JP2008221382A

JP2008221382A - エア工具

Info

Publication number: JP2008221382A
Application number: JP2007061650A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Kanetani; 健太郎金谷; Shoichi Hirai; 昇一平井
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2007-03-12
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】低速回転から起動するときでもストールしにくいエア工具を提供すること。
【解決手段】蓄圧室７と、空気通路１０と、スロットルバルブ５を操作するトリガ１４を備え、トリガ１４の操作量に応じてスロットルバルブ５の開口面積を増減させてエアモータ１の回転速度を制御するエアドライバ（エア工具）において、蓄圧室７から空気通路１０への圧縮空気の流入を開閉するボール（第２の弁）３１と、スロットルバルブ５には蓄圧室７と前記ボール３１とを連通させる第１の空気孔５ａと、該第１の空気孔５ａよりも面積の小さい第２の空気孔５ｂを設け、ボール３１をトリガ１４の操作に連動して移動させて開閉動作させるとともに、該ボール３１が開位置に移動した後にスロットルバルブ５に接触することによって第１の空気孔５ａを閉鎖させ、ボール３１が更に移動することによってスロットルバルブ５を開閉させるよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エアモータへの圧縮空気の流入を制御するスロットルバルブを備えたエアドライバ等のエア工具に関するものである。

従来のエアドライバの一例を図９に示す。

図９は従来のエアドライバの破断側面図であり、図示のエアドライバは、エアモータ１と、該エアモータ１と連通した空気通路１０と、不図示のエアコンプレッサ等の圧縮空気供給源と接続するエアプラグ８と、該エアプラグ８から供給された圧縮空気を貯蔵する蓄圧室７と、エアモータ１と連通した空気通路１０と蓄圧室７とを連通／遮断させるスロットルバルブ５と、該スロットルバルブ５を制御するトリガ１４等から構成されている。

上記スロットルバルブ５は、先端がトリガ１４に取り付けられたシャフト部５ａと、該シャフト部５ａの軸心に対して離れるように形成されたテーパ部５ｂを有し、テーパ部５ｂにはＯリング１２が取り付けられており、スプリング１３によって常時トリガ１４側に押圧されている。このスロットバルブ５は、静止時すなわちトリガ１４が引かれていない状態ではスプリング１３によってトリガ１４側に押圧されているため、Ｏリング１２がハウジング４に取り付けられたブッシュ２０の座面２０ａに係合しており、これによって蓄圧室７と空気通路１０間が遮断されている。

トリガ１４を引くと、スロットルバルブ５が移動し、Ｏリング１２とブッシュ２０の座面２０ａとの係合が外れるため、蓄圧室７と空気通路１０とが連通し、蓄圧室７の圧縮空気が空気通路１０を通ってエアモータ１に流入する。トリガ１４が引かれてスロットルバルブ５のＯリング１２とブッシュ２０の座面２０ａとの係合が外れると、蓄圧室７の圧縮空気は座面２０ａとテーパ部５ｂとの間を通って空気通路１０に流入するため、Ｏリング１２と座面２０ａとの係合が外れた初期においては、蓄圧室７の圧縮空気が空気通路１０に流入する量は少ないが、スロットルバルブ５が移動するに連れて空気室１０に流入する圧縮空気の量が徐々に多くなる。即ち、トリガ１４の引き加減によってエアモータ１に流入する圧縮空気の量は増減し、これに伴ってエアモータ１の回転速度が増減する。
特開平１１−０９０８６１号公報

エアドライバでネジ締め作業を行う場合、締め始めはネジを相手材に食い付かせるために低速回転で使用する。そのために前記した従来のエア工具は、トリガ１４の引き量に応じスロットルバルブ５を通ってエアモータ１に流入する空気量を増減することでエアモータ１の回転数を制御し、トリガ１４の引き量が少ないときはエアモータ１を低速回転させる構造としている。

しかしながら、エアモータ１を低速から起動する場合に該エアモータ１が起動しない所謂「ストール」と呼ばれる現象が起きることがあった。

図１０は一般的なエアモータの断面図、図１１は図１０のＡ−Ａ線断面図、図１２は図１０のＢ−Ｂ線断面図である。

エアモータは、中心に設けられたロータ１００と、該ロータ１００に放射状に設けられたスロット１０１に挿入されて該スロット１０１内を放射方向に自在に出入りするベーン１０２と、ロータ１００とベーン１０２を収納するライナー１０３と、該ライナー１０３の両端部を塞ぐプレート１０４，１０５から構成されている。

ライナー１０３の内径中心はロータ１００の中心から偏心しており、そのためにライナー１０３の内径とロータ１００の外径のクリアランスは１点においてほぼ０であり、その対称位置においては最大値を示す。ベーン１０２がライナー１０３の内径に接触するまでスロット１０１から飛び出した場合、その飛び出し量はロータ１００とライナー１０３のクリアランスに応じて変化する。

ライナー１０３にはクリアランスがほぼ最大となる位置に排気孔１０６が形成され、それよりクリアランスが小さい位置には入気孔１０７が形成されている。又、入気孔１０７とほぼ対称の位置に、第２排気孔１０８が設けてられている（図１１参照）。

而して、入気孔１０７から圧縮空気が流入すると、圧縮空気は、ロータ１００、ライナー１０３、プレート１０４，１０５、２つのベーン１０２で形成された閉空間１１０（図１１参照）に流入する。ここで、２つのベーン１０２は飛び出し量が異なるため、飛び出し量の多い、つまり排気孔１０６側に近いベーン１０２の受圧面積が大きくなり、ロータ１００は、ベーン１０２の受圧面積差により発生するトルクによって回転する。ロータ１００が回転し、排気孔１０６側のベーン１０２が該排気孔１０６を通過すると、２つのベーン１０２間の圧縮空気は大気に放出される。そして、ロータ１００が更に回転すると、２つのベーン１０２間の空気は次第に圧縮されるが、この空気は第２排気孔１０８から排気される。

以上の行程を繰り返すことによってエアモータが回転する。又、ロータ１００が回転することによってベーン１０２には遠心力が作用し、このベーン１０２は、ライナー１０３の内径に押し付けられるため、ベーン１０２とライナー１０３の内径のシールが確保される。

ここで問題であるのは、ロータ１００、ライナー１０３、プレート１０４，１０５、２つのベーン１０２で閉空間１１０が形成されないと、入気孔１０７から流入した圧縮空気がロータ１００を回転させるトルクを発生させることなく排気孔１０６から排出されてしまうことである。図１４に示すように遠心力が働かない停止時は、ベーン１０２はスロット１０１内で自由に移動可能であり、ベーン１０２とライナー１０３の内径とのシールは確実ではない。この状態でトリガを引いてスロットルバルブを開き、エアモータを起動しようとしても圧縮空気は排気孔１０６から排出されてしまい、エアモータは起動しない（図１５）。この現象がストールである。

そこで、ベーン１０２をスロット１０１内からライナー１０３へ向けて付勢させる構造が考えられてきた。図１０〜図１２に示す方法は、プレート１０４に入気孔１０７と連通した吹き上げ溝１０９を形成し、圧縮空気の一部を吹き上げ溝１０９からスロット１０１の底部に送り込むことによって、ベーン１０２をライナー１０３側に押し出す方法である。この方法は単純であり、耐久性に優れるが、エアモータに流入する圧縮空気量が少ないとベーン１０２の吹き上げが不十分となってストールしてしまう。

図１３はベーン１０２とスロット１０１の底部の間にスプリング１２０を設け、ベーン１０２をライナー１０３の内径へ向けて常時付勢する方法である。この方法によれば、圧縮空気量が少ないときでもストールしないでエアモータを起動可能であるが、部品点数が増えるために耐久性が低下するという問題があった。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、低速回転から起動するときでもストールしにくいエア工具を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、圧縮空気供給源からの圧縮空気を貯蔵する蓄圧室と、スロットルバルブを介して蓄圧室に連通して該蓄圧室内の圧縮空気をエアモータに供給する空気通路と、スロットルバルブを操作するトリガと、スロットルバルブをトリガの操作方向と反対方向に押圧する押圧部材とを備え、トリガの操作量に応じてスロットルバルブの開口面積を増減させて蓄圧室から空気通路に供給される圧縮空気の量を増減させることによってエアモータの回転速度を制御するようにしたエア工具において、
前記蓄圧室から前記空気通路への圧縮空気の流入を開閉する第２の弁と、前記スロットルバルブには前記蓄圧室と前記第２の弁とを連通させる第１の空気孔と、該第１の空気孔よりも面積の小さい第２の空気孔を設け、前記第２の弁をトリガ操作に連動して移動させて開閉動作させるとともに、該第２の弁が開位置に移動した後に前記スロットルバルブに接触することによって前記第１の空気孔を閉鎖させ、第２の弁が更に移動することによって前記スロットルバルブを開閉させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、トリガの引き始めで一旦第２の弁が開いて第１の空気孔からエアモータへ圧縮空気が供給され、その後、第２の弁が閉じた後にスロットルバルブが動作するため、第２の弁が開いたときにエアモータに流入した圧縮空気によってベーンが吹き上げられ、ベーンとライナーの内径とのシールが確保され、エアモータを低速から起動する場合でもストールしにくくすることができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るエア工具の一形態としてのエアドライバの破断側面図であり、図示のエアドライバにおいては、エアモータ１を内蔵したハウジング４にハンドル部２が取り付けられており、このハンドル部２の基部には空気通路１０によってエアモータ１と連通したトリガ部３が、ハンドル部２の端部には圧縮空気供給源に着脱可能なエアプラグ８が、ハンドル部２の中央部にはトリガ部３とエアプラグ８を連通する蓄圧室７がそれぞれ配設されている。

上記トリガ部３は、ハンドル部２より外部に突出して操作可能なトリガ１４と、該トリガ１４からハンドル部２の内部に延び、トリガ１４の操作に応じてブッシュ２０内を摺動可能なロッド３０と、ブッシュ２０の入気孔２０ｂに設けられた座面２０ａと接触してロッド３０によって押されることで移動して入気孔２０ｂを開閉動作するボール３１と、該ボール３１が開位置に移動したときに接触して押されることによってブッシュ２０内を摺動するスロットルバルブ５と、該スロットルバルブ５をトリガ１４の操作方向とは反対側に付勢するスプリング１３から構成されている。

ここで、スロットルバルブ５は、ボール３１の外周を覆う円筒カップ状を成し、内径と内部長さはボール３１の径よりも大きく、開口部はブッシュ２０の座面２０ａ側に配設され、底部はスプリング１３側に向けて配設されている。

又、スロットルバルブ５の底部には第１の空気孔５ａと第２の空気孔５ｂが形成されている。第１の空気孔５ａは、ロッド３０によって押されたボール３１がスロットルバルブ５と接触したときにボール３１によって閉鎖されるようスロットルバルブ５の中央に形成されており、一方、第２の空気孔５ｂは、ボール３１の位置によらず常に開放されるように外周部に形成されている。又、第１の空気孔５ａの面積は第２の空気孔５ｂより大きく設定されている。ブッシュ２０の排出口２０ｃは、空気通路１０によってエアモータ１と連通している。

エアモータ１は、回転軸であるロータ１００と、該ロータ１００に放射状に設けられたスロット１０１に挿入された複数のベーン１０２と、ロータ１００を内部に収納する円筒状のライナー１０３と、該ライナー１０３の両端部を塞ぐフロントプレート１０５と、リアプレート１０４から構成されている。ライナ１０３の入気孔１０７は、ライナー１０３の内部に圧縮空気を導入するとともに、ライナー１０３及びリアプレート１０４の内部に形成された空気通路１３０によってリアプレート１０４の吹き上げ溝１０９にも圧縮空気を導入する構造となっている。

而して、エアモータ１の回転は、図示しない伝達部により工具取付部５０に伝えられ、ドライバビット等の不図示の工具を回転させてネジ等が締め付けられる。

次に、以上のように構成されたエアドライバを圧縮空気供給源に接続してトリガ操作を行った場合の動作について説明する。

図２はトリガ１４を引かない状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。

蓄圧室７の圧縮空気は、スロットルバルブ５の第１の空気孔５ａと第２の空気孔５ｂを通ってボール３１の背面に流入している。この圧力によりボール３１はブッシュ座面２０ａに押し付けられ、ボール３１とブッシュ座面２０ａがシールされるために圧縮空気はブッシュ５の内部に流入できない。このため、エアモータ１には圧縮空気が供給されず、該エアモータ１は停止している。このとき、ベーン１０２はスロット１０１内の任意の位置にある。

図３はトリガ１４を僅かに引いた状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。

トリガ１４に連結されたロッド３０によってボール３１が押され、ブッシュ座面２０ａとのシールが解除されている。蓄圧室７の圧縮空気は、スロットルバルブ５の第１の空気孔５ａ、第２の空気孔５ｂ、ボール３１とスロットルバルブ５の内径との隙間を通過し、ブッシュ２０の入気孔２０ｂからブッシュ２０の内部に流入、ブッシュ排出孔２０ｃから空気通路１０を通ってエアモータ１に供給される。エアモータ１への圧縮空気供給量は、スロットルバルブ５の第１の空気孔５ａと第２の空気孔５ｂの合計面積で決定される。このときのエアモータ１への圧縮空気供給量は以下の図４に示す状態より多い。供給された圧縮空気の一部がリアプレート１０４の空気通路１３０を通って吹き上げ溝１０９に流入することによって、ベーン１０２はスロット１０１から押し出され、ベーン１０２とライナー１０３の内径とのシールが確保される。

図４はトリガ１４を更に引き込んだ状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。

ロッド３０により更に押し込まれたボール３１は、スロットルバルブ５の底面と接触し、スロットルバルブ５の第１の空気孔５ａを閉鎖する。蓄圧室７の圧縮空気は、スロットルバルブ５の第２の空気孔５ｂ及びボール３１とスロットルバルブ５の内径との隙間を通過してブッシュ２０の入気孔２０ｂからブッシュ２０の内部に流入し、ブッシュ排出孔２０ｃから空気通路１０を通ってエアモータ１に供給される。エアモータ１への圧縮空気供給量は、スロットルバルブ５の第２の空気孔５ｂの面積で決定される。このときのエアモータ１への圧縮空気供給量は最小値であり、吹き上げ溝１０９から流出する圧縮空気はベーン１０２をスロット１０１から押し出すには不十分であるが、図３に示す状態のときにベーン１０２とライナー１０３の内径とのシールは確保されているため、エアモータ１は起動されて最低速回転を行う。エアモータ１の回転が一旦始まると、遠心力によって全てのベーン１０２がスロット１０１からライナー１０３の内径に向けて飛び出すため、エアモータ１は継続的に回転する。

図５はトリガ１４を更に引き込んだ状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。

トリガ１４を更に引き込むと、ボール３１とスロットルバルブ５は一体となって移動する。スロットルバルブ５の端部とブッシュ座面２０ａとのクリアランスはトリガ１４の引き込み量に応じ連続的に変化し、これに応じてブッシュ２０の内部に流入する圧縮空気量も変化する。エアモータ１への圧縮空気供給量も連続的に増減し、エアモータ１の回転数は無段階に調整可能となる。

図６は以上説明した行程をトリガ１４の引き量とエアモータ１への圧縮空気の流入量との関係として示す図である。最低回転数を得る前に一旦エアモータ１への圧縮空気供給量を増やす行程を設けることによってスロット１０１からベーン１０２を押し出し、エアモータ１のストールを防止することができる。

尚、図３に示す行程はごく短い時間である。なぜならば、ボール３１はブッシュ座面２０ａに接しているときはボール３１の背面に掛かる圧力によってブッシュ座面２０ａ側に付勢されているが、ロッド３０に押されたボール３１がブッシュ座面２０ａを離れると圧力はボール３１全体に掛かり、ボール３１を座面側２０ａに付勢する力が弱まるためである。作業者は初め強い力でトリガ１４を引きボール３１を動かすが、ボール３１が一旦動くとボール３１に作用する付勢力が低下し、スロットルバルブ５にボール３１が突き当たるまで一気にトリガ１４を引き込んでしまう。このため、図３に示す行程が維持される時間はごく短い。

尚、本実施の形態においては、弁としてボールを使用したが、弁体であればボールでなくても良い。又、図７に示すように、ロッド３０と弁３００は一体であっても構わない。

図８は本発明に係るエア工具の他の実施形態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。尚、図８においては、図１〜図５に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

前記実施の形態においては、第２の弁としてブッシュ２０に設けられた座面２０ａとボール３１等の弁体による構成としたが、本実施の形態では、スロットルバルブ５の第１の空気孔５ａ周囲に座面を設け、ロッド３０と一体に成形した弁体４００を用いている。動作については、前記実施の形態のそれと同様であるため、これについての説明は省略する。

尚、以上は本発明を特にエアドライバに適用した形態について説明したが、本発明は、エアドライバ以外の他の任意のエア工具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係るエアドライバの破断側面図である。本発明に係るエアドライバの動作状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。本発明に係るエアドライバの動作状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。本発明に係るエアドライバの動作状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。本発明に係るエアドライバの動作状態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。本発明に係るエアドライバのエアモータへの圧縮空気供給量とトリガの引き量を示す図である。本発明に係るエア工具の別形態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。本発明に係るエア工具の別形態を示すトリガ部とモータ部の側断面図である。従来のエアドライバの破断側面図である。一般的なエアモータの断面図である。図１０のＡ−Ａ線断面図である。図１０のＢ−Ｂ線断面図である。従来のエア工具の動作状態を示す部分断面図である。従来のエア工具の動作状態を示す部分断面図である。従来のエア工具の動作状態を示す部分断面図である。

符号の説明

１エアモータ
２ハンドル部
３トリガ部
４ハウジング
５スロットルバルブ
５ａスロットルバルブの第１の空気孔
５ｂスロットルバルブの第２の空気孔
７蓄圧室
８エアプラグ
１０空気通路
１３スプリング
１４トリガ
２０ブッシュ
２０ａブッシュの座面
２０ｂブッシュの入気孔
２０ｃブッシュの排気孔
３０ロッド
３１ボール
５０工具取付部
１００ロータ
１０１スロット
１０２ベーン
１０３ライナー
１０４リアプレート
１０５フロントプレート
１０６排気孔
１０７入気孔
１０８第２の排気孔
１０９吹き上げ溝
１１０閉空間
１２０スプリング
１３０空気通路
３００弁
４００弁

Claims

圧縮空気供給源からの圧縮空気を貯蔵する蓄圧室と、スロットルバルブを介して蓄圧室に連通して該蓄圧室内の圧縮空気をエアモータに供給する空気通路と、スロットルバルブを操作するトリガと、スロットルバルブをトリガの操作方向と反対方向に押圧する押圧部材とを備え、トリガの操作量に応じてスロットルバルブの開口面積を増減させて蓄圧室から空気通路に供給される圧縮空気の量を増減させることによってエアモータの回転速度を制御するようにしたエア工具において、
前記蓄圧室から前記空気通路への圧縮空気の流入を開閉する第２の弁と、前記スロットルバルブには前記蓄圧室と前記第２の弁とを連通させる第１の空気孔と、該第１の空気孔よりも面積の小さい第２の空気孔を設け、前記第２の弁をトリガ操作に連動して移動させて開閉動作させるとともに、該第２の弁が開位置に移動した後に前記スロットルバルブに接触することによって前記第１の空気孔を閉鎖させ、第２の弁が更に移動することによって前記スロットルバルブを開閉させるようにしたことを特徴とするエア工具。