CN107407312A - 可驱动螺纹钉 - Google Patents

Abstract

一种冲击驱动的螺纹钉，其螺纹具有大约45°的陡峭导程角，以便通过敲击钉头并引起螺纹钉旋转从而将钉子与材料附接。当有外力作用在使附接材料从基底材料上拉回的方向时，螺纹钉通常在松动方向上轻微旋转，从而在基底材料和附连材料之间产生间隙，特别是在附连材料是例如胶合板的薄板材料的情况下。本发明提供了一种具有防止上述松动的功能的冲击驱动螺纹钉以解决上述问题。解决方案在于，冲击驱动螺纹钉的头部的后表面侧形成有截面为规则多边形且直径向着钉杆逐渐减小的角锥状的锥形部分。通过驱动冲击驱动螺纹钉直到螺纹钉头部的上表面与附连的材料的表面齐平，在由于附连的材料的弹性形变产生的恢复力和当附连的材料被拉回时作用在螺纹钉头部的规则多边形表面上的压力共同帮助下，可以获得防止螺纹钉旋转的效果。

Description

可驱动螺纹钉

技术领域

本发明涉及一种冲击驱动的螺纹钉，其通过锤子等工具的敲击被敲进各种材料中，并且用于，例如，将材料彼此固定。

背景技术

由在一端具有尖锐的末端的杆部，和形成在杆部上的与末端相对的一端上的头部构成的钉子，被广泛用作将例如将木材彼此固定的工具，这种钉子通常被称为圆钉。也有使用包括螺纹的钉子，其被称为螺钉，以及包括在杆部上形成有环形突起的钉子，其被称为环钉。此外，在许多情况下，还使用螺纹钉，其通过利用电动螺丝刀等工具被拧进材料中。

圆钉通过被锤子之类的工具敲击头部而被钉入材料中。由于末端是尖锐的，钉入圆钉的材料，比如木质材料，在楔形作用下产生了弹性变形，同时杆部被迫推入到材料的内部。因此，杆部由材料的弹力固定保持，同时经受夹持压力。圆钉可以相对容易地被钉入木质材料或者其他类似的材料中。然而，圆钉的附连强度仅由材料弹力所产生的夹持压力下的摩擦阻力赋予，同时圆钉通过摩擦力保持在材料中。因此，圆钉有一个问题，即保持力并不是很大，而且容易松动。此外，必须使用一个特殊的拔钉器才能将圆钉拔出，而且材料表面与圆钉接触的部分很有能被损坏。

所谓的螺钉包括四角锥形式的尖锐末端，和杆部，沿着杆部的外周具有形成在多螺纹中的螺旋形凸棱和凹槽。通过采用锤子敲击螺钉的头部，螺钉可以被迫推入木质等材料的内部，同时造成杆部的旋转。由于螺旋形凸棱和凹槽沿着杆部的外周形成，所以在拉出方向上的阻抗力很大，进而得到一个很高的保持力。

所谓的环钉包括四角锥形式的尖锐末端，和具有外周的杆部，沿着该外周形成有环形突起或者凹部。当环钉被钉入材料中时，材料被环的外周部分向外挤压。在环钉被钉入后，如果它受到拉出的动作，由于木材等材料的恢复现象，环钉的外周部分将进入被恢复的木料抓住的状态，并且产生保持力。这种保持力大于使用圆钉获得的保持力，但也不是特别大。

另一方面，螺钉提供了比圆钉更大的保持力，因为当被敲钉入材料中时，螺钉被迫推入材料中，同时绕杆部轴线旋转，螺钉通过螺纹和材料的之间的接合而将被固定地保持。然而，螺钉存在如下问题，即使是低负荷，螺钉也只是被轻微拉回，并且难以完全拉出螺钉以及去除附连的材料。

通过利用例如电动螺丝刀而被钉入材料中的螺纹钉(参见第[0002]段)，通常被称作粗牙螺纹钉。该粗牙螺纹钉即是所谓的半螺纹钉，它包括头部和一个杆部。头部带有十字形状(+)凹陷，电动螺丝刀通过此凹陷驱动螺钉。杆部中靠近头部的一段设有螺纹，杆部的剩余段直到尖锐末端的部分形成有具有约20度的导程角的单螺纹。因此，当用于将木质材料彼此连接时，这种螺纹钉相比于圆钉、螺钉和环钉，可以获得更高的附连强度(见图6)。

例如，使用上述的螺纹钉在电动螺丝刀的驱动下，将一种木质附连材料(或者类似材质)附连到一种木质基底材料(或者类似材质)上，当螺纹钉从其表面拧入附连材料的时候，以及螺纹钉穿透附连材料刚要进入基底材料的时候，尖锐末端不会立即进入基底材料，与此同时螺纹钉相对于附连材料不断旋转着前进。因此，由于所谓的时间间隔，螺纹钉被钉入基底材料中时，在基底材料和附连材料之间会产生间隙。为了解决上述问题，粗螺纹螺钉被制作成所谓的半螺纹螺钉，在钉杆部的直到头部的整个长度上没有形成螺纹。于是可以认为，虽然利用螺纹部分可以获得基底材料的高保持力，但是螺纹部分并不存在于附连材料的对应部分，同时在使用上述螺纹钉连接的情况下，附连材料相对于基底材料的附连强度与仅用螺纹钉驱动头保持连接的强度水平相当。

为了解决上面所提到的螺纹钉的问题，本发明人开发了一种冲击驱动螺纹钉，其包括形成在杆部的螺纹部分，并且已经获得了日本专利(参见下述专利文献(PTL)1)。该专利的冲击驱动螺纹钉的已经成功解决了现存技术的钉子存在的问题。

引用列表

专利文献

专利文献1(PTL1)：第5458354号日本专利

发明内容

技术问题

PTL 1中所披露的螺纹钉，相比于现有技术的钉子，能够更加容易地被钉入材料并从材料中拔出，同时，由于螺纹部分与材料内部咬合，相较于其他类型的钉子，可以提供更高附连强度。然而，本发明人发现，当附连材料是诸如胶合板的薄片时，在有外力施加时，即使在外力相当小的情况下，附连材料和基底材料之间也会产生轻微的间隙。本发明人进一步发现，在此种情况下，观察螺纹钉的头部，可以发现头部沿着螺纹钉的向后方向，即松动方向有轻微地旋转。原因推定如下：该螺纹钉是作为冲击驱动螺纹钉而开发，它的螺纹导程角被设置的相当大，大约为45度，相比普通螺纹钉的导程角，如此设置，可以使螺纹部分在施加冲击的同时旋转进入材料中。因此，当出现如上文所述之情况，即外力作用于使附连材料被从基底材料拉离的方向时，位于基底材料内部的螺纹钉区段将受到使其从基底材料中被拉出的力，使螺纹钉在被驱动时产生沿反方向的旋转。

然而，当附连材料在上述外力的作用下被从基底材料拉离时，位于附连材料内部的螺纹钉区段，由于其带有螺纹，将会产生沿紧固(前进)方向的旋转。因此，螺纹钉位于附连材料和基底材料的不同区段将沿着相反的方向旋转。在一般的情况下，因为螺纹钉是一个整体，该旋转力将会相互抵消。但是，当出现上述附连材料为薄壁件的情况时，由于施加在基底材料中螺纹钉部分上的旋转力大于施加在附连材料中螺纹钉部分上的旋转力，螺纹钉整体上将沿松动方向上旋转。此时螺纹钉将进入一种与附连材料被从基底材料拉离时的状态大致相似的状态。因此在附连材料和基底材料之间将产生微小的间隙，即产生了松动。

因此，本发明旨在提供一种预防手段，在冲击驱动螺纹钉被驱动时，甚至是在基底材料和附连材料之间存在如前文所述使螺钉松动的外力作用时，防止该螺纹钉沿松动的方向旋转。

解决方案

为达到上述目标，本发明由如下构成。如在权利要求1中提出的，本发明提供了一种冲击驱动螺纹钉，该螺纹钉与上述PTL1中公开的冲击驱动螺纹钉相似，其包含沿着一端具有尖锐末端的钉杆的外周形成的螺纹部分，以及直径大于钉杆的直径的头部，头部一体地设置在杆部的另一端，头部与钉杆连接的后表面上形成有角锥状的锥形部分，该锥形部分的截面为规则多边形，该规则多边形的直径向着钉杆逐渐减小。优选地，锥形部分的截面为正六边形。

在使用螺丝刀拧进材料中的螺纹钉中，存在一种包括通常称为柔性头的头部的钉子，该头部在后表面侧的锥形周向表面上设置有若干棱条(参见图10)。然而，但是这些棱条旨在以旋转方式埋入附连材料，从而使螺纹钉的头部被埋入附连材料中，头部表面与附连材料表面平齐。换句话说，这类螺纹钉在目的和有益效果上与本发明的螺纹钉有明显的差异，在本发明的螺纹钉中，头部形状被改进为防止钉子的松动。即使那样的棱条被设置在冲击驱动的螺纹钉上以便获得抗松动的效果，该抗松动的效果也是难以预料的。此外，根据附连材料的类型，存在不可避免的不利影响，例如，对附连材料的损伤。

除了在段落0014中所述的抗松动手段之外，优选地，在头部的上表面形成有可以与螺丝刀接合以便将螺纹钉取出的凹槽。头部的外圆周部分可以制作成六边形形状，以便于头部与扳手接合，此设置可以作为与螺丝刀接合的凹槽的附加设置，也可以代替凹槽。

此外，优选地，钉头的上表面被斜切(或者在一些情况下为磨圆)使得钉头的上表面的外周部相对较低，以便在螺纹钉被锤子敲击时，最大程度地允许螺纹钉在敲击的锤子和钉头的上表面之间的接触部分中平滑旋转，并且使得敲击力作用在钉头的上表面的中心部分。

此外，在本发明的冲击驱动螺纹钉中，其导程角被设定为相当大的值，例如，约为45度，如上文所述，螺纹钉的导程角大约是20度。因此，在试图使用例如，电动螺丝刀旋转和拧松该冲击螺纹钉以便将附连的材料从基底材料上移除的情况下，更大的导程角意味着需要施加更大的扭矩。此外，当附连材料的厚度较大时，不得不使用具有较大整体长度的螺纹钉。如果螺纹钉的整个长度都设有螺纹，那么需要更大的扭矩来旋转和拧松该螺纹钉以便将附连的材料从基底材料上移除。在一些情况下，螺纹部分产生的摩擦阻力会非常大，由此可能会引起所谓的“螺纹裂损”问题。

针对此问题的一个可想到的解决方案是，通过减少形成在螺纹部分中的螺纹数量来减小摩擦阻力。然而，螺纹的数量最好能尽可能的大，因为本发明的螺纹钉是冲击驱动螺纹钉，其打击力将被转换成螺纹钉的旋转力。

另一个问题是，在强的外力作用在处于附连状态下的基底材料和附连材料上使得这两个材料彼此分离的情况下，由于基底材料和附连材料中都存在着螺纹部分，此时螺纹钉上外力作用位置的横截面上将会有一个部分，该部分中产生的张力可能超过了允许的拉伸强度，因此在外力作用的位置螺纹钉上可能会发生断裂。

由此，当螺纹钉的整体长度非常大时，在杆部的长度方向的上的多个位置优选地保留一些没有螺纹的区段，如此打断整个螺纹部分使其离散分布(如图4所示)，这样所产生的剪切力将不会超过附加螺纹所必要的强度。上述结构设置在使用驱动***来驱动螺纹钉的情况下也是合适的，螺纹中断部分可以用作联接构件的安装空间。

本发明的有益效果

采用本发明中的冲击驱动螺纹钉，钉头与钉杆连接的后表面侧上存在有角锥状的锥形部分，该锥形部分的截面为规则多边形，该规则多边形的直径向着钉杆逐渐减小。因此，当该冲击驱动螺纹钉被钉入材料中时，通过使得角锥状的锥形部分被埋入材料表面而在材料中产生的弹性形变力，使得钉头的规则多边形表面受到接触面压力。此外，当两个附连的材料受到使其相互分离的外力作用时，钉头的规则多边形表面将受到更大的接触面压力。结果是可以获得防止旋转效果。

附图说明

图1(a)和(b)分别是根据本发明的第一实施例的冲击驱动螺纹钉的主视图和前视图；

图2是螺纹形状的放大图；

图3(a)、3(b)、3(c)和3(d)分别是冲击驱动螺纹钉的头部的主视图、前视图、侧视图和剖视图；

图4(a)和(b)分别是不同于第一实施例的实施例的主视图和前视图；

图5是呈现了驱动螺纹钉被钉入木质材料使得木质材料固定在一起的状态的剖视图；

图6(a)和(b)分别是螺纹钉(粗牙螺纹)的主视图和前视图；

图7(a)和(b)分别是螺钉的主视图和前视图；

图8(a)和(b)分别是头部后表面是规则六边形以防止钉子松动的螺钉的主视图和前视图；

图9(a)和(b)分别是根据本发明的另一个实施例的螺纹钉的主视图和前视图，该螺钉为钢制基底材料专用；

图10(a)、(b)和10(d)分别是具有带有棱条的柔性头部的螺纹钉的主视图、前视图和剖视图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的一个优选实施例。如图1所示，一种冲击驱动螺纹钉1，头部3被设置在杆部2的一端，为一个整体，杆部2的另一端为尖锐末端4。

实施例的细节及实例1

螺纹部分5沿着杆部2的外圆周形成。在本实施例中，螺纹部分5被分成上部和下部，在螺纹的上部和下部之间存在圆柱形的没有螺纹的无螺纹杆部6。上部螺纹部分(在头部一侧)具有一个42度的导程角，而下部螺纹部分(尖锐末端一侧)具有更大的导程角，约为45度。

尽管螺纹部分被分割成A部分和B部分，但是上部螺纹部分和下部螺纹部分形成为离散形式，以允许这些部分的导程角大小和无螺纹部分6的长度大小可被调整，使得上部螺纹部分在螺钉被驱动时，上部螺纹部分被驱动以处于良好的匹配关系中，从而追索下部螺纹部分的轨迹。尖锐末端侧螺纹部分B的导程角相对较大，而头部侧螺纹部分A的导程角角相对较小的原因在于，为使上部螺纹部分紧密接合在由下部螺纹部分形成的螺纹轨道中，以确保可靠的固定。

螺纹部分A和B均为四线螺纹的形式，并且螺纹凸棱具有如图2所示的形状。在上螺纹部分A中，为了调节体积，在四线螺纹的交替螺线处形成更低高度的螺纹凸棱。然而，在下螺纹部分B中，所有螺纹凸棱具有相同的高度。虽然各种类型的普通钉子(参见第[0002]段)的末端的形状为四棱锥，顶角为约30度，冲击驱动螺纹钉的锐利末端的形状为圆锥形，同时具有大得多的顶角，例如，60度，这不仅有助于螺纹钉的旋转，而且还防止了当螺钉被驱动时木质材料的开裂。

螺纹凸棱的形状如图2所示，头部端的倾斜侧面的角度α为45度，末端侧的倾斜侧面的角度β为15°。将钉末端的倾斜侧面的角度设置得相对较小，而将头部端的倾斜侧面的角度设置得相对较大的原因在于，确保在钉子被驱动时，冲击驱动螺纹钉能够更有效地接受沿旋转方向的力，同时在拔出钉子时钉子可以通过接受旋转力而被更容易地拉出。

头部的形状如图3所示。从图3中可以看到，头部在后表面侧的一部分(即，靠近杆部的一侧)为角锥状，其横截面为正六边形。角锥部分的内角为70度，如图3中的希腊字母所示。当角锥部分的角的数量增加时，如用八边形表示，角锥部分的截面形状更接近圆形，此时防止旋转的效果会降低。当角锥部分的角的数量减少为用四角形表示时，防止旋转效果减小一半。

在图示的例子中，头部主视图中具有圆形形状，并且在头部的上表面有十字形(+)凹槽。钉子被拔出时，螺丝刀将与凹槽接合。根据实际情况，凹槽可以是六边形、矩形或一字(-)形等形状。在一些情况下，钉头的上表面被斜切或磨圆，使其外周部相对较低，以便于打击力最大程度地集中在中心部分。

在图示的例子中，如上所述，头部的角锥部分定义的内角为70度，由图3中的希腊字母表示。由于头部的外径需要保持在一定有限范围内，如果上述内角太大，则在头部上表面的凹槽的横向部分将难以和螺丝刀接合。如果上述内角太小，则头部的长度将增加，同时螺纹部分的长度将被减小。因此，上述内角的优选设定约为60度～80度。

例子2

图4中展示了与上述实施例略有不同的实施例。在本实施例中，螺纹部分被分为四部分，并且头部在主视图中具有圆形外轮廓。与上述实施例相同，本方案中钉子的末端是圆锥形状，顶角为60度。此外，头部在后表面侧的部分具有与图3所示的情况相同的六边角锥形状。

在本实施例中，螺纹部分分为四个部分A，B，C和D，它们均为四线螺纹的形式，如图4所示。在位于顶端的螺纹部分A中，导程角为42度，为了调节体积，在四线螺纹的交替螺线上设置了一个更低高度的螺纹凸棱。从顶端开始的第二螺纹部分B、第三螺纹部分C和第四螺纹部分D，其导程角均为45度，并且螺纹凸棱具有相同的高度。

在使用中，本实施例中的螺纹钉通过使用锤子之类的工具被钉入诸如木质材料的材料中。当被驱动时，螺纹钉被迫推入材料中，同时绕杆轴旋转。用锤子之类的工具将螺纹钉钉入材料，直至其头部部分埋入材料中。图5展示了使用本实施例中的螺纹钉将两个木质材料的彼此固定在一起时的状态。通过使用冲击驱动螺纹钉将上方的附连材料M固定至静止材料N上。在图中所示的固定状态下，钉子被完全地埋入附连的材料M中，直到头部的上表面。

在上述固定状态下，如果有外力以使钉子旋转的方向作用在钉子上时，钉子不会轻易被旋转，因为具有角锥形状的钉头与通过钉入钉子而在附连材料中形成的孔的内表面相接合。因此两个材料都很难松动。另外，由于杆部包含多个无螺纹部分，因此可以获得令人满意的抵抗作用于螺纹钉的侧方向(即，剪切方向)上的外力的效果。

通过只将冲击驱动螺纹钉的末端改变为最适宜钉入钢板等材料中的类炮弹形状(参见图9)，采用能够施加强的打击力的气动钉枪，冲击驱动螺纹钉可以迅速地、牢固地附连至不是木质的基底材料而是钢制的基底材料，例如C型钢，如此钉子可以被钉入附连材料中。因此，很显然这不仅可以提高性能，而且还可以大大有助于将工作效率提高至远高于过去的附接工作的效率水平。图9所示的冲击驱动螺纹钉被用于附连材料为厚度小于20mm的薄片的情况下。即使在其他情况下，例如，附连材料厚度较大时，通过将仅具有如图1和图4所示的形状和尺寸的螺纹钉的末端改变为如上所述的类炮弹形状，便可以获得与图9所示的冲击驱动螺纹钉相似的优点。

工业适用性

上文所描述的本发明中的冲击驱动螺纹钉，由于其在被钉入时可以埋入材料中的更低的头部表面形成为多边形角锥形状，所以钉入的钉子防止绕杆轴的旋转。因此，这种钉子难以松动并且可以保持在牢固固定的状态。此外还显而易见的是，通过将本发明应用于通常与上述冲击驱动螺纹钉分开使用的所谓螺钉(图7)上，其在有外力作用时易于松动的问题也可以被解决，因为冲击驱动螺纹钉具有较大的导向角，并且冲击驱动螺纹钉可以有效地运用于各种领域，如木工、建筑和室内装修(图8)。

附图标记列表

1 冲击驱动螺纹钉

2 杆部

3 头部

4 尖锐末端

5 螺纹部分

6 无螺纹部分

7 在头部的后表面上的角锥部分(锥形部分)

A 在头部侧上的螺纹部分5的一部分

B 螺纹部分5中除了A以外的部分

M 附连材料

N 静止材料，如柱子

a 主视图

b 前视图

c 侧视图

d 剖视图

α 图2中头部侧的斜面角度；45°

β 图2中末端侧的斜面角度；15°

θ 由头部的后表面侧上的锥形部分定义的内角；70°

Claims (5)

1.一种冲击驱动螺纹钉，包含：螺纹部分，其沿着钉杆的外周形成，所述钉杆的一端为尖锐的末端的形式；头部，其直径大于所述钉杆的直径，所述头部一体地设置在所述钉杆的另一端，其中，位于与所述钉杆相连续的后表面侧上的所述头部的锥形部分形成为角锥形状，所述锥形部分的截面为正多边形，该正多边形的直径向着所述钉杆而逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的冲击驱动螺纹钉，其特征在于，位于所述后表面侧上的所述头部的所述锥形部分具有正六边形截面形状。

3.根据权利要求1或2所述的冲击驱动螺纹钉，其特征在于，可与螺丝刀接合的凹槽形成在所述头部的上表面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的冲击驱动用螺纹钉，其特征在于，所述钉头的上表面的外周部被斜切或磨圆，从而比平坦中心部分更低。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的冲击驱动螺纹钉，其特征在于，所述螺纹部分是断续地形成的，使得没有螺纹的无螺纹杆部位于分离的螺纹部分之间。