JP4533930B2 - コンタクトエレメントを有する装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント回路基板（導体プレート）を有する装置であって、当該プリント回路基板上に、少なくとも１つのストリップ導体（導体パターン）、及び電気導体（導電体）と所定のストリップ導体との間の電気的接続を生成するためのコンタクトエレメントを有する装置に関する。

例えば自動車技術、船舶又は航空機のような異なる応用分野において、プリント回路基板に配されている所定のストリップ導体を、外部からもたらされる電気導体（導電体）と機械的及び電気的に確実に結合（接続）することが必要とされる。この電気導体は、例えば、電流供給機能を有することができるが、この場合、そのような乗り物の稼動中、電流供給の中断が生じることは許されない。

上記の結合（接続）は、安全関連用途の電動モータ、例えばプリント回路基板によって制御されるモータと結合（接続）する機能を有することも可能である。これは、例えば、運動が電気的に制御される（ｘバイワイヤ（ｘ−ｂｙ−ｗｉｒｅ：コンピュータ制御式）の）用途で有り得る。

この場合も、車両、航空機、船舶等の寿命の全期間にわたる安定的な（信頼性のある）結合（接続）が必要とされる。更に、その製造／組立（実装）が妥当な費用で実現可能であるために、そのような電気的結合（接続）（の形成）が可及的に自動化（オートメーション化）に適するよう構成されなければならないことが考慮されるべきである。

それゆえ、本発明の課題は、冒頭で述べた技術に属する新規な装置を提供することである。

上記の課題は、本発明により、請求項１の対象によって解決される。即ち、本発明の一視点によれば、少なくとも１つのストリップ導体を有するプリント回路基板と、該プリント回路基板に結合する機能を有する電気導体に接触するためのコンタクトエレメントとを有するコンタクト装置であって、
前記プリント回路基板は、所定のストリップ導体の領域に複数のホールを有し；
前記コンタクトエレメントは、基底部材と、該基底部材に配設（延設）されると共に前記プリント回路基板の所定の複数のホールに圧入するための複数の小脚部とを有し；
前記コンタクトエレメントは、当該コンタクトエレメントの基底部材の領域において、半田結合によって、前記所定のストリップ導体と電気的に結合され；
前記コンタクトエレメントは、前記基底部材に弾性的に結合されかつ前記電気導体に接触可能に構成されるコンタクトタングを有し；
前記所定のストリップ導体の領域に形成されている前記複数のホールは、貫通ホールであること；
前記複数の小脚部の前記所定の複数のホールへの圧入は、前記所定のストリップ導体との機械的結合及び電気的結合を生成すること；及び
前記コンタクトエレメントは、溶接結合を介して前記電気導体と結合すること
を特徴とする。（基本形態）
さらに本発明の展開形態として、以下の形態がある。
前記コンタクトエレメントに、前記電気導体のための少なくとも１つの側部案内要素を有することが好ましい。（形態２）
前記側部案内要素は、前記基底部材と一体的に構成されていることが好ましい。（形態３）
前記複数の小脚部の少なくとも一部は、自由端の領域に、縮小された幅を有することが好ましい。（形態４）
前記電気導体は、コンタクトタングと基底部材との間に（スライド）挿入され、該基底部材及び該コンタクトタングが属する群の少なくとも１つの要素に溶接結合によって結合されることが好ましい。（形態５）
前記溶接結合は、レーザ溶接によって生成されることが好ましい。（形態６）
前記電気導体は、平面状導体として構成されることが好ましい。（形態７）
前記平面状導体は、前記コンタクトタングに機械的に係止されるよう構成されることが好ましい。（形態８）
前記コンタクトタングは、突出部を有し、前記平面状導体は、該突出部が係合するための凹部ないし切欠きを有することが好ましい。（形態９）
前記コンタクトエレメントは、半田結合工程のための準備の際に、貯蔵部の種類に応じて半田ペーストを受容するよう構成される少なくとも１つの切欠き部ないしリセスを有することが好ましい。（形態１０）
前記少なくとも１つの切欠き部ないしリセスは、前記ストリップ導体との平面的な半田結合の形成に役立つ前記コンタクトエレメントの領域に形成されることが好ましい。（形態１１）
前記基底部材と少なくとも１つの小脚部との間の結合は、小脚部と基底部材との間の距離の部分領域に、前記プリント回路基板から所定の距離を有する結合部分によって構成されることが好ましい。（形態１２）

本発明により、小脚部（複数）がプリント回路基板の（スルー）ホール（複数）に圧入（嵌入）されるため（圧入技術）、プリント回路基板とコンタクトエレメントとの間に、安定的な（信頼性のある）機械的及び電気的結合（接続）が形成される。この（スルー）ホール（複数）は、金属化（金属被覆）されることにより、プリント回路基板のストリップ導体及びそこに存在する回路と電気的に結合（接続）され、また、上述の圧入（嵌入）によって、コンタクトエレメントの小脚部（複数）と電気的及び機械的に結合（接続）される。コンタクトエレメントは、それ自身、外部から供される電気導体との安定的な（信頼性のある）結合を可能にする。

コンタクトエレメントは、上記圧入（嵌入）技術によって既に、所定のストリップ導体と電気的に接続しているのであるが、付加的に、コンタクトエレメントとストリップ導体との間に平坦な（平面的な）半田結合（接合）部位が形成される。いわゆるリフロー法により、コンタクトエレメントとストリップ導体との間に半田結合が形成される。即ち、リフロー炉内でプリント回路基板を加温（加熱）する際に、半田は、所望のすべての位置に到達することができる。この半田結合は、圧入技術により生成される機械的及び電気的結合（接続）に加えて、更に、確実な電気的接続（結合）も形成し、また、圧入によって生成される機械的結合（接続）を支援（補強）する。（これらの）プロセスはコスト的にも妥当であるにも拘わらず、コンタクトエレメントとプリント回路基板／ストリップ導体との間の結合、とりわけそれらの電気的及び機械的結合の機能的に大きな確実性（安定ないし信頼性）が達成される。

従って、本発明の中核的思想は、極めて確実かつ安定的な（信頼性のある）、そのため或る種の過剰性（冗長性）を有する結合（接続）を形成することにある。

本発明の更なる詳細及び有利な発展形態は、以下に記載されかつ図面に示されている実施例（但し如何なる意味においても本発明を限定するものとして解すべきではない。）及びその他の従属請求項から明らかとなる。なお、特許請求の範囲に付した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものであり、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。

図１は、通常、錫メッキされた銅によって形成されるストリップ導体（導体パターン）２２が配されているプリント回路基板２０を示す。図１におけるストリップ導体２２の上側部分には、３つの（スルー）ホール２４、２６、２８が形成され、その下側部分には２つの（スルー）ホール３０、３２が形成されている。

図２では、上記の５つの（スルー）ホール２４〜３２に、コンタクトエレメント４４の５つの小脚部３４、３６、３８、４０、４２が夫々圧入（嵌入）される。この圧入によって、コンタクトエレメント４４は、プリント回路基板２０の所望の位置に固定保持される。コンタクトエレメント４４は、通常、銅合金によって、又は銅、真鍮等によって形成される。ストリップ導体２２は、高度に平坦な（平面的な）半田付けを可能にするために、コンタクトエレメント４４の形状に大幅に適合化されている。

図４から明確に見いだすことができるように、小脚部３４、３６、３８は、同一の形状を有することが好ましい。例えば、小脚部３８は、自由端３７を有し、この自由端３７の領域に、縮小（狭窄）された幅３９を有することにより、プリント回路基板２０の実装の際に、（スルー）ホール２８に容易に挿通・圧入されることができる。小脚部３８は、図４におけるその上側部分では、（スルー）ホール２８への圧入に必要とされる寸法を有する幅４１を有する。即ち、小脚部３８の幅４１は、（スルー）ホール２８の直径Ｄ（図１）より大きいため、組立（実装）の際に、良好な機械的結合を形成する圧着が得られる。（スルー）ホール２４〜３２は、少なくとも一方の端部において、例えば銅によって、金属化されることにより、良好な圧入結合と、それによる良好な機械的及び更には導電的結合が得られる。

図２〜図４から分かるように、コンタクトエレメント４４は、図２におけるその上側部分に３つの小脚部３４、３６、３８を有し、図２におけるその下側部分に２つの小脚部４０、４２を有し得る。小脚部はすべて電気的及び機械的に基底部材４６に結合されている。この基底部材４６は、図２では上下反転されたＵ字のような外観を有し、２つの柄部４８、５０と、該２つの柄部を結合（橋絡）する基部５２を有する。尤も、小脚部を１又は２しか有しないように構成されることも可能である。

２つの柄部４８、５０の間には、（その両側で部分的に）せん断され隆起するよう加工された弾性タング（舌状体）５４が設けられている。この弾性タング５４は、図２におけるその上側端部において基部５２と一体的に形成されている。弾性タング５４は、図３におけるその左側部分に、（隆起）部分５６を有するが、この部分５６では、弾性タング５４は大きく上昇（隆起）する。部分５６は、緩やかに下降する（下降）部分５８に移行する。（下降）部分５８は、コンタクト部位６０に到達すると、そこから延在部６２において再び緩やかに上昇するよう構成されて、図３の紙面右側に、導入開口６４が形成される。この導入開口６４には、一点鎖線で描かれた（金属）薄板部材６６を導入することができるが、これによって、例えば、プリント回路基板２０によって制御されるべきモータ（不図示）と電気的に結合（接続）すること、電源又はその他の任意の装置に接続することが可能になる。

基底部材４６は、その左右の両側に夫々１つの大きく屈曲されてなる壁部７０及び７２を有する。壁部７０は柄部４８に形成され、壁部７２は柄部５０に形成されている。これらの壁部７０、７２は、（金属）薄板部材６６の組み込み（組付け）の際の該（金属）薄板部材６６の側部案内要素として機能する。

組込（実装）

コンタクトエレメント４４を圧入する前に、プリント回路基板２０は、所要部位に半田ペーストが印刷により塗布される。次に、コンタクトエレメント４４は、プリント回路基板２０に圧入されるが、その際、半田ペーストの一部は、コンタクトエレメント４４の切欠き部ないしリセス（複数）４９に到達し、これらの切欠き部４９の中に蓄積される。

圧入後、（複数の）電子部品（ＳＭＤ部品（表面実装部品））が、常法により、予め印刷塗布されている半田ペースト上に装着される。そして、この作業の終了後、プリント回路基板は、リフロー炉内に移送され、そこで、すべての部材（部品）の半田付けが行われる。

従って、本発明では、ただ１つの中間工程、即ち、コンタクトエレメント４４の圧入のみが不可欠とされるに過ぎない。他のすべてのプロセスないし工程は、実際、ＳＭＤ部品のために行われることになる。即ち、コンタクトエレメント４４の組込には、ごく僅かな超過コストしか生じない。

図１に関して注意すべきことは、ストリップ導体２２がコンタクトエレメント４４の形状に適合されていることであるが、これについては、図１と図２とを対比することにより直ちに見出すことができる。このため、高度に平坦な（平面的な）半田付け（結合）が実現される。

コンタクトエレメント４４の圧入の際に、予め塗布されている半田ペーストが完全に横から押出されてしまわないようにするために、基底部材４６を貫通するよう形成される複数の切欠き部４９が設けられる。これらの切欠き部４９の中には、この圧入工程の際に、半田ペーストが部分的に押し入れられるため、リフロー炉内での半田付けの際に、適正な半田結合（接合）を保持するために十分な半田ペーストを使用することができる。これらの切欠き部４９は、半田ペーストの貯蔵部（Reservoir）としての機能も有する。

コンタクトエレメント４４は、その小脚部３４〜４２がプリント回路基板２０の（スルー）ホール２４〜３２に夫々圧入された後、リフロー炉内で常法により半田付けが実行される。その際、半田蝋７４は、（スルー）ホール２４〜３２内に流入し、更に、毛管作用（毛管現象）によって基底部材４６の下側（裏側）にも流入するため、基底部材４６は、ストリップ導体２２と高度に平坦に（平面的に）半田付けされる。このため、プリント回路基板２０との付加的な機械的結合が生成される。同様に、結合装置（コンタクトエレメント）４４は、ストリップ導体２２と電気的に確実に結合（接続）される。

電気的接続のための（金属）薄板部材６６は、例えば０．８ｃｍの幅を有し得る。好ましくは、（金属）薄板部材６６は、弾性タング５４と（金属）薄板部材６６との間の確実な機械的係合（係止）を実現するために、組込の際に、弾性タング５４に形成されている突起等が係合する凹部（ないし孔部）を有するが、このことは、組込の際にも有益である。

（金属）薄板部材６６は、（スライド）挿入後、２つの側部領域において、例えば部位７６、７８において、レーザ溶接によって無接触的に固定的に溶接される（いわゆるレーザ溶接ポイント）。このため、既に実装が行われているプリント回路基板２０に溶接結合（接合）を生成することが可能になるが、その際、プリント回路基板２０の電気的構造エレメント（電子部品）は、外部電圧によって損傷ないし損壊されないことができる。このような溶接によって、コンタクトエレメント４４から（金属）薄板部材６６への物質的結合（eine materialschluessige Verbindung）、即ち極めて確実かつ安定的な（信頼性のある）電気的及び同時に機械的結合が実現される。

図５は、図３の一変形例を示す。従って、図３のものと同一の又は同様に作用する構成要素には、同じ図面参照符号が付されている。

図３の場合、コンタクトエレメント４４の組込の際に、コンタクトエレメント４４とプリント回路基板２０との間に、確実な半田結合（接合）の形成を妨害し得る隙間（ギャップ）が生じることが有り得るという不都合がある。その原因は、小脚部３４〜４２が直角に下方に折り曲げられているため、圧入の際に上述の隙間を引き起こし得る屈曲半径（Biegeradius）が不可避的に生じることにある。

図５による変形例は、プリント回路基板２０上におけるコンタクトエレメント４４の緊密な着座を可能にする。この変形例では、小脚部（複数）は、まず、上方に折り曲げられ、次いで、１８０°曲げ返される（湾曲ないし反転屈曲される）。その様子は、小脚部３４’及び４０’の例に示されている。小脚部３４’は、（小脚部３４’から離れた）位置５７において、図示上側の方向に折り曲げられ、次いで、５９の領域で１８０°湾曲される。その際、この湾曲の（曲率）半径として、場合によっては非常に小さいものを選択することができる。更に、５９の領域から、６１の領域において下方に垂直に延在する。小脚部４０’も、鏡像対称的にではあるが、同じように形状が形成される。

このような形状によって、基底部材４６（柄部４８、５０及び基部５２）は、プリント回路基板上に緊密に着座することができるため、リフロー炉内において、極めて良好な半田結合（接合）が生成される。なぜなら、半田は、コンタクトエレメント４４とストリップ導体２２との間の中間空間全体に確実に充填されるからである。この場合、図２に示した（複数の）切欠き部ないしリセス４９は、極めて有利であり、従って、図５の変形例の場合にも、同じように適用される。

図６は、凡そ１０：１の尺度で示されたコンタクトエレメント８０の斜視図である。このコンタクトエレメント８０は、図１〜図５のコンタクトエレメント４４と同様に構成されているが、小脚部は４つしか有していない。コンタクトエレメント８０は、夫々一方の側部において基部８７を介して互いに結合されている２つの長柄部８４、８６を含む基底部材８２を有する。長柄部８４からは、２つの小脚部８８、９０が下方に折り曲げられて形成され、長柄部８６からは、２つの小脚部９２、９４が下方に折り曲げられて形成されている。

２つの長柄部８４、８６の間には、（その両側で部分的に）せん断され隆起するよう加工された弾性的なコンタクトタング９６が形成されている。このコンタクトタング９６は、扁平な（平面状の）金属部材等の電気導体の（スライド）挿入を可能にしかつ当該扁平（平面状）金属部材を（スライド）挿入された位置において確実に固定保持するために、上述のような方法で成形される。

図７は、外部電気導体として機能する帯状（金属）薄板６６のコンタクトエレメント８０における固定の一例を示す。コンタクトエレメント８０は、プリント回路基板２０上に、上述のような態様で固定されている。なお、ストリップ導体２２（図１参照）は、（図示の）単純化のため、図７には記載されていない。

図示のとおり、コンタクトエレメント８０は、その４つの小脚部８８、９０、９２、９４が、夫々、プリント回路基板の対応する（スルー）ホールに固定的に半田結合されている。（金属）薄板部材６６は、基底部材８２と弾性タング９６との間に（スライド）挿入されている。弾性タング９６は、その（金属）薄板部材６６を指向する側に突起９７を有する。図７では、この突起９７の中空の内周面（背面）を見て取ることができる。（金属）薄板部材６６は対応する凹部ないし切欠き（不図示）を有する。（金属）薄板部材６６が適正に導入（挿入）されると、突起９７がこの凹部に嵌入するため、（金属）薄板部材６６は脱落不能に固定的に保持される。

次に、（金属）薄板部材６６は、図７において符号１００で示されているその領域において、レーザ・ポイント溶接によって、基底部材８２に溶接される。この溶接は、図７では視認することができない反対側においても実行されることが好ましい。このようにして、問題なくオートメーション的に形成可能な極めて安定的な（信頼性の大きい）電気的及び機械的結合（接続）が実現される。

プリント回路基板２０上における固定は、図１〜図５の第１実施例に関して説明したものと同様にして、即ち、図７に示したようなプリント回路基板の（スルー）ホールにおける圧着、及び付加的に相応の半田結合によって実行される。この目的で、小脚部８８、９０、９２、９４は、プリント回路基板の各（スルー）ホールへの組み込みを単純化する（容易にする）ために、夫々の自由端に、多少縮小された幅を有することができる。

プリント回路基板のストリップ導体から外部電気導体への結合（接続）は、以下の２つの要素から構成される：
ａ） ストリップ導体からコンタクトエレメントへの結合（接続）；
ｂ） コンタクトエレメントから外部電気導体への結合（接続）。

結合要素ａ）は、機械的な、場合によっては更に電気的な結合（接続）を主として生成する圧入工程と、低抵抗的な電気的結合（接続）を中核としているが、場合によっては更に機械的結合（接続）をも生成する半田付け工程との組み合わせによって保証される。

結合要素ｂ）は、平坦な導体とコンタクトエレメントとの溶接によって保証されるが、その際、導体の係止、及びコンタクトタングの弾性力は、追加的な余裕（冗長性ないし余剰作用：Redundanz）を生じ、組み込みを容易にする。

本発明によって、プリント回路基板のストリップ導体と、大電流が流れる外部部材、例えば電動モータとの確実かつ安定的な結合（接続）を可能にする信頼性の大きい電気的結合（接続）が実現される。この確実かつ安定的な結合（接続）は、プリント回路基板とコンタクトエレメントとの間の圧入結合によって及びストリップ導体２２との半田結合によって、並びに図２に関して説明したような無接触的に形成可能な溶接結合７６、７８によって実現される。その際、組み込みは、極めて単純（容易）であり、問題なくオートメーション化することができるが、これは、更に、（金属）薄板部材６６と弾性タング５４との間の係止によって容易化される。

本発明の枠内において種々の変形・修正が可能であることは勿論のことである。

ストリップ導体（導体パターン）が配され、かつ所定のパターンに応じて（スルー）ホール（複数）が形成されているプリント回路基板の一例の平面図。 本発明の第１実施例に応じたコンタクトエレメントがプリント回路基板２０上に固定され、ストリップ導体と電気的に結合（接続）されている図１に類する（関連する）平面図。 図２の線III−IIIに沿って矢印の方向に見た断面図。 図２の線IV−IVに沿って矢印の方向に見た断面図。 図３の好ましい一変形例。 本発明の第２実施例に応じて単純化されたコンタクトエレメントの斜視図。 図６のコンタクトエレメントを備えたプリント回路基板の一例の斜視図。

Claims (12)

1. 少なくとも１つのストリップ導体（２２）を有するプリント回路基板（２０）と、該プリント回路基板（２０）に結合する機能を有する電気導体（６６）に接触するためのコンタクトエレメント（４４；８０）とを有するコンタクト装置であって、
   前記プリント回路基板（２０）は、所定のストリップ導体（２２）の領域に複数のホール（２４、２６、２８、３０、３２）を有し；
   前記コンタクトエレメント（４４；８０）は、基底部材（４６；８２）と、該基底部材（４６；８２）に配設されると共に前記プリント回路基板（２０）の所定の複数のホール（２４、２６、２８、３０、３２）に圧入するための複数の小脚部（３４、３６、３８、４０、４２；８８、９０、９２、９４）とを有し；
   前記コンタクトエレメント（４４；８０）は、当該コンタクトエレメント（４４；８０）の基底部材（４６；８２）の領域において、半田結合（７４）によって、前記所定のストリップ導体（２２）と電気的に結合され；
   前記コンタクトエレメント（４４；８０）は、前記基底部材（４６；８２）に弾性的に結合されかつ前記電気導体（６６）に接触可能に構成されるコンタクトタング（５４；９６）を有し、
   前記所定のストリップ導体（２２）の領域に形成されている前記複数のホール（２４、２６、２８、３０、３２）は、貫通ホールであること、
   前記複数の小脚部（３４、３６、３８、４０、４２；８８、９０、９２、９４）の前記所定の複数のホール（２４、２６、２８、３０、３２）への圧入は、前記所定のストリップ導体（２２）との機械的結合及び電気的結合を生成すること；及び
   前記コンタクトエレメント（４４；８０）は、溶接結合（７６、７８）を介して前記電気導体と結合すること
   を特徴とする装置。
2. 前記コンタクトエレメント（４４）に、前記電気導体（６６）のための少なくとも１つの側部案内要素（７０、７２）を有すること
   を特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記側部案内要素（７０、７２）は、前記基底部材（４６）と一体的に構成されていること
   を特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記複数の小脚部（３４、３６、３８、４０、４２）の少なくとも一部は、自由端（３７）の領域に、縮小された幅（３９）を有すること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の装置。
5. 前記電気導体（６６）は、コンタクトタング（５４）と基底部材（４６）との間に挿入され、該基底部材（４６）及び該コンタクトタング（５４）が属する群の少なくとも１つの要素に溶接結合（７６、７８）によって結合されること
   を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の装置。
6. 前記溶接結合（７６、７８）は、レーザ溶接によって生成されること
   を特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記電気導体（６６）は、平面状導体として構成されること
   を特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の装置。
8. 前記平面状導体（６６）は、前記コンタクトタング（５４；９６）に機械的に係止されるよう構成されること
   を特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記コンタクトタング（９６）は、突出部（９７）を有し、前記平面状導体（６６）は、該突出部（９７）が係合するための凹部ないし切欠きを有すること
   を特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 前記コンタクトエレメント（４４）は、半田結合工程のための準備の際に、貯蔵部の種類に応じて半田ペーストを受容するよう構成される少なくとも１つの切欠き部ないしリセス（４９）を有すること
    を特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の装置。
11. 前記少なくとも１つの切欠き部ないしリセス（４９）は、前記ストリップ導体（２２）との平面的な半田結合の形成に役立つ前記コンタクトエレメント（４４）の領域に形成されること
    を特徴とする請求項１０に記載の装置。
12. 前記基底部材（４６）と少なくとも１つの小脚部（６１）との間の結合は、小脚部（６１）と基底部材（４６）との間の距離の部分領域に、前記プリント回路基板（２０）から所定の距離を有する結合部分（５９）によって構成されること
    を特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の装置。

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