CN102762875A

CN102762875A - 一体式塑料零件和紧固件

Info

Publication number: CN102762875A
Application number: CN2011800094624A
Authority: CN
Inventors: P·B·唐纳利
Original assignee: Johnson Controls Technology Co
Current assignee: Johnson Controls Technology Co
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2011-01-09
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-01-09
Also published as: EP2524146A1; KR20120117866A; JP2013517430A; EP2524146A4; US20130011188A1; JP5519806B2; CN102762875B; KR101506127B1; WO2011087968A1

Abstract

一种用于附接至支撑构件（24）（例如钢框架）的可重复使用的一体式塑料零件（20）（例如汽车塑料装饰板（36））和紧固件（22）。紧固件（22）包括一个轴柄（26），所述轴柄（26）与板（36）成一体，并且从板（36）横向延伸。一种联接至轴柄（26）的挠性部件（30）包括一对铆钉（32），该对铆钉（32）被布置在轴柄（26）的相对侧上，用于接合支撑构件（24）。挠性部件（30）还包括在支撑构件（24）被铆钉（32）接合时在铰链点（62）处弯曲的多个臂（56）。挠性部件（30）包括一个扩展至已安装的中间宽度（W_i）的中间元件（34），从而将铆钉（32）保持为楔形接合在轴柄（26）和支撑构件（24）之间。

Description

一体式塑料零件和紧固件

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求于2010年1月14日提交的序列号为61/294,957、标题为“Integrated Plastic Part And Fastener”的美国临时申请的利益，该美国临时申请的公开内容以全文引用的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及用于将塑料零件附接至支撑构件的紧固件。

背景技术

在汽车工业中通常使用将塑料零件附接至支撑构件的紧固件。所述紧固件将塑料零件（例如，装饰板）附接至支撑构件（例如，乘员座椅的钢框架、门或者车身的另一元件）。装饰板可以覆盖车身的一个元件以及沿着车身布置的机械零件。在一个实施例中，装饰板附接至乘员座椅的钢框架，从而覆盖驱动座椅角度调节器的电动马达。为了维修被装饰板所覆盖的钢框架或零件，装饰板和紧固件经常被移除。例如，从乘员座椅的钢框架移除装饰板和紧固件，从而维修被装饰板所覆盖的电动马达。

这些紧固件可包括多种不同的设计。许多紧固件包括两件式设计，例如销和扣眼（grommet），或者具有弹簧钢“A-夹钳”的塑料销。其他紧固件与塑料零件整体成型。现有的一体式紧固件的一个实施例包括：一个刚性悬臂式臂，其从装饰板横向延伸；以及，一个掣子，其从该悬臂式臂延伸。该悬臂式臂被插入钢支撑构件的孔中，支撑构件沿着悬臂式臂被固定在掣子和装饰板之间。相比于两件式紧固件，一体式紧固件提供了材料的成本节约。

不幸的是，现有的一体式紧固件安装起来很费力，并且通常在维修（即，移除紧固件以及将紧固件重新插入孔）期间被损坏。钢支撑构件通常在孔的周围具有尖锐边缘，在将塑料紧固件插入、移除以及重新插入钢支撑构件的孔时，所述尖锐边缘接合并且磨损塑料紧固件。

例如，现有的一体式紧固件的悬臂式臂可能会经受不可逆的损坏，例如在水平方向上的破裂或永久弯曲。因而，几乎在每次将一体式紧固件从支撑构件中移除时，都必须更换装饰板和一体式紧固件。

发明内容

一种用于附接至一个支撑构件的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件包括：一个塑料零件，由一种塑料材料形成；一个轴柄（mandrel），与所述塑料零件成一体并且从所述塑料零件横向延伸；以及，一个挠性部件，与所述轴柄成一体并且被布置在所述轴柄外部。所述挠性部件包括多个臂，所述臂具有横向于所述塑料零件延伸的长度。所述挠性部件还具有一个中间元件，所述中间元件在所述臂之间延伸，并且延伸在所述轴柄的外部，且具有平行于所述塑料零件延伸的宽度。所述挠性部件的臂在长度上是可收缩的，所述中间元件在宽度上是可扩展的。

在将所述一体式紧固件插入所述支撑构件的孔内期间，所述挠性部件的中间元件被插入所述孔中，且所述挠性部件的中间元件未沿着所述钢支撑构件拖刮（drag），这减小了插入期间对于所述一体式紧固件的磨损和损坏。因而，一体式塑料零件和紧固件可被重复使用多次，从而相比于其他紧固件，提供了显著的成本节约。在经受对紧固件的物理特性的显著磨损或其他负面影响之前，所述一体式紧固件可被插入、移除和重新插入（即，被维修）约五次。一旦插入，所述支撑构件被楔在所述挠性部件的臂和中间元件之间，使得所述一体式塑料零件和紧固件保持牢固地布置在所述支撑构件的孔中。施加大于最小固位力的力，从而从所述孔中移除所述一体式紧固件。

附图说明

通过参考以下的详细描述并结合附图考虑时，本发明的其他优势变得更易懂，所以将更容易理解本发明的其他优势，在附图中：

图1是一体式塑料零件和紧固件在未安装位置的主视图；

图2是一体式塑料零件和紧固件在未安装位置的后视图；

图3是一体式塑料零件和紧固件在未安装位置的第一立体图；

图4是一体式塑料零件和紧固件在未安装位置的第二立体图；

图5是一体式塑料零件和紧固件在未安装位置的侧视图；以及

图6是一体式塑料零件和紧固件在安装位置的主视图。

具体实施方式

本发明提供了一种结合到塑料零件20中的可重复使用的紧固挂件22，所述塑料零件20例如为机动车辆的装饰板。可重复使用的一体式塑料零件20和紧固件22附接至支撑构件24，所述支撑构件24例如为机动车辆的钢框架。可重复使用的一体式塑料零件20和紧固件22提供了低插入力和高固位力。因而，一体式塑料零件20和紧固件22适于用在“搭锁（snap on）”应用中，例如将汽车内部装饰板固定至钢框架。一体式塑料零件20和紧固件22可被用来代替必须被单独购买和安装的其他紧固件和塑料零件。此外，一体式塑料零件20和紧固件22可多次从孔28中移除并且被重复使用，这相对于在少数几次使用之后必须被更换的其他紧固件提供了显著的成本节约。

一体式塑料零件20和紧固件22包括轴柄26，所述轴柄26与塑料零件20成一体且从塑料零件20横向延伸。紧固件22还包括一个挠性部件30，所述挠性部件30被布置在轴柄26的外部。挠性部件30包括一对长度可收缩的臂56和一个宽度可扩展的中间元件34。当将插入力施加至紧固件22以及同时紧固件22接合支撑构件24以将一体式塑料零件20和紧固件22插入支撑构件24的孔28中时，臂56的长度收缩，中间元件34的宽度扩展。挠性部件30被插入然后以楔形接合的方式被布置在轴柄26和支撑构件24之间，使得一体式塑料零件20和紧固件22被固定就位。

如图1-图6中所示，塑料零件20包括一个板36，所述板36具有一个呈现平面横截面的外表面38和一个呈现平面横截面的相反朝向的内表面40。如上面陈述的，板36可以是一个装饰板，例如乘员座椅的侧板或者机动车辆的门板，同时外表面38朝外面向车辆的乘员室。外表面38可以包括多种颜色和图案。外表面38通常是光滑表面，如图1、图2、图5和图6中所示。装饰板36的内表面40面向支撑构件24。内表面40通常也包括光滑表面，如图1-图6中所示。尽管未示出，内表面40和外表面38可以是粗糙表面或者呈现非平面横截面。此外，尽管塑料零件20的典型应用是用于附接至支撑构件24（例如，钢框架）的汽车内装饰板，但是塑料零件20也可具有其他应用，包括汽车的和非汽车的应用。塑料零件20可包括多种其他设计，包括平面的和非平面的设计。

如上面所陈述的且如图1-图4和图6所示出的，紧固件22包括轴柄26，所述轴柄26与塑料零件20的内表面40成一体且从塑料零件20的内表面40横向延伸。优选地，轴柄26垂直于塑料零件20的内表面40延伸。轴柄26包括从塑料零件20横向延伸的基底42。基底42具有沿着且平行于塑料零件20的板36延伸的基底宽度w_b。轴柄26还包括从基底42横向延伸的至少一个轴44。轴44具有的组合宽度w_c平行于基底宽度w_b延伸且小于基底宽度w_b。优选地，轴柄26包括成对的轴44，所述成对的轴44彼此分隔开，且每一轴从基底42横向延伸且从塑料零件20延伸至轴头部46。轴44和基底42在它们之间限定一个锁眼槽48，所述锁眼槽48在轴头部46处开口，如图1-图4和图6中所示。所述成对的轴44和锁眼槽48的组合宽度w_c小于基底宽度w_b，这允许轴44插入支撑构件24的孔28中，孔28具有的孔宽度w_a大于组合宽度w_c。基底宽度w_b大于孔宽度w_a，使得在将轴44插入孔28中之后，所述基底42在孔28的周围保持布置在支撑构件24上。

在一个示例实施方案中，支撑构件24的孔宽度w_a是约22mm，孔28具有横向于孔宽度w_a延伸进入支撑构件24约6mm的长度。基底宽度w_b大于22mm的孔宽度w_a，轴44的组合宽度w_c小于22mm的孔宽度w_a。

如上面所陈述的，轴44中的每一个从基底42横向延伸至轴头部46。轴头部46中的每一个存在一个背向塑料零件20的凹表面50。由于臂56在长度上收缩以及中间元件34在宽度上扩展，轴头部46接合挠性部件30。所述轴头部46中的每一个还存在一个凸耳52，所述凸耳52面向塑料零件20的内表面40且平行于塑料零件20的内表面40延伸。轴柄26沿着轴44在凸耳52和基底42之间限定了一个通道54。通道54面向外，并且背向锁眼槽48。尽管未示出，但是轴柄26可包括其他设计。例如，轴柄26可包括如下的单个轴44，所述单个轴44不具有锁眼槽48并且在所述轴44的相对侧上限定通道54。

如图1-图4和图6中所示，紧固件22包括一个挠性部件30，所述挠性部件30联接至轴柄26，与轴柄26成一体，以及从轴柄26向外延伸。挠性部件30优选地包括一对臂56，该对臂56被彼此相对地布置。每一臂56的端部被附接至轴柄26的在轴44和板36之间的基底42。挠性部件30的每一臂56具有横向于（优选地，正交于）塑料零件20和基底宽度w_b延伸的长度。所述臂56的长度从基底42且沿着轴44延伸。当在将朝下的插入力施加至塑料零件20从而将紧固件22插入支撑构件24的孔28中的同时挠性部件30接合支撑构件24时，所述臂56的长度是可收缩的。臂56从紧固件22在被插入孔28之前的未安装的（uninstalled）臂长度L_u（如图1中所示）收缩至紧固件22被插入孔28之后的已安装的（installed）臂长度L_i（如图6中所示）。已安装的臂长度L_i小于未安装的臂长度L_u。随着紧固件22被插入孔28中，臂56朝向塑料零件20收缩。优选地，紧固件22包括所述一对臂56，但是也可包括一个或多个臂56。

挠性部件30的臂56优选地包括多个铰链点62（即，活动铰链），这允许挠性部件30的臂56在接合支撑构件24时弯曲，如图6中所示。在图1-图6中示出的实施方案中，臂56包括三个铰链点62。优选地，铰链点62具有的厚度小于臂56的其余部分的厚度，这允许臂56在铰链点62处弯曲，以及朝向塑料零件20在长度上收缩。由于在铰链点62处朝向塑料零件20收缩，当紧固件22被插入孔28中时，支撑构件24被挠性部件30所保持。因而，在将支撑构件24插入孔28中时，支撑构件24的尖锐边缘不会撞击或刮划紧固件22。

如上面提到的且如图1-图6中所示出的，挠性部件30包括一对铆钉32，每一铆钉32都被布置在轴柄26的相对侧上的一个臂56和中间元件34之间。每一铆钉32都被布置在轴44的凹表面50的外部。每一铆钉32包括一个面向轴柄26的滑动表面64。随着臂56在长度上收缩以及中间元件34在宽度上扩展，铆钉32接合凹表面50且沿着凹表面50滑动，并且进入轴柄26的相邻的轴44的通道54中。在安装位置，如图6中所示，每一铆钉32都被布置在相邻的轴44的通道54中。

每一铆钉32限定一个背向滑动表面64的凹槽66，用于在紧固件22插入孔28时接合支撑构件24。凹槽66面向轴柄26的外部，并且背向轴柄26。在未安装位置，如图1-图5中所示，铆钉32的凹槽66彼此间隔开一个凹槽宽度w_g，所述凹槽宽度w_g略小于基底宽度w_b和孔宽度w_a，从而铆钉32在支撑构件24的孔28周围与尖锐的侧边缘近似对准。在该示例实施方案中，凹槽宽度w_g为约18mm至约20mm。如上面所说明的且如图6中所示的，在安装位置，随着紧固件22被插入孔28中，凹槽宽度w_g增大。支撑构件24被保持在铆钉32的凹槽66中，铆钉32被布置在轴44的通道54中。臂56具有的厚度小于铆钉32的厚度。更大厚度的铆钉32为轴柄26提供了额外的强度，并且防止被支撑构件24损坏。

挠性部件30从臂56延伸至铆钉32，然后至中间元件34。中间元件34沿着且围绕所述轴44延伸至底部点58。挠性部件30的臂56、铆钉32和中间元件34均与轴44间隔开，从而限定在它们之间的一个空间60。底部点58被布置在轴头部46和锁眼槽48的下方，并且与轴头部46和锁眼槽48间隔开。

中间元件34被布置在相对的铆钉32和臂56之间，并且将相对的铆钉32和臂56互连至彼此，如图1-图4和图6中所示。中间元件34被布置在轴头部46的外部，使得轴头部46被布置在塑料零件20和中间元件34之间。中间元件34具有平行于塑料零件20的板36的内表面40延伸的宽度。

当朝下的插入力被施加至板36，同时挠性部件30的铆钉32接合支撑构件24时，挠性部件30的中间元件34在宽度上是可扩展的。当插入力被施加至塑料零件20、挠性部件30接合支撑构件24时，臂56在长度上收缩，中间元件34在宽度上扩展。中间元件34具有的厚度小于铆钉32的厚度，这允许中间元件34弯曲以及在宽度上扩展。

在未安装位置，如图1-图5中所示，中间元件34的宽度称为未安装的中间宽度w_u，w_u小于基底宽度w_b、小于孔宽度w_a并且小于槽宽度w_g，从而中间元件34可被插入孔28中且不与支撑构件24接合。中间元件34的宽度扩展至已安装的中间宽度w_i，如图6中所示，所述已安装的中间宽度w_i大于未安装的中间宽度w_u。此外，在安装位置，中间元件34被布置在支撑构件24下方，已安装的中间宽度w_i略大于孔宽度w_a，从而支承支撑构件24，且将铆钉32保持在轴44的通道54和支撑构件24之间的楔形接合中，如图6中所示。支撑构件24被楔在挠性部件30的臂56和中间元件34之间。

如图1-图4和图6中所示，桁架构件68互连轴柄26和中间元件34，从而随着中间元件34在宽度上扩展来支撑中间元件34。桁架构件68从一个轴44的轴头部46延伸至中间元件34的底部点58。

塑料零件20和紧固件22优选地通过注塑成型工艺由相同的塑料材料形成。塑料零件20和紧固件22（包括轴柄26和挠性部件30）是一体式且同质的。塑料材料优选地包括非加固挠性塑料，例如聚丙烯、尼龙或聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯（PC-ABS）。然而，一体式紧固件22和塑料零件20的塑料材料不限于非加固挠性塑料。替代地，塑料零件20和紧固件22可包括一种以上的塑料材料，所述塑料材料可通过注塑成型工艺形成。一体式塑料零件20和紧固件22优选地在23℃时具有约0.9g/cm³至约1.2g/cm³的密度。

如上面所陈述的，一体式塑料零件20和紧固件22被插入支撑构件24的孔28中，所述支撑构件24通常由钢形成。首先，中间元件34行进穿过孔28且不与支撑构件24接合。接下来，随着紧固件22行进穿过孔28，铆钉32的凹槽66沿着孔28接合支撑构件24的边缘。优选地，铆钉32是一体式紧固件22的与支撑构件24接合的仅有部分。一体式紧固件22并未沿着钢支撑构件24拖刮，从而与其他紧固件相比，在插入和移除期间减少了对一体式紧固件22的磨损和损坏。铆钉32的滑动表面64沿着轴头部46的凹表面50滑动朝向塑料零件20。随着铆钉32接合支撑构件24并且朝向塑料零件20滑动，中间部分34的宽度开始从未安装的中间宽度w_u扩展至已安装的中间宽度w_i。当中间元件34扩展时，挠性部件30的臂56的长度同时从未安装的臂长度L_u朝向塑料零件20收缩至已安装的臂长度L_i。随着紧固件22进一步向孔28内行进，中间元件34进一步扩展，臂56进一步收缩，铆钉32进一步朝向塑料零件20滑动且进入轴44的通道54中。中间元件34最终到达已安装的中间宽度w_i（已安装的中间宽度w_i略大于孔宽度w_a），从而将铆钉32保持为楔形接合在轴44的通道54和支撑构件24之间，如图6中所示。一体式塑料零件20和紧固件22具有高固位力。通过施加一个最小固位力至一体式塑料零件20和紧固件22，可以将一体式塑料零件20和紧固件22从孔28移除。紧固件22被固定在支撑构件24的孔28中，除非大于所述最小固位力的力被施加至紧固件22。在该示例实施方案中，所述最小固位力为约10磅。

如上面所陈述的，在插入和移除一体式塑料零件20和塑料紧固件22期间，一体式紧固件22并未沿着钢支撑结构24拖刮，这减小了对一体式紧固件22的磨损和损坏。在经受对于紧固件22的物理特性的显著磨损和其他负面影响之前，一体式紧固件22可被插入、移除和重新安装（即，被维修）约五次，相比于现有技术的紧固件22，这提供了显著的成本节约。

尽管结合上面概括的示例性实施方案描述了本发明，但是对于至少具有本领域普通技术的人员来说，各种替代、改型、变体、改进和/或基本等同物（不管是已知的还是可能当前预见的）可能是明显的。因此，如上面所陈述的，本发明的示例性实施方案旨在示例而非限制。在不背离本发明的范围的精神的前提下，可做出多种改变。因而，本发明旨在包括所有已知的或者较早研发的替代、改型、变体、改进和/或基本等同物。

Claims

1.一种用于附接至一个支撑构件的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，包括：

一个塑料零件，由一种塑料材料形成；

一个轴柄，与所述塑料零件成一体，并且从所述塑料零件横向延伸；

一个挠性部件，与所述轴柄成一体，并且被布置在所述轴柄的外部；

所述挠性部件包括多个臂，所述臂具有横向于所述塑料零件延伸的长度，其中所述臂在所述长度上是可收缩的；以及

所述挠性部件包括一个中间元件，所述中间元件在所述臂之间延伸，延伸在所述轴柄的外部，并且具有平行于所述塑料零件延伸的宽度，其中所述中间元件在所述宽度上是可扩展的。

2.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中当所述挠性部件接合所述支撑构件以及一个插入力被施加至所述塑料零件时，所述臂在所述长度上收缩，同时所述中间元件在所述宽度上扩展。

3.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述轴柄包括从所述塑料零件横向延伸的基底，所述基底具有平行于所述塑料零件延伸的基底宽度，所述中间元件的所述宽度小于所述基底宽度。

4.根据权利要求3所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述轴柄包括从所述基底横向延伸的至少一个轴，所述轴具有平行于所述基底宽度延伸的组合宽度，所述组合宽度小于所述基底宽度。

5.根据权利要求4所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述轴存在一个凹表面，用于当所述臂在所述长度上收缩以及所述中间元件在所述宽度上扩展时接合所述挠性部件。

6.根据权利要求4所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述轴存在一个面向所述塑料零件的凸耳，使得所述轴柄在所述凸耳和所述基底之间限定一个通道，用于当所述臂在所述长度上收缩和所述中间元件在所述宽度上扩展时接收所述挠性部件。

7.根据权利要求4所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述轴柄包括一对彼此间隔开的所述轴，每一轴从所述基底延伸至一个轴头部，并且所述轴在所述轴之间限定一个锁眼槽，所述锁眼槽在所述轴头部处是开口的。

8.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述挠性部件的所述臂包括多个铰链点，每一铰链点具有的厚度小于所述臂的其余部分的厚度，从而允许所述臂在所述铰链点处弯曲，并且在所述长度上收缩。

9.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述挠性部件包括一个铆钉，所述铆钉限定面向所述轴柄的外部的凹槽，且所述铆钉被布置在每个臂和所述中间元件之间，用于在所述臂在所述长度上收缩以及所述中间元件在所述宽度上扩展时接合所述轴柄。

10.根据权利要求9所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述臂和所述中间元件和所述铆钉中的每一个都具有厚度，且所述臂的所述厚度和所述中间元件的所述厚度小于所述铆钉的所述厚度。

11.根据权利要求9所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述轴柄包括从所述塑料零件横向延伸的基底，所述基底具有平行于所述塑料零件延伸的基底宽度，所述中间元件的所述宽度小于所述基底宽度，所述铆钉的所述凹槽彼此间隔开一个凹槽宽度，并且所述凹槽宽度小于所述基底宽度。

12.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中在所述臂从未安装的臂长度收缩至已安装的臂长度时，所述中间元件从未安装的中间宽度扩展至已安装的中间宽度，所述已安装的中间宽度大于所述未安装的中间宽度，所述已安装的臂长度小于所述未安装的臂长度。

13.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，包括一个桁架构件，所述桁架构件互连所述轴柄和所述中间元件，用于当所述中间元件在所述宽度上扩展时支撑所述中间元件。

14.根据权利要求1所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述塑料零件、所述轴柄和所述挠性部件是同质的，并且都由所述塑料材料形成。

15.根据权利要求14所述的可重复使用的一体式塑料零件和紧固件，其中所述塑料材料选自：聚丙烯、尼龙和聚碳酸酯-丙烯腈丁二烯苯乙烯（PC-ABS）。