[0002] 本发明通常涉及任何尺寸的螺纹紧固件，并可对具有约0.8毫米到约6毫米之间大径的螺纹紧固件有用。
[0003] 在许多应用中诸如螺丝的螺纹紧固件用于将一个组件或部件连接到另一个组件或部件。许多螺丝安装通过第一组件的一部分并且通过螺纹旋入第二组件内以便将上述组件夹紧固定。许多组件的形状和配置可预期用于保持螺纹紧固件，诸如在组件中形成的用于与紧固件螺纹
啮合的
盲孔或通孔。盲孔或通孔可以用模压来设置，或以组件材料厚度来设置。
[0004] 包括
汽车、
电子、消费类产品的许多应用需要通过振动和其它使用中负载来保持所需夹紧
力的螺纹紧固件。关于现有紧固件的一个常见问题是在振动下松动。其它现有紧固件在安装过程中太容易螺纹磨损从而提供减少的夹紧以及会出现过早的组件故障。某些现有紧固件在安装过程中在孔周围产生过大的径向
应力，尤其是在模压过程中，上述径向应力会削弱组件，以及可导致过早的组件故障。
[0005] 已研发出用于弥补现有紧固件一些故障的紧固件涂料，诸如螺纹
密封胶，螺纹
润滑剂以及防振涂料。但是，螺纹涂料需要额外的材料成本和应用成本，以及当紧固件尺寸变得更小时越来越难以应用螺纹涂料。当前对克服
现有技术的这些和其它
缺陷的螺纹紧固件仍然存在需求。
[0006] 我们已经发现将用于安装紧固件的
锁紧
扭矩范围或锁紧扭矩窗口增加可以通过提供螺丝起子的更大可变性而减少螺纹磨损故障。因此，下面公开的是一种螺纹紧固件，其包括螺纹部分，螺纹中径与小径的比值小于1.28，以及螺纹部分具有大径部分；具有在10°到60°之间的法线夹
角的前牙侧；具有在1°到30°之间的法线夹角的后牙侧；以及在具有大于牙型高度的半径的弓形表面的相邻螺纹的前牙侧和后牙侧之间延伸的柄部分。
柄部分的轴向长度和牙型高度之间的比值可在1.5到3.0之间。形成柄部分的弓形表面可具有为牙型高度的1.2到1.8倍之间的半径。
[0007] 螺纹部分前牙侧的法线夹角可大于螺纹部分后牙侧的法线夹角。可选的或附加的，螺纹部分前牙侧的法线夹角可为螺纹部分后牙侧的法线夹角的1.5倍到2.5倍之间。可选的，前牙侧的法线夹角与后牙侧的法线夹角可大致相同。还在另一种可选的情况下，前牙侧的法线夹角与后牙侧的法线夹角可是复合角。
[0008] 螺纹紧固件可适于组装由塑料、
铜、
铝、木材、
混凝土和
钢材料制成的部件。
[0009] 螺纹紧固件可包括横向延伸通过螺纹部分的大径部分的若干沟槽。可选的或附加的，螺纹紧固件可包括横向延伸通过螺纹部分相邻螺纹的大径部分的若干沟槽。
[0010] 螺纹部分的大径部分可朝向前牙侧、后牙侧、或两者渐细。可选的，螺纹部分的大径部分可为弓形。
[0011] 螺纹紧固件可具有沿着螺纹部分的至少一部分柄部分(位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间)形成的至少一个小突起。小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的柄部分可是连续的。可选的，小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的至少一部分柄部分可为间断的。小突起的高度可不超过牙型高度的30％。可选的，小突起的高度可不超过牙型高度的20％。至少一部分小突起可具有选自于由弓形、长方形、椭圆形、梯形、和三角形构成的组的截面形状。小突起的前侧可具有在10°到60°之间的法线夹角。
[0012] 还公开一种螺纹紧固件，其包括具有大径部分的螺纹部分；具有在10°到60°之间的法线夹角的前牙侧；具有在1°到60°之间的法线夹角的后牙侧；以及在相邻螺纹的前牙侧和后牙侧之间延伸的柄部分；以及沿着螺纹部分的至少一部分柄部分(位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间)形成的至少一个小突起。
[0013] 小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的柄部分可是连续的。可选的，小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的至少一部分柄部分可为间断的。小突起的高度可不超过牙型高度的30％。可选的，小突起的高度可不超过牙型高度的20％。至少一部分小突起可具有选自于由弓形、长方形、椭圆形、梯形、和三角形构成的组的截面形状。小突起的前侧可具有在10°到60°之间的法线夹角。
[0014] 紧固件的前牙侧可具有在10°到60°之间的法线夹角，以及后牙侧可具有1°到30°之间的法线夹角。
附图说明
[0015] 图1是本公开的螺纹紧固件的平面视图；
[0016] 图2是本公开的可选螺纹紧固件的平面视图；
[0017] 图3是根据本公开的螺纹牙型的放大视图；
[0018] 图4是图3的螺纹牙型对比于标准螺纹的放大视图；
[0019] 图5是根据本公开的可选螺纹牙型的放大视图；
[0020] 图6是根据本公开的具有小突起的又一可选螺纹牙型的放大视图；
[0021] 图7示出图6的螺纹牙型的可选小突起的局部平面视图；
[0022] 图8是适于图6和图7的螺纹牙型的小突起的可选轮廓形状的细节图；
[0023] 图9是具有横向延伸通过螺纹的沟槽的螺纹紧固件的平面视图；
[0024] 图10是适于本公开的螺纹顶端的可选轮廓形状的细节图；
[0025] 图11是螺纹紧固件的一种应用的参数表，该螺纹紧固件适于具有约0.8毫米到2.2毫米之间大径的各种尺寸的螺纹紧固件；
[0026] 图12是螺纹紧固件的一种应用的参数表，该螺纹紧固件适于具有约2.5毫米到6毫米之间大径的各种尺寸的螺纹紧固件；
[0027] 图13是示出适于样品紧固件的锁紧扭矩窗口的图；
[0028] 图14是适于当前紧固件样品A的扭矩与旋转角度的关系曲线图；
[0029] 图15是适于当前紧固件样品B的扭矩与旋转角度的关系曲线图；
[0030] 图16是适于比较紧固件样品C的扭矩与旋转角度的关系曲线图；以及[0031] 图17是适于比较紧固件样品D的扭矩与旋转角度的关系曲线图。
具体实施方式
[0032] 现在参考图1，螺纹紧固件20包括细长柄22(沿着沿着柄22的至少一部分具有螺纹部分24)、前端部26、和头部28。如图3所示，螺纹部分24具有绕柄22螺旋设置的螺丝螺纹(螺纹)，相邻的螺纹轴向间隔开
螺距P。螺纹包括前牙侧32和后牙侧34，以及在相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间延伸的柄部分36。螺纹顶端38，或大径部分38，是在前牙侧32的端部和后牙侧34的端部之间的限定螺纹紧固件大径DM的螺纹外侧部分。
[0033] 螺纹部分24具有的螺纹中径dp与小径dm的比值可小于1.28。可选的，螺纹中径dp与小径dm的比值可小于1.15。还在又一可选的情况下，螺纹中径dp与小径dm的比值可小于1.12。螺纹中径dp限定为小径dm之上的直径，其中在螺纹中径处通过螺纹的尺寸等于同一直径的相邻螺纹之间的距离。
[0034] 如图3和图4中所示，前牙侧32朝向前端部26成一角度，其轮廓由前牙侧32和垂直于紧固件纵向轴线的平面之间的角度(或法线夹角α)限定。如图3和图4中所示，后牙侧34朝向头部28成一角度，其轮廓由后牙侧34和垂直于紧固件纵向轴线的平面之间的角度(或法线夹角β)限定。前牙侧32的法线夹角α可大于后牙侧的34的法线夹角β。可选的或附加的，螺纹部分24的前牙侧32的法线夹角α可在螺纹部分24的后牙侧的34的法线夹角β的1.5倍和2.5倍之间。可选的，前牙侧32的法线夹角α和后牙侧34的法线夹角β可大致相同。
[0035] 前牙侧32可具有约10°到60°之间的法线夹角α，以及后牙侧34可具有约1°到30°之间的法线夹角β。可选的，前牙侧32可具有约15°到40°之间的法线夹角α，以及后牙侧34可具有约5°到20°之间的法线夹角β。在一种应用中，前牙侧32可具有20°的法线夹角α以及和后牙侧34可具有10°的法线夹角β。
[0036] 任选的，如图5所示，前牙侧32的法线夹角α可为复合角。前牙侧32可具有与前牙侧32的表面形成的前复合角θ1。可选的或附加的，如图5所示，后牙侧34的法线夹角β可为复合角。后牙侧34可具有与后牙侧34的表面形成的后复合角θ2。前复合角θ1和后复合角θ2可大致相同。可选的，前复合角θ1可大于后复合角θ2。还在又一可选的情况下，前复合角θ1可小于后复合角θ2。还在又一可选的情况下，前复合角θ1可在约1°到20°之间。同样的，后复合角θ2可在约1°到20°之间。
[0037] 如图3和图4所示，在相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间延伸的柄部分36可为具有大于牙型高度的半径R的弓形表面。形成柄部分36的弓形表面的半径R可为牙型高度H的1.2到1.8倍之间。牙型高度H可由大径DM和小径dm之间的差除以2来确定。在一种可选情况下，形成柄部分36的弓形表面可具有大于牙型高度的持续半径R。该半径R的中心可在轴向上位于螺纹之间螺距P的大约一半的距离处，在图3中标记为附图标记“a”。可选的，半径R的中心可按所需更靠近于前螺纹或后螺纹
定位。柄部分的轴向长度RL与牙型高度之间的比值可在约1.5到3.0之间。
[0038] 如图3至图5所示，可如此改变柄部分36以使柄部分36的弓形表面与前牙侧32和后牙侧34非-切线相交。换言之，在前牙侧32和后牙侧34与弓形柄部分36的交点处，前牙侧32和后牙侧34与弓形表面不相切。在前牙侧32和后牙侧34与柄部分36之间的交点处可设置圆角(未示出)。
[0039] 如图2和图6所示，螺纹紧固件20可具有沿着螺纹部分24的至少一部分柄部分36(位于相邻螺纹的后牙侧34和前牙侧32之间)形成的至少一个小突起40。设置小突起
40以便可改善紧固件在振动下的性能。小突起40不是螺纹牙型，而是一个可设置成填充在柄部分36和组件材料(紧固件旋入其中)之间的空隙以便增加螺纹部分24和组件之间的
接触面积的突起。
[0040] 如图7所示，小突起40沿着位于相邻螺纹的后牙侧34和前牙侧32之间的柄部分36可是连续的。可选的，通过在小突起40中设置间断的间隙42，小突起40沿着至少一部分柄部分36可为间断的。可以预期，在安装过程中随着组件材料流动进入间隙42内，间隙
42可进一步提高将螺纹紧固件保持在组件内的保持性。小突起40的高度可不超过牙型高度的30％。可选的，小突起40的高度可不超过牙型高度的20％。如图6和图7所示，至少一部分小突起40可具有为弓形或半圆形形状的截面形状。可选的，如图8中所示，小突起
40可具有为长方形40c、椭圆形40b、梯形40d、三角形的40a或所需的其它非螺纹形状。一个小突起40的前侧可具有10°到60°之间的法线夹角。
[0041] 如图7和图9所示，螺纹紧固件20可包括横向延伸通过螺纹部分的大径部分38的若干沟槽46。可选的或附加的，螺纹紧固件20可包括横向延伸通过螺纹部分的相邻螺纹的大径部分38的若干沟槽46。可按所需来改变沟槽的深度和取向以便适于紧固件将被旋入的组件材料。
[0042] 螺纹部分的主要直径部分38，或螺纹顶端38可具有平坦表面、倾斜面(成角度表面)、弓形表面、或所需的其它形状。诸如由图10中的可选实例所示的那样，大径部分38可朝向前牙侧、后牙侧、或两者渐细。可选的，诸如由图10中的可选实例所示的那样，螺纹部分的大径部分可为弓形。
[0043] 本发明公开的紧固件可由低
碳钢、
合金钢、铝、
黄铜、或所需的其它材料制成。螺纹紧固件可由按照所需进行选择的材料制成，以便适于组装由选自于塑料、铜、铝、木材、混凝土、钢材、或其它组件材料的材料制成的部件。
[0044] 在结合图3和图4的图11和图12中示出适于本发明公开的一种应用的参数。制备和测试本发明所公开紧固件的实验样品，并与两个市售的比较紧固件相比较。样品A是具有配置成如图5所示的螺纹牙型(具有25度的前牙侧法线夹角α以及25度的后牙侧法线夹角β)的一个紧固件。样品B是具有配置成如图3所示的螺纹牙型(具有20度的前牙侧法线夹角α以及10度的后牙侧法线夹角β)的一个紧固件。样品C是以商标Delta PT 出售的可商购到的一种紧固件。样品D是以商标Remform 出售的可商购到的一种紧固件。所有测试样品A至测试样品D都具有1.6毫米的大径。
[0045] 图14至图17示出当样品被装入塑料测试
块中的预钻孔内时测量的扭矩图。如图14至图17中所示，随着紧固件旋转进入测试块，扭矩逐渐增加直到紧固件的头部到达测试块表面，在该点处，紧固件的附加旋转提供快速增加的夹紧扭矩，直到紧固件故障。在当前的测试中，样品由于螺纹磨损而出现故障。当孔形状
变形和/或孔变大以致于螺丝的螺纹不能与孔周围的材料啮合到足以拧紧螺丝的程度时，发生上述螺纹磨损现象。以刚好在扭矩快速上升到出现故障之前的最大扭矩来测量驱动扭矩。下面的表1提供适于测试样品的驱动扭矩。
[0046] 表1：驱动扭矩
[0047]
[0048] 表2示出故障扭矩。以在螺纹磨损之前获得的最高扭矩来测量故障扭矩。
[0049] 表2：故障扭矩
[0050]
[0051] 当紧固件用于组装应用时，通常希望以大于驱动扭矩而小于故障扭矩的锁紧扭矩来安装紧固件。在商业应用中通常使用自动螺丝起子来安装紧固件，所述自动螺丝起子可具有从一种螺丝安装到另一种螺丝的可变性。出于该原因，其有利于提供锁紧扭矩范围或锁紧扭矩窗口内的锁紧扭矩。一个较大的锁紧扭矩窗口可通过提供螺丝起子的更大可变性而减少螺纹磨损故障。
[0052] 为了确定锁紧扭矩窗口，计算高锁紧扭矩和低锁紧扭矩。高锁紧扭矩等于平均故障扭矩减去三倍的故障扭矩数据的标准偏差。低锁紧扭矩等于平均故障扭矩加上三倍的故障扭矩数据的标准偏差。将锁紧扭矩选择为高锁紧扭矩和低锁紧扭矩的中点值。如图13和表3所示，因为锁紧扭矩窗口是最大的，因此样品B是执行紧固件
采样最高的。
[0053] 表3：锁紧扭矩窗口
[0054]
[0055] 公开的螺纹紧固件包括螺纹部分，螺纹中径与小径的比值小于1.28，以及螺纹部分具有大径部分；具有在10°和60°之间的法线夹角的前牙侧；具有在1°和30°之间的法线夹角的后牙侧；以及在具有大于牙型高度的半径的弓形表面的相邻螺纹的前牙侧和后牙侧之间延伸的柄部分。柄部分的轴向长度和牙型高度之间的比值可在1.5到3.0之间。
[0056] 形成螺纹紧固件柄部分的弓形表面可具有为牙型高度的1.2到1.8倍之间的半径。
[0057] 螺纹部分的前牙侧的法线夹角可大于螺纹部分的后牙侧的法线夹角。可选的，螺纹部分的前牙侧的法线夹角可为螺纹部分的后牙侧的法线夹角的1.5倍到2.5倍之间。
[0058] 在所公开的螺纹紧固件的一个实例中，前牙侧的法线夹角与后牙侧的法线夹角大致相同。还在又一可选的情况下，前牙侧的法线夹角和后牙侧的法线夹角可为复合角。
[0059] 螺纹紧固件可适于组装由塑料、铜、铝、木材、混凝土和钢材料制成的部件。
[0060] 螺纹紧固件可包括横向延伸通过螺纹部分的大径部分的若干沟槽。可选的或附加的，螺纹紧固件可包括横向延伸通过螺纹部分相邻螺纹的大径部分的若干沟槽。
[0061] 螺纹部分的大径部分可朝向前牙侧、后牙侧、或两者渐细。可选的，螺纹部分的大径部分可为弓形。
[0062] 螺纹紧固件可具有沿着螺纹部分的至少一部分柄部分(位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间)形成的至少一个小突起。小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的柄部分可是连续的。可选的，小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的至少一部分柄部分可为间断的。
[0063] 如果存在的话，小突起可具有不超过牙型高度30％的高度。可选的，小突起的高度可不超过牙型高度的20％。至少一部分小突起可具有选自于由弓形、长方形、椭圆形、梯形、和三角形构成的组的截面形状。可选的，小突起的前侧可具有在10°到60°之间的法线夹角。
[0064] 还公开一种螺纹紧固件，其包括具有大径部分的螺纹部分；具有在10°到60°之间的法线夹角的前牙侧；具有在1°到60°之间的法线夹角的后牙侧；以及在相邻螺纹的前牙侧和后牙侧之间延伸的柄部分；以及沿着螺纹部分的至少一部分柄部分(位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间)形成的至少一个小突起。
[0065] 小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的柄部分可是连续的。可选的，小突起沿着位于相邻螺纹的后牙侧和前牙侧之间的至少一部分柄部分可为间断的。
[0066] 小突起可具有不超过牙型高度30％的高度。可选的，小突起的高度可不超过牙型高度的20％。至少一部分小突起可具有选自于由弓形、长方形、椭圆形、梯形、和三角形构成的组的截面形状。此外，小突起的前侧可具有在10°到60°之间的法线夹角。
[0067] 在一种可选情况下，紧固件的前牙侧可具有在10°到60°之间的法线夹角，以及后牙侧可具有1°到30°之间的法线夹角。
[0068] 已经参照示例性
实施例对本发明进行了描述，但并不意味着以限制性的意义进行解释。对于本领域的技术人员而言，将描述于此的一个或多个实施例的元件或过程步骤与描述于此的一个或多个其它实施例的元件或过程步骤结合使用可是显而易见的，因此本发明并不限于在此提供的具体实施例，其保护范围仅仅由所附的
权利要求限定。对于本领域的技术人员而言，在参照该
说明书的
基础上对本发明的示例性实施例以及附加实施例进行各种改型将是显而易见的。
