CN106030125B - 用于具有自由旋转特征的盲侧紧固件和系统的单体螺钉、和用于制造及使用具有自由旋转特征的盲侧紧固件和系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的紧固件实施例包括一个可自由平移的夹头体，其在辅助结构内至少部分地平移，并且进一步包括一个用于与所述夹头体旋转地接合的固定螺钉，以通过以抗旋转装置的方式实质性制动所述夹头体将旋转运动转换成平移运动。螺钉包括一个自由旋转的特征，其在功能上而不是物理上使一个驱动工具从所述夹头体解耦。

Description

用于具有自由旋转特征的盲侧紧固件和系统的单体螺钉、和 用于制造及使用具有自由旋转特征的盲侧紧固件和系统的 方法

发明内容

本发明涉及改进的盲侧(blind side)紧固件和系统，其依赖于旋转受限但自由平移的设置于例如紧固件壳体的辅助结构中的夹头体(collet body)，还涉及用于制造和使用这种紧固件以及包括其的系统的方法。本发明的紧固件实施例包括上述的夹头体，其在上述的辅助结构内至少部分地平移，并且进一步包括一个用于与所述夹头体旋转地接合的固定螺钉，以通过以抗旋转装置的方式实质性制动所述夹头体将旋转运动转换成平移运动，如下面所述。

根据本发明的紧固件还包括一个自由旋转的特征或区域，其在功能上而不是物理上，从紧固件解耦紧固系统的驱动工具(例如，气动工具)。这样，在移除紧固件的操作期间，当驱动工具与紧固件接合时，例如，驱动工具的连续操作将既不允许紧固件部件的不期望的分离，也不对其部件造成例如在现有技术中使用硬性停止(hard stop)衬套紧固件的情况下的不可挽回的损害。

根据各种发明实施例的辅助结构各包括两部分抗旋转装置的一部分，其可见于形成在这样的结构中的孔上或内，且优选特征为(a)非圆形特征(例如，一个平表面、一个狭槽或凹槽、棱、键或凸起等)。每个辅助结构具有近端和远端，其中所述远端包括与其一体或与其附接的外工件接触表面，以及优选地与其一体或与其附接的两部分平移制动装置的一部分。优选地，在远端的孔口是圆形的，尽管该孔本身的横截面轮廓可以是不同的，并且通常在其整个轴向延伸是一致的。然而，辅助结构的某些实施例的外表面的特征为基本上圆柱形并且包括用于阻止潜在的诱导旋转的工具接口，并由此为抗旋转装置(例如，用于接收扳手的刻面)提供机械基础，这样的特征在有效地利用各种发明实施例的情况下不是必需的，因为用于阻止潜在的诱导旋转的任何装置构成一可行装置。为了方便，但不作为限制，术语“壳体”和其同义词将代替词组“辅助结构”使用。

根据本发明的实施例的夹头体各包括两部分抗旋转装置的另一部分，其优选特征为(a)互补的非圆形特征(例如，一个平表面、一个狭槽或凹槽、棱、键或凸起等)，并且还包括一个具有径向可移位的指状物的远端，每个指状物优选在其外表面上具有工件夹持元件并在其内表面上具有螺纹接口。每个夹头体还限定一具有内螺纹部的中心轴向对准的孔，优选地在近端或邻近近端。这些夹头体的外尺寸和表面几何形状是这样的，优选它们除抗旋转装置(其可定位于所述夹头体的近端)外的所有部分可平移地延伸经过壳体远端(优选地，近端定位的夹头体抗旋转装置构成平移制动装置的另一部分，并与壳体的一部分轴向干涉，其如先前所述的构成平移制动装置的另一部分)。

各个发明实施例还各包括具有螺纹部、一个近端和一个远端的螺钉，其与所述夹头体的螺纹部螺纹接合。此外，这些螺钉优选与壳体相关联，例如，连接或固定，如在下面针对本发明的组件实施例描述的。然而不同于现有技术，螺钉包括智能定位的直径减小部分或形成为与夹头体螺纹部不旋转接合也不干涉的无螺纹部分(以下称为“自由旋转区”)。所述自由旋转区由朝向螺钉的近端并且优选地朝向远端延伸的螺纹轴向限定，虽然这样的结构对本发明或其实施例的功能不是必需的；仅需要使得所述自由旋转区邻近近端的延伸螺纹，以使所述螺纹可以从夹头体的螺纹解耦。此外，自由旋转区还优选为在壳体外面，从而最大化夹头体移动并最小化壳体的轴向长度，尽管这样的位置对于本发明或其实施例的操作不是必需的。

如果自由旋转区不被螺纹部在两侧限定，则螺纹部的一端朝向螺钉的近端而另一端朝向螺钉的远端。如果自由旋转区被螺纹部在两侧限定，则螺纹部可以说具有从自由旋转区延伸到螺钉的近端的近端螺纹段和从自由旋转区延伸到螺钉的远端的远端螺纹段。每个所述段还包括近端和远端朝向端。

当螺钉包括远端螺纹段且当该螺纹段的尺寸设计成与夹头体的螺纹螺纹接合时，两个优点被实现：第一优点允许螺钉可螺纹地插入夹头体的近端，其如将在下面看到的显著简化了本发明的组件实施例的创建。第二个优点在制造这种螺钉实施例的过程中实现-适当的螺钉仅需要例如通过车削或磨削被修改成具有自由旋转区；不需要其它处理。然而，所述螺钉的远端部还可以包括一个衬套或其它等同结构，作为远端螺纹段(例如，具有与螺纹部分大致相同的外径的一个部分或区域)的整体或部分代替，或者在不脱离本发明实施例的特征的前提下可以包括直径减小部(螺纹或光滑)的延伸。然而本领域技术人员将理解的是，在其中所述螺钉的远端部的直径小于其近端部的实施例中，可能需要修改所述夹头体指状物的远端，以保持适当的径向膨胀特性。

自由旋转区的优选位置可以通过考虑各种参数来确定。为了更好地理解这些参数，本文使用以下定义。如前所述，每个夹头体具有远端、近端和螺纹部。螺纹部还具有一个轴向长度。如本文中所使用的，所述夹头体远端被标记为CEd，夹头体近端被标记为CEp，以及朝向其远端和近端的夹头体螺纹部分别被标记为CTd和CTp，而夹头体螺纹部的轴向长度被标记为CTI。

各个螺钉包括类似的部分。如本文中所使用的，螺钉远端被标记为SEd，螺钉近端被标记为SEp，并且所述螺钉的朝向其远端和近端的无螺纹部(自由旋转区)分别被标记为SFd和SFp，而自由旋转区的轴向长度被标记为SFI。关于螺钉的螺纹部或段，每一个都具有一个朝向远侧的端部STd和一个朝向近侧的端部STp以及一个轴向长度STI。

如前所述的自由旋转区的预期功能优选地发生于当CEd在距离壳体的远端最大距离处时，并且当所述夹头体指状物不被径向向外偏转时。因此，在该结构中，所述夹头体螺纹大致与自由旋转区一致(即，夹头体螺纹占据包括所述自由旋转区的减小的直径环形)。当所述螺纹在耦合旋转(例如顺时针方向旋转)中具有压缩接触时，近端螺纹段STd端与CTp因此将发生接合。相反，如果所述旋转与耦合方向(例如逆时针旋转)相反，则即使具有压缩接触也不会发生接合。在优选的实施例中，旋转耦合可被优化为刚好在螺钉的远端建立夹头体指状物的径向向外偏转之前发生，虽然这样的功能对于各种发明实施例的操作不是必需的。

除了上述之外，许多紧固件实施例的特征为组件。本发明的组件实施例的特征在于将紧固件的部件保持在一起，即，夹头体、螺钉和壳体。虽然可以使用许多模式来保持这些部件为一个组件，但是最常见的包括夹头体和一个固定螺钉，所述夹头体具有与壳体配合以防止所述夹头体在远端方向上从其非预期地脱离的平移制动装置的一部分，其中所述壳体具有夹头体平移制动装置的另一部分。

只要螺钉在基本意义上可以双向平移通过所述夹头体，根据本发明的组件实施例包括近端定位的头部，该头部具有的外径大于夹头体螺纹部的内径。这防止螺钉在远端方向上完全平移通过夹头体的螺纹部，或者换句话说，防止所述夹头体在近端方向上完全平移通过螺钉的螺纹部。替代的和/或额外的，平移制动功能可以通过限制螺钉在壳体内的平移而实现，其有利地将螺钉-夹头体平移与夹头体的移动隔离。因此，头部可以用作与壳体优选地同时在远端和近端方向上配合的螺钉平移制动装置的一部分，其中所述壳体具有螺钉平移制动装置的另一部分。在这方面，螺钉被保持固定于壳体内，例如当螺钉被在远端方向上推动时通过壳体在其近端的肩部保持，并且当被在近端方向上推动时通过可移除的保持环保持。使用可移除的保持环(或更一般的保持元件或保持装置)允许经由所述壳体的近端无论是作为一个组件或相继地将所述夹头体和螺钉插入所述壳体内和从所述壳体移除所述夹头体和螺钉，虽然可移除这些部件不是本发明的必需考虑)。作为这种装置的结果，所述壳体优选协同地防止夹头体在远端方向上过度地平移，而螺钉头防止夹头体在近端方向上过度地平移，并且所述壳体优选协同地防止螺钉头同时在远端和近端方向上过度地平移。

这种组件实施例的实现可以通过使用充当螺钉平移制动装置的壳体部分的一个组装后保持器元件来促进(近端方向)。该组件可以通过将夹头体的远端插入壳体的近端来实现，其中螺钉的螺纹远端可与其螺纹接合，或该接合可以在壳体外部实现，并且组装部件然后可以被插入到所述壳体内。在任一情况下，一个环、套环或其他产生肩部的保持器元件可以永久地或可移除地与壳体相关联，以防止所述螺钉从所述壳体本体意外地解除关联。应当注意的是，工具接口适配器也可以充当组件保持器元件：在这样的实施例中，所述元件包括在其一侧上的第一驱动元件，其与螺钉接合(取决于实施方式，该接口适配器可以增大或者可以替换螺钉的头部)；以及，第二驱动元件，其与旨在将旋转施加于紧固件组件的外部工具接合。

在许多这些组件实施例中，螺钉平移制动装置包括一个推力区，以允许所述螺钉相对于壳体在近端和远端平移制动限制(例如，螺钉头部，以及近端和远端平移制动装置)之间轴向运动。通过引入该轴向间隙，可以建立和保证夹头体螺纹与螺钉螺纹之间的脱开，并且可以容易地确定该脱离的测定(例如，当螺钉头部在推力区内平移时该组件的晃动提供了清晰可听的咔嗒声，当配对的螺纹彼此重叠时和/或螺钉头部可见为更靠近壳体近端时所述组件继续脱耦旋转连同压缩偏转一起产生了可听的咔嗒声)。

应当理解的是，自由旋转区在螺钉上的位置和推力区相对于所述螺钉的相对位置(以及它的轴向位移)是相关并且受约束的。具体地，当所述夹头体在其最大允许伸展位置时，所述夹头体CTp和可接合的螺钉STd之间的最大轴向距离必须比壳体的近端和远端平移制动装置之间的有效轴向距离(与螺钉行程距离有关的轴向间隙)更小。这同时确保各个螺纹解耦和再耦接。

为了本专利的目的，如可在本文中使用的且当作举例的术语“区域”、“边界”、“部分”、“部”、“表面”，“区”和它们的同义词、等价物和复数形式，旨在提供针对所描述的制品和/或过程的描述性参考或界标。这些以及类似或等价的术语并不旨在，也不应被推断为，界定或限定所引用的制品和/或过程的本身的元素，除非明确规定如此，或从使用所述术语的多个附图和/或上下文中表面地清楚可见。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的紧固件组件的分解透视图，特别地示出了一个夹头体(局部剖面图)、一个壳体本体、一个螺钉和一个保持环；

图1A是图1中所示的夹头体的放大图；

图2是具有局部剖面图的图1所示的夹头体的平面正视图，特别地示出了夹头体的腿部的截面轮廓；

图3是以延伸或正常状态所示的图1中的紧固件组件的透视图，其中，螺钉完全在紧固件的夹头体和壳体内；

图4是以缩回或夹紧状态所示的图1中的紧固件组件的透视图，其中，夹头体被平移地缩回到所述壳体内，且所述螺钉已经使所述夹头体指状物径向偏转；

图5是图1的紧固件组件的部分截面侧视图，特别地示出了其中所述夹头体螺纹不与螺钉接合时的自由旋转状态，以及螺钉近端在紧固件壳体内的相对位置；

图6示出了图4中从螺钉近端施加到其上初始轴向偏压从而所述螺钉与夹头体螺纹接合之后的实施例；

图7示出了图6中初始螺钉旋转、其中所述夹头体已经朝最大收缩方向部分平移且所述夹头体指状物刚好完全径向膨胀之后的实施例；

图8示出了图9中所述夹头体已经平移到最大收缩位置的实施例；

图9是以图像和文字描述图5和6中的紧固件组件(以及替换性实施例)的状态的复合图示。

图10是以图像和文字描述图7和8中的紧固件组件的状态的复合图示。

Claims (13)

1.一种单边紧固件，包括：

一个辅助结构，其限定一个孔和两部分抗旋转机构的第一部分；

一个夹头体，其在所述辅助结构的孔内至少部分地平移，并且具有所述两部分抗旋转机构的第二部分，该第二部分与其第一部分可操作地接合从而所述夹头体在夹头体孔的一部分内自由地平移，但被阻止在其中的实质性旋转；和

一个螺钉，其被固定地保持在所述辅助结构中用于与所述夹头体旋转地接合，以将其旋转运动转换成夹头体的平移运动，其中所述螺钉包括用于接收由一个驱动工具施加的旋转力的驱动工具接口，

其特征在于，所述螺钉包括一个自由旋转区，其在功能上而不是物理上使所述驱动工具从所述夹头体解耦。

2.如权利要求1所述的单边紧固件，其中所述自由旋转区被限定为夹头体远端在距所述辅助结构的远端的最大距离处且是在夹头体指状物不被径向向外偏转时。

3.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中所述自由旋转区设置于螺钉的近端螺纹段和远端螺纹段之间。

4.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中所述自由旋转区是直径减小区域。

5.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中所述自由旋转区是无螺纹区域。

6.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中所述自由旋转区允许气动工具从紧固件解耦。

7.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中所述自由旋转区与所述夹头体的螺纹部并不旋转地接合。

8.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中所述螺钉被固定地耦接到所述辅助结构。

9.如权利要求7所述的单边紧固件，其中所述夹头体的螺纹部是具有螺纹的内表面，且被定位于远端。

10.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中当所述夹头体指状物收缩时，所述紧固件组件进入自由旋转状态。

11.如权利要求1或2所述的单边紧固件，其中当所述夹头体指状物通过由所述螺钉的一部分施加的压力操作而伸展时，所述紧固件组件进入接合状态。

12.一种紧固件组件，其特征在于，包括：

如权利要求1-11任一所述的单边紧固件；以及

保持环，其被设置成将所述螺钉保持在所述辅助结构内。

13.如权利要求12所述的紧固件组件，其中所述紧固件组件具有自由旋转状态，在所述自由旋转状态，所述夹头体的螺纹不与螺钉接合。