JP7485257B2 - テーパ状のローブ状ドライバ及び締結具 - Google Patents

Description

本国際特許出願は、２０１５年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／２０６，５５５号の優先権及び利益の双方を主張するものであり、これは、参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、動力ドライバ等のトルク発生源から、構造体または装置を組付ける締結具にトルクを伝達するために使用されるトルク伝達ドライバに関する。

トルク伝達システムのためのトルク伝達ドライバ及びそれらのシステムにおいて使用される締結具は、当該技術分野においてよく知られている。ドライバのビットは、締結具における相補形状の凸部または凹部に嵌まる特定の形状の凹部または凸部を有している。より一般的に知られているトルク伝達システムのうちの１つは、ＰＨＩＬＬＩＰＳ（登録商標）駆動システムとして市販されている十字型駆動システムである。例えば、米国特許第２，０４６，８３７号を参照されたい。トルク伝達駆動システムの数多くの形態及び形状が提案されている。例えば、米国特許第２，３９７，２１６号を参照されたい。さらに、いくつかの先行駆動システムは、３つのブレードまたはローブを含んでいた。例えば、米国特許第４，０８４，４７８号、及び同第８，１８２，１８７号を参照されたい。

４ローブ、５ローブ、及び６ローブのスプライン型トルク伝達システムがよく知られている。これらの４ローブ、５ローブ、及び６ローブのトルク伝達システムの例が、それらのシステムの締結具及びドライバとともに、米国特許第２，９６９，２５０号、同第３，１８７，７９０号、同第３，５８４，６６７号、同第４，９７０，９２２号及び同第５，２７９，１９０号に記載されている。そのようなスプライン型トルク伝達駆動システムの初期の形態は、正方形隅を有しており、この正方形隅に対応する締結具凹部は、製造が困難であるとともに製造費が高く、締結具及び／またはドライバに応力を生じさせ、この応力は、繰返し使用による疲労破壊を引き起こした。５ローブ及び６ローブのスプライン型トルク駆動システムの後期の形態は、交互の一連のローブ及びフルートを形成するように締結具頭部またはドライバビットの３６０°の周に均一に位置決めされた、交わる複数の対向湾曲表面を有した。これらの後期の形態のトルク駆動システムは、最も早期のスプライン型システムに固有の問題のうちの幾つかを解消しているが、一般には、ローブ駆動角を、５°未満に保持することが可能ではなかった。より高いトルクがかけられると、力成分が増大して破壊が生じるかまたは締結具もしくはドライバからローブがすり減る。市販名がＴＯＲＸ（登録商標）駆動システムとして知られている、これらの後期の形態のスプライン型トルク駆動システムの一形態は、１０°～２０°の範囲内の駆動角を達成するように設計されている、嵌合する弧状面をベースに６ローブ構成及び５ローブ構成を有するものであった。米国特許第３，５８４，６６７号を参照されたい。

このスプライン型トルク伝達駆動システムの後期の形態は、締結具頭部の駆動される表面とトルクドライバの駆動表面との双方が第１の一連の楕円湾曲表面と、この第１の一連の楕円湾曲表面の間に交互の第２の一連の楕円湾曲表面と、によって形成されていることによって、駆動角をゼロに低減させた。これらの一連の楕円湾曲表面の一方は凸状であり、他方で、交互の一連の楕円湾曲表面は凹状であった。交互の凹状楕円湾曲表面及び凸状楕円湾曲表面は、締結具頭部またはドライバビットの３６０°の周の回りに延びる、交互の一連のフルート及びローブを画定するように、滑らかに接線方向に合流するものであった。締結具頭部及びドライバビットのローブ及びフルートは双方とも、断面が楕円状に湾曲していた。また、楕円状に湾曲したローブの中心と楕円状に湾曲したフルートの対応する中心とは、これらの構成要素の交互特性に起因して、同一の六角形ではないが正六角形の頂点に配置されていた。米国特許第５，２７９，１９０号を参照されたい。このローブ状トルク伝達駆動システムの一実施形態は、ＴＯＲＸ ＰＬＵＳ（登録商標）駆動システムとして市販されている。

ある特定の従来のトルク伝達ドライバは、ドライバのサイズに対応する、凹部または凸部を有する駆動表面を有する、１つまたは限定数のサイズの締結具に専用であることによって限定されている。例えば、ＴＯＲＸ（登録商標）という商標名で市販されている、ローブ状締結具には、対応する締結具の各々のサイズに合う径の別個のドライバが必要とされている。これは、一組のドライバが組付け作業者が現場で保持する必要があり、異なるサイズの締結具を取り付けるごとに、異なるサイズビットをその組から探し出してトーションガン内に取り付けることを意味している。例えば、Ｔ－１ ＴＯＲＸ（登録商標）ドライバは、Ｔ－１ ＴＯＲＸ（登録商標）締結具を駆動するようになっており、Ｔ－２ ＴＯＲＸ（登録商標）ドライバは、Ｔ－２ ＴＯＲＸ（登録商標）締結具を駆動するようになっている、などである。ＰＨＩＬＬＩＰＳ（登録商標）という商標名で販売されている十字型システム等の他の締結具システムが、２つ以上のサイズの締結具を駆動することができるが、これらのシステムは、締結具からドライバがカムアウトしやすいものであった。カムアウトは、締結具及びドライバが、面と面との間の滑りを可能にする角度付き面を有する場合に引き起こされる、回転により浮き上がる動きであり、この動きによって、ドライバが締結具凹部から浮き上がる。従来のトルク伝達システムによるカムアウトにより、締結具及びドライバに損傷が生じ、締結具が適切なトルクに締め付けられることが妨げられ、また、組付けの際に構成要素を損傷させる削り及びかえりが発生する。

種々のサイズの締結具を取り付ける組付け作業者にとって、従来のシステムは非効率をもたらすものであり、あるサイズの締結具を取り付けるのにあるドライバを選び出し、別のサイズの締結具を取り付けるのに別のドライバを選び出す必要があるか、または代替的に、サイズが合わないドライバまたはカムアウトするドライバを用いて締結具を駆動しようと試みる必要があり、このことは、不可能でないがいっそう困難にさせるものであった。締結具には大きすぎるかまたは小さすぎるドライバにより締結具を駆動することにより、ドライバが適切に着座することが妨げられることで、ドライバが締結具からカムアウトする可能性、締結具凹部または締結具凸部がすり減るまたはせん断する可能性、及び／または締結具が不適切にトルクを加えられて取り付けられる可能性が増していた。このことは、取付けにおける非効率及び摩耗、ならびに、組み立て品に誤って取り付けられる締結具の発生及び組み立て品の不具合の増加を呈するものであった。従来の十字形タイプにおけるテーパ状駆動システム、例えば、ＰＨＩＬＬＩＰＳ（商標）ドライバは、トルク下で締結具がカムアウトすることで、締結具またはドライバに対する損傷及びそれらの摩耗を引き起こし、効率減少を伴うとともに、誤って取り付けられる締結具の発生の増加、ならびに、製品、装置及び機械の誤った組付けの増加を伴うことがよく知られていた。付加的に、従来のスプライン型システムは、ドライバが締結具からカムアウトしやすく、また、ドライバが軸方向の位置合わせを維持せずに締結具内で傾くものであったため、ねじ形成締結具及びねじ切り締結具にはあまり効果的ではなかった。これらの問題の全ては、詳細には、約０．０６３インチ（１．６ミリメートル）よりも小さなねじ大径を有する締結具、より詳細には、約０．０３９インチ（１．０ミリメートル）よりも小さなねじ大径を有する締結具の場合の、極度に小さなサイズの締結具頭部及びトーションドライバにおいて目立つものであった。上述した問題に加え、そのような小さな締結具は、締結具の小さなサイズ、ローブのサイズ及び伴うクリアランス公差に起因して、使用するときに変形しやすいものであった。

上記の問題に対処するドライバ及び締結具を含む締結システムが必要とされている。

締結具システムは、凹部を有するヘッドとネジ付きシャンクとを有する締結具を含み、凹部は一連の３つの交互のローブ及びトラフによって回転軸を中心に画定され、交互のローブ及びトラフの各々は、連続する外側半径部分、駆動側面遷移部、内側遷移半径、及び逆方向駆動部分によって画定され、凹部は、回転軸から約６０°のテーパ角を有する外側半径部分によって画定される側壁を有し、ドライバが、回転軸の周りの一連の３つの交互のローブとドライバトラフによって画定される形成テーパ状ビットを含み、交互のローブ及びトラフの各々は、連続する外側半径部分と、駆動側面遷移部と、内側遷移半径と、逆方向駆動部分と、によって画定され、それぞれのローブが、ローブ幅対ローブ高さの実質的に一定の比を有するテーパ高さ及び幅を有し、ドライバローブが、回転軸に対するテーパ角が凹部側壁のテーパ角以下である外側半径部分によって画定される。

いくつかの実施形態では、ドライバ側壁は、回転軸から約６０°のテーパ角を有する。いくつかの実施形態では、ドライバ側壁は、回転軸から約４２°のテーパ角を有する。いくつかの実施形態では、ドライバ側壁のテーパ角は、凹部側壁のテーパ角よりも少なくとも１０°小さい。

いくつかの実施形態では、駆動側面遷移部は、直線状であり、回転軸から延び、内側遷移半径に接する径方向線に対して駆動角を画定する。いくつかの実施形態では、駆動角は、約０°～５°にある。いくつかの実施形態では、駆動側面遷移部は、ローブ高さの約２０％～６０％の長さを有する。

いくつかの実施形態では、内側遷移半径は、第１の半径によって画定される第１のセグメントと、第１の半径より大きな第２の半径によって画定される第２のセグメントとを含む。

いくつかの実施形態では、ドライバは、先端部分を備え、外側遷移半径は、先端部分において約１４０°のテーパ状になっている。

いくつかの実施形態では、締結具システムは、異なるサイズの複数の追加の締結具をさらに含み、複数の締結具の各々が、締結具の凹部の断面と実質的に同じである少なくとも１つの凹部の断面を有し、ドライバが、締結具の各々にトルクを伝達するように構成される。

いくつかの実施形態では、締結具は、０．０３９インチ（１．０ミリメートル）より小さいねじ大径を有する。いくつかの実施形態では、締結具は、０．０６３インチ（１．６ミリメートル）より小さいねじ大径を有する。

いくつかの実施形態では、ドライバの駆動側面遷移部は、２°未満のリフト角で締結具の駆動側面遷移部と係合してカムアウトを減少させるように適合される。

複数の締結具における類似の形状及びテーパの対応する凹部と係合しているトルク伝達ドライバの図である。 複数の締結具における類似の形状及びテーパの対応する凹部と係合しているトルク伝達ドライバの図である。 複数の締結具における類似の形状及びテーパの対応する凹部と係合しているトルク伝達ドライバの図である。 複数の締結具における類似の形状及びテーパの対応する凹部と係合しているトルク伝達ドライバの図である。 トルク伝達ドライバの側面図である。 図２のトルク伝達ドライバの端面図である。 図２の４－４の断面線に沿ったトルク伝達ドライバの断面図である。 図４の断面図による詳細図である。 図２の４－４の断面線に沿ったトルク伝達ドライバの代替的な断面図である。 図６の断面図による詳細図である。 締結具の頭部の上面図である。 図８の締結具の部分断面図である。 図９の１０－１０の断面線に沿った締結具の断面図である。 図２の４－４の断面線に沿った代替的な断面図である。 図２の４－４の断面線に沿った代替的な別の断面図である。 本開示の代替的な締結具の斜視図である。 図２のトルク伝達ドライバの詳細図である。 本開示の別のトルク伝達ドライバの詳細図である。 テーパ状のローブ状ドライバ及び締結具システムの選択された実施例に関する試験データのチャートである。 ３ローブ締結具システムのためのドライバの実施形態を示す。 ３ローブ締結具システムのための締結具の実施形態を示す。 軸外駆動能力を有する３ローブ締結具システムの実施形態を示す。 ３ローブ締結具システムのためのドライバの別の実施形態の端面図である。 ３ローブ締結具システムのためのドライバの別の実施形態の端面図である。 ３ローブ締結具システムのためのドライバの別の実施形態の端面図である。 ３ローブ締結具システムのためのドライバの別の実施形態の端面図である。

ここで図１Ａ～図１Ｄを参照すると、異なる凹部サイズ４２、４４、４６を有する複数の締結具３２、３４、３６における類似の形状及びテーパの対応する凹部と係合しているトルク伝達ドライバ２０の図が示されている。図１Ａ～図１Ｄに示すような、ビットのテーパ状駆動表面は、第１の締結具３２における第１のサイズの凹部４２と係合するように動作可能な第１のテーパ状部分５２と、第２の締結具３４における第２のサイズの凹部４４と係合するように動作可能な第２のテーパ状部分５４と、第３の締結具３６における第３のサイズの凹部４６と係合するように動作可能な第３のテーパ状部分５６と、を有することができる。図１Ｄに示すように、この本出願では、第３の締結具３６の第３のサイズの凹部４６は、第１の締結具３２の第１のサイズの凹部４２よりも大きい第２の締結具３４の第２のサイズの凹部４４よりも大きい。したがって、トルク伝達ドライバ２０は、２つ以上のサイズの締結具を有効に駆動するように適合される。図１Ａ～図１Ｄに示されているトルク伝達ドライバ２０は、３つの異なるサイズの締結具凹部と有効に係合するとともに、これらの締結具凹部を駆動するが、トルク伝達ドライバ２０は、所望の複数の締結具凹部サイズ及び締結具サイズに適合させることができる。通常、トルク伝達ドライバは、以下で論じるように、凹部または凸部等の２つ～４つの異なる締結具の駆動表面の間で有効に係合し、駆動することができる。

図２に示されているようなトルク伝達ドライバ２０は、第１の端部部分６２及び第２の端部部分６４を有する本体６０を備える。第１の端部部分６２は、所望に応じて、動力ドライバ、手動式ドライバハンドル、ドリルモータまたは他のトルク発生源等のトルク発生源からトルクを受けて伝達する。図２及び図３に示すように、第２の端部部分６４は、第１の端部部分６２に対向しており、図２においてＡとして示されている回転軸の周囲に一連の６つのローブ７０及びトラフ７２を有する成形テーパ状ビット６６を有する。６つのローブ７０及びトラフ７２は、図２に示されているように、回転軸から１５°～６５°のテーパ角θを有して回転軸の周囲に対称的に配置されている。一適用形態において、テーパ角θは約３５°である。代替的に、テーパ角は約４０°である。さらに別の適用形態において、テーパ角は２５°～４０°で選択された角度である。さらに別の用途では、テーパ角は４５°～６５°の間の選択された角度である。さらに他の用途では、テーパ角は、４５°～５５°、５０°～５５°、または５５°～６５°の間の選択された角度である。さらに他の用途では、テーパ角は約４５°または約５２°である。増加したテーパ角は、凹部に大きな強度を提供し、締結具及びドライバの磨耗及び破損を低減することができる。

図３及び図４に示されているようなトルク伝達ドライバ２０は、６ローブドライバである。一代替形態では、トルク伝達ドライバ２０及び対応する締結具は、図１１における断面の例によって示されている５ローブトルク伝達システムであってもよく、または、図１２における断面の例によって示されている４ローブトルク伝達システムであってもよい。一適用形態において、約０．０３９インチ（１．０ミリメートル）未満のねじ大径を有する小さな締結具が４ローブトルク伝達システムを用いることができる。代替的に、約０．０６３インチ（１．６ミリメートル）未満のねじ大径を有する小さな締結具が４ローブトルク伝達システムを用いることができる。別の適用形態において、約０．０３９インチ（１．０ミリメートル）未満のねじ大径を有する小さな締結具が５ローブトルク伝達システムを用いることができる。さらに別の代替形態では、約０．０６３インチ（１．６ミリメートル）未満のねじ大径を有する小さな締結具が５ローブトルク伝達システムを用いることができる。

図４に示す断面等の、テーパ状ビット６６の任意の断面において、各々のローブ７０の最外の先端がローブ外径７４を形成し、各々のトラフ７２の底が内径７６を形成する。ローブ外径７４の半径と内径７６の半径との差は、ローブ高さ７８である。付加的に、各々のローブは幅８０を有する。ビット６６が第２の端部に向かってテーパ状になっているため、各々のローブはテーパ高さ及びテーパ幅を有する。各々のテーパ状ローブについて、ローブの幅対高さの比は、各々のローブが軸に沿ってテーパ状になっているため、各々のローブごとに実質的に同一である。

本体６０は、動力ドライバ等のトルク発生源内に取り付けられるようにまたは別様にトルク発生源と係合する長さ及び断面サイズを有する六角形シャンクとすることができる。例えば、共通の用途において、本体は５／１６インチの六角形断面を有することができる。代替的に、本体は１／４の六角形断面を有してもよい。本体６０は、用途に必要とされるトルク発生源に対応して所望に応じて任意の断面形状及び断面サイズを有することができる。代替的に、本体は、トルク発生源における対応する係合部を収納するソケット（図示せず）を有してもよい。

図３～図５の例では、各々のローブ７０と各々のローブ７０の少なくとも片側のトラフ７２との間の遷移部は、外側遷移半径９４と内側遷移半径９６との間に延びる駆動側面遷移部８２を形成する。駆動角αは、図５に示されているように、駆動側面遷移部８２と、回転軸Ａから延び、内側遷移半径９６に接する径方向線９８との間で測定される。駆動側面遷移部８２は、対応する締結具面と係合してドライバから締結具にトルクを伝達する。駆動側面遷移部は通常、ローブ高さの約２０％～６０％である。代替的に、駆動側面遷移部は、ローブ高さの約１０％～８０％である。さらに別の代替形態では、駆動側面遷移部は、ローブ高さの約２０％～４０％である。図５に示されているように、駆動側面遷移部８２は、０°～５°の駆動角αを形成する。代替的に、図６及び図７に示すように、各々のローブと各々のローブ７０の少なくとも片側のトラフとの間の遷移部は、駆動角αが０°～－１０°である、負の駆動角を有する駆動側面遷移部８２を形成する。一用途において、駆動角αは、－２°～－１０°である。代替的に、駆動角αは、－３°～－１０°である。さらに別の代替形態において、駆動側面遷移部は、０°～－３°の駆動角を形成してもよい。本明細書において用いるように、正の駆動角は、外側に傾斜した駆動側面遷移部として画定され、そのため、この面から垂直に延びる線は、内径７６の外側に向かってもしくは内径７６から離れて方向付けられる。逆に、負の駆動角は、内側に傾斜した駆動側面遷移部として画定され、そのため、この面から垂直に延びる線は、内径７６の内側に向かってもしくは内径７６に向かって方向付けられる。ゼロ度の駆動角は、ローブ内径及び／またはローブ外径の接線に対して平行な駆動側面遷移部に対して垂直な線を提供する。通常、締結具駆動角は、面対面の接触を提供するようにビット駆動角とほぼ同一である。代替的に、締結具駆動角は、所望に応じて締結具とドライバとの間のクリアランスに対処するようにビット駆動角よりも大きくても小さくてもよい。

テーパ状ドライバ２０は、雄雌係合した、締結具における対応する駆動表面を駆動するように動作可能である。上記で説明され、図８～図１０に示されているような一適用形態において、締結具３６は、駆動端部部分８６及びリード端部部分８８を有する。駆動端部部分８６は、トルク伝達ドライバと係合し、リード部分８８は、例えばねじ山によって、締結具を締結させるように動作可能である。駆動端部部分８６は、回転軸から１５°～６５°のテーパ状駆動表面γを有する一連の５つまたは６つの締結具ローブ９０及び５つまたは６つの締結具トラフ９２を回転軸の周囲に備える駆動表面４０を有する。締結具ローブ９０及び締結具トラフ９２は、ドライバにおける類似の形状及びテーパの対応する駆動表面と係合するように動作可能である。各々の締結具ローブ９０は、ローブの幅対高さの比が一定である、テーパ高さ及びテーパ幅を有する。締結具凹部において、ローブ９０は、ドライバにおけるドライバトラフ７２と係合するように凹部内に突出している。同様に、ドライバにおけるドライバローブ７０は、締結具凹部における締結具トラフ９２と係合する。

図１３に示されているような別の代替形態において、締結具の駆動表面４０は、ドライバ（図示せず）における対応する凹部と係合する４つ、５つ、または６つのローブ及び４つ、５つ、または６つのトラフの凸部を有する。図９に示されているような締結具における凹部に対応する、ドライバビットの駆動表面を記載する本適用形態における説明及び参照が、図１３に示されているような締結具における凸部としての駆動表面にも当てはまることが意図される。同様に、図９に示されているような締結具における凹部の駆動表面を記載する本適用形態における説明及び参照が、図１３に示されているような締結具における駆動凸部に用いる、ドライバにおける凹部の駆動表面にも当てはまる。

ローブ及びトラフは、少なくとも、図９において「Ｐ」として特定されている底部平面へと、凹部内へテーパ状になっている。本明細書で用いられる場合の底部平面Ｐは、対応するドライバが凹部に挿入可能であるおよその深さである。底部平面Ｐの下では、凹部の底部は円錐形、半球形、半球状、平坦、または、凹部を形成する、所望に応じて任意の他の弧状もしくは傾斜形状とすることができる。底部平面Ｐから、凹部の断面ローブ状形状は、テーパ角γを有する締結具凹部の頂部に向かって外側にテーパ状になっている。凹部のテーパ角γは、ドライバのテーパ角θとほぼ同一とすることができる。代替的に、凹部のテーパ角γは、製造公差のためにドライバのテーパ角θよりも僅かに大きくてもよい。別の代替形態において、凹部のテーパ角γは、ドライバのテーパ角θよりも０．５°～５°大きくてもよい。一例として、公称上、凹部のテーパ角γ及びドライバのテーパ角θが３５°である場合、凹部のテーパ角γは３５°～３６°に特定されてもよく、ドライバのテーパ角θは３４°～３５°に特定されてもよい。別の例では、凹部テーパ角γは、５２°～５３°の間で特定され、ドライバテーパ角θは、５１°～５２°の間で特定され、公称上、凹部テーパ角γ及びドライバテーパ角θは、各々、５２°である。別の例では、凹部テーパ角γは、４５°～４６°の間で特定されてもよく、ドライバテーパ角θは、４４°～４５°の間で特定されてもよく、公称上、凹部テーパ角γ及びドライバテーパ角θは、４５°である。しかしながら、凹部のテーパ角γ及びドライバのテーパ角θは、所望に応じて回転軸から１５°～６５°の任意の角度であってもよい。

１つのトルク伝達ドライバ２０が複数の異なるサイズの締結具３２、３４、３６を駆動する、締結システムを提供することができる。テーパ状ドライバ２０は、同一のサイズのビット６６を有する、２つ以上の異なるサイズの締結具を駆動するように構成することができる。図１Ａ～図１Ｄの例では、テーパ状ビットの先端部分は、第１のテーパ状部分のサイズに対応する締結具に係合するよう動作可能な第１のテーパ状部分５２を形成する断面サイズを有する。第２のテーパ状部分５４は、第１のテーパ状部分よりも大きい断面サイズを有するテーパ状ビットのある位置において第１のテーパ状部分５２に隣接することができる。第２のテーパ状部分５４は、第２のテーパ状部分のサイズに対応する締結具と係合するように動作可能である。同様に、第３のテーパ状部分５６は、第３のテーパ状部分のサイズに対応する締結具と係合するように動作可能な第２のテーパ状部分５４に隣接する。例えば、１つのドライバを、対応サイズの６ねじ釘、８ねじ釘及び１０ねじ釘を駆動するように適合することができ、その場合、ビットの第１のテーパ状部分５２を＃６ねじ釘に適合させ、第２のテーパ状部分５４を＃８ねじ釘に適合させ、第３のテーパ状部分５６を＃１０ねじ釘に適合させる。他の代替形態において、１つのドライバを、対応サイズの８ねじ釘、１０ねじ釘及び１２ねじ釘を駆動するように適合することができ、別のドライバを、対応の１／４インチねじ釘、５／１６インチねじ釘及び３／８インチねじ釘を駆動するように適合することができる。代替的に、ドライバを、ドライバに関連する、サイズが＃０の締結具及び＃１の締結具またはサイズがより小さい締結具等、複数の小さな締結具を駆動するように適合することができる。ドライバを、所望に応じて２つ以上の連続サイズの対応締結具を駆動するように適合することができる。

１つのドライバ２０が、異なるサイズの複数の締結具３２、３４、３６を駆動する場合、各々の締結具は、ドライバに対応する駆動表面４０を有しており、そのため、異なるサイズの駆動表面は、サイズ及び形状が実質的に同一である少なくとも１つの断面を有する。詳細には、図１Ａ～図１Ｄを参照すると、底部平面Ｐにおける凹部４２、４４、４６の断面のサイズ及び形状は、所望の駆動ビット２０と関連する各々の締結具に関してほぼ同一である。付加的に、第２の端部６４における、ドライバ２０の対応する断面サイズ及び断面形状は、底部平面Ｐにおける締結具サイズ及び締結具形状とほぼ同一である。ある用途の場合、凹部に対するドライバの挿脱を容易にするために、第２の端部６４におけるドライバ２０の断面サイズ及び断面形状は、底部平面Ｐにおける締結具サイズ及び締結具形状よりも小さい。代替的に、第２の端部６４における、ドライバ２０の断面サイズ及び断面形状は、底部平面Ｐにおける締結具サイズ及び締結具形状よりも僅かに大きく、そのため、ドライバと締結具との間の干渉により、締結具がドライバに解放可能に固定され、それによって、組付け作業者が締結具をドライバに対して保持する必要がない。

締結具の駆動表面及び対応して構成されたビット駆動表面は、締結具の駆動表面が、対応するビット駆動表面と、ドライバビットから締結具にトルクを良好に適用させるのに十分な係合深さだけ係合する。例えば、約０．０３９インチ（１．０ミリメートル）未満のねじ大径を有する小さな締結具は、０．０１０インチ（０．２５ミリメートル）未満の、駆動表面の有効な係合深さを有することができる。約０．２３６インチ（６．０ミリメートル）を超える大きなねじ大径を有するような、より大きな締結具の場合、有効な係合深さは、０．０６インチ（１．５ミリメートル）以上とすることができる。

ある特定のより大きな締結具の用途の場合、テーパ状締結具の駆動表面及び関連するドライバは、従来の冷間頭部成形技法及び／または加工技法を用いて製造することができる。しかしながら、より小さな締結具は、高い精度を必要とする傾向がある。一適用形態では、締結具の駆動表面は、型押しによって締結具に印象加工またはエンボス加工される。約０．０３９インチ（１．０ミリメートル）未満のねじ大径を有するか、または代替的に、約０．０６３インチ（１．６ミリメートル）未満のねじ大径を有する小さな締結具の場合のような、ある特定の用途の場合、ドライバは、放電加工（ＥＤＭ）または電解加工（ＥＣＭ）によって作製することができる。ある特定の好適な幾何学形状のためにホッビングを用いることもできることが意図される。

本トルク伝達ドライバは、用途の所望に応じて鋼製またはアルミニウム製とすることができる。一代替形態において、鋼は、焼入性及び強度の所望に応じて、ＡＩＳＩのＳ２、６１５０、８６５０、８６６０、もしくは他の工具鋼組成または合金鋼組成等の中炭素鋼である。中炭素鋼は、ドライバが作製された後で硬化することができる。トルク伝達ドライバが形成された後、鋼ドライバは、５８～６２ＨＲＣの硬度まで硬化することができる。代替的に、鋼製ドライバは、５２ＨＲＣを超える硬度まで硬化してもよい。

上述のように、例えば、図３に示すドライバのローブ７０は、ビット６６がテーパ状になっているため、テーパ状になっている。これらの実施形態では、断面ビット（図２～図４を参照）のサイズが縮小しても、トラフ７２に対するローブ７０の比率は、実質的に同一のままである。ローブがテーパ状になっているため、図１４Ａに「Ｆ_Ｒ」として概略的に表されている、締結具からドライバローブに対してかけられる反力は、リフト角βを含む。反力Ｆ_Ｒは、締結具の駆動時にドライバ２０を浮き上がらせるとともに締結具凹部へのドライバの係合を浅くさせる方向に、図１４Ａに「Ｆ_Ｖ」として概略的に表されている、ドライバ軸に沿った成分を有する。この作用は、成分力Ｆ_Ｖに対向する力が加えられない場合、駆動トルクが増加するとともに成分力Ｆ_Ｖが増加するため、ドライバは、締結具凹部から離れる方向に浮き上がる可能性があり、また、幾つかの例において、ドライバは、締結具凹部から離脱するほど浮き上がる可能性があることから、「カムアウト」として知られている。

現時点で開示されている締結具システムは、カムアウトを阻止し、ある特定の用途の場合、カムアウトを引き起こす力をさらに低減させることが望まれ得る。図１４Ｂに示されている一例において、ドライバ６６'の駆動表面１０２は修正することができ、その一方、追い側表面１０４は前述したようにテーパ状とすることができる。製造公差に応じて、駆動表面１０２は、図１４Ｂに示されているように、ドライバの回転軸に対して実質的に平行にして、リフト角βをゼロ度またはゼロ度近くに低減させることができる。一代替形態において、駆動表面１０２におけるリフト角は、０°～２°であり得る。リフト角は、トルクがドライバにより締結具に加えられたときに、ドライバにかかる垂直力の量を減らすように選択することができる。トルク要件が高まるにつれ、リフト角がゼロ度にまたはゼロ度近くになることが望ましい場合がある。低トルク構成では、リフト角は、用途によって左右されるほど大きく制約される必要はない場合がある。駆動側面の角度がほぼゼロ度である図１４Ｂに示されている構成では、ドライバを用いて対応する凹部を有する締結具を締め付けると、リフト角βがゼロ近くになることで、締結時のカムアウトの可能性が低減する。図１４Ｂに示されているドライバを用いて締結具を緩める場合、締結具の取り外しを駆動する追い側表面１０４のリフト角は、ゼロよりも大きいものとすることができる。締結具は、締結具の取付け及び取り外しのための別個のドライバを受容するように設計することができ、これは不正防止用途向けに望まれ得る。

図１４Ｂに示されているドライバ６６'により、締結具凹部におけるローブの対応する駆動側面のテーパを少なくすることが可能になり、これにより、締結具のローブの材料の量が増加することで、締結具がより強度のあるものとなる。締結具ローブの付加された材料は、ドライバと締結具との間のトルクの差の量をより僅差にし、カムアウトを阻止することにさらに役立つとともにドライバの用役を高めることができる。

次に図１５を参照すると、開示されたテーパ状ローブドライバ及び締結具システムの試験が実施された。各々の場合において、選択されたテーパ角を有する一組のテーパ状ローブ駆動ビットは、対応する凹部と係合した。図１５に示すように、３つの試験は、３５°のテーパ角を有する５ローブ駆動ビット及び凹部、４５°のテーパ角を有する６ローブ駆動システム、及び５２°のテーパ角を有する６ローブ駆動システムを含んでいた。駆動ビットは、駆動システムがシステムの強度を識別できなくなるまでの各々のトルクであった。加えて、駆動ビットは、標準的な締結具凹部と、駆動ビットの強度を別々に分析するために著しく強度を増強した高速度鋼に形成された凹部との両方で試験された。黒い基準線は、従来技術の商業的に入手可能な６ローブストレートウォール駆動ビットの特定された駆動ビット強度を示す。示されているように、４５°及び５２°のテーパ角を有する６ローブ駆動ビットは、両方とも６ローブ直線壁駆動ビットの駆動ビット強度を超えた。テーパ状のローブ状ドライバ及び締結具は、締結中のカムアウトの可能性を低減しながら、複数のサイズの締結具を備えた単一のドライバを使用する能力と組み合わせて、駆動システムの強度を向上させる。

３つのローブの実施形態
次に、図１６～図１８を参照し、締結具と、３ローブ駆動表面構成を有するドライバとを含む締結具システムもまた開示される。

図１６を参照すると、ドライバ２１０の実施形態が、複数の図で示されている。ドライバ２１０は、一連の３つの交互のローブ２１４及び回転軸の周りのトラフ２１６によって画定される形成されたテーパ状ビット２１２を含む。交互のローブ２１４及びトラフ２１６の各々は、断面図に最もよく示されているように、外側半径部分２２０、駆動側面遷移部２２２、内側遷移半径２２４、及び逆方向駆動部分２２６によって画定される。各々のローブ２１４は、ローブ高さに対するローブの幅の実質的に一定の比を有するテーパ状の高さ及び幅を有する。ローブ高さ及び幅は、図５及び７に関して上述したものと同じ方法で測定される。外側半径部分２２０は、所与の位置におけるビットの外径を画定し、さらにドライバの側壁２３０を画定する。ドライバ側壁２３０は、ドライバの回転軸に対してテーパ角θのテーパ状になっている。ドライバ側壁のテーパ角θは、凹部の側壁のテーパ角以下である（後述する）。

図１７を参照すると、開示された締結具システムで使用するための締結具３１０の実施形態が示されている。締結具３１０は、凹部３１２を有するヘッド３１１と、シャンク３１３とを含む。シャンク３１３は、ねじ付きでもよい。凹部３１２は、締結具の回転軸の周りの一連の３つの交互のローブ３１４及びトラフ３１４によって画定される。交互のローブ及びトラフの各々は、外側半径部分３２０、駆動側面遷移部３２２、内側遷移半径３２４、及び逆方向駆動部分３２６によって画定される。上述したドライバと同様に、外側半径部分３２０は、所与の位置で凹部の外径を画定し、さらに凹部の側壁３３０を画定する。凹部の側壁３３０は、締結具の回転軸に対してテーパ角θのテーパ状になっている。いくつかの実施形態では、凹部側壁のテーパ角は約６０°である。

次に図１８を参照すると、ドライバ２１０及び締結具３１０は、組み合わされて締結具システムを形成する。いくつかの実施形態では、３ローブ締結具システムは、軸外駆動能力の利点を提供する。本明細書では、軸外駆動能力とは、ドライバの回転軸が締結具の回転軸と整列していないときに、ドライバから締結具トルクを伝達する能力を意味する。いくつかの実施形態では、開示された締結具システムは、締結具及びドライバの回転軸を２０°まで異なる締結具を駆動することができる。

いくつかの実施形態では、ドライバ側壁２３０は、凹部側壁３３０のテーパ角にほぼ等しいテーパ角θを有する。一実施形態では、ドライバ側壁２３０のテーパ角θは、約６０°である。この実施形態では、ドライバ及び締結具凹部の３ローブ構成は、ある程度の軸外駆動能力を可能にすることができる。

他の実施形態では、ドライバ側壁は、凹部側壁のテーパ角よりも小さいテーパ角を有する。例えば、ドライバ側壁テーパ角は、凹部側壁のテーパよりも少なくとも１０°小さくてもよい。図１６及び図１８に示す実施形態では、ドライバ側壁は、約４２°のテーパ角を有する。ドライバ側壁テーパ角が、凹部側壁テーパ角よりも小さい場合、ドライバビットが凹部内に傾いて、ドライバの回転軸４００が締結具の回転軸４０２から外れることがある。ドライバの回転軸４００と締結具の回転軸４０２との間の角度βは、ドライバが締結具に対して「軸を外した」程度を示す。いくつかの実施形態では、開示された締結具システムは、締結具の回転軸から最大２０°外れたドライバの回転軸を用いて締結具にトルクを伝達することができる。この特徴は、製品の構成が締結具の凹部への軸上アクセスを許容しない製品において開示された締結具システムの使用を容易にする。

再び図１６及び１７を参照すると、駆動側面遷移部２２２、２３２は直線的であり、駆動角αを画定することができる。駆動角αは、駆動側面遷移部２２２と、回転軸から延び、内側遷移半径２２４、３２４に接する径方向線との間の角度として画定される。様々な実施形態において、ドライバ角αは、０°～５°の間であってもよい。駆動側面遷移部２２２、３２２はローブ高さの２０％～６０％であってもよい長さを有していてもよい。さらに他の実施形態では、ドライバ２１０の駆動側面遷移部２２２は、２°未満のリフト角で締結具３１０の駆動側面遷移部３２２と係合してカムアウトを減少させるように適合される。

外側半径部分２２０、３２０は、一定であっても可変であってもよい１つ以上の半径によって画定される。内側移行半径２２４、３２４はまた、一定であっても変化してもよい１つ以上の半径によって画定される。一実施形態では、内側遷移半径は、第１の半径によって画定される第１のセグメントと、第１の半径より大きな第２の半径によって画定される第２のセグメントとを含む。逆方向駆動部分２２６、３２６は、内側遷移半径２２４、３２４から外側半径部分２２０、３２０まで延び、取り外しのための締結具の回転を可能にするように構成される。

ドライバ２１０はまた、ビット２１２の端部に先端部分２４０を有する。いくつかの実施形態では、先端部分２４０は、３ローブ駆動表面構成を含むが、外側遷移半径２２０は、ビット２１２よりも大きなテーパ角でテーパ状になっている。一実施形態では、外側遷移半径２２０は、先端部分２４０において約１４０°のテーパ状になっている。先端部分における外側遷移半径の増加したテーパは、特にドライバと締結具凹部との整列が困難であり得る小型の締結具の場合、締結具の凹部におけるドライバの係合を改善することができる。

前述したように、締結具システムは、１つのドライバが異なるサイズの複数の締結具とともに使用されることを可能にする。複数の締結具は、３ローブ構成によって画定される凹部を各々有し、各々の締結具の凹部の少なくとも１つの断面が、他の締結具の凹部の１つの断面と実質的に同じであるように、実質的に同じ側壁テーパ角を各々有することができる。このようにして、締結システムの効率をさらに改善する２つ以上の異なるサイズの締結具を駆動するために、単一のドライバを使用することができる。３ローブ締結システムは、０．０６３インチ（１．６ミリメートル）未満または０．０３９インチ（１．０ミリメートル）未満のねじ大径を有するもののような小さな締結具に特に有益であり得る。

次に、図１９～図２２を参照すると、３ローブ締結具システムのためのドライバの実施形態が示されている。締結具システムはまた、ドライバの構成に適合するように構成された凹部を各々有する１つ以上の締結具（図示せず）を含む。明瞭化ために、各々のドライバは平坦な先端部分で示されている。ドライバのいくつかの実施形態は、先に述べたようにテーパ状の先端部分を含むことができる。

次に、図１９を参照すると、図１６～図１８に示すドライバと同様のドライバ５００が示されている。ドライバ５００は、３つの交互のローブ及びトラフを有する。比較のため、ドライバ５００は、図２～図３に示すドライバの６ローブ構成と重なって示されている。この実施形態では、３ローブドライバの駆動側面遷移部は、６ローブ構成の締結具の駆動側面遷移部と整列する。外側半径部分及び逆方向駆動部分は、６ローブ構成締結具において３ローブドライバの使用を防止する。

次に、図２０を参照するとドライバの長さを上に移動するより大きな角度で各々のローブの幅が増加するドライバ６００が示されている。増加したローブ幅は、駆動ビットに付加的な強度を提供し得る。いくつかの実施形態では、ローブの幅が増加する角度は、ドライバ側壁のテーパ角に関係し得る。一例では、ドライバは、低減された側壁のテーパ角を有し、ローブの幅を増加させるためのより大きな角度を含むことができる。このようにして、ドライバは、選択された浅い凹部締結具を収容することができる。

次に、図２１を参照すると、３ローブ締結具システムのためのドライバ７００のさらに別の実施形態が開示されている。ドライバ７００は、概して上述したように、外側半径部分７２０、駆動側面遷移部７２２、及び内側遷移半径７２４、及び逆方向駆動部分によって画定される３つの交互のローブ及びトラフを含む。逆方向駆動部分は、凹部７２６'とキャッチ部分７２６''とによって画定される。凹部７２６'は、ドライバの外径の外側の起点から始まる一定または変化する半径によって画定される湾曲部分である。キャッチ部分７２６''は、概ね半径方向に延びる。一実施形態では、キャッチ部分７２６''は、約４５°の逆方向駆動角を画定する。ドライバ７００の逆方向駆動部分は、締結具を取り外す改善された能力を提供することができ、締結具の取り外しが考慮される用途に有益であり得る。締結具システムはまた、各々がドライバ７００の構成に一致するように構成された凹部を有する１つ以上の締結具（図示せず）を含む。

次に、図２２を参照すると、３ローブ締結具システムのためのドライバ８００のさらに別の実施形態が開示されている。ドライバ８００は、概して上述したように、外側半径部分、駆動側面遷移部７２２、内側遷移半径７２４、及び逆方向駆動部分によって画定される３つの交互のローブ及びトラフを含む。ドライバ８００の逆方向駆動部分は、ドライバ７００の構成と同様に、凹部部分８２６'及びキャッチ部分７２６''を含むことができる。ドライバ８００の外側半径部分は、締結具システムの機能を改善するように構成された２つ以上のセグメントを含むことができる。例えば、この構成は、前方向駆動能力、後方向駆動能力、軸外駆動能力、締結具凹部内のドライバの着座または係合、または締結具システムの同様の機能を改善することができる。一実施形態では、ドライバ８００の外側半径部分は、第１の凸状セグメント８２０'、凹状セグメント８２０''、及び第２の凸状セグメント８２２'''を含む。外側遷移半径の少なくとも一部は、ドライバ８００側壁を画定し、上述のようにテーパ角でテーパ状になる。

本明細書に開示された駆動部及び締結具は、ドライバの挿入及び取り外しと締結具にトルクを加えるためにドライバビット及び締結具凹部の形状が両立する限り、締結システムを形成するために組み合わせて使用することができる。一例では、図２１に示すドライバ８００に対応する締結具が、図１９に示すドライバ５００に取り付けられ得る。締結具とドライバの他の組み合わせも、構成の互換性に基づいて考えられる。

本発明を図面及び上記の記載において詳細に図示及び記載したが、それらは特徴において限定的なものではなく例示的なものであるとみなされるべきであり、専ら好ましい実施形態が示されているとともに記載されていること、また、本発明の趣旨内に入る全ての変更及び修正が添付の特許請求の範囲及びその均等物によって保護されることが望まれることが理解される。

Claims (14)

1. 締結具システムであって、
   凹部を有する頭部とねじ付きシャンクとを有する締結具であって、
   前記凹部が、回転軸の周りに一連の３つの交互のローブ及びトラフによって画定され、前記交互のローブ及びトラフの各々が、連続する外側半径部分と、駆動側面遷移部と、内側遷移半径と、逆方向駆動部分と、によって画定され、
   前記凹部が、前記回転軸から約６０°のテーパ角を有する前記外側半径部分によって画定された凹部側壁を有する、締結具と、
   前記回転軸の周りに一連の３つの交互のドライバローブ及びドライバトラフによって画定された成形テーパ状ビットを備えるドライバであって、前記交互のドライバローブ及びドライバトラフの各々が、連続する外側半径部分と、駆動側面遷移部と、内側遷移半径と、逆方向駆動部分と、によって画定されている、ドライバと、を備え、
   前記ドライバローブ及び前記凹部の各々が、ローブ高さに対するローブ幅の実質的に一定の比を有するテーパ状の高さ及び幅を有し、
   前記ドライバローブが、前記回転軸に対するテーパ角が前記凹部側壁の前記テーパ角以下である前記外側半径部分によって前記成形テーパ状ビットの外径上に画定されたドライバ側壁を有し、
   前記ドライバの前記逆方向駆動部分が、湾曲部分とキャッチ部分とを備え、前記湾曲部分が、前記内側遷移半径と前記キャッチ部分との間に一定または変化する半径によって確定され、前記キャッチ部分が、前記回転軸を中心とする半径方向に対して約４５度の逆方向駆動角を画定する、
   締結具システム。
2. 前記ドライバ側壁が、前記回転軸から約６０°のテーパ角を有する、請求項１に記載の締結具システム。
3. 前記ドライバ側壁が、前記回転軸から約４２°のテーパ角を有する、請求項１に記載の締結具システム。
4. 前記ドライバ側壁の前記テーパ角が、前記凹部側壁の前記テーパ角より少なくとも１０°小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の締結具システム。
5. 前記締結具及び前記ドライバの駆動側面遷移部の各々が、直線状であり、前記回転軸から延び、前記内側遷移半径に接する径方向線に対して駆動角を画定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の締結具システム。
6. 前記駆動角が、約０°～５°である、請求項５に記載の締結具システム。
7. 前記締結具及び前記ドライバの駆動側面遷移部の各々が、前記ローブ高さの約２０％～６０％の長さを有する、請求項５又は６に記載の締結具システム。
8. 前記締結具及び前記ドライバの前記内側遷移半径の各々が、前記回転軸から第１の半径によって画定される第１のセグメントと、前記回転軸から前記第１の半径より大きい第２の半径によって画定される第２のセグメントと、を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の締結具システム。
9. 前記ドライバが、先端部分を備え、前記外側半径部分が、前記先端部分において約１４０°のテーパ状である、請求項１から８のいずれか一項に記載の締結具システム。
10. 異なるサイズの複数の追加の締結具をさらに備え、前記複数の追加の締結具の各々が、前記締結具の前記凹部の断面と実質的に同じである少なくとも１つの凹部の断面を有し、前記ドライバが、前記複数の追加の締結具の各々にトルクを伝達するように構成されている、請求項１から９のいずれか一項に記載の締結具システム。
11. 前記締結具が、０．０３９インチ（１．０ミリメートル）より小さいねじ大径を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の締結具システム。
12. 前記締結具が、０．０６３インチ（１．６ミリメートル）より小さいねじ大径を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の締結具システム。
13. 前記ドライバの前記駆動側面遷移部が、カムアウトを減少させるために、２°未満のリフト角で前記締結具の前記駆動側面遷移部に係合するように適合されている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の締結具システム。
14. 前記ドライバの前記外側半径部分が、第１の凸状セグメントと、凹状セグメントと、第２の凸状セグメントと、を備え、
    前記締結具が有する前記凹部の前記外側半径部分は、前記ドライバの前記外側半径部分が備える前記第１の凸状セグメントと、前記凹状セグメントと、前記第２の凸状セグメントとにそれぞれ適合するように構成された第１の凹状セグメントと、凸状セグメントと、第２の凹状セグメントとを含み、前記凹部の前記外側半径部分が、前記ドライバの前記外側半径部分と嵌合するように構成されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の締結具システム。