专利名称：用于木头和类似材料的低能量螺钉的制作方法
技术领域：
螺钉是普遍使用的机械木工紧固件，其主要用于将由木头或类似材料，例如可替换的木头材料制成的一个工件连接到另一个类似的工件。木匠和其他木工经常使用电力驱动工具，例如电池致动的电钻和电池驱动的电螺丝来安装这种螺钉。由于电池驱动的驱动工具消除了对电力线的需要，因而使用它来驱动螺钉是有利的。这允许电力工具在电力线的使用不及的距离和位置处，例如在远离电源的位置处或者可能危险的地方，例如在潮湿或危险的位置，或者可能是不期望使用的地方使用电力工具。电池驱动的驱动工具的一个缺陷是需要经常地重新使电池重新充电，尤其是在电池具有高使用率并且充电记忆最小时。这就限制了可以由单一电池充电的螺钉的数量。由于用来驱动螺钉所需的时间和用来经常重新使电池充电或替换电池的时间，因而具有缓慢插入时间，具有高驱动扭矩驱动需求的螺钉增加了用来完成结构或工程所需的时间。需要的是可以通过低的扭矩而更快速插入的螺钉，该螺钉使用的能量比现有技术中已知螺钉使用的能量低。
发明内容
本发明提供一种螺钉，其可以快速地插入并且具有较低能量。在不同实施例中， 螺钉包括具有凹口的头部，该凹口用来容纳驱动工具；螺纹面，其从所述头部延伸到手钻末端，该螺纹面具有锥形的颈部、主线程、下螺纹和末端。多个冠状肋从所述头部和颈部向外延伸。主线程具有标准螺纹的导程的大约1. 6至大约2. 0倍的导程。主线程被布置在颈部和下螺纹之间，并且具有包括外末端和圆整根部的螺纹形式，该外末端具有基本上直线型轮廓，该圆整根部具有凹轮廓。下螺纹被布置在主线程和末端之间，并且具有不对称的螺纹形式轮廓。在不同实施例中，螺钉包括布置在主线程和颈部之间的不带螺纹的本体部分。在不同实施例中，主线程和下螺纹是右旋的。在不同实施例中，头部锥形角度比颈部的锥形角度更陡。在不同实施例中，多个肋部中的至少一个肋部具有直线型锥形轮廓，其中，多个肋部中的至少一个肋部包括外边缘，该外边缘从头部直径延伸到颈部的较低程度，并且包括从头部的边缘延伸到颈部的两个螺纹面表面。在不同实施例中，多个肋部包括八个肋部。在不同实施例中，主线程根部形式的凹轮廓是圆弧。在不同实施例中，主线程和下螺纹相连以形成连续的螺纹开始。在不同实施例中，主线程的直线末端高度是主线程高度的大约32 % -大约52 %。
在不同实施例中，主线程直线末端高度是主线程高度的大约42%。在不同实施例中，下螺纹朝着头部比朝着末端延伸得更远。在不同实施例中，圆角根部与小直径螺纹面表面的交叉点位于与主线程的中心轴线相距一定距离处，该距离是主线程高度的大约90-110%。该距离是主线程高度的大约140-150%。在不同实施例中，主线程末端具有大约20-40度的螺纹角。在不同实施例中，主线程末端具有大约30度的螺纹角。在不同实施例中，下螺纹的螺纹牙顶被布置在不对称轮廓的凸曲线上。
在不同实施例中，螺纹包括润滑涂层，该润滑涂层可以是水溶石蜡。在不同实施例中，螺钉的公称尺寸为5X50并且将螺钉插入山毛榉木工件内所需的能量小于大约90磅-尺寸-秒。在不同实施例中，将螺钉插入山毛榉木工件内所需的能量小于大约80磅-尺寸-秒。在不同实施例中，将螺钉插入山毛榉木工件内所需的能量是大约53磅-尺寸-秒。
本发明这些和其他特征和优点将从下面本发明的优选实施例的附图和更详细说明中变得更显而易见。图1是根据本发明的优选实施例的木头螺钉的侧视图；图2是图1的螺钉头部的端视图；图3是图1的螺钉末端的端视图；图4是沿着图2中的截面线IV-IV截取的视图；图5是沿着图3中的截面线V-V截取的视图；图6是沿着图1中的截面线VI-VI截取的视图；图7是图1的螺钉的局部侧视图；图8是图5的面积VIII的详细视图；图9是用于两个木螺钉插入的扭矩与时间的曲线图。
具体实施例方式现在参考图1，图1示出了根据优选实施例的大体由参考标号10表示的带螺纹的紧固件或螺钉。螺钉10用来将由木头或类似材料，例如可替换的木头材料制成的一件工件连接到另一件类似的工件，但是在此可以简单指木螺钉。螺钉10在头部30和末端观之间包括沿着轴线25延伸的螺纹面20。螺纹面20包括颈部73，不带螺纹的本体60，带螺纹的主部分50，和带螺纹的末端40。多个肋部74从头部30和颈部73向外延伸，如在下面更详细描述的。带螺纹的主部分50具有长度53和小直径52。带螺纹部分40具有末端长度43 和小直径41，该小直径从主部分53渐缩到末端观。不带螺纹的本体60具有本体长度63 和本体直径62。在示出的实施例中，螺钉10具有右旋的上主线程54，该上主线程作为连续的导程过渡至右旋的下螺纹44。上主线程M具有与下螺纹44的轮廓不同的轮廓，用于执行不同的功能，如下面进一步描述的。如图所示，从上主线程M过渡到下螺纹44的过渡发生在带螺纹的主部分50的长度53内。螺纹M在长度150上延伸并且下螺纹44在长度140上延伸。而且，螺纹M和44的外表面以及螺纹面20的本体60具有减小摩擦的涂层。如下面讨论的，低能量螺钉10的不同结构的构造的组合已经通过经验尝试而发现与标准螺钉相比明显地减小在低能量螺钉中驱动扭矩和/或能量所需的量。而且，具有高驱动扭矩的螺钉的缓慢插入增加了插入每个螺钉所需的时间，并且因此增加了木工完成结构或工程所需的时间。因为低能量螺钉10对于施加驱动扭矩的给定动力工具来说容易驱动，因而用于低能量螺钉的驱动速度被发现与传统螺钉相比明显更高。因此，更高的驱动速度可以增加头部30将被驱动到工件内部的工件的表面下方足够远的可能性。低能量的螺钉10的冠状肋部74已经被发现在接合工件时减小螺钉10的速度， 从而允许操作者留下更多时间反应，并且释放动力工具的触动器，以便使螺钉10插入到所需的深度，例如与工件的表面齐平。上螺纹M具有齿距58。下螺纹44具有不同形式的轮廓，用来改善开始，但是具有基本上相同的齿距，因此螺纹M和44使螺钉10以基本上相同的速率前进。所示的实施例具有单一的螺纹开始(单个螺纹)。因此，螺纹齿距等于螺纹导程。对于单个螺纹开始旋拧，术语“螺纹齿距”和“螺纹导程”被普遍互换使用，并且术语“齿距”在此被使用。然而， 由于螺钉在给定圈数中前进到工件内部是一个相关的特征，如果低能量螺钉的一个实施例具有多于一个的开始，那么术语“齿距”在此的使用应当被解释为意味着“导程”。因为一个或多个附加的开始将增加对驱动的阻力，而没有在给定螺旋角的导程中作任何改变，因而单一开始优选的用于低能量螺钉。导程58大于具有相同尺寸的标准木螺钉的导程。在此参考“标准木螺钉”指的是根据选定的工业标准制成的木螺钉。例如，德国建筑技术学院(DIBt) (German Institute for Building Technology)是德国联邦政府的鉴定局，总部设在柏林，授权国家技术许可(national technical approvals)，用于在德国联邦共和国的建筑法的基础上的建筑产品。德国Erm印etal的公司SPAX国际GmbH & Co. KG及其附属公司(SPAX)在欧洲销售螺钉并且获得DIBt许可用于某些木螺钉，这些木螺钉的尺寸规格被 zur allgemeinen bauaufsichtliche Zulassungen Z_9, 1-235 vom 23. 08. 2002 (2002年8月23日)规定。这些规格已经在欧洲广泛的使用并且变为标准，并且用于该目的的相关尺寸将限定欧洲标准木螺钉。而且，台湾高雄市的Taiwan Shan Yin International Co. , Ltd.发表了根据DIN7505的硬纸板螺钉规格SY-CB-F001-0B，这已经在台湾广泛使用并且在台湾作为标准，并且用于该目的的相关尺寸将限定台湾硬纸板的标准螺钉。下表示出对于低能量木螺钉的某些实施例的某些特定尺寸和比值。表中的所有尺寸以毫米(mm)计量。这些尺寸为主线程的主线程直径(OD)；主线程的小直径(ID)；螺纹深度(TD)，其等于(OD-ID)除以2 ；以及齿距。这些比值为螺纹深度与主直径的比值(0D 的TD% )，其等于(TD除以0D)乘以100 ；和齿距与主直径的比值(0D的齿距％ )，其等于 (齿距除以0D)乘以100。OD也用来表示螺钉的尺寸，与螺钉长度(典型的末端到颈部的距离)一起。因此，在公制尺寸上，5x50螺钉具有5mm0D和50mm长度。在表中示出的尺寸仅仅包括OD部件。
表也示出了用于三个商业上可获得的标准或近标准的传统木螺钉B，C和D的相同的尺寸和比值。
权利要求
1.一种低能量木螺钉，包括埋头孔头部，其具有用于容纳驱动工具的凹口 ；螺旋面，其从所述埋头孔头部延伸到手钻末端，所述螺旋面具有渐缩颈部、主线程、下螺纹和末端；多个冠状肋部，其从所述埋头孔头部和所述颈部向外延伸； 其中，所述主线程具有标准螺纹的大约1. 6到大约2. 0倍的导程； 其中，所述主线程被布置在所述颈部和下螺纹之间，并且所述主线程具有螺纹形式和圆整根部，所述螺纹形式包括具有基本上直线轮廓的外末端，所述圆整根部具有凹轮廓；和其中，所述下螺纹被布置在所述主线程和所述末端之间，并且所述下螺纹具有不对称的螺纹形式轮廓。
2.如权利要求1所述的螺钉，进一步包括布置在所述主线程和所述颈部之间的不带螺纹的本体部分。
3.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述本体部分的直径大于所述主线程的小直径。
4.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述下螺纹具有大于其随后的螺纹面角度的螺纹面前角。
5.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述下螺纹是螺纹形成的螺纹。
6.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程和所述下螺纹是右旋的。
7.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述埋头孔头部锥形角度比所述颈部的锥形更陡。
8.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述多个肋部中的至少一个肋部具有直线形的渐缩轮廓。
9.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述所述肋部中的至少一个肋部包括从所述埋头孔头部直径延伸到所述颈部的下水平面的外边缘，并且包括从所述边缘延伸到所述埋头孔头部和所述颈部的两个螺旋表面。
10.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述多个肋部包括6至10个肋部。
11.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述多个肋部包括8个肋部。
12.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程根部形式的所述凹轮廓是圆弧。
13.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程和所述下螺纹连接以形成连续的螺纹开始。
14.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程的末端高度是所述主线程高度的大约32%到大约52%。
15.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程的直线末端高度是所述主线程高度的大约42%。
16.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述下螺纹朝着所述埋头孔头部比朝着所述末端延伸得更远。
17.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述圆整根部与所述小直径的螺旋表面直径的交叉点位于与所述主线程的中心轴线相距一定距离处，该距离为所述主线程的高度的大约90%到大约110%。
18.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程的末端具有大约20到大约40 度的螺纹断面角。
19.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述主线程的末端具有大约30度的螺纹断面角。
20.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述下螺纹的所述螺纹的牙顶被布置在所述不对称轮廓的凸曲线上。
21.如权利要求1所述的螺钉，其特征在于，所述螺钉包括润滑涂层。
22.如权利要求21所述的螺钉，其特征在于，所述润滑涂层是水溶石蜡。
23.—种木螺钉，包括头部，其包括用于容纳驱动工具的凹口 ；和螺纹面，其联接到所述头部并且具有螺纹段； 其中，所述螺钉的公称尺寸为切50并且用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量小于大约90磅-英寸-秒。
24.如权利要求23所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量小于大约80磅-英寸-秒。
25.如权利要求23所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量小于大约70磅-英寸-秒。
26.如权利要求23所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量小于大约60磅-英寸-秒。
27.如权利要求23所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量小于大约53磅-英寸-秒。
28.—种木螺钉，包括头部，其包括用于容纳驱动工具的凹口 ；和螺纹面，其联接到所述头部并且具有螺纹段；其中，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量是用于将欧洲标准螺钉插入所述工件内的能量的大约90%。
29.如权利要求观所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量是用于将欧洲标准螺钉插入所述工件内的能量的大约80%。
30.如权利要求观所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量是用于将欧洲标准螺钉插入所述工件内的能量的大约70%。
31.如权利要求观所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量是用于将欧洲标准螺钉插入所述工件内的能量的大约60%。
32.如权利要求观所述的螺钉，其特征在于，用于将所述螺钉插入山毛榉木工件所需的能量是用于将欧洲标准螺钉插入所述工件内的能量的大约53%。
全文摘要
本发明公开了一种木螺钉，其被快速地插入并且使用比传统螺钉少的能量。在不同实施例中，螺钉可以包括用于容纳驱动工具的凹口(34)的埋头孔头部(30)、在头部和颈部上延伸的多个冠状肋部(74)、润滑涂层、具有大螺纹导程的主线程(54)，以及具有不对称轮廓并在手钻末端上延伸的下螺纹(44)。
文档编号F16B25/10GK102439323SQ201080022227
公开日2012年5月2日 申请日期2010年3月16日 优先权日2009年5月22日
发明者B·J·休斯 申请人:菲利普螺丝公司