(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その頭部に第１の凹みが、トルクを提供する工具と係合す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の前記頭部の表面から第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、及び前記頭部の表面と共平面の方向に所定の周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の端壁部を前記第３と第４の端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の壁部の間及び前記第３と第４の端壁部の間で前記第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の摩擦係合をもたらす、請求項１のねじ。
【請求項３】
前記第１の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、前記第１の凹み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】
前記ねじの材料の降伏強度が前記棚部の周方向の距離を決定する、請求項１のねじ。
【請求項６】
第１の凹みが自身の頭部に形成されているねじと係合する工具において、
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の前記頭部の表面から第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、及び前記頭部の表面と共平面の方向に所定の周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の端壁部を前記第３と第４の端壁部にそれぞれ接続させ、
前記工具が、前記第１と第２の壁部の間及び前記第３と第４の端壁部の間で前記第１の凹みに入る第１の駆動端部を具え、前記工具と前記ねじとの間の摩擦係合をもたらす、工具。
【請求項７】
前記ねじが、前記第１の凹みから離間し、前記第１の凹みと同一形状で鏡像関係になるような第２の凹みを有し、
前記工具が、前記第１と第２の壁部の間及び前記第３と第４の端壁部の間で前記第２の凹みに入る第２の駆動端部を具え、前記工具と前記ねじとの間の更なる摩擦係合をもたらす、請求項６に記載の工具。
【請求項８】
前記ねじの材料の降伏強度が前記棚部の周方向の距離を決定する、請求項６に記載の工具。
【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、請求項６に記載の工具。
【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（ｂｕｒｒ）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（ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ）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１８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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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