KR20160098473A - 반작용 와셔 및 체결 소켓 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 출원인의 HYTORC® Z® 시스템을 보호하기 위한 것으로서, 그러한 HYTORC® Z® 시스템은: 외부 반작용 접경부를 이용하지 않는, 토크 증배 메커니즘 및 진동 메커니즘을 가지는 다중-속도/다중-토크 모드를 구비하는 공구; 그러한 공구와 함께 이용하기 위한 인-라인 및 공통-축방향 작용 및 반작용을 초래하기 위한 힘 전달 수단; 그러한 공구 및 힘 전달 수단과 함께 이용하기 위해서 너트 아래에서 와셔로 부착될 수 있는 드라이빙 수단 및 천이 수단; 그러한 공구, 힘 전달 수단 및 드라이빙 수단과 함께 이용하기 위한 연관된 와셔; 및 그러한 공구, 힘 전달 수단, 드라이빙 수단 및 와셔와 함께 이용하기 위한 관련된 부속물을 포함한다. HYTORC® Z® 와셔는, 와셔/체결구 반경 결합 차이와 같은, 복수의 형상, 크기, 기하형태 및 톱니의 결합 가능한 둘레, 및 여러 가지 유형, 크기 및 위치의 마찰 계수 증가 처리 수단과 같이, 플랜지 표면에 대한 비교적 큰 마찰 및 너트에 대한 비교적 작은 마찰을 가지는 마찰적으로 편향된 면을 가지는 여러 가지 유형의 너트 또는 볼트 헤드 아래에 위치된다. HYTORC Z® 건은 강력한 충격 메커니즘 및 정밀 토크 증배기를 동일한 공구 내에 통합시켜, 신속한 런-다운을 영점교정된 토크와 조합한다. HYTORC® Z® 소켓은 Z® 와셔와 반작용하기 위한 외부 슬리브 및 너트 또는 볼트 헤드를 회전시키기 위한 내부 슬리브를 가지는 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용을 갖는다. AVANTI® 및 ICE® 스퀘어 드라이브 시스템을 포함하는 HYTORC®의 토크/장력 시스템, STEALTH® 제한된 간극 시스템(limited clearance system), 공압식 jGUN® 시리즈, FLASH® 건 및 전기 증배기 등과의 역방향 양립성(backwards compatibility)을 위한 HYTORC® Z® 스플라인 어댑터 및 반작용 판. 조인트의 다른 측부 상의 너트 또는 볼트 헤드 아래의 반대-토크를 위한 이중 마찰-향상 면 와셔를 포함하는 HYTORC® Z® 와셔 및 HYTORC® Friction WasherTM 조합체; 및 HYTORC®의 토크/장력 시스템을 이용하는 동안 타이트한(tight) 간극을 위한 HYTORC® Z® 이중 드라이브 오프셋 링크.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 이하의 공통 소유된 그리고 공통-계류 중인 특허 출원을 기초로 우선권을 주장하고 및/또는 그 계속 특허 출원 또는 부분-계속 특허 출원이다: 2014년 6월 13일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 미국 특허출원 제62/012,009호; 2014년 4월 24일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 특허 협력 조약 출원 제PCT/US2014/035375호; 2014년 2월 18일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 미국 특허출원 제61/940,919호; 2013년 12월 17일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 미국 특허출원 제61/916,926호; 2011년 1월 5일 및 2010년 2월 9일자로 출원되고 명칭이 모두 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 미국 특허출원 제61/430,105호 및 제61/302,598호에 대한 우선권을 주장하는, 2011년 2월 9일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 특허 협력 조약 출원 제PCT/IB2011/001019호에 대한 우선권을 주장하는, 2012년 8월 9일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 미국 특허출원 제13/577,995호; 그리고 이제 2011년 12월 20일자로 허여되고 명칭이 "WASHER FOR TIGHTENING AND LOOSENING THREADED CONNECTORS"인 미국 특허 제8,079,795호인, 2009년 4월 23일자로 출원되고 명칭이 "WASHER FOR TIGHTENING AND LOOSENING THREADED CONNECTORS"인 미국 특허출원 제12/429,040호의 분할출원인, 2011년 5월 23일자로 출원되고 명칭이 "METHOD FOR TIGHTENING AND LOOSENING THREADED CONNECTORS"인 미국 특허출원 제13/113,693호.
볼트, 스터드, 너트, 및 와셔를 포함하는 나사산형 체결구가 공지되어 있고 통상적인 볼트체결 적용예에서 이용되고 있다. 산업적인 적용예의 유지 보수 및 수리는 이러한 나사산형 체결구의 풀림으로 시작되고 조임으로 종료된다. 당연하게 산업계는 일상적이고, 예상치 못한 및/또는 긴급한 유지 보수 및/또는 수리 중의 생산 손실을 감소시키려고 한다.
볼트, 토크 및 장력을 조이는 및/또는 푸는 2가지 방법이 있다. 그러나, 출원인의 혁신 이전에는, 동일한 공구로 유압식 토크작업(torqueing) 및 유압식 장력작업(tensioning)을 실시할 수 없었다. 조작자는 나사산형 체결구를 토크작업 및 장력작업하기 위한 별개의 공구들을 필요로 하였다.
토크작업은, 그러한 토크작업이: 대부분의 기존 나사산형 체결구에 대해서 적용될 수 있고; 너트의 미리-계산된 회전 저항의 5퍼센트(5%) 이내로 정확하고; 의도치 않은 느슨해짐을 방지하며; 장력 보다 더 균일한 원주방향 볼트 하중을 보장하고; 그리고 불균일한 윤활 적용예, 너트 아래 또는 플랜지 상단 상의 이물질 미립자 및 사소한 나사산 손상을 극복할 수 있다는 점에서 장점을 갖는다. 그러나, 토크작업은, 그러한 토크작업이: 양자 모두가 미지인(unknown), 나사산 마찰 및 면 마찰을 받고; 나사산형 체결구의 하단 부분을 정지 상태로 유지하기 위해서 적용예의 다른 측부(side) 상에서 너트로 인가되는 백업 렌치(back-up wrench)의 이용을 필요로 하고; 미지의 잔류 볼트 하중을 초래하며; 양자 모두가 볼트작업 적용예에 부정적인 영향을 미치는, 볼트 토션(torsion) 및 가로 하중(side load)을 받는다는 점에서 단점을 갖는다. 볼트작업에서 지속 가능한 그리고 정확한 토크의 이용은 나사산 및 베어링 면 마찰을 설정하는 것(establishing) 그리고 토션 및 가로 하중을 제거하는 것을 필요로 한다.
장력은, 무(free)-토션 및 무-가로 하중이라는 점에서 장점을 갖는다. 그러나, 장력은: 볼트 및 너트의 교체를 종종 필요로 하는, 장력기에 의해서 위쪽으로 당겨질 수 있도록, 너트 위 및 주위에서 적어도 그 직경 만큼 볼트가 돌출할 것을 요구하고; 추정되는 회전 저항의 25% 이내에서만 정확하고; 예측할 수 없는, 수작업 너트 시팅(seating)을 초래하고; 양자 모두가 미지인, 나사산 마찰 및 면 마찰을 받으며; 체결구 연신시키지 않고, 종종 과다하게 당기며; 당김부로부터의 하중 전달로 인한 제어할 수 없는 체결구 이완(relaxation)을 초래하고; 그리고 미지의 잔류 볼트 하중을 초래한다는 점에서 단점을 갖는다. 볼트작업에서 지속 가능하고 정확한 장력의 이용은 스터드/볼트 당김 및 하중 전달의 제거를 필요로 한다.
토크 전동 공구가 당업계에 공지되어 있고, 공압식으로, 전기식으로 및 유압식으로 구동되는 것을 포함한다. 토크 전동 공구는 나사산형 체결구를 조이고 및/또는 풀기 위한 회전력 그리고 동일하고 반대되는 반작용력을 생성한다. 유압 장력기는 유압을 볼트로 인가하기 위한 당김부를 이용하고, 이는 일반적으로 희망 볼트 연신 보다 10% 내지 20% 더 큰 연신을 초래하여, 스터드가 과다하게 당겨지게 한다. 이어서, 편안할 때까지(untill snug) 너트가 손으로 조여지고; 실린더 상의 압력이 해제되고; 스터드가 스프링 백(원상 회복; spring back)되고; 그리고 하중이 가교부(bridge)로부터 너트로 전달되고 그에 의해서 클램핑력으로 조인트를 압축한다.
토크와 관련하여, 통상적인 반작용 고정구가, 인접한 체결구와 같은, 가시적이고 접근 가능한 정지 물체에 대해서 접경하여, 체결구가 정방향으로 회전되는 동안, 공구의 하우징이 역방향으로 회전하지 못하도록 정지시킨다. 이러한 접경 힘(abutment force)은 당김력 또는 가로 하중을, 볼트 축에 수직으로, 조이거나 풀기 위한 너트 상으로 인가한다. 스퀘어 드라이브 공구(square drive tool)의 반작용력이 공구의 실린더 단부를 비틀고 및/또는 드라이브를 굽히기 위한 반작용 아암을 통해서 이동한다. HYTORC® AVANTI®에서 발견되는 동축적인 반작용력 전달에 있어서의 출원인의 혁신을 주목할 수 있다. 종래 기술의 통상적인 반작용 고정구의 발전이, 예를 들어, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 본 출원인의 미국 특허 제4,671,142호; 제4,706,526호; 제5,016,502호; Re.33,951호; 제6,152,243호; D500060호; 및 제7,765,895호에서 개시되어 있다.
산업이 번거롭고 복잡한 유압 장력기로부터, 또한 토크작업으로부터 벗어나고 있는데, 이는 체결구로 인가되는 토션 및 가로 하중 때문이다. 사실상 기계적인 장력화가 매우 대중적이다.
출원인은 HYTORC NUT™ 기계적 장력기 제품 라인 및 드라이버 그리고 그와 함께 이용하기 위한 공구로 볼트작업을 발전시켰고 많은 볼트작업의 난제를 해결하였다. 이러한 장력화 너트는, 하나가 다른 하나의 내측에 있는, 2개의 슬리브를 가지며, 그에 의해서 내부 슬리브가 스플라인형(splined) 와셔와 연결되어 내부 슬리브의 축방향 운동만을 허용한다. 이는 유닛으로서 스터드 또는 볼트 상으로 나사 체결된다. 소유권이 있는(proprietary) 드라이버가 내부 슬리브를 계속 유지하고 외부 슬리브를 회전시킨다. 스터드가, 유압 장력기에서와 같은, 과다-연장 및 스프링-백(spring-back)이 없이, 내부 슬리브와 함께 위쪽으로 당겨지고 장력화된다. 내부 너트는 하중 하에서 스터드의 나사산에 대해서 결코 회전되지 않고, 그에 따라 볼트 나사산 박마(galling) 또는 다른 손상의 가능성을 배제한다.
HYTORC NUT™: 조임 및 풀림 중에 공구의 작용 및 반작용력을 기계적으로 이용하고; 장력에서와 같이 당기는 대신에 토크를 무-토션 볼트 연신으로 변환하고; 토크에 비해서, 희망하는 잔류 볼트 연신 또는 하중의 정확한 셋팅 및 성취를 가지는 정밀한 볼트 하중 영점교정(calibration)을 허용하며; 가로-하중, 토션, 하중 전달 및 완화, 반작용 아암, 백업 렌치, 당김부 및 가교부를 제거하며; 중요한 적용예에 대한 볼트 연신 측정을 제거하고; 안전성, 무-오류 볼트작업, 조인트 신뢰성 및 속력을 증가시키고; 50% 초과 만큼 볼트작업 시간을 단축하고; 그리고 변경 없이 모든 조인트에서 작업한다. 이는, 볼트를 당기는 대신에 볼트를 연신시키는 것에 의해서 토크 및 장력을 개선하여 불안한 그리고 체결구 및 조인트를 손상시키는 기계적 반동을 방지한다. 조작자는 항복(yield)의 30% 내지 90%의 임의 개소에서 볼트 하중을 셋팅하고 성취한다.
HYTORC NUT™ 의 발전이, 예를 들어, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 본 출원인의 미국 특허 제5,318,397호; 제5,499,9558호; 제5,341,560호; 제5,539,970호; 제5,538,379호; 제5,640,749호; 제5,946,789호; 제6,152,243호; 제6,230,589호; 제6,254,323호; 제6,254,323호; 및 제6,461,093호에서 개시되어 있다.
그러나, HYTORC NUT™ 은 해결 과제의 세트를 갖는다. 최종 사용자는 표준 너트를 정밀하게 가공되고, 처리되며 윤활된 유닛으로 교체하여야 한다. 부가적으로, 내부 슬리브는 와셔와의 연결 지점에서 반경방향으로 비교적 두꺼울 필요가 있다. 종종, 이러한 연결부가 외부 슬리브로 인가되는 전체 반작용력을 유지할 수 있다. 또한, HYTORC NUT™ 는 생산에 비용이 많이 소요되고 종종 비용을 최소화하려는, 통상적인 볼트작업 최종 소비자에게 판매하기가 어렵다. 또한, HYTORC NUT™의 일부 버전에서, 너트는, 외경이 정규 너트의 외경과 맞아야 하는 2개의 슬리브로 제조되어야 하고, 그에 따라 양 슬리브는 정규 너트 보다 적은 재료를 갖는다. 이는 고강도 재료의 이용을 필요로 하고, 이는 고객의 일부가 재료를 바꾸는 것을 꺼리게 하고 미지의 것에 대한 두려움을 가지게 한다. HYTORC NUT™ 의 다른 버전에서, 볼트를 변경할 필요가 있고, 이는 비용이 소요되고 산업계에서 수용하기가 용이하지 않다.
출원인은 추가적으로 HYTORC NUT™ 제품 라인 및 드라이버 그리고 그와 함께 이용하기 위한 공구로 산업적인 볼트작업을 발전시켰고 많은 볼트작업의 난제를 해결하였다. HYTORC WASHER™ 은 나선형 나사산 체결구 상의 토크작업 너트 및 볼트를 위한 반작용 지점으로서 이용되는 반작용 와셔의 제1 예였다. 반작용 와셔가 볼트 또는 스터드 하중 경로 내에 배치되고 그에 따라 항상 같은 그리고 동일한(same and identical) 하중부여(loading)를 경험한다. 반작용 와셔 시스템에서, 회전 토크가 상단 너트 또는 볼트로 인가되는 한편, 반대되는 반작용 토크가 반작용 와셔 상으로 전달된다. 상단 너트 또는 볼트 그리고 교합(mating) 반작용 와셔는 같은 그리고 동일한 하중 및 토크를 경험한다. 그에 따라, 상대적인 이동이 마찰력에 의해서만 지배된다. 작은 마찰 계수를 가지는 구성요소가 이동하는 경향을 가질 것인 반면, 다른 구성요소는 비교적 고정되어 유지될 것이다.
HYTORC WASHER™ 자가-반작용(self-reacting) 하중 와셔가 통상적인 볼트의 나사산과 연결되는 내부 나사산 단편(segment)을 갖는다. 이는 정규 너트 아래로 피팅되고 볼트가 회전하는 것을 중단시키는 한편, 구동 공구를 위한 반작용 지점을 제공한다. 이는, 소유권이 있는 이중 소켓으로 조여진다. 외부 소켓이 와셔를 유지하고, 내부 소켓은 정규 너트를 회전시키고, 그에 의해서 스터드를 와셔를 통해서 정렬시킨다(drawing up). 공구의 반작용력이, HYTORC WASHER™ 을 정지 상태로 유지하는 유지력으로 변환된다. 이는, 볼트 연신이 축방향 단편으로 하여금 HYTORC WASHER™ 의 내측에서 이동하도록 유도할 때까지, 너트가 회전될 때, 단편 및 그에 따라 볼트를 정지 상태로 유지한다 HYTORC WASHER™ 의 이는 볼트를 당기는 대신에 연신시키는 것에 의해서 토크 및 장력을 개선한다. 하중-전달-완화 또는 기계적 반동의 결여는 항복의 90%까지 연신을 허용한다.
HYTORC WASHER™는: 보다 균일한 잔류 볼트 하중을 위한 기지의(known) 베어링 면 마찰을 제공하고; 스폿 면(spot face)의 정밀-가공을 필요로 하지 않으며; 볼트작업 과정의 토션 및 가로-하중을 최소화하며; 볼트가 너트와 함께 회전하는 것을 방지하고; 반작용 아암 및 백업 렌치를 필요로 하지 않고 직선적인(straight) 축방향 볼트 연신을 생성하고; 원주방향 조인트 압축의 균일성(evenness) 및 잔류 볼트 하중을 증가시키며; 셋업 시간을 단축시키고; 볼트작업 속력을 높이며; 반전된(inverted) 적용예에서도 볼트작업이 보다 축방향으로 배향될 수 있게 하고 손을 자유롭게 하며(hand-free); 볼트작업 안전성을 높이고; 체결구 및 조인트 손상의 위험을 최소화한다.
HYTORC WASHER™ 생산 라인 그리고 그와 함께 사용하기 위한 드라이버 및 공구의 발전이, 예를 들어, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 본 출원인의 미국 특허 제6,490,952호; 제6,609,868호; 제6,929,439호; 제6,883,401호; 제6,986,298호; 제7,003,862호; 제7,066,053호; 제7,125,213호; 제7,188,552호; 제7,207,760호; 및 제7,735,397호에서 개시되어 있다.
그러나, HYTORC WASHER™ 은 해결 과제의 세트를 갖는다. 이는 불필요한 높이를 볼트작업 적용예에 부가한다. 최종 사용자는 종종 표준 스터드 및 볼트를 보다 긴 버전으로 교체하여야 하는데, 이는 조임시에 둘 이상의 나사산이 너트로부터 돌출할 것을 요구하는 규정 때문이다. 또한, HYTORC WASHER™ 는 통상적인 와셔 보다 생산에 더 많은 비용이 소요되고 종종 비용을 최소화하려는, 통상적인 볼트작업 최종 소비자에게 판매하기가 어렵다. 또한, HYTORC WASHER™ 은 너트 마찰이 큰 경우에 자유롭게 그리고 반대 방향으로 회전한다. 동작 중에, HYTORC WASHER™ 는 2개의 면 마찰을 가지고 너트는 면 마찰 및 나사산 마찰을 가지며, 그에 따라 각각의 전체적인 마찰이 거의 동일하고, 이는 HYTORC WASHER™ 이 회전하거나 너트가 회전할 것임을 의미한다. 이를 방지하기 위해서, 예비-하중(pre-load)이 요구되는데, 이는 HYTORC WASHER™ 및 너트 모두가 동시에 감소되는(turned down) 경우에 성취될 수 없다. 마지막으로, 가로 하중 및 토션의 제거에도 불구하고, 부식이 나사산 내에서 여전히 축적되고, 그에 의해서 나사산 박마를 제거하지 못한다.
출원인은 추가적으로 HYTORC SMARTWASHER™ 제품 라인 및 드라이버 그리고 그와 함께 이용하기 위한 공구로 산업적인 볼트작업을 발전시켰고 많은 볼트작업의 난제를 해결하였다. 이러한 자가-반작용 범용 와셔가 너트, 볼트를 포함하는 조임 및 풀림 나사산형 커넥터를 위해서 이용되고, 그러한 볼트는 축을 가지고, 하나의 축방향 측부 상의 와셔의 제1 베어링 면 표면이 너트와 협력하도록 그리고 반대되는 축방향 측부 상의 와셔의 제2 베어링 면 표면이 물체와 협력하도록, 너트와 물체 사이에 와셔를 개재한 상태로 물체 내로 도입된다. 와셔는: 볼트의 직경 보다 크도록 구성된 반경방향 내부 개구부 및 공구의 반작용력을 흡수하도록 구성된 외부 표면을 가지는 반경방향 외부 본체; 반경방향 내부 개구부 내에서 외부 본체의 반경방향 내측에 위치되고 본체에 대한 제한된 축방향 이동으로 외부 본체에 연결될 수 있는, 볼트의 나사산과 결합 가능한 반경방향 내부 단편; 및 반경방향 내부 단편과 너트 사이에 위치되도록 그리고 또한 반경방향 내부 개구부 내에서 외부 본체의 반경방향 내측에 위치되도록 그리고 반경방향 내부 단편으로부터 축방향으로 이격되도록 구성되는 이격부재를 포함한다. 외부 본체, 반경방향 내부 단편, 및 이격부재가 서로에 대해서 조립 가능하고 분해 가능하며, 공통적으로 또는 개별적으로 이용될 수 있다.
출원인은, 균일하고 정확한 볼트 연신이 필요할 때 적용예를 위해서 너트와 물체 사이에 함께 개재된 반경방향 외부 본체 및 반경방향 내부 단편을 이용하였다. 너트가 주어진 힘으로 공구에 의해서 회전될 때, 반경방향 외부 본체가 공구로부터 반대 방향으로 주어진 힘을 받는다. 반경방향 외부 본체는 정지되는 반면, 볼트의 나사산과 결합되는 반경방향 내부 단편은 볼트가 회전하는 것을 형상결합식으로(positively) 방지한다. 볼트가 단지 연신되거나 완화된다. 이러한 경우에, 반경방향 외부 본체 및 반경방향 내부 단편으로 이루어진 와셔가 장력 와셔로서 기능한다.
출원인은, 정밀한 볼트 연신이 필요할 때 그리고 볼트 연신이 제어되어야 할 때 적용예를 위해서 반경방향 외부 본체, 반경방향 내부 단편 및 너트와 물체 사이에 개재된 이격부재를 이용하였다. 너트가 주어진 힘으로 공구에 의해서 회전될 때, 반경방향 외부 본체가 공구로부터 반대 방향으로 주어진 힘을 받는다. 반경방향 외부 본체는 정지되는 반면, 볼트의 나사산과 결합되는 반경방향 내부 단편은 볼트가 회전하는 것을 형상결합식으로 방지한다. 볼트는 단지 연신 또는 완화되고, 동시에, 반경방향 내부 단편이 축방향으로 이동하는 한편 이격부재는 단편의 축방향 이동을 제한한다. 이러한 경우에, 반경방향 외부 본체, 반경방향 내부 단편, 및 이격부재로 이루어진 와셔가 고정밀 와셔로서 기능한다.
출원인은, 균일하고 정확한 볼트 연신이 필요하지 않을 때 정규 적용예를 위해서 너트와 물체 사이에 개재된 와셔의 반경방향 외부 본체만을 이용하였다. 공구가 회전력을 너트로 인가할 때, 본체의 반경방향 외부 표면을 이용하여 동일한 그리고 반대되는 반작용력을 흡수하였다. 너트가 회전하나 반경방향 외부 본체는 정지적으로 유지되고, 이러한 경우에 반경방향 외부 본체만으로 이루어진 와셔가 반작용 와셔로서 기능한다.
HYTORC SMARTWASHER™는 저비용 및 보다 탄력적인 포장에서 HYTORC WASHER™ 의 많은 장점을 제공한다. HYTORC SMARTWASHER™ 생산 라인 그리고 그와 함께 사용하기 위한 드라이버 및 공구의 발전이, 예를 들어, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 본 출원인의 미국 특허 제8,079,795호에서 개시되어 있다.
그러나, HYTORC SMARTWASHER™은 HYTORC WASHER™의 해결과제의 세트와 유사한, 해결 과제의 세트를 갖는다. 이는 불필요한 높이를 볼트작업 적용예에 부가한다. 최종 사용자는 종종 표준 스터드 및 볼트를 보다 긴 버전으로 교체하여야 하는데, 이는 조임시에 둘 이상의 나사산이 너트로부터 돌출할 것을 요구하는 규정 때문이다. 또한, HYTORC SMARTWASHER™는 통상적인 와셔 보다 생산에 더 많은 비용이 소요되고 종종 비용을 최소화하려는, 통상적인 볼트작업 최종 소비자에게 판매하기가 어렵다. 분명하게 출원인은, 반작용 와셔로서 HYTORC SMARTWASHER™의 반경방향 외부 본체 만이 이용될 때, 균일하고, 정확하며 정밀한 볼트 연신이 가능하지 않았던 것으로 믿었다. 부가적으로 반경방향 외부 본체를 가지는 나사산형 삽입체의 이용이 균일하고 정확한 볼트 연신을 초래하였으나, 스터드의 이동은 와셔 두께로 제한된다. 그러한 이동은 이격부재의 이용으로 추가적으로 방지된다. 마지막으로, 가로 하중 및 토션의 제거에도 불구하고, 부식이 나사산 내에서 여전히 축적되고, 그에 의해서 나사산 박마를 제거하지 못한다.
또한, HYTORC SMARTWASHER™는 너트 마찰이 큰 경우에 자유롭게 그리고 반대 방향으로 회전한다. 동작 중에, HYTORC SMARTWASHER™는 2개의 면 마찰을 가지고 너트는 면 마찰 및 나사산 마찰을 가지며, 그에 따라 각각의 전체적인 마찰이 거의 동일하고, 이는 HYTORC SMARTWASHER™이 회전할 수 있거나 너트가 회전할 수 있을 것임을 의미한다. 이를 방지하기 위해서, 예비-하중이 요구되는데, 이는 HYTORC SMARTWASHER™ 및 너트 모두가 동시에 감소되는 경우에 성취될 수 없다.
통상적인 반작용 와셔 시스템에서, 너트 또는 스터드 보다 큰 마찰 하에서 여전히 유지하기 위해서 와셔를 선택적으로 편향시키도록 윤활제가 반드시 도포되어야 한다. 이는 스터드 또는 너트가 회전할 수 있게 하고 나선형 교합 나사산을 통해서 하중을 생성할 수 있게 한다. 요구되는 윤활제 편향은 바람직하지 못하고 반작용 와셔의 설치 프로세스에서 단계를 제어하기 어렵다. 통상적인 반작용 와셔 상의 아주 적은 양의 윤활제도, 너트 또는 볼트 이전에, 반작용 와셔가 회전하거나 미끄러질 수 있게 하는 부정적인 영향을 가질 것이다. 나선형 나사산 볼트 또는 너트에 앞서서 와셔가 회전할 때, 시스템은 볼트 하중을 생성할 수 없다. 윤활 또는 마찰 표면의 부적절한 관리는 종종 통상적인 반작용 와셔의 의도하지 않은 활주 또는 회전을 초래한다.
종래 기술에서의 반작용 와셔의 다른 예가, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는 미국 특허 제7,462,007호 및 제7,857,566호에서 개시된 것을 포함한다. 이러한 반작용 와셔는, 그들이 하중 하에서 탄성적으로 변형하여 예비-하중 또는 활 하중 에너지(live load energy)를 저장함에 따라, 잼(jam) 너트 및 벨빌(Belleville) 와셔에 대한 대체물로서 의미된다. 대부분의 실시예에서, 나사산 보어의 통합은 볼트 상에서의 가로 하중부여를 최소화하기 위한 것이다. 이러한 오목한 및/또는 볼록한 반작용 와셔의 물체와 접촉하는 면적은 하단 와셔 표면의 전체 표면적에 비해서 작다(low). 나사산이 없는 보어가 일 실시예에서 개시된다. 마찰 향상부(enhancement)는, 물체 표면을 조이거나(bite) 물체의 표면 내로 파고 들어가는(dig), 육각형 와셔 형상의 점들 또는 평면형의 널 가공된(knurled) 연장부와 같은, 돌출부를 포함한다. 마찰 향상부를 가지지 않는 실질적으로 편평한 반작용 와셔가 또한 개시된다.
출원인은 유체 동작형 토크 전동 공구에서 체결구 회전 속력을 증가시키기 위한 노력을 하였다. HYTORC® XXI® 는 유체 동작형 렌치이며: 실린더를 포함하는 유체-동작형 드라이브; 실린더 내에서 왕복 이동 가능하고 피스톤 로드 단부를 가지는 피스톤 로드를 구비하는 피스톤; 복수의 치형부(teeth)를 구비하는 래칫(ratchet)을 가지는 래칫 메커니즘; 및 피스톤의 전진 행정 중에 적어도 2개의 멈춤쇠(pawl) 중 하나가 적어도 하나의 래칫 치형부와 결합하는 한편 적어도 2개의 래칫 중 다른 하나가 적어도 하나의 래칫 치형부 위에 있도록 하는 한편, 피스톤의 복귀 행정 중에 적어도 2개의 멈춤쇠 중 다른 하나가 적어도 하나의 래칫 치형부와 결합하는 한편 적어도 2개의 래칫 중 하나가 적어도 하나의 래칫 치형부 위에 있도록 하는, 피스톤 로드와 동작적으로 연결될 수 있고 래칫의 치형부와 결합 가능한 적어도 2개의 멈춤쇠를 구비한다. 적어도 2개의 멈춤쇠 중 적어도 하나가 래칫의 치형부로부터 분리될 수 있고 그 위로 상승될 수 있다. HYTORC® XXI® 은 또한, 조작자에 의해서 드라이브로부터 별개로 활성화될 수 있고 적어도 하나의 멈춤쇠 상에 작용하여 그러한 멈춤쇠를 래칫 치형부로부터 구분하고 래칫 치형부 위로 상승시키는 분리 유닛을 포함한다. 이러한 백래시-방지(anti-backlash) 특징은 래칫이 반대로 회전하여 축적된 토션 및 재료 휘어짐을 해제할 수 있게 하며, 그에 따라 유체 동작형 렌치가 작업을 시작할 수 있다. HYTORC® XXI® 는 세계적으로 최초의 연속적으로 회전하는 유압식 렌치이다. 이는, 이러한 공구가 시장에서의 임의의 다른 렌치 보다 3배까지 더 빠르게 한다. HYTORC NUT™ 및 HYTORC WASHER™의 장점이 HYTORC® XXI® 와 함께 이용될 때 강조된다. HYTORC® XXI® 는, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는 미국 특허 제6,298,752호에서 개시되어 있다.
이어서, 출원인은, 구체적으로 HYTORC® jGUN® 제품 라인 그리고 그와 함께 사용하기 위한 드라이버 및 공구를 생성하는 것에 의해서, 토크 전동 공구에서의 그 것의 완전한 이해 및 혁신을 핸드-헬드(hand-held) 공압식 토크 강화 공구에 적용하였다. 출원인은 이러한 공구를 HYTORC® jGUN® Single Speed, Dual Speed 및 Dual Speed Plus의 상표명으로 판매한다. 너트가 플랜지 표면을 일단 타격하면, 너트를 조이거나 풀기 위한 회전 정도가 매우 작아진다. 고객은 너트를 신속하게 런 다운 또는 런 업하기 위해서(run down or up; 아래쪽으로 이동시키고 위쪽으로 이동시키기 위해서) 빠른 회전 속력을 희망한다. 빠른 런 다운 및 런 오프(run off; 이동시켜 제거하는) 속력을 제공하는 공지된 충격 렌치는, 너트가 플랜지 면을 일단 타격하면, 부정확하고 느린 회전의 단점을 갖는다. 반대로, 공지된 핸드헬드 토크 전동 공구는 토크가 정확하나, 체결구의 런 업 및 런 다운이 비교적 느리다. 또한, 너트가 플랜지 면 상에서 일단 회전되었을 때, 그들은 충격 건(gun) 보다 상당히 더 빨랐다.
공지된 핸드헬드 토크 강화 공구에서의 모터 하우징이 기어 하우징에 대해서 독립적이고, 그에 따라 토크가 조작자의 팔/손 토크 저항을 초과할 수 없다. 그렇지 않은 경우에, 토크의 모터 하우징이 유지될 수 없고 조작자의 손 내에서 회전될 것이다. 시장에는 많은 모터 구동형 토크 증배기(multiplier)가 있고, 그들 중 일부가 2개의 속력 메커니즘을 가지며, 그들 중 일부는 볼트 선단부 상에서 반작용하고, 이는 특별한 볼트를 필요로 하며, 다른 것들은 반작용 아암을 갖는다. 토크 또는 속력이 인가되었든지 간에, 그들의 기어 하우징은 출력 사프트와 반대 방향으로 회전되었다. 빠른 속력에서, 기존 핸드헬드 토크 강화 공구 내의 회전 부분이 베어링을 필요로 하였는데, 이는 기어 및 출력 샤프트가 기어 하우징 내에서 그렇게 빨리 회전되기 때문이다. 그러한 공구의 큰 토크 버전은 너무 크고 너무 무거웠다.
HYTORC® jGUN® 제품 라인은 런 다운 또는 런 업 속력을 가지는 공구를 포함하고, 전체 기어 하우징이 내부 기어 조립체 및 출력 드라이브와 함게 동일한 방향으로 동일한 고속으로 회전한다. 조작자는 일 방향으로 기어 및 출력 샤프트로 회전력을 그리고 동시적으로 반대 회전력을 기어 하우징으로 인가하는 것으로부터 공구를 단순히 스위칭한다. HYTORC NUT™ 및 HYTORC WASHER™제품 라인 그리고 그와 함께 이용하기 위한 드라이버 및 공구가 HYTORC® jGUN® Dual Speed와 양립 가능하다. 예를 들어, HYTORC® jGUN® Dual Speed의 고속의, 작은 토크 실시예에서, HYTORC WASHER™를 가지는 반작용 소켓 및 너트를 가지는 드라이브 소켓이 항상 함께 그리고 동일한 빠른 속력 및 동일한 낮은 토크로 회전된다. 너트가 HYTORC WASHER™ 상에 안착될 때까지, HYTORC WASHER™ 및 너트가 핀에 의해서 하나의 유닛으로서 통합된다. 토크가 증가되고 핀이 전단(shearing)에 의해서 분해되고, 그에 따라 너트가 더 큰 토크 및 느린 속력으로 회전되는 한편, HYTORC WASHER™은 정지적인 물체가 되고 그에 따라 반작용 지점이 된다. HYTORC WASHER™ 및 공지된 너트의 통합은 더 이상 수용될 수 없는데, 이는 파괴된 연결의 피스(piece)가 마찰 계수에 영향을 미치고, 나사산 박마를 유발할 수 있고 나사산 계면에서 원치 않는 유해한 침착물(deposit)을 남기기 때문이다.
HYTORC WASHER™과 함께 이용되지 않을 때, 너트의 회전 중에 생성되는 반작용력을 정지적인 물체로 전환하기 위해서, HYTORC® jGUN® 가 반작용 고정구의 이용을 필요로 하였다. 조작자의 극단(operator's extremitie)이 방해를 받는 경우에 사고를 유발할 수 있는, 반작용 아암이 고속에서 인접한 너트에 대해서 강타되는 것을 방지하기 위해서 런 다운 속력이 제한되어야 한다. 반작용 아암의 접경은 체결구를 조이거나 풀기 위한 느린 속력의, 큰 토크의 동작 모드를 위해서 필요하다. 그러나 - 다시 사고 및 OSHA 기록 가능 상황을 피하기 위해서 - 반작용 아암은 고속의, 작은 토크의 동작 모드에 대해서는 바람직하지 않을 수 있다.
출원인은 그에 대한 완전한 이해 및 혁신을 반작용 고정구를 가지는 토크 전동 공구 및 HYTORC® jGUN® 제품 라인에서 적용하여 핸드-헬드 공압식 토크 강화 공구를 추가적으로 발전시켰다. 출원인은 HYTORC® FLIP-GUN® 제품 라인 그리고 그와 함께 사용하기 위한 드라이버 및 공구를 생성하였다. HYTORC® FLIP-GUN® 은 배치 가능한 반작용 아암을 포함한다. 제1 위치에 배치될 때, 토크 강화기 유닛이 고속의, 작은 토크 모드로 스위칭되고, 공구 축에 대해서 수직 방향인 동안에 반작용 아암이 조작자에 의해서 핸들로서 이용될 수 있다. 반작용 아암이 공구 축에 대해서 동축적인 제2 위치에 있을 때, 토크 강화기 유닛이 저속의, 큰 토크 모드로 스위칭되고, 반작용 아암은 정지적인 물체에 대해서 접경할 수 있는데, 이는 큰 토크가 조작자에 의해서 흡수될 수 없기 때문이다.
종종 적용예 특성이 볼트작업 업무에 부정적인 영향을 미치고, 예를 들어, 부식된, 청정하지 못한, 꺽인(kinked), 파편을 가지는, 버어를 가지는(burred), 박마된, 불규칙적인, 혼란스러운(disoriented), 오정렬된 및/또는 불균일하게 윤활된 스터드 및 너트 나사산 및 표면을 포함한다. 종종 생산 손실이 그러한 부정적인 볼트작업 적용예 특성에 의해서 악화된다. 당연하게 산업계는 일상적이고, 예상치 못한 및/또는 긴급한 유지 보수 및/또는 수리 중의 생산 손실을 감소시키려고 한다.
출원인은, 구체적으로 HYTORC® THRILL® 제품 라인 그리고 그와 함께 사용하기 위한 드라이버 및 공구를 생성하는 것에 의해서, 그 핸드-헬드 공압식 토크 강화 공구를 추가적으로 개혁하였다. HYTORC® THRILL® 은, 산업용 체결구의 무-반작용 및 반작용-보조형 조임 및 풀림에서 동작하는 핸드헬드 이중 모드 파워 구동형 토크 강화기 공구이다. 이는: 체결구를 회전시키기 위한 회전력을 생성하기 위한 모터; 복수의 회전력 증배(multiplication) 전달기를 포함하는 저속/큰 토크 모드를 위한 회전력 증배 메커니즘; 복수의 회전력 충격(impaction) 전달기를 포함하는 고속/작은 토크 모드를 위한 회전력 충격 메커니즘; 적어도 하나의 증배 전달기와 동작적으로 연결되는 하우징; 저속/큰 토크 모드 중에 하우징 상에서 생성된 반작용력을 정지적인 물체로 전달하기 위한 반작용 아암을 포함하고; 저속/큰 토크 모드 중에 적어도 2개의 증배 전달기가 다른 것에 대해서 회전되고; 고속/작은 토크 모드에서 적어도 2개의 증배 전달기가 단일체가 되어 충격 메커니즘으로부터의 해머작업(hammering) 운동을 달성한다. 유리하게, HYTORC® THRILL®는: 조작자 진동 노출을 최소화하고; 충격 메커니즘의 토크 출력을 증가시키는, 증배 메커니즘과 충격 메커니즘 사이의 협력으로부터의 큰 질량으로 인해서, 빠른 속력, 작은 토크 모드에서 큰 회전 관성을 제공하고; 나사산 및 면 변형 및/또는 나사산 박마와 같은 실질적으로 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 극복하기 위해서 조작자에 의해서 흡수될 수 있는 것 보다 큰 토크가 요구될 때에도, 반작용 고정구를 이용하지 않고도 고속으로 체결구를 런 다운 및 런 오프하며; 그리고 체결구의 조인트에 고착된 큰 토크의 또는 부식된 체결구를 풀고 그리고 제2 모드에서 반작용 고정구를 이용하여 희망하는 더 큰 그리고 보다 정밀한 토크까지 체결구를 조인다.
충격 모드는 저속/큰 토크(증배) 모드 중에 THRILL® 내에서 동작될 수 없는데, 이는: 배치 가능한 반작용 아암이 정지적인 물체에 대해서 접경하고; 토크 증배 모드 중에 충격 메커니즘이 폐쇄되기 때문이다. 그러나, 고속/작은 토크 모드 중에, 모터로부터의 회전력이 증배 메커니즘의 초기 스테이지를 통해서 출력 샤프트로 전달되어, 작은 저항으로부터 무저항을 나타내는 너트 또는 볼트 헤드를 런 다운 또는 런 업시킨다는 것을 주목하여야 한다. 충격 메커니즘은 체결구가 부정적인 볼트작업 특성을 나타내고 그에 따라 그러한 기형(deformity)을 극복하기 위한 간헐적인 힘을 필요로 할 때 활성화된다.
HYTORC® jGUN®, FLIP-Gun® and THRILL® 생산 라인 그리고 그와 함께 사용하기 위한 드라이버 및 공구의 발전이, 예를 들어, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 본 출원인의 미국 특허 및 미국 특허출원 제6,490,952호; 제6,609,868호; 제6,929,439호; 제6,883,401호; 제6,986,298호; 제7,003,862호; 제7,066,053호; 제7,125,213호; 제7,188,552호; 제7,207,760호; 제7,735,397호; 제7,641,579호; 제7,798,038호; 제7,832,310호; 제7,950,309호; 제8,042,434호; 제D608,614호; 및 제13/577,995호에서 개시되어 있다.
출원인의 최근의 THRILL®의 혁신에도 불구하고, 가로 하중 및 나사산 박마는 산업적인 볼트작업 적용예의 주요 문제로 남아 있고 시장에서의 강화기 공구에 의해서 전혀 해결되고 있지 않다. 박마는, 종종 열악한 윤활로 인한, 횡방향 이동, 또는 활주 중의 금속 표면들 사이의 마찰 및 접착의 조합에 의해서 유발되는 재료 마모이다. 재료가 박마될 때, 특히 표면들을 함께 압축하는 큰 힘이 존재하는 경우에, 부분들이 접촉 표면으로부터 끌어 당겨지고 인접 표면에 대해서 고착되거나 심지어 마찰 용접된다. 박마는 종종 큰 하중의, 저속 적용예에서 발생된다. 이는, 재료가 하나의 표면으로부터 접착식으로 당겨져, 상승된 덩어리 형태로 다른 표면에 부착되어 남아 있음에 따라, 가시적인 재료의 이동을 포함한다. 박마는 일반적으로 점진적인 프로세스이나, 상승된 덩어리가 박마를 더 유도함에 따라 신속하게 발생되고 신속하게 확산된다.
조여지고 부식된 체결구가 일반적으로 너트와 볼트의 그리고 너트와 플랜지의 결합 나사산들 사이에서 발생되기 때문에, 부식이 길다(long). 부식이 화학물질, 열, 습도 및 윤활을 포함하는 몇 가지 공급원으로부터 유래될 수 있을 것이다. 예를 들어, 높은 온도의 적용예에서, 도포된 윤활제가 조임 중에 건조되고 시간이 경과됨에 따라 나사산들을 함께 결합시킨다. 또한, 용기(vessel) 내에서 그리고 용기가 없는 상태에서 화학적 반작용이 종종 갈바닉 부식을 유발한다. 풀림 중에, 내부 나사산 부식이 볼트 나사산을 따라서 건조된 그리스를 밀어 낸다. 정지적인 물체로 인가되는 반작용력은 너트의 가까운 측부 상으로 회전하게 하는 동일한 힘을 인가한다. 사실상, 공구에 대한 가로 하중 또는 접경력이 그것의 ft.lbs. 토크 출력의 3x 내지 4x가 될 수 있는데, 이는, 드라이브의 중심으로부터 1 피트 초과로 먼 경우에, 반작용 아암의 접경 지점이 종종 절반이 되기 때문이다. 이러한 가로 하중은, 그러한 가로 부하가 인가되는 가까운 측부 상에서, 너트 및 볼트 나사산들이 막대한 힘으로 결합되게 하며, 그에 따라 너트가 회전될 때, 건조된 그리스가 해당 위치에서 쌓이게 된다. 나사산에서의 불균일성이 종종 극복될 수 없다. 볼트와 너트 사이의 나사산의 단지 절반이 결합되고 나사산이 파지(gripping)를 시작한다. 이는 볼트 나사산이 박마되게 유도하고 실질적으로 더 큰 토크를 필요로 하며 그에 따라 너트가 실질적으로 보다 큰 가로 하중을 받게 하며, 이는 볼트 및 너트 나사산을 망가뜨릴 수 있다. 체결구는 종종 나사산 마찰에 의해서 모든 회전력이 이용되는 지점까지 결속되고(lock up), 이는 체결구 또는 체결구를 회전시키는 공구의 파괴를 유발할 수 있다. 체결구를 조이기 위해서 원래 이용되었던 토크 전동 공구가 종종 동일한 부식된 체결구를 푸는데 있어서 불충분하다. 그러한 부식된 체결구는 조임 토크 보다 1x 내지 3x의 보다 큰 ft.lbs.의 풀림 토크 값을 필요로 할 수 있을 것이고, 부가적인 보다 강력한 공구를 필요로 할 수 있을 것이다. 예를 들어, 터빈 및 케이싱과 같은 고온 볼트작업 적용예는 일반적으로 교체에 매우 많은 비용이 소요되는 스테인리스 또는 정밀하게 제조된 체결구를 불가결하게 요구한다. 또한, 최근에 매우 대중적이 된, 양호한(fine) 나사산 볼트의 이용이 이러한 문제를 배가시킨다.
비록 공구에 의해서 체결구로 가로 하중이 인가되지 않더라도, 너트의 풀림 중에 건조된 그리스가 결합 나사산들 내에서 축적됨에 따라, 나사산 박마가 여전히 발생될 수 있다. 그러한 풀림은 하나의 관점에서 원래의 조임 토크 보다 더 큰 토크를 필요로 하고, 이는, 인가되었을 때, 나사산 박마를 초래한다. 이는 내부 슬리브와 외부 슬리브 사이의 HYTORC NUT™ 에서도 발생된다. 풀림 토크를 인가하기에 앞서서 부식부를 분쇄하기 위해서 조작자가 큰 해머로 부식된 체결구를 타격하는 것이 산업계의 관행이다. 이러한 관행은 위험하고, 너트 위에서 연장되는 볼트 나사산을 망가뜨릴 수 있고, 세련되지 못한 것이다. 부정적인 박마가 또한 너트의 면과 플랜지의 면 사이에서 발생되는데, 이는 가로 하중이 피회전 너트의 수직 방향을 변화시키기 때문이다. 이는 다시 너트의 회전 마찰을 증가시키고 풀림 토크에 의해서 생성되는 볼트 하중을 예측할 수 없게 하고, 이는 부정적인 미감(aesthetic), 비-평행(non-parallel) 조인트 폐쇄, 시스템 누출, 그리고 공구, 체결구 및 조인트 고장을 유발한다.
와셔가 보다 경질인 재료로 제조될 때, 공지된 와셔가 나사산형 체결구, 너트, 및 조인트 사이의 표면 박마를 감소시킬 수 있을 것이다. ASME PCC-1-2010의 부록(Appendix) M에는: "관통-경화된(through-hardened) 스틸 와셔의 이용이, 너트를 위한 매끄럽고 저마찰의 베어링 표면을 제공하는 것에 의해서, 토크 입력의 볼트 예비하중으로의 전환을 개선할 것임이 일반적으로 인지되고 있다. 와셔는 회전 너트에 의해서 유발되는 손상으로부터 플랜지의 접촉 표면을 보호한다. 이러한 것은 볼트 조임을 위해서 토크작업 방법(수작업 또는 유압식)이 이용될 때 중요한 고려사항이다." 그러나, 공지된 와셔는 가로 하중에 의해서 생성되는 표면 박마 및 나사산 박마를 최소화 및/또는 제거하지 않는다. 그리고, 공지된 와셔가 조여질 때 이동될 수 있고, 그에 따라 와셔가 고정되어 유지되는 대신에 너트 또는 볼트 헤드와 함께 회전될 수 있다. 이는 토크 장력 관계에 영향을 미칠 수 있다.
전형적인 볼트작업 시스템에서 와셔를 설치하는 다른 목적은, 보다 큰 응력하의 면적을 제공함으로써, 볼트 헤드 및 너트 아래에서 하중을 분산시키기 위한 것이다.
그렇지 않은 경우에, 볼트의 베어링 응력이 연결 재료의 베어링 강도를 초과할 수 있을 것이고, 이는 볼트의 예비하중의 손실 및 재료의 크리핑(creeping)을 유도한다.
공구, 드라이버 및 와셔 디자인 및 동작의 단순화; 반작용력, 굽힘력 및 당김력의 제거; 증가된 볼트 속력, 효율, 신뢰성, 및 반복 가능성이, 모두 저비용으로, 요구된다. 그에 따라, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 고안된 것이다.
HYTORC® Z® 시스템. 본 발명은 출원인의 HYTORC® Z® 시스템을 보호하기 위한 것으로서, 그러한 HYTORC® Z® 시스템은: 외부 반작용 접경부를 이용하지 않는, 토크 증배 메커니즘 및 진동 메커니즘을 가지는 다중-속도/다중-토크 모드를 구비하는 공구; 그러한 공구와 함께 이용하기 위한 인-라인 및 공통-축방향 작용 및 반작용을 초래하기 위한 힘 전달 수단; 그러한 공구 및 힘 전달 수단과 함께 이용하기 위해서 너트 아래에서 와셔로 부착될 수 있는 드라이빙 수단 및 천이 수단; 그러한 공구, 힘 전달 수단 및 드라이빙 수단과 함께 이용하기 위한 연관된 와셔; 및 그러한 공구, 힘 전달 수단, 드라이빙 수단 및 와셔와 함께 이용하기 위한 관련된 부속물을 포함한다.
HYTORC® Z® 시스템은 이하를 포함한다: 와셔/체결구 반경 결합 차이와 같은, 복수의 형상, 크기, 기하형태 및 톱니(serration)의 결합 가능한 둘레, 및 여러 가지 유형, 크기 및 위치의 마찰 계수 증가 처리 수단과 같이, 플랜지 표면에 대한 비교적 큰 마찰 및 너트에 대한 비교적 작은 마찰을 가지는 마찰적으로 편향된 면을 가지는 여러 가지 유형의 너트 또는 볼트 헤드 아래에 위치된 Z® 와셔; 신속 런-다운을 영점교정된 토크와 조합하는 동일한 공구 내의 강력한 충격 메커니즘 및 정밀 토크 증배기를 포함하는 HYTORC Z® 건; Z® 와셔와 반작용하기 위한 외부 슬리브 및 너트 또는 볼트 헤드를 회전시키기 위한 내부 슬리브를 가지는 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용을 가지는 HYTORC® Z® 소켓; AVANTI® 및 ICE® 스퀘어 드라이브 시스템을 포함하는 HYTORC®의 토크/장력 시스템, STEALTH® 제한된 간극 시스템(limited clearance system), 공압식 jGUN® 시리즈, FLASH® 건 및 LITHIUM 시리즈 전기 증배기 등과의 역방향 양립성(backwards compatibility)을 위한 HYTORC® Z® 스플라인 어댑터 및 반작용 판; 조인트의 다른 측부 상의 너트 또는 볼트 헤드 아래의 반대-토크를 위한 이중 마찰-향상 면 와셔를 포함하는 HYTORC® Z® 와셔 및 HYTORC® Dual Friction WasherTM 의 조합체; HYTORC®의 토크/장력 시스템을 이용하는 동안 타이트한(tight) 간극을 위한 HYTORC® Z® 이중 드라이브 오프셋 링크; 및 그 적용된 HYTORC® Z® 진동 메커니즘.
HYTORC® Z® 와셔. 국제 볼트작업 표준은 산업적인 나사산형 체결구 아래에 경화된 와셔가 배치될 것을 요구한다. HYTORC® Z® 와셔는, 조임 및/또는 풀림 중에 체결구의 너트 또는 볼트 헤드의 바로 아래의 반작용 지점이 되는, 출원인이 소유권을 가진, 경화된 와셔이다. HYTORC® Z® 와셔는 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트 또는 스터드에 연결된 스터드-헤드를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구와 함께 사용된다. 그것들은 조작자의 신체가 끼는 지점(pinch point)을 제거한다. 조작자는 내부에서 반작용하기 위한 만족스러운 정지적인 물체를 탐색할 필요가 없다. 직선적인, 공통-축방향 장력화는 스터드의 굽힘 및/또는 가로-하중을 거의 제거한다. 그들은 매끄럽고, 일정하며, 적은-마찰의 상단 표면을 제공하고, 그러한 표면 상에서 너트 또는 볼트 헤드가 회전하며; 그러한 상단은 폴리싱된 표면을 가지며, 그러한 폴리싱된 표면에 대해서 너트 또는 볼트 헤드가 회전할 것이다. 그들은 공구 마찰 향상 하단 표면을 제공하고, 그러한 표면에 대해서 공구가 반작용할 것이다.
Z® 와셔는 손상 또는 침투(embedment)로부터 플랜지 표면을 보호하고 큰 표면적으로 인해서 조인트 주위로 볼트 하중을 균일하게 분산시킨다. 와셔들은 모든 적용예를 위해서 전체 범위(full range)의 재료 선택사항으로 전체 범위의 인치 및 미터법 크기로 제조될 수 있다. 와셔들은 치수, 경도, 및 두께에 대한 모든 ASME, ASTM 및 API 요건을 따른다. 와셔들은 공압식, 유압식, 전기 및 수작업 토크 공구와 함께 작업한다. 그리고, 동반 마찰 와셔(companion friction washer)의 부가로, 이는 대향 너트가 볼트와 함께 회전하는 것을 방지하기 위한 백업 렌치의 필요성을 제거한다.
출원인의 최근의 Z® 와셔-관련 연구 및 개발은: 두께; 외부 결합 크기; 외부 결합 기하형태 및 톱니; 체결구 결합 (상단) 측부 상의 저마찰 코팅 및 처리; 플랜지 결합 (하단) 측부 상의, 널 가공 패턴과 같은, 마찰 향상부의 크기, 형상 및 위치; 하단, 상단, 내측 및 외측 면 상의 모따기(chamfer) 크기 및 형상; 재료 재원(specification); 및 열-처리 재원을 상이하게 시제품화하는 것(prototyping) 및 실험적으로 평가하는 것을 포함한다.
본원의 발명이 첨부 도면을 참조하여 단지 예에 의해서 설명될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 HYTORC® Z® 와셔의 제1 실시예의 상단 및 하단 표면의 사시도들 및 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 도 1a 내지 도 1c의 Z® 와셔 및 너트를 포함하는 나사산 체결구, 즉 Z® 체결구에 의해서 폐쇄되는 조인트의 상향 및 하향 대면 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 Z® 체결구의 박마-최소화된 조임 및/또는 풀림을 위한, 반작용 무-아암 전동 공구, 즉 HYTORC® Z® 건의 측면도 및 사시도들이다.
도 4a 및 도 4b는 조여진 조인트 및 조여진 Z® 체결구의 사시도 및 측면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 조립체, a HYTORC® Z® 소켓의 사시도, 사시도적인 횡단면도 및 측방향 횡단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단 및 Z® 체결구 상으로 작용하는 관련된 힘의 상면도, 저면도, 및 측면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 널 밴드(knurl band)와 같은 Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단의 변화된 치수 및 폭을 가지는 Z® 와셔의 여러 실시예의 복수의 도면이다.
도 8a 내지 도 8l은 다양한 형상의 Z® 와셔의 여러 실시예의 상면도이다.
도 8d1 내지 도 8d3은 Z® 와셔의 다른 실시예의 상단 및 하단 표면의 사시도들 및 측면도이다.
도 8d4 내지 도 8d10은 Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단의 여러 가지 유형, 크기 및 위치의 횡단면적 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 Z® 와셔와 함께 이용하기 위한 대안적인 Z® 체결구 및 Z® 소켓 유형의 횡단면적 측면도이다.
도 10은, 와셔의 직경이 너트의 직경 보다 작은 대안적인 Z® 와셔 및Z® 소켓의 횡단면적 측면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 변화된 치수 및 폭을 가지는 Z® 소켓의 여러 실시예의 도면이다.
도 12a 내지 도 14b는 스플라인 어댑터, 반작용 판 및 오프셋 링크를 포함하는 HYTORC® 토크 공구에 대한 Z® 시스템의 적용예의 사시도이다.
도 15a 내지 도 15g는 Z® 시스템에 대한 HYTORC® 이중 면 마찰 와셔의 적용예의 사시도 및 측면도이다.
도 16a는 저속의, 큰 토크("LSHT") 모드에서의 공구(10A) 형태의 본 발명의 실시예의 사시도이다.
도 16b는 고속의, 작은 토크("HSLT") 모드에서의 공구(10B) 형태의 본 발명의 실시예의 사시도이다.
도 17a는 LSHT 모드에서의 공구(10A)의 측면의 횡단면도이다.
도 17b는 HSLT 모드에서의 공구(10B)의 측면의 횡단면도이다.
도 18은 LSHT 모드에서의 공구(10A)의 회전력 증배 조립체(200) 및 진동력 조립체(300)의 측면의 횡단면도이다.
도 19는 공구(10A) 및 공구(10B)의 드라이브 공구 하우징 조립체(101), 드라이브 공구 핸들 조립체(103) 및 관련된 내부 구성요소의 사시도적인 횡단면도이다.
도 20은 공구(10A) 및 공구(10B)의 모드 천이(shifting) 조립체(400)의 사시도이다.
도 21a는 공구(10F) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 21b는 공구(10G) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 22a는 공구(10H) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 22b는 공구(10I) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 1a 내지 도 1c는 HYTORC® Z® 와셔의 제1 실시예의 상단 및 하단 표면의 사시도들 및 측면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 도 1a 내지 도 1c의 Z® 와셔 및 너트를 포함하는 나사산 체결구, 즉 Z® 체결구에 의해서 폐쇄되는 조인트의 상향 및 하향 대면 사시도이다.
도 3a 내지 도 3c는 Z® 체결구의 박마-최소화된 조임 및/또는 풀림을 위한, 반작용 무-아암 전동 공구, 즉 HYTORC® Z® 건의 측면도 및 사시도들이다.
도 4a 및 도 4b는 조여진 조인트 및 조여진 Z® 체결구의 사시도 및 측면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 조립체, a HYTORC® Z® 소켓의 사시도, 사시도적인 횡단면도 및 측방향 횡단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단 및 Z® 체결구 상으로 작용하는 관련된 힘의 상면도, 저면도, 및 측면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 널 밴드(knurl band)와 같은 Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단의 변화된 치수 및 폭을 가지는 Z® 와셔의 여러 실시예의 복수의 도면이다.
도 8a 내지 도 8l은 다양한 형상의 Z® 와셔의 여러 실시예의 상면도이다.
도 8d1 내지 도 8d3은 Z® 와셔의 다른 실시예의 상단 및 하단 표면의 사시도들 및 측면도이다.
도 8d4 내지 도 8d10은 Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단의 여러 가지 유형, 크기 및 위치의 횡단면적 측면도이다.
도 9a 및 도 9b는 Z® 와셔와 함께 이용하기 위한 대안적인 Z® 체결구 및 Z® 소켓 유형의 횡단면적 측면도이다.
도 10은, 와셔의 직경이 너트의 직경 보다 작은 대안적인 Z® 와셔 및Z® 소켓의 횡단면적 측면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 변화된 치수 및 폭을 가지는 Z® 소켓의 여러 실시예의 도면이다.
도 12a 내지 도 14b는 스플라인 어댑터, 반작용 판 및 오프셋 링크를 포함하는 HYTORC® 토크 공구에 대한 Z® 시스템의 적용예의 사시도이다.
도 15a 내지 도 15g는 Z® 시스템에 대한 HYTORC® 이중 면 마찰 와셔의 적용예의 사시도 및 측면도이다.
도 16a는 저속의, 큰 토크("LSHT") 모드에서의 공구(10A) 형태의 본 발명의 실시예의 사시도이다.
도 16b는 고속의, 작은 토크("HSLT") 모드에서의 공구(10B) 형태의 본 발명의 실시예의 사시도이다.
도 17a는 LSHT 모드에서의 공구(10A)의 측면의 횡단면도이다.
도 17b는 HSLT 모드에서의 공구(10B)의 측면의 횡단면도이다.
도 18은 LSHT 모드에서의 공구(10A)의 회전력 증배 조립체(200) 및 진동력 조립체(300)의 측면의 횡단면도이다.
도 19는 공구(10A) 및 공구(10B)의 드라이브 공구 하우징 조립체(101), 드라이브 공구 핸들 조립체(103) 및 관련된 내부 구성요소의 사시도적인 횡단면도이다.
도 20은 공구(10A) 및 공구(10B)의 모드 천이(shifting) 조립체(400)의 사시도이다.
도 21a는 공구(10F) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 21b는 공구(10G) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 22a는 공구(10H) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 22b는 공구(10I) 형태의 본 발명의 실시예의 측면의 횡단면도이다.
도 1a는 HYTORC® 의 토크/장력 시스템과 함께 사용하기 위한 HYTORC® Z® 와셔의 제1 실시예를 도시한다. 이는 와셔(1)의 상단 측부, 또는 상단 베어링 면(2)의 사시도이다. 도 1b는 와셔(1)의 하단 측부, 또는 하단 베어링 면(3)의 사시도이다. 도 1c는 와셔(1)의 에지 측부, 또는 측부 베어링 면(4)의 측면도를 도시한다.
일반적으로, 와셔(1)가 내부 공극(5)을 가지는 환형 형상이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 와셔(1)의 환형 형상은 꽃-유사 형상을 형성하는 반경방향으로 연장되는 로브(lobe)(6)를 포함한다. 일반적으로, 상단 베어링 면(2)이 너트 또는 볼트 헤드에 대해서 비교적 작은 표면 마찰을 가지고 매끄럽다. 윤활제가 상단 베어링 면(2) 상에서 이용되어, 그 상단 베어링 면과 너트, 볼트 헤드 또는 임의의 다른 그러한 나사산형 체결구 사이의 표면 마찰을 낮출 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 하단 베어링 면(3)이 플랜지 표면에 대한 비교적 큰 표면 마찰로 텍스처 가공된다(textured). 하단 베어링 면(3)이 매끄러운 내부 표면(3A) 및 표면 마찰이 큰, 널(knurl)과 같은, 거친 마찰 향상부(7)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 반경방향으로 상승된 널 패턴(7)은 하단 베어링 면(3)의 표면 마찰을 증가시킨다. 도시된 실시예에서, 널 가공된 표면(7)이 매끄러운 표면(3A)을 넘어서서 위치된 링 또는 환의 형태를 취한다. 외부 로브(6)는 하단 베어링 면(3)과 측부 베어링 면(4) 사이에 형성된 각도형 베벨 면(8)을 포함한다.
와셔(1)는, 특히, 환형 반경(R1A), 로브 반경(R1L), 널 반경(R1K) 및 공극 반경(R1V)을 갖는다. 와셔(1)는 높이(H1), 제1 베벨 높이(H1Bi), 제2 베벨 높이(H1Bii), 널 높이(H1K) 및 베벨 각도(°1)를 갖는다.
도 2a는 상향 대면 사시도를 도시하고, 도 2b는 폐쇄하고자 하는 조인트(30)의 하향 대면 사시도를 도시한다. 조인트(30)는, 볼트로서 당업계에 일반적으로 공지된, 체결구(20)에 의해서 면-대-면 관계로 체결된 제1 부재(31) 및 제2 부재(32)를 포함한다. 체결구(20)가 볼트 헤드(22)를 가지는 제1 단부(21) 및 나사산 결합부(24)를 가지는 제2 단부(23)를 구비한다. 체결구(20)의 제2 단부(23)가, 제2 부재(32)의 베어링 면(34)으로부터 제1 부재(31)의 베어링 면(35)까지 연장되는 제1 및 제2 부재(31 및 32) 내의 개구부(33)를 통해서 삽입된다. 조임 프로세스의 준비 중에, 하단 베어링 면(3)이 베어링 면(35)을 향하는 상태로, 와셔(1)가 제2 단부(23) 위에 배치된다. 나사산 너트(36)가 제2 단부(23) 위에 배치된다.
Z® 와셔는 조인트의 하나의 측부 상에서만 이용되고 그 아래에서는 다른 와셔가 사용되지 않아야 한다. 일반적인 볼트 및 너트 윤활 실무가 이어서 이루어져야 한다. 윤활제는 볼트 나사산들 상에서 그리고 너트 또는 볼트 헤드와 Z® 와셔의 상단 사이에서만 필요하고, 와셔와 플랜지 사이에서는 사용되지 않아야 한다. 임의의 주어진 볼트에 대한 정확한 토크 값이 사용되는 윤활제에 크게 의존한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 일반적으로, 후방-측부 너트 또는 볼트 헤드 상에서 윤활제는 필요하지 않다.
전형적인 산업적 볼트 작업 실무는, 볼트가 조여졌을 때 상단 단부가 너트 위로 2 내지 3개의 나사산 만큼 돌출되도록, 스터드를 조정하는 것이다. 이는, 너트 및 스터드가 완전히 결합되었는지를 확인하기 위한 검사 목적을 위한 것이다. 스터드가 그 보다 더 연장될 이유가 일반적으로 존재하지 않으며, 소켓이 장애 없이 전체 너트와 결합할 수 있도록, 임의의 과다한 길이가 플랜지의 다른 측부에 대해서 조정되어야 한다. 나사산 손상 위험을 줄이기 위해서, 그리고 너트가 용이하게 제거될 수 있도록, 높은 부식 지역에서, 조임 이후에 스터드가 너트와 동일한 높이가 되도록 할 수 있다. 유리하게, 와셔(1) 두께는 이상적이다(ideal). 만약 와셔가 과다하게 두껍다면, 체결구 시스템이 숫놈형 나사산을 충분히 이용하지 못할 수 있을 것이다. 반대로, 와셔가 충분치 못하게 두껍다면, 와셔가 큰 압축 하중 하에서 고장날 수 있을 것이다.
HYTORC® Z® 건(일반적). 동축적인 반작용 표면, 스터드, 및 스터드 또는 스터드에 연결된 스터드-헤드와 나사식으로 결합 가능한 너트를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구의 박마-최소화 조임 및/또는 풀림을 위한 반작용 무-아암 전동 공구가: 회전력을 생성하기 위한 모터; 회전력을 전달하기 위한 드라이브; 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드에 대한 회전력 증배 전달기를 포함하는 하우징 내의 회전력 증배 메커니즘; 및 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드 중에 동작 가능한 간헐적 힘 모드를 위한 진동 전달기를 포함하는 적어도 하나의 진동 힘 메커니즘을 포함한다.
표준 공기 충격 렌치는 제어되지 않는 힘으로 큰 소음과 과다한 진동으로 볼트를 해머작업한다(hammer). HYTORC Z® 건은, 표준 공기 충격 렌치의 제어되지 않은 힘, 큰 소음 및/또는 과다한 진동이 없는 볼트작업 이후에, 볼트 상에서 일정하고 측정되는 파워를 생성하는 정밀 토크 증배기이다. Z® 건은 세계적으로 최초의 토크-정확 반작용 무-아암 공압식 볼트작업 공구이다. 이는 균일하고 정확한 볼트 하중을 보장한다. Z® 건은 강력한 충격 메커니즘 및 정밀 토크 증배기를 동일한 공구 내에 통합시켜, 신속한 런-다운을 영점교정된 토크와 조합한다. 이는 권총 파지 방아쇠(pistol grip trigger)에 의해서 동작되고 조임 또는 풀림을 위한 방향성 제어 스위치, 고속 및 저속을 위한 속력 선택 핸들, 및 너트 아래의 Z® 와셔와 결합하는 자가-반작용 소켓 드라이브를 특징으로 한다. 충격 메커니즘은 부식 또는 나사산 결함과 관계없이 너트를 조이거나 푼다(zip on or off). 토크 증배기 메커니즘은 체결구를 해제하거나 체결구를 아래로 조인다. 이는 Z® 와셔와 함께 작업하고, 그에 따라 외부 반작용 아암이 없고, 끼는 지점이 없으며, 부정확한 가로 하중이 없다. 이는, 이제까지의 모든 공구 보다, 임의의 볼트작업 업무를 더 신속하게 하고, 더 안전하게 하며, 보다 더 양호하게 한다.
Z® 건은, 고속 런다운 모드로부터 저속 토크작업 파워로 그리고 다시 반대로 단순하고 신속하게 천이시키는 것에 의해서 제어되는 이중-속력 능력으로 구축된다. 고속 모드에서 이중 소켓이 분당 몇 백 회전으로 회전되나, 공구가 조작자의 손 내에서 회전하거나 반동할 수 없도록, 토크가 제한된다. 선택기를 위쪽으로 천이시키는 것은 공구를 파워/토크 모드로 록킹하고 너트 또는 볼트는, 영점교정된 공압식 유체 압력을 기초로, 희망 토크까지 자동적으로 조여진다.
유리하게, Z® 건은, 유압식, 공압식, 또는 전기식 토크 강화 공구로, 산업적인 관심사항 및 문제를 해결한다. 이는: 토크 및 장력의 이득을 최대화하고 그 유해성을 제거하며; 가로 하중 및 건조된 부식의 축적으로 인해서 나사산 결합부를 박마시킬 수 있는 - HYTORC NUT™, HYTORC WASHER™, HYTORC® AVANTI®, HYTORC® XXI®, HYTORC® jGUN®, HYTORC® FLIP-Gun® 및 HYTORC® THRILL® 의 의 이득을 최대화하고 그 유해성을 제거하며; 조작자 진동 노출을 최소화하며; 증배기와 충격 메커니즘 사이의 협력으로부터의 보다 큰 질량으로 인해서 간헐적 힘 모드에서 보다 큰 관성을 제공하며, 이는 충격 메커니즘의 토크 출력을 증가시키고; 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 극복하기 위해서 조작자에 의해서 흡수될 수 있는 것 보다 큰 토크가 요구될 때에도 반작용 아암을 이용하지 않고 고속으로 체결구를 런 다운 및 런 오프시키며; 큰 저항 토크 모드에서 동축적인 반작용 표면의 이용으로, 체결구의 조인트에 고착된 큰 토크를 받는 및/또는 부식된 체결구를 풀고 체결구를 희망하는 그리고 보다 정밀한 토크까지 조인다. 풀림을 위해서 너트로 전체 토크를 인가하기에 앞서서, 건조된 부식을 분쇄하기 위해서 너트가 조여지는 동안 진동력 메커니즘이 활성화될 수 있다. 이는 산업용 나사산형 체결구를 푸는데 필요한 적은 토크를 초래하고, 분쇄된 건조 그리스가 나사산의 부분 상에 축적되거나 집중되지 않는다. 또한, 조임 및 풀림 중에 너트가 조인트 면에 대해서 평행하게 유지되고, 나사산은 크고 불규칙적인 가로 하중을 받지 않으며, 그에 따라 면 마찰 및 나사산 마찰을 보다 일정하게 한다. 이는 보다 균일한 토크 하중을 보장하고, 그에 따라, 조임에서 누출 및 가스켓 고장을 피할 수 있는 균일한 조인트 압축을 보장한다. 또한, 공구 사용이 단순화되고, 조작자 오류 위험이 감소되며 조작자 안전이 높아진다.
산업적인 나사산형 체결구(20)는 전형적으로 유압식으로, 공압식으로 또는 전기식으로 구동되는 토크, 장력 및/또는 토크 및 장력 공구를 이용하여 조여진다. 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 체결구(20)의 박마-최소화된 조임 및/또는 풀림을 위한, 반작용 무-아암 전동 공구(10), 즉 HYTORC® Z® 건을 도시한다. 공구(10)는 회전력을 생성하기 위한 모터; 회전력을 전달하기 위한 드라이브; 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드에 대한 회전력 증배 전달기를 포함하는 하우징 내의 회전력 증배 메커니즘; 및 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드 중에 동작 가능한 간헐적 힘 모드를 위한 진동 전달기를 포함하는 적어도 하나의 진동 힘 메커니즘을 포함한다. 공구(10)가, 도 3a 및 도 3b의 공구(10A)에서 도시된 바와 같이, 고속의, 작은 토크("HSLT") 모드에서 동작하고, 도 3c의 공구(10B)에서 도시된 바와 같이, 저속의, 큰 토크("LSHT") 모드에서 동작한다.
도 3a 및 도 3의 공구(10A) 및 도 3c의 공구(10B)는: 드라이브 입력 및 출력 조립체(100); 회전력 증배 조립체(200); 진동력 조립체(300); 모드 천이 조립체(400); 및 HYTORC® Z® 소켓과 같은, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15)를 포함한다.
HSLT 모드에서, 공구(10A)는: 미리-결정된 예비-조임 토크까지 예비-조여진 조인트(30) 상의 예비-하중이 부여된 체결구(20) 상의 안착된 너트(36) 사이에서 와셔(1)를 압축하고; 미리-결정된 예비-조임 토크로부터 풀린 조인트(30) 상의 하중이 부여되지 않은 체결구(20) 상의 너트(36) 사이에서 와셔(1)를 압축해제(decompress)하고; 및/또는 볼트 나사산 부식을 적절히 분쇄하기 위해서 조여진 조인트(30) 상의 하중이 부여된 체결구(20) 상의 조여진 너트(36) 사이에서 가압된 와셔(1)를 진동시킨다. LSHT 모드에서, 공구(10B)는: 미리-결정된 조임 토크까지 부하를 받는 체결구(20) 상의 조여진 너트(36)와 조여진 조인트(30) 사이에서 와셔(1)를 가압하고; 및/또는 미리-결정된 조임 토크로부터 예비-풀림된 조인트(30) 상의 예비-풀림된 체결구(20) 상의 안착된 너트(36) 사이에서 와셔(1)를 압축한다.
HSLT 모드에서, 공구(10A)는: 너트(36)를 안착시키기 위해서 그리고 미리-결정된 예비-조임 토크까지 예비-조여진 조인트 상의 예비-하중을 받는 체결구(20) 상의 와셔(1)를 압축하기 위해서 일 방향의 회전력으로 체결구(20) 상에서 너트(36)를 또는 너트(36) 및 와셔(1) 모두를 런 다운시키고; 미리-결정된 예비-풀림 토크로부터 반대 방향의 회전력으로 예비-풀림된 조인트(30) 상의 예비-풀림된 체결구(20) 상에서 안착된 너트(36) 또는 안착된 너트(36) 및 압축된 와셔(1) 모두를 런 업시키고; 또는 나사산 부식을 적절하게 분쇄하기 위한 진동을 인가하기 위해서 가압된 와셔(1) 위에서 조여진 너트(36)를 진동시킨다(충격을 가한다). LSHT 모드에서, 공구(10B)는: 미리-결정된 조임 토크까지 일 방향의 회전력으로 예비-조임된 조인트(30) 상의 예비-하중이 부여된 체결구(20) 상의 압축된 와셔(1) 상에서 안착된 너트(36)를 조이고 압축된 와셔(1)로 반대 방향의 반작용력을 인가하며; 또는 미리-결정된 조임 토크로부터 반대 방향의 회전력으로 조임된 조인트(30) 상의 하중이 부여된 체결구(20) 상의 가압된 와셔(1) 위에서 조여진 너트(36)를 풀고 가압된 와셔(1)로 반대 방향의 반작용력을 인가한다.
동작 중에, 미리-결정된 예비-풀림 토크에서의 너트(36)의 안착해제(unseating) 및 와셔(1)의 압축해제 시에, LSHT 모드의 공구(10B)가 HSLT 모드의 공구(10A)로 스위칭된다. 동작 중에, 미리-결정된 예비-조임 토크에서의 너트(36)의 안착(seating) 및 와셔(1)의 압축해제 시에; 또는 나사산 부식의 적절한 분쇄 시에, HSLT의 공구(10A)가 LSHT 모드의 공구(10B)로 스위칭된다. LSHT 모드로부터 HSLT 모드로 또는 그 반대로 공구를 스위칭하기 위해서 조작자가 모드 천이 조립체(400)를 이용한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 모드 천이 조립체(400)가 수동 스위치이나, 자동적일 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 유사하게, 진동력(충격력) 조립체(300)의 활성화 또는 비활성화가 수동으로 또는 자동적으로 이루어질 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. LSHT 모드가 조절되는 토크로부터 보조되는 진동으로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있고, HSLT 모드가 조절되는 진동으로부터 보조되는 토크로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 와셔(1)가 회전을 시작하거나 회전 중단되는 경우에도, 진동력(충격력) 조립체(300)가 계속 동작할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 그리고, 화학적, 열적 및/또는 윤활 부식을 극복하는데 있어서 그리고 볼트 나사산 박마를 피하는데 도움을 주기 위해서, LSHT 모드가 너트(36) 풀림을 위해서 진동 보조될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
체결구로 토크를 인가하는 것은 면 마찰, 나사산 마찰뿐만 아니라 볼트 하중을 생성한다. 마찰 및 볼트 하중이 반비례하고: 마찰이 증가함에 따라, 생성되는 볼트 하중의 양이 감소된다. 체결구가 조여지는 속력이 마찰의 크기에 현저한 영향을 미치고, 그에 의해서 폐쇄되는 조인트 내에서 생성되는 볼트 하중에 현저한 영향을 미친다. 유리하게, Z® 건은, 회전 속력이 증가될 때 나사산 및 하부-헤드(under-head) 마찰계수가 감소되는 원리를 이용할 수 있다.
Z® 건은 예를 들어 이하와 같이 동작한다. 업무가, Z® 건-A1을 이용하여 520 ft-lbs의 토크까지 23/8" 너트로 1½" 스터드를 조이는 것을 요구한다고 가정한다. Z® 건-A1는 300 내지 1200 ft-lbs의 토크 범위에 대해서 이용된다. Z® 건-A1은 ¾" 스퀘어 드라이브의 표준 드라이브 크기를 수반하고, 11.92" x 3.29" x 9.47"의 치수(LxWxH)를 갖는다. 드라이브 출력 하우징이 1.98"의 반경을 갖는다. 핸들 높이 및 폭이 각각 6.94" 및 2.12" 이다. 런다운 및 최종 토크 RPM이 범위가 각각 약 4000 내지 7의 범위이다. 공구의 회전력이 필터/조절기/윤활기(FRL)에 의해서 공급되는 공기 압력에 의해서 결정된다. 조작자는 이러한 값에 대한 상응하는 압력/토크 변환표를 참조한다. 이러한 경우에, 520 ft-lbs의 최종 토크가 50 psi의 공압에 상응한다. 그에 따라, 조작자는 FRL의 공기 공급 압력을 50 psi로 설정한다.
도 3b에 따라서, HSLT 모드에서 편안할 때까지 공구(10A)가 플랜지에 대해서 너트(36)를 런 다운시킨다. 와셔(1')는 안착된 너트(36')와 안착된 조인트(30') 사이에서 압축된다. 런 다운(HSLT) 모드에서, 천이기(모드 천이 조립체(400))가 하향 위치에 있고 공구(10A)가 양 손으로 유지된다.
도 3c에 따라서, LSHT 모드에서 토크작업을 시작하기 위해서, 조작자는 천이기(400)를 위쪽 위치의 조작자를 향해서 당긴다. 안착된 너트(36')가 결합되어, 외부 반작용 소켓(17)이 압축된 와셔(1')를 완전히 둘러싸도록 보장한다. 양 손이 안착된 너트(36') 주위의 조임 구역의 외부에 안전하게 위치되기 때문에, 끼는 지점(pinch point)이 없다는 것을 주목하여야 할 것이다. 조작자는, 공구(10B)가 막힐 때까지 그리고 내부 드라이브 소켓(16)을 더 이상 전진시키지 않을 때까지, 방아쇠를 누른다. 조작자는 조여진 너트(36") 및 가압된 와셔(1")로 520 ft-lbs의 토크를 인가하였고, FRL 압력이 유지되는 한, 모든 다른 너트가 동일한 조임력을 받을 것이다. 도 4a 및 도 4b는, 조여진 체결구(20"), 조여진 너트(36") 및 가압된 와셔(1")를 포함하는 조여진 조인트(30")를 도시한다.
베벨 면(8)은 조인트(30) 내의 플랜지와 파이프 사이에 형성된 용접 필릿(fillet)의 클리어링(clearing) 및 다른 간극(clearance) 문제에서 와셔(1)를 보조한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 추가적으로 베벨 면(8)이, 와셔(1)와의 결합 및 회전식 커플링에서 외부 반작용 소켓을 보조한다. 베벨 면(8)이 또한 반전된 볼트작업 적용예에서 이용하는 것을 허용하기 위해서 외부 반작용 소켓(17)에 대해서 이루어지는 수정을 수용할 수 있을 것이다.
조작자는 조여진 너트(36")의 제거를 위해서 프로세스를 반전시키고, 이번에는 LSHT 모드에서 시작된다. 시간 및 부식의 효과는 너트 및/또는 볼트를, 그들이 조여졌었던 때 보다, 제거하는 것을 더 어렵게 만든다. 특정의 토크 값을 달성하는 것이 푸는 것에서는 관심 사항이 아니기 때문에, 조작자는 FRL 공기 압력을 그 최대치에 또는 그에 근접하여 회전시킬 수 있을 것이고, 그에 따라 공구로 거의 최대의 파워를 제공할 수 있을 것이다. 방향 제어는 풀림으로 천이된다. 조작자는 공구(10B)를 적용예로 적용하고 내부 드라이브 소켓(16)을 조여진 너트(36") 상으로 그리고 외부 반작용 소켓(17)을 가압된 와셔(1") 상으로 위치시킨다. 조작자는 속력-선택기(400)를 위쪽으로 당기고, 공구(10B)를 활성화시키며, 조여진 너트가 손으로 회전될 수 있고 가압된 와셔(1")로부터 분리되어 반작용할 때까지, 조여진 너트(36")를 풀도록 진행시킨다. 조작자는 너트(36)를 런 오프시키기 위해서 속력-선택기(400)를 HSLT 위치로 천이시킨다. 풀림을 위해서 너트로 전체 토크를 인가하기에 앞서서, 건조된 부식을 분쇄하기 위해서 너트가 조여지는 동안 진동력 메커니즘이 활성화될 수 있다는 것을 상기할 수 있을 것이다. 이는 산업용 나사산형 체결구를 푸는데 필요한 적은 토크를 초래하고, 분쇄된 건조 그리스가 나사산의 부분 상에 축적되거나 집중되지 않는다.
도 16 내지 도 23과 연관된 이러한 명세서의 부분이 HYTORC Z® 건 및 관련된 공구에 관한 전반적인 설명을 제공한다는 것을 주목하여야 할 것이다.
HYTORC® Z® 소켓. 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용을 가지는 HYTORC® Z® 소켓과 함께 이용될 때, Z® 와셔 장점이 최적화된다. 외부 슬리브가 Z® 와셔 상에서 반작용하고, 내부 슬리브는 와셔에 인접한(와셔의 상단 상의) 너트 또는 볼트 헤드를 회전시킨다. HYTORC® 에 대한 소유권이 있는 그리고 본 발명의 몇몇 이중 소켓 시스템이 정확하게 그러한 것을 한다. 첫 번째로 그리고 먼저, Z® 소켓을 가지는 Z® 건이 이러한 무-반작용 기술의 장점 모두를 취하는 가장 빠르고 용이한 방식이다. 외부 소켓의 부분이 Z® 와셔를 둘러싸고 토크 공구의 본체 상의 스플라인과 회전식으로 커플링된다. 내부 소켓이 공구의 드라이브로 연결되고 너트를 회전시킨다. Z® 건 충격 작용이 너트를 신속하게 런 다운시키고 이어서, Z® 와셔에 대해서 반작용하면서, 제어된 토크 모드로 노력없이(effortlessly) 천이된다. 외부 끼임 지점이 없고 원치않는 가로 하중이 없다. 속력 및 탄력성(flexibility)을 희생하지 않으면서, 처음으로 제어된 토크가 공기 공구에 의해서 가능해진다. 이러한 소유권이 있는 소켓 조립체는 인성 및 안정성에 대해서 모든 적용 가능한 ANSI 표준 보다 우수하고, 임의 업무에 맞추기 위한 전체 범위의 인치 및 미터법 크기가 될 수 있다.
출원인은 그 HYTORC WASHER™-관련 특허 출원에서 와셔에 관한 중요 특성을 개시하였다. 하중 경로 내에 배치된 와셔는 너트(또는 볼트 헤드)와 함께 회전하거나 정지 상태로 멈춰 있고; 와셔는 면 마찰 및 하중 압축으로 인해서 너트와 반대 방향으로 결코 회전하지 않을 것이다. 출원인의 혁신은 인-라인 와셔의 반의 유효성을 결정하였다. 나사산형 삽입체로부터의 마찰 이점에도 불구하고, HYTORC WASHER™ 이 성장될 수 있는데, 이는 이러한 전망 때문이다.
일반적으로 본 발명의 폐쇄하고자 하는 조인트가 볼트 및 너트에 의해서 조여진다. 볼트의 볼트 헤드에 인접하여 경화된 와셔를 가지는, 볼트가 조인트 내의 홀을 통해서 삽입된다. 인접한 기하형태적으로 결합 가능한 경화된 와셔를 가지는 너트가 볼트로 나사체결된다. 내부 작용 소켓이 너트를 회전시키고 조인트를 조이며, 외부 반작용 소켓은 공구의 반작용력을 기하형태적으로 결합 가능한 경화된 와셔로 전달한다. 조인트에 대한 작용 토크가 증가됨에 따라, 작용 토크의 반작용력이 비례적으로 증가된다. 회전 가능하게 결합된 외부 소켓이 경화된 와셔와 기하형태적으로 결합되고, 이는 반작용력으로 인한 조작자에 대한 공구의 회전을 제거한다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 조립체(15)의 사시도이다. 도 5a는 조립된 횡단면적 사시도이다. 도 5b는 조립된 사시도이다. 도 5c는 분해된 사시도이다. 도 5d는 조여진 조인트(30") 상의 반작용 소켓 조립체(15) 및 이중 드라이브 동축적 작용의 평면 횡단면이다.
HSLT 모드에서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 소켓 조립체(15)는 실질적으로 회전력의 진동된 형태를 일 방향으로 너트(36) 및 와셔(1)로 전달하기 위한 것이다. LSHT 모드에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 그 결과가 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있고, 소켓 조립체(15)는 실질적으로 회전력의 증배된 형태를 일 방향으로 너트(36)로 그리고 반작용력의 상응하는 증배된 형태를 다른 방향으로, 정지적인 물체로서 작용하는, 와셔(1)로 전달하기 위한 것이다.
도 5a를 참조하면, 내부 드라이브 소켓(16)이 너트 또는 볼트 헤드 결합 수단(51)을 가지는 내부 연수(52)를 포함한다. 외부 반작용 소켓(17)은, 와셔 외부 에지(4)와 결합하기 위한 와셔(1) 결합 수단(61)을 가지는 하부 내부 에지(62), 또는 외부 소켓 결합 수단(9)을 갖는다. 내부 드라이브 소켓(16)이 외부 반작용 소켓(17) 내측에 실질적으로 배치된다. 이들은 소켓 커플링 수단(18)을 통해서 함께 커플링된다. 소켓들이 공구 하우징을 통해서 반대 방향들로 협력적으로 그리고 상대적으로 회전 가능하다. 하부 내부 에지(62) 및 그 와셔(1) 결합 수단(61) 그리고 와셔(1) 외부 에지(4) 및 그 외부 소켓 결합 수단(9)이 실질적으로 수직이다. 외부 반작용 소켓(17)이 하부 내부 에지(62)의 하단을 향해서 내향으로 경사진 테이퍼형(tapered) 표면을 가지는 하부 외부 에지(63)를 포함한다. 내부 소켓(16)의 하단 면(54)이 외부 소켓(17)의 하부 내부 에지(65)의 상부 면(64) 상에서 및/또는 위에서 회전한다. 소켓 커플링 수단(18)이 HYTORC® 의 유압식 스퀘어 드라이브 공구와 함께 이용되도록 디자인된다는 것을 주목하여야 할 것이다. 소켓 커플링 수단(18A)이, 공구(10A)(및 10B)와 같은, HYTORC® 의 공압식 및 전기식 토크 건과 함께 이용되도록 디자인된다는 것을 주목하여야 할 것이다.
와셔(1)는, 특히, 환형 반경(R1A), 로브 반경(R1L), 널 반경(R1K) 및 중앙 보어 반경(R1V)을 갖는다. 와셔(1)는 높이(H1w), 제1 베벨 높이(H1Bi), 제1 베벨 높이(H1Bii), 널 높이(H1K) 및 베벨 각도(°1)를 갖는다. 너트(36)는 육각 반경(R36N) 및 높이(H36N)를 갖는다. 외부 반작용 소켓(17)이 와셔 결합 반경(R17W)을 가지며, 그러한 와셔 결합 반경은, 와셔(1)와의 용이한 결합에서 외부 반작용 소켓(17)을 보조하는 와셔/외부 소켓 갭 폭(G1A)을 포함한다. 분리 높이(H1L)를 가지는 빈 공간(19)이 내부 소켓(16)과 외부 소켓(17) 사이에 충분한 간극을 제공한다. 내부 소켓(16)이 상부 면(64) 상에서 자유롭게 회전한다.
본원에서 참조로 포함된 HYTORC® 의 특허 및 특허출원에서 개시된 바와 같이, 임의의 적합한 결합 기하형태가 그렇게 할 것임을 주목하여야 할 것이다. 그러나, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는 2014년 1월 21일자로 허여된 "FASTENING SOCKETS, WASHERS AND FASTENERS USED WITH THE WASHERS AND THE FASTENING SOCKETS"라는 명칭의 미국 특허 제8,631,724호를 주목하여야 한다. '724 특허의 외부 소켓 결합 수단은 와셔의 외부 표면과 결합하지 않고, 단지 "외부 에지 부분"과 결합하며, 그에 의해서 실패 가능성을 높인다.
공구(10A)의 외부 반작용 소켓(17)은 HSLT 모드에서 공회전하고 비활성적이다. 이는 회전력 배가 조립체(200)의 하우징과 스플라인 결합되지 않는다. 진동력 조립체(300)의 충격 및/또는 진동력 전달기가 출력 드라이브 샤프트에 스플라인 결합되고, 이는 너트(36)를 체결구(20) 상에서 런 업 및 런 다운시키기 위해서 내부 드라이브 소켓(16)을 회전시킨다. 그러나, 공구(10B)의 다른 반작용 소켓(17)이 너트(36) 아래의 와셔(1)와 회전식으로 커플링되고 기하형태적으로 결합된다. 너트(36')의 안착 시에, 압축된 와셔(1')는 정지적인 물체로서의 역할을 하고, 그에 의해서 회전력 증배 조립체(200)의 하우징이 반작용 소켓(17)을 통해서 반작용한다. 회전력 증배 조립체(300)의 하우징이 정지적으로 유지되는 상태에서, 회전력 증배 전달기는 회전력 출력 드라이브 샤프트를 통해서 안착된 너트(36")를 조인다.
본 발명의 반작용 소켓 조립체를 가지는 공구의 임의 실시예의 동작 중에, 드라이브 샤프트가 너트 또는 볼트 헤드를 회전시킨다. 그러한 공구의 일 실시예의 동작 중에, 반작용 소켓이 HSLT 모드 중에 정지로 유지된다. 그러한 공구의 다른 실시예의 동작 중에, 반작용 소켓이 HSLT 모드에서 드라이브 소켓과 동일한 방향으로 회전하나 LSHT 모드에서는 정지로 유지된다. 그리고, 그러한 공구의 다른 실시예의 동작 중에, 반작용 소켓은, HSLT에서 정지로 유지되거나 드라이브 소켓과 반대 방향으로 회전하나, LSHT 모드에서는 정지로 유지된다.
다시 말해서, 드라이브 소켓은 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드 중에 너트 또는 볼트 헤드와 항상 동작적으로 연결된다. 그리고 반작용 소켓은: 큰 저항 토크 모드 중에 반작용력을 동축적 반작용 표면으로 전달하기 위해서 하우징 및 동축적 반작용 표면으로 동작적으로 연결되고; 작은 저항 토크 모드 또는 간헐적 힘 모드 중에 하우징 및 동축적 반작용 표면으로 동작적으로 연결되며; 또는 작은 저항 토크 모드 또는 간헐적 힘 모드 중에 하우징으로 동작적으로 연결되고 동축적 반작용 표면으로부터 동작적으로 분리된다.
다시 말해서, 본 발명의 토크 전동 공구는: 너트 또는 볼트 헤드를 회전시키기 위해서 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 소켓 조립체와 연결하기 위한 드라이브 수단; 반작용력을 와셔로 전달하기 위해서 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 소켓 조립체의 반작용 소켓과 연결하기 위한 반작용 수단; 드라이브와 반작용 수단 사이의 연결 수단; 고속 저토크 모드 및 저속 고토크 모드를 포함하는 적어도 2개의 동작 모드를 포함하고; 드라이브 소켓은 저속 고토크 모드 및 고속 저토크 모드 모두 중에 드라이브 수단에 의해서 일 방향으로 회전되고; 반작용 소켓은, 드라이브와 반작용 수단 사이의 연결 수단이 고속 저토크 모드에서 활성화될 때 일 방향으로 회전되나, 연결 수단이 고토크 저속 모드에서 비활성화될 때 와셔를 회전시키지 않는다.
그리고, 다시 말해서, 본 발명의 토크 전동 공구는: 드라이브 소켓을 너트 또는 볼트 헤드로 연결하기 위한 드라이브 수단; 반작용 소켓을 와셔로 연결하기 위한 제1 반작용 수단 및 제2 반작용 수단; 적어도 2개의 동작 모드 - 고속 저토크 모드 및 저속 고토크 모드로서; 너트 또는 볼트 헤드를 회전시키기 위해서 양 모드 중에 드라이브 수단에 의해서 드라이브 소켓이 회전되고; 반작용 소켓이 와셔를 너트 또는 볼트 헤드의 아래에 연결하는, 적어도 2개의 동작 모드; 와셔가 큰 크기의 반작용력을 받는 동안 저속 고토크 모드에서 반작용 소켓이 회전하지 않게 정지시키는 제1 반작용 수단; 및 조작자가 작은 크기 반작용력을 받는 동안 고속 저토크 모드에서 반작용 소켓이 회전하지 않게 정지시키는 제2 반작용 수단을 포함한다. 이러한 경우에, 회전력 증배 조립체 하우징 스플라인 어댑터가 제1 반작용 수단이다. 그리고 스플라인 어댑터를 가지는 모드 천이 조립체 스위치 아암이 제2 반작용 수단이다.
본 발명의 이중 소켓, 특히 반작용 슬리브(소켓)가 모든 HYTORC® 의 전기식, 유압식, 및 공압식 토크/장력 시스템과 함께 이용하도록 개발되었다. 공구 반작용 시스템과 주위 체결구 분위기 사이의 최대 간극을 제공하기 위해서, 반작용 슬리브의 외경을 최소화할 필요가 있었다. 반작용 슬리브의 외경을 최소화하는 것은, 작용 소켓의 외경을 또한 최소화할 것을 요구하였다.
일반적으로, 수 많은 부품 기하형태가 본 발명의 슬리브, 소켓 및 어댑터 링을 위해서 고안되었다. 모든 잠재적인 구성요소가 HYTORC® 의 연구 및 개발 센터에서 시제품화되었고 실험적으로 평가되었다. 품질 테스트는 부품으로 무한한 사이클 동안 그들의 특별한 적용 하중을 가하는 것을 포함하였다. 여러 가지 재료 및 열-처리 대안들이 또한 실험적으로 평가되었다.
도 16 내지 도 23과 연관된 이러한 명세서의 부분이 HYTORC Z® 소켓에 관한 부가적인 설명을 제공한다는 것을 주목하여야 할 것이다.
HYTORC® Z® 와셔 - 체결구 반경방향 결합 차이 종래 기술의 반작용 고정구를 가지는 토크 공구에서, 반작용 토크가 작용 토크와 동일하고 반대이다. 그러나, 반작용 아암에 의해서 인가되는 반작용력은 근처의 정지적인 물체 상에서 훨씬 더 크다. 반작용력은 거리, 즉 반작용 아암 길이 만큼 증배된다. 공구에 대한 사실상의 가로 하중, 또는 반작용 접경력이, 예를 들어, 드라이브의 회전력 축으로부터 ½ 피트의 거리의 접경 지점에서 2x 내지 4x의 그 토크 출력의 범위를 가질 수 있을 것이다. 그러한 보다 큰 반작용력은 단지 그 하나의 위치에서 집중된다. 당연하게 더 짧은 반작용 아암은 더 작은 반작용 접경력을 드라이브의 회전력 축에 더 근접한 접경 지점으로 전달한다. 극히 짧은 반작용 아암이 토크 공구 출력과 유사하나, 약간 더 큰 크기의 반작용 접경력을 전달하는 것이 당연한데, 이는 접경 지점이 드라이브의 회전력 축에 극히 근접하기 때문이다.
나사산 내의 불규칙부는 부정적인 볼트작업 특성을 초래한다. 다른 손상 원인들 중에서, 가로 하중은, 그러한 가로 부하가 인가되는 가까운 측부 상에서, 너트 및 볼트 나사산들이 막대한 힘으로 결합되게 하며, 그에 따라 너트가 회전될 때, 건조된 그리스가 해당 위치에서 쌓이게 된다. 종종 전체 나사산 표면적의 작은 분율(fraction) 만이 볼트와 너트 사이에서 결합된다. 이는 볼트 나사산이 박마되게 하고, 이는 너트를 풀기 위해서 상당히 더 큰 토크를 그리고 그에 따라 실질적으로 더 큰 가로 하중을 필요로 한다. 이러한 일련의 사건은 종종 볼트 및 너트 나사산을 망가뜨린다. 체결구는 나사산 마찰에 의해서 모든 회전력이 이용되는 지점에서 결속되거나 고정되고, 이는 체결구 또는 체결구를 회전시키는 공구의 파괴를 유발할 수 있다.
체결구를 조이기 위해서 원래 이용되었던 토크 전동 공구가 종종 동일한 부식된 체결구를 푸는데 있어서 불충분하다. 그러한 부식된 체결구가 파괴 풀림(breakout loosening)을 위한 보다 강력한 공구를 필요로 하는, 조임 토크 보다 2x 내지 4x 더 큰 범위의 풀림 토크 값을 필요로 할 수 있을 것이다. 예를 들어, 터빈 및 케이싱과 같은 고온 볼트작업 적용예는 일반적으로 교체에 매우 많은 비용이 소요되는 스테인리스 또는 정밀하게 제조된 체결구를 불가결하게 요구한다. 또한, 최근에 대중적이 된, 양호한 나사산 볼트의 이용이 이러한 문제를 배가시킨다.
유사하게, 반작용 토크가 HYTORC® 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 소켓 조립체 내의 작용 토크와 동일하고 반대이다. 그러나 반작용 힘 증강 특성이 또한 적용 가능하다. 출원인의 HYTORC WASHER™및 SMARTWASHERTM 관련된 특허 개시 내용을 다시 참조하면, 이러한 와셔는 너트의 반경과 실질적으로 유사한 반경을 갖는다. 이러한 와셔로 인가된 반작용력은 동일하고 반대되는 반작용 토크와 유사한 크기를 가졌었다. 이는, HYTORC WASHERs™ 및 SMARTWASHERsTM 이 왜 종종 너트 또는 볼트 헤드와 함께 회전되는지를 설명하는데 도움이 된다.
산업적인 볼트작업 전문가는 비교적 유사한 체결구 구성요소 크기를 이용할 필요성을 인지하였다. 정상적인 볼트작업 동작에서, 볼트 헤드 또는 너트가 토크작업되는지의 여부는 중요하지 않다. 이는, 물론, 볼트 헤드 및 너트 면이 동일한 직경이고 동일한 마찰 계수를 초래하도록 접촉 표면들이 동일하다는 것을 가정한다. 만약 그들이 그렇지 않다면, 이는 문제가 된다. 너트가 플랜지 작업되었고 볼트 헤드는 그렇지 않았다. 너트가 조여질 것이나 볼트 헤드는 그 대신에 후속하여 조여지는 것으로 조임 토크가 결정되었다면, 볼트가 과다 하중을 받을 수 있을 것이다. 전형적으로 토크의 50%가 조임 표면 하의 마찰을 극복하기 위해서 이용된다. 그에 따라 작은 마찰 반경은 보다 많은 토크가 볼트의 나사산으로 가해지는 결과를 초래할 것이고 그에 따라 과다하게 조여질 것이다. 만약 반대의 경우도 그렇다면, 다시 말해서 볼트 헤드가 조여지고 너트가 후속하여 조여지는 것으로 토크가 결정된다면, 볼트가 적게 조여질 것이다.
과다하게 긴 반작용 아암이 정지적인 물체 근처로 극히 큰 반작용력을 인가하는 것과 같이, 극히 짧은 반작용 아암은 토크 공구 출력과 유사하나, 약간 더 큰 크기의 반작용 접경력을 인가한다. 이러한 의미에서, 외부 반작용 소켓(17)은, 와셔(1)의 외부 에지(4) 주위에서 무한하게 토크 공구 출력과 유사하나, 그보다 약간 더 큰 크기의 반작용 접경력을 인가하는 360°반작용 아암으로 간주될 수 있다. 사실상 외부 반작용 소켓(17)이 너트(36) 아래에서 반작용 와셔(1)로 큰 반작용 접경력을 인가한다. 이는 단지, 너트(36) - 내부 드라이브 소켓(16) 기하형태적으로 성형된 결합 보다 약간 더 큰 와셔(1) - 외부 반작용 소켓(17) 기하형태적으로 성형된 결합을 가지는 것으로 달성될 수 있다. 출원인의 이러한 새로운 관찰과 커플링된 와셔에 관한 기본적인 관찰은 내부에서 반작용하기 위한 정지 와셔를 보장한다.
도 5d를 참조하면, 가압된 와셔(1")의 외부 에지(4)가 조여진 너트(36")의 외부 에지(37)를 넘어서서 연장된다. 분명하게, 와셔 외부 에지(4)에 의해서 수용되는 다른 방향(94)으로 작용하는 반작용력(92)이 너트(36)에 의해서 수용되는 일 방향(93)으로 작용하는 작용 토크(91) 보다 크다. 가압된 와셔(1")는 공구(10B)의 반작용력(92)을 흡수하고, 그에 따라 공구(10B)는 작용 토크(91)를 안착된 너트(36')로 인가하고 약간 더 크나 반대되는 반작용력(92)을 와셔 외부 에지(4)로 인가한다. 안착된 너트(36')가 회전되나, 압축된 와셔(1')는 정지로 유지된다. 이러한 상대적인 배치, 즉 와셔 외측 에지(4)가, 너트 외부 에지(37) 보다, 회전 중심 또는 회전력 축(A10)으로부터 더 먼 것은 본 발명의 하나의 혁신적인 양태이다. 반작용력(92)이 외부 소켓(17)의 유효 레버 아암을 통해서 회전력 축(A10)으로부터 먼 거리(R1A)에 작용하고 이는 와셔(1)를 정지로 유지하는 경향이 있다. 외부 다각형 결합부의 반경들의 차이의 결과로서, 체결구(20)가 조여지거나 풀릴 때, 와셔(1)가 너트(36)와 함께 회전되는 대신에 조인트(30) 상에서 정지적으로 유지된다.
HYTORC® Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단. 도 6을 참조하면, 이는 마찰 계수 증가 처리 수단(60)과 함께 형성된 하단 베어링 면(3)의 저면도를 도시한다. 너트(36)가 매끄러운 상단 베어링 면(2)에 인접하여 도시되어 있다. 마찰 힘은, 거친 접촉 표면(3)과 플랜지 표면(30)의 결합부 보다, 매끄러운 접촉 표면(2 및 38)의 결합부에서 너트(36)와 와셔(1) 사이에서 작다. 그에 따라, 너트(36)가 회전하는 경향이 있고 와셔(1)는 정지적으로 유지되는 경향이 있다.
도 6b, 도 6c, 도 6d 및 도 6e는 이러한 현상을 설명한다. 도 6b는 너트(36)가 와셔(1)의 상단 베어링 면(2)에 대해서 토크작업되고 압축되는 것을 도시한다. 너트(36)의 상단 베어링 면(2) 및 하단 베어링 면(38)이 매끄럽다. 조임 프로세스 중에, 너트(36)와 와셔(1) 사이의 마찰력(71r)이 일 방향(92)으로 작용한다. 너트(36)의 압축력(Fn)이 회전력 축(A10)을 따라서 하향 방향으로 와셔(1) 상으로 작용한다. 반경(r)은 유효 마찰 반경, 또는 회전력 축(A10)으로부터 너트(36)의 하단 베어링 면(38)의 마찰 지역(73r)의 중심까지의 거리이다.
도 6c는 조인트(30)의 베어링 면(35)에 대해서 압축되는 와셔(1)를 도시한다. 와셔(1)의 하단 베어링 면(38) 및 베어링 면(35)이 마찰적으로 그리고 하중으로 결합된다. 조임 프로세스 중에, 와셔(1)와 조인트(30) 사이의 마찰력(72R)이 다른 방향(93)으로 작용한다. 조인트(30)의 압축력(Fb)이 회전력 축(A10)을 따라서 상향 방향으로 와셔(1) 상으로 작용한다. 반경(R)은 유효 마찰 반경, 또는 회전력 축(A10)으로부터 와셔(1)의 하단 베어링 면(3)의 마찰 지역(74R)의 중심까지의 거리이다.
도 6d는 도 6b 및 도 6c의 조합을 도시한다. 도 6e는 Fn 및 Fb를 도시한다. 체결구(20)를 조이는 너트(36)에 의해서 생성되는 압축력(Fc)은 와셔(1)의 양 측부 상에서 동일하고, 그에 따라 Fn= Fb= Fc 가 된다. 마찰력(FR) = μ * Fc이고, 여기에서 μ는 마찰 계수이다. 마찰 계수 증가 처리 수단(60)의 유효 마찰 반경 또는 R은 너트(36)의 유효 마찰 반경 또는 r 보다 크고, 그에 따라 Fc * R > Fc * r라는 것을 주목하여야 할 것이다. 이는, 너트(36)와 와셔(1) 사이의 마찰을 극복하기 위한 토크가, 와셔(1)의 마찰 계수 증가 처리 수단(60)과 조인트(30) 사이의 마찰을 극복하는 토크 보다 작다는 것을 의미한다.
도 6a의 예를 다시 참조하면, 마찰 계수 증가 처리 수단(60)은, 예를 들어, 내부 반경(R7)을 가지는, 반경방향으로 상승된 널 패턴(7)으로서 도시되어 있다. 반경방향으로 상승된 널 패턴(7)은, 토크(τRMAX)를 최대화하는 한편 여전히 너트(36)의 압축 지역 미만이 되도록, 실질적으로 최대 반경(RMAX)에서 가능한 한 회전력 축(A10)으로부터 멀리 배치되어 도시되어 있다. 클램핑 힘이 증가됨에 따라, 널 패턴(7)이 플랜지 면(35) 재료 상에서 자체적으로 셋팅되고, 그에 의해서 와셔(1)가 너트(36)와 함께 회전하려는 것을 저지한다. 마찰 계수(μ)는 일정하게 유지되고 일정한 압축력(Fc)과 곱하여 일정한 마찰력(Fb)을 산출한다. 반작용 토크(τR)는 F * R이다. 최대 토크가 실질적으로 최대 반경(RMAX)에서 달성될 수 있고, 그에 따라 τRMAX = F * RMAX가 된다. 다시 말해서, 와셔(1)의 유효 마찰 반경(R)은 너트(36)의 유효 마찰 반경(r) 보다 크다. 일반적으로 본 발명의 Z® 와셔의 유효 마찰 반경은 너트 또는 볼트 헤드의 유효 마찰 반경 보다 크다. 통상적인 볼트작업 적용예 및 연관된 힘을 설명하기 위한 역학(정적, 동적, 등)의 원리가 또한 당업계에 공지되어 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
달리 설명하면, 반작용 토크가 인가되는 동안 와셔(1)의 활주 또는 회전에 대한 저항은 하중 및 마찰 계수의 함수이다. 이하의 표현식은 반작용 와셔에서의 활주력, 마찰, 하중, 및 토크 사이의 관계를 나타낸다:
활주력 저항 = (마찰 계수) x (하중)
FR = μ * FN
여기에서: FR = 힘(저항), μ = 마찰 계수, 및 FN = 수직 힘(중량 또는 하중).
나사산형 체결구에서, 마찰을 극복하기 위한 그리고 활주 또는 회전을 생성하기 위한 힘은 인가된 토크 및 마찰 반경의 함수이다. 그에 따라 활주를 생성하기 위한 힘이 다음과 같이 표현될 수 있다:
FS = (토크)/(마찰 반경)
FS = τ / rF
여기에서: FR = 힘(활주), τ = 토크, 및 rF = 유효 마찰 반경이다. 그에 따라, 체결구 내에서:
FS = FR
τ / rF = μ * FN 이고, 그에 따라:
τ = μ * rF * FN
전술한 표현식은, 토크 하에서 활주에 대한 저항이 마찰 계수, 하중 및 마찰 표면의 반경의 함수라는 것을 보여준다. 이러한 유효 마찰 반경은 중앙 보어 홀 및 외부 베어링 면 반경들의 평균(mean)으로서 일반적으로 취해진다. 마찰 반경이 증가됨에 따라, 활주 또는 회전에 대한 저항이 증가된다. 그에 따라, 너트 또는 볼트 마찰 반경에 대해서 와셔 마찰 반경을 증가시키는 수단이 와셔를 너트 또는 볼트에 대해서 고정할 것임을 이해할 수 있을 것이다. 그들이 동일하고 반대되는 토크 힘들이기 때문에, 반작용 와셔 및 너트 또는 볼트가 항상 동일한 인가된 볼트 하중 토크 힘을 가질 것이다. 유사한 재료 및 윤활제가 전체적으로 적용될 때, 마찰 계수는 체결구들 내에서 동일하다. 와셔 베어링 면의 마찰 반경을 증가시키는 것에 의해서, 그에 따라, 와셔가 모든 체결 상황에서 너트 또는 볼트에 대해서 고정되어 유지되는 것이 보장될 수 있다.
와셔 마찰 반경은 베어링 표면을 외향으로 편향시키는 것에 의해서 증가된다. 이러한 것은, 최내측의 지역은 무시하면서, 베어링 면의 최외측 지역으로 표면 특징부(feature)를 부가하는 것에 의해서 이루어질 수 있다. 큰 하중 및 교합 표면의 전형적인 매립으로 인해서, 마찰 반경을 효과적으로 증가시키기 위해서 약간의 선택적인 표면 컨디셔닝만이 요구된다.
마찰 계수 증가 처리 수단, 예를 들어 상승된 널 특징부의 위치 및 커버리지 지역 그리고 너트 또는 볼트 헤드의 풋프린트(footprint)에 대한 그 관계는 Z® 시스템의 유효성을 보장한다. 와셔의 하단 표면은 외향으로 배치된 마찰 계수 증가 처리를 포함하여, 조인트의 표면과의 결합을 위한 마찰 부분을 형성한다. 마찰 부분은 하단 표면의 외부 둘레 부분 주위로 배치되고 와셔 본체의 전체 폭 보다 좁은 폭까지 내향으로 연장된다. 마찰적으로 향상된 표면은 볼트 하중을 유지하는 것에 의해서 너트를 록 업하는 경향을 가지고, 그에 의해서 의도하지 않은 풀림을 방지한다. 다시 말해서, 체결구의 조임 또는 풀림 시에 조인트와 와셔 사이의 상당한 마찰을 보장하기 위해서, 와셔의 하단 표면이 거칠게 처리된다. 와셔와 조인트 사이에서 발전되는 마찰력이 상당하고, 하중부여시에 그리고 하중제거의 초기 스테이지 중에 와셔의 원치 않는 회전을 신뢰 가능하게 방지하는 역할을 한다.
마찰적으로 향상된 표면(7)이 완전히 커버하거나 와셔(1)의 하부 표면(3)의 중앙 보어 근처에 또는 비교적 가까이 배치되는 경우에, 예상치 못하게 실험적으로 반복 가능한 성능이 불가능하다. 대부분, 이러한 구성은 실패하고 와셔(1)가 너트(36)와 함께 회전된다.
Z® 와셔 개념은 단지 마찰 계수 증가 처리 수단을 가지는 외부 링과 함께 작용한다. 매끄러운 내부 부분, 즉 내부 표면(3A) 및 거친 외부 부분 모두를 가질 필요가 없다. 그러나, 와셔의 하부측부의 상이한 표면 텍스쳐들은 전체적으로 그리고 와셔의 하단 측부와 상단 측부 사이에서 하단 표면 상으로 마찰 편향하는 것을 보조한다.
본원은 외향으로 천이된 마찰 지역을 가지는 반작용-유형 와셔, 예를 들어 너트에 대한 편향하는 반작용 와셔 마찰 반경 외부 편향을 규정하고, 청구하고 보호하기 위한 것이다. 이는 마찰 표면 반경의 신규하고 자명하지 않은 천이를 생성하여 와셔가 너트에 앞서서 회전하는 것을 방지한다. 마찰 편향을 가지지 않는 종래 기술의 반작용-유형 와셔는, 특히 경질 표면 상에서 이용될 때, 회전하는 경향이 있었다. 이들은 성능이 불충분하였고 이상적인 표면 상에서 이상적인 조건에서만 작용하였다. 회전 반작용-유형 와셔는 바람직하지 못하게 플랜지 면에 대한 손상, 불충분한 산업용 볼트작업 및 시스템 유지보수 동작, 그리고 경제적인 손실을 유발하였다. 본 발명의 마찰 계수 증가 처리 수단이 외부 배치된 정지 와셔는 흠집이 없는 플랜지 면을 유지하고, 산업적인 볼트작업 및 시스템 유지보수 동작의 효율을 높이며, 경제적 손실을 최소화한다.
다시 도 5d와 관련하여, 상대적인 와셔/체결구 반경방향 결합 차이 즉, 와셔(1) 외측 에지(4)가, 너트(36) 외부 에지(37) 보다, 회전 중심으로부터 또는 회전력 축(A10)으로부터 더 먼 것이, 본 발명의 다른 실시예 마찰 계수 증가 처리 수단으로서의 역할을 한다. 긴 결합 반경을 가지는 큰 와셔/플랜지 표면적은 짧은 결합 반경을 가지는 작은 너트/와셔 표면적 보다 면 마찰을 증가시킨다.
달리 설명하면, 본 발명의 볼트작업 적용예에서, 와셔-플랜지 표면적 상호 작용에 의해서 생성된 마찰 토크가 너트-와셔 표면적 상호 작용에 의해서 생성된 마찰 토크 보다 크다. 와셔가 정지적으로 유지되고, 그에 따라 와셔는 공구의 하우징에 대해서 비-회전적으로 유지 소켓을 부착할 수 있다. 유지 소켓이 와셔의 외부 다각형 에지와 결합되는 한편 조임 공구는 너트와 작용 가능하게 결합된다. 조임 시에, 와셔가 너트 아래에서 압축되고, 공구의 하우징이 와셔에 대한 회전에 대해서 고정된다. 와셔는, 조임 토크에 반대되는 공구 하우징의 반작용력 및 반작용 모멘트를 흡수하고 그것을 압축된 와셔 내로 전향시킨다. 외부 반작용 수단은 필요치 않다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 널 밴드와 같은 마찰 계수 증가 처리 수단의 변경된 와셔 치수 및 폭을 도시한다. 도 7a는 비교적 작은 크기의 M14 볼트와 함께 이용하기 위한 내부 공극, 또는 중앙 보어(57A)를 가지는 와셔(17A)를 도시한다. 널 밴드(77A)는 표면적 하부 베어링 면(37A)의 대부분을 둘러싼다. 그럼에도 불구하고, 하부 베어링 면(37A)이 공극(57A)에 인접한 매끄러운 내부 표면(3A7A)을 갖는다. 사실상 매끄러운 내부 표면(3A7A)은, 체결구(20)를 수용하는 공극(57A)과 널 밴드(77A) 사이에 형성된다. 와셔(17A)는 내부 반경(rin7A), 외부 반경(rout7A), 내부 널 반경(rinK7A), 외부 널 반경(routK7A), 및 로브 반경(rL7A)을 갖는다. 유사한 치수가 적용될 수 있을 것이나, 도 7b 및 도 7c에는 도시되지 않았다.
HYTORC WASHERs™ 및 HYTORC SMARTWASHERs™ 이 볼트작업 적용예로 불필요한 높이를 부가하였다는 것을 상기한다. 본 발명의 Z® 와셔의 두께는 전형적으로 그들의 외부 직경에 비해서 얇다. 예를 들어, 도면에서 개시된 와셔의 두께(H1W) 대 외경(D1A)의 평균값(average) 비율이 약 0.08 이고 0.04 내지 0.12 범위가 될 수 있을 것이다. 다른 비율이 본 발명의 Z® 와셔를 설명하며, 그러한 비율에는 이하가 포함된다: 와셔의 높이(H1W) 대 너트의 높이(H36N)의 평균값 비율이 약 0.170이고 0.10 내지 0.30 범위가 될 수 있을 것이며; 와셔의 직경(D1A) 대 너트의 직경(D36)의 평균값 비율이 약 1.10이고 0.80 내지 1.40의 범위가 될 수 있을 것이다. 이러한 비율은 단지 설명 목적으로 제공된 것이다.
Z® 시스템 마찰 편향의 의미있는 특성을 정량화하는 것이 어렵다는 것을 주목하여야 할 것이다. 예를 들어, 와셔 및 너트(또는 볼트 헤드)의 상대적인 표면적은 Z® 시스템으로 마찰 편향 결과에 최소한으로 영향을 미친다. 사실상 비교적 작은 나사산형 체결구가 비교적 큰 나사산형 체결구 보다 광범위하게 상이한 비율을 가질 수 있을 것이다.
가장 유익한 데이터는 나사산형 체결구 및 와셔의 유효 마찰 반경의 계산을 포함한다. Z® 와셔가 그렇게 신뢰 가능하게 작동하는데, 이는 마찰 계수 증가 처리가 중앙 보어로부터 멀리 그리고 외부 에지를 향해서 선택적으로 편향되기 때문이다. 와셔의 유효 마찰 반경은 나사나형 체결구의 유효 마찰 반경 보다 크다. 예를 들어, 그 하단 측부 상에서 마찰 계수 증가 처리의 반경방향 밴드를 가지는 와셔의 유효 마찰 반경이 해당 밴드의 중심이다. 이러한 설명은 정확하게, Z® 와셔의 이용으로 인해서 볼트 하중이 너트 또는 볼트 헤드 아래에서 균일하게 분산되는 이상적인 경우를 가정한 것임을 주목하여야 할 것이다.
비록 상대적인 와셔/체결구 표면적 또는 결합 반경; 상대적인 체결구/조인트 재료 경도; 및 상대적인 체결구/윤활제(몰리코트(molycoat) 등) 또는 코팅과 같은 조인트 표면 처리와 관계없이, 와셔가 모든 적용예 상에서 정지되어 유지되도록 마찰 향상부가 보장하지만, 마찰 향상부가 많은 적용예에서 필수적이지 않을 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 마찰 향상부는, 스터드 및/또는 노트 상에 매우 적은 하중이 있거나 하중이 존재하지 않는 조임 프로세스의 시작시에 매우 강력해진다. 이러한 마찰 편향은 와셔 유지를 항상 개시한다.
대안적으로, 마찰 계수 증가 처리 수단이 조질화(roughening), 다각형 표면, 스플라인, 널, 스파이크, 홈, 슬롯, 돌출 지점, 스코어링(scoring) 또는 다른 그러한 돌출부를 포함한다. 다른 선택 사항이 억지끼워 맞춤된 돌출부, 동심적 또는 나선형 링들, 반경방향 리프(riff) 또는 치형부, 와플 패턴 등을 포함한다. 예를 들어, 선택적인, 널링, 샌딩, 블래스팅, 밀링, 가공, 단조, 주조, 형성(forming), 성형, 조질화, 스탬핑, 조형, 펀칭 굽힘 또는 심지어 단지 내부 지역을 제거하는 것과 같이, 외부 표면적이 플랜지 표면과 보다 공격적으로 상호 작용하도록 강제하는 임의 작업으로 충분하다. 그러한 마찰 계수 증가 처리 수단들의 조합이 이용될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 만약 와셔(1)-외부 반작용 소켓(17) 결합이 너트(36)-내부 드라이브 소켓(16) 결합 보다 약간 더 크다면, 마찰 계수 증가 처리 수단이: 필요하지 않을 수 있고; 와셔 하단 표면 주위의 임의 개소에 배치될 수 있을 것이며; 또는 와셔 하단 표면 주위에서 너트 또는 볼트 헤드의 유효 마찰 반경을 실질적으로 넘어서서 배치될 수 있을 것이다. 발명에 따른 성질을 획득하기 위해서, 와셔 하단 측부이 균일(even)하면 충분하다. 그러나, 대향하는 마찰 표면이 또한 외향으로 테이퍼링될 수 있을 것이고, 그에 의해서 마찰 링의 외부 에지가 내부 에지 보다 더 두껍다. 그러나, 요구되는 경우에, 와셔 및 그에 따른 그 하단 측부가 또한 곡률을 가질 수 있다. 조인트를 향한 볼록한 곡선에서 특히 양호한 결과가 얻어진다. 이러한 것이, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 2008년 12월 9일자로 허여되고 명칭이 "Reactive Biasing Fasteners"인 미국 특허 제7,462,007호에서 개시되어 있다. 그러나, 본 발명의 와셔가 세장형 볼트로 축방향 편향력을 부여하지 않는다는 것을 주목하여야 할 것이다.
일반적으로, 산업적인 볼트작업을 위한 본 발명의 반작용 와셔가: 토크 인가 장차와의 회전 커플링을 허용하는 외부 형상; 및 중심 보어로부터 외향인 지역 내에서 불연속적이고 선택적으로 편향된 하부측부 베어링 마찰 표면적을 포함한다. 이러한 표면 마찰 특징부는 와셔의 하부측부 상에서 선택적으로 생성되고 중심 보어의 반경 근처의 지역의 임의 부분을 배제한다. 이러한 표면 마찰 특징부가 널링, 샌딩, 블래스팅, 밀링, 가공, 단조, 주조, 형성, 성형, 조질화, 스탬핑, 조형, 펀칭 또는 굽힘을 통해서 생성될 수 있을 것이다. 표면 마찰 특징부가 반작용 와셔 보어 근처에서 단순히 재료를 제거하는 것에 의해서 생성될 수 있을 것이다. 표면 마찰 특징부가 또한 보어로부터 외향인 지역 또는 지역들 내의 특징화된 텍스쳐 및/또는 불연속적인 표면으로 생성될 수 있고; 및/또는 단독으로(singularly), 무작위적으로, 또는 임의 어레이 배열로 배치될 수 있을 것이다.
대안적인 Z® 와셔 기하형태. 8a 내지 도 8l은 와셔(1)를 위한 대안적인 형상을 도시한다. 본 발명의 와셔는, 상응하는 적합한 또는 실질적으로 동일한 기하형태로 성형된 외부 소켓 내부 에지(및 그 상응하는 결합 수단)와 비-회전식으로 결합시키기 위한 임의의 적합한 기하형태로 성형된 외부 에지(및 상응하는 결합 수단)를 가질 수 있을 것이다. Z® 와셔(1)의 표준 상용 형상은, 와셔의 중심 지점에 센터링된 가상의 기준 원 주위에서 반경방향으로 교번적으로 그리고 반복적으로 제공되는, 내향으로 연장되는 오목한 부분 및 외향으로 연장되는 볼록한 부분을 포함하는 "꽃 패턴" 와셔이다. 도 8b, 도 8e, 도 8g, 도 8h 및 도 8i는 그러한 꽃 형상의 와셔의 명확한 파생물이다. 도 8k가 복수-측부 형상 결합을 도시하고, 도 8j는 스플라인 결합을 도시하며, 양자 모두가 증가된 수의 결합 치형부로 성형된 꽃으로 간주될 수 있을 것이다.
다른 적합한 기하형태에는, 삼각형, 곡선 삼각형(curvilinear triangle), 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 마름모꼴, 사다리꼴, 사다리꼴, 연, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형, 십각형, 외부 돌출부를 가지는 원, 타원 또는 난형(oval)과 같은 형상이 포함된다. 본 발명의 ZSocket과의 용이한 결합을 돕기 위해서, 임의의 적합한 형상의 외부 에지가 각도형 대신에 곡선형일 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
도 8d1, 도 8d2 및 도 8d3은 도 8d의 실시예인, 여러 가지 전동 공구와 함께 이용하기 위한 Z® 와셔(18D)를 도시한다. 와셔(18D)의 상단 면 및 하단 면의 사시도 그리고 측방향의 횡단면도가 각각 도시되어 있다. 일반적으로, 와셔(18D)는, "8D"라는 아래첨자를 제외하고, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 바와 유사한 치수 및 특성을 가지는 환형 육각형 형상을 갖는다. 와셔(18D)의 육각형 형상은 육각-유사 형상을 형성하는 반경방향 연장 측부 모서리(68A)를 포함한다. 일반적으로 상단 베어링 면(28D)이 작은 표면 마찰을 가지고 매끄럽고, 하단 베어링 표면(38D)은 큰 표면 마찰의 마찰 향상부 또는 하단 모서리(78D)를 갖는다. 윤활제가 상단 베어링 면(28D) 상에서 이용되어, 그 상단 베어링 면과 나사산형 너트(36), 또는 임의의 다른 그러한 나사산형 체결구 사이의 표면 마찰을 낮출 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 반경방향 하단 모서리(78D)는 하단 베어링 면(38D)의 표면 마찰을 증가시킨다. 비록 도시하지는 않았지만, 측부 모서리(68D)가, 상단 베어링 면(28D)과 측부 베어링 면(48D) 사이에 형성된 각도형 베벨 면(angled bevel face)(88D)을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 베벨 면(88D)은 테이퍼형 표면 및 결합 치형부를 포함하는 외부 에지 부분을 구성할 수 있을 것이고, 테이퍼형 표면이 외향으로 그리고 하단 베어링 면(38D) 및 측부 베어링 면(48D)을 향해서 점진적으로 경사진다.
와셔(18D)는, 특히, 환형 반경(R8A), 로브 반경(R8L), 널 반경(R8K) 및 공극 반경(R8V)을 갖는다. 와셔(18D)는 높이(H8), 제1 베벨 높이(H8Bi), 제2 베벨 높이(H8Bii), 널 높이(H8K) 및 베벨 각도(°8)를 갖는다. 그러한 베벨 면(88A)은 플랜지의 모서리 반경의 클리어링 및 다른 간극 문제에서 와셔(18D)를 보조할 수 있을 것이다. 추가적으로 베벨 면(8)이, 와셔(1)와의 결합 및 회전식 커플링에서 외부 반작용 소켓을 보조한다. 베벨 면(8)이 또한 반전된 볼트작업 적용예에서 이용하는 것을 허용하기 위한 외부 반작용 소켓(17)에 대한 수정을 수용할 수 있을 것이다.
Z® 와셔 마찰 계수 증가 처리 수단의 대안적인 배치. 도 8d4 내지 8d10는 플랜지 표면에 대해서 비교적 큰 마찰을 가지고 너트에 대해서 비교적 작은 마찰을 가지는 마찰적으로 편향된 면들의 다양한 반복을 가지는 와셔(18D)를 도시한다. 다시 말해서, 와셔(18D)가 마찰 계수 증가 처리 수단의 여러 가지 유형, 크기 및 위치와 함께 도시되어 있다. 이러한 변경예가 와셔(18D)와 함께 도시되어 있으나, 본 발명에서 개시된 모든 반작용 와셔에도 적용될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 도 8d4는 마찰 향상부가 없이, 매끄러운 하단 측부만으로 도시되어 있다. 도 8d5는, 중앙 보어에 근접한 재료를 제거하는 것에 의해서 와셔의 하단 면 내에서 함몰되어 형성된 마찰 향상부와 함께 도시되어 있다. 도 8d6는 하단 면의 외부 에지 부분에 형성된 마찰 향상부의 비교적 얇은 밴드를 도시한다. 도 8d7은 하단 면의 내부 에지 및 외부 에지 부분으로부터 동일한 거리에 형성된 마찰 향상부의 비교적 두꺼운 밴드를 도시한다. 도 8d8은 하단 면의 내부 에지로부터 거리(1X)에서 그리고 내부 에지로부터 거리(2X)에 형성된 마찰 향상부의 폭(1X)을 가지는 비교적 얇은 밴드를 도시한다. 도 8d9는 마찰 향상 수단을, 이러한 경우에 하단 면의 외부 에지에 형성된 날카로운 에지를 가지는 하향 경사 링을 도시한다. 와셔(18D5)는, 곡선형으로 도시되어 있지만, 세장형 볼트로 축방향 편향력을 부여하지 않는다. 그 대신에, 와셔(18D5)는, 날카로운 에지에서를 제외하고, 높이의 변동을 가지지 않을 수 있을 것이다.
도 8d10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 와셔가 또한 외부 반작용 소켓과의 형상적 록킹 결합(positive locking engagement)을 위한 구성을 구비할 수 있을 것이다. 그러한 형상적 록킹 결합은 와셔(18D)의 외부 에지 내에 형성된 요홈부이다. 외부 반작용 소켓은 핸즈-프리(hands-free) 동작을, 그리고 너트가 일단 안착된 후에, 반전된 볼트작업 적용예에서의 핸즈-프리 동작을 허용하기 위한 상응하는 결합 수단을 포함할 수 있을 것이다.
종래 기술의 마찰 표면을 가지는 산업적 볼트작업을 위한 반작용-스타일 와셔의 개시 내용은 그러한 마찰 표면의 커버리지 범위나 위치의 중요성에 대해서는 설명하지 않는다. 출원인은, 와셔의 전체 하부측부 주위의 또는 볼트 근처의 내부 와셔 반경에 위치되는 마찰 계수 증가 처리 수단이 와셔 이동, 또는 너트와의 회전을 향하는 경향이 있다는 것을 발견하였다. 이러한 전력은 약간 성공적이었으며, 종종 정지 와셔를 초래하였다. 다시 말해서, 와셔의 하부측부의 보다 큰, 전체적인 및/또는 내부 부분에 걸친 보다 많은 마찰 처리는 작은 및/또는 외부 부분에 걸친 마찰 처리 보다 실질적으로 덜 효과적이다.
Z® 와셔와 함께 이용하기 위한 대안적인 체결구 및 Z® 소켓 유형. 도 9a는 한쪽이 막힌 홀 내로 나사산이 형성된 볼트 헤드(20A)를 가지는 볼트 및 HYTORC® 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 소켓 조립체(15)와 함께 이용하기 위한 와셔(18D)를 도시한다. 도 9b는 한쪽이 막힌 홀 내로 나사산이 형성된 소켓 헤드 캡 나사(20B) 및 수정된 HYTORC® 이중 드라이브 동축적 작용 및 반작용 소켓 조립체(15C)와 함께 이용하기 위한 와셔(18D)를 도시한다. 여러 가지 체결구 기하형태가, 도 9b에 도시된 바와 같은, 상응하는 디자인 변화를 가지는 Z® 시스템의 공구, 부분 및 부속물과 함께 이용될 수 있을 것이다. 수정된 소켓 조립체(15C)가 작용 소켓(16)이 아니라 숫놈형 체결구 결합 수단(16C)을 포함한다.
감소된 Z® 와셔 표면적. 도 10은, 가압된 와셔(110A")의 외부 에지(410A)가 조여진 너트(36")의 외부 에지(37)로부터 축소된(curtail) 것을 제외하고, 도 5d와 유사하다. 분명하게, 와셔 외부 에지(410A)에 의해서 수용되는 다른 방향(94)으로 작용하는 반작용 토크 힘(9210A)이 너트(36)에 의해서 수용되는 일 방향(93)으로 작용하는 작용 토크 힘(91) 보다 작을 수 있을 것이다. 가압된 와셔(110A")는 공구(10B)의 반작용 토크 힘(9210A)을 흡수하고, 그에 따라 공구(10B)는 작용 토크(91)를 안착된 너트(36')로 인가하고 적은 반작용력(9210A)을 와셔 외부 에지(410A)로 인가할 수 있을 것이다. 와셔(110A)가 너트(36)와 함께 회전하는 것을 방지하기 위해서, 공격적인 마찰 향상부(710A)가 필요하다. 안착된 너트(36')가 회전되나, 압축된 와셔(110A')가 정지로 유지된다. 이러한 상대적인 배치, 즉 마찰 향상부(710A) 및 그에 따른 와셔(110A)의 유효 마찰 반경이, 너트(36)의 유효 마찰 반경 보다, 회전 중심 또는 회전력 축(A10)으로부터 더 먼 것은 본 발명의 하나의 혁신적인 양태이다. 반작용력(9210A)은 거리(R10A) 또는 와셔(110A)를 정지적으로 유지하는 경향이 있는 회전력 축(A10)으로부터 멀리에서 외부 소켓(17A)을 통해서 작용한다. 유효 마찰 반경들의 차이의 결과로서, 체결구(20)가 조여지거나 풀릴 때, 와셔(110A)가 너트(36)와 함께 회전되는 대신에 조인트(30) 상에서 정지적으로 유지된다. 내부 소켓(16)의 하단 면(54)이 외부 소켓(17A)의 하부 내부 에지(65A)의 상부 면(64A) 상에서 및/또는 위에서 회전한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 이러한 경우에, 내부 소켓(16) 및 외부 소켓(17A)이 상부 면(64A)의 큰 표면적으로 인해서 부가적인 면 마찰을 경험할 수 있을 것이다.
다시 말해서, 너트 또는 볼트 헤드의 외부 에지와 같이-종료되거나 그로부터 축소된 외부 에지를 가지는 와셔가 HYTORC® Z® 시스템과 함께 이용될 수 있을 것이다. 그러한 경우에, 와셔의 유효 마찰 반경이 너트 또는 볼트 헤드의 유효 마찰 반경 보다 크도록 보장하기 위해서 공격적인 마찰 계수 증가 처리 수단으로 와셔의 하단 표면이 형성될 필요가 있다. 와셔 외부 에지에 의해서 수용되는 반작용력이 너트 또는 볼트 헤드 외부 에지에 의해서 수용되는 작용 토크와 실질적으로 동일하거나 그보다 작은 경우에도, 공격적인 마찰 향상부로 성공적인 결과을 얻을 수 있을 것이다. 이러한 상황에서, 그러한 공격적인 마찰 향상부가 조질화, 다각형 표면, 스플라인, 널, 스파이크, 홈, 슬롯, 돌출 지점, 또는 다른 그러한 돌출부를 포함할 수 있을 것이다. R20 을 넘어서서 공격적인 마찰 계수 증가 처리 수단을 오프셋시키는 것은 이러한 경우에 중요한 특징을 유지한다. 수정된 외부 소켓(17A)은 와셔(1)와 결합하고 회전식으로 커플링되기 위한 정교한 디자인을 필요로 한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 또한, 수정된 외부 소켓(17A)이 반전된 볼트작업 적용예를 허용할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
대안적인 Z® 소켓 크기.
도 11a, 도 11b 및 11c는, 직선형 벽을 가지는 외부 소켓(1711A) 및 테이퍼형 벽을 가지는 외부 소켓(1711B 및 1711C)을 포함하는, 다양한 반작용 소켓 크기를 도시한다. 이러한 변경예는 동일한 Z® 건과 함께 이용되도록 하기 위한 다양한 크기의 HYTORC® Z® 와셔 및 나사산형 체결구를 허용한다. 필요에 따라 다른 구성이 이용될 수 있을 것이다.
HYTORC® 토크 공구로 적용된 Z® 시스템. HYTORC® 은, 정규적 간극, 작은 간극 및 오프셋 링크 볼트작업 적용예를 위해서 Z® 시스템을 전기적, 유압적 및 공압적으로 동작하는 토크 전동 공구 모델의 그것의 어레이에 적응(adapt)시키기 위한 스플라인 어댑터 및 반작용 판을 개발하였다. 도 12a는, 도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d에 대해서 설명한 바와 같은, 소켓 커플링 수단, 또는 스플라인 어댑터(18 및 18A)를 도시한다. 스플라인 어댑터(18A)는, 도 12b에 다시 도시된 바와 같은, Z® 건(10A) (및 10B)과 같은, HYTORC® 공압식 및 전기식 토크 건과 함께 사용되도록 디자인된다. 이는, 그 내부 및 외부 측부 상에서 스플라인형 결합을 가지는 환형 링으로서 성형된다. 이중 드라이브 소켓(15)의 내부 드라이브 소켓(16) 및 외부 반작용 소켓(17)이 협력적으로 함께 커플링되고 소켓 커플링 수단(18A)을 경유하여 공구 하우징 및/또는 다른 공지된 및/또는 소유권을 가진 수단을 통해서 LSHT 모드에서 반대 방향들로 상대적으로 회전 가능하다.
도 12c에 도시된 바와 같이, 스플라인 어댑터(18)가, HYTORC® ICE®(10C) 및 HYTORC® AVANTI®(10D) 및 다른 그러한 공구와 같은, 출원인의 유압식 토크 공구와 함께 사용되도록 디자인된다. 이는 상이한 반경들을 가지는 함께 융합된 상부 부분 및 하부 부분을 가지는 계단형 환형 링으로서 성형된다. 상부 링은, 공구(10C 및 10D)의 스플라인형 반작용 지지 부분(19A 및 19B)과의 비회전식 결합을 위한 더 짧은 반경 및 내부 스플라인형 결합을 갖는다. 하부 링은, 외부 반작용 소켓(16) 상의 스플라인형 부분과의 비회전식 결합을 위한 더 긴 반경 및 외부 스플라인형 결합을 갖는다. 이중 드라이브 소켓(15A)의 내부 드라이브 소켓(16) 및 외부 반작용 소켓(17)이 협력적으로 함께 커플링되고 소켓 커플링 수단(18)을 경유하여 공구 하우징 및/또는 다른 공지된 및/또는 소유권을 가진 수단을 통해서 반대 방향들로 상대적으로 회전 가능하다.
도 13a 및 도 13b는 주로 작은 간극 볼트작업 적용예를 위해서 디자인된 HYTORC® STEALTH®(10E)와 함께 사용하기 위한 Z® 반작용 패드(17B)를 도시한다. 반작용 패드(17B)는 STEALTH®(10E)의 치수에 맞도록 성형되고 핀 또는 나사를 통해서 공구 하우징에 비-회전식으로 부착된다. Z® 반작용 패드(17B)가 Z® 와셔(1)와 비-회전식으로 결합된다.
HYTORC® 오프셋 링크로 적용된 Z® 시스템. Z® 시스템 장점은, 예를 들어, 장치(80)와 같은, 소유권을 가진 이중 드라이브 상호 교환 가능 오프셋 링크들로 획득 가능하다. 링크(80)는, 예를 들어, HYTORC® ICE®(10C) 유압식 토크 공구 또는 HYTORC® Z® 건(10B)(또는 10A) 공압식 토크 증배기와 같은, HYTORC®의 소유권을 가진 동축적인 작용 및 반작용 토크 공구에 의해서 파워를 공급 받는다. 다른 그러한 공구에는 HYTORC® 의 소유권을 가진 jGUN® 단일 속력, jGUN® 이중 속력 플러스(Dual Speed Plus), AVANTI®(10D) 및/또는 STEALTH®(10E)이 포함된다. 그러한 소유권을 가진 이중 드라이브 상호 교환 가능 오프셋 링크들이, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는, 이하의 공통 소유된 그리고 함계-계류중인 특허출원에서 전반적으로 개시되어 있다: 2014년 4월 24일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 특허 협력 조약 출원 제PCT/US2014/035375호; 및 2014년 2월 18일자로 출원되고 명칭이 "APPARATUS FOR TIGHTENING THREADED FASTENERS"인 미국 특허출원 제61/940,919호.
도 14a 및 도 14b는 Z® 와셔(1) 위에서 나사산형 체결구(미도시)를 조이거나 풀기 위한 HYTORC® ICE®(10C)로부터의 토크의 전달 및 증배를 위한, 오프셋 드라이브 링크 조립체(80)의 상단 및 하단 사시도를 도시한다. 링크(80)는: 드라이브 힘 입력 조립체(81); 드라이브 힘 출력 조립체(82); 및 반작용력 조립체(83)를 포함한다.
일반적으로, 조임 동작 중에, Z® 와셔(1)의 하단 널링 가공된 면이 폐쇄하고자 하는 조인트 상에 놓이는 한편, 조이고자 하는 너트 또는 볼트 헤드의 하단 면이 Z® 와셔(1)의 상단의 매끄러운 면 상에 놓인다. Z® 와셔(1)의 외부 에지가 반작용력 조립체(83)의 외부 반작용 소켓의 함몰부와 비회전식으로 결합하고 그 내부에서 반작용한다. 한편, 드라이브 힘 출력 조립체(82)의 내부 소켓은 Z® 와셔(1) 위에서 너트 또는 볼트 헤드를 조인다.
유리하게, 오프셋 드라이브 링크 조립체는: 예를 들어, 돌출하는 나사산, 제한된 간극 및 장애물로 인해서 이전에 도달할 수 없었던 체결구에 대한 접근을 허용하고; 전기적, 유압적, 수동적 및/또는 공압적으로 구동되는 이전에 사용될 수 없었던 장치를 실용화하고; 예를 들어, 항공기-등급 알루미늄과 같은, 이전에 사용할 수 없었던 발전된 재료를 실현 가능하게 하며; 볼트작업 적용예 특성에 맞추기 위해서, 예를 들어, 육각형-감소 및 -증가 드라이브 부싱, 숫놈형 대 암놈형 드라이브 어댑터와 같은, 모듈형 구성요소를 생성하며; 정확하고 맞춤 가능한 토크 증배기를 초래하며; 드라이브 힘 및 반작용력 인가를 관리하며(tame); 부식, 나사산 및 면 변형을 극복하며; 볼트 나사산 박마를 방지하고; 가로 하중을 무효화시키며; 대칭적인 조인트 압축을 위한 균형잡힌 볼트 하중을 보장하고; 링크 및 공구 이용을 단순화시키고; 조작자 오류의 위험을 최소화하며; 볼트작업 안전성을 최대화한다.
HYTORC® 이중 면형 마찰 와셔와 함께 사용되는 HYTORC® Z® 시스템. 도 15a 내지 도 15g에 따라서, HYTORC® Z® 시스템의 이용 중에 진행중인 상대적인 마찰 조건에 따라서 후방 너트 또는 볼트 헤드가 회전하지 않게 할 필요가 있을 수 있을 것이다. 필요한 경우에, 조작자는 HYTORC® 소유권 이중 면형 마찰 와셔(85)를 후방 너트 또는 볼트 헤드(22) 아래에 삽입한다. 그것의 2개의 마찰 향상된 면(86 및 87)이, 특히 하중이 볼트(24)로 인가되기 시작하자 마자, 볼트 헤드(22)가 회전하지 않게 한다. 일반적으로, Z® 와셔(1)와 관련된 마찰 설명이 마찰 향상된 면(86 및 87)으로 적용된다. Z® 와셔(1)의 하부 베어링 면(3) 내에서와 같이, 면(86 및 87) 상의 마찰 향상부의 전략적인 배치에 의해서, 유사한 장점이 얻어진다.
다시 말해서, HYTORC® 소유권 와셔 시스템, 또는 이중 반대-토크 와셔 시스템이 외부 반작용력 결합 수단 및 조이거나 풀기 위한 너트 또는 볼트 헤드 아래에서 이용하기 위한 적어도 하나의 마찰 면을 가지는 제1 와셔(예를 들어, Z® 와셔(1)), 및 조인트의 다른 측부 상의 너트 또는 볼트 헤드 아래에서 이용하기 위한 2개의 마찰 면을 가지는 제2 와셔(예를 들어, 이중 면형 마찰 와셔(85))를 포함한다. 이러한 이중 반대-토크 와셔 시스템은 스터드 또는 볼트가 단독으로 회전하는 것을 중단시키고, 그에 따라 체결구의 나사산 및 면 마찰을 제어하여 토크로부터 볼트 하중으로의 보다 양호한 전환을 달성한다. HYTORC® Z® 와셔에 대해서 설명된 임의의 마찰 계수 증가 처리가 HYTORC® 이중 면형 마찰 와셔(85)에 적용될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
이러한 이중 반대-토크 와셔 시스템이 HYTORC® Z® 시스템의 임의 부분, 임의 조합, 또는 전부와 함께 이용될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 토크가 미지의 마찰을 가지고 장력이 미지의 볼트 완화를 가진다는 것을 회상한다. 이러한 와셔 시스템이, 토크 및 장력의 볼트 하중 정확도를 개선하기 위해서 제어될 수 없는 면 마찰 및 제어될 수 없는 가로 하중을 제거하도록 세트로 도입될 수 있을 것이다.
HYTORC® Z® 건(구체적). 예로서 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 그러한 도면은, 원래 도 3a 내지 도 3c도에서 HYTORC Z® 건으로서 도시된, 공구(10A 및 도 10B)의 사시도를 도시한다. 공구(10A 및 10B)는: 드라이브 입력 및 출력 조립체(100); 회전력 증배 조립체(200); 진동력 조립체(300); 모드 천이 조립체(400); 및 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15), 또는 HYTORC® Z® 소켓을 포함한다.
예로서 도 17a를 참조하면, 이는 LSHT 모드에서의 공구(10A)의 측면의 횡단면도를 도시한다. 예로서 도 17b를 참조하면, 이는 HSLT 모드에서의 공구(10B)의 측면의 횡단면도를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 공구(10A 및 10B)의 드라이브 입력 및 출력 조립체(100)를 도시한다. 드라이브 입력 구성요소는 드라이브 발생 메커니즘(102), 핸들 조립체(103), 및 스위칭 메커니즘(104)을 포함하는 드라이브 공구 하우징(101)을 포함한다. 드라이브 발생 메커니즘(102)는 너트(36)를 회전시키기 위해서 일 방향(93)으로 토크 회전력(91)을 생성하고, 유압식, 공압식, 전기식, 또는 수동식 모터를 포함할 수 있는 모터 드라이브 수단으로서 형성된 것으로 도시되어 있다. 드라이브 공구 하우징(101)이, 조작자에 의해서 유지되는 핸들 조립체(103)를 가지는 원통형 본체로서 전반적으로 도시되어 있다. 핸들 조립체(103)는 드라이브 발생 메커니즘(102)을 비동작 위치와 동작 위치 사이에서, 그리고 반대로 스위칭하기 위한 스위칭 메커니즘(104)을 포함한다. 회전력 입력 샤프트(121)가 드라이브 입력 및 출력 조립체(100)의 드라이브 입력 구성요소를 회전력 증배 조립체(200) 및 진동력 조립체(300)와 연결하고 그것들 사이에서 회전력(91)을 전달한다. 회전력 출력 샤프트(122)는, 예를 들어 스퀘어 드라이브로서 형성될 수 있는 드라이빙 부분(123)을 포함한다. 회전력 출력 샤프트(122)는 드라이브 입력 및 출력 조립체(100)의 드라이브 출력 구성요소를 회전력 증배 조립체(200) 및 진동력 조립체(300)와 연결하고 그들과 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15) 사이에서 증배된 또는 진동된 형태의 회전력(91)을 전달한다. 하나의 동작 모드에서, 반작용력 스플라인 어댑터(443)가 반대 방향(94)의 토크 반작용력(92)을 수용한다.
도 18은 LSHT 모드에서의 공구(10A)의 회전력 증배 조립체(200) 및 진동력 조립체(300)의 측면의 횡단면도이다. 도 18은 또한 드라이브 입력 및 출력 조립체(100)의 부분을 도시한다. 다른 도면에서 달리 도시되지 않은 구성요소에는 회전력 출력 샤프트 베어링(191)이 포함된다. 도 19는 공구(10A) 및 공구(10B)의 드라이브 공구 하우징 조립체(101), 드라이브 공구 핸들 조립체(103) 및 관련된 내부 구성요소의 사시도적인 횡단면도이다. 도 19은 드라이브 입력 및 출력 조립체(100)의 부분을 도시한다. 도시된 구성요소는: 핸들 후방 커버(131); 후방 커버(131) 및 하우징(101)의 후방에 인접한 가스켓(137) ; 모터 조리체(102); 맞춤못 핀(dowel pin)(135)에 의해서 제위치에서 유지되는 외부 공기 밸브(133) 및 내부 공기 밸브(134)를 가지는 공기 밸브 조립체(132)를 포함한다. 후방 커버(131)는 BHCS 토크 나사(136)에 의해서 하우징(101)의 후방에 부착되고 그러한 구성요소를 그 내부에서 유지한다. 방아쇠 조립체(150)는: 스위칭 메커니즘(104); 스프링(151); 방아쇠 샤프트 부싱(152); 및 방아쇠 막대(153)를 포함한다. 핸들(103)은 제어 밸브(157) 및 맞춤못 핀(156)을 가지는 제어 밸브 조립체(155); 원뿔형 스프링(161); 조절기 밸브 이격부재(162); 하나가 제어 밸브 조립체(155)와 내부 조절기 하우징(164) 사이에 형성되고 하나가 내부 조절기 하우징(164)과 하단 판(173) 사이에 형성되는, o-링(163)을 포함한다. 메시 스크린(171)이 하단 판(173)과 소음 필터(172) 사이에 형성된다. 소켓 헤드 캡 나사(174)가 그러한 구성요소 및 가스켓(176)을 가지는 하단 판(173)을 핸들 조립체(103)에 연결한다. 공기 피팅(175)이 하단 판(173)으로부터 돌출하고 내부 조절기 하우징(164)에 연결된다. 핸들 누름-버튼 조립체(180)(미도시)는 조작자가 회전력 방향을 변화시킬 수 있게 하고: 누름 버튼 핸들 삽입체(181); 누름 버튼 랙(182); 스프링(183); 및 커넥터(184)를 포함한다.
회전력 증배 조립체(200)는, 복수의 회전력 증배 전달기 조립체를 포함하는 실질적으로 LSHT 모드를 위한 회전력 증배 메커니즘 하우징(201) 내에서 회전력 증배 메커니즘(210)을 포함한다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 실시예에서, 회전력 증배 조립체(200)는 다섯개(5)의 증배 전달기 조립체(211, 212, 213, 214 및 215)를 포함한다. 수많은 공지된 유형의 힘 증배 메커니즘이 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일반적으로, 회전력 증배 전달기 조립체(211 내지 215)는 회전력 증배 메커니즘(210), 복합 유성 기어 장치(epicyclic gearing) 시스템을 구성한다. 이는 중심 태양 기어 주위로 회전하는 복수의 외부 행성 기어(planetary gear)를 포함할 수 있을 것이다. 행성 기어가 이동 가능한 캐리어 상에 장착될 수 있을 것이고, 그러한 캐리어 자체가 태양 기어에 대해서 회전할 수 있을 것이다. 그러한 복합 유성 기어 장치 시스템이, 행성 기어와 맞물리는 외부 링 기어를 포함할 수 있을 것이다. 단순한 유성 기어 장치 시스템이 하나의 태양, 하나의 링, 하나의 캐리어, 및 하나의 행성 세트를 갖는다. 복합 행성 기어 장치 시스템이 맞물린-행성 구조물, 계단형-행성 구조물, 및/또는 다중-스테이지 행성 구조물을 포함할 수 있을 것이다. 단순한 유성 기어 장치 시스템에 대비하여, 복합 유성 기어 장치 시스템은 큰 감소 비율, 큰 토크-대-중량 비율, 및 보다 탄력적인 구성의 장점을 갖는다.
회전력 증배 전달기 조립체(211 내지 215)가: 기어 케이지; 행성 기어; 링 기어; 태양 기어; 워블 기어(wobble gear); 사이클로이드 기어; 유성 기어; 커넥터; 이격부재; 천이 링; 유지 링; 부싱; 베어링; 캡; 동력전달 기어; 동력전달 샤프트; 위치 결정 핀; 드라이브 휘일; 스프링; 또는 그 임의 조합이나 일부를 포함할 수 있을 것이다. 211 내지 215와 같은 회전력 증배 전달기가 다른 공지된 유사한 구성요소를 또한 포함할 수 있을 것이다. 회전력 입력 샤프트(121)가 또한 회전력 증배 전달기로 간주될 수 있을 것이고; 구체적으로 이는 회전력 증배 전달기(211)의 제1 스테이지 모터 태양 기어라는 것을 주목하여야 할 것이다. 회전력 증배 조립체가 잘 알려져 있고 개시되어 있으며 설명되어 있다. 하나의 예가, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는 출원인의 미국 특허 제7,950,309호에서 개시되고 설명되어 있다.
도 18은, 도 17a 및 도 17b 보다 더 구체적으로 회전력 증배 조립체(200)의 일부를 도시한다. 도 18에 도시된 그러나 도 17a 및 도 17b에는 도시되지 않은 구성요소 회전력 증배 조립체(200)에는: 록 너트(250); 록 와셔(249); 베어링(241); 하우징 어댑터(247); 베어링 이격부재(252); 내부 유지 링(243); 베어링(242); 기어박스 커넥터(248); 상단 및 하단 내부 유지 링(251); 상단 및 하단 볼 베어링(246); 이중 밀봉형 베어링(244); 및 내부 유지 링(245)이 포함된다.
진동력 조립체(300)는 하나의 또는 복수의 진동 전달기를 포함하는 실질적으로 HSLT 모드를 위한 진동력 메커니즘 하우징(301) 내의 진동력 메커니즘(310)을 포함한다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 실시예에서, 진동력 조립체(300)는 2개의 진동, 구체적으로 충격, 전달기(311 및 312)를 포함한다. 여러 가지 공지된 진동 메커니즘이 존재하고, 종종 앤빌(anvil) 및 회전 해머로 이루어진 충격력 메커니즘을 포함한다는 것을 이해하여야 할 것이다. 해머가 모터에 의해서 회전되고 앤빌이 회전 저항을 갖는다. 각각의 충격이 해머작업 힘을 부여하고, 이는 출력 드라이브로 전달된다.
일반적으로, 진동력 조립체가 초음파 힘 전달기를 포함하는 초음파 힘 메커니즘과 같은 진동력 메커니즘; 질량 불균형(mass imbalance) 힘 전달기, 또는 시간-변동 요동(disturbance)(하중, 변위 또는 속도) 힘 전달기를 포함하는 임의의 다른 시간-변동 요동(하중, 변위 또는 속도) 메커니즘을 포함하는 질량 불균형 힘 메커니즘을 포함할 수 있을 것이다. 추가적인 진동 힘 조립체가: 해머; 앤빌; 커넥터; 이격부재; 천이 링; 유지 링; 부싱; 베어링; 캡; 동력전달 기어; 동력전달 샤프트; 위치 결정 핀; 드라이브 휘일; 스프링; 또는 그 임의 조합을 포함할 수 있을 것이다. 311 내지 312와 같은 진동 전달기가 다른 공지된 유사한 구성요소를 또한 포함할 수 있을 것이다. 도 18이 또한 맞춤못 핀(320)을 도시한다.
일반적으로 공구(10A 및 10B)의 RPM은 토크 출력이 증가됨에 따라 감소된다. 대안적으로, RPM이 미리 결정된 수 미만으로 떨어지거나 넘어서서 진행될 때, 진동력 메커니즘(310)이 무효화되거나 유효화되도록, 진동력 메커니즘(310)의 활성화 또는 비활성화가 이루어질 수 있을 것이다. HSLT 모드에서, 진동력 메커니즘(310)은 회전력을 너트로 제공한다. LSHT 모드에서, 진동력 메커니즘(310)이 공구의 하나의 부분으로부터 다른 부분으로 회전력을 전달하기 위한 연장부로서 작용한다. 진동력 메커니즘(310)이 공구 모터에 근접하여, 공구 출력 드라이브에 근접하여 또는 그 사이의 임의 개소에 위치될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
HSLT 모드에서, 진동력 메커니즘(310)이 회전력을 항상 수용하고 회전하며; 하우징이 회전력을 수용하거나 수용하지 않을 수 있을 것이고; 토크 출력이 비교적 작을 수 있고, 이는 하우징이 왜 반작용할 필요가 없는지의 이유가 된다. 도 17a 및 도 17b의 실시예에서, 진동력 메커니즘(310)이 HSLT 모드와 같은 고속 모드에서만 동작될 수 있다. 이는 다시, HSLT 모드와 같이, 토크 증강기 메커니즘이 동작 가능할 때, 느린 속력에서, 충격이 없고 및/또는 최소 진동이 있다는 것을 의미한다. HSLT 모드 중에, 적어도 2개의 증배 전달기가 단일체이고 해머와 함께 회전하여 관성을 증가시키고 충격 메커니즘으로부터의 해머작업 운동을 보조한다. 체결구가 부식, 나사산 및 면 변형 및/또는 나사산 박마를 나타내지 않거나 거의 나타내지 않을 때, 진동력 메커니즘(310)이 HSLT 모드에서 필수적이지 않을 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
활주 작용 모드 천이 조립체(400)가 실질적으로 LSHT 모드로부터 HSLT 모드로 공구(10A)를 천이시키기 위한 그리고 HSLT 모드로부터 LSHT 모드로 공구(10B)를 천이시키기 위한 것이다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 실시예에서, 활주 작용 모드-천이 조립체(400)가: 천이기(shifter) 베이스 (401); 천이기 칼라 (442); 스플라인 천이기 스위블(swivel)(443); 천이기 스플라인 링 (445); 외부 천이 링 (456); 및 내부 천이 조립체(450)를 포함한다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 바와 같이, 내부 천이 조립체(450)가: 내부 천이 부싱(452); 내부 천이 링(453); 및 커플링 볼 베어링(454)을 포함한다.
활주 작용 모드-천이 조립체(400)가: 수동 조립체(순차적 수동, 비동기식 또는 예비선택기) 또는 자동 조립체(매뉴매틱(manumatic), 반자동, 전자유압식, 삭소매트(saxomat), 듀얼 클러치 또는 연속 가변); 토크 컨버터; 펌프; 행성 기어; 클러치; 밴드; 밸브; 커넥터; 이격부재; 천이 링; 유지 링; 부싱; 베어링; 칼라; 록킹 볼; 캡; 동력전달 기어; 동력전달 샤프트; 동기화기; 위치 결정 핀; 드라이브 휘일; 스프링; 또는 그 임의 조합이나 일부를 포함할 수 있을 것이다. 모드 천이 구성요소가 다른 공지된 유사한 구성요소를 또한 포함할 수 있을 것이다. 여러 가지 공지된 모드-천이 조립체가 존재하고, 종종 칼라, 링 및 록킹 볼로 이루어진 천이 구성요소를 포함한다는 것을 이해하여야 할 것이다.
도 18은, 도 17a 또는 도 17b 보다 더 상세한 활주 작용 모드 천이 조립체(400)의 일부를 도시한다. 도 18에 도시된 그러나 도 17a 및 도 17b에는 도시되지 않은 천이 조립체(400)의 부가적인 구성요소에는: 내부 유지 링(451, 457 및 459); 하단 및 상단 부싱(446 및 447); 그리고 천이기 링 반작용 플러그(458)가 포함된다. 도 20은 공구(10A) 및 공구(10B)의 모드 천이 조립체(400)의 사시도이다. 도 20은 모드-천이 조립체(400)의 상당한 외부 부분을 도시한다. 다른 도면에 달리 도시되지 않은 구성요소는: 록 샤프트 캡(402); 핸들 삽입체(403); 핸들 그립(404); 당김 핸들(405); 액추에이터 링크 및 천이기 핀(406); 피봇 핀(407); 천이기 연장 브라켓(410); SHCS(411); 천이기 체결구 조립체(430); 하단 및 상단 천이기 링크(441); 파동 스프링(448); 그리고 홀더 스플라인(449)을 포함한다.
도 5a 내지 도 5d를 다시 참조하면, 그 도면은 공구(10A) 및 공구(10B)의 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15) 그리고 공구(10C) 및 공구(10D)의 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15A)의 사시도 및 횡단면도를 도시한다.
LSHT 모드에서, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15)는 실질적으로 회전력(91)의 증배된 형태를 일 방향(93)으로 너트(36)로, 그리고 반작용력(92)의 상응하는 증배된 형태를 다른 방향(94)으로 정지 물체로서 작용하는 Z® 와셔(1)로 전달하기 위한 것이다. HSLT 모드에서, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15)는 실질적으로 회전력(91)의 진동된 형태를 일 방향(93)으로 너트(36)로 또는 너트(36) 및 와셔(1)로 전달하기 위한 것이다. 도 17a 및 도 17b에 도시된 실시예에서, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(15)는 내부 드라이브 소켓(16) 및 외부 반작용 소켓(17)을 포함한다. 외부 반작용 소켓(17)은 LSHT 모드 중에 반작용력 스플라인 천이기 스위블(443)과 비회전식으로 결합 가능하다. 캐스털레이션(castellation), 스플라인 및 다른 기하형태를 포함하는, 나사산 체결구 및 너트 및 그 와셔로 회전력 및 반작용력을 전달하기 위한 여러 가지 공지된 결합 메커니즘이 존재한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
공구(10A)가 LSHT 모드에서 이하에 따라서 동작한다. 조작자는 천이기 베이스(401)를 후방 위치를 향해서 당긴다. 커플링/록킹 볼 베어링(454)이 회전력 증배 메커니즘 하우징(201)으로부터 분리되고 반작용력 스플라인 천이기 스위블(443) 내측의 천이기 스플라인 링(445)과 결합한다. 천이기 베이스(401)가 회전력 증배 메커니즘 하우징(201)과 연계된다. 회전력 증배 전달기(211 내지 215)가 록킹되지 않고 서로에 대해서 자유롭게 회전한다. 조작자가 후방 위치를 향해서 천이기 베이스(401)를 당기는 것은 또한 천이 조립체 진동(충격) 힘 스플라인 링(453)을 진동(충격) 힘 메커니즘 하우징(301)과 결합시킨다. 이는 진동(충격) 힘 전달기(311 및 312) 및 그에 따른 진동(충격) 힘 조립체(300)를 록킹한다. 그리고 이는, 진동(충격) 힘 메커니즘 하우징(301)과 스플라인 결합되는, 회전력 증배 전달기(215)의 제5 기어 케이지에 의해서 회전력 출력 드라이브 샤프트(120)가 회전될 수 있게 한다. 스플라인 천이기 스위블(443)이 반작용 소켓(17)과 스플라인 결합된다. 그리고 반작용 소켓(17)이 너트(36) 아래의 와셔(1)와 기하형태적으로 결합된다. 너트(36)의 안착 시에, 압축된 록킹 디스크 와셔(1)는 정지적인 물체로서의 역할을 하고, 그에 의해서 회전력 증배 메커니즘 하우징(201)이 반작용 소켓(17)으로부터 분리되어 반작용한다. 회전력 증배 메커니즘 하우징(201)이 정지적으로 유지되는 상태에서, 회전력 증배 전달기(211 내지 215)는 회전력 출력 드라이브 샤프트(120)를 통해서 안착된 너트(36)를 조인다.
일반적으로, 공구(10B)의 동작은 충격 메커니즘(310)의 활성화 또는 비활성화를 요구한다. 활주 작용 모드 천이 조립체(400)가: 증배 메커니즘(210); 충격 메커니즘(310); (예를 들어, 복수의 증배 전달기 중 하나와 같은) 증배 메커니즘(210)의 일부; (예를 들어, 복수의 충격 전달기의 하나와 같은) 충격 메커니즘(310)의 일부; 또는 그 임의 조합; 사이에서 공구(10A)를 천이시킬 수 있다.
공구(10B)가 HSLT 모드에서 이하에 따라서 동작한다. 조작자가 천이기 베이스(401)를 전방 위치를 향해서 민다. 커플링/록킹 볼 베어링(454)이 회전력 증배 메커니즘 하우징(201) 및 진동(충격) 힘 메커니즘 하우징(301)과 결합된다. 천이기 스플라인 링(445)이 내측 반작용 힘 스플라인 천이기 스위블(443)로부터 분리되고, 그에 의해서 그것이 공회전하고 비활성적이 되게 한다. 그에 따라, 반작용 소켓(17)이 공회전하고 비활성적이 되는데, 이는 반작용 소켓이 회전력 증배 메커니즘 하우징(201)과 스플라인 결합되지 않기 때문이다. 커플링/록킹 볼 베어링(454)이 진동(충격) 힘 메커니즘 하우징(301)과 결합된 상태에서, 회전력 증배 전달기(211 내지 215)가 록킹되고 서로에 대해서 회전될 수 없다. 그에 따라, 회전력 증배 조립체(200)가 회전력 입력 샤프트(121)를 통해서 단일체 질량으로서 회전한다. 모터(102)는, 회전력 증배 전달기(211)의 제1 스테이지 태양 모터 기어를 포함하는 회전력 입력 샤프트(121)를 회전시킨다. 조작자가 전방 위치를 향해서 천이기 베이스(401)를 미는 것은 또한 천이 조립체 진동(충격) 힘 스플라인 링(453)을 진동(충격) 힘 메커니즘 하우징(301)으로부터 분리시킨다. 이는 진동(충격) 힘 전달기(311 및 312) 및 그에 따른 진동(충격) 힘 조립체(300)를 언록킹한다. 진동(충격) 힘 메커니즘 하우징(301)이 회전력 증배 전달기(215)의 제5 기어 케이지와 스플라인 결합된다. 진동(충격) 힘 전달기(312)(앤빌)가 회전력 출력 드라이브 샤프트(120)로 스플라인 결합되고, 회전력 출력 드라이브 샤프트는 진동(충격) 힘 전달기(311)(해머)의 충격에 의해서 너트(36)를 스터드(23) 상에서 런 업 또는 런 다운시킨다.
도 3a 내지 도 3c 그리고 도 4a 및 도 4b를 다시 참조하면, 일반적으로 그리고 너트(36)의 사시도로부터, 공구(10A)가 LSHT 모드에서 너트(36)를 조이거나, 풀거나, 또는 조이고 푼다. 그리고 공구(10B)는 HSLT 모드에서 너트(36)를 런 업, 런 다운, 또는 런 다운 및 런 업시킨다. 일반적으로 그리고 와셔(1)의 사시도로부터, LSHT 모드에서, 공구(10A)는: 미리-결정된 조임 토크까지 부하를 받는 스터드(23") 상의 조여진 너트(36")와 조여진 조인트(30") 사이에서 와셔(1")를 가압하고; 및/또는 미리-결정된 조임 토크로부터 예비-풀림된 조인트(30') 상의 예비-풀림된 체결구(23') 상의 안착된 너트(36') 사이에서 와셔(1)를 압축한다. 일반적으로 그리고 와셔(10)의 사시도로부터, HSLT 모드에서, 공구(10B)는: 미리-결정된 예비-조임 토크까지 미리-조여진 조인트(30') 상의 미리-하중이 부여된 스터드(23') 상의 안착된 너트(21') 사이에서 와셔(1')를 압축하고; 미리-결정된 예비-조임 토크로부터 풀린 조인트(30) 상의 스터드(23) 상의 너트(36) 사이에서 와셔(1)를 압축해제하고; 또는 볼트 나사산 부식을 적절히 분쇄하기 위해서 조여진 조인트(30") 상의 하중이 부여된 스터드(23") 상의 조여진 너트(21") 사이에서 가압된 와셔(1")를 진동시킨다. ' 및 "를 포함하는 참조 번호가 유사한 힘 크기를 나타낸다는 것을 주목하여야 할 것이다.
HSLT 모드 중에, 공구(10B)는: 너트(36')를 안착시키기 위해서 그리고 미리-결정된 예비-조임 토크까지 예비-조여진 조인트(30') 상의 예비-하중을 받는 스터드(23') 상의 와셔(1')를 압축하기 위해서 일 방향(93)의 회전력(91)으로 스터드(23) 상에서 너트(36)를 또는 너트(36) 및 와셔(1) 모두를 런 다운시키고; 미리-결정된 예비-풀림 토크로부터 반대 방향(94)의 회전력(92)으로 예비-풀림된 조인트(30') 상의 예비-풀림된 스터드(23') 상에서 안착된 너트(36') 또는 안착된 너트(36') 및 압축된 와셔(1') 모두를 런 업시키고; 또는 나사산 부식을 적절하게 분쇄하기 위한 진동을 인가하기 위해서 가압된 와셔(1") 위에서 조여진 너트(36")를 진동시킨다(충격을 가한다). LSHT 모드 중에, 공구(10A)는: 미리-결정된 조임 토크까지 일 방향(93)의 회전력(91)으로 예비-조임된 조인트(30') 상의 예비-하중이 부여된 볼트(23') 상의 압축된 와셔(1') 상에서 안착된 너트(36')를 조이고 압축된 와셔(1')로 반대 방향(93)의 반작용력(92)을 인가하며; 또는 미리-결정된 조임 토크로부터 반대 방향(94)의 회전력(92)으로 조임된 조인트(30') 상의 하중이 부여된 스터드(23") 상의 가압된 와셔(1") 위에서 조여진 너트(36")를 풀고 가압된 와셔(1")로 반대 방향(93)의 반작용력(91)을 인가한다. ' 및 "를 포함하는 참조 번호가 유사한 힘 크기를 나타낸다는 것을 주목하여야 할 것이다.
동작 중에, 미리-결정된 예비-풀림 토크에서의 너트(36)의 안착해제 및 와셔(1)의 압축해제 시에, 공구(10A)가 LSHT 모드로부터 HSLT 모드의 공구(10B)로 스위칭된다. 동작 중에, 미리-결정된 예비-조임 토크에서의 너트(36)의 안착 및 와셔(1)의 압축해제 시에; 또는 나사산 부식의 적절한 분쇄 시에, 공구(10B)가 HSLT모드로부터 LSHT 모드의 공구(10A)로 스위칭된다. LSHT 모드로부터 HSLT 모드로 또는 그 반대로 공구를 스위칭하기 위해서 조작자가 모드 천이 조립체(400)를 이용하나, 그러한 스위치가 다른 공지된 유사 구성요소를 또한 포함할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 모드 천이 조립체(400)가 수동 스위치이나, 자동적일 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 유사하게, 진동력(충격력) 조립체(300)의 활성화 또는 비활성화가 수동으로 또는 자동적으로 이루어질 수 있을 것이다. LSHT 모드가 조절되는 토크로부터 보조되는 진동으로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있고, HSLT 모드가 조절되는 진동으로부터 보조되는 토크로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 와셔(1)가 회전을 시작하거나 회전 중단되는 경우에도, 진동력(충격력) 조립체(300)가 계속 동작할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. 그리고, 화학적, 열적 및/또는 윤활 부식을 극복하는데 있어서 그리고 볼트 나사산 박마를 피하는데 도움을 주기 위해서, LSHT 모드가 너트(36) 풀림을 위해서 진동 보조될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
본 발명에 따른 산업용 체결구의 박마-감소된 조임 및 풀림을 위한 전동 공구가 또한: 회전력 증배 메커니즘 하우징(201)이 적어도 하나의 회전력 증배 전달기(211 내지 215)와 동작적으로 연결되고; LSHT 모드 중에, 증배 전달기(211 내지 215)의 적어도 2개가 서로에 대해서 회전되고; 그리고 HSLT 모드 중에, 회전력 충격 메커니즘(310)에 의해서 부여되는 해머작업 운동을 보조하기 위해서 증배 전달기(211 내지 215)의 적어도 2개가 단일체가 되는 것을 특징으로 할 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다. HSLT 모드 중에, 회전력 출력 드라이브 샤프트(120) 및 그 하우징을 포함하는 회전력 증배 조립체(200)의 조합이 동일한 방향으로 단일체 질량으로서 회전한다. 이는, 부식, 나사산 및 마찰 변형을 극복하기 위한 그리고 볼트 나사산 박마를 피하기 위한 충격 메커니즘의 토크 출력을 향상시키는 관성을 생성한다.
전동 공구(10A 및 10B)로 너트(36), 와셔(1) 및 스터드(23)를 가지는 종류의 산업용 체결구(20)로 2개의 부분을 서로에 박마-최소화되게 조이고 풀기 위한 방법이 개시되고, 그러한 전동 공구는: 회전력을 생성하기 위한 모터(102); 회전력을 전달하기 위한 드라이브(122 및 123); 회전력 증배 전달기(211 내지 215)를 포함하는 LSHT 모드를 위한 회전력 증배 메커니즘 하우징(201) 내의 회전력 증배 메커니즘(210); 진동 전달기(311, 312)를 포함하는 HSLT를 위한 진동력 메커니즘(310); 너트(36)와 동작적으로 연결되는 드라이브 소켓(16); LSHT 모드 중에, 반작용력(92)을 와셔(1)로 전달하기 위해서 와셔(1)로 동작적으로 연결되고, HSLT 모드 중에, 와셔(1)로 동작적으로 연결되거나 와셔(1)로부터 동작적으로 분리되는 반작용 소켓(17)을 포함하는 종류이다. 그러한 방법은: 조임 단계 및 풀림 단계를 포함하고, 그러한 조임 단계는: 와셔(1)를 자유 스터드 단부(25) 상에 배치하는 단계; 너트(36)를 자유 스터드 단부(25) 상의 와셔(1) 위에 배치하는 단계; HSLT 모드에서, 너트(36)를 안착시키고 와셔(1)를 압축하기 위해서 미리-결정된 예비-조임 토크까지 너트(36) 또는 너트(36) 및 와셔(1)를 자유 스터드 단부(25) 상에서 런 다운시키는 단계; HSLT 모드로부터 HSLT 모드로 스위칭시키는 단계; 및 LSHT 모드에서, 안착된 너트(36)를 미리-결정된 조임 토크까지 타이트하게 토크작업하고 조여진 너트(36)와 조여진 조인트(30) 사이에서 와셔(1)를 가압하는 단계를 포함하고; 그러한 풀림 단계는: 공구(10A)를 조여진 너트(36) 및 가압된 와셔(1) 위에 배치하는 단계; LSHT 모드에서, 미리-결정된 풀림 토크까지 가압된 와셔(1) 위에서 조여진 너트(36)를 풀림 토크작업하는 단계; LSHT 모드로부터 HSLT 모드로 스위칭하는 단계; 및 HSLT 모드에서, 안착된 너트(36) 또는 안착된 너트(36) 및 압축된 와셔(1)를 자유 스터드 단부(25) 상에서 러닝 업시키는 단계를 포함한다. 풀림 방법은: HSLT 모드에서, 볼트 나사산 부식을 분쇄하기 위한 진동을 인가하기 위해서 가압된 와셔(1) 위의 조여진 너트(36)를 진동시키는 단계; 및 HSLT 모드로부터 LSHT 모드로 스위칭시키는 단계를 더 포함한다.
위의 공구(10A 및 10B) 및 아래의 공구(10F, 10G, 10H 및 10I)는 일반적으로, 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 그러한 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트 또는 스터드에 연결된 스터드-헤드를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구의 박마-최소화 조임 및 풀림을 위한 전동 공구로서 설명될 수 있다. 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)는: 회전력을 생성하기 위한 모터; 회전력을 전달하기 위한 드라이브; 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드에 대한 회전력 증배 전달기를 포함하는 하우징 내의 회전력 증배 메커니즘; 및 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드 중에 동작 가능한 간헐적 힘 모드를 위한 진동 전달기를 포함하는 적어도 하나의 진동 힘 메커니즘을 포함한다.
대안적으로, 위의 공구(10A 및 10B) 및 아래의 공구(10F, 10G, 10H 및 10I)가 너트, 와셔 및 스터드를 가지는 종류의 산업용 체결구의 박마-최소화 조임 및 풀림을 위한 전동 공구로서 설명될 수 있을 것이고, 그러한 공구는: 회전력을 생성하기 위한 모터; 회전력을 전달하기 위한 드라이브; 연속적인 토크 모드를 위한 회전력 증배 전달기를 포함하는 하우징 내의 회전력 증배 메커니즘; 간헐적 토크 모드, 간헐적 힘 모드, 또는 간헐적 토크 모드 및 간헐적 힘 모드 모두를 위한 진동 전달기를 포함하는 진동력 메커니즘을 포함한다.
예로서 도 21a를 참조하면, 이러한 도면은, 스터드 및 그러한 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구(801)의 박마-최소화 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 모두를 위한 전동 공구인, 공구(10F)로서의 본 발명의 실시예의 횡단면도를 도시한다. 공구(10F)는: 드라이브 입력 및 출력 조립체(810); 회전력 증배 조립체(820); 진동력 조립체(830); 모드 천이 조립체(840); 및 드라이브 출력 소켓 및 반작용 아암 조립체(850)를 포함한다.
예로서 도 21b를 참조하면, 이러한 도면은 공구(10G)로서 본 발명의 실시예의 횡단면도를 도시한다. 주목한 바와 같이, 공구(10F 및 10G)는 참조 번호의 복사에 의해서 유사하다. 공구(10G)는, 예를 들어, HYTORC® Z® 와셔(1)와 같은, 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구(802)의 박마-최소화 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 모두를 위한 반작용 무-아암 전동 공구이다. 공구(10G)는: 드라이브 입력 및 출력 조립체(810); 회전력 증배 조립체(820); 진동력 조립체(830); 모드 천이 조립체(840); 및 HYTORC® Z® 소켓(15)과 유사한, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(855)를 포함한다.
공구(10F 및 10G)는 하나의 또는 복수의 기어 스테이지를 가지는 회전력 증배 메커니즘을 포함한다. 진동력 조립체가: 해머 및 앤빌을 가지는 회전력 충격 메커니즘; 및 간헐적 힘 메커니즘(860)을 포함하고, 그러한 간헐적 힘 메커니즘은: 초음파 힘 전달기를 포함하는 초음파 힘 메커니즘; 질량 불균형 힘 전달기를 포함하는 질량 불균형 힘 메커니즘; 또는 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 힘 전달기를 포함하는 임의의 다른 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 메커니즘이다. 공구(10F)는 간헐적 힘 메커니즘(860)을 포함하는 수정된 HYTORC® THRILL® 건을 나타낸다. 공구(10G)는 간헐적 힘 메커니즘(860)을 포함하는 수정된 HYTORC® Z® 건을 나타낸다.
예로서 도 22a를 참조하면, 이러한 도면은, 스터드 및 그러한 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구(901)의 박마-최소화 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 모두를 위한 전동 공구인, 공구(10H)로서의 본 발명의 실시예의 횡단면도를 도시한다. 공구(10H)는: 드라이브 입력 및 출력 조립체(910); 회전력 증배 조립체(920); 진동력 조립체(960); 모드 천이 조립체(940); 및 드라이브 출력 소켓 및 반작용 아암 조립체(950)를 포함한다.
예로서 도 22b를 참조하면, 이러한 도면은 공구(10I)로서 본 발명의 실시예의 횡단면도를 도시한다. 주목한 바와 같이, 공구(10H 및 10I)는 참조 번호의 복사에 의해서 유사하다. 공구(10I)는, 예를 들어, HYTORC® Z® 와셔(1)와 같은, 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구(901)의 박마-최소화 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 모두를 위한 반작용 무-아암 전동 공구이다. 공구(10I)는: 드라이브 입력 및 출력 조립체(910); 회전력 증배 조립체(920); 진동력 조립체(960); 모드 천이 조립체(950); 및 HYTORC® Z® 소켓(15)과 유사한, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(955)를 포함한다.
공구(10H 및 10I)는 하나의 또는 복수의 기어 스테이지를 가지는 회전력 증배 메커니즘을 포함한다. 진동력 메커니즘(960)이: 초음파 힘 전달기를 포함하는 초음파 힘 메커니즘; 질량 불균형 힘 전달기를 포함하는 질량 불균형 힘 메커니즘; 또는 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 힘 전달기를 포함하는 임의의 다른 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 메커니즘을 포함한다. 공구(10H)는 간헐적 힘 메커니즘(960)을 포함하는 수정된 HYTORC® jGUN® 이중 속력 플러스를 나타낸다. 공구(10I)는, HYTORC® Z® 소켓(15)과 유사한, 이중 드라이브 출력 및 반작용 소켓 조립체(955) 그리고 간헐적 힘 메커니즘(960)을 포함하는 수정된 HYTORC® jGUN® 이중 속력 플러스를 나타낸다.
공구(10A, 10B, 10G 및 10I)에 더하여, 드라이브 소켓이 너트와 동작적으로 연결된다. 반작용력을 동축적 반작용 표면으로 전달하기 위해서 큰 저항 토크 모드 중에 반작용 소켓이 하우징 및 동축적 반작용 표면에 동작적으로 연결된다. 대안적으로, 낮은 저항 모드 또는 간헐적 힘 모드 중에 반작용 소켓이 하우징 및 동축적 반작용 표면에 동작적으로 연결되거나 하우징에 동작적으로 연결되고 동축적 반작용 표면으로부터 동작적으로 분리될 수 있을 것이다. 드라이브 소켓이 내부 소켓으로 도시되어 있고, 반작용 소켓이 외부 소켓으로 도시되어 있다.
이하의 설명은 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)에 관한 것이다. 용이한 설명을 위해서, "너트" 또는 "체결구"에 관한 임의 언급이: 스터드에 부착된 스터드-헤드; 스터드 상 및/또는 스터드 위의 너트 및 와셔; 스터드 및 스터드 위의 와셔에 부착된 스터드-헤드의 가능성을 포함한다는 것을 주목하여야 할 것이다. 예를 들어: 알렌(allen) 키이 연결; 소켓 쇼울더 나사("SSC") 헤드; 소켓 헤드 버튼 나사("SHBS") 헤드; 육각 헤드 캡 나사("HHCS") 헤드; 둥근 헤드 슬롯형 나사("RHSS") 헤드; 편평한 헤드 별모양(torx) 나사("FHTS") 헤드; 소켓 세트 나사("SSS") 헤드; 또는 소켓 헤드 캡 나사("SHCS") 헤드와 같은, 임의의 적합한 체결구 기하형태가 본 발명과 함께 사용될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
이러한 논의는 동축적인 반작용 표면을 와셔로서 설명한다. 그러나, 일부 경우에, 와셔가 조이거나 풀기 위한 조인트와 일체로 또는 그러한 조인트에 결합되어 형성될 수 있을 것이다. 다른 경우에, 동축적인 반작용 표면이 너트를 넘어서서 연장하는 스터드의 부분이다. 또 다른 경우에, 동축적 반작용 아암이 박마-최소화 조임 및 풀림을 위해서 실행 가능한 그리고 접근 가능한 정지 물체에 대해서 접경할 수 있을 것이다.
와셔(1)가 일반적으로 반작용 토크를 제공하기 위한 널 가공된 하단 면을 가지는 꽃(flower) 와셔로서 도시되어 있다. 도 8a 내지 도 8l에 따라서, 본 발명의 반작용 소켓, 판 및 링크와 비-회전식으로 결합되는 거의 모든 외부 형상의 적합성을 주목하여야 할 것이다. 또한, 면 마찰을 증가시키는 거의 모든 표면 특징부의 적합성을 주목하여야 할 것이다. 외부 형상의 예에는: 오각형, 육각형, 팔각형 등과 같은 임의의 적합한 기하형태적 형상; 널; 절개부; 가압된 홀; 캐스털레이션; 등이 포함된다. 표면 마찰 향상 특징부의 예에는: 패턴, 마감(finish); 처리; 코팅; 도금; 조질화 등이 포함된다. 발명에 따라, 너트 및/또는 볼트 헤드의 안착 전에도, 동축적 반작용 표면이 실행 가능하고 접근 가능한 동축적 정지 물체가 되며, 그러한 동축적 정지 물체로 공구의 반작용력이 전달된다.
일반적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 간헐적 힘 모드 중에 이하 중 임의 것을 실시할 수 있을 것이다. 공구가 일 방향의 간헐적인 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 다운시킬 수 있을 것이다.공구가 반대 방향의 간헐적인 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 업시킬 수 있을 것이다.또는, 진동 및 반대 방향 회전을 인가하기 위한 간헐적인 회전력, 진동 인가를 위한 간헐적인 진동력, 또는 양자 모두로, 공구가 너트 또는 너트 및 와셔로 충격을 가하거나, 진동을 가하거나 충격 및 진동 모두를 가할 수 있을 것이다.
보다 구체적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 간헐적 힘 모드 중에 이하 중 임의 것을 실시할 수 있을 것이다. 공구는 너트를 상당한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 제한적으로 회전 가능한 상태로부터 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로 안착시키기 위해서 일 방향의 간헐적인 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 다운시킬 수 있고 그리고 조이고자 하는 조인트와 안착된 너트 사이에서 와셔를 압축할 수 있을 것이다. 너트를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 상당한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 제한적으로 회전 가능한 상태로 안착해제시키기 위해서 그리고 풀고자 하는 조인트와 안착해제된 너트 사이에서 와셔를 압축해제하기 위해서, 공구가 반대 방향의 간헐적인 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 업시킬 수 있을 것이다. 또는, 부적절하게 분쇄된 나사산 부식 상태로부터 적절하게 분쇄된 나사산 부식 상태까지, 진동 및 반대 방향 회전을 인가하기 위한 간헐적인 회전력, 진동 인가를 위한 간헐적인 진동력, 또는 양자 모두로, 공구가 너트 및 와셔로 충격을 가하거나, 진동을 가하거나, 충격 및 진동 모두를 가할 수 있을 것이다. 예를 들어, 나사산 부식을 분쇄하기 위해서 초-고속으로 체결구를 진동시키기 위해서, 공구가 진동 힘 메커니즘(960)과 같은 초음파 발생기를 통해서 초음파를 생성할 수 있을 것이다.
너트와 플랜지 면 사이에서 와셔를 단단히 압축하기 위해서 런 다운에서 종종 간헐적(충격, 진동, 초음파 등) 힘이 필요하다. 이러한 충격 유도된 압축이 없는 상태에서, 2개의 와셔 면의 2개의 마찰로 인해서 와셔가 반작용력을 취하지 않을 수도 있을 것이다. 적절하게 압축될 때, 너트와 접경하는 와셔 면이 공구의 토크 출력으로 인한 시계방향 회전 마찰 및 반작용력으로 인한 반대되는 반시계방향 회전 마찰을 받는다. 그에 따라, 플랜지 면과 접경하는 와셔 면으로부터의 회전 마찰이 와셔가 회전하는 것을 방지한다. 다시 말해서, 너트가 회전하는 동안 와셔를 정지적으로 유지하도록 공구가 디자인되고, 이는 일반적인 가로 하중 및 너트 마다의 표면 차이를 제거한다. 나사산 및 표면 마찰의 보다 양호한 제어가 토크의 체결구 하중으로의 개선된 전환을 위해서 달성된다.
일반적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 큰 저항 토크 모드 중에 이하 중 임의 것을 실시할 수 있을 것이다. 공구가 일 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트를 조일 수 있을 것이고 와셔로 반대 방향으로 반작용력을 인가할 수 있을 것이다. 및/또는, 공구가 반대 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트를 풀 수 있을 것이고 와셔로 일 방향으로 반작용력을 인가할 수 있을 것이다.
보다 구체적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 큰 저항 토크 모드 중에 이하 중 임의 것을 실시할 수 있을 것이다. 공구는 너트를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 미리-결정된 조임 토크 상태로 조이기 위해서 일 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트를 토크 업(torque up)시킬 수 있고 그리고 와셔로 반대 방향의 반작용력을 인가하여 와셔를 풀린 조인트와 조여진 너트 사이에서 가압할 있을 것이다. 및/또는, 공구는 너트를 미리-결정된 조임 토크 상태로부터 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로 풀기 위해서 공구가 반대 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트를 토크 다운(torque down) 시킬 수 있을 것이고 그리고 와셔로 일 방향의 반작용력을 인가하여 와셔를 풀린 조인트와 풀린 너트 사이에서 가압해제할 수 있을 것이다.
일반적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 작은 저항 토크 모드 중에 이하 중 임의 것을 실시할 수 있을 것이다. 공구가 일 방향의 고속의, 작은 토크 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 다운시킬 수 있을 것이다. 및/또는, 공구가 반대 방향의 고속의, 작은 토크 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 업시킬 수 있을 것이다.
보다 구체적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 작은 저항 토크 모드 중에 이하 중 임의 것을 실시할 수 있을 것이다. 공구는 너트를 사소한(insignificant) 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 자유롭게 회전 가능한 상태로부터 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로 안착시키기 위해서 일 방향의 고속의, 작은 토크의 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 다운시킬 수 있을 것이고 그리고 조이고자 하는 조인트와 안착된 너트 사이에서 와셔를 압축할 수 있을 것이다. 및/또는, 너트를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 사소한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 자유롭게 회전 가능한 상태로 안착해제시키기 위해서 그리고 풀고자 하는 조인트와 안착해제된 너트 사이에서 와셔를 압축해제하기 위해서, 공구가 반대 방향의 고속의, 작은 토크의 회전력으로 너트 또는 너트 및 와셔를 런 업시킬 수 있을 것이다.
일반적으로, 공구(10A, 10B, 10F, 10G, 10H 및 10I)가 큰 저항 토크 모드에서 너트를 조이거나, 풀거나, 조이고 풀 수 있을 것이다. 공구가 간헐적 토크 모드 또는 작은 저항 토크 모드에서 너트 또는 너트 및 와셔를 런 업, 또는 런 다운시키거나 충격을 가할 수 있을 것이다. 너트가 안착될 때 그리고 미리-결정된 예비-조임 토크 상태 및/또는 나사산 부식의 적절한 분쇄에서 와셔를 압축할 때, 공구가 간헐적인 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로 스위칭될 수 있을 것이다. 너트가 안착해제될 때 그리고 미리-결정된 예비-풀림 토크 상태에서 와셔를 압축해제할 때, 공구가 큰 저항 토크 모드로부터 간헐적인 토크 모드로 스위칭될 수 있을 것이다. 너트가 안착될 때 그리고 미리-결정된 예비-조임 토크 상태에서 와셔를 압축할 때, 공구가 작은 저항 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로 스위칭될 수 있을 것이다.
동작 시에, 공구가: 큰 저항 토크 모드로부터 간헐적 토크 모드로; 큰 저항 토크 모드로부터 작은 저항 토크 모드로; 작은 저항 토크 모드로부터 간헐적 토크 모드로; 작은 저항 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로; 간헐적 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로; 또는 간헐적 토크 모드로부터 작은 저항 토크 모드로 스위치될 수 있다.
진동 메커니즘 또는 토크 증배 메커니즘의 활성화 또는 비활성화가 수동적으로 또는 자동적으로 이루어질 수 있을 것이다. 그에 따라, 스위칭 메커니즘이 수동적 또는 자동적일 수 있을 것이다. 또한, 스위칭 메커니즘 및 그에 따른 임의 모드 또는 모드의 조합 그리고 상응하는 메커니즘이 체결구 상의 관찰된 하중에 따라서 자동적으로 활성화될 수 있을 것이다. 예를 들어, 조여진 체결구 내의 부식을 분쇄하기 위해서 그리고 고속으로 너트를 런 업 또는 런 다운시킥 위해서, 본 발명의 박마-최소화 전동 공구가 진동 및/또는 충격을 필요로 할 수 있을 것이다. 토크 조임된 너트가 단순한 진동 및/또는 충격으로 회전될 수 없다. 조작자는 토크 조임된 너트 내의 건조된 부식을 분쇄하기 위해서 진동 및/또는 충격을 활성화시킬 필요가 있을 수 있고, 이는 토크 증배 메커니즘과 독립적으로 또는 그와 조합되어 이루어질 수 있다. 주목하는 바와 같이, 윤활제가 건조되거나 사라짐에 따라, 부식이 존재함에 따라, 그리고 스터드가 여전히 하중을 받고 연신됨에 따라, 너트를 푸는데 필요한 토크가 초기 조임 토크 보다 크다. 다시 말해서, 스터드를 하중제거하고 연신제거(unstretch)하기 위해서 큰 토크가 필요하다. 작은 저항 토크 모드 및/또는 간헐적 토크 모드 중에, 너트가 일단 풀림되면, 너트가 고속으로 회전될 수 있거나, 런 업될 수 있다. 그러나, 너트는 부식된 및/또는 손상된 또는 결함을 가지는 스터드 나사산을 극복하여 스스로 자유로워져야 할 필요가 있을 것이다. 이는 종종 토크 증배 메커니즘과 조합된 진동 및/또는 간헐적인 힘을 요구한다. 런 다운에서, 작은 저항 토크 모드 및/또는 간헐적 토크 모드 중에, 너트가 고속으로 회전된다. 여기에서, 또한, 작은 저항 토크 모드만으로는 부식된 및/또는 손상된 또는 결함을 가지는 스터드 나사산을 극복하기에 불충분할 수 있을 것이다. 유사하게, 이는 종종 진동 또는 간헐적인 힘 및/또는 토크 증배 메커니즘과 조합된 간헐적인 힘을 요구한다. 본 발명은 이러한 문제를 해결한다.
일반적으로, 반작용 무-아암 전동 공구로, 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트 또는 스터드에 연결된 스터드-헤드를 가지는 산업적인 나사산형 체결구를 박마-최소화 조임 및/또는 풀림하는 방법이 개시되며, 그러한 반작용 무-아암 전동 공구가: 회전력을 생성하기 위한 모터; 회전력을 전달하기 위한 드라이브; 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드에 대한 회전력 증배 전달기를 포함하는 하우징 내의 회전력 증배 메커니즘; 및 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드 중에 동작 가능한 간헐적 힘 모드를 위한 진동 전달기를 포함하는 적어도 하나의 진동 힘 메커니즘을 포함하는 종류이다. 조임 방법이: 너트, 스터드-헤드, 너트 및 동축적인 반작용 표면 또는 스터드-헤드 및 동축적인 반작용 표면을 일 방향으로 런 다운시키는 단계; 및 동축적인 반작용 표면의 반대 방향의 분리 반작용 중에 너트 또는 스터드-헤드를 일 방향으로 조이는 토크작업을 하는 단계를 포함한다. 풀림 방법이: 동축적인 반작용 표면의 일 방향의 분리 반작용 동안 너트 또는 스터드-헤드를 반대 방향으로 푸는 토크작업을 하는 단계; 및 너트, 스터드-헤드, 너트 및 동축적인 반작용 표면 또는 스터드-헤드 및 동축적인 반작용 표면을 반대 방향으로 런 업시키는 단계를 포함한다.
이하의 설명은 본 발명에 따른 산업적인 체결구의 박마-최소화 조임 및 풀림을 위한 반작용 무-아암 전동 공구의 구성에 관한 것이다. 예를 들어: 강화기, 증배기 및 증배; 충격 및 충격인가와 같은 용어가 상호 교환 가능하다는 것을 주목하여야 할 것이다.
보다 구체적으로, 충격 모드의 일 실시예에서, 충격 요동 중에 공구 하우징 및 기어 스테이지가 정지 유지된다. 충격 메커니즘이 모터로부터 멀 때, 모터로부터의 샤프트가 증배기의 중심을 통해서 충격 메커니즘으로 그리고 그로부터 출력 드라이브로 진행된다. 충격 메커니즘이 모터 직후에 그리고 증배기의 전방에 있을 때, 모터가 충격 메커니즘을 구동시키고 샤프트가 충격 메커니즘으로부터 증배기의 중심을 통해서 출력 드라이브까지 진행된다.
충격 모드의 다른 실시예에서, 기어 스테이지를 록킹하는 것에 의해서 충격 요동 중에 공구 하우징 및 기어 스테이지가 함께 회전한다. 이는: 태양 기어를 링 기어와 연결하는 것; 태앙 기어를 기어 케이지와 연결하는 것; 또는 기어 케이지를 행성 스테이지의 링 기어와 연결하는 것에 의해서 이루어질 수 있을 것이다. 각각의 경우에, 모든 케이지 기어 및 하우징이 모터로부터 충격 메커니즘까지 또는 충격 메커니즘으로부터 공구의 출력 드라이브까지 하나의 회전 연장부(extension)와 같이 작용한다.
충격 모드의 다른 실시예에서, 공구 하우징이 정지적으로 유지되고 기어 케이지들을 서로 록킹하는 것에 의해서 충격 요동 중에 기어 케이지들이 함께 회전된다. 충격 메커니즘이 모터로부터 멀 때, 기어 케이지(들)가 모터로부터 충격 메커니즘까지 하우징 내부에서 하나의 연장부와 같이 작용한다. 충격 메커니즘이 모터 직후에 그리고 증배기의 전방에 있을 때, 기어 케이지들 또는 기어 케이지가 충격 메커니즘으로부터 공구의 출력 드라이브까지 하우징 내부에서 하나의 연장부와 같이 작용한다.
일반적으로, LSHT 모드 중에, 적어도 2개의 증배 전달기가 서로에 대해서 회전된다. 증배기 모드에서, 공구 하우징이 태양 기어 및 증배기의 출력 샤프트에 대해서 반대로 항상 회전하고, 이는 왜 공구 하우징이 반작용하여야 하는 지에 대한 이유가 된다. 토크가 증배기에 의해서 증강될 때, 회전 속력이 느려서 충격 메커니즘이 효과적이지 않다. 만약 충격 메커니즘이 증배기 이후에 그리고 공구의 출력 드라이브에 근접하여 위치된다면, 충격 메커니즘이 마지막 태양 기어와 함께 회전되는 경우에 충격 메커니즘은 충격을 가지지 않을 것이다. 만약 충격 메커니즘이 증배기 전에 그리고 모터에 근접하여 위치된다면, 충격 메커니즘은 고속으로 회전하고 록킹될 필요가 있다.
충격 메커니즘이 모터로부터 먼 일 실시예에서, 이하가 발생된다: 증배기가 회전하는 동안 충격 메커니즘이 정지로 유지되고; 모터로부터의 출력 샤프트가 토크 증배를 위해서 증배기로 진행되고; 그리고 마지막 태양 기어가 충격 메커니즘을 통해서 출력 드라이브까지 연장된다. 충격 메커니즘이 모터 직후에 그리고 증배기의 전방에 있을 때, 모터로부터의 출력 샤프트가 토크 증배를 위해서 충격 메커니즘을 통해서 증배기까지 진행하고, 마지막 태양 기어가 출력 드라이브까지 연장된다.
다른 실시예에서, 충격 메커니즘이 힘 인가 증배기의 마지막 태양 기어의 속력으로 회전한다. 충격 메커니즘이 모터로부터 멀 때, 모터로부터의 출력 샤프트가 토크 증배를 위해서 증배기로 진행하고, 마지막 태양 기어가 충격 메커니즘을 회전시키며, 이는 공구의 출력 샤프트를 회전시킨다. 충격 메커니즘이 모터 직후에 그리고 증배기의 전방에 있을 때, 증배기를 회전시키기 위해서 충격 메커니즘을 회전시키는 것은, 피하고자 하는 충격을 초래할 수 있을 것이다. 다른 한편으로, 해머를 충격 하우징과 록킹하는 것에 의해서, 또는 해머를 앤빌과 록킹하는 것에 의해서 충격 메커니즘이 록킹될 수 있다. 충격 메커니즘이 모터 출력 드라이브와 증배기의 제1 태양 기어 사이의 연장부로서 작용한다.
증배기의 마지막 태양 기어의 속력이 충격 메커니즘을 동작시킬 수 있을 정도로 충분히 빠를 수 있을 것이다. 공구의 출력 샤프트 상의 충격은 해머를 충격 하우징과 록킹시키는 것, 해머를 앤빌과 록킹시키는 것, 충격 하우징을 공구 하우징과 록킹시키는 것 또는 해머를 공구 하우징과 록킹시키는 것에 의해서 회피될 수 있다.
LSHT 모드의 구체적인 실시예에서, 증배 메커니즘이 모터에 근접하고 충격 메커니즘 이전에 위치된다. 모터가 증배 메커니즘을 우회하고 핀에 의해서 증배 메커니즘의 적어도 하나의 부분을 통해서 출력 드라이브를 향해서 그 출력 힘을 연장시킨다. LSHT 모드의 다른 구체적인 실시예에서, 충격 메커니즘이 모터에 근접하고 증배 메커니즘 이전에 위치된다. 충격 메커니즘이 핀에 의해서 증배 메커니즘의 적어도 하나의 부분을 통해서 출력 드라이브를 향해서 그 출력 힘을 연장시킨다.
본 발명에 따른 산업적 체결구의 박마-최소화 조임 및 풀림을 위한 전동 공구가 2개 또는 3개의 모드, 즉 저속의 큰 토크 모드, 빠른 속력의 작은 토크 모드, 및 간헐적 힘 모드를 가지는 것으로 본원에서 설명된다. 본원에서 설명된 바와 같은 적어도 2개의 모드가 단지 예라는 것을 이해하여야 할 것이다. 추가적인 모드가 하나의 또는 다른 모드에 및/또는 입력 및/또는 출력 수단에 부가될 수 있다. 본 발명이 단지 2개의 속력으로 제한되지 않고 복수의 속력을 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 공지된 토크 증강기 공구가 일반적으로 공기 또는 전기 모터에 의해서 파워를 공급 받는다. 그러한 모터의 힘 출력 및 회전 속력이 종종, 모터의 일부가 될 수 있는, 행성 기어 또는 유사물에 의해서 증가되거나 감소된다. 종종 공지된 토크 증강기 공구가 공구 모터 회전 속력을 높이기 위해서 증강기 수단의 하나 또는 몇 개를 일시적으로 제거한다. 다른 공지된 토크 증강기 공구는 샤프트 회전 속력을 증가 및/또는 감소시키기 위해서 단독형 구성요소로서 또는 모터에 인접하여 기어 증강 및/또는 감소 메커니즘을 이용한다. 본 발명은 또한 단독형 구성요소로서, 증배 전달기 및 증배 메커니즘(210)의 일부로서 또는 진동 전달기 및 진동 메커니즘(310)의 일부로서 그러한 기어 증강 및/또는 감소 메커니즘을 포함할 수 있을 것이다. 사실상 증배 조립체(200)가 복수의 증배 조립체 하우징 내에 수용된 복수의 증배 전달기를 구비하도록 구성될 수 있다.
전술한 요소의 각각 또는 둘 이상이 함께 앞서서 설명된 유형과 상이한 다른 유형의 구성의 유용한 적용예를 또한 찾을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 개시된 결과를 획득하기 위한 개시된 기능, 또는 방법 또는 프로세스를 실시하기 위한 수단으로 또는 특별한 형태로 표현된, 전술한 설명, 이하의 청구항, 또는 첨부 도면에서 설명된 특징이, 적절히, 독립적으로 또는 그러한 특징의 임의 조합으로, 본 발명의 다양한 형태로 본 발명을 실현하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 명세서 내에서 번호가 부여된 구성요소에 관한 설명에서 약간의 차이가 있을 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
본 발명이 유체 동작형 공구로서 묘사되고 설명되었지만, 본 발명이 제시된 구체적인 것으로 제한되지 않을 것인데, 이는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도 여러 가지 수정 및 구조적 변화가 이루어질 수 있기 때문이다.
추가적인 분석이 없이도, 다른 사람이, 현재의 지식을 적용하는 것에 의해서, 종래 기술의 관점으로부터, 본 발명의 일반적 또는 구체적 양태의 본질적인 특성을 적절하게 구성하는 특징을 생략하지 않고, 본 발명을 여러 가지 적용예에 맞춰 용이하게 구성할 수 있을 정도로 전술한 내용이 본 발명의 요지를 완전히 밝혀줄 것이다.
본 상세한 설명 및 청구항에서 이용될 때, "포괄하는", "포함하는", "가지는"이라는 용어 및 그 변형이 구체화된 특징, 단계 및 정수가 포함된다는 것을 의미한다.용어는 다른 특징, 단계 또는 구성요소의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
Claims (69)
- 나사산형 체결구의 조임 및 풀림으로 인해서 발생되는 역 토크(counter torque)를 수용하기 위한 반작용 와셔(reaction washer)로서,
전동 공구와의 회전 커플링을 허용하는 기하학적 형상을 가진 외부 에지; 및
중심 보어로부터 외측의 지역 내에서 편향된 마찰 계수 증가 처리부를 가지는 하단 표면을 포함하는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는 상기 외부 에지를 향해서 선택적으로 편향되는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는 상기 외부 에지를 향하는 지역 내에서 불연속적으로 편향되는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는 상기 중심 보어의 반경에 또는 그 부근에 위치되지 않는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는: 널링; 샌딩; 블래스팅; 밀링; 머시닝; 단조; 주조; 포밍(forming); 성형(shaping); 조질화(roughing); 스탬핑; 조형(engraving); 펀칭; 굽힘; 중앙 보어 근처의 와셔 재료의 제거; 또는 이들의 임의 조합에 의해서 형성되는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는: 조질화부; 다각형 표면; 스플라인; 널; 스파이크; 홈; 슬롯; 돌출 지점 또는 모서리; 다른 그러한 돌출부; 또는 이들의 임의 조합을 포함하는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는: 단수로; 무작위적으로; 어레이로; 또는 이들의 임의 조합으로 형성되는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 와셔의 유효 마찰 반경은 체결 소켓 조립체와 함께 사용하기 위해서 상기 나사산형 체결구의 유효 마찰 반경보다 크고,
상기 체결 소켓 조립체는:
너트 또는 볼트 헤드 결합 수단을 가지는 내부 에지를 구비하는 내부 소켓; 및
상기 반작용 와셔의 외부 에지와 결합하기 위한 반작용 와셔 결합 수단을 가지는 내부 에지를 구비한 외부 소켓을 포함하고,
상기 내부 소켓은 실질적으로 상기 외부 소켓의 내측에 배치되고, 상기 내부 소켓과 상기 외부 소켓이 협력적 또는 선택적으로 및 상대적으로 반대 방향으로 회전될 수 있게 하는 메커니즘에 의해서 상기 내부 소켓과 상기 외부 소켓은 함께 커플링되는, 반작용 와셔. - 제8항에 있어서,
상기 와셔의 외부 에지는 실질적으로 상기 나사산형 체결구의 외부 에지를 넘어서 연장되는, 반작용 와셔. - 제9항에 있어서,
상기 와셔의 외부 에지에 의해서 수용되는 반작용 접경 힘이 상기 나사산형 체결구의 외부 에지에 의해서 수용되는 작용 토크보다 약간 더 큰 크기를 가지는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 마찰 계수 증가 처리부는 상기 와셔의 하단 표면 주위의 너트 또는 볼트 헤드의 유효 마찰 반경을 실질적으로 넘어서 배치되는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 하단 표면은 볼트를 수용하기 위한 중심 보어와 상기 마찰 계수 증가 처리부 사이에 형성된 평활한 표면을 포함하는, 반작용 와셔. - 제8항에 있어서,
상기 와셔의 외부 에지는 너트 또는 볼트 헤드의 외부 에지와 동시에 종료되거나 또는 외부 에지로부터 축소되는, 반작용 와셔. - 제8항에 있어서,
상기 와셔의 외부 에지 및 실질적으로 수직인 그 결합 수단이 외부 소켓의 내부 에지 및 실질적으로 수직인 그 결합 수단과 결합되는, 반작용 와셔. - 제8항에 있어서,
상기 와셔의 외부 에지 및 그 결합 수단이 외부 소켓 내부 에지의 내부 에지 및 임의의 적합한 대응하는 기하형태로 성형된 그 결합 수단과 회전식으로 커플링시키기 위한 임의의 적합한 기하형태로 성형되는, 반작용 와셔. - 제15항에 있어서,
상기 적합한 기하형태는:
상기 와셔의 중앙 지점 주위에서 반경방향으로 교번적으로 및 반복적으로 제공되는, 내향 연장되는 오목 부분 및 외향 연장되는 볼록 부분; 또는
삼각형, 곡선 삼각형, 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 마름모꼴, 부등변 사각형, 사다리꼴, 연형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 구각형, 십각형, 외부 돌출부를 가지는 원, 타원 또는 난형과 같은 임의의 기하학적 형상을 포함하는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
상기 외부 에지와 상기 하단 표면 사이에 형성되고 상기 나사산형 체결구의 외부 에지에 대해서 내향으로 및 상기 외부 에지에 대해서 하향으로 연장되는 테이퍼형 하단 에지 부분을 포함하는, 반작용 와셔. - 제8항에 있어서,
상기 외부 에지와 상기 하단 표면 사이에 형성된, 상기 너트 또는 볼트 헤드의 외부 에지에 대해서 내향으로 연장되는, 테이퍼형 하단 에지 부분을 포함하는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
균일하고 정확한 볼트 연신이 달성 가능한, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
공구가 회전력을 너트 또는 볼트 헤드로 인가하고, 크기가 동일하고 방향이 반대인 반작용력을 상기 와셔의 외부 에지로 인가할 때, 너트 또는 볼트 헤드는 회전하지만 와셔는 정지되어 있도록, 상기 공구의 반작용력을 흡수하기 위해서 이용되는, 반작용 와셔. - 제1항에 있어서,
와셔의 반경방향 외부 에지가, 너트 또는 볼트 헤드가 공구에 의해서 회전되는 동안, 와셔를 정지 상태로 유지하기 위해서 공구에 의해서 결합되도록 구성되고, 또한 임의 조건 하에서 와셔의 동반-회전을 피하기 위해서 와셔의 반대 축방향 측부가 물체와 마찰 간섭을 생성하도록 형성되고, 그에 따라 와셔가 정지 상태로 유지되고, 하나의 축방향 측부가 너트의 면 마찰을 제어하는, 반작용 와셔. - 체결 소켓 조립체로서,
너트 또는 스터드-헤드 결합 수단을 가지는 내부 에지를 구비하는 내부 소켓; 및
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 반작용 와셔의 외부 에지와 결합하기 위한 반작용 와셔 결합 수단을 가지는 내부 에지를 구비한 외부 소켓을 포함하고,
상기 내부 소켓은 실질적으로 상기 외부 소켓의 내측에 배치되고, 상기 내부 소켓과 상기 외부 소켓이 협력적으로 및 상대적으로 반대 방향으로 회전될 수 있게 하는 메커니즘에 의해서 상기 내부 소켓과 상기 외부 소켓이 함께 커플링되는, 체결 소켓 조립체. - 제22항에 있어서,
상기 외부 소켓의 내부 에지와 그 결합 수단 및 상기 와셔의 외부 에지와 그 결합 수단이 실질적으로 수직인, 체결 소켓 조립체. - 제22항에 있어서,
상기 외부 소켓이 하단 내부 에지의 하단을 향해서 내향으로 경사진 테이퍼형 표면을 가지는 외부 하단 에지를 포함하는, 체결 소켓 조립체. - 제22항에 있어서,
상기 외부 소켓이 HYTORC® Z® 반작용 패드로서 형성되는, 체결 소켓 조립체. - 제22항에 있어서,
구동력 입력 조립체; 구동력 출력 조립체로서 형성된 내부 소켓; 및 반작용력 조립체로서 형성된 외부 소켓을 가지는 HYTORC® Z® 오프셋 링크 내로 통합되는, 체결 소켓 조립체. - 물체를 체결하기 위한 나사산형 체결구로서:
스터드;
상기 스터드와 나사식으로 결합 가능한 조이거나 풀기 위한 너트 또는 상기 스터드에 연결된 조이거나 풀기 위한 스터드-헤드; 및
물체 중 하나와 너트 또는 볼트 헤드 사이에 배치된 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따른 반작용 와셔를 포함하는, 나사산형 체결구. - 제27항에 있어서,
물체 중 다른 하나와 회전되지 않는 체결구의 다른 부분 사이에 배치된 HYTORC® 이중 면형 마찰 와셔를 포함하고, 상기 체결구의 다른 부분이 회전하는 것을 방지하기 위해서 상기 마찰 와셔가 제6항의 마찰 계수 증가 처리부와 함께 각각 형성된 상단 면 및 하단 면을 가지는, 나사산형 체결구. - 제27항 또는 제28항에 있어서,
제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 체결구 소켓 조립체에 의해서 조여지고 및/또는 풀리는, 나사산형 체결구. - 제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 나사산형 체결구의 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 양자 모두를 위한 반작용 무-아암 토크 전동 공구로서,
회전력 발생 메커니즘;
회전력을 전달하기 위한 드라이브; 및
제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따른 체결 소켓 조립체를 포함하는, 전동 공구. - 제30항에 있어서,
전기적, 유압적, 또는 공압적으로 구동되는, 전동 공구. - 제30항에 있어서,
HYTORC® ICE®; HYTORC® AVANTI®; HYTORC® STEALTH®; HYTORC® XXI®; HYTORC® jGUN®; HYTORC® FLIP-Gun®; HYTORC® THRILL® 건; 또는 HYTORC® Z® 건을 포함하는, 전동 공구. - 물체를 체결하기 위한 시스템으로서:
제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 따른 나사산형 체결구; 및
제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 토크 전동 공구를 포함하는, 시스템. - 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 상기 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트 또는 상기 스터드에 연결된 스터드-헤드를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구의 박마-최소화 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 모두를 위한 반작용 무-아암 토크 전동 공구로서:
회전력을 생성하기 위한 모터;
회전력을 전달하기 위한 드라이브;
작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드를 위한 회전력 증배 전달기를 포함하는 하우징 내의 회전력 증배 메커니즘; 및
작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드 중에 동작될 수 있는 간헐적인 힘 모드를 위한 진동 전달기를 포함하는 적어도 하나의 진동력 메커니즘을 포함하는, 전동 공구. - 제34항에 있어서,
회전력 증배 메커니즘이 하나의 또는 복수의 기어 스테이지를 포함하고;
상기 진동력 메커니즘이:
해머 및 앤빌을 가지는 회전력 충격 메커니즘; 및
초음파 힘 전달기를 포함하는 초음파 힘 메커니즘; 질량 불균형 힘 전달기를 포함하는 질량 불균형 힘 메커니즘; 또는 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 힘 전달기를 포함하는 임의의 다른 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 메커니즘을 포함하는, 전동 공구. - 제34항에 있어서,
상기 회전력 증배 메커니즘이 하나의 또는 복수의 기어 스테이지를 포함하고;
상기 진동력 메커니즘이:
초음파 힘 전달기를 포함하는 초음파 힘 메커니즘;
질량 불균형 힘 전달기를 포함하는 질량 불균형 힘 메커니즘; 또는
시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 힘 전달기를 포함하는 임의의 다른 시간-변동 요동(하중, 변위, 회전 또는 속도) 메커니즘을 포함하는, 전동 공구. - 제34항에 있어서,
상기 회전력 증배 메커니즘이 작은 저항으로부터 큰 저항까지 모든 토크 모드를 위한 하나의 또는 복수의 기어 스테이지를 포함하고,
상기 진동력 메커니즘이 간헐적 토크 모드를 위한 해머 및 앤빌을 포함하는 회전력 충격 메커니즘인, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 너트 또는 상기 스터드-헤드와 동작적으로 연결되는 드라이브 소켓;
반작용 소켓을 포함하고, 상기 반작용 소켓은:
큰 저항 토크 모드 중에, 반작용력을 동축적인 반작용 표면으로 전달하기 위해서 상기 하우징 및 상기 동축적인 반작용 표면으로 동작적으로 연결되거나;
작은 저항 토크 모드 또는 간헐적 힘 모드 중에:
상기 하우징 및 상기 동축적인 반작용 표면에 동작적으로 연결되거나;
상기 하우징에 동작적으로 연결되고 상기 동축적인 반작용 표면으로부터 동작적으로 분리되는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 조이고자 하는 조인트에 일체로 형성되거나 그에 결합되고;
상기 너트와 동작적으로 연결되는 드라이브 소켓; 및
큰 저항 토크 모드 중에, 반작용력을 상기 스터드로 전달하기 위해서 상기 하우징 및 상기 스터드로 동작적으로 연결되는 반작용 메커니즘을 포함하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 간헐적 힘 모드 중에 상기 공구가:
일 방향의 간헐적인 회전력으로 너트, 스터드-헤드, 너트 및 와셔 또는 스터드-헤드 및 와셔를 런 다운(run down)시키거나;
다른 방향의 간헐적인 회전력으로 너트, 스터드-헤드, 너트 및 와셔 또는 스터드-헤드 및 와셔를 런 업(run up)시키거나;
진동 및 반대 방향의 회전을 인가하기 위한 간헐적인 회전력, 진동을 인가하기 위한 간헐적인 진동력, 또는 진동 및 반대 방향의 회전력을 인가하기 위한 간헐적인 회전력 및 진동을 인가하기 위한 간헐적인 진동력 모두로 너트, 스터드-헤드, 너트 및 와셔 또는 스터드-헤드 및 와셔에 대해서 충격을 가하거나, 진동을 가하거나, 충격 및 진동 모두를 가하거나;
이들의 임의 조합을 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 간헐적 힘 모드 중에 상기 공구가:
상기 너트를 또는 스터드-헤드를 상당한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 제한적으로 회전 가능한 상태로부터 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로 안착시키기 위해서 상기 너트, 상기 스터드-헤드, 상기 너트 및 상기 와셔 또는 상기 스터드-헤드 및 상기 와셔를 일 방향의 간헐적인 회전력으로 런 다운시키고 그리고 조이고자 하는 조인트와 안착된 너트 또는 안착된 스터드-헤드 사이에서 와셔를 압축하거나;
상기 너트를 또는 스터드-헤드를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 상당한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 제한적으로 회전 가능한 상태로 안착해제시키기 위해서 그리고 풀고자 하는 조인트와 안착해제된 너트 또는 안착해제된 스터드-헤드 사이에서 와셔를 압축해제하기 위해서, 상기 너트, 상기 스터드-헤드, 상기 너트 및 상기 와셔 또는 상기 스터드-헤드 및 상기 와셔를 반대 방향의 간헐적인 회전력으로 런 업시키거나;
부적절하게 분쇄된 나사산 부식 상태로부터 적절하게 분쇄된 나사산 부식 상태로, 진동 및 반대 방향의 회전을 인가하기 위한 간헐적인 회전력, 진동을 인가하기 위한 간헐적인 진동력, 또는 진동 및 반대 방향의 회전력을 인가하기 위한 간헐적인 회전력 및 진동을 인가하기 위한 간헐적인 진동력 모두로 너트, 스터드-헤드, 너트 및 와셔 또는 스터드-헤드 및 와셔에 대해서 충격을 가하거나, 진동을 가하거나, 충격 및 진동 모두를 가하거나;
이들의 임의 조합을 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 큰 저항 토크 모드 중에 상기 공구가:
일 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트 또는 스터드-헤드를 조이고 상기 와셔로 반대 방향으로 반작용력을 인가하거나;
반대 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트 또는 스터드-헤드를 풀고 상기 와셔로 일 방향으로 반작용력을 인가하거나;
이들의 임의 조합을 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 큰 저항 토크 모드 중에 상기 공구가:
상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 미리-결정된 조임 토크 상태로 조이기 위해서 일 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트를 토크 업시키고 그리고 상기 와셔를 풀린 조인트와 조여진 너트 또는 조여진 스터드-헤드 사이에서 가압하기 위해서 상기 와셔로 반대 방향의 반작용력을 인가하거나;
상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 미리-결정된 조임 토크 상태로 너트 또는 스터드-헤드를 풀기 위해서 반대 방향의 저속의, 큰 토크의 회전력으로 너트 또는 스터드-헤드를 토크 다운시키고 그리고 상기 와셔를 풀린 조인트와 풀린 너트 또는 풀린 스터드-헤드 사이에서 가압하기 위해서 상기 와셔로 일 방향의 반작용력을 인가하거나;
이들의 임의 조합을 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 작은 저항 토크 모드 중에 상기 공구가:
일 방향의 빠른 속력의, 작은 토크 회전력으로 너트, 스터드-헤드, 너트 및 와셔 또는 스터드-헤드 및 와셔를 런 다운시키거나;
다른 방향의 빠른 속력의, 작은 토크 회전력으로 너트, 스터드-헤드, 너트 및 와셔 또는 스터드-헤드 및 와셔를 런 업시키거나;
이들의 임의 조합을 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 작은 저항 토크 모드 중에 상기 공구가:
너트를 또는 스터드-헤드를 사소한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 자유롭게 회전 가능한 상태로부터 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로 안착시키기 위해서 상기 너트, 상기 스터드-헤드, 상기 너트 및 상기 와셔 또는 상기 스터드-헤드 및 상기 와셔를 일 방향의 빠른 속력의, 작은 토크 회전력으로 런 다운시키고 그리고 조이고자 하는 조인트와 안착된 너트 또는 안착된 스터드-헤드 사이에서 와셔를 압축하거나;
상기 너트를 또는 상기 스터드-헤드를 미리-결정된 예비-조임 토크 상태로부터 사소한 부정적인 볼트작업 적용예 특성을 가지는 자유롭게 회전 가능한 상태로 안착해제시키기 위해서 상기 너트, 상기 스터드-헤드, 상기 너트 및 상기 와셔 또는 상기 스터드-헤드 및 상기 와셔를 빠른 속력의, 작은 토크 회전력으로 런 업시키고 그리고 풀고자 하는 조인트와 안착해제된 너트 또는 안착해제된 스터드-헤드 사이에서 와셔를 압축해제하거나;
이들의 임의 조합을 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공구가 큰 저항 토크 모드에서 상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 조이거나, 풀거나, 조임 및 풀림을 실시하고, 상기 공구는 간헐적 토크 모드 또는 작은 저항 토크 모드에서 상기 너트, 상기 스터드-헤드, 상기 너트 및 상기 와셔 또는 상기 스터드-헤드 및 상기 와셔를 런 업, 런 다운 또는 충격을 가하는 것 중 한가지, 두가지, 또는 세가지를 실시하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 공구는:
상기 너트 또는 상기 스터드-헤드 안착 중에 그리고 미리-결정된 예비-조임 토크 상태에서 상기 와셔를 압축하는 중에;
나사산 부식의 적절한 분쇄 중에; 또는
이들의 임의 조합 중에, 상기 간헐적 토크 모드로부터 상기 큰 저항 토크 모드로 스위칭하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 안착해제할 때 그리고 미리-결정된 예비-풀림 토크 상태에서 와셔를 압축해제할 때, 상기 공구가 큰 저항 토크 모드로부터 간헐적인 토크 모드 또는 작은 저항 토크 모드로 스위칭하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 너트 또는 상기 스터드-헤드가 안착될 때 그리고 미리-결정된 예비-조임 토크 상태에서 상기 와셔를 압축할 때, 상기 공구가 작은 저항 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로 스위칭하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전력 증배 메커니즘이 복수의 회전력 증배 전달기를 포함하고, 상기 진동력 메커니즘이 복수의 진동 전달기를 포함하는, 전동 공구. - 제50항에 있어서,
상기 하우징이 적어도 하나의 증배 전달기와 동작적으로 연결되고;
큰 저항 토크 모드 및 작은 저항 토크 모드 중에, 적어도 2개의 증배 전달기들이 서로에 대해서 회전되고;
상기 간헐적 토크 모드 중에, 적어도 2개의 증배 전달기가 일체화되어 충격 메커니즘으로부터의 해머작업 운동을 달성하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 큰 저항 토크 모드가 토크 조절로부터 진동 보조로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있고;
상기 작은 저항 토크 모드가 토크 조절로부터 진동 보조로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있으며;
상기 간헐적 토크 모드가 진동 조절로부터 토크 보조로 또는 그 반대로 스위칭될 수 있는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 와셔가 회전을 시작하거나 중단하는 경우에도, 상기 진동 메커니즘이 계속 작동될 수 있는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 큰 저항 토크 모드가 조임 중에 진동 보조되지 않으나 화학적, 열적 및/또는 윤활 부식을 극복하기 위해서 그리고 볼트 나사산 박마를 피하기 위해서 풀림 중에 진동 보조될 수 있는, 전동 공구. - 제51항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 간헐적 토크 모드 중에, 상기 드라이브 및 상기 일체형 증배 전달기의 상기 하우징과의 조합이 동일한 방향으로 회전되는, 전동 공구. - 제51항에 있어서,
상기 간헐적 토크 모드 중에, 상기 복수의 회전력 충격 전달기와 동일한 방향을 따른 상기 드라이브 및 상기 일체형 증배 전달기의 상기 하우징과의 조합의 회전이 관성을 생성하고, 상기 관성은 부식, 나사산 및 면 변형을 극복하기 위해서 그리고 볼트 나사산 박마를 피하기 위해서 충격 메커니즘의 토크 출력을 향상시키는, 전동 공구. - 제51항에 있어서,
상기 충격 메커니즘의 활성화 또는 비활성화가 수동적으로 또는 자동적으로 이루어지는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공구를:
큰 저항 토크 모드로부터 간헐적 토크 모드로;
큰 저항 토크 모드로부터 작은 저항 토크 모드로;
작은 저항 토크 모드로부터 간헐적 토크 모드로;
작은 저항 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로;
간헐적 토크 모드로부터 큰 저항 토크 모드로; 또는
간헐적 토크 모드로부터 작은 저항 토크 모드로 전환하는 스위치를 포함하는, 전동 공구. - 제58항에 있어서,
상기 스위치는 자동 또는 수동인, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
초음파 회전력, 초음파 진동력, 또는 양자 모두를 생성하는, 전동 공구. - 제38항에 있어서,
상기 드라이브 소켓이 내부 소켓이고, 상기 반작용 소켓이 외부 소켓인, 전동 공구. - 제38항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 큰 저항 토크 모드 중에, 상기 너트 및 와셔 또는 상기 스터드-헤드 및 와셔의 동시적인 결합이: 측면 하중을 제거하고; 보다 균일한 조인트 압축을 보장하기 위한 보다 균일한 볼트 하중을 초래하며; 공구 이용을 단순화시키고; 조작자 오류 위험을 감소시키고; 그리고 조작자 안전을 개선하는, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 큰 저항 토크 모드가 느린 속력의 큰 토크 모드이고, 상기 작은 저항 토크 모드가 빠른 속력의 작은 토크 모드인, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 동축적인 반작용 표면이 와셔이고, 상기 와셔가 조이고자 하는 조인트에 일체로 형성되거나 그에 결합되거나;
상기 산업용 나사산형 체결구가 너트를 가지는 종류이고, 상기 동축적인 반작용 표면이 스터드인, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 산업용 나사산형 체결구가: 알렌 키이 연결; 소켓 쇼울더 나사("SSC") 헤드; 소켓 헤드 버튼 나사("SHBS") 헤드; 육각 헤드 캡 나사("HHCS") 헤드; 둥근 헤드 슬롯형 나사("RHSS") 헤드; 평평한 헤드 별모양 나사("FHTS") 헤드; 소켓 세트 나사("SSS") 헤드; 또는 소켓 헤드 캡 나사("SHCS") 헤드를 포함하는 스터드-헤드를 가지는 종류인, 전동 공구. - 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공구가 전기적으로, 유압적으로, 공압적으로, 또는 이들의 임의 조합적으로 구동되는, 전동 공구. - 제34항 내지 제66항 중 어느 한 항에 따른 반작용 무-아암 토크 전동 공구로, 동축적인 반작용 표면, 스터드 및 상기 스터드와 나사식으로 결합 가능한 너트 또는 상기 스터드에 연결된 스터드-헤드를 가지는 종류의 산업용 나사산형 체결구를 박마-최소화 조임, 풀림 또는 조임 및 풀림 모두를 실시하기 위한 방법으로서:
상기 조임이:
너트, 스터드-헤드, 너트 및 동축적인 반작용 표면 또는 스터드-헤드 및 동축적인 반작용 표면을 일 방향으로 런 다운시키는 단계;
상기 동축적인 반작용 표면을 반대 방향으로 분리 반작용시키는 동안, 상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 일 방향으로 조이는 토크작업 단계를 포함하고;
상기 풀림이:
상기 동축적인 반작용 표면을 일 방향으로 분리 반작용시키는 동안, 상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 반대 방향으로 푸는 토크작업 단계;
상기 너트, 상기 스터드-헤드, 상기 너트 및 상기 동축적인 반작용 표면 또는 상기 스터드-헤드 및 상기 동축적인 반작용 표면을 반대 방향으로 런 업시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제67항에 있어서,
상기 조임이:
상기 동축적인 반작용 표면을 조이고자 하는 조인트 위에 배치하는 단계;
상기 너트 또는 상기 스터드-헤드를 상기 동축적인 반작용 표면 위에 배치하는 단계;
큰 저항 토크 모드로 스위칭시키는 단계를 포함하고,
상기 풀림이:
상기 공구를 상기 조여진 너트 또는 상기 조여진 스터드-헤드 및 상기 가압된 동축적인 반작용 표면 위에 배치하는 단계; 및
LSHT 모드로부터 HSLT 모드로 스위칭시키는 단계를 포함하는, 방법. - 첨부 도면을 참조하여 본원에서 설명된 그리고 첨부 도면에 도시된 바와 같은 임의의 신규한 특징 또는 신규한 특징의 조합.
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