〔技术领域〕

本发明涉及一种自连接紧固件，其可在大批量生产中用作自卡紧或 自攻和卡紧紧固件。更具体地说，本发明涉及一种自连接的螺母紧固件， 其可利用普通的安装装置永久地被安装到模压机的金属板中。

〔背景技术〕

由本申请人开发且包括攻钻和卡紧螺母的自连接紧固件系统已在包 括汽车工业在内的大批量生产中使用了很多年。通过将钢棒材滚压成大 致为螺母的结构，然后将螺母切割成一定的长度，并进行各种精加工包 括对螺母孔进行攻钻和攻丝，从而以普通的方式制造出这种攻钻螺母。 因此，由该方法制造的攻钻螺母是矩形的，并包括一个带有螺纹孔的矩 形引导部分、位于引导部分相对两侧的矩形凸缘部分和板接纳槽，上述 板接纳槽设置在引导部分的相对两侧或设置在位于引导部分相对两侧的 凸缘部分上。这种自连接紧固件可用作攻钻和卡紧螺母，其中，引导部 分的端面可用作冲头在板上进行钻孔，或者这种自连接紧固件可用作卡 紧螺母，其中，引导部分穿过板上的孔并卡紧在板上。

在大批量生产中，自连接紧固件通常安装在模压机的金属板中，其 中，一个模压板包括一个安装头，安装头用于接纳用于安装的自连接紧 固件，并具有往复运动的柱塞，位于相反模压板上的压模构件或叶状模 槽可将位于板孔附近的板卡紧到螺母槽中。上述这种自连接紧固件特别 是在大批量生产中依旧获得了商业上的成功。这种自连接紧固件可以散 装的方式进行供应，其中，紧固件从料斗经溜槽供应给安装头，或者紧 固件可以由易切断的金属丝相互连接在一起的预定位紧固件卷的方式进 行供应，如受让给享有本申请受让人权益的前任人的美国专利US3711931 中所描述的那样，且其安装方法在也同样受让给享有本申请受让人权益 的前任人的美国专利US3648747中有相应的描述。

正如本领域技术人员所理解的那样，滚压成型方法限制了自连接紧 固件的结构。当然，通过冷镦锻技术可制成多种其它的紧固件和紧固件 系统，包括自连接紧固件。但是，现有技术并没有公开或建议了这样一 种自连接紧固件，其将上述攻钻和卡紧螺母的优点综合到通过冷镦锻技 术制成的螺母结构中。另外，矩形自攻引导部分在板上钻出一个方形或 矩形的孔，从而在板上特别是在所钻出的矩形孔的角部形成应力集中。 最后，现有技术并没有公开一种可通过普通冷镦锻技术制成且可制成一 个用于大批量生产的预定位紧固件带的自连接紧固件。本发明的自连接 紧固件将上述滚压成型攻钻和卡紧螺母的优点综合到紧固件中，其可通 过普通冷镦锻技术制成，且可在大批量生产中以紧固件预定位卷的形式 进行供应。

〔发明内容〕

如上所述，本发明的自连接紧固件综合了上述滚压成型攻钻和卡紧 螺母的优点和由普通冷镦锻技术制成的紧固件的优点，且其可以散装或 预定位带的形式滚压给普通安装头。本发明的自连接紧固件还消除了普 通滚压成型攻钻和卡紧螺母所带来的某些缺陷，包括消除了在板的矩形 孔角部所产生的应力增大和裂纹。本发明的自连接紧固件还提高了紧固 件和板的组合件的疲劳寿命。

本发明的自连接紧固件包括一个具有平环形端面的大致为圆筒形的 中间引导部分、一个经过上述端面延伸穿过上述引导部分的孔和弧形或 大致为半圆形的凸缘部分，当紧固件用作自攻紧固件时，上述环形端面 可用作攻钻表面，凸缘部分与引导部分相间隔并设置在引导部分的相对 两侧。每个凸缘部分包括一个平的大致为弧形的板支承表面，其位于引 导部分的端面所在平面的下方并相距一定距离，一个第二平支承表面位 于凸缘部分的板支承表面所在的平面的下方并相距一定距离，且其设置 在凸缘部分和引导部分之间并基本上围绕引导部分。在一个优选实施例 中，凸缘部分与引导部分相对的表面从第二支承表面向内朝引导部分倾 斜，从而凸缘部分和引导部分一起构成凹槽，当紧固件安装在板上时， 凹槽可提高紧固件的抗脱离强度。紧固件的优选实施例还包括一个防转 动结构，在安装后，其可限制或防止紧固件相对于板发生转动。在一个 优选实施例中，紧固件包括整体凸舌部分和位于引导部分上的平面，整 体凸舌部分可由引导部分的端面整体压制而成，并从引导部分沿径向朝 紧固件的端部表面延伸，上述平面位于引导部分进行压制凸舌的地方， 当将一个阳紧固件拧入到螺母孔中时，凸舌和平面一起提高了抗扭转性。 在另一个优选实施例中，在凸缘部分的壁上面向引导部分形成槽口，并 形成覆盖在板支承表面上方的凸舌。这些槽口与凸舌一起也提高了抗扭 转性。在下面将进一步描述的另一个优选实施例中，紧固件的大致为弧 形的凸缘部分包括一个弧形中间部分和直线端部部分，从而提供了优良 的抗扭转性。

本发明自连接紧固件的本体部分最好包括大致为弧形的侧面和平的 端面，其中，大致为弧形的凸缘部分从与凸缘部分形状一致的大致为弧 形的侧面由第二支承表面凸起。在本发明自连接紧固件的一个优选实施 例中，位于引导部分相对两侧的大致为弧形的凸缘部分包括至少两个相 互间隔的弧形区段，且两个平支承表面在间隔的弧形区段之间延伸，从 而提供了附加的抗扭转性。在另一个优选实施例中，大致为弧形的凸缘 部分是连续的，每个都具有一个弧形的中间部分和与中间部分形成一体 并从中间部分伸出的直线端部部分，与引导部分相对的凸缘部分是倾斜 的，从而在凸缘部分上提供了附加的支承区域和抗脱离强度。凸缘部分 的弧形部分的相对表面从第二支承表面向内朝板支承表面倾斜，也同样 提供了附加的抗脱离强度。凸起的引导部分的外表面从第二支承表面向 凸缘部分倾斜，也可提供附加的抗脱离强度。在紧固件的优选实施例中， 其中，引导部分从用作攻钻表面的端面向内倾斜，与端面相邻的外表面 为圆柱形以便为攻钻提供增大的柱状支承，然后向内倾斜而形成一个截 锥表面，从而为紧固件和板的组合件提供附加的抗脱离强度。

因此，本发明的自连接紧固件可通过普通的冷镦锻技术制成，与通 过冷镦锻制成的现有技术紧固件相比，具有优良的性能。本发明的紧固 件在不需要滚轧机的情况下就可获得冷轧紧固件所具有的优点。最后， 本发明的自连接紧固件可连接成一个预定位紧固件带，以便于在大批量 生产中使用。对于这种应用场合，在第二支承表面上设有金属丝接纳槽， 其最好是设置在引导部分和凸缘部分之间并位于引导部分的相对两侧， 且在紧固件本体部分的端部表面之间延伸。在紧固件带的优选实施例中， 金属丝接纳槽在槽的下表面或底壁上包括多个间隔的凹穴，以避免紧固 件在金属丝上发生移动。然后，可使紧固件形成一个连续的预定位紧固 件带，其中，紧固件首先头尾相连进行定位，然后将易切断的金属丝滚 压到金属丝接纳槽中。

本发明自连接紧固件的其它优点和特征可从下面对优选实施例所进 行的描述、所附的权利要求书和对附图所进行的简短说明中更全面地得 到了解。

〔附图说明〕

图1是本发明自连接紧固件的一个实施例的顶部透视图；

图2是图1所示自连接紧固件的顶部视图；

图3是图1和2所示自连接紧固件实施例的端部视图；

图4是连接到金属板上的图1-3所示自连接紧固件的顶部视图；

图5是图4沿箭头5-5方向的侧视横截面图；

图6是图4沿箭头6-6方向的横截面图；

图7是本发明自连接紧固件的另一个实施例的顶部透视图；

图8是本发明自连接紧固件的又一个实施例的顶部透视图；

图9是图8所示自连接紧固件的顶部视图；

图10是图8和9所示自连接紧固件的端部视图；

图11是连接到板上的图8-10所示自连接紧固件的顶部视图；

图12是图11所示紧固件和板的组合件沿箭头12-12方向的侧视横截 面图；

图13是图11所示紧固件和板的组合件沿箭头13-13方向的横截面 图；

图14是本发明自连接紧固件的另一个实施例的顶部透视图；

图15是图14所示自连接紧固件的顶部视图；

图16是图14和15所示自连接紧固件的横截面端部视图；

图17是本发明自连接紧固件的另一个实施例的顶部平面图；

图18是图17所示自连接紧固件沿箭头18-18方向的侧视横截面图；

图19是本发明自连接紧固件另一个实施例的顶部透视图；

图20是本发明自连接紧固件又一个实施例的顶部透视图；

图21是图20所示自连接紧固件实施例的局部顶视图；

图22是图7-9所示紧固件的预定位带的顶部透视图。

〔具体实施方式〕

图1-3所示实施例的自连接紧固件20包括本体部分22，本体部分22 具有弧形侧面24、平端面26和支承底面28。如图所示，管状或环状且大 致为圆筒形的中间引导部分30从本体部分伸出，并具有穿过引导部分30 和紧固件本体部分延伸的孔32，孔32可以是螺纹孔。另外，孔32也可以 是一个用于接纳螺纹成型或螺纹滚压阳紧固件的非螺纹孔。引导部分30 包括平端面34，当紧固件20用作自攻紧固件时，平端面34用作攻钻面。 在该实施例中，引导部分的外壁36是圆柱面。紧固件20还包括弧形凸缘 部分38，其位于引导部分30的相对的两侧并从弧形侧面24伸出，每个凸 缘部分具有弧形平支承面或第一支承表面40，如图3所示，表面40位于攻 钻端面34所在的平面的下方，并与其相距一定距离。自连接紧固件20还 包括一个第二或主平支承表面42，表面42位于凸缘部分的第一支承表面 40所在的平面的下方，并相距一定的距离，如图所示，其位于凸缘部分 38和中间引导部分30之间并围绕引导部分30。在本发明自连接紧固件的 该实施例中，凸缘部分38由相互间隔开的弧形区段44构成，弧形区段44 具有相对的倾斜表面46，倾斜表面46从第二或主支承表面42向内朝第一 或用于支承板的支承表面44倾斜，以便在将紧固件连接到板上时提高其 抗脱离强度。另外，在该优选实施例中，如图3所示，凸缘部分30的与引 导部分30相对的表面48从主支承表面42向引导部分30倾斜。最后，图1- 3所示的自连接紧固件20包括整体凸舌50，如图所示，凸舌50可由引导部 分的攻钻端面34整体压制而成，并在引导部分的相对两侧形成平面51。 本领域技术人员可以理解，图1-3所示紧固件20可通过普通的冷镦锻技 术来进行制造。

正如上述美国专利US3648747所描述的那样，图示的这种自攻和自 卡紧紧固件通常安装在模压机中，其中，模压机的上压板包括用于接纳 紧固件的安装头(未示出)，安装头具有往复移动的柱塞，其与支承底 面28和位于下模压板用于接纳待安装板的压模构件或叶状模槽相接合。 然后，攻钻表面34与板接触并对其进行攻钻，正如本领域技术人员所理 解的那样，通过伸出叶状模槽的唇缘，与攻钻孔相邻的板部分就无弹性 地永久变形到紧固件的凹部中。正如所理解的那样，引导部分30的攻钻 表面34首先与板接触，然后在板上攻钻出一个用于接纳引导部分的孔。 另外，在自连接紧固件只用作自卡紧紧固件的场合，就对板进行预攻钻 以便于接纳引导部分。然后，将板支承在凸缘部分38的第一支承表面40 上。最后，叶状模槽(未示出)的唇缘部分使靠近孔的板部分无弹性地 变形到位于紧固件上的凹部中，从而完成整个安装过程。叶状模槽的卡 紧唇缘的结构取决于紧固件的结构。

图4-6示出了通过上述方法和装置利用图1-3所示的紧固件20所形 成的板和紧固件的组合件。图4是板52在安装后的顶部视图，其中，引导 部分30延伸穿过板52，且板支承在凸缘部分38的板支承表面40上并变形 到主或第二支承表面42上。如图5所示，板部分54紧靠在凸缘部分的倾斜 表面48和引导部分的外壁36的下方贴靠着主或第二支承表面42进行变 形，以提供抗脱离强度，板在凸舌部分50周围变薄并发生变形贴靠在平 面51上，以避免紧固件20相对于板发生转动。如图6所示，板52还紧靠在 凸缘部分38的两个相对的倾斜表面46的下方贴靠着主支承表面42发生变 形，从而提供了附加抗脱离强度并防止紧固件20在板上发生转动。由于 引导部分30是圆形的而不是矩形的，因此避免了板在引导部分处产生应 力增大，弧形或大致为弧形的凸缘部分也提高了紧固件在板上的保持力， 并避免了板的应力增大或发生破裂。

除了紧固件120在位于引导部分130的相对两侧的主或第二支承表面 142上包括平行的金属丝接纳槽156以外，图7所示的自连接紧固件120与 图1-3所示紧固件20是相同的。如图所示，金属丝接纳槽156从一个端面 126延伸到另一个端面。在优选实施例中，金属丝接纳槽包括多个由棱160 间隔开的间隔凹穴158。正如在同时申请的待审专利申请中所详细描述的 那样，通过将紧固件120头尾对齐相互连接成一条连续的紧固件预定位 带，从而如图22所示，使金属丝接纳槽156同轴对齐，并将易切断的连续 金属丝162滚压到金属丝接纳槽156中。在该优选实施例中，通过滚压辊 (未示出)使金属丝贴靠在槽的底壁上变形并变形到凹穴158中。保持金 属丝162最好由柔性材料构成，其允许将紧固件预定位带卷成一个带卷， 而在安装紧固件过程中可通过安装头(未示出)的柱塞进行切断。因此， 金属丝最好是柔性的，而且易切断。适当的金属丝材料是未进行热处理 的退火1065碳钢。用于本申请的这种材料具有足够的韧性和柔性。其它 适当的材料包括单纤维丝、尼龙线或绳以及其它适当的金属和聚合物。 由于图7所示的紧固件120与图1所示的紧固件20是相同的，因此，紧固件 的各部分采用与图1相同的序列号进行标注并不再详细进行描述。

图8-10示出了本发明另一个实施例的自连接紧固件220。除了下述 内容以外，图8-10所示的自连接紧固件与图7所示的紧固件120是相同 的。如图10所示，靠近第二支承表面242的引导部分230的外壁236从紧固 件的第二或主支承表面242向外朝凸缘部分238倾斜。因此，如图10所示， 端面或攻钻表面234覆盖在主支承表面242上方，从而在凸缘部分的倾斜 表面248和引导部分的两个相对的倾斜表面236之间形成一个燕尾形开 口。但是，如图所示，与端面234相邻的外表面237最好是圆柱形，以便 于为进行攻钻提供柱状支承，且引导部分230基本上为圆筒形。由于图8 -10所示实施例的自连接紧固件220除了引导部分的倾斜表面236以外与 图7所示紧固件120相同，其包括金属丝接纳槽256，因此，自连接紧固件 220的各部分采用与图7所示紧固件120相同的序列号进行标注并不再详 细进行描述。

图11-13示出了与图4-6类似的连接到板252上的紧固件220，正如 上面对图7和22所描述的那样，在金属丝接纳槽256中设有易切断的金属 丝262。如图12所示，板部分254紧靠在形成一个燕尾形凹部的引导部分 倾斜壁面236和凸缘部分倾斜壁面248的下方进行变形，从而提高了紧固 件和板的组合件的抗脱离强度。其它所有的部分都与前述实施例相同， 并以相同的序列号进行标注，且不再进行详细描述。

图14-16示出了本发明又一个实施例的自连接紧固件320，其特别适 合用于重的或厚的金属板。正如本领域技术人员所理解的那样，很难将 厚板变形到狭窄凹槽例如前述图中所示的位于凸缘部分38的间隔弧形区 段44之间的燕尾形凹槽中。因此，在图14-16所示实施例的自连接紧固 件320中，大致为弧形的凸缘部分338在中间凸起的引导部分330的两侧是 连续的。另外，如图14和15所示，凸缘部分338的倾斜表面348在中间是 弧形的，但靠近端面326的端部部分349是直线的，从而为用于重的金属 而提供了附加的抗扭转性和支承区域。在该优选实施例中，如图所示， 大致为弧形的凸缘部分338的端部部分339是直线的，且侧面324与凸缘部 分338的形状相一致。最后，如图16所示，与主支承表面342相邻的倾斜 表面336是倾斜的，但与攻钻表面334相邻的表面337为圆柱形，从而在攻 钻过程中为引导部分提供了附加的柱状支承强度。由于凸缘部分338的直 线端部部分339和349增大了抗扭转性，因此，可省去整体凸舌。自连接 紧固件320的其它结构与上述自连接紧固件相同，其各部分采用相同的序 列号进行标注，显然对于本领域技术人员来说不需要进行详细描述。

图17和18示出了自连接紧固件420的一个优选实施例，其特别适合于 安装在较薄的板上。在该实施例中，与图7类似，本体部分大致为矩形， 且引导部分430为圆筒形，其具有圆柱形外表面436。凸缘部分438的内壁 448从第一支承表面440向内朝第二支承表面442倾斜。更重要的是，该实 施例的防转动结构包括槽口449，其沿径向与引导部分430相对地延伸到 凸缘部分的支承表面440。在该优选实施例中，凸缘部分438在每个凸缘 部分上包括至少一个槽口，最好是如图所示，在每个凸缘部分上从平端 面426等间隔地设置两个槽口449。在自连接紧固件420的最优选的实施例 中，槽口449由凸缘部分整体压制而成，从而形成覆盖在第二支承表面442 上方的径向凸舌443。径向槽口449和凸舌443具有优良的抗扭转性。另外， 还可通过对引导部分(未示出)进行底切从而提供附加的抗脱离强度。 再者，图17和18所示的自连接紧固件420的各部分采用与前述附图相同的 序列号进行标注，因此，不必进一步详细进行描述就可完全理解该实施 例。

在图19所示实施例的自连接紧固件520中，如图所示，弧形凸缘部分 538基本上围绕引导部分530延伸，且两个相对的端部546从第一支承表面 540向内倾斜。另外，紧固件大致为圆形，其具有平端面526，且凸舌由 位于引导部分530相对两侧的平表面551代替。平表面551抗扭转，并在引 导部分530和凸缘部分538之间形成附加的板支承表面542，因此不需要凸 舌。再者，图19所示的自连接紧固件520的各部分采用与前述实施例相同 的序列号进行标注，因此，对于本领域技术人员来说，不需要再详细进 行描述。

最后，图20和21所示的自连接紧固件620与图19所示的自连接紧固件 520类似，只是凸缘部分638之间的倾斜表面646也从端面626朝引导部分 630倾斜，从而提供了额外的保持力将紧固件保持在板(未示出)上，整 体凸舌部分650驱使板的金属进入到形成于凸缘部分之间的V形槽中，从 而可非常牢固地安装。再者，图20和21所示的自连接紧固件620的各部分 采用与前述实施例相同的序列号进行标注，因此，对于本领域技术人员 来说，不需要再详细进行描述。

上面已对本发明的自连接紧固件的多个优选实施例、其安装方法及 紧固件与板的组合件进行了描述，本领域技术人员可以理解，根据自连 接紧固件应用场合的不同，包括板的厚度和可用的安装空间等，上述实 施例的各个特征可以各种的组合方式进行组合。在本发明自连接紧固件 的最优选的实施例中，抗脱离强度是理想的，如图所示，例如在显示自 连接紧固件20、120和320等实施例的附图中，凸缘部分面向引导部分的 表面从主支承表面向引导部分倾斜。另外，优选实施例包括防转动或抗 扭转装置，以避免在安装之后特别是在将螺栓或阳紧固件拧入到螺母孔 的过程中紧固件相对于板发生转动。在一个实施例中，凸舌部分由引导 部分整体压制而成并沿径向朝自连接紧固件的端面延伸。在另一个实施 例中，特别是应用于薄金属时，自连接紧固件包括由间隔的弧形区段构 成的凸缘部分，其中，区段的相对表面从主支承表面朝凸缘部分的板支 承表面相向倾斜，从而提高了抗脱离强度和抗扭转性。在用于薄金属的 另一个优选实施例中，凸缘部分包括径向槽口，其最好是由凸缘部分的 第一支承表面整体压制而成，从而形成朝引导部分延伸并覆盖在第二支 承表面上方的径向凸舌。最后，在用于厚金属时，凸缘部分具有弧形的 中间部分和直线的端部部分，从而进行抗扭转。

在本发明的自连接紧固件用作自攻紧固件时，引导部分的端面最好 是平的，且凸缘部分的支承表面位于攻钻表面所在的平面的下方，并相 距一定的距离。另外，在用作自攻紧固件时，紧固件由硬度高于待连接 的金属板的钢材制成。上面已对本发明的自连接紧固件的优选实施例进 行了描述，本领域技术人员可以理解，在本发明权利要求书所限定的范 围之内，还可对紧固件做出各种的变型。