紧固件托架组件和使用方法 【技术领域】
本发明涉及一种紧固件托架组件以及使用诸如射钉枪的驱动工具在工件中固定此紧固件的方法。本发明作为在2002年12月18提交的美国申请系列号为10/321,840的部分连续申请，请求由35U.S.C.§120所规定的优先权。
背景技术
在诸如射钉枪的驱动工具中用于固定(紧固)成排紧固件的紧固件托架组件是已知的，正如美国专利No.6,394,268所示的那样。这一专利公开了一种设置在驱动枪中安的多个紧固件上的单条互连环圈(collar)元件。在美国专利No.5,931,622中，紧固件通过单条托架管套被保持到位，此管套包括了当每个紧固件被打入到工件中时可从紧固件分开的可断裂部分。在美国专利No.5,069,340中，单条紧固件管套包括了一形成有可断裂部分的环形部分。此环形部分意在将紧固件打入工件之后与紧固件在一起，而可断裂部分意在将紧固件打入工件之后从环形部分移走。
这就希望有一种紧固件托架组件，其包括：第一易断托架部分，此部分整理(collate)多个紧固件；以及在紧固件已经被打入工件中之后与紧固件在一起的第二托架部分，但是在紧固件已经被打入工件中之后托架组件仍旧可靠地保持着它结构上的整体性和/或它可以以各种方式形成，诸如垫圈和/或结构阻尼器(structural damper)，而不会对第一托架部分的设计施加约束。同时也希望有一种紧固件托架组件，其允许人们用更适于特定用途的不同的第二部分来替代意在与紧固件在一起的托架条的第二部分，而不会影响或导致替换或重新设计对紧固件进行排列的第一易断托架条。同时也更希望这种两件式托架组件制造成本效益好，并且能够提供在标准驱动工具中实现特定功能所必需的所有整理功能，但不会危害到上述涉及两件式设计的特性。
【发明内容】
通过本发明的紧固件托架组件可达到上述的需要，并且克服现有技术的缺点。特别是，本发明提供了一种用于通过驱动工具固定成排地紧固件那种类型的紧固件托架组件，其中紧固件托架组件包括了第一和第二托架部分。第一托架部分随着紧固件被打入工件中而从紧固件上移走，而第二部分与嵌入的紧固件保留在一起。
根据一个具体实施例，一种紧固件托架组件包括了多个可驱动的紧固件，上部条和多个可以被互连的垫片。上部条包括连接成排的多个互连的、易断整理元件。整理元件和垫片被安装到紧固件柄部并且彼此分开，从而使整理元件靠近紧固件头部放置而垫片靠近紧固件顶部放置。整理元件可以由与垫片相同的材料制成，或用不同于垫片的材料制成，并且整理元件和垫片的其中一个或两个具有与紧固件头部直径相同的横向延伸程度。
在另一实施例中，一种适合于整理与驱动工具一起使用的紧固件的托架组件包括多个易断整理元件以及管套，每一对易断整理元件以及管套被放置于紧固件柄部的相应上部和下部，其中每个管套在紧固件被嵌入工件中时适于处在相应紧固件的头部和工件之间。此管套可以对应于具有环形形状的垫片，或者管套可以描绘出某种大致上轴对称的其他几何形状。整理元件可能具有第一剖面，它基本上薄于第二剖面，从而促使整理元件沿预设线破裂。此管套可由具有相对弹性的材料制成，而同时整理元件可由一种更脆的材料制成。
在另一实施例中，用于将紧固件固定到工件上的方法包括如下步骤：提供包括：具有多个固定元件和固定到每个紧固件上的互连的整理元件的紧固件托架组件，将紧固件托架组件插入到具有发射孔的驱动工具的弹夹(magazine)，将每个紧固件堆进到发射孔中，发射驱动工具。随着每个紧固件被打入工件，整理元件断开并完全从紧固件上移走。在整理元件已经完全从紧固件上移走之后，垫片沿柄部向上推进直至紧固件已经被打入到它在工件中的最终位置。
在另一实施例中，其中容纳紧固件的紧固件托架组件元件包括：第一元件，这个第一元件包括了绕柄轴圆周延伸的夹紧体以及从夹紧体向尖端延伸的一个部分，此部分具有一定的长度；第二元件，该第二元件与第一元件分开，绕柄轴圆周延伸并且放置在第一元件和尖端之间，其中第一主体和第二元件分隔开大致由第一元件部分的长度限定的距离。
在另一实施例中，两件式紧固件托架元件和紧固件托架组件的紧固件包括：紧固件，该紧固件有圆周的柄部、头部和尖端，柄部包括了邻近头部的锥形部分以及处于锥形部分和尖端之间的平直部分；第一元件，该第一元件包括一夹紧体，此夹紧体围绕处于平直部分的柄部的轴线圆周延伸，并且包括一从夹紧体向上延伸并在锥形部分附近终止的部分；第二元件，第二元件与第一元件分开，在平直部分围绕柄部的圆周延伸。
本发明的另外特征和优势通过下面的描述中进行阐述或变得更显而易见。本发明的特点和优点可通过在此说明书及其权利要求书以及附图中所指出的结构和方法以及权利要求来实现和获得。
应该认识到的是，前面所作的大略描述以及后面的详细描述是示范性的和说明性的，目意图为在不限定如权利要求书所述的本发明的范围前提下给出进一步的解释。
【附图说明】
附图提供了对本发明的进一步了解，它与本说明书相结合并构成本说明书的一部分，附图与说明书一起示出了可对本发明原理进行解释的本发明的优选实施例，图中：
图1a是结合本发明原理的紧固件托架组件的一实施例的等轴测视图；
图1b是图1a中紧固件组件的侧视图；
图2a是图1a中紧固件组件上部托架条一部分的平面图；
图2b是图2a中上部托架条部分的侧视图；
图3a是图1a中紧固件组件的下部托架条一部分的俯视图；
图3b是图3a中下部托架条部分的侧视图；
图4a至图4c是根据本发明原理、一代表性的紧固件被打入到工件中的侧视图；
图5a是结合本发明原理的紧固件托架组件的第二实施例的透视图；
图5b是图5a中紧固件组件的一部分的侧视图；
图6a是图5a中紧固件组件上部托架条一部分的平面图；
图6b是图5a中上部托架条部分的侧视图；
图7a是结合本发明原理的紧固件托架组件的第三实施例的透视图；
图7b是图7a中紧固件组件的一部分的侧视图；
图8a是图7a紧固件组件的上部托架条一部分的平面图；
图8b是图7a中上部托架条部分的侧视图；
【具体实施方式】
本发明的紧固件托架组件包括了多个紧固件，上部托架部分和下部托架部分。紧固件组件的一优选实施例被示出在图1a-1b中。具有可驱动的头部的诸如钉或销的紧固件通过托架部分中的一个或两个整理，从而使它们可以通过运用任何传统的气动或燃烧动力的驱动工具被打入到工件中。托架部分包括相应的上部和下部管套，它们在沿紧固件柄部的各位置处夹紧紧固件。当位于驱动工具的弹夹中时，托架部分促使紧固件随着它们推进到弹夹中而正确对齐，然后定位于驱动工具的前端。当处于驱动工具的前端时，紧固件由工具的驱动机构被打入到基体材料(或工件)中，该驱动机构通常将紧固件从成排的剩余紧固件中分开并且向紧固件的头部施加一驱动力。当紧固件被打入到基体材料中时，上部管套与柄部分离而下部管套与紧固件保留在一起。因此，在紧固件已经被打入到工件之后，下部管套保留置于工件和紧固件的头部之间。
与本发明原理相结合的紧固件组件的一个实施例被示出在图1a-3b中。在这个实施例中，紧固件托架组件10包括多个钉型紧固件20，这些紧固件由分开的上部和下部托架条30和50整理。
参考图1a和图1b，每个紧固件20包括可驱动头22和细长的柄部24。柄部24包括形成在它上端靠近头部22的锥形部分25以及在它下端适于刺穿工件的尖端29，工件诸如是木材、干燥墙壁、金属、水泥或上述物的组合。在所公开的实施例中，紧固件20适合于被打入类似于水泥的材料中。紧固件头部22和柄部24的尺寸适用于任何传统的气动或燃烧动力的驱动工具，例如Trakfast驱动工具。在所公开的实施例中，柄部24具有圆形的截面。每个紧固件20由具有适当强度的材料构成，例如高强度的钢。托架条30包括多个上部管套32，它们由上部的易断桥34互连。在相应柄部24的上部26，管套32优选地被定位用于夹紧紧固件20。
下部托架条50与上部托架条30分开并且优选地被间隔开来。下部托架条50包括多个下部管套52，其通过可以易断的下部桥54互连。在相应柄部24的下部28，管套32优选地被定位用于夹紧紧固件20。
每个管套30和50优选地由相同材料制成，例如高密度的聚乙烯。托架组件10可以通过将紧固件20插入到预成型的托架条30和50中而被组装起来，或托架组件10可以通过直接在一排紧固件上模制成型托架条30和50而被组装起来。在前一种情况下，由托架条30和50的每个管套形成的孔所具有的尺寸可以紧密容纳一相应的紧固件，从而在正常处理过程中(例如，组装，包装以及装载)紧固件20从托架条30和50上的不利地脱离可以被最小化。
正如图1b中所示，托架条30和50的每个上部管套32和下部管套52分别具有横向延伸程度d，它大致上等于头部22的直径。通过根据头部22的直径来确定管套32和52的长度，当由驱动机构撞击时，紧固件20将趋于与驱动工具头部的驱动孔保持正确的对齐。这是因为头部22，管套32，特别是管套52在孔中发生任何相当大的不对准之前会挤靠着孔壁。这种根据头部22的直径确定管套的尺寸也可以减少在工具弹夹中，一紧固件相对于另一紧固件旋转的程度，在紧固件20旋转一个较大量之前由于相邻管套52的端部会靠近从而不需加强桥34和/或54。
图2a和图2b示出了上部管套32相应的俯视图和侧视图。当托架组件10通过驱动工具弹夹馈送时，管套32形成为提供足以保持紧固件20正确对齐的强度，但是当紧固件20通过工具驱动机构被打入到工件中时，管套是易断的并易于从紧固件20上移走。上部管套32可以具有多边形外表面33，该外表面包括直边部分32c和32d以及端部32a和32b，来获得这一目的。预制的、圆形孔36延伸穿过管套32并且优选地具有一直径，该直径的尺寸可围绕着上部26实现对紧固件20的牢固夹紧。斜面38和42也可以沿着开口38和42中的一个或二者形成，从而在托架组件10的组装过程中来辅助引导紧固件进入管套32。
比较于端部32a和32d，侧面部分32c和32d的尺寸优选地为管套32提供一相对薄的横截面。更明确地，如在图2a中清楚示出的，侧面部分32c和32d的厚度足够薄，使得当紧固件20被打入工件时，管套32在部分32c和32d的其中一个或两个上会发生失效。易断桥34形成在管套32的连接端部32a和32b之间，从而以希望的整理方式保持管套和紧固件。易断桥34的尺寸提供了足够的结构支撑来在正常处理过程(例如，组装、包装和装载)中，保持上部管套32连接，而且在紧固件驱动过程中允许快速和容易地将管套32从相连的管套中分开。
参考图2b，管套32的第一和第二表面44和46基本上优选的是平的。但是，可以沿侧面部分32c和32d的上表面形成凹口从而促成管套32在预设区域处破裂。正如下面更为详细的说明那样，当紧固件20被打入基体材料中时，由于下部管套50和头部22相反的压缩力，管套32会在部分32和34中的一个或两个部分处发生失效，并且当管套30受迫进入头部22时，直接向外的作用力通过锥形部分25施加在孔36的内壁上。
图3a和图3b示出了下部管套52相应的俯视图和侧视图。与管套32不同，在紧固件20已经被打入到工件中之后，下部管套52倾向于与紧固件20保持在一起。在优选实施例中，管套52象一个圆环，但是可以采用各种其它的形状，例如，长轴与短轴彼此不相等的椭圆形状。如上所述，管套52的横向延伸程度大约是紧固件头部22的外径d，从而有助于将紧固件在驱动工具前部的孔中保持正确的同轴对齐，和/或保持紧固件20之间正确的对齐。
下部管套52具有预制的圆形孔56，此孔优选地具有一直径，该直径可在组装过程中当柄部24被插入到孔56中时，在紧固件柄部24的下部28的附近实现对紧固件20的牢固夹紧。通过沿孔56的孔壁形成诸如一凸台68，柄部24和孔56之间可获得更紧凑配合，因此当柄部24受迫穿过不够大的孔56时，管套52中的弹性保持力增加了。参考图3b，管套52优选地包括了基本平的上和下表面64，64，该上和下表面外切孔56的开口58，62。在另一实施例中，管套52具有沿所述上表面和/或下表面形成的突出凸缘，当管套52在头部22和工件之间被挤压时，此凸缘会被变平。突出凸缘对于减少夹具和紧固件20之间的移动来说是有益的，例如当紧固件20不能完全地被打入工件时。
如图所示，管套52可以通过易断桥54互连。易断桥34和54具有相当的长度和横截面，并且它们可以用相同的材料制成。但是，也可能希望具有可拆开的管套，或通过与桥34相比具有减小的强度特性的桥54相连的管套52。这种需求可能在例如考虑到上部桥连接的管套52与上部桥34基本不在同时切断，从而在紧固件被驱动机构作用时会导致扭曲力矩的情况下产生。
紧固件20可以被用于将诸如横筋(furring strips)或槽形衬档(furringchannel)的夹具安装到诸如水泥墙的基体材料上。图4a，4b和4c示出了出于将例如金属夹具72保持在水泥墙上的目的、从紧固件20被驱动机构撞击到紧固件20被嵌入到水泥基体材料中的过程。参考图4a，一冲击(blow)在表面23处通过驱动机构施加在头部22上(示作外部施加的力F)。管套32和52从相连的管套上被切断，这种切断或是通过力F跨过桥所引发的剪切应力，或是通过在驱动机构中所提供一切断刀片，该刀片用力F同时作用在连接34和54上所造成的。如上所述，管套52可以通过桥互连或可以不通过桥互连，但管套优选地是通过桥互连的。
在紧固件20已经开始穿过夹具72和基体70之后，管套52沿柄部24被推动向上，与管套32相配合然后将管套32推入到锥形部分25中。参考图4b，当管套32受迫与锥形部分25和头部22接触时，头部20和管套52的组合压缩力以及通过锥形部分25作用在管套32上指向外的力导致管套32因沿侧面部分32c和32d其中一个或两个失效而从紧固件20上断开(如图所示的管套片74和76)。下部管套52优选地明显的比上部管套32不倾向于破裂，这是因为它倾向于与紧固件呆在一起。至少出于这个原因，管套52优选地成形为轴对称形状，以使紧固件驱动过程中产生的应力集中最小化。
图4c示出了紧固件20的最终位置。如图所示，一个经过压缩或未经压缩的管套处于头部22和夹具72之间。在某些情况下，紧固件20无法被完全打入到工件中，例如在水泥中存在一块无法贯穿的岩石，或者工具没有足够的驱动力将紧固件20打入到工件中。在这种情况下，一个间隔80形成了，这造成了头部22和基体70之间所不希望的运动自由度。例如，当因为此间隔而使夹具72发生振动时，间隔80可能导致相对高的空气传播的噪声和/或机械噪声传递，或者此间隔可能最终导致紧固件20因夹具72的反复振动而从工件70上被移开。在任一种情况中，安装在头部22和夹具72之间的管套78的出现可以辅助吸收在紧固件20和夹具72之间传递的振动能量。正是如此，管套54可以被另外看成一种阻尼结构。
如上所述，在此优选实施例中，管套32和52是由相同材料制成的。但是，在另一实施例中，管套52可以用比管套32更具弹性的材料制成。一种更具弹性的管套52在它处于夹具72和紧固件头部22之间时，可以增强它的阻尼功能。在这方面，本发明为这种替代设计提供了余地，这是因为上部条和下部条30和50是分开的部件。在一个方面，趋向于断开的上部管套32可以被设计成在紧固件由工具的驱动机构作用时对每个紧固件的断裂区域的可重复性加以提高或改善，而不损害下部管套52的功能，该下部管套趋向于与紧固件20呆在一起并且作为它的承载元件。另一方面，如果对于管套52来说采用一种具有高阻尼系数的材料，那么这种设计可以被实现而不会影响到的管套32的功能。
本发明的第二实施例的例子被示出在图5a，5b，6a和6b中。参考图5a和5b，托架组件包括了多个通过下部托架50和上部托架130进行整理的钉型紧固件20。尽管如在第一实施例的较早解释中那样托架条50可以与另一适合的所选下部托架条成对配合，但是托架条50优选地是与第一实施例中的托架条50相同。参考图5b，托架条130包括了多个管套132，每个管套通过夹紧部分133在紧固件柄部24的上部26夹住紧固件20。在这个实施例中，管套132包括纵向延伸元件140和142，从夹紧部分133向下并且朝向下部托架条50的管套52延伸，从而使元件140和142的相应端部141，143位于紧密靠近管套52处。元件140，142在处理托架条110的过程中以及通过驱动工具装载和发射的过程中，对于保持管套50和夹紧部分133之间的间隔是有效的。在托架条110的处理过程中，托架条130和50之间的正确间隔可以在将托架条110放置在驱动工具的弹夹中之后，通过简单地将托架条50与端部141，143相接触来确认。
在发射过程中，紧固件20被推入，并且被驱动工具的撞针作用。当撞针撞击到头部22时，桥34和54可能不会被同时切断。在这些情况下，随着紧固件20被撞针朝向基体材料向下驱动时，没有断裂的桥可以仍旧作为负载通路，导致作用在托架条110剩余元件上明显的向下拉力。这可能会导致组件110剩余部分的不对准。例如，在第一实施例中，如果桥54通过撞针的撞击被立即切断了，但是桥34却没有被切断，那么用于剩余紧固件的托架条30可能被朝向托架50拉动，这可能会影响到后继紧固件正确向发射孔的推进。这就希望将两个桥同时切断，但是在桥之间给出轻微不同强度和刚度特性是不现实的，驱动工具在发射和/或加载机构上的公差是不可避免的。如果优选地对上部和下部的管套来说都有桥的话，正如优选实施例中那样，就希望具有诸如元件140，142的元件，如在第二实施例中该元件从夹紧部分133朝向管套52向下延伸。元件140，142不需要被附着到下部管套52和夹紧部分133。端部141，143在下部管套52附近或抵靠下部管套52从而在发射过程中排除夹紧部分133朝向管套52有明显的推进。因此，在桥不会同时被切断的地方，管套52和夹紧部分133之间的间隔在组件110的剩余部分中仍旧被保持。在通过管套132作用在管套52上的向下力首先切断上部连接34的情况下，由元件140，142所提供的抵靠接触也在切断下部管套中起辅助作用。
参考图6a和6b，夹紧部分133限定了孔136，用于在柄部的上部26处容纳紧固件柄部24，并且左、右元件140，142从端部133a，133b向下延伸。侧面部分133c和133d形成有比端部133a，133b薄的横截面，以便在紧固件插入过程中使夹紧部分133倾向于在侧面部分133c，133d中的一个或两个处产生断裂。在管套32已经被从柄部24移走后，正如在图4a至4c所示以及先前对第一实施例的描述那样，断裂以及之后紧固件插入到基体材料中的顺序与第二实施例中的相同，但额外包括有下面的优点：当靠近或抵靠管套52放置时，元件140，142的端部141，143将会促成管套52从托架条剩余部分分开。
元件140和142可以是单独的、彼此分隔开的元件或是一体的。例如，一个单独元件可以由夹紧部分133向下朝向管套52的延伸而形成。在本实施例中，单独元件可以在侧面部分133c，133d以下的区域中有凹口，以便元件的存在不会在插入过程中对夹紧部分133的切断造成阻碍。元件140，142通常是伸长的并且可以有薄的横截面或可以具有近似于端部133a，133b横截面的横截面。
参考图7a，7b，8a和8b示出了本发明的第三实施例。在这个实施例中，紧固件托架组件的所有特征与第二实施例中的相同，除了托架条130被托架条230所代替之外，托架条230包括套管232，该套管232具有元件244和246，它们从每个夹紧部分133向上延伸。在这个上部托架条的实施例中，可以包括带有或不带有下部延伸部140和142的元件244和246。放置在管套232和头部22之间的元件244，246的端部245，247被用来作为保持头部20和管套232之间间隔的一种装置，换句话说，就是阻止管套232朝向头部22向上滑动。这个功能是有益的一个例子是在发射过程中。当紧固件20被推入发射孔并且由撞针作用时，施加到托架条剩余部分上的合力可能导致柄部在上部托架条中向下滑动(通过还没有切断的桥)，因此可能使剩余的紧固件在弹夹中不对准。通过所提供的上部元件244，246，可阻碍柄部24任何明显的滑动。另外，在托架条30或130中包括元件244，246可能是有益的，从而在目标夹紧部分133的断裂区域处，即侧面部分133d，133c或32d，32c处引发更大的弯曲应力。这一点可以通过注意到：在侧面133d和133c中引发的、归因于通过头部22和/或锥形部分25作用的向下压力的拉伸应力随着力臂增加而增加，而得以理解。因此，通过提供元件244，246，在紧固件插入过程中，由端部245，247到端部133d，133c中心的距离所定义的力臂会促成夹紧部分133更快速地断裂。
参考图8a和8b，元件244和246优选地从端部133a，133b向上延伸，从而使元件140，244和142，246彼此分别对齐。元件244，246另外可以由单一的整体件替代，这个整体件从具有形成在侧面部分133c，133d以上一个位置处的凹口的夹紧部分133向上延伸。
尽管上面的描述旨在本发明的优选实施例，应该注意到的是在不背离本发明的精神和范围的前提下，其它的修改和变化对本领域技术人员来说是显而易见的，并可以作出。