JPH0740261A - トルクレンチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンジングに歪検出部分を設けて、歪の状態
を歪ゲージによって判定し、十分な締め付け状態になっ
ているかどうかを個人差なく判定して所定の締め付け力
でボルト体の締め付け作業ができるようにしたトルクレ
ンチを提供する。 【構成】 回転トルク伝達用歯車４、５、６、７を順次
噛合させて内装してなるハウジング1bの先端に首振りハ
ウジング2b部を左右首振り可能に枢着してあり、このハ
ウジング1bに回転自在に内装したボルト締付け用歯車３
を上記歯車４に噛合させている。さらに、上記ハウジン
グ1bとハウジング部2bの側面間に亘って歪検出プレート
９を固着し、この歪検出用プレート９上に歪ゲージ11を
接着固定してボルト締めする歯車３の回転トルクの上昇
によって変形する歪検出プレート９の変形量を歪ゲージ
11によって検出させるように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボルト又はナットの締
め付けトルクの検出手段を備えたトルクレンチに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、レンチ本体の先端部に回転自
在に設けている歯車体の中央部にボルト嵌合孔を設け、
この嵌合孔にボルト頭を嵌入させた状態でレンチ本体内
に配設しているモータを駆動することにより、歯車体を
回転させてボルトを締め付けるように構成したトルクレ
ンチが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなトルクレンチにおいては、モータから歯車体に伝達
される回転トルクによって一定の締め付け力が得られる
が、その締め付け力がボルト体に要求される所定の締め
付けトルクに達しているかどうかは判断できないため
に、モータ駆動による歯車体の回転の停止後、人手によ
ってレンチ本体のハンドル部を回動させてボルトの強固
な締め付けを行っているのが現状である。

【０００４】このような人手による締め付け力の大小
は、ハンドル部に作用する負荷によって感じとれるが、
使用する人の力に個人差があるため腕力の強い人が操作
した場合には、レバーハンドルの負荷を感じないまま締
め付け作業を続行してしまい、ボルト体のネジ山を傷め
たりして力の加減がむずかしいものであった。また、逆
に非力な人が操作する場合には、一般の人よりも負荷を
大きく感じるために締め付け力が弱いままで終了してし
まうケースがあった。

【０００５】本発明は、このようなトルクレンチの締め
付け力を操作する人の腕に感じる負荷の大小で判断する
のではなく、ハウジングに歪検出部分を設けて、歪の状
態を歪ゲージによって判定して、十分な締め付け状態に
なっているかどうかを個人差なく判定して所定の締め付
け力でボルト体の締め付け作業ができるようにしたトル
クレンチを提供することを目的としたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、中心部にボルト又はナットの嵌合孔を設
けている歯車体をハンジングの先端部に回転自在に内装
し、該ハウジングの下面に露出している上記歯車体の嵌
合孔にボルト又はナットを嵌入させて該歯車体を回転さ
せることによりボルト又はナットの締め付けを行うトル
クレンチにおいて、上記歯車体近傍部におけるハウジン
グにトルク負荷の上昇に伴って変形する歪検出部分を設
けるとともに、上記歪検出部分に歪量を検出する歪ゲー
ジを設けた構造としている。

【０００７】

【作用】上記のように構成したので、モータ側からの回
転トルクによって歯車体を回転させ、該歯車体の嵌合孔
に嵌入しているボルト又はナットを締め付けていくもの
であるが、その締め付けトルク値の上昇に伴って、ハウ
ジングの歪検出部分に圧縮力や引っ張り力による変形が
発生する。この変形が歪検出部分に設けている歪ゲージ
によって正確に判定されて、ボルトもしくはナットの締
め付け力が一定の締め付け力まで達していることが判定
されるものである。

【０００８】また、歪ゲージによって検出される歪量を
増幅器を介して数値化して外部のメーターに表示させる
ようにしておくことにより、歪量の数値表示を見ながら
所定の締め付け力に達しているかどうか確認出来るよう
になり、力の強い人の場合の締め付け過ぎによるネジ山
の破損・損傷を未然に防止することができる。また、力
の弱い人は歪ゲージの表示が所定の締め付け力に達する
まで十分締め付けるようになって、締め付け力の不足を
まねく恐れがないものである。

【０００９】

【実施例】次に、本発明のトルクレンチの実施例につい
て説明する。図１は、本発明の第１実施例を示し、首振
り型のトルク検出機構を設けた場合のトルクレンチのギ
ヤアタッチメントを示すものであり、レンチ本体の先端
部に着脱自在に装着してレンチ本体が入らないような狭
い場所で使用することを目的にした延長用機器を示す。
図１において1aはトルク発生用歯車を格納するギヤハウ
ジング1bのカバーであり、ハウジング1bには歯車４，
５，６，７が組み込まれており、該ハウジング1bの底面
及び上記カバー1aには各歯車の中心軸4a〜7aの上下端を
回転自在に軸支する孔41、51、61、71が設けられ、これ
らの歯車４〜７が順次噛み合った状態でハウジング1b内
に内蔵されている。

【００１０】ハウジング1bの先端側に配設された上記歯
車４の中心軸4aは他の歯車の中心軸より長く構成されて
おり、カバー1a及びハウジング1bから外部に突出してい
る。ハウジング1bの先端にはボルト（あるいはナット）
嵌合用歯車体を格納した首振りハウジング部2bとそのカ
バー部2aとの基端部を上記歯車４の中心軸4aの上下突出
端に該中心軸4aを支点として左右方向に首振り自在に枢
着して連結してあり、このハウジング部2b内に回転自在
に配設している歯車体３を上記歯車４に噛合させてあ
る。この歯車体３の中心軸部3aには角孔からなるボルト
またはナット（以下、ボルトとして説明する）の嵌合孔
3bを上下に貫通状態に設けてあり、該嵌合孔3bはハウジ
ング部2bの底面に設けた孔31を通じて開口させてある。
なお、上記カバー1aとハウジング1b、及びカバー部2aと
ハウジング部2bとはボルト81によって一体的に組み立て
られている。

【００１１】上記ハウジング1bとハウジング部2bとの両
側面間に亘って歪み検出用プレート９、10がネジ82によ
って固定されてあり、上記歯車４の両側方におけるこれ
らのプレート９、10の表面部にセンサーとして歪ゲージ
11、12を夫々接着固定してある。また、上記ハウジング
1bの基端側に設けられた歯車７の中心軸7aの中心部には
レンチ本体Ａ（図10に示す）の回転角軸Ｂに嵌合させる
ための角孔からなる連結孔7bが貫通状態で設けられてい
ると共に、該歯車７を中心として上記カバー1aとハウジ
ング1bとの基端部四方には、レンチ本体Ａの先端部下面
に設けたタップ穴（図示せず）にネジ止めするためのボ
ルト挿通孔9aを設けてある。

【００１２】このように構成したアタッチメントＴは、
上記のようにその基端部をレンチ本体Ａの先端部下面に
一体的にネジ止めしてレンチ本体Ａの先端延長方向に突
出させた状態に連結し、レンチ本体が入らない狭い場所
等においても該アタッチメントをボルト締め付け位置ま
で差し込んで締め付け作業を行えるようにしている。

【００１３】このように組立てたトルクレンチの動作に
ついて説明すると、レンチ本体Ａ内に設けているモータ
Ｍを駆動して減速器を介してレンチ本体Ａの先端角軸Ｂ
を回転させると、該角軸Ｂを嵌入させた歯車７が回転
し、その回転力はハウジング1b内の噛合歯車列４〜７を
通じて首振りハウジング部2b内の歯車体３に伝達され
る。今、歯車体３の嵌合孔3bにボルトを嵌合させた状態
で該歯車体３を図２に示すように右方向に回転すると、
その回転によってボルトが螺進していく。

【００１４】そして、ボルトが締め付けられてそのトル
クが上昇し、ある一定のトルク値に達すると歯車体３は
廻らなくなりロック状態になる。この時、同時に歯車体
３と噛合している歯車４もロック状態となる。このロッ
ク状態においてさらにレンチ本体Ａ側からのモータＭに
よる回転トルクが加えられて歯車５が右方向に自転しよ
うとすると、歯車５に連結されている歯車４は左方向に
自転しようとする。しかし歯車３がロックされているの
で歯車４も自転することができない。従って、この状態
では歯車４はその軸4aを中心に歯車３をハウジング部2b
と共に左方向（矢印13の方向）に回転させようとする。

【００１５】このとき回転方向を検出するために取り付
けた歪検出プレート９には、レンチから加えられたトル
クに比例した圧縮歪（矢印14で示す）が、同様に歪検出
用プレート10には引張歪（矢印15で示す）が発生する。
また同時に各歪検出プレート９，10には撓みによる歪も
加わるが、この撓みによる歪も同様にレンチから加えら
れたトルクに比例するので検出精度が低下するような問
題にはならない。

【００１６】図３は負荷状態の挙動を理解しやすくする
ため変形を大きくして示したものである。歪検出プレー
ト９，10にレンチから加えられたトルクに比例した歪
（矢印14、15）が発生したときその上に取り付けられた
歪ゲージ11、12でその歪量が検出される。歪ゲージは歪
を電圧に変換するセンサーであり、専用増幅器を使用す
ることによって、トルクに応じた電圧または電流を得る
ことが出来る。このため表示メーターに接続してトルク
値を直接読み取ることができる。

【００１７】次に、本発明のトルクレンチの第２実施例
について説明する。図４は、本発明の第２実施例を示
し、アタッチメントＴ自体の側壁撓み構造となっている
トルク検出機構を設けた場合を示す。図４において、上
記歯車体３はギヤハウジング21の先端部内に組み込まれ
ており、この歯車体３に上記実施例同様に歯車４、５、
６、７が順次噛合した状態にしてギヤハウジング21内に
組み込まれている。このギヤハウジング21の底面及び該
ギヤハウジング21の上面にネジによって固定されるカバ
ー22には、嵌合孔3bを有する歯車体３の中心軸3a及び歯
車４〜７の中心軸4a〜7aを回転自在に軸支する孔32、4
2、52、62、72が設けられてある。

【００１８】さらに、歯車体３に噛合した歯車４の中心
軸上下端周囲におけるハウジング21の底部とカバー22に
は、孔32、42間と孔42の両側方間に亘ってこれらのハウ
ジング21の底部およびカバー22部を部分的に切欠いてい
る馬蹄形のスリットａ、ｂが加工されており、ハウジン
グ21における歯車４の軸受け部2cと側壁部2d、2dとが分
離されている。同様に、カバー22における歯車４の軸受
け部2eと側壁部2f、2fとが分離されている。そのために
軸受け部2c、2eの剛性よりも側壁部2d、2fの剛性の方が
弱くなっており、これらの部分で歪検出部を構成してい
る。なお、上記馬蹄形のスリットａ，ｂにはギヤハウジ
ング内部の潤滑油が漏れないように、弾力性の高い樹脂
を流し込んである。

【００１９】そして、歯車４の両側方におけるギヤハウ
ジング21の両側壁面2gに歪ゲージ34、35を貼りつけて側
壁面2gの歪量を検出できるように構成している。このよ
うに構成したアタッチメントＴは、上記同様に、その基
端側の歯車７の連結孔7aにレンチ本体Ａの先端角軸Ｂを
嵌入させた状態にしてレンチ本体Ａの先端部に取付けて
トルクレンチとして使用する。

【００２０】この第２実施例のトルクレンチの動作につ
いて説明する。まず、歯車７に嵌合しているレンチ本体
Ａの角軸Ｂをモータ駆動によって右回転させると、図５
に示すごとく歯車３は右回転になり該歯車３の嵌合孔3b
に嵌入させてボルトを締め付けることができる。図５は
無負荷状態の挙動を示し、図６は負荷が加わった状態の
挙動を示す。歯車３でボルトを締め付けたとき、ボルト
のトルクが上昇すると歯車３は廻らなくなりロック状態
になる。このロック状態で、さらにレンチからトルクを
加えてボルトを締め付けた場合には、歯車５が右方向に
自転しようとすると、歯車５に噛合している歯車４が左
方向に廻ろうとする。この時、歯車３がロックされてい
るので歯車４は自転することが出来ずに、歯車３を矢印
36方向に押して回動させようとする。従って、ハウジン
グ21の剛性の弱い側壁部2d、2fが左右方向に撓んで、矢
印36方向に変形を生じるものである。図６は上記挙動を
理解しやすいように変形を大きくして図示したものであ
る。しかし現実には矢印36方向への変形は極微小であ
り、歯車の軸間のピッチが大きくなり歯車の噛み合いに
悪影響を及ぼす程の変形量ではない。

【００２１】上記ハウジング21の剛性が弱く撓みやすい
側壁部2d、2fの側壁面2gに歪ゲージ34、35を貼り付けて
いるので、該側壁部2d、2fにレンチから加えられたトル
クに比例した撓み（矢印36）が発生したとき、歪ゲージ
34、35でその歪量が検出される。歪ゲージ34、35は歪量
を電圧に変換するセンサーであり、専用増幅器を使用す
ることでトルクに応じた電圧または電流を得ることがで
きる。そのため電圧や電流の変化を表示させるメーター
に接続するとトルク値を直接読み取ることができるよう
になる。また回転方向が逆の場合には、駆動トルクに応
じて生じる歪量を正負逆向きの電圧の変化に置き換えて
得ることができるものである。

【００２２】次に、本発明のトルクレンチの第３実施例
について説明する。図７は、本発明の第３実施例を示
し、軸受け撓み型のトルク検出機構を設けた場合のトル
クレンチのアタッチメントを示す。この構造は上記第２
実施例において、馬蹄形のスリットａ、ｂに代えて歯車
４の両側に２本のスリットｃ、ｃを穿設してなるもので
あり、その他の構造については第２実施例と同じであ
る。

【００２３】即ち、ハウジング23とそのカバー24とにお
いて、歯車４の軸受孔41の両側部が２本のスリットｃ、
ｃによって歯車４の軸受け部48、54と側壁部49、50、5
2、53とに夫々分離されている。そして前記第２実施例
の側壁撓み型のトルク検出機構と異なって歯車４の軸受
け部48、54の支持部の剛性が側壁部49、50と側壁部52、
53の剛性よりも弱くなるように構成されて歪検出部を構
成している。上記軸受け48、54の支持部には歪ゲージ5
5、55（裏面）を並列状態に貼り付けて軸受け支持部の
歪を検出できるように構成されている。また、上記スリ
ットｃ，ｃにはハウジング内部の潤滑油が漏れないよう
に、弾力性の高い樹脂が充填されている。

【００２４】従って、上記第３実施例によれば、ハウジ
ング23とカバー24にレンチのトルク負荷が加わった時に
は、ギヤハウジング側壁部49、50、52、53よりも相対的
に弱く形成されている軸受け部48、54の支持部に大きな
歪が生じるようになる。そこで右方向の回転による締め
付けの負荷が加わったときには、軸受け部48、55は矢印
56の方向に変形するようになり、この軸受け部48、51の
支持部の歪を歪ゲージ55、55で検出し、上記第２実施例
と同様に専用増幅器などを用いてトルク値をメーターに
表示させることができるものである。

【００２５】すなわち、実施例と同様にレンチ本体Ａの
先端に連結してレンチ本体Ａの角軸Ｂを右回転させる
と、図８に示すごとく歯車３は右回転になりボルトの締
め付けを行う。図８は無負荷状態の挙動を示し、図９は
負荷が加わった状態の挙動を示す。歯車３でボルトを締
め付け終了時に該歯車３はロック状態になり、この状態
からさらにレンチからトルクを加えてボルトを締め付け
た場合には、歯車５が右方向に自転しようとすると、歯
車４が左方向に廻ろうとする。しかし、このとき歯車３
がロックされているので歯車４は自転することが出来ず
に、歯車３を矢印56方向に押して回動させようとする。
従って、歯車４の軸受け部48、54は剛性の弱い支持部側
に撓みを生じて、矢印56方向に変形を生じるものであ
る。図９は上記挙動を理解しやすいように変形を大きく
して図示したものである。しかし現実には矢印56方向へ
の変形は極微小であり、歯車の軸間のピッチが大きくな
り歯車の噛み合いに悪影響を及ぼす程の変形量ではな
い。

【００２６】ここで上記軸受け部48、54には歪ゲージ5
5、55を貼り付けてあるので、軸受け部48、54の変形が
歪ゲージ55で検出される。歪ゲージ55は歪量を電圧に変
換するセンサーであり、専用増幅器を使用することでト
ルクに応じた電圧または電流を得ることができる。その
ため電圧や電流の変化を表示させるメーターに接続する
とトルク値を直接読み取ることができるようになる。

【００２７】次に、上記各実施例においては、レンチ本
体Ａに歪み検出部を設けたアタッチメントを連結してト
ルクレンチを構成したが、図11〜図15は先端駆動部Ｄに
歪み検出部を一体に設けてなるトルクレンチを示すもの
である。即ち、先端駆動部Ｄは、ラチェットレンチのラ
チェットホイール８を回転自在に保持する上下ハウジン
グプレート25、26の一部に、締め付けトルクが加わった
ときにトルクに応じて微小な歪が発生するようなスリッ
ト27、28を加工してある。また、このスリット27、28に
よって変形する弱点部分に歪ゲージ29を貼り付けてあ
る。

【００２８】上記ラチェットレンチの動作について説明
すると、まず、モーターＭの回転が減速器Ｅで減速され
てカム67を矢印Ｙの方向に回転させる。上記カム67が回
転してクリック（爪）68に取り付けられたローラー69が
カム山を上昇すると上記クリック68が前進してラチェッ
トホイール８を矢印Ｘ方向に回転させることができるよ
うになる。続けてカム67が回転し、ローラー69がカム山
を下降すると、クリック68はバネ71によって押し戻され
後退するが、ラチェットホイール６は逆転防止爪70によ
ってその位置が保持される。以上の繰り返しによってラ
チェットホイール８の中央角孔8aに嵌入したボルトまた
はナットの六角頭が回転される。

【００２９】上記モーターの力でボルトが着座すると、
あとは人手によって矢印Ｃの方向にラチェットレンチの
ハンドル部Ｈを回動させてボルトが締め付けられる。こ
の時、ラチェットホイール６は逆転防止爪70によって固
定されているため、任意の力で締め付けることができる
ようになる。モーターＭの力で着座するまではトルクが
低いためにスリット27、28による歪検出部の歪量が小さ
いが、人力で増し締めを行うとスリット27、28による歪
検出部の歪が適度に発生する。この歪検出部の変形を歪
ゲージ66で検出して専用回路で増幅し、メーター表示さ
せることによりトルク値を直接読み取ることができるよ
うになる。

【００３０】なお、上記第１実施例から第４実施例にお
いてトルク値を表示させる以外に、所定のトルク値に達
したらブザー等の警報を鳴らすように構成してもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明は、歯車ある
いはカムの回転によってボルトもしくはナットの締め付
けを行うトルクレンチにおいて、歯車あるいはカムを内
蔵させたハウジングにトルク負荷の上昇に伴って変形す
る歪検出部分を設けるとともに、上記歪検出部分に歪量
を検出する歪ゲージが設けられていることを特徴とする
トルクレンチであるので、締め付け用歯車やカムのトル
ク値の上昇に伴って、ハウジングの歪検出部に圧縮力や
引っ張り力による変形が発生すると、その変形が歪ゲー
ジによって正確に判定されて、ボルトもしくはナットの
締め付け力が一定の締め付け力まで達していることが判
定されるものである。

【００３２】また、上記歪検出部には歪量を検出する歪
ゲージが設けられているので、歪値を増幅器を介して数
値化してメーターに表示させておくと、歪量の数値表示
を見ながら所定の締め付け力に達しているかどうか確認
出来るようになり、力の強い人の場合の締め付け過ぎに
よるネジ山の破損・損傷を未然に防止することができ
る。また、力の弱い人は歪ゲージの表示が所定の締め付
け力に達するまで十分締め付けるようになって、締め付
け力の不足をまねく恐れがないものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す要部分解斜視図、

【図２】図１におけるトルクレンチの無負荷状態の挙動
を説明する平面図、

【図３】図１におけるトルクレンチの負荷状態の挙動を
説明する平面図、

【図４】本発明の第２実施例を示す要部分解斜視図、

【図５】図４におけるトルクレンチの無負荷状態の挙動
を説明する平面図、

【図６】図４におけるトルクレンチの負荷状態の挙動を
説明する平面図、

【図７】本発明の第３実施例を示す要部分解斜視図、

【図８】図７におけるトルクレンチの無負荷状態の挙動
を説明する平面図、

【図９】図７におけるトルクレンチの負荷状態の挙動を
説明する平面図、

【図１０】第１〜第３実施例のアタッチメントを装着し
たトルクレンチの簡略側面図、

【図１１】本発明の別な実施例を示す平面図、

【図１２】図１０のラチェットレンチにおける要部分解
斜視図、

【図１３】図１０におけるトルクレンチの内部機構を説
明する平面図、

【図１４】図１０におけるトルクレンチの無負荷状態の
挙動を説明する平面図、

【図１５】図１０におけるトルクレンチの負荷状態の挙
動を説明する平面図。

【符号の説明】

1a カバー 1b ハウジング ３，４，５，６，７ 歯車 ８ 軸受け部 ９，10 歪検出用プレート 11、12 歪ゲージ ａ，ｂ スリット

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成６年５月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】上記ラチェットレンチの動作について説明
すると、まず、モーターＭの回転が減速器Ｅで減速され
てカム67を矢印Ｙの方向に回転させる。上記カム67が回
転してクリック（爪）68に取り付けられたローラー69が
カム山を上昇すると上記クリック68が前進してラチェッ
トホイール８を矢印Ｘ方向に回転させることができるよ
うになる。続けてカム67が回転し、ローラー69がカム山
を下降すると、クリック68はバネ71によって押し戻され
後退するが、ラチェットホイール８は逆転防止爪70によ
ってその位置が保持される。以上の繰り返しによってラ
チェットホイール８の中央角孔8aに嵌入したボルトまた
はナットの六角頭が回転される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】上記モーターの力でボルトが着座すると、
あとは人手によって矢印Ｃの方向にラチェットレンチの
ハンドル部Ｈを回動させてボルトが締め付けられる。こ
の時、ラチェットホイール８は逆転防止爪70によって固
定されているため、任意の力で締め付けることができる
ようになる。モーターＭの力で着座するまではトルクが
低いためにスリット27、28による歪検出部の歪量が小さ
いが、人力で増し締めを行うとスリット27、28による歪
検出部の歪が適度に発生する。この歪検出部の変形を歪
ゲージ29で検出して専用回路で増幅し、メーター表示さ
せることによりトルク値を直接読み取ることができるよ
うになる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１５】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心部にボルト又はナットの嵌合孔を設
   けている歯車体をハンジングの先端部に回転自在に内装
   し、該ハウジングの下面に露出している上記歯車体の嵌
   合孔にボルト又はナットを嵌入させて該歯車体を回転さ
   せることによりボルト又はナットの締め付けを行うトル
   クレンチにおいて、上記歯車体近傍部におけるハウジン
   グにトルク負荷の上昇に伴って変形する歪検出部分を設
   けるとともに、上記歪検出部分に歪量を検出する歪ゲー
   ジが設けられていることを特徴とするトルクレンチ。