JP3620806B2 - 流体トルク衝撃機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同心流体室及び径方向に働くカム装置を備えた回転駆動型駆動部材と、上記駆動部材の同心流体室を通ってのび、中央高圧室を介して互いに連続して連通する二つの径方向にのびたシリンダボアを備えた出力軸と、上記カム装置によって上記シリンダボア内で往復動できる二つの対向して設けられたピストン要素とから成る流体トルク衝撃機構に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
上記型の流体トルク衝撃機構は例えば米国特許第５，０９２，４１０ 号明細書に開示されており、高圧室の容積が非常に小さくしかもそこにトラップされた流体が二つの逆方向から同時に圧縮されるので、非常に有効な衝撃発生を特徴としている。この形式の衝撃機構はまた高圧室の高い気密性を特徴としており、このことは、高圧室と駆動部材の同心流体室との圧力差が各衝撃の発生に続いて長い時間間隔の間持続することを意味している。これには、長い時間間隔の間のモータトルク影響による工具ハウジングの強烈な振動及び出力軸に対する駆動部材の低い平均速度による低い衝撃率（衝撃回数）という二つの欠点がある。低い衝撃率は、衝撃機構の出力が低いことを意味している。
駆動部材の平均速度及び衝撃率を高めそして工具ハウジングの振動を低減するため、従来技術の衝撃機構において妥協がなされてきた、すなわち高圧室と周囲の駆動部材の流体室との間に一つまたはそれ以上の一定の漏れ開口が設けられてきた。しかしながら、周期時間を減少しかつ衝撃率を高めるそのような一定の漏れ開口は衝撃の大きさを望ましくなく減少させることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、このように衝撃の大きさを望ましくなく減少させることなしに駆動部材の平均速度及び衝撃率を高めそして工具ハウジングの振動を低減できるようにすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の基礎概念は、高圧室と駆動部材の流体室との圧力差が一定のレベル以下である限りはこれらの室間で一つまたはそれ以上の開口を介して流体を連通させ、一方上記の圧力差が一定のレベルを越えるとそのような流体の連通を止めさせる圧力応動弁装置を設けた上記型の衝撃機構を提供することにある。それにより衝撃率は増加され、振動レベルは低減される。
しかしながら、この原理はそれ自体従来公知であり、米国特許第３，２８３，５３７号 明細書及び米国特許第４，６８３，９６１号明細書に開示されているような他の形式の衝 撃機構に適用されてきた。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの実施の形態では、同心流体室を備えた回転駆動型駆動部材と、同心流体室内へのびかつ中央高圧室及び中央高圧室と連通する二つの径方向にのびたシリンダボアを形成するように中空である出力軸と、シリンダボア内で可動に案内される二つのピストン要素と、駆動部材に支持され、シリンダボア内で二つのピストン要素を往復動させるように構成し、それにより駆動部材及び出力軸の相対回転時に、中央高圧室に圧力パルスを発生するようにした径方向に働くカム装置とを備え流体トルク衝撃機構において、出力軸は、中央高圧室と連続して連通する少なくとも一つの弁室と、出力軸内で中央高圧室を駆動部材の同心流体室に連結させる複数の開口と、中央高圧室と駆動部材の同心流体室との圧力差が一定のレベルを越えた時に上記開口を閉じるように中央高圧室と駆動部材の同心流体室との間の上記開口を介しての流体の連通を制御するように構成した圧力応動弁装置とから成っている。
本発明の別の実施の形態では、流体トルク衝撃機構は、シリンダボアに垂直に出力軸を通ってのびかつ中央高圧室と交差する横断ボアにより形成され、そして流体連通開口を備えかつ圧力応動弁装置の支持体を成す二つの端部閉鎖部材によって画定された二つの弁室を有している。
本発明の別の特徴及び利点は以下の記載から明らかとなろう。
【０００６】
【実施例】
以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図面に示した衝撃機構は特に、ねじ継手締付け工具用に構成されており、駆動部材１０を有し、この駆動部材１０は後方スタブ軸１１を介してモータ（図示してない）によって回転駆動される。
駆動部材１０は同心流体室１２を備え、この同心流体室１２の前方端はねじ付き環状端壁１３で閉じられている。環状端壁１３は流体充填栓１４を備えている。
また環状端壁１３は中央開口１５を備えており、この中央開口１５は出力軸１６の平面軸受を形成している。出力軸１６の後端は流体室１２内へのびており、またその前端は標準型のナットソケットに結合する方形部分１７を備えている。出力軸１６はその内方端に二つの径方向のシリンダボア１８、１９が設けられており、これらのシリンダボア１８、１９は互いに同軸にのびている。これらのシリンダボア１８、１９内には可動案内型ピストン要素２０、２１が設けられており、これらのピストン要素２０、２１はそれらの間に中央高圧室２３を画定している。
駆動部材１０は、駆動部材１０と出力軸１６とが相対回転する時に、ピストン要素 ２０、２１に制御された径方向往復運動させるカム装置を備えている。このカム装置は、同心流体室１２の円筒状壁に二つの１８０°離間したカムローブ２５、２６をもつカ ム面２４と、中央カム軸２８とを有している。中央カム軸２８は爪型クラッチ２９によって駆動部材１０に連結され、そして出力軸１６の同軸穴３０内にのびている。駆動部材１０と出力軸１６とが相対回転する時に、流体室１２の円筒状壁におけるカムローブ ２５、２６は二つのピストン要素２０、２１を互いに対向して内方に同時に強制するように働く。カムローブ２５、２６に対して９０°の位相遅れで中央カム軸２８がピストン要素２０、２１に作用してそれらピストン要素２０、２１がカムローブ２５、２６によって再び作動され得る位置へ向って外方へピストン要素２０、２１を動かす。
【０００７】
図１、図２及び図３から明らかなように、ピストン要素２０、２１の各々は円筒状カップ型本体及びローラ３１、３２からそれぞれ成っている。ローラ３１、３２はピストン要素とカムローブ２５、２６との間の摩擦抵抗を低減させるために設けられている。 シリンダボア１８、１９は長手方向溝３３、３４を備えており、これらの長手方向溝３３、３４はシリンダボア１８、１９の外方端からのびているが、シリンダボア１８、１９の内方端には達していない。円筒状シール部分３５はピストン要素２０、２１における円形シール部分３６と共動してシールするようにされている。円形シール部分３６は外方の平坦部分３７と内方の平坦部分３８との間に設けられ、それによりピストン要素２０、２１におけるシール部分３６がシール部分３５と整列してない時にシール部分３５を通るバイパス通路が形成される。図２参照。
ピストン要素２０、２１を回転しないようにロックしかつ平坦部分３７、３８が長手方向溝３３、３４と常に確実に整列するようにするために、各ローラ３２には軸方向伸長部４０が設けられ、この軸方向伸長部４０は長手方向溝の一つ３４に部分的に受けられ案内される。
駆動部材１０と出力軸１６の各回転中に二つのトルク衝撃が発生するのを避けるために、カム軸２８には平坦部分４２が設けられ、この平坦部分４２は、出力軸１６における径方向開口４３と各相対回転毎に共動して高圧室２３と流体室１２の連通を開くように構成されている。図１参照。
【０００８】
さらに、出力軸１６には、互いに対向した二つの弁室４５、４６が設けられる。これらの弁室４５、４６はシリンダボア１８、１９と交差する径方向にのびるボア及び軸方向にのびるボア３０によって形成される。弁室４５、４６の各々は端部閉鎖部材４７によって画定され、端部閉鎖部材４７はねじ結合４８によって出力軸１６に固定されている。端部閉鎖部材４７は高圧室２３と流体室１２との間に流体を連通させる多数の開口５０を備えている。
各端部閉鎖部材４７は環状弁座金４９を成し、そして皿型ばね座金弁要素５１の装着装置として機能する。また各端部閉鎖部材４７は支持リング５２の保持装置としても機能する。支持リング５２には軸方向歯５３が設けられ、この軸方向歯５３によって弁要素５１は非作動時に適当な位置に保持される。各弁要素５１は円錐形状にされ、着座してない解放位置を占めているが、高圧室２３と流体室１２の圧力差がある一定のレベルを越えると弾性的に変形して着座した閉成位置を占めることができる。図４ａ、図４ｂ、図５ａ、図５ｂ、図６ａ及び図６ｂ参照。
【０００９】
動作において、出力軸１６は、方形部分１７に取付けられたナットソケツトによって締付けられるねじ継手に結合され、駆動部材１０はスタブ軸１１を介してモータによって回転される。
締付け工程の減速状態中、ねじ継手からのトルク抵抗は非常に小さい。このことは、カムローブ２５、２６が高圧室２３内の流体圧に抗してピストン要素２０、２１を動かすことができず、また出力軸１６が駆動部材１０と共に回転することを意味している。この段階でピストン要素２０、２１におけるシール部材３６はシリンダボア１８、 １９におけるシール部材３５に達し、それにより高圧室２３は閉じられる。
ねじ継手が減速され、そして予緊張状態が始まると、カムローブ２５、２６はピストン要素２０、２１を互いに向う方向に強く押圧する。これにより高圧室２３の容積は減少し、流体は弁要素５１を通って開口５０から逃げていく。弁要素５１を横切る流れの制限により、高圧室２３内の圧力は急速に増加する。このことは、高圧室２３と流体室１２の圧力差が弁要素５１を閉じた位置に変形させるレベルに急速に達し、弁要素５１が弁座４９と密封的に共動し、それにより開口５０を通る流体の連通を阻止することを意味している。図５ａ、図５ｂ参照。その後、高圧室２３内の圧力はピークレベルまで増大し、出力軸１６にトルク衝撃が発生する。
【００１０】
駆動部材１０の全ての運動エネルギが流体圧に変換され、そしてさらに出力軸 １６におけるトルク衝撃力に変換されると、高圧室２３内の圧力は弁要素５１を閉じた位置に保持するレベル以下に減少する。モータによって発生したトルクにより駆動部材１０は出力軸１６に対して回転し、また弁要素５１が開口５０を通る流体の連通を再び開くので、流体は開口５０を通って流出し、高圧室２３内の圧力は急速に低下する。カムローブ２５、２６は、ピストン要素２０、２１に作用する流体圧からのいかなる抵抗もなしにピストン要素２０、２１の中心を通過できる。図６ａ、図６ｂ参照。
駆動部材１０がさらに僅かに回転した後、ピストン要素２０、２１のシール部分３６はシリンダボア１８、１９におけるシール部材３５を通過し、それらのシール部分間のシーリング共動は止まる。このことは、駆動部材１０が高圧室内の残りの流体圧によるいかなる遅れなしに次の衝撃の発生する前に加速し始めることができることを意味している。
このことは、衝撃発生サイクルが短くなると衝撃率が高くなることを意味している。
駆動部材１０の加速状態中、ピストン要素２０、２１はカム軸２８によって外方向に強制され、それにより流体は開口５０を介して弁要素５１を通り高圧室２３内に吸引される。弁要素５１は支持リング５２により適当な位置に保持される。
シール部分３５、３６がずれると、高圧室２３はシリンダボア１８、１９における溝 ３３、３４及びピストン要素２０、２１における平坦部分３７、３８を介して再充填される。
【００１１】
上記の実施例において、圧力応動弁要素５１は幾分円錐形状の環状ばね座金を備えている。代りに、弁要素５１は平らな板を挟んだ二つの円錐状ばね座金から成ってもよく、或いは弁要素５１は単一または二重の平らな板から成ってもよい。従って、本発明の実施例は上記の実施例に限定されず、特許請求の範囲内で変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による衝撃機構の縦断面図。
【図２】図１の衝撃機構の一部の拡大部分断面図。
【図３】ピストン要素の端面図。
【図４】ａは衝撃機構の一つの状態を示す図１の線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面図。
ｂは本発明における弁装置の一つの状態を示す拡大部分断面図。
【図５】ａは衝撃機構の別の状態を示す図１の線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面図。
ｂは本発明における弁装置の別の状態を示す拡大部分断面図。
【図６】ａは衝撃機構のさらに別の状態を示す図１の線ＩＶ−ＩＶに沿った横断面
図。ｂは本発明における弁装置のさらに別の状態を示す拡大部分断面図。
【符号の説明】
１０：駆動部材
１２：同心流体室
１６：出力軸
１８、１９：シリンダボア
２０、２１：ピストン要素
２３：中央高圧室
２５、２６、２８：カム装置
４５、４６：弁室
４７：端部閉鎖部材
５０：流体連通開口
５１：圧力応動弁装置

Claims (4)

1. 同心流体室（ 12 ）を備えた回転駆動型駆動部材（ 10 ）と、
   同心流体室（ 12 ）内へのびかつ中央高圧室（ 23 ）及び上記中央高圧室（ 23 ）と連通する二つの径方向にのびたシリンダボア（ 18 、 19 ）を形成するように中空である出力軸（ 16 ）と、
   上記シリンダボア（ 18 、 19 ）内で可動に案内される二つのピストン要素（ 20 、 21 ）と、
   回転駆動型駆動部材（ 10 ）に支持され、上記シリンダボア（ 18 、 19 ）内で上記二つのピストン要素（ 20 、 21 ）を往復動させるように構成し、それにより上記回転駆動型駆動部材（ 10 ）及び上記出力軸（ 16 ）の相対回転時に、上記中央高圧室（ 23 ）に圧力パルスを発生するようにした径方向に働くカム装置（ 25 、 26 、 28 ）と
   を備えた流体トルク衝撃機構において、
   上記出力軸（16）が、上記中央高圧室（23）と連続して連通する少なくとも一つの弁室（45、46）を有し、上記少なくとも一つの弁室（45、46）が、上記中央高圧室（23）を上記駆動部材（10）の同心流体室（12）に連結させる一つまたはそれ以上の流体連通開口（50）、及び上記中央高圧室（23）と上記駆動部材（10）の同心流体室（12）との圧力差が一定のレベルを越えた時に上記一つまたはそれ以上の流体連通開口（50）を閉じるようにされた圧力応動弁装置（51）を有することを特徴とする流体トルク衝撃機構。
2. 上記少なくとも一つの弁室（45、46）が、二つであり、上記シリンダボア（18、19）に垂直に上記出力軸（16）を通ってのびかつ上記中央高圧室（23）と交差する横断ボアにより形成され、上記弁室（45、46）が、上記流体連通開口（50）を備えかつ上記圧力応動弁装置（51）の支持体を成す二つの端部閉鎖部材（47）によって画定されている請求項１に記載の流体トルク衝撃機構。
3. 上記圧力応動弁装置（51）が一つまたはそれ以上の板ばね要素を有する請求項１または２に記載の流体トルク衝撃機構。
4. 上記圧力応動弁装置（51）が一つまたはそれ以上の皿型ばね座金を有する請求項１または２に記載の流体トルク衝撃機構。

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