JP3746482B2 - 空気式ロータリツール - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、一般に空気式ロータリツール、特に、プラスチックハウジングと、圧縮空気を効率よく使用するための可変トルク構成とを備えた改良空気式ロータリツールに関する。
【０００２】
本発明は特に、ボルトやナットなど固定部材を回転させるために、ソケットを備えた出力軸を回転させる動力式ツールに関する。このようなタイプのツールは、自動車の修理及び工業分野で用いられることが多い。従来、空気式ロータリツールは、金属の外側ハウジングと複数の内側金属部品を備える。こうしたツールは、その金属構造により強度・耐久性がある一方で、全てが金属からなる構造はツールを幾分重くしコストを高くする。ツールを流れる圧縮空気は、このタイプのツールに動力を与える。空気がツール内で膨張すると、内部モータの運動を誘起し、ツールに動力を与える。
【０００３】
ツール製作者の目的は、全てが金属のツールと同じ位耐久性がありながら、プラスチックなど軽い材料で形成された部分を有し、したがって、ツールの重量及びコストを削減するのに適した空気式ロータリツールを提供することである。このようなツールを設計する際の困難性は、スチールなど強度の大きな金属に比べてプラスチックの剛性が小さいことである。例えば、仮にプラスチックのツールを硬い表面に当てると、ツール内部にある金属空気モータは、ハウジング及び出力軸に対しシフトしたり位置がずれたり、傾斜したりして、ツールが使用できなくなる場合がある。この問題のために、ツール製作者は、モータがハウジング内で傾斜しないよう複雑な内部モータ用ケーシングを作る必要があった。例えば、Geiger氏らによる米国特許第５、３４６、０２４号には、そのようなモータ用ケーシングとしてモータシリンダ１５が記載されている。このケーシングは、一端が閉鎖された円筒状で、バックヘッド２６及びボア（bore)２７など複数の部品が閉端部から伸張している。シリンダ、バックヘッド及びボアは一体構造であるため、一端が閉鎖されたシリンダを製造するのが極めて困難になっている。したがって、このようなケーシングは製造コストが高く、他の部品用にプラスチックなど軽くて安価な材料を用いるコスト的な利点を相殺する可能性がある。したがって、軽い材料及び金属部品両方から安価に作ることのできるツールが望まれている。
【０００４】
加えて、従来のロータリツールは、ユーザの入力に応じてトルクを調整する機構を備えていることが多い。このようなツールの一つは、トルク出力を調整するために、空気モータ内の背圧を利用している。モータ内の背圧が増加するほどモータのトルク出力は減少する。このようなデザインは、ツールに動力を与えるために圧縮空気の最大流れを利用するのにもかかわらず最大パワー以下で動作する点で非効率である。より低いトルク設定値では、大部分の空気がモータを迂回してモータに背圧を印加するため、動力がツールに供給されない。このように、より低い圧力で圧縮された空気を用いてトルクをより効率的に調整することのできるツールが必要とされる。さらに、モータ内の背圧を減らすことのできるツールは、同じ仕事量に対して使用する空気が少なく、より効率的に作動する。
【０００５】
典型的に、空気モータはロータを備え、このロータは、圧縮空気が作用することでロータの回転を誘起する複数の羽根を有する。圧縮空気のポケットは、隣り合う羽根により仕切られたコンパートメント内に収容される。従来のロータリツールには、典型的に、空気モータから圧縮空気を排出するために、モータに一つの排出ポートが設けてある。各コンパートメントが排出ポートを通過すると、コンパートメント内の大部分の空気は、排出ポートを介してモータから排出される。コンパートメントが排出ポートを通過した後は、コンパートメント内に残った空気は、コンパートメント内に閉じ込められる。コンパートメントの容量は、コンパートメントがモータサイクルの終了に近づくほど減少する。コンパートメントは、ロータが回転を続けるために、コンパートメント内で空気を圧縮する必要がある。空気をコンパートメント内で圧縮すること（背圧）は、ロータの回転速度を減少させる。背圧はモータの効率を下げるため、空気モータ内の背圧による損失を低減する空気式ロータリツールが望ましい。
【０００６】
発明の概要
本発明の複数の目的及び特徴として、主としてプラスチックからなるハウジングにより重量・コストを低減した空気式ロータリツールを提供すること、衝撃に対し内部部品の位置ずれが起きにくいプラスチックハウジングを備えたツールを提供すること、把持しやすいツールを提供すること、固定具なして部品を固定するプラスチックハウジングを備えたツールを提供すること、ユーザにより調整可能な４つの異なるレベル間でトルクを調整する空気式ロータリツールを提供すること、ツールに入る圧縮空気の流れを抑えてツールに入る空気量を減らすことで、モータのトルク出力を効率的に制御することのできる空気式ロータリツールを提供すること、モータ内の背圧を減らしモータ効率を向上させる空気式ロータリツールを提供することが挙げられる。
【０００７】
本発明に係る空気式ロータリツールは、実質的にプラスチックから形成されたハウジングと、ハウジング内に配置された空気モータとを備える。ツールはさらに、プラスチックハウジングよりも剛性の高い材料からなり、空気モータ及びハウジングに実質的にモータの一端で係合するための第１の剛性支持体を有する。プラスチックハウジングよりも剛性の高い材料からなる第２の剛性支持体は、空気モータ及びハウジングに実質的にモータの他端で係合する。第１及び第２の剛性支持体は、空気モータを、ハウジング内で移動したり位置ずれしないように支持する。
【０００８】
他の目的及び特徴は、一部は既に明らかであり、一部は以下で説明する。
【０００９】
好適な実施形態の詳細な説明
添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。同一の符号は複数の図面にわたって同一の部材を表す。図１を参照して、全体を符号５１で表す本発明に係る空気式ロータリツールは、ハウジング５３と、ハウジングの前側に設けたマウラー機構（Maurer Mechanism)ケーシング５５（広義には第１の剛性支持体）と、出力軸５７と、ハウジング５３の後側に配置されたエンドカバー５９とを有する。ケーシング５５は、ハウジング５３の一部とみなすこともできる。この場合、ハウジングとケーシングとの間の領域が略一様で、ツール５１を観たときに一つの連続的な輪郭に見えるようになる。出力軸５７は、マウラー機構ケーシング５５の前端部６３から突出している。マウラー機構ケーシング５５の後端部６５は、ハウジング５５に係合している。ガスケット６７（図３及び図２９）は、潤滑流体をツール５１内に留めておくために、マウラー機構ケーシング５５の後端部６５とハウジング５３との間をシールする。ガスケット６７は紙など繊維質の材料から形成されるのが好ましいが、ゴム、コルク、プラスチック、他の適当な材料で形成してもよい。ツール５１はさらに、ハウジング５３から下方に伸びたグリップ７１を備え、これによりユーザがツールをしっかり把持できるようになっている。グリップ７１は、ゴムなどの軟質材料からなる外層部７３を有し、ユーザの手に加わる圧力を吸収・緩和するとともに、グリップ７１とユーザとの間の摩擦力を増やしてツール５１が容易に把持できるようになっている。ツール５１を作動するためのトリガ７５がグリップ７１の前側から突出している。さらに、ツール５１は、圧縮空気をツールに供給するためのエアーインレット８１を備えている。エアーインレット８１は、グリップ７１の下部に取付けられ、当該分野で公知のようにエアーホース（図示せず）を収容する。
【００１０】
次に図２を参照して、ツール５１はさらに、出力軸５７の回転方向を選択するために、ハウジング５３の後部に回転選択バルブ８３を有する。回転選択バルブ８３は、ハウジング５３及びエンドカバー５９内で回転可能で、ツール５１内の圧縮空気の流れを変えて、出力軸５７の回転方向を制御するようになっている。圧縮空気の流速を下げることでツール５１のトルクを制御するためにエンドカバー５９に取付けたトルクセレクタ８５は、エンドカバー内で回転可能となっている。図の形態では、トルクセレクタ８５は、４つのトルク設定値に対応した４つの異なる位置を有する。回転選択バルブ８３及びトルクセレクタ８５の機能は、後で詳細に説明する。
【００１１】
加えて、グリップ７１の下部には、エアーインレット８１の近傍に排気口９１が取付けてある（図３）。排気口９１は、排気がツール５１を出る際に排気がユーザから離れる方向に向かうとともに異物が排気口に入らないよう排気を拡散するための複数の小さな孔９３を有する。。
【００１２】
ツール５１の内部機構についてツールの側断面図である図３を用いて説明する。ツール５１を流れる気流の方向をＡ線で表す。圧縮空気は、Ａ線に沿って、まずエアーインレット８１を介してツール５１内に入る。エアーインレット８１は、嵌合部材８１ａ、スイベルコネクタ８１ｂ及びエアーインレットシリンダ８２を備え、これらを通して空気が流れるようになっている（図３〜３Ｃ）。プラスチックハウジング５３の形成は、流動状態のプラスチックがインレットシリンダ８２の外部を接触しながら囲むように成形することで行われる。インレットシリンダは、ハウジング５３が形成される際にプラスチックが流れる環状溝８２ａを有する。プラスチックが硬化する際に、溝８２ａ内の材料は、エアーインレットシリンダ８２の溝と係合する突起８２ｂを形成し、これによりエアーインレット８１をハウジングに固定する。ハウジング５３は、インレットシリンダをハウジング内で保持するのに固定装置が不要となるよう、インレットシリンダ８２を十分に囲い込む。ハウジング５３をエアーインレットシリンダ８２の周囲に形成するための好適な成形方法は、関連分野で周知のプラスチック射出成形方法であり、後でさらに説明する。
【００１３】
嵌合部材８１ａは、スイベルコネクタ８１ｂがエアーインレット８１の軸周りにピボット回転できるよう、スナップリング８１ｃを介してスイベルコネクタに取付けてある。ボール・戻り止めなど、スナップリング８１ｃ以外の取付け方法も本発明の範囲内に含まれる。Ｏリング８１ｄは、嵌合部材８１ｃとスイベルコネクタ８１ｂの間をシールし、エアーインレットに入る圧縮空気が漏出するのを防止する。スナップリング８１ｃ及びＯリング８１ｄは、嵌合部材８１ａ上でのスイベルコネクタ８１ｂの回転を妨げない。嵌合部材８１ａの上端と、エアーシリンダ８２の下部内端は、ねじが切られている。嵌合部材８１ａは、嵌合部材のフランジ８１ｅがインレットシリンダ８２の下端に接触するまで、該下端に螺合される。別のＯリング８１ｆは、嵌合部材８１ａとインレットシリンダ８２の間をシールし、これにより空気がインレットシリンダを通ってツールの機構部品に流れるようにしてある。六角形状のキー溝８２ｄは、嵌合部材８１ａをインレットシリンダ８２内で回転するための六角形状のキー（一部を８２ｅで示す）を収容するように設計されており、嵌合部材がねじ８２ｃと係合して嵌合部材を完全にシリンダ内に螺合するようになっている。キー溝８２ｄ及びキー８２ｅは、キーから嵌合部材８１ａに力を伝達できれば、どのような嵌合形状（例えば、星型、四角形、五角形など）で形成してもよい。
【００１４】
さらに、軟質材料、好ましくはゴムからなる外層部７３は、プラスチック成形後にグリップ７１上に成形される。好適な成形方法は、外層部７３をグリップ７１に直接形成し、外層部をグリップの表面に溶融させ、ユーザがより安全に保持できる表面を形成する方法である。この成形方法では、本質的にグリップ７１より僅かに大きな金型が必要で、グリップと金型の間のスペースに流動ゴム材料を流し込み、ゴムを硬化してグリップの外層部７３を形成する。ゴム外層部７３はグリップ７１に直接溶融するので、外層部はグリップ上にしっかりと嵌合し、さらなる保持手段は不要である。しっかりとした嵌合により、ツール５１の使用時において、外層部７３がグリップ７１に対しシールした状態を保つことができるので、ユーザは、グリップと外層部との間が動くことなくツールをしっかり把持できる。
【００１５】
インレット８１を通過後、空気はチルトバルブ９５を通過する。このバルブはトリガ７５を引くことにより開放可能となっている（図３）。チルトバルブ９５の詳しい構成・動作は、関連分野で周知であり本願では説明しない。空気は続いてインレット８１の残り部分を通過し、回転選択バルブ８３を通過する（図３、４）。回転選択バルブ８３は、２つの部材、所定の位置に固定されたバルブ本体１０１（図４〜６）と、バルブ本体内で回転可能なバルブ部材１０３（図７、８）とを有する。バルブ本体１０１は、空気を回転選択バルブ８３内に導入するための第１の開端部１０５を有する円筒体である。バルブ部材１０３は、バルブ本体１０１を流れる空気の向きを変え、第１のサイドポート１０７か第２のサイドポート１０９のいずれかを介して外側に出す。バルブ部材１０３は、圧縮空気の向きを変えるために、バルブ部材とともに回転可能な内側プレート１１５を有する。図４を参照して、第１の位置にある場合、プレート１１５は、空気を第１のサイドポート１０７を介して第１の通路１１７に導き、これにより、空気を空気モータ１１９（図１７）（後述）に供給してモータに動力を与え、出力軸５７を正方向に駆動する。第２の位置（図４では仮想的に示す）にある場合、プレート１１５は、空気を第２のサイドポート１０９を介して第２の通路１２１に導き、これにより、空気をモータ１１９に供給してモータに動力を与え、出力軸５７を逆方向に駆動する。バルブ本体１０１は、上部ポート１２７をさらに有し、第１又は第２の通路１１７、１２１のいずれかを介して流れる空気と同時に、バルブ８３に二次的な気流が生じるようにしてある。二次的な気流については後で説明する。
【００１６】
空気式ロータリツール５１は、インパクトレンチとして知られたロータリツールの一種である。マウラー機構ケーシング５５内のマウラー機構１３１（図３）（後述）は、空気モータ１１９の高速回転エネルギを、出力軸５７に対する不連続の高ねじりモーメントに変換する。高トルクインパクトは継続時間が制限されているので、高トルクを連続的に与えるよりも大きなモーメントを出力軸５７に与えながら、オペレータはツール５１を把持していることができる。インパクトツールは、固定具を締めたり弛めたりするなど高トルク設定値が要求される高トルク仕様に有用である。
【００１７】
空気が回転選択バルブ８３を通過すると、空気は通路を通って空気モータ１１９に向かう。空気用通路は、以下に詳述するようにいくつかの通路から形成するようにしてもよい。まず、空気は、第１又は第２の通路１１７、１２１を介して空気モータ１１９に向かう。第１の通路１１７を通った空気はトルクセレクタ８５（図４）を通過する。上述したように、トルクセレクタ８５は圧縮空気を制御し、これにより、ユーザがツール５１に対し正確な出力トルクを設定できるようにしてある。エンドカバー５９はハウジング５３上に取付けてある（図３）。エンドカバー５９に設けた４つのボルト穴１３３は、エンドカバー５９及びマウラー機構ケーシング５５をハウジング５３に取付けるためのねじの切られたボルト１３５を収容する（図３、１０）。エンドカバー５９の穴１３３と嵌合するボルト１３５は、ハウジング５３内に設けた細長のボルト溝１３７を通って、マウラー機構ケーシング５５内に設けたねじの切られた穴（図示せず）に係合し、これにより、ツール各部品を同時に締め付ける（図２、４、９）。
【００１８】
図９〜１５を参照して、トルクセレクタ８５は、エンドカバー５９内で４つの異なる設定値の間を回転する。セレクタ８５が各設定値まで回転すると、小突起１３８がエンドカバー５９内の４つのノッチ１３９の１つに係合する。突起１３８は、弾力的に形成されセレクタ８５から外側に突出しており、セレクタが回転しながら各ノッチ１３９に係合する。突起１３８を動かして突起をノッチ１３９から外すのに必要な力が増加することで、セレクタ８５が異なる設定値の１つに位置することをユーザに指示することができる。図９、１０は、第１の通路１１７を流れる空気が固定オリフィス１４３を通過する空気に限定される第１の設定値を示す。固定オリフィス１４３は、第１の通路１１７よりも断面積が小さく、第１の通路を流れる空気の流れを抑える。トルクセレクタ８５は、さらなる空気が第１の通路１１７を通過するのを妨げる。第１の設定値の場合、第１の通路１１７を通過する空気量が最小であり、トルク出力は最も小さい。背面からセレクタ８５を見た場合、トルクセレクタの矢印１４５は設定値１を指し示している。
【００１９】
エンドカバー５９はさらに、方向決めピン１４９（図１０）を収容する方向決めソケット１４７を備える。方向決めピンは、エンドカバー５９から伸びており、ツール各部品を収容するとともに互いの方向を揃える。方向決めピン１４９により、ツール各部品は、互いに適切に位置決め・方向付けられ、これにより、ツールが組み立てられて適切に機能することが保証される。方向決めピン１４９を収容する部品は、以下で詳細に説明する。
【００２０】
図１１、１２を参照して、矢印１４５は設定値２を指し示しており、このときトルクセレクタ８５の第１のポート１５１は、第１の通路１１７の下部１５３と位置合わせされ、トルクセレクタの第２のより大きなポート１５５は、第１の通路の上部１５７と位置合わせされる。この状態では、一部の空気が固定オリフィス１４３を迂回して、第１の通路１１７の上部１５７に流れる。より詳しくは、この空気は、第１の通路１１７の下部１５３、第１のポート１５１、セレクタの通路１６３、第２のポート１５５を通り、最後に第１の通路の上部１５７に流れる。同時に、空気は、設定値１の場合と同様に、固定オリフィス１４３を通過し続ける。このように、第１の通路１１７を通って空気モータ１１９に到達する空気の総量は、トルクセレクタ８５と固定オリフィス１４３を通る空気の合計である。固定オリフィス１４３と同様、第１のポート１５１は、第１の通路１１７を介して流れる空気量を制御し、ツールの動力を抑える。
【００２１】
図１３、１４を参照して、矢印１４５は設定値３を指し示しており、トルクセレクタ８５の第２のポート１５５は、第１の通路１１７の下部１５３と位置合わせされ、トルクセレクタ８５の第３のより大きなポート１６５は、第１の通路の上部１５７と位置合わせされる。第１の通路１１７を通過する空気の総量は、トルクセレクタ８５と固定オリフィス１４３を通る空気の合計である。この設定値を選択した場合、第２のポート１５５及び固定オリフィス１４３の大きさにより、第１の通路１１７を流れる空気量が制御され、ツールの動力が抑えられる。
【００２２】
最終位置（図１５、１６）において、矢印１４５は設定値４を指し示しており、トルクセレクタ１４５の第３のポート１６５は、第１の通路１１７の下部１５３と位置合わせされ、トルクセレクタの第３のポートと同じ大きさの第４のポート１６７は、第１の通路の上部１５７と位置合わせされる。第１の通路１１７を通過する空気の総量は、トルクセレクタ８５及び固定オリフィス１４３を通過する空気の合計である。この設定値を選択した場合、第３のポート１６５及び固定オリフィス１４３の大きさにより、第１の通路１１７を通過する空気量が制御され、ツールの動力が正回転方向に最大許容トルクで制御される。トルクセレクタ８５のポートの数を減らしたり増やしたりしてもよく、これは本発明の範囲内に含まれる。
【００２３】
圧縮空気は、第１の通路１１７及びトルクセレクタ８５を通過すると、空気モータ１１９内に導入される前に支持プレート１６８（広義には、第２の剛性支持体）を通過する（図３、１６Ａ、１６Ｂ）。支持プレート１６８は、種々のツール部品を収容するための複数の開口部１６９を有する。ボルト１３５を収容するためのボルト用開口部１６９Ａは、支持プレートの四隅に配置されている。回転選択バルブ用開口部１６９Ｂは、回転選択バルブ８３が支持プレート１６８を貫通するのを可能にする。エンドカバー５９の方向決めソケット１４７から伸びた方向決めピン１４９を収容するための方向決め用開口部１６９Ｃは、支持プレート１６８を貫通する。支持プレート１６８を貫通するボルト１３５、回転選択バルブ８３、及び方向決めピン１４９とともに、エンドカバー５９及び支持プレートは、適切な位置に配置される。方向決めピン１４９の挿入は、ツール各部品を１つの正確な構成に配置することにより、ツール各部品を適切に組み立てることを保証する。さらに、後で詳述するようにトルクセレクタ８５から空気モータ１１９に空気を流すために、支持プレート１６８には、第１又は第２の通路１１７、１２１と協働する空気通路用開口部１６９Ｄが設けてある。支持プレート１６８はさらに、エンドカバー５９及び空気モータ１１９と封止状に係合するために、プレート両面上にゴム材料からなる外層部１７０を有する。完全に組み立てられると、後で詳述するように、支持プレート１６８は、プラスチックエンドカバー５９を支持し、これにより、ツール５１の使用の際に、カバーが湾曲するのを防止するとともにモータ１１９を均一に支持する。支持プレート１６８は、好ましくはスチールから形成されるが、プラスチックエンドカバー５９を支持するのに適した強度特性を備えた他の金属、非金属材料であってもよく、これらは本発明の範囲内に含まれる。
【００２４】
第１の通路１１７、トルクセレクタ８５及び支持プレート１６８を通過した後、圧縮空気は空気モータ１１９内に導かれる（図１７）。図３、１７に最もよく示すように、空気モータ１１９は、円筒状の支持スリーブ１７１、通路用スリーブ１７３、複数の羽根１７７を有するロータ１７５、第１のエンドキャップ１７９、及び第２のエンドキャップ１８１を備える。支持スリーブ１７１は、第１の開端部１８９及び第２の開端部１９１を有し、これにより、通路用スリーブ１７３が支持スリーブ内に取付けられるようになっている（図２７、２８）。第１のエンドキャップ１７９は第１の開端部１８９に取付けられ、第２のエンドキャップ１８１は第２の開端部１９１に取付けられる。第１及び第２のエンドキャップ１７９、１８１は、支持・通路用スリーブ１７１、１７３とは別個に形成されている。エンドキャップ１７９、１８１及びスリーブ１７１、１７３は、別個の部品として製造するのが経済的である。このような構成は、一方のエンドキャップとスリーブを一つの部品としたカップ状のモータハウジングを備えた従来公知の構成と大きく異なる。一端が閉鎖されたシリンダを作製し、シリンダの内側を加工するのは、開端部を有するシリンダを作製・加工する場合よりもコストが高いため、従来公知の構成は本発明に比べて製造コストが高い。
【００２５】
本発明では、エンドキャップ１７９、１８１は、支持・通路用スリーブ１７１、１７９と係合し且つスリーブを支持し、これによりツール５１を使用する際に生じる力の作用でハウジング５３に対し傾斜するのを防止する。３つの異なる連結用段部は、空気モータ１１９、マウラー機構ケーシング５５、及びハウジングを強固に連結するために協働する（図３）。第１のエンドキャップ１７９は、マウラー機構ケーシング５５の後方内側段部１９５と係合可能な前方外側段部１９３を有する。段部１９３、１９５の係合によりマウラー機構ケーシング５５と第１のエンドキャップ１７９は、円筒軸に沿って位置決めされるよう互いの方向が揃えられる。加えて、段部１９５の長さは、マウラー機構ケーシング５５内で第１のエンドキャップ１７９を支持するのを補助し、これにより、ツールが（例えば落下して）大きな衝撃を受けたとしても２つの部品の相対位置がずれるのを防止する。第１のエンドキャップ１７９はさらに、支持スリーブ１７１（図３）と係合可能な後方外側段部２０１と、方向決めピン２０２（図２５）とを有する。ピン２０２は、一端が第１のエンドキャップの孔２０２Ａ（図２６）内に収容され、他端が通路用スリーブ１７３の孔２０２Ｂ（図２８）内に収容される。方向決めピン２０２は、第１のエンドキャップ１７９と通路用スリーブ１７３の方向を揃える。第１のエンドキャップ１７９及び通路用スリーブ１７３がともに環状であるので、方向決めピン２０２は、組み立て時に２つの部品の方向を適切に揃えるのに好都合である。
【００２６】
通路用スリーブ１７３は、前部と後部が支持スリーブ１７１よりも短く、通路用スリーブ１７３の前面２０３は、第１のエンドキャップ１７９の後面２０５と平坦状に係合するように設計されている。支持スリーブ１７１は、前面２０３よりも前方に延設し、第１のエンドキャップ１７９の後方外側段部２０１と係合するとともに、支持プレート１６８から第２のエンドキャップ１８１の孔２０７を通って通路用スリーブ１７３の孔２０９内に伸びた方向決めピン１４９を収容する。段部２０１は、第１のエンドキャップ１７９を、支持・通路用スリーブ１７１、１７３と軸方向に位置合わせし、第１のエンドキャップとこれらスリーブとの位置ずれを防止する。方向決めピン１４９は、上述したピンと同様に、支持プレート１６８、第２のエンドキャップ１８１及び通路用スリーブ１７３の互いの方向を揃える。第１のエンドキャップ１７９の後方外側段部２０１と同様、第２のエンドキャップ１８１は、支持スリーブ１７１と係合する前方外側段部２１１を有する。エンドカバー５９からマウラー機構ケーシング５５に伸びた４つのボルト１３５は、ツール５１の内部部品を圧縮し、エンドキャップ１７９、１８１を支持スリーブ１７１上に強固に当接させる。エンドカバー５９、支持プレート１６８、ハウジング５３、支持スリーブ１７３、通路用スリーブ１７３、エンドキャップ１７９、１８１、及びマウラー機構ケーシング５５の相互作用によって、相当な剛性・強度を持った閉鎖円筒体が形成される。複数の連結段部と、ボルト１３５により誘起された圧縮力とにより、空気モータ１１９がハウジング５３に対して傾くのが防止される。空気モータ１１９は、ハウジング５３内でしっかりと嵌合し、モータが出力軸５７に対して傾くのが防止される。
【００２７】
ロータ１７５は、通路用スリーブ１７３内を回転可能である（図３、１７）。ロータ１７５は、ロータ後端から伸びた支持軸２１３とロータ先端から伸びたスプライン軸２１５と一体的に構成された円筒体である。スプライン軸２１５は、スプラインの付いた部分２２１と平滑な部分２２３を有する。平滑部分２２３は、第１のエンドキャップ１７９内に設けた第１のボールベアリング２２５内で嵌合する。スプライン部分２２１は、第１のエンドキャップを超えて突出し、マウラー機構１３１と係合する。スプライン軸２１５のスプライン部分２２１は、マウラー機構１３１の溝孔２２７内で嵌合し、この機構はマウラー機構ケーシング５５内で嵌合する（図３）。マウラー機構１３１は、ロータ１７５の高速回転エネルギを、出力軸５７に対する不連続の高インパクトモーメントに変換する。これにより、ツール５１が出力軸５７に対し非常に大きな衝撃力を不連続的に供給しながら、ユーザはツールを把持できる。マウラー機構１３１は当業者に周知であり、その詳細は本願に含まれない。
【００２８】
支持軸２１３は、第２のエンドキャップ１８１（図３）内に設けた第２のボールベアリング２３３内で嵌合する。スプライン軸２１５と支持軸２１３は、ロータ１７５の円筒軸Ｂにほぼ沿って伸びている。２組のボールベアリング２２５、２３３は、ロータが通路用スリーブ１７３内で自在に回転するのを可能にする。ロータ１７５の軸Ｂは、通路用スリーブ１７３の中心軸に対し偏心している。ロータ１７５は、羽根１７７を収容する複数の長溝２３５を有する（図１７）。羽根１７７は、軽い材料からなり、溝２３５内で弛く嵌合し、エンドキャップ１７９、１８１及び通路用スリーブ１７３は、空気モータ１１９内のツール長軸方向に関し羽根１７７が移動するのを制限する。ロータ１７５が回転する際、羽根１７７はロータ１７５から半径方向外側に移動し、通路用スリーブ１７３の内面に接触する。ロータ１７５が回転する間、隣り合う羽根１７７同士が、圧縮空気を収容する複数のキャビティ２３７をモータ１１９内に形成する。各キャビティ２３７は、ロータ１７５が回転しながら、前羽根１７７と該羽根と隣り合う後羽根とにより形成される。キャビティ２３７がインレットポート２４５を通過する際に、圧縮空気が前羽根１７７を押圧し、ロータ１７５を回転させる。
【００２９】
空気モータ１１９内を空気が移動しながらロータ１７５は回転し、エアーキャビティ２３７は、３つの段階、動力段階、排出段階、回復段階を通過する（図１７）。空気は、トルクセレクタ８５から吸気マニホルド２４７内に移動する。圧縮空気は続いて、吸気マニホルド２４７に形成されたインレットポート２４５を介して、ロータ１７５と通路用スリーブ１７３との間のキャビティ２３７内に強制移動する。ここで動力段階が開始する。圧縮空気は前羽根１７７を押圧し、羽根に作用する力により、ロータ１７５は矢印Ｆの方向に回転する。キャビティ２３７内での空気の容量が増えながらロータ１７５は回転し、羽根１７７間のスペースが増加する。羽根は溝２３５内で外側に移動を続け、羽根と通路用スリーブ１７３との間のシールを維持する。
【００３０】
動力段階の終了時において、キャビティ２３７の容量は最大量に向けて増加中であり、前羽根１７７は、通路用スリーブ１７３と支持スリーブ１７１に設けた一組の初期段階排気口２５１を通過する（図１７、２１、２７、２８）。これらポート２５１は、動力段階と排出段階との遷移を示すものであり、膨張空気が空気モータ１１９内部から、空気モータとハウジング５３との間の隙間スペース２５２にある低圧領域に逃げるのを可能にする。ポート２５１から逃げた空気は以下に述べるようにツール５１から排出される。排出段階の初期状態では、キャビティ２３７の容量は、サイクル中の他のどの時間よりも大きく、最大値まで増えた後、キャビティがモータ１１９底部を通過してから減少し始める。後羽根１７７が初期段階排出ポート２５１を通過する際に、空気モータ１１９内の後羽根の前方では空気がいくらか残っている。ロータ１７５が回転を続けると、キャビティ２３７の容量は減少し、キャビティ内の空気圧は増加する。空気が圧縮されるとモータ１１９内に背圧が発生し、回転するロータ１７５からエネルギを奪い、ロータの回転を遅くする。モータ１１９内に背圧が形成するのを緩和するために、排出工程の最後には、終期段階排出ポート２５３が設けてあり、残りの空気を空気モータ１１９から排出マニホルド２５５内に逃げ出させるようになっている。この排気は続いて、以下に述べるようにツール５１から排出される。終期排出ポート２５３の通過は、モータ１１９の第３段階、すなわちキャビティ２３７の容量が最小となる回復段階への遷移を示すものである。この段階で羽根１７７を動力段階の開始まで戻り、モータ１１９がサイクルを繰り返すことになる。
【００３１】
ロータ１７５が回転しながら、羽根１７７は、通路用スリーブ１７３に合わせて、溝２３５内で半径方向内側と外側に連続的に移動する（図１７）。ロータ１７５の回転は、羽根１７７に対し半径方向外側に力を作用させるが、ロータの回転が羽根を半径方向外側に押し出すのに十分な速さになるまでは、最初のうち羽根は半径方向外側に移動しない場合がある。この問題は、空気モータ１１９内に必要な潤滑油が存在することにより悪化する場合がある。溝１３７から羽根１７７が突出していないと、空気は、ロータ１７５を望むように回転することなく、空気モータ１１９を単に通過して初期段階排出バルブ２５１に到達する。この影響を打ち消すために、第１のエンドキャップ１７９（図２５、２６）及び第２のエンドキャップ１８１（図２２〜２４）はそれぞれ、羽根用吸気溝２６１を備えている。吸込みマニホルド２４７の圧縮空気の一部は、空気モータ１１９の一端に位置する羽根用吸気溝２６１を通過する。空気は、羽根１７７後方の溝２６１内に移動して羽根を溝２３５の外側に押し出す。その結果、モータ１１９を通過する空気は、突出した羽根を押すことができる。羽根用吸気溝２６１は、各羽根１７７が動力段階の大部分を通過する間、空気を各羽根１７７に供給する。吸気溝２６１は、羽根１７７が溝２３５から完全に伸張する状態に近くなる位置まで存在する。羽根１７７がロータ１７５の軸に向けて内側に移動し始めた後、羽根の後方にある空気は逃げる必要があり、このために、羽根用排気溝２６３が第１のエンドキャップ１７９及び第２のエンドキャップ１８１に形成されている。これらの溝により、羽根１７７後方の空気は、溝２６３を通って排出マニホルド２５５内に移動することができる。空気は続いて、終期段階排出ポート２５３から空気が出るのと同じようにしてモータ１１９から出る。
【００３２】
初期段階排出ポート２５１を出た排気は、ハウジング５３に設けた一対のオリフィス（図示せず）を通過し、グリップ７１の排気口９１に到達する（図３）。終期段階排出ポート２５３又は２つの羽根用排気溝２６３の一方を出て排出マニホルド２５５に導かれた排気は、異なる経路を通ってツール５１外側に出る（図４）。この経路は、第２の通路１２１を通過した空気を、回転選択バルブ８３に戻し、２つの対照的なオーバフロー用通路２６９に分流し、支持スリーブ１７１と第１のエンドキャップ１７９及びハウジング５３との間の隙間スペース２５２に導く（図４）。残留排気は続いて、スペース２５２を通過して、一対のオリフィスに到達し、他の排気とともに排気口９１から外部に出る。
【００３３】
逆方向に動作する場合、ツール５１は、空気がトルクセレクタ８５を迂回することを除いて、実質的に同じ動作を行う。空気は、同じ空気インレット８１を介してツール５１内に入る。回転選択バルブ８３は空気を第２の通路１２１に偏向し、空気は、ツール５１内を上方に移動して排出マニホルド２５５に入る。空気は続いて、終期段階排出ポート２５３を通過して空気モータ１１９内に入り、羽根１７７の反対面に作用し、ロータ１７５に対し逆方向に力を与える。初期段階排出ポート２５１は、正方向と実質的に同じように機能する。羽根用吸気溝２６１及び羽根用排気溝２６３は、空気を反対方向に流すことを除いて、上述したのと同じように機能する。
【００３４】
典型的に、空気式ロータリツールのほとんどの部分は、スチールなど強度の高い金属からできている。このようなツールは、適切な使用中に高ストレス・負荷にさらされるとともに、落としたりぶつけたりしたときの不連続的な衝撃にさらされる。スチールなどの金属は適度な強度を与えるが、一方で、全てが金属からなる構成では、重量が大きくなり材料のコストが高くなるという大きな欠点がある。本発明の構成は、ツールのハウジング５３を軽量で安価なプラスチックで形成することにより、上述の問題点を取り除いている。加えて、支持スリーブ１７１及びエンドキャップ１７９、１８１の構成によれば、空気モータ用に高価なカップ状の部品を加工する必要性がない。こうした部品は従来から大きな欠点であった。本発明は、従来のような複雑な加工技術を必要としない部品を用い、衝撃負荷にも耐えることのできる、簡易なスリーブ１７１及びエンドキャップ１７９、１８１構成を採用している。さらに、スリーブ１７１及びエンドキャップ１７９、１８１構成は、４つのボルト１３５及び部品間の段部係合を利用して、ツール５１内での傾斜を防止する。
【００３５】
本発明はまた、本発明に係る空気式ロータリツール５１の組立て方法に関する。ツール５１は、以下の方法にしたがって簡単に組立てることができるように設計されている。以下に説明する方法は、ツール５１及び上述した各種部品に適用される。空気モータ１１９を組立てるために、第１のエンドキャップ１７９の後方外側段部２０１を支持スリーブ１７１の端部に係合させる。続いて、ロータ１７５を、スプライン軸２１５が第１のエンドキャップ１７９を貫通して外側に突出するよう支持スリーブ１７１内に配置する。次に、複数の羽根１７７を、スリーブ１７１内でロータとともに回転可能となるようロータ１７５の溝２３５内に長手方向に挿入する。そして、第２のエンドキャップ１８１を、ロータ１７５が支持スリーブ内で回転可能となるよう、支持スリーブ１７１の反対側及び支持軸２１３に係合させ、空気モータ１１９の組立てを完了させる。組立てられた空気モータ１１９は、ハウジング５３内に挿入される。
【００３６】
次に、マウラー機構１３１を、マウラー機構の出力軸５７がマウラー機構ケーシング５５から突出するよう該ケーシングに挿入する。ガスケット６７を、マウラー機構ケーシングの後端６５に取付ける。ガスケット６７は、ボルト１３５を、マウラー機構ケーシングの孔（図示せず）に挿入する前に貫通させるための４つのボルト開口部２７３を有する。続いて、マウラー機構ケーシング５５の後端６５をハウジング５３に係合させ、これによりマウラー機構１３１を空気モータ１１９のスプライン軸２１５に連結させることができる。この状態で、マウラー機構１３１は、空気モータ１１９のロータ１７５とともに回転できる。そして、支持プレート１６８及びエンドカバー５９を、ハウジング５３の後部に当接させ、これにより空気モータ１１９をツールハウジング内に収容する。
【００３７】
マウラー機構ケーシング５５、ハウジング５３、支持プレート１６８、及びエンドカバー５９をまとめて固定するとともに、空気モータ１１９がハウジング内で適切に位置決めされるよう、複数のボルト１３５をエンドカバー、支持プレート及びハウジングに挿入する。上述したように、これらボルト１３５は、剛体であるマウラー機構ケーシング５５に螺合し、これにより、支持プレート１６８及びエンドカバー５９をハウジング５３側に、ハウジングをマウラー機構ケーシング側に引張る。これら剛性ボルト１３５及び剛性マウラー機構ケーシング５５は、ツール５１を圧縮し（ハウジング５３内の空気モータ１１９のエンドキャップ１７９、１８１及び支持スリーブ１７１の圧縮を含む。）、これによりエンドキャップを支持スリープ上に完全に当接させる。その結果、モータ、ハウジング、支持プレート１６８及びエンドカバー５９は、協働して空気モータをツール内で適切に位置決めする。言い換えれば、空気モータ１１９は、２つの剛性部品、支持プレート１６８とマウラー機構ケーシング５５の間に挟まれる。支持プレート１６８はさらにプラスチックエンドカバー５９を支持し、これにより、ツール５１を使用する際にカバーが湾曲するのを防止するとともにモータ１１９を均一に支持する。本願で説明した方法が好適であるが、工程の順序を入れ替えた場合も本発明の範囲内に含まれる。
【００３８】
好適には、本方法は、ハウジング５３を形成するのに、流動プラスチックを金型に流し込む工程を含む。流動プラスチックは、金型に流入してツール５１のエアーインレット８１を囲み、これにより、ハウジング内に締まり嵌めされたエアーインレットシリンダを備えたツールハウジング５１を形成する。上述したように、インレットシリンダ８１は、空気モータ１１９の使用により、動力源である空気がツール５１内に導入するためのものである。エアーインレットシリンダ８１の周囲にプラスチックハウジングを形成する他の方法も本発明の範囲内に含まれる。好適には、本方法は、ハウジング５３の成形工程の後に、グリップ７１を構成するハウジング５３部分上に軟質材料からなる外層部７３を成形する工程を含む。
【００３９】
上述のように、本発明の複数の目的が達成され、他の有利な結果を得ることができる。
【００４０】
本発明の範囲から外れることなく種々の改変が可能であり、したがって、上記説明に含まれる全ての事項及び添付図面に記載の全ての事項は、例示的なものとしてのみ解釈され限定的な意味で解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る空気式ロータリツールの側面図。
【図２】 図１のツールの背面図。
【図３】 図２の３−３線に沿ったツールの断面図。
【図３Ａ】 図３のツールの拡大部分断面図であってグリップを示す。
【図３Ｂ】 インレットシリンダの側面図。
【図３Ｃ】 図３Ｂの３Ｃ−３Ｃ線に沿ったインレットシリンダの断面図。
【図４】 ツールのエンドカバーを外した状態での概略部分背面図であって、内部構造及び空気の流れを示す。
【図５】 バルブ本体の背面図。
【図６】 図５の６−６線に沿ったバルブ本体の断面図。
【図７】 バルブ部材の正面図。
【図８】 図７のバルブ部材の右側面図。
【図９】 トルクセレクタが設定値１のエンドカバーの背面図。
【図１０】 エンドカバーの正面図であって図９のトルクセレクタの部分断面図を示す。
【図１１】 トルクセレクタが設定値２のエンドカバーの背面図。
【図１２】 エンドカバーの正面図であって図１１のトルクセレクタの部分断面図を示す。
【図１３】 トルクセレクタが設定値３のエンドカバーの背面図。
【図１４】 エンドカバーの正面図であって図１３のトルクセレクタの部分断面図を示す。
【図１５】 トルクセレクタが設定値４のエンドカバーの背面図。
【図１６】 エンドカバーの正面図であって図１５のトルクセレクタの部分断面図を示す。
【図１６Ａ】 ツールの支持プレートの背面図。
【図１６Ｂ】 図１６Ａの支持プレートの正面図。
【図１７】 図１の１７−１７線に沿ったツールの概略部分断面図。
【図１８】 ツールの支持スリーブの端面図。
【図１９】 図１８の１９−１９線に沿った支持スリーブの断面図。
【図２０】 通路用スリーブの正面図。
【図２１】 図２０の２１−２１線に沿った通路用スリーブの断面図。
【図２２】 第１のエンドキャップの背面図。
【図２３】 図２２の２３−２３線に沿った第１のエンドキャップの断面図。
【図２４】 第１のエンドキャップの正面図。
【図２５】 第２のエンドキャップの背面図。
【図２６】 図２５の２６−２６線に沿った第２のエンドキャップの断面図。
【図２７】 図２８の２７−２７線に沿った支持スリーブ及び通路用スリーブの断面図。
【図２８】 図２７の２８−２８線に沿った支持スリーブ及び通路用スリーブの断面図。
【図２９】 ツールのガスケットの背面図。

Claims (13)

1. 空気式ロータリツールにおいて、
   実質的にプラスチックから形成されたハウジングと、
   ハウジング内に配置された空気モータと、
   プラスチックハウジングよりも剛性の高い材料からなる第１の剛性支持体であって、空気モータ及びハウジングに、空気モータの一端側で係合するものと、
   プラスチックハウジングよりも剛性の高い材料からなる第２の剛性支持体であって、空気モータ及びハウジングに、空気モータの他端側で係合するものとを備え、
   第１及び第２の剛性支持体は、空気モータを、ハウジング内で移動したり位置ずれしないように支持することを特徴とするツール。
2. 第２の剛性支持体は、空気モータとエンドカバーとの間に配置されたプレートを有することを特徴とする請求項１のツール。
3. 第２の剛性支持体は金属からなることを特徴とする請求項２のツール。
4. 第２の剛性支持体は、エラストマ材料からなり空気モータ及びプラスチックハウジングと封止状に係合する外層部を有する金属プレートであることを特徴とする請求項３のツール。
5. 第１の剛性支持体は金属ケーシングを有し、ツールはさらに、モータにより回転駆動しケーシング内に配置された出力軸を備えることを特徴とする請求項３のツール。
6. 第１の剛性支持体がマウラー機構ケーシングを有することを特徴とする請求項５のツール。
7. ハウジング内を延伸し、第１及び第２の剛性支持体を連結する固定具をさらに備え、
   上記固定具は、第１と第２の剛性支持体の間で空気モータを締め付けることを特徴とする請求項１のツール。
8. 上記固定具がボルトであることを特徴とする請求項７のツール。
9. 上記ハウジングにはエンドカバーが取付けられ、これにより第２の剛性支持体がエンドカバーとハウジングとの間に収容され、
   ボルトはエンドカバーを貫通し、これにより、ハウジングが衝撃を受けた場合に空気モータがハウジングに相対的に移動しないよう、第２の剛性支持体とハウジングが協働して空気モータを安定した状態で支持することを特徴とする請求項８のツール。
10. 第２の剛性支持体は、エンドカバーとハウジングを流体接続するための通路用開口部を有することを特徴とする請求項９のツール。
11. 空気モータは、剛性ケーシングと、該ケーシングに相対的に回転自在にケーシング内に設けたロータとを備え、
    上記ケーシングは第２の剛性支持体に係合することを特徴とする請求項１のツール。
12. 空気モータケーシングは、支持スリーブと、支持スリーブの第１の端部を実質的に閉鎖する第１のエンドキャップと、支持スリーブの第２の端部を実質的に閉鎖する第２のエンドキャップとを備えることを特徴とする請求項１１のツール。
13. ハウジング内を延伸し、第１及び第２の剛性支持体を連結する固定具をさらに備え、
    上記固定具は、第１と第２の剛性支持体の間で空気モータケーシングを締め付けることを特徴とする請求項１２のツール。

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