(57)【要約】【課題】  コンプライアントピンおよび電気部品において、長期に亘って確実に基板の貫通孔に取り付けることができる、信頼性が高く、再利用可能で経済的、また寸法精度が高く製造容易なものとする。【解決手段】  弾性を有する圧入部１２を備え、内面にめっき層１０４が形成された、回路基板１００のスルーホール１０２に圧入されると、圧入部１２の弾性変形により抜止めされるコンプライアントピン６において、圧入部１２に、スルーホール１０２への挿抜方向への段差であってめっき層１０４の厚さより小さい段差１２ｅが形成されている。【選択図】          図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性を有する圧入部を備え、内面にめっき層が形成された、回路基板のスルーホールに圧入されると、前記圧入部の弾性変形により抜止めされるコンプライアントピンにおいて、
前記圧入部に、前記スルーホールへの挿抜方向への段差であって前記めっき層の厚さより小さい段差が形成されていることを特徴とするコンプライアントピン。
【請求項２】
請求項１記載のコンプライアントピンを備え、前記コンプライアントピンが前記スルーホールに圧入されて前記回路基板の回路と電気的に接続されることを特徴とするコンプライアントピンを使用した電気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣＢ(Printed Circuit Board)すなわち印刷された回路基板（以下、単に基板という）の貫通孔（スルーホール）に圧入されるコンプライアントピンおよびコンプライアントピンを使用した電気部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンプライアントピン（ピン）は、その弾性を有する圧入部を、圧入部の外径よりも若干小さい内径を有する回路基板の貫通孔に圧入して使用される。ピンを内面がめっきされた貫通孔に圧入すると、圧入部が弾性変形によりピンの軸線方向と直交する方向に撓みながら貫通孔の内面に密着（圧接）する。これにより、ピンと基板との接続部にはんだ付けを行わなくても、基板への固定並びにピンと基板の電気回路との間に良好な電気的接続がなされる。
【０００３】
現状においては、ピンと貫通孔との間に生じる接圧は、電気的に安定した接続状態を維持するために１０N（ニュートン）以上あることが要求されている。また、圧入部には電気コネクタ同士の脱着の際や、外的要因によってピンが貫通孔から抜け出る力が加わることがある。しかし、このような場合でも、ピンと貫通孔との接続状態が影響を受けずに、安定的に維持されるために大きな保持力すなわち機械的強度が要求されている。
【０００４】
このようなピンの一例として、例えば、圧入部にピンの長手方向に延びるスロットが形成され、その両側がスロットによって形成された面に沿って互いに逆方向にずれるように変位されたピンが知られている（特許文献１）。このようにして形成された圧入部は、その径方向（ずれ方向）に僅かに弾性変形することが可能である。また、ピンの他の従来技術として、圧入部にピンの長手方向に沿って長孔が形成され、この長孔の両側が単に逆方向に引っ張られて、圧入部の外形が略楕円形になるように構成されたプレスイン端子が知られている（特許文献２）。この場合は、圧入部が基板の貫通孔に圧入されると、圧入部の楕円形の外形部分が内方に撓んで貫通孔内に圧接固定される。
【０００５】
このように形成されたピンは、例えば、電気コネクタ等の電気部品に取り付けて使用される。そして、電気部品を基板に装着するときに、ピンにより基板への電気コネクタの固定と、電気コネクタと基板の電気回路との電気的接続とを同時に行うようになっている。従って、ピンの圧入部においては、強い保持力が長期間に亘って維持されることが製品の信頼上望ましい。他方、電気部品を基板に容易に実装できるように、基板の貫通孔にピンを圧入する際の挿入力が著しく増大しないようにすることが望ましい。これに加えて、ピンを基板へ挿抜する際の貫通孔内面に形成されためっき層への損傷を軽減して、少数回ならばピンの挿抜を可能にすることも望まれている。
【０００６】
ピンの保持力を高めるためには、ピンと貫通孔の嵌め合いをきつくすればよいが、ピンの挿入力増大および貫通孔の損傷を招くおそれがある。そのため、ピンに「かえし」を設けて、挿入力を増大させることなく保持力を増大させることが行われている。このようなピンの従来技術として、平板状の圧入部に、上端部がピン本体から切断分離された片持ち梁状の切起し部を設けたものが知られている（特許文献３）。この舌片状の切起し部は、圧入部の外縁から外方に突出しており、ピンが基板の貫通孔に圧入されると、切起し部が弾性的に内方に変形するとともに、この切起し部が基板の貫通孔の内面に係合するように構成されている。従って、ピンが貫通孔から抜け出る方向の力に対しては、ある程度の保持力を有する。
【０００７】
また、材料の面から見ると、ピンは、高強度の材料を使用し、圧入部も僅かな変位で高い接圧を生じるように構成されている。他方、基板の方も、ピンの接圧に耐えるように、高強度の材料で形成された厚い基板が使用されている。従って基板の孔径も適用範囲が狭くなっている。
【特許文献１】特公昭５８−４１６３３号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−２３１３５４号公報（図１）
【特許文献３】特公昭６０−８３７９号公報（図１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の特許文献１および２に開示されたピンにおいては、圧入部の外形形状が平滑であるので、ピンを基板から引き抜く方向の力に対しては特別の抗力を有さない。従って、引き抜き力に対する抵抗力を増大させるためには、貫通孔内面との接圧を大きくする必要があるが、基板への挿入力が増大してめっき層を破断し、或いは基板を破損するおそれも大きくなる。他方、特許文献３に記載されたピンの構成は、抜き方向の力に対して抗力を有する。すなわち、切起し部の上端部が貫通孔の内面と係合しているので、引き抜き方向の力に対しては、抜けにくくなっている。しかし、無理に引き抜くことによって、切起し部が変形したり、めっきされた貫通孔の内面が破損したりするおそれがある。また、このような切起し部は、形状が複雑であり、製造に工数がかかり、切起し部の弾力性のばらつきも大きいので、接圧や保持力もばらつくおそれがある。
【０００９】
また、一旦、正常に取り付けられた電気部品は、交換や補修のために基板から取り外して再利用することも行われている。この場合、電気部品を基板から取り外す際に、電気部品や基板を破損すると、電気部品および基板の両方あるいはそのいずれか一方が使用できなくなり、不良品としてこれらを廃棄しなければならなくなる可能性があり経済的ではない。
【００１０】
また、基板についても、近年では、電子機器の小型化等により、基板を薄型化し、サイズも小型化することが要求されている。このようなタイプの基板へ、上記現状のピンを挿入した場合、過度の接圧により基板が変形、破壊されてしまい、所望の性能を発揮することができなくなるおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接圧を過度に上昇させて基板を破損させたりすることなく、長期に亘って確実に基板の貫通孔に取り付けることができる信頼性の高いコンプライアントピンおよびコンプライアントピンを使用した電気部品を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、基板に取り付けた後、取り外して再利用可能な経済的なコンプライアントピンおよびコンプライアントピンを使用した電気部品を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の別の目的は、寸法精度が高く、製造容易なコンプライアントピンおよびコンプライアントピンを使用した電気部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のコンプライアントピンは、弾性を有する圧入部を備え、内面にめっき層が形成された、回路基板のスルーホールに圧入されると、圧入部の弾性変形により抜止めされるコンプライアントピンにおいて、圧入部に、スルーホールへの挿抜方向への段差であってめっき層の厚さより小さい段差が形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
段差は、コンプライアントピンの回路基板への挿入方向と逆方向を向く係止面を有することが好ましい。また、段差は、圧印加工によって形成することができる。段差は、圧入部から突出している場合も、凹んでいる場合もあり、いずれの場合も係止面は回路基板への挿入方向と逆方向を向いていることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のコンプライアントピンを使用した電気部品は、請求項１記載のコンプライアントピンを備え、コンプライアントピンがスルーホールに圧入されて回路基板の回路と電気的に接続されることを特徴とするものである。
【００１７】
ここでいう「電気部品」とは、電気コネクタ、その他の電気/電子部品を含むものとする。また、「圧印加工」とはプレス加工により被加工面を凹凸変形させて所望の形状に形成することをいうものとする。
【００１８】
係止面の貫通孔の内面と直交方向の寸法は、貫通孔の内面のめっき厚の１/３〜１/２であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のコンプライアントピンおよびコンプライアントピンを使用した電気コネクタは、圧入部に、スルーホールへの挿抜方向への段差であってめっき層の厚さより小さい段差が形成されているので次の効果を奏する。即ち、コンプライアントピンが弾性変形するとともに、圧入部の弾性と段差との相乗効果により、めっき層が形成された貫通孔内面も段差に倣って弾性変形するので、この段差が「かえし」としてめっき層に効果的に作用する。従って、接圧を過度に上昇させて基板を破損させたりすることなく、長期に亘って確実に基板の貫通孔に取り付けることができる信頼性の高いコンプライアントピンおよびこれを使用した電気部品が得られる。この段差は僅かですむため、コンプライアントピンの挿入力を増大させることもない。さらに、段差がめっき層の厚さより小さいので、メンテナンス等でコンプライアントピン、コンプライアントピンを使用する電気部品を引き抜いても、１回の挿抜で完全にだめになってしまうわけではないので、再度コンプライアントピン、電気部品および基板を使用することができ経済的である。また、段差は製造が容易であり、寸法精度も高くすることができる。また、電気部品は、基板の回路との間の電気的接続の信頼性を長期間に亘って確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一例となるコンプライアントピン（以下、単にピンという）およびこのピンを使用した電気部品について、添付図を参照して詳細に説明する。図１は本発明の電気コネクタ（電気部品）１を後面側から見た斜視図である。また、図２は図１の電気コネクタ１を嵌合面側から見た正面図である。図１および図２に示すように、電気コネクタ１は、直方形の絶縁性のハウジング２と、このハウジング２の後面４に所定の間隔で２列に配設された複数のピン６とを有する。ハウジング２は、嵌合面８側に相手方のコネクタ（図示せず）を受容する嵌合凹部１０を有する。ピン６は、嵌合凹部１０内に相手方コネクタのコンタクト（図示せず）と接続する接触部６ａを有し、後面４側に基板１００（図２、図６）に接続されるタイン部６ｂを有する。タイン部６ｂは、後面４から後方に延出し、さらに基板１００側に向けて略直角に折り曲げられている。タイン部６ｂには、基板１００に圧入されて基板１００に固定される圧入部１２が形成されている。
【００２１】
次に、ピン６の形状について、図３および図４を参照して説明する。図３および図４はピン６を示し、図３（ａ）はピン６の平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は底面図をそれぞれ示す。また、図４（ａ）は背面図、図４（ｂ）は左側面図、図４（ｃ）は右側面図をそれぞれ示す。図３および図４に示すように、ピン６は、直線状に延びた接触部６ａおよびこの接触部６ａに連続してＬ字状に形成されたタイン部６ｂを有する。接触部６ａとタイン部６ｂとの境界部分には、凹凸面を有する固定部１６が形成されている。固定部１６は、ハウジング２の後面４から嵌合凹部１０に貫通するピン挿入孔１４（図１）に圧入されてハウジング２に係止される、
他方、タイン部６ｂの下部には基板１００に対応する位置に、前述の如く圧入部１２が形成されている。この圧入部１２には、スリット１２ａ（図４（ｂ）、図４（ｃ））が接触部６ａの延出方向に沿って形成されている。このスリット１２aの両側部分は、スリット１２aに沿って互いに逆方向にずれるように変位されて、互いに逆方向に膨出した両持梁状の１対の圧接アーム１２ｂ、１２ｂとして形成されている。各圧接アーム１２ｂは、同じ形状であり回転対称の関係にある。これによって、圧接アーム１２ｂは、弾性を付与され、スリット１２ａに沿って互いに僅かに接近することが可能になっている。また圧入部１２の上方には、ピン６を基板１００に圧入した際に、基板１００に当接して、ピン６の位置決めを行う幅広のタブ１８が形成されている。
【００２２】
圧入部１２の形状について、図５を併せて参照してさらに詳細に説明する。図５は、図１において、矢視５で示すピン６の部分拡大斜視図である。各圧接アーム１２ｂは、同じ形状なので一方の圧接アーム１２ｂについてのみ説明する。圧接アーム１２ｂは、スリット１２ａにより形成された平面１２ｃ（図３（ｂ）、図３（ｃ）、図５）と、弧状外面１２ｄを有する。弧状外面１２ｄには、段差１２ｅがプレス機等を用いて圧印加工することにより形成されている。この段差１２ｅは上向きの係止面１２ｆを有する。係止面１２ｆの幅、すなわち後述する基板１００の貫通孔１０２（図６）の内面と直交する方向の寸法は、貫通孔１０２の内面に形成されためっき層１０４の厚さより小さく、めっき厚の３０％〜５０％すなわち約１/３〜１/２に設定される。段差１２ｅは弧状外面１２ｄの周囲に沿って形成されている。すなわち、段差１２ｅの係止面１２ｆは、弧状外面１２ｄの外周に沿って帯状に形成されている。係止面１２ｆの幅は、圧接アーム１２ｂのずれ方向に大きく、弧状外面１２ｄがスリット１２ａの平面１２ｃと平行になるに従って小さくなっている。換言すると、係止面１２ｆの幅は、後述する基板１００の貫通孔１０２（図６）に対する圧接アーム１２ｂの接圧が最も大きい部分が幅広に形成されている。なお、図５において係止面１２ｆは、説明の便宜上その寸法を誇張して示してある。
【００２３】
段差１２ｅは圧印加工により形成されているので、製造が容易であり、寸法精度も高い。また、ピン６の輸送中或いは取り扱い中に、段差１２ｅに外力を受けても係止面１２ｆの幅が変わることはなく、常に一定の寸法が確保されるので性能、品質が安定する。
【００２４】
次に、このようにして形成されたピン６が、基板１００に圧入された状態について図６および図７を参照して説明する。図６は、基板１００にピン６が圧入された状態を示す部分拡大断面図である。図７は、図６中、矢視７で示す部分をさらに拡大して示す部分拡大断面図である。なお、図７は各部の関係が明瞭になるように誇張して示してあり、各部の寸法の比率は実際とは異なる。基板１００には、複数の貫通孔１０２がピン６に対応して形成されている。貫通孔１０２の内面および周縁には、銅のめっき層１０４が所定の厚さ、例えば５０μｍで形成されている。また、基板１００の表面には、これらのめっき層１０４と電気的に連結された印刷回路１０５が形成されている。貫通孔１０２にピン６の圧入部１２を圧入すると、圧入部１２はその弾性により図６中左右方向に僅かに圧縮されて、図６に示す所定の位置で停止する。このとき弧状外面１２ｄの段差１２ｅは、めっき層１０４に食い込むが、段差１２ｅの停止面１２ｆの幅がめっき層１０４より小さいので、めっき層１０４を破断するまでには至らない。ピン６を貫通孔１０２に圧入後、時間が経過すると圧入部１２の弾性と段差１２ｅとの相乗効果により、貫通孔１０２の内面が段差１２ｅの形状になじむ。従って、段差１２eすなわち圧入部１２からの突出量は僅かであっても、段差１２ｅは、効果的な「かえし」となって抜け止め効果が増大する。
【００２５】
このように構成されたピン６は、抜け方向の力に対しては、段差１２ｅの停止面１２ｆにより抗力を有する。また、ピン６を引き抜く場合でも、１回の挿抜でめっき層１０４を剥離したり、破断したりしてだめにすることなく引き抜くことができるため、これらピン６、基板１００および電気部品１を再利用することができる。
【００２６】
次に、係止面１２ｆの効果を示す試験データを表１に示す。表１は、係止面１２ｆが形成されたピン６と、係止面１２ｆが形成されていないピンを２０個のサンプルについて比較したデータである。 
【表１】
2006310069.tif 000003
【００２７】
なお、表１中、変位量は、貫通孔１０２にピン６を圧入した際の、圧接アーム１２ｂが撓む寸法（ｍｍ）、接圧は変位量から計算される径方向の応力（N（ニュートン））、保持力はピン６を基板１００から引き抜くときに要する力（N（ニュートン））をそれぞれ示す。保持力は、ピン６を基板１００の裏側から押出す押出力により測定している。測定は、ピン６を基板１００に挿入してから２４時間養生した後行っている。なお、ピン６は金めっきされたものである。表１から判るように、保持力は、係止面１２ｆが形成されている場合の方が、形成されていない場合よりほとんど全てのサンプルにおいて勝っている。すなわち、係止面１２ｆが形成されたピン６が貫通孔１０２から抜けにくいことが判る。
【００２８】
以上、本発明のピン６および電気コネクタ１について詳細に説明したが上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。例えば、弧状外面１２ｄに段差１２ｅの代わりに圧印加工により少なくとも1個の凹部を設けてもよい。この凹部は、少なくとも挿入方向前方に位置する部分にエッジが形成されていることが重要である。これにより、この凹部に上向きすなわち挿入方向と逆向きの係止面が形成される。この係止面は、段差１２ｅの係止面１２ｆと同様に抜け止めとして作用する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明コンプライアントピンを使用した電気部品の一例となる電気コネクタを後面側から見た斜視図である。
【図２】図１の電気コネクタを嵌合面側から見た正面図である。
【図３】本発明のコンプライアントピンを示し、（ａ）はコンプライアントピンの平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は底面図をそれぞれ示す。
【図４】本発明のコンプライアントピンを示し、（ａ）は背面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図をそれぞれ示す。
【図５】図１において、矢視５で示すコンプライアントピンの部分拡大斜視図である。
【図６】基板に本発明のコンプライアントピンが圧入された状態を示す部分拡大断面図である。
【図７】図６中、矢視７で示す部分をさらに拡大して示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    電気部品
６    コンプライアントピン
１２    圧入部
１２ｅ    段差
１２ｆ    係止面
１００    回路基板
１０２    貫通孔（スルーホール）
１０４    めっき層
１０５    回路
【図１】
2006310069.tif 000004
【図２】
2006310069.tif 000005
【図３】
2006310069.tif 000006
【図４】
2006310069.tif 000007
【図５】
2006310069.tif 000008
【図６】
2006310069.tif 000009
【図７】
2006310069.tif 000010