(57)【要約】【課題】簡単な構成で、電気不要な小型のエアモータを提供する。【解決手段】エアモータ１００は、シリンダ１６内に摺動自在に配置されたピストン６と、ピストン６に連結されたロッド２と、ロッド２の軸に対して同心軸上に配置された回転出力軸２２と、回転出力軸２２の外径よりも大きな内径に形成され、回転出力軸２２に貫装して配置され、外周部に、ピストン６の直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝２１ｄを備える筒形状の外輪部材２１と、ピストン６又はロッド２に連結されるとともに斜め溝２１ｄに係合する係合部８と、外輪部材２１と回転出力軸２２との間に介装されたワンウェイクラッチ２３と、を有する。シリンダ１６内への駆動エアの給排により、係合部８をロッド２に沿って直線往復運動させて、係合部８に係合された外輪部材２１を回転駆動するとともに、クラッチ２３を介して回転出力軸２２を回転駆動する。【選択図】図９
2014101819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアにより駆動するエアモータであって、
シリンダ内に摺動自在に配置されたピストンと、
前記ピストンに連結され、モータ本体内に設けられた嵌合孔に摺動自在に配置されたロッドと、
前記ロッドの軸に対して同心軸上に配置された回転出力軸と、
前記回転出力軸の外径よりも大きな内径に形成され、該回転出力軸に貫装して配置され、外周部に、前記ピストンの直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝を備える筒形状の外輪部材と、
前記ピストン又は前記ロッドに連結されるとともに前記斜め溝に係合する係合部と、
前記外輪部材と前記回転出力軸との間に介装され、前記外輪部材の一方向の回転運動を前記回転出力軸に伝達するクラッチと、を有し、
前記シリンダ内への駆動エアの給排により、前記ロッドに連結された前記係合部を該ロッドに沿って直線往復運動させて、前記係合部に係合された前記外輪部材を回転駆動するとともに、前記クラッチを介して前記回転出力軸を回転駆動することを特徴とする
エアモータ。
【請求項２】
前記係合部は、前記斜め溝に係合するボール部材と、前記ボール部材を回転自在に支持するとともに、前記外輪部材の外径よりも大きな内径の略筒形状に形成され、前記ピストンまたは前記ロッドに連結された筒状ケース部材と、を有することを特徴とする請求項１に記載のエアモータ。
【請求項３】
前記外輪部材は、第１の外輪部材と第２の外輪部材とを有し、
前記第１の外輪部材と前記第２の外輪部材とが前記回転出力軸に対して同心軸上に、軸方向に沿って並んで配置され、
前記第１の外輪部材の外周部に形成された斜め溝は、前記ピストンの往復運動方向に対して斜め方向に形成され、
前記第２の外輪部材の外周部に形成された斜め溝は、前記ピストンの往復運動方向に対して、前記第１の外輪部材の外周部に形成された斜め溝と逆の斜め方向に形成され、
前記クラッチは、前記第１の外輪部材と前記回転出力軸との間に介装された第１のクラッチと、前記第２の外輪部材と前記回転出力軸との間に介装された第２のクラッチと、を有し、
前記第１のクラッチと第２のクラッチは互いに回転伝達方向が相反するように配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエアモータ。
【請求項４】
前記外輪部材は、周方向に沿って所定の間隔に複数の斜め溝を有し、
前記筒状ケース部材は、周方向に沿って所定の間隔に複数のボール部材を回転自在に支持するとともに、各ボール部材が前記外輪部材の各斜め溝に摺動自在に係合するように形成されていることを特徴とする
請求項１から請求項３のいずれかに記載のエアモータ。
【請求項５】
スプール室内に摺動自在に設けられたスプールと、前記スプールの両端それぞれに臨む第１パイロット室および第２パイロット室とを備え、給気口と制御エア供給流路とを常に連通するとともに、前記スプールの位置に応じて駆動エア流路を前記給気口に連通する、または、前記駆動エア流路をエア排気口に連通するエア制御弁と、
前記ロッドに連結された前記ピストンの位置に応じて、前記制御エア供給流路を、前記エア制御弁の前記第１パイロット室または第２パイロット室へ連通させて、前記エア制御弁の前記スプールの位置を制御するスプール位置制御部と、
を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のエアモータ。
【請求項６】
前記ピストンは、前記ロッドの両端それぞれに連結された第１のピストンと第２のピストンとを有し、
前記シリンダは、前記第１のピストンと第２のピストンをそれぞれ摺動自在に収容する第１のシリンダと第２のシリンダとを有し、
前記エア制御弁は、前記第１のシリンダに連通する第１の駆動エア流路を前記給気口に連通し、且つ、前記第２のシリンダに連通する第２の駆動エア流路をエア排気口に連通する第１の状態と、前記第２の駆動エア流路を前記給気口に連通し且つ前記第１の駆動エア流路をエア排気口に連通する第２の状態とを、前記スプールの位置に応じて切替えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のエアモータ。
【請求項７】
前記スプール位置制御部は、前記嵌合孔の内面に形成された、前記制御エア供給流路に連通する制御エア供給用開口部と、前記第１パイロット室に第１の制御エア連通路を介して連通する第１の制御エア用開口部と、前記第２パイロット室に第２の制御エア連通路を介して連通する第２の制御エア用開口部と、
前記ロッドに設けられた短外径部と、を有し、
前記短外径部は、前記ロッドに連結された前記ピストンの位置に応じて、前記短外径部を介して前記制御エア供給用開口部と第１の制御エア用開口部とを連通する位置、または、前記短外径部を介して前記制御エア供給用開口部と第２の制御エア用開口部とを連通する位置に移動するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のエアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
エアにより駆動するエアモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このエアモータはクランク機構を備え、ピストンやロッドの直線往復運動をクランク機構によりモータ出力軸の回転運動に変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２８３７７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されたエアモータは、クランク機構を備えているので、比較的大型である。
また、特許文献１に記載されたエアモータは電磁方向切換弁を備え、この電磁方向切換弁を電源に接続させることを要する。このエアモータは停電時、電磁方向切換弁の停止に伴ってモータの動作も停止する。
【０００５】
ところで、エア駆動によるピストンの往復動方向に沿って回転出力軸を配置し、そのピストンの往復運動の力により回転出力軸を回転させるエアモータが望まれている。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、電気を必要としない小型のエアモータを提供すること、比較的大きいトルクを有するエアモータを提供すること、エア駆動によるピストンの往復動方向に沿って回転出力軸を配置し、そのピストンの往復運動により回転出力軸を回転させるエアモータを提供すること、などを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエアモータは、シリンダ内に摺動自在に配置されたピストンと、前記ピストンに連結され、モータ本体内に設けられた嵌合孔に摺動自在に配置されたロッドと、前記ロッドの軸に対して同心軸上に配置された回転出力軸と、前記回転出力軸の外径よりも大きな内径に形成され、該回転出力軸に貫装して配置され、外周部に、前記ピストンの直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝を備える筒形状の外輪部材と、前記ピストン又は前記ロッドに連結されるとともに前記斜め溝に係合する係合部と、前記外輪部材と前記回転出力軸との間に介装され、前記外輪部材の一方向の回転運動を前記回転出力軸に伝達するクラッチと、を有し、前記シリンダ内への駆動エアの給排により、前記ロッドに連結された前記係合部を該ロッドに沿って直線往復運動させて、前記係合部に係合された前記外輪部材を回転駆動するとともに、前記クラッチを介して前記回転出力軸を回転駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡単な構成で、電気を必要としない小型のエアモータを提供することができる。また、本発明によれば、比較的大きいトルクを有するエアモータを提供することができる。また、本発明によれば、エア駆動によるピストンの往復運動の方向に沿って回転出力軸を配置し、そのピストンの往復運動により回転出力軸を回転させるエアモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るエアモータの一例を示す斜視図。
【図２】本発明の実施形態に係るエアモータの一例を示す断面図。
【図３】図２に示したエアモータのＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図２に示したエアモータのＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るエアモータの要部の回転出力軸などの一例を示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態に係るエアモータの要部の筒状ケース部材などの一例を示す斜視図。
【図７】図１に示したエアモータの要部のボールガイドなどの一例を示す斜視図。
【図８】図７に示したエアモータの要部の正面図。
【図９】本発明の実施形態に係るエアモータの概念図。
【図１０】本発明の実施形態に係るエアモータの主要部の一例を示す図、（ａ）はエアモータの主要部の側面図、（ｂ）はエアモータの主要部の正面図。
【図１１】本発明の実施形態に係るエアモータのエア制御弁（方向切換弁）などの一例を示す図。
【図１２】本発明の実施形態に係るエアモータのエア制御弁（方向切換弁）の一例を示す図、（ａ）はスプールが図中左側に位置した状態を示す図、（ｂ）はスプールが図中右側に位置した状態を示す図。
【図１３】本発明の実施形態に係るエアモータの外輪部材の外周部に形成された斜め溝の一例を説明するための図。
【図１４】本発明の実施形態に係るエアモータの動作の一例を示す図であり、ピストンが回転出力軸に近づく方向（前進方向）に移動して中間位置に位置した状態の一例を示す図。
【図１５】本発明の実施形態に係るエアモータの動作の一例を示す図であり、ピストンが移動可能範囲のうち最も回転出力軸に近づいた位置に位置した状態の一例を示す図。
【図１６】本発明の実施形態に係るエアモータの動作の一例を示す図であり、ピストンが回転出力軸から離れる方向（後退方向）に移動して中間位置にいる状態の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態に係るエアモータを、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施形態に係るエアモータ１００の一例を示す斜視図である。図２はエアモータ１００の一例を示す断面図である。図３は図２に示したエアモータ１００のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４は図２に示したエアモータ１００のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
図５は本発明の実施形態に係るエアモータ１００の要部の回転出力軸２２などの一例を示す斜視図である。図６はエアモータ１００の要部の筒状ケース部材８０などの一例を示す斜視図である。図７は図１に示したエアモータ１００の要部のボールガイド９（ガイド部材）などの一例を示す斜視図である。図８は図７に示したエアモータ１００の要部の正面図である。図９は本発明の実施形態に係るエアモータ１００の概念図である。
図１０は本発明の実施形態に係るエアモータ１００の主要部の一例を示す図であり、詳細には、図１０（ａ）はエアモータ１００の主要部の側面図、図１０（ｂ）はエアモータ１００の主要部の正面図である。
図１１は、本発明の実施形態に係るエアモータ１００のエア制御弁６０（方向切換弁）などの一例を示す図である。図１２は本発明の実施形態に係るエアモータ１００のエア制御弁６０（方向切換弁）の一例を示す図であり、詳細には、図１２（ａ）はスプール６８が図中左側に位置した状態を示す図、図１２（ｂ）はスプール６８が図中右側に位置した状態を示す図である。図１３は本発明の実施形態に係るエアモータ１００の外輪部材２１ａ、２１ｂの外周部に形成された斜め溝２１ｄの一例を説明するための図である。
【００１２】
＜エアモータ１００の構成＞
エアモータ１００は、シリンダ１６内に摺動自在に配置されたピストン６と、ピストン６に連結され、モータ本体（筐体１０）内に設けられた嵌合孔４１に摺動自在に配置されたロッド２と、ロッド２の軸に対して同心軸上に配置された回転出力軸２２（スピンドル）と、回転出力軸２２の外径よりも大きな内径に形成され、その回転出力軸２２に貫装して配置され、外周部に、ピストン６の直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝２１ｄを備える筒形状の外輪部材２１と、ピストン６又はロッド２に連結されるとともに斜め溝２１ｄに係合する係合部８と、外輪部材２１と回転出力軸２２との間に介装され、外輪部材２１の一方向の回転運動を回転出力軸２２に伝達するクラッチ２３と、を有する。
【００１３】
つまり、本発明の実施形態に係るエアモータ１００では、回転出力軸２２が、エア駆動により往復運動するピストン６に連結されたロッド２の軸に対して同心軸上に（平行または略平行に）配置されている。
エアモータ１００は、シリンダ１６内への駆動エアの給排により、ロッド２に連結された係合部８をそのロッド２の軸方向に沿って直線往復運動させて、係合部８に係合された外輪部材２１を回転駆動するとともに、クラッチ２３を介して回転出力軸２２を回転駆動する。
【００１４】
詳細には、エアモータ１００は、ピストン６の直線往復運動を、回転出力軸２２を中心軸とする一方向への回転運動に変換する機構を有し、具体的には、係合部８と、ピストン６の往復動方向に対して斜めに形成された斜め溝２１ｄを備える外輪部材２１ａ、２１ｂ（直線往復運動−回転運動変換機構）と、外輪部材２１ａと回転出力軸２２との間に介在し、外輪部材２１ａの一方向のみの回転駆動力を回転出力軸２２に伝達し（ロック状態）、且つ、外輪部材２１ａの他方向の回転駆動力については回転出力軸２２に伝達しない（空転状態）構造のクラッチ２３ａと、外輪部材２１ａ、２１ｂと、などを有する。係合部８は、例えば、ボール部材８ａ、筒状ケース部材８０などを有する。
尚、クラッチ２３としてワンウェイクラッチを用いたが、この形態に限られるものではない。例えば、クラッチ２３として、ツーウェイクラッチを用いてもよい。
【００１５】
本実施形態では、筒形状の外輪部材２１の外周面に、ピストン６（６ａ、６ｂ）の往復動方向に対して斜め方向に形成された複数の斜め溝２１ｄが周方向に等間隔に配置されている。
本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、係合部８としての複数のボール部材８ａが、外輪部材２１の外周面に形成された各斜め溝２１ｄそれぞれにおいて往復するように構成されている。
【００１６】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、シリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）内に摺動自在に配置されたピストン６（６ａ、６ｂ）と、シリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）内へのエア給排の切換えを行うエア制御弁６０と、ロッド２に連結されたピストン６（６ａ、６ｂ）の位置に基づいてエア制御弁６０のスプール６８の位置を制御するスプール位置制御部７と、などを有する。
【００１７】
本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、簡単な構成であり、電気を必要とせず圧縮エアの供給により、容易に回転出力軸２２を回転駆動することができる。
以下、エアモータ１００の各構成要素について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、ピストン側筐体部１０ｕと駆動側筐体部１０ｔと回転出力軸側筐体部１０ｗ（ベアリングケース）とを連結した構造のモータ本体部（筐体）１０を有する。
このピストン側筐体部１０ｕと駆動側筐体部１０ｔと回転出力軸側筐体部１０ｗとは、ボルトなどの固定部材により固定されている。
【００１９】
ピストン側筐体部１０ｕは、その内部にエア駆動式のピストン６、本実施形態では、２つのピストン６ａ、６ｂを有する。
エアモータ１００は、ピストン側筐体部１０ｕの上部に、エア供給源２０１に接続される給気口７１と、排気口７２（７２ａ、７２ｂ）と、を備えている。本実施形態では、各排気口７２ａ、７２ｂに、消音器９１と排気流量を調整する絞弁９２とが設けられている。
ピストン側筐体部１０ｕに、カバー部材１０ｈがボルト部材などの固定部材により取り付けられている。このカバー部材１０ｈに制御エア排気用の通気孔１０ｅが形成されている。ピストン側筐体部１０ｕの側面部であって、筐体部１０ｕの内部に設けられたエア制御弁６０に対応する位置に弁蓋部６０１がボルト部材などの固定部材により取り付けられている。
回転出力軸側筐体部１０ｗ（ベアリングケース）は、その正面（Ｘ軸方向端面）に、外方に向けて突出した回転出力軸２２を回転自在に有する。
【００２０】
上述したように、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、ロッド２と、ピストン６（６ａ、６ｂ）と、シリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）と、係合部８としてのボール部材８ａと筒状ケース部材８０（ボールケース）と、スラストベアリング受け部材３０と、回転出力軸２２と、外輪部材２１（２１ａ、２１ｂ）と、クラッチ２３（ワンウェイクラッチ２３ａ、２３ｂ）と、エア制御弁６０と、スプール位置制御部７と、密封部材としてのパッキン６ｐやＯリング４３と、駆動エア流路５１（５１ａ、５１ｂ）（駆動エア連結管）と、制御エア供給流路５２（供給用制御エア連結管）と、第１の制御エア連通路５３と、第２の制御エア連通路５４と、などを主構成要素として有する。これらの構成要素は、筐体１０の中空部１０ｓ内に設けられている。
【００２１】
＜ロッド２＞
ロッド（ピストンロッド）２は、図９などに示したように、略円柱形状に形成され、両端部にピストン６ａ、６ｂが設けられている。詳細には、ロッド２の回転出力軸２２側の端部は、第１のシリンダ１６ａ内に摺動自在に配置された第１のピストン６ａに連結されている。ロッド２の反対側の端部は、第２のシリンダ１６ｂ内に摺動自在に配置された第２のピストン６ｂに連結されている。本実施形態では、第２のピストン６ｂの中央孔部にロッド２の端部が貫通した状態で、ナットなどの固定部材１ｋによりロッド２とピストン６ｂとが固定されている。
【００２２】
ロッド２は、図９に示したように、モータ本体部１０（筐体）に設けられた嵌合孔４１に、軸方向である長手方向（Ｘ軸方向）に沿って摺動自在に配置されている。嵌合孔４１の内面には、複数のＯリング４３が規定位置に設けられており、ロッド２と嵌合孔４１との間が気密となるように構成されている。ロッド２の詳細な構造に関しては後述する。非エア供給時、ロッド２は初期位置に静止している（例えば、図９参照）。
【００２３】
＜ピストン６およびシリンダ１６＞
ピストン６は、本実施形態では、第１のピストン６ａ（ロッド２の回転出力軸側）と、第２のピストン６ｂ（ロッド２の他端側）とを有する。
詳細には、ピストン６（６ａ、６ｂ）は、モータ本体部１０内に形成された略円柱形状のシリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）内に、ロッド２の軸方向（Ｘ軸方向）に沿って摺動自在に配置されている。ピストン６（６ａ、６ｂ）の外径部は、シリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）の内径よりも僅かに小さく形成されている。また、各ピストン６ａ、６ｂは、図９に示したように、ロッド中心部側に断面凹部が形成され、反対側に断面円錐台形状部が形成されている。ピストン６（６ａ、６ｂ）の外周部に、密封部材としてのパッキン６ｐが設けられている。
図９に示したように、シリンダ１６ａ、１６ｂ内に、駆動エア流路５１ａ、５１ｂに連通する開口部５１ｅ、５１ｆが設けられ、駆動エア流路５１ａ、５１ｂが連通されている。この駆動エア流路５１ａ、５１ｂを介して駆動エアが各シリンダ１６ａ、１６ｂに給排することで、ピストン６ａ、６ｂ、および、ロッド２が軸方向（Ｘ軸方向）に沿って往復運動を行う。
【００２４】
＜係合部８＞
係合部８は、ピストン６（６ａ）又はロッド２に連結されるとともに、外輪部材２１に形成された斜め溝２１ｄに係合する。係合部８は、詳細には、ボール部材８ａと、筒状ケース部材８０（ボール保持ケース部材）と、を有する。本実施形態では、ロッド２に連結された係合部８として、複数のボール部材８ａと、筒状ケース部材（ボール保持ケース部材）８０と、を有する。Ｘ軸方向に沿って複数列、周方向に沿って複数個のボール部材８ａが、筒状ケース部材８０に形成されている。
【００２５】
＜ボール部材８ａ＞
ボール部材８ａは、球形状に形成されており、例えば、鉄などの金属材料やセラミック材などの規定材料で構成されている。
【００２６】
＜筒状ケース部材８０＞
筒状ケース部材８０は、ボール部材８ａを転動自在に保持する。詳細には、筒状ケース部材８０は、一つまたは複数のボール保持孔としての孔部８０ｄを有する。孔部８０ｄは、外輪部材２１に形成された斜め溝２１ｄに対応する位置に形成されている。この孔部８０ｄにボール部材８ａが遊嵌されることで、筒状ケース部材８０は、孔部８０ｄにて、ボール部材８ａを転動自在に保持する。本実施形態では、Ｘ軸方向に沿って２列、周方向に沿って８個のボール部材８ａが筒状ケース部材８０に転動自在に保持されている。
筒状ケース部材８０（ボール保持ケース部）は、外輪部材２１に対して相対的にロッド２の往復動方向に沿って移動自在に構成されている。筒状ケース部材８０は、断面Ｕ字形状に形成され、有底の略筒形状に形成されている。詳細には、筒状ケース部材８０は、筒状部８０ａと底部８０ｂとを有する。図９に示したように、筒状部８０ａの先端部８０ｃ（開放端部）の近傍には、ボール部材８ａ遊嵌用の複数の孔部８０ｄを有する。
【００２７】
また、筒状ケース部材８０の底部８０ｂは、ロッド２（ピストンロッド）またはピストン６（６ａ）に連結されている。詳細には、図９に示したように、ロッド２の回転出力軸側の先端部は、ピストン６ａの中央部に形成された貫通孔に嵌通するとともに、ピストン６ａの回転出力軸側の端面よりも突出した状態で、筒状ケース部材８０の底部８０ｂの中央部に形成された嵌合孔に嵌合して固定されている。つまり、エアモータ１００は、ロッド２とピストン６ａと筒状ケース部材８０とが連結した構造を有する。
【００２８】
また、筒状ケース部材８０の側面に、スラストベアリング受け部材３０を遊貫する孔部８０ｅが形成されている。筒状ケース部材８０の孔部８０ｅは、筒状ケース部材８０の回転出力軸２２を回転中心とする回転を規制する。詳細には、筒状ケース部材８０の孔部８０ｅは、Ｚ軸方向に沿った長さが、矩形状のスラストベアリング受け部材３０のＺ軸方向に沿った長さ（矩形の短辺の長さ）よりも僅かに大きく形成され、筒状ケース部材８０の孔部８０ｅのＸ軸方向に沿った長さは、ピストン６の直線往復動方向（Ｘ軸方向）に沿った移動可能距離、つまり、筒状ケース部材８０の移動可能距離と同じ又はその移動可能距離よりも僅かに長く形成されている。
【００２９】
＜スラストベアリング受け部材３０＞
スラストベアリング受け部材３０は、略矩形状の板形状に形成されている。上述したように、スラストベアリング受け部材３０の両端部３０ａが、筒状ケース部材８０の側面部に形成された孔部８０ｅに貫通した状態でエアモータ筐体１０に固定されている。スラストベアリング受け部材３０は、中央部から回転出力軸２２に向けて突出する中央突起部３０ｂを有する。この中央突起部３０ｂはボルトなどの固定部材３０ｃによりスラストベアリング受け部材３０の本体部に固定されている。この中央突起部３０ｂは、回転出力軸２２のピストン側の端部の孔部内に配置されたベアリング３６（ニードルベアリング）に嵌合するように構成されている。
また、図９に示したように、エアモータ筐体１０内に、スラストベアリング受け部材３０、スラストベアリング３５ｃ、外輪部材２１ｂ、スラストベアリング３５ｂ、外輪部材２１ａが順に配置されている。また、スラストベアリング受け部材３０とエアモータ筐体１０の内面１０ｇとの間で、外輪部材２１ｂ、２１ａが回転自在に配置されている。
【００３０】
＜外輪部材２１＞
外輪部材２１は、筒形状に形成され、回転出力軸２２の外径よりも大きな内径に形成され、その回転出力軸２２に貫装して配置され、外周部に、ピストン６の直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝２１ｄを備える。本実施形態では、２つの外輪部材２１ａ、２１ｂが回転出力軸２２の軸方向（Ｘ軸方向）に沿って並べて配置されている。
【００３１】
図１３に示したように、第１の外輪部材２１ａの外周部に形成された斜め溝２１ｄは、ピストン６の往復動方向（Ｘ軸方向）に対して規定角度θで斜め方向に形成されている。第２の外輪部材２１ｂの外周部に形成された斜め溝２１ｄは、ピストン６の往復運動方向に対して、第１の外輪部材２１ａの外周部に形成された斜め溝２１ｄと逆の斜め方向に形成されている。つまり、第１の外輪部材２１ａと第２の外輪部材２１ｂの斜め溝２１ｄの角度θはＸ軸方向を基準として互いに逆に角度θで傾斜するように構成されている。
外輪部材２１の個数と、各外輪部材２１において周方向に沿って所定間隔で形成された斜め溝２１ｄの個数とに対応して、複数のボール部材８ａが配置されている。本実施形態では、外輪部材２１ａ、２１ｂには、周方向に沿って所定間隔に８個の斜め溝２１ｄが形成されている。
【００３２】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、図１３に示したように、外輪部材２１において、ピストン６の往復動方向（Ｘ軸方向）に対する斜め溝２１ｄの角度θが、通常、約５°より大きく約４５°以下の角度範囲内に設定され、好ましくは約１０°以上且つ２０°以下に設定され、最適には１５°程度に設定されている。斜め溝２１ｄの角度θは、回転出力軸２２のトルクやピストン６のストローク量などを考慮して、適宜、設定することが好ましい。この斜め溝２１ｄの角度θが小さいほど、回転出力軸２２のトルクが大きい（ただし角度θ＞０）。
また、斜め溝２１ｄの上記角度θを適宜設定することで、使用条件に応じて、必要なトルクを容易に得ることができるエアモータ１００を提供することができる。
【００３３】
尚、本実施形態では、係合部としてボール部材８ａを用いたが、この形態に限られるものではない。係合部８は、例えば、筒状ケース部材８０の内周面から軸中心側に向かって突起した突起部を備え、この突起部が外輪部材の外周面に形成された斜め溝２１ｄに係合するように構成されていてもよい。
【００３４】
＜クラッチ２３＞
クラッチ２３は、外輪部材２１と回転出力軸２２との間に介装され、外輪部材２１の一方向の回転運動を回転出力軸２２に伝達する。
本実施形態では、エアモータ１００は、第１の外輪部材２１ａと回転出力軸２２との間に介装された第１のワンウェイクラッチ２３ａと、第２の外輪部材２１ｂと回転出力軸２２との間に介装された第２のワンウェイクラッチ２３ｂと、を有する。この第１のクラッチ２３ａと第２のクラッチ２３ｂは互いに回転伝達方向が相反するように配置されている。
【００３５】
＜回転出力軸２２＞
回転出力軸２２は、ロッド２の軸に対して同心軸上に配置されている。本実施形態では、回転出力軸２２は、その先端部側付近で、ベアリング３７（深溝球軸受け部材）、ベアリング押さえナット３８、ベアリング押さえ部材３９などにより、筐体部１０に回転自在に固定されている。また、回転出力軸２２は、ピストン６側の端部にニードルベアリング３６を配置した孔部が形成されており、そのニードルベアリング３６にスラストベアリング受け部材３０の中央突起部３０ｂが嵌合した状態で、回転自在にスラストベアリング受け部材３０により支持されている。
【００３６】
＜直線往復運動から回転運動への変換動作＞
次に、ピストン６ａ、６ｂ、ロッド２の直線往復運動を、係合部８としての筒状ケース部材８０およびボール部材８ａ、クラッチ２３ａ、２３ｂによる回転出力軸２２の回転運動に変換する動作の一例を、図１０などを参照しながら説明する。
【００３７】
本実施形態では、回転出力軸２２は、その回転軸（Ｘ軸方向）がロッド２の軸方向（Ｘ軸方向）と同心軸状に配置されている。ピストン６ａ、６ｂに連結されたロッド２が、このロッド２の軸方向（Ｘ軸）に沿って直線往復運動すると、ロッド２に連結された筒状ケース部材８０がロッド２の軸方向（Ｘ軸）に沿って往復運動を行う。
【００３８】
ロッド２やピストン６が前進した場合（ロッド２が回転出力軸２２に近づくように移動する場合）、筒状ケース部材８０の孔部８０ｄに収容された、回転出力軸２２の先端部側から数えて第１列目の複数のボール部材８ａが、外輪部材２１ａの斜め溝２１ｄに係合するとともに摺動することで、外輪部材２１ａがクラッチ２３ａを介して回転出力軸２２に回転力を伝達して、回転出力軸２２を規定方向に回転させるとともに、第２列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ｂがクラッチ２３ｂにより回転出力軸２２に対して、上記規定方向と逆方向に空転する。
【００３９】
ロッド２やピストン６が後退した場合（ロッド２が回転出力軸２２に対して離れるように移動する場合）、筒状ケース部材８０の孔部８０ｄに収容された、回転出力軸２２の先端部側から数えて第２列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ｂがクラッチ２３ｂを介して回転出力軸２２に回転力を伝達して、回転出力軸２２を規定方向に回転させるとともに、第１列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ａがクラッチ２３ａにより回転出力軸２２に対して、上記規定方向と逆方向に空転する。
【００４０】
＜エア制御弁６０＞
エア制御弁６０は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示したように、スプール室６５を有する。スプール室６５内には、軸方向（Ｙ軸方向）に沿って摺動自在に細長形状のスプール６８が設けられている。また、エア制御弁６０は、スプール６８の両端それぞれに臨む第１パイロット室６１および第２パイロット室６２を備える。
【００４１】
エア制御弁６０は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示したように、エア供給源２０１に接続される給気口７１（Ｐ）と制御エア供給流路５２（Ｂ）とを常に連通する。また、エア制御弁６０は、スプール６８の位置に応じて、第１、第２の駆動エア流路５１ａ、５１ｂを給気口７１（Ｐ）に連通し、または、第１、第２の駆動エア流路５１ａ、５１ｂを排気口７２（Ｒ）に連通する。
詳細には、エア制御弁６０は、図１２（ａ）に示したように、スプール６８が、第２パイロット室６２側（図１２（ａ）中左側）に位置する場合、第２の駆動エア流路５１ｂ（Ｃ）を給気口７１（Ｐ）に連通し、且つ、第１の駆動エア流路５１ａ（Ａ）を排気口７２ａ（Ｒ１）に連通する。
エア制御弁６０は、図１２（ｂ）に示したように、第１パイロット室側（図１２（ｂ）中右側）に位置する場合、第１の駆動エア流路５１ａ（Ａ）を給気口７１（Ｐ）に連通し、且つ、第２の駆動エア流路５１ｂ（Ｃ）を排気口７２ｂ（Ｒ２）に連通する。
【００４２】
エア制御弁６０は、フリップ・フロップとして機能する。詳細には、第１パイロット室６１をエア供給源２０１のエア圧に設定し、第２パイロット室６２を基準圧（大気圧など）に設定すると、スプール６８が第２パイロット室６２側に移動し、その位置で静止する（図１２（ａ）参照）。この状態は、第２パイロット室６２をエア供給源２０１のエア圧に設定し、第１パイロット室６１を基準圧（大気圧）に設定するまで維持される（記憶される）。
また、第２パイロット室６２をエア供給源２０１のエア圧に設定し、第１パイロット室６１を基準圧（大気圧）に設定すると、スプール６８が第１パイロット室６１側に移動し、その位置で静止する（図１２（ｂ）参照）。この状態は、第１パイロット室６１をエア供給源２０１のエア圧に設定し、第２パイロット室６２を基準圧（大気圧）に設定するまで維持される（記憶される）。
こうすることで、第１パイロット室６１および第２パイロット室６２に制御エアを入力した場合、スプール６８の位置が制御エアに応じて移動し、制御エアが入力されていない場合、スプール６８の位置が維持される（記憶される）。
【００４３】
＜スプール位置制御部７＞
スプール位置制御部７は、ロッド２に連結されたピストン６（６ａ、６ｂ）の位置に応じて、制御エア供給流路５２を、エア制御弁６０の第１パイロット室６１または第２パイロット室６２へ連通させて、エア制御弁６０のスプール６８の位置を制御する。
【００４４】
本実施形態では、図９に示したように、ロッド２の略中央部付近に短外径部２ｄが設けられている。また、ロッド２は、制御エア排気路２ｈを有する。制御エア排気路２ｈは、ロッド２の筒状ケース部材８０が連結された先端側に対して反対側の端部に、制御エア排気口２ｅが形成され、その制御エア排気口２ｅからロッド２の中心軸に沿ってロッド２の略中央部付近まで延びる主孔２ｐと、そのロッド２の略中央部に、軸方向に沿って所定間隔で第１の孔２ｆと第２の孔２ｇとが設けられている。この第１の孔２ｆ、第２の孔２ｇは、主孔２ｐに連通するように形成されている。また、第１の孔２ｆ、第２の孔２ｇは、軸方向に沿って形成された主孔２ｐに直交するように形成されている。
【００４５】
嵌合孔４１の内面には、制御エア供給流路５２に連通する制御エア供給用開口部５２ｅと、第１パイロット室６１に制御エア連通路５４を介して連通する制御エア用開口部５４ｅと、第２パイロット室６２に制御エア連通路５３を介して連通する制御エア用開口部５３ｅとが形成されている。
本実施形態では、制御エア用開口部５４ｅ、制御エア供給用開口部５２ｅ、および、制御エア用開口部５３ｅが、回転出力軸２２側から制御エア排気口２ｅ側へ、ロッド２の軸方向（Ｘ軸）に沿って順に形成されている。
【００４６】
図９に示したように、ロッド２やピストン６（６ａ、６ｂ）が初期位置に位置する場合（Ａ状態）、ロッド２の短外径部２ｄを介して制御エア供給用開口部５２ｅと第１の制御エア用開口部５３ｅとを連通し、第２の制御エア連通路５４の第２の制御エア用開口部５４ｅとロッド２の制御エア排気路２ｈとを連通するように、エアモータ１００が構成されている。
【００４７】
また、ロッド２やピストン６（６ａ、６ｂ）が、初期位置から所定距離だけ回転出力軸２２側に移動した位置に位置する場合（Ｂ状態）、ロッド２の短外径部２ｄを介して制御エア供給用開口部５２ｅと第２の制御エア用開口部５４ｅとを連通し、第１の制御エア連通路５３の第１の制御エア用開口部５３ｅと、ロッド２の制御エア排気路２ｈとを連通するように、エアモータ１００が構成されている。
【００４８】
また、本実施形態では、上記ロッド２がＡ状態とＢ状態の中間位置に位置する場合、制御エア供給用開口部５２ｅ、第２の制御エア連通路５４の第２の制御エア用開口部５４ｅ、第１の制御エア連通路５３の第１の制御エア用開口部５３ｅ、ロッド２の制御エア排気路２ｈがそれぞれ非連通状態となるように構成されている。
【００４９】
＜エアモータ１００の動作＞
次に、本発明の実施形態に係るエアモータ１００の動作の一例を図面を参照しながら説明する。
【００５０】
＜エア非供給時（初期状態）＞
エア供給源２０１の圧縮エアが給気口７１に供給されていない状態では、例えば、図９に示したように、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが初期位置に静止している。詳細には、ピストン６ａの凹部がモータ本体部１０内の凸部に当接して、初期位置に静止している。
初期状態では、エア制御弁６０のスプール６８がスプール室６５内の第２パイロット室６２側（図１２（ａ）中左側）に位置している。エア制御弁６０は、給気口７１と制御エア供給流路５２とを常に連通し、且つ、第１シリンダ１６ａに連通した第１の駆動エア流路５１ａを排気口７２ａ（Ｒ１）に連通している。第２シリンダ１６ｂに連通した第２の駆動エア流路５１ｂを給気口７１に連通している。
【００５１】
＜エア供給時＞
エア供給時、図９に示したように、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが初期位置に位置した状態で、エア供給源２０１（例えば、０．２〜０．７ＭＰａ程度の規定エア圧の圧縮エアを供給可能）から圧縮エアを給気口７１に供給した場合、圧縮エアが給気口７１からエア制御弁６０、制御エア供給流路５２、ロッド２の短外径部２ｄ、第１の制御エア連通路５３を介して、第２パイロット室６２に供給される。第１パイロット室６１は、第２の制御エア連通路５４、ロッド２の制御エア排気路２ｈの第１の孔２ｆおよび主孔２ｐ、制御エア排気口２ｅを介して、モータ外部と連通して、大気圧（基準圧）に設定される。スプール６８が、図１２（ｂ）に示したように、第１パイロット室６１側に移動して静止して、エア制御弁６０は、給気口７１と制御エア供給流路５２とを連通し、且つ、給気口７１と第１の駆動エア流路５１ａとを連通し、排気口７２ｂ（Ｒ２）と第２の駆動エア流路５１ｂ（Ｃ）とを連通する。
エア供給源２０１からの圧縮エアが、給気口７１、エア制御弁６０、第１の駆動エア流路５１ａを介してシリンダ１６ａに流入し、ピストン６ａを回転出力軸２２側に押圧する。
【００５２】
図１４は、エアモータ１００の動作の一例を示す図であり、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが回転出力軸２２に近づく方向（前進方向）に移動して中間位置に位置した状態の一例を示す図である。
シリンダ１６ａに流入した圧縮エアにより、ピストン６ａ、６ｂやロッド２が回転出力軸２２側に移動（前進）する。そして、図１４に示したように、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが中間位置まで移動する。
また、図１４に示したように、ロッド２が前進して中間位置に位置した状態では、制御エア供給流路５２と第１の制御エア連通路５３とが非連通状態となり、且つ、第２の制御エア連通路５４とロッド２の制御エア排気路２ｈとが非連通状態となる。エア制御弁６０のスプール６８の位置はそのまま維持される（スプール６８が第２パイロット室６２側（図１２（ｂ）中左側）に位置する）。そして、エア供給源２０１からの圧縮エアは、給気口７１、エア制御弁６０、第１の駆動エア流路５１ａを介して第１のシリンダ１６ａに流入する。第２のシリンダ１６ｂ内のエアは、第２の駆動エア流路５１ｂ、エア制御弁６０、排気口７２ｂ（Ｒ２）を介してエアモータ１００の外部に排気される。
ロッド２やピストン６ａ、６ｂが回転出力軸２２側に移動（前進）する場合、係合部８の第１列目（回転出力軸の先端部側から数えて第１列目）の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ａがワンウェイクラッチ２３ａを介して回転出力軸２２に回転力を伝達して、回転出力軸２２を規定方向（図１０（ｂ）に示す時計回り）に回転させるとともに、係合部８の第２列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ｂが、図１０（ｂ）に示す反時計回りに回転し、ワンウェイクラッチ２３ｂにより回転出力軸２２に対して空転する。
【００５３】
図１５は、エアモータ１００の動作の一例を示す図であり、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが移動可能範囲のうち最も回転出力軸２２に近づいた位置に位置した状態の一例を示す図である。
エア供給源２０１からの圧縮エアが、給気口７１、エア制御弁６０、第１の駆動エア流路５１ａを介して第１のシリンダ１６ａにさらに流入すると、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが前進して、初期位置から所定距離（ストローク最大距離）だけ回転出力軸２２側に移動した位置となる。そして、図１５に示したように、第２のピストン６ｂの凹部がシリンダ１６ｂ内の凸部に当接した状態となる。
図１５に示した状態では、ロッド２の短外径部２ｄを介して、制御エア供給用開口部５２ｅと第２の制御エア用開口部５４ｅとが連通することで、制御エア供給流路５２と第２の制御エア連通路５４とが連通し、且つ、第１の制御エア連通路５３とロッド２の制御エア排気路２ｈが連通する。
そして、圧縮エアが給気口７１からエア制御弁６０、制御エア供給流路５２、ロッド２の短外径部２ｄ、第２の制御エア連通路５４を介して、第１パイロット室６１に供給される。第２パイロット室６２は、第１の制御エア連通路５３、ロッド２の制御エア排気路２ｈの第２の孔２ｇおよび主孔２ｐ、制御エア排気口２ｅを介して、モータ外部と連通して、大気圧（基準圧）に設定される。スプール６８が、図１２（ａ）に示したように、第２パイロット室６２側に移動して静止して、図１５に示したように、エア制御弁６０は、給気口７１（Ｐ）と制御エア供給流路５２とを連通し、第２の駆動エア流路５１ｂ（Ｃ）と給気口７１（Ｐ）とを連通し、第１の駆動エア流路５１ａ（Ａ）と排気口７２ａ（Ｒ１）とを連通する。第１のシリンダ１６ａ内のエアは、第１の駆動エア流路５１ａ、エア制御弁６０、排気口７２ａ（Ｒ１）を介して外部に排気される。
エア供給源２０１からの圧縮エアが、給気口７１、エア制御弁６０、第２の駆動エア流路５１ｂを介して第２のシリンダ１６ｂに流入すると、ピストン６ｂが回転出力軸２２に対して離れるように圧縮エアにより押圧される。
【００５４】
図１６は、エアモータ１００の一例を示す図であり、ロッド２が回転出力軸２２に対して離れるように後退して中間位置に位置した状態を示す図である。
図１６に示したように、エア供給源２０１からの圧縮エアが、給気口７１、エア制御弁６０、第２の駆動エア流路５１ｂを介して第２のシリンダ１６ｂに流入すると、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが、回転出力軸２２から離れるように後退して中間位置となる。
ロッド２やピストン６ａ、６ｂが後退する場合、係合部８の第２列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ｂがワンウェイクラッチ２３ｂを介して回転出力軸２２に回転力を伝達して、回転出力軸２２を規定方向（図１０（ｂ）に示す時計回り）に回転させるとともに、係合部８の第１列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１ａがワンウェイクラッチ２３ａにより回転出力軸２２に対して空転する。
ロッド２が後退して中間位置に位置した状態では、制御エア供給流路５２と第１の制御エア連通路５３とが非連通状態となり、且つ、第２の制御エア連通路５４とロッド２の制御エア排気路２ｈとが非連通状態となる。エア制御弁６０のスプール６８の位置はそのまま維持される（スプール６８が第２パイロット室６２側（図１２（ａ）中左側）に位置する）。
【００５５】
そして、エア供給源２０１からの圧縮エアが、給気口７１、エア制御弁６０、駆動エア流路５１を介して第２シリンダ１６ｂにさらに流入すると、図９に示したように、ロッド２やピストン６ａ、６ｂが初期位置まで移動する。この場合、ロッド２の短外径部２ｄを介して、制御エア供給用開口部５２ｅと第１の制御エア用開口部５３ｅとが連通することで、制御エア供給流路５２と第１の制御エア連通路５３とが連通し、第２の制御エア連通路５４とロッド２の制御エア排気路２ｈが連通する。
そして、圧縮エアが給気口７１からエア制御弁６０、制御エア供給流路５２、ロッド２の短外径部２ｄ、第１の制御エア連通路５３を介して、第２パイロット室６２に供給される。第１パイロット室６１は、第２の制御エア連通路５４、ロッド２の制御エア排気路２ｈの第１の孔２ｆおよび主孔２ｐ、制御エア排気口２ｅを介して、モータ外部と連通して、大気圧（基準圧）に設定されている。スプール６８が、図１２（ｂ）に示したように、第１パイロット室６１側に移動して静止して、図９に示したように、エア制御弁６０は、給気口７１と制御エア供給流路５２とを連通し、第１の駆動エア流路５１ａと給気口７１とを連通し、且つ、第２の駆動エア流路５１ｂと排気口７２ｂとを連通する。エア供給源２０１からの圧縮エアが、給気口７１、エア制御弁６０、第１の駆動エア流路５１ａを介して、シリンダ１６ａに流入し、ピストン６ａを回転出力軸２２側に押圧する。
そして、上述した動作を繰り返すことにより、エアモータ１００は、ピストン６（６ａ、６ｂ）の直線往復運動を係合部８の第１列目および第２列目の複数のボール部材８ａに係合する外輪部材２１（２１ａ、２１ｂ）、ワンウェイクラッチ２３（２３ａ、２３ｂ）などにより、回転出力軸２２を中心軸とする一方向への回転運動に変換して、回転出力軸２２を連続回転駆動する。
【００５６】
エアモータ１００の回転出力軸２２の単位時間当りの回転数は、絞弁９２（９２ａ、９２ｂ）による排気エアの流量を調整することで制御可能である。
エアモータ１００を停止させる場合、絞弁９２（９２ａ、９２ｂ）による排気エアの流量を０とする、または、エア供給源２０１から給気口７１への圧縮エアの供給を停止する。
【００５７】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、シリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）内に摺動自在に配置されたピストン６（６ａ、６ｂ）と、ピストン６（６ａ、６ｂ）に連結され、エアモータ１００の本体部１０内に設けられた嵌合孔４１に摺動自在に配置されたロッド２と、ロッド２の軸に対して同心軸上に配置された回転出力軸２２と、回転出力軸２２の外径よりも大きな内径に形成され、その回転出力軸２２に貫装して配置され、外周部に、ピストン６（６ａ、６ｂ）の直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝２１ｄを備える筒形状の外輪部材２１と、ピストン６又はロッド２に連結されるとともに斜め溝２１ｄに係合する係合部８と、外輪部材２１と回転出力軸２２との間に介装され、外輪部材２１の一方向の回転運動を回転出力軸２２に伝達するクラッチ２３と、を有する。このエアモータ１００は、シリンダ１６（１６ａ、１６ｂ）内への駆動エアの給排により、ロッド２に連結された係合部８をそのロッド２に沿って直線往復運動させて、係合部８に係合された外輪部材２１を回転駆動するとともに、クラッチ２３を介して回転出力軸２２を回転駆動する。
このため、簡単な構成で、電気を必要としない小型のエアモータ１００を提供することができる。
また、エア駆動によるピストン６の往復動方向に沿って回転出力軸２２を配置し、そのピストン６の往復運動により回転出力軸２２を回転させるエアモータ１００を提供することができる。また、比較的大きいトルクを有するエアモータ１００を提供することができる。
また、上述したように、上記ピストン６の直線往復運動を回転運動へ変換する簡単な機構を備えるので、簡単な構造で非常に小型のエアモータ１００を提供することができる。
また、エアモータ１００は、上述したように、ピストン６の直線往復運動を回転運動へ変換する上記変換機構を有するので、比較的少ないエア消費量で、高トルクの出力を得ることができ、特に回転出力軸２２の低速回転時（低速領域）であっても高トルクの出力を得ることができる。
【００５８】
また、例えば、ピストン６の直線往復運動をラックとピニオンにより回転運動に変換する機構を採用した比較例のエアモータと比較して、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、上述したように、ピストン６と連動する係合部８、外輪部材２１、ワンウェイクラッチ２３、などを備える変換機構を有するので、モータ駆動時、比較的小さな駆動音のエアモータ１００を提供することができる。
【００５９】
また、少量のエア供給量（単位時間当り）で駆動エアを供給することで、エアモータ１００を低速駆動させる場合であっても、上述したように、ピストン６の直線往復運動により、係合部８、外輪部材２１、クラッチ２３を介して回転出力軸２２を回転駆動するので、回転出力軸２２を確実に高トルクで回転させることができる。
【００６０】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、係合部８は、外輪部材２１の斜め溝２１ｄに係合するボール部材８ａと、ボール部材８ａを回転自在に支持するとともに、外輪部材２１の外径よりも大きな内径の略筒形状に形成され、ピストン６（６ａ、６ｂ）またはロッド２に連結された筒状ケース部材８０と、を有する。
このように係合部８は、ボール部材８ａと、ボール部材８ａを転動自在に保持した筒状ケース部材８０とを備えた簡単な構造であるので、容易に高精度に安価なエアモータ１００を作製することができる。
【００６１】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、エアモータ１００の使用条件に合わせて、適宜、ピストン６のストロークを長くするような構成であってもよいし、逆に、ピストン６のストロークを短くするような構成であってもよい。
【００６２】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、外輪部材２１として第１の外輪部材２１ａと第２の外輪部材２１ｂとを有する。この第１の外輪部材２１ａと第２の外輪部材２１ｂとが回転出力軸２２に対して同心軸上に、軸方向に沿って並んで配置されている。
そして、第１の外輪部材２１ａの外周部に形成された斜め溝２１ｄは、ピストン６の往復運動方向に対して斜め方向に形成され、第２の外輪部材２１ｂの外周部に形成された斜め溝２１ｄは、ピストン６の往復運動方向に対して、第１の外輪部材２１ａの外周部に形成された斜め溝２１ｄと逆の斜め方向に形成されている。
そして、クラッチ２３ａは、第１の外輪部材２１ａと回転出力軸２２との間に介装された第１のクラッチ２３ａと、第２の外輪部材２１ｂと回転出力軸２２との間に介装された第２のクラッチ２３ｂと、を有する。この第１のクラッチ２３ａと第２のクラッチ２３ｂは互いに回転伝達方向が相反するように配置されている。
このため、ピストン６の往運動（Ｘ軸方向に沿ってピストン６が回転出力軸２２に近づく方向への運動）する場合、例えば、ピストン６およびロッド２の往運動による駆動力により第１の外輪部材２１ａの回転力が第１のクラッチ２３ａを介して回転出力軸２２に伝達して回転出力軸２２を一方向（規定方向）に回転させ、第２の外輪部材２１ｂの回転力は、第２のクラッチ２３ｂにより回転出力軸２２に伝達されない。
ピストン６の復運動（Ｘ軸方向に沿ってピストン６が回転出力軸２２から遠ざかる方向への運動）する場合、例えば、ピストン６およびロッド２の復運動による駆動力により第２の外輪部材２１ｂの回転力が第２のクラッチ２３ｂを介して回転出力軸２２に伝達して回転出力軸２２を回転させ、第１の外輪部材２１ａの回転力は、第１のクラッチ２３ａにより回転出力軸２２に伝達されない。
このため、簡単な構造で、ピストン６が往復運動することにより、回転出力軸２２を一方向（規定方向）に連続的に回転させることが可能なエアモータ１００を提供することができる。
【００６３】
また、上述したように、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、上記ピストン６またはロッド２に連結された係合部８と、上記第１の外輪部材２１ａ、第２の外輪部材２１ｂと、第１のクラッチ２３ａ、第２のクラッチ２３ｂと、回転出力軸２２とを有するので、ピストン６の往復運動により回転出力軸２２を回転駆動する際、回転出力軸２２のトルクに実質的に死点がなく、トルク変動が非常に小さい。
また、負荷に対して一定のトルクを出力することが可能なエアモータ１００を提供することができる。
【００６４】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、外輪部材２１が、周方向に沿って所定の間隔に複数の斜め溝２１ｄを有する。筒状ケース部材８０は、周方向に沿って所定の間隔に複数のボール部材８ａを回転自在に支持するとともに、各ボール部材８ａが外輪部材２１の各斜め溝２１ｄに摺動自在に係合するように形成されている。詳細には、本発明の実施形態では外輪部材２１の外周に周方向に沿って等しい間隔で、複数の斜め溝２１ｄ、具体的には、１つの外輪部材毎に８個のボール部材８ａに対応した８つの斜め溝２１ｄを備えている。
このため、エアモータ駆動時、ピストン６による力を、筒状ケース部材８０や複数のボール部材８ａなどを備えた係合部８により、外輪部材２１の外周部に略均等に伝達することができるので、外輪部材２１および回転出力軸２２を、ブレが少なく高精度に安定した状態で回転させることができる。
【００６５】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、スプール室６５内に摺動自在に設けられたスプール６８と、スプール６８の両端それぞれに臨む第１パイロット室６１および第２パイロット室６２とを備え、給気口７１と制御エア供給流路５２とを常に連通するとともに、スプール６８の位置に応じて駆動エア流路５１（５１ａ、５１ｂ）を給気口７１に連通する、または、駆動エア流路５１（５１ａ、５１ｂ）を排気口７２（７２ａ、７２ｂ）に連通するエア制御弁６０と、ロッド２に連結されたピストン６の位置に応じて、制御エア供給流路５２を、エア制御弁６０の第１パイロット室６１または第２パイロット室６２へ連通させて、エア制御弁６０のスプール６８の位置を制御するスプール位置制御部７と、を有する。
このため、簡単な構成で、電気を必要としない小型のエアモータ１００を提供することができる。
【００６６】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、ピストン６として、ロッド２の両端それぞれに連結された第１のピストン６ａと第２のピストン６ｂとを有し、シリンダ１６として、第１のピストン６ａと第２のピストン６ｂをそれぞれ摺動自在に収容する第１のシリンダ１６ａと第２のシリンダ１６ｂとを有する。
エア制御弁６０は、第１のシリンダ１６ａに連通する第１の駆動エア流路５１ａを給気口７１に連通し、且つ、第２のシリンダ１６ｂに連通する第２の駆動エア流路５１ｂを排気口７２に連通する第１の状態と、第２の駆動エア流路５１ｂを給気口７１に連通し且つ第１の駆動エア流路５１ａを排気口７２に連通する第２の状態とを、スプール６８の位置に応じて切替える。
このように、上記２つのピストン６ａ、６ｂの往復運動を、回転出力軸２２の回転運動に変換するため、ピストンの往復運動のどちらでも同じ力でロッド２を移動させることができ、回転出力軸２２を少ない回転ムラで連続的に回転駆動することができる。
【００６７】
本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、スプール位置制御部７が、嵌合孔４１の内面に形成された、制御エア供給流路５２に連通する制御エア供給用開口部５２ｅと、第１パイロット室６１に制御エア連通路５４を介して連通する制御エア用開口部５４ｅと、第２パイロット室６２に制御エア連通路５３を介して連通する制御エア用開口部５３ｅと、ロッド２に設けられた短外径部２ｄと、を有する。短外径部２ｄは、ロッド２に連結されたピストン６の位置に応じて、短外径部２ｄを介して制御エア供給用開口部５２ｅと制御エア用開口部５３ｅとを連通する位置、または、短外径部２ｄを介して制御エア供給用開口部５２ｅと制御エア用開口部５４ｅとを連通する位置に移動するように構成されている。
このため、ロッド２に連結されたピストン６の位置に応じて、ロッド２に設けられた短外径部２ｄを上述したように適宜設定することで、エア制御弁６０内のスプール６８の位置を簡単に制御することができる。つまり、簡単な構成で、少ないエア量で駆動可能なエアモータ１００を提供することができる。
【００６８】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、モータ本体部（筐体）１０に固定された略筒形状のボールガイド９（ガイド部材）を有する。ボールガイド９は、内周面にピストン６の直線往復動方向（Ｘ軸方向）に沿って、ボール部材８ａが係合するとともにそのボール部材８ａが転動自在となるように有底の内周側溝部９ｄを有する。
また、ボールガイド９は、外周面に、ピストン６の直線往復動方向（Ｘ軸方向）に沿って有底の外周側溝部９ａを有する。図４に示したように、このボールガイド９の外周側溝部９ａは、筐体１０の有底の溝部１０ｄに配置された棒状部材９５と係合するように構成されている。
このため、エアモータ駆動時、筒状ケース部材８０の孔部８０ｄに遊嵌されたボール部材８ａをＸ軸方向（ピストン６の往復動方向）に沿って高精度に移動させるとともに、外輪部材２１を回転出力軸２２を回転中心として回転させることができるエアモータ１００を提供することができる。
また、ボールガイド９の外周部はエアモータの筐体１０の内周面と接するように配置され、且つ、外周側溝部９ａとモータ筐体１０の溝部１０ｄ内に棒状部材９５を配置したので、外輪部材２１とモータ筐体１０との間のズレ（回転出力軸２２を回転中心とした回転方向に沿ったズレ）を防止することができる。
【００６９】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、筒状ケース部材８０の側面部に形成された孔部８０ｅを有し、この孔部８０ｅを貫通してスラストベアリング受け部材３０が配置されている。このスラストベアリング受け部材３０は、その端部３０ａがエアモータ筐体１０に固定されている。
スラストベアリング受け部材３０は、中央部から回転出力軸２２に向けて突出する中央突起部３０ｂを有する。この中央突起部３０ｂはボルトなどの固定部材３０ｃによりスラストベアリング受け部材３０の本体部に固定されている。この中央突起部３０ｂは、回転出力軸２２のピストン側の端部に形成された孔部内に配置されたベアリング３６（ニードルベアリング）に嵌合する。このため、回転出力軸２２を安定して回転させることができる。
また、図９に示したように、エアモータ筐体１０内に、スラストベアリング受け部材３０、スラストベアリング３５ｃ、外輪部材２１ｂ、スラストベアリング３５ｂ、外輪部材２１ａが順に配置されている。また、スラストベアリング受け部材３０とエアモータ筐体１０の内面１０ｇとの間で、外輪部材２１ｂ、２１ａとが回転自在に配置されている。このため、外輪部材２１ｂ、２１ａが安定して回転することができる。
【００７０】
また、スラストベアリング受け部材３０の端部３０ａが、筒状ケース部材８０の側面部に形成された孔部８０ｅを貫通した状態でエアモータ筐体１０に固定されている。つまり、筒状ケース部材８０は、ピストンの直線往復動方向（Ｘ軸方向）に沿って移動自在であり、回転出力軸２２を回転中心とする回転方向への回転が規制されるような構造となっている。このため、筒状ケース部材８０は、回転出力軸２２を回転中心とする回転方向へ回転することなく、Ｘ軸方向に沿って安定して直線往復運動することができる。
【００７１】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、ロッド２に制御エア排気路２ｈを有する。この制御エア排気路２ｈから排気された制御エアは、通気孔１０ｅを介してモータ外部に排気される。つまり、ロッド２に形成された制御エア排気路２ｈは、通気孔１０ｅを介してモータ外部に連通しており、大気圧（基準圧）に設定されている。このため、簡単な構成で、スプール６８の位置を制御可能なエアモータ１００を提供することができる。
【００７２】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００、１００ｂは、エア制御弁６０の長手方向とロッド２の長手方向とが、ねじれの位置関係となるように構成されている。詳細には、エア制御弁６０は、ロッド２に対して規定距離だけ離れた位置に配置され、且つ、エア制御弁６０の長手方向がロッド２の長手方向に対して９０°だけ水平面内で回転した位置関係となるように規定されている。このため、ロッド２の往復運動による振動とエア制御弁６０のスプール６８の移動による振動とが共振しないので、低振動のエアモータ１００を提供することができる。
【００７３】
また、本発明の実施形態に係るエアモータ１００は、上述したように簡単な構造であり、分解、洗浄、組立てが容易である。
【００７４】
尚、エアモータ１００は、回転出力軸２２が上記実施形態と比較して逆方向に回転するように構成されていてもよい。詳細には、各ワンウェイクラッチ２３ａ、２３ｂの回転規制方向が逆向きとなるように、各ワンウェイクラッチ２３ａ、２３ｂを配置することで、回転出力軸２２が上記実施形態と比較して逆方向に回転することができる。
【００７５】
また、上記本発明に係るエアモータ１００、１００ｂを、コンベアなどの装置に用いられる駆動源として採用してもよい。本発明に係るエアモータ１００、１００ｂは電気を使用せずに、圧縮エアを供給することにより回転出力軸２２を駆動することができるので、水を使用する現場などで使用される装置の駆動源として用いられた場合であっても、漏電などによる不具合が発生せず、長時間安定してその装置を駆動させることができる。
【００７６】
また、上記実施形態では、エア制御弁６０は、給気口７１と制御エア供給流路５２とを常に連通したが、この形態に限られるものではない。エア制御弁６０を介さずに、エア供給源２０１と制御エア供給流路５２とを直接連通してもよい。
【００７７】
尚、本実施形態では、ロッド２の同心軸上に回転出力軸２２が配置された構造であったが、この形態に限られるものではない。例えば、回転出力軸２２は、ロッド２の軸から平行にずれて配置されていてもよい。
【００７８】
また、本実施形態では、エアモータ１００は２つのピストン６ａ、６ｂを備えていたが、この形態に限られるものではなく、１つのピストン６を備えていてもよい。
【００７９】
また、係合部８はピンなどの突起部であってもよく、この突起部は斜め溝内に突起するように形成される。こうすることで、簡単な構造の直線往復運動から回転運動への変換機構を備えるエアモータ１００を提供することができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、２つの外輪部材２１ａ、２１ｂを備え、各外輪部材２１ａ、２１ｂと回転出力軸２２との間に回転規制方向が互いに逆向きの各ワンウェイクラッチ２３ａ、２３ｂとを設けたが、この形態に限られるものではない。例えば、エアモータ１００は、外輪部材２１の正方向回転および逆方向回転を、回転出力軸２２の一方向回転に変換する機構を採用してもよい。この場合、エアモータ１００は、ピストン６やロッド２に連結された係合部８に係合する１つの外輪部材２１を備えていてもよい。
【００８１】
また、上記実施形態では、２つの外輪部材２１ａ、２１ｂを備えていたが、この形態に限られるものではなく、例えば、１つの外輪部材２１だけであってもよいし、３つ以上の複数の外輪部材２１を設けてもよい。その場合、係合部８として筒状ケース部材８０に、各外輪部材２１に設けられた斜め溝２１ｄに係合する複数のボール部材８ａを設けてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、係合部８として、略筒形状の筒状ケース部材８０を用いたが、この形態に限られるものではない。例えば、筒状ケース部材８０は、外輪部材２１の斜め溝２１ｄに係合するようにボール部材８ａを転動自在に保持するとともに、ピストンやロッド２からの力を外輪部材２１に伝達するような構成であればよい。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
また、各図の記載内容はそれぞれ独立した実施形態になり得るものであり、本発明の実施形態は各図を組み合わせた一つの実施形態に限定されるものではない。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
エアモータであって、
シリンダ内に摺動自在に配置されたピストンと、
前記ピストンに連結され、モータ本体内に設けられた嵌合孔に摺動自在に配置されたロッドと、
前記ロッドの軸に対して同心軸上に配置された回転出力軸と、
前記回転出力軸の外径よりも大きな内径に形成され、該回転出力軸に貫装して配置され、外周部に、前記ピストンの直線往復運動方向に対して斜め方向に形成された斜め溝を備える筒形状の外輪部材と、
前記ピストン又は前記ロッドに連結されるとともに前記斜め溝に係合する係合部と、
前記外輪部材と前記回転出力軸との間に介装され、前記外輪部材の一方向の回転運動を前記回転出力軸に伝達するクラッチと、を有し、
前記シリンダ内への駆動エアの給排により、前記ロッドに連結された前記係合部を該ロッドに沿って直線往復運動させて、前記係合部に係合された前記外輪部材を回転駆動するとともに、前記クラッチを介して前記回転出力軸を回転駆動することを特徴とする
エアモータ。
（付記２）
前記係合部は、前記斜め溝に係合するボール部材と、前記ボール部材を回転自在に支持するとともに、前記外輪部材の外径よりも大きな内径の略筒形状に形成され、前記ピストンまたは前記ロッドに連結された筒状ケース部材と、を有することを特徴とする付記１に記載のエアモータ。
（付記３）
前記外輪部材は、第１の外輪部材と第２の外輪部材とを有し、
前記第１の外輪部材と前記第２の外輪部材とが前記回転出力軸に対して同心軸上に、軸方向に沿って並んで配置され、
前記第１の外輪部材の外周部に形成された斜め溝は、前記ピストンの往復運動方向に対して斜め方向に形成され、
前記第２の外輪部材の外周部に形成された斜め溝は、前記ピストンの往復運動方向に対して、前記第１の外輪部材の外周部に形成された斜め溝と逆の斜め方向に形成され、
前記クラッチは、前記第１の外輪部材と前記回転出力軸との間に介装された第１のクラッチと、前記第２の外輪部材と前記回転出力軸との間に介装された第２のクラッチと、を有し、
前記第１のクラッチと第２のクラッチは互いに回転伝達方向が相反するように配置されていることを特徴とする付記１または付記２に記載のエアモータ。
（付記４）
前記外輪部材は、周方向に沿って所定の間隔に複数の斜め溝を有し、
前記筒状ケース部材は、周方向に沿って所定の間隔に複数のボール部材を回転自在に支持するとともに、各ボール部材が前記外輪部材の各斜め溝に摺動自在に係合するように形成されていることを特徴とする
付記１から付記３のいずれかに記載のエアモータ。
（付記５）
スプール室内に摺動自在に設けられたスプールと、前記スプールの両端それぞれに臨む第１パイロット室および第２パイロット室とを備え、給気口と制御エア供給流路とを常に連通するとともに、前記スプールの位置に応じて駆動エア流路を前記給気口に連通する、または、前記駆動エア流路をエア排気口に連通するエア制御弁と、
前記ロッドに連結された前記ピストンの位置に応じて、前記制御エア供給流路を、前記エア制御弁の前記第１パイロット室または第２パイロット室へ連通させて、前記エア制御弁の前記スプールの位置を制御するスプール位置制御部と、
を有することを特徴とする付記１から付記４のいずれかに記載のエアモータ。
（付記６）
前記ピストンは、前記ロッドの両端それぞれに連結された第１のピストンと第２のピストンとを有し、
前記シリンダは、前記第１のピストンと第２のピストンをそれぞれ摺動自在に収容する第１のシリンダと第２のシリンダとを有し、
前記エア制御弁は、前記第１のシリンダに連通する第１の駆動エア流路を前記給気口に連通し、且つ、前記第２のシリンダに連通する第２の駆動エア流路をエア排気口に連通する第１の状態と、前記第２の駆動エア流路を前記給気口に連通し且つ前記第１の駆動エア流路をエア排気口に連通する第２の状態とを、前記スプールの位置に応じて切替えることを特徴とする付記１から付記５のいずれかに記載のエアモータ。
（付記７）
前記スプール位置制御部は、前記嵌合孔の内面に形成された、前記制御エア供給流路に連通する制御エア供給用開口部と、前記第１パイロット室に第１の制御エア連通路を介して連通する第１の制御エア用開口部と、前記第２パイロット室に第２の制御エア連通路を介して連通する第２の制御エア用開口部と、
前記ロッドに設けられた短外径部と、を有し、
前記短外径部は、前記ロッドに連結された前記ピストンの位置に応じて、前記短外径部を介して前記制御エア供給用開口部と第１の制御エア用開口部とを連通する位置、または、前記短外径部を介して前記制御エア供給用開口部と第２の制御エア用開口部とを連通する位置に移動するように構成されていることを特徴とする付記１から付記６のいずれかに記載のエアモータ。
【符号の説明】
【００８５】
１ｋ  固定部材
２  ロッド（ピストンロッド）
２ｄ  短外径部
２ｅ  制御エア排気口
２ｆ  第１の孔
２ｇ  第２の孔
２ｈ  制御エア排気路
２ｐ  主孔
６、６ａ、６ｂ  ピストン
６ｐ  パッキン（密封部材）
７  スプール位置制御部（位置検出部）
８  係合部
８ａ  ボール部材
９  ボールガイド（ガイド部材）
９ａ  溝（外周側溝）
９ｄ  溝（内周側溝）
１０  モータ本体部（筐体）
１０ｅ  通気孔（制御エア排気口）
１０ｇ  内面
１０ｈ  カバー部材
１０ｓ  中空部
１０ｔ  駆動側筐体部
１０ｕ  ピストン側筐体部（筐体部）
１０ｗ  回転出力軸側筐体部（ベアリングケース）
１６  シリンダ
１６ａ  第１シリンダ
１６ｂ  第２シリンダ
２１  外輪部材
２１ａ  第１外輪部材
２１ｂ  第２外輪部材
２１ｄ  斜め溝（溝）
２２  回転出力軸（スピンドル）
２３、２３ａ、２３ｂ  ワンウェイクラッチ
３０  スラストベアリング受け部材
３０ａ  端部
３０ｂ  中央突出部（ニードルベアリング軸受部）
３０ｃ  固定部材（ナット）
３５、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ  スラストベアリング
３６  ニードルベアリング
３７  ベアリング（深溝球軸受）
３８  ベアリング押さえナット
３９  ベアリング押さえ部材
４１  嵌合孔
４３  Ｏリング（密封部材）
５１  駆動エア流路（駆動エア連結管）
５１ａ  第１の駆動エア流路
５１ｂ  第２の駆動エア流路
５１ｅ  開口部（第１開口部）
５１ｆ  開口部（第２開口部）
５２  制御エア供給流路（供給用制御エア連結管）
５２ｅ  制御エア供給用開口部
５３  第１の制御エア連通路
５３ｅ  第１の制御エア用開口部
５４  第２の制御エア連通路
５４ｅ  第２の制御エア用開口部
６０  エア制御弁（エア切換弁、方向切替弁）
６１  第１パイロット室
６２  第２パイロット室
６５  スプール室
６８  スプール
７１  給気口（エア供給口）
７２、７２ａ、７２ｂ  排気口
８０  筒状ケース部材（ボール保持ケース部材）
８０ａ  筒状部
８０ｂ  底部
８０ｃ  先端部
８０ｄ  孔部（ボール遊嵌孔）
８０ｅ  孔部（スラストベアリング遊貫用孔部）
９１、９１ａ、９１ｂ  消音器
９２、９２ａ、９２ｂ  絞弁
９５  棒状部材
１００  エアモータ
２０１  エア供給源
６０１  弁蓋部
【図１】
2014101819.tif 000003
【図２】
2014101819.tif 000004
【図３】
2014101819.tif 000005
【図４】
2014101819.tif 000006
【図５】
2014101819.tif 000007
【図６】
2014101819.tif 000008
【図７】
2014101819.tif 000009
【図８】
2014101819.tif 000010
【図９】
2014101819.tif 000011
【図１０】
2014101819.tif 000012
【図１１】
2014101819.tif 000013
【図１２】
2014101819.tif 000014
【図１３】
2014101819.tif 000015
【図１４】
2014101819.tif 000016
【図１５】
2014101819.tif 000017
【図１６】
2014101819.tif 000018