(57)【要約】      （修正有）【課題】ドライバーが係合する凹部を有するネジ山付留め具において、製造が容易で、強度に優れ、かつ取付取り外しが容易な凹部形状を提供する。【解決手段】ネジ山付留め具１０のドライバーが係合する凹部１８の連続側壁２４、２６の形状を螺旋とする。この螺旋はネジ山付留め具１０をある角度回転させた前後の螺旋間の垂直距離が螺旋全長に亘って一定となる形状を有する。【選択図】図１
2010249321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバーが係合することのできる凹部を有する頭部を有するネジ山付留め具であって、前記凹部は、連続側壁を含み、一定ギャップ渦巻を含む渦巻の少なくとも一部を画成する輪郭プロフィルを形成し、該一定ギャップ渦巻は下記の式により規定されることを特徴とするネジ山付留め具。
【数１】
2010249321.tif 000004
ここで、
θ＝回転軸からRの距離にあるところで上記により規定される曲線を横切る放射状の線の回転角（ラジアンで測定した回転角）
Ｒｉ＝最初の半径であって、回転軸から渦巻の始点までを測ったときのもの
Ｒ＝回転角がθのところにおける渦巻の半径であって、回転軸から測定したときのもの
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネジ山付留め具のための駆動（回転させながら前進させたり後退させたりする）システム、これら留め具の製造のための道具、及び、これらの留め具を駆動するためのドライバーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業分野で一般的に使用されるネジ山付留め具は、電動工具により、高スピードで、かつ、大きなトルク荷重の下に駆動されるのが典型的である。このような条件の場合には、設計上の困難な検討項目が提起され、これらは、特に、ここで使用される駆動システムに関して、更に具体的には、留め具の頭部に、ドライバーと噛み合う（係合する）ことのできるような凹部を有するネジ山付留め具に関してのものである。理想的には、このような駆動システムは、その製造が容易であるべきであり、この点は、凹部の形状と頭部の形状、更には、このような留め具の頭部及び凹部と噛み合うことのできるドライバーを作るための関連する道具に関するものである。この場合の留め具の頭部の強度は、かかる凹部により悪影響を受けるものであってはならない。この場合のドライバーは、このような凹部の中に容易に挿入でき、かつ、これから容易に抜き取ることができるものでなければならない。このドライバーと凹部とは、一方が他方の中に入り込んだときには、この凹部又はドライバー、又は、その両方が変形して、その結果、この場合の駆動システムが予想外に早く破壊してしまうような極めて局所的な応力集中の領域が形成されることを回避するために応力荷重を均一に分散させるべきである。この駆動システムは、留め具が回転しながら押し込められるときにその凹部からドライバーがカムの原理で外れる（ｃａｍ−ｏｕｔ）ことに対して抵抗すべきである。多くの用途では、部品（パーツ）を補修したり、若しくは、それを交換したり、又は、そのパーツを覆っているパネルを取り除いて取り替えたりするために留め具を取り除かなければならないような用途の場合のように、この留め具は、数回のサイクルに耐えられるものでなければならないことが非常に重要である。このような留め具駆動システム（留め具を回転させながら前進させたり後退させたりするシステム）は、このような繰り返しのサイクルができるものであるべきであり、このことは、使用中に凹部が汚れたり、ペンキが塗られたり、腐食したり、その他悪影響を受けたりするような環境下ではなおさらである。このような環境下では、このような駆動システムが留め具を取外す方向にトルクを加えているときに、駆動力が伝わるように係合（噛み合う）する状態を維持することが必須である。駆動システムは、留め具を取外すときには更に高いレベルのトルクを加えることができるようなものである必要があり、このことは、当初の組立時に留め具に過大なトルクが加えられたような場合、又は、組み立てられた構成部品が熱サイクルを受けた結果留め具に通常よりも大きな応力が加わるような場合に発生することがある。このような特徴又はその他の特徴の内の複数のことにより、相互に要因を有する検討事項が発生して、その結果、他方の事項のために一方の事項について妥協することもある。
【０００３】
凹部の形状やドライバーの形状については、多様なものが一般的に使用されており、その中には、米国再発行特許第２４，８７８号（Ｓｍｉｔｈ他）、米国特許第３，２３７，５０６号（Ｍｕｅｎｃｈｉｎｇｅｎ）及び第２，４７４，９９４号（Ｔｏｍａｌｉｓ）に記載されたような十字型の凹部がある。留め具のその他の形状には、例えば、米国特許第３，７６３，７２５号（Ｒｅｉｌａｎｄ）に記載されたようなタイプの複数の耳たぶを連ねたような形状のものや、米国特許第４，１８７，８９２号（Ｓｉｍｍｏｎｓ）に記載されたような盛り上がった畝部のようなものが具備された駆動システム等がある。米国特許第５，５９８，７５３号（Ｌｅｅ）には、打撃に対して抵抗性がある留め具であって、頭部に切削加工により作られたものであって、対称位置に作られたチャネル状（通路状）の凹部が３つ具備され、このチャネル状のものには一対の壁が具備されているものが含まれている。これら壁の各々の形状は円形状である。
【０００４】
更に、凹部の一般的な形状には、アレン・システムといわれるものであって、六角形の形状を有し、真直ぐな壁を有するソケット（穴）であって、同様な形状を有するドライバーを受け入れることのできるソケットから実質的に成るシステムがある。盛り上がった畝部のようなものが具備されたシステムの場合を除いて、ドライバーと凹部との壁と表面とは駆動する側の表面と駆動される側の表面とが表面対表面のコンタクト（接触）を得られるように、相互に密接に接触するように形作られているのが典型である。十字型の凹部を有する留め具の場合には、このような表面対表面の噛み合わせ（係合）は、たとえ起こったとしても、ドライバーが凹部と一直線上に整合して凹部の中に着座したときだけ起こり得るものである。しかしながら、実際には、ドライバーが凹部の中に挿入されるようになるためには、必然的にこれら２つのものの間には多少のギャップ（クリアランス）がなければならない。このようなギャップの必要性は、Ｒｅｉｌａｎｄの’７２５特許に開示されているシステムや、アレン型の頭部を有するシステムの場合のように、駆動する側のほぼ垂直な壁を有する凹部の場合には更にもっと重要となる。これらのシステムの全ての場合においては、このようなギャップが必要とされる結果、実際上はドライバーの表面と凹部の表面との間のほぼ表面対表面のコンタクトであって、広い面の領域に亘るコンタクトは、たとえ得られたとしても滅多に得られないものである。ネジ山付留め具のための駆動システムの殆どの場合においては、ドライバーは、表面対表面の広い面の領域によるコンタクトではなく点によるコンタクト又は線によるコンタクトになってしまうような方法で、その頭部に具備された凹部と相互に噛み合う。実際の接触面積は、実質的には、表面対表面による全面接触よりも小さいのが典型である。その結果、ドライバーによりトルクが加えられると、このネジの頭部に加えられた力は、局部的な領域に集中して、その結果、局所的に大きな応力が発生する傾向がある。このような局所的な大きな応力は、凹部を塑性変形させて、ランプ（傾斜部）やその他の変形を作ることとなり、その結果、ドライバーがこの凹部から予期したタイミングより早いタイミングで予想外に外れてしまうこととなる。
【０００５】
上述の困難な点は、当業界ではこれまでにも認識されて来ている。例えば、米国特許第２，２４８，６９５号（Ｂｒａｄｓｈａｗ）には、ネジの頭部とドライバーとの組み合わせが開示されており、その場合には、ドライバーと留め具との双方の駆動する側の表面と駆動される側の表面とは、それぞれが曲面状になっていて、かつ、このネジの軸に対してその軸の中心とは異なる箇所に位置するものとなっている。Ｂｒａｄｓｈａｗ特許に開示された留め具の場合には、「適切な曲面」であればどんなものでも、例えば円状のもの又はログ・スパイラル（ｌｏｇ ｓｐｉｒａｌ）状のもの等であっても、摩擦による係合によって相互に結合したりロックし合ったりするようにその方向が向いていさえすれば使用することができる。このＢｒａｄｓｈａｗ特許による教示にもかかわらず、上述したようなものであってその後の留め具駆動システムは、摩擦による係合に依存するようなＢｒａｄｓｈａｗ特許の教示を採用しているようには見えない。
【０００６】
本発明の全般的な目的の中には、ネジ山付留め具のための駆動システムであって、従来技術によるこれまでの場合よりも競合し合う特性についての妥協がより少ないもので、ネジ山付留め具のための駆動システムについての好ましい特性の内の多くの特性を達成するものを提供することが含まれている。
【０００７】
本発明の特徴は、ドライバーと留め具との双方の駆動する側の表面（駆動するときに力を加える表面）と駆動される側の表面（駆動するときに力が加えられる表面）とが、それぞれ１つのスパイラル（渦巻）の一部に合致するようになる、より具体的には、ドライバーを挿入したり取外したりするときには、ドライバーと凹部との間には実質的に余裕のあるギャップ（クリアランス）が生じるものの、完全に着座したドライバーが回転してこのギャップを取り去ってしまうことができるような渦巻状の形状を有するようになっていることである。ドライバーの駆動する側の壁と凹部の壁であってこのドライバーと係合することのできる壁との渦巻状の形状は、これらの渦巻状になった双方の壁が係合すると、この係合が比較的広い面積に亘って起こり、その結果、応力をこの広い面積に亘って加えて分散させることとなるようになっている。この場合の駆動する側と駆動される側との双方の渦巻状になった壁は、加えられたトルクの大部分を、その留め具の半径方向に対して、摩擦による係合であって留め具の半径が描く円の接線方向の係合にたとえ依存しても殆ど依存することなく、ほぼ垂直な方向に向けるようになっている。ドライバーの駆動する側の壁と凹部の壁であってこのドライバーと係合する壁とは、実際的に可能な限り垂直に近いものになるように形成されることもあるが、その場合には、数度の多少の抜きしろ角（ｄｒａｆｔ ａｎｇｌｅ）は許容されることもある。駆動する側の壁の形状により、軸に沿った方向に向かった力であってカム効果によって外そうとする実質的な力がドライバーを凹部からその外側へ向かって軸に沿って押し出すようにさせることなく、高いレベルのトルクを伝達することが可能となる。カム効果によって外れる傾向をこのようにして低減させることにより、凹部は比較的深さの浅いものとすることができて、その結果、従来の底の深い凹部の場合のものよりも強度の大きなネジ頭部が得られることもある。
【０００８】
本発明を具現化している凹部は、好ましくは、中央部とほぼ放射状の複数の翼とを有し、これらの翼の内の少なくとも２つは、高さ方向に延びて渦巻状になった壁であってドライバーと係合することが可能な壁を少なくとも１つ有している。凹部は、駆動する側の渦巻状の壁が、留め具を取付ける場合の方向にだけ係合するか、留め具を取外す場合の方向にだけ係合するか、又は、留め具を取付ける場合の方向と取外す場合の方向との両方の方向に係合するように具備されることもある。更に、この渦巻状の表面は、異なるアーク長さと異なる方向を有するようにして、トルクに関する能力が一つの方向の場合において他の方向の場合よりも大きくなるようにすることもある。ネジは、このようにして、そのネジを取付ける場合の方向よりも取外す場合の方向の方がより大きなトルク荷重を伝達することができて、ネジを取付けるときに以前加えられたトルクを超えるような充分なトルクを加えることができる。
【０００９】
本発明の別の観点においては、係合可能なドライバーと凹部との表面の渦巻状の形状は、所定の形状を有し、ネジの長軸から見て所定の位置に配置されて、ドライバーの面がそれと対応する凹部の面と噛み合うと、これら両面の係合し合う共通領域全体に亘って均一にそうなる傾向が生じる。ドライバーの面の渦巻状の形状は、好ましくは、凹部の面とほぼ同一である。その結果、ドライバーが回転されてその渦巻状の面が凹部の駆動される側の面と係合するようになると、このドライバーの全表面積がそれに対応する凹部の全表面積と係合するようになる。このように係合すると、トルクが連続的にドライバーから凹部に加えられるが、この場合、このトルク力の大半が留め具の半径にほぼ垂直な方向に加えられることになる。ドライバーの軸に垂直の面での断面に見られる輪郭は、凹部のそれよりも多少小さくて、ドライバーを凹部の中に挿入したり取外したりできる能力を向上させるような余裕のあるギャップを残すようにしてある。このドライバーの渦巻状の形状を有する表面により、このギャップがドライバーを回転させるときのその回転の最初の方の部分で吸収されて、ドライバーの壁と凹部の壁とが係合するときには、これらが表面対表面での広範囲の接触となるように係合することとなる。最も好ましい形態の場合には、ドライバーと凹部との相互に噛み合う渦巻状の面は、凹部の中でドライバーが自由に回転することを許容される範囲の全体に亘って相互にほぼ平行となるように形成されて、かつ、そのような方向を向いている。
【００１０】
本発明の更なる観点においては、ドライバーと凹部との係合可能な渦巻状の壁は、渦巻の最も内側の部分での渦巻の領域に限られる。その渦巻の最初の点（始点）は、留め具の回転軸となる長軸から所定の半径の長さのところに配置されて、かつ、その渦巻の長さは最初の半径（上記の所定の半径の長さに相当）の倍数の所の点であって、最初の半径の約３倍から約３．５倍を上限とする点まで延びている。
【００１１】
本発明の別の観点においては、加工前の留め具の頭部に凹部を形成するためにパンチ具（相手側の部品に押し当てて塑性変形を起こさせて穴をあけるような道具）が具備されており、この場合のパンチ具には、留め具の頭部の一部を形成するような形状をした端部が具備された本体部と、従来の方法による２段階式鍛造法により頭部を形成する技術でもって渦巻状の凹部を形成するようになった尖端部（ｎｉｂ）とが具備されている。この場合の尖端部の放射状に延びた翼（翼のようになった部分）には、この留め具の頭部の端にこの翼が衝撃的に押し当てられたときに渦巻状の補完的な（凹凸が丁度反対になるような状態を指す）表面を形成するようになった１つ又は２つの渦巻状の表面が含まれることもある。
【００１２】
本発明の更なる別の観点においては、この駆動システムは、駆動側の（ドライバーの役割を呈する）道具が凹部を画成し、留め具の駆動される側の表面がその留め具の頭部の外周となる表面により画成されるようになった外周側から駆動力が伝達される留め具と共に使用することも可能である。
【００１３】
本発明の目的の中には、ネジ山付留め具のための駆動システムであって、ネジの頭部とドライバーとに局所的な応力が生ずることを最小限にしながらトルク（又はトルク力）が効果的に伝達されるような駆動システムを提供することも含まれる。
【００１４】
本発明の別の目的は、ネジ山付留め具のための駆動システムであって、その留め具に具備された表面であってドライバー（駆動させるための道具）と係合することができる表面が渦巻状の輪郭を有するように形成されて、かつ、この形状と同一の渦巻状の輪郭を有するドライバー部品と係合するようになっているような駆動システムを提供することである。
【００１５】
本発明の更なる目的は、ネジ山付留め具のための駆動システムであって、ドライバー（駆動させるための道具）と留め具との駆動するときの側の面（駆動するときに力を加える面）と駆動されるときの側の面（駆動するときに力が加えられる面）とがそれぞれ、ドライバーが凹部の中に完全に挿入されたときにはこれら駆動を伝達する双方の表面の間に多少大きめのギャップを形成するようになっているが、それでも、ドライバーと凹部との駆動を伝達する双方の表面の間で面対面の形で広い面領域に亘って駆動力を伝達するようなコンタクト（接触）が得られるような駆動システムを提供することである。
【００１６】
本発明のもう１つの目的は、ネジ山付留め具用の駆動システムのための新規なツール（道具）を提供することである。
【００１７】
図１には、一方の端部に形成されたネジ山１４を有するシャンク１２と、このシャンク１２の他方の端部に形成された凹部１８を有する頭部１６とを有するネジ山付留め具１０が例示的に示されている。この頭部１６は、従来型の２段式鍛造機型の頭部作成機により作成することもできるが、その場合には、留め具を作成することとなるワイヤ又はその他の材料の端部をこの頭部作成機（ｈｅａｄｅｒ ｍａｃｈｉｎｅ）のダイスの中に支持させて、その頭部側の端部に衝撃を加えるのであるが、このとき、パンチ具でもって最初にたたくとそれによって頭部の一部が形成され、次に、仕上げ用パンチ具でたたくとそれによって凹部が完成される。凹部１８は、中央部２０と、外側に向かって放射状に延びる複数の耳たぶ状のもの（翼）２０とを有しているように図示されている。図１の実施態様における凹部は、その翼２０の各々が、取付けるときに係合する壁（取付けるときに力が加わる壁）２４（この場合、右利き用にネジ山１４が付いていることを前提としている）と取外すときに係合する壁２６とを有するように形成されている。この場合の取付けるときに係合する壁２４と取外すときに係合する壁（取外すときに力が加わる壁）２６とは、好ましくはほぼ垂直になっていて、ネジの長軸に対して平行な円筒状の表面を画成するか、又はそのような表面を忠実に近似するようなものとなっている。取付けるときに係合する壁と取外すときに係合する壁、及び、凹部のその他の表面は、多少正の値を有する抜きしろ角（ｄｒａｆｔ ａｎｇｌｅ）を含むように形成する。すなわち、凹部の底部から上部に向けて多少広がるようにすることもできる。一例として、正の値を有する抜きしろ角（ｄｒａｆｔ ａｎｇｌｅ）であって最大約６°までのものは各種の用途において本システムによるトルク伝達能力に悪影響を及ぼすようなものではないはずである。この凹部の底は、円錐状の形状をした底壁２８により画成されることもある。各々の翼の半径に沿って外側に近い端は、この翼の壁であって取付けるときに係合する壁（取付け側の壁）３２と取外すときに係合する壁（取外し側の壁）２６との間において滑らかな曲面を描いて移行できるような形状となっている。この場合の凹部には、１つの翼２２の取付けるときに係合する壁２４と、その翼の隣の翼の取外すときに係合する壁２６との間において過渡部分用の内部壁３２が含まれることもある。本発明によるものは、多様な形状をして、ネジ山付留め具に組み込むことが可能であり、このような形状の中には、例えば、取付け側の壁２４又は取外し側の壁２６のいずれか一方にのみ渦巻状の形状を有する部分が具備されているような凹部もある。
【００１８】
図２には、図１に図示されたように複数の翼の形をした渦巻状の凹部と係合するような形状のドライバー３４が図示されている。このドライバー３４には、シャンク（ｓｈａｎｋ）３６と、このシャンク３６の端部に形成された尖端部であって複数の翼状のものを有する尖端部３８が含まれている。この尖端部３８には、複数の翼４０が放射状に延びるときの根本の部分になる中央部４２が含まれている。この場合のドライバーの端部壁４２は、円錐状又はその他の形状に形成されることもある。好ましくは、この端部壁４２は、ドライバー３４が凹部１８の中に充分着座したときには、この端部壁４２の一部とこの凹部の底壁２８との間において多少のクリアランスが残るような形状となっている。この翼の各々は、取付け側の壁４６と取外し側の壁４８とを有しているとも見なすことができる。
【００１９】
全ての用途ではないにしても、殆ど全ての用途においては、複数の翼部を有する凹部とドライバーが使用されることが想定されてはいるが、本発明の原理は、図３と図４とにおいて概念的に示され、かつ、誇大されて示されるように、１つの単純化された耳たぶのような実施態様を参照しながら図示され、かつ、理解されるであろう。この場合のネジの頭部１６には、ここではその平面図が示されているが、取付側の壁２４Ａと取外し側の壁２６Ａ（右利き用のネジ山付留め具を想定するとして）とを画成する耳たぶ状の凹部１８Ａが１つ具備されている。説明を簡単にするために、この取外し側の壁２６は渦巻状の形となるように形成されており、この場合には、留め具の軸４４に垂直な平面と交差する部分が１つの渦巻を画成するようになっている。この取付け側の壁２４Ａは、ほぼ平坦で、始点からこの渦巻の外側に近い端に向かって半径にほぼ沿って延びているように図示されている。ドライバー３４Ａは、留め具の軸４４に対して垂直な平面に沿ってその留め具の頭部１６の上部表面における断面が図示されている。単純化された１つの耳たぶ状のドライバー３４Ａは、取付け側の壁４６Ａと取外し側の壁１８Ａとを有し、これらの壁が共に、その断面形状は凹部１８Ａの取付け側の壁２４Ａと取外し側の壁２６Ａとに基本的に同じであると見なすこともできる。ドライバー３４Ａの取外し側の壁４８Ａは、凹部２６Ａの渦巻と実質的に同じ渦巻を画成するように形成されている。凹部により画成された輪郭の中に受け入れられたドライバー３４Ａの少なくとも尖端部の部分だけでも、凹部の対応する壁と平行になるような方向に向いた壁を有する。ドライバーは、凹部に対して、凹部の中に着座したときにはドライバーと凹部との相互に対応する取付け側の双方の壁の間にほぼ均一なクリアランス５０が存在するような大きさになっている。凹部とドライバーとの間のクリアランス５０は、凹部の中に例えば、汚染物質があったり、腐食があったり等の場合を含むような多様な操作条件の下でもドライバーが凹部の中に容易に挿入したり凹部から容易に取外したりすることができるように余裕のあるものであって、かつそのようなものを選択しなければならない。
【００２０】
図４は、図３のドライバーと凹部を概念的に図示したものであって、ドライバーが反時計回りに回転させられて、ドライバーの取外し側の渦巻状の壁４８Ａが、この壁とほぼ平行な壁であって凹部の渦巻状の壁２６Ａと係合するようになったところが示されている。図４を見ると、ドライバーが回転させられてその渦巻状の表面が凹部のそれと係合するようになったときはドライバーの取外し側の渦巻状の壁と凹部の取外し側の渦巻状の壁との間のギャップ５０は完全に吸収されるが、そのときには、ドライバーの取付け側の渦巻状の壁と凹部の取付け側の渦巻状の壁との間のギャップ５２が大きくなって、ドライバーが凹部と完全に係合するようにこのドライバーを回転させるために必要な回転量に相当な角度θを画成する。従って、ドライバーがこの渦巻の半径が減少する方向に回転させられるにつれて、クリアランス５０が無くなって、渦巻状の双方の壁が広い表面の領域に亘って完全に係合することとなる。本発明に従えば、渦巻状の曲線は、大きなトルクが伝達できるように選択され、かつ、そのような方向を向いている。理想的にはドライバーの渦巻状になった表面の全体が凹部の渦巻状の表面の全体と、その表面の部分のほぼ全域に亘って同時に係合する。このように係合すれば大きな応力集中の起こる点が発生することが回避されて、加えられた荷重が広範囲かつ均一に分散される。
【００２１】
図３と図４の誇大的に図示された単一の耳たぶ状のものの概念図においては、この場合の渦巻は、図４の中の５４で示された始点から図４の中の５６で示された終点まで連続的に延びている。本発明に従えば、ドライバーと凹部との双方が噛み合う面は、この渦巻の終点により近く配置された部分よりもその始点により近く配置された部分に適合するようになっているが、この始点により近く配置された部分は、加えられた力のより多くの部分を、留め具を前進させる（駆動させる）ためにプラスにはならないような半径方向に沿って外向きの力ではなく、トルクとして伝達するからである。従って、図４から判るように、渦巻の始点により近く配置された部分、例えば５８で示されたような部分は、６０で示されたような部分であって渦巻の終点により近く配置された部分よりも加えられた力のより大きな部分を伝達して、そのトルクでもって留め具を回転させることとなるが、６０で示されたような部分においては、この加えられた力の実質的により小さな成分（力の成分）がトルクとなる。本発明の１つの重要な点は、渦巻状の形状となった壁は、始点に近い領域がより多く使用されるようになっていることである。従って、実際に使う場合には、本発明に従って作成された留め具には、５８で示された渦巻の部分が含まれていて、６０で示された部分は使用されるべきではない。
【００２２】
以下により詳細に述べるように、渦巻状の表面は、ドライバーから留め具に加えられたトルクの大部分が、半径に沿って外向きに向かった力を加えるのではなく、留め具を回転させるために役立つように、ネジの長軸４４に対して配向されている。この図に示されるように、取外すときの場合の方向に伝達されるトルクは、取付けるときの場合の方向（時計回りの方向）に加えられるものより大きくなる。本発明に従えば、この渦巻状の面の向きは、留め具の特定の用途に応じて、取付けるときのトルク能力と取外すときのトルク能力との間で所定の比率が得られるように変化させることもある。
【００２３】
図５は、極座標を使って図示したものであって、この中には、本発明において使用される望ましい特徴を有する理想的な渦巻が図示されており、この場合、この渦巻はネジ山付留め具の長軸に対する回転軸であって、かつ、例えば、角度θまで回転させられると、それが回転していない渦巻に対して平行で、かつ、それから離れた状態を保つようになっている。図５に示されているように、Ａで示された位置の理想的な渦巻は、Ｂで示された位置まで角度θ分だけ回転させられると、Ａで示された位置の渦巻と平行な状態を保ったままであっても、Ｃで示されたギャップ分だけＡで示された位置から離れることとなる。このギャップＣの大きさは、この回転角θが増大するにつれて増大するが、ある与えられた角度θに対しては、このギャップＣは、この渦巻の全長に亘って一定となる。（以下、便宜上、このような特徴を有する渦巻を一定ギャップ渦巻と呼称する。）この一定ギャップ渦巻は、極座標を使って表すと、下記の式により画成される。 
【００２４】
【数１】
2010249321.tif 000003
ここで、 θ＝回転軸から測ったときの距離Ｒのところにおいて交差する放射状の線の回転角（ラジアンで測定したときの回転角）
距離： Ｒｉ＝最初の半径であって、回転軸から渦巻の始点までを測ったもの R＝回転角度がθのところにおける渦巻の半径であって、回転軸から測定したときのもの 
【００２５】
上述のことから、一定ギャップ渦巻が具備されたドライバーが形成されて、そのドライバーが回転させられて凹部の渦巻状の壁と係合すると、このドライバーの取付け側の渦巻状の壁は、凹部の対応する取付け側の渦巻状の壁と完全に、かつ、一斉に係合する（噛み合う）。図４に関連して上述したように、図５の極座標で表した図には、渦巻が回転させられたときの双方の位置の間に発生するギャップの幅が一定で、２つの渦巻が相互に平行であると見なせるような理想的な渦巻を図示するためだけのものであることを理解されるべきである。
【００２６】
本発明に従えば、凹部の翼の取付け側の壁の渦巻状の面（複数の面）には、その渦巻の始点５４の位置が凹部の中心軸４４から半径Ｒｉだけ半径に沿って離れているように配置されている。本発明に従えば、この始点５４により近い位置にある部分であって、渦巻状の面の一部の部分は、この始点からより遠い位置に配置された部分よりも、加えられたトルクのより大きな部分をネジを回転させて駆動させるような方向に伝達する。ドライバーの渦巻状の面と、ドライバーが係合することのできる凹部とは、始点５４により近い位置に配置された渦巻の部分に合致するようにこれらの面の形状を決めることにより、トルクを伝達する上で最も効果的となる。本発明に従えば、このような力を伝達する壁は、図５の中のR＝１のところからＲ＝約３．５以下のところ（６２により示された点）まで、より好ましくは、Ｒ＝１からＲ＝約２のところまで延びる渦巻の部分に合致するような曲面となっている。渦巻の前記両端の間の望ましい部分に対応する弧の角度を見てみると、この角度は最大限の場合には約１２５°であり、より好ましくは約９０°以下であり、最適なものは約４５°以下である。
【００２７】
図６及び図７は、力線図であって、ドライバーと凹部との係合した双方の壁の曲面上の任意の点において作用している力の成分を図示したものである。図６は、本発明の場合の１つの力線図を図示したものである。図６には、取外すときに機能する壁４８Ｂが、曲面状の境界面６８に沿って、留め具の凹部を有する頭部１６Ｂの取外すときに機能する壁２６Ｂと面対面の形で係合しているところが図示されている。図６は、７０で示された反時計回りのトルクが、ネジの軸４４Ｂの回りに加えられたときの力のベクトルを概念的に示したものである。選択されたある点７２においては、ドライバー３４Ｂは力７４を境界面６８に垂直な方向に沿って凹部の面２６Ｂに加える。この垂直方向の力７４は、ネジにトルクだけを加える成分７６と、トルクではなく半径に沿って外向きの圧縮力を発生させる成分７８とに分解される。更に、垂直の方向の力７４により、境界面６８の接線方向８２に沿った方向を向いた摩擦力８０が発生する。この摩擦力８０は、外向きの成分７８に対して反対向きになっていて相殺することとなる成分８６とに分解される。この摩擦力８０とこの垂直方向の力７４との比率は、ネジの表面の滑らかさ、ネジの潤滑性、ネジの材料等により当然のことながら変化する摩擦係数に依存する。この摩擦係数は、例えば、約０．１から約０．４の間で変化することもあり、図６と図７とにおける力の分解図を作るに当たっては、０．４の摩擦係数が採用されている。従って、図６は本発明の回転力を加える側の壁の形状と回転力が加えられる壁の形状とにあっては、説明のために想定された大きな摩擦係数の場合であっても、主に垂直方向の力の成分１０８によりトルクが発生する。本発明を具現化した留め具によりトルクが伝達される能力は、この摩擦力のベクトル成分８４には、その影響が重要になる程度には全くもって左右されない。
【００２８】
図７は、力線図を示すものであって、図６の場合と同じものであるが、ここでは点７２’において曲面状の境界６８’に対する接線８２’が、ネジの軸４４Ｂ’から点７２’まで引っ張った半径に垂直により近くなるように配向されたドライバー／凹部間の曲面状の境界領域６８’による影響が描かれている。このような配置は、Ｂｒａｄｓｈａｗ特許第２，２２４８，６９５号に記載されたものであっても典型的なものとなっている。この図７と図６とを比較すると、従来技術による形状においては、ベクトル成分７８’と８６’との間の長さの違いからも判るとおり、ネジの頭部に対して、半径に沿って外向きの実質的により大きな荷重が発生することとなり、かつ、従来技術による形状においては、トルクを発生させるに当たって変動し、かつ、しばしば予想できない摩擦現象に主に左右される。従来技術においては摩擦に依存していたということは、摩擦による力の成分８４’と力の成分７６’とのそれぞれの相対的な大きさを比較することにより明らかである。以上のことから、渦巻の一部分に対する接線に直交する線は、長軸からドライバーにより加えられた力がトルクとして留め具に伝達されるときの程度の代表的な接点までの間に延びる半径と、ある角度をもって交差することが判る。本出願人による発明においては、このような角度は、１７°以上であって、好ましくは実質的には１７°を超えるべきである。本発明の重要な目的の中には、ネジの頭部に塑性変形や破壊を起こさせることなく、かつ、摩擦特性に大きく依存することなく大きなトルクがドライバーから留め具に伝達できるような駆動システムを提供することがある。
【００２９】
図８Ａから図８Ｅには、本発明を具現化しており、かつ、２つから６つの翼２２Ａから翼２２Ｅを含む凹部付頭部を有する留め具が概念的に図示されている。これらの実施態様においては、取外し側の輪郭（取外すときに力が加わる部分の輪郭）を渦巻の形にして、取付けるときの方向よりも取外すときの方向の場合においてより大きなトルクが加わることができるようにその形状が決められている。これらの概念的な説明図においては、取付け側の壁は、実質的に平坦なものとして図示されているが、このような取付け側の壁は、本発明に従って渦巻状の形状等を含めて、望ましいものであればどのような形状も採用できる。
【００３０】
図９Ａから図９Ｄにおいては、取外すときの場合の方向と取付けるときの場合の方向との双方において実質的に同一のトルクを発生させるようになった双方向型の渦巻状駆動システムに本発明を使用したところが図示されている。これらの実施態様においては、１つ以上の翼の中の取外し側の壁と取付け側の壁とはそれぞれに相互に反対の方向に向いた渦巻状の輪郭が具備されていて、取付けるときの方向と取外すときの方向との両方において、渦巻状の輪郭を有する壁であって駆動力が伝達される壁に特有の特徴が得られるようになっている。図９Ａから図９Ｄに図示された実施態様においては、翼の取付け側の壁と取外し側の壁とは、実質的に相互の鏡像であることもある。
【００３１】
図１０Ａと図１０Ｂには、複数の翼を有する駆動システムが図示されており、この中では、翼（この場合、説明のために３つのものが図示されている）は、取付けるときの方向と取外すときの方向の双方のために駆動力を伝達する渦巻状の壁を有するが、この場合、それぞれの翼の中の駆動力を伝達する壁の１つは、その他のものよりもより大きなトルク能力を有するものとなっている。図１０Ａと図１０Ｂに図示された実施態様により、取外すときの方向により大きなトルク能力が得られるが、この理由は、取外すときに駆動力を伝達する壁の場合は、取付けるときに駆動力を伝達する壁の場合よりも弧の長さがより長くなり、それに対応する領域もより大きくなるからである。取外すときの方向においては、より大きな表面領域に亘って力が加えられるので、そのような方向により大きなトルクが加えられることになる。
【００３２】
本発明は、上述のように一定ギャップ渦巻になった場合において最も効率的に実施できるのであるが、従来技術によるものよりも顕著な長所を提供しつつもギャップが実質的に一定の渦巻であるような最も好ましいものから多少変化した渦巻を具備するシステムも提供可能である。図１１Ａと図１１Ｂとは、このような凹部とドライバー３４Ｆの一例を図示したものであって、この場合には、この凹部には４つの翼２２Ｆが含まれており、それらの各々がギャップ幅の一定な渦巻を有するようになった取外すときに駆動力を伝達する壁２６Ｆと、ドライバーから凹部に伝達される力の大部分のものをトルクが発生する方向に向かわせるように配向された形状であって異なる渦巻形状を有する取付けるときに駆動力が伝達される壁２４Ｆとを有する。ドライバーの翼と凹部の翼のそれぞれの取付け側の面と取外し側の面との過渡領域９０、９０’、９２、９２’は弧状の形を有するように形成することもできる。これらのいずれの実施態様においても、駆動力が伝達されるドライバーの表面と凹部のそれとの間において、特定の用途に適した充分に余裕のあるクリアランスが提供されることが好ましい。ドライバーの表面により画成された輪郭と凹部の内側の輪郭との間の大きなクリアランスにより、点接触又は線接触する箇所に大きな応力集中が起こることが助長される従来技術によるシステムとは異なり、本発明においては、このような余裕のあるクリアランスによっても実質的に影響を受けないのであるが、その理由はドライバーの渦巻状になった表面が、クリアランス角度θ分だけ回転させられて、それに対応して噛み合う凹部の渦巻状の表面と係合するときに、このクリアランスは均一的に吸収されるからである。一例として、ドライバーの外側の輪郭と凹部の内側の輪郭との間においてその全周に亘って存在する０．００２インチ（０．００５ｃｍ）から約０．００４インチ（約０．０１ｃｍ）のオーダーのクリアランス用ギャップは、このシステムのトルク能力に顕著な悪影響を及ぼさないはずである。
【００３３】
凹部の深さは、ネジの頭部とシャンクの形状と寸法、留め具を作るときの材料、更には、凹部の他の部分の寸法に左右されることもある。この深さは、ネジの頭部の強度が充分に維持されるように選択しなければならなく、このことは特に、１００°の平坦頭部を有するネジ７１の場合においては、比較的奥行きの小さな平坦な頭部となっているために、頭部とシャンクとの間の境界領域の強度が弱体化する前まで凹部が入り込むだけの材料が殆ど残らないのが典型的である。凹部の深さが浅くても、ドライバーと凹部との間の広い表面領域における接触の結果得られる増大したトルク能力を提供するために本発明が使用されたような場合には、このような平坦な頭部を有するネジの場合であっても、そのネジの頭部の強度を弱体化することなく大きな前進回転トルクが達成できることがある。
【００３４】
本発明のドライバーと凹部とは、従来の２段階式鍛造型の頭部作成機により製造することができる。このときのパンチ具は、図２に図示されているように、本体部とドライバーの形状にほぼ一致して対応する尖端部とが含まれるように形成するのが典型的である。完全に垂直な壁を有する凹部を製造するときの潜在的な困難のために、正確に垂直な壁を作ろうと目論んでも、凹部の壁には正の値となる抜きしろ角が多少の角度、多分１°のオーダーの角度で発生することがある。このようなわずかなテーパにより、渦巻状の形状を有する駆動システムの性能が顕著に影響されるようなことはないはずである。更に、凹部が、これよりも大きな正の値の抜きしろ角を意図的に有するようにすることも望ましく、例えば、本発明の利点を大幅に減少させることなく、壁の抜きしろ角を約５°から約６°まで増大させることも可能である。パンチ具は、例えば、ホビング・ダイス（ｈｏｂｂｉｎｇ ｄｉｅｓ）を使用するなどのパンチ具製造用の従来技術に従って形成することができる。本発明に従ったドライバーも、従来の技術、例えば、１つ以上の形の整えられたダイスでもって、未加工のドライバーを鍛造して望ましい形状をした翼部を形成する方法とか、特別な形状をしたフライスを使用してドライバーの先を切削加工する方法等により製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、頭部が平坦になったネジであって、本発明に従った凹部を有するネジを一例として図示したものである。
【図２】図２は、本発明に従ったドライバーであって、図１に図示されたネジの凹部と係合することができるようなドライバーを一例として図示したものである。
【図３】図３は、ネジの頭部であって、説明を簡便にするために、本発明に従ったもので、耳たぶのようになった単純な渦巻状の凹部を１つだけ有する頭部が、その凹部の中に入ったドライバーの断面が図示されたものと一緒になっているようなネジ頭部の上面図である。
【図４】図４は、図３と同様な説明用の図であって、この図では、ドライバーがネジに対して回転されてこのドライバーの渦巻状の面とこの凹部の渦巻状の面とが係合するようになっている。
【図５】図５は、本発明に従って、相互に係合することのできるドライバーの壁と凹部の壁との最も好ましい形状を画成する一定ギャップ渦巻を極座標を用いて概念的に図示した図である。
【図６】図６は、挿入されたドライバーにより留め具にトルクが加えられたときに、本発明のドライバーと凹部との間に発生する力のバランスを図示する力線図である。
【図７】図７は、図６と同様な力線図であって、本システムの設計がドライバーと凹部との間に発生する摩擦による係合に依存しているような従来技術によるドライバーと凹部との間に発生する力を分解した力線を示す図である。
【図８】図８Ａから図８Ｅまでの図は、翼状の凹部を複数有する留め具頭部を概念的に示す上面図であって、これらの図の場合には、渦巻状の輪郭を有する凹部の壁は反時計回りに回転させられたドライバーにより係合できるようになっている。
【図９】図９Ａから図９Ｄまでの図は、渦巻の形を有する凹部の形状であって取付けるときに力が加わる壁と取外すときに力が加わる壁とを有する翼を複数有して、このような壁の各々が渦巻状の形状を有しているような凹部の形状を概念的に示す図である。
【図１０】図１０Ａは、本発明に従った凹部を有するネジを概念的に示す上面図であって、この図の場合には、ネジの翼は時計回りの（取付けるときの）方向の場合よりも反時計回りの（取外すときの）方向の場合の方がより大きなトルクを発生させるようになった渦巻状の壁であって、この場合にはその形状が非対称になっている取付け用の渦巻状の壁と取外し用の渦巻状の壁とが具備されており、更に、ドライバーは、その断面だけが図示されている。図１０Ｂは、図１０Ａのネジとドライバーを図示したものであり、この図の場合には、ドライバーは反時計回りであって、取外す方向に回転されており、ドライバーと凹部との取外し用の渦巻状の壁の双方が係合しているところを示している。
【図１１】図１１Ａは、翼を複数有する凹部の具備されたネジと翼を複数有するドライバーとを概念的に示す上面図であり、この図の場合には、１つの方向に回転するときのネジとドライバーとの係合可能な面は、一定の幅のギャップを有する渦巻状の形状に形成されて、この場合に想定される駆動するときの面はこれとは異なる渦巻状の形状となり、この図は更に、取付けるときのドライバーの壁が回転させられて凹部の取付け側の壁と係合したところを図示している。図１１Ｂは、図１１Ａと同様な説明図であるが、この場合には、ドライバーはネジ山付留め具の頭部に対して反時計回りに回転させられて、ドライバーと凹部との間に一定の幅のギャップを形成させる渦巻状の双方の表面を相互に噛み合わせたところが図示されている。
【図１】
2010249321.tif 000005
【図２】
2010249321.tif 000006
【図３】
2010249321.tif 000007
【図４】
2010249321.tif 000008
【図５】
2010249321.tif 000009
【図６】
2010249321.tif 000010
【図７】
2010249321.tif 000011
【図８】
2010249321.tif 000012
【図９】
2010249321.tif 000013
【図１０】
2010249321.tif 000014
【図１１】
2010249321.tif 000015