专利名称：具有主螺纹和副螺纹的紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于将一块薄金属板紧固到基板上的紧固件，此处薄金属板可能相对比较薄，而基板相对比较厚。该紧固件具有一个头部和一杆部，且杆部上形成有主螺纹结构和副螺纹结构。
例如美国专利US.5,779,417(伊利诺斯器械工程公司第8048号案卷)所公开的例子，即为上述把薄金属板紧固到基板上用的一种紧固件。该薄金属板可方便地称为连接板，基板通常亦为金属板。如果基板为另一块薄金属板，该基板则可方便地称为攻有螺纹的板。一般来说，连接板事先用冲压法加工出孔，该孔可方便地称为有余隙孔。基板上事先用冲或钻的方法来加工出孔，该孔可方便地称为攻螺纹孔，其横截面比有余隙孔的横截面小。一般来说，紧固件的杆部适于自由地穿过有余隙孔，使杆部的带锥度的末梢进入攻螺纹孔。当把紧固件拧紧时，借助杆部自身的攻丝螺纹，便可在攻螺纹孔的四周攻出辅助螺纹。
在表示上述型式紧固件特性的其他一些数据中，用攻螺纹力矩来表示较为方便。攻螺纹力矩，即为旋转拧紧紧固件时，由其杆部自身的攻丝螺纹攻出辅助螺纹所需的力矩。另外，用拆除螺纹力矩来表示，也是方便的，拆除螺纹力矩，即为紧固件杆部自身的攻丝螺纹将辅助螺纹拆除，使得杆部可在攻螺纹孔内自由转动所需的力矩。
通常，上述型式的紧固件是大批量生产的，并从中抽取有统计意义的试样以供试验。由试验任意给定的试样所得到的其它一些数据中，用统计最大攻螺纹力距来表示比较方便。统计最大攻螺纹力矩，即为进行试验的紧固件试样中的任意一个，用其自身攻丝螺纹攻出辅助螺纹所需要的最大力矩。另外，用统计最小拆除螺纹力矩来表示也较方便。统计最小拆除螺纹力矩，即为进行试验的紧固件试样中的任意一个，用其自身攻丝螺纹把辅助螺纹拆除，使得紧部件杆部可在攻螺纹孔内自由转动所需要的最小力矩。
在许多应用中，这些紧固件是用气动或电动工具，在紧固件头部施加驱动力矩来拧紧紧固件的。最理想的情况是，每个工具都被调节成，当其所施加的公称最大力矩，大于紧固件的统计最大攻螺纹力矩和小于紧固件的统计最小拆除螺纹力矩时，便会失速或停止驱动。由于这种工具往往不可能精确地进行调节，因此对于任意给定数量的上述那些带有螺纹的紧固件，都希望它们的统计最小拆除螺纹力矩明显地大于其统计最大攻螺纹力矩。
本发明为上述型式紧固件的螺纹结构提供一些独特的布置。该紧固件具有一个头部和一个与头部构成整体、并带有锥度末梢的杆部。该杆部有主螺纹结构和副螺纹结构。主螺纹结构确定出沿着杆部的普通圆柱形部分、轴向隔有间距的螺纹，副螺纹结构在由主螺纹结构所定出的至少一些螺纹之间确定出轴向隔有间距的螺纹。杆部的普通圆柱形部分有一个与头部相接的近端，和一个远端。每一螺纹结构的径向尺寸都从螺纹根部沿径向来测量。
在本发明的一个最佳实施例中，副螺纹结构沿着杆部的普通圆柱形部分开始生成，并且它的径向尺寸在外部带有锥度、使得副螺纹结构的径向尺寸，从副螺纹结构开始生成的部位起逐渐增加，而至某一部位副螺纹结构的径向尺寸达到副螺纹结构的最大径向尺寸。
在与前相同的实施例中，主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分最好具有大体相同的径向尺寸，而且副螺纹结构的最大径向尺寸最好与主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分的大体相同的径向尺寸大约相等。
在对上述实施例的一个改进实施例中，副螺纹结构沿轴向间断有大约一个螺距的长度，开始间断的部位离副螺纹结构开始生成的部位大约为一个螺距。与未改进的实施例中副螺纹结构为连续而非间断的情况相比较，改进型的攻螺纹力矩较小。
在本发明的另一个最佳实施例中，主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分有大体相同的径向尺寸，而副螺纹结构是连续的但在外部带有锥度，使得副螺纹结构的径向尺寸，从副螺纹结构开始生成的部位逐渐增加，至杆部的近端处的某一个部位，副螺纹结构的径向尺寸达到最大的径向尺寸。
在上述实施例中，副螺纹结构最好在接近杆部的普通圆柱形成部分的末端处开始生成。
参阅附图，以及根据以下本发明的两个最佳实施例的有关说明，本发明的种种目的、特点和优点都是显然的。
图1为本发明第一实施例的一个紧固件的正视图，图中伴随有连接板的局部剖面和基板的局部剖面。
图1A为与图1所示的紧固件相类似的紧固件的简化正视图，但是图1A所示的紧固件的头部不是六角形，而是圆拱形或半球形，而且杆部较长。
图1B为与图1A所示的紧固件相类似的紧固件的简化正视图，但是图1B所示的紧固件所具有的副螺纹结构是间断的，而非连续的。
图2A为与图1A所示紧固件相类似的、供气动拧紧工具(图中未示出)用的一个典型的紧固件的力矩对于时间的曲线图。
图2B为与图1B所示紧固件相类似的、供气动拧紧工具(图中未示出)用的一个典型的紧固件的力矩对于时间的曲线图。
图3为本发明第二实施例的一个紧固件的正视图，图中伴随有连接板的局部剖面和基板的局部剖面。
下面结合附图，介绍本发明的详细内容。
如图1所示，具有上述型式的紧固件10构成本发明的第一实施例。除了此处说明和陈述的以外，紧固件10还与美国专利US.5,779,417(伊利诺斯器械工程公司第8048号案卷)所公开的紧固件相类似，该公开内容于此一并提出，作为本发明的对比技术。
紧固件10具有一个杆部20和头部40，杆部20确定出一根轴线，其上还形成有独特的螺纹。头部40与杆部20构成整体。杆部20具有一个普通圆柱形部分22，和一个带有锥度的末梢28，该普通圆柱形部分有一个与头部40相连的近端24，以及一个末端26，末梢28具有一个圆的顶端30，而且该末梢在末端26处与杆部20相连。
如图1所示，紧固件10用来将连接板50紧固到基板60上，连接板50事先用冲压法加工出有余隙孔52。基板60事先用钻孔的方法加工出攻螺纹孔62。在紧固件10被拧紧前，有余隙孔52和攻螺纹孔62都是圆形的，有余隙孔52具有相对比较大的直径，攻螺纹孔62则具有相对比较小的直径。当紧固件10旋转拧紧时，杆部20可适配地自由穿过有余隙孔52，而使它的带锥度的末梢28进入攻螺纹孔62，并且绕着攻螺纹孔62的周围攻出辅助螺纹64。
如图所示，头部40具有一个六角形的拧紧部分70，并确定出与工具啮合的平面72。由此借助常规气动拧紧工具(图中未示出)的驱动头和工具啮合面72的共同作用，供拧紧用的部分70可适配地被该工具驱动而旋转，使得紧固件10绕杆部20所确定的轴线旋转而被拧紧。头部40还具有一个与杆部20相连的承载部分80，该承载部分80具有环状周边82，以及一个朝向杆部20的带有锥度的末梢28的压紧面84。在本发明的另一些最佳实施例中(图中未示出)，紧固件的头部还可能有不同的形状，例如图1A中所示的圆拱形或半球形。除此处说明的之外，头部的精确形状则超出本发明的范围。
杆部20做成连续的、其自身可攻丝的主螺纹结构100，它确定出轴向隔有间距，而且沿杆部20的普通圆柱形部分具有大体相同的径向尺寸的螺纹112，同样还确的沿带锥度末梢28互相隔有间距的螺纹114。主螺纹结构100开始生成的部位116临近带锥度末梢28的顶端30，而且在外部、朝向杆部20的普通圆柱形部分22的末端26处逐渐变细。主螺纹结构100的径向尺寸，从开始生成部位116起，沿带锥度的末梢28一直到普通圆柱形部分22的末端26处，逐渐增加，达到沿普通圆柱形部分22大体相同的尺寸。
杆部20还做成连续的，其自身可攻丝的副螺纹结构120。它沿杆部20普通圆柱形部分22、在由主螺纹结构100所定出的螺纹112之间，确定出轴向隔有间距的螺纹122。副螺纹结构120开始生成于杆部普通圆柱形部分22的末端26的附近区域124。副螺纹结构120在外部带有锥度，使得其径向尺寸，从杆部的普通圆柱部分22上的部位124到部位126，连续增加至约三个螺距，如图所示，副螺纹结构120的径向尺寸在部位126处达到副螺纹结构120的最大径向尺寸。副螺纹结构120的最大径向尺寸，在部位126与杆部20的普通圆柱形部分22的近端24之间保持不变，而且沿杆部20的普通圆柱形部分22，与主螺纹结构100的大体相同的径向尺寸相等。
为适应连接板厚度和基板厚度在一定范围内变化而设计的副螺纹结构120，其轴向长度由连接板50和基板60的联合厚度来确定。对比较厚的连接板和比较厚的基板，副螺纹结构120的轴向长度中与之相啮合的部分就比较大。对比较薄的连接板和比较薄的基板，副螺纹结构120的轴向长度中与之相啮合的部分就比较小。可是，对于比较薄的连接板和比较薄的基板，当副螺纹结构120与基板60相啮合时，由于在基板60处副螺纹结构120在外部带有锥度，使得副螺纹结构120深深切入基板60内，从而最小拆除螺纹力矩，与没有副螺纹结构120时所具有的拆除螺纹力矩相比较，就变得格外大。最好是，副螺纹结构120的轴向长度能使紧固件10有效地应用于连接板50的厚度大约在0.010英寸至0.200英寸，通常大约在0.010英寸至0.035英寸，而基板60则可以具有较大的厚度。
如图2A的曲线图所示，对于和图1A的紧固件相类似的一种典型的紧固件，在用相似的气动拧紧工具和相似的转速，以及贯穿事先备有相似的有余隙孔和攻螺纹孔的相似工件(连接板和基板)进行试验的结果表明，个别紧固件的统计最大攻螺纹力矩和统计最小拆除螺纹力矩之间存有较大的差值。显然，当攻螺纹力矩最小时，拆除螺纹力矩为最大。
如图1B所示，在一个改进型实施例中，副螺纹结构120有一个间断，使其具有一个更接近头部40的部分130和一个更接近杆部20的带锥度末梢28的部分140，该间断的轴向长度为一个螺距。间断部分150开始生成的部位靠近头部40，与头部40相距约一个螺距，若从副螺纹结构120开始生成的部位124处沿轴向进行测量，该间断沿轴向朝头部延伸约为一个螺距。
如图2B的曲线所示，图1B的改进型实施例的一种典型的紧固件，其攻螺纹力矩出现两个峰值，这两个峰值中的每个峰值都比未改进实施例的典型紧固件的攻螺纹力矩峰值低，在未改进的实施例中，副螺纹结构100是连续的，如图1A所示。
如图3所示，其中的参考号码右上角带撇的结构元素，皆与图1中其参考号码相同而右上角不带撇的结构元素相类似，上述型式的紧固件10’，作为本发明的第二实施例。除专门说明和叙述者之外，紧固件10’与紧固件10相类似，而且相类似地能够用来把连接板50’紧固到基板60’上。
紧固件10’有一个杆部20’和头部40’，分别与紧固件10的杆部20和头部40相类似。杆部20’确定出一根轴线，并具有普通圆柱形部分22’和一个带锥度的末梢28’，该普通圆柱形部分22’，有一个与头部40’相连的近端24’，和一个末端26’。杆部20’具有主螺纹结构100’，它与紧固件10的杆部20上的主螺纹结构100相类似，沿普通圆柱形部分22’确定出轴向隔有间距的螺纹122’，而且该主螺纹结构100’沿着普通圆柱形部分22’具有大体相同的径向尺寸。杆部20’有一个副螺纹结构220，它在由主螺纹结构确定出的螺纹122’之间，确定出轴向隔有间距的螺纹222，这与紧固件10的杆部20上的副螺纹结构120不同。
副螺纹结构220开始形成的部位224，接近杆部20’的普通圆柱形部分22’的末端26’。如图所示，副螺纹结构220的径向尺寸在外部带有锥度，因此该径向尺寸从普通圆柱形部分22’上的部位224向部位226连续地增加、至杆部的近端24’处的部位226处，达到副螺纹结构的最大径向尺寸，该最大的径向尺寸小于主螺纹结构100’沿杆部20’的普通圆柱形部分22’的大体相同的径向尺寸。
对于类似于紧固件10’的典型紧固件，用相似的气动拧紧工具和相似的转速，以及贯穿事先备有相似的有余隙孔和攻螺纹孔的相似的工件(连接板和基板)进行试验时，个别紧固件的攻螺纹力矩和拆除螺纹力矩之间，可能有较大范围的差值。
对上述两个实施例，都可能作出各种各样的修改，但这些修改都离不开本发明的范围和原理。
权利要求
1.一种紧固件，具有一个头部以及一个与头部构成整体的杆部；杆部确定出一根轴线而且具有一个普通圆柱形部分，该普通圆柱形部分具有一个与头部相连的近端，和一个末端；在杆部上具有主螺纹结构和副螺纹结构，主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分确定出轴向隔有间距的螺纹，并且在近端具有最大的径向尺寸，副螺纹结构在由主螺纹结构所确定出的至少一些螺纹之间，确定出轴向隔有间距的螺纹，副螺纹结构沿着杆部的普通圆柱形部分开始生成，其径向尺寸在外部带有锥度，使得副螺纹结构的径向尺寸，从副螺纹结构开始生成的部位起连续地增加，而到某一部位处，副螺纹结构的径向尺寸达到副螺纹结构的最大径向尺寸，该副螺纹结构径向尺寸达到副螺纹结构最大径向尺寸的部位，距杆部的近端沿轴向隔有一定的间距。
2.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于其中所述的主螺纹结构，沿杆部的普通圆柱形部分具有大体相同的径向尺寸，所述的副螺纹结构的最大径向尺寸大约等于主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分大体相同的径向尺寸。
3.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于其中所述的副螺纹结构是连续的。
4.如权利要求1所述的紧固件，其特征在于其中所述的副螺纹结构是间断的。
5.如权利要求4所述的紧固件，其特征在于其中所述的副螺纹结构的间断部分沿轴向的长度约等于一个螺距。
6.如权利要求5所述的紧固件，其特征在于其中所述的副螺纹结构，其间断部分长度沿轴向约为一个螺距，而且该间断开始形成的部位离开副螺纹结构开始形成的部位约为一个螺距。
7.一种紧固件，具有一个头部以及一个与头部构成整体的杆部；杆部确定出一根轴线，而且具有一个普通圆柱形部分，该普通圆柱形部分具有一个与头部相连的近端，和一个末端；杆部上具有主螺纹结构和副螺纹结构，主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分确定出轴向隔有间距的螺纹，并且沿杆部的普通圆柱形部分具有大体相同的径向尺寸，副螺纹结构在由主螺纹结构所确定出的至少一些螺纹之间，确定出轴向隔有间距的螺纹，副螺纹结构的径向尺寸在外部带有锥度，而且是连续的，从而副螺纹结构的径向尺寸，从副螺纹结构开始生成的部位起连续地增加，至杆部的近端处的某一部位，副螺纹结构的径向尺寸达到副螺纹结构的最大径向尺寸，但副螺纹结构的最大径向尺寸，小于主螺纹结构沿杆部的普通圆柱形部分的大体相同的径向尺寸。
8.如权利要求7所述的紧固件，其特征在于其中所述的副螺纹结构，在接近杆部的普通圆柱形部分的末端处开始形成。
全文摘要
一种紧固件,它具有一个头部和一个杆部,该杆部具有一个普通圆柱形部分,该普通圆柱形部分有一个与头部相连的近端,和一个末端。杆部上具有主螺纹结构和副螺纹结构。主螺纹结构沿普通圆柱部分具有普大体相同的径向尺寸。副螺纹结构的径向尺寸在外部带有锥度,在接近杆部末端的副螺纹结构开始生成处连续地增加。直到该尺寸大约等于或小于主螺纹结构大体相同的径向尺寸。
文档编号F16B33/02GK1267795SQ00100859
公开日2000年9月27日 申请日期2000年2月16日 优先权日1999年3月17日
发明者约翰J·何辛 申请人:伊利诺斯器械工程公司