JP5430648B2 - プラスチック／金属ハイブリッドスタンドオフ式装置 - Google Patents

Description

関連出願

本願は、２００８年４月９日に出願され、“プラスチック／金属ハイブリッドスタンドオフ装置”を発明の名称とする仮特許出願第６１／０４３，５９１号の正規出願（ｎｏｎ−ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ）であり、この出願の優先権を主張するものである。

本発明は、板金、ＰＣボードやその他の基板にクリンチング、ブローチング、フレアリングなどのいずれかによって取り付けられ、金属ベース部から上向きに延設された成形プラスチック部分に固定される金属ベース部を備えたスタンドオフ式固定装置に関する。

スタンドオフ装置は、２つの物体間に空間を作るものである。例えば、構造用固定装置あるいは高強度固定装置としては設計されていない。いろいろなスタンドオフ装置があり、例示すると、プラスチックスナッピングピース、雄雌ねじ式固定装置、表面実装固定装置、ブローチング固定装置、フレアリング固定装置があり、クリンチング固定装置も含まれる。クリンチング加工の場合、固有な特性としてベース部は比較的硬い。クリンチ形スタンドオフ装置の場合、機械加工によって製作されているが、この方法は加工速度が遅く、コストも高い。いずれの場合も進歩がみられるが、コスト削減を意図した方法には欠点もある。特に、物体間に比較的大きな間隙を作り出す必要がある長いスタンドオフ装置には問題がある。ＵＳＰ４，１３０，１３８（発明の名称：成形スタンドオフ装置）には、機械加工ベース部および亜鉛からなるオーバー成形金属スタンドオフカラーを備えた金属／金属スタンドオフ装置が開示されている。この装置には、多くの欠点があり、とりわけ製作コストが高く、また相互接続部品間を電気絶縁する安定性に欠ける。このように、長くても製作コストが低く、また相互接続部品間を耐久性よく、かつ強固に構造的に接続できるクリンチ形のスタンドオフ装置が求められている。

ＵＳＰ４，１３０，１３８（発明の名称：成形スタンドオフ装置）

上記問題を解決するために、本発明は、必要な硬いベース部と、オーバー成形プラスチック部分とを組み合わせて、目的のスタンドオフ距離を確保し、必要に応じてねじなどの取り付け手段を確保するものである。本発明の場合、プラスチックによって被覆されていないベース部の唯一の露出部分は、ディスプレーサ部分、アンダーカット部分およびランプ部分である。これらは、クリンチ加工において能動的な部分である。ディスプレーサ部分は、シート材料およびアンビルの両者に係合する。ディスプレーサ部分は、クリンチ加工の力に耐えることができ、シート材料がアンダーカット部分に流れ込むさいに変形することはない。強靭な金属アンダーカット部分が、押しだし作用に対して十分な軸方向抵抗を担保すると同時に、成形金属ディスプレーサ部分の耐トルク性を担保する。そして、ランプ部分がこれを穴に押しこむさいの摩耗衝撃に耐えることができるため、プラスチック表面を傷つけることはない。他の実施態様では、ベース部の露出領域は、フレアリング加工部、スナップ加工部、ブローチング加工部などを含み、そして表面実装部も含むこともある。

より具体的には、本発明は、貫通孔を形成した、実質的に円筒形のベース部とともに、このベース部にフランジを形成したスタンドオフ式固定装置を提供するものである。このフランジの真上に設けた第１アンダーカット部をベース部の外面にそって上向きに延設し、このベース部を基材に取り付ける。第１アンダーカット部の真上に上向き方向に収れんするランプ部を設ける。ベース部の外面に第２アンダーカット部を設け、これをランプ部から延設し、オーバー成形材料を保持する。円周方向に歯を形成した、軸方向にセグメント化したリングを第２アンダーカット部の上縁部にそって形成する。オーバー成形した管状バレルは、第２アンダーカット部に充填され、かつセグメント化リングを取り囲むプラスチックからなる。バレルの内側部分は、貫通孔を下向きに延長し、フランジの底部と同じ高さにある点まで延長する。

本発明によれば、機械加工部品としてバーストックを利用でき、サイズが長くなる程材料の多くが廃棄物（チップ）として失われるため、特に長さのあるスタンドオフ装置の構成部品コストを削減できる。鍛造製品についても実験を行っているが、依然として長さに制限があり、鍛造は、製作できる長さの部品に限定されている。また、本発明によれば、ベース部構成部品を鍛造により製作できるため、製作コストをきわめて低く抑えることができる上に、廃棄物も出ない。長さのあるバレルは、オーバー成形プラスチックであり、金属に比較してコストがかなり低く、廃棄物も出ない。即ち、スタンドオフ装置を、廃棄物を出さずに、大幅に削減されたコストで製作できる。

本発明の一つの大きな作用効果は、所定用途のスタンドオフ装置にとって共通の課題であるバレルの長さを選択する幅が広いことにある。また、一つのねじ／クリンチサイズの部品に対して各種の異なる長さのバレルを用意しておくことも普通に行われている。このために、機械加工する場合には、各種の異なる加工工具パッケージや装置設定が必要になる。鍛造の場合には、ケースに応じて異なり、それゆえコストの高い工具設定が必要になる。一方、本発明の場合には、オーバー成形のインサートとして一つのベース部品を各種の異なるねじサイズのバレルに利用できる。オーバー成形では、このバレルを部品に挿入し、成形型に対して深さを調節できるため、一つの工具によってバレルの長さを調節できる。ねじが必要な場合には、二次的なねじ立て作業によりねじを形成すればよい。

本発明の作用効果の一例を挙げると、標準スタンドオフ装置ラインにおいて、１１の異なるねじサイズ／バレル直径の組み合わせを提供できるだけでなく、これに加えて１２の別なねじのない組み合わせを提供できる。即ち、合計で２３の標準組み合わせを提供できる。これら２３の組み合わせそれぞれは、１２かそれ以上の長さに設定できる。いずれの組み合わせも固有な設定および工具が必要である。本発明では、ベース部が３つあるだけでよく、そして３つの調節式オーバー成形型があれば、すべての組み合わせを製作でき、ねじが必要な場合にのみ、二次的なねじ立て加工を行えばよい。上記以外の加工、例えばフレアリング加工、ブローチング加工、表面実装加工などを行うためには、成形スタンドオフ装置部分をすべての設計に対して共通化しておくことを除いて、３つのベース部のみを変更すればよい。これによって、工具の管理および製品の在庫管理を改善できるうえに、順次オーバー成形する多量の３つのベース部品を在庫しておくことによって製作時間を短縮できる。

上記ＵＳＰ４，１３０，１３８に開示されているように、材料として金属ではなくプラスチックを利用することによって別な作用効果も実現できる。第１に、プラスチックは、金属製スタンドオフ装置が導体として作用するところでは絶縁体として機能する。第２に、固定装置が、スタンドオフ装置として機能しない場合には、絶縁ナットとして作用する。第３に、プラスチックは着色できるため、装置設計が容易になり、標準化できる。警告（赤）またはアクセス（緑）を表示するために各種の色を利用でき、例えば“基板を介して青のスタンドオフ装置にねじをねじ込む”などの指示を単純化できる。プラスチックを利用すると、製品重量が軽くなる。

つまり、本発明の構成によると、従来の多くの製品よりも低コストで、しかも廃棄物を出さずに、スタンドオフ装置を製作できる。また、設計プロセスおよび製作プロセスに固有な広い選択幅の理由により、部品管理をより効率的に行える。そして、プラスチックで設計しているため、着色を自由に行え、重量も削減でき、絶縁機能も実現できる。

なお、本発明の少なくとも一つの実施態様を詳細に説明する前に、本発明は、以下に説明し、添付図面に図示した構成部品の構成および配置の細部に制限されるものではないことを付言しておく。即ち、本発明では、他の実施態様も可能であり、各種の方法で本発明を実施できる。また、本開示に使用する用語などは、説明を目的とし、本発明を限定するものではない。

当業者ならば、本開示が基礎をおいている技術思想について、本発明のいくつかの目的を実現する他の構成、方法およびシステムの設計基礎としてこれを容易に利用できるはずである。従って、重要なことは、特許請求の範囲の記載が本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、特許請求の範囲をこのような等価な構成を含むものとして解釈することである。

本発明のスタンドオフ装置を示す上面右投影図である。 一部断面を含む側面図である。 本発明を基材シートに応用する取り付け順序を示す部分側断面図である。 本発明を基材シートに応用する取り付け順序を示す部分側断面図である。 ベース部の上面右投影図である。 ベース部の一部断面を含む側面図である。

図１および図２ついて説明すると、ハイブリッドクリンチ式スタンドオフ装置７は、２つの構成部品から構成する。一方の部品は金属製であり、他方はプラスチック製である。即ち、クリンチ作用ベース部１が金属製で、スタンドオフ部分即ちバレル２がプラスチック製である。クリンチ作用の場合、固定装置は、構成部品を受け取る板金パネルよりも硬くなければならない。従って、ベース部は、硬化処理、メッキ処理や、その他のクリンチ作用を実現するために必要な処理を行ったアルミニウム、鋼、ステンレスで構成できる。この金属ベース部にプラスチック製のスタンドオフバレル２を成形する。このバレルは、全体として円形のシリンダーであり、図示を省略した第２のシート（構成部品）を支持する各種の増分的な長さに設定できる。図示のバレルには、ねじ５を貫通形成する。このため、第２支持パネルを介して機械ねじをスタンドオフ装置に係合でき、第２支持パネルを取り付けることができる。別な実施態様では、ねじを形成しないバレルを使用し、このバレルにねじ形成用ねじボルトまたはねじ切断用ねじボルトを受け取るか、通しねじボルトの間隙を作る。第２シートを単にスタンドオフ装置７に載せるか、あるいはスタンドオフ装置７によって支持するが、それ以外は、スタンドオフ装置７が支持するものに取り付けられない中実バレル（ｓｏｌｉｄ ｂａｒｒｅｌ）も製作できる。これら別な実施態様は、また、ねじを形成してもしなくてもよいオープンバレル、あるいはねじを形成してもしなくてもよいブラインドバレルを含むものである。ベース部の形状については、従来からのクリンチ作用要素（ディスプレーサ要素、アンダーカット要素、回転防止要素など）で板金にクリンチできる形状に構成する。この好適な実施態様では、六角ディスプレーサ３は、断面が大きな矩形のアンダーカット４をもつ回転防止要素としても機能する。この実施態様の場合、図４に示すように、ディスプレーサはシートと同じ高さに取り付けられる。従来からよく知られている広い範囲のクリンチ式固定装置によって実証されているように、他の多くの要素を組み合わせてもクリンチ式固定装置を製作することができる。

次に取り付け順序を示す図３および図４について説明する。まず、スタンドオフ装置７を基材シート８の穴に位置決めし、クリンチフランジ３の底部９に加えられた圧力によって上向きに設定する。図４に示すように取り付けが完了した後、ベース部１の底部９を基材シート８と同じ高さに設定する。この状態では、アンダーカットは既に基材８からの材料の低温流れによって完全に充填されている。

次に、図５および図６について説明する。ベース部は、バレル底部のための広い間隙、および後の段階で、バレル内部に形成されるねじを有する貫通孔１０を有する。このため、プラスチックがベース部の内側にそって流れ、ベース部とバレルの結合をすぐれたものにするとともに、ねじの長径においてすら十分なプラスチック材料が確実に存在することになるため、ねじボルトとベース部との間に金属／金属接触が生じることはない。従って、ガルバーニ電流による腐食がないうえに、ねじボルトが導電性を帯びることがなくなる。このベース部は、また、貫通孔内に、ベース部／バレル接合の軸方向保持強度部分を確保する端ぐり（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｂｏｒｅ）１１を有する。

ベース部は、その外側底部にフランジを有し、そしてこのフランジの真上にベース部を基材に取り付けるための第１アンダーカットを有する。クリンチ式スタンドオフ装置上のランプ１２は、長いアンダーカット部分１３に入り込み、上部にあるセグメント化リング１４まで延長する。セグメント化リングおよびアンダーカットは、バレルのプラスチックによって完全に取り囲まれる。このアンダーカットがベース部／バレル接合において軸方向に強い保持強度を確保し、同時に、リングの歯１６が耐トルク性を確保するため、バレルがベース部上で回転することはない。ランプには２つの目的がある。第１の目的は、成形型がキャビティ―を閉じる表面を加工できることである。これによって、成形型作用を確実に止めることができ、バレルの外側にプラスチックが流れ出ることがなくなる。第２の目的は、ランプが固定装置をシートの取り付け孔に案内し、固定装置をクリンチ作用取り付け孔にスムーズに設置させることである。

以上は、本発明の原理原則を説明することのみを目的とするものである。さらに、当業者にとっては、多くの変更などは自明であるため、本発明を図示し、説明してきた構成および動作に厳格に制限することは望ましくない。従って、本発明に該当する変更や等価物はすべて本発明の範囲内に含まれるものである。

１：ベース部
２：バレル
３：ディスプレーサ
４：アンダーカット
５：貫通ねじ
７：スタンドオフ
８：基材シート
９：ベース部底部
１０：貫通孔
１１：端ぐり
１２：ランプ
１３：アンダーカット
１４：セグメント化リング
１６：歯

Claims (10)

1. 貫通孔および底部の半径方向に延長するディスプレーサフランジを有する実質的に円筒形のベース部、
   上記フランジの真上にあって、上記ベース部の外面にそって上向きに延長して、上記ベース部を基材に取り付けるための第１アンダーカット、
   上記第１アンダーカットの真上で上記外面に設けられた、上記上向き方向に収れんするランプ、
   上記外面上にあって、上記ランプから上向きに延長してオーバー成形材料を保持する第２アンダーカット、
   上記第２アンダーカットの上縁部にそって設けられた半径方向にくぼんだ円周方向歯からなり、上記ベース部の上部に設けられた軸方向に延長するセグメント化リング、および
   上記ベース部から上向きに延長するオーバー成形した管状バレルを有し、上記バレルが上記第２アンダーカットを充填するとともに、上記セグメント化リングを取り囲み、そして上記バレルがさらに、上記貫通孔内部から下向きに延長し、上記フランジの底部と同じ高さにある点まで延長する円筒形内壁をもつ内側部分を有し、上記バレルの直径が上記ランプの直径より短いことを特徴とするスタンドオフ式固定装置。
   
2. 上記バレルの内壁が一定の直径を有し、このバレルが上記固定装置の上部にある開口から底部にある開口まで延長する請求項１に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
3. 上記バレルの内壁にねじを形成した請求項２に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
4. 上記ベース部から上記貫通孔の一部にそって上向きに延長する同軸端ぐりを有し、この端ぐりの直径を上記貫通孔よりも大きく設定した請求項２に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
5. さらに、上記バレルの外側部分が、上記バレルの上部から下向きに延長し、上記ランプに当接する底部縁部にそって延長し、そして上記ランプの少なくとも一部が円錐台形状で、上記固定装置の外面を形成する請求項１に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
6. 上記フランジが多角形である請求項５に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
7. 上記フランジが六角形である請求項６に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
8. 上記バレルがプラスチックからなり、そして上記ベース部が金属からなる請求項４に記載のスタンドオフ式固定装置。
   
9. 平面シートの孔の側壁へのクリンチ取り付けによってこのシートに固着した請求項４に記載のスタンドオフ式固定装置からなり、上記シートの材料が上記第１アンダーカットに充填された部品集合体。
   
10. 上記フランジの底部が上記シートの下面と同じ高さにある請求項９に記載の部品集合体。

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