JPH0675410B2 - コンタクトピン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回路板の孔（スルーホール）に挿入するよう
に形成し、孔に挿入すると変形し、孔の導電面部分と電
気的接触関係を確立する可変形部分を有するコンタクト
ピンに関する。

可変形ピンは、多層プリント板、バックパネル、または
メッキしたスルーホールを有する簡単な回路板において
導体との接触関係を確立する必要がある場合に、エレク
トロニクスの分野で数多く使用されている。可変形コン
タクトピンは、常態では回路板の孔径よりも広い幅を有
するが、回路板の孔へ挿入すると変形してコンタクト側
縁部が導体との間に必要な電気的接触常態を確立するこ
とができる可変形部分を具備する。従って、可変形部分
は、回路板の孔に挿入した後、ピンを回路板に保持する
と共に回路板の導体との間に確実な電気的接触を維持す
るのに充分な力で孔の面と当接する、本質的には比較的
強力なばねシステムである。例えば、米国特許第4,186,
982号、第4,743,081号、第4,206,964号および第4,606,5
89号にいくつかの公知タイプの可変形ピンが開示されて
いる。

既に数多くの可変形ピンが使用されているという事実に
も拘らず、可変形ピン技術を採用したくてもできない場
合が少なくない。その理由は、可変形ピンを製造するに
は金属素材の薄さに限度があり、この限度よりも薄い金
属素材からピンを製造しようとしてもピンが充分な性能
を発揮しないという意味で公知の可変形ピンの多くは適
応性に欠けるからである。例えば、コンタクトピンが取
り付けられる回路板またはその他のパネル状部材におい
て広く採用されている標準サイズの孔径は0.040インチ
（1.02mm）である。この孔径0.040インチの孔にピンを
挿入する場合、市販の可変形ピンの多くは厚さが0.025
インチ（0.63mm）の金属素材から製造されている。市販
の可変形ピンのうちには厚さ0.015インチ（0.38mm）の
金属素材から製造できるものもあるが、性能がある程度
まで犠牲になる。即ち、孔径と素材の厚さとの関係に関
する限り、市販のコンタクトピンの適応性は極めて限ら
れたものである。

コンタクトピンを0.040インチ（1.02mm）の孔径の孔に
挿入しなければならないが、ピンの素材として厚さ0.02
5インチの素材または0.015インチ（.38mm）の素材を使
用できない場合が少なくない。製造コストだけを考えて
みても、素材の厚さを0.012インチ（0.30mm）またはそ
れ以下に制限することが必要な場合がある。コンタクト
ピンが機械的な理由で比較的薄い金属素材から製造しな
ければならないばねレセプクタルなどと一体である場合
にも、コンタクトピンの素材の厚さが制限される。一例
を言うと、DIPスイッチのような回路板スイッチは極め
て薄い、例えば0.008インチ（0.20mm）の金属素材から
製造しなければならないばねコンタクトを内蔵してい
る。スイッチハウジングから突出しているコンタクトピ
ンを回路板の孔に挿入するだけでDIPスイッチを回路板
に取り付けることができるように、ばねコンタクトのピ
ン部分に可変形部分を設けることができれば好都合であ
る。従来は、もし回路板の孔のサイズが上述したように
0.040インチの標準サイズであり、ばねコンタクトが比
較的薄い材料から成る場合、コネクタまたはスイッチを
普通のはんだ付け方式で回路板の導体に接続しなければ
ならず、可変形ピンによる組み立て方式に比較して組み
立てコストが著しく増大する。

例えば、圧印加工のような特殊な製造技術に依存すれ
ば、可変形ピンの素材厚さをある程度小さくできるかも
知れないが、このような技術は製造コストの上昇につな
がる。好ましい可変形ピンの製法は、簡単な打抜き成形
（stamping and forming）による方法である。

本発明の目的は、広い厚さ範囲の金属素材からピンを製
造できるという意味で、広範囲の適応性を有する改良型
の可変形ピンを提供することにある。公知の打抜き成形
による方法によって製造でき、製造の工程で極度に困
難、かつ敏感な金属加工工程を必要としない可変形ピン
を提供することも本発明の目的である。

本発明は、回路板の孔（スルーホール）に挿入するコン
タクトピンから成り、該ピンは挿入に伴って変形し、挿
入後、孔の導電面部分との接触状態を確立する可変形部
分を有する。本発明のコンタクトピンは、可変形部分が
導入部、中間部および後端部を有することを特徴とす
る。中間部は回路板の孔の孔径よりも大きい幅を有し、
導入部は回路板の孔の孔径よりも小さい幅を有する。可
変形部分は導入部から中間部にかけてその幅が広くなっ
ている。可変形部分は互いに間隔を保つ一対の孔を有
し、一方の孔は導入部寄りの位置を占め、他方の孔は後
端部寄りの位置を占める。可変形部分を一対の孔を結ぶ
剪断線に沿って剪断することにより、孔と剪断線によっ
て可変形部分を一対の隣り合うビームに分割する。それ
ぞれのビームは中間部分、導入部側の固定端および後端
部側の固定端を有する。それぞれのビームは中間部分か
ら他方のビームに向かって延出する耳状ストッパーをも
有する。この耳状ストッパーは孔の縁辺と剪断線によっ
て画成されている。耳状ストッパーを含むビーム中間部
分は成形操作によりピンの長軸と直交して互いに遠ざか
る第１対向方向に変位し、両ビームの耳状ストッパーは
互いに間隔を保つ平面内に位置する。使用に際して可変
形部分を導入部から回路板の孔へ挿入すると、ビームが
第２対向方向に互いに接近する。第２対向方向は第１対
向方向と直交関係にあり、従って、ストッパーは移動し
てオーバーラップ関係となるから、各ビームの耳状スト
ッパーは他方のビームの両端の中間位置において他方の
ビームに対する支持部材またはストッパーとして機能す
る。可変形部分をさらに回路板の孔に挿入すると、両ビ
ームがさらに第２の対向方向に移動して撓み、ビームの
撓みでビームと孔の導電面部分との間に接触力が発生す
る。上述したコンタクトピンは、互いに対向する圧延面
および剪断された側縁を有し、可変形部分には圧延面を
貫通する孔を有する打抜き成形したピンであることが好
ましい。ビームの中間部分は、回路板の孔に挿入するま
ではほぼ平行な互いに間隔を保つ平面内に位置するか、
または互いに対向方向にオフセットした凹面の関係にあ
ればよい。

第１図は、帯状金属素材の一部とともに本発明のコンタ
クトピンを示す斜視図である。

第２図は、第１図に示したコンタクトピンの可変形部分
の正面図である。

第３図は、第２図の矢印３−３の方向に見た側面図であ
る。

第４図および第５図は、それぞれ第２図および第３図の
矢印４−４および５−５の方向に見た図である。

第６図、第７図、第９図および第10図は、回路板の孔へ
の可変形部分の挿入、およびこの挿入動作中に可変形部
分が撓む態様を示す図である。

第８図および第11図は、それぞれ第７図および第10図の
矢印８−８および11−11の方向に見た図である。

第12図〜第16図は、コンタクトピンの可変形部分の他の
実施例を示す図である。

第17図は、本発明の可変形コンタクトピンの力と挿入距
離との関係を示す理論上の曲線である。

第18図は、コンタクトピンの可変形部分の一部を形成す
るビームのうちの一方を示す、説明のための断面図であ
る。

第１図〜第５図から明らかなように、本発明のコンタク
トピン２は、パイロット部分４、可変形部分６、および
その隣接部分８を有する。ピン２は、メタライズ加工し
た表面部分14を有する回路板12の孔（スルーホール）10
に挿入し、ピン２の可変形部分によって前記メタライズ
加工部分との間に接触関係を確立する。パイロット部分
４は孔へ自由にはめることのできる断面を有し、可変形
部分は後述するように孔へ挿入すると変形する。

第１図〜第５図に示す本発明の実施例は、対向する圧延
面18を有する厚さがｔの金属薄板素材を打抜き成形する
ことによって製造するものである。圧延面18と呼称する
のは、金属素材を成形する際に、この両面がロールと接
触し、ロール間で圧搾（squeeze）されるからである。
後述のように側面を剪断された打抜き成形済みのピンに
おいても圧延面と呼称する。

ピン２はその長手方向に延在する対向圧延面（第1,第２
面）20,21を有すると共に剪断面側縁22をも有する。可
変形部分６は、ピンのパイロット部分に隣接する導入部
24、中間部26、およびピンに対する隣接部分８に隣接す
る後端部28を有する。前記隣接部分８は、ピンを回路板
に挿入するとストッパーとして機能して可変形部分を第
11図に示すように確実に回路板の孔内に位置させる下向
きの肩部30を有する。

可変形部分に２個の三角孔32を打ち抜き、この２個の孔
を結ぶ剪断線34に沿って可変形部分を剪断加工する。剪
断線34はピンの長軸上に位置する。孔は概ね三角形であ
り、導入部および後端部の付近にそれぞれ頂点を有し、
剪断線34と交差する底辺を有する。孔と剪断線が、可変
形部分をピンの長軸の両側にそれぞれ位置する２つの隣
り合うビーム36,36′に分割する。各ビームは導入部側
固定端38,38′および後端部側固定端40,40′を有する。
各ビームはさらに、剪断加工による外向きの側縁41をも
有し、該側縁は回路板の孔10の円筒面に合致するように
中間部分42が面取り加工してある。

孔32と剪断線34が各ビームの両端の中間位置から互いに
他方のビームに向かって延出する一対の耳状突起44,4
4′を画成する。耳状突起はピン中心軸上にあって、ビ
ーム成形の際にピンを剪断した結果得られた剪断面であ
る対向端46を有する。

ビーム36の中央または中間部分37を互いに遠ざかる第１
の対向方向へ成形するから、成形後ビームの中間部分37
および耳状突起44,44′が第３図に示すように互いに間
隔を保つ平行平面内に位置する。耳状突起44,44′にお
ける圧延面20,21の部分は第４図に示すように互いに対
向し、耳状突起の端部46は同一平面内に位置する。この
ようにピン２の製造工程は極めて簡単であり、板材打ち
抜き、孔あけパンチング、剪断線34に沿った剪断、およ
び第１対向方向への曲げによってビームを成形すること
だけでよい。

ピンを回路板の孔10に挿入する場合、ピンを孔と整列さ
せ、可変形部分の導入部が孔の上縁と係合するまでパイ
ロット部分４を孔に挿入する。ビームの中央部分は互い
にオフセットにしてあるから、コーナー部42,42′は互
いに対向する位置で孔の縁辺部分と係合する。挿入する
に従ってビームは互いに斜め方向に接近し、第７図に示
すようなオーバーラップ関係となる。即ち、ビームは第
１対向方向とは逆の第１逆方向に、成形面に占めていた
元の位置に向かって変位する。同時にビームは第１対向
方向と直交する第２対向方向に変位するから、ビームは
第７図に破線で示すようなオーバーラップ関係となる。
従って、上述したようにビームは斜め方向に変位して互
いに接近することになる。

第７図に示すように耳状突起が互いにオーバーラップし
た後、ビームが第１逆方向に、即ち、元の位置に向かっ
て少しでも変位しようとすれば耳状突起によって完全に
阻止され、第２対向方向にビームの撓みが増す。換言す
ると、ビームはさらに変位して第９図に示すようなオー
バーラップ関係となり、この挿入段階で全長にわたって
撓む。第10図および第11図に示すようにビームを完全に
挿入すると、ビームの第２対向方向撓みと第１逆方向撓
みとでビームに発生する応力により、回路板の孔10の導
電面部分に接触面42が圧接させられる。

上記第１逆方向のビーム変位量は極めて小さく、第２対
向方向のビーム変位に比較すれば取るに足らない。面2
0,21間にギャップが残るようにピンを設計すれば、第１
逆方向の変位は大きくなるがギャップがなければ第１逆
方向の変位は極く少ない。

いずれの場合にも、耳状突起の第１逆方向への変位によ
って耳状突起が同一平面に戻ることがないようにするた
めには、挿入開始段階において耳状突起をオーバーラッ
プ関係にするのに充分なだけの第２対向方向への変位が
必要である。

本発明の重要な構成要件は、耳状突起44,44′が変位し
て第７図および第８図に示すようなオーバーラップ当接
関係になり、第４図に示す第１および第２面20,21が互
いに当接する際に、各ビームの耳状突起が他方のビーム
の両端間の中間位置において、その他方のビームに対す
る支持手段として作用することである。完全に挿入した
状態において、ピンの可変形部分を構成する２本のビー
ムは、両端が固定され、しかも両端間の中間で支持さ
れ、さらにピンの面42と回路板の孔の導電面部分との電
気的接触面に接触力を発生させるように撓む。両端を固
定され、両端間の中間でも支持されるビームは、極めて
丈夫な構造部材であるから、ピンを比較的薄い金属素材
16から製造しても大きい接触力が得られる。

可変形部分によって回路板の孔の導電面に加えられる総
接触力は、上記ビーム36,36′の撓みによる力と耳状突
起44,44′の対向面20,21が当接して第７図〜第11図に示
すようなオーバーラップ関係となる時に生ずる摩擦によ
る力とによって構成されると考えられる。可変形ピン技
術の成果に摩擦力が大きく寄与すること（それは撓みか
ら生ずる力に加えてではあるが）が米国特許第4,186,98
2号において指摘されており、今日使用されている可変
形ピンの全てとは言わないまでも、その多くは接触力を
２つの発生源、即ち、撓みと摩擦から発生させている。
本発明の可変形ピンは、ピンによって回路板の孔に作用
する総接触力のうちの摩擦力の寄与を巧みに制御するこ
とができる。即ち、挿入プロセスの中間段階まで耳状突
起が互いに接触しないように耳状突起の面20,21間にギ
ャップを設けることにより、挿入の中間段階まで摩擦力
が寄与し始めるのを遅らせることができる。接触面42の
面取り量を調整することにより面20,21間の法線力を、
従って、摩擦力の寄与を調整できる。また、面20,21の
摩擦係数を加減することによって摩擦力の寄与を加減す
ることができる。

第17図は、挿入するに従って可変形部分に発生する力を
示す理論上の曲線であり、縦軸にＦで示すのが力、横軸
にｄで示すのが挿入距離である。第17図は実験データに
基づくものではなく、従って、Ｆにもｄにも具体的な数
値を与えていない。実際の曲線は勾配についても、後述
の過渡点50についても、第17図とは異なるであろうが、
多くの場合本質的には第17図に示すような特性を有する
であろう。第17図はあくまでも説明のためのグラフであ
る。

第17図に示す曲線の部分48はビームが逆方向に動いて、
互いに接近し、もし面20,21間にギャップがあったとし
ても、そのギャップが閉ざされている段階を表わす。曲
線の過渡点50は面20,21が互いに当接し、各ビームが他
方のビームの耳状突起によって中間部分を支持されて補
強される時に曲線に生ずる急激な勾配の変化を表わす。
曲線の最終部分52は、ビームが第２対向方向にその全長
に沿って撓み、互いに接近する挿入の最終段階を表わ
す。このように撓むことで、ピンの可変形部分が孔の導
電面に加える総接触力Ｆの大部分が提供される。挿入し
たピンの総接触力Ｆに寄与する摩擦力が発生するのは曲
線の過渡点50以後であり、52で表わされる部分の範囲に
おいて総接触力に寄与する。

本発明の可変形ピンの顕著な利点は、広い厚さ範囲の金
属素材から、即ち、比較的薄い素材からでも比較的厚い
素材からでも高性能の可変形ピンを製造できるという意
味で適応性にすぐれている点にある。この利点を第17図
に関連してさらに詳細に説明する。もし第17図の曲線を
特定の状況下で使用される特定の可変形ピンに関する理
想的な曲線であるとすれば、詳しくは後述するようにピ
ンのいくつかの寸法条件を変えるだけで、比較的薄い素
材からでも比較的厚い素材からでもこの曲線を得ること
ができる。また、ピンの可変形部分の性能および設計以
外の配慮から素材の厚さが例え一定におさえられていて
も、必要に応じて第17図の理想曲線を達成できるだけで
なく、勾配または数値の異なる曲線を達成することも可
能である。例えば、もし押入力（可変形部分を孔に挿入
するのに必要な力）がなんらかの理由で比較的小さくて
もよいなら、ピンの可変形部分の各部寸法を、Ｆ値が小
さくなるように変更すればよい。

本発明の適応性は挿入の最終段階にビームが第２平行方
向へ互いに接近するように撓むという事実に基づく。こ
の撓みは、ビーム36のＸおよびＹ軸（長軸および短軸）
を示す第18図の断面図におけるビームの幅Ｗと平行であ
る。Ｘ軸に沿って、即ち、圧延面20,21と平行に加わる
負荷によって撓む時のビームの強度は第18図のＹ軸に関
する慣性モーメントIyによって決定される、Iyは下記式
によって表わされる： この式では、幅Ｗが３乗されているから、ビームの厚さ
ｔが大きく変化しても慣性モーメントIyの最終値に対し
てはほとんど影響はなく、幅Ｗを少し変化させるだけで
厚さｔの比較的大きい変化を補うことになる。このこと
は、もし厚さｔを大幅に縮小しても、幅Ｗを比較的小幅
に増大するだけでIyをそのまま維持でき、ビームの強度
はあまり変化しないことを意味する。従って、第１図〜
第５図に示す素材よりもかなり薄い金属素材（厚さｔの
薄い素材）から第１図〜第５図に示す可変形ピンを製造
するとすれば、金属素材の薄さを補うにはビームの幅Ｗ
を広げるだけでよい。ビーム36,36′の幅Ｗは孔32のサ
イズを縮小するか、後述する第12図〜第16図のような形
状の孔を使用することによって広げることができる。あ
るいは、ピンが第１図〜第５図に示す素材厚さを具え、
一方挿入力および接触力Ｆが小さくなければならないと
すれば、この条件を満たすためには孔32を大きく形成す
ればよい。

これと対比して、もし第18図に示すようなビームを圧延
面20,21と平行にではなく垂直に撓ませると、Ｘ軸に関
する慣性モーメントIxがビーム強度を左右する主な要因
となる。Ixは下記式で表わされる。

この式では３乗されるのは厚さｔであって幅Ｗではな
い。厚さｔを縮小すれば、得られるピンの強度を一定に
維持するためには幅Ｗを著しく増大させねばならない。

以上の説明では、本発明の長所を理解するための一助と
して述べたものであって、本発明の特定のコンタクトピ
ンの性能に関する計算の基礎となるものではない。以上
の説明ではビーム36,36′が矩形断面を有することを条
件としているが、（ビーム36,36′が面取りコーナー部
を有するピン２の場合に見られるように）この条件は実
際の可変形ピンには存在しない。従って、実際の可変形
ピンの慣性モーメントが正確に上記の式と符合すること
はない。ただし、実際のビームの慣性モーメント式はビ
ーム幅の３乗（または３乗に近いべき指数）×ビーム厚
さによって決定される。従って、以上の説明の総合的な
結論は本発明の可変形ピンの一般的なケースに当てはま
る。

第12図〜第14図は、可変形ピンの特性を変化させる種々
の孔形状を示す。第12図に示す孔54は、細長いスロット
の形態を呈し、第13図に示す孔56は概ね楕円形、第14図
に示す孔58は円形である。いずれの実施例においても、
必要に応じて孔のサイズを変化させることによってビー
ムの特性を変えることができる。第12図〜第14図に示す
それぞれ異なる孔形状が、ビームの端部断面を変化さ
せ、この変化が製造される可変形ピンの特性に影響する
ことはいうまでもない。

第15図は、ビーム60が互いに遠ざかる方向にふくらんだ
円弧状に形成され、オフセット様式で対向する凹面を有
する実施例を示す。この実施例では、耳状突起が初期段
階においてそれぞれの長手側縁に沿って互いに係合し、
ビームが第１逆方向に変位する過程で、耳状突起はビー
ムが第２平行方向に変位する前にやや扁平になる。第16
図は、可変形部分を回路板の孔に挿入するとオーバーラ
ップして互いに当接する耳状突起部分に、凹凸面62を設
けた実施例を示す。この凹凸面も可変形ピンの最終性能
に顕著な影響を及ぼす。

以上の説明から明らかなように、本発明によると、0.20
〜0.30mm程度の例えばレセプタクルコンタクトをスタン
ピングおよびフォーミング加工により形成するのに好適
な薄い金属板を用いて極めて適応性（コンプライアン）
の優れたコンタクトピンが得られる。このピンは、回路
板のスルーホールの直径よりも幅の広い中間部に中心軸
に沿って１対の孔を形成すると共に剪断オフセットして
耳状突起を有する１対のビームを形成している。

このピンは、回路板のスルーホールへの挿入において、
先ず１対のビームが相互に平行に撓み、比較的低い初期
挿入力で挿入することができ、次に１対の耳状突起が相
互のオーバーラップ状態で摩擦係合してスルーホールに
対して十分な保持力で保持することができる。従って、
薄い金属板で形成されるコンタクトピンであっても、回
路板のスルーホールに対する良好な接触保持部が得られ
実用上の効果が顕著である。また、このピンの製造工程
が極めて簡単であることも、この種の可変形ピンとして
極めて有益である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する第１及び第２面を有する薄くて細
   長い金属板により形成され、回路板のメッキされたスル
   ーホールに挿入されて電気的且つ機械的に接続保持され
   るコンタクトピンにおいて、 前記スルーホールの直径よりも幅が狭いパイロット部分
   と、 前記スルーホールの直径よりも幅が広く且つ外縁面が面
   取りされた中間部分と、 該中間部分の中心軸に沿う離れた位置に形成された１対
   の孔と、 該１対の孔間を前記中心軸に沿って延びる剪断線により
   形成された耳状突起を有する１対のビームとを具え、 前記１対のビームの耳状突起が、前記第１及び第２面に
   対して垂直方向へ相互にオフセットすると共に離間し、
   前記スルーホールへの挿入により該１対のビームの耳状
   突起における前記第１及び第２面で相互に当接すること
   を特徴とするコンタクトピン。