JP6993095B2 - トルクレンチ - Google Patents

Description

本発明は、ラチェット機構を備えたトルクレンチに関する。

従来のトルクレンチのラチェット機構としては、図６に示す機構（例えば、特許文献１）や図７に示す機構（例えば、特許文献２）がある。

図６に示すラチェット機構では、係合部材４Ａが、軸部５Ａを中心に回動可能である。そして、バネ３Ａが係合部材４Ａをラチェット環１Ａに向かって付勢することにより、ラチェット環１Ａのラチェット歯２Ａに係合部材４Ａの先端部が噛み合っている。このとき、係合部材４Ａは、ラチェット環１Ａが矢印Ｄ１の方向に回転することを阻止する。ラチェット環１Ａが矢印Ｄ２の方向に回転すると、係合部材４Ａの先端部がラチェット歯２Ａに沿って移動することにより、バネ３Ａが伸縮し、係合部材４Ａは、軸部５Ａを中心に回動する。図６に示すトルクレンチを矢印Ｄ３の方向に回動させてボルト等の締結部材を締め付けるとき、締結部材からの反力によって、ラチェット環１Ａを矢印Ｄ１の方向に回転させる力が発生する。係合部材４Ａは、ラチェット歯２Ａに噛み合ったままとなるため、軸部５Ａを支点として、ラチェット環１Ａが矢印Ｄ１の方向に回転しようとするときの荷重Ｆ１を受け止める。

一方、図７に示すラチェット機構では、係合部材４Ａの一部とバネ３Ａとが並べられて案内溝６Ａに収容されている。バネ３Ａが係合部材４Ａをラチェット環１Ａに向かって付勢することにより、ラチェット環１Ａのラチェット歯２Ａに係合部材４Ａの先端部が噛み合っている。このとき、係合部材４Ａは、ラチェット環１Ａが矢印Ｄ１の方向に回転することを阻止する。ラチェット環１Ａが矢印Ｄ２の方向に回転すると、係合部材４Ａの先端部がラチェット歯２Ａに沿って移動することにより、バネ３Ａが伸縮し、係合部材４Ａは、案内溝６Ａに沿って摺動する。図７に示すトルクレンチを矢印Ｄ３の方向に回動させてボルト等の締結部材を締め付けるとき、締結部材からの反力によって、ラチェット環１Ａを矢印Ｄ１の方向に回転させる力が発生する。係合部材４Ａは、ラチェット歯２Ａに噛み合ったままとなるため、案内溝６Ａの壁面７Ａに当接することにより、ラチェット環１Ａが矢印Ｄ１の方向に回転しようとするときの荷重Ｆ２を受け止める。

特開２００１－１７９６５０号公報 特開２００４－２５５５３９号公報

しかしながら、図６に示すラチェット機構では、係合部材４Ａが軸部５Ａを中心に回動するため、図７に示すラチェット機構と比べて、係合部材４Ａの作動スペースを大きくしなければならない。これにより、トルクレンチの小型化が難しいという問題があった。

さらに、上述したように、締結部材を締め付けたときに、軸部５Ａが荷重Ｆ１を受けるため、軸部５Ａが破損してしまうおそれがある。

一方、図７に示すラチェット機構では、係合部材４Ａが案内溝６Ａに沿って摺動するだけであるため、図６に示すラチェット機構に比べて、係合部材４Ａの作動スペースを広くとる必要がなく、トルクレンチを小型化しやすいというメリットがある。

しかし、図７に示すラチェット機構では、係合部材４Ａが案内溝６Ａの壁面７Ａに当接して荷重Ｆ２を受け続けることで、案内溝６Ａの壁面７Ａが摩耗しやすくなる。特に、図７に示す領域Ｒが摩耗しやすくなる。

図８は、図７の領域Ｒが摩耗した後のラチェット機構を示す。図８に示すように、図７の領域Ｒが摩耗することで摩耗面Ｗが生じる。この状態において、係合部材４Ａに荷重Ｆ２がかかると、係合部材４Ａの先端部が摩耗面Ｗに向かう方向に変位することにより、係合部材４Ａは、案内溝６Ａに対して傾こうとする。これにより、係合部材４Ａ及び案内溝６Ａの接触面積が減少し、係合部材４Ａに荷重Ｆ２（曲げ応力）が繰り返しかかることにより、係合部材４Ａが折れ曲がったり、破断したりしてしまうおそれがある。

そこで本発明は、ラチェット機構を小型化しやすくでき、ラチェット機構の部品の変形や破断を抑制できるトルクレンチを提供することを目的とする。

本発明は、使用者によって操作されるハンドルと、ハンドルに対して回動可能なヘッドとを有するトルクレンチであって、ラチェット環及び係合部材を有する。ラチェット環は、ヘッドに対して回転可能であり、ラチェット環の外周面には、ラチェット歯が形成されている。係合部材は、ラチェット歯と係合する第１位置と、ラチェット歯との係合を解除する第２位置との間で直線運動する。係合部材は、バネによって第１位置に向けて付勢されている。

ヘッドには、一対のガイド部及び収容部が形成されている。一対のガイド部は、係合部材の移動方向において、係合部材をガイドする。収容部は、係合部材の一部及びバネを収容しており、一対のガイド部の間隔よりも広い幅を有している。収容部は、一対のガイド部のうち、係合部材からの荷重を受ける一方のガイド部が摩耗することに伴う係合部材の傾きを許容する。

本発明によれば、係合部材との摩擦によってガイド部が摩耗したとき、収容部内の空間を利用して、係合部材の移動方向に対して係合部材が傾くことを許容することができる。これにより、係合部材に曲げ応力が発生することを抑制でき、係合部材が折れ曲がったり、破断したりすることを抑制できる。

係合部材は、ラチェット歯と係合する係合部と、係合部と一体的に形成された一対の腕部とによって構成することができる。ここで、一対の腕部は、ラチェット環の回転軸方向において所定の間隔を空けて配置されており、一対の腕部の間にバネが配置される。一対の腕部を設けることにより、バネを配置するための空間を形成しやすくなる。

バネの径は、一対のガイド部が対向する方向における各腕部の幅よりも大きくすることができる。これにより、バネを大型化することができ、バネの付勢力を調整しやすくなる。また、バネを大型化することにより、収容部に沿ってバネを配置することができ、収容部内におけるバネの位置を安定させることができる。

本発明のトルクレンチには、ラチェット環を覆う第１カバーと、収容部を覆う第２カバーと、リング部材とを設けることができる。リング部材の両端部は自由端であるため、径方向内側に変形することができる。ここで、リング部材を径方向内側に変形したときの復元力によって、リング部材をヘッド及び第２カバーと係合させることにより、第１カバーをヘッドに位置決めするとともに、第２カバーをヘッドに向けて付勢することができる。これにより、リング部材だけを用いて、第１カバー及び第２カバーをヘッドに取り付けることができる。

本実施形態のトルクレンチの分解斜視図である。 本実施形態のトルクレンチの上面図である。 図２におけるＡ－Ａ断面図である。 図２におけるＢ－Ｂ断面図である。 本実施形態のトルクレンチの上面図であって、案内溝の一部が摩耗した後の状態を示す図である。 従来のラチェット機構の上面図である。 従来の他のラチェット機構の上面図である。 図７のラチェット機構において、案内溝の一部が摩耗した後の状態を示す図である。

図１は、本実施形態のトルクレンチの分解斜視図である。トルクレンチ１は、ボルト等の締結部材を締め付けたり緩めたりするために用いられる。トルクレンチ１は、使用者によって操作されるハンドル２０と、ハンドル２０に対して回動可能なヘッド３０とを有する。ハンドル２０及びヘッド３０は、連結軸２１によって連結されており、連結軸２１を中心に相対的に回動する。締結部材の締め付けトルクが設定トルクに到達したとき、ハンドル２０内に配置されたトグル機構が作動することにより、ヘッド３０に対してハンドル２０が回動する。これにより、トルクレンチ１の使用者は、締結部材の締め付けトルクが設定トルクに到達したことを認識できる。なお、トグル機構は、公知の機構であるため、詳細な説明は省略する。

ヘッド３０には、穴３１と、凹部４０と、案内溝５０とが形成されている。穴３１には、ラチェット環６０、第１ヘッドカバー８１及び止め輪９０が収容される。凹部４０には、第２ヘッドカバー８２が収容される。案内溝５０には、係合部材７０とバネ７１が収容される。

穴３１は、ラチェット環６０が挿入される上端から下端にかけて、異なる径を有する３つの穴部３２，３４，３６によって構成されている。具体的には、穴３１の上端から下端にかけて順に、第１穴部３２、第２穴部３４及び第３穴部３６が形成されている。

図３は、図２に示すトルクレンチ１のＡ－Ａ断面図である。ここで、図２では、後述する第１ヘッドカバー８１、第２ヘッドカバー８２及び止め輪９０を省略しているが、図３では、第１ヘッドカバー８１、第２ヘッドカバー８２及び止め輪９０も示している。

図３に示すように、第１穴部３２の径ｄ１が最も大きく、第３穴部３６の径ｄ３が最も小さい。第２穴部３４の径ｄ２は、第１穴部３２の径ｄ１よりも小さく、第３穴部３６の径ｄ３よりも大きい。第１穴部３２には、第１穴部３２の周方向に延びる溝部３２ａが形成されている。第１穴部３２及び第２穴部３４の境界には、ラチェット環６０の回転軸Ｃと直交する平面で構成された第１段差部３３が形成されている。第２穴部３４及び第３穴部３６の境界には、ラチェット環６０の回転軸Ｃと直交する平面で構成された第２段差部３５が形成されている。

案内溝５０は、第２穴部３４と繋がっており、第２穴部３４から、第２穴部３４の外側に向かって延びている。案内溝５０は、略平行に配置された一対のガイド部５１，５２と、一対のガイド部５１，５２の間隔よりも広い幅の空間Ｓ１を形成する収容部５３とを有する（図２参照）。

一対のガイド部５１，５２の間隔は、係合部材７０の厚さよりも僅かに大きい値に設定されており、係合部材７０がガイド部５１，５２に対して摺動できるようになっている。これにより、一対のガイド部５１，５２は、係合部材７０を所定方向に沿って移動させることができる。ガイド部５１は、後述するように、係合部材７０を当接させる部分であり、ガイド部５１が形成されている領域の面積は、ガイド部５２が形成されている領域の面積よりも大きい。収容部５３（言い換えれば、空間Ｓ１）には、係合部材７０の一部及びバネ７１が収容されている。

凹部４０は、ヘッド３０の上面に形成されており、上述した第１穴部３２と繋がっている。凹部４０の底面４１は、第１段差部３３と同一平面内に形成されており、凹部４０の底面４１には、案内溝５０が形成されている。凹部４０の側面４２は、第２ヘッドカバー８２の外形に沿った形状に形成されている。凹部４０の深さは、第２ヘッドカバー８２の厚みと略等しくなっており、第２ヘッドカバー８２を凹部４０に収容したとき、第２ヘッドカバー８２の上面及びヘッド３０の上面は、同一平面内に位置する。

ラチェット環６０は、角ドライブ６１と、ラチェット歯６２と、軸部６３とを有しており、穴３１内において、回転軸Ｃを中心に回転可能である。ラチェット歯６２は、ラチェット環６０の本体の外周面に形成されており、第２穴部３４の内側に配置されて、案内溝５０に収容された係合部材７０と係合する。角ドライブ６１は、ラチェット環６０の本体のうち、回転軸Ｃの方向の一端面に設けられており、角ドライブ６１には、ソケット（不図示）が装着される。軸部６３は、ラチェット環６０の本体のうち、回転軸Ｃの方向の他端面に設けられており、第３穴部３６に挿入される。ラチェット環６０の本体のうち、回転軸Ｃの他端面は、穴３１の第２段差部３５に当接する。

係合部材７０は、直方体の一部を切り欠いたコの字型の部材である。具体的には、係合部材７０は、ラチェット歯６２と係合する係合部７０ａと、係合部７０ａの両端に一体的に設けられた一対の腕部７０ｂ，７０ｃとを有する。一対の腕部７０ｂ，７０ｃは、ラチェット環６０の回転軸Ｃの方向において、所定の間隔を空けて配置されている。

バネ７１は、弾性体であり、一対の腕部７０ｂ，７０ｃの間に配置される。一対の腕部７０ｂ，７０ｃを設けることにより、一対の腕部７０ｂ，７０ｃの間に、バネ７１を配置するための空間を形成することができる。これにより、収容部５３内において、バネ７１の配置空間を形成しやすくなる。

バネ７１の径は、一対のガイド部５１，５２が対向する方向における各腕部７０ｂ，７０ｃの幅よりも大きくなっており、図２に示すように、バネ７１の一部は、腕部７０ｂ、７０ｃの間に形成される空間から外側に突出している。なお、バネ７１の径は、上述した各腕部７０ｂ、７０ｃの幅以下であってもよい。

図４に示すように、係合部材７０は、バネ７１とともに案内溝５０に収容されており、バネ７１の一端が案内溝５０に当接し、バネ７１の他端が係合部７０ａに当接することで、バネ７１は、係合部材７０をラチェット歯６２に向かって付勢する。

なお、係合部材７０の形状は、上述した形状に限るものではない。すなわち、係合部材７０は、バネ７１の付勢力を受けてラチェット歯６２と係合できればよく、この機能を有する限りにおいて、様々な形状（例えば、直方体）に形成することができる。

第１ヘッドカバー８１は、リング状に形成されており、ラチェット環６０の一部を覆う位置に配置されることにより、ラチェット環６０が穴３１から抜け出すことを防止する。具体的には、第１ヘッドカバー８１は、穴３１の第１穴部３２に収容されており、図１に示す第１ヘッドカバー８１の下面が穴３１の第１段差部３３に当接することにより、ラチェット環６０の抜け止めを行う。ここで、第１ヘッドカバー８１の内側に形成された開口部からは、角ドライブ６１が突出する。

第２ヘッドカバー８２は、案内溝５０を覆っており、係合部材７０及びバネ７１が案内溝５０から抜け出すことを防止するために用いられ、第１側面８３と第２側面８４とを有する。第１側面８３は、凹部４０の側面４２に沿って形成されている。すなわち、第１側面８３と側面４２の曲率は略同一である。第２側面８４は、穴３１の第１穴部３２と同一の曲率で形成される。

また、第２ヘッドカバー８２の第２側面８４には、凹状の溝部８５が形成されている。溝部８５は、第２ヘッドカバー８２が凹部４０に埋め込まれた状態において、第１穴部３２の溝部３２ａの延長線上に位置する。第１穴部３２の溝部３２ａ及び第２ヘッドカバー８２の溝部８５には、止め輪９０が係合する。

止め輪９０は、第１ヘッドカバー８１が穴３１から外れることを防止したり、第２ヘッドカバー８２が凹部４０から外れることを防止したりするために用いられ、両端部が自由端となるリング状の弾性体である。止め輪９０は、周方向内側に向かって押圧されると縮径され、周方向外側に向かって変形する復元力を生じる。そして、止め輪９０は、この復元力により、第１穴部３２の溝部３２ａ及び第２ヘッドカバー８２の溝部８５に係合する。このとき、止め輪９０は、第１段差部３３に設置された第１ヘッドカバー８１に当接するため、第１ヘッドカバー８１を穴３１の第１穴部３２内で位置決めする。

また、止め輪９０が、凹部４０に収容された第２ヘッドカバー８２の溝部８５に係合しているとき、止め輪９０の復元力が第２ヘッドカバー８２に作用することにより、第２ヘッドカバー８２の第１側面８３を凹部４０の側面４２に押し付ける。これにより、第２ヘッドカバー８２が凹部４０から外れることを防止できる。

トルクレンチ１の使用時におけるラチェット機構の動作について説明する。

図２では、バネ７１の付勢力によって係合部材７０がラチェット歯６２に係合している。図２に示す状態において、ハンドル２０を矢印Ｘ方向に回転させると、締結部材からの反力がラチェット環６０に作用するため、係合部材７０は、ラチェット歯６２からの荷重Ｆ２を受けてガイド部５１に当接する。これにより、トルクレンチ１のラチェット機構はロック状態となり、ハンドル２０の矢印Ｘ方向の回転力が締結部材に伝達され、締結部材が矢印Ｚ方向（締め付け方向）に回転する。

一方、図２に示す状態において、ハンドル２０を矢印Ｙ方向に回転させると、係合部材７０は、ラチェット歯６２に沿って移動する。係合部材７０がラチェット歯６２の山部に当接するとき、ラチェット歯６２は、係合部材７０を空間Ｓ１の内側に向かって押し込むことにより、バネ７１を収縮させる。このとき、係合部材７０及びラチェット歯６２の係合が解除される。ラチェット環６０が同一方向に更に回転して、係合部材７０がラチェット歯６２の山部を乗り越えると、係合部材７０は、バネ７１の付勢力により、ラチェット歯６２の谷部に移動して再びラチェット歯６２と係合する。このように、ハンドル２０を矢印Ｙ方向に回転させると、ラチェット歯６２に対する係合部材７０の係合位置が変化し、ラチェット機構は非ロック状態となり、係合部材７０は案内溝５０に沿って往復運動（直線運動）する。このとき、ハンドル２０の矢印Ｙ方向の回転力は、締結部材に伝達されず、締結部材は締め付け方向に回転しない。

このように、ハンドル２０を矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に交互に回転させると、ラチェット環６０が矢印Ｚ方向に間欠的に回転して、締結部材を矢印Ｚ方向（締め付け方向）に回転させることができる。

本実施形態においても、図８に示す従来のラチェット機構と同様に、ガイド部５１が係合部材７０からの荷重Ｆ２を繰り返し受けることで、ガイド部５１の一部の領域（斜線で示した領域）Ｒが摩耗することがある。

図５は、図２に示す領域Ｒが摩耗した後の状態を示す図であって、図２に対応する図である。摩耗面Ｗは、領域Ｒの摩耗によって生じた壁面である。図５に示すように、係合部材７０がラチェット歯６２からの荷重Ｆ２を受けたときには、係合部材７０が摩耗面Ｗに沿った姿勢になり、図２に示す係合部材７０の姿勢に対して傾くことになる。

本実施形態では、案内溝５０に空間Ｓ１を設けているため、上述したように、係合部材７０の傾きを許容することができる。これにより、摩耗面Ｗだけにおいて、ラチェット歯６２から係合部材７０に作用する荷重Ｆ２を受けることができ、係合部材７０に曲げ応力が作用することを抑制できる。したがって、領域Ｒの摩耗後にトルクレンチ１を使用したとしても、係合部材７０の折れ曲がりや破断が発生することを抑制でき、係合部材７０の機能を維持し続けることができる。また、係合部材７０の折れ曲がりを考慮すると、係合部材７０に靭性を持たせる必要があるが、本実施形態では、摩耗面Ｗ及びラチェット歯６２による圧縮力が係合部材７０に作用するだけであるため、係合部材７０に靭性を持たせる必要が無くなり、係合部材７０の硬度を向上させることができる。

また、本実施形態では、一対の腕部７０ｂ，７０ｃの間にバネ７１を配置しているとともに、一対のガイド部５１，５２の間隔よりも広い空間Ｓ１にバネ７１を収容している。このため、バネ７１の径を大型化することができ、バネ７１の付勢力を調整しやすくなる。また、バネ７１の径を大型化することにより、収容部５３に沿ってバネ７１を配置することができ、空間Ｓ１内におけるバネ７１の位置を安定させることができる。

また、本実施形態では、止め輪９０のみで、第１ヘッドカバー８１をヘッド３０の穴３１に固定するとともに、第２ヘッドカバー８２を凹部４０に固定することができる。これにより、２つのヘッドカバー８１，８２を個別に固定する場合に比べて、部品点数を減らすことができるとともに、トルクレンチ１の組み立てが容易である。

１：トルクレンチ、２０：ハンドル、３０：ヘッド、４０：凹部、５０：案内溝、
６０：ラチェット環、７０：係合部材、７１：バネ、８１：第１ヘッドカバー、
８２：第２ヘッドカバー、９０：止め輪、Ｒ：領域、Ｗ：摩耗面、Ｓ１：空間

Claims (4)

1. 使用者によって操作されるハンドルと、前記ハンドルに対して回動可能なヘッドとを有するトルクレンチであって、
   外周面にラチェット歯が形成され、前記ヘッドに対して回転可能なラチェット環と、
   前記ラチェット歯と係合する第１位置と、前記ラチェット歯との係合を解除する第２位置との間で直線運動する係合部材と、
   前記係合部材を前記第１位置に向けて付勢するバネと、
   前記ヘッドに形成され、前記係合部材の移動方向に前記係合部材をガイドする一対のガイド部と、
   前記ヘッドに形成され、前記ガイド部のうち、前記係合部材の移動方向において前記ラチェット環から離れた端部に接続され、前記一対のガイド部の間隔よりも広い幅を有し、前記バネを収容する収容部と、
   を有し、
   前記収容部は、前記係合部材が前記第１位置および前記第２位置との間を移動する間、前記係合部材のうち、前記移動方向において前記ラチェット歯から離れた端部を収容するとともに、前記係合部材が前記第１位置にあるときに、前記一対のガイド部のうち、前記係合部材からの荷重を受ける一方の前記ガイド部が摩耗することに伴う前記係合部材の傾きを許容することを特徴とするトルクレンチ。
2. 前記係合部材は、
   前記ラチェット歯と係合する係合部と、
   前記係合部と一体的に形成され、前記ラチェット環の回転軸方向において前記バネを挟む位置に配置される一対の腕部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のトルクレンチ。
3. 前記バネの径は、前記一対のガイド部が対向する方向における前記各腕部の幅よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載のトルクレンチ。
4. 前記ラチェット環を覆う第１カバーと、
   前記収容部を覆う第２カバーと、
   自由端である両端部を有しており、径方向内側に変形したときの復元力によって、前記ヘッド及び前記第２カバーと係合することにより、前記第１カバーを前記ヘッドに位置決めするとともに、前記第２カバーを前記ヘッドに向けて付勢するリング部材と、
   を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のトルクレンチ。

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