TWI817965B

TWI817965B - 扣件、扣件系統、衝頭、螺紋扣件、及形成螺紋扣件的方法

Info

Publication number: TWI817965B
Application number: TW107144926A
Authority: TW
Inventors: 蓋瑞迪林
Original assignee: 美商飛利浦斯螺絲公司
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2023-10-11
Also published as: US20230003245A1; CN115573988A; EP3724522A1; CN111480013B; CN111480013A; CA3085560A1; WO2019118200A1; TW201928220A; EP3724522A4; US11466720B2; US20190186525A1

Abstract

本發明揭露一扣件系統，其具有：含有複數個翼的凹槽、該等翼有安裝傳動面及拆卸傳動面、具有漸縮界面表面的楔形等特點的組合。扣件系統有獨特的組合，包括了含有螺旋、相對尺寸大小、邊緣及表面的凹槽，能夠提高系統組件之間的接合之穩定性。相同技術原理下的扣件、衝頭、形成螺紋扣件的方法都有揭露。

Description

扣件、扣件系統、衝頭、螺紋扣件、及形成螺紋扣件的方法

本申請案大體上係關於螺紋扣件之傳動系統、其製造工具及用於將轉矩施加於此等扣件之起子。更具體而言，本申請案係關於構造有直壁凹槽之扣件。特定言之，構造一扣件系統，其中起子及扣件之接合在軸向對準及卡緊配合方面擁有提高之穩定性。

常用於工業應用中之螺紋扣件通常由電動工具在高速及高轉矩負載下傳動。此等條件面臨困難設計考量，尤其是關於傳動系統且更特定言之，關於在扣件頭部中具有一起子可接合凹槽或至扣件頭部之一起子可接合外部輪廓之螺紋扣件。理想地，此一傳動系統需要使凹槽及頭部幾何形狀以及用於形成扣件頭部之相關聯工具及用於接合凹槽或頭部幾何形狀之起子易於製造。扣件之頭部之強度不應受凹槽不利影響。起子應在配對時均勻分佈應力負載以避免形成會導致傳動面或起子或傳動面及起子兩者變形以導致傳動系統之過早失效之高局部應力區域。

當傳動扣件時，扣件系統應防止起子自凹槽旋出(cam-out)。在諸多應用中，非常重要的是扣件必須能夠承受若干循環，如同其中必須拆卸扣件以修理或替換部件或拆卸及替換檢查板之應用。理想地，扣件傳動系統應能夠進行性此等重複循環，尤其在其中可塗佈凹槽之應用及其中凹槽會變得被污染、被塗漆或否則在使用中受不利影響之環境中。在此等應用及環境中，關鍵是傳動系統維持傳動接合且在一拆卸方向上施加轉矩。需要使傳動系統能夠在拆卸扣件時施加甚至更高位準之轉矩，此亦可發生於扣件在初始裝配期間被過度擰緊時或接合螺紋之界面處發生鏽蝕之位置處或裝配組件之熱循環已對扣件施加增大應力時。此等及其他特性通常面臨競爭考量，且可能必須在彼此間作出妥協。

各種凹槽及起子構形係常用的，其包含大量十字凹槽，諸如美國專利Re.24,878(Smith等人)、美國專利3,237,506(Muenchinger)及美國專利2,474,994(Tomalis)中所描述之十字凹槽。其他扣件幾何形狀包含美國專利3,763,725(Reiland)中所描述之多葉幾何形狀類型及美國專利4,187,892(Simmons)中所描述之肋式傳動系統。「艾倫(Allen)」系統亦在普通凹槽構形中，其基本上為能接納一類似形狀起子之一直壁六角形承窩。美國專利5,957,645(Stacy)、7,293,949(Dilling)、8,291,795(Hughes)中描述包含具有螺旋構形傳動面之多個葉之扣件系統，該等專利之各者之全文以引用的方式併入本文中且該等專利之各者在本文中將指稱實例性標準螺旋傳動。

除肋式系統之外，起子及凹槽之壁及面通常經設計以彼此緊密配合以試圖達成傳動面及從動面之面對面接觸。關於十字凹槽扣件，此面對面接合可僅(若真有)發生於起子經適當對準且位於凹槽內時。然而，實際上，為使起子能夠插入至凹槽中，兩者之間必須存在一些間隙。

此間隙之必要性對於具有實質上軸向對準(筆直)傳動壁之凹槽而言甚至更關鍵，如同Reiland '725專利及Allen頭部系統。在所有此等系統中，需要此間隙之實際結果係很難達成(若真有)起子與凹槽表面之間的實質上面對面大面積接觸。關於用於螺紋扣件之大多數傳動系統，起子依導致點或線接觸而非面對面大面積接觸之一方式與頭部中之凹槽配對。實際接觸面積通常實質上小於完全面對面接觸。因此，當由起子施加轉矩時，施加於螺釘頭部之力趨向於集中於局部區域中以導致高局部應力及不穩定軸向對準。此局部高應力會使凹槽塑性變形以形成導致起子與凹槽過早地非意欲脫離之斜坡或其他變形。

與本申請案被共同擁有之Stacy '645專利中描述用於最大化起子與傳動面之間的可接合表面積之一扣件系統。'645專利之揭示內容以引用的方式併入本申請案中。'645專利之凹槽及起子經構造有實質上與扣件之軸線平行對準之螺旋構形接合表面且一般可分類為一直壁扣件系統。與本申請案被共同擁有之美國專利7,891,274(Dilling)及8,291,795(Hughes)中描述螺旋傳動扣件系統之一更穩健實施例。Dilling '274及Hughes '795專利之揭示內容亦以引用的方式併入本文中。

藉由分別構形起子及扣件之傳動面及從動面以與一螺旋之一分段等形且特定言之，呈一螺旋構形來達成'645專利中所描述之本發明之優點，該螺旋構形能夠在起子之插入及拆卸期間於起子與凹槽之間保留一實質上足夠間隙，但其中容許完全坐定起子旋轉以填補該間隙。起子之傳動壁及凹槽之起子可接合壁之螺旋構形使得當螺旋壁接合時，其等在一相對較大面積上接合以藉此在該大面積上施加及分佈應力。螺旋構形之傳動壁及從動壁經定向以在很少(若存在)依賴摩擦近切向接合之情況下導引實質上垂直於扣件半徑之外加轉矩之一主要部分。

一直壁扣件系統之另一實例係授予Reiland之美國專利3,584,667中所描述之系統。此參考文獻以引用的方式併入本文中。 Reiland '667專利描述一種扣件系統，其中傳動面幾何形狀由實質上配置為一六角形形狀之一系列半圓柱形表面組成。Reiland扣件系統一般指稱六葉的且具有與扣件之軸線平行之傳動面。

儘管直壁扣件成功地普遍用於諸多應用中，但其會經歷由起子與扣件之間的軸向失準所致之困難。另外，難以獲得提供一卡緊配合特徵之一可靠摩擦接合。當開始安裝扣件時，期望一卡緊配合特徵將扣件對準地固持於起子上。此尤其用於使用電動起子頭將轉矩施加於扣件之大量裝配線操作中。當扣件長度延長時，軸向對準及卡緊配合亦係很重要的。

在其中使用一直壁傳動系統之諸多應用中，可電動或需要起子插入有限接取之位置中或藉由機器人工具來插入起子。在此等情形中，需要在安裝之前將扣件可靠地接合於起子上，使得起子可用作為一插入工具以及一起子。在此等應用中，將起子插入至扣件中以建立一「卡緊配合」。為了卡緊配合，起子與扣件之間的固持力足以將扣件固持至起子且在將起子移動至適當位置中時以將扣件插入至工件中。在將扣件插入至工件中之後，由工件施加於扣件上之力足以在拆卸起子時釋放卡緊配合。已在若干不同類型之扣件中(例如，在具有一十字形(十字形幾何形狀)之扣件/起子系統中)嘗試此「卡緊配合」特徵，美國專利4,084,478(Simmons)及4,457,654(Sygnator)中展示若干扣件/起子系統。美國專利6,199,455(Wagner)中繪示具有一方形傳動幾何形狀之一扣件系統。吾人觀察到，卡緊配合重點關注傳動面。

美國公開案2016/0305462(Wunderlich)及美國專利8,955,417(Stiebitz)中展示具有傾斜表面之六葉凹槽及匹配起子。在 Wunderlich及Stiebitz中，凹槽葉之內半徑由與一特殊匹配起子中之對應傾斜表面匹配之一傾斜表面分離。吾人觀察到，構形未揭示一卡緊配合摩擦界面。

US 5,509,334(Shinjo '334)及美國專利5,435,680(Schuster)展示具有一傾斜表面之額外六葉凹槽及匹配起子。在Shinjo '334及Schuster中，凹槽葉之內半徑由與一特殊匹配起子中之一對應傾斜表面匹配之一傾斜表面分離。吾人觀察到，此等構形教示與起子及凹槽之一緊密接合但未揭示上文所討論之一卡緊配合。

美國專利5,219,253(Shinjo '253)中展示一類似但八角凹槽。其亦具有未揭示一卡緊配合之一構形。

「卡緊配合」特徵允許扣件可釋放地接合於起子上以在難以企及、自動化及其他應用中實現起子及扣件作為一單元被操縱。可在安裝扣件及起子之後使用最小力量使扣件及起子脫離。

參考文獻Larson(美國專利4,269,246)受關注之原因係：其採用一部分漸縮起子來增強接合。在Larson中，起子槽之內半徑安置成平行於起子之軸線，而葉之頂朝向尖端向內漸縮。此之明確目的係避免起子頭與凹槽之間的過早干涉。吾人觀察到，構形導致起子與凹槽之間的一周向及軸向線接觸且不會增強穩定性或摩擦接合。

參考文獻Goss美國專利5,461,952亦受關注。在Goss中，起子之一後側壁經漸縮以提供在一傳動面上產生一摩擦接合之一逐漸變厚葉幾何形狀。由於僅使一個側壁漸縮，所以與直側傳動面之接合變成一圓周線接觸。再次，僅重新構形起子頭。此係因為吾人不太願意改動凹槽幾何形狀，因為其會導致與既有起子之相容性受損失。回溯相容係任何改良扣件系統，特定言之，直壁系統，之一設計優點。

與本申請案被共同擁有之參考文獻Dilling美國專利7,293,949中描述經構形以在一直壁扣件中提供卡緊配合之一扣件系統。在Dilling '949專利中，將干涉表面構造於扣件凹槽之翼之間的內部非傳動過渡面上。然而，吾人已發現，可期望具有附加穩定性之甚至更多改良。附加穩定性尤其用於扣件凹槽不均勻時。不均勻性可歸因於諸多原因。實例包含(但不限於)製造期間之機器容限、不均勻電鍍、不均勻塗佈、扣件插入之後的塗漆或插入或先前安裝或拆卸循環期間之變形。

將期望提供凹入頭部扣件及起子之改良方案，藉此減少或消除以上及其他困難且提高穩定性。

本文所描述之各種實施例提供一種扣件系統，其具有提供一可靠卡緊配合特徵之直壁傳動面，同時亦提高系統組件之間的接合之穩定性。該新系統之一重要特徵係允許在該新系統中接合既有標準直壁起子。為實現此目標，下文將描述一種新凹槽、一種新凹槽及起子系統、一種用於形成一凹槽之新衝頭及其等各者之使用方法。

當開始安裝扣件時，期望一卡緊配合特徵將扣件對準地固持於起子上。此尤其用於使用電動起子頭將轉矩施加於扣件之大量裝配線操作中。當扣件長度延長時，軸向對準及卡緊配合亦係很重要的。

本申請案之直壁扣件系統大體上經構造有具有自一中心軸線向外徑向延伸之多個翼之一凹槽及具有與該凹槽之該等翼配對之多個匹配葉之一起子。取決於外加轉矩之方向，翼及葉之各者具有由一安裝表面及一拆卸表面組成之傳動面。此等傳動面實質上構造成與扣件系統之中心軸線成一平行對準關係。相同翼或葉之相鄰安裝及拆卸表面由一非傳動翼外端壁在外半徑處分隔。由外半徑形成之直徑在本文中將指稱「A」尺寸，如圖中所展示。相鄰翼由一非傳動過渡輪廓在內半徑處分隔。由內半徑形成之直徑在本文中將指稱「B」尺寸，如圖中所展示。

為產生一干涉配合且提供卡緊配合，形成於過渡輪廓中以呈現一漸縮界面表面之一楔形形成於凹槽翼之「B」尺寸表面上。凹槽之「B」尺寸相對於標準直壁凹槽變窄以提供一標準直壁起子之接合。在另一態樣中，「A」尺寸亦經放大以提供與其他標準直壁起子之額外相容性。熟習技術者應瞭解，本文參考一「標準」起子及凹槽涉及相關市場中之普遍接受工業大小。下文將參考標準凹槽及起子之某些具體實例。所描述之凹槽提供回溯性能以允許在本申請案之凹槽中使用一標準起子。

為形成起子及扣件之配對界面，使凹槽翼過渡輪廓向內漸縮。界面自凹槽之頂部接近處向內徑向漸縮至凹槽之底部接近處。

漸縮界面表面對起子提供穩定性以防止不當對準。當凹槽及起子不當對準時，配對會導致具有高應力之局部區域及更嚴重不穩定軸向對準。此等局部高應力會使凹槽塑性變形以形成導致起子與凹槽過早地非意欲脫離及/或起子受損之斜坡或其他變形。

局部高應力可由諸如以下各者之諸多因數引起：凹槽之設計、扣件或起子之製造之不一致性及領域面臨之困難。領域面臨之困難可包含(例如)起子及扣件之失準或由於已聚集於凹槽中之塗漆或其他碎屑而無法使起子完全坐定於凹槽中。甚至起子與扣件之間的略微失準或扣件或起子自設計規格之一變動會導致起子與扣件之間的接觸面積實質減小，在諸多情況中導致起子及扣件之若干部分之近點狀接觸。在此等情境下施加高轉矩必然導致起子及凹槽之材料中之集中應力，其繼而會因塑性變形或破裂而導致材料失效。甚至凹槽及起子之接合表面之略微塑性變形會不利地影響系統效能。若凹槽變形以界定自垂直面傾斜之斜坡狀表面，則起子會在外加負載之影響下自凹槽「旋出」。此旋出係不受歡迎的，不僅因為其導致起子及凹槽之過早或不可控脫離，且亦因為突然脫離之起子會滑落至工件上且損壞工件。另外，當傳動扣件時，起子刀片中之過度應力會引起刀片依減少與扣件之表面積接觸且有效地使接觸之區域向內徑向移位之一方式變形，藉此降低起子-凹槽接合之效力且增加失效之風險。

本申請案之揭示內容提供一種扣件，其包含具有一中心縱軸線之一柄、位於該柄之一端處之一頭部，該頭部具有以該軸線為中心之一凹槽，該凹槽具有自該軸線向外輻射之複數個翼，該凹槽具有由自該軸線至該等翼之最外範圍之一徑向距離界定之一凹槽外半徑，該等翼之各者具有一安裝傳動面及一拆卸傳動面，該等翼傳動面經構造以實質上與該中心縱軸線平行對準。在本發明之一態樣中，相鄰翼之一安裝傳動面及一拆卸傳動面由一各自過渡輪廓分隔，該過渡輪廓形成該等翼之徑向最內部分。在本發明之另一態樣中，一楔形形成於該過渡輪廓中以呈現一漸縮界面表面，該界面表面具有一頂部、一底部及一對對置邊緣，該界面表面之寬度自接近於該凹槽之一頂部之該界面表面之該頂部較寬處漸縮至接近於該凹槽之一底部之該界面表面之該底部較窄處。且在本發明之又一態樣中，一界面表面在該界面表面之該底部處定位於一凹槽軸線以外一根部徑向距離處，該根部徑向距離界定該凹槽內半徑，該界面表面在該界面表面之該頂部處定位於該軸線以外一頂部徑向距離處，該頂部徑向距離大於該底部徑向距離。且在本發明之又一態樣中，該凹槽內半徑與該凹槽外半徑之一比率係自約0.60至約0.65。

在另一態樣中，一界面表面係一非傳動面。在另一態樣中，該界面表面呈凹形以具有等於自該軸線至該界面表面之該徑向距離之一曲率半徑。且在另一態樣中，該界面表面呈凹形以具有大於自該軸線至該界面表面之該徑向距離之一曲率半徑。在又一態樣中，一界面表面呈凹形，且該界面表面之各部分定位於大於或等於自該軸線至該等界面表面邊緣處之該過渡輪廓之該徑向距離之一徑向距離處。在一特定態樣中，該凹槽呈六葉形。在另一態樣中，該界面表面依相對於該軸線之一角度漸縮，該角度在約0.5度(0.5°)至約12度(12°)之範圍內，且較佳在約4度(4°)至約8度(8°)之範圍內，且更佳為約6度(6°)。

在本發明之一態樣中，該扣件頭部之該等傳動面經構造以依一配對接合方式接納一起子頭端之傳動面。在另一態樣中，該漸縮界面表面經構造以與該起子頭端形成一摩擦接合。且在另一態樣中，該凹槽界面表面呈凹形以具有大於其中該界面摩擦地接合該等葉之該等葉之曲率半徑的一曲率半徑。且在又一態樣中，該漸縮界面表面經構造以在該凹槽之下部分中之該等界面表面邊緣處與該起子頭端形成一摩擦接合。

在本發明之一態樣中，一漸縮界面表面形成於每對相鄰翼之間。在本發明之另一態樣中，一漸縮界面表面形成於所有相鄰翼對之一子集之間。且在本發明之另一態樣中，存在圍繞該凹槽對稱間隔之複數個漸縮界面表面。

本發明進一步提供一種扣件系統，其包含一扣件，該扣件包含具有一中心柄縱軸線之一柄、位於該柄之一端處之一頭部，該頭部具有以該柄軸線為中心之一凹槽，該凹槽具有自該柄軸線向外輻射之複數個翼，該凹槽具有由自該柄軸線至該等翼之該最外範圍之一徑向距離界定之一凹槽外半徑，該等翼之各者具有一安裝傳動面及一拆卸傳動面，該等翼傳動面經構造以實質上與該柄縱軸線平行對準，相鄰翼之該安裝傳動面及該拆卸傳動面由一各自過渡輪廓分隔，該過渡輪廓形成該等翼之徑向最內部分。在本發明之另一態樣中，一楔形形成於該過渡輪廓中以呈現一漸縮凹槽界面表面，該界面表面具有一頂部、一底部及一對對置邊緣，該界面表面之寬度自接近於該凹槽之一頂部之該界面表面之該頂部較寬處漸縮至接近於該凹槽之一底部之該界面表面之該底部較窄處，且該界面表面在該界面表面之該底部處定位於該柄軸線以外一根部徑向距離處，該根部徑向距離界定該凹槽內半徑，該界面表面在該界面表面之該頂部處定位於該柄軸線以外一頂部徑向距離處，該頂部徑向距離大於該底部徑向距離。在本發明之另一態樣中，該系統包含具有一起子頭端之一起子，該起子具有一中心起子縱軸線，且該起子頭端經構造以具有一中心部分及自該中心部分向外輻射之複數個葉，該等葉之各者具有一安裝傳動面及一拆卸傳動面，相鄰葉之安裝傳動面及拆卸傳動面由一過渡輪廓分隔，該過渡輪廓形成該等葉之該等徑向最內部分且呈現一起子界面表面，且其中該等葉之該等表面經構造以與該起子縱軸線平行對準。在本發明之另一態樣中，該凹槽經調適以接納該起子頭端，且該扣件頭部之該等傳動面經構造以依一配對接合方式接納該起子頭端之該等傳動面，且該凹槽及該等起子界面表面經構造以在該扣件頭部及該起子頭端配對接合時形成一摩擦接合。

在本發明之該扣件系統之一特定態樣中，該凹槽內半徑與該凹槽外半徑之比率係自約0.60至約0.65。

本發明進一步提供一種用於形成一凹入頭部扣件之頭部端之衝頭。在本發明之一態樣中，該衝頭包含：一本體，其具有經構形以形成及界定頭部之外輪廓之一面；一尖頭，其與該本體整合且自該面延伸，該尖頭具有一中心縱軸線，其中該尖頭經構造以具有一中心部分及自該中心部分向外輻射之複數個翼，該尖頭具有由自該軸線至該等翼之最外範圍之一徑向距離界定之一尖頭外半徑，該等翼之各者具有經構形以形成一安裝傳動面及一拆卸傳動面之一表面，相鄰翼之該安裝傳動面及該拆卸傳動面由一各自過渡輪廓分隔，該輪廓形成該翼之徑向最內部分，且其中該等傳動面經構造以實質上與該中心縱軸線平行對準；及一楔形，其形成於該過渡輪廓中以呈現一漸縮界面表面，該界面表面具有一頂部、一底部及一對對置邊緣，該界面表面之寬度自接近於該尖頭之一頂部之該界面表面之該頂部較寬處漸縮至接近於該尖頭之一底部之該界面表面之該底部較窄處，該界面表面在該界面表面之該底部處定位於該軸線以外一根部徑向距離處，該根部徑向距離界定該凹槽內半徑，該界面表面在該界面表面之該頂部處定位於該軸線以外一頂部徑向距離處，該頂部徑向距離大於該底部徑向距離。在本發明之一態樣中，該凹槽內半徑與該凹槽外半徑之比率係自約0.60至約0.65。

本發明進一步提供一種形成一螺紋扣件之方法，該螺紋扣件具有形成於其之一端處之一起子可接合凹槽，該方法包含使用一衝頭來形成該凹槽，該衝頭包含：一本體，其具有經構形以形成及界定頭部之外輪廓之一面；一尖頭，其與該本體整合且自該面延伸，該尖頭具有一中心縱軸線，其中該尖頭經構造以具有一中心部分及自該中心部分向外輻射之複數個翼，該尖頭具有由自該軸線至該等翼之最外範圍之一徑向距離界定之一尖頭外半徑，該等翼之各者具有經構形以形成一安裝傳動面及一拆卸傳動面之一表面，相鄰翼之該安裝傳動面及該拆卸傳動面由一各自過渡輪廓分隔，該輪廓形成該翼之徑向最內部分，且其中該等傳動面經構造以實質上與該中心縱軸線平行對準；及一楔形，其形成於該過渡輪廓中以呈現一漸縮界面表面，該界面表面具有一頂部、一底部及一對對置邊緣，該界面表面之寬度自接近於該尖頭之一頂部之該界面表面之該頂部較寬處漸縮至接近於該尖頭之一底部之該界面表面之該底部較窄處，該界面表面在該界面表面之該底部處定位於該軸線以外一根部徑向距離處，該根部徑向距離界定該凹槽內半徑，該界面表面在該界面表面之該頂部處定位於該軸線以外一頂部徑向距離處，該頂部徑向距離大於該底部徑向距離。在該方法之另一態樣中，該凹槽內半徑與該凹槽外半徑之比率係自約0.60至約0.65。

本發明進一步提供一種扣件，其具有一頭部及一柄，該柄具有一中心縱軸線，其中該頭部經構造以具有一中心部分及自該中心部分向外輻射之複數個翼，該等翼之各者具有由一非傳動過渡輪廓分隔之一安裝傳動面及一拆卸傳動面，該非傳動過渡輪廓形成該翼之徑向最內部分，且其中該等傳動面經構造以實質上與該扣件之該中心縱軸線平行對準；及一楔形，其形成於該等扣件翼之該非傳動過渡輪廓中以呈現一漸縮界面表面。

將自本申請案之實施例之以下詳細描述及圖式更清楚地理解此等及其他特徵及優點。

20:扣件

21:頭部頂面

22:頭部

24:柄

25:端

40:凹槽

41:翼外端壁

42:翼

43:安裝傳動面/傳動壁

44:拆卸傳動面/傳動壁

45:過渡輪廓

46:底部

47:頂部倒角錐

48:頂部

49:底部倒角錐

50:漸縮界面表面/楔形

51:頂部

52:底部

53:邊緣

54:錐角

55:邊緣

56:凹槽內半徑/根部(或底部)徑向距離

57:凹槽外半徑

58:寬度

59:頂部徑向距離

120:扣件

122:頭部

126:軸線

140:凹槽

141:翼外端壁

142:翼

143:安裝表面

144:拆卸表面

145:凹槽過渡輪廓

156:凹槽內半徑

157:凹槽外半徑

220:起子

226:中心縱軸線

241:葉外端壁

242:葉

243:安裝表面

244:拆卸表面

245:起子過渡輪廓

250:間隙

256:內半徑

302:界面區域

304:界面區域

310:起子葉接合長度/間隙

402:界面區域

404:界面區域

410:間隙

420:起子

426:中心縱軸線

441:葉外端壁

442:葉

445:過渡輪廓

456:內半徑

520:衝頭

526:中心縱軸線

540:尖頭/凹槽形成部分

541:翼外端壁形成部分

542:翼形成部分

543:安裝傳動面形成部分/翼傳動面形成部分/傳動壁形成部分

544:拆卸傳動面形成部分/翼傳動面形成部分/傳動壁形成部分

545:過渡輪廓形成部分

546:底部形成部分

547:頂部倒角錐形成部分

548:頂部形成部分

549:底部倒角錐形成部分

550:界面表面形成部分

551:頂部形成部分

552:底部形成部分

553:邊緣形成部分

554:錐角

555:邊緣形成部分

556:根部(或底部)徑向距離/凹槽形成部分內半徑

557:尖頭外半徑

558:寬度

559:頂部形成部分徑向距離

562:倒角

564:倒角

566:深度

620:扣件

621:起子

640:凹槽

641:過渡翼外壁

642:翼

643:安裝表面

644:拆卸表面

645:過渡輪廓

650:漸縮界面表面

720:扣件

721:起子

722:扣件頭部

739:起子承窩

740:突起

741:過渡翼外壁

742:翼

743:安裝表面

744:拆卸表面

745:過渡輪廓

750:漸縮界面表面

812:芯體

840:螺旋凹槽

842:翼

843:安裝傳動面

844:拆卸傳動面

845:過渡輪廓

912:芯體

940:高強度凹槽

941:翼外端壁

941a至941d:翼外端壁

942:翼

942a至942d:翼

943:安裝傳動面

943a至943d:安裝傳動面

944:拆卸傳動面

944a至944d:拆卸傳動面

945:過渡輪廓

945a至945d:過渡輪廓

1016B:凹入扣件頭部

1026B:拆卸壁/凹槽面

1034B:起子

1044:中心軸線

1044B:螺釘軸線

1044B':螺釘軸線

1048B:拆卸傳動壁

1054:起始點

1062:點

1068:彎曲界面

1068':起子-凹槽彎曲界面

1070:逆時針轉矩

1072:選定關注點

1072':點

1074:法向力

1076:分量

1076':分量

1078:分量

1078':向量分量

1080:摩擦力

1082:切線

1082':切線

1084:分量

1084':摩擦分量

1086:分量

1086':向量分量

1120:扣件

1121:起子

1140:凹槽

1142:翼

1150:漸縮界面表面

1220:扣件

1221:起子

1240:突起

1242:翼

1250:漸縮界面表面

A:尺寸

AH:尺寸

AT:尺寸

B:尺寸

C:間隙

h:高度

R₁:總半徑/翼尖端半徑

R₂:芯體半徑

R₂':芯體半徑

w:寬度

α:角度

θ:旋轉角

圖1係根據所揭示之實施例之一實例性扣件凹槽之一透視圖。

圖2係圖1之凹槽之一俯視圖。

圖3係沿圖2之截面線III-III取得之一視圖。

圖4係一標準凹槽之一俯視圖。

圖5係展示與圖4之凹槽輪廓重疊之圖2之凹槽輪廓之一示意圖。

圖6係圖5之一部分放大圖。

圖7係與一標準凹槽配對之一標準起子之一俯視圖。

圖8係沿圖7之截面線VIII-VIII取得之一視圖。

圖9係根據所揭示之實施例之與一實例性凹槽配對之一標準起子之一俯視圖。

圖10係沿圖9之截面線X-X取得之一視圖。

圖11係根據所揭示之實施例之與一實例性凹槽配對之一標準起子之一俯視圖。

圖12係沿圖11之截面線XII-XII取得之一視圖。

圖13係根據所揭示之實施例之一實例性衝頭之一透視圖。

圖14係圖13之衝頭之一端視圖。

圖15係圖13之衝頭之一側視圖。

圖16係沿圖14之截面線XVI-XVI取得之一視圖。

圖17係根據所揭示之實施例之一實例性扣件凹槽之一透視圖。

圖18係根據所揭示之實施例之一實例性扣件突起之一透視圖。

圖19係根據所揭示之實施例之實例性扣件凹槽之一截面圖。

圖20係根據所揭示之實施例之一恆定間隙螺旋之一極座標圖。

圖21係繪示根據所揭示之實施例之起子與凹槽之間的力之平衡的一力線圖。

圖22係繪示一先前技術起子與凹槽之間的力之平衡的一力線圖。

圖23係根據所揭示之實施例之一實例性扣件突起之一透視圖。

圖24係圖23中所展示之凹槽之一平面圖。

圖25係根據所揭示之實施例之一實例性扣件突起之一透視圖。

圖26係圖25中所展示之突起之一平面圖。

相關申請案

本申請案主張2017年12月15日申請之美國專利申請案15/843,789及2018年11月26日申請之美國專利申請案16/199,859之優先權，該等各案之全文以引用的方式併入本文中。

儘管將參考圖式中所展示之實施例描述本發明，但應瞭解，本發明可具有替代形式。另外，可使用任何適合大小、形狀或類型之元件或材料。在本說明書中，相同元件符號係指所有圖中之類似特徵。

現參考圖1至圖3，其展示根據一實例性實施例之一扣件凹槽。扣件20包含具有一中心縱軸線26之一柄24。一頭部22定位於柄24之一端25處。頭部22具有以軸線26為中心之一六葉星形凹槽40。凹槽40具有自軸線26向外輻射之六個翼42。凹槽40具有由自軸線26至翼之最外範圍之一徑向距離界定之一凹槽外半徑57。翼42之各者具有由一翼外端壁41分隔之一安裝傳動面43及一拆卸傳動面44(統稱為傳動壁)。翼傳動面43、44經構造以實質上與中心縱軸線26平行對準。

相鄰翼42之安裝傳動面43及拆卸傳動面44由一各自過渡輪廓45分隔，過渡輪廓形成翼42之徑向最內部分。一楔形形成於過渡輪廓中以呈現一漸縮界面表面50。界面表面50係一非傳動面。各界面表面50具有一頂部51、一底部52及一對對置邊緣53、55。各對置邊緣53、55產生自各安裝表面及拆卸表面至界面表面之一過渡。下文將討論邊緣53、55之優點。界面表面之寬度58自界面表面之頂部51較寬處(其展示為接近於凹槽40之頂部48)漸縮至界面表面之底部52較窄處(其展示為接近於凹槽40之底部46)。

凹槽延伸至頭部22中以到達一凹槽底部46，凹槽底部46可包含自界面表面50及傳動壁43、44及翼外端壁41之底部過渡至凹槽底部46之一底部倒角錐49。存在自頭部頂面21過渡至凹槽之頂部48之一頂部倒角錐47。然而，替代實施例可不包含頂部倒角錐47。應注意，在替代實施例中，界面表面之頂部51及底部52無需分別接近於凹槽40之頂部48及底部46。在此等實施例中，各界面表面之頂部51及底部52可分別自凹槽之頂部48及底部46偏移。

界面表面50在界面表面之底部52處定位於軸線26以外一根部(或底部)徑向距離56處。根部徑向距離界定凹槽內半徑56。界面表面50 在界面表面之頂部51處定位於軸線26以外一頂部徑向距離59處。頂部徑向距離59大於凹槽內半徑(根部或底部徑向距離)56。凹槽內半徑56與凹槽外半徑57之比率係自約0.60至約0.65。在另一實例中，凹槽內半徑56與凹槽外半徑57之比率係自0.60至0.65。凹槽內半徑56與凹槽外半徑57之比率在一實例中係約0.64且在另一實例中等於0.64。

在一實例中，漸縮界面表面50相對於軸線26呈凹形。然而，漸縮界面表面亦可為平坦的。只要形成邊緣53、55，則漸縮界面表面50亦可為替代形狀。在一特定凹形構形中，漸縮界面表面50具有等於自軸線26至界面表面50之徑向距離之一曲率半徑。即，漸縮界面表面50之曲率半徑自界面50之頂部51減小至界面50之底部52。在一替代實施例中，凹形漸縮界面表面50之曲率半徑大於自軸線至界面表面之距離。在另一替代實施例中，凹形界面表面之各部分定位於大於或等於自軸線26至界面表面邊緣53、55處之過渡輪廓45之徑向距離之一徑向距離處。

界面表面50依相對於軸線26之一錐角54(圖3)漸縮，錐角54自約0.5度(0.5°)至約12度(12°)。在一特定實施例中，錐角54較佳地自約4度(4°)至約8度(8°)且更佳為約6度(6°)。

圖1至圖3展示形成於每對相鄰翼42之間的漸縮界面表面50。然而，在一些應用中，可有利地僅在選定對(即，過渡輪廓之一子集，基於常會發生一些失準之瞭解)之間構造干涉輪廓。此可在某種程度上被避免，例如，在多葉構形中，藉由圍繞凹槽對稱構造干涉輪廓，諸如介於對置翼對之間、直徑對置翼對之間、每隔一對翼之間或呈三角形構形。

圖4繪示具有先前技術之直壁傳動面之一標準六葉螺紋扣件之一實例。一實例性標準六葉凹槽(亦指稱Torx®凹槽)係根據ISO 10664：2014及NAS1800(REV.4)所製之扣件且該等標準之各者之全文以引用的方式併入本文中。一標準六葉凹槽之各大小具有一對應配對標準六葉起子。Hughes '795專利中描述一標準六葉凹槽及對應起子之另一實例。此等凹槽之各者在本文中將一起指稱實例性標準六葉凹槽且其對應起子指稱實例性標準六葉起子。

術語「直壁傳動面」在本文中可用於係指其中傳動面實質上對準(即，與扣件之縱軸線平行)之扣件系統。在扣件工業中，可接受諸如「平行對準」之陳述存在一些偏差容限，亦應瞭解，此對準存在製造容限且可在實際實踐中略微變動。特定言之，圖4繪示一實例性標準六葉凹槽，其亦描述於Hughes '795專利中(其圖2之元件30)。參考本申請案之圖4，具有一標準六葉凹槽之扣件系統經構造以具有一扣件120及一配對起子頭(圖中未展示)。扣件120經構造以具有一頭部122及一螺紋柄(圖中未展示)。在此實例中，一六葉構形凹槽140形成於頭部122中，其中傳動面與扣件120之軸線126平行對準(呈直壁)。凹槽140具有由自軸線126至翼142之最外範圍之一徑向距離界定之一凹槽外半徑157。相鄰翼之安裝表面143及拆卸表面144由過渡輪廓145分隔且相同翼之安裝表面143及拆卸表面144各由一翼外端壁141分隔。凹槽具有由自軸線126至過渡輪廓145之徑向距離界定之一凹槽內半徑156。標準六葉之凹槽內半徑156與凹槽外半徑157之比率係介於0.70至0.75之間(取決於起子之大小)(參閱(例如)Shinjo '334、ISO 10664：2014及NAS1800(REV.4)標準)，其大於本申請案之凹槽40之凹槽內半徑56與凹槽外半徑57之比率。如下文將討論，實例性凹槽40之凹槽內半徑56與凹槽外半徑57之較小比率導致包含提高配對起子之每葉轉矩之諸多有利益處。

圖5係展示與圖4之凹槽140輪廓(一標準六葉凹槽)重疊之圖2之凹槽40輪廓(本申請案之一實例性凹槽)的一示意圖。圖6係圖5之一部分放大圖。圖5及圖6中以虛線展示凹槽40之輪廓，特定言之，界面表面50之底部52之輪廓，其中凹槽40之輪廓與標準凹槽140之輪廓重疊。儘管在此特定繪示中，凹槽140之幾何形狀類似於上文所引用之Reiland參考文獻之六葉型扣件系統，但其意欲僅作為與一標準凹槽直壁凹槽比較之本發明之一使用實例。當然，圖5及圖6不意欲指示可同時使用兩種凹槽，而是僅繪示實例性凹槽40及標準凹槽140特徵之相對位置。

凹槽40之界面表面50(徑向)延伸成比凹槽140之過渡輪廓145更靠近軸線26(界面表面50之底部52展示為一虛線)。因此，凹槽140之內半徑156(圖4)大於凹槽40之內半徑56(圖2)。另外，凹槽40之翼外壁41(徑向)延伸成比凹槽140之過渡翼外壁141更遠離軸線26。因此，凹槽140之外半徑157(圖4)小於凹槽40之外半徑57(圖2)。此等特徵之各者(即，較小內半徑56及較大外半徑57)導致一增大傳動壁且對每葉凹槽傳動轉矩提供一改良起子。下文將參考圖9討論此特徵。

圖7展示與一標準六葉凹槽140配對之一標準六葉起子220之一俯視圖。起子220具有一起子頭端，圖中展示其截面。起子及起子頭端將一起指稱起子220。起子220包含與標準凹槽140之特徵匹配之特徵，其包含(例如)一中心縱軸線226、一中心部分及與凹槽翼142匹配之自中心部分向外輻射之複數個葉242。葉242之各者具有對應安裝表面243及拆卸表面244。另外，起子220亦包含定位於相鄰葉242之間的一過渡輪廓245及定位於相同葉242之安裝表面243與拆卸表面244之間的葉外端壁241。葉242之各表面經構造以與起子縱軸線226平行對準。

如上文所提及且事實上，為使標準六葉起子220能夠插入至標準六葉凹槽140中，兩者之間必須存在一些間隙250。間隙係相距圍繞起子220之圓周。

圖8係沿圖7之截面線VIII-VIII取得之一視圖。除標準六葉起子220及標準六葉凹槽140各具有傳動直壁之外，凹槽過渡輪廓145及起子過渡輪廓245之各者亦呈直壁，即，各者相對於軸線126平行(在加工容限內)。因此，若標準起子220與標準凹槽140同軸，則間隙250保持恆定，且不會增強起子/凹槽接合之穩定性或摩擦接合。儘管間隙250允許標準起子220易於插入至標準凹槽140中，但起子220易於在凹槽140中意外失準或搖動(軸線226不與軸線126對準)。搖動造成局部區域中之螺釘頭上之集中力且導致高局部應力及不穩定對準。此局部高應力會使凹槽塑性變形以形成導致起子與凹槽過早地非意欲脫離且引起旋出及起子/凹槽損壞之斜坡或其他變形。

圖9展示與一實例性凹槽40配對接合之相同標準六葉起子220。實例性凹槽40經構形以依一配對接合方式接納經製作以對應於上文所討論之六葉凹槽標準之任何起子。如圖2中所展示，凹槽40經構造以具有形成於凹槽過渡輪廓45之「B」尺寸表面中之一漸縮界面表面50。如先前所討論，凹槽40之內半徑56(圖2)小於標準六葉凹槽之內半徑156(圖4)。此係漸縮界面表面/楔形50朝向軸線26漸縮之一結果。此外，凹槽內半徑56小於頂部徑向距離59。

凹槽相對於標準六葉凹槽140(圖7)變窄以在扣件20及起子220配對接合時提供一摩擦接合。起子220具有大於凹槽內半徑56且小於頂部徑向距離59之一內半徑256以導致一負間隙，即，下文將討論之界面區域302、304處之干涉。如圖中所展示，「A」尺寸亦相對於標準六葉凹槽140(圖7)放大以允許與其他標準六葉起子(例如Hughes '795專利中所描述之起子)更大相容。然而，在替代實施例中，僅相對於圖4中所繪示之一扣件類型之標準凹槽大小來使「B」尺寸變窄且使「A」尺寸保持，其可提高標準六葉起子之對準穩定性但犧牲額外相容性。

繼續參考圖9及圖10，漸縮界面表面50經構造以在邊緣53、55處提供一有效摩擦接合(「卡緊配合」)以導致兩個分離界面區域302、304。因為對置邊緣53、55係位於自各安裝表面及拆卸表面至界面表面之過渡段處，所以較少材料必須在插入一起子之後變形以獲取一足夠卡緊配合。凹槽之一下部分中之接觸亦提供一較小接觸面積以亦改良卡緊配合。兩個界面區域302、304藉由在各界面表面50處提供兩個穩定點來提高凹槽40與起子220之間的接觸穩定性以因此改良軸向對準且降低旋出風險。由於具有兩個界面區域而非一單一線或表面接觸，所以提供較佳穩定性。在直壁過渡輪廓245接觸漸縮界面表面50之位置處產生卡緊配合。應注意，若界面區域302、304處存在足夠接觸，則起子壁中之一些傾斜仍可提供足夠卡緊配合。實例性凹槽40之改良卡緊配合將提高扣件施加於工件之速度且減少旋出及起子/凹槽損壞。可在凹槽之製造期間藉由調整錐角54來調整卡緊配合之程度。取決於標準六葉起子之特定構形，各界面區域302、304可沿邊緣53、55呈點及線接觸之各種組合。不管接觸之類型如何，各漸縮界面表面50與起子過渡輪廓245之間存在兩個界面區域302、304。兩個界面區域302、304藉由幫助最小化凹槽內之起子之搖動來對起子頭及凹槽之配對接合提供比先前已知凹槽提高之穩定性以因此大幅改良軸向對準及葉與翼之接合。此尤其用於扣件20不均勻時。不均勻性可由諸多原因引起。實例包含(但不限於)製造期間之機器容限、不均勻電鍍、不均勻塗佈、扣件插入後之塗漆或插入或先前安裝或拆卸循環期間之變形。實例性塗層包含(但不限於)電鋅+無色、電鋅+黃色、電鋅+蠟、機械鋅+無色、機械鋅+黃色、黑色磷酸鹽、黑色磷酸鹽+油、油、蠟、鎳、鎘+蠟、熱浸鍍鋅、達克羅(dacrotizing)。應注意，在一些實例中(諸如當起子及扣件未完全軸向對準時或歸因於使用中之製造容限)，每個凹槽翼中可不建立兩個界面區域。然而，仍可在配對接合中使用足夠界面區域來實現卡緊配合及穩定性優點。

除由界面區域302、304處之摩擦界面提供之增強穩定性之外，凹槽40之內半徑56小於標準六葉凹槽140之內半徑156。該較小內半徑56與漸縮界面表面50之組合導致與較靠近中心軸線226之起子之接觸。此提供展示為起子葉接合長度310之用於轉移轉矩之額外傳動壁。此導致起子葉接合長度310與「AT」尺寸之一傳動壁比，其係自約0.15至約0.21。在一特定實施例中，傳動壁比較佳為自約0.17至約0.19且更佳為約0.18。一增大傳動壁比提高每葉之起子頭至凹槽傳動轉矩。當與一標準六葉起子配合時，此增大傳動壁比係相較於根據六葉凹槽標準來利用一0.11傳動壁比之標準六葉凹槽之一優點。

圖10係沿穿過直徑對置界面區域302之圖9之截面線X-X取得之一視圖。其展示界面區域302處之起子頭端與漸縮界面表面50之間的摩擦接合發生於凹槽之下部分中。在一替代實施例中，界面區域304處之漸縮界面表面50發生於凹槽之下1/3中。在配對之後提供起子220與凹槽40之間的一小間隙310以確保界面區域302、304而非最底部處之接觸以允許間隙用於凹槽之底部中之電鍍累積且亦防止損壞起子220尖頭。

圖11至圖12展示與凹槽40配對接合之另一標準六葉起子420，即，Hughes '795專利中所描述之六葉起子。由於凹槽40之改良構形，扣件20能夠提供與多個六葉起子(其包含Hughes '795專利起子)之配對接合。起子420包含一中心縱軸線426、一中心部分及自中心部分向外輻射之複數個葉442。相鄰葉442由過渡輪廓445分隔。與標準六葉起子220相比且如Hughes '795專利中所描述，葉442之對置葉外端壁441之間的「AH」尺寸已擴大。

起子420具有大於凹槽內半徑56(圖2)且小於頂部徑向距離59(圖2至圖3)之一內半徑456以導致一負間隙，即，界面區域402、404處之干涉。起子420與凹槽40之配對接合提供類似於參考圖9及圖10所描述之優點的優點，其包含(但不限於)減少搖動及增大傳動壁比(其提高每葉之起子頭至凹槽傳動轉矩)。

圖12係沿穿過直徑對置界面區域402之圖11之截面線XII-XII取得之一視圖。其展示界面區域402處之起子頭端與漸縮界面表面50之間的摩擦接合發生於凹槽之下部分中。在一替代實施例中，界面區域404處之漸縮界面表面50發生於凹槽之下1/3中。由於參考圖10所討論之相同原因，在配對之後提供介於起子420與凹槽40之間的一小間隙410。

上述特徵及類似結果可應用於其他直壁扣件系統。作為另一實施例，可在對置「B」尺寸過渡輪廓上構造一漸縮界面表面/楔形來改良所引用之標準螺旋起子專利之螺旋傳動系統。

例如，表1中展示翼之最外部分及過渡輪廓處之各自實例性「A」及「B」尺寸，以英寸為單位。此等起子及對應凹槽可根據SAE 國際標準AS6305(發佈於2017年1月)來形成且可購自傳動系統MORTORQ® Spiral下之The Phillips Screw Company^TM。SAE國際標準AS6305(發佈於2017年1月)之全文以引用的方式併入本文中。

可在一習知雙衝頭機器中製造本申請案之凹槽。衝頭通常將形成為包含一本體及一尖頭，該尖頭經調適以形成具有所揭示之對應凹槽(圖1至圖3及圖9至圖11)之扣件之頭部。可根據習知衝頭形成技術(諸如，使用滾齒模具)來形成衝頭。亦可使用習知技術來製造根據本發明之起子，諸如，藉由使用一或多個成形模具衝壓一起子柄以形成所要形狀翼或藉由使用特殊形狀銑刀銑切起子頭。

參考圖13至圖16，可藉由一鍛製衝頭來形成所揭示之實例性凹槽，該鍛製衝頭經調適以形成具有所揭示之對應凹槽之扣件之頭部。可在(例如)一雙衝頭中以習知鍛製技術形成凹槽。圖13至圖16繪示經構形以形成所揭示之實例性凹槽40之一衝頭520。衝頭係對應於參考圖1至圖3及圖9至圖11所描述之凹槽40實施例之陰模的一陽模。因此，參考所揭示之衝頭520所描述之特徵及尺寸亦可應用於對應凹槽40特徵及實施例，且反之亦然。

衝頭包含具有一面(圖中未展示)之本體部分(圖中未展示)及自該面突出之一整合尖頭540。尖頭540與凹槽之形狀互補且衝頭之面之形狀與意欲螺釘頭(圖3中展示為一平頭)之面之形狀互補。尖頭540包含具有一倒角564之一頂部倒角錐形成部分547。尖頭540具有以軸線526為中心之一六葉星形構形。尖頭540具有自軸線526向外輻射之六個翼形成部分542。尖頭540具有由自軸線526至翼形成部分542之最外範圍之一徑向距離界定之一尖頭外半徑557。翼形成部分542之各者具有由一翼外端壁形成部分541分隔之一安裝傳動面形成部分543及一拆卸傳動面形成部分544(統稱為傳動壁形成部分)。翼外端壁形成部分541具有一深度566。翼傳動面形成部分543、544經構造以實質上與中心縱軸線526平行對準。

相鄰翼形成部分542之安裝傳動面形成部分543及拆卸傳動面形成部分544由一各自過渡輪廓形成部分545分隔，過渡輪廓形成部分形成翼形成部分542之徑向最內部分。一楔形形成部分形成於過渡輪廓形成部分545中以呈現一漸縮界面表面形成部分550。界面表面形成部分550形成一非傳動面。界面表面形成部分550之位置之一額外益處係界面表面50比(例如)在「A」尺寸中形成凹槽(例如Hughes '795專利之凹槽)更容易在「B」尺寸處由一衝頭形成。使界面表面形成於「B」尺寸上具有翼外之材料將在製造期間吹出之較低風險。

各界面表面形成部分550具有一頂部形成部分551、一底部形成部分552及一對對置邊緣形成部分553、555。上文已參考凹槽40之對置邊緣53及55討論邊緣形成部分553、555之優點。此外，因為邊緣53及55在凹槽40之底部46接近處漸縮成一點，所以在此實例中，衝頭520能夠藉由邊緣形成部分553、555來拆卸更多材料且使得形成凹槽之程序更高效。界面表面形成部分550之寬度558自界面表面之頂部形成部分551之較寬處(其展示為接近於凹槽540之頂部形成部分548)漸縮至界面表面形成部分550之底部形成部分552之較窄處(其展示為接近於凹槽540之底部形成部分546)。

尖頭540延伸至一凹槽底部形成部分546，其可包含自界面表面形成部分550及傳動壁形成部分543、544及翼外端壁形成部分541之底部形成部分過渡至凹槽底部形成部分546之一底部倒角錐形成部分549。底部倒角錐形成部分具有一倒角562。存在自本體部分過渡至凹槽之頂部形成部分548之一頂部倒角錐形成部分547。然而，替代實施例可不包含頂部倒角錐形成部分547。應注意，在替代實施例中，界面表面形成部分之頂部形成部分551及底部形成部分552無需分別接近於凹槽形成部分540之頂部形成部分548及底部形成部分546。在此等實施例中，各界面表面形成部分之頂部形成部分551及底部形成部分552可分別自凹槽形成部分之頂部形成部分548及底部形成部分546偏移。

界面表面形成部分550在界面表面形成部分550之底部形成部分552處定位於軸線526以外一根部(或底部)徑向距離556處。根部徑向距離556界定凹槽形成部分內半徑556。界面表面形成部分550在界面表面形成部分550之頂部形成部分551處定位於軸線526以外一頂部形成部分徑向距離559處。頂部形成部分徑向距離559大於凹槽形成部分內半徑(根部或底部徑向距離)556。凹槽形成部分內半徑556與尖頭外半徑557之比率係自約0.60至約0.65。凹槽形成部分內半徑556與尖頭外半徑557之比率在一實例中係約0.64，而在另一實例中的比率等於0.64。

漸縮界面表面形成部分550相對於軸線526呈凹形。然而，漸縮界面表面形成部分550亦可為平坦的。若形成邊緣形成部分553、555，則漸縮界面表面形成部分550亦可為替代形狀。在一特定凹形構形中，漸縮界面表面形成部分550具有等於自軸線526至界面表面形成部分550之徑向距離之一曲率半徑。即，漸縮界面表面形成部分550之曲率半徑自界面形成部分550之頂部形成部分551減小至界面形成部分550之底部形成部分552。在一替代實施例中，凹形漸縮界面表面形成部分550之曲率半徑係恆定的且等於頂部形成部分徑向距離559。在另一替代實施例中，凹形界面表面形成部分550之各部分定位於大於或等於自軸線526至界面表面邊緣形成部分553、555處之過渡輪廓形成部分545之徑向距離之一徑向距離處。

界面表面形成部分550依相對於軸線26之一角度漸縮，該角度係自約0.5度(0.5°)至約12度(12°)。在一特定實施例中，界面表面形成部分550較佳地依自約4度(4°)至約8度(8°)且更佳為約6度(6°)之一錐角554(圖16)漸縮。

圖13至圖16展示形成於每對相鄰翼形成部分542之間的漸縮界面表面形成部分550。然而，在一些應用中，可有利地僅在選定對(即，過渡輪廓之一子集，基於常會發生一些失準之瞭解)之間構造干涉輪廓。此可在某種程度上被避免，例如，在多葉構形中，藉由圍繞凹槽對稱構造干涉輪廓，諸如介於對置翼對之間、直徑對置翼對之間、每隔一對翼之間或呈三角形構形。

形成具有一起子可接合凹槽之一螺紋扣件，如同凹槽40(圖1至圖3)，即，藉由機械地形成頭部及凹槽來與上文所討論之對應標準六葉起子配對之凹槽。頭部22可形成於一習知雙衝頭機器中，其中製成扣件之金屬或其他材料之端支撐於衝頭機器之一模具上，且其頭部端首先受部分形成頭部之一衝頭衝擊且接著受精加工頭部且形成起子可接合凹槽之一精加工衝頭(如參考圖12至圖15所描述之衝頭)衝擊。扣件之一般製造已為人所熟知且不再在本申請案中進一步描述。此等熟知方法之一分類可用於構造本發明。

圖17至圖26各展示各種螺旋傳動扣件系統(例如Stacy '645及Dilling '274專利中所討論且經修改以包含上文所討論之漸縮界面表面/楔形之螺旋傳動扣件及起子)中所實施之一漸縮界面表面/楔形之各種實施例。下文將更詳細討論其等各者。

參考圖17，其展示根據一實例性實施例之一扣件620及起子621之一部分。為清楚起見，省略扣件620及起子621之剩餘部分。扣件620包含一凹槽640及複數個翼642。各翼642包含各由一過渡翼外壁641分隔之呈一螺旋構形之安裝表面643及拆卸表面644。起子621經構造以具有與扣件凹槽640之對應表面配合之螺旋構形傳動面，同時建立上文所討論之一卡緊配合。類似於先前技術之螺旋構形扣件，翼之總體形狀及數目可不同於所繪示之實例。除起子621之翼小於凹槽640之對應翼642以在起子與扣件之間提供一空隙來促進起子621與凹槽640之接合及拆卸之外，凹槽640及起子621之總體形狀類似。另外，起子頭安裝及拆卸壁與對應凹槽壁略有不同，因此起子頭之旋轉將在拆卸壁及安裝壁兩者上提供一完全面對面接合。如上文所指示，起子/扣件界面表面以安裝表面及拆卸表面兩者上之一螺旋之一分段之大體形狀構形。

一過渡輪廓645延伸於相鄰翼之安裝表面與拆卸表面之間。一楔形形成於過渡輪廓645中以呈現一漸縮界面表面650。漸縮界面表面650依相同方式構形且使凹槽640具有上文所討論之漸縮界面表面50(圖1)之優點。

除在圖18之實例性實施例中，「凹槽」位於起子中(其在本文中將指稱一承窩或起子承窩739)之外，圖18展示類似於圖17之扣件620及起子621之組合的一扣件720及起子721組合。圖17展示扣件620中之一凹槽640及作為插入至凹槽640「陰模」中之一「陽模」設計之起子621，而在圖18之實施例中，情況正好相反。圖18扣件720包含構造為自扣件頭部722向外軸向延伸以與一起子承窩739接合之一突起740。類似於凹槽640(圖17)，突起740包含複數個翼742。各翼742包含各由一過渡翼外壁741分隔之呈一螺旋構形之安裝表面743及拆卸表面744。一過渡輪廓745延伸於相鄰翼之安裝表面與拆卸表面之間。一楔形形成於過渡輪廓745中以呈現一漸縮界面表面750。漸縮界面表面750依相同方式構形且使突起740具有上文所討論之漸縮界面表面50之優點。應注意，漸縮界面表面750展示為非沿突起740之全高度延伸。如先前相對於漸縮界面表面50(圖1)所提及，漸縮界面表面可分別自凹槽/突起之頂部及/或底部偏移。

起子承窩739經構造有用於與突起740之傳動面接合及用於建立與漸縮界面表面750之界面區域之匹配傳動面，如上文相對於漸縮界面表面50(圖1)所討論。

圖19中展示兩個實例性螺旋構形：一螺旋凹槽840(虛線)(例如如同Stacy '645專利中所描述之實施例)；及一高強度螺旋凹槽940(例如如同Dilling '274專利中所描述之實施例及圖17之實施例)。參考圖19所描述之各構形亦可應用於圖17及圖18之各實施例及本文所揭示之其他實施例。圖19中所展示之此等構形亦可應用於一扣件凹槽、突起或其各自起子，因為應瞭解，僅對起子之插入及拆卸提供扣件與起子之間的一小空隙。應注意，根據本發明，凹槽經構造有所揭示之界面表面/楔形，例如，使得起子頭端在過渡輪廓處具有大於改良凹槽之凹槽根部徑向距離且小於改良凹槽之頂部徑向距離的一半徑(起子「B」尺寸之一半)。為簡單起見，圖19中未展示漸縮界面表面(例如對應扣件620及720之650、750)。

螺旋凹槽840以虛線展示為具有自具有一半徑(R₂')之一芯體812向外延伸且由安裝傳動面843及拆卸傳動面844界定之翼842。如下文將進一步討論，參考圖20，側壁之至少一者(例如傳動面843、844)界定一螺栓之一分段。

圖20繪示具有用於螺旋構形中之所要特性之一理想螺旋之極座標，因為其可相對於對應於一螺紋扣件之縱軸線之旋轉軸線定向且將在如此旋轉通過一角度θ時保持平行於非旋轉螺旋且與非旋轉螺旋間隔。如圖20中所展示，當旋轉通過一角度θ而至B處所指示之位置時，位置A處所指示之理想螺旋將保持平行於位置A之螺旋但將與位置A之螺旋間隔C處所指示之一間隙。儘管間隙C之大小將隨旋轉角θ增大而增大，但就任何給定θ角而言，間隙C將在整個螺旋長度上保持恆定。恆定間隙螺旋之幾何形狀由以極座標表示之以下方程式界定：

其中：θ=在與旋轉軸線之一距離r處與曲線交叉之一射線之旋轉角(以弧度為單位)； R_i=自旋轉軸線量測至螺旋之起始點之起始半徑；且R=亦自旋轉軸線量測之一旋轉角θ處之螺旋半徑。

應自上文瞭解，當起子由體現恆定間隙螺旋之傳動壁形成且經傳動以接合凹槽之螺旋壁時，起子上之螺旋傳動壁將完全及同時接合凹槽上之對應螺旋傳動壁。圖20之極座標圖僅意欲繪示一理想螺旋，其中螺旋之旋轉位置之間的間隙係恆定的(即，一恆定間隙螺旋)，使得螺旋可被視為平行的。

根據本發明，凹槽之一翼之傳動壁之(若干)螺旋面經定位使得螺旋之起始點1054與凹槽之中心軸線1044徑向間隔一半徑R_i。根據本發明，定位為較靠近起始點1054之螺旋面之部分將在將可旋轉地傳動螺釘之一方向上傳輸比更向外定位部分大之一施加轉矩部分。螺旋傳動面及起子可接合凹槽將藉由將該等面構形為與更緊密地安置於起始點1054之螺旋之部分等形來最有效地傳輸轉矩。根據本發明，力傳輸壁應經彎曲以與自圖20上之R=1延伸至不超過(no more than；不大於)約R=3.5(點1062處所指示)且更佳地在R=1至約R=2之範圍內延伸之螺旋之部分等形。就由螺旋之所要內部部分對向之圓弧之角度而言，角度可最大為約125°、更佳地約90°或更小及最佳地約45°或更小。

圖21及圖22係展示作用於沿一接合起子及凹槽壁之一彎曲表面之一任意點處之力分量的力線圖。圖21繪示本發明之一力線圖。圖21展示具有沿彎曲界面1068與一凹入扣件頭部1016B之拆卸壁1026B面對面接合之一拆卸傳動壁1048B之一起子1034B。圖21圖解地表示圍繞螺釘之軸線1044B施加一逆時針轉矩(如1070處所示)時之力向量。在一選定關注點1072處，起子1034B沿垂直於界面1068之一方向將一力1074施加於凹槽面1026B。法向力1074分解成僅將扭力施加於螺釘之一分量1076及產生徑向向外壓縮應力但無扭力之另一分量1078。另外，法向力1074導致產生沿界面1068之一切線1082指向之一摩擦力1080。摩擦力1080繼而分解成與扭力分量1076相加之一分量1084及與徑向向外分量1078相反及相減之另一分量1086。摩擦力1080相對於法向力1074之大小取決於摩擦係數，當然，摩擦係數會隨表面平滑度、潤滑性及螺釘之材料而變動。例如，摩擦係數可在約0.1至約0.4之間的範圍內，其中已在圖21及圖22之力線展開圖中選擇0.4之一摩擦係數。因此，圖21繪示：根據本發明之傳動壁及從動壁之幾何形狀，主要由法向力分量1074產生轉矩，即使具有為了繪示而假定之一高摩擦係數。體現本發明之一扣件之轉矩傳輸能力在很大程度上不取決於摩擦力之向量分量1084。

圖22係一力線圖，其類似於圖21之力線圖，但描繪一起子-凹槽彎曲界面1068'之效應，起子-凹槽彎曲界面1068'經定向使得一點1072'處之彎曲界面1068'之一切線1082'將定向為更近乎垂直於自螺釘軸線1044B'繪製至點1072'之一半徑。此一配置具有Bradshaw美國專利第2,248,695號中所描述之配置之特徵。應自圖22與圖21之比較明白，先前技術構形導致螺釘頭之一實質上較高徑向向外負載(如向量分量1078'及1086'之長度差之間所明示)且主要取決於用於產生轉矩之可變且常為不可預測之摩擦現象。在先前技術中，藉由比較摩擦分量1084'與分量1076'之相對占比來顯現對摩擦之依賴性。應自上文瞭解，垂直於螺旋分段之一切線之一線將與自縱軸線至切點之一半徑成一角度α，其表示由起子施加之力將作為轉矩傳輸至扣件之程度。在本文所揭示之實施例中，角度α不應小於17°且較佳地，實質上大於17°。本發明之主要目的係提供高轉矩可藉由其來自一起子傳輸至扣件之一傳動系統及降低螺釘頭屈變或破裂之風險及對摩擦特性之顯著依賴性。

返回參考圖19，其展示螺旋凹槽840及高強度凹槽940，其中翼842、942在安裝方向及拆卸方向兩者上包含螺旋傳動壁但其中各翼中之傳動壁之一者具有比另一者大之轉矩能力。凹槽840、940在拆卸方向上提供較大轉矩能力，因為拆卸傳動壁具有比安裝傳動壁大之一弧長及對應面積。因為在拆卸方向上將力施加於一較大表面積上，所以可在該方向上施加較大轉矩。

儘管使用上述恆定間隙螺旋來最高效地實踐本發明，但可提供併入與最佳實質上恆定間隙螺旋略有不同之螺旋同時仍提供相較於先前技術之顯著優點之系統。圖19繪示此等凹槽840、940之此等實例。例如，凹槽展示為具有四個翼842、942，其等各具有一拆卸傳動面844、944及一安裝傳動面843、943，拆卸傳動面844、944經構形以具有一恆定間隙螺旋，且安裝傳動面843、943具有經定向以使力之主要部分在一轉矩產生方向上自起子指向凹槽之一不同螺旋構形。在一實例中，起子及凹槽翼之各者上之安裝表面及拆卸表面之過渡輪廓845可形成為一弓形輪廓。

關於高強度凹槽940，吾人觀察到，高強度凹槽940之截面形狀經構造有大於螺旋凹槽840(R₂')之一芯體半徑(R₂)。總半徑R₁保持不變，藉此需要縮短翼942之高度h以適應擴大芯體半徑R₂。此導致預期效能欠佳之傳動面之表面積減小。藉由依一平行方式向外移動安裝傳動面943及拆卸傳動面944以形成具有一翼外端壁941之一截頭翼形狀來進一步修改翼942之截面。翼外端壁941經構造以與一圓之一分段等形、與芯體 912同心、具有大於芯體直徑之一直徑。傳動面943及944經構造以在相鄰翼(例如具有過渡輪廓945d之翼942a與942d)之間的過渡輪廓945中與芯體直徑相交。過渡輪廓945具有符合芯體直徑之一凹形形式。

翼942a、942b、942c、942d分別由安裝傳動面943a、943b、943c、943d、翼外端壁941a、941b、941c、941d及拆卸傳動面944a、944b、944c、944d界定。相鄰翼在過渡輪廓945a、945b、945c、945d處與芯體圓周912相交。

此等變化未導致效能欠佳，而是已導致起子強度之意外增加及螺旋傳動扣件系統之座部轉矩能力顯著提高。藉由改良自傳動面至芯體之分佈特性來補償傳動表面積減小。

高強度凹槽940及對應起子之增加強度及增加座部轉矩可歸因於凹槽及起子構造有相較於先前技術螺旋扣件系統增大之一芯體直徑。試圖藉由將過渡表面構造為類似於先前技術設計之安裝傳動面943及拆卸傳動面944之一凸形延伸來維持傳動面之面積係合乎邏輯的。相反地，傳動面943及944經構造以在翼942之間的一過渡輪廓945(其具有符合芯體直徑之一凹形形式)中與芯體直徑相交。此增加芯體強度，但進一步縮短翼截面及減少傳動表面積。另外，藉由縮短翼截面之外尖端且與先前技術構形平行地向外移動傳動面，翼可被擴大且形成有一鈍尖端，可進一步增加系統之強度。吾人觀察到，翼之質心亦將向外移動以藉此實現一改良負載分佈。

此藉由縮短凹槽及起子兩者之截面之翼徑向延伸超出芯體直徑來完成。藉由依一平行方式移動安裝表面及拆卸表面以形成具有一鈍尖端之一截頭翼形狀來進一步修改起子/凹槽之翼截面。鈍尖端經構造以與一圓等形、與芯體同心、具有大於芯體直徑之一直徑。

為此，高強度凹槽940之翼部分(及因此對應起子之翼部分)之截面被裁截為自芯體圓周912向外及自翼外端壁941向內。依此方式，翼942經構造使得芯體半徑R₂與翼尖端半徑R₁之比率大於0.55且翼942之間的過渡輪廓945係芯體圓周之一凹形分段。較佳地，R₂/R₁之比率係在0.65至0.70之範圍內。另外，擴大翼942之寬度w，同時維持傳動面之輪廓與先前技術扣件系統一致。翼截面之高度h與其寬度w之比率h/w構造為約等於或小於0.5。相比而言，例如參考圖19之凹槽840，比率R₂'/R₁可計算為約0.46且螺旋凹槽840之比率(h'/w')可計算為約0.93。此等修改尺寸已證明對凹槽940提供起子頭強度之一顯著有利提高。

圖23展示扣件1120之一頭部內之一螺旋構形凹槽1140及一對應起子1121之一六翼實例。凹槽1140具有類似於凹槽640(圖17)及940(圖19)之特性，其包含相鄰翼1142之間的複數個漸縮界面表面1150。與凹槽640及940之四翼實施例相比，凹槽1140包含六個翼1142。圖24係沿扣件1120(圖23)之一縱軸線俯視之凹槽1140之一平面圖。

圖25展示自扣件1220之一頭部突出之一螺旋構形突起1240及一對應起子1221之一六翼實例。突起1240具有類似於突起740(圖18)及凹槽940(圖19)之特性，其包含相鄰翼1242之間的複數個漸縮界面表面1250。與突起740之四翼實施例相比，突起1240包含六個翼1242。圖26係沿扣件1220(圖25)之一縱軸線俯視之突起1240之一平面圖。

以上描述及圖式僅被視為達成本文所描述之特徵及優點之特定實施例之說明。可針對特定條件及材料及其他來進行修改及取代。扣件構造成諸多不同構形且本申請案之標的之應用不意欲受限於任何特定類型。例如，圖1至圖3之實施例之凹槽40呈六葉狀。然而，本發明之原理可應用於具有三個、四個、五個、八個或其他數目個翼及葉之凹槽系統。作為另一實例，上述實施例繪示為涉及扣件上之一母凹槽及一公構形起子之扣件系統之普通形式。然而，本發明之扣件系統之干涉輪廓亦可應用於具有起子上之一母凹槽(承窩)及一公構形扣件之相反配置，如上文特定實施例中所展示。舉另一實例而言，一些扣件不具有將工件夾緊至基板之頭部。相反地，其可使用一第二螺紋區段來接合工件。鑑於特定扣件具有夾緊頭，可在諸如非夾緊扣件及其他之其他扣件類型中獲得由所繪示之構形提供之優點。因此，本發明不被視為受限於以上描述及圖式，而是意欲涵蓋所有此等替代、修改、取代及變動。