TWI614416B - 螺絲釘與倒角驅動元件及用於將一個螺絲釘擰入到一個基體或傳動件的佈局和方法 - Google Patents

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Abstract

用於擰入到一個基體的螺絲釘(100)，擁有一個螺杆(102)和一個與螺杆(102)相聯接的螺絲頭(104)，其內設有一個可借助一個驅動元件(600)轉動螺絲釘(100)的傳動槽(106)，其中傳動槽(106)擁有一個螺絲釘外側的、帶圓形空芯(110)和沿圓周方向設定的空心翼(112)的空心翼部段(108)，其中傳動槽(106)擁有一個螺絲釘內側的空心槽部段(114)，其中傳動槽(106)在空心翼部段(108)與空心槽部段(114)之間的一個交接區中擁有一個倒角部段(116)，其外表面(118)與空心翼部段(108)的一個外表面(120)和與空心槽部段(114)的一個外表面(122)成角度。

Description

螺絲釘與倒角驅動元件及用於將一個螺絲釘擰入到一個 基體或傳動件的佈局和方法
本發明涉及一個用於將一個螺絲釘擰入到一個基體的螺絲釘、驅動元件、佈局和方法。
已知的傳統螺絲釘或緊固件可從專利號DE 69308484 T2，US 6951158，EP 0933538 A1，DE 4244989 C2和EP 0488541 A1中獲悉。根據專利號US 4464957，翼面只有在驅動元件的傾斜部段中，才會作為在一個緊固件的一個槽型中起作用的一個驅動元件組成部分。專利號EP 0524617 A1公開的一個螺絲釘包含一個用於螺絲釘轉動的槽，該槽擁有一個偏離圓形的外輪廓。在槽的徑向內部區域和/或徑向外部區域中，組成了位於一個錐體表面上的單個表面側壁。特別是帶一個所謂的AW傳動槽的螺絲釘已實現商業供貨，該傳動槽構成一個帶六個環繞分佈的翼的內六角，並且額外地被一個延伸到傳動槽底部的內六角內徑為止的截錐體所貫穿。雖然以最新技術水準著稱的螺絲釘已被證明具備良好的性能，但是這些螺絲釘在強負荷和不利的伴隨現象情況下，會在某些情況下容易導致螺絲頭意外斷裂或剪斷。考慮到 這種螺絲釘通過一個驅動元件比如一個鑽頭轉動的導向性和定中心性，其仍存在繼續改進的空間。
本發明的一項任務是，提供一個螺絲釘和一個附屬的驅動元件，其由於螺絲釘的導向性和定中心性擁有良好的特性，能夠為螺絲釘和驅動元件的螺絲頭提供可靠的剪斷保護。
這項任務通過依據申請專利範圍的各個獨立項所述特徵之內容得到解決。其他實施例會在相關的申請專利範圍中進行列舉。
根據本發明的一個實施例，實現將一個螺絲釘(例如金屬材質)擰入到一個基體，其中螺絲釘擁有一個螺杆以及與螺杆(直接的，這說明沒有中間部件；或間接的，這說明螺杆與螺絲頭之間有一個或多個中間部件)相連接的螺絲頭，該螺絲頭中設有一個用於借助一個驅動元件轉動螺絲釘的傳動槽(作為特殊成型的空腔，其被螺絲頭的一個壁面限制，並且一個相應成型的、用於轉動螺絲釘的驅動元件能夠大小合適地在其內進行嚙合，以便將扭矩從旋轉中的驅動元件傳輸到螺絲釘上)，其中傳動槽擁有一個螺絲釘外側的(尤其是一個直接與螺絲釘外側相接或穿過螺絲釘外側的)、帶圓形空芯的空心翼部段和沿圓周方向設定的空心翼(尤其是，空心翼直觀地將一個圓周輪廓調整成帶頂的圓形空芯)，其中傳動槽擁有一個螺絲釘內側的(尤其是在螺絲頭的傳動槽底部形成的)空心槽部段(尤其可作為空心錐部段)，而且其中傳動槽在空心翼部段與空心槽部段之間的交接區(軸向)擁有一個倒角部段(尤其是部段包含一個全環繞或至少部段式環繞的倒角，其他特別的是空心翼部段與空心槽部段之間的交接區在橫截 面上平整扁平)，其外表面與空心翼部段(尤其是與一個向內的螺絲軸線)的一個外表面以及與空心槽部段(尤其是與一個向外的螺絲軸線)的一個外表面成角度或相傾斜。
根據本發明的另一個實施例，準備提供一個用於轉動一個螺絲釘，尤其是一個包含上面所述特徵的螺絲釘，將其擰入到一個基體的驅動元件(例如至少部分含金屬材質)，其中驅動元件擁有一個包含圓形芯體以及沿圓周方向設定的翼(尤其是，翼直觀地將一個圓周輪廓調整成帶頂的圓形芯體)的翼部段、一個末端的槽部段(尤其是一個錐體部段)、以及一個在翼部段與槽部段之間的交接區(軸向)的倒角部段(尤其是部段包含一個全環繞或至少部段式環繞的倒角，其他特別的是翼部段與槽部段之間的交接區在橫截面上平整扁平)，其中倒角部段的外表面與翼部段(尤其是與一個向內的驅動元件旋轉軸線)的一個外表面以及與槽部段(尤其是與一個向外的驅動元件旋轉軸線)的一個外表面成角度。
根據本發明的又一個實施例，提供一個用於將一個螺絲釘擰入到一個基體的佈局，其中該佈局擁有包含上面所述特徵的螺絲釘和一個包含上面所述特徵、用以轉動螺絲釘將螺絲釘擰入到基體的驅動元件(其中驅動元件和螺絲釘的傳動槽相互間主要是以相逆的方式構成的，直到在技術有限的空隙或一個生產商允許的公差情況下主要能夠擁有相同的尺寸)。
根據本發明的又一個實施例，提供一種借助一個包含上面所述特徵的驅動元件將一個包含上面所述特徵的螺絲釘擰入到一個基體的方法，其中在這種方法中，螺絲釘空心翼部段的空心翼與驅動元件翼部段的翼相嚙合，螺絲釘倒角部段的空心翼尾端與驅動元 件倒角部段的翼尾端相嚙合，進而借助驅動元件轉動螺絲釘。
在本專利申請書的框架下，對於“翼”的概念，每個輪廓、每個外形特徵、每個剖面和每個結構間斷性都可以理解為螺絲釘傳動槽或用於轉動螺絲釘相對應的驅動元件、在其他情況下呈圓形狀的一個橫截面，其組成了不同於圓形或圓柱形的外輪廓(驅動元件)或內輪廓(螺絲頭的傳動槽)。這些翼可以組成至少部段式圓形(例如半圓形的)和/或至少部段式角形(例如多角形的)凹凸度，而且圍繞圓周進行對稱或不對稱排列，尤其是相互等距。例如兩個相對的傳動槽空心翼可以形成一個一字槽，而四個相對的空心翼可以形成一個十字槽或六個環繞分佈的且至少部段式圓形的空心翼可以組成一個內六角型槽。相應地，兩個相對的驅動元件翼可以形成一個槽型縱向體，而四個相對的翼可以形成一個十字型體或六個環繞分佈的且至少部段式圓形的翼可以組成一個內六角型體。
根據本發明的一個實施例，通過在有輪廓的空心翼和一個主要是無輪廓的空心槽之間的交接區設定一個倒角，可以實現在螺絲釘軸向設定特別長或加長的翼輪廓，這樣一個空心翼的中心直徑無需接受一個超大尺寸。通過一個軸向延伸的翼剖面，在與螺絲釘的傳動槽嚙合時可以避免相關聯的成型驅動元件意外傾斜，這樣確保螺絲釘在擰入到基體時能夠乾淨俐落地進行導向和定中心。通過空心翼的中心直徑保持在一定限度之內或確保不出現一個超大的尺寸、以及通過所描述的傳動槽設置，也可以在傳動槽與螺絲頭的外表面之間保持一個足夠大的剩餘底部厚度，這樣通過驅動元件轉動時螺絲釘發生意外剪斷的概率就會變得極小。同時可以將一個較大的扭矩從驅動元件傳輸到螺絲釘上。
此外，額外描述螺絲釘、驅動元件、方法和佈局的具體實施例。
根據一個具體實施例，對於螺絲釘外側的空心翼部段的傳動槽可設計成外側圓柱形和內側截錐形，倒角部段可設計成內外側都是截錐形，而空心槽部段只能設計成圓錐形。根據一個具體實施例，驅動元件的翼部段可設計成外側圓柱形和內側截錐形，倒角部段可設計成內外側都是截錐形，而槽部段只能設計成圓錐形。尤其是在傳動槽的倒角部段(和在驅動元件的倒角部段)，兩個截錐體的更小直徑可以是相同的，這樣它們從一個位置看上去在徑向處於同等的高度。由此顯示，這種結構在較大的堅固性下會導致一個出色的扭矩傳輸和一個可靠的嚙合性。
根據螺絲釘的一個具體實施例，空心翼尾端一直延伸至倒角部段之中。相應地，驅動元件的翼尾端一直延伸至倒角部段之中。這樣依據本發明設計，可以直觀上加大徑向翼的軸向長度，使之超出空心翼部段或翼部段範圍。為此可以提供一個具有良好導向性的又同時具備剪斷保護的螺絲釘。
根據螺絲釘的一個具體實施例，空心槽部段(尤其作為空心錐部段)和空心翼可以是自由的。相應地，驅動元件的槽部段(尤其作為錐體部段)和翼可以是自由的。這樣在空心槽部段中內表面和高出部分或在槽部段中外表面和高出部分可以是自由的或平滑的。以這種方式就可以在驅動元件底部與傳動槽底部之間避免出現意外接觸，這樣確保螺絲釘通過驅動元件進行導向時不會出現傾斜。
根據螺絲釘的一個具體實施例，空心翼可以-沿著螺絲軸線-從一個螺絲釘外側的空心翼部段末端直到倒角部段始端擁有一個恒定的或等同的外徑。相應地，在驅動元件方面，翼可以-沿 著驅動元件的旋轉軸線-從一個在轉動中遠離螺絲釘傳動槽的翼部段末端直到倒角部段始端擁有一個恒定的或等同的外徑。因此，通過在軸向在空心翼和翼之間提供一個大小相同的接觸面，確保從翼到與空心翼部段相鄰的螺絲釘的成型壁獲得一個高效的力傳輸。
根據螺絲釘的一個具體實施例，空心翼部段的空芯一直到傳動槽底部，尤其呈圓錐狀逐漸變細。相應地，在驅動元件方面，翼部段的芯體一直到槽部段，尤其呈圓錐狀逐漸變細。在引入到螺絲頭的傳動槽時，這種逐漸變細的錐形可以確保驅動元件自定中心或自動導向。
根據螺絲釘的一個具體實施例，一個由倒角部段(或由一個倒角部段軸向逐漸變細部分的包線)外插的錐體張角大於一個由空心翼部段(或由一個空心翼部段軸向逐漸變細部分的包線)外插的錐體張角。相應地，在驅動元件方面，一個由倒角部段(或由一個倒角部段軸向逐漸變細部分的包線)外插的錐體張角大於一個由翼部段(或由一個翼部段軸向逐漸變細部分的包線)外插的錐體張角。如果空心翼部段的空芯往螺絲內部方向逐漸變細，那麼這個(不考慮沒有逐漸變細的空心翼或翼結構)可稱作空心截錐狀，一個相應的圓錐體歸屬於這種形狀。根據一個具體實施例，一個作為空心錐部段的空心槽部段的張角大於一個由螺絲釘倒角部段外插的圓錐體的張角。相應地，在驅動元件方面，一個作為錐體部段的槽部段的張角大於一個由驅動元件倒角部段外插的圓錐體的張角。直觀上，在空心翼部段區域(或螺絲軸線附近)中的錐體坡度比在倒角部段區域中的更陡，同時在倒角部段區域(或螺絲軸線附近)中的又比在空心錐部段中的更陡些。因此，在 傳動槽中實現了一個雖然有梯度、但又柔和的側壁陡度平衡。相應地適用驅動元件中單個部段的陡度平衡。
根據螺絲釘的一個具體實施例，倒角部段(或一個倒角部段外表面的軸向逐漸變細部分)的外表面位於一個錐體上，該錐體包含一個介於大約50°與大約130°之間的一個區域的張角，尤其包含一個介於大約60°和大約120°之間的一個區域的張角，特別是包含一個介於大約80°和大約100°之間的一個區域的張角。尤其是在傳動槽方面，一個倒角張角設定為大約90°(符合一個與螺絲軸線相關的大約45°的倒角)被證明具有特別的優勢。相應地，在驅動元件方面，倒角部段(或一個倒角部段外表面的軸向逐漸變細部分)的外表面位於一個錐體上，該錐體包含一個介於大約50°與大約130°之間的一個區域的張角，尤其包含一個介於大約60°和大約120°之間的一個區域的張角，特別是包含一個介於大約80°和大約100°之間的一個區域的張角。尤其是在驅動元件方面，一個倒角張角設定為大約90°(符合一個與驅動元件旋轉軸線相關的大約45°的倒角)被證明具有特別的優勢。因此，在傳動槽設有空心翼的部段擁有一個足夠大的軸向長度情況下，可實現將一個較高的又可再生產的力從驅動元件傳輸到螺絲釘上，而螺絲釘沒有任何機械負荷。
根據螺絲釘的一個具體實施例，空心錐部段的一個張角位於大約100°和大約170°之間的一個區域，尤其是位於大約110°和大約170°之間的一個區域，特別是位於大約130°和大約150°之間的一個區域。相應地，在驅動元件方面，錐體部段的一個張角位於大約100°和大約170°之間的一個區域，尤其是位於大約110°和大約170°之間的一個區域，特別是位於大約130°和大約150°之間的一 個區域。這個角度都設定為大約140°被證明具有非常大的優勢。通過在錐體部段底部一側構成一個足夠大的張角，就能使傳動槽底部與螺絲頭外側之間的剩餘底部厚度保持一定的大小，進而在轉動過程中可靠地避免螺絲斷裂。
根據螺絲釘的一個具體實施例，一個空心翼外徑(即一個空心翼位置上的直徑，空心翼在該位置距離螺絲軸線最遠)與一個空心翼內徑(即一個空心翼位置上的直徑，空心翼在該位置距離螺絲軸線最近)之間的比例可以高於大約1.42，尤其是高於大約1.44，特別是介於大約1.43和大約1.60之間的一個區域。相應地，在驅動元件方面，一個翼外徑(即一個翼位置上的直徑，翼在該位置距離驅動元件旋轉軸線最遠)與一個翼內徑(即一個翼位置上的直徑，翼在該位置距離驅動元件旋轉軸線最近)之間的比例可以高於大約1.42，尤其是高於大約1.44，特別是介於大約1.43和大約1.60之間的一個區域。所列舉的比例首先要大於1.4，以便在傳輸較大的扭矩時能夠使導向性特徵和定中心性特徵得到額外的改善。
根據螺絲釘的一個具體實施例，在一個或多個空心翼的一個徑向最內側部段中形成一個單獨的翼邊(即在翼曲線中一個含有坡度跳躍式變化的位置)。相應地，在驅動元件方面，在至少一個翼部分的一個徑向最內側部段中形成一個單獨的翼邊，其中翼邊主要是由兩個相鄰的、在邊緣區域沒有彎曲的表面部段形成的，特別是包含一個介於大約120°和大約160°之間的一個區域的翼邊側角。與空心翼/翼在徑向最內側部段的一個完全圓形組成相反，通過在兩個至少部段式直線的相交點上以一個優選的鈍角(例如介於120°和160°之間的一個區域)形成一個翼邊，可以促進翼的 擴展，進而使翼外徑與翼內徑之間形成足夠大的比例。這樣也就不太可能出現驅動元件意外地坐落在傳動槽底部的情況，進而避免因驅動元件引起的螺絲釘導向故障。
根據螺絲釘的一個具體實施例，六個翼可以沿著圓周方向進行排列(另一種可能，例如四個或八個沿圓周方向排列的翼)。相應地，在驅動元件方面，六個翼可以沿著圓周方向進行排列。從傳動槽外側和驅動元件的一個相關聯位置上得出的形狀可以與一個內六角或一個Torx®幾何相符。
根據螺絲釘的一個具體實施例，螺絲頭可以是一個沉頭。具有優勢的是，在螺絲頭設成沉頭時可以構成一個沉頭外表面的張角，以便能優先以小於10°，甚至優先小於5°偏離一個歸屬於螺絲釘倒角部段的錐體的張角。對此，可以防止螺絲釘的剩餘底部厚度出現一個不期望的過度減少，進而能夠提供一個不易斷裂的螺絲釘。
根據一個具體實施例，螺絲釘、尤其是一個木螺絲釘或一個金屬通孔螺絲釘，可以設計成自鑽螺絲(即在基體上鑽一個孔，無需打預製孔)和/或自攻螺絲(即帶或不帶預製孔在基體上攻絲)。特別是在這些螺絲釘中，對導向性和定中心性以及在自鑽或自攻時產生較大的力作用下對剪斷保護的要求都是非常重要的，而且依據本發明的措施對此特別有效果。
根據一個具體實施例，驅動元件可設計成鑽頭。對於一個鑽頭可理解為一個用於一個特定螺絲頭型的可更換無手柄螺絲刀。比如六角槽型可以設計成能使其大小合適地應用在一個相應成型的鑽頭夾具(例如螺絲刀或充電電鑽的一個機頭)中。
根據另一個具體實施例，驅動元件可設計成扳手。一個扳手可稱 為一個用於擰緊或擰松帶合適傳動槽型的螺絲的手工工具(例如主要是L型)。這樣一種扳手可以在傳動槽型上插入到螺絲頭裏，以旋轉方向轉動。
根據又一個其他具體實施例，驅動元件可設計成帶一個可由一個操作者轉動的機頭的螺絲刀，該機頭與翼部段相聯接。這樣一種螺絲刀可以是一個帶特定頭型的工具，借助其可以將螺絲釘擰入或擰出基體或基礎材料。
根據一個具體實施例，螺絲釘和驅動元件可以這樣相互調整，即在驅動元件與螺絲釘的傳動槽嚙合時避免空心槽部段的壁面邊界通過槽部段出現一個直接的接觸。例如在轉動過程中，只有空心翼部段的螺絲頭壁面與翼部段，以及螺絲釘倒角部段的螺絲頭壁面與驅動元件的倒角部段相接觸，而不是空心槽部段和槽部段的壁面邊界。因此，例如可以在驅動元件的尖頭和螺絲釘傳動槽的一個底部之間始終保持一個比如0.2毫米至0.4毫米的最小間距。一個以這種方式阻止的接觸可能會對螺絲釘通過驅動元件進行導向產生不利影響。
所描述的用於構成一個螺絲釘的一個傳動槽的結構設計是與不同類型的螺絲釘以及各種螺絲頭型相相容的。作為螺絲釘，既可以使用那些帶全螺紋或部分螺紋螺杆的螺絲，也可以使用帶孔螺絲。特別具有優勢的是，按照本發明的結構設計可應用於自鑽螺絲，因為對於這種螺絲，擰入時可靠的導向性和定中心性顯得尤為重要。鑒於按照本發明設計的螺絲頭型，無論是沉頭螺絲，還是那些帶比如像Würth公司的AMO螺絲頭型的螺絲，都可以使用。可擰入螺絲釘的基體包括木材、石頭、水泥、金屬等等。
根據一個具體實施例，為了能夠直觀上加長傳動槽或驅動元件的 中心區域，可以構成一個(例如45°)倒角，進而以這種方式使翼或空心翼實現軸向加長。即便是翼或空心翼的一個徑向擴展也是有可能的。槽的側翼或末端可佈置在一個例如140°角中，以便與一個內六角鑽頭相吻合。
具有優勢的還有前輪廓變圓，例如包含一個介於0.1毫米和0.4毫米之間的一個區域中的半徑，進而可以提高生產螺絲用的沖頭使用壽命。
根據一個具體實施例，螺絲釘的傳動槽在一個剖視圖中設有這樣一個構造，其從一個螺絲釘外側的空心翼部段出發第一次往一個直接(這表示沒有其他中間部段)相聯接的倒角部段內部方向折彎，從倒角部段出發第二次往一個為此直接(這表示沒有其他中間部段)相聯接的螺絲釘內側的空心槽部段方向折彎，該部段又一次朝一個螺絲釘內側的終點方向延伸。在剖視圖中，空心翼部段、倒角部段和空心槽部段各自擁有一個直線型外輪廓。從外到內，傳動槽可以在橫截面中形成一個連續的凹型結構，無需部段式凸型中間區域(參照草圖1)。以這種方式實現了一個包含一個長長的與驅動元件軸向有效聯接的簡單結構，無需使螺絲頭的剩餘底部厚度變少(這使不期望的斷裂風險再次降低)。由於空心翼或其支架通過所描述的幾何尺寸可以軸向向外凸顯，所以憑藉這樣一個螺絲釘能夠傳輸相當高的扭矩。
根據一個具體實施例，驅動元件相應地在一個剖視圖中設有這樣一個結構，其從一個轉動中的螺絲釘外側的翼部段出發第一次往一個直接(這表示沒有其他中間部段)相聯接的倒角部段內部方向折彎，從倒角部段出發第二次往一個對此直接(這表示沒有其他中間部段)相聯接的、轉動中的螺絲釘內側的槽部段方向折彎 ，該部段又一次朝一個轉動中的螺絲釘內側的終點方向延伸。在剖視圖中，翼部段、倒角部段和槽部段各自擁有一個直線型外輪廓。從外到內，驅動元件可以在橫截面中形成一個連續的凸型結構，無需部段式凹型中間區域(參照草圖6)。
100‧‧‧螺絲釘100
102‧‧‧螺杆102
104‧‧‧螺絲頭104
106‧‧‧傳動槽106
108‧‧‧空心翼部段108
110‧‧‧圓形空芯軸110
112‧‧‧空心翼112
114‧‧‧擁有一個螺絲釘內側的空心槽部段114
116‧‧‧倒角部段116
118‧‧‧外表面118
120‧‧‧外表面120
122‧‧‧空心槽部段114的外表面122
130‧‧‧斜面
180‧‧‧對比傳動槽106的一個細節圖
182‧‧‧空心翼112在與下一個之間的中心點位置上擁有一個翼邊182
400‧‧‧工具
402‧‧‧工具頭
500‧‧‧翼成形
502‧‧‧直線段
504‧‧‧直線段
506‧‧‧翼邊
600‧‧‧驅動元件
602‧‧‧錐體部段
604‧‧‧翼部段
606‧‧‧圓形芯體
608‧‧‧翼
610‧‧‧倒角部段
612‧‧‧倒角部段610的外表面
614‧‧‧翼部段604的一個外表面
616‧‧‧錐體部段602的一個外表面
650‧‧‧鑽柄部段
652‧‧‧傳動槽部段
680‧‧‧細部示圖
α‧‧‧倒角部段610外插的錐體張角
β‧‧‧空心翼部段108外插的錐體張角
γ‧‧‧錐體部段602的張角
δ‧‧‧沉頭的張角
ε‧‧‧翼邊側角
A‧‧‧翼外徑
B‧‧‧翼內徑
下面將對照如下圖詳細描述本發明的具體實施例。
圖1 顯示一個根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘的一個俯視圖和一個剖視圖。
圖7顯示一個放大的、帶根據圖1所圖示的傳動槽的螺絲頭剖視圖。
圖2 顯示一個根據本發明的另一個具體實施例設計的螺絲釘的一個俯視圖和一個剖視圖。
圖3 顯示一個根據本發明的又一個其他具體實施例設計的螺絲釘的一個俯視圖和一個剖視圖。
圖4 顯示一個工具的一個俯視圖和兩個側視圖，該工具用於製造一個根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘。
圖5顯示一個放大的、根據圖4所圖示的工具的翼成形部段，用以構成根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘的傳動槽空心翼。
圖8 (此圖原文編號5a，電子送件前檢核圖號5a不能通過，權宜改為圖8，沒有改變或增減原發明的範圍，代理人謹註！)顯示一個放大的根據圖4所圖示的工具剖視圖。
圖6 顯示一個驅動元件的兩個側視圖和一個俯視圖，用以轉動根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘。
在對照圖描述本發明的具體實施例之前，還應闡明本發明的幾個常見觀點：對於傳統的螺絲釘經常存在局限性，即許多種傳動槽尺寸是必不可少的。如果一個錐體或驅動元件截錐的壓入深度與錐體或截錐尖頭處的直徑之間的比例過小(例如小於<0.55)，那麼螺絲釘通過驅動元件進行導向和定中心就會變得有問題。此外，與驅動元件相比，在螺絲直徑比較大的情況下，驅動元件的斷裂扭矩通常較小。如果入口直徑或壓入深度過大，那麼剩餘底部厚度(即內傳動槽和螺絲頭外側之間的最小間距)就會變得小到臨界。此外，如果使用傳統螺絲能夠獲得扭矩傳輸，那麼尤其在自鑽螺絲方面可期望更多的扭矩傳輸。
另外，對照圖描述一個根據具體實施例設計的螺絲釘解決方案，其至少部分地解決了上面所提及的局限性或滿足所列舉的要求。
圖1 顯示一個根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘100的一個俯視圖和一個剖視圖。圖7 顯示一個放大的根據圖1所圖示的螺絲釘100的部分區域剖視圖。
在圖1和圖7中所圖示的金屬螺絲釘100設計用於擰入到一個在圖中沒有顯示的基體(比如一面牆)，而且可以借助一個在圖6中所圖示的驅動元件600進行轉動。例如自鑽螺絲100擁有一個只有圖表式或部段式描述的螺杆102，其在一個到螺絲釘末端方向(未顯示)的末端部段中往一個螺絲尖方向可以逐漸變細。螺杆102的一個外輪廓可以設有一個螺紋，尤其是一個自攻螺絲用螺紋，以便在螺絲釘100須安裝到其內的基體上攻絲。
一個在這裏當作沉頭的螺絲頭104-在此直接地(即沒有中間件 或中間部段)或另一個可能間接地(即包含中間件或中間部段)-軸向聯接螺杆102，在螺絲頭104中內含一個可借助圖6所圖示的驅動元件600轉動螺絲釘100的傳動槽106(即在螺絲頭104中一個以特殊形狀構成的槽型)。通過螺絲頭104中的傳動槽106構成了一個傳動槽型，這樣可以使驅動元件600略帶間隙大小合適地與其嚙合，以便能夠將一個驅動力傳輸到螺絲釘100。
正如圖1中的俯視圖和剖視圖清晰所示，傳動槽106擁有一個螺絲釘外側的、含圓形空芯110的空心翼部段108和六個沿圓周方向對稱排列的空心翼112。這種外形也可稱為內六角型。此外，傳動槽106擁有一個螺絲釘內側的空心錐部段114，其定義一個傳動槽106底部。
傳動槽106在空心翼部段108和空心錐部段114之間的一個軸向交接區中擁有一個倒角部段116，其橫截面可見的外表面118與一個空心翼部段108橫截面可見的外表面120背向螺絲軸線以及與一個空心錐部段114橫截面可見的外表面122面向螺絲軸線相傾斜或成角度。空心翼112的尾端一直延伸至倒角部段116中。與此相反，空心錐部段114與空心翼112是自由和平滑的。空心翼112從一個螺絲釘外側的空心翼部段108末端直到倒角部段116始端擁有一個恒定的外徑A。空心翼部段108的空芯110往螺絲釘內側方向呈圓錐狀逐漸變細，這可以從斜面130中清晰看出。就這點而言，在不考慮空心翼112情況下，空心翼部段108可被視作部分截錐狀。
正如借助圖1，在此對比傳動槽106的一個細節圖180，和圖7清晰所示，一個由倒角部段116外插的錐體張角α(見虛線)大於一個由空心翼部段108外插的錐體張角β(在細節圖180中是β/2)。張角β例如約為12°，通常例如可以介於5°和20°之間的一個 區域。就這點而言，一個空心錐部段114的張角γ大於一個由倒角部段116外插的錐體張角α。倒角部段116的外表面118位於一個外插的、含一個約為90°張角α的錐體(見虛線)上。因此，倒角部段116的外表面118與圖1的垂直面或與螺絲軸線的傾斜度約為45°，所以可稱作一個45°倒角。空心錐部段114的張角γ約為140°。空心錐部段114的外表面122與圖1的垂直面或與螺絲軸線的傾斜度約為70°。螺絲頭104是一個包含一個約為90°張角δ的沉頭。因此，外表面118大約平行於一個用作沉頭的螺絲頭104的外表面。
圖1中的俯視圖包含一個空心翼外徑A和一個空心翼內徑(或翼體-芯體直徑)B。空心翼外徑A和空心翼內徑B之間的比例約為1.45。
如果選用一個根據圖4和圖5所圖示的工具，用以製造根據圖1和圖7 所圖示的螺絲釘100，那麼空心翼112在與下一個之間的中心點位置上擁有一個翼邊182，而不是一個沒有邊的曲線。正如對照圖4和圖5所描述，可以避免驅動元件600意外地坐落在螺絲頭104的傳動槽106底部上。
圖1所圖示的螺絲釘100擁有一個
Figure TWI614416BD00001
3.5毫米外徑。
對於傳統的螺絲釘解決方案，憑藉螺絲釘100可以實現一個截錐狀空心翼部段108的軸向加長，其中芯體直徑B(即內六角型的內徑)也能保持足夠小。因此，通過使A/B比例接受一個足夠高的數值例如約1.45(尤其可以在公差之外大於1.4)，就能使前面尖頭處的截錐直觀上軸向更小一些。這種加長可以通過倒角部段116(符合一個張角α=90°)的設計，即45°倒角相對于一個軸向的螺絲方向，在螺絲釘100中調整或均衡至相同的剩餘底 部厚度。這導致在通過驅動元件600進行轉動時螺絲釘100的穩定性以及導向性和定中心性得到提高，因為截錐的壓入深度與尖頭處的截錐直徑的比例變大了。此外，提高了扭矩傳輸，因為有更多的力傳輸表面可供使用。通過例如設計為鑽頭的驅動元件600的中心區域的加長設計、B尺寸的縮減和倒角部段116的設定，從而可以實現將較大的扭矩從驅動元件600傳輸到螺絲釘100(在相同的壓入深度在有限的傳動槽深度之外)。通過截錐的加長，隨之出現一個，相對於翼表面的中心線而言，空心翼112的軸向加長，這進一步提高了扭矩傳輸。因此，在一個與傳動槽尺寸相比相對較小的螺絲釘100中，同樣可以使帶較大的傳動槽106(或帶較大的鑽頭尺寸)的螺絲釘100實現可靠的導向性和定中心性。通過空心翼112的徑向和軸向擴大，避免驅動元件600(例如鑽頭)在擰入又長又大的螺絲釘100時出現意外斷裂。另一個優勢是，一個帶所描述的傳動槽106的螺絲釘100也可以由一個傳統鑽頭來驅動(例如一個傳統的AW鑽頭)。即便使用一個TX鑽頭(Torx®)來擰入這類螺絲釘100也是可能的。
位於驅動元件600或傳動槽106的翼末端的一個倒角(面向一個螺絲軸線)是有優勢的，因為這個倒角可以適應作為螺絲頭104的沉頭形狀。
圖2 顯示一個根據本發明的另一個具體實施例設計的螺絲釘100的一個俯視圖和一個剖視圖。圖2所圖示的螺絲釘100擁有一個
Figure TWI614416BD00002
6毫米外徑。
圖3 顯示一個根據本發明的又一個其他具體實施例設計的螺絲釘100的一個俯視圖和一個剖視圖。圖3所圖示的螺絲釘100擁有一個
Figure TWI614416BD00003
8毫米外徑。
圖4顯示一個工具400的一個俯視圖和兩個側視圖，該工具用於製造根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘100。圖5顯示一個放大的、根據圖4所圖示的工具400的一個翼成形500的部段，用以構成根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘100的空心翼112。圖5A顯示一個放大的、根據圖4所圖示的工具400剖視圖。
工具400被用來在一個螺絲坯料中構成一個帶圖1至圖3所圖示的幾何尺寸的傳動槽106。這可以借助工具400通過螺絲頭104之材料的體積冷成形來實現，隨後可選地進行一個切削後加工步驟。工具400的工具頭402成形大體上與螺絲釘100的傳動槽106成形相反。
如上所述，根據本發明的一個具體實施例，根據圖1所圖示的B尺寸，相對於一個帶AW傳動槽的傳統螺絲釘，可以被縮減。通過這樣縮減B尺寸，可能會使一個內六角鑽頭在不利的情況下坐落在那些傳動槽106通過截錐還沒有填滿傳統的B尺寸的區域中。為了避免這種情況(這可能會對通過驅動元件600將扭矩傳輸到螺絲釘100產生不利影響)出現，可以擴展外六角的翼寬，並且在構成一個翼邊506，而不是一個傳統形狀的圓形半徑的情況下，可以增添兩條相互構成一個ε角(例如140°)的直線段502和504，內含正切的且相對較小的半徑。
帶所描述的傳動槽106的螺絲釘100允許B尺寸的縮減，依然只需較少的工具磨損就可通過擠壓成形。借助一個根據一個具體實施例設計的傳動槽106，就可以通過內置的錐體重新填滿一個已縮減的B尺寸的較大區域。在前面尖頭側的區域通過倒角的設計降低比例。通過單純縮減B尺寸可能會使一個內六角鑽頭坐 落在那些螺絲釘的傳動槽沒有填滿前一個B尺寸的區域中。為了避免這種情況出現，可以提高外六角的翼寬，可以增添兩個(優選直線的或至少是接近直線的)正切的且較小半徑的線段502和504(相互構成一個大約140°角)，而不是傳統形狀的內半徑。這就是為什麼空心翼112以圖1所圖示的方式進行擴展具有優勢的又一個原因。
圖6 顯示一個作為鑽頭組成的驅動元件600的兩個側視圖和一個俯視圖，該驅動元件600用於轉動根據本發明的一個具體實施例設計的螺絲釘100。
驅動元件600包含一個用於插入到一個電鑽或類似物的鑽柄部段650，以便借助一個驅動元件600的傳動槽部段652轉動一個圖1至圖3所圖示的螺絲釘100，進而將螺絲釘100擰入到一個基體中。也可以將傳動槽部段652設計為一個圖中沒有圖示的扳手或螺絲刀的末端部段，其可以由一個使用者通過手柄進行轉動，用以將螺絲刀100擰入到基體中。
驅動元件600設有一個帶圓形狀芯體606和六個沿圓周方向設定的翼608的翼部段604、一個末端側的錐體部段602和一個位於翼部段604與錐體部段602之間一個交接區的倒角部段610。倒角部段610的一個外表面612與翼部段604的一個外表面614以及與錐體部段602的一個外表面616成角度。翼608的尾端一直延伸至倒角部段610中。與此相反，錐體部段602與翼608是自由和平滑的。翼608從一個與鑽柄部段650相鄰的翼部段末端直到倒角部段610始端擁有一個恒定的外徑。相反地，翼部段604的芯體往錐體部段602方向呈圓錐狀逐漸變細。
一個由倒角部段610外插的錐體張角α‘(見細節圖680中的虛 線)大於一個由翼部段604外插的錐體張角(該角度大體符合一個在圖1中標記為β、而在圖6中沒有標注的張角)。錐體部段602的一個張角γ‘大於一個由倒角部段610外插的錐體張角α‘。倒角部段610的外表面612位於一個含一個90°張角α‘的錐體上。在所列舉的實施例中，錐體部段602的張角γ‘為140°。 在所列舉的實施例中，翼外徑A‘和翼內徑B‘之間的比例約為1.45。
一個根據圖1至圖3所圖示的螺絲釘100和一個為此互相起作用或將其驅動的驅動元件600構成一個根據本發明設計的佈局，並以這種方式相互調整，即驅動元件600與螺絲釘100的傳動槽106進行嚙合時，機械上不可能在一個空心錐部段114的壁面與錐體部段602之間發生一個直接的接觸，並且始終在驅動元件600的尖頭和螺絲釘100的傳動槽106底部之間保持一個比如0.2毫米至0.4毫米的最小間距。一個以這種方式阻止的接觸可能會對螺絲釘100通過驅動元件600進行導向產生不利影響。所舉出的影響可通過一個螺絲釘100和驅動元件600的相應成形和標注尺寸予以消除。
需要補充提示，“包括有”不表示排除其他部件或步驟以及“一個”不表示排除多個。此外，應指明，涉及通過一個上述的實施例進行描述的特徵或步驟，同時結合其他特徵或步驟，可以採用其他上面所述的實施例。申請專利範圍中的說明符號不可看作是一種限制。
100‧‧‧螺絲釘100
102‧‧‧螺杆102
104‧‧‧螺絲頭104
106‧‧‧傳動槽106
108‧‧‧空心翼部段108
110‧‧‧圓形空芯軸110
112‧‧‧空心翼112
114‧‧‧擁有一個螺絲釘內側的空心槽部段114
116‧‧‧倒角部段116
118‧‧‧外表面118
120‧‧‧外表面120
122‧‧‧空心槽部段114的外表面122
130‧‧‧斜面
180‧‧‧對比傳動槽106的一個細節圖
182‧‧‧空心翼112在與下一個之間的中心點位置上擁有一個翼邊182
α‧‧‧倒角部段610外插的錐體張角
β‧‧‧空心翼部段108外插的錐體張角
γ‧‧‧錐體部段602的張角
δ‧‧‧沉頭的張角
A‧‧‧翼外徑
B‧‧‧翼內徑

Claims (24)

  1. 一種用於擰入到一個基體的螺絲釘(100)，其中該螺絲釘(100)至少包括：(1)一個螺杆(102)；(2)一個與螺杆(102)相聯接的螺絲頭(104)，其內設有一個可借助一個驅動元件(600)轉動螺絲釘(100)的傳動槽(106)；(3)其中該傳動槽(106)擁有一個螺絲釘外側的、圓形空芯軸(110)和設置成圓周方向的空心翼(112)的空心翼部段(108)；(4)其中該傳動槽(106)擁有一個螺絲釘內側的空心槽部段(114)，尤其是一個空心錐的部段；(5)其中該傳動槽(106)在空心翼部段(108)與空心槽部段(114)之間的一個交接區中擁有一個倒角部段(116)，其外表面(118)與空心翼部段(108)的一個外表面(120)和與空心槽部段(114)的一個外表面(122)成角度；(6)其中該空心翼(112)的尾端一直延伸至倒角部段(116)中，(7)其中該空心翼(112)從一個螺絲釘外側的空心翼部段(108)末端直到倒角部段(116)始端，擁有一個恒定的外徑；(8)其中該空心翼部段(108)的空芯軸(110)一直到螺絲釘內側，尤其呈圓錐狀逐漸變細。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中該螺絲釘(100)的傳動槽(106)在一個剖視圖中設有這樣一個結構，該傳動槽(106)從螺絲釘外側的空心翼部段(108)出發，第一次往直接相聯接的倒角部段(116)內部方向折彎，再從倒角部段(116)出發第二次往對此直接相聯接的螺絲釘內側的空心槽部段(114)方向折彎，該部段又一次朝一個螺絲釘內側的終點方向延伸。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中該空心翼(112)的空心槽部段(114)是自由的。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中一個由倒角部段(116)外插的錐體張角(α)大於一個由空心翼部段(108)外插的錐體張角(β)。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中一個構成空心錐部段的空心槽部段(114)的張角(γ)大於一個由倒角部段(116)外插的錐體張角(α)。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中該倒角部段(116)的外表面(118)位於一個包含一個介於50°和130°之間一個區域中的張角(α)的錐體上。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中一個構成空心錐部段的空心槽部段(114)的張角(γ)係為介於100°和170°之間。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中一個空心翼外徑(A)和一個空心翼內徑(B)的比例大於1.42。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中在至少一個空心翼(112)部分的一個徑向最內側部段中形成一個單獨的翼邊(182)。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中該螺絲頭(104)是一個沉頭或扁圓頭。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)，其中該螺絲釘(100)係設計為自鑽螺絲和/或自攻螺絲(100)。
  12. 一種驅動元件(600)用於轉動一個螺絲釘(100)，其中該傳元件(600)包括：(1)一個圓形芯軸(606)的翼部段(604)和沿圓周方向設置的翼(608)；(2)一個末端側的錐體部段(602)；(3)一個在翼部段(604)與空心錐體部段(602)之間的一個交接區中的倒角部段(610)，其中該倒角部段(610)的一個外表面(610)與空心翼部段(604)的一個外表面(614)和與空心錐體部段(602)的一個外表面(616)成角度；其中該翼(608)從一個在轉動中遠離螺絲釘(100)傳動槽(106)的翼部段(604)末端直到倒角部段(610)始端擁有一個恒定的外徑，其中該翼部段(604)的芯體(606)一直到錐體部段(602)，尤其係呈圓錐狀地，逐漸變細。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中該翼(608)的尾端一直延伸至倒角部段(610)中。
  14. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中該翼(608)的錐體部段(602)是自由的，尤其是擁有一個平滑的外表面(616)。
  15. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中一個由倒角部段(610)外插的錐體張角(α‘)大於一個由翼部段(604)外插的錐體張角。
  16. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中一個構成錐體部段的錐體部段(602)的張角(γ‘)大於一個由倒角部段(610)外插的錐體張角(α‘)。
  17. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中倒角部段(610)的外表面(612)位於一個包含一個介於50°和130°之間一個區域中的張角(α‘)、尤其是包含一個介於60°和120°之間一個區域中的張角(α‘)的錐體上。
  18. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中一個構成錐體部段的錐體部段(602)的張角(γ)位於100°和170°之間的一個區域中。
  19. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中一個翼外徑(A‘)和一個翼內徑(B‘)之間的比例大於1.42。
  20. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中在至少一個翼(608)部分的一個徑向最內側部段中形成一個單獨的翼邊。
  21. 根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)，其中該驅動元件(600)可用作鑽頭、扳手或螺絲起子。
  22. 一種用於將一個螺絲釘(100)擰入到一個基體的佈置，其中該佈置包括：(1)該根據申請專利範圍第1項所述的、用於擰入到一個基體的螺絲釘(100)；以及(2)一個根據申請專利範圍第12項所述的、用於轉動一個螺絲釘並將該螺絲釘(100)擰入到基體的驅動元件(600)。
  23. 根據申請專利範圍第22項所述的佈置，其中該螺絲釘(100)和驅動元件(600)可以設置成，在驅動元件(600)與螺絲釘(100)的傳動槽(106)嚙合時避免空心槽部段(114)的壁面邊界通過錐體部段(602)出現直接的接觸。
  24. 一種用於借助一個根據申請專利範圍第12項所述的驅動元件(600)將一個根據申請專利範圍第1項所述的螺絲釘(100)擰入到一個基體的方法，其方法包括：(1)將該螺絲釘(100)的空心翼部段(108)的空心翼(112)與驅動元件(600)的翼部段(604)的翼(608)相嚙合；(2)將該螺絲釘(100)的倒角部段(116)中的空心翼(112)尾端與驅動元件(600)的倒角部段(610)的翼(608)尾端相嚙合；(3)借助該驅動元件(600)轉動驅動該螺絲釘(100)。
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