螺钉头及与其一起使用的工具的制作方法

文档序号:2374286阅读:204来源:国知局
螺钉头及与其一起使用的工具的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种螺钉,其中螺钉头(1)在螺钉头的上表面中具有槽(2),规则平面形状的上周壁(9)从槽的周缘向下延伸进入螺钉头,上周壁(9)大致与螺钉的轴线对准以形成凹槽(3),斜过渡表面(15)相对于上周壁(9)的下边缘向下向内延伸,并且深入凹槽(11)从斜过渡表面(15)的下边缘向下延伸,其中螺钉头的尺寸为使得当由具有上接合部(16)和下接合部(17)的工具(6)接合螺钉头,并且其中上接合部(16)相对于工具待接合的螺钉的轴线向下延伸,而下接合部(17)向下进一步延伸,并且在深入凹槽(11)的内壁(12)上有至少一个突起(或肋)(21)时,使得在深入凹槽(11)的内壁(12)上的突起(21)与工具(6)的下接合部(17)之间存在“粘附配合”。
【专利说明】螺钉头及与其一起使用的工具
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于旋入螺钉的系统,并且涉及一种螺钉和一种首先保持螺钉然后将螺钉旋入背衬材料的工具。
[0002]本发明适用于具有带直的旁轴侧壁凹槽的螺钉头的任何螺钉,以及具有近乎直的轴向侧壁凹槽的螺钉。本发明尤其(但不限于)涉及一种其上表面中具有六角花形槽(hexalobular slot)的螺钉头,并且涉及一种与此螺钉头一起使用的工具。所述工具和螺钉头一起构成用于固定螺钉的系统。
【背景技术】
[0003]由于对传统螺钉头上的直槽的改进,开发了梅花(Torx?)槽。梅花槽有大致星形的形状并向下延伸到螺钉头中,从而比直槽有更好的接合特性。其它螺钉在其螺钉头中具有带形状的凹槽并且具有直的或近乎直的侧壁。示例有十字槽(Phillips)头螺钉、六角头螺钉或花键(Spline)头螺钉。互补形状的工具(螺钉旋具)用来将螺钉旋入任何适当的背衬材料。如果形槽向下延伸进螺钉的头部太深,则槽末端的最低部分可能接近螺钉头的底面。例如,形槽可能会接近沉头螺钉的外圆锥底面,从而削弱螺钉头。已开发出几种系统来克服这个缺点以及其它缺点。
[0004]在与本申请关联的两个在先专利中示出两个这样的系统的示例。这两个在先专利是美国专利6,951,158和美国专利7,730,812。美国专利6,951,158对现有技术给出详细说明,不再复述。
[0005]在美国专利7,730,812的说明书中,有一种在其上表面中具有六角花形槽的螺钉头。槽的弯曲壁沿其全部长度大致平行于螺钉的轴线,并且可以以通常可以为1.5度的角度向下向内呈锥形。在六角花形槽的底部有向下向内呈锥形的过渡表面,从而形成直径更小的深入的中央凹槽。此更小的深入凹槽具有锥形壁。实际经验已经导致使用更宽锥形壁,其可以是与螺钉的轴线在6度和12度之间、优选是在10.8333度向下呈锥形。
[0006]深入凹槽的目的是促进适当形状的工具(螺钉旋具)准确的插入到螺钉头的六角花形槽内。工具尖端上呈锥形的圆形截面的中央端点接合到深入凹槽中,使得在工人操纵螺钉到位的同时螺钉能够保持在工具上。
[0007]通过推压接合在工具上来保持螺钉对于单手电动工具和机器人工具特别有用。
[0008]其它螺钉和工具的系统是已知的,并已制造和销售。示例有“防凸起偏离”ACR?系统和带肋十字槽(Ribbed Phillips?) “防凸起偏离”带肋系统。这些系统具有带肋的旋入系统,但在这些示例中,肋以一个完整的长度向下延伸到螺钉头中,并且在螺钉头凹槽内没有过渡斜面。
[0009]本发明的目的是对美国专利7,730,812中公开的系统以及其它系统进行显著改进。

【发明内容】
[0010]本发明提供一种螺钉,其中螺钉头在所述螺钉头的上表面中具有槽,规则平面形状的上周壁从所述槽的周缘向下延伸进入所述螺钉头,所述上周壁大致与所述螺钉的轴线对准以形成凹槽,斜过渡表面相对于所述上周壁的下边缘向下向内延伸,并且深入凹槽从所述斜过渡表面的下边缘向下延伸,其中螺钉头的尺寸为使得当由具有上接合部和下接合部的工具接合螺钉头,并且其中上接合部相对于工具待接合的螺钉的轴线向下延伸,而下接合部向下进一步延伸,并且在深入凹槽的内壁上有至少一个突起(例如肋)时,使得在深入凹槽的内壁上的突起与工具的下接合部之间由于摩擦而存在“粘附配合”。在工具和螺钉之间存在粘附配合导致深入凹槽的内壁上的突起将在工具和螺钉之间造成充分的摩擦,而使得螺钉不会从工具上脱落。
[0011]在一种形式中,所述突起是螺旋形的,并且配置在所述深入凹槽的所述内壁上。
[0012]在另一形式中,所述突起是直的,并且配置在所述深入凹槽的所述内壁上并且与所述螺钉的轴线对准。
[0013]在此其它形式中,优选的是,有三个突起,在它们之间以120度的径向间隔布置。
[0014]所述突起可以在所述深入凹槽的全部深度上延伸。
[0015]优选的是,所述深入凹槽的壁向下向内朝向所述深入凹槽的底部呈锥形。进一步优选地,锥度在6.0和12.0度之间,并且有利的是,所述锥度为约10.8333度。
[0016]另外优选地,所述上周壁向下向内朝向所述斜过渡表面的上边缘呈锥形。进一步优选的是,锥度在I和5度之间,典型地在1.25和1.75度之间,并且有利地为1.5度。
[0017]在一个优选形式中,所述螺钉的上表面中的所述槽为六角花形。
[0018]在另一形式中,所述突起在与所述螺钉的轴线成直角的平面中环绕所述螺钉的内部延伸(run)。
[0019]本发明还提供了一种工具头(tool bit),用于保持和旋入如上所述的螺钉,其中在试图接合深入凹槽的所述工具的接合部的外表面上有至少一个突起(或肋),使得所述螺钉头的对应部分上的突起为不必要的。优选地,所述工具具有三个相等间距的突起(或肋)。
[0020]本发明还提供了一种系统,包括上述螺钉与上述工具的组合。
[0021]本发明还提供了一种冲头销(punch pin),用于在上述螺钉的壁中形成突起。
【专利附图】

【附图说明】
[0022]现在将通过举例的方式参照附图描述本发明的图解示例和一个具体实施例,附图中:
[0023]图1是示出带有突起的工具头和螺钉头凹槽的图;
[0024]图2是图1中AA线上的截面;
[0025]图3是示出了形成突起的冲头销的图;
[0026]图4是图3中BB线上的截面;
[0027]图5是一具体实施例的详细侧视图,示出工具头接合在螺钉头中;
[0028]图6是图5中CC线上的截面;
[0029]图7是冲头销的侧视图;以及
[0030]图8是图7中DD线上的截面。【具体实施方式】
[0031]如图1中图解示出,螺钉头I在其上表面中具有槽2。(槽的构造更好地示于图5中。)槽2形成直侧面的凹槽3,该直侧面的凹槽3具有在平行于螺钉头I上表面的平面中的截面。该凹槽具有突出的点,在点的各侧上带有接合面(未示出)。这些点用于通过对应形状的工具6接合到直侧面的凹槽3。
[0032]槽2在直侧面的六点凹槽3的底部具有深入中央凹槽11。深入凹槽11对准螺钉的轴线,所以位于其中央。此深入凹槽11具有圆形截面和比凹槽3小的直径。深入凹槽11的壁12略微倾斜,使得深入凹槽11的底部13的直径略小于深入凹槽11的上部14的直径。在深入凹槽11的上部14与六点凹槽3的壁9的下部之间形成斜过渡面15。
[0033]应理解的是,虽然具体实施例涉及具有六点凹槽3的螺钉头,但是具有许多其它规则形状凹槽的螺钉可以包含根据本发明的突起。
[0034]工具6具有设计为适配在凹槽3内的接合部16。接合部16的在平面图中的形状对应于凹槽3的形状。接合部的直径可以是均匀的,或者,如图1所示,可以向下向内朝其下端略微呈锥形(tapered)。锥度可以为1.25度到1.75度,典型地为1.5度。接合部16的直径的尺寸为使得其能够没有困难地被插入凹槽3。
[0035]工具6还具有中心点17,中心点17带有从接合部16向下延伸的圆形截面。工具6的中心点17的直径略小于螺钉头I的深入凹槽11的直径。工具6上的斜过渡面18从中心点17向外向上延伸到接合部16。过渡面18的倾斜角小于过渡面15的倾斜角。因此,当工具插入槽2中时,在表面15和18之间形成空间19。空间19的深度朝向中心点17发散(diverge)。当工具进入槽2时,工具6的部分16可以接合凹槽3的壁9的上边缘。中心点(或引导点)17通常可以具有比凹槽3的高度短的长度,以使得工具6的接合部16能够进入凹槽3。
[0036]在螺钉已经过用于保存目的的表面涂敷的情况下,发散空间19允许在空间19中收集任何多余的涂层而不妨碍工具6和槽2之间的接合。如果未提供空间,则多余的涂层残留会沉积在表面15上和凹槽11的底部13处,从而防碍工具6和槽2之间的充分接合。
[0037]由工具6的接合部16和壁9的上边缘来支撑中心点17和深入凹槽11之间的推压接合,由于摩擦,即粘附配合(stick fit)而确保螺钉可以保留在工具上而不脱落。此接合模式对于减少工具6和螺钉头I之间的角运动尤其有效。
[0038]如图2所示,本发明与现有技术的不同之处在于螺钉头I在螺钉头I的深入凹槽11的壁12上具有三个向内突起21。可以具有三个以上向内突起,但三个突起21可有利地用于在工具6上定位螺钉头I。突起21作为肋(rib)相对于壁12向内凸出。
[0039]在未通过具体实施例的方式示出、但在本发明范围内的形式中,可以只有一个突起或肋。此突起或肋可以直线型地形成在螺钉内深入凹槽的壁上,其长度对准螺钉的轴线,或者可以形成为螺钉内深入凹槽的壁上的规则螺旋体。
[0040]图3和图4示出冲头销22,用以形成螺钉头I中的深入凹槽11的内表面。在冲头销上建立突起腔体23的过程开始于从冲头销上去除材料以建立超大的“近净(near net)”引导形状。可以在“近净”引导形状上用一些方式挤压、机加工或铸造突起腔体。然后,可从“近净”引导形状去除材料以建立最终的引导形状。因此,冲头销包括至少一个突起腔体23,用于在深入凹槽11的内壁12上形成至少一个突起21。因此,在制造螺钉的过程中,冲头销将在螺钉的螺钉头I中的深入凹槽11中形成突起。
[0041]现于图5至图8中示出本发明的实际实施例的更详细的附图。类似的附图标记用于图1和图2中示出的类似部件。
[0042]螺钉头101在其上表面中具有六角花形槽102,形成轴向向下延伸到螺钉头中的直侧面的六点凹槽103。槽102的六角花形形状具有突出点,这些点的各侧带有接合面。较小截面的深入凹槽111定位于中央,位于螺钉的轴线上,并且比凹槽103更深入螺钉的头部。深入凹槽111的壁112略微倾斜,使得深入凹槽111向下和向内朝向该凹槽的底部113略微呈锥形。斜过渡面115将凹槽103的基部与螺钉头101的深入凹槽111的顶部连结。
[0043]六角花形槽是在IS010664中描述的内部旋入特征。
[0044]工具106具有设计为适配在六角花形槽103内的接合面116。接合面116在平面图中的形状对应于凹槽103的形状。接合面116朝向其下端略微呈锥形。
[0045]虽然接合面的锥度可以在1.00度到5.00度的范围内,但是锥度典型地在1.25度和1.75度之间,并且有利地为大约1.5度。
[0046]工具106的中央点117略呈锥形,以便与螺钉头101的深入凹槽111接合。在深入的中央凹槽111中,有向下向内的略低于11度(10.833)的锥度。然而,FEA分析可以表明,7.5度的锥度可以在螺钉头和工具之间提供更佳的粘附。
[0047]按照本发明,螺钉头101上的深入凹槽111在其内表面上具有三个面向内的突起121。这些突起121平行于螺钉的轴线,并与工具106的中心点117的面向外的壁接合,从而在突起121和工具之间由于摩擦而建立粘附配合,使得螺钉能够保留在工具上而不脱落。这可以从图6的截面最佳地看出。设置突起或肋使得旋入工具106与螺钉头101更好地接合。在未示出的本发明的实施例中,可以只有一个突起。除了与螺钉的轴线对准,突起还可以在深入凹槽111的内表面上螺旋延伸。
[0048]突起121的高度可以是深入凹槽111直径的5%到25%。该突起可以占周长的1%到10%,但也可以为更小或更大的比例。
[0049]上述本发明的具体实施例示出了本发明如何可以应用到一个特定(六角花形)形式的螺钉头。然而,许多其它螺钉头可以设置有参照具体实施例描述的突起,并且的确,突起可以形成在与这些其他螺钉头一起使用的工具(螺钉旋具)上。
[0050]例如,在六角或花键旋入螺钉等等的情况中。
[0051]虽然示出和描述了本发明的优选实施例,但是可以预见本领域技术人员可以设想出各种修改和等同方案而不脱离所附权利要求的精神和范围。
[0052]可以指出的是,与六点凹槽3接合的工具6的接合部16将扭矩从工具传到螺钉。深入凹槽11优选地设置有大致圆形的截面(当不考虑突起21时)。
[0053]本发明的优点
[0054]凹槽引导腔的内表面上的突起因为显著地增加了接触压力而预期改进与工具头引导点(bit pilot)的推压配合附着,因而提高工人对螺钉会粘附于工具的信任度。
[0055]突起的轻微变形将在一定程度上有助于附着,具有类似的效果。
[0056]此外,突起将让多余的紧固件涂层在工具头插入时转移到邻近区域中,从而降低了涂层对附着的负面影响。
【权利要求】
1.一种螺钉,具有轴线,并且包括螺钉头(1),在所述螺钉头的上表面中具有槽(2),其中 规则平面形状的上周壁(9)从所述槽的周缘向下延伸进入所述螺钉头,所述上周壁(9)大致与所述螺钉的轴线对准以形成凹槽(3), 斜过渡表面(15 )相对于所述上周壁(9 )的下边缘向下向内延伸,并且 深入凹槽(11)从所述斜过渡表面(15 )的下边缘向下延伸,所述深入凹槽(11)包括内壁(12), 其中所述螺钉头适合于与工具(6)接合,所述工具(6)具有用于与所述上周壁(9)接合的上接合部(16)以及用于与所述深入凹槽(11)接合的下接合部(17),并且其中在所述深入凹槽(11)的所述内壁(12)上设置至少一个突起(21),使得当由所述工具(6)接合所述螺钉头时,所述深入凹槽(11)的所述内壁(12)上的所述至少一个突起(21)与所述工具(6)的所述下接合部(17 )之间由于摩擦而存在粘附配合。
2.根据权利要求1所述的螺钉,其中所述突起是螺旋形的,并且配置在所述深入凹槽(11)的所述内壁(12)上。
3.根据权利要求1所述的螺钉,其中所述突起(21)是直的,并且配置在所述深入凹槽(11)的所述内壁(12)上,并且与所述螺钉的轴线对准。
4.根据权利要求3所述的螺钉,其中有三个突起(21),在它们之间以120度的径向间隔布置。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的螺钉,其中所述突起(21)在所述深入凹槽(11)的全部深度上延伸。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的螺钉,其中所述至少一个突起(21)是肋。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的螺钉,其中所述深入凹槽(11)的壁向下向内朝向所述深入凹槽(11)的底部(13)呈锥形。
8.根据权利要求7所述的螺钉,其中锥度在6.0和12.0度之间。
9.根据权利要求8所述的螺钉,其中所述锥度为10.8333度。
10.根据前述权利要求中的任何一项所述的螺钉,其中所述上周壁(9)向下向内朝向所述斜过渡表面(15)的上边缘(14)呈锥形。
11.根据权利要求10所述的螺钉,其中锥度在I和2度之间。
12.根据权利要求10或11所述的螺钉,其中锥度为1.5度。
13.根据权利要求1所述的螺钉,其中所述至少一个突起在与所述螺钉的轴线成直角的平面中环绕所述螺钉的内部延伸。
14.根据前述权利要求中的任何一项所述的螺钉,其中所述螺钉的上表面中的所述槽为六角花形。
15.一种工具(6),用于保持和旋入根据权利要求1至14中任何一项所述的螺钉,所述工具(6)包括用于与所述螺钉(2)的上周壁(9)接合的上接合部(16)以及用于与所述螺钉(2)的深入凹槽(11)接合的下接合部(17),其中在所述工具的所述接合部(16)的外表面上有至少一个突起,从而使螺钉头的对应部位上的突起(21)为不必要的。
16.根据权利要求15所述的工具,其中有三个相等间距的突起。
17.根据权利要求15或16所述的工具,其中所述至少一个突起是肋。
18.—种系统,包括根据权利要求1至14中任何一项所述的螺钉和根据权利要求15至17中任何一项所述的工具的组合。
19.一种冲头销(22),用于在根据权利要求1至14中所述的螺钉的螺钉头(I)中的深入凹槽(11)中形成突起,所述冲头销(22)包括至少一个突起腔体(23),用于在所述深入凹槽(11)的内壁(12)上形成·至少一个突起(21)。
【文档编号】B25B15/00GK103827518SQ201280046485
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年7月23日 优先权日:2011年7月22日
【发明者】大卫·C·戈斯, 乔恩·埃德兰 申请人:泰普德来夫公司
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