CN111936279A - 用于混凝土和抗飓风应用的螺旋式紧固件 - Google Patents

Abstract

一种用于混凝土和飓风应用的螺钉，包括头端、柄部和锥形端。高螺纹始于锥形端上，延伸到柄部上，并终止于沿柄部的第一轴向位置，其中高螺纹限定高周围边缘，并且高周围边缘的至少第一螺旋部分包括多个凹口，并且第一螺旋部分从锥形端上或锥形端附近延伸，并且基本上延伸到第一轴向位置。低螺纹始于锥形端上，延伸到柄部上，并且基本上终止于第一轴向位置，使得低螺纹的轴向长度基本上与高螺纹的轴向长度相同并且相邻。低螺纹限定了没有任何凹口的低周围边缘。

Description

用于混凝土和抗飓风应用的螺旋式紧固件

技术领域

本申请总体上涉及用于混凝土应用和抗飓风的螺纹紧固件，更特别地，涉及用于这种目的的多螺纹螺钉。

背景技术

典型的螺钉构造包括在螺钉的驱动头与螺钉的尖端之间延伸的细长柄部。该柄部的至少一部分带有螺旋形螺纹。已知有多种构造的混凝土螺钉。然而，仍要不断寻求改进。

希望提供一种螺钉构造，其有助于以相对低的扭矩要求来快速有效地安装，并且在安装后产生高的抗拔力，特别是用于混凝土应用和抵抗飓风风力。

发明内容

一方面，用于混凝土和飓风应用的螺钉包括头端、柄部和锥形端，头端包括工具接合部分，头端位于柄部的一端，锥形端位于柄部的相对端。沿着柄部形成高螺纹。高螺纹始于锥形端上，延伸到柄部上，并终止于沿着柄部的第一轴向位置，其中高螺纹限定高周围边缘，并且高周围边缘的至少第一螺旋部分包括多个凹口，第一螺旋部分从锥形端上或锥形端附近延伸，并且基本上延伸到第一轴向位置。高螺纹包括前侧面和后侧面，前侧面和后侧面在高周围边缘处会合并且一起限定出在约三十度与约四十五度之间的高螺纹角。沿着柄部形成低螺纹，其中低螺纹始于锥形端上，延伸到柄部上，并且基本上终止于第一轴向位置处，使得低螺纹的轴向长度基本上与高螺纹的轴向长度相同并且相邻。低螺纹限定出没有任何凹口的低周围边缘。低螺纹包括前侧面和后侧面。前侧面和后侧面在低周围边缘会合并且一起限定在约三十度与约四十五度之间的低螺纹角。

另一方面，用于在混凝土应用和飓风应用中使用的螺钉包括头端、柄部和锥形端，头端包括工具接合部分，头端位于柄部的一端，锥形端位于柄部的相对端。沿着柄部形成高螺纹，其中高螺纹始于锥形端上，延伸到柄部上，并且终止于沿着柄部的第一轴向位置处，其中高螺纹限定高周围边缘，并且高周围边缘的至少第一螺旋部分包括多个凹口，其中第一螺旋部分从锥形端上或锥形端附近延伸，并且基本上延伸到第一轴向位置处。沿着柄部形成低螺纹，其中低螺纹始于锥形端上，延伸到柄部上，并且基本上终止于沿着柄部的第一轴向位置处，使得低螺纹的轴向长度基本上与高螺纹的轴向长度相同并且相邻，其中低螺纹限定出没有任何凹口的低周围边缘。

一个或多个实施例的细节在附图和以下描述中阐述。从说明书和附图以及权利要求书中，其他特征、目的和优点将变得明显。

附图说明

图1示出了混凝土螺钉的一个实施例的侧视图；

图2示出了螺钉的透视图；

图3示出了沿着螺钉轴线所在的平面截取的螺钉的局部剖视图；

图4示出了螺钉的局部侧视图；

图5示出了螺钉的头端轴向视图；

图6-7示出了混凝土螺钉的另一个实施例；

图8-10示出了混凝土螺钉的另一个实施例；

图11示出了示例性对称螺纹轮廓；

图12示出了示例性不对称螺纹轮廓；

图13示出了螺钉的另一个实施例；

图14示出了螺钉的另一个实施例；

图15示出了螺钉的另一个实施例；

图16示出了螺钉的另一个实施例；

图17示出了螺钉的另一个实施例；和

图18示出了螺钉的另一个实施例。

具体实施方式

下面的描述参照混凝土螺钉。然而，相同的螺钉构造有利地在飓风应用中提供了高抗拔力，在飓风应用中，螺钉可以被放置在除混凝土之外的材料中。

参照图1-5，示出了混凝土螺钉10的一个实施例。混凝土螺钉包括头端12、柄部或芯14和锥形端16。头端12包括驱动头部分18和集成的垫圈部分20，并位于柄部14的一端。如本文所用，术语柄部指的是螺钉的细长芯或轴，其可包括螺纹和非螺纹部分。锥形端16位于柄部14的相对端，并终止于末端或一点22。举例来说，限定点22的锥角α1可以在约二十度到三十五度之间(例如，约二十二度到三十度)。

高螺纹30始于锥形端16上(例如，优选在最末端或仅稍短于末端)，延伸到柄部14上，并终止于沿柄部的轴向位置32。如图所示，高螺纹30是右旋螺纹，并且具有形成在前侧面36与后侧面38会合处的周围边缘34，前侧面36和后侧面38一起限定出大约30度至大约45度(例如，35度至45度)之间的高螺纹角α2。在一种实施方式中，高螺纹是对称的，具有相同的前侧面角和后侧面角。

周围边缘34的螺旋部分或螺旋范围40包括以等距方式彼此隔开的多个凹口42。这里，螺旋部分40始于锥形端16上或锥形端16附近，并沿着高螺纹的剩余部分向轴向位置32延伸。举例来说，高螺纹的每个螺旋圈(即，围绕螺钉的细长轴线50延伸360度的高螺纹的每个螺旋部分)可以包括11个凹口42，但是可能有其他变化，包括少于11个凹口或多于11个凹口。在一个示例中，凹口可以形成为基本上垂直于螺纹30的螺纹螺旋角α3定向的基本上V形的凹口，该角度α3可以在约10度与约25度之间，其中螺旋角是螺纹相对于垂直于螺纹中心轴线50的平面44的切割角。在本申请的上下文中，与螺纹周围边缘凹口相关地使用的术语“V形”是指凹口沿着周围边缘形成为V形凹部或切口，其可以在V形的底部具有尖点，在V形的底部具有平坦部或在V形的底部具有曲率。

在图示的实施例中，高螺纹30包括从螺旋部分或螺旋范围40向螺钉末端22延伸的另一个螺旋部分或螺旋范围46，其中螺旋部分46完全没有沿着周围边缘的任何凹口。然而，在另外一些变型中，凹口布置可以基本上在高螺纹30的整个长度上延伸。

螺钉10具有限定在锥形端16的末端22和柄部14与头端12会合的位置之间的贯穿轴向长度LP。锥形端16的末端22与轴向位置32之间限定出轴向距离DH。这里，轴向距离DH至少是螺钉的贯穿轴向长度LP的百分之九十五。然而，可能有变化(例如，距离DH至少是长度LP的百分之九十)。

低螺纹60始于锥形端16(例如，优选在最末端或仅稍短于末端)，延伸到柄部14上，并终止于沿柄部的轴向位置62。这里，轴向位置62基本上与轴向位置32相同，并且低螺纹的轴向长度基本上与高螺纹的轴向长度相同并且相邻。如图所示，低螺纹30是右旋螺纹，并具有形成于前侧面66与后侧面68会合处的周围边缘64，前侧面66与后侧面68一起限定出约30度到约45度之间(例如，35°与45°之间)的低螺纹角α4。在一种实施方式中，低螺纹是对称的，具有相同的前侧面角和后侧面角。值得注意的是，周围边缘64没有任何凹口。

轴向距离DL限定在锥形端16的末端22与轴向位置62之间。这里，轴向距离DL至少是螺钉的贯穿轴向长度LP的百分之九十五。然而，可能有变化(例如，轴向距离DL至少是贯穿轴向长度LP的百分之九十)。

高螺纹30的螺距PH沿螺纹长度基本均匀，低螺纹60的螺距PL也是如此，低螺纹螺距PL基本上与高螺纹螺距PH相同。低螺纹60的每圈基本上位于高螺纹30的相邻圈之间的轴向中点处。

高螺纹30包括小直径Dm和大直径DM30，低螺纹60包括同一小直径Dm和大直径DM60。沿着柄部14的每个螺纹的高度被定义为大直径减去小直径。柄部14基本上是一个直圆柱体，并且锥形端16的横截面是圆形的，其中横截面位于垂直于螺钉轴线50的任何平面内。

如上文所提到的，头端12包括驱动头部分18和集成垫圈部分20。垫圈20包括面向锥形端16的下表面70。下表面70基本上是平面的，并且位于基本上垂直于螺钉轴线50的平面72内。垫圈20包括在轴向端视图(图5)中向外延伸超过驱动头18周围部76的周围部74。驱动头周围部76限定出用于插座接合的六角形，垫圈周围部74限定出圆形。驱动头18的端面78包括接纳驱动工具的驱动凹部80。这里，凹部形成有星形驱动配合构造，但是其他构造也是可能的。垫圈20具有轴向厚度TW，驱动头18具有轴向厚度TDH。这里，轴向厚度TW小于轴向厚度TDH的百分之三十，但是可能有其他变化。

根据图1-5所描绘的构造的混凝土螺钉的各种实施方式是可能的。举例来说，下面的表1和表2阐述了这种螺钉实施方式的各种示例。这种螺钉的典型轴向贯穿长度LP可以在约1英寸和约5英寸之间的范围内。

表1–示例性螺钉尺寸

(所有范围以英寸为单位)

表2–示例性螺钉尺寸

(所有范围以英寸为单位)

现在参考图6和7，混凝土螺钉110的替代实施例被示出为具有头端112、柄部114和锥形端116。螺钉110在构造上类似于上述螺钉10，但是螺钉110包括设置在高螺纹130和低螺纹160终止处的轴向位置132和162之间的无螺纹柄部分105。这里，基本相同的距离DH和DL可以是贯穿长度LP的至少百分之七十五，但是不超过贯穿长度LP的百分之九十。无螺纹柄部分105的外径与低螺纹160的大直径相同，或者仅略小于低螺纹160的大直径。具有无螺纹柄部分105的螺钉构造可用于例如较长长度的螺钉实施方式中。在一些较长的实施例中，相对于螺钉的总长度和杆部的螺纹部分的轴向长度，无螺纹柄部分105可以长得多。

现在参考图8-10，混凝土螺钉210的替代构造被示出为具有头端212、柄部214和锥形端216。螺钉210在构造上类似于上面的螺钉110，但是螺钉210包括平的埋头构造，而不是六角垫圈头构造。头端212具有截头圆锥形的锥形部分215，其从无螺纹的柄部分205延伸并到达圆柱形部分217。截头圆锥形表面包括形成在其上的多个尖部219，每个尖部从圆柱形部分217向柄部分205延伸。各种尖部构造都是可能的。还示出了高螺纹230和低螺纹260、距离DH和DL以及贯穿长度LP，应当注意，在螺钉210的这种埋头构造的情况下，贯穿长度LP基本上是整个螺钉长度。没有无螺纹柄部分205的埋头螺钉构造的实施例也是可能的。

应当清楚地理解，以上描述仅旨在通过说明和示例的方式，而不旨在通过限制的方式来理解，并且其他改变和修改是可能的。例如，虽然上面的示例已经提供了某些相对尺寸，但是可能有变化。此外，虽然上述主要实施例反映了高螺纹和低螺纹都是对称的螺钉，如图11所反映，这意味着前侧面角αb等于后侧面角αa，但是可能有变化。特别地，上述螺钉的高螺纹和低螺纹中的一个或两个可以是非对称的，如图12所反映，这意味着前侧面角αb不同于后侧面角αa。在这种情况下，预期前侧面角αb将大于后侧面角αa，如图12所示。例如，前侧倾角αb可以在20度至30度的范围内，后侧倾角αa可以在10度至20度的范围内。下面的表3反映了可能的螺纹组合:

表3–示例性螺纹组合

示例	高螺纹	低螺纹
			1	对称	对称
2	对称	不对称
			3	不对称	对称
4	不对称	不对称

本主题的混凝土螺钉具有高螺纹和低螺纹的特殊几何组合，这是一种独特的设计构造，用于在混凝土应用和高强度混凝土6500至8500psi(45至60MPa)、低强度混凝土2500至4000psi(17至28MPa)和中空混凝土块建筑中使用。这种新设计提供了更高的拔出力，这在结构设计中对于更大的保持力是至关重要的，并且还在其他材料中提供了改进的抗拔力，这在飓风易发地区是有用的。

混凝土螺钉具有用于低螺纹和高螺纹的特殊螺纹轮廓，这减少了驱动扭矩，需要安装人员做出的努力较少。由于特殊的螺纹轮廓，典型的电钻电池的能量消耗将更少，并且每次充电将钻进更多的螺钉。

所描述的螺钉螺纹形式(与以上发明内容中描述的方面一致，并且与以上表1和表2中描述的一个或多个螺钉尺寸组一致)可以结合到具有各种头部构造的其他螺钉中。例如，图13示出了凸型飓风螺钉形式的这种螺钉300，该螺钉具有部分沿着柄部延伸的高螺纹和低螺纹、六角头端和在头端处的配合螺纹。图14示出了凹型飓风螺钉310，该凹型飓风螺钉具有完全沿着柄部延伸到凸缘/垫圈的高螺纹和低螺纹，以及凹型六角端。图15示出了具有高螺纹和低螺纹的凹型飓风螺钉320，高螺纹和低螺纹部分地沿着柄部延伸到短于凸缘/垫圈的位置处，并且头端具有配合螺纹。图16示出了具有六角端的螺钉330的另一种变型。图17示出了具有平埋头的螺钉340的另一种变型。图18示出了另一个凸型飓风螺钉350，该凸型飓风螺钉具有沿着柄部一直延伸到凸缘/垫圈的高螺纹和低螺纹、六角头端和在头端的配合螺纹。

Claims (19)

1.一种用于混凝土应用和飓风应用的螺钉，包括:

头端、柄部和锥形端，所述头端包括工具接合部分，所述头端位于所述柄部的一端处，所述锥形端位于所述柄部的相对端处；

沿着所述柄部形成的高螺纹，其中所述高螺纹始于所述锥形端上，延伸到所述柄部上并终止于沿着所述柄部的第一轴向位置处，其中所述高螺纹限定出高周围边缘，并且所述高周围边缘的至少第一螺旋部分包括多个凹口，其中所述第一螺旋部分从所述锥形端上或所述锥形端附近延伸并基本上延伸到所述第一轴向位置，其中所述高螺纹包括前侧面和后侧面，所述前侧面和后侧面在所述高周围边缘处会合并且一起限定出在约三十度与约四十五度之间的高螺纹角；

沿着所述柄部形成的低螺纹，其中所述低螺纹始于所述锥形端上，延伸到所述柄部上，并且基本上终止于沿着所述柄部的所述第一轴向位置处，使得所述低螺纹的轴向长度基本上与所述高螺纹的轴向长度相同并且相邻，其中所述低螺纹限定出没有任何凹口的低周围边缘，其中所述低螺纹包括前侧面和后侧面，所述低螺纹的所述前侧面和后侧面在所述低周围边缘处会合并且一起限定出在约三十度与约四十五度之间的低螺纹角。

2.根据权利要求1所述的螺钉，其中:

所述混凝土螺钉具有贯穿轴向长度，并且

在所述锥形端的末端与所述第一轴向位置之间的第一轴向距离是所述贯穿轴向长度的至少百分之七十五。

3.根据权利要求2所述的螺钉，其中，所述第一轴向距离为所述贯穿轴向长度的至少百分之九十。

4.根据权利要求1所述的螺钉，其中，所述高周围边缘的第二螺旋部分没有任何凹口，其中，所述第一螺旋部分比所述第二螺旋部分更靠近所述头端。

5.根据权利要求4所述的螺钉，其中所述第二螺旋部分完全位于所述锥形端上。

6.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述高螺纹是对称螺纹，所述低螺纹是对称螺纹。

7.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述高螺纹或所述低螺纹中的至少一个是不对称螺纹。

8.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述高螺纹和所述低螺纹两者都包括在约0.100英寸与约0.145英寸之间的共同且基本均匀的螺距。

9.根据权利要求8所述的螺钉，其中，所述低螺纹的每一圈基本上位于所述高螺纹的相邻圈之间的中点处。

10.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述头端包括与驱动头集成的垫圈，其中所述垫圈包括面向所述锥形端的下表面，其中所述下表面限定在基本垂直于所述螺钉的细长轴线的平面中。

11.根据权利要求10所述的螺钉，其中所述垫圈包括在轴向端视图中向外延伸超过所述驱动头周围部的周围部，其中所述驱动头的周围部限定出插座形状，其中所述垫圈的所述周围部限定出圆形形状。

12.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述头端包括端面，所述端面中形成有驱动凹部。

13.根据权利要求12所述的螺钉，其中，所述头端形成为具有截头圆锥形下部的埋头构造，所述截头圆锥形下部具有多个尖部。

14.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述第一轴向位置是所述头端与所述柄部会合的位置。

15.根据权利要求1所述的螺钉，其中所述第一轴向位置与所述头端间隔开，并且所述柄部包括在所述头端与所述第一轴向位置之间的无螺纹轴向部分。

16.根据权利要求15所述的螺钉，其中，所述柄部的所述无螺纹轴向部分的外径与所述低螺纹的大直径相差不超过百分之五。

17.根据权利要求1所述的混凝土螺钉，其中所述高螺纹和低螺纹包括小直径Dm，所述高螺纹包括大直径DM30，所述低螺纹包括小直径DM60，所述高螺纹包括螺距PH，所述低螺纹包括螺距PL，所述高螺纹包括在所述柄部上的高螺纹高度HTH，所述低螺纹包括沿着所述柄部的低螺纹高度LTH，

其中所述混凝土螺钉满足以下四组标准中的至少一组:

或者

或者

或者

以及

其中所述柄部基本上形成为直圆柱体，并且对于在基本上垂直于所述螺钉的细长轴线的平面中截取的横截面，所述锥形端包括圆形横截面形状。

18.根据权利要求1所述的混凝土螺钉，其中所述高螺纹和低螺纹包括小直径Dm，所述高螺纹包括大直径DM30，所述低螺纹包括小直径DM60，所述高螺纹包括螺距PH，所述低螺纹包括螺距PL，所述高螺纹包括在所述柄部上的高螺纹高度HTH，所述低螺纹包括沿着所述柄部的低螺纹高度LTH，

其中所述混凝土螺钉满足以下四组标准中的至少一组:

或者

或者

或者

以及

其中所述柄部基本上形成为直圆柱体，并且对于在基本上垂直于所述螺钉的细长轴线的平面中截取的横截面，所述锥形端包括圆形横截面形状。

19.一种用于混凝土应用和飓风应用的螺钉，包括:

头端、柄部和锥形端，所述头端包括工具接合部分，所述头端位于所述柄部的一端处，所述锥形端位于所述柄部的相对端处；

沿着所述柄部形成的高螺纹，其中所述高螺纹始于所述锥形端上，延伸到所述柄部上，并且终止于沿着所述柄部的第一轴向位置处，其中所述高螺纹限定高周围边缘，并且所述高周围边缘的至少第一螺旋部分包括多个凹口，其中所述第一螺旋部分从所述锥形端上或所述锥形端附近延伸，并且基本上延伸到所述第一轴向位置；

沿着所述柄部形成的低螺纹，其中所述低螺纹始于所述锥形端上，延伸到所述柄部上，并且基本上终止于沿着所述柄部的所述第一轴向位置处，使得所述低螺纹的轴向长度基本上与所述高螺纹的轴向长度相同并且相邻，其中所述低螺纹限定出没有任何凹口的低周围边缘。

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