УСТАНОВОЧНЫЙ ШТИФТ
LOCATING PIN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к установке беспаечных компонентов на печатную плату (ПП). В частности, но не исключительно, оно относится к беспаечной установке электрических или электронных компонентов, например, шаговых двигателей, на ПП. Такой компонент может представлять собой, например, шаговый микродвигатель для использования в приборном оснащении автомобилей. Изобретение также относится к установочному штифту и к узлу, содержащему компонент, устанавливаемый без пайки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Такие компоненты, как шаговые микродвигатели, широко используются, например, в автомобильной промышленности. Они могут устанавливаться непосредственно на ПП. Необходимые электрические и механические соединения могут быть получены, например, посредством припаивания соединителей двигателя к ПП. Однако беспаечный узел обеспечивает возможность обеспечения электрического и/или механического соединения между компонентом и ПП без припаивания или неразъемного механического закрепления компонента на ПП. Такая беспаечная установка может быть получена посредством механической деформации соединителя в отверстии, например, в отверстии, высверленном в ПП. Электрическое соединение также может быть получено посредством запрессовки соединителя в деформируемое отверстие в ПП. Для обеспечения надежного механического (и, как следствие, электрического) соединения беспаечных компонентов с ПП, было предложено блокировать запрессовываемые установочные штифты в установленном положении посредством продавливания блокировочного штыря аксиально (т.е. в направлении оси) через установочный штифт, тем самым раздвигая стенки установочного штифта вплотную к боковым стенкам установочного отверстия в ПП, через которое был вставлен установочный штифт.
Документ US 6,116,566 относится к опорным кронштейнам для установки электронных компонентов компьютерного аппаратного обеспечения и, в частности, относится к опорному установочному кронштейну процессора для использования в персональном компьютере. Крепежная деталь, такая как заклепка, содержит втулку, которая установлена для прохождения ниже четырех установочных проушин опорного кронштейна процессора. Штыри крепежных деталей продавливаются вниз в соответствующие втулки для раздвигания втулок и запирания блокировочных штырей внутри втулок, при этом втулки раздвинуты, находясь в зажимном сцеплении с материнской платой, для жесткого скрепления установочных проушин с материнской платой.
В документе US6,534,888 описан электродвигатель, предназначенный для прикрепления к печатной плате. Он снабжен, по меньшей мере, одним распорным штырем для обеспечения возможности прикрепления электродвигателя к печатной плате посредством распирания распорного штыря или штырей и за счет возможности  закрепления распорного штыря или штырей, по меньшей мере, посредством фиксатора.
В документе DE9302589 описано другое решение по установке компонента на пластину основания.
Тем не менее, даже при использовании блокировочного штыря в таких установочных штифтах существует необходимость в еще большей надежности установочных штифтов компонентов на печатных платах. Например, в области автомобильной электроники должна быть предпринята каждая возможная мера предосторожности для обеспечения того, чтобы автоматически устанавливаемые компоненты были установлены прочно и оставались в механическом и электрическом контакте с ПП, на которой они установлены, несмотря на большие колебания температуры, влажность, механические удары, механические нагрузки, а также вибрацию и т.д. При таких условиях в течение длительных периодов времени блокировочный штырь может сдвигаться, или деформироваться, или иным образом может утратить свою механическую целостность. Отверстия ПП также могут стать немного расширенными или деформированными иным образом. Даже небольшая слабина посадки установочного штифта в отверстии ПП может сделать возможной постепенное и возрастающее ослабление запрессовки. В таких случаях определенно существует возможность того, что известный из уровня техники установочный штифт, даже при использовании блокировочного штыря, может вызвать отказ.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является преодоление проблем, связанных с установкой компонентов, таких как двигатели, на основание, такое как печатная плата.
В соответствии с первым аспектом изобретения предусмотрен установочный штифт для удержания компонента на печатной плате, как указано в пункте 1 формулы изобретения.
Благодаря стопору штыря, блокировочный штырь может надежно удерживаться в своем положении блокировки, когда установочный штифт находится в установленном положении. Даже если печатная плата подвержена ударам, или вибрации, или изменениям температуры, риск случайного сдвига блокировочного штыря, когда установочный штифт находится в установленном положении, существенно снижается.
В соответствии со вторым аспектом изобретения предусмотрен шаговый двигатель, содержащий, по меньшей мере, один установочный штифт в соответствии с первым аспектом.
В соответствии с третьим аспектом изобретения предусмотрена печатная плата для приборной панели транспортного средства, содержащая шаговый двигатель в соответствии со вторым аспектом изобретения.
В соответствии с четвертым аспектом изобретения предусмотрен способ установки компонента на печатную плату, как указано в пункте 14 формулы изобретения.
Другие варианты осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие признаки и преимущества изобретения понятны из следующего описания неограничивающих иллюстративных вариантов реализации со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
- фигура 1 представляет собой аксонометрический вид шагового двигателя в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;
- фигура 2a представляет собой вертикальный разрез примера установочного штифта в соответствии с вариантом реализации изобретения, когда блокировочный штырь находится в исходном положении;
- фигура 2b представляет собой поперечное сечение установочного штифта по линии А-А на  фиг. 2a, когда блокировочный штырь находится в исходном положении;
- фигура 2c представляет собой вертикальный разрез установочного штифта по фиг. 2a и фиг. 2b, когда блокировочный штырь находится в положении блокировки;
- фигуры 3a и 3c представляют собой виды сбоку двух вариантов блокировочного штыря для использования с установочным штифтом в соответствии с настоящим изобретением;
- фигуры 3b и 3d представляют собой виды сверху блокировочных штырей по фиг. 3a и 3c, соответственно;
- фигура 4a представляет собой вид сверху примера установочного штифта в соответствии со вторым вариантом реализации изобретения, когда блокировочный штырь находится в исходном положении;
- фигура 4b представляет собой вертикальный разрез установочного штифта по линии B-B на фиг. 4a, когда блокировочный штырь находится в исходном положении;
- фигура 4c представляет собой горизонтальное поперечное сечение установочного штифта по линии C-C на фиг. 4b;
- фигура 4d представляет собой вертикальный разрез установочного штифта по фиг. 4a-4c и блокировочного штыря, перемещенного в положение блокировки;
- фигура 4e представляет собой увеличенный частичный разрез установочного штифта по фиг. 4d под другим углом; и
- фигура 5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ установки компонента на печатную плату в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты реализации настоящего изобретения описаны далее более подробно со ссылкой на прилагаемые фигуры. Один аспект изобретения относится к установочному штифту для удержания компонента на установочной (например, печатной) плате. В следующем иллюстративном описании вариантов реализации настоящего изобретения за пример взят шаговый двигатель, устанавливаемый на ПП. Однако изобретение не ограничено контекстом шаговых двигателей, устанавливаемых на ПП.
На фиг. 1 показан аксонометрический вид обращенной к плате поверхности шагового двигателя 1 в соответствии с изобретением. В данном примере шаговый двигатель 1 содержит вращающийся вал 10, к которому может быть прикреплен указатель (не изображен). Такой шаговый двигатель может использоваться, например, в приборной панели транспортного средства. Вал 10 с указателем может быть прозрачным или светопроницаемым и может быть, по меньшей мере, частично заключен в кожух или ограждающий элемент, который установлен для ослабления рассеянного света и, тем самым, не препятствует освещению приборной панели. Как можно увидеть в данном примере, шаговый двигатель на обращенной к плате поверхности также содержит позиционирующий штифт 11 для размещения шагового двигателя 1 в правильном положении на ПП, например, во время автоматической процедуры захвата и установки компонентов на ПП.
В данном примере шаговый двигатель 1 содержит корпус, состоящий из двух частей: нижней или обращенной к плате части 9 и верхней части 8 (в настоящем документе «верхняя» и «нижняя» относятся не к чертежам, а к ориентации двигателя после установки на ПП). Одна или обе части 8 и 9 могут быть изготовлены, например, литьем под давлением. Эти две части корпуса шагового двигателя могут быть скреплены между собой зажимами, такими как зажим с позиционным обозначением 7, сформованными в ходе того же процесса литья под давлением. На обращенной к плате поверхности корпуса шагового двигателя 1 могут быть предусмотрены разделители 12 для того, чтобы обеспечить устойчивую установку и точную высоту компонента (шагового двигателя 1) над поверхностью ПП. Шаговый двигатель 1 также может содержать множество электрических штыревых соединителей 15, установленных для создания электрического контакта между шаговым двигателем 1 и проводящими дорожками ПП. Такие соединения могут быть выполнены известным способом с помощью запрессовываемых электрических штыревых соединителей.
Приведенный в качестве примера двигатель 1 содержит запрессовываемые установочные штифты 2. В данном примере два запрессовываемых установочных штифта 2 предусмотрены на обращенной к плате стороне для механического удержания двигателя на ПП. Каждый запрессовываемый установочный штифт 2 имеет суженную часть, диаметр которой по существу совпадает с диаметром отверстия ПП, в которое он будет вставляться, тогда как дистальный конец запрессовываемого установочного штифта шире отверстия ПП. В данном примере дистальный конец имеет фаски и предусмотрены обеспечивающие сжатие пазы 6, так что по мере вдавливания запрессовываемого установочного штифта 2 в отверстие ПП более широкая часть дистального конца установочных штифтов 2 временно сжимается вовнутрь усилием, прикладываемым стенками отверстия по мере прохождения штифта через отверстие ПП, а затем вновь расширяется наружу, когда она появляется с другой стороны ПП, для достижения своего номинального (по существу несжатого) диаметра. Таким образом, за счет выполнения запрессовываемого установочного штифта 2 такой формы, что его размер немного отклоняется от номинального размера, когда его дистальный конец проходит через отверстие в ПП, получают механическое соединение. Силу давления можно обеспечивать за счет величины отклонения. Также возможно, что описанный выше запрессовываемый установочный штифт при продавливании через отверстие в ПП раскрывается шире, чем в своем номинальном состоянии, тем самым механически удерживая двигатель в нужном положении. Штифт данного типа можно назвать активным штифтом. Следует отметить, что ссылки на термины «наружу» и «вовнутрь» в настоящем описании относятся по существу к радиальным направлениям от центральной продольной оси канала 16 для штыря каждого запрессовываемого установочного штифта 2 и к центральной продольной оси, соответственно.
С этой целью запрессовываемые установочные штифты 2 предпочтительно выполнены из упругодеформируемого или другого гибкого материала, такого как полимерный пластиковый материал. Диаметр установочного штифта может составлять несколько миллиметров. Преимущественно, нижняя часть 9 корпуса и установочные штифты 2 могут быть выполнены близко друг к другу, изготовлены из одного и того же материала в ходе одного и того же процесса литья.
Как можно видеть на фигурах, для облегчения введения запрессовываемых установочных штифтов 2 в отверстия в ПП каждый сегмент 3, 4 в данном примере имеет конец с фаской. Края отверстий в ПП, в которые будет вдавливаться установочный штифт 2, также могут иметь соответствующую фаску. Фаска образует направляющую для запрессовываемых установочных штифтов 2, помогая (а) распределять силу равномерно по окружности отверстия, (б) обеспечивать возможность постепенного сжатия стенок 3, 4 штифта, делая, таким образом, операцию тугой посадки более мягкой, легче управляемой, и требуя меньшей мощности (меньшей силы в любой момент времени), и (в) содействовать выравниванию штыря параллельно отверстию, в которое он вдавливается.
Как показано на фигурах, в изображенных вариантах реализации каждый установочный штифт 2 содержит три продольные или аксиальные секции 3, 4 стенок, также называемые сегментами 3, 4, с прорезью или промежутком 6 между сегментами 3, 4. Иными словами, установочные штифты 2 обладают полой структурой, так что канал 16, также называемый в настоящем документе каналом 16 для штыря, сформирован в установочных штифтах 2, так что сегменты 3, 4 расположены вокруг канала 16 для штыря. В данном примере, канал 16 для штыря  имеет слегка коническую форму, так что диаметр канала 16 для штыря постепенно уменьшается в направлении дистального конца канала для штыря. Диаметр канала для штыря может быть уменьшен посредством продавливания стенок канала, т.е. стенок установочного штифта, вовнутрь или в сторону канала для штыря. В нормальном состоянии, когда к стенкам канала не приложено усилие, наружный диаметр дистального конца немного больше диаметра посадочной или средней части установочных штифтов. В данном примере больший наружный диаметр получен за счет того, что два сегмента 4 имеют утолщенную часть 5 вблизи дистального конца сегментов 4, тогда как один из сегментов 3 имеет ровную наружную поверхность. Установочный штифт 2, имеющий, по меньшей мере, один сегмент с ровной наружной поверхностью, запрессовывается в отверстие в ПП легче, чем установочный штифт 2, в котором все сегменты 3, 4 содержат утолщенную часть.
В канале 16 для штыря находится блокировочный штырь 17, как, например, показано на фиг. 3a-3d. В данном примере блокировочный штырь выполнен из пластика, хотя другие материалы также возможны. Диаметр блокировочного штыря может составлять от 1 мм до 3 мм. В данном примере блокировочный штырь 17 является твердым и жестким и может иметь цилиндрическую, коническую или слегка скошенную форму. Как показано на фиг. 2a, на которой более подробно изображен первый вариант реализации настоящего изобретения, блокировочный штырь 17 может удерживаться на месте в исходном положении в канале для штыря с помощью удерживающего средства 19 для штыря, когда штырь находится в разблокированном или исходном состоянии. Таким образом, блокировочный штырь может представлять собой часть формы, образующей верхнюю часть 8 корпуса двигателя. Фигура 2b представляет штифт в поперечном сечении в плоскости A-A на фигуре 2a. Если удерживающие средства 19 для штыря были сломаны, а установочные штифты 2 были продавлены в первом аксиальном направлении через отверстия в ПП, установочные штифты 2 после этого могут быть заблокированы в установленном положении, как более подробно описано далее. После этого блокировочный штырь 17 аксиально смещается вдоль продольной оси установочного штифта 2 из первого положения вниз во второе положение или положение блокировки, как показано на фигуре 2c. Кроме того, возможно выполнение установочного штифта 2 так, что при перемещении блокировочного штыря 17 в первом аксиальном направлении наружный диаметр установочного штифта 2 немного увеличивается на уровне ПП, тем самым создавая более плотное механическое соединение между установочным штифтом 2 и ПП.
Пока блокировочный штырь 17 находится в положении блокировки, риск того, что механическое соединение между двигателем 1 и ПП 21 тем или иным образом может быть случайно ослаблено или нарушено, отсутствует, и установочный штифт 2, таким образом, закреплен в своем установленном положении. Для минимизации какого-либо риска того, что блокировочный штырь 17 может быть случайно выбит из данного положения блокировки, в соответствии с настоящим изобретением предусмотрен, по меньшей мере, один стопор штыря для предотвращения дальнейшего аксиального смещения блокировочного штыря из положения блокировки.
В соответствии с первым вариантом реализации, как изображено на фигурах 2a-2c, стопор штыря содержит первый стопор 14 для предотвращения движения штыря 17 обратно в сторону его исходного положения, и второй стопор 13 для предотвращения движения штыря из его положения блокировки в сторону дистального конца установочного штифта 2. Согласно данному примеру первый стопор содержит плечо, выступ или уступ 14, расположенный частично или полностью вокруг стенки канала 16 для штыря. Плечо или уступ может выполняться с возможностью деформации наружу за счет первого аксиального смещения блокировочного штыря 17 по мере продвижения блокировочного штыря по деформируемому выступу и с возможностью возвращения в направлении вовнутрь после прохождения блокировочного штыря. Плечо или уступ 14 и блокировочный штырь 17 могут быть выполнены из одного и того же материала. В качестве альтернативы, они могут быть выполнены из разных материалов. Как только блокировочный штырь был продавлен за первый стопор штыря, блокировочный штырь не может сместиться обратно в сторону своего исходного положения до тех пор, пока к блокировочному штырю 17 не будет приложено большое и продолжительное усилие в этом направлении (которое называется вторым аксиальным направлением).
В примере, показанном на фигурах 2a-2c, второй стопор содержит плечо или выступ 13, выполненное в стенке канала для штыря или на дистальном конце канала 16 для штыря. Кроме того, может быть возможным выполнение более одного сегмента с таким плечом или выступом. Плечо или выступ 13 имеет форму для сцепления с дистальным концом блокировочного штыря 17 так, чтобы предотвратить смещение дистального конца блокировочного штыря 17 за плечо или выступ 13. В изображенном примере плечо выполнено на внутренней стенке одного из сегментов 3, 4 на дистальном конце канала 16 для штыря. В соответствии с данным примером плечо 13 состоит из того же материала, что и остальные части установочного штифта 2. Вместо плеча, второй стопор также может быть стопором иного типа. Например, он может представлять собой аксиально перемещающееся упругодеформируемое ребро или множество упругодеформируемых аксиальных ребер, функционирующих подобно ребрам 20, описанным со ссылкой на второй вариант реализации.
Возможные конфигурации блокировочных штырей 17, изображенных на фигурах 2a и 2c, изображены более подробно на фигурах 3a-3d. Как можно увидеть в данных примерах, блокировочные штыри могут иметь коническую или немного скошенную конструкцию, так что дистальный конец, взаимодействующий со вторым стопором смещения, немного уже проксимального конца, который изначально удерживается удерживающими средствами 19 для штыря. Дистальный конец штыря может иметь скругленный конец или конец с фасками для упрощения прохождения уступа 14 или движения вдоль ребер 20, описанных далее. Штырь, изображенный на фигурах 3c и 3d, отличается от штыря, изображенного на фигурах 3a-3b, тем, что этот штырь содержит упругодеформируемые проходящие аксиально выступы или ребра 18 на наружной поверхности штыря 17. Ребра 18 выполнены с возможностью сжатия внутрь по мере продавливания штыря до первого стопора 14, изображенного на фигурах 2a-2c, и последующего возвращения в направлении наружу, увеличивая тем самым останавливающее или тормозящее действие и предотвращая аксиальное смещение блокировочного штыря из положения блокировки.
В изображенном примере установочный штифт 2 имеет небольшое отверстие на своем дистальном конце. Когда блокировочный штырь находится в положении блокировки на дистальном конце канала 16 для штыря, представляется возможным принудительное продавливание блокировочного штыря 17, например, посредством вставки удлиненного элемента через данное отверстие и приложения силы для смещения блокировочного штыря в канале 16 для штыря в сторону его исходного положения (во втором аксиальном направлении). Если силы достаточно для преодоления останавливающего или блокирующего эффекта первого стопора 14 смещения, блокирующий штырь может быть намеренно выдавлен из своего положения блокировки. Таким образом, представляется возможной разблокировка установочного штифта 2 и последующее удаление двигателя с ПП за счет выдавливания установочных штифтов 2 из установочных отверстий ПП.
Второй вариант реализации изображен на фигурах 4a-4e. Фигура 4b представляет собой вертикальный разрез в плоскости B-B на фигуре 4a, а фигура 4c представляет собой горизонтальное поперечное сечение в плоскости C-C на фигуре 4b. Второй вариант реализации подобен первому варианту реализации. Однако в соответствии со вторым вариантом реализации, конструкция первого стопора отличается от конструкции в первом варианте реализации. В соответствии со вторым вариантом реализации, первый стопор содержит упругодеформируемые выступы, также называемые ребрами 20, на внутренней стенке канала 16 для штыря. Ребра 20 выполнены с возможностью местной деформации в направлении наружу за счет наличия блокировочного штыря 17 в канале для штыря по мере его прохождения вдоль ребер 20 во время первого аксиального смещения из исходного положения в положение блокировки и с возможностью возвращения в направлении вовнутрь после прохождения блокировочного штыря. Таким образом, когда блокировочный штырь 17 достигает положения блокировки, каждое ребро возвращается вовнутрь для образования плеча 22, предотвращающего случайное движение штифта назад из положения блокировки во втором аксиальном направлении (т.е. обратно в сторону его исходного положения). Ребра 20 могут быть выполнены в виде множества выступающих секций, расположенных аксиально вдоль стенки канала для штыря. Однако каждый упругодеформируемый выступ, предпочтительно, может быть выполнен в виде непрерывного аксиального ребра из упругодеформируемого материала. Процесс формования непрерывного аксиального ребра такой формы, без каких-либо выступающих частей, литьем под давлением существенно проще. Ребра 20 и установочный штифт 2 могут быть выполнены из одного и того же материала. В качестве альтернативы, они могут быть выполнены из разных материалов.
Один аспект настоящего изобретения относится к способу установки компонента на печатную плату. Компонент содержит, по меньшей мере, один установочный штифт 2, как описано выше. Далее со ссылкой на блок-схему на фигуре 7 вкратце описан иллюстративный способ установки. На этапе 31 установочные штифты 2 выравнивают с соответствующим установочным отверстием ПП 21. На этапе 33 компонент вставляют так, что установочный штифт 2 фиксируется в установочном отверстии. На этапе 35 осуществляют первое аксиальное смещение блокирующего штыря установочных штифтов 2 в первом аксиальном направлении так, что блокировочный штырь 17 находится во втором положении или в положении блокировки. Во время этого этапа, если установочные штифты 2 выполнены в соответствии со вторым вариантом реализации, упругодеформируемый выступ или выступы 20 локально деформируются в направлении наружу за счет первого аксиального смещения блокировочного штыря по мере его прохождения. На этапе 37 первое аксиальное смещение штыря прекращают, когда дистальный конец блокировочного штыря 17 достигает, по меньшей мере, одного плеча или выступа 13. В этот момент упругодеформируемый выступ или выступы 20 возвращаются в исходное положение за блокировочным штырем, предотвращая его случайное смещение во втором аксиальном направлении. Если установочные штифты 2 выполнены в соответствии с первым вариантом реализации, соответствующую функцию блокировки или остановки выполняет уступ или выступ 14 и, при необходимости, ребра 18 на блокировочном штыре 17.
Несмотря на то, что изобретение изображено и подробно описано на чертежах и в вышеизложенном описании, такое изображение и описание следует рассматривать в качестве иллюстрации или примера, а не ограничения, при этом изобретение не ограничено раскрытым вариантом реализации. Другие варианты реализации и версии изобретения ясны и могут быть осуществлены специалистом в данной области техники при реализации заявленного изобретения после ознакомления с чертежами, описанием и прилагаемой формулой изобретения. Например, компонент, который необходимо закрепить на печатной плате, также может представлять собой специально разработанный переходник двигателя для присоединения двигателя 1 к ПП 21 с помощью переходника. Безусловно, компонент может представлять собой любой другой компонент, предназначенный для закрепления на печатной плате вышеописанным способом.
В пунктах формулы изобретения слово «содержит» не исключает другие элементы или этапы, а формы единственного числа не исключают множественное число. Сам по себе тот факт, что различные признаки перечислены в отличающихся друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация таких признаков не может с успехом использоваться. Все позиционные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем изобретения.