機構設計の考え方・アイデア

インサートナットによるねじ止方式
省力化・省人化機器設計

インサートナットによるねじ止方式

プラスチック部品同士の固定方法 プラスチック部品同士の固定方法は、分解する頻度によって使い分けされています。 全く分解しない場合は、接着剤や再分解出来ない方法で組み合わせます。 ほとんど分解の必要がない場合は、ねじ自身のねじ山でねじ込むタッピンネジを利用します。 分解する事が前提の場合は、ネジとナットを利用しますが、ナットは回り止めの為ケースに嵌め込む事が多いです。 また、セルフタップネジですが、タッピンネジと一般的に呼ばれ、先端部分が木ネジに近い形状をしています。 このネジは、相手側がネジ加工されていない穴でも、自身のネジ山でネジ込み締結できます。 相手側にナットなど不要で、穴が空いているだけで良い事から、コストダウンや、作業効率を上げる目的で使われます。 分解する事が前提の場合は、回り止めのナットをケースに嵌め込みますが、作業効率を上げる目的で、金属のインサートを樹脂に圧入する事で、繰り返しネジ締めできるようにします。 大きく分けて、成型後にインサートナットを圧入する場合と、成型時にインサートナットを金型にセットして成形する場合の2種類に分けられます。 少量生産や、試作品の場合は、成型後にインサートナットを圧入しますが、インサートナットを加熱して熱圧入する方法も有ります。 具体的には、ボスの上にインサートナットをおき、ハンダゴテで熱を伝えることで、インサートナット周辺の樹脂が溶けて挿入できます。 インサートナットによるねじ止方式 樹脂を締結させる方法の一つでインサートナットを使ったネジドメです。樹脂に圧入した金属製のインサートナットで何度でもネジを止め外しできます。

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LEDライトを光らせる構造
機構設計の考え方・アイデア

LEDをキレイに光らせるためアクリルのブロックを置いた構造

家電製品でシート状の表示パネルの文字が光って居たり、表示ランプなど、透明な樹脂部分を発光させる場合は、LEDを光源にしています。 また、液晶表示パネルを均等に発行させる場合は、ELバックライトやLEDを光源とした導光板をつかっています。 面発光するELバックライトは、光らせたい部分の奥に配置すればその部分全体が均等に光ります。 しかし、LEDを光源にした場合は、単純に配置しただけでは均等に発光しません。 具体的な構造ですが、LED光源が透明アクリルを透過して発光する様な構造にしますが、そのままでは点発光が色ムラとして出てしまい面発光ません。 そこで、透明アクリルのLED部分を加工して光が拡散する様にしたり、表面をブラスト加工する事で均一に発光する様にします。 また、光源との距離、光らせる方向や面の大きさによっては、透明アクリルを拡散材の入ったアクリルにしたり、乳白色のアクリル板を追加したりします。 シート状の表示パネルの文字を光らせるには、シートの材質をポリカーボネートフィルムにして、光らせたい文字を抜き印刷します。 抜き印刷ですので、文字の部分は、下のLED光源からの光を透過して、文字部分が発光して見えるようになります。 この構造は、製品の操作パネルで視認性を上げる為に使われる構造です。 LEDをキレイに光らせるためアクリルのブロックを置いた構造。ブロック表面に文字を彫刻したり、文字部分を透明になるように、抜き印刷したレキサンシートを貼ります。製品の操作パネルや製品の状態を表すボタンに使われる構造です。

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部品を追加せずにタクトスイッチの高さを調整
よろず設計

部品を追加せずにタクトスイッチを押す構造

タクトスイッチは、家電製品で押すと「カチッ」というクリック感があるスイッチで、一番身近なのはマウスのボタンなどで使われています。 テレビやエアコンのリモコンでは、ボタン部分は、シリコンゴムを使った、コンタクトラバースイッチが使われます。 コンタクトラバースイッチは、金型が必要で、クリック感を出すドーム形状の耐久試験も必要なので、完成までに費用と時間が掛かります。 その為、簡単にスイッチの構造を搭載する場合、電子部品のスイッチを買って設置します。 タクトスイッチは、1個あたりの単価は高いですが、形状が小さく使いやすいので、小ロット量産や試作に向いています。 また、基板に直接実装して使用する為、家電製品のスイッチ部分から基板まで離れている場合があります。 その為、ケース部分に可動する形状と高さ調整ボスの形状を追加して、タクトスイッチを押せるような構造にしています。 更に、スイッチ部分は表面に板状の薄いシートを張りますが、シートが防水構造の役割をします。 スイッチ部分の可動構造は、高さ調整ボスの円周方向に長穴形状を作成して可動させます。 成形時にショートやウェルドが発生しない様にし、また部品の耐久性を考慮が必要です。 樹脂のスプリング形状で、製品を操作するタクトスイッチを押します。画面奥のネジ穴の高さで、タクトスイッチとスプリング形状樹脂との隙間を確保。部品を追加せずにタクトスイッチの高さを調整でき、組立も簡単です。

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電源ケーブルの抜け止め構造
よろず設計

電源ケーブルの抜け止め構造

電源ケーブルの抜け止め構造。ケーブルを製品外側から引っ張っても抜けないように設計。ケース下面に2本のリブをたてケーブルを挟む構造とし、さらにケース上面でリブから外れないように押さえる構造としています。 金属製品のプラスチック部品置き換え 部品材料が金属とプラスチックで大きく異なる点は、制約は有りますがプラスチックはどんな形にもできるという点です。 金属加工の場合、切削、板金、溶接など色々な手段で部品加工しますが、プラスチックは成型するだけで複雑な形状が一度に出来ます。 この特性を利用して、金属部品では複雑な加工や他の部品を追加しなければならない場合も、プラスチックでは簡単に出来るので量産している場合はコストダウンになります。 具体的な例をいくつかあげます。 ケース内に電装部品が有り、基板から電源ケーブルが外に出ている場合、そのままでは、外からケーブルを引っ張ると、基板に衝撃が加わり破損します。 この様なケーブルの抜け防止対策として、金属製品の場合は、インシュロックでケーブルを内側から固定したり、抜け防止用の部品を追加しています。 材料をプラスチックに置き換えると、ケース内にケーブルを巻き込ませるリブ形状の追加が可能なので、外からケーブルを引っ張っても、基板まで衝撃が加わらないようになります。 基板をケースに取り付ける時、金属製品の場合は、スペーサ―と呼ばれる部品を使って基板を取り付けいます。 材料をプラスチックに置き換えると、ボスの形状を追加することで、基板を固定する部品が不要となります。 この様にプラスチックの製品設計は、金属の製品設計とは異なった考え方が必要になります。

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樹脂製のケース嵌合
省力化・省人化機器設計

樹脂製のケース嵌合

部品同士を組み合わせるとき、ネジで止めたり接着材で固定しますが、フックとフックのかかる形状をそれぞれの部品につけて、そのフックの変形を利用して、部品同士を固定する方法です。 主に使用されているのは、プラスチック製ケースを組合せる場合、それぞれの周囲に爪と孔を配置し、爪が孔にパチっとはいることで、部品同士が固定されます。 身近では、ポーチやデイバッグなどのバックルや、ネジを使わず電池交換が出来る家電製品の蓋など、幅広く利用されています。 それ以外でも、テレビやエアコンのリモコンでは、簡単な形状で部品点数が少なく、かつ分解の必要がないので、外から見ても良く分かりませんが、ケース同士の組み合わせに使われています。 これらは、分解してほしくない、落としても不意に外れてほしくないので、再分離が出来ない構造にしています。 この様な構造は、分解用の道具を差し込める隙間や、フックを外す穴が無いので再分離が出来ないことから、は嵌(は)め殺しとも呼ばれます。 スナップフィットは、フックの変形を利用して部品同士を固定する為、確実にフックが掛かり、かつフックが掛かる途中や、落とした衝撃で折れたりしない形状にする必要があります。 その為、フックの形状や相手側の穴の配置など設計経験やノウハウが必要となります。 また最近はCAE解析でフックの形状適正化も行われるようになりました。 樹脂製のケース嵌合。ケース周囲に爪と孔を配置し、爪に孔が入り嵌合します。オール樹脂製・ネジレスで固定が可能なため組立が簡単で内部の空間が自由に活用できるため省スペースな設計になっています。組立を人件費の安い国で行う場合や製品を再度バラす必要がある場合はネジ止めを検討するなど、量産体制を見据えた構造で製品設計を行います。

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センサー
よろず設計

クリップ付きセンサー

市販のクリップを利用してどこにでも取り付けられるセンサー。トレサビリティ用のハードウェアで、センサーに合わせてケースを製作しました。クリップ部は嵌め込み式で簡単に組み立てできます。 試作段階で市販品を利用することで手軽に試作が可能です。

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X/Y軸リニアガイド2
省力化・省人化機器設計

X/Y軸リニアガイド

3Dプリンターなどで使われるモーターでX/Y方向に動作させることが可能な機構モデルです。 リニアガイドを使い、可動部を保持しつつ二個のモーターで動きを制御しています。

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樹脂ヒンジ2
省力化・省人化機器設計

取り外し可能なヒンジ

ヒンジの片方がスリットが入っているため回転させることにより取り外しが可能なヒンジです。 掃除をしたり交換が簡単になります。 写真は本来あるピンを表示していません。

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よろずアイデア
医療機器設計

ヒンジ部分に配線を通した開閉機構

家電製品で折り畳める機能のある製品では、製品内にヒンジ機構を持っています。 パソコンや携帯電話では、小型かつ、耐久性が必要な事から、金属製ヒンジにプラスチックケースを組み合わせます 。 特に携帯電話では、2軸ヒンジなど、凝った構造が商品力のアップにつながる事から、色々な金属製ヒンジが開発されました。 一方、電子玩具など小型化よりコストを要求されるジャンルでは、スペース制約が少ない事から、プラスチック部品だけでヒンジをつくることがあります。 プラスチック部品だけでヒンジをつくる場合でも、ヒンジの中に配線を通して2つのパーツを電気的につなぐことが必要なので、設計を工夫して、配線を通しながら組み立てることができるようにする必要があります。 ヒンジ部分に配線を通すことで、上パーツ、下パーツなど別パーツ内に収めた電子部品を繋ぐことができます。昔のゲームウォッチのような開閉機構です。

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