ミニチュアファスナーが小型パッケージの中で果たす大きな役割
より薄い素材で構成された小型かつ軽量なパッケージを実現することは設計エンジニアのゴールですが、ハードウェアがその妨げになることがあります。コンパクトな設計では、ハードウェアを配置・設置するための「領域」が狭くなり、薄い素材では、ハードウェアが長期間にわたってしっかりと固定される能力が低下するからです。加えて、作業に応じて最適な方法を選択することも重要です。
接着剤や溶接といった従来の「永久」な固定方法では、今日のハイテク製品界で重要とされている製品分解を行うことができません。また、溶接の場合、ガスや焼損が発生し、複雑な電極やパイロットを必要とするため、生産が滞ることもあります。さらに、従来のメカニカルファスナーにも、再利用性や保持力が低いシートメタルスクリューなど、性能に難点があるものがあります。
このような新たな課題を解決するために生まれたのが、全く新しい世代のセルフクリンチングタイプの「ミニチュア」ネジファスナーです。このファスナーは、従来の締結方法にはない性能とサービス上の利点を備えており、迅速かつ恒久的に取付けられ、追加のハードウェアの必要性を最小限に抑え、アクセス性と保守性を促進します。
ミニチュアの型式や様式の多くは、電子機器から航空宇宙産業に至るまで、制限の厳しい分野でのアプリケーションに適しています。いずれの製品も、非常に薄い(中には「極薄」タイプもあります)金属板に、強力で永久的、かつ再利用可能なネジ山を提供します。通常、おねじやナットだけで取付けを完了させることができます。
これらのファスナーは組立工程が少なく、シートメタルスクリューよりも保持力があり、特に小型部品組立に有利な利点があります。例えば、スペースを最大限に活用するために端に近い場所に取付けることを促進するタイプや、薄い材料を扱う際に発生する問題を解決するタイプもあります。
ファスナープロファイル
現代の設計者は、小さなパッケージの組立てでも大胆な構想を立てることができるようになりました。ここでは、小型化が進む部品組立の世界で働く人たちのために、「ミニチュア」ネジ式のセルフクリンチングファスナーソリューションを紹介します。
- セルフクリンチングロック/非ロック式ナット:このシリーズは、非常に小さなネジ山サイズ(#0-80またはM2)とフットプリントを特徴としており、.019″/0.76mmの薄さのアルミニウムやスチール板に取り付けることが可能です。ロックタイプの上部は(丸ではなく)楕円形に絞られており、おねじの周囲に締め付け作用を加え、NASM25027のロッキングトルク要件を満たしています。ロックタイプと非ロックタイプともにローレットカラーを備えており、ファスナーの取り付け時に金属シートに完全に埋め込まれ、回転を防止します(ローレットの回転抵抗は、発揮できるトルクを上回ります)。変位したシート材がカラー下のアンダーカットの空洞を満たすため、最大420lb/1868Nの値の押し出し抵抗を実現することができます。これらのファスナーには通常、ドライフィルム潤滑剤が付属しており、焼き付きなくスムーズにトルクを提供します。ネジのサイズとシート材によっては、最大110lb(12.43Nom)のトルクアウト値を実現できます。
- 超薄板用セルフクリンチングナット:通常のクリンチナットに比べ、薄型で超薄板の端に50%まで接近して取り付けることができます。ナットの直径(.220″/5.6mm)と高さ(.065″/1.4mm)は、低プロファイルとアセンブリ内のスペースの最大使用に貢献します。これらのナットは一度取り付けられると(0.025″/0.64mmまでの薄さに対応)、2-56やM2と同サイズの永久ネジ山を提供します。
- 低変位セルフクリンチングスタッド:こちらのタイプもエッジの近くに取り付けることが可能です。ネジのサイズにもよりますが(最小で#2-56またはM2)、金属板の端が膨らむことなく、標準のクリンチングスタッドより25%~50%近い距離で設置することが可能です(ヘッドと全体的なデザインの両方が要因です)。0.040″/1mmまでの薄いアルミニウムやスチールシートに取付けるとフラッシュヘッドアセンブリが形成され、スタッドはしっかりと固定されます。
- 薄板用セルフクリンチングスタッド:非フラッシュ式のスタッド(ネジサイズ:#2-56、M2)は、0.020″/0.51mm以下の薄いアルミニウムまたはスチール板に取付けることができます。低変位ヘッドスタッドと同様に、十分なトルクアウトとプッシュアウト抵抗でロックされます。また、頭部が面一にならないため、フラッシュヘッドスタッドに比べ、半分の厚さの金属板でも、端に近い取付けが可能です。
- 超薄板用セルフクリンチングスペーサー:このタイプのファスナーの主な機能は、極薄の金属板から作られた部品をしっかりと積み上げたり、間隔を空けたりできるようにすることです。0.025″/0.63mmという薄さのアルミニウムやスチール板にも使用でき、さまざまな長さと小型サイズのネジ(#2-56、M2)にも対応できます。
ファスナーの取付け
ミニチュアセルフクリンチングファスナーは、他の方法では確実な締結ができないほど薄い板金で、優れた引き抜きとトルク負荷が要求される場合に使用されます。このファスナーは、タップ加工が不可能な薄さの板金にも確実に機能し、押し出し/タップ加工やスタンプ加工されたネジの代替品として優れたねじ切りとして機能します(ミニチュアセルフクリンチングファスナーは一般に、部品を簡単に交換する必要があり、緩いナットやハードウェアにアクセスできないような場合に選択されるべきソリューションです)。
ファスナーは、所定の力に調整された平行作用のプレスを使用して、適切なサイズのドリルまたはパンチ穴の所定の位置にそれらを押すことによって取付けられます。プレスまたはスクイーズプロセスにより、変位したパネル材料がファスナーのシャンクまたはパイロットの特別に設計された環状凹部に常温で流れ込み、ファスナーが所定の位置に固定されます。ファスナーの種類によっては、鋸歯状のクリンチリング、ナール、リブ、六角形のヘッドが、相手側のネジやナットに締め付けトルクがかかったときにファスナーが金属内で回転しないようにします。
その結果、ミニチュアセルフクリンチングファスナーは、パネル、シャーシ、ブラケット、またはそれらがインストールされている他のコンポーネントの永久的かつ不可欠な部品となります。
大量生産する場合は、手動ではなく、自動化されたプレスを検討することができます。自動プレス機の中には、パンチやドリルで開けた板金の穴にセルフクリンチングファスナーを自動的に送り込み、平行に押し込む力で正しく固定するように設計されたものがあります。供給速度は手動挿入の6倍まで速く、絞り動作は、シートの厚さ、硬さ、ファスナーの高さの変化を補正するために調整可能です。
また、金型内ファスナー供給装置の大幅な進化により、インストーラーも新たな選択肢を得ることができました。プレス機(または適切な金型)と連動してファスナーの供給と取付けを行うシステムが開発され、ファスナーの挿入に通常必要な二次加工が不要になりました。これにより、金型内でスタンピングとファスナーの取付けという2つの作業を同時に行うことができるようになりました。
ファスナーの信頼性
ミニチュアセルフクリンチングファスナーを取付けた後、その使用における信頼性は、適切なサイズの穴、ホストシートの厚さと硬さ、適切な取付け手順、ファスナー自体の設計と品質から始まる多くの要因に依存します。
セルフクリンチングファスナーには、使用上の信頼性を判断するための3つのテストがあります。1つ目は、ファスナーがシート内で回転しないかどうかを判定するトルクアウト試験です。この試験は、ファスナーの頭部で行われることが多く、相手側のネジやナットの究極のねじり強度を超える値を示すことがあります。
二つ目の信頼性指標であるプッシュアウト値は、ファスナーの取付け方向と反対方向への軸抵抗を示し、ファスナーの取付けに使用した力のおよそ5~10%である必要があります。
最後の試験は、チャンピングトルクをかけたときにファスナーが金属板を貫通する抵抗力を示すトルクスルーです。
多くの製造市場と同様に、ファスナーメーカーも会社によって信頼性、品質、設置コスト、製品に大きな差があります。
品質の高いファスナーの生産は、優れたエンジニアリングの研究、設計、開発、およびテストから始まります。ファスナー製造のあらゆる面で精度が必要であり、特に小型のタイプには重要です。寸法精度と一貫性が重要であり、これが欠けていると、ファスナー取付け時にパネル、シャーシ、または基板が不合格となります。また、部品に微細な寸法差があると、自動化された設備に不具合が生じ、ダウンタイムや生産時間が長くなってしまいます。
製品設計者は、パッケージや部品を設計する前にサプライヤーのサポートを利用する時間を取り、設計の初期段階でサプライヤーのリソースを利用して、アプリケーションに最適なファスナーを開発することが望ましいでしょう。