(57)【要約】  締めしろ表面がらせん状の凹部を有する留め具の翼状部の間で内側遷移表面上に作られる。遷移表面の一部は先細りにされて障害を設ける。らせん状凹部用の標準的なドライバが締めしろ表面に係合して、「棒状嵌合」係合を生成する。パンチがワイヤＥＤＭ工程を用いて形成され、歯切り工具の金型空洞内で先細りにされた表面を作る。歯切り工具は機械加工されて所望の深さを得る。それは付着点を示す計測点から測定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバとの部分的な締まりばめを備えて前記ドライバと着脱自由に係合するようになされた凹部を有する留め具であって、
前記留め具は長手軸を有するシャンクを有し、前記シャンクはその端部に形成された凹部を有して作られ、前記凹部は中心部と前記中心部から外側に放射状に広がる複数の翼状部とを有し、前記翼状部の各々は嵌入壁及び除去壁を有し、前記翼状部は前記嵌入壁及び除去壁のうちの少なくとも一方がらせんの一部を画定するように構成されていて、前記凹部がさらに、
隣接する翼状部の嵌入壁及び除去壁を接続し、前記凹部の頂部から前記凹部の底部まで延伸している遷移表面と、
前記遷移表面の一部として構成されていて、その頂部における前記長手軸からその底部における前記長手軸からの第２の半径方向の距離までの第１の半径方向の距離を有する締めしろ表面と、
を含み、
前記第１の半径方向の距離は、前記第２の半径方向の距離より大きいことを特徴とする留め具。
【請求項２】
前記締めしろ表面が、０．５度から２度の間の範囲で前記長手軸に平行な直線と角度を作ることを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項３】
前記凹部は、前記凹部の対角線上に遷移面を有して形成され、前記対向する遷移面上の締めしろ表面は協働して、前記凹部と係合するようになされたドライバとの締まりばめを形成することを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項４】
前記締めしろ表面は、前記ドライバの前方部分においてだけ締まりばめを設け、前記ドライバが前記ドライバの後部部分において前記翼状部との面と面との接触をなすことを可能にするよう構成されていることを特徴とする請求項３記載の留め具。
【請求項５】
前記第１の半径方向の距離は、らせん型凹部の標準的な凹部開口部に実質的に一致して作られることを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項６】
留め具製造方法であって、前記留め具は長手軸を備えたシャンクを有するように作られ、前記シャンクはその端部に形成される凹部を有して作られ、前記凹部は中心部と前記中心部から外側に放射状に広がる複数の翼状部とを有し、前記翼状部の各々は嵌入壁と除去壁とを有し、前記翼状部は前記嵌入壁または前記除去壁のうちの少なくとも１つがらせんの一部を画定するよう構成されていて、前記方法は、
予め定められた長さを有する円筒状の鋼のブランクを作るステップと、
前記ブランクの頂部から底部までの軸孔をあけるステップと、
ＥＤＭ工程を行うために前記孔にワイヤを嵌入するステップと、
前記ワイヤＥＤＭ工程を用いて前記凹部を機械加工して金型空洞を形成するステップと、
前記機械加工工程において、隣接する翼状部の嵌入壁及び除去壁を接続しかつ前記孔の前記頂部から前記孔の前記底部まで延伸している遷移面を形成するステップと、
を有し、
前記遷移表面は、前記孔の前記頂部における長手軸から、前記孔の前記底部における前記前記長手軸からの第２の半径方向の距離までの、第１の半径方向の距離を有し、前記第１の半径方向の距離は前記第２の放射状の距離より長いことを特徴とし、
前記締まりばめが生じる前記凹部における高さレベルを決定するステップと、
前記締まりばめが生じる前記高さレベルからの前記凹部の予め定められた深さを測定するステップと、
前記予め定められた深さまで前記ブランクの先端を機械加工するステップと、
を含む留め具製造方法。
【請求項７】
前記ブランクを硬化してパンチの形成に用いる金型空洞を有する歯切り工具を形成するステップと、
前記歯切り工具を用いてパンチを形成するステップと、
をさらに含む請求項６記載の留め具製造方法。
【請求項８】
前記パンチを用いて前記シャンク上に凹部を形成するステップをさらに含む請求項８記載の留め具製造方法。
【請求項９】
前記締めしろ表面が、０．５度から２度の間の範囲で前記長手軸に平行な直線と角度を作るようになされることを特徴とする請求項６記載の留め具製造方法。
【請求項１０】
前記凹部が、前記凹部の対角線上に遷移表面を有して形成され、前記対向する遷移表面上の前記締めしろ表面が協働して、前記凹部と係合するようになされたドライバとの締まりばめを形成するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の留め具製造方法。
【請求項１１】
前記締めしろ表面は、前記ドライバの前方部分においてだけ締まりばめを設け、前記ドライバが前記ドライバの後部部分の前記翼状部との面と面との接触をなすことを可能にするよう構成されていることを特徴とする請求項６記載の留め具製造方法。
【請求項１２】
前記第１の半径方向の距離は、らせん型凹部の標準的な凹部開口部に実質的に一致して作られることを特徴とする請求項６記載の留め具製造方法。
【請求項１３】
前記締まりばめが生じる前記高さレベルから前記凹部の予め定められた深さを測定する前記ステップは、
標準的なのらせん状ドライバと一致する形状を有する探針を作るステップと、
前記締まりばめが生じる前記凹部への距離を測定するゲージと前記探針とを動作可能に接続するステップと、
前記探針を前記凹部に嵌入するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項６記載の留め具製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して、ねじ式留め具用ねじ締めシステム、ねじ式留め具の製造用工具、及びかかる留め具にトルクを印加するドライバに関する。より具体的には、本出願は、翼付きドライバを用いる留め具に関する。特に、らせんねじ締め表面を提供する凹部を有する留め具に関する。
【背景技術】
【０００２】
概して産業上の利用において用いられることが多いねじ式留め具は、通常高速かつ高トルク負荷の下で動力工具によって締められる。かかる条件は、特にねじ締めシステムに関し、また特に留め具頭部にドライバが係合可能な凹部を備えたねじ締め留め具を有するねじ締めシステムに関し、難しい設計上の検討材料を提起する。この種のねじ締めシステムは、留め具頭部を形成する関連工具及び凹部に係合するドライバだけでなく凹部及び頭部の形状の両方に関して、容易に製造されることが理想である。留め具頭部の強度が、凹部によって悪影響を受けてはならない。ドライバは、凹部に容易に差し込み可能であって、かつ容易に引き出し可能でなければならない。嵌合される場合に、ドライバ及び凹部は、応力負荷を均一に分配し、応力の非常に局所化された領域の形成を避けなければならない。それは、凹部またはドライバまたはその両方にゆがみをもたらして、ねじ締めシステムの時期尚早の不具合に至るかもしれない。
【０００３】
留め具が締められる場合に、ねじ締めシステムは凹部からのドライバのカムアウト（cam-out）に耐えなければならない。部品を修理または交換するために、またはアクセスパネルを着脱するかまたは交換するために、留め具が着脱されなければならない用途においてのように、多くの用途では、留め具が数回の周期に耐えることができなければならないということが非常に重要である。留め具ねじ締めシステムは、特に、凹部が汚染され、塗られ、侵食され、そうでなければ使用中に悪影響を及ぼされる環境において、かかる繰り返し周期を可能にすることが理想である。かかる環境では、ねじ締めシステムがねじ締め係合を維持するとともに、引き出し方向にトルクを印加することが重要である。留め具が最初の組み立ての間オーバートルクである場合、または係合されたねじの接触部分において腐食が生じる場合、または組み立てられた構成要素の熱周期が留め具上に増加された応力を加えた場合に起こり得るように、留め具を取り外す場合のより高いトルクレベルでさえ印加することができることがねじ締めシステムには必要であるだろう。これらのうちの１つ以上の特徴または他の特徴が矛盾する検討材料を提起する場合には、別のものを選ぶという妥協がなされるかもしれない。
【０００４】
例えば米国特許第２４，８７８号（スミスその他）、米国特許第３，２３７，５０６号（ミュエンシンガー(Muenchinger)）、及び米国特許第２，４７４，９９４号（トマリス）で開示されたような、多くの十字形凹部を含む様々な凹部及びドライバ構成がよく使われている。他の留め具の形状は、米国特許第３，７６３，７２５号（レイランド）で開示されたような種類の多突出部形状及び、米国特許第４，１８７，８９２（サイモン）で開示されたようなうね状ねじ締めシステムを含む。同様に、一般的な凹部形状の１つに、同じように形作られたドライバを受容する、本質的に真っ直ぐな壁の１６角形状に形作られたソケットであるアレンシステムがある。
【０００５】
うね状システムを除いては、ドライバ及び凹部の壁及び表面は、概してねじ締めする面とねじ締めされる面との面と面との接触を成すために、互いに密接に嵌合するように設計されている。十字形凹部留め具を用いて、かかる面と面との係合は、仮にあったとしても、ドライバが凹部の範囲内で適当に配列されて配置される場合にだけ生じ得る。しかしながら、実際問題として、ドライバが凹部に嵌入されることを可能にするために、必然的にその２つの間にいくらかの間隙がなければならない。
【０００６】
かかる間隙の必要性は、レイランドの‘７２５号特許及びアレンの頭部システムにおいてのように、実質的に垂直ねじ締め壁を有する凹部でより重要である。これらのシステムの全てにおいて、かかる間隙の必要性の実際的結果は、ドライバ表面と凹部表面との間の実質的な面と面との幅広の領域の接触が仮にあったとしてもめったに実現されないということである。ねじ式留め具用の大部分のねじ締めシステムで、ドライバは、面と面との幅広い領域接触よりむしろポイント接触または線接触をもたらす方法で、頭部の凹部と嵌合する。実際の接触領域は、概して、完全な面と面との接触より実質的に少ない。従って、トルクがドライバによって印加される場合に、留め具頭部に印加される力は、局所化された領域に集中して高い局所化された応力をもたらす傾向がある。かかる局所化された高い応力は、可塑的に凹部を変形させ、傾斜または他の変形を形成して、凹部からのドライバの時期尚早の意図しない着脱を結果として生じる。前述の問題点が、先行技術において認識されてきた。例えば、米国特許第２，２４８，６９５号（ブラッドショー）は、ドライバ及び留め具のねじ締め表面及びねじ締めされた表面がそれぞれねじ軸に関して湾曲しかつ偏心して位置決めされた、留め具頭部及びドライバ構成を開示する。ブラッドショーの留め具では、円形またはログらせんなどのいかなる「適当な曲率」も、それが摩擦係合によってしっかり締めるか一緒に係止するために正しい位置に置かれる限り用いられてもよい。ブラッドショーの示唆にもかかわらず、上記で参照したような以後のねじ締めシステムは、摩擦係合に依存するブラッドショーの示唆を用いたように見えない。
【０００７】
ドライバと凹部との間の係合可能な表面領域を最大にするためのねじ締めシステムが、本件出願と共通に所有されている米国特許第５，９５７，６４５号で開示された。‘６４５号特許の開示は、参照することにより本出願に組み込まれている。‘６４５号特許の凹部及びドライバは、らせん状に構成された係合表面によって構成されている。
【０００８】
‘６４５号特許に開示されている発明の利点は、ドライバと留め具のねじ締め表面及びねじ締めされた表面をそれぞれ構成して、らせん及び、特に、ドライバの嵌入及び取り外しの間、ドライバと凹部との間の実質的で寛容な間隙を可能にするが完全に配置されたドライバが回転してその間隙を利用することが可能であるらせん構造、の部分に一致させることによって実現される。ドライバのねじ締め壁及び凹部のドライバに係合可能な壁のらせん形状は、らせん状の壁が係合する場合に、壁が相対的に幅広い領域にわたって係合し、その幅広い領域にわたって応力を印加して分散するようなものである。らせん形状のねじ締め壁及びねじ締めされる壁は、正しい位置に置かれて、ほとんどないがもしあれば摩擦に依存する正接に近い係合で、印加されたトルクの主要部分を留め具半径の実質的な法線に方向づけるのを助ける。
【０００９】
らせん形状になされたねじ締めシステムが用いられる多くの用途では、ドライバは動力駆動されるかまたは限られたアクセスの場所に嵌入されることを必要とするかもしれない。かかる状況において、嵌入に先立って留め具を着脱自由にドライバに係合して、ドライバがドライバとしてだけでなく嵌入用ツールとして用いられる必要がある。この「棒状嵌合（stick fit）」特徴は、例えば、米国特許第６，１９９，４５５号、第４，４５７，６５４号及び第４，０８４，４７８号に示すように、いくつかの異なる種類の留め具において試みられてきた。
【００１０】
‘４７８号特許では、一連のうね２６が凹部に嵌入されて締まりばめを設ける。‘６５４号特許では、キャップがねじ頭部にわたって嵌入され、凹部へ押圧され、戻り止め付き環状隆起３０がキャップ内に設けられてドライバを係合する。‘４５５号特許の変形された正方形の留め具では、隣接している外壁１７及び２３が先細りにされて棒状嵌合機能を提供する。表面１７及び２３が、ねじ締め表面１４に関連する表面のより大きい領域に対して選択される。
【００１１】
「棒状嵌合」特徴は、留め具がドライバに着脱自由に係合されることを可能にし、到達することが難しいユニットとして、オートメーション化されたドライバ及び留め具の取り扱いおよび他の用途を可能にする。一旦嵌入されても、留め具及びドライバは最小労力で外され得る。
【００１２】
‘６４５号特許は、正の逃げが、凹部の嵌入表面、着脱表面及び他の凹部表面において形成されてもよいということを示す。明細書から明らかでないが、かかる逃げは、凹部のドライバの係合を容易にし、またはまっすぐな軸方向の配置以外のドライバの方向づけに対するある程度の許容を提供するためであってもよい。かかる逃げが、この種の「棒状嵌合」特徴を提供するために用いられるという示唆はない。事実、６度までの提案された逃げは、必要とされかつらせん状の嵌入表面の目的と大いに相いれないものをはるかに超えている。そしてそれは、即ち、他のねじ締めシステムの正接の係合に対向するような延伸された表面領域に沿ってドライバ及び留め具の係合を提供するためである。従って、らせん形状の留め具上に棒状嵌合特徴を提供するための適当な手段を提供することが必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、凹部表面とドライバ表面とがらせん形状の表面に沿って係合するドライバと留め具との間の締まりばめを提供することである。この目的を実現するために、凹部が標準的ならせん形状の凹部にできる限り近い寸法になされて、現在利用できるドライバを収容する。凹部の突出部または翼状部は、嵌入表面及び着脱自由な表面で形成される。隣接した翼状部は、遷移表面によって突出部の内径で分離される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
締まりばめを生成するために、遷移表面が２°までのわずかな逃げで構成される。その中で、対向する遷移表面の間の凹部の底部における距離がわずかに減じられる。標準的なドライバが所定の深さまで通常の方法で嵌入可能であって、その後減じられた寸法がドライバ上の嵌合している遷移表面との妨害を生じるだろう。凹部の上側開口部にわたる寸法におけるいかなる変化も最小化しながら、このことは達成される。この方法で、「棒状嵌合」特徴が、嵌入表面における所望の十分な表面領域係合を目に見えるほどに変化させることなしに提供される。
【００１５】
本発明の組合せが、添付の図面を参照して以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、一端に形成されたねじ山１４を有するシャンク１２及び他端に形成された凹部１８を有する頭部１６を含む典型的なねじ式留め具１０を例示する。頭部１６は、従来のツーブローヘッダマシンで形成されてもよい。そこで、留め具が製造されるワイヤまたは他の材料の端部がヘッダマシンの金型において支持され、その頭部端部が、まず部分的に頭部を形成するパンチで、次に頭部を完成させてドライバが係合可能な凹部を形成する最終パンチで打ち付けられる。凹部１８は、中心部２０及び放射状に外側に延伸する複数の突出部（翼状部）２２を有するように図示されている。図１の実施例の凹部は、その翼状部２２の各々が嵌入壁２４（右ねじ１４と仮定する）及び除去壁２６を有するように形成される。嵌入壁２４及び除去壁２６は、実質的に垂直であるように形成されて、ねじの長手方向軸に平行な円筒状の表面を画定するかまたは近付けることが望ましい。凹部の底部は、円錐形の底壁２８によって画定されてもよい。各々の翼状部の放射状の外側端部が、翼状部の嵌入壁２４と除去壁２６との間に滑らかに湾曲した遷移３０を設けるように輪郭を示されてもよい。凹部はまた、翼状部２２の嵌入壁２４と隣接する翼状部２２の除去壁２６との間に内側遷移壁３２を含む。本発明は、嵌入壁２４または除去壁２６のうちの一方だけがらせん状の輪郭部分を設けられる１つ以上の翼状部を有する凹部を含む多種多様な構成のねじ式留め具に組み込まれてもよいということが理解されなければならない。
【００１７】
本出願の留め具２０は、図２に示されていて、締まりばめにおいて標準のらせん状ドライバを受けるための信頼できる「棒状嵌合」を提供する。「棒状嵌合」は、遷移表面３２上の限られた締めしろ表面４０を構成することによって設けられる。締めしろ表面４０は、図４に示すように、留め具の軸４１について１°−２°の範囲の逃げ角θで形成される。
【００１８】
図３で分かるように、対向する締めしろ表面４０が、遷移表面３２のより低い部分で凹部２０の範囲内で対向する先細りの表面を設ける。凹部２０は、ｄ１という凹部の頂部で実質的に標準寸法になされているが底部でｄ２という減少された寸法の開口部を有して構成される。締めしろ表面４０が、ドライバが完全に凹部２０に嵌入されるように、らせん状ドライバとの締まりばめを生じる。ドライバが完全に凹部２０に嵌入される場合にだけ締まりばめが生じるので、本発明の「棒状嵌合」特徴は、ドライバのねじ締め表面と嵌入壁２４及び除去壁２６との直接の係合を損ねない。
【００１９】
遷移表面３２上に先細りの表面４０を製造するために、ワイヤＥＤＭ工程が用いられて、図５に示すように、金型または歯切り工具５０を構成し、本発明の凹部がそこから形成されてもよいパンチを冷間加工する。
【００２０】
歯切り工具５０は、例えば、直径１インチで１インチの長さの棒鋼材料のブランク５１から構成される。それは、１インチの耐性＋０．０００５／−．００００まで心なし研削される。ブランクの両端は、外径に平行で正方形であることが必要である。近似の耐性が、良好なワイヤＥＤＭ工程を確実にするために必要である。図６に示すように、中心孔５２が、図３に示したｄ１寸法未満の直径で、ブランク５１において軸方向にあけられる。
【００２１】
十分な大きさになされて孔をあけられたブランク５１は、次に孔５２を介して挿入されたワイヤを用いてワイヤＥＤＭ治具に置かれる。ワイヤＥＤＭは、図２に示すように、１塊の材料を切り出して、らせん状凹部用のパンチの形状に金型空洞５３を形成するようにプログラムされている。「棒状嵌合」構成を実施するために、対向する締めしろ表面４０の間で空洞の頂部開口部が寸法ｄ１になされ、空洞の底部開口部において、この寸法がｄ２になされ、ｄ１＞ｄ２である。この先細りになされた構成は、遷移表面３２上にだけ形成されて締めしろ表面４０を生成する。
【００２２】
歯切り工具５０の金型空洞５３を所望の深さに構成するために、パンチ（図示せず）を形成する。付着性が生じる付着位置を位置決めすることは重要である。この測定点を位置決めするために、ダイヤル５５及び探針５６を有する専門のゲージ５４が造られて、例えば図１に示すように、探針５６が標準的ならせん状留め具１０用のドライバとして成形される。締まりばめがダイヤル５５上に示されるまで、探針５６は空洞５３に嵌入される。これは測定点の深さｘであり、空洞の深さｙが決定されるポイントとして用いられる。次に、歯切り工具５０の上面５７が、機械加工されて深さｙを得る。このことは、図８及び９に示されている。十分な大きさになされて機械加工された時点で、歯切り工具５０は、「Ｃ」スケール硬さ検査器上で６０から６３の硬さレベルに硬化されて先細りにされる。この処理は、同じ寸法を有する信頼できる多数の歯切り工具の構成を可能にする。
【００２３】
次にパンチが、従来技術で公知であるように、ソフトスチールブランク上へと動力プレスの歯切り工具５０を押圧することによって構成される。
【００２４】
本発明は特定の実施例に関して説明されるとともに、特定の実施例の説明は例示だけであり、本発明の範囲を制限するように解釈されるべきでない。様々な他の変化形と変更とが、請求項によって画定されるように、本発明の精神及び範囲から乖離することなく当業者に思いつくかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】らせん形状の凹部を有する平頭ねじの斜視図である。;
【図２】本発明に従って変形されたらせん形状の凹部を有する平頭ねじの斜視図である。
【図３】図２の平頭ねじの平面図である。
【図４】図３の切断線４−４に沿って取られた図２の平頭ねじの断面図である。
【図５】本発明の平頭ねじの構成に用いられるパンチを形成する金型の斜視図である。
【図６】ワイヤＥＤＭ工程に先立つ金型ブランクの斜視図である。
【図７】金型の測定を示している概略図である。
【図８ａ】図５の金型の断面図である。
【図８ｂ】図５の金型の平面図である。
【図９ａ】予め定められた深さに機械加工された図５の金型の断面図である。
【図９ｂ】予め定められた深さに機械加工された図５の金型の平面図である。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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