[发明专利]具有稳定的接合和卡紧配合的紧固件系统

说明书

本申请是名称为“具有稳定的接合和卡紧配合的紧固件系统”、申请日为2010年9月15日、国际申请号为PCT/US2010/048846、国家申请号为201080065022.6的PCT申请的分案申请。

技术领域

本申请整体上涉及用于螺纹紧固件的驱动系统、用于制造该驱动系统的工具、以及用于将扭矩施加到这种紧固件上的起子。更具体地，本申请涉及构造有直壁凹槽的紧固件。具体地，紧固件系统被构造，其中，起子和紧固件接合而改进了轴向对准和卡紧配合的稳定性。

背景技术

在工业应用中常用的螺纹紧固件通常由高速和高扭矩载荷下的电动工具驱动。这种情况存在困难的设计考虑，特别是关于驱动系统，并且更具体地是对于下述螺纹紧固件：该螺纹紧固件具有位于紧固件头部中的可与起子相接合的凹槽或紧固件头部的可与起子相接合的外部轮廓。理想地，关于凹槽和头部几何结构以及用于形成紧固件头部的关联工具和用于与凹槽或头部几何结构相接合的起子而言，这种驱动系统需要易于制造。紧固件头部的强度不应当被凹槽不利地影响。起子在配合时应当使应力载荷均匀分布以避免形成高的局部应力区域，高的局部应力可能导致起子表面、或起子、或这两者的变形，从而引起驱动系统的过早故障。

紧固件系统应当在紧固件被驱动时抵抗起子从凹槽中滑出。在很多应用中，非常重要的是紧固件必须能够耐受若干循环，正如在紧固件必须被拆卸以修理或更换零件或者拆卸和更换接入板的应用中。紧固件驱动系统理想地应该能够进行这种反复循环，特别是在凹槽在使用时可能受污染、涂绘、腐蚀或其他不利影响的环境中。在这些情况下，重要的是驱动系统在沿拆卸方向施加扭矩的同时维持驱动接合。对于驱动系统而言可能必要的是在拆卸紧固件时能够施加更高水平的扭矩，如同当紧固件在初始组装期间被过紧固时、或者当腐蚀在接合螺纹的接口处发展时、或者当组装部件的热循环已经将增大的应力置于紧固件时发生的。这些和其他特征常常提出了竞争的考虑因素；并且可能必须妥协一个以有利于另一个。

多种凹槽和起子配置被普遍使用，包括多种十字凹槽，例如在美国专利Re.24,878(史密斯(Smith)等)、美国专利3,237,506(明兴格尔(Muenchinger))和美国专利2,474,994(Tomalis)中所述的那些。其他紧固件几何结构包括在美国专利3,763,725(赖兰(Reiland))中所述类型的多叶片几何结构和如在美国专利4,187,892(西蒙斯(Simmons))中所述的带肋驱动系统。“艾伦(Allen)”系统也在常见凹槽构型中，所述系统基本上是适于接收相似形状起子的直壁式六边形承座。美国专利5,957,645(斯泰西(Stacy))中描述了一种具有多叶片的紧固件系统，所述叶片具有螺旋构型的驱动表面。

除了带肋系统以外，起子和凹槽的壁和面通常设计为彼此紧密配合，以尽力实现驱动表面与从动表面的面-面接触。使用十字凹槽紧固件，这种面-面接合(如果发生的话)仅能够在起子正确地对准和安置在凹槽内时发生。但是，作为实际的问题，为了使起子能够被插入凹槽内，在起子与凹槽之间必须存在一些间隙。

这种间隙的必要性对于具有基本轴向对准的(直)驱动壁的凹槽(如在赖兰的’725专利和Allen头部系统中)而言甚至更关键。在所有这些系统中，这种间隙的必要性的实际结果是：很少实现(如果有的话)起子与凹槽表面之间的基本面-面的宽区域接触。对于用于螺纹紧固件的大多数驱动系统，起子与头部中的凹槽以导致点接触或线接触而非面-面的宽区域接触的方式相匹配。接触的实际面积通常明显小于完全的面-面接触。由此，当由起子施加扭矩时，施加到螺纹头部上的力趋于集中在局部区域中而导致高的局部应力和不稳定的轴向对准。这种局部化的高应力能够使凹槽塑性变形，从而形成导致起子从凹槽中过早意外脱离的斜面或其他形变。

斯泰西’645专利中描述了用于使起子与驱动表面之间的可接合表面积最大化的紧固件系统，该专利与本主题申请是共同拥有的。’645专利的公开通过参引的方式并入本申请。’645专利的凹槽和起子构造为具有螺旋构型的接合表面，并且可以总体归类为直壁式紧固件系统，该接合表面基本平行于紧固件的轴线布置。美国专利申请公布2009-0104002(迪林(Dilling))(与本主题申请共同拥有)中描述了螺旋驱动式紧固件系统的更坚固的实施例。迪林申请的公开也通过参引的方式并入本文。