本申请主张2015年7月21日提交申请的第62/194,994号美国临时申请的权益。
本发明总的来说涉及螺纹紧固件，并且更明确地说，涉及用于在延长的时间段内紧固软材料的螺纹紧固件。
背景技术：
许多类型的螺纹紧固件是众所周知的。在简单的螺帽与螺栓紧固系统中，有时难以在延长的时间段内维持期望夹紧负载。随着时间的过去，螺帽和螺栓的接合螺纹的伸长、变形或其它改变可导致所紧固的连接的松动。当螺纹紧固件用于连接相对软的材料(例如，塑料)时，遭遇进一步的困难。许多塑料不需要高夹紧负载而保持在位。然而，例如，金属螺纹紧固件在配合的公螺纹部件与母螺纹部件之间需要足够夹紧负载，以致于螺纹中发生拉伸。通常，紧固件所需的夹紧负载大于正组装的塑料部件所需的夹紧负载。
带肩螺栓、衬套以及其它类型的套筒已用于如下的紧固情形：需要公螺纹部件和母螺纹部件的夹紧负载大于正紧固在一起的物体所需的夹紧负载。然而，带肩螺栓、套筒或衬套必须以准确尺寸提供，以使得充足的但不过量的夹紧负载施加在正紧固的物体上，其中在紧固件螺纹部件自身内提供了较大夹紧负载。如果带肩螺栓、套筒或衬套的尺寸不准确或如果被紧固的物体的厚度在将被紧固的区域内发生变化，那么紧固件可能不会适当地起作用。除了难以使紧固件适当地起作用，这些类型的紧固件的制造成本也高。
在紧固塑料和其它软材料时遭遇的另一困难是塑料即使在固化之后也会继续流动。此现象(被称为“爬行”)可随着时间的过去而导致塑料元件的显著尺寸改变。当使用简单的螺纹紧固件将一个或多个由塑料制成的物体连接到另一个由塑料制成的物体时，这使情况进一步复杂。如果爬行减小足以松动或释放螺纹的拉伸的夹紧负载，那么紧固件变得松动并且可旋转，这可导致整体脱离。
因此，需要具有用于夹紧软材料的简单螺纹紧固件，其中所述简单螺纹紧固件在例如随着时间的过去而在塑料中发生的例如爬行的状况下对抗松动，并且即使在正紧固的物体发生变化的状况下也有效地工作。
技术实现要素：
本发明的螺纹紧固件在紧固件结构内提供单独的锁定特征，以使得即使在发生变化的状况下也提供适当夹紧负载，并且部件即使在所紧固的物体的状况随着时间的过去而改变时也抵抗松动。
在一个方面中，一种螺纹紧固件系统设有将被紧固的物体、螺栓和垫圈。垫圈通过与物体上的结构相互配合的垫圈的向外延伸的臂而固定到物体，以对抗相对于物体的旋转与抽出两者。垫圈上的锁定特征接合螺栓，并对抗螺栓与垫圈之间的相对旋转。
在另一方面中，一种螺纹紧固件系统设有：将被紧固的物体，具有在物体中限定细长孔的表面，所述表面还在孔中限定通道；垫圈，具有被接纳在通道中的向外延伸的臂；锁定特征，限定在垫圈上；以及螺栓，被接纳在垫圈中并具有与锁定特征接合且抵抗垫圈与螺栓之间的相对旋转的突出部。
本文所公开的紧固件系统中的至少一种形式的紧固件的优点在于，紧固件即使在固定软材料的物体时也保持牢固，并且即使在所紧固的组装件变得松动的情况下也保持连接。
本文所公开的至少一种形式的紧固件和紧固件系统的另一优点在于，紧固件的螺栓即使在所紧固的组装件由于材料收缩或改变而变得松动的情况下也对抗旋转而受到抑制。
本发明的其它特征和优点对于本领域的技术人员来说将在查阅具体实施方式、权利要求书和附图之后变得明显，在附图中，相同附图标记用于表示相同特征。
附图说明
图1a到图1d是图示使用本文所公开的螺纹紧固件的紧固过程中的四个步骤或阶段的一系列横截面图；
图2是紧固过程的中间阶段(更明确地说，如图1c所示的紧固部件的状况)中的紧固件的部分横截面放大图；
图3是如图1d所示的安装的完成时的紧固件的部分横截面放大图；
图4是本文所公开的螺纹紧固件的公部件的立体图；
图5是本文所公开的螺纹紧固件的垫圈部件的立体图；
图6是垫圈部件的另一立体图，从与图5所示的角度不同的角度图示垫圈部件；
图7是图示将由螺纹紧固件紧固的物体中的孔的平面图；
图8是图7所示的物体的横截面图，其中该横截面是沿着图7的剖切线a-a截取的；
图9是与图8类似的另一横截面图，但是从另一视角示出以更好地示出物体中的孔的特征；
图10是图8中以字母“b”表示的圆形区域的放大的部分视图；
图11是本文所公开的螺纹紧固件的垫圈的另一实施例的立体图；
图12是图11所示的垫圈的立视图；
图13是图11和图12所示的垫圈的横截面图；以及
图14是图11到图13所示的垫圈的俯视图。
在详细解释本发明的实施例之前，应理解，本发明的应用不限于以下描述中所阐述或附图中所图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其它实施例，并且以各种方式实践或实施。并且，应理解，本文所使用的用语和术语是出于描述的目的且不应视为限制性的。“包含”、“包括”及其变化形式在本文中的使用希望涵盖之后列出的项目与其等同物以及额外项目与其等同物。
具体实施方式
现更具体地参照附图，并且明确地说参照图1a到图1d，螺纹紧固件10包含公螺纹部件或螺栓12、垫圈14和将被紧固的物体16。如下文将更全面地解释的是，紧固件10包含多个特征，以使得垫圈14独立于紧固件所提供的夹紧负载而锁定到物体16，并且公螺纹部件12锁定到垫圈14。因此，一旦被紧固，即使在所紧固的组装件随着时间的过去而改变的情况下，公螺纹紧固件12也抵抗从螺纹组装件的无意脱离。
现参照图4，螺栓12包含头部20、凸缘22和螺纹杆24。头部20可具备适当形状或配置以由工具或器具接合而因此旋转。因此，头部20可被配置成接纳扳手、插口、螺丝刀或其它适当器具或工具，以便在完成所紧固的组装件时机械地旋转或用手旋转。凸缘22超出头部20向外突出，并且在其相对于头部20的下侧上，是大致平滑的，但包含大体上在轴向上延伸的一个或若干个凸块或突出部26，其中凸块或突出部26轴向远离凸缘22的下表面。在所示出的示范性实施例中，凸缘22包含四个突出部26，但应理解，也可使用更多或更少突出部。螺纹杆24在螺纹杆24上限定螺纹28，其中螺纹28可以是任何适当的简单或复杂螺纹配置。螺纹28可大致在杆26的长度上延伸，或可根据螺纹紧固件10的应用和使用的需要而在杆26的某适当部分上延伸。
现参照图5和图6，分别从俯视角度和仰视角度示出垫圈14。垫圈14是弹性垫圈或压缩垫圈，并且包含适度圆顶形状的主体30。也就是说，如在垫圈14设置在实质上垂直取向的螺栓上时所见，垫圈14的外边沿32相对于主体30处于第一相对高程或高度处，并且内边沿34相对于主体3处于不同的相对高程或高度处，如附图所描绘。因此，在垫圈14的此取向(在本文中，出于描述的目的，此取向被称为垫圈14的垂直取向)中，主体30成角度地设置在外边沿32与内边沿34之间，从外边沿32到内边沿34向上延伸，如附图所示。然而，应理解，紧固件10并且因此垫圈14可用于任何取向中，并且不需要垂直取向。
外边沿32限定锁定特征36，其中锁定特征36包含间隔开的凸片38和40。凸片38、40中的每一个由从外边沿32的外边缘延伸的较短的实质上径向取向的切口以及从外边缘延伸的实质上周向的切口形成。凸片38和40在大致垂直的取向中从垫圈14的角度来看从外边沿32的平面向上弯曲。凸片38和40由边沿段32a分隔开。
垫圈14还在其中限定中央开口42，并且以向内延伸的臂44的方式限定多个向内延伸的突出部44。垫圈14还限定向外延伸的臂46。在所示出的示范性实施例中，垫圈14限定三个向内延伸的臂44以及三个向外延伸的臂46；然而，也可使用更多或更少的臂。出于将描述的目的，臂44、46中的每一个相当薄、窄且细长以提供自然弹性或可挠曲性。
向内延伸的臂44被配置成接纳在螺栓12上，更具体来说，接纳在螺栓12的杆24上。在螺纹28延伸直到凸缘22的示范性实施例中，向内延伸的臂44被接纳在螺纹28的外边缘上。向内延伸的臂44之间所限定的开口稍微小于杆24上接纳垫圈14的位置处的外径，以使得向内延伸的臂44在安装在杆24上时挠曲，因此由于向内延伸的臂44的自然弹性而将垫圈14固持在杆24上。优选的是，垫圈14在杆24上对中，并且三个向内延伸的臂44的使用促进期望的对中；然而，应理解，也可使用更多或更少的向内延伸的臂。在示范性实施例中，向内延伸的臂44稍微呈钩状，其中圆形的最内部的弯曲部分接合螺纹28的边缘。然而，应理解，其它形状和配置也可用于向内延伸的臂44。
向外延伸的臂46也稍微呈钩状，并且具有向外突出的远端部分或末端48。在所示出的示范性实施例中，使用三个向外延伸的臂46；然而，应理解，根据下文中对将被紧固的物体16的进一步描述，可使用更多或更少的向外延伸的臂46。在完全安装时，向外延伸的臂46以将被描述的方式接合物体16，以抵抗相对于物体16的旋转。
现参照图7、图8和图9，将被紧固在完成紧固的组装件中且直接位于凸缘22下方的物体具备作为其表面形成的一定形状和尺寸的孔50。限定孔50的表面在其中具备轴向延伸的通道52，通道52以相等数量和间隔设置以便接纳向外延伸的臂46的末端48。向外延伸的臂46限定略大于孔50的内径的外半径，所述孔50的内径如轴向延伸的通道52之间的平台或区域所限定。因此，如果垫圈14被应用到物体16，此时向外延伸的臂46安置在孔50中，那么如果末端48抵靠在通道52之间的表面上，则向外延伸的臂46向内挠曲，并且当末端48与通道52对准时，臂向外弹出。
作为其又一特征，物体16的孔50在其上边缘处具备锥形的向内突出的肩部54。在所示出的示范性实施例中，肩部54围绕孔50的整个开口在周向上延伸。然而，肩部也可采用其它配置，并且可在本文所公开的螺纹紧固件的一些应用和使用中仅在通道52的端部处提供肩部。肩部54的放大视图示出在图10中。
应理解，在本文所描述的螺纹紧固件的许多应用和使用中，物体16将是通过铸造或模制而制造的塑料或其它部件，以使得孔50(包含通道52和肩部54)的形状可以在不具有昂贵加工或制造的情况下提供。
现再次参照图1a到图1d，将关于四个步骤描述使用紧固件10的方式。应理解，使用紧固件10的过程未必由不同步骤限定；然而，可关于图1a到图1d所示的各个阶段或步骤中的紧固件部件的状况来描述所述过程的各个方面。此外，可在一些应用和使用中改变处理次序，如下文将描述的那样。
首先参照图1a，已将垫圈14预组装到螺栓12上。如上所述，向内延伸的臂44接合在螺纹28上，其中垫圈14大致处于凸缘22的下侧处并抵靠在凸缘22的下侧上。向内延伸的臂44的挠曲所提供的自然阻力将垫圈14保持在一位置中，在该位置，垫圈14安置在螺纹杆24上。所组装的螺栓12和垫圈14与物体16中的孔50对准，以使得螺纹杆24可被安置到孔50中并穿过孔50。
现参照图1b和图1c，推进螺栓12和垫圈14的组装件，以使得向外延伸的臂46接合肩部54。持续的轴向力在螺栓12或垫圈14上的施加导致向外延伸的臂46向内挠曲以使得末端48滑动经过肩部54。肩部54的角度、大小和形状以及末端48的大小、形状和配置可被设置成以施加在垫圈14的最小的轴向力而促使向外延伸的臂46的顺利挠曲。如果末端48与通道52对准，随着末端移动经过肩部54，末端将向外弹，并且停留到通道中。如果末端48实际上与通道52之间的平台对准，那么螺栓12和垫圈14的组装件可旋转直到末端48变得与通道52对准并卡入到通道52中为止。
应了解，如图1a所示，垫圈14可预组装到螺栓12上。然而，应进一步了解，垫圈14也可在存在螺栓12的情况下或在不存在螺栓12的情况下预组装到物体16上。在末端48被接纳在通道52中的情况下，垫圈14被固持在物体16中，这是因为肩部54抑制垫圈从孔50中被撤回，并且通道52抑制垫圈14相对于物体16的旋转。较容易在图2的放大图中看出末端48在肩部54之下被俘获在通道52中的方式。垫圈14可被设置成预先组装到螺栓12或物体16，并且螺栓12、垫圈14和物体16的整个预组装件可被设置成稍后附接在组装件中。
现参照图1d，物体16被示出为紧固到物品60，其中物品60螺纹接合螺纹杆24的螺纹28。应理解，物品60可以是另一组装件或部件，或可以是螺帽或其它母螺纹物品。此外，物品60可不带螺纹，其中螺纹28是自攻螺纹以建立其自身与物品60的接合。还应理解，一个或更多个其它物体、物品或结构可在垫圈14与螺纹杆24的终端紧固端部、物品60(其可以是螺帽60)之间定位在最终组装件内。
随着螺栓12拧紧到物品60上，垫圈14被压紧以在物体16的上表面与凸缘22的下侧之间提供弹性偏压。随着发生最终拧紧，凸缘22的下侧上的凸块或突出部26中的一个跨设在锁定凸片38、40上(取决于螺纹的“手性(hand)”)，首先使凸缘向下挠曲并且接着随着所挠曲的凸片向外反弹而停留到外边沿段32a中并抵靠外边沿段32a。因此，凸块或突出部26中的一个被俘获在锁定凸片38、40之间，并抵靠在锁定特征36的外边沿段32a上。应理解，夹紧负载准确地受到控制，而不管螺栓12的初始取向如何，这是因为设置了多个突出部26，并且仅需要螺栓12的部分转动以从没有充分接近而使锁定凸片38、40挠曲的突出部26移动到将使凸片挠曲并被俘获在凸片之间的下一突出部。在图3中较清楚地看出在锁定凸片38、40之间对突出部26的捕获。
在完成的组装件中，垫圈14通过将末端48俘获在通道52内并俘获在肩部54之下而固定到物体16。因此，垫圈14不容易从物体16移开。螺栓12与物品60螺纹接合并通过俘获在锁定特征36的锁定凸片38、40之间的凸块或突出部26而固定以防止相对于垫圈14旋转。因此，即使夹紧负载由于物体16和/或物品60的收缩或爬行而变得松动，所紧固的组装件也将不会脱离，这是因为螺栓12无法相对于垫圈14旋转，垫圈14无法相对于物体16旋转，并且垫圈14无法从物体16轴向抽出。因此，由于螺栓将不会相对于物品60旋转，螺栓12在物品60中的螺纹接合无法改变。此外，因为垫圈14是弹性垫圈，所以所紧固的组装件的一些改变可被压紧的垫圈适应或吸收。
本文所公开的螺纹紧固件的概念可按其它结构方式来实践。例如，图11到图14图示垫圈114的另一实施例，其中垫圈114在许多方面类似于先前所描述的垫圈14，并且在其它方面不同。垫圈114包含与先前所述的垫圈主体30、外边沿32和内边沿34类似的垫圈主体130、外边沿132和内边沿134。类似于锁定特征36的锁定特征136包含与先前所述的锁定凸片38、40和外边沿段32a类似的锁定凸片138、140和外边沿段132a。
垫圈114还限定穿过套筒170的中央开口142，套筒170从内边沿134轴向延伸。套筒170具备用于将垫圈114与前述螺栓12和将紧固的物体16接合的结构。套筒170的增加的长度便于使用强健的结构以接合螺栓12和将紧固的物体16。在此示范性实施例中，套筒170以凹坑144的形式限定向内延伸的突出部144，其功能与向内延伸的臂44相同或实现相同的目的，以将垫圈114接合在螺栓12上。套筒170还限定包含末端148的向外延伸的臂146，它们与先前所述的向外延伸的臂46和末端48类似地起作用并实现相同目的，以在向外延伸的臂146的末端148被接纳在通道52中时，将垫圈114与将紧固的物体16接合。
前述内容的变化和修改处于本发明的范围内。应理解，本文所公开且定义的本发明延伸到所描述或从文字和/或附图知悉的个别特征中的两个或两个以上的所有替代组合。所有这些不同组合构成本发明的各种替代方面。本文所述的实施例解释已知用于实践本发明的最佳模式，并且将使本领域的技术人员能够利用本发明。权利要求书应被解释为在现有技术所允许的程度内包含替代实施例。
本发明的各种特征阐述在随附权利要求书中。