用于面板孔的螺柱夹插入件的制作方法

本发明大致上涉及用于将一个或多个部件附接在一起的机械紧固件。更具体地，本发明的各方面涉及紧固夹，其安装在面板的孔或拉长孔口内，并接纳螺纹螺栓或螺柱，由此将面板附接至部件。

背景技术：

许多行业(例如，汽车行业、建筑业、航空业和制造业)都利用机械紧固件来将一个部件附接至另一部件。各种各样的金属和塑料铆钉、夹及紧固件使得物件得以紧固在面板上，或使得面板得以联接在一起。例如，紧固夹被设计成插入或安装至面板表面，并将部件附接至该面板。此类紧固夹中的一种就是螺柱夹插入件(或简称为“螺柱夹”)，其夹入至面板的孔口中，并接纳螺纹螺柱或螺栓以将面板附接至部件。面板可包括任何已知的具有至少一个大致平坦的部分的结构(例如，金属片、干砌墙、支撑柱或横梁、复合板、板结构等)，其中该部分具有相对的安装表面。

一些常规紧固夹需要专门设计的专用工具来将紧固夹安装至金属片或干砌墙。其他设计需要环氧树脂或特种粘合剂来将夹安装至面板，而一些设计需要单独的紧固件(例如，螺钉或螺栓)螺旋地穿过夹的一部分，然后进入面板，以附接至该面板。进一步地，一些双向紧固夹包括一对夹部件，其必须在面板的相对侧上共轴地对齐，并在面板中的孔口内联接在一起。相比之下，螺柱夹通常为整体结构，其扣合至面板中，并因此不需要螺母或垫圈、专门设计的工具或粘合剂来将夹固定至面板。大部分螺柱夹都从面板的单侧安装，因此不需要额外的作业空间和工具来处理和安装螺柱夹。

技术实现要素：

本文公开了紧固夹、制造和使用紧固夹的方法，以及具有一个或多个紧固夹的机动车辆。通过非限制性的示例，提供了一种改进的紧固夹(其在下文中也被称为“螺柱夹插入件”或仅仅简称为“螺柱夹”)，其插入或安装在面板结构的孔或拉长孔口内以接纳螺柱、螺栓或其他螺纹紧固件，由此将部件附接至面板。任何对“螺柱”、“螺栓”或“螺钉”的叙述及其一般修改可在下文中交换地使用来一般地引用任何逻辑上相关的类型的螺纹紧固件。对于至少一些结构而言，紧固夹能够在孔口内改变位置，从而适应部件与面板之间的不对准或制造变化。所公开的设计特征还有助于通过利用拉链式棘齿特征部来减少或以其他方式消除安装后回弹。其他公开的设计特征允许添加通孔所引起的增大的螺柱和螺栓长度范围。例如，通过消除对用于安装紧固夹的线上工具、传动螺母和专用粘合剂或紧固件的需要，一些设计优势包括更快但更廉价的安装。此外，增加的拉力(例如，大于100磅)、改善的面板-紧固件隔离(例如，用于消除锈的螺柱隔离)、简化的可服务性(例如，容易移除和替换)以及跨平台适用性都是所公开的设计概念中的至少一些的额外优势。

本发明的各方面涉及用于面板结构的紧固夹。例如，公开了一种利用螺纹紧固件将部件附接至面板的紧固夹。面板具有相对的第一表面和第二表面以及穿过面板从第一表面延伸至第二表面的孔口。紧固夹包括被设置成插入孔口的夹体。夹体限定内腔，其中该内腔被设置成沿着腔的螺旋轴线将螺纹紧固件接纳入其中。夹体具有被配置成位于或以其他方式压靠在面板的第一表面上的凸缘。一个或多个柔性保持夹联接至夹体，由此从夹体向外伸出。下文使用的限制“联接至”包括一体形成两个单独叙述的元件或使该两个元件连接在一起。柔性保持夹被配置成位于或以其他方式压靠在第二表面上，并与凸缘配合来将夹体附接至面板。

柔性棘齿指部联接至紧固夹的夹体，由此延伸入内腔，以将螺纹紧固件附接至紧固夹。棘齿指部包括第一和第二棘齿指部，其中该第一和第二棘齿指部分别位于内腔的第一和第二侧上，并轴向间隔开以相对于螺旋轴线分别延伸至第一和第二轴向位置。棘齿指部的位置和轴向间距被设计成使得在给定的时间下，当螺纹紧固件被插入内腔时，第一和第二棘齿指部中只有一个位于邻近相邻对的螺纹的根部。该“拉链式”棘齿设计有助于在螺纹紧固件插入夹体中后消除回弹。

本发明的其他方面涉及具有紧固夹的机动车辆。机动车辆可包括任何相关的平台，例如，客运车辆(包括内燃机(ic)、混合动力、电动等)、工业车辆、公共汽车、全地形车辆(atv)、机车、农用设备、船舶、飞机等。在一个示例中，机动车辆包括具有车辆结构的车体。该车辆结构可包括金属薄板面板、支撑柱、横梁、横带结构、复合面板等，其具有相对的第一和第二表面以及延伸穿过面板的孔口。机动车辆还可包括螺纹紧固件、附接或可附接至螺纹紧固件的部件，以及紧固夹。

紧固夹包括插入车辆结构面板的孔口的夹体。夹体具有内腔，其中该内腔沿着腔的螺旋轴线将螺纹紧固件接纳入其中。夹体具有位于或以其他方式压靠在面板的第一表面上的凸缘。一个或多个柔性保持夹联接至夹体，由此从夹体向外伸出。柔性保持夹位于或以其他方式压靠在第二表面上，并与凸缘配合来将夹体附接至面板。多个柔性棘齿指部联接至夹体，由此向内延伸入内腔，以将螺纹紧固件附接至紧固夹。第一和第二棘齿指部位于内腔的第一和第二相应侧上。这些棘齿指部轴向间隔开以相对于螺旋轴线延伸至第一和第二相应轴向位置。棘齿指部的位置和轴向间距被设计成使得在给定的时间下，第一和第二棘齿指部中只有一个位于邻近相邻对的螺纹的根部，其中螺纹紧固件被插入至内腔中。

根据本发明的其他方面，提供了紧固夹的制造和使用方法。例如，公开了一种利用结合螺纹紧固件的紧固夹将部件附接至面板的方法。该方法包括使紧固夹与面板中的孔口对齐。紧固夹具有带有凸缘的夹体以及一个或多个联接至夹体并从其向外伸出的柔性保持夹。夹体具有带有螺旋轴线的内腔。方法进一步要求将紧固夹的夹体插入孔口，使得凸缘位于面板的第一表面上，且一个或多个柔性保持夹穿过孔口，并随后位于面板的第二表面上。一旦定位，凸缘和一个或多个柔性保持夹就配合地将夹体附接至面板。在将紧固夹插入面板之前、同时或之后，方法包括使螺纹紧固件沿着螺旋轴线进入夹体的内腔。紧固夹包括多个柔性棘齿指部，其联接至夹体，由此延伸入内腔。棘齿指部包括至少第一和第二棘齿指部，其中该第一和第二棘齿指部分别位于内腔的第一和第二侧上，并轴向间隔开以相对于螺旋轴线分别延伸至第一和第二轴向位置。棘齿指部的定位和轴向间距如此以致在给定的时间下，当螺纹紧固件进入内腔中时，第一和第二棘齿指部中只有一个位于邻近相邻对的螺纹的根部。

上述发明内容并非旨在代表本发明的每一实施例或每一方面。相反，上述发明内容仅仅提供了本文所描述的发明方面和特征中的一些的范例。从以下结合附图和所附权利要求书对实施本发明的特征的代表性实施例和方式进行的详细描述中，将很容易了解到本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。

附图说明

图1是示出了根据本发明各方面的插入面板以接纳螺纹紧固件从而将部件附接至面板的代表性紧固夹的分解正视图。

图2a和2b分别为示出了图1的代表性紧固夹的正视图和侧视图，其中夹体插入至面板中，且螺纹紧固件插入至夹体中。

图3a和3b是示出了图1的代表性紧固夹的侧视图，其中该侧视图沿局部横截面截取，以更好地说明螺纹紧固件至夹体的插入以及棘齿指部与螺纹紧固件的螺纹的相应顺序接合。

本发明可具有多种修改和替代形式，且已经通过示例的方式在附图中示出了一些代表性实施例，并将在本文中对其进行详细的描述。然而，应理解的是，本发明的发明方面并不限于所公开的特定形式。相反，本发明将涵盖所有落入如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的修改、等价物、组合、子组合和替代物。

具体实施方式

本发明可具有多种不同形式的实施例。附图中示出了本发明的代表性实施例，且将在本文中对其进行详细描述，同时应理解，本发明将被认为是本发明的原理的范例，其并不旨在将本发明的宽泛范围限制至所说明的实施例。就这个程度而言，例如，在摘要、发明内容和具体实施方式部分中公开但未在权利要求书中明确地说明的元件和限制不应通过暗示、推断或其他方式单独或共同地并入权利要求书中。为了本详细描述的目的，除非明确地放弃保护，否则：单数包括复数，反之亦然；词语“和”和“或”均应为连接词和转折连词；词语“所有”意指“任何和所有”；词语“任何”意指“任何和所有”；且词语“包含”、“包括”和“具有”意指“包括但不限于”。此外，例如，近似值词语(例如，“约”、“几乎”、“基本上”、“大约”等)能够以如下意义在本文中进行使用：“近于、接近或几乎近于”、“在……的3-5％范围内”、“在可接受的制造公差范围内”或其任何逻辑组合。

现参照附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同的特征。图1是示出了用于将部件(由附图标记12表示)安装至面板(通常由附图标记14表示)的代表性机械紧固装置(通常由附图标记10表示)的正视图。通过示例而非限制的方式，部件12为刚性地安装至机动车辆的行李箱盖、举升门或其他车辆结构14上的空气动力扰流器或其他汽车部件。机动车辆——在本文中还被简称为“汽车”或“车辆”——仅仅是示例性应用，本发明的发明方面可通过该应用进行实践。同样，空气动力扰流器还应被理解为仅仅是本文所公开的发明概念的示例性应用。如此，应理解的是，本发明的发明特征可并入至其他应用中，并可用于其他制造、组装或构造工艺。最后，本文所提供的附图不必依比例绘制，且附图的提供仅仅是出于指导的目的。因此，附图中示出的具体尺寸和相对尺寸不应被理解为是限制性的。

继续参照图1，机械紧固装置10具有两个主要部件：螺纹“阳”紧固件(通常由附图标记16表示)，其用于与“阴”紧固夹(通常由附图标记18表示)相配合。紧固夹18被设计成插入并安装在设置在面板14中的互补面板孔口或孔15内。面板14的所示部分是基本平坦的，并分别具有相对的第一(上)表面17和第二(下)表面19，其中孔口15从第一表面17延伸至图1的第二表面19。螺纹紧固件16被设计成部分地穿过部件12的互补孔13，并位于在该互补孔内。例如，随后通过使部件12下降至面板14来将部件12安装至面板14，使得螺纹紧固件16与紧固夹18对齐并插入至该紧固夹中，这将在下文中进行详细的描述。插入轴线(还在本文中被称为“螺旋轴线”)纵向延伸穿过紧固夹18的中心，该插入轴线在图1中以sa1表示。

螺纹紧固件16在附图中以螺栓表示，其中该螺栓包括具有螺旋缠绕的外螺纹23的柄部21。螺栓头25位于柄部21的一端上，该螺栓头可为槽形、阳、六边形、沉头形等。可选的收缩柄部顶端27位于柄部21的相对端上。螺纹紧固件16可为金属或塑料，其可被涂覆或涂漆；而设置在该螺纹紧固件上的螺纹23可为螺旋状或非螺旋状，并可具有不同于附图所示的螺距、角度、直径等。根据所示的示例，紧固装置10不需要螺母或专用工具(例如，扳手或螺丝刀)来适当地安装螺纹紧固件16。虽然部件12在本文中示出为由模制塑料制成，但是部件12可由金属或任何合适的材料制成，并可具有任何合适的构造。同样地，虽然面板14被描述为金属薄板面板，但是面板14可为塑料、复合材料等。

例如，紧固夹18可制造为单片整体结构，其由模制塑料或精密工具加工的金属一体形成。虽然可预见各种各样的几何形状和尺寸中的任一项，但是所示紧固夹18包括具有环形凸缘22的拉长管状夹体20，其中该环形凸缘绕着主体20的第一“上”端的边缘连续地延伸。如从图2a和2b中可最佳地看出的，夹体20的形状和尺寸被设置成插入至面板14的孔口15中，并与该孔口大致共界。凸缘22接合顶侧第一表面17，从而防止整个紧固夹18穿过面板14。夹体20具有用于将螺纹紧固件16接纳入其中的中空内腔24。根据所示的示例，紧固装置10不需要紧固夹18内具有用于与螺纹紧固件16的螺纹23相配合的内“阴”螺纹。换言之，夹体20的特征在于内腔24内缺乏用于螺纹接合螺纹紧固件16的内螺纹。例如，一个或多个可选侧向开口26设置在夹体20的各侧中，以促进用于制造紧固夹18的聚合物喷射模塑工艺。

第一和第二柔性保持夹28和30分别与夹体20一体形成，或以其他方式刚性地附接至该夹体，其中该第一和第二柔性保持夹以某一斜角从夹体20的相对侧向外伸出。柔性保持夹28、30的下侧设有相应的倾斜表面29和31，其靠着孔口15的内壁滑动，并在紧固夹18被按压入面板14的孔口15中时，致使保持夹28、30向内弯曲。各柔性保持夹28、30都在其邻近凸缘22的上端处具有相应的凹口33和35。一旦夹体20基本穿过孔口15，使得倾斜表面29、31脱离孔口的内壁，柔性保持夹28、30就将自动地向外弯曲，从而致使凹口33、35位于面板的下侧第二表面19上，并且，该柔性保持夹还将与位于面板的顶侧第一表面17上的凸缘22配合来将夹体20附接至面板14。如从图2a中可最佳地看出的，柔性保持夹28、30相对于螺旋轴线sa1在夹体20上沿直径方向彼此相对地布置。

相配的爪形棘齿指部——图3a和3b所示的四个柔性棘齿指部32、34、36和38——向内延伸进入紧固夹18的内腔24，其与夹体20的内边缘一体形成，或以其他方式刚性地附接至该内边缘。这些柔性棘齿指部32、34、36、38以某一斜角向下延伸入内腔24，以与螺纹紧固件16的螺纹23棘齿接合。在图3a所示的示例中，各棘齿指部32、34、36、38都包括至少一个(在某些情况下，两个、三个或更多个)非对称齿37、39、41和43。非对称齿在前缘上具有平缓的坡度，而在相对的后缘上则具有较陡的坡度。当螺纹紧固件16沿着螺旋轴线sa1纵向(在图3a和3b中为向下)移动入夹体20中时，棘齿指部32、34、36、38在穿过螺纹23的顶部的作用下向外偏置，并向内弯曲入相邻螺纹23之间的凹陷部分中。各齿37、39、41、43被设计成位于螺纹23的相邻对的相邻侧面之间，由螺纹对的根部支撑；当定位时，齿的陡峭后缘防止螺纹紧固件16从夹体20脱出，如图3b所示。

继续参照图3a和3b，第一和第二棘齿指部32、34分别在内腔24的相对第一和第二侧45和47上沿直径方向彼此相对地布置。该两个指部32、34轴向间隔开或以其他方式纵向偏移，以相对于螺旋轴线sa1分别延伸至第一和第二独立轴向位置a1和a2。同样，第三和第四棘齿指部36、38分别位于内腔24的第一和第二侧45、47上，并轴向间隔开以相对于螺旋轴线sa1分别延伸至第三和第四轴向位置a3和a4。棘齿指部的位置和轴向间距被设计成使得在给定的时间下，当螺纹紧固件16插入夹体20的内腔24中时，第一和第二棘齿指部32、34中以及第三和第四棘齿指部36、38中都是只有一个位于相邻对的螺纹的根部内。根据图3b所示的示例，第二和第四棘齿指部34、38被示出为位于相邻螺纹23的相邻侧面之间，由螺纹对的根部支撑，进而将螺纹紧固件16锁定至紧固夹18。同时，当这些棘齿指部34、38完全定位时，第一和第三棘齿指部32、36在螺纹紧固件16的作用下脱位，进而在螺纹23的相应侧面的作用下向外偏转。相反，当第一和第三棘齿指部32、36完全定位在相邻螺纹23的侧面之间时，第二和第四棘齿指部34、38在螺纹紧固件16的作用下脱位。在如下情况下，即：螺纹紧固件16在图3b中意图无意地向上平移(其被称为“回弹”)，脱位的棘齿指部将随后完全定位以避免不必要的逆向运动。

一对柔性偏置舌片40和42与夹体20的外边缘一体形成，或以其他方式刚性地附接至该外边缘。被设置成邻近柔性保持夹28、30并与其周向间隔开的柔性偏置舌片40、42在夹体20上相对于内腔24的螺旋轴线sa1沿直径方向彼此相对地布置。各柔性偏置舌片40、42绕着夹体20周向地延伸，其朝着主体20径向弯曲，并弯曲远离该主体。这些偏置舌片40、42从夹体20向外伸出，以在紧固夹18插入面板中之后接合孔口15的内侧壁；舌片靠着内侧壁弯曲，并配合地将紧固夹18偏置至孔口15内的居中位置。

返回参照图3a，内腔24包括位于夹体20的第一(顶)端处的第一(进入)开口46。夹体20的第二(底)端与第一端相对，其具有第二(离开)开口48。开口46、48两者的形状和尺寸都被设置成穿过螺纹紧固件21的螺纹柄部21。通过这些特征，紧固夹18能够容纳在夹体20的底端处添加通孔48所引起的增大的螺柱和螺栓长度范围。

为了通过螺纹紧固件16和紧固夹18将部件12附接至面板14，紧固夹18的主体20通常与面板14的孔口15同轴对齐。夹体20随后被按压或以其他方式(手动或通过自动过程)插入至孔口15中，直至凸缘22位于面板14的第一(顶)表面17上，且柔性保持夹28、30穿过孔口15，并使凹口33、35位于面板14的第二(下侧)表面上。一旦定位，凸缘22和柔性保持夹28、30就配合地将紧固夹18附接至面板14。

在将紧固夹18安装至面板14之前、同时或之后，螺纹紧固件16的柄部21穿过部件12的互补孔13，直至紧固件的头部25压靠在凹槽11上。对于螺纹紧固件16为螺柱的应用，上述步骤被更换为使螺柱的螺纹顶端与部件12中的内螺纹狭槽螺纹接合。一旦螺纹紧固件16与部件12机械联接，部件12就会被设置成使螺纹紧固件16与紧固夹18的螺旋轴线sa1轴向对齐。螺纹紧固件16随后沿着螺旋轴线sa1直线地平移入夹体20的内腔24中。如上所述，延伸入内腔24的相配的柔性棘齿指部32、34、36、38接合压靠在紧固件16的螺纹23上。如图3b所示，当螺纹柄部21完全插入夹体20中时，至少一个，或对于至少一些期望结构而言，一个子组的爪形棘齿指部32、34、36、38位于相邻螺纹内，并将螺纹紧固件16锁定至紧固夹18。

虽然已参照所示实施例对本发明的各方面进行了详细的描述，但是本领域技术人员将认识到，在不偏离本发明的范围的情况下，可对本发明进行许多改变。本发明并不限于本文所公开的精确构造和组成；从以上描述中可以看出的任何和所有的修改、改变及变化都处于如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内。此外，本发明概念明确地包括前述元件和方面的任何和所有的组合及子组合。