KR20010031637A - 나사 체결구용 나선형 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

나사 체결구(10)용 나선 구동 시스템은, 고 응력 영역의 발생 위험을 저하하도록 광역 드라이버-체결구 계면에 걸쳐서 구동 하중을 분산시키면서, 적어도 일부 드라이버 결합 가능 면이 최대 토오크를 전달하도록 구성되는 나선 세그먼트(8)에 의해 형성되는 체결구(10)의 헤드 단부(16)에 드라이버 결합 가능 면을 구비하는 것이다. 드라이버(4)와 관련 공구도 기재되어 있다.

Description

나사 체결구용 나선형 구동 시스템{SPIRAL DRIVE SYSTEM FOR THREADED FASTENERS}

산업 분야에서 일반적으로 사용되는 나사 체결구는 높은 토오크 하중 하에서 고속으로 동력식 공구에 의해 통상적으로 구동된다. 상기 조건은 특히 구동 시스템에 대하여 그리고 보다 특정하게는 체결구 헤드에 드라이버 결합 리세스(driver engageable recess)를 가진 나사 체결구에 대하여 곤란한 설계 고려 사항을 제공한다. 이상적으로는, 이러한 구동 시스템은 리세스와 결합하기에 적합한 드라이버 및 체결구 헤드를 형성하는 관련 공구뿐만 아니라 리세스와 헤드의 기하형상 모두에 대하여 용이하게 제작되어야 한다. 체결구 헤드의 강도는 리세스에 의해 악영향을 받지 않아야 한다. 드라이버는 리세스에 용이하게 삽입될 수 있으며 용이하게 후퇴될 수 있어야 한다. 드라이버와 리세스는 상호 결합시에 리세스 또는 드라이버 또는 이들 양쪽의 변형을 초래하여 구동 시스템의 조기 고장을 일으킬 수 있는 매우 국부적인 응력 영역의 형성을 방지하기 위하여 응력 하중을 균일하게 분포시켜야 한다. 체결구 구동 시에, 구동 시스템은 리세스로부터의 드라이버의 캠-아웃(cam-out)을 저지하여야 한다. 많은 적용에 있어서, 체결구가, 수리 또는 부품 대체 또는 접근 패널을 제거 및 대체하기 위하여 체결구를 제거하여야 하는 적용 시에 수회 사이클을 견딜 수 있어야 한다는 것은 매우 중요한 사항이다. 체결구 구동 시스템은 이상적으로는 특히, 리세스가 오염, 도색 또는 부식되거나 다른 것에 의해 사용시 악영향을 받게 되는 환경에서 반복적으로 사용될 수 있어야 한다. 상기와 같은 환경에서, 기본적으로 구동 시스템은 제거 방향(removal derection)으로 토오크를 가하는 동안에 구동 결합을 유지하는 것이다. 구동 시스템은, 체결구가 최초 조립시 과도한 토오크를 받을 때 발생할 수 있는 경우 또는, 결합 나사부의 계면에서 부식이 발생된 경우 또는, 조립된 요소들의 열 사이클링이 체결구 상에 증가된 응력을 발생시킨 경우에, 체결구를 제거할 때에 고 수준의 토오크를 균일하게 가할 수 있을 필요가 있다. 한 개 이상의 상기 내용 및 다른 특성이 경쟁적인 조건을 제공하는 장소에서는, 서로 간의 우호적인 타협을 이룰 수 있을 것이다.

미국 특허 제Re 24,878호(스미쓰(smith) 외); 미국 특허 제3,237,506호(묀칭거(Muenchinger)) 및 미국 특허 제2,474,994호(토마일즈(Tomalis))에는 일반적으로 사용되는 다수의 십자형 리세스를 구비하는 다양한 리세스 및 드라이버 구조를 기재하고 있다. 미국 특허 제3,763,725호(레이랜드(Reiland))에는 멀티-로브 외형체를 구비하는 그리고 미국 특허 제 4,187,892호(시몬스(Simmons))에는 리브형 구동 시스템을 구비하는 다른 체결구 가하형상이 있다. 또한, 공통 리세스 구조 중에는 기본적으로 유사한 형태의 드라이버에 수용되는 직선 벽으로 6각형 모양의 소켓이 있는 알렌(Allen) 시스템이 있다. 리브형 시스템(ribbed systems)을 제외하고, 리세스와 드라이버의 벽과 면은 일반적으로 구동면 및 피구동면의 면-대-면 접촉이 이루어지도록 서로 밀착되게 끼워지도록 설계된다. 십자형 리세스 체결구에서는, 상기 면-대-면 결합이 드라이버가 리세스 내에 적절하게 정렬되어 안착될 때에만 발생할 수 있는 것이다. 실질적으로, 드라이버가 리세스 안으로 삽입될 수 있도록 하기 위해서는 필수적으로, 양쪽 사이에 약간의 틈새가 있어야 한다. 상기 틈새의 필요성은 대체로 수직인 드라이브 벽을 가지는 리세스에서는 레이랜드의 '725호 특허와 알렌 헤드 시스템에서와 같이 상당히 중요한 사항이 된다. 상기 시스템에서는 모두, 필수적인 상기 틈새의 실질적인 결과로서, 드라이버 및 리세스 면 사이에 대체적인 면-대-면 광역 접촉(broad area contact)이 조금은 드물게 달성된 것이다. 나사 체결구용의 대부분의 구동 시스템에서는, 드라이버가 면-대-면 광역 접촉보다 양호한 점 또는 선 접촉으로 되는 방식으로 헤드의 리세스와 결합한다. 일반적으로 실질적인 접촉 영역은 완전한 면-대-면 접촉보다 대체로 못하다. 결과적으로, 드라이버에 의해 토오크가 인가되면, 나사 헤드에 가해지는 힘은 국부 영역에 집중되어 매우 높은 국부 응력을 초래한다. 높은 국부 응력은 리세스로부터 드라이버의 의도하지 않은 조기의 결합 해제를 초래하는 경사면 또는 다른 변형을 형성하며 리세스를 소성 변형시킬 수 있다.

상술된 곤란함은 당 기술분야에서 인식되어져 있다. 예를 들면, 미국 특허 제2,248,695호(브레드쇼(Bradshaw))는 드라이버 및 체결구의 구동면 및 피구동면이 각각 만곡되고 그리고 나사축에 대해 기본적으로 배치되는 나사 헤드 및 드라이버 장비를 기술하고 있다. 브레드쇼 체결구에서는 원형 또는 로그 나선(log spiral)과 같은 임의적인 ″적절한 곡률″이 마찰 결합에 의해 함께 결합 또는 로킹되는 방향으로 있는 한에서는 사용될 수 있는 것이다. 브레드쇼의 예시에도 불구하고, 상기 언급된 바와 같이 이후의 체결구 구동 시스템에는 마찰 결합에 의지하는 브레드쇼의 예시가 채택되어져 있지 않다.

본 발명은 나사 체결구용 구동 시스템, 그 제작용 공구 그리고, 체결구 구동용 드라이버에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따르는 리세스를 가진 평 헤드 나사(flat head screw)를 설명하는 도면.

도2는 도1에 도시된 나사의 리세스와의 결합용으로 채택되는 본 발명에 따르는 드라이버를 설명하는 도면.

도3은 리세스 내에서 단면으로 나타낸 드라이버가 있는, 본 발명에 따르는 간략한 단일 로브(lobe) 나선형 리세스를 가진 설명을 위해 간략하게 나타낸 나사 헤드의 상부도.

도4는 리세스의 나선 면과 드라이버의 나선 면이 결합하도록 나사에 대하여 회전되어져 있는 드라이버로서 도3의 것과 유사한 도면.

도5는 본 발명에 따르는 결합 드라이버 및 리세스 벽용의 가장 양호한 모양을 형성하는 일정 간극 나선(constant gap spiral)을 개략적으로 나타낸 극좌표 도면.

도6은 삽입 드라이버에 의해 체결구에 토오크가 적용되는 동안 본 발명의 리세스와 드라이버 사이에 힘의 평형을 설명하는 힘 다이어그램.

도7은 드라이버와 리세스 사이에 마찰적 결합에 시스템의 설계가 의지하는 종래 기술 드라이버와 리세스 사이에서 나타나는 성분 힘(component forces)을 설명하는 도6의 것과 유사한 힘 다이어그램.

도8a 내지 도8e는 반시계 방향으로 회전되는 드라이버에 의해 나선형 외형상 리세스 벽이 결합되는 복합 날개 리세스를 가진 체결구 헤드를 개략적으로 나타낸 평면도.

도9a 내지 도9d는 각각에 나선형 구조가 제공된, 날개의 설치 및 제거 벽이 있는 복합 날개를 가진 나선형 리세스 구조를 개략적으로 나타낸 평면도.

도10a는 나사의 날개에 시계방향(설치 방향)보다 반시계방향(제거 방향)으로의 토오크가 더 큰 토오크를 발생하는데 채택되는 대칭형 구조로 이루어진 나선형 설치 및 제거 벽이 제공되는 본 발명에 따르는 리세스를 가진 나사와 드라이버를 단면으로 나타낸 평면도.

도10b는 드라이버가 그 나선형 제거 벽과 결합 상태에 리세스를 가지고 제거 방향인 역시계방향으로 회전되어져 있는, 도10a의 나사 및 드라이버를 설명하는 도면.

도11a는 일 회전 감지부에 나사 및 드라이버의 결합 면이 일정 간극 나선 구조로 형성되고 그리고 제안된 구동 벽이 다른 나선형 구조로 형성된, 리세스의 설치 벽과 결합하여 회전 되어져 있는 드라이버의 설치 벽을 부가로 설명하는 복합 날개으로 이루어진 리세스 나사 와 드라이버를 개략적으로 나타낸 평면도.

도11b는 드라이버가 나사 헤드에 대하여 반시계 방향으로 회전되어져 드라이버와 리세스의 일정 간극 나선 면과 결합하는 도11a의 도면과 유사한 도면.

본 발명의 목적은 종래 기술에 경우에서와는 다르게 경쟁적 특성의 타협 없이 나사 체결구 구동 시스템에 적합한 필요한 다수 특성이 이루어진 나사 체결구용 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 이점은 드라이버를 삽입 및 제거하는 중에 드라이버와 리세스 사이에 상당하고 여유있는 틈새가 있으면서 전체적으로 안착되는 드라이버가 상기 틈새를 취하도록 회전이 허용되는 나선부, 특히 나선형 구조의 세그먼트에 각각 부합하도록 드라이버 및 체결구의 구동 및 피구동 면을 구조하여 달성한 것이다. 리세스의 드라이버 결합 벽과 드라이버의 구동 벽의 나선 구조는, 나선 벽의 결합 시에, 상당히 넓은 영역에 걸쳐서 적용되어서 상기 광역 전체에 응력이 분포되는 것이다. 나선형으로 구성된 구동벽 및 피구동벽은 접선 상태에 가까운 마찰 결합(near-tangential engagement)에 의지 하지 않는 체결구 반경에 대해 대체로 수직으로 대부분의 적용 토오크가 향하도록 배향된다. 리세스의 드라이버 결합 가능 벽과 드라이버의 구동벽은, 작은 각도의 일부 드래프트 각이 수용될 수 있지만, 실질적으로 수직에 근접되도록 형성될 수 있는 것이다. 구동벽의 구조는 리세스 밖으로 축선적으로 드라이버를 가압하는 성질이 있는 대체로 축선방향으로의 캠-아웃 힘을 유발하지 않고 고 수준의 토오크가 전달될 수 있는 것이다. 캠-아웃의 경향을을 최소로 하여서, 리세스가 비교적 얕게 됨으로써, 종래의 깊은 리세스를 갖는 경우에 비해 나사 헤드의 강성이 크게 된다.

본 발명을 실시하는 리세스는 양호하게, 중앙부와 복수개의 반경방향 날개를 구비하는 것이고, 적어도 그 2개는 적어도 일 높이방향으로 연장하는 나선형 드라이버 결합 가능 벽을 구비하는 것이다. 리세스는, 설치 방향으로만, 또는 제거 방향으로만, 또는 설치 및 제거 방향 양쪽으로 결합하는 나선형 구동 면에 제공되는 것이다. 또한, 토오크 용량이 타 방향 보다도 일 방향으로 더 높게 되도록, 나선 면이 다른 원호 길이와 방향을 가지도록 정렬되는 것이다. 따라서, 충분한 토오크가 항시 설치 중에 앞서서 적용되는 토오크를 극복하고 가해지도록 설치 방향으로 보다는 제거 방향으로 더 높은 토오크 로드를 전달할 수 있도록 나사가 만들어지는 것이다.

본 발명의 부가적인 면으로, 구동 면이 그 관련 리세스 면과 만날 때 상기 면의 공통 결합 영역을 균일하게 따라서 작업이 행해지도록 나사의 종축선에 대하여 결합 드라이버와 리세스 면의 나선 구조로 이루어져 배치되는 것이다. 양호하게, 드라이버 면의 나선 구조는 대체로 리세스 면의 구조와 동일한 것이다. 결과적으로, 드라이버가 리세스의 피구동 면과의 결합으로 그 나선 면이 전달되어 회전되면, 드라이버의 전체 면 영역이 리세스의 대응 전체 면과 결합하는 것이다. 상기 결합으로, 연속 토오크가 체결구의 반경에 대해 대체로 수직하는 방향으로 받게되는 대부분의 힘을 드라이버로부터 리세스로 적용하게 된다. 드라이버의 횡 단면 외형은, 리세스로부터 드라이버가 삽입 및 제거되는 성능을 향상시키는 틈새가 존재하도록 리세스의 외형보다 다소 작게 이루어진다. 나선 구조의 구동 면은, 드라이버와 리세스 구동 벽의 결합 시에, 이들이 광역 면-대-면 접촉으로 결합이 이루어지도록 드라이버 회전의 초기 부분 중에 틈새를 취할 수 있는 것이다. 그 가장 양호한 형태에서는, 나선 면이 리세스 내에서 드라이버의 허용되는 자유 회전의 범위에 걸쳐서 서로 대체로 평행하게 드라이버와 리세스의 대응 나선 면을 구조하고 방향지게 하는 것이다. 본 발명의 부가적인 면으로, 드라이버와 리세스의 나선형 결합 벽은 그 최내측 부분에서 나선 영역으로 한정되는 것이다. 나선부의 개시 지점은 체결구 회전 종축선으로부터 한정된 반경부분에 위치되고 그리고 나선부의 길이는 개시 반경의 약 3배 또는 3배 반에 이르는 초기 반경의 배수인 지점까지 연장되는 것이다.

본 발명의 다른 면으로, 펀치가 체결구 블랭크(fastener blank)의 헤드에 리세스를 형성하기 위하여 제공되고, 펀치는 종래 2개-블로우 헤더 기술(two-blow header technique)로 본 발명의 나선 리세스를 형성하는데 채택되는 니브(nib)와 체결구 헤드의 일 부분을 형성하도록 외형진 단부를 가진 메인 본체를 구비하는 것이다. 니브의 반경방향 연장 날개는, 체결구의 헤드 단부에 대한 충격 시에 상보(相補) 나선 면을 형성하도록 채택되는 일 또는 2개 나선 면을 구비할 수 있는 것이다. 본 발명의 부가적인 면에서, 구동 시스템은 구동 공구가 리세스를 한정하며 그리고 체결구에 피구동 면이 체결구 헤드에 둘레 면에 의해 한정되는 외부 구동 체결구에 사용될 수 있는 것이다.

본 발명의 목적은 나사 헤드와 드라이버에 국부적 응력을 최소로 하면서 토오크가 유효하게 전달되는 나사 체결구용 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 체결구에 드라이버 결합 면이 나선 외형부에 형성되고 그리고 동일하게 나선진 외형상 드라이버 요소에 의해 결합되도록 채택되는 나사 체결구용 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 드라이버와 리세스 구동 벽의 광역 면-대-면 구동 접촉이 가능하면서 리세스에 드라이버가 완전하게 삽입될 시에 구동 면 사이에 상당한 틈새를 드라이버 및 체결구의 구동 및 피구동 면이 개별적으로 제공하는 나사 체결구용 구동 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 나사 체결구용 구동 시스템용의 신규한 공구 작용을 제공하는 것이다.

도1은 일 단부에 형성된 나사부(14)를 가진 생크(12)와 타 단부에 형성된 리세스(18)를 가진 헤드(16)를 구비하는 일 예의 나사 체결구(10)를 나타낸 도면이다. 헤드(16)는 종래의 2개-블로우 헤더 머신으로 형성될 수 있으며, 와이어의 단부 또는 체결구가 제조되는 다른 재료가 헤더 머신의 다이에서 지지를 받게되고 그리고 그 헤드 단부는 먼저 부분적으로 헤드를 형성하는 펀치로 그리고 다음 헤드를 마무리하여 드라이버 결합 가능 리세스를 형성하는 다듬질 펀치로 충격을 받게되는 것이다. 리세스(18)는 중앙부(20)와 복수개의 반경방향 외측으로 연장하는 로브(날개)(22)를 구비하는 것으로 설명된다. 도1의 실시예에서의 리세스는 각각의 날개(22)이 설치 벽(24)(오른 나사(14)로 가정)과 제거 벽(26)을 가지도록 형성된다. 설치 벽(24)과 제거 벽(26)은 양호하게 나사의 종축선에 대해 평행한 원통형 면을 대체로 수직적으로 한정 또는 밀접하게 있도록 형성된다. 설치 및 제거 벽, 그리고 다른 리세스 면은 약간의 양성 드레프트(positive draft)를 구비하도록 형성 즉, 이들이 저부로부터 리세스의 정상부를 향하는 방향으로 약간 갈라지게 형성된다. 예를 들면, 약 6°에 이르는 양성 드레프트는 많은 적용물용의 시스템의 토오크 전달 성능에 역효과를 주지 않는 것이다. 리세스의 저부는 원추형 저부 벽(28)에 의해 한정되는 것이다. 각각의 날개의 반경방향 외부 단부는 날개의 제거 벽(26)과 설치 벽(24) 사이에 완만하게 곡선진 변환부를 제공하도록 외형상진 것이다. 리세스는 또한 일 날개(22)의 설치 벽(24)과 다음 인접한 날개(22)의 제거 벽(26)과의 사이에 내부 변환 벽(32)을 구비하는 것이다. 본 발명은 설치 또는 제거 벽(24, 26)의 오직 하나만에 나선식으로 외형상진 세그먼트가 제공되는 1개 이상의 날개를 가진 리세스를 구비하는 다양한 구조의 나사 체결구에 합체될 수 있는 것임을 이해하여야 한다.

도2는 도1에 설명된 복합 날개 나선형 리세스와의 결합용으로 구조된 드라이버(34)를 설명하는 도면이다. 드라이버(34)는 생크(36)의 단부에 형성된 복합 날개 니브(38)와 생크(36)를 구비하는 것으로 고려된다. 니브(38)는 복수 날개(40)이 반경방향으로 있는 중앙 부분(42)을 구비하는 것이다. 드라이버의 단부 벽(42)은 원추형 또는 다른 구조로 형성될 수 있는 것이다. 양호하게, 단부 벽(42)은 드라이버(34)가 리세스(18)에 완전하게 안착되면 약간의 틈새를 리세스의 저부 벽(28)과 단부 벽(42)의 일 부분 사이에서 유지하는 것이다. 각각의 날개는 설치 벽(46)과 제거 벽(48)을 가지는 것으로 고려한다.

모두가 필수적인 것은 아니지만 대부분을 관찰하여서, 적용물에는 복합 날개 리세스 및 드라이버를 이용하였으며, 발명의 기본 원리를 도3 및 도4에서 개략적으로 과장하여 나타낸 간략한 단일 로브(lobe) 실시예를 참고로 하여서 설명한다. 평면으로 도시된 나사 헤드(16)에는 설치 벽(24A)과 제거 벽(26A)을 형성하는 단일 로브 리세스(18A)가 제공된다(우방향 나사 체결구로 가정). 설명을 용이하게 하기 위해서, 제거 벽(26)은 체결구 축선(44)에 대해 수직적인 평면과의 교차부가 나선부를 형성하는 나선형 구조로 형성하였다. 설치 벽(24A)은 개시점으로부터 나선부의 외부 단부로 대체로 반경방향으로 연장되는 평탄 면으로 있는 것으로 설명된다. 드라이버(34A)는 체결구 헤드(16)의 정상 면에서 체결구의 축선(44)에 대해 수직적인 평면을 따라서 취해지는 단면으로 설명된다. 간단한 단일 로브 드라이버(34A)는 리세스(18A)의 제거 벽(26A)과 설치 벽(24A)과 단면 기하형상이 기본적으로 동일한 설치 벽(46A)과 제거 벽(48A)을 가지는 것을 고려할 수 있다. 드라이버(34A)의 제거 벽(48A)은 리세스 벽(26A)의 나선과 대체로 동일한 나선을 형성하도록 이루어진다. 적어도, 리세스에 의해 형성된 엔벨로프 내에 수용되는 드라이버(34A)의 니브 부분은 리세스의 대응 벽과 평행하게 방향을 향하고 있는 벽을 구비하는 것이다. 드라이버는 리세스에 안착될 시에 대체로 균일한 틈새(50)가 리세스와 드라이버의 대응 구동 벽 사이에 존재할 수 있도록 리세스에 대한 치수로 형성된다. 드라이버와 리세스 사이에 틈새(50)를 생성하여, 드라이버가 리세스 내에 이물질, 부식 또는 그와 같은 류의 것이 있는 광범위한 작동 상태 하에서도 리세스로부터 용이하게 제거 및 그 안으로의 삽입이 이루어질 수 있도록 선택되어야 한다.

도4는 리세스의 대체로 평행한 나선 벽(26A)과 드라이버의 나선형 제거 벽(48A)이 결합하도록 반시계방향으로 회전되어져 있는 드라이버를 가진 도3의 드라이버와 리세스를 개략적으로 설명하는 도면이다. 도4로부터, 드라이버가 리세스의 면과 그 나선 면이 결합하도록 회전되어져 있을 시에, 드라이버와 리세스의 나선형 제거 벽 사이에 틈새(50)는 완전하게 감겨지고 반면에 드라이버와 리세스의 설치 벽 사이에 틈새(52)는 리세스와 완전 결합이 이루어지도록 드라이버가 회전하는데 필요한 회전량에 대응하는 각도(θ)를 형성하도록 증가되는 것을 볼 수 있다. 따라서, 드라이버가 나선 반경을 감소시키는 방향으로 회전됨으로서, 틈새(50)가 소거되고 나선 면은 광역 면 구역에 걸쳐 전체적으로 결합이 이루어지는 것이다. 본 발명에 따라서, 고 토오크의 전달을 가능하게 하는 방향으로 향해진 나선 곡선이 선택될 수 있는 것이다. 이상적으로, 드라이버의 전체 나선 면은 대체로 전체 면 구역에 걸쳐서 동시적으로 리세스의 전체 나선 면과 결합하는 것이다. 상기 결합은 가해지는 광범위하고 균일한 로드를 분배하며 높은 응력 집중 점의 발생을 방지하는 것이다.

도3 및 도4의 과장하여 개략적으로 나타낸 단일 로브 설명에서, 나선부는 도4에서 '54'로 나타낸 그 개시점으로부터 도4에서 '56'으로 나타낸 그 종착점으로 이어지는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명에 의거, 드라이버와 리세스의 대응 면은, 보다 내부방향으로 위치한 부분이 체결구를 구동하는데 기여하지 않는 반경 외부방향 힘으로서 보다는 토오크로서 적용 힘의 상당한 부분을 전달하기 때문에, 보다 외부방향으로 위치한 부분 보다는 보다 내부방향으로 위치한 부분에 부합하도록 정렬 배치된다. 따라서, 도4로부터 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들면 '58'로 제안된 나선부의 반경 내부방향으로 더 위치한 부분은, 적용 힘의 대체로 큰 성분이 반경방향 외측으로 향해지고 대체로 토오크가 빈약한 '60'으로 나선부의 보다 반경방향 외측인 위치용에 비해서 체결구에 보다 많은 적용 힘이 토오크를 주도록 전달하는 것이다. 보다 반경방향 내측으로 있는 구역이 이용되도록 나선형 구조 벽을 정렬 배치하는 것은 본 발명의 주요한 면이다. 따라서, 실질적인 적용에서는 본 발명에 따라 제조된 체결구가 '58'로 나타낸 나선부의 세그먼트를 구비하고 반면에 세그먼트(60)로 나타낸 부분은 이용되지 않아야 한다. 보다 상세하게는 후술되는 바와 같이, 드라이버에 의해 체결구에 적용되는 대부분의 토오크가 반경방향 외측힘을 적용하여 양호하게 체결구를 회전시키는 역활을 하도록 나사의 종축선(44)에 대하여 나선 면이 방향을 향하고 있는 것이다. 도시된 바와 같이, 제거 방향으로의 토오크의 전달은 설치(시계방향)방향으로 적용되는 것보다 더 크게 된다. 본 발명에 따라서, 나선 면은 가변적인 것이기 때문에 체결구용의 특정한 적용물에 종속하여서, 설치 및 제거 토오크 성능 사이에서 필요한 비율로 제공될 수 있는 것이다.

도5는 본 발명에 사용에 적합한 필요한 특성을 가진 이상적 나선을 극좌표로 설명하는 도면으로서, 나사 체결구의 종축선에 대응하는 회전축에 대한 방향으로 있고 그리고 각도(θ)를 통한 회전 시에, 비회전되는 나선선부로부터 평행하게 이격져 유지되는 것이다. 도5에 도시된 바와 같이, 위치(A)로 나타낸 이상적 나선은, 위치(B)에 대한 각도(θ)로 회전 시에, 위치(A)의 나선에 평행하게 유지되면서 간극(C)에 의해 위치(A)의 나선으로부터 이격지는 것이다. 간극(C)의 크기가 임의적으로 주어진 각도(θ)에 적합하게 증가되는 회전각(θ)으로 증가하더라도, 틈(C)은 나선 길이에 걸쳐 일정하게 유지되는 것이다. 일정 틈 나선(constant gap spiral)의 기하형상은 극좌표로 표현되는 다음의 식으로 정의된다.

여기서, θ= 회전축으로부터의 거리(R)에서의 곡선을 횡단하는 반지름의 회전각도(반경);

R_i= 회전축으로부터 나선 개시점으로 측정된 개시 반경 및;

R = 회전축으로부터도 측정된, 회전각(θ)에 나선 반경 이다.

상술된 바로부터, 드라이버가 리세스의 나선 벽과 결합하도록 구동되고 일정 틈 나선을 실시하는 구동 벽으로 형성되면, 드라이버상에 나선 구동 벽이 전체적으로 동시에 리세스에 대응 나선 구동 벽과 결합됨을 예견할 수 있을 것이다. 도4와 관련하여 상술된 바와 같이, 도5의 극좌표 그래프는 나선부의 회전 위치부 사이에 틈이 나선부가 평행하다고 이해될 수 있도록 일정하게 있는 이상적 나선을 설명할 목적으로 나타낸 것임을 이해하여야 한다.

본 발명에 의거, 리세스의 날개의 구동 벽에 나선 면은 반경(R_i)으로 리세스의 중앙축(44)으로부터 나선부의 개시점(54)이 반경방향으러 이격되도록 배치된다. 본 발명에 의거, 개시점(54)에 근접하게 배치된 나선 면의 부분은 보다 외부방향으로 위치한 부분에 비해서 나사를 회전식으로 구동하는 방향으로 가해지는 대부분의 토오크를 전달하는 것이다. 나선부 구동 면과 드라이버 결합 리세스는 개시점(54)에 보다 근접하게 배치된 나선부에 부합하도록 상기 면을 구조하여 전달 토오크에서 가장 유효하게 된다. 본 발명에 의거, 힘 전달 벽은, 도5에서 R = 1 내지 약 R = 3.5('62' 지점으로 표시) 이하로, 보다 양호하게는 R = 1 내지 약 R = 2 인 범위 내에서 연장되는 나선부의 상기 부분에 부합하도록 곡선지는 것이다. 나선부의 필요한 내부 부분에 의해 대응되는 원호의 각도의 면을 고려하여, 각도는 최대로 약 125°, 보다 양호하게는 약 90°이하, 그리고 가장 양호하게는 약 45°이하로 이루어지는 것이다.

도6 및 도7은 결합 드라이버 및 리세스 벽의 곡선 면을 따르는 임의 지점에서 작용하는 힘 성분을 나타내는 힘 다이어그램 이다. 도6은 본 발명의 힘 다이어그램을 설명하는 도면이다. 도6은 리세스 체결구 헤드(16B)의 제거 벽(26B)이 있는, 곡선 계면(68)을 따라서, 면-대-면 결합으로 제거 구동 벽(48B)을 가진 드라이버(34B)를 나타낸 도면이다. 도6은 '70'에서 제안된 바와 같이 반시계방향 토오크가 나사의 축(44B)에 대하여 적용될 때에 힘 벡터를 개략적으로 나타낸 도면이다. 선택된 관심점(72)에서, 드라이버(34B)는 계면(68)에 수직적인 방향을 따라서 리세스 면(26B)에 힘(74)을 가하는 것이다. 수직 힘(74)은 나사에 토오크만을 적용하는 성분(76)과 토오크 없이 반경방향 외측 압축 응력을 발생하는 다른 성분(78)으로 분해된다. 또한, 수직 힘(74)은 계면(68)에 대한 접선(82)을 따르는 방향으로 마찰력(80)을 발생한다. 다음, 마찰력(80)은 토오크 성분(76)에 더해지는 성분(84)과 대향하는 다른 성분(86)으로 분해되고, 반경방향 외측 성분(78)에 대해서 공제되는 것이다. 수직 힘(74)에 대한 마찰력(80)의 크기는 면 평활도, 윤활성 및 나사 재료에의해 변경되는 마찰 계수에 따라 달라지는 것이다. 마찰 계수는 예를들어, 도6 및 도7의 힘 다이어그램의 전개로 선택되어져 있는 마찰 계수 0.4를 가지며, 약 0.1 내지 0.4 사이에 범위에 있는 것이다. 따라서, 도6은 본 발명의 구동 및 피구동 벽의 기하형상체 상태에서, 토오크가 고 마찰 계수를 갖더라도 설명을 목적으로 가정된 수직 힘 성분(108)에 의해 주로 발생되는 것을 설명하는 도면이다. 본 발명을 실시하는 체결구의 토오크 전달 능력은 마찰력의 벡터 성분(84)에, 어느 정도 현저한 정도로, 종속되지 않는 것이다.

도7은 도6의 것과 유사한 힘 다이어그램으로서, 지점(72')에서의 곡선 계면(68')에 대한 접선(82')이 나사 축선(44B')으로부터 지점(72')으로 그려지는 반경에 대해 거의 수직적인 방향으로 향해지도록 방향진 드라이버-리세스 곡선 계면(68')을 나타낸 도면이다. 상기 정렬은 브로드쇼의 특허 제 2,248,695호에 기술되어 정형화 된 것이다. 도6과의 도7의 대비로, 종래 기술의 구조는 벡터 성분(78', 86')의 길이에 차이로 확인되는 바와 같이, 나사 헤드의 대체로 더 높은 반경방향 외측 로딩을 초래하고 그리고 주로 토오크를 생성하는 흔히 예기치 못하는 마찰적 현상과 가변성에 따른다. 종래 기술에서의 마찰에 대한 신용은 성분(76')과 마찰 성분(84')의 상대적 분포를 대비하여 나타나게 된다. 상술된 바로부터, 나선 세그먼트에 대한 접선에 대해 수직하는 선은 종축선으로부터, 드라이버에 의해 적용되는 힘이 체결구에 토오크로서 전달되는 정도를 나타내는 접선 지점으로, 반경에 대한 각도로 만들어 지는 것을 예견할 수 있는 것이다. 본 발명에서는 상기 각도가 17°보다 작지 않아야 하며 양호하게 대체로 17°이상 이다. 본 발명의 주요한 객체 중에서는 마찰 특성에 크게 의지하지 않고 나사 헤드를 항복 또는 파쇄동작이 저하된 위험으로 드라이버로부터 체결구로 전달되는 높은 토오크로 구동 시스템을 제공하는 것이 있다.

도8a 내지 도8e는 본 발명을 실시하고 2개 내지 6개 날개(22A - 22E)을 구비하는 리세스 헤드 체결구를 개략적으로 설명하는 도면이다. 실시예에서, 리세스는 설치방향으로보다는 제거방향으로 더 큰 토오크를 적용하는 것이 양호하도록 제거 벽에 나선형 외형을 가지도록 구조된다. 개략적인 설명에서, 본 발명에 따르는 나선 모양을 구비하며, 설치 벽이 임의적으로 필요한 모양을 취할 수 있는 것이 이해되더라도, 설치 벽은 대체로 평평하게 나타내었다.

도9a 내지 도9d는 제거 및 설치방향으로 양쪽이 동일한 토오크를 나타나게 하는데 채택되는 쌍방향 나선형 구동 시스템에서 본 발명을 사용하는 것을 설명하는 도면이다. 이러한 실시예에서는, 한 개 이상의 날개의 설치 벽 및 제거 벽에 반대방향으로 향해진 나선 외형을 제공하여서, 설치 및 제거 방향 모두로 나선형 외곽진 구동 벽에 동반되는 특성을 제공하는 것이다. 도9a 내지 도9d에 설명된 실시예에서, 날개의 설치 및 제거 벽은 기본적으로 서로 경상(mirror images)인 것이다.

도10a 및 도10b는 날개가 설치 및 제거방향으로 나선형 구동벽을 구비하면서, 각 날개에 구동 벽의 하나는 다른 하나보다 더 큰 토오크 용량을 가지는 복합 날개 구동 시스템을 설명하는 도면이다. 도10a 및 도10b에 설명된 실시예는 설치 구동 벽이 행하는 것보다 더 큰 원호 길이 및 대응 구역을 제거 구동 벽이 가지기 때문에 제거방향으로 큰 토오크 용량을 제공하는 것이다. 제거 방향으로 더 큰 면 구역에 걸쳐 힘이 적용되기 때문에, 큰 토오크가 상기 방향으로 적용 될 수 있다.

본 발명이 상술된 일정 틈 나선으로 가장 유효하게 실시될 수 있을지라도, 시스템에 종래 기술에 현저한 이점을 제공하는 가장 양호한 대체로 일정 틈 나선에서 어느 정도 변화된 나선을 합체하여 제공될 수 있는 것이다. 도11a 및 도11b는 4개 날개(22F)을 리세스가 구비하는 리세스 및 드라이버(34F)의 예를 설명하는 도면이며, 날개 각각은 토오크 발생 방향으로 드라이버로부터 리세스로 주요 비율의 힘이 향해지도록 방향진 다른 나선 구조를 가진 설치 구동 벽(24F)과 일정 틈 나선부를 가지도록 구조된 제거 구동 벽(26F)을 구비하는 것이다. 각각의 드라이버 및 리세스 날개에 설치 및 제거 면의 변환부(90, 901, 92, 92')는 궁형 외곽으로 형성된다. 양호하게, 모든 실시예용으로, 충분히 풍부한 간극이 리세스의 구동 면과 드라이버의 구동 면과의 사이에 특정한 적용용으로 적합하게 제공된다. 드라이버 면과 리세스 엔벨로프에 의해 한정되는 엔벨로프 사이에 간극이 점 또는 선 접촉으로 고 집중 응력을 과장시키는 경향이 있는 종래 기술 시스템과는 다르게, 본 발명은 간극이 대응 나선 리세스 면과의 결합으로 나선 구조 구동면이 간극 각도(θ)로 회전되어 일정하게 취해지기 때문에 풍부한 간극에 의해 대체로 영향을 받지 않게되는 것이다. 예를 들어서, 드라이버 엔벨로프와 리세스 엔벨로프 사이와 그 전체 주변이 0.002 내지 0.004인치 정도의 간극은 시스템의 토오크 용량에 역효과가 없는 것이다.

리세스의 깊이는 나사 헤드 및 생크의 모양과 치수에 따르며, 리세스의 다른 치수와 마찬가지의 재료로 체결구가 제조된다. 상기 깊이는, 헤드와 생크간에 접합 세기가 정해지기 전에 리세스가 그 안을 관통하는 재료를 일반적으로 남기는 상당히 얇은 평탄한 헤드에 적절한 나사 헤드 강도, 특정하게는 100°평 헤드 나사(71)를 유지하는 것을 선택하여야 한다. 얇은 리세스 깊이에서도, 드라이버와 리세스 사이에 광역 면 구역 접촉으로 초래되는 향상된 토오크 성능을 제공하는데 사용되는 본 발명에서, 고 구동 토오크는 나사 헤드의 세기를 보장하지 않는 상기 평 헤드 나사에서도 가능하게 한 것이다.

본 발명의 드라이버 및 리세스는 종래 2개-블로우 헤더 머신으로 제조될 수 있는 것이다. 일반적으로 펀치는 도2에서 설명된 드라이버의 외형상과 대체로 대응하는 니브와 본체를 구비하도록 형성된다. 완전하게 수직인 벽을 가지는 리세스를 제조하는 것이 성격상 곤란하기 때문에, 리세스 벽에 약간의 양성 드레프트가, 가능한 1°정도로, 정밀한 수직 벽을 제조하려는 시도로 이루어질 수 있는 것이다. 그러한 약간의 테이퍼는 나선형 외형상 구동 시스템의 성능에 현저한 영향을 미치지 않는 것이다. 또한, 양호하게 큰 양성 드래프트를 의도적으로 구비하도록, 예를 들면 본 발명의 이점을 현저하게 해치지 않고 수직으로부터 대략 5°내지 6°로 벽의 드레프트가 증가되어야 하는 리세스를 형성할 수 있다. 펀치는 호빙 다이(hobbing dies)를 사용하는 것과 같은 종래의 펀치-형성 기술에 따라서 형성될 수 있는 것이다. 또한, 본 발명에 따르는 드라이버는, 특정된 밀링 커터기를 사용하는 드라이버 비트를 밀링 가공으로 또는 필요한 형상의 날개를 형성하도록 하나 이상의 형성 다이로 드라이버를 스탬핑하는 것과 같은 종래 기술을 사용하여서도 제조될 수 있는 것이다.

본 발명의 상술된 설명은 그 설명을 목적으로만 기술한 것이며, 다른 실시예, 변경 및 그와 동등한 개조가 본 발명의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서의 당 분야의 기술인에 의해 실현될 수 있는 것이고, 본 발명은 첨부 청구범위에 의해서 한정되는 것이다.

Claims (38)

1. 체결구의 단부에 있는 드라이버 결합 가능 리세스와 종방향 축선을 가진 나사 체결구에 있어서,

   상기 리세스는,

   중앙 부분,

   각각이 한 쌍의 측벽으로 형성되며, 중앙 부분으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 복수개의 날개, 및

   개시 반경의 약 3.5배 이하인 반경에 외부 종점으로 연장하고 개시 반경에 의해 체결구의 종축선으로부터 이격된 개시점을 가지는 나선의 세그먼트를 형성하는 구조로 이루어진 1개 이상의 측벽을 포함하는 나사 체결구.
2. 제1항에 있어서, 나선 세그먼트의 부분은 수직선이 종축선으로부터 17°미만인 접점까지의 각도를 이루는 접선을 갖지 아니 하는 나사 체결구.
3. 제1항에 있어서, 상기 나선은 일정 간극 나선을 포함하는 나사 체결구.
4. 제3항에 있어서, 상기 나선은 다음의 식으로 정의되며,

   여기서, θ= 회전축으로부터의 거리(R)에서의 곡선을 횡단하는 반지름의 회전각도(반경으로),

   R_i= 회전축으로부터 나선 개시점으로 측정된 개시 반경, 및

   R = 회전축으로부터도 측정된, 회전각(θ)에서의 나선 반경인 나사 체결구.
5. 제4항에 있어서, 구동 벽에 의해 형성된 나선 세그먼트는 개시점으로부터 개시 반경의 약 3배인 반경에 놓여있는 외부 종점으로 연장 형성되는 나사 체결구.
6. 제2항에 있어서, 구동 벽에 의해 형성된 나선 세그먼트는 개시점으로부터 개시 반경의 약 2배인 반경에 놓여있는 외부 종점으로 연장 형성되는 나사 체결구.
7. 제1항에 있어서, 나선 구동 벽에 의해 한정된 원호는 약 125°이하인 나사 체결구.
8. 제1항에 있어서, 나선 구동 벽에 의해 한정된 원호는 약 90°이하인 나사 체결구.
9. 제1항에 있어서, 나선 구동 벽에 의해 한정된 원호는 약 45°이하인 나사 체결구.
10. 제1항에 있어서, 제거 벽은 상기 나선 구조를 가지는 나사 체결구.
11. 제1항에 있어서, 설치 벽은 상기 나선을 구비하는 구조로 이루어진 나사 체결구.
12. 제1항에 있어서, 설치 벽 및 제거 벽 모두는 상기 나선 구조를 가지는 나사 체결구.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽들 중 하나는 다른 하나의 벽보다 큰 토오크 용량을 가지도록 구성된 나사 체결구.
14. 제13항에 있어서, 더 큰 토오크 용량을 가진 측벽은 제거 벽을 포함하는 나사 체결구.
15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 설치 벽 및 제거 벽의 각각은 대체로 동일한 토오크 용량을 가지도록 구성된 나사 체결구.
16. 제1항에 있어서, 상기 날개의 벽은 체결구의 종축선으로부터 날개를 통하여 연장되는 반경방향 평면에 대하여 대칭성인 나사 체결구.
17. 제1항에 있어서, 상기 날개의 벽은 체결구의 종축선으로부터 날개를 통하여 연장되는 반경방향 평면에 대하여 비대칭적으로 배치된 나사 체결구.
18. 체결구의 단부에 드라이버 결합 가능 리세스와 종방향 축선을 가진 나사 체결구에 있어서,

    상기 리세스는,

    설치 구동 벽과 제거 구동 벽, 및

    개시 반경의 약 3.5배 이하인 반경에 외부 종점으로 연장하고 개시 반경에 의해 체결구의 종축선으로부터 이격된 개시점을 가지는 나선의 세그먼트를 형성하도록 구성된 1개 이상의 구동 벽을 포함하는 나사 체결구.
19. 종축선과 헤드를 가진 나사 체결구에 있어서,

    헤드 주연부의 적어도 일부분 둘레에 연장하는 외부 면을 포함하며,

    상기 외부 면은 개시 반경의 약 3.5배 이하인 반경에 외부 종점으로 연장하고 개시 반경에 의해 체결구의 종축선으로부터 이격된 개시점을 가지는 나선의 세그먼트를 형성하도록 구성된 1개 이상의 측벽을 포함하는 나사 체결구.
20. 제19항에 있어서, 나선 세그먼트의 부분은 수직선이 종축선으로부터 17°미만인 접점까지 각도를 이루는 접선을 가지지 아니 하는 나사 체결구.
21. 제19항에 있어서, 상기 나선은 일정 간극 나선을 포함하는 나사 체결구.
22. 제21항에 있어서, 상기 나선은 다음의 식으로 정의되며,

    여기서, θ= 회전축으로부터의 거리(R)에서의 곡선을 횡단하는 반지름의 회전각도(반경으로),

    R_i= 회전축으로부터 나선 개시점으로 측정된 개시 반경, 및

    R = 회전축으로부터도 측정된, 회전각(θ)에서의 나선 반경인 나사 체결구.
23. 종축선과 헤드를 가진 나사 체결구에 있어서,

    헤드는 종축선을 중심으로 배치된 드라이버 결합 면들을 구비하도록 형성되고, 상기 면들 중 적어도 하나는 개시 반경의 약 3.5배 이하인 반경에 외부 종점으로 연장하고 개시 반경에 의해 체결구의 종축선으로부터 이격된 개시점을 가지는 나선의 세그먼트를 형성하도록 구성된 나사 체결구.
24. 나사 체결구 및 이를 위한 드라이버의 조합체에 있어서,

    상기 조합체는,

    제23항에 따른 나사 체결구, 및

    체결구의 구동 면과 결합하는 구동 면을 가진 구동 공구를 포함하며,

    상기 구동 공구의 구동 면은 그 각각의 구동 면 및 피구동 면이 체결구에 대하여 드라이버의 제한된 회전을 허용하도록 채택되는 간극에 의해 분리될 수 있도록 체결구의 헤드와 드라이버가 결합될 수 있게 하는 상이한 횡단면 크기이면서 체결구의 구동 면과 평행하게 설치되며, 체결구 및 드라이버의 나선 면들은 드라이버가 틈새 각을 통하여 체결구의 대응 면과 결합하여 회전될 때 동시적인 면-대-면 접촉을 이룰 수 있도록 구성된 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
25. 나사 체결구 및 이를 위한 드라이버의 조합체에 있어서,

    상기 조합체는,

    제1항에 따른 나사 체결구, 및

    생크 및 섕크의 단부에 형성된 팁을 가진 드라이버를 포함하며,

    상기 팁은, 리세스 내에서의 드라이버의 제한된 회전을 허용하고 양쪽 사이에 잔류 간극을 두고 리세스 안으로 드라이버가 삽입될 수 있는 감소된 횡단면 크기이면서 리세스의 측벽과 대체로 평행한 측벽을 가지는 복수개의 날개를 구비하고, 드라이버와 리세스의 나선 면은 드라이버가 간극 각도를 통하여 리세스의 구동 면과 결합하여 회전될 때에 동시적인 면-대-면 접촉이 이루어질 수 있도록 구성된 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 나선 면은 일정 간극 나선에 의해 형성되는 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
27. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 나선은 다음의 식으로 정의되며,

    여기서, θ= 회전축으로부터의 거리(R)에서의 곡선을 횡단하는 반지름의 회전각도(반경으로),

    R_i= 회전축으로부터 나선 개시점으로 측정된 개시 반경, 및

    R = 회전축으로부터도 측정된, 회전각(θ)에서의 나선 반경인 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
28. 제27항에 있어서, 나선 면은 개시 반경에 의해 나사의 종축선으로부터 이격된 개시점으로부터 연장되고 개시 반경의 약 3.5배 이하의 반경에 종점으로 연장되는 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
29. 제27항에 있어서, 상기 종점은 개시 반경의 3배 이하인 반경에 있는 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
30. 제27항에 있어서, 상기 종점은 개시 반경이 약 2배 이하인 반경에 있는 나사 체결구와 드라이버의 조합체.
31. 리세스 헤드형 체결구를 구동하는 드라이버에 있어서,

    상기 드라이버는 섕크 및 생크의 단부에 형성된 니브를 포함하며,

    상기 니브는 중앙 부분과 그로부터 반경방향 외측으로 형성되는 복수개의 날개를 구비하고, 설치 벽 및 제거 벽을 가진 각각의 날개는 설치 벽 또는 제거 벽의 적어도 하나가 개시 반경보다 약 3.5배 이하인 반경에 외부 종점으로 연장하고 개시 반경에 의해 체결구의 종축선으로부터 이격된 개시점을 가진 나선의 세그먼트를 형성하도록 구성된 드라이버.
32. 제31항에 있어서, 나선 세그먼트의 부분은 수직선이 종축선으로부터 17°미만인 접점까지 각도를 이루는 접선을 가지지 아니 하는 드라이버.
33. 제31항에 있어서, 상기 나선은 일정 간극 나선을 포함하는 드라이버.
34. 제31항에 있어서, 상기 나선은 다음의 식으로 정의되며,

    여기서, θ= 회전축으로부터의 거리(R)에서의 곡선을 횡단하는 반지름의 회전각도(반경으로),

    Ri = 회전축으로부터 나선 개시점으로 측정된 개시 반경, 및

    R = 회전축으로부터도 측정된, 회전각(θ)에서의 나선 반경인 나사 체결구.
35. 리세스 헤드 체결구의 헤드 단부를 형성하는 펀치에 있어서,

    상기 펀치는,

    헤드의 외부 형상을 형성하도록 구성된 면을 가지는 본체, 및

    상기 면으로부터 연장하고 본체와 일체로 된 니브를 포함하며,

    상기 니브는 중앙 부분과 그로부터 반경방향 외측으로 형성되는 복수 날개를 구비하고, 설치 벽 및 제거 벽을 형성하도록 구조된 면을 가지는 각각의 날개는, 설치 또는 제거 벽의 적어도 하나가 개시 반경의 것보다 약 3.5배 이하인 반경에 외부 종점으로 연장하고 개시 반경에 의해 체결구의 종축선으로부터 이격 공간진 개시점을 가진 나선의 세그먼트를 형성하도록 구성된 펀치.
36. 제31항에 있어서, 나선 세그먼트의 부분은 수직선이 종축선으로부터 17°미만인 접점까지 각도를 이루는 접선을 가지지 아니 하는 펀치.
37. 제36항에 있어서, 상기 나선은 일정 간극 나선을 포함하는 펀치.
38. 제35항에 있어서, 상기 나선은 다음의 식으로 정의되며,

    여기서, θ= 회전축으로부터의 거리(R)에서의 곡선을 횡단하는 반지름의 회전각도(반경으로),

    R_i= 회전축으로부터 나선 개시점으로 측정된 개시 반경, 및

    R = 회전축으로부터도 측정된, 회전각(θ)에서의 나선 반경인 펀치.