專利名稱：具有凹槽的緊固件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緊固件。更特別地，本發(fā)明涉及桿上具有多個凹槽的釘子，所 述凹槽配置用于降低制造釘子所需的材料數(shù)量并增加釘子的保持力，以及最小
限度地影響釘子的彎曲屈服強度(bendingyield strength)和其他重要特性。
背景技術(shù)：
圓釘(具有柱狀桿的釘子)已經(jīng)被制造了百余年。這不僅由于圓釘是最容 易制造的釘子的類型，還由于其可以廣泛地被應(yīng)用，因為圓釘具有對稱的形狀， 這使將圓釘驅(qū)動進入木頭中時，圓釘在各個方向均能夠提供可預(yù)期的、相同的 特性。這些特性包括保持力和彎曲屈服強度。
保持力或者拉拔強度(w他dmwal strength)涉及釘子對抗軸向力(與釘桿 相平行的負(fù)荷)的阻力。保持力不僅包括對抗將釘子從其被驅(qū)動進入的基板拉 出的阻力，還包括對抗"拉穿"的釘子的阻力。當(dāng)釘頭被拉動穿過連接到基板 的結(jié)構(gòu)組件時，會發(fā)生拉穿。彎曲屈服強度涉及釘子對抗彎曲(垂直于釘桿的 負(fù)荷)的阻力。
多數(shù)圓釘是由鋼制成的。據(jù)估計，用于制造釘子的全部造價的70%-80% 以上來自用于制造釘子的原材料。由于用于制造釘子的鋼和其他原材料的造價 持續(xù)上升，因此希望通過生產(chǎn)采用較少材料且不會嚴(yán)重影響釘子的預(yù)期物理特 性的釘子，預(yù)期物理特性如保持力和彎曲屈服強度。此外，期望這種材料的減 少不會影響釘子頭的幾何構(gòu)造，這樣可以采用完全的圓形釘頭以保持充足的高 拉穿阻力。
為了增加保持力，在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)改變了釘桿的形狀。例如，Leistneret al.的美國專利5,143,501、 "GroovedNail and Strip"中公開了一種沿釘桿形成凹 槽的釘子。在幾種公開的實施例中凹槽的形狀及數(shù)量并不相同。類似的還有， Potucek的美國專利4,755,091 、 "Star fastener,，及4,815,910、 "collated nail strip", 其分別公開了具有星型形狀釘桿的釘子。如上文所述，希望釆用具有完全圓形釘頭的釘子是為了提供增強了的拉穿 阻力。此外，具有放大了的完全圓形釘頭的釘子甚至提供了更大的拉穿阻力。
這種具有放大了的完全圓形釘頭的釘子的示例被以下文獻公開Lat et al.的美 國專利5，741 ， 104 、 "Steel Fastener Having Grooved Shank"及Sutt，Jr.的美國專利 6，758，018、 "Power Driven Nail for Sheathing Having Enlarged Diameter Heads for Enhanced Retention and Method"。
在已公開的現(xiàn)有技術(shù)的桿設(shè)計試圖增加釘子的保持力時，這種現(xiàn)有技術(shù)的 釘子與不具有凹槽的釘子相比不具有在各個方向均相同的彎曲屈服強度和其 他重要特性。此外，由于現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計采用相對少數(shù)量的相對大的凹槽，該 凹槽深深地延伸進入桿，因此這種現(xiàn)有4丁子的頭的形狀和大小是受到限制的。 然而，如果形成在桿中的凹槽過多地延伸進入桿體，最終的桿的幾何構(gòu)造將不 允許釘子具有完全的圓形釘頭，或者具有足夠尺寸以提供預(yù)期拉穿阻力的頭。
相應(yīng)地，需要一種具有以下配置的釘子，其配置用于降低生產(chǎn)^r子所需的 材料數(shù)量，同時，增強保持力并且僅最低限度地影響釘子的彎曲屈服強度。所 期望的是，這種釘子包括相對多數(shù)量的相對淺的凹槽，該凹槽圍繞桿的圓周設(shè) 置。更加期望的是，凹槽的形成不會改變桿的幾何構(gòu)造，以造成釘子無法具有 完全的圓形釘頭。仍然期望的是，凹槽可以具有變形以增加釘子的保持力。最 為期望的是，凹槽可以與從桿向外延伸的凸起相配合，從而提高釘子的慣性力 矩，并進一步增強釘子的保持力和彎曲屈服強度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種具有桿的釘子，該桿形成有相對大數(shù)量的相對淺的凹槽， 所述凹槽配置用于同時降低制造釘子所需的材料數(shù)量(與桿不具有凹槽的現(xiàn)有 技術(shù)的釘子相比)，并且僅最小化地影響釘子的彎曲屈服強度和其他重要特性。 此外，將相對多數(shù)量的凹槽與相對淺深度的凹槽相結(jié)合，能夠允許所期望的、 具有充足的大直徑的、完全圓形的頭構(gòu)造，從而不會嚴(yán)重地影響拉穿阻力。
優(yōu)選的是，沿桿的縱軸配置所述凹槽，使其從釘子的釘頭延伸到尖。然而， 在一些實施例中，凹槽可以被中斷和/或者可以不延伸從釘子的頭到尖的整個 距離。
揭示了這種釘子的各種實施例。在一種實施例中，凹槽為半圓形形狀，并
6且圍繞桿的圓周對稱地布置偶數(shù)數(shù)量的凹槽。在第二實施例中，在每個半圓形 凹槽的一個切點處(拐角)形成凸起。在第三實施例中，在每個半圓形凹槽的 每個切點處形成凸起。在第二和第三實施例中，這種凸起優(yōu)選為半圓形形狀， 并且從桿向外延伸。
與不具有凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的圓釘相比，釘子中的凹槽構(gòu)造帶來了釘子的延
長和約6%的相應(yīng)的釘子重量的減少。然而與不具有凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的圓釘相 比，釘子的彎曲屈服強度僅降低了約3%。
此外，凹槽用于增加桿的表面面積，從而與不具有凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的圓釘 相比，增加釘子與將其驅(qū)動進入的基板之間的接觸面積。這種接觸面積的增加 可以帶來釘子的拉拔強度的增加。
的效果。這種局部的加工硬化效果有益地增加了釘子的彎曲屈服強度，從而與 不具有凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的圓釘相比，與形成凹槽相關(guān)的材料的減少不會嚴(yán)重影
響釘子的總體彎曲屈服強度。
類似的，本發(fā)明第二及第三實施例中的凸起的構(gòu)造進一步增加了桿的表面 面積(與本發(fā)明的第一實施例的釘子相比)，從而額外地增加釘子與將其驅(qū)動 進入的基板之間的接觸面積的數(shù)量。增加接觸面積可能會帶來釘子的拉拔強度 的進一步增加。此外，凸起的構(gòu)造將材料向釘子的外部末端移動，從而增加釘 子的慣性力矩，并且從而增加彎曲屈服強度。
桿中的凸起構(gòu)造同樣在凹槽的切點處產(chǎn)生了進一步的局部加工硬化效果， 并進一步提高了釘子的彎曲屈服強度。通過增加用于形成釘子的鋼的化學(xué)性質(zhì) 和/或者在制造釘子時進行鋼的熱處理，可以獲得彎曲屈服強度的額外增加。
在一些實施例中，可以圍繞桿的圓周不對稱地布置奇數(shù)個凹槽。在這種實 施例中，垂直并且集中地施加到凹槽的彎曲或者剪切力，通過桿的非凹槽部分， 在桿的相對側(cè)被抵抗。這種抵抗進一步提高釘子的彎曲屈服強度。
與多種現(xiàn)有技術(shù)的凹槽設(shè)計相比，半圓形凹槽的幾何構(gòu)造能夠帶來從桿的 最大的材料移除，因此優(yōu)選采用半圓形凹槽，并期望允許采用完全的圓形頭， 在一些實施例中可以采用其他幾何構(gòu)造形成凹槽。例如，在一個實施例中，以 去頂棱柱形成凹槽，其能夠進一步優(yōu)化臨近釘子的質(zhì)量中心的材料的減少。在
7另一個實施例中，凹槽形成為v形幾何構(gòu)造。
此外，在一些實施例中，凹槽可以具有變形，從而增強釘子的拉拔強度和 彎曲屈服強度。這種變形可以包括螺紋、鋸齒、嵌入的塑料珠或其他類型的變 形。
凹槽配置成將緊固件輕松地驅(qū)動進入基板?？梢詫o固件施加涂層，從而 降低驅(qū)動緊固件所需的力，并降低緊固件的保持力。
結(jié)合權(quán)利要求及后文本的詳細說明和附圖，本發(fā)明的這些及其他優(yōu)勢將更 為明顯。


參照下文中的具體說明及附圖，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將更容易理解本發(fā)明
的好處及優(yōu)點，在附圖中
圖1為本發(fā)明第一實施例中的釘桿的橫截面圖2為本發(fā)明第二實施例中的釘桿的橫截面圖3為本發(fā)明第三實施例中的釘桿的橫截面圖4為圖1的確丁子的側(cè);見圖5為本發(fā)明的可選實施例中的釘桿的橫截面圖6為本發(fā)明的可選實施例中的釘桿的橫截面圖7為在可選實施例中的圖1所示的釘子的側(cè)視圖8為本發(fā)明的可選實施例中的釘桿的橫截面圖；以及
圖9為在顯示具有變形凹槽的本發(fā)明的可選實施例中的釘子的放大的、局 部側(cè)視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明可以通過各種形式的實施例來實現(xiàn)，因此，附圖中所示出的、及下 文中所說明的多個優(yōu)選實施例應(yīng)當(dāng)被理解為本發(fā)明的示例，而并不用于將本發(fā) 明限制在示出的特定實施例中。
需要進一步理解的是，說明書的本部分的名稱，即"發(fā)明的詳細說明"， 與美國專利局的要求相關(guān)，并不意味著或者被理解為用于限制文中揭露的主題。
本發(fā)明涉及具有在釘桿上形成相對多數(shù)目的相對淺的凹槽的釘子，其配置
8用于同時降低生產(chǎn)釘子所需的材料數(shù)量(相對于不具有凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的釘 子)，并可以提高釘子的保持力，而且僅最小限度地影響釘子的彎曲屈服強度 以及其他重要特性。此外，將相對多數(shù)目的凹槽與相對淺深度的凹槽相結(jié)合， 允許足夠大直徑的期望的完整的圓形釘頭構(gòu)造，這樣將不會對釘子的拉穿阻力 造成嚴(yán)重影響。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，凹槽配置使緊固件更容易地被驅(qū)動進入 基板中。在采用無線工具甚至空氣(氣動)工具時這點是很重要的，因為這與 將緊固件驅(qū)動進入基板中所需要的較小的力相互關(guān)聯(lián)。這可以允許采用小型工 具，或者在無線電池動力工具僅充電一次時便能夠驅(qū)動大量的緊固件。
如圖4所示，本發(fā)明第一實施例中的釘子10包括頭11、細長的桿12及 尖13。頭ll優(yōu)選為圓形，并且可以以桿12 (圖中示出)為中心或者偏移(未 示出)。然而，可以理解的是，頭11可以以其他形狀及幾何構(gòu)造形成。
桿12通常為圓柱狀，并且從頭11向下延伸到尖13。尖13形成在釘子10 的底部，并包括配置用于使釘子IO輕松進入基板的通常尖的尖端，所述基板 可以是木頭。這種釘子結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。可以理解的是，如圖4 所示的釘子的通常設(shè)計是本發(fā)明的釘子的每個實施例的基礎(chǔ)。
如圖1、 4所示，本發(fā)明第一實施例的釘子10配置具有多個凹槽14。優(yōu) 選地，凹槽14被配置成沿桿12的縱軸從釘子10的頭U縱向延伸到尖13。 然而，需要理解的是，在釘子10的一些實施例中，凹槽14可以被中斷和/或 者可以不從頭11沿桿1—2的整個距離延伸到尖13。
例如，在圖7所示的可選實施例中，形成凹槽14，其并不沿桿12的整個 距離延伸到釘70的頭11。在這個實施例中，直接在頭11下面的桿12的上部 71不被開槽。
與結(jié)合相對少數(shù)量的、深入桿內(nèi)部的、相對大的凹槽的現(xiàn)有的釘子設(shè)計不 同，本發(fā)明的釘子IO結(jié)合相對多數(shù)量的相對淺的凹槽14,該凹槽不深入桿12 中。
凹槽14被配置用于從釘子中移除一定充足量的材料，從而帶來有效的重 量減輕(大約6%，并可能達到10%)，但并不會由于減少了這些材料而無法 獲得頭11的預(yù)期形狀和尺寸。即，凹槽14的配置允許桿12保持其一黃截面幾 何構(gòu)造，該幾何構(gòu)造足以支撐頭10，該頭IO具有預(yù)期的足夠大直徑的完整圓形形狀，乂人而4丁子10的拉穿阻力不被嚴(yán)重地影響。然而可以理解的是，桿12
的橫截面幾何構(gòu)造同樣可以支撐具有其他形狀和幾何構(gòu)造的頭。
如圖1所示，第一實施例中的凹槽14為完全的半圓形(即，每個凹槽14 包括180度的半圓，與一些由小于180度的弓形幾何構(gòu)造構(gòu)成的現(xiàn)有凹槽設(shè)計 相比)。優(yōu)選半圓形幾何構(gòu)造的凹槽14是由于與現(xiàn)有技術(shù)的釘子的設(shè)計相比， 這種幾何構(gòu)造使從桿12去除的材料最大化，并且期望通過保持桿12的充足的 橫截面幾何構(gòu)造以支持完整的圓形頭，從而允許完整的圓形頭的使用。如上文 所述，完整圓形頭的優(yōu)勢在于其提供高的拉穿阻力(但是需要理解的是，可以 采用其他頭形狀和幾何構(gòu)造)。通過最小化凹槽的數(shù)量，以及通過保持凹槽深 度淺，可以期望釘子結(jié)合完整的圓頭。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)6個或更多凹槽能夠提供充分 完整的圓形z打頭。
然而，在本發(fā)明的一些實施例中，采用其他非半圓形的凹槽幾何構(gòu)造可能 是有利的，如各種"鋸齒"形的凹槽。例如，如圖5所示，在本發(fā)明的一個可 選實施例中，釘子50包括多個具有去頂棱柱幾何構(gòu)造的凹槽14。這種幾何構(gòu) 造進一步優(yōu)化了臨近釘子50的質(zhì)量中心的材料的減少。采用比較的方式，圖 5示出了凹槽14，其相對于才艮據(jù)本發(fā)明第一實施例的示例性半圓形凹槽51的 位置。可以看到，在本發(fā)明的這種可選實施例中的凹槽14的結(jié)構(gòu)與半圓形凹 槽相比，帶來了相似的材料及重量的減少。
如圖6所示，在本發(fā)明的另一個可選實施例中，釘子60包括多個具有V 形幾何構(gòu)造的凹槽14。采用比較的方式，圖6示出了相對于根據(jù)本發(fā)明第一 實施例的半圓形凹槽61的位置的凹槽14。可以看到，在本發(fā)明的這種可選實 施例中的凹槽結(jié)構(gòu)與半圓形凹槽相比，帶來了材料及重量的基本上更少的減 少。
如圖4所示，可以圍繞桿12的圓周均勻、對稱地設(shè)置偶數(shù)個(在示例性 實施例中為IO)凹槽14。這種配置在所有方向上提供相同的釘子的特性。
然而，可以理解的是，在釘子10的一些實施例中，可以優(yōu)選圍繞桿12 的圓周不對稱地設(shè)置奇數(shù)個凹槽14。例如圖8所示，釘子80可以形成有不對 稱地圍繞桿12設(shè)置的奇數(shù)個(在示例性實施例中為5個)凹槽。在這個實施 例中，在每個凹槽14的位置處的桿12的直徑都不會被減小超過任一單個凹槽
1014的深度。
此外，垂直并且集中地施加到特定凹槽14的彎曲或者剪切力由桿12的非 凹槽部分在桿的相對一側(cè)抵抗?？梢云谕@種抵抗增加釘子IO的彎曲屈服強 度?？梢岳斫獾氖?，在這種具有奇數(shù)凹槽的實施例中，每個凹槽具有最低點(在 凹槽中的最低點)，并且最低點并不相互直徑方向地相對。這樣防止了無意中 使釘桿過細，并且同時提高了彎曲屈服以及剪切強度。
如圖1、 4所示，在本發(fā)明的第一實施例中的4丁子10的示例性實施例中， 釘子10的釘桿12的直徑為0.129英寸，即通常的釘子尺寸。在這種示例性實 施例中，圍繞桿12的圓周設(shè)置全部IO個凹槽14,并且每個凹槽14具有0.007 英寸的半徑(深度)和0.014英寸的直徑(寬度)。凹槽14被均勻、對稱地圍 繞桿12的圓周布置，并且相互之間間隔0.0263英寸。與本發(fā)明的目標(biāo)一致， 釆用相對多數(shù)目(10 )的相對淺(0.007英寸)的凹槽保證了桿12的幾何構(gòu)造， 從而可以在釘子10上形成具有充分大直徑的完整的圓形釘頭。多個凹槽的另 一個優(yōu)勢在于，其提供多個加工硬化點，從而改善強度，特別是在釘子的化學(xué) 性質(zhì)(chemistry)增力口時。
應(yīng)該注意的是，上文所述的實施例是多個可能的實施例中的一個，并且僅 用于示例。可以理解在本發(fā)明的其他實施例中，依靠桿12的直徑、預(yù)期的材 料和重量的節(jié)約以及釘子10的預(yù)期物理特征，凹槽14的數(shù)量、凹槽14的直 徑和深度以及凹槽14間的距離可以發(fā)生變化，所述物理特征例如預(yù)期的拉拔 強度和彎曲屈服強度。
僅采用舉例的方式，可以想象對于具有桿直徑為0.129英寸的釘子，凹槽 14的數(shù)目可以在大約4個至大約16個之間變化。再一次，可以理解的是，依 靠釘子10的特定桿直徑，前述凹槽數(shù)量的范圍可以發(fā)生變化，并且所有這些 范圍均包括在本發(fā)明的公開范圍之內(nèi)。
如上文所述，凹槽14用于增加桿12的表面面積，從而增加在釘子10與 釘子IO將被驅(qū)動進入的基板之間的接觸面積(例如，與桿不具有凹槽的釘子 相比)。這種被增大的接觸面積可以帶來釘子的拉拔強度的增大。此外，桿12 中的凹槽構(gòu)造在桿12的外部直徑和凹槽14之間的交叉點(切點)處產(chǎn)生了局 部的加工硬化效果。圖l標(biāo)出了兩個示例性切點15。然而，可以預(yù)料的是，在釘子或者凹槽中施加涂層(例如，粘合劑)可以增加拉拔強度。
位于切點15的局部加工硬化效果有利地增加了釘子10的彎曲屈服強度， 這樣，與具有沒有凹槽的圓桿的現(xiàn)有技術(shù)的釘子相比，與形成凹槽14相關(guān)的 材料的減少并不會嚴(yán)重地影響釘子10的整體彎曲屈服強度。此外，由于凹槽 14相對小且淺，由凹槽14產(chǎn)生的局部加工硬化效果幫助保持韌性，從而允許 在釘子上的圓形釘頭結(jié)構(gòu)。
一種樣品釘子采用低碳鋼并遵循本發(fā)明第一實施例的原理制成。樣品釘子 形成有0.129英寸的桿直徑。樣品釘子包括圍繞桿圓周設(shè)置的IO個完全半圓 形的凹槽。每個凹槽具有0.007英寸的半徑和0.014英寸的直徑(寬度)。凹槽 圍繞桿的圓周被均勻、對稱地設(shè)置，并且凹槽之間相互間隔0.0263英寸的距 離。與標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)的釘子相對比，對樣品釘子進行了測試和分析，所述現(xiàn) 有技術(shù)的釘子具有無凹槽的直徑為0.129英寸的圓形桿。
與無凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的釘子的重量相比，樣品釘子中的凹槽構(gòu)造將樣品釘 的重量減少了6%。為了進行對比，依靠凹槽的角度，相近深度的V形凹槽僅 將釘子的重量減少了少于1%至少于3%。因此，與V形凹槽相比，采用半圓 形的凹槽提供相當(dāng)大地增加重量的減少。
盡管樣品釘子比無凹槽的現(xiàn)有技術(shù)的釘子輕6%，但與現(xiàn)有技術(shù)的釘子的 彎曲屈服強度相比，樣品釘子的彎曲屈服強度僅被降低了 3%。樣品釘子重量 的顯著地減少彌補了彎曲屈服強度的相對較小的減少。可以預(yù)料的是，通過調(diào)
將樣品釘子的彎曲屈服強度增加到與現(xiàn)有技術(shù)的圓釘十分接近或者更高的程 度。
在本發(fā)明的釘子的一些實施例中，凹槽14可以被形成有變形，從而進一 步提高釘子的拉拔強度和彎曲屈服強度。這種變形可以包括螺紋、鋸齒、嵌入 的塑料珠或者在凹槽14中形成非平滑表面的其他類型的變形。然而，所述變 形應(yīng)當(dāng)足夠小，從而獲得高的屈服強度。圖9示出了這種變形的一個示例性實 施例。
在圖9中，釘子90包括沿桿12形成的凹槽14。在凹槽14中形成螺紋91。 螺紋91用于增加桿12的表面面積，從而增加在釘子90與釘子90被驅(qū)動進入的基板之間的接觸面積。增加接觸面積導(dǎo)致進一步提高釘子90的拉拔強度。
可以理解的是，只要這些變形用于增加桿的表面面積并且變形足夠小以獲得高 的屈服強度，可以采用形成在凹槽中的任意類型的變形，并且所有這些變形均 包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
如圖2所示，本發(fā)明第二實施例中的釘子20被配置有與第一實施例的釘 子10類似的多個凹槽14。凹槽14被配置成沿著桿12的縱向軸從釘子20的 頭延伸到尖。然而，可以理解的是，在釘子20的一些實施例中，凹槽14可以 被中斷和/或者可以不從^T子的頭11到尖13延伸整個距離(如上文參照第一 實施例的釘子IO所討論的)。凹槽14優(yōu)選為完全半圓性的形狀，并且圍繞桿 12的圓周被均勻并對稱地設(shè)置。然而可以理解的是，如在第一實施例中，為 了上文中所討論的原因，凹槽14可以圍繞桿12的圓周被非對稱地設(shè)置。
與本發(fā)明第一實施例的釘子IO不同，釘子20包括多個圍繞桿12的圓周 設(shè)置、并從桿12向外延伸的多個凸起16。在優(yōu)選實施例中，凸起16為完全 的半圓形，并且與每個凹槽14的一個切點15—體形成(在圖2中示出了兩個 示例性的切點15)。因此，在每個凹槽14之間設(shè)置一個凸起16。
在釘子20的示例性實施例中，當(dāng)釘子20的桿12的直徑為0.129英寸時， 總共10個凹槽14圍繞4干的圓周被設(shè)置。每個凹槽14具有0.007英寸的半徑 和0.014英寸的直徑(寬度)。在示例性實施例中，凹槽14圍繞桿12的圓周 被均勻、對稱地設(shè)置，并且相互之間間隔0.0263英寸的距離。凸起16具有0.005 英寸的半徑以及0.010英寸的直徑。
如圖3所示，本發(fā)明第三實施例中的釘子30被配置有多個凹槽14,類似 于第二實施例中的4丁子20和第一實施例中的釘子10。凹槽14被配置成沿著 桿12的縱軸從釘子30的頭延伸到尖。然而，可以理解的是，在釘子30的一 些實施例中，凹槽14可以被中斷和/或可以不從釘頭11到釘尖13延伸整個距 離(如上文參照釘子IO所討論的)。凹槽14優(yōu)選為完全的半圓形形狀，并且 圍繞桿12的圓周被均勻、對稱地設(shè)置。然而，可以理解的是，如第一和第二 實施例，為了上文所討論的原因，凹槽14可以圍繞桿12的圓周被非對稱地設(shè) 置。
釘子30進一步包括多個圍繞桿12的圓周設(shè)置、并且從桿12向外延伸的
13凸起16。在優(yōu)選實施例中，凸起16為完全的半圓性，并與每個凹槽14的每 個切點15 (在圖3中示出了兩個示例性切點) 一體形成。因此，在每個凹槽 14之間設(shè)置兩個凸起16。
在釘子30的示例性實施例中，當(dāng)釘子30的桿12的直徑為0.129英寸時， 圍繞桿12的圓周總共設(shè)置10個凹槽14。每個凹槽14具有0.007英寸的半徑 和0.014英寸的直徑(寬度)。在示例性實施例中，凹槽14圍繞桿12的圓周 被均勻、對稱地設(shè)置，并且相互之間間隔0.0263英寸的距離。凸起16具有0.005 英寸的半徑和0.010英寸的直徑。
在本發(fā)明第二和第三實施例中的釘子20和30中的凸起16,分別用于進 一步增加桿12的表面面積(與本發(fā)明第一實施例的釘子IO相比)，從而額外 地增加釘子20、 30與釘子20、 30被驅(qū)動進入的基板之間的接觸面積。與現(xiàn)有 技術(shù)的釘子相比，增加接觸面積會使釘子20、 30的拉拔強度進一步增加。
在本發(fā)明第二和第三實施例中的釘子20、 30中的凸起16的構(gòu)造，同樣分 別用于從釘子20和30的桿向外移除材料，從而增強釘子20和30的彎曲屈服 強度和慣性力矩。
此外，與現(xiàn)有技術(shù)的釘子相比，在本發(fā)明第二及第三實施例中的釘子20 和30的桿12中的凸起16的構(gòu)造，分別在凹槽14的切點15產(chǎn)生進一步的加 工硬化效果，并進一步增加釘子20和30的彎曲屈服強度。
可以預(yù)料的是，通過增加用于形成樣品釘子的鋼的化學(xué)性質(zhì)和/或在形成 樣品釘子的過程中進行熱處理，釘子20和30的彎曲屈服強度可以被進一步增 加。
釘子20和30的兩個前述示例性實施例僅用于示例，可以理解的是，依靠 桿12的直徑、預(yù)期的材料和重量的節(jié)約及^"子20和30的預(yù)期物理特性，凹 槽14的數(shù)量、凹槽14的深度和直徑及凹槽之間的距離均可以發(fā)生變化，所述 預(yù)期物理特性如預(yù)期的拉拔強度和彎曲屈服強度。
僅作為示例，在本發(fā)明的第二及第三實施例中，可以預(yù)料的是，對于具有 直徑為0.129英寸的桿的釘子，凹槽14的數(shù)量可以在約5個到約1 5個之間變 化。再一次，可以理解的是，依靠釘子20和30的特定桿直徑，上文所述的凹 槽數(shù)量的范圍可以變化，并且所有這些范圍都包括在本發(fā)明的公開范圍之內(nèi)。可以預(yù)料的是，可以采用各種圓鐵釘制造中的公用技術(shù)來制造本發(fā)明的釘 子，例如采用滾筒或者模具。在一種這類方法中，鋼絲被傳送穿過金屬絲形成 設(shè)備，在該設(shè)備中金屬絲被拉伸或輥壓，從而形成預(yù)期的形狀和直徑，并且隨 后被盤繞。盤繞后的金屬絲隨后被運到切割金屬絲、形成頭和尖的釘子制作設(shè) 備。
為了制作本發(fā)明的釘子， 一種這類金屬絲形成設(shè)備可以配備有一組滾筒， 該滾筒形成有向外延伸的凸起。凸起被配置以接合金屬絲，并且通過在金屬絲 上施加壓縮力，以在金屬絲通過滾筒時，在金屬絲中生成預(yù)期數(shù)量、形狀和尺 寸的凹槽。在另一種方法中，同樣可以通過將金屬絲拉過模具或相似的設(shè)備以 從凹槽切割或者移除材料，從而形成凹槽。具有凹槽的金屬絲隨后^L運送到釘 子制造設(shè)備，以形成上述討論的釘子。
在一些實施例中，形成在滾筒上的凸起可以是非連續(xù)的。也就是說，凸起 并不完全圍繞滾筒的圓周延伸。在這種實施例中，當(dāng)金屬絲穿過滾筒時， 一段 長度的金屬絲不與凸起相接觸，在這段長度上不形成凹槽。隨后，可以由釘子 制造設(shè)備在非凹槽段之前將金屬絲切割，并將非凹槽段構(gòu)造成為釘子的頭。
如上文所述，在其他實施例中，形成在滾筒上的凸起可以包括在形成凹槽 時，在凹槽中形成變形的機構(gòu)。例如，凸起可以包括齒或者其他配置成在凹槽 中形成螺紋、鋸齒或者其他變形的切割部件。
如上文所述，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有凹槽的配置易于將緊固件驅(qū)動進入基板中。在 采用無線工具乃至空氣(氣動)工具時這是特別顯著的，因為這和需要較少的 動力將緊固件驅(qū)動進入基板相關(guān)。這樣或許能夠允許使用較小的工具，或者能 夠在無線電池供電工具僅充電一次的情況下驅(qū)動大量的緊固件。
通過對釘子施加涂層，同樣可以提高保持力并且降低驅(qū)動緊固件所需的 力。這點可以與當(dāng)前的具有凹槽的緊固件相結(jié)合，從而提供重量較輕、驅(qū)動力 需求較低并且具有增強的保持力的釘子。
在本發(fā)明的公開中，詞語"一，，或"一個"包括單數(shù)及復(fù)數(shù)兩者。相反的， 任何復(fù)數(shù)術(shù)語的引用，在適當(dāng)?shù)臅r候，也包括單數(shù)。
無論在本公開的文本中是否進行了明確地引用，本文提到的所有專利，在 此均作為參考引入。
15從上文可見，在不脫離本發(fā)明新穎觀念的實質(zhì)和范圍的情況下，可以實施 多種修改和變形。需要理解的是，對于所示的特定實施例，無意于也不應(yīng)當(dāng)被 理解為進行限制。公開旨在通過所附的權(quán)利要求覆蓋落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的 所有形式。
權(quán)利要求
1.一種釘子，包括頭；尖；從頭延伸到尖的桿，該桿具有圓周及縱軸；以及形成在所述桿中、并沿著所述桿的縱軸縱向延伸的多個凹槽，其中，所述凹槽被配置成減少生產(chǎn)所述釘子所需的材料數(shù)量，并且配置成僅最小化地影響所述釘子的彎曲屈服強度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述凹槽圍繞所述桿的圓周被均 勻地布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述凹槽圍繞所述桿的圓周被不 對稱地布置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，至少一個所述凹槽在所述釘子的 頭與所述釘子的尖之間沿所述桿的縱軸延伸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述凹槽為半圓形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述頭為圓形。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述凹槽相互之間基本上相同。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的釘子，其中，沒有兩個所述凹槽彼此相對180度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述釘子進一步包括多個凸起， 所述凸起圍繞所述桿的圓周布置并且從所述桿向外延伸。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的釘子，其中，所述凸起為半圓形。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的釘子，其中，至少一個所述凸起被布置于多個 所述凹槽中的每個之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的釘子，其中，每個所述凸起被布置在所述凹槽 的切點處。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，所述釘子被熱處理。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，與相當(dāng)?shù)牟痪哂邪疾鄣尼斪酉啾?，生產(chǎn)所述釘子所需的材料的數(shù)量被降低了約百分之六。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，與相當(dāng)?shù)牟痪哂邪疾鄣尼斪酉啾龋?彎曲屈服強度被降低了約百分之三。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，至少一個所述凹槽包括平滑的表面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的釘子，其中，至少一個所述凹槽包括非平滑的 表面。
18. —種釘子，包括頭； 尖；從頭延伸到尖的桿，該桿具有圓周及縱軸；以及 形成在所述桿中、并沿著所述桿的縱軸縱向延伸的多個凹槽， 其中，配置所述凹槽，使得所述釘子的橫截面面積比相當(dāng)?shù)牟痪哂邪疾鄣?釘子的橫截面面積小約百分之六。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的釘子，其中，所述釘子的彎曲強度比相當(dāng)?shù)?不具有凹槽的釘子的彎曲強度小約百分之三。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的釘子，其中，每個所述凹槽限定最低點，并 且其中，所述最低點彼此之間不相互直徑方向地相對。
21. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的釘子，其中，所述凹槽圍繞所述桿被平均地 周向隔開。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的釘子，其中，所述凹槽的數(shù)量為奇數(shù)。
23. —種形成釘子的方法，所述釘子具有頭、尖、從頭延伸到尖的桿和多 個凹槽，所述桿具有圓周和縱軸，所述多個凹槽形成在所述桿中并沿所述桿的 縱軸縱向延伸，其中，所述凹槽被配置成減少生產(chǎn)所述釘子所需的材料的數(shù)量、 并增加所述釘子的保持力、以及僅最小化地影響所述釘子的彎曲屈服強度，所 述方法包括以下步驟提供金屬絲；提供金屬絲成形設(shè)備，所述金屬絲成形設(shè)備包括一對滾筒，該滾筒配置有 形成在滾筒上、并且從滾筒向外延伸的凸起；將所述金屬絲傳送通過所述一對滾筒，從而所述凸起形成所述凹槽； 將所述金屬絲切割成為期望的長度； 形成所述釘子的頭、桿及尖。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，在所述滾筒上的凸起是非連續(xù)的。
25. —種用于形成4丁子的方法，包括 提供金屬絲；在所述金屬絲上周向地、彼此間隔地形成縱向變形，以將所述金屬絲的橫 截面面積減小約百分之六，將所述金屬絲切割成為期望的長度； 形成頭；以及形成尖，其中與非變形的釘子相比，所述釘子的彎曲強度僅被最小化地影響。
全文摘要
一種釘子(10)，其具有多個凹槽(14)，該凹槽配置成減少生產(chǎn)釘子所需的材料數(shù)量，并增加釘子的保持力，同時僅“最小化地影響釘子的彎曲屈服強度和其他重要特性”。所述釘子包括相對多數(shù)量的凹槽，該凹槽具有相對淺的深度，從而保持桿(12)的橫截面幾何結(jié)構(gòu)，該桿允許具有足夠大直徑的完全圓形的頭構(gòu)造，從而不會顯著地影響釘子的貫穿阻力。揭示了這種釘子的各種實施例。在第一實施例中，凹槽為半圓形，并且圍繞桿的圓周被均勻、對稱地設(shè)置。在第二實施例中，在多個凹槽中的每一個的一個切點(拐角)處形成凸起。在第三實施例中，在多個凹槽中的每一個的每個切點處形成凸起。在另一個實施例中，凹槽可以圍繞桿的圓周被不均勻、不對稱地設(shè)置，凹槽可以包括非半圓形的幾何構(gòu)造，并且凹槽可以包括變形。
文檔編號F16B15/00GK101589238SQ200880003267
公開日2009年11月25日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月13日
發(fā)明者亨利·W.·施尼德邁爾, 勞倫斯·S.·謝爾頓 申請人:伊利諾斯工具制品有限公司