JP2019083111A - バネ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】バネ構造のみで電気抵抗を減少させることで発熱を抑え、所望の導電性を確保しつつ、所望のバネ性も同時に確保することが可能な、バネ構造体を提供する。
【解決手段】導電性及びバネ性を有し、軸方向に伸縮可能なバネ構造体であって、
前記軸方向に延びる第一導電部と、前記軸方向と交差する方向に延びる第二導電部と、を備え、
前記第二導電部の断面積は、前記第一導電部の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性及びバネ性を有するバネ構造体に係るものである。

このようなバネ構造体は、コンタクトプローブやスイッチ、コネクタ等、様々な機器の一部品として用いられる。

コンタクトプローブとは、主に、集積回路等の半導体部品や、プリント配線板等の電子基盤の電気的特性、その他電子機器・電子部品の検査に用いられる電子部品であり、バネ性や接触信頼性を確保するためのバネ構造体と、検査対象物と接触するプランジャと、を備えている。また、プランジャは、バネ構造体の両端部に設けられている。

このようなコンタクトプローブの発明として、例えば、特許文献１には、導電性およびバネ性を有する薄板によって一体で形成されており、一端部を構成するとともに所定の第１被接触物に接触する第１接触部（プランジャ）と、他端部を構成するとともに所定の第２被接触物に接触する第２接触部（プランジャ）と、第１接触部と第２接触部とを繋ぐとともにコンタクトプローブの長手方向へコンタクトプローブを変形させるための変形部（バネ構造体）とを備えたコンタクトプローブが記載されている。変形部は、第１接触部に繋がる第１変形部と、第２接触部に繋がる第２変形部と、第１変形部と第２変形部との間に配置される第３変形部とを備え、第３変形部のバネ定数は、第１変形部のバネ定数および第２変形部のバネ定数よりも小さくなっている。
このような構成により、所定の接触圧で被接触物に接触させることが可能で、かつ、撓み量を所定量以上とすることが可能となる。

しかし、このようなコンタクトプローブでは、略ジグザグ状に形成されている変形部を電気が流れるが、変形部の電気抵抗が大きく、電気が流れにくい。このため、所望の導通性を確保できないという問題があった。

そこで、特許文献２には、両端に導電端子（プランジャ）を有する蛇腹体（バネ構造体）と、前記導電端子の各々の基部から両側に延在する一対の第１，第２弾性可動腕部と、を備え、一対の前記第１，第２弾性可動腕部の自由端部が、前記導電端子（プランジャ）の軸心方向の押圧に応じて相互に接離可能に配置されていることを特徴とするコンタクトプローブが記載されている。
このような構成により、所望の導通性を有し、接触信頼性の高いコンタクトプローブを提供することが可能となる。

特許第５１０３５６６号 特開２０１５−７６３２５号公報

しかしながら、特許文献２に記載のコンタクトプローブは、バネ構造体だけでなく、弾性可動腕部を備えることにより全体が幅広な形状となる。このため、コンタクトプローブが配置される配置孔が複数形成された検査冶具を用いて検査を行う際、単位面積当たりに配置されるコンタクトプローブの数が減少する。即ち、検査対象物上に形成される検査用端子の配置ピッチが狭い検査対象物の検査に用いることが困難となる。

また、このようなバネ構造体は、電気抵抗が大きいと検査時に発熱し、正確な測定値を得ることができない。
ここで、電気抵抗Ｒは、材料固有の電気抵抗率をρ、導体の長さをｌ、導体の断面積をＡとすると、Ｒ＝ρ（ｌ／Ａ）で表される。
よって、電気抵抗Ｒを減少させるためには、バネ構造体の断面積Ａを増加させれば良いことになる。しかし、全体が一定の断面積Ａのバネ構造体において、断面積Ａを増加させた場合、バネ構造体のバネ性が失われる。即ち、適切な撓み量を確保できず、コンタクトプローブを検査対象物に確実に接触させることが困難となる。

本発明は上記のような実状に鑑みてなされたものであり、バネ構造のみで電気抵抗を減少させることで発熱を抑え、所望の導電性を確保しつつ、所望のバネ性も同時に確保することが可能な、バネ構造体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
導電性及びバネ性を有し、軸方向に伸縮可能なバネ構造体であって、
前記軸方向に延びる第一導電部と、前記軸方向と交差する方向に延びる第二導電部と、を備え、
前記第二導電部の断面積は、前記第一導電部の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第二導電部の断面積を、第一導電部の断面積よりも大きく形成することで、電気抵抗が減少し、発熱が抑えられ、所望の導電性を確保することが可能となる。また、断面積の増大は部分的であり、第二導電部よりも断面積が小さく形成されている第一導電部により、所望のバネ性が確保される。

また、弾性可動腕部等の部材を用いていないことから、本発明全体をコンパクトな形状とすることができる。

本発明の好ましい形態では、前記第一導電部及び前記第二導電部は、略同一平面上に形成されていることを特徴とする。

このような構成とすることで、全体を、さらにコンパクトな形状とすることができる。

本発明の好ましい形態では、前記第一導電部及び前記第二導電部は、一端から他端に向かうに伴って漸次断面積が拡大する屈曲部により連結されていることを特徴とする。

このような構成とすることで、本発明のバネ性が向上する。即ち、本発明が軸方向に押圧された際、しなやかに撓むことで、本発明の不意の破壊を防止することが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記第一導電部が延びる方向と、前記第二導電部が延びる方向とがなす角度が、９０度以下であることを特徴とする。

このような構成とすることで、本発明が軸方向に押圧された際の、本発明の周方向への変位を抑制することができる。

本発明の好ましい形態では、前記第一導電部及び前記第二導電部は、銅、銀、金、白金の何れかを含む合金により形成されていることを特徴とする。

このような構成とすることで、本発明の導電性及びバネ性がさらに良好なものとなる。

本発明によれば、バネ構造のみで電気抵抗を減少させることで発熱を抑え、所望の導電性を確保しつつ、所望のバネ性も同時に確保することが可能な、バネ構造体を提供することができる。

本発明の実施形態に係るバネ構造体の斜視図である。 本発明の実施形態に係るバネ構造体の正面図である。 本発明の実施形態に係るバネ構造体の両端にプランジャを取り付けたコンタクトプローブの斜視図である。 本発明の実施形態に係るバネ構造体の両端にプランジャを取り付けたコンタクトプローブを、検査冶具に取り付けた状態を示す図であって、（ａ）平面図、（ｂ）（ａ）のＡ−Ｆ線に沿った断面図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係るバネ構造体について説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。
本実施例では、図３及び図４により、本発明をコンタクトプローブの一部品として用いた例を示すが、この他にも、例えば、コネクタやスイッチ等、様々な機器の一部品として利用可能である。

図１に示す様に、本発明の実施形態に係るバネ構造体１は、銅合金により形成され、導電性及びバネ性を有し、軸方向Ａに伸縮可能な構成となっている。

また、バネ構造体１は、軸方向Ａに延びる３つの第一導電部１１と、軸方向Ａと交差する方向に延びる２つの第二導電部１２と、を備えている。
さらに、第一導電部１１及び第二導電部１２は、一端から他端に向かうに伴って漸次断面積が拡大する、４つの屈曲部１３により連結され、第一導電部１１、第二導電部１２及び屈曲部１３全て略同一平面上に形成されている。
なお、バネ構造体１を構成する各部材の境界線（連結部）は点線で示している。

バネ構造体１全体として、図２に示す様に、正面視で左右対称の略Ω字状となる様に概略構成されている。
即ち、このような構成により、第一導電部１１が延びる方向と、第二導電部１２が延びる方向とがなす角度Ｒ１が９０度以下（図２では７０度）に形成されている。

さらにバネ構造体１の構成を詳述すれば、第一導電部１１の端部は、屈曲部１３の断面積が小さい方の端部と連結し、第二導電部１２の端部は、屈曲部１３の断面積が大きい方の端部と連結している。また、第一導電部１１及び第二導電部１２は、略一定の断面積で形成され、屈曲部１３と滑らかに連結されている。
即ち、このような構成により、第二導電部１２の断面積は、第一導電部１１の断面積よりも大きく形成されている。

なお、図１において示す、バネ構造体１全体の厚さｔは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの間で設計することが好ましい。

また、図２において示す、第一導電部１１の軸方向Ａの長さｄ１は、０．１０ｍｍ〜０．１５ｍｍの間、軸方向Ａと鉛直に交差する方向の長さｗ１は、０．０４ｍｍ〜０．１０ｍｍの間で設計することが好ましい。
屈曲部１３の屈曲角度Ｒ２は、１００度〜１２０度の間で設計することが好ましい。
屈曲部１３の孤長が大きい方の円弧の曲率半径ｒ１は、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの間、小さい方の円弧の曲率半径ｒ２は、０．１０ｍｍ〜０．１５ｍｍの間で設計することが好ましい。
屈曲部１３の、第二導電部１２との連結部近傍に、略直線的に八の字状に広がる部分を設け、この部分の、軸方向Ａと鉛直に交差する方向の長さｗ２は、０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍの間で設計することが好ましい。
下方の２つの屈曲部１３により形成されるくびれの最狭幅ｄ３の長さは、０．１５ｍｍ〜０．２ｍｍの間で設計することが好ましい。

図３では、バネ構造体１を、コンタクトプローブＰの一部品として用いた例を示している。バネ構造体１が、軸方向Ａに１２個半連結され、その両端部に、プランジャ２との連結手段３が設けられ、プランジャ２が連結されることで、コンタクトプローブＰを形成している。

このように、バネ構造体１は、軸方向Ａに複数連結可能であり、使用する検査冶具の大きさ等に合わせて、連結個数を増減させることで、自在に全長を調節することが可能である。

図４に示す様に、検査冶具４は、検査対象物の検査用端子の配置に対応するように、上下方向に貫通する複数の配置孔４１が形成されており、この配置孔４１に、コンタクトプローブＰが挿通されている。

本実施形態によれば、第二導電部１２の断面積を、第一導電部１１の断面積よりも大きく形成することで、バネ構造体１の電気抵抗が減少し、発熱が抑えられ、所望の導電性を確保することが可能となる。また、断面積の増大は部分的であり、第二導電部１２よりも断面積が小さく形成されている第一導電部１１により、所望のバネ性が確保される。

また、弾性可動腕部等の部材を用いていないことから、バネ構造体１全体をコンパクトな形状とすることができる。
本実施例の場合、コンタクトプローブＰが配置される配置孔４１が複数形成された検査冶具４を用いて検査を行う際、単位面積当たりに配置されるコンタクトプローブＰの数を増大させることができる。即ち、検査対象物上に形成される検査用端子の配置ピッチが狭い検査対象物の検査に用いることが可能となる。

また、第一導電部１１及び第二導電部１２が、略同一平面上に形成されていることで、バネ構造体１全体を、さらにコンパクトな形状とすることができる。

また、第一導電部１１及び前記第二導電部１２は、一端から他端に向かうに伴って漸次断面積が拡大する屈曲部１３により連結されていることで、バネ構造体１のバネ性が向上する。即ち、バネ構造体１が軸方向に押圧された際、しなやかに撓むことで、バネ構造体１の不意の破壊を抑制することが可能となる。

また、第一導電部１１が延びる方向と、第二導電部１２が延びる方向とがなす角度を７０度とすることで、バネ構造体１が軸方向Ａに押圧された際の、バネ構造体１の周方向への変位を抑制することができる。
本実施例の場合、バネ構造体１の、検査冶具４に設けられた配置孔４１内での円滑な伸縮動作を確保し、配置孔４１との摩擦による劣化も防止することが可能となる。

また、第一導電部１１及び第二導電部１２が銅、銀、金、白金の何れかを含む合金により形成されていることにより、バネ構造体１の導電性及びバネ性がさらに良好なものとなる。

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本実施例では、第一導電部と第二導電部とが同一の厚みで構成された例を示したが、第二導電部の厚みを、第一導電部よりも大きく構成しても良い。

１ バネ構造体
１１ 第一導電部
１２ 第二導電部
１３ 屈曲部
２ プランジャ
３ 連結手段
４ 検査冶具
４１ 配置孔
Ａ 軸方向
Ｐ コンタクトプローブ

Claims (5)

1. 導電性及びバネ性を有し、軸方向に伸縮可能なバネ構造体であって、
   前記軸方向に延びる第一導電部と、前記軸方向と交差する方向に延びる第二導電部と、を備え、
   前記第二導電部の断面積は、前記第一導電部の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする、バネ構造体。
2. 前記第一導電部及び前記第二導電部は、略同一平面上に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のバネ構造体。
3. 前記第一導電部及び前記第二導電部は、一端から他端に向かうに伴って漸次断面積が拡大する屈曲部により連結されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のバネ構造体。
4. 前記第一導電部が延びる方向と、前記第二導電部が延びる方向とがなす角度が、９０度以下であることを特徴とする、請求項２又は３に記載のバネ構造体。
5. 前記第一導電部及び前記第二導電部は、銅、銀、金、白金の何れかを含む合金により形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載のバネ構造体。