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Nov 08, 2023

留め具を使わずに取り外し可能な留め具

Figura 1. In questo esempio di assemblaggio a scatto, gli elastici si agganciano alle parti da fissare

図 1. このスナップフィットアセンブリの例では、部品がスライドするにつれて、組み立てられる部品の弾性ラッチがたわみ、ベースのフックの後ろにスナップして戻ります。 側面に圧力を加えるとインサートを取り外すことができます。

プラスチックのスナップフィット接続については説明の必要はありません。 彼らの設計技術は、何十年にもわたって確立されたエンジニアリングの実践として活用されてきました。 しかし、板金におけるこのような接続の設計と使用は、迅速な組み立てや分解、締結具の排除などの明白な利点にもかかわらず、まだ初期段階にあります。

フックまたはスロットとタブを使用して部品を固定するシート メタル アセンブリは新しいものではありません。 フックまたは同等の構造はスナップフィット接続に関与したままで、1 つを除くすべての自由度で部品を保持します。 その後、フックとラッチの接続が組み込まれ、後戻りを防止し、部品を所定の位置にロックします。 この方法が考案されると、シートメタル、薄肉チューブ、および他の手段で製造されたコンポーネントのさまざまな組み合わせによる一連の固定ソリューションの開発が可能になりました。 以下に、視覚的な参照を提供するためのいくつかの例を示します。

図 1 では、組み立てられる部品の弾性ラッチがたわみ、部品が一緒にスライドするときにベースのフックの後ろにカチッと戻ります。 部品に加わる解放または方向性の力により、ラッチに張力がかかるため、座屈の心配がありません。 ラッチに形成されたオプションのフィンガー ボタンを押すと、手動でリリースできます。

図 2 のベースには弾性ラッチがあり、一緒に押すと部品の「短いエッジ」によってたわみます。 係合位置にスライドすると、ラッチが端の後ろにカチッとはまり、部品が所定の位置にロックされます。

図 3 では、チューブとシート間の標準的なロックされていないバヨネット接続が変更されており、2 つの部分を所定の位置にロックするために使用されています。 これも板金製のカスタムツールを使用してリリースできます。

図 4 は、いくつかのスナップフィット接続を示しています。 フランジ自体の弾性を利用してラッチを形成することができます。 この例では、U 字型セクションが平板のベース プレートとして機能し、それ自体が別のベース プレートに挿入されます。 挿入された平板の底面にある長方形の延長部と穴がツールグリップとして機能し、ドライバーを使用して引き込むことができます。 U セクションは、フランジを一緒に押し込むことによってベース プレートに挿入されます。

図 5 は、射出成形部品をスナップフィット設計に組み込む機能を示しています。 この場合、弾性ラッチを使用して異種材料を取り付けることができます。 機械加工部品にも使用できます。

写真よりもさらに多くの接続が可能です。 シートと薄肉の円形または角形チューブのあらゆる組み合わせが可能です。

組み立ては、スライド移動、スライド回転、手動ラッチの作動、およびまっすぐな挿入によって実行できます。 接続は、手で簡単にアクセスおよび解放できるように、ツールを使用して解放できるように、手の届かない場所に隠したり、アクセスできないように (永久的に) 設計したりできます。

たとえば、図 1 のような接続では、ベースのフックの向きを単に反映するだけで、組み立てられた部品の内側からラッチを解放する動作 (プッシュ) が比較的アクセスしにくくなることで、分解を阻止できます。

図 2. このアセンブリのベースには弾性ラッチがあり、一緒に押すと部品の短いエッジによってたわみます。 部品をスライドさせた後、アセンブリは所定の位置にロックされます。

弾性ラッチは、ベースまたは組み立てられる部品に組み込むことができます。 弾性ラッチのフックは開いたままにすることも (図 1 を参照)、閉じたスロットにすることもできます (図 4 を参照)。 必要な弾性は、シート平面自体を曲げることによって、または慎重な設計により、材料の平面に沿って、または材料の平面内で提供される場合があります。

組み立てを容易にするために必要な遊びを減らすか、完全になくすことができます。 適切なエンゲージメントは、多くの場合、満足のいく「カチャカチャ」という音で合図されます。

ほとんどの場合、これらのスナップフィット接続を組み込むと、ファスナーを使用する場合と比べて組み立て時間が大幅に短縮されます。 これは、部品に設計されたラッチのたわみによるスライド係合に最も確実に当てはまります。 図 1 の設計に基づいたスライドイン生産部品により、曲げ数が 4 から 2 に減少し、材料が約 10% 節約され、組み立て時間は推定 90% 節約されました。 図 4 のように、組み立て前にラッチまたはフランジを手動で作動させる場合は、組み立て時にさらに注意と力が必要となり、組み立て時間が比較的遅くなります。

レーザー切断の柔軟性により、追加の詳細を含めて機能を追加したり、組み立てを容易にしたりできます。 例としては、工具を使った組み立てや分解が合理的なラッチや工具グリップ機能の塑性変形を防ぐ動作リミッターなどがあります。 部品を解放するための単純な補助ツールも板金を使用して作成できます (図 3 を参照)。 ここで紹介した例はすべてレーザー切断されたものですが、同じ原理を他の方法で切断した部品やスタンピングにも適用できます。

著者は実際の製品でこのタイプの接続を主に搾乳ロボットに部品を取り付ける際に使用しており、使用する締結具の数を大幅に削減することができました。 タブとスロットの接続を交換する必要はありません。 (タブ アンド スロット接続は、この記事で説明したスナップ フィット接続に最も近いものです。) タブ アンド スロット設計とスナップ フィット接続の比較については、図 6 を参照してください。

機能を確認するためにプロトタイプのテストが行​​われましたが、アプリケーションには動的テストやストレス テストは必要ありませんでした。 ほとんどのデザインでは、厚さ 1.5 ～ 5 mm のステンレス鋼板が使用されていました。 有限要素解析は、ラッチが材料の平面内でたわむ場合、または一部のチューブ/チューブ接続の場合にのみ行われました。

スナップフィットでは、従来のファスナーよりも事前に設計に時間がかかります。 ただし、3D 情報は再利用できるため、その後の作業が高速化されます。 スナップフィットを統合するように部品を設計または再設計する場合、多くの場合、さらに簡素化してコストをさらに削減できます。

これらの接続は明らかな産業用途に加えて、そのシンプルさと工具不要の作動により、消費者向けの組み立てやフラットパック製品にも適しています。 IKEA タイプの消費者向けアプリケーションを考えてみましょう。

ファスナーを使わずに金属板を簡単に解除できる機械的固定が現実になりました。 スナップフィット接続によりそれが可能になります。 ただし、塑性変形が許可されたり、機能として組み込まれたり、離型性が要求されない場合には、新たな可能性が広がることに注意してください。

誰かがこの種の設計をより強固なエンジニアリング基盤の上に置き、業界全体に利益をもたらすようインスピレーションを得てくれることを願っています。 これには、強度と動的テストのほか、さまざまなシートの厚さと用途に合わせたフックとラッチの寸法の最適化が含まれます。 一部の標準化は、新しい設計でクリック可能またはドラッグ アンド ドロップで配置できるように CAD/CAM ライブラリに組み込む道も開くでしょう。 (これについては、CAD アプリケーションのサプライヤーに問い合わせてください。)こうすることで、従来のナット、ボルト、リベット、溶接と並んでエンジニアのツールボックスに入れることができます。

スナップフィット接続の例については、Newton Innovations の YouTube チャンネルまたは Web サイトをご覧ください。 3 つのモデルは、Web ショップで STEP ファイルを無料でダウンロードして入手できます。