JP7241726B2 - 面実装ナットおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面実装ナットおよびその製造方法に関する。

従来、例えば基板同士を連結する用途等に面実装ナットが利用されている。面実装ナットにはネジ穴が設けられており、一方の連結対象にはんだ付けで固着しておくとともに、他方の連結対象をネジ止めすることにより、双方を連結することが可能である。特許文献１には、電子機器の印刷配線基板に装着される面実装ナットにおいて、該面実装ナットのネジ孔を含む下面にフィルムシートを貼着したものが開示されている。

特開2007-35992号公報

面実装ナットを用いて連結対象をネジ止めし易くするためには、面実装ナットと当該連結対象の接触面積を大きくすることが望ましい。また、面実装ナットと当該連結対象の接触面積を大きくすれば、これら双方間の電気抵抗を小さくしたり、放熱特性を向上させたりする点でも有利となる。

但し、面実装ナットの径方向サイズを全体的に大きくすると、面実装ナットが重くなり過ぎてしまい、これを用いた製品の軽量化が阻害されるといった問題が生じ得る。本発明は上述した問題に鑑み、ネジ止めする連結対象との接触面積を大きくしながらも、製品の軽量化等に有利となる面実装ナット、およびその製造方法の提供を目的とする。

本発明に係る面実装ナットは、上方に開口したネジ穴を内側に有する胴体部を備え、はんだ付けにより下面部を実装面に固着可能とした面実装ナットであって、前記胴体部の上端部から径方向へ突出したフランジ部を備えた構成とする。本構成によれば、ネジ止めする連結対象との接触面積を大きくしながらも、製品の軽量化等に有利となる。

上記構成としてより具体的には、前記フランジ部の外周部の一部から斜め上方へ伸びるスプリング部を有し、前記ネジ穴を用いてネジ止めされる連結対象に押されることにより、前記スプリング部が下方へ撓むように形成された構成としても良い。本構成によれば、ネジの緩みを極力抑えることが可能となる。

上記構成としてより具体的には、前記胴体部の下端部から径方向へ突出した底面拡張部を備え、はんだ付けにより、前記胴体部および前記底面拡張部の下面を含む前記下面部を前記実装面に固着可能とした構成としても良い。本構成によれば、はんだ付けの剥離強度等の面で有利となる。

上記構成としてより具体的には、前記底面拡張部の外周部の下面の一部を、上側へ凹ませた構成としても良い。また上記構成としてより具体的には、前記ネジ穴の下方を閉鎖する閉鎖部を備え、はんだ付けにより、前記胴体部、前記底面拡張部、および前記閉鎖部の下面を含む前記下面部を前記実装面に固着可能とした構成としても良い。本構成によれば、はんだ付けの剥離強度等の面で更に有利となる。

また本発明に係る製造方法は、上記構成の面実装ナットの製造方法であって、金属板材に下方への絞りプレス加工を施して前記胴体部を形成する工程と、前記胴体部の下端に冷間鍛造プレス加工を施して前記底面拡張部を形成する工程と、を含む方法とする。

本発明に係る面実装ナットによれば、ネジ止めする連結対象との接触面積を大きくしながらも、製品の軽量化等に有利となる。また本発明に係る面実装ナットの製造方法によれば、底面拡張部を有する本発明の面実装ナットを効率良く製造することが可能となる。

第１実施形態に係る面実装ナット１０１の斜視図である。 面実装ナット１０１を用いて実装基板に接続基板を連結済みとした状態の説明図である。 図２に示す状態の分解斜視図である。 貫通孔の側壁とネジの間の隙間に関する説明図である。 面実装ナット１０１についての説明図である。 第２実施形態に係る面実装ナット１０２の斜視図である。 面実装ナット１０２に関するネジを締める前の状態の説明図である。 面実装ナット１０２に関するネジを締めた後の状態の説明図である。 第３実施形態に係る面実装ナット１０３の斜視図である。 はんだ付けによって実装基板に固着した面実装ナット１０３の説明図である。 第４実施形態に係る面実装ナット１０４の斜視図である。 面実装ナット１０４の正面図である。 面実装ナット１０４の平面図である。 絞りプレス加工が施された金属板材５００の斜視図である。 絞りプレス加工が施された金属板材５００の平面図である。 絞りプレス加工が施された金属板材５００の正面図である。 第２工程に関する説明図である。

本発明の各実施形態に係る面実装ナット（リフローナット）について、各図面を使用して以下に説明する。なお、面実装ナットについての上下方向はそのネジ穴の軸方向に一致し、ネジ穴の開口する側（ネジが嵌め込まれる側）を上側とする。また以下に説明する各断面図は、ネジ穴の中心軸を含む平面で切断した場合の断面図とする。

１．第１実施形態
まず本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る面実装ナット１０１の斜視図である。図１に示すように面実装ナット１０１は、胴体部１１、フランジ部１２、底面拡張部１３、ネジ穴１４、および閉鎖部１５を有する。面実装ナット１０１は、金属板材にプレス加工等を施して形成されている。

胴体部１１は、上方に開口したネジ穴１４を内側に有しており、ネジ穴１４の下方は閉鎖部１５によって閉鎖されている。胴体部１１は概ね、上下を軸方向とした有底の円筒状に形成されており、外径寸法はほぼ均一である。

フランジ部１２は、胴体部１１の上端部から径方向へ突出するように形成されている。本実施形態の例では、フランジ部１２は、胴体部１１の上端部全周からほぼ均等に径方向へ突出するように形成されており、外周縁は上方視で概ね円形である。胴体部１１とフランジ部１２の上面は一体となって、一つの連続した平面である上面部２１を形成している。

底面拡張部１３は、胴体部１１の下端部から径方向へ突出するように形成されている。本実施形態の例では、底面拡張部１３は、胴体部１１の下端部全周からほぼ均等に径方向へ突出するように形成されており、外周縁は下方視で概ね円形である。胴体部１１、底面拡張部１３、および閉鎖部１５の下面は一体となって、一つの連続した平面である下面部２２を形成している。

面実装ナット１０１の使用方法の一例について、図２および図３を参照しながら、実装基板３００に、貫通孔４０１を設けた接続基板４００を連結する例を挙げて説明する。なお図２は、面実装ナット１０１を用いて実装基板３００に接続基板４００を連結済みとした状態を表し、図３は、図２に示す状態の分解斜視図を示している。

面実装ナット１０１はまず、はんだ付けによって、下面部２２が実装基板３００の上面（実装面）に固着される。その後、ネジ穴１４の上に貫通孔４０１が位置するようにして、接続基板４００が上面部２１の上にセットされる。このセットされた状態にて、接続基板４００の上からネジ２００をネジ穴１４に挿入してネジ２００を締める。これにより、接続基板４００はネジ止めによって面実装ナット１０１の上面部２１に固定される。

ここで実装基板３００と面実装ナット１０１の固着に着目すると、はんだ付けによって当該固着が実現されるため、例えば面実装ナット１０１をネジ止めするための孔を実装基板３００に設ける必要がない。そのため、当該孔を設けるための実装基板３００における部品実装等の制限は生じず、製品設計の自由度が向上する。

また、面実装ナット１０１では、胴体部１１、底面拡張部１３、および閉鎖部１５の下面が一体となった下面部２２のほぼ全体が実装基板３００にはんだ付けされる。そのため、例えば胴体部１１の下面のみ、或いは、胴体部１１と閉鎖部１５の下面のみがはんだ付けされる場合に比べて、はんだ付けされる面積が大きくなり、はんだ付けの剥離強度（剥がれ難さ）が向上する。更に、面実装ナット１０１と実装基板３００の接触面積が大きくなることから、これら双方間の電気抵抗を小さくしたり、放熱特性を向上させたりすることも可能である。これらの部品がスマートフォン等の通信機器に搭載される場合は、電気抵抗を極力小さくしてグランド（接地）性能を向上させるようにすることも可能であり、高周波帯域のノイズ削減にも効果を発揮する。

また、接続基板４００と面実装ナット１０１の間の連結状態に着目すると、面実装ナット１０１では、胴体部１１とフランジ部１２の上面が一体となった上面部２１のほぼ全体が接続基板４００に接触する。そのため、例えば胴体部１１の上面のみが接触する場合に比べて、面実装ナット１０１と接続基板４００の接触面積が大きくなることから、これら双方間の電気抵抗を小さくしたり、放熱特性を向上させたりすることも可能である。これらの部品がスマートフォン等の通信機器に搭載される場合は、電気抵抗を極力小さくしてグランド（接地）性能を向上させるようにすることも可能であり、高周波帯域のノイズ削減にも効果を発揮する。

更に面実装ナット１０１は、フランジ部１２を設けたことにより、接続基板４００の位置ずれの許容範囲を大きくすることが可能となっている。より具体的に説明すると、フランジ部１２を設けたことにより、その分、接続基板４００の貫通孔４０１を大きくしても、接続基板４００を適切にネジ止めすることが可能となる。そして貫通孔４０１の直径をネジ２００の直径より大きくしておき、貫通孔４０１の側壁とネジ２００の間に隙間をもたせることにより、その分、接続基板４００の位置ずれを許容することが出来る。例えば貫通孔４０１の直径を2.3mmとしてM1.4のネジ２００を適用した場合、図４の断面図に示すように隙間が生じ、その分だけ接続基板４００が水平方向に位置ずれしていても、接続基板４００を適切にネジ止めすることが可能である。

なお面実装ナット１０１の形状やサイズは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であり、特に限定されるものではない。図５は、面実装ナット１０１の具体的形態の一例について、正面図、平面図、底面図、側面図、およびＸ－Ｘ断面図（正面図に示すＸ－Ｘ断面の図）を表している。

図５に示す例では、面実装ナット１０１全体の上下方向サイズＳ１は1.8mm程度、フランジ部１２の上下方向サイズＳ２は0.4mm程度、底面拡張部１３の上下方向サイズＳ３は0.5mm程度となっている。フランジ部１２の径方向サイズ（直径）Ｓ４は3.2mm程度、底面拡張部１３の径方向サイズＳ５は3mm程度となっている。なお、胴体部１１の径方向サイズは、フランジ部１２や底面拡張部１３の径方向サイズよりも小さく、2.3mm程度となっている。閉鎖部１５の厚みＳ６は0.1mm程度となっている。ネジ穴１４は、M1.4のサイズで形成されており、その有効ネジ長さＳ７は0.75mm程度となっている。

２．第２実施形態
次に本発明の第２実施形態について説明する。なお以下の説明では、第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、共通する事項については説明を省略することがある。

図６は、第２実施形態に係る面実装ナット１０２の斜視図である。本図に示すように面実装ナット１０２は、フランジ部１２の外周部の一部から斜め上方へ伸びるスプリング部１６を有する。本実施形態の例では、スプリング部１６は、フランジ部１２の外周部における２箇所（ネジ穴１４の中心軸を挟んで互いに対向する箇所）のそれぞれから、斜め上方へ伸びている。

ここで、面実装ナット１０２を用いて実装基板３００に接続基板４００を連結する過程について説明する。図７の断面図はネジ２００を締める前の状態を表し、図８の断面図はネジ２００を締めた後の状態を表している。

図７に示す状態からネジ２００を締めていくと、ネジ締めの力によってスプリング部１６が接続基板４００に押されて下方へ撓み、ネジ２００を締めた後もスプリング部１６の撓みは維持される。このように面実装ナット１０２は、ネジ穴１４を用いてネジ止めされる接続基板４００（連結対象）に押されることにより、スプリング部１６が下方へ撓むように形成されている。これにより、スプリング部１６はスプリングワッシャーと同様にネジの緩み止めの機能を有し、ネジ２００の緩みを極力抑えることが可能となる。

３．第３実施形態
次に本発明の第３実施形態について説明する。なお以下の説明では、第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、共通する事項については説明を省略することがある。

図９は、第３実施形態に係る面実装ナット１０３の斜視図である。本図に示すように面実装ナット１０３は、底面拡張部１３の外周部の下面の一部を、上側へ凹ませた構成となっている。本実施形態の例では、底面拡張部１３の外周部における等間隔に離れた４箇所それぞれに、下面部２２を上側へ凹ませた端部凹み部１３ａが設けられている。

図１０の断面図は、はんだ付けによって実装基板３００に固着した面実装ナット１０３を表している。面実装ナット１０３は端部凹み部１３ａを設けたことにより、はんだ付けを実施する際に、下面部２２と実装基板３００の間に存在している空気が、端部凹み部１３ａを介して外部へ抜け易くなっている。これにより、はんだ付けの際に気泡が含まれる事態を極力防ぐことができ、はんだ剥離強度の向上の面で有利となる。

更に端部凹み部１３ａを設けたことによって、その分、面実装ナット１０３へのはんだの付着面積が増大する。そのため面実装ナット１０３によれば、端部凹み部１３ａを設けたことにより、この点においても、はんだ剥離強度の向上の面で有利となる。

４．第４実施形態
次に本発明の第４実施形態について説明する。なお以下の説明では、第１実施形態と異なる事項の説明に重点をおき、共通する事項については説明を省略することがある。

図１１は、第４実施形態に係る面実装ナット１０４の斜視図である。また、図１２は面実装ナット１０４の正面図を表し、図１３は面実装ナット１０４の平面図を表している。これらの図に示すように面実装ナット１０４は、底面拡張部１３を省略した点において第１実施形態とは異なっているが、その他については基本的に第１実施形態と同様である。第４実施形態に係る面実装ナット１０４を利用する場合も、底面拡張部１３に関する点を除き、第１実施形態の面実装ナットと同様の利点を享受することが可能である。なお、面実装ナットを金属板材の絞りプレス加工にて製造する場合、第４実施形態は他の実施形態よりも製造工程を簡易化することが可能である。

５．面実装ナットの製造方法
次に各実施形態の面実装ナットの概略的な製造方法について説明する。なおここでは、メッキ処理等については説明を省略する。

先述した第４実施形態の面実装ナット１０４は、薄い平板状である金属板材の絞りプレス加工（深絞り）により比較的簡易に製造することが可能である。図１４は当該絞りプレス加工が施された金属板材５００の斜視図、図１５は当該金属板材５００の平面図、図１６は当該金属板材５００の正面図をそれぞれ示している。このように金属板材５００への下方の絞りプレス加工を施した後、タップを立ててネジ穴１４を設ける加工を施し、図１５に破線で示す箇所で不要な金属板材５００の部分を切断除去して、面実装ナット１０４を得ることが可能である。この製造方法によれば、金属板材５００の元々の平板状の一部を、そのままフランジ部１２として利用することが可能である。

第１実施形態の面実装ナット１０１を製造する場合には、金属板材に下方への絞りプレス加工を施して胴体部１１を形成する第１工程と、当該胴体部１１の下端に冷間鍛造プレス加工を施して底面拡張部１３を形成する第２工程と、を含む製造方法が採用可能である。第１工程は、先述した第４実施形態の面実装ナット１０４の製造方法に準じたものである。第２工程は、胴体部１１の外側面（下側寄りの部分を除く）を外側から掴んで固定しておき、胴体部１１の下端全体に上向きの冷間鍛造プレス加工を施して、胴体部１１の下側寄りの部分を径方向外向きに変形させ、底面拡張部１３を形成する工程である。

第２工程は、例えば図１７（治具Ｚ１およびプレス用具Ｚ２の部分は断面図で示している）に概略的に示すように、治具Ｚ１を用いて胴体部１１の上面を位置決めするとともに、胴体部１１の外側面の全周（下側寄りの部分を除く）を掴んで固定しておき、プレス用具Ｚ２を用いて胴体部１１の下端全体に上向きの冷間鍛造プレス加工を施すようにすれば良い。治具Ｚ１を用いて胴体部１１の外側面を掴んでおくことにより、冷間鍛造プレス加工を行う際に、掴んだ部分が径方向に拡がることを抑え、胴体部１１の下側寄りの部分のみを径方向外向きに変形させ、底面拡張部１３を適切に形成することが可能である。第１および第２工程を行うとともに、タップを立ててネジ穴１４を設ける加工を施し、不要な金属板材の部分を切断除去して、面実装ナット１０１を得ることが可能である。

このように、金属板材に対するプレス加工によって面実装ナットを製造する方法によれば、例えば切削加工によって製造する場合に比べて生産性が良く、面実装ナットを安価に製造することが容易となる。またプレス金型及びタップ工程の部品組み換えにより、各種ネジサイズの面実装ナットを製造することが可能である。

なお第２実施形態の面実装ナット１０２を製造する場合には、第１実施形態の面実装ナット１０１の製造方法に、スプリング部１６を形成するための曲げ加工を行う工程を追加すれば良い。また第３実施形態の面実装ナット１０２を製造する場合には、第１実施形態の面実装ナット１０１の製造方法に、端部凹み部１３ａを形成するための切削加工を行う工程を追加すれば良い。

６．その他
以上に説明したように各実施形態の面実装ナットは、上方に開口したネジ穴１４を内側に有する胴体部１１を備え、はんだ付けにより下面部２２を実装面に固着可能としたものであり、胴体部１１の上端部から径方向へ突出したフランジ部１２を備えている。そのため各実施形態の面実装ナットは、ネジ止めする連結対象との接触面積を大きくしながらも、製品の軽量化等に有利となっている。

また各実施形態の面実装ナットの使用形態として、実装基板３００に接続基板４００を連結する例を挙げて説明したが、本発明に係る面実装ナットの具体的な使用形態は特に限定されない。例えばスマートフォンの構成部品として面実装ナットを使用する場合、実装基板にＢｔｏＢコネクタの浮き上がり防止用カバーを連結する用途で使用しても良く、実装基板にＬＤＳアンテナを連結する用途で使用しても良い。

本発明の構成は、上記各実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

１１ 胴体部
１２ フランジ部
１３ 底面拡張部
１３ａ 端部凹み部
１４ ネジ穴
１５ 閉鎖部
１６ スプリング部
２１ 上面部
２２ 下面部
１０１、１０２、１０３、１０４ 面実装ナット
２００ ネジ
３００ 実装基板
４００ 接続基板

Claims (5)

1. 上方に開口したネジ穴を内側に有する胴体部を備えた一枚の金属板材から成るリフローナットの下面部を、はんだ付けにより実装基板の表面に固着し、
   接続基板に形成したネジ用の貫通孔を介して前記リフローナットのネジ穴にネジを螺合し、前記接続基板を前記胴体部の上端部に固定することにより、前記実装基板に前記接続基板を連結する連結装置であって、
   前記貫通孔の直径は前記ネジ穴の直径より大きく、前記ネジに対して位置ずれ可能な隙間が形成される大きさとし、
   前記リフローナットの胴体部の上端部から径方向へ突出した前記金属板材から成る概ね円形であるフランジ部を設けると共に前記胴体部の下端部から当該胴体部の径方向に突出した底面拡張部を設け、
   前記フランジ部の直径は、前記ネジ穴の直径に、前記貫通孔の直径と前記ネジ穴の直径との差の２倍を少なくとも加えた大きさとし、
   前記底面拡張部の厚さは、前記フランジ部の厚さより厚くしていることを特徴とする連結装置。
2. 前記リフローナットは、前記フランジ部の外周部の一部から斜め上方へ伸びるスプリング部を有し、前記ネジ止めされる前記接続基板に押されることにより、前記スプリング部が下方へ撓むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の連結装置。
3. 前記リフローナットの前記底面拡張部の外周部の下面の一部を、上側へ凹ませて端部凹み部を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の連結装置。
4. 前記端部凹み部の上面は、外方に向かって上向きに傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の連結装置。
5. 請求項１記載の連結装置における前記リフローナットの製造方法であって、
   金属板材に下方への絞りプレス加工を施して前記胴体部を形成する工程と、
   前記胴体部の下端に冷間鍛造プレス加工を施して前記底面拡張部を形成する工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
   

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