CN102132049A

CN102132049A - 自钻孔固定器

Info

Publication number: CN102132049A
Application number: CN2009801329780A
Authority: CN
Inventors: 理查德·J··恩斯特; 马克·E··刚希亚兹; 约翰·P··格林; 谢里尔·L··帕纳西克
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2009-06-01
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-06-01
Also published as: AU2009265084A1; US20100003100A1; WO2010002529A1; EP2310695B1; CA2728892C; EP2310695A1; AU2009265084B2; US8057147B2; NZ590082A; WO2010002529A8; CN102132049B; CA2728892A1

Abstract

一种用于易碎材料或半刚性材料的自钻孔固定器(10)，包括主体(12)，所述主体具有轴线(6)，适合接纳紧固件的轴孔(8)，近端，钻孔端，邻近所述近端具有用于啮合所述易碎材料或半刚性材料的具有螺纹顶径的高螺纹的近端部分，以及邻近所述钻孔端的钻孔部分(16)，紧邻所述近端的额外的螺纹，所述额外的螺纹在高螺纹的圈之间延伸，并且在所述近端部分的头部具有比所述螺纹顶径小的外径。此外，所述固定器的额外的螺纹被设置用于啮合所述易碎材料或者牢固地啮合所述半刚性材料。

Description

自钻孔固定器

技术领域

本发明涉及用于易碎材料的固定器，特别涉及使用在安装在构件上的清水墙(drywall)内的自钻孔固定器(self-drilling anchor)，或使用在相对较薄的半刚性材料(例如空心门)上的自钻孔固定器。

背景技术

因为清水墙是一种易碎材料，所以将物件安装到它上面可能很困难。以前至少用过三种方法。对于轻的物件来说，已采用了小的塑料膨胀固定器。这些膨胀固定器通常需要三个安装步骤：第一，往清水墙中钻一个孔；第二，将固定器的插入件驱进己钻出的孔中；最后，将一个带螺纹的紧固件拧进固定器中，从而使固定器膨胀与清水墙啮合。但是，膨胀固定器通常只能支承轻的负载。

对于重负载的应用，已使用了套挂螺栓(toggle bolts)。虽然套挂螺栓一直是有效的，但它们通常也很昂贵，因为它们包含了必须彼此做相对运动的部件。已知的套挂螺栓很难安装。

用于安装较重的负载的自钻孔固定器也已被使用。这些自钻孔固定器通常是用固定器本身钻入清水墙来安装的。固定器也包括高螺纹高度的螺纹以在清水墙中提供强的拔拉力。自钻孔固定器的例子包括ITW Buildex制造的以商标E-Z ANCOR出售的固定器和4,601,625，5,190,425及5,558,479号美国专利所公开的固定器。所有这些专利都转让给了本申请的受让人。

当只安装在清水墙中时已证明自钻孔固定器对固定较重的负载是有效的。但是，在大多数情况下清水墙是安装在木质支承件或支柱(stud)上，用户是看不见这些支承件的并且通常用户不知道并且不能检查出这些支承件的位置。当一般的自钻孔紧固器的使用者想把固定器安装到清水墙的支承件位置上时，该固定器不能钻入支承件中，因而在其位自转，使得固定器的高螺纹会剥落清水墙，造成固定器损坏并且在墙上产生难看的创痕。即使固定器能轻微地钻入支承件，固定器会紧密地啮合支承件，并且由于扭力而对固定器造成损坏。

清水墙固定器通常具有比清水墙的外径螺纹大的头部或凸缘用以当所述固定器被安装时阻止所述固定器被驱动从清水墙穿过。但是当所述固定器被驱动时，已经知道大的固定器头部用于移置清水墙，使得清水墙表面围绕固定器膨胀起来，通常称为清水墙泡。所述清水墙螺纹的大的外径也可以引起清水墙的移置，导致起泡。起泡形成清水墙表面的鼓起，这很难看也没有吸引力并且使得难以安装某些物件到清水墙上去，以便所述物件与清水墙表面平齐。

安装自钻孔固定器到相对薄的诸如空心门的胶合镶板之类的半刚性材料上也很难。在驱入过程中产生的小厚度的材料和分裂的碎片会显著地减少所述固定器的固定力。

因此需要一种用于各种诸如清水墙或空心门之类的基体上的自钻孔固定器，这种自钻孔紧固器可以减少清水墙起泡或者安全地固定到空心门上而不会减少固定力。

发明内容

在一个实施例中，主体部分具有轴线，有适合接纳紧固件的轴孔，近端、钻孔端，邻近所述近端的近端部分具有用于咬合所述易碎或半刚性材料的具有螺纹顶径的高螺纹，以及邻近钻孔端的钻孔部分，额外的螺纹紧邻所述近端，所述额外的螺纹在高螺纹的圈(turns)之间延续(continuing)，并且在近端的头部具有比所述顶径小的外径。所述额外的螺纹可有大体上与高螺纹的螺纹高度相似的螺纹高度。额外的螺纹也可有前端、终端和大约180度的圆周范围(circumferential extent)。另外，所述高螺纹可具有终端并且高螺纹终端和所述额外的螺纹终端偏置约180度并且可从所述头部的上表面大体相似的间隔开，优选为从所述上表面间隔大约1/16英寸。此外，所述额外的螺纹和高螺纹可具有大体上垂直于所述轴线方向延伸的螺纹面，并且所述螺纹面大体上轴向地对齐。

参考附图，从本发明的下述描述中，这些和其他特征以及优点将是显而易见的。

附图说明

图1是本发明的自钻孔固定器的正视图。

图2是图1所示自钻孔固定器的侧视图。

图3是图2中的自钻孔固定器沿线A-A方向的侧面剖视图。

图4是图1中的自钻孔固定器的顶视图。

图5是图1中的自钻孔固定器的透视图。

图6是安装在薄的半刚性材料上的自钻孔固定器的侧视图。

图7是安装在安装到支撑件上的易碎材料上的自钻孔固定器的侧视图。

具体实施方式

参考图1-7，这些图显示了一种新型自钻孔固定器10。固定器10用于安装在诸如支撑件2之类的构件上的易碎材料上，例如清水墙1，所述新型固定器10具有带有轴线6的细长体12，适于接纳细长安装紧固件4的轴孔8，具有扭矩传递表面15的扩口端14，紧接扩口端14的近端部分18，中间部分20，远端部分22，及大致在扩口端14相反端的钻孔尖端16，其中近端部分18具有带螺纹的外表面，如清水墙夹持螺纹19，螺纹19有螺纹根26，具有螺纹顶径DC和螺纹高度DH的螺纹牙顶27，中间部分20具有带螺纹的外部，如构件夹持螺纹21，螺纹21具有螺纹根28，具有螺纹顶径MC及螺纹高度MH的螺纹牙项29，所述螺纹顶径MC比清水墙夹持螺纹顶径DC小很多，且螺纹高度MH比清水墙夹持螺纹高度DH小很多，并且远端部分22有带螺纹的外部，如钻孔螺纹23，该钻孔螺纹23有朝着钻孔尖端16逐渐变细的螺纹根30和带有螺纹顶径TC的螺纹牙顶31，螺纹顶径TC比清水墙夹持螺纹顶径DC小很多，且螺纹高度TH比清水墙夹持螺纹高度DH小很多(substantially smaller)。

固定器10用于驱入清水墙1内，以用于将物件3安装在清水墙1上或者将物件安装到诸如中空门板之类的半刚性材料7上。安装好固定器10之后，将安装紧固件4穿过物件3插入固定器10的孔8中。固定器10比只用安装紧固件4具有更强的啮合和更高的拉拔强度。当固定器10只安装在清水墙1中时，固定器10可以与使用传统的自钻孔固定器类似的方式被使用。但是，固定器10包括允许使固定器10穿入并啮合在如木支柱之类的支承件2中的特征，并且这提供能经受得住将固定器驱入清水墙1和支承件2中的大驱动力的增加的强度。此外，固定器10具有允许固定器10牢固地啮合如固定芯型门板之类的半刚性材料的特征。

所述易碎材料可以是用于建筑的几种易碎材料之一，其中希望将物件3安装到易碎材料上，以便增加易碎材料能经受得住的负载量。易碎材料的一个例子是以石膏为基料的清水墙1，如United States Gypstlm出售的商标为SHEETROCK的石膏清水墙。清水墙的厚度T通常为1/2英寸或5/8英寸，但可得到其它厚度的清水墙，如3/8英寸的。

所述半刚性材料7也可以是经常使用的几种材料之一，例如，半刚性材料可以是实木、纤维板、胶合板或具有薄片镶饰涂层的多种材料的薄片。所述半刚性材料可达到各种厚度，但是通常在大约1/16英寸和大约1/8英寸之间。

一般说来，如清水墙1似的易碎材料被安装在诸如木结构支承件、胶合板、或如另一层清水墙的另一种易碎材料的构件上。所述构件可以是支承件2，如木支承件，例如2×4排列的支柱或类似物，这些木柱之间相互均匀间隔，例如间隔16英寸，或者可以是金属支承件，如钢支承支柱。支承件比清水墙1更抗拔拉，因为它们更难破裂。虽然固定器10可用在安装在另一块清水墙或其他易碎材料上的清水墙1上，但是本发明将用与例如木支承支柱的支承件2一起使用来说明。

安装紧固件4优选为具有螺纹的紧固件，如安装螺钉，安装紧固件4具有细长的螺杆34，螺杆的一端有头部35，另一端有尖端36。安装紧固件4的螺杆34包括与固定器10的内孔8啮合的螺纹5。安装紧固件4的螺纹5可具有标准的螺纹形式，如统一标准粗牙螺纹系列[Unified Coarse(UNC)]或统一标准细牙螺纹系列[Unified Fine(UNF)]，螺纹5也可以是专用螺纹形式。安装紧固件4可以是标准的#6、#7或#8UNC螺钉，其中头部35有Phillips型凹槽，并且细长体总长度FL在约1/2英寸和约2英寸之间或更长，优选为1.25英寸。安装紧固件7的螺纹密度在每英寸约8和18个螺纹之间，优选为每英寸约15个螺纹。

安装紧固件4可有不同的长度以适应物件3的不同厚度AT。优选地，固定器10设计成如果物件3比较薄，长的安装紧固件4可与固定器10一起使用，如果物件较厚则需要更长的安装紧固件4以实现与固定器10的啮合。优选短的固定器10，因为它限制了嵌在支承件2中的深度，从而减小了相关的安装扭矩，并且因为它的制造成本较低，操作较容易，在安装过程中更容易保持稳定，并且短的固定器10驱动时间较短，所以用户可费最小的力气在较短的时间内安装多个固定器10。此外，在空心门的应用中，优选短的固定器10以便避免穿透在所述门的另一边的板。

固定器

转到图2、3和7，固定器10包括大体中空的细长体12，细长体12具有轴线6，包围轴孔8的薄壁38，轴孔8适合接纳安装紧固件4，其中轴孔8有细长的大致圆筒状的部分和适合接纳有螺纹的细长紧固件4的一套齿条44。凸缘40位于细长体12的扩口端14上，其中凸缘40内包括扭矩传递表面，如在Phillips型凹槽42中的表面15，该表面可以是Phillips型方头尺寸(Phillips Square Drive)，以使凸出部最小化。固定器还包括紧邻扩口端14的沿轴向延伸的近端部分18，在近端部分18和远端部分22之间沿轴向延伸的中间部分20，轴向延伸的远端部分22和大致在扩口端14相反端的钻孔尖端16，其中中间部分20朝远端部分22逐渐变细，并且远端部分22朝钻孔尖端16逐渐变细。固定器10优选为可用手动螺丝刀人工驱动的，螺丝刀可以是十字螺丝刀或类似物，也可用动力螺丝刀驱动。

在图1-3的实施例中，固定器本体12包括设置在近端部分18、中间部分20和远端部分22上的第一外螺纹19、21、23’和设置在远端部分22上的第二外螺纹23”，其中第二外螺纹23”在远端部分22上的第一外螺纹23’之间。第一外螺纹19、21、23’和第二外螺纹23”都有螺纹牙顶和紧邻钻孔尖端16的螺纹导程(lead)56。近端部分18上的第一外螺纹19具有用于夹住清水墙1或半刚性材料7的螺纹顶径DC和高螺纹高度DH。在中间部分20上的第一外螺纹21具有比螺纹顶径DC小很多的螺纹顶径MC和比高螺纹高度DH小很多的的螺纹高度MH。在远端部分22上的第一外螺纹23’具有比螺纹顶径DC小很多的螺纹顶径TC和比高螺纹高度DH小很多的螺纹高度TH。在第一螺纹19、21、23’上的高螺纹高度DH和螺纹高度MH之间有过渡区62。第二外螺纹23”具有比螺纹顶径DC小很多的螺纹顶径TC和比高螺纹高度DH小很多的螺纹高度TH。

优选的固定器10有一个当安装固定器10时允许安装紧固件尖端36延伸到固定器10的钻孔尖端16的原始位置之外的机构。固定器10可有薄壁38以允许安装紧固件4刺穿固定器10，以便安装紧固件尖端36伸过固定器10的钻孔尖端16。薄壁38允许固定器10的螺纹根直径较小，因而允许较低的所需安装扭矩。另外，薄壁38允许固定器10接纳外直径相对大的安装紧固件4，同时固定器10仍有相对小的螺纹根。例如，如果壁38的厚度为约0.02英寸，并且一套齿条(splines)44足够大，那么，如下所述，固定器10就能接纳外直径约0.14英寸的#6有螺纹的安装紧固件，或外直径约为0.16英寸的#8有螺纹的安装紧固件而无需安装紧固件的螺纹5攻入壁38中。同时，薄壁38允许固定器10由较少的材料制成，使得固定器10的制造成本较低。在一个实施例中，固定器壁38的厚度在约0.01英寸和0.05英寸之间，优选在约0.015英寸和约0.03英寸之间，更优选为约0.025英寸。

在图3和图4所示的实施例中，齿条44包含在固定器10的孔8中，用于与安装紧固件4啮合。安装紧固件螺纹5将配合螺纹45攻入齿条44中，以便安装紧固件4与齿条44螺纹啮合，并因此与固定器啮合。齿条44也为固定器10增加了结构支承，以便当固定器10的细长体12穿过清水墙1和支承件2时能经受得住更大的扭力。齿条44可沿孔8的长度延伸并且优选为大体上沿着孔8的整个长度延伸。

带有齿条44的孔8的有效内直径应该小于安装紧固件4的外直径或螺纹顶径，但不应与紧固件4的螺纹根直径一样小，以便齿条44能被安装紧固件4攻上螺纹以形成配合螺纹45。优选地，选择齿条44距壁38内表面的高度，以便于孔8的有效内直径小到使得外直径约0.136英寸的#6有螺纹安装紧固件4的螺纹能攻入齿条44，并且使得壁38的内径大到使得外直径约0.164英寸的#8有螺纹的紧固件4的螺纹只能攻入齿条44但不能攻入壁38。在一个优选实施例中，孔8在壁38处的内直径在约0.17英寸和约0.21英寸之间，优选在约0.18英寸和约0.2英寸之间，约0.19英寸更好。并且齿条44的高度在约0.015英寸和约0.045英寸之间，优选在约0.025英寸和约0.035英寸之间，约0.03英寸更好，使得孔8在齿条44处的有效内直径在约0.11英寸和约0.16英寸之间，优选在约0.12英寸和约0.145英寸之间，约0.13英寸更好。

固定器10由强度很大的材料制造，这种材料在常规条件下足以经受得住将固定10驱入清水墙1和支承件2中的扭力，但又有足够的韧性，能被有螺纹的安装紧固件4攻入。固定器10的材料优选为可被安装紧固件4穿透或者弄破的，以便于安装紧固件4的尖端36能够伸过固定器10的钻孔尖端16。同时，制造固定器10的材料应该是能容易和便宜地形成特定几何形状固定器10的材料。固定器10可由能模压成固定器10的形状的金属或金属合金制造，如锡基合金，铝基合金，镁基合金，铜，青铜或黄铜合金以及锌基合金。在一个实施例中，固定器10由一种锌合金，如Zamac 1制造。

固定器10也可由塑料或其他聚合材料制造，例如工程塑料，如Delron，尼龙和带填料的尼龙，如玻璃填充尼龙。但是，固定器10应该制造成有足够的强度能经受得住将固定器10驱入清水墙1和支承件2中的扭力。

远端部分

返回到图1-4，当使用者手动地驱动固定器10时，远端部分22使固定器10能钻穿清水墙1和支承件2，所以不需要另外的预钻孔步骤。远端部分22包括钻孔尖端16，并且，如图2中所示的一个优选实施例中，钻孔尖端16大致为圆锥形并且与本体12共轴，使得钻孔16到达主体轴线6的点46。优选地，钻孔尖端16包含一个尖锐的点46以被引导且快速地与清水墙1的表面48和支承件2的前表面啮合。

远端部分22包括具有钻孔螺纹23的螺纹外部，钻孔螺纹23被设置在远端部分22上，用于啮合清水墙1和支承件2。钻孔螺纹23包括螺纹根30和螺纹牙顶31，螺纹牙顶31的螺纹顶径TC比清水墙夹持螺纹顶径DC小很多，螺纹高度TH比清水墙夹持螺纹高度DH小很多。钻孔螺纹高度TH也足够小，使得一般使用者用手可达到将固定器驱入支承件2中的安装扭矩，从而可将固定器10驱入支承件2中。在图3中看得最清楚，螺纹23还可包括螺纹23的基部和根部30之间的曲率半径，以防应力集中在螺纹23的基部上。

继续参考图1-3，钻孔螺纹根30从中间部分20朝钻孔尖端16逐渐变细，使得钻孔螺纹根30靠近钻孔尖端16处的横截面积相对于中间部分20处的横截面是减小的。钻孔螺纹23的螺纹高度TH沿远端部分22的长度基本保持不变。但是，因为螺纹根30相对比较小，特别是在钻孔尖端16处，所以螺纹高度TH可以比较大，例如大于支承件夹持螺纹21的螺纹高度MH，因为在螺纹顶径TC不过大的情况下，小的螺纹根30允许较大的螺纹高度。

远端部分螺纹23和中间部分螺纹21与清水墙1啮合并且驱动固定器10穿过清水墙1。如果固定器10被驱入一位置，其中，支承件2位于清水墙后，钻孔尖端16撞击支承件2，并且如果支承件2比清水墙1硬，例如木支承柱，那么固定器10在清水墙1内自转而不能沿轴向进入支承件2，在此称作受阻(stalling)。当固定器受阻时，远端部分螺纹23和中间部分螺纹21在清水墙1中钻一个预定尺寸的孔，同时钻孔尖端16钻入支承件2中。最后钻孔尖端16钻入支承件2中通常约1/8英寸至约1/4英寸之间的深度，这允许远端部分螺纹23啮合支承件2并开始将固定器10拉过支承件2和清水墙1，使得清水墙夹持螺纹19能够啮合清水墙1。

已经发现，通过中间部分螺纹21钻入清水墙1的孔的尺寸对清水墙和清水墙夹持螺纹19之间产生的夹持力是重要的，特别是如果固定器10只驱入清水墙中时更是这样。已经发现，对于螺纹项径为1/2英寸的清水墙螺纹，钻在清水墙1中的孔的直径约为1/4英寸是理想的。因此，远端部分22被设计成在清水墙1中钻出一个孔，该孔大到这样的程度，即，使得实际上所得到的固定器10在清水墙1中的拔拉强度最大。

转向图1，远端部分22可包括至少一个翼54，翼54沿径向从远端部分22向外伸出，以铰大清水墙1中的孔从而形有预定直径的孔，所述预定直径被选择以使得在清水墙1中的拔拉强度最大，特别是当固定器只驱入清水墙1安装位置后面没有支承件2时。优选地，翼54从轴线6伸出的距离近似地等于近端部分18在凸缘40附近的螺纹根半径。其中该螺纹根半径是螺纹根直径DR的一半。翼54被设计成，当它们撞击支承件2时碎掉，使得翼54不铰大支承件2的孔，只铰大清水墙1的孔。

在图1所示的实施例中，远端部分22包括一对翼54，这对翼54沿径向从远端部分22向外伸出。翼54绕远端部分22的周边大体上是等间隔的，所以一对翼54中的每个分开约180度。翼54沿径向向外伸出，使得翼54的横向宽度WW近似地等于近端部分18在凸缘40附近的螺纹根直径DR。通过翼54扩大的孔优选近似地等于螺纹根直径DR，使得翼54在清水墙1中只扩大所需那么大的孔，从而留下最大量的清水墙1以便与清水墙夹持螺纹19啮合。翼54可与细长体12、钻孔螺纹23或23’或两者为一个整体。翼54可为相似形状。但是，同另一个翼比较起来，翼54与钻孔螺纹23或23’的交叉处可改变一个翼54的形状。在一个实施例中，一个翼54通常可与第二钻孔螺纹23’的尾端(trailing end)具有共同的终点，这可用来有效地增加翼54的轴向长度。此外，钻孔螺纹23在其他的翼54上方可具有刻痕24(notch)。刻痕24可位于在钻孔螺纹23之上的区域，但是刻痕24可还具有大约1/2圈(turn)的圆周范围，优选为约1/4圈。

如上所述，如果钻孔尖端16撞击支承件2，当钻孔尖端16钻入支承件2中时有一个短暂的受阻(stall)，使得固定器10上的螺纹开始剥离一部分清水墙1。为此，重要的是，钻孔螺纹23啮合支承件2并且远端部分22迅速钻入支承件2，以便固定器10在被向前驱动之前不过量地剥离清水墙1，从而避免在清水墙1的表面48上产生斑痕。钻孔螺纹23延伸至尽可能靠近钻孔尖端16的轴向部分，以便钻孔螺纹23能更快地与支承件2啮合。在一个优选实施例中，钻孔螺纹23基本上延伸到所述钻孔尖端16，使得图1、2和5中所示的钻孔螺纹23的螺纹导程56与钻孔尖端点46的轴向间隔在约0英寸(其中钻孔螺纹23基本上一直延伸到钻孔尖端16)和0.06英寸之间。理想情况是，优选的钻孔螺丝23一直延伸到钻孔尖端16，即在尖端点46和螺纹导程56之间没有间隙，但是，已经发现，对于钻孔尖端成为一个点，即螺纹根直径实际为0英寸时，钻孔螺纹实际上变为轴向，这使钻孔螺纹与支承件2的啮合很困难。因此，钻孔螺纹23的螺纹导程56可与钻孔尖端16稍微隔开一点，例如隔开约0.02英寸。

固定器10应有足够的结构强度以便经得住强的扭力而不会破裂，特别是钻孔尖端16不会破裂，固定器破裂的可能性被上述的薄壁38增大，当固定器10驱入支承件2中时薄壁38对于固定器10所经受的强扭力提供不了支承作用。因此，固定器10，特别是钻孔尖端16包括一些加强件。钻孔螺纹23对钻孔尖端16具有结构加强的作用。因为与固定器10驱入支承件2或半刚性材料7关联的大扭力，这种结构加强作用是重要的，特别是由于固定器壁38是薄的，它本身不提供大的结构支承力。

继续参考图1和2，远端部分22的外螺纹23包括两个以双螺旋排列的大致螺旋形螺纹23、23’。螺纹23、23’的双螺旋结构在远端部分22的周围提供增加的支承，以帮助防止远端部分22因固定器10驱入支承件22中的扭力所引起的破裂。双螺旋螺纹23、23’也保障了平衡地驱入支承件2中和钻孔尖端16与支承件2的更牢固的啮合。另外双螺旋螺纹23、23’延伸到靠近钻孔尖端16的轴向位置，以便固定器10能迅速地啮合并钻入支承件2。

优选地，双螺旋的每个螺纹23、23’基本上有相同的螺矩P，使得螺纹23、23’不会相互重合(overtake)。优选地，第二螺纹23’与第一螺丝23的轴向间距约为螺纹23、23’螺矩P的一半，即，对于约0.2英寸的螺矩P为约0.1英寸，这样在沿远端部分22的每个轴向位置两侧都有螺纹23、23’提供结构支承。优选地，双螺旋螺纹23、23’具有基本上相同的螺纹高度TH。

双螺旋的第一螺纹23可在中间部分20上延续为螺纹21而第二螺纹23’只存在于远端部分22上。螺纹23、23’还都可以以双螺旋的形式在中间部分20上延续(未示出)以对中间部分20和远端部分22提供结构支承。如果第二螺纹23’延伸到中间部分20上，它可改善与支承件2的夹紧程度。

中间部分

如上所述，值得期望的是允许安装紧固件尖端36伸过固定器10的钻孔尖端16以便使用者能使用不同长度的安装紧固件4。但是，除非当安装紧固件4开始驱入支承件2时固定器10能充分地夹持支承件2，否则安装紧固件4的旋转会使安装紧固件的螺纹5将固定器10退出清水墙1，这称为“顶起”(“Jacking”)，它可造成固定器10完全失效并且能使清水墙夹持螺纹19给清水墙1上留下伤痕。当安装紧固件4被驱入支承件2时，通过支承件夹持螺纹21和钻孔螺纹23，固定器10和支承件2之间的可靠啮合可以防止顶起。如果安装紧固件4不剌穿或弄破固定器10，中间部分20的支承件夹持强度不那么重要。但是，因为与支承件2的啮合是固定器10夹持力的主要来源，所以仍然希望固定器10充分地啮合支承件2。

转向图1和2，支承件夹持螺纹21设置在中间部分20上，并且包括螺纹根28和螺纹顶径MC比清水墙夹持螺纹顶径DC小很多的螺纹牙顶29。在图1所示的实施例中，中间部分20的螺纹根28一般是截头圆锥形的，以便螺纹根28朝远端部分22稍微变细，以使安装固定器10时所需扭矩被最小化，特别是在木支承件中更是这样的，因为它允许中间部分20的螺纹根直径MR和螺纹顶径MC较小。在一个实施例中，支承件夹持螺纹根28以约1/2度和约4度之间的角度逐渐变细，优选2.25度的角度。

优选情况是，选择中间部分20的最大的螺纹顶径MC以使清水墙夹持螺纹19和清水墙1之间的夹持最强，特别是当固定器10只安装在清水墙上时更是这样。例如，对于具有约1/2英寸的清水墙夹持螺纹顶径DC的固定器10，理想的最大的支承件夹持螺纹顶径MC约为1/4英寸或更小。

与清水墙夹持螺纹19相反，如下所述，支承件夹持螺纹21的螺纹高度MH比清水墙夹持螺纹19的螺纹高度DH小很多。中间部分20的螺纹顶径MC也比近端部分18的螺纹顶径DC小很多，以便安装在支承件2(如木柱)中所需要的安装扭矩不会过大。如上所述，优选选择支承件夹持螺纹21的螺纹顶径MC和螺纹高度MH，使得它们足够的小，从而当钻入支承件2中时，并且固定器10受阻时不会给清水墙留下伤痕或撕破清水墙1，以便在受阻过程中支承件夹持螺纹21不啮合清水墙1，受阻会将清水墙1顶离支承件2。此外，更小的支承件夹持螺纹21的顶径MC和螺纹高度MH允许固定器10穿透并更迅速地开始驱入到半刚性材料7中以及具有更小的安装扭矩。虽然固定器10设置用于牢固地啮合各种不同的安装表面，通过安装到清水墙1后面的支承件2上，中间部分20的结构会受到更大的影响，因为中间部分20不太可能在应用中最终啮合半刚性材料7，例如在安装到空芯型门(hollow core doors)的应用中。

虽然中间部分20和远端部分22的较大螺纹高度MH、TH会在支承件2中造成较大的拔拉强度，但它也大大增大了将固定器10驱入木材或其它支承件材料所需要的扭矩，因而使使用者安装固定器10很困难，特别是使用手动螺丝刀时更是这样。因此，应该选择螺纹高度MH、TH使得将中间部分驱入支承件2中时具有可接受的扭矩。

在图1中所表示的实施例中，中间部分20的螺纹21大致是螺旋螺纹21，螺旋螺纹21是钻孔螺纹23的延续，并且延伸到清水墙夹持螺纹19处(如下所述)。中间部分20的外螺纹21也可以是类似于远端部分22中所示的双螺旋的双螺旋，以在中间部分20上提供增加的结构支承。中间螺纹21也可有在螺纹21的基部和根部28之间的曲率半径以防应力沿螺纹21的基部集中。

中间部分20和远端部分22的总长度ML优选大于清水墙1的厚度T，以便在固定器10开始钻入支承件2之前受阻时近端部分18(下面说明)的有较大螺纹牙顶的螺纹19不与清水墙1啮合，该种啮合易于刮破清水墙1并在清水墙1的前表面留下大的创痕。长度ML也应该是足够长的，以使得在清水墙夹持螺纹19开始啮合清水墙1之前，远端部分22完成对清水墙1的钻孔，特别是当固定器10只驱入清水墙1时更是这样。这是优选情况，因为钻入材料趋向于沿19轴线前进通过材料，它比用螺纹驱入通过材料慢得多。例如，用清水墙夹持螺纹19沿轴线将固定器10驱动通过清水墙1比固定器10钻入清水墙1快得多。如果不在清水墙夹持螺纹19开始啮合清水墙1之前完成钻孔步骤，那么清水墙夹持螺纹19容易刮破清水墙1而不是驱动固定器10通过清水墙。另外，平衡中间部分20和远端部分22的长度ML和将固定器驱入特别是驱入支承件2中所需的扭矩是重要的。

继续参考图1和2所示的实施例，中间部分20包括一些用于结构支承的肋58，优选地，肋58是沿轴线延伸并且从中间部分20的螺纹根28沿径向稍微向外凸出一点。肋58也可被安置在近端部分18和远端部分22上以便当钻入和拧入支承件2时提供更强的结构支承。肋58可更宽更靠近钻孔尖端16并且随着肋58朝扩口端14轴向延伸而变窄。这种增加的宽度可提供比其他肋提供的更大的强度和稳定性，因为更加靠近钻孔尖端的的附加材料可加强在安装过程中固定器10的那些部分经受增加的负载，例如，包括当固定器10驱入支承件2时在远端部分22和中间部分上产生的扭力。固定器10可具有多个肋58。优选地，肋58通常围绕细长体12均匀地圆周地间隔。在一个实施例中，固定器可具有4个肋递增地间隔相距大约90度。在一个实施例中，如图2所示，肋58在其驱动端处从螺纹根28处径向向外伸出比在其终端处伸出的多。在一个实施例中，肋58具有在约3/16英寸和约5/16英寸之间的长度RL，优选为约1/4英寸，并且具有在约1/32英寸至约3/32英寸之间的宽度RW，优选为约1/16英寸，以及肋58从螺纹根28处伸出约0.015英寸。

在一个优选实施例中，固定器10包括双螺旋的钻孔螺纹23、23’和轴向肋58，后者围绕远端部分22和中间部分20协作形成笼式或网式支承从而帮助防止固定器10由于将固定器10驱入支承件2的大扭力而破碎。图3中所示的孔8中的齿条44也增加了固定器10的笼式或网式支承结构的强度。

近端部分

转向图1-4，近端部分18包括有螺纹的外部，当安装固定器10时，有螺纹的外部用于与清水墙1啮合，以便清水墙1能支承物件3的负载，特别是如果固定器1只驱入清水墙时更是这样。清水墙夹持螺纹19在清水墙1中攻出配合螺纹60，以实现清水墙夹持螺纹19和清水墙1之间的啮合。当固定器10安装在半刚性易碎材料7中例如空芯门的嵌板或一般的近端部分螺纹上时，清水墙夹持螺纹19也可以被认为是嵌板夹持螺纹19。

有螺纹的外部包括设置于近端部分18上的螺纹19，螺纹19具有带有螺纹顶径DC的螺纹牙顶27和螺纹根直径为DR的螺纹根26。近端部分螺纹19是高螺纹，其中螺纹牙顶27和螺纹根26之间的距离，或螺纹高度DH相对于支承件夹持螺纹21和钻孔螺纹23是大的。高的近端部分螺纹19帮助最大化接触清水墙1或半刚性材料7的近端部分螺纹19的表面积，因而增加拔位强度。近端部分螺纹19的螺纹高度DH比支承件夹持螺纹21和钻孔螺纹23的螺纹高度MH、TH大很多，这可提供在清水墙1或半刚性材料7中的更大拔拉强度。近端部分螺纹牙顶27的直径DC沿着着整个近端部分18的长度基本保持不变。在一个实施例中，螺纹牙顶27的直径DC约为螺纹根26直径DR的两倍。

转到图7，优选约清水墙夹持螺纹19的3/4圈啮合到清水墙1的后面，以便清水墙夹持螺纹啮合清水墙1后表面50上的纸51。因为已经发现，与纸51啮合构成固定器10和清水墙1之间夹持的重要部分(substantial portion)所以当只将固定器10驱入清水墙时，啮合清水墙后表面50上的纸51是特别重要的。因为为了将固定器10驱入支承件2，高的清水墙夹持螺纹19需要很大的扭矩，所以不打算将清水墙夹持螺纹19驱入支承件2。

转向图6，优选近端部分螺纹19的在至少大约1/4和1/2圈之间啮合半刚性材料7。近端部分螺纹19在扩口端处间隔开以便允许用于近端部分螺纹19不但与半刚性材料7而且与在扩口端和近端部分螺纹19之间的压缩的半刚性材料7都啮合在一起。

转到图1，近端部分18的螺纹根26可以是朝中间部分20逐渐变细的，这样螺纹根26大致是截头园锥形的，因而近端部分18顶部的螺纹根26的直径大于近端部分18底部螺纹根26的直径。在图2中所表示的实施例中，近端部分18的逐渐变细的螺纹根26和中间部分20的逐渐变细的螺纹根28大致是连续的并且以近似相等的角度变细，这样螺纹根26，28大致沿着相同的截头圆锥(frustocone)，因而给出固定器10以弹道或子弹的形状。

在图1所示的实施例中，近端部分18的外螺纹19是一个螺纹19，它是支承件夹持螺纹21的延续，只是清水墙夹持螺纹19的螺纹顶径DC和螺纹高度DH比中间部分20的螺纹顶径MD和螺纹高度MH大很多，参考图2和3。在一个实施例中，近端部分18的螺纹顶径DC约为中间部分20的螺纹顶径MC的两倍。螺纹顶径DC可在约1/4英寸和约5/8英寸之间，优选为在约1/4英寸和约1/2英寸之间，更优选地约为3/8英寸。螺纹高度MH可在约1/16英寸和约1/4英寸之间，优选为在约1/16英寸和约3/16英寸之间，更优选地约为1/8英寸。近端部分螺纹根26可在约1/8英寸和约3/8英寸之间，更优选地约为1/4英寸。

优选地，在中间部分20和近端部分18之间有一过渡区62，其中螺纹顶径和螺纹高度从支承件夹持螺纹21加大到清水墙夹持螺纹19。在一个实施例中，过渡区62延伸约3/4圈螺纹。清水墙夹持螺纹19通常是螺旋形的。

返回图1和7，清水墙夹持螺纹19的上端与凸缘40隔开以在凸缘40和清水墙夹持螺纹19之间形成一个颈部64。颈部64允许凸缘40的上表面41位于清水墙表面48上或在它的下面，正如图4中所示，因为在到达凸缘40之前清水墙夹持螺纹19在颈部64处的不连续(discontinuation)使得在清水墙1中形成的螺纹60产生了一个间隙(space)。这一间隙允许凸缘40压缩邻近的材料。而且，颈部64确保了清水墙夹持螺纹19与清水墙表面48上的纸49隔开，这样清水墙夹持螺纹19就不会啮合纸49因而就不会使纸49扭曲，从而不会产生清水墙表面48的不希望有的外观。颈部64的长度NL在约0.03英寸和约0.1英寸之间，优选约0.07英寸。

包括凸缘40的近端部分18的长度DL优选略大于清水墙1的厚度T，这样，清水墙夹持螺纹19在清水墙后表面50后有一部分，以啮合后表面纸51。如果固定器10被驱入支承件2所在的位置，重要的是仔细选择近端部分18的长度DL从而平衡与清水墙1后表面50上的纸51啮合的清水墙夹持螺纹19的长度与将该长度的清水墙夹持螺纹19驱入支承件2中所需要的扭矩。另外希望固定器10可用于不同厚度的清水墙1，所以重要的是要记住，近端部分18的一定长度DL可允许螺纹19啮合一种厚度清水墙中的后表面纸51，但可能太短而啮合不住较厚清水墙中的后表面纸51，或者相反，近端部分可能太长，使得对于较薄的清水墙必须驱入支承件的清水墙夹持螺纹19太长，因而造成较大的所需安装扭矩。

选择清水墙夹持螺纹19的螺矩P，使得清水墙夹持螺纹19在清水墙1中至少有一整圈，并且优选在约1.75和约2.25圈之间，约2圈清水墙夹持螺纹19嵌在清水墙1中更好。在一个实施例中，对于厚度为1/2英寸或5/8英寸的清水墙1，清水墙夹持螺纹19的螺矩在约1/8英寸和约0.3英寸之间，优选约0.2英寸。优选地，清水墙夹持螺纹19的螺矩近似等于支承件夹持螺纹21和钻孔螺纹23的螺矩。在一个实施例(未示出)中，清水墙螺纹19在靠近过渡区62处的螺矩大于靠近扩口端14处其余螺纹19的螺矩。当有较大螺矩的螺纹啮合清水墙1时，它较快地将固定器10拉入清水墙1，因而帮助克服可能发生的任何顶起。

第三螺纹

如图1和2所示，固定器10可具有邻近扩口端14的额外的第三螺纹90。额外的螺纹90可具有从近端部分螺纹19的终端17处圆周地间隔的终端91。额外的螺纹90可还具有大体上与近端部分的终端17圆周形对齐的前端92。优选地，额外的螺纹90的终端91每一个可从近端部分螺纹19的终端17偏置(offset)约120度和约240度之间，优选在约150度和约210度之间，更优选地约180度。

当固定器完全安装时，从近端部分螺纹19偏置(offset)额外的螺纹90意味着多个螺纹啮合在基体1或7中。此外，螺纹的偏置可使近端部分螺纹19和额外的螺纹90大体上完全相对，因此当安装时，存在至少一个直径，在该直径处固定器10在其两侧都啮合基体1或7，结果在负载过程中力会更加均匀分散，并且固定器10的啮合更强，更稳定。没有额外的螺纹90，当固定器10安装在薄的基体例如空芯门的面板7中时，近端部分螺纹19将不会啮合面板7，或者仅在固定器10的一侧啮合面板7，结果啮合会很弱、不稳定，并且随之的是更低的固定力。相反，所述额外螺纹90的额外部分使得固定器在清水墙中具有约100lbs的剪切固定力和在空芯门中约200lbs的剪切固定力。

额外的螺纹90可具有在约1/4圈和约1/2圈之间的圆周范围(circumferential extent)，优选为在约1/4圈和约1圈之间，更优选为在约1/4圈和约3/4圈之间。在一个实施例中，额外的螺纹90可具有约1/2圈的圆周范围，使得终端91和前端92大体完全相对。

终端91可逐渐变细，例如通过倒圆终端91到具有一般的半圆形或通过其他形式逐渐变细。逐渐变细的终端91可允许额外的螺纹90的螺纹根93延续更加靠近凸缘40，允许用于啮合更大的材料，它是易碎材料，例如清水墙1或诸如在空芯门上的木护墙板7之类半刚性材料，增加了固定力。同时，细的尖端限制额外的螺纹90的螺纹顶径94的轴的长度，使得在终端91上的螺纹顶径94比如果终端91不逐渐变细其将更远离凸缘40。结果，额外的螺纹90不太可能撕破在清水墙1的前表面48上的纸49，这不仅会在所述表面48上形成难看的外观而且会减弱了固定器10的固定力。

额外的螺纹90的前端92也可从螺纹根93到螺纹牙顶94逐渐变细。与半圆形逐渐变细的终端91相反，额外的螺纹90可在前端92上的点处开始并且随着其围绕主体12的运动(travel)可逐渐增加厚度。逐渐变细的前端92可允许额外的螺纹以较小的阻力更加迅速和容易地切入半刚性材料7或者清水墙1，因此对半刚性材料7的表面或清水墙1的表面48上的纸49造成较小的破坏。

前端92可在近端部分螺纹19的圈之间的中途处开始并且可有大体上与近端部分螺纹19相同的螺距。在一个实施例中，其中额外的螺纹90具有约1/2圈的圆周范围，终端17和91大体上完全相对并且大体上从凸缘40均匀轴向地间隔开。终端17和91可大约轴向地置于扩口端14的始端(Start)上面。但是，终端17和91可延续到扩口端上，减少颈部64的长度。终端17和91可从凸缘40间隔开在约1/32英寸和约1/8英寸之间，优选约1/16英寸。当应用于清水墙时，终端17和91可从凸缘40间隔开以最小化撕裂或破坏清水墙表面48上的纸49。但是，显著地，当应用于半刚性材料时，终端17和91应间隔开充分的靠近凸缘40以确保近端部分螺纹19的至少一部分和额外的螺纹90啮合半刚性材料7。

额外的螺纹90大致为螺旋状。但是，如图2所示，额外的螺纹90，以及外螺纹19、21、23’和第二螺纹23”可具有一个或多个螺纹面95、96(flat)，螺纹90在螺纹面处偏离大致的螺旋状以大体上垂直于轴线6延伸。由于其相对有限的长度，额外的螺纹90可仅有一个螺纹面95。但是，优选地，螺纹19、21、23和23’具有多个螺纹面96。更优选地，螺纹面96可大致完全相对。更优选地，螺纹19、21、23’和23”约每旋转180度可具有螺纹面96。螺纹面95、96可具有在约30度和90度之间的圆周范围(circumferential extent)，优选为在约45度和75度之间。螺纹面95和96增加了螺纹19、21、23’、23”和90的表面区域，这增加了螺纹19和90啮合清水墙1或半刚性材料7或在表面50后面上的纸51之间的压缩区域的量，因此增加固定器10的固定力。

扩口端

转向图1-4，凸缘40位于固定器10的扩口端14上，并且包括比清水墙夹持螺纹根26加大的直径FD以允许凸缘40夹持清水墙前表面48上或嵌在半刚性材料7内的纸49。在一个实施例中，凸缘40的直径FD在约1/4英寸和约1/2英寸之间，优选约在5/16英寸和7/16英寸之间。凸缘40还包括扭矩传递表面15，以便使用者能用螺丝刀旋转固定器10。参见图8，凸缘40可包括用于接纳螺丝刀43尖端的凹槽42，其中凹槽42被构造成用于特定型的螺丝刀。在凹槽42当中有用于接纳Phillips型螺丝刀的尖端的Phillips型凹槽。

凹槽42的有效直径大于孔8的内直径以容纳螺丝刀43，使得固定器壁38在凹槽42处比在沿固定器10的其它轴线位置更薄。因为固定器10承受的全部扭矩都集中在凹槽42上，所以扩口端14可能在固定器10被完全拧入之前就已破碎，特别是如果固定器10拧入支承件2中更是这样，因为将固定器10拧入支承件2中需要大的扭矩。在图3所示的实施例中，固定器10包括在凹槽42处加厚的壁39以形成加强凹槽42的凸部66。凸部66的加厚壁39沿凹槽42的整个轴线长度延伸以在拧入固定器10的过程中充分支承凹槽42。

凸缘40可具有比近端部分螺纹19的螺纹顶径DC略小的直径FD。在安装过程中，当完全安装时，大于近端部分螺纹19的螺纹顶径DC的凸缘接触清水墙1的前表面48或半刚性材料7。在此时，使用者不会意识到固定器10已被完全安装并且会继续试图驱入固定器10。但是，更大的凸缘不会将自身插入安装材料中而是在表面自转，剥脱清水墙1或一些半刚性材料7，使得较少的材料与螺纹19和90啮合，因此减弱所述固定器的固定和其之后的固定力。相反，使凸缘40的尺寸小于近端部分螺纹19的螺纹顶径DC允许凸缘继续将自身插入清水墙1或半刚性材料7中。这给使用者提供了可视的提示，即固定器10已经完全或过度安装了，在这点上使用者能停止驱动固定器10，以保持其更高的固定力。

目前使用的大多数清水墙1的厚度为1/2英寸或5/8英寸，因此优选情况是，包括凸缘40的近端部分18的长度DL在约7/16英寸和约3/4英寸之间，优选约1/2英寸。

在一个实施例中，近端部分18的螺纹顶径DC在约1/3英寸至约1/2英寸之间，优选约3/8英寸和约1/2英寸之间，并且在一个实施例中约为7/16英寸，凸缘40附近的螺纹根直径DR在约1/8英寸至约5/16英寸之间，优选约1/4英寸，螺纹高度TH在约0.075英寸至约0.14英寸之间，优选约1/8英寸，近端部分18的螺纹根26在中间部分20的每一侧朝中间部分20逐渐变细的角度相对于轴线6在约1/2度至约3度之间，优选在近端部分18的每侧上约1度。

固定器10的中间部分20在近端部分18附近的螺纹顶径MC在约0.26英寸至约0.35英寸之间，优选约0.28英寸，近端部分18附近的螺纹根直径MR在约0.2英寸和约1/4英寸之间，优选约0.22英寸，螺丝高度MH在约0.01英寸和约0.075英寸之间，优选约0.035英寸，并且中间部分20的螺纹根28朝远端部分22逐渐变细的角度相对于轴线6在约1度和约4度之间，优选约2.25度。在图2所示的一个实施例中，近端部分螺纹根26逐渐变细的角度大体上等于中间部分螺纹根28逐渐变细的角度。

固定器10远端部分22的最大螺纹顶径TC可在约0.23英寸至约0.26英寸之间，优选约0.24英寸，最大螺纹根直径TR在约0.18英寸至约0.22英寸之间，优选0.2英寸，螺纹高度TH在约0.02英寸至约0.07英寸之间，优选约0.035英寸，并且钻孔螺纹根30朝钻孔尖端16逐渐变细的角度相对轴线6在约10度至20度之间，优选约15度。中间部分20和远端部分22的总长度ML可在约3/8英寸至约5/8英寸之间，优选约1/2英寸。

虽然本发明的上述书面说明使得普通技术人员能从目前被认为是最好的方式来制造和使用固定器，但是普通技术人员会明白，对于说明书中说明的具体示例性实施例和方法还存在一些改型，组合和相当的实施例。因此本发明不应该受到上述实施例和方法的限制，而在如权利要求书所述的本发明范围和精神内受到所有实施例和方法的限制。

Claims

1.一种用于易碎材料或半刚性材料的自钻孔固定器，

包括：

主体，该主体具有轴线、适合接纳紧固件的轴孔、近端、钻孔端、邻近所述近端的近端部分，该近端部分具有用于啮合所述易碎或半刚性材料的具有顶径的高螺纹，以及邻近所述钻孔端的钻孔部分；

紧邻所述近端的额外的螺纹，所述额外的螺纹在所述高螺纹的圈之间延续；

在所述近端的头部，该头部具有比所述顶径小的外径。

2.根据权利要求0所述的自钻孔固定器，其中所述额外的螺纹具有大体上与所述高螺纹的高度相似的螺纹高度。

3.根据权利要求1所述的自钻孔固定器，其中所述额外的螺纹具有前端、终端和约180度的圆周范围。

4.根据权利要求3所述的自钻孔固定器，其中所述高螺纹具有终端，并且所述高螺纹终端与所述额外的螺纹终端偏置约180度。

5.根据权利要求3所述的自钻孔固定器，其中所述高螺纹具有终端，并且所述高螺纹终端和所述额外的螺纹终端从所述头部的上表面上大体上相似地间隔开。

6.根据权利要求5所述的自钻孔固定器，其中所述高螺纹终端和所述额外的螺纹终端在所述上表面上间隔约1/16英寸。

7.根据权利要求1所述的自钻孔固定器，其中所述额外的螺纹具有大体上垂直于所述轴线方向延伸的螺纹面。

8.根据权利要求7所述的自钻孔固定器，其中所述高螺纹具有大体上垂直于所述轴线方向延伸的螺纹面。

9.根据权利要求7所述的自钻孔固定器，其中所述额外的螺纹的螺纹面和所述高螺纹的螺纹面大体上轴向地对齐。

10.根据权利要求7所述的自钻孔固定器，其中所述高螺纹具有多个大体上轴向地对齐的螺纹面。