緊固件和緊固系統的製作方法

2023-10-08 20:40:34 2

專利名稱：緊固件和緊固系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及連接多個結構層的主題內容，特別涉及一種螺旋型緊固 件，該緊固件連接至少兩個承載層，並確保承載層之間的牢固綁定。
背景技術：
利用衝擊式螺旋緊固件來連接兩個或兩個以上物體的技術在過去20年 裡已經在商業上廣泛運用，這種螺旋緊固件上具有形成松巻螺紋的刀片。
從而形成固定點。
最簡單的螺旋緊固件是無頭的以及平頭的螺釘，這種螺釘通過簡單的 錘擊就可以鑽入到承載層內並切削出一個螺旋互鎖的穿透路徑。 一個或更 多的通常的運用方式是連接或重連接兩個或以上的石材，這種緊固件的長 的薄片部分被用來綁緊兩個中空的層結構。
衝擊鑽附屬裝置和套筒式驅動機械被用來提高螺旋緊固件的插入率， 該螺旋緊固件通過衝擊插入到石壁上預先打好的導向孔中。
美國專利5586605中披露了一種特殊的動力驅動緊固機構，該專利描 述並保護一種複雜的具有多個組合部件的螺旋錨栓驅動工具。這些組合部 件包括沿圓周容納全直徑螺旋錨栓的裝置和將螺旋錨栓鑽入導向孔的套筒 式工作裝置，譬如傳遞一個連續的驅動力和插入力的壁綁定技術。
這種套筒式機械被十分詳盡地描述，其複雜性決定了其操作可靠性和 費用。實際上，這種插入工具或者具有這類設計和功能的產品，通常銷售 價大約為175美元。假設這種工具有穩定的壽命或者可以達到所述的2000 個緊固安裝，則相當於這種工具在每一個安裝花費9美分之多。然而，如 果用戶僅僅只有幾百個緊固件需要安裝的話，例如，用戶僅需安裝200個 緊固件，卻不得不支付175美元來買這種安裝工具，這樣，這種工具實際 上在每一個安裝中強制性的花費了用戶90美分。從成本上考慮，使用這種工具的開銷過大。這種高成本阻礙了產品的銷售和對高性能緊固件的廣 泛開發。
而且，這種套筒式驅動工具將螺旋錨栓打入承載層的力通過螺旋錨栓 直接作用在承載層上。這種作用於承載層的衝擊力也有可能進一步增加成 本，因為需要修補由此產生的對承載層的損傷。例如對建築物正面造成損 傷的修補。
這種套筒式驅動裝置的另一個缺陷是該裝置在使用時的安裝長度，這 種裝置需要同軸的安裝緊固件、加長的套筒式插入工具和驅動該工具的動 力機械。這樣的長度上的安裝造成操作上的不便並有可能降低該整個組件
的使用性，尤其是在空間有限的情況下。 一個平均長度為9英寸 (230mm)的壁錨被安裝在套筒式插入轉接器中，該轉接器又被安裝在一 個長度超過32英寸(800mm)，重量在7~9 lb ( 3~4kg )之間的小型旋轉 沖擊鑽上。提起整個組件並對準平均1/4英寸(6.35mm)的導向孔本來就 不容易，還要一手操作旋轉衝擊鑽，並伸出另一手保持組件的同心旋轉， 就使得對各個部件的操作更加困難並使操作者疲勞。
利用動力驅動的安裝方式也會帶來健康和安全問題。這類套筒式工具 通常隨著衝擊鑽以高轉速運轉並且一直處於遠離地面的狀態。由於這類機 構結構複雜， 一旦它因故障、缺少潤滑油或者破損而被堵塞或者被卡死， 則會帶來十分嚴重的後果。
因此，有必要提供一種更易操作，可靠和價制氐廉的綁定裝置和方法 來綁定螺旋緊固件。
所以，本發明試圖減輕以上至少一個問題或者提供一種將螺旋緊固件 插入到建築物中的替代裝置和方法。
現有技術綜述
EP0151906 (Ollis)中披露了螺旋型管衝擊緊固件的例子，其中披露 了工具和安裝方法，包括利用一個帶長套筒的衝擊機械驅動和鑽入一個螺 旋型管到一個小於一般尺寸的導向孔中的裝置。
9EP0171250 (Ollis) 、 GB2262560 (Knight)和GB2359109 (Kemp)披 露了商業上可行的衝擊式螺旋壁錨。其中分別披露了不同的緊固件類型， 包括分別用金箔線、拉制鋼絲和鋼帶製造的緊固件，每一種緊固件都具有 沿著基本上整個緊固件長度方向上形成松巻螺紋的突起。每一篇專利披露 了特定的安裝方法和工具，包括將這些實心的螺旋錨栓鑽入間隙孔或部分 間隙孔中的裝置，所述的間隙具有足以容納整個螺旋直徑和驅動套筒的直 徑。
US5586605 (Paterson)披露了一種機械轉接器。這種轉接器在不需要 具有全直徑間隙孔的情況下，就可以驅動並鑽入衝擊式螺旋壁帶進入到小 於一般尺寸的預先形成的導向孔中。該專利還披露了一種多面套筒工具的 複雜的工作原理。同時，該專利也披露了一種沿著整個長度方向(包括沿 著尺寸逐漸減小的前螺旋部分)上具有螺旋突起刀片的帶。在所述的前螺 旋部分上的較小的突起刀片是用來鑽入並鎖住硬材料，而被帶動的較大的 螺旋部分是用來抓牢較軟的外部頁狀灰漿接縫。
EP1169524 (Knight)披露了具有兩種直徑的螺旋緊固件。該專利披露 了具有主螺旋翅片和次螺旋翅片的緊固件。主螺旋翅片在緊固件的前端可 以產生形變或者被去除，而在整個緊固件長度方向上延伸的次螺旋翅片用 來鑽入並鎖定鋼材。
以上每一現有技術文件都是按年代排序反映現有技術和發展。

發明內容
本發明在改進的衝擊緊固系統方面有顯著的優勢，該系統在不需要難 看的間隙孔，以及既昂貴又複雜的套筒型轉接器的情況下就能利用實心的 螺旋緊固件來有效地連接和固定結構層和工件。本發明的必要特徵在獨立 權利要求中限定，較佳的實施例在從屬權利要求中闡述。
考慮到前述內容，根據本發明的一個方面，權利要求l提供了一個改 進的可衝擊驅動的螺旋緊固件。該緊固件可以是一個實心壁錨、連接件或 緊固件的形式，所述緊固件被構造成具有共同中軸的扭曲體，並具有一個 鄰近前尖端的螺旋凸起，和一個位於尾端的伸長的具有縮小直徑的埋入式驅動柄。該緊固件具有兩個或三個切削松巻螺紋的刀狀突起，該突起從實
心的中軸部向外延伸，並相對於所述中軸的縱軸具有小於42。的螺旋角。 該緊固件的銷狀柄具有連接陷入式和/或埋頭沉入式驅動轉接器的結構以 及銷狀結構，該銷狀結構可以被巧妙地掩蓋和/或顯得不那麼突出。
發明者認為，本發明提出了一個比現有技術先進得多的系統，這種先 進性主要體現在緊固件的結構、工具簡易性以及可以更接近工作區域進行 控制等方面。
根據本發明一個更進一步的方面，權利要求47保護一種驅動轉接器。 例如，所述驅動轉接器由剛性的基本上單一的部件構成以驅動並插入轉接 器，該轉接器具有與改進的螺旋緊固件的伸長驅動軸相配合的結構，並具 有可以在不需要昂貴而不易操作的套筒式工具以及大而難看的間隙孔的情 況下插入所述緊固件的結構。所述轉接器可以是由單個的剛性物體構成， 也可以是由多個部分組裝而成，但是組裝後的整體應當有足夠的剛性。所 述轉接器最好是有固定形狀，以保證緊固件和衝擊驅動機械之間的各部分 不會發生軸向移動。
根據本發明一個更進一步的方面，權利要求31保護一種同時驅動並插 入螺旋形壁錨或緊固件的方法。所述方法提高了操作的可控性和安全性， 減少了由於多部件連接引起的故障所帶來危險，並由於減少了整個插入組 件的安裝長度而提高了在插入操作過程中的各部件的穩定性和可控性。
根據本發明的另一方面，權利要求50保護一種可衝擊驅動的緊固組 件。本發明的一個有益效果就在於提供一種新穎的易操作的緊固件和能夠 安全可靠地驅動並插入螺旋形壁錨的操作組件，從而提供一種改進的系統 的緊固方法。
本發明的另一個優勢在於提高了緊固件和傳遞極高插入速度的轉接器 的效率。例如，當驅動機械傳遞約2 ft. lbs. (2. 7焦耳)的衝擊力時， 緊固件可以輕易在石料層上向前切削穿刺1/2英寸(12.7咖)至3/2英寸 (38. l咖)的距離。這就使得平均長9英寸(230隨)的壁錨可被充分驅 動並以6至18秒的時間插入，也就是說每分鐘可以插入3至10根。本發明的另一個優勢還在於提供了所述緊固件尾部的縮小直徑的銷狀 驅動柄，所述驅動柄為用於掩蓋孔的填充物提供了支撐芯，使其附著更牢 固。
以上的現有技術文件均沒有披露這樣一種實心螺旋錨栓，即這種實心 螺旋錨栓既可以直接也可以通過一個小的導向孔被打入承載層，其尾部驅 動柄也同時被埋入承載層之下，並且以上的驅動和插入過程不需要使用類 似套筒的工具而只需通過一個驅動轉接器就能完成。同樣的，現有技術也 沒有披露，當緊固件直接或通過小導向孔被插入承載層並陷入或埋頭陷入 承載層時，它具有接合填充物或者附加物的結構或裝置。
根據本發明的另 一方面，本發明還提供了 一種從衝擊動力驅動機械傳 遞至少軸向力給螺旋緊固件的驅動柄的驅動轉接器。所述的驅動轉接器包 括一個基本上是剛性的基體，該基體上具有一個尾端，該尾端與衝擊動力 驅動器械相連接並被其驅動，該基體還包括一個前端，該前端具有接合併 驅動所述驅動柄的結構。所述前端最好包括一個基本上軸向延伸的凹槽， 所述凹槽容納所述驅動柄，其中，所述凹槽包括一個固定的底壁，該底壁 從所述驅動機械傳遞衝擊力給驅動柄。所述前端的外圍最好包括一個研磨 部分或者切削結構，用來在所述緊固件被插入承載材料時摩擦或切削承載
材料。所述轉接器前端部凹槽的大小最好應當祐:設置成允許驅動柄和轉接 器之間的相對轉動。例如，如果所述衝擊力驅動機械在給予轉接器旋轉力 的同時也傳遞軸向的衝擊力，則緊固件應能夠以不同於轉接器的速度旋 轉。這種配置使得類似衝擊鑽的工具能夠向緊固件提供軸向驅動力。所述 前端外圍的最大橫截面直徑最好是'J 、於緊固件最大橫截面的直徑。


為了清楚的說明本發明的各個方面和優點，將結合如下的附圖對下文
的實施例進行描述
圖l反映了本發明的緊固件，該緊固件具有一個扭曲體， 一個基本上 實心的共同中軸， 一個從尖端開始延伸的螺旋狀突起和一個位於尾部的伸 長的具有減小直徑的埋入式驅動柄。圖2和圖2A顯示了該緊固件的螺旋角結構。
圖3和圖3A分別顯示了典型的螺旋突起部分的橫截面和形成於薄而 伸長的刀狀突起的外接圓直徑，該刀狀突起從中軸向外》文射性地延伸。
圖4顯示了一個驅動工具，其一端具有連接一個衝擊機械的部分，另 一端具有連接與緊固件一體的驅動柄的部分。
圖5顯示了本發明的一個緊固件，該緊固件被驅動埋入以連接木料層 和石料層。
圖6顯示了已經將銷狀埋入式驅動柄包住並掩蓋的平整而牢固的填充 磨光塞。
圖6A顯示了一種傳統的木料到石料的埋頭緊固連接和磨光結構。
圖7A和圖7B比較了現有技術(7A)和本發明(7B)的螺旋型壁錨的
緊固連接和鑽入系統。
圖8顯示了本發明的一種緊固件，該緊固件,皮驅動並埋頭鑽入一個堅
硬的石料層內。
具體實施方式
緊固件
本發明中典型的沖擊式緊固件1具有一個扭曲線體，該扭曲線體上具 有一個突起的大半徑螺旋體3，該螺旋體3位於基本是圓錐或錐臺11的前 尖端和位於尾端的伸長的具有縮小直徑的埋入式驅動柄4之間，如圖1所 示。
該扭曲體具有一個實心中軸2，該中軸基本上在整個緊固件長度上是 連續的，所述中軸2的最大橫截面直徑至少比所述緊固件螺旋體的橫截面 外接圓7直徑小百分之六十。由於具有一個扭曲體和一個相對較小的中 軸，使該緊固件具有扭轉彈性，從而使它容許附加層之間的微小移動而不 會影響連接的牢固性。
從緊固件的前尖端開始形成錐度的螺旋體3具有兩個或三個切削松巻 螺紋的刀狀突起5，該突起更適合作用于堅硬的物體，並且該突起從緊固 件的中軸2向外延伸。為了更好地衝擊固定，該薄螺紋切削突起以小於
1342°的大半徑螺旋角相對於中軸的縱軸方向傾斜。具有該大半徑螺旋角的 刀狀突起5可以在長度上變化，並且圍繞中軸2連續延伸一個360。的旋 轉螺距，該螺距至少要達到一個這樣的長度，即它們雖然不一定是整個長 度部分，但形成了緊固件長度方向的實體部分。較佳地，具有所述大半徑 螺旋角的刀狀突起5至少在緊固件75。/。的長度上延伸。較佳地，具有所述 大半徑螺旋角的刀狀突起5在不到緊固件97%的長度上延伸。
在緊固件的尾端有一個整體伸長的埋入式驅動柄4，該驅動柄不帶具 有大半徑螺旋角的螺紋切削刀片。該伸長柄4具有一個縮小的橫截面直 徑，該直徑約等於或小於突出狀螺旋體3的橫截面外接圓直徑7的一半。 該伸長柄從螺旋體3同軸地延伸以便於能夠滑動地插入驅動轉接器的凹槽 部分中，該凹槽部分具有足夠的壁厚以保證緊固件利落地插入，後文中將 詳細說明。圖2顯示了具有一個中軸2的緊固件的前端部，該中軸2在其 前端邊緣處為錐形。該前尖端部足夠鋒利以幫助更好的驅動並防止錯位， 如果該前尖端部不夠鋒利將會引起被衝擊材料的滑動。該中軸2的直徑在 至少10%到不超過90%之間局部縮小以形成一個小的基本是圓錐或錐臺11 的前端部，多個螺旋突起從該前端部逐漸延伸。較佳地，在緊固件前端部 的圓錐角10大於40。並小於120° 。
圖2A顯示了圖1中緊固件的一部分並標示了刀狀突起5的一個大半 徑螺旋角。與傳統的主要由旋轉驅動力驅動的盤繞狀機械螺釘螺紋不同， 為了更好地被主要是軸向的驅動力所驅動，該螺旋緊固件具有"大半徑" 的松巻刀狀突起5結構。也就是說，大半徑的螺旋突起有必要以更靠近緊 固件縱軸而遠離與縱軸垂直的軸線的角度傾斜。例如，大半徑螺旋角在O 。~45。之間更好而且更容易與其它部件相配合，而在45° ~90。之間的 大半徑螺旋角則是有害的而且也不易於與其它部件配合。在實踐中，單純 的軸向力或者單純的旋轉力都不可能驅動螺紋角在42。和48°之間的螺
紋切削式緊固件。
在這個實施例中，緊固件在一定的軸向距離上具有一個360。旋轉螺 距，該軸向距離等於五倍的緊固件螺旋體外接圓直徑。假定取5: l的螺距直徑比，則在刀狀突起5外圍的大半徑螺旋角8相對於緊固件的縱軸為 32°多一點。該緊固件的螺距直徑比可以在3.5: 1至8.5: l之間變化， 以至於在刀狀突起5外圍的螺旋角8相對於緊固件9的縱軸大於20。並小 於42° 。為了能在大部分緊固條件下使用並提供最好的軸向阻力，最合適 的大半徑螺旋角8是相對於緊固件縱軸9大於30°並小於39° 。
圖3以放大圖的方式顯示了螺旋突起的橫截面以及外接圓直徑7。圖 中，薄的伸長的刀狀突起5在橫截面上從弧形的橫截面根部開始逐漸變 小。更好是，刀片尖端的尺寸是至少為1/100英寸(0.25mm)並小於 1/10英寸(2. 5mm)。本實施例還顯示了短而粗的加強筋6,該加強筋從 中軸2向外輻射延伸，並且設置在刀片5之間，使其到相鄰兩個刀片的距 離相等。該突起筋6的外邊緣具有介於刀片尖端厚度的1. 5倍至8. 5倍之 間的邊緣厚度。所述筋6具有與刀片5相同的螺距，只是直徑更小，並且 假設類似突起6的加強筋的大半徑螺旋角比用來形成螺紋的刀狀突起5的 大半徑螺旋角8至少小6。的話，所述筋6可以具有相對於緊固件縱軸的 介於8°和23°之間的大半徑螺紋角。
該緊固件長度的取值範圍可以在用來連接薄的鄰接物的2英寸 (50mm)和用來連接厚得多的或者相互間隔一定距離的工件的40英寸 (1000mm)之間變化。
螺旋突起部分的外接圓7的直徑可以小到約1/4英寸(6. 35mm)，譬 如在特定的用途中，要求緊固件具有相當的柔韌度的情形下，這種緊固件 就可以被使用。另外，螺旋突起部分的外接圓7的直徑也可以長達3/4英 寸(19mm)，這種尺寸的緊固件用在要求緊固件具有更強的剪切阻力耐受 力和更高的硬度的場合。
扭曲緊固件的硬度和柔韌度大小由它的尺寸和形狀決定，如緊固件外 接圓直徑7，它的中軸2的直徑以及是否具有加強結構如加強筋6，每一 個技術特徵都對它的硬度和扭曲彈性產生影響。通過調整螺旋刀片5的數 量和/或微調突起的直徑和傾斜角等參數，也可以進一步的調整緊固件的 性能。圖3A顯示了一個放大的螺旋突起部分的橫截面，該螺旋突起部分通 過三角形的設置而變得更硬，並且在外接圓7的內部，三個等距的刀狀突 起5從中軸2放射狀地向外延伸。
螺旋體3的螺紋切削刀片5以至少120°的相對角相互隔開分布，例 如具有兩個或三個螺紋切削刀片5的緊固件可以產生更強的軸向抓握力， 這是因為在它產生互鎖作用的凹槽內容納有更大體積的承栽材料，從而能 產生比那種具有更小相隔角度刀片的緊固件例如具有四個、六個或八個螺 紋切削刀片5的螺旋緊固件更強的鎖定力。
具有多於一個突起螺旋部分3的緊固件可以在每一個螺旋部分配置不 同的直徑和螺旋角8，並且這也被證明在螺旋地連接不同厚度、密度和硬 度的結構層時是有用的。但是，由於刀狀突起要用來切削螺紋，螺旋的角 復基本與給定的螺旋直徑相匹配是至關重要的。 驅動轉接器
新型驅動轉接器的目的在於更安全地驅動並將實心緊固件打入並使其 埋入建築層表面之下的工具，這種工具不需務農賴複雜的套筒工具，也不 需要必須提供一個不美觀的大直徑的間隙孔。
圖4顯示了一種驅動轉接器21，該轉接器由金屬或燒結材料或者兩者 結合的材料製成。其具有一個基本上實心的軸狀尾端22和一個前鼻端 24，該前鼻端具有一個凹槽形的軸向滑道，該轉接器釆用剛性的一體i殳 計，也就是說，轉接器21的基本驅動部分不會有類似套筒的結構或者其 它會產生內部各部分之間相對運動的結構。
帶凹槽的鼻部分24具有一個接收並適配螺旋型緊固件的具有縮小直徑 的柄4的尺寸。該鼻部分的外部直徑最好小於螺旋型緊固件1橫截面的外 接圓直徑7，該外接圓直徑在實施例中以平行的虛線表示。更好是，轉接 器的帶凹槽的鼻端24的外圍，至少在其前部，具有鋸齒狀或滾花部分或 者類似研磨的結構(圖8, 29)。
該轉接器21的所述基本上實心的軸狀尾端22具有連接傳遞沖擊動力 的驅動機器的結構。例如，驅動轉接器的這一端可以有凹槽以便與SDS型的旋轉衝擊鑽的卡盤相連接。或者，它也可以構造成與任何其它合適的動 力源相連接的結構。
驅動轉接器21可以有一個肩部23，該肩部位於轉接器的兩端部之 間。理想的是，該肩部23具有一個相適配的墊圏或緩衝結構或裝置。 緊固方法
所述緊固方法將多個結構層相連接並使它們相互之間基本牢固地固 定，該緊固方法利用一個螺旋型緊固件l，該緊固件具有與一個可用於驅 動和開孔的轉接器21相配合的尺寸，該轉接器沒有套筒驅動機構或內部 的相對運動。
在圖5的實施例中，所述緊固件1通過轉接器21被直接衝擊驅動鑽入 較軟的材料例如多孔混凝土 41和軟木42中。
與該緊固件一體的埋入式驅動柄4平滑地滑入驅動轉接器21前鼻端 24的凹槽形滑道中，該轉接器的尾端22被安裝到一個衝擊動力驅動機械 上。該伸長的驅動柄4具有足夠的尺寸連接驅動轉接器的鼻端24，並在軸 向上限制該緊固件以使其與轉接器同軸。轉接器的前鼻端24的凹槽形滑 道的長度最好是在大約1/8英寸(3咖)到5/2英寸(65mm)之間，並且 小於緊固件尾端驅動柄4的長度。
緊固組件應當以期望的進入點和進入角對準被緊固材料層和工件。通 過與緊固件一體的驅動柄4的端面和轉接器21上的凹槽孔基底之間的軸 向配合，緊固件l被一個衝擊驅動機械/旋轉衝擊驅動機械驅動，從而該 緊固件1被一系列傳遞過來的衝擊力壓入建築材料或建築層。
大半徑的螺旋角形狀提供足夠的表面傾斜度以便以不同於轉接器的旋 轉角速度來巻繞偏移和旋轉受衝擊的緊固件l，即便相同，由於它的刀狀 突起5能產生一種自發的螺旋穿透路徑以巻繞切削相應的螺旋凹槽從而使 其進入到被鑽材料層以及後續的一 系列材料層中。所述緊固件的小的基本 上呈圓錐或者錐臺狀的前端部分可以幫助引導該緊固件沿著它的巻繞穿透 路徑前進而防止錯位偏移。那些沒有尖端或者具有雙鑽尖的緊固件由於沒有圓錐或錐臺部分而很可能阻礙緊固件在穿透過程中的自然旋轉，從而導 致它偏移期望的路徑。
在使用時，所述緊固件僅能以它在被鑽材料中切削螺旋路徑的速率旋
轉，例如它的螺旋傾斜角8可以使緊固件每往前穿透2英寸(50咖)而旋轉 一周。如果角速度為每分鐘30周的話，緊固件大約要花費2秒鐘左右的 時間前進2英寸(50mm)或旋轉1周。這與驅動轉接器的角速度是不同 的，因為驅動轉接器是由沒有旋轉速度的衝擊機械或者具有數倍於螺旋穿 透緊固件角速度的旋轉衝擊機械驅動。所述驅動柄的尺寸與具有帶凹槽前 端的驅動轉接器相適配，其中，轉接器前鼻的內直徑最好是在緊固件l的 橫截面外接圓直徑7的20%到60°/ 之間，這樣可以允許與驅動柄之間有少 許間隙，以防止轉接器21的前鼻內壁向驅動柄4施加旋轉力或者旋轉制 動力。驅動柄4上最好是沒有任何具有大半徑螺旋角的刀狀突起，這樣可 以允許在驅動時沒有平面接觸阻礙。當用旋轉衝擊^L械驅動時，由於緊固 件具有相對縱軸至少30°的螺旋角，因此，隨著每一次的衝擊力衝擊，被 帶動的扭矩穿刺力由於摩擦作用被傳遞給驅動柄端面以提高驅動效力。
驅動一直持續到轉接器的前鼻24跟隨緊固件的螺旋體3進入到被鑽材 料的近外表面之下，由於轉接器的前鼻端具有足夠的壁厚和具有研磨功能 的外周面，因此可以在較軟的建築層上形成平整的埋頭孔。因此，緊固件 1連同其尾部的埋入式驅動柄4同時陷入或者埋頭沉入一個合適的深度。 所述轉接器的具有凹槽的鼻部分24具有介於緊固件1的橫截面外接圓7 直徑的10%到25%的厚度，這樣可以保證它有足夠的強度，又能使它具有 合適的較小的外直徑。
凹陷或埋頭沉孔的深度可以通過設置驅動轉接器的肩部23並控制它與 具有凹槽的鼻端24的盲孔基底之間的尺寸大小而事先控制好。較理想 地，肩部23的深度設置應當包括適配的墊圏或緩衝部分以避免對被鑽層 的任何衝擊損壞。由於不必為了促進套筒的鑽入而驅動一個轉接器牴觸承 載層，當肩部23接觸被鑽層表面時，緊固件的埋入式驅動柄4就被自動 設置了合適的陷入深度，而且該轉接器21也能夠被方便地取出。本發明的所述緊固件1能夠用來將各種相似的或不相似的建築材料層 或工件綁定在一起，例如但不受限於，磚、石材、混凝土和木材都可以適
用這種衝擊刀片5，以此它們都可以被該緊固件通過松巻螺紋切削而穿透 並被該緊固件的凹槽互鎖固定。
對于堅硬的建築材料，導向孔被預先打好在被鑽材料上以便穿刺更方 便和容易。通常導向孔的直徑大於緊固件的中軸2和埋入式驅動柄的直徑 而小於活動螺4t體3的外接圓直徑7。例如，,皮鑽導向孔的直徑比緊固件 的最大直徑要小10%到55%。
圖6顯示了能容納緊固件的縮小直徑埋入式驅動柄4的凹陷或者埋頭 孔44。該凹陷44能夠通過插入注滿填充材料45的塞子而被巧妙的掩蓋和 壓實，由於銷狀的埋入式柄4被減少了足夠大的尺寸，因而足以使用合適 的粗糙的聚合顆粒進行填充。所述填充物最好與建築結構的現有裝飾相匹 配，例如該填充物可以是在顏色、紋理和空隙方面與被鑽材質的表面相匹 配的粘土、灰泥或者薄漿。所述陷入的或埋頭沉入的埋入式驅動柄4提供 了一個好的支撐芯以保持掩蓋埋頭孔的填充物45。所述支撐芯表面可以通 過在一體的銷狀柄4的表面上設置細凹槽來加強保持力。或者，陷入的埋 入式柄4也適於被構造成可連接附加元件或者連接結構，例如可推壓的帽 狀元件或者可連接長形部件的母連接件，其與緊固件同軸或者與軸基本垂 直。
圖6A顯示了普遍使用的另外一種固定方式，根據這種方式，即使對於 較軟的材料，例如軟木42和多孔混凝土41，也免不了更多繁瑣的操作， 包括預先打好間隙孔43，預先打好埋頭孔44，插入牆裝釘座27，插入並 旋轉驅動螺釘28並用一個盤狀的填充物45處理好一個大直徑的埋頭孔 44，所有這些操作還無法提供可靠的固定、穩固的支撐芯或者隱蔽的裝 飾。
圖7A和圖7B顯示了本發明的緊固件1和緊固系統帶來的相對於傳統 的螺旋緊固組件功能上的改進，儘管與複雜的插入工具相比在成本和可靠 性上的優勢無法在圖中顯示。
19本實施例顯示了螺旋線狀緊固件的一個典型的應用。該緊固件由多個 具有細槽的滾筒並使其扭曲而生產出來，該緊固件用來連接具有空腔結構 的兩個壁層，由於壁層具有足夠的硬度以至於需要預先開鑿一個小的導向
孔53。該緊固件被一種插入工具衝擊驅動，在本例中，該插入工具被鑽孔 機械25的旋轉衝擊運動驅動。該緊固件被驅動鑽入導向孔53,並通過導 向孔螺旋穿透第一壁52，然後進入到第二壁51中，以至於螺旋突起可以 插入並牢固的鎖定兩個連接層。
圖7A顯示了傳統的螺旋緊固件，例如無縮小尺寸驅動柄的緊固件的使 用。具有大直徑的螺旋體一端被插入具有較大直徑的套筒驅動工具26的 一個管狀端部。所述緊固件被持續驅動直到套筒式工具26牴觸到第一壁 層52，此時，衝擊力仍然繼續作用，直到一個可伸縮的銷4丁從套筒式工具 中突起而迫使該緊固件脫離管狀端部並使其陷入到第一壁層52的表面之 下。可見，操作者不得不一隻手承擔旋轉衝擊鑽25的重量，而另一隻手 支撐套筒式工具26的重量並保持該套筒式工具在4t轉驅動過程的穩定。 同時，操作者還必須引導這一又重又長而且不穩定的緊固組件，以便緊固 件的前端;f皮同心地驅動鑽入到一個小的導向孔53中，而該導向孔可能只 有四分之一英寸(6. 4mm)大，甚至更小。可想而知，在這種情況下，如 果鑽機出現機械故障，操作者的腕部和肩部極有可能受到損傷。
圖7B顯示了應用在同樣場合的改進的緊固件、轉接器和緊固組件的實 施例。位於所述緊固件1尾端的伸長的縮小直徑的驅動柄,皮插入到圖4中 的轉接器21中，所述轉接器在軸向上限制所述驅動柄4並使該緊固件1 對準導向孔53，該轉接器同時也允許在更接近工作區的位置控制並平衡整 個驅動操作。當該大半徑螺旋緊固件l被衝擊驅動時，該緊固件的尖端一 直處於對準導向孔53的狀態，直到驅動轉接器21的薄前鼻端24本身進 入到石料層52表面之下，例如在不需要複雜套筒裝置的情況下，使該緊 固件1陷入到石料層之內，並且不需要延長轉接器21和牆面52之間面對 面的接觸時間。因此，操作者可以用雙手安全地操作該動力鑽25。 一旦該 緊固件被安裝定位後，該轉接器將從驅動柄上移除，導向孔和埋頭孔通過填入被染色的灰泥而掩蓋。該灰泥被壓實並通過由縮小直徑的埋入式驅動 柄構成的支撐芯表面得到保持。
圖8顯示了插入的轉接器21的前鼻端24。該轉接器具有在最靠近建 築層52的位置鉸大並局部加寬導向孔53的結構，當緊固件的埋入式驅動 柄4被插入到被鑽層表面之下時，該結構同時也提供了一個容納緊固件1 的埋頭沉孔44。這種擴大的導向孔和埋頭沉孔可以通過轉接器前鼻端24 的至少前端部外表面上的鋸齒、滾花或者類似的研磨結構來形成。由於緊 固件1陷入使被擴大的導向孔正好可以容納轉接器的前鼻端24，因此不需 要另外再在相應位置形成一個埋頭孔。
雖然本說明書詳盡闡述並列舉了本發明的特定的實施例，但以上對每 個實施例和列舉的詳細描述並不意味著是對本發明的限制。相反，本發明 覆蓋了落入本發明權利要求保護範圍的所有實施例和方法。
權利要求
1. 一種衝擊驅動的具有扭曲體的緊固件，包括基本上實心的共同中軸；和從前尖端延伸的凸起的螺旋體；位於尾部的具有縮小直徑的伸長的埋入式驅動柄；其中，凸起的螺旋體包括兩個或三個用於切削松卷螺紋的刀狀突起，所述刀狀突起從中軸向外輻射狀延伸，所述突起以一個大半徑螺旋角傾斜，所述大半徑螺旋角相對於中軸的縱軸方向小於42°
2. 根據權利要求1所述的緊固件，其特徵在於，所述緊固件的具有 大半徑螺旋角的刀狀突起在圍繞著中軸旋轉至少一個360°的旋轉螺距內 是連續的。
3. 根據權利要求1或2所述緊固件，其特徵在於，所述具有大半徑 螺旋角的刀狀突起形成了所述緊固件長度上的實體部分，儘管不是整個長 度部分。
4. 根據以上的權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 具有大半徑螺旋角的刀狀突起在小於所述緊固件全長97°/。的長度上延伸。
5. 根據以上的權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述具有大半徑螺旋角的刀狀突起沿著整個緊固件至少75%的長度延伸。
6. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於，所 述伸長的埋入式驅動柄上無具有大半徑螺旋角的螺紋切削刀片。
7. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於，所 述伸長的埋入式驅動柄具有一個縮小的橫截面直徑，所述直徑約等於或小 於所述凸起螺旋體的橫截面外接圓直徑的一半。
8. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於，所 述伸長的縮小直徑的埋入式驅動柄與凸起的螺旋體同軸地延伸。
9. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於，所 述埋入式的驅動柄包括一個支撐芯表面。
10. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述埋入式驅動柄包括在它表面上形成的淺槽。
11. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述埋入式驅動柄可以用來連接附加元件或連接件。
12. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述共同中軸的最大橫截面直徑至少比所述螺旋體橫截面外接圓的直徑小 百分之六十。
13. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述共同中軸的直徑至少局部減少10%以形成小的基本上是圓錐或錐臺形 的前尖端部分，多個螺旋突起從所述前尖端部分逐漸延伸。
14. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述緊固件的前端部分具有一個大於40。的圓錐角。
15. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述緊固件的前端部分具有一個小於120°的圓錐角。
16. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述刀狀突起相對於中軸的縱軸形成的大半徑螺旋角大於20。。
17. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述螺旋角的角度基於一個給定直徑基本保持一致。
18. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述刀狀突起從橫截面上看基本上是薄而長的。
19. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述刀狀突起從橫截面上看是從根部向端部逐漸變細。
20. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 刀狀突起具有一個弧形的橫截面根部。
21. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述凸起螺旋體的橫截面外接圓直徑約等於或大於1/4英寸(6. 35咖)。
22. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述凸起螺旋體的橫截面外接圓直徑約等於或小於3/4英寸(19mm)。
23. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述每一個刀狀突起尖端的尺寸至少為1/100英寸(0. 25咖)且小於 1/10英寸(2. 5mm)。
24. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 短而粗的加強筋從中軸呈放射狀地延伸並等距地分布在螺旋型刀狀突起之 間。
25. 根據權利要求24所述的緊固件，其特徵在於，所述短而粗的加 強筋的外邊緣具有1. 5至8. 5倍於刀尖厚度的邊緣厚度。
26. 根據權利要求24或25所述的緊固件，其特徵在於，所述短而 粗的加強筋的大半徑螺旋角與中軸的縱軸之間的夾角介於8°和23°之 間。
27. 根據權利要求24至26中任意一項所述的緊固件，其特徵在 於，所述短而粗的突起筋的大半徑螺旋角比用於形成螺紋的刀狀突起的大 半徑螺旋角至少小6。。
28. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述驅動柄可以嵌入驅動轉接器並與其配合運動，所述驅動轉接器具有一 個帶凹槽的前端部，所述驅動轉接器的前端部的外直徑小於所述緊固件的橫截面的外接圓直徑。
29. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述驅動柄可以嵌入驅動轉接器並與其配合運動，所述驅動轉接器具有一 個帶凹槽的前端部，其中，所述轉接器前鼻端部的內直徑介於所述緊固件 的橫截面外接圓直徑的20%至60%之間。
30. 根據以上權利要求中的任意一項所述的緊固件，其特徵在於， 所述緊固件在使用中陷入或埋頭沉入到承載材料層中。
31. —種利用螺旋緊固件和驅動轉接器連接多個結構層的方法，所述 螺旋緊固件具有一個扭曲體，該扭曲體具有一個共同的中軸， 一個凸起的 螺旋體和一個一體的伸長的具有縮小直徑的埋入式驅動柄，所述方法包 括將所述驅動柄插入到一個不易折彎的驅動轉接器的前鼻端上的凹槽形滑道內，所述驅動柄被安裝到一個衝擊動力驅動機械上； 將緊固件組件同軸的對準承載材料層； 利用衝擊驅動機械通過所述轉接器驅動所述緊固件； 其中，所述緊固件在一系列衝壓力的推動下在承載材料層內巻繞地 剪切螺旋凹槽並向前插入到位於承載材料層之後的其他材料層中，直到所 述轉接器具有凹槽的前鼻端穿透所述承載材料層的近外表面層，從而使所 述緊固件和它的埋入式驅動柄陷入或埋頭沉入所述承載材料層。
32. 根據權利要求31所述的方法，還包括在承載材料上預先鑽好一 個導向孔的準備步驟。
33. 根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，所述導向孔的直徑 大於所述共同中軸的最大直徑並小於所述凸起螺旋體的橫截面外接圓直 徑。
34. 根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，所述導向孔的直徑 大於一體的驅動柄的直徑並小於所述凸起螺旋體的橫截面外接圓直徑。
35. 根據權利要求32至34種任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述轉接器的前鼻端部上具有一個能夠鉸大或者局部加寬所述導向孔的研 磨結構，與此同時，使得所述轉接器的前鼻端部進入到所述導向孔中並使 所述整個緊固件埋入其中。
36. 根據權利要求31所述的方法，其特徵在於，所述轉接器的前鼻 端部的硬壁上具有研磨結構，並在驅動所述緊固件的同時在建築材料中形 成一個埋頭孔。
37. 根據權利要求31至36中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述穿透螺紋切削率為等於或大於1/2英寸(12. 7mm)每秒。
38. 根據權利要求31至37中任意一項所述的方法，其特徵在於， 還進一步包括通過填入填充材料掩蓋緊固件插入孔的步驟；所述填充材料 包住並支撐於陷入或者埋頭沉入的埋入式驅動柄。
39. 根據權利要求31至37中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述埋入式驅動柄還包括連接附加元件的裝置或結構。
40. 根據權利要求31至39中任意一項所述的方法，其特徵在於， 還包括設置在所述驅動轉接器上的肩部，可以通過所述肩部與前鼻端部凹 槽內的盲孔基底之間的相對位置關係，來確定凹陷或埋頭沉孔的預定深 度。
41. 根據權利要求40所述的方法，其特徵在於，還包括設置在轉接 器肩部上的與其相匹配的墊圏或緩衝裝置或結構。
42. 根據權利要求31至41中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述凹槽形滑道的長度小於所述驅動柄的長度。
43. 根據權利要求31至42中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述具有凹槽的鼻端具有一個小於所述螺旋緊固件橫截面外接圓直徑的外 直徑。
44. 根據權利要求31至43中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述前鼻端部的凹槽形滑道具有一個介於所述緊固件橫截面外接圓直徑 20°/。至60°/。之間的內直徑。
45. 根據權利要求31至44中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述具有凹槽的前鼻端部具有介於所述緊固件橫截面外接圓直徑10%至 25%之間的壁厚。
46. 根據權利要求31至45中任意一項所述的方法，其特徵在於， 所述螺旋型緊固件為上述權利要求1至30中任意一項所述的緊固件。
47. —種用來從沖壓動力驅動機械傳遞軸向力給螺旋形緊固件驅動 柄的剛性驅動轉接器，所述驅動轉接器包括可連接所述衝擊動力驅動機械的被驅動軸端；和 具有凹槽形軸向滑道的前鼻端，所述滑道具有可接收所述螺旋型緊固件的縮小直徑的驅動柄並與其配合運動的尺寸；其中，所述前鼻端的外圍包括用來研磨或者切削承載材料的研磨部 分或切削結構。
48.根據權利要求47所述的驅動轉接器，其特徵在於，所述轉接器
49. 根據權利要求48所述的驅動轉接器，其特徵在於，所述肩部帶 有與其相配適的墊圏或緩沖結構或裝置。
50. —種可衝擊驅動的緊固組件，包括 根據權利要求1至30中任意一項所述的螺旋型緊固件；和 根據權利要求47至49中任意一項所述的剛性驅動轉接器； 其特徵在於，所述轉接器帶凹槽的鼻端包括可連接螺旋形緊固件縮小直徑的驅動柄的結構，並可以使所述被連接的螺旋緊固件以不同於所述 轉接器的速度旋轉。
51. 根據權利要求50所述的緊固組件，其特徵在於，所述帶凹槽的 鼻端具有小於螺旋緊固件橫截面外接圓直徑的外直徑。
52. 根據權利要求50或51所述的緊固組件，其特徵在於，所述帶 凹槽的前鼻端具有一個介於所述緊固件橫截面外接圓直徑的20%至60%之間的內直徑。
53. 根據權利要求50至52中的任意一項所述的緊固組件，其特徵 在於，所述帶凹槽的前鼻端部的壁厚介於所述緊固件橫截面外接圓直徑的 10%至25%之間。
全文摘要
本發明涉及具有一個扭曲體的衝擊驅動緊固件(1)，包括一個共同中軸(2)、一個突起螺旋體(3)和一個尾部的具有縮小直徑的伸長的埋入式驅動柄(4)。該緊固件具有兩個或三個切削松卷螺紋的刀狀突起(5)，該刀狀突起從實心的中軸(2)向外放射狀延伸。這些刀狀突起(5)相對於中軸(2)的縱軸(9)具有一個小於42°的大半徑螺旋角(8)。該伸長柄(4)上沒有用於切削大半徑螺旋角螺紋的刀狀突起，並且其縮小的橫截面直徑約等於或小於突起螺旋體(3)的橫截面外接圓直徑(7)的一半，該伸長柄從突起螺旋體處同軸延伸，以至於可以裝入並配適於一個驅動轉接器(21)，該驅動轉接器具有一個帶凹槽的前端(24)，所述的驅動轉接器前端具有一個小於緊固件(1)的橫截面外接圓直徑(7)的外直徑。
文檔編號F16B15/06GK101479487SQ200780024063
公開日2009年7月8日 申請日期2007年1月10日 優先權日2006年6月27日
發明者大衛·詹姆斯·查德威克, 威廉·亨利·奧利斯 申請人:威廉·亨利·奧利斯;大衛·詹姆斯·查德威克