专利名称：变形柄紧固件的制作方法
技术领域：
本发明涉及紧固件；更明确地说，本发明涉及一种钉子，这种钉子的柄部上具有多 个螺旋排列的变形物以提升该种钉子的固定力。
背景技术：
圆形的钉子(也就是具有圆柱形柄部的钉子)早在数百多年前就被制造出来了。 这种钉子是最容易制造的一种钉子，因为其外型是对称的。此外，当钉入木头中时，此种圆 形钉子具有相对较可预测、一致的性质(如固定力)。固定力(或拔出强度)是指钉子对于轴向力(平行于钉子柄部的负载)的抵抗力， 这包含了当将钉子钉入基材后，钉子对于将其由该基材拔出的抵抗力。已知可改变钉子柄部的外型，以增加其固定力。举例来说，目前已有环形柄部的钉 子，其柄部中具有多个周围环(peripheral rings) 0这些周围环可由钉头向钉入端或钉子 的尖端延伸。其它的紧固件在沿着柄部纵长的方向中形成了多个钉槽。钉槽的形状与数目各 异，且可包含“星形”或其它形状。此外，Lat等人在美国专利NO. 5，741，104中揭露了另一种钉子，其包含了多个环 形圈(annular rings)以及可能比上述环形圈更深或更浅的周向的螺旋状钉槽阵列。虽然上述各种改变钉子外型的形式可提升钉子的固定力，但是总是存在着将钉子 由基材中拉出的可能性。相对应地，除非固定力和基材材料(如，该钉子所钉入的木材)固有的强度一样 大，否则总存在着将钉子拉出的可能性，因此需要提供一种具有较高固定力的钉子。在理想 的情形中，此种钉子在制造时，钉子中不需额外的材料(相较于尺寸相同的标准钉子)，且 不会影响钉子的其它特性(如，剪切强度、硬度)。
发明内容
一种有较高固定力的钉子具有钉头、穿透尖端、由钉头延伸至穿透尖端的柄部，上 述柄部具有周缘与纵长轴。上述钉子的柄部中具有多列由柄部向外延伸的变形物，在较佳 的情形中，上述变形物形成如齿状。上述多列齿状物沿着柄部纵长的方向由大约钉头处向 大约穿透尖端处形成螺旋状图样。上述多列齿状物彼此平行，且其和垂直于钉子纵长轴的 剖面形成至少50度的夹角。上述齿状物具有前导部分，其朝向柄部逐渐变小，且朝向穿透尖端的方向，以及与 该前导部分相对的尾端部分，其具有朝向钉头方位配置的干涉表面。上述齿状物可具有大 致上呈三角形的剖面形状。上述三角形的剖面形状可以是对称的。在所揭示的一具体实施例中，可在周缘上彼此等距地配置上述多个列。一种所揭 示的钉子具有五列或六列的齿状物。可将上述钉子制成环形柄部钉子，在上述钉子的柄部中形成了多个周缘环。可使
4得齿状物和这些环一体成型。上述多个环之间可彼此间隔一距离，且此距离和齿状物的长 度不同，也和齿状物长度的倍数不同。上述环的高度小于齿状物的最大高度。在相邻的前导端与尾端处，可使得上述齿状物彼此重叠，或使得齿状物相毗连但 不彼此重叠。在较有利的情形中，本发明提出的紧固件在钉入时像钉子一样，而在作用时则像 螺钉一般。也就是说，可直线地将该紧固件钉入，但当其穿入基材(木材)时其会旋转，且 因而该紧固件提供了较高的拉出抵抗力。可由下文实施方式与附随的权利要求进一步了解本发明的这些与其它特征与优点。
本发明所属技术领域中具有通常知识者可通过参照本说明书所述的实施方式与 附随的图例与图式进一步理解本发明的益处与优点，其中图式如下图1A-1F阐明了体现本发明原理的变形柄部钉子之一具体实施例的图例(图1A)、 放大图(图1B)、剖面图(图1C，沿着图IB的线段1C-1C)与详图(图1D-1F)；图2A-2F阐明了变形柄部钉子另一具体实施例的图例与图式，其类型与图1A-1F 相似；图3A-3F阐明了变形柄部钉子又一具体实施例的图例与图式，其类型与前述图式 相似；图4A-4F阐明了变形柄部钉子又一具体实施例的图例与图式，其类型与前述图式 相似；图5A-5F阐明了变形柄部钉子又一具体实施例的图例与图式，其类型与前述图式 相似；图6A-6B阐明了变形柄部钉子的另一具体实施例；图7绘示了在一种情境中，弯曲或歪斜的钉子可能会导致地板吱嘎作响；以及图8阐明了在另一种情境中，变形的板子可能会导致地板吱嘎作响。
具体实施例方式虽然本发明可具有各种形式的具体实施例，在附图与下文中绘示并描述了数种较 佳的具体实施例，但应可理解，应将本揭示内容视为本发明的一种例示，且不应将本发明限 制于所述的特定具体实施例。当可进一步理解，在本说明书中，此部分的英文标题“本发明的详细描述”是为了 符合美国专利局的要求，且并未暗示或不应将其视为此处公开的内容的限制。本发明涉及钉子10，其具有柄部12，柄部12上形成了多个变形物14。和柄部外壁 上不具有变形物或未经修饰的钉子相较之下，这些变形物14可提高钉子10的固定力(增 加对于拉出的抵抗力)。图IA-F到图6A-B绘示了变形柄部钉子10的各种具体实施例。在所示的具体实 施例中，使钉子10具有多列16在纵长上呈长螺旋状或螺旋状列的向外延伸的突起物14。 上述突起物14可形成齿状物，其在形成每一螺旋状列16a_f Gl6a-e)时的排列方式为尖部18向尾部20。在图IA-F至图5A-F所示的具体实施例10-410中，在一种本来是平滑的柄 部12(如，常用的拉出式钉子)上形成了齿状物14-514。参照图1A-1F，变形物14 (此处称为齿状物)有螺旋角α 14，该螺旋角α 14以齿状 物14的纵向中心轴A14相对于垂直于紧固件10的纵向Altl轴的剖面平面Pltl所测量出的角 度约为80度。上述齿状物14以中心轴A14为中心成对称状，且其剖面形状大致上成三角形 (参见图1Ε)。齿状物14由尖部18向远处倾斜而形成多个斜升(ramped)侧22，上述斜升 侧在隆起缘M(ridge)处相接，且该隆起缘M界定了齿状物14的尖峰沈。尖部18略微呈 现截头状(在该处尖部18会和在先或在后的齿状物相毗连)，且齿状物14的尾部20具有 一为陡峭的斜面观，其可和下一齿状物的前端或尖部交切。齿状物14的中段部分30呈现 平坦或非倾斜状(相对于尖部朝向尾部的方向，如图中组件符号32所示的部分)。钉子10具有六列16螺旋状的齿状物14，其彼此相间隔60度(参见图1C，其中绘 示了围绕柄部12对称地配置的多个列16a_f)。上述列中的三列16a、16c、16e (彼此间隔排 列)在纵长方向上大约等距地相间隔，因而使得在柄部12的一定的纵向位置上，一列(如 16a)中齿状物14的剖面和另一相间隔列(如16c)中另一齿状物14的剖面相同。以既有 (标称)直径为0. 120英寸的钉子10为例，每一齿状物14的长度I14约为0. 09英寸，且中 段部分的长度I3tl约为0. 05英寸。齿状物14的尖峰高度h14约为0. 04英寸。上述列16的角度α 14(螺旋角)相对较陡，因此当使钉子10穿入基材时，能够促 进钉子10的旋转。如此一来，钉子10会旋转且多个齿状物14会循着每一列16中第一个 齿状物所建立的路径来行进；相较之下，若是钉子10未经旋转而直接穿入基材(木头)，会 撕裂基材(木头)的纤维。实质上，紧固件10在钉入时像钉子一样(可直线地将该紧固件 钉入基材中)，但在作用时则像螺钉一般，因为其穿入基材时会旋转。如此一来，可提升钉 子10的拉出强度，因为齿状物14会遭遇到木材中整体纤维(相对于被撕裂的纤维)的抵 抗力，此外也因为在拉出时钉子10会倾向于直线移动而非沿着螺旋状的路径倒退。上述斜 升或倾斜的前导表面34(产生了一楔型形状)使得钉子10能够平滑地(在抵抗力较小的 情形下)穿入木材中。齿状物14的尾部侧20的夹角相对较为陡峭，在拉出钉子10的时候，此结构更可 用以产生进一步的抵抗力。同样地，当轻易地将钉子10钉入基材中时，陡峭的后侧20夹角 会受到未撕裂的纤维提供给钉子10的抵抗力，因而使其具备较高的拉出抵抗力。当将传统的钉子钉入木材中时，钉子在穿入木材的过程中会将位于邻近钉子柄部 的纤维分离或区隔开来。当然，其中某些纤维会断裂(可能是直接和柄部交叉的纤维)，除 此之外，当钉子穿入木材时，纤维通常会被分离或区隔开来。接着，当要拉出传统的钉子时， 柄部的平滑表面会轻易地滑过被分开的纤维，而纤维中大多数的部分则仍然保持完整无 缺。以此处提出的紧固件10而言，由于将紧固件10钉入基材中时，紧固件10会旋转， 因此当其穿入木材时当然也会将纤维分开。然而，当要将紧固件10由木材拉出或拔出时， 齿状物14的尾部侧20会通过一种可抵抗拔出的干涉表面而提供阻抗力。如此一来，当要 拉出紧固件10 (此拉出应为直线的)的时候，会产生明显且大量的碎屑(也就是被损毁的 木材纤维)，且这些碎屑围绕该紧固件360度的方向产生。虽然不希望将此处揭示的内容与任何理论结合，但发明人认为当此处提出的紧固件10在穿入过程中旋转时，齿状物14的压力侧腹38会对位于齿状物14之前且和其产生 相互作用的木材纤维施加一力。上述压力侧腹38所施加的力会将侧腹38前方的纤维部分 压向下方的齿状物14的干涉表面(尾部侧)20。经压缩的纤维会产生更大的干涉以对抗紧 固件10的拉出。由图IC(其绘示了与钉子12的轴Altl垂直的剖面)可以看出，可排置多个列16， 以使得在沿着钉子柄部12的任一点上，间隔列(如16a、16c、16e)上会形成相同或近乎相 同的齿状物剖面。由压力侧腹38与柄部12 (位于齿状物14的根部40)的接合处所形成的 线段36是一种起伏的螺旋状线段。图2A-F绘示钉子110，其具有不对称的复合切齿状物114。齿状物114具有向下 侧腹或压力侧腹138。由位于压力侧腹138与柄部112(位于齿状物114的根部140)之接 合处所形成的线段136所界定的前导夹角Ci114约为70度。前导夹角Ci114并非沿着齿状物 114的尖峰1 来测量，这是因为尖峰126(线段)在复合切面142的末端呈现略微的弯折 (如图中组件符号144所示)。以既有(标称)直径为0. 120英寸的钉子110为例，每一齿状物114的长度I114约 为0. 12英寸，且齿状物在尖峰1 处的齿状物高度h114约为0. 02英寸。在与柄部112的 轴A112垂直的剖面中(参见图2C)可以发现到，多个列116经排置而使得在沿着钉子柄部 112的任一点上，相间隔列(如列116aU16cU16e)中具有相同或近乎相同的齿状物剖面。 在本具体实施例210中，与图IA-F中所示的钉子10不同之处在于，由压力侧腹138与柄部 112 (位于齿状物114的根部140)接合处所形成的线段136是一种直线螺旋状的线段，而非 起伏状的(undulate)线段。齿状物114在某种程度上相重叠，而使得每一齿状物114的前 导端或尖部118会被纳入前一齿状物的尾端部或尾部120中。图3A-F绘示钉子210，当从垂直于齿状物214的尖峰2 线段的剖面来检视该钉 子时，其具有对称的齿状物214。向下边缘对6(压力侧腹238及根部MO的边缘)比向上 边缘248来得长，且所制成的齿状物214的尾部侧220形成与钉子210的纵长轴A21tl垂直 的表面。这使得钉子210具有较高的拉出抵抗力。在垂直于此钉子的轴线A21tl的剖面(图 3B)中可以看出，多个列216a-f经排置而使得在沿着钉子柄部212的任一纵长点上，每一列 216a-f中具有相同或近乎相同的齿状物214剖面。每一齿状物214的长度I214约为0. 08 英寸，且在其尖峰226的齿状物高度Ii214约为0. 03英寸。齿状物214在某种程度上相重叠，而使得每一齿状物214的前导端218会被纳入 每一先前齿状物的尾端220中。同样地，由压力侧腹238与柄部212(位于齿状物214的根 部M0)接合处所形成的线段236是一种直线螺旋状的线段。图4A-F绘示了钉子310，其齿状物314与图3A-F中所绘示的具体实施例210相 似，但其齿状物314为交错排列，而使得相间隔之列，如列316a、316c、316e (同样地，并非全 部的列316a-316f)在纵长上的具有相似的配置。相对应地，列316a、316c、316e以及316b、 316d、316f经排置，而使得在沿着钉子柄部312的任一点上，相间隔的列中具有相同或近乎 相同的齿状物314剖面。在本具体实施例中，齿状物314是以尖部318向尾部320的方式排列且齿状物314 彼此不相重叠。也就是说，每一齿状物314的前导端318会实质上平滑地向下朝向柄部312 而逐渐变小(taper)。同样地，由压力侧腹338与柄部312 (位于齿状物314根部340)接合
7处所形成的线段336是一种直线螺旋状的线段。每一齿状物314的长度I314约为0. 11英 寸(彼此并未重叠)且在其尖峰3 处的齿状物高度Ii314约为0. 03英寸。图5A-F绘示了根据另一具体实施例的钉子410，其齿状物414所形成的夹角α 414 小于前述实施例的钉子的齿状物的夹角。在本具体实施例410中，排置了五列416a-416e 的齿状物，而使得在沿着钉子柄部412任一点上每一列416a-416e中形成了相同或近乎相 同的齿状物414剖面。或者是，可将齿状物交错排列，而使得每隔五个齿状物会重复该“高 度”(亦即，在沿着柄部的纵长方向上，将每一齿状物彼此偏移齿状物高度的约20% )。在长度或纵长方向上，齿状物414会和前一与下一齿状物重叠，且因而每一齿状 物414的前导端418会被纳入每一在前齿状物的尾端420之中。每一齿状物414的长度 I414约为0. 05英寸(这是因为重叠且其夹角α 414较浅的关系)，且在其尖峰似6处的齿状 物高度h414约为0. 03英寸。由图5B可以发现，当压力侧腹438由柄部412提升时，其提升 程度较为陡峭。同样地，由压力侧腹438与柄部412(位于齿状物414的根部440)接合处 所形成的线段436是一种直线螺旋状的线段。也可将此种齿状物414形状配置成一种六列的排列方式(图中未绘示)，其中所有 的齿状物具有相同的高度，如图5C的剖面图所示，或具有两种高度，这两种高度彼此偏差 了约该齿状物高度的二分之一。图6A-B中绘示了另一具体实施例510。在该具体实施例中，齿状物514的形成方 式与图5A-F中的具体实施例410相同。钉子510具有一额外的特征在于其柄部512是制 成一种环形柄部钉子。如图6B所示，将环550制成倾斜或下倾的表面552，其上形成了齿状物514。齿状 物514的剖面外型与图5A-F中所示的具体实施例410相同，但多个环550是沿着柄部512 的纵长方向上散布。因为环550的间隔355(|和齿状物514的长度I514不同，使得在沿着柄部 512的纵长方向上，齿状物514所在的位置和环550不同。可使得环形间隔S55tl和齿状物的 长度I514不同，且也可和齿状物的长度I514的倍数不同。在每一个上述具体实施例10-510中，可以发现齿状物14-514的列16-516的螺 旋状或螺旋状的本质有助于钉子10-510在穿入基材(木板)中时的旋转。同时，齿状物 14-514的后(干涉)表面20-520会通过在齿状物的后表面20-520与木材或基材的纤维之 间产生的干涉，而对于钉子10-510的拉出产生实质上的抵抗力。此外，在环状柄部与齿状 变形柄部钉子510的组合中，环550可产生更大的拉出抵抗力，其是通过运用齿状物514间 的空间(其为平坦的，因而形成了柄部表面，且和拉出方向相平行)以提供可干涉拉出的特 征结构(隆起缘)。同样地，实质上，本发明提出的紧固件10-510在钉入时像钉子一样(直 线钉入)，而在作用时则像螺钉一般。螺旋状列16-516影响钉子10-510旋转的倾向可用以减少穿入的钉子10-510所 撕裂或切断的木材纤维量。然而，仍然会发生某种程度的纤维撕裂或切断。环550的倾斜 表面552有利于钉子510的穿入，且可减少当钉子进入木材时，木材纤维被撕裂或切断的情 形，但其又可提供显著的拉出抵抗力(以干涉的形式)。将根据本发明的紧固件的样本(特别是图5A-F中所示的)和公知的标准木螺钉 进行比较。测试本发明的紧固件与标准木螺钉，以决定其在湿度为10%与12%的云杉/松 木/冷杉(spruce/pine/fir软质木材，简称SPF)木材中的拔出强度。亦测试了本发明的紧固件与标准木螺钉在胶合层板(laminated veneer lumber硬质木材，简称LVL)中的拔 出强度。在建造房屋时，会使用上述两种木材种类作为地板托梁(floor joist)。下表1显 示了测试结果。
权利要求
1.一种钉子，包含 钉头；穿透尖端；柄部，其由所述钉头延伸至所述穿透尖端且具有周缘及纵长轴；以及 多列变形物，其位于所述柄部并由所述柄部向外延伸，这些列沿着该柄部的纵长方向， 由大约所述钉头处向大约所述穿透尖端形成为螺旋状图样，这些变形物的列彼此平行设置 且相对于垂直于所述钉子的纵长轴的剖面，形成至少50度的夹角。
2.如权利要求1所述的钉子，其中所述变形物被制成由所述柄部向外延伸的齿状物。
3.如权利要求2所述的钉子，其中所述齿状物被制成具有前导部分，该前导部分朝向 该柄部逐渐变小，且朝向所述穿透尖端的方向；以及尾端部分，该尾端部分具有朝向该钉头 方位配置的干涉表面，且该尾端部分与所述前导部分相对。
4.如权利要求1所述的钉子，其中所述齿状物具有大致上呈三角形的剖面形状。
5.如权利要求4所述的钉子，其中所述形状为对称剖面形状。
6.如权利要求1所述的钉子，其中所述多个列在周缘上彼此等距地配置。
7.如权利要求1所述的钉子，其中所述夹角为约50度至约80度。
8.如权利要求1所述的钉子，其包括五列变形物。
9.如权利要求1所述的钉子，其包括六列变形物。
10.如权利要求1所述的钉子，其中所述钉子为环形柄部钉子，其在所述柄部设有多个 周缘环，所述变形物被制成齿状物的形式且与所述多个周缘环一体成型。
11.如权利要求10所述的钉子，其中配置所述多个周缘环使其彼此间隔一定距离，且 该距离不同于所述齿状物的长度以及所述齿状物的长度的倍数。
12.如权利要求10所述的钉子，其中所述周缘环的高度小于所述齿状物的最高的高度。
13.如权利要求3所述的钉子，其中所述齿状物在邻近的多个前导端与多个尾端彼此重叠。
14.如权利要求3所述的钉子，其中所述齿状物在邻近的多个前导端与多个尾端彼此 毗连但不重叠。
15.如权利要求8所述的钉子，其中所述变形物围绕所述柄部在周缘上等距地配置。
16.如权利要求1所述的钉子，其中所述变形物由所述柄部起始且与所述钉头间隔一预定距离。
17.如权利要求16所述的钉子，其中所述预定距离小于或者约等于四分之一英寸。
18.如权利要求17所述的钉子，其中所述预定距离小于或者约等于八分之一英寸。
19.如权利要求16所述的钉子，其包含位于所述柄部的在所述变形物及所述钉头之间 的干涉构造物。
20.一种钉子，包含 钉头；穿透尖端；柄部，其由所述钉头延伸至所述穿透尖端且具有周缘及纵长轴；以及 多列螺旋状图样的变形物，其位于所述柄部并由所述柄部向外延伸，所形成的这些列用于在将钉子钉入基材中时赋予该钉子一旋转运动，所述变形物包含向内逐渐变小的前导 端以及干涉表面尾端，以便在将所述钉子钉入所述基材中之后，提供所述钉子一拔出抵抗 能力。
21.如权利要求20所述的钉子，其包含五列形成齿状物形式的变形物。
22.如权利要求19所述的钉子，其中所述螺旋相对于垂直于所述钉子的纵长轴的剖面 形成约50度至约80度的夹角。
全文摘要
一种钉子，其具有钉头、穿透尖端及由钉头延伸至穿透尖端的柄部。所述柄部具有周缘与纵长轴。所述柄部具有多列由柄部向外延伸的齿状变形物。上述多列沿着柄部纵长的方向，由大约钉头处向大约穿透尖端处形成螺旋状图样。上述多列齿状物彼此平行，且其和垂直于钉子纵长轴的剖面形成至少50度的夹角。
文档编号F16B15/06GK102066774SQ200980122533
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月16日 优先权日2008年6月12日
发明者劳伦斯·S.·谢尔顿, 唐纳德·E.·伯格斯特龙, 安东尼·M.·梵思诺, 杰弗里·L.·崔亚斯克斯, 肯尼斯·R.·利维 申请人:伊利诺斯工具制品有限公司