JP2010526260A

JP2010526260A - ねじ頭部穴ドライブ及び対応するドライバ工具並びに穴パンチ

Info

Publication number: JP2010526260A
Application number: JP2010506142A
Authority: JP
Inventors: バラシンガムカルパヤ，
Original assignee: ユニスティールテクノロジーインターナショナルリミテッド
Priority date: 2007-05-02
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2010-07-29
Also published as: MY163897A; EP2156062A4; US20100129176A1; CN101821516B; KR20100018526A; EP2156062A1; SG147344A1; CN101821516A; TWI435981B; TW200900597A; WO2008136765A1

Abstract

穴頭部を有し、ドライブ頭部が４つのローブ状穴チャンネルを有する締結具。各チャンネルは、第１の壁と、第２の壁と、下面と、穴壁とを備える。第１及び第２の壁は、チャンネルの壁を連続的に滑らかに形成するために、互いに対向する部分と一定の曲率半径とを有する。トルク生成ドライバ工具は、嵌め合い係合するために、締結具のドライブ頭部の穴に対してサイズ及び形状が略相補的な断面形態を有して形成される。締結具を製造するための穴パンチも形成され、該穴パンチは、パンチホルダと、ホルダと一体のパンチピンとを備える。
【選択図】図２Ａ

Description

この発明は、ねじ頭部穴ドライブ、及び、ねじのねじ頭部穴ドライブと噛み合うことができる対応するドライバ工具又はドライバビットに関する。

一般に特注の薄型頭部高さ製品サイズが約０．４ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲における全てのタイプの小型ねじのためのドライブシステムは、従来、特殊目的用途のために使用される。そのような用途において、ねじのねじ山及び頭部の高さは、特定の品質要件及び機能要件の両方を満たすように注文設計される。例えば、ねじ頭部高さの設計が、例えば日本写真機工業規格（ＪＣＩＳ）、米国規格協会（ＡＮＳＩ）、ドイツ規格協会（ＤＩＮ）、又は、国際標準化機構（ＩＳＯ）などの工業基準よりも薄い場合には、より高いトルクを達成して伝えるために、より深い穴深さが必要とされる。他の例は、高い分解トルクを有するねじを形成するねじ山を有するジョイントを組み付けるときであり、穴ドライブ及びドライバ工具は、そのような用途における取り付け中に、より高いトルクに耐えてこのトルクを伝える必要がある。

しかしながら、現在の従来からのドライブ穴及び／又はドライバ工具は、取り付けのための品質ニーズ及び機能ニーズの両方が必要とされ且つ小型製品及びプロセス用途のために更なる信頼性及び特性が必要とされる状況には適さない。必要とされる幾つかの一般的な機能要件は、自動組み立てソリューションに対する適合性、より高いドライバビットライフサイクル、組み立て中にドライバビットのカムアウトがないこと、穴及びドライバビットにおける高いトルク伝達、焼き戻し耐性特性、サイズ選択の可変性、小型ねじにおける極端に薄い頭部高さにおける適用、高い破壊トルク、ドライブの引掛かり嵌合がないこと、又は、穴外れの排除である。

しかしながら、前述したように、従来のドライブシステムは、先に挙げられた機能要件の全て又は一部を適切に満たさない。例えば、開示された幾つかの以前のねじ頭部穴としては、米国特許第６，２５３，６４９号、米国特許第４，０８４，４７８号、米国特許第４，２０２，２４４号、米国特許第５，１２０，１７３号、米国特許第５，１３７，４０７号が挙げられる。これらの以前のねじ頭部穴形態は、幾つかのタイプのねじ頭部で形成されるべき“穴”として多くの国々で使用されて採用され、今日では世界中に広がっている。これらの以前のねじ頭部穴ドライブは、それらの交差する穴により、トルクの確実な伝達を行ない、また、ドライブビットがぴったりと強固に嵌り込み、それにより、ねじを締め付ける或いは緩める際の作業効率が向上されるが、製造メーカがそれらの製品の小型化へと移行し、それにより、現在の工業規格の適用ニーズよりも高い適用ニーズを満たすための特定の品質、機能、及び、信頼性をもって設計されるべき締結具サイズに対して直接に影響があり、特に電気装置製造に関連する特定の問題が生じてきた。この不具合は、一般に、約０．４ｍｍ〜約２．０ｍまでの範囲の製品サイズにおいて生じる。

殆どの従来のねじは、例えば約０．２０ｍｍの極めて低い頭部高さをもって設計される。そのような低い頭部高さは、多くの用途で十分なトルクを伝達するに足る穴深さを与えない。これらの用途における従来のねじは、工業における機能要件を満たさない機能的な制限を有する。したがって、当該技術分野においては、従来技術に関連する問題を扱う穴ドライブねじ頭部及び対応するドライバが必要である。

［発明の概要］
本発明の一態様によれば、穴頭部を有するねじと、対応するドライバビットとが開示され、その場合、頭部は、ドライバビットからトルクを受けるための複数のローブ状穴チャンネルを有する。一実施形態によれば、上面と軸線とを有する頭部と、中心が上記頭部の軸線と位置合わせされるローブ状穴が画成されたドライブとを備え、上記穴が、上記頭部の上面に配置され且つ上記頭部の軸線と径方向に位置合わせされて対称に配置される複数の穴チャンネルによって形成され、上記各チャンネルが、第１の壁と、第２の壁と、下面及び穴壁とを備え、上記第１及び第２の壁が、互いに対向する部分を有するとともに、一定の曲率半径を有し、上記穴壁が、垂直に配置され且つ上記頭部の上面から穴の最も深いポイントまで延びて上記穴の下面と出会う表面を有し、上記下面の他端が、上記第１の壁、上記第２の壁、上記穴壁と隣接して上記チャンネルの壁を連続的に滑らかに形成する、締結具が開示される。

一実施形態では、複数のチャンネルにおいて、各チャンネルの上記第１の壁が、隣接するチャンネルの上記第２の壁と共に連続的に滑らかに壁を形成する。上記穴壁の表面は上記ドライブ頭部の上面と略垂直である。上記穴壁の表面は上記ドライブ頭部の上面に対してテーパ付けられてもよい。締結具において、上記頭部は、該頭部の半径を規定する略円形状に配置されてもよい。上記頭部の上面は略平坦であってもよい。上記複数のチャンネル穴は４つのチャンネル穴を備えていてもよい。締結具は、上記穴壁から締結具の上記頭部の側壁までの軸部材料に対する頭部の比率を更に備えていてもよく、該比率は制動（ｂｒｅａｋｉｎｇ）トルクを最大にするように設定される。軸部材料に対する頭部の上記比率が少なくとも１：１であってもよい。上記穴が穴深さを有し、締結具が頭部高さを有し、上記頭部高さが上記穴深さよりも小さい。上記頭部高さは０．１ｍｍの範囲内で且つ上記穴深さの範囲内であってもよい。上記頭部高さが０．２ｍｍの範囲内であってもよく、上記穴深さが０．２８ｍｍである。締結具は０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の外径を備えていてもよく、それぞれの上記穴深さは０．２８ｍｍ〜０．８０ｍｍの範囲である。上記第１の壁及び上記第２の壁が内側ローブであってもよく、上記穴壁は外側ローブである。上記第１及び第２の内側ローブ壁の半径はそれぞれ上記穴壁の外側ローブの半径と等しくてもよい。

本発明の他の態様では、締結具を操作するためのトルク生成ドライバ工具が開示され、該工具は、ハンドルと、第１の端部及び第２の端部を有する軸部とを備え、上記軸部の上記第１の端部が上記ハンドルに接続され、上記軸部の上記第２の端部は、上記締結具の穴ドライブと嵌め合い係合するために、上記締結具の上記頭部の４つの穴チャンネルに対してサイズ及び形状が略相補的な断面形態を有する。一実施形態において、ドライバ工具は、上記締結具の穴ドライブとの係合時にゼロ度ドライブ角を有するようになっている。

本発明の他の態様では、締結具を製造するための穴パンチが開示され、該穴パンチは、パンチホルダと、第１の端部及び第２の端部を有するパンチピンとを備え、上記パンチピンの上記第１の端部は、上記締結具の上記頭部に穴をパンチング加工して上記締結具の穴ドライブを製造するために、上記締結具の上記頭部の上記ドライブの穴に対してサイズ及び形状が略相補的な断面形態を有する。一実施形態において、上記パンチピンの上記第２の端部は上記パンチホルダと一体である。他の実施形態では、上記パンチホルダが上記パンチピンを受けるための受け開口を有し、上記パンチピンは、上記受け開口を通じて上記パンチホルダと摺動係合される。

本発明を十分に理解して実用的効果を容易に得られるようにするため、ここで、非限定的な例のみによって本発明の実施形態を説明する。この説明は添付の例示的な図面を参照する。

本発明の一実施形態に係るねじ頭部の上面斜視図を示している。本発明の一実施形態に係るねじ頭部の上面斜視図を示している。本発明の一実施形態に係る図１Ａのねじの側断面図を示す。本発明の一実施形態に係る図２Ａのねじ頭部の上面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る図２ＢのＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の一実施形態に係る図２ＢのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るＢ−Ｂ線から取られたドライバ工具の一部の拡大図を示す。本発明の一実施形態に係る図３Ａのドライバ工具のＢ−Ｂ線に沿う断面図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の断面図を示している。本発明の一実施形態に係るドライバ工具のＡ−Ａ線に沿う断面図を示している。本発明の一実施形態に係るドライバ工具のＢ−Ｂ線に沿う断面図を示している。本発明の一実施形態に係る図３Ａの側面斜視図のドライバ工具と重ね合わされて噛み合わされた図２Ａのねじの断面図を示す。本発明の一実施形態に係る矢印の方向で見たＡ−Ａ線に沿うドライバ工具の断面図を示す。本発明の一実施形態に係る穴パンチの上面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る穴パンチの側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るパンチホルダの上面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るパンチピンの斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るパンチホルダの側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る、組み付けられたパンチピン及びホルダを示す。本発明の一実施形態に係る“ノーゴー”の斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る“ノーゴー”の断面図を示す。本発明の一実施形態に係る“ゴー”の斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る“ゴー”の断面図を示す。本発明の一実施形態に係るテーパ状穴ドライブの上面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るテーパ状穴ドライブの下面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るテーパ状穴ドライブ及びねじ頭部の上面図及び下面図の両方の組み合わせを示す。本発明の一実施形態に係る図７Ａのねじの側断面図を示す。本発明の一実施形態に係る図７Ａのねじ頭部の上面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る図８ＢのＡ−Ａ線に沿う断面図である。本発明の一実施形態に係る図８Ｂの及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明の一実施形態に係る各穴チャンネル曲線の内壁及び外壁の３次元図を示す。本発明の一実施形態に係る図１０Ａの側面斜視図のドライバ工具と重ね合わされて噛み合わされた図８Ａのねじの断面図を示す。本発明の一実施形態に係る矢印の方向で見たＡ−Ａ線に沿うドライバ工具の断面図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係るドライバ工具の側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る穴パンチの側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る穴パンチの上面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る穴ゲージの側面斜視図を示す。本発明の一実施形態に係る穴ゲージの上面斜視図を示す。

本発明に係るねじ頭部のねじ頭部穴の実施形態が開示される。また、穴に適合する対応するドライバ工具又はドライバビットも開示される。ねじ頭部の穴は、高いトルクを伝達するのに適しており、オートメーションアセンブリに適合し、また、ドライブビットサイクルが高く、破壊トルク耐性が高い。穴ねじ頭部及び対応するドライバビットは、異なる側壁形態を有して描かれている。図示されて説明される１つの実施形態は、図１−６に示されるように直線状の壁形態を有するローブ状穴ドライブの実施形態である。図示されて説明される他の実施形態は、図７−１２に示されるようにテーパ状の壁形態を有するローブ状穴ドライブの実施形態である。

実施形態において、上面１６の基本的な幾何学的形状及び形態は、図１Ａに示されるものと同じである。しかしながら、実施形態の穴形状は、高いトルクを伝達するように刻設されて適合される一方で、穴の大きな断面積、及び、引掛かり防止特性を有するドライバビットも与える。この場合、外側ローブ及び内側ローブは、ドライバに対するドライブの引掛かりを排除する任意の鋭いエッジを伴わない滑らかに形成された或いは刻設された曲線であり、したがって、積極的な噛み合いを与える。上面の基本的な幾何学的形状及び形態は同じである。それにもかかわらず、描かれるテーパ形状及び非テーパ形状はいずれも、より強力なトルクを伝えるとともに、より大きな穴の断面積と引掛かり防止特性を有するドライバビットとを与えるようになっており、したがって、積極的な噛み合いを与える。直線状の壁を有するドライブに関するテーパドライブの実施形態を用いると、深い穴深さ（例えば０．２８ｍｍ）を伴う極端に薄型の頭部高さ（例えば０．２ｍｍ）の用途で適用できる実現可能性が得られる。この形態は、工具、ダイ、ゲージなどを製造するコストが従来の用途の場合よりも低く維持され得るため、製品製造コストを下げる。また、この形態は、穴内の想定し得る材料折れを減らすのに役立つとともに、ドライブビット接触を改善し、噛み合いを最大にする。また、この形態を用いると、軸部材料に対する頭部の高い比率が維持され、最小及び最大の材料条件が製品頭部高さ及び又は穴深さに適用される場合であっても１：１の最小比率を伴う。そのため、ねじ頭部ドライブの品質及び耐久性が維持される。軸部材料に対する頭部の比率は、制動トルクを最大にするために、図２Ａ及び図８Ａに示されるように穴壁から締結具の頭部の側壁までの比率として規定される。また、この形態は、ドライブビットライフサイクルを向上させて延ばす。

直線状の壁を有するローブ状穴ドライブは、高張力材料系及び特注のスチールに適用され得る付加的な特性を有する。仕様及び用途などにしたがって、例えば低カーボンスチール、ステンレススチール３００及び／又は４００系、アルミニウム、真鍮、チタン、他の特殊高張力材料、他の材料など、ねじのための任意の数の材料が選択されてもよいことは言うまでもない。

図１−６に示されるように、直線状の壁がねじ頭部の上端に形成されるローブ状穴ドライブ１４は中央領域２０から成り、中央領域２０は、径方向に延びて上記中央領域から連続する４つのローブ状溝２４又はチャンネルを有する。溝は、図２Ａ及び図８Ａのそれぞれに示されるように両方のタイプの実施形態における有効穴深さ５６、１５６として規定されるポイント６２までねじ頭部の底部へ向けて深く延びており、円錐状２６に先細って、穴の底部の中心点２８で出会う。具体的には、各チャンネルは、内側ローブ４４と、外側ローブ４８と、穴の底部２８とによって形成される。第１の壁は、２つの円弧間に位置する径方向端点まで湾曲し、また、端点は、中心点に対して互いに９０度離れている。各チャンネルの垂直内側ローブ４４によって形成される第１の壁は、垂直内側ローブが端点まで延びるにつれて等しく滑らかに湾曲する。同様に、外側垂直ローブ４８は各チャンネルの第２の壁を形成し、この第２の壁も、滑らかに湾曲して、第１の壁の端点と出会って繋がるように延出する。第１及び第２の壁２２の半径は、公称寸法が基本構造円に対して適用されるときに等しい。ねじ頭部の上面は平坦又は円であることが好ましく、また、各チャンネルの下面は先細ってチャンネルの共通の端点２８で出会う。

直線状の壁形態を有するローブ状穴ドライブは、変換の選択肢及び焼き戻し耐性のための適応性として、ドライバビットの軸線方向自動挿入、すなわち、顧客のニーズ及び工具、モールド、ゲージの製造を制限しない選択を伴って設計者に競争上の優位性を与える全スロット形状及び半スロット形状の組み合わせを有していてもよいことは言うまでもない。

図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、直線状の壁形態を有するねじ穴ローブ状穴ドライブの基本的な幾何学的形状は９個の等しい円（ｃ１−ｃ９）によって構成され、この場合、３列を成して、３つの円が水平に配置され、３つの円が垂直に配置される。内側円４２の中心点は、半径ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４を有する内側ローブ４４をそれぞれ形成し、また、外側ローブ４８を形成する外側円４６の中心点は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を有するとともに、点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８を接続する。内側ローブ４４は以下で説明される態様で構成され、すなわち、ｒ１がＰ１とＰ２とを接続し、ｒ２がＰ３とＰ４とを接続し、ｒ３がＰ５とＰ６とを接続し、ｒ４がＰ７とＰ８とを接続する。

この実施形態では、外側ローブ４８が以下で説明される態様で構成される。Ｒ１がＰ８とＰ１とを接続し、Ｒ２がＰ２とＰ３とを接続し、Ｒ３がＰ４とＰ５とを接続し、Ｒ４がＰ６とＰ７とを接続する。円５０は穴の外径であるが、円５０は内接円の穴の内径でもあり、また、円４２は穴の内径である。ポイント２８は、穴ドライブの中心点である。各ローブ間の角度は９０度離れている。

図２Ａ−Ｄを参照すると、図２Ａにおいて、本発明の実施形態に係る締結具１０は頭部１２と従来のねじ軸部６０（図面にはその一部だけが示されている）とを備え、ねじ軸部は、例えば０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の外径５２及び例えば０．２８ｍｍ−０．８０ｍｍの範囲の穴深さ５６がそれぞれあるとともに、範囲を更に広げることができ、頭部１２の下面に垂直に接続することができる。図２Ａは、ねじのねじ山又はねじ山の外径によって規定されるサイズ５２を有するねじ又は締結具を示しており、この場合、穴深さ５６は、頭部高さ５４に対して、ねじの軸部サイズ５８に対して深い。軸部に対する頭部の比率は、制動トルクを最大にするために１：１よりも大きい比率に保たれる。図示のように、軸部材料に対する頭部の比率は、制動トルクを最大にするために、図２Ａ及び図８Ａに示されるように穴壁から締結具の頭部の側壁までの比率として規定される。締結具は中心軸線１１を有する。図２Ａに示される実施形態において、円形の略平坦な頭部１２は、中心点を有する頭部１２の上面１６に切削される４つの穴チャンネルを有する。ねじ頭部の円形形状が頭部の半径を規定する。穴は、下面を有しており、頭部の上面に配置される複数のチャンネルによって形成される。この実施形態では、図２Ｂに示されるように、穴を形成する上記頭部の上記上面に対称に配置される４つのチャンネルが存在する。内側及び外側ローブは、有効穴深さと称されるポイント６２の下面に接続する垂直な直線壁２２を有する。外側ローブ先端から他の外側ローブ先端までに沿った断面Ａ−Ａが図２Ｃに示されており、一方、内側ローブの最内点から他のローブの最内点までに沿った断面Ｂ−Ｂが図２Ｄに示されている。テーパポイント６８は、６２の底点から端点２８へ向けて内側及び外側ローブと繋がる１２０度の角度を成す。端点又は中心点２８は、締結具の上面１６及び穴深さが測定されるゲージ点に対して最も深い。ゲージ点は、ねじ頭部１６の上端から最下点６２までである。各穴チャンネルの内側及び外側垂直壁２２は図８Ｅの３次元画像に示されるように湾曲しており、それにより、対応するドライバ工具からのトルクは、ねじの取り付け及び取り外しのために、両方向で伝えられて加えられる。上面が平坦又は円形以外の他の形態、例えば丸みを帯びた形状、凹状、凸状など、及び／又は、正方形、六角形などをそれぞれ成していてもよいことは言うまでもない。

一実施形態において、各チャンネルは、内側及び外側壁、底部尖端部を備え、また、チャンネルは、頭部の中心点から径方向外側へ湾曲する。内側及び外側壁は、底点に対してほぼ“直線壁”形態及び“テーパ壁”形態を有する。底点では、内側及び外側壁が一定の曲率半径を有しており、この曲率半径は公称材料条件で等しくてもよい。すなわち、内側壁の表面は、曲線が端点へと延びるにつれて特定の曲率半径で内側に滑らかに湾曲してもよい。曲率半径は、公称材料条件で同じ内側及び外側ローブの半径である。外側壁の表面は、曲線が外側ローブの表面へと延びて端点で収束して出会うのと同じ曲率半径で外側に滑らかに湾曲する。ねじ頭部ドライブ穴は、中心端点に配置される穴円形直線壁・テーパ壁面を有する。円形直線・テーパ壁面は、頭部の上面に対して最も深いポイントに垂直に配置され、また、各チャンネルの下面は、頭部の中心から各チャンネルの端点へと直線的に立ち上がる。

頭部は、複数、例えば４つのローブ状チャンネルから構成される穴を含み、この場合、幾何学的形状は鋭いエッジ及び角部を排除し、それにより、引掛かり嵌合が防止され、より長い工具寿命に耐えることができるモールドを製造する実現可能性が得られる。これらのチャンネルは、穴の底部の中心点で出会う。具体的には、各チャンネルは、２つの円弧間に位置する径方向端点へと湾曲し、また、端点は、中心点に対して互いに９０度離れている。各チャンネルの垂直内側ローブ壁は、それが端点へと延びるにつれて等しく滑らかに湾曲する。同様に、各チャンネルの外側ローブ垂直壁も、それが内側壁の端点へと延出して繋がるにつれて外側へ滑らかに湾曲する。内側及び外側ローブ壁の半径は、公称寸法が基本構造円に適用されるときに等しい。

頭部の上面は平坦又は円形であることが好ましく、また、頭部の下面は平坦又はテーパ状である。直線壁及びテーパ壁を有するローブ状穴ドライブと、相補的ドライバヘッドを有するドライバ工具とは、同じ動作のために接触する。ねじ軸部は、頭部から、それらが一体的に且つ垂直に接続されるように延びる。頭部は、複数の４つの円形穴チャンネルを上面に含み、この場合、直線・テーパ垂直壁が穴の底部で出会い、共通の中心点へ向けて径方向に湾曲する。

一実施形態において、各円形穴チャンネルは、２つの円弧間に位置する径方向端点へと湾曲し、また、各穴チャンネルは互いに９０度離れており、それにより、４つの軸線で４つの円形ローブが与えられる。各チャンネルの垂直外壁は、それが端点へと延びるときに滑らかに外側に湾曲する。内側壁も同じであり、内側及び外側ローブ壁における半径は、公称材料条件を用いると等しく、基本円直径の最小値及び最大値に基づいて異なる。

直線壁実施形態がねじ頭部の上端に形成されるローブ状穴ドライブは４つのローブ状溝を有する中心領域から成り、ローブ状溝は、上記領域から径方向に延びて連続しており、それにより、上記領域を取り囲む。チャンネルは、穴の底部にある中心点で出会う。具体的には、各チャンネルは、２つの円弧間に位置する径方向端点へと湾曲し、また、端点は、中心点に対して互いに９０度離れている。各チャンネルの垂直内側ローブは、内側ローブが端点へと延びるにつれて等しく滑らかに湾曲する。同様に、各チャンネルの垂直外側ローブ壁も、垂直外側ローブが内側ローブの端点へと延出して出会って繋がるにつれて内側へ滑らかに湾曲する。内側及び外側ローブ壁の半径は、公称寸法が基本構造円に適用されるときに等しい。前述したように、頭部の上面は平坦又は円形であることが好ましく、また、各チャンネルの下面は先細ってチャンネルの共通の端点で出会うが、上面が他の形状であってもよいことは言うまでもない。これは、ＤＩＮ、ＪＣＩＳ、ＡＮＳＩ、ＩＳＯなどに従って顧客仕様及び又は標準的な頭部形状に基づく。

図３Ａ−Ｆを参照すると、図３Ａにおいて、ドライバ工具８０は、ハンドル８２と、軸部８４と、相補的な捩じ込み接触部（ｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｔａｃｔ）８６とを有する。図３Ｂは、ドライバビットのための平坦な端面であるドライバ工具のポイント９０を示すために捩じ込み接触部８６を更に詳しく示している。図３Ｃは、図３Ａに示される捩じ込み接触部のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図３Ｅ−Ｆは、図３ＤのＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う断面図である。トルク生成ドライバ工具は、締結具１０の頭部の複数の穴チャンネル、例えば４つの穴チャンネルによって形成される穴に対してほぼ相補的なサイズ及び形状の断面形態を成す軸部を有する。軸部が穴内に挿入されると、軸部が穴と略嵌め合い係合状態で位置合わせされる。仕様及び用途等にしたがって、例えばカーバイド、特殊鋼、他の材料など、ドライバの製造のための任意の数の材料が適した材料として選択されてもよいことは言うまでもない。

図４Ａは、直線壁形態を有するローブ状穴ドライブがゼロドライブ角を有していることも示す、図２のねじの噛み合いドライブ１０と図３Ａのドライバビットとが噛み合わされた状態の断面図である。この形態は、ドライブ及びドライバにおける径方向応力を減少させるとともに、組み立てのための高いトルク伝達をもたらす。図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ａ線に沿うドライバ工具の断面図を示すとともに、ゼロ度でのゼロドライブ・ドライバ角接触部８８を示すドライブビットと穴との噛み合いを示している。

図５Ａ−Ｆを参照すると、図５Ａ−Ｂは、図５Ｃ−５Ｆに示される中実パンチ構造１００を有する穴パンチを示しており、パンチピン１００が図５Ｄに示され、５Ｅはパンチホルダ１１２であり、５Ｃはパンチホルダの平面図である。図５Ｆは、２部品パンチ１１０の完全に組み付けられたパンチピン及びホルダである。仕様及び用途等にしたがって、例えば高速度鋼、例えばＭ４２、他の特殊鋼、他の材料など、パンチピン、ホルダ、及び、パンチ構造の製造のための任意の数の材料が適した材料として選択されてもよいことは言うまでもない。同様に、パンチピンは、例えばカーバイド、高速度鋼、例えばＭ４２など、ホルダの同じ或いは他の適した材料から製造されてもよい。

図６Ａ−Ｄは、ローブ状穴ドライブが仕様及び所要の許容範囲にしたがって製造されることを確かめることができるように穴ドライブをチェックするためのゴー（ＧＯ）及びノーゴー（ＮＯＧＯ）ゲージを示している。ノーゴー１２０要素は、図６Ａの軸部１２６上の識別されるべき２つの径方向溝１２２、１２４である。図６Ｃのゴーゲージは、軸部上の１つの径方向溝を識別情報として識別される。図６Ｂ及び図６Ｄは、ゴー及びノーゴーゲージの両方の平面図である。

図７Ａ−Ｃを参照すると、テーパ状壁の実施形態を伴うローブ状穴ドライブが示されており、また、テーパ状壁を有するローブ状穴ドライブの外接形態及び幾何学的形状が描かれている。同様の参照符号は、前の実施形態に関して前述したのと同様の特徴を示すために使用される。図７Ａ−Ｃにおいて、図７Ａはテーパ状穴ドライブの上面形態を示しており、また、図７Ｂは下面斜視図を示しており、図７Ｃは、本発明の一実施形態に係るテーパ状穴ドライブ及びねじ頭部の上面図及び下面図の両方の組み合わせを示している。穴ドライブにおける穴チャンネルは、それが底部へ向けて更に深く進むにつれてテーパ形状１３２になる。

ねじ頭部の上端に形成されるテーパ状壁を有するローブ状穴ドライブは、４つのローブ状溝を有する中心領域から成り、ローブ状溝は、上記領域から径方向に延びて連続しており、それにより、中心領域を取り囲み、そのため、各溝は、中心領域から径方向に離れて配置される円錐底部へ向けて各溝の幅を減少させるようにテーパ状にされる。各溝は、互いに向かい合ってトルクを伝える対向側壁と、側壁の外縁を互いに接続する円錐底部とを伴って形成される。この形態は、極端に低い頭部高さを有するねじに形成されてもよく且つカムアウトを伴うことなくジョイントを組み付けるための高いトルクを伝達することができてもよい深い穴を可能にする。

図８Ａ−Ｅにおいて、図８Ａは、テーパ状壁の実施形態を伴うローブ状穴ドライブの穴ドライブの断面領域を示しており、この場合、側壁１３２は、上面１６に対して約２０度のテーパを成している。この形態において、図２Ａと比べると、図８Ａは、低い頭部高さ１５４に対して、ねじサイズ１５２の軸部サイズ１５８に対して深い更に深い穴深さ１５６を示している。この形態では、軸部に対する頭部の比率が異なっており、改善されている。図８Ｂは上面斜視図を示している。外側ローブチャンネル４８は、図８Ｃに示されるように、上面１６から２０度でテーパ付けられており、底部で外側ローブ１５と繋がる。内側ローブチャンネル４４は、図８Ｄに示されるように、上面１６から５度でテーパ付けられており、穴の底部で内側ローブ１７と繋がって、端点２８へ向けて更に円錐状にテーパ付けられる。外側及び内側ローブチャンネルが２０度及び５度でテーパ付けられる目的は、幾何学的形状の均一なオフセット及び工具、ゲージ、及び、ドライブビットを製造する実現可能性を伴って高い破壊トルクを有し且つ滑らかなテーパ状チャンネルを有するようにねじの頭部及び軸部領域の材料の体積を最大にすることである。図８Ｅは、本発明の一実施形態に係る各穴チャンネル曲線の内壁及び外壁の３次元図を示している。

図９Ａ−Ｂは図８Ａのねじ１０の断面図であり、穴は、ドライバビットと噛み合うテーパ状壁１３２を有している。この場合、穴の深さはねじ１０の軸部に至るまで最大限度に突出しており、それは、穴ドライブが低い頭部高さのねじにおいて適用されるのを制限せず、したがって、より高い制動トルクが維持される。

図１０Ａ−Ｈは、ハンドル８２と、軸部８４と、相補的な捩じ込み接触部８６とを有するドライバ工具８０を示している。ポイント９０は、図８Ａのねじドライブ頭部と嵌脱するための、トルクを伝えるために穴と噛み合うためのテーパ端面を有する。図１０Ｅは、ドライバ工具の捩じ込み接触面の下面斜視図を示している。図１０Ｄは、図１０ＡのＢ−Ｂ線に沿う軸部の断面である。図１０Ｆ及びＨは、図１０ＥにおけるＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線のそれぞれに沿う軸部の断面である。

図１１Ａ−Ｂは、テーパ面を有する中実穴パンチ２００を示している。

図１２Ａ及びＢは、ドライバビットの噛み合い及びトルクの伝達にとって重要なテーパポイントを有するローブ状穴ドライブの貫通深さを測定するための穴ゲージ２５０を示している。

簡単且つ安価に製造されるとともに、部品設計者の製造・サービス能力を最適化するために部品設計者のための多種多様なドライブシステム選択肢を与える、ねじ穴ドライブ及び関連する工具が開示される。ここに記載される実施形態は、より信頼できるアセンブリももたらし、組み立て時間を減らす。これは、複数のローブ、例えば４つのローブを有し且つ組み立て中に穴とドライバとが外れるのを防止する有効なドライバビット・穴噛み合いのためのゼロドライブ角度を有するローブ状穴ドライブを伴うドライブシステムを含む。この形態を用いると、ドライブ工具とねじとの噛み合いのカムアウトの可能性が減少される。また、高い頭部制動トルクをもたらす頭部高さ及び穴深さを有する締結具が得られる。

前述した説明では、本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明から逸脱することなく設計又は構造の詳細において多くの変形又は改良が成されてもよい。

Claims

上面と軸線とを有する頭部と、中心が前記頭部の前記軸線と位置合わせされるローブ状穴が画成されたドライブとを備える締結具であって、
前記穴は、前記頭部の前記上面に配置され且つ前記頭部の前記軸線と径方向に位置合わせされて対称に配置される複数の穴チャンネルによって形成され、前記各チャンネルは、第１の壁と、第２の壁と、下面及び穴壁とを備え、前記第１の壁及び前記第２の壁は、互いに対向する部分を有するとともに、一定の曲率半径を有し、前記穴壁は、垂直に配置され且つ前記頭部の前記上面から穴の最も深いポイントまで延びて前記穴の下面と出会う表面を有し、前記下面の他端は、前記第１の壁、前記第２の壁、前記穴壁と隣接して前記チャンネルの壁を連続的に滑らかに形成する、締結具。
前記複数のチャンネルにおいて、各チャンネルの前記第１の壁は、隣接するチャンネルの前記第２の壁と共に連続的に滑らかに壁を形成する、請求項１に記載の締結具。
前記穴壁の表面が前記ドライブ頭部の前記上面と略垂直である、請求項１又は２に記載の締結具。
前記穴壁の表面が前記ドライブ頭部の前記上面に対してテーパ付けられている、請求項１又は２に記載の締結具。
前記頭部は、該頭部の半径を規定する略円形状に配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の締結具。
前記頭部の前記上面が略平坦である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の締結具。
前記複数のチャンネル穴が４つのチャンネル穴を備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の締結具。
前記穴壁から締結具の前記頭部の側壁までの軸部材料に対する頭部の比率は、制動トルクを最大にするように設定される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の締結具。
前記軸部材料に対する前記頭部の前記比率が少なくとも１：１である、請求項８に記載の締結具。
前記穴が穴深さを有し、前記締結具が頭部高さを有し、前記頭部高さが前記穴深さよりも小さい、請求項１〜９のいずれか一項に記載の締結具。
前記頭部高さが０．１ｍｍの範囲内で且つ前記穴深さの範囲内である、請求項１０に記載の締結具。
前記頭部高さが０．２ｍｍの範囲内であり、前記穴深さが０．２８ｍｍである、請求項１０に記載の締結具。
締結具が０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の外径を備え、それぞれの前記穴深さが０．２８ｍｍ〜０．８０ｍｍの範囲である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の締結具。
前記第１の壁及び前記第２の壁が内側ローブであり、前記穴壁が外側ローブである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の締結具。
前記第１及び第２の内側ローブ壁の半径がそれぞれ前記穴壁の外側ローブの半径と等しい、請求項１４に記載の締結具。
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の締結具を操作するためのトルク生成ドライバ工具であって、
ハンドルと、第１の端部及び第２の端部を有する軸部とを備え、
前記軸部の前記第１の端部が前記ハンドルに接続され、前記軸部の前記第２の端部は、前記締結具の穴ドライブと嵌め合い係合するために、前記締結具の前記頭部の前記ドライブの穴に対してサイズ及び形状が略相補的な断面形態を有する、トルク生成ドライバ工具。
前記締結具の前記穴ドライブとの係合時にゼロ度ドライブ角を有するようになっている、請求項１６に記載のドライバ工具。
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の締結具を製造するための穴パンチであって、
パンチホルダと、第１の端部及び第２の端部を有するパンチピンとを備え、
前記パンチピンの前記第１の端部は、前記締結具の前記頭部に穴をパンチング加工して前記締結具の穴ドライブを製造するために、前記締結具の前記頭部の前記ドライブの穴に対してサイズ及び形状が略相補的な断面形態を有する、穴パンチ。
前記パンチピンの前記第２の端部が前記パンチホルダと一体である、請求項１８に記載の穴パンチ。
前記パンチホルダが前記パンチピンを受けるための受け開口を有し、前記パンチピンは、前記受け開口を通じて前記パンチホルダと摺動係合される、請求項１８に記載の穴パンチ。