JP4129434B2 - 動力式インパクト工具トルク装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に動力式インパクト工具の分野に関し、より詳しくは、トルクを調整する動力式インパクト工具トルク装置に関する。

動力式インパクト工具（例えば、空圧式、油圧式、電動式等）は、当該分野でよく知られている。一般には、ワークピース（例えば、ナット、ボルト等）に加わるトルクは、動力式インパクト工具の回転方向にかかわらず同一である。しかしながら、焼きついたナットをこじ開けたり、あるいはナットを反対方向へ回して緩めるには、順方向よりも大きな力がしばしば必要となる。同様にワークピースは、締結中にねじ切りされたワークピースのねじ山をすり減らしてしまう過大トルクを避けるために、ワークピースを締結するのに許容されるトルクの最大値を詳細に記載したトルク仕様を有することがしばしばある。

現今では、別のトーション・バー・キットを購入し、動力式インパクト工具に取り付けることもできる。これらのトーション・バー・キットは、最終的にワークピースに伝達されるトルクを動力式インパクト工具（すなわち、モータとクラッチの組合せ）が発生するトルクの量よりも低減することができる。

残念ながら、これらのトーション・バー・キットの欠点は、個別の製造元、型式およびサイズの動力式インパクト工具用のアタッチメントとして製造され、販売されていることである。すなわち、それらは技術的には動力式インパクト工具のトルク出力を、固定したトルクの大きさだけ削減するけれども、使用者は特定の動力式インパクト工具とトーション・バー・キットの組合せがワークピースに加える最終的なトルク値についてしか知らされていない。

例えば、使用者が「２０フート・ポンド・トーション・バー・キット」として売られているトーション・バー・キットを入手し、それを正規の適用可能な動力式インパクト工具に取り付けた場合は、２０フート・ポンドのトルクが最終的にナットに加わる。すなわち、この場合は、もし指定の適用可能な空圧式レンチのトルク定格出力が１００フート・ポンドなら、このインパクト・レンチによってナットに最終的に加わるトルクの大きさは、どちらの回転方向でも最終的に２０フート・ポンドである。

この特定のトーション・バー・キットは、「２０フート・ポンド・トーション・バー・キット」として売られ、ラベルに表示されているけれども、ナットに最終的に加わるトルクを２０フート・ポンドに自動的に削減するのではなく、実際にはインパクト工具のトルク出力をワークピースに加わる大きさまで８０フート・ポンド（すなわち、１００−８０）削減しているからである。

残念ながら、よくあることであるが、使用者はこの同じトーション・バー・キットを入手し、それを別のインパクト工具に取り付けようとする。例えば、この同じ「２０フート・ポンド・トーション・バー・キット」を、定格トルク出力１４０フート・ポンドのトルク・レンチに取り付けようとする。使用者は誤解してこのトーション・バー・キットと動力式トルク・レンチの組合せで、やはり２０フート・ポンドのトルクがワークピースに最終的に加わることになると考えている。これは正しくない。実際には、この新しい組合せでは６０フート・ポンド（すなわち、１４０−８０）がワークピースに加わることとなる。この場合もやはり、このトーション・バー・キットはトルク出力を８０フート・ポンドだけ減少させるからである。

しばしば、使用者は個々の動力式インパクト工具の定格トルク出力がいくらであるかを知らず、絶えずそのトーション・バー・キットを１つの動力式インパクト工具から別の動力式インパクト工具へと移し、しかもこのトーション・バー・キットは自動的にワークピースに加わるトルクを固定した値にまで削減すると考えており、最終的に使用者が実際にワークピースに加わるトルクの値を決定することができない結果となっている。その結果、ワークピースにトルクをかけ過ぎたり、またはトルクが不足し、最終的にワークピースは工程中で破壊されることがある。

これら後売り（ａｆｔｅｒ−ｍａｒｋｅｔ）のトーション・バー・キットには、ワークピースに伝達される正確な全トルクがしばしば不明であることや、ワークピースに加わるトルク値がどちらの方向の回転に対しても同じであることを含めて、いくつかの欠点がある。

したがって、動力式インパクト工具の分野においては、どちらの方向の回転に対してもワークピースに最終的に加わる、より予知可能なトルク値を提供する方法が求められている。さらに、動力式インパクト工具と共に使用する、単一の回転方向に対してより予知可能な値で、より大きなトルクを供給できる装置が求められている。
本発明は、動力式インパクト工具用に使用する装置および方法を提供するものである。

本発明の第１の一般的態様は、
トーション・バーと、
前記トーション・バーに対して作動し得るように前記トーション・バーに取り付けられ、第１の方向の方が第２の方向よりも大きなトルクの伝達が可能となるように形成された複数の凹部を有する外側チューブとを備える動力式インパクト工具用装置、を提供するものである。

本発明の第２の一般的態様は、
内側に延びる複数の駆動表面を有する外側チューブと、
複数の受け表面をその外面に有するトーション・バーとを備え、
前記駆動表面は、第１の方向へ回転するときのみ、前記受け表面に駆動可能に係合する装置、を提供するものである。

本発明の第３の一般的な態様は、
複数の延長部をその外面上に有するトーション・スプリングと、
内側へ延びる複数の凹部を内面に備えた孔を有する外側円筒とを備え、前記内側へ延びる複数の凹部は、ナットを緩める回転のとき、前記トーション・スプリングと共に、より大きな増力作用を奏することを可能とする装置、を提供するものである。

本発明の第４の一般的態様は、
ハウジングと、
前記ハウジング内にあるエア・モータと、
前記エア・モータに作動可能に取り付けられたトーション・バーと、
前記トーション・バーに対して作動し得るように前記トーション・バーに取り付けられた外側チューブとを備え、前記外側チューブは、第１の方向の方が第２の方向よりも大きなトルク出力が可能となるように形成された複数の凹部を有する動力式インパクト工具、を提供するものである。

本発明の第５の一般的態様は、
ハウジングと、
前記ハウジング内に格納され、第１のトルク出力を供給するエア・モータと、
トーション・バーを取り囲む外側チューブを有していて、前記エア・モータに作動可能に取り付けられ、前記第１のトルク出力を第２のトルク出力へ変換するトルク制御システムとを備える動力式インパクト工具、を提供するものである。

本発明の第６の一般的態様は、
トーション・バーを用意する段階と、
第１の回転方向の方が第２の回転方向よりも大きなトルクの伝達が可能な形状の凹部を有する外側チューブを、前記トーション・バーに取り付ける段階とを含む、動力式インパクト工具用装置の製造方法、を提供するものである。

本発明の第７の一般的態様は、
トーション・バーを用意する段階と、
第１の回転方向の方が第２の回転方向よりも大きなトルクの伝達が可能となるように形成された複数の凹部を有する外側チューブを前記トーション・バーに取り付ける段階と、
前記トーション・バーをワークピースに取り付ける段階とを含む、動力式インパクト工具装置の使用方法、を提供するものである。

本発明の、前記およびその他の態様は、本発明の様々な実施形態の、以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
本発明のいくつかの実施例を、以下の図面を参照して詳細に説明する。図面で同一の記号表示は同一の部材を示す。

本発明のいくつかの実施形態を詳細に示し説明するが、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、様々な変更や改変を加えることができることを理解されたい。本発明の範囲はいかなる意味でもこれら実施形態の構成部品の数、それらの材料、それらの形、それらの相対的な配置などに限定されるものではなく、これらは実施形態の例として開示されているに過ぎない。図面は本発明を例示するためのものであり、必ずしも実寸に比例して描かれてはいない。

本装置は、動力式インパクト工具と共に、あるいはその一部として使用され、ある回転方向の方が第２の回転方向よりも大きなトルクの出力が可能となるものである。動力式インパクト工具には、様々な動力（例えば、空圧、油圧、電動など）式インパクト工具が含まれる。一般には、逆方向、即ち、ナットを緩める方向で、時折より大きいトルクが必要とされる。本装置は、焼きついたナットやボルトをこじ開けたり緩めたりするために、逆方向において増大したトルクをもたらす。

本装置はまた、動力式インパクト工具、例えば空圧式インパクト・レンチと共に使用するときは、工具内のエア・モータが出力する大きさのトルクから、ナットやボルトなどのワークピースに最終的に加えられる第２のより低いトルクの大きさへ、定量だけトルクを削減するという意味でのトルク制御をもたらす。

動力式インパクト工具１１は、その発生する打撃またはインパクト毎に、定まった大きさの回転機械エネルギーを出力する。一種のトーション・スプリングとして働くトーション・バー２０は、動力式インパクト工具１１に取り付けられたとき、この出力された回転機械エネルギーの一部分、あるいは、あるパーセントを吸い込み、あるいは、吸収する。したがって、トーション・バー２０は、ワークピースに最終的に加えられる回転機械エネルギーのいくらかを、動力式インパクト工具１１（すなわち、モータとクラッチの組合せ）が出力する大きさから削減するように働く。

図を参照すると、図３は、本発明によるトーション・バー２０の横断面を示す。トーション・バー２０（例えば、トルク・バー、ドライブ・バーなど）は、回転中心から径方向にある距離のところで力を伝達する細長い回転可能なデバイスである。トーション・バー２０は、一種の回転トルク手段またはトーション・スプリングである。トーション・バー２０は、例えば動力式インパクト・レンチのアンビルやナット・ランナ用の付属部品などであってもよい。トーション・バー２０は、一端が動力式インパクト工具１１（図１参照）に作動可能に取り付けられ、他端にワークピース（例えば、ナット、ボルトなど）が取り付けられる。

トーション・バー２０は、円筒形であってもよく、あるいは、その他の断面形状のものであってもよい。トーション・バー２０は、その長さの中間部分がくびれた形状、または絞った形状としてもよい。

トーション・バー２０は、部分的にばねとして働き、それによって動力式インパクト工具１１から供給されたトルクのいくらかが、動力式インパクト工具１１からトーション・バー２０を通じてワークピースへ移り、一方、動力式インパクト工具１１から供給されたトルクのいくらかは、トーション・バー２０自体のばね動作によって吸収され、ワークピースへは移らない。したがって、トーション・バー２０は、モータの出力トルクから、ワークピースに直接加えられるトルクの大きさへとトルクの大きさを削減する。トーション・バー２０の形状、形態、くびれの大きさ、温度、材質などすべてによって、特定のトーション・バー２０がもたらす、特定のトルク削減量が決まる。

このデバイスの追加の利点は、特定の動力式インパクト工具１１に一体化して、あるいは固定して取り付けたトーション・バー２０を提供することにより、使用者が常に、回転方向の如何に拘わらず、実際のワークピースに加わる全トルクの特定の大きさを知ることができることである。というのは、動力式インパクト工具１１のトルク出力が既知であり、装置１０のトルク削減量も既知だからである。これらの要素が一体化されているので、ワークピースに加えられるトルクの大きさも、既知かつ定まった量となる。

図１に、エア・モータ１４を内部に格納したハウジング１６に固定して取り付けたハンドル１２全体を含めて、動力式インパクト工具１１に取り付けた動力式インパクト工具トルク装置１０の横断面が示されている。図１および図２は、図４中の「２−２」で示す断面線に沿った断面図であることに注意されたい。

トーション・バー２０はハウジング１６から延びる一方、エア・モータ１４に接続される。このトーション・バー２０は、動力式インパクト工具１１に固定し、または着脱可能に取り付けることができる。トーション・バー２０には外側チューブ３０が作動可能に取り付けられている。この外側チューブ、トルク・チューブまたは外側トルク・チューブ３０は、使用中、外側チューブ３０をトーション・バー２０に取り付けたまま保持する１組のキーパ・ピン４０を介してトーション・バー２０に連結されている。このキーパ・ピン４０、または複数のキーパ・デバイスの連結部は、外側チューブ３０およびトーション・バー２０の長手方向に沿って任意の位置に配置することができる。

代替実施形態では、外側チューブ３０とトーション・バー２０は動力式インパクト工具１１に連結することもできる。同様に、外側チューブ３０のみを動力式インパクト工具１１に連結することもできる。トーション・バー２０の動力式インパクト工具１１とは反対側の端部にはソケット端部２２があり、そこに様々なワークピース・インターフェイス（例えば、ソケット、ドリル・ビットなど）を取り付けることができる。複数の延長部（受け表面）２４（図４参照）が、トーション・バー２０の外面から径方向に延びている。この延長部２４は、隣接する外側チューブ３０の部分に対し適切に相互作用可能となるのであれば、平面、正方形、多角形または他の形状および形態であってもよい。

図２は、トーション・バー２０から分離した外側チューブ３０の断面を示す。外側チューブ３０はその内部に軸方向孔を有する円筒でよい。外側チューブ３０は、両部品が同一の回転軸を共有するように、トーション・バー２０を取り囲む。複数の駆動表面３４および凹部３２が、外側チューブ３０の端面または内表面上に並設され、内側へ延びている。

駆動表面３４は平面あるいは他の形でもよく、外側チューブ３０の内表面から径方向に、内側へ延びることができる。同様に、凹部３２も種々の形状となし得、また、種々の配置となし得る。凹部３２は曲線形、円形、らせん形などでもよく、類似の形でもよい。凹部３２の具体的な曲線形状には、放物線らせん、対数らせん、双曲線らせん、円のインボリュート、アルキメデスらせんなどが含まれる。外側チューブ３０の凹部３２、隣接する駆動表面３４およびトーション・バー２０上の対応する延長部２４の形状および配置は、この３つすべての形状および配置が、ある回転方向でトーション・バー２０と外側チューブ３０両者の一緒の回転を可能とし、しかも第２の回転方向では外側チューブ３０の回転を許さず、あるいはトーション・バー２０と比べて回転を減少させる限りで、回転を調整し変更することができる。

図４は、動力式インパクト工具トルク装置１０の端面図である。図示の実施形態では、トーション・バー２０のワークピースに最も近い端部は、トーション・バー２０の外周面から横方向へ延びる正方形の延長部２４を備えている。これらの複数の延長部２４は、外側チューブ３０の内面に凹部３２と共に設置されている、駆動表面３４と係わりを持って接する。

動力式インパクト工具１１、すなわち外側チューブ３０およびトーション・バー２０が方向矢印「Ｒ」で示す逆方向に回転するときは、外側チューブ３０の平面状の駆動表面３４が、トーション・バー２０の延長部２４と接触し、それによって増力が行なわれる。したがって、逆方向回転では、装置１０は内部のトーション・バー２０および外側チューブ３０の駆動トルク増大および質量の恩恵を受ける。トーション・バー２０と外側チューブ３０の両者は一緒に回転する。装置１０は、最終的にワークピースに、順方向よりも逆方向でより大きなトルク伝達を可能とする。

逆に、動力式インパクト工具１１が方向矢印「Ｆ」で示された、順方向に回転するときは（同様に図５参照）、より小さなトルクが最終的にワークピースに加わる。工具モータ１４が最初に回転するときは、外側チューブ３０は最初少しだけトーション・バー２０と一緒に回るかもしれない。しかしながら、外側チューブ３０がトーション・バー２０とさらに一緒に回ろうとしても、外側チューブ３０内に配置された凹部３２のために、外側チューブ３０は増力できず、もはやトーション・バー２０上の延長部２４を駆動しない。

凹部３２のため、外側チューブ３０はトーション・バー２０の周りを回転することができる。順方向では、外側チューブ３０はトーション・バー２０と一緒には回転しない。したがって、外側チューブ３０の質量およびその中のいかなるトルクも外側チューブ３０から内部のトーション・バー２０へ伝達されず、最終的にワークピースに移すことはできない。その結果、装置１０が順方向へ回転するときは、逆方向回転中よりも低いトルクが最終的にワークピースに加えられる。したがって、順方向では、トーション・バー２０のみがワークピースにトルクを伝達する。逆に、逆方向では、トーション・バー２０および外側チューブ３０両者の、より大きなトルクと質量がワークピースに加えられる。凹部３２は、順方向でより小さなトルク伝達を可能とし、逆方向ではより大きなトルク伝達を可能とする。

装置１０は一種のトルク制御システムであり、それによって、動力式インパクト工具１１のモータ１４に作動可能に取り付けたときは、トーション・バー２０および外側チューブ３０はモータ１４で発生したトルクを制御し、その大きさを最終的にワークピースに加えられるトルクの大きさにまで削減することができる。さらに、このトルク制御システムは、ある回転方向で他の回転方向とは異なる大きさのトルクをもたらすことができる。

本発明による動力式インパクト工具トルク装置１０は、トーション・バー２０および／または外側チューブ３０が動力式インパクト工具１１および／または工具ハウジング１６に固定して取り付けた発明を記述するものであるが、動力式インパクト工具の分野の技術者には、トーション・バー２０および／または外側チューブ３０は動力式インパクト工具１１に取り外し可能に取り付けることもできることは明らかであろう。これは、既存の動力式インパクト工具に後から取り付ける、別の着脱式トルク・キットとなろう。

図６は、既存の動力式インパクト工具１１に後から取り付けることができるトルク・システムまたはキットを示す代替実施形態の断面図である。この実施形態では、トーション・バー２０および外側チューブ３０の両者が、既存の動力式インパクト工具１１の駆動延長部１７周囲にはめ込むように構成されている。

さらに、トーション・バー２０上に平坦な正方形の延長部２４を設けるのではなく、外側チューブ３０の様々な駆動表面３４および凹部３２と共に、同様な単一方向増力インターフェースをもたらす、類似の多角形、溝を切った形、あるいはその他の幾何学的形状を取り得る代替実施形態も可能であることは、動力式インパクト工具の分野の技術者には明らかであろう。その上、ここで示された実施形態は逆方向（すなわち、ナットを緩める回転）でより大きなトルクをもたらすが、代替実施形態では、締結方向（すなわち、順回転）でより大きなトルクをもたらす装置１０を提供することができることも、動力式インパクト工具の分野の技術者には明らかであろう。この実施形態は、例えば外側チューブ３０上の駆動表面３４の向きを反転することにより達成できる。

本発明を、上記で概説した特定の実施形態に関連して説明してきたが、多くの代替、改変および変形形態がこの分野の技術者には明らかであることは明白である。したがって、上記で説明した本発明の実施形態は、限定ではなく、例示のためのものである。以下の特許請求の範囲に規定された発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができる。

本発明に係る動力式インパクト工具トルク装置の横断面図である。 本発明の一実施形態における動力式インパクト工具トルク装置の外側チューブの横断面図である。 本発明の一実施形態における動力式インパクト工具トルク装置のトーション・バーの側面図である。 本発明の一実施形態における動力式インパクト工具トルク装置の端面図である。 本発明の一実施形態における順方向へ回転している動力式インパクト工具トルク装置の端面図である。 本発明に係る動力式インパクト工具トルク装置の代替実施形態の横断面図である。

Claims (20)

1. ばねの作用をする細長形状であって動力式インパクト工具に取り付けられるトーション・バーと、
   前記トーション・バーの外周面上に形成される延長部と、
   前記トーション・バーに対して相互作用し得るように且つ前記トーション・バーを取り囲むように前記トーション・バーに取り付けられる外側チューブとを備え、
   前記外側チューブは、前記トーション・バーに形成される前記延長部と相互作用して、第１の方向の方が第２の方向よりも大きなトルクの伝達が可能となるように形成された複数の凹部を有している
   ことを特徴とする動力式インパクト工具用装置。
2. 前記凹部が前記外側チューブの内面に配置されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記凹部が曲線状である、請求項１に記載の装置。
4. 前記凹部がらせん形状である、請求項３に記載の装置。
5. 前記凹部が、円のインボリュート、アルキメデスらせん、双曲線らせん、対数らせん、および放物線らせんからなる群のうちのいずれかの形状である、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１の方向がナットを緩める方向である、請求項１に記載の装置。
7. 前記外側チューブと前記トーション・バーが空圧工具に取り外し可能に取り付けられている、請求項１に記載の装置。
8. 前記外側チューブと前記トーション・バーが空圧工具に固定的に取り付けられている、請求項１に記載の装置。
9. 前記外側チューブにその内側に延びるように形成される複数の駆動表面を更に備え、
   前記駆動表面は、前記第１の方向へ回転するときのみ、前記トーション・バーの外周面に形成される複数の延長部に駆動可能に係合する、請求項１に記載の装置。
10. 前記内側に延びる複数の駆動表面が、前記外側チューブの内面から径方向に延びる、請求項９に記載の装置。
11. 前記内側に延びる複数の駆動表面が平坦である、請求項９に記載の装置。
12. 前記複数の延長部が平坦である、請求項９に記載の装置。
13. 前記第１の方向が逆方向である、請求項９に記載の装置。
14. 前記延長部が正方形である、請求項１２に記載の装置。
15. 前記動力式インパクト工具が、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に配備されて、前記トーション・バーが作動可能に取り付けられるエア・モータ
    とを備えている、請求項１に記載の装置。
16. 前記第１の方向が順方向である、請求項１５に記載の装置。
17. ばねの作用をする細長形状であって動力式インパクト工具に取り付けられるトーション・バーを用意する段階と、
    前記トーション・バーの外周面上に延長部を設ける段階と、
    前記トーション・バーに第１の回転方向の方が第２の回転方向よりも大きなトルクの伝達が可能となるように、前記延長部に係合するように形成された複数の凹部を有する外側チューブを、前記トーション・バーを取り囲むように前記トーション・バーに取り付ける段階とを含む、動力式インパクト工具用装置の製造方法。
18. ばねの作用をする細長形状であって動力式インパクト工具に取り付けられるトーション・バーを用意する段階と、
    前記トーション・バーの外周面上に延長部を設ける段階と、
    前記トーション・バーに第１の回転方向の方が第２の回転方向よりも大きなトルクの伝達が可能となるように、前記延長部に係合するように形成された複数の凹部を有する外側チューブを、前記トーション・バーを取り囲むように前記トーション・バーに取り付ける段階と
    前記トーション・バーをワークピースに取り付ける段階とを含む、動力式インパクト工具用装置の使用方法。
19. 前記トーション・バーと前記外側チューブの少なくとも一方を回転させる段階を更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記トーション・バーと前記外側チューブの少なくとも一方を動力式インパクト工具に取り付ける段階を更に含む、請求項１８に記載の方法。

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