JP2008192569A - プレスフィットピン及びプレスフィット接続方法、並びにプレスフィットピン接続用圧入治具 - Google Patents

Abstract

【課題】はんだ接続が使えない状況、或いは従来のプレスフィットピンが使えない状況でも回路間の接続を確保できる構造を有するプレスフィットピンを提供する。
【解決手段】本発明によるプレスフィットピンは、回路基板のスルーホール内に圧入して電気的接続を確保するためのプレスフィットピンであって、スルーホールに挿入される先端部と、塑性変形もしくは弾性変形して前記スルーホールとの接触圧力を確保するためのバネ部と、を有し、先端部は、テーパー形状をなし、かつ、少なくとも１つ以上の銛形状の突起部が先端部とは反対向きに設けられていることを特徴とする。さらに、このプレスフィットピンは、バネ部とピンの後端部との間に応力緩和部を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、プレスフィットピン及びプレスフィット接続方法、並びにプレスフィットピン接続用圧入治具に関し、例えば、回路基板等に備えられたスルーホール内に圧入して電気的接続を確保するプレスフィットピンの構造に関するものである。

従来から、回路基板等に備えられたスルーホールと電子部品に備えられた端子との接続には、はんだ付けが多用される。ところが、はんだ付けは、はんだ接続不良及び、はんだ付け時の熱的な問題、近年では環境的な問題より他の接続技術が用いられることも多い。その１つとして、プレスフィット接続技術がある。プレスフィット接続技術は、塑性変形もしくは弾性変形してスルーホールとの接触圧力を確保するバネ部を備えるプレスフィットピンをスルーホールに圧入して電気的接続を確保するものである。したがって、プレスフィット接続技術によれば、はんだ付けが抱える諸問題を回避することができる。

このようなプレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法の１つとして、例えば特許文献１に示されるものがある。図１は、従来のプレスフィットピンを用いた接続方法を示している。この方法では、回路基板の一方の面にプレスフィットピンが配置され、コネクタまたはモジュールに接続されるピンの一方の面に圧入用の突起部が備えられ、且つプレスフィットピンと同一の面に配置された圧入治具によりプレスフィットピン突起部を押し下げることで、スルーホール内に圧入させる。

特開２００５−１５０５２５号公報

しかしながら、図１に示される従来のプレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法は、回路基板にコネクタを実装する等、回路基板の実装面に圧入治具を配置する十分なスペースを有する時のみ有効であり、後述の図７に示すような回路基板とサブモジュールとを電気的に接続させる中継端子等においては圧入治具を配置する十分なスペースがないため、従来のプレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法を適用させることは困難である。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、はんだ接続が使えない状況、或いは従来のプレスフィットピンが使えない状況でも回路間の接続を確保できる構造を有するプレスフィットピン及びそれを用いたプレスフィット接続方法、さらにそのプレスフィット接続のために用いる圧入治具を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明によるプレスフィットピンは、その先端部を圧入治具によって回路基板のスルーホールから引っ張って、ピンのバネ部をスルーホールに圧入して電気的接続を確保することのできる構造を有している。

即ち、本発明によるプレスフィットピンは、回路基板のスルーホール内に圧入して電気的接続を確保するためのプレスフィットピンであって、スルーホールに挿入される先端部と、塑性変形もしくは弾性変形して前記スルーホールとの接触圧力を確保するためのバネ部と、を有し、先端部は、テーパー形状をなし、かつ、少なくとも１つ以上の銛形状の突起部が先端部とは反対向きに設けられていることを特徴とする。さらに、このプレスフィットピンは、バネ部とピンの後端部との間に応力緩和部を有している。

また、本発明は、プレスフィットピンを回路基板のスルーホールに圧入する際に用いる圧入治具も提供している。この圧入治具は、プレスフィットピンの先端部を嵌合させる嵌合部を有し、プレスフィットピンを引っ張ることができるようになっている。この嵌合部は、プレスフィットピンの突起部と合致する支持部を有し、また、支持部の一方の面はプレスフィットピンの先端部に接触し、プレスフィットピンの先端部に沿うようにハの字形状のテーパー構造をなしている。さらに、支持部のもう一方の面は、プレスフィットピンの突起部を引っ掛けるためのテーパー状の引っ掛け部を有している。なお、支持部は、プレスフィットピンの突起部よりも大きく形成されている。

さらに、本発明は、圧入治具を用いて、プレスフィットピンとスルーホールを有する回路基板との接続方法も提供する。この接続方法は、圧入治具とプレスフィットピンを、回路基板を隔てて対向するように配置し、圧入治具を回路基板のスルーホールに挿入して、圧入治具の嵌合部をプレスフィットピンの先端部に嵌合させ、圧入治具とプレスフィットピントを嵌合させた状態で、圧入治具をスルーホールから抜き出し、プレスフィットピンのバネ部をスルーホールに固定することを特徴としている。

さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。

本発明のプレスフィットピン及びそれを用いたプレスフィット接続方法、さらにそのプレスフィット接続のために用いる圧入治具を用いれば、はんだ接続が使えない状況、或いは従来のプレスフィットピンが使えない状況でも回路間の接続を確保できる。

本発明は、回路基板とサブモジュール間の中継端子等、従来技術の押し出し圧入治具を使用することが出来ない構造、回路基板に実装されている電子部品に制限されプレスフィット接続の出来ない構造へのプレスフィット接続を可能とする、回路基板に備えられたスルーホールに挿入されるプレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法、並びに接続に使用する圧入治具に係るものである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。

＜プレスフィットピン及び圧入治具の構成＞
図２は、本発明の実施形態に係るプレスフィットピンの構造を示す断面図であり、図２（ｂ）はプレスフィットピン１を図２（ａ）の矢印Ａ方向から見た断面図である。

図２（ａ）において、プレスフィットピン１は、基板層間及び外部端子との電気的接続を行うスルーホール８（後述）に挿入される先端部３と、スルーホール径よりも大きいバネ部２と、応力緩和部４とを有している。

先端部３は、プレスフィット１の先端とは反対方向に突き出した、少なくとも１つの銛形をなす突起部３１を有している（図２では２つの突起部が示されている）。突起部３１は、プレスフィットピン引っ張り上げ時のプレスフィットピン１と圧入治具５との保持力を向上させるため、引っ張り上げる方向に対し「ハの字」構造のテーパー部を備えている。このテーパー部は、プレスフィットピン引っ掛け時にプレスフィットピン１及び圧入治具５にかかる負荷を低減させ、且つプレスフィットピン１が回路基板７に備えられたスルーホール８に対し、多少の位置ずれがある場合においても、安定してプレスフィットピンに備えられた突起部３１と圧入治具５とが引っ掛かるようにするためである。

バネ部２は、ドーナツ形状（丸型や楕円型）をなしており、スルーホール８に圧入されると、その時に発生するバネ部２及び回路基板７の弾性力より回路基板７とプレスフィットピン１とを保持させ、接続を確保する。

また、応力緩和部４は、プレスフィットピン１がスルーホール８に接続される前にはコの字形状、Ｖ字形状、くの字形状等をなしており、圧入接続後はバネ部２とプレスフィットピン１の固定端（コネクタまたはモジュール側）との間で生じる応力を緩和するように作用するものである。

なお、プレスフィットピン１においては、バネ部２と先端部３と応力緩和部４は、同一方向（同一平面内）に広がるように形成されており、矢印Ａ方向から見ると、図２（ｂ）に示されるように、直線形状をなすように見える。ただし、これらは必ずしも同一方向に形成される必要はなく、用途に合わせて形成方向を変えることができる。

図３は、プレスフィットピン１をスルーホール８に圧入する際に使用する圧入治具の断面図であり、図３（ｂ）は圧入治具５を図３（ａ）の矢印Ｂ方向から見た断面図である。

圧入治具５（例えば合金で成形）は、プレスフィットピン１を基板に圧入するときにピンを引き上げるためのものであり、プレスフィットピン１の先端部３を嵌合させるための嵌合部を有している。この嵌合部は、例えば、プレスフィットピン１の突起部３１の形状（銛形状）と合致するように成形される。また、この嵌合部には、プレスフィットピン１の突起部３１の「ハの字」構造のテーパー部を引っ掛けて持ち上げられるように支持部６が設けられている。支持部６は、プレスフィットピン引っ張り上げ時のプレスフィットピン１と圧入治具５との保持力を向上させるため、支持部６の一方の面にテーパー部を備えた引っ掛け部を有している。なお、支持部６は、プレスフィットピン１の先端部３が嵌りやすいように一定の弾性を有している。

図３に示される構成を有する圧入治具５の場合、プレスフィットピン１と嵌合させるときには、ピン上方から圧力を加えて先端部３と嵌合部を嵌合させる。また、取り外すときには矢印Ｂと水平の方向（紙面に垂直の方向）にスライドするようにすればよい。

＜プレスフィットピンの接続手順＞
図４は本実施形態に係るプレスフィットピン１の接続手順を示す正面断面図であり、図５は側面断面図である。

図４（ａ）及び図５（ａ）は、プレスフィット接続前の様子を示している。図４（ａ）及び図５（ａ）に示されるように、基板層間及び外部端子との電気的接続を行うスルーホール８及びＣｕ配線が備えられた回路基板７が配置される。そして、回路基板７の一方の面にはスルーホール８と同位置にプレスフィットピン１が配置される。回路基板７のもう一方の面には、プレスフィットピン１を引っ張り上げるための圧入治具５がプレスフィットピン１と対向する向きでスルーホール８と同位置に配置される。適正な位置に配置が完了すると、圧入治具５が降下して、スルーホール８に挿入される。

図４（ｂ）及び図５（ｂ）で示されるように、圧入治具５がプレスフィットピン１側へさらに降下し、プレスフィットピン１に備えられた先端部３と圧入治具５が嵌合する。
この時、プレスフィットピン１のテーパー部と圧入治具５の支持部６により、プレスフィットピン引っ掛け時にプレスフィットピン１及び圧入治具５にかかる負荷を低減させ、且つプレスフィットピン１が回路基板７に備えられたスルーホール８に対し、多少の位置ずれがある場合においても安定して圧入治具５がプレスフィットピンの突起部３１を引っ掛けることができる。

また、図５（ｂ）に示されるように、圧入治具５の幅（支持部６の幅）をプレスフィットピン１よりも大きくすることで、プレスフィットピン１が回路基板７に備えられたスルーホール８に対し、前後に位置ずれがある場合においても、安定して圧入治具５がプレスフィットピン突起部３１を引っ掛けることができる。

図４（ｃ）及び図５（ｃ）は、プレスフィットピン１の突起部３１と圧入治具５が嵌合し、プレスフィットピン１が保持された後、圧入治具５が上昇しプレスフィットピン１を引っ張り上げている様子を示している。この時、圧入治具５は、回路基板７に備えられたスルーホール８に対して平行に移動するため、プレスフィットピン１が回路基板７に備えられたスルーホール８に対して多少の位置ずれがあるとしても、精度良くプレスフィットピン１をスルーホール８に圧入でき、圧入時のプレスフィットピン１及び回路基板７にかかる負荷を低減することができる。

図４（ｄ）及び図５（ｄ）は、圧入が完了した様子を示している。圧入完了後は圧入治具５を前後の一方向に移動（スライド）させることで、プレスフィットピン１の先端部３と圧入治具５とを容易に取り外すことができる。

また、図４（ｄ）に示されるように、プレスフィットピン１を圧入して接続を完了させると、プレスフィットピン１の先端部３とは反対側の端部は固定されているので、コの字形状をした応力緩和部４は変形し、ピン自体に掛かる応力を低減することができる。

図６はプレスフィットピンによって接続された２つの基板の接続部の拡大図であり、図７はプレスフィットピンを用いて基板接続を実現したエンジンユニットコントロールの制御装置を示す図である。また、図８ははんだ接続を用いて図７と同様の装置を実現した場合の構成を示す図である。

本実施形態では、図７に示されるように筐体１３上に回路Ｘ及びＹを搭載し、次いで回路Ｚ及びＷを搭載した回路基板７を筐体１３に載せる。そして、プレスフィットピン１を基板７のスルーホールに圧入することにより接続を完了し、その後カバー１５によって露出している部分を覆う。このように本実施形態によるプレスフィットピン１を用いることにより、立体的に基板を接続することができ、平面的に接続を実現しなければならない図８の構成に比べて制御装置を小型化することができる。なお、図１に示される従来のプレスフィットピンでは、圧入治具を用いて上から押下することによりスルーホールへの圧入を実現しているので、図１のプレスピットピンを圧入するためのスペースが確保できず、装置の小型化に資することはできない。

＜まとめ＞
上述のように、本実施形態によれば、回路基板とサブモジュール間の中継端子等、従来技術の押し出し圧入治具を使用することが出来ない構造、回路基板に実装されている電子部品に制限されプレスフィット接続の出来ない構造へのプレスフィット接続を可能とする、プレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法が提供される。

本実施形態のプレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法によれば、プレスフィットピン挿入側とは反対の回路基板面より、プレスフィットピンの先端部に備えられた少なくとも１つ以上の銛形状の突起部に合致する支持部を有する圧入治具によって引っ張り上げることによりプレスフィット接続を行うため、サブモジュールと回路基板とをプレスフィット接続させる等の回路基板上に圧入治具を配置する十分なスペースが無い構造へのプレスフィット接続の適用が可能となる。

また、プレスフィットピン挿入側とは反対の回路基板面に配置された圧入治具が回路基板に備えられたスルーホール内を下降・上昇することで、プレスフィットピンの引っ掛け及び引っ張り上げを行うため、プレスフィットピンが回路基板に備えられたスルーホールに対し、多少の位置ずれがある場合においても、精度良くスルーホール内にプレスフィットピンを導き、プレスフィット接続を行うことが可能となる。

さらに、プレスフィットピンが回路基板に備えられたスルーホールに対し、多少の位置ずれがある場合においても、圧入治具によって精度良くスルーホール内にプレスフィットピンを導き、プレスフィット接続を行うことができるので、圧入時の回路基板及び回路基板に備えられたスルーホールへの負荷を低減させることが可能となる。

プレスフィットピン構造において、コネクタまたはモジュール側に接続されるプレスフィットピンの一方の端部がコの字もしくはＶ字型の応力緩和構造を備えているので、圧入時にかかるプレスフィットピンへの応力を低減させることを特徴とする。

また、プレスフィットピン構造において、回路基板挿入側のピン端部の先端がテーパーを備えた台形形状であることにより、引っ掛け時にプレスフィットピン及び圧入治具にかかる負荷を低減させ、且つプレスフィットピンが回路基板のスルーホールに対し、多少の位置ずれがある場合においても安定してプレスフィットピン突起部と圧入治具とが引っ掛けることができる。

さらに、プレスフィットピン構造において、回路基板挿入側のピン先端部に少なくとも１つ以上の銛形状の突起部がピン先端とは反対向きに備えられているので、引っ張り上げ時のプレスフィットピンと圧入治具との保持力を向上させることを特徴とする。

また、プレスフィットピンと回路基板との接続を行う圧入治具構造において、プレスフィットピンに備えられた突起部と合致する支持部の一方の面がテーパーを備えた引っ掛け部を有することで、引っ張り上げ時のプレスフィットピンと圧入治具との保持力を向上させることができる。

また、圧入治具は、プレスフィットピン先端部に接触する支持部のもう一方の面がプレスフィットピンの先端部に沿うようにハの字形状のテーパーを備えるので、プレスフィットピン引っ掛け時にプレスフィットピン及び圧入治具にかかる負荷を低減させ、且つプレスフィットピンが回路基板に備えられたスルーホールに対し、多少の位置ずれがある場合においても安定してプレスフィットピン引っ掛け部を引っ掛けることができる。

さらに、プレスフィットピンと回路基板との接続を行う圧入治具構造において、圧入治具の支持部をプレスフィットピンに備えられた少なくとも１つ以上の銛形状の突起部よりも大きくすることにより、プレスフィットピンが回路基板に備えられたスルーホールに対し、多少の位置ずれがある場合においても安定してプレスフィットピン突起部と圧入治具とが引っ掛けることができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明思想の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、本実施形態のプレスフィットピンのバネ部はアイレットタイプを示すが、アクションピンタイプ等、その他形状に対しても適用されるものである。同様に、本実施形態の応力緩和部は角張った構造となっているが、半円形等、その他形状に対しても適用されるものである。

従来技術のプレスフィットピン構造及びプレスフィット接続方法を感単位説明するための図である。 本発明によるプレスフィットピンの構造を示す図である。 本発明による圧入治具の構造を示す図である。 プレスフィットピンの接続の手順を説明するための図（正面断面図）である。 プレスフィットピンの接続の手順を説明するための図（側面断面図）である。 接続部の状態を拡大した図である。 本発明のプレスフィットピンを用いて実現した制御装置の断面図である。 図７と同じ機能を有する制御装置をはんだ接続で実現した構成の断面図である。

符号の説明

１ 本発明のプレスフィットピン
２ バネ部
３ 先端部
４ 応力緩和部
５ 圧入治具
６ 支持部
７ 回路基板
８ スルーホール
９ 従来技術のプレスフィットピン
１０ 従来技術の圧入治具
１１ コネクタ端子
１２ コネクタケース
１３ 筐体
１４ 放熱フィン
１５ カバー
１６ 接着剤
１７ 放熱接着剤または放熱シート
１８ 電子部品
１９ 呼吸フィルター
３１ 突起部

Claims (6)

1. 回路基板のスルーホール内に圧入して電気的接続を確保するためのプレスフィットピンであって、
   前記スルーホールに挿入される先端部と、
   塑性変形もしくは弾性変形して前記スルーホールとの接触圧力を確保するためのバネ部と、を有し、
   前記先端部は、テーパー形状をなし、かつ、少なくとも１つ以上の銛形状の突起部が前記先端部とは反対向きに設けられていることを特徴とするプレスフィットピン。
2. さらに、前記バネ部と前記プレスフィットピンのもう一方の端部との間に応力緩和部を有していることを特徴とする請求項１に記載のプレスフィットピン。
3. プレスフィットピンを回路基板のスルーホールに圧入する際に用いる圧入治具であって、
   前記プレスフィットピンは、前記スルーホールに挿入される先端部と、塑性変形もしくは弾性変形して前記スルーホールとの接触圧力を確保するためのバネ部と、を有し、前記先端部は、テーパー形状をなし、かつ、少なくとも１つ以上の銛形状の突起部が前記先端部とは反対向きに設けられており、
   前記圧入治具は、前記プレスフィットピンの先端部を嵌合させる嵌合部を有することを特徴とする圧入治具。
4. 前記嵌合部は、前記プレスフィットピンの突起部と合致する支持部を有し、
   前記支持部の一方の面は、前記プレスフィットピンの先端部に接触し、前記プレスフィットピンの先端部に沿うようにハの字形状のテーパー構造をなし、前記支持部のもう一方の面は、前記プレスフィットピンの突起部を引っ掛けるためのテーパー状の引っ掛け部を有していることを特徴とする請求項３に記載の圧入治具。
5. 前記支持部は、前記プレスフィットピンの突起部よりも大きく形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧入治具。
6. 圧入治具を用いて、プレスフィットピンとスルーホールを有する回路基板との接続方法であって、
   前記プレスフィットピンは、前記スルーホールに挿入される先端部と、塑性変形もしくは弾性変形して前記スルーホールとの接触圧力を確保するためのバネ部と、を有し、前記先端部は、テーパー形状をなし、かつ、少なくとも１つ以上の銛形状の突起部が前記先端部とは反対向きに設けられており、
   前記圧入治具は、前記プレスフィットピンの先端部を嵌合させる嵌合部を有し、
   前記接続方法は、
   前記圧入治具と前記プレスフィットピンを、前記回路基板を隔てて対向するように配置し、
   前記圧入治具を前記回路基板のスルーホールに挿入して、前記圧入治具の嵌合部を前記プレスフィットピンの先端部に嵌合させ、
   前記圧入治具と前記プレスフィットピントを嵌合させた状態で、前記圧入治具を前記スルーホールから抜き出し、
   前記プレスフィットピンのバネ部を前記スルーホールに固定することを特徴とする接続方法。

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