(57)【要約】【課題】長寿命でエネルギー効率が高いエアモータを提供すること。【解決手段】シリンダ２の内部にロータ３を回転可能に収容し、該ロータ３に放射状に形成された軸線方向の複数の溝３ａにベーン４を径方向に移動可能に挿入し、該ベーン４を前記シリンダ２の内壁に摺接させつつ圧縮空気によって前記ロータ３を回転させるエアモータ１において、前記シリンダ２の内壁にプラズマ陽極酸化処理によるジルコニアを含むセラミックス皮膜を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの内部にロータを回転可能に収容し、該ロータに放射状に形成された軸線方向の複数の溝にベーンを径方向に移動可能に挿入し、該ベーンを前記シリンダの内壁に摺接させつつ圧縮空気によって前記ロータを回転させるエアモータにおいて、
前記シリンダの内壁にプラズマ陽極酸化処理によるジルコニアを含むセラミックス皮膜を形成したことを特徴とするエアモータ。
【請求項２】
前記ベーンの材質をエポキシ系樹脂としたことを特徴とする請求項１記載のエアモータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のエアモータを駆動源とし、該エアモータの回転を動力伝達機構を介して先端工具に伝達して該先端工具を回転駆動することを特徴とするエア工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮空気によって回転駆動されるエアモータと該エアモータを駆動源とするエア工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エアモータは、シリンダの内部にロータを回転可能に収容し、該ロータに放射状に形成された軸線方向の複数の溝にベーンを径方向に移動可能に挿入し、該ベーンを前記シリンダの内壁に摺接させつつ圧縮空気によって前記ロータを回転させるものである。即ち、エアモータにおいては、シリンダに設けられたエア入口から圧縮空気が導入され、圧縮空気はベーンに作用してロータを回転させた後にエア出口からシリンダ外に排出される。
【０００３】
ところで、斯かるエアモータの軽量化のため、シリンダの材料にアルミニウム合金等の軽合金を使用する場合、シリンダ内壁に表面処理を施さないでエアモータを駆動すると、シリンダ内壁が早期に摩耗し、動作不良、出力不足等の問題が発生する。このため、シリンダ内壁にアルマイト処理やニッケルメッキ等の表面処理を施すことによって該シリンダ内壁の耐摩耗性を向上させている（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特許第２８６９５４７号公報
【特許文献２】特開平７−２４７９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、アルマイト処理によって形成される皮膜は、硬度がＨｖ２００〜４００程度であり、メッキ等を施す場合と比較して硬度が低いために耐摩耗性に劣り、十分な使用寿命が得られないという問題がある。又、形成される皮膜は多孔質構造を有しているため、一般に摩擦係数が大きく、ベーンの摺動摩擦による回転エネルギーの損失が大きくなるため、所期の出力を得るためにエアモータ全体の体積をより大きくしなければならない。
【０００５】
他方、シリンダ内壁にニッケル等のメッキを施した場合には、硬度としてＨｖ５００〜１０００程度の高い値が得られる反面、ベーンの摺動によってメッキが早期に剥離してしまい、十分な使用寿命が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、長寿命でエネルギー効率が高いエアモータ及びこれを備えたエア工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、シリンダの内部にロータを回転可能に収容し、該ロータに放射状に形成された軸線方向の複数の溝にベーンを径方向に移動可能に挿入し、該ベーンを前記シリンダの内壁に摺接させつつ圧縮空気によって前記ロータを回転させるエアモータにおいて、前記シリンダの内壁にプラズマ陽極酸化処理によるジルコニアを含むセラミックス皮膜を形成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ベーンの材質をエポキシ系樹脂としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載のエアモータは、請求項１又は２記載のエアモータを駆動源とし、該エアモータの回転を動力伝達機構を介して先端工具に伝達して該先端工具を回転駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
プラズマ陽極酸化処理は、各種電解メッキやアルマイト等の電解条件と比べて、電解液中において相当な大電力によりパルス電解処理を行い、被処理物表面に硬度の高いセラミックス（金属酸化物）皮膜を形成するものである。従来、プラズマ陽極酸化処理で形成される皮膜は、一般的に表面が粗く、硬度がＨｖ１０００〜２０００と極めて硬く脆いため、エアモータのシリンダへの適用を考えた場合、ベーン摺動時の摩擦抵抗が大きく、ベーンの摩耗や回転エネルギーの損失が大きくなる等の問題があり、又、摺動面に使用するには密着性が不十分であるために不向きなものであった。
【００１１】
しかしながら、請求項１記載の発明において使用されるプラズマ陽極酸化処理は、ジルコニウム塩を含有した電解液を用いて処理を行い、ジルコニアと母材金属との複合酸化物から成るセラミックス皮膜を形成するものであって、本処理によって形成される皮膜は、硬度がＨｖ８００〜１２００程度とアルマイトの数倍の値を示し、又、従来のプラズマ酸化処理皮膜やアルマイトのような多孔質構造を持たず、ボイドも少なく、連続皮膜構造であるため、表面の平滑性は非常に高い。又、ジルコニアは靭性を有するエンジニアリングセラミックスとして知られ、ジルコニアを主成分とする皮膜はセラミックスの弱点である脆さの問題を解消し、変形に耐えることができる。
【００１２】
以上の特長を備えたセラミックス皮膜をエアモータのシリンダ内壁に形成することによって、シリンダの耐摩耗性と摺動性が大幅に向上し、長寿命でエネルギー効率が高いエアモータを得ることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、ベーンの材質をエポキシ系樹脂としたため、該ベーンの摺動性を高めることができ、ベーンの摺動抵抗を低く抑えてエアモヘータのエネルギー効率の向上を図ることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、長寿命でエネルギー効率が高いエアモータを駆動源として用いることによって、従来と同じ出力を得る目的に対してエアモータを小型化することができ、これによってエア工具全体を小型化及び軽量化することができ、作業性の良いエア工具を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
［エアモータ］
先ず、本発明に係るエアモータの実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るエアモータの側断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はシリンダ内壁の部分拡大断面図であり、図１に示すエアモータ１は、シリンダ２の内部にロータ３を回転可能に収容し、該ロータ３に放射状に形成された軸線方向の複数（図示例では６つ）の溝３ａにベーン４を径方向に移動可能に挿入して構成されている。
【００１７】
上記シリンダ２は、アルミニウム合金によって円筒状に成形されており、図２に示すように、その内周面は外周面に対して偏心している。又、シリンダ２の側部にはエア入口５とエア出口６が形成されており、シリンダ２の内周面には、図３に拡大して示すように、ジルコニアを含むセラミックス皮膜７が形成されている。このセラミック皮膜７は、プラズマ陽極酸化処理によって形成されている。具体的には、ジルコニウム塩を含む電解液中にシリンダを浸漬し、高電圧でプラズマ発光を伴いながら陽極酸化処理を行うことによってシリンダ２の内周面（内壁）にセラミック皮膜７が形成される。このセラミック皮膜７は、ジルコニウムを含み、表面が平滑で密着性に優れたものとなる。
【００１８】
又、前記ロータ３は、鋼材によって円柱形状に成形されており、図２に示すように、その外周の６箇所には６０°間隔で放射状を成す６つの溝３ａが軸方向（図２の紙面垂直方向）に形成されており、各溝３ａには矩形平板状の前記ベーン４が径方向に移動可能に挿入されている。ここで、各ベーン４は、その材質がエポキシ系樹脂とされ、本実施の形態では積層エポキシ樹脂によって構成されている。
【００１９】
而して、複数の溝３ａにベーン４がそれぞれ挿入されたロータ３は、図１に示すように、その軸方向両端がカバー８を貫通して外部に突出しており、各突出部がカバー８に保持されたベアリング９によって支持されることによって該ロータ３が回転可能に支持されている。尚、ロータ３は、その軸線がシリンダ２の外周面の軸線と一致するよう取り付けられ、従って、シリンダ２の内周面とロータ３の軸線は偏心した状態となる。
【００２０】
以上のように構成されたエアモータ１において、シリンダ２に設けられたエア入口５から圧縮空気が導入されると、この圧縮空気はベーンに作用してロータを回転させた後にエア出口６からシリンダ２外に排出され、このようにしてロータ３が連続的に回転駆動される。
【００２１】
ところで、プラズマ陽極酸化処理は、各種電解メッキやアルマイト等の電解条件と比べて、電解液中において相当な大電力によりパルス電解処理を行い、被処理物表面に硬度の高いセラミックス（金属酸化物）皮膜を形成するものである。従来、プラズマ陽極酸化処理で形成される皮膜は、一般的に表面が粗く、硬度がＨｖ１０００〜２０００と極めて硬く脆いため、エアモータのシリンダへの適用を考えた場合、ベーン摺動時の摩擦抵抗が大きく、ベーンの摩耗や回転エネルギーの損失が大きくなる等の問題があり、又、摺動面に使用するには密着性が不十分であるために不向きなものであった。
【００２２】
しかしながら、本発明において使用されるプラズマ陽極酸化処理は、ジルコニウム塩を含有した電解液を用いて処理を行い、ジルコニアと母材金属との複合酸化物から成るセラミックス皮膜を形成するものであって、本処理によって形成される皮膜は、硬度がＨｖ８００〜１２００程度とアルマイトの数倍の値を示し、又、従来のプラズマ酸化処理皮膜やアルマイトのような多孔質構造を持たず、ボイドも少なく、連続皮膜構造であるため、表面の平滑性は非常に高い。又、ジルコニアは靭性を有するエンジニアリングセラミックスとして知られ、ジルコニアを主成分とする皮膜はセラミックスの弱点である脆さの問題を解消し、変形に耐えることができる。
【００２３】
而して、本実施の形態では、以上の特長を備えたセラミックス皮膜７をエアモータ１のシリンダ２の内周面（内壁）に形成したため、シリンダ２の耐摩耗性と摺動性が大幅に向上し、長寿命でエネルギー効率が高いエアモータ１を得ることができる。
【００２４】
又、ベーン４の材質をエポキシ系樹脂としたため、該ベーン４の摺動性を高めることができ、ベーン４の摺動抵抗を低く抑えてエアモータ１のエネルギー効率の向上を図ることができる。
［エア工具］
次に、以上説明したエアモータ１を駆動源とするエア工具の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
＜実施の形態１＞
図４は本発明に係るエア工具の一形態としてのねじ打ち機のねじ打ち込み前の状態を示す破断側面図、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図、図６は同ねじ打ち機のねじ打ち込み後の状態を示す破断側面図である。
【００２６】
本実施の形態に係るねじ打ち機１０の本体外枠を構成するボディ１１内には、エアプラグ１２に連通する蓄圧室１３が形成されており、ボディ１１内の上部には駆動源であるエアモータ１が内蔵されている。又、ボディ１１内のエアモータ１の下方には、エアモータ１のロータ３の回転を減速するための遊星歯車機構１４と、該遊星歯車機構１４によって減速された回転を受けて駆動される回転伝達部１５が設けられている。
【００２７】
上記回転伝達部１５は、有底円筒状の回転体１６とその内部に配された回転スライド部材１７を備えており、図５に示すように、回転体１６の内壁の相対向する２箇所には凹部１６ａが軸方向（図５の紙面垂直方向）に沿って形成されており、回転スライド部材１７の外周の相対向する２箇所には凸部１７ａが軸方向（図５の示す垂直方向）に沿って形成されている。そして、回転スライド部材１７は回転体１６の内部に上下摺動可能に嵌挿されており、その外周に形成された前記凸部１７ａは回転体１６の内壁に形成された前記凹部１６ａに摺動可能に嵌合している。
【００２８】
又、回転スライド部材１７の中心部には回転移動部材１８の上端部が挿通固着されており、回転スライド部材１８から垂直下方に延びる回転移動部材１８の下端部にはピストン部１８が形成されている。そして、このピストン部１９は、その外周に嵌着されたシールリングを介して後述のシリンダ２２内に上下摺動可能と嵌挿されており、これにはドライバビット装着部２０が形成され、このドライバビット装着部２０にはドライバビット２１が着脱可能に装着されている。
【００２９】
ここで、上記回転移動部材１８には前記エアモータ１の回転が前記遊星歯車機構１４によって減速されて伝達され、該回転移動部材１８とドライバビット２１が右回転しながら、ピストン部１９に加わる圧力で下降するよう構成されている。
【００３０】
更に、ボディ１１内の下部には円筒状のシリンダ２２が固定されており、該シリンダ２２の上方には、回転スライド部材１７が所定距離だけ下降したときに該回転スライド部材１７の下部に形成されたエア遮断面１７ｂが当接するダンパプレート２３が設けられている。そして、ダンパプレート２３の下方には通気孔２４が形成されており、この通気孔２４は不図示のエア通路を介してエアモータ１の不図示の入気孔に連通している。
【００３１】
又、シリンダ２２の下部には圧縮空気流出孔２５と圧縮空気流入孔２６が形成されており、ボディ１１の内周とシリンダ２２の外周との間には空気釘打機において周知である戻し蓄圧室２７が形成されている。
【００３２】
他方、ボディ１１の溝２８内には上下動可能な主弁２９がバネ３０によって上方に付勢されて設けられており、該主弁２９の上端側と下端側の側面はシールされ、中央部には通気孔３１が形成されている。そして、ボディ１１の溝２８の下方には操作弁３２に連通する通気孔３３が形成され、溝２８の上方には蓄圧室１３に連通する通気孔３４が形成されている。又、ボディ１１の下部には、前記ドライバビット２１とこれによってねじ込まれるねじ３５を案内するノーズ３６が不図示の取付けボルトによって取り付けられている。尚、前記操作弁３２はトリガ３７によって操作される。
【００３３】
更に、ボディ１１の下部には、マガジン３８内に収容された不図示の連結バンドによって連結されたねじ３５を自動的に供給するねじ送り部３９が設けられており、該ねじ送り部３９の下方には前記操作弁３２に連接されたプッシュレバー４０が設けられている。
【００３４】
次に、以上のように構成されたねじ打ち機１０の動作について説明する。
【００３５】
エアプラグ１２を不図示のエアホースを介して不図示のコンプッレサに接続すると、蓄圧室１３と操作弁３２及び通気孔３３を介して主弁２９の下部の溝２８内に圧縮空気が流入し、空気圧とバネ３０の付勢力によって主弁２９が上方に押し上げられ、該主弁２９の上端面がシールされる。即ち、蓄圧室１３とピストン部１９の上部間の連通が遮断され、ピストン部１９やエアモータ１等に圧縮空気が供給されない。
【００３６】
上記状態から、図６に示すように、プッシュレバー４０を被締結材Ｗに押し付けるとともにトリガ３７を操作すると、操作弁３２が作動して主弁２９の下方の圧縮空気が通気孔３３と操作弁３２を通って排出され、主弁２９の上面外周寄りには圧縮空気圧が掛かっているため、主弁２９がバネ３０の付勢力に抗して押し下げられる。このため、通気孔３４や回転体１６の通気孔４１等を通って回転体１６内に圧縮空気が流入し、ピストン部１９の上面に圧縮空気圧が作用し、この圧縮空気圧によって回転移動部材１８が回転スライド部材１７と共に下方に押し下げられると同時に、通気孔２４に連通したエアモータ１にも圧縮空気が供給され、該エアモータ１が回転を開始する。
【００３７】
而して、エアモータ１のロータ３の回転は遊星歯車機構１４によって減速されて回転移動部材１８に伝達されるため、該回転移動部材１８とそのピストン部１９のドライバビット装着部２０に装着されたドライバビット２１は下降しながら同時に回転する。このドライバビット２１の下降と回転によって、該ドライバビット２１に係合するねじ３５が連結バンドから離脱して図６に示すように被締結材Ｗにねじ込まれる。
【００３８】
ドライバビット２１がねじ込み完了位置まで下降すると、回転移動部材１８のピストン部１９はピストンダンパ４２に突き当たり、回転スライド部材１７のエア遮断面１７ｂはダンパプレート２３に突き当たり、ドライバビット２１の下降が停止するとともに、停止時の衝撃がピストンダンパ４２とダンパプレート２３によって吸収されて緩和される。このとき、回転スライド部材１７のＯリング４３はシリンダ２２の内周上端側をシールし、又、回転スライド部材１７のエア遮断面１７ｂのダンパプレート２３への突き当たりによって通気孔２４が閉じられ、エアモータ１への圧縮空気の供給が停止される。このため、エアモータ１が回転を停止し、遊星歯車機構１４、回転体１６、回転移動部材１８及びドライバビット２１の回転が停止する。この状態においては、蓄圧室１３から通気孔３４、通気孔４１、回転スライド部材１７の上室、通気孔４４及び圧縮空気流出孔２５を経て圧縮空気が戻し蓄圧室２７に流入する。
【００３９】
操作弁３２を元に戻すと、該操作弁３２と通気孔３３を経て蓄圧室１３から圧縮空気が主弁２９の下方の溝２８内に流入し、主弁２９を上方に押し上げる。このため、前記と同様に蓄圧室１３と回転体１６の通気孔４１との連通が遮断され、同時に主弁２９の中央部の通気孔３１が不図示のエア通路を介して排気路４５に連通し、回転移動部材１８のピストン部１９の上方の圧縮空気がボディ１１の外部に排出される。この結果、ピストン部１９の下面に作用する空気圧によってピストン部１９及びドライバビット２１は上方の初期位置に戻される。同時にねじ送り部３９により次のねじ３５がドライバビット２１の軸上に送られて初期状態に戻る。
【００４０】
而して、本実施の形態に係るねじ打ち機１０は、長寿命でエネルギー効率が高いエアモータ１を駆動源として用いているため、従来と同じ出力を得る目的に対してエアモータ１を小型化することができ、これによってねじ打ち機１０の全体を小型化及び軽量化することができ、該ねじ打ち機１０の作業性を高めることができる。
【００４１】
＜実施の形態２＞
次に、本発明に係るエアモータ１をエアドライバに適用した実施形態を図７に基づいて説明する。
【００４２】
図７はエアドライバの破断側面図であり、図示のエアドライバ５０は、駆動源であるエアモータ１と、該エアモータ１に連通する空気通路５１と、不図示の図示しないエアコンプレッサ等の圧縮空気供給源から延びる不図示のエアホースが接続されるエアプラグ５２と、該エアプラグ５２から供給された圧縮空気を貯留する蓄圧室５３と、エアモータ１に連通する空気通路５１と蓄圧室５３とを連通／遮断させるスロットルバルブ５４と、該スロットルバルブ５４を制御するトリガ５５等によって構成されている。
【００４３】
上記スロットルバルブ５４は、先端がトリガ５５に取り付けられたシャフト部５４ａと、該シャフト部５４ａの軸心に対して離れるように形成されたテーパ部５４ｂとを有しており、テーパ部５４ｂに隣接する部位の外周にはＯリング５６が取り付けられ、全体はスプリング５７によってトリガ５５側（図７の左方）に付勢されている。
【００４４】
而して、スロットバルブ５４は、静止時、即ちトリガ５５が引かれていない状態ではスプリング５７によってトリガ５５側に付勢されているため、Ｏリング５６がハウジング５８に取り付けられたブッシュ５９の座面５９ａに当接しており、これによって蓄圧室５３と空気通路５１との連通を遮断している。
【００４５】
上記状態からトリガ５５を図７の矢印方向に引くと、スロットルバルブ５４が同方向に移動し、Ｏリング５６とブッシュ５９の座面５９ａとの当接が外れるため、蓄圧室５３と空気通路５１とが連通し、蓄圧室５３内の圧縮空気が空気通路５１を通ってエアモータ１に流入する。トリガ５５が引かれてスロットルバルブ５４のＯリング５６とブッシュ５９の座面５９ａとの係合が外れると、蓄圧室５３内の圧縮空気はブッシュ５９の座面５９ａとテーパ部５４ｂとの間を通って空気通路５１に流入するため、Ｏリング５６と座面５９ａとの係合が外れた当初は蓄圧室５３の圧縮空気が空気通路５１に流入する量は少ないが、スロットルバルブ５４が移動するに連れて流入する量が徐々に多くなる。即ち、トリガ５５の引き加減によってエアモータ１に流入する圧縮空気の量が増減し、エアモータ１の回転速度が増減する。
【００４６】
以上のようにエアモータ１が回転駆動されると、そのロータ３の回転は動力伝達機構６０を経て先端のドリルチャク６１に伝達され、該ドリルチャッ６１とこれに装着された不図示のドリルが所定の速度で回転駆動されてねじ締め作業がなされる。
【００４７】
而して、本実施の形態に係るエアドライバ５０は、長寿命でエネルギー効率が高いエアモータ１を駆動源として用いているため、従来と同じ出力を得る目的に対してエアモータ１を小型化することができ、これによってエアドライバ５０の全体を小型化及び軽量化することができ、該エアドライバ５０の作業性を高めることができる。
【００４８】
尚、以上は本発明をねじ打ち機とエアドライバに対して適用した形態について説明したが、本発明は、エアモータを駆動源とする他の任意のエア工具に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係るエアモータの側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係るエアモータのシリンダ内壁の部分拡大断面図である。
【図４】本発明に係るエア工具の実施の形態１に係るねじ打ち機のねじ打ち込み前の状態を示す破断側面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】本発明に係るエア工具の実施の形態１に係るねじ打ち機のねじ打ち込み後の状態を示す破断側面図である。
【図７】本発明に係るエア工具の実施の形態２に係るエアドライバの破断側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１          エアモータ
２          シリンダ
３          ロータ
３ａ        ロータの溝
４          ベーン
５          エア入口
６          エア出口
７          セラミック皮膜
８          カバー
９          ベアリング
１０        ねじ打ち機（エア工具）
１１        ボディ
１２        エアプラグ
１３        蓄圧室
１４        遊星歯車機構
１５        回転伝達部
１６        回転体
１６ａ      回転体の凹部
１７        回転スライド部材
１７ａ      回転スライド部材の凹部
１７ｂ      回転スライド部材のエア遮断面
１８        回転移動部材
１９        回転移動部材のピストン部
２０        ピストン部のドライバビット装着部
２１        ドライバビット
２２        シリンダ
２３        ダンパプレート
２４        通気孔
２５        圧縮空気流出孔
２６        圧縮空気流入孔
２７        戻し蓄圧室
２８        ボディの溝
２９        主弁
３０        バネ
３１        通気孔
３２        操作弁
３３，３４  通気孔
３５        ねじ
３６        ノーズ
３７        トリガ
３８        マガジン
３９        ねじ送り部
４０        プッシュレバー
４１        通気孔
４２        ピストンダンパ
４３        Ｏリング
４４        通気孔
４５        排気路
５０        エアドライバ（エア工具）
５１        空気通路
５２        エアプラグ
５３        蓄圧室
５４        スロットルバルブ
５４ａ      スロットルバルブのシャフト部
５４ｂ      スロットルバルブのテーパ部
５５        トリガ
５６        Ｏリング
５７        スプリング
５８        ハウジング
５９        ブッシュ
５９ａ      ブッシュの座面
６０        動力伝達機構
６１        ドリルチャック
Ｗ          被締結材
【図１】
2009221907.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009221907.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009221907.tif 000007
【図６】
2009221907.tif 000008
【図７】
2009221907.tif 000009