JP4257490B2 - エアモータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアモータに関し、特に、ロータ回転軸の回りにロータ半径方向へ摺動変位可能な複数枚のベーンを等配したエアモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ロータ軸の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。図8は、一般的な2空気室タイプのエアモータ41の断面図である。この図に示されるように、シリンダ42は断面が非円形に形成されており、ロータ43はシリンダ42に対して同軸上に配置されている。これにより、シリンダ42とロータ43との間には、図8における紙面視で軸平面Pを境界として上下に対称な2つの空気室17が形成される。また、ロータ43の外周面43aにはロータ43の軸線Oの回りに複数(本従来例では8個所)のベーン溝18が放射状に等配されており、各ベーン溝18にはロータ半径方向へ摺動変位可能なベーン19が収容されている。そして、各ベーン19で分割された空気室17に作動空気を給排することにより、ロータ43は、各ベーン19をロータ半径方向へ摺動変位させながら、且つ各ベーン19の外側端面をシリンダ42の内周面に摺接させて、図8における時計回り方向へ回転する。また、図9は、一般的な1空気室タイプのエアモータ51の断面図である。この図に示されるように、シリンダ52は断面が円形に形成されており、ロータ53はシリンダ52に対して偏心させて配置されている。
【0003】
しかしながら、図8及び図9に示すように、従来のエアモータ41,51では、給気ポート21から供給された作動空気が最初に排出されるメイン排気ポート23の軸線がロータの軸平面上に配置されているため、上記メイン排気ポート23からの作動空気の排気が、空気室17内の作動空気のエネルギー(圧力)がモータ出力に変換されている途中のロータの角度位相で行われる。さらに、図5に示すように、各ベーン19の受圧面19aに入力される力Fがロータ43,53にF´=Fcosθ(θは平面視でロータ43,53の軸心Oと力Fの作用点Sとを結ぶ直線がロータ43,53の軸平面Pに対してなす角度)の回転力で作用する。従って、従来のエアモータ41,51は作動空気のエネルギー変換効率が低く、その結果大きな出力を得ることができなかった。また、エアモータの作動時におけるベーンのチャタリングを防止することを目的としてベーンをオフセットさせた気体圧縮機が従来からあるが(例えば、特許文献1参照。)、例えば、この機構をエアモータに採用した場合であっても、図5に示すように、各ベーンの受圧面に入力される力Fの方向がロータの接線に対して角度θをなしており、またメイン排気ポートからの作動空気の排気が、空気室内の作動空気のエネルギー(圧力)がモータ出力に変換されている途中のロータの角度位相で行われる。従って、作動空気のエネルギー(圧力)が効率よくロータの回転力に変換されておらず、エアモータの出力を高めることができなかった。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−39084号公報(段落番号0014〜0020、第1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、作動空気のエネルギーを高い効率でロータの回転力に変換して高出力化が可能な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、シリンダ内に収容されたロータと、ロータに設けられロータのロータ回転軸回りに放射状に等配された複数のベーン溝と、各ベーン溝に収容さ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、シリンダの内壁面に開口してシリンダとロータとの間の空気室に作動空気を供給する給気ポートと、シリンダの内壁面に開口して空気室の作動空気を排出する複数の排気ポートと、を備え、各ベーンで分割されたシリンダとロータとの間の各空気室に作動空気を給排させてロータを回転させるエアモータであって、複数の排気ポートのうち、給気ポートから供給された作動空気が最初に排気される排気ポートのロータ回転方向手前側部分が、ロータの軸平面に沿って延び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、各ベーンを、空気室に供給された作動空気の圧力を受圧する受圧面がロータの軸平面に一致するように配設したことを特徴とする。
【0008】
従って、請求項1に記載の発明では、メイン排気ポートからの作動空気の排気が、空気室内に供給された作動空気のエネルギー(圧力)がモータ出力に変換されている途中のロータの角度位相で開始されることがなく、空気室の作動空気のエネルギー(圧力)を使い切ることができ、作動空気のエネルギー(圧力)を高い効率でロータの回転力に変換することが可能となる。
【0009】
請求項2に記載の発明では、作動空気の圧力が各ベーンの受圧面にロータの接線方向に入力されるので、作動空気の圧力をより高い効率でロータの回転力に変換することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図1乃至図4に基づいて説明する。図1に示すのは、本エアモータ1が搭載されたインパクトレンチ2の一部を断面で示したものである。上記インパクトレンチ2は、トリガースイッチ3を操作してエアバルブ4を開くことにより、グリップ11の内部空間に供給された圧縮空気がエアモータ1のシリンダ5内に供給されてロータ6が回転し、該ロータ6の回転力によりスピンドル7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2は、エアモータ1の回転出力がパルス発生部8を介してスピンドル7へ伝達されており、エアモータ1の回転出力がパルス発生部8でパルス状に変換されてスピンドル7へ伝達されている。これにより、上記インパクトレンチ2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9に付加されるのが防止される構造になっている。
【0011】
さらに、上記パルス発生部8とスピンドル7との間にはトルクセンサ10が介設されており、該トルクセンサ10によりスピンドル7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1とスピンドル7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1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11の下端部に設けられたサイレンサ12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1は、インパクトレンチ本体9に形成された密閉されたシリンダ5にロータ6が収納されており、該ロータ6は、ロータ軸13,14がインパクトレンチ本体9に配設されたベアリング対15,16により回転自在に支持されている。
【0012】
図2及び図3に示すように、上記シリンダ5は、断面が非円形(同一径の二つの円を重ねた状態で図2における上下にオフセットさせた際の外郭に形似した形状)に形成されており、シリンダ5内には同軸で配置された略円柱状のロータ6が収納されている。これにより、シリンダ5内の図2における上下には、シリンダ5の内壁面5aとロータ6の外周面6aとの間に空気室17が形成される構造になっている。また、図2に示すように、ロータ6には、当該ロータ6を軸線方向(図3における紙面視左右方向)に貫通するベーン溝18が、ロータ6の軸線Oの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、各ベーン溝18は、対向する一対の側面のうちロータ回転方向を向いた一側面18aが、ロータ6の軸平面P上に位置するようにロータ6の接線方向へ偏倚させて配置されている。また、各ベーン溝18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19が、ロータ6の半径方向へ摺動変位可能に嵌入されている。そして、本エアモータ1では、各ベーン溝18を偏倚させて配置したことにより、各ベーン19の空気室17に供給された作動空気の圧力を受圧する側の面19a(以下、受圧面19aと称す)が、ロータ6の軸平面P上に配置される構造になっている。
【0013】
また、インパクトレンチ本体9と一体で形成されて内部空間にシリンダ5が形成されたロータハウジング20には、シリンダ5と連通してロータ6の軸線方向へ延びる一直線上に配置された給気ポート21と排気ポート22,23とが設けられている。そして、図2に示すように、2列の給気ポート列の各給気ポート21と4列の排気ポート列の各排気ポート22,23とは、ロータ6の軸線Oの回りに所定の角度位相をなして配設されて空気室17に開口している。また、各排気ポート22,23のうち、給気ポート21から空気室17に供給された作動空気が最初に排出される各メイン排気ポート23は、図2に示すように、ロータ回転方向(図2におけるロータ6の軸線Oを中心とする時計回り方向)手前側部分24がロータ6の軸平面Pに接するようにしてロータ6の接線方向へ偏倚させて設けられている。
【0014】
次に、本実施の形態の作用を説明する。インパクトレンチ2のトリガースイッチ3が操作されてエアバルブ4が開かれると、作動空気(圧縮空気)はエアモータ1のロータハウジング20に配設された各給気ポート21からシリンダ5へ供給される。これにより、ベーン19で分割された空気室17のうち各給気ポート21が開口する空気室17に作動空気が供給される。そして、空気室17に供給された作動空気の圧力が、当該空気室17を分割するベーン19のうちベーン溝18からより突出された側のベーン19の受圧面19aに付加されて、ロータ6に軸線Oの回りに図2における時計回り方向の回転力Fが作用する。そして、各ベーン19で分割されてロータ周方向に形成された各空気室17に、2列の各給気ポート21から作動空気を順次供給すると共に各空気室17に供給された作動空気を4列の各排気ポート22,23から順次排出する。これにより、図2に示すように、ロータ6は、軸線Oを中心に放射状に配設された各ベーン19を半径方向へ摺動変位させながら、且つベーン19の外側端面をシリンダ5の内壁面5aに摺接させて軸線Oの回りに図2における時計回り方向へ回転する。
【0015】
そして、図2に示すように、給気ポート21からベーン19で分割された空気室17に供給された作動空気が最初に排出されるメイン排気ポート23を偏倚させて配置して、メイン排気ポート23のロータ回転方向手前側部分24がロータ6の軸平面Pに接するように構成したことにより、メイン排気ポート23からの作動空気の排気が、空気室17内の作動空気の圧力がモータ出力に変換されている途中のロータの角度位相で開始されることがない。即ち、作動空気の圧力を使い切る以前に作動空気の排気が開始されることがなく、作動空気のエネルギー(圧力)を高い効率でロータ6の回転力に変換することができる。さらに、図2に示すように、各ベーン19をロータ6の軸線方向へ偏倚させて配置して、各ベーン19の各受圧面19aをロータ6の軸平面P上に位置するように構成したことにより、図4に示すように、作動空気の圧力Fをロータ6の軸線Oの回りに作用させてロータ6を回転駆動させることができ、図5に示す各ベーン19の受圧面19aがロータ43の軸平面Pと一致していない従来のエアモータ41のように、ロータ43の軸線Oの回りの回転力F´が受圧面19aに作用する作動空気の圧力Fの分力(F´=Fcosθ)となることがなく、従来のエアモータ41と比較して作動空気の圧力Fを効率よくロータ6の回転力として作用させることが可能となり、より大きな出力を得ることができる。
【0016】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
給気ポート21から空気室17に供給された作動空気が最初に排出されるメイン排気ポート23を偏倚させて配置して、メイン排気ポート23のロータ回転方向手前側部分24がロータ6の軸平面Pに接するように構成したので、メイン排気ポート23からの作動空気の排気が、ベーン19で分割された空気室17内の作動空気の圧力を使い切る以前に作動空気の排気が開始されることがなく、作動空気のエネルギー(圧力)を高い効率でロータ6の回転力に変換することが可能となる。従って、このようなエアモータ1を動力源に採用したインパクトレンチ2では、エアモータ1を大型化させることなく高出力化することができる。
各ベーン19をロータ6の軸線方向へ偏倚させて配置して、各ベーン19の各受圧面19aがロータ6の軸平面P上に位置するように構成したので、作動空気の圧力Fをロータ6の軸線Oの回りにロータ6の接線方向へ回転力Fで作用させることができ、従来のエアモータ41のように、ロータ43の軸線Oの回りの回転力F´が受圧面19aに作用する作動空気の圧力Fの分力(F´=Fcosθ)となることがなく、従来のエアモータ41と比較して、作動空気の圧力を効率よくロータ6の回転力として作用させることができ、より大きな出力を得ることが可能となる。従って、このようなエアモータ1を動力源に採用したインパクトレンチ2では、エアモータ1を大型化させることなく高出力化することができる。
【0017】
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。
図6及び図7に示すように、給気ポート21から空気室17に供給された作動空気が最初に排出されるメイン排気ポート23を偏倚させて配置して、メイン排気ポート23のロータ回転方向手前側部分24がロータ6の軸平面Pに接するようにした構造、及び各ベーン19をロータ6の軸線方向へ偏倚させて配置して、各ベーン19の各受圧面19aがロータ6の軸平面P上に位置するようにした構造を、断面が円形に形成されたシリンダ32にロータ33を偏心させて配置した1空気室タイプのエアモータ31に採用してもよい。この場合においても、本実施の形態の2空気室タイプのエアモータ1と同様の効果を得ることができる。
【0018】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、作動空気のエネルギーを高い効率でロータの回転力に変換して高出力化が可能な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】 エアモータを動力源とするインパクトレンチの説明図である。
【図2】 本エアモータの説明図で、特に、2空気室タイプのエアモータの正面図である。
【図3】 本エアモータの説明図で、特に、2空気室タイプのエアモータの側面図である。
【図4】 本エアモータの説明図で、特に、ロータの軸線回りに作用する回転力を示す図である。
【図5】 従来のエアモータのロータの軸線回りに作用する回転力を示す図である。
【図6】 他の実施の形態の説明図で、特に、1空気室タイプのエアモータの正面図である。
【図7】 他の実施の形態の説明図で、特に、1空気室タイプのエアモータの側面図である。
【図8】 従来のエアモータの説明図で、特に、2空気室タイプのエアモータの正面図である。
【図9】 従来のエアモータの説明図で、特に、1空気室タイプのエアモータの正面図である。
【符号の説明】
1 エアモータ、5 シリンダ、6 ロータ、17 空気室、18 ベーン溝、19 ベーン、21 給気ポート、23 メイン排気ポート
Claims (2)
- シリンダ内に収容されたロータと、前記ロータに設けられ前記ロータのロータ回転軸回りに放射状に等配された複数のベーン溝と、各ベーン溝に収容さ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、前記シリンダの内壁面に開口して前記シリンダと前記ロータとの間の空気室に作動空気を供給する給気ポートと、前記シリンダの内壁面に開口して前記空気室の作動空気を排出する複数の排気ポートと、を備え、各ベーンで分割された前記シリンダと前記ロータとの間の各空気室に作動空気を給排させて前記ロータを回転させるエアモータであって、
前記複数の排気ポートのうち、前記給気ポートから供給された作動空気が最初に排気される前記排気ポートのロータ回転方向手前側部分が、前記ロータの軸平面に沿って延びることを特徴とするエアモータ。 - 各ベーンを、前記空気室に供給された作動空気の圧力を受圧する受圧面が前記ロータの軸平面に一致するように配設したことを特徴とする請求項1に記載のエアモータ。
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- 2002-10-23 JP JP2002308149A patent/JP4257490B2/ja not_active Expired - Fee Related
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