專利名稱：適用于復合木材的裝飾螺釘的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在露臺(deck)建筑中適用于固定例如露臺板(deck board)的木材的螺釘。尤其是，該螺釘適用于復合木材。
背景技術：
為例如酒吧或飯店的民用或商用建筑配設露臺是非常受歡迎的，因為這樣可以提供戶外聚會的場所。露臺的存在提高了住宅或建筑的房地產價值。當天氣很好時，人們很自然地傾向于在戶外，無論是在后院進行燒烤或是和朋友、鄰居一起放松。在天氣較好的白天或傍晚，飯店顧客通常會要求坐在戶外，甚至常常會在能夠立即入座室內的情況下等待戶外的餐桌。
通常，露臺的結構件由壓力處理的黃松制成。由于其合理的價位和對害蟲和潮濕的高抵抗性，壓力處理的木材對于露臺結構是優選的。但是，由壓力處理的黃松制成的露臺的表面在經受長時間的暴露后趨于發生開裂、劈開、干縮翹曲、扭曲和碎裂。此外，黃松相對較軟并易于磨損，尤其是在露臺的高通行區(high-traffic area)。因此，每隔幾年，財產所用人在不得不更換露臺板中會面臨可觀的財力和人力支出。
考慮到用壓力處理的黃松構建露臺的缺點，許多房主和承建者正在為露臺構建選定備用材料，例如，紅杉、雪松、人造合成材料或熱帶硬木。近來，復合木材已經作為露臺板材料的一種可選材料而引入。復合木材是一種用于露臺板的很有吸引力的材料選擇，因為其基本上不受腐蝕。復合木材由塑料和木材制成，例如碎屑和/或碎屑材料的混合物。所使用的材料包括但并不限于塑料袋、塑料罐(例如用于牛奶或水的)、塑料碎屑，例如鋸末和碾碎木材碎屑的木材。更高質量的復合木材可以由諸如聚乙烯、聚丙烯的純塑料和碾碎木材碎屑制成。更高質量的復合木材和較低級別的相比，可以提供更真實的木質表面特征。復合木材露臺產品可以從Fiberon Composites of NewLondon N.C和Trex Corporation of Winchester VA購買，此處僅指出了兩個可能的供應商。
復合木材產品由于包括大量的可回收塑料而具有很好的環保性能。復合木材不會劈開、開裂或碎裂，從而為裸露的足部和孩子提供了沒有碎片的安全表面。但是，復合木材要比標準的壓力處理的黃松露臺貴很多。高質量的安裝對于確保材料中的大額投資是非常重要的。
標準木材尺寸(5/4和2X)和客戶定制的塑料木材都可買到。可以通過使用標準工具和緊固件切割、成型和安裝塑料板材。復合木材可以廣泛應用于露臺、扶欄和中間膨大的小圓柱。用來支持塑料露臺的托梁常常需要使其彼此之間相靠近的距離小于16或24英寸，而16或24英寸分別是5/4和2X木質露臺所要求的。對于更多的托梁，安裝開支就更高，安裝過程中需要更多將露臺板和結構接合的螺釘。
使用復合木材的問題在于傳統的露臺螺釘在被鉆入木材時會在螺釘的周圍產生小丘或隆起。這些小丘或隆起的形成被稱為“火山(volcanoing)”或者“蘑菇(mushrooming)”。“火山”是一種形象描述，因為螺釘落座于已經圍繞其圓周升起的材料中，因而很像火山。這是由隨著螺釘被鉆入復合材料，螺釘取代復合材料的作用，迫使材料向上移動而引起的。這種效應在圖6中有所描述，該圖示出了被鉆入塑料的現有技術的螺釘，火山51圍繞在螺釘的周圍。
為了提供適當的完工表面，必須利用適當的工具將火山重新槌入或沖入板中。盡管這種方式有時是有效的，但是在其他情況下，帶有槌入火山的材料的表面并不美觀。而且，如果不慎用錘子敲擊到露臺表面，將會在露臺上留下錘頭的印記。利用沖壓來做上述工作可以避免錘印的問題，然而，和使用錘子一樣，這樣做也很費工。
因為使用塑料露臺需要更多的底板托梁，因此，也就需要安裝更多的螺釘。即使一個適中的露臺也需要幾百個露臺螺釘，考慮到額外的勞動，每個附加的安裝步驟都非常昂貴。
上述問題的另一種可能的解決方法是預先鉆出螺釘孔，然后插入螺釘，但是，這同樣也很費工且耗時。
發明內容
鑒于上述技術問題，本發明提供一種用于復合木材的露臺螺釘，但是，其亦可用于其它木制品，例如壓力處理的木材。本發明的露臺螺釘形成有頭部和桿部。在一個實施例中，桿部具有兩個截面積不同的區域，其中，上部區域，即最靠近螺釘頭部的區域的截面積大于下部區域的截面積。在另一個實施例中，上部區域和下部區域具有不同的螺紋類型，其中，上部區域中單位長度內的螺紋數目多于下部區域單位長度內的螺紋數目。在另一個實施例中，上部區域具有以倒鋸齒形結構(inverted buttress design)形成的螺紋，其中，靠近螺釘頭的螺紋的斜度大于位于桿部更向下的上部區域內的螺紋的斜度。
桿部的下部區域終止于具有引導螺釘穿過木質材料的尖端的錐形遠端。螺紋設置在桿部的下部區域上。螺紋可以延伸到尖端，所述尖端可以是有鉆孔能力的尖端，或者，可以使用另一種尖端結構，例如17尖端(17point tip)。
螺釘的頭部形成有上表面、下表面和圍繞頭部外周延伸的冠部。該冠部延伸超過頭部的下表面，在冠部的下邊緣和螺釘桿部之間形成凹陷區域。該冠部可以是由平行于螺釘軸線延伸的裙部形成的從螺釘頭的上表面向下延伸的圓周下切口。會聚的圓錐面限定出一個將螺釘頭部的外周和螺釘桿相連的V形下切口。
此外，螺釘的頭部可以設置有方形螺絲刀開口，以便允許操作者使用方頭鉆安裝螺釘。例如，該開口可以是#2方形螺絲刀插口。應該認識到，也可以使用不同尺寸的菲利普頭或平頭。
在將螺釘安裝到復合木材中的過程中，位于螺釘上部區域上的倒鋸齒形螺紋導致由螺釘下部區域置換的木材向下返回到孔中。而且，如果有木材沒有得到如此處理，該木材會被積陷在頭部的凹陷區域中。相信這些特征中的一個或者兩個將會減小火山或蘑菇現象的產生，即使沒能夠完全將其消除。
圖1是本發明一實施例的側視圖；圖2是根據本發明的、在其上形成螺紋的螺釘坯料的側視圖；圖2A是根據本發明的、在其上形成螺紋的另一種螺釘坯料的側視圖；圖3是本發明一實施例的端視圖；圖4是本發明螺釘的頭部的剖視圖；圖5是適用于根據本發明的露臺螺釘的螺釘尖端的透視圖；圖6示出在復合木材中安裝現有技術螺釘時發生的火山效應；圖7和8示出另一種可用于本發明的螺釘頭部結構的透視圖。
具體實施例方式
圖1示出根據本發明的露臺螺釘10。如圖所示，該露臺螺釘設置頭部12和桿部14。圖2示出螺釘坯料10’，露臺螺釘10由該坯料加工制成。桿部14設置有最靠近頭部12的上部區域16和最靠近錐形遠端20的下部區域18，螺釘尖端22位于該錐形遠端20處。從圖2中可以看出，上部區域16的截面積大于下部區域的截面積。圖2A示出一種上下部區域的截面積基本相等的實施例。
尖端22具有鋒利的尖，以便使其能夠穿透材料。所述尖端可以為鋒利的有鉆孔能力的尖端，例如，具有20°到30°內角(included angle)的有鉆孔能力的尖端。下部區域18設置有例如形成為連續螺旋螺紋的螺紋19，其始于尖端22或其附近，延伸通過錐形遠端20上，并延伸過下部區域18，直到下部區域18和上部區域16結合的位置附近。螺紋19可以具有0.185-0.195英寸的大徑和0.120-0.130英寸的小徑，但是，本領域技術人員應該理解，其他可能的尺寸也是可行的。一種合適的螺紋可以是帶有24°/24°螺距的#9-9螺紋。但是，其他的螺紋結構也是可行的，例如，其他的對稱螺紋布局或者頂部螺距比底部螺距淺的布局。
將上部區域17的螺紋形成為使在上部區域中單位長度內的螺紋數目大于下部區域單位長度內的螺紋數目。例如，上部區域內的螺紋數目是下部區域內螺紋數目的兩倍。在另一個實施例中，螺紋布置成倒鋸齒形的結構。即，將螺紋布置成使得上部區域上端處的螺距大于上部區域下端處的螺距。申請人發現，25°/10°的螺距(即，上端處的螺距為25°，下端處的螺距為10°)是一種合適的螺距，但是，本領域技術人員可以認識到，其他的螺距同樣也適用。螺紋17可以具有0.205-0.210英寸的大徑和0.138-0.141英寸的小徑，但是，本領域技術人員應該理解，其他可能的尺寸也是可行的。申請人發現，#12-18螺紋布局對于這一區域來說是合適的。
圖3示出露臺螺釘10的頭部12的俯視圖。該頭部12在其內設置有用以容納例如鉆頭或螺絲刀的工具的開口24，所述工具可將螺釘鉆入木材。在圖3和4所示實施例中，頭部設置有#2方形插口24’，其開口成一個相對較深的空腔26，用以容納工具。可以確信，螺釘相對較厚的桿上部區域可允許螺釘頭具有相對較深的開口。并且，例如#2方形插口所占據的截面積大于菲利普頭開口或平頭開口。結果，和這種螺釘配合使用的工具的頭部大于和菲利普頭和平頭結構配合使用的典型工具和鉆頭。例如#2方形鉆頭的較大鉆頭或螺絲刀經證實更為耐用，因此，對于安裝者來說，安裝工具的使用壽命比使用菲利普頭工具或平頭工具來完成這項工作時所用安裝工具的使用壽命長。
圖4示出本發明的螺釘頭的剖視圖。如圖所示，頭部12具有上表面28、下表面30和圍繞頭部的外周34的冠部32。冠部32延伸超過頭部12的下表面30，在冠部的下邊緣和螺釘桿之間形成凹陷區域。該凹陷區域是位于冠部32的外邊緣和桿上部16之間的開放空間區域。
圖5示出另一種螺釘尖端，其中，錐形遠端區域具有17型的尖端，幾圈螺紋被中斷。
圖7和8示出螺釘頭部12的另一種實施例，其包括由周邊唇部43圍繞的V形圓周下切口42。下切口42中的圓錐面45將唇部43和頭部12的圓錐形下側33相連。圓錐面45以大約45°的角度遠離唇部43向螺釘的軸線傾斜。
該螺釘可以由擠壓坯料制成，例如圖2所示的坯料。使用擠壓的坯料允許如上所討論地改變桿的上、下部分的直徑。但是，本領域技術人員應該理解，擠壓成型并不是形成制造坯料的唯一方法。
該螺釘可以由碳鋼或者任何其他適用于制造木螺釘的材料形成。可以為螺釘鍍覆鋅鍍層以及頂部鍍覆一層和螺釘安裝于其內的復合木材的顏色匹配的鍍層。
在將螺釘10安裝到復合木材中的過程中，位于螺釘10的上部區域16上的倒鋸齒螺紋17可以使由螺釘下部區域置換的木材向下返回孔中。而且，如果有木材沒有被倒鋸齒螺紋向下返回到孔中，它們將被積陷在頭部的凹陷中。據信這些特征中的一個或兩個將會減小火山或蘑菇現象的產生，即便沒能夠完全將其消除。此外，螺釘頭部緊密整齊地落座在表面上，從而得到可以接受的安裝。
盡管參照復合木材說明了本發明，但應該認識到，本發明還可以應用到一般的緊固木制品的應用場合，并且，其原則可以延伸到其他建筑領域。
盡管處于示例的目的提出了本發明的一個實施例，但是上述說明并不認為是對本發明的限定。因此，本領域技術人員在不背離本發明的精神和范圍的條件下可以對本發明做出各種改進、修改和替換。
權利要求
1.一種用以固定木制品的螺釘，包括桿部和頭部，其中，頭部形成有具有容納工具的開口的上表面；其中，所述桿部設置有位于頭部附近的上部螺紋區域和位于螺釘遠端附近的下部螺紋區域，該遠端具有一尖端，上部區域內單位長度內的螺紋數目大于下部區域內單位長度內的螺紋數目。
2.如權利要求1所述的螺釘，其中，上部區域內單位長度的螺紋數目至少是下部區域內單位長度的螺紋數目的兩倍。
3.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述頭部設置有下表面和冠部，所述冠部圍繞頭部的外周延伸并延伸過所述頭部的下表面，從而在冠部的下邊緣和螺釘桿之間限定出開放空間。
4.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述頭部設置有下表面和冠部，所述冠部圍繞頭部的外周延伸，其中，所述冠部延伸過所述頭部的下表面，在冠部的下邊緣和螺釘桿之間形成一個凹陷區域。
5.如權利要求1所示的螺釘，其中，所述頭部設置有具有V形下切口的下表面。
6.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述頭部設置有具有V形下切口的下表面，該下切口具有位于其內的圓錐面，所述圓錐面將唇部和頭部的圓錐形下側連接在一起。
7.如權利要求6所述的螺釘，其中，所述圓錐面以大約45°的角度遠離所述唇部向所述桿的軸線傾斜。
8.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述下部區域的螺紋樣式為對稱的。
9.如權利要求1所述的螺釘，其中，上部區域內所述桿的截面積大于下部區域內所述桿的截面積。
10.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述上部區域具有倒鋸齒形的螺紋結構。
11.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述尖端為具有大約20°到30°內角的有鉆孔能力的尖端。
12.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述頭部和上表面形成有#2方形開口。
13.如權利要求1所述的螺釘，其中，所述桿具有位于上部螺紋區域和下部螺紋區域之間的無螺紋的部分。
全文摘要
本發明涉及一種用于復合木材的露臺螺釘，但是其也可以用于其它木制品，例如壓力處理的木材，本發明的露臺螺釘形成有頭部和桿部，該桿部具有直徑不同的兩個區域。在單位長度上，上部區域的螺紋數目大于下桿部的螺紋數目。上桿部的螺紋以反鋸齒形的設計形成。桿部的下部區域終止于具有尖點的錐形遠端，該遠端引導螺釘穿過木材。在桿部的下部區域上形成螺紋。螺釘的頭部形成有上表面、下表面和圍繞頭部的外周延伸的冠部。該冠部延伸超過頭部的下表面，在冠部的下邊緣和螺釘桿部之間形成凹陷區域。該頭部還可以形成有下切口。并且，螺釘頭部可形成有方形螺絲刀開口，該開口允許安裝人員使用方形鉆頭安裝螺釘。例如，開口可以是#2方形螺絲刀開口。應該理解，也可以使用不同尺寸的菲利普頭或平頭。
文檔編號F16B5/02GK1549901SQ02815442
公開日2004年11月24日 申請日期2002年8月5日 優先權日2001年8月6日
發明者休·麥戈文, 湯姆·德魯切爾, 休 麥戈文, 德魯切爾 申請人:奧林匹克制造集團公司