JPH0735122A

JPH0735122A - 周方向スロット形状の凹みを具えたねじ及びそのための駆動工具

Info

Publication number: JPH0735122A
Application number: JP6052584A
Authority: JP
Inventors: Frank J Cosenza; フランク・ジェイ・コセンザ
Original assignee: VSI Corp; Bai Corp
Current assignee: Bai Corp; Shared Technologies Fairchild Telecom Inc
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1995-02-03
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: EP0636799B1; CA2113387C; DE69418543D1; ES2133516T3; IL108361A; EP0636799A1; KR950002929A; JP3549917B2; US5366330A; IL108361A0; KR100302520B1; DE69418543T2; CA2113387A1

Abstract

(57)【要約】【目的】変形が生じにくいねじの駆動用凹み形状とそ
の形状に適合するねじ駆動工具を提供すること。【構成】ねじ頭部１２は、頭部１２に形成されている
一対の周方向の凹み１６，１８を有し、各凹み１６，１
８にある棚２４は、頭部表面から下方にわずかに離れて
位置し、所定の角度だけ周方向に延びている。棚２４の
寸法は、工具３０の通常の使用においては、ねじの頭部
１２の表面に材料が盛り上がってぎざぎざになるのが防
止されるように、ねじの材料に対応して調整することが
できる。凹み１６，１８の駆動角度は０度である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、凹みのあるねじ頭部に
関するものであり、特に、周径方向のスロット形状を有
するねじ頭部で、各スロット形状が、頭部表面より下に
形成される棚を有するものに関する。

【０００２】

【従来技術及びその課題】ドライバーのための凹みのあ
る従来技術のねじ(fastener)は、取り付けや取り外しの
時にかかるトルク負荷が弱い場合、又、ねじの材料が高
強度のレベルであるならば、充分に機能する。しばし
ば、負荷が大きい場合に、繰り返し使用すると、凹みが
いくらか歪んだり、或いは、凹みの材料が強制的に移動
させられるという現象が生じる。しかしながら、同様の
凹みが、加工しやすい柔らかい材料で造られている場合
は、一回だけ、ねじとして使用しても、ねじ頭部の表面
の凹みの形状がくずれたり、盛り上がってぎざぎざ(bur
r)が生じたりすることがある。駆動工具を繰り返し使用
すると、ねじの凹みはしばしば変形、破壊され、ついに
は、使用不能となる。凹みの変形は、凹みとねじの表面
頭部の接合部に通常発生するものであり、盛り上がった
材料により凹みの縁が変形することによって明らかにな
る。この盛り上がった材料は、航空力学的(aerodynami
c)平滑さの観点から受け容れられないものであるととも
に、見栄えも悪く、ねじを取り付けるときに、当該部分
に触れる作業員の手に傷を負わせるような結果にもな
る。

【０００３】どのような材料でも、負荷がその降伏強度
を超えれば、或る程度は変形するが、あらゆる材料に対
して負荷が一定であるならば、柔らかい材料が、硬い材
料より容易に変形してしまうことは明白である。現在入
手できるねじの駆動凹みは、凹みの変形を最小にするよ
うにねじ材料の強度を考慮に入れることなく、硬軟の材
料に対して全く同一の形状になっている。別のタイプの
凹みでは、取り付け工具は、相手となる凹みに挿入され
る。トルクが作用すると、工具の駆動表面と凹みの面と
の間に作用・反作用の関係が生じる。トルクが増大し、
ねじが回されるにつれて、連続的に加えられるトルクが
凹みの上面を変形させる。変形の理由は、この部分こ
そ、全く支持されていない最も弱い箇所であり、材料の
移動が生じやすい部分であるということにほかならな
い。

【０００４】ところで、従来技術のねじ凹みは、１５度
から９０度の範囲の駆動角度を有するものが多い。駆動
角度は、ドライバーによって凹みのねじ材料に伝えられ
る合成力の方向である。例えば、六角穴に係合する工具
は、商業上よく使われているが、６つの外部角部を有す
る。これらの角部が、六角穴に係合すると、加えられる
トルクは、ねじり方向と径方向の間に分けられる。六角
穴に対する駆動角度は６０度になり、これでは、所望の
接線方向よりも、径方向に負荷が働いてしまう。この六
角の駆動角は、凹みに対して径方向の力をより増加させ
ることが明らかで、このことにより、特により柔らかい
材料では、変形が容易に起きてしまう。２つを越える駆
動面を有する凹みは、駆動工具と凹みの公差及び同心性
の問題がある。従って、寸法、角度、同心性等におい
て、僅かの不一致や誤差がある場合、駆動工具の一部
が、凹みの一部にしか当たらないということになる。こ
のことは、工具の早期破損の原因となる。何故なら、負
荷が凹みの一部のみに集中し、凹みを変形させてしまう
からである。

【０００５】特殊な外形の凹みを有する従来技術のねじ
の実例は、Gutshallの米国特許第4,202,244号に開示さ
れている。この特許は、十字形、及び各１／４スロット
の間に、ソケット部の約７５％の周辺を取り囲む環状
溝、すなわち、凹みを開示しており、一般的なプラスの
ドライバー又はマイナスのドライバーで作動できるよう
に作られている。この特許に記載される凹みは、上述の
欠点を有している。一方、ねじの頭部にぎざぎざの形成
を防ぐ技術は、Lejdegardの米国特許第3,969,974号に開
示されている。外側のねじり面に形成される平面が、外
側のシリンダー面にぎざぎざを形成する替わりに、変形
金属を平面上に盛り上げることを可能にしている。

【０００６】それ故望まれることは、ねじ頭部の表面に
発生するぎざぎざを最小にすることができる新しいねじ
の凹みを具えることであり、この場合、凹みの駆動角
は、工具に対する径方向力負荷と変形を最小にするた
め、事実上、０度にして、且つ、工具の駆動面の数を少
なくして、公差と同心性の問題を最小にすることが望ま
れる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ねじの内部に
凹みを具え、硬軟何れの材料の場合でも、大きなトルク
に対しても変形に抵抗するねじ頭部を提供するものであ
る。凹みや隣接する面の変形を防ぐために、段、すなわ
ち、棚が設けられており、柔らかい材料の場合、若干の
変形は許容するとしても、ぎざぎざがねじ頭部にまで盛
り上がらないように制限している。棚は、ねじの頭部面
から軸方向にわずか下がって設けられている。棚は、角
度方向に延びているが、その程度は、材料の降伏強度の
関数として決定される。棚の寸法は、所定の負荷の下
で、どの程度降伏、すなわち変形するかに関して数理
的、実験的に決定される。従って、ねじ材料の降伏強度
がこの棚の長さを決定する。結果として、高強度の材料
の場合、棚は小さくなるが、弱い強度であると棚は大き
くなる。本発明の棚を設けることにより、ねじの材料
は、ねじ頭部の表面のわずか下側で、スロットの端部か
ら或る角度を持って水平に延びるところには存在しなく
なる。頭部に形成される各径方向スロットは、その両端
から延びる棚を具えている。トルクが作用すると、材料
の変形、すなわち、移動は、ねじ頭部の下側に拘束さ
れ、表面には出てこない。この場合、棚の角度は９０度
である必要はなく、より大きい角度であっても、或い
は、Ｒが付けられたコーナーでもよいことに注目すべき
である。実験室外でよくあることであるが、挿入と取り
外しの双方において、工具の角度が合わないことにも対
応することができる。特に、現場で使用する場合、駆動
凹みに対するアクセスはいろいろな角度位置があり、無
理なアクセスは歪みを大きくし、結果的に、凹みが変形
したり、工具を壊したりする。

【０００８】凹みに対する好ましい駆動角度は０度であ
り、かくして、柔らかいねじ材料での工具の変形の可能
性を最小にし、従来技術の凹みの径方向負荷をなくする
ことができる。本発明による凹みの形状は、段の直角部
分に、負荷を充分に伝える。この棚の直角部分は、ねじ
の中心から径方向に位置している。トルク負荷が凹みに
作用しても、負荷は径方向の外側にも内側にも伝達され
ない。それは、いわゆる「偶力」(couple)として作用
し、トルクは全て回転方向に伝達され、他の方向に分散
されない。もうひとつの著しい特徴は、この凹みがねじ
の取り付けと取り外しの双方において、トルクを平等に
平均化するということである。この凹みは、トルクの作
用面が２つしかないので、全てのトルク負荷が自動的に
平均的に分配されるのである。本発明は、上述のように
内部に凹みを有するねじの取り付けや取り外しに使用で
きるように設計された特別な工具も提供する。以上に説
明した、棚形状を持った周方向の凹みを有するねじは、
低コストで、凹みに生じるぎざぎざを最小にするので、
工具の変形も防止され、且つ、径方向負荷を最小にし、
工具のミスアラインメントを補償するように、駆動角度
は０度になっている。

【０００９】

【実施例】図１から図３を参照すると、ねじのようなフ
ァスナー１０は、平らな表面１３を具えた頭部１２と、
ねじが切られたシャンク部１４からなる。頭部１２は、
２つの周方向に延びる凹み、すなわち、スロット１６と
１８を具え、それらはねじ１０の軸２３の周りに幾何学
的な鏡像関係にある。各凹みの中には、段、すなわち、
棚が形成されている。その段は、好ましくは、縦軸２３
に平行な方向に延びる実質的に垂直な面部２２と、水平
面部２４と、第２の垂直面部２６からなり、この第２の
垂直面部２６もねじ１０の縦軸に平行な方向に延び、面
１３と共平面上の円弧状部２７で終端している。好適実
施例では、部分２６は、頭部１２の表面１３から下方へ
予め定められた距離だけ延びている。水平部分２４は、
垂直部分２２から予め定められた距離ｘだけ周方向に延
びており、この距離ｘは、ねじ１０の降伏強度の関数と
して決められる。この棚の長さｘは、所定の負荷の下
で、この部分がどの程度降伏、すなわち、変形するかに
基づいて、数理的に、且つ、実験的に決定される。要す
るに、ねじ１０の材料の降伏強度が、長さｘを決定す
る。結果として、ねじ１０が高強度の材料でつくられる
ならば、長さｘは小さく、弱い材料でつくられるなら
ば、ｘは大きくなる。

【００１０】例えば、ねじ１０の材質が高強度であるな
らば、ｘは、ねじ直径の約１％から約５％の範囲内が好
ましく、弱強度であるならば、ｘは、ねじ直径の約６％
から１５％以内が好ましい。

【００１１】本発明の棚を設けることにより、ねじの材
料は、ねじ頭部１２の表面１３のわずか下側で、スロッ
ト１６と１８の端部から或る角度を持って水平に延びる
ところには存在しなくなる。トルクが、工具３０（図
７）により与えられると、結果として生じる変形、すな
わち、材料の動きは、ねじ頭部１２の表面より下で起き
ることになる。棚部２４は、図８Ａに示されるように、
ねじ１０の縦軸に対して直角、すなわち、９０度である
必要はなく、９０度より大きい角度（図８Ｂ）、又はＲ
が付けられたコーナー（図８Ｃ）であってもよいことに
注目すべきである。実験室外でよく起きることである
が、工具の挿入と除去の双方において、工具が角度的に
凹みに適合しないことに対しても、本発明の棚は、抵抗
することができる。特に現場で使用する場合には、凹み
に対するアクセスは、いろいろな角度位置があり、無理
なアクセスは歪みを大きくし、結果的に凹みが変形した
り、工具を壊したりする。

【００１２】図２を参照すれば、スロット１６の凹みの
垂直面２２は、円の中心、すなわち、ねじの直径から見
て、径方向の線として位置している。そして、図２から
わかるように、径方向反対側にある他のスロット１８の
垂直面２２が同一直径方向の線の上にある。工具３０が
面２２と係合すると、作用する負荷は接線方向となる。
結果として、本発明の構造は、スロット１６と１８の周
方向の壁部に対して如何なる負荷も働かせない。実際、
このように駆動角度を０度にして、従来技術の凹みに見
られる典型的に高い径方向負荷を防止すると、そのこと
が、より柔らかい材料の場合でも、変形の生じる可能性
を最小にする。そして、トルクが、すべて、いわゆる偶
力として回転方向に作動し、どこにも分散することがな
い。本発明の凹みは、ねじの取り付けの場合も、取り外
しの場合も、同等に、トルクのバランスを保つことがで
きる。特に、実際の作動に際して使用されるのは、２つ
の面でしかないので、すべてのトルク負荷が、自動的
に、平等に配分されることになる。各凹み１６と１８の
深さ、すなわち、面１３から底部２７までの深さは、所
望のトルク負荷、ねじの材料及びサイズに応じて、約
０．３から９．０ミリの範囲が望ましい。

【００１３】図４乃至７に示す工具３０は、図１乃至図
３に図示されている凹み１６と１８を具えたねじを取り
付けたり、取り外すためのものである。工具３０の係合
部分は、周方向に延びる延長部４０と４２を有し、それ
らは、図７に図示されるように、ねじ１０の取り付けや
取り外しをするために、対応する周方向の凹み１６と１
８に挿入される。

【００１４】取り付けや取り外しをしている間、全ての
駆動トルクが直角壁面２２に対して作用する。強制的に
上向きに動かされる材料があったとしても、それは、移
動させられる材料が頭部１２の表面１３でぎざぎざを形
成しないように、水平な段部２４の上に盛り上がること
になり、結局、凹みの内部において盛り上がることにな
る。従って、航空力学的な面の平滑さが妨げられること
がない。しかも、ｘの寸法が変わっても、凹みのそれぞ
れのサイズに対して、１種類の工具だけでよいという特
徴をもっている。さらに重要なことは、棚の寸法ｘを正
しく選択することにより、ねじ材料の最終的強度に拘ら
ず、ぎざぎざの形成を最小にすべく、単一の凹み形状を
利用することができるということである。取り付けをし
ている間工具に加えられるトルク負荷が、凹みの安全係
数より大きいならば、延長部４０と４２の方が降伏して
しまい、ねじ頭部の表面にぎざぎざが生じないことが保
証される。

【００１５】以上に説明した、棚形状を持った周方向の
凹みを有するねじは、低コストで、凹みに生じるぎざぎ
ざを最小にするので、工具の変形も防止され、且つ、径
方向負荷を最小にし、且つ、工具のミスアラインメント
を補償するように、駆動角度は０度になっている。

【００１６】好適実施例に関して本発明を説明したが、
本発明の真の意図と範囲から逸脱せずに色々な変化や、
均等物の置き換えができることは当業者には理解される
であろう。加えて、本質的な開示事項から逸脱すること
なく、特別な状況に適合させたり、他の材料を使用する
ことで、多くの変更をなすことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による凹みを具えているねじ頭部の斜
視図。

【図２】図１のねじの平面図。

【図３】図２の３−３線から見た正面図。

【図４】本発明に従ってつくられた工具の斜視図。

【図５】図４の工具の平面図。

【図６】図５の６−６の線から見た正面図。

【図７】工具とねじ頭部の凹みの係合を示す部分的断
面図。

【図８】Ａ，Ｂ，Ｃは、凹みの棚の異なる形状例を示
す部分断面図。

【符号の説明】

１０ねじ１２ねじ頭部１６，１８凹み（スロット）２４棚３０工具

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】その頭部に第１の凹みが、該凹みに係合
させるための手段を具えた工具を受け入れるように形成
されているねじにおいて、前記第１の凹みが周方向の第
１の壁部と、該第１の壁部から離れた第２の周方向の壁
部と、前記ねじの軸方向に実質的に平行な方向に前記ね
じ頭部の表面から第１の所定の距離だけ延びる第１と第
２の端壁部と、前記ねじの軸方向に実質的に平行な方向
に第２の所定の距離だけ延びる第３と第４の端壁部、及
び前記頭部平面と共平面の方向に所定の径方向距離だけ
延びる棚部とからなり、該棚部は、前記第１と第２の壁
部を第３と第４の壁部にそれぞれ接続させていることを
特徴とする、凹みを具えたねじ。
【請求項２】前記第１と第２の壁部の間及び第３と第
４の壁部の間で前記第１の凹みに入る駆動端部を具えた
工具が、該工具とねじとの間で摩擦係合する、請求項１
のねじ。
【請求項３】前記凹みの駆動角度が実質的に零度であ
る、請求項１のねじ。
【請求項４】前記ねじが、前記第１の凹みから離間
し、それと同一形状で鏡像関係になるような第２の凹み
を有する、請求項１のねじ。
【請求項５】前記ねじが第１の降伏強度の材料からな
り、前記棚部の周方向長さがｘである、請求項１のね
じ。
【請求項６】前記ねじが前記第１の降伏強度より大き
い第２の降伏強度の材料からなり、前記棚部の周方向距
離がｙで、ｙがｘより小さい、第５項のねじ。
【請求項７】前記ねじが前記第１の降伏強度より小さ
い第２の降伏強度の材料からなり、前記棚部の周方向距
離がｙで、ｙがｘより大きい、第５項のねじ。
【請求項８】前記第１の凹みの第３の壁部が第２の凹
みの第３の壁部と同一のねじ中央線上にあり、さらに、
前記第１の凹みの第４の壁部が第２の凹みの第４の壁部
と同一のねじ中央線上にある、第４項のねじ。
【請求項９】前記棚部の縁が隣合う前記第１と第２の
壁部と接する、第１項のねじ。