JP2810940B2 - トルク伝達用端部 - Google Patents
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Description
(ねじまわし、トルクレンチ等)とねじ式係止部材(ね
じ、ボルト、ナット等)との組合わせのように、一方の
駆動部材すなわち工具から他方の被駆動部材すなわちね
じにトルクを伝達する駆動装置の端部に関し、より詳言
すれば、この種の駆動部材と被駆動部材の端部が互いに
対向して噛み合い接触する結合部の形状、すなわち、駆
動部材の先端部(例えばビットまたはソケット)の凹突
形状と、その形状に補完的に対応する被駆動部材の頭部
(例えばねじの頭部)の凹突形状の改良に関し、更に、
この発明は、それらの凹突形状を作成するための成形工
具(パンチ、日本では通称ポンチという)の端部の形
状、及び、駆動部材と被駆動部材との間に介挿する駆動
工具(アダプタ)の両端部の形状をも含むものに関す
る。
伝達駆動装置について実験を重ねてきている。こうした
駆動装置は、一方の部材から他方の部材にトルクを伝達
することが求められる種々の型で使われる。本発明の開
発の主要な目的であり、以下に説明する用途は、ネジや
ボルト等のねじ式の係止部材の駆動である。
形成し、他方の部材にこの凹部に対応した形状の凸部を
形成して、これを凹部内に収容する種々の形状及びデザ
インの駆動装置が多数提案されている。こうした構成に
おいて、凹部を形成した部材または凸部を形成した部材
が工具であり、これに対応してこれと補完形状の凹部ま
たは凸部が被駆動部材に形成される。例えば、1946
年3月26日付けでステリン(Stellin)に付与
されたアメリカ特許第2,397,216号には種々の
形状の駆動装置が開示されている。また、アメリカ特許
第3,584,667号には、トルクス(TORX:登
録商標)の商標名で販売され、自動車技術、航空宇宙技
術、応用工業等において広く使用されている駆動装置が
開示されている。さらに、この他にも、もちろん周知の
六角型の駆動装置や、例えばフィリップス(PHILL
IPS:登録商標)の十字型駆動装置等もある。最後
に、上記のTORX駆動装置の考え方に沿った種々のス
プライン形状を使用した装置がある。こうしたスプライ
ン形状を用いた駆動装置の例は、1975年5月27日
にハーマン ジイ. ミュンシンガー(Herman
G. Muenchinger)に付与されたアメリカ
特許第3,888,480号、1937年6月8日にジ
ェイ. アール. リッチャー(J.R.Riche
r)に付与されたアメリカ特許第2,803,092
号、1961年1月24日にエフ. アール. カール
(F.R.Kull)に付与されたアメリカ特許第2,
969,250号、1977年2月8日にヤマモト(Y
amamoto)等に付与されたアメリカ特許第4,0
06,660号等がある。
部材の駆動中において発生される力を取り扱う観点で設
計されている。この点に関して、発生された力のベクト
ル分析から、負荷された力の分力が放射方向外向きに作
用し、第二の分力が接線方向に作用していることが示さ
れる。これらの分力のうち、接戦方向の分力のみが係止
部材を回転させる力、即ち駆動トルクとして作用する。
この技術分野における用語として、設計者らはしばし
ば、装置の「駆動角(drive angle)」を参
照するが、この駆動角とは、トルクの負荷点においてド
ライバが接合する点の接線と係止部材または駆動工具自
体を通る放射方向線によって規定される角度である。一
般に、「駆動角」が接線方向に作用される力、即ち駆動
トルクに変換される力の大きさを決定するので、「駆動
角」が小さくなるに従って、効率が高くなる。さらに、
駆動角が、例えば60°等のある値を越えた場合、トル
ク損失が過剰となる。即ち、負荷された力のほとんどが
放射方向に作用し、接線方向の分力が極小さなものとな
る。こうした状態は、過剰に大きな放射方向分力によっ
て、駆動装置のソケット部材に深刻な損傷が生じる可能
性があるため、回避しなければならない。
のスプラインを使用する従来の装置においては、ゼロま
たはそれ以下、即ち、負またはゼロの非常に小さい駆動
角を達成する。しかしながら、デザインは実際に使用可
能であることが実証されておらず、また製造もされてい
ない。こうした形式の駆動装置は、製造が困難で、コス
トもかさみ、しばしば特別の機械加工を必要とする。も
っとも重要なことは、矩形の角部には応力集中が生じる
ので、長期間使用した場合には疲労による故障が生じ
る。多数のそれぞれ逆向きに湾曲した面を部材の360
°の全円周に均一に配置して一連の葉脈状突条及び溝を
形成するスプライン型の駆動装置によれば、上記した矩
形スプラインにおいて不可避な問題を解消することは出
来るが、小さな駆動角、即ち5°よりも小さい駆動角を
達成することが出来ない。即ち、非常に大きなトルクが
負荷された場合、放射方向の力が生起され、ソケットに
損傷を生じさせ、または剪断を生じたり葉脈状突条を破
損したりする傾向が生じる。
アメリカ特許第3,584,667号に開示されたTO
RX駆動装置を使用することによって解消される。この
駆動装置は、10乃至20°の駆動角を得るために設計
された正確な面に基づく六角の葉脈状形状を使用してい
る。TORX駆動装置は技術的に進んでおり、非常に有
利であることが証明されており、使用において満足のゆ
くものであるが、いくつかの点においてこの装置を改良
する余地が残されている。一つの点において、工具の摩
耗や、係止部材及び駆動面を形成する工具の寸法の他の
変化により製造誤差が変化するので、係止部材とドライ
バ間の接合点が、局面に沿って内向きまたは外向きに変
位して、駆動角を変化させる。
ると、ビットまたは駆動工具の強度が犠牲となる。特
に、駆動工具の強度は、葉脈状突条が接合する点におけ
る軸方向断面に直接関連する。図8に示すこの従来技術
型の駆動装置においては、接合点42’が外側に変位す
るので、接合点42’における葉脈状突条の軸線方向断
面積が減少して、ビット強度を低下させる結果となり、
葉脈状突条に専断や故障を生じることなく大きなトルク
を伝達する性能が低下する。以下の説明から明かなよう
に、本発明のデザインによれば、接合点を比較的一定に
保つことが出来る。従って、駆動装置の構成部材の製造
において生じる変化または誤差は、ビットの強度を大幅
に変化させたり、ビット強度に悪影響を与えないものと
なる。
止部材またはドライバに形成された葉脈状の突条が動作
状態で変形する傾向がある。さらに、係止部材に内部溝
またはソケットが形成され、ドライバが駆動装置の雄部
材である場合、常に長期間使用するのに十分なドライバ
強度を得ることは出来ない。
において過剰な経費を必要とせず、駆動部材の端部から
被駆動部材の頭部に負荷された力を非常に効率よく駆動
トルクに変換することが可能な前記一対の部材における
結合端部の凹突形状、及び、こうした凹突形状を製造す
るための成形工具の端部の形状、並びに、アダプタの両
端部の形状を提供することにある。
達用端部は、駆動工具の端部、係止部材の駆動ヘッド及
びまたは成形工具の端部を含み、それらが次の構成を備
えたものである。すなわち、円の中心から半径方向の距
離において第一列の円周に沿って各中心点が位置しそれ
ぞれ等しい長さの長軸をもちそれらの長軸に沿って前記
半径方向の一側に開かれた複数の半楕円曲面と、前記円
の中心から半径方向の距離において第二列の円周に沿っ
て各中心点が位置しそれぞれ等しい長さの長軸をもちそ
れらの長軸に沿って前記半径方向の他側に開かれた複数
の半楕円曲面と、が交互に配置され、かつ、互いに隣接
する前記2種類の半楕円曲面の端部がそれぞれ互いに接
線方向に接合され前記第一列の半楕円曲面を形成する各
半楕円の中心点と前記第二列の半楕円曲面を形成する各
半楕円の中心点とが共通の円周上に配置され、それらの
短軸が半径方向線に沿って配置され、それらの長軸が前
記短軸における半径方向線に対して直角に配置されてい
ることにより、形成された交互逆向きの半楕円曲面の突
条と溝とを備えたものである。なお、前記第一列に属す
る半楕円曲面の各中心点が第1の正六角形の頂点に位置
し、前記第二列に属する半楕円曲面の各中心点が第2の
正六角形の頂点に位置することが望ましい。
対向面の双方が、連続した第一の楕円の曲面とこれと反
対の第二の楕円曲面で構成される二部材構成のトルク伝
達用の駆動装置の形状を提供する。第一または第二の楕
円曲面の一方の連続する面は凸面であり、他方の連続す
る面は凹面である。交互の凸面及び凹面の楕円曲面は、
滑らかにかつ接線方向に結合され連続した交互の溝と葉
脈状突条を形成する。葉脈状突条と溝の双方は、楕円形
状の円曲断面である。好ましくは、楕円形状に円曲した
葉脈状突条の中心及び楕円形状に円曲した溝は、これら
の部材が交互になるので、同一の六角形とはならない
が、通常の六角形の頂点部分に配置される。
方の部材は、内部に溝が形成され、他方の部材には対応
し接合形状の外部形状が与えられる。なお、製造誤差及
び外部または突形部材を溝内に接合状態で係合するため
に僅かな間隙が必要なため、外部形状または雄部材の形
状は、内部形状またはソケット部材の形状と僅かに相違
するものとなる。さらに、溝または内部形状を形成する
部材には溝と突条をほぼ同一寸法の楕円形状で形成する
ことが望ましいが、これは外部部材においては不可能で
ある。さらに、外部形状部材を溝部材に収容するため
に、外部の葉脈状突条は、溝部材の内部の溝より僅かに
小さい寸法としなければならず、これに対応して、外部
の溝は溝部材の内部の葉脈状突条よりも僅かに大きい寸
法としなければならない。これは、外部の葉脈状突条が
内部の溝に収容されなければならず、対応して内部の葉
脈状突条が外部の溝に収容されなければならないために
必要となるものである。従って、一方の部材(即ち、ソ
ケットまたは外部形状部材)においては葉脈状突条と溝
を楕円形状に保持することが出来るが、これを双方の部
材に設けることは、実際的とはいえない。従って、「同
様の形状」またはこれと同義の言葉は、以下の説明にお
いて外部形状部材を確実に対応する溝またはソケットに
収容するためまたはソケット工具が、係止部材の外部形
状ヘッドに係合するに製造誤差及び変化を考慮したもの
であると理解されなければならない。
果をもたらし、+2 1/2°乃至−2 1/2°の範
囲の非常に小さな駆動角を達成するとともに、本発明に
よる楕円形状における誤差の変化によって、駆動工具と
係止部材の間の接合点が大きく変化しないことが発見さ
れた。従って、上記したように、誤差の変動が生じた場
合にも接合点が比較的一定に保持されるばかりではな
く、駆動角も約0°付近の比較的狭い範囲に保持され
る。さらに、楕円形状によって、上述した形式及び種類
の他のスプライン式駆動装置よりも高い強度の外部形状
部材の使用が可能となる。最後に、非常に小さな駆動角
を用いることによって、内部及び外部形状部材に関して
葉脈状突条と溝間の係合深さを浅くすることが可能とな
り、従って、以下の説明より明かなように、より大きな
駆動力をより小さなヘッド及び工具に負荷することが可
能となる。また、装置が負荷された力を高い効率で駆動
トルクに変換し得るので、ドライバが軸線方向で進入す
る深さが、従来技術におけるデザインに比べて減少する
ので、より小さな部材の使用が可能となり、駆動装置の
全体の製造において金属または原材料を減少することが
可能となる。
れ、以下に主としてこの実施例に関して本発明を説明す
る。また、本発明の基本思想を用いた他の実施例が図9
乃至20に示されている。好適実施例に関して説明をし
た後に、本発明の他の実施例及び変形例を説明し、さら
に本発明の基本思想が理解された時に当業者において自
明となる図示しない変形例に関して説明をするものとす
る。また、上述したように、本発明は係止部材の駆動装
置に関して以下に説明する。しかしながら、本発明は、
駆動部材がこの駆動部材と補完関係にある被駆動部材に
トルクを伝達するために使用されるいかなるトルク伝達
手段またはトルク結合手段にも適用可能なものである。
て、図1乃至7は、本発明の原理に基づく内部形状を有
する駆動溝またはソケットが係止部材に形成され、この
駆動溝と補完形状を持つ部材を駆動工具とした、本発明
の適用例を示している。当業者において、図12乃至1
7に示すように、上記の構成を逆転させて本発明による
外部形状を係止部材に使用し、駆動工具を補完的な内部
形状を持つソケット状とすることも可能である。
係止部材と駆動工具が示され、係止部材20の細長い軸
部22にはねじ24が形成され、係止部材20の端部に
は大径のヘッド部26が設けられ、このヘッド部26に
は駆動溝または駆動ソケット28が形成されている。駆
動工具30はソケット28と略補完形状に形成された端
部32を有し、駆動工具によって駆動力を係止部材に負
荷するために、駆動工具30の端部32はソケット28
に係合する。ソケット28は、楕円形に円曲した葉脈状
突条34と楕円形に円曲した溝36とを交互に一連に配
置して形成される内部形状を有している。葉脈状突条3
4は放射方向内向きに突出して形成され、溝36は放射
方向外向きに形成され、本発明の駆動装置の内部形状と
して規定される形状を構成する。溝36及び葉脈状突条
34は、ソケットの壁面に円周方向に一定間隔で配置さ
れる。なお、図示の実施例においては、それぞれ六つず
つの葉脈状突条34と溝36が設けられている。
ト28の形状と完全に同一の形状ではないものの、ほぼ
補完形状となる外部形状を有し、この外部形状は、外向
きに楕円形に円曲した葉脈状突条38と、葉脈状突条3
8と反対向きに楕円形に円曲した溝40によって構成さ
れ、以下の図3乃至7に関する説明から明らかなよう
に、端部32がソケット28内へ挿入され易くするため
に、そして、駆動するために係合された時に有効にトル
ク伝達が行われるようにするために、端部32の葉脈状
突条38及び溝40は、間隙を有してソケット28に係
合する寸法に作られねばならない。また、所望の駆動係
合と、そして、接合している葉脈状突条と溝間の所望の
係合深さとを得るために、端部32の形状は僅かにソケ
ット28の内部形状と異なる形状とされねばならないの
で、葉脈状突条38がソケット28の溝36内に所定の
度合いで収容され、対応するソケット28の葉脈状突条
34が駆動工具30の溝40内に収容されて、各葉脈状
突条と溝間において所望の深さの係合が得られ、この係
合深さは、図3において35で示される。従って、駆動
工具30の葉脈状突条38及び溝40は、ソケット28
の内部形状に対して補完形状となっているが、実際上の
理由によって、これらは同一形状とはなっておらず、ま
た葉脈状突条38及び溝40の楕円形状を同一または均
一とすることも出来ない。
具30の端部32を示し、駆動工具30に形成された葉
脈状突条38は、ソケット28の内部形状によって規定
された溝36内に収容され、これに対応して、ソケット
28の内部形状の葉脈状突条34は、駆動工具30の端
部32に形成した溝40内に収容される。葉脈状突条と
対応する溝の係合深さは、35で示されている。両方の
状態において、所定の度合いの間隙が形成される。この
ようにして、駆動工具30が回転すると、駆動工具30
の葉脈状突条38がソケット28の葉脈状突条34と接
合位置42で接合して、駆動力が係止部材20に負荷さ
れる。線50は、接合位置42における楕円形状の接線
を示している。
ては、比較的小さな駆動角を得ることが望ましく、この
点に関して、駆動角は、駆動装置の効率を決定する要素
である。本発明の場合のように駆動角がゼロ乃至近似ゼ
ロである場合、装置は非常に効率的であって、実際上負
荷された力のすべてが部材の半径方向に対して直角に作
用して、駆動トルクに変換される。
は負である場合、負荷された力の一部または分力のみが
半径方向の線に対して直角に作用して、駆動トルクに変
換される。負荷された力の付加的な部分または分力は正
の駆動角の場合には放射方向外向き、負の駆動角の場合
には放射方向内向きに作用して、係止部材の駆動力とし
て作用せず、実際上は有害な作用をもたらす。
するために、すべての放射方向に作用する力の成分は最
小限としなければならない。過剰な正の駆動角は、放射
方向外向きに大きな力の成分を生起してソケットに大き
な応力を与え、応力による損傷や駆動時におけるスリッ
プを生じる結果となる可能性があるので、非常に望まし
くない。放射方向内向きの力は、放射方向外向きの力に
比べて大きな度合いで許容されるが、トルク伝達効率を
最大とするためには、駆動角を製造誤差範囲において出
来る限りゼロに近づけ、すべての負荷された力を放射方
向線に対して直角方向に作用させて、駆動トルクに変換
することが望ましい。
示すように、通常、半径方向の線52と駆動装置の接合
点42’における接線方向の線50’との交差角度α1
で定義される。
と放射方向線との交差は存在せず、これらの線は平行ま
たは相互に一致した図3の状態となる。即ち、接合位置
42における葉脈状突条38の接合点の接線50と、ソ
ケット28の中心を通る放射方向線とが一致して、矢印
54で示すように、負荷されたすべての力は放射方向線
50に対して直角の向きに作用し、そのすべてが駆動ト
ルクに変換される。「駆動角」の理念は、図8で示すよ
うに、駆動角がゼロよりも大きな駆動装置に関して、よ
り良く理解されるものとなろう。
で、本発明による楕円形状の葉脈状突条34及び溝36
を有するソケット28を駆動した場合に、ドライバ3
0’は、周知のTORX駆動装置による形状で構成さ
れ、複数の葉脈状突条38’を含み、この葉脈状突条3
8’は接合位置42’において楕円形状の葉脈状突条3
4と接合する。接合位置42’における接線方向の線5
0’は放射方向の線52と交差して駆動角α1を形成す
る。この駆動角α1は、従来の駆動角であって、ドライ
バ30’を使用した場合、約10乃至20°である。駆
動角は、さらに、負荷された力54に関するベクトル分
析によっても測定することが出来る。この点に関して
は、接合位置42’における係止部材の葉脈状突条34
に負荷される力は、接線方向線50’に対して直角に作
用する。力54は放射方向成分58と放射方向線56に
対して直角な方向の成分60に分解される。従って、真
の駆動角α2が、力のベクトル54及び接線方向ベクト
ル60によって形成される。この角度は、ほぼ角度α1
に等しい角度である。また、接線方向線50’と接合点
を通る放射方向線56または接合位置42’の接線によ
って、第三の角度α3が形成される。この角度α3はα
2に等しく、これに対応しており、この角度α3が装置
の駆動角を示すものとなる。
から明かなように、内部形状の葉脈状突条34と隣接す
る溝36によって規定される楕円形状面の接線である。
従って、力54は、線50の対して直角に作用し、駆動
角がゼロであることがわかる。また、上記の分析によ
り、接合面に対する接線が、部材の軸線中心をとって延
びる時に、駆動角がゼロとなり、負荷された力全部が駆
動トルクに変換される。
とを可能とする種々のデザインが提案され、これらのデ
ザインは、しかしながらスプライン状の形状であり、ス
プラインは比較的矩形または鋭利な角部で形成され、上
述したように、矩形または鋭利な角部を使用することは
望ましくなく、本発明は、従来技術を改良し、円曲形状
によってゼロの駆動角を達成するものである。
明においては、駆動面を形成する種々の葉脈状突条及び
溝は、一連の楕円形状に円曲した面によって構成され
る。さらに詳細には、楕円形状に円曲した第一列の面と
楕円形状の第一列の円曲面とは逆向きの円曲した第二列
の面が設けられ、これらの第一及び第二の列の面が交互
に、接線方向で円滑に接合するように配置される。一方
の列の円曲面は突出した凸面であり、他方の列の円曲面
は凹面を形成する。これによって、図面に示し、上記に
説明した交互の内側形状の葉脈状突条34及び溝36及
び外側形状の葉脈状突条38及び溝40が形成される。
以下に、楕円形状に円曲した面を形成する楕円の幾何学
的形状及び特定条件を、図4乃至7を参照しながらさら
に詳細に説明する。
装置のソケット28の内側に配置された楕円形状に円曲
した面の幾何学的形状が概略的にかつ図式的に示されて
いる。図4はソケット28の内部形状の全体を図式的に
示すもので、図5は、その上側部分を、説明上及び理解
を容易とするために拡大して示すものである。図5にお
いて、種々の破線及び仮想線が示されているが、これら
はここで説明する誤差及び楕円形状の変形例を示すもの
である。
28の幾何学的形状が示されており、交互に配置された
葉脈状突条34及び溝36を示している。図から明かな
ように、各葉脈状突条及び溝は、ほぼ楕円形状、または
楕円で形成され、実線で示す楕円形状の円曲面部分は、
隣接する葉脈状突条または溝の楕円形状の円曲面部分に
円滑にかつ接線方向で遷移するように構成される。した
がって、二列に配置された楕円形状の円曲面が形成され
る。第一列は、概括的に符号70で示す楕円形状によっ
て規定され、この楕円形状は楕円形状に円曲した葉脈状
突条34を形成する。第二列は概括的に符号72で示さ
れ、溝36を規定する楕円形状の円曲面を構成する。
からの距離の和が一定となるように点を移動させて形成
される。楕円形状面または真の楕円に近接した形状が、
円弧の対を用いて形成される、この方法は、しばしば機
械加工技術者において使用され、結果として得られる形
状は真の楕円形状面ではないが、これらはすべての実際
的な目的において満足のゆくものである。したがって、
ここで楕円形状に円曲した面または楕円形状として使用
される語は、真の楕円形状ばかりではなくほぼ楕円形状
の面を含むものである。こうした楕円は一般に、中心ま
たは中心点と長軸及び短軸で構成される。楕円の幾何学
的形状のより良い理解のために、図6が参照される。楕
円70、72によって、これらによって形成される楕円
形状に円曲した葉脈状突条34及び溝36が示される。
図6には、さらに、図4で示す駆動溝の軸74に対応す
る中心軸点74が示されている。楕円70、72の中心
は、それぞれ76、78で示される。各楕円は、7
0’、72’で示す短軸と70”、72”で示す長軸と
を有している。本発明の開示された好適な構成におい
て、ソケット28は、楕円70及び72によって形成さ
れた楕円形状に円曲した葉脈状突条34及び溝36によ
って形成されており、これらは、実質的に同一または均
一な形状となっている。即ち、実線で示した好適実施例
においては、短軸70’及び72’は等しく、また長軸
70”及び72”も等しい長さとなっている。この関係
は、勿論、破線または仮想線で示す変形例には適用され
ない。さらに、それぞれの楕円の中心76及び78は図
4の同一の円79の円周上に位置する。したがって、半
径80及び82は等しく、中心軸線点74から楕円70
の中心までの距離は、中心軸線点74から楕円72の中
心までの距離と等しくなる。それぞれの楕円70、72
は、相互に接合点に対応する点42で接線方向で接合す
る。
及び72の中心点は、円79の円周上に位置し、その半
径は80/82となる。また、図4で示すように、楕円
形状72の中心は、正六角形の各頂点に位置し、その六
角形は84で示され、それに対応して、葉脈状突条34
を形成する一連の楕円70の中心76は第二の正六角形
86の頂点に位置する。図示の都合上、正六角形86は
一部のみが破線で示されている。
状に円曲した葉脈状突条34及び溝36の規定する楕円
70及び72に加えて、一連の楕円の変形例が破線で示
されている。上記したように、葉脈状突条34及び溝3
6を規定する楕円70及び72は同一または同様の形状
である。即ち、長軸及び短軸の長さがそれぞれ等しくな
っている。図5は、破線または仮想線によって中心点7
6、78に関して形成された葉脈状突条及び溝で構成さ
れた内側形状を形成する種々の変形された楕円の組を示
している。こうした変形例においては、隣接する楕円間
においてそれらが同一の中心点に関して形成されている
に関わらず、長軸及び短軸は同一とはならない。即ち、
図5に破線で示す一つの楕円形状が、ソケット28の内
部形状の葉脈状突条34及び溝36を形成するために使
用された場合、溝と葉脈状突条の形状または寸法は同一
とはならない。
条34及び溝36を楕円70及び72によって形成しよ
うとする場合、例えば70a及び72a、70b及び7
2b、70c及び72cまたは70d及び72dによっ
て等の変形例による楕円で形成することも可能である。
この点に関して、楕円70a及び70cは好適な楕円7
0よりも大きく、楕円70b及び70dは逆に小さくな
っている。同様に、対応する一連の楕円は、楕円72a
及び72cが好適な楕円72よりも小さく、楕円72b
及び72dは大きくなっている。こうした種々の楕円の
形状の重要性は、図5に関する以下のさらに詳細な説明
から明確となろう。
は、図式的であり、これらから無限の数の楕円が、種々
の楕円の増分に応じて形成されることが理解される。破
線はまた、製造時点において生じる製造誤差をも示して
いる。なお、実際上、製造誤差は図示のように大きな誤
差とはならず、通常楕円70a及び70b、72a及び
72bの範囲内となる。
円、例えば70a及び72aが接線方向に接合すること
である。楕円形状に円曲した葉脈状突条34及び溝36
をそれぞれ形成する実線で示す楕円70及び72は、点
42において接線方向に接合している。これに対応し
て、一連の変形例による楕円70a及び72a及びこれ
らから形成される仮想面は、点42において円滑にかつ
接線方向に接合する一方、楕円70b及び72bは点4
2bで接合し、同様に楕円70c及び72cまたは70
d及び72dはそれぞれ点42c及び42dで接合す
る。ここで、接合点42、42a、42b、42c、4
2dが、図4に最も良く示されているように、円弧90
上に位置することである。したがって、製造誤差または
寸法変化が駆動装置の製造中に生じた場合にも、駆動工
具における接線位置または係合位置は放射方向に比較的
一定に保持される。したがって、製造誤差は駆動装置の
駆動角に大きく影響しないものとなる。即ち、製造誤差
が生した場合、接線方向に接合する点(42、42a、
42b)は、ほぼ放射方向に向いて保持され、放射方向
より極僅かずれるのみであり、そのずれは最大の製造誤
差が生じた場合においても2 1/2°程度となる。ま
た、ここで重要なことは、ほぼ駆動工具が係合または接
合する点における接線方向位置が放射方向外側に移動し
ないので、製造誤差が、ビットまたは工具の強度に影響
を与えることがない。さらに、上記のように、係合点4
2、42a、42b等が同一の半径方向位置となるの
で、葉脈状突条34を通る軸線方向断面積は、製造誤差
または変化が生した場合においても比較的一定に保持さ
れる。
6を参照する。図6において、変形例による楕円70b
及び72bの一部が破線で示されている。これらの楕円
は、点42bにおいて接線方向に接合する。線94は、
点42bにおける楕円70b及び72bの接線方向に延
びており、点42bにおいて放射万向線96と交差して
駆動角α3を形成する。この駆動角α3はゼロよりは僅
かに大きくなるがその大きさはほぼ2 1/2°程度と
なる。したがって、楕円70b及び72bは事実上一つ
の方向の最大の製造誤差を示しているので、駆動角α3
はゼロからの最大の変化量となる。従来技術における誤
差による変化はこれに比べて格段に大きく、誤差による
駆動角の変化もこれに比べて相当に大きくなる。
した形状を使用する駆動装置によって、製造誤差によっ
て駆動角に大きな影響を受けないものとなることが明確
となる。また、以下に説明するように、また図3と図8
の比較から明らかなように、本発明による駆動装置は、
駆動工具30の楕円形状に円曲した葉脈状突条38を従
来技術による駆動工具30’に比べて大きな断面で形成
することを可能とし、したがって、葉脈状突条38は葉
脈状突条38’よりも強くなる。
学的形状をより良く理解するために、図4を再度参照す
ると、同図には、円弧90にそって形成される円90が
示されている。この円90の半径は、種々の楕円70、
72の中心が位置する円79の半径の約1/2である。
また、好適実施例においては、六つの葉脈状突条を備え
た形状を採用しているので、各中心の回転方向の変位量
は約30°となる。
34及び溝36を形成するために使用された楕円70及
び72が同一または補完的な形状である。楕円70及び
72の性質の多くの部分は楕円の短軸70’(72’)
の長軸70”(72”)に対する比によって決定され、
この比は溝36の深さ及び対応して葉脈状突条34の駆
動工具30の対向する溝40への突出量の大きな部分を
決定し、したがって図3の係合深さ35を決定する。図
4及び6で示すように、短軸70’の長軸70”に対す
る比は、約0.500であり、楕円70a、70b、7
0c及び70dの比は、図5から明らかなようにその形
状に応じて上下に変化する。上記の比は、小さい駆動角
を得られるとともに、図8で示す従来の駆動工具30’
との互換性が得られる比として経験的に選択される。現
実問題として、短軸70’の長軸70”の比が0.65
8の時にすべての製造誤差範囲においてゼロの駆動角が
得られ、円90の中心が中心軸線74に一致する。約
0.500の比は、この比が、2 1/2°未満の非常
に小さな駆動角を達成するとともに図8で示すTORX
型駆動装置に対する互換性も得られるための妥協点とし
て選択される。図3及び7に関して駆動工具30を説明
する。この点に関して、上記に説明したように、本発明
による内部形状の楕円形状に円曲した溝36及び葉脈状
突条34は、図3乃至図6に関して説明したように、ほ
ぼ同一形状の楕円70及び72によって形成されてい
る。図3から明らかなように、駆動工具30の外部形状
の楕円形状に円曲した葉脈状突条38は、ソケット28
の内部形状の溝36より僅かに小さく形成することが必
要である。同様に、駆動工具30の楕円形状に円曲した
溝40は、ソケット28の葉脈状突条34よりも僅かに
大きく形成しなければならない。駆動工具30の外部形
状を構成する葉脈状突条38及び溝40の形成する楕円
形状の幾何学的形状は、図7に示されている。
(図7)は、内側形状の溝36を形成する楕円(図6)
と同一の中心点78に関して形成されることが望まし
い。同様に、外側形状の溝40を規定する楕円(図7)
は、内部形状の葉脈状突条34を規定する楕円(図6)
と同一の中心点76に関して形成されることが望まし
い。実際上、図7に示す楕円は、図5の対の楕円72a
及び70aにほぼ対応している。この点に関して、長軸
72a”によって決定される外部形状の葉脈状突条38
の幅(図7)は、長軸72”によって決定される溝36
の幅(図6)よりも小さくなる。一方、外部形状の溝4
0の幅を規定する長軸70a”(図7)は、内部形状の
葉脈状突条34の幅を規定する長軸70”(図6)より
も大きくなる。こうして端部32のソケット28(図
1)に対する係合を可能とするのに十分な隙間が与えら
れるとともに、駆動工具30が回転された時に、駆動工
具30の外部形状の葉脈状突条38が確実に内部形状の
葉脈状突条34に係合し、その係合が、ほぼ、楕円形状
に円曲した面が接線方向に接合する点42で生じるもの
となる。
び外部形状を形成するための工具が残りの図面に示され
ている。図12乃至16は、本発明の変形例を示してお
り、この変形例において係止部材には、外部形状の駆動
面が形成されている。絶対的に必要な事項ではないが、
係止部材に外部形状の溝及び葉脈状突条を形成するため
の楕円は均一なものとすることが好適である。図12及
び14で示す外部形状を備えた係止部材を駆動するため
に使用されるソケットは、対応する内部形状の溝及び葉
脈状突条を形成されており、これらの溝と葉脈状突条の
大きさは外部形状の葉脈状突条と溝に相互係合できる大
きさとされる。即ち、内部形状の葉脈状突条は外部形状
の葉脈状突条よりも僅かに小さく形成され、対応する外
部形状の溝に収容されるように構成される。同様に、内
部形状の溝は、外部形状の溝よりも僅かに大きく形成さ
れる。
チ100を示しており、このパンチ100は本発明の駆
動装置の内部形状を形成するために使用される。パンチ
100は、作業端面102を有し、その作業端面102
の形状は図10に示される。さらに、パンチは一連の外
部形状の、楕円形状に円曲された葉脈状突条104と、
これと逆向きに対応する一連の楕円形状に円曲された溝
106が形成されている。係止部材20のヘッド部26
に駆動溝またはソケット28を形成するためのパンチの
使用要領が、図11に示されている。軸部22にネジ2
4を形成する前に、係止部材は、二部材構成の固定部材
108、110に取り付けられる。パンチ100は上側
固定部材108に収容され、係止部材のヘッド部26に
係合して、冷間でソケット28を形成する。この作業の
間、係止部材のヘッド部26は、固定部材108及び1
10の対応面によって、図示のように最終形状に形成さ
れる。
係止部材に適用した例を示している。係止部材は20で
示され、ネジ24を形成した軸部22を有している。係
止部材のヘッド部は26で示され、図2で示すようにソ
ケット28を形成せずに、外部形状の突出部112を形
成している。この係止部材の端面図が、図13に示され
ている。
した葉脈状突条114と、これと逆向きに形成された楕
円形状に円曲した溝116を一連に設けて形成される。
前述したように、図12及び13の実施例において、ま
た図14及び15の実施例において、楕円形状に円曲し
た葉脈状突条114及び溝116は、ほぼ等しいか、も
しくは補完的な形状の楕円によって規定される。葉脈状
突条114の間の溝116内には、テーパ状のショルダ
118が形成される。これらのショルダは、突出部11
2の外周面からほぼ軸線方向上向きで、かつ放射方向内
向きに延びており、葉脈状突条114の補強または支持
部材として機能する。
状を持つナット部材120が示されている。ナット部材
120は、周知の要領でネジ124を形成した内部孔1
22を有している。ナット部材120は、円錐形状のス
カート部126を有しており、突出部112は、図12
及び13に関して説明したのと同様に、このスカート部
126から突出している。突出部112は、一連の交互
に形成された葉脈状突条114及び溝116を有し、こ
れらは、上述した本発明の原理にしたがって楕円形状に
円曲した形状となっており、これらの形状は、ほぼ補完
的な寸法に形成される楕円によって規定される。
形成した突出部112に係合したソケット130を一部
断面にして示している。ソケット130は、本発明の原
理によって、対応する内部形状に形成された駆動面を有
している。即ち、ソケット130の内面は、交互に配置
された一連の楕円形状に円曲した葉脈状突条132及び
溝134によって規定されており、この葉脈状突条13
2及び溝134の形状は、外部形状を形成した突出部1
12にほぼ同一または補完寸法で形成された楕円形状に
円曲した葉脈状突条114及び溝116に接合状態で係
合するものとなっている。前述したように、葉脈状突条
132及び溝134は、接合状態での係合を可能とする
形状とされている。即ち、内向きに形成された楕円形状
に円曲した葉脈状突条132は、楕円形状に円曲された
溝116よりも僅かに小さく形成され、同様に内部形状
の溝134は、外部形状の葉脈状突条114よりも僅か
に大きく形成される。したがって、外部形状を設けた突
出部112の葉脈状突条114及び溝116は、ほぼ同
一の楕円形状に形成され、ソケット130の内面の葉脈
状突条132及び溝134は異なる幾何学的形状の楕円
から形成される。この構成は、図19に示されている。
と隣接する内部形状の溝134が実線で示されている。
楕円形状に円曲した面の葉脈状突条132及び溝134
を規定する楕円は、72b及び70bで示されている。
楕円70b及び72bは、図5に破線で示す楕円にほぼ
対応している。溝134を規定する楕円の長軸72b”
は、内向きの楕円形状に円曲した葉脈状突条132を規
定する楕円の長軸70b”よりも大きくなっている。上
述したように、これらの寸法は、ソケット130が同一
の楕円によって規定される葉脈状突条と溝で構成される
外部形状を形成した突出部112に係合するために必要
となる。
チを示しており、このパンチは、外部形状を形成した図
12の係止部材の突出部112または図14のナット部
材を形成するために使用される。押し出しパンチ140
は、突出部112の葉脈状突条114及び溝116に対
応して交互に形成された一連の溝及び葉脈状突条によっ
て構成される内面形状を有している。押し出しパンチ1
40の内面形状は、一連の放射状内向きに配置された楕
円形状に円曲した葉脈状突条142とこれと逆向きの一
連の溝144を有しており、これらは、突出部112に
対応する葉脈状突条114及び溝116を形成するため
に使用される。葉脈状突条142及び溝144が所望の
形状の葉脈状突条114及び溝116を形成するため
に、これらの葉脈状突条142及び溝144はほぼ同一
の楕円によって規定されなければならない。当業者にお
いて、パンチ14のような押し出しパンチを使用して図
2及び3と同様の駆動工具を形成する場合、葉脈状突条
142及び溝144を端部32の所望の最終形状を得ら
れるように調整することが必要となることが、容易に理
解される。この場合には、葉脈状突条142及び溝14
4は、同一の楕円によっては規定されず、ほぼ図7に示
す楕円形状によって規定されるものとなる。
様の係止部材が、アダプタ150を用いて駆動工具30
によって駆動される。駆動工具30’は、端部32’を
有しており、この端部32’は、好ましくは、図2の駆
動工具30に関して使用されたのと同様の要領で等しく
ない楕円によって規定される。突出部112は、好まし
くは、図12に関して前述した構成を有するもので、葉
脈状突条と溝は同一の楕円によって規定される。アダプ
タ150は駆動工具30’から係止部材20に、端部3
2’が係止部材20の突出部112に形成した外部形状
を有しているに関わらずトルクを伝達するために使用さ
れる。アダプタの両端にはソケット152及び154が
形成されている。各端部のソケットは、ソケット130
と同様に内部形状が形成され、内向きの溝と葉脈状突条
が、端部32及び突出部112の外部形状の葉脈状突条
及び溝と接合状態で係合するように構成される。
例を示している。駆動工具30における駆動工具の軸線
にほぼ平行で、比較的直線的に形成された楕円形状に円
曲した葉脈状突条38及び溝40と異なり、駆動工具3
0’は、球状の係止部材係合端部32’を有している。
ボールまたは球状のドライバは、従来技術において周知
であり、ドライバと係止部材を一直線状に配置すること
なく係止部材を駆動することが出来るものとなる。本発
明によるボールまたは球状のドライバ30は、一連の楕
円形状に円曲した葉脈状突条38’及び溝40’を駆動
ヘッドまたは端部32’の外面に配置している。葉脈状
突条38’及び40’は、駆動工具30と実質的に同一
の幾何学的形状によって形成され、溝40’及び葉脈状
突条38’は図3及び7の駆動工具30に関して説明し
たのと同じ要領で異なる楕円によって規定される。さら
に、葉脈状突条38’及び溝40’は軸線方向に湾曲し
て端部32’の球状外周面に適合されている。
に関して概括的かつ概念的に説明された。また、装置の
外部形状及び内部形状を形成するための工具が、図9乃
至11及び17に示された。本発明の変形例は、図12
乃至16に示され、この変形例においては係止部材には
外部形状が形成された駆動ヘッド部が設けられ、内部形
状を形成したソケット部材によって駆動される構成が説
明された。当業者において、本発明が他の種々の変形例
に適用可能であることが認識される。本発明は、さら
に、外部形状及び内部形状の種々の溝及び葉脈状突条を
規定する楕円が共通の円上に配置された構成に関して説
明された。即ち、図4によれば、種々の楕円の中心点の
半径80及び82は同一である。さらに、本発明は、六
つの葉脈状突条を持つ構成について説明したが、楕円形
状の円曲された葉脈状突条の数量は適宜増減可能なもの
である。なお、本発明の開示に基づいて、当業者が容易
に想いつく種々の変形及び変更は、本発明の特許請求の
範囲に記載した範囲に属する限りにおいて、本発明の技
術思想内に包含するものである。
製造技術において過剰な経費を必要とせず、かつ負荷さ
れた力を非常に効率よく駆動トルクに変換することが出
来る駆動装置または結合ユニット及びこうしたユニット
を製造するための工具を提供することが出来る。
−2 1/2°の範囲の非常に小さな駆動角を達成する
とともに、本発明による楕円形状における誤差の変化に
よって、駆動工具と係止部材の間の接合点が大きく変化
しないものとすることが出来る。従って、本発明によれ
ば、誤差の変動が生じた場合にも接合点が比較的一定に
保持されるばかりでなく、駆動角も約0°付近の比較的
狭い範囲に保持される。さらに、楕円形状によって、上
述した形式及び種類の他のスプライン式駆動装置よりも
高い強度の外部形状部材の使用が可能となる。最後に、
非常に小さな駆動角を用いることによって、内部及び外
部形状部材に関して葉脈状突条と溝間の係合深さを浅く
することが可能となり、従って、上記の説明から明かな
ように、より大きな駆動力をより小さなヘッド及び工具
に負荷することが可能となる。また、装置が負荷された
力を高い効率で駆動トルクに変換し得るので、ドライバ
の軸線方向に進入する深さが、従来技術におけるデザイ
ンに比べて減少するので、より小さな部材の使用が可能
となり、駆動装置の全体の製造において金属または原材
料を減少することが可能となる。
と駆動部材との関係を示す斜視図、
ライバの正面図、
に形成されたドライバの突条とその係止部材の溝との係
合関係を示した断面図、
幾何学的形状を示す模式図、
は係止部材の葉脈状突条及び溝の楕円形状の楕円の全体
的幾何学的形状を示す図5と同様の模式図、
即ちドライバの溝及び葉脈状突条の楕円形状を示す図6
と同様の摸式図、
の締結に際して、従来型ドライバを使用する要領を示す
図3と同様の図、
止部材の溝またはソケットを形成するための、パンチ状
の工具の正面図、
ンチを他の工具と関連して使用される状態を示す断面
図、
止部材の正面図、
正面図、
それに対向する内部形状のソケットとを、ソケットを断
面にして示す平面図、
ための押し出しパンチ状工具の一部切欠正面図、
駆動工具間の結合部材とともに示す一部切欠正面図、
の均一な楕円によって構成される楕円曲面によって形成
された外部形状駆動面を有するソケットの幾何学的形状
を示す図6及び7と同様の図、
ル型駆動工具の部分的正面図、
Claims (5)
- 【請求項1】 円の中心から半径方向の距離において第
一列の円周に沿って各中心点が位置しそれぞれ等しい長
さの長軸をもちそれらの長軸に沿って前記半径方向の一
側に開かれた複数の半楕円曲面と、前記円の中心から半
径方向の距離において第二列の円周に沿って各中心点が
位置しそれぞれ等しい長さの長軸をもちそれらの長軸に
沿って前記半径方向の他側に開かれた複数の半楕円曲面
と、が交互に配置され、かつ、互いに隣接する前記2種
類の半楕円曲面の端部がそれぞれ互いに接線方向に接合
され、そして、前記第一列の半楕円曲面を形成する各半
楕円の中心点と前記第二列の半楕円曲面を形成する各半
楕円の中心点とが共通の円周上に配置され、それらの短
軸が半径方向線に沿って配置され、それらの長軸が前記
短軸における半径方向線に対して直角に配置されている
ことにより、形成された交互逆向きの半楕円曲面の突条
と溝とを備えたトルク伝達用端部。 - 【請求項2】 前記第一列に属する半楕円曲面の各中心
点が第1の正六角形の頂点に位置し、前記第二列に属す
る半楕円曲面の各中心点が第2の正六角形の頂点に位置
する、請求項1に記載のトルク伝達用端部。 - 【請求項3】 前記トルク伝達用端部が係止部材の駆動
ヘッドである請求項1に記載のトルク伝達用端部。 - 【請求項4】 前記トルク伝達用端部が成形工具の端部
である請求項1に記載のトルク伝達用端部。 - 【請求項5】 前記トルク伝達用端部が駆動工具の端部
である請求項1に記載のトルク伝達用端部。
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