JP2014086215A - 外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチ - Google Patents
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Abstract
【課題】錫メッキを施した樹脂ハウジングに圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチを提供する。
【解決手段】錫メッキされたダボ部を有する複数の端子を樹脂ハウジングに圧入する工程と、圧入された端子にカシメ加工を行う工程と、カシメ加工によって固定されたコネクタアッシー20に熱処理を行う熱処理工程と、を備える外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチ。
【選択図】図2
【解決手段】錫メッキされたダボ部を有する複数の端子を樹脂ハウジングに圧入する工程と、圧入された端子にカシメ加工を行う工程と、カシメ加工によって固定されたコネクタアッシー20に熱処理を行う熱処理工程と、を備える外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチ。
【選択図】図2
Description
本発明は、外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチに関する。
従来から、電気機器の構造部材には、温度、湿度、海塩粒子等による錆等の腐食を防止または抑制するために、一般にメッキ処理が施されている。
電気機器の構造部材に使用されるメッキとしては、錫、亜鉛等の低融点重金属が多く用いられている。そして、これらの低融点重金属は、環境因子の影響(特に、温度、湿度)、メッキおよび部材の外部応力の影響によって、メッキ表面から針状の結晶が発生することがある。この針状の結晶は、一般にウィスカと呼ばれている。
電気機器の構造部材に使用されるメッキとしては、錫、亜鉛等の低融点重金属が多く用いられている。そして、これらの低融点重金属は、環境因子の影響(特に、温度、湿度)、メッキおよび部材の外部応力の影響によって、メッキ表面から針状の結晶が発生することがある。この針状の結晶は、一般にウィスカと呼ばれている。
錫メッキ、亜鉛メッキ等のウィスカは真性であり、ウィスカを構成する要素が素地の金属自身から供給されるものである。
真性ウィスカの発生、成長としては、残留応力の高い部分(例えば、曲げR部やシェア切断面等)や、メッキ厚さの厚い部分等に多く発生する傾向にある。
真性ウィスカの発生、成長としては、残留応力の高い部分(例えば、曲げR部やシェア切断面等)や、メッキ厚さの厚い部分等に多く発生する傾向にある。
そして、この発生したウィスカが、電気機器の構造部材間に付着、接触すると、部品が短絡したり、誤動作する等の原因につながる恐れがある。
そこで、従来から、このようなメッキのウィスカの発生を抑制するために、構造部材の上に直接メッキを処理するのではなく、中間に銅メッキ等を挟んで応力緩和を行なったり、あるいはメッキ中の炭素量を少なくして(メッキの光沢剤の量を少なくする)応力緩和を実施している。
そこで、従来から、このようなメッキのウィスカの発生を抑制するために、構造部材の上に直接メッキを処理するのではなく、中間に銅メッキ等を挟んで応力緩和を行なったり、あるいはメッキ中の炭素量を少なくして(メッキの光沢剤の量を少なくする)応力緩和を実施している。
また、既に納入された電気機器の構造部材のメッキ品については、ウィスカの発生に対する防止、抑制策は特にないが、現地にてブラシ等による表面の清掃を行なってウィスカを除去する方法を一般に行なっている。
例えば、特許文献1には、純錫メッキが施された電気・電子部品のコネクタや端子、半導体リードフレーム等において錫メッキの針状ウィスカの発生を抑制する方法が提案されている。該方法は、コネクタや端子を溶液中で超音波照射することによって錫メッキの針状ウィスカの発生を抑制するものである。
従来提案されているウィスカ(以下、ノジュールともいう。)の発生を抑制する方法では、例えばメッキ中の炭素量(光沢剤の量)を少量として、メッキ内部の残留応力を緩和して錫ウィスカの発生を抑制する場合には、光沢剤が少ないことから、従来と同程度のメッキ光沢が得られず、製品として見劣りする恐れがある。
また、メッキと部品との中間メッキ処理の場合においても、既に納入された電気機器構造の部材には対応することができず、再度製造する必要がある。一方、既に納入された電気機器の構造部材のメッキ品では、ブラシ等による清掃を実施してウィスカの除去を行なっても、完全に取り除くことは難しく、また別の部位からウィスカが再発生してくるという問題がある。
さらに、コネクタや端子を溶液中で超音波照射することによって錫メッキの針状ウィスカの発生を抑制する特許文献1の方法では、残留応力を除去するためにコネクタアッシーの状態で超音波照射する必要があるが、実施例における圧力スイッチはノーマルクローズ、かつ金接点タイプであるため、超音波照射によって接点が溶着してしまうという問題がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、錫メッキを施した部位を樹脂ハウジングに圧入した際に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することのできる外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチを提供することにある。
本発明者は、錫ウィスカの発生を抑制するメカニズムについて研究を行っている。そして、ダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入しカシメ後、ウィスカが発生する前に、コネクタアッシーに熱処理を実施することにより、端子の圧入ダボ部周辺の端子台(樹脂ハウジング)の材質が樹脂クリープ(樹脂アニール)を起こし、ダボ部周辺の樹脂が広がる現象により、圧入代低下が起こり、錫メッキ層に働く外部応力が除去されることを見出し、本発明を完成させた。
上記課題を解決するための本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法は、錫メッキされたダボ部を有する複数の端子を樹脂ハウジングに圧入する工程と、圧入された端子にカシメ加工を行う工程と、カシメ加工によって固定されたコネクタアッシーに熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする。
錫ウィスカは、錫メッキ被膜に圧縮応力が加わり、錫が再結晶化することにより、発生する現象である。この中でも、本発明は外部応力型錫ウィスカを対象とするものである。外部応力型錫ウィスカとは、錫メッキ被膜に外部から機械的な応力が加わり発生する。ウィスカの成長が早く、500時間程度で成長が止まるといわれている。一方、内部応力型錫ウィスカは、下地メッキや母材の拡散による金属化合物の生成や、錫メッキ表面の酸化等により応力が加わり発生する。
ウィスカは、異物状ウィスカ、カラム(円柱状)ウィスカ、フィラメント状ウィスカ、折れ線状ウィスカ、渦巻き状ウィスカ等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
異物状ウィスカとは、突起の長さが直径の2倍を超えないものをいう。カラム(円柱状)ウィスカとは、円柱状のウィスカで、根元からの長さが直径の10倍までのものをいう。フィラメント状ウィスカとは、円柱状のウィスカで、長さが直径の10倍を超えるものをいう。折れ線状ウィスカとは、円柱状ではあるが、成長方向が自然に曲がっているものをいう。渦巻き状ウィスカとは、曲がったウィスカをいう。
異物状ウィスカとは、突起の長さが直径の2倍を超えないものをいう。カラム(円柱状)ウィスカとは、円柱状のウィスカで、根元からの長さが直径の10倍までのものをいう。フィラメント状ウィスカとは、円柱状のウィスカで、長さが直径の10倍を超えるものをいう。折れ線状ウィスカとは、円柱状ではあるが、成長方向が自然に曲がっているものをいう。渦巻き状ウィスカとは、曲がったウィスカをいう。
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法は、前記カシメ加工を行う工程後、24時間以内に前記熱処理を行うことが好ましい。
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法は、前記熱処理を行う工程が、コネクタアッシーを150〜180℃、好ましくは150℃において、1〜2時間加熱することが好ましい。
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法は、前記樹脂ハウジングの材質が、ポリフェニレンサルファイドであることが好ましい。
上記課題を解決するための本発明に係る圧力スイッチは、上記記載の外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法を用いて得られたことを特徴とする。
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法によれば、ダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入し、カシメによって固定したコネクタアッシーを熱処理することにより、残留応力を除去し、樹脂クリープによる圧入代低下から錫メッキ層に働く外部応力を除去、低減し、その結果、外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。
こうして得られた圧力スイッチは、樹脂ハウジングに圧入した錫メッキを施した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。
以下に、本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法について、圧力スイッチを例に図1、図2を参照して説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
<外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法>
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法は、錫メッキされたダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入し、カシメ加工によって固定した後、コネクタアッシーに熱処理を行う。以下、各工程について順に説明する。
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法は、錫メッキされたダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入し、カシメ加工によって固定した後、コネクタアッシーに熱処理を行う。以下、各工程について順に説明する。
(圧入工程)
圧入工程は、錫メッキされたダボ部1を有する複数の端子3を樹脂ハウジング2に圧入する工程である。これにより、錫メッキされたダボ部1を有する複数の端子3が樹脂ハウジング2に圧着される。図1に、錫ウィスカの発生箇所Aとダボ部1を示す。
圧入工程は、錫メッキされたダボ部1を有する複数の端子3を樹脂ハウジング2に圧入する工程である。これにより、錫メッキされたダボ部1を有する複数の端子3が樹脂ハウジング2に圧着される。図1に、錫ウィスカの発生箇所Aとダボ部1を示す。
錫メッキは、通常、メッキ法によって形成される。メッキ法は、電気メッキ法、無電解メッキ法、真空蒸着等の気相メッキ法のいずれであってもよい。
錫メッキした被膜の厚さは、通常、2〜10μm程度、好ましくは2〜5μmである。外部応力型錫ウィスカの対策として錫の絶対量が少ない(膜厚が薄い)方が有利であるため、出来るだけ膜厚が薄いレベルで安定させた方が良い。
錫メッキした被膜の厚さは、通常、2〜10μm程度、好ましくは2〜5μmである。外部応力型錫ウィスカの対策として錫の絶対量が少ない(膜厚が薄い)方が有利であるため、出来るだけ膜厚が薄いレベルで安定させた方が良い。
圧入工程は、通常、エア圧による突き当てを行う。圧入代(樹脂ハウジング角穴寸法に対する端子ダボ部のプラス分)で圧入を決定し、0.20〜0.15mm程度である。
ここで、ダボ部1とは、圧入を行うために端子等に形成される出っ張りのことをいい、1個でも複数個であってもよい。例えば、端子の樹脂ハウジング挿入部の箇所に複数形成される。
ここで、ダボ部1とは、圧入を行うために端子等に形成される出っ張りのことをいい、1個でも複数個であってもよい。例えば、端子の樹脂ハウジング挿入部の箇所に複数形成される。
ダボ部1が形成される端子3は、少なくとも2以上の複数個である。
樹脂ハウジング2に使用される樹脂は、特に制限はなく各種のものが使用できるが、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)が好ましい。
樹脂ハウジング2に使用される樹脂は、特に制限はなく各種のものが使用できるが、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)が好ましい。
(カシメ加工工程)
カシメ加工工程は、圧入工程で樹脂ハウジング2に圧入された端子3について、結合部分を工具等で叩いたり締めつけたりして塑性変形を生じさせ、結合させる工程である。これにより、圧入された端子3がさらに樹脂ハウジング2に圧着固定され、端子が抜けるのを防止することができる。
コネクタアッシー時のカシメは、圧力スイッチの場合、端子に刃を入れることで塑性変形させる。
カシメ加工工程は、圧入工程で樹脂ハウジング2に圧入された端子3について、結合部分を工具等で叩いたり締めつけたりして塑性変形を生じさせ、結合させる工程である。これにより、圧入された端子3がさらに樹脂ハウジング2に圧着固定され、端子が抜けるのを防止することができる。
コネクタアッシー時のカシメは、圧力スイッチの場合、端子に刃を入れることで塑性変形させる。
(熱処理工程)
熱処理工程は、カシメ加工工程においてカシメによって固定されたコネクタアッシーに熱処理を行う工程である。カシメ加工後に熱処理を行うことにより、外部応力型錫ウィスカの発生を確実に抑制することが可能となる。カシメ加工前に熱処理を行っても、外部応力型錫ウィスカの抑制効果はほとんど得られない。カシメ加工後、24時間以内に熱処理を行うと、錫ウィスカの発生が抑えられ好ましい。
熱処理工程は、カシメ加工工程においてカシメによって固定されたコネクタアッシーに熱処理を行う工程である。カシメ加工後に熱処理を行うことにより、外部応力型錫ウィスカの発生を確実に抑制することが可能となる。カシメ加工前に熱処理を行っても、外部応力型錫ウィスカの抑制効果はほとんど得られない。カシメ加工後、24時間以内に熱処理を行うと、錫ウィスカの発生が抑えられ好ましい。
熱処理条件は、通常150〜180℃、好ましくは150℃において、1〜2時間、外部加重をかけることなくコネクタアッシーに加熱処理を行う。この範囲内で熱処理を行うと、外部応力型錫ウィスカの発生を確実に抑えることができる。
圧入、カシメ後、ウィスカ(ノジュール)が発生する前に、コネクタアッシーの熱処理を実施することにより、端子のダボ部周辺の端子台(樹脂ハウジング)の材質が樹脂クリープ(樹脂アニール)を起こし、ダボ部周辺の樹脂が広がる現象により、圧入代低下が起こり、錫メッキ層に働く外部応力が除去される。その結果、外部応力型錫ウィスカの発生が抑制される。
本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法によって得られた圧力スイッチは、端子を圧入、カシメを行うことにより掃気性を持たせている。端子をインサート成形するような場合には、端子のインサート部位に隙間がないため、掃気性をもたせるために端子台に導入孔を設けている。
インサート成形の場合、コネクタアッシーでの熱処理を行うと樹脂クリープにより端子インサート部に隙間が生じ、端子が脱落してしまう恐れがある。
インサート成形の場合、コネクタアッシーでの熱処理を行うと樹脂クリープにより端子インサート部に隙間が生じ、端子が脱落してしまう恐れがある。
以上説明したように、本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法によれば、錫メッキを施した樹脂ハウジングに圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。また、ダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入し、カシメによって固定したコネクタアッシーを熱処理することにより、残留応力を除去し、樹脂クリープによる圧入代低下から錫メッキ層に働く外部応力を除去、低減することができ、その結果、外部応力型錫ウィスカの発生を確実に抑制することができる。
こうして得られた圧力スイッチは、錫メッキを施した樹脂ハウジングに圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。
こうして得られた圧力スイッチは、錫メッキを施した樹脂ハウジングに圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。
<コネクタアッシー20>
本発明のコネクタアッシー20は、図1(a),(b)に示すように、樹脂ハウジング22内に第一端子24と第二端子26の2つを配設しているものである。
<圧力スイッチ10>
図2(a),(b)に示すように、本発明の圧力スイッチ10は、樹脂ハウジング22内に複数の端子(図2では第一端子24と第二端子26の2つ)を配設して成るコネクタアッシー20と、このコネクタアッシー20の第一端子24と第二端子26との間を接触または離反させる作動機構体30と、を少なくとも備えて構成されている。
本発明のコネクタアッシー20は、図1(a),(b)に示すように、樹脂ハウジング22内に第一端子24と第二端子26の2つを配設しているものである。
<圧力スイッチ10>
図2(a),(b)に示すように、本発明の圧力スイッチ10は、樹脂ハウジング22内に複数の端子(図2では第一端子24と第二端子26の2つ)を配設して成るコネクタアッシー20と、このコネクタアッシー20の第一端子24と第二端子26との間を接触または離反させる作動機構体30と、を少なくとも備えて構成されている。
作動機構体30には、ダイヤフラム32と作動軸34が配設されており、ダイヤフラム32が所定の圧力を受けると、ダイヤフラム32が変形し、ダイヤフラム32と接する作動軸34が、コネクタアッシー20の端子24,26側に移動し、これにより第一端子24の接点部24aと第二端子26の接点部26aとの間が接触または離反し、圧力スイッチ10のON・OFFが行われる仕組みである。
なお、このような圧力スイッチ10には、通常、端子24と端子26とが接した状態であり、作動軸34が端子24,26側に移動して、一方側の端子を押し上げることにより二極間端子の接続が解かれるノーマルクローズタイプと、通常、端子24と端子26とが離れた状態であり、作動軸34が端子24,26側に移動して、一方側の端子を他方側の端子に向かって押し上げることにより二極間端子が接続されるノーマルオープンタイプと、が有り、用途に応じて適宜選択されている。
本発明の圧力スイッチ10は、いずれの場合に限定されるものではないが、本発明の説明に用いた図1に記載の圧力スイッチ10は、ノーマルクローズタイプであり、接点部24aは固定され、接点部26aが可動されるようになっており、作動軸34が上方に移動した際には、端子26が端子24に対して離れるように構成されたものである。
また、第一端子24と第二端子26の材質としては特に限定されるものではないが、端子に用いられる一般的な材質である黄銅が好適である。
なお、本発明に用いられる第一端子24と第二端子26は、錫メッキ加工が施されてなる。
錫メッキを施工した端子24,26は、耐腐食性、電気伝導性などに優れるため、様々な用途・環境下で用いられる圧力スイッチ10に好適である。
なお、本発明に用いられる第一端子24と第二端子26は、錫メッキ加工が施されてなる。
錫メッキを施工した端子24,26は、耐腐食性、電気伝導性などに優れるため、様々な用途・環境下で用いられる圧力スイッチ10に好適である。
以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
[実施例1;カシメ工程後に熱処理を行った場合]
黄銅材(C2680)に下記に示す条件で、電気めっき方法により、端子全体にダボ部を有する2つの端子に錫メッキ処理を行った。
メッキ工程は、下地メッキ前処理(溶剤脱脂,アルカリ脱脂,水洗,酸洗い,水洗,中和処理)、後処理(水洗,中和処理,水洗,乾燥)を行った。下地メッキは、銅メッキ1μm程度(シアン化銅浴)であり、本メッキは、光沢錫メッキ(硫酸錫浴)である。
黄銅材(C2680)に下記に示す条件で、電気めっき方法により、端子全体にダボ部を有する2つの端子に錫メッキ処理を行った。
メッキ工程は、下地メッキ前処理(溶剤脱脂,アルカリ脱脂,水洗,酸洗い,水洗,中和処理)、後処理(水洗,中和処理,水洗,乾燥)を行った。下地メッキは、銅メッキ1μm程度(シアン化銅浴)であり、本メッキは、光沢錫メッキ(硫酸錫浴)である。
次いで、錫メッキ処理された2つの端子をPPS製樹脂ハウジング(端子台)2に圧入し、続いてカシメ加工を行った。具体的には、(カシメ加工方法をご教示ください)カシメ加工後、固定されたコネクタアッシーに150℃で1〜2時間加熱処理を行った。
その後、コネクタアッシーを分解(端子を引き抜く)して、走査型電子顕微鏡(SEM)(ERA-8800、株式会社エリオニクス製)を用いて錫ウィスカを観察した。
その後、コネクタアッシーを分解(端子を引き抜く)して、走査型電子顕微鏡(SEM)(ERA-8800、株式会社エリオニクス製)を用いて錫ウィスカを観察した。
本実施例は、カシメ後に熱処理を行った例である。その結果を図3に示す。
図3は、端子ダボ部の走査型電子顕微鏡の拡大写真である。
図3において、錫メッキと樹脂ハウジングとの接触部分の圧入部(左図)を拡大したのが右図である。右図より、ノジュール(ウィスカの芽)の発生が全く抑えられていることがわかる。
図3は、端子ダボ部の走査型電子顕微鏡の拡大写真である。
図3において、錫メッキと樹脂ハウジングとの接触部分の圧入部(左図)を拡大したのが右図である。右図より、ノジュール(ウィスカの芽)の発生が全く抑えられていることがわかる。
[比較例1:熱処理を行わなかった場合]
2つの端子を圧入、カシメ加工後、コネクタアッシーに熱処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、錫ウィスカを走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。
本比較例は、熱処理を行わなかった例である。その結果を図3に示す。
図3において、錫メッキと樹脂ハウジングとの接触部分の圧入部(左図)を拡大した右図より、ノジュール(ウィスカの芽)の発生が多くみられた。これにより、外部応力型錫ウィスカの発生を抑制できないことがわかった。
2つの端子を圧入、カシメ加工後、コネクタアッシーに熱処理を行わなかった以外は、実施例1と同様にして、錫ウィスカを走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。
本比較例は、熱処理を行わなかった例である。その結果を図3に示す。
図3において、錫メッキと樹脂ハウジングとの接触部分の圧入部(左図)を拡大した右図より、ノジュール(ウィスカの芽)の発生が多くみられた。これにより、外部応力型錫ウィスカの発生を抑制できないことがわかった。
[比較例2:カシメ前に熱処理を行った場合]
2つの端子を圧入後、カシメ加工前に熱処理を行った以外は、実施例1と同様にして、錫ウィスカを走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。
本比較例は、カシメ前に熱処理を行った例である。その結果を図3に示す。
図3において、錫メッキと樹脂ハウジングとの接触部分の圧入部(左図)を拡大した右図より、ノジュール(ウィスカの芽)の発生が多くみられた。これにより、外部応力型錫ウィスカの発生を抑制できないことがわかった。
2つの端子を圧入後、カシメ加工前に熱処理を行った以外は、実施例1と同様にして、錫ウィスカを走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察した。
本比較例は、カシメ前に熱処理を行った例である。その結果を図3に示す。
図3において、錫メッキと樹脂ハウジングとの接触部分の圧入部(左図)を拡大した右図より、ノジュール(ウィスカの芽)の発生が多くみられた。これにより、外部応力型錫ウィスカの発生を抑制できないことがわかった。
[実施例2:コネクタアッシー組立後の放置時間を変えた場合]
実施例1と同様に、錫メッキ処理された2つの端子を、PPS製樹脂ハウジング(端子台)2に圧入し、続いてカシメ加工を行い、コネクタアッシーを組み立てた。
コネクタアッシー組立後の放置時間を4時間、8時間、24時間、48時間、72時間、及び120時間とし、それぞれの放置時間経過後、コネクタアッシーに熱処理を行った。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)(ERA-8800、株式会社エリオニクス製)を用いて錫ウィスカを観察した。ここで、放置時間とは、コネクタアッシー組立後、熱処理を行うまでの間放置した時間である。
実施例1と同様に、錫メッキ処理された2つの端子を、PPS製樹脂ハウジング(端子台)2に圧入し、続いてカシメ加工を行い、コネクタアッシーを組み立てた。
コネクタアッシー組立後の放置時間を4時間、8時間、24時間、48時間、72時間、及び120時間とし、それぞれの放置時間経過後、コネクタアッシーに熱処理を行った。その後、走査型電子顕微鏡(SEM)(ERA-8800、株式会社エリオニクス製)を用いて錫ウィスカを観察した。ここで、放置時間とは、コネクタアッシー組立後、熱処理を行うまでの間放置した時間である。
放置している環境は、常温常湿、試験時間(常温常湿環境下での放置時間(放置試験時間))は300時間、サンプル数は3とした。その結果を図4に示す。
図4は、コネクタアッシー組立後、各放置時間後の端子ダボ部の走査型電子顕微鏡(SEM)の拡大写真である。図4より、放置時間が24時間を超えると、錫ウィスカの発生が多くなることがわかった。
図4は、コネクタアッシー組立後、各放置時間後の端子ダボ部の走査型電子顕微鏡(SEM)の拡大写真である。図4より、放置時間が24時間を超えると、錫ウィスカの発生が多くなることがわかった。
図5に、コネクタアッシー組立後、各放置時間とノジュール(ウィスカ芽)発生量との関係をグラフに示した。
放置時間が4時間では、比較例1と比較し、約81%のノジュールが減少し、放置時間が24時間では、比較例1と比較し、約77%のノジュールが減少することがわかった。なお、放置時間が1000時間では、比較例1と比較し、約62%のノジュールが減少することがわかった(図示せず)。これにより、熱処理工程をコネクタアッシー組立後、24時間以内におこなうことが望ましいことがわかる。
放置時間が4時間では、比較例1と比較し、約81%のノジュールが減少し、放置時間が24時間では、比較例1と比較し、約77%のノジュールが減少することがわかった。なお、放置時間が1000時間では、比較例1と比較し、約62%のノジュールが減少することがわかった(図示せず)。これにより、熱処理工程をコネクタアッシー組立後、24時間以内におこなうことが望ましいことがわかる。
以上より、錫メッキされたダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入し、各端子をカシメ加工後、24時間以内に、コネクタアッシーに、150℃で1〜2時間の熱処理を行うことにより、外部応力型錫ウィスカの発生を完全に抑制することが判明した。
10・・・圧力スイッチ
20・・・コネクタアッシー
22・・・樹脂ハウジング
24・・・第一端子
24a・・接点部(固定接点部)
24b・・ダボ部
26・・・第二端子
26a・・接点部(可動接点部)
26b・・ダボ部
28・・・短絡防止壁
29・・・端子圧入穴
30・・・作動機構体
32・・・ダイヤフラム
34・・・作動軸
20・・・コネクタアッシー
22・・・樹脂ハウジング
24・・・第一端子
24a・・接点部(固定接点部)
24b・・ダボ部
26・・・第二端子
26a・・接点部(可動接点部)
26b・・ダボ部
28・・・短絡防止壁
29・・・端子圧入穴
30・・・作動機構体
32・・・ダイヤフラム
34・・・作動軸
錫ウィスカは、錫メッキ被膜に圧縮応力が加わり、錫が再結晶化することにより、発生する現象である。この中でも、本発明は外部応力型錫ウィスカを対象とするものである。外部応力型錫ウィスカは、錫メッキ被膜に外部から機械的な応力が加わり発生する。ウィスカの成長が早く、500時間程度で成長が止まるといわれている。一方、内部応力型錫ウィスカは、下地メッキや母材の拡散による金属化合物の生成や、錫メッキ表面の酸化等により応力が加わり発生する。
(圧入工程)
圧入工程は、錫メッキされたダボ部1を有する複数の端子(図1では第一端子3aおよび第二端子3bの2つの端子)を樹脂ハウジング2に圧入する工程である。これにより、錫メッキされたダボ部1を有する端子3a,3bが樹脂ハウジング2に圧着される。図1に、錫ウィスカの発生箇所であるダボ部1およびその周辺を示す。
圧入工程は、錫メッキされたダボ部1を有する複数の端子(図1では第一端子3aおよび第二端子3bの2つの端子)を樹脂ハウジング2に圧入する工程である。これにより、錫メッキされたダボ部1を有する端子3a,3bが樹脂ハウジング2に圧着される。図1に、錫ウィスカの発生箇所であるダボ部1およびその周辺を示す。
圧入工程は、通常、エア圧による突き当てを行う。圧入代(樹脂ハウジング角穴寸法に対する端子ダボ部のプラス分)で圧入を決定し、0.02〜0.15mm程度である。
ここで、ダボ部1とは、圧入を行うために端子等に形成される出っ張りのことをいい、1個でも複数個であってもよい。例えば、端子の樹脂ハウジング挿入部の箇所に複数形成される。
ここで、ダボ部1とは、圧入を行うために端子等に形成される出っ張りのことをいい、1個でも複数個であってもよい。例えば、端子の樹脂ハウジング挿入部の箇所に複数形成される。
ダボ部1が形成される端子3a,3bは、少なくとも2以上の複数個である。
樹脂ハウジング2に使用される樹脂は、特に制限はなく各種のものが使用できるが、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)が好ましい。
樹脂ハウジング2に使用される樹脂は、特に制限はなく各種のものが使用できるが、例えばPPS(ポリフェニレンサルファイド)が好ましい。
(カシメ加工工程)
カシメ加工工程は、圧入工程で樹脂ハウジング2に圧入された端子3a,3bについて、結合部分を工具等で叩いたり締めつけたりして塑性変形を生じさせ、結合させる工程である。これにより、圧入された端子3a,3bがさらに樹脂ハウジング2に圧着固定され、端子が抜けるのを防止することができる。
コネクタアッシー時のカシメは、圧力スイッチの場合、端子に刃を入れることで塑性変形させる。
カシメ加工工程は、圧入工程で樹脂ハウジング2に圧入された端子3a,3bについて、結合部分を工具等で叩いたり締めつけたりして塑性変形を生じさせ、結合させる工程である。これにより、圧入された端子3a,3bがさらに樹脂ハウジング2に圧着固定され、端子が抜けるのを防止することができる。
コネクタアッシー時のカシメは、圧力スイッチの場合、端子に刃を入れることで塑性変形させる。
以上説明したように、本発明に係る外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法によれば、錫メッキを施した樹脂ハウジングに圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。また、ダボ部を有する端子を樹脂ハウジングに圧入し、カシメによって固定したコネクタアッシーを熱処理することにより、残留応力を除去し、樹脂クリープによる圧入代低下から錫メッキ層に働く外部応力を除去、低減することができ、その結果、外部応力型錫ウィスカの発生を確実に抑制することができる。
こうして得られた圧力スイッチは、樹脂ハウジングにおいて、錫メッキを施した端子を圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。
こうして得られた圧力スイッチは、樹脂ハウジングにおいて、錫メッキを施した端子を圧入した部位に生じる外部応力型錫ウィスカの発生を確実かつ容易に抑制することができる。
<コネクタアッシー20>
本発明のコネクタアッシー20は、図1(a),(b)に示すように、樹脂ハウジング2内に第一端子3aと第二端子3bの2つを配設しているものである。
<圧力スイッチ10>
図2(a),(b)に示すように、本発明の圧力スイッチ10は、樹脂ハウジング2内に複数の端子(図2では第一端子3aと第二端子3bの2つ)を配設して成るコネクタアッシー20と、このコネクタアッシー20の第一端子3aと第二端子3bとの間を接触または離反させる作動機構体30と、を少なくとも備えて構成されている。
本発明のコネクタアッシー20は、図1(a),(b)に示すように、樹脂ハウジング2内に第一端子3aと第二端子3bの2つを配設しているものである。
<圧力スイッチ10>
図2(a),(b)に示すように、本発明の圧力スイッチ10は、樹脂ハウジング2内に複数の端子(図2では第一端子3aと第二端子3bの2つ)を配設して成るコネクタアッシー20と、このコネクタアッシー20の第一端子3aと第二端子3bとの間を接触または離反させる作動機構体30と、を少なくとも備えて構成されている。
作動機構体30には、ダイヤフラム32と作動軸34が配設されており、ダイヤフラム32が所定の圧力を受けると、ダイヤフラム32が変形し、ダイヤフラム32と接する作動軸34が、コネクタアッシー20の端子3a,3b側に移動し、これにより第一端子3aの接点部24aと第二端子3bの接点部26aとの間が接触または離反し、圧力スイッチ10のON・OFFが行われる仕組みである。
なお、このような圧力スイッチ10には、通常、端子3aと端子3bとが接した状態であり、作動軸34が端子3a,3b側に移動して、一方側の端子を押し上げることにより二極間端子の接続が解かれるノーマルクローズタイプと、通常、端子3aと端子3bとが離れた状態であり、作動軸34が端子3a,3b側に移動して、一方側の端子を他方側の端子に向かって押し上げることにより二極間端子が接続されるノーマルオープンタイプと、が有り、用途に応じて適宜選択されている。
本発明の圧力スイッチ10は、いずれの場合に限定されるものではないが、本発明の説明に用いた図2に記載の圧力スイッチ10は、ノーマルクローズタイプであり、接点部24aは固定され、接点部26aが可動されるようになっており、作動軸34が上方に移動した際には、端子3bが端子3aに対して離れるように構成されたものである。
また、第一端子3aと第二端子3bの材質としては特に限定されるものではないが、端子に用いられる一般的な材質である黄銅が好適である。
なお、本発明に用いられる第一端子3aと第二端子3bは、錫メッキ加工が施されてなる。
錫メッキを施工した端子3a,3bは、耐腐食性、電気伝導性などに優れるため、様々な用途・環境下で用いられる圧力スイッチ10に好適である。
なお、本発明に用いられる第一端子3aと第二端子3bは、錫メッキ加工が施されてなる。
錫メッキを施工した端子3a,3bは、耐腐食性、電気伝導性などに優れるため、様々な用途・環境下で用いられる圧力スイッチ10に好適である。
次いで、錫メッキ処理された2つの端子をPPS製樹脂ハウジング(端子台)2に圧入し、続いてカシメ加工を行った。具体的には、カシメ加工後、固定されたコネクタアッシーに150℃で1〜2時間加熱処理を行った。
その後、コネクタアッシーを分解(端子を引き抜く)して、走査型電子顕微鏡(SEM)(ERA-8800、株式会社エリオニクス製)を用いて錫ウィスカを観察した。
その後、コネクタアッシーを分解(端子を引き抜く)して、走査型電子顕微鏡(SEM)(ERA-8800、株式会社エリオニクス製)を用いて錫ウィスカを観察した。
図5に、コネクタアッシー組立後、各放置時間とノジュール(ウィスカの芽)発生量との関係をグラフに示した。
放置時間が4時間では、比較例1と比較し、約81%のノジュールが減少し、放置時間が24時間では、比較例1と比較し、約77%のノジュールが減少することがわかった。なお、放置時間が1000時間では、比較例1と比較し、約62%のノジュールが減少することがわかった(図示せず)。これにより、熱処理工程をコネクタアッシー組立後、24時間以内におこなうことが望ましいことがわかる。
放置時間が4時間では、比較例1と比較し、約81%のノジュールが減少し、放置時間が24時間では、比較例1と比較し、約77%のノジュールが減少することがわかった。なお、放置時間が1000時間では、比較例1と比較し、約62%のノジュールが減少することがわかった(図示せず)。これにより、熱処理工程をコネクタアッシー組立後、24時間以内におこなうことが望ましいことがわかる。
1・・・ダボ部
2・・・樹脂ハウジング(端子台)
3a・・第一端子
3b・・第二端子
10・・・圧力スイッチ
20・・・コネクタアッシー
24a・・接点部
26a・・接点部
30・・・作動機構体
32・・・ダイヤフラム
34・・・作動軸
2・・・樹脂ハウジング(端子台)
3a・・第一端子
3b・・第二端子
10・・・圧力スイッチ
20・・・コネクタアッシー
24a・・接点部
26a・・接点部
30・・・作動機構体
32・・・ダイヤフラム
34・・・作動軸
Claims (5)
- 錫メッキされたダボ部を有する複数の端子を樹脂ハウジングに圧入する工程と、圧入された端子にカシメ加工を行う工程と、カシメ加工によって固定されたコネクタアッシーに熱処理を行う工程と、を備えることを特徴とする外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法。
- 前記カシメ加工を行う工程後、24時間以内に前記熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法。
- 前記熱処理を行う工程が、コネクタアッシーを150℃〜180℃において1〜2時間加熱することを特徴とする請求項1または2に記載の外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法。
- 前記樹脂ハウジングの材質が、ポリフェニレンサルファイドであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法を用いて得られたことを特徴とする圧力スイッチ。
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JP2012232887A JP2014086215A (ja) | 2012-10-22 | 2012-10-22 | 外部応力型錫ウィスカの発生を抑制する方法、およびこれを用いて得られた圧力スイッチ |
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WO2020043231A1 (de) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | Harting Electric Gmbh & Co. Kg | Steckverbinder mit komponenten aus verbessertem material mit wenig blei, bevorzugt auf basis von kupfer |
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2012
- 2012-10-22 JP JP2012232887A patent/JP2014086215A/ja active Pending
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2013
- 2013-08-30 WO PCT/JP2013/073307 patent/WO2014065003A1/ja active Application Filing
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WO2014065003A1 (ja) | 2014-05-01 |
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