专利名称：具有可使用多种起子的凹槽的紧固件及制造方法
相关申请本申请是2002年2月26日申请的序列号为60/360,270的临时申请的修订版。
背景技术：
有多种具有专用啮合面的起子普遍用于工业和家庭目的。一般来说，这些起子仅能与具有同它们相匹配的凹槽的螺丝一起使用。这些螺丝的制造方法确保配合适当，使转矩从起子充分传递到螺丝。这类起子的共同例子是飞利浦头螺丝起子，它具有常见的十字翼形结构。这种紧固件公开在美国专利US2046839中，该专利公开的内容被并入此处以作参考。这种紧固件用途很广。
尽管飞利浦头螺丝在使用上获得了很大的成功，但这种紧固件还有共同的缺点，即需要施加高转矩时起子容易滑出凹槽。因为飞利浦头紧固件的传动面以8°-27°的夹角逐渐变细，所以发生了这种所谓的“脱出(cam out)”。为了克服这种不便并提供一种可提供高扭转性能的紧固件，正如在美国专利US2474994中所公开的那样，传动面被构造得更加垂直。‘994号专利的说明书也被并入此处以作参考。这种紧固件可从飞利浦螺丝公司的被许可人那里得到，并冠以POZIDRIV的商标销售。
另一种被称为“方形起子”的起子被设计用来配合罗伯逊方形传动凹槽，并且也被普遍采用。
本发明的目的是提供一种能有效适应上述任何起子的凹槽，并提供一种特别适于和这种独特的凹槽一起使用的最佳起子。
为了更好地理解本申请的发明，最好先考虑制造起子以及匹配上述紧固件的紧固件头的基本方法。为了缩小公差，该方法中的关键在于，构造一个用于依靠压力冷成形起子的模具和冲压工具。冲压工具是用于在紧固件头上冷成形凹槽的工具。由于每个元件被逐个使用以获得成品，因此应该认识到在整个生产过程中误差会逐渐积累。
第一步是制造具有冲压工具和起子的所有属性的标准工具。该工具一般是由合适的金属毛坯用砂轮加工而成。在飞利浦十字头工具的例子中，这需要四个道次，在其间工具旋转90°。工具与砂轮的路径保持一定的角度，从而在标准工具上形成槽，随加工冲击从标准工具毛坯的尖端向其杆部的行进，这些槽变得更浅。该模更是采用标准工具通过将标准工具滚铣或冲压成板牙架而成。这可能需要几个板牙架以获得完全成形的模具。然后该模具被用于冷成形冲压工具，接下来，冲压工具被用作工具以在紧固件的头上形成凹槽。
起子以类似于冲压工具的方法制造，并且在形状上也与冲压工具和标准工具相同。
飞利浦十字头标准工具的制造相对简单直接，因为传动面是对称的。相对于‘994号专利中改进的十字头紧固件的垂直传动面的制造，这不是问题。在这个例子中，发现为了获得与凹槽的翼的传动面和起子的传动面之间的精确关系，有必要以小的锥度构造向前的垂直传动面和反向传动面。如果延长这些锥形面的平面，则它们将会以2.5度的夹角相交，或者以另外一种方式来看，反向传动面相对于向前的传动面以2.5度的角度倾斜。在前进方向上需要消除脱出现象，这就更成问题。
根据上述方法，为了实现这一点，对标准工具毛坯进行八次冲击加工，在这八次冲击之间，使毛坯旋转，并且调节毛坯相对于砂轮路径的角度。这涉及到复合角—即取决于其他角的角—的机械加工，并且控制到所需的误差也极其复杂和困难。制造这些非对称的十字头螺丝所用的标准工具的机械加工是一个公认的挑战。
尽管已经有人企图将罗伯逊方形起子和飞利浦型起子结合起来，见美国专利US5358368和US5020954，但是这些企图未被彻底接受，并且无法适应非对称起子的使用。美国专利US2082748公开了一种将罗伯逊凹槽、飞利浦型凹槽和一种槽型凹槽结合在一起的紧固件。这些企图看来通常对一种凹槽或其它类型的优点做了折衷。
本发明的目的在于提供一种用于紧固件的凹槽，它可以适应方形起子以及对称的和非对称的十字刃型起子。因此这种凹槽可以适应当前使用的各种紧固件起子。本发明的目的在于提供这样一种凹槽，但又避免了非对称的十字头的复杂的制造要求，并且不会损害共同的起子结构的优点。本发明的另一个目的在于提供一种独特的起子，以充分利用这种新型凹槽的所有独特的特点。
发明内容
一种十字形凹槽构造于一个螺纹紧固件的头部上，该螺纹紧固件具有对称的锥形传动面。该锥度被设计用来提供传动面之间的夹角，该夹角等于非对称的十字头凹槽的标准夹角。方形传动凹槽被合并到凹槽外部的十字形凹槽的几何结构内，从而形成可适应标准起子、对称的十字头起子和不对称的十字头起子的总凹槽结构，标准起子与方形传动凹槽连在一起。另外，还可以使用具有完整几何形状的凹槽的紧固件。这允许形成有本发明的凹槽的紧固件被目前市场上流行的主要起子拧动。
本发明的十字头凹槽由冲压工具形成，而冲压工具由模具形成，而模具又由机加工标准工具形成。标准工具是用砂轮经四次道次加工而成，从而获得由传动面限定的形状对称的槽，这些传动面在非对称的十字形标准凹槽的夹角的1/2处逐渐变细。
凹槽的十字部分延伸至凹槽的全部深度，而凹槽的方形部分延伸到较短的深度。对凹槽的方形部分的深度进行选择，以便位于十字形凹槽的几何结构内，从而为非对称工具的相对翼面之间的拐角处的隆脊提供间隙。这些隆脊是生产非对称的起子时的副产品，并且是妨碍十字形起子互换使用的一个因素。另一个妨碍因素是对称与非对称的工作面锥形。在最初的十字头结构中采用对称的锥度，在容纳非对称十字头结构的夹角的角处，发现每种类型的起子都可以用在本发明的凹槽中，而不损害起子的转矩传递特性。另外，使“脱出”最小化，并且简化了制造工艺。
为了适应多种起子，本发明的凹槽具有独特的形状。利用每种起子的独特性质，与任意一种标准起子啮合都会使转矩有效地从起子传递到紧固件。然而，对任意一种特殊的类型而言，特别设计用来与凹槽配合的起子还有其他的优点。这种起子被设计用来与本发明的标准工具或冲压工具相配合，从而特别用于与本发明的万用凹槽啮合。
下面参照附图更详细地说明本发明，其中图1是形成如本发明所述的凹槽时所用的标准工具的透视图；图2(a)是一个非对称的起子的尖端的透视图；图2(b)是一个对称的起子的尖端的透视图；图3是一个紧固件的顶视图，它展示了如本发明所述的凹槽；图4是一个紧固件头的剖视图，它展示了如本发明所述的凹槽。
具体实施例方式
上面提到的并且这里还要进一步说明的类型的凹槽和起子的规格受工业标准的控制，因此不论这些凹槽和起子用于何种用途，也不论它们由哪个制造商生产，其结构都是一致的。因此，尽管这里说的是一个特定的紧固件，但指的是遵从这些标准的紧固件。工业紧固件协会(IFI)颁布了这些标准，尤其是在ASME rev.B18.6.5M(1998)中。在这些标准中，I型是指有对称十字形凹槽紧固件，Ia型是指有非对称十字形凹槽紧固件，III型是指方形凹槽紧固件。
如图3和图4所示，本发明的凹槽30形成有翼形的十字槽1-4。这些槽由对向壁5-12限定，这些壁提供了紧固件13的传动面。凹槽30在紧固件头15的顶表面14上有一个开口，并且凹槽30向下延伸至其底部16，其深度为d1。在顶表面14处，凹槽30的开口有一个方形和十字形相结合的开口。方形传动面17-20形成中间深度d2，中间深度d2小于凹槽30的完全深度d1。
相对的壁5和12形成槽1，并且与垂直线—即图4所示的纵向轴线x-形成一定的角度，其中，各壁从顶部向底部会聚。会聚点A的角度也被称为夹角，并且等于在适用的ASME标准中所制订的非对称的十字头紧固件的夹角。如图1-4中所示的那样，使壁5-12对称地以角B和角C逐渐收缩即得到该角。根据这一标准，这意味着角B和角C为1.25度，从而形成2.5度的会聚角A。对向壁6和7、8和9、10和11的结构相似，从而提供了一个带有对称槽的十字头凹槽30，它具有对向的传动面，这些传动面以2.5度的角度会聚。
凹槽30的外部形成可以适应根据可适用的标准的方形起子的形状。基本垂直的壁17-20以图3中的剖视图所示的直角相交。壁17-20包括过渡台肩部21-24，过渡台肩部21-24向下逐渐变细，从而形成紧固件15的凹槽30的方形起子部分的底座。在选择方形起子部分的深度d2时，要将方形起子的传动面(即壁17-20)定位在凹槽30的十字形起子部分的几何结构内。如下所述，这会为不对称起子80提供间隙。
如图1所示，为了制造凹槽30，标准冲压工具40由工具钢制造而成。标准冲压工具40的目的是为了形成具有凹槽30形状的阴模腔的模具(未示)。该模具用于形成冲压工具，这些冲压工具用于使凹槽30冷成形成紧固件的头；该模具还用于形成起子，这些起子最好构造成与凹槽30啮合。标准冲压工具40上加工有多个槽41，槽41由对称的锥形壁42-49限定。壁42-49也限定出叶片50-53，叶片50-53从柄部到端部向工具轴线y会聚。叶片50-53与十字形的凹槽30相配，并且延伸到标准冲压工具40的作用面的全长l1。相邻的壁(例如叶片50的壁42和43)会聚成一个夹角A，且每个壁与垂直面形成一个角，即B和C或夹角A的1/2。为便于说明，垂直面指平行于轴线y的平面。
为了形成凹槽30的方形起子部分，标准冲压工具40上加工有中间台肩部54-57，在图1中表示出了54和55(56和57未示)，台肩部54-57朝向轴线y逐渐变细。这些台肩部延伸至长度为l2且轴向平行的壁60-63(62和63未示)。这些台肩部和壁与凹槽30的方形起子部分的形状相配。
在操作时，以常规的方式将方形起子安装到凹槽30的方形部分内，从而将转矩有效地传递到螺丝上。飞利浦标准型十字起子100的尖端如图2(b)所示。起子100带有由传动面105-112限定的刃101-104。这些传动面以8°-27°的夹角对称地向起子的尖端会聚。起子100也可以容易地安装到凹槽30内，但其传动面会首先接触凹槽的顶部。这是本发明的优点，因为这为转矩的传递提供了增强的杠杆作用。
非对称起子80包括和紧固件一起使用且以POZIDRIV商标销售的起子，其尖端如图2(a)所示。起子80带有由传动面85-92限定的刃81-84。这些传动面以2.5度的夹角不对称地向起子的尖端会聚。起子80包括该非对称工具的相对的传动面85-92间的拐角处的脊93-96。这些脊93-96是生产非对称起子时的副产品，并且是妨碍十字形起子互换使用的一个因素。因为凹槽30的方头部分的深度形成间隙，所以非对称起子(例如起子80)也可以非常合适地安装在凹槽30内，只是在其非传动侧有很小的间隙，但与传动面的整个表面有效啮合。由于存在小(即1.25°)的锥角，因此对称起子的“脱出”被最小化。因此，采用本发明的凹槽的紧固件头可以以如下方式适应所有主要类型的起子保持各自的优点但又不损害其性能。
尽管本发明的目的在于使采用凹槽30的紧固件和根据工业标准制造的现有起子一起使用，但不难理解采用新型的起子也是有益的，这种起子被构造成与凹槽30的表面的独特结构完全啮合。这种起子被构造成标准工具40的形状，但又结合了标准的间隙公差，从而便于将这种新型起子插入到凹槽30内或从凹槽30内拔出。其构造便于使用本发明的凹槽的新型起子的所有表面表示在图1中，无需对其再作说明。
权利要求
1.一种紧固件，具有形成于头部、用于与起子啮合的凹槽，所述凹槽包括被设计用来以转矩传递啮合方式接收起子的第一部分，其中所述起子是根据用于I型十字凹槽紧固件或用于Ia型十字凹槽紧固件的工业标准制造的起子中的一种；被设计用来以转矩传递啮合方式接收起子的第二部分，其中所述起子是根据用于具有III型方形凹槽紧固件的工业标准制造的。
2.如权利要求1所述的紧固件，具有形成于头部、用于与起子啮合的凹槽，其特征在于，所述第一部分构造有由对向壁形成的十字槽，这些壁包括所述紧固件的传动面，其中，相邻的对向壁从所述顶部对称地会聚于所述底部，从而按照用于Ia型十字凹槽紧固件的标准形成一个夹角。
3.如权利要求2所述的紧固件，具有形成于头部、用于与起子啮合的凹槽，其特征在于，所述夹角为2.5度。
4.如权利要求2所述的紧固件，具有形成于头部、用于与起子啮合的凹槽，其特征在于，所述的相邻的对向壁分别与垂直面成1.25度的倾角，从而形成所述会聚。
5.如权利要求1所述的紧固件，具有形成于头部、用于与起子啮合的凹槽，其特征在于，所述第一凹槽具有一个总体的几何结构，且形成第一深度，而所述第二凹槽形成第二深度，所述第二深度小于所述第一深度，因此所述第二凹槽形成于所述第一凹槽的所述几何结构内。
6.一种紧固件，具有形成于头部、且从顶部向底部延伸第一距离的凹槽，用以与一个起子啮合，所述凹槽包括一个十字槽部分，它具有总体的十字槽形几何结构，且从所述凹槽的所述顶部向所述底部延伸所述第一距离，所述槽由对向壁形成，其中所述对向壁按照Ia型紧固件的标准，以一个夹角从所述顶部向所述底部对称地会聚。
7.如权利要求6所述的紧固件，具有形成于头部、且从顶部向底部延伸第一距离的凹槽，用以与一个起子啮合，其特征在于，所述夹角为2.5度。
8.如权利要求6所述的紧固件，具有形成于头部、且从项部向底部延伸第一距离的凹槽，用以与一个起子啮合，其特征在于，所述的相邻的对向壁分别相对于垂直面倾斜1.25度的角度，从而形成所述会聚。
9.如权利要求6所述的紧固件，具有形成于头部、且从顶部向底部延伸第一距离的凹槽，用以与一个起子啮合，还包括一个方形部分，它具有总体的方形几何结构，且延伸第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，其中，所述的总体的方形几何结构位于所述总体的十字槽形几何结构之内。
10.一种在紧固件的头部形成凹槽的方法，包括如下步骤在所述紧固件的头部内形成一个十字槽形的凹槽部分，该凹槽部分从顶部和底部延伸第一深度，且具有总体的十字槽形几何结构，所述槽由对向壁形成，其中，所述对向壁按照Ia型紧固件的标准，以一个夹角从所述顶部到所述底部对称地会聚。
11.如权利要求10所述的在紧固件的头部形成凹槽的方法，其特征在于，所述夹角为2.5度。
12.如权利要求10所述的在紧固件的头部形成凹槽的方法，其特征在于，所述的对向壁分别相对于垂直面倾斜1.25度的角度，从而形成所述会聚。
13.如权利要求10所述的在紧固件的头部形成凹槽的方法，还包括如下步骤在所述紧固件的头部内形成一个方形的凹槽部分，其从所述顶部延伸第二深度，且具有总体的方形几何结构，其中，所述第二深度小于所述第一深度，从而所述总体的方形几何结构位于所述总体的十字槽形几何结构之内。
14.一种用于形成凹槽的工具，所述工具具有从杆部到尖端延伸第一距离的工作部分，所述工具的所述工作部分包括一个从所述杆部到所述尖端延伸第一距离的十字翼形部分，具有总体上呈十字翼形的外部轮廓，所述十字翼由相邻的壁形成，其中，所述相邻的壁按照Ia型紧固件的标准，以一个夹角从所述杆部向所述尖端对称地会聚。
15.如权利要求14所述的用于形成凹槽的工具，所述工具具有从杆部到尖端延伸第一距离的工作部分，其特征在于，所述夹角为2.5度。
16.如权利要求14所述的用于形成凹槽的工具，所述工具具有从杆部到尖端延伸第一距离的工作部分，其中，所述的对向壁分别相对于垂直面倾斜1.25度的角度，从而形成所述会聚。
17.如权利要求14所述的用于形成凹槽的工具，所述工具具有从杆部到尖端延伸第一距离的工作部分，还包括一个方形部分，该部分具有总体呈方形的外部轮廓，且延伸第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，其中，总体呈方形的所述外部轮廓位于总体呈十字翼形的所述外部轮廓之内。
18.如权利要求14所述的用于形成凹槽的工具，所述工具具有从杆部到尖端延伸第一距离的工作部分，其特征在于，所述工具用于在紧固件的头部形成凹槽。
19.如权利要求14所述的用于形成凹槽的工具，所述工具具有从杆部到尖端延伸第一距离的工作部分，其特征在于，所述工具用于在模具内形成模腔。
20.一种用于以转矩传递关系与紧固件的头部中的凹槽啮合的起子，具有从杆部到尖端延伸第一距离的啮合部分，所述起子的所述啮合部分包括一个从所述杆部到所述尖端延伸第一距离的十字翼形部分，具有总体呈十字翼形的外部轮廓，所述十字翼由相邻的壁形成，其中，所述相邻的壁按照Ia型紧固件的标准，以一个夹角从所述杆部向所述尖端对称地会聚；一个方形部分，具有总体呈方形的外部轮廓，且延伸第二距离，所述第二距离小于所述第一距离，其中，总体呈方形的所述外部轮廓位于总体呈十字翼形的所述外部轮廓之内。
21.如权利要求20所述的用于以转矩传递关系与紧固件的头部中的凹槽啮合的起子，具有从杆部到尖端延伸第一距离的啮合部分，其特征在于，所述方形部分由四个相互成直角延伸的壁形成，这四个壁具有在所述十字翼的所述相邻壁之间延伸的暴露部分。
22.如权利要求10所述的用于以转矩传递关系与紧固件的头部中的凹槽啮合的起子，具有从杆部到尖端延伸第一距离的啮合部分，其特征在于，所述夹角为2.5度。
23.如权利要求10所述的用于以转矩传递关系与紧固件的头部中的凹槽啮合的起子，具有从杆部到尖端延伸第一距离的啮合部分，其特征在于，所述的对向壁分别相对于垂直面倾斜1.25度的角度，从而形成所述会聚。
全文摘要
本发明公开了一种具有头部(15)的紧固件(13)，所述头部(15)形成有凹槽(30)，凹槽(30)可适应方头起子、诸如PHILLIPS
文档编号B25B15/00GK1638922SQ03804620
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月25日 优先权日2002年2月26日
发明者巴里·J·休斯 申请人:菲利普螺丝公司