CN1784550B - 带有最优弹性固定件的金属穿孔紧固件 - Google Patents

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Abstract

一种金属穿孔紧固件包括带有内部空腔的细长主体和由该细长主体承载并适于将穿孔的工件夹持和锁紧在一起的固定件。该固定件适于容纳在该内部空腔中并围绕其纵轴线扭转。该扭转的固定件的大部分相对于该细长主体的厚度减薄，使该固定件的弹性最优。

Description

带有最优弹性固定件的金属穿孔紧固件
相关申请
本申请为审理中的美国专利申请No.09/724,333的部分继续申请(CIP)，该专利申请由本发明人于2002年11月28日提出并具有同一受让人。
技术领域
本发明总体上涉及紧固件，更具体地，涉及这样一种金属穿孔紧固件，其带有最优弹性固定件，该最优弹性固定件由该紧固件主体承载并适于容纳在形成于该紧固件主体内的空腔内。
背景技术
紧固件是设计用来将工件固定在一起的，例如，将顶部层压非金属工件固定在底部轻量型(light-gauge)金属基板(18规格和更薄)上，或者，将轻量型金属工件固定在轻量型金属基板上一般是利用螺纹紧固件完成的。螺纹的螺旋线设计在将该顶部层压材料与该轻量型金属基板紧紧地拉紧在一起方面是成功的。另外，螺旋线螺纹设计提供了足够的拔出阻力，以达到工业上可接受的性能值。然而，已经证实螺旋线螺纹紧固件的安装费时且令安装者疲劳。使用这些轻量型金属的工业要求紧固件具有气动打钉系统的速度，并带有螺旋线螺纹紧固件的夹持和夹紧特点。
钉子状的产品(淬硬的销)已成功地用在将工件(包括顶部金属)连接在大尺寸金属基板(16规格和更厚)中。然而，当该金属基板为轻量型金属基板(18规格和更薄)或要将两个或多个轻量型金属(18规格和更薄)连接在一起时，在穿透和紧固过程完成前，该基板可从该顶部工件被拉开(偏斜)，另外，该金属薄度形成了为当前现有技术的销提供摩擦-锁的材料不够的情况。无论这些紧固件是否包括倒刺、突出部、底切部、网状线或螺旋形螺纹，这些淬硬的销当安装在这些轻量型材料上时缺乏拔出阻力。另外，它们没有能力将该基板和该工件拉紧在一起，以封闭当轻量型金属制成的金属基板被穿透力推开时由偏斜产生的该基板和工件之间的间隙。
L.H.Flora(U.S.2,740,505)公开了一种用于将保温材料附着在金属片盖板上的单件式弹簧钢制的屋面钉。这个屋面钉包括在主体的底切部内的中心舌部、穿过该轻量型金属盖板的尖端、和由与该主体相同材料弯成角度制成的用于夹紧该保温层的头部。该中心舌部沿着其水平平面弯曲或变形。这个变形用于产生凸轮作用，当该屋面钉通过顺序的锤击而固定时，使该舌部在该金属盖板中的穿透孔内运动。该舌部突出来通过该孔，而其相反的平的表面与该孔的相对的边缘接合，并靠在由这两个尖端产生的楔形件上，将该钉子锁在适当位置。该设计的主要问题是该舌部不能在该孔内有效接合。靠在该水平凸轮的光滑半径区域上，该舌部不能成功地变形，并且不能提供满足承受拔出力的工业标准的有效锁紧装置。这个问题被Flora认识到，并在其部分继续申请美国专利No.2,751,052中引用。
L.H.Flora(U.S.2,751,052)公开了基本上与Flora的No.2,750,505相同的结构，但该中心舌部完全穿过该穿透孔，同时该舌部的端部与该金属盖板的下侧接触以提供有效的锁。该保温层与该轻量型金属盖板的紧密夹紧取决于较软的多孔的且一定程度上可压缩的保温层，当将该钉只驱动到由侧面挡块决定的预定深度时，该保温层可在头部下面从其压缩状态扩张。虽然与金属盖板下侧接合的舌部端部改善了拔出阻力，但该钉的结构不可能用在基本上为不可压缩的材料和不同制造厚度以及制造公差的材料中。
Dimas(U.S.3,983,779)公开了一种设计成校正包括Flora设计在内的现有技术屋面钉中的缺陷的屋面钉。Dimas的屋面钉基本上是在Flora的原始设计上制成的，其一个或多个柄脚沿着水平平面变形，与底部轻量型金属盖板的下面接合。设有引导一个或多个柄脚的突出部，以提供该柄脚通过的操纵槽。这个操纵槽解决了现有技术的舌部或柄脚在穿过该穿透孔时被削弱或被破坏的问题。现有技术的舌部或柄脚被削弱或被破坏的原因是它们基本上没有弹性。通过增大柄脚通道的孔，Dimas对Flora的改进使得如果墙壁或屋顶有横向运动或振动(在建筑物中是常有的)，有可能该柄脚丢失和通过该增大的孔返回。
发明内容
一种将工件固定在金属基板上的紧固件，该紧固件包括细长主体，该细长主体包括隆起部、适于穿透该基板和在基板中形成开口的顶端部、和设置在该隆起部与顶端部之间的至少一个内部空腔，该细长主体具有厚度尺寸；该紧固件还包括至少一个固定件，该固定件具有的厚度比在该隆起部和顶端部之间由该细长主体承载的所述主体的厚度小，并且具有侧边缘并适于在穿透后将工件夹持和锁紧在该基板上，该固定件适于容纳在该内部空腔中并具有纵轴线，该固定件可围绕其纵(垂直)轴线变形，使所述侧边缘从所述主体向外伸出，以保证在穿透的孔内有效地锁紧在该基板上。
附图说明
本发明借助例子总体上表示在附图中，其中：
图1为根据本发明一个实施例的具有弹性固定件的金属穿孔紧固件的前透视图；
图2为图1的金属穿孔紧固件的后透视图；
图3为沿着图2的截面线3-3的横截面图；
图4为根据本发明另一个实施例的具有弹性固定件的金属穿孔紧固件的前透视图；和
图5为图4的金属穿孔紧固件的后透视图。
具体实施方式
下面，参照相关的附图1-5详细说明本发明的一些优选实施例。本发明的其他实施例、特征和/或优点从下面的说明可以清楚，或可以通过实践本发明了结。
在所有附图和说明中，相同的标记代表相同的元件，附图不是按比例绘制的。
下面的说明包括当前实现本发明的最好模式。说明不是限制的目的，只是用于说明本发明的一般原理。
参考图1，金属穿孔紧固件10包括大致细长的金属主体12，该主体的一端具有隆起部14，适于接收来自适当构造的动力工具(未示出)的冲击力，该动力工具适于驱动该紧固件10通过多个工件(至少其中一个为金属基板)；该主体在相对端具有穿孔顶端(或尖端)部16，适于形成通过该工件的开口。如图1-2大致所示，该隆起部14可带有孔18，允许在该隆起部14周围区域中将干式墙墙粉、油漆或其他合适材料粘接在该顶部工件上。
如图1-2大致所示，优选该细长金属主体12的中心带有内部空腔20，用于容纳由该主体12承载的弹性固定件或齿22。如图1所示，该弹性齿22为具有纵轴线28的细长结构(图1-3)。在本发明的一个实施例中，该齿22可以构造成与该金属主体12整体形成或成为统一体的具有第一自由端24(图1)和相对设置的第二端(基座)26(图1)的扭转杆。
如图1-3所示，优选齿22围绕纵轴线28扭转成大致螺旋形构造。这种扭转使该齿22的侧边缘从该主体12向外突出，使该齿的侧边缘21和23与确定形成于该工件和基板上的开口的表面接合。即，当如图1所示测量时，分别在锁紧齿11，13，15和17之间的齿深度比在工件中由该尖端16和主体12形成的开口的宽度大。在本发明的一个示例性实施例中，该螺旋形扭转的齿22的自由端24可以相对于基座26转动大约80°-90°。例如，该齿22可以沿其纵轴线28折叠成“V”形，使该V或U形边缘和V或U形顶峰与确定通过该基板的开口的表面接合。或者，一个侧边缘(21或23)可以弯曲，使得该侧边缘从主体12的表面向外伸出，或者两个侧边缘(21和23)也可以这样弯曲。这种弯曲使得侧边缘21和/或23与确定通过该基板的开口的表面接合。只要一个或两个侧边缘与确定该开口的表面接合来实现锁紧和夹紧功能，该齿22围绕其纵轴线的其他变形也可以进行。在用于制造该紧固件的冲压过程中，也可以得到这些结构中的每一种结构。利用冲模也可以将齿22螺旋形扭转，其扭转程度通常决定于冲模的具体构型。如果该齿的这种其他取向与本发明的预期目的一致，也可以使用该齿的其他取向。如果不偏离本发明的范围，则可以使用其他的制造方法。
根据本发明的另一个实施例，优选该齿22带有多个整体的侧向夹持和锁紧件，例如设置在该齿22的第一侧边缘21(图1)上的向外(离开纵轴线28)突出的齿状夹持和锁紧件11，13和15；和分别放置在该齿22的第二侧边缘23(图1)上的17和19，适于在穿透工件后，加强该金属穿孔紧固件10的夹持和锁紧作用。每一个向外突出的夹持和锁紧件的位置和夹持与锁紧件之间的间隔可以适应不同的夹持范围要求。优选每一个向外突出的夹持和锁紧件的底部表面(面向顶端部16)向着该纵轴线28倾斜(即，在半径上切开)，使它容易安放在该金属基板中的穿孔(由该顶端部16进行的)槽/开口的尖锐的顶部边缘上。每一个向外突出的夹持和锁紧件的顶部表面(面向该隆起部14的下侧)与其相应的底部表面大致形成锐角，并且优选其形状为齿22提供摩擦锁紧功能。
在工件穿透过程中，螺旋形扭转或纵向变形的齿22沿着与纵轴线28相交的垂直平面部分地变形(退绕)。当在该齿22上的向外突出的夹持和锁紧件的一些部分不再受穿孔的工件约束时，该齿22因为其弹性而尽可能多地重新卷绕回其预设的螺旋线取向，使得该向外突出的夹持和锁紧件的顶部表面围绕着该纵轴线28部分地转动，这样可利用摩擦作用来楔入设置在该穿透的开口内的齿22的一部分，该齿22牢固地靠着确定该工件中的穿透的开口或孔的内表面上。
本领域的技术人员易于理解，可以使用其他夹持和锁紧件结构，例如突出部、隔栅、扭曲部等，这些结构可在用于制造本发明紧固件的冲压过程中形成。另外，夹持和锁紧件的位置不必限制成与该齿的侧边缘相对(图1)。例如，图1的齿可包括基本上设置在该齿22的全部外表面上的突出部、隔栅、扭曲部等，以加强该金属穿孔紧固件的夹持和锁紧能力。
为使弹性最优，如图3所示，可将齿22的大部分减薄至赋予齿22弹性最优的厚度(齿22的厚度相对于细长金属主体12的厚度测量)，即WT＜WB，其中WT(图3)指的是固定齿22的弹性(减薄)部分的厚度，而WB(图3)为该细长金属主体12的厚度。或者，根据紧固件的应用情况，可以将该齿22的预先确定的较小部分相对于该细长金属主体12的厚度减薄，以增强齿22的弹性。在任何情况下，如图1-2所示，分界线(例如线25a)一般标出在该齿22第一侧面27上的齿22的减薄部分的起始，而分界线(例如线25b)一般标出在该齿22第二侧面29上的齿22的减薄部分的起始，齿的基座26一般确定为齿22的设置在该分界线25a，25b后面的部分。位于分界线25a，25b前面的齿22的部分为有些锥度的结构，例如第二侧边缘23的有锥度部分23a(图3)。在冲压过程中，利用间隔逐渐接近的冲模可将该齿22减薄，减薄的量大致取决于冲模的具体构造。在不偏离本发明预期范围的条件下，可以使用其他制造方法。已经发现，当该齿22的厚度大约为该主体12的厚度的一半(1/2)时，本发明紧固件的性能最好。
在本发明的一个示例性实施例中，可以利用由适当尺寸的C1045弹簧钢片材制的毛坯来冲压金属穿孔紧固件(如图1-3所示)，该主体的厚度WB大约为0.8mm，该齿的厚度WT大约为0.4mm，接着对形成的紧固件进行热处理。在本发明的另一个示例性实施例中，可以利用由适当尺寸的C1045弹簧钢片材制的毛坯来冲压金属穿孔紧固件(如图1-3所示)，其主体厚度WB约为1.0mm，齿的厚度WT约为0.4mm，接着对形成的紧固件进行热处理。在本发明的再一个示例性实施例中，可以利用由适当尺寸的C1090弹簧钢片材制成的毛坯来冲压金属穿孔紧固件(如图1-3所示)，其细长金属主体的主体厚度WB大致均匀，约为1.0mm，整体齿的厚度逐渐减小以增强齿的弹性，如图3所示，齿的厚度WT在约0.9mm-约0.4mm范围内，接着对形成的紧固件进行热处理。如果不偏离本发明的精神和范围，为了优化该齿的弹性，齿厚度减小的其他变型也可以。
参见图4-5，金属穿孔紧固件30包括基本细长金属主体32，该主体在其一端具有隆起部34，适于接收来自于适当构造的动力工具(未示出)的冲击力，该动力工具用于驱动该紧固件30通过多个工件(其中至少一个为金属基板)；在其相对端上的穿孔顶端(或尖端)部36，用于形成穿过该工件的开口。该隆起部34可设置有孔38，允许将干式墙墙粉、油漆或其他合适材料粘接在该隆起部34周围区域中的顶部工件上。如图4-5所示，优选该细长金属主体32的中心设置有内部空腔40，用于容纳细长形状的具有纵轴线48和顶端和底端(基座)44，46的弹性固定件或齿42，根据本发明另一个实施例，该顶端和底端与主体32形成整体。
为了上述目的，如图4-5所示，优选该齿42围绕纵轴线48扭转(或如上所述变形)成大致螺旋形构型。齿42(图4-5)可这样形成，即通过延伸和扭转齿22(图1)的自由(不被支承的)第一端部24，直至它在相应于图4的连接区域52的内部空腔20的上部(接近隆起部14)边缘可与金属主体12(图1)连接为止。在这种构造中，平的齿的自由(不被支承的)端(该平的齿为在与紧固件主体的相对端具有整体结构)不得不在制造金属穿孔紧固件的过程中在与内部空腔上部边缘连接之前围绕其纵轴线扭转约180°。连接可用各种方法完成，例如，可将两个部件卷曲或锻造在一起。
根据本发明的另一个实施例，该齿42可带有多个整体的侧向夹持和锁紧件，例如，设置在齿42的第一侧边缘41(图4)上的向外(离开纵轴线48)突出的齿状夹持和锁紧件(齿)31，33和35；和设置在齿42的第二侧边缘43(图4)上的37和39，适于在工件穿透后，增强该金属穿孔紧固件30的夹持和锁紧作用。这些元件的功用与上文结合图1-3所示的紧固件描述的类似元件相同。
如图4所示，与齿22的情况一样，将齿42的大部分减薄至赋予齿42弹性最优的厚度(相对于细长金属主体32的厚度测量的齿42的厚度)，即W′T＜W′B，其中W′T(图4)指的是固定件(齿)42的弹性(减薄)部分的厚度，而W′B(图4)指的是该细长金属主体32的厚度。
齿42可以在制造该紧固件的过程中利用冲模来减薄，减薄的量大致取决于冲模的具体构造。在不偏离本发明的范围的条件下，可以使用其他制造方法。
已经发现，当齿42的厚度约为主体32的厚度的一半(1/2)时，图4和5所示实施例的紧固件的性能最好。上文针对图1-3所示的紧固件描述的材料和厚度的具体例子同样可应用于紧固件30。
当上述新型金属穿孔紧固件用于严酷气候条件(例如飓风、龙卷风、地震等)下，可有效地将多个工件保持在一起。
本领域的技术人员会理解，在上述实施例中可以使用其他元件和/或构造，只要这种其他元件和/或构造不偏离本发明的预期目的和范围即可。
虽然已经针对一个或多个示例性实施例详细说明了本发明，但在不偏离本发明的范围或精神的条件下，可对本发明作各种改进和改变。在这方面重要的是要注意本发明的实践不是仅限于上述的应用。许多其他应用和/或变化将对于本领域的技术人员是显然的。
本领域的技术人员应该理解，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征也可以用在其他实施例中。因此，本发明涵盖所有这种改进、实施例和改变，只要它们在所附权利要求书及其等价文献的范围内即可。

Claims (1)

1.一种将多个工件固定在一起的紧固件，所述紧固件包括：
(a)细长主体，其包括隆起部、适于穿透该工件的顶端部、和至少一个设置在所述隆起部和顶端部之间的内部空腔，所述细长主体具有厚度尺寸；和
(b)至少一个固定件，具有自由的第一端部和相对设置的作为基座的第二端部，适于容纳在所述内部空腔中并具有纵轴线，且在所述隆起部和所述顶端部之间由所述细长主体承载，所述至少一个固定件适于在穿透后将工件夹持和锁紧，所述至少一个固定件围绕所述纵轴线变形，所述至少一个固定件的大部分相对于所述细长主体的所述厚度尺寸减薄，并且通过间隔逐渐接近的冲模减薄，如此使所述至少一个固定件的弹性最优，
固定件形成为：即通过延伸和扭转固定件的自由的第一端部，直至它在相应于连接区域的内部空腔的上部边缘能够与所述细长主体连接为止。
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