JP5580443B1 - モーター - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンに生じるかじりや磨耗の発生を抑制低し、ベーンとシリンダーとの間に生じる摩擦抵抗を低減し、寿命の向上と、回転力の向上を可能とするモーターを提供する。
【解決手段】ローター２０に放射状に形成された収容溝２１，２２，２３の内部に、ローラーシリンダー３１，３２，３３が往復運動可能に、かつ回転可能に設置され、ローター２０が回転する際、ローラーシリンダー３１，３２，３３は、収容溝２１，シリンダー孔２の内周面に対して滑りを生じることなく、転がりながら摺動する、モーター。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動媒体の吸入排出によって回転駆動されるモーターに関する。

例えば、特許昭５８−４８７２４号公報に記載されているように、従来のモーターでは、エアーを駆動媒体として用いているエアーモーターであり、ローターに放射状に形成された溝に、往復移動可能に羽根（以下「ベーン」と言う。）が挿入され、ローターが回転する際、このベーンの先端は、シリンダーの内周面に対して滑りを生じながら摺動していた。

特許昭５８−４８７２４号公報

特許文献１に記載のエアーモーターでは、ローターが回転する際、ベーンの先端は、シリンダーの内周面に対して滑りを生じながら摺動していたため、ベーンの先端部に、かじりや磨耗が促進され易い、といった欠点があった。

また、ローターが回転する際、ベーンは、ローターに設けられた溝の中で往復運動し、ベーン側面は、溝の開口部において局部的な接触を生じるめ、ベーンの側面の磨耗も促進され易く、ベーンの側面の磨耗が進むにつれて、ベーンの側面部とローターに設けられた溝との間でかじりを生じ易く、同時に、ベーンの先端部はシリンダーと局部的に当たる傾向が強くなり、ベーンの先端部とシリンダー内周面とのかじりも生じ易い、といった欠点があった。

また、ベーンは、ローター中心部からシリンダー内周面に向けて適切な力で押圧される必要があるが、ローターが回転する際、ベーンはローターに対して往復運動をするため、ベーンをローター中心からシリンダー内周面に向けて押圧する力は、不均一となり、振動を生じ易い、といった欠点があった。

本発明は、上記課題を解決するため、（１）〜（５）に記載するモーターを提供する。

（１）円形のシリンダ孔を有するシリンダーブロックと、前記シリンダ孔内に前記シリンダ孔の中心軸に対して偏心して配置され、外周面の１カ所が前記シリンダ孔の内周面と接して回転するローターと、前記ローターに放射状に形成された複数の収容溝に収容され、前記収容溝の幅に適合する外径を有する円筒状の複数のローラーベーンとを備え、前記ローラーベーンは、前記収容溝に沿って往復運動可能であり、前記シリンダー孔へ駆動媒体が吸入排出されることにより前記ローターが前記シリンダーブロックに対して回転駆動するモーター。

（２）前記ローターの中央部に前記複数のローラーベーンの外周面と接する円筒状のセンターローラーが配置されている、（１）に記載のモーター。

（３）前記シリンダーブロックは、前記複数のローラーベーンによって分割された前記シリンダー孔と前記ローターとの間に生じている複数の区画のうち、隣接する前記区画を連通する連通溝を有する、（１）又は（２）に記載のモーター。

（４）前記駆動媒体は、液体で構成される、前記（１）乃至（３）の何れか１つに記載のモーター。

（５）前記駆動媒体は、気体で構成される、前記（１）乃至（３）の何れか１つに記載のモーター。

本発明のモーターによれば、ローターが回転する際、ベーンはシリンダー孔の内周面に対して滑りを生じることなく転がるため、ベーンに生じるかじりや磨耗が低減し、モーターの耐久性を向上させることが出来る。また、ベーンに発生する抵抗が低減するため、モーターの回転力の低下を抑制することが出来る。

また、特に前記（２）に記載の構成によれば、ローターが回転する際、ベーンをローターの中心からシリンダー内周面に向けて押圧する力が、均一になるため、モーターの振動を低減することが出来る。

さらに、特に（３）に記載の構成によれば、ベーンによって複数に区画されたシリンダー孔とローターとの間に生じるそれぞれの空間内部の圧力が均一になり、ローターの回転を阻害しようとする抵抗が低減するため、モーターの回転力の低下を抑制することが出来る。

本発明に係るモーターを示す上面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１のＢ−Ｂ線断面図。 シリンダーブロックを示す図１のＢ−Ｂ線断面図。 本発明に係るモーターを示す分解斜視図。

本発明の実施の形態に係るモーターについて、図１乃至図５を参照して説明する。

シリンダーブロック１には、円形の内周面を持つシリンダー孔２が形成され、シリンダーブロック１の図２に示す上方端部に開口し、シリンダー孔２と連通している、吸入路３と排出路４が形成されている。フランジ１４は、シリンダー孔２の開口部を覆うように、シリンダーブロック１に隣接して配置され、ねじ１８によってシリンダーブロック１に固定されている。

フランジ１４のシリンダー孔を覆う面と反対側の面には、ボス１５が形成され、ボス１５の中央部には、互いに連通する小径孔１６ａ及び大径孔１７ａが形成されている。また、フランジ１４には、シリンダー孔２側に開口する凹部２０ａが形成されている。小径孔１６ａは、凹部２０ａと大径孔１７ａとの間を連通している。

小径孔１６ａにはブッシュ１６が挿入され、大径孔１７ａにはシール１７が挿入されている。ブッシュ１６は、例えば樹脂等、摩擦係数の低い素材であることが望ましい。シール１７は、オイルシール等、密封性の高い素材であることが望ましい。

円柱形状のローター２０には軸２５が形成され、軸２５がブッシュ１６によって回転可能に支持されている。ローター２０の外周径は、シリンダー孔２の内周径よりも小径に形成されており、軸２５の回転中心軸Ｒは、シリンダー孔２の中心軸Ｓに対して偏心した位置に配置され、ローター２０の円柱外周面の一部（図２において上側）は、シリンダー孔２の内周面の一部（図２において上側）に接している。

ローター２０には、収容溝２１，２２，２３がローター２０の回転中心軸Ｒから放射状に等間隔で形成されている。収容溝２１，２２，２３は、ローター２０の中央部に形成された収容空間に連通している。この収容空間には、後述するセンターローラー３４が収容されている。また、収容溝２１，２２，２３のうち、隣り合う溝同士がローター２０の中央付近で交わる箇所は、それぞれ面取り２４が形成されている。

収容溝２１には円筒状のローラーベーン３１が、収容溝２２には円筒状のローラーベーン３１が、収容溝２３には円筒状のローラーベーン３３が、それぞれ挿入されて収容されている。ここで、収容溝２１，２２，２３の幅は、全て同一に形成され、ローラーベーン３１，３２，３３の外径も、全て同一に形成されている。ローラーベーン３１，３２，３３の外径は、収容溝２１，２２，２３の幅に適合する寸法であり、収容溝２１，２２，２３とローラーベーン３１，３２，３３との間から漏れるエアーを抑制しながら収容溝２１，２２，２３内でローラーベーン３１，３２，３３が移動可能な寸法である。より具体的には、ローラーベーン３１，３２，３３の外径は、収容溝２１，２２，２３の幅よりも僅かに小さな寸法である。

ここで、シリンダー孔２の中心軸Ｓと、ローター２０の回転中心軸Ｒ（軸４の回転中心軸）と、ローラーベーン３１，３２，３３の回転中心軸と、センターローラー３４の回転中心軸とは、全て並行に配置されている。

ローター２０の回転中心軸Ｒは、シリンダー孔２の中心軸に対して偏心して配置されているため、ローター２０が回転すると、それぞれのローラーベーン３１，３２，３３は、それぞれの収容溝２１，２２，２３の中で往復運動をする。この時、ローラーベーン３１，３２，３３には、遠心力がローター２０の回転中心軸Ｒからシリンダー孔２の内周面に向かって働くため、ローラーベーン３１，３２，３３は、シリンダー孔２の内周面に対して滑り運動を生じることなく転がり、収容溝２１，２２，２３の壁面に対しては滑り運動を生じる。

また、ローラーベーン３１，３２，３３の外周面は常にシリンダー孔２の内周面に接しているため、シリンダー孔２の内周面とローター２０外周面との空間は、ローラーベーンの数と同数の空間に区画される。ここで説明している実施例では、ローラーベーンの数は３個であるため、前記区画される空間の数も３つとなっている。

すなわち、図２で表されているように、シリンダー孔２の内部の空間は、シリンダー２の内周面と、ローター２０の外周面と、ローラーベーン３１，３２の外周面とで形成される区画７と、シリンダー２の内周面と、ローター２０の外周面と、ローラーベーン３２，３３の外周面とで形成される区画８と、シリンダー２の内周面と、ローター２０の外周面と、ローラーベーン３３，３１の外周面とで形成される区画９の、３つに区画される。

ローラーベーン３１，３２，３３は、ポリマー等、軽量かつ適度な弾性を有する材質によって構成されるか、または、ポリマー等、軽量かつ適度な弾性を有する材質によって表面をコーティングされることが望ましい。

シリンダーブロック１には、シリンダーブロック１の図２に示す上方端部に開口してシリンダー孔２と連通している吸入路３と排出路４が形成されおり、吸入路３の前記開口部には吸入管１１が、排出路４の前記開口部には排出管１２が、それぞれねじ等で接合されている。

図２において、吸入路３は、区画７と連通しており、排出路４は、区画９と連通している。ここで、外部から吸入管１１に駆動媒体としての増圧エアーが送り込まれると、前記増圧エアーは、吸入路３を通り、区画７に送り込まれ、ローラーベーン３２の外周面を区画７から区画８の方向へ押す。すると、ローター２０は、右回りに回転する。

図２において、ローター２０が右回りに回転すると、区画７の空間は、その容積を大きくしながら区画８に向かって移動し、区画８の空間は、その容積を小さくしながら区画９に向かって移動し、区画９の空間はその容積を小さくしながら、区画７に向かうとともに、区画９の空間に在るエアーは、排出路４を通り、排出管１２から外部へ排出される。

図２において、ローター２０が右回りに回転していくと、区画７は区画８の位置へ、区画８は区画９の位置へ、区画９は区画７の位置へ移動され、前述したエアーによる作用を繰り返し、ローター２０は連続して回転を続ける。

シリンダーブロック１には、シリンダーブロック１の一端に開口して排出路４と連通している横孔１０が形成され、横孔１０には、弁路３７が貫通して形成された絞り弁３５が回転可能に挿入され、スナップリング１３によって抜け止めされている。絞り弁３５には、レバー３８が接合された軸３６が形成され、レバー３８を手で摘んで所定の位置に回転移動させることによって、弁路３７と排出路４とが連通する面積を可変可能に固定される。弁路３７と排出路４とが連通する面積を調整することで、排出路４を流通するエアーの量が調整されるため、ローター２０の回転力または回転速度が調整される。

次に、本発明に係るモーターの前記（２）に示す形態について、図１乃至図３を参照して説明する。なお、前述した、本発明に係るモーターの（１）に示す形態と共通する構成については、その説明を省略する。

収容溝２１，２２，２３が交わって成すローター２０の中央部の空間には、センターローラー３４が挿入されている。センターローラー３４の外周面は、ローラーベーン３１，３２，３３の外周面と接し、ローラーベーン３１，３２，３３の外周面の、センターローラー３４と接している部位と反対側の部位は、シリンダー孔２の内周面と接している。言い換えれば、センターローラー３４の外周面の半径と、ローラーベーン３１，３２，３３それぞれの外周面の直径との合計は、シリンダー孔２の半径と同一寸法であり、センターローラー３４の回転中心軸は、シリンダー孔２の中心軸Ｓと同一位置に配置される。

面取り２４は、収容溝２１，２２，２３のうち、隣り合う溝同士がローター２０の中央付近で交わる箇所に複数形成されているが、ここで説明する実施例においては、この複数の面取り２４の稜線は、１つの円弧を成形するように形成され、その円弧の径は、センターローラー３４の外周の径よりも大径に形成されているため、センターローラー３４は、面取り３４および収容溝２１，２２，２３の壁面に接触することなく、ローラー３１，３２，３３によって回転可能に保持されている。言い換えれば、複数の面取り２４の稜線の内側は、センターローラー３４を収容する収容室として構成されている。

センターローラー３４は、適度な弾性を有する材質によって構成されるか、または、適度な弾性を有する材質によって表面をコーティングされることが望ましい。

シリンダー孔２の内周面の外側の一部には、シリンダー孔２の周方向に延びる連通溝５，６が形成されている。連通溝５の一方の端部５ａは、吸入路３と連通し、他方の端部５ｂは、シリンダー孔２の内周面とローラーベーン３２との接触部よりも僅かに区画８寄りに位置している。つまり、図２において、吸入路３と、区画７と、区画８とは、連通溝５によって連通している。また、連通溝６の一方の端部６ａは、排出路４と連通し、他方の端部６ｂは、シリンダー孔２の内周面とローラーベーン３３との接触部よりも僅かに区画８寄りに位置している。つまり、図２において、排出路４と、区画９と、区画８とは、連通溝６によって連通している。

ここで、図２において、連通溝５，６が形成されていない場合を考えると、前述したように、吸入路３から駆動媒体としての増圧エアーが区画７に送り込まれた場合、前記増圧エアーは、ローラーベーン３２を区画７から区画８の方向へ押し、区画８の空間の容積は縮小しながら、ローター２０が右回りに回転をする。この時、区画８から右回り方向に見た場合、すなわち、ローター２０が回転する方向に見た場合、ローラーベーン３３とシリンダー孔２の内周面との接触部が排出路３とシリンダー孔２とが連通している部位よりも手前に位置していると、区画８は密封されるため、区画８の容積が縮小すると、区画８の内部の気圧は増加するため、ローター２０の回転を阻害する要因になり得る。

次に、図２において、連通溝５，６が形成されている場合を考えると、ローター２０が右回りに回転している場合、区画８は、図２に示す直前の状態（ローター２０が僅かに左回りに戻った状態）では、連通溝５を通じて区画７と連通し、図２に示す直後の状態（ローター２０が僅かに右回りに進んだ状態）では、連通溝６を通じて区画９と連通する。つまり、ローター２０が回転している状態の中で、区画８は、区画７または区画９の少なくともどちらか一方と常に連通するため、区画８の容積が縮小したとしても、区画８の内部の気圧は大きく増加することがない。

以上説明した本実施例の形態によれば、以下の効果が得られる。

ローター２０が回転する際、すなわち、モーターが回転駆動する際、ローラーベーン３１，３２，３３は、シリンダー孔２の内周面に対して、滑りを生じることなく転がるため、ローラーベーン３１，３２，３３とシリンダー孔２の内周面との接触部に生じるかじりや磨耗が低減し、モーターの寿命を延長させることが可能であるとともに、ローラーベーン３１，３２，３３とシリンダー孔２との接触部に生じる摩擦抵抗が低減するため、モーターの回転力の低下を抑制することが可能である。

また、センターローラー３４は円筒状であり、その外周面がローラー３１，３２，３３の外周面に接しているので、ローター２０が回転する際、ローラーベーン３１，３２，３３をローター２０中心部からシリンダー内周面に向けて押圧する力が均一になり、モーターの振動を低減することが出来る。

また、区画７，８，９同士は、連通溝５，６によって常に連通することにより、区画７，８，９のそれぞれの内部の圧力が均一になり、ローター２０の回転抵抗がより一層低減するため、モーターの回転力の低下をさらに抑制することが可能である。

また、上記では駆動媒体としてエアーを用いた場合について説明したが、駆動媒体として水等の液体を用い、この液体を吸入排出させることも可能である。ただし、液体の比重を可変させること（液体が充満した空間の容積を変化させつこと）は困難なため、前記エアーの代わりに、水等の液体を駆動媒体として用いる場合には、図２において、区画８は常に区画７または区画８と連通している必要がある。

１…シリンダーブロック、２…シリンダー孔、３…吸入路、４…排出路、５、６…連通溝、７、８、９…区画、１０…横孔、１１ａ…吸入管、１２…排出管、１３…スナップリング、１４…フランジ、１５…ボス、１６…ブッシュ、１７…オイルシール、１８…ねじ、２０…ローター、２１、２２、２３…収容溝、２４…面取り、２５…軸、３１、３２、３３…ローラーベーン、３４…センターローラー、３５…絞り弁、３６…軸、３７…弁路、３８…レバー

Claims (2)

1. 円形のシリンダー孔を有するシリンダーブロックと、
   前記シリンダー孔内に前記シリンダー孔の中心軸に対して偏心して配置され、外周面の１カ所が前記シリンダー孔の内周面と接して回転するローターと、
   前記ローターに放射状に形成された複数の収容溝に収容され、前記収容溝の幅に適合する外径を有する円筒状の複数のローラーベーンとを備え、
   前記ローラーベーンは、前記収容溝に沿って往復運動可能であり、
   前記ローターの中央部に前記複数のローラーベーンの外周面と接する円筒状のセンターローラーが配置され、
   前記シリンダー孔へ駆動媒体が吸入排出されることにより前記ローターが前記シリンダーブロックに対して回転駆動するモーター。
2. 前記シリンダーブロックは、前記複数のローラーベーンによって分割された前記シリンダー孔と前記ローターとの間に生じている複数の区画のうち、隣接する前記区画を連通する連通溝を有する、請求項１に記載のモーター。
   

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