专利名称：紧固件元件的结构的制作方法图1是用于与圈形产品连接的钩子紧固件带子的部分立体图；图2是图1中的带子的侧视图；图3是沿着图2中的3-3线的横断面图；图4是图1中的一个钩子的放大后的侧视图；图4A-4E分别是沿着图4中的4A-4A，4B-4B，4C-4C，4D-4D，4E-4E线的横断面图；图5是图4中的钩子从方向5看的端视图；图6表示向着图5中钩子的一侧拉动圈的情况，如同紧固件受到剪切载荷；图7表示向着图5中钩子的另一侧拉动圈的情况，如同紧固件受到剪切载荷；图8是图4E中区域8的放大图；图8A-8E表示图8中钩子头部的横断面的可以替代的结构；图9与图4类似，是图1中一个钩子的放大的侧视图；图10是沿图9中的10-10线的横断面图；图11是带有两个朝向相反的钩子点阵的钩子紧固件带状产品的平面图；图12是具有与图8B相当的头部横断面的另一种钩子结构的侧视图；图12A是具有与图8A相当的头部横断面和杆部加强元件的又一种钩子结构的侧视图；图13表示一种连续模制钩子紧固件带状产品的装置；图14是从14-14方向看的图13中的模具辊的部分侧视图；图15表示图14中的模具辊的另一种结构；图16和17表示用光化学法刻蚀钩子形状的模腔的掩膜的轮廓；图16A是沿图16中的16A-16A线的横断面图。请参阅图1-3，一种接触式紧固件的钩子部件10由一块宽的，薄板状的底板12和许多平行排列的，从底板上延伸出来的整体模制的钩子14所组成。如图3所示每一个钩子14都有一个弧形的侧面16和一个平坦的侧面18。虽然图中只表示了三排钩子，但应该理解，部件10可以具有任何排数的钩子。如图所示，相邻两排的钩子元件沿着它们所在的排朝向相反的方向，而它们的弧形侧面却在整体上都朝向同一个侧面方向。在另一个实施例中(图中未表示)，相邻两排的钩子都朝向相同的方向。图4表示一个钩子14的放大后的轮廓图。这个钩子有一根底座很宽的锥形的杆部20，这种杆部从紧固件底板向上延伸，与底板做成一个整体。在侧面的轮廓中，杆部20具有一个整体上笔直的侧面以及从底板开始呈连续锥形的三角形。一个锥形的头部22与上述杆部模制成整体，并向杆部的一侧凸出，形成一个能与圈连接的弯钩。钩子轮廓的中心线26通常是通过杆部20垂直延伸，然后沿着一条光滑的曲线呈拱形，到达远处的顶端24。垂直于中心线26测量的头部厚度D从杆部到顶端连续减小，不过减小的速率要比杆部整体锥形的宽度小得多。图4A-4E是图4中的钩子14的横断面图，它表示了钩子在几个高度上的横断面形状。如这些横断面所表示的，在钩子的平坦的侧面与弧形侧面之间的厚度(即钩子垂直于图4中侧面轮廓的平面的尺寸)，在靠近钩子的中心线处最大，而向着前边缘27a和后边缘27b逐渐减小。如图5中的正视图所示，钩子14的厚度沿着钩子从底板14到顶端4也逐渐减小。图中的虚线表示钩子表面的弧线。靠近顶端24处，钩子厚度的斜率迅速增大，在钩子的弧形侧面，在顶端附近形成一个很陡的表面。这种表面构造将影响与一个圈保持连接的性能，这一点将在下面详细说明。请参阅图6，一个在钩子的平坦的侧面施加剪切载荷的连接圈28将在钩子的边缘27a和27b处急剧弯曲。当钩子开始绕着它的底板向施加剪切载荷的方向F1弯曲时，由这个圈施加在钩子上的载荷集中在这两条边缘上。钩子14在这个载荷的作用下既要绕着它的底板弯曲，又要扭转。当杆部弯曲时，通常杆部的弧形侧面受到压缩，而平坦的侧面受到拉伸。当杆部扭转时，顶端24便向着载荷偏转(即沿着载荷F1的方向)。结果，在越来越大的剪切载荷作用下，圈将越过顶端24，从钩子的头部滑脱。请参阅图7，一个在钩子14的弧形侧面16上施加剪切载荷的圈28就不会象图6中那样绕着边缘27a和27b急剧弯曲了。在钩子的弧形侧面加载圈施加在钩子上的载荷就会沿着它与钩子头部的接触长度分布得很均匀。当载荷F2增大时，钩子将扭转，使顶端24向着载荷的方向偏转，直到圈28越过顶端从钩子头部滑脱。对于同样的载荷量F1，F2，在圈28与钩子14之间的局部接触载荷，在图6的情况下将要比图7的情况大得多(因为载荷集中在钩子边缘附近)。
请再参阅图1-3，钩子部件10上的钩子14是成排布置的，结构相同的钩子侧面都朝向同一个横向，使得这个钩子部件在受到一个连接的圈向一个垂直于加工的方向施加剪切载荷时，钩子所受到的载荷将如图6所示，而当向相反的垂直于加工的方向施加剪切载荷时，钩子所受到的载荷将如图7所示。曾经对这种钩子部件进行过剪切测试，结果，它在不同的垂直于加工的方向上表现出不同的抗剪切性能。作为这种结构所能达到的非限制性的例子，采用图4-5中所示形状的结构的钩子点阵，当如图6所示的那样在钩子的平坦侧面施加载荷时所表现出来的抗剪切性能，要比如图7所示的那样在钩子的弧形侧面上施加载荷所表现的抗剪切性能高达3-5倍。
一般认为，钩子与圈接触区域的两个侧面的表面上的结构的差别形成了这种抗剪切性能的方向性差别。曾经对结构具有图4和5中所示的整体形状的原型钩子在受到上面提到的横着加工方向的剪切载荷时的偏转进行了观察。结果，当按图6所示的方式进行加载时，钩子的抵抗圈脱开的阻力，要比按照图7所示的方式加载时大得多。
在原型钩子的测试中观察到下列结果。当钩子的杆部由于施加了载荷而开始绕着它的底板扭转时，载荷加在弧形侧面上的圈要比加在平坦的侧面上的圈更容易从偏转的钩子头部滑脱，如果松开圈减小载荷，则钩子的偏转也相应地减小。在圈与钩子在靠近顶端24处连接时，此时钩子的弧形侧面为圈提供了一个很陡的锥形表面，上述倾向就特别明显。当沿着钩子边缘27a和27b有微小的缺陷时，由于它卡住了在钩子的平坦侧面上施加载荷的圈，阻止圈沿着钩子的边缘向顶端滑动，这种倾向就越加加强了。
钩子14的两个侧面在顶端24附近的陡度的差别示于图8。钩子的弧形侧面16与钩子排列的平面在沿着钩子中心线26方向延伸的横断面上形成了大约70度的滑脱角α1(见图4和4E)，而钩子平坦侧面18是与钩子排列的方向平行的，其有效的滑脱角为零度。
其他的钩子形状和结构也能够在横着加工方向的剪切性能方面提供所需要的方向性差别。在图8A-8E中表示了一些其他结构的例子。例如，图8A中的钩子有与图8中的钩子类似的一个弧形侧面16和一个平坦侧面18，但，该弧形侧面所形成的滑脱角α1′只有30度。图8B中的钩子有两个不同的弧形侧面16′和18′，它们分别形成了滑脱角α1(大约70度)和α2(大约35度)。在这个例子中，钩子的边缘用沿着钩子排列方向延伸的虚线30来表示。
本发明并不局限于带有图8C和8D的实施例中所示的弧形侧面的钩子。例如，图8C中的钩子有两个局部平坦的侧面18和16＂，而侧面18处于钩子排列的平面上。侧面16＂与排列的方向形成了大约35度的滑脱角α1，因此提供了圈在松开时更容易滑动的较陡的表面。图8D中的钩子有两个局部平坦的侧面16＂′和18＂′，分别与边缘30形成了滑脱角α1(大约70度)，和滑脱角α2(大约35度)。
钩子的两个侧表面并不一定要象图8-8D所示的那样相交成尖锐的边缘。例如，图8E中的钩子的两个侧表面16和18在边缘17处相交，具有大约0.001英寸的厚度t。弧形侧面16在与边缘17相交处形成大约70度的滑脱角α1，而与边缘17的平面平行的平坦的侧面18则形成0度的滑脱角。
在所有以上这些实施例中，图中所示的滑脱角都是在钩子的顶端24处，在沿着钩子的侧面轮廓中心线26的平面上所取的横断面上测量的(例如图4中的断面4E-4E)。除了在顶端附近之外，在钩子头部其他区域中的侧表面的结构也影响钩子对于圈在剪切作用下松脱的阻力。例如，一个加载的圈可能一开始就拉在靠近图4中的4C-4C断面的断面上，如图6和7所示。这样一个加载的圈，一旦沿着钩子的头部向顶端滑动，很容易沿着偏转的头部保持滑动，直到它完全脱开。一个钩子头部的抵抗圈滑动的能力，除了其他因素之外，主要与钩子在与圈连接的点上的侧面的侧锥角有关。
请参阅图9和10，钩子表面在与横着加工方向轻拉的(即圈已经套上，但钩子没有偏转)圈102在接触点100处的＂侧锥角＂β，是在圈所形成的平面108上，通过与钩子侧面轮廓的中心线相切的平面上的一个断面(例如10-10)，由沿着顶端(即，顶端24)所延伸的方向延伸的一条线104与圈102在接触点100和钩子表面相切的一条线106之间所形成的角度。在通过钩子头部的给定的横断面上，为了使钩子相对两侧的保持圈的性能有差别，钩子一侧的侧锥角应该大于钩子另一侧的侧锥角。通常，对于厚度呈连续锥形的钩子头部，厚度的锥形越陡，对于一个在两个相反方向加载的圈来说，在给定的横断面上两个相反侧面上的侧锥角的和越大。对于图4中所示的钩子，在平行于顶端延伸的方向的平坦侧面上，沿钩子头部的该平坦侧面的所有点上的侧锥角将为零。
请参阅图11，一种模制的钩子产品70具有从一块单独的底板上延伸出来的两个钩子点阵72和74，各占据产品的一半。点阵72中的钩子的平坦侧面都朝向一个方向，而点阵74中的钩子的平坦侧面都朝向另一个方向，如图中的两个箭头所示。虽然在图示的实施例中这两个点阵中的每一个钩子都具有一个平坦的侧面和一个弧形的侧面(例如图4和5中的钩子)，但应该理解，按照图8A-8E中的任何一种钩子，或者按照本说明书中所提出的原理的任何其他钩子结构，或者以上各种钩子结构的任何一种组合，都可以在各个点阵中使用，以便在横着加工方向形成使圈保持在钩子上的最佳性能。在点阵72与74之间是没有钩子的区域76，可用于在两个点阵之间剖开这种产品，各自形成排列的钩子只朝向一个方向的两种产品。当在一根旋转的模具辊上以连续的工艺过程模制这种钩子产品时，图11中所示的这种结构有助于在脱模过程中平衡施加在正在凝固的产品上的横着加工方向的脱模载荷。产品70可以在它离开模制生产线时在连续的工艺过程中，或者在使用手工的辅助工序中，用一把固定的刀片把它剖开，并卷绕起来。为了方便剖开，应该在区域76中有一条模制的裂缝。
图12和12A表示各种具有不同结构的两个相对侧面的钩子。图12中的钩子40相当于图8B中的钩子，有两个曲率不同的弧形侧面16′和18′。钩子40的杆部相应地比图5中的钩子14的杆部厚，因而在需要时能具有更大的刚性。图12A表示具有平坦侧面18的钩子从该平坦表面延伸出一条模制的支承肋条15，它使得钩子的杆部增大了弯曲刚度，但不增大头部的刚度，头部的表面18仍然是平坦的，用于与圈连接。
本说明书中所描述的紧固件元件可以用Fischer在美国专利4,794,028中所公开的设备和方法的改进型来制造，这个专利可作为本申请的参考文献。图13表示Fischer型模制设备的一部分，其中，把一种热软化的合成树脂50压入旋转的模具辊52与加压辊54之间的辊隙中。模具辊52在它的外圆周上有设计成能制造钩子的模腔56。工作时，钩子至少在模腔中部分凝固和冷却，以便能原封不动地从模腔中拉出来，却仍与产品的底板保持一体。在图示的实施例中，借助于让产品绕过一根从动辊58把钩子从模具辊52中拉出来的。或者也可以用一根旋转的辊子54施加模制压力，于是，注射头所供应的熔融的树脂就能贴附在模具辊的表面上，然后对树脂施加压力，以充满模腔。
请参阅图14，模具辊52包括许多固定在一起成为一叠的薄的环形模板60，形成一个圆筒形表面。为了模制一个侧面是平坦的而另一个侧面是弧形的钩子(例如图4和5中的钩子14)，模腔56是在各模板上的弧形模制表面与相邻模板上的平坦的侧面之间形成的。这些模板叠加在一起，它们的所有弧形模制表面都朝向同一个轴线方向，以制成图1-3中所示的钩子点阵。
图15表示一根用于模制图11中的钩子产品的模具辊80的结构。模具辊80有两叠模板60，中间用一块形成沟槽的隔垫82隔开。每一叠中的模板都排列成朝向同一个方向，以模制图11中的方向相反的钩子点阵。
以上所描述的凸形紧固件元件的结构也可以用于借助于循环注塑成形形成的紧固件元件的点阵。
为了在模板上形成合适的弧形模制表面，可以使用光化学刻蚀技术来制造非常细微而高度精确的模制表面。对于一种给定的模板，可以选择一块平坦的薄毛坯，在上面形成模腔或模腔的一部分。如果是一根模具辊，上述薄板毛坯的尺寸要做成组成该模具辊的一块圆盘。材料可以使用17-7PH的不锈钢，或其他适当的材料，例如铜铍合金。在这块板上涂敷一层光敏介质(例如一种光敏抗蚀剂材料)，然后通过一个补偿的掩膜暴露在幅射源(例如，光)下，于是，在需要除掉金属以形成模腔的地方，光敏抗蚀剂就被除掉了。上述掩膜阻挡了预定的部位上的光线，所以上述光敏抗蚀剂材料向光暴露出一个预定的图案。上述掩膜放置在光源与光敏抗蚀剂材料之间。具体的说，上述掩膜可以直接放在光敏抗蚀剂材料上。
当曝光下时，一种正的光敏抗蚀剂便固化在模板上。然后，把没有曝光的光敏抗蚀剂材料的其余部分除掉。或者，也可以使用负的光敏抗蚀剂。当曝光时，这种光敏抗蚀剂材料是要除掉的部分。而没有曝光的光敏抗蚀剂材料的其余部分就留在模板上。
图16中所示的掩膜用虚线表示，它叠在用实线表示的要制作的钩子形状的模腔的轮廓上方。要除掉的光敏抗蚀剂部分处于虚线的范围内。在光敏抗蚀剂曝光之后，把光敏抗蚀剂洗掉，暴露出要加工的图案。然后，把金属板放置在一台机器上，没有被光敏抗蚀剂材料覆盖的金属用腐蚀剂的作用把它除掉。如光化学刻蚀中普遍使用的那样，所使用的是腐蚀剂(例如酸)喷雾。刻蚀之后，留下由光敏抗蚀剂层所覆盖的那一部分金属板。
在图16中，区域A-G表示模腔形状中的各个不同部分，并大致表示补偿的掩膜的形状。在有一些区域，上述补偿的掩膜的虚线大体上与所需要的模腔的边缘相符，而在另一些区域则不符。
对于直线区域(例如图16中的区域B)，上述补偿掩膜的边缘整体上与模腔轮廓所要求的直线相符(刻蚀的深度越浅，形状越相符)。但是，在弧形区域，掩膜的线条偏离所要求的轮廓相当明显。曲率越大，掩膜与所要求的轮廓之间的差别就越大。在所要求的模腔边缘的曲线是凸形的区域，补偿的效果与曲线是凹形处的补偿效果相反。通常，为刻蚀凸形的边缘，例如在A处，掩膜要比模腔做得小一些来进行补偿，因为相对于直线来说，腐蚀剂的作用将相对地集中在模腔周边的一段给定的长度上。而对于凹进的边缘，例如在C处，掩膜的原图要增大，以便以相反的方式进行补偿。在图16中的E区域，表面的凸形更甚于区域A(即，它的半径更小)，因此要补偿得更多，由掩膜所围成的模腔的尺寸要更小。
在区域D和E处，补偿掩膜的原图形成了尖顶。光化学刻蚀倾向于把尖锐的角倒圆。在这种情况下，由于需要一个小圆角的尖顶形状，所以补偿的原图就变成了尖顶。区域F与区域B相似，是一条直线，而区域G与区域A相同。因此，在本例中，钩子的所有弧形区域的轮廓的原图与加工后的钩子模腔的轮廓不同。
图16A表示金属在腐蚀剂作用之后的横断面，当要制成弧形的而不是直线的表面时，可以利用光刻蚀工艺过程中的上述倾向。这种方法能产生所要求的圆角形状，特别是在钩子顶端的边缘上。这种圆角形状形成的表面比平坦的表面能更容易地穿过相配的圈形纤维的表面。此外，在重要的情况下，刻蚀的模板表面的自然倒成的圆角形状可利用来形成通过若干块相邻模板的光滑曲线。
对原图、光敏抗蚀剂材料和腐蚀剂的具体的补偿工艺技术的选择，决定于被曝光的具体的金属、要除掉的金属的深度以及其他条件，这些都是光化学加工技术领域所公知的。具体的工艺过程细节请参阅机械工程师协会于1976年出版的技术论文，R.J.Bennett博士的＂有三种巧妙用途的光-化学加工原理＂；光化学加工研究所出版物第PCMI1000号，题目为＂什么是光化学加工工艺？它能为你做什么？＂；由中间切割研究联合公司和摩擦工程协会共同赞助的硬质合金和工具工程师协会的会议论文集中的＂1985年12月2日和3日举行的大会的非传统加工大会论文集＂；以及在这些论文中引用的参考文献。以上特别提到的这些论文都是本申请的参考文献。
图17表示另一种补偿掩膜，在这种掩膜中用直线和尖锐的角来形成所生产的零件上的光滑的，半径小的表面。在钩子顶端附近，一条光滑的曲线与另一条相反方向弯曲的光滑曲线连接，所以原图的形状做成小的方块形状。
可以使用各种不同的技术在模板上获得所需要的不同形状。例如，当制造穿过模板的模腔或模腔的一部分时，可以用光化学法从两面对模板进行刻蚀，从而能减小刻蚀表面的总深度，并且，如有需要，可以形成全部凹进的表面。模板的两个侧面可以在腐蚀剂下暴露不同的时间，在模板的两个相对的侧面上形成不同的形状。腐蚀剂液体或者喷在要刻蚀的表面上，或者直接浇在上面，以增加其局部效果。
或者，也可以使用激光切割，电加工或电镀法。
其他的实施方式也都包括在本申请的权利要求书范围内。本技术领域的技术人员也能够理解本发明的其他优点。


本发明公开了一种用于与圈状元件连接的钩状紧固件产品(10),它有许多排平行的钩子(14,40,42),钩子上有结构不相同的第一和第二侧面(18,16)。上述钩子是这样布置的,即,当与圈连接时,其抵抗向一个横向拉动时阻止从圈上脱开的阻力大于向相反的横向拉动时从圈上脱开的阻力。这种产品有一块共同的底板(12),不仅仅限于J形的钩子就从这块底板上延伸出来。钩子的第一侧面(18)是平坦的,钩子的第二侧面(16)是凸形的。本发明还公开了用于制造这种产品的方法和装置。