TWI832899B - 多夾鉗緊固件插入器 - Google Patents

Abstract

一種用於物體之附接的插入器，附接至複合或塑膠面板，其由兩部件組成，一保持器及一插入器。該保持器具有一通孔及在其周邊上的壓花，該等壓花用於夾持在該複合或塑膠面板中的一接收孔之壁。該插入器具有遞增直徑的多個自夾鉗特徵，當該插入器被插入至該保持器中時將其牢固地附接至該保持器。該面板藉由該保持器之一擴大的頭部及在該插入器上相對的一凸緣而牢固地夾緊於該面板之相對側之間。不同直徑之該等自夾鉗特徵允許該裝置使用於不同厚度之面板，並允許大公差範圍。無螺紋或螺紋螺樁可替換該插入器之螺紋孔。該保持器及該插入器兩者可係金屬。

Description

多夾鉗緊固件插入器

[相關專利申請案] 本案係一非臨時專利申請案，其相關於，且主張美國臨時專利申請案，名稱為「Multi Clinch Fastener Insert（多夾鉗緊固件插入器）」，申請日為2018年9月13日，申請案號為62/730,765之優先權。

本發明係關於插入式緊固件，其等透過延伸至一結構之相對處的孔而附接至該結構，該結構通常為一平面面板。更具體而言，其係關於兩組件緊固件，該兩組件緊固件提供對複合結構之附接，其中該等複合結構被夾緊於該兩個緊固件組件之間。

在工程應用中使用複合材料作為金屬板之替代品已發展數年，且被預期將繼續增加。目前螺紋緊固件的選擇大部分依賴使用黏著劑來固定該緊固件。市場上存在著許多利用黏著劑之各種尺寸及組態之兩件式插入器及密封式插入器。亦存在著在面板周圍變形之數種類型之機械或鉚接插入器。此造型之緊固件具有螺紋強度、滯留力（retention force）、及在該面板上產生之小承載區的問題。該小承載區在該面板上產生高應力，此可導致材料之損壞。缺乏螺紋強度係由於擴口及鉚接所需材料而造成，因為材料必須夠軟才能完成任一此等操作。

自夾鉗緊固件已常被使用在面板材料係韌性金屬，諸如鋼或鋁，的應用中，但未使用在複合面板中。使用在複合面板中的材料不是太脆，就像碳纖維，就是無法支撐所需之安裝負載，諸如鋁蜂巢面板。

因此在本技術領域中存在著會允許自夾鉗科技被施用在複合及非金屬材料的緊固件之需求。

本文中描述之本緊固件已經構思以滿足上文解釋之本技術領域中之需求，本緊固件包含兩個主要組件。第一個組件係一保持器，其具有一通孔及在該部件之周邊上的壓花。該保持器經設計以被置入至一複合或塑膠面板之一通孔中。第二個組件係一插入器，其具有遞增直徑的多個自夾鉗（self-clinching）特徵。其經設計以安裝至該保持器中並將該兩個組件夾鉗在一起。該等多個夾鉗（clinch）特徵包含齒槽（lands）及底切部（undercuts），允許該總成被使用於廣泛範圍之面板厚度並允許大公差範圍。無螺紋或螺紋螺樁可替換該插入器之螺紋孔。

如下文所述及如圖所示，具有夾鉗特徵之本插入器可製作為有內螺紋、外螺紋、或者無螺紋。作為一螺紋部件，其作為附接另一面板或其他物體的一嵌裝點。有了一通孔，其可使用於以一穩固的接點將兩個面板或材料之多個層接合在一起。該通孔允許一螺栓完全通過，或者只是減少該緊固件之重量。

更具體而言，本申請人已構思一種兩件式緊固件，其用於附接至一面板，包含一保持器及一插入器。該保持器經調適以被收容在一面板中的一孔內，該孔延伸通過該面板之相對側。該保持器具有擴大直徑的一頭部及具有周邊夾持手段的一主幹，該等周邊夾持手段用於卡合於該面板孔之一壁及一中央通孔。該插入器具有連續地遞增直徑之多個自夾鉗特徵，該多個自夾鉗特徵經調適而用於附接至該保持器。該插入器藉由插入至該保持器通孔中及藉由該等自夾鉗特徵的一圓柱通孔壁之形變而牢固地附接至該保持器。各自夾鉗特徵包含一齒槽及一底切部，該底切部用於收容由該齒槽移位的該保持器之材料。

在一個實施例中，該插入器具有一螺紋孔，且最大直徑之自夾鉗特徵係緊密相鄰於該頭部。該等保持器夾持手段係該保持器之周邊上的縱向壓花。在一個實施例中，該插入器具有一長螺樁，其從該插入器之一端相對另一端的該凸緣而延伸。當經組裝至該面板時，該面板係藉由直接與該面板之相對側接觸而被夾緊於該保持器頭部與該插入器凸緣之間。該保持器及插入器可係金屬或非金屬。在一個實施例中，該面板由一非金屬複合材料組成。

本緊固件允許在複合面板(主要為碳纖維及蜂巢)中達到更高強度的接點。該安裝方法較一般之競爭科技具優勢，因為其快速、簡單、及堅固。經安裝之緊固件自該保持器的拉拔強度(pull-out strength)高於大部分黏著劑接點。該安裝係由液壓或其他類型之加壓一次性完成。相較於施用黏著劑並等待其固化，此方式簡單且快速許多。本發明之緊固件之其他目的及優點藉由下述圖式及實施方式，對於所屬技術領域中具有通常知識者將係顯而易見的。

10:本發明

11:保持器

12:螺紋孔

13:多夾鉗插入器

14:凸緣

15:中央通孔

16:底切部

17:主幹

18:齒槽

19:頭部

20:面板

21:頂部緣

23:齒槽

25:長螺樁

圖1係顯示各自之保持器及插入器之複合圖，兩者以透視圖且其中一者為另一者之剖面圖呈現。

圖2係顯示兩部件插入器組裝於一面板之剖面前視圖。

圖3至圖7係按順序顯示，當保持器經相對於插入器而下壓得更深時，其之形變之進程之側視圖。

圖8係顯示插入器具有外螺紋主幹的一替代實施例之兩個圖式之複合圖，其中一者為另一者之剖面圖。

現參照圖1及圖2，本發明10之一個實施例包括兩個主要組件，一保持器及一插入器。保持器11具有三個主要結構特徵：一中央通孔15，其在該保持器之中心界定一圓柱；一主幹17，其具有在其周邊外表面上的壓花；及一頭部19，其具有擴大的直徑以防止該部件被拖入至或通過面板20中，其中該緊固件經固接至該面板20中。在保持器11之外側上的壓花主幹17防止在安裝之後於該面板中的旋轉，如圖2所示。

插入器13包含擴大的凸緣14，該凸緣14之形狀類似於在逐步移位齒槽(step-wise displacer lands)18之間的一系列之直徑朝底部連續地變大的底切部16。該等底切部經設計以接收在安裝該部件時，由該等齒槽18移位的保持器11之材料之冷流(cold flow)。此處所顯示之部件兩者係圓形輪廓，但其他幾何形狀亦係可行的。

現具體參照圖2，本複合兩部件緊固件已顯示為組裝至一面板。此處，該等兩組件，保持器11及多夾鉗插入器13已夾緊於面板20。該插入器經收容在該面板之一孔中，且從該面板之相對側夾鉗於該保持器。在安裝期間， 該插入器及該保持器經彼此加壓抵靠直到保持器頭部19及插入器凸緣14接觸面板20之相對側。該插入器之螺紋孔12可接著收容一螺紋螺栓，以將一物體(未圖示)附接至該面板。

該保持器及插入器經設計以安裝至由任一種材料製成的面板中，不論金屬或非金屬。典型的材料會是一蜂巢面板，其目前仍無法利用自夾鉗緊固件。該插入器及保持器經加壓在一起，此將該保持器之材料移位至該插入器之底切部中。該保持器材料經選擇使得其足夠軟及韌，而因為作用在其上的力量來進行冷流。該插入器經壓入至該保持器中直到在兩組件之端的該插入器凸緣及保持器頭部與該面板接觸。多夾鉗特徵之優點之一者係該緊固件可配合各種面板厚度之範圍。其亦可允許該面板厚度之大公差。

現參照圖3至圖7，顯示了施加該插入器至該保持器中的安裝之順序，其中為了簡化繪圖而移除該面板。在此程序期間，當該等底切部藉由在該等底切部之各者之間的該等齒槽之楔入運動而向上深入至該保持器孔中時，該保持器之材料向內流入該等底切部中，此迫使保持器之冷流材料進入至該等底切部中，如此等圖式中的箭頭所繪示。

圖3顯示在被安裝之前，該插入器如何安置於該保持器中。當該保持器之底部靠置在第一底切部之齒槽23上時，該插入器之頂部緣21穿入至該保持器孔中。隨著加壓進行，此幫助保持器之材料向內及向上流入至該保持器孔中，因為其防止了錯位。在此時，藉由一加壓(未圖示)而施加一負載至該插入器之頭部。此迫使來自該保持器的材料流入至第一底切部中，如圖4所示。

在圖4中我們觀察到該插入器之第一底切部現已完全填滿。在此時，該緊固件已穩固地安裝。進一步的安裝具有增加該接點之強度的效應，且 向下加壓可在任何時候停止。此時亦將最大面板厚度定義為該保持器之頭部與該插入器之基部處的凸緣之間的間隙。該緊固件可接著依照需要安裝得更深直到該面板已牢固地夾緊於該兩組件之間，如圖2所示。可使用之最小面板厚度係由保持器之高度減去保持器頭部19與插入器凸緣14之高度所界定。

圖5至圖7繪示保持器11在安裝期間逐漸向下係如何呈現。當該保持器經下壓得更深，更多該保持器之材料更向內流入至該等底切部中及更向上流入至該保持器中央通孔15中。該保持器可持續向下壓直到達到最小面板厚度，如圖7所顯示。此處，當保持器11相對於插入器凸緣14之頂部觸底時，保持器中央通孔15幾乎被該插入器及經移位之保持器材料完全填滿。

如圖8中所繪示，該插入器亦可由如顯示在圖1至圖7中類似的方式而製成，但其中以延伸之長螺樁25替換一螺紋孔。若欲實施一平銷，該插入器螺樁亦可無螺紋。

在本發明中已使用具體實施例解釋本發明之原理及實施方案，且以上該等實施例之說明僅作為幫助瞭解本發明之主要要旨。並且，所屬技術領域中具有通常知識者將能夠根據本發明之要旨，對具體實施方案及應用之態樣作出改變。總而言之，本說明書之內容不應建構為對本發明之態樣作限制，其應僅由下述申請專利範圍及其等在法律上之均等物而定義。

10:本發明

11:保持器

12:螺紋孔

13:多夾鉗插入器

14:凸緣

15:中央通孔

16:底切部

17:主幹

18:齒槽

19:頭部

Claims (11)

1. 一種用於附接至一面板的兩件式緊固件，其包含：一保持器，其經調適以被收容在該面板中的一孔內，該保持器具有一主幹，該主幹具有用於卡合於該孔之一壁的周邊夾持手段，該保持器進一步具有一中央通孔；以及一插入器，其具有連續地遞增直徑之多個自夾鉗(self-clinching)特徵，該多個自夾鉗特徵經調適，以藉由插入至該中央通孔中導致該中央通孔的一壁因一或多個該等自夾鉗特徵而形變，而附接至該保持器，其中，該等自夾鉗特徵之每一者包含一齒槽(land)及一底切部(undercut)。
2. 如請求項1之兩件式緊固件，其中，該插入器在一端具有一凸緣，其緊密相鄰於最大直徑之該自夾鉗特徵。
3. 如請求項2之兩件式緊固件，其中，該插入器具有一螺紋孔。
4. 如請求項1之兩件式緊固件，其中，該保持器的該周邊夾持手段係縱向壓花。
5. 如請求項2之兩件式緊固件，其中，該插入器具有一長螺樁，其從該插入器相對於該凸緣向上延伸。
6. 如請求項2之兩件式緊固件，其中，該保持器在一端具有擴大直徑的一頭部，該主幹從該端延伸。
7. 如請求項6之兩件式緊固件，其中，該兩件式緊固件係經組裝至該面板，該面板係藉由該保持器的該頭部與該插入器的該凸緣直接與該面板之相對側接觸而被牢固地夾緊於其等之間。
8. 如請求項1之兩件式緊固件，其中，該保持器及該插入器係金屬。
9. 如請求項7之兩件式緊固件，其中，該面板係非金屬。
10. 如請求項1之兩件式緊固件，其中，該中央通孔的該壁界定一圓柱。
11. 如請求項1之兩件式緊固件，其中，該插入器，藉由該保持器的材料的移位自該等齒槽中之至少一者至該等底切部中之至少一者，而附接至該保持器。