KR20160015373A - 나사 드라이브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드라이브(12)를 가지는 나사 헤드를 가지는 나사(10)에 관한 것으로서, 이때 상기 드라이브(12)는 캠들(14a,14b,14c) 주위에 상기 나사 헤드에 도입되는 홈들에 의해 형성되는 캠들(14a,14b,14c)을 포함하고, 각각의 캠은 회전 운동을 전달하는 데 사용되는 2 개의 측면들(18a,18b), 및 상기 측면들(18a,18b)을 연결하는 끝면(16a,16b,16c)을 가지고, 상기 끝면(16a,16b,16c)은 나사 섕크로부터 멀리 떨어진 상기 나사 헤드의 끝단 상에 오목한 표면 윤곽부를 가진다. 본 발명은 상기 끝면(16a,16b,16c)은 나사 축에 수직하는 평면에 상기 나사 축 주위에 및 상기 평면에 연관되는 반지름을 가지는 가상의 원형 둘레(20a,20b,20c)가 상기 끝면(16a,16b,16c)과 상기 캠 상에 접점(22a,22b,22c)을 가지도록 설계되고, - 이때, 상기 끝면(16a,16b,16c)의 축상 높이의 적어도 일 부분 상에 - 접촉 영역 - 복수의 이러한 접점들(22a,22b,22c)이 형성되고, 상기 접점들(22a,22b,22c)은 상기 끝면(16a,16b,16c)의 중심에 접촉선(24a,24b,24c)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

나사 드라이브{SCREW DRIVE}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 기술된 바와 같이 드라이브를 갖는 나사 헤드를 구비한 나사, 및 청구항 제9항에 기술된 드라이브 툴, 뿐만 아니라 청구항 제18항에 기술된 나사와 드라이브 툴을 포함하는 드라이브 시스템에 관한 것이다.

독일 특허 문헌 DE 199 23 855에 개시된 종류의 나사들은, 예를 들어 드라이브를 포함하는 나사 헤드를 가진다. 이 드라이브의 설계는 보통 모서리 영역 안에 캠들을 형성하기 위해 형태지어진 나사 헤드에 형성된 홈들을 가지는데, 이 캠들은 회전 운동을 전달하기 위한 측면들을 가진다. 홈들은 캠들 사이에서 툴이 이들에 적용될 수 있는 방식으로 연장되고, 이 툴은 회전할 때 나사를 탑재할 것이다. 원통형 기본 설계의 짝을 이루는 드라이브 툴 뿐만 아니라, 이 종류의 나사는, 또한 US 특허 제 5,279,190호에 개시되어 있다.

이미 공지된 나사 드라이브들은 이 캠들의 설계가 보통 회전 운동의 좋은 전달을 보장하고 높은 마모 저항성을 제공하는 한편, 나사가 일시적으로도 탑재하는 툴에 부착되지 않는 단점을 가진다.

이 문제점을 극복하기 위해, 나사결합 프로세스 동안 소정 정도의 손실 방지를 보장하기 위해 자화된 툴을 이용하는 것이 알려져 있다. 하지만, 이 유지 해법은 비-강자성 나사들에 대해서는 작동하지 않을 것이다.

US 특허 문헌 제 2009/0,260,489 호는 나사 섕크 방향으로 서로에게 접근하는 캠들을 가지는 나사 드라이브를 개시한다. 캠들은 볼록한 형태들로 형태지어지고, 짝을 이루는 구조의 툴을 이용해 드라이브된다.

명백하게, 툴 상의 제자리에 나사를 클램핑하는 것은, 독일 특허 문헌 DE 10 2004 022 852 DE A1에서와 같이, 툴의 끝을 향해 가늘어지고 그 둘레 표면 상에 편평한 영역들을 가지는 코어를 가지는 특별한 툴을 이용해 보장될 수 있다.

나사를 드라이브하기 위한 캠들을 가지는 드라이브가 유럽 특허 EP 0 524 617 B1에 개시되어 있는데, 이 캠들은 캠들 주위의 나사 헤드에 홈들을 도입하는 것에 의해 형성된다. 캠들은 끝면에 의해 연결되는 토크 흡수를 위한 측면 영역들을 가진다. 나사 섕크로부터 멀리 떨어진 이 끝면의 헤드측 끝단은 오목한 표면 윤곽부를 가져서 드라이브에 나사-드라이빙 툴의 도입을 제공한다.

나사들, 특히 열처리된 구성요소들에 사용되기 위한 나사들의 부식 저항성을 개선하기 위한 보통의 접근은, 딥(dip), 스핀(spin) 또는 스프레이 코팅 프로세스에서 나사들을 코팅하는 것이다. 예들은 아연 플레이크(zink flake) 시스템들, 실링(sealing) 등이다. 점성도(viscosity) 및 점착성(adhesion tendency)의 관점에서 볼 때, 이 코팅 프로세스들은 오목한 형태들, 특히 오목한 표면들 또는 반지름 상에 두께가 변하는 층 축적들을 생성하는 경향이 있다.

현재 기술 상태의 나사 드라이브들 및 나사산들은 200 ㎛ 까지의 층 축적들에 의해 국지적으로 블록될 것이다. 이런 이유로, 이들은 그 기능을 완전히 달성하거나 및/또는 그 스펙을 맞출 수 없다. 이러한 층 축적으로 인한 나사-드라이빙 프로세스의 손상을 방지하기 위해, 이러한 종래 기술 표면들은 작거나 또는 소형의 나사들에 사용되지 않는다. 예를 들어, 아연 플레이크 코팅은 보통 6 mm의 최소 정상 지름을 가지는 나사들 상의 수 개의 층들에 적용된다.

본 발명의 목적은 나사, 특히 작거나 또는 소형의 나사를 제공하는 데 있는데, 그 드라이브는 그 취급을 더 제공하도록 설계되어 있고 기계적 클램핑을 통해 단순한 구조의 짝을 이루는 드라이브 툴 상에 적어도 일시적으로 고정될 수 있다.

이 목적은 그 전제부에 상세화된 특징들과 조합되는 청구항 제 1 항의 특징들을 특징으로 하는 것에 의해 나사에 대하여 달성된다.

종속항들은 본 발명의 유리한 추가 개선사항들을 정의한다.

종래 기술의 나사 헤드는 캠들 주위에 나사 헤드 내에 제공되는 홈들에 의해 형성되는 캠들을 가진다. 각각의 캠은 토크를 전달하도록 기능하는 2 개의 측면들, 및 이 측면들을 연결하는 끝면을 가진다. 나사 섕크로부터 멀리 떨어진 끝면의 일부 -접촉 영역- 는 실질적으로 오목한 표면 윤곽부를 가진다.

본 발명에 따르면, 끝면은 그에 수직하는 평면 안의 나사 축 주위에 상기 평면과 연관된 반지름을 가지는 가상의 원형 둘레가 상기 끝면과 각각의 캠 상의 접촉점을 가지도록 더 설계되고, 복수의 이러한 접촉점들은 상기 끝면의 축상 높이의 적어도 일 부분 - 상기 접촉 영역 - 상에 형성되고 상기 접촉점들은 상기 끝면의 중심에 접촉선을 형성한다.

원형 단면의 기본 몸체를 갖는 짝을 이루는 툴이 사용될 때, 이 설계는 상기 툴이, 상기 끝면에 도입될 때, 그와 선형 접촉만을 만들 것이다. 이 경우에 있어서, 상기 캠 끝면들 및 상기 나사 축 사이의 방사상 거리는 소위 B 치수로 여기서 정의될 것이고, 상기 캠 측면들 상에 외측으로 방사상으로 인접하는 그 둘레는 소위 A 치수로 여기서 정의될 것이다.

캠 끝면 상의 접촉선에 의해 획득되는 클램핑 효과가 B 치수에서 제공되는 것이 본 발명에 필수적이다. 이것은 A 치수가 어떠한 방식으로든 클램핑 효과를 감소시키지 않으면서 토크 전달 또는 다른 요구조건들을 만족시키고자 선택되도록 허용한다는 점에서 유리하다. 본 발명에 따른 이 클램핑 효과는 나사에 의해 핸들링이 상당히 수월해지는 소형 나사들(miniature screws)이 드라이브 툴 상의 제자리에 고정됨에 있어서 특히 유리한 것으로 증명되었다.

선형 접촉 표면은 이 오목한 표면이 하나의 평면에서 이 평면의 가상 원의 반지름보다 큰 반지름의 곡률을 보여주도록 설계될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 오목한 윤곽부는 원형 또는 타원형일 수 있지만 또한 선 요소들(line elements)에 의해 이러한 형태로 어림될 수 있고, 그 곡률은 연관된 가상의 원형 둘레보다 작다.

바람직하게, 끝면은 가상의 원형 둘레의 반지름이 축상 높이 방향의 일 부분에서 나사 섕크를 향해 지속적으로 감소하도록 설계된다. 결과적으로, 접촉선은 나사 축에 대하여 경사질 것이다. 이러한 접촉선의 원추형 확장은 짝을 이루는 툴이 동일한 경사를 가지고 사용될 때 나사의 점착 효과가 상당히 증가될 수 있다는 장점을 가진다.

이것은 특히 접촉선이 나사 축에 대하여 10° 이하의 각으로 경사져 있을 때의 경우이다. 이런 방식으로, 절단 원추형 기본 몸체를 가지는 나사-드라이빙 툴이 사용될 때 개선된 프레스 핏이 획득될 것이다.

나사 축에 대하여 소정의 각으로 연장되는 접촉선은 바람직하게 나사 섕크를 향하는 측면의 끝단 상에 볼록한 윤곽부를 제공하는 것에 의해 획득될 것이다. 결과적으로, 특히 볼록한 윤곽부와 오목한 윤곽부가 중첩하는 점들을 연결하는 선의 수직 투사(vertical projection)는 측면들의 끝단들에서 나사 축에 평행하게 연장될 것이다.

이것은 접촉선의 각이 볼록한 윤곽부 및 오목한 윤곽부의 반지름들을 통해 설정되는 것을 허용한다. 나사 섕크를 향하는 나사 드라이브의 끝단 상에 볼록한 윤곽부를 제공하는 것은 나사 드라이브 캐비티들로부터 코팅 프로세스에서 나사에 적용되는 코팅 물질의 제거를 수월하게 할 것이다. 이로써 이것은 나사의 핸들링을 방해할 수 있는, 코팅 물질 층들이 B 치수에 축적되는 것을 방지한다. 이것은 특히 작고 소형의 나사들의 나사 드라이브들에 있어서는 진리이다.

오목한 구조로부터 볼록한 구조로의 전이는 바람직하게 자유곡면일 수 있다. 이것은 특히 B 치수에서 원형 단면의 나사-드라이빙 툴의 선형 접촉을 허용하는 대체적으로 평면적인 설계를 가져오기 때문에 측면 상에 선형 접촉을 달성하는 강건한 방법이다. 평면적인 설계는 추가의 캐비티들을 방지하기 때문에, 이것은 또한 여분의 코팅 물질의 제거 측면에서도 유리할 것이다.

바람직하게, 나사 드라이브는 정확히 3 개의 캠들을 가지고 그 각각은 연관된 평면에서 캠 측면 상에 접촉점을 가지고 또한 그들의 끝면들을 통해 접촉선을 형성한다. 정확하게 3 개의 캠들을 제공하는 것은 나사-드라이빙 툴 상에 나사를 유지하기 위해, 툴의 이상적인 중심진입(centering) 및 이로 인한 캠들과 도입되는 나사 드라이빙 툴의 기본 몸체 사이의 최적화된 견인(traction)을 보장할 것이다.

정확하게 3 개의 캠들을 사용하는 것은 스틱-핏 효과를 달성하기 위해 기능한다. 정확하게 3 개의 이러한 캠들이 바람직하게 최내각 B 치수를 형성하게 사용된다면, 이것은 기본적으로 또한 순수하게 토크 전달을 위해 추가적인 캠들의 존재를 허용한다. 이러한 추가적인 캠들의 방사상으로 최내각 지점은 평면과 연관된 가상의 원의 반지름보다 나사 축으로부터 더 이격될 수 있다.

이것은 나사의 핸들링을 수월하게 해줄 뿐만 아니라 토크 전달도 개선할 것이다. 나아가, 이것은 A 치수에 있어서 토크 전달을 위한 탑재 툴의 탑재 요소들을 설계하는 데 있어서도 약간의 자유도를 가져올 것이다.

나사 드라이브의 A 치수에 있어서, 드라이브는 특히 원통형이다.

본 발명에 따르면, 나사 드라이브로 유입되는 툴이 중심에 진입하도록 캠의 방사상 확장이 배치되고 설계되고, 나아가, 헤드 표면은 제1 및 제2 표면들로 나눠지고, 그 각각은 개별적인 회전 방향으로 경사져 있다.

헤드 표면이 2 개의 표면들로 나눠져 있다는 사실은 나사가 어떠한 회전 방향에서든 드라이브 툴 상에 신속히 배치되는 것을 허용한다. 이러한 설계는 특히 드라이브 툴 상에 배치될 때 이들의 핸들링이 까다롭기 때문에 특히 작고 소형의 나사들에 유리하다.

바람직하게, 표면들은 2 개의 표면들이 캠의 중심에 있는 교차선에서 서로 교차하도록 배치된다.

이것은 나사의 최소 회전 운동이 나사에 드라이브 툴을 최적으로 도입하기에 충분할 것을 보장한다. 또한, 헤드 표면의 대칭적 설계를 가지는 이 종류의 나사는 제조하기에 상당히 더 용이한 것이 증명되었다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에 있어서, 교차선은 나사 축에 수직인 평면에 대하여 나사의 중심을 향해 경사져 있다. 결과적으로, 캠들의 홈들은 둘레 방향으로 드라이브 툴의 탑재 요소들의 도입을 수월하게 할 뿐만 아니라, 방사상 방향으로 적절한 정렬이 되도록 해준다. 바람직하게, 대략 10°와 30°사이의 교차선의 경사가 나사 축에 수직인 평면에 대하여 선택될 수 있다.

본 발명에 따르면, 헤드 표면의 양 표면들은 그 교차선에서 둔각, 특히 120°와 160° 사이의 둔각을 정의한다. 나사 헤드를 향하는 끝단으로부터 시작하여, 헤드 표면의 경사는 효과적으로 토크를 전달하는 캠 측면들을 감소시키기 때문에, 이로써 이상적인 설정은 효과적인 툴 도입 및 토크의 전달에 관한 한 이러한 경사 각들에 대하여 획득된다.

바람직하게, 제1 및 제2 표면들의 교차선은 둥글게 되어 있다. 이 교차선의 라운딩은 이것이 드라이브 툴이 절단 모서리 상에서 막혀서 움직이지 못하는 것을 방지하기 때문에 드라이브 툴의 제어를 수월하게 해 준다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에 있어서, 캠의 2 개의 측면들 사이에서 정의되는 각은 2 개의 인접하는 캠들의 2 개의 측면들 사이에서 정의되는 각보다 작다. 이것은 캠들에 비하여 커진 캠들 주위의 홈들이 코팅 물질의 개선된 제거를 보장할 것이기 때문에 특히 소형 나사들의 생산에 유리하다.

본 발명의 다른 측면에 있어서, 본 발명은 드라이브 툴에 관한 것이다. 종래 기술의 대응하는 드라이브 툴은 그 위에 방사상 확장에 형성되는 탑재 요소들이 형성되는 툴 섕크를 가지고, 이 요소들은 나사의 캠들의 측면들에 토크를 전달하는 데 사용된다. 이 드라이브 툴의 첨단 부분은 그 축상 확장에서 나사의 드라이브를 맞물리게 하는 데 사용되는 맞물림 부분을 가진다.

본 발명에 따르면, 드라이브 툴의 섕크는, 적어도 그 맞물림 부분은, 탑재 요소들의 외부 부분이 원통형으로 연장되는 한편, 맞물림 방향으로 절단 원추형의 형태로 원추형으로 가늘어진다. 이 기본 섕크 설계는 용이하게 제조될 수 있고 또한 상기에서 언급된 종류의 드라이브를 가지는 나사와 사용될 때 클램핑 효과를 생성할 수 있는 기본 형태로 귀결된다. 그 외부 치수의 원통형의 형태는 또한 나사에 토크를 전달하기 위한 최대 접촉 표면을 보장한다.

특히 콘의 측면 영역의 경사는 0°보다 크고 대략 10°까지의 각으로 연장된다. 이 종류의 설계는 나사 드라이브와 이상적인 클램핑 효과를 낼 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 툴 섕크로부터 방사상으로 확장되는 탑재 요소들은 각각의 탑재 요소가 2 개의 측면들을 가지도록 설계되고, 2 개의 측면들 사이에서 정의되는 각은 인접하는 탑재 요소들의 2 개의 측면들 사이에서 정의되는 각보다 나사 축에 대하여 더 크다. 특히, 탑재 요소 각과 거리 각의 비율은 대략 3 내지 4이다. 이러한 비율 또한 짝을 이루는 나사 드라이브에 유리하게 고려된다.

소형 나사들을 위한 툴들의 생산에 있어서 특히, 탑재 각과 거리 각의 이 비대칭적인 분포는 탑재 요소들의 설계가 이들의 기본적으로 작은 치수들에도 불구하고 충분히 강건하게 만들어질 수 있다는 장점을 가질 것이다.

적절한 B 치수를 가지는, 드라이브 툴의 A 치수는, 나사의 짝을 이루는 드라이브의 A 치수보다 작을 것이다. 결과적으로, 드라이브 툴과 나사는 A 치수에 있어서 약간의 여유를 가지고 서로 맞물릴 것이다.

본 발명의 다른 개선에 있어서, 그 단면이 원의 세그먼트와 유사한 탑재 요소들의 원통형 외부 형태는, 측면과 외부 표면 사이의 전이에 있어서 둥글게 된 코너들을 가진다. 이 모서리들의 라우딩은 바람직하게 측면의 방사상 확장의 반보다 작은 반지름을 가진다. 이 측면들은 짝을 이루는 구조의 나사에 있어서, 접촉 표면이 캠의 측면 상에서 획득되도록 선택되었다. 이 측면의 방사상 확장은 힘이 큰 면적에 걸쳐 적용되고 또한 나사의 최소 분열 토크(minimum fracture torque)가 적용될 때 캠의 박리(stripping)가 방지되도록 선택되었다. 이 종류의 설계는 특히 적은 수의 탑재 요소들에 있어서 과박리(overstripping)를 효과적으로 방지할 것이다.

바람직하게, 정확하게 3 개의 탑재 요소들이 드라이브 툴에 제공된다. 툴 상에 정확하게 3 개의 탑재 요소들을 제공하는 것은 현존하는 허용오차들에도 불구하고 모든 캠들에 대체적으로 균일한 토크의 분포를 보장할 것이다.

바람직하게, 드라이브 툴은 타원형으로 둥글게 되어 있고, 탑재 요소들 상의 둥글게 된 부분의 곡률은 적절한 B 치수를 가지는 나사의 드라이브 상의 대응하는 전이 영역의 곡률보다 작다. 적절한 B 치수는, 하나의 평면에서, 나사의 B 치수가 완전히 도입된 위치에 있는 드라이브 툴의 B 치수에 대략적으로 대응하면, 달성된다.

본 발명은 코팅 물질의 물리적인 특성들을 제거할 수 없지만 그 적용을 방해하는 효과들은 건설적인 설계에서 대체적으로 고려될 수 있다. 본 발명의 드라이브 툴에 있어서, 공간들은 이것이 그 설계에 있어서 기술적으로 가능한 한, 표면 장력의 결과로서 층 축적들에 대하여 대응하는 반지름들에 제공된다. 이것은 두꺼운 층들이 드라이브의 바닥에 및 A 치수와 캠의 측면들 사이의 전이 영역들에 형성될 때조차도 드라이브 툴의 도입 및 적절한 기능을 허용할 것이다.

본 발명의 추가적인 장점들, 특정들 및 가능한 응용들은 도면에 도시된 실시예들을 참조하여, 이하의 상세한 설명으로부터 얻어질 수 있다.

상세한 설명, 청구항들 및 도면들 전체에 걸쳐, 동일한 연관된 참조 부호들이 사용된다.
도 1은 드라이브를 가지는 나사 헤드를 가지는 본 발명의 나사의 도면이다.
도 2는 3 개의 캠들을 가지는 본 발명에 따른 나사 드라이브의 사시도이다.
도 3a는 B-B 선을 따라 얻어지는 단면의 도면이다.
도 3b는 C-C 선을 따라 얻어지는 단면의 도면이다.
도 3c는 D-D 선을 따라 얻어지는 단면의 도면이다.
도 4a는 그 안에 도입되는 드라이브 툴을 가지는 나사의 단면들의 도면이다.
도 4b는 그 안에 도입되는 드라이브 툴을 가지는 나사의 단면들의 도면이다.
도 4c는 그 안에 도입되는 드라이브 툴을 가지는 나사의 단면들의 도면이다.
도 5는 드라이브 툴의 사시도이다.
도 6은 드라이브 툴의 평면도이다.
도 7은 A-A 선을 따라 얻어지는 단면의 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 나사(10)는 드라이브(12)를 가지는 나사 헤드를 가진다. 나사의 드라이브(12)는 토크를 전달하도록 기능하는 캠들(14a,14b,14c)을 포함한다. 캠들(14a,14b,14c)은 의도된 캠들(14a,14b,14c) 주위에 나사 헤드 안에 만들어지는 홈들에 의해 형성된다. 캠들(14a,14b,14c)은 측면들(18a,18b) 뿐만 아니라 2 개의 측면들(18a,18b)을 연결하는 끝면(16)을 가진다. 토크는 대응하는 툴에 의해 측면들(18a,18b)에 탄젠셜 방향으로 전달된다. 드라이브(12)의 필수적인 특징들은 도 2를 참조하여 이하에서 보다 더 상세하게 설명될 것이다.

도 2는 3 개의 캠들(14a,14b,14c)을 가지는, 본 발명에 따른 드라이브(12)의 사시도이다. 본 발명에 따르면, 끝면들(16a,16b,16c)은 나사 헤드로부터 멀리 떨어진 그 끝단들이 필수적으로는 오목한 표면 윤곽부를 가지도록 설계된다. 본 발명에 따르면, 끝면들(16a,16b,16c)은 이들이 나사 축에 직교하는 평면 안에서 연장되는 가상의 원형 둘레(20a,20b,20c)와 정확히 하나의 접촉점을 가지도록 설계된다.

나아가, 끝면(16)은, 3 개의 접촉점들(22a,22b,22c)이 끝면의 축상 높이의 적어도 일 부분 상에서 복수의 점촉점들(22a,22b,22c)이 되도록 마련된다. 끝면(16)의 진보적인 설계에 따르면, 이 접촉점들은 캠들(14a,14b,14c)의 끝면(16)의 중심에서 접촉선(24a,24b,24c)을 형성할 것이다. 기본 몸체의 단면이 원형인 드라이브 툴(미도시)을 사용하는 경우, 이러한 설계를 통해 드라이브 툴은 접촉선들(24a,24b,24c)에 안착하게 될 것이다. 드라이브 툴의 기본 몸체가 이 3 개의 선들에서만 나사(10)에 접촉하도록 만든다는 사실은 충분히 높은 방사상 압력이 적용되는 것을 허용하고, 이로써 나사(10)는 이 접촉선들(24a,24b,24c) 상에서 드라이브 툴 상에 단단히 고정될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 캠들은 나사 드라이브의 바닥에서 볼록한 윤곽부(26a,26b,26c)를 특징으로 한다. 볼록한 윤곽부로부터 오목한 윤곽부로의 전이는 자유곡면(freeform surface)이다. 이 자유곡면은 접촉선들(24a,24b,24c)이 접촉 영역을 통해 획득될 수 있도록 편리하게 설계된다. 끝면의 설계는 이하에서 이어지는 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 3a는 B-B 선을 따라 얻어지는 나사 헤드를 통한 종방향 단면이고, 이 단면은 볼록한 표면 윤곽부와 오목한 표면 윤곽부가 수직 투사에서 중첩되는 영역을 통해 연장된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 오목한 윤곽부와 볼록한 윤곽부가 연결되는 선(30)은 이 지점에서 나사 축(A)에 평행하게 연장된다.

도 3b는, 측면으로부터 끝면(16)까지의 전이 영역과 끝면(16)의 중심 사이에서, C-C 선을 따라 얻어지는 나사 헤드를 통한 종방향 단면이다. 이 영역에서, 접촉선의 상부 영역의 오목한 윤곽부와 드라이브의 바닥의 볼록한 윤곽부를 연결하는 선(32)은 나사 축(A)에 대하여 이미 약간 경사져 있다.

도 3b에서 볼 수 있는 바와 같이, 하나의 교차선(36)에서 서로 교차하는 2 개의 표면들(38a,38b)은 나사 축에 직교하는 평면(E)에 대하여 회전 방향으로 각각 경사져 있다. 2 개의 경사진 표면들(38a,38b)의 교차선은 캠(14b)의 중심에 있다. 이로써, 도입되는 드라이브 툴의 탑재 요소들의 위치에 따라, 나사(10)가 최소한의 회전을 수행하기만 하면, 탑재 요소들은 캠들(14b)에 접촉하도록 제공되는 홈들에 위치될 수 있다. 이 경우에 있어서, 2 개의 표면들(38a,38b)은 그 사이에서 대략 150°의 각을 형성할 것이다. 이 각도 (c)는, 드라이브 툴의 도입을 수월하게 해주고 또한 캠 헤드 표면(30)을 따라 아래쪽으로 탑재 요소들의 필요한 슬라이딩이 가능하게 하고 또한 필요한 토크를 위한 캠의 최대 측면(18a,18b)이 문제없이 전달되도록, 선택된다. 이 해법은 또한 단순한 방법으로 드라이브 툴 상에 단단히 배치되도록 허용하기 때문에, 그 핸들링이 상당히 까다로운 소형의 나사들에 있어서 이상적이다.

도 3c는 D-D 선을 따라 얻어지는 나사 헤드의 종방향 단면도인데, 그 단면은 캠 끝면(16)의 중심을 통해 연장되고 이로써 접촉선을 보여준다. 이 접촉선은 캠의 방사상으로 최내각 부분이고, 이것은 또한 나사 축(A)에 대하여 끝면의 최대 경사를 가진다. 본 설계에 있어서, 이 경사는 대략 4°이다. 이 경사는 캠 끝면의 중심에서 오목한 윤곽부와 볼록한 윤곽부의 수평 오프셋 및 나사 드라이브의 침투 깊이의 높이 및/또는 접촉선의 높이의 결과이다.

이 도시로부터 볼 수 있는 바와 같이, 표면들(38a,38b)의 교차선(36)은 나사 축에 수직하는 평면(E)에 대하여 각(c)로 방사상 방향으로 경사져 있다. 이 경사(c)는 방사상 방향으로 툴의 도입을 수월하게 해주는데, 그 이유는 경사에 의해서 툴이 캠들 사이의 중심 영역으로 방사방향을 따라 슬라이딩되기 때문이다. 결론적으로, 툴(미도시)이 도입될 때, 이러한 툴은 자동적으로 나사의 중심을 향해 안내될 것이다.

도 4a 내지 도 4c는 그 안에 이미 도입된 드라이브 툴을 가지는 단면도들이고, 이 툴은 단면이 원형이다. 이 도면들로부터 볼 수 있는 바와 같이, 개별적인 평면들에 있는 캠들의 끝면들은 접촉점들(40a,40b,40c)을 가지고 그 각각은 원형의 단면의 드라이브 툴을 가진다. 이로써 나사의 진보적인 설계는 캠들 상에서 드라이브 툴이 소정의 프레스-핏을 달성하고, 이 툴은 상대적으로 용이하게 제조될 수 있고 바람직하게는 잘린 원추형의(frusto-conical) 기본 몸체를 가진다.

토크는 캠들(14a,14b,14c)의 측면들(18a,18b)을 통해 전달된다. 드라이브 툴을 나사에 기계적으로 클램핑함으로써, 프로세싱 동안 나사의 핸들링은 상당히 개선된다.

자기적인 수단과 대조적으로, 이러한 손실 방지(loss protection)는 또한 스테인레스 스틸 또는 비-강자성 물질들에 의해 획득될 수 있다. 이 단면도들은 도 4a에서 볼 수 있는 접촉선의 상부 영역의 오목한 형상으로부터, 도 4c에서 볼 수 있는 드라이브의 바닥의 볼록한 윤곽부까지 이어지는, 끝면의 전이를 명확하게 나타낸다.

도면들에 도시된 바와 같이, 접촉 영역의 모든 평면들에서 캠의 끝면과 드라이브 툴의 기본 몸체의 접촉점은 항상 하나만 있을 것이다. 도시된 가상의 원형 둘레는 도 4a에서 도 4c로 지속적으로 반지름이 감소한다.

도 5는 일체형 탑재 요소들(54a,54b,54c)이 위에 형성된 툴 섕크(52)를 갖는 드라이브 툴(50)의 도면이다. 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하는 바와 같이, 탑재 요소들(54a,54b,54c)의 설계는 원형 세그먼트와 유사하다. 원형 단면에 있어서, 탑재 요소들(54a,54b,54c)의 외부 표면들(60)은 전체 외부 영역에 걸쳐 원통형으로 연장된다. 대조적으로 툴 섕크는 드라이브 툴(50)의 첨단을 향해 가늘어지는 절단 원추형의 형태를 가진다. 탑재 요소들(14a,14b,14c)은 힘이 큰 영역에 걸쳐 대응하는 캠 표면에 적용되는 것을 보장하는 측면들(56a,56b)을 가진다. 이것은 단순한 설계이지만, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명되는 종류의 나사와 사용될 때, 캠 끝면 상의 선형 접촉 표면에 적용되는 압력 때문에, 툴 섕크 상에 나사를 단단히 고정할 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 드라이브 툴의 평면도이다. 이 평면도를 보면, 탑재 요소들(54a,54b,54c)이 본질적으로 원통형의 원형-세그먼트-형태로 배치되어 있는 것을 알 수 있다. 이 탑재 요소들(54a,54b,54c)은 측면들(56a,56b) 사이에서 탑재 요소 각(a)을 형성한다. 거리 각(b)은 인접하는 탑재 요소(54c)의 측면(58a)에 대하여 정의된다. 본 발명에 따르면, 탑재 요소 각(a)은 거리 각(b)보다 크다. 결과적으로, 소형의 나사들에 대하여 만들어지는 드라이브 툴에 있어서, 탑재 요소들(54a,54b,54c)은 예를 들어, 충분히 강건하게 만들어진다. 나아가, 탑재 요소들(54a,54b,54c)이 측면(56a)으로부터 외부 영역(60)까지의 전이 영역에 곡률을 갖고 있다는 것이, 도 6에 도시되어 있다. 이 곡률은 짝을 이루는 나사 드라이브의 개별적인 곡률보다 더 크도록 선택된다. 결과적으로, 나사 드라이브에 축적되는 어떠한 코팅 물질도 수용할 수 있다.

도 7은 A-A 선을 따라 얻어지는 단면도인데, 그 외부 표면은 나사 축에 평행하게 연장되는 한편, 절단 원추형의 툴 섕크가 툴 축에 대하여 4°의 각으로 경사져 있다는 것을 특히 명확하게 볼 수 있다.

Claims (18)

1. 드라이브(12)를 갖는 나사 헤드를 구비한 나사(10)로서, 상기 드라이브(12)는 캠(14a,14b,14c)들을 포함하고, 상기 캠들은 캠(14a,14b,14c)들 주위에서 상기 나사 헤드에 도입된 홈들에 의해 형성되며, 각각의 캠은 토크를 전달하는 데 사용되는 2 개의 측면(18a,18b)들 및 상기 측면(18a,18b)들을 연결하는 끝면(16a,16b,16c)을 가지고, 상기 끝면(16a,16b,16c)은 나사 섕크로부터 멀리 떨어진 상기 나사 헤드의 끝단 상에 오목한 표면 윤곽부를 가지는, 나사에 있어서,
   상기 끝면(16a,16b,16c)은, 나사 축에 직교하는 평면에서 상기 나사 축을 중심으로 하여 상기 평면에 연관되는 반지름을 갖는 가상의 원형 둘레(20a,20b,20c)가, 상기 캠 상에서의 끝면(16a,16b,16c)과 접점(22a,22b,22c)을 가지도록 마련되고, 상기 끝면(16a,16b,16c)의 축상 높이의 하나 이상의 부분 -접촉 영역- 상에, 복수의 접점(22a,22b,22c)들이 형성되고, 상기 접점(22a,22b,22c)들은 상기 끝면(16a,16b,16c)의 중심에 접촉선(24a,24b,24c)을 형성하는 것을 특징으로 하는 나사(10).
2. 제1항에 있어서,
   -적어도 상기 접촉 영역에서- 상기 오목한 표면 윤곽부의 곡률 반지름이 상기 평면과 연관된 상기 가상의 원형 둘레(20a,20b,20c)의 반지름보다 큰 것을 특징으로 하는 나사(10).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 끝면(16a,16b,16c)은 상기 축상 높이의 부분에서 상기 가상의 원형 둘레(20a,20b,20c)의 반지름이 상기 나사 섕크의 방향으로 계속적으로 감소되고, 상기 접촉선(24a,24b,24c)은 상기 나사 축에 대하여 경사지게 연장되는 것을 특징으로 하는 나사(10).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 접촉선(24a,24b,24c)은 상기 나사 축에 대하여 10°이하의 각으로 경사져 있어 원형의 대칭적인 드라이브 툴이 도입될 때 표면 압력을 생성하는 것을 특징으로 하는 나사(10).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나사 섕크를 향하는 상기 나사 헤드의 끝단은 볼록한 표면 윤곽부를 가지는 것을 특징으로 하는 나사(10).
6. 제5항에 있어서,
   상기 볼록한 윤곽부로부터 상기 오목한 윤곽부로 전이되는 부분은 자유곡면인 것을 특징으로 하는 나사(10).
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 끝면으로부터 측면(16a,16b,16c; 18a,18b,18c)들로 전이되는 부분은, 상기 오목한 윤곽부와 상기 볼록한 윤곽부가 교차하는 곳에서, 상기 나사 축에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 나사(10).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   3 개의 캠(14a,14b,14c)들이 제공되며, 각각의 캠은 연관된 평면에서 상기 캠(14a,14b,14c)들의 측면(18a,18b) 상에 접촉점을 가지는 것을 특징으로 하는 나사(10).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 도입되기 위한 드라이브 툴(50)로서, 상기 드라이브 툴은 기본 몸체로부터 외측으로 방사상으로 연장되어 드라이브 툴에 형성되는 일체형 탑재 요소들을 가지는 기본 몸체를 포함하는, 드라이브 툴에 있어서,
   상기 기본 몸체는, 적어도, 나사를 드라이브하기 위한 첨단이 상기 나사에 도입되는 맞물림 부분에서, 상기 첨단을 향해 가늘어지는 원추형 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
10. 제9항에 있어서,
    원추형 부분의 측면은 상기 나사 축에 대하여 0°와 대략 10°사이의 각으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 탑재 요소들은 원형 세그먼트-형태로 마련된 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
12. 제11항에 있어서,
    상기 탑재 요소들은 상기 나사 축에 대하여 탑재 요소 각을 정의하는 측면들을 가지고, 상기 각은 2 개의 인접하는 측면들 사이의 각 -거리 각- 보다 큰 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재 요소들의 외부 치수는 원통형 기본 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    정확하게 3 개의 탑재 요소들이 제공되는 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재 요소들은 상기 측면으로부터 외부 표면으로의 전이 영역에서 둥근 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 둥근 형태는 타원형인 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
17. 제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탑재 요소의 둥근 부분의 곡률은, 상기 툴에 대응하는 B 치수를 가지는 상기 나사의 드라이브 상의 대응하는 전이 영역의 곡률보다 작은 것을 특징으로 하는 드라이브 툴(50).
18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 드라이브 툴 뿐만 아니라, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 나사를 포함하는 드라이브 시스템.

Images