TWI804557B

TWI804557B - 具有錐形螺釘頭的螺釘、螺釘的用法、和使螺釘埋頭的方法

Info

Publication number: TWI804557B
Application number: TW108100357A
Authority: TW
Inventors: 克勞斯迪星
Original assignee: 丹麥商迪星公司
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-01-04
Publication date: 2023-06-11
Also published as: TW202026540A

Abstract

為了防止在來自埋頭螺釘(1)的孔邊緣處之木料毛邊，該螺釘頭(2)係於該錐形底側上設有錐形底側和傾斜的銑削肋(8)。每個銑削肋(8)具有藉由平滑彎曲之凸起的銑削邊緣(17)所界定之平坦前側(15)，用於在該螺釘頭(2)的埋頭期間銑削該材料。

Description

具有錐形螺釘頭的螺釘、螺釘的用法、和使螺釘埋頭的方法

本發明有關一種如申請專利範圍的前言部份之螺釘、尤其是木料螺釘，其中該螺釘頭的底側包含具有複數個銑削肋之錐形表面，該等銑削肋係傾斜用於在該螺釘的埋頭期間將銑削材料朝該桿部向內擠壓。

為了將螺釘頭適當且平滑地埋入材料，其普遍現象係在該螺釘頭之底側設有鋸齒、例如銑削肋。通常定向該等銑削肋，使得它們係位於亦含有該螺釘的中心軸線之平面中。在其他案例中，它們係傾斜至此平面。於甚至進一步案例中，鋸齒係彎曲的，譬如沿著螺旋路徑或S形彎曲。這些諸多形狀之範例係揭示在德國公告DE3344048A1、德國實用新型DE9106746U1、歐洲專利申請案EP0705987、EP1182367、EP2522865、法國專利申請案FR2784722、英國專利申請案GB2227540、GB972653、GB2336415、美國專利US586232、US1151861、US5199839、US7293947、USD708509、和中國專利申請案CN101498334A中。

在所有該上述先前技術領域中，該等傾斜的銑削肋係向外擠壓的，在這種意義上，藉由該等銑削肋銑削之材料當從該螺桿桿部觀看時係向外擠壓。

為了更好理解，該“向外擠壓的銑削肋”一詞在此中係使用於歪斜之銑削肋，材料在該螺釘於該材料中的埋頭期間係藉由銑削肋向外擠壓。類似地，該“向內擠壓的銑削肋”一詞在此中係使用於歪斜之銑削肋，材料在該螺釘於該材料中的埋頭期間係藉由銑削肋向內擠壓。向內擠壓之銑削肋具有前側，該前側係相對於含有該螺釘的中心軸線且橫穿最靠近該桿部之前側的橫截平面，在該螺釘之旋入方向的方向中傾斜達一角度。當相對於含有該螺釘之中心軸線且橫穿最靠近該桿部的前側之橫截平面測量該角度時，向外擠壓的銑削肋具有與該螺釘之旋入方向相反而傾斜達一角度的前側。

該銑削肋之“前側”一詞在此中係當該螺釘於旋轉期間埋頭進入該材料時使用於該銑削肋推抵靠著該材料的側面。該“後側”一詞係該銑削肋相對於該前側之相反側面。

在圖7a中說明兩種不同的原理，其中該螺釘具有向外擠壓之銑削肋262，在該螺釘的順時針旋轉埋頭期間藉由該銑削肋將木料向外擠壓，及於圖7b中，該螺釘具有向內擠壓之銑削肋262，木料係藉由該銑削肋在順時針旋轉的埋頭期間朝該桿部向內擠壓。於圖7a和圖7b中之兩幅圖面係來自藉由Kwantex的EP3067575A1之副本。

此歐洲專利申請案EP3067575A1與其他上述先前技術領域文件顯著地不同，其中它不僅揭示向外擠壓銑削肋、同時也揭示向內擠壓銑削肋，該等銑削肋係配置於傾斜定向中，造成該木料在埋頭期間被迫朝該桿部。

圖7a和圖7b的圖面說明在該等銑削肋之前側上的螺旋彎曲銑削邊緣。用於該先前技術領域EP3067575A1之螺旋銑削肋的更詳細說明，圖7c和圖7d顯示該等向內擠壓銑削肋262具有該等銑削肋262之前側264，其沿著該銑削肋262的厚度不會變動，但具有恆定之寬度。

GB15102揭示具有整合於該頭部的底側中之直銑削邊緣的螺釘。該等銑削邊緣係藉由在該錐形底側表面內側之空腔所形成，且成一角度使得該經銑削的木料朝該釘桿向內擠壓。藉由此螺釘所形成之埋頭孔係錐形的。在此揭示內容中強調的是，該等銑削邊緣“在任何情況下它們都不會出現在該頭部之面”。在該頭部中的此整合作為空腔係為了保持強度並具有普通螺釘之外觀來作成。

與在該頭部內側形成肋條的空腔相比，EP3002468揭示由該錐形表面突出之肋條。該等肋條係螺旋形彎曲並偏移，並於埋頭期間亦將木料朝該釘桿向內擠壓。該等肋條的彎曲係使得當該等肋條在埋頭期間開始與該木料表面嚙合時，該等邊緣係切向的且平行於該旋轉方向，使得在該埋頭之第一階段期間的初始動作係切削而不是銑削。僅在進一步之埋頭期間，當該等肋條的其他部份與該木料嚙合時，該角度逐漸地偏離切線方向，且該木料表面的初始切削之後係銑削動作。於持續的埋頭期間，首先切削較深之木料層，且接著藉由該彎曲肋條所銑削。

用於適當的埋頭，甚至該螺釘頭及該等銑削肋之形狀中的小變動可具有實質之效果。譬如，該螺釘頭形狀及該等銑削肋的形狀之效果可導致該埋頭孔看起來乾淨或可能導致作為該孔周圍的毛邊之木料纖維斷裂，這是不想要的。

本發明之目的是提供該技術領域中之改良。尤其是，其目的是提供一種螺釘，其具有改進材料、尤其是木料中的埋頭之能力。這係以如下面更詳細敘述的螺釘來達成。

該螺釘包含在該螺釘的第一端部之螺釘頭和由該螺釘頭朝該螺釘的相反、第二端部延伸之桿部。螺紋係設置在用於藉由緊固工具將該螺釘旋入材料的桿部上。該螺釘具有在該第一端部和該第二端部之間延伸的縱向中心軸線。該螺釘頭具有上側和底側，其中該上側包含用於與該緊固工具嚙合之工具承接部。該螺釘頭的底側具有朝該桿部之錐形方向的錐形表面、譬如截頭圓錐形的。該錐形方向係界定於含有該中心軸線之平面中，且如此係與該中心軸線平行及延伸經過該螺釘的中心。該錐形表面係設有複數個銑削肋。每個銑削肋包含前側，該前側係朝銑削方向定向並藉由用於在該螺釘頭的埋頭期間銑削材料之銑削邊緣所限定。

該前側係相對該錐形方向傾斜。定向該前側和該銑削邊緣之傾斜，使得該銑削肋係於該螺釘頭在該材料中的埋頭期間將銑削材料朝該桿部向內擠壓。該向內擠壓一詞係在在上面的導論中更詳細地說明。

與藉由Kwantex之上述歐洲專利申請案EP3067575A1相比，該等銑削肋不具有螺旋形前側和切削邊緣，但每一銑削肋具有平面的前側，其中該前側包含鋒利之銑削邊緣，用於在該螺釘頭的埋頭期間切削該材料。其實際上已顯示該等銑削肋之平坦且直的平面式前側導致在埋頭鑽孔期間改進之木料纖維的有效和侵蝕性切削。該平面式前側已證明比圓形前側更有效，例如於US5199839中所揭示之扇貝形鋸齒。

有利地，該平面式前側的鋒利銑削邊緣係在該前側的相反端部之間平滑且連續地凸出彎曲，用於變動該前側的寬度，該前側之寬度係在該等端部處最窄。這有助於良好的切削結果。該彎曲之銑削邊緣相對EP0705987的直邊緣係有利的。該結果係一彎曲之埋頭孔。

當實際使用時，平面式前側和其向內銑削的傾斜定向之組合已顯示出令人驚訝的結果，尤其是如果該平面式前側之銑削邊緣係在該前側的相反端部之間平滑且連續地凸出彎曲。一方面，當將該螺釘頭埋入諸如木料的材料時，具有該切削邊緣之平面式前側係積極有效的。在另一方面，由於該平面式前側係定向成使得該已銑削材料朝該桿部向內擠壓，儘管進行了該侵蝕性銑削，仍達成該埋頭孔中之螺釘的有效停止。這可藉由下文來了解。由於該材料之向內擠壓，該已銑削材料係積聚在該埋頭孔中並於其中壓縮。在此壓縮期間，一層緻密的材料係逐漸形成於該螺釘頭之錐形底側上，並在該埋頭期間積聚於該等銑削肋之間，直至該等銑削肋間之空間以壓實的材料填充，而防止該等銑削肋進一步銑削。一旦該螺釘頭埋入該材料，該結果係該螺釘適當停止。此外，當一塊材料(例如木料元件、諸如木材)係抵靠著此子結構(例如第二木料元件、諸如樑件)旋緊時，該螺釘對下面之子結構具有高的鎖緊力。為此緣故，該平面式前側及其向內銑削之傾斜定向具有令人驚訝的正協同效應。

於一些實施例中，該平面式前側之寬度係在該前側的中心處最寬，且由該中心朝該等相反端部平滑及連續地減少。這樣，該銑削肋之前側係在該中間處最厚，且朝該第一端部並朝該桿部變窄。

該銑削邊緣可為以不同方式平滑地彎曲。譬如，當投影至沿著該中心軸線及經過該平坦表面的中心延伸之平面上時，該銑削邊緣遵循一圓形的截面，這導致在埋頭期間用於該螺釘頭之局部球形孔。例如，此圓形截面以與該中心軸線平行的切線結束，在該案例中，該銑削於埋頭期間導致用於該螺釘頭之半球形孔。另一選擇係，在此突出部份中的銑削邊緣由圓之一部份偏離，例如具有拋物線的形狀。於此案例中，該埋頭孔亦為圓形的。

在一些實施例中，該前側具有相反端部及於該等相反端部之間的中心，其中該中心在垂直於該中心軸線並經過該平坦表面之中心的平面中與該錐形表面形成直角。如將在下面被顯示，於一些實施例中，可定向該銑削肋，使得當沿著該平面式前側在垂直於該中心軸線之方向中觀看時，該中心係與該中心軸線對齊。

在一些實施例中，每一銑削肋亦具有背側，該背側與該錐形表面的角度大於該前側與該錐形表面之角度。

在一些實施例中，平坦邊緣係沿著該螺釘頭的環緣形成於該螺釘頭之底側上。譬如，該平坦邊緣係連接該環緣與該錐形表面。此邊緣輔助在該埋頭孔的邊緣切削木料纖維。

於一些實施例中，該平坦邊緣具有在垂直於該中心軸線之平面中的表面。在一些案例中，如由該螺釘頭之環緣測量，該平坦邊緣的寬度係於該螺釘頭之直徑的1-25%之範圍中、譬如該直徑的1-5%。選擇性地，沿著該螺釘頭之邊緣，另一選擇或除了該平坦邊緣以外，提供有朝該第二端部延伸一段距離的軸環，該距離典型係在1-5 毫米之範圍中。此軸環使得在該埋頭孔邊緣處切削木料纖維更加有效。作為另一種選擇，該平坦邊緣係從該環緣向內逐漸變細，以便於該環緣處提供鋒利的切削邊緣，該切削邊緣係引導朝該第二端部。

當埋頭該螺釘時，其已經歷將該埋頭螺釘周圍之木料毛邊最小化且比使用類似的先前技術領域螺釘少得多。

有利地是，為了切削或鑽入該材料，該螺釘沿著該螺紋之前部在該螺釘的縱長方向中包含切削邊緣。該前部係於該螺釘之第二端部。

為了減少該螺釘上的阻力，選擇性地，該螺釘包含在該螺紋和該頭部之間的滾花肩部。典型地，該等滾花係提供於該螺紋之直接延伸部中。例如，該滾花肩部係提供在離該頭部一段距離處，選擇性地，在對應於該螺釘總長度的1%和40%之間的距離處。

雖然，此螺釘可使用於諸多材料，該螺釘對於旋入木料係尤其有用的。

該螺釘之典型全長L係在10-1000毫米的範圍中，雖然，其亦可為更長。

該螺紋典型對應於L之至少10%的長度。

如果提供滾花，這些典型係遍及L之1-40%的範圍。

用於該錐角之典型值係與該縱向軸線成20°-60°。如此，該錐形區域、譬如截頭圓錐形區域總共跨越 40°-120°。

典型地，在該頭部的底側之錐形表面係截頭圓錐形。然而，更圓的表面將亦為可能的、例如凸出之錐形表面，包括橢圓形或半球形表面或凹入的錐形表面。典型地，該錐形表面係回轉之固體，雖然，這不是嚴格需要的。例如，該錐形表面在垂直於該中心軸線之平面中具有非圓形截面。

1:螺釘

1a:第一端部

1b:第二端部

2:螺釘頭

3:桿部

4:工具承接部

5:螺紋

6:中心軸線

7:錐形表面

8:銑削肋

9:切削邊緣

10:滾花肩部

11:平坦邊緣

12:環緣

13:切削邊緣

13’:軸環

13”:軸環

14:過渡區域

15:前側

15A:中心

15B:相反端部

16:背側

17:銑削邊緣

17’:突出部份

18:縱長方向

19:錐形方向

20:銑削肋

262:銑削肋

264:前側

本發明將參考該等圖面更詳細地敘述，其中：圖1係螺釘的範例，其中說明有圖1a)立體圖，圖1b)該螺釘頭的上側，圖1c)該螺釘頭之底側，圖1d)放大的截面圖，圖1e)該螺釘頭之錐角和該銑削肋的傾斜部之斜交角，f)經過該螺釘頭的諸多截面圖；圖2係與圖1中之螺釘不同的螺釘之範例，其中說明有圖2a)該螺釘頭的錐角和該銑削肋之傾斜部的斜交角，圖2b)經過該螺釘頭之諸多截面圖，圖2c)係在另一實施例中的螺釘頭之放大側視圖，圖2d)螺釘頭的立體圖；圖3係說明三版本中之螺釘，其中該銑削肋的平坦前側之中心係圖3a)與該中心軸線對齊，圖3b)至該中心軸線的右側，及圖3c)至該中心軸線之左側；圖4說明螺釘的另一選擇實施例，其中圖4a) 係於該螺釘頭之環緣處具有軸環的螺釘，圖4b)在該螺釘頭之環緣處具有帶齒軸環，圖4c)於該螺釘頭的底側上具有在該平坦邊緣上之第二組銑削肋，圖4d)於該第二端部具有一個鑽尖，圖4e)在該螺釘頭之下具有一個彎曲的錐形；圖5顯示螺釘於相較之下方的埋頭之照片，在此圖5a)說明來自埋頭的三個孔洞，圖5b)及圖5c)說明藉由先前技術領域之埋頭螺釘的孔洞之邊緣，及圖5d)藉由如在此中所敘述的埋頭螺釘；其中圖5e)說明圖5a之放大的左側孔洞；其中圖5f)顯示於該等銑削肋之間的螺釘頭底側上的壓實木料纖維之照片，且圖5g)係該壓實原理的繪製說明圖；圖6顯示圖6a)處於靜止狀態和圖6b)在該螺釘之旋轉期間的原型螺釘頭，說明將獲得該孔之半球形銑削形狀；圖7係來自EP3067575A1中的先前技術領域插圖之複製部份，在此圖7a)說明向外擠壓銑削肋，圖7b)向內擠壓銑削肋，圖7c)於側視圖中的向內擠壓銑削肋的詳細視圖，及圖7d)截面圖。

圖1a說明在立體側視圖中之螺釘1。該螺釘1包含在該螺釘的第一端部1a之螺釘頭2、及由該螺釘頭2朝該螺釘1的相反、第二端部1b延伸之桿部3。螺紋5係設在該桿部3上，用於藉由緊固工具將該螺釘1旋入材料。

如在圖1b中更好地顯示，其係正面視圖，該螺釘頭2包含工具承接部4、譬如六角形(Torx®)承窩或十字形承窩，用於與將該螺釘1旋入的緊固工具嚙合。

如在圖1c中最佳看見，其係於該螺釘頭2之底側上的截面圖，複數個銑削肋8係設置在該錐形表面7上。該等銑削肋8係傾斜的，用於在該螺釘頭2之埋頭期間將該材料朝該桿部3向內擠壓。

典型的銑削肋數目係3-8個、例如該例示之6個銑削肋。例如，該等銑削肋8係配置有完全相同的相互角距離。在具有6個銑削肋之當前案例中，該角距離係60°。

如於圖1d中更好地看見，其係該螺釘頭2的放大截面圖，該螺釘頭2具有朝該桿部3之錐形表面7、例如截頭圓錐形。該錐形表面7具有朝該桿部3的錐形方向，其中該錐形方向係在含有該中心軸線6之平面內。如於圖1e中所說明，當投影至該圖示的平面上時，藉由該錐形表面所跨越之全角為60°，該平面亦含有該中心軸線6。這意味著當在含有該中心軸線6的平面內測量時，該錐形方向相對該中心軸線6的角度係30°。典型地，此錐形方向之角度係於20-60°的範圍內。

為了使螺釘1更容易地切入該材料中，該螺釘1選擇性地包含在該螺紋5中之切削邊緣9，如於圖1a中所顯示。該切削邊緣9沿著該桿部3延伸，並在圖1a中示例為延伸在7個轉圈上並具有尖銳邊緣的凹口。該凹口可延伸在更少或更多之轉圈上。

作為另一個選擇性特色，該螺釘1係以滾花肩部10為例，以當該螺釘1被驅動進入該材料、譬如木料時減小阻力。該滾花肩部10的外徑大於該螺釘頭2附近之桿部3的直徑，以便建立比該桿部3更寬之孔洞。典型地，該滾花肩部10係提供於該螺紋5的直接延伸部中。

圖1f說明垂直於該平面式前側15之諸多截面圖，在此該等截面圖係經過該前側15的中心及在該銑削肋之二相反端部取得。該角度由於該銑削肋的斜交角而變動，導致該平面式前側與由該前側之一端部至該相反端部的錐形表面具有變動之角度。

圖2c及圖2d更詳細地說明螺釘1的另一選擇實施例。於此案例中，該錐形表面7係亦設有複數個銑削肋8，每一銑削肋8包含平面式前側15，其具有用於在該螺釘頭2之埋頭期間銑削材料的銑削邊緣17。該平面式前側15係相對該錐形方向19傾斜，其中定向該前側15和該銑削邊緣17之傾斜，用於在該螺釘頭2的埋頭期間將該材料朝該桿部3向內擠壓。

亦如所顯示，該平面式前側15係藉由該銑削邊緣17界定其範圍，其係於該前側15的相反端部15B之間平滑及連續地凸出彎曲，用於變動該前側15的寬度。該寬度係在該等端部15B處最狹窄、例如收斂至零，如於圖2d中所例示。亦如所例示，該前側15係在該前側15之中心 15A處最寬，雖然這不是嚴格需要的。

如於圖2c中所最佳看見，平坦邊緣11係設在該螺釘頭2之底側的環緣12處，其係與具有該工具承接部之上側相反的側面。當該螺釘頭2係例如埋頭進入木料時，於該環緣12處之平坦邊緣11用作切削邊緣13，在此該切削邊緣13切斷該等木料纖維，其建立用於該螺釘頭2的埋頭孔洞之整齊的切削邊緣。當作一選擇性特色，於圖2中之螺釘係以該桿部3及該錐形表面7間之截頭圓錐形過渡區域14所例示。

如在圖2a中所說明，於此實施例中的錐形表面係截頭圓錐形並總共跨越75°，如此，它與該中心軸線成37.5°之角度。當投影至垂直於該平面式前側並與該螺釘的中心軸線平行之平面時，該斜交角係45°。

該等銑削肋8係在圖2d中更詳細地顯示。可清楚地看到該彎曲的凸起銑削邊緣17。該背側16不是平面式，但由於該凸出之銑削邊緣17係沿著該銑削肋8的縱長方向18彎曲。

該等彎曲之銑削邊緣17係選擇性配置，使得具有該等彎曲銑削邊緣17的螺釘1之旋轉藉由該等彎曲的銑削邊緣17導致該材料之經去除部份的圓形形狀。例如，藉由該等銑削肋8所銑削和藉由該螺釘1所鑽出之孔洞顯現為半球形、諸如圖5e中所說明。該部份球形的形狀係亦說明在圖1d中，在此該等銑削肋8之突出部份17’遵循圓的一部份。

由原型螺桿，其頭部係於圖6a中說明，已在圖6b中說明於旋轉期間之局部球形銑削形狀，其係該快速旋轉的螺釘頭之照片。該半球形狀係非必需的，但由於該等銑削肋8之彎曲的銑削邊緣17，該孔洞之圓形形狀已被發現為是一種良好的技術解決方法，導致該螺釘之乾淨埋頭、尤其是於木料中。

圖3a、3b、及3c說明垂直於該螺釘的中心軸線6之諸多平面式截面圖。該三個螺釘的每一個中之一個銑削肋係變黑。配置該等三個變黑的銑削肋之每一個，使其平面式前側垂直於該圖示的平面。然而，在圖3a中，該銑削肋之中間係與該中心軸線對齊。於圖3b中，該銑削肋係配置至該中心軸線的右側，且在圖3c中，該銑削肋係配置至該中心軸線之左側。在該等截面圖B-B、E-E、H-H中，分別指示用於該前側的中心之角度。在旋入期間，測量該銑削肋8的平面式前側15之中心和該平面式前側15的運動方向間之此角度，該方向係與該桿部相切的方向T。於圖3a中，此角度係90°，這是由於當在平行於該平面式前側中觀看時，該前側之中間與該中心軸線重合的事實。然而，當該銑削肋係如圖3b或圖3c中配置時，其係相對該中心軸線分別至該右側或左側，該角度係分別更小或更大。如圖3a中所顯示，該銑削肋之配置被認為是最佳的。

圖4說明螺釘之另一選擇實施例。圖4a於不同立體圖中說明在該螺釘頭的環緣處具有軸環13’之螺釘，於此該軸環13’由該螺釘頭的底側上的平坦邊緣11向外突出朝該螺釘之第二端部。該圓形突出軸環13’在該螺釘的埋頭期間用作切削邊緣。圖4b係之螺釘係類似於圖4a中的螺釘，然而，在此實施例中之軸環13”係帶齒的，用於更有效地切削。

圖4c說明在該螺釘頭之底側上的平坦邊緣11上具有第二組銑削肋20之螺釘。這些銑削肋20於徑向方向中延伸。

圖4d說明在該第二端部具有鑽尖的螺釘和從該鑽尖延伸至該螺釘頭之螺紋。

圖4e說明螺釘，其中該螺釘頭的底側不是截頭圓錐形，而是沿著平滑的凹入曲線逐漸變細。雖然如此，由於該等銑削肋，該埋頭孔將具有近似半球形之形狀。

圖5a顯示根據本發明的螺釘所造成之螺釘孔的照片，與用在該螺釘頭下方具有銑削肋之其他螺釘的螺釘孔相比較。該最左邊之孔洞已用如在此中所敘述的螺釘鑽孔，而另外兩個孔洞已用具有其他類型之銑削肋的其他螺釘所造成。如可於圖5e中觀察到，放大顯示圖5a之左側孔洞，該木料中的銑孔呈半球形，在此該銑削部份遵循球體之一部份。

如在此中敘述，圖5d顯示埋頭進入木料的螺釘之頭部，在此用於實驗的理由，該頭部係設有六角形。其係觀察到該孔洞為在該頭部周圍整齊地圓形。相比之下，於該頭部下方具有銑削肋的傳統螺釘在該等孔洞周圍產生木料毛邊，如於圖5b和圖5c中所說明。

在此螺釘之埋頭期間，該等銑削肋的向內擠壓定向導致該等銑削肋之間的木料纖維之壓實。這係顯示在圖5f的照片中，在此該箭頭指向該壓實之木料纖維。圖5g顯示一圖示，於此該狹窄的黑色箭頭指向該螺釘頭之錐形底側上的壓實木料纖維之區域，且該厚的白色箭頭指向在該半球形埋頭孔上。