(57)【要約】      （修正有）【課題】はんだ付けやロウ付けが困難な線状部材を容易に接合する方法を提供する。【解決手段】電子基板等の被係止部材に被係止部材とのぬれ性の高い低融点金属による盛金部１０２を形成し、係止対象となる線状部材１０３を溶融させた盛金部１０２の内に沈め込み、盛金部１０２が冷却・固化した後に押圧部材などの変形手段１０４で盛金部に塑性変形を与えることで線状部材１０３を係止する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被固定部材に、低融点金属を加熱溶融して盛金部を形成する工程と、
前記盛金部内に、部材の固定対象部を設置する工程と、
除熱後、前記盛金部を押圧手段にて塑性変形させる工程と、
を備えた部材の固定方法。
【請求項２】
被固定部材に、低融点金属を加熱溶融して盛金部を形成する工程と、
前記盛金部内に、前記低融点金属との親和性のない材質の部材を設置し、除熱後に取り除くことにより盛金部に空孔部を形成する工程と、
固定する部材を前記空孔部に挿入し、前記盛金部を押圧手段にて塑性変形させる工程と、
を備えた部材の固定方法。
【請求項３】
前記固定部にかかる外力を吸収する緩衝機構を設置する工程をさらに備えた
請求項１、２の部材の固定方法。
【請求項４】
前記固定部から延びる部材の余端を溶解することにより、
前記部材より大きな断面積の端部を形成する工程を
さらに備えた請求項１?３の部材の固定方法。
【請求項５】
前記塑性変形させる工程は冷間加工である、
請求項１?４の部材の固定方法。
【請求項６】
被固定部材と接合された低融点金属による盛金部からなり、
前記盛金部に部材の固定対象部を埋設し、
塑性変形を与えることにより固定された
部材の固定部。
【請求項７】
低融点金属による盛金部を被固定部材に配置する機構と、
前記盛金部を溶融する機構と、
前記盛金部内に、固定する部材を配置する機構と、
前記盛金部を押圧し塑性変形を与える押圧機構とを備える
部材固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ロウ付けやハンダ付けの困難な材料でできた線材や微小コイルを、
電子基板や金属板、金属線等へ固定する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に線状部材を電子基板等に取着する際には、はんだ付け、ロウ付けが用いられている。はんだ合金やロウ付け用金属との親和性の悪い材料を用いた線状部材は、そのままではんだ付けやロウ付けをすることができないため、超音波等を利用してはんだ合金やロウ付け用金属との親和性を向上させる等の手段が知られている。
【０００３】
そこで従来よりはんだ付けすることができない線状部材の接合には別途カシメ端子やスリーブを設けることによって、基板等に取着する方法が取られており、本発明者らは、形状記憶合金などのはんだ付け不可能な合金ワイヤを簡単かつ強固に電子基板等に取り付けることができる固定方法を提案した。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】特開２００４ー７６８２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、超音波等で親和性を向上させ取着しても、その接合力は弱く、外力が加わる等すると次第に取着部分がゆるみ、落脱してしまう恐れがあった。
別途カシメ端子やスリーブを設け取着する方法では、その端子の固定に別途はんだ付けやねじ止めを行う必要があり、端子やスリーブのスペースを確保する必要があるため、固定部の大型化、工程の複雑化を招く恐れがあった。
また、他の手段としてスポット溶接を用いることもあるが、固定する線状部材へ大きな加熱負荷がかかる上。線状部材と固定される部材との合金の性質によって特性が決定し、合金を形成できない線状部材や、合金の脆性が高い場合などは固定不能であるし、大きな外力がかかる場合などには合金層が耐えられないといった問題点があった。
【０００６】
本発明は以上の問題に鑑み、アルミニウムやチタン合金、タングステン合金、ニッケルチタン系形状記憶合金、カーボンファイバー、ガラス、セラミック、高分子など、はんだ付け、ロウ付け、溶接が困難な材料でできた線状部材を電子基板や金属板、金属線などへの固定を限られたスペースで強固かつ簡単な工程で固定する方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の１つの形態は、ニッケルーチタン系形状記憶合金を通電加熱によって駆動させるアクチュエータ機構における形状記憶合金の固定方法である。
被固定部材となる電子基板に低融点金属により盛金部を形成し、盛金部内に線状部材である形状記憶合金線を設置する。
さらに盛金部を冷却・固化した後にポンチなどの押圧部材で塑性変形を与えることにより固定する。
低融点金属は、電子基板上のパターン面を形成する金属等固定を行う部分と線状部材より十分融点が低く、固定対象の金属との濡れ性の高い金属材料である。固定対象部に損傷を与えることなく固定部となる盛金部の形成を行え、その加工も容易である。電子基板用では、はんだ合金が利用しやすい
【０００８】
。
ニッケルーチタン系形状記憶合金は、はんだ合金との親和性が悪く、はんだ付けのみでは強固に固定することができないが、本発明による方法では盛金部が塑性変形することにより、盛金部と形状記憶合金線との滑り摩擦抵抗で強固に固定される。
また、形状記憶合金線に酸化膜や、汚れなどがあり、そのままでは電気的接触を妨げるような場合でも、塑性変形を与える際に線表面にある酸化膜や汚れなどは破壊されるため、良好な接続を行える。
【０００９】
本発明の１つの形態は。線状部材を電子基板に接合させる固定装置である。
低融点金属を配置する機構と、低融点金属を溶融し盛金部を形成する機構と、盛金部内に線状部材を配置する機構と、盛金部を押圧し塑性変形を与える押圧機構から構成される。
電子基板の固定対象部に低融点金属を配置し、溶融手段によって低融点金属を溶融し、基板に接合された盛金部を形成する。さらに、溶融させた低融点金属内部に線状部材を配置させ、除熱した後に押圧手段によって塑性変形を加えて固定を実現する。
本発明による線状部材固定装置は、簡易な構成をとっており、良好な固定が行える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、はんだ付けやロウ付けが困難な線状部材を、容易に接合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による線状部材の固定方法および装置を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本実施例は本発明を用いて金属板に合金線を接合する場合の実施例である。
図１は合金ワイヤを接合する前の状態を示す図である。
１０１は金属板、１０２は低融点金属による盛金部である。
盛金部１０２は低融点金属を溶融させることによって金属板１０１に設置する。
この際、低融点金属と金属板との接合部には低融点金属と金属板との合金を形成し、固定される。
また、表面張力が強い低融点金属であれば、容易に盛金部１０２を作ることができる。
図２は合金ワイヤを接合する際の状態を示す図である。
１０３は合金ワイヤを示している。
盛金部１０２を加熱により溶融し、合金ワイヤ１０３を沈め込み設置する。
図３は合金ワイヤ１０３を沈め込み。盛金部１０２を冷却し、固化した状態を示す図である。
図３（ａ）は概略図、図３（ｂ）は固定部の断面図を示す。
この状態では、合金ワイヤ１０３は外部から強く引き抜くと取れる、いわば仮止め状態となっている。
図４は盛金部１０２を押圧手段により塑性変形した状態を示す図である、
本実施例では押圧手段はポンチ１０４を用いて塑性変形を行う。
盛金部１０２をポンチ１０４によって押圧し、塑性変形させることにより、合金ワイヤ１０３と盛金部１０２との滑り摩擦抵抗が上昇し、強固に固定された状態となっている。
本発明による固定部は、この滑り摩擦抵抗の状態によって固定力が定まる。
塑性変形を与える押圧部材の形状を変化させることにより滑り摩擦抵抗を調整し、固定力および性質を決めることができる。
図５は、被固定部１００に低融点金属で形成された盛金部１０２の押圧部材による塑性変形が、予定運動方向に対して抗するように形成された固定状態を示している。
押圧部材１０４‘の盛金部への接触部が鋸歯状に形成されており、この押圧部材１０４’によって塑性変形を与えられている。
この押圧部材により塑性変形を行えば、圧力分布が変化し、予定運動方向への滑り摩擦抵抗が上昇し、より強固な固定部を得ることができる。
また図６に示すように鋸歯を予定運動方向に対して傾斜させて形成すれば、摩擦負荷を分散させることができ、負荷が集中することによる線状部材の破断や固定部の破壊の恐れを軽減することができる。
【実施例２】
【００１３】
本実施例は形状記憶合金を電子基板に固定する実施例である。
チタンーニッケル系形状記憶合金は、はんだ合金やロウ付け用の金属との親和性が悪いため、通常のはんだやロウ付けで電子基板の導体パターン表面等に直接固定することは困難であった。特に通電加熱による駆動を行う際、力学的な負荷が加わる状態で電気的な接続も保つ必要のあるチタンーニッケル系形状記憶合金線材の場合は、超音波等で濡れ性を良くして、はんだやロウ付けを行っても、繰り返し運動させていると次第に固定部がゆるみ、最悪の場合は滑り抜けて、使用不能となる。
また、形状記憶合金線に酸化膜や汚れが付着していると通電抵抗となり、良好な駆動の妨げになっていた。
【００１４】
図７は本実施例における固定状態を示す図である。
２０１は電子基板、２０２は導電パターン部、２０３は低融点金属による盛金部、２０４は形状記憶合金線である。
導電パターン２０２は銅で形成されており、盛金部２０３の低融点金属には無鉛はんだ、形状記憶合金線２０４はニッケルーチタン系のものを用いた。
無鉛はんだによる盛金部２０３と導電パターン２０２の銅の濡れ性は高く、強固に接合されている。形状記憶合金線を２０４埋設した後、押圧部材２０５により塑性変形を与えた。
はんだ付けと異なり形状記憶合金線２０４を直接加熱し接合を行っていないので、形状記憶合金の組成を破壊することがなく、塑性変形された盛金部２０３と形状記憶合金線２０４間で大きな摩擦抵抗を生じさせている。
また塑性変形を与えた際に、形状記憶合金線２０４表面の汚れや酸化膜が破壊されるため、形状記憶合金線２０４と盛金部２０３間で発生する恐れのある予測しない電気抵抗が除去される。
このように本発明によれば、強固な機械的な接続と良好な電気的な接続の双方を簡易な工程で得ることができる。
【００１５】
本発明における低融点金属は、以下の条件を備えることが望ましい。
（１）被取付部材と低融点金属との濡れ性が高い
（２）表面張力が強い。
（３）引張強度が高い
（４）硬度が高い
（５）加工硬化を起こしやすい
本発明による接合方法では、被取付部材との濡れ性が高い低融点金属を利用し、被取付部材と強固に接合された盛金部を形成する。また、表面張力が高ければ盛金部の形成が容易である。引張強度が高く、硬度が高ければ、外力や線状部材の変形に対して強い固定部を得られる。
このような低融点金属は、はんだ合金が一般的である。しかしながら硬度の高さや、引張強度の高さなどは、はんだブリッジの形成を招くなど、敬遠されるはんだ合金の特性であり、無鉛はんだや共晶はんだ等に表れる特性である。
また、盛金部への塑性変形を冷間加工によって行えば、加工硬化が生じ盛金部の強度が上昇する。
特に線状部材に大きな外力がかかる場合や、形状記憶合金を固定する場合は、盛金部が外力や形状記憶合金の変形に対して耐えることができず、盛金部から落脱してしまう恐れがあったが、冷間加工による加工硬化を生じさせることにより各種特性が改善され、より強靱な固定部を得ることができる。
【００１６】
以下、本発明による固定方法の効果の実証試験を行った結果を示す。
直径７５μｍ、線材強度４２５ｇｆのチタンニッケル系形状記憶合金線を電子基板上の２ｍｍ角の正方形銅箔パターンに接合した場合の引っ張り強度を計測した。
また、もちいた低融点金属は、一般に用いられるスズ６０％ー鉛４０％のはんだ、鉛フリーはんだ（Ｓｎー３％Ａｇー０．５Ｃｕー０．１％Ｂｉ）である。
押圧手段の接触形状は平面上のものと、鋸歯状に形成したもので６０ｋｇ加重によって行った。
以下表１はこの比較試験の結果を表したものである。
【表１】
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【００１７】
塑性変形なしの状態と比べて、引っ張り強度が大幅に上昇する。
塑性変形を与えた鉛フリーはんだによる固定部は線材強度とほぼ同じ程度を得られた。
さらに線材の直径５０μｍとし、鉛フリーはんだに盛金部、鋸歯状の塑性変形によって得られる固定部で４０ｇｆの繰り返し動作試験を行ったところ、１２００万回以上の繰り返し引っ張り動作に耐えることができた。
このように、本発明による固定方法では簡易な方法で、大幅な強度の上昇を図ることができる。
【実施例３】
【００１８】
本実施例は実施例１と同様に金属板に線状部材を接合する場合の実施例である。
被固定部材に線状部材を配置し、その上に低融点金属を溶融させ盛金部を形成する。
さらに、盛金部に押圧手段を用いて塑性変形を与えることによって固定する。
実施例１と異なる点は、工程の順序である。実施例１と比べると熱の影響を受けるが、同一の固定部を得ることができる。
【実施例４】
【００１９】
本実施例は、釣り糸等軟化点の低い素材や、木綿糸等燃えやすい素材を接合する場合の実施例である。
図８は本実施例の第一の工程を示す図である。
３０１は被固定部材、３０２は低融点金属による盛金部、３０３は低融点金属との親和性のない材料でできた線状部材である。
実施例１と同様に、低融点金属を溶融し盛金部３０２を形成し、線状部材３０３を沈めこまれた状態となっている。
図９は本実施例の第二の工程を示す図である。
低融点金属による盛金部３０２を冷却・固化した後、線状部材３０３を引き抜く。線状部材３０３は低融点金属との親和性が低いため、容易に引き抜くことができる。この工程によって、空孔３０４が形成された盛金部を得ることができる。
図１０は本実施例の仮固定状態を示す図である。空孔３０４に固定を行いたい別の線状部材３０５を差し込むことにより得られる。この固定部に押圧部材による塑性変形を与えることによって固定を行う。
この実施例によれば、固定を行う線状部材を加熱することがないため、軟化や燃焼させることなく固定が可能となり、かつ容易に固定部を形成し、強固な接合を得ることができる。
【００２０】
以上の実施例は簡易な構成を示すものであり、
より強固な固定状態を得る等のために、その他の形態・例示を用いても良い。
以下、本発明を用いた他の構成について記述する。
４００は固定部、４０１は被係止部材、４０２は低融点金属による盛金部、４０３は線状部材。４０４は押圧部材を示す。
【実施例５】
【００２１】
本実施例は、線状部材４０３に外力が加わる場合に適した実施例である。
図１１は本実施例の固定状態を示す図である。
実施例１?４から得られる固定部４００の前方に支柱５０１が設けられ、線状部材４０３が巻き掛けられている。
この支柱５０１に巻き掛けられた線状部材４０３に外力が与えられる際には、
支柱５０１と線状部材４０３との間にも摩擦力が発生し、固定部へかかることになる負荷が分散される。
よって、外力に対して強固な固定部を構成することができる、
【実施例６】
【００２２】
本実施例は、より強固な接合を得る実施例である。
図１２は本実施例による固定状態を示す図である。
本発明による固定方法では、押圧部材４０４による塑性変形を行った後、線状部材４０３の端部が固定部から余らせることができる。
固定部４００から延出された線状部材４０３を熔解すると、線状部材４０３の表面張力によって、熱が奪われる盛金部４０２に近接した位置に、線状部材の断面より大きな概ボール状の端部５０２を形成する。この端部５０２が盛金部４０２にひっかかるようにして、さらなる固定強度を得る。
熔解時に線状部材４０３にかかる熱は、一部盛金部４０２へと吸収されることになり、負担が減少する。
熔解の手段は、火炎による線状部材の自己燃焼、盛金部と線材端部間のみへの大電流通電による自己発熱、レーザー光、赤外線照射等を用いることができる。
【実施例７】
【００２３】
本実施例は、より強固な固定状態を得ることのできる固定方法である。
図１３は本実施例の固定状態を示す図である。
線状部材４０３の端部を折り曲げ線状部材４０３をＵ字状とし、線状部材の２つの部分を固定するように、前記低融点金属による盛金部４０２を設けたことを特徴とする固定方法である。
さらに、図１４に示すように、Ｕ字状端部を巻き掛けるように支柱５０１を設けることによって、支柱５０１と線状部材４０３に摩擦力が発生し、より強固な固定部を得ることができる。
【実施例８】
【００２４】
図１５は本実施例の固定状態を示す図である。
本実施例は被固定部である電子基板５０３に、より強固に形状記憶合金ワイヤ５０４を固定する場合の固定方法である。
形状記憶合金ワイヤ５０４を電子基板５０３に設けられた貫通孔５０５に挿入後、貫通孔５０５上に低融点金属による盛金部４０２を形成し、盛金部４０２を冷却・固化した後に押圧部材４０４により塑性変形させる工程により形成されている。
盛金部４０２による固定に加え、貫通孔５０５と形状記憶合金ワイヤ５０４間の摩擦で、より強固な固定となっている。
【実施例９】
【００２５】
本実施例は、一定方向に外力が加わる際に適した固定方法である。
図１６は本実施例による固定方法の固定部である。予定運動方向に対して垂直に固定されている。
予定運動方向に対する摩擦固定力が高くなるため、強固な固定部となっている。
【実施例１０】
【００２６】
本実施例による固定部は限られた領域で、強固に固定する場合の実施例である。
図１７は本実施例による固定方法の第１工程を示す。
低融点金属による盛金部４０２に線状部材４０３を埋没させた仮止状態の固定部がガイド５０６の内部となるように配置する。
図１８は本実施例による固定方法の第２工程を示す。
ガイド５０６内で押圧部材５０７により塑性変形が与えられる。ガイド５０６で盛金部の広がる範囲および形状が限定された塑性変形となっている。。
図１９は本実施例による固定方法の固定状態を示す
ガイド５０６の形状に応じた塑性変形を与えられた固定部を形成している。
また、塑性変形時にはガイド５０６により側面からの圧力が生じるため、より強固な固定部を形成することができる。
すなわち固定部はガイドの形状によって任意に設定することができ、限られた空間での強固な固定が可能となっている。
【実施例１１】
【００２７】
本実施例は垂状に押圧部材の接触部形成した実施例である。
図２０は本実施例による固定方法の第１工程を示す
低融点金属による盛金部４０２に線状部材４０３を埋没させた仮止状態の固定部を円錐状の空孔部を押圧部材５０８により組成変形を与える。
図２１は本実施例による固定方法の第２工程を示す
押圧部材５０８に設けられた円錐状の空孔部に広がるように盛金部が塑性変形される。この際、実施例１０と同様に側面方向からの押圧が行われるため、より強固な固定部が得られる。
図２２は本実施例による固定状態を示す。
空孔部と同形状の盛金部が形成されている。
このように、任意形状に押圧部材を形成することによって固定部となる盛金部の形状およびその性質を定めることができる。
【実施例１２】
【００２８】
本実施例は本発明による固定方法を行う装置に関する。
図２３は本実施例の固定装置の概略図である。
線状部材を供給する線材供給機構６０１と、低融点金属を固定対象部に溶融供給する低融点金属供給機構６０２と、前記線状部材を固定対象部に仮止めする仮止め機構６０３と、低融点金属を再溶融する加熱機構６０４と、前記低融点金属が固化後に塑性加工を加える押圧機構６０５からなる線状部材の固定装置である。
以下、本装置による線状部材の固定の方式を説明する。
被係止部材上に低融点金属供給機構６０２によって低融点金属を溶融供給し、低融点金属による盛金部を形成する。次に加熱機構６０４が盛金部を再溶融し、線材供給機構６０１から供給された線状部材を仮止め機構６０３によって盛金部内に埋設する。盛金部が冷却・固化した後に押圧機構６０５によって押圧し、盛金部に塑性変形を与え、固定する。
【００２９】
これらの装置内の仮止め機構や溶融供給機構など個々の機能を果たす機構は、必ずしも同時に同一箇所や近傍に配置されて処理を行う必要はない。自動機とする場合は、固定該当部を保持するワークを搬送する装置を設けてもよい。低融点金属を溶解する装置は、コテなどの電動加熱のほか赤外線のビームなども使用可能である。またあらかじめ前工程で固定該当部に適量の低融点金属を凝固させてのせておき、適度な弾性をもって線材をその固定部に押し付け固定する装置と、低融点を再び溶融させる装置によって溶融盛金内に線材を沈めるようにする仮止め機構であってもよい。図２３に示すように、塑性変形を与える機構はポンチのような押圧機構でもよいし、図２４（ａ）のようなローラによる押圧や、図２４（ｂ）のようにペンチのように挟持によるものであってもよい。
【００３０】
なお、これらの実施例は例示であり、他の形式や構造を用いても本発明の効果が得られることは明らかである。線状部材は線材に限らず、例えばほとんど線状とみなせるような径の小さい微少コイル状でもよいし、線材断面は円形のみではなく、矩形状などであってもよい。線状部材の表面を加工し、より摩擦力が大きくなるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、はんだ付けやロウ付けすることので困難な材料で形成された線材や微少コイルのような線状部材を自動化が容易な工程で、強固に電子基板や金属板に取着することができる。
特に形状記憶合金を小型機器の動力機構として用いる際に、通電加熱による駆動が可能で、繰り返しの収縮動作に耐えうる固定部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１における固定前の状態概略図
【図２】実施例１における固定中の状態概略図
【図３】実施例１における固定中の状態概略図および断面図
【図４】実施例１における固定状態の概略図および断面図
【図５】実施例１における予定運動方向に抗する固定状態の概略図
【図６】実施例１における予定運動方向に抗する固定状態の概略図
【図７】実施例２における固定状態の概略図
【図８】実施例４における第一の工程の状態概略図
【図９】実施例４における第二の工程の状態概略図
【図１０】実施例４における仮固定状態の概略図
【図１１】実施例５における固定状態の概略図
【図１２】実施例６における固定状態の概略図
【図１３】実施例７における固定状態の概略図
【図１４】実施例７における固定状態の概略図
【図１５】実施例８における固定状態の概略図
【図１６】実施例９における固定状態の概略図
【図１７】実施例１０における第一の工程の状態概略図
【図１８】実施例１０における第二の工程の状態概略図
【図１９】実施例１０における固定状態の概略図
【図２０】実施例１１における第一の工程の状態概略図
【図２１】実施例１１における第二の工程の状態概略図
【図２２】実施例１１における固定状態の概略図
【図２３】本発明の部材固定装置の概略図
【図２４】本発明の部材固定装置における他の王圧機構を示す概略図
【符号の説明】
【００３３】
１０１  被固定部材、１０２  低融点金属盛金部、１０３  線状部材
１０４  ポンチ、２０１  電子基板、２０２  導電パターン部、２０３  低融点金属盛金部
２０４  形状記憶合金線、２０５  押圧部材、３０１  被固定部材、３０２  盛金部
３０３  線状部材、３０４  空孔、４００  固定部、４０１  被固定部材
４０２  低融点金属盛金部、４０３  線状部材、４０４  押圧部材
５０１  支柱、５０２  端部、５０３  電子基盤、５０４  形状記憶合金線ワイヤ
５０５  貫通孔、５０６  ワイヤ
６０１  線材供給機構、６０２  金属供給機構、６０３  仮止め機構
６０４  加熱機構、６０５  押圧機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2006315027.tif 000021
【図１９】
2006315027.tif 000022
【図２０】
2006315027.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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