JPWO2006087771A1 - バネ加圧ユニットおよび嵌合ワッシャ - Google Patents

Abstract

本発明は、軸７１を有するネジ部材７１ａ，７１ｂでネジ止めすることによりネジ部材を柱のように立設しその軸７１のまわりのスプリング８０で部材を押圧するように構成したバネ加圧ユニット１１０、およびバネ加圧ユニットに用いるのに好適な、内ワッシャ９１と外ワッシャ９２とからなる嵌合ワッシャ９０に関し、互いに螺合する雌雄のネジの各一方がそれぞれに形成され締結完了時に所定長の軸７１が形成される一対のネジ部材７１ａ，７１ｂと、軸７１を巻回する状態に配置されるスプリング８０と、そのスプリング８０の一端に配置され一対のネジ部材の締結後にスプリング側に押されてそのスプリングを圧縮させる押圧部材９２と、押圧部材９２を、押圧部材９２がスプリング８０を圧縮させた状態に支持する支持部材９１とを備えた。

Description

本発明は、所定長の軸を有するネジ部材でネジ止めすることによりネジ部材を柱のように立設しその軸のまわりにスプリングを配置しておいてそのスプリングで部材を押圧するように構成したバネ加圧ユニット、およびバネ加圧ユニットに用いるのに好適な嵌合ワッシャに関する。

従来より、軸を有するネジ部材を柱のように立設しその軸まわりのスプリングで部材を押圧するように構成したバネ加圧ユニットが用いられている。

図１は、そのようなバネ加圧ユニットの一例を備えたパッケージユニットの概略図である。

このパッケージユニット１００は、システム基板１０上に、ハンダボール２０の溶解、固着により半導体パッケージ３０が搭載され、その半導体パッケージ３０上に熱接合材４０を介在させて冷却ユニット５０が配置された構造を有している。冷却ユニット５０は、基体５１とその基体５１上に立設した多数のフィン５２から構成されており、基体５１には柱状の雌ネジ部材６１が貫通する貫通孔５１１が設けられている。またシステム基板１０上には雄ネジ部材６２が立設している。雌ネジ部材６１は、その軸よりも太径の頭部６１１を有し、その雌ネジ部材６１の軸でコイルスプリング６３を貫通し、さらにその雌ネジ部材６１の軸が冷却ユニット５０の基体５１の貫通孔５１１を貫通し、コイルスプリング６３を雌ネジ部材６１の頭部６１１と冷却ユニット５０の基体５１との間に挟んで雄ネジ部材６２と螺合により締結された状態にあり、コイルスプリング６３は、この螺合の間に、頭部６１１と基体５１との間で収縮し、冷却ユニット５０がコイルスプリング６３によりシステム基板１０側に押圧され、冷却ユニット５０が熱接合部材４０を介在させて半導体パッケージ３０に密着し、半導体パッケージ３０の発熱が効率的に放熱される。

ここで、雄ネジ部材６２の高さ、雌ネジ部材６１の長さ、コイルスプリング６３の長さやバネ定数等はあらかじめ決められた値を有しており、冷却ユニット５０は、コイルスプリング６３により、あらかじめ決められた一定の押圧力で押圧されるようになっている。

この図１に示す例では、雌ネジ部材６１と雄ネジ部材６２と、コイルスプリング６３とにより、バネ加圧ユニットの従来例が構成されている。

ここで、冷却ユニット５０を上に載せて雌ネジ部材６１を雄ネジ部材６２に螺合させると、その螺合の途中でコイルスプリング６３が徐々に収縮して冷却ユニット５０を押圧することになる。

このため、雌ネジ部材６１と雄ネジ部材６２のネジ山がコイルスプリング６３が伸びようとする方向に強い力を受けながら螺合することになり、それらのネジ山が削れて金属粉が発生する。また螺合のために雌ネジ部材６１を回すとコイルスプリング６３も一緒に回わり、コイルスプリング６３の、冷却ユニット５０の基体５１側の端がその基体５１を削り、ここでも金属粉が発生する。これらの金属粉は、システム基板１０上の他の回路部品や配線をショートさせるという事故の原因となる。

また、この雌ネジ部材６１を雄ネジ部材６２に螺合させる作業を人手で行なう場合、雌ネジ部材６１をコイルスプリング６３の収縮に伴う反力に抗して回わす必要があるため、その作業者の腕に負担がかかるという問題もある。

ここで特許文献１には、カムの回転によりバルブを直接押し下げて開弁させるようにしたダイレクト型動弁装置に関し、コイルスプリングを圧縮させる部材とその部材を押すカムが開示されているが、上記の課題の認識はなく、その解決手段も示されていない。
特開平１１−１４８３２１号公報

本発明は、上記事情に鑑み、上記の問題を解決したバネ加圧ユニットおよびそのバネ加圧ユニットに用いられる嵌合ワッシャを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のバネ加圧ユニットは、
互いに螺合する雌雄のネジの各一方がそれぞれに形成され締結完了時に所定長の軸が形成される一対のネジ部材と、
上記軸を巻回した状態に配置されるスプリングと、
上記スプリングの一端に配置され上記一対のネジ部材の締結後に上記スプリング側に押されてそのスプリングを圧縮させる押圧部材と、
上記押圧部材を、その押圧部材がスプリングを圧縮させた状態に支持する支持部材とを備えたことを特徴とする。

本発明のバネ加圧ユニットの場合、押圧部材がネジ部材の締結後にスプリングを圧縮させるものであるため、ネジ部材を締結（螺合）させている途中では、ネジ山などに強い力をかけずに済み、金属粉の発生が防止され、その金属粉の発生による事故も防止される。

ここで、上記本発明のバネ加圧ユニットにおいて、径を減じる方向に弾性変形する内ワッシャと、その内ワッシャが径を減じる方向に弾性変形した状態で嵌入する開口を有する外ワッシャとからなる嵌合ワッシャが上記スプリングの一端に配置され、上記一対のネジ部材の締結後に外ワッシャがスプリング側に押されてそのスプリングを圧縮させることにより外ワッシャが上記押圧部材として作用し、外ワッシャがスプリング側に押された結果内ワッシャが外ワッシャの開口から外れて径を広げ外ワッシャをスプリングを圧縮させた状態に支持することにより内ワッシャが上記支持部材として作用するものであることが好ましい。この場合に、上記一対のネジ部材のうちの一方が、嵌合ワッシャが配置される部分に、径が縮小した嵌合ワッシャ配置部を有することが好ましい。

あるいは、上記本発明のバネ加圧ユニットにおいて、上記スプリングの一端にキー穴付きのワッシャが配置されるとともに、上記一対のネジ部材のうちの一方がそのワッシャに隣接して上記軸よりも太径の頭部であってキー穴に嵌入する突部が形成された頭部を有し、上記一対のネジ部材の締結後にワッシャがスプリング側に押されキー穴への突部の嵌入から解放されて上記軸の回りに回されることにより、上記ワッシャが押圧部材として作用するとともに上記突部が支持部材として作用するものであることも好ましい形態である。

さらに、上記本発明のバネ加圧ユニットにおいて、上記押圧部材に隣接した位置に上記一対のネジ部材のうちの一方に回動自在に軸支され上記一対のネジ部材の締結後に回動されて押圧部材を押しその押圧部材を押した状態で安定する、上記支持部材として作用するレバー部材を備えた形態も好ましい形態である。

また、上記目的を達成する本発明の嵌合ワッシャは、径を減じる方向に弾性変形する内ワッシャと、その内ワッシャが径を減じる方向に弾性変形した状態で嵌入する開口を有する外ワッシャとを備えたことを特徴とする。

この嵌合ワッシャにおいては、内ワッシャが、外ワッシャから外れた状態において、厚み方向に、その外ワッシャの開口径よりも細径からその開口径よりも太径に至るテーパ状の外径を有するものであることが好ましい。

本発明によれば、金属粉の発生が防止され、また作業性も向上する。

従来のバネ加圧ユニットを備えたパッケージユニットの概略図である。 本発明の第１実施形態としてのバネ加圧ユニットの概念図である。 嵌合ワッシャの構造を示す図である。 嵌合ワッシャの変形例を示す図である。 一対のネジ部材のうちの一方のネジ部材の変形例を示す図である。 一対のネジ部材のうちの一方のネジ部材の、もう１つの変形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態のバネ加圧ユニットの概念図である。 図７に示すバネ加圧ユニットに用いられているワッシャを示す図である。 図７に示すバネ加圧ユニットを構成する軸の頭部の下面を示す図である。 本発明の第３の実施形態のバネ加圧ユニットの概念図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図２は、本発明の第１実施形態としてのバネ加圧ユニットの概念図である。

この図２に示すバネ加圧ユニット１１０は、例えば図１に示す雌ネジ部材６１と雄ネジ部材６２のような一対のネジ部材７１ａ，７１ｂの締結（螺合）が完了した後の状態を示したものであり、一対のネジ部材７１ａ，７１ｂの締結により形成された軸７１と、その軸７１を巻回する状態に配置されたコイルスプリング８０と、そのコイルスプリング８０の一端に配置された嵌合ワッシャ９０が示されている。この嵌合ワッシャ９０は、コイルスプリング８０と太径の頭部７２とに挟まれている。また、コイルスプリング８０は、頭部７２基台８２とに挟まれている。

図３は、嵌合ワッシャの構造を示す図である。

この嵌合ワッシャ９０は、図３（Ａ）に示す形状の内ワッシャ９１と、図３（Ｂ）に示す形状の外ワッシャ９２とから構成されている。

図３（Ａ）に示すように、内ワッシャ９１は、円環の一部を欠いて切欠部９１ａが形成された形状を有し、矢印Ｃ−Ｃ方向、すなわちその切欠部９１ａを狭めて円環の径を減じる方向に弾性変形させ、その状態で、図３（Ｂ）に示す円環形状の外ワッシャ９２の開口９２ａに嵌め込む。

図３（Ｃ）は嵌合ワッシャ９０を示しており、外ワッシャ９２の開口９２ａに、内ワッシャ９１が弾性変形したまま嵌入した状態となっている。

図２に戻って説明を続ける。

図２（Ａ）は、一対のネジ部材７１ａ，７１ｂの締結が完了した直後の状態を示しており、この状態から、例えば図示しない治具等を用いて、内ワッシャ９１を残したまま、外ワッシャ９２を、矢印Ａ−Ａ方向、すなわち、コイルスプリング８０側に押す。すると、図２（Ｂ）に示すように、内ワッシャ９１が外ワッシャ９２の開口９２ａ（図３（Ｂ）参照）から外れて外側（矢印Ｂ−Ｂ方向）に径を広げ、外ワッシャ９２が内ワッシャ９１に当たって元の位置に戻れなくなり、外ワッシャ９２がコイルスプリング８０を押した状態のままとなる。

従って、バネ加圧ユニット１１０を（軸７１の長さ、コイルスプリング８０の長さ嵌合ワッシャ９０の厚さやコイルスプリング８０のバネ定数等を設計、製造時に調節した上で）図１に示すパッケージユニット１００に適用すると、締結作業中はコイルスプリングを圧縮させずに螺合させることができるため金属粉の発生や作業者への悪影響が低減され、嵌合作業終了後に所定の押圧力を発生させることができる。

ここで、図１に示すパッケージユニット１００の場合、典型的には４隅がネジ止めされており、図１に示す従来技術の場合はネジ止め作業中にコイルスプリング６３の収縮による押圧が生じるためその４隅にあるネジ部材を何回にも分けて少しずつ均等に縮めていく必要があり，作業性が悪い。

これに対し、図２に示すバネ加圧ユニット１１０を採用すると、ネジ部材の締結時にはコイルスプリング８０による押圧力は生じないため４隅のネジ部材を１つずつ順番に最後まで締めることができ、その後治具等を用いて、対角の２つ、あるいは４隅の４つの嵌合ワッシャ９０の外ワッシャ９２を押し下げればよく、作業性が大きく向上する。

図４は、嵌合ワッシャの変形例を示す図である。

ここに示す嵌合ワッシャ９０’を構成する内ワッシャ９１’の外径はテーパ状に形成されている。

ここでは、内ワッシャ９１’は外ワッシャ９２の開口９２ａに配置された状態が示されているが、内ワッシャ９１’まだ、その内ワッシャ９１’の外径を減じる方向に圧縮される前の状態にある。すなわち、この内ワッシャ９１’の外径は、外ワッシャ９２の開口９２ａの径よりも細径からその開口９２ａの径よりも太径に至るテーパ状となっている。図３に示す構造の嵌合ワッシャ９０の場合、図２（Ｂ）に示すようにして使用した後、例えば図１に示すパッケージユニット１００において半導体パッケージ３０を交換する必要を生じた場合など、何らかの理由でネジ部材の締結を一旦取り外すと、内ワッシャ９１が外ワッシャ９２から外れていて内ワッシャ９１を外ワッシャ９２に再度嵌合させるのは大変であるため再利用が難しく、結局１回限りの使い捨てとなる。

これに対し、図４に示す構造の嵌合ワッシャ９０’の場合、内ワッシャ９１’が外ワッシャ９２から外れていても容易に再嵌合させることができ、再利用が可能となる。

図５は、一対のネジ部材のうちの一方のネジ部材の変形例を示す図である。

この図５は、図１に示す雌ネジ部材６１の変形例に相当するものであり、軸７１に嵌合ワッシャ９０を嵌めた状態で、その軸７１が例えば樹脂製の筒８３が圧入されており、その結果、嵌合ワッシャ９０が配置された部分に、径が縮小した嵌合ワッシャ配置部７３が形成されている。コイルスプリングはその筒８３をの回わりに配置される。

この筒８３の外径は、嵌合ワッシャ９０のうちの内ワッシャ９１の内径よりも太く、外ワッシャ９２の開口径よりも細くなっている。

このような、細径の嵌合ワッシャ配置部７２を形成したことにより、１つにはこのネジ部材をもう一方のネジ部材に締結する作業を行なう際に嵌合ワッシャ９０がこのネジ部材から抜け落ちるのが防止されて作業性が向上し、さらに、図２（Ａ）に示すように外ワッシャ９２を押し下げたときに内ワッシャ９１が筒８３にぶつかってその位置に自動的にとどまり、この点でも作業性が向上する。

図６は、一対のネジ部材のうちの一方のネジ部材（図１に示す雌ネジ部材６１に相当するネジ部材）の、もう１つの変形例を示す図である。

この図６に示すネジ部材は、そのネジ部材自体の、図５に示すネジ部材の軸がに圧入された筒８３に相当する部分が、その筒８３に相当する分だけ太径となっている。このため、このネジ部材を用いた場合も、図５に示すネジ部材と同一の作用が期待できる。

尚、この図６に示す構造において細径となっている嵌合ワッシャ配置部７３に嵌合ワッシャ９０を配置するには、例えば内ワッシャ９１の内径を弾性的に押し広げてその内ワッシャ９１のみ先に嵌合ワッシャ配置部７３に配置し、その後、治具を用いて、内ワッシャ９１の径を縮小する方向に押しながら外ワッシャ９２を嵌合ワッシャ配置部７３に配置すればよい。

図７は、本発明の第２実施形態のバネ加圧ユニットの概念図である。

ここでは、図２に示す第１実施形態のバネ加圧ユニット１００の要素と同一の要素には同一の符号を付して示し相違点について説明する。

この図７に示すバネ加圧ユニット１２０には、コイルスプリング８０の一端に、キー穴９３ｂ付きワッシャ９３が配置されており、そのキー穴９３ｂには、頭部７２’の下部に形成された突部７２ａが嵌入している。

図８は、図７に示すバネ加圧ユニットに用いられているワッシャ、図９は、図７に示すバネ加圧ユニットの頭部の下面を示す図である。

図８に示すワッシャ９３には、図７に示す軸７１が貫通する円形の開口９３ａと、その開口９３ａにつながるキー穴９３ｂが形成されており、図７（Ａ）に示す状態では、キー穴９３ｂに、図９に示す頭部７２’の下面に設けられた突部７２ａが嵌入している。

図７に戻って説明を続ける。

図７（Ａ）は、一対のネジ部材の締結が完了した直後の状態を示しており、この状態から、例えば図示しない治具等を用いて、ワッシャ９３を、矢印Ａ−Ａ方向、すなわち、コイルスプリング８０側に押してキー穴９３ｂ（図８参照）と頭部７２’の突部７２ａとの嵌合を外し、さらにこのワッシャ９３を９０°回転させる。すると、図７（Ｂ）に示すように、ワッシャ９３が頭部７２’の突部７２ａに当接して元の位置に戻れなくなり、ワッシャ９３がコイルスプリング８０を押し縮めたままの状態となる。

したがって、図２に示すバネ加圧ユニット１１０の場合と同様、この図７に示す構造のバネ加圧ユニット１２０を、（軸７１の長さ、コイルスプリング８０の長さ、その他のパラメータを設計、製造時に調節した上で図１に示すパッケージユニット１００に適用すると、締結作業中はコイルスプリングを圧縮させずに螺合させることができるため金属粉の発生や作業者への悪影響が低減され、また作業性も向上する。

尚、ここでは、図８に示すように、ワッシャ９３のキー穴９３ｂに対し９０°回転した位置には何も設けられていないが、その位置にキー穴９３ｂから外れた頭部７２’の突部７２ａが軽く入り込む溝を形成し、ワッシャ９３がその位置から容易には回転しないようにしてもよい。

図１０は、本発明の第３実施形態のバネ加圧ユニットの概念図である。

ここでも、図２に示す第１実施形態のバネ加圧ユニット１１０の要素と同一の要素には同一の符号を付して示し、相違点について説明する。

この図１０に示すバネ加圧ユニット１３０には、コイルスプリング８０の一端に押圧部材９４が配置されており、その押圧部材９４の上には、軸７１に軸支されたレバー部材９５が配置されている。ここで、押圧部材９４には軸７１が貫通する開口が形成されており、レバー部材９５は、図１０（Ａ）に示す姿勢と図１０（Ｂ）に示す姿勢との間で回動自在となっている。ただし、このレバー部材９５は、図１０（Ｂ）に示す姿勢で安定し、特に力を加えない限り、図１０（Ｂ）に示す姿勢から図１０（Ａ）に示す姿勢に向けて回動しない形状となっている。

図１０（Ａ）は、一対のネジ部材７１ａ，７１ｂの締結が終了した直後の状態を示しており、この状態からレバー部材９５を矢印Ｄ方向に回わすと押圧部材９４が矢印Ｅ方向に移動しコイルスプリング８０を押して収縮させ、図１０（Ｂ）に示す姿勢で安定する。

この図１０に示す構成によっても、図２，図７に示す第１、第２実施形態と同じ作用が期待できる。

Claims (7)

1. 互いに螺合する雌雄のネジの各一方がそれぞれに形成され締結完了時に所定長の軸が形成される一対のネジ部材と、
   前記軸を巻回した状態に配置されるスプリングと、
   前記スプリングの一端に配置され前記一対のネジ部材の締結後に該スプリング側に押されて該スプリングを圧縮させる押圧部材と、
   前記押圧部材を、該押圧部材が前記スプリングを圧縮させた状態に支持する支持部材とを備えたことを特徴とするバネ加圧ユニット。
2. 径を減じる方向に弾性変形する内ワッシャと、該内ワッシャが径を減じる方向に弾性変形した状態で嵌入する開口を有する外ワッシャとからなる嵌合ワッシャが前記スプリングの一端に配置され、前記一対のネジ部材の締結後に該外ワッシャが該スプリング側に押されて該スプリングを圧縮させることにより該外ワッシャが前記押圧部材として作用し、該外ワッシャが該スプリング側に押された結果該内ワッシャが該外ワッシャの開口から外れて径を広げ該外ワッシャを該スプリングを圧縮させた状態に支持することにより該内ワッシャが前記支持部材として作用するものであることを特徴とする請求項１記載のバネ加圧ユニット。
3. 前記一対のネジ部材のうちの一方が、前記嵌合ワッシャが配置される部分に、径が縮小した嵌合ワッシャ配置部を有することを特徴とする請求項２記載のバネ加圧ユニット。
4. 前記スプリングの一端にキー穴付きのワッシャが配置されるとともに、前記一対のネジ部材のうちの一方が該ワッシャに隣接して前記軸よりも太径の頭部であって該キー穴に嵌入する突部を有する頭部を有し、前記一対のネジ部材の締結後に前記ワッシャが該スプリング側に押され該キー穴への該突部の嵌入から解放されて前記軸の回りに回されることにより、該ワッシャが前記押圧部材として作用するとともに前記突部が前記支持部材として作用するものであることを特徴とする請求項１記載のバネ加圧ユニット。
5. 前記押圧部材に隣接した位置に前記一対のネジ部材のうちの一方に回動自在に軸支され前記一対のネジ部材の締結後に回動されて前記押圧部材を押し該押圧部材を押した状態で安定する、前記支持部材として作用するレバー部材を備えたことを特徴とする請求項１記載のバネ加圧ユニット。
6. 径を減じる方向に弾性変形する内ワッシャと、
   前記内ワッシャが径を減じる方向に弾性変形した状態で嵌入する開口を有する外ワッシャとを備えたことを特徴とする嵌合ワッシャ。
7. 前記内ワッシャが、前記外ワッシャから外れた状態において、厚み方向に、該外ワッシャの開口径よりも細径から該開口径よりも太径に至るテーパ状の外径を有するものであることを特徴とする請求項６記載の嵌合ワッシャ。
   

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