TWI566886B - Impeller-type pneumatic motor and pneumatic tools with impeller-type pneumatic motor - Google Patents

Impeller-type pneumatic motor and pneumatic tools with impeller-type pneumatic motor Download PDF

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TWI566886B TW104139188A TW104139188A TWI566886B TW I566886 B TWI566886 B TW I566886B TW 104139188 A TW104139188 A TW 104139188A TW 104139188 A TW104139188 A TW 104139188A TW I566886 B TWI566886 B TW I566886B
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Takahiro Fujimori
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Nitto Kohki Co
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Description

葉輪式氣動馬達及具備葉輪式氣動馬達的氣動工具
本發明關於：葉輪式氣動馬達及具備葉輪式氣動馬達的氣動工具。
被作為氣動式研磨機等之驅動手段使用的葉輪式氣動馬達，譬如專利文獻1所示，具備：外殼，具備「具有圓筒狀之內周面」的轉子收納室；和轉子，可自由轉動地保持於轉子收容室內，且其轉動中心軸線對該轉子收納室形成偏心；及葉輪，可滑動地配置在被設於轉子之外周面的複數個葉輪收容溝內。在外殼設有朝向轉子收容室形成開口的供氣口及排氣口，當壓縮空氣從供氣口朝向排氣口在轉子收容室內朝單一方向流動於轉子的周圍時，將作用於「從轉子的外周面朝外側突出的葉輪」，而驅動該轉子轉動。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-159689號公報
但是，在這樣的葉輪式氣動馬達中，即使供給壓縮空氣，有時也會產生轉子不轉動之啟動不良的情形。就其原因而言，被認為有以下的情形。當由壓縮空氣驅動轉子高速轉動時，葉輪由於承受大量的離心力以致朝外側位移，故在「葉輪的外側緣接觸於外殼之內周面」的狀態下與轉子一起轉動。外殼的內周面相對於轉子的外周面被設定成偏心，葉輪在葉輪收納溝內從「被完全壓入的位置」到「被大幅地推出的位置」之間，在半徑方向上形成反覆的位移。但是，當為了停止驅動該葉輪式氣動馬達而停止壓縮空氣的供給時，轉子的轉動速度將緩緩地下降，由於葉輪所承受的離心力也隨之下降，故一旦葉輪被外殼的內周面完全壓入葉輪收容溝內時，即使轉子的轉動繼續，有時也不會從該位置朝外側飛出，而形成被收納於葉輪收納溝內的狀態。在這樣的狀態下，一旦為了再度驅動該葉輪式氣動馬達而供給壓縮空氣時，壓縮空氣無法有效地作用於葉輪，而產生轉子不轉動的啟動不良。
本發明的目的是提供一種：假定在前述原因的狀態下，也能更確實地開始驅動的葉輪式氣動馬達，及具備這種葉輪式氣動馬達的氣動工具。
亦即，本發明提供一種葉輪式氣動馬達，具備：外殼，具備轉子收容室，該轉子收容室具有圓筒狀的內周面；和轉子，在該轉子收容室內被保持成在「平行於該內周面之中心軸線的轉動中心軸線周圍」自由轉動，且具有「從該轉子的外周面朝向內側，並平行地延伸於該轉動中心軸線」的葉輪收容溝；及葉輪，可滑動地被配置於該葉輪收容溝內，壓縮空氣，藉由從具有朝該內周面形成開口的供氣口供給，朝單一方向通過該轉子的周圍，並從位於「在周方向上從該供氣口朝周方向分離之位置」的排氣口排出，該壓縮空氣作用於該葉輪而驅動該轉子轉動，其特徵為：該轉子具有：被設於該外周面，與該葉輪收容溝交會之葉輪推出促進用的缺口。
將如上述之葉輪推出促進用的缺口設在如以上所述之容易產生啟動不良的傳統葉輪式氣動馬達，並執行實驗的結果，發現啟動不良明顯地改善。雖然其原因並能未明確地理解，但是當供給壓縮空氣時，壓縮空氣容易從葉輪推出促進用的缺口流入葉輪收容溝內，因此認為是由於：葉輪收容溝內的壓力升高，使得和「壓縮空氣高速流動之葉輪的外側空間」之間的壓力差變大，葉輪變得容易朝向轉子的外側位移。
最好能形成：該缺口被設成僅在「該轉子被驅 動轉動時之該葉輪收容溝的轉動方向後方側」交會。
藉由這樣的設置，使缺口位於外殼內之壓縮空氣的氣流上游側，因此壓縮空氣能更容易地流入葉輪收容溝內。
最好能形成：該缺口被設在「在該轉動中心軸線的方向中，從該供氣口分離的位置」。
更具體地說，該供氣口被設在「該內周面之該轉動中心軸線方向的中央位置」，該缺口被設成「在該轉動中心軸線方向上，交會於該葉輪收容溝的兩端部」。
此外，該缺口被設成：在該轉動中心軸線方向上，交會於該葉輪收容溝的中心位置。
此外，該缺口是延伸於該轉子的該外周面之周方向的溝，是在該轉動中心軸線方向上彼此保持間隔所設置的複數個溝。
亦即，本發明提供一種氣動工具，具備：上述的葉輪式氣動馬達；和用來保持該葉輪式氣動馬達的工具本體；及被該葉輪式氣動馬達所驅動連結的被驅動部。
以下，根據附圖說明本發明之葉輪式氣動馬達及氣動工具的實施形態。
10‧‧‧研磨機
12‧‧‧葉輪式氣動馬達
14‧‧‧工具本體
14a‧‧‧後端
16‧‧‧研磨材
18‧‧‧研磨材保持構件
18a‧‧‧上表面部
18b‧‧‧前端下表面部
20‧‧‧壓縮空氣供給通路
22‧‧‧閥體
23‧‧‧閥座
24‧‧‧操作桿(control lever)
26‧‧‧安全鎖
26a‧‧‧操作部
28‧‧‧閥操作軸
30‧‧‧轉動驅動軸
32‧‧‧軸承
34‧‧‧滑動卡合突起部
36‧‧‧滑動承接部
38‧‧‧外殼
38a‧‧‧內周面
38b‧‧‧轉子收容室
38c‧‧‧供氣口
38d‧‧‧排氣口
40‧‧‧轉子
40a‧‧‧葉輪收容溝
40b‧‧‧外周面
42‧‧‧葉輪(vane)
42a‧‧‧外側面
42b‧‧‧內側面
42c‧‧‧側面
44‧‧‧缺口
46‧‧‧空間
48‧‧‧壓縮空氣排氣通路
112‧‧‧葉輪式氣動馬達
140‧‧‧轉子
140a‧‧‧葉輪收容溝
142‧‧‧葉輪
144‧‧‧缺口
212‧‧‧葉輪式氣動馬達
240‧‧‧轉子
240a‧‧‧葉輪收容溝
240b‧‧‧外周面
242‧‧‧葉輪
244‧‧‧缺口
R‧‧‧轉動中心軸線
E‧‧‧偏心軸線
C‧‧‧中心軸線
第1圖：為具備本發明實施形態之葉輪式氣動馬達的 氣動式研磨機的剖面圖。
第2圖：是第1圖之A-A線處之葉輪式氣動馬達的剖面圖。
第3圖：是第1圖之B-B線處之葉輪式氣動馬達的剖面圖。
第4圖：為本發明實施形態之葉輪式氣動馬達的轉子與葉輪的分解立體圖。
第5圖：為本發明另一實施形態之葉輪式氣動馬達的轉子與葉輪的分解立體圖。
第6圖：為本發明另外一個實施形態之葉輪式氣動馬達的轉子與葉輪的分解立體圖。
如第1圖所示，本發明實施形態之氣動式的研磨機10具備：葉輪式氣動馬達12；和用來保持葉輪式氣動馬達12的工具本體14；及被葉輪式氣動馬達12所驅動連結，在其前端下表面部18b保持研磨材16的研磨材保持構件18。在工具本體14設有：從其後端14a延伸至葉輪式氣動馬達12的壓縮空氣供給通路20；及被配置於該壓縮空氣供給通路20途中的閥體22。在第1圖的狀態中，閥體22密封卡合於「被設在壓縮空氣供給通路20內的閥座23」而將壓縮空氣供給通路20封閉。在工具本體14更進一步安裝著用來執行閥體22之開閉操作的操作桿24，該操作桿24被安裝成可樞轉(pivotal)。在操作桿 24安裝有安全鎖26，在第1圖的狀態中，安全鎖26與工具本體14卡合，而形成無法使操作桿24朝向工具本體14側樞轉。當驅動該研磨機10時，是將安全鎖26的操作部26a推向前方，使該安全鎖26朝向圖面中的逆時針方向轉動而解除與工具本體14之間的卡合後，再使操作桿24朝向工具本體14側樞轉。一旦如此，從工具本體14突出的閥操作軸28將被操作桿24所壓入而使閥體22形成傾斜狀態。一旦閥體22傾斜，閥體22與閥座23之間的密封卡合將被解除，而使被封閉的壓縮空氣供給通路20開通，壓縮空氣將被供給至葉輪式氣動馬達12，葉輪式氣動馬達12將被壓縮空氣所驅動而轉動。被葉輪式氣動馬達12的轉動驅動軸30所驅動連結的研磨材保持構件18，是由軸承32所保持，而形成在「對葉輪式氣動馬達12的轉動中心軸線R形成偏心之偏心軸線E」的周圍自由轉動。此外，位於研磨材保持構件18之上表面部18a的滑動卡合突起部34，形成以下的滑動卡合：藉由工具本體14的滑動承接部36，容許朝向前後方向(觀看圖面時，圖面的左右方向)的移動，限制朝向橫向(觀看圖面時，面向圖面的縱深方向)的移動。因此，一旦驅動葉輪式氣動馬達12轉動，研磨材保持構件18將以下述的方式被驅動：安裝於其前端下表面部18b的研磨材16，在直交於轉動中心軸線R的平面內，形成橢圓形的往復運動。該研磨機10，是藉由將形成上述橢圓形往復運動的研磨材16按壓於研磨對象構件，而對該研磨對象構件施以研磨的氣 動工具。
被配置於研磨機10之工具本體14內的葉輪式氣動馬達12，如第1圖~第4圖所示，具備：外殼38，具備「具有圓筒狀之內周面38a」的轉子收容室38b；和轉子40，在轉子收容室38b內被保持成自由轉動；及葉輪42，在形成於轉子40的葉輪收容溝40a內，被配置成可滑動。區劃出轉子收容室38b的「內周面38a的中心軸線C」與「轉子40的轉動中心軸線R」，在對彼此形成偏心的位置形成平行(第2圖及第3圖)。轉子40的葉輪收容溝40a，如第4圖所示，在轉子40之外周面40b的周方向上，以均等的間隔設置4條，且分別形成：在外周面40b上平行於轉子40之轉動中心軸線R而延伸，並從外周面40b朝向轉動中心軸線R而向內側延伸。此外，在轉子40的外周面40b，「從外周面40b起，在特定深度的位置與葉輪收容溝40a交會之葉輪推出促進用的缺口44」，設在葉輪收容溝40a的兩端部。具體地說，各缺口44形成：在轉子40的轉動中心軸線R方向上之長度的約1/5程度的長度處，具有與葉輪收納溝40a直交的缺口平面。這些缺口44僅設在：轉子40被驅動轉動時之葉輪收容溝40a的轉動方向後方側(壓縮空氣之氣流的上游側)。被配置於各葉輪收容溝40a內的葉輪42，具有「面向轉子40之徑向外側的外側面42a」及「面相轉子40之徑向內側的內側面42b」，且形成可在以下的位置之間滑動於徑向上：由第2圖所見，如同位於上方位置的葉輪42，被轉子收容 室38b的內周面38a壓入葉輪收容溝40a內的位置；及第2圖中的其他葉輪42，藉由轉子40的轉動所產生的離心力，從葉輪收容溝40a朝轉子40之外周面40b的外側飛出，而與外殼38的內周面38a形成接觸的位置。在外殼38設有：在其軸線方向上的中央位置，朝向內周面38a開口且能導入壓縮空氣的供氣口38c(第2圖)；及在軸線方向上靠近兩端的位置，朝向內周面38a開口且能排出壓縮空氣的排氣口38d(第3圖)，從壓縮空氣供給通路20通過供氣口38c所供給的壓縮空氣形成：朝單一方向(第2圖及第3圖中的順時針方向)流過「外殼38的內周面38a與轉子40的外周面40b之間的空間46」，從排氣口38d流向該葉輪式氣動馬達12外，通過壓縮空氣排氣通路48而排氣。壓縮空氣，在外殼38內從供氣口38c朝向排氣口38d流動的過程中，接觸「從轉子40的葉輪收容溝40a朝外側飛出之葉輪42的側面42c」並按壓該葉輪42，藉此驅動轉子40轉動。
針對具備傳統的葉輪式氣動馬達的研削機、與具備本發明之葉輪式氣動馬達12的研削機，就「所使用之壓縮空氣的壓力變化時，研削機之啟動不良的頻率」進行比較後的實驗結果，彙整如表1所示。該實驗，是反覆執行「具備各葉輪式氣動馬達之研削機」的啟動操作與停止操作100次，並計算操作過程中葉輪式氣動馬達無法啟動的次數。實驗所使用的研削機，除了是否具有葉輪式氣動馬達之缺口44的這點，其餘的部分皆相同。從表1可得 知，不論在哪一種空氣壓力中，相對於具備傳統的葉輪式氣動馬達的研削機，具備本發明之葉輪式氣動馬達12的研削機能大幅地改善啟動不良的情形。
在另一實施形態的葉輪式氣動馬達112中，如第5圖所示，被設在轉子140的缺口144，是被設成：在葉輪收容溝140a的中心位置交會。該缺口144形成有：從轉子140的轉動中心軸線R方向上的中心，朝向轉子140的兩端部緩緩地變淺的圓弧狀的面。而缺口144，在葉輪收容溝140a的兩端部並未形成交會。
在另外一個實施形態的葉輪式氣動馬達212中，如第6圖所示，被設在轉子240的缺口244，是以「延伸於轉子240之外周面240b的周方向，且剖面呈矩形形狀的溝」的形式所形成。該溝狀的缺口244被設成：橫跨各葉輪收容溝240a，並周方向上環繞轉子240的外周面240b一周。此外，該缺口244，在轉子240的轉動中心軸線R方向上彼此保持間隔，且平行地延伸設置3個。
在對上述表1之實驗所採用的其他研削機，亦即具備「不具有缺口之傳統葉輪式氣動馬達」的研削機；與具備本發明第4圖~第6圖所示之各葉輪式氣動馬達12、112、212的研削機，執行了比較啟動不良之發生頻率的實驗後，相對於傳統裝置在100次的操作中產生28次的啟動不良，第4圖的葉輪式氣動馬達12則產生2次，第5圖的葉輪式氣動馬達112產生16次，第6圖的葉輪式氣動馬達212產生了2次的啟動不良。換言之，不論在本發明之任何一個實施形態的葉輪式氣動馬達12、112、212中，相對於傳統的葉輪式氣動馬達，皆能改善啟動不良的情形。特別是在「缺口44被設在轉子40兩端」之第4圖的葉輪式氣動馬達12、及「將缺口244設成延伸於轉子240之周方向的3個溝」之第6圖的葉輪式氣動馬達240中，能看見大幅的改善效果。該實驗所使用的葉輪式氣動馬達，皆是「供氣口38c被設在外殼38之軸線方向上的中央位置」，且「排氣口38d被設在軸線方向上靠近兩端位置」的類型。
在本發明的葉輪式氣動馬達12、112、212中，由於將缺口44、144、244設成：在轉子40、140、240的外周面40b、140b、240b上與葉輪收容溝40a、140a、240a交會，故相較於不具缺口的傳統葉輪式氣動馬達，壓縮空氣變得容易流入葉輪收容溝40a、140a、240a。因此，在葉輪收容溝40a、140a、240a內，葉輪42、142、242內側空間的壓力升高，與「壓縮空氣高速流 動之葉輪42、142、242的外側」之間的壓力差變大，藉此，葉輪42、142、242容易朝向轉子40、140、240的外側位移。換言之，在本發明的葉輪式氣動馬達12、112、212中，即使各葉輪42、142、242呈現被完全壓入葉輪收容溝40a、140a、240a內的狀態，也能藉由壓縮空氣的作用，使葉輪42、142、242更容易朝外側位移，故相較於傳統的葉輪式氣動馬達，能降低啟動不良的發生頻率。
在上述實施形態中，雖然葉輪收容溝40a、140a、240a是設成：朝向轉子40、140、240的中心，延伸於徑向，但亦可延伸於「從徑向偏移的方向」。此外，葉輪收容溝40a、140a、240a及葉輪42、142、242的數量可任意地設定。不僅如此，雖然就具備該葉輪式氣動馬達12、112、212之氣動工具的一個實施形態而言，是採用了「被葉輪式氣動馬達12、112、212所驅動的被驅動部，是研磨材保持構件18」的研磨機10來說明，但亦可將被驅動部替換成其他的零件(element)而成為研削機或者鑽頭之類的其他氣動工具。
R‧‧‧轉動中心軸線
12‧‧‧葉輪式氣動馬達
30‧‧‧轉動驅動軸
40‧‧‧轉子
40a‧‧‧葉輪收容溝
40b‧‧‧外周面
42‧‧‧葉輪
42a‧‧‧外側面
42b‧‧‧內側面
42c‧‧‧側面
44‧‧‧缺口

Claims (7)

  1. 一種葉輪式氣動馬達，具備：外殼，具備轉子收容室，該轉子收容室具有圓筒狀的內周面；和轉子，在該轉子收容室內被保持成在平行於該內周面之中心軸線的轉動中心軸線周圍自由轉動，且具有從該轉子的外周面朝向內側，並平行地延伸於該轉動中心軸線的葉輪收容溝；及葉輪，可滑動地被配置於該葉輪收容溝內，壓縮空氣，藉由從具有朝該內周面形成開口的供氣口供給，朝單一方向通過該轉子的周圍，並從在周方向上位於從該供氣口分離之位置的排氣口排出，使該壓縮空氣作用於該葉輪而驅動該轉子轉動，其特徵為：該轉子具有：被設於該外周面，與該葉輪收容溝交會之葉輪推出促進用的缺口。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的葉輪式氣動馬達，其中該缺口被設成僅在以下位置交會：該轉子被驅動轉動時之該葉輪收容溝的轉動方向後方側。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載的葉輪式氣動馬達，其中該缺口被設在：在該轉動中心軸線的方向中，從該供氣口偏移的位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載的葉輪式氣動馬達，其中該供氣口被設在：該內周面之該轉動中心軸線方 向的中央位置，該缺口被設成：在該轉動中心軸線方向上，交會於該葉輪收容溝的兩端部。
  5. 如申請專利範圍第2項所記載的葉輪式氣動馬達，其中該缺口被設成：在該轉動中心軸線方向上，交會於該葉輪收容溝的中心位置。
  6. 如申請專利範圍第1項所記載的葉輪式氣動馬達，其中該缺口是延伸於該轉子的該外周面之周方向的溝，是在該轉動中心軸線方向上彼此保持間隔所設置的複數個溝。
  7. 一種氣動工具，具備：申請專利範圍第1~6項之其中任一項所記載的葉輪式氣動馬達；和用來保持該葉輪式氣動馬達的工具本體；及被該葉輪式氣動馬達所驅動連結的被驅動部。
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