JP2007044859A - シャットオフバルブ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】消費エネルギを低減でき、かつ、被締付物を迅速に締め付けることできる省エネルギ型のシャットオフバルブ機構を提供する。
【解決手段】リリーフバルブ１０が開放して、ピストン４の一端に作用する作動油の圧力が第１所定値に達したときに、カットバルブ６とシャットオフバルブ７との係合により、シャットオフバルブ７を一方向に移動して、エアモータ２への空気の供給量が増加する。ピストン４の一端に作用する作動油の圧力が第１所定値より大きな第２所定値に達したときに、カットバルブ６とシャットオフバルブ７との係合が解除することにより、シャットオフバルブ７が他方向に移動して、エアモータ２への空気の供給が遮断される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばトルクコントロールレンチ等の締付工具に使用されるシャットオフバルブ機構に関する。

従来、トルクコントロールレンチとしては、特開平１１−１６５２７４号公報（特許文献１）に記載されているように、エアモータと、このエアモータによって駆動されて、このエアモータの出力をパルス状の出力に変換してドライブシャフトを駆動する油圧式パルス発生機構と、ナット等の被締付物の締付力が所望値に達したときにエアモータへの高圧空気の供給を遮断するシャットオフバルブ機構とを備えたものがある。なお、上記エアモータおよび油圧式パルス発生機構に関しては、特開平６−２２６６５２号公報（特許文献２）や特開平８−２５２２４０号公報（特許文献３）にも記載されている。

上記エアモータには、被締付物の締め付けを開始してから、被締付物の締付力が所望値に達するまで、一定量の高圧空気がエアモータに供給され続ける。

ところで、上記従来のトルクコントロールレンチでは、被締付物を締め付けて行くと、油圧式パルス発生機構の負荷トルクが増加する。

このため、上記被締結物の締付後期における大きな負荷トルクに合わせて、エアモータへの高圧空気の供給量を設定すると、締付初期時、エアモータへの高圧空気の供給量が過剰になる結果、消費エネルギが増大してしまう。

逆に、上記被締結物の締付初期における小さな負荷トルクに合わせて、エアモータへの高圧空気の供給量を設定すると、締付後期における大きな負荷トルクに対応し難くなる結果、被締付物を迅速に締め付けることができない。
特開平１１−１６５２７４号公報 特開平６−２２６６５２号公報 特開平８−２５２２４０号公報

そこで、本発明の課題は、消費エネルギを低減でき、かつ、被締付物を迅速に締め付けることできる省エネルギ型のシャットオフバルブ機構を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のシャットオフバルブ機構は、
エアモータと、
上記エアモータによって駆動されて、このエアモータの出力をパルス状の出力に変換して駆動軸を駆動する油圧式パルス発生機構と、
上記油圧式パルス発生機構の作動油の圧力を制御するリリーフバルブと、
上記エアモータと上記油圧式パルス発生機構との間に設けられ、上記リリーフバルブを通過した作動油の圧力が一端に作用するピストンと、
上記エアモータのロータを回転軸方向に貫通すると共に、一端が上記ピストンの他端に連結された作動軸と、
上記作動軸の他端に一端が連結されたカットバルブと、
上記カットバルブに一端が解除可能に係合するシャットオフバルブと
を備え、
上記リリーフバルブが開放して、上記ピストンの一端に作用する上記作動油の圧力が第１所定値に達したときに、上記カットバルブと上記シャットオフバルブとの係合により、上記エアモータへの空気の供給量が増加するように上記シャットオフバルブを一方向に移動させ、
上記ピストンの一端に作用する上記作動油の圧力が上記第１所定値より大きな第２所定値に達したときに、上記カットバルブと上記シャットオフバルブとの係合を解除させて、上記エアモータへの空気の供給を遮断するように上記シャットオフバルブを他方向に移動させることを特徴としている。

上記構成のシャットオフバルブ機構によれば、上記駆動軸を駆動させて被締付物を締め付けて行くと、リリーフバルブが開放して、ピストンの一端に作用する作動油の圧力が第１所定値に達したときに、カットバルブとシャットオフバルブとの係合により、シャットオフバルブが一方向に移動して、エアモータへの空気の供給量が増加する。つまり、上記ピストンの一端に作用する圧力が第１所定値に達する前は、比較的少量の空気がエアモータに供給される一方、ピストンの一端に作用する圧力が第１所定値に達した後は、比較的大量の空気がピストンに供給される。

したがって、上記駆動軸の駆動力が比較的小さくてもよい締付初期においては、エアモータへの空気の供給量が比較的少ないから、空気がエアモータに無駄に供給されず、消費エネルギを低減することができる。

また、上記駆動軸の駆動力を比較的大きくする必要がある締付後期においては、エアモータへの空気の供給量が比較的多いから、締付後期の負荷トルクに対応することができ、被締結物の締め付けを迅速に行うことができる。

また、上記ピストンの一端に作用する作動油の圧力が第１所定値より大きな第２所定値に達したときに、カットバルブとシャットオフバルブとの係合が解除され、シャットオフバルブが他方向に移動して、エアモータへの空気の供給が遮断される。

したがって、上記被締結物の締付トルクが所望値に達した後に、エアモータへの空気の供給を自動的に停止させることができるので、締付トルクが所望値に達した後において、空気がエアモータへ無駄に供給されず、消費エネルギをさらに低減できる。

本発明のシャットオフバルブ機構によれば、リリーフバルブが開放して、ピストンの一端に作用する作動油の圧力が第１所定値に達したときに、カットバルブとシャットオフバルブとの係合により、シャットオフバルブが一方向に移動して、エアモータへの空気の供給量が増加することによって、駆動軸の駆動力が比較的小さくてもよい締付初期においては、エアモータへの空気の供給量を比較的少くして、消費エネルギを低減することができる。これと共に、上記駆動軸の駆動力を比較的大きくする必要がある締付後期においては、エアモータへの空気の供給量を比較的多くして、締付後期の負荷トルクに対応することができ、被締結物の締め付けを迅速に行うことができる。

また、上記ピストンの一端に作用する作動油の圧力が第１所定値より大きな第２所定値に達したときに、カットバルブとシャットオフバルブとの係合が解除され、シャットオフバルブが他方向に移動して、エアモータへの空気の供給が遮断されることによって、被締結物の締付トルクが所望値に達した後に、エアモータへの空気の供給を自動的に停止させることができるので、締付トルクが所望値に達した後において、空気がエアモータへ無駄に供給されず、消費エネルギをさらに低減できる。

以下、本発明のシャットオフバルブ機構を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１に、締付工具の一例としてのトルクコントロールレンチの概略側面図を示す。なお、図１では、上記トルクコントロールレンチの側壁の一部を除去して、トルクコントロールレンチの内部が見えるようにしている。

上記トルクコントロールレンチはシャットオフバルブ機構１を搭載しており、このシャットオフバルブ機構１によって被締付物の締付トルクが所望値になったときに自動的に停止するようになっている。

上記シャットオフバルブ機構１は、エアモータ２、油圧式パルス発生機構３、ピストン４、作動軸５、カットバルブ６およびシャットオフバルブ７を備えている。

上記油圧式パルス発生機構３は、エアモータ２によって駆動されて、このエアモータ２の出力をパルス状の出力に変換してドライブシャフト９を駆動する。このドライブシャフト９は駆動軸の一例である。

また、上記トルクコントロールレンチの把手１０１には、メインバルブ１０２、エア供給通路１０３およびエア排出通路１０４が設けられている。

上記メインバルブ１０２を操作することによって、トルクコントロールレンチを起動・停止できるようになっている。上記トルクコントロールレンチが起動すると、エア供給通路１０３内の高圧空気がメインバルブ１０２およびシャットオフバルブ７を順次経由してエアモータ２に供給される結果、エアモータ２が回転する。このとき、上記エアモータ２から排気された空気はエア排出通路１０４をトルクコントロールレンチ外へ向かって流れる。

図２に、上記トルクコントロールレンチの要部の概略断面図を示す。

上記油圧式パルス発生機構３は、エアモータ２の出力を受けて回転するライナ８と、このライナ８内に配置されてライナ８に対して回転可能なドライブシャフト９とを有している。

上記ライナ８にはリリーフバルブ１０が設けられている。このリリーフバルブ１０は、リリーフバルブ軸１１と、このリリーフバルブ軸１１のエアモータ２側の端部内に軸方向に進退自在に収容されたリリーフバルブ用ボール１２と、このリリーフバルブ用ボール１２をリリーフバルブ軸１１に軸方向に押し付けるように付勢する第１バネ１３とを有して、ライナ８内の作動油の圧力を制御する。

上記リリーフバルブ軸１１のエアモータ２側の端部内の空間は、検知孔１４を介してピストン４近傍の隙間に連通している。この隙間とドライブシャフト９との間はライナ８のエアモータ２側の端部で仕切られている。つまり、上記隙間とドライブシャフト９との間にはライナ８のエアモータ２側の端部が位置している。また、上記ピストン４近傍の隙間は、リセット孔１５を介してアキュムレータ機構１６内の２つの空間の一方に連通している。

上記アキュムレータ機構１６内にはピストン１７が配置されており、このピストン１７がアキュムレータ機構１６内の空間を２つに区分けしている。また、上記アキュムレータ機構１６内の２つの空間の他方には第２バネ１８を配置している。この第２バネ１８はピストン１７をエアモータ２側へ向けて付勢する。また、上記アキュムレータ機構１６内の他方の空間の圧力は大気圧と等しくなっている。

また、図示しないが、上記ドライブシャフト９においてライナ８内に挿入されている部分には２枚の羽根が取り付けられている。また、上記ドライブシャフト９に対してライナ８が回転して、ライナ８とドライブシャフト９とがある位相関係になったときに、ライナ８とドライブシャフト９との間の空間が２つの高圧室と２つの低圧室と区分されるようになっている。

上記ピストン４はエアモータ２と油圧式パルス発生機構３との間に配置されている。また、上記ピストン４の一端にはリリーフバルブ１０を通過した作動油の圧力が一端に作用する。

上記作動軸５はエアモータ２のロータ２６を回転軸方向に貫通する。また、上記作動軸５の一端はピストン４の他端に連結されている。一方、上記作動軸５の他端はカットバルブ６の一端に連結されている。

上記カットバルブ６は、有底筒形状のカットバルブ本体２０と、３つのカットバルブ用ボール１９（図２では２つのみ図示）とを有している。

上記カットバルブ本体２０は、小径部と、この小径部の径より大きな径を有する大径部とからなっている。

上記小径部は作動軸５に連結されている。また、上記小径部には周方向に１２０°の位相で貫通孔２１を設けている。この各貫通孔２１にはカットバルブ用ボール１９が径方向に移動可能に収容されている。

上記大径部はシャットオフバルブ７の一方の端部を軸方向に進退自在に収容している。また、上記大径部の軸方向の端面には第３バネ２２の一端が当接している。これにより、上記カットバルブ本体２０が作動軸５側へ付勢されている。

上記カットバルブ用ボール１９は小径部の内周面から露出しており、この露出している部分にシャットオフバルブの一端が軸方向に当接している。

上記シャットオフバルブ７は、エアモータ２の回転軸方向に進退自在に配置されていると共に、第４バネ２３によってエアモータ２とは反対側へ付勢されている。また、上記シャットオフバルブ７の他端は、矢印Ａ１で示すように高圧空気を案内する流路に露出している。上記流路は、トルクコントロールレンチの停止時、シャットオフバルブ７で閉鎖されていない。

上記第４バネ２３は第３バネ２２より大きなバネ定数を有している。つまり、上記第４バネ２３の付勢力は第３バネ２２の付勢力より大きくなっている。

図３に、上記リリーフバルブ１０を拡大した概略図を示す。なお、図３では、リリーフバルブ軸１１の側壁の一部を除去して、リリーフバルブ軸１１の内部が見えようにしている。また、図３ではバネの図示を省略している。

上記リリーフバルブ軸１１には、段付孔２４と、この段付孔２４に連通して軸方向に延びる直線状孔２５とが設けられている。

上記構成のシャットオフバルブ機構によれば、トルクコントロールレンチを停止しているときは、図２に示すように、高圧空気を矢印Ａ１で示すように案内する流路は閉じられていない。つまり、上記トルクコントロールレンチの停止時、シャットオフバルブ７は、メインバルブ１０２からエアモータ２へ高圧空気を供給できるような位置にある。より詳しくは、上記シャットオフバルブ７近傍において、高圧空気を矢印Ａ１で示すように案内する流路が小さく開放している。

上記トルクコントロールレンチによって被締付物の例えばナットを締め付ける場合、メインバルブ１０２を操作して、トルクコントロールレンチを起動させると、比較的少量の高圧空気が矢印Ａ１で示すように流れてエアモータ２に供給される。これにより、上記油圧式パルス発生機構３がエアモータ２で駆動されて、エアモータ２の出力をパルス状の出力に変換してドライブシャフト９を駆動する。

そして、上記ドライブシャフト９の駆動力でナットを締め付けて行くと、ナットの着座後は、油圧式パルス発生機構３の負荷トルクが増大するため、リリーフバルブ１０が開放する。より詳しくは、上記リリーフバルブ用ボール１２が第１バネ１３の付勢力に抗して図２中の右方向（リリーフバルブ軸１１から離れる方向）へ移動する。これにより、上記リリーフバルブ軸１１の直線状孔２５を流れた作動油が検知孔１４を通ってピストン４近傍の隙間に流入し、作動油の圧力がピストン４の一端に作用する。

引き続き、上記ナットを締め付けると、ピストン４の一端に作用する作動油の圧力が第１所定値に達する。そうすると、上記ピストン４が作動軸５およびカットバルブ６と共に図２中の右方向（油圧式パルス発生機構３から離れる方向）に移動する。このとき、上記シャットオフバルブ７の一端とカットバルブ用ボール１９との軸方向の当接が維持されているので、シャットオフバルブ７も図２中の右方向へ移動する。その結果、上記シャットオフバルブ７近傍において、高圧空気を矢印Ａ１で示すように案内する流路が大きく開放して、比較的多量の高圧空気がエアモータ２に供給されることによって、ドライブシャフト９の駆動力が増大する。

さらに、上記ナットを締め付けると、ナットの締付トルクが所望値に達したとき、ピストン４の一端に掛かる作動油の圧力が上記第１所定値より大きな第２所定値に達する。そうすると、上記ピストン４が作動軸５およびカットバルブ６と共に図２中の右方向へさらに移動する。このとき、上記カットバルブ用ボール１９が径方向外方へ移動して二点鎖線の位置に移動して、カットバルブ用ボール１９とシャットオフバルブ７の一端との軸方向の当接が解除される。そうすると、上記シャットオフバルブ７は、メインバルブ１０２からの高圧空気の圧力を受けているため、図２中の左方向（油圧式パルス発生機構３に近づく方向）にカットバルブ６に対して摺動する。その結果、上記シャットオフバルブ７近傍において、高圧空気を矢印Ａ１で示すように案内する流路がシャットオフバルブ７によって閉鎖され、メインバルブ１０２からエアモータ２への高圧空気の供給が遮断される。

このように、上記ドライブシャフト９の駆動力が比較的小さくてもよい締付初期においては、比較的少量の高圧空気がエアモータ２に供給されるから、高圧空気がエアモータ２に無駄に供給されず、消費エネルギを低減することができる。

また、上記ドライブシャフト９の駆動力を比較的大きくする必要がある締付後期においては、比較的多量の高圧空気がエアモータ２に供給されるから、油圧式パルス発生機構３が締付後期の負荷トルクに対応することができ、ナットの締め付けを迅速に行うことができる。

また、上記ナットの締付トルクが所望値に達して、ナットの締め付けが完了すると、エアモータ２への高圧空気の供給が自動的に停止するから、ナットの締め付けが完了した後において高圧空気がエアモータ２に無駄に供給されず、消費エネルギをさらに低減することができる。

また、上記ドライブシャフト９が駆動するとき、図３の矢印Ａ３に示すように、油圧式パルス発生機構３の作動油が段付孔２４を流れるので、作動油の流速を段付孔２４で緩和できる。したがって、上記ナットが着座した時点でのドライブシャフト９のトルクの飛びはねを防止することができる。つまり、上記ナットが着座したときに、トルクコントロールレンチの誤動作するのを防ぐことができる。

また、図２に示すように、上記検知孔１４と連通するピストン４近傍の隙間にはリセット孔１５が連通しているから、ピストン４の一端に作用する作動油の圧力が急激に上昇するのを防ぐことができると共に、シャットオフバルブ７によるシャットオフ後、作動油の油圧関係が初期状態に戻るときに定期的にリセットされる。

また、上記ドライブシャフト９における回転軸方向のピストン４側の端面は、ピストン４近傍の隙間に接触していないから、作動油の圧力がその端面に直接作用しない。したがって、上記ドライブシャフト９が作動油から受ける軸方向の力が小さく、トルクコントロールレンチの誤動作を防止することができる。

また、上記リセット孔１５を介してアキュムレータ機構１６内の２つの空間の一方に連通しているから、その２つの空間の一方にリセット孔１５を流れた作動油を蓄えることができると共に、過剰な作動油を矢印Ａ３の方向に排出することができる。したがって、上記トルクコントロールレンチの脈動を緩和することができる。

図示しないが、上記トルクコントロールレンチに、ドライブシャフト９の回転方向を切り替えるスイッチを設けてもよい。つまり、正逆回転の打撃トルクを選択的に発生させるための正逆回転切換バルブをトルクコントロールレンチに設けてもよい。

上記シャットオフバルブ機構１を搭載する締付工具は、上記実施形態に限定されない。つまり、上記シャットオフバルブ機構１は、ネジ、ドリルネジ、ボルト、ナット等の被締付物を締め付けるときに用いる様々な締付工具に搭載することができる。

図１は、本発明の一実施の形態のシャットオフバルブ機構を搭載するトルクコントロールレンチの概略側面図である。 図２は上記トルクコントロールレンチの要部の概略断面図である。 図３は上記シャットオフバルブ機構のリリーフバルブの概略拡大図である。

符号の説明

１ シャットオフバルブ機構
２ エアモータ
３ 油圧式パルス発生機構
４ ピストン
５ 作動軸
６ カットバルブ
７ シャットオフバルブ
１０ リリーフバルブ
２６ ロータ

Claims (1)

1. エアモータと、
   上記エアモータによって駆動されて、このエアモータの出力をパルス状の出力に変換して駆動軸を駆動する油圧式パルス発生機構と、
   上記油圧式パルス発生機構の作動油の圧力を制御するリリーフバルブと、
   上記エアモータと上記油圧式パルス発生機構との間に設けられ、上記リリーフバルブを通過した作動油の圧力が一端に作用するピストンと、
   上記エアモータのロータを回転軸方向に貫通すると共に、一端が上記ピストンの他端に連結された作動軸と、
   上記作動軸の他端に一端が連結されたカットバルブと、
   上記カットバルブに一端が解除可能に係合するシャットオフバルブと
   を備え、
   上記リリーフバルブが開放して、上記ピストンの一端に作用する上記作動油の圧力が第１所定値に達したときに、上記カットバルブと上記シャットオフバルブとの係合により、上記エアモータへの空気の供給量が増加するように上記シャットオフバルブを一方向に移動させ、
   上記ピストンの一端に作用する上記作動油の圧力が上記第１所定値より大きな第２所定値に達したときに、上記カットバルブと上記シャットオフバルブとの係合を解除させて、上記エアモータへの空気の供給を遮断するように上記シャットオフバルブを他方向に移動させることを特徴とするシャットオフバルブ機構。

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