TW202300789A - 鎖定卡扣式緊固件 - Google Patents

Abstract

一種緊固件組合件，用於可釋放地使兩個物件互相連接，包括：一保持器，在頂端處具有用於將該保持器附接至一第一物件的手段，並且在底端處具有帶有一孔的一端壁。一柱在其底端處固定至一第二物件，藉由彈性扣合被捕獲在該保持器的中心腔內，其中該柱或該保持器係可徑向變形的。一鎖定元件可滑動地連接至該保持器，可在鎖定位置與解鎖位置之間軸向移動，可操作為限制該柱與該保持器的相對徑向運動，以防止該柱的拆卸。該鎖定元件可以是藉由一磁鐵移動且可藉由一彈簧伸出至該柱的孔中之一銷。或者，該鎖定元件可以是可緊密地配合在該保持器的外側周圍之一套筒。

Description

鎖定卡扣式緊固件

[相關申請案]這是根據2021年5月6日提出之發明名稱為「磁性卡扣緊固件(Magnetic Snap-In Fasteners)」的美國臨時專利申請案第63/185,002號的非臨時專利申請案，特此請求其優先權。

本專利申請案係有關於藉由扣合將兩個組件連結在一起的緊固系統。更具體地，它係有關於可以靠磁性致動之緊固件及緊固系統。

目前市場上有一些緊固件可以讓零件扣在一起及撥開。然而，本緊固件對現有產品進行改良，因為它允許將緊固件鎖定到位，防止拆卸。鎖定機構可防止在沒有適當的拆卸工具之情況下意外拆卸。

本文揭露之改良緊固系統的一個具體例包括一種附接方法，這種附接方法利用具有槽的球狀柱及可卡扣並鎖定至柱上的保持器。保持器包括內部機構，內部機構是彈簧加載的，以致於它可被偏移以壓入球狀柱的槽中。緊固件組合件可以很容易地壓在一起，但不能在沒有抽出鎖定元件的情況下被拆卸。磁性工具可以抽出鎖定元件，從而允許緊固件撥開並被拆卸。緊固件的兩個部分可以藉由各種附接手段安裝至盲孔中。

這種緊固系統具有下面顯示及描述之至少兩種可能的構造。兩者都使用相同的操作功能。亦即，兩個部件卡扣在一起，然後藉由彈簧將鎖定組件推入到位。緊固件因而鎖定到位，直到使用磁性工具來縮回鎖定組件為止。因而能夠以最小的努力克服剩餘夾持力來將零件拉開。

更具體地，申請人設計一種用於可釋放地使兩個物件互相連接的緊固件組合件，包括：一保持器，具有一頂端及一底端，在該頂端處具有用於將該保持器附接至一第一物件的手段，並且在該底端處具有帶有一孔的一端壁。一內部保持器腔位於該保持器的頂端與底端之間。一柱在其底端固定至一第二物件，藉由彈性扣合被捕獲在該保持器中，其中該柱或該保持器是徑向可變形的。該柱的一被捕獲部分通過該保持器孔被彈性地容納。

該柱具有在其頂端處的一球狀體及在可向內變形的至少一對相對彈性臂之間的至少一個直徑槽。該柱亦具有與該球狀體的後端相鄰之直徑減小的一頸部及位於該頸部正下方的一凸緣。當組裝時，該柱球狀體的後端與該保持器端壁的內緣鄰接，而該柱凸緣鄰接該保持器的底端。

一鎖定元件可在一伸出鎖定位置與一縮回解鎖位置之間軸向移動，該鎖定元件可操作為充分限制該柱與該保持器的相對徑向運動，以在該鎖定元件處於該伸出鎖定位置時，防止將該被捕獲的柱部分從該保持器拆卸。一彈簧可在該鎖定元件與該保持器之間操作，其將該鎖定元件偏移在該伸出位置。該柱的該被捕獲部分較佳地是具有錐形前端及後端的該球狀體，該球狀體係可徑向壓縮的，使得其直徑隨著其側面被迫進入該保持器孔而減小。該鎖定元件係按尺寸製作為可自由地被容納在該柱的軸向孔中之一銷。該鎖定元件可以由被磁力吸引的材料構成，使得該鎖定元件可以藉由磁吸引力從該鎖定位置移動至該解鎖位置。 該銷在其底端處具有一引入倒角，而該柱在其頂端周圍具有一互補凹形倒角，以引導該銷進入該柱孔。

在另一個具體例中，該柱係實心的且不可壓縮的，而該保持器具有可向外變形的彈性側面。在此，該鎖定元件係可緊密地配合在該保持器外側周圍的一套筒，以在處於足以阻止該柱從該保持器移除的該鎖定位置時，防止該等保持器側面的向外變形，但是在處於足以允許該柱從該保持器移除的該解鎖位置時，允許該等保持器側面的向外變形。在該保持器之側面中的槽之間形成彈性臂。一彈簧可在該套筒與該柱之間操作，以使該套筒向上朝該鎖定位置偏移。

在其許多的優點中，這種緊固件組合件允許在使兩個面板連結之組裝蛤殼式應用(assembled clam shell applications)中具有可接受的裝飾性外觀。這種緊固件可以製造成使緊固件不被看到。仍然可以使用啟動內部機構的一磁性工具來拆卸這些零件。該工具可以從裝置的外部使用，無需接觸該組合件的內部零件。

根據下面附圖及兩個可能具體例的描述，其它變化及優點以及其它具體例對於熟悉該項技藝者將是顯而易見的。許多其它具體例是可能的。

本緊固件系統具有下面所述的兩個或至少兩個具體例。兩個具體例使用相同的基本理論來將一個組合件的兩個零件可釋放地鎖定在一起。一對配對緊固件各自分別固定至一個外部物件(例如，面板)，它們可釋放地互相連接，以使那些物件附接及分離。每個緊固系統使用一個凸形組件及一個凹形組件，它們藉由扣合來連結，一個在另一個內，扣合是由其中一個組件的彈性變形引起。在一個具體例中，凸形件具有可向內變形的彈性臂，而在第二具體例中，凹形件具有可向外變形的彈性臂。如下面進一步所述，每個具體例具有鎖定特徵，鎖定特徵可以由磁力控制，以將附接狀態從鎖定移動至解鎖。在任一具體例中，當處於解鎖狀態時，保持剩餘夾持力。所示具體例本質上是圓形的且對稱於中心軸線，但其它幾何構形亦是可能的。

現在參考圖1，第一具體例使用具有球狀部分的開槽柱(11)，開槽柱(11)連結至具有下述組件的保持器組合件：具有內部凹口(13)的保持器主體(12)、螺旋彈簧(15)及銷(14)。柱及保持器的端部可以固定至物件(5)及(6)，這裡看到藉由焊盤(未顯示)來固定，焊墊將面板(5)連結至保持器(12)及將柱(11)的拉削接頭連結至面板(6)，但是在任一種情況下可以使用其它合適的附接手段。

現在參考圖2，圖1的柱(11)被單獨顯示。它包括具有中心縱向槽(17)的桿部(9)，中心縱向槽(17)將其分成兩個可以向內彎曲的相對臂(18及19)。槽形成從柱(11)的頂端向下延伸至槽中的軸向孔。柱彎曲部分減小柱的外徑，以便它可以被容納在圖3中看到的保持器容納孔中，並且如圖9A至9D中進一步詳細描述的那樣。沉頭錐孔(counter-sink)(10)協助鎖定銷將其軸向地對準至其正確的操作位置。桿部亦包括球狀區域(20)，球狀區域(20)形成球狀體，在球狀體底部周圍具有直徑減小的頸部(8)。較大直徑的凸緣(4)位於頸部(8)的正下方。如圖1所示，可以藉由各種手段(例如，鉚接、表面安裝焊接或拉削)將位於柱的相對端之擴大基部(3)固定至外部結構(例如，面板)。它在此顯示有用於在柱的底部處進行焊接、包覆成型或旋轉安裝之凸緣(2)，以便將柱附接至一個物件上。

現在參考圖3，圖1的保持器被單獨顯示。基本特徵是：主體(33)的頂部上的附接表面(31)；中心腔(13)；以及穿過底部表面的孔(37)，以形成用於容納圖1所示之柱(11)的口。底部表面在中心腔(13)內具有內緣(35)，其圍繞孔(37)的內部。與柱一樣，保持器在頂端具有凸緣(32)，凸緣(32)可以藉由諸如鉚接、拉削或表面安裝焊接的各種手段固定至諸如面板的外部物件。這裡顯示在柱的底部之用於焊接、包覆成型或旋轉安裝的凸緣提供將柱附接至一個物件的手段。

現在參考圖4，圖1的鎖定銷(14)組件被單獨看到。它包括頭部(41)、較大直徑的凸緣(43)及從凸緣向下延伸至遠側底端的細長桿部(45)。擴大凸緣(43)限定適當的安裝深度，並且在組裝時增加與保持器的接觸表面積。頭部提供圖1所看到之螺旋彈簧(15)的定心。雖然頭部(41)係可選的，但它允許彈簧正確地安裝在保持器孔內。頭部亦可以防止彈簧在保持器內滑動、傾斜或被撞成不對準。當處於鎖定位置時，銷防止柱臂向內彎曲，否則會允許保持器被釋放，如圖9A至9D所示。

如上所述，圖1至4中所示之緊固件組合件提供一種可釋放而牢牢地使兩個物件互相連接之易於使用的裝置，如圖9所示。在將保持器組件及柱組件個別固定至要連接的物件之後，可以將柱與保持器壓在一起，以使開槽柱向內彎曲，從而保持器孔越過柱的球狀區域，保持器端壁現在靠在柱的凸緣上。鎖定銷同時藉由彈簧被壓入柱的中心孔。當鎖定銷就位時，開槽柱不能再從保持器拆卸，因為阻止柱臂的向內變形而將緊固件鎖定到位，並且在緊固件組合件的軸向上將附件的物件牢牢地固定在一起。可以使用定位在保持器上方的磁鐵或磁性工具將銷從開槽柱移除，由此使彈簧壓縮並且銷向上移出柱槽孔。然後可以將柱及保持器拆開並將物件分離。

本發明的第二具體例顯示在圖5至圖8中。此構造表示先前具體例中所示之凸形件及凹形件的彈性特性之顛倒，以產生幾乎相同的結果。這種構造使用具有球狀區域(54)及底部的凸緣(53)之實心剛性不可壓縮柱(57)、開槽彈性保持器(58)、彈簧(59)以及鎖定套筒(55)。保持器的底部具有孔(52)及直徑增大的內腔(51)。保持器及柱的凸緣端(50)及(53)分別可以具有如在先前具體例中所見之合適的附接手段，但在此未顯出，因為對於理解本具體例是不必要的。此結構與前述具體例之間的主要差異在於開槽彈性組件是保持器而不是銷。由於這種差異，鎖定機構從內部施加結構變為外部施加結構。藉由防止開槽保持器向外彎曲及被拆卸，鎖定套筒在此構造中實現相同的功能。緊固件使用彈簧(59)來使鎖定套筒(55)與開槽保持器(58)接合。在兩個部件已經組裝完成之後，彈簧(59)將鎖定套筒(55)偏移到保持器周圍的位置。如圖10D所示，選擇彈簧力，使得彈簧可以因從緊固件組合件下方向套筒(55)施加之由磁鐵(100)提供的磁力而壓縮。

現在參考圖5及6，圖5的緊固件組合件包括在處單獨顯示的開槽保持器。保持器(58)與圖5的上述球狀柱(57)連結。保持器具有縱向槽(65)，其允許形成在壁中的臂是可彎曲的。因此，當容納孔(52)的內徑越過柱(57)的球狀部分(54)而使其進入更大直徑的保持器腔(51)時，保持器可以被捕獲在球狀柱上。保持器(58)的相對壁在安裝期間彎曲而不降伏。內腔(51)的底部(52)是倒角的，但如果需要也可以是平的。保持器顯示有凸緣(50)，以允許將其安裝至藉由旋轉鉚接、模製或表面安裝來安裝之外部組件。具有自鉚接、拉削或焊接特徵的替代保持器構造亦是可能的。

現在參考圖7，本緊固系統具體例使用剛性套筒(55)在組裝之後將緊固件組件鎖定在一起。套筒具有內孔(70)，其尺寸製作為緊密地配合在圖6中所示之開槽保持器的外側周圍。當處於鎖定位置時，套筒的內壁防止開槽保持器臂向外擴展，從而防止柱從保持器被拆卸。套筒的端壁有一個孔(71)，以在柱向內彎曲時，允許柱穿過套筒，從而套筒可以縮回。套筒孔的內壁在尺寸上製作成緊密地配合在柱的圓柱形側面上，但允許它軸向滑動而沒有阻力。套筒的底端壁(72)提供用於圖5所示之彈簧(59)的平坦接觸區域。

現在參考圖8，第二緊固件具體例使用具有球狀區域(54)的剛性柱(57)。球狀區域如上所述捕獲保持器並將組裝的緊固件凸形半部與凹形半部保持在一起。柱桿(80)的平坦頂面(82)限定正確的組裝插入深度，並允許在與保持器組裝時穩定柱的接觸表面積。柱桿(80)的長度是可變的，取決於緊固系統的所需總長度。柱的底部顯示有凸緣(53)，其可用於藉由旋轉安裝或模製將柱安裝至金屬板、塑料板或其它底盤中。它可以替代地與自鉚接特徵、拉削特徵或如在先前具體例中的其它附接方法一起使用。

圖9A至9D描繪圖1的緊固件組合件從左到右進行的操作順序。這是藉由將柱組件壓靠在保持器上然後進入保持器來實現的。在最左邊的圖9A所示的第一分離位置，將柱與保持器放置成軸向對準，柱的球部區域靠著保持器孔的口來定位。

在下一個右側圖9B中，當柱與保持器被壓在一起時，柱的球狀區域之頂部的倒角作用在保持器的端壁上，導致柱桿向內彎曲，減小其直徑並允許進入保持器的中心腔。在柱移動至保持器中期間，銷靠著彈簧被減小直徑之柱的端部向上推動。

如圖9C所示，柱進入保持器的運動因柱的凸緣抵靠保持器的底端壁而停止。在此位置，柱的球狀體完全位於保持器腔內，並且柱桿的頸部鄰接保持器端壁的內緣。這與保持器端壁的內緣及柱球狀體形成重疊配合。柱的臂設設計成使得在安裝期間它們會向內彎曲以接受保持器。當柱球狀體進入保持器腔時，對柱桿的向內壓縮力被釋放，柱的臂打開至它們的自由狀態，然後接受銷藉由彈簧力或在不使用彈簧的某些情況下藉由重力插入柱臂之間的中心孔中。這是緊固件組合件的鎖定位置。當試圖藉由在分離的相反方向上移動柱來使柱與保持器分離時，銷的插入將不允許柱臂向內彎曲。

如現在圖9D中所示，藉由克服彈簧壓力將銷向上拆卸柱孔，可以將緊固件從鎖定狀態改變為解鎖狀態。在本實施例中，這可以藉由將磁鐵(90)靠在保持器的頂端上(例如，靠在附接物件的相對側上)來完成，如圖所示。在將銷從柱拆卸的情況下，柱的球狀體會施加一個剩餘的夾持力，將柱固定在保持器中，但是可以藉由將柱從保持器拉出來非破壞性地克服此力。上述在現在是可能的，因為當球狀體通過保持器的端壁中之孔時，柱臂可以自由地向內彎曲。在這種解鎖狀態下，附接至緊固件組合件的端部之物件藉由彈性扣合保持連接，但可容易釋放。

現在參考圖10A至10D，圖5中所看到的本發明之第二具體例的操作順序以與圖9A至9D所示相同的方式來顯示。從左進行至右，我們在圖10A中看到柱及套筒組合件首先放置在與保持器軸向對準的位置。

接下來，在圖10B中，已經將柱插入保持器。保持器容納孔的直徑小於柱的球狀部分之直徑，但是藉由保持器壁的向外彎曲允許進入保持器。現在，柱的球狀部分佔據保持器腔。插入深度藉由柱桿的頂面與保持器的底部之鄰接來中止。

然後，如圖10C所示，藉由在柱的基部與套筒之間操作的彈簧，或者在某些情況下，如果不使用彈簧，則將組合件倒置來藉由重力，迫使套筒在保持器外壁周圍向上。這是組合件的鎖定位置，其中套筒阻止會允許柱的球狀體通過保持器孔縮回之保持器壁的向外彎曲。

圖10D顯示如何藉由使用放置在柱的基部之磁鐵100來解鎖組合件。套筒的磁吸力將套筒向下拉出保持器。這允許保持器壁向外彎曲，從而可以將柱的球狀部分經由可擴大的保持器孔拉出。

雖然已經描述特定具體例，但是應當理解本發明不限於這些具體例。例如，本發明可以利用不同的材料並由不同的幾何形狀及尺寸組成。在不脫離本發明的範圍的情況下，存在可能的變化及調適，本發明的範圍僅由所附請求項及其合法均等物來確定。

1:緊固件組合件 2:凸緣 3:擴大基部 4:凸緣 5:物件(面板) 6:物件(面板) 8:頸部 9:桿部 10:沉頭錐孔 11:開槽柱 12:保持器主體 13:內部凹口(中心腔) 14:銷 15:螺旋彈簧 17:中心縱向槽 18:臂 19:臂 20:球狀區域 31:附接表面 32:凸緣 33:主體 35:內緣 37:孔 41:頭部 43:凸緣 45:細長桿部 50:凸緣 51:內腔 52:孔 53:凸緣 54:球狀區域 55:鎖定套筒 57:實心剛性不可壓縮柱 58:開槽彈性保持器 59:彈簧 65:縱向槽 70:內孔 71:孔 72:底端壁 80:柱桿 82:平坦頂面 90:磁鐵 100:磁鐵

圖1係本發明的一個具體例之緊固件組合件的前立面剖視圖。 圖2係柱組件的左上前等角視圖。 圖3係保持器組件的左上前等角視圖。 圖4係鎖定銷組件的上等角視圖。 圖5係第二具體例的前立面剖視圖。 圖6係第二具體例的保持器組件之右下等角視圖。 圖7係第二具體例的保持器組件之上前等角視圖。 圖8係第二具體例的鎖定套筒組件之上前等角視圖。 圖9A至9D描繪一系列前立面剖視圖，顯示圖1所示之本發明的操作順序。 圖10A至10D描繪一系列前立面剖視圖，顯示圖5所示之第二具體例的操作順序。

1:緊固件組合件

5:物件(面板)

6:物件(面板)

11:開槽柱

12:保持器主體

13:內部凹口(中心腔)

14:銷

15:螺旋彈簧

Claims (19)

1. 一種緊固件組合件，用於可釋放地使兩個物件互相連接，包括： 一保持器，具有一頂端及一底端，在該頂端處具有用於將該保持器附接至一第一物件的手段，並且在該底端處具有帶有一孔的一端壁； 一空腔，在該保持器內，位於該保持器的該頂端與該底端之間； 一柱，藉由彈性扣合固定至該保持器，由此該柱或該保持器係可徑向變形的，該柱具有通過該保持器孔彈性地被容納並駐在該空腔內的一被捕獲部分，該柱進一步具有帶有用於將該柱附接至一第二物件的手段之一底端；以及 一鎖定元件，可滑動地連接至該保持器且可在一伸出鎖定位置與一縮回解鎖位置之間軸向移動，並且可操作為限制該柱與該保持器之間的相對徑向運動，以致於當該鎖定元件處於該鎖定位置時，防止該被捕獲部分從該保持器拆卸。
2. 如請求項1之緊固件組合件，進一步具有一彈簧，可在該鎖定元件與該保持器之間操作，使該鎖定元件朝該鎖定位置偏移。
3. 如請求項1之緊固件組合件，具有一第一物件，固定至該保持器；以及一第二物件，固定至該柱。
4. 如請求項1之緊固件組合件，其中，當該鎖定元件處於該縮回位置時，該保持器與該柱藉由一剩餘夾持力保持連接。
5. 如請求項1之緊固件組合件，其中，該柱的該被捕獲部分係具有錐形前端及後端的一球狀體，該球狀體係可徑向壓縮的，使得當施加一向內力時，減小該球狀體的直徑。
6. 如請求項5之緊固件組合件，其中，該柱具有用於容納該鎖定元件的一軸向孔。
7. 如請求項6之緊固件組合件，其中，該鎖定元件係一細長銷，按尺寸製作為可以自由地被容納在該柱孔中。
8. 如請求項5之緊固件組合件，其中，該柱在可向內變形的至少一對相對彈性臂之間具有至少一直徑槽。
9. 如請求項5之緊固件組合件，其中，該柱具有相鄰於該球狀體的該後端之直徑減小的一頸部及位於該頸部正下方的一凸緣。
10. 如請求項9之緊固件組合件，其中，該柱球狀體的該後端與該保持器端壁的內緣鄰接，而該柱凸緣鄰接該保持器的該底端。
11. 如請求項1之緊固件組合件，其中，該鎖定元件由磁力吸引的材料構成，使得該鎖定元件可以藉由磁吸引力從該鎖定位置移動至該解鎖位置。
12. 如請求項1之緊固件組合件，其中，該柱係實心的且不可壓縮的。
13. 如請求項12之緊固件組合件，其中，該保持器具有可徑向向外變形的彈性側面。
14. 如請求項13之緊固件組合件，其中，該鎖定元件係可緊密地配合在該保持器的外側周圍之一套筒，當處於足以阻止該柱從該保持器拆卸的該鎖定位置時，防止該等保持器側面的向外變形，但是當處於足以允許該柱從該保持器拆卸的解鎖位置時，允許該等保持器側面的向外變形。
15. 如請求項14之緊固件組合件，具有在該保持器的側面中之槽，在該等槽之間具有彈性臂。
16. 如請求項15之緊固件組合件，具有一彈簧，其可在該套筒和該柱之間操作，以使該套筒向上朝該鎖定位置偏移。
17. 如請求項7之緊固件組合件，其中，該柱子在其頂端周圍具有一倒角，並且該銷在其底端上具有一倒角。
18. 如請求項3之緊固件組合件，其中，該等物件藉由焊接、拉削、包覆成型或鉚接中之一來進行附接。
19. 如請求項18之緊固件組合件，其中，該等物件藉由焊接來進行附接。

Images