墙壁和天花板紧固用的系统和方法

专利名称：墙壁和天花板紧固用的系统和方法
技术领域：
本发明涉及安装系统，特别涉及将紧固件安装于中空墙壁和天花板的方法 和装置。
技术背景 现有技术紧固件
住宅和商业建筑物的大多数墙壁和天花板具有空腔结构，即，墙壁后面存 在空腔。墙壁包括厚度特别地在1到2.54厘米之间并固定于包括木质或金属 框架构件(板墙筋或托梁)的合适框架的板材。典型地，框架构件以中心间距 40或61厘米间隔开。该+反材由芝加哥Uni ted Sta tes Gypsum/>司以SHEETROCK 品牌销售，通常称为干砌墙、墙板、石膏灰泥板和石膏板。另一种不常见的具 有相似特征的墙壁和天花板材料是涂覆有灰泥的板条基材。在以下的论述中，
术语墙壁和天花板是同义的。
可商购得到的多种紧固件用于将物体，例如图画、镜子、架子、细木家具、 毛巾架、栏杆和其它物品连接、保持或固定于特定场所的墙壁上，而不是具有 框架构件的区域上。这些紧固件大多数可以分成两种通用类型套挂和膨胀。 套挂紧固件
套挂紧固件通常包括两个部件。锚或第一部件有伸展或倾斜的臂，并且通 过折叠进的臂被插入到墙壁材料上钻孔中。插入锚之后，执行器或第二部件， 典型为螺钉或销，用于使锚的臂倾斜或伸展于墙壁后面的空腔中，从而将紧固 件锁在墙壁上的适当位置中。
Nagel,在美国专利2，916， 235 (1959)中公开了 一种紧固件，其中锚包括 在扩口管的一端作为第一部件的枢轴安装的臂。在墙壁中钻孔并将锚完全插入以便扩口端抵靠于墙壁外表面，防止进一步插入。执行器是螺钉，当插入管中 时，其迫使臂旋转，直到其末端接触墙壁的内部。转动螺钉使其楔入到臂的端
部下方最接近枢轴。这就完成了紧固件的安装。Nagle的装置形成了对于不同 的厚度的墙壁的牢固的紧固件，但是也存在一些缺点。紧固件不能通过简单的 锤击或旋拧将其安装在合适位置中。必须先设置孔。为了使螺钉楔入到臂的下 方，管直径必须基本大于螺钉的直径。反过来，这就需要一个比所需更大的孔。 而且，当完全楔入抵靠于臂的枢轴端时，螺钉不能位于垂直于墙壁的位置中。 因此，螺钉头不能处于与墙壁齐平的位置，导致在螺钉头顶端高压力接触而螺 钉头的底端没有接触的不能很好地锚定。最后，Nagle的紧固件有些复杂，可 能需要手工组装枢轴接头。
Dwyer在美国专利3， 213, 745 (1965)中、Johnson在美国专利3， 431， 813 (1969)和4， 022， 100 (1977)中、McSherry在美国专利4， 181， 061 (1980)中、 Schiefer在美国专利4， 289, 062 (1981)中以及Camilleri在美国专利 4,662,808中，都教导了以同样的原理操作的紧固件。锚插入到墙壁中的钻孔 里。锚的扩口的前部抵靠于墙壁的外表面，防止进一步插入。设置执行器(螺 钉或销)以使两个或多个臂在墙壁后面的空间中伸展，最终抵靠于墙壁的内表 面。然后，物体通过执行器被固定于墙壁。根据Nagle的专利，需要在墙壁中 预先钻孔。在许多场合中，这会导致墙壁的内部碎裂，使墙壁在该处变弱，并 限制了由紧固件可支撑的载荷的重量。
Ellenberger在美国专利3， 550， 499 (1970)中、Vassiliou在美国专利 4, 500， 238 (1985)中、Giannuzzi在美国专利5， 447， 005 (1995)中、Moretti 在美国专利5, 224， 805 (1993)中和Re,ers在美国专利6， 494, 653 (2002)中教 导了具有类似于那些以上描述的螺钉或销扩展臂的紧固件。然而，锚被直接锤 击进墙壁材料中，而不需要预先钻孔。然后，执行器用于驱使臂分开，固定紧 固件。
Remmers专利的缺点在于，在他的装置中包括在两个爪或臂之间形成有槽 (图7)形式的间隙。当锚锤入或旋入墙壁时，该间隙的存在使末端摆动和偏 斜。这个动作产生一个比所需更大的孔，削弱了在筒54处的锚定。而且，这 种摆动和偏斜动作使锚以一定角度进入墙壁，造成墙壁的前后侧裂开或碎裂，恶化了墙壁材料的整体性。此外，锤击可使他的紧固件在间隙处弯曲或破裂。 这种情况下，紧固件根本不能进入墙壁。
Harker在美国专利4, 902, 179 (1990)中教导了 一种具有铰接凸缘的驱入 锚，该铰接凸缘周向膨胀以接合墙壁的后侧以适应螺钉的插入。此外，当螺钉 插入时，主体的纵向切口部分在通过紧固件产生的孔中膨胀。接近墙板21 (图 2 )内部的铰接凸缘的膨胀最多被限定到销或螺钉60(图2 )直径。因此，Harker 的紧固件形成仅在墙板21后侧上受限制延伸的实体障碍。此外，如果螺钉60 过拧，将简单地继续旋转抵靠于紧固件的内表面，从而降低了紧固件的效力。
Gaudron在美国出版的专利申请2001/0046429中教导了一种具有凸缘的 套索锚的自钻孔紧固件。紧固件自钻通过墙壁之后，其凸缘部分抵靠于墙壁的 前侧。套索部分位于墙壁后面，并且枢接于与墙壁平面平行的位置。插入并旋 转螺钉将使套索部分向螺钉停靠的墙壁后侧移动，从而固定紧固件。
三种保持方法对上面现有技术的紧固件是一样的。在第一种方法中，套索 是插入通过墙壁，然后通过螺钉推进以与墙壁后侧接触。在第二种方法中，锚 包括预先折叠的臂，紧固件完全插入墙壁后，通过第二部件迫使臂伸展抵靠于 墙壁后侧。在第三种方法中，凸缘接合于墙壁后侧，同时切口部分膨胀以填充 紧固件通过的孔。正如所述，所有三种方法都有相当大的所提到的缺点。 膨胀紧固件
膨胀紧固件通常通过直径增加而固定。 一些紧固件包括锚，锚被锤击入墙 壁或插入预钻的孔中。执行器(例如销或螺钉)被迫进入紧固件中的中心的、 圆柱腔中，增加其直径。其它紧固件还有可弹性膨胀以阻止紧固件拔出的柄脚。
Karitzky在美国专利1， 452， 514 (1923)中以及Girkin在美国专利 5， 221， 167 (1993)中教导了插入到钻孔中的类似紧固件。钉子或螺钉插入紧固 件，迫使其直径增大，因而将其固定在孔中。Girkin另外包括一个形成为紧 固件的一部分的锁紧螺母。
在美国专利4, 322， 194 (1982)中，Einhorn教导了一种锤击或其它方法驱 入墙壁的墙壁紧固件。插入后，螺钉迫使两个或多个臂分开，将墙壁压在紧固 件周围。
在美国专利3, 983， 779 (1976)中，Dimas教导了 一种带柄脚的钉。该钉被锤击穿过屋面材料进入盖板下面。钉上的柄脚防止钉退回并牢固地将屋面材料 保持在盖板上适当的位置中。
膨胀紧固件必须施加足够的膨胀力以固定，但不能使其主体材料破裂或碎
裂。这些紧固件通常不适合用于易碎材料，例如干砌墙石膏板。
以上描述的套索和膨胀紧固件存在许多缺点。都不能与现成的销和需要插 入必须提供的销的工具一起使用。因此，对于这些锚和销装置，人们必须选择 用于螺钉的恰当尺寸的紧固件，然后选择用于紧固件的适当尺寸的钻头，以避 免不良锚定。此外，它们不能适应各种不用工具即可被插入的现成的、预制结 构的销。其它缺点包括需要为紧固件钻墙壁，由于紧固件或螺钉的过拧经常导 致墙壁故障，西此难以正确固定，，以及当紧固件在这种过拧情况下移除时， 形成难看的过大的孔。这些紧固系统中，有些也是不可移除的，或者如果不在 墙壁上留下大的、难看的孔很难移除。此外，膨胀紧固件可压碎易碎的干砌墙 材料，使装置在墙壁中的夹紧受到限制。

发明内容
因此，本发明的一个优点在于，提供了一种改善的墙壁紧固件， 一种更牢 固的锚定系统，以及紧固件能够以对墙壁材料最小的损害被击入或以其它方式 驱入墙壁的方法。其它优点在于，提供了一种紧固件，该紧固件通常不需要预 先钻孔，更容易大量生产，能够在安装期间作为连续、刚性单元而没有间隙地 构成，能够接受不用工具即可安装的各种预先制成的销，并且容易移除。再一 些优点将从随后的描述和附图中看出。
根据本发明的一个优选实施方式，紧固件包括墙壁锚定部分和或可枢转部 分或顶端。这两个部分通过一体的或"活动的，，铰链、带、活叶、系索或其它 类型连接元件连接。这些部分可铰接地咬合为刚性、连续的单元以插入墙壁中。 其它实施方式包括主体上的两个或多个臂。在至少一个实施方式中，臂通过枢 转齿轮而不是活动铰链连接于墙壁锚定部分。墙壁锚定部分装上后，可枢转部 分被迫在铰链处或枢转齿轮处枢转，使可枢转部分停靠于墙壁内表面，从而使 紧固件固定。


图1A- 1C示出了根据本发明的第一实施方式的具有一个可可枢转部分的紧固系统的几个^f见图。
图1D和图1E示出了用于图1A的紧固系统的典型销。
图1F到图1H为示出了插入孔中的典型销的截面图。
图2A-2G为第一实施方式的截面视图，示出了紧固系统的该实施方式如何 安装在墙壁或天花板中。
图3A和3B示出了具有多个可枢转部分的另 一实施方式的紧固系统如何安 装在墙壁或天花;f反中。
图4A和4B为本发明又一实施方式示出的枢转前和枢转后的视图。
图5A-5C为根据本发明分别具有两个可枢转部分、三个可枢转部分和四个 可枢转部分三个实施方式的枢转前的端视图。
图6A和6B示出了才艮据本发明的又一实施方式的紧固系统。
图7A-71为根据本发明的又一实施方式的紧固系统的各种视图。
100紧固件105墙壁锚定部分107头部
108接合部110可枢转部分111椭圆
112顶端115铰链120墙板
125翼片126翼片130孑匕
135凸部136端部137边缘
139锁闭齿140销143棘轮凹槽
144大螺紋145轴150顶端
155定位器200螺紋400尖端
405尖端410铰链420铰链
520可枢转部分522可枢转部分524可枢转部分
526可枢转部分600紧固件602臂
604臂605齿轮607主体
610齿轮615枢轴620枢轴
630半顶端635半顶端640销
645齿条650顶端700紧固件
705墙壁锚定部分710翼片715头部720可枢转部分725顶端730指部
735凸部740铰链745凹槽
746凸起750孑匕755孔中心
760孔延伸部765螺紋770钻孔顶端
775螺丝刀780鸟A 則大785指示器
具体实施例方式
图1A到图1C分别示出了本发明紧固件第一实施方式初始结构的侧视图、 正视图和后视图。紧固件100将被驱动进在墙壁后面(到墙壁左方)具有中空 空间的墙壁120中(图1A)。紧固件10G包括在接合部108邻接并通过铰链115 连接的墙壁锚定部分105和可枢转部分110可枢转部分。具体地，如在图2A 至图2C的截面图中最佳所示，可枢转部分110和壁板部分105通过一体或"活 动"铰链115或者锚1G0的底部中心处的枢转点连接在一起。而且，它们在接 合部1G8 (由斜线指示)处邻接，可枢转部分110和壁板部分105在这里彼此 邻接。因此，部分110和105的连接部之间没有间隙。
铰链115为典型的，并可以采用一体的或"活动"铰链、带、活叶、系索、 有销的两部分4交链或其它类型连接元件的形式。可枢转部分110在其前端(从 使用者(未示)角度为末端)终止于尖锐的顶端112中。墙壁锚定部分105 在其后部或近端终止于平的头部107中。部分105和110的截面优选为短轴和 长轴的比率约等于0. 6的椭圆形，如在图1B和1C中显示为111。该比率为典 型的，并由本申请确定。可以使用其它轴比率和形状。
任选的翼片125从顶端112伸到头部107的底部。翼片126从头部107底 部外边缘越过墙壁锚定部分105的长度向下延伸至翼片125。圆孔或腔130轴 向延伸穿过墙壁锚定部分105。可选择地，孔或腔130可以具有与下述优选实 施方式有关的椭圆的、矩形的和其它的形状。
凸部135为可枢转部分110的一部分，并延伸进孔130中等于或大于孔 130直径的一段距离，暂时设置在此。凸部135以倾斜的端部136和圆形边缘 137终止。
部分105从头部107的底侧到铰链115的支点的长度优选等于墙壁120的 厚度，通常在1和2. 5cm之间。顶端部分110的长度优选约2. 5cm。因此，部分105和110的总长度优选约4cm。其它长度可以根据所使用墙壁的厚度而设 置。
可选择地，单一长度的紧固件可用于各种厚度的墻板120。这将在下面结 合图2F和2G进行更详细地描述。
紧固件100的直径标定约为7mm。孔130的直径优选约为4mm。这些直径 可根据将由紧固件所支撑的负载、孔的尺寸以及所需穿透的容易程度而改变。 孔130包括锁闭齿或环139,其可以是设置在孔130的顶部、底部或侧部的单 个齿。可选择地，其包括围绕其整个圆周或任何部分的环或环带，将孔130 的直径局部缩小到约3. 5mm。锁闭齿139接合凸脊，所述凸脊包括在如下所述 的销140A-140L(图1D-A至图1D-J、图1E-A和图1E-B)上的螺紋或凹槽。头 部107的厚度优选约为lmm。
紧固件IOO优选由例如尼龙的塑料制成，但是包括塑料、金属和硬木的许 多其它材料也是适合的。
通常包括凹槽、棘齿或螺紋轴145的销140优选由紧固件100提供。当销 140完全插入孔130时，它致动紧固件IOO。轴145—端以斜顶端150终止， 另一端以例如吊钩、螺^r头、螺栓等的附加固定装置155终止。
销140优选由尼龙制成，但是可使用包括其它塑料、金属和木材的其它材 料。在优选实施方式中，锚具有销，所述销具有多个不同头部并设计为与锚 IOO共同起作用。
图1D和1E示出了销140的多个实施方式。它们都设计为与锚100共同起 作用，并且可以为具有如图1D-A至图ID-E中螺紋145T的螺钉或螺栓，可以 为具有凹槽145R和包括如图1D-F至图1D-J中所示的平头、螺钉头、螺栓头 和吊钩的多种形状头部的销，可以为具有如图IE-A中所示的非圓形截面和棘 轮凹槽143或如图IE-B中的大螺紋144的销。孔130内部被构造成容纳至少 一个以及可能多个包括大或小螺紋、凹槽、非圓形截面以及多种直径的销轴设 计。
图1F详细示出了紧固件100的孔130中的锁闭齿139接合销轴145上的 棘轮齿145R。图1A和图1D-F至图1D-J示出了棘轮齿14SR。在图1A中齿1"R 围绕销140的轴145的整个圓周形成。图1D-F至图ID-J中，齿145R可选围143显示为在销140K 的至少一侧上。销140插入紧固件100的孔130中，然后按箭头方向推入。当 销140按箭头方向推入时，棘轮齿145R通过稍弯曲的锁闭齿139和棘轮齿145R 沿它们各自的倾斜表面向内挠性传送。然而，当在相对方向推进销140时，齿 145R和齿139的平行面接触。由于它们在其平行面的相对侧上由形成斜面的 材料支撑，因此，当以箭头方向相对的方向推进时，齿较缺乏挠性。因此，当 销140插入紧固件100时，齿145R强制接合锁闭环139,防止销140退出。
图1G示出了销轴145上的螺紋145T接合紧固件100的孔130的细部。(与 上述螺紋144相比，螺紋145T相对较小。)螺紋145T的外径比孔130的内径 大近10%。因此，当销140以箭头方向旋柠进孔130时，螺紋145T侵入紧固 件100的材料中。当销140向内前进时，螺紋145T强行将材料移入锁闭环139 中，将其大部分掩盖。该移动增加了螺紋145T和之前组成环139的材料之间 的摩擦力，超过螺紋145T和孔130的剩余部分之间的摩擦力。因此，销140 的螺紋设计再次紧固地将其固定在紧固件100中。
图2A-2G，图3A和图3B示出了另外的、可选4f^的特征。可以在紧固件100 的部分105中增加大阴螺紋200,以容纳销140L(图1E)的大阳螺紋144。 第一实施方式-操作-图2A到图2G-准备
图2A-2G示出了紧固件100的截面图。如图2A所示，紧固件100设置有 后部固定部分105和前部、可枢转部分IIO。如果部分105和110弯曲超出轴 向对齐，即，它们相对于彼此(未示)形成角度，那么使用者将其弯曲以使它 们的轴对齐。
当两部分对齐时，边缘137摩擦地擦靠于孔130的表面。铰链115中的弹 性允许这两个表面摩擦接触。如果部分105和110超出轴向对齐或已经弯曲超 出轴向对齐，则它们:故向后弯曲到准备插入的对齐位，边^^137通过咬住动作 (snapping action)移出孔130。这种咬住动作使紧固件100保持刚性笔直， 部分105和110之间没有间隙，同时其被驱入墙板120中。当紧固件100进入 墙板120时，这种刚性防止顶端112偏移。
可选4奪地，部分105和110可在制造时由脆性的接合部108(图1A)熔合， 接合部后来通过插入销140而弄碎，如下面所述。如要紧固件100由例如塑料的弹性材料制成，则部分105和110将通过轻微弯曲而增加弹性。 插入
接着，紧固件IOO被定向为使得椭圆截面111 (图1B和图1C)的主轴水 平。该方向降低墙板120中与负载相应的压力，并使墙板120中紧固件100 的分配区域最小。然后，紧固件100通过锤子(未示)或其它钝器工具或拇指 驱入墙板120中。^睡击沿平行于紧固件100的轴的方向上施加于头部107的外 表面。可选4奪地，紧固件100可插入墙板120中的钻孔或冲孔(未示)中。在 这种情况下，孔的直径优选小于或等于部分105的最小直径。
当紧固件IOO进入墙板120 (图2B)时，任选的翼片125恰好保持椭圆截 面111(图1B、 1C)的水平方向。如果没有翼片125, —旦顶端部分的主体IIO 进入墙板120，椭圆截面111将阻止锚IIQ旋转。
由于部分110和105邻接的边缘之间没有间隙，即它们是连续的，因此但 锚被锤入墙壁时，其将保持其结构。因而，末端和近端部分将保持其最初结构， 如图1A所示，并且将不会相对于彼此分离或枢转。相反， 一些现有技术的锚 在墙壁锚定部分和可枢转部分之间有间隙，使得当锚被锤入墙壁时，其两部分 经常分离，损坏墙壁，并且必须更换整个锚。
图2C示出为完全嵌入到墙板120中的紧固件100。头部107的底部牢固 地停靠于墙板120的外表面。当翼片126进入墙板120时，它们保持紧固件 IOO先前确定的方向。当紧固件100完全插入时，翼片126和部分105及110 的椭圆截面(在图1B和1C中表示为111)也能防止其在负载情况下、或当扭 矩施于紧固件100时、例如当大螺钉安装进孔130时旋转。
当紧固件100完全插入时(图2C),铰链115位于墙板12G的内表面。根 据墙板120的厚度选择头部107的下表面和铰链115之间的距离。在美国，提 供的墙板120标准厚度范围从1. 27cm到2. 54cm。因此紧固件100也具有多种 铰链-头部距离以配合这些厚度。
可选择地，紧固件100的部分105可具有与墙板120的厚度范围相应使用 的单一长度，如下所述。 致动
为了将插入的紧固件锁定于墙壁中，销140插入(图2D)紧固件100的孑L130中。销140手动插入直到顶端150撞击边缘136。如果图1D和1E示出 的任何其它销构成为能够正确地配合锚，则可以使用它们代替图2D所示的销。 在凹槽或棘轮轴(140F至140K,图1D-1E)的情况中，通常由使用者的拇指 提供进一步的插入力。在螺紋轴(140A-140E, 140L，图1D-1E)的情况中，可用 使用者的手、螺丝刀或扳手(未示)。在这两种情况下，螺紋145T、 144或凹 槽145R、 143接合，并通过孔130中的锁闭齿139保持在适当的位置中，如上 所述。可选择地，螺紋145T和144可通过锁闭齿130部分固定。这些螺紋销 也用螺紋从内部孔130插进包括锚主体105的材料，从而，也如上所述，将螺 紋牢固地接合进锚材料中，并且将锁闭销140固定在合适的位置中。由于顶端 部分110没有干涉或移动墙板120中的材料，所以所需的插入力最小。只是必 须克服由凸部的边缘137和孔130的滑动干涉形成的制动。铰链115的弹性允 许这种滑动发生。
将销140的顶端150压向边缘136产生了围绕铰链115的逆时针(CCW) 扭矩，即，顶端150凸轮接合作为凸轮从动件的边缘136，使顶端或可枢转部 分IIO逆时针旋转(图2D)，直到其最终稳固地停靠于墙才反120的内表面(图 2E)。这时，锚处于其致动或膨胀结构，并且锁在墙板中或墙板上。即，由于 销140处于合适位置中，通过螺紋145T、 144或凹槽145R、 143以及锁闭齿 139牢固地被保持，紧固件IOO稳固地并牢固地被设置在墙板120中。
这时，画、镜子等(未示)可以被挂在销140的吊钩上，并且由于可枢转 部分110提供的锁闭作用，则将阻止锚拔出。如果销没有吊钩(例如图1D-A 至图1D-E所示的销140A到140E)，其可被首先完全插入到紧固件100中，致 动它，然后退回约2mm以允许在销轴上悬挂金属丝(未示)。这种小的退回距 离不能使得紧固件100失效。
如果紧固件100的部分105具有与墙板120的厚度范围配合使用的单一长 度，则应用下面两种情况。在图2F示出的第一种情况中，部分105的长度大 于墙板12Q的厚度。凸部135足够长，使得当顶端部分110形成大于90度的 弧时，销140与边缘136接触(图1A)，最终压靠于墙板120的内表面。
在图2G所示的第二种情况中，部分105的长度小于墙板120的厚度。凸 部135、铰链115和销140具有足够的挠性，以使得销140轻微弯曲并推过凸部135，使部分110楔靠于墙板120的内表面。
一个另外的优点源于紧固件100的卵形或椭圆形截面。这种非圆形使施加 于销140的旋转扭矩比圆形可能发生的扭矩更大，因此减少旋转突出。
图1E-G显示出具有螺紋14 4的销14 OL被插入到紧固件10 0的孔13 0中(图 2A)，并被旋转或旋拧入以使阳螺紋144与紧固件100中的阴螺紋200接合， 从而致动它。
本发明紧固件容纳多种尺寸和类型的销，然而现有技术的紧固件通常需要 预定尺寸和类型，即，特定直径和齿距的螺紋。 第二实施方式-说明和操作-图3A至3B
第二实施方式(图3)使用两个枢接顶端部分110和。通过使用两个 该部分，该实施方式接合更大的墙板面积，产生更强的锚定。部分11G和ll(T 的每一个分别通过铰链115和115'连接于墙壁锚定部分105，如上面优选实施 方式所述。当由销140的顶端150推进时，作用于凸部135和135'的边缘136 和136'的力形成围绕它们各自铰链的扭矩，使部分110向上枢转，并使部分 ll(K向下枢转(图3A)。
当销140完全插入紧固件IO(T时，部分110和110'稳固地停靠于墙板120 的内部，并且棘轮齿或凹槽145R或143 (图1D和1E)由锁闭齿139保持，从 而牢固地嵌入紧固件100。
悬挂在销140的近端或吊钩上的画或其它重物将使得紧固件100'的前端 或末端趋于如图3B所示的顺时针旋转。然而，顶端部分110通过施加在墙板 120内表面上的力阻止紧固件100'旋转。施加在顶端部分IIO上的任何逆时针 扭矩使销140的末端将更稳固地夹紧在凸部135和135'之间。结果形成当重 物悬挂在销140上时变得更牢固的紧固件。 第三实施方式-说明和操作-图4A、犯和SA-SC
在第三实施方式中(图4),紧固件IOO"使用两个可枢转部分IIO"和 110'〃。当墙板120的厚度使铰链115和115'位于墙板120中时，该实施方 式是有用的。在这种情况中，部分IIO"和IIO'"包括边缘，该边缘为当它们 展开时局部压紧且加强位于它们下面的墙板120。部分IIO"和ll(T"形成对 称的一对。当紧固件IOO"被驱入墙板120时，半尖端112"被压在一起而没有插入间隙，并且作为一单独的单元，引导紧固件IOO"以笔直的路径通
过墙板12Q。
部分IIO"和110〃'终止于尖端400和405,与半尖端112'和112"相对。 当销140插入紧固件IOO"时，尖端150推靠于尖端400和405,使部分110'1 和110〃'围绕铰链115和115'枢转。当销140完全插入时，枢转部分110"和 IIO'"被迫从紧固件IOO"的轴向向外，并且净束轮齿或凹槽145R或143 (图1D 和1E)通过锁闭齿139被保持在适当的位置中，从而紧固件IOO"被稳固地楔 入墙板120中适当的位置。
可以使用三个或更多可枢转部分，代替两个可枢转部分(110"和11 (T ")。 图5A示出了紧固件IOO"的顶端视图，相应于图4A和图4B的紧固件。图5B 和图5C为顶端视图，分别示出了三个和四个可枢转部分520、 522、 524和52(T 、 522'、 524'。尽管示出为圆形截面，但本实施方式也可以具有椭圓形截面。 第四实施方式-说明和操作-图"和6B
在本实施方式中(图6),不用铰链。替代的是，使两个枢转部分围绕枢轴 旋转，其分别具有通过插入的销上的齿条(直齿轮)旋转的小齿轮。紧固件 600装配有一端带小齿轮605和610的两个臂602和604。齿轮605和610邻 近墙壁紧固件主体607安装在枢轴615和620上。
销组件640包括靠近其顶端650的齿条645，和棘轮齿或凹槽145R或143 (图1D和1E)。
如上所述，固定器600通过半顶端630和635被引导而驱入墙板120。然 后，销组件640被插入到紧固件600的孔650中(图6B )。当销640插入时， 齿条645接合小齿轮605和610，使臂602和604向外枢转，远离紧固件600 的轴线。当销640完全插入时，臂602和604稳固地楔靠于墙板120的内表面， 并且棘轮齿或凹槽145R (143)通过锁闭齿139保持在适当的位置中，因而使 紧固件600形成牢固锚定。
这种实施方式容易从墙壁移除。退回销640使臂602和604重新对齐，允 许锚600退回。
优选实施方式-说明和操作-图7A到71
图7A透视示出了根据本发明优选实施方式的紧固件。紧固件700的墙壁锚定部分705包括带一对翼片710的主体，和头部715。可枢转部分720包括 尖锐的顶端725和在凸部735上的指部730。部分705和720具有锥形的椭圓 截面，并且由活动铰链740连接。如上文第一实施方式所述，铰链740可选择 地采用带、活叶、系索、有销的两部分铰链或其它类型的连接元件的形式。
紧固件700优选由塑料制成，也可以使用如上文所述的其它材料。两种适 合的塑泮牛由美国Wilmington的Delaware的E. I. DuPont de Nemours Company 以"Nylon 6"和"Nylon 66 Super Tough"品牌出售。
图7B为紧固件700的截面视图。当部分705和720轴向对齐以插入墙板 120时，部分705内部的凹槽745接收凸部735上的指部730。部分705和720 刚性对齐而用于插入。通过来自例如锤子、螺丝刀的把手的驱动装置的力或来 自施加于头部715后部或近端的拇指的手动压力完成插入。注意该图中包括锁 闭齿139。当使用图1D和1E所示类型的销140时包括齿139。当销140仅包 括凸起746 (图7E)，或者当销轴是带螺紋的(图1D-A至1D-E，和1E-B)时， 如下图7E和7F所述，则不需要齿139。
图7C示出了可用于墙壁锚定部分705的多种截面形状。图7C-A示出了可 膨胀的孔750,膨胀孔750包括有径向椭圓延伸部760的圆形或椭圓形中心部 分755。也示出了对齐翼片710。孔750的形状和弹性允许紧固件700接收有 多种尺寸和截面形状的销轴，如图1D和1E所示。图7C-B示出了H形孔。图 7C-C示出了椭圆孔。图7C-D和7C-E示出了椭圓形和平行六面体形组合的其 它孔。
图7D示出了紧固件700的部分720的椭圓形截面111。 图7E示出了在销140插入之前嵌入墙板120的紧固件700。销140包括 后部吊钩155、有顶端150的轴145和凸起746。可以〃使用图1D和1E所示的 任一销设计或者这些设计上的变型，包括有棘齿和螺紋的那些销。
图7F示出了已完全插入墙板120并准备使用的紧固件700。销140的轴 145迫使部分720绕铰链115旋转。轴145稳固地楔靠于凸部735,使部分720 靠于墙板120的内表面。销140的轴145上的凸起746稳固固定于凹槽745 中。
任一销140 (图1D和1E)可替代接合凹槽745的凸起746而被插入，并且如果有锁闭齿，则接合锁闭齿139 (图7B)。
注意，在这种情况中，部分720被定位在部分705的上方。当负载悬挂在 销140的吊钩155上时，存在扭矩，迫使部分705在墙板120中旋转。该扭矩 通过墙板120在部分705处部分平衡，并且通过停靠于墙板120的内表面的部 分720部分地被平衡。在该方向上力的分布产生作用于部分705的臂长度的反 作用扭矩，增加紧固件700的强度。
图7G示出了固定于可枢转部分720顶端725的可选择的金属顶端725'。 当墙板12Q由具有不同于这些标准干砌墙的特性的材料(例如更硬、更软、更 柔韧等)制成时，可使用顶端725、并且硬的顶端是期望的或所需的。
多种顶端形状是可能的。替代有简单点的钉状顶端725',顶端725 (图7A) 和725'可采用如图7H-A所示的匙形凿形状、图7H-B所示的有弯曲凿的双4丁 头、图7H-C所示的尖角凿、图7H-D所示的简单凿、或图7H-E所示的剑形凿 等。
图71示出了以上设计的一种变形。外螺紋765形成在部分720上，并且 可选择地增加钻孔顶端770以形成钻孔和螺紋组合。为了安装，紧固件700 首先设置为部分705和720同轴对齐的的最初结构。将顶端770靠于将要安装 锚700的墙壁(未示)。螺丝刀顶端775插入孔750中，并且按箭头780指示 的方向旋转(或手动或用动力工具)。顶端775示出为一平板条，但是可以是 接合孔750的任何形状。当墙壁锚定部分705到达墙板120表面时(该图未示)， 移开螺丝刀顶端775，并且紧固件700通过使用者的拇指或锤子施力进入墙壁。 指示器785用于在紧固件700最终受力进入墙壁之前定位紧固件。但紧固件 785向上时，可枢转部分720将向上枢转，如图7F所示，这时销140被安装。 如前所述，当翼片710完全插入墙板12Q时，它阻止紧固件700旋转。 结论、改进以及范围
读者从以上将看出，本发明紧固系统提供了将物品稳固的锚定于墙壁和天 花板上的新颖的方法和装置。该紧固件不需要预钻孔，因为紧固件的主体能够 用锤子或类似物被插入墙壁。在已经有孔的情况下，紧固件能够用使用者的拇 指的力被手动插入。接着，使用者插入致动销。销致动紧固件，将其牢固地固 定于墙简单的手动作用，通过使用者拇指的按压、或通过用使用者手指或螺丝刀或扳 的手动^走柠而#1插入。
本发明紧固件适用于墙壁厚度范围。当墙壁比墙壁锚定部分长度薄时，紧 固件的可枢转部分绕其活动铰链、带、活叶、系索或其它类型的连接件旋转， 接触墙壁内表面。当墙壁比墙壁锚定部分厚时，紧固件的可枢转部分旋转小于
90度，并且楔靠于墙壁内表面。
紧固件的椭圆截面良好地结合了紧固件材料的体积强度，并减少施加给墙 壁材料的压力。椭圆截面，与墙壁锚定部分上的翼片一起，还阻止由紧固件的 旋转造成的墙壁材料突出。
锤击期间紧固件的前面和后面部分邻接和刚性地固定防止当紧固件被锤 入墙壁时的摆动和弯扭。在图4A至图6B的实施方式中，多个臂最初无间隙接 触。当紧固件被驱动通过干砌墙时，这些臂上的顶端保持压在一起，再次防止 摆动和弯扭。
多种销设置是可能的。单个紧固件主体容纳多个不同的销类型，其被插入 组合了圆形、矩形和椭圆形变型的可膨胀的孔中。
上文描述包括许多特征，但是这些不应认为是限制性的而仅作为实施例。 可以有多种变型和修改。
例如可以使用渐缩矩形、星形或其它截面，替代渐缩椭圆截面。代替例如 吊钩的连接点，销可包括依次可被绕系于负载的绳的延伸部。枢转部分的边缘 也已知为凸轮从动件、指部、旋扭、凸部、凸角等等。
本发明的系统使用了本领域技术人员熟知的地锚设计的部件，但是它以新 颖的方式结合了这些部件，产生了至今未被公开的新的技术效果。因此，本发 明的范围不由所示的实施方式确定，而是由所附权利要求和其合法等价范围确 定。
权利要求
1.一种墙壁锚，包括细长构件，包括远端部分和近端部分，所述远端部分和近端部分在初始结构中为共轴的，所述近端部分具有通孔，并具有在所述初始结构中面向所述远端部分的边缘，所述远端部分和近端部分枢接，以使所述远端部分能够相对于所述近端部分枢转，所述远端部分具有尖锐的前端和相对所述前端、面向所述近端部分的所述边缘的边缘，所述边缘组成凸轮从动件部分，并且设置为当细长致动构件在所述锚构件处于所述初始结构时插入穿过所述近端部分的所述孔时，所述致动构件将迫使所述远端部分远离所述近端部分枢转到伸展或锚定的结构。当所述锚处于其初始结构时，所述远端部分的所述边缘邻接所述近端部分的所述边缘，从而当所述墙壁锚被驱入墙壁时，所述远端部分和近端部分将保持所述初始结构，并且将不会枢转分开或分离，直到被致动为所述伸展结构。
2. 权利要求1的所述墙壁锚，其中，所述远端和近端部分的截面为椭圆
3. 权利要求1的所述墙壁锚，其中，所述远端和近端部分由选自以下的 装置可枢转地连接铰链、系索、带和活叶。
4. 权利要求l的所述墙壁锚，其中，所述孔的截面选自圓形、椭圆形、 矩形、正方形以及圆形、椭圓形和平行六面体的组合。
5. 权利要求1的所述墙壁锚，其中，所述锚由选自以下的材料制成塑 料、金属和硬木。
6. 权利要求1的所述墙壁锚，其中，所述远端还包括附加于所述尖锐前 端的尖锐金属顶端。
7. 权利要求l的所述墙壁锚，其中，所述远端还包括外螺纹。
8. 权利要求l的所述墙壁锚，其中，所述尖锐前端的形状选自于尖角、 匙形凿、有曲凿的双头钉、尖角凿、凿、剑形凿和螺纹钻。
9. 权利要求l的所述墙壁锚，还包括所述致动构件，所述致动构件为销。
10. 权利要求9的所述销，其中，所述销的所述轴还包括选自螺紋、凹槽 和凸起中的至少一种形状。
11. 权利要求9的所述销，其中，所述销还终止于头部，所述头部选自螺 钉头、螺栓头、扁平头和钩。
12. 权利要求l的所述墙壁锚，其中，所述孔还包括选自螺紋、锁闭齿和 凹槽中的至少一种形状。
13. 权利要求12的所述墙壁锚，其中，所述孔还包括预定特征的螺紋， 并且所述致动构件包括互补螺紋，由此当所述孔的所述螺紋和所述致动构件的 所述螺纟丈接合地转动时，致动所述墙壁锚。
14. 权利要求l的所述墙壁锚，还包括所述致动构件，所述致动构件包括 具有轴和棘轮齿的销，所述近端部分还包括锁闭齿，其中当所述轴插入所述近 端部分时，至少一个所述棘轮齿接合所述锁闭齿，由此将所述致动构件固定在 所述近端部分中。
15. 权利要求l的所述墙壁锚，还包括所述致动构件，所述致动构件包括 具有轴和螺紋的销，所述近端部分的所述孔的直径小于所述螺紋的外径，从而当所述轴转动时，所述螺紋插进所述近端部分的所述孔中，从而将所述致动构件固定于所述近端部分中。
16. 权利要求l的所述墙壁锚，还包括所述致动构件，所述致动构件包括 具有轴和凸起的销，所述近端部分还包括凹槽，从而当所述轴插入所述近端部 分中时，所述凸起4妄合所述凹槽，从而将所述致动构件固定于所述近端部分中。
17. —种墙壁锚，包括 细长构件，具有远端部分和近端部分，所述远端部分包括至少二个臂，所述臂具有带尖锐顶端的顶端；和带有枢 轴和凸轮从动件的枢轴端，所述枢轴端可枢转地连接于所述近端部分，从而所 述臂可以相对于所述近端部分枢转，所述臂和所述顶端彼此邻接，并且在初始结构中与所述近端部分轴向对齐，所述近端部分具有通孔，由此，所述墙壁锚当被驱入墙壁时将保持所述初始结构状态，并且当所述相对于所述近端部分枢转到伸展或锚定结构，从而将所述墙壁锚锁定于所述墙 壁中。
18. 权利要求17的所述墙壁锚，其中，所述枢轴选自铰链、系索、带、 活叶和轮轴。
19. 权利要求17的所述墙壁锚，其中，所述凸轮从动件选自尖端、齿轮 和边缘。
20. —种将物体锚定于墙壁的方法，包括提供在初始的同轴结构中具有邻接的远端部分和近端部分的墙壁锚，所述 远端部分一端具有尖锐顶端，并且另一端可枢转连接于所述近端部分，所述近 端部分具有后端和孔，在后面有空腔的墙壁上选择位置，提供细长的致动构件，使得所述尖锐顶端和所述锚在所述位置处通过所述墙壁，直到处于所述初始结构的所述锚的所述后端接触所述墙壁，将所述致动构件插入所述孔中，直到所述远端部分枢转，由此，所述致动构件将迫使所述远端部分远离所述近端部分枢转到伸展或锚定结构。
21. 权利要求20的所述方法，其中所述致动构件为销。
22. 权利要求20的所述方法，其中所述锚被驱动通过所述墙壁。
23. 权利要求20的所述方法，其中所述锚被插入到所述墙壁的预置孔中。
24. 权利要求20的所述方法，其中所述后端还包括指示器，所述指示器 指示在所述致动构件迫使所述远端部分远离所述近端部分枢转时所述远端部 分的旋转方向。
25. 权利要求20的所述方法，其中所述致动构件包括有轴和棘轮齿的销， 所述近端部分还包括锁闭齿，其中当所述轴插入所述近端部分时，至少一个所 述棘轮齿接合所述锁闭齿，从而将所述致动构件固定在所述近端部分中。
26. 权利要求20的所述方法，其中，所述致动构件包括有轴和螺紋的销，所述近端部分的所述孔的直径小于所述螺紋的外径，其中，当所述轴转动时， 所述螺紋插入所述近端部分的所述孔中，从而将所迷致动构件固定于所述近端 部分中。
27. 权利要求20的所述方法，其中，所述致动构件包括有轴和凸起的销， 所述近端部分还包括凹槽，其中当所述轴插入所述近端部分中时，所述凸起接 合所述凹槽，从而将所述致动构件固定于所述近端部分中。
28. 权利要求20的所述方法，还在所述孔中设置有预定特征的螺紋，并 且在所述致动构件上设置互补螺紋，从而当所述孔的所述螺紋和所述致动构件 的所述螺紋接合地转动时，所述墙壁锚被致动。
29， 一种墙壁锚，包括细长构件，具有远端部分和近端部分，所述远端部分包括至少二个臂，所述臂具有带尖锐顶端的顶端；和带有小 齿轮的枢轴端，所述枢轴端可枢转地连接到所述近端部分，使得所述臂可以相 对于所述近端部分枢转，所述臂和所述顶端部分彼此邻接，并且在初始结构中与所述近端部分轴向 对齐，所述近端部分具有通孔，从而，所述墙壁锚在被驱入墙壁时将保持所述初始结构状态，并且当所述 齿条被插入穿过所述近端部分的所述孔并与所述小齿轮啮合时，所述臂将相对 于所述近端部分枢转到伸展或锚定结构，从而将所述壁锚锁定于所述墙中。
全文摘要
一种用于将物体紧固于墙壁或天花板(120)的系统(100、600、700)包括有孔的后部墙壁锚定部分(105、607、705)；和前部可枢转部分(110、602、604、720)，刚性无间隙地邻接在一起，通过凸部(135)对齐，并通过“活动”铰链、带、活叶、系索或其它类型连接件(115)连接。可枢转部分有用于穿透墙壁的尖锐顶端(112、630、635、725)，同时紧固件通过锤子或其它驱动工具或装置、或用手手动被迫进入墙壁。紧固件的两个部分具有既能防止紧固件旋转又能局部减少墙板中响应负载的压力的锥形的椭圆截面(111)。为了安装，墙壁锚的轴线和紧固件的可枢转部分首先对齐。紧固件由上述装置之一施力进入墙壁。然后，销(140)被手动插入到墙壁锚定部分的孔中。当销接触凸起时，可枢转部分被迫绕铰链旋转。锁闭齿(139)通过与销中的螺纹或凹槽干涉配合而固定销。可选择地，销强制通过凸起，并楔入凸起和墙壁锚定部分的孔之间。
文档编号F16B1/00GK101542139SQ200680023213
公开日2009年9月23日 申请日期2006年6月23日 优先权日2005年6月29日
发明者布赖恩·A.·布朗, 格雷戈里·A.·M.·布朗 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司