JP5408458B2

JP5408458B2 - 圧縮空気工具のスロットルバルブ機構

Info

Publication number: JP5408458B2
Application number: JP2011266039A
Authority: JP
Inventors: 享道星野; 昌史佐塚
Original assignee: Max Co Ltd
Current assignee: Max Co Ltd
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: JP2012076223A

Description

本発明は、高圧域の圧力の圧縮空気によってエアモータを駆動するとともに、該エアモータの回転によってネジ締めや穿孔等を行うようにした圧縮空気工具に関し、特に、スロットルバルブを介してエアモータに供給する圧縮空気の流量をコントロールするようにした圧縮空気工具のスロットルバルブ機構に関する。

空気圧縮機等の圧縮空気供給源から供給される圧縮空気によってエアモータを回転駆動させて、このエアモータの回転力によってドライバビットやソケット又はドリルビット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工具では、一端が圧縮空気供給源に接続されたエアホースの他端を工具に接続し、工具に形成されているスロットルレバーを介してスロットルバルブを操作し、このスロットルバルブを介して工具内に供給されている圧縮空気をエアモータへ供給させてエアモータを回転駆動させるようにしている。

そして、このようなドライバやレンチ又はドリル等の工具においては、小ネジ作業やネジの締込み初め等では出力を小さくして低速回転させ、またネジ締め過程の中期では大きな出力で高速回転させる等、ネジの締め込み負荷の変化に対応できるようにスムーズな出力微調整機能が必要となる。このため、エアモータへ供給される圧縮空気の流量を微細に可変できるスロットルバルブとこのスロットルバルブを操作するスロットルレバーを設け、工具を把持している手によってこのスロットルレバーの引き操作を加減しながら前記スロットルバルブをきめ細かく操作してエアモータの回転をコントロールするようにしている。

従来のインパクトドライバ等においては、圧縮空気の供給源とエアモータ間の管路にスロットルバルブが配置されるとともに、このスロットルバルブ内に軸方向に直線的に作動して圧縮空気供給源からエアモータへ供給される圧縮空気の量をコントロールするバルブステムが設けられており、このバルブステムの下端に工具を把持している手によって操作されるスロットルレバーが直結されて構成されている。このスロットルレバーをスロットルバルブの軸方向に移動させることでバルブステムを作動させてエアモータへ供給される圧縮空気の量を調整してエアモータの出力をコントロールするようにしている。

特許第２８２１９２１号公報

通常のインパクトドライバのスロットルバルブは、作業者によって操作されるスロットルレバーを介してスライド操作される小径のバルブステムと、このバルブステムを介して作動される大きな径のスリーブバルブによって構成されており、これらのバルブステムとスリーブバルブの端面には圧縮空気供給源から供給されている圧縮空気が作用されており、この圧縮空気によってバルブステムとスリーブバルブを閉じる方向に押圧作用させている。従って、これらのバルブステムとスリーブバルブを開放操作するにはスロットルレバーを圧縮空気の押圧力に抗して操作する必要がある。また、バルブステムとスロットルレバーとを直結して構成しているため、バルブステムのストロークがそのままスロットルレバーのストロークとなるのでスロットルレバーの操作ストロークが小さくなってしまい、スロットルレバーを操作して圧縮空気の流量をきめ細かくコントロールすることが困難になっている。また、バルブステムとスロットルレバーが直結した従来方式では、落下等の外力をスロットレバーを介してバルブステムが直接受けるため、バルブステムが曲がるなど、スロットルバルブの部品の破損や誤作動の原因となりやすい。

ところで、従来から使用されている０．９８ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ^２）以下の常圧域の圧縮空気で駆動させるようにした常圧用工具に加えて、従来の常圧域の圧力よりも高い高圧域の圧力の圧縮空気で駆動させるようにした高圧専用の工具が近年使用されるようになっている。このような高圧専用工具は高出力の工具が小型軽量に形成できるので作業性が向上できる。高圧域の圧力の圧縮空気で駆動されるエアモータを内蔵したインパクトレンチ等の高圧専用の工具では、前記バルブステムとスリーブバルブの上端に作用する圧縮空気の圧力が高くなって、バルブステムの下端部に手によって操作されるスロットルレバーを直結した従来のスロットル操作機構ではスロットルレバーの操作荷重が大きくなって作業者負荷が高くなってしまい、微妙な操作量の調整が行い難くなって作業性を阻害してしまうという問題がある。

本発明は、高圧域の圧力の圧縮空気で作動するエアモータを搭載した工具において、エアモータへの圧縮空気を供給するスロットルバルブを作動させる操作荷重を軽減するとともに、エアモータに供給される圧縮空気の供給量の微調整を容易に行うことができる圧縮空気工具のスロットルバルブ機構を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため本発明のスロットルバルブ機構は、高圧域の圧力の圧縮空気によって駆動されるエアモータを備え、圧縮空気供給源から供給される高圧域の圧縮空気をスロットルバルブを介して前記エアモータに供給するとともに、前記エアモータに供給される圧縮空気の量を前記スロットルバルブによってコントロールして前記エアモータの出力を可変調整するようにした圧縮空気工具のスロットルバルブ機構において、前記スロットルバルブを、圧縮空気源から供給される圧縮空気を貯留するエアチャンバと前記エアモータに通じるエア通路との間に配置するとともに、前記スロットルバルブには、中空のバルブハウジングと、前記バルブハウジングの中空内でスライド作動が可能な中空状のスリーブバルブと、前記スリーブバルブに形成されたテーパー状エア流路と、該エア流路の一端に密着するように押圧付勢された弁と、工具本体に回動操作可能に設けられたスロットルレバーによって前記エア流路の端部内を移動可能に設けられたバルブステムとを設け、前記スロットルレバーを操作して前記バルブステムを作動させて前記弁を前記テーパー状エア流路の端部から離反させることにより前記エア流路をエアチャンバからエアモータのエア通路に開放させることができるとともに、更に前記スロットルレバーを操作して前記バルブステムを作動させて前記スリーブバルブを摺動移動させることにより前記スリーブバルブに装着されているＯリングが前記バルブハウジングの内周面から逸脱されて、エアチャンバ内の圧縮空気をエアモータへ供給できることを特徴とする。

本発明の圧縮空気工具のスロットルバルブ操作機構によれば、スロットルレバーは工具本体に回動操作可能に設けられているので、梃子の作用によって高圧の圧縮空気で作動させるようにした圧縮空気工具のスロットルバルブを作動させるので、高圧域の圧縮空気が作用しているスロットルレバーの操作荷重を軽減することができ、スロットルバルブによる圧縮空気の開閉操作が容易に行えるようになって作業性が向上する。また、梃子の構成によりスロットルレバーの操作部の操作ストロークを、バルブステムの作動ストロークよりも大きく設定できるので、スロットルレバーの操作によるバルブステムの微細な操作が容易に行え、スロットルバルブによる圧縮空気の流量の微細な調整操作をより容易に行うことが可能となる。さらに、これに対応して、スロットルレバーによりバルブステムを作動させてエア通路とエアチャンバとの間に形成されたテーパー状エア流路の端部に密着した弁を上記端部から離反させることにより上記エア流路をエアチャンバからエアモータのエア通路に開放させるので、弁が上記端部から離反するにつれてエア流路と弁との間の空間が少しずつ大きくなるので、圧縮空気の流量を微調整することができる。

本発明のスロットルバルブ機構を実施した圧縮空気工具の一例としてのインパクトドライバを示す縦断側面図図１と同じインパクトドライバのスロットルバルブ機構を示す詳細断面図図２と同じインパクトドライバのスロットルバルブ機構のボール弁を開放させた作動状態を示す縦断側面図図２と同じインパクトドライバのスリーブバルブを作動させた作動状態を示す縦断側面図本発明のスロットルバルブ機構によるスロットルレバーの操作ストロークと操作荷重の関係を示すグラフ図

図１は本発明にかかる圧縮空気工具のスロットルバルブ機構を実施した高圧域の圧縮空気で作動する圧縮空気工具の一例としてのインパクトドライバを示す縦断側面図である。該インパクトドライバ１は、作業時にインパクトドライバ１を把持するためのハンドル部３が後方側に向けて一体に形成されたハウジング２を備えており、このハウジング２内の一端側にはインパクトドライバ１内へ供給される高圧域の圧力の圧縮空気によって回転駆動されるエアモータ４が配置されており、ハウジング２内の他端側には前記エアモータ４の出力軸５と連結されたインパクト機構６が収容配置されている。前記エアモータ４の出力軸５はインパクト機構６のインパクトハンマ７に連結されており、エアモータ４を介してインパクトハンマ７が回転駆動されることによってインパクトハンマ７によってアンビル８が打撃されてアンビル８に衝撃的な回転力が伝達される。該アンビル８の先端部は前記ハウジング２の端部からハウジング２の外方に突出させて配置されており、このアンビル８の先端部にはドライバビットを着脱自在に装着させるチャック部９が形成されている。

前記ハンドル部３は中空状に形成されておりこのハンドル部３の中空内部には、圧縮空気源から供給される圧縮空気を貯留するエアチャンバ１０と、エアモータ４を駆動した後のエアモータ４から排気される排気空気を貯留させる排気チャンバ１１が並列して形成されている。前記エアチャンバ１０の後端部には圧縮空気供給源に接続されたエアホースの端に装着されているソケットをインパクトドライバ１に接続するためのエアプラグ１２が取り付けられており、このエアプラグ１２を介して圧縮空気が前記エアチャンバ１０へ供給されている。

エアモータ４を駆動させてエアモータ４から排気される圧縮空気は、排気チャンバ１１内に導入されてハンドル部３の後端部に形成されているフィルタケース１３に形成されている排気口１４から大気中へ排出される。前記フィルタケース１３の内側には前記排気口１４から大気へ排気される圧縮空気の流速を減少させて作業現場の埃や木屑を吹き上げてしまうことを防ぐために排気フィルタ１５が収容されている。排気フィルタ１５は目の細かい金網を渦巻き状に巻回して筒状に形成されて、前記筒状のフィルタケース１３の内部に収容されている。

なお、図１中の１６はリリーフバルブであり、圧縮空気供給源からエアチャンバ１０内へ供給されている圧縮空気の圧力がインパクトドライバ１を駆動させる正常な圧力より高くなったときに、エアチャンバ１０内の圧縮空気を大気へ排出させてエアチャンバ１０内の圧力を所定の駆動圧力より高くならないようにするものである。

前記ハンドル部３の基部には、前記エアチャンバ１０内に供給された圧縮空気をエアモータ４へ供給させるためのスロットルバルブ２０が形成されている。図２に詳細に示すように、該スロットルバルブ２０は、ハンドル部３内に形成されているエアチャンバ１０と排気チャンバ１１を貫通して配置されている中空のバルブハウジング２１を備えており、このバルブハウジング２１の前記エアチャンバ１０内に臨んでいる部分の外周壁には開口２２が形成されており、この開口２２を介して前記エアチャンバ１０内の圧縮空気が前記バルブハウジング２１の中空内へ導入されている。

ここで、スロットルバルブ２０について説明すると、前記バルブハウジング２１の中空内には前記開口２２から導入された圧縮空気をバルブハウジング２１の中空内を経由させてエアモータ４へ供給したり又はエアモータ４への圧縮空気の供給を遮断させるようにスライド作動が可能な中空状のスリーブバルブ２３が収容されている。スリーブバルブ２３の外周面に装着されているＯリング２４が前記バルブハウジング２１の内周壁面に嵌合されることによって前記開口２２からバルブハウジング２１内へ導入された圧縮空気がエアモータ４側へ供給されるのが遮断され、また、前記Ｏリング２４がバルブハウジング２１の内周壁面から逸脱することによって前記開口２２からバルブハウジング２１内へ導入された圧縮空気がバルブシリンダ４５の中空内を経由してエア通路３５を経てエアモータ４側へ供給される。

前記スリーブバルブ２３の上部周壁にはスリーブバルブ２３の外側と中空内とを連通させる開口２５が形成されており、前記バルブハウジング２１に形成されている開口２２からバルブハウジング２１の中空内に導入された圧縮空気がこのスリーブバルブ２３の中空内にまで導入されている。更に、前記スリーブバルブ２３の中空内にはテーパー状のエア流路２６が形成されており、このテーパー状に形成されたエア流路２６にはバネ２８によって付勢されたボール弁２７が配置されており、このボール弁２７がバネ２８の付勢力によってテーパー状に形成されているエア流路２６の奥部に密着することによってバルブハウジング２１の中空内に導入された圧縮空気がスリーブバルブ２３の中空内へ流入することが遮断されている。

また、前記ボール弁２７がバネ２８の付勢力に抗してエア流路２６の奥部から離反されることによって圧縮空気がテーパー状のエア流路２６の内周面とボール弁２７の外周との間の隙間を通ってスリーブバルブ２３内へ進入して、スリーブバルブ２３の周壁に形成されている開口２９とエア通路３５を経由してエアモータ４へ供給されるようにしている。前記ボール弁２７がテーパー状に形成されているエア流路２６の奥部から図２中上方向へ移動するに従ってボール弁２７とエア流路２６の内周面との隙間が大きくなってそれに従って圧縮空気がエアモータ４へ流れる圧縮空気の流量が変化するようにされている。

前記スリーブバルブ２３の中空内にはバルブステム３０が摺動可能に配置されており、このバルブステム３０によって前記スリーブバルブ２３と前記ボール弁２７とを作動させるようにしている。前記バルブステム３０の図中上端が前記ボール弁２７と対向して配置されており、バルブステム３０が上方へ摺動操作されたときにバルブステム３０の先端３１によってボール弁２７をエア流路２６の奥部から離反させるように操作する。更に、このバルブステム３０の下方部分には鍔部３２が形成されており、更にバルブステム３０が上方へスライド操作されたときに、この鍔部３２が前記スリーブバルブ２３の下端面３４と係合してスリーブバルブ２３をバルブステム３０と一緒に上方へ摺動作動させて、Ｏリング２４をバルブハウジング２１の内周壁面から逸脱させて前記開口２２からバルブハウジング２１内へ導入された圧縮空気をバルブシリンダ４５の中空内を経由してエアモータ４側へ供給する。

前記バルブステム３０の下端３３はバルブハウジング２１の端部から下方に突出されて配置されており、このバルブステム３０の下端と対向して前記スロットルバルブ２０を操作するスロットル操作機構４０が形成されている。スロットル操作機構４０は、一端側の枢支部４２がハンドル部３の基部に近接したハウジング２に回動可能に支持されるとともに、他端側にハンドル部３を把持している手の指によって操作可能な操作部４３が形成されたスロットルレバー４１によって構成されており、該スロットルレバー４１の前記枢支部４２と前記操作部４３の間の係合部４４が前記バルブステム３０の下端３３と対向するように配置されている。そして、前記ハンドル部３を把持している手の指によって操作部４３を操作してスロットルレバー４１を前記枢支部４２を中心として回動操作することによって、前記係合部４４が前記バルブステム３０の下端３２と係合してこのバルブステム３０を上方へスライド作動させるようにしている。

以下上記実施例にかかるスロットル操作機構４０の作動状態を説明する。スロットルレバー４１が操作されていない図２に示す非作動時には、バルブハウジング２１に形成した開口２２を介してスリーブバルブ２３へ供給されている圧縮空気によってスリーブバルブ２３のＯリング２４がバルブハウジング２１の内周面と嵌合されており、圧縮空気がエアモータ４へ供給されるのを遮断している。また、ボール弁２７にも圧縮空気が作用しておりボール弁２７はこの圧縮空気の作用とバネ２８による付勢力によってテーパー状に形成されたエア流路２６の奥部に嵌合されておりエア流路２６を閉じて圧縮空気がエアモータ４へ供給されるのを遮断している。

図３に示すように、ハンドル部３を把持している手の指を操作部４３に掛けてスロットルレバー４１を枢支部４２を中心として回動操作すると、スロットルレバー４１の係合部４４がバルブステム３０の下端３３と係合してこのバルブステム３０を上方へ摺動作動させる。バルブステム３０が上方へ摺動作動されてバルブステム３０の先端３１がボール弁２７に当接してボール弁２７を該ボール弁２７に作用している圧縮空気による押圧力と該ボール弁２７を押圧付勢させているバネ２８の付勢力に抗してテーパー状のエア流路２６の奥部から離反させてエア流路２６を開放させる。これによって、エアチャンバ１０へ供給される圧縮空気が中空状に形成されているスリーブバルブ２３の中空内へ流入して、このスリーブバルブ２３の周壁に形成されている開口２９とエア通路３５を経由してエアモータ４へ供給されてエアモータ４が回転駆動される。

前記ボール弁２７の上面には高圧域の圧力の圧縮空気が作用しているので、このボール弁２７を圧縮空気による押圧力に抗してエア流路２６の奥部から離反させるには、従来の常圧域の圧縮空気で作動する工具よりかなり大きな力が必要となるが、スロットルレバー４１による梃子の作用によってバルブステム３０を作動させてこのバルブステム３０によってボール弁２７を作動させるようにしているので、従来の常圧域の圧力の圧縮空気で駆動させる常圧専用の圧縮空気工具とほぼ同じ操作力でボール弁２７を開放作動させることができる。

また、スロットルレバー４１の回動操作量を図中一点鎖線で示す範囲（Ｌ２）で操作することによって、バルブステム３０を一点鎖線で示す範囲（Ｌ１）でスライド作動させることができ、このバルブステムによってボール弁２７の移動位置を調整することができる。これによってテーパー状に形成されているエア流路２６の内周面とボール弁２７の外周面間に形成されるエア流通面積が可変調整されてエアモータ４へ供給されるエア量が調整されエアモータ４の回転数が適宜調整できる。エア流通面積を可変調整するための前記ボール弁２７の移動距離（Ｌ１）は極短い距離であるが、このボール弁２７を操作するためのスロットルレバー４１の操作量（Ｌ２）は梃子の作用によって大きく設定でき、スロットルレバー４１の操作部４３を大きな操作ストロークで操作して係合部４４と係合したバルブステム３０を微細に作動させてボール弁２７の移動位置を微細に調整することができる。

前記スロットルレバー４１を前記枢支部４２を中心として更に回動操作すると、図４に示すように、バルブステム３０が更に上方へ摺動されてバルブステム３０の外周に形成されている鍔部３２がスリーブバルブ２３の下端３４と係合し、スリーブバルブ２３をバルブステム３０とともに図中上方向へ移動させる。このようにスリーブバルブ２３が上方へ摺動移動されることによってスリーブバルブに装着されている前記Ｏリング２４がバルブハウジング２１の内周面から逸脱されて、これによってエアチャンバ１０内の圧縮空気がバルブハウジング２１の中空内に供給されてエア通路３５を経てエアモータ４へ供給されてエアモータ４が回転駆動される。前記スリーブバルブ２３の上面側には高圧の圧縮空気の圧力が作用しているが、前記スロットルレバー４１の梃子作用によってバルブステム３０を作動させるようにしているので、前記スリーブバルブ２３の開放操作をスロットルレバー４１の軽い操作力で行うことができる。

図５は、上記実施例のスロットルレバー４１を回動操作してスロットルバルブ２０を操作したときのスロットルレバー４１の操作部４３の操作量とこの操作部４３に作用するスロットルレバー４１の操作荷重の関係を示しているグラフである。スロットルレバー４１を回動操作することによりバルブステム３０を介してボール弁２７が開放される位置（ａ）とスリーブバルブ２３のＯリング２４がバルブハウジング２１の内周面から逸脱される位置（ｂ）にスロットルレバー４１を操作する荷重のピークが発生するが、これらの位置の荷重の大きさは従来の常圧専用の工具でのスロットル操作荷重の大きさとほぼ同一の荷重であり、高圧域の圧縮空気がボール弁２７やスリーブバルブ２３に作用していてもスロットルレバー４１の梃子作用によって操作荷重を低減することが実現できた。

また、ボール弁２７の移動位置により圧縮空気の供給量を微調整できるスロットルレバー４１の操作ストローク量（Ｌ２）は、従来の常圧専用の工具でのスロットルレバーの操作ストロークよりも大きく設定でき、スロットルレバー４１の操作によるボール弁２７の位置をより細かく調整することが可能となり、エアモータ４へ供給する圧縮空気の供給量をより細かく微調整できてネジ締め作業をよりに楽に行うことができる。

また、スロットルバルブ２０において、スロットルレバー４１によりバルブステム３０を作動させてエア通路３５とエアチャンバ１０との間に形成されたテーパー状エア流路２６の端部に密着したボール弁２７を上記端部から離反させることにより上記エア流路２６をエアチャンバ１０からエアモータのエア通路３５に開放させるので、ボール弁２７が上記端部から離反するにつれてエア流路２６とボール弁２７との間の空間が少しずつ大きくなるので、圧縮空気の流量を微調整することができる。

以上のように、高圧域の圧縮空気を動力源とした高圧専用のインパクトドライバ等の工具において、エアモータ４への圧縮空気の供給を制御するスロットルバルブ２０を操作するスロットルレバー４１の操作荷重が低減でき、更に、圧縮空気の供給量を微調整することができ、エアモータ４への圧縮空気の給気量の微調節を容易に行うことができるため、エアモータ４を使用した工具を高圧域の圧縮空気を使用して高出力で利用することが可能となり、常圧専用の工具では困難であった締込み負荷の高い作業を可能として作業効率を向上させることができる。

１インパクトドライバ（圧縮空気工具）
４エアモータ
１０エアチャンバ
２０スロットルバルブ
２６エア流路
２３スリーブバルブ
２７ボール弁
３０バルブステム
３５エア通路
４０スロットル操作機構
４１スロットルレバー
４２枢支部
４３操作部

Claims

高圧域の圧力の圧縮空気によって駆動されるエアモータを備え、圧縮空気供給源から供給される高圧域の圧縮空気をスロットルバルブを介して前記エアモータに供給するとともに、前記エアモータに供給される圧縮空気の量を前記スロットルバルブによってコントロールして前記エアモータの出力を可変調整するようにした圧縮空気工具において、
前記スロットルバルブを、圧縮空気源から供給される圧縮空気を貯留するエアチャンバと前記エアモータに通じるエア通路との間に配置するとともに、
前記スロットルバルブには、中空のバルブハウジングと、前記バルブハウジングの中空内でスライド作動が可能な中空状のスリーブバルブと、前記スリーブバルブに形成されたテーパ状エア流路と、該エア流路の一端に密着するように押圧付勢された弁と、工具本体に回動操作可能に設けられたスロットルレバーによって前記エア流路の端部内を移動可能に設けられたバルブステムとを設け、
前記スロットルレバーを操作して前記バルブステムを作動させて前記弁を前記テーパ状エア流路の端部から離反させることにより上記エア流路をエアチャンバからエアモータのエア通路に開放させることができるとともに、更に前記スロットルレバーを操作して前記バルブステムを作動させて前記スリーブバルブを摺動移動させることにより前記スリーブバルブに装着されているＯリングが前記バルブハウジングの内周面から逸脱されて、エアチャンバ内の圧縮空気をエアモータへ供給できることを特徴とする圧縮空気工具のスロットルバルブ機構。