トルクレンチ

トルクレンチは、ナット、ボルト、ラグスクリューなどの留め具に特定のトルクをかけるのに使用する工具です。通常は、指示目盛り付きのソケットレンチの形をしており、または、適用中に指定された（調整可能な）トルク値に達したときに、工具のハンドルが工具のヘッドに対して特定の動きをしたことを示す（「カチッ」という音で）内部機構を備えています。

トルクレンチは、ネジやボルトの締め付けが組み立てや調整の重要なパラメータとなる場合に使用されます。これにより、作業者は特定の用途の仕様を満たすように、締結具に適用されるトルクを設定できます。これにより、すべての部品に 適切な張力と負荷をかけることができます。

トルクドライバーとトルクレンチは目的が似ており、メカニズムも似ている場合があります。

トルクレンチの最初の特許は、1931年にシカゴのジョン・H・シャープによって申請されました。このレンチはトルク測定レンチと呼ばれ、今日では指示トルクレンチとして分類されます。^[1]

1935年、コンラッド・バールとジョージ・フェッファーレは、調整可能なラチェット式トルクレンチの特許を取得しました。このツールは、希望のトルクに達したときに音によるフィードバックとバックラチェットの動きの制限を特徴としていました。 ^[2]ニューヨーク市水道局に勤務していたバールは、仕事中にフランジボルトの締まり具合が一定でないことに不満を抱いていました。彼は、これらの問題を軽減するために、1918年に最初のトルク制限ツールを発明したと主張しました。^{[3] [より良い情報源が必要]バールのパートナーであるフェッファーレは、} SRドレッサー製造会社のエンジニアであり、いくつかの特許を保有していました。

最も基本的な形のトルクレンチは、2本のビームで構成されています。1つ目は、締め付けるファスナーにトルクをかけるレバーで、工具のハンドルとしても機能します。ハンドルに力が加えられると、フックの法則に従って、その力に比例して予測どおりにたわみます。2つ目のビームは、片端がレンチヘッドに取り付けられ、もう片端は自由になっており、インジケータビームとして機能します。ツールが停止しているときは、これらのビームは両方とも互いに平行に走り、インジケータビームが通常は上にあります。インジケータビームの自由端は、レバーまたはハンドルに取り付けられた、トルク単位でマークされた目盛り付きスケール上を自由に移動できます。レンチを使用してトルクをかけると、レバーが曲がり、インジケータビームはまっすぐになります。したがって、インジケータビームの端は、現在適用されているトルクの大きさを指します。^[4]このタイプのレンチはシンプルで、本質的に正確で、安価です。

ビーム型トルクレンチは、1920 年代後半から 1930 年代前半にかけて、クライスラー社およびマイクロマティック ホーン社のためにウォルター パーシー クライスラーが開発しました。当時、シーダー ラピッズ エンジニアリング社の営業担当者であったポール アレン スターテバントは、クライスラー社からこの発明品の製造許可を得ました。スターテバントは 1938 年にトルクレンチの特許を取得し、トルクレンチを販売した最初の人物となりました。

ビーム型トルクレンチのより洗練されたバリエーションには、本体にダイヤルゲージインジケータが付いており、事前に設定したトルクに達したときに視覚的または電気的に表示されるように設定できます。^{[5] [6]}

デュアルシグナル偏向ビームトルクレンチは、1948年にオーストラリアのウォーレン＆ブラウン社によって特許を取得しました。 ^[7]これは、コイルスプリングではなく偏向ビームにトルクをかけるという原理を採用しています。これにより、最大荷重時の安全マージンが大きくなり、レンチの寿命全体にわたってレンチの精度が長くなり、各レンチの範囲全体でより一貫性のある正確な読み取りが可能になると主張されています。オペレーターは、希望のトルクに達したときに、クリック音を聞くだけでなく、物理的なインジケーターを見て（そして感じて）確認できます。^[8]

このレンチは、一般的なビーム トルク レンチと同じように機能します。2 本のビームがあり、どちらもヘッド エンドに接続されていますが、トルクが適用されるのは 1 本だけです。荷重を支えるビームはまっすぐで、ヘッドからハンドルまで伸びており、トルクが適用されるとたわみます。もう 1 本のビーム (表示ビーム) は、たわみビームの真上を長さの約半分にわたって走り、その後、たわみビームから斜めに横に曲がります。表示ビームは、操作中にその方向と形状を維持します。このため、2 本のビームの間には相対的な変位があります。たわみビーム トルク レンチは、この相対的な変位の利用方法が通常のビーム トルク レンチと異なります。たわみビームにはスケールが取り付けられており、そのスケールには、たわみビームと平行にスケールの長さに沿ってスライドできるくさびが取り付けられています。このくさびを使用して、必要なトルクを設定します。このくさびの真向かいには、角度の付いた表示ビームの側面があります。この側からはピンが突き出ており、これが別のピンのトリガーとして機能します。後者のピンはバネ仕掛けで、トリガーピンが調整可能なウェッジに接触すると、指示ビームの端から発射されます。この発射により大きなカチッという音が鳴り、希望のトルクに達したことが視覚的および触覚的にわかります。指示ピンは、指示ビームに押し戻すだけでリセットできます。^{[8] [9]}

スリッパ型トルクレンチは、ローラーとカム（または同様の）機構で構成されています。カムは駆動ヘッドに取り付けられており、ローラーはカムを押して、スプリング（多くの場合調整可能）によって提供される特定の力でカムを所定の位置に固定します。ローラーとスプリングの保持力を打ち破ることができるトルクが適用されると、レンチが滑り、ボルトにそれ以上のトルクが適用されなくなります。スリッパトルクレンチは、所定の制限を超えてトルクを適用し続けることでファスナーを締めすぎません。^[10]

トルクをプリセットするより洗練された方法は、較正されたクラッチ機構を使用することです。一般的な形式の 1 つは、ボール デテントとスプリングを使用し、スプリングはトルク単位で較正された調整可能なねじ山によってプリロードされます。ボール デテントは、プリセットされたトルクに達するまで力を伝達し、その時点でスプリングによって加えられた力が克服され、ボールがソケットから「カチッ」と外れます。この設計により、触覚と聴覚によるフィードバックが得られるだけでなく、精度が向上します。レンチは、必要なトルクに達すると滑り始めず、カチッと音がしてヘッドがわずかに曲がるだけです。操作者は、レンチから追加のアクションや警告を受けることなく、レンチにトルクをかけ続けることができます。^{[11] [12]}

この設計には、さまざまな用途やさまざまなトルク範囲に合わせてさまざまなバリエーションがあります。一部のドリルでは、この設計の改良版が使用され、ネジを締めるときにネジ頭が削れるのを防いでいます。必要なトルクに達すると、ドリルは滑り始めます。

これらは、配管工がハブレス排水管継手の締め付けバンドを締め付けるために使用する特殊なトルクレンチです。通常、Tハンドルレンチで、片方向のラチェットとクラッチが付いています。継手を適切に固定するが、損傷を与えるほどではない固定トルクにプリセットされています。^[13]

電子式（指示式）トルクレンチでは、ねじり棒に取り付けられたひずみゲージによって測定が行われます。トランスデューサーによって生成された信号は、必要なトルク単位（N·m または lb _f ·ft など）に変換され、デジタルディスプレイに表示されます。さまざまなジョイント（測定の詳細または限界値）を保存できます。プログラムされたこれらの限界値は、締め付けプロセス中に LED またはディスプレイによって永続的に表示されます。同時に、この世代のトルクレンチは、内部の読み取りメモリにすべての測定値を保存できます。この読み取りメモリは、インターフェイス（RS232）を介して PC に簡単に転送したり、印刷したりできます。この種類のトルクレンチの一般的な用途は、工程内文書化または品質保証の目的です。一般的な精度レベルは ±0.5% ～ 4% です。

交換可能なヘッド トルク レンチは、複数の異なるタイプのレンチ ヘッドを接続できるように設計されているため、必要なトルク レンチの数を減らすことができます。これらのレンチは、複数の締結ツールを必要とする用途に最適です。通常、標準の取り付けインターフェイスを備えているため、レンチ ヘッドを別のレンチ ヘッドにすばやく切り替えることができ、適用されるトルクが正確であることが保証されます。一般的なインターフェイス サイズには、9×12 mm と 12×14 mm があり、交換可能なヘッドには、オープン エンド、リング エンド、調整可能、ラチェットなどがあります。

トルク測定は電子トルクレンチと同じ方法で行われますが、締まりポイントまたはしきい値からの締め付け角度も測定されます。角度は角度センサーまたは電子ジャイロスコープで測定されます。角度測定プロセスにより、すでに締め付けられたジョイントを認識できます。内蔵の読み取りメモリにより、測定値を統計的に評価できます。締め付け曲線は、統合された締め付け曲線システム (力/パス グラフ) を介してソフトウェアを使用して分析できます。このタイプのトルクレンチは、締め付け作業のブレークアウェイ トルク、プリベール トルク、および最終トルクを決定するためにも使用できます。特別な測定プロセスにより、降伏点 (降伏制御締め付け) を表示することもできます。この設計のトルクレンチは、トルクと角度の両方の制御を必要とする締め付け工程を文書化するために自動車メーカーに非常に人気があります。なぜなら、これらの場合、規定のトルクに加えて、定義された角度をファスナーに適用する必要があるためです (例: 50 N⋅m または 37 lbf⋅ft + 90°。ここで、50 N⋅m または 37 lbf⋅ft はぴったりポイント/しきい値を意味し、+90° はしきい値後に追加の角度を適用する必要があることを示します)。

1995 年、Saltus-Werk Max Forst GmbH は、基準アームを必要としない角度測定機能を備えた初の電子トルクレンチの国際特許を申請しました。

トルク測定はクリック式トルクレンチと同じ方法で行われますが、同時に、電子式トルクレンチと同様に、トルクはデジタル値 (クリックと最終トルク) として測定されます。したがって、これは電子測定と機械測定の組み合わせです。すべての測定値は、ワイヤレス データ伝送によって転送され、記録されます。レンチが「ビープ音」を発すると、ユーザーは希望のトルク設定が達成されたことを知ることができます。

国際標準化機構は、 ISO 6789規格を維持しています。この規格は、手動トルクツールの構造と校正をカバーしています。この規格では、12のクラスを含む2種類のトルクツールを定義しており、これらは以下の表に示されています。また、希望するトルクからの許容偏差のパーセンテージも示されています。^[14]

ISO規格では、最大定格の25%の過負荷がかかった場合でも、再校正後も工具は確実に使用できると規定されています。指定された制限内で使用されている工具の再校正は、5000回のトルクサイクルまたは12か月のいずれか早い方で実施する必要があります。工具が独自の品質管理手順を持つ組織で使用されている場合は、会社の基準に従って校正スケジュールを調整できます。^[14]

工具には、トルク範囲とトルクの単位、一方向工具の場合は操作方向とメーカーのマークを記入する必要があります。校正証明書が提供される場合、工具には証明書と一致するシリアル番号を記入するか、校正機関が工具の校正証明書に対応する参照番号を工具に付与する必要があります。^[14]

アメリカ機械学会は、 ASME B107.300 規格を維持しています。この規格は、ISO 規格と同じタイプ指定を持ち、タイプ 3 (制限) トルク ツールが追加されています。このタイプは、必要なトルクに達すると駆動を解除し、それ以上のトルクを適用できないようにします。ただし、この規格では、各タイプ内で異なるクラス指定を使用し、各クラス内で追加のスタイルと設計のバリエーションを使用します。この規格では、手動ツールと電子ツールを異なるセクションと指定に分けます。ASME 規格と ISO 規格は互換性があるとは考えられません。次の表は、手動トルク ツールの規格で指定されているタイプと許容範囲の一部を示しています。 ^{[15] [16]}

工具には、工具のモデル番号、トルクの単位、メーカーのマークを記入する必要があります。単方向工具の場合は、「TORQUES」または「TORQUE」という文字と操作方向も記入する必要があります。^[15]

クリック タイプのトルク レンチは、適切に調整されていれば正確ですが、複雑な機構のため、ビーム タイプよりも早く調整が失われる可能性があります。ビーム タイプでは、故障がほとんどまたはまったくありません (ただし、細いインジケータ ロッドが誤って曲がってしまうことがあります)。ビーム タイプのトルク レンチは、スケールを直接読み取れない状況では使用できません。このような状況は、自動車用途ではよく見られます。ビーム タイプのレンチのスケールは、インジケータ アームとスケールの距離が大きいため (一部の古い設計では)、視差エラーが発生しやすくなります。また、ビーム タイプでは、ユーザー エラーが増加するという問題もあります。トルクは使用のたびに読み取る必要があり、オペレーターはフローティング ハンドルのピボット ポイントにのみ負荷をかけるように注意する必要があります。デュアル ビームまたは「フラット」ビーム バージョンでは、低摩擦ポインターと同様に、ポインターが擦れにくくなります。

ハンドル端から伸びるチーターバーを使用するとレンチが損傷する可能性があるため、製造元が指定した機器のみを使用する必要があります。 ^[17]

ソケットエクステンションを使用するとトルク設定の調整は不要です。^[18]

カラスの足跡や同様の延長線を使用する場合は、次の式を使用する必要があります。^[18]

$${\displaystyle T_{w}={\frac {T_{d}A}{A+B}}}$$

ハンドルとカラスの足の延長部を組み合わせて使用​​する場合は、次の式を使用する必要があります。^[18]

$${\displaystyle T_{w}={\frac {T_{d}(A+C)}{A+B+C}}}$$

どこ：

• ${\displaystyle T_{w}}$レンチの指示トルク（設定トルク）は、
• ${\displaystyle T_{d}}$望ましいトルクは
• ${\displaystyle A}$トルクレンチのハンドルからヘッドの中心までの長さです。
• ${\displaystyle B}$トルクレンチヘッドの中心からボルトの中心線までのカラスの足の延長の長さです。
• ${\displaystyle C}$延長端からトルクレンチハンドルまでのハンドル延長部の長さです。

これらの式は、延長部がトルクレンチの長さと共線である場合にのみ適用されます。それ以外の場合は、トルクレンチのヘッドからボルトのヘッドまでの距離を、あたかも一直線であるかのように使用する必要があります。延長部が 90° に設定されている場合、調整は必要ありません。これらの方法は、極端な状況を除いて推奨されません。^[18]

‹テンプレート マニュアルは統合が検討されています。› 

クリック（またはその他のマイクロメータ）タイプの場合、使用していないときは、スプリングの永久的な変形を防ぐために、スケールを最小定格値に設定して、スプリングに作用する力を取り除く必要があります。マイクロメータ タイプのトルク レンチは、部品のずれや精度の低下を防ぐために内部機構にわずかな張力が必要なので、ゼロに設定しないでください。

他の精密工具と同様に、トルクレンチも定期的に再校正する必要があります。前述のように、ISO規格では、5000回の操作ごと、または1年ごとに校正を行う必要があります。^[14]トルクレンチは、使用開始1年目に校正から最大10%ずれる可能性があります。^[16]

ISO規格に準拠した専門サービスによって校正が行われる場合、特定のプロセスと制約が適用されます。この作業には、±1%以上の精度を持つ専門的なトルクレンチ校正装置が必要です。校正を行う場所の温度は18℃から28℃の間で、1℃以上の変動は許されず、相対湿度は90%を超えてはなりません。^[14]

校正作業を行う前に、ツールは種類に応じて事前に負荷がかけられ、測定なしでトルクがかけられる必要があります。次に、ツールをテスターに​​接続し、ハンドルに力を（垂直から 10° 以内で）加え、最大トルクの 20%、60%、100% の値で、クラスに応じて繰り返します。力はゆっくりと加え、ぎくしゃくしたり不規則な動きをしないようにする必要があります。以下の表は、トルクレンチの各クラスのテストパターンに関する詳細を示しています。^[14]

専門家による校正が推奨されていますが、人によってはそれができないかもしれません。自宅の作業場やガレージでトルクレンチを校正することは可能です。このプロセスでは通常、特定の質量をレバーアームに取り付け、トルクレンチを適切なトルクに設定してその質量を持ち上げる必要があります。ツール内の誤差は計算でき、ツールを変更したり、この誤差に合わせて作業を調整したりできる場合があります。^{[19] [20] [21]}

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