。また、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間で、ロータ１２の周方向に隣接する一対のベーン２７がなす角度θ１の１／２の角度位相θ２だけロータ１２の軸線回りに角度位相を設けて、正面視でベーン２７を互い違いに配置した。これにより、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間で、軸線を対称中心として対称に位置する空気室に圧縮空気が供給されるタイミングをずらして、これら空気室にオーバーラップして圧縮空気が供給される時間を短縮することで、ロータ１２の回転がより円滑となり、トルク変動をより削減することができる。
【００２０】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
同軸上に配置された第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３とを軸線方向に連結してロータ１２を形成し、第１のロータ部材２２を収容する第１のシリンダ２４と第２のロータ部材２３を収容する第２のシリンダ２５とを、ロータ１２の軸線回りに１８０度の角度位相で配設すると共に、第１のシリンダ２４に配設される給気ポート２９及び排気ポート３０と第２のシリンダ２５に配設される給気ポート３１及び排気ポート３２とを各シリンダ２４，２５の軸線回りに１８０度の角度位相で配置したので、ロータ１２は軸線回りの角度位相が１８０度をなす空気室、即ち正面視でロータ１２の軸線を対称中心として対称に位置する空気室に、略同時に圧縮空気が供給されることとなる。これにより、ロータ１２の１回転（周期）当りに等間隔（１８０度の角度位相）で２回の給気を行うことが可能となり、空気室がロータ１２の一側のみに形成された従来のエアモータと比較して、ロータ１２の回転が円滑となり、トルク変動を大幅に削減することができる。従って、このようなエアモータ７をインパクトレンチ８に搭載することで、トルク変動が小さく、且つ十分な締付トルクを備えたインパクトレンチ８を提供することができる。
また、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間で、ロータ１２の周方向に隣接する一対のベーン２７がなす角度θ１の１／２の角度位相θ２だけロータ１２の軸線回りに角度位相を設けて、正面視でベーン２７を互い違いに配置したので、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間で、軸線を対称中心として対称に位置する空気室に圧縮空気が供給されるタイミングをずらして、これら空気室にオーバーラップして圧縮空気が供給される時間を短縮することで、ロータ１２の回転をより円滑なものとすることが可能となり、トルク変動をより削減することができる。従って、このようなエアモータ７をインパクトレンチ８に搭載することで、トルク変動が極めて小さく、且つ十分な締付トルクを備えたインパクトレンチ８を提供することができる。
【００２１】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
本実施の形態では、第１のロータ部材２２を収容する第１のシリンダ２４と第２のロータ部材２３を収容する第２のシリンダ２５とをロータ１２の軸線回りに１８０度の角度位相で配設すると共に第１のシリンダ２４に配設される給気ポート２９及び排気ポート３０と第２のシリンダ２５に配設される給気ポート３１及び排気ポート３２とを各シリンダ２４，２５の軸線回りに１８０度の角度位相で配置し、さらに、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との間でロータ１２の周方向に隣接する一対のベーン２７がなす角度θ１の１／２の角度位相θ２だけロータ１２の軸線回りに角度位相を設けて正面視でベーン２７を互い違いに配置したが、どちらか一方のみでエアモータ７を構成してもよい。
また、第１のロータ部材２２と第２のロータ部材２３との外径Ｄ１を異なる径で形成すると共に、これに対応させて第１のシリンダ２４と第２のシリンダ２５との内径Ｄ２を異なる径で形成してもよい。この場合、多様なトルク特性のインパクトレンチ８を提供することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、トルク変動が小さく、且つ大きいトルクを得ることができるエアモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の説明図で、本エアモータを搭載したインパクトレンチの一部を断面で示した図である。
【図２】本実施の形態の説明図で、ロータ単体の斜視図である。
【図３】本実施の形態の説明図で、図１においてエアモータの部分を拡大して示した図である。
【図４】本実施の形態の説明図で、２つのシリンダの位置関係を示すためのロータハウジングの正面図である。
【図５】本実施の形態の説明図で、図４におけるＡ−Ａ断面図である。
【図６】本実施の形態の説明図で、図３におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図７】本実施の形態の説明図で、図３におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図８】従来のエアモータの説明図である。
【図９】従来のエアモータの説明図で、特に、空気室がロータの上下に形成されたエアモータを示す図である。
【符号の説明】
７　　　　　　エアモータ
１１　　　　　シリンダ
１２　　　　　ロータ
２２　　　　　第１のロータ部材
２３　　　　　第２のロータ部材
２４　　　　　第１のシリンダ
２５　　　　　第２のシリンダ
２６　　　　　溝部
２７　　　　　ベーン
２８　　　　　ロータハウジング
２９，３１　　給気ポート
３０，３２　　排気ポート

Claims

ロータハウジング内に形成されたシリンダと、該シリンダ内に収容され前記シリンダに対して偏心させて配置されたロータと、該ロータの外周面に設けられ前記ロータの軸線回りに放射状に等配された複数の溝部と、各溝部に設けられ前記ロータの半径方向へ摺動変位可能な複数枚のベーンと、前記ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられ前記シリンダに連通する給気ポートと、前記ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられ前記シリンダに連通する排気ポートと、を具備し、前記シリンダ内の空気室に圧縮空気を給排して前記ロータを回転させるエアモータであって、前記ロータを、同軸上に配置された複数個のロータ部材を連結させて多段に形成し、各ロータ部材を収容する各シリンダを、隣接するシリンダ間で前記ロータの軸線回りに所定の角度位相で配設し、また前記給気ポートと前記排気ポートとを、隣接するシリンダ間で各シリンダの軸線回りに所定の角度位相で配設することを特徴とするエアモータ。
隣接するロータ部材間の前記ベーンを、前記ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けて互い違いに配設することを特徴とする請求項１に記載のエアモータ。
ロータハウジング内に形成された密閉されたシリンダと、該シリンダ内に収容され前記シリンダに対して偏心させて配置されたロータと、該ロータの外周面に設けられ前記ロータの軸線回りに放射状に等配された複数の溝部と、各溝部に設けられ前記ロータの半径方向へ摺動変位可能な複数枚のベーンと、前記ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられ前記シリンダに連通する給気ポートと、前記ロータに該ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けられ前記シリンダに連通する排気ポートと、を具備し、前記シリンダ内の空気室に圧縮空気を給排して前記ロータを回転させるエアモータであって、前記ロータを、同軸上に配置された複数個のロータ部材を連結させて多段に形成し、隣接するロータ部材間の前記ベーンを、前記ロータの軸線回りに所定の角度位相で設けて互い違いに配設することを特徴とするエアモータ。