锚的制作方法

专利名称：锚的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于易碎材料中的锚，具体地，涉及用于墙板(drywall)中的 自钻孔锚。
技术背景由于墙板为易碎材料，因此很难将物件安装到其上。过去已经使用自钻孔 锚。但是已知自钻孔锚仅可获得约50到70磅的拔出强度。已经将套挂螺栓用于更重的载荷。已知套挂螺对全^f艮贵，不可靠，并且由于 其通常不是自钻孔型，因此很难安装。需要一种用于易碎材料的锚，其易于安装，并且提供用于重载荷的高拔出 强度。 发明内容提供自钻孔锚用于易碎材料中，所述锚包括具有轴线的主体，带凸缘后端， 钻孔前端，和其间具有其上设置有螺紋的外表面的通常圓柱状部，其中所述主 体从距离带凸缘后端预定距离处开始分叉形成第一支腿和第二支I逸，所述第一 支腿向前延伸到钻孔顶端，并且具有通常关于轴线以#<角向外倾斜的面向后的 肩部，其中所述主体具有用于接收细长紧固件的轴向孔，所述轴向孔基本上延 伸穿过所述带凸缘端和通常圆柱状部，并且通向通常面向后的肩部，其中，所 述锚具有钻孔模式和锚定模式，在钻孔模式中，所述第二支腿嵌套到第一支腿 的通常面向后的肩部后面，在锚定模式中，所述支腿彼此枢转分离。所述自钻孔锚可包括其他方面，例如所述第一支腿和所述第二支腿彼此通 过一对切口分界，所述切口开始于分叉处，并且基本上延伸穿过通常圆柱状部的外表面和螺紋，其中，所述切口在通常外表面的相对侧。所述切口可具有形 成支腿上龟裂状的界面连接齿的锯齿状。在一个实施例中，自钻孔锚包括具有轴线的主体，带凸缘后端，钻孔前端， 和其间具有其上设置有螺紋的外表面的通常圆柱状部，所述钻孔前端包括通常 平直的刀片，所述刀片包括具有第一倾斜切割刃和第一侧切割刃的第一部分， 和具有第二倾斜切割刃和第二侧切割刃的第二部分，其中，所述第一和第二倾斜切割刃形成尖端，所述部分共线形成，并且沿经过所述圆柱状部直径的平面 互相相对偏移，其中，所述主体沿一对锯齿状切口分叉，所述切口AU巨离所述 带凸缘后端预定距离处开始，形成第一和第二支J逸，其中，所述锯齿状切口在 所述支腿上形成龟裂状界面连接齿，所述第一支腿向前延伸到所述通常平直的一个所述切口的最向前部分沿所述通常面向后的肩部外周，基本上到所述通常 面向后肩部的最前和最外端，所述主体中的同轴中心孔用于接收细长紧固件， 所述中心孔基本上延伸穿过所述带凸缘后端和所述通常圆柱状部，并且通向所 述通常面向后的肩部，其中，所述锚具有钻孔模式和锚定模式，在钻孔模式中， 所述第二支腿嵌套在所述第一支腿通常面向后的肩部后面，在锚定模式中，所 述支腿彼此枢转分离。这些和其他优点从本发明参照附图的下面描述显而易见。


图1是钻孔模式中的自钻孔锚的侧视图。图2是钻孔模式中的自钻孔锚的正面视图。图3是自钻孔锚的带凸缘后端的俯视平面视图。图4是沿图2中4 - 4线的钻孔模式中的自钻孔锚的剖视图。 图5是沿图1中5 - 5线的钻孔模式中的自钻孔锚的剖视图。 图6是安装在易碎材料中的自钻孔锚的局部侧剖视图，其中，细长紧固件 将锚的支腿枢转到锚定模式中。图7是细长紧固件将锚支腿枢转到锚定模式中的自钻孔锚侧视图。图8是钻孔模式中自钻孔锚的另 一个实施例的侧视图。图9是沿通常图8的9 - 9线的图8的自钻孔锚的局部剖视图。图10是图8的自钻孔锚的剖视图。图11是自钻孔锚另一个实施例的俯视立体视图。图12是图11的自钻孔锚的仰视立体视图。图13是自钻孔锚的另一 个实施例的俯视立体视图。图14是图13的自钻孔锚的仰视立体视图。图15是图13的自钻孔锚的侧视图。图16是自钻孔锚的另一 个实施例的侧视图。图17是自钻孔锚的另一 个实施例的侧视图。图18是类似于图14的实施例的自钻孔锚的侧视图。图19是图18的自钻孔锚旋转约90。的侧视图。图20是图18和19的锚的俯视立体视图。图21是图18的锚的俯视平面视图。图22是图18的锚的从图20的视图稍微旋转的另一个俯视立体视图。 图23是图18的锚的仰视立体视图。
具体实施方式
参照图1-7,显示了用于例如墙板1的易碎材料中的自钻孔锚10。锚10 包括具有轴线13的主体12,带凸缘的后端14，钻孔前端16,和其间的通常 圓柱状的中间部18,中间部18具有其上设置有螺紋22的外表面20,其中主 体12从距离带凸缘的后端14的预定距离SD处开始分叉成第一支腿24和第 二支腿26，第一支腿24向前延伸到钻孔顶端28,并且具有通常面向后的肩部 30,肩部30关于轴线13以钝角向外倾斜，其中，主体12具有轴向孔32,用 于接收细长安装紧固件2,轴向孔32基本上延伸穿过带凸缘端14和中间部18, 并且通向肩部30,其中，锚IO具有图1的钻孔模式，其中第二支腿26嵌套 在第一支腿24的肩部30后面，和图7的锚定模式，其中支腿24, 26彼此枢 转分离。锚10用于例如墙板1的易碎材料中，用于将物件3安装到墙板1。锚10 可以如图1中所示的钻孔模式形成，并且最初设置在钻孔模式中，这允许锚 10钻入墙板1中，并且外螺紋22接合墙板1来将锚10以提高的拔出强度固 定在墙板1中。在锚10安装之后，紧固件2穿过物件3插入，并且插入锚IO 的孔32中，从而紧固件2可支撑物件3。紧固件2向外将支腿24, 26枢转到 如图6和7中所示的锚定模式中，从而锚10具有提高的拔出强度。锚10比单独的紧固件2给墙板1提供更强的接合和更高的拔出强度及剪切强度。易碎材料可以是用于建筑行业中的几种易碎材料的 一种，建筑行业中期望 将物件3安装到易碎材料来提高可安装到易碎材料的载荷量。易碎材料的一个示例是石膏基墙板1,例如美国石膏(United States Gypsum )以SHEETROCK 商标出售的石膏墙板。墙板l通常具有l/2英寸或5/8英寸的厚度T,但是其 可以具有其他厚度，例如3/8英寸。转到图6和7，紧固件2优选为螺紋紧固件，例如安装螺钉，具有细长杆 4, 一端具有头部6，另一端具有顶端8。紧固件2的杆4包括螺紋9，其与锚 10的孔32接合。紧固件2的螺紋9可以是标准螺紋形状，例如统一标准粗牙 螺紋(UNC)或统一标准细牙螺紋(UNF)，或者螺紋9可以是特殊的螺紋形 状。例如，紧固件2可以是标准#6,存7或弁8UNC螺紋，并且紧固件2在 头部6中可以具有菲利普槽。紧固件2可具有不同的长度来适应不同物件3的厚度AT。优选地，紧固 件2足够长以延伸穿过物件3和孔32，从而紧固件2接合肩部30,并且向外 枢转支腿24， 26来楔入墙板1中。紧固件2也可向外枢转第二支腿26来楔入 墙板1中。例如，对于具有长度约1.67英寸的锚10，紧固件2可具有在约1 英寸到约2英寸之间的长度，优选在约1又1/4英寸和约1又3/4英寸之间， 更优选地，对于相对薄的物件3为约1又1/2英寸。 锚转到图1到4,锚10包括主体12,具有带凸缘的后端14和通常与带凸缘 端14相对的钻孔前端16,在带凸缘端14和钻孔端16之间具有通常圓柱状的 中间部18。锚主体12具有壁34,其围绕通常用于接纳紧固件2的轴向孔32， 其中，孔32具有通常细长的圆柱状部。优选地，锚10由例如玻璃填充纤维增 强尼龙或聚醚酰亚胺(polyetherimide)玻璃填充增强无定形热塑性聚醚酰亚胺 (ULTEM)等重型塑料(heavy duty plasitic )制成，但是锚10可由其他材料 制成，只要其足够强来承受拉出力和锚IO遇到的其他力。锚10具有轴向长度L，其为颈60的长度N、螺紋22的长度TL和钻孔顶 端28的长度DL (下面描述)的组合。优选较短的锚10,只要N， TL和DL 每一个如下面描述足够长，因为其制造更便宜，在安装过程中易于操纵和保持稳定，并且其具有较短的驱动时间，从而使用者可在相对短的时间段中以最小的力量安装多个锚IO。在一个实施例中，锚10具有在约1.5英寸和约2英寸 之间的长度L,优选在约1.6英寸和约1.7英寸之间，更优选约1.67英寸。孔32的尺寸制成容纳紧固件2。优选地，孔32具有足够大来4妄纳#8螺 钉或者具有较小直径紧固件的直径。孔32延伸穿过带凸缘端14和中间部18, 到达肩部30。在一个实施例中，如图4和5中所示，孑L 32靠近肩部30的部 分98朝向肩部30逐渐变细，以提供紧固件2和支腿24， 26之间更好的接合， 从而支腿24, 25向外更有效地枢转。锥形部分98可关于轴线13以在约5。到 约25。之间的角度，优选在约10。到约20。之间的角度，更优选为约15。的角度 逐渐变细，并且锥形部分98可开始于背离肩部30在约0.1英寸和约0.3英寸 之间，优选在约0.15英寸和约0.17英寸之间，更优选为约0.16英寸的轴向长 度处。壁34可包括一组至少3个，优选4个4建槽36,所述键槽36径向向里突 出到孔32中，其中，所述键槽36适于接合紧固件2。紧固件螺紋9在键槽36 中攻出结合螺紋，从而紧固件2与键槽36以螺紋接合。键槽36基本上延伸穿 过孔32的整个长度。具有键槽36的孔32的有效内直径应小于紧固件2的外直径或顶部直径， 但是不与紧固件2的根部直径一样小，从而键槽36由紧固件2攻丝来形成结 合螺紋。优选地，来自壁34内部的键槽36的高度选择成使孔32的有效内直 径足够小，从而具有外径约0.136英寸的# 6紧固件2的螺紋可对^^建槽36攻丝， 并且从而壁34的内直径足够大，从而攻出具有约0.164英寸外直径的# 8紧固 件2的螺紋，仅对键槽36攻丝，不对壁34攻丝。在优选实施例中，孔32在 壁34处具有约0.17英寸和约0.21英寸之间的内直径，优选在约0.18英寸和 约0.2英寸之间的内直径，更优选约0.19英寸内直径，并且键槽36具有在约 0.015英寸和约0.045英寸之间的高度，优选在约0.025英寸和约0.035英寸之 间的高度，更优选约0.03英寸的高度，从而孔32在4定槽36处的有效内直径 在约0.11英寸和约0.16英寸之间，优选在约0.12英寸和约0.145英寸之间， 更优选约0.13英寸。优选地，键槽36为适应各种螺紋直径的安装紧固件的结构，如具有共同受让的授予McEWerry的美国专利5, 558, 479的键槽，所述公开内容通过引 用并入本文。锚主体12的带凸缘端14包括凸缘38,所述凸缘38其中具有用于由驱动 器(未显示)驱动的扭矩传递表面，例如菲利普型槽40中的表面42，其可以 是菲利普方头驱动(Phillips Square Drive),以使得凸轮输出(camout)最小。 锚IO优选可由手动螺丝刀手动驱动，手动螺丝刀可由菲利普螺丝刀或类似物 驱动，或通过动力驱动器驱动。继续参照图1, 4和6,螺紋22设置在中间部18的外表面20上，并且设 置用于当锚10安装时与墙板1接合，从而物件3的载荷由墙板1支撑。螺紋 22在墙板1中攻出结合螺紋44，从而实现螺紋22和墙板1之间的接合。螺紋 22优选通常为螺旋状，并且包括具有顶部直径C的顶部46和具有根部直径R 的根部48，其中顶部46和根部48之间的距离或螺紋高度H相对大，以最大 化与补墙板1相遇的螺紋22的表面积，提高拔出强度。螺紋22的顶部直径C 可沿螺紋22的整个长度保持基本相同。在一个实施例中，顶部直径C靠近钻 孔顶端28稍纟鼓变细，如图2中所示。在一个实施例中，顶部46的直径C约 为根部48的直径R的两倍。已经发现，与墙板1的后表面54上的纸56的接合提供锚10和墙板1之 间真正的夹紧部分，因此优选螺紋22的轴向长度TL (图2)足够长，从而螺 紋22的至少约3/4螺旋线接合到墙板1后面，从而当锚10拧入锚定模式中时， 参见图7,螺紋22与后墙板表面54上的纸56接合。在一个实施例中，螺紋 22的轴向长度TL在约0.6英寸和约1英寸之间，优选地，在约0.7英寸和约 0.8英寸之间，更优选约3/4英寸。而且，锚的膨胀提高抗拔强度。转到图2和图6，螺紋22的上端58与凸缘38间隔开，以在凸缘38和螺 紋端58之间形成颈60。颈60允许凸缘38的上表面位于墙板前表面50的高 度处或低于墙板前表面50的高度，如图6中所示，因为在到达凸缘38之前螺 紋22在颈60处的终止在墙板结合螺紋44中形成空间，这允许相邻的墙板1 由凸缘38挤压。而且，颈60确保螺紋22与前墙板表面50上的纸52间隔开， 从而螺紋22不与纸52接合并且将其扭曲，在前墙板表面50处造成不期望的 外观。颈60可具有在约0.03英寸和约0.1英寸之间的长度N,优选长度约0.07英寸。返回到图1和2,钻孔端16通常与带凸纟象端14相对设置。钻孔顶端28 在钻孔端16处连接到主体，以允许锚10在锚10由使用者驱动时钻过墙板1, 从而不需要单独的钻孔步骤。钻孔顶端28从第一支腿24向前延伸，从而钻孔 顶端28为第一支"逸24的一部分。钻孔顶端28可以是4艮多种结构中的一种，例如通常为圆柱状钻孔刀，具 有一个或多个用于钻穿墙板1的螺旋状凹槽，-f旦是优选钻孔顶端28为通常平 直的钻孔刀62,因为其在墙板1中更有效地铰出孔并且清除尘土。钻孔刀62 可具有一对部分64，其中每一部分64具有倾斜的切割刃66和侧切割刃68。 优选地，侧切割刃68优选通常平行于锚轴线13,并且倾斜的切割刃66向前 并且侧向向里倾斜，以一起形成尖顶端70。尖顶端70相对尖4兌，以防止在锚 10安装过程中沿前墙板表面50移动。侧切割刃68和倾斜切割刃66相对尖锐， 以在安装过程中切割和去除墙板。部分64形成在穿过锚主体12的直径的平面上，并且沿经过锚主体12的 直径的平面彼此相对偏移，其中所述平面通常平行于钻孔刀62。部分64的偏 移方向形成布置在每一部分64下面的凹槽72，其中每一个凹槽72沿相对应 的侧切割刃68和倾斜切割刃66的长度延伸。凹槽72还有助于快速将材料， 例如石膏尘土从墙板1中正在钻的孔中去除。优选钻孔刀的示例在共同受让的 授予Hempfling的美国专利6， 382， 892中进行了描述，其公开内容通过引用 并入本文。优选地，钻孔顶端28的轴向长度DL至少与墙4反1的厚度T 一样大，从 而钻孔顶端28将在螺紋22开始接合墙板1之前完成其钻孔。这是优选的，因 为钻入材料中倾向于沿轴向前进穿过所述材料基本上比通过螺紋驱动穿过材 料慢。优选墙板1的钻孔在螺紋22接合墙板1之前完成，从而螺紋22不会在 墙板1中铰出孔。在一个实施例中，钻孔顶端28具有在约0.6英寸和约1英 寸之间，优选在约0.7英寸和约0.8英寸之间，更优选为约3/4英寸的长度DL。返回到图l,锚主体12在切口 80(下面描述)的第一端82处分叉，所述 切口 80的第一端82距离带凸缘端14预定距离SD,形成第一支腿24和第二 支腿26。第一支腿24向前延伸到钻孔顶端28,并且包括通常面向后的肩30,其关于轴线13向外以钝角倾斜，如图4中所示。当锚IO处于钻孔模式中时，第二支腿26嵌套在第一支腿24后面，从而第二支腿26不与将锚10驱动到墙 板1中的过程干涉。在一个实施例中，第一支腿24由基本上延伸穿过锚壁34的外表面20并 且穿过螺紋22的一对切口 80与第二支腿26分界，其中一个切口 80通常在来 自另 一个切口 80的外表面20的相对侧上。在一个实施例中，切口 80在外壁 34上彼此成180°。在一个实施例中，切口 80将锚壁34和螺紋22分裂，从而 螺紋22的一部分100a， 100b在每一个支腿24, 26上(见图6 )。切口 80通常沿主体12轴向从距离带凸缘端14间隔预定距离SD的第一 端82朝向靠近钻孔端16的第二端84延伸。每一个切口 80的最前部86通常 侧向沿肩部30的周长基本上延伸到肩部30在外壁34处的最前和最外端96。 主体12沿切口 80分叉为第一支腿24和第二支腿26。切口 80可延伸到靠近 外表面20的位置，从而在切口 80的第二端84处，第一支腿24和第二支腿 26之间存在连接部或连接区，但是优选切口 80完全延伸穿过壁34到达第二 端部84处的外表面20,如图1中所示，从而支腿24, 26在紧固件2驱动穿 过锚10时可更容易枢转分离。在一个实施例中，每一个切口 80通常具有锯齿状，其在支腿24, 26上形 成多个龟裂状界面连接齿90。每一个切口 80包括多个通常直线部分，其中每 —部分关于其相邻部分以锐角倾斜。在图1中所示的实施例中，第一直线部 92a从切口 80的第二端82延伸，并且关于锚壁34以锐角倾斜，乂人而第一部 分92a从锚壁34向后和侧向向里延伸，第二部分92b关于第一部分92a以锐 角倾斜，从而第二部分92b向后延伸，但是侧向以与第一部分92a相反方向延 伸，并且第三部分92c关于第二部分92b以锐角延伸， 〃火而第三部分92c向后 延伸，但是侧向以与第二部分92b相反方向延伸，或侧向以与第一部分92a相 同方向延伸。在一个实施例中，锯齿状切口 80的每一部分92a， 92b， 92c等 从相邻部分以在约45°和约85。之间的角度，优选在约50°和约75。之间的角度， 更优选为约65。的角度倾斜。在一个实施例中，切口 80的第一部分92a在第一 支腿24上形成通常面向后的肩部30。继续参照图1，当锚IO处于钻孔模式中时，齿90互锁在一起，并且形成连接界面。互锁的齿90有助于稳定锚主体12，并且当锚10驱动进入墙板1 时防止其扭曲或弯曲，同时仍允许支腿24, 26枢转分离并且楔入墙板1中。 还认为，当锚10处于锚定模式中时，通过在外表面20与墙板1接合提高齿 90的拔出强度。由于齿90可装配在紧固件2的相邻螺紋9之间，如图7中所示具有齿90a, 齿90还有助于锚10的拔出强度，从而齿90接合紧固件2,并且将其楔入在 位。以这种方式，齿90用作紧固件2两侧的螺紋锁，其可使紧固件2与锚10 更紧地接合，有助于阻止紧固件2与锚10脱离4妻合。紧固件螺紋9通过接合 和推动齿90以进一步向外枢转支腿24, 26来提高拔出强度，以楔入墙板1 中。转到图4和6，第一支腿24包括肩部30,其通常面向后，从而肩部30 由紧固件2接合，以当紧固件2驱动穿过锚10时将第一支腿24从第二支腿 26枢转分离。当第一支腿24由紧固件2偏转时，第一支腿24楔入墙板1中， 比第一支腿24保持不枢转提供更高的拔出强度。肩部30关于轴线13以钝角 向外倾斜，从而紧固件顶端9能够沿肩部30滑动，并且使第一支腿24偏转， 从而其侧向枢转远离紧固件2。肩部30从最后和最里端94侧向向外延伸，经 过孔32到达切口 80第二端84处的最向前端和最外端96。肩部30确保紧固 件2没有旋入钻孔顶端28，所述钻孔顶端28将防止第一支腿24枢转。选择带凸缘端14和肩部30之间的轴向长度来优化支腿24, 26的枢转， 以产生最高的拔出强度。带凸缘端14和肩部20之间的轴向长度可以在约3/4 英寸和约1英寸之间，优选在约0.8英寸和约0.9英寸之间，更优选约为0.83 英寸。在一个实施例中，肩部30为通常关于锚轴线13以^fe角向外倾斜的表面， 从而肩部30向前并且侧向向外延伸。在一个实施例中，肩部30从轴线13的 一横向侧延伸，基本上经过孔32到达轴线13的另一侧，从而当驱动紧固件2 时，顶端8接触肩部30的倾斜部分，以确保顶端8沿肩30滑动来侧向向外偏 转并且枢转第一支腿24。在一个实施例中，当锚处于钻孔模式中时(图1和4)， 肩部30通常为平面，并且关于轴线13形成约100。和约160°之间，优选在约 120°和约150°之间，更优选为约130。的角度e。肩部30应光滑，并且基本上没有缺陷，从而紧固件顶端8容易沿肩部30滑动而没有卡住或4丁住，卡住或钉住可能使紧固件2旋入第一支腿24中。继续参照图6，第二支腿26也由紧固件2偏转，从而第二支月逸26也楔入 墙板1中来提高锚10的拔出强度。在一个实施例中，如图4和5中所示，锚 孔32靠近钻孔端16的部分98朝向钻孔顶端28逐渐变细，从而当驱动紧固件 2穿过孔32时，其接合锥形部分98来更有效地侧向向外远离紧固件2偏转支 腿24， 26。当支腿24， 26由紧固件2彼此枢转分离时，其接合并且楔入墙板l中， 如图7中所示。当支腿24， 26楔入墙板1中时，锚10变得具有更高的抗拔强 度。优选地，每一个支腿24, 26上的螺紋22部分100a， 100b也4契入后墙板 表面54，从而螺紋部分100a， 100b可用作倒钩，其更紧地接合后墙板表面54 上的紙56，以提供甚至更强的抗拔强度。令人惊讶的是，已经发现，由于支腿24, 26由紧固件2向外偏转，锚10 在墙板l中可获得两倍，并且在一些情况下三倍的拔出强度。已知具有相似尺 寸但是没有由紧固件2接合从而使支腿24， 26向外枢转的肩部30的锚获得约 70磅的最大拔出强度，最典型的锚能够抵抗约50磅的拔出力。通过实验已经 发现，锚IO可获得约IOO磅高的拔出强度，实验中平均拔出强度约90磅。再次回到图1,如果每一个切口 80所选的第一端82和带凸纟彖端14之间 的间隔距离SD太小，则第一端82将太靠近带凸缘端14,并且支腿24， 26 将倾向于向外枢转太远并且太靠近前墙板表面50，造成对墙板1的损坏，例 如弯曲，并且过早发生锚10和紧固件2的拔出。如果所选距离SD太大，第 一端82将距离带凸缘端14太远，并且支腿24, 26将不会向外枢转足够远， 从而支腿24, 26将与墙板1不充分接合，并且不会最优化由锚IO获得的拔出 强度。切口 80的第一端82可与带凸缘端14间隔开距离SD，所述距离SD在 锚10总长L的约20。/。和约50y。之间，优选在25%和约40%之间，更优选约 为30%。可能期望将第一端82设置在墙板1的预定深度处，从而间隔距离SD 可在墙板1厚度T的约50%和约125%之间，优选在90%和约105%之间， 更优选约50 % 。第 一端82可与带凸缘端14间隔约1/2英寸。在一个实施例中，每一个切口 80的第一端82为圓形，以避免在第一端 82处形成应力集中，当支腿24， 26向外枢转时，所述应力集中将可能使第一 端82和带凸缘端14之间的锚主体12断裂或裂开。锚IO在第一端82处也可 包括孔眼102。孑U艮102可通常为圆形，如图1中所示，椭圆形或通常的其他 弯曲形状。优选地，孔眼102大于切口80,从而支腿24， 26在主体12开始 断裂之前稍微过枢转。在一个实施例中，当锚IO处于钻孔模式中时，孔眼102 具有比每一个切口 80的宽度大约1.5和约4倍之间，优选地大约2和约3倍 之间，更优选地大约2.5倍的直径。在一个实施例中，孑L眼102具有约0.05 英寸的直径，切口具有约0.02英寸的宽度。 使用方法锚10的使用方法包括以下步骤以钻孔模式将锚IO驱动到墙板1中，从 而钻孔顶端28钻过墙板1;将外螺紋22与墙板1接合；将细长紧固件2插入 锚孔32中，从而紧固件顶端8接合肩部30,并且沿肩部30滑动；继续将紧 固件2驱动穿过锚10，从而紧固件2以通常向前方向前进；使肩部30偏转， 并且第一支腿24向外枢转；支腿24， 26彼此枢转分离，直到将支腿24， 26 推入锚定模式的枢转位置；和将支腿24, 26楔抵墙板1，这将提高锚10的拔 出强度。将锚10驱入墙板1中通常这样实现将钻孔顶端28置于在前墙板表面 50上的期望位置处，将例如菲利普螺丝刀等旋转驱动工具的驱动器(未显示) 与扭矩传送表面42接合，例如通过将驱动器插入凸缘38中的槽40内，并且 旋转锚10,从而将钻孔顶端28钻入墙板1内。最后，钻孔顶端28钻过墙板1, 并且锚的外螺紋22接合墙板1来在墙板1中攻出结合螺紋44，这继续驱动锚 IO向前，直到凸缘38碰到墙板1，在该点处，凸缘38可定位在墙板1中，从 而锚10关于前墙板表面50平齐或沉入前墙板表面50。紧固件2通过将紧固件顶端8放置在槽40内来插入孔32中。紧固件2 通过例如螺丝刀等旋转驱动工具旋转，从而紧固件螺紋9接合键槽36来在键 槽36中形成结合螺紋，将紧固件2驱动穿过锚孔32。最后，当紧固件2驱动穿过孔32时，紧固件顶端9将在锚孔32的端部处碰到肩部30。当紧固件2进一步沿向前方向驱动时，紧固件顶端9沿肩部30 滑动，使肩部30侧向向外远离紧固件2偏转，从而第一支腿24远离紧固件2 枢转。紧固件2的一部分还使第二支腿26向外偏转。在一种方法中，紧固件 2的一部分接合孔32的锥形部98，以使第二支腿26远离紧固件2向外枢转。 当支腿24, 26向外偏转时，其楔抵墙板l，使锚螺紋22进一步接合墙板1, 提高锚10的拔出强度。优选地，螺紋22沿轴向设置在锚主体12上，从而楔 入步骤包括将至少一个支腿24， 26上的螺紋22的一部分100a, 100b楔入墙 板1中，如图7中所示。参照图8-13,显示了具有增强性能的改进的自钻孔墙锚110的另一个实 施例。在该实施例中，带有前缀l的相同的附图标记用于表示与前面实施例的 那些相同的部件和组件。当安装内螺钉时，锚110 "展开"。锚110通常按照 如下步骤工作在锚110安装到墙板中之后，将例如图6的螺钉2的螺钉穿过 悬挂在墙上的固定装置放置。然后将螺钉安装到锚的孔132中。当螺钉旋过锚 时，锚的在墙内部和后面的区域开始裂开。当锚裂开时，螺钉的设置迫使锚的 外表面楔抵墙板，因而将其锚定在位，并且提供附加的抗拔和抗剪强度。下面 描述进一步提高该性能的多个改进。参照图9，在一个实施例中，连接到矩形凸片127的具有窄通道123的内 部锥形凸片121提供增加的强度来在锚旋入墙板中时防止锚断裂，而不使内螺 钉2的安装扭矩增加到无法接受的量。当螺钉2迫使锚打开时，两个凸片和通 道变得分离。参照图8，在一个实施例中，锯齿状切口或开口 180没有完全延伸穿过锚 的侧壁。而是填充一部分锯齿状切口的薄的易碎片或覆盖片125与锥形凸片 121配合来提供增加的强度，以在锚旋入墙板中时防止锚断裂，而不使内螺钉 2安装扭矩增加到不可接受的量。当螺钉迫使锚打开时，易碎片或覆盖片分开。 这还允许在制造成形过程中在中心销之间存在间隙。在一个实施例中，相对宽的平直切割尖170比螺紋才艮部直径148宽，将孔 切割得足够大来消除墙板起凸，并且与锥形凸片121和覆盖片125—起作用来 在墙板中提供更大的孔，减小摩擦和应力地旋转，以防止锚在将其旋入墙板中 时断裂，而不使内螺钉2安装扭矩增加到不可接受的量。参照图10，在一个实施例中，孑L 132从其最靠近凸缘114的端部的较大直径逐渐减小到主体112内部的较小直径。孔的尺寸和形状在螺钉2安装时推动锚裂开，同时允许使用不同尺寸的螺钉，并且减小安装扭矩而没有使墙板中的抗拔强度基本减小。孔133的端部具有矩形截面来增加材料的量，因此增加 锚的其区域中的强度。再参照图8,在一个实施例中，圆周加强带135环绕邻近凸缘或头部114 的主体112,以提供附加的横截面材料，因而增加头部的菲利普槽136和外直 径之间的壁厚度，并且因此增强锚的驱动器区域。而且或可选地，根部直径可 在紧靠头部下面的区域中更急剧地减小。这可操作来在菲利普驱动槽的"翼" 可能使头部变弱的区域中增强锚。而且，当锚完全定位时，该"喇叭"状(当 根部混合到薄头部区域中时)将有助于在墙板表面上减少起凸和其他表面问 题。参照图8, 12, 14, 19和20,在一些实施例中，多个头部切割脊145设 置在凸缘114的下部。在旋转过程中，其切割墙板来使头部/凸缘与墙板的表 面平齐定位。凸缘或头部配合地沿圆周逐渐变细，从而其外周减小到最小厚度。 这与薄底板螺紋(参见下面)和切割脊145 —起作用允许头部与墙板平齐定位。如由附图标记151所示，在一些实施例中，螺紋146的底部厚度也最小化。 螺紋的较小的体积减小墙板石膏中的变形量，因而有助于避免将围绕头部114 的石膏材料堆起，这可能造成纸起凸。在一些实施例中，选择菲利普槽140的宽度、角度、深度和直径来适应多 个螺丝刀和钻头。而且，可选择这些尺寸来最小化削弱围绕槽140的主体112。 而且，在一些实施例中，例如在图13-14中和图16-20中所示，当锚完全安 装时，将螺距，即螺紋的相邻螺旋线的相同部分之间的轴向距离减小到0.20 英寸增加螺紋在墙板中的数量，从而提高抗拔强度。在加载情况中，如也在图13-14和16-20中所示，为了进一步提高支腿 强度，附加对的相对低的外直径螺紋165设置在主螺紋146的螺旋线之间。双 低螺紋表现出减小可能经过根部区域的来自锯齿形切口 180尖端到尖端上的 任何应力(即当载荷施加到膨胀的支腿时，其增强根部区域)。我们认为， 这也可能通过经过才艮部区域的单螺紋实现。在图13-16和18-20中所示的实施例中，显示了围绕钻孔尖端或顶端 170中心的三尖端结构171。当锚旋转时，该三尖端结构开出用于将锚的外直 径螺纹刻到墙板中的孔，以消除墙板起凸。关于这点，在所示的实施例中，每 一个外尖端171还具有尖锐的铰刀或切割刃173来进一步加强该过程。该结构 还在钻孔过程中提供增加的稳定性。在图17中所示的实施例中，切割顶端183的三尖端"堡垒，，结构围绕钻 孔尖端181布置。钻孔尖端181具有与锚主体的螺紋间距和螺紋高度一致的相 对宽的螺紋间距和相对高的螺紋高度。该三尖端或"堡垒"结构开出用于将锚 外直径螺紋刻到墙板中的导向孔，并且在钻孔过程中还提供增加的稳定性。图 12的实施例示出具有相似钻孔尖端181a的锚。取代三尖端结构，图12的实 施例提供一对径向向外延伸的翼片185，以随着钻孔尖端181a的刺入开始切 割并且拓宽形成在墙板中的孔。通过三尖端钻孔顶端，最初通过将中心尖端放置在墙板表面中来进行钻孔 (以建立最初位置)，然后两个外锥形切割刀片具有"飞刀切割，，效果来实际 刺入并且钻入墙板材料。关于较宽的切割刀片，三尖端刀片具有沿其长度变细 的另一方面，从而其开始钻较小的孔，但是接着逐渐变大来形成与上述平直刀 片锚相同尺寸的孔。该孔的锥形扩大通过钻孔顶端外表面上的四个"倒钩"刀 片进行。当孔制成期望直径尺寸时，倒钩和锥形产生"扩孔"效果。参照图11和12，增强的钻孔尖端181a在钻孔过程中提供稳定性。在图 11中，具有附加铰刀长度的增强钻孔尖端181a开出用于将锚外径螺紋旋入墙 板的孔，以消除墙板起凸，并且在钻孔过程中还提供稳定性。在一些实施例中，显示了中心尖端或钻孔顶端170的变体。例如，图15 和18示出圆锥形的钻孔尖端/钻孔顶端170a,同时图16示出尖锐的钻孔尖端/ 钻孔顶端170b。该通常类型的现有"裂口"锚需要用于内螺钉的高安装扭矩。如果墙板过 于硬，锚可能在墙板安装过程中断裂。而且， 一些当前锚使墙板在头部周围起 凸，在钻孔过程中抖动，和/或为菲利普驱动器提供差的装配。使用中， 一些 当前"裂口"的锚，头部不与墙板表面平齐定位或不定位在墙板表面下面，并 且可能在菲利普槽周围区域上产生裂缝。而且，大多数当前"裂口"的锚产品不具有使用中将锚楔到墙板背面的螺紋，并且没有夹紧墙板材料的最优量。本发明的优点包括比当前产品具有更大的排出力，并且与尺寸相比较具有 更大的剪切强度。本发明由于其尺寸/强度优点及其单件结构具有成本竟争力。 其他优点包括自钻孔特征，用于安装螺钉的低安装扭矩，在头部周围的墙板纸 下面没有起凸，在钻孔过程中更稳定，与所有菲利普螺丝刀类型尺寸的良好适 应性，头部与墙板平齐定位，在墙板中的安装过程中不会断裂，以及在外径周 围不会产生裂缝的结实的菲利普槽。本发明的锚还具有良好的"抗退出"特征。本发明的自钻孔螺勿1是供了一种易于安装的装置，从而其不需要传统自钻 孔锚过程的附加步骤，同时提供相当于套挂螺栓或其他更复杂装置的提高的拔 出强度。这给使用者提供显著的优点，因为安装方法基本上与自钻孔螺钉相似， 但是仍提供与更难安装的套挂螺栓相关的高拔出强度，而没有增加安装难度。虽然前面本发明的书面描述能够使本领域普通技术人员利用和使用其目 前被认为的最佳模式，但是本领域普通技术人员应理解和意识到存在对本文的 特定示例性实施例和方法的改变、组合和等同物。因此本发明不受上述实施例 和方法的限制，而是由所要求的本发明精神和范围内的所有实施例和方法限 制。
权利要求
1.一种自钻孔锚，其用于例如墙板的易碎材料中，所述自钻孔锚包括具有轴线的主体，带凸缘的后端，钻孔前端，和其间具有其上设置螺纹的外表面的通常圆柱状部；其中，所述主体从距离所述带凸缘后端预定距离处开始分叉形成第一支腿和第二支腿，所述第一支腿向前延伸到钻孔顶端中；其中，所述主体具有用于接收细长的紧固件的轴向孔，所述轴向孔基本上延伸穿过所述带凸缘端和所述通常圆柱状部，并且通向所述通常面向后的肩部；其中，所述锚具有钻孔模式，其中在所述钻孔模式，所述第二支腿嵌套在所述第一支腿的所述通常面向后的肩部后面；和锚定模式，其中在所述锚定模式，所述支腿彼此枢转分离；其中，所述第一支腿和所述第二支腿通过一对切口彼此分界，所述切口开始于所述分叉处，并且至少部分延伸穿过所述通常圆柱状部的所述外表面和所述螺纹，所述切口在所述外表面的通常相对侧上；并且其中，所述切口形成限定所述支腿上界面连接齿的锯齿状。
2. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，在所述对切口的每一个处还包括在 所述第一支腿和所述第二支腿之间的薄、易碎片。
3. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述螺紋具有外直径，并且 还包括相对宽的平直切割尖，所述切割尖从所述螺紋向外突出到所述钻孔前 端，并且具有比所述螺紋外直径更大的宽度。
4. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，当所述轴向孔从所述带凸缘端延伸到所述通常面向后的肩部时，所述轴向孔^v第一直径到小于所述第一直径的第二直径逐渐变细。
5. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，还包括围绕所述带凸缘后端的加强带。
6. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，还包括从所述凸缘下面突出的至少 一个墙板切割脊。
7. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所迷凸缘具有薄外边缘，以 与所述墙板平齐定位。
8. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述螺紋具有相对薄的螺紋底部，用于减小易碎材料和构成所述易碎材料的所述凸缘下面的石膏中的变形。
9. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述带凸缘后端具有菲利普 驱动槽，所述菲利普驱动槽具有所选的用来适应具有宽尺寸变化范围的多种螺 丝刀和钻头的宽度、角度、深度和直径。
10. 根据权利要求9所述的自钻孔锚，其中，选择所述菲利普槽深度来使 得所述锚的围绕所述槽的外壁的削弱最小。
11. 根据权利要求l所述的自钻孔锚，其中，所述螺紋具有所选的用来在 所述易碎材料中接合所述螺紋的至少三个完整螺旋线的螺距。
12. 根据权利要求l所述的自钻孔锚，还包括形成所述第一螺紋的中间螺 旋线的第二螺紋，所述第二螺紋具有比所述第一螺紋的螺紋高度低得多的螺紋 高度。
13. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，还包括形成所述第一螺紋的中间螺 旋线的一对附加螺紋，所述附加螺紋的每一个具有比所述第一螺紋的螺紋高度 低得多的螺紋高度。
14. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述钻孔前端具有以轴向为 中心的尖端和三个周围尖端，每一个周围尖端具有铰刀边缘表面。
15. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述钻孔前端具有以轴向为 中心的钻孔尖端和三个周围尖端。
16. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述螺紋具有所选用来接合 螺紋的至少三个完整螺旋线和所述易碎材料的螺距。
17. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述钻孔前端具有附加的锥 形铰孔长度。
18. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述钻孔前端具有圆锥形钻 孔尖端。
19. 根据权利要求1所述的自钻孔锚，其中，所述钻孔前端具有尖锐的钻孔尖端。
20.根据权利要求1所述的自钻孔锚，还包括内部锥形凸片，所述内部锥 形凸片包括薄、易碎片，所述薄、易碎片在最靠近所述前端的尖端处每一个所 述对切口处连接所述第 一支M:和所述第二支腿。
21. —种自钻孔锚，其用于例如墙板的易碎材料中，所述自钻孔锚包括 具有轴线的主体，带凸缘的后端，钻孔前端，和其间具有其上设置有螺紋的外表面的通常圆柱状部；其中，所述主体从距离所述带凸缘后端预定距离处开始分叉形成第一支腿和第二支腿，所述第一支腿向前延伸到钻孔顶端中；其中，所述主体具有用于接收细长的紧固件的轴向孔，所述轴向孔基本上 延伸穿过所述带凸缘端和所述通常圓柱状部，并且通向所述通常面向后的肩 部；其中，所述锚具有钻孔模式，其中在所述钻孔模式中，所述第二支腿嵌套 在所述第一支腿的所述通常面向后的肩部的后面；和锚定模式，其中在所述锚 定模式，所述支腿彼此枢转分离；其中，所述第一支腿和所述第二支腿通过一对切口4皮此分界，所述切口开 始于所述分叉处，并且至少部分延伸穿过所述通常圆柱状部的所述外表面和所 述螺紋，所述切口在所述外表面的通常相对侧上；其中，所述切口形成限定所述支腿上的界面连接齿的锯齿状；和在每一个 所述对切口处的所述第一支腿和所述第二支力逸之间的薄、易碎片。
22. —种自钻孔锚，其用于例如墙板的易碎材料中，所述自钻孔锚包括具 有轴线的主体，带凸缘的后端，钻孔前端，和其间具有其上设置有螺紋的外表 面的通常圆柱状部；其中，所述主体从距离所述带凸缘后端预定距离处开始分叉形成第 一 支腿 和第二支J逸，所述第一支月逸向前延伸到钻孔顶端中；其中，所述主体具有用于接收细长的紧固件的轴向孔，所述轴向孔基本上 延伸穿过所述带凸缘端和所述通常圆柱状部，并且通向所述通常面向后的肩 部；其中，所述锚具有钻孔模式，其中在所述钻孔模式，所述第二支腿嵌套在所述第一支腿的所述通常面向后的肩部的后面；和锚定^i式，其中在所述锚定 模式，所述支腿彼此枢转分离；其中，所述第一支腿和所述第二支腿通过一对切口彼此分界，所述切口开 始于所述分叉处，并且至少部分延伸穿过所述通常圓柱状部的所述外表面和所 述螺紋，所述切口在所述外表面的通常相对侧上；并且其中，当所述轴向孔从所述带凸缘端延伸到所述通常面向后的肩部时，所 述轴向孔从第 一直径到小于所述第 一直径的第二直径逐渐变细。
全文摘要
用于易碎材料中的自钻孔锚(110)，包括具有轴线的主体(112)，带凸缘后端(114)，钻孔前端(170)，和其间具有其上设置有螺纹(146)的通常圆柱状部，其中，所述主体从距离所述带凸缘后端预定距离处开始分叉形成第一和第二支腿；所述第一支腿向前延伸到钻孔顶端，并且具有通常面向后的肩部，所述肩部关于所述轴线以钝角向外倾斜，其中，所述主体具有用于接收细长紧固件的轴向孔(132)，所述轴向孔基本上延伸穿过带凸缘端和通常圆柱状部，并且通向通常面向后的肩部，其中，所述锚具有钻孔模式和锚定模式，在钻孔模式中，所述第二支腿嵌套在所述第一支腿的通常面向后的肩部后面，在锚定模式中，所述支腿彼此枢转分离。
文档编号F16B13/12GK101331329SQ200680047613
公开日2008年12月24日 申请日期2006年11月13日 优先权日2005年11月30日
发明者奈姆·曼索尔, 戴维·W.·米勒, 理查德·J.·恩斯特, 约翰·P.·格里姆, 谢里尔·L.·帕纳西克, 阿龙·V.·蒙耶 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司