JP5046381B2 - トルク増強工具 - Google Patents

Description

本発明は、ボルトとナットと座金で典型的に構成されるねじコネクタを、締め付けたり緩めたりする際に使用するトルク増強工具に関する。

ねじコネクタなどを締め付ける場合、一旦ナットがフランジ面に突き当たると、ナットをさらに締め付ける際の回転の程度は、極めて小さくなる。締め付け作業を行う作業者にとって、ナットを高速で回転させ、迅速に締め付けたり緩めたりできることは、望ましいことである。

ナットを高速で締めたり緩めたりできる通常のインパクトレンチは、ナットが一旦フランジ面に当たると、回転が遅くなり、正確性に欠けるのが通例である。動力トルク工具は、正確なトルクを提供するが、ねじコネクタを締め付けたり緩めたりする速度が比較的遅い。さらにいえば、動力トルク工具は、ナットがフランジ面で一旦回転すると、インパクトガンよりも回転が早い。動力トルク工具は、通常、空気圧モーター、電気モーター又は油圧モーターなどの動力源を備えている。動力源のモーターは複数のギアを回転させ、複数のギアはモーターの回転速度を減速させ、比較的小さいモーターの出力トルクを増大させる。トルクが大きくなるとギアレシオも大きくなるので、ナットを回転させる速度は遅くなる。従って、動力トルク工具は、２つの変速機構を備えるのが普通であって、その一つは、ナットを空転させるための機構であり、他の一つはナットに最終的に大きいトルクを付与するための機構である。

ナットを回してボルトに嵌める場合のトルクは、錆付いたナットを回してボルトから外す場合のトルクよりも、通常小さいことはよく知られている。ナットを嵌めたり外したりする際の速度を余り低下させずに、トルクを増大させるためには、動力源が提供するトルクを、トルク増強装置で増大させる必要がある。モーターハウジングがギアハウジングから独立している多くの手持ちの動力トルク工具においては、拘束のないモーター回転トルクが、手が耐え得るトルク抵抗を超えないこと、あるいは、工具のモーターハウジングが手で保持でき、手中で回転を開始することが重要となる。

市場には、多くのモーター駆動のトルク万能工具が出回っており、それらの中には、２段変速機構を備えたものや、ボルトのチップに反力を作用させる機構を備えたものや、リアクションアームを備えたものがある。これらに共通しているのは、工具が提供するトルク又は速度がどんなであっても、ギアハウジングが、出力軸とは逆方向に回転することである。内部のギア装置を含むギアハウジング全体と出力駆動部が同じ高速で同じ方向に回転する場合、ナットの嵌め込み速度や取り外し速度には何ももたらさない。

市場には、米国特許第２，５６９，２４４号に記載されているような携帯型の動力工具も出回っており、その工具は、ねじコネクタに押し付けることで空気取り入れを増減でき、従って、出力トルクが増減する。また、モーターのスピード、従って、工具のスピードによって、モーターのトルクが増減する工具も、市場には存在する。しかしながら、ねじコネクタに工具を押し付けることで、ギアハウジングと内部のギアと出力軸の同方向同速度の回転が、ギア及び出力軸の一方向への回転力に変換され、同時にギアハウジングの他方向への回転力に変換されるような工具は、未だ開発されていない。

モーター駆動型のトルク万能工具における２段変速機構では、一つ又は複数の遊星歯車が非連結であり、残りの流星歯車だけが機能するのが通例である。この機構では、ギアレシオが小さい場合に、高速で低トルクが得られるが、一旦ナットが立ち往生すると、全ての遊星歯車が機能するようになって、低速・高トルクを実現する。それにも拘わらず、ハウジングは依然として、歯車の回転方向とは逆方向に反作用力を及ぼそうとする。言い換えれば、駆動部とギアが一方向の回転力を受けると、ハウジングは逆方向に同じ回転力を受ける。これに伴う問題点は、ギアと出力軸が、ギアハウジング内で高速で回転するので、ほとんど全部の回転部分には、軸受が必要になることであって、これは工具の大型化と重量増を招く。

本発明の目的の一つは、従来技術に指摘される不都合を解消させたトルク増強工具を提供することにある。

本発明に係るトルク増強工具は、ナットを高速で回転させる際に、通常は大きさが等しく方向が逆の作用及び反作用の回転を停止させれば、ほとんど全部の回転部分への軸受の設置を回避できるとの思想に基づいている。

しかして、本発明が提案するトルク増強工具の一つは、ねじコネクタを緊締又は弛緩するために使用される工具であって、その工具は、トルク増強部ハウジングとインプット手段と第１及び第２の出力手段とを備えたトルク増強手段と、前記インプット手段と機能的に接続された駆動部であって、その駆動部からのトルクを前記トルク増強手段を介してねじコネクタに伝達する駆動部とを包含し、前記ねじコネクタの回転抵抗が比較的小さい場合の第１の作動モードでは、前記トルク増強部ハウジングが、前記第１及び第２の出力手段と共に、前記インプット手段と同速度、同方向、同トルクで回転し、前記ねじコネクタの回転抵抗が前記インプット手段のトルクを超える比較的大きい場合の第２の作動モードでは、前記トルク増強部ハウジングが、前記第１及び第２の出力手段のいずれか一方と共に、一方向への回転力を受け、前記第１及び第２の出力手段の他方が、大きさは等しいが逆方向の回転力を、前記インプット手段より低速ではあるが大きいトルクで受けることで、前記第１及び第２の出力手段の一方が、第１及び第２の作動モードで回転し、前記第１及び第２出力手段の他方が、第１の作動モードでは回転し、第２の作動モードでは反作用する。

ハウジングと、トルク増強装置のギアと、インプット手段及び出力手段を同じ方向に同じ速度で回転させるために、本発明では、通常は等しい速度で逆向きに回転する回転部材の回転が一時的に阻止される。これは様々な方法で実現可能である。例えば、ギア群がハウジング内で勝手に回転しないよう、その回転をブロックしたり、あるいは、太陽歯車が遊星歯車を回転させることがないように遊星歯車をブロックしたり、さらには、ハウジングと出力軸が互いに無関係に回転しないようにこれらをブロックしたりすることができる。また、作用のための駆動及び反作用のための駆動又はそれらの付属部材をブロックしたり、あるいはねじコネクタを構成するボルトとナットの一方の回転をブロックしたりすることができる。

ハウジングを回転させずに同じ結果を実現するためには、１つを除く全てのギアケージの関係を一時的に断つ必要があるので、ギアと出力軸（アウトプットシャフト）及び入力軸（インレットシャフト）との構造が、極めて複雑にならざるを得ないが、本発明によれば、通常は互いに逆向きに回転する２つの部材を単にブロックするだけで増強装置のハウジング全体が、一時的に切り離される。

本発明に係る工具を用いれば、ねじコネクタの一部、例えばナットが作用の力を受けて回転している間、反作用の力は、これを近隣の物体が受けることで、例えば、近隣のナットや、ねじコネクタの他の部分（例えば、座金又はスリーブ）が受けることで相殺される。

本発明の特徴的部分は、特許請求の範囲にまとめられているが、本発明に係る工具の構造や使用方法、本発明の付加的な目的や利点などは、添付図面を沿って説明する具体例から容易に理解できるものと考える。

ねじコネクタを緊締又は弛緩する際に使用される本発明のトルク増強工具は、全体として図1a及び図1bの符号１で示される。この工具の駆動手段は、駆動部ハウジング２と、それに収納された駆動部３を備えている。駆動手段には、モーター駆動手段が採用でき、これにモーターを組み込むことができる。また、駆動手段を、例えば、トルクレンチのような手動の駆動手段とすることも可能である。これらの駆動手段は、トルクを生み、そのトルクは操作部分に伝達される。図1a及び図1bに示す実施例では、駆動部ハウジング２はオペレータが把持するためのハンドル４と、駆動手段の作動と不作動とを切り替えるスイッチ５を備える。

本発明のトルク増強工具は、さらに、全体を符号６で示すトルク増強手段を備える。このトルク増強手段６は、増強部ハウジング７と、ギア手段とを備え、このギア手段は駆動手段に連結される。図1a及び図1bに示す実施例では、ギア手段は、インプット手段となるシャフトを備えた太陽歯車８と、遊星歯車９と、プラネットケージ１０を備えている。トルク増強部ハウジング７は内歯車１１を備え、このものはハウジング７の長手方向に延びている。

本発明のトルク増強工具は、全体を符号１２で示す駆動素子を備え、この素子は第１出力手段として機能する。駆動素子１２は、駆動部１３と後部１４を備え、駆動部１３は、例えば、四角柱突起であってよい。駆動素子の後部１４は、例えば、スプラインによってトルク増強手段６と噛み合っている。駆動手段がトルク増強手段６及び駆動素子１２と接続されているので、トルクは駆動手段から駆動素子１２に伝達される。トルク増強手段６は、駆動手段が生むトルクを任意に増強させることができる。

本発明のトルク増強工具は、さらに、反作用素子１５を備え、この素子は第２出力手段として機能する。反作用素子１５には、例えばスプラインとして接続手段１６が設けられており、この接続素子１６を介して、反作用素子１５は、静止物体に反作用を伝えるところの、例えばリアクションアームのような部材と接続される。反作用素子１５は、トルク増強部ハウジング７と回転不能に接続している。図1a及び図1bに示す実施例では、反作用素子１５は、トルク増強部ハウジング７と一体になったワンピースである。

本発明のトルク増強工具は、２つの異なる動作モードを持つ。一の動作モード（第１動作モード）では、駆動手段からのトルクがトルク増強手段６を経て駆動素子１２に伝わると、駆動素子１２には、低いトルクの高速回転が提供される。一の動作モードは、ねじコネクタの一方のパーツ（例えばナット）を、他方のパーツ（例えばボルト）にねじ込む場合において、ナットが座金又はボルト挿通物体の表面に当接するまで、ナットを高速でボルトにねじ込む時に有効である。前記一の動作モードでは、駆動手段からのトルクが、トルク増強部ハウジング７、トルク増強部のギア群、第２出力手段（すなわち、反作用素子１５）及び第１出力手段（すなわち、駆動素子１２）に伝達され、トルク増強部ハウジング７は、第１出力手段及び第２出力手段と共に、同じ方向に、しかもインプット手段と同じトルクと同じ速度で回転する。

別の動作モード（第２動作モード）では、駆動手段からのトルクが、トルク増強手段６を経て駆動素子１２に伝わり、トルク増強部ハウジング７と第２出力手段（すなわち、反作用素子１５）とは、インプット手段より低速であるが高いトルクで、一つの方向への回転力を受け、その一方で、第１出力手段（すなわち、駆動素子１２）は、反対方向への同じ回転力を受ける。この場合のトルクは、インプット手段よりも高いが低速である。

２つの動作モードを切り替える手段として、図1a及び図1bに示す実施例の工具には、ピン及び同類物のような押し付け素子１７が設けられている。ナットが座金に着座すると、一の動作モードを図示している図1aでは、トルク増強部ハウジング７から突出している押し付け素子１７が、図1b参照に示すように軸方向に押されると、内歯車１１と係合していたプラネットケージ１０が内歯車から外れるので、第１出力手段である駆動素子１２と、第２出力手段である反作用素子１５とは、反対方向に回転できるようになる。モードの切り替えには、上記したのとは別の手段を採用できるすることもできる。

本発明のトルク増強工具にあっては、トルク増強部ハウジング７と駆動部ハウジング２は、互いに機能的に接続されている。ちなみに、トルク増強部ハウジング７は、駆動部ハウジング２に関して回転可能である。このために、図1a及び図1bに示すように、駆動部ハウジング２をトルク増強部ハウジング７内に延長し、ベアリング１８でハウジング７に支持させることができる。この構造を採用すると、トルク増強部ハウジング７は、駆動部ハウジング２に関して自由に回転することができる。駆動部ハウジング２は、筐体であっても、支柱体又は枠体であっても差し支えない。

図2a〜2cに示す本発明の別の実施例では、第１出力手段が駆動ソケット２１の形に形成されている。この駆動ソケットは、ナットと係合する多角形内面を備えた部分２２と、多角形外面を備えた部分２３を具備している。第２出力手段も、反作用ソケットの形に形成されており、この反作用ソケットは、近隣物体、例えば、近隣の座金と係合可能な多角形状を呈した部分２４と、駆動ソケットの多角形部分２３と協働できる多角形の内部開口を持つ部分２５を兼備している。この駆動ソケットは受入開口２６を備え、その中に工具の角型ドライブ２７が納まる。工具のスプライン部分２８は、内側にスプラインを持つアダプタ２９に納められ、このアダプタは反作用ソケットに回転不能に接続される。

駆動ソケットは、反作用ソケットに関して軸方向に動くことができる。一の動作モードでは、駆動ソケットの部分２３が反作用ソケットの部分２５と係合するため、２つのソケットは、図2aに示すように、互いに回転不能に係合し、駆動手段のトルクはトルク増強手段を経て駆動ソケットに伝わる。この場合のトルクと回転速度は、インプット手段のそれらと同じである。この動作モードでは、第１及び第２の出力手段が回転する。

図2bに示すように、駆動ソケットが軸方向に変位し、駆動ソケットの部分２３が反作用ソケットの部分２５から外れて別の動作モードになると、駆動ソケットと反作用ソケットは、最早、回転不能には係合できず、この両者は、インプット手段よりも低速であるが高いトルクの同じ回転力で、互いに逆方向に回転する。この動作モードでは、第１出力手段である駆動ソケットが回転し、第２出力手段である反作用ソケットが反力を受ける。

この実施例における一の動作モードでは、トルク増強部ハウジングは、駆動ソケット及び反作用ソケットと共に、同じ方向に、しかもインプット手段と同じトルクと速度で回転し、別の動作モードでは、トルク増強部ハウジングが反作用ソケットと共に、一方向の回転力を受け、駆動ソケットが反対方向の回転力を受ける。

ここで理解すべきことは、工具の使い方によって、別の動作モードでは、第１及び第２出力手段が、それぞれ反対の方向の駆動手段又は反作用手段として機能することである。

図３に示す実施例では、緊締又は弛緩されるナットが符号３１で示され、その相手であるボルトは符号３２で示され、座金は符号３３で示される。この座金は半径方向外側の保持部分３４と、半径方向内側部分３５を持ち、内側部分３５はボルト３２と係合可能である。この実施例の工具も、トルクを２つの動作モードで伝える手段を備えている。それらは、例えば、ナット及び座金の位置合わせした開口部３７及び３８に係合する接続ピン３６として形成することができる。

一の動作モードでは、ピン３６がナットと座金を回転不能に接続するため、両者はインプット手段と同じ速度と同じトルクで一緒に回転する。ナットが座金に着座し、トルクが増大した後は、ピン３６は例えば剪断されるなどして分解されるため、ナットはインプット手段よりも大きいトルクで、且つ低速で回転し、座金は反力受けとなる。

上に説明した２つの動作モードは、例示的なものであることを理解すべきである。説明した動作モード、インプット手段、出力手段などのいずれかに、さらに別の動作モードを付加することができる。

以上説明したトルク増強工具は、低速高速の２モードであるが、本発明はこれに限定されるものでなく、図4a〜図4bに例示するような、多モードの工具も本発明には含まれる。例えば、トルク増強手段と協働可能に連結された駆動部を、中間駆動部ハウジング５０として組み込むことで、駆動部に駆動部ハウジング２と中間駆動部ハウジング５０で構成させることができる。

通常は逆方向に回転する２つのパーツが、トルク増強手段の内部又はその末端で、一時的に接続され、しかも、例えば遊星歯車列のような増強装置を少なくとも一つ備えた中間増強部ハウジング５０が、トルク増強部ハウジングに関して回転しないよう接続された場合には、第１及び第２出力手段と一緒に回るトルク増強部ハウジングの回転は、駆動部ハウジング２の速度とトルクと同じである。ねじコネクタを回転させるのに必要なトルクが、駆動部ハウジングからもたらされるトルクより大きく、中間駆動部ハウジング５０が、駆動部ハウジング２と回転不能に接続され、トルク増強部ハウジングと回転可能に接続されている場合には、第１及び第２出力手段と一緒に回るトルク増強部ハウジングの回転は、駆動部ハウジング２が生む回転よりも低速であるがトルクは高い。ねじコネクタの回転抵抗が、工具を或るモードから別のモードに切り替える場合には、ねじコネクタに付与されるトルクはさらに増強され、回転速度はさらに減少する。図4aにおいて、中間駆動部ハウジング５０は、回転不能の状態でトルク増強部ハウジング７に接続され、一方、図4bでは、中間駆動部ハウジング５０が回転不能の状態で駆動部ハウジング２に接続されている。

上記した個々の要素又は素子は、上に説明したものとはタイプが異なる構造にも、応用できる可能性があることは理解されるべきである。

本発明は、モーター駆動のトルク増強工具を例にとって説明されているが、本発明の利理念を逸脱することなく工具の構造などを変更することは容易であるので、本発明は図示した工具に限定されるものではない。

さらにいえば、従来技術から見て本発明を特徴付けている各事項を様々に応用することは、当業者には容易である。

ねじコネクタを緊締又は弛緩するために使用される本発明の一実施例に係るトルク増強工具が、一の動作モードにある状態を示す図面。 図1aに示す工具が、別の動作モードにある状態を示す図面。 本発明の他の実施例に係るトルク増強工具が、一の動作モードにある状態を示す図面。 図2aに示す工具が、別の動作モードにある状態を示す図面。 図2aに示す工具の端部を示す図面。 本発明のさらに別の実施例に係るトルク増強工具の説明図。 本発明のさらに別の実施例に係るトルク増強工具が、一の動作モードにある状態を示す図面。 図4aに示すトルク増強工具が、別の動作モードにある状態を示す図面。

符号の説明

１ トルク増強工具 ２ 駆動部ハウジング
３ 駆動部 ４ 把持ハンドル
５ スイッチ ６ トルク増強手段
７ トルク増強部ハウジング ８ 太陽歯車
９ 遊星歯車 １１ 内歯車
１０ ケージ １２ 駆動素子（第１出力手段）
１５ 反作用素子（第２出力手段）

Claims (12)

1. ねじコネクタを緊締又は弛緩するためのトルク増強工具であって，
   駆動部と，
   ギア及びトルク増強部ハウジングとを含み，前記ギアを介して前記駆動部よりトルクを受ける，少なくとも一つのトルク増強手段と，
   前記トルク増強手段が増強したトルクを受け，前記ねじコネクタのあるパーツを，回転させることが可能な第１出力手段と，
   前記第１出力手段及び前記トルク増強部ハウジングに連結され，前記第１出力手段により前記ねじコネクタのあるパーツが回転させられている間に，前記第１出力手段と同じ方向に回転する動作と，前記第１出力手段とは逆の方向に回転し前記第１出力手段の回転に対する反力を受ける動作とを切り替え可能な第２出力手段と，
   前記トルク増強工具の動作モードを切り替えるスイッチを備え，
   前記スイッチは，
   前記第１出力手段が高速かつ低トルクにて回転し，前記トルク増強部ハウジング，前記第１出力手段，及び前記第２出力手段が同じ方向に回転する第一動作モードと，
   前記第１出力手段が低速かつ高トルクにて回転し，前記トルク増強部ハウジング及び前記第２出力手段が，前記第１出力手段とは逆の方向に回転し前記第１出力手段の回転に対する反力を受ける第二動作モードを切り替え可能であり，
   前記第二動作モードにおいては，前記第１出力手段は一の方向に回転力を受けるとともに，前記第２出力手段は前記トルク増強ハウジング部とともに前記一の方向とは逆の方向に回転力を受け，
   前記第１出力手段は，前記第一動作モード及び前記第二動作モードにおいて，前記一の方向に回転し，
   前記第２出力手段は，前記第一の動作モードでは前記一の方向に回転し，前記第二動作モードにおいては前記一の方向とは逆方向に回転し前記第１出力手段による反力を受ける，
   トルク増強工具。
2. 前記第１出力手段が前記ねじコネクタのあるパーツを回転させるための駆動ソケットとされ，
   一方，前記第２出力手段は，前記ねじコネクタのある部分が回転する際に前記駆動ソケットとは逆の方向に回転し前記駆動ソケットの回転に対する反力を受けるための反作用ソケットとされる請求項１記載のトルク増強工具。
3. 前記トルク増強ハウジング部と接続される少なくとも一つの駆動部ハウジングをさらに備え，前記駆動部ハウジングに対して前記トルク増強ハウジング部が回転可能である請求項１記載のトルク増強工具。
4. 前記工具に少なくとも３段の速度変化をもたらすための中間駆動部ハウジングをさらに備え，
   前記３段の速度変化は，
   前記中間駆動部ハウジングが，前記駆動部ハウジングと回転可能に接続され，トルク増強部ハウジングと回転不能に接続された時の前記第一動作モードにおける高速低トルク動作と，
   前記中間駆動部ハウジングが，前記駆動部ハウジング及び前記トルク増強部ハウジングと回転可能に接続された時の前記第一動作モードにおける中速低トルク動作と，
   前記第一動作モードから前記第二動作モードに切り替わった時の，前記第二動作モードにおける低速高トルク動作を含む，
   請求項４記載のトルク増強工具。
5. 前記トルク増強ハウジング部が前記第２出力手段と一体に形成されている請求項１記載のトルク増強工具。
6. 前記ねじコネクタのあるパーツと前記ねじコネクタの他のパーツとを接続するためのコネクタであって，前記第一動作モードでは，前記ねじコネクタのあるパーツと前記ねじコネクタの他のパーツをワンピースとし，前記第二動作モードでは前記ねじコネクタのあるパーツと前記ねじコネクタの他のパーツがツゥーピースとなるように，前記２つのパーツの接続を断つものをさらに含む，
   請求項１記載のトルク増強工具。
7. 前記ねじコネクタの軸方向に前記工具を動かすことで，前記スイッチが動作する，請求項７に記載のトルク増強工具。
8. 前記駆動部が手持ちトルク工具として形成されている請求項１に記載のトルク増強工具。
9. 前記駆動部がハウジング付きのモーターを含む請求項１に記載のトルク増強工具。
10. 前記駆動部がモーターと，前記モーターの出力トルクを増大させる少なくとも一つのトルク増強器を含む請求項１に記載のトルク増強工具。
11. 前記少なくとも一つのトルク増強器は，前記駆動部の出力トルクを制限することができる請求項１０に記載のトルク増強工具。
12. 前記駆動部がモーターによって動作するトルク工具を含む請求項１に記載のトルク増強工具。

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