JP3668151B2 - 回動工具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、六角穴付きボルトに使用する六角レンチ、ビット装着用六角穴に装着されるビット等として使用される六角柱状の回動工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
六角穴を有するボルトに利用する六角レンチとして、従来技術においては、第１に、ＪＩＳ−Ｂ４６４８（図７）に示される六角棒スパナ（以下、レンチと称する）がある。
このレンチＡ１は、一般的にボルトＢよりも高硬度に形成され、ボルトＢの六角穴Ｂａに挿入する部分を正六角柱にしたものであり、６つの角部２と、各角部間に形成された６つの辺面３とを有しており、６つの角部２はアール面取りされ、６つの辺面３は平坦面に形成され、ボルトＢの六角穴Ｂａにすきまばめ状態で係合される。
【０００３】
前記レンチＡ１は角部２の形状が比較的に尖った形状であり、６つの辺面３が平坦面であるため、ボルトＢの六角穴Ｂａに係合させて、レンチＡ１に回転トルクをかけると、六角穴Ｂａの壁面に線接触し、角部２の近傍で応力集中を起こす。
更にレンチＡ１に回転トルクをかけていくと、六角穴Ｂａ側の弾性変形により面接触することになるが、放射方向に逃げる力が大きいために、一定のトルクを越えると、ボルトＢ側が変形を起こして六角穴Ｂａが塑性変形し、面接触の関係が崩れることがある。
【０００４】
ドライバービットとねじリセスの間において、力の伝達の方向と大きさを決定するのに役立つものに駆動角がある。図７において、レンチＡ１の１辺面がボルトＢのねじリセスの１面に当接してトルクを伝達するとき、両者間の隙間によってこじれた状態で当接した力点Ｓ１には、工具中心Ｐを通る放射線と直角の作用力（接線力）Ｆ１と、レンチＡ１の面と直角の作用力（放射力）Ｇ１とが発生する。
前記作用力Ｆ１が実質的にボルトＢを回動させる力となり、作用力Ｇ１は六角穴Ｂａを塑性変形させる力となる。この両作用力Ｆ１、Ｇ１のベクトルの間の挟角が駆動角Ｋ１である。
【０００５】
従って、駆動角Ｋ１は小さいほどリセスの中心から外に向かって広がる応力である放射状の応力（放射力）Ｇを低くすることができ、放射状の応力が低いほど工具寿命が長くなり、ネジ頭部の肉厚をより薄くすることが可能になることが知られている。
図７ａはレンチＡ１と六角穴Ｂａの理論的嵌合状態であり、実際的にはガタがある。両者を嵌合させて、レンチＡ１を回して、力点Ｓ１に作用力が作用開始したとき（図７ｂの初期回動時）、駆動角Ｋ１は６３度前後である。
【０００６】
レンチＡ１を更に回動して、滑りを生じさせながらボルトＢを回動するとき（図７ｃの実質回動時）、係合している力点Ｓ２は力点Ｓ１から回動方向に若干移動するが、駆動角Ｋ２は駆動角Ｋ１と略同じ６３度前後であり、各辺面３は六角穴Ｂａを弾性変形、塑性変形して面接触するようになるが、平坦面であるため両作用力Ｆ２、Ｇ２の方向性がほとんど変化しなく、よって駆動角Ｋ２が小さくならなく、駆動効率の低いものとなっている。
そこで、前記六角穴Ｂａの弾性変形に伴ってレンチの駆動角を小さくして、駆動効率を高くできるようにした技術がある。
【０００７】
図８（実公昭３８−１５９９６号公報）に示す第２従来技術のレンチＡ２は、六角穴付きボルトの回動を主目的にしたものであり、６つのアール面取り形状の角部２と、各角部２間に形成された６つの辺面３とを有し、この６つの辺面３の総てが角部２の共通接線となる辺線Ｈから深く凹んだ凹面（内向き曲線）に形成されている。
このレンチＡ２は、初期回動時の駆動角Ｋ（作用力Ｆ、Ｇの挟角）は６５度前後であるのに対して、実質回動時の駆動角Ｋは５０度以下にもでき、六角穴Ｂａの弾性変形部分を凹面の方向に逃がし、その変形の一部が塑性変形を起こしても、レンチＡ２とボルトＢの係合がより確実性を増し、駆動効率を向上できるようにしている。
【０００８】
しかしながら、このレンチＡ２は、６つの辺面３の凹みが深すぎるため、六角穴Ｂａ側の変形量が多く、塑性変形を起こし易いため、ボルトＢの六角穴Ｂａの形状を変更したり、又は辺面３の凹みを浅く形成したもの等が創作されている。図９に示す第３従来技術のレンチＡ３は、ボルトＢの六角穴Ｂａの形状を正六角形ではなく、レンチＡ２と相似形に形成しており、駆動角Ｋを１５〜２０度前後に減少でき、極めて駆動効率の高いものとなっている。
図１０（実公平７−４２６１５号公報）に示す第４従来技術のレンチＡ４は、６つの辺面３の凹みを浅く形成したもので、ボルトＢの六角穴Ｂａは正六角形を適用しており、ボルトＢは一般的なものが使用でき、実質回動時の駆動角Ｋ２は５２度前後になり、正六角形の六角穴Ｂａを使用できるので、ボルトＢのコストを上げないで駆動効率の向上を図ることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記第３従来技術のレンチＡ３では、ボルトＢの加工が困難でコストを非常に高いものになると共に、レンチＡ３の凹みが深いため、第２従来技術のレンチＡ２と同様に、レンチ強度が著しく低下し、耐久性が低くなるという問題を有している。
また、前記第４従来技術のレンチＡ４では、辺面３の凹みを浅く形成すると駆動角が小さくなり難くく、深くするとレンチＡ３と同様な問題を生じると共に、大きな回転トルクを加えると部分的に大きな変形が生じ、その変形部分の逃げ場（凹み）が大きいことも相俟って、大きく塑性変形して致命的なダメージを与える可能性がある等の問題を有している。
【００１０】
更に、両レンチＡ３、Ａ４のように、角部２を挟むように大きな凹みが存在すると、ボルトＢに対する作用力Ｆの反作用力が角部２に作用するので、角部２は回動方向と反対方向に逃げ易くなり、回動トルクが低下することがある。
本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした回動工具を提供することを目的とする。
本発明は、６つの角部間の辺面を１つおきに平坦面とし、その他を凹凸面とすることにより、駆動角を小さくして駆動効率を向上した上で、強度を確保しながら六角穴の塑性変形を減少できるようにした回動工具を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は、６つの角部間の辺面の総てを凹凸面とすることにより、駆動角を小さくして駆動効率を向上した上で、強度を確保できるようにした回動工具を提供することを目的とする。
本発明は、６つの角部間の辺面を１つおきに平坦面とし、その他を凹面とすることにより、駆動角を小さくして駆動効率を向上した上で、六角穴の塑性変形を減少できるようにした回動工具を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明における課題解決のための第１の具体的手段は、６つのアール面取り形状の角部２と、各角部２間に形成された６つの辺面３とを有して六角穴Ｂａに挿入可能に形成されており、前記６つの辺面３の内の１つおきの辺面３を略平坦な面に形成し、他の辺面３を、角部２間の中間に山面３ａを有し、かつこの山面３ａと両角部２との間に谷面３ｂを有する凹凸面に形成し、前記山面３ａの頂点を角部２の共通接線となる辺線Ｈ上又はそれより工具中心Ｐ側に位置させていることである。
【００１３】
これによって、回動工具１は駆動角Ｋを小さくして駆動効率を向上した上で、強度を確保しながら、ボルトＢ等の六角穴Ｂａの塑性変形を減少することが可能になる。
本発明における課題解決のための第２の具体的手段は、６つのアール面取り形状の角部２と、各角部２間に形成された６つの辺面３とを有して六角穴Ｂａに挿入可能に形成されており、前記６つの辺面３の総てを、角部２間の中間に山面３ａを有し、かつこの山面３ａと両角部２との間に谷面３ｂを有する凹凸面に形成し、前記山面３ａの頂点を角部２の共通接線となる辺線Ｈ上又はそれより工具中心Ｐ側に位置させていることである。
【００１４】
これによって、回動工具１は駆動角Ｋを小さくして駆動効率を向上した上で、強度を確保させることが可能になる。
本発明における課題解決のための第３の具体的手段は、６つのアール面取り形状の角部２と、各角部２間に形成された６つの辺面３とを有して六角穴Ｂａに挿入可能に形成されており、前記６つの辺面３の内の１つおきの辺面３を略平坦な面に形成し、他の辺面３を角部２の共通接線となる辺線Ｈから凹んだ凹面に形成していることである。
【００１５】
これによって、回動工具１は駆動角Ｋを小さくして駆動効率を向上した上で、ボルトＢ等の六角穴Ｂａの塑性変形を減少することが可能になる。
本発明における課題解決のための第４の具体的手段は、第１〜３のいずれかの具体的手段に加えて、略六角柱状のレンチ又はビットであることである。
これによって、六角レンチ又は六角ビットとして使用することができる。
本発明における課題解決のための第５の具体的手段は、第１〜４のいずれかの具体的手段に加えて、前記角部２のアール面取り中心Ｑは、工具中心Ｐまでの距離が工具中心Ｐから辺面３までの距離Ｌに略等しいことである。
【００１６】
これによって、角部２のアール面取り形状を適正にして、六角穴Ｂａの損傷を減少する。
本発明における課題解決のための第６の具体的手段は、第１、２、４のいずれかの具体的手段に加えて、前記辺面３の山面３ａは、工具中心Ｐから辺面３までの距離Ｌを略半径とする円弧面であることである。
これによって、回動工具１の強度を可及的に増大し、しかも辺面３の凹みの懐を少なくして、六角穴Ｂａの塑性変形を防止する。
【００１７】
本発明における課題解決のための第７の具体的手段は、第１又は２の具体的手段に加えて、前記角部２のアール面取り中心Ｑを、工具中心Ｐまでの距離が工具中心Ｐから辺面３までの距離Ｌに略等しく設定し、前記辺面３の山面３ａを、工具中心Ｐから辺面３までの距離Ｌを略半径とする円弧面に形成し、かつ各山面３ａの有効範囲Ｕを略２０度に設定し、この山面３ａの有効範囲Ｕの端部Ｕａを通って山面３ａと角部２と接する円弧面で前記谷面３ｂを形成していることである。
【００１８】
これによって、回動工具１の外周面を、強度の確保、駆動効率の向上及び六角穴Ｂａの塑性変形の減少等を実現するための理想的な形状に形成できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜４に示す第１の実施の形態おいて、回動工具１ＡとしてＬ字状に屈曲したＬ字レンチを例示しており、このレンチ１Ａはダイスからの引抜加工等により形成され、その断面形状は概ね正六角形で、ボルトＢ等の正六角形の六角穴Ｂａに挿入可能に形成されており、６つのアール面取り形状の角部２と、各角部２間に形成された６つの辺面３とを有している。
【００２０】
前記レンチ１Ａは、６つの辺面３の内の１つおきの辺面３を略平坦な面３ｃに形成し、他の辺面３を、角部２間の中間に山面３ａを有し、かつこの山面３ａと両角部２との間に谷面３ｂを有する凹凸面に形成している。
前記凹凸状の辺面３は、山面３ａの頂点が角部２の共通接線となる辺線Ｈ上又はそれより工具中心Ｐ側に位置しており、辺線Ｈより工具中心Ｐ側に凹みの懐が形成されている。
従って、レンチ１Ａは平坦面３ｃと凹凸面とが交互に形成され、凹凸面の周方向両側には平坦面３ｃが存在し、そのような断面形状を軸方向に沿って形成してＬ字レンチとなり、また工具装着部を形成して動力工具用ビットとして適用可能になる。
【００２１】
前記レンチ１Ａは対辺間距離（幅）を２Ｌとすると、工具中心Ｐから辺面３までの距離は距離Ｌとなり、角部２のアール面取りは、面取りの中心Ｑを工具中心Ｐから略距離Ｌだけ離した位置に設定している。
図２の工具中心Ｐを中心とする仮想円Ｙは前記距離２Ｌと同一又は僅かに小さい直径寸法Ｄの円であり、前記面取りの中心Ｑはこの仮想円Ｙ上に位置している。仮想円Ｙの直径寸法Ｄは距離２Ｌと同一又はそれより僅かに小さければよく、面取りの中心Ｑは仮想円Ｙの内外にずれていてもよい。
【００２２】
前記辺面３の山面３ａは、仮想円Ｙ上に位置し、即ち、工具中心Ｐから辺面３までの距離Ｌを略半径とする円弧面に形成されており、かつ各山面３ａの有効範囲Ｕは２０度又はその前後角度に設定されている。
前記山面３ａの曲率半径は、小さくすると凹凸辺面３の凹みの懐を深くでき、大きくすると凹凸辺面３の凹みの懐を浅くできる。また、山面３ａの曲率中心を工具中心Ｐ以外の点に設定することも可能である。
前記谷面３ｂは、山面３ａの有効範囲Ｕの両端部Ｕａを通って山面３ａと角部２と接する円弧面に形成されており、そのように谷面３ｂの曲率半径Ｒが設定されている。前記曲率半径Ｒは、有効範囲Ｕを広くすると小さくなり、凹凸状辺面３の凹みの懐を深くでき、有効範囲Ｕを狭くすると大きくなり、凹凸状辺面３の凹みの懐を浅くできる。
【００２３】
前記角部２は、周方向等間隔に仮想円Ｙから突出した突出部となっており、レンチ１Ａの平坦面３ｃは、２つ１組の角部２のアール面取りされた突出円弧面に接する共通接線上に位置している。
換言すると、前記レンチ１Ａは、正六角形の角部２を、日本工業規格（ＪＩＳ）に定められている対角最大寸法ｒで面取りし、辺面３の１つおきを、工具中心Ｐから辺面３までの垂線距離Ｌを半径として山面３ａを形成し、この山面３ａを略２０度の有効範囲Ｕを確保した上で、各山面３ａを挟むようにその円弧面と角部２のアール面取り面とに同時に接する谷面３ｂを、レンチ１Ａ外部に曲率中心を有する円弧面で形成しており、山面３ａは谷面３ｂで形成された凹部の中の凸部となっている。
【００２４】
六角穴Ｂａの壁面との接触について、第３図に示すように、ボルトＢの六角穴Ｂａにレンチ１Ａを差込んでＭ角度を回転させた際、レンチ１Ａ側のＳ１点が六角穴Ｂａの内壁面に接触し、続けて回転トルクを与えるとトルク伝達が開始される。
その際、凹凸状辺面３のＳ１点には、Ｐ−Ｓ１間線に対して直角方向に作用力ＦＳ１が発生すると共に、接触面に対して直角方向に作用力（ボルト内部応力）ＧＳ１が発生する。このときの駆動角ＫＳ１は６３度前後になる。
【００２５】
平坦面３ｃのＴ１点には、Ｐ−Ｔ１間線に対し直角方向に力の作用力ＦＴ１が発生すると共に、接触面に対して直角方向に作用力（ボルト内部応力）ＧＴ１が発生する。このときの駆動角ＫＴ１は駆動角ＫＳ１と略同一の６３度前後になる。
この初期回動時における作用力状態は、前記第１従来技術のレンチＡ１と大差はない。
次に、標準締め付け回転トルクを加えた場合、第４図に示すように、レンチ１Ａは更に回動してＮ角度となり、Ｓ２点は元のＳ１点から谷面３ｂ方向に移動し、Ｐ−Ｓ２線に対し直角方向に作用力ＦＳ２が発生し、角部２が六角穴Ｂａの内壁面に弾性変形を起こさせる。
【００２６】
角部２から谷面３ｂへ辺線Ｈに対して角度が変化していることにより、六角穴Ｂａの弾性変形に伴って、角部２が六角穴Ｂａの内壁面に作用する作用力ＧＳ２の角度が変化し、ＦＳ２−ＧＳ２間の駆動角ＫＳ２が駆動角ＫＳ１よりも鋭角になっていく。
また、角部２が六角穴Ｂａに弾性変形を起こさせながら更に食い込むことにより、駆動角ＫＳ２を更に小さく（例えば、４７度前後）する。駆動角ＫＳ２がより小さくなることにより、滑りを減少させ、駆動効率を向上させながらトルクを伝達する。
【００２７】
このとき、Ｔ２点においては、作用力ＦＴ２及び作用力ＧＴ２は共にＴ１点と同様で、駆動角ＫＴ２は６３度前後あるが、平坦面３ｃは六角穴Ｂａの内壁面に若干食い込むようになって、線接触から面接触に変化しており、この平坦面３ｃの面接触によって、作用力ＧＳ２で角部２が六角穴Ｂａの内壁面に食い込むのを抑制することになり、角部２による塑性変形が防止され、ボルトＢ軸心に対するレンチ１Ａの位置を安定化させる。
また、六角穴Ｂａの内壁面は角部２によって弾性変形が起こされ、谷面３ｂの懐内に逃げるように膨出することになるが、山面３ａが隆起していることにより、その変形量が制限され、山面３ａが抵抗となって塑性変形に至る変形を抑制する。
【００２８】
これら、平坦面３ｃ、山面３ａ等による変形抑制によって、六角穴Ｂａに対するレンチ１Ａの滑りが減少され、角部２と六角穴Ｂａとの接触も面積及び角度の両方で良好になり、駆動角ＫＳ２が小さくなって駆動効率が向上し、六角穴Ｂａの内壁面の傷を最小限に押さえる。
また、Ｓ２点で発生する作用力ＦＳ２の反作用力としてＦＳ３が発生するが、角部２を境にして凹凸状辺面３が隣り合う面は平坦面３ｃとなっており、平坦面３ｃは谷面３ｂによるくびれは存在しないので、角部２は逃げることなくボルトＢへ回動トルクを伝達する。
【００２９】
なお、レンチ１Ａは、間隔をおいた３面を凹凸面としているので、早回しの際にも、オイルが付着している場合でも、指先が滑る事なく把持しておくことができ、確実な作業が行えて作業性を向上でき、ＪＩＳ規格の六角レンチよりも折れ難くすることができる。
また、断面寸法がより高精度で、高硬度でありながら粘りのあるものとなり、滑りを軽減して角部２の形状を保つことが可能になり、角部２の摩耗が減少し、折れを減少でき、レンチの耐久性、耐摩耗性を向上することができる。
【００３０】
図５に示す第２の実施の形態において、このレンチ２Ａは、略正六角柱状のレンチの辺面３の６面総てを凹凸面としており、平坦面３ｃがないことにより、レンチ１Ａに比して、角部２が六角穴Ｂａの内壁面に食い込むのを抑制する作用、反作用力ＦＳ３をバックアップする作用等は少なくなるが、図８に示した従来技術よりも、塑性変形を防止し、弾性変形を抑制しながら駆動効率を向上させることができる。
これら第１、第２の実施の形態から明らかなように、略正六角柱状のレンチの辺面３の内、１面から５面を平坦面３ｃとし、他を凹凸面とすることも加工上は可能である。しかし、凹凸状辺面３を３面又は全面にする方がトルク伝達バランスが良好になる。
【００３１】
図６に示す第３の実施の形態において、このレンチ３Ａは、略正六角柱状のレンチの辺面３の３面を平坦面３ｃとし、他の３面を凹面としており、凹状辺面３の角部２間には山部３ａが形成されていない。このレンチ３Ａは、レンチ１Ａに比して、山部３ａが存在しない分だけ強度が低く、角部２が六角穴Ｂａの内壁面を弾性変形させる度合いも多くなるが、平坦面３ｃによる角部２が食い込むのを抑制する作用、反作用力ＦＳ３をバックアップする作用等は十分享受することができ、図８に示した従来技術よりも、塑性変形を防止し、弾性変形を抑制しながら駆動効率を向上させることができる。
【００３２】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形することができる。例えば、山部３ａの頂点は２つの角部２の中央に位置するが、レンチＡの周方向の一方に偏位していてもよく、山部３ａの両側の谷面３ｂは対称形状であるが、一方を他方より深く形成したりしてもよい。
また、レンチＡの各部の寸法，形状，材質、その相対配置等は適宜設定することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、回動工具１は駆動角Ｋを小さくして駆動効率を向上することができ、そのうえ、強度を確保したり、ボルトＢ等の六角穴Ｂａの塑性変形を減少したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同正面図である。
【図３】初期回動時の作用図である。
【図４】実質回動時の作用図である。
【図５】第２の実施の形態を示す正面図である。
【図６】第３の実施の形態を示す正面図である。
【図７】第１従来技術のＪＩＳ−Ｂ４６４８の六角棒スパナの作用図である。
【図８】第２従来技術の正面図である。
【図９】第３従来技術の正面図である。
【図１０】第４従来技術の作用図である。
【符号の説明】
１ 回動工具（レンチ）
２ 角部
３ 辺面
３ａ 山面
３ｂ 谷面
３ｃ 平坦面
Ｂ ボルト
Ｂａ 六角穴
Ｈ 辺線
Ｋ 駆動角
Ｕ 有効範囲
Ｐ 工具中心

Claims (7)

1. ６つのアール面取り形状の角部と、各角部間に形成された６つの辺面とを有して六角穴に挿入可能に形成されており、
   前記６つの辺面の内の１つおきの辺面に、前記角部に隣接して、回転トルクの付与に伴って角部を前記六角穴の内壁面に食い込ませることにより該内壁面との間に生じる駆動角を初期回動時よりも鋭角にする谷面を形成し、
   １つの辺面の２つの谷面間に、前記角部の食い込みに伴う前記内壁面の膨出を抑制する山面を形成し、
   前記山面の頂点を、該山面の両側に位置する角部のアール面取りされた突出円弧面に接して共通接線となる辺線上又はその辺線よりも前記回転トルク付与時の回転中心となる工具中心側に位置させていることを特徴とする回動工具。
2. 前記６つの辺面の内の１つおきの辺面とは異なる他の辺面を、平坦な面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の回動工具。
3. 前記６つの辺面の内の１つおきの辺面とは異なる他の辺面のそれぞれに、前記２つの谷面及び山面を形成したことを特徴とする請求項１に記載の回動工具。
4. 六角柱状のレンチ又はビットであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回動工具。
5. 前記角部のアール面取り中心の前記工具中心までの距離は、前記工具中心から前記辺面までの距離に等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回動工具。
6. 前記辺面の山面は、前記工具中心から辺面までの距離を半径とする円弧面であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の回動工具。
7. 前記角部のアール面取り中心を、前記工具中心までの距離が工具中心から辺面までの距離に等しく設定し、前記辺面の山面を、前記工具中心から前記辺面までの距離を半径とする円弧面に形成し、かつ各山面の有効範囲を２０度に設定し、この山面の有効範囲の端部を通って山面と角部と接する円弧面で前記谷面を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の回動工具。

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