CN104246243A - 紧固件保持装置 - Google Patents

Abstract

公开了一体模制的物体本体，用于保持紧固件处于预附接位置并且变形以适应附接公差。该物体本体具有紧固件保持部，该紧固件保持部具有限定在其中的孔口，该孔口具有在预附接位置夹持紧固件的轴的紧固件接合边缘。该紧固件保持部能够变形以允许紧固件横向地移动并且偏心于预附接位置而附接以适应附接公差。紧固件保持部可以具有弱化区域以允许变形。这些弱化区域可以包括厚度减小的区域或朝向紧固件保持部的圆周延伸的径向延伸部。物体本体也具有远离部，该远离部限定了紧固件在预附接位置中不延伸超过的安装面。物体本体还可包括压缩部，该压缩部在附接位置中与紧固件的肩部接合并且在肩部与物体本体所附接至的物体之间受压缩。压缩部也可具有衬套，该衬套通过与紧固件肩部和物体本体所附接至的物体接合来提供增加的扭矩保持。

Description

紧固件保持装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年1月17日提出的美国临时申请61/587,286的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容主要涉及汽车组件，更具体地涉及紧固件和使紧固件保持处于预附接位置的装置。本公开内容也涉及用于车辆的模块化组件，该模块化组件使用附接至车辆的托架部件。

背景技术

汽车制造业的目前趋势——如Papi等人在美国专利No.7,743,559中描述并且通过引用并入本文的——是组合部件以获得简化且便于安装的模块化系统而不是分别地安装单独元件。该类型的模块化系统的一个示例是将五金部件组装在托架面板上，该托架面板之后在组装线上安装至车辆。例如，门托架可以具有预安装的门的若干附件或功能性部件，比如窗提升装置的元件、锁、碰撞吸收系统、扬声器等。在组装线上，门托架附接至门以便于车辆的总装并且减少组装时间。因此，由于这些部件预安装在可以在单一组装阶段中安装在车辆上的单个托架上，使用这种类型的模块化托架简化了功能性部件的组装。

托架至车辆的附接包括组装线工人递送、插入和安置用于托架的每个紧固件。对于通常的门托架，这可能包括为每个托架递送8至12个附接螺钉。紧固件的递送和插入增加了安装部件特别是托架所涉及的生产线时间。掉落或不当递送紧固件的可能性会导致降低整个组装线的生产率的延误。

发明内容

因此，提供了一种通过紧固件紧固的物体，该紧固件具有带有纵向轴线的轴并且具有从纵向轴线向外延伸超过轴的肩部。该物体包括一体地模制的物体本体，该物体本体具有紧固件保持部和紧固件远离部(fastner clearance portion)。紧固件保持部限定孔口以接合紧固件轴，该孔口具有用于保持紧固件处于预附接位置的至少一个紧固件接合边缘。紧固件保持部为可变形的以允许紧固件的纵向轴线从预附接位置横向地移动至紧固件保持部内。紧固件远离部关于紧固件保持部间隔开并且远离紧固件保持部纵向地延伸以提供安装面137，该安装面137限定了紧固件在预附接位置不延伸超过的平面。在一些方面，该孔口可以具有至少两个相对的紧固件接合边缘。

在一些方面，一体模制的物体本体还包括压缩部，该压缩部关于紧固件保持部间隔开使得当紧固件纵向地插入时紧固件压缩部接合紧固件肩部，该压缩部具有第一厚度，该第一厚度大于紧固件保持部的第二厚度。在一些方面中，紧固件远离部可以具有第三厚度，该第三厚度与压缩部的第一厚度相同。在其他方面，紧固件压缩部和紧固件远离部可以是同一部分。

在另外的方面，压缩部可以包括在朝向紧固件的肩部的一个表面上和在相反表面上暴露的局部包覆模制衬套。衬套与一体模制的物体本体的包覆模制材料相比具有更大抗压强度以提供增加的扭矩保持性。在相关的方面，衬套可以成形为允许包覆模制材料流动通过。

在一些方面，紧固件保持部可以具有提供紧固件保持部的变形的弱化区域。紧固件保持部可包括朝向圆周向外延伸的一个或多个径向延伸部。径向延伸部可以是通过中央部的切口或是通过紧固件保持部的一系列穿孔。径向延伸部可以与孔口毗连或不与孔口毗连。

根据另一方面，该物体为在车辆组装期间用于附接至第二车辆部件的第一车辆部件，该第一车辆部件具有多个紧固件保持部和相应的多个紧固件远离部。例如，第一车辆部件可以为门托架板，而第二车辆部件可以为门内面板。第一车辆部件可以在每个紧固件保持部中的预附接位置中具有紧固件。紧固件保持部的直径可以与第二车辆部件中的对应孔的偏心公差相对应。

附图说明

为了更好地理解本文描述的多种实施方式并且更清楚地示出其如何实现，现在将仅通过示例的方式对附图进行参照，其中，附图示出了至少一个示例性实施方式，在附图中：

图1为紧固件保持装置的实施方式的立体图；

图2为穿过图1的实施方式的中心的截面的立体图；

图3为穿过图1的实施方式的中心的截面的立体图，其中，还包括处于预附接位置中的紧固件；

图4为图3的实施方式的截面的立体图；

图5为紧固件保持装置的实施方式的截面的立体图，其中，示出了在偏心的附接位置与螺母接合的紧固件；

图6为具有内部金属衬套的紧固件保持装置的替代性实施方式的截面的立体图；

图7为图6的实施方式的金属衬套的立体图；

图8为图6的实施方式的本体的仰视平面图，其中，移除了衬套；

图9为具有多个紧固件保持装置的门托架面板的立体图；

图10为具有单个紧固件保持装置的窗调节器升降板的立体图；以及

图11为具有两个紧固件保持装置的窗调节器升降板的正视图。

具体实施方式

应了解的是，为了说明的简单和清楚起见，在认为合适的情况下，对多个的具体细节进行了阐述以提供对于本文中描述的示例性实施方式的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员应理解的是，本文所描述的实施方式也可在没有这些具体细节中的一些具体细节的情况下实施。在其他示例中，没有详细描述已知的方法、程序和部件以不使本文描述的实施方式不清楚。

本文所使用的术语“紧固件”指的是用于将两个或更多个物体机械地附接在一起的五金件。优选地，例如，紧固件为具有围绕外圆柱形轴包绕的螺旋形脊部的螺纹紧固件，比如螺钉或螺栓，但可以使用如本领域技术人员已知的其他的紧固件变型。术语“螺母”也用于指与紧固件匹配以提供附接的物体。优选地，螺母包括与紧固件配合的内部螺旋螺纹，但可使用本领域技术人员已知的其他变体。

现在参照图1至图5，图1至图5示出了紧固件保持装置100，该紧固件保持装置100具有本体102，该本体102具有紧固件保持部110，该紧固件保持部110具有限定在该紧固件保持部110中的孔口112。紧固件保持部110大于紧固件轴220的直径并且能够屈服以允许紧固件200定位在紧固件保持部110内的几乎任何位置以解决制造公差。紧固件保持装置100的本体102可以一体地模制在待紧固的物体中。

例如，如图3中所示，孔口112通过接合插入通过孔口112的紧固件轴220而使紧固件200保持处于预附接位置。紧固件保持部110的孔口112允许紧固件200在安装具有紧固件保持装置100的部件之前定位。紧固件200包括具有纵向轴线201的轴220和从纵向轴线201向外延伸的肩部231。肩部231可由紧固件头部230或垫圈240形成。如图3和图4中所示，预附接位置处具有放置在孔口112内准备通过螺母扳手扭转的紧固件200。安装期间，紧固件200被扭转以通过螺纹的方式与螺母250接合，直至紧固件200的肩部231(例如，头部230或垫圈240)接合紧固件保持装置100的顶部表面120为止。紧固件保持装置100允许通过移动将紧固件200定位在预附接位置中，直至紧固以允许在组装线上进行更高效的安装过程。

紧固件保持部110和孔口112可以变形以接合紧固件轴220并且保持紧固件轴220处于图3和图4中所示的预附接位置。孔口112成形成接合紧固件轴220以保持紧固件200处于预附接位置。孔口112的形状和紧固件保持部110的厚度可以控制用来保持紧固件200的力，并且优选地设计成屈服于扭转工具——比如通常在自动组装过程中使用的螺母扳手——的力。

孔口112的形状也可提供用于紧固件200的初始螺纹以辅助将紧固件200保持在适当的高度处。在一些实施方式中，孔口112可以具有接合处于预附接位置的紧固件轴220的单个连续的接合边缘(例如，圆形或环形的孔口形状)。孔口112可以具有至少两个相对的接合边缘，比如如图1和图2中所示接合边缘114和116，该至少两个相对的接合边缘接合紧固件轴220的螺纹210。接合边缘可以如所示那样直接地相对，或者孔口112可限定奇数个相对的接合边缘，比如三个，例如该接合边缘可定向成等边三角形，其中，每个边缘接合紧固件轴220的螺纹210。

紧固件保持部110可具有辅助变形的弱化区域。在一些实施方式中，弱化区域可具有减小的厚度以允许紧固件保持部110的压破和变形。如图2至图5中所示的紧固件保持装置100的截面中所示，紧固件保持部110可具有相对于本体102减小的厚度以便于当附接紧固件200时紧固件保持部110的变形或压破。弱化区域的厚度控制用于调节紧固件200离开紧固件保持部110的中央轴线101的位置的屈服力。

紧固件保持部110也可通过具有一个或多个径向延伸部118和119来限定弱化区域，该一个或多个径向延伸部118和119为朝向紧固件保持部110的外圆周延伸的切口。径向延伸部118和119允许紧固件保持部110在紧固件200的附接期间变形以允许紧固件200的纵向轴线201偏离紧固件保持部110中的孔口112的中心移动。例如，图5示出了紧固件200的纵向轴线201从中心轴线101横向地移动通过紧固件保持部110的中心以适应螺母250的位置。径向延伸部118和119可以是优选地比通过相对的接合边缘114和116限定的宽度更窄的切口。径向延伸部118、119可以或者如所示与孔口112毗连，或者不与孔口112毗连(例如，径向延伸部不延伸至孔口内)。

在其他实施方式中，径向延伸部由于垂直于紧固件200的纵向轴线201的紧固力而可以用来提供紧固件保持部110的两个部段的容易分离。分离紧固件保持部110的两个部段为紧固件保持部110变形的另一模式。例如，径向延伸部可以实施为允许紧固件轴使紧固件保持部110的两个部段分离的：厚度减小的线、穿孔或窄的狭缝。这些结构允许紧固件保持部110的两个部段分离成允许紧固件200的纵向轴线201从预附接位置横向地移动。

在其他实施方式中，紧固件保持部110可以具有多个径向延伸部以允许紧固件保持部110的容易变形从而适应紧固件200的纵向轴线的偏心定位。在一些实施方式中，比如图8中所示，径向延伸部可以是从孔口112的中心朝向紧固件保持部110的圆周向外延伸的多个窄的狭缝。

紧固件保持部110优选地为环形的并且具有大于紧固件轴200的直径以提供用于当处于附接位置时使紧固件200在紧固件保持部110内定位的公差。紧固件保持部110的半径应该基于孔或螺母250位置的公差来选择。紧固件保持部110可以具有其他形状，该形状在形状内适应该公差。例如，紧固件保持部110可以为方形，只要该公差半径包含在其中即可。

紧固件保持部110的其他形状可以用于将公差限制在仅一个或两个方向。这些形状可以由紧固件保持部110的弱化区域来限定。例如，紧固件保持部110可以仅允许+形状变形以将公差限制在两个垂直的方向。替代性地，紧固件保持部110可以允许沿单一方向的变形。

紧固件保持装置100的本体102包括紧固件远离部136，该紧固件远离部136关于紧固件保持部110间隔开。紧固件远离部136远离紧固件保持部纵向延伸以提供安装面137，该安装面137接合本体102所附接至的物体。在预附接位置，紧固件不延伸超过由安装面137限定的平面。

紧固件远离部136的示例可以由从本体102的底部表面130延伸的延伸部132示出，该延伸部132限定了具有大于紧固件220的直径的内孔135。延伸部132的端部133可以提供安装面137。紧固件远离部136的替代示例可以包括从本体102的底部表面130延伸的外环140，该外环140具有也可以作为安装面137的端部部分142。安装面137可以辅助将紧固件200定位在预附接位置中使得紧固件200的端部233不延伸超过由或者圆筒形延伸部132或者外环140限定的安装面137。

紧固件保持装置100的本体102的顶部表面120可以限定埋头孔或沉孔以允许紧固件200的头部230相对于紧固件保持装置100的最顶部表面122至少部分地凹入。替代性地，如通过图5所示，沉孔可以允许垫圈240凹入，只要沉孔具有足够大的直径以适应位置公差即可。

紧固件保持装置100的本体102还包括压缩部139，该压缩部关于紧固件保持部110间隔开，使得当紧固件插入至附接位置内时紧固件200的肩部231(例如，头部230或垫圈240)接合压缩部139。压缩部139将力从紧固件200的肩部231传递至本体102所附接至的物体。压缩部139具有大于紧固件保持部110的厚度。在图1至5中示出的实施方式中，压缩部139可以包括位于顶部表面120与端部133之间的延伸部132。在一些实施方式中，例如压缩部139和紧固件远离部136可以是相同的，比如延伸部132。

接下来参照图5，图5示出了与第一车辆部件103一体模制的紧固件保持装置100的本体102，该第一车辆部件103用于附接至具有用于接纳紧固件200的孔249的第二车辆部件105。在一些实施方式中，孔249可以设置有用于接合紧固件200的螺纹的螺母250。第一车辆部件103可以是例如，托架板(例如，门托架板)、升降板、或其他车辆部件比如附接至托架板或内门面板的塑料窗调节器的轨道。第二车辆部件105可以是例如车架的一部分、门内面板或其他车辆部件。

接下来参照图6，图6示出了紧固件保持装置300的替代性实施方式的截面的立体图，该紧固件保持装置300在紧固件压缩部139中具有衬套340，该衬套340在本体302的顶部表面320和底部表面321上暴露。图6的相似的附图标记与图1至图5中的附图标记类似地编号，并且可以提供如上所描述的类似的紧固件保持功能。紧固件保持装置300通过允许衬套340在附接位置与紧固件200的肩部231接合而为紧固件200提供改进的扭矩保持性。

衬套240的材料包括与本体102的材料相比具有增大的抗压强度的材料，以增加扭矩保持性。衬套240提供改善的抗压强度以随着时间的过去在载荷作用下保持紧固件。优选地，衬套340由金属制成以提供与紧固件200的肩部231的以及与附接有第一部件的第二车辆部件的金属对金属接触。衬套240可以由例如广泛范围的金属或其他金属构成。也可以使用具有充分抗压强度的其他材料，比如说例如碳纤维复合材料。

图7示出了衬套340的实施方式，其中移除了本体302以示出允许包覆模制的衬套340的形状。衬套340可以包括具有向内突出部346的外圆筒形环344。衬套340也可以在外圆筒形环344中限定切口348，该切口348允许在模制过程期间本体102的复合材料流动通过衬套340。

接下来参照图8，图8示出了紧固件保持器装置300的本体302的仰视平面图，其中移除了衬套340。本体302的材料能够如所示出的那样通过本体302适形的(conformal)形状而围绕衬套340流动。

图8也示出了紧固件保持部310的替代性实施方式，该紧固件保持部310包括从孔口312朝向紧固件保持部310的圆周向外延伸的多个径向延伸部318。紧固件保持部310中的径向延伸部318允许轴220从孔口312横向地偏心移动。孔口312也具有与紧固件轴220的螺纹210接合以保持紧固件200处于预附接位置的多个接合边缘314。

接下来参照图9，图9示出了第一车辆部件900的立体图，该第一车辆部件900围绕外圆周具有紧固件保持装置901至908。第一车辆部件可以是如图9中所示的托架板。第一车辆部件900可包括保持在紧固件保持装置901至908中的每个紧固件保持装置中的紧固件200，使得第一车辆部件900与相应的第二车辆部件被放置到位并且通过扭转紧固件200而被附接。图9的第一车辆部件900为设计成用于附接至门内面板的门托架板。

第一车辆部件900可以被制造成包括多个紧固件保持装置901至908，紧固件保持装置901至908可以具有形成为第一车辆部件900的凸起的本体102。第一车辆部件900优选地由复合材料制造并且模制成所需形状。第一车辆部件900可以被模制成包括限定紧固件保持装置100的凸起，诸如如上所描述的那些凸起。第一车辆部件900可以通过使用多个复合材料来制造以提供强度和轻的重量。例如，门托架板通常由塑料——比如具有用于结构强化的40％的玻璃填充的聚丙烯——制成。本领域的技术人员将想到其他复合材料。预想到的其他强化纤维包括卡夫拉(Kevlar)、碳化纤维和大麻纤维，并且本领域技术人员可以想到其他强化材料。

紧固件保持装置901至908可以通过模制过程与第一车辆部件900一体地形成。第一车辆部件900可以然后根据需要被切割、钻孔或切边。术语“一体的”及其派生词在本文中被用于表示由单件材料制造成的部件。如本文中使用的术语“一体的”具体地排除用于将固定在一起的部分作为单个单元进行维持的其他装置。更特别地，术语“一体的”用于具体地排除用于保持紧固件处于预附接位置中(例如，使用粘合剂、分离机械保持装置等)的已知变型。

在第一车辆部件900模制并且切边后，其他附件和装置可以安装至第一车辆部件900。例如，门托架板可以具有预安装的门的若干附件或功能性部件，比如窗提升装置的元件、锁、碰撞吸收系统、扬声器等。紧固件200可以在预附接位置中定位在紧固件保持装置901至908内。例如，紧固件200可以被拧入孔口112内直至紧固件200的端部233与圆筒形延伸部132的延伸部端部133齐平为止。替代性地，孔口112可变形以允许紧固件被简单地推动通过孔口122以保持紧固件200。具有附接的附件、功能性部件以及处于预附接位置的紧固件的第一车辆部件900之后可以被装运至车辆组装线以附接至相应的第二车辆部件。

第二车辆部件比如门内面板例如通常包括孔，该孔具有焊接至其的螺母，以附接门托架板。车架上的孔和焊接螺母具有一定的公差，托架板必须适应该公差以在不翘曲或破坏托架板的情况下牢固地附接托架面板。例如，门内面板具有孔，所述孔可以具有直径3.0mm的真实位置，门托架面板提供紧固件保持装置100，该紧固件保持装置100具有带有相应直径的紧固件保持部110，该紧固件保持部110屈服以允许紧固件200移动。门托架板每个紧固件保持装置100的紧固件保持部110与门模块中的相应孔和螺母的偏心公差相对应。

在车辆组装线上，在紧固件200在紧固件保持装置100中位于预附接位置的状态下，第一车辆部件900被接收。组装线操作者使第一车辆部件定位以使保持的紧固件200与第二车辆部件中的相应的孔和螺母对准。当第一车辆部件900就位时，组装线工人可以开始用螺母扳手扭转保持的紧固件200以将第一车辆部件900附接至第二车辆部件。例如，使用具有保持紧固件的托架板减少了紧固件和托架板的递送，因此导致减少的生产线时间。

紧固件保持装置100的紧固件保持部110可以变形以适应第二车辆部件——比如，车架或内门面板——中的孔和螺母的位置公差。如果紧固件200从孔/螺母偏心地定位，那么紧固件保持部110可变形以允许紧固件200略微地倾斜以用于与螺母250的螺纹最初接合。接合偏心螺母250的螺纹将提供由紧固件轴220抵靠紧固件保持部110施加的垂直于中心轴线101的力。由于该力，紧固件保持部110将屈服或变形以允许紧固件200的纵向轴线201偏心于紧固件保持部110的中心轴线101定位。

图10和图11示出了作为窗调节器升降板的第一车辆部件的实施方式，该窗调节器升降板具有分别定位在窗调节器升降板1000和1100上的紧固件保持装置。窗调节器升降板通常具有比托架板较少的附接点，例如图10的升降板1000具有单个紧固件保持装置1010，而升降板1100具有两个紧固件保持装置1110、1112。对于窗调节器而言，维持紧固件上的扭矩更多的问题在于部件可能会更多地振动并且潜在地使紧固件松动。优选地，紧固件保持装置1010、1110和1112包括提供改进的扭矩保持性的衬套，比如前述衬套340。升降板1000、1100通常由聚缩醛树脂、比如由杜邦(Dupont)以商标达尔林(Delrin)销售的聚缩醛树脂构成。

虽然本文已经对示例性实施方式进行了描述，但是应理解的是本发明不限于公开的实施方式。本发明意在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种变型和等同结构，并且权利要求的范围与包含全部所述变型以及等同结构和功能的解释一致。

Claims (17)

1.一种待通过紧固件紧固的物体，所述紧固件具有带有纵向轴线的轴并且具有从所述纵向轴线向外延伸超过所述轴的肩部，所述物体包括：

一体模制的物体本体，所述一体模制的物体本体具有紧固件保持部和紧固件远离部，

其中，所述紧固件保持部限定有孔口以接合所述紧固件的所述轴，所述孔口具有用于保持所述紧固件处于预附接位置的至少一个紧固件接合边缘，所述紧固件保持部能够变形以允许所述紧固件的所述纵向轴线从所述预附接位置横向地移动至所述紧固件保持部内，并且

其中，所述紧固件远离部关于所述紧固件保持部间隔开并且纵向地远离所述紧固件保持部延伸以提供安装面，所述安装面限定所述紧固件在所述预附接位置时不延伸超过的平面。

2.根据权利要求1所述的物体，其中，所述孔口具有至少两个相对的紧固件接合边缘。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的物体，其中，所述一体模制的物体本体具有压缩部，所述压缩部关于所述紧固件保持部间隔开，使得当所述紧固件纵向地插入时所述紧固件压缩部接合所述紧固件的肩部，所述压缩部具有第一厚度，所述第一厚度大于所述紧固件保持部的第二厚度。

4.根据权利要求3所述的物体，其中，所述紧固件远离部具有第三厚度，所述第三厚度与所述压缩部的所述第一厚度相同。

5.根据权利要求3所述的物体，其中，所述紧固件压缩部和所述紧固件远离部为同一部分。

6.根据权利要求3所述的物体，其中，所述压缩部包括在朝向所述紧固件的所述肩部的一个表面上和相反表面上暴露的局部包覆模制的衬套；并且其中，与所述一体模制的物体本体的包覆模制材料相比，所述衬套具有更大的抗压强度。

7.根据权利要求6所述的物体，其中，所述衬套成形为允许所述包覆模制材料流动通过。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的物体，其中，所述紧固件保持部具有弱化区域以提供变形。

9.根据权利要求8所述的物体，其中，所述弱化区域具有相对于所述紧固件保持部的所述第二厚度减小的厚度。

10.根据权利要求8所述的物体，其中，所述弱化区域包括一个或多个向外延伸的径向延伸部。

11.根据权利要求10所述的物体，其中，至少一个所述径向延伸部为通过所述紧固件保持部的开口。

12.根据权利要求10所述的物体，其中，至少一个所述径向延伸部包括通过所述紧固件保持部的一系列穿孔。

13.根据权利要求10所述的物体，其中，所述一个或多个径向延伸部不与所述孔口毗连。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的物体，其中，所述物体为用于在车辆组装期间附接至第二车辆部件的第一车辆部件，所述第一车辆部件具有多个紧固件保持部和相应的多个紧固件远离部。

15.根据权利要求14所述的物体，其中，所述第一车辆部件为托架板和窗调节器板中的任一者，并且所述第二车辆部件为门内面板和车架中的任一者。

16.根据权利要求14和15中任一项所述的物体，其中，所述第一车辆部件在每个所述紧固件保持部中具有处于所述预附接位置中的紧固件。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的物体，其中，所述紧固件保持部的直径与所述第二车辆部件中的对应孔的偏心公差相对应。