TWI742301B - 具有壓縮套之插入式緊固件、包含此緊固件的組合件以及將插件安裝至板中之方法 - Google Patents

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Abstract

一種具有插件及壓縮套之兩部分緊固件。插件係意欲安裝至非常硬的板之孔中的內螺紋緊固件。插件本身係相對硬的且具有滾花的外筒狀物部分及底部的凸緣。壓縮套係由相對軟的材料製成且藉由摩擦配合(friction fit)預先組裝在插件之筒狀物周圍。在安裝至包含具有平行邊之盲孔的板中時，壓縮套被衝壓至板中且在插件與孔的側壁之間向下變形。壓縮套與孔的側壁之間的摩擦力阻止緊固件從板扭出及拉出。

Description

具有壓縮套之插入式緊固件、包含此緊固件的組合件以及將插件安裝至板中之方法
本發明係有關於金屬緊固件。更具體地，本發明係有關於一種使用中間套或插件將其安裝在容納板中之孔內的緊固系統。
壓鉚緊固件(clinching fasteners)要求在緊固件與安裝它們的板之間有硬度差。如果緊固件沒有明顯比板硬，則沒有板的材料可流入緊固件切槽來將緊固件鎖定在適當位置。在板比緊固件硬的情況下，壓鉚緊固件實際上會受損，因而無法進行壓鉚。
由於此限制，將螺紋插件固定在硬板中的典型方法包括黏著劑、焊接或熔接。黏著劑係麻煩的且具有在完全固定緊固件之前需要長的硬化時間之缺點。焊接及熔接需要高溫，這會輕易地損壞裝飾品或甚至組合件的幾何形狀。因此，期望提供一種可成功地用於非常硬的材料之螺紋安裝手段。亦期望提供可以有效地且經濟地製造及使用之緊固件。
本發明包括一種意欲用於安裝在非常硬的板中之孔內的壓入式螺紋緊固件。相較於習知技藝，該壓入式緊固件已提升扭出(torque-out)及拉出(pull-out)性能。該壓入式緊固件具有一種可輕易組裝及用一個安裝衝壓機的單個衝程來安裝之簡單兩件構造。
在較佳具體例中，螺紋插件係相對硬的，其在一端具有滾花筒狀物，而在相對底端具有凸緣。由相對軟材料製成的壓縮套藉由軸向衝壓預先組裝在筒狀物上。在安裝至具有平行邊的容納盲孔時，該壓縮套被軸向壓縮且擴展至該插件與該容納孔的側壁之間的空間中。該壓縮套與該孔的側壁之間的摩擦力阻止該壓入式緊固件從該板扭出及拉出。
在另一較佳具體例中，本發明包括一種兩部分緊固件，其包括一螺紋插件及一壓縮套。該插件係大致圓筒形的且由第一硬材料製成。該插件具有一內螺紋通孔。該插件具有一在外表面上帶有滾花之筒狀物，並且在其底端處具有一凸緣。較佳地，該等滾花包括軸向延伸齒狀物。
該壓縮套係大致圓筒形的、可變形的且由一比該插件之第一材料軟的第二材料製成。該壓縮套的底端鄰接該凸緣的頂部。該壓縮套的底部藉由摩擦配合(friction fit)牢牢地固定在該筒狀物的下部周圍。該壓縮套的頂部具有一在徑向上與該筒狀物的上部隔開之加大內徑。
較佳地，該壓縮套的頂部、該插件的頂部及該凸緣的底部具有斜面。該凸緣的外徑大致等於該壓縮套的外徑。該壓縮套的頂端向上延伸超過該插件的頂部，使得在組裝期間，來自該壓縮 套的頂部之材料可向下壓縮及在該插件周圍冷流動，完成與該插件及用於組裝該緊固件之該板的上表面齊平的安裝。
在另一具體例中，本發明包括一板與上述兩部分緊固件的組合件。該緊固件藉由摩擦配合及與在該板之一容納孔的內壁中之一切槽的任選互鎖接合牢牢地固定在該容納孔中。該容納孔可以是一具有鄰接該插件的底部之底端壁的盲孔。該插件與該板之間的摩擦配合藉由在該插件與該板之間的該壓縮套之壓縮變形來提升，其中，該變形壓縮套大致填充該插件與該板之間的空間。在一具體例中，該板孔的側壁具有適合容納在壓縮時來自該壓縮套的材料之流動的一個或多個切槽。該壓縮套較佳地由像鋁之金屬構成，該金屬比該板的材料還軟。
在另一具體例中，本發明包括一種將上述兩部分緊固件組裝至該板之方法。該兩部分緊固件最初放置在該板的一容納孔中。然後，將該壓縮套的頂部向下壓，這迫使該壓縮套的底部靠在該插件凸緣的頂部且進入該壓縮套與該容納孔的內壁之間的任何空間。當該壓縮套被壓縮時，該壓縮套亦在該等滾花周圍靠著該容納孔的側壁變形。較佳地，持續衝壓，直到該壓縮套的材料大致填充該插件與該容納孔的內壁之間的空間為止，並且直到該壓縮套的頂部與該板的頂部齊平為止。
9:壓縮套
9a:頂端
9b:底端
9c:外側壁
9d:頂部斜面
10:筒狀物
10a:頂端
10b:底端
10c:上斜面
11:插件
12:徑向凸緣
12a:頂面
12b:底面
12c:圓柱形外表面
12d:底部斜面
13:兩部分緊固件
14:滾花
14a:尖端
14b:底部
17a:上部
17b:下部
17c:底部斜面
19:空隙
20:螺紋
30:容納板
32:容納孔
33:切槽
34:專用衝壓機
35:底端壁
36:活塞
37:彈簧
38:尖端
39:內壁
圖1A係依據本發明之一較佳具體例的緊固件之壓縮套的側視圖；圖1B係依據本發明之一較佳具體例的緊固件之插件的側視 圖；圖1C係依據本發明之一較佳具體例的緊固件之剖面，其顯示圖1A及圖1B之壓縮套及插件；圖2係圖1C所示之緊固件的部分剖面立體圖；圖3、4及5係依據本發明之較佳具體例以三種不同安裝步驟顯示在容納板中之圖1C的緊固件之剖面；圖6係依據本發明之另一較佳具體例的緊固件之部分剖面立體圖；圖7係安裝衝壓機(install press punch)及在安裝之開始位置中的緊固件之剖面圖；以及圖8係安裝衝壓機之尖端、緊固件及安排用於安裝之容納板30的剖面。
依據本發明之一較佳具體例的緊固件顯示於圖1-5中且通常以元件符號13來表示。如圖1C及2-5所示，兩部分緊固件通常包括預先組裝之壓縮套9及插件11。壓縮套9單獨地顯示在圖1A中，而插件11單獨地顯示在圖1B中。
壓縮套9具有大致圓筒形的形狀，其具有頂端9a、底端9b、外側壁9c及頂部斜面9d。內側壁界定一個延伸通過壓縮套9的軸向孔。如圖1C及3所最佳顯示，壓縮套9的內表面具有上部17a、下部17b及底部斜面17c。上部17a具有比下部17b還大的內徑。斜面17c的直徑從下部17b朝壓縮套9的底端9b增加。
在圖1-5所示的較佳具體例中，插件11具有圓筒形的筒狀物(barrel)10，其如圖1B所最佳顯示，具有頂端10a、底端 10b及上斜面10c。內側壁界定一個延伸通過插件11之軸向螺紋孔。孔中的螺紋20設計成與各種外螺紋緊固件配合。側壁的外表面係滾花的。滾花14從頂端10a向底端10b軸向延伸，並且位於筒狀物10的整個圓周周圍。如下所述，滾花防止插件11與壓縮套9之間的旋轉。
筒狀物的底端10b終止於徑向凸緣12，徑向凸緣12具有比插件在滾花14的尖端14a處之直徑還大的最大直徑。凸緣具有頂面12a、底面12b、圓柱形外表面12c及底部斜面12d。
壓縮套9構造成藉由滾花14與壓縮套9之內表面的下部17b之間的干涉配合(interference fit)保持在插件11的筒狀物10上。組裝的壓縮套9及插件11顯示於圖1C及圖2-5中。在圖1C及2中，顯示在安裝至容納板30的容納孔32前預先組裝之兩部分緊固件13。圖3-5顯示被插入及安裝在容納板30之容納孔32中的緊固件13。
參考圖1C、2及3，當組裝壓縮套9及插件11時，在滾花14的凹處與壓縮套9之內表面的上部17a之間形成空隙19。參考圖1C，剖面圖顯示一個具體例，其中，壓縮套9之上部17a的內徑大約等於插件11在滾花14之尖端14a處的直徑；因此，它們在所示的界面處鄰接。在圖1C及3中，因為這些剖面圖係直接通過相對滾花14的凹處的底部14b所取得，所以元件符號14表示滾花14的固體表面。然而，應該理解的是，如圖2所最佳顯示，在這些相對滾花之前面與後面(參考垂直於圖3之頁面延伸的軸線)的滾花(滾花凹處)之間具有空隙19。
相較下，壓縮套9之下部17b的內表面之直徑比上部 17a還小，並且可以近似插件11在滾花14之底部14b處的外徑；因此，壓縮套可以強制安裝在滾花14上，滾花14將嵌入壓縮套9之下方內表面。
圖1C及3顯示一個具體例中，其中，來自壓縮套9的材料完成冷變形至每個滾花凹處的底部。然而，在其它具體例中，來自壓縮套9的冷變形材料只部分填充滾花凹處而不脫離本發明的範圍。例如，圖4以虛線顯示相對滾花的尖端14a之隱藏視圖。圖4顯示壓縮套在尖端14a上而不是在整個滾花14上冷變形。
提供在壓縮套之上部17a處的加大內徑，以適應壓縮套與插件的生產公差。例如，在沒有這些空隙19之情況下，如果壓縮套具有過大尺寸，則它可能無法完全壓縮在空隙內，這會導致壓縮套材料突出於容納板的上方。同樣地，插件的上斜面10c亦提供額外的容積可讓過多壓縮套材料冷變形於其中。因此，在較佳具體例中，在安裝前最初突出於容納板30上方的壓縮套9之體積應該小於滾花14與壓縮套9的內表面之間的空隙19之總容積加上壓縮套9的外表面與容納板中之容納孔的內壁39之間的未佔用空間(其包括任何任選切槽33)。各自的總容積理論上可能是相等的；然而，由於進入滾花凹處的底部14b及任選切槽33的角落之不完全的冷變形，壓縮套9的突出部分之容積應該小於未佔用空間的總容積。
圖3、4及5顯示在安裝至具有底端壁35之容納板30的容納盲孔中期間在三個不同連續步驟中的緊固件13。第一，朝圖3所示的方向將緊固件13插入盲孔中。在一較佳具體例中，插件11及壓縮套9的規格尺寸使得壓縮套9部分從孔突出於容納 板的表面上方。相較於壓縮套最初與容納板及/或插件完全齊平，突出部分比較容易施加軸向壓縮負荷。在圖3所示的較佳具體例中，插件11的規格尺寸使得其軸向長度等於孔的深度。在插件的底部上之斜面12d可輕易地將緊固件引入容納孔。
接下來，專用衝壓機34(其更詳細地顯示於圖7中)接合緊固件13且向下對壓縮套9進行衝壓。在安裝期間，衝壓機34在緊固件13上向下進行衝壓，直到壓縮套9的上表面與容納板的頂端及插件11的頂端完全齊平或約略齊平為止；在這個具體例中，插件11的頂端係筒狀物10的上表面。如上所述，在安裝前最初突出於容納板30上方的壓縮套9之金屬的體積應該等於或小於在組合件中的總未佔用空間。這樣的量測確保在安裝時經壓縮的壓縮套9之最終配置與容納板30的上表面齊平或稍微在其下方。在經壓縮的壓縮套材料內所產生之壓力將緊固件13保持在孔中。
圖4顯示如何在插件11的滾花14之間靠著容納孔32的內壁39將事先在容納板上方延伸的壓縮套材料向下推進之模擬剖面圖。頂部斜面9d使壓縮套材料向內偏斜，以朝插件11塌陷。相較於上部17a與下部17b之間的肩部，來自壓縮套的材料在壓縮套的頂端附近進一步向內凸出。圖4亦顯示來自壓縮套的材料如何凸出至任選的切槽33中。壓縮套材料不需要完全填充滾花凹處或切槽33來實現增加的拔出阻力。
圖5顯示壓縮套9靠著滾花14、靠著凸緣12的頂面12a及靠著容納孔的內壁39與任選的切槽33機械接合之最後狀態的另一個剖面圖。這種機械接合的結合迫使插件11反抗拉出及扭出力。
圖6描繪容納板30的容納孔32之一個較佳具體例，其與圖3至5所示的孔相同。容納孔32包括在內壁39中之任選的切槽33，以因冷變形至切槽33中的金屬之剪切強度而增加抵抗性拉出力。在這個具體例中，切槽33被分割成複數個較小的切槽33，這樣的構造提供額外的扭矩阻力。
圖7顯示依據本發明之一較佳具體例的安裝衝壓機之剖面。圖8係根據圖7的放大剖面，其顯示在緊固件13上的最初安裝衝擊期間衝壓機34的尖端38之特寫及容納板30的剖面。在安裝期間，施加真空至衝壓機34的中心部分，藉此將緊固件13保持在其尖端上。在衝壓機的本體內之彈簧37壓在活塞36上，活塞36將緊固件13牢固地靠著容納孔的底端壁35。當衝壓機34向下前進，並且如圖3至5所示使壓縮套9變形時，彈簧37壓縮且在排出尖端38上施加向下力，尖端38如上所述使壓縮套9變形，藉此將緊固件13卡在適當位置。以此方式，在衝壓機34之單個衝程中將兩個預先組裝的零件(壓縮套9及插件11)安裝容納孔。
壓縮套9可以由任何永久變形的材料製成。在一較佳具體例中，壓縮套可以由可在安裝之後在合理溫度下硬化之材料製成，這將顯著地增加插件的拉出及扭出阻力。例如，7075-T4鋁係一種用於壓縮套的較佳材料，因為它可以在安裝後在相對低溫下進行熱處理至更強的T6狀態。在另一具體例中，孔的底部之幾何形狀亦可以設計成錐形，以與被安裝的插件匹配。
熟悉該項技藝者將顯而易見的是，所揭露的具體例之許多變更及修改係可能的。因此，應該理解，所揭露的具體例將只被視為示例性。那些具體例的所有變更及修改係在本發明之範圍及 精神內，本發明之範圍及精神應該由請求項及其合法均等物來決定。
[相關申請案之對照參考資料]
本申請案係主張2017年8月16日所提出之發明名稱「壓力套插件(Pressure Sleeve Insert)」的臨時專利申請案第62/546,065號之利益的非臨時專利申請案。
9:壓縮套
9a:頂端
9b:底端
9c:外側壁
9d:頂部斜面
10:筒狀物
10a:頂端
10b:底端
10c:上斜面
11:插件
12:徑向凸緣
12a:頂面
12b:底面
12c:圓柱形外表面
12d:底部斜面
13:兩部分緊固件
14:滾花
14a:尖端
14b:底部
17a:上部
17b:下部
17c:底部斜面
20:螺紋

Claims (19)

  1. 一種兩部分緊固件，其包括：一大致圓筒形插件，其由一第一材料製成且具有一在其外表面上帶有滾花的筒狀物；一凸緣，其在該插件上的底端處，其中，該插件之底部係鄰接固定有此緊固件的一板之一容納孔之一底端壁；以及一大致圓筒形壓縮套，其由一比該第一材料軟之第二材料製成，該壓縮套具有：一底端，其鄰接該凸緣之頂部；一下部，其藉由摩擦配合牢牢地固定在該筒狀物的下部周圍；以及一上部，其具有在徑向上與該筒狀物的上部隔開之加大內徑。
  2. 如請求項1之兩部分緊固件，其中，該等滾花包括軸向延伸齒狀物。
  3. 如請求項2之兩部分緊固件，其中，該凸緣的底部具有一斜面。
  4. 如請求項3之兩部分緊固件，其中，該插件具有一軸向通孔。
  5. 如請求項4之兩部分緊固件，其中，該通孔係刻有螺紋的。
  6. 如請求項5之兩部分緊固件，其中，該壓縮套在其頂端上具有一斜面。
  7. 如請求項5之兩部分緊固件，其中，該凸緣的直徑大致等於該壓縮套的外徑。
  8. 如請求項7之兩部分緊固件，其中，該壓縮套的頂端向上延伸超過該插件的頂部。
  9. 一種組合件，其包括：a)一板，其具有一容納孔，其中，該容納孔係具有一底端壁；以及b)一兩部分緊固件，其具有：i)一大致圓筒形插件，其由一第一材料製成且具有一在其外表面上帶有滾花的筒狀物；ii)一凸緣，其在該插件上的底端處，其中，該插件之底部係鄰接該容納孔之底端壁；以及iii)一大致圓筒形壓縮套，其由一比該第一材料軟之第二材料製成，該壓縮套包括：一底端，其鄰接該凸緣之頂部；一下部，其藉由摩擦配合牢牢地固定在該筒狀物的下部周圍；以及一上部，其具有在徑向上與該筒狀物的上部隔開之加大內徑；其中，該兩部分緊固件藉由摩擦配合牢牢地固定在該容納孔中。
  10. 如請求項9之組合件，其中，該容納孔係一具有底端壁之盲孔。
  11. 如請求項10之組合件，其中，該插件與該板之間的摩擦配合藉由該壓縮套之軸向壓縮變形填充該插件與該板之間的未使用空間及填充該等滾花之間的空隙來提升。
  12. 如請求項11之組合件，其中，該壓縮套大致填充該插件與該板之間的整個空間。
  13. 如請求項12之組合件，其中，該插件及該壓縮套大致與該板之頂部齊平。
  14. 如請求項13之組合件，其中，該容納孔之壁具有一包含該壓縮套之材料的切槽。
  15. 如請求項14之組合件，其中，該容納孔之壁具有複數個切槽。
  16. 如請求項15之組合件，其中，該板係由一第一金屬所構成，而該壓縮套係由一比該第一金屬軟之第二金屬所構成。
  17. 如請求項16之組合件，其中，該壓縮套係由鋁所構成。
  18. 一種將插件安裝至板中之方法，其包括下列步驟：a)提供一具有一盲孔之板；b)提供一兩部分緊固件，其具有：i)一大致圓筒形插件，其由一第一材料製成且具有一在其外表面上帶有滾花的筒狀物；ii)一凸緣，其在該插件上的底端處；以及iii)一大致圓筒形壓縮套，其由一比該第一材料軟之第二材料製成，該壓縮套包括：一底端，其鄰接該凸緣之頂部；一下部，其藉由摩擦配合牢牢地固定在該筒狀物的下部周圍；以及一上部，其具有在徑向上與該筒狀物的上部隔開之加大內徑；c)放置該兩部分緊固件至該盲孔中，以抵靠該盲孔之端壁；以及d)靠著該凸緣之頂部向下衝壓該壓縮套，藉此該壓縮套在該筒 狀物周圍變形且抵靠該盲孔之側壁。
  19. 如請求項18之方法，其中，持續該衝壓步驟，直到該壓縮套之材料完全填充該插件與該盲孔的內壁之間的未佔用空間，並且該壓縮套之上表面與該板之頂部齊平為止。
TW107128638A 2017-08-16 2018-08-16 具有壓縮套之插入式緊固件、包含此緊固件的組合件以及將插件安裝至板中之方法 TWI742301B (zh)

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