JP4257490B2

JP4257490B2 - エアモータ

Info

Publication number: JP4257490B2
Application number: JP2002308149A
Authority: JP
Inventors: 隆司勘坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-23
Also published as: JP2004143980A

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、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

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。