JP5098275B2

JP5098275B2 - エアモータのエア消費低減装置

Info

Publication number: JP5098275B2
Application number: JP2006267036A
Authority: JP
Inventors: 享道星野; 雅己春田; 誠小菅
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008088816A

Description

本発明は、特にベーン式エアモータにおいて作業時に消費されるエアの消費を低減することができるエアモータのエア消費低減装置に関する。

一般に、ドライバビットやドリルビットなどの作動手段を回転してネジやボルト締め又は穴あけの作業を行うようにしたインパクトドライバ等の空気圧工具には上記作動手段を駆動する動力源として、主にベーン式エアモータが用いられている。

このエアモータは、円筒状空間を有するシリンダと、シリンダの内部の偏倚位置に回転自在に設けられたロータと、ロータに形成された放射状の嵌合溝に出没自在に設けられたベーンと、シリンダに形成された給気孔からシリンダとロータとの間の空間に圧縮エアを供給してロータを回転させ、この回転力によってドライバビットやドリルビットなどの作動手段を駆動するのである。

シリンダとロータとの間には三日月状の空間が形成され、またロータのベーンは回転に伴う遠心力により常時嵌合溝から放射方向に張り出し、その先端はシリンダの内壁に当接するようになっている。これにより、上記三日月状空間には隣り合うベーン間には密封された空気室が連続的に分割形成される。そこで、圧縮エアを上記空間の最初の空気室に供給する。圧縮エアのエア圧は上記空気室の前後壁を構成する２つのベーンの表面に作用するが、前壁を構成するベーンの張り出し量の方が大きいので、受圧面積も前壁を構成するベーンの方が大きい。この差圧によりロータは回転する。上記各空気室に供給された圧縮エアは、上記空間の最大部分に形成された排気孔から排出されるように構成されている。
特開平１０−２９９４０２号公報

しかしながら、上述のベーン式エアモータには、定常回転時に常に圧縮エアを供給し続けなければモータの回転が停止する機構であるから、エア消費量が大きくなり、エアモータを搭載した空圧工具においては、エアコンプレッサからの圧縮エアの供給が追いつかず、作業の中断を余儀なくされ、連続作業に支障をきたしていた。例えば、１００ｍｍ程度の長いねじをねじ込むためには、ねじを通常よりは長い時間回転し続けなければならないので、大量の圧縮エアを消費する。このようなねじを連続的にねじ込むためには、エアコンプレッサから間断なく圧縮エアが供給されることが必要となる。しかし、通常使用されるエアコンプレッサでは不可能である。

本発明は、上述の問題点を解消し、圧縮エアの供給を断続的に変化させることにより、エアの消費を低減することができるエアモータのエア消費低減装置を提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、円筒状空間を有するシリンダと、シリンダの内部の偏倚位置に回転自在に設けられたロータと、ロータに形成された放射状の嵌合溝に出没自在に設けられたベーンとを備え、給気管路からシリンダとロータとの間の空間に供給された圧縮エアを上記嵌合溝から張り出したベーンによって分割形成された空気室に供給してロータを回転し、上記圧縮エアを排気管路から排出させるエアモータにおいて、上記排気管路には長短の羽根を有する羽根車を回転自在に設けるとともに、上記羽根車を上記排気管路の排気エアによって駆動させるエア流量可変機構を設け、該エア流量可変機構により、排気管路の管路面積を循環的に変化させて排気エアの流量を変えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、円筒状空間を有するシリンダと、シリンダの内部の偏倚位置に回転自在に設けられたロータと、ロータに形成された放射状の嵌合溝に出没自在に設けられたベーンとを備え、給気管路からシリンダとロータとの間の空間に供給された圧縮エアを上記嵌合溝から張り出したベーンによって分割形成された空気室に供給してロータを回転し、上記圧縮エアを排気管路から排出させるエアモータにおいて、
上記給気管路に長短の羽根を有する羽根車を回転自在に設け、上記羽根車を上記給気管路の給気エアによって駆動させるエア流量可変機構を設け、該エア流量可変機構により、給気管路の管路面積を循環的に変化させて給気エアの流量を変えることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、エアモータに供給された後にシリンダから排出される排気エアの排気管路に、排気管路の管路面積を循環的に変化させて排気エアの流量を変えるエア流量可変機構を設けたので、排気管路内の排気エアはエア流量可変機構により管路面積が大きいときは大量の排気エアが排出され、その逆に管路面積が小さいときはエアの流路が絞られるので排気エアは少量しか流れない。したがって、排気管路の管路面積が循環的に変化すると、排気管路には大量の排気エアと少量の排気エアが交互に流れることになる。

大量の排気エアが流れるときは、エアモータに対する回転抵抗は小さいから出力も大きいが、排気エアの流れが悪いときは、エアモータに対する回転抵抗は大きくなるので、出力も小さくなる。しかし、エアモータには回転による慣性が働くから、大量の排気エアによって加速されたエアモータは排気エアが絞られてエアモータに回転抵抗が生じても、それに即反応することはできないから、エアモータには慣性力による回転が伝達されるから、回転力の減少は僅かで済む。そして、再び排気エアが大量に排出されると、エアモータの回転力は増大する。このような回転力の伝達は高速で行われるので、全体の回転はスムーズに行われる。

以上のように、排気管路の管路面積は常に一定ではなく、循環的に絞られ、絞られたときの排気エアの流量は小さくなるので、その分エアの消費は低減される。

また、エア流量可変機構は、排気管路の排気エアによって駆動されるから、特別の駆動手段を設ける必要がなく、単純な構造となる。

請求項２に係る発明によれば、給気管路の管路面積を循環的に変化させるので、請求項１に係る発明と同様の効果が得られる。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はエアモータを備えたインパクトドライバの概観説明図である。

上図において符号１は上記インパクトドライバの工具本体を示す。工具本体１のボディの内部にはエアモータ２と、エアモータ２の出力軸の回転に打撃を加える打撃発生機構４とが設けられ、さらにボディの前方には出力先端軸が突出し、出力先端軸にはビット保持スリーブ５を介してドライバビット６が取り付けられている。

また、ボディにはグリップ７が一体に形成され、グリップ７内部には、エアモータ２に圧縮エアを供給する給気管路８と、エアモータ２からの排気エアを大気に導出する排気管路９が配置されている。給気管路８は図示しないエアホースを介してエア供給源に接続している。

さらに、グリップ７の基部にはトリガレバー１６が取り付けられ、トリガレバー１６はトリガバルブ１７を開閉制御するように構成されている。

上記インパクトドライバによれば、トリガレバー１６を引き操作してトリガバルブ１７を作動させると、給気管路８が開いて圧縮エアがエアモータ２に供給されてエアモータ２が回転する。この回転力によってエアモータ２の出力軸が回転するとともに打撃発生機構４によって上記回転に打撃力が加わってドライバビット６が回転し、ねじ込み作業を行うことができる。

ところで、上記エアモータ２は、図２に示されるように、円筒状空間を有するシリンダ１０と、シリンダ１０の内部の偏倚位置に回転自在に設けられたロータ１１と、ロータ１１に形成された放射状の嵌合溝１２に出没自在に設けられたベーン１３とを備えてなるもので、さらにシリンダ１０とロータ１１との間の三日月状の空間Ｓの一方の側には上記圧縮エアをシリンダ１０内に供給する給気孔１４が形成され、また上記空間Ｓの中央部分にはシリンダ１０内に供給された圧縮エアを排出する排気孔１５が形成されている。上記給気孔１４は給気管路８に、また排気孔１５は排気管路９にそれぞれ連続している。

上記構成のエアモータ２の作動態様について述べると、ロータ１１から放射状に張り出したベーン１３はシリンダ１０の内壁に当接し、隣り合うベーン１３間には密封された空気室ｓが連続的に画成される。そこで、シリンダ１０の給気孔１４から圧縮エアを供給すると、圧縮エアは上記空間Ｓの最初の空気室ｓに供給される。圧縮エアのエア圧は上記空気室ｓの前後壁を構成する２つのベーン１３の表面に作用するが、受圧面積の差によりロータ１１は一方向に回転する。圧縮空気は順次供給されるからロータ１１も連続的に回転する。シリンダ１０内に供給された圧縮エアは上記空間Ｓの最大部分に形成された排気孔１５から排気管路９を通って排出される。これにより、エアモータ２の出力軸が回転し、上述のようにドライバビット６を駆動することができる。

ところで、図３に示されるように、上記エアモータの排気管路９の中途部にはエア流量可変機構２０が設けられている。このエア流量可変機構２０は、排気管路９に回転自在に配置された羽根車２１を、排気管路９と一体に形成された羽根車収納部２２に収納してなるものである。羽根車２１は、詳しくは図３に示すような羽根車２１が回転自在に配置されている。羽根車２１には長い羽根２３と短い羽根２４がそれぞれ回転中心Ｏから反対方向に、長い羽根２３は２対、短い羽根２４は１対が延出するとともに放射状に形成されている。長い羽根２３は、回転時に羽根車収納部２２の内面とほとんど当接するか僅かに隙間が生じる程度に形成され、短い羽根２４は、回転時に羽根車収納部２２の内面との間に隙間が形成されるように形成されている。これにより、長い羽根２３が排気管路９に垂直になったときは排気管路９の断面積、つまり管路面積は絞られ、短い羽根２４が排気管路９に垂直になったときは排気管路９の管路面積は最大となり、排気管路９の他の断面積とほぼ同じとなる。また、羽根車２１は排気管路９を通る排気エアによって回転駆動されるようになっている。したがって、排気管路９を通る排気エアの流量は羽根車２１の回転によって循環的に変えられる。

上記構成によれば、排気エアの排気管路９には、排気管路９の管路面積を変化させて排気エアの流量を変えるエア流量可変機構２０が設けられており、エア流量は循環的に変化する。すなわち、図３の左側に示されるように、羽根車２１の短い羽根２４が排気管路９に垂直になっているときは、排気管路９の管路面積は大きくなっているので、排気管路９には大量の排気エアが流れる。次に、羽根車２１が排気エアによって回転して同図中央のように、長い羽根２３が排気管路９に垂直になっているときは、排気管路９の管路面積は小さくなっているので、排気管路９には流れる排気エアの量は絞られ、排気エアは少量しか流れない。さらに、羽根車２１が回転して同図右側のように、長い羽根２３が排気管路９に垂直になっているときは、排気管路９には流れる排気エアの量は絞られる。さらに同図左側のように羽根車２１の短い羽根２４が排気管路９に垂直になると、再び排気管路９には大量の排気エアが流れる。このように、羽根車２１が回転するに伴い排気管路９の管路面積が循環的に変化すると、排気管路９には大量の排気エアと少量の排気エアが交互に流れることになる。

大量の排気エアが流れるときは、エアモータ２に対する回転抵抗は小さいから出力も大きいが、排気エアの流れが悪いときは、図２の排気孔１５から排気エアが排出されにくいのでエアモータ２に対する回転抵抗は大きくなるので、出力も小さくなる。しかし、エアモータ２には回転による慣性が働くから、大量の排気エアによって加速されたエアモータ２は排気エアが絞られてエアモータ２に回転抵抗が生じても、それに即反応することはできないから、エアモータ２には慣性力による回転が伝達されるから、回転力の減少は僅かで済む。そして、再び排気エアが大量に排出されると、エアモータ２の回転力は増大する。このような回転力の伝達は高速で行われるので、全体の回転は一定のリズムでスムーズに行われる。

以上のように、排気管路９の管路面積は常に一定ではなく、循環的に絞られ、絞られたときの排気エアの流量は小さくなるので、その分エアの消費は低減される。また、管路面積の絞りによる出力の減少は、排気管路面積の大きいときの回転に伴う慣性力によって補われるから、連続作業性は確保される。

エア流量可変機構２０は、排気管路９の排気エアによって駆動されるから、特別の駆動手段を設ける必要がなく、単純な構造となる。

ところで、羽根車２１の回転軸と軸受けとの間の摺動抵抗などを加減調整することによって羽根車２１の回転抵抗を調整することができ、この調整により１回転に要する時間を調整することができる。つまり、図４（ａ）のように、従来のエアモータでは一定の流量の圧縮エアが連続的に送られるため、連続回転するが、エア流量可変機構２０を設けたエアモータ２では、羽根車２１の回転抵抗が大きい場合は同図（ｂ）のように１回転に要する時間ｈ１が長いのに対し、羽根車２１の回転抵抗が小さい場合は同図（ｃ）のように１回転に要する時間ｈ２は短い。したがって、エア流量が少ない時間が長ければ長いほど、エア消費量は低減するが、出力も低下するので、エア消費量が低減でき、かつ出力があまり低下しないように調整するのが好ましい。この調整は羽根車２１の回転抵抗だけでなく、羽根車２１の長さや数を調整することによっても達成することができる。

なお、排気管路９にエア流量可変機構２０を設けることに代え、給気管路８の管路面積を循環的に変化させて給気エアの流量を変えるエア流量可変機構を設けるようにしてもよい。

また、エア流量可変機構は羽根車に限定されない。例えば、排気管路に電磁弁を設け、これを循環的または断続的に開閉する構成であってもよい。

また、上記エアモータはインパクトドライバに限定されない。他の空気圧工具であってもよい。

本発明に係るインパクトドライバの概観説明図エアモータの説明図エア流量可変機構の作動態様説明図（ａ）（ｂ）（ｃ）はエアモータの流量と時間との関係を示す説明図で、（ａ）は従来の、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ羽根車の回転抵抗が大きいときと小さいときの説明図

２エアモータ
８給気管路
９排気管路
１０シリンダ
１３ベーン
２０エア流量可変機構

Claims

円筒状空間を有するシリンダと、シリンダの内部の偏倚位置に回転自在に設けられたロータと、ロータに形成された放射状の嵌合溝に出没自在に設けられたベーンとを備え、給気管路からシリンダとロータとの間の空間に供給された圧縮エアを上記嵌合溝から張り出したベーンによって分割形成された空気室に供給してロータを回転し、上記圧縮エアを排気管路から排出させるエアモータにおいて、
上記排気管路には長短の羽根を有する羽根車を回転自在に設けるとともに、上記羽根車を上記排気管路の排気エアによって駆動させるエア流量可変機構を設け、該エア流量可変機構により、排気管路の管路面積を循環的に変化させて排気エアの流量を変える
ことを特徴とするエアモータのエア消費低減装置。
円筒状空間を有するシリンダと、シリンダの内部の偏倚位置に回転自在に設けられたロータと、ロータに形成された放射状の嵌合溝に出没自在に設けられたベーンとを備え、給気管路からシリンダとロータとの間の空間に供給された圧縮エアを上記嵌合溝から張り出したベーンによって分割形成された空気室に供給してロータを回転し、上記圧縮エアを排気管路から排出させるエアモータにおいて、
上記給気管路に長短の羽根を有する羽根車を回転自在に設け、上記羽根車を上記給気管路の給気エアによって駆動させるエア流量可変機構を設け、該エア流量可変機構により、給気管路の管路面積を循環的に変化させて給気エアの流量を変えることを特徴とするエアモータのエア消費低減装置。