JP4340158B2 - 多様なドライバに使用可能な凹部を有する締付け具及びその製造方法 - Google Patents

Description

技術分野及び背景技術

産業用及び家庭用として普及している特殊な係合表面を有した様々のドライバがある。

これらドライバは、一般に、該ドライバに適合する凹部を有したねじにのみ使用可能である。これらねじの製造工程においては、トルクがドライバからねじに効率的に伝達されるように適切に嵌合されることが確保される。かかるドライバの一般例がフィリップス（Philips）ヘッドねじドライバであり、見慣れた十字ウィング形状（cross wing configuration）を有している。このタイプの締付け具は米国特許第2,046,839号に開示されており、かかる特許の開示内容はここに組み入れられる。このタイプの締付け具（fastener）は広範囲に使用されている。

フィリップスヘッドねじは大活躍しているが、かかる締付け具に関する一般的な不満としては、高トルクをかける必要が生じた際にドライバが凹部から滑り出易いことである。このいわゆるカムアウト（cam out）は、フィリップスヘッドの締付け具の押圧表面（driving surface）が8°乃至27°の包括角度で傾斜しているために生じる。かかる不都合を克服して高トルクの締付けが可能な締付け具を提供するために、米国特許第2,474,994号に開示されているように押圧表面はより垂直に形成される。第2,474,994号特許の開示もここに組み入れられる。このタイプの締付け具はフィリップスねじ社（Phillips Screw Company）のライセンシーから入手可能であり、ポジドリブ（POZIDRIV）の商標名によって販売されている。

正方形押圧（square drive）と称される他のタイプのドライバが、ロバートソン（Robertson）正方形押圧凹部に嵌合すべくデザインされており、これも一般的に使用されている。

本発明は、上記任意のドライバに効果的に適合する凹部を提供することを目的とし、更にかかる特殊な凹部に特に使用されるようにした最適なドライバを提供することを目的とする。

本出願の発明をより良く理解するために、上記にて参照した締付け具のドライバ及び係合する締付け具のヘッドの基礎的な製造工程を検討することが有益である。加圧成形によってドライバ及びパンチを冷間形成するために使用する金型（die）を精密許容範囲内で製作することが該工程の要である。パンチは、締付け具のヘッドの凹部を冷間形成するために用いるツールである。各要素は最終製品を得るために累進的に用いられるので、該工程においてエラーは度合いを増していくことを理解しなければならない。

パンチ及びドライバの全ての属性を有するマスターツールが第１段階で作られる。このツールは一般的に適切な地金板から砥石車を用いて機械加工される。フィリップス十字ヘッドツールの場合においては、４つのパスが必要であり、各パスの間でツールが90°回転される。ツールは砥石車のパスと角度をなして保持され、よってマスターツールに溝を形成する。かかる溝は機械加工の行程がマスターツール地金の先端部から柄部に進行するにつれて徐々に浅くなる。金型はマスターツールを用いてホブ切り（hobbing）すること、すなわち、マスターツールをダイストック（die stock）に加圧成形することによって形成される。これには数行程を要し、これにより完全に形成された金型が得られる。金型はその後パンチを冷間形成するために用いられ、パンチは次に締付け具のヘッドにおける凹部を冷間形成するツールとして用いられる。

ドライバはパンチと同様の方法によって作られ、パンチ及びマスターツールと同形状である。

フィリップス十字ヘッドマスタの製作は比較的容易である。なぜならば、押圧表面が対称的だからである。第2,474,994号特許の変形十字ヘッド締付け具の垂直押圧表面の製作は比較的容易ではない。この場合において、凹部のウィングの押圧表面とドライバの押圧表面との正確な係合を得るためには、前方の押圧面を垂直に形成し且つ反対側の押圧面をやや傾斜させて形成する必要があることが見出されている。これら傾斜した表面の平面は延在して2.5°の包括角度で交差する。すなわち、別の見方をすれば、反対側押圧表面は 2.5°の角度で前方押圧表面に傾斜している。これにより、問題が多くて軽減することが望まれていた前方方向におけるカムアウトが軽減される。

上記工程によって傾斜した表面を実現すべくマスターツール地金は８行程を用いて機械加工され、該行程の間で地金は回転され且つ地金の砥石車のパスに対する角度が調整される。これは合成角度、すなわち他の角度に依存する角度での機械加工を含むため非常に複雑であり、所望の許容差に調整することが困難である。かかる非対称十字ヘッドねじのマスターツールを機械加工することは難問であると認識されている。

ロバートソン正方形押圧部とフィリップスタイプの押圧部とを組み合わせる試みがなされてきたが（米国特許第5,358,368号及び5,020,954号を参照）、あまり受け入れられることはなく、且つ、非対称ドライバの使用に対応していない。米国特許第2,082,748号は、フィリップスタイプの凹部及びスロットタイプの凹部とロバートソン凹部とを組み合わせた締付け具を開示している。かかる試みにおいては一般に一方又は他方のタイプの凹部の利点を損ねているようである。

本発明は、締付け具の凹部を提供することを目的としており、かかる凹部は正方形ドライバ並びに対称及び非対称十字ブレード（bladed）タイプのドライバに対応している。この凹部は、従って、現在使用されている広範囲の締付け具ドライバに対応する。本発明は、非対称タイプの十字ヘッドの複雑な製作を要することなく、且つ、共用ドライバ形状の有利な特徴を損ねることなく該凹部を提供することを目的としている。更に、新規な凹部の全ての特異な特徴を活用する特異なドライバを提供することを目的としている。

対称的に傾斜した押圧面を有する十字タイプの凹部がねじ込み式締付け具のヘッドに形成される。該傾斜は非対称十字ヘッド凹部の標準包括角度に等しい包括角度を押圧表面間に提供するようにデザインされる。正方形ドライバ凹部が十字タイプの凹部の形状に凹部の外側部分において導入されており、よって正方形ドライバ凹部、対称十字ヘッドドライバ、及び非対称十字ヘッドドライバに関連する標準ドライバに適合する全面的な凹部形状が形成される。かかる締付け具は凹部の全形状を伴った構造により使用されることも可能である。これにより本発明の凹部が形成されている締付け具は、現在市販されて普及している大多数のドライバに用いられる。

本発明の十字ヘッド凹部はパンチから形成され、パンチは金型から形成され、金型は機械加工されたマスターツールによって形成される。マスターツールは砥石車によって4パスを用いて機械加工され、よって標準的な非対称十字タイプの凹部の包括角度の半分の角度で傾斜する押圧表面によって画定される対称的な形状の溝が得られる。

凹部の十字部分は凹部の全深さまで延在する一方、凹部の正方形部分はより浅い深さで延在している。凹部の正方形部分の深さは十字凹部の形状内となるように選択され、よって非対称ツールの対向するウィング面の間の隅部にある尾根部に隙間を提供する。かかる尾根部は非対称タイプのドライバの製造工程における副産物であり、十字タイプドライバの互換使用を妨げる1要因である。他の妨害要因は押圧表面の対称に対する非対称の傾斜である。非対称十字ヘッドデザインの包括角度に適合する角度として、オリジナル十字ヘッドデザインの様な対称の傾斜を用いることにより、各タイプのドライバがドライバのトルク伝達特性を損なうこと無く本発明の凹部に使用可能となることが見出された。更に、いわゆるカムアウトが最小化され、且つ、製造工程が簡素化される。

多数のドライバに対応するために本発明の凹部は特異な形状をしている。任意の標準ドライバとの嵌合においても各タイプのドライバの特異な特徴を用いてドライバから締付け具への効果的なトルクの伝達が成される。それにもかかわらず、凹部に係合すべく特別に形成されているドライバは個々のタイプの任意のものに優って更なる利点を有している。かかるドライバは本発明の全体的凹部への特異的な嵌合用として適用される本発明のマスターツール又はパンチに一致すべく形成されている。

上記にて参照され、更に以下に詳細に説明するタイプの凹部及びドライバの仕様は工業標準に準拠したものであり、よって広範囲に適用され且つ製作されている形状が継続される。従って、特定の締付け具が以下に記述された場合は、かかる標準に準拠した締付け具が企図されている。工業締付け具協会(IFI)がかかる標準を特に1998年度の米国機械学会の第B18.6.5M号修正版（ASME rev. B18.6.5M、1998）に公表している。これらの標準においては、タイプIは対称十字凹部締付け具を示し、タイプIaは非対称十字凹部締付け具を示し、タイプIIIは正方形凹部締付け具を示す。

図3及び4に示される様に、本発明の凹部30はウィング形状の十字スロット1乃至4によって形成される。これらスロットは対向する壁面5乃至12によって画定され、これらにより締付け具13の押圧表面が提供される。凹部30は締付け具ヘッド15の頂面14に開口部を有しており、該凹部はその底部16に向けて深さd1で下方に延在している。頂面14において、凹部30の開口部は正方形及び十字が組み合わさった形状の開口部を有している。正方形押圧表面17乃至20は、凹部30の全深さd1より浅い中間深さd2で形成されている。

対向する壁面5及び12はスロット1を形成し、垂直、すなわち、図4に示される様に縦の軸xに対してある角度を構成しており、ここにおいて壁は頂部から底部に収束している。収束角度Aは包括角度（included angle）と称され、ASME標準に規定されている非対称十字ヘッド締付け具の包括角度に等しい。図1及び4に示される様に、この角度は壁5乃至12を角度B及びCで対称的に傾斜させることによって得られる。標準によれば、これは角度B及びCが1.25°であることを意味し、よって2.5°の収束角度Aが形成される。対向する壁面6及び7、8及び9、並びに10及び11が同様に形成され、これにより2.5°で収束し、対面する押圧表面を有する対称スロットを備えた十字ヘッド凹部30が提供される。

凹部30の外側部分は適用される標準による正方形ドライバに対応する形状を有している。実質的に垂直な壁17乃至20は、図3に点線で示される様に直角に交差している。壁17乃至20は移行ショルダ（transition shoulder）21乃至24を有しており、これらは下方に傾斜して締付け具15の凹部30の正方形押圧部分の底部シートを形成する。正方形押圧部分の深さd2は、正方形押圧における押圧表面、すなわち、壁17乃至20が凹部30の十字押圧部分の構造内に位置するように選定される。これが以下に説明する様に非対称ドライバ80用の間隔を提供する。

凹部30を製作するために、図1に示される様にツール品質の鋼鉄（tool grade steel）のマスターパンチ40が作られる。マスターパンチ40の目的は、凹部30形状の雌型キャビティ（caviaty）を有した金型（図示せず）を形成することである。金型は凹部30を締付け具のヘッドに冷間形成するパンチを形成するために用いられ、更に凹部30に最適に係合するドライバを形成するために用いられる。マスターパンチ40は対称的に傾斜する壁42乃至49によって画定される溝41を有する様に機械加工される。壁42乃至49は、柄から先端部へツール軸yに向かって収束するブレード50乃至53をも画定する。ブレード50乃至53は凹部30の十字形状に係合し、マスターパンチ40の有効表面の全長l1で延在している。隣接する壁、例えばブレード50の42及び43、は包括角度Aで収束し、各壁は垂直に対して包括角度Aの半分の角度B及びCを形成する。本説明の目的おいては、垂直とは軸yに平行な面のことを示す。

凹部30の正方形押圧部分を形成するため、マスターパンチ40は中間ショルダ54乃至57を備えるように機械加工され、ショルダ54乃至57は軸yに向けて傾斜している。ここで、54及び55が図1に示されている(56及び57は図示せず)。ショルダは長さl2を有する軸に平行な壁60乃至63(62及び63は図示せず)に延在している。これらのショルダ及び壁は凹部30の正方形押圧部分の形状に係合する。

使用する場合は、正方形押圧部が凹部30の正方形部分内に通常通り嵌合し、トルクがねじに効果的に伝達する。標準フィリップス形式の十字ドライバ100の先端部が図2(b)に示されている。ドライバ100はドライバ表面105乃至112で画定されるブレード101乃至104によって構成する。押圧表面は8°と27°との間の包括角度でその先端部に向かって対称的に収束する。ドライバ100 は、また、凹部30内に容易に嵌合するが、その押圧表面は凹部の頂部において主に係合する。これは有利である。なぜならば、これによりトルクの伝達において、てこの作用が増加するからである。

ポジドリブ（POZIDRIV）の商標によって販売されている締付け具に使用するものを含む非対称ドライバ80の先端部が、図2(a)に示されている。ドライバ80はドライバ表面85乃至92によって画定されるブレード81乃至84によって構成する。押圧表面は 2.5°の包括角度でその先端部に向かって非対称に収束している。ドライバ80は非対称ツールの対向する押圧表面85乃至92の間の隅部に尾根部（ridge）93乃至96を有している。尾根部93乃至96は非対称タイプのドライバの製造工程での副産物であり、十字タイプのドライバの互換使用の阻害要因の１つである。凹部30の正方形ヘッド部の深さによって形成される間隔に起因して、ドライバ80等の非対称ドライバは非押圧側にわずかな隙間を有して凹部30にすり寄って嵌合するが、押圧表面の面においては効果的に嵌合する。わずかな角度の傾斜、すなわち1.25°の角度の傾斜に起因して、カムアウト（cam out）が対称ドライバにおいて最小化される。本発明の凹部を採用した締付け具ヘッドは、従って、普及している全てのドライバに性能を損なうこと無く各々の利点を維持しながら対応する。

凹部30を用いた締付け具は工業標準に従って作られた既存のドライバに使用されることを企図しているが、凹部30の表面の特殊な構造に完全に係合するように形成された新規なドライバを有することが有益であると理解される。このタイプのドライバは、マスターツール40の形状を有するように作られつつ標準の間隔許容差を採用しており、よって新規なドライバの凹部30への出し入れが容易になる。本発明の凹部の使用を最適化すべく構築されている新規なドライバの全ての表面が図1に示されているので、更なる説明は不要である。

本発明の凹部の形成に用いるマスターツールの斜視図である。 非対称ドライバの先端部の斜視図である。 対称ドライバの先端部の斜視図である。 本発明の凹部を示す締付け具の平面図である。 本発明の凹部を示す締付け具のヘッドの切取斜視図である。

Claims (13)

1. トルク伝達できるようにドライバに嵌合する凹部をヘッドに備えた締付け具であって、
   前記凹部は前記凹部の頂部から底部へ第１距離だけ下方に延びる十字スロット部を有し、
   当該十字スロット部は対向壁面によって形成され、
   前記対向壁面は対称的な包括角度で前記頂部から前記底部へ対称的に収束し、
   前記包括角度はタイプＩａの非対称十字凹部締付け具用の標準に合う包括角度にほぼ等しく、
   前記凹部は前記十字スロット部の前記対向壁面の間に設けられたほぼ垂直な面により形成される正方形部をさらに有し、
   当該正方形部は前記凹部の前記頂部から第２距離だけ下方に延び、前記第２距離は前記第１距離より短いことを特徴とする締付け具。
2. 前記包括角度は2.5度であることを特徴とする請求項１記載の締付け具。
3. 隣接する前記対向壁面は各々垂直に対して1.25度の角度で傾斜して前記収束を形成することを特徴とする請求項１記載の締付け具。
4. 前記十字スロット部は全体的に十字溝形状を呈し、前記正方形部は全体的に正方形溝形状を呈し、当該正方形溝形状は前記十字溝形状の中に形成され、前記十字溝形状は前記正方形溝形状より深いことを特徴とする請求項１記載の締付け具。
5. 前記凹部の前記頂部から前記第２距離の所において、前記対向壁面は径方向内方に延びて前記正方形部の底部を形成することを特徴とする請求項１記載の締付け具。
6. 締付け具のヘッドに凹部を形成する方法であって、
   前記方法は、頂部から第１深さで底部まで延びる十字スロット凹部を前記締付け具の前記ヘッドに形成するステップを有し、前記十字スロット凹部は全体的に十字溝形状を呈し、前記十字スロット凹部は対向壁面により形成され、前記対向壁面は対称的な包括角度で前記頂部から前記底部へ対称的に収束し、前記包括角度はタイプＩａの非対称十字凹部締付け具用の標準に合う包括角度にほぼ等しく、
   前記方法は、前記締付け具の前記ヘッドに正方形凹部を形成するステップをさらに有し、当該正方形凹部は前記頂部から第２深さだけ延び、前記正方形凹部は全体的に正方形溝形状を呈し、前記第２深さは前記第１深さより小さく、よって、前記正方形溝形状は前記十字溝形状の中に形成されることを特徴とする方法。
7. 前記包括角度は2.5度であることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記対向壁面は各々垂直に対して1.25度の角度で傾斜して前記収束を形成することを特徴とする請求項６記載の方法。
9. 凹部を形成するツールであって、前記ツールは柄から先端部に第１距離だけ延びる加工部を有し、
   前記ツールの前記加工部は、前記柄から前記先端部に前記第１距離だけ延びる十字ウィング部を有し、当該十字ウィング部は全体的に十字ウィング形状を呈し、前記十字ウィング部は隣接する壁面により形成され、前記隣接する壁面は対称的な包括角度で前記柄から前記先端部に収束し、前記包括角度はタイプＩａの締付け具用の標準に合う非対称十字凹部締付け具の包括角度にほぼ等しく、
   前記ツールの前記加工部は第２距離だけ延びる正方形部をさらに有し、当該正方形部は全体的に正方形形状を呈し、前記第２距離は前記第１距離より小さく、前記正方形形状は前記十字ウィング形状の中に形成されることを特徴とするツール。
10. 前記包括角度は2.5度であることを特徴とする請求項９記載のツール。
11. 前記隣接する壁面は各々垂直に対して1.25度の角度で傾斜して前記収束を形成することを特徴とする請求項９記載のツール。
12. 前記ツールが締付け具のヘッドに凹部を形成するために用いられることを特徴とする請求項９記載のツール。
13. 前記ツールが金型にキャビティを形成するために用いられることを特徴とする請求項９記載のツール。

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