JP2013526416A - 油圧パルスユニットを備えた動力レンチ - Google Patents

Abstract

本発明に係る動力レンチは、回転モータ、出力軸（１８）及び油圧パルスユニット（１７）を備え、前記油圧パルスユニット（１７）は、モータに接続された慣性駆動部材（２０）を有する。前記慣性駆動部材（２０）は、衝撃発生機構（３０）を備えたオイル室（２３）と、トルク衝撃を受けるためにオイル室（２３）内までのびる出力スピンドル（２９）とを有する。慣性駆動部材（２０）は、オイル室（２３）を画定する円筒状部材（２１）、後端壁（２２）及び前記後端壁（２２）と共に回転する分離要素（３８）を備え、前記分離要素（３８）は、実質的に軸線方向に向いた表面（４５）を有する。前記表面（４５）は、後端壁（２２）の表面（４６）と共に、クリアランスギャップ（４３）の形態のオイル通路を形成する。クリアランスギャップ（４３）を介して、空気が混入したオイルが、一つ又は複数のオイル導入口（４０；６４ａ，６４ｂ）から、一つ又は複数の空気排出口（５２ａ〜５２ｅ；６２ａ〜６２ｄ）を通過して、一つ又は複数のオイル排出口（５３；６５ａ，６５ｂ）までの間を循環され、それにより、遠心作用によってオイルから空気が取り出され、前記空気は空気排出口（５２ａ〜５２ｅ；６２ａ〜６２ｄ）を介して、クリアランスギャップから出て、中心に配置された空気収集室（５０）に集められる。クリアランスギャップ（４３）は、合致する表面（４５，４６）によって形成され得、表面（４５，４６）全体を覆う拡張部を有する。また、クリアランスギャップ（４３）は、複数のループ形状溝（４８ａ〜４８ｅ；６８ａ〜６８ｄ）によって、分離要素（３８）上に形成され得、一つ又は複数のセクション（６０，６１）を含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転モータ及び油圧パルスユニットを備えた衝撃式動力レンチに関し、前記油圧パルスユニットは、モータを出力軸に間欠的に連結し、締め付けるべきネジ継手に繰り返しトルク衝撃を伝達する。

このタイプのいくつかの動力レンチには、パルスユニットを正確な量のオイルで満たして、パルスユニットの内部に十分な量の空気を残し、レンチの動作中のオイルのいくらかの熱に関連する膨張を和らげることに問題がある。ある量の空気がオイル内に残される主な理由は、オイルの容量にいくらか弾性的な圧縮性をもたせ、それにより、パルスユニットの衝撃周波数を高めることにある。オイル内の空気の割合が非常に低いと、パルスユニット内に大きな圧力が生じることになり摩擦損失と過熱の原因となるが、空気の割合が非常に高いと、パルスユニットの効率が低下することになる。

他のいくつかのパルスユニットでは、熱関連膨張を補償し、オイルの容量に若干の弾力性を持たせるための弾性要素又はアキュムレーターを使用することによりオイル充填問題を解決している。これらの場合には、パルスユニットは、オイルの容量内に空気を何も残すことなく完全に充填され得る。この特徴がある衝撃発生装置は、米国特許第６，１１０，０４５号に開示されている。

しかしながら、レンチの動作中にパルスユニットから、最初は少ないが、ある程度のオイル漏れが不可避的に生じることになるという問題が未だある。これは、対応する量の空気がパルスユニットに入り込むことになることを意味する。その結果、時間と共にパルスユニットの内部の空気の量が増加することになる。従って、オイル容量中の空気の割合は連続的に増加することになり、レンチをいくらかの時間使用した後、パルスユニット内での空気の量の増加により、効率の低下が起こり、最終的には、衝撃生成の完全損失、所謂、スピニングが生じることになる。

理論上は、パルスユニットのオイル収容容量の全体のサイズを実質的に増加させ、それにより、漏れによって生じるオイル容量内の空気の割合を低く維持することにより、動力レンチの使用間隔を広げることは可能である。その結果、オイル容量の弾力性が、拡張された動力レンチの動作時間の間、低く維持されることになり、パルス発生効率が長期の使用間隔に対して高いレベルで維持されることになる。しかし、このように拡大したオイル室でさえ、幾らかの動作時間の後に、空気の割合が望ましくない高さになる。このような拡大したオイル容量の明らかな欠点は、パルスユニット、即ち、動力レンチの外側寸法及び重さを増加させることにある。この欠点は容認することができない。

本発明の目的は、改良した動力レンチを提供することにあり、該動力レンチは、オイルから空気を取り出すための分離手段を備えた油圧パルスユニットを備え、それにより、パルスユニットの寸法を小さく維持したままで、動力レンチの実質的に拡張した使用間隔に対してパルス効率を高いままに維持する。

本発明の別の目的は、遠心作用によってオイルから空気を取り出すための分離手段と、分離した空気を集めるための分離空気収集室とを備えた油圧パルスユニットを有する動力レンチを提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになる。

本発明による動力レンチの側面図である。 図１に示した動力レンチのパルスユニットを通る長手方向断面図である。 オイル・空気分離手段の一実施例を説明する図２における分離手段部材の背面図である。 オイル・空気分離手段の別の実施例を示す図である。 オイル・空気分離手段のさらに別の実施例を示す図である。 オイルフィルタを備えたオイル空気分離手段の拡大断面図である。 オイル漏れの量とパルスユニットの衝撃周波数との関係を説明する図である。 オイル漏れの量とパルスユニットのトルク出力との関係を説明する図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して説明していく。

図面に一実施例として示された動力レンチは、ハンドル１１を有するハウジング１０を備えた空気圧駆動ピストル型レンチである。ハンドル１１は、その下端部に、圧縮空気導管用の接続部材１２と排気消音器１３とを支持している。動力制御のためのスロットルバルブはトリガボタン１４によって操作される。ハウジング内には、不図示のモータと、端部が四角形の出力軸１８を備えた油圧パルスユニット１７とが設けられている。

図２に示すように、衝撃ユニットは、後端壁２２を備えた円筒状部材２１を有し、オイル室２３を囲む慣性駆動部材２０を備えている。後端壁２２には、モータに永久接続するための連結部分２４が形成されている。また、後端壁２２は、ねじ接続部２５によって円筒状部材２１に固定されている。

出力軸１８は、衝撃受け部分２９を有し、この衝撃受け部分２９はオイル室２３の中に伸び、衝撃発生機構３０を介して駆動部材２０に断続的に接続される。衝撃発生機構３０は、一対のピストン部材２４及び回転部材２７を有し、前記回転部材２７は、出力軸に回転方向にロックされ、円筒状部材２１のカム輪郭２６によって径方向内方に向けて連続的に付勢されており、中央高圧室３４内でそれらの間のオイルが圧縮され、それにより、トルク衝撃が生成される。カムスピンドル３５は後端壁２２に固定され、高圧室３４の中まで同軸上に伸び、各衝撃生成後に外方にピストン部材２４を戻すのに効果的である。

先に米国特許６，１１０，０４５号で説明されているので、衝撃機構の動作は、本質的には何も詳細には説明しない。

また、後端壁２２は空気分離手段３７を備え、この分離手段３７は、実質的に軸線方向に向いた面４６と分離要素３８とを有する。前記分離要素３８は、端壁２２と円筒状部材２１との間で堅くクランプされている。分離要素３８は、実質的に軸線方向に向いた面４５を有し、この面４５は、端壁２２の面４６と対向するように配置され、かつ、前記面４６と合致する。両面４５及び４６はわずかに円錐形であり、分離要素３８は中央オイル導入開口４０を有し、この開口４０は、中央通路４１及びカムスピンドル３５に配置された二つの径方向開口４２を介して高圧室３４に繋がる。開口４２の流量範囲は非常に小さい。また、開口４２は、高圧ピークが分離手段に達するのを防止するが、微量のオイル流だけが通過できるように調整される。外周に隣接して、分離要素３８にはオイル排出口５３が設けられており、回転軸線Ａ−Ａの近くには、空気排出口５２が設けられている。表面４５及び４６は、それらの間に、クリアランスギャップ４３を形成し、このギャップ４３はオイル循環通路として機能する。開口４０を介してクリアランスギャップ４３に入るオイルは、遠心作用によって排出口５２に向けて外側に向かって付勢されることになる。

図４に示した実施例では、クリアランスギャップ４３は、分離要素３８に形成された一連の実質的にループ形状の溝４８ａ〜４８ｅから成り、溝４８ａはオイル導入開口４０と繋がる。それらの中心部分で、溝４８ａ〜４８ｅの全ては、回転軸線Ａ−Ａの位置で後端壁２２に設けられた空気収集室５０に繋がる。ループ形状の溝４８ａ〜４８ｅは、相互に連結された一連の溝であり、下流の溝部分４８ｅは、実質的に径方向のオイル排出通路５１を介してオイル排出口５３に繋がる。オイル排出口５３は、回転軸線Ａ−Ａから径方向に距離をおいて配置され、オイル室２３に繋がる。

クリアランスギャップ４３を形成する分離要素３８の表面４５の溝４８ａ〜４８ｅは、任意の適当な方法で形成され、例えば、分離要素３８の全体を形成する焼結処理工程で形成される。

衝撃ユニットの動作中、慣性駆動部材２０はモータによって回転され、トルク荷重が出力軸１８に加えられると、慣性駆動部材２０と出力軸１８との間に相対的回転が起こり、ローラ２５とピストン要素２４とが、カム輪郭２６によって内方に付勢され、高圧室３４内に高圧を生み出す。それにより、トルク衝撃が出力軸１８で達成される。避けられない漏れにより、常に、幾らかの量の空気がオイル内に混入することになり、その量が多くなりすぎると、衝撃ユニットの効率が低減することになる。分離手段３７は、空気の量をできるだけ長い間、低く維持し、衝撃ユニットの効率を高いままに維持するようにする。

衝撃発生時に、高圧室３４内における高圧ピークにより、通路４１及び開口４２を通して押し出され、分離手段３７のオイル導入口４０に達するオイルの小さな間欠的な流れが生じることになる。

分離手段３７が、慣性駆動部材２０と共同で回転するので、クリアランスギャップ４３のオイルに影響を及ぼす遠心作用が生じる。オイルは、第一ループ形状溝４８ａを通して外側に付勢され、オイル流は、次のループ形状溝４８ｂに入る前に、所定の距離、内側に向けて曲げられる。オイル流を示す黒塗り矢印と、空気排気口５２ａ〜５２ｅを介して空気収集室５０へ流れる空気漏れの流れを示す白抜き矢印が参照される。

オイルと空気の間の濃度の実質的な差に依存して、遠心作用は、オイルを径方向外方に付勢し、空気を径方向内方に付勢する。これにより、空気は、空気排気口５２ａ〜５２ｅを介して中央空気収集室内に押入れられ、オイル流は、次のループ形状溝４８ｂを介して進み、さらに、次の溝４８ｃ、４８ｄ及び４８ｅを通して進む。オイル流内に残っている空気は、全てのループ形状溝４８ａ〜４８ｅから、排出口５２ａ〜５２ｅを通してオイル流の外に押し出され、空気収集室５０の中に押し込まれ、オイルが、排出口５３及び排出通路５１を介して分離手段３７から出る時に、オイルに混入された全ての空気が分離されて収集室５０に集められる。ループ形状溝４８ａ〜４８ｅにおける繰り返しの遠心分離によって、オイル内に混入した空気は取り出されることになり、実質的に空気が混入していないオイルがオイル室２３内に送り戻される。

分離効果を高めるために、ループ形状溝４８ａ〜４８ｅは非対象であり、慣性駆動装置２１の回転方向Ｒにおける衝撃発生中の遅延力を高める。オイルの慣性が、オイルをさらに強く径方向外方に付勢し、同時に、空気が径方向内方に押されて空気排気口５２ａ〜５２ｅに達する。

パルスユニット１７全体が、最初からオイルで満たされているので、空気収集室もまた、オイルで満たされている。しばらく動作した後、空気が収集室５０に集められるようになるが、ループ形状溝４８ａ〜４８ｅの寸法が非常に細かいので、毛細管現象によって、空気よりオイルが、収集室５０から出されて、オイル室２３に戻される。このことは、オイルが収集室５０から出されるのに反して、空気が収集室５０に集められることを意味する。選択的に、フェルト材料から成る複数の芯が、毛細管現象を介して、収集室５０からオイルを吸引するために配置され得る。

図５に示した空気分離手段の実施例では、分離要素３８のオイル循環ループ形状溝６８ａ〜６８ｄが４つあり、これらは二つのセクション６０及び６１に分割されている。一方のセクション６０は二つのループ形状溝６８ａ及び６８ｂから成り、他方のセクション６１は二つのループ形状溝６８ｃ及び６８ｄから成る。各セクションは、オイル導入口６４ａ及び６４ｂを備え、これらは慣性駆動部材２０の回転軸線Ａ−Ａの近くに配置されている。また、各セクションは、オイル排出口６５ａ及び６５ｂを備えたオイル排出通路６６ａ及び６６ｂを、回転軸線Ａ−Ａから径方向に離れた位置に備えている。先に説明した実施例のように、各溝６８ａ〜６８ｄは、空気収集室５０に向けて開口する中央空気排出口６２ａ〜６２ｄを備えている。

動作中、オイル流は、導入口６４とバルブスピンドル３５内の開口４１及び４２とを介して高圧室３４から分離手段３７の中に押し出される。所定の量の空気を含むオイルは、ループ形状溝６８ａ〜６８ｄを通して循環され、そこで、空気は、排出口６２ａ〜６２ｄを通して押し出され、オイルは、排出口６５ａ及び６５ｂを通して分離手段３７から出る。

図６には、オイルから金属又は他の望ましくない粒子を分離するために表面４５及び４６の間のクリアランスギャップ４３に挿入された環状フィルタ要素７０が示されており、それにより、とりわけ、衝撃ユニット部品の不要な機械的摩耗を防止する。

図７に示された図表では、曲線Ａが、本発明による空気分離手段を使用する時に、オイル漏れ量Ｌの増加において、どのようにパルス周波数ｆが低いレベルに維持されるかを示しており、これに比較して、曲線Ｂが、従来のパルスユニットにおいて、オイル漏れ量Ｌの増加に応じてパルス周波数が加速的に増加することを示している。

図８に示された図表では、曲線Ａが、本発明による空気分離手段を使用するパルスユニットのトルク出力Ｍが、オイルの漏れ量Ｌの増加において、どのようにして高いレベルに維持されるかを示しており、これに比較して、曲線Ｂによって、従来のパルスユニットにおいて、オイル漏れ量Ｌの増加に応じてトルク出力Ｍが加速的に減少することを示している。

図７及び図８に示されているように、本発明による空気分離手段の使用により、パルス発生装置の高い性能が拡張され、かつ、衝撃工具の使用間隔が拡張される。これにより、衝撃工具の利用可能性が改善され、使用者に対するコスト的な利点が得られる。

Claims (6)

1. 回転モータ、出力軸（１８）及び油圧パルスユニット（１７）を備えた動力レンチであって、
   前記油圧パルスユニット（１７）が、
   モータに接続され、回転軸線（Ａ−Ａ）を中心に回動可能な慣性駆動部材（２０）と、
   慣性駆動部材（２０）の中に設けられたオイル室（２３）と、
   高圧室（３４）を備え、出力軸（１８）に運動エネルギを間欠的に伝達するよう配置された衝撃発生手段（３０）と
   を備え、
   前記慣性駆動部材（２０）が、円筒状部分（２１）と横方向端壁（２２）とを有する
   動力レンチにおいて、
   遠心作用によってオイルから空気を取り出すために分離手段（３７）が設けられ、
   前記分離手段（３７）が、
   ・横方向端壁（２２）上の実質的に軸方向に面する表面（４６）と、
   ・横方向端壁（２２）と共に回転し、前記横方向端壁（２２）の前記表面（４６）と合致する実質的に軸方向に面する表面（４５）が形成されたディスク形状分離要素（３８）と、
   ・前記合致する表面（４５，４６）の間に形成されるクリアランスギャップ（４３）と、
   ・前記分離要素８３８）における回転軸線（Ａ−Ａ）の近くに配置されたオイル導入口（４０；６４ａ，６４ｂ）と、
   ・前記クリアランスギャップ（４３）を高圧室（３４）に接続する流れ制限オイル導入通路（４１，４２）と、
   ・回転軸線（Ａ−Ａ）から径方向に離して配置され、前記クリアランスギャップからオイル室にオイルを排出するように設けられた少なくとも一つのオイル排出口（５３；６５ａ，６５ｂ）と、
   ・回転軸線（Ａ−Ａ）に隣接して配置され、前記クリアランスギャップ（４３）を空気収集室（５０）に接続する少なくとも一つの空気排出口（５２）と
   を備えている
   ことを特徴とする動力レンチ。
2. 前記空気収集室（５０）が、端壁（２２）に設けられた空洞によって形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の動力レンチ。
3. 前記クリアランスギャップ（４３）が前記合致する表面（４５，４６）の全長を超えて伸びている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の動力レンチ。
4. オイルフィルタ要素（７０）が前記クリアランスギャップ（４３）に設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の動力レンチ。
5. 前記クリアランスギャップ（４３）が、前記分離要素（３８）又は前記端壁（２２）のどちらかに形成された一つ又は複数の実質的にループ形状の溝（４８ａ〜４８ｅ；６８ａ〜６８ｄ）を備え、
   前記溝（４８ａ〜４８ｅ；６８ａ〜６８ｄ）が、前記オイル導入口（４０）を前記少なくとも一つのオイル排出口（６３）及び前記少なくとも一つの空気排出口（５２）に接続する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の動力レンチ。
6. 前記実質的にループ形状の溝（６８ａ〜６８ｄ）が、二つ又はそれ以上のセクション（６０，６１）に分割され、各セクションが、オイル導入口（６４ａ，６４ｂ）、オイル排出口（６５ａ，６５ｂ）及び少なくとも一つの空気排出口（６２ａ〜６２ｄ）を備えている
   ことを特徴とする請求項５に記載の動力レンチ。

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