(57)【要約】【課題】小型化でき、コストも低減できるエアモータを提供すること【解決手段】エアモータ１は、ケースブロック１０、出力軸２０、ピストン３０、コイルバネ４０を備える。ケースブロック１０は、軸配置孔１１と、３個以上のシリンダ１２Ａ〜１２Ｄと、シリンダ１２Ａ〜１２Ｄに個別に連通する空気供給口１３を有する。出力軸２０は、軸配置孔１１にベアリング１５、１６を介して回転自在に軸支された主軸部と、偏心軸部２３と、偏心軸部２３の外周に取り付けられたボールベアリング２４とを備える。ピストン３０は、出力軸２０に向かって進退可能にシリンダ１２に配置され、出力軸２０に向かってコイルバネ４０で付勢され、ピストン３０の端面３１に形成されたボール受け３１１と、ボール受け３１１に配置されたボール３５とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースブロックと、
出力軸と、
ピストンと、
前記ピストンを付勢するコイルバネと、を備え、
前記ケースブロックは、
軸配置孔と、
前記軸配置孔に直交しかつ連通して形成された３個以上のシリンダと、
前記シリンダに個別に連通する空気供給口を有し、
前記出力軸は、
前記軸配置孔にベアリングを介して回転自在に軸支された主軸部と、
前記主軸部に対して偏心して設けられた偏心軸部と、
前記偏心軸部の外周に取り付けられたボールベアリングと、を備え、
前記ピストンは、
前記出力軸に向かって進退可能に前記シリンダに配置され、前記コイルバネおよび前記空気供給口から前記シリンダに供給される圧縮空気によって前記出力軸に向かって付勢され、
前記ピストンの前記出力軸に対向する端面に形成されたボール受けと、
前記ボール受けに配置されて前記ボールベアリングに当接されたボールと、
を備えることを特徴とするエアモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のエアモータにおいて、
前記ケースブロックには、前記出力軸の周方向に等間隔で配置された４個のシリンダが設けられている
ことを特徴とするエアモータ。
【請求項３】
請求項２に記載のエアモータにおいて、
前記ボールベアリングは、前記偏心軸部の軸方向に並んで配置された第１のボールベアリングと、第２のボールベアリングとを備え、
前記４個のシリンダに配置される４個のピストンのうち、対向配置された２つのピストンのボールは前記第１のボールベアリングに当接し、他の２つのピストンのボールは前記第２のボールベアリングに当接する
ことを特徴とするエアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエアモータに関し、特に定量送りが可能なエアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
防爆を必要とする分野では、空気圧を駆動源とするエアモータが利用されているが、防爆仕様が求められないモーターに比べて非常に高価であった。
【０００３】
ピストン式のエアモータは、ピストンとシャフトとをコンロッドで連結したクランク機構を用いたものが一般的である。
また、特許文献１には、３つの被押圧面を有する平面略正三角形状とされた公転子と、公転子の各頂点から外方に一体的に張り出した放射部に設けられた交点ガイドピンを直径Ｄの軌跡に規定する公転ガイド機構と、公転子に固定されたピニオンと、ピニオンよりも歯数差分だけ大きなピッチ円を有してピニオンが内転的に噛み合い、ピニオンの１公転毎に歯数差分だけ自転する内歯車とを有したステッピングエアモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７２４１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したピストン式のエアモータは、構造が複雑であり、部品数も増加するため、小型化や低コスト化が難しいという課題がある。
本発明の目的は、小型化でき、コストも低減できるエアモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエアモータは、ケースブロックと、出力軸と、ピストンと、前記ピストンを付勢するコイルバネと、を備え、前記ケースブロックは、軸配置孔と、前記軸配置孔に直交しかつ連通して形成された３個以上のシリンダと、前記シリンダに個別に連通する空気供給口を有し、前記出力軸は、前記軸配置孔にベアリングを介して回転自在に軸支された主軸部と、前記主軸部に対して偏心して設けられた偏心軸部と、前記偏心軸部の外周に取り付けられたボールベアリングと、を備え、前記ピストンは、前記出力軸に向かって進退可能に前記シリンダに配置され、前記コイルバネおよび前記空気供給口から前記シリンダに供給される圧縮空気によって前記出力軸に向かって付勢され、前記ピストンの前記出力軸に対向する端面に形成されたボール受けと、前記ボール受けに配置されて前記ボールベアリングに当接されたボールと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、ピストンの往復運動を、出力軸の回転運動に変換する機構として、クランク機構の代わりに、偏心軸部の外周に設けたボールベアリングと、ピストンのボール受けに保持されるボールとを用いたので、クランク機構に比べてコンパクトにでき、構造も簡易にできる。このため、エアモータの小型化および低コスト化を実現できる。
【０００８】
本発明のエアモータにおいて、前記ケースブロックには、前記出力軸の周方向に等間隔で配置された４個のシリンダが設けられていることが好ましい。
４個のシリンダを設けることで、１ステップで出力軸を４５°ずつ回転し、８ステップで１回転させることができる。このため、出力軸の定量送りを容易に実現できる。
【０００９】
本発明のエアモータにおいて、前記ボールベアリングは、前記偏心軸部の軸方向に並んで配置された第１のボールベアリングと、第２のボールベアリングとを備え、前記４個のシリンダに配置される４個のピストンのうち、対向配置された２つのピストンのボールは前記第１のボールベアリングに当接し、他の２つのピストンのボールは前記第２のボールベアリングに当接することが好ましい。
対向配置された２つのピストン毎に１つのボールベアリングを設けているので、各ボールベアリングにおいて圧縮空気で押圧されるピストンをそれぞれ１つずつにできる。したがって、ピストン毎に出力軸の回転軸からボールが当接する位置までの距離が異なり、このためボールに当接するボールベアリングの回転方向の速度が異なる場合に、各ボールの回転速度の相違が互いに影響することがなく、出力軸をよりスムーズに回転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態のエアモータの要部を示す斜視図である。
【図２】前記エアモータの断面斜視図である。
【図３】前記エアモータの断面図である。
【図４】前記エアモータの動作を説明する図である。
【図５】前記エアモータの動作を説明する図である。
【図６】前記エアモータの動作を説明する図である。
【図７】変形例のエアモータを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。
図１には、本実施形態のエアモータ１の要部を示す斜視図が示され、図２には、エアモータ１の断面斜視図が示され、図３には、エアモータ１の断面図が示されている。
エアモータ１は、ケースブロック１０と、出力軸２０と、ピストン３０と、コイルバネ４０とを備える。
ケースブロック１０は、ケース本体１００と、プレート１１０とを備える。ケース本体１００は、前面１０１および裏面１０２と、４つの側面１０３とを備えて略直方体状に形成されている。プレート１１０は、ケース本体１００の前面１０１にねじ止めされ、後述するベアリング１５を保持するために用いられる。
ケースブロック１０は、ケース本体１００の前面１０１および裏面１０２の平面中心とプレート１１０の平面中心とを貫通する軸配置孔１１と、軸配置孔１１の軸方向に直交して形成されて各側面１０３から前記軸配置孔１１に貫通する４個のシリンダ１２とを備える。４個のシリンダ１２は、ケースブロック１０の軸配置孔１１の中心軸の周方向に等間隔（９０°間隔）で配置されている。
裏面１０２には４つの開口が形成され、各開口と各シリンダ１２とを連通する４つの空気供給口１３が形成されている。空気供給口１３は、裏面１０２に形成された雌ねじ部に連通している。この雌ねじ部には、エアコネクタ５が固定され、エアコネクタ５には圧力源（図示略）から延長されたエアチューブ（図示略）が着脱自在に接続される。
ケース本体１００の側面１０３には、前記シリンダ１２の開口を塞ぐ蓋部材１４が固定されている。側面１０３と蓋部材１４との間には、Ｏリング１０５が介在され、シリンダ１２の気密性を確保している。
【００１２】
軸配置孔１１には、一対のベアリング１５、１６が配置され、このベアリング１５、１６によって出力軸２０が回転自在に軸支されている。ベアリング１５は、プレート１１０に保持されており、軸配置孔１１において、前記シリンダ１２に連通する位置よりも前面１０１側の位置に配置される。プレート１１０における軸配置孔１１には、ベアリング１５の外輪が当接する段部が形成され、この段部によってベアリング１５は出力軸２０の先端側への移動が規制されている。
ベアリング１６は、軸配置孔１１において、前記シリンダ１２に連通する位置よりも裏面１０２側の位置に配置されている。ケース本体１００における軸配置孔１１には、ベアリング１６の外輪が当接する段部が形成され、この段部によってベアリング１６は出力軸２０の後端側への移動が規制されている。
【００１３】
出力軸２０は、主軸部２１と、偏心軸部２３と、ボールベアリング２４とを備える。
主軸部２１は、丸棒状のシャフトで構成され、ベアリング１５、１６で回転自在に軸支される。
【００１４】
偏心軸部２３は、円板状に形成され、偏心位置に形成された貫通孔に主軸部２１を挿通することで取り付けられている。このため、偏心軸部２３の回転軸は、偏心軸部２３の中心軸から偏心している。偏心軸部２３および主軸部２１は、これらを貫通するピン２６により、一体に回転する。
また、偏心軸部２３とベアリング１５、１６の内輪との間にはスペーサ１７、１８が配置されている。これにより、ベアリング１５、１６の外輪は、プレート１１０、ケース本体１００に固定され、ベアリング１５、１６の内輪は、出力軸２０に固定されている。
ボールベアリング２４は、偏心軸部２３の外周に取り付けられ、ストップリング２５によって軸方向の移動が規制されている。
【００１５】
ピストン３０は、略円柱状に形成されている。すなわち、ピストン３０は、出力軸２０に対向する端面３１と、蓋部材１４に対向する端面３２と、端面３１、３２に連続する外周面３３とを備える。外周面３３には、パッキン３４が配置された凹溝が形成され、シリンダ１２との間の気密性を確保している。
端面３１には、ボール３５を保持するボール受け３１１が形成されている。ボール受け３１１は、球面状の凹部とされ、ボール３５が回転自在に保持されている。
端面３２には、コイルバネ４０が配置される凹部３２１が形成されている。
【００１６】
ボール３５は一部が端面３１から突出され、ボールベアリング２４の外輪に当接している。すなわち、ピストン３０は、コイルバネ４０によって出力軸２０側に付勢され、ボール３５がボールベアリング２４に当接している。すなわち、コイルバネ４０は、ピストン３０のボール３５とボールベアリング２４とが離れることを防止できるバネ力とされている。
４つの空気供給口１３に順次圧縮空気を供給すると、圧縮空気が供給されたシリンダ１２のピストン３０には、圧縮空気による押圧力が加わるため、出力軸２０側に押される。このため、ボール３５がボールベアリング２４に当接しているピストン３０は、前記押圧力によってボールベアリング２４および偏心軸部２３をさらに押し込む。この際、例えば２つのピストン３０の押圧による合力によって、偏心軸部２３にモーメントが加わると、偏心軸部２３および主軸部２１を備える出力軸２０が回転する。
圧縮空気が供給されていないシリンダ１２のピストン３０は、偏心軸部２３の回転に伴い偏心軸部２３のボールベアリング２４に当接するボール３５が回転しながら、進退する。この際、ボールベアリング２４の外周面の回転速度は、出力軸２０の回転軸からの距離が異なることで相違する。このため、４つのピストン３０に対するボールベアリング２４の速度も異なるが、この速度差はボール３５が回転することで吸収できる。
これにより、本発明では、ピストン３０の往復運動を出力軸２０の回転運動に変える機構として、従来のクランク機構を用いずに、偏心軸部２３に取り付けられるボールベアリング２４と、このボールベアリング２４の外輪に当接するボール３５とを備える機構を用いている。
【００１７】
次に、本実施形態のエアモータ１の動作について図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、エアモータ１の断面を裏面１０２側から見た図であり、４つのシリンダ１２をシリンダ１２Ａ〜１２Ｄと表記し、各シリンダ１２Ａ〜１２Ｄに配置されたピストン３０をピストン３０Ａ〜３０Ｄと表記する。シリンダ１２Ａおよびピストン３０Ａは、図４（Ａ）において出力軸２０の上側に配置され、シリンダ１２Ｂ、ピストン３０Ｂは、出力軸２０の右側に配置され、シリンダ１２Ｃ、ピストン３０Ｃは、出力軸２０の下側に配置され、シリンダ１２Ｄ、ピストン３０Ｄは、出力軸２０の左側に配置されている。
【００１８】
エアモータ１は、以下の８ステップの動作によって１回転するように制御される。
すなわち、図４（Ａ）は、シリンダ１２Ｃのみに圧縮空気が供給されている状態である。図４（Ａ）の状態から、出力軸２０を時計回りに回転させる場合、図４（Ｂ）に示すように、シリンダ１２Ｃに加えてシリンダ１２Ｄにも圧縮空気を供給する。すると、ピストン３０Ｃに加えてピストン３０Ｄが出力軸２０側に移動して偏心軸部２３に取り付けられたボールベアリング２４を押し、出力軸２０が時計回りに４５度回転する。この際、ボールベアリング２４と、ピストン３０Ｃ、３０Ｄのボール３５とは、互いに金属材料で構成されているため、金属接触となって摩擦が大きいために滑らない。一方、ピストン３０Ｃ、３０Ｄは、滑りやすい材質で構成され、ボール受け３１１内でボール３５が回転する。このため、ピストン３０Ｃ、ピストン３０Ｄは、ボールベアリング２４に当接している各ピストン３０Ｃ、３０Ｄのボール３５が回転しながら出力軸２０側に移動し、これによりボールベアリング２４および偏心軸部２３つまり出力軸２０が時計回りに回転する。
また、圧縮空気が供給されていないシリンダ１２Ａ、１２Ｂに配置されたピストン３０Ａ、３０Ｂのボール３５は、コイルバネ４０の付勢力でボールベアリング２４に当接しており、ボールベアリング２４の回転に連動してピストン３０Ａ、３０Ｂのボール３５も回転する。さらに、ピストン３０Ｃ、３０Ｄには、コイルバネ４０の付勢力に加えて圧縮空気による押圧力が加わるため、コイルバネ４０の付勢力のみの力が加わるピストン３０Ａ、３０Ｂはボールベアリング２４の回転に連動して外側に押され、蓋部材１４側に移動する。
以下の各ステップでも同様の作用で出力軸２０が回転する。このため、以下の説明では、動作を簡略して説明する。
【００１９】
次に、シリンダ１２Ｄのみに圧縮空気を供給すると、図４（Ｃ）に示すように、ピストン３０Ｄがさらに出力軸２０側に移動し、ボールベアリング２４を押し、出力軸２０は時計回りにさらに４５度回転する。
次に、シリンダ１２Ｄに加えてシリンダ１２Ａに圧縮空気を供給することで、図５（Ｄ）に示すように、ピストン３０Ｄに加えてピストン３０Ａが出力軸２０側に移動し、出力軸２０が時計回りにさらに４５度回転する。
次に、シリンダ１２Ａのみに圧縮空気を供給すると、図５（Ｅ）に示すように、ピストン３０Ａがさらに出力軸２０側に移動し、出力軸２０が時計回りにさらに４５度回転する。このため、図４（Ａ）の状態から出力軸２０は１８０°回転する。
【００２０】
次に、シリンダ１２Ａに加えてシリンダ１２Ｂに圧縮空気を供給することで、図５（Ｆ）に示すように、ピストン３０Ａに加えてピストン３０Ｂが出力軸２０側に移動し、出力軸２０が時計回りにさらに４５度回転する。
次に、シリンダ１２Ｂのみに圧縮空気を供給すると、図６（Ｇ）に示すように、ピストン３０Ｂがさらに出力軸２０側に移動し、出力軸２０が時計回りにさらに４５度回転する。
次に、シリンダ１２Ｂに加えてシリンダ１２Ｃに圧縮空気を供給することで、図６（Ｈ）に示すように、ピストン３０Ｂに加えてピストン３０Ｃが出力軸２０側に移動し、出力軸２０が時計回りにさらに４５度回転する。
次に、シリンダ１２Ｃのみに圧縮空気を供給すると、図６（Ｉ）に示すように、ピストン３０Ｃがさらに出力軸２０側に移動し、出力軸２０が時計回りにさらに４５度回転する。図６（Ｉ）の状態は、図４（Ａ）と同じである。したがって、動作ステップとしては、図４（Ａ）から図６（Ｈ）までの８ステップによって出力軸２０が１回転する。
また、出力軸２０を反時計回りに回転させる場合は、各シリンダ１２Ａ〜１２Ｄに反時計回りに圧縮空気を供給すればよい。
【００２１】
このような本実施形態によれば、次のような効果がある。
本実施形態のエアモータ１は、ピストン３０Ａ〜３０Ｄの往復運動を、出力軸２０の回転運動に変換する機構として、クランク機構の代わりに、偏心軸部２３の外周に設けたボールベアリング２４と、ピストン３０Ａ〜３０Ｄのボール受け３１１に保持されるボール３５とを用いたので、クランク機構に比べてコンパクトにでき、構造も簡易にできる。このため、エアモータ１の小型化および低コスト化を実現できる。
【００２２】
各シリンダ１２Ａ〜１２Ｄへの圧縮空気の供給は、前述のとおり、８ステップの動作で実現できるので、圧力源から供給される圧縮空気の供給制御も簡単に行え、出力軸２０の回転速度の調整も容易に行うことができる。
また、８ステップの動作で出力軸２０を４５°ずつ回転できるので、ステップモーターと同様に出力軸２０の定量送りを容易に実現できる。
さらに、圧縮空気の供給順序を変更するだけで出力軸２０の回転方向も簡単に切り替えることができる。
したがって、エアモータ１の駆動制御も容易に行うことができる。
【００２３】
さらに、エアモータ１は、動力源が圧縮空気であるため、防爆仕様が必要な場合でも、小型で安価な定量送りモーターとして利用できる。このため、防爆仕様が必要な環境で用いられるチューブポンプの駆動源としても容易に利用できる。したがって、防爆仕様のチューブポンプを安価に提供できる。
【００２４】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良ならびに設計の変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、偏心軸部２３の外周には１つのボールベアリング２４を設けていたが、図７に示すように、第１および第２の２つのボールベアリング２４Ａ、２４Ｂを軸方向に並べて配置してもよい。なお、図７は、ピストン３０Ａとピストン３０Ｂとを図示するため、出力軸２０の軸線に沿って、かつ、互いに直交する２つの断面で図示したものである。この場合、対向配置されたピストン３０Ａ、ピストン３０Ｃのボール３５が第１のボールベアリング２４Ａに当接し、対向配置されたピストン３０Ｂ、ピストン３０Ｄのボール３５が第２のボールベアリング２４Ｂに当接するように構成すればよい。前述のとおり、４つのピストン３０Ａ〜３０Ｄにおいて、圧縮空気で同時に押されるのは最大２つのピストンであり、対向配置された２つのピストンが同時に圧縮空気で押されることはない。このため、対向配置された２つのピストン毎に１つのボールベアリング２４Ａ、２４Ｂを設ければ、各ボールベアリング２４Ａ、２４Ｂにおいて圧縮空気で押圧されるピストン３０をそれぞれ１つずつにできる。したがって、ピストン３０毎に出力軸２０の回転軸からボール３５が当接する位置までの距離が異なり、このためボール３５に当接するボールベアリング２４Ａ、２４Ｂの回転方向の速度が異なる場合に、各ボール３５の回転速度の相違が互いに影響することがなく、出力軸２０をよりスムーズに回転することができる。
【００２５】
また、前記エアモータ１は、シリンダ１２およびピストン３０をそれぞれ４つ設けていたが、３つ以上であればよい。シリンダ１２およびピストン３０を出力軸２０の周方向に１２０°間隔で３つ配置した場合は、出力軸２０は６ステップの動作で１回転する。このため、出力軸２０は１ステップで６０°回転する。
また、シリンダ１２およびピストン３０を５つ以上設けた場合は、出力軸２０を１回転させるためのステップ数が多くなり、その分、１ステップの回転角度を小さくできる。
ただし、７つ以上にすると、シリンダ１２の配置スペースの確保が困難になる点や、シリンダ１２やピストン３０の数を増やさなくても、エアモータ１の出力軸２０に減速機を設けることで１ステップの出力を調整できる点から、シリンダ１２およびピストン３０の数は３個から６個が好ましい。
【００２６】
前記実施形態では、ケースブロック１０に形成したシリンダ１２の開口を塞ぐ蓋部材１４を設けていたが、蓋部材１４を設けずに構成してもよい。例えば、複数のブロックを組み合わせてケースブロック１０を構成する場合、シリンダ１２の軸配置孔１１側の開口からピストン３０を配置でき、軸配置孔１１側のみが開口したシリンダ１２を形成できるためである。
エアモータ１の用途は防爆仕様に限定されない。また、エアモータ１は、チューブポンプの駆動源に限定されず、様々な用途に利用できる。
【００２７】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…エアモータ、１０…ケースブロック、１０１…前面、１０２…裏面、１０３…側面、１０５…Ｏリング、１１…軸配置孔、１２…シリンダ、１２Ａ…シリンダ、１２Ｂ…シリンダ、１２Ｃ…シリンダ、１２Ｄ…シリンダ、１３…空気供給口、１４…蓋部材、１５…ベアリング、１６…ベアリング、２０…出力軸、２１…主軸部、２３…偏心軸部、２４…ボールベアリング、２４Ａ…第１のボールベアリング、２４Ｂ…第２のボールベアリング、２５…ストップリング、２６…ピン、３０…ピストン、３０Ａ…ピストン、３０Ｂ…ピストン、３０Ｃ…ピストン、３０Ｄ…ピストン、３１…端面、３１１…ボール受け、３２…端面、３２１…凹部、３３…外周面、３４…パッキン、３５…ボール、４０…コイルバネ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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