JP5612404B2 - Cam mechanism and torque tool - Google Patents
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Description
本発明は、トルクリミッターとして作用するカム機構と、このカム機構を利用し、ボルトあるいはナット等の締付部材を締め付ける際、設定トルク値に達するとトルクリミッターの作動により設定トルク値での締め付けを可能とするトルクレンチ等のトルク工具に関する。 The present invention uses a cam mechanism that acts as a torque limiter, and when tightening a tightening member such as a bolt or a nut using this cam mechanism, when the set torque value is reached, the torque limiter is actuated to tighten at the set torque value. The present invention relates to a torque tool such as a torque wrench that can be used.
従来、カム機構を利用したトルクリミッター付きのトルクレンチとし、円筒状に形成したレバー部材の先端に、円筒状のヘッド部を取り付けた構成が知られている。前記ヘッド部には、ボルトやナットなどの締付部材に係合する六角ソケット等の係合部が取り外し可能に装着される角軸部を備えた伝達軸がラチェット機構を介して一方向回転可能に取り付けられている。そして、前記レバー部材に手力にて締め付け力を作用し、締め付けトルクが設定トルクに達すると、前記ヘッド部と前記レバー部材の先端部との間に配置したトルクリミッターが作動し、前記締付部材に伝達される締付力が解除される(特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a torque wrench with a torque limiter using a cam mechanism is known, and a configuration in which a cylindrical head portion is attached to the tip of a cylindrical lever member is known. A transmission shaft having an angular shaft portion on which an engaging portion such as a hexagon socket that engages with a tightening member such as a bolt or a nut is detachably mounted on the head portion can be rotated in one direction via a ratchet mechanism. Is attached. When a tightening force is applied to the lever member by hand, and the tightening torque reaches a set torque, a torque limiter disposed between the head portion and the tip end portion of the lever member is operated, and the tightening is performed. The tightening force transmitted to the member is released (Patent Document 1).
このトルクリミッターの構成としては、円筒状に形成したヘッドボディ内に、外周面に複数のカム部を周方向に複数連設したカム部材である円筒状のカム軸を回転可能に配置し、円筒状のレバー部材内に配置したトルク値調整スプリングの先端部に装着したスラストパッドを介して、カムフォロワーである円柱状のローラ部材を前記カム軸のカム面に押し当てている。前記ローラ部材は、前記レバー部材の軸方向に移動可能で、レバー部材の内周面側と当接する。カム軸の軸孔の内周面には周方向に複数のラチェット歯が形成され、前記軸孔に前記伝達軸の本体軸部が回転可能に配置されていて、前記本体軸部の外周部に取り付けたラチェット爪が前記ラチェット歯に係合している。前記カム軸に締付方向の回転が加わると、前記ラチェット爪が前記ラチェット歯に係合して前記伝達軸が回転し、ボルトなど締付部材を締め付ける。 As a configuration of this torque limiter, a cylindrical cam shaft which is a cam member in which a plurality of cam portions are continuously provided on the outer peripheral surface in a circumferential direction is rotatably arranged in a cylindrical head body. A cylindrical roller member, which is a cam follower, is pressed against the cam surface of the cam shaft through a thrust pad attached to the tip of a torque value adjusting spring disposed in the lever member. The roller member is movable in the axial direction of the lever member and abuts on the inner peripheral surface side of the lever member. A plurality of ratchet teeth are formed in a circumferential direction on the inner peripheral surface of the shaft hole of the cam shaft, and the main shaft portion of the transmission shaft is rotatably disposed in the shaft hole. The attached ratchet pawl is engaged with the ratchet teeth. When rotation in the tightening direction is applied to the cam shaft, the ratchet pawl engages with the ratchet teeth, and the transmission shaft rotates to tighten a tightening member such as a bolt.
前記トルクリミッターを構成するカム軸のカム部は、急峻な斜面からなるトルク伝達カム面と緩やかな緩斜面からなるトルク非伝達カム面とがカムトップの両側に形成された構成としている。前記ローラ部材は前記カム部のトルク伝達カム面に押し当てられた状態で待機し、前記レバー部材を介して締付力がローラ部材に伝達されると、トルク伝達カム面を介して前記カム軸を締付方向に回転させる。ボルト等の締付部材に対する締付力が強くなるに従って、トルク伝達カム面から前記ローラ部材に対する反力が大きくなり、前記ローラ部材は前記トルク値調整スプリングのばね力に抗してカムトップ側に移動する。そして、前記ローラ部材がカムトップを乗り越えると、前記ローラ部材により前記カム軸を締付方向に回転させる力が作用しなくなり、設定トルク値に達したことを使用者に知らせる。 The cam portion of the cam shaft constituting the torque limiter has a configuration in which a torque transmitting cam surface having a steep slope and a torque non-transmitting cam surface having a gentle gentle slope are formed on both sides of the cam top. The roller member waits in a state of being pressed against the torque transmission cam surface of the cam portion, and when the tightening force is transmitted to the roller member via the lever member, the cam shaft is interposed via the torque transmission cam surface. Rotate in the tightening direction. As the tightening force on the tightening member such as a bolt increases, the reaction force against the roller member from the torque transmission cam surface increases, and the roller member moves toward the cam top against the spring force of the torque value adjusting spring. Moving. Then, when the roller member gets over the cam top, the force for rotating the cam shaft in the tightening direction by the roller member is not applied, and the user is notified that the set torque value has been reached.
ところで、従来のカム機構を利用したトルクリミッターは、設定トルク値を決定するトルク値調整スプリングのばね力が直接ローラ部材に作用する。トルク値調整スプリングのばね力は、設定トルク値の大きさに比例して大きくなるため、締め付け操作の際に、前記ローラ部材がトルク伝達カム面から反力を受けてトルク値調整スプリングのばね力に抗して前記レバー部材の内周壁面に案内されながら移動する。 By the way, in the torque limiter using the conventional cam mechanism, the spring force of the torque value adjusting spring for determining the set torque value directly acts on the roller member. The spring force of the torque value adjusting spring increases in proportion to the magnitude of the set torque value. Therefore, during the tightening operation, the roller member receives a reaction force from the torque transmission cam surface and the spring force of the torque value adjusting spring. It moves while being guided by the inner peripheral wall surface of the lever member.
トルク値調整スプリングのばね力は、設定トルク値を決定するため、数十N〜数千Nの非常に大きな加圧力が前記ローラ部材と前記カム部のローラ当接面であるカム面に加わる。 Since the spring force of the torque value adjusting spring determines the set torque value, a very large pressure of several tens N to several thousand N is applied to the cam surface which is the roller contact surface of the roller member and the cam portion.
工場出荷時において、カム部の表面にはグリース等の潤滑剤が塗布されているが、大きな加圧力によってローラ部材がカム面に当接しながら転動するため、前記カム面の表面に塗布されている潤滑剤が徐々に押し出されてカム面およびローラ部材の厚み方向両側にはみ出る。そして、カム部材およびローラ部材は共に鉄系金属で形成され、表面を研磨しているため、表面に潤滑剤を保持する能力は低く、表面に塗布された潤滑剤の塗布層が無くなり、油切れの状態が早期に発生する。 At the time of shipment from the factory, a lubricant such as grease is applied to the surface of the cam portion. However, since the roller member rolls in contact with the cam surface due to a large applied pressure, it is applied to the surface of the cam surface. The lubricant that is being pushed out is gradually pushed out and protrudes on both sides of the cam surface and the roller member in the thickness direction. The cam member and the roller member are both made of ferrous metal and polished on the surface, so the ability to hold the lubricant on the surface is low, the lubricant coating layer applied on the surface is lost, and the oil runs out. This condition occurs early.
トルクリミッターの油切れは、どの程度の使用回数で発生するかは不明確であるが、予め定められている潤滑剤の補給時期よりは早い使用回数で発生すると、これに気付かずにユーザーが締め付け作業を行っていた場合には、カム面とローラ部材とが直接金属接触し、柔らかい材料の部材の表面が粗くなり、スムーズな締付作業ができなくなり、また確実に設定トルク値での締め付けができなくなるおそれがある。 It is unclear how many times the torque limiter runs out of oil, but if it occurs earlier than the predetermined lubricant replenishment time, the user tightens without noticing this. When working, the cam surface and roller member are in direct metal contact, the surface of the soft material becomes rough, and smooth tightening work cannot be performed, and tightening with the set torque value is ensured. There is a risk that it will not be possible.
本発明の第1の目的は、早期の油切れを防止できるトルクリミッターとして作用するカム機構を提供することにある。 A first object of the present invention is to provide a cam mechanism that functions as a torque limiter that can prevent premature oil shortage.
本発明の第2の目的は、カム機構をトルクリミッターとして使用したトルクレンチ等のトルク工具において、カム部材とローラ部材との接触面に長期にわたって潤滑剤の塗布層を維持でき、スムーズな締付作業と設定トルク値での確実な締め付けができるトルク工具を提供することにある。 A second object of the present invention is a torque tool such as a torque wrench that uses a cam mechanism as a torque limiter, which can maintain a lubricant coating layer on the contact surface between the cam member and the roller member for a long period of time, and can be tightened smoothly. It is an object of the present invention to provide a torque tool capable of performing reliable tightening with work and a set torque value.
本発明の第1の目的を実現するカム機構は、入力部と出力部との間に連結され、前記入力部と前記出力部との相対的回転により発生した駆動力が所定のトルク値を超えると動力伝達を遮断するトルクリミッターとして作用するカム機構であって、前記出力部に連結され、外周にカム部が形成されたカム部材と、前記入力部に保持され、該入力部の回転に伴って前記カム部のカム面と当接しながら移動するローラ部材と、前記カム面に対して前記ローラ部材を加圧接触させてトルク制限値を設定する弾性部材と、を有するカム機構において、前記カム面は、前記弾性部材の弾性力に抗して前記ローラ部材に反力を作用させるトルク伝達用カム面と、前記弾性部材の弾性力により前記ローラ部材により加圧力が作用するトルク非伝達用カム面とを有し、前記カム面に、該カム面に塗布した潤滑剤が貯まる油だまり部を形成したことを特徴とする。 A cam mechanism that achieves the first object of the present invention is connected between an input unit and an output unit, and a driving force generated by relative rotation between the input unit and the output unit exceeds a predetermined torque value. A cam mechanism that acts as a torque limiter that cuts off power transmission, and is connected to the output unit and has a cam member formed on the outer periphery thereof, and is held by the input unit, with the rotation of the input unit. in a cam mechanism having a roller member that moves while contact with the cam surface of the cam portion Te, and a resilient member for setting a torque limit value by pressure contact with the roller member relative to the cam surface, the cam The surface includes a torque transmitting cam surface that applies a reaction force to the roller member against the elastic force of the elastic member, and a torque non-transmitting cam that is applied with pressure by the roller member due to the elastic force of the elastic member. Face and And, said cam surface, characterized in that the formation of the oil retention part lubricant applied to the cam surface is accumulated.
本発明の第2の目的を実現するトルク工具は、入力部と出力部との間に連結され、前記入力部と前記出力部との相対的回転により発生した駆動力が所定のトルク値を超えると動力伝達を遮断するトルクリミッターとして作用するカム機構であって、前記出力部に連結され、外周にカム部が形成されたカム部材と、前記入力部に保持され、該入力部の回転に伴って前記カム部のカム面と当接しながら移動するローラ部材と、前記カム面に対して前記ローラ部材を加圧接触させてトルク制限値を設定する弾性部材と、を有するカム機構において、前記カム面に、該カム面に塗布した潤滑剤が貯まる油だまり部を形成したカム機構、または請求項1に記載のカム機構、を有するトルク工具であって、前記カム部材に一方向回転機構を介して連結された締結体を締め付ける前記出力部をなすトルク伝達軸と、
前記入力部に締め付け力を付与する締め付け力付与部と、を有し、前記締め付け力付与部により前記入力部を回転させることにより、前記カム機構が動力を遮断するまで締結体を締め付けることを特徴とする。
A torque tool that achieves the second object of the present invention is connected between an input unit and an output unit, and a driving force generated by relative rotation between the input unit and the output unit exceeds a predetermined torque value. A cam mechanism that acts as a torque limiter that cuts off power transmission, and is connected to the output unit and has a cam member formed on the outer periphery thereof, and is held by the input unit, with the rotation of the input unit. A cam mechanism having a roller member that moves while being in contact with the cam surface of the cam portion, and an elastic member that sets a torque limit value by pressing the roller member against the cam surface. A torque tool having , on a surface thereof, a cam mechanism in which an oil sump for storing lubricant applied to the cam surface is formed, or a cam mechanism according to
A fastening force applying part that applies a fastening force to the input part, and the fastening part is fastened until the cam mechanism cuts off the power by rotating the input part by the fastening force applying part. And
上記した構成のトルク工具において、前記入力部として、前記カム部材を回転可能に配置すると共に、前記カム部材内に前記一方向回転機構を介して前記トルク伝達軸を同軸に配置したヘッド部と、前記締め付け力付与部として、前記弾性部材であるトルク値設定用ばねにより付勢されるばね力伝達ロッドを内部に収容した前記ヘッド部の後端部に固定される筒状のレバーと、前記ヘッド部に支軸を介して回転可能に取り付けられ、前記ローラ部材を回転可能に支持すると共に、前記ばね力伝達ロッドを介したばね力が作用して前記ローラ部材に締付反力を発生させるローラ支持レバー体と、を有したことを特徴とする。 In the torque tool having the above-described configuration, as the input portion, the cam member is rotatably disposed, and the torque transmission shaft is coaxially disposed in the cam member via the one-way rotation mechanism; A cylindrical lever fixed to a rear end portion of the head portion that houses therein a spring force transmission rod urged by a torque value setting spring, which is the elastic member, as the tightening force applying portion, and the head A roller support that is rotatably attached to the part via a support shaft and supports the roller member rotatably, and a spring force acting on the spring force transmission rod acts to generate a tightening reaction force on the roller member. And a lever body.
上記した構成のトルク工具において、前記入力部として、前記カム部材を回転可能に配置すると共に、前記カム部材内に前記一方向回転機構を介して前記トルク伝達軸を同軸に配置したヘッド部と、前記締め付け力付与部として、前記弾性部材であるトルク値設定用ばねにより付勢される支持部材を内部に収容した前記ヘッド部の後端部に固定される筒状のレバーと、を有し、前記支持部材の先端部に前記ローラ部材を支持したことを特徴とする。 In the torque tool having the above-described configuration, as the input portion, the cam member is rotatably disposed, and the torque transmission shaft is coaxially disposed in the cam member via the one-way rotation mechanism; A cylindrical lever fixed to a rear end portion of the head portion that houses therein a support member that is urged by a torque value setting spring that is the elastic member, as the tightening force applying portion; The roller member is supported at the tip of the support member.
本発明のカム機構によれば、トルクリミッターとして大きな力がローラ部材によりカム面に加わって、潤滑剤層が薄くなっても、油だまり部に貯まったグリース等の潤滑剤がローラ部材を介して再塗布されるため、早期の油切れを防止することができる。 According to the cam mechanism of the present invention, even if a large force is applied to the cam surface by the roller member as a torque limiter, the lubricant such as grease stored in the oil reservoir portion is passed through the roller member even if the lubricant layer becomes thin. Since it is reapplied, early oil shortage can be prevented.
本発明のトルク工具によれば、トルクリミッターとしてカム機構を使用した構成において、カム面の早期の油切れが防止できるので、スムーズな締め付け動作を長期間にわたって維持することができる。 According to the torque tool of the present invention, in a configuration in which a cam mechanism is used as a torque limiter, early oil shortage on the cam surface can be prevented, so that a smooth tightening operation can be maintained over a long period of time.
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
実施形態1
図1は本発明の実施形態1に係るトルクレンチの全体構成を示す断面図、図2は図1におけるヘッド部を示す図、図3は図2のA―A矢視断面図、図4は図1〜図3に示すカム機構を利用したトルクリミッターの外観斜視図である。
1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a torque wrench according to
本実施形態のトルクレンチ1は、例えばボルトやナットなどの締付部材を設定したトルクで締め付けが可能なカム機構を利用した機械式のトルクリミッターを備えたトルク工具である。
The
トルクレンチ1は、締付部材(以下、ボルトを例にして説明する)と係合する入力部であるヘッド部2と、前記入力部に締め付け力を付与する締め付け力付与部である円筒状のレバー部材(レバー)4とから構成されており、レバー4の後端側には、使用者が締め付けの際に握るグリップ6が取り付けられている。ヘッド部2は、先端部が曲面をなした略直方体状のケース部3aの後端部に内周面にねじ部を有するねじ筒部3bが一体に形成されており、レバー4の先端外周部に形成したねじ部を前記ねじ筒部3bにねじ込むことでヘッド部2のケース部3aとレバー4とが結合され、レバー4とケース部3aとが連通している。
The
レバー4の軸方向をx軸、ケース部3aの上下方向をz軸、x軸とz軸と互いに直交する方向をy軸とすると、ヘッド部2のケース部3aは、z軸方向の一端が開放されていて、蓋体3cにより閉じられている。ケース部3a内には、先端部側に中心部に軸孔8aが形成されたカム部材であるカム軸8が配置されている。
When the axial direction of the
軸孔8aが形成されたカム軸8は、z軸方向に延びる軸部の両端部に曲面状の凹部からなる上周溝8bと下周溝8cが外周部に形成されていて、上周溝8bと下周溝8cとの間に複数(本実施形態では6)のカム部7が周方向に沿って等間隔に形成されている。ケース部3aの上壁部3dには、カム軸8と同一軸心を有する円形の窪み部3eが形成され、窪み部3eの内周壁面とカム軸8の上端部に形成した上周溝8bとの間に略隙間なく複数個の鋼球9aが配置され、ラジアルベアリングを構成している。鋼球9aは窪み部3eの上内壁面とも当接してスラストベアリングとしても機能している。また、窪み部3eには、カム軸8の上端との間に隙間を形成する深さの浅い窪み部3fが形成されている。
The
蓋体3cには、カム軸8と同一軸心を有する円形の窪み部3gが形成され、窪み部3gの内周壁面とカム軸8の下端部に形成した下周溝8cとの間に略隙間なく複数個の鋼球9bが配置され、ラジアルベアリングを構成している。鋼球9bは窪み部3gの下内壁面とも当接してスラストベアリングとしても機能している。また、窪み部3gには、カム軸8の下端との間に隙間を形成する深さの浅い窪み部3hが形成されている。図3に示すように、鋼球9aと鋼球9bの直径を可能な限り窪み部3eと窪み部3gの深さに近づけることができるので、上周溝8bと下周溝8cが鋼球9aと鋼球9bに対する受圧面積を大きくすることができ、その分鋼球9aと鋼球9bから受ける応力であるヘルツ応力を減少させることができ、ラジアルベアリングの摩耗の低減化を図ることができる。
The
カム軸8の軸孔8aの内周面には、図4に示すように、ラチェット歯8dが形成されていて、出力部である伝達軸11の本体軸部11aが軸孔8a内に挿入されている。伝達軸11の本体軸部11aには、中心軸対称に配置された一方向回転機構(ワンウェイクラッチ)をなす一対のラチェット爪10が不図示のラチェットばねにより付勢されてラチェット歯8dに係合し、カム軸8が時計回り方向に回転すると、伝達軸11が一体的に回転する。伝達軸11の先端部には、蓋体3cを貫通する角軸部11bが形成され、不図示のソケット等が取り外し可能に装着される。また、本体軸部11aの端面と窪み部3fとの間にスラストベアリングをなす鋼球9cを配置している。
As shown in FIG. 4, ratchet
カム軸8の外周部に形成した複数のカム部7は、急峻な斜面からなるトルク伝達カム面7aと緩やかな緩斜面からなるトルク非伝達カム面7bとがカムトップの両側に形成された構成としている。
The plurality of
一方、ケース部3aの後部には、リンク機構を構成する略直方体状に形成したローラ支持レバー体12がZ軸方向を軸方向とする支軸16に揺動自在に取り付けられている。ローラ支持レバー体12は、長手方向の一端部側に支軸16が取り付けられ、カム部7のZ軸方向の厚みと略同じ厚さに形成されている。ローラ支持レバー体12には、カム部7との対向面側に、カムフォロワーをなす円柱状に形成した中実のローラ部材14が凹形状に形成した軸受凹部12aに回転自在に保持されている。この軸受凹部12aの内径部はローラ部材14の外径と略同径の内径面に形成され、ローラ部材14が回転しながらカム部7のカム面と当接する。
On the other hand, at the rear part of the
また、ローラ支持レバー体12には、ねじ筒部3bの軸孔に臨むようにピボット凹部12bを形成している。このピボット凹部12bは、ローラ支持レバー体12の長手方向において、支軸16を起点とすると、ローラ部材14の中心位置までの長さよりも長い位置に形成している。
The roller
レバー4内には、後端部側にトルク値設定用スプリング22がロッドシート20と調整ナット21との間に配置されている。調整ナット21に螺合するトルク値調整ねじロッド24をレバー4の後端からの操作で回動すると、調整ナット21が軸方向に沿って前後に螺進し、ロッドシート20に加わるばね圧を調整する。
In the
ロッドシート20には、ローラ支持レバー体12のピボット凹部12bに対向してピボット凹部20aが形成され、ロッドシート20のピボット凹部20aとローラ支持レバー体12のピボット凹部12bとの間にばね力伝達ロッド18が配置されている。ばね力伝達ロッド18は、両端部18a,18bが球面(以下球端部)に形成され、x軸方向におけるピボット凹部12bとピボット凹部20aとの位置がy軸方向およびz軸方向にずれても、このずれに応じてピボット凹部12bとピボット凹部20aに当接する。
The
トルクレンチ1がボルトを締め付けていない非締付状態において、ローラ部材14は、カム部7のトルク伝達カム面7aの基部に、トルク値設定用スプリング22のばね力によってばね力伝達ロッド18からローラ支持レバー体12を介して押し付けられており、この位置でローラ部材14はカム部7に静止して安定に保持され、この静止状態でばね力伝達ロッド18はx軸と平行姿勢となっている。また、ローラ支持レバー体12の上下両面には、鋼球25が嵌り込む軸受凹部26がそれぞれ形成され、これら上下の鋼球25がケース部3aと蓋体3cの内面と当接することによりローラ支持レバー体12のz軸方向における位置決めを行い、また支軸16を支点としたローラ支持レバー体12のスムーズな回動を行えるようにしている。
In a non-tightened state where the
ローラ支持レバー体12が静止状態に保持されている非締付状態からボルト締めを開始すると、レバー4に加わる締付力は支軸16からローラ支持レバー体12に伝達され、ローラ部材14によりカム部7のトルク伝達カム面7aに加えられる。ボルトの締め付けが進むと、ローラ部材14は、トルク伝達カム面7aからの反力を受けるため、ローラ支持レバー体12は支軸16を中心として反時計回り方向の回動力を受ける。その際、ローラ支持レバー体12は、梃子の原理により、トルク値設定用スプリング22の付勢力に抗してばね力伝達ロッド18をレバー4の後端側に向けて移動させる。すなわち、トルクリミッターの動作が開始される。
When bolt tightening is started from the non-tightened state where the roller
ボルトに対する締付力が強くなるに従って、トルク伝達カム面7aからローラ部材14に対する反力が大きくなり、ローラ部材14はトルク値調整スプリング22のばね力に抗してカムトップ側に移動する。そして、ローラ部材14がカム部7のカムトップを乗り越えると、ローラ部材14によりカム軸8を締付方向に回転させる力が作用しなくなるトルクリミッターの作動状態となり、設定トルク値に達したことを使用者に知らせる。
As the tightening force for the bolt increases, the reaction force from the torque
なお、ローラ部材14がカムトップ位置に達した状態であるトルクリミッターの作動状態になると、ローラ部材14がトルク非伝達カム面7bとの当接に移行するので、ローラ支持レバー体12には、ばね力伝達ロッド18を介してトルク値調整スプリング22のばね力が加えられて時計回り方向への回動力が作用し、レバー4に加えていた締付方向の力が急激に軽くなり、ローラ支持レバー体12が上述した静止状態となるまで、レバー4がボルトに対して空転する。
In addition, when the
ここで、図5を参照しながら、本実施形態のトルクレンチのトルクリミッターを構成する各部材に作用する力の関係について説明する。 Here, with reference to FIG. 5, the relationship between the forces acting on each member constituting the torque limiter of the torque wrench of the present embodiment will be described.
トルクレンチ1の非締付状態において、ローラ支持レバー体12は上述の静止状態にあり、トルク伝達カム面7aからローラ部材14に作用する反力をP1とする。この反力P1は、トルク伝達カム面7aとローラ部材14の当接位置における法線方向の力である。本実施形態では、この反力P1のベクトル方向が、支軸16の中心とローラ部材14の軸中心を結ぶ軸線である基線軸方向から、ボルトを締め付ける方向に対して角度θだけずれている。
In the non-tightened state of the
したがって、ボルトの締付時にローラ部材14からカム部7のトルク伝達カム面7aに対して締付力が加わると、ローラ部材14とトルク伝達カム面7aとの接線方向に沿って、カムトップ側に向かう反力P2がローラ部材14に作用し、ローラ部材14をカムトップ側に向けて押し出す力が作用する。ここで反力P2とP1とは、
P2=P1×tanθ (1)
の関係にある。上記(1)式からわかるように、トルク伝達カム面7aとローラ部材14との当接位置における法線方向と基線軸方向との間の角度θが小さければ、力P2は、力P1に比べて小さい力となる。このローラ部材14を押し出す力P2によって、ローラ支持レバー体12は、トルクレンチ1の後方側に押され、その力が、ピボット凹部12bを介してばね力伝達ロッド18に作用する。
Therefore, when a tightening force is applied from the
P2 = P1 × tan θ (1)
Are in a relationship. As can be seen from the above equation (1), if the angle θ between the normal direction and the base axis direction at the contact position between the torque
一方、ばね力伝達ロッド18に、ローラ支持レバー体12により作用する力Fは、トルク伝達カム面7aがローラ部材14を押し出す力P2よりも、さらに小さくすることができる。
On the other hand, the force F acting on the spring
これは、支軸16の軸心とばね力伝達ロッド18の一方の球端部18aの中心との軸間距離r2が、支軸16の軸心とローラ部材14の軸心との軸間距離r1よりも大きいためである。つまり、支軸16まわりのモーメント(トルク)は、支軸16から力の作用点までの距離と作用する力の積で定義され、ローラ部材14における支軸16回りのモーメント(トルク)と、ばね力伝達ロッド18の一方の球端部18aにおける支軸16回りのモーメント(トルク)は等しくなる。そのため、支軸16からの距離r1よりも大きいr2の位置に作用する力Fは、P2よりも小さくなる。
This is because the inter-axis distance r2 between the axis of the
ばね力伝達ロッド18に作用する力Fが力P1に比べて小さいということは、スプリング22を押し戻す力がP1に比べて小さいということである。そうすると、ローラ14をカム8に押さえるために、トルク値設定スプリング22がリンク部12を押さえる力もP1に比べて小さい力となる。
The fact that the force F acting on the spring
このため、本実施形態のトルクレンチ1においては、トルク値設定スプリング22として、従来に比べてバネ定数が小さく、小型、軽量のスプリングを用いることができる。また、ローラ支持レバー体12からばね力伝達ロッド18に作用する力、およびばね力伝達ロッド18からロッドシート20に作用する力も、P1に比べて小さい力になるため、ばね力伝達ロッド18やロッドシート20などについても、小型、軽量の部材を用いることができる。よって、本実施形態のトルクレンチ1によれば、トルクレンチ1全体についても小型化・軽量化が可能になるという効果が得られる。
For this reason, in the
なお、上述したように、カム部7のトルク伝達カム面7aとローラ部材14の当接位置における力P1の方向(法線方向)と基線軸方向との角度θを変えることで、力P2及びFの大きさを変えることができるが、θは、0度よりも大きく、45度よりも小さいことが好ましい。
As described above, by changing the angle θ between the direction (normal direction) of the force P1 at the contact position between the torque
角度θが0度であると、法線方向の力P1とリンク方向が一致してしまうため、ローラ14が単にリンクピン16の方向に押されるだけとなり、ローラ14に対して、ローラ14をスプリング22の力に逆らって押し戻す方向の分力が全く作用しなくなってしまう。従って、0度の場合、トルクレンチとしての機能を果たさなくなってしまい、好ましくない。
If the angle θ is 0 degree, the normal direction force P1 and the link direction coincide with each other, so that the
また、0度よりも小さい角度、つまり図5において、力P1の方向が、支軸16とローラ部材14とを結ぶ基線軸位置よりも反時計回り方向側となる場合には、ローラ部材14に作用する力が、トルク値設定スプリング22のばね力に抗してローラ部材14を押し戻す方向とは逆の方向に作用することとなる。従って、この場合も、同様にトルクレンチ1としての機能を果たさなくなってしまい、好ましくない。
In addition, when the angle is smaller than 0 degrees, that is, in FIG. 5, the direction of the force P1 is on the counterclockwise direction side with respect to the base axis position connecting the
また、θが45度以上の場合、法線方向の力P1と、P2と、が同じ大きさの力になってしまい、ローラ支持レバー体12の機能によってトルク値調整スプリング22に作用させる力を小さくするという効果が低くなってしまうため、好ましくない。
When θ is 45 degrees or more, the normal direction forces P1 and P2 become the same magnitude, and the force applied to the torque
なお、基線軸方向と力P1の方向(法線方向)との角度θの調節は、支軸16とローラ部材14との位置関係を変えて基線軸方向を変更することで行ってもよいし、カム部7のトルク伝達カム面7aの曲面形状を変更して調節してもよい。例えば、支軸16を、図5に示す位置よりもヘッド部2の先端側に配置すれば、θが大きくなり、これに伴ってP2も大きくなる。また、非締付状態においてローラ部材14と当接するトルク伝達カム面7aの傾斜面の傾斜を大きくすることで、法線方向が基線軸方向に寄るため、θを小さくすることが可能であり、上記傾斜を小さくすれば、θを大きくすることができる。
The adjustment of the angle θ between the base axis direction and the direction of the force P1 (normal direction) may be performed by changing the base axis direction by changing the positional relationship between the
また、本実施形態のトルクレンチ1では、支軸16とピボット凹部12b(つまり、ロッド18の一方の球端部18aが係合する位置)との距離r2を変えることでも、同様に、トルク値設定スプリング22に作用する力を変化させることができる。例えば、軸間距離r2を図5に示した状態よりも長くなるように、ピボット凹部12bを支軸16から遠い位置に設定した場合には、前述のように、支軸16まわりのモーメントは同じであるため、Fを小さくすることができる。ただし、軸間距離r2を大きくすると、当然ローラ支持レバー体12が大型化し、ヘッド部2が大型化してしまう。
Further, in the
さらに、軸間距離r2を大きくすると、非締付状態において、ピボット凹部12bの位置とロッドシート20のピボット凹部20aの位置との(y軸方向における)ずれが大きくなる。そうすると、非締付状態におけるばね力伝達ロッド18のトルクレンチ1のx軸方向に対する傾斜が大きくなってしまう。この状態でロッド18に力が作用すると、ロッドシート20に作用する力のy軸方向成分が大きくなる。これにより、y軸方向成分の力によってロッドシート20がレバー4の内面に押し付けられて摩擦が大きくなってしまうため、トルクの測定精度が低下する要因となり好ましくない。
Further, when the inter-axis distance r2 is increased, the deviation (in the y-axis direction) between the position of the
以上のように、本実施形態のトルクレンチ1によれば、トルクリミッターの構成として、カム軸8のカム部7に当接する中実円柱状のローラ部材14をローラ支持レバー体12の軸受凹部12aに回転自在に配置し、トルク値調整スプリング22の力に抗して作用する力を、トルク伝達カム面7aからローラ部材14に対して作用する法線方向の力に対して小さくすることが可能になる。これにより、トルク値調整スプリング22やローラ支持レバー体12とトルク値調整スプリング22とを連結するばね力伝達ロッド18などの部材を小型化及び軽量化することができる。よって、小型・軽量のトルクレンチを提供することができる。
As described above, according to the
また、カムを追従するローラなどを直接スプリングによりカムに対して押し付ける英国特許出願公開第2148767A号明細書に開示の従来のカム機構を用いて構成されるトルクリミッター方式のトルクレンチの場合、ローラがカムのトルク伝達カム面に沿って自転しながらスライドする際に、ヘッドやレバーの内面と摩擦が生じる。しかし、本実施形態のトルクレンチ1によれば、ローラ部材14はリローラ支持レバー体12によって支軸16を中心として揺動可能に支持されるため、ヘッド部2やレバー4の内面との間に摩擦が生じることはない。従って、上記従来のトルクレンチに比べて、動作の際の摩擦が低減されたトルクレンチを提供することができる。
In the case of a torque limiter type torque wrench configured using the conventional cam mechanism disclosed in British Patent Application No. 2148767A, in which a roller that follows the cam is directly pressed against the cam by a spring, When sliding while rotating along the torque transmission cam surface of the cam, friction occurs with the inner surface of the head or lever. However, according to the
なお、本実施形態では、ばね力伝達ロッド18と、ローラ支持レバー体12及びロッドシート20とをピボット動作を可能とする球面及び凹面形状による係合構造として説明したが、これに限られるものではない。上述したように、本実施形態のトルクレンチ1では、ローラ部材14がカム部7のカム面をトレースする動作は、図5に示すx−y平面上における動作である。従って、ばね力伝達ロッド18の両端部に軸を通してローラ支持レバー体12及びロッドシート20に軸支して係合するようにしてもよいし、x−y平面における円周方向でのみ摺動するような、円板状の係合部としてもよい。
In the present embodiment, the spring
本実施形態において、カム軸8のカム面には全周に渡って潤滑剤として、例えばグリースが塗布されている。また、カム軸8のカム面には、油を貯める油貯め部としての油溝30をカム軸8の厚み方向に形成している。この油溝30の配置位置は、トルク非伝達カム面7b上とし、本実施形態では、6箇所全てのトルク非伝達カム面7b上に形成している。
In the present embodiment, for example, grease is applied to the cam surface of the
ローラ部材14は、トルク伝達カム面7aとの当接面に対して設定トルク値に対応した大きな加圧力を加えるため、トルク伝達カム面7a上に塗布されているグリースが削り出されるようにしてローラ部材14の移動方向に沿って押し出される。ローラ部材14がカムトップを通過してトルク非伝達カム面7b上を移動する際の加圧力は徐々に減少する。そのため、締付作業の回数がまだ少ない場合には、トルク非伝達カム面7b上にもトルク伝達カム面7aから対する押し出されたグリースが残っているが、トルク非伝達カム面7b上のグリースは締付作業の回数が増すにつれて、グリースの自重等によってカム軸8のカム面からはみでてしまい、カム軸8のカム面からグリースが無くなってしまう。
Since the
しかし、本実施形態では、トルク非伝達カム面7b上に油溝30を形成し、トルク伝達カム面7aからトルク非伝達カム面7bに押し出されてきたグリースを油溝30に一旦貯留するようにしている。
However, in the present embodiment, the
油溝30は、締付作業の回数増加に伴って、トルク非伝達カム面7bからグリースがはみ出てしまうことを防止する作用と、油溝30に貯留しているグリースをローラ部材14に塗布し、トルク伝達カム面7aに潤滑剤層を形成する作用を有している。したがって、カム軸8のカム面に塗布したグリース等の潤滑剤を無駄なく使用することができ、グリース等の潤滑剤の補給時期(締付作業回数)を長く設定することができる。
The
単に、油切れを解消するためだけであれば、油溝30をトルク伝達カム面7a上に形成することもできる。しかし、油溝30は、トルク伝達カム面7a上に凹部を形成することとなり、ローラ部材14がこの油溝30に達すると、一瞬加圧力の減少を招き、設定トルク値に到達したかの誤解を与える。このため、ハンドル部材に加える力が一瞬緩むが、締付作業の続行のために、再びハンドル部材に加える力が大きくなり、締め付け操作に乱れが生じ、トルクレンチによる締め付け精度の低下を招くおそれがある。
The
このため、本実施形態では、油溝30を非トルク伝達面7b上に形成している。また、油溝30の位置として、ローラ部材14がトルク伝達カム面7aの基部に安定保持されている静止状態において、トルク伝達カム面7aの基部に連なる位置に設けている。油溝30をトルク伝達カム面7aの基部に連なる位置に設けることにより、油溝30内のグリース等の潤滑剤をローラ部材14がロスなくトルク伝達カム面7aに押し出し、ローラ部材14によりトルク伝達カム面7aにグリース等の潤滑剤層を形成することができる。
For this reason, in this embodiment, the
本実施形態における油溝30は、カム軸8の軸方向と直交する横断面の断面形状を例えばU形状とし、カム面の表面とを曲面で連設し、油溝30の開口端から鋭角部分を無くしてローラ部材14の表面に傷が付かないようにしている。
The
また、油だめ部としては、カム軸8の軸方向に沿って形成した1本の油溝30を例にしているが、図6に示すように断面凹状で平面矩形状の矩形溝部31をZ軸方向に複数個形成した構成、図7に示すように断面凹状の油溝32をZ軸に対して斜めに形成した構成、図8に示すように平面円形状の円形溝部33をZ軸方向に対して複数個形成した構成、図9に示すようにZ軸回りに延びる平面矩形状の矩形溝部34をZ軸方向に隔設して複数形成した構成等が例示できる。
In addition, as the oil sump portion, one
実施形態2
図10は実施形態2のトルクレンチの上面外観図、図11は図10のトルクレンチの正面外観図、図12は図10の横断面図、図13は図11の縦断面図である。
10 is a top external view of the torque wrench of the second embodiment, FIG. 11 is a front external view of the torque wrench of FIG. 10, FIG. 12 is a cross-sectional view of FIG. 10, and FIG.
図10において、本実施形態のトルクレンチ50は、円筒状のレバー部材(レバー)51の前部に円筒状のヘッド部52を固定した外観構造を有し、ヘッド部52から後方に延びる筒状のねじ結合部53がレバー51の前部内周に形成したねじ部に螺着してヘッド部52とレバー51とが固定される。
In FIG. 10, the
レバー51内にはトルク値設定用スプリング54を内装している。レバー51の後端部には、トルク値調整ねじ55と調整ナット56とからなり、トルク値調整ねじ55を回転することにより調整ナット56が軸方向に移動するトルク調整機構が取り付けられ、調整ナット56の先端にトルク値設定用スプリング54の後端が当接している。トルク値設定用スプリング54の先端にスラスト部材57装着され、スラスト部材57の先端部がねじ結合部53内に装入されている。スラスト部材57の先端部には、ヘッド部52内に臨むローラ部材58を支軸59により回転自在に支持する支持部材60が取り付けられ、支持部材60とスラスト部材57とが一体にレバー51の長手方向(軸方向)に沿って移動可能となっている。
A torque
ヘッド部52内には、レバー51の軸方向と直交方向に回転中心軸を有する伝達軸61が回転可能に取り付けられ、伝達軸61の外周にカム部材である筒状に形成されたカム軸62が隙間を有して回転可能に取り付けられている。なお、カム軸62の上下にそれぞれ円環状のローラベアリング63を取り付け、この上下のローラベアリング63を介してカム軸62をヘッド部52内に回転可能に取り付けている。
A
カム軸62の内周面には複数のラチェット歯64が周方向に沿って形成され、ラチェット歯64と、駆動軸61の外周部にばね65によりラチェット歯64に向けて付勢されるラチェット爪66によりラチェット機構を構成し、カム軸62の時計回り方向と一体に駆動軸61が回動する。
A plurality of
カム軸62の外周部には、実施形態1と同様に、周方向に沿って複数(本実施形態では6)のカム部67が等間隔に形成され、押圧ばね54により付勢されたローラ部材58がカム部67に押圧される。カム部67は、実施形態1と同様に、トルク伝達カム面67aとトルク非伝達カム面67bが形成され、トルク非伝達カム面67bに、油だめ部として、例えば実施形態1に示す油溝30を形成している。なお、カム軸62のカム面には実施形態1と同様にグリース等の潤滑剤が塗布されている。勿論、図6から図9に示す構成の油だめ部を用いることもできる。
Similarly to the first embodiment, a plurality of (six in this embodiment)
操作者は、駆動軸61に係合したソケット(不図示)をボルト、ナット等の被締結部材(不図示)に嵌合し、ハンドル51のグリップ68を手で把持して時計回り方向に回動すると、ローラ部材58がカム部67と当接してカム軸62を時計回り方向に回動させ、カム軸62と一体に駆動軸61を回動させて被締結部材を締付ける。締め付けトルクが上昇し始めると、カム部67とローラ部材58とのカム動作によりローラ部材58が押圧ばね54のばね力に抗してレバー51の軸方向後方に移動し、レバー51の回動操作力の減少を感知することで設定トルク値に達したトルク検出が検出されることになる。
The operator fits a socket (not shown) engaged with the
本実施形態2においては、実施形態1と同様に、トルク非伝達カム面67bのカム溝30に貯まっているグリース等の潤滑剤がローラ部材58によりトルク伝達カム面67a上に押し出されるようにして塗布され、予めカム面に塗布されているグリース等の潤滑剤を有効に使用することができ、早期の油切れによるローラ部材58の表面損傷を防止することができる。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the lubricant such as grease stored in the
なお、上記した実施形態1、2においては、トルク工具として手動操作用のトルクレンチを例にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ローラ部材とカム部材とトルク値調整用スプリングを有するカム機構をトルクリミッターとして利用する構成であれば、どのような構成のトルク工具にも適用することができ、また電動やエアー駆動等の自動式にも適用することができる。 In the first and second embodiments described above, a manual operation torque wrench is used as an example of the torque tool. However, the present invention is not limited to this, and a roller member, a cam member, and a torque value adjustment tool. As long as the cam mechanism having a spring is used as a torque limiter, it can be applied to any type of torque tool, and can also be applied to an automatic type such as electric drive or air drive.
また、トルクリミッターとして作用するカム機構をトルクレンチに適用した場合を例にして説明したが、トルクレンチに限定されるものではなく、他の機器に適用できることは言うまでもないことである。 Further, although the case where the cam mechanism acting as a torque limiter is applied to a torque wrench has been described as an example, it is needless to say that the present invention is not limited to a torque wrench and can be applied to other devices.
本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更及び改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。 Although the present invention has been described in detail according to particular embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
1、50 トルクレンチ
2、52 ヘッド部
3a ケース部 3b ねじ筒部 3c 蓋体
3d 上壁部 3e、3f、3g、3h 窪み部
4、51 レバー部材(レバー)
5 軸孔
6、68 グリップ
7、67 カム部
7a、67a トルク伝達カム面 7b、67b トルク非伝達カム面
8 カム軸
8a 軸孔 8b 上周溝 8c 下周溝 8d ラチェット歯
9a、9b、9c 鋼球
10、66 ラチェット爪
11、61 伝達軸
11a 本体軸部 11b角軸部
12 ローラ支持レバー体
12a 軸受凹部 12b ピボット凹部
14、58 ローラ部材
16 支軸
18 ばね力伝達ロッド
20 ロッドシート
20a ピボット凹部
21、56 調整ナット
22、54 トルク値設定用スプリング
24、55 トルク値調整ねじ
25 鋼球
26 軸受凹部
53 ねじ結合部
57 スラスト部材
59 支軸
60 支持部材
62 カム軸
63 ローラベアリング
64 ラチェット歯
DESCRIPTION OF
5
Claims (4)
前記出力部に連結され、外周にカム部が形成されたカム部材と、
前記入力部に保持され、該入力部の回転に伴って前記カム部のカム面と当接しながら移動するローラ部材と、
前記カム面に対して前記ローラ部材を加圧接触させてトルク制限値を設定する弾性部材と、
を有するカム機構において、
前記カム面は、前記弾性部材の弾性力に抗して前記ローラ部材に反力を作用させるトルク伝達用カム面と、前記弾性部材の弾性力により前記ローラ部材により加圧力が作用するトルク非伝達用カム面とを有し、
前記カム面に、該カム面に塗布した潤滑剤が貯まる油だまり部を形成したことを特徴とするカム機構。 A cam mechanism that is connected between an input unit and an output unit and acts as a torque limiter that interrupts power transmission when a driving force generated by relative rotation between the input unit and the output unit exceeds a predetermined torque value. There,
A cam member connected to the output portion and having a cam portion formed on the outer periphery;
A roller member that is held by the input unit and moves while contacting the cam surface of the cam unit as the input unit rotates;
An elastic member that sets the torque limit value by pressing the roller member against the cam surface;
In the cam mechanism having
The cam surface includes a torque transmitting cam surface that applies a reaction force to the roller member against the elastic force of the elastic member, and a torque non-transmitting force that is applied by the roller member due to the elastic force of the elastic member. Cam surface for
A cam mechanism characterized in that an oil reservoir for storing a lubricant applied to the cam surface is formed on the cam surface.
前記カム部材に一方向回転機構を介して連結された締結体を締め付ける前記出力部をなすトルク伝達軸と、
前記入力部に締め付け力を付与する締め付け力付与部と、
を有し、
前記締め付け力付与部により前記入力部を回転させることにより、前記カム機構が動力を遮断するまで締結体を締め付けることを特徴とするトルク工具。 A cam mechanism that is connected between an input unit and an output unit and acts as a torque limiter that interrupts power transmission when a driving force generated by relative rotation between the input unit and the output unit exceeds a predetermined torque value. A cam member connected to the output portion and having a cam portion formed on an outer periphery; and a roller that is held by the input portion and moves while contacting the cam surface of the cam portion as the input portion rotates. In a cam mechanism having a member and an elastic member that sets a torque limit value by pressing and contacting the roller member against the cam surface, oil that accumulates lubricant applied to the cam surface is stored on the cam surface A torque tool having a cam mechanism in which a pool portion is formed, or the cam mechanism according to claim 1 ,
A torque transmission shaft that constitutes the output portion for fastening a fastening body connected to the cam member via a one-way rotation mechanism;
A tightening force applying unit that applies a tightening force to the input unit;
Have
A torque tool characterized in that the input body is rotated by the tightening force applying section to tighten the fastening body until the cam mechanism cuts off the power.
前記締め付け力付与部として、前記弾性部材であるトルク値設定用ばねにより付勢されるばね力伝達ロッドを内部に収容した前記ヘッド部の後端部に固定される筒状のレバーと、
前記ヘッド部に支軸を介して回転可能に取り付けられ、前記ローラ部材を回転可能に支持すると共に、前記ばね力伝達ロッドを介したばね力が作用して前記ローラ部材に締付反力を発生させるローラ支持レバー体と、
を有したことを特徴とする請求項2に記載のトルク工具。 As the input portion, the cam member is rotatably disposed, and the torque transmission shaft is coaxially disposed in the cam member via the one-way rotation mechanism;
A cylindrical lever that is fixed to the rear end of the head portion that houses therein a spring force transmission rod that is biased by a torque value setting spring that is the elastic member, as the tightening force application portion;
The roller is rotatably attached to the head portion via a support shaft, and the roller member is rotatably supported, and a spring force via the spring force transmission rod acts to generate a tightening reaction force on the roller member. A roller support lever body;
The torque tool according to claim 2 , further comprising:
前記締め付け力付与部として、前記弾性部材であるトルク値設定用ばねにより付勢される支持部材を内部に収容した前記ヘッド部の後端部に固定される筒状のレバーと、を有し、前記支持部材の先端部に前記ローラ部材を支持したことを特徴とする請求項2に記載のトルク工具。 As the input portion, the cam member is rotatably disposed, and the torque transmission shaft is coaxially disposed in the cam member via the one-way rotation mechanism;
A cylindrical lever fixed to a rear end portion of the head portion that houses therein a support member that is urged by a torque value setting spring that is the elastic member, as the tightening force applying portion; The torque tool according to claim 2 , wherein the roller member is supported on a tip portion of the support member.
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