CN117120729A - 组装改进的低质量紧固件头部 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少制造中所需的材料量的低质量紧固件头部(400)。紧固件包括：螺纹柄，其具有纵向轴线；头部，其附接到所述螺纹柄的一端，所述头部包括：全高度凸耳(430)及短高度凸耳(440)，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度定位，其中所述短高度凸耳比所述全高度凸耳短。可移除六角头部的不是施加及传输扭矩所必需的、也不是抵抗轴向负载所必需的、也不是在常规驱动工具内轴向稳定紧固件头部所必需的那些部分。保持与现存六角头部工具的兼容性，同时改进组装者对紧固件的处置，并减少紧固件头部中所使用的材料。

Description

组装改进的低质量紧固件头部

技术领域

本公开涉及螺纹紧固件，且更特定来说，涉及一种低质量紧固件头部，其具有制造紧固件所需的相对较低的材料量，且具有更易于处置的紧固件头部几何形状。

背景技术

目前在紧固件行业中，最常见的紧固件头部样式类型是“凸缘六角头部”及“六角头部。”参考图1(a)及1(b)，“凸缘六角头部”及“六角头部”通常分别由数字100a及100b表示。这两种头部样式都利用六角形头部102来施加驱动扭矩。凸缘六角头部利用在六角形头部102的基部处的一体式凸缘104来增强由螺纹106与工件(未展示)的内螺纹的接合引起的紧固件100的夹紧负载的施加及分布。

针对常见的六角头部，六角的每一小面的仅非常小的一部分可用于扭矩施加。这是因为用于驱动六角头部的工具也是六角形的(有些是十二侧或其它变体)。由于工具的内六角在尺寸上可能略大于紧固件的六角(以便在其上自由滑动)，因此在初始驱动期间，工具在其接触紧固件六角之前会稍微旋转(参见图2(a)及2(b))。

当进行此类接触时，如图2中所展示，从紧固件的轴线向下看，紧固件六角102的隅角210与工具的内小面之间最初可能仅存在“点”接触208。随着扭矩施加的继续，紧固件的六角隅角210的局部变形可能导致这种接触更多扩展为工具的内小面与紧固件六角102的变形小面314之间的矩形接触点，如图3中所展示。小面316的矩形区域312的大小及形状取决于紧固件冶金性质、紧固件100中的锥形量以及常规梅花扳手(box-end wrench)或套筒工具220与六角头部102的小面316之间的初始间隙而变化。此接触的面积可不超过每一小面316的表面积的百分之十，且其可从六角头部102的任何隅角(其中小面316结合在一起)延伸不超过约百分之十。

在紧固件100的松开期间，例如，与紧固方向相反的旋转方向，可进行类似的接触，只是这种接触可发生在每一六角小面312的相对端的区域314上。因此，用于松开紧固件100的接触区域314可为紧固区域312的镜像，但位于邻近于每一隅角(其中小面316相交)的每一小面316的相对端。在安装及移除期间，工具220可不接触小面316的中心以及中心周围的区域。因此，六角头部小面316的表面区域的大部分可能永远不会被利用，且可能不是紧固或松开紧固件100所必需的。

向六角形紧固件头部施加扭矩的目的是使紧固件100轴向转动，因此使配合部件的螺纹螺旋接合。最终，如此施加的负载通过紧固件100传输到其承载表面，从而在紧固接头中产生弹簧负载。由于只需要紧固件六角头部102的一小部分，例如小面部分312及314，因此当前技术的紧固件六角头部102含有比用于此目的所需的材料多得多的材料，且所述材料位于不太理想的位置。

全部内容并入本文中的第8,747,044号美国专利公开具有较低质量的紧固件头部，其更易于处置并减少制造中所需的材料量。紧固件包括围绕螺纹体的轴线成60度倍数的三个凸耳。可移除六角头部的不是施加及传输扭矩所必需的、也不是抵抗轴向负载所必需的、也不是在当前驱动工具内轴向稳定紧固件头部所必需的那些部分。保持与现存六角头部工具的兼容性，同时改进组装者对紧固件的处置，并减少紧固件头部中所使用的材料。

针对一些应用，现有技术的紧固件比必要的更重、更昂贵，且不适合手动及工具组装。一些其它现有技术已通过创建专用工具及驱动表面来解决低效负载施加的现象，且其它技术已凭借通过各种手段挖空六角头部102的中心来解决材料减少的问题。仍有其它技术已使用特殊的驱动工具创建三隅角头部。考虑到六角头部生产部件的实际当前形状以及其与工业中的工具的相互作用，这些技术中全都没有将六角头部102作为一个整体来解决。当前技术的六角头部含有比其希望目的所需的材料多得多的材料，且其中材料位于不太适合处置、成本及重量减少的地方。

发明内容

根据本公开的教示，紧固件头部可能只需要足够的材料，放置在适当的位置，使得其能够抵抗所施加的扭矩而不会失败，且传输此扭矩以抵抗轴向负载。

根据本发明的一个方面，一种紧固件包括：螺纹柄，其具有纵向轴线；头部，其附接到所述螺纹柄的一端，所述头部包括：第一全高度隅角，其由第一全紧固表面界定，并围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位；第一短高度隅角，其由第一短紧固表面界定，并围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度定位；且其中所述第一短高度隅角比所述第一全高度隅角短。

根据本发明的另一方面，提供一种紧固件，其包括：螺纹柄，其具有纵向轴线；头部，其附接到所述螺纹柄的一端，所述头部包括：第一全高度凸耳，其包括紧固表面并围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以大0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位；第一短高度凸耳，其包括紧固表面并围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度定位；且其中所述第一短高度凸耳比所述第一全高度凸耳短。

附图说明

可通过参考结合附图的以下描述来获得对本公开的更完整的理解，其中：

图1(a)及1(b)是现有技术凸缘六角头部及六角头部紧固件的示意正交图；

图2(a)及2(b)是现有技术六角头部及用于六角头部的旋转的工具的示意平面图；

图3是现有技术六角头部紧固件的示意正交图，展示用于紧固及松开紧固件的接触区域；

图4A是本发明的紧固件头部的透视图，其具有六个凸耳，用于通过常规梅花扳手或套筒工具接合，其中一些凸耳比其它凸耳高；

图4B是图4A的紧固件头部的俯视图，其中紧固表面及松开表面经识别；

图4C是图4A及4B的紧固件头部的侧视图，其中展示凸耳的相对高度；

图5是紧固件头部的透视图，其具有两个短凸耳及四个高凸耳；

图6是紧固件头部的透视图，其具有拥有相对较小的直径的平台及挖空或中空的内部部分；

图7是紧固件的侧视图，其具有拥有短及高凸耳的头部；

图8A是本发明的紧固件头部的透视图，其具有六个接合表面界定用于通过常规梅花扳手或套筒工具接合的隅角，其中一些隅角比其它隅角高；及

图8B是图8A的紧固件头部的侧视图，其展示隅角的相对高度。

虽然本公开易受各种修改及替代形式的影响，但在附图中已展示本公开的具体实例实施例，且在本文中详细描述本公开。然而，应理解，本文对特定实例实施例的描述并不旨在将本公开限制于本文所公开的特定形式，但相反，本公开将覆盖所附权利要求所定义的所有修改及等效物。

具体实施方式

现在参考附图，示意性地说明具体实例实施例的细节。附图中的相似元件将由相似的数字表示，且类似的元件将用具有不同小写字母后缀的相似数字表示。

参见图4A，说明本发明的紧固件头部的透视图。头部400头部具有六个凸耳410、420、430、440、450及460，其以星形方式从中心轴线彼此以60度角延伸，使得凸耳围绕紧固件头部的中心轴线以约0、60、120、180、240或300度的位置定位。

图4B展示图4A中所展示的头部400的俯视图。每一凸耳具有紧固表面及松开表面，在表面之间具有隅角。例如，凸耳420具有紧固表面424及松开表面422，在表面之间具有隅角426。在紧固期间，外部工具220(参见图1到3)与紧固件六角头部400之间的接触可经由紧固表面414、424、434、444、454及464发生。在松开期间，外部工具220(参见图1到3)与紧固件六角头部400之间的接触可经由松开表面412、422、432、442、452及462发生。经考虑且在本公开的范围内，此类表面可采取有效地为标准工具提供足够的接触表面及/或可明显更大的任何形状。设计及制造紧固件且受益于本公开的所属领域的一般技术人员将理解可用于减少制造紧固件所需的材料量同时仍保持与现存驱动器工具的兼容性的小面表面的无限多种形状的益处。

六个平面上的工具接触使紧固件稳定，使得其在使用已知组装工具(例如常规梅花扳手或套筒工具)安装期间不会明显摆动。组装工具可通过与平台480接触而进一步稳定，凸耳410、420、430、440、450及460从平台480延伸。紧固件相对于工具的稳定性可能受到这些平面表面422及424与工具的相互作用的影响。如果平面的角发生显著变化(例如，五度或多于五度)，那么可能发生不稳定性。

进一步参考图4B，每一凸耳410、420、430、440、450及460的相对侧之间的角474可为约三十度(30°)，且两个邻近凸耳(例如凸耳440与450)的侧之间的角476可为约九十度(90°)。然而，在替代实施例中，每一凸耳的相对侧之间的角474可在零度(0°)与一百二十度(120°)之间的范围内。在其它实施例中，每一凸耳的侧可为平行的。又进一步来说，侧可在另一方向上成角度，使得每一凸耳在紧固及松开表面(例如424及422)处最宽，且朝向头部400的中心最窄。在其它实施例中，每一凸耳410、420、430、440、450及460可以不是对称的，使得每一凸耳的相对侧可相对于凸耳的中心平面成不同角度。在希望紧固件是紧固但不松开的情况下，不对称凸耳可能是有利的，且在这种情况下，支撑松开表面所需的头部材料比支撑紧固表面所需的更少。在一些实施例中，凸耳的形状并不类似。

图4C展示图4A及4B中所展示的头部400的侧视图。三个凸耳420、440及460的高度比其它三个凸耳410、430及450的高度短。高度被定义为在平行于头部400的中心轴线的方向上距平台480的距离。如图4B中所展示，凸耳420、440及460具有高度470，且凸耳410、430及450具有高度472。高度470比高度472短。具有高度472的凸耳410、430及450可提供与常规梅花扳手或套筒工具220(参见图2)的完全接合，且具有高度470的凸耳420、440及460可提供与外部套筒工具220的部分接合。凸耳420、440及460可足够高，以稳定常规梅花扳手或套筒工具220，并提供结构特征，通过所述结构特征，力矩可通过头部400从外部套筒工具220传输到紧固件的螺纹柄。与较高的凸耳410、430及450的质量相比，较短的凸耳420、440及460可包括较小的质量，这减少头部400的整体重量并减少制造头部400所需的材料量。取决于特定的工程参数或规范，较短的凸耳420、440及460的高度470可为相对于较高的凸耳410、430及450的高度472的任何高度。

参考图5，说明本发明的紧固件头部的透视图。头部500头部具有六个凸耳510、520、530、540、550及560，其以星形方式从中心轴线彼此成60度角延伸。凸耳510、520、540及550是全高度凸耳。凸耳530及560是较短高度的凸耳。因此，在此所说明的实施例中，凸耳中的四者是全高度的，且凸耳中的两者是较短高度的。

本发明的替代实施例具有以任何图案布置的任何数量的短高度凸耳及全高度凸耳。例如，图5中所说明的实施例具有对称图案，其中短高度凸耳530及560彼此相对，且全高度凸耳510及520是相对的全高度凸耳540及550。然而，在不对称实施例中，短高度凸耳及全高度凸耳可被定位用于不对称头部图案。例如，凸耳510、520及540可为短高度凸耳，且凸耳530、550及560可为全高度凸耳。在另一不对称实例中，六个凸耳中只有一者是短高度凸耳。

现在参考图6，展示本发明的紧固件头部600的透视图。如先前所描述的，较短的凸耳620、640及660交替地位于较高的凸耳610、630与650之间。进一步来说，平台680具有比其它实施例更小的直径，使得凸耳径向向外延伸超过平台680的周边。在替代实施例中，平台可为相对于凸耳的任何大小。在又另外的实施例中，可完全省略平台。

图6中所说明的实施例进一步展示头部600的中心部分被腾空或没有大体上不会有助于上述功能及/或用于结构目的的材料。特定来说，在头部600的中心中形成孔690。这可通过利用挖空头部的中心的任何几何形状来实现，因此节省材料及重量。

参考图7，所展示的是紧固件的侧视示意立视图，所述紧固件具有头部700，其中负载承载平台780附接到螺纹柄792。根据本公开的教示，头部的所有上述特征可并入附接到紧固件的螺纹部分的头部中。在本公开的具体实例实施例中，平台780可具有大体上圆柱形的形状，其具有与紧固件头部700的凸耳相交的圆锥形上表面784。在优选构造中，平台780的下表面786可为略微圆锥形的，且可在半径上与螺纹体792相交。经考虑且在本公开的范围内，顶部表面784的轮廓及圆锥形性质、平台周边的大小及形状、下表面786的角度及轮廓以及与螺纹体792的相交方式可根据个别的设计要求而变化，这对于螺纹紧固件设计领域及受益于本公开的一般技术人员来说是显而易见的。圆柱形平台780的直径可从由约紧固件柄792的直径确定的最小值变化到柄的直径的约两倍的最大值。在一些实施例中，圆柱形平台780的直径可大于由凸耳的隅角限定的圆。

平台780可足够厚，以便能够抵抗与螺纹柄792相关联的设计负载且不会失败，然而，本文经考虑且在本公开的范围内，其可根据由个别的设计要求确定的而厚得多。

图8A及8B分别说明本发明的紧固件头部的透视图及侧视图。头部800具有平台880及六边形形状的六个接合表面。例如，接合表面819包括邻近隅角826的紧固表面822及邻近隅角816的松开表面814，使得其是从隅角延伸到隅角的一个连续表面。其它五个接合表面类似地包括紧固及松开表面。六个接合表面在隅角816、826、836、846、856及866处相遇。在所说明的实施例中，隅角816、836及856是全高度，且隅角826、846及866是短高度。在替代实施例中，至少一个隅角是全高度，且至少一个隅角是短高度，且其它隅角可为短高度与全高度之间的任何高度。与图6中所展示的实施例一样，此实施例也可使头部800的中心部分被腾空或没有大体上不会有助于上述功能及/或用于结构目的的材料。在所说明的实例中，顶部中心表面895具有比全高度隅角816、836及856短的高度，使得形成头部所需的材料更少，因为顶部中心表面895更短。在另外的实施例中，可在头部800的中心中形成孔。这可通过利用挖空头部的中心的任何几何形状来实现，因此节省材料及重量。另外，平台880可为任何大小或形状，且可从头部800完全省略。

本文经考虑且在本公开的范围内，大体上所有当前的螺纹设计及点样式都可与上文所公开的紧固件头部结合使用，尤其是如例如ISO及IFI的国际标准中所描述的标准螺纹。根据本公开的教示，在改进组装效率方面尤其有效的是将头部样式与防交叉螺纹设计794集成，如图7中所展示，且在第5,730,566、5,791,849、5,836,731、5,997,231及6,162,001号美国专利中进行更全面的描述；出于所有目的，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中，以及以商品名及/>(MAThread股份有限公司注册商标，28061密歇根州威克瑟姆大橡树园(Grand Oaks Court，Wixom，Michigan)48393)及其它类似设计进行销售。

用于制造螺栓，特定来说是螺栓头部的过程涉及将金属坯料压入模具中。随着金属坯料被压入模具中，金属流入模具的最深缝隙及隅角，以形成头部的凸耳的离平台最远的最远端部分。本公开中所说明的凸耳之间的头部的挖空部分可由模具形成，模具将金属从头部的中心向外朝向凸耳的远端部分移位。当然，模具的中心部分的形状与头部的挖空中心部分的形状相反地界定。模具的中心部分的形状及因此头部的挖空中心部分的形状可采取任何形状。如图6中所展示，形状是圆柱形。替代地，形状可为三角形或三叶形、六边形、正方形或任何其它形状。六边形的挖空部分可能是有利的，因为其允许来自坯料的金属均匀且完全地流动，以形成从平台延伸的凸耳的最远端部分。

虽然已通过参考本公开的实例实施例描绘、描述及定义本公开的实施例，但此类参考并不暗示对本公开的限制，且不推断此类限制。所公开的主题能够在形式及功能上有相当多的修改、替代及等效物，这对于相关领域且受益于本公开的一般技术人员来说是可想到的。本公开的所描绘及描述的实施例仅是实例，且不是本公开的范围的穷举。

Claims (20)

1.一种紧固件，其包括：

螺纹柄，其具有纵向轴线；

头部，其附接到所述螺纹柄的一端，所述头部包括：

第一全高度紧固表面，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位；

第一短高度紧固表面，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度定位；且

其中所述第一短高度紧固表面比所述第一全高度紧固表面短。

2.根据权利要求1所述的紧固件，其进一步包括：第一全高度松开表面，其中所述第一全高度紧固表面及所述第一全高度松开表面界定第一全高度隅角；及第一短高度松开表面，其中所述第一短高度紧固表面及所述第一短高度松开表面界定第一短高度隅角。

3.根据权利要求1所述的紧固件，其进一步包括第二全高度紧固表面，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位。

4.根据权利要求3所述的紧固件，其进一步包括第二短高度紧固表面，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位，且其中所述第二短高度紧固表面比所述第一全高度紧固表面短。

5.根据权利要求4所述的紧固件，其进一步包括：第二全高度松开表面，其中所述第二全高度紧固表面及所述第二全高度松开表面界定第二全高度隅角；及第二短高度松开表面，其中所述第二短高度紧固表面及所述第二短高度松开表面界定第二短高度隅角。

6.根据权利要求3所述的紧固件，其进一步包括第三全高度紧固表面，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位。

7.根据权利要求4所述的紧固件，其进一步包括第三短高度第三紧固表面，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位，且其中所述第三短高度紧固表面比所述第一全高度紧固表面短。

8.根据权利要求7所述的紧固件，其进一步包括：第三全高度松开表面，其中所述第三全高度紧固表面及所述第三全高度松开表面界定第三全高度隅角；及第三短高度松开表面，其中所述第三短高度紧固表面及所述第三短高度松开表面界定第三短高度隅角。

9.根据权利要求6所述的紧固件，其中所述第一、第二及第三全高度紧固表面具有大体上相同的高度。

10.根据权利要求7所述的紧固件，其中所述第一、第二及第三短高度紧固表面具有大体上相同的高度。

11.根据权利要求1所述的紧固件，其中所述头部进一步包括平台，其中所述平台附接到所述螺纹柄。

12.根据权利要求1所述的紧固件，其进一步包括顶部中心表面，其比所述第一全高度紧固表面短。

13.一种紧固件，其包括：

螺纹柄，其具有纵向轴线；

头部，其附接到所述螺纹柄的一端，所述头部包括：

第一全高度凸耳，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位；

第一短高度凸耳，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度定位；且

其中所述第一短高度凸耳比所述第一全高度凸耳短。

14.根据权利要求13所述的紧固件，其进一步包括第二全高度凸耳，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位。

15.根据权利要求13所述的紧固件，其进一步包括第二短高度凸耳，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位，且其中所述第二短高度凸耳比所述第一全高度凸耳短。

16.根据权利要求14所述的紧固件，其进一步包括第三全高度凸耳，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位。

17.根据权利要求15所述的紧固件，其进一步包括第三短高度凸耳，其围绕所述螺纹柄的所述纵向轴线以约0、60、120、180、240或300度平行于所述柄的所述纵向轴线定位，且其中所述第三短高度凸耳比所述第一全高度凸耳短。

18.根据权利要求13所述的紧固件，其中至少两个邻近凸耳的侧形成至少90度的角。

19.根据权利要求13所述的紧固件，其中至少一个凸耳的相对侧形成至少30度的角。

20.根据权利要求13所述的紧固件，其进一步包括比所述第一全高度凸耳短的顶部中心表面。