JP5128094B2 - 油圧式トルクレンチ - Google Patents

Description

本発明は、ボルト、ナットなどのねじ嵌合部材、その他の回転部材に回転トルクや締め付け又は弛めのためのトルクを与える油圧式トルクレンチに関する。

この種の油圧式トルクレンチは、対象物にトルクを与える出力軸に対して、駆動入力部の回転力を衝撃的に伝達し、瞬発的なトルクを繰り返し出力するものである。その基本的な構造は、外装部（ハウジング）内の後部に駆動入力部を設け、その主軸の回転を伝達するように前方にシリンダを配置し、シリンダ内から前方へ出力軸を突出させたものとなっている。シリンダは内部に作動油を収容し内周面には隆起部が設けられており、出力軸には径方向へ出没する摺動部材が設けられており、隆起部と摺動部材との接触時に、接触圧又は接触の液密性に基づく液圧により瞬間的にトルクの伝達を行なう。これにより、駆動入力部の連続的な回転力が、出力軸の瞬発的な回転力となって出力される。

油圧式トルクレンチの駆動機構においては、駆動入力部の主軸の回転力を変速歯車機構を介在させてシリンダへ伝える場合がある。特に、駆動入力部が、電動モータのように高い回転数を有する場合に、そのような伝動機構が必要とされる。これは、直結による伝達では、出力軸の回転数が駆動入力部と同じとなり、回転数が高い分、１回転毎に出力される衝撃力が弱くなるので、変速歯車機構で減速下に伝達することにより、１回転毎の出力を高めるためである。

しかしながら、変速歯車を介在させた分、トルクレンチが軸方向に大きくなり、手で把持して作業を行なう際の操作性に劣ることとなる。これに対処する提案が、例えば、特許文献１においてなされている。特許文献１に記載されたものは、駆動入力部の主軸からシリンダ（インパクト装置）へ回転を伝達する変速歯車機構全体を駆動入力部側に配置することなく、変速歯車機構に遊星歯車を用い、その遊星歯車をシリンダに支持させたものである。変速歯車機構全体を駆動入力部側に配置すると、変速歯車機構とシリンダとの間の軸方向のカップリング部材を介在させる必要があり、その分軸方向の寸法が大きくなっていたが、上記構造によれば、遊星歯車と駆動歯車との噛合が径方向に行なわれるので、軸方向寸法が減少しコンパクト化が図られるというものである。
特開平８−１８７６７３号公報

特許文献１に記載の油圧式トルクレンチは、遊星歯車をシリンダに支持し、且つシリンダの後部を回転可能に支持する構造として、図５に示す構造を採っていた。すなわち、シリンダ１０１の後部を閉じる壁部１０２で遊星歯車１０３を支持し、該壁部を遊星歯車より後方へ延ばして筒部１０４を形成し、該筒部の外周面にベアリング１０５を嵌合した構造である。したがって、トルクレンチは、或る程度、軸方向に小さくなったものの、直結構造のものに比べれば、シリンダの後部の遊星歯車とベアリングが介在する分、長くなっており、さらなる小型化が要請されていた。

本発明は、この要請に応え、駆動入力部の回転を減速して伝達することにより高いトルク出力を得ることができ、且つ軸方向にコンパクトな油圧式トルクレンチを提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するため、対象物にトルクを与える出力軸と、該出力軸を回転可能に支持し前方へ突出するように貫通させた前壁、駆動入力部を接続可能とされた後壁、及びこれらの間に位置する側壁を備えて、内部に作動油収容の液密室を形成し、前記出力軸と同一の回転軸線回りに回転し得るシリンダと、前記液密室内で前記出力軸により径方向に摺動可能に保持された複数の摺動部材と、前記シリンダと共に回転するように前記後壁に接続されて前記出力軸内に延びる作動部材とを備え、前記シリンダの側壁内面には、隆起部が周方向に複数形成されており、前記作動部材は、回転に伴って前記摺動部材に作用し、該摺動部材を前記隆起部に接触し得る位置に間欠的に至らしめ、該接触により駆動入力部のトルクを前記出力軸に伝達する油圧式トルクレンチにおいて、駆動入力部の主軸の回転は遊星歯車機構を介して減速下に前記シリンダに伝達され、前記シリンダの後方には、該遊星歯車機構の遊星歯車が配置されており、該遊星歯車の軸は前方へ延びて前記シリンダの支持穴に支持されており、前記シリンダは、前記摺動部材の径方向外方に位置する大径部と、前記支持穴の径方向外方に位置する小径部とを備え、該シリンダ後部をトルクレンチ外装部に対して回転可能に支持するためのベアリングが、前記遊星歯車の前方で前記小径部と前記外装部との間に配置されていることを特徴とする油圧式トルクレンチを提供するものである。

本発明によれば、次の効果を奏する油圧式トルクレンチを提供することができる。すなわち、油圧式トルクレンチにおいて、駆動入力部の主軸の回転は、遊星歯車機構を介して減速下に前記シリンダに伝達されるので、出力軸からは高いトルク出力が得られる。そして、該遊星歯車機構の遊星歯車の軸は、前方へ延びてシリンダの支持穴に支持されており、シリンダは、摺動部材の径方向外方に位置する大径部と、前記支持穴の径方向外方に位置する小径部とを備え、ベアリングが該小径部と外装部との間に配置されシリンダ後部をトルクレンチ外装部に対して回転可能に支持している。摺動部材は、作動部材及び出力軸の径方向外方に位置し、しかも隆起部との接触位置と非接触位置と進退動するので、これを覆うシリンダ部分（大径部）は、これに見合った大きな径となる。一方、遊星歯車軸を支持する支持穴は、その中心軸線が、遊星歯車の半径に相当する距離だけ冠歯車から径方向内方に位置するので、シリンダにおける支持穴径方向外方に位置する部分は、径を小さくすることができる。そして、その部分を径の小さい小径部とすることにより、ベアリングを、遊星歯車軸の支持穴の径方向外方に位置させることができる。このベアリングの配置によれば、軸方向への寸法を拡大することなくシリンダ後部を回転可能に支持することができる。その結果、軸方向にコンパクトな油圧式トルクレンチを実現することができるのである。

また、ベアリングは、シリンダにおける遊星歯車支持穴の径方向外側であって外装部の内側に位置することにより、大きな径を持つことになる。その結果、シリンダの支持が安定で強固になるという利点も得られる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。図面中の同一又は同種の部分については、同じ符号を付して説明を省略することがある。

図１は本発明に係る油圧式トルクレンチの一実施形態を示している。この油圧式トルクレンチは、ボディ１とハンドル２とを備え、ボディ１は、後部に駆動モータ４、前部に伝動装置６を備え、これらの間に遊星歯車機構５が介在している。ボディ１及びハンドル２の外表面は、外装部３で覆われ、ボディ１の前端から出力軸１０が突出している。ハンドル２は、片手で把持される大きさとされ、前側にモータ作動のオン・オフ用スイッチ７が設けられている。駆動モータは、電動モータ、エアモータ等、適宜の駆動源を備えたものを用いることができる。

図２は、図１における遊星歯車機構５及び伝動装置６を中心に示す縦断面図であり、図３は図２のIII-III線に沿う断面図である。図示のように、伝動装置６は、ボディ１内で回転可能に支持されたシリンダ２０を備えており、該シリンダは、該出力軸を回転可能に支持し前方へ突出するように貫通させた前部部材２１と、駆動入力部を接続可能とされた後部部材２２と、これらの間に位置する側壁２３とを備えている。前部部材２１は、側壁２３の前半部分の外側を覆う環状部２１１と、該環状部の前端から径方向内容へ延びる前フランジ２１２と、該前フランジから前方へ延びる前筒部２１３とを備えて、一体的に形成されている。後部部材２２は、側壁２３の後端から径方向内方へ延びる後フランジ２２１と、該後フランジから後方へ延びる後筒部２２２と、該後筒部の後端を閉じる端壁２２３とを備えている。

この実施形態においては、側壁２３に対して後部部材２２は後壁の役割をなし、両者は一体的に形成されカップ状になっている。前部部材２１は、側壁２３の外周面に形成された雄ねじ部と該前部部材２１の内周面に形成された雌ねじ部との螺合により側壁２３と結合され、側壁２３前端の開口を閉じる前壁の役割をなす。側壁２３と前部部材２１との間には、シールリング２３０が介在している。また、側壁２３及び環状部２１１は、外装部３の内面に接近する径を有した大径部を形成し、後部部材２２の後筒部２２２は、側壁２３より小さい径を有した小径部を形成している。シリンダ２０は、内部に液密室２４を形成し作動油を収容しており、出力軸１０と同一の回転軸線回りに回転可能に支持されている。

出力軸１０は、外装部前端の開口部に支持され前方へ突出した軸先部１１と、液密室２４内に位置する軸基部１２とを備えている。軸先部１１は、外装部３の前端部にベアリング３２を介して回転可能に支持されており、軸基部１２は後端部を後部部材２２の後筒部２２２の内側に回転可能に支持されている。また、軸基部１２は、軸線方向に延びる収容孔１４を内部に形成された囲繞壁１５を備え、該囲繞壁には軸線方向に延び周面から径方向に深くされ、相互に平行に延びる側壁を備えた１対のガイド溝１６が形成されている。また、囲繞壁１５におけるガイド溝１６の底壁１５ａには、１対の貫通孔１７が形成されている。

液密室２４内では、軸基部１２のガイド溝１６に摺動部材４０が径方向に摺動可能に保持されている。摺動部材４０は、ガイド溝１６の軸方向長さに亘って延びる外側部分４１と、該外側部分４１の内側に位置するローラである内側部分４２とを備え、軸基部１２のガイド溝１６により径方向に摺動可能に保持されている。外側部分４１は、ガイド溝１６の側壁に平行な側壁を有し、ガイド溝１６にほぼ密に嵌合している。内側部分４２は、前述の貫通孔１７に挿入され、摺動位置により該貫通孔１７から収容孔１４内に突出した位置と該収容孔１４から後退した位置とを取り得る。１対の摺動部材４０は、内側部分４２を軸線方向における相互に異なる箇所に備えている。

図３に示すように、シリンダ２０の側壁２３は、内周面の断面形状がほぼ円形とされ、なだらかに隆起した１対の隆起部３１が対向位置に設けられており、これらの隆起部３１は各々軸方向に延びている。これらの部分は、シリンダ２０の回転位置において、１対の隆起部３１と１対の摺動部材４０とが同時に対向位置に至るように配置されており、その位置で隆起部３１は摺動部材４０に接して径方向に押し込み力を与える。

また、軸基部１２の収容孔１４には、作動部材６０が収容されている。作動部材６０は、図４に示すように、前端部６１，中央部６２及び後端部６３が、収容孔１４の内径に近い外径を有した円板状とされ、前端部６１と中央部６２との間、及び中央部６２と後端部６３との間に、扁平部６４，６５が各々設けられている。２つの扁平部６４，６５は、軸線方向において摺動部材の内側部分４２に対応した位置で、相反する径方向に延びている。後端部６３の後端には径方向に細長く延びる凸部６６が設けられ、シリンダ２０の端壁２２３には該凸部６６に対応した凹部が形成され、両者の嵌合により、作動部材６０はシリンダ２０と共に回転するようになっている。

作動部材６０は、回転に伴って扁平部６４，６５が、摺動部材４０の内側部分４２に当接することにより、摺動部材４０をガイド溝１６から押し出すように作動するカムの役割をなす。

遊星歯車機構５は、駆動入力部４の歯付き主軸５１を太陽歯車とし、外装部３の内周面に固定された環状の内歯歯車５２を冠歯車とし、その間に複数（例えば２個）の遊星歯車５３を噛合させて形成されている。シリンダ２０の後筒部２２２には、遊星歯車５３の位置に対応して雌ねじ付きの支持穴２２２ａが形成されており、遊星歯車５３の軸５３０は、該支持穴２２２ａに螺入され、遊星歯車５３を回転自在に支持している。これにより、後筒部２２２は遊星歯車５３のキャリアの役割をなす。

支持穴２２２ａは、その中心軸線が、遊星歯車５３の半径に相当する距離だけ内歯歯車５２から径方向内方に位置する。この例では、遊星歯車５３の軸５３０の中心軸線は、出力軸１０の中心軸線から外装部３の内周面までの半径のほぼ半分の位置にある。したがって、シリンダ２０の側壁２３及び環状部２１１による大径部に比し、後部部材２２の後筒部２２２による小径部は、顕著に径を小さくすることができる。その結果、小径部と外装部３内面との間には、十分なスペースが形成され、そこにベアリング３５が配置されている。ベアリング３５は、この例ではラジアルボール軸受けとされ、外輪を外装部３内面に固定され、内輪をシリンダ２０の後部外周に固定されることにより、シリンダ２０後部を外装部３に対し回転可能に支持している。

このように、遊星歯車機構５が、主軸５１、遊星歯車５３及び内歯歯車５２により、径方向の伝動構造で形成され、しかも、シリンダ２０後部を回転可能に支持するためのベアリングはシリンダ２０の小径部に配置されているので、遊星歯車機構５を設けることによる軸方向への寸法の拡大は、ほぼ遊星歯車５３の厚さ分に抑えられている。

この油圧式トルクレンチの作動は、以下のようにして作動する。駆動入力部が作動し主軸５１が回転すると、その回転は、遊星歯車５３に伝えられ、遊星歯車５３は自転しながら内歯歯車５２に沿って公転する。これにより、遊星歯車５３の軸５３０を支持したシリンダ２０は、主軸５１に対して減速された回転数で回転する。ねじの締め付け等のために出力軸１０がねじに係合した状態では、締め付け反力で出力軸１０がほぼ静止状態となり、これに伴って、出力軸１０の軸基部１２に支持された摺動部材４０も回転方向にほぼ静止状態となる。この状態で、シリンダ２０は回転し、これと共に作動部材６０も回転する。その結果、摺動部材４０は、扁平部６４，６５に接触したときにガイド溝１６から押し出され、そのときにシリンダ２０の隆起部３１と接触し、これにより衝撃的な回転力を受ける。摺動部材４０が隆起部３１と接触する際には、扁平部６４，６５は摺動部材４０の内側部分４２から外れているが、収容孔１４内に閉じこめられた作動油の圧力により、摺動部材４０は突出位置に保持され、これに基づき隆起部３１からの回転力の伝達が維持される。この機構の詳細は、特願２００６−５５０００，特願２００６−１５８８９７に記載されている。また、シリンダの回転と摺動部材の出没とに基づく同様の衝撃的回転力の伝達機構は、上記特許文献１の他、特開昭６４−４５５８２、特開２００６−３５３５８等の公知の機構が知られており、これらの機構を本発明に適用することも可能である。このように、この油圧式トルクレンチは、駆動入力部の回転を減速して伝達することにより高いトルク出力を得ることができ、且つ軸方向にコンパクトなものとなっている。

本発明の一実施形態に係る油圧式トルクレンチを一部断面で示す正面図である。 図１における遊星歯車機構及び伝動装置を中心に示す縦断面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 図１の油圧式トルクレンチに使用される作動部材を示す斜視図である。 従来の油圧式トルクレンチの一例を一部断面で示す正面図である。

符号の説明

１０ 出力軸
２０ シリンダ
２１ 前部部材（前壁）
２２ 後部部材（後壁）
２３ 側壁
２４ 液密室
３１ 隆起部
４０ 摺動部材
６０ 作動部材

Claims (1)

1. 対象物にトルクを与える出力軸と、該出力軸を回転可能に支持し前方へ突出するように貫通させた前壁、駆動入力部を接続可能とされた後壁、及びこれらの間に位置する側壁を備えて、内部に作動油収容の液密室を形成し、前記出力軸と同一の回転軸線回りに回転し得るシリンダと、前記液密室内で前記出力軸により径方向に摺動可能に保持された複数の摺動部材と、前記シリンダと共に回転するように前記後壁に接続されて前記出力軸内に延びる作動部材とを備え、前記シリンダの側壁内面には、隆起部が周方向に複数形成されており、前記作動部材は、回転に伴って前記摺動部材に作用し、該摺動部材を前記隆起部に接触し得る位置に間欠的に至らしめ、該接触により駆動入力部のトルクを前記出力軸に伝達する油圧式トルクレンチにおいて、
   駆動入力部の主軸の回転は遊星歯車機構を介して減速下に前記シリンダに伝達され、前記シリンダの後方には、該遊星歯車機構の遊星歯車が配置されており、
   該遊星歯車の軸は前方へ延びて前記シリンダの支持穴に支持されており、
   前記シリンダは、前記摺動部材の径方向外方に位置する大径部と、前記支持穴の径方向外方に位置する小径部とを備え、該シリンダ後部をトルクレンチ外装部に対して回転可能に支持するためのベアリングが、前記遊星歯車の前方で前記小径部と前記外装部との間に配置されていることを特徴とする油圧式トルクレンチ。

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