紧固件的传力头的制作方法

专利名称：紧固件的传力头的制作方法
技术领域：
本发明涉及紧固件的传力头领域，例如螺钉和螺钉所用的起子(例如螺丝刀)。
更具体地说，本发明涉及需要转动来安装紧固件的“受扭部件”(下文中称作“传力头”)。一般来说，这样的如螺栓、螺钉等之类的紧固件是带有螺纹的。但本发明的设计也可应用于靠绕其纵轴线旋转发生作用的无螺纹紧固件。
背景技术：
传统的传力头有许多众所周知的缺点。例如，带有与相配的起子配合的一凹槽的传力头会遭受被称之为“滑出”的问题。这是指在施加扭矩时，作为与紧固件纵轴线倾斜成一个小角度的扭转传递力的结果，起子和相配的凹槽有轴向离开的趋势。这个问题是由于传力头中凹槽的表面倾斜所致。这种倾斜或者“提拔”在制造的工艺中是必需的，以便于取出成形凹槽的冲头。若无法为冲头提供足够的释放“提拔”或角度，则会导致冲头和/或所成形的凹槽的损坏。
滑出要求操作者对螺丝刀施加一个反向的平衡力，这会引起操作者疲劳。当两个力之间不平衡时，螺丝刀就会轴向地移出传力头的凹槽，导致起子和凹槽的接合面磨损，以及相邻表面的可能损坏。
“提拔”的另一个缺点是仅将一个起子插入到一个带凹槽的传力头中，不足以使紧固件在起子和带凹槽传力头之间的摩擦接触作用下被携带。如果起子能将一个紧固件带到它所要求的位置上，则会给要将该紧固件插入到困难位置上的需要带来极大的方便。
现有传力头的还有一个问题是，为了安装可获得的一个完全系列的紧固件，就要求有完整系列的相配起子。如果操作者想要使用一个“凑合”的起子，则紧固件的传力头就可能被损坏。
通过使用如GE1150382(Podolsky)所述的多层螺钉和用于该种螺钉的螺丝刀，可减轻上述的问题。GE1150382中所述的多层螺钉带有一个形成在螺钉头中的凹槽或“插槽”，它有多个均与螺钉纵轴线平行的内表面。使用一个相应形状的螺丝刀，就可以实现螺钉和螺丝刀之间的压配合，从而使操作者仅通过使用螺丝刀就能将螺钉插入的一个难用的位置上。
Podolsky螺钉和螺丝刀的再一个优点是可以在一定范围的不同螺钉尺寸中使用单个的螺丝刀。这之所以可能，是因为当传力头的直径增加，同一螺丝刀的更多层就可以包含在传力头中的多层凹槽内。因此，当使用较大范围的不同尺寸的螺钉时，需要保持在手边的螺钉刀的数量就减少了。
但很明显，如果许多螺钉都能用单个螺丝刀转动，那么安全性就降低了，若它意指性质危险或敏感的装备可以方便地接近，则这就可能成为一个问题。
因此，人们需要具有Podolsky螺钉和螺丝刀的优点、但安全特征改进了的多层紧固件和起子。本发明的一个目的是就要提供这样一种紧固件和起子。

发明内容
根据本发明的第一个方面，提供一种紧固件，其传力头包括至少两个叠置的非圆形凹槽，所述凹槽用来接受可用于施加扭矩以操作紧固件的起子的头部，其特点是，该紧固件包括一个安全特征，凭借所述的安全特征，为了操作该紧固件需要对至少两个所述凹槽施加所述扭矩。
较适宜的是，安全特征还包括至少一个所述凹槽的直径和形状不同于其它的凹槽。
较适宜的是，所述至少一个的凹槽的横截面形状不同。或者，所述至少一个的凹槽具有相同的横截面，但偏转变位。
在一个较佳的形式中，至少两个凹槽的纵轴线不共线。
在另一个较佳形式中，至少一个所述凹槽的横截面近似为圆形。理想的是横截面近似为圆形的所述凹槽为椭圆形。
较适宜的是，至少一个所述凹槽的高度在0.5毫米至2毫米之间，包括0.5毫米和2毫米。理想的是所述高度为1毫米。
较适宜的是，至少一个所述凹槽的高度与直径的比值在0.8至1.2之间，包括0.8和1.2。
较适宜的是，至少一个所述凹槽的直径不是标准米制或英制尺寸。
根据本发明的第二个方面，提供一种用于上述任何段落所述的紧固件的起子，它带有一个形状与该紧固件的至少两个凹槽互补的刀头。较适宜的是，在使用时，起子的纵轴线与紧固件的纵轴线共线。
根据本发明的第三个方面，提供一种用于成形上述任何段落所述的紧固件的成形工具，它带有一个形状与所要求的紧固件凹槽互补的冲头。
较适宜的是，所述冲头有一个尖端，该尖端的角度在6°-30°范围内，包括6°和30°。理想的是所述角度为25°。
较适宜的是，在使用中，尖端在所成形紧固件的纵轴线的0.3毫米范围之内。
根据本发明的第四个方面，提供一种用于如上述任何段落所述的紧固件的推入配合的盖子，它的形状与该紧固件的至少两个凹槽的互补。
附图简述下文将参照附图以举例的方式对本发明的较佳实施例进行更为详细的描述。这些图中

图1为一个现有技术的多层紧固件的轴向剖面图，该多层紧固件带有三个不同“分层”尺寸的凹槽；图2为一个用于图1所示紧固件的现有技术起子的侧视图；图3为图1所示紧固件的传力头凹槽的俯视图；图4为体现本发明第一方面的传力头凹槽的俯视图；图5为根据本发明第一方面的传力头凹槽的一个替代实施例的俯视图；图6-8根据本发明第一方面的传力头凹槽的另一些实施例的俯视图，其中至少一个凹槽偏转变位；图9-11根据本发明第一方面的传力头凹槽的另一些实施例的俯视图，其中至少一个凹槽轴线偏置；图12和13根据本发明第一方面的传力头凹槽的另一些实施例的俯视图，其中至少一个凹槽为椭圆形；图14为体现本发明第二方面的传力头凹槽的俯视图；图15为和16为传力头凹槽的另一些实施例的俯视图，其中凹槽为椭圆形；图17A和17B为一个根据本发明第一方面的紧固件的轴向剖面图，该紧固件带有如图10所示的凹槽；以及图18A和18B为体现本发明第三方面的一起子的侧视图，该起子适用于图17A和17B所示的紧固件。
具体实施例方式
图1所示为一个带有一传力头2现有技术螺钉1，该传力头2包括三个直径渐减(随着它远离螺钉1的顶面6)的六角形的受扭凹槽3、4、5。尺寸较小的螺钉可以仅有两个凹槽(3、4)或真正仅有一个单个的凹槽(3)。类似地，较大的螺钉可以设多于三个的凹槽。贯穿本文的描述中，凹槽的“高度”是指平行于螺钉纵轴线的尺寸，在图1中由H表示。凹槽“直径”是指并行于螺钉的顶面6的最长尺寸，在图1中由D表示。
图2所示为现有技术起子7的侧视图，起子7适用于一个特定系列中不同尺寸的螺钉。起子头部的形状与螺钉传力头中的凹槽互补。在所示的例子中，起子7的头部有三个层8、9及10。当起子7与图1所示的螺钉1配合时，所有的三个层8、9及10就分别嵌入到三个凹槽3、4及5中。
如果起子7用于一个仅带两个凹槽的螺钉，就仅有层9和10与螺钉拧动配合。类似地，如果起子7用于一个仅带一个凹槽的螺钉，则仅有层10与螺钉拧动配合。在这种情况下，由单个层，层10，所施加的扭矩就足以操作螺钉。
以这样的方式，只要凹槽的形状相同，如在所示例子中均为六角形，单个起子7就能用于许多不同尺寸的螺钉。
为了改进安全性并尽量减小不许可损坏，提供一种由于其安全特征而需要专用起子来操作的传力头。第一个安全特征是各凹槽的高度H不大到能仅通过相应的螺丝刀头的一层就可对螺钉施加足够的扭矩。因此，螺丝刀至少需要与螺钉传力头上的两个凹槽配合。
其它的安全特征可以通过许多方式来提供。例如，参见图4，一个传力头可设置成至少一个凹槽的(横截面)形状与其它两个不同。在图示的例子中，最大和最小的凹槽(分别为11和13)都为六角形。中间的凹槽12则为五边形。
如图5所示，也可以所有的三个凹槽11、12及13都为不同的形状。在图5中，最大的凹槽11为六角形，中间的凹槽12为五边形，以及最小的凹槽13为三角形。
应该意识到可以有极大量的不同形状凹槽的组合。例如，各凹槽的横截面形状可以为正多边形、椭圆形、“眼”形、叶状或任何它们的组合。
此外或作为上述安全特征的替代者，也可以设置如图6-8所示的传力头凹槽。在这些例子中，至少两个凹槽具有相同的基本横截面形状，但相互偏转变位。
例如，在图6中，所有的三个凹槽11-13均为六角形。但中间的凹槽12偏转变位或不与其它两个凹槽对齐。因此，如Podelsky(GB1150382)中所述的类型的标准三层六角形起子是无法用于操作传力头带有如图6所示凹槽的紧固件的。
如图7所示，也可以所有的三个凹槽11-13都相互偏转变位。
还有，如图8所示，偏转变位的安全特征可以与凹槽形状不同的特征结合起来。在图8中，两个六角形凹槽11和13相互偏转变位。中间凹槽12则横截面为五边形。
现在参见图9-11，再介绍一种安全特征。在前述的实施例中，所有的凹槽11-13，不考虑它们的形状和转动对齐，它们都以与紧固件的纵轴线(见侧视1)相应的点C为中心(见图8所示)。贯穿本文的描述中，凹槽的“纵轴线”为平行于凹槽侧壁的轴线，在前述的实施例中，“纵轴线”与紧固件的纵轴线C共线。
在图9-11所示的实施例中，至少一个凹槽的纵轴线从紧固件的纵轴线C轴线地偏移开，亦即不与轴线C共线。
例如，在图9中，中间凹槽12从轴线C轴线地偏移开。
这个特征可与前述的其它特征结合使用。例如，如图10所示，可以将形状不同的凹槽(两个六角形和一个正方形)与至少一个凹槽从轴线C轴线地偏移开相结合。
较佳的是最小的凹槽13与轴线C共轴，如图9和10所示。但可以最小的凹槽也偏移，如图11所示。在所有的情况下，特别是在图11的实施例中，重要的是当螺丝刀在使用时，它的纵轴线与轴线C共线。
在图11中凹槽13的表示为虚线的一部分是不需要(或不可见)的，它仅是给出了中间凹槽12的偏移位置。
如上所述，一个或多个凹槽可以横截面为椭圆形，如图12和13所示，图中的中间凹槽12为椭圆形。
本发明在使用大致为圆形的多层紧固件凹槽方面有一个现有技术没有设计出的明显优点。如果仔细选择椭圆(或其它的近圆形状)的几何形状，则可提供带有一种凹槽的紧固件，这种凹槽尽管能使操作紧固件的足够扭矩作用得以施加，但其形状肉眼看来大致呈圆形。由于紧固件看来不能用螺丝刀松开，所以圆的形状应能阻止损坏。
图14所示为一种三个椭圆形凹槽11-13的排列方式。为了说明的目的，对凹槽的椭圆性质略加夸大，但实际上设计使各椭圆(或其它近圆形状)长轴和短轴之间的比例尽可能的低，这一方面是为了能有效地施加操作紧固件的扭矩，而另一个方面则是为了使凹槽看上去接近圆形，以阻止损坏。
但很明显的，即使凹槽看上去大致为圆形，但它们实际上必需为非圆形的，以使扭矩可施加到紧固件上。
上述的其它安全特征也可以结合进来。例如，椭圆可以如图15所示地偏转变位，或者如图16所示地轴线偏移。图15和16所示的实施例有两个凹槽12、13，而不是三个。
在图15中，两个椭圆形的凹槽12、13偏转变位，以使凹槽12的长轴D1垂直于凹槽13的长轴D3。每个椭圆的长轴(D1、D3)可分别比短轴(D2、D4)长出5-10％。
如从图16中的虚线可见，两个椭圆凹槽12、13可以是轴线偏移的。
还有一个安全特征(未图示)是准备一个推入配合的盖子，一旦紧固件就位在其适当的位置上，将可以将该盖子套在紧固件上。盖子的形状至少与紧固件的两个凹槽互补。最好盖子的顶面与紧固件的顶面6平齐，以进一步减少损坏。
紧固件可用冷成形工艺来制造。所需要的一种冷成形工具包括形状与所要的紧固件凹槽互补的冲头。冲头有一个尖端，其角度在6°-30°的范围内，包括6°和30°，更为适宜的角度为25°。
重要的是尖端与所要冲压或成形的紧固件的纵轴线紧密地对齐，否则就无法成功冲压或致使紧固件损坏。在使用中，冲头的尖端最好在所要成形的紧固件纵轴线的0.3毫米范围之内。
图17A为带有如图10所示凹槽11-13的紧固件的轴向剖面图。最大和最小的凹槽(分别为11和13)为轴线、转动对齐的六角形，而中间凹槽12则为正方形，且如图10所示地轴线偏移。
图17B为图17A所示的紧固件旋转90°后的轴向剖面图。
在图17A和17B中所示的另外一个特征是在最小的凹槽13下面有一个对齐的凹槽14，它用来在使用紧固件时帮助起子头部的对齐。对齐凹槽14的尖端通过紧固件的纵轴线C。
也可以在传力头上预设一个凸起或其它记号，用来表示起子应插入紧固件的方向，以方便起子的对齐。但在将用于高安全性应用中的本发明实施例来说，可能会不想要这个特征。
图18A为使用于图17A和17B所示的紧固件的一个起子20的侧视图。当使用起子20来旋紧或拧松一个紧固件时，起子20的纵轴线D与该紧固件的纵轴线C共线。
起子20的刀头设有三个层21-23，它们的形状与图10所示的凹槽11-13的形状互补。
图18B为图18A所示起子20旋转90°后的侧视图。
因此，本发明的紧固件所提供的安全特征在要求使用专用起子来操作紧固件时减小了损坏可能性。
权利要求
1.一种紧固件，它的传力头包括至少两个叠置的非圆形凹槽，所述凹槽用来接受可用于施加扭矩以操作紧固件的一个起子的头部，其特征在于该紧固件包括一个安全特征，凭借该安全特征，为了操作该紧固件需要对至少两个所述凹槽施加所述扭矩。
2.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于该安全特征还包括至少一个所述凹槽的直径和形状不同于其它的凹槽。
3.如权利要求2所述的紧固件，其特征在于所述至少一个的凹槽的横截面形状不同。
4.如权利要求2所述的紧固件，其特征在于所述至少一个的凹槽具有相同的横截面，但偏转变位。
5.如权利要求2-4中任一项所述的紧固件，其特征在于至少两个凹槽的纵轴线不共线。
6.如前述权利要求中任一项所述的紧固件，其特征在于至少一个所述凹槽的横截面近似为圆形。
7.如权利要求6所述的紧固件，其特征在于横截面近似为圆形的所述凹槽为椭圆形。
8.如前述权利要求中任一项所述的紧固件，其特征在于至少一个所述凹槽的高度在0.5毫米至2毫米之间，包括0.5毫米和2毫米。
9.如权利要求8所述的紧固件，其特征在于所述高度为1毫米。
10.如前述权利要求中的任一项所述的紧固件，其特征在于至少一个所述凹槽的高度与直径的比值在0.8至1.2之间，包括0.8和1.2。
11.如前述权利要求中任一项所述的紧固件，其特征在于至少一个所述凹槽的直径不是标准米制或英制尺寸。
12.主要如这里所述的紧固件可参照任何图3-18的适当组合。
13.一种用于上述任一权利要求所述的紧固件的起子，它带有一个形状与该紧固件的至少两个凹槽互补的头部。
14.如权利要求13所述的起子，其特征在于在使用时，起子的纵轴线与紧固件的纵轴线共线。
15.一种用于成形如权利要求1-12中任一项所述的紧固件的成形工具，它带有一个形状与所要求的紧固件凹槽互补的冲头。
16.如权利要求15所述的成形工具，其特征在于该冲头有一个尖端，该尖端的角度在6°-30°范围内，包括6°和30°。
17.如权利要求16所述的成形工具，其特征在于所述角度为25°。
18.如权利要求16或17所述的成形工具，其特征在于在使用中，所述尖端在所成形紧固件的纵轴线的0.3毫米范围之内。
19.一种用于如权利要求1-12中任一项所述的紧固件的推入配合的盖子，它的形状与该紧固件的至少两个凹槽的互补。
全文摘要
一种紧固件(1),它的传力头(2)包括至少两个叠置的非圆形凹槽(3、4、5),所述凹槽用来接受可用于施加扭矩以操作紧固件(1)的一个起子(7)的头部,其特点在于:该紧固件(1)包括一个安全特征,凭借该安全特征,为了操作该紧固件(1)需要对至少两个所述凹槽(3、4、5)施加所述扭矩。
文档编号F16B23/00GK1423733SQ0180770
公开日2003年6月11日 申请日期2001年3月30日 优先权日2000年4月7日
发明者L·A·布鲁克斯 申请人:通用螺钉有限公司