JPH0559755U - 電気部品用コンタクトデバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印刷回路基板とのはんだ接合部分に機械的応
力が生じることのない、電気部品（特にコネクタ）用の
コンタクトデバイスを提供する。 【構成】 コネクタ４０のハウジング４４内にあるコン
タクトピン４２,４３と、コネクタ４０から突出したテ
ール４５,４６とよりなる。コンタクトピン４２,４３は
弾性の金属材より形成され、テール４５,４６は形状記
憶合金より形成されている。テール４５,４６を印刷回
路基板４８にはんだ接合するために変態温度に加熱する
と、テール４５,４６はコンダクタ４９の方へ変形して
印刷回路基板４８に圧接するので、コネクタ４０や印刷
回路基板４８の公差は補正される。また、テール４５,
４６は、冷却後には軟質になるので、はんだ接合部分に
機械的応力が加わることはないのである。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電気部品、特にコネクタ、に適したコンタクトデバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】

電気回路または電子回路を設計するにあたっては、電気部品または電子部品を 直接印刷回路基板に実装すること、特に、電気部品または電子部品のコンタクト を印刷回路基板の表面に印刷されたコンダクタに接続すること、によって、スペ ースを大幅に節約することができる。と言うのは、こうすると、コンタクトを印 刷回路基板の穴に突出させなくてもよいのである。

【０００３】 従来のコンタクトでは、印刷回路基板との間に直流電気が通じるために、それ らのはんだ接合部分には機械的応力が生じる。コネクタのピンやソケットは、十 分な接点圧を加えることができるように、適当な弾性材料より形成されている。 コネクタのハウジングより突出している、コンタクトの外側部分も、その残りの 部分と等しい材料特性を有している。従って、コンタクトと印刷回路基板とを接 続すると、以下のような様々な問題が起こることになる。

【０００４】 まず、はんだ付の際に加熱すると、印刷回路基板が曲がってしまい、冷却後に その接合部分には機械的応力が生じるかもしれない。また、印刷回路基板にはざ らつきなどの凹凸があるので、はんだ付けする部品を印刷回路基板に押しつけて 、全てのコンタクトが印刷回路基板のコンダクタに確実に接するようにしなけれ ばならない。従って、コンタクトの外側部分には、はんだ付けした後に多少の応 力が残留することになる。

【０００５】 はんだ付は、通常、２５０℃までの温度で行われる。各部の温度膨張係数は異 なっているので、それぞれ、冷却時の収縮率も異なり、はんだ付の接合部分に応 力が生じることになる。また、はんだ付の最中に温度を変えると、その接合部分 にはさらに応力がかかってしまう。

【０００６】 このような問題は、多数のコンタクトエレメントを有するコネクタであれば必 ず見受けられるものである。

【０００７】 英国特許出願第2173652号明細書及びヨーロッパ特許出願第0200449号明細書に は、コンタクトを柔軟にはんだ付けする特別な方法が示されている。これによっ て、はんだ付の接合部分における機械的応力をある程度低下させることはできる が、上記の主要な問題は解決されていない。

【０００８】 これらの出願では、いわゆる形状記憶合金が利用されている。形状記憶合金の 一般的な概念は、専門出版社であるディーター・ストッケル（Dieter Stockel） 社から発行されている、文献、「コンタクト・ウント・スチューディウム・ヴェ ルクストッフ（Kontakt & Studium Verkstoff）」第２５９巻、「レジェルンゲ ン・ミット・フォルムゲダッハトニス（Legierungen mit Formgedachtnis）」に 記載されている。それによると、形状記憶合金は、変態温度を越えるとマルテン サイト組織からオーステナイト組織に変態する。温度が変態温度よりも下がると 、マルテンサイト組織に逆変態する。このとき、温度のヒステリシスが起こる、 つまり、逆変態が変態温度未満の所定の温度で開始するのである。形状記憶合金 を適当な方法で使用すれば、変態温度に加熱したときに呈する形状は常に等しい ものとなる。

【０００９】 上記文献には、電気部品のコンタクトに対する形状記憶合金の適用例も示され ている。つまり、形状記憶合金の適当な形状の一部を弾性材料よりなるコンタク トエレメントと協働させるのである。まず、形状記憶合金がマルテンサイト相を 呈していてその一部がコンタクトエレメントのばね力によって偏向しているとき に、コンタクトエレメント間を接続する。そして、形状記憶合金がオーステナイ ト相に変態すると、コンタクトエレメントのばね力に勝る力が発揮されるので、 コンタクトエレメント同士を十分に接触させることができるのである。このよう なコンタクトデバイスであれば、はんだ材料を使用しなくても済む。尚、この場 合には、変態温度は室温で達するようになっている。

【００１０】 昭和５９年日本特許出願第218757号明細書には、形状記憶材を半導体のリード 線に使用する例が示されている。この場合、リード線が形状記憶材によってまっ すぐに伸びるので印刷回路基板の穴に通すことができるようになっている。

【００１１】 平成２年日本特許出願第30197号明細書によって、形状記憶合金を、印刷回路 基板に接続される部品のリード線として使用する方法が知られるようになった。 この方法では、部品を印刷回路基板の穴の中で摩擦によって保持できるように、 その穴の中に挿入されるリード線を予め変形させておくようになっている。その 後、はんだ付などのためにリード線を変態温度に加熱すると、リード線が伸び、 その周囲全体にはんだを流すことができるのである。

【００１２】 平成２年日本特許出願第116151号明細書には、形状記憶合金よりなるリード線 を弾性材料よりなるコンタクトエレメントと結合させる方法が示されている。コ ンタクトエレメントの弾性材料によってリード線は印刷回路基板から離れた方向 に付勢される。そして、形状記憶合金の変態温度を越えると、リード線によって コンタクトエレメントは印刷回路基板の方へ偏向する。この作用によってはんだ 付による接合効力を制御することができるのである。また、このように接合効力 を制御できず、弾性のコンタクトエレメントによってリード線が印刷回路基板か ら離れていっても、制御装置によってそれを簡単に感知することができる。

【００１３】 平成１年日本特許出願第268016号明細書によって、形状記憶合金よりなる偏平 材料からリード線を形成する方法が知られるようになった。このリード線は、抵 抗器を有する印刷回路基板に適したものである。そこでは、コンタクトエレメン トの一端をはさみのように広げて印刷回路基板のエッジに差し込むようになって いる。そして、変態温度に達すると、はさみ状に広がった端部が閉じ、はさみ形 をなす一方の脚部が、対応するコンダクタの通路と接する。これによって、リー ド線のはんだ付を効果的に行なうことができる。しかし、この例では、リード線 の形状に問題があり、さらに、従来のコンタクトデバイスを依然として使用して いるので、はんだ付の接合部分にはどうしても応力が生じてしまうことになる。 つまり、従来のコンタクトデバイスにおいてリード線をコンタクトピンとして使 用すれば、コンタクトピンと回路基板とをはんだ付けするときに生じる機械的応 力がその接合部分にそのまま伝わってしまうのである。

【００１４】

【考案の要旨】

本考案は、電気部品または電子部品、特にコネクタ、に適したコンタクトデバ イスに関し、印刷回路基板などとはんだ接合した部分が十分に柔軟であるために 、その接合部分における機械的応力を軽減できるものである。

【００１５】 本考案に係るコンタクトデバイスは、別々に製造された２つのコンタクト部分 よりなるコンタクトエレメントを有している。これら２つの部分は、はんだ付や クリンプ（ひだ）固定などの適当な方法によって接続されるようになっている。 第１コンタクト部分は、コネクタに関して一般的に知られているＣｕＳｎ₈やＣ ｕＢｅ₂などの適当な弾性金属材より形成されるものである。この第１コンタク ト部分を対応する第１コンタクト部分に詰めるようにしてもよい。第２コンタク ト部分は、コンタクトデバイスの作業温度（operation temperature）よりもか なり高い変態温度を有する形状記憶合金よりなる。この第２コンタクト部分は、 変態温度を越えると、コンダクタ、特に印刷回路基板のコンダクタ、の方に向か って変形するようになっている。本考案に係るコンタクトデバイスを印刷回路基 板などのコンダクタに実装した後、はんだ付が行われる。はんだ付の加熱温度が 変態温度を越えると、第２コンタクト部分は、コンダクタすなわち印刷回路基板 の方へ向かって変形する。さらに、第２コンタクト部分はオーステナイト相では かなり強固なものとなっている。従って、第２コンタクト部分ははんだの表面張 力の影響を受けることがなく、はんだ付による確実な接合効果を期待できるよう になっている。本考案に係るコンタクトデバイスでは、ねじなどによって電気部 品を印刷回路基板にクランプ固定して公差を補正する必要はない。ただ、接着な どの方法によって、電気部品を印刷回路基板に接触させておけばよいのである。 電気部品に公差があっても、変態温度を越えると第２コンタクト部分は変形する ので、その公差は自動的に補正されるようになっている。

【００１６】 はんだ付が終了すると、第２コンタクト部分は冷却されて比較的軟質なマルテ ンサイト相に戻る。本考案の一実施例では、第２コンタクト部分の形状記憶合金 及び／またはその断面形状としては、はんだ付の接合部分にそれほど大きな応力 を加えることのないものが選択されている。第２コンタクト部分は、変態温度に 達していないときには、銅に匹敵する延性を有することが好ましい。そうすれば 、たとえ、コンタクトデバイスに機械的応力が加わっても、あるいは、加熱によ る応力が発生しても、それらの応力がはんだ付の接合部分に及ぼす影響がそれほ ど大きくなることはない。

【００１７】 第２コンタクト部分は色々な幾何学的形状をとりうる。本考案の一実施例では 、第２コンタクト部分は横方向に伸びたアーム部を有している。そのアーム部は 、変態温度に加熱されれば、印刷回路基板の方へ曲がるようになっている。オー ステナイト相において弾性作用が良好に発揮されるように、そのアーム部にルー プ形状の部分を形成してもよい。

【００１８】 本考案に係るコンタクトデバイスでは、第２コンタクト部分は、一方向、すな わち印刷回路基板の方向、だけに変形すればよい。形状記憶合金よりなるワイヤ を単に切断しただけでは第２コンタクト部分の曲がり方向を認識することはでき ない。コンタクトデバイスを自動製造する場合には、ワイヤの曲がり方向が分か っていなければならない。従って、本考案に係るコンタクトデバイスの第２コン タクト部分を製造する際には、ワイヤを切断する前か後に、その長手方向に幾何 学的な印を付けるようになっている。この印によって、ワイヤの曲がり方向に対 して所定の関係を有することができるのである。使用されるワイヤの一例として 、フラットワイヤが挙げられる。フラットワイヤは向かい合う二面の方に曲がる ので、その一面または二面に適当なインクなどで印を付けると、ワイヤと第１コ ンタクト部分とを適当な取り付け器具によって接続する際にその向きを間違える ことはない。

【００１９】 本考案の他の実施例では、一般的な方法でより簡単に製造することのできる丸 いワイヤが使用されている。この丸いワイヤには平坦部あるいは溝が形成されて おり、これらによって、ワイヤの曲がり方向に対して所定の関係を有することが できるようになっている。

【００２０】

【実施例】

以下に、添付図面に示した本考案の実施例について詳細に説明する。

【００２１】 図１は従来のコンタクトデバイスを有するコネクタ１０の断面図であり、その ハウジング１４には複数の第１コンタクト部分すなわちコンタクトピン１２が設 けられている。コンタクトピン１２の下端には、上方に向かって曲がっている第 ２コンタクト部分すなわちテール１６が片持ち状態で取り付けられている。図３ ,４に示すように、コネクタ１０は印刷回路基板１８に実装されるようになって いる。ハウジング１４は横方向に延長した部分を有しており、その部分に形成さ れた穴２０にねじを通すことによって、ハウジング１４と印刷回路基板１８とが 固定される。それらを固定すると、テール１６は、上方に向かって変形して印刷 回路基板１８を弾力的に圧接する。その後、従来の方法ではんだ付が行われる。

【００２２】 コンタクトピン１２は、ＣｕＳｎ₈などの適当な弾性材料からなる。しかし、 この従来例では、コンタクトピン１２やテール１６それぞれの応力がただちには んだ付の接合部分に影響を及ぼすことになる。

【００２３】 図５〜８の各部の参照符号は、図１〜４の対応する各部の参照符号に「a」を 加えて示している。コンタクトピン１２aは、図１〜４のコンタクトピン１２と 類似するものであり、同様の材料より形成することができる。コンタクトピン１ ２aからアームのように横方向に伸びたテール２２は、ニッケルチタン合金など の形状記憶合金よりなるものである。コンタクトエレメント、すなわち、コンタ クトピンとテール、の構造は、図９〜１１に、より明確に示されている。

【００２４】 円形や多角形などの断面形状を有するコンタクトピン１２bの下端には穴２４ が形成されている。Ｌ字形のテール２２の垂直方向の脚部は、穴２４と係合して おり、クリンプ（ひだ）によりその穴２４に固定されている。図９には、テール ２２と穴２４との接続部分の拡大図が示されている。

【００２５】 図１０の実施例では、Ｌ字形のテール２２cははんだ付によってコンタクトピ ン１２cに接続されている。

【００２６】 図９,１０の各実施例では、テール２２,２２cは、それぞれ、形状記憶合金の 変態温度よりも低い作業温度（operation temparature）における形状を示して いる。この作業温度は、例えば、２００℃である。テール２２cの形状記憶合金 をはんだ付などの際に変態温度まで加熱すると、それはオーステナイト相に変態 し、図１１に示すように下方向に曲がる。

【００２７】 テール２２,２２cは、それぞれ、直径０.２mmのワイヤなどの比較的細い形状 記憶合金より形成される。一方、コンタクトピンの厚さは０.６mmほどである。 この形状記憶合金は、変態温度に達していない時点におけるマルテンサイト相で は、比較的軟質で、銅に匹敵するほどの延性を有するものが選択されている。ハ ウジング１４aを印刷回路基板１８aに実装した時点では、テール２２,２２cは、 それぞれ、コンタクトピン１２a,１２b,１２cに対してほぼ垂直な姿勢をとる（ 図５,６,９,１０）。そして、コネクタ１０aを印刷回路基板１８aにはんだ付に すると、テール２２は図７に示すように変形する。テールのこの姿勢によって印 刷回路基板１８aは押圧されることになるので、ハウジング１４aや印刷回路基板 １８aの公差や、加熱によって生じる不均一性は補正されるのである。テール２ ２,２２cは、冷却後には軟質になるので、はんだ付の接合部分に機械的応力がか かることはない。

【００２８】 図１〜４の従来例では、ハウジング１４と印刷回路基板１８とがクランプ固定 されているが、本考案ではそのような必要はない。ハウジング１４aと印刷回路 基板１８aとを接着すれば十分である。

【００２９】 図１２に示すコンタクトピン３０は、半加工品であり、下から突出している延 長部３２を有している。図１２（b）に示すように、この延長部３２を約９０° 曲げることによりくぼみ３４を形成することができる。このくぼみ３４には、上 記のように形状記憶合金よりなり、断面形状が楕円形であるテール３６が収容さ れる。そして、延長部３２をテール３６の周囲に巻き付けることによって、テー ル３６をくぼみ３４内にクランプ固定することができるようになる。

【００３０】 図１３には、テールに使用される３種類のワイヤの断面図が示されている。図 １３（a）に示すフラットワイヤは、変態温度では、より面積の大きな二面の一 方に向かって曲がるようになっている。ワイヤがどちらの方向に曲がるかを表示 するために、より面積の大きな二面の一方に適当な色を付すことができる。

【００３１】 図１３（b）に示す丸いワイヤの長手方向には平坦な部分が形成されている。 この平坦部によって、ワイヤの曲がり方向に対して所定の関係を有することがで きるのである。

【００３２】 図１３（c）にも丸いワイヤが示されているが、その長手方向にはＶ字形の溝 が形成されており、やはりこの溝によってワイヤの曲がり方向に対して所定の関 係を持つことができるようになっている。

【００３３】 図１４,１５には、適当なハウジング４４に保持された２列のコンタクトピン ４２を有するコネクタ４０が示されている。コンタクトピン４２のいくつかは横 方向に伸びたテール４６を有している。このテール４６は、図５〜８に示すテー ル２２と同等のものである。図１５に示すテール４６は、下方向に曲がっており 、印刷回路基板４８のコンダクタ４９にはんだ付けされている。このはんだ付の 工程は上記の通りである。さらに、ハウジング４４のキャビティには、雷文形状 のテール４５を有するコンタクトピン４３が設けられている（図１４）。このテ ール４５を変態温度に加熱すると、上記の雷文形状が伸び、その一部がコンダク タ４９と圧接するようになる（図１５）。

【００３４】 本考案に係るコンタクトデバイスの具体例を以下に示す。

【００３５】 コネクタ用コンタクトピンは、ＣｕＳｎ₈またはＣｕＢｅ₂よりなる。形状記憶 合金は、Ｎｉ５５重量部、Ｔｉ４５重量部より組成され、その変態温度は約１１ ０℃である。

【００３６】 通常、形状記憶温度は、例えば８５℃または１００℃の最大作業温度よりも高 くなければならない。オーステナイト終了温度は、共晶すず−鉛合金の溶融温度 である１８３℃または１７０℃のそれぞれよりも低くなければならない。マルテ ンサイト開始温度は、オーステナイト終了温度よりも低いが、冷却時に発生する 応力を極力抑えるために、その差はできるだけ小さい方がよい。マルテンサイト 終了温度は、例えば８５℃または１００℃の最大作業温度それぞれよりも高くな ければならない。最後に、これらの温度は、使用する形状記憶合金の材料や各場 合に応じて設定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のコンタクトデバイスを有するコネクタ
の断面図である。

【図２】 図１のコネクタの側面断面図である。

【図３】 図１のコネクタを印刷回路基板に取り付けた
状態の断面図である。

【図４】 図３のコネクタの側面断面図である。

【図５】 本考案の一実施例に係るコンタクトデバイス
を有するコネクタの断面図であり、印刷回路基板に実装
されている状態を示している。

【図６】 図５のコネクタの側面断面図である。

【図７】 図５のコネクタをはんだ付によって印刷回路
基板に接合した状態を示す断面図である。

【図８】 図７のコネクタの側面断面図である。

【図９】 本考案の一実施例に係るコンタクトデバイス
のコンタクトエレメントの側面図であり、コンタクトピ
ンとテールとの接続部分を拡大して示している。

【図１０】 本考案の一実施例に係るコンタクトデバイ
スのコンタクトエレメントの側面図である。

【図１１】 図１０のコンタクトエレメントの側面図で
あり、テールを変態温度に加熱した状態が示されてい
る。

【図１２】 本考案の一実施例に係るコンタクトデバイ
スのコンタクトピンとテールとの接続工程をａからｄの
ステップに分けて示した図である。

【図１３】 本考案に係るコンタクトデバイスのテール
に使用されるワイヤの断面図であり、ａからｃの３種類
の実施例が示されている。

【図１４】 本考案の一実施例に係るコンタクトデバイ
スを有するコネクタの、印刷回路基板にはんだ付けされ
る前の状態を示す斜視図である。

【図１５】 図１４のコネクタを印刷回路基板にはんだ
接合した状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０,１０a,４０ コネクタ １２,１２a,１２b,１２c,３０,４２,４３ コンタクト
ピン １４,１４a,４４ ハウジング １６,２２,２２c,３６,４５,４６ テール １８,１８a,４８ 印刷回路基板 ２０,２４
穴 ３２ 延長部 ３４ くぼ
み ４９ コンダクタ

Claims (8)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気部品、特にコネクタ、に適したコン
   タクトデバイスにして、 少なくとも１つのコンタクトエレメントからなり、 上記コンタクトエレメントは、上記電気部品内に位置決
   めされた第１コンタクト部分と、上記電気部品より下方
   向に突出し、はんだ付によって、コンダクタ、特に印刷
   回路基板のコンダクタ、に接続されるようになっている
   第２コンタクト部分とを有し、 上記第１コンタクト部分（１２a,１２b,１２c,３０）
   は、弾性金属材料より形成され、 上記第２コンタクト部分（２２,２２c,３６）は、上記
   第１コンタクト部分とは別体に、形状記憶合金より形成
   され、 上記形状記憶合金は、上記コンタクトデバイスの作業温
   度よりもかなり高い変態温度を有し、 上記変態温度を越えると、上記コンダクタ、特に上記印
   刷回路基板（１８,１８a）のコンダクタ、の方へ向かっ
   て変形するように配向されていることを特徴とするコン
   タクトデバイス。
2. 【請求項２】 上記形状記憶合金の上記変態温度は、上
   記印刷回路基板（１８,１８a）とのはんだ付の最中に達
   することを特徴とする請求項１記載のコンタクトデバイ
   ス。
3. 【請求項３】 上記第２コンタクト部分（２２,２２c）
   は横方向に伸びたアーム部を有することを特徴とする請
   求項１または２記載のコンタクトデバイス。
4. 【請求項４】 上記アーム部はループ形状の部分を有す
   ることを特徴とする請求項３記載のコンタクトデバイ
   ス。
5. 【請求項５】 上記第１コンタクト部分と上記第２コン
   タクト部分とは、はんだ付や溶接によって、好ましくは
   レーザ溶接によって、接続されることを特徴とする請求
   項１記載のコンタクトデバイス。
6. 【請求項６】 上記第１コンタクト部分（１２b,３０）
   と上記第２コンタクト部分（２２,３６）とはクリンプ
   固定によって接続されることを特徴とする請求項１記載
   のコンタクトデバイス。
7. 【請求項７】 上記形状記憶合金及び／または上記第２
   コンタクト部分の断面形状としては、室温及び／または
   作業温度下でははんだ付の接合部分にそれほど大きな力
   を加えることのないものが選択されていることを特徴と
   する請求項１記載のコンタクトデバイス。
8. 【請求項８】 上記第２コンタクト部分は、上記変態温
   度に達していないときには、銅の延性に匹敵する延性を
   有することを特徴とする請求項７記載のコンタクトデバ
   イス。