KR20190030768A - 테이퍼진 로브형 드라이버 및 패스너 - Google Patents

테이퍼진 로브형 드라이버 및 패스너 Download PDF

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KR20190030768A
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리차드 더블유. 루크스
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인파스텍 인텔렉츄얼 프로퍼티즈 피티이. 엘티디.
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Abstract

토크 전달 드라이버는 토크 발생원으로부터의 토크를 수득 및 전달하도록 구성된 제 1 단부와, 회전축을 중심으로 일련의 교번하는 5개 또는 6개의 로브와 트로프를 포함하는 구동면으로서, 적어도 두 가지 크기의 복수의 패스너들에 있는 대응하는 구동면에 맞물리도록 작동가능하며 회전축으로부터 15 내지 45°의 테이퍼 각도로 테이퍼진 구동면을 가진, 테이퍼형 비트를 포함하는 제2 단부를 구비하며, 상기 비트의 테이퍼진 구동면은 제 1 크기의 패스너의 구동면에 맞물리도록 작동가능한 제 1 테이퍼부와 제 2 크기의 패스너의 구동면에 맞물리도록 작동가능한 제 2 테이퍼부를 포함하고, 상기 제 2 크기의 패스너의 구동면은 상기 제 1 크기의 패스너의 구동면보다 크다.

Description

테이퍼진 로브형 드라이버 및 패스너{TAPERED LOBULAR DRIVER AND FASTENER}
본원은 2011년 8월 25일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/527,603 호와 2012년 1월 10일자에 출원된 미국 가특허 출원 번호 제 61/585,037 호의 이익을 주장하며, 이들은 모두 참조로 본원에 통합되어 있다.
본 발명은 구조물 또는 장치의 조립을 위해 패스너에 전동 드라이버와 같은 토크 발생원으로부터의 토크를 전달하기 위해 사용되는 토크 전달 드라이버에 관한 것이다.
토크 전달 시스템을 위한 토크 전달 드라이버와 그러한 시스템에 사용되는 패스너는 당업계에 공지되어 있다. 드라이버의 비트는 패스너에 상보적인 형상으로 형성된 돌출부 또는 홈부에 들어맞는 특정 형상의 홈부 또는 돌출부를 갖는다. 더 일반적으로 알려진 토크 전달 시스템 중 하나는 PHILLIPS® 구동 시스템으로 상용화된 십자형 구동 시스템이다. 예컨대, 미국 특허 번호 제 2,046,837 호를 참조하기 바란다. 토크 전달 구동 시스템의 다양한 형태와 형상이 제안되었다. 예컨대, 미국 특허 번호 제 2,397,216 호를 참조하기 바란다.
4-로브, 5-로브 또는 6-로브의 스플라인형 토크 전달 시스템이 공지되어 있다. 이러한 4-로브, 5-로브 및 6-로브 토크 전달 시스템의 예가, 그들의 패스너 및 드라이버와 함께, 미국 특허 번호 제 2,969,250 호; 제 3,187,790 호; 제 3,584,667 호; 제 4,970,922 호 및 제 5,279,190 호에 개시되어 있다. 이러한 스플라인형 토크 전달 구동 시스템의 초기 형태는 사각형 모서리를 갖고 있었기 때문에, 대응하는 패스너의 홈부를 제조하기가 어렵고 비용이 많이 소요되었으며, 반복 사용에 의해 피로 파괴로 이어지는 응력을 패스너 및/또는 드라이버에 초래하였다. 5-로브 및 6-로브 스플라인형 토크 구동 시스템의 최근 형태는 교번하는 일련의 로브와 플루트(flute)를 형성하기 위해 패스너 헤드 또는 드라이버 비트의 360 °원주 주위에 균등하게 배치된 복수의 대향하여 교차하는 곡면들을 갖는다. 이러한 최근의 토크 구동 시스템은 초기의 스플라인형 시스템에 내재된 문제점들을 극복하였으나, 일반적으로 5°미만의 로브 구동 각도를 유지할 수 없었다. 더 높은 토크가 인가되면, 패스너 또는 드라이버로부터 로브를 박리시키거나 파손을 유발하는 힘의 성분이 발생할 것이다. TORX® 구동 시스템으로서 상업적으로 공지된 이러한 최근의 스플라인형 토크 구동 시스템의 하나의 형태는 10°내지 20°범위 이내의 구동 각도를 얻도록 설계된 교합하는 아치형 표면들에 기초한 6-로브 및 5-로브 구조를 갖는다. 미국 특허 번호 제 3,584,667 호를 참조하기 바란다.
이 스플라인형 토크 전달 구동 시스템의 최근의 형태는, 패스너 헤드의 피동면과 토크 드라이버의 구동면이 모두 제 1 일련의 타원형 만곡면들과 그들 사이에서 교번하는 제 2 일련의 타원형 만곡면들로 형성되도록 함으로써, 구동 각도를 제로로 줄였다. 이러한 하나의 일련의 타원형 만곡면들은 볼록한 반면, 교번하는 일련의 타원형 만곡면들은 오목하였다. 교번하는 볼록하고 오목한 타원형 만곡면들은 접선으로 매끄럽게 합체되어, 패스너 헤드 또는 드라이버 비트의 360°원주 주위에서 연장하는 일련의 교번하는 플루트와 로브를 형성하였다. 패스너 헤드와 드라이버 비트의 로브와 플루트는 모두 단면이 타원형으로 만곡되었다. 또한, 타원형으로 만곡된 로브의 중심과 타원형으로 만곡된 플루트의 대응하는 중심은 이 부품들의 교번하는 특성으로 인해, 동일한 육각형은 아니지만, 정육각형의 정점들에 배치되었다. 미국 특허 번호 제 5,279,190 호를 참조하기 바란다. 이러한 로브형 토크 전달 구동 시스템의 일 실시예가 TORX PLUS® 구동 시스템으로서 상업적으로 시판되었다.
어떤 종래의 토크 전달 드라이버들은 드라이버의 크기에 대응하는 홈부 또는 돌출부를 구비한 구동면을 가진 한 가지 또는 제한된 개수의 크기의 패스너에 전용되도록 제한되었다. 예컨대, TORX®라는 상표명으로 판매되는 로브형 패스너는 대응하는 패스너의 각각의 크기와 직경이 일치하는 별도의 드라이버를 필요로 한다. 이는 조립자가 현장에 드라이버 세트를 보관하여야 하고, 크기가 다른 패스너를 장착할 때마다, 크기가 다른 비트를 세트에서 검색하여 토션 건에 장착하게 된다는 것을 의미한다. 예컨대, T-1 TORX® 패스너, T-2 TORX® 패스너 등등을 구동하기 위해서는 T-1 TORX® 드라이버, T-2 TORX® 드라이버 등등이 각각 필요하다. PHILLIPS® 라는 상표명으로 판매되는 십자형 시스템과 같은 다른 패스너 시스템은 한가지 크기를 초과하는 패스너를 구동시킬 수 있지만, 이러한 시스템은 패스너에서 드라이버가 쉽게 캠 아웃(cam out)될 수 있다. 캠 아웃은 패스너 홈부 밖으로 드라이버를 들어올리는 회전 리프팅 운동이며, 패스너와 드라이버가 경사면들 간의 활주 운동을 가능하게 하는 경사면들을 가질 때 발생한다. 종래의 토크 전달 시스템에 의한 캠 아웃은 패스너와 드라이버에 손상을 유발하며, 패스너가 적절한 토크까지 조여지지 않도록 할 뿐만 아니라, 조립체 내의 부품을 손상시키는 부스러기와 버(burr)를 발생시킨다.
종래의 시스템은, 다양한 크기의 패스너를 장착하는 조립자가 한 가지 크기의 패스너를 장착하기 위해 하나의 드라이버를 찾은 다음 다른 크기의 패스너를 장착하기 위해서는 다른 드라이버를 찾아야 하거나, 그렇지 않으면, 크기가 맞지 않는 드라이버 또는 캠 아웃되는 드라이버로 패스너를 구동시키고자 시도하여야 하는 바, 이는 불가능하지 않을 경우에는 어려움을 가중시키며, 비효율적이다. 패스너에 비해 너무 크거나 너무 작은 드라이버로 패스너를 구동시키면, 드라이버가 적절하게 안착되지 못하여 패스너로부터 드라이버가 캠 아웃될 가능성이 커지며, 패스너의 홈부 또는 돌출부가 박리 또는 전단되거나, 및/또는 부적절한 토크로 패스너가 장착될 수 있다. 이로 인해 비효율적이며 낭비적인 장착이 이루어지고, 조립체가 손상되거나 조립체에 패스너가 잘못 장착되는 경우가 증가한다. 십자형인 종래의 테이퍼진 구동 시스템, 예컨대, PHILLIPS® 드라이버는 토크를 받으면 패스너 밖으로 캠 아웃되어, 패스너 또는 드라이버에 대한 손상 또는 낭비를 초래하고, 효율성이 낮으며, 패스너가 잘못 장착되고 제품, 장치 및 기계가 잘못 조립되는 경우가 많다고 잘 알려져 있다. 또한, 종래의 스플라인형 시스템은 나사산 형성 및 나사산 절삭 패스너에 대해 덜 효과적이었는데, 그 이유는 드라이버가 패스너 밖으로 캠 아웃되는 경향이 있으며, 축 방향으로 정렬을 유지하지 못하는 패스너에서 드라이버가 흔들리기 때문이다. 이러한 모든 문제는, 크기가 매우 작은 패스너 헤드와 토션 드라이버에서, 구체적으로는, 주요 나사산 직경이 약 0.063인치(1.6㎜) 미만인 패스너에서, 더 구체적으로는, 주요 나사산 직경이 약 0.039인치(1.0㎜) 미만인 패스너에서 두드러졌다. 전술한 문제점 이외에, 이와 같은 소형 패스너는 패스너의 작은 크기, 로브 크기 및 관련된 틈새 공차 때문에 사용시 변형되는 경향이 있다.
토크 전달 드라이버가 개시되어 있으며, 상기 토크 전달 드라이버는 제 1 단부와 제 2 단부를 가진 본체를 포함하며,
상기 제 1 단부는 토크 발생원으로부터의 토크를 수득 및 전달하도록 구성되고,
상기 제 2 단부는 상기 제 1 단부에 대향하며, 회전축을 중심으로 일련의 교번하는 5개 또는 6개의 로브와 트로프를 포함하는 구동면으로서, 적어도 두 가지 크기의 복수의 패스너들에 있는 유사한 형상과 테이퍼를 가진 대응하는 구동면에 맞물리도록 작동가능하며 회전축으로부터 15 내지 45°의 테이퍼 각도로 테이퍼진 구동면을 가진, 테이퍼형 비트를 포함하며,
상기 비트의 테이퍼진 구동면은 제 1 크기의 패스너의 구동면에 맞물리도록 작동가능한 제 1 테이퍼부와 제 2 크기의 패스너의 구동면에 맞물리도록 작동가능한 제 2 테이퍼부를 포함하고, 상기 제 2 크기의 패스너의 구동면은 상기 제 1 크기의 패스너의 구동면보다 크며, 각각의 로브는 로브 높이에 대한 폭이 실질적으로 일정한 비율로 테이퍼진 높이와 폭을 갖는다.
하나의 대안으로서, 상기 구동면은 4개의 로브와 트로프를 가질 수 있다.
상기 비트 구동면은 각각의 로브와 각각의 로브의 적어도 한 측면의 트로프 사이에 대응하는 패스너 표면에 맞물리도록 구성된 구동 각도를 가진 구동측 전이부를 포함한다. 상기 구동측 전이부의 구동 각도는 0°내지 5°사이일 수 있다. 대안적으로, 상기 구동 각도는 -2°내지 -10°사이일 수 있다. 상기 구동측 전이부는 상기 로브 높이의 약 20% 내지 60% 사이일 수 있다.
상기 패스너 구동면은 홈부를 형성할 수 있으며, 상기 테이퍼진 비트는 적어도 두 가지 크기의 패스너 구동면에 맞물리도록 작동가능하다. 대안으로서, 상기 패스너 구동면은 돌출부를 형성하며, 상기 테이퍼진 비트는 적어도 두 가지 크기의 패스너 구동면에 맞물리도록 작동가능하다.
상기 토크 전달 드라이버의 테이퍼진 구동면은 회전축으로부터 20°내지 40°의 테이퍼 각도를 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 테이퍼는 회전축으로부터 30°내지 40°사이일 수 있다.
또한, 패스너 시스템이 개시되어 있으며, 상기 패스너 시스템은,
적어도 두 가지 크기의 테이퍼진 구동면들이 혼합된 복수의 패스너와,
제 1 단부와 제 2 단부를 가진 본체를 포함하는 토크 전달 드라이버를 포함하고,
각각의 패스너는 테이퍼진 구동면을 구비한 구동 단부와 리드 단부를 가지며,
상기 각각의 패스너의 구동 단부는 토크 전달 드라이버에 맞물리도록 작동가능하고, 상기 리드 단부는 패스너를 조이도록 작동가능하며,
상기 패스너 구동면은 회전축을 중심으로 교번하는 일련의 5개 또는 6개의 패스너 로브와 패스너 트로프를 포함하고, 토크 전달 드라이버에 있는 유사한 형상과 테이퍼를 가진 대응하는 구동면에 맞물리도록 작동가능하며 회전축으로부터 15 내지 45°의 테이퍼 각도를 갖고, 상기 구동면의 각각의 패스너 로브는 로브 높이에 대한 폭이 실질적으로 일정한 비율로 테이퍼진 높이와 폭을 가지며,
토크 전달 드라이버 본체의 제 1 단부는 토크 발생원으로부터의 토크를 수득 및 전달하도록 구성되고,
상기 제 2 단부는 상기 제 1 단부에 대향하며, 회전축을 중심으로 일련의 교번하는 5개 또는 6개의 드라이버 로브와 드라이버 트로프를 포함하는 테이퍼형 비트를 포함하고, 적어도 두 가지 크기의 복수의 패스너들에 있는 구동면에 맞물리도록 작동가능하며 회전축으로부터 15 내지 45°의 테이퍼 각도로 테이퍼진 비트 구동면을 형성하고,
상기 비트의 테이퍼진 구동면은 제 1 크기의 패스너의 구동면에 맞물리도록 작동가능한 제 1 테이퍼부와 제 2 크기의 패스너의 구동면에 맞물리도록 작동가능한 제 2 테이퍼부를 포함하고, 상기 제 2 크기의 패스너의 구동면은 상기 제 1 크기의 패스너의 구동면보다 크며, 각각의 드라이버 로브는 로브 높이에 대한 폭이 실질적으로 일정한 비율로 테이퍼진 높이와 폭을 갖고,
상기 드라이버의 드라이버 로브와 트로프는 상기 패스너의 패스너 트로프와 로브에 상보적으로 맞물린다.
하나의 대안으로서, 상기 비트 구동면과 대응하는 패스너 구동면은 4개의 로브와 트로프를 가질 수 있다.
적어도 두 가지 크기의 패스너 구동면들은 각각 실질적으로 동일한 적어도 하나의 단면을 가질 수 있다. 상기 비트 구동면은 각각의 로브와 각각의 로브의 적어도 한 측면의 트로프 사이에 대응하는 패스너 표면에 맞물리도록 구성된 구동 각도를 가진 구동측 전이부를 포함한다. 상기 구동측 전이부의 구동 각도는 0°내지 5°사이일 수 있다. 대안적으로, 상기 구동 각도는 -2°내지 -10°사이일 수 있다. 상기 구동측 전이부는 상기 로브 높이의 약 20% 내지 60% 사이일 수 있다.
상기 패스너 구동면은 홈부를 형성할 수 있으며, 상기 테이퍼진 비트는 적어도 두 가지 크기의 패스너 구동면에 맞물리도록 작동가능하다. 대안으로서, 상기 패스너 구동면은 돌출부를 형성하며, 상기 테이퍼진 비트는 적어도 두 가지 크기의 패스너 구동면에 맞물리도록 작동가능하다.
상기 토크 전달 드라이버의 테이퍼진 구동면은 회전축으로부터 20°내지 40°의 테이퍼 각도를 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 테이퍼는 회전축으로부터 30°내지 40°사이일 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 패스너 셀렉션(selection)을 포함하며, 이는 적어도 두 가지 크기의 테이퍼진 구동면들이 혼합된 복수의 패스너를 포함하고, 상기 적어도 두 가지 크기의 테이퍼진 구동면들은 각각 유사한 단면 형상을 가지며, 각각의 패스너는 구동 단부와 리드 단부를 갖고,
상기 각각의 패스너의 구동 단부는 토크 전달 드라이버에 맞물리도록 작동가능하며, 상기 리드 단부는 패스너를 조이도록 작동가능하고,
상기 각각의 패스너의 구동 단부는 회전축을 중심으로 교번하는 일련의 5개 또는 6개의 로브와 트로프를 포함하며, 토크 전달 드라이버에 있는 유사한 형상과 테이퍼를 가진 대응하는 구동면에 맞물리도록 작동가능하며 회전축으로부터 15 내지 45°의 테이퍼 각도를 갖는 테이퍼진 구동면을 형성하고, 상기 구동면의 각각의 로브는 로브 높이에 대한 폭이 실질적으로 일정한 비율로 테이퍼진 높이와 폭을 갖는다.
하나의 대안으로서, 상기 테이퍼진 구동면은 4개의 로브와 트로프를 가질 수 있다.
적어도 두 가지 크기의 테이퍼진 구동면들은 각각 실질적으로 동일한 적어도 하나의 단면을 가질 수 있다. 상기 패스너 구동면은 각각의 로브와 각각의 로브의 적어도 한 측면의 트로프 사이에 대응하는 구동면에 맞물리도록 구성된 구동 각도를 가진 구동측 전이부를 포함한다. 상기 구동측 전이부의 구동 각도는 0°내지 5°사이일 수 있다. 대안적으로, 상기 구동 각도는 -2°내지 -10°사이일 수 있다. 상기 구동측 전이부는 상기 로브 높이의 약 20% 내지 60% 사이일 수 있다.
상기 패스너 구동면은 홈부를 형성할 수 있다. 대안적으로, 상기 패스너 구동면은 돌출부를 형성한다. 상기 테이퍼진 구동면은 회전축으로부터 20°내지 40°의 테이퍼 각도를 가질 수 있다. 대안적으로, 상기 테이퍼는 회전축으로부터 30°내지 40°사이일 수 있다.
또한, 토크 전달 드라이버가 개시되어 있으며, 상기 토크 전달 드라이버는 제 1 단부와 제 2 단부를 가진 본체를 포함하며,
상기 제 1 단부는 토크 발생원으로부터의 토크를 수득 및 전달하도록 구성되고,
상기 제 2 단부는 상기 제 1 단부에 대향하며, 서로 다른 크기의 복수의 패스너들에 있는 유사한 형상과 테이퍼를 가진 홈부에 대응하는 테이퍼형 비트를 포함하고,
상기 테이퍼형 비트는 제 1 토크 방향에 대응하는 구동면을 포함하며, 상기 구동면은 2°미만의 리프트 각도로 대응하는 테이퍼진 패스너 표면에 맞물리도록 구성된다.
상기 토크 전달 드라이버의 제 2 단부는 연속적으로 테이퍼질 수 있다.
상기 테이퍼형 비트는 상기 구동면과 제 2 토크 방향에 대응하는 후단면을 포함한 복수의 로브를 포함할 수 있다. 상기 구동면은 테이퍼형 비트의 반경 방향에 대해 거의 평행할 수 있다. 상기 구동면과 상기 후단면 사이의 거리는 테이퍼형 비트의 테이퍼를 따라 감소한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 테이퍼형 비트의 테이퍼는 대응하는 패스너 홈부의 테이퍼와 다를 수 있다.
다른 양태에서, 축을 중심으로 직경이 점진적으로 테이퍼지는 중심 샤프트를 포함하며, 패스너에 토크를 인가하기 위해 복수의 다양한 크기의 패스너에 맞물리도록 구성된 드라이버가 개시되어 있으며, 상기 드라이버는 상기 패스너의 홈부에 맞물리기 위한 로브형 프로파일을 갖고, 상기 로브형 프로파일은 복수의 로브를 가지며, 각각의 로브는 구동측과 후단측을 갖고,
상기 각각의 로브의 구동측은 상기 점진적으로 테이퍼지는 직경을 따라 거의 일정한 반경 방향 위치에 배치되며,
상기 각각의 로브의 구동측은 감소된 리프트 각도로 패스너에 맞물림으로써 캠 아웃을 줄인다.
상기 드라이버의 구동측과 후단측 사이의 거리는 점진적으로 테이퍼지는 직경을 따라 감소될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 리프트 각도는 0°내지 2°사이일 수 있다. 다른 대안으로서, 상기 리프트 각도는 0°내지 1°사이일 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 복수의 패스너들에서 유사한 형상과 테이퍼를 가진 대응하는 홈부에 맞물린 토크 전달 드라이버의 개략도이다.
도 2는 토크 전달 드라이버의 측면도이다.
도 3은 도 2의 토크 전달 드라이버의 단부도이다.
도 4는 4-4 단면선을 따라 취한 도 2의 토크 전달 드라이버의 단면도이다.
도 5는 도 4의 단면도로부터 취한 상세도이다.
도 6은 4-4 단면선을 따라 취한 도 2의 토크 전달 드라이버의 다른 단면도이다.
도 7은 도 6의 단면도로부터 취한 상세도이다.
도 8은 패스너의 헤드의 평면도이다.
도 9는 도 8의 패스너의 부분 단면도이다.
도 10은 10-10 단면선을 따라 취한 도 9의 패스너의 단면도이다.
도 11은 도 2의 4-4 단면선을 따라 취한 다른 단면도이다.
도 12는 도 2의 4-4 단면선을 따라 취한 또 다른 단면도이다.
도 13은 본 발명의 대안적 패스너의 사시도이다.
도 14a는 도 2의 토크 전달 시스템의 상세도이다.
도 14b는 본 발명의 대안적 토크 전달 시스템의 상세도이다.
이제, 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 다양한 크기의 홈부(42, 44, 46)를 가진 복수의 패스너(32, 34, 36)들에서 유사한 형상과 테이퍼를 가진 대응하는 홈부에 맞물린 토크 전달 드라이버(20)의 개략도가 도시되어 있다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 비트의 테이퍼진 구동면은 제 1 패스너(32)의 제 1 크기의 홈부(42)에 맞물리도록 작동가능한 제 1 테이퍼부(52), 제 2 패스너(34)의 제 2 크기의 홈부(44)에 맞물리도록 작동가능한 제 2 테이퍼부(54) 및 제 3 패스너(36)의 제 3 크기의 홈부(46)에 맞물리도록 작동가능한 제 3 테이퍼부(56)를 포함할 수 있다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 본원에서 제 3 패스너(36)의 제 3 크기의 홈부(46)는 제 2 패스너(34)의 제 2 크기의 홈부(44)보다 크며, 제 2 패스너(34)의 제 2 크기의 홈부(44)는 제 1 패스너(32)의 제 1 크기의 홈부(42)보다 크다. 따라서, 토크 전달 드라이버(20)는 1개 크기를 초과하는 패스너들을 효율적으로 구동하도록 구성되어 있다. 도 1a 내지 도 1d에 도시된 토크 전달 드라이버(20)는 3개의 서로 다른 크기의 패스너 홈부에 효율적으로 맞물려 구동하도록 작동가능하지만, 토크 전달 드라이버(20)는 원하는 복수의 패스너 홈부 크기 및 패스너 크기에 맞게 구성될 수 있다. 토크 전달 드라이버는 통상적으로 2개 내지 4개의 서로 다른 패스너 구동면에, 예컨대, 후술하는 바와 같은 홈부 또는 돌출부에, 효율적으로 맞물려 구동할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 토크 전달 드라이버(20)는 제 1 단부(62)와 제 2 단부(64)를 가진 본체(60)를 포함한다. 제 1 단부(62)는 전동 드라이버, 수동식 드라이버 핸들, 드릴 모터 또는 원하는 다른 토크 발생원와 같은 토크 발생원으로부터 토크를 수득 및 전달하도록 구성된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 단부(64)는 제 1 단부(62)에 대향하며, 도 2에 "A"로 나타낸 회전축을 중심으로 일련의 6개의 로브(70)와 트로프(72)를 가진 테이퍼형 비트(66)를 포함한다. 6개의 로브(70)와 트로프(72)는 도 2에 도시된 바와 같이 회전축으로부터 15°내지 45°의 테이퍼 각도(θ)를 가지며 회전축을 중심으로 대칭적으로 배열된다. 하나의 응용예에서, 테이퍼 각도(θ)는 약 35°이다. 대안적으로, 테이퍼 각도(θ)는 약 40°이다. 또 다른 응용예에서, 테이퍼 각도(θ)는 25°내지 40°사이의 각도로부터 선택된다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 토크 전달 드라이버(20)는 6-로브 드라이버이다. 하나의 대안으로서, 토크 전달 드라이버(20)와 대응하는 패스너는 도 11에 단면으로 예시된 5-로브 토크 전달 시스템을 포함할 수 있거나, 도 12에 단면으로 예시된 4-로브 토크 전달 시스템을 포함할 수 있다. 일 응용예에서, 주요 나사산 직경이 약 0.039인치(1.0㎜) 미만인 소형 패스너는 4-로브 토크 전달 시스템을 사용할 수 있다. 대안적으로, 주요 나사산 직경이 약 0.063인치(1.6㎜) 미만인 소형 패스너는 4-로브 토크 전달 시스템을 사용할 수 있다. 다른 응용예에서, 주요 나사산 직경이 약 0.039인치(1.0㎜) 미만인 소형 패스너는 5-로브 토크 전달 시스템을 사용할 수 있다. 다른 대안으로서, 주요 나사산 직경이 약 0.063인치(1.6㎜) 미만인 소형 패스너는 5-로브 토크 전달 시스템을 사용할 수 있다.
도 4에 도시된 단면과 같은 테이퍼진 비트(66)를 통과하는 임의의 단면에서, 각각의 로브(70)의 최외곽 선단은 로브 외경(74)을 형성하며, 및 각각의 트로프(72)의 루트는 내경(76)을 형성한다. 로브 외경(74)의 반경과 내경(76)의 반경 간의 차이가 로브 높이(78)이다. 또한, 각각의 로브는 폭(80)을 갖는다. 비트(66)가 제 2 단부를 향하여 테이퍼질 때, 각각의 로브는 테이퍼진 높이와 폭을 갖는다. 각각의 테이퍼진 로브에 있어서, 각각의 로브가 축을 따라 테이퍼질 때, 로브의 높이에 대한 폭의 비율은 각각의 로브에 대해 실질적으로 동일하다.
본체(60)는 전동 드라이버와 같은 토크 발생원에 장착되거나 맞물리도록 작동가능한 길이와 단면 크기를 가진 육각형 섕크일 수 있다. 예컨대, 일반적인 응용예에서, 본체는 5/16인치의 육각형 단면을 가질 수 있다. 대안적으로, 본체(60)는 1/4인치의 육각형 단면을 가질 수 있다. 본체(60)는 응용예를 위해 필요한 토크 발생원에 대응하는 원하는 임의의 단면 형상과 크기를 가질 수 있다. 대안적으로, 본체는 토크 발생원의 대응하는 맞물림부를 수용하기 위한 소켓(미도시)을 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5의 예에서, 각각의 로브(70)와 각각의 로브(70)의 적어도 한 측면의 트로프(72) 사이의 전이부는 외부 전이 반경(94)과 내부 전이 반경(96) 사이로 연장하는 구동측 전이부(82)를 형성한다. 구동 각도(α)는 도 5에 도시된 바와 같이 회전축(A)으로부터 연장하여 내부 전이 반경(96)에 접하는 방사상 라인(98)과 구동측 전이부(82) 사이에서 측정된다. 구동측 전이부(82)는 드라이버로부터 패스너로 토크를 전달하기 위해 대응하는 패스너 표면에 맞물리도록 구성된다. 구동측 전이부는 통상적으로 로브 높이의 약 20% 내지 약 60% 이다. 대안적으로, 구동측 전이부는 로브 높이의 약 10% 내지 약 80% 이다. 다른 대안으로서, 구동측 전이부는 로브 높이의 약 20% 내지 약 40% 이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 구동측 전이부(82)는 0°내지 5°의 구동 각도(α)를 형성한다. 대안적으로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 각각의 로브와 각각의 로브(70)의 적어도 한 측면의 트로프 사이의 전이부는 음의 구동 각도를 가진 구동측 전이부(82)를 형성하며, 상기 구동 각도(α)는 0°내지 -10°이다. 하나의 응용예에서, 구동 각도(α)는 -2°내지 -10°이다. 대안적으로, 구동 각도(α)는 -3°내지 -10°이다. 다른 대안으로서, 구동측 전이부는 0°내지 -3°의 구동 각도를 형성할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 양의 구동 각도는 외측으로 경사진 구동측 전이부 표면으로서 정의되며, 상기 표면으로부터 수직하게 연장된 라인은 내경(76)으로부터 멀어지거나 내경 외측을 향하여 연장된다. 역으로, 음의 구동 각도는 내측으로 경사진 구동측 전이부 표면으로서 정의되며, 상기 표면으로부터 수직하게 연장된 라인은 내경(76)을 향하거나 내경 내측을 향하여 연장된다. 제로 구동 각도는 로브의 내경 및/또는 외경의 접선에 대해 평행한 구동측 전이부 표면에 대해 수직한 라인을 제공한다. 통상적으로, 패스너 구동 각도는 면대면 접촉을 제공하도록 비트 구동 각도와 거의 동일하다. 대안적으로, 원하는 바에 따라 패스너와 드라이버 사이에 틈새를 제공하기 위해, 패스너 구동 각도가 비트 구동 각도보다 크거나 작을 수 있다.
테이퍼진 드라이버(20)는 암수 맞물림으로 패스너에 있는 대응하는 구동면을 구동하도록 작동가능하다. 도 8 내지 도 10에 도시되고 상술한 바와 같은 하나의 응용예에서, 패스너(36)는 구동 단부(86)와 리드 단부(88)를 갖는다. 구동 단부(86)는 토크 전달 드라이버와 맞물리도록 작동가능하며, 리드 단부(88)는, 예컨대, 나사산으로, 패스너를 조이도록 작동가능하다. 구동 단부(86)는, 회전축으로부터 15°내지 45°의 테이퍼진 구동면(γ)을 갖고 회전축을 중심으로 일련의 5개 또는 6개의 패스너 로브(90)와 패스너 트로프(92)를 포함하는 구동면(40)을 갖는다. 패스너 로브(90)와 패스너 트로프(92)는 드라이버 상의 유사한 형상과 테이퍼를 가진 대응하는 구동면에 맞물리도록 작동가능하다. 각각의 패스너 로브(90)는 테이퍼지는 높이와 폭을 가지며, 로브 높이에 대한 폭의 비율은 일정하다. 패스너 홈부에서, 로브(90)는 드라이버 상의 드라이버 트로프(72)와 맞물리도록 홈부 속으로 돌출되어 있다. 마찬가지로, 드라이버 상의 드라이버 로브(70)는 패스너 홈부의 패스너 트로프(92)와 맞물린다.
다른 대안으로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 패스너 구동면(40)은 드라이버(미도시)에 있는 대응하는 홈부에 맞물리기 위해 4개, 5개 또는 6개의 로브와 트로프로 이루어진 돌출부를 포함한다. 이는 도 9에 도시된 바와 같은 패스너의 홈부에 대응하는 드라이버 비트의 구동면을 설명하고 있는 본원에서의 논의와 인용이 도 13에 도시된 바와 같은 패스너 상의 돌출부와 같은 구동면에도 적용된다는 의미이다. 마찬가지로, 도 9에 도시된 바와 같은 패스너의 홈부의 구동면을 설명하고 있는 본원에서의 논의와 인용이 도 13에 도시된 바와 같은 패스너 상의 돌출부를 구동하는 데 사용하기 위한 드라이버의 홈부의 구동면에도 적용된다.
로브와 트로프는 적어도 도 9에 "P"로 표시된 바닥 평면까지 홈부 속으로 테이퍼진다. 본원에서 사용된 바와 같이, 바닥 평면(P)은 대응하는 드라이버가 홈부 속으로 삽입될 수 있는 대략적인 깊이이다. 바닥 평면(P) 아래에서, 홈부의 바닥은 원추형, 반구형, 반구상체, 평면, 또는 홈부를 형성하기 위해 원하는 바에 따른 임의의 다른 원호형 또는 각진 형상일 수 있다. 바닥 평면(P)으로부터, 홈부의 단면 로브 형상은 테이퍼 각도(γ)를 가지며 패스너 홈부의 상단을 향하여 외측으로 테이퍼진다. 홈부의 테이퍼 각도(γ)는 드라이버의 테이퍼 각도(θ)와 거의 동일할 수 있다. 대안적으로, 홈부의 테이퍼 각도(γ)는 제조 공차 때문에 드라이버의 테이퍼 각도(θ)보다 약간 클 수 있다. 다른 대안으로서, 홈부의 테이퍼 각도(γ)는 드라이버의 테이퍼 각도(θ)보다 0.5°내지 5°더 클 수 있다. 일례로서, 홈부의 테이퍼 각도(γ)는 35°내지 36°로 특정될 수 있으며, 드라이버의 테이퍼 각도(θ)는 34°내지 35°로 특정될 수 있고, 여기서, 명목상 홈부의 테이퍼 각도(γ)와 드라이버의 테이퍼 각도(θ)는 35°이다. 그러나, 홈부의 테이퍼 각도(γ)와 드라이버의 테이퍼 각도(θ)는 원하는 바에 따라 회전축으로부터 15°내지 45°사이의 임의의 각도일 수 있다.
하나의 토크 전달 드라이버(20)가 복수의 서로 다른 크기의 패스너(32, 34, 36)를 구동하기 위해 작동할 수 있도록 하는 체결 시스템이 제공될 수 있다. 테이퍼진 드라이버(20)는 비트(66)의 크기가 동일한 두 가지 이상의 크기가 다른 패스너를 구동하도록 구성될 수 있다. 도 1a 내지 도 1d의 예에서, 테이퍼진 비트의 리드 단부는 제 1 테이퍼부의 크기에 대응하는 패스너를 맞물도록 작동가능한 제 1 테이퍼부(52)를 형성하는 단면 크기를 갖는다. 제 2 테이퍼부(54)는 제 1 테이퍼부보다 큰 단면 크기를 가지며 테이퍼진 비트 상에서 제 1 테이퍼부(52)에 인접한 위치에 배치될 수 있다. 제 2 테이퍼부(54)는 제 2 테이퍼부의 크기에 대응하는 패스너를 맞물도록 작동가능하다. 마찬가지로, 제 3 테이퍼부(56)는 제 3 테이퍼부의 크기에 대응하는 패스너를 맞물도록 작동가능하며 제 2 테이퍼부(54)에 인접하여 배치된다. 예컨대, 하나의 드라이버가 연관된 크기의 6, 8 및 10 스크류들을 구동하도록 구성될 수 있으며, 비트의 제 1 테이퍼부(52)는 #6 스크류에 적용되고, 제 2 테이퍼부(54)는 #8 스크류에 적용되며, 제 3 테이퍼부(56)는 #10 스크류에 적용된다. 다른 대안으로서, 하나의 드라이버가 연관된 크기의 8, 10 및 12 스크류들을 구동하도록 구성될 수 있으며, 다른 드라이버는 연관된 크기의 1/4인치, 5/16인치 및 3/8인치 스크류들을 구동하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 드라이버는 드라이버에 연관된 복수의 소형 패스너, 예컨대, #0 및 #1 패스너 또는 그보다 작은 패스너를 구동하도록 구성될 수 있다. 드라이버는 원하는 바에 따라 2개 이상의 순차적 크기의 연관된 패스너들을 구동하도록 구성될 수 있다.
크기가 다른 복수의 패스너(32, 34, 36)들을 구동하는 하나의 드라이버(20)를 위해, 각각의 패스너는 드라이버에 대응하는 구동면(40)을 가지며, 구동면의 다양한 크기는 크기와 형상이 실질적으로 동일한 적어도 하나의 단면을 갖는다. 구체적으로, 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 바닥 평면(P)에서 홈부(42, 44, 46)의 단면의 크기와 형상은 원하는 드라이버 비트(20)와 연관된 각각의 패스너에 대해 거의 동일하다. 또한, 제 2 단부(64)에서 드라이버(20)의 대응하는 단면 크기와 형상은 바닥 평면(P)에서 패스너의 크기 및 형상과 거의 동일하다. 어떤 응용예에 있어서, 드라이버가 홈부에 대해 용이하게 삽입되거나 제거될 수 있도록, 제 2 단부(64)에서 드라이버(20)의 단면 크기와 형상은 바닥 평면(P)에서 패스너의 크기 및 형상보다 작다. 대안적으로, 드라이버와 패스너 간의 간섭으로 인해 패스너가 드라이버에 해제가능하게 부착되도록 함으로써 조립자가 드라이버에 패스너를 유지할 필요가 없도록, 제 2 단부(64)에서 드라이버(20)의 단면 크기와 형상은 바닥 평면(P)에서 패스너의 크기 및 형상보다 약간 더 크다.
패스너의 구동면과 그에 대응하여 구성된 비트 구동면은 드라이버 비트로부터 패스너로 토크가 잘 인가될 수 있도록 하기에 충분한 맞물림 깊이로 패스너의 구동면이 대응하는 비트 구동면에 맞물리도록 구성된다. 예컨대, 주요 나사산 직경이 약 0.039인치(1.0㎜) 미만인 소형 패스너는 0.010인치(0.25㎜) 미만인 구동면의 유효 맞물림 깊이를 가질 수 있다. 예컨대, 주요 나사산 직경이 약 0.236인치(6.0㎜)를 초과하는 대형 패스너의 경우, 유효 맞물림 깊이는 0.06인치(1.5㎜) 이상일 수 있다.
임의의 대형 패스너의 응용예에서, 테이퍼진 패스너의 구동면과 연관된 드라이버는 전통적인 냉간 압조 및/또는 기계 가공 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 그러나, 소형 패스너는 높은 정밀도를 요구하는 경향이 있다. 하나의 응용예에서, 패스너의 구동면은 스탬핑에 의해 패스너에 양각 또는 음각될 수 있다. 어떤 응용예에서, 예컨대, 주요 나사산 직경이 약 0.039인치(1.0㎜) 미만이거나, 대안적으로, 주요 나사산 직경이 약 0.063인치(1.6㎜) 미만인 소형 패스너를 위해, 드라이버는 방전 가공(EDM) 또는 전해 가공(ECM)에 의해 제조될 수 있다. 임의의 적당한 기하학적 구조를 위해 호빙(hobbing)이 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
본 발명의 토크 전달 드라이버는 원하는 응용예에 따라 스틸 또는 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 하나의 대안으로서, 스틸은 원하는 경화능 및 강도에 따라 AISI S2, 6150, 8650, 8660과 같은 중탄소강, 또는 다른 공구강 조성물 또는 합금강 조성물이다. 중탄소강은, 드라이버가 제조된 후, 경화될 수 있다. 토크 전달 드라이버가 형성된 후, 스틸 드라이버는 58 내지 62 HRC의 경도로 경화될 수 있다. 대안적으로, 스틸 드라이버는 52 HRC를 초과하는 경도로 경화될 수 있다.
전술한 바와 같이, 예컨대, 도 3에 도시된 드라이버의 로브(70)는, 비트(66)가 테이퍼질 때, 테이퍼진다. 이 실시예들에서, 단면 비트(도 2 내지 도 4 참조)의 크기가 감소될 때, 트로프(72)에 대한 로브(70)의 비율은 실질적으로 동일하게 유지될 것이다. 로브가 테이퍼져 있기 때문에, 패스너로부터 드라이버 로브에 대해 가해지는 도 14a에 "FR"로 개략적으로 나타낸 반력은 리프트 각도(β)를 포함한다. 반력(FR)은 패스너 구동시 패스너 홈부에서 드라이버의 맞물림을 저감하며 드라이버(20)를 들어올리는 경향이 있는 방향으로 도 14a에 "FV"로 개략적으로 나타낸 드라이버 축을 따르는 성분을 포함한다. 이러한 과정이 "캠 아웃"으로서 공지되어 있으며, 구동 토크가 증가하면 분력(FV)이 증가하기 때문에, 분력(FV)에 반대되는 힘이 가해지지 않으면, 드라이버는 패스너 홈부로부터 멀어지는 방향으로 들어올려질 수 있으며, 어떤 경우에는, 드라이버가 패스너 홈부로부터 분리되기에 충분할 정도로 들어올려질 수 있다.
본 발명의 패스너 시스템은 캠 아웃을 방지하며, 어떤 응용예에서는, 캠 아웃을 유발하는 힘을 저감하는 것이 바람직할 수 있다. 도 14b에 도시된 일례에서,드라이버(66')의 구동면(102)은 변형될 수 있으며, 후단면(104)은 전술한 바와 같이 테이퍼질 수 있다. 구동면(102)은 도 14b에 도시된 바와 같이 드라이버의 회전축에 대해 실질적으로 평행할 수 있으며, 제조 공차에 따라 리프트 각도(β)를 0°또는 그 근처의 각도로 줄일 수 있다. 하나의 대안으로서, 구동면(102)에서의 리프트 각도(β)는 0°내지 2°사이일 수 있다. 리프트 각도는 드라이버를 통해 패스너에 토크가 인가될 때 부여되는 수직력의 양을 줄이도록 선택될 수 있다. 토크 요구가 증가함에 따라, 리프트 각도는 0°또는 그 근처의 각도로 되는 것이 바람직할 수 있다. 토크가 낮은 구성에서는, 본원에 의해 결정된 바와 같이, 리프트 각도가 높게 제한될 필요가 없을 수 있다. 구동측 각도가 거의 제로인 도 14b에 도시된 구성에서, 대응하는 홈부를 구비한 패스너를 조이기 위해 드라이버가 사용될 때 리프트 각도(β)는 거의 제로가 될 것이며, 조이는 도중 캠 아웃될 가능성이 감소된다. 패스너를 느슨하게 하기 위해 도 14b에 도시된 드라이버가 사용되면, 패스너의 제거를 구동하는 후단면(104) 상의 리프트 각도는 제로보다 클 수 있다. 패스너는 패스너를 장착 및 제거하기 위한 별도의 드라이버들을 수용하도록 설계될 수 있으며, 이는 변형 억제 응용예에 대해 바람직할 수 있다.
도 14b에 도시된 드라이버(66')는 패스너 홈부에 있는 로브의 대응하는 구동측이 덜 테이퍼질 수 있도록 하여, 패스너의 로브에 물질의 양을 증대시켜 패스너를 더 강하게 만든다. 패스너 로브에 추가된 물질은 드라이버와 패스너 간의 토크 차이가 양적으로 가까워지도록 할 수 있으며, 이에 따라, 캠 아웃을 억제하고 드라이버의 수명을 개선하는데 더 도움이 된다.
도면과 이상의 상세한 설명에 본 발명을 도시하고 구체적으로 설명하였으나, 이는 성격상 예시적인 것이며, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 하고, 단지 바람직한 실시예를 나타내고 기술하였으며, 본 발명의 사상에 속하는 모든 변경과 변형을 첨부된 특허청구범위와 그 등가물로 보호하고자 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (10)

  1. 토크 전달 드라이버이며,
    제 1 단부와 제 2 단부를 가진 본체를 포함하며,
    상기 제 1 단부는 토크 발생원으로부터의 토크를 수득 및 전달하도록 구성되고,
    상기 제 2 단부는 상기 제 1 단부에 대향하며, 서로 다른 크기의 복수의 패스너들에 있는 유사한 형상과 테이퍼를 가진 홈부에 대응하는 테이퍼형 비트를 포함하고,
    상기 테이퍼형 비트는 제 1 토크 방향에 대응하는 구동면을 포함하며, 상기 구동면은 2°미만의 리프트 각도로 대응하는 테이퍼진 패스너 표면에 맞물리도록 구성된,
    토크 전달 드라이버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단부는 연속적으로 테이퍼진,
    토크 전달 드라이버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동면은 테이퍼형 비트의 반경 방향에 대해 거의 평행한,
    토크 전달 드라이버.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 비트는 상기 구동면과 제 2 토크 방향에 대응하는 후단면을 포함한 복수의 로브를 포함하는,
    토크 전달 드라이버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동면과 상기 후단면 사이의 거리는 테이퍼형 비트의 테이퍼를 따라 감소하는,
    토크 전달 드라이버.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 비트의 테이퍼는 대응하는 패스너 홈부의 테이퍼와 다른,
    토크 전달 드라이버.
  7. 축을 중심으로 점진적으로 테이퍼지는 직경을 갖는 중심 샤프트를 포함하고, 패스너에 토크를 인가하기 위해 복수의 다양한 크기의 패스너에 맞물리도록 구성된 드라이버이며,
    상기 패스너의 홈부에 맞물리기 위한 로브형 프로파일을 포함하고, 상기 로브형 프로파일은 복수의 로브를 가지며, 각각의 로브는 구동측과 후단측을 갖고,
    상기 각각의 로브의 구동측은 상기 점진적으로 테이퍼지는 직경을 따라 거의 일정한 반경 방향 위치에 배치되며,
    상기 각각의 로브의 구동측은 감소된 리프트 각도로 패스너에 맞물림으로써 캠 아웃을 줄이는,
    드라이버
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동측과 후단측 사이의 거리는 점진적으로 테이퍼지는 직경을 따라 감소하는,
    드라이버.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동측에서 상기 리프트 각도는 0°내지 2°사이인,
    드라이버.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동측에서 상기 리프트 각도는 0°내지 1°사이인,
    드라이버.
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