JP2009196082A - ネジ山付留め具用ドライバー - Google Patents

Abstract

【課題】カム効果によってドライバーがこの留め具の溝から外れることを防止して、トルクが安定して伝達されるようなドライバーを提供する。
【解決手段】柄部分と前記柄部分の末端に形成された凹部状噛み合い部分とを有し、前記凹部状噛み合い部分は、中央コア５４と前記中央コアから放射状に延びる複数のブレード５２を有し、前記ブレードの各々は、少なくとも一つの駆動力伝達壁６４及び外縁側に近い壁を有することを特徴とし、前記翼部の少なくとも一つのその又少なくとも一つの駆動伝達壁面に形成された少なくとも一つのリブ６０であって、前記リブが前記ブレードの前記外縁側に近い壁に対して実質的に垂直に延びるように方向付けられており、前記少なくとも一つのリブは、半径方向に沿って内縁側の方向に向かって断面積が減少するように構成される。
【選択図】図９

Description

発明の分野
本発明は、回転しながら打ち込むことの出来るネジ山付留め具のためのドライバーに関するものである。

高速、高トルク負荷の下でネジ山付留め具を回転させながら打ち込む（又は、駆動力を伝達させる）ための動力工具を使用すると、ドライバーによる大きい力がその留め具に加わることになる。ネジ山付留め具を回転させながら打ち込むときに使用する多くのシステム、特に、留め具の頭部に設けられた凹部であってドライバーと噛み合う凹部を有するシステムは、ドライバーの対応する表面により噛み合わされる表面を有するように形成されているが、実際にはそうした理想的な表面対表面による噛み合いを達成するのは難しい。このような場合、駆動力の負荷が広い表面領域にわたって分布するようなドライバーと留め具との間の表面対表面による噛み合いではなく、しばしば、ドライバー対凹部（又は溝）の噛み合いが小面積、あるいは、点に集中する。これは、留め具あるいはドライバーの製造の不均一性、並びに、現場で出会う困難といった幾つかの要因に起因することがある。現場で出会う困難には、例えば、ドライバーと留め具との間の整列不良、あるいは、凹部（又は溝）の中に集まったペンキ、又はその他のゴミにより凹部の中へドライバーを完全に定着座出来ないこと等がある。ドライバーと留め具との間のわずかな整列不良、あるいは、留め具あるいはドライバーの設計仕様からの相違であっても、ドライバーと留め具との間の接触面積が著しく減少することがあり、多くの場合には、ドライバーと留め具の幾つかの部分がほぼ点接触することになる。そうした状況で高トルクを加えると、必ずドライバーと凹部の材料に応力が集中することになり、その結果、塑性変形あるいは破壊のいずれかによって材料の破損に至ることがある。凹部とドライバーの噛み合い表面のわずかな塑性変形であっても、システム性能に悪影響を与えることがある。凹部が変形して、垂直から傾いた斜面状の表面になると、加えられた負荷の影響を受けて、ドライバーが凹部から「カム効果により外れる」（ｃａｍ−ｏｕｔ）ことがある。このような場合には、ドライバーと凹部が早期に、あるいは、制御不能に整列不良を起すからだけではなく、急に外れたドライバーがスリップして、工作物を損傷することがあるので、そうした凹部からのカム効果による外れは望ましくない。更に、留め具を回転させながら打ち込む（締め付ける）ときにドライバーのブレード（平板状になった部分）にかかる過剰な応力がブレードの変形の原因となり、それによって留め具との表面接触面積が減少し、その結果、接触領域が半径方向内側に移動し、ドライバー対凹部の噛み合いの有効性が減少し、破壊のリスクが増大する。ドライバーの側壁と凹部の翼部が広い表面間接触で噛み合っても、凹部の側壁に対してドライバーによって加えられた力の加わる点は、一般的に側壁の中央領域にある作用力の中心にある。その結果として生じた力は、側壁の最も外側にある端から大幅に沿って半径方向に内側の位置に加えられる。留め具が、取り付け方向に、あるいは取り外し方向に、駆動力が伝達されているかのいずれの場合にも、前述の困難に出会うことがある。多くの用途では、留め具を迅速に、効率的に取り外すことができることが、それ以上でないにしても、少なくとも取り付けよりも重要である。

駆動力伝達システム（回転させながら打ち込むシステム）の効率を高め、カム効果により外れるリスクを減少させて、同時にその駆動力伝達システムのその他の観点を改善するために、幾つかの凹部とドライバーの噛み合いシステムが開発された。航空機用の分野で使用されていたそうしたシステムの一つが米国再発行特許第Ｒｅ．２４，８７８号（Ｓｍｉｔｈ等）（以下、「特許文献１」）に記載されている。この場合の凹部は、凹部の中央部から半径方向に延びる３つあるいは４つの翼部によって画成される。各翼部は、取り付け壁と取り外し壁を画成し、その両方が実質的に垂直になるように設計されている。すなわち、それらは留め具の中心軸に平行な平面に位置する。ドライバーは、これらの凹凸と丁度反対の凹凸を有する形状となっている。この場合のシステムは、ドライバーが凹部からカム効果により外れることを防止しつつ、そのドライバーが凹部に「ロック」してしまう傾向をなくすことによって、ドライバーと留め具のそれぞれの軸が一直線上に整列することを促進することを目的としたものである。ドライバーの軸の整列と凹部内への完全な着座が、垂直方向に延びる壁であって、取り付け時に駆動力が伝達される壁（取り付け壁）と取り外し時に駆動力が伝達される壁（取り外し壁）との効果を享受するためには重要である。このシステムを用いても、高トルクが加わることによって、ドライバーのブレードと凹部翼部の壁との間の接触領域の面積が減少すると共に、接触領域が半径方向に沿って内側に移動する傾向が生じるようにドライバーの翼部が変形することもある。すなわち、このことにより更には、ドライバー対凹部の噛み合いが順次悪化して、その結果悪い結末に至るような凹部の塑性変形のリスクが増大する。

別のドライバー対凹部の噛み合わせシステムが、米国特許第３，２３７，５０６号（Ｍｕｅｎｃｈｉｎｇｅｒ）（以下、「特許文献２」）に記載されており、これは、Ｐｏｚｉｄｒｉｖ8という商標で市販用に開発された留め具に使われている。Ｐｏｚｉｄｒｉｖを使ったシステムの特徴の一つとしては、凹部の各翼部の側壁が実質的に垂直な平面に位置するよう設計されている。２段階打撃式作頭機（ｔｗｏ−ｂｌｏｗ ｈｅａｄｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）が留め具を作成する材料の末端に衝撃を加える従来の冷間ヘディング技術（冷間作頭技術）によってそうした実質的に垂直な側壁を形成する際には、ワイヤが作頭機のダイスに支持されている間に、まず、未加工の留め具の末端にブルーム（頭部（ヘッド）の一部）を形成するパンチ具（穿孔具のようなもの）を使い、次に、ヘッドを仕上げ、ドライバーが噛み合ことの出来る凹部を形成する仕上げパンチ具を使用する。この場合の作業は自動的に行われ、かつ、高速で行われる。未加工の留め具の長手向軸に沿って、未加工の留め具のヘッド側の末端にパンチ具が打ち付けられ、そこから引き離される。このような作頭プロセスに固有な制約の一つには、凹部の設計はアンダーカット領域があってはならない、すなわち、パンチ具が留め具の頭部（ヘッド）に打ち込まれたときには形成できても、そのパンチ具を引き離したときには無くなるような領域があってはならない。Ｍｕｅｎｃｈｉｎｇｅｒの特許には、留め具のヘッドにパンチ具を使って凹部を形成する時に発生し易い「金属脱落」の効果を軽減あるいは無くすことを目的とした凹部とパンチ具の形状が記載されている。金属脱落現象の結果は、凹部が凹部形成用パンチ具の形状に正確には一致しないということである。正確に一致しないことによって、カム効果により外れ易くなってドライバーの安定性を減少させる凹部が生じ、その結果、留め具とドライバーとの間の噛み合わせが緩くなり、ぐらぐらすることとなる。

米国特許第４，１８７，８９２号（Ｓｉｍｍｏｎｓ）（以下、「特許文献３」）及び第５，１２０，１７３号（Ｇｒａｄｙ）（以下、「特許文献４」）には、凹部とドライバーのうちの一方あるいはその両方の側壁であって、ドライバーと噛み合うことが可能な２つ以上の側壁に、意図的に変形することが出来るようになったリブが設けられたネジの切られた留め具（又はネジ山付留め具）のための駆動力伝達システムが記載されている。このときのリブは、僅かに側壁から突出しており、このリブは、ドライバーと留め具が相互にロックするような噛み合いを行うように変形するか、あるいは、リブが変形するように設計されている。リブによりロックされる噛み合わせが生ずることにより、カム効果による外れが生じにくくなる。カム効果による外れ防止用のこのようなリブを、実質的に垂直な駆動力伝達壁を有する凹部、並びに、側壁が実質的に垂直から傾いた凹部に組み込むことができる。このようなリブは、２段階打撃式作頭機で凹部付き留め具が形成される冷間作頭プロセス中に形成される。

カム効果による外れを防止するリブを凹部付きヘッドを有する留め具に組み込むことによって、このような留め具の駆動力伝達性能が大幅に改善されるが、ある種のタイプの凹部付きヘッドを有する留め具においては、このカム効果による外れを防止するリブの利点を含めるために、設計上の妥協が必要とされることがある。凹部形成用パンチ具を引き抜くときにリブが引きはがされることになるようなアンダーカットを残さないような方法では、カム効果による外れを防止するリブは形成できない。実質的に垂直な側壁を有する凹部の場合、カム効果による外れを防止するリブは、留め具の軸に対して実質的に垂直かつ平行でなければならない。そうしたリブを留め具の中心軸から半径方向に沿って最大の距離のところ、すなわち、凹部の側壁の半径方向より外縁側の領域に配置することが望ましいが、凹部の側壁の高さは、半径方向の末端に向かって順次減少する。従って、必然的にリブの垂直方向の高さは半径方向の末端に向かうと非常に短くなる。そうしたリブは、留め具頭部の上部表面に隣接して凹部の上端に近いところでのみリブ付ドライバーのブレードと噛み合うこととなる。そのようなところに配置された短いリブには、リブ付ドライバーとの不適切な噛み合い、あるいは、全く噛み合わないというリスクがある。従って、垂直あるいは垂直に近い駆動力伝達壁を有する凹部の中に入っているカム効果による外れを防止するリブにおいては特に、側壁に沿って半径方向に更に内縁側に配置されているのが一般的であった。

また、リブ付凹部を使用する場合に考慮しなければならない妥協のうちの一つとしては、凹部の翼部の輪郭へのリブによる突出が、その突出が許容出来るために、翼部の幅を増大させるか、あるいは、噛み合うドライバーのブレードの幅を減少させなければならないことがある。このことは、ドライバーのブレードを正しく凹部の中に挿入できるようにするために、留め具頭部の材料、あるいは、ドライバーのブレードの材料、あるいは、その両方を減少させる必要があるということである。特に、凹部の翼部の取り付け側壁及び取り外し側壁の両方にカム効果による外れを防止するリブを設けることが望ましい用途においては、この設計上の妥協が顕著になることがある。そうした凹部が既存のドライバーとも適合性があることが望ましいことによって複雑さが増大する。多くの場合、カム効果による外れを防止するリブを凹部に組み込むと、既存のドライバーが凹部に入る程度が制約されることになり、場合によっては、最深部まで入らなくなり、その結果、トルク伝達の効率が低下することになる。

凹部付きヘッドを有する留め具システムに組み込まれたカム効果による外れを防止するリブは、リブの長さ方向に沿った比較的鋭い頂点を画成するＶ字型の断面形状を有するのが一般的である。メッキ（例えば、腐食防止メッキ）がその機能を増強する環境でこのような留め具を使用することを意図した場合には、ドライバーと凹部のリブとが交差する領域が非常に小さいことから、ドライバーのブレードにリブがある場合は特に、メッキを破壊するに十分大きな応力が生じることが予想される。
前述の困難を軽減するか無くすような改善を凹部付きヘッドを有する留め具とドライバーとに施すことが望ましいであろう。
米国再発行特許第Ｒｅ．２４，８７８号公報 米国特許第３，２３７，５０６号公報 米国特許第４，１８７，８９２号公報 第５，１２０，１７３号公報 特開平０２−２３７７７３号公報 実願昭５９−１０７９６５号（実開昭５９−０１３７１６号）のマイクロフィルム 特開昭５４―０７１５００号公報

本発明に関連して、留め具は、中心部とその部から放射状に広がる複数の翼部とを有する留め具の凹部に使用できるようにしたものである。この場合の翼部は、一対の側壁と末端壁とによって画成される。翼部の２つ以上の側壁には、その側壁の底部に向かって側壁の上縁から下方に延びる遊び領域が含まれる。側壁に沿って半径方向に測定したこの遊び領域の幅は、側壁の上部から底に向かって順次減少することもある。側壁の外縁部（半径方向に沿って外縁側に近い部分）に沿って延びるものであって、ここでは「トルク・パッド」と呼ばれる細長い帯状のもの（ストリップ）を残すように遊び領域が形成される。ドライバーのブレードの半径方向に沿った外縁部によって噛み合う（ｅｎｇａｇｅ）ように、トルク・パッドを適合させるが、この遊び領域により、ドライバーのブレードとの間にわずかなスペースが空けられたままになる。ドライバーが凹部にはまり込むと、ドライバーのブレードの外縁部がトルク・パッドに当るが、このブレードの更に半径方向に沿って内縁側に配置された部分が、この遊び領域の側壁との間にわずかなスペースが形成されたままになり、この遊び領域には力を伝達できなくなる。従って、ドライバーによって発生したトルクが、トルク・パッドに沿ってネジ頭部に加えられ、凹部の側壁の半径方向に沿って最も外側の領域に駆動力が確実に伝達される。そのようにしてドライバーのブレードにより加えられた力のモーメント・アーム（ｍｏｍｅｎｔ ａｒｍ）を最大にすることによって、凹部の側壁に過剰な力を加えることなく、最大トルクをネジに伝達することができる。従って、凹部の有害な塑性変形のリスクが軽減される。

本発明に関連して、留め具は、駆動力伝達壁の内縁部に沿って延びる遊びのないリブを更に残すように凹部を形成することができる。そうした内部リブは、ドライバー・ブレードの最も内縁側に近い領域、すなわち、ブレードの基部近くで噛み合わせる役割を果たし、はまり込んだドライバーを更に安定させる。トルク・パッドを翼部の側壁の外縁部に、安定化リブを内縁部に設けることによって、凹部とドライバーとの整列不良のリスクが軽減される。

本発明に関連して、凹部を形成できるヘッディング・パンチ（頭部作成用パンチ具）は、パンチ具の翼部の駆動力伝達壁の片方又は両方に隆起した表面が設けられており、この隆起した表面は、対応する凹部の側壁に遊び領域を形成するようになっている。隆起した領域を画成する表面については、どの表面も、その結果生じる凹部にアンダーカット面を形成するような方向には向いていない。隆起した領域のすべての表面は、プラスの抜きしろ角（ｄｒａｆｔ ａｎｇｌｅ）を生じるような方向に向けられる。従って、パンチ具が凹部を形成する際に、形成された表面を損傷、破壊することなくパンチ具を引き抜くことができる。結果として得られるトルク・パッド、及び凹部の安定化リブの形状と寸法を画成して、所望の凹部の特性を得るために、隆起した領域の形状を選択することができる。パンチ具の形状は、トルク・パッドが留め具の長手方向の軸に対して大きい角度で傾いた状態となるような凹部の垂直の側面あるいは非垂直の側壁に形成できるような形状となっている。

本発明の一つの観点では、はめ込むことの出来るドライバーであって、そのドライバーの側壁から突出した１つ以上のリブが含まれるドライバーが提供される。凹部の翼部の幅は、駆動力伝達壁の遊びを有しない表面の間で画成され、これはドライバーのビット（先端）の輪郭を受け入れることの出来る凹部を画成すると見なされ、これらの輪郭は実際的な許容差限界内で互いにかっちりとはまり込み合うように寸法が設定されている。遊びの部分のない凹部によって画成された輪郭に対応するように、ドライバー・リブ（ドライバーのブレードに具備されたリブ）を含むドライバーによって画成された輪郭を選択する。そうすることによって、凹部が市販の従来の凹部であるか、あるいは、上記に要約された本発明の別の観点に従って修正された凹部であっても、ドライバーを正しく凹部にはめ込ませることができる。細長く延びたドライバー・リブは、ドライバーのブレードの翼部の外側の壁に対してほぼ垂直に延びるような方向に向いているので、本発明に従って形成された凹部にはまり込む場合には、このドライバー・リブは、それに対応するトルク・パッドの方向に対してほぼ垂直に延びる。このリブは、カム効果によって外れることに対する抵抗を増大させるのに十分な程トルク・パッドに噛み合ってくい込むことが出来る一方で、翼部の側壁に設けられた従来のカム効果による外れ防止リブとのドライバー・リブの噛み合いによって生じるものよりも変形が大幅に少なくなる。本発明の更に別の観点では、ドライバーのリブは半径方向に沿って内縁側の方向に向かって先細になるようなテーパを付けて形成されており、このことにより、ドライバー・リブの横方向断面が半径方向に沿って外縁側の方向に向かって増大することができるが、凹部の輪郭の寸法を越えてドライバーの輪郭の寸法を増大させることはない。

本発明に関連して、凹部付頭部を有するネジ山付留め具のための改善された駆動力伝達システムも提供される。

本発明に関連して、はめ込まれたドライバーによる駆動力が凹部の中の駆動力伝達壁の半径方向に沿って外縁側に近い領域に加えられて、留め具に加えられた駆動力のモーメント・アームを最大にすることを特徴とする凹部付頭部を有するネジ山付留め具が提供される。

本発明に関連して、従来技術の場合に加えられるであろうとされる応力と比較して、留め具に対して低い応力レベルを加えながらも、選択したレベルのトルクを発生させることができるような改善された凹部付頭部を有するネジ山付留め具が提供される。

本発明の更なる目的は、本発明に関連して作成された留め具の凹部と共に使用出来るように改善されたリブ付ドライバーであって、従来の凹部とも適合性を有するドライバーを提供することである。

本発明に関連して、凹部が従来のドライバー並びに本発明の改善されたドライバーと適合性を有するような上述したタイプの凹部を有する凹部付頭部を有するネジ山付留め具が提供される。

本発明の更に別の目的は、凹部に対する損傷を削減しながらも最大のトルク伝達出来るように配置されて、そのような方向を向いたリブを有するドライバーを提供することである。

本発明の別の目的は、ドライバーのブレードの終端壁に対してほぼ垂直になるような方向を向いたリブを含む凹部付頭部を有する留め具のためのドライバーを提供することである。

本発明の別の目的は、ドライバーのブレードに設けられたリブが、本発明に従って形成された凹部に設けられたトルク・パッドに噛み合うようになっている上述されたタイプのドライバーを提供することである。

本発明に関連して、ドライバーから凹部に加えられた力が、凹部の翼部の半径方向に沿って最も外縁側の領域にあり、かつ、凹部に対してドライバーを安定させるために翼部の半径方向に沿って最も内縁側の領域に安定化リブが設けられたことを特徴とするネジ山付留め具のための凹部が提供される。

本発明に関連して、本発明に関連した凹部付頭部を有する留め具を製造するための頭部作成パンチ具が提供される。

本発明に関連して、以上のような凹部付頭部を有する留め具を製造するための方法が提供される。

本発明はドライバーを対象とするものであり、その実施例は、図１、図８、図９、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに記載されており、その他の図は、本発明に係るドライバーに関連する留め具およびパンチ具を説明する参考図である。
図１は、凹部付頭部を有するネジ１０及びドライバー１２の組み合わせを示すものであって、この場合、ネジの軸とドライバーの軸とが一直線上に整列してドライバーが凹部に完全に着座した状態を示す。米国特許第３，２３７，５０６号（Ｍｕｅｎｃｈｉｎｇｅｒ）に記載されたタイプの凹部の形状とドライバーの形状に組み込んだものとして本発明を説明するが、本発明の原理は他のタイプの凹部付頭部を有するネジの形状にも使用することができる。図２〜図４は、頭部が平坦になった留め具のＭｕｅｎｃｈｉｎｇｅｒの凹部に組み込まれたところの本発明を示すものである。ドライバーと噛み合うことの出来る凹部は、図面で一般的十字型として定義される多角形である。この凹部には、中心部１４及び中心部１４から放射状に外側に延びる複数の翼部１６がある。翼部１６は、下向きかつ内向きに傾斜した中間壁１８によって互いに分離されている。翼部１６の底部領域と中間壁１８の底部領域とは、凹面を形成する凹部と底部２０と連続的に一体となっている。説明用の実施例では、各翼部１６は、一対の三角形の側壁２２、２２’と、ネジ頭部の上部から凹部の底壁２０に向かって、下向きかつ内向きに傾斜した末端壁２４によって画成されている。本発明の以下の説明では、ネジは右旋回型と見なされ、このときには側壁２２はネジが取り付けられるときに駆動力伝達壁の役割を果たし、側壁２２’はネジが取り外される時に駆動力伝達壁の役割を果たす。以下の説明では、参照番号にプライム・マークのついたものは、留め具の取り外すときに関連した構造物あるいは構成要素を示すことを目的としている。以下の説明から、便宜上、参照番号にプライム・マークが付されているかどうかに関わりなく、一つの方向の駆動力伝達壁の部品あるいは構成要素に関する説明は、逆方向の駆動力伝達壁にもあてはまると理解すべきである。

ＰｏｚｉｄｒｉｖRネジという名称で市販されているネジに組み込まれた実例となる凹部は、実質的に垂直の駆動力伝達壁２２、２２’、すなわち、ネジの中心軸２６に対して実質的に平行に延びる平面に配置された駆動力伝達壁が特徴である。この場合、下方向に向かって延びて凹部と合体する谷１９を画成するようにして、中間壁１８が形成されている。谷１９の上端と一体化するようにして半径方向に延びる複数の窪み３０を有するような、ネジ頭部の上面２８も形成できる。谷のような形状を有する中間壁１８と窪み３０とは、留め具に頭部を形成する最中に形成されて、金属を移動させて金属が流れる方向をコントロールして、金属が脱落する程度を減少させるので、その結果、得られた側壁２２、２２’は、できるだけ垂直になるようにすることができる。このような凹部の詳しい説明については、Ｍｕｅｎｃｈｉｎｇｅｒの米国特許第３，２３７，５０６号を参照するものとし、かかる特許に開示された内容は参照によりその全てが本発明に含まれるものとする。

本発明に従えば、側壁２２、２２’の１つあるいはその両方の形状には、側壁の上隅３４、３４’から側壁２２、２２’の底に向かって下向きに延びる遊び領域（ｒｅｌｉｅｖｅｄ ｒｅｇｉｏｎ）３２、３２’が設けられる。この遊び領域３２、３２’は頭部形成プロセス中に形成され、以下に更に説明するように、この遊び領域３２、３２’を形成するように頭部形成パンチ具の形状が決められている。この遊び領域３２，３２’は、それぞれの側壁２２、２２’の遊び領域とは異なる領域が比較的盛り上げられた細長い帯領域の形状を有するトルク・パッド（ｔｏｒｑｕｅ ｐｄａ）を画成するように形成され、このトルク・パッドは一般的に３６、３６’で表示され、これらは、対応する側壁の外縁部、すなわち、側壁が翼部１６の末端壁２４と出会う場所に沿って延びている。これらのトルク・パッド３６、３６’は、凹部と噛み合うドライバーのブレードの半径方向に沿って最も外縁側の領域と噛み合って、駆動トルクが凹部の駆動力伝達壁の半径方向に沿って最も外縁側の位置で凹部の駆動力伝達壁に加えられることを確実にすることを目的とする。ドライバーのブレードが遊び領域３２、３２’によって画成された側壁の部分に噛み合わないように、遊び領域３２、３２’は設計されて、かつそのような形状を有する。側壁の最も外縁側の領域とドライバーのブレードとの噛み合いを維持することによって、加えられたトルクのモーメント・アームが極大化され、それによって、所望のレベルのトルクを発生させるために必要な力が減少するので、凹部が望ましくない変形を起こすリスクが減少する。

この遊び領域３２、３２’はまた、それに対応する駆動力伝達壁の内縁部に沿って延びるリブであって高さ方向に延びる安定化リブ３８を画成するような形状を有することもできる。安定化リブ３８は、トルク・パッドと同じ高さを持つこともできる。安定化リブ３８は、ドライバーの軸と留め具の軸とが一直線上に整列した状態を維持するために凹部の中にドライバーを案内して、その領域でのドライバーの制御された確実な着座が促進されるようにする場合に役立つ。遊び領域は、また、凹部の中にドライバーが適切に完全に着座することを阻害するかもしれないようなゴミやペンキ等を集める場合に役立つ。

本発明は、例示の目的でのみ挙げることが出来るＰｏｚｉｄｒｉｖR、Ｔｏｒｑ−ＳｅｔR、Ｔｒｉ−ＷｉｎｇR、その他の商標名で入手可能な既存の市販の留め具に組み込むことができる。そうした市販の留め具は、ヘッドと凹部の寸法、角度及び輪郭が標準化されている予め定められた規格仕様と規格許容誤差に適合するよう製造されている。ＰｏｚｉｄｒｉｖR、Ｔｏｒｑ−ＳｅｔR、Ｔｒｉ−ＷｉｎｇRといった商標名で入手可能な留め具の予め定められた規格仕様と規格許容誤差は、当業者には知られており、それらはマサチューセッツ州ＷａｋｅｆｉｅｌｄのＰｈｉｌｌｉｐｓ Ｓｃｒｅｗ Ｃｏｍｐａｎｙから入手することができる。異なるメーカーによって製造された留め具とドライバーとが互いに整合性を有し、適合性を有するためには、かかる予め定められた規格寸法と規格仕様は必須である。本発明によれば、凹部を修正しても、既存のドライバーと凹部との適合性に影響を与えることもないように出来ると共に、下記で説明するように改善されたドライバーと共に使用した場合には、このような凹部によって更に利点を達成することができるような本発明の利点を得ることが出来る。特に、従来の凹部（すなわち、本発明の組み込まれていない予め定められた仕様の凹部）を、その凹部に対応した予め定められた仕様に適合する輪郭（ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を画成するものと見なすことができる。凹部が画成する輪郭は、この凹部と噛み合うことを目的としたドライバーが画成する補完的な（一方の凹凸が他方の丁度概反対の凹凸を形成する関係にあること）輪郭を受容することができる。本発明に従えば、この場合には、側壁の遊び領域は、修正した凹部を画成する留め具の頭部材料のいずれの部分もこの場合の輪郭に突出しないように、従来の凹部によって画成される輪郭の外側に位置するように形成することができる。従って、本発明に従って作成された凹部は、特定のサイズとタイプの凹部に適合するようになった従来のドライバー、並びに、本発明の改善されたドライバーに適合するのである。

遊び領域３２は、遊び面４０、外縁側立ち上がり部４２、及び安定化リブが組み込まれている場合には内縁側立ち上がり部４４を含む各表面によって画成される。表面４０、４２、４４は全て、実質的に垂直名平面か、あるいは、垂直に対して正の角度を有する平面に沿って位置するように配置されており、２段階打撃式作頭機の第２の衝撃によって、凹部の一部として遊び領域３２を形成することが出来る。従来の作頭技術と従来のパンチ具では効率的に作成できないアンダーカットを形成する必要がない限り、所望通りに、遊び領域３２の形状を変化させることができる。従って、遊び表面４０、４２、４４の形状と方向を変更することによって、遊び領域の形状を変更することができる。更に、そのことによって、トルク・パッド３６及び安定化リブ３８の形状を変更することができる。説明用の実施例では、このトルク・パッド３６は、その下部よりも上部縁４６で幅広くなっているように示してあるので、このトルク・パッドはいくぶん細長い台形を規定している。トルク・パッド３６の半径方向に測定した幅をこのトルク・パッドの長さ方向に沿って変化させるために、外縁側立ち上がり部４２の形状と方向を変化させることができる。特定の用途の要求を満たすように、あるいは、留め具を形成する材料の変更を許容できるように、最終的に得られるトルク・パッド３６の寸法と形状を変化させることができる。寸法の一例を示すと凹部の形状とサイズ刃ほとんどの場合について、遊び領域３２の深さは、ドライバーが外壁のこのような領域に接触しないで、その側壁の半径方向に沿って外縁側の縁（外縁部）でトルク・パッド面の全体を介してトルクが伝達されることを確実にするために、０．０８〜０．０２０インチ（約０．２０〜０．０５ｃｍ）にすることもできるということが考えられる。一例のためにのみ挙げるとすれば、予め定められた仕様と形状で鋼鉄から製造された図２に示したような凹部を有する留め具について、説明のための実施例では、トルク・パッドはその下端ぶでほぼ０．００７インチ（約０．０２ｃｍ）、その上端部でほぼ０．０１９インチ（約０．０５ｃｍ）のオーダーの幅とすることができる。しかしながら、異なる用途、または留め具の異なる材料にでも許容できるように、要望に応じてトルク・パッドの形状と遊び領域３２の深さとを変化させることもできるということを理解すべきである。例えば、アルミニウムあるいは銅といった鋼鉄よりも軟らかい材料から形成された留め具の場合には、トルク・パッドと遊び領域に関連した形状と寸法は異なることがある。それに加えて、主として２段階打撃式頭部作成機で形成された留め具の文脈で本発明は説明されているが、留め具、頭部及び凹部が射出成型等によって成形されたポリマー製留め具（例えばナイロン製留め具）にも本発明を組み込むことができるということに留意すべきである。

図７Ａ及び７Ｂは、本発明を使用しない場合に加えられると予想される力よりも少ない力を翼部の側壁に加えることで、本発明により所望のレベルのトルクが伝達される方法を概念的に示している。図７Ａは、本発明を具現化した凹部の側壁を示す図７Ｂと比較したときの、従来の凹部の側壁を示している。従来の凹部（図７Ａ）が意図した通りにドライバーと噛み合った場合、ドライバーと凹部の側壁との実質的な面対面接触が、作用力の中心（ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｅｆｆｏｒｔ）（ＣＥ）と呼ばれる点において等価の力を伝達するものと見なされる。作用力の中心ＣＥは、側壁の幾何学的中心に位置するものと見なすことができる。本発明を使用しない凹部では、作用力の中心ＣＥはネジの中心軸２６からの半径Ｒ１のところに位置するものと見なすことができる。本発明を使用した図７Ｂに示したように、作用力の中心ＣＥはトルク・パッド３６の上にあり、遊び領域３２を持たない同一の凹部の翼部の半径Ｒ１よりも大きい中心軸からの半径Ｒ２のところに位置している。本発明を使用して達成されたより大きなモーメント・アーム（ｍｏｍｅｎｔ ａｒｍ）Ｒ２によって、同一のレベルのトルクであっても作用力の中心加わる力が小さくなるようにトルクを加えて伝達させることが可能となる。従って、塑性変形のリスクが軽減される。
本発明の更なる利点は、ドライバーのブレードが幾分曲がった形状に屈曲する原因となることが予想される高負荷でも、トルク・パッドまでトルクを伝達できるということである。従来の凹部では、ドライバーと凹部とが正しく整列しても、ドライバーのブレードの変形によって、ドライバーのブレードと翼部の側壁との噛み合いのライン、あるいはその噛み合いの領域が移動することになり、このことにより、また、半径方向に沿った作用力の中心ＣＥの位置とモーメント・アームの長さとが減少する傾向となる。本発明を使用すれば、遊び領域３２の深さについては、ドライバーのブレードは側壁の遊び領域と接触しないままになるので、ドライバーのブレードの屈曲あるいはその高負荷による変形によっては、作用力の中心が内縁側に著しく移動することがなくなる、あるいは、たとえ移動しても著しい移動にはならないようになっている。

安定化リブ３８は、段階的に軸方向に整列した姿勢に沿ってドライバーの先端（ｄｒｉｖｅｒ ｂｉｔ）を凹部の中に案内して、ドライバーが凹部の中に完全に着座し、ドライバーの軸と留め具の軸とが直線上に整列する。従って、駆動トルクが加えられたときには、ドライバーは、トルク・パッドに即座にトルクを完全にかつ適切に加えるような安定した状態でかつ完全に着座した状態にある。安定化リブは、ドライバーのブレードの半径方向に沿った内縁側の領域と噛み合うが、この領域は、ドライバーと協働して、著しく角度が外れた姿勢でドライバーが挿入されることを防止する。ドライバーを挿入するために、ユーザは、ネジの軸にドライバーを更に厳密に整列しなければならない。この安定化リブは、駆動力を加える間、及び、はめ込みを行う間においてドライバーと凹部との結合の安定性を維持する場合に役立つ。

凹部の形状は、トルク・パッドをすべての翼部の側壁に、あるいは、側壁のすべてではないにしても様々なパターンでもって側壁に設けるために、変えることができるということを理解しなければならない。従って、同じ回転時の同じ組み合わせ、すなわち、時計回りの組み合わせあるいは反時計回りの組み合わせでトルクを伝達するように適合させた側壁にだけ遊び領域に対応するトルク・パッドを形成することができる。その他の変更の一例としては、トルク・パッドを相対する翼の同じ回転方向の側壁に形成し、それらの翼の中間に位置する翼部（十字型凹部の場合）を逆の回転方向の側壁に形成することがある。

本発明の別の観点では、図８及び図９に示したようなリブを含むような改善したドライバーを形成する。このリブ付ドライバーにより画成される輪郭は、一般的な同じタイプの従来の凹部が画成する輪郭と相互にはまり合うようになっているが、このドライバーは、本発明に従って作成した凹部を有する留め具と共に使用したときには特に特徴が発揮される。説明用の実施例では、ドライバー・ニブ５０には、中央コア５４から放射状に延びる４個のブレード５２が含まれる。図２に示した凹部とはまり合うようにコア５４とコア５２が配置されている。隣接し合う一対のブレード５２の間のコア５２の領域には、コアの末端に向かって下方に延びる細長い山５６を設けることができる。上述のＭｕｅｎｃｈｉｎｇｅｒの特許に更に詳細に説明されていように、この細長い山５６は、凹部の中間壁１８に形成された谷の下部領域に噛み合うことができる。図示されたように円錐形の形状に、あるいは、所望に応じてその他の形状に形成することができる。典型的には、ドライバーの先端５８と凹部の底部壁２０とはドライバーの先端５８と凹部の底部との間に幾分かのクリアランスを残すために互いに正確には適合しない。そうしたクリアランスによって、ドライバーが凹部に完全に挿入される能力に有害な影響を与えることなく、ゴミや過剰なペンキが集積するためのスペースが得られる。

ブレード５２には、ブレードの表面６４から隆起した少なくとも一つ、好ましくは複数のリブ６０が設けられている。リブの断面は好ましくは、凹部のトルク・パッド３６に噛み合って喰い込むようになった細長い山６２を有する三角形とする。このリブ６０の各々は、半径方向に沿った内縁側に向かって順次減少する断面積と断面高さを有する。従って、ブレードの表面６４から測定した各リブ６０の高さは、半径方向に沿って内縁側に向かうに従って順次減少する。その断面（図９Ａ）を見ると、リブ６０の山６２は、ブレードの終端壁６６に近いところでの最大幅から半径方向に沿って内縁側に向かうに従ってブレードの輪郭が先細になるように見えるようなブレードの輪郭を画成するものとして見なすことができる。説明用の実施例では、ブレードの輪郭をも画成するネジ山６２によって画成された角度Ａは、約１°から５°のオーダーであると考えられる。リブの最大高さが終端壁６６のところであるか、それに近いところとなるようにリブを設けることによって、リブ６０が凹部のトルク・パッド３６と完全に噛み合うということが確実にされる。更に、リブ６０は、終端壁６６に対してほぼ垂直な方向に沿って延びており、その結果、一般的にトルク・パッドの長手方向に対してほぼ直交するように細長く延びたトルク・パッドの表面と噛み合うことにより、複数のリブ６０がトルク・パッドと噛み合うことができる。ドライバーの鋭いリブが留め具の側壁の同様に細くて鋭いリブと交差して噛み合うような、前述のＳｉｍｍｏｎｓの特許に記載されたリブの噛み合いとは異なって、本発明によれば、トルク・パッドの幅に対応して規定された長さを有する複数の箇所にわたって、トルク・パッドに噛み合うことができる。Ｓｉｍｍｏｎｓの特許に記載されたようにリブを交差させて配置すると、ドライバーと凹部のリブとの間の接触は非常に小さい点状の領域で発生する。この場合には、応力が非常に高くなって、留め具のリブの著しい変形が発生す。本発明を用いれば、リブはカム効果による外れを遅延させるほど十分にトルク・パッド表面に噛み合ってその表面を変形させはするが、その力はトルク・パッドに沿って複数の接触領域にわたって間隔をあけて加えられて、実質的には集中度がより低下するように力が分散される。各トルク伝達領域は、トルク・パッドの幅に対応した長さを有する部分全体に延びる。従って、ドライバーがカム効果によって外れることを防止するには十分であるが、この変形の程度は凹部の何らかの部分を実質的に損傷する程ではない。本発明のこの観点の利点の一つには、カム効果によって外れることに対しての高度な防止を維持ししながらも、凹部の表面に施されたメッキに対する損傷を減少させることができるということがある。

ドライバーのブレードによって画成された輪郭は、ドライバーのブレードの終端壁６６に近いところにおいて、最も幅が大きくなっている。ドライバーの輪郭は、従来の凹部の輪郭、並びに、本発明の凹部の輪郭に適合する。従来の凹部と共に使用した場合には、ドライバーのブレードの外縁側領域の幅広い輪郭によって、ドライバーのブレードと側壁の半径方向に沿って外縁側の領域との噛み合いが促進され、十分なトルクの伝達のための最大のモーメント・アームが提供される。複数のリブの高さと間隔パターンにより、リブがネジ頭部の中に過剰に喰い込んで、過剰な変形が生じることを防止することに役立つ。

ホビング・ダイス（ｈｏｂｂｉｎｇ ｄｉｅ）によってブレード５４を形成する従来の技術を使用して、ドライバーの先端部を形成することができる。ブレード５２は、従来のドライバーのブレードよりもわずかに幅が狭くなるように形成することができる。その場合、ブレードの材料がコインを造るときのようなダイスのキャビティを満たすように流れるようなコインの製造と同様なプロセスで、リブ６０をブレードの表面に形成する。このときのコインを製造するときに使用するようなダイスの形状は、上記のリブの形状が最終的に得られるようになっている。

留め具を前に進むように駆動力を伝達する場合には、ドライバーのブレードと安定化リブとの接触は重要な要因ではないということを理解しなければならない。ドライバーは、典型的に、凹部の中でわずかに動いてドライバーの挿入と引き抜きに必要な少量の設計クリアランスを吸収する。ドライバーに加わる与えられた量のトルク負荷に対してブレードに沿って生ずる最大の変位は、回転中心から最も離れたポイントで発生する。従って、安定化リブに著しい噛み合い力が少しでも発生する前に、外縁部近くのブレードの表面がトルク・パッドに対して最大の噛み合い力を生ずる力を加える。

また、本発明には、凹部を備えた留め具の頭部を形成するようになった頭部作成用パンチ具が含まれる。２段階打撃式頭部作成機の従来の技術で凹部を形成することができる。図１０、１１、１２には、単純化した十字型の凹部を形成するような形状を有するパンチ具（ｐｕｎｃｈ）７０が図示されている。パンチ具には、表面７４を有する本体部分７２、及びその表面から突出した一体型ニブ（一体型の尖った部分）７６が含まれる。ニブ７６は、凹部の形状の凹凸と丁度反対になる凹凸を有するものであり、このパンチ具の表面は、図中では平たい頭部として図示されているが、目的とするネジ頭部の凹凸と丁度反対になる凹凸を有する形状である。ニブ７６には、中心コア７８、及びこのコア７８からほぼ放射状に外側に向かって延びる複数のブレード８０が含まれる。各ブレード８０は一対の側壁８２、８２’と終端壁８４を持ち、この終端壁はコアの外側末端８６から外側に向かって傾斜している。このパンチ具のブレードの側壁には、突起部８８が設けられており、これが凹部の翼部の側壁に形成される凹部領域３２とほぼ同様の断面積と形状を画成している。凹部３２の所望の形状に応じて、この突起部８８は、各ブレードの片面あるいは両面に形成することができる。パンチの具のすべての表面は、プラスの引き抜き角を有しアンダーカットはないので、留め具を損傷することなく、形成された頭部と凹部からパンチ具を引き抜くことができる。

前述の説明から、本発明によって凹部付頭部を有する留め具を回転させながら打ち込むシステムが得られるが、このシステムにより、凹部が塑性変形するレベルを低下させながらも、カム効果によって外れることを防止して、トルクを安定して伝達できるように、凹部に十分噛み合って、トルクを加えることが出来ることが分かる。この凹部は、既存の市販のドライバーと共に使用することができ、本発明のドライバーは、市販の凹部付留め具と共に使用することができる。本発明のドライバーと本発明の凹部を共に使用する場合には、カム効果によって外ることを遅延させながらも、トルク伝達効率が改善される。

図１は、噛み合ったネジとドライバーとの立面図であり、この図では、本発明を組み込むために、ネジ頭部の十字型の凹部が修正されている。

図２は、実質的に垂直な側壁を持つ翼部を有する凹部であって、本発明に従って修正された凹部を使用する十字型の凹部付きネジの平面図である。

図３は、図２の線３−３に沿って見た本発明の凹部の断面図である。

図４は、本発明の一実施例の凹部の一部を実寸大で図示した図である。

図５は、図１の線５−５に沿った断面における本発明の凹部とそれに噛み合うリブ付ドライバーとの大平面図である。

図６は、図５に類似した拡大平面図であり、この図では凹部が従来のリブなしドライバーと噛み合っている。

図７Ａは、リブなしの従来の凹部の翼部側壁と、その側壁に作用する力の中心の位置とを表す概念図ある。

図７Ｂは、本発明を具現化する翼部の側壁と、その側壁のトルク・パッドに作用する力の中心の位置とを表す概念図である。

図８は、本発明のリブ付ドライバーの端面図である。

図９は、本発明のリブ付ドライバーの側面図である。

図９Ａは、図９の線９Ａ−９Ａに沿って見たドライバーの翼部の断面図である。

図９Ｂは、図９の線９Ｂ−９Ｂに沿って見たドライバーのリブの外部領域を横に通る拡大断面図である。

図９Ｃは、図９の線９Ｃ−９Ｃに沿って見た、図９Ｂの場合よりも更に半径方向に沿って内側の位置でのドライバーのリブを横に通る断面図である。

図１０は、頭部が平坦になったネジに本発明の凹部を形成するよう な形状を有する頭部形成パンチ具の側面図である。

図１１は、図１０の形成パンチ具の末端（底面）図である。

図１２は、図１０及び図１１に示した形成パンチ具の斜視図である。

Claims (5)

1. ネジ山付留め具（１０）の末端の凹部と噛み合うようなドライバー（１２）であって、前記ドライバーは、
   柄部分と前記柄部分の末端に形成された凹部状噛み合い部分とを有し、前記凹部状噛み合い部分は、中央コア（５４）と前記中央コアから放射状に延びる複数のブレード（５２）を有し、前記ブレードの各々は、少なくとも一つの駆動力伝達壁（６４）及び外縁側に近い壁を有することを特徴とし、
   前記翼部の少なくとも一つのその又少なくとも一つの駆動伝達壁面に形成された少なくとも一つのリブ（６０）であって、前記リブが前記ブレードの前記外縁側に近い壁に対して実質的に垂直に延びるように方向付けられており、
   前記少なくとも一つのリブは、半径方向に沿って内縁側の方向に向かって断面積が減少するようになっている
   ことを特徴とするドライバー。
2. 前記リブの断面は半径方向に沿って内縁側に向かうに従って断面積が減少することを特徴とする請求項１に記載のドライバー。
3. 前記リブの半径方向に沿って最も外縁の端が前記ドライバーのブレードの最も幅広い部分を画成することを特徴とする請求項１に記載のドライバー。
4. 前記リブの横方向の断面が略三角形であることを特徴とする請求項１に記載のドライバー。
5. ネジ山付留め具（１０）の末端の凹部と噛み合うようなドライバー（１２）であって、前記ドライバーが、
   柄部分と前記柄部分の末端に形成された凹部状噛み合い部分とを有し、前記凹部状噛み合い部分は、中央コア（５４）と前記中央コアから放射状に延びる複数のブレード（５２）を有し、前記ブレードの各々は、少なくとも一つの駆動力伝達壁（６４）及び外縁側の壁を有することを特徴とし、
   前記ドライバーは、前記翼部の少なくとも一つのその又少なくとも一つの駆動力伝達壁面に形成された少なくとも一つのリブ（６０）を有し、
   少なくとも一つのリブは、半径方向に沿って内縁側に向かうに従って断面積が減少して、前記リブの最も外縁の端が前記ドライバーのブレードの最も幅広い部分を画成する
   ことを特徴とするドライバー。

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