CN101479487B - 紧固件和紧固系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有一个扭曲体的冲击驱动紧固件(1)，包括：一个共同中轴(2)、一个突起螺旋体(3)和一个尾部的具有缩小直径的伸长的埋入式驱动柄(4)。该紧固件具有两个或三个切削松卷螺纹的刀状突起(5)，该刀状突起从实心的中轴(2)向外放射状延伸。这些刀状突起(5)相对于中轴(2)的纵轴(9)具有一个小于42°的大半径螺旋角(8)。该伸长柄(4)上没有用于切削大半径螺旋角螺纹的刀状突起，并且其缩小的横截面直径约等于或小于突起螺旋体(3)的横截面外接圆直径(7)的一半，该伸长柄从突起螺旋体处同轴延伸，以至于可以装入并配适于一个驱动转接器(21)，该驱动转接器具有一个带凹槽的前端(24)，所述的驱动转接器前端具有一个小于紧固件(1)的横截面外接圆直径(7)的外直径。

Description

紧固件和紧固系统

技术领域

本发明涉及连接多个结构层的主题内容，特别涉及一种螺旋型紧固件，该紧固件连接至少两个承载层，并确保承载层之间的牢固绑定。

背景技术

利用冲击式螺旋紧固件来连接两个或两个以上物体的技术在过去20年里已经在商业上广泛运用，这种螺旋紧固件上具有形成松卷螺纹的刀片。这种螺旋紧固件利用螺旋结构的螺旋状波峰和波谷在承载材料内形成互锁从而形成固定点。

最简单的螺旋紧固件是无头的以及平头的螺钉，这种螺钉通过简单的锤击就可以钻入到承载层内并切削出一个螺旋互锁的穿透路径。一个或更多的通常的运用方式是连接或重连接两个或以上的石材，这种紧固件的长的薄片部分被用来绑紧两个中空的层结构。

冲击钻附属装置和套筒式驱动机械被用来提高螺旋紧固件的插入率，该螺旋紧固件通过冲击插入到石壁上预先打好的导向孔中。

美国专利5586605中披露了一种特殊的动力驱动紧固机构，该专利描述并保护一种复杂的具有多个组合部件的螺旋锚栓驱动工具。这些组合部件包括沿圆周容纳全直径螺旋锚栓的装置和将螺旋锚栓钻入导向孔的套筒式工作装置，譬如传递一个连续的驱动力和插入力的壁绑定技术。

这种套筒式机械被十分详尽地描述，其复杂性决定了其操作可靠性和费用。实际上，这种插入工具或者具有这类设计和功能的产品，通常销售价大约为175美元。假设这种工具有稳定的寿命或者可以达到所述的2000个紧固安装，则相当于这种工具在每一个安装花费9美分之多。然而，如果用户仅仅只有几百个紧固件需要安装的话，例如，用户仅需安装200个紧固件，却不得不支付175美元来买这种安装工具，这样，这种工具实际上在每一个安装中强制性的花费了用户90美分。从成本上考虑，使用这 种工具的开销过大。这种高成本阻碍了产品的销售和对高性能紧固件的广泛开发。

而且，这种套筒式驱动工具将螺旋锚栓打入承载层的力通过螺旋锚栓直接作用在承载层上。这种作用于承载层的冲击力也有可能进一步增加成本，因为需要修补由此产生的对承载层的损伤。例如对建筑物正面造成损伤的修补。

这种套筒式驱动装置的另一个缺陷是该装置在使用时的安装长度，这种装置需要同轴的安装紧固件、加长的套筒式插入工具和驱动该工具的动力机械。这样的长度上的安装造成操作上的不便并有可能降低该整个组件的使用性，尤其是在空间有限的情况下。一个平均长度为9英寸(230mm)的壁锚被安装在套筒式插入转接器中，该转接器又被安装在一个长度超过32英寸(800mm)，重量在7～91b(3～4kg)之间的小型旋转冲击钻上。提起整个组件并对准平均1/4英寸(6.35mm)的导向孔本来就不容易，还要一手操作旋转冲击钻，并伸出另一手保持组件的同心旋转，就使得对各个部件的操作更加困难并使操作者疲劳。

利用动力驱动的安装方式也会带来健康和安全问题。这类套筒式工具通常随着冲击钻以高转速运转并且一直处于远离地面的状态。由于这类机构结构复杂，一旦它因故障、缺少润滑油或者破损而被堵塞或者被卡死，则会带来十分严重的后果。

因此，有必要提供一种更易操作，可靠和价格低廉的绑定装置和方法来绑定螺旋紧固件。

所以，本发明试图减轻以上至少一个问题或者提供一种将螺旋紧固件插入到建筑物中的替代装置和方法。

现有技术综述

EP0151906(Ollis)中披露了螺旋型管冲击紧固件的例子，其中披露了工具和安装方法，包括利用一个带长套筒的冲击机械驱动和钻入一个螺旋型管到一个小于一般尺寸的导向孔中的装置。

EP0171250(Ollis)、GB2262560(Knight)和GB2359109(Kemp)披露了商业上可行的冲击式螺旋壁锚。其中分别披露了不同的紧固件类型，包括分别用金箔线、拉制钢丝和钢带制造的紧固件，每一种紧固件都具有沿着基本上整个紧固件长度方向上形成松卷螺纹的突起。每一篇专利披露了特定的安装方法和工具，包括将这些实心的螺旋锚栓钻入间隙孔或部分间隙孔中的装置，所述的间隙具有足以容纳整个螺旋直径和驱动套筒的直径。

US5586605(Paterson)披露了一种机械转接器。这种转接器在不需要具有全直径间隙孔的情况下，就可以驱动并钻入冲击式螺旋壁带进入到小于一般尺寸的预先形成的导向孔中。该专利还披露了一种多面套筒工具的复杂的工作原理。同时，该专利也披露了一种沿着整个长度方向(包括沿着尺寸逐渐减小的前螺旋部分)上具有螺旋突起刀片的带。在所述的前螺旋部分上的较小的突起刀片是用来钻入并锁住硬材料，而被带动的较大的螺旋部分是用来抓牢较软的外部页状灰浆接缝。

EP1169524(Knight)披露了具有两种直径的螺旋紧固件。该专利披露了具有主螺旋翅片和次螺旋翅片的紧固件。主螺旋翅片在紧固件的前端可以产生形变或者被去除，而在整个紧固件长度方向上延伸的次螺旋翅片用来钻入并锁定钢材。

以上每一现有技术文件都是按年代排序反映现有技术和发展。

发明内容

本发明在改进的冲击紧固系统方面有显著的优势，该系统在不需要难看的间隙孔，以及既昂贵又复杂的套筒型转接器的情况下就能利用实心的螺旋紧固件来有效地连接和固定结构层和工件。本发明的必要特征在独立权利要求中限定，较佳的实施例在从属权利要求中阐述。

考虑到前述内容，根据本发明的一个方面，权利要求1提供了一个改进的可冲击驱动的螺旋紧固件。该紧固件可以是一个实心壁锚、连接件或紧固件的形式，所述紧固件被构造成具有共同中轴的扭曲体，并具有一个邻近前尖端的螺旋凸起，和一个位于尾端的伸长的具有缩小直径的埋入式驱动柄。该紧固件具有两个或三个切削松卷螺纹的刀状突起，该突起从实心的中轴部向外延伸，并相对于所述中轴的纵轴具有小于42°的螺旋角。该紧固件的销状柄具有连接陷入式和/或埋头沉入式驱动转接器的结构以及销状结构，该销状结构可以被巧妙地掩盖和/或显得不那么突出。

发明者认为，本发明提出了一个比现有技术先进得多的系统，这种先进性主要体现在紧固件的结构、工具简易性以及可以更接近工作区域进行控制等方面。

根据本发明一个更进一步的方面，权利要求47保护一种驱动转接器。例如，所述驱动转接器由刚性的基本上单一的部件构成以驱动并插入转接器，该转接器具有与改进的螺旋紧固件的伸长驱动轴相配合的结构，并具有可以在不需要昂贵而不易操作的套筒式工具以及大而难看的间隙孔的情况下插入所述紧固件的结构。所述转接器可以是由单个的刚性物体构成，也可以是由多个部分组装而成，但是组装后的整体应当有足够的刚性。所述转接器最好是有固定形状，以保证紧固件和冲击驱动机械之间的各部分不会发生轴向移动。

根据本发明一个更进一步的方面，权利要求31保护一种同时驱动并插入螺旋形壁锚或紧固件的方法。所述方法提高了操作的可控性和安全性，减少了由于多部件连接引起的故障所带来危险，并由于减少了整个插入组件的安装长度而提高了在插入操作过程中的各部件的稳定性和可控性。

根据本发明的另一方面，权利要求50保护一种可冲击驱动的紧固组件。本发明的一个有益效果就在于提供一种新颖的易操作的紧固件和能够安全可靠地驱动并插入螺旋形壁锚的操作组件，从而提供一种改进的系统的紧固方法。

本发明的另一个优势在于提高了紧固件和传递极高插入速度的转接器的效率。例如，当驱动机械传递约2ft.lbs.(2.7焦耳)的冲击力时，紧固件可以轻易在石料层上以1/2英寸(12.7mm)每秒或更高的穿透速率向前切削穿刺。这就使得平均长9英寸(230mm)的壁锚可被充分驱动并以6至18秒的时间插入，也就是说每分钟可以插入3至10根。

本发明的另一个优势还在于提供了所述紧固件尾部的缩小直径的销状驱动柄，所述驱动柄为用于掩盖孔的填充物提供了支撑芯，使其附着更牢固。

以上的现有技术文件均没有披露这样一种实心螺旋锚栓，即这种实心螺旋锚栓既可以直接也可以通过一个小的导向孔被打入承载层，其尾部驱动柄也同时被埋入承载层之下，并且以上的驱动和插入过程不需要使用类似套筒的工具而只需通过一个驱动转接器就能完成。同样的，现有技术也没有披露，当紧固件直接或通过小导向孔被插入承载层并陷入或埋头陷入承载层时，它具有接合填充物或者附加物的结构或装置。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种从冲击动力驱动机械传递至少轴向力给螺旋紧固件的驱动柄的驱动转接器。所述的驱动转接器包括一个基本上是刚性的基体，该基体上具有一个尾端，该尾端与冲击动力驱动器械相连接并被其驱动，该基体还包括一个前端，该前端具有接合并驱动所述驱动柄的结构。所述前端最好包括一个基本上轴向延伸的凹槽，所述凹槽容纳所述驱动柄，其中，所述凹槽包括一个固定的底壁，该底壁从所述驱动机械传递冲击力给驱动柄。所述前端的外围最好包括一个研磨部分或者切削结构，用来在所述紧固件被插入承载材料时摩擦或切削承载材料。所述转接器前端部凹槽的大小最好应当被设置成允许驱动柄和转接器之间的相对转动。例如，如果所述冲击力驱动机械在给予转接器旋转力的同时也传递轴向的冲击力，则紧固件应能够以不同于转接器的速度旋转。这种配置使得类似冲击钻的工具能够向紧固件提供轴向驱动力。所述前端外围的最大横截面直径最好是小于紧固件最大横截面的直径。

附图说明

为了清楚的说明本发明的各个方面和优点，将结合如下的附图对下文的实施例进行描述：

图1反映了本发明的紧固件，该紧固件具有一个扭曲体，一个基本上实心的共同中轴，一个从尖端开始延伸的螺旋状突起和一个位于尾部的伸长的具有减小直径的埋入式驱动柄。

图2和图2A显示了该紧固件的螺旋角结构。

图3和图3A分别显示了典型的螺旋突起部分的横截面和形成于薄而伸长的刀状突起的外接圆直径，该刀状突起从中轴向外放射性地延伸。

图4显示了一个驱动工具，其一端具有连接一个冲击机械的部分，另一端具有连接与紧固件一体的驱动柄的部分。

图5显示了本发明的一个紧固件，该紧固件被驱动埋入以连接木料层和石料层。

图6显示了已经将销状埋入式驱动柄包住并掩盖的平整而牢固的填充磨光塞。

图6A显示了一种传统的木料到石料的埋头紧固连接和磨光结构。

图7A和图7B比较了现有技术(7A)和本发明(7B)的螺旋型壁锚的紧固连接和钻入系统。

图8显示了本发明的一种紧固件，该紧固件被驱动并埋头钻入一个坚硬的石料层内。

具体实施方式

紧固件

本发明中典型的冲击式紧固件1具有一个扭曲线体，该扭曲线体上具有一个突起的大半径螺旋体3，该螺旋体3位于基本是圆锥或锥台11的前尖端和位于尾端的伸长的具有缩小直径的埋入式驱动柄4之间，如图1所示。

该扭曲体具有一个实心中轴2，该中轴基本上在整个紧固件长度上是连续的，所述中轴2的最大横截面直径至少比所述紧固件螺旋体的横截面外接圆7直径小百分之六十。由于具有一个扭曲体和一个相对较小的中轴，使该紧固件具有扭转弹性，从而使它容许附加层之间的微小移动而不会影响连接的牢固性。

从紧固件的前尖端开始形成锥度的螺旋体3具有两个或三个切削松卷螺纹的刀状突起5，该突起更适合作用于坚硬的物体，并且该突起从紧固件的中轴2向外延伸。为了更好地冲击固定，该薄螺纹切削突起以小于 42°的大半径螺旋角相对于中轴的纵轴方向倾斜。具有该大半径螺旋角的刀状突起5可以在长度上变化，并且围绕中轴2连续延伸一个360°的旋转螺距，该螺距至少要达到一个这样的长度，即它们虽然不一定是整个长度部分，但形成了紧固件长度方向的实体部分。较佳地，具有所述大半径螺旋角的刀状突起5至少在紧固件75％的长度上延伸。较佳地，具有所述大半径螺旋角的刀状突起5在不到紧固件97％的长度上延伸。

在紧固件的尾端有一个整体伸长的埋入式驱动柄4，该驱动柄不带具有大半径螺旋角的螺纹切削刀片。该伸长柄4具有一个缩小的横截面直径，该直径约等于或小于突出状螺旋体3的横截面外接圆直径7的一半。该伸长柄从螺旋体3同轴地延伸以便于能够滑动地插入驱动转接器的凹槽部分中，该凹槽部分具有足够的壁厚以保证紧固件利落地插入，后文中将详细说明。图2显示了具有一个中轴2的紧固件的前端部，该中轴2在其前端边缘处为锥形。该前尖端部足够锋利以帮助更好的驱动并防止错位，如果该前尖端部不够锋利将会引起被冲击材料的滑动。该中轴2的直径在至少10％到不超过90％之间局部缩小以形成一个小的基本是圆锥或锥台11的前端部，多个螺旋突起从该前端部逐渐延伸。较佳地，在紧固件前端部的圆锥角10大于40°并小于120°。

图2A显示了图1中紧固件的一部分并标示了刀状突起5的一个大半径螺旋角。与传统的主要由旋转驱动力驱动的盘绕状机械螺钉螺纹不同，为了更好地被主要是轴向的驱动力所驱动，该螺旋紧固件具有“大半径”的松卷刀状突起5结构。也就是说，大半径的螺旋突起有必要以更靠近紧固件纵轴而远离与纵轴垂直的轴线的角度倾斜。例如，大半径螺旋角在0°～45°之间更好而且更容易与其它部件相配合，而在45°～90°之间的大半径螺旋角则是有害的而且也不易于与其它部件配合。在实践中，单纯的轴向力或者单纯的旋转力都不可能驱动螺纹角在42°和48°之间的螺纹切削式紧固件。

在这个实施例中，紧固件在一定的轴向距离上具有一个360°旋转螺距，该轴向距离等于五倍的紧固件螺旋体外接圆直径。假定取5∶1的螺 距直径比，则在刀状突起5外围的大半径螺旋角8相对于紧固件的纵轴为32°多一点。该紧固件的螺距直径比可以在3.5∶1至8.5∶1之间变化，以至于在刀状突起5外围的螺旋角8相对于紧固件9的纵轴大于20°并小于42°。为了能在大部分紧固条件下使用并提供最好的轴向阻力，最合适的大半径螺旋角8是相对于紧固件纵轴9大于30°并小于39°。

图3以放大图的方式显示了螺旋突起的横截面以及外接圆直径7。图中，薄的伸长的刀状突起5在横截面上从弧形的横截面根部开始逐渐变小。更好是，刀片尖端的尺寸是至少为1/100英寸(0.25mm)并小于1/10英寸(2.5mm)。本实施例还显示了短而粗的加强筋6，该加强筋从中轴2向外辐射延伸，并且设置在刀片5之间，使其到相邻两个刀片的距离相等。该突起筋6的外边缘具有介于刀片尖端厚度的1.5倍至8.5倍之间的边缘厚度。所述筋6具有与刀片5相同的螺距，只是直径更小，并且假设类似突起6的加强筋的大半径螺旋角比用来形成螺纹的刀状突起5的大半径螺旋角8至少小6°的话，所述筋6可以具有相对于紧固件纵轴的介于8°和23°之间的大半径螺纹角。

该紧固件长度的取值范围可以在用来连接薄的邻接物的2英寸(50mm)和用来连接厚得多的或者相互间隔一定距离的工件的40英寸(1000mm)之间变化。

螺旋突起部分的外接圆7的直径可以小到约1/4英寸(6.35mm)，譬如在特定的用途中，要求紧固件具有相当的柔韧度的情形下，这种紧固件就可以被使用。另外，螺旋突起部分的外接圆7的直径也可以长达3/4英寸(19mm)，这种尺寸的紧固件用在要求紧固件具有更强的剪切阻力耐受力和更高的硬度的场合。

扭曲紧固件的硬度和柔韧度大小由它的尺寸和形状决定，如紧固件外接圆直径7，它的中轴2的直径以及是否具有加强结构如加强筋6，每一个技术特征都对它的硬度和扭曲弹性产生影响。通过调整螺旋刀片5的数量和/或微调突起的直径和倾斜角等参数，也可以进一步的调整紧固件的性能。

图3A显示了一个放大的螺旋突起部分的横截面，该螺旋突起部分通过三角形的设置而变得更硬，并且在外接圆7的内部，三个等距的刀状突起5从中轴2放射状地向外延伸。

螺旋体3的螺纹切削刀片5以至少120°的相对角相互隔开分布，例如具有两个或三个螺纹切削刀片5的紧固件可以产生更强的轴向抓握力，这是因为在它产生互锁作用的凹槽内容纳有更大体积的承载材料，从而能产生比那种具有更小相隔角度刀片的紧固件例如具有四个、六个或八个螺纹切削刀片5的螺旋紧固件更强的锁定力。

具有多于一个突起螺旋部分3的紧固件可以在每一个螺旋部分配置不同的直径和螺旋角8，并且这也被证明在螺旋地连接不同厚度、密度和硬度的结构层时是有用的。但是，由于刀状突起要用来切削螺纹，螺旋的角度基本与给定的螺旋直径相匹配是至关重要的。

驱动转接器

新型驱动转接器的目的在于更安全地驱动并将实心紧固件打入并使其埋入建筑层表面之下的工具，这种工具不需要依赖复杂的套筒工具，也不需要必须提供一个不美观的大直径的间隙孔。

图4显示了一种驱动转接器21，该转接器由金属或烧结材料或者两者结合的材料制成。其具有一个基本上实心的轴状尾端22和一个前鼻端24，该前鼻端具有一个凹槽形的轴向滑道，该转接器采用刚性的一体设计，也就是说，转接器21的基本驱动部分不会有类似套筒的结构或者其它会产生内部各部分之间相对运动的结构。

带凹槽的鼻部分24具有一个接收并适配螺旋型紧固件的具有缩小直径的柄4的尺寸。该鼻部分的外部直径最好小于螺旋型紧固件1横截面的外接圆直径7，该外接圆直径在实施例中以平行的虚线表示。更好是，转接器的带凹槽的鼻端24的外围，至少在其前部，具有锯齿状或滚花部分或者类似研磨的结构(图8，29)。

该转接器21的所述基本上实心的轴状尾端22具有连接传递冲击动力的驱动机器的结构。例如，驱动转接器的这一端可以有凹槽以便与SDS型 的旋转冲击钻的卡盘相连接。或者，它也可以构造成与任何其它合适的动力源相连接的结构。

驱动转接器21可以有一个肩部23，该肩部位于转接器的两端部之间。理想的是，该肩部23具有一个相适配的垫圈或缓冲结构或装置。

紧固方法

所述紧固方法将多个结构层相连接并使它们相互之间基本牢固地固定，该紧固方法利用一个螺旋型紧固件1，该紧固件具有与一个可用于驱动和开孔的转接器21相配合的尺寸，该转接器没有套筒驱动机构或内部的相对运动。

在图5的实施例中，所述紧固件1通过转接器21被直接冲击驱动钻入较软的材料例如多孔混凝土41和软木42中。

与该紧固件一体的埋入式驱动柄4平滑地滑入驱动转接器21前鼻端24的凹槽形滑道中，该转接器的尾端22被安装到一个冲击动力驱动机械上。该伸长的驱动柄4具有足够的尺寸连接驱动转接器的鼻端24，并在轴向上限制该紧固件以使其与转接器同轴。转接器的前鼻端24的凹槽形滑道的长度最好是在大约1/8英寸(3mm)到5/2英寸(65mm)之间，并且小于紧固件尾端驱动柄4的长度。

紧固组件应当以期望的进入点和进入角对准被紧固材料层和工件。通过与紧固件一体的驱动柄4的端面和转接器21上的凹槽孔基底之间的轴向配合，紧固件1被一个冲击驱动机械/旋转冲击驱动机械驱动，从而该紧固件1被一系列传递过来的冲击力压入建筑材料或建筑层。

大半径的螺旋角形状提供足够的表面倾斜度以便以不同于转接器的旋转角速度来卷绕偏移和旋转受冲击的紧固件1，即便相同，由于它的刀状突起5能产生一种自发的螺旋穿透路径以卷绕切削相应的螺旋凹槽从而使其进入到被钻材料层以及后续的一系列材料层中。所述紧固件的小的基本上呈圆锥或者锥台状的前端部分可以帮助引导该紧固件沿着它的卷绕穿透路径前进而防止错位偏移。那些没有尖端或者具有双钻尖的紧固件由于没 有圆锥或锥台部分而很可能阻碍紧固件在穿透过程中的自然旋转，从而导致它偏移期望的路径。

在使用时，所述紧固件仅能以它在被钻材料中切削螺旋路径的速率旋转，例如它的螺旋倾斜角8可以使紧固件每往前穿透2英寸(50mm)而旋转一周。如果角速度为每分钟30周的话，紧固件大约要花费2秒钟左右的时间前进2英寸(50mm)或旋转1周。这与驱动转接器的角速度是不同的，因为驱动转接器是由没有旋转速度的冲击机械或者具有数倍于螺旋穿透紧固件角速度的旋转冲击机械驱动。所述驱动柄的尺寸与具有带凹槽前端的驱动转接器相适配，其中，转接器前鼻的内直径最好是在紧固件1的横截面外接圆直径7的20％到60％之间，这样可以允许与驱动柄之间有少许间隙，以防止转接器21的前鼻内壁向驱动柄4施加旋转力或者旋转制动力。驱动柄4上最好是没有任何具有大半径螺旋角的刀状突起，这样可以允许在驱动时没有平面接触阻碍。当用旋转冲击机械驱动时，由于紧固件具有相对纵轴至少30°的螺旋角，因此，随着每一次的冲击力冲击，被带动的扭矩穿刺力由于摩擦作用被传递给驱动柄端面以提高驱动效力。

驱动一直持续到转接器的前鼻24跟随紧固件的螺旋体3进入到被钻材料的近外表面之下，由于转接器的前鼻端具有足够的壁厚和具有研磨功能的外周面，因此可以在较软的建筑层上形成平整的埋头孔。因此，紧固件1连同其尾部的埋入式驱动柄4同时陷入或者埋头沉入一个合适的深度。所述转接器的具有凹槽的鼻部分24具有介于紧固件1的横截面外接圆7直径的10％到25％的厚度，这样可以保证它有足够的强度，又能使它具有合适的较小的外直径。

凹陷或埋头沉孔的深度可以通过设置驱动转接器的肩部23并控制它与具有凹槽的鼻端24的盲孔基底之间的尺寸大小而事先控制好。较理想地，肩部23的深度设置应当包括适配的垫圈或缓冲部分以避免对被钻层的任何冲击损坏。由于不必为了促进套筒的钻入而驱动一个转接器抵触承载层，当肩部23接触被钻层表面时，紧固件的埋入式驱动柄4就被自动设置了合适的陷入深度，而且该转接器21也能够被方便地取出。

本发明的所述紧固件1能够用来将各种相似的或不相似的建筑材料层或工件绑定在一起，例如但不受限于，砖、石材、混凝土和木材都可以适用这种冲击刀片5，以此它们都可以被该紧固件通过松卷螺纹切削而穿透并被该紧固件的凹槽互锁固定。

对于坚硬的建筑材料，导向孔被预先打好在被钻材料上以便穿刺更方便和容易。通常导向孔的直径大于紧固件的中轴2和埋入式驱动柄的直径而小于活动螺旋体3的外接圆直径7。例如，被钻导向孔的直径比紧固件的最大直径要小10％到55％。

图6显示了能容纳紧固件的缩小直径埋入式驱动柄4的凹陷或者埋头孔44。该凹陷44能够通过插入注满填充材料45的塞子而被巧妙的掩盖和压实，由于销状的埋入式柄4被减少了足够大的尺寸，因而足以使用合适的粗糙的聚合颗粒进行填充。所述填充物最好与建筑结构的现有装饰相匹配，例如该填充物可以是在颜色、纹理和空隙方面与被钻材质的表面相匹配的粘土、灰泥或者薄浆。所述陷入的或埋头沉入的埋入式驱动柄4提供了一个好的支撑芯以保持掩盖埋头孔的填充物45。所述支撑芯表面可以通过在一体的销状柄4的表面上设置细凹槽来加强保持力。或者，陷入的埋入式柄4也适于被构造成可连接附加元件或者连接结构，例如可推压的帽状元件或者可连接长形部件的母连接件，其与紧固件同轴或者与轴基本垂直。

图6A显示了普遍使用的另外一种固定方式，根据这种方式，即使对于较软的材料，例如软木42和多孔混凝土41，也免不了更多繁琐的操作，包括预先打好间隙孔43，预先打好埋头孔44，插入墙装钉座27，插入并旋转驱动螺钉28并用一个盘状的填充物45处理好一个大直径的埋头孔44，所有这些操作还无法提供可靠的固定、稳固的支撑芯或者隐蔽的装饰。

图7A和图7B显示了本发明的紧固件1和紧固系统带来的相对于传统的螺旋紧固组件功能上的改进，尽管与复杂的插入工具相比在成本和可靠性上的优势无法在图中显示。

本实施例显示了螺旋线状紧固件的一个典型的应用。该紧固件由多个具有细槽的滚筒并使其扭曲而生产出来，该紧固件用来连接具有空腔结构的两个壁层，由于壁层具有足够的硬度以至于需要预先开凿一个小的导向孔53。该紧固件被一种插入工具冲击驱动，在本例中，该插入工具被钻孔机械25的旋转冲击运动驱动。该紧固件被驱动钻入导向孔53，并通过导向孔螺旋穿透第一壁52，然后进入到第二壁51中，以至于螺旋突起可以插入并牢固的锁定两个连接层。

图7A显示了传统的螺旋紧固件，例如无缩小尺寸驱动柄的紧固件的使用。具有大直径的螺旋体一端被插入具有较大直径的套筒驱动工具26的一个管状端部。所述紧固件被持续驱动直到套筒式工具26抵触到第一壁层52，此时，冲击力仍然继续作用，直到一个可伸缩的销钉从套筒式工具中突起而迫使该紧固件脱离管状端部并使其陷入到第一壁层52的表面之下。可见，操作者不得不一只手承担旋转冲击钻25的重量，而另一只手支撑套筒式工具26的重量并保持该套筒式工具在旋转驱动过程的稳定。同时，操作者还必须引导这一又重又长而且不稳定的紧固组件，以便紧固件的前端被同心地驱动钻入到一个小的导向孔53中，而该导向孔可能只有四分之一英寸(6.4mm)大，甚至更小。可想而知，在这种情况下，如果钻机出现机械故障，操作者的腕部和肩部极有可能受到损伤。

图7B显示了应用在同样场合的改进的紧固件、转接器和紧固组件的实施例。位于所述紧固件1尾端的伸长的缩小直径的驱动柄被插入到图4中的转接器21中，所述转接器在轴向上限制所述驱动柄4并使该紧固件1对准导向孔53，该转接器同时也允许在更接近工作区的位置控制并平衡整个驱动操作。当该大半径螺旋紧固件1被冲击驱动时，该紧固件的尖端一直处于对准导向孔53的状态，直到驱动转接器21的薄前鼻端24本身进入到石料层52表面之下，例如在不需要复杂套筒装置的情况下，使该紧固件1陷入到石料层之内，并且不需要延长转接器21和墙面52之间面对面的接触时间。因此，操作者可以用双手安全地操作该动力钻25。一旦该紧固件被安装定位后，该转接器将从驱动柄上移除，导向孔和埋头孔通过 填入被染色的灰泥而掩盖。该灰泥被压实并通过由缩小直径的埋入式驱动柄构成的支撑芯表面得到保持。

图8显示了插入的转接器21的前鼻端24。该转接器具有在最靠近建筑层52的位置铰大并局部加宽导向孔53的结构，当紧固件的埋入式驱动柄4被插入到被钻层表面之下时，该结构同时也提供了一个容纳紧固件1的埋头沉孔44。这种扩大的导向孔和埋头沉孔可以通过转接器前鼻端24的至少前端部外表面上的锯齿、滚花或者类似的研磨结构来形成。由于紧固件1陷入使被扩大的导向孔正好可以容纳转接器的前鼻端24，因此不需要另外再在相应位置形成一个埋头孔。

虽然本说明书详尽阐述并列举了本发明的特定的实施例，但以上对每个实施例和列举的详细描述并不意味着是对本发明的限制。相反，本发明覆盖了落入本发明权利要求保护范围的所有实施例和方法。

Claims (42)

1.一种冲击驱动的具有扭曲体的紧固件，包括：

基本上实心的共同中轴；和

从前尖端延伸的凸起的螺旋体；

位于尾部的具有缩小直径的伸长的埋入式驱动柄，所述缩小直径约等于或小于所述凸起螺旋体的横截面外接圆直径的一半，所述伸长的埋入式驱动柄上无具有大半径螺旋角的螺纹切削刀片，所述埋入式驱动柄包括在它表面上形成的浅槽；

其中，凸起的螺旋体包括两个或三个用于切削松卷螺纹的刀状突起，所述刀状突起从中轴向外辐射状延伸，所述突起在围绕着中轴旋转至少一个360°的旋转螺距内是连续的，所述突起在整个紧固件全长的至少75％及小于97％的长度上延伸，并以一个大半径螺旋角相对于所述中轴的纵轴方向倾斜，所述大半径螺旋角大于20°且小于42°。

2.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述伸长的缩小直径的埋入式驱动柄与凸起的螺旋体同轴地延伸。

3.根据权利要求1或2所述的紧固件，其特征在于，所述埋入式驱动柄可以用来连接附加元件或连接件。

4.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述共同中轴的最大横截面直径至少比所述螺旋体横截面外接圆的直径小百分之六十。

5.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述共同中轴的直径至少局部减少10％以形成小的基本上是圆锥或锥台形的前尖端部分，多个螺旋突起从所述前尖端部分逐渐延伸。

6.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件的前端部分具有一个大于40°的圆锥角。

7.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件的前端部分具有一个小于120°的圆锥角。

8.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述螺旋角的角度基于一个给定直径基本保持一致。

9.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述刀状突起从横截面上看基本上是薄而长的。

10.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述刀状突起从横截面上看是从根部向端部逐渐变细。

11.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，刀状突起具有一个弧形的横截面根部。

12.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述凸起螺旋体的横截面外接圆直径约等于或大于1/4英寸(6.35mm)。

13.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述凸起螺旋体的横截面外接圆直径约等于或小于3/4英寸(19mm)。

14.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，每一个所述刀状突起尖端的尺寸至少为1/100英寸(0.25mm)且小于1/10英寸(2.5mm)。

15.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，短而粗的加强筋从中轴呈放射状地延伸并等距地分布在螺旋型刀状突起之间。

16.根据权利要求15所述的紧固件，其特征在于，所述短而粗的加强筋的外边缘具有1.5至8.5倍于刀尖厚度的边缘厚度。

17.根据权利要求15所述的紧固件，其特征在于，所述短而粗的加强筋与中轴的纵轴之间的夹角为介于8°和23°之间的大半径螺旋角。

18.根据权利要求15所述的紧固件，其特征在于，所述短而粗的加强筋的大半径螺旋角比用于形成螺纹的刀状突起的大半径螺旋角至少小6°。

19.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述驱动柄可以嵌入驱动转接器并与其配合运动，所述驱动转接器具有一个带凹槽的前端部，所述驱动转接器的前端部的外直径小于所述紧固件的横截面的外接圆直径。

20.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述驱动柄可以嵌入驱动转接器并与其配合运动，所述驱动转接器具有一个带凹槽的前端部，其中，所述转接器前端部的内直径介于所述紧固件的横截面外接圆直径的20％至60％之间。

21.根据权利要求1所述的紧固件，其特征在于，所述紧固件在使用中陷入或埋头沉入到承载材料层中。

22.一种利用螺旋紧固件和驱动转接器连接多个结构层的方法，所述螺旋紧固件具有一个扭曲体，该扭曲体具有一个共同的中轴，一个凸起的螺旋体和一个一体的伸长的具有缩小直径的埋入式驱动柄，所述方法包括：

将所述驱动柄插入到一个不易折弯的驱动转接器的前鼻端上的凹槽形滑道内，所述驱动柄被安装到一个冲击动力驱动机械上，其中所述转接器的前鼻端上具有一个能够铰大导向孔的研磨结构，与此同时，使得所述转接器的前鼻端进入到所述导向孔中并使整个所述紧固件埋入其中；所述转接器带凹槽形滑道的前鼻端包括可连接螺旋紧固件缩小直径的驱动柄的结构，并可以使被连接的所述螺旋紧固件以不同于所述转接器的速度旋转；

将紧固件组件同轴的对准承载材料层；

利用冲击驱动机械通过所述转接器驱动所述紧固件；

其中，所述紧固件在一系列冲压力的推动下在承载材料层内卷绕地剪切螺旋凹槽并向前插入到位于承载材料层之后的其他材料层中，直到所述转接器具有凹槽形滑道的前鼻端穿透所述承载材料层的近外表面层，从而使所述紧固件和它的埋入式驱动柄陷入或埋头沉入所述承载材料层。

23.根据权利要求22所述的方法，还包括在承载材料层上预先钻好一个导向孔的准备步骤。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述导向孔的直径大于所述共同中轴的最大直径并小于所述凸起螺旋体的横截面外接圆直径。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述导向孔的直径大于一体的驱动柄的直径并小于所述凸起螺旋体的横截面外接圆直径。

26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述转接器的前鼻端的硬壁上具有研磨结构，并在驱动所述紧固件的同时在承载材料层中形成一个埋头孔。

27.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述紧固件剪切螺旋凹槽的穿透速率为等于或大于1/2英寸(12.7mm)每秒。

28.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还进一步包括通过填入填充材料掩盖紧固件插入孔的步骤；所述填充材料包住并支撑于陷入或者埋头沉入的埋入式驱动柄。

29.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述埋入式驱动柄还包括连接附加元件的装置或结构。

30.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，还包括设置在所述驱动转接器上的肩部，可以通过所述肩部与前鼻端凹槽形滑道内的盲孔基底之间的相对位置关系，来确定凹陷或埋头沉孔的预定深度。

31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括设置在转接器肩部上的与其相匹配的垫圈或缓冲装置或缓冲结构。

32.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述凹槽形滑道的长度小于所述驱动柄的长度。

33.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述具有凹槽形滑道的前鼻端具有一个小于所述螺旋紧固件横截面外接圆直径的外直径。

34.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述前鼻端的凹槽形滑道具有一个介于所述紧固件横截面外接圆直径20％至60％之间的内直径。

35.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述具有凹槽形滑道的前鼻端具有介于所述紧固件横截面外接圆直径10％至25％之间的壁厚。

36.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述紧固件包括：

基本上实心的共同中轴；和

从前尖端延伸的凸起的螺旋体；

位于尾部的具有缩小直径的伸长的埋入式驱动柄；

其中，所述凸起的螺旋体包括两个或三个用于切削松卷螺纹的刀状突起，所述刀状突起从中轴向外辐射状延伸，所述突起以一个小于42°的大半径螺旋角相对于所述中轴的纵轴倾斜。

37.一种用来从冲压动力驱动机械传递轴向力给螺旋形紧固件缩小直径驱动柄的刚性驱动转接器，所述驱动转接器包括：

可连接所述冲击动力驱动机械的被驱动轴端；和

具有凹槽形轴向滑道的前鼻端，所述滑道具有可接收所述螺旋形紧固件的缩小直径的驱动柄并与其配合运动的尺寸；

其中，所述前鼻端的外直径小于所述被驱动轴端的外直径，所述前鼻端的外围包括用来研磨或者切削承载材料以铰大导向孔的研磨部分或切削结构，所述前鼻端包括了可连接所述螺旋形紧固件的驱动柄的结构，并可以使被连接的所述螺旋形紧固件以不同于所述转接器的速度旋转。

38.根据权利要求37所述的驱动转接器，其特征在于，所述转接器还包括位于它的被驱动的柄端和用于驱动的带凹槽形轴向滑道的前鼻端之间的肩部。

39.根据权利要求38所述的驱动转接器，其特征在于，所述肩部带有与其相配适的垫圈或缓冲结构或缓冲装置。

40.一种可冲击驱动的紧固组件，包括：

冲击驱动的具有扭曲体的紧固件，包括：

基本上实心的共同中轴；

从前尖端延伸的凸起的螺旋体；

位于尾部的具有缩小直径的伸长的埋入式驱动柄；

其中，所述凸起的螺旋体包括两个或三个用于切削松卷螺纹的刀状突起，所述刀状突起从中轴向外辐射状延伸，所述突起以一个小于42°的大半径螺旋角相对于所述中轴的纵轴倾斜；

以及

用来从冲压动力驱动机械传递轴向力给螺旋形紧固件缩小直径驱动柄的刚性驱动转接器，所述驱动转接器包括：

可连接所述冲击动力驱动机械的被驱动轴端；

具有凹槽形轴向滑道的前鼻端，所述滑道具有可接收所述螺旋形紧固件的缩小直径的驱动柄并与其配合运动的尺寸；

其中，所述前鼻端具有小于所述螺旋形紧固件横截面外接圆直径的外直径，所述前鼻端的外围包括用来研磨或者切削承载材料以铰大导向孔的研磨部分或切削结构，所述转接器带凹槽形轴向滑道的前鼻端包括可连接所述螺旋形紧固件缩小直径的驱动柄的结构，并可以使被连接的所述螺旋形紧固件以不同于所述转接器的速度旋转。

41.根据权利要求40所述的紧固组件，其特征在于，所述带凹槽形轴向滑道的前鼻端具有一个介于所述紧固件横截面外接圆直径的20％至60％之间的内直径。

42.根据权利要求40所述的紧固组件，其特征在于，所述带凹槽形轴向滑道的前鼻端部的壁厚介于所述紧固件横截面外接圆直径的10％至25％之间。

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