JP6716115B2 - ラチェット工具 - Google Patents

Description

本発明は、ラチェット工具に関する。

従来から、ボルトやナットなどの締付部材を締め付ける際に、回動方向を一方に制限して作業を容易にするラチェット機構を備える、ラチェット工具が知られている。ラチェット機構は、締付部材の締付トルクを計測して締付トルクを管理することができる、トルクレンチにもよく用いられる。

ところで、トルクレンチには、電力を使用する電子機器を備えるものがある。このようなトルクレンチの例としては、本体部に設けられるひずみゲージなどを用いて締付トルクの数値を計測するトルク値計測部を備え、計測した締付トルクをディスプレイに表示する電子式トルクレンチがある。

しかし、電子式トルクレンチは、トルク値計測部やディスプレイなどの電子機器を動作させるために、リチウム電池などの電源が必要である。このため、電子式トルクレンチは、一定回数使用すると電池を交換する必要がある。つまり、電子式トルクレンチでは、日常のメンテナンスにおいて電源の状態の維持管理が重要となっていた。

なお、トルクレンチにおいて、電磁誘導や光エネルギ等を用いて発電し、当該発電された電力をトルクリミッタの作動時に電子回路部に給電する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５９４５３０４号公報

しかし、特許文献１の技術では、発電部の構造が大型であるため、工具を使用しにくく、結果として作業者の作業負荷を増加させていた。

本発明は、電力を使用する電子機器を備えるラチェット工具において、作業者の作業性を向上しつつ電源の維持管理を容易にする技術を提供することを目的とする。

本発明は、作業者により把持されて操作可能な本体部と、前記本体部の一端に設けられ締付部材と係合する係合部と、前記係合部と協動する回動軸と、前記回動軸と協動する歯車と、前記歯車の一方の歯面に係合することで１方向にのみ前記本体部及び前記回動軸が協動する直結動作及び前記回動軸が前記本体部に対して相対的に回動する空転動作を行わせる爪部と、を有し、前記直結動作と前記空転動作とを繰り返しながら締付部材を締め付けていくことが可能であるラチェット部と、前記空転動作するときに発電する発電部と、前記発電部によって発電された電力を給電する給電部と、を備え、
前記発電部は、前記ラチェット部の前記歯車に設けられる回転子と、前記ラチェット部の前記歯車の周囲に設けられる固定子とを有する。

また、本発明は、ラチェット部が、爪部と歯面との係合を解除することでいずれの方向にも回動軸を空転動作することができるようにしてもよい。

また、本発明は、ラチェット部が、爪部と歯面の係合状態を切り替える切り替え部を有してもよい。

また、本発明は、給電部による給電状態を制御する制御部を備え、給電部が、直結動作のときに給電してもよい。

本発明によれば、作業者の作業負荷に配慮しつつメンテナンスにおける電源の管理性を向上することができる。

本発明に係るラチェット工具の実施形態である電子式トルクレンチを示す模式図である。 図１に示したトルクレンチの構成を示す斜視図である。 図１に示したトルクレンチのラチェット部及び発電部の例を示す模式図である。 図１に示したトルクレンチのひずみゲージの例を示す模式図である。 図１に示したトルクレンチによる直結動作及び空転動作の例を示す模式図である。 図１に示したトルクレンチにより実行される発電方法を実現するための機能を示すブロック図である。 図１に示したトルクレンチにより実行される発電方法を示すフローチャートである。 本発明に係るラチェット工具の別の実施形態である機械式トルクレンチを示す模式図である。

［実施形態１］
以下、本発明に係るラチェット工具の実施形態であるトルクレンチについて、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、トルクレンチを用いて一般的な右ネジの締付部材を締め付ける際の締付トルクの管理を行う例について説明する。

［トルクレンチの構成］
図１は、本発明に係るラチェット工具の実施形態であるトルクレンチ１を示す模式図である。また、図２は、トルクレンチ１の構成を示す斜視図である。図１及び図２に示すように、トルクレンチ１は、本体部２と、ラチェット部３と、トルク値計測部４と、ディスプレイ５と、係合部６と、を備える。本実施形態に係るトルクレンチ１は、ひずみゲージが検出したひずみ量を用いて締付トルクを計測するトルク値計測部４により、締付部材の締付トルク値を取得する電子式トルクレンチである。

本体部２は、例えば金属製の棒状の部材である。本体部２は、作業時に作業者により把持されることでトルクレンチ１を操作可能にする。本体部２の一端には、ソケット７と係合する係合部６が設けられる。また、本体部２の他端には、作業者が把持するためのグリップ部２１が設けられる。

図３は、図１に示したトルクレンチ１のひずみゲージ４ａの例を示す模式図である。図３に示すように、トルク値計測部４は、起歪体として機能する本体部２に取り付けられるひずみゲージ４ａを備える。

トルク値計測部４は、ひずみゲージ４ａにより、トルクレンチ１を用いて締付部材を締め付けるときに本体部２に生じるひずみ量を計測する。トルク値計測部４は、計測されたひずみ量に基づいて、締付部材を締め付けるときの締付トルク値を算出する。トルク値計測部４は、トルクレンチ１において電力を消費する電子機器の一例である。トルク値計測部４は、計測した締付トルク値をディスプレイ５に表示する。

図２に戻り、係合部６は、ボルト・ナット等の締付部材（図示せず）の種類や寸法に応じたソケット７を取り付けることができる。係合部６は、ソケット７を介して、トルクレンチ１と締付部材とを係合させる。

図４は、図１に示したトルクレンチ１のラチェット部３及び発電部４０の構成を示す模式図である。図４に示すように、ラチェット部３は、トルクレンチ１の本体部２の一端に設けられている。ラチェット部３は、回動軸１３と、ラチェット歯車１４と、爪部２０とを有する。

回動軸１３及びラチェット歯車１４は、係合部６と同軸に設けられ、係合部６と協動する。係合部６、回動軸１３、及びラチェット歯車１４は、本体部２に対して回動自在である。なお、回動軸１３及びラチェット歯車１４は、係合部６と協動すればよく、必ずしも同軸に設けられていなくてもよい。

切り替え部３１は、本体部２に設けられ、爪部２０とラチェット歯車１４の歯面との係合状態を切り替えて、ラチェット部３が直結動作及び空転動作をする方向を切り替える。

爪部２０は、ラチェット部３の内部においてラチェット歯車１４の歯面と係合し、ラチェット部３による直結動作及び空転動作を実現する。

図５は、図１に示したトルクレンチ１の直結動作及び空転動作の例を示す模式図である。図５に示すように、締付部材１００の締付方向である矢印Ａの方向に本体部２を回動させると、ラチェット部３は、本体部２に係合して該本体部２とともに回動する直結動作を行う。また、締付部材１００の緩和方向である矢印Ｂの方向に本体部２を回動させると、ラチェット部３は、本体部２に対して相対的に回動する空転動作を行う。

ラチェット部３では、ラチェット歯車１４と爪部２０とが係合することで、本体部２及び係合部６は、回動軸１３を中心とした回動方向のうち１方向にのみ協動して直結動作をする。トルクレンチ１を使用する作業者は、本体部２及び係合部６が直結動作することにより、係合部６に係合される締付部材１００を締め付けることができる。

また、ラチェット部３では、切り替え部３１により爪部２０が係合するラチェット歯車１４の歯面が切り替わることで、ラチェット部３の回動方向が切り替わる。つまり、ラチェット部３は、切り替え部３１で直結動作をする方向を切り替えることにより、締付部材１００の締付方向または緩和方向の１方向にのみ締付部材を回動させることができる。

切り替え部３１は、爪部２０とラチェット歯車１４の歯面との係合を解除することもできる。爪部２０とラチェット歯車１４との係合が解除されると、回動軸１３は、いずれの方向にも空転動作することができる。

発電部４０は、例えば、ラチェット部３の内部で回動軸１３と協動するラチェット歯車１４に設けられる回転子、及び回転子の周囲に配置される固定子により構成される。発電部４０は、例えば、永久磁石４２を固定子、コイル４１を回転子とする。発電部４０は、図３とは異なる構成、例えば、ラチェット部３の内部に設けられるのがコイル４１で、ラチェット歯車１４に設けられるのが永久磁石４２であってもよい。つまり、発電部４０は、永久磁石４２を回転子、コイル４１を固定子としてもよい。

発電部４０は、ラチェット歯車１４と爪部２０とが係合せずラチェット部３が空転動作するときに、コイル４１と永久磁石４２との間で生じる電磁誘導により発電する。発電部４０は、ラチェット歯車１４と爪部２０とが係合してラチェット部３が直結動作するときには、コイル４１と永久磁石４２との間では電磁誘導が生じないため、発電しない。

また、上述のように、切り替え部３１により、ラチェット部３は、爪部２０とラチェット歯車１４の歯面との係合を解除することができるため、発電部４０を回動方向の両方向に自在に回動させることができる。このため、ラチェット部３の発電部４０は、例えば手回しで締付部材１００を締め付ける場合にも上述の空転動作と同様に発電することができる。

図６は、図１に示したトルクレンチ１による発電方法を実現するための機能を示すブロック図である。

発電部４０は、上述の通り、ラチェット歯車１４と爪部２０とが係合せずラチェット部３が空転動作するときに、コイル４１と永久磁石４２との間で生じる電磁誘導により発電する。

動作検出部５０は、トルクレンチ１を用いた締付部材１００を締め付ける動作がトルク値計測を行う、いわゆる本締めであるか、あるいは本締め前の仮締めであるかを検出する。動作検出部５０は、例えば上述のトルク値計測部４のひずみゲージ４ａで計測されたトルク値が、締付トルク値に対して所定の割合（例えば７０％）を上回った場合に本締めであると判定する。

なお、動作検出部５０は、例えば、発電部４０による発電量や、本体部２に対するラチェット部３の相対的な回動方向に基づいて、ラチェット部３の動作を検出して本締め及び仮締めを判定してもよい。また、動作検出部５０は、例えば、ラチェット部３の回動方向を検出するセンサや、本体部２に対するラチェット部３の相対的な位置変化を検出するセンサであってもよい。

給電部６０は、発電部４０によって発電された電力をトルク値計測部４に給電する。給電部６０は、発電部４０により発電された電力を蓄電できるバッテリ、コンデンサ、キャパシタなどの二次電池である。

給電部６０は、制御部７０が特定したラチェット部３の動作に基づいた所定の時期にトルク値計測部４に給電する。具体的には、給電部６０は、ラチェット部３の動作が空転動作である場合にトルク値計測部４への給電を停止する。給電部６０は、ラチェット部３の動作が直結動作である場合にトルク値計測部４に給電する。給電部６０は、発電部４０による発電量が十分ではない場合の電源として、リチウム電池などの一次電池を備えてもよい。

制御部７０は、発電部４０により発電された電力を給電する給電部６０による給電状態を制御する。具体的には、制御部７０は、動作検出部５０が検出したラチェット部３の動作が空転動作及び直結動作のいずれであるかを特定する。制御部７０は、ラチェット部３の動作が空転動作である場合にトルク値計測部４への給電を停止するように給電部６０を制御する。また、制御部７０は、ラチェット部３の動作が直結動作である場合にトルク値計測部４に給電するように給電部６０を制御する。

［トルクレンチの動作］
次に、以上説明したトルクレンチ１の動作について説明する。

図７は、図１に示したトルクレンチ１による発電方法を示すフローチャートである。

図７に示すように、一般的に締付部材１００を締め付ける際に、作業者は、トルクレンチ１の係合部６に係合しているソケット７と締付部材１００とが嵌合している状態から、グリップ部２１を把持して本体部２を矢印Ａの方向に動作させる。制御部７０は、動作検出部５０により、トルクレンチ１のラチェット部３の動作を検出する（Ｓ１０１）。

制御部７０は、動作検出部５０が計測したトルク値などに基づいて、トルクレンチ１の動作が、直結動作及び空転動作のいずれであるかを特定する動作特定工程を行う（Ｓ１０２）。

トルクレンチ１の動作が空転動作である場合、トルクレンチ１では、作業者が本体部２を操作することにより、ラチェット部３の内部でラチェット歯車１４が本体部２に対して相対的に回動する。このとき、ラチェット歯車１４に設けられるコイル４１も、ラチェット部３の内部に設けられる永久磁石４２に対して回動する。そして、永久磁石４２に対してコイル４１が回動することで、発電部４０では、電磁誘導により電力が発生する発電工程が行われる（Ｓ１０３）。

作業者は、空転動作後、本体部２を矢印Ａの方向に動作させて直結動作により締付部材１００を締め付ける。直結動作時において、トルクレンチ１では、ラチェット歯車１４の歯面と爪部２０の歯面とが係合するため、ラチェット歯車１４が本体部２に対して相対的に回動しない。このため、発電部４０では、電力が発生しない。

トルクレンチ１の動作が直結動作である場合、制御部７０は、トルク値計測部４により計測されたトルク値をチェックする（Ｓ１０４）。

制御部７０は、計測されたトルク値をチェックし、所定値を満たすか否かを判断する（Ｓ１０５）。

トルク値が所定値を満たす場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、制御部７０は、発電部４０により発電された電力を給電部６０からトルク値計測部４に給電する給電工程を行う（Ｓ１０６）。

トルク値が所定値を満たさない場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、制御部７０は、発電部４０により発電された電力を用いず、通常の電池からの電力をトルク値計測部４に給電する。

トルク値計測部４は、給電部６０または電池からの電力を用いて、トルク値の計測を行う（Ｓ１０７）。

なお、以上説明した本実施形態では、本発明のラチェット工具の一例としてトルク値計測部４としてトルク値計測部４を備える電子式トルクレンチについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、トルク値計測部４を備えていないラチェットレンチにおいて、電子機器として作業者の手元用照明を備える場合に、発電部４０からの電力で手元用照明を駆動してもよい。この場合に、電子機器と給電部６０とがコードなどで電気的に接続されていれば、電子機器とラチェットレンチとは一体でなくてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るトルクレンチ１によれば、ラチェット部３を備えるトルクレンチ１において締付部材１００の締付時に行う空転動作で生じる運動エネルギを電力に変換することができる。

そして、本実施形態に係るトルクレンチ１によれば、作業者の作業性を向上しつつ電源の維持管理を容易にする技術を提供することができる。

［実施形態２］
本発明に係るラチェット工具の別の実施形態であるトルクレンチについて、図面を参照しながら説明する。

なお、以下の説明において、先に説明した実施形態と同様の説明は省略する。

［トルクレンチの構成］
図８は、本発明に係るラチェット工具の別の実施形態である機械式トルクレンチを示す模式図である。図８に示すように、本実施形態に係るトルクレンチ１０は、先の実施形態で説明したトルクレンチ１とは異なり、いわゆる機械式のプレセット型トルクレンチである。トルクレンチ１０は、ケース１１０と、ヘッド部１２０と、ヘッドピン１３０と、トグル１４０と、接続部１５０と、保持部１６０と、スプリング１７０と、トルク値設定部１８０と、トルク値計測部４を備える。

ケース１１０は、ヘッド部１２０やトグル１４０などのトルクレンチ１０の構成要素を収容し、トルクレンチ１０の外形形状を構成する略筒状の部材である。ケース１１０は、一端にヘッド部１２０が設けられる。また、ケース１１０は、他端に作業者が把持するためのグリップ部１１０ｂが設けられる。

ヘッド部１２０は、ラチェットヘッド１２０ａとアーム部１２０ｂとを備える。ヘッド部１２０は、ラチェットヘッド１２０ａとアーム部１２０ｂとの境界に設けられるヘッドピン１３０によって、ケース１１０に対して回動自在に軸支されている。

ラチェットヘッド１２０ａは、ケース１１０から露出している。ラチェットヘッド１２０ａには、締付部材１００と係合するソケットレンチ７（ボルトまたはナット締付用）を、着脱自在に取り付けることができる。アーム部１２０ｂは、ケース１１０内部に収納される。アーム部１２０ｂは、ヘッドピン１３０を中心にケース１１０内部で揺動可能である。アーム部１２０ｂの先端には、トグル１４０を受け入れる凹部１２０ｃが設けられる。

トグル１４０は、略矩形の板状部材である。トグル１４０は、一端がヘッド部１２０のリンク１２０ｃと接続し、他端が接続部１５０を介して保持部１６０と接続している。トグル１４０は、リンク１２０ｃによりケース１１０内部で揺動可能に軸支されている。

保持部１６０は、略円筒状の部材である。保持部１６０は、トルクレンチ１０の軸方向（長手方向）に垂直な方向が平面となるように、ケース１１０内部に配置される。保持部１６０は、平面の一方には接続部１５０を介してトグル１４０の他端が摺動可能に接続している。保持部１６０は、平面の他方にはスプリング１７０の一方が接している。

スプリング１７０は、ケース１１０の内部のグリップ部１１０ｂ寄りの位置に設けられる。スプリング１７０は、トルクレンチ１０の長手方向が圧縮方向となる圧縮バネである。スプリング１７０には、例えばコイルばねを用いることができる。

トルク値設定部１８０は、例えばケース１１０のグリップ部１１０ｂの先端に設けられる。トルク値設定部１８０は、設定ボルト１８０ａと、ストッパー１８０ｂと、頭部１８０ｃと、ロック部１８０ｄと、スプリング支持部１８０ｅとにより構成される。

設定ボルト１８０ａは、ストッパー１８０ｂに設けられる孔を貫通し、頭部１８０ｃのみがストッパー１８０ｂの外側に露出している。設定ボルト１８０ａは、軸本体がケース１１０内部に収納されている。

設定ボルト１８０ａには、少なくとも一部に雄ネジのネジ山が切ってある。設定ボルト１８０ａは、スプリング支持部１８０ｅに設けられる雌ネジに螺合している。ストッパー１８０ｂは、頭部１８０ｃが接することで設定ボルト１８０ａの移動量を規制する。

スプリング支持部１８０ｅは、ケース１１０の内側に設けられる接触面がスプリング１７０に接している。スプリング支持部１８０ｅは、保持部１６０の方向にスプリング１７０を圧縮する。トルク値設定部１８０は、頭部１８０ｃを回動させることで、設定ボルト１８０ａが螺合しているスプリング支持部１８０ｅの位置が移動し、スプリング１７０による保持部１６０に対する押圧力を変化させることができる。トルク値設定部１８０は、設定ボルト１８０ａを回動操作することにより、スプリング１７０の圧縮度合いを調節し、締付トルク値を所定の値（例えば、締め付け箇所の締付部材ごとに定められる規定の締付トルク値）に設定可能である。

トルク値計測部４は、先に説明したトルクレンチ１と同様に、トルクレンチ１０において電力を消費する電子機器の一例である。トルク値計測部４は、起歪体である本体部１２０に取り付けられるひずみゲージ４ａにより、締付部材を締め付けるときに本体部１２０に生じるひずみ量を計測する。トルク値計測部４は、計測されたひずみ量に基づいて、締付部材を締め付けるときの締付トルク値を算出する。

トルクレンチ１０において、トグル１４０及びトグル１４０が発する音や振動を検知するセンサ１４１は、図６に示した動作検出部５０として機能する。つまり、センサ１４１は、締付部材１００を締め付ける動作が、いわゆる本締めであると検出する。このため、トグル１４０は、トグル１４０に加わるトルク値が、締付トルク値に対して所定の割合（例えば７０％）を上回った場合に作動するように設定する。

センサ１４１は、トグル１４０からの音や振動を検出したことを示す信号を、制御部７０に出力する。制御部７０は、その信号に基づいて、締付部材１００を締め付ける動作が本締めであると判定し、給電部６０からトルク値計測部４などの電子機器への給電を行う。

以上説明した本実施形態に係るトルクレンチ１０によれば、機械式トルクレンチであっても本締めと仮締めとの判定を行い、本締めのときに給電部６０から電子機器への給電を行うことができる。

そして、本実施形態に係るトルクレンチ１０によれば、作業者の作業性を向上しつつ電源の維持管理を容易にする技術を提供することができる。

なお、本実施形態に係るトルクレンチ１０において、トグル１４０の動作を検出する動作検出部５０には、センサ１４１以外に、例えば、通常時のトグル１４０に接触し動作後のトグル１４０から離間するリミットスイッチを用いてもよい。

１ トルクレンチ
２ 本体部
３ ラチェット部
４ トルク値計測部
４ａ ゲージ
５ ディスプレイ
６ 係合部
７ ソケットレンチ
１０ トルクレンチ
１１ ケース
１３ 回動軸
１４ ラチェット歯車
１８ トルク値設定部
２０ 爪部
２１ グリップ部
３１ 切り替え部
３１ 回動軸
４０ 発電部
４１ コイル
４２ 永久磁石
５０ 動作検出部
６０ 給電部
７０ 制御部
１００ 締付部材
１１０ ケース
１１０ｂ グリップ部
１２０ ヘッド部
１２０ａ ラチェットヘッド
１２０ｂ アーム部
１２０ｃ 凹部
１３０ ヘッドピン
１４０ トグル
１４１ センサ
１５０ 接続部
１６０ 保持部
１７０ スプリング
１８０ トルク値設定部
１８０ａ 設定ボルト
１８０ｂ ストッパー
１８０ｃ 頭部
１８０ｄ ロック部
１８０ｅ スプリング支持部

Claims (4)

1. 作業者により把持されて操作可能な本体部と、
   前記本体部の一端に設けられ締付部材と係合する係合部と、
   前記係合部と協動する回動軸と、前記回動軸と協動する歯車と、前記歯車の一方の歯面に係合することで１方向にのみ前記本体部及び前記回動軸が協動する直結動作及び前記回動軸が前記本体部に対して相対的に回動する空転動作を行わせる爪部と、を有し、前記直結動作と前記空転動作とを繰り返しながら締付部材を締め付けていくことが可能であるラチェット部と、
   前記空転動作するときに発電する発電部と、
   前記発電部によって発電された電力を給電する給電部と、
   を備え、
   前記発電部は、
   前記ラチェット部の前記歯車に設けられる回転子と、
   前記ラチェット部の前記歯車の周囲に設けられる固定子と
   を有するラチェット工具。
2. 前記ラチェット部は、
   前記爪部と前記歯面との係合を解除することでいずれの方向にも前記回動軸を空転動作することができる、
   請求項１記載のラチェット工具。
3. 前記ラチェット部は、
   前記爪部と前記歯面の係合状態を切り替える切り替え部
   を有する、
   請求項１または２記載のラチェット工具。
4. 前記給電部による給電状態を制御する制御部
   を備え、
   前記給電部は、前記直結動作のときに給電する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のラチェット工具。