TWI713467B - 可變螺紋緊固件 - Google Patents

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TWI713467B
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傑瑞米 史考特 帕克
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美商辛普森緊固系統公司
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Abstract

本發明揭示一種緊固件，其包含具有一第一端及一第二端之一柄。一螺紋之一第一部分係用一第一對稱螺紋角形成，且該螺紋之一第二部分係用一第二非對稱螺紋角形成。該螺紋可在該緊固件之包含該對稱螺紋角之區域的一或多個部分上方成為齒狀或鋸齒狀。一鈍端包括該緊固件之前端。

Description

可變螺紋緊固件 優先權主張
本申請案係發明者Jeremy Scott Park在2013年3月26日申請之標題為「VARIABLE THREAD KNURL FASTENER」之美國專利申請案第13/850,606號之一部分接續案且主張該案之優先權。
在本文中描述之技術係具有允許將元件固定於木材、複合或其他材料中且提供改良效能之特徵之一緊固件。
緊固件設計已被用於改良不同材料之緊固件之特定特性。最後，緊固件需將一個材料牢固且高效地綁縛至另一材料。螺釘型緊固件大體上包含在其之一端處具有一尖端且在另一端處具有一頭部之一螺紋柄。頭部具有用於接納一起子尖端之一凹槽。一些頭部經設計以凹入一緊固材料中，而其他頭部經設計以嵌入至該材料中，使得頭部與接合材料之一表面齊平。
在本文中描述之技術提供一種獨特緊固件。該緊固件包含在一第一端處具有一鈍前端且在一第二端處具有一頭部之一柄。一連續螺旋螺紋自尖端朝向該第二端而形成，其具有自該第一端延伸及開始且延伸朝向該第二端之一第一對稱螺紋角及與該第一螺紋角連續之一第二螺紋角。該第一螺紋角大於該第二螺紋角，且具有該對稱螺紋角之 該螺紋包含一齒狀邊緣。
提供此發明內容以用一簡化形式介紹在下文實施方式中進一步描述之一概念選擇。此發明內容既不旨在識別所主張標的物之關鍵特徵或本質特徵，亦不旨在用作對判定所主張標的物之範疇之一幫助。
100:緊固件
102:柄
104:尖端
112:螺紋
114:滾花
116:第一區域
118:滾花
120:第二區域
140:頭部
145:圓盤
150:齒
200:緊固件
202:柄
204:尖端
212:螺紋
220:第一區域
224:滾花
225:第二區域
240:頭部
250:齒
300:緊固件
302:柄
320:第一部分
325:部分
330:第三部分
355:無螺紋區段
400:緊固件
402:柄
404:第一端
412:螺紋
412a:齒腹
412b:齒腹
412c:後齒腹
412d:前齒腹
414:線
420:第一區域
425:第二區域
440:頭部
444:無螺紋區域
447:突出部
449:墊圈
450:齒
455:表面
500:緊固件
D1:直徑
D2:小直徑
D3:直徑
D4:直徑
D5:直徑
D7:大直徑
D8:小直徑
D9:直徑
H:距離
K:螺紋角
KD1:直徑
KD2:直徑
KD4:直徑
KL1:長度
KL2:長度
KL4:長度
L1:總長度
L2:總長度
L3:總長度
P4:間距
P5:間距
TL1:第一長度/區域
TL2:第二長度/區域
TL3:總長度
TL4:長度
TL5:長度
TL6:總長度
TL8:總長度
α:螺紋角
β:螺紋角
Φ:螺紋角
Ω:螺紋角
Σ:螺紋角
Θ:螺紋角
圖1係根據本技術之一緊固件之一第一實施例之一透視圖。
圖2描繪根據本技術之一緊固件之一第一實施例之一平面圖。
圖3描繪一端視圖。
圖4係沿著圖3之線C-C之部分剖視圖。
圖5係沿著圖2中之線B-B之一橫截面視圖。
圖6係沿著圖2中之線A-A之一橫截面視圖。
圖7係根據本技術之緊固件之另一實施例之透視圖。
圖8描繪根據本技術之一緊固件之一第二實施例之一平面圖。
圖9展示圖7之緊固件之一端視圖。
圖10描繪沿著圖9中之線E-E之一部分剖視圖。
圖11係沿著圖8中之線D-D之一橫截面視圖。
圖12描繪根據本技術之緊固件之另一實施例。
圖13描繪根據本技術之一緊固件之另一實施例。
圖14描繪根據本技術之一緊固件之另一實施例之一平面圖。
圖15描繪根據本技術之一緊固件之另一實施例之一平面圖。
圖16描繪根據本技術之沿著一緊固件之另一實施例之截面G-G之一部分剖面圖。
圖17描繪沿著圖15之線F-F之一橫截面視圖。
在本文中描述之技術係具有允許將元件固定於木材、複合或其他材料中且提供改良效能之特徵之一緊固件。
該技術包含具有一變化螺紋角之一螺紋緊固件。螺紋之一第一部分係用一第一螺紋角形成，且螺紋之一第二部分係用一第二螺紋角形成。在一項實施例中，第一螺紋角大於第二螺紋角，且係形成於緊固件之前端或尖端處之螺紋中。
在一項實施例中，緊固件包含在一第一端處具有一鈍前端且在一第二端處具有一頭部之一柄。一連續螺旋螺紋係自尖端朝向第二端而形成，其具有自第一端延伸及開始，且延伸朝向第二端之一第一對稱螺紋角及與第一螺紋角連續之一第二螺紋角。第一螺紋角大於第二螺紋角，且具有對稱螺紋角之螺紋包含一齒狀邊緣。
在一些實施例中，於緊固件之螺紋區域或無螺紋區域中的軸件中，提供一或多個滾花。螺紋可在緊固件之一或多個部分上方成為齒狀或鋸齒狀，該一或多個部分包含第一螺紋角之區域。在本文中描述可變螺紋滾花緊固件之各種實施例。緊固件之一項實施例包含一柄，該柄具有含有一大體上圓柱形橫截面(具有一螺旋螺紋)之一第一區域，其後接著一無螺紋柄區段。第一區段具有含有一第一螺紋角之一第一部分及含有一第二螺紋角之一第二部分。在一項實施例中，此係與一「17型」螺釘點組合。
在一項實施例中，可在緊固件中提供一或多個滾花區段及一或多個螺紋角改變。在一項實施例中，螺紋之間距恆定。在一項實施例中，螺紋延伸於整個柄上方，且在另一實施例中，螺紋僅覆蓋柄之一部分長度。橫截面可經形成為約等於螺旋螺紋之間距之一長度。
將就圖1至圖6來描述緊固件技術之一第一實施例。
圖1至圖5之緊固件100包含在其之一端處具有一尖端104且在另一端處具有一頭部140之一柄102。柄可係由鍍鋅鋼形成，不過可使用其他材料。第一區域116自尖端104延伸至第二區域120。柄之主體在第一區域116中具有一小直徑D2(圖3)。第二區域120具有一直徑D1， 其可大於或等於D2。
在第二區域120中之柄具有一圓柱形橫截面，且在此實施例中包括一無螺紋區域。
在各自第二區域120及第一區域116中提供兩個滾花114及118。滾花118具有一滾花直徑KD2，其係小直徑D2的1.1倍至1.3倍。滾花114具有直徑KD1，其可相同於或不同於直徑KD2。在一項實施例中，KD1具有一直徑，其係柄直徑D1的1.1倍至1.3倍且相同於KD2，或與KD2相比為大1.0至1.2之一比率。
柄之一第一區域116包含形成於柄102上且延伸至尖端104之一螺旋螺紋112。在第一區域116中之柄具有一大體上圓柱形柄直徑D2且螺紋具有約係D2之1.5倍至1.75倍之一直徑D3。螺紋112具有高於第一區域116中之柄之一有效螺紋高度(等於((D3-D2)/2))及一間距P1。
在緊固件100之實施例中，提供兩個滾花(114、118)，但在其他實施例中，僅使用一個滾花。在使用一個滾花之處，滾花可在螺紋區段(第一區域116)或無螺紋區段(第二區域120)中。滾花可具有相同或不同大小，如在上文描述。各滾花具有一滾花長度KL。滾花114具有一滾花長度KL1且滾花118具有一滾花長度KL2。KL1及KL2可相同或不同。在圖1至圖5之實施例中，KL1至KL2之長度可在約1.5至0.9之KL1：KL2之一比率上變化。
在一項實施例中，螺紋112被分為一第一長度(或區域)TL1及一第二長度(或區域)TL2，其中TL1自尖端104延伸朝向第二區域120。成長度TL1之螺紋包含藉由在圖4中圖解說明之複數個齒150界定之一齒狀邊緣。齒可由在螺紋112中按60度間隔隔開之90度間隙形成。可使用其他齒狀形成。長度TL1恰延伸超過柄102之第一區域116中之滾花118。
在該技術之另一獨特態樣中，螺紋具有沿著第一區域116之長度 之一可變螺紋角。成長度TL1之螺紋之一第一部分具有一螺紋角α，而螺紋之一第二部分具有一螺紋角β，其中α大於β。在一項實施例中，α係55度至65度且β係35度至45度。可透過長度TL2維持螺紋角β。在一項實施例中，TL2與TL1相比大約2.15倍至2.5倍。
在各種實施例中，緊固件之總長度L1可在4英吋至12英吋之間變化。在此等實施例中，對於長度L1之任何改變，第一區域116之長度保持恆定，其中第二區域120之長度之一改變延伸緊固件之長度。在此等實施例中，無論第二區域120之長度為何，第一區域116之一長度可約為3英吋且滾花118之位置保持相鄰於區段116。替代性地，可在第一區域116或第二區域120中提供額外滾花。
當根據前述描述建構時，安裝一緊固件所需之扭矩大幅減小。表1係三個不同緊固件構造之一比較：不具有齒狀或滾花之一標準螺紋(行C)、一齒狀螺紋(行A)及如在圖1至圖6之本描述中建構之一螺紋/滾花/可變螺紋緊固件(行B)。如在本文中圖解說明，當提供齒狀邊緣及滾花114及118兩者時，針對穿透至一木表面中之可比較長度所需之平均扭矩實質上更小。
Figure 104131311-A0305-02-0007-20
頭部140可為任何標準頭部(但在圖1至圖6之實施例中，緊固至一圓盤145之一六角螺母頭部)。圓盤145之下側可包含突出部，其等幫助圓盤接合被緊固之產品之一表面。在一項實施例中，十二個(12)鎖齒或突出部形成於圓盤之側表面中。
圖7至圖11圖解說明該技術之一替代實施例。緊固件類似於圖1至圖6之緊固件，除了螺紋在軸件之整個長度上延伸，自尖端延伸之更寬螺紋區域之部分更長，齒狀區段更長以外皆相同且緊固件包含一「17型」點。應認識到，可與圖1至圖6之實施例一起利用一17型點。
在圖7至圖11之實施例中，一緊固件200具有一總長度L2，包含具有一第一區域220及一第二區域225之一柄202。第一部分包含一尖端204、螺紋212之一齒狀部分、具有一螺紋角Θ(其大於一螺紋角Σ)之一螺紋部分。第一區域220具有一總長度TL3，其與第二區域225之長度TL4相比小約3.5倍至3.8倍。在一項實施例中，Θ係55度至65度且Σ係30度至45度。
柄202具有一大體上圓柱形柄直徑D4且螺紋具有約係D4之約1.4倍至1.6倍之一直徑D5。螺紋212具有高於柄之一有效螺紋高度(等於((D5-D4)/2))及一間距P4。
在第一區域220中提供一個滾花224。滾花224具有一滾花直徑KD4，其係小直徑D4之1.002倍至1.25倍。滾花224具有一長度KL4，其在圖6至圖9之實施例中等於P4之兩倍。滾花長度可更短或更長。
形成於柄202上之螺旋螺紋212自尖端204延伸至頭部240。在該實施例中，提供一個滾花，但在其他實施例中，使用多個滾花。在使用一個滾花之處，滾花可係在具有螺紋角Θ之螺紋區段(第一區域220)中，且可係恰定位於尖端達到螺紋區段(第一區域220)中的直徑D4之後。若使用多個滾花，則滾花可具有相同或不同大小，如在上文圖解說明。
在一項實施例中，螺紋212被分為具有長度TL3之一第一區域220及具有長度TL4之一第二區域225，其中TL3自尖端204延伸朝向第二區域225。長度TL3之螺紋包含由複數個齒250界定之一齒狀邊緣。齒可係由在螺紋112中按60度間隔定位之90度間隙形成。
螺釘經設計為可進入至被緊固之材料中之一自鉆式螺釘。然而，可利用一導孔。在就圖14至圖17所論述之實施例中，於不存在搪孔尖端時，可使用一導孔。
在柄202之另一端處提供一頭部240。頭部包括六角驅動頭部，但可替代性地成頭部240之形式，及/或具有形成於頭部240之頂部中以接納一起子之一Phillips凹槽、一方形或其他形狀之凹槽。
圖12圖解說明一緊固件300之一第三實施例，其中一第一螺紋角及第二螺紋角與一或多個滾花及一齒狀邊緣螺紋結合使用。在此實施例中，螺紋角Φ延伸達到螺紋之一第一部分320，接著部分325中之螺紋具有一螺紋角Ω，且螺紋之一第三部分330具有一螺紋角K。在一項實施例中，K與Φ相等。在另一實施例中，其等不同。在一項實施例中，角Φ小於Ω且約等於K。在一項實施例中，Ω係55度至65度，且K及Φ係在30度至45度之間。
螺紋可延伸柄302之整合長度或其之一部分。雖然僅圖解說明一個滾花，但可使用多個滾花。
圖13圖解說明本技術之緊固件之一第四實施例。此實施例類似於圖12之實施例，除了緊固件400包含一無螺紋區段355以外皆相同，且展示具有角K、Ω及Φ之三個螺紋部分。
圖14至圖17圖解說明該技術之另一替代實施例。緊固件包含螺紋中之多個螺紋角區域及一端上之一平坦點。
在圖14至圖17之實施例中，一緊固件500具有一總長度L3(圖14)，且包含在一第一端404與頭部440之間具有一長度TL5之一柄 402。螺旋螺紋412包含一第一區域420及一第二區域425。第一部分自第一端404延伸且在第一區域420中包含螺紋412之一齒狀部分。如在圖16中圖解說明，第一區域(具有螺紋部分)具有相對於柄402之表面之一對稱橫截面，其中螺紋之各齒腹412a、412b具有相同長度且與柄402之一表面形成一角1/2K。螺紋412之第二區域425並不係齒狀的且包括一非對稱螺紋，該非對稱螺紋經形成以在不同於一後齒腹412c之一角度處形成前齒腹412d。前齒腹412d使用垂直於由柄402形成之一軸A之線414來形成一角△。後齒腹412c形成相對於垂直於一軸A之一線414之一角Λ。角K可在約55度至65度之一範圍中，且在一項實施例中係約60度。角△可在7度至13度之一範圍中，且在一項實施例中係約10度。角Λ可在27度至33度之一範圍中，且在一項實施例中係約30度。因而，螺旋螺紋412在第二區域425中之部分與螺紋在第一區域420中之橫截面相比具有一更小橫截面(在一項實施例中，共40度)。
柄之總長度TL6約係第一區域420之長度TL8的4倍至6倍。第二區域425在任何處皆可長達第一區域420之總長度TL8的3倍至5倍。
柄402具有一大體上圓柱形柄直徑D9、藉由螺紋412界定之一小直徑D8及一大直徑D7。大直徑D7約係D8之1.3倍至1.5倍且係D9之1.25倍至1.4倍。螺紋412具有高於柄之一有效螺紋高度(等於((D7-D8)/2))及一間距P5。間距P5約係大直徑D7之0.5至0.6。
形成於柄402上之螺旋螺紋412自第一端404延伸至一無螺紋區域444。在一項實施例中，第一區域420中之螺紋412包含藉由複數個齒450界定之一齒狀邊緣。如在圖17中圖解說明，齒狀邊緣可由在螺紋412之360度旋轉處之五個等距隔開之齒形成，其具有在螺紋412中按60度間隔定位之90度間隙形成之一齒深度。可藉由形成約係螺紋高度之深度之三分之二且具有一120度至135度進入角度及離開角度之間隙而形成齒。
第一端404包含藉由柄之第一端404及表面455界定之一鈍前端。第一端404藉由將第一區域420中之柄定角度成如藉由角M界定之一角度且在表面455中終止而形成為一前邊緣。角M可在10度至20度之範圍中。
在圖14至圖17之所顯示實施例中，並未提供滾花，但在其他實施例中，使用一或多個滾花。若使用多個滾花，則滾花可具有相同或不同大小，如在上文圖解說明。
在柄402之另一端處提供一頭部440。頭部包括六角驅動頭部，但可替代性地具有形成於頭部240之頂部中以接納一起子之一Phillips凹槽、一方形或其他形狀之凹槽。頭部440可在墊圈449之下側上具備複數個突出部447。各凸肋形成一90度角N且在墊圈449下方延伸一距離H。在一項實施例中，在墊圈449上按90度隔開設置四個突出部。可在各種實施例中提供更多或更少(或無)突出部。
儘管已在對於結構特徵及/或方法行為特定之語言中描述標的物，但應理解，在隨附申請專利範圍中界定之標的物不必限於上文描述之特定特徵或行為。實情係，上文描述之特定特徵及行為經揭示為實施申請專利範圍之例示性形式。
102:柄
104:尖端
D2:小直徑
D3:直徑
α:螺紋角
β:螺紋角

Claims (17)

  1. 一種緊固件，其包括：一柄，其具有界定一長度之一第一端及一第二端；及一螺紋，其經設置於該柄上，該螺紋包含具有一第一對稱螺紋角之一第一區域及具有一第二非對稱螺紋角之一第二區域，在該第一區域中之螺紋包含多個圍繞該柄之旋轉，各個螺紋角藉由在該柄上之該螺紋之一前齒腹及一後齒腹所形成，在該第一區域之該螺紋之至少一部分具有一齒狀邊緣；其中該柄之該第一端經調適以進入待固定之一結構，其中該第一端具有一鈍端，且其中該第二端包含一頭部。
  2. 如請求項1之緊固件，其中在該螺紋之第一區域及在該螺紋之第二區域之各個齒腹形成相對於該柄之一表面之一非法線角。
  3. 如請求項2之緊固件，其中該第一螺紋角大於該第二螺紋角。
  4. 如請求項3之緊固件，其中相對於由該柄界定之一軸之法線之一經由在該第二區域中之前齒腹所形成之角度小於由該第二區域中之該後齒腹至該軸之法線所形成之一角度。
  5. 如請求項4之緊固件，其中該後齒腹相對於該第二區域中之該前齒腹之該角度係該前齒腹之該角度的三倍。
  6. 如請求項1至5中任一項之緊固件，其中該第一區域自該鈍端開始且延伸朝向該第二端，該柄具有一長度，且該柄長度約係該第一區域之一長度的四倍至六倍。
  7. 如請求項1至5中任一項之緊固件，其中該螺紋在該第一區域與該第二區域之間係連續的。
  8. 如請求項1至5中任一項之緊固件，其中該第二區域相鄰於該第一區域且自該第一區域延伸至該第二端，且該第二區域具有約 係該第一區域之該長度之3倍至5倍之一長度。
  9. 如請求項1至5中任一項之緊固件，其中該柄進一步包含相鄰於該螺紋之該第二區域之一無螺紋區域。
  10. 一種緊固件，其包括：一柄，其在一第一端處具有前端，且在一第二端處具有一頭部；一連續螺旋螺紋，其在相鄰於該第一端之一第一區域中具有一對稱螺紋角，該對稱螺紋角係經數個轉折維持不變，且在一第二區域中具有一非對稱螺紋角，該非對稱螺紋角係經數個轉折維持不變，各個螺紋角係由在該柄上之該螺紋之一前側及一後側所形成，各個前側及後側係與該柄之一表面非垂直，該螺紋之該第一區域具有大於該第二區域之一第二螺紋角之一第一螺紋角，在該第一區域之該連續螺旋螺紋之至少一部分包含一齒狀邊緣；及其中該前端具有由該柄之一平坦表面及一斜角部分形成之一鈍端。
  11. 如請求項10之緊固件，其中該柄進一步包含相鄰於該螺紋之該第二區域之一無螺紋區域。
  12. 如請求項10或11之緊固件，其中該柄具有一大體上圓柱形柄直徑、該第一區域及該第二區域中之一小直徑，及由該螺紋界定之一大直徑，其中該大直徑約係該小直徑的1.3倍至1.5倍。
  13. 如請求項12之緊固件，其中該螺紋具有一間距，該間距約係該大直徑的0.5至0.6。
  14. 如請求項10或11之緊固件，其中該第一螺紋角約該第二螺紋角之1.5倍。
  15. 如請求項10或11之緊固件，其中在該第二區域之該螺紋之該前側 係按相對於由該柄界定之一軸之法線之一角度形成，該角度小於由該第二區域中之該後側相對該軸之法線所形成之一角度。
  16. 一種緊固件，其包括：一柄，其在一第一端處具有該柄之一斜角部分中之一鈍端，且在一第二端處具有一頭部，該第一端及該第二端界定一長度；一連續螺旋螺紋，其係自該鈍端朝向該第二端而形成，該連續螺旋螺紋具有含有自該第一端延伸及開始且延伸朝向該第二端之一第一螺紋角的一對稱部分，具有該第一螺紋角之該連續螺旋螺紋具有一齒狀邊緣，該螺紋進一步包含具有一第二螺紋角的一非對稱部分，各個螺紋角係由在該柄上之該螺紋之一前側及一後側所形成，該前側及該後側各形成相對於該柄之一表面之非法線角，各螺紋角在各部分經數個轉折維持不變，該第一螺紋角大於該第二螺紋角。
  17. 如請求項16之緊固件，其中該第一螺紋角係對稱的，且該第二螺紋角係非對稱的。
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