專利名稱：具有可變間隙的螺紋連接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種陽螺紋部件和陰螺紋部件之間的螺紋連接，該螺紋連接適用于所
有類型的螺紋連接，例如牙科植入物和螺釘之間的螺紋連接，其中所述螺釘用于保持假牙等。
背景技術(shù)：
陽螺紋部件(具有由一系列錐形體(spire)構(gòu)成的螺紋牙形)和陰螺紋部件(也 具有由一系列錐形體構(gòu)成的螺紋牙形，并且與所述陽螺紋部件完全配合)之間的傳統(tǒng)的螺 紋連接設(shè)計(jì)成使得不存在間隙，或者換句話說，使得兩個部件的螺紋牙形彼此完全配合。分 析完這些連接之后，得出這樣的結(jié)論，B卩，在螺紋連接的使用壽命期間，錐形體上的應(yīng)力分 布使得一些錐形體承受比其它錐形體更大的張力。更具體地說，承受更大張力的錐形體是 最初的錐形體，或者換句話說，是最接近螺釘頭部的錐形體，或者同樣地，是距離螺釘末端 最遠(yuǎn)的錐形體。 已知一些專利例如US3664540和US2870668,其描述了螺紋連接，其中在外部(陽
螺紋)的螺紋牙形和內(nèi)部(陰螺紋)的螺紋牙形之間具有間隙。該間隙線性地增加以使應(yīng)
力均勻分布，或者換句話說，以使所有的錐形體大體上承受相同的張力。 然而，該線性增加的間隙不允許控制整個螺紋連接上的應(yīng)力分布，而控制整個螺
紋連接上的應(yīng)力分布對于特定的應(yīng)用是有意義的，在這些應(yīng)用中希望具有不同的應(yīng)力分布 的螺紋連接。在這些特定的應(yīng)用中，無論是傳統(tǒng)的螺紋連接(其中最初的錐形體承受最大 的應(yīng)力)，還是如US3664540或US2870668中所述的螺紋連接(其中所有的錐形體承受相同 的應(yīng)力)，都不是最適宜的。相反，在這些應(yīng)用中有意義的是，應(yīng)力峰值可出現(xiàn)在螺紋連接的 任何一個錐形體中，甚至出現(xiàn)在最后的錐形體中。例如，在航空中使用的螺紋連接中，最后 的錐形體必須是負(fù)荷最大，以保證在螺釘斷裂的情況下螺釘?shù)拇蟛糠值靡员Ａ?并因此繼 續(xù)工作)，從而保證螺紋連接得以維持?；蛘?，也有意義的是，設(shè)計(jì)螺紋連接使得在螺釘斷裂 的情況下故障發(fā)生在螺釘?shù)念^部，因此便于拔出螺釘。 本發(fā)明的目的是提供一種螺釘連接的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)適用于這樣的應(yīng)用，其中既不 必使應(yīng)力分布均勻，也不必使最初的錐形體承受最大應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的研究對象是陰螺紋部件和陽螺紋部件的螺紋連接，陰、陽螺紋部件均具 有錐形體組成的螺紋牙形，其中陽螺紋部件的螺紋牙形的螺紋不同于陰螺紋部件的螺紋牙 形的螺紋，在兩個部件之間具有受控的間隙。根據(jù)本發(fā)明，兩個部件(陰螺紋部件和陽螺紋 部件)中的一個具有可變的螺距。因此，兩個部件之間的螺紋連接具有以非線性的方式變 化的間隙(不同于US3664540和US2870668中的間隙，在這兩篇專利中，兩個部件的螺距稍 有不同但是總是恒定的，從而產(chǎn)生線性變化的間隙)。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整螺距的特定設(shè)計(jì)(因 此適當(dāng)?shù)卣{(diào)整非線性間隙的類型)，可以按照各個特定應(yīng)用的需要控制整個螺紋連接上的應(yīng)力分布。因此，本發(fā)明允許構(gòu)造或選擇將會承受較大應(yīng)力的螺紋連接的區(qū)域，并且因此允 許控制在連接的哪個區(qū)域?qū)l(fā)生破壞。 可變的螺距可以存在于陽螺紋部件或存在于陰螺紋部件內(nèi)。必須考慮的是，如果 可變螺距應(yīng)用于陽螺紋部件，則該可變螺距通常是逐漸增大的螺距，而如果可變螺距應(yīng)用 于陰螺紋部件，則該可變螺距通常是逐漸減小的螺距。另一個部件將具有帶恒定螺距的螺 紋牙形。 應(yīng)該記住的是，使用的術(shù)語〃 逐漸增大〃 和〃 逐漸減小〃 是指從陽螺紋部件(所
述陽螺紋部件通常是螺釘或類似物)的頭部朝末端觀察所述螺紋連接時(shí)的情形。 優(yōu)選地，非線性地變化的間隙以基本上為n次拋物線、橢圓或多項(xiàng)式的形式變化。
一種或另一種間隙類型的選擇取決于本發(fā)明將使用的應(yīng)用。


在附圖中可以認(rèn)識到本發(fā)明的細(xì)節(jié)，但附圖不用于對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制
-圖1示出傳統(tǒng)的沒有間隙的螺紋連接；
-圖2示出根據(jù)本發(fā)明的螺紋連接的示意圖；-圖3示出前一附圖中螺紋連接的幾個連續(xù)錐形體的放大視圖；
_圖4示出圖1中整個螺紋連接上的應(yīng)力分布；
_圖5示出圖2中螺紋連接的應(yīng)力分布；
-圖6示出應(yīng)力關(guān)于間隙的圖表；-圖7示出傳統(tǒng)的不具有間隙的螺紋連接、傳統(tǒng)的具有線性逐漸增大的間隙的螺 紋連接、和根據(jù)圖2中所示的本發(fā)明的螺紋連接的整個錐形體上的力的分布圖表；
-圖8示出一表格，該表格詳細(xì)列出傳統(tǒng)的連接和本發(fā)明幾個實(shí)施例的間隙值；
-圖9示出前一附圖中的間隙的圖形表示。
具體實(shí)施例方式
圖1示出在陰螺紋部件1和陽螺紋部件2之間的傳統(tǒng)的螺紋連接，其中在兩個部 件1、2之間不具有間隙。 圖2示出根據(jù)本發(fā)明在陰螺紋部件1和陽螺紋部件2之間的螺紋連接的實(shí)施例， 其中，由于陰螺紋部件1的螺距4和陽螺紋部件2的螺距4不同而在兩個部件1、2之間形 成間隙3。根據(jù)本發(fā)明，兩個部件1、2之一的螺距4以不恒定的方式在錐形體之間增加。因 此，間隙3的寬度以非線性的方式增加。在附圖所示的實(shí)施例中，陰螺紋部件1具有逐漸增 加的螺距4，而陽螺紋部件2具有恒定的螺距4。"螺距4"理解為在螺紋牙形中一個錐形體 到下一個錐形體之間的距離。 圖3示出陰螺紋部件1和陽螺紋部件2之間的螺紋連接的多個連續(xù)錐形體的放大 視圖。陽螺紋部件2的螺距4b是固定的，而陰螺紋部件l的螺距4a、4a' 、4a〃在連續(xù)的錐 形體上增加。優(yōu)選地，螺距4a、4a' 、4a〃 、4b使得間隙3的寬度以基本上為拋物線、橢圓或 n次多項(xiàng)式的形式變化。 對于以基本上為拋物線的形式增加的間隙3，陽螺紋部件2的螺距4b恒定，而陰螺 紋部件l的螺距4a、4a' 、4a〃遵循關(guān)于錐形體編號/序號的線性函數(shù)；即， 一個螺距和前一個螺距之間的差是定值。換句話說，關(guān)于錐形體編號的陰螺紋部件l的螺距的圖形表示 是直線。例如，如果陽螺紋部件2的螺距4b是定值"p"，則陰螺紋部件1的螺距4a、4a'、 4a"分別是p+k、p+2k和p+3k，其中k是常數(shù)。因此，在這種情況下，間隙3、3' 、3〃的寬 度分別是k、3k、和6k。對于多個錐形體，整個間隙的寬度序列將是k、3k、6k、10k、15k、21k、
28k......，或者換句話說，寬度關(guān)于錐形體編號以基本上為拋物線的形式增加，如圖9所示。 對于以基本上為橢圓的形式增加的間隙3，陽螺紋部件2的螺距4b恒定，而陰螺紋 部件l的螺距4a、4a' 、4a〃遵循關(guān)于錐形體編號的拋物線函數(shù)。例如，陰螺紋部件l的螺 距以這樣的方式增長，即第二螺距比第一螺距長一個定值；第三螺距是第二螺距的兩倍等 等。更具體地說，如果陽螺紋部件2的螺距4b是定值"p"，則陰螺紋部件1的螺距4a、4a'、 4a"可以分別是p+k、p+3k和p+6k。因此，間隙3、3' 、3〃的寬度分別是k、4k和10k。對于
多個錐形體，整個間隙的寬度序列將是k、4k、10k、20k、35k、56k、84k......，或者換句話說，
間隙寬度關(guān)于錐形體編號以基本上為橢圓的形式增加，如圖9所示。 對于以基本上為n次多項(xiàng)式的形式增加的間隙3，陽螺紋部件2的螺距4恒定，而 陰螺紋部件l的螺距4a、4a' 、4a〃遵循關(guān)于錐形體編號的n_l次多項(xiàng)式函數(shù)。例如，對于 其寬度按照5次多項(xiàng)式增長的間隙3、3' 、3〃 ，陰螺紋部件l的螺距4a、4a' 、4a〃必須按 照4次多項(xiàng)式函數(shù)增長。來看作為示例的具體數(shù)值，如果陽螺紋部件2的螺距4b是定值 "P"，則陰螺紋部件1的螺距4a、4a' 、4a"可以分別是p+k、 p+5k和p+15k。因此，間隙3、 3' 、3〃的寬度分別是k、6k和21k。對于多個錐形體，整個間隙的寬度序列將是k、6k、21k、
56k、126k、252k、462k......，或者換句話說，間隙寬度關(guān)于錐形體編號以基本上為5次多
項(xiàng)式的形式增加，如圖9所示。 邏輯上，以拋物線的形式增加和以橢圓的形式增加的情況是以n次多項(xiàng)式的形式 增加的特殊情況，其中分別為n = 2和n = 3。 圖4示出圖1中整個常規(guī)螺紋連接上的應(yīng)力分布，其中以不同的灰度等級標(biāo)識應(yīng) 力值(MPa)的大小。如圖中所示，高的應(yīng)力等級(色調(diào)幾乎是白色的)集中于陽螺紋部件 (螺釘)的最初的錐形體(附圖的左邊)。然后，在較急劇的過渡(不同的灰度所示)后， 在陽螺紋部件末端存在大量輕微受力的錐形體(以深灰色和黑色示出)。陽螺紋部件承受 的最大應(yīng)力值大約為752MPa。 圖5示出圖2所示整個螺紋連接上的應(yīng)力分布。在這里，本發(fā)明帶來多個有益效 果。首先，所有的錐形體均衡受力，這可以理解為因?yàn)榛叶鹊燃壷g的過渡比圖4中的平 順。其次，施加至陽螺紋部件的最大值或應(yīng)力峰值減小至568MPa左右的值。換句話說，和 圖4中的螺紋連接相比，施加到陽螺紋部件(在該圖和其它附圖的底部)的最大應(yīng)力值減 小大約20%。 圖6示出表示螺紋連接承受的最大應(yīng)力(N/mm2)相對于上述"k"參數(shù)(mm)的圖表， 其中，螺距的增加以所述"k"參數(shù)為參數(shù)。圖中示出兩條曲線一條是關(guān)于本發(fā)明具有以拋 物線的形式逐漸增加的間隙的螺紋連接的連續(xù)曲線， 一條是關(guān)于US3664540或US2870668 具有以線性形式逐漸增加的間隙的螺紋連接的虛線。兩個連接的目的均在于選擇最優(yōu)的 "k"值，在該最優(yōu)的"k"值下，螺紋連接承受的最大應(yīng)力為最小。還應(yīng)該注意到，具有以拋物 線的形式逐漸增加的間隙的螺紋連接比具有以線性形式逐漸增加的間隙的螺紋連接總體上具有較低的最大應(yīng)力值，對于較大的"k"值，該差異是顯著的。因此，相比于US3664540 和US2870668中的連接，使用本發(fā)明中具有適當(dāng)"k"值的螺紋連接可使最大應(yīng)力顯著降低。
圖7示出在構(gòu)成螺紋連接的整個錐形體上，各個錐形體(由錐形體編號標(biāo)識)承 受的接觸力(N)的分布的圖表。圖中示出三條曲線一條是關(guān)于傳統(tǒng)的沒有間隙的螺紋連 接的連續(xù)曲線；一條是關(guān)于US3664540或US2870668具有以線性形式增加的間隙的傳統(tǒng)螺 紋連接的虛線；一條是關(guān)于本發(fā)明具有以拋物線的形式增加的間隙的螺紋連接的點(diǎn)劃線曲 線。如圖所示，在傳統(tǒng)的沒有間隙的螺紋連接中，第一錐形體承受極大的力(大約275N)， 并且在后面的錐形體上力迅速降低。在具有以線性形式增加的間隙的螺紋連接中，最初的 錐形體承受較低的負(fù)荷，最大的力施加在第九和第十個錐形體上，其中最大值大約為175N。 然而，在根據(jù)本發(fā)明的螺紋連接中，所有的錐形體以均勻的方式負(fù)荷，這是有益的，因?yàn)槭?所有的錐形體以均勻的方式負(fù)荷減小了錐形體中的任何一個損壞的風(fēng)險(xiǎn)；在某些錐形體承 載比其它的錐形體多很多的負(fù)荷時(shí)通常會發(fā)生錐形體損壞。此外，所承受的最大力的值比 在兩個傳統(tǒng)的螺紋連接中的小很多；事實(shí)上，所述最大力的值大約為80N，這對應(yīng)于比兩種 傳統(tǒng)的螺紋連接分別減小70%和55%。 圖8示出表示根據(jù)幾個以多項(xiàng)式的形式增加的序列獲得的逐漸增加的間隙的圖 表1次(線性增加，現(xiàn)有技術(shù)已知)、2次(以拋物線的形式增加)、3次(以橢圓的形式增 加)、4次、5次和6次。圖9示出這些間隙關(guān)于錐形體編號的圖示。該圖示幫助觀察根據(jù)本 發(fā)明的以拋物線、橢圓等形式增加的間隙。 本發(fā)明的螺紋連接能使用任何傳統(tǒng)的合適的工藝制造，例如機(jī)械化、注塑、層壓等
等，只要考慮它必須能產(chǎn)生不恒定的螺紋(這些方法中的任一種都可以理想地實(shí)現(xiàn))。相比
于傳統(tǒng)的螺紋連接的加工工藝，該加工工藝不需要專用工具或較長的加工時(shí)間。 另一方面必須指出的是，沒有任何最優(yōu)化的螺距增加參數(shù)。最優(yōu)化的螺距參數(shù)將
取決于螺紋尺寸、螺紋材料、螺紋連接承受的負(fù)荷等等。根據(jù)各種應(yīng)用的需要，可計(jì)算出不
同的最佳參數(shù)。 在特別有益的方式中，本發(fā)明的螺紋連接應(yīng)用于牙科植入物和牙科植入物的連接 螺釘之間的連接，其中牙科植入物是陰螺紋部件1，螺釘是陽螺紋部件2。要連接至牙科 植入物的部分一般是柱樁，但是也可是任何其它的修復(fù)構(gòu)件，例如愈合柱(cicatrisation pillar) 、 UCLA柱(UCLA pillar)等等?？傊c傳統(tǒng)的螺紋連接提供的機(jī)械裝置相比，根 據(jù)本發(fā)明的外部連接提供更堅(jiān)固的機(jī)械副(植入物、螺釘和修復(fù)構(gòu)件)。因此，該機(jī)械裝置 的堅(jiān)固性增加，而無需使用與正常使用的材料不同的材料，也無需增加包含在機(jī)械裝置中 不同元件的生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
一種陰螺紋部件(1)和陽螺紋部件(2)之間的螺紋連接，其中兩個部件(1，2)包括由一系列錐形體構(gòu)成的螺紋牙形，兩個部件(1，2)中的至少一個的螺紋牙形具有可變的螺距(4a，4b)，使得在兩個螺紋牙形之間形成逐漸增加的間隙(3)，其特征在于兩個部件(1，2)的螺距之間的差值關(guān)于錐形體編號不恒定，使得間隙(3)以非線性的方式變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋連接，其特征在于，兩個部件(1，2)的螺距之間的差值遵 循n-l次多項(xiàng)式函數(shù)，使得間隙(3)按照n次多項(xiàng)式函數(shù)變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋連接，其特征在于，兩個部件(1，2)的螺距之間的差值遵 循線性函數(shù)，使得間隙(3)以拋物線的形式(2次)變化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺紋連接，其特征在于，兩個部件(1，2)的螺距之間的差值遵 循拋物線函數(shù)(2次)，使得間隙(3)以橢圓的形式(3次)變 化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的螺紋連接，其特征在于，陽螺紋部件(2)具有恒定的螺距 (4b)，陰螺紋部件(1)具有變化的螺距(4a)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的螺紋連接，其特征在于，陽螺紋部件(2)具有變化的螺距 (4b)，陰螺紋部件(1)具有恒定的螺距(4a)。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的螺紋連接在牙科植入物和螺釘之間的連接中的 應(yīng)用，所述螺釘用于將另一部件連接到牙科植入物，其中牙科植入物是陰螺紋部件(1)，螺 釘是陽螺紋部 件(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在陰螺紋部件(1)和陽螺紋部件(2)之間、特別是在螺釘和牙科植入物之間的螺紋連接，兩個部件(1，2)利用具有錐形體的螺紋牙形配合在一起，其中陽螺紋部件(2)的螺紋牙形的螺距(4b)不同于陰螺紋部件(1)螺紋牙形的螺距(4a)，由此在兩個部件之間獲得可控的間隙(3)。根據(jù)該發(fā)明，兩個部件(1，2)中的一個具有可變的螺距。因此，兩個部件(1，2)之間的螺紋連接具有以非線性方式變化的間隙(3)。經(jīng)過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整螺距的特定設(shè)計(jì)，可以按照應(yīng)用的需要控制整個螺紋連接上的應(yīng)力分布。
文檔編號F16B33/02GK101796312SQ200880020542
公開日2010年8月4日 申請日期2008年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月18日
發(fā)明者E·阿尼圖亞阿爾德科亞 申請人:生物技術(shù)研究所I+D有限公司