月: 2021年11月

クランクハンドルとは

クランクハンドル (英: Crank handle) とは、ハンドル (取っ手) を手で回転させることで、機械的に回転出力を発生させるための入力装置です。

主に、レバー (棒状部品) の片端に回転出力側となる穴 (もしくは軸) が配置され、入力となるハンドルをL字形に取り付けられた部品 (工具) を指します。クランクとは、「円運動がシャフトに与えられたり、シャフトから受け取られたり、往復運動が円運動に、またはその逆に変換されたりするために、軸の端に直角にキー止めされた車軸または曲がったシャフトの部分、またはアーム」と示されています。

クランクハンドルの使用用途

図1. クランクハンドルの使用例

クランクハンドルは、回転動作を必要とする様々な用途や環境で使用されています。身近なもので言えば、車載ジャッキ用の回転ハンドルや窓やルーバーの開閉用ハンドルなどです。また、釣り竿リールのハンドルに使用されている場合もあります。

産業用途においては、電動機などの動力装置不具合時のバックアップ回転操作用として、使用される場合が多いです。バルブ開閉用や電動機・減速機などの手動回転操作、旋盤などの工作機械の位置決め用で使用されています。

参考の使用例として、手動吊り上げ装置操作用とウォーム減速機手動操作用にクランクハンドルを使用した場合を上記図1に示しています。

クランクハンドルの原理

クランクハンドルとは、手動回転動作の機械的入力装置として機能させるための機械要素のことです。この場合のクランクとは、回転する軸と芯のずれた軸を結ぶ棒 (レバー) などからなる機構を指します。また、ハンドルとは操作を行うための取っ手を示しています。

ハンドル (取っ手) を手で握り、回転させることで回転出力を発生させるための入力装置を総称して「クランクハンドル」と呼びます。軸などを直接回転させるより、レバーの長さにより小さな力で回転を発生させることができます。クランクハンドルを回すときには、力を加える点 (ハンドル) が回転の中心から遠い方が、より小さな力で作業できます。

この軸などを回転させるために必要な力を「トルク」と呼び、トルクは下記式により定義されます。

トルクＴ(Ｎ・ｍ)＝接線力Ｆ(Ｎ) ^※1×回転半径Ｒ(ｍ) ^※2
※1　ハンドルを回転させる力
※2 レバーの長さ (ハンドル中心とレバー穴間の距離)

レバーの長さが長いほどより小さな力で、大きな回転力を発生させることができます。しかし、レバーが長いと回転速度を早くすることが難しくなります。したがって、大きなトルクで低回転速度が必要な場合は長いレバー、小さなトルクで高回転速度が必要な場合は短いレバーを選択する必要があります。

クランクハンドルの種類

図2. クランクハンドルの種類 (1)

クランクハンドルの種類は、レバー・ハンドルの材質、形状、穴形状などによって複数種類があります。

図3. クランクハンドルの種類 (2)

• レバー・ハンドル材質 鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金、樹脂
• レバー形状 ストレート、オフセット
• ハンドル取り付け 固定、回転式、回転収納式
• レバー穴形状 丸穴、角穴
• その他 軸取り付け部分がラチェット式、ハンドルと反対側にバランスウェイト付き

図4. クランクハンドルの種類 (3)

クランクハンドルの選定

クランクハンドルの選定は、下記のような使用環境や作業スペースを考慮して行います。

• クランクハンドルと取り付ける装置の軸形状に合わせて、丸穴、角穴を選定します。
• クランクハンドルと取り付ける装置の軸寸法、レバー穴寸法を選定します。
• 作業に必要な力が大きい場合は、レバーの長いものを選定します。
• 同様に作業に必要な力が大きい場合は、炭素鋼やステンレス鋼などの強度の高い材質を選定します。
• クランクハンドルと取り付ける装置との距離が近過ぎ、部品などが干渉し操作ができない場合は、オフセットハンドルを選定します。
• 作業しない場合にハンドルが邪魔になるような場合は、回転式ハンドルや回転収納式ハンドルを選定します。
• 特に高温多湿で常時日照にさらされるような場合は、金属製の耐候性に優れたレバー材質を選定します。
• 360度回転する作業スペースがない場合などは、ラチェット式を選定します。
• 旋盤などの工作機械の位置決めで、回転数が多き場合などは、バランスハンドルを選定します。

参考文献
https://www.imao.co.jp/catalog/imageindexlists2/?categorycode=%24SMEH_G
https://www.nbk1560.com/products/machine_element/handle/
https://www.livre-megatech.com/products/index.html

ツールバランサーとは

ツールバランサーとは手作業を行う作業場所にワイヤーやエアホースで工具を吊り下げておく装置です。

吊り下げた工具を使用する際に手に持ち、引っ張ると引っ張った長さだけワイヤーまたはエアホースが繰り出され、手を離すと再び元の長さに戻る動きをします。

その為、工具使用時以外は手元から工具が無くなるため作業場所の整頓ができ、作業能率を向上させることができます。また、人が長時間持つと疲れたり、持つことができないような重量の工具を吊り下げるためにも使用されます。

ツールバランサーの使用用途

ツールバランサーは人が手で作業を行う場所に工具を吊り下げるために様々な場所で使用されます。

使用される場所の例として、自動車関連の組立ライン、工作機械の段取り場所、電気製品組立ラインなど多岐にわたります。

吊り下げる工具はレンチなどのハンドツール、電動ドライバ、エアインパクトレンチ、エアガンなどが代表的なものです。ツールバランサーを複数使用すれば必要な工具を必要な時だけ選択して使用することができます。

ツールバランサーの原理

ツールバランサーのワイヤーには常に工具の重量よりも少し大きい力でワイヤーを巻き取る力を加えるように設計されています。そうすることで人が工具を引っ張った際にスムーズに繰り出され、手を離すと元の長さまで巻き取るように動作します。

巻き取る力の主な動力源にばね、電動モータがあります。ばねを利用する場合、繰り出す長さが多くなると弾性力が大きくなり工具の重量との不釣り合いが大きくなります。そのためワイヤーを巻き取る部分はテーパーらせん状になっており、バネの弾性力が大きくなるにつれて巻き取り部の半径も大きくなり、引っ張る力が一定になるように設計されています。電動モータ式は吊り下げる工具の重量に合わせて巻き取りトルクを制御します。

ツールバランサーにエアーツールを吊り下げる場合は、ワイヤーの代わりにエアホースが用いられます。エアーホースは工具を釣るための力を受けるとともに内部にエアーの流路があり、工具にエアを供給するための機能があります。

タップホルダとは

タップホルダとは、内部ねじを切るために使用される工具です。

金属などへめねじを加工する際に、タップを保持するために用います。一般的に手動のねじ切り作業において使われることが多いです。タップホルダを使用することで、材料の内部に正確なねじを切ることができます。

ねじを切るための専用工具であるため、作業効率が向上し、高精度なねじ切りが可能です。また、タップホルダは手動で操作するため、電源や電池が不要です。特に小規模な作業や修理作業に適しており、場所や環境に制約されずに使用することができます。一度購入すれば繰り返し使用可能で、比較的安価です。

ただし、操作には正確性が求められます。適切な圧力と回転速度を保ちながら、切削を行う必要があります。誤った操作や力の加え方がねじ切りに悪影響を及ぼす可能性があるため、慎重に作業を行うことが大切です。

タップホルダの使用用途

タップホルダはさまざまな場面で使用されます。以下はタップホルダの使用用途一例です。

1. 機械加工

金属加工におけるねじ切り作業で頻繁に使用されます。機械部品の製造や修理作業において、ねじ穴を正確に切削することは重要です。ねじを正確に切削することで部品の組み立てや取り付けを行います。

タップホルダを使用することで、ねじを一貫して正確に切削することが可能です。

2. 木工

木工作業においても使用されます。木材を組み立てる際にねじを使用する場合、タップホルダを使ってねじ穴を正確に切削します。特に家具製作や木製品の製造で使用されることが多いです。

タップホルダを使用することで、木材へのねじの取り付けが確実に行われ、耐久性の高い仕上がりを実現できます。

3. 自動車

自動車の修理作業において、タップホルダが使用される場面はさまざまです。エンジンの部品交換や修理作業などにおいて、ねじ穴が破損してしまった場合にタップホルダを使用して修復します。タップホルダを使用することで、正確なねじ穴を再作成し、部品の取り付けが可能です。

自動車の修理においては、正確なねじ切りが重要であり、タップホルダはその要求に応える役割を果たします。

タップホルダの原理

タップホルダに求められる代表的な機能には、タップの保持やタップへの伝達トルク容量などがあります。また、タップ加工時の直進性やねじピッチ誤差の吸収なども重要です。

タップの保持と伝達トルク容量について、タップにはネジ加工時に大きなトルクがかかります。そのため、タップ軸以外に軸端部に四角軸があり、空転を防止する製品が多いです。軸の寸法はタップ径に応じて異なるため、タップホルダも寸法を合わせる必要があります。

タップ加工時の直進性は、タップが高い直角度を保って加工できるかがポイントです。タップホルダには加工負荷を受けても容易に回転軸がずれない剛性が求められます。

また、ネジ切り作業では1回転でねじピッチ分だけ進むため、工作機械側の主軸も同じ距離移動することが必要です。高精度な送り制御ができない場合は移動距離の誤差をタップホルダが吸収するため、伸縮機構があるタイプを採用する必要があります。

タップホルダの種類

タップホルダには大きく分けて2種類あります。

1. ハンドタップ

手作業でタップ加工をするためのタップホルダです。手でタップを回転させる持ち手が付いており、T型タップホルダやタップハンドル、ハンドルなどとも呼ばれます。

手で握り、回転させながら材料に切削刃を進めてねじ切りを行います。力と角度の制御が重要であり、正確なねじ切りを実現するためには熟練した技術が不可欠です。

2. 加工機械用タップホルダ

工作機械でタップ加工するためのタップホルダです。設備の回転主軸への取り付ける形状となります。

加工機械用タップホルダは、機械化された作業環境でのねじ切り作業を効率化するために使用されます。加工機械と組み合わせることで精密なねじ切りが自動化され、大量生産や高精度加工が可能です。