JP2015041609A

JP2015041609A - 押圧治具

Info

Publication number: JP2015041609A
Application number: JP2013173818A
Authority: JP
Inventors: 輝雄大河内; Teruo Okochi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-02

Abstract

【課題】本発明は、プレスフィット端子を基板のスルーホールへ挿入する際に、基板における電子部品の実装部に生じる歪みを抑制して、前記電子部品の破損を防ぐことができるプレスフィット端子挿入用の押圧治具を提供する。【解決手段】基板２のスルーホール２ａに対してプレスフィット端子３１を挿入する際に、基板２のプレスフィット端子３１の挿入側とは反対側の面における、スルーホール２ａの周辺を押圧する押圧治具１であって、押圧治具１は、柱状に形成される治具本体１ａの下端面１ｂが、基板２との当接面として形成され、下端面１ｂは円環状に形成され、下端面１ｂと治具本体１ａの外周面との間の角部は面取りされ、下端面１ｂの外径ｄ１は、治具本体１ａの外径ｄ２よりも小さく形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、プレスフィット端子をワークに挿入する際に用いられる、プレスフィット端子挿入用の押圧治具に関する。

従来、コネクタ等の電子部品の端子とワークである基板とを接続する接続方法として、前記電子部品の端子を前記基板のスルーホールに挿入してはんだ付けする、はんだ接続が多く用いられてきた。
しかし、近年においては、環境負荷物質であるはんだの使用量低減や、前記接続工程の簡易化が要求されており、電子部品の端子をプレスフィット端子に構成して、前記プレスフィット端子を基板のスルーホールに圧入することにより、電子部品の端子と基板とを接続することが増加してきている。

前記プレスフィット端子は、前記スルーホールの内径よりもやや幅広の弾性部を有しており、前記弾性部を基板のスルーホールへ圧入することにより、プレスフィット端子と基板との接続が行われている。プレスフィット端子と基板との接続部においては、プレスフィット端子の弾性部が圧縮側に弾性変形することにより、接触荷重を発生させている。
このように、プレスフィット端子を用いて電子部品と基板とを接続することは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１３−００４２３９号公報

前述のように、プレスフィット端子は基板のスルーホールに対して圧入、即ち所定の圧力で挿入されるが、プレスフィット端子のスルーホールへの圧入は、例えば押圧治具を用いて行われている。
図１３、図１４に示すように、プレスフィット端子３１のスルーホール２ａへの挿入用治具である押圧治具１０１は円柱状部材にて構成される治具本体１０１ａを備えており、治具本体１０１ａの下端面１０１ｂには円形の凹陥部１０１ｃが形成されている。凹陥部１０１ｃの内径は基板２のスルーホール２ａの内径よりも大径に形成されており、凹陥部１０１ｃが形成された下端面１０１ｂは円環状に形成されている。
プレスフィット端子３１は、例えばコネクタ３の端子として構成されており、スルーホール２ａの内径よりもやや幅広の弾性部３１ａを有している。また、基板２におけるスルーホール２ａの周辺部には、電子部品２１が実装されている。

このように形成される押圧治具１０１を用いてプレスフィット端子３１を基板２のスルーホール２ａに圧入する際には、図１４に示すように、プレスフィット端子３１の先端をスルーホール２ａに挿入した状態で、基板２におけるスルーホール２ａの周辺部をプレスフィット端子３１の挿入側とは反対側の面から、押圧治具１０１により押圧することにより、プレスフィット端子３１のスルーホール２ａへの圧入が行われる。

この場合、押圧治具１０１の基板２に対する押圧力は、例えば１端子あたり１０ｋｇｆといった大きな圧力であるため、図１５に示すように、基板２における押圧治具１０１による押圧部の周辺に歪みが発生することとなる。
図１６に示すように、基板２における押圧部周辺に位置する電子部品２１の実装部の歪み量は、基板２が押圧治具１０１に押圧されて、プレスフィット端子３１の弾性部３１ａがスルーホール２ａに圧入され始める圧入開始時から増加していき、その後、弾性部３１ａのスルーホール２ａへの圧入途中に所定の歪み量εに達し、圧入が完了するまで略一定に保持される。

また、押圧治具１０１により基板２を押圧した際に、押圧治具１０１からの押圧力が基板２に作用する力点は、押圧治具１０１における下端面１０１ｂの外周縁部となる。
さらに、近年においては、電子部品が基板２に対して高密度実装される傾向にあるため、押圧治具１０１の下端面１０１ｂの外周縁部（即ち治具本体１０１ａの外周面）と電子部品２１との距離Ｌ１が小さくなっている。
従って、電子部品２１は、基板２における押圧治具１０１による押圧部の周辺に発生する歪みの影響を強く受けることになり、前記歪み量εが、電子部品２１に破損が生じる下限値となる所定の値ε０を越えるおそれがある。つまり、プレスフィット端子３１をスルーホール２ａへ圧入する際に、押圧治具１０１からの押圧力に起因する基板２の歪みにより電子部品２１が破損するおそれがある。

電子部品２１の破損は、電子部品２１が実装される基板２の不具合が市場にて顕在化するまで、検出することが困難な場合があるため、プレスフィット端子３１をスルーホール２ａへ圧入する際に生じる、電子部品２１の実装部における基板２の歪みを極力抑制することが重要である。

そこで、本発明においては、プレスフィット端子を基板のスルーホールへ挿入する際に、基板における電子部品の実装部に生じる歪みを抑制して、前記電子部品の破損を防ぐことができるプレスフィット端子挿入用の押圧治具を提供するものである。

上記課題を解決する押圧治具は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、端子を挿入可能なスルーホールと前記スルーホールの周辺に実装された電子部品とを備える基板の前記スルーホールに対してプレスフィット端子を挿入する際に、前記基板のプレスフィット端子の挿入側とは反対側の面における、前記スルーホールの周辺を押圧する、プレスフィット端子挿入用の押圧治具であって、前記押圧治具は、柱状に形成される治具本体の端面が、前記基板との当接面として形成され、前記当接面は円環状に形成され、前記当接面と前記治具本体の外周面との間の角部は面取りされ、前記当接面の外径は、前記治具本体の外径よりも小さく形成される。

本発明によれば、プレスフィット端子を基板のスルーホールへ挿入する際に、基板における電子部品の実装部に生じる歪みを抑制して、前記電子部品の破損を防ぐことができる。

基板のスルーホールに対してプレスフィット端子を挿入する際に用いられる押圧治具を示す斜視図である。同じく押圧治具を示す側面断面図である。基板に当接する押圧治具の下端面の外周縁部と基板に実装される電子部品との距離Ｌ２を示す側面断面図である。複数のプレスフィット端子を基板のスルーホールに接続する際に用いられる、複数の下端面を備えた押圧治具を示す側面断面図である。複数の下端面を備えた押圧治具を用いて、複数のプレスフィット端子を基板のスルーホールに接続する工程を示す側面断面図である。複数のプレスフィット端子を基板のスルーホールに接続する際に用いられる押圧治具の別実施例を示す斜視図である。複数のプレスフィット端子を基板のスルーホールに接続する際に用いられる押圧治具の別実施例を示す側面断面図である。下端面の外周縁部が面取りされていない押圧治具が基板の表面に片当たりした様子を示す側面断面図である。下端面の外周縁部が面取りされていない押圧治具の基板に対する片当たりが、基板の反りに起因して生じる様子を示す側面断面図である。複数のプレスフィット端子の基板に対する挿入箇所を一箇所に纏めた場合の、押圧治具と基板との関係を示す側面断面図である。治具本体の外周面と下端面との間の角部を球面状に面取りした押圧治具を示す側面断面図である。治具本体の外周面と下端面との間の角部を球面状に面取りした押圧治具が、基板の表面に片当たりした状態を示す側面断面図である。下端面の外周縁部が面取りされていない従来の押圧治具を示す斜視図である。下端面の外周縁部が面取りされていない従来の押圧治具を示す側面断面図である。下端面の外周縁部が面取りされていない従来の押圧治具により基板を押圧した際に、基板に生じる歪みを示す側面断面図である。押圧治具により基板を押圧した際の、基板における押圧部周辺に位置する電子部品の実装部の歪み量を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

［第１の実施形態］
図１、図２に示す、第１の実施形態に係る押圧治具１は、プレスフィット端子３１を挿入可能なスルーホール２ａとスルーホール２ａの周辺に実装された電子部品２１とを備える基板２のスルーホール２ａに対してプレスフィット端子３１を所定の圧力で挿入（圧入）する際に用いられる、プレスフィット端子挿入用の押圧治具である。

スルーホール２ａに挿入されるプレスフィット端子３１は、例えば電子部品であるコネクタ３の端子であり、スルーホール２ａの内径よりもやや幅広の弾性部３１ａを有している。

プレスフィット端子３１の挿入時に用いられる押圧治具１は、円柱状部材にて構成される治具本体１ａを備えており、治具本体１ａの軸方向における一側端面である下端面１ｂには円形の凹陥部１ｃが形成されている。
凹陥部１ｃの内径は基板２のスルーホール２ａの内径よりも大径に形成されており、凹陥部１ｃが形成された下端面１ｂは円環状に形成されている。
下端面１ｂは、押圧治具１により基板２を押圧する際に、基板２に当接する当接面である。

押圧治具１の下端部、即ち下端面１ｂと治具本体１ａの外周面との間の角部は面取りされており、下端面１ｂと治具本体１ａの外周面との間にはテーパ面１ｄが形成されている。これにより、下端面１ｂの外径寸法ｄ１は、治具本体１ａの外径寸法ｄ２よりも小さく形成されている。

このように形成される押圧治具１を用いてプレスフィット端子３１を基板２のスルーホール２ａに圧入する際には、まず、図２に示すように、支持部材により支持されたプレスフィット端子３１の弾性部３１ａよりも先端の部分を、基板２の下方からスルーホール２ａに挿入する。
次に、基板２の上方に配置した押圧治具１を下降させて、基板２におけるスルーホール２ａの周辺部を上方から、即ちプレスフィット端子３１の挿入側とは反対側の面から、押圧治具１により下方へ押圧する。

図３に示すように、基板２を押圧治具１にて押圧することにより、プレスフィット端子３１の弾性部３１ａが圧縮側に弾性変形しつつスルーホール２ａに挿入される。
弾性部３１ａが圧縮側に弾性変形した状態でスルーホール２ａに挿入されることにより、スルーホール２ａと弾性部３１ａとの間に接触荷重が発生しており、これにより、プレスフィット端子３１と基板２とが接続される。

なお、押圧治具１により基板２を押圧して、プレスフィット端子３１の弾性部３１ａがスルーホール２ａに挿入された状態では、プレスフィット端子３１の先端部が基板２の上方に突出することとなるが、スルーホール２ａの上方には押圧治具１の凹陥部１ｃが位置しており、凹陥部１ｃの深さ（上下寸法）はプレスフィット端子３１の基板２からの突出寸法よりも大きく形成されているので、プレスフィット端子３１の先端部と押圧治具１とが干渉することはない。
また、基板２との当接面となる押圧治具１の下端面１ｂは平面に構成されているため、押圧治具１を基板２に押圧した際に、下端面１ｂにより基板２の表面が傷付けられることがない。

このように、プレスフィット端子３１をスルーホール２ａに挿入する際には、基板２におけるスルーホール２ａの周辺部が押圧治具１により押圧されることとなるが、本実施形態の押圧治具１においては、押圧治具１の下端部は面取りされており、下端面１ｂの外径寸法ｄ１は、治具本体１ａの外径寸法ｄ２よりも小さく形成されているため、基板２に当接する下端面１ｂの外周縁部と電子部品２１との距離Ｌ２が、治具本体１ａの外周面と電子部品２１との距離Ｌ１よりも大きくなっている。

ここで、押圧治具１からの押圧力が基板２に作用する力点は下端面１ｂの外周縁部となるため、基板２における下端面１ｂの外周縁部に接触する部分に、押圧治具１からの押圧力に起因する歪みが発生することとなる。

しかし、本実施形態の押圧治具１においては、前述のように、下端面１ｂの外周縁部と電子部品２１との距離Ｌ２が、治具本体１０１ａの下端部が面取りされていない従来の押圧治具１０１における下端面１０１ｂの外周縁部と電子部品２１との距離Ｌ１よりも大きくなっているため、電子部品２１は、基板２における下端面１ｂの外周縁部に接触する部分に発生する歪みの影響を受けにくくなっている。
すなわち、プレスフィット端子３１をスルーホール２ａへ圧入する際に、基板２における電子部品２１の実装部に生じる歪みが抑制され、電子部品２１が基板２の前記歪みにより破損することを防ぐことが可能となっている。具体的には、図１６に示す、基板２における電子部品２１の実装部の歪み量εを、電子部品２１に破損が生じる下限値となる値ε０よりも小さくすることができる。

次に、複数のプレスフィット端子を備えたコネクタを基板に接続する際の手順について説明する。
図４に示すコネクタ７においては、３つのプレスフィット端子７１・７１・７１が並設されており、基板６には各プレスフィット端子７１・７１・７１に対応するスルーホール６ａ・６ａ・６ａが形成されている。
また、基板６には電子部品６１が実装されている。電子部品６１は、図４において右側に位置するスルーホール６ａの右方に配置されている。

押圧部材５の治具本体５ａにおいては、その下端に３つの下端面５ｂ・５ｂ・５ｂが形成されている。各下端面５ｂ・５ｂ・５ｂには円形の凹陥部５ｃ・５ｃ・５ｃが形成されており、各下端面５ｂ・５ｂ・５ｂは円環状に形成されている。各凹陥部５ｃ・５ｃ・５ｃの内径は基板６の各スルーホール６ａ・６ａ・６ａの内径よりも大径に形成されている。
各下端面６ｂ・６ｂ・６ｂの周縁部は面取りされており、当該周縁部には上方へいくに従って拡径するテーパ面６ｄ・６ｄ・６ｄが形成されている。

各下端面６ｂ・６ｂ・６ｂ（テーパ面６ｄ・６ｄ・６ｄの下端）の外径寸法は、テーパ面６ｄ・６ｄ・６ｄの上端の外径寸法よりも小さく形成されている。
このように、押圧部材５の治具本体５ａは、図１等に示した治具本体１を３つ並列して連結したものと同様の形状に形成されている。

このように構成される押圧部材５を用いて、コネクタ７と基板６とを接続する際には、図４に示すように、まず、コネクタ６をプレスフィット端子７１・７１・７１が上方に位置する姿勢で支持部材により支持して、プレスフィット端子７１・７１・７１の先端部がスルーホール６ａ・６ａ・６ａに挿入されるように、基板６をコネクタ７の上に仮置きする。

次に、図５（ａ）に示すように、基板６の上方に配置した押圧治具５を下降させて、基板６におけるスルーホール６ａ・６ａ・６ａの周辺部を上方から、即ちプレスフィット端子７１・７１・７１の挿入側とは反対側の面から、押圧治具５により下方へ押圧する。
基板６を押圧治具５にて押圧することにより、プレスフィット端子７１・７１・７１の弾性部７１ａ・７１ａ・７１ａが圧縮側に弾性変形しつつスルーホール６ａ・６ａ・６ａに挿入される。

図５（ｂ）に示すように、プレスフィット端子７１・７１・７１がスルーホール６ａ・６ａ・６ａに挿入されて、基板６とコネクタ７との接続が完了すると、押圧部材５が上昇して基板６に対する押圧が解除される。

このように、押圧部材５を用いて、プレスフィット端子７１・７１・７１をスルーホール６ａ・６ａ・６ａに挿入する際においても、押圧部材５における治具本体５ａの下端部には面取りが施されているため、基板６と当接する下端面５ｂから電子部品６１までの距離Ｌ２を大きくすることができ、プレスフィット端子７１・７１・７１をスルーホール６ａ・６ａ・６ａへ圧入する際に、基板６の歪みにより電子部品６１が破損することを防ぐことが可能である。

押圧部材５の治具本体５ａは、円柱形状の治具本体１を３つ並列して連結したものと同様の形状に形成されているが、これに限るものではない。
つまり、図６、図７に示す押圧部材９のように、治具本体９ａを長円柱形状に形成することもできる。治具本体９ａの軸方向における一側端面である下端面９ｂは長円形状に形成されており、下端面９ｂには長軸方向に沿って３つの凹陥部９ｃ・９ｃ・９ｃが形成されている。各凹陥部９ｃ・９ｃ・９ｃの内径は、各スルーホール６ａ・６ａ・６ａの内径よりも大径に形成されている。

押圧治具９の下端部、即ち下端面９ｂと治具本体９ａの外周面との間の角部は面取りされており、下端面９ｂと治具本体９ａの外周面との間にはテーパ面９ｄが形成されている。下端面９ｂの外径寸法は、治具本体９ａの外径寸法よりも小さく形成されている。
このように、治具本体９ａにおいては、治具本体９ａの外周面に沿ってテーパ面９ｄが形成されており、左方の凹陥部９ｃと中央の凹陥部９ｃとの間、および中央の凹陥部９ｃと右方の凹陥部９ｃとの間にはテーパ面が形成されていない。

しかし、図７に示すように、押圧治具９を用いてコネクタ７と基板６とを接続する場合には、基板６と当接する治具本体９ａの下端面９ｂから、右側に位置するスルーホール６ａの右方に配置される電子部品６１までの距離Ｌ２を、治具本体９ａの外周面に沿って形成されるテーパ面９ｄによって大きくすることができ、プレスフィット端子７１・７１・７１をスルーホール６ａ・６ａ・６ａへ圧入する際の基板６の歪みによって、電子部品６１が破損されることを防ぐことが可能である。

［第２の実施形態］
図８に示すように、下端面１０１ｂの外周縁部が面取りされていない従来の押圧治具１０１を用いて基板２とコネクタ３とを接続する場合、基板２を押圧する押圧治具１０１が、基板２に対して片当たりすることがあった。
これは、図９に示すように、所定の面積を有する基板２は、電子部品２１を実装する際の熱等により生じる反りを有しており、この反りの影響により、押圧治具１０１により基板２を押圧する際の、下端面１０１ｂと基板２の表面との平行度を０にすることが困難だからである。つまり、押圧治具１０１の基板２に対する片当たりは、例えば基板２の反りに起因して生じる。

特に、基板２の複数箇所にプレスフィット端子３１を挿入する場合、図９に示すように一方のプレスフィット端子３１の挿入箇所と、他方のプレスフィット端子３１の挿入箇所とが離れていると、一方の挿入箇所で下端面１０１ｂと基板２の表面との平行度が０となるように調整したとしても、他方の挿入箇所での平行度が低下することになる。
なお、図１０に示すように、一方のプレスフィット端子３１の挿入箇所と、他方のプレスフィット端子３１の挿入箇所とを一箇所に纏めることで、基板２の反りの影響による押圧治具の基板２に対する片当たりを緩和することが可能となるが、この場合は、プレスフィット端子３１の基板２に対する配置位置の自由度が低下るため好ましくない。

このように、押圧治具１０１が基板２に片当たりした場合は、治具本体１０１ａの外周面と下端面１０１ｂとの境界部が基板２に対して点で接触することとなり、下端面１０１ｂが基板２に対して面で当接している場合に比べて、下端面１０１ｂと基板２との接触面積が小さくなる。これにより、押圧治具１０１から基板２にかかる面圧が大きくなって、基板２に生じる歪みが大きくなり、電子部品２１が破損し易くなってしまう。

そこで、本実施形態においては、基板２にプレスフィット端子３１を挿入する際に用いられる押圧治具を次のように構成して、押圧治具が基板２に片当たりした場合でも、基板２に生じる歪みが小さくなるようにしている。
具体的には、図１１に示す第２の実施形態にかかる押圧治具１０においては、治具本体１０ａの外周面と下端面１０ｂとの間の角部を球面状に面取りしており、治具本体１０ａの外周面と下端面１０ｂとの間には球状面１０ｄが形成されている。

つまり、押圧治具１０は、前述の押圧治具１におけるテーパ面１ｄを球状面１０ｄとしたものであり、下端面１０ｂには凹陥部１０ｃが形成され、下端面１０ｂは円環状に形成されている。また、下端面１０ｂの外径寸法は、治具本体１０ａの外径寸法よりも小さく形成されている。

図１２に示すように、このように形成された押圧治具１０が基板２に対して片当たりした場合は、治具本体１０ａの球状面１０ｄが基板２の表面に当接することとなる。
球状面１０ｄが基板２に当接した場合、押圧治具１０からの押圧力により基板２が歪むと、わずかな歪みで球状面１０ｄが基板２に対して面で当接するようになり、歪み量が増えると、球状面１０ｄの基板２に対する当接面積が増加する。
球状面１０ｄの基板２に対する当接面積が増加すると、押圧治具１０ｄから基板２にかかる面圧が小さくなって、押圧治具１０１の場合のように点で基板２に当接する場合に比べて基板２の歪み量が減少することになる。

これにより、押圧治具１０が基板２に対して片当たりした場合であっても、基板２に実装される電子部品２１に及ぶ基板２の歪みの影響を減少させることができ、基板２にプレスフィット端子３１を挿入する際の電子部品２１の破損を防止することが可能となっている。

１押圧治具
１ａ治具本体
１ｂ下端面
１ｃ凹陥部
１ｄテーパ面
２基板
２ａスルーホール
３コネクタ
２１電子部品
３１プレスフィット端子
３１ａ弾性部

Claims

端子を挿入可能なスルーホールと前記スルーホールの周辺に実装された電子部品とを備える基板の前記スルーホールに対してプレスフィット端子を挿入する際に、
前記基板のプレスフィット端子の挿入側とは反対側の面における、前記スルーホールの周辺を押圧する、プレスフィット端子挿入用の押圧治具であって、
前記押圧治具は、柱状に形成される治具本体の端面が、前記基板との当接面として形成され、
前記当接面は円環状に形成され、
前記当接面と前記治具本体の外周面との間の角部は面取りされ、
前記当接面の外径は、前記治具本体の外径よりも小さく形成される、
ことを特徴とする押圧治具。