JPH06297347A - パワートルクレンチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のボルトを同時に締付て作業効率を向上
させ、小型軽量で作業性がよく、片締を防止して各々ボ
ルト締付軸力のばらつきを少なくすることができるパワ
ートルクレンチを提供する。 【構成】 一対のレンチがアクチュエータによって連結
され、該アクチュエータの駆動力が各々レンチの締付方
向に対して互いに所定のトルクとして伝達され、アクチ
ュエータ駆動力の作用線に対するレンチの締付開始角度
を等しくするためのレンチ位置決め手段を設けたもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕本発明は、対角もしくは隣接する
複数のボルトを所定のトルクで同時に締付可能としたパ
ワートルクレンチに関する。 〔従来の技術〕従来、複数のボルトを締付るには、例え
ば第８図に示すようなトルクレンチを用いて、ボルト締
付時に生じる反力Ｆを隣接するボルトａ等の突起物にト
ルクレンチ本体４２もしくは反力受け４３を当接させて
支持し、ボルトを１本ずつ各別に順次締付作業を行なう
か、または、複数のボルトを同時に締付るためにボルト
の数だけアクチュエータを装備した多軸型のボルト締付
機械が用いられていた。 〔発明が解決しようとする課題〕しかし、以上のような
ボルト締付機械には次のような問題点がある。ボルトを
１本ずつ各別に順次締付作業を行なうものにあっては、
ボルト締付作業に多大な時間を要し作業効率が悪く、フ
ランジのボルト締め、クランクシャフト等の軸受けキャ
ップのボルト締め等に於いては、各ボルトの締付軸力の
ばらつきや過不足（片締め）が生じると液漏れや軸受け
の損傷の原因となるので、この片締めを防ぐために対角
に位置するボルトを順次締付、且つ同じボルトを何回か
に分けて繰り返して締付なければならず、作業効率の低
下を余儀なくされていた。一方、多軸型のボルト締付機
械にあっては締付作業時間の短縮は図られるが、その分
アクチュエータが増えて装置が大型化し、重量的にも人
が直接操作することが不可能となるため、重量バランサ
ー、クレーン等の移動、保持の為の機械力が必要になる
と共に、工場以外の現場での機動的な使用には自ずと制
約が生じていた。又、前述の片締め防止に関しては、複
数のアクチュエータによるボルト締付軸力のばらつきを
少なくするために各々アクチュエータのボルト締付精度
を揃える必要があるので、ボルトと同数のアクチュエー
タの締付トルク、角度等の検出手段を含む制御系を設け
なければ片締めを防止することができなかった。以上の
問題点に加え、従来の全てのボルト締付機械に関する課
題として、ボルト締付時に締付機械本体に作用する反力
について、この反力を有効に利用することがこれまで提
案されていなかった。本発明は、以上の課題を解決する
ためになされたものであり、ボルト締付時に生じる反力
を有効に利用し、同時に複数のボルトを締付ることで作
業効率を向上させ、片締めを防止することができ、小型
軽量で作業性が良く、各々ボルト締付軸力のばらつきを
少なくすることができるパワートルクレンチを提供する
ことを目的とする。 〔課題を解決するための手段〕本発明は、各々ボルト又
はナットに一対のレンチが着脱自在にはめ合わされ、こ
の一対のレンチはアクチュエータによって各々レンチの
締付方向に対して該アクチュエータの駆動力が双方のレ
ンチに互いに所定のトルクとして伝達されるようにした
ものであり、アクチュエータ駆動力の作用線に対するレ
ンチの締付開始角度を双方のレンチにおいてそれぞれ等
しくするためのレンチ位置決め手段が設けられたもので
ある。 〔作用〕本発明によれば、各々ボルト又はナットにはめ
合わされた一対のレンチは、アクチュエータによって各
々レンチの締付方向に対して該アクチュエータの駆動力
が双方のレンチに互いに所定のトルクとして伝達され、
各々ボルトは同時に所定のトルクで締付が行なわれ、レ
ンチ位置決め手段によって双方のレンチの締付開始角度
を等しくすることで、片締めを防止すると共にボルト締
付トルクの精度を向上させる。 〔実施例〕以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。第１図〜第５図は、本発明の第１実施例を示
しており、本実施例は２本の同径のボルトを同時に締付
る場合の例を示している一対のレンチ１、１’がリンク
４の両端部に各々レンチ支点５を中心として回動自在に
支持されており、レンチアーム６の先端部にはアクチュ
エータ２のピストンロッド７及びロッド８の先端が各々
レンチアーム支点９、９’を中心として回動自在に支点
連結されている。レンチ１には、ボルト頭・ナット１０
をはめ合わせる穴１１（６角又はその倍数角）を有する
インサート１２が、レンチ支点５と同心に回転自在に装
着されており、インサート１２の外周には歯１３が形成
されている。尚、インサート１２は、リングスプリング
等によってレンチ１に着脱自在に装着されるのでボルト
径に合わせて種々のインサートを選択、取替えが可能で
ある。レンチ１内部には、ラチェット１４が組み込まれ
ており、ラチェット１４のインサート１２に対面する部
分に形成されている歯１５が前記インサート外周の歯１
３に係合することで、レンチ１はインサート１２に対し
て反時計回りに自由に回動することはできるが、レンチ
１が時計回りに回動するとラチェット歯１５とインサー
ト歯１３が噛み合ってロックし協動する関係にある。ア
クチュエータ２には、作動油供給ホース１６及び戻ホー
ス１７が二重管スイベル１８によって回転自在に接続さ
れており、各々ホースの他端は切換バルブ（図示せず）
を経由して油圧ポンプ（図示せず）に接続されている。
アクチュエータ２は複動シリンダー１９とピストン２０
によって構成され、前記スイベル１８を経て供給ホース
１６に連通する供給ライン２１及び戻ホース１７に連通
する戻ライン２２は、シリンダー１９内のピストン２０
のヘッド側と、ロッド側とにそれぞれ連通しており、ピ
ストン２０の両側に交互に油を流入、排出させてピスト
ン２０の往復動作をさせる。尚、油の流入、排出の切換
は前記切換バルブにて行なわれるが、作動油の供給経路
及び戻経路にフロースイッチと圧力センサーを設けてこ
れらの信号を利用するか又は、ピストンロッド７にセン
サーを設けてこの位置信号を利用することによってアク
チュエータ２の自動制御及びボルト締付のトルク値管理
による自動締付を実現することができる。リンク４の各
々レンチアーム６、６’元端部には、レンチ位置決め手
段３として、レンチアーム６に当接する弾性クッション
材がＬ形部材に突設され、Ｌ形部材はリンク４にねじで
固定されている。又、別の方法として例えば、弾性クッ
ション材の代りにばねで付勢されたプランジャーを用い
るようにしてもよい。次にこのパワートルクレンチの動
作を説明する。作動油が供給ライン２１からシリンダー
内ピストンヘッド側に圧送されるとピストン２０が前進
（右上方）駆動され、この駆動力はピストンロッド７及
びロッド８に連結されている各々レンチアーム６、６’
に伝達され、双方のレンチ１、１’にレンチ支点５を中
心とするモーメントを生じさせ、レンチ支点５と、レン
チアーム支点９との距離に関するトルクが与えられる。
このトルクはラチェット１４でロック（時計回り）され
たインサート１２を介してボルト頭・ナット１０に伝達
されてボルト締付が行なわれる。本実施例では双方のレ
ンチ１、１’に同じものを用いており、従って、双方の
トルクは互いに等しい。 ピストン２０が全ストローク
前進（右上方）して上死点に達すると、切換バルブによ
って作動油の流れが逆転され、戻ホース１７から戻ライ
ン２２を経てシリンダー１９内のピストンロッド側に作
動油が圧送され、ピストン２０は後退（左下方）して元
の状態に復帰する。この時、レンチ１はインサート１２
に対して自由（反時計回り）であるのでボルト・ナット
１０にはレンチの回動は伝わらない。ピストン２０が後
退することで双方のレンチ１、１’は反時計回りに回動
されるが、この回動範囲を規定しておかないとピストン
２０が元に復帰してもアクチュエータ２は元の位置に戻
らずに、いずれかのボルトの方に片寄った位置に変位す
る場合があるので、レンチ位置決め手段３によってレン
チ１、１’の回動角度を規制してアクチュエータ２と双
方のレンチ１、１’の相対的位置関係を締付開始前の元
の状態（第１図）に復帰させる。第４図及び第５図に示
されるように、例えば、ボルトａに対してボルトｂが緩
い場合には、アクチュエータ２が双方のレンチ１、１’
を駆動すると、第４図に示されるようにレンチ１は回動
せず、ピストンロッド７が矢印２３方向に前進して、レ
ンチ１’がピストン２０のストロークに相当する締付角
度２４だけ緩い方のボルトｂが締付られる。逆にボルト
ｂに対してボルトａの方が緩い場合は、第５図に示され
るようにレンチ１’は回動せず、シリンダー１９が矢印
２５方向に前進して、レンチ１が締付角度２６だけ緩い
方のボルトａを締付る。各々ボルトａ、ｂの緩みが等し
ければ前記締付角度２６の１／２ずつ双方のレンチ１、
１’が同時に各々ボルトａ、ｂを締付ることとなる。以
上のように、緩い方のボルトが固い方のボルトの締付力
に等しくなるまで緩い方のボルトのレンチが締付動作を
続け、この動作を双方のレンチが互いに繰り返しながら
締付が行なわれるので、特に制御手段を設けずとも各々
ボルト締付力のバランスを双方のレンチ同士で調整しな
がら等しいトルクで締付が進行し、等しい締付トルクで
同時に締め終わることができる。従って、対角に位置す
る複数のボルトの締付に本実施例のパワートルクレンチ
を用いると、レンチ同士の締付トルクが、バランス調整
された等トルク締付によって、片締めを確実に防止する
ことができる。又、本実施例のパワートルクレンチは、
一つのアクチュエータで複数のボルトを締付ることがで
きるので、小型軽量で作業性が良く、同時に複数のボル
トを締付るので作業効率を向上させることができる。更
には、このようなパワートルクレンチの複数組を対角に
配置し、作動油供給経路を一つにまとめて総てのアクチ
ュエータに等しい油圧が作用するようにすれば、流体の
圧力自律調整の原理によって、同時に多数のボルトを片
締めを生じさせずに締付ることができ、作業効率を大幅
に向上することができる。以上のような構成を装置化す
ればアクチュエータが少なく、単純な制御装置による小
型化されたボルト締付装置が実現できる。締付精度に関
して、本実施例では、レンチ位置決め手段３によって双
方のレンチ１、１’の締付開始角度を設定可能としたの
で、アクチュエータ駆動力の作用線２７に対するレンチ
１の締付開始角度が双方のレンチ１、１’においてそれ
ぞれ等しくでき、駆動力を等しく作用させることが可能
であるので、双方の締付開始トルクを同一に揃えること
ができる。レンチ１が締付回動を開始すると、第４図及
び第５図に示されるようにアクチュエータ駆動力の作用
線２７がレンチ支点５を中心とするレンチアーム支点９
を含む円周上の接線２８から次第に外れていくのでレン
チ１のトルクは低下し、ピストン２０のストローク終端
でトルクは最小となる。本実施例では、ボルト締付開始
時に最大のトルクが得られるように、アクチュエータ駆
動力の作用線２７に対するレンチ１の締付開始角度を第
１図及び第２図に示されるように直角としたが、この角
度は双方のレンチ１、１’においてそれぞれ等しければ
任意の角度を選ぶことができる。ピストン２０のストロ
ークは、ストロークの全域でレンチ１のトルクが前記の
ごとく変化するため短い方が望ましい。又、ピストン２
０のストロークが短いと、レンチ１、１’同士の締付ト
ルクのバランス調整が行なわれる頻度が高くなり小刻み
に調整されるので、各々ボルトａ、ｂの締付トルクの差
が小さくなり、締付精度が高くなるので、各々ボルト締
付軸力のばらつきを少なくすることができる。しかし、
ピストン２０のストロークをあまり短くすると作業効率
の低下を招くので、例えば、ボルトの締め始めはフルス
トロークで締付を行ない、途中の任意のトルク値に達し
てからは切換バルブを制御して、短いストロークで締付
を行なうことで締付精度を高くすれば、締付対象物の要
求精度に合わせ、且つ、高い作業効率でボルト締付作業
を行なうことが可能となる。更には、以上のトルク締付
法に加えて、例えば、リンク４にレンチ位置決め手段３
とは反対の方向にレンチの一部に噛込んでレンチの締付
方向（時計回り）の回動を一時的に阻止するストッパー
２９（第５図に破線で表示）を各々設けることで、各々
ボルトａ、ｂの締付トルクに関係なく双方のレンチ１、
１’をそれぞれ片方ずつ（交互に）任意の回数だけ回動
することによって、所望の角度だけ増締めをすることが
できるので、トルク・角度法によるボルト締付も実施す
ることができる。以上、ボルトを締付る場合について説
明をしたが、ボルトを緩める場合には、パワートルクレ
ンチを裏表に反転させてボルト又はナットにはめ合わせ
て用い、緩い方のボルトを緩め終わった後、前記ストッ
パー２９を作動させて緩め終わった方のレンチの回動を
止めれば残った片方のボルトを緩めることができる。パ
ワートルクレンチを裏表に反転させた時、インサート１
２の高さ（軸方向長さ）が不足する場合には、ソケット
タイプのインサートに交換するか、又は、一般に使用さ
れているソケットをインサートの穴１１にはめ合わせて
用いるとよい。ボルト間隔に関して、リンク４の両端部
に設けられているレンチ１を回動自在に支持するための
穴を、ボルト間隔方向（左右）に少し大きめにしておく
ことでボルト間隔の誤差を吸収することができ、異なっ
たボルト間隔に対応する場合は、インサート１２を取り
外すことによって、レンチ１とリンク４とが容易に分解
でき、且つ、アクチュエータ２とロッド８とが取り外し
可能にしておけば、ボルト間隔に適合する長さのリンク
に取り替え、アクチュエータ２とロッド８の間にスペー
サー又はロッド延長部材を追加することによって、異な
ったボルト間隔に対応することができる。更に、他の方
法として、リンクを双方のレンチを個別に支持する二つ
の部材に分割し、それぞれのリンクはその一部を相互に
平面的に重ね合わせ、この重ね合わされた部分に、例え
ば、二組の長穴とピンによって、ロッド軸方向に平行に
スライド可能に連結するとともに、ロッド長さ調節手段
をロッド８とアクチュエータ２の間に介在させることに
よって、任意のボルト間隔に容易に対応することができ
る。従来のトルクレンチは、作動油の圧力値によって締
付トルクを確認していたが、前記アクチュエータ２とロ
ッド８間のスペーサーとして、圧力センサーを組み込め
ば、より直接的で正確なトルク値の演算、確認が可能と
なり、小型化された演算、表示器（液晶表示）を備える
ことで、ボルト締付過程のトルク値を直読しながらボル
ト及びワークの異常等の締付作業の合否を判定すること
ができる。又、この圧力センサーの出力信号は、ボルト
締付管理及び自動制御装置に必要な入力の一部として利
用することもできる。本実施例ではアクチュエータ２と
レンチ１、１’をロッド７、８によって支点連結して駆
動力が伝達されるようにしたが、他の方法として、ピス
トンロッドにロッド軸に平行して歯を設けてラックロッ
ドとし、レンチ支点５を中心とする円周上のレンチの一
部に歯を設けてピニオンを形成することで両者の歯合
（ラック・ピニオン機構）によって駆動力を伝達しても
よい。この方法によれば駆動力は、ピストン２０のスト
ローク全域においてレンチ支点５を中心とする円周上に
あるピニオンに対して接線関係を保ちながら伝達される
ので、ピストン位置に関するトルクの変化が生じないの
で好ましい。又、本実施例では、アクチュエータ２を油
圧式として説明したが、エアーもしくは電動式としても
よい。第６図及び第７図は、本発明の第２実施例を示し
ており、本実施例はボルト間隔が大きい場合の例を示し
ている第１実施例では、アクチュエータの駆動力を双方
のレンチに伝達させるロッドを、圧縮材として用いたの
で、例えば、大径のフランジに配されたボルトを対角で
締付る場合、ボルト間隔が大きいためロッドが座屈を起
こして対応できなくなるので、本実施例では、ロッドを
引張材として用いることでボルト間隔が大きくても使用
でき、双方のレンチ１、１’を支持していたリンク４を
省略し、アクチュエータ２を単動シリンダーとして、よ
り簡単な構成とした。レンチ１、ラチェット１４及びイ
ンサート１２は、第１実施例と同じであるので説明を省
略する。アクチュエータ２は単動シリンダー１９で、ピ
ストンロッド側に作動油が供給されると、ピストンロッ
ド７がシリンダー１９内に引込まれ、作動油の供給を停
止すると、シリンダー１９内のピストンヘッド側に配置
されているばね３０によってピストン２０は押し戻さ
れ、同時に油が排出されて元の状態に戻る。作動油洪給
口は、第６図に示されるようにカップラーノーズ３１と
し、パワートルクレンチ使用時には、第７図に示される
ように作動油供給ホース１６がカップラー３２接続され
る。ロッド８とレンチ１は連結アーム３３によって、レ
ンチアーム支点９にロッド８が支点連結され、連結アー
ム３３には、レンチ位置決め手段３として、ロッド８に
対するレンチ１の角度を常に所定の角度（レンチの締付
開始角度）に保つための、レンチアーム６に当接する肘
部３４と、引張ばね３５とが設けられており、肘部３４
先端には当接材として、プランジャー３６がレンチアー
ム６の方向にスプリングによって付勢された状態で組み
込まれている。引張ばね３５は、連結アーム３３とレン
チアーム６とにそれぞれ設けられたばね支点３７、３８
間に張られ、この引張ばね３５の力によってロッド８に
対するレンチ１の角度（締付開始角度）が保たれる。次
に本実施例のパワートルクレンチの動作を説明する。作
動油が供給ホース１６からシリンダー１９内ピストンロ
ッド側に圧送されると、ピストン２０が前進（上方）駆
動され、この駆動力はロッド８から連結アーム３３を経
て各々レンチアーム６、６，に伝達されて双方のレンチ
１、１’を時計回りに回動させ、ボルト締付が行なわれ
る。作動油の供給が停止されるとピストン２０が後退
（下方）し、双方のレンチ１、１’は反時計回りに回動
されるが、この時、連結アーム３３に設けられた前記の
レンチ位置決め手段３によって、レンチ１、１’の回動
角度を規制してアクチュエータ２と双方のレンチ１、
１’の相対的位置関係を締付開始前の元の状態（第６
図）に復帰させる。例えば、ボルトａに対してボルトｂ
が緩い場合には、アクチュエータ２が双方のレンチ１、
１’を駆動すると、レンチ１は回動せず、第７図に示さ
れるようにピストンロッド７が矢印３９方向に前進し
て、レンチ１’がピストン２０のストロークに相当する
締付角度４０だけ緩い方のボルトｂが締付られる。逆に
ボルトｂに対してボルトａの方が緩い場合は、レンチ
１’は回動せず、シリンダー１９が矢印４１方向に前進
してレンチ１がボルトａを締付る。各々ボルトａ、ｂの
緩みが等しければ前記締付角度４０の１／２ずつ双方の
レンチ１、１’が同時に各々ボルトａ、ｂを締付ること
となる。以上のように、本実施例においても第１実施例
と全く同じボルト締付動作が行なわれるので、レンチ同
士の締付トルクが、バランス調整された等トルク締付に
よって、片締めを確実に防止することができる。又、本
実施例のパワートルクレンチは、より簡単な構成とした
ので小型軽量で作業性が良く、ボルト間隔が離れていて
も同時に複数のボルトを締付ることができるので作業効
率を向上させることができる。更に、ロッド８の中間に
ロッド長さ調節手段（図示せず）を介在させることによ
って任意のボルト間隔に容易に対応することができる。
尚、第１実施例及び第２実施例では、双方のレンチ１、
１’をそれぞれ同じものを用いて同径のボルト締付を行
なう例について説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、例えば、異径のボルトを同時に締付る場
合には、各々ボルト締付トルクは異なるので、所定のボ
ルト締付軸力に対応するトルクに見合ったレンチを選択
して組み合わせることで、それぞれ径の異なるボルトを
同時に締付ることができる。本発明のパワートルクレン
チは、ボルト締付時に生じる反力を有効に利用して吸収
するので、ボルト締付自動機械に用いれば、機械本体は
前記反力の影響を受けることがないので、保持部を小型
軽量にすることができ、ロボットアーム等の先端に取付
けて用いる場合に大変有利である。 〔発明の効果〕このように本発明は、ボルト締付時に生
じる反力を有効に利用し、同時に複数のボルトを締付る
ことができ、作業効率が向上し、片締めを確実に防止す
ることができ、小型軽量で作業性が良く、各々ポルト締
付軸力のばらつきを少なくすることができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は第１実施例を示す平面図、第２図は第１実施例
を示す平面断面図、第３図は第１実施例を示すＡ−Ａ部
分断面図、第４図は第１実施例の作動状態を示す平面
図、第５図は第１実施例の作動状態を示す平面図であ
る。第６図は第２実施例を示す断面及び平面図、第７図
は第２実施例を示す断面及び平面図である。第８図は従
来のトルクレンチを示す平面図である。 １・・・レンチ、 ２・・・アクチュエータ、３・・・
レンチ位置決め手段、４・・・リンク、 ６・・・レン
チアーム、 ７・・・ピストンロッド、 ８・・・ロッ
ド、 １２・・・インサート、 １４・・・ラチェッ
ト、 １９・・・シリンダー、 ２０・・・ピストン、
３３・・・連結アーム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対角もしくは隣接する複数のボルト締付において、
   各々ボルト又はナットに一対のレンチが着脱自在にはめ
   合わされ、前記一対のレンチはアクチュエータによって
   各々レンチの締付方向に対して該アクチュエータの駆動
   力が双方のレンチに互いに所定のトルクとして伝達され
   るようにしたことを特徴とするパワートルクレンチ。 ２．アクチュエータ駆動力の作用線に対するレンチの締
   付開始角度を双方のレンチにおいてそれぞれ等しくする
   ためのレンチ位置決め手段が設けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載のパワートルクレン
   チ。