具有可使用多種起子的凹槽的緊固件及製造方法

2023-04-23 07:16:21

專利名稱：具有可使用多種起子的凹槽的緊固件及製造方法
相關申請本申請是2002年2月26日申請的序列號為60/360,270的臨時申請的修訂版。
背景技術：
有多種具有專用嚙合面的起子普遍用於工業和家庭目的。一般來說，這些起子僅能與具有同它們相匹配的凹槽的螺絲一起使用。這些螺絲的製造方法確保配合適當，使轉矩從起子充分傳遞到螺絲。這類起子的共同例子是飛利浦頭螺絲起子，它具有常見的十字翼形結構。這種緊固件公開在美國專利US2046839中，該專利公開的內容被併入此處以作參考。這種緊固件用途很廣。
儘管飛利浦頭螺絲在使用上獲得了很大的成功，但這種緊固件還有共同的缺點，即需要施加高轉矩時起子容易滑出凹槽。因為飛利浦頭緊固件的傳動面以8°-27°的夾角逐漸變細，所以發生了這種所謂的「脫出(cam out)」。為了克服這種不便並提供一種可提供高扭轉性能的緊固件，正如在美國專利US2474994中所公開的那樣，傳動面被構造得更加垂直。『994號專利的說明書也被併入此處以作參考。這種緊固件可從飛利浦螺絲公司的被許可人那裡得到，並冠以POZIDRIV的商標銷售。
另一種被稱為「方形起子」的起子被設計用來配合羅伯遜方形傳動凹槽，並且也被普遍採用。
本發明的目的是提供一種能有效適應上述任何起子的凹槽，並提供一種特別適於和這種獨特的凹槽一起使用的最佳起子。
為了更好地理解本申請的發明，最好先考慮製造起子以及匹配上述緊固件的緊固件頭的基本方法。為了縮小公差，該方法中的關鍵在於，構造一個用於依靠壓力冷成形起子的模具和衝壓工具。衝壓工具是用於在緊固件頭上冷成形凹槽的工具。由於每個元件被逐個使用以獲得成品，因此應該認識到在整個生產過程中誤差會逐漸積累。
第一步是製造具有衝壓工具和起子的所有屬性的標準工具。該工具一般是由合適的金屬毛坯用砂輪加工而成。在飛利浦十字頭工具的例子中，這需要四個道次，在其間工具旋轉90°。工具與砂輪的路徑保持一定的角度，從而在標準工具上形成槽，隨加工衝擊從標準工具毛坯的尖端向其杆部的行進，這些槽變得更淺。該模更是採用標準工具通過將標準工具滾銑或衝壓成板牙架而成。這可能需要幾個板牙架以獲得完全成形的模具。然後該模具被用於冷成形衝壓工具，接下來，衝壓工具被用作工具以在緊固件的頭上形成凹槽。
起子以類似於衝壓工具的方法製造，並且在形狀上也與衝壓工具和標準工具相同。
飛利浦十字頭標準工具的製造相對簡單直接，因為傳動面是對稱的。相對於『994號專利中改進的十字頭緊固件的垂直傳動面的製造，這不是問題。在這個例子中，發現為了獲得與凹槽的翼的傳動面和起子的傳動面之間的精確關係，有必要以小的錐度構造向前的垂直傳動面和反向傳動面。如果延長這些錐形面的平面，則它們將會以2.5度的夾角相交，或者以另外一種方式來看，反向傳動面相對於向前的傳動面以2.5度的角度傾斜。在前進方向上需要消除脫出現象，這就更成問題。
根據上述方法，為了實現這一點，對標準工具毛坯進行八次衝擊加工，在這八次衝擊之間，使毛坯旋轉，並且調節毛坯相對於砂輪路徑的角度。這涉及到複合角—即取決於其他角的角—的機械加工，並且控制到所需的誤差也極其複雜和困難。製造這些非對稱的十字頭螺絲所用的標準工具的機械加工是一個公認的挑戰。
儘管已經有人企圖將羅伯遜方形起子和飛利浦型起子結合起來，見美國專利US5358368和US5020954，但是這些企圖未被徹底接受，並且無法適應非對稱起子的使用。美國專利US2082748公開了一種將羅伯遜凹槽、飛利浦型凹槽和一種槽型凹槽結合在一起的緊固件。這些企圖看來通常對一種凹槽或其它類型的優點做了折衷。
本發明的目的在於提供一種用於緊固件的凹槽，它可以適應方形起子以及對稱的和非對稱的十字刃型起子。因此這種凹槽可以適應當前使用的各種緊固件起子。本發明的目的在於提供這樣一種凹槽，但又避免了非對稱的十字頭的複雜的製造要求，並且不會損害共同的起子結構的優點。本發明的另一個目的在於提供一種獨特的起子，以充分利用這種新型凹槽的所有獨特的特點。

發明內容
一種十字形凹槽構造於一個螺紋緊固件的頭部上，該螺紋緊固件具有對稱的錐形傳動面。該錐度被設計用來提供傳動面之間的夾角，該夾角等於非對稱的十字頭凹槽的標準夾角。方形傳動凹槽被合併到凹槽外部的十字形凹槽的幾何結構內，從而形成可適應標準起子、對稱的十字頭起子和不對稱的十字頭起子的總凹槽結構，標準起子與方形傳動凹槽連在一起。另外，還可以使用具有完整幾何形狀的凹槽的緊固件。這允許形成有本發明的凹槽的緊固件被目前市場上流行的主要起子擰動。
本發明的十字頭凹槽由衝壓工具形成，而衝壓工具由模具形成，而模具又由機加工標準工具形成。標準工具是用砂輪經四次道次加工而成，從而獲得由傳動面限定的形狀對稱的槽，這些傳動面在非對稱的十字形標準凹槽的夾角的1/2處逐漸變細。
凹槽的十字部分延伸至凹槽的全部深度，而凹槽的方形部分延伸到較短的深度。對凹槽的方形部分的深度進行選擇，以便位於十字形凹槽的幾何結構內，從而為非對稱工具的相對翼面之間的拐角處的隆脊提供間隙。這些隆脊是生產非對稱的起子時的副產品，並且是妨礙十字形起子互換使用的一個因素。另一個妨礙因素是對稱與非對稱的工作面錐形。在最初的十字頭結構中採用對稱的錐度，在容納非對稱十字頭結構的夾角的角處，發現每種類型的起子都可以用在本發明的凹槽中，而不損害起子的轉矩傳遞特性。另外，使「脫出」最小化，並且簡化了製造工藝。
為了適應多種起子，本發明的凹槽具有獨特的形狀。利用每種起子的獨特性質，與任意一種標準起子嚙合都會使轉矩有效地從起子傳遞到緊固件。然而，對任意一種特殊的類型而言，特別設計用來與凹槽配合的起子還有其他的優點。這種起子被設計用來與本發明的標準工具或衝壓工具相配合，從而特別用於與本發明的萬用凹槽嚙合。


下面參照附圖更詳細地說明本發明，其中圖1是形成如本發明所述的凹槽時所用的標準工具的透視圖；圖2(a)是一個非對稱的起子的尖端的透視圖；圖2(b)是一個對稱的起子的尖端的透視圖；圖3是一個緊固件的頂視圖，它展示了如本發明所述的凹槽；圖4是一個緊固件頭的剖視圖，它展示了如本發明所述的凹槽。
具體實施例方式
上面提到的並且這裡還要進一步說明的類型的凹槽和起子的規格受工業標準的控制，因此不論這些凹槽和起子用於何種用途，也不論它們由哪個製造商生產，其結構都是一致的。因此，儘管這裡說的是一個特定的緊固件，但指的是遵從這些標準的緊固件。工業緊固件協會(IFI)頒布了這些標準，尤其是在ASME rev.B18.6.5M(1998)中。在這些標準中，I型是指有對稱十字形凹槽緊固件，Ia型是指有非對稱十字形凹槽緊固件，III型是指方形凹槽緊固件。
如圖3和圖4所示，本發明的凹槽30形成有翼形的十字槽1-4。這些槽由對向壁5-12限定，這些壁提供了緊固件13的傳動面。凹槽30在緊固件頭15的頂表面14上有一個開口，並且凹槽30向下延伸至其底部16，其深度為d1。在頂表面14處，凹槽30的開口有一個方形和十字形相結合的開口。方形傳動面17-20形成中間深度d2，中間深度d2小於凹槽30的完全深度d1。
相對的壁5和12形成槽1，並且與垂直線—即圖4所示的縱向軸線x-形成一定的角度，其中，各壁從頂部向底部會聚。會聚點A的角度也被稱為夾角，並且等於在適用的ASME標準中所制訂的非對稱的十字頭緊固件的夾角。如圖1-4中所示的那樣，使壁5-12對稱地以角B和角C逐漸收縮即得到該角。根據這一標準，這意味著角B和角C為1.25度，從而形成2.5度的會聚角A。對向壁6和7、8和9、10和11的結構相似，從而提供了一個帶有對稱槽的十字頭凹槽30，它具有對向的傳動面，這些傳動面以2.5度的角度會聚。
凹槽30的外部形成可以適應根據可適用的標準的方形起子的形狀。基本垂直的壁17-20以圖3中的剖視圖所示的直角相交。壁17-20包括過渡臺肩部21-24，過渡臺肩部21-24向下逐漸變細，從而形成緊固件15的凹槽30的方形起子部分的底座。在選擇方形起子部分的深度d2時，要將方形起子的傳動面(即壁17-20)定位在凹槽30的十字形起子部分的幾何結構內。如下所述，這會為不對稱起子80提供間隙。
如圖1所示，為了製造凹槽30，標準衝壓工具40由工具鋼製造而成。標準衝壓工具40的目的是為了形成具有凹槽30形狀的陰模腔的模具(未示)。該模具用於形成衝壓工具，這些衝壓工具用於使凹槽30冷成形成緊固件的頭；該模具還用於形成起子，這些起子最好構造成與凹槽30嚙合。標準衝壓工具40上加工有多個槽41，槽41由對稱的錐形壁42-49限定。壁42-49也限定出葉片50-53，葉片50-53從柄部到端部向工具軸線y會聚。葉片50-53與十字形的凹槽30相配，並且延伸到標準衝壓工具40的作用面的全長l1。相鄰的壁(例如葉片50的壁42和43)會聚成一個夾角A，且每個壁與垂直面形成一個角，即B和C或夾角A的1/2。為便於說明，垂直面指平行於軸線y的平面。
為了形成凹槽30的方形起子部分，標準衝壓工具40上加工有中間臺肩部54-57，在圖1中表示出了54和55(56和57未示)，臺肩部54-57朝向軸線y逐漸變細。這些臺肩部延伸至長度為l2且軸向平行的壁60-63(62和63未示)。這些臺肩部和壁與凹槽30的方形起子部分的形狀相配。
在操作時，以常規的方式將方形起子安裝到凹槽30的方形部分內，從而將轉矩有效地傳遞到螺絲上。飛利浦標準型十字起子100的尖端如圖2(b)所示。起子100帶有由傳動面105-112限定的刃101-104。這些傳動面以8°-27°的夾角對稱地向起子的尖端會聚。起子100也可以容易地安裝到凹槽30內，但其傳動面會首先接觸凹槽的頂部。這是本發明的優點，因為這為轉矩的傳遞提供了增強的槓桿作用。
非對稱起子80包括和緊固件一起使用且以POZIDRIV商標銷售的起子，其尖端如圖2(a)所示。起子80帶有由傳動面85-92限定的刃81-84。這些傳動面以2.5度的夾角不對稱地向起子的尖端會聚。起子80包括該非對稱工具的相對的傳動面85-92間的拐角處的脊93-96。這些脊93-96是生產非對稱起子時的副產品，並且是妨礙十字形起子互換使用的一個因素。因為凹槽30的方頭部分的深度形成間隙，所以非對稱起子(例如起子80)也可以非常合適地安裝在凹槽30內，只是在其非傳動側有很小的間隙，但與傳動面的整個表面有效嚙合。由於存在小(即1.25°)的錐角，因此對稱起子的「脫出」被最小化。因此，採用本發明的凹槽的緊固件頭可以以如下方式適應所有主要類型的起子保持各自的優點但又不損害其性能。
儘管本發明的目的在於使採用凹槽30的緊固件和根據工業標準製造的現有起子一起使用，但不難理解採用新型的起子也是有益的，這種起子被構造成與凹槽30的表面的獨特結構完全嚙合。這種起子被構造成標準工具40的形狀，但又結合了標準的間隙公差，從而便於將這種新型起子插入到凹槽30內或從凹槽30內拔出。其構造便於使用本發明的凹槽的新型起子的所有表面表示在圖1中，無需對其再作說明。
權利要求
1.一種緊固件，具有形成於頭部、用於與起子嚙合的凹槽，所述凹槽包括被設計用來以轉矩傳遞嚙合方式接收起子的第一部分，其中所述起子是根據用於I型十字凹槽緊固件或用於Ia型十字凹槽緊固件的工業標準製造的起子中的一種；被設計用來以轉矩傳遞嚙合方式接收起子的第二部分，其中所述起子是根據用於具有III型方形凹槽緊固件的工業標準製造的。
2.如權利要求1所述的緊固件，具有形成於頭部、用於與起子嚙合的凹槽，其特徵在於，所述第一部分構造有由對向壁形成的十字槽，這些壁包括所述緊固件的傳動面，其中，相鄰的對向壁從所述頂部對稱地會聚於所述底部，從而按照用於Ia型十字凹槽緊固件的標準形成一個夾角。
3.如權利要求2所述的緊固件，具有形成於頭部、用於與起子嚙合的凹槽，其特徵在於，所述夾角為2.5度。
4.如權利要求2所述的緊固件，具有形成於頭部、用於與起子嚙合的凹槽，其特徵在於，所述的相鄰的對向壁分別與垂直面成1.25度的傾角，從而形成所述會聚。
5.如權利要求1所述的緊固件，具有形成於頭部、用於與起子嚙合的凹槽，其特徵在於，所述第一凹槽具有一個總體的幾何結構，且形成第一深度，而所述第二凹槽形成第二深度，所述第二深度小於所述第一深度，因此所述第二凹槽形成於所述第一凹槽的所述幾何結構內。
6.一種緊固件，具有形成於頭部、且從頂部向底部延伸第一距離的凹槽，用以與一個起子嚙合，所述凹槽包括一個十字槽部分，它具有總體的十字槽形幾何結構，且從所述凹槽的所述頂部向所述底部延伸所述第一距離，所述槽由對向壁形成，其中所述對向壁按照Ia型緊固件的標準，以一個夾角從所述頂部向所述底部對稱地會聚。
7.如權利要求6所述的緊固件，具有形成於頭部、且從頂部向底部延伸第一距離的凹槽，用以與一個起子嚙合，其特徵在於，所述夾角為2.5度。
8.如權利要求6所述的緊固件，具有形成於頭部、且從項部向底部延伸第一距離的凹槽，用以與一個起子嚙合，其特徵在於，所述的相鄰的對向壁分別相對於垂直面傾斜1.25度的角度，從而形成所述會聚。
9.如權利要求6所述的緊固件，具有形成於頭部、且從頂部向底部延伸第一距離的凹槽，用以與一個起子嚙合，還包括一個方形部分，它具有總體的方形幾何結構，且延伸第二距離，所述第二距離小於所述第一距離，其中，所述的總體的方形幾何結構位於所述總體的十字槽形幾何結構之內。
10.一種在緊固件的頭部形成凹槽的方法，包括如下步驟在所述緊固件的頭部內形成一個十字槽形的凹槽部分，該凹槽部分從頂部和底部延伸第一深度，且具有總體的十字槽形幾何結構，所述槽由對向壁形成，其中，所述對向壁按照Ia型緊固件的標準，以一個夾角從所述頂部到所述底部對稱地會聚。
11.如權利要求10所述的在緊固件的頭部形成凹槽的方法，其特徵在於，所述夾角為2.5度。
12.如權利要求10所述的在緊固件的頭部形成凹槽的方法，其特徵在於，所述的對向壁分別相對於垂直面傾斜1.25度的角度，從而形成所述會聚。
13.如權利要求10所述的在緊固件的頭部形成凹槽的方法，還包括如下步驟在所述緊固件的頭部內形成一個方形的凹槽部分，其從所述頂部延伸第二深度，且具有總體的方形幾何結構，其中，所述第二深度小於所述第一深度，從而所述總體的方形幾何結構位於所述總體的十字槽形幾何結構之內。
14.一種用於形成凹槽的工具，所述工具具有從杆部到尖端延伸第一距離的工作部分，所述工具的所述工作部分包括一個從所述杆部到所述尖端延伸第一距離的十字翼形部分，具有總體上呈十字翼形的外部輪廓，所述十字翼由相鄰的壁形成，其中，所述相鄰的壁按照Ia型緊固件的標準，以一個夾角從所述杆部向所述尖端對稱地會聚。
15.如權利要求14所述的用於形成凹槽的工具，所述工具具有從杆部到尖端延伸第一距離的工作部分，其特徵在於，所述夾角為2.5度。
16.如權利要求14所述的用於形成凹槽的工具，所述工具具有從杆部到尖端延伸第一距離的工作部分，其中，所述的對向壁分別相對於垂直面傾斜1.25度的角度，從而形成所述會聚。
17.如權利要求14所述的用於形成凹槽的工具，所述工具具有從杆部到尖端延伸第一距離的工作部分，還包括一個方形部分，該部分具有總體呈方形的外部輪廓，且延伸第二距離，所述第二距離小於所述第一距離，其中，總體呈方形的所述外部輪廓位於總體呈十字翼形的所述外部輪廓之內。
18.如權利要求14所述的用於形成凹槽的工具，所述工具具有從杆部到尖端延伸第一距離的工作部分，其特徵在於，所述工具用於在緊固件的頭部形成凹槽。
19.如權利要求14所述的用於形成凹槽的工具，所述工具具有從杆部到尖端延伸第一距離的工作部分，其特徵在於，所述工具用於在模具內形成模腔。
20.一種用於以轉矩傳遞關係與緊固件的頭部中的凹槽嚙合的起子，具有從杆部到尖端延伸第一距離的嚙合部分，所述起子的所述嚙合部分包括一個從所述杆部到所述尖端延伸第一距離的十字翼形部分，具有總體呈十字翼形的外部輪廓，所述十字翼由相鄰的壁形成，其中，所述相鄰的壁按照Ia型緊固件的標準，以一個夾角從所述杆部向所述尖端對稱地會聚；一個方形部分，具有總體呈方形的外部輪廓，且延伸第二距離，所述第二距離小於所述第一距離，其中，總體呈方形的所述外部輪廓位於總體呈十字翼形的所述外部輪廓之內。
21.如權利要求20所述的用於以轉矩傳遞關係與緊固件的頭部中的凹槽嚙合的起子，具有從杆部到尖端延伸第一距離的嚙合部分，其特徵在於，所述方形部分由四個相互成直角延伸的壁形成，這四個壁具有在所述十字翼的所述相鄰壁之間延伸的暴露部分。
22.如權利要求10所述的用於以轉矩傳遞關係與緊固件的頭部中的凹槽嚙合的起子，具有從杆部到尖端延伸第一距離的嚙合部分，其特徵在於，所述夾角為2.5度。
23.如權利要求10所述的用於以轉矩傳遞關係與緊固件的頭部中的凹槽嚙合的起子，具有從杆部到尖端延伸第一距離的嚙合部分，其特徵在於，所述的對向壁分別相對於垂直面傾斜1.25度的角度，從而形成所述會聚。
全文摘要
本發明公開了一種具有頭部(15)的緊固件(13)，所述頭部(15)形成有凹槽(30)，凹槽(30)可適應方頭起子、諸如PHILLIPS
文檔編號B25B15/00GK1638922SQ03804620
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月25日 優先權日2002年2月26日
發明者巴裡·J·休斯 申請人:菲利普螺絲公司