强度增强的螺钉型砌筑铰钉的制作方法

专利名称：强度增强的螺钉型砌筑铰钉的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种将一附件紧固于砖石建筑用的螺钉型的砌筑铰钉，该铰钉拧入钻在该砖石建筑中的一孔，以将该铰钉机械地保留在其中，更具体涉及这种类型的一铰钉，它具有多条能提高该铰钉的固持力的导向切削螺纹。
为了将配件和其他附件紧固于砖石建筑，为此目的使用一螺钉型铰钉，如在发明人为Giannuzzi的美国专利5,118,496和5,282,708中揭示的铰钉。在这种铰钉中，在其螺颈部分上形成有一螺旋形切削螺纹，当该铰钉拧入一钻在砖石建筑中的一孔中时该切削螺纹的作用在于对该孔的孔壁切割并攻出螺纹，从而机械地将该铰钉保持住其内。该铰钉对轴向拔拉力的阻力表示了其固持力。
名词“砖石建筑”是对所有石类建筑材料，如混凝土和砖的统称。如在发明人为Godstend的英国专利GB 2115511 A所指出的，当砖石建筑特别硬，如其粒料是由花岗岩组成时，那么，为了将一螺钉型砌筑铰钉拧入一在其上钻出的孔，为此目的所需的扭矩将是很大的。事实上，大到在企图将一铰钉拧入砌筑孔时，能使该铰钉断裂。
为了形成一能拧入钻在特别硬的砖石建筑里的一孔中的铰钉，Godsted的铰钉设有一具有V形横截面构形的螺纹，其中，该螺纹的两侧面以一50°-65°夹角相交。尽管该尖锐的螺纹能切入坚硬的砖石建筑里，但它较脆，因此当在拧入砌筑孔之时会断裂。
揭示在发明人为Ernst的专利3,937,119中的螺钉型砌筑铰钉有一尖顶的螺纹，其中，槽口形成在该螺纹的尖顶部以有利于尖顶部埋在钻出的砌筑孔的孔壁中。被尖顶部的槽口从砌筑孔的孔壁切下的散粒被收集在诸顺序相连的螺圈间的空间里。
按照Ernst的专利，由于诸散粒被收集了，故不会产生扭转摩擦力，并能使在拧入该孔时的扭矩较小。还是按照Ernst的专利，在这些空间里的颗粒的滞留“将提高了该铰钉的拔拉力”。但Ernst未解释在该空间里的诸多松散的颗粒是如何提高该铰钉的对轴向拔拉力的阻力的。
发明人为Bickford的专利5,531,553揭示了一种具有一包围了铰钉的颈部的螺旋形切削螺纹的自攻砌筑铰钉。这条切削螺纹由一对平行的螺旋形螺脊形成，该对螺脊具有一在它俩之间的凹槽，用于收集由切割作用除下的物质碎片。
为有利于自攻，分离相邻两圈平行螺脊的螺旋形刃带的宽度沿轴向测量相对于颈部至少为4毫米，并至少为刃带颈部(land shank)直径的50％。在Bickford专利中，螺旋形螺脊的螺旋角为至少10％。
在Bickford专利中，即使被收集在螺旋形切削螺纹里的槽中的颗粒碎片在槽中被压缩，它将只能用来阻止该螺旋形螺纹相对于切入该孔的孔壁中的相应的阴螺纹的位移。但它不能显著提高该铰钉的固持力。
还有，在Bickford专利中，它的切削螺纹有两条平行的螺脊，它俩十分靠近，在诸顺序相连的螺圈间各有一较宽的刃带。诸螺脊的相似不会使每一个螺脊使用在砌筑材料中具有的最大抗剪强度。
具有较大得益的已有技术是发明人Tajima的专利4,652,194，其中，由一螺钉型铰钉的切割作用产生的颗粒碎片的作用提高了该铰钉的固持力。Tajima指出在它的发明前，已知要去利用在该螺纹的诸顺序相连的螺圈间的空间，以将由切割螺纹产生的碎片收集并压缩在其中，以提高该铰钉的拔拉阻力。
按照Tajima的专利，在已有技术铰钉里的空间过分大，因此，顺序相连的螺圈间的这些空间不能完全被颗粒填满并压紧，以将该铰钉挤紧在该孔里。
为了克服这一缺点，Tajima在位于他的螺旋形螺纹的诸顺序相连的螺圈间的刃带中提供了一三角形低凹部。这一低凹部内填满了由于该条螺纹的切割作用产生的从该砌筑孔的孔壁被废弃的碎颗粒。但是，一低凹的刃带形成了一较大的空间，在该空间里的颗粒不会紧密压缩以将该铰钉挤紧在该孔里。
根据上述，本发明的主要目的是提供一种将一附件紧固于砖石建筑中用的自攻螺钉型铰钉，该铰钉拧入在该砖石建筑上钻出的一孔中，并被机械地保留在其中，以抵抗拔拉力，该铰钉的固持强度由被压缩的颗粒碎片提高了，这些碎片形成一些能将该铰钉挤紧在该孔里的物质。
更具体说，本发明的一目的是提供一种上述类型的铰钉，其中，该铰钉借助于包围该铰钉的颈部的多条与切入该孔的孔壁里的阴螺纹互相啮合的导向阳切削螺纹而被机械地保持在该孔内；另外，由这种切割作用产生的颗粒碎片被压缩，以形成一种将该铰钉挤紧在该孔里的致密物质。
按照本发明的一铰钉的诸明显的优点如下A.由于该铰钉具有多导向部(multiple-lead)螺旋形切削螺纹，故能通过间隔诸螺纹将该铰钉的固持力提高带一最佳程度，以达到该砌筑材料的最大抗剪强度。
B.由于该铰钉具有多导向部阳切削螺纹，就能具有一高度螺旋形的螺纹，因此能很快拧入；沿该铰钉的长度方还具有许多圈螺纹，这些螺纹在该砌筑孔的孔壁上切割相同数目的阴螺纹，从而形成一抵抗轴向拔拉力较大的阻力。
C.由于该铰钉具有多导向部螺旋形切削螺纹，它的扭矩要求比一具有一单条或双螺脊螺纹的低，并易于安装。
D.由于该铰钉挤入砌筑孔，它对拧出扭矩(back-out torques)的阻力较大，因此，不会因受到振动或冲击力而发生松动。
E.由于多导向部螺纹的原因，这样，在安装过程中就能保持该铰钉沿砖石建筑的所钻孔中心线的正确方位。因此，能防止当使用一具有单条螺旋切削螺纹的铰钉时会发生的使该铰钉偏向一侧的问题。
简要说来，本发明的这些目的是由一种用于将一配件或其他附件紧固于砖石建筑中的螺钉型自攻铰钉，在砖石建筑上钻出一孔以收置该铰钉。该铰钉设置一有一根部的颈部，有至少两条螺旋形阳切削螺纹包围该颈部，它的牙顶直径超过孔径，从而当该铰钉拧入孔中时，这些螺纹则向孔壁内切出相应数目的阴螺纹，以将该铰钉机械地保持在孔内，以给予该铰钉一抵抗轴向拔拉力的固持强度。
在位于该螺纹的顺序相连的诸螺圈间的螺旋形刃带里的根部上形成的是一螺脊，该螺脊隆起高度超过该螺纹的根部，以在该螺脊与孔壁间形成一压缩区。由切削作用产生后并被排放到该刃带中的颗粒碎片强制压入该压缩区，以形成一将铰钉挤入在孔内的致密物质，从而增大了该铰钉的固持力。
为了更好地理解本发明以及其其他目的和特点，请结合诸附图参阅下面的详细描述。其诸附图为

图1表示了按照本发明第一实施例的一种螺钉型自攻砌筑铰钉，该铰钉安装在一在砖石建筑中钻出的孔中，以将一附件紧固于其上；图1A是该铰钉的一示意端视图；图2是图1所示的该铰钉的外形图；图3图示了由该铰钉的切割作用产生的颗粒碎片起着将该铰钉挤入在该砌筑孔中的作用；图4表示按照本发明的铰钉的第二实施例；以及图5表示该铰钉的第三实施例。
第一实施例现在参阅图1、1A和2，在这些附图中表示的是一种按照本发明的螺钉型自攻砌筑铰钉，该铰钉安装在一在砖石建筑体11中钻出的一孔10中，以将一配件F或其他附件紧固于其上。该铰钉通过在与砌筑孔对准的该配件上的一安装孔插入该砌筑孔。该砖石建筑由混凝土或其他石类砌筑材料组成。
用经热处理的淬火钢或其他高强度耐腐蚀金属制成的铰钉有一六角形的大头部12，使它能与一扳手或其他产生扭矩的工具配合，以将该铰钉拧入孔中。当将该铰钉拧紧后，头部12的下侧面12A为锯齿形，以摩擦配合于该配件的表面。
在此揭示的砌筑铰钉均属具有一大头部的螺钉型的。但是，实际上该铰钉可为螺杆型，其中，铰钉的上端为外螺纹并延伸通过待被紧固的配件的安装孔，由一螺母拧在被紧固于配件的表面上的螺杆的上端。
与铰钉的头部12整体结合并从该头部沿轴向延伸的是一颈部13，该颈部具有一其直径略比钻出的砌筑孔10的直径小的短上部分13S。该颈部的其余部分由一圆柱形根部13R组成，该根部的直径略比短上部13S的小。该根部13R在其导向端以一尖顶部13T收尾，该尖顶部呈一截头圆锥体形状，以将颈部的导向端引导到砌筑孔内。
包围根部13R并延伸于其全长范围内的是诸条具有相同螺距的螺旋形阳切削螺纹14和15，每条螺纹具有一系列的螺圈。两条螺纹的顺序相连的诸螺圈是等间隔的，使该铰钉的外貌看起来象一单螺纹铰钉。如图1A所示，两条螺纹14和15的前导部分14L和15L间相隔的角度为180°，因此，螺纹14和15的切割作用是同时存在的。
两条切削螺纹14和15的诸螺圈的牙顶直径略大于钻出的孔10的直径。因此，当铰钉拧入孔中时，这两条螺纹切割并对孔的孔壁10B攻丝，以在孔壁上形成两条阴螺纹。诸条阴、阳螺纹的互相的机械啮合使该铰钉保持在砌筑孔内，并提供了对轴向拔拉力的较高的阻力。尽管如图1所示螺纹14和15的牙顶直径是相等的，但实际上它们可不同，只要超过钻出的孔的直径即可。
如图2和3最好表明的，在延伸在两条切削螺纹14和15的诸顺序相连的螺圈间的螺旋形刃带上形成的是一隆起高度超过铰钉根部13R的螺脊16。因此，该螺脊的平的上表面邻近于砖石建筑中的孔10的孔壁10B。在该螺脊16的被削平的表面与孔壁间的空间形成了一压缩区Z。
当铰钉拧入砌筑孔时，两条阳切削螺纹14和15切割并对孔的孔壁10B攻丝。由于形成砖石建筑的材料是脆性的，这种切割作用产生了颗粒碎片，这些碎片排入两条螺纹的诸顺序相连的螺圈间的刃带中。集聚在该刃带里的颗粒碎片被强制压入压缩区Z，以形成一种能提高该铰钉的固持力的致密物质。
尽管所示的铰钉的两条切削螺纹的前导部相隔180°，实际上，一种多导向部螺纹铰钉可具有三条螺旋形切削螺纹，其三个导向部彼此间隔120°。或者，它可有大量的螺纹，这取决于该铰钉要安装的砖石建筑的情况而定。
在按照本发明的一两螺纹铰钉的最佳实施例中，螺距为3/4英寸，相邻的螺圈间的间隔为3/8英寸，因此，与根部直径和螺距相比刃带的宽度就较小。该铰钉的螺距决定了该铰钉拧每一圈时其沿轴向推进的距离。在本实施例中，该铰钉转动每一圈时它向砌筑孔中推进3/4英寸的距离。这就能使安装起来较快，并提高了其固持力。
须注意的是在每一个切削螺纹的侧面与高出的螺脊16的相邻端之间有一大致为三角形的凹部，用于收集被切削螺纹从孔的孔壁上切下来的颗粒碎片。
该铰钉的多导向部螺纹能在安装过程中使它保持沿钻出孔的中心线的正确方位，从而防止发生如当使用一单导向部螺纹铰钉时会发生的、使它偏向任一侧的问题。另外，由于由被挤在该铰钉的螺旋形螺脊与砌筑孔的孔壁间的被压缩的颗粒碎片形成的致密物质所产生的挤压作用，该铰钉对拧松扭力有较大的阻力，因此，不会因在安装时的冲击和振动力而使该铰钉松动。
重要的是要注意另外的诸相邻的螺圈间的螺旋形刃带沿轴向测得的宽度小于该螺纹螺距的一半，如图2清楚地所示。因此，沿着该铰钉的长度方向在诸顺序相连的螺圈间的刃带上有一些特定东西的致密物质。这些物质的作用可将该铰钉牢固地挤在砌筑孔里。
操作原理从机械工程和力学优越性的观点来说，一条螺纹是一围着一圆柱体这样包绕的斜面，即，使该平面的高度平行于该圆柱体的轴线。一螺钉型砌筑铰钉的力学优越性在于当该铰钉进入在砖石建筑上钻出的一孔以切割于并对该孔的孔壁攻丝时该铰钉产生的力与施加于该铰钉以产生这个作用的力之比值。
对于一具有一螺旋形切削螺纹的螺钉型砌筑铰钉，为使铰钉拧入砌筑孔，必须对该铰钉施加一扭力。因此，该螺钉型铰钉的力学优越性越高，则将该铰钉拧入钻出的砌筑孔内所需的扭力就愈小。
铰钉切削螺纹的螺距决定了该铰钉在每扭转一圈时沿轴向向前进入钻出的孔的距离。所以，如果该螺纹的螺距大小能使沿着该铰钉颈部的长度方向形成大量的螺圈，则将能取一相等的铰钉转圈数以使它完全进入该钻出的砌筑孔。因此，在此情况下，安装时间就较长。
一螺钉的螺距是由螺纹的斜度或螺旋角决定的，该角度愈大，顺序相连的两螺圈间的距离就愈大。有一具有一条阳螺旋形切削螺纹的螺钉型砌筑铰钉，其螺纹的螺旋角使沿其长度方向具有大量的螺圈，该铰钉的优点在于它在钻出的孔的孔壁上切入一相应数目的阴螺圈，从而对轴向拔拉力具有一较大的阻力。
这种类型的单螺纹铰钉的缺点是需拧转许多圈才能将它装入一砌筑孔中。这样就会阻碍在有几百根铰钉需要安装的建筑工地所必须的对这些铰钉的快速安装。
使用了按照本发明的多导向部双螺纹铰钉后，其螺距使该铰钉能快速安装而所需的扭力却较小。但是，快速安装和小扭力并不是以牺牲该铰钉的固持力为代价的，双螺纹沿着铰钉颈部的长度方向提供了大量的等间隔的螺圈。这些螺圈与切入孔壁内的诸阴螺圈相结合而提供了较大的拔拉阻力。
挤在位于两条螺纹的顺序相连的诸螺圈间的刃带上的每个螺脊与孔壁之间的颗粒碎片形成的致密物质明显增大了决定该铰钉的固持力的拔拉阻力。
就拧入一钻在砖石建筑里的孔中的自攻铰钉的范畴而言，一具有多导向部切削螺纹的按照本发明的铰钉比起只有一条螺旋形切削螺纹的铰钉，具有十分明显的优点。
一具有一切入砌筑孔的孔壁上的一阴螺纹内的阳切削螺纹的钢制砌筑铰钉的固持力是切口深度的函数。例如，如果切口深度为0.015英寸，则该铰钉具有某一大小的固持力，并产生小量的颗粒状砌筑碎片。但是，当希望将此固持力增大一倍时，必须将切口的深度加深一倍。
通常的阳切削螺纹具有一等腰三角形横截面，它的顶部即切削刃。因此，为了向该孔壁内切出一深度为两倍的0.015英寸的切口，这样，就需要从孔壁部切去四倍的颗粒材料，这是因为该切口的呈三角形的上半部的面积比其呈梯形的下半部的面积小得多。
因此，一切入砌筑孔孔壁内的深度为0.015英寸、具有两条螺旋形切削螺纹的砌筑铰钉，使其固持力能与一切入深度为0.030英寸、只有一条螺纹的砌筑铰钉的相等。但是，在此情况下，该两条螺纹的铰钉只切下了一半的砌筑材料，所以，将该铰钉拧入孔中所需的扭力就小。
所以，按照本发明的多导向部螺纹砌筑铰钉所要求的安装扭力大大减小，却能达到与一单螺纹铰钉产生的相等的固持力。另外，使用了多导向部螺纹后，能采用一大螺旋角以实现该铰钉的快速安装，还在所有的侧表面具有足够的螺纹啮合，以利用该铰钉的全部的抗剪强度。
其他诸实施例在图1所示的砌筑铰钉的第一实施例中，在该部分里高出根部螺旋形刃带之上的螺脊16有一平的上表面。位于该螺脊与该砌筑孔的孔壁间的该压缩区Z内的被压缩的致密颗粒物质的作用在于将该铰钉挤在该孔内。
须注意的是用一传统的硬质合金钻头钻出的一孔通常不会是笔直的，其内有些不规则。其原因在于该钻头凹颈部(drill pit shank)的直径明显小于硬质合金刀头。因此，当该钻头遇到正被钻孔的混凝土中的硬散粒料时，该钻头就会偏向某一侧，并不能钻出一完全笔直的孔。
由于在该钻出的孔的不规则性，在孔壁与螺旋形螺脊的表面之间的空间沿着该铰钉的长度方向就不一致。这样的空间的最终的构形可导致产生过大的传动力矩。
为了避免在大尺寸的铰钉上形成这样的力矩，除了螺旋形螺脊16的平的上表面上设有一条沿着螺旋形螺脊的中心线纵向延伸的槽16G外，图4所示的铰钉与图2的相同。被推入该槽的颗粒物料可防止这种力矩的形成。
除了螺旋形螺脊16C上设有一外凸上表面而不是一平的上表面外，图5所示的铰钉与图2所示的相同。因此，颗粒致密物质与在压缩区里的外凸上表面一致，这样就可防止该物质的移动。
尽管图示和描述了按照本发明的一强度增强的螺钉型砌筑铰钉，可以理解的是在该发明的精神范围内还可对其作出许多变化设计。
权利要求
1.一种将一附件紧固于砖石建筑中用的螺钉型自攻砌筑铰钉，砖石建筑上有一被钻出的孔以收置该铰钉，该孔有一预定的直径A.一有一根部的颈部，该根部的直径小于孔径；B.至少一条包围根部的螺旋形阳切削螺纹，每条螺纹具有一超过孔径的牙顶直径，从而当铰钉拧入孔时，该阳切削螺纹则向孔壁切割出一条阴螺纹，以机械保持住该铰钉并抵抗拔拉力，以给予铰钉一固持强度，该螺纹的诸螺纹圈有一位于顺序两螺纹圈之间的螺旋形刃带，沿轴向测得的该刃带的宽度小于该螺纹螺距的一半；以及C.一螺脊，它形成在螺旋形刃带上且隆起高度超过根部，以在该螺脊与孔壁间的一空间里形成一压缩区，从而由切削作用产生的颗粒碎片被排放到所述的区里，以形成一种将铰钉挤入在孔内的致密物质，以提高其固持强度。
2.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，颈部整体连接于一大的头部，该头部适于配合于一产生扭矩的工具。
3.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，具有螺距均相等的多条螺旋形阳螺纹，诸所述螺纹具有诸彼此间隔一角度相位的导向部，该多条螺纹的诸螺圈彼此等距离间隔开。
4.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，具有螺距相等的两条螺旋形螺纹，该两条螺纹的诸螺圈沿着根部等距离间隔开，并具有彼此间隔180°的两导向部。
5.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，所述螺脊有一平表面。
6.如权利要求5所述的铰钉，其特征在于，该平表面上有一纵向沿该螺旋形螺脊延伸的槽。
7.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，所述螺脊有一外凸表面。
8.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，该铰钉由淬火钢制成，并被滚轧以形成诸所述螺旋形螺纹。
9.一种将一附件紧固于砖石建筑中用的螺钉型自攻砌筑铰钉，砖石建筑上有一被钻出的、具预定直径的孔；所述铰钉包括A.一有一根部的颈部，该根部的直径小于该孔的直径；B.多条包围根部的螺旋形阳切削螺纹，它们具有相同的螺旋角和大致类似的牙顶直径，诸所述切削螺纹形成沿根部间隔开的诸螺圈，从而当铰钉拧入砌筑孔时它以一由这些螺纹的螺距确定的速度前进，以在孔壁上切割出数目对应的多条阴螺纹，从而增大了对铰钉的拔拉力的阻力。
10.如权利要求9所述的铰钉，其特征在于，多条阳切削螺纹的相邻的诸螺圈间有一螺旋刃带，沿着根部在轴向测得的该刃带的宽度小于该螺纹的螺距的一半。
11.一种螺钉型砌筑铰钉，它可拧入在砖石建筑上被钻出的一具预定直径的孔，所述铰钉包括A.一有一根部的颈部，该根部的直径小于孔径；B.至少两条包围根部的螺旋形阳切削螺纹，它们具有相同的螺旋角，并具有各自的超过孔径的牙顶直径，以在孔壁上切割出数目对应的诸条阴螺纹；所述两螺纹具有彼此相隔一角度的诸导向部，以形成沿根部彼此间隔开的诸螺圈，以在诸螺圈间形成一螺旋形刃带，由对砖石建筑的切割作用产生的颗粒碎片排放到该刃带中。
12.如权利要求1所述的铰钉，其特征在于，在该螺旋形刃带上形成的是一被隆起的螺脊，使在该螺脊与孔壁间形成一压缩区，所述碎片被强制压入该压缩区，以形成一致密物质，以将该铰钉挤入于开孔内。
全文摘要
一种将一配件或其他附件紧固于砖石建筑中用的强度增强的螺钉型自攻砌筑铰钉,该砖石建筑上有一被钻出的孔以收置该铰钉。该铰钉设置有一具一根部的颈部,至少一条螺旋形阳切削螺纹包围该颈部,该螺纹的牙顶直径超过孔径,从而当铰钉拧入孔中时,该螺纹则在孔壁上切出一阴螺纹,以将该铰钉机械地保持在孔内,以赋予铰钉一抵抗轴向拔拉力的固持力。在该螺纹的相邻的诸螺圈间的螺旋形刃带中的根部上形成的是一螺脊,该螺脊隆起高度超过该根部,以在该螺脊与孔壁间形成一压缩区。由切削作用产生的颗粒碎片被排放到该刃带中并被强制压入该压缩区,以形成一将该铰钉挤入于该孔内的致密物质,从而增大了铰钉的固持力。
文档编号F16B25/00GK1253243SQ9910710
公开日2000年5月17日 申请日期1999年5月26日 优先权日1998年11月2日
发明者安东尼·C·简努兹, 露易斯·N·简努兹 申请人:安东尼·C·简努兹, 露易斯·N·简努兹