[发明专利]具有摩擦接合面的螺旋驱动紧固件

说明书

发明领域

本发明大体上涉及用于螺纹紧固件的驱动系统、加工螺纹紧固 件的工具以及给这种紧固件施加扭矩的驱动器(driver)。更具体而言， 本发明涉及使用翼部类型的驱动器的紧固件。特别是，紧固件具有 提供了螺旋驱动面的凹槽。

发明背景

在工业用途中一般使用的螺纹紧固件通常由高速高扭矩负载的 电动工具来驱动。这种情况带来了困难的设计考虑，特别是关于驱 动系统、尤其是在紧固件头部具有驱动器接合凹槽的螺纹紧固件。 理论上，这种驱动系统应该容易制造，不仅是凹槽和头部的几何形 状容易制造，而且用于成形紧固件头部的相关工具和用于接合凹槽 的驱动器也一样应该容易制造。紧固件头部的强度不应该受到凹槽 的不利影响。驱动器应该易于插入凹槽并易于从凹槽取出。驱动器 和凹槽在接合时应该均匀地分布应力负载，从而避免应力的高度局 部化区域的形成，该区域的形成可能引起凹槽或驱动器、或两者的 变形，从而导致驱动系统过早损坏。

在驱动紧固件时，驱动系统应该防止驱动器从凹槽中脱出。在 许多应用中，非常重要的是，紧固件必须能够承受多次循环使用， 比如为了修理或替换零件、或拆下并替换检修孔盖板，因而必须拆 卸紧固件的应用时。理想地，紧固件驱动系统应该能够承受这种重 复循环使用，特别是在凹槽可能被污染、喷漆、腐蚀或其它使用情 况的不利影响下。在这些情况下，驱动系统在移动方向上施加扭矩 时保持驱动接合是十分必要的。对于驱动系统来说，在拆卸紧固件 时能够施加更高水平的扭矩是十分必要的，这可能发生在当紧固件 最初装配时拧得过紧、或接合螺纹接触面上发生了腐蚀、或在装配 元件的热循环把增大应力施加在紧固件时。当这些特性中的一个或 多个或其它特性可能存在竞争考虑时，可能对一个特性作出妥协， 以便有利于另一个特性。

许多不同的凹槽和驱动器结构已经普遍使用，包括多个的十字 槽、例如美国专利US 24,878(Smith等人)、US 3,237,506 (Muenchinger)和US 2,474,994(Tomalis)中描述的十字槽。其它 紧固件结构包括美国专利US 3,763,725(Reiland)中描述的多凸角式 结构类型，以及美国专利US 4,187,892(Simmons)中描述的凸肋式 驱动系统。同样在普通凹槽结构之中包括六角系统，该系统基本是 容纳类似外形驱动器的直壁六边形承座。

除了凸肋式系统外，驱动器和凹槽的壁和面通常设计为相互紧 密配合，从而实现驱动表面和从动表面的面对面接触。十字槽紧固 件上的这种面对面接合，如果有的话，只发生在当驱动器完全对准 并放置在凹槽内时。然而，实际上，为了使驱动器可以插入凹槽， 这两者之间必要存在若干间隙。

这种间隙的必要性在具有基本垂直驱动壁的凹槽中更加重要， 例如Reiland的’725专利和六角头系统中。在所有这些系统中，该间 隙必要性的实践结果是，如果不是根本不能实现的话，也是很难实 现在驱动器和凹槽表面之间的真正的面对面的大面积接触。在大多 数螺纹紧固件的驱动系统中，驱动器与头部的凹槽以产生点接触或 线接触而不是面对面大面积接触的方式接合。实际接触面积通常远 远小于完全面对面接触面积。因此，当驱动器施加扭矩时，施加在 螺钉头部的力易于集中在局部区域，从而导致局部高应力。这种局 部高应力可能导致凹槽塑性变形、形成斜面或其它导致提前损坏、 驱动器与凹槽的不期望脱离的变形。现有技术已经认识到了前述的 困难。例如，美国专利US 2,248,695(Bradshaw)公开了一种螺钉头 和驱动器装置，其中驱动器和紧固件的驱动和从动表面分别是曲面 的，并相对螺钉轴偏离中心。在Bradshaw紧固件中，可以使用任何 “合适的曲率”如圆形或对数螺线，只要其通过摩擦接合导向结合 或锁紧在一起。尽管公开了Bradshaw的讲述内容，但是，后面的紧 固件驱动系统、例如上面提到的那些系统，看起来并未采用依靠摩 擦接合的Bradshaw讲述内容。

与题述专利申请共同拥有的美国专利US 5,957,645中描述了使 在驱动器和凹槽之间的接合面积最大化的驱动系统。’645专利公开 通过引用与本专利结合在一起。’645专利的凹槽和驱动器构造为具 有螺旋结构接合面。