ШУРУП ДЛЯ ЗАЦЕПЛЕНИЯ С ДРЕВЕСИНОЙ ИЛИ ПОДОБНЫМ КОМПОЗИТНЫМ МАТЕРИАЛОМ
SCREW FOR ENGAGEMENT WITH WOOD OR OTHER COMPOSITES

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к шурупу для зацепления с древесиной или подобным композитным материалом, например, с композитным материалом для настила палубы. Шуруп содержит потайную головку, имеющую верхнюю сторону для размещения приводного инструмента для вращения шурупа, и, по существу, усеченно-конический нижний участок
Предшествующий уровень техники
Шурупы, по существу, нужны для ввинчивания в рабочую деталь непосредственно или в направляющее отверстие в рабочей детали. Одним широко распространенным типом шурупов, сконфигурированных для прорезания собственного отверстия по мере его ввинчивания в деталь, является самонарезающий шуруп (саморез). Самонарезающие шурупы являются крепежными элементами, предназначенными для просверливания собственного отверстия по мере их ввинчивания в деталь. В частности, самонарезающие шурупы пригодны для более мягких деталей, изготовленных, например, из древесины или композитных материалов, например, материалов для настила палубы. Применение приводного инструмента, например, отвертки, и самонарезающего шурупа позволяет получить точно подогнанные отверстия.
Шурупы такого типа выпускаются в разных формах и размерах, а также выпускаются с разными типами головок. В области шурупов для древесины и шурупов для материалов настила палуб принято применять так называемую потайную головку, которая позволяет головке такого шурупа при зацеплении с рабочей деталью, находиться заподлицо с поверхностью рабочей детали или под ней. Кроме того, шурупы для древесины и шурупы для настила палуб обычно имеют участок стержня под головкой, на котором частично отсутствует резьба. Участок стержня без резьбы предназначен для скольжения сквозь верхнюю доску (ближайшую к головке шурупа) так, чтобы плотно прижать эту доску к доске, к которой она крепится.
Хотя шурупы таких тиров эффективны при создании прочного зацепления с рабочей деталью, одной распространенной проблемой является то, что участок головки может создать нежелательную деформацию рабочей детали или поверхности рабочей детали, приводящую к растрескиванию или образованию вмятины в материале рабочей детали. Для того, чтобы частично устранить такие проблемы некоторые участки головки шурупа снабжают ребрами, выступающими наружу из нижней части участка головки или углублениями, имеющими режущую кромку ля разрезания волокон, когда нижняя часть контактирует с деталью при вращении шурупа.
Например, в US 5,863,217 А1 раскрывается самозенкующийся шуруп, содержащий участок головки в форме перевернутого конуса, на нижней части которой выполнено множество по существу треугольных углублений. Каждое углубление из этого множества по существу треугольных углублений содержит плоскую заднюю стенку, образующую линейную режущую кромку на слиянии задней стенки с поверхностью нижней стороны.
Однако, создание шурупов, обеспечивающих прочное зацепление с рабочей деталью, в то же время, не допуская заметных повреждений отделки поверхности рабочей детали, остается непростой задачей.
Поэтому, было бы желательно дополнительно улучшить работу шурупа для древесины и для композитных материалов, таких как материалы настила палубы.
Несмотря на активность в этой области, примером которой является вышеприведенный источник, остается потребность в шурупе, который создает улучшенное зацепление с деталью, в то же время минимизируя уровень деформации материала (материалов), из которого состоит рабочая деталь, например, деревянная деталь или настил палубы. Кроме того, было бы желательно минимизировать производственные расходы при массовом изготовлении таких шурупов.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является улучшение режущего действия шурупа для зацепления с древесиной или подобным композитным материалом, например, композитным материалом настила палубы. Эта цель по меньшей мере частично достигается с помощью признаков, изложенных в п. 1 формулы изобретения.
Изобретение относится к шурупу для зацепления с древесиной или подобным композитным материалом, например, композитным материалом настила палубы, путем вращения шурупа в направлении вращения вокруг оси вращения шурупа. Шуруп проходит в осевом направлении и содержит:
- потайную головку, имеющую верхнюю сторону для взаимодействия с приводным инструментом для вращения шурупа, и по существу усеченно-коническую нижнюю часть;
- стержень, проходящий от потайной головки до острого конца и имеющий резьбовой участок,
- в котором усеченно-коническая нижняя часть содержит область режущего углубления, имеющую заднюю область, если смотреть в направлении вращения; и
- в котором задняя область содержит режущую кромку, имеющую первую осевую концевую точку и вторую осевую концевую точку, определяющие воображаемую линию. Кроме того, воображаемая линия определяет положительный угол α относительно плоскости АР. Плоскость АР проходит в радиальном направлении, по меньшей мере от оси вращения до первой осевой концевой точки, и в осевом направлении А.
Таким образом, предлагается шуруп с улученной функцией резания волокон, таких как волокна древесины или волокна материала палубы. В частности, предлагается шуруп с потайной головкой и с улучшенной функцией резания головки. Шуруп с потайной головкой выполнен с возможностью утапливаться в материал. Дополнительно к улучшенной функции резания волокон шуруп способен удалять волокна из материала эффективно и плавно, т.е. без риска растрескивания материала древесины, композитного материала и т.п., а также уменьшать количество волокон при зацеплении и сборке с рабочей деталью (например, с настилом палубы).
Благодаря созданию участка режущего углубления на усеченно-конической нижней части головки и примыкающей режущей кромки позволяет накапливать удаленные волокна в углублении, тем самым еще больше снижая риск растрескивания материала.
Наличие углубления с положительным углом режущей кромки, как определено выше, позволяет сконфигурировать головку для резания сквозь волокна и, затем, выталкивать волокна вниз, а не вверх, что обычно происходит при отрицательном угле режущей кромки углубления. Таким образом, улучшенная функция резания шурупа благодаря положительному углу режущей кромки вносит свой вклад в снижение количества волокон, когда головка шурупа встречается с деталью при зацеплении и сборке шурупа с рабочей деталью, что повышает шансы получения улучшенного конечного результата с сохранением отделки или поверхности материала древесины.
Положительный угол режущей кромки также способствует отклонению волокон материала вниз так, что волокна прижимаются к детали и, затем, консолидируются между деталью и нижней частью головки шурупа. Таким образом, возникает возможность предотвратить накопление и проникновение под головку шурупа воды, появляющейся снаружи, например, во время дождя.
Наличие головки, имеющей по существу усеченно-коническую нижнюю часть помогает спрятать шуруп в материале древесины. Например, шуруп может вставляться в материал на глубину 4-7 мм, как определено между верхней стороной шурупа и поверхностью настила палубы.
Область режущего углубления способна разместить волокна, возникшие при утапливании шурупа. Следует отметить, что область режущего углубления типично может быть далее определена внутренним объемом, определенным поверхностями области режущего углубления, и номинальной поверхностью усеченно-конической нижней части, проходящей по одной линии с периферийной поверхностью усеченно-конической нижней части.
Другие преимущества возникают при реализации одного или более из признаков, приведенных в зависимых пунктах формулы.
Типично, положительный угол α режущей кромки составляет 0°<α<90°. В частности, положительный угол α режущей кромки составляет 2°-45°. Более конкретно, положительный угол режущей кромки составляет 3°-25°. Еще более конкретно, положительный угол режущей кромки составляет 5°-15°.
В некоторых иллюстративных вариантах область режущего углубления расположена на периферийной поверхности усеченно-конической нижней части.
Типично режущая кромка образует пересечение между периферийной поверхностью усеченно-конической нижней части и задней областью этой области режущего углубления.
Область режущего углубления типично определена как закрытое углубление, расположенное на периферийной поверхности усеченно-конической нижней части. То есть, протяженность поверхности обрасти режущего углубления на периферийной поверхности усеченно-конической нижней части определена замкнутым контуром, включающим режущую кромку. Замкнутый контур может быть создан несколькими разными способами.
Например, осевая протяженность области режущего углубления определена противоположными осевыми концевыми точками. Другими словами, область режущего углубления определена первой осевой концевой точкой и второй осевой концевой точкой. Соответственно область режущего углубления отличается от канавки или канала, проходящего полностью от верхней поверхности головки до стержня шурупа.
В некоторых иллюстративных вариантах верхняя сторона головки не имеет области режущего углубления.
Типично, хотя не обязательно, верхняя сторона головки определяет периферийную круглую непрерывную внешнюю кромку.
В некоторых вариантах верхняя сторона головки содержит углубление для приема приводного инструмента для взаимодействия с приводным инструментом. Например, приводной инструмент является инструментом шестилучевого типа (torx). Однако, для введения шурупа в зацепление с материалом могут применяться инструменты и других типов.
В некоторых вариантах усеченно-коническая нижняя часть содержит множество областей режущего углубления. Кроме того, каждая из множества областей режущего углубления имеет соответствующую заднюю область, если смотреть в направлении вращения. Далее, каждая из задних областей содержит соответствующую режущую кромку, имеющую соответствующую первую осевую концевую точку и вторую концевую режущую кромку, определяющие соответствующую воображаемую линию. Эта воображаемая линия определяет соответствующий положительный угол режущей кромки относительно соответствующей плоскости, которая проходит в радиальном направлении от оси вращения до соответствующей первой концевой точки и второй концевой точки и в осевом направлении.
Типично, множество областей режущего углубления распределены в количестве 2≤В≤16 по окружности усеченно-конической нижней части. Однако количество распределенных областей режущего углубления может быть и больше 16, например, 2≤В≤20 или даже больше 20 областей режущего углубления.
В одном иллюстративном варианте множество областей режущего углубления равномерно распределено по окружности усеченно-конической нижней части.
В одном иллюстративном варианте длина режущей кромки является функцией шага резьбы на резьбовом участке. Дополнительно или альтернативно, длина режущей кромки является функцией хода резьбы на резьбовом участке. В одном примере эта функция такова, что общая длина всех режущих кромок, т.е., сумма длин всех режущих кромок выбрана такой, чтобы вся часть рабочей детали, обнаженная к периферийной поверхности головки, встречалась с режущей кромкой. Например, очень короткий шаг резьбы приведет к большему числу оборотов шурупа на фазе резания, и такой шуруп потребует меньшего количества или более коротких режущих кромок чем шуруп с большим шагом резьбы, который совершает меньшее число оборотов на фазе резания, прежде чем головка шурупа полностью внедрится в материал детали. Для шурупа с двухзаходной резьбой или конгруэнтными спиралями режущую кромку приходится адаптировать к ходу резьбы так же, как описано выше. Угол резьбы также адаптируется и к диаметру, и к шагу резьбы.
Типично, хотя и не обязательно, область режущего углубления далее определена передней областью. Например, передняя область имеет криволинейную форму и придает области режущего углубления форму, напоминающую по существу перевернутую литеру D. Наличие области режущего углубления в форме перевернутой литеры D дополнительно способствует эффективному движению волокон материала вниз так, чтобы волокна прижимались к рабочей детали и консолидировались между рабочей деталью и нижней частью головки шурупа. Перевернутая D-образная форму области режущего углубления далее дает наибольший возможный объем такой области режущего углубления, чтобы создать пространство для как можно большего количества волокон. Поэтому криволинейная форма передней области в комбинации с описанной выше задней областью дополнительно улучшают способность транспортировки волокон материала вниз в рабочую деталь. Конечная форма и максимальная глубина передней области определяются моделированием, при котором сила зажима между головкой и материалом определяет максимальный размер передней области. В зависимости от размера шурупа передняя область может иметь немного другую форму. Однако, независимо от размера шурупа передняя область остается криволинейной, создавая область режущего углубления с формой, напоминающей, по существу, перевернутую литеру D.
Шуруп по любому из иллюстративных вариантов, упомянутых выше, типично имеет конфигурацию самонарезающего шурупа.
По существу, самонарезающим шурупом называют шуруп, способный прорезать собственное отверстие по мере его ввинчивания в материал настила палубы, в древесину и/или в композитный материал. Способность к самонарезанию, по существу, может обеспечиваться острым концом, переходящим в буравчик (в котором бороздка не требуется). В некоторых вариантах конструкции шуруп может быть самосверлящим, как хорошо известно в этой области.
Следует отметить, что область режущего углубления типично определяет внутренний объем. Внутренний объем углубления типично, хотя и не обязательно, определен поверхностями областей режущего углубления и номинальной поверхностью усеченно- конической нижней части.
В некоторых иллюстративных вариантах режущая кромка является прямой режущей кромкой, проходящей между первой осевой концевой точкой и второй осевой концевой точкой. В других иллюстративных вариантах режущая кромка является криволинейной режущей кромкой, проходящей между первой осевой концевой точкой и второй осевой концевой точкой.
Термин "резьба" типично относится к гребню или канавке, которая навита вокруг стержня шурупа. Кроме того, резьба может определяться профилем резьбы, т.е. резьба и/или область резьбы определяется профилем резьбы. Термин "профиль резьбы" относится к форме поперечного сечения, углу и шагу резьбы (резьб). В разных иллюстративных вариантах шурупа могут применяться разные профили резьбы (резьб) шурупа. Форма профиля резьбы для данной резьбы и/или области резьбы типично выбирают в зависимости от типа монтажа и типа применения шурупа. В некоторых примерах резьба является спиральным гребнем, имеющей некоторых шаг. Шагом спирали является ширина одного полного витка спирали, измеряемая параллельно оси спирали. Дополнительно, шаг спирали может быть постоянным в осевом направлении компонента. Возможно наличие у шурупа множества резьб, например, двух, трех или четырех конгруэнтных спиралей с одной и той же осью, отличающихся друг от друга линейным смещением вдоль оси. Типично, две, три или четыре конгруэнтных спирали могут иметь один и тот же шаг.
Другие признаки и преимущества иллюстративных вариантов настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего подробного описания и приложенной формулы изобретения. Специалистам понятно, что разные признаки иллюстративных вариантов можно комбинировать для создания вариантов, отличающихся от описанных, но не выходящих за пределы объема настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Далее следует более подробное описание вариантов настоящего изобретения, приведенных в качестве примера, со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1a - вид сбоку шурупа по иллюстративному варианту настоящего изобретения, содержащего потайную головку, имеющую верхнюю часть для взаимодействия с приводным инструментом для вращения шурупа и, по существу, усеченно-конический нижний участок.
Фиг. 1b - другой вид сбоку шурупа по иллюстративному варианту настоящего изобретения, содержащего потайную головку, имеющую верхнюю часть для взаимодействия с приводным инструментом для вращения шурупа и, по существу, усеченно-конический нижний участок.
Фиг 1с-1е - иллюстрируют дополнительные детали потайной головки шарапа по варианту, показанному на фиг. 1a и 1b.
Фиг. 2 - схематическое сечение шурупа по фиг. 1a по линии В-В.
Фиг. 3 - схематическое сечение шурупа по фиг. 1a по линии А-А.
Фиг. 4 - вид сбоку другого иллюстративного варианта частей шурупа по настоящему изобретению.
Фиг. 5 - сечение шурупа по фиг. 4, соответствующее сечению по линии А-А, приведенному на фиг. 3.
Фиг. 6а - схематический вид сбоку шурупа по настоящему изобретению.
Фиг. 6b - схематическое сечение шурупа по фиг. 6а по линии С-С.
Подробное описание иллюстративных вариантов
Далее следует более полное описание различных аспектов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых показаны иллюстративные варианты изобретения. Эти иллюстративные варианты, однако, могут быть реализованы во многих разных формах и не должны толковаться как ограничивающие объем настоящего изобретения, поскольку они приведены для законченности и полноты описания. Одни и те же ссылочные позиции во всем описании означают одинаковые элементы.
Для целей описания термины "верх", "под", "верхний", "нижний", "дно", "вверх", "вниз", "продольный", "внутренний", "внешний", "радиальный", "осевой", "периферийнв=ый" и их производные относятся к иллюстративному варианту изобретения в ориентации, показанной на фиг. 1a и 1b.
Однако, следует понимать, что эти иллюстративные варианту могут принимать различные альтернативные ориентации, если прямо не указано иное. Также следует понимать, что примеры, проиллюстрированные на приложенных четежах и описанные в нижеследующем описании, являются просто иллюстративными вариантами. Поэтому, размеры и другие физические характеристики, относящиеся к описываемым иллюстративным вариантам, не должны толковаться как ограничивающие, если в приложенной формуле прямо не указано иное.
Описание относится, главным образом, к шурупам для зацепления с древесиной или подобным композитным материалом. Одним типом композитного материала является композитный материал настила палубы. Для простоты, иллюстративные варианты шурупа, описанные со ссылками на фиг. 1a-5, являются шурупом для древесины. Однако это не означает, что иллюстративные варианты изобретения ограничиваются ввинчиванием шурупа в материал древесины. Наоборот, такой шуруп может быть так называемым шурупом для настила палубы и т.п. Таким образом, хотя это и не показано, иллюстративные варианты шурупа можно ввинчивать в композитный материал, например, материал настила палубы. Далее, следует отметить, что общая конструкция вышеуказанного шурупа известна, и широкое разнообразие типов таких шурупов и их различные необязательные компоненты не описываются.
На чертежах и, в частности, фиг. 1a, показан шуруп 10 по настоящему изобретению. В этом иллюстративном варианте шуруп предназначен для древесины для зацепления с материалом древесины. Кроме того, в этом иллюстративном варианте шуруп имеет конфигурацию самонарезающего шурупа. На фиг. 1a приведен вид сбоку шурупа по иллюстративному варианту, когда шуруп частично проник в материал древесины, а на фиг. 1b показан шуруп в положении, когда шуруп дальше проник в материал древесины рабочей детали 25 для зацепления с ней. Типично рабочая деталь является материалом настила палубы. Материал настила палубы может быть либо материалом древесины, либо любым подходящим композитным материалом. Другие детали шурупа по фиг. 1a и 1b описаны со ссылками на фиг. 1с-1е и фиг. 2-5.
Шуруп 10 в этих примерах пригоден для зацепления с древесиной или подобным композитным материалом. Одним типом композитного материала является композитный материал настила палубы. На чертежах материал древесины обозначен позицией 25. Шуруп 10 зацепляется с материалом 25 древесины вращением шурупа в направлении W вокруг оси АС вращения шурупа. Как показано на чертежах, шуруп вытянут в осевом направлении А. Кроме того, шуруп проходит в радиальном направлении R. Шуруп также имеет длину окружности в направлении окружности шурупа.
Шуруп содержит потайную головку 12, имеющую верхнюю сторону 19 для приема приводного инструмента для вращения шурупа и, по существу, усечено-коническую нижнюю часть 18. Таким образом, верхняя сторона адаптирована для взаимодействия с приводным инструментом. В этом иллюстративном варианте верхняя сторона 19 головки 12 содержит углубление 43 для приема приводного инструмента, выполненное с возможностью взаимодействовать с приводным инструментом, например, шестилучевой отверткой. Один пример углубления 43 для приема приводного инструмента показан на фиг. 2, где показан вид в сечении по линии В-В на фиг. 1a. Однако, следует отметить, что шуруп можно вращать приводным инструментом другими возможными способами, для внедрения шурупа в рабочую деталь 25. Кроме того, шестилучевая отвертка является лишь одним из множества возможных примеров приводных инструментов.
Возвращаясь к фиг. 1a, ось АС вращения шурупа в этом примере соответствует, по существу, центральной линии шурупа, проходящей вдоль оси А.
Кроме того, как показано на чертежах, например, на фиг. 1a и 1b, по существу усеченно-коническая нижняя часть головки обращена к стержню.
Другими словами, периферийная поверхность 18а усеченно-конической нижней части 18 образует переход между верхней стороной 19 головки 12 и стержнем 14. Соответственно, переход от верхней стороны 19 головки к стержню 12 образован наклонной периферийной поверхностью усеченно-конической части 18. Наклон этой наклонной периферийной поверхности может быть определен углом β. Угол β показан для иллюстративного варианта, проиллюстрированного на фиг. 4. Однако этот признак также может быть реализован в иллюстративном варианте, показанном на фиг. 1a-1е. Например, угол β находится в диапазоне 160°-40°. В этом примере, как показано на фиг. 1a-1е, угол β равен прибл. 80°. Угол β может меняться в зависимости от типа шурупа и типа материала детали.
Кроме того, как показано на фиг. 1a, шуруп содержит стержень 14, проходящий от головки до острого конца 11. Стержень имеет резьбовой участок 15. Резьбовой участок 15 проходит по меньшей мере частично по стержню. Длина резьбового участка на стержне определяется на основе типа шурупа, варианта применения и установки шурупа и материала детали. Типично, но не обязательно, стержень 14 далее содержит не имеющий резьбы участок, расположенный между головкой и резьбовым участком, как показано на фиг. 1a.
Что касается резьбового участка 15, следует отметить, что резьбовой участок типично проходит от точки начала резьбы на конце 11 к головке 12 шурупа. Резьбовой участок содержит резьбу 15а. Резьба 15а проходит по спирали вдоль шурупа 10, позволяя ввинчивать шуруп 10 в деталь 25, вращая его по часовой стрелке, если смотреть со стороны головки 12 в направлении конца 11, вокруг оси АС вращения. Резьба имеет ход резьбы. Кроме того, резьба имеет шаг резьбы. Возможные варианты размеров резьбового участка и резьбы хорошо известны и, поэтому их описание опускается. Однако следует отметить, что размеры резьбового участка и резьбы типично выбирают с учетом типа шурупа и типа детали. Кроме того, следует понимать, что резьбовой участок не обязательно должен проходит непрерывно от конца шурпа к его головке, и резьба может полностью или частично отсутствовать в одном или нескольких положениях от точки начала резьбы на конце до конца резьбы. Дополнительно, резьбовой участок может проходить полностью от головки до конца шурупа.
Кроме того, усеченно-коническая нижняя часть 18 содержит область 20 режущего углубления, если смотреть в направлении W вращения. В области 20 режущего углубления могут размещаться волокна, возникающие при утапливании шурупа. Область 20 режущего углубления сконфигурирована для размещения волокон или спрессованных материалов детали, когда головка 12 шурупа 10 проникает в деталь 25. В этом примере область 20 режущего углубления определена внутренним объемом 21. Другими словами, внутренний объем определен поверхностями области 20 режущего углубления и номинальной поверхностью 18b усеченно-конической нижней части, проходящей по одной прямой с периферийной поверхностью 18a этой усеченно-конической нижней части 18, как будет дополнительно описано со ссылками на фиг. 2.
Как было указано выше, область 20 режущего углубления расположена на периферийной поверхности 18a усеченно-конической нижней части 18.
Как показано на фиг. 1a, задняя область 22 содержит режущую кромку 23. Режущая кромка 23 имеет первую осевую концевую точку 41 и вторую осевую концевую точку 42. В этом примере режущая кромка является по существу прямой кромкой, проходящей между первой осевой концевой точкой и второй осевой концевой точкой. Режущая кромка 23 и осевые концевые точки дополнительно показаны на фиг. 1c-1t. На фиг. 1c приведен вид сбоку шурупа 10, соответствующий виду сбоку шурупа 10 на фиг. 1a, а на фиг. 1d показан другой вид сбоку шурупа 10, на котором шуруп 10 повернут приблизительно на 90° в направлении вращения. Другими словами, вид шурупа 10 на фиг. 1d является ортогональным относительно вида на фиг. 1c. На фиг. 1t дополнительно показана проекция режущей кромки 23 на касательную плоскость TP, которая совпадает с первой осевой концевой точкой 41. Эта касательная плоскость и фиг. 1e будут дополнительно описаны ниже.
Как показано на фиг. 1c, режущая кромка, имеющая первую осевую концевую точку 41 и вторую осевую концевую точку 42 также может быть определена воображаемой линией AI. То есть, воображаемая линия AI проходит между первой осевой концевой точкой 41 и второй осевой концевой точкой 42 режущей кромки 23. Эта воображаемая линия AI дополнительно показана на фиг. 1e, где показана немного изогнутая режущая кромка 23. На этом чертеже режущая кромка 23 изогнута, хотя и проходит между первой осевой концевой точкой 41 и второй осевой концевой точкой 42, тогда как воображаемая линия AI соответствует прямой, определяющей расстояние между первой осевой концевой точкой 41 и второй осевой концевой точкой 42 режущей кромки. Криволинейная режущая кромка может быть выпуклой или вогнутой относительно воображаемой линии AI, или неравномерно изогнутой режущей кромкой. Однако, должно быть понятно, что режущая кромка 23 в некоторых иллюстративных вариантах, как показано на фиг. 1a-1d, соответствует воображаемой линии AI. Другими словами, режущая кромка 23 в этом иллюстративном варианте соответствует прямой кромке, проходящей между первой и второй осевыми концевыми точками 41 и 42.
Возвращаясь к фиг. 1c, первая осевая концевая точка 41a и вторая осевая концевая точка 42 определяют воображаемую линию AI. То есть, эта воображаемая линия AI проходит между первой и второй осевыми концевыми точками 41 и 42. Воображаемая линия AI определяет положительный угол α режущей кромки относительно плоскости AP. Под положительным углом α режущей кромки понимается угол, измеренный в направлении против часовой стрелки от AP до AI. Как можно понять из фиг. 1c и 1d, плоскость AP проходит в радиальном направлении R от оси AC вращения до первой осевой концевой точки 41. Кроме того, плоскость AP проходит в осевом направлении A.
Возвращаясь к фиг. 1c-1e, положительный угол α режущей кромки достигается проецированием режущей кромки 23 на касательную плоскость TP, совпадающую с первой осевой концевой точкой 41 (см., напр., фиг. 1d). Касательная плоскость TP, кроме того, перпендикулярна плоскости FP и проходит в осевом направлении A и касательном направлении T, как показано на фиг. 1c в комбинации с фиг. 1d. Тем самым, проекция воображаемой линии AI на касательную плоскость TP определяет положительный угол α режущей кромки относительно плоскости AP.
Соответственно, в некоторых примерах, когда режущая кромка 23 является прямой, проходя между осевыми концевыми точками 41, 42, режущая кромка 23 соответствует воображаемой линии AI, которая определяет положительный угол α режущей кромки относительно плоскости AP, как указано выше. Однако в других примерах, когда режущая кромка изогнута или немного искривлена, воображаемая линия AP определяет положительный угол α режущей кромки относительно плоскости AP, как указано выше и показано на фиг. 1e. Следует понимать, что режущая кромка 23 наклонена радиально внутрь благодаря форме усеченно-конической нижней части 18. Другими словами, как показано, например, на фиг. 1d, режущая кромка 23 наклонена внутрь от верхней первой осевой концевой точки 41 к центральной линии (оси вращения) к нижней осевой концевой точке 42, если смотреть в радиальном направлении R. Режущая кромка 23 предназначена для срезания волокон, когда усеченно-коническая нижняя часть 18 входит в контакт с поверхностью рабочей детали 25. В этом примере режущая кромка 23 образует пересечение между периферийной поверхностью 18a усеченно-конической нижней части 18 и задней областью 22 области 20 режущего углубления.
Режущая кромка 23 с положительным углом α, как определено в этом иллюстративном варианте, позволяет срезать волокна материала рабочей детали и направлять эти волокна вниз так, чтобы эти волокна прижимались к рабочей детали и далее консолидировались между деталью и самой нижней частью головки шурупа.
Соответственно, из описания и чертежей разных иллюстративных вариантов понятно, что одним примером преимуществ настоящего изобретения является улучшенное резание волокон, с выталкиванием волокон в направлении вниз, в отличие от направления вверх (типично именуемых противоположными направлениями вдоль осевого направления A, на фиг. 1a), которое типично для углублений с отрицательным углом режущей кромки. Таким образом, улучшенное резание шурупа способствует уменьшению количества волокон, когда головка шурупа встречается с деталью при зацеплении и ввинчивании шурупа в деталь, что повышает шансы получения улучшенного конечного результата с сохранением отделки или поверхности материала древесины.
Типично положительный угол α режущей кромки может быть больше 0°, но меньше 90°. То есть положительный угол α режущей кромки может находиться в диапазоне 0°<α<90°. Таким образом, создается режущая кромка, сконфигурированная для оптимального резания, как описано выше. Однако следует понимать, что величина положительного угла α режущей кромки может быть другой, в зависимости от типа шурупа и/или типа детали. Поэтому, допустимо, чтобы величина положительного угла α режущей кромки была разной для разных шурупов и вариантов применения. В частности, положительный угол α режущей кромки может быть в диапазоне 2°-45°. Более конкретно, положительный угол α режущей кромки может быть в диапазоне 3°-25°, еще более конкретно, положительный угол α режущей кромки может быть в диапазоне 5°-15°. В некоторых примерах положительный угол α режущей кромки может быть в диапазоне 4°-10°. В этом примере, как показано на фиг. 1a положительный угол α режущей кромки равен приблизительно 6°.
Кроме того, как указано выше, режущая кромка 23 может быть прямой, кромкой, если воображаемая линия AI определяет положительный угол резания относительно плоскости AP. Однако в некоторых иллюстративных вариантах режущая кромка 23 может быть криволинейной, если воображаемая линия AI между осевыми концевыми точками определяет положительный угол резания относительно плоскости AP.
Вновь возвращаясь к фиг. 1a, область 20 режущего углубления является так называемым закрытым углублением, расположенным на периферийной поверхности 18a усеченно-конической нижней части 18. То есть, протяженность поверхности области 20 режущего углубления на периферийной поверхности усеченно-конической части определяется замкнутым контуром, включающим режущую кромку 23. Другими словами, термин "замкнутый контур" может относиться к непрерывной периферийной кромке. Контур такого типа можно создать несколькими способами. В этом иллюстративном варианте и в других возможных вариантах, например, как показано на фиг. 4 и 5, область 23 режущего углубления дополнительно определена передней областью 28. Передняя область здесь является криволинейной, создавая область режущего углубления, имеющую форму перевернутой литеры D. Как показано на чертежах, например, на фиг. 1a и 3, перевернутая D-образная форма определена криволинейной передней кромкой 30. Из этих чертеже также понятно, что что передняя кромка 30 вместе с режущей кромкой 23 определяют контур области 20 режущего углубления. Другими словами, область 20 режущего углубления типично сформирована передней областью, имеющей переднюю кромку, и задней областью, имеющей заднюю кромку (соответствующую режущей кромке).
Кроме того, в этом примере осевая протяженность 31 области 20 режущего углубления определена противоположными осевыми концевыми точками 41 и 42. Как показано на фиг. 1a (а также на фиг. 4), осевая протяженность 31 области 20 режущего углубления определена верхней первой осевой концевой точкой 41 и нижней второй осевой концевой точкой 42. Верхняя часть 19 головки 12 не имеет никаких областей 20 режущего углубления. Таким образом, область 20 режущего углубления определяет замкнутую пустоту, если смотреть с верхней части 19 шурупа 10. Область 20 режущего углубления, которая не доходит до верхней части головки минимизирует риск транспортировки волокон в неправильном направлении, т.е., вверх (в область над верхней частью, если смотреть в осевом направлении). Волокна, выталкиваемые вверх часто приводят к отколам или трещинам на поверхности детали (настиле палубы). Кроме того, волокна, выталкиваемые вверх, часто могут оказывать негативное влияние на зацепление шурупа с деталью.
Следует понимать, что осевая протяженность области 20 режущего углубления перевернутой D-образной формы здесь определяется верхней первой осевой концевой точкой 41 и нижней второй осевой концевой точкой 42.
Другими словами, как показано на чертежах, например, фиг. 3, верхняя сторона головки определяет периферийную круглую непрерывную внешнюю кромку 12a. Другие детали области 20 режущего углубления будут описаны ниже со ссылками на фиг. 3 и 4.
На фиг. 1b показан пример, когда шуруп 10 находится в зацеплении с деталью, например, настилом палубы, изготовленным из материала 25 древесины. Например, шуруп может внедряться в материал на глубину прибл. 7 мм, как определено между верхней стороной 19 шурупа и поверхностью настила палубы. В этом контексте наличие головки с по существу усеченно-конической нижней частью, помогает спрятать шуруп в материале древесины. При монтаже настила палубы иногда желательно прятать шурупы в материале.
Как показано на фиг. 2 и 3, шуруп по иллюстративным вариантам, показанным на фиг. 1a-1t, дополнительно проиллюстрирован двумя сечениями по линиям B-B и A-A. Как показано на этих чертежах, шуруп 10 содержит множество областей 20 режущего углубления. То есть, усеченно-коническая нижняя часть 18 содержит множество областей 20 режущего углубления. Каждая из множества областей 20 режущего углубления содержит соответствующую заднюю область 22, если смотреть в направлении W вращения. Далее, каждая задняя область 22 содержит соответствующую режущую кромку 23, имеющую первую осевую концевую точку 41 и вторую осевую концевую точку 42, определяющие воображаемую линию AI. Воображаемая линия AI определяет соответствующий положительный угол α режущей кромки относительно соответствующей плоскости AP.Соответствующая плоскость AP проходит в радиальном направлении R и в осевом направлении A. Другими словами, соответствующая плоскость AP проходит в радиальном направлении R по меньшей мере от оси AC вращения ло соответствующей первой осевой концевой точки 41 и в осевом направлении A (не показанном на фиг. 2 и 3). Следует понимать, что каждое из соответствующих углублений может иметь признаки, примеры и эффекты, упомянутые в отношении примера шурупа и углублений, описанных со ссылками на фиг. 1a-1e.
Дополнительно, каждая из множества областей 20 режущего углубления здесь определена соответствующим внутренним объемом 21. В этом примере множество областей 20 режущего углубления в количестве 6 областей равномерно распределено по окружности усеченно-конической нижней части 18.
Возвращаясь к фиг. 2 и 3, следует отметить, что каждая из областей 20 режущего углубления проходит по существу в осевом направлении A. Далее, каждая из областей 20 режущего углубления наклонена внутрь к центральной линии (оси вращения), если смотреть в радиальном направлении R. Аналогично, каждая из режущих кромок 23 проходит по существу в осевом направлении A. Далее, каждая из режущих кромок 23 наклонена внутрь к центральной линии (оси вращения), если смотреть в радиальном направлении R.
Как было указано выше, в иллюстративном варианте, показанном на фиг. 1a, 1b, 2 и 3, каждая из областей 20 режущего углубления имеет заднюю область 22, определенную задней поверхностью 22A, и переднюю область 28, определенную передней поверхностью 28A. Дополнительно, каждая из областей 20 режущего углубления имеет нижнюю область 27, определенную нижней поверхностью 27A. Типично нижняя область соединяет переднюю область и заднюю область. Другими словами, нижняя поверхность соединяет переднюю поверхность с задней поверхностью. Эти признаки также могут относиться и к примеру, описанному со ссылками на фиг. 5.
Кроме того, в этом иллюстративном варианте каждая из областей 20 режущего углубления имеет по существу треугольное сечение, если смотреть в направлении окружности и в радиальном направлении. По существу треугольное сечение здесь определяется передней поверхностью, нижней поверхностью и задней поверхностью. Задняя поверхность 22A (задняя область 22) по существу образует прямой угол с периферийной поверхностью 18a усеченно-конической нижней част 18. Режущая кромка сконфигурирована для генерирования эффекта резания, когда она находится в контакте с деталью при вращении шурупа, как обписано выше. Однако, следует отметить, что угол между задней поверхностью 22A и периферийной поверхностью 18a может быть разным в зависимости от желаемого эффекта резания. В некоторых примерах угол между задней поверхностью 22A и периферийной поверхностью 18a может быть острым, или даже немного тупым, если режущая кромка создает желаемый эффект резания.
Дополнительно, как показано на фиг. 2, глубина области 20 режущего углубления возрастает от передней области 82 к задней области 22. То есть, глубина области 20 режущего углубления увеличивается от передней поверхности 28A к задней поверхности 22A.
Кроме того, следует понимать, что каждая из областей 20 режущего углубления типично сконфигурирована для приема волокон материала детали.
Следует отметить, что максимальную глубину области (областей) 20 режущего углубления можно определить как глубину в радиальном направлении R и дополнительно определить как расстояние от номинальной периферийной поверхности 18b до нижней поверхности 27A области 20 режущего углубления. Как показано на фиг. 2, сечение по линии B-B головки 12 может содержать углубление 43 для приема приводного инструмента, выполненное с возможностью взаимодействия с приводным инструментом, например, шестилучевой отверткой. Максимальная глубина области 20 режущего углубления по существу согласована в радиальном направлении с максимальной глубиной углубления 43 для приема приводного инструмента. Это будет описано ниже.
Дополнительно, область (области) 20 режущего углубления шурупа типично можно считать пазом, а не областями, выступающими из номинальной периферийной поверхности усеченно-конической нижней части головки шурупа.
Типично, хотя и не обязательно, передняя поверхность 28A может иметь несколько искривленный контур, как показано на фиг. 3. Однако такая конструкция передней поверхности 28A не является обязательной. Поэтому в других иллюстративных вариантах шурупа передняя поверхность 28A может сужаться, наклоняясь к нижней поверхности 27A (нижней области 27).
Следует отметить, что размеры областей 20 режущего углубления типично выбирают в зависимости от размера и варианта установки шурупа в соответствии с иллюстративными вариантами. Поэтому, размеры области 20 режущего углубления в осевом направлении, в радиальном направлении и в направлении окружности типично выбирают с учетом размера шурупа и типа материала предполагаемой детали. Однако размеры областей 20 режущего углубления типично одинаковы для всех областей 20 режущего углубления на шурупе 10. Кроме того, распределение областей 20 режущего углубления по периферийной поверхности 18a, типично является равномерным, т.е., расстояния между соседними областями 20 режущего углубления на периферийной поверхности 18a одинаковы. Однако в некоторых иллюстративных варианта (не показаны) могут применяться и другие варианты расположения областей 20 режущего углубления.
В одном иллюстративном варианте, как показано на фиг. 4 и 5, представлен шуруп, по существу соответствующий варианту, показанному на фиг. 1a-1e и фиг. 2 и 3, за исключением того, что усеченно-коническая нижняя часть 18 головки содержит только одну область 20 режущего углубления. Таким образом, шуруп содержит потайную головку 12, имеющую верхнюю сторону 19 для приема приводного инструмента для вращения шурупа, и по существу усеченно-коническую нижнюю часть 18. Верхняя сторона выполнена с возможностью взаимодействовать с приводным инструментом. Кроме того, верхняя сторона 19 головки 12 может содержать углубление 43 для приводного инструмента, сконфигурированное для взаимодействия с приводным инструментом, например, шестилучевой отверткой. Далее, шуруп содержит стержень, проходящий от головки до острого конца. Стержень имеет резьбовой участок 15. Резьбовой участок 15 проходит по меньшей мере частично по стержню. Кроме того, усеченно-коническая нижняя часть 18 содержит одну область 20 режущего углубления, имеющую заднюю область 22, если смотреть в направлении W вращения. Как указано выше в отношении примеров, описанных со ссылками на фиг. 1-3, область 20 режущего углубления расположена на периферийной поверхности 18a усеченно-конической нижней части 18. Как показано на фиг. 4 и 5, задняя область 22 содержит режущую кромку 23, имеющую первую осевую концевую точку 41 и вторую осевую концевую точку 42, которые определяют воображаемую линию AI. Воображаемая линия AI определяет положительный угол α относительно плоскости AP, как описано выше. Шуруп, показанный на фиг. 4 и 5 может выполнять аналогичные функции и иметь те же признаки, что и иллюстративный вариант, показанный на фиг. 1a-1c и на фиг. 2 и 3. Иллюстративный вариант по фиг. 4 и 5 может монтироваться так же, что и иллюстративный вариант по фиг. 1a-1c и по фиг. 2 и 3.
Следует понимать, что количество областей 20 режущего углубления моет быть разным в зависимости от типа материала детали, и примеры, описанные выше со ссылками на чертежи, являются лишь двумя из множества возможных примеров. Таким образом, количество B областей 20 режущего углубления может быть 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, или 16.
На фиг. 6a приведен схематический вид сбоку шурупа 10 по настоящему изобретению. Шуруп 10 на фиг. 6a аналогичен шурупу 10, показанному на фиг. 1a.
На фиг. 6b схематически показано сечение по линии C-C шурупа 10 по фиг. 6a. Как показано на чертеже, шуруп 10 содержит шесть областей 20 режущего углубления. Разница между шурупом 10 по фиг. 6a и шурупом 10 по фиг. 1a состоит в том, что области режущего углубления в шурупе 10 по фиг. 6a оптимизированы для приема максимального количества материала.
Вид в сечении по линии C-C показывает, что самая глубокая точка 45 области 20 режущего углубления и самая внутренняя точка 26 углубления 43 для приема приводного инструмента по существу выровнены. В этом конкретном варианте углубление 43 для приема приводного инструмента предназначено для приема шестилучевого инструмента. Как было указано выше, максимальная глубина области (областей) 20 режущего углубления может быть определена как максимальная глубина в радиальном направлении R, и дополнительно определена как расстояние от номинальной периферийной поверхности 18b до нижней поверхности 27A области 20 режущего углубления.
Максимальная глубина области 20 режущего углубления по существу выровнена или по существу совпадает в радиальном направлении с максимальной глубиной углубления 43 для приема приводного инструмента, ближайшего к соответствующей области режущего углубления. Ориентация области (областей) 20 режущего углубления относительно направления вращения, таким образом, определяется положением (положениями) области (областей) 20 режущего углубления относительно углубления 43 для приема приводного инструмента. При выравнивании самых глубоких точек 45 области 20 режущего углубления и самой внутренней точки 46 углубления 43 для приема приводного инструмента можно срезать максимальное количество материала детали и транспортировать его во внутренний объем 21 области 20 режущего углубления, в то же время сохраняя требуемую прочность материала головки 12. Другим определяющим фактором размера области (областей) 20 режущего углубления является то, что наименьшая площадь поверхности сечения по линии C-C головки 12 больше, чем площадь поверхности стержня 14. Это приводит к тому, что стержень 14 структурно является самой слабой частью шурупа 10, снижая риск срезания головки 12 шурупа 10 со стержня 14. Это отношения также справедливо и для шурупа с меньшим количеством областей 20 режущего углубления, чем показано на фиг. 6a, например, шурупа по фиг. 4 и 5.
Во всех иллюстративных вариантах шурупа осевая длина режущей кромки является функцией шага резьбы резьбового участка 15. Дополнительно или альтернативно осевая длина режущей кромки является функцией хода резьбы резьбового участка 15. Таким образом, становится возможным создать шуруп с режущей кромкой, эффективная длина (т.е., осевая длина области 20 режущего углубления) которой соответствует всей внешней периферии волокон, срезаемых при вращении и проникновении шурупа в деталь 25.
Настоящее изобретение также охватывает все возможные комбинации желательных аспектов, вариантов, альтернатив и иллюстративных вариантов изобретения. Кроме того, изобретение не ограничено вышеописанными аспектами или примерами, но естественно применимо к другим аспектам и иллюстративным вариантам в пределах объема приложенной формулы. Ссылочные позиции, упомянутые в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие предмет, защищаемый формулой и единственной их функцией является облегчение понимания формулы изобретения.