JP2011212765A - ボールポイントレンチ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールポイントレンチを構成するビットの軸部とソケットとの間の溶接部の耐久性を向上させる。
【解決手段】ボールポイントレンチ１０を回転させながら、そのボール状六角部１４とこのボール状六角部１４に連設した軸部１３とからなるビット１１と、ソケット１２とを組み立てた状態で、ソケット１２の端面とビット１１の軸部１３との間を溶接トーチ３と溶加材４とを用いて溶接を行って、円環状の溶接ビードからなる溶接部１５を形成する際に、その溶接ラインにおける回転方向の残留応力の方向が、ボールポイントレンチ１０におけるボルト２０の締め付け時の軸部の回転方向と同じ方向に向けるように設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ビットとソケットとからなるボールポイントレンチに関するものであり、特にビットをソケットに溶接手段により固定するようにして組み付けられて、高い締め付けトルクを作用させるようにしたボールポイントレンチ及びその製造方法に関するものである。

六角孔付きボルトの締め付けを行うに当って、ボルトの軸線に対して斜め方向から締め付け力を作用させる締め付け工具としてボールポイントレンチが用いられる。ボールポイントレンチは、軸部の先端にボール状六角部を設けたものから構成され、ボール状六角部をボルトの頭部に形成した六角孔に挿入して、軸部を回転駆動することによって、この六角孔付きボルトの締め付けを行うようにするものである。ボール状六角部を備えているので、ボルトの軸線とボールポイントレンチの軸線との間が傾斜していても、それが所定の角度範囲であれば、ボルトに締め付け力を作用させることができるものである。この種のボールポイントレンチの構成としては、例えば、特許文献１に示したようなものが従来から知られている。

特許第３６０６５２９公報

ボルトを締め付ける際に、強力な締め付け力を必要とする場合には、ボールポイントレンチは、モータ等を備えた回転駆動手段に接続され、この回転駆動手段により回転駆動することになる。ボールポイントレンチは、軸部の先端にボール状六角部を設けたものから構成されるものであり、回転駆動手段は主軸を有するものであり、軸部を主軸に対して着脱可能に接続し、連結時にはその間に相対回転しないようする。

例えば、鉱山開発用の超大型の油圧ショベル等を組み立てる際において、ボルトを締結するためにもボールポイントレンチが用いられる。この場合には、ボルトの締め付け時に極めて大きなトルクを作用させて、緩まないように締着する。ボール状六角部はボルト頭に対して回転力を作用させるものであるから、回転の伝達効率の点から高い剛性を持たせる。ボールポイントレンチの軸部はボール状六角部と一体に構成されており、従って高剛性部材である必要があって、例えば鋼材から構成される。また、回転駆動手段の主軸も強度や回転伝達効率等の観点から高剛性部材により構成される。このように高剛性部材である軸部を回転駆動手段の主軸に直結した場合において、ボールポイントレンチにより極めて大きな締め付けトルクを作用させると、軸部と主軸への連結部分に大きな負荷が作用して、主軸を摩耗させたり、損傷させたりするおそれがある。

そこで、ボールポイントレンチとして、軸部を主軸に直接連結するのではなく、ボール状六角部と、このボール状六角部と一体に形成した軸部とからビットを構成し、このビットをソケットに接続し、このソケットを回転駆動手段の主軸に連結するように構成する。そして、ソケットを靭性部材から構成することによって、ボルトの締め付け作業を行う際に、ボルトに対する締め付けを効率的に行うことができ、かつ回転駆動手段の駆動時における主軸の保護を図ることができる。

ビットの軸部とソケットとの間を一体化することが必要であり、このために軸部はソケットに装着した後に溶接手段で固着する。ところで、ボール状六角部から主軸に至る締め付け力の伝達経路において、軸部とソケットとの間を連結した溶接部分が最も脆弱な部位となり、ボルトの締め付け作業を継続する間に溶接部にクラック等の損傷が生じることになる。

本発明者等は、ボールポイントレンチにおけるビットとソケットとの間の連結部の溶接強度を高め、ボールポイントレンチとして長寿命化を図るために、鋭意研究を行った結果、溶接を行う際における溶接方向（溶接時に、溶接トーチ及び溶加材を被溶接物であるワークに対して相対移動させながら溶接する際に、これら溶接トーチ及び溶加材が進行する方向、ワークの側から見ると、ワークの進行方向とは逆方向）と、ボルトの締め付け時におけるボールポイントレンチの回転方向との関係が溶接部の耐久性に影響を与えることを知見して、本発明を完成するに至った。従って、本発明の目的とするところは、ボールポイントレンチを構成する軸部とソケットとの間の溶接部の耐久性を向上させることにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、ボール状六角部と、このボール状六角部に連設した軸部とからなるビットと、このビットの軸部が嵌合されるソケットとからなり、軸部とソケットとの連結部を溶接により固定する構成としたボールポイントレンチであって、前記軸部と前記ソケットとの間に円環状に形成される溶接ビードの溶接方向がボルトの締め付け時における前記軸部の回転方向と同じ方向となるように設定する構成としたことをその特徴とするものである。

また、ボール状六角部とこのボール状六角部に連設した軸部とからなるビットと、このビットの軸部が嵌合されるソケットとからなり、軸部とソケットとの間の連結部を溶接により固定するために、前記軸部を前記ソケットに嵌合させてボールポイントレンチ組立体とし、このボールポイントレンチ組立体を軸回りに回転させながら、この嵌合部に溶接を行うボールポイントレンチを製造する方法の発明としては、前記ボールポイントレンチ組立体の回転方向の先行する側に溶接トーチを配置し、回転方向の後方側に溶加材を配置して、この嵌合部に溶接を行うようになし、前記ボールポイントレンチ組立体を、ボールポイントレンチとして構成したときに、ボルトを締め付ける際にその軸部が回転する方向と、反対方向に回転させて溶接することを特徴としている。

軸部をソケットに嵌合することによってボールポイントレンチ組立体を構成し、その嵌合部を溶接するが、ボールポイントレンチ組立体を回転させる間に、溶接箇所に当接させた溶加材を溶接トーチで加熱して溶融させることによって、溶接材料をこの軸部とソケットとの間の嵌合部分に供給する。溶接材料が溶接後に温度が低下する際の時間差により溶接部に残留応力が生じることになる。溶接部において、その深さ方向に向けた残留応力が生じることは良く知られているが、溶接ラインを円環状に移動させながら溶接を行う場合には、この溶接ラインの円周方向に向けても残留応力が発生する。そして、軸部の回転方向における溶接部の耐久性は、この残留応力の方向により大きな差が生じる。

ボールポイントレンチは、ボルトの締め付けを行うために用いられることから、ボルトの締め付け時におけるワークの回転方向（図３参照）を、溶接時におけるワークの回転方向（図１参照）と逆方向にした方が、溶接時の回転方向と同じ方向に回したときより耐久性が高くなる。つまり、溶接方向はボールポイントレンチによるボルトの締め付け時の回転方向と一致させる方が締め付け時の反力による溶接部の負担が軽減され、溶接個所がダメージを受けるのを最小限に抑制できる。

溶接時の残留応力によりボルトの締め付け方向への回転時における強度が保持され、全体としてボールポイントレンチの耐久性が良好となる。

従来方式によりワークを回転させながら溶接を行うための機構を示す平面図である。 ボールポイントレンチの構成説明図である。 ボールポイントレンチによりボルトの締め付け作業を行っている状態を示す作用説明図である。 本発明における溶接方式で溶接を行うようにした状態を示す説明図である。 本発明のボールポイントレンチの締め付け時の反力と回転方向と残留応力の方向との関係を示す説明図である。

ワークを回転させながら溶接を行う際には、一般的には、図１に模式的に示したような回転式のチャック機構を用いる。即ち、回転テーブル１の上に、３箇所のチャック部材２を設けて、これら各チャック部材２は半径方向に変位可能になっている。ワークＷは、これら３箇所のチャック部材２によりチャックされて、回転テーブル１を回転駆動し、その間に溶接トーチ３と溶加材４とを用いて溶接が行われる。

ここで、本実施の形態において、ワークＷは図２に示したボールポイントレンチ１０である。ボールポイントレンチ１０は、ビット１１とソケット１２とからなり、ビット１１は断面が多角形（六角形）となった軸部１３の先端にボール状六角部１４を設けたもので構成されており、ソケット１２は軸部１３を挿入するために、軸部１３に対応するように多角形の孔からなる挿入孔１２ａが形成されており、この挿入孔１２ａは、先端から段差部１２ｂの位置までの深さを有するものである。また、ソケット１２の基端部は、回転駆動手段の主軸（図示せず）に連結するための連結部１２ｃとなっている。このビット１１は、ソケット１２の挿入孔１２ａに挿入されて、このソケット１２の端面部とビット１１における軸部１３との間は円環状の溶接部１５により固着されている。

ボールポイントレンチ１０は、ボルト２０を締め付けるために使用される。ボルト２０は、図３に示したように、ねじを有する軸部２１の先端に頭部２２が設けられており、この頭部２２には六角孔２３が形成されている。そして、ボルト２０の締め付けのためにボールポイントレンチ１０が用いられる。即ち、ビット１１のボール状六角部１４をボルト２０の六角孔２３に係合させて、ボールポイントレンチ１０を軸回りに図３の矢印方向に回転させることにより締め付けが行われる。ここで、ボルト２０の軸線に対してボールポイントレンチ１０の軸線を傾けた状態でも、締め付けが可能となっている。

ところで、溶接部１５における強度は、溶接時に生じた残留応力の方向に基づいて変化する。ワークを回転させながら溶接することから、溶接ラインは環状となり、残留応力に回転方向の方向性が生じる。溶接部１５において、溶接ビードの温度分布としては、現に溶接作業が行われている部位が最も高温であり、それより溶接が終了した側は連続的に低温化している。溶接が進むにつれて、つまり時間の進行につれて温度が低下していくが、この温度低下に伴って溶接部が収縮することになり、溶接部内に残留応力が生じることになる。そして、溶接ラインにおいて、溶接の進行に基づいて、溶接の進行方向に向けて、つまりワークの回転方向とは逆方向に向けて残留応力が生じることになり、残留応力に方向性が存在することになる。

残留応力の方向と、ボルト２０を締め付ける際にボールポイントレンチ１０で作用させるトルクの方向との関係から、ボールポイントレンチ１０による締め付け方向がと残留応力の方向とを一致させると、締め付け反力の方向は残留応力の方向と逆方向になるので、締め付け反力と残留応力とが相殺されて溶接部の高い耐久性が得られるが、締め付け方向が残留応力の方向と反対方向とした場合には、締め付け反力と残留応力とが重畳されて溶接部に亀裂が生じるおそれがある。

ビット１１をソケット１２に挿入した状態をボールポイントレンチ組立体とすると、ビット１１とソケット１２との間の挿入部を溶接することによりボールポイントレンチ１０が構成されるが、図１において、ボールポイントレンチ組立体をワークＷとして、溶接を手作業で行う場合には、溶接作業者は溶接トーチ３を右手に持ち、左手には溶加材４を持つことになる。溶接時には、トーチ３からの熱により溶加材４の先端部分が溶融して、ワークＷに向けて溶接材料が供給されるが、トーチ３はワークＷの回転方向に対向する方向に向ける必要がある。トーチ３をワークＷの回転方向に向けると、溶接材料が供給された直後には、トーチ３による熱が溶接箇所に作用しなくなる。その結果、溶接材料に対する熱の回りが悪くなり、溶接不良が発生する。

要するに、図１の持ち方で溶接を行う場合において、溶接を高精度に行うには、ワークＷの回転方向を矢印Ｂ方向（反時計方向）としなければならない。同図の矢印Ａ方向（時計方向）にワークＷを回転させると、溶接材料を供給した後に、直ちにトーチ３による加熱が失われてしまうことになり、溶接不良が生じることになる。

このように、ワークＷを矢印Ｂ方向に回転させながら溶接を行うと、残留応力の方向がボールポイントレンチ１０のボルト２０を締め付ける際の回転方向とは反対方向になってしまう。従って、残留応力の方向をボールポイントレンチ１０によるボルト２０を締め付ける際の回転方向に向けるには、ワークＷの回転方向を矢印Ａ方向としなければならない。ここで、ワークＷの回転方向を矢印Ａとして、溶接不良を起こさないようにするためには、溶接作業者が溶接トーチ３を左手に持ち、溶加材４を右手で持つようにすれば、トーチ３をワークＷの回転方向に向かう方向に向けることができる。

しかしながら、一般に、溶接作業者による溶接作業は、右手で溶接トーチ３を持ち、左手で溶加材４を持った状態で溶接作業を行うのに適したようになっており、溶接の手順や溶接箇所の構成等によっては、この持ち方をしなければ、溶接が極めて困難になり、甚だしい場合には溶接できないこともある。従って、単純に回転テーブル１を反対方向に回転させ、溶接トーチ３と溶加材４とを持ち替えるようにして溶接するのは適切ではない。つまり、溶接トーチ３と溶加材４との持ち手の関係から、ワークＷを回転させながら溶接する場合には、このワークＷの回転方向は必ず図１の矢印Ｂで示したように反時計方向となる。

以上のことから、本発明においては、溶接作業者が手の持ち替えを行わず、ワークＷを時計方向Ａに回転させながら溶接を行い、加熱不足による溶接不良を起こさないようにするために、図４に示したように、溶接作業者の手をワークＷの反対側にまで回り込ませて溶接作業を行うようにする。これによって、溶接トーチ３を右手で保持し、左手で持った溶加材４を溶接箇所に当接させることができる。

これによって、ワークＷを矢印Ａ方向に回転させる間において、トーチ３をワークＷの回転方向に対向する方向に向けられて、溶接箇所に向けて確実に熱を作用させることができるようになり、溶接不良が生じることはない。このようにして溶接作業を行うと、図４のようにボール状六角部を上に向けた場合、溶接ラインにおける残留応力の方向は、図５の矢印Ｌ方向となる。一方、ボールポイントレンチ１０によるボルト２０の締め付け時には、矢印Ｌ方向に締め付けることになり、反対の矢印Ｒ方向に締め付け反力が作用することになる。従って、ボールポイントレンチ１０の耐久性を飛躍的に延ばすことができる。

３ 溶接トーチ ４ 溶加材
１０ ボールポイントレンチ １１ ビット
１２ ソケット １３ 軸部
１４ ボール状六角部 １５ 溶接部
２０ ボルト ２３ 六角孔

Claims (2)

1. ボール状六角部とこのボール状六角部に連設した軸部とからなるビットと、このビットの軸部が嵌合されるソケットとからなり、軸部とソケットとの連結部を溶接により固定する構成としたボールポイントレンチにおいて、
   前記軸部と前記ソケットとの間に円環状に形成される溶接ビードの方向がボルトの締め付け時における前記軸部の回転方向と同じ方向となるように設定する
   構成としたことを特徴とするボールポイントレンチ。
2. ボール状六角部とこのボール状六角部に連設した軸部とからなるビットと、このビットの軸部が嵌合されるソケットとからなり、軸部とソケットとの間の連結部を溶接により固定するために、前記軸部を前記ソケットに嵌合させてボールポイントレンチ組立体とし、このボールポイントレンチ組立体を軸回りに回転させながら、この嵌合部に溶接を行うボールポイントレンチを製造する方法であって、
   前記ボールポイントレンチ組立体の回転方向の先行する側に溶接トーチを配置し、回転方向の後方側に溶加材を配置して、この嵌合部に溶接を行うようになし、
   前記ボールポイントレンチ組立体を、ボールポイントレンチとして構成したときに、ボルトを締め付ける際にその軸部が回転する方向と、対向する方向に回転させて溶接する
   ことを特徴とするボールポイントレンチの製造方法。

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