將水溝固定到結構上的新的和改進的方法和裝置的制作方法

專利名稱：將水溝固定到結構上的新的和改進的方法和裝置的制作方法
本申請的交叉參考本申請是1997年10月30日提出的懸而未決的專利申請專利號No.08/960686的部分繼續申請，而專利申請08/960686又是1995年11月21日提出、現已放棄的美國專利申請No.560993的部分繼續申請。
技術領域：
本發明涉及本發明關于屋頂水溝。本發明尤其關于一種屋頂水溝緊固件和它的使用方法，該緊固件采用螺桿部分來將水溝固定到墻板上。
2A．背景情況過去，采用軋制或車削的螺釘螺接時，先有技術的緊固件在穿入薄的墻上的木材時要有導向孔。
導致本發明的水溝螺栓的發展過程如下首先試驗了七英寸金屬自攻螺紋的、鋼涂層1/16英寸厚的十字頭槽的安裝螺釘。每個都有3號十字槽頭/7英寸方頭螺栓的六角頭。
結果如下由于將螺栓擰入木材時加到長的鋼螺栓上的力矩而使螺栓頭大范圍地剝傷。即使在鋼螺釘中切出較寬較深的帶切口的頭也沒能解決問題。將它改成萬向十字槽或帶切口的頭也解決不了這個問題。必須加上的固定鉆頭的力使墻板開裂、鉆頭尖會突然伸出、然后劃傷或刺穿水溝，由此必須鉆導向孔。這種方法中引起的過度損壞和所需的時間使這種螺釘不能用于市場，提供了一種具有多個受控接觸點的頭部。
另一種努力是采用方頭螺栓。在將方頭螺栓固定到新木頭上時要有導向孔，這樣就不會有墻板開裂的問題。這是一種非常費時間的方法。方頭螺栓的頭常常從水溝前面凸出很長。因此方頭螺栓外觀不佳并且為水溝帶來不希望有的緊固件。切掉方頭螺栓的頭部是不能允許的，即使該頭部涂上與水溝相匹配的顏色也不行。在用工具加力固定時，緊固件上的漆被除掉或擦掉，為防止立即可能出現的銹蝕，要求補上油漆。
過去，在緊固件轉動時與水溝前部接觸而從水溝上剝掉油漆，緊固件頭部壓在水溝上，使金屬裸露在大氣中。金屬銹污染了水溝，這會遭到房主的抱怨，是不可接受的。
當用扳手轉動使水溝裝到墻板上時會擦傷水溝，這個問題由本發明解決了，在水溝螺栓頭上加了一個墊片。這個墊片的直徑足夠大，從而能遮住與扳手接觸的水溝的表面。
在所有的頭部和螺釘的試驗完成、并達到性能和外觀上的要求以后，決定使用如鋁之類的用于制造大多數水溝的同樣的材料。安裝以后的優點是不會產生由于與不同金屬接觸而引起的電化腐蝕、銹蝕等。在金屬暴露在很多氣候條件、化學條件或豎度變化時均會出現氧化。
最新決定用鋁釘作水溝螺栓。為制成水溝螺栓先制成頭部，然后切削出螺紋。如果材料太軟，在進入3/4英寸的松木板時就可能折斷。但若使用導向孔，它就能穿過木頭并牢固固定。如果要穿過DouglasFir木材而沒有導向孔就必須增加金屬的硬度，為使鋁合金硬化要進行熱處理。另外的材料試驗表明，一些螺釘在鉆過3/4英寸松木板時會出現折斷或頭部剝離，采用許多其它材料時也得出同樣的結果。采用鋁桿或鋁盤條再加上熱處理，然后再采用特殊的機加工技術，在使用現有材料之前、采用五種不同類型的鋁材、不同的鋁材采用8種熱處理方法進行試驗，用七英寸的螺栓鉆入3/4英寸的松木板，這種試驗進行了數百次。還偶然進行了一些鉆入Douglas Fir木板的試驗，其中水溝螺栓刺穿了固定墻板的椽尾。
最后發現一種鋁螺栓材料具有獲得所需要的結果所必需的強度。
不可能將來自金屬構件商店、緊固件公司、家用部門、甚至ThomasRegister的所有類型的螺栓系統都用作供給水溝螺栓和材料的供給源、用它們進行試驗、最好選出最優秀的。用以制造水溝或其它緊固件的現有的或類似的材料，如鋼、鋁或銅等均不可用。人們力圖通過電話薄黃頁和Thomas Register，以及與數百家制造商接觸來找到制造切削螺栓的廠商，所得到的大多數答復是“什么是水溝螺栓？”在給制造商提供技術條件的復印件后，所得到的答復是由于這種螺栓的長度、螺距要進行機械加工、需要化費大量的勞動力。因此需要有新的技術來生產這種長度和特殊螺紋聯合的螺栓，它的螺紋是特殊的，不同于成千上萬的木螺釘的螺紋。對先有技術的研究表明沒有一種螺栓能與本發明的水溝螺栓的螺紋部分的螺距、深度和長度相比較。
2B．先有技術授予Giordano的美國專利No.3909905討論了一種水溝安裝工具。該發明包括具有U形槽并放置在水溝的前、后板之間的襯墊工具。當該工具定位時，可驅動普通的長釘穿過前水溝板進入U形槽和后水溝板，從而將水溝固定到結構上。一旦長釘被敲進，可以去掉工具，并可重新使用。另外，該先有技術公開了一種新穎的長釘設計，它在靠近頭部的軸上加上了一個缺口，用以與水溝的前部嚙合。該缺口使長釘和水溝之間連接得更牢固。
這些先有技術的水溝緊固件是釘子，它們最終必須重新固定，這樣水溝要部分地從墻板上拆下，因此這妨礙了水溝的有效操作。
另外，由于在水溝和墻板之間提供了較多的固定的連接，大大增加了工人在屋頂、側部和水溝區進行工作時的安全性。在很多情況下，這些工人倚靠在水溝上，在水溝緊固件上產生應力，通常要求水溝被重新固定。比較牢固的連接可以減輕上述應力。另外，工人在工作和支撐在水溝上時常常會失去平衡，采用老的水溝緊固件，一個成年人的重量將會使水溝從墻板上撕裂，而使工人落到地上。根據水溝離地的高度不同，這可能是一種人命關天的大事。為了消除上述危險要求在水溝和墻板之間能更牢固的連接，從而在經受人的重量時防止水溝與墻板分開。另外也應防止敲擊水溝釘時在水溝上出現的凹痕。
在Marulic的美國專利No.4888920、Hardin的美國專利No.5549261和英國專利No.2707中公開了固定水溝的其它先有技術，然而這些先有技術的緊固件都具有上述缺點。
發明概述本發明的目的在于提供一種水溝緊固件，它通過在水溝和墻板之間能更牢固地連接來克服先有技術中的缺點。該更牢固的連接消除了以后重新將水溝固定到墻板上的要求，還可消除在墻板上打導向孔的要求。
按照本發明，提供一種木螺釘或水溝緊固件，它具有接納一個工具的頭部，與頭部做成整體的第一桿部和與第一桿部做成整體的第二桿部。
第一和第二桿部每個都具有特殊的長度，并具有共同的縱軸。第一桿部的長度做成使該水溝緊固件能穿過水溝的前部并伸過水溝的水收集口。第二桿部的長度基本等于第一桿部長度的一半。第二桿部具有螺釘形式的螺紋，并具有有利于與水溝和墻板嚙合的尖的端部。
因此本發明的目的是提供一個木螺釘或水溝緊固件，它用帶螺紋的端部將水溝固定到墻板上。
本發明的另一目的是提供一個水溝緊固件，它并不要求附加的安裝時間和不需要采用導向孔。
本發明的進一步的目的是提供一種木螺釘或水溝緊固件，它不必在一段時間后再次將水溝固定到墻板上。
本發明的又一目的是提供一種木螺釘或水溝緊固件，它能比先有技術的水溝緊固件更有效而可靠地進行工作。
本發明解決了先有技術中的問題。采用沒有導向孔的螺栓的技術方案在于將螺紋切削成使其螺距、彎曲部分、高度、深度、銳利度切割時象一個鉆頭、固定時象木螺釘。在進行30次不同的試驗后，確定了一英寸上切削出11個螺紋，螺紋的從頂到底的螺紋深度是水溝螺栓直徑的1/3。螺紋前部的陡坡用于切割，螺紋后部較少的彎曲或燕尾形傾斜使螺紋切割時由于陡坡作用象鉆頭、而螺紋的燕尾形部分固定時象木螺釘。
螺紋部分從七英寸長的螺栓的光滑部分延伸出，螺紋部分為2.5英寸。將它們用作3種不同尺寸的水溝(4英寸，5英寸，6英寸)的緊固件來進行研究。得到最長的支撐為4英寸光滑部分加上切割部分，這是由于在切削螺紋時要從光滑部分的實際長度上去掉1/16英寸，對于固定如4英寸的水溝來說，21/4英寸穿過3/4英寸標準厚度的墻板，1/4英寸的螺紋仍埋在墻板中，1/2英寸的光滑部分埋入板中，4英寸的光滑部分支撐水溝，帶墊片的六角頭接觸水溝。
對于5英寸的標準住房水溝，11/4英寸的螺紋部穿過3/4英寸的墻板，3/4英寸的螺紋埋在板中，1/2英寸的螺紋部分從板的前方伸出，它與41/2英寸的光滑部分聯合作為水溝墊片和六角頭的支撐。
對于6英寸的商用水溝，1/4英寸穿過板、3/4英寸埋入板中。11/2英寸從板的前方伸出，光滑部分是41/2英寸。這種水溝螺栓的最弱點是水溝螺栓的全長上的螺紋與光滑部分的交接處。正如已發現的，采用為達到合適的所要求的強度而采用的鋁的硬度，在使用中可以看出，這種螺栓將不會折斷。
本發明的水溝螺栓總長7英寸，其中包括2.5英寸的木螺釘樣的帶螺紋的端部，水溝螺栓的直徑是1/4英寸。螺紋部分首先穿過墻板，如果必要還穿過椽尾。水溝螺栓的強度大到使該緊固件能固定水溝系統的整個重量而不必象先有技術那樣使用支架系統。可以加上一個套筒，但它僅用于保持水溝腔，使之在壓向墻板時不會破裂，這樣在力加到水溝前部時，設計成不由水溝承受該力。
水溝螺栓的光滑的無螺紋部分與水溝螺栓的螺紋部分連接成能提供最大的支撐水溝的強度。這是由于所有的螺紋部分均埋入木材中，從而僅光滑部分由套管覆蓋，覆蓋深度是水溝的5英寸的腔。
沒有必要在墻上鉆導向孔。由于螺紋部分的高度、深度和傾斜度、螺紋的角度及銳利度，這種水溝螺栓能在不開裂的情況下穿透靠近木材邊緣的木塊，先有技術中若沒有導向孔，軋制或車削的木螺釘緊固件會使木材開裂。
作為一種優選實施例，六邊形的頭部或六角頭使水溝螺栓頭的側部具有六個接觸點。因此，即使需要用較大的扭力將水溝螺栓擰入墻板六角頭提供了基本的支撐，在水溝外側面上不會象先有技術的緊固件安裝時那樣出現由水溝螺栓緊固件引起的劃痕。
將六角頭與墊片的聯合件裝到桿的光滑部分上的優選實施例，在水溝的前部提供了較大的固定力。由于墊片的直徑大于六角頭的直徑，在將螺栓固定到水溝上時，墊片還可防止用來擰緊六角頭的扳手與水溝前部接觸、留下環形痕跡或劃傷水溝面。
在一個進一步的實施例中，平圓面加到緊固件部分的螺釘部分上，從而作為木螺釘安裝時減少所需要的扭力。平圓面是切削或滾軋在每個緊固件的螺紋之間的凹口。平圓面減少了加在頭部、桿部、螺紋上和工具上的扭力，并可減少加到如墻面之類的固定材料上的應力。平圓面的形狀做成多角形的，不超過螺紋的最高點和最低點。它們隨著螺釘部分的獨立變化。平圓面位于桿留下的固體部分上并在每個螺紋之間。平圓面以不同傾斜角度凹進，從而木材通過平圓面的最高點到達凹口的最深的最凹下的部分上。這樣當緊固件擰入木材時就釋放了木材上的應力，在本發明的緊固件進入木材時由于釋放了最大應力，就給了木材膨脹和收縮的機會。隨著帶螺紋的緊固件轉動和穿透，每個單獨的螺紋均會發生這個應力釋放過程。
因此，本發明特別導向一種木螺釘的螺釘螺紋部分或水溝螺栓緊固件，該緊固件由其上帶螺紋的軸構成，每個螺紋具有一個前部，上述螺紋具有螺紋前部上的陡的斜角、螺紋后部上的燕尾形彎曲部分，還具有平圓面，平圓面由螺紋后部的燕尾形彎曲部分中的凹口組成。
平圓面的角度減小了木材中的應力。當木材向上滑到下一平圓面時，在它到達平圓面的最高點之前，扭力逐漸增大，這就等于沒有平圓面的固態桿緊固件在它轉過下一平圓面的凹腔之前的壓力量。由于在每英寸上具有的多個螺紋的每一個上均設有多個平圓面，因此在每個單個螺紋上均出現應力釋放。
由于平圓面處于適當的位置，故該緊固件的螺紋部分較好地固定在木材內。當從木材中擰出螺紋部分時，此時木材滑到平圓面的最高點，木材必須越過平圓面的最大高度。
為了在本發明的螺紋部分中制造平圓面，該平圓面加到螺紋的燕尾形部分上。這要求減慢切削刀片與桿接觸時的轉速RPM。就使切削刀片可在螺栓外周邊的一個區域停留較長的時間、制成較深的自由切口或平圓面的受控制的深度或尺寸。由此可在每個單獨的螺紋上得到多種數量的平圓面。
平圓面的角度可進行變化。這就使螺紋部分擰入木材時由螺紋帶動纖維。因此，木材的纖維與平圓面的高低角度相一致。
在緊固件以順時針方向進入木材時，平圓面提供了逐步傾斜的螺紋部分，這就使木材的纖維沿著至少部分平圓面傾斜部分向上運行到螺紋的正常壓力的深度上，然后木材的纖維在平圓面的傾斜端落下，使木材纖維膨脹進入平圓面的最低點。這就減小了壓力和由螺紋的固態部分加到木材纖維上的力。
由于在每個螺紋上具有多個平圓面，由于在一個實施例中具有許多隨機地安置在每個螺紋的不同深度上的平圓面，這些平圓面使木材纖維在任何時候的每個螺紋上均具有恒定不變的壓力釋放。木材纖維不會同時放置在任何兩個平圓面上而在壓力釋放的所有時間上產生多重作用，因此在緊固件穿入木材時，在緊固件的螺紋部分周圍木材纖維具有膨脹和收縮。每個螺紋上具有5～15個平圓面或凹口、最好每個螺紋具有8～10個平圓面。
由于平圓面凹入螺紋后部的燕尾形彎曲部分中，這還使緊固件的螺紋部分具有以下述兩種方式產生的極佳的固定在木材中的能力。首先，由于平圓面切在螺紋之間，這就使木材纖維可以膨脹進入平圓面的凹腔中。木材纖維埋入桿的螺紋部分內的平圓面中使木材纖維膨脹、填入螺紋之間的空間中。其次由于平圓面是帶角度的和傾斜的，具有急驟的下降點，當拆下緊固件時，平圓面的急驟的下降點就成為抵抗拆下障礙。由于木材纖維膨脹進入平圓面，并膨脹成平圓面的形狀，陡斜的角度由于它對木材纖維的嚙合作用阻止了緊固件拆出。另一方面，平圓面的平緩的傾斜區在緊固件插入和前進時使木材纖維僅產生很少量的阻力。
通過在本發明的木材緊固件上加上平圓面，從而帶來了下列獨特的優點。安裝時僅需要較小的力，而一旦安裝到木材中后，緊固件可得到較好的固定、松開的機會較少。頭部與緊固件脫開的機會較少，緊固件折斷的機會較少。在所用的工具上磨損較小，這些工具是帶槽的頭(不會折斷)、十字頭(不會折斷)、電鉆(電機磨損小)、螺母設定器或套筒(不會劃傷)。由于在安裝時用電少，因而省電。由于安裝緊固件時用的力較少因而增大了安全性。提供了選擇除鋼以外的不同金屬的機會，例如可按氣候環境或要求的金屬的技術條件來采用鋁、銅或其它金屬。在進入木材的緊固件上具有較好的固定能力。
采用小型的機加工車間，建有小的冷鍛機和開始磨切生產。開始生產僅占很小的地方，為增加產量可進行各種改進。
已試驗了三種類型的鋁水溝，它們是窄型(0.19～0.20英寸直徑)、中型(0.25～0.27英寸直徑)、重型(0.30～0.32英寸直徑)。人們已知道由于雪、冰或樹的碎片重量載荷引起的對水溝的損壞，水溝的后部不再保持與墻板的固定。人們已力圖修理水溝的前緣部分和由于金屬疲勞損壞的先有技術的掛勾夾，這使隱藏的掛勾上的大多數磨損點磨損更厲害，這些又是大量的重量和載荷會出現的地方，如果忽略了已損壞的需要修理的區域，情況就很糟了。水溝松弛的問題是公知的，并在開始使用水溝時就存在了。本發明由于采用了獨特的水溝螺栓而解決了這個問題。例如，它們采用具有合適固定能力的一種尺寸的緊固件固定三種類型的水溝，并且對本發明的水溝螺栓來說不必預先鉆導向孔。在水溝的前后部或墻板上可以在不打新孔的情況下重新固定已有的水溝。由于水溝由本發明的水溝螺栓一旦固定后就不必重新固定該溝，因此節省了時間和金錢。還要著重強調的是安全性，由于采用了本發明的水溝螺栓，可以獲得非常大的安全性。
本發明的水溝螺栓具有幾個重要的優點。已有重大改進的水溝螺栓盡管以生產成本售出，以很少量的廣告就得到了商業上的成功，并由發明人、安裝人員和業主等作出了產品的示范結果。
這種水溝螺栓可能比先有技術的水溝釘貴5倍，比先有技術的支架系統貴1.5倍。但使用本發明的水溝螺栓仍是節省的，這是因為數年中不必化人力重新將水溝釘入原位。同時也可避免由于想釘回松弛的水溝而使工人掉到地面上的危險。另外，當釘子不與原安裝孔貼合時，修理人員為重新固定松弛的水溝，將使釘子移入現有松弛的水溝的左側或右側，這在水溝的后部和墻板上產生附加的孔，這將可能引起漏水，損壞墻板。另外在過去置換水溝時，由于板上有很多洞，木材開裂和水的損壞，必須更換墻板。
本發明的水溝螺栓能解決這些問題，由于本發明的獨特的操作性能不僅可用于新的安裝上，還可用于置換水溝釘，這里僅需取下原來的水溝釘，將新的水溝螺栓穿過為原水溝釘而鉆的前部開口和后部開口，然后將水溝螺栓擰入墻中。如果墻板上的孔由于水溝釘而擴大和螺紋部分不能把住木材，可將一英寸的塑料固定在擴大的孔中，然后再裝入水溝螺栓。為了確保牢固地安裝水溝，不必再使用人們已知的隱藏掛勾式的先有技術的支架系統。這項先有技術的支架系統通過水溝后部螺接，僅夾到水溝的前部返回前緣上。
附圖概述下面參照附圖對所公開的幾個實施例的詳細描述將會更加清楚本發明的其它目的和特征。應該看到，附圖僅作說明用，并沒有限制本發明的意義。
在所有附圖中，同樣的參照數字表示相同的構件。


圖1是本發明水溝緊固件的透視圖，圖2是用本發明的水溝緊固件將水溝固定到墻板上的部分透視圖，圖3是本發明水溝緊固件工具接納端的第一個實施例的頂視圖，圖4是本發明的水溝緊固件工具接納端的第二個實施例的頂視圖，圖5是本發明的水溝緊固件工具接納端的第三個實施例的頂視圖，圖6是本發明水溝緊固件的另一實施例的透視圖，該緊固件具有整體安裝在緊固件工具接納端上的墊片，圖7是用本發明的水溝緊固件將水溝固定到墻板上的部分剖視圖，它具有接觸水溝的整體安裝的墊片，圖8是本發明水溝緊固件工具接納端的第四個實施例的頂視圖，它也具有整體安裝的墊片，圖9是本發明水溝緊固件工具接納端的第五個實施例的頂視圖，它也具有整體安裝的墊片，圖10是本發明水溝緊固件工具接納端的第六個實施例的頂視圖，它也具有整體安裝的墊片，圖11是圖7所示的部分剖面的放大視圖，它表示詳細的第二桿部分，圖12是用以生產本發明水溝螺栓特殊的螺紋部分的制造技術的平面視圖，和圖13是沿圖12的13-13線的剖視圖，它表示加到緊固件螺紋部分上的平圓面。
優選實施例的詳細描述現詳細參見附圖，圖1和2表示本發明的水溝緊固件10。緊固件10具有第一桿部分14和與第一桿部分的一端形成整體的第二桿部分16。第一和第二桿部分具有共同的中心線或縱軸30。
第一桿部分14具有長度L1，第二桿部分16具有卡部L2，L1基本與L2的兩倍相等。換言之，長度L2是L1的一半。對L1和L2而言也可采用其它長度，這些合適的長度都能使水溝緊固件10比其它緊固件更有效地進行固定。
第一桿部分14的長度L1做成使第一桿部分能完全穿過套管22并越過水溝20(圖2)的水收集口28。一旦裝成如圖2所示，螺接的第二桿部分16完全固定在墻板24內，由此將水溝20固定到墻板上。緊固件10的整個長度與直徑D的比例做成約為24∶1。例如在直徑D為1/4英寸時，L1和L2的全長約為6英寸。在沒有頭部的情況下緊固件10的全長約為6英寸～8英寸，在此情況下，第二桿部分16的優選長度為2～2.67英寸。
緊固件10的長度在緊固件整體部分設計時起作用。當長度增大時，在緊固件受迫進入墻板24時加到其頭部的力矩在沿緊固件10的最弱點上出現附加的扭轉應力。緊固件10的最弱點是頭部12a與第一桿部分14的連接點和第一桿部分14和第二桿部分16之間的轉換點(即螺紋部分與非螺紋部分的交接點)。因此頭部12a的厚度可在1/8英寸～1/2英寸的范圍之內。
本發明的水溝螺栓緊固件的總長做成在不使用任何其它緊固件的情況，由它自己能支撐4英寸水溝、5英寸水溝或6英寸水溝。
第二桿部分16具有端部18，它做成尖的從而有利于緊固件10與水溝20和墻板24的初始嚙合。另外，尖端18可使用戶將緊固件10穿過水溝20進入墻板24，從而作進一步的初始嚙合。
緊固件10具有一個直徑D，它可做成1/4英寸，直徑D選擇成使它稍大于標準水溝穿釘的直徑。因此，在拆掉水溝穿釘留下的同一孔中可用水溝緊固件10來代替現有的水溝穿釘。
在本發明的另一實施例中，緊固件10的直徑D可做成使第一桿部分14和第二桿部分16的不同。例如第二桿部分16的直徑可稍大于第一桿部分14的直徑。
圖6～10分別與圖1～5相對應，只是圖6～10中示出了整體安裝的墊片40。墊片40整體安裝到頭部12a的內表面42上使墊片40位于頭部和第一桿部分14之間。因此，第一桿部分14、墊片40和頭部12a是具有相互相切關系的整體的連續的結構。
第二桿部分的螺釘形的螺紋50(圖11)具有尖的邊緣15和適于與木材嚙合的螺距P。尖的邊緣提供了比機加螺釘較深的螺紋。用于木材的螺紋深度加大用以補償與鋼的強度相比較低的木材的強度。螺距可在1/16～3/16英寸的范圍(即每英寸5～16螺紋)。因此，螺距P和直徑D具有的比例為當一個增大時另一個也增大，反之亦然。螺距P選擇成使其小到足以減小驅動緊固件10所需要的扭力而不影響緊固件加到木材的能力、或不使緊固件在其最弱點上斷裂。
頭部12a和墊片40聯合裝到桿的光滑部分上在水溝前部提供了較大的固定力。由于墊片40是圓的且其直徑比頭部直徑12a大，墊片40還可防止套筒扳手在將螺栓10固定到水溝上、轉動頭部12a時在水溝表面留下環狀痕跡或劃傷。
過去采用滾軋或車削的螺釘，在將它們穿過薄的木片時要有導向孔。本發明解決了這個先有技術中的問題，如圖11所示，這項技術方案采用毋須導向孔的螺栓，將其螺紋切削成具有一定的節距P、曲面C、高度H、深度d、尖部S，這樣螺紋80切削成象一個鉆頭、又能象木螺釘那樣固定。在進行了30次不同的試驗以后，已確定最好每英寸切出11個螺紋50、從螺紋頂到底部的螺紋深度最好為1/3的水溝螺栓直徑D。螺紋前部的較陡的斜角用于切割，螺紋后的曲率較小或燕尾形部分C，使該螺紋的最陡的斜角部分象一個鉆頭一樣切割。螺紋的燕尾形部分象一個木螺釘那樣固定。高度H或深度d是從尖部S的最尖點的邊緣到曲面燕尾形部分C的表面的距離。曲面C的燕尾形部分凹成使其曲率半徑差不多是無窮大，因此燕尾形部分C差不多是平的。螺紋50的尖部S使其相對于C的角度約為90°，或最好就是90°直角。
在本發明的一個替換實施例中，將油或TEFLON_涂層(即無粘附的聚合物潤滑涂層)或石蠟涂層加到第二桿部分16的螺釘形的螺紋上，從而有利于減少緊固件10和墻板24之間的摩擦力，由此減少驅動緊固件要求的扭力。第二桿部分16上的螺釘形螺紋提供了水溝20和墻板24之間的極其牢固的連接。
圖3、4和5分別表示頭部的第一、二和三個實施例。當緊固件10固定成如圖2所示時，頭部12a、12b和12c由用戶操作的手動或自動工具嚙合，用戶加上符合要求的把力和壓力使水溝20固定到墻板24上。緊固件10可由鋁、鍍鋅的鋼、不銹鋼或任何其它合適的材料制成，水溝螺栓10最好由鋁制成。
在實際安裝中，將尖端18放到水溝上、輕輕穿過其前部和后部，直到尖端18貼合房頂76下方的墻板24，在穿過水溝后壁之前裝上套管22使它包圍住緊固件10，在與墻板24開始接觸時，重復地輕敲頭部12a、12b和12c使尖端18進一步穿入墻板24，第二桿部分上的螺紋將使緊固件10開始沿螺紋方向轉動。此時，用戶可將手動或電動工具加到頭部12a上，進一步將緊固件10固定到墻板上。
用于制造水溝螺栓的鋁合金是來自密西根州的Traverse市AlcoTec導線公司的5356-0號合金，它具有下列化學成分(占總重量的百分比)元素 最小量％最大量％Si 0.0 0.25Fe 0.0 0.40Cu 0.0 0.10Mn 0.050.20Mg 4.5 5.5Cr 0.050.20Zn 0.0 0.10Ti 0.060.20Be 0.0 0.0008Aluminum(鋁) 95.34 93.494總計 100％ 100％制造方法如圖12所示。為了達到本發明螺釘所需要的螺距和角度，不能采用先有技術的切削或滾軋來制造螺紋。這些先有技術不能生產出用作水溝螺栓、不具有導向孔的螺紋的合適的斜角和深度。
因此決定采用每分鐘30000轉的切削刀片54在鋁桿進入并穿過切割機58時在螺釘的前部切出一個角度。然后螺栓不是在一個切削過程后縮回，而是推到穿過切削器，與切割刀片接觸，對它進行再次切削，通過使水溝螺栓以相反方向通過刀片的返回拉動來切削螺紋前邊緣的邊緣，螺桿相對于刀片54的移動是由自動附著裝置60來完成的，該裝置60具有固定桿52并使它朝前方向64和朝后方向66移動的固定裝置62。在這項加工中，螺紋前緣雙重切削技術使螺栓的螺紋能鉆入木材而不會使木材開裂。這種水溝螺栓在穿入木材時實際上鉆出了螺釘的導向孔。因此，這種水溝螺栓象鉆頭一樣鉆進并象螺釘一樣固定。因此，對水溝螺栓的螺紋前部雙重切削產生了陡斜的螺紋前部、并在前部的后面提供了差不多是平坦的燕尾形部分。通過在螺紋前部的雙重切削，使螺紋具有象鉆頭一樣切入木材的尖部，在通過切削機58的反向切削過程66中僅切削螺紋的前部。
圖13表示一個實施例，其中平圓面80加到用作木螺釘安裝的緊固件螺紋50的螺釘部分上，以減小所需要的扭力。平圓面80是切削或滾軋在緊固件的每個螺紋之間的凹口82。平圓面80減少了頭部、桿部、螺紋、工具上的扭力，并減小了材料上的應力。平圓面80做成多角形的，它不超出螺紋的最高和最低點。它們是螺釘部分的一個獨立的實施例。該平圓面位于螺紋后部的余下的燕尾形彎曲部分上、并位于每個螺紋之間。
平圓面以不同的傾斜角凹進，使在平圓面最高點84上方通過的木材進入凹進的傾斜角上，在緊固件擰入木材時，這就可釋放木材上的應力。平圓面還給木材膨脹和收縮的機會。隨著帶螺紋的緊固件轉動穿入木材，每個單獨的螺紋均出現這個過程。
平圓面的角度減小了木材中的應力。當木材滑到下一個平圓面時，在到達平圓面最高點84之前逐步產生扭力。扭力大小在木材轉到平圓面最低點86上或空腔中之前、在沒有該平圓面的情況下加到剛性桿狀的緊固件上的壓力。由于在每英寸具有多個螺紋的每個螺紋上的一個實際位置或隨機地放置多個平圓面，所以在每個螺紋上都將出現應力釋放。在平圓面的最高點84和最低點86之間是中間點88。
由于存在平圓面，緊固件的螺紋部分牢固地固定在木材中。當從木材中擰出螺紋部分(反時針方向轉動)，木材滑到平圓面最高點84，要克服平圓面最高點84上的阻力。另一方面，當木材向前進入木材(順時針方向轉動)時，它是很易向下滑入最低點86的。
通過在螺紋之間的燕尾部分加上了平圓面，必須減慢螺桿切割刀片的每分鐘轉數，如圖12所示。這就使切割刀片在一個區域所用的時間較長，并在隨機的或受控制深度和尺寸上切出較深的切口。由此在每個單獨的螺紋上具有各種平圓面。制造平圓面的方法是以利用描述圖12時的程序來作為基礎的。圖13示出8個平圓面。
平圓面的角度是變化的。在點86-88-84之間的角α在90～120°之間的范圍內。這就使得緊固件擰入木材而轉動螺釘時使木材的纖維與平圓面的高-低角相一致。
平圓面具有三個不相等的長度，它們是最短長度90、最長長度92和中間長度94。中間長度94連接最短90和最長92長度。角α位于最短長度部分90和中間長度部分94的交接處。角度β位于中間長度部分94和最長長度部分92的交接處。
例1采用扭力扳手進行了比較試驗。三組中的每一組均采用了5個螺桿的螺紋部分為1/4英寸×2英寸的緊固件擰入Douglas fir建筑級木材。所有緊固件的每英寸具有11個螺紋。各組的平均結果如下組 安裝時所要求的扭力(1)先有技術的木螺紋 13～15英尺-磅(2)沒有平圓面的本發明的木螺紋10～12英尺-磅(3)具有平圓面的本發明的木螺紋7～9英寸-磅與先有技術相比，安裝本發明的緊固件要求相當少的扭力。
例2用標準的3/4英寸的墻板來比較本發明的水溝螺栓和先有技術的緊固件。如Marulic的專利No.4888920所示用標準的7英寸或8英寸的水溝釘來固定水溝。所有水溝緊固件的正常間隔是2 1/2～3英寸。由于氣候條件，水溝釘在一年或兩年后會松脫。如果由于氣候條件一旦釘子松脫是很嚴重的，會引起水溝和墻板損壞，使水流入屋內或地下室。在安裝水溝時，水溝釘插到太靠近木材邊緣時會使墻板裂開。在它們遇到豎硬的東西、如木節或椽尾時會彎曲，在用于加壓處理的木材上時水溝釘會彎曲。
我們進行了從木材上除去水溝釘的比較試驗，從3/4英寸厚的松木板上除去水溝釘。拉出釘子要用60磅的力。如果用10個水溝釘安裝25英尺的水溝，那末25英尺的水溝則具有600磅的固定力。
正如Faulkner的美國專利No.5388377的隱藏式吊鉤所示，當用水溝前緣作支撐時，它的強度取決于水溝材料的直徑，直徑的范圍從0.019英寸到0.032英寸。當采用0.032英寸的夾緊邊緣時，將有約50磅的壓力夾到水溝開口上，水溝的前部沒有支撐。另外，由于在將吊鉤部分擰回到墻板上時吊鉤對水溝前緣部分的損壞，就不能重新夾住隱藏式吊鉤。從水溝后部的最高的點到最低點，在將隱藏式吊鉤擰入墻板時對伸入水溝的屋頂邊緣都有損害。下面是通常的隱藏式吊鉤強度的一個例子，當每25英尺的水溝采用10個隱藏式吊鉤時，對水溝的前部和底部固定提供了500磅的支撐力。由于吊鉤的螺釘是金屬的，由于前部夾子不會緊密切貼合在水溝前緣部，相互間會有移動，它們隨時會腐蝕并具有疲勞問題。
本發明的水溝螺栓是一項獨特的改進。例如，在安裝水溝螺栓時可進行完全的控制。不會有敲擊時的擺動或擰入隱藏式吊鉤時水溝與梯子的傾斜。這種水溝螺栓用電鉆或12伏的無繩鉆擰緊。由于在擰入時進行了較多的控制，所以減少了發生事故的機會。可采用鋁制的水溝螺栓來安裝鋁制的水溝，或采用銅制的水溝螺栓來安裝銅制的水溝，這就沒有金屬混用問題。在安裝水溝螺栓時，它們能穿過木結、椽尾或很硬的木材，而不必具有導向孔。在水溝螺栓安裝成緊靠木材邊緣時也不會使木材裂開。
從3/4英寸的松開板上取下水溝螺栓要用875磅的力，如果25英尺的水溝中、水溝螺栓間隔為2 1/2英尺或安裝10個螺栓，那末將有8750磅的力來固定重20磅的25英尺的水溝。如果在25英尺的水溝上僅用5個螺栓，那末20磅的水溝就有4375磅的固定力。正如從前面的先有技術緊固件的試驗結果得出的500～600磅的力可以看出的，本發明水溝螺栓的固定力大大超過所有現有技術的水溝緊固件的固定力。
上面已描述了本發明的幾個實施例，應該看到，對它們進行的許多修改和變化均不超出所附權利要求限定的本發明的精神和范圍。
權利要求
1．一種將屋頂水溝固定到墻板上的水溝緊固件，水溝具有收集來自屋頂的水的開口，該水溝緊固件包括具有第一端和相對的第二端、以及一根縱向軸的第一桿部分，與上述第一桿部分的第一端整體形成的頭部，上述頭部用以接納一個工具，具有沿上述縱向軸與上述第一桿部分的第二端整體形成的第一端、第二相對端和外表面的第二桿部分，上述第一和第二桿部分具有一個直徑；上述第二桿部分具有螺釘狀的螺紋，該螺紋位于上述外表面上，上述螺紋具有螺距，其中上述第一桿部分的長度基本等于水收集口的寬度，上述第二桿部分的長度基本等于上述第一桿部分的長度的一半；和其中螺紋部分的螺距和桿部的直徑之間的比率做成直徑增大時螺距增大，直徑減小時螺距減小。
2．按照權利要求1的水溝緊固件，其中上述頭部的直徑大于上述第一和第二桿部分的直徑。
3．按照權利要求2的水溝緊固件，其中上述第二桿部分的上述端部是尖的，從而有利于水溝緊固件穿過水溝插入墻板。4．按照權利要求3的水溝緊固件，還包括加到上述第二桿部分上的上述螺釘狀螺紋上的涂層，以利于將上述緊固件用于墻板上。
5．按照權利要求4的水溝緊固件，其中上述涂層包括TEFLON_涂層。
6．按照權利要求4的水溝緊固件，其中上述涂層包括石蠟。
7．按照權利要求3的水溝緊固件，其中上述頭部為六角形的。
8．按照權利要求3的水溝緊固件，其中上述頭部為方形的。
9．按照權利要求3的水溝緊固件，其中上述頭部為八角形的。
10．按照權利要求1的水溝緊固件，其中第一和第二桿部分的聯合長度與上述桿部的直徑的比例為24∶1。
11．一種將水溝固定到墻板上的方法，包括下列步驟將緊固件放在水溝的一點上，敲擊緊固件使它穿過水溝的前部，擰動緊固件使它穿過水溝的水收集口的套，敲擊緊固件使之穿過水溝的后部，轉動緊固件使之擰入墻板，一直到水溝牢固地固定到墻板上為止。
12．按照權利要求11的方法，其中上述轉動緊固件的步驟是由用戶用手動工具進行的。
13．按照權利要求11的方法，其中上述轉動緊固件的步驟是由用戶用自動動力工具進行的。
14．在屋頂水溝的連接中，水溝具有前部、后部、封閉的底部和敞開的頂部，頂部和底部位于上述前部和后部之間，用以收集來自屋頂的水，敞開的頂部具有一個寬度，其改進包括水溝的緊固件包括具有第一端、相對的第二端、一個直徑和縱向軸的第一桿部分；與上述第一桿部分的上述第一端形成整體的頭部，上述頭部用以接納一個工具；上述頭部從下列一組形狀中選出六角形、方形和八角形，具有沿上述縱軸與上述第一桿部分的上述第二端形成整體的第一端、一個第二相對端、一個直徑和外表面的第二桿部分；上述第二桿部分具有螺釘狀螺紋，螺紋位于上述外表面上，上述螺紋具有一個螺距，其中上述第一桿部分的長度基本等于水收集敞開頂部的寬度，上述第二桿部分的長度基本等于上述第一桿部分長度的一半；其中螺距和桿部直徑呈相互正比關系；和其中上述第一和第二桿部分的聯合長度與上述桿部的直徑之比為24∶1。
15．在連接屋頂水溝中，按照權利要求14的水溝緊固件，其中上述桿部的上述第二端是尖的，從而有利于水溝緊固件穿過水溝插入墻板。
16．在連接屋頂水溝中，按照權利要求15的水溝緊固件，還包括加到上述第二桿部分上的上述螺釘狀螺紋上的涂層，以利于將上述緊固件用到墻板上。
17．在連接屋頂水溝中，按照權利要求16的水溝緊固件，其中上述涂層包括TEFLON_涂層。
18．在連接屋頂水溝中，按照權利要求16的水溝緊固件，其中上述涂層包括石蠟。
19．一種將水溝固定到墻板上的方法，該水溝具有前部、后部、前后部之間的水收集口，該方法包括下列步驟形成一個穿過水溝前部和后部的孔，將緊固件擰上以穿過水溝的水收集口內的套，轉動緊固件使之進入墻板，直到水溝牢固地固定到墻板上時為止。
20．按照權利要求1的水溝緊固件，其中緊固件由鋁合金制成，該鋁合金具有的化學成分占總重量的百分比如下Si0.0％～0.25％Fe0.0％～0.40％Cu0.0％～0.10％Mn0.05％～0.20％Mg4.5％～5.5％Cr0.05％～0.20％Zn0.0％～0.10％Ti0.06％～0.20％Be0.0％～0.0008％AI93.0492％～95.34％
21．權利要求14的連接，其中緊固件由鋁合金制成，該鋁合金具有的化學成分占總重量的百分比如下Si0.0％～0.25％Fe0.0％～0.40％Cu0.0％～0.10％Mn0.05％～0.20％Mg4.5％～5.5％Cr0.05％～0.20％Zn0.0％～0.10％Ti0.06％～0.20％Be0.0％～0.0008％Al93.0492～95.34％
22．一種木螺釘或水溝螺栓緊固件的螺釘螺紋部分包括一根軸，軸上具有螺紋，每個螺紋具有一個前部，上述螺紋在其前部具有陡斜的斜角，在螺紋的后部具有燕尾形彎曲部分。
23．權利要求22的螺紋部分，其中上述陡斜的斜角是相對于上述燕尾形彎曲部分的直角，和上述燕尾形彎曲部分差不多是平的，其曲率半徑差不多為無窮大。
24．權利要求1的水溝緊固件，還包括水溝螺栓緊固件的螺紋部分包括其上具有螺紋的軸，每個螺紋具有一個前部，和每個螺紋的前部具有陡斜的斜角，螺紋的后部具有燕尾形彎曲部分。
25．權利要求14的連接，還包括水溝螺栓連接件的螺紋部分包括具有螺紋的軸，每個螺紋具有一個前部，和上述螺紋的前部具有一個陡斜的斜角，在其后部具有燕尾形彎曲的部分。
26．權利要求24的水溝緊固件，其中上述陡斜的斜角是相對于上述燕尾形彎曲部分的直角；和上述燕尾形彎曲部分差不多是平的，其曲率半徑差不多是無窮大。
27．權利要求25的連接，其中上述陡斜的斜角是相對于上述燕尾形彎曲部分的直角；和上述燕尾形彎曲部分差不多是平的，其曲率半徑差不多是無窮大。
28．權利要求1的水溝緊固件，還包括放置在上述頭部和上述第一桿部分的上述第一端之間的墊片；和上述墊片整體地附著到上述頭部和上述第一桿部分上，從而使上述第一桿部分、墊片和頭部形成具有相互相切關系的整體的連續的結構。
29．權利要求14的連接，還包括放置在上述頭部和上述第一桿部分的上述第一端之間的墊片，和上述墊片整體地附著到上述頭部和上述第一桿部分上，從而使上述第一桿部分、墊片和頭部形成具有相互相切關系的整體的連續的結構。
30．一種制造水溝螺栓的方法，該水溝螺栓具有位于其外表面上的螺紋部分，上述螺紋部分具有斜角，該方法包括下列步驟提供一根金屬桿，使該桿與切削機的切削刀片接觸，同時上述桿向前方穿過上述切削機以切出螺紋的陡斜的前部，并在上述前部的后面切出燕尾形的平的部分；和使螺紋的前部與上述切削機的切削刀接觸，同時使上述桿向相反方向穿過切削機，從而生產出具有螺紋斜角的水溝螺栓，該斜角能使水溝螺栓在沒有導向孔的情況下穿透水溝和它附著的墻板。
31．一種木螺釘或水溝螺栓緊固件的螺紋部分包括一根具有螺紋的軸，該螺紋具有一個前部；上述螺紋的前部具有陡斜的斜角，在其后部具有燕尾形彎曲部分；和平圓面包括位于螺紋后方的燕尾形彎曲部分上的凹口。
32．權利要求31的螺紋部分，其中每個平圓面包括三個不等長度的部分。
33．權利要求32的螺紋部分，其中三個部分包括一個最長部分、一個最短部分和一個將上述最長部分連到最短部分上的中間長度部分。
34．權利要求33的螺紋部分，還包括最短部分和中間長度部分交換處的角α,α的范圍為90°～120°。
35．權利要求33的螺紋部分，還包括中間長度部分和最長部分交接處的角β,β的范圍為130°～160°。
36．權利要求22的螺紋部分，其中緊固件是木螺釘。
37．權利要求22的螺紋部分，其中緊固件是水溝螺栓。
38．權利要求31的螺紋部分，其中緊固件是木螺釘。
39．權利要求31的螺紋部分，其中緊固件是水溝螺栓。
全文摘要
一種水溝緊固件(10)具有在其一端整體形成的頭部(12a)的第一桿部分(14),以及具有整體形成的相對端的第二桿部分(16)。第一桿部分的長度(L
文檔編號F16B25/00GK1299431SQ98812672
公開日2001年6月13日 申請日期1998年10月27日 優先權日1997年10月30日
發明者韋恩·A·威勒特 申請人:韋恩·A·威勒特