JP6420644B2 - ベーン式エアモータ及びベーン式エアモータを備えるエア工具 - Google Patents

Description

本発明は、ベーン式エアモータ及びベーン式エアモータを備えるエア工具に関する。

空気駆動式の研磨機などの駆動手段として用いられるベーン式エアモータは、例えば特許文献１に示されるように、円筒状の内周面を有するロータ収納室を備えるハウジングと、ロータ収容室内に該ロータ収納室に対して回転中心軸線が偏心するように回転自在に保持されたロータと、ロータの外周面に設けられた複数のベーン収容溝内に摺動可能に配置されたベーンと、を備えている。ハウジングにはロータ収容室に開口する給気口と排気口とが設けられており、圧縮空気が、給気口から排気口に向かってロータ収容室内でロータの周囲を一方向に流れていくときにロータの外周面から外方に飛び出しているベーンに作用して、該ロータを回転駆動させるようになっている。

特開２０１０−１５９６８９号

しかし、このようなベーン式エアモータにおいては、圧縮空気を供給してもロータが回転しない起動不良が生じることがある。その原因としては次のようなことが考えられる。圧縮空気によってロータが高速で回転駆動されているときには、ベーンは、大きな遠心力を受けて外方に変位しようとするので、ベーンの外側縁がハウジングの内周面に接触した状態を維持しながらロータと共に回転する。ハウジングの内周面はロータの外周面に対して偏心して設定されており、ベーンはベーン収納溝内に完全に押し込まれた位置から大きく押し出された位置との間を半径方向で往復動するように変位する。しかし、当該ベーン式エアモータを駆動停止するために圧縮空気の供給を止めると、ロータの回転速度は徐々に遅くなっていき、それに伴ってベーンが受ける遠心力も徐々に小さくなっていくため、ロータが停止する際にベーンがベーン収容溝内に完全に押し込まれた位置から外側に飛び出さずにベーン収納溝内に収納されたままの状態となることがある。そのような状態でこのベーン式エアモータを再び駆動するために圧縮空気を供給すると、圧縮空気がベーンに有効に作用せず、ロータが回転しない起動不良が生じると考えられる。

本発明は、このような原因の想定に立ち、より確実に駆動を開始することが可能なベーン式エアモータ、及びそのようなベーン式エアモータを備えるエア工具を提供することを目的とするものである。

すなわち本発明は、
円筒状の内周面を有するロータ収容室を備えるハウジングと、
該ロータ収容室内に、該内周面の中心軸線に対して平行にされた回転中心軸線の周りで回転自在に保持されたロータであって、当該ロータの外周面から内方に向かって且つ該回転中心軸線に平行に延びるベーン収容溝を有するロータと、
該ベーン収容溝内に摺動可能に配置されたベーンと、を備え、
圧縮空気を、該内周面に開口する給気口から供給し、該ロータの周囲を一方向に通し、該給気口から周方向で離れた位置にある排気口から排出することにより、該圧縮空気が該ベーンに作用して該ロータを回転駆動するようにしたベーン式エアモータにおいて、
該ロータの該外周面に、該外周面から所定深さの位置で該ベーン収容溝と交わるベーン押出促進用の切欠きが設けられていることを特徴とする、ベーン式エアモータを提供する。

上述のような起動不良の生じやすい従来のベーン式エアモータに上記の如きベーン押出促進用の切り欠きを設けて実験を行った結果、起動不良の明らかな改善が見られた。この原因は明確には解明されていないが、圧縮空気が供給されたときにベーン押出促進用の切欠きからベーン収容溝内に圧縮空気が流入しやすくなり、それによって、ベーン収容溝内の圧力が高まって、圧縮空気が高速で流れているベーンの外側の空間との間での圧力差が大きくなり、ベーンがロータの外方に向かって変位しやすくなるためだと考えられる。

好ましくは、該切欠きが、該ロータが回転駆動されるときの該ベーン収容溝の回転方向後方側にのみ交わるように設けられているようにすることができる。

このようにすることで、切欠きがハウジング内での圧縮空気の流れの上流側に位置することになるので、ベーン収容溝内に圧縮空気がより流れ込みやすくなる。

好ましくは、該切欠きが、該回転中心軸線の方向において該給気口からずれた位置に設けられているようにすることができる。

具体的には、該吸気口が該内周面の該回転中心軸線の方向での中央位置に設けられ、該切欠きが、該ベーン収容溝の両端部に交わるように設けられているようにすることができる。

または、該切欠きが、該ベーン収容溝の中心位置に交わるように設けられているようにすることができる。

または、該切欠きが、該ロータの該外周面の周方向に延在する溝であって、該回転中心軸線の方向で互いに間隔をあけて設けられた複数の溝であるようにすることができる。

また本発明は、
上記のベーン式エアモータと、
該ベーン式エアモータを保持する工具本体と、
該ベーン式エアモータに駆動連結された被駆動部と、を備えるエア工具を提供する。

以下、本発明に係るベーン式エアモータ及びエア工具の実施形態を添付図面に基づき説明する。

本発明の実施形態に係るベーン式エアモータを備える空気式の研磨機の断面図である。 図１のＡ-Ａ線におけるベーン式エアモータの断面図である。 図１のＢ-Ｂ線におけるベーン式エアモータの断面図である。 本発明の実施形態に係るベーン式エアモータのロータとベーンの分解斜視図である。 本発明の別の実施形態に係るベーン式エアモータのロータとベーンの分解斜視図である。 本発明のさらに別の実施形態に係るベーン式エアモータのロータとベーンの分解斜視図である。

本発明の実施形態に係る空気式の研磨機１０は、図１に示すように、ベーン式エアモータ１２と、ベーン式エアモータ１２を保持する工具本体１４と、ベーン式エアモータ１２に駆動連結されその先端下面部１８ｂにおいて研磨材１６を保持する研磨材保持部材１８とを備える。工具本体１４には、その後端１４ａからベーン式エアモータ１２にまで延在する圧縮空気供給路２０と、この圧縮空気供給路２０の途中に配置された弁体２２が設けられている。図１の状態では、弁体２２は圧縮空気供給路２０内に設けられた弁座２３に密封係合して圧縮空気供給路２０を閉止している。工具本体１４にはさらに、弁体２２の開閉操作を行うための操作レバー２４が枢動可能に取付けられている。操作レバー２４には安全ロック２６が取付けられており、図１の状態においては安全ロック２６が工具本体１４と係合しており、操作レバー２４を工具本体１４側に枢動させることができないようになっている。当該研磨機１０を駆動する際には、安全ロック２６の操作部２６ａを前方に押して該安全ロック２６を図で見て反時計回りに回動させて工具本体１４との係合を解除してから、操作レバー２４を工具本体１４側に枢動させるようにする。そうすると、工具本体１４から突出している弁操作軸２８が操作レバー２４によって押し込まれて弁体２２を傾いた状態とする。弁体２２が傾くと、弁体２２と弁座２３との間の密封係合が解除されて、閉止されていた圧縮空気供給路２０が開通し、圧縮空気がベーン式エアモータ１２にまで供給されてベーン式エアモータ１２が圧縮空気によって回転駆動される。ベーン式エアモータ１２の回転駆動軸３０に駆動連結されている研磨材保持部材１８は、ベーン式エアモータ１２の回転中心軸線Ｒに対して偏心した偏心軸線Ｅの周りで回転自在となるように軸受３２によって保持されている。また、研磨材保持部材１８の上面部１８ａに位置する摺動係合突起部３４が、工具本体１４の摺動受部３６によって、前後方向（図で見て左右方向）への移動は許容されるが横方向（図で見て奥行き方向）での移動は制限されるように摺動係合されている。従って、ベーン式エアモータ１２を回転駆動すると、研磨材保持部材１８は、その先端下面部１８ｂに取付けられている研磨材１６が回転中心軸線Ｒに直交する面内で往復楕円状運動をするように駆動される。当該研磨機１０は、このようにして往復楕円状運動をする研磨材１６を研磨対象部材に押し当てることで該研磨対象部材を研磨するようにしたエア工具である。

研磨機１０の工具本体１４内に配置されたベーン式エアモータ１２は、図１乃至図４に示すように、円筒状の内周面３８ａを有するロータ収容室３８ｂを備えるハウジング３８と、ロータ収容室３８ｂ内において回転自在に保持されたロータ４０と、ロータ４０に形成されたベーン収容溝４０ａ内において摺動可能に配置されたベーン４２とを備える。ロータ収容室３８ｂを画定する内周面３８ａの中心軸線Ｃとロータ４０の回転中心軸線Ｒとは、互いに対して偏心した位置で平行となっている（図２及び図３）。ロータ４０のベーン収容溝４０ａは、図４に示すように、ロータ４０の外周面４０ｂの周方向で均等な間隔で４つ設けられており、それぞれ、外周面４０ｂ上でロータ４０の回転中心軸線Ｒに平行に延びると共に外周面４０ｂから回転中心軸線Ｒに向かって内方に延びるように形成されている。また、ロータ４０の外周面４０ｂには、外周面４０ｂから所定深さの位置でベーン収容溝４０ａに交わるベーン押出促進用の切欠き４４がベーン収容溝４０ａの両端部に設けられている。具体的には、各切欠き４４はロータ４０の回転中心軸線Ｒの方向での長さの略５分の１程度の長さでベーン収納溝４０ａと直交する切り欠き平面を有するものとされている。これらの切欠き４４は、ロータ４０が回転駆動されるときのベーン収容溝４０ａの回転方向後方側（圧縮空気の流れの上流側）にのみ設けられている。各ベーン収容溝４０ａ内に配置されているベーン４２は、ロータ４０の径方向外側に面する外側面４２ａと、ロータ４０の径方向内側に面する内側面４２ｂとを有し、図２で見て上方位置にあるベーン４２のようにロータ収容室３８ｂの内周面３８ａによってベーン収容溝４０ａ内に押し込まれた位置と、図２における他のベーン４２のようにロータ４０の回転に伴う遠心力によりベーン収容溝４０ａからロータ４０の外周面４０ｂの外方に飛び出してハウジング３８の内周面３８ａと接触する位置との間で径方向に摺動可能となっている。ハウジング３８には、その軸線方向での中央位置で内周面３８ａに開口して圧縮空気を受入れるようにされた給気口３８ｃ（図２）と、軸線方向での両端近くの位置で内周面３８ａに開口して圧縮空気を排気するようにされた排気口３８ｄ（図３）とが設けられており、圧縮空気供給路２０から給気口３８ｃを通して供給された圧縮空気がハウジング３８の内周面３８ａとロータ４０の外周面４０ｂとの間の空間４６を一方向（図２及び図３で見て時計回り）に流れて排気口３８ｄから当該ベーン式エアモータ１２の外に出て圧縮空気排気路４８を通って排気されるようになっている。圧縮空気は、ハウジング３８内を給気口３８ｃから排気口３８ｄに向かって流れる過程で、ロータ４０のベーン収容溝４０ａから外方に飛び出したベーン４２の側面４２ｃに当たってこのベーン４２を押圧し、これによってロータ４０は回転駆動される。

従来のベーン式エアモータを備える研削機と本発明のベーン式エアモータ１２を備える研削機とにおいて、使用する圧縮空気の圧力を変えたときの研削機の起動不良の発生頻度を比較した実験の結果を表１に示す。当該実験は、各ベーン式エアモータを備える研削機の起動操作と停止操作とを１００回繰返して、その中でベーン式エアモータが起動しなかったときの回数をカウントしたものである。実験に使用した研削機はベーン式エアモータの切欠き４４の有無以外は同じである。表１から分かるように、いずれの空気圧力においても本発明のベーン式エアモータ１２を備える研削機には、従来のベーン式エアモータを備える研削機に対して大幅な起動不良の改善が見られた。

別の実施形態に係るベーン式エアモータ１１２においては、図５に示すように、ロータ１４０に設けられた切欠き１４４がベーン収容溝１４０ａの中心位置に交わるように設けられている。この切欠き１４４は、ロータ１４０の回転中心軸線Ｒの方向での中心からロータ１４０の両端部に向かうに従って徐々に浅くなるような円弧状の面を形成している。なお、切欠き１４４はベーン収容溝１４０ａの両端部には交わらないようになっている。

さらに別の実施形態に係るベーン式エアモータ２１２においては、図６に示すように、ロータ２４０に設けられた切欠き２４４がロータ２４０の外周面２４０ｂの周方向に延在する断面矩形状の溝として形成されている。この溝状の切欠き２４４は、各ベーン収容溝２４０ａを横断しながらロータ２４０の外周面２４０ｂを周方向に一周して連続するように設けられている。またこの切欠き２４４は、ロータ２４０の回転中心軸線Ｒの方向で互いに間隔をあけて３つが平行して延在するように設けられている。

上記表１に示す実験で使用したものとは別の研削機であって、切欠きがない従来のベーン式エアモータを備える研削機と、本発明の図４乃至図６に示す各ベーン式エアモータ１２、１１２、２１２を備える研削機とにおける起動不良の発生頻度を比較する実験を行ったところ、従来のものでは１００回中２８回の起動不良が発生したのに対して、図４のベーン式エアモータ１２では２回、図５のベーン式エアモータ１１２では１６回、図６のベーン式エアモータ２１２では２回の起動不良がそれぞれ発生した。すなわち、本発明のいずれの実施形態に係るベーン式エアモータ１２、１１２、２１２においても、従来のベーン式エアモータに対する起動不良の改善が見られた。特に、切欠き４４がロータ４０の両端に設けられている図４のベーン式エアモータ１２、及び切欠き２４４がロータ２４０の周方向に延びる３つの溝として設けられている図６のベーン式エアモータ２４０において、大きな改善効果が見られた。この実験に用いたベーン式エアモータは、いずれも、給気口３８ｃがハウジング３８の軸線方向での中央位置に設けられ、排気口３８ｄが軸線方向での両端位置近くに設けられたものである。

本発明に係るベーン式エアモータ１２、１１２、２１２においては、ロータ４０、１４０、２４０の外周面４０ｂ、１４０ｂ、２４０ｂにベーン収容溝４０ａ、１４０ａ、２４０ａと交わるように切欠き４４、１４４、２４４が設けられているので、切欠きがない従来のベーン式エアモータに比べて圧縮空気がベーン収容溝４０ａ、１４０ａ、２４０ａ内に流れ込みやすくなると考えられる。そのため、ベーン収容溝４０ａ、１４０ａ、２４０ａ内においてベーン４２、１４２、２４２の内側の空間の圧力が高まり、圧縮空気が高速で流れているベーン４２、１４２、２４２の外側との間での圧力差が大きくなることによって、ベーン４２、１４２、２４２がロータ４０、１４０、２４０の外方に向かって変位しやすくなると考えられる。すなわち、本発明に係るベーン式エアモータ１２、１１２、２１２においては、各ベーン４２、１４２、２４２がベーン収容溝４０ａ、１４０ａ、２４０ａ内に完全に押し込まれた状態であっても圧縮空気の作用によってベーン４２、１４２、２４２を外方により容易に変位させることができるために、従来のベーン式エアモータに比べて起動不良の発生頻度が低減していると考えられる。

上記実施形態においては、ベーン収容溝４０ａ、１４０ａ、２４０ａがロータ４０、１４０、２４０の中心に向かって径方向に延在するように設けられているが、径方向からずれた方向に延在するようにしてもよい。また、ベーン収容溝４０ａ、１４０ａ、２４０ａ及びベーン４２、１４２、２４２の数は任意に設定可能である。さらに、当該ベーン式エアモータ１２、１１２、２１２を備えるエア工具の一実施形態として、ベーン式エアモータ１２、１１２、２１２によって駆動される被駆動部が研磨材保持部材１８である研磨機１０について説明をしてきたが、被駆動部を他の要素に替えて研削機やドリルなどの他のエア工具とすることもできる。

研磨機１０；ベーン式エアモータ１２；工具本体１４；後端１４ａ；研磨材１６；研磨材保持部材１８；上面部１８ａ；先端下面部１８ｂ；圧縮空気供給路２０；弁体２２；弁座２３；操作レバー２４；安全ロック２６；操作部２６ａ；弁操作軸２８；回転駆動軸３０；軸受３２；摺動係合突起部３４；摺動受部３６；ハウジング３８；内周面３８ａ；ロータ収容室３８ｂ；給気口３８ｃ；排気口３８ｄ；ロータ４０；ベーン収容溝４０ａ；外周面４０ｂ；ベーン４２；外側面４２ａ；内側面４２ｂ；側面４２ｃ；切欠き４４；空間４６；圧縮空気排気路４８；ベーン式エアモータ１１２；ロータ１４０；ベーン収容溝１４０ａ；ベーン１４２；切欠き１４４；ベーン式エアモータ２１２；ロータ２４０；ベーン収容溝２４０ａ；外周面２４０ｂ；ベーン２４２；切欠き２４４；回転中心軸線Ｒ；偏心軸線Ｅ；中心軸線Ｃ

Claims (5)

1. 円筒状の内周面を有するロータ収容室を備えるハウジングと、
   該ロータ収容室内に、該内周面の中心軸線に対して平行にされた回転中心軸線の周りで回転自在に保持されたロータであって、当該ロータの外周面から内方に向かって且つ該回転中心軸線に平行に延びるベーン収容溝を有するロータと、
   該ベーン収容溝内に摺動可能に配置されたベーンと、を備え、
   圧縮空気を、該内周面に開口する給気口から供給し、該ロータの周囲を一方向に通し、該給気口から周方向で離れた位置にある排気口から排出することにより、該圧縮空気が該ベーンに作用して該ロータを回転駆動するようにしたベーン式エアモータにおいて、
   該給気口が該内周面の該中心軸線の方向での中央位置に設けられ、
   該ロータの該外周面に、該外周面から所定深さの位置で該ベーン収容溝と交わるベーン押出促進用の切欠きが設けられており、
   該ベーン押出促進用の切欠きが、該ベーン収容溝の該回転中心軸線での両端部において、該ベーン収容溝の回転方向での後側面から該回転方向の後方に延びるように設けられている、ベーン式エアモータ。
2. 該切欠きが、該ロータが回転駆動されるときの該ベーン収容溝の回転方向後方側にのみ設けられている、請求項１に記載のベーン式エアモータ。
3. 該ベーン押出促進用の切欠きが、該ロータの両端に設けられている、請求項１又は２に記載のベーン式エアモータ。
4. 前記ベーン押出促進用の切欠きが該ロータの軸線方向長さの略５分の１の幅で該ベーン収容溝と交わる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のベーン式エアモータ。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のベーン式エアモータと、
   該ベーン式エアモータを保持する工具本体と、
   該ベーン式エアモータに駆動連結された被駆動部と、を備えるエア工具。

Images