JP4901845B2 - 接触子、電気端子、電気回路 - Google Patents

Description

本発明は、電気接点に接触して電気的に導通する接触子、接触子を備えた電気端子、および電気端子を備えた電気回路に関するものである。

近年、電子部品の鉛フリー化の促進にともない、無鉛の錫めっきが用いられている。この無鉛錫めっきは、外部応力を受けるとウィスカが発生し、接触部品間のショートを引き起こす可能性があるという課題が指摘されている。

このような接圧ウィスカの評価に関し、『錫又は錫合金皮膜に外部荷重が加えられることにより発生する接圧ウィスカの発生状態を評価する方法で、錫又は錫合金皮膜が形成された試料に対し、この試料面積より小さい面積にて荷重を加えた状態で所定期間放置した後、ウィスカの発生の有無及び発生の程度を観察する。』というものが提案されている（特許文献１）。

特開２００５−１５４８３７号公報（要約）

上記特許文献１に記載の技術では、ウィスカの発生の有無および発生の程度を評価することはできるが、ウィスカの発生自体やそれに起因する部品間のショート等の不具合を抑えることはできない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、外部応力を受けることによって発生するウィスカに起因する不具合を抑えることを目的とする。

本発明に係る接触子は、電気接点に接触して電気的に導通する接触子であって、電気接点と接触する接触部は、当該接触部の上面側を電気接点に対して垂直に圧接すると、所定方向に向かう接触圧力が他方向の接触圧力より高くなる形状を有するものである。

本発明に係る接触子によれば、当該接触子が、接触部の上面側を電気接点に対して垂直に圧接するように電気接点に接触してウィスカが発生したとしても、所定方向に向かう接触圧力が他方向の接触圧力より高くなる形状を有するので接触圧力の向きが高い方向に向かってウィスカが成長するため、当該接触子の配置を適切に調整することにより、部品間のショートを回避することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る接触子１０の構成図である。
図１（ａ）は正面をやや斜め上から見た正面斜視図、図１（ｂ）は側面をやや斜め上から見た側面斜視図、図１（ｃ）は接触子１０を電極などの電気接点の錫めっき２０に接触させる様子を示す斜視図である。

接触子１０は、全体として、底面が八角形の角錐台形状を有する。接触子１０の上面は四角形で、底面よりも小さく形成されているため、接触子１０全体としては先細り形状となっている。
接触子１０の側面には、アーチ状の曲面部が形成されている。上面の右辺と底面の右辺は、このアーチ状の曲面部で接続されている。同様に、上面の左辺と底面の左辺も、アーチ状の曲面部で接続されている、アーチ曲面部に沿った方向を、接触子１０の長手方向とする。

接触子１０は、錫めっき２０に対して先細りのアーチ状に突出した形状を有している。
したがって、接触子１０の上面側を錫めっき２０に対して垂直に圧接すると、錫めっき２０を押し出す圧力が、接触子１０のアーチ曲面部に沿った方向（長手方向）により強く発生する。
即ち、図１（ｃ）に示す矢印の「長手方向」に示す方向に、より強い押し出し圧力が発生することになる。以下、この強い押し出し圧力の作用について説明する。

図２は、四面体形状の接触子３０を錫めっき２０に圧接させる様子を示す図である。ここでは、説明のため図１とは異なる形状を有する接触子３０を例として用い、接触子３０の底面を錫めっき２０に接触させる例を示した。
図２（ａ）は接触子３０と錫めっき２０の斜視図、図２（ｂ）は同上面図である。

四面体形状の接触子３０の底面を錫めっき２０に接触させて上方から圧力を加えると、底面が錫めっき２０を押圧して凹ませる力が作用する。特に、図２（ｂ）の矢印で示す方向へ、強い押し出し圧力が発生する。

図３は、接触子３０を錫めっき２０に圧接した状態を所定時間継続した後の様子を示す上面図である。
接触子３０の底面が錫めっき２０を押圧すると、錫めっき２０の表面が僅かに凹み、接触子３０の周辺に凹部２１が形成される。特に、上述のように図２（ｂ）の矢印で示す向きに強い押し出し圧力が発生するため、凹部２１は、底面の各辺から弓形に張り出した形状で形成される。

また、時間経過にともなって、錫ウィスカ４０が発生する。錫ウィスカ４０は、接触子３０の底面と錫めっき２０の接触面周辺から発生し、時間経過にともなって成長する。
一方、上述のように、図２（ｂ）の矢印で示す向きに強い押し出し圧力が発生しているため、錫ウィスカ４０を構成する原子も、同方向に向かって押し出される。したがって、錫ウィスカ４０の成長方向も、同矢印と略一致する。

錫ウィスカ４０の上記のような特性を利用し、錫ウィスカ４０の発生位置と成長方向を制御することができる。
即ち、接触子と電気接点が接触した際の押し出し圧力の向きが、隣接する電気接点に向かわないように構成する。これにより、錫ウィスカが発生したとしても、成長方向が隣接電気接点に向かっていないため、錫ウィスカが隣接する電気接点に到達する可能性が低くなり、ショート等の不具合を抑えることができるのである。

図４は、本実施の形態１に係る接触子１０の配置を説明する図である。
図２〜図３で説明したように、本実施の形態１に係る接触子１０は、ウィスカの発生位置および成長方向を制御することができる。
そこで、ウィスカの成長方向を、隣接する錫めっき２０に向かわないように調整し、仮に錫ウィスカ４０が発生しても、錫ウィスカ４０が隣接する錫めっき２０に接触しないようにする。

具体的には、接触子１０のアーチ曲面に沿った方向（接触子１０の長手方向）、即ち錫ウィスカの成長方向が、隣接する錫めっき２０に向かわないように接触子１０の配置を調整する。
これにより、錫ウィスカ４０が発生しても、少なくとも隣接する錫めっき２０に直接向かう方向に錫ウィスカが成長することはないので、錫めっき２０間がショートする可能性を抑えることができる。

以上のように、本実施の形態１に係る接触子は、電気接点と接触した際に、所定方向に向かう接触圧力が他方向の接触圧力よりも高くなる形状を有しているので、ウィスカが発生する位置や成長方向を所望範囲内に制御することができる。

また、本実施の形態１に係る接触子を電気端子に採用することにより、ウィスカの発生に起因して電気接点間がショートする可能性を低減することができるので、電気端子の安全性を高めることができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る接触子１０の構成図である。
図５（ａ）は正面をやや斜め上から見た正面斜視図、図５（ｂ）は上面図、図５（ｃ）は側面図、図５（ｄ）は接触子１０を電極の錫めっき２０に接触させる様子を示す斜視図である。

本実施の形態２に係る接触子１０は、全体としてアーチ形状を有する。
接触子１０の正面および背面のうち頂部に近い部分は、頂部に向かって先細り形状となるように傾斜をつけて切断されている。
接触子１０のアーチ曲面に沿った方向を、接触子１０の長手方向とする。

本実施の形態２に係る接触子１０も、実施の形態１に係る接触子１０と同様に、錫めっき２０に対して先細りのアーチ形状を有する。
そのため、接触子１０の頂部を錫めっき２０に対して垂直に圧接すると、錫めっき２０を押し出す圧力が、接触子１０のアーチ曲面に沿った方向（長手方向）により強く発生する。これにより、実施の形態１と同様の効果を発揮する。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る電気端子１００の構成を示す斜視図である。
電気端子１００は、カード型の第２電気端子２００を差し込むスロット１２０を備えている。電気端子１００に第２電気端子２００を差し込むと、５本の電気配線からなる電気回路が形成される。

スロット１２０内には、第２電気端子２００が差し込まれた際に、第２電気端子２００が備える５つの電気接点２１０と接触して電気的に導通する５つの電気接触子１１０が配置されている。
電気接触子１１０のうち少なくとも１つは、実施の形態１〜２のいずれかで説明した接触子と同様の構成を備えている。また、電気接触子１１０には、電気配線が接続されており（図示せず）、第２電気端子２００との間で電気信号を送受信する。
なお、図６では、電気接触子１１０を模式的に球体で表したことを付言しておく。

第２電気端子２００は、カード型の平板形状を有し、表面には５つの電気接点２１０が配置されている。
各電気接点２１０は、第２電気端子２００がスロット１２０に差し込まれた際に、対応する各電気接触子１１０と接触して電気的に導通する。
各電気接点２１０には、電気配線が接続されており、電気端子１００との間で電気信号を送受信する。また、各電気接点２１０は、無鉛錫めっきなどの金属皮膜で表面が覆われている。

図７は、スロット１２０に第２電気端子２００を差し込んだ状態の正面図である。
図６および図７に示すように、電気接触子１１０間は遮断されていない。同様に、電気接点２１０間も、遮断されていない。
なお、ここでいう「遮断されていない」とは、電気接触子１１０と電気接点２１０との接点近傍でウィスカが発生した際に、このウィスカが成長して隣接する電気接触子１１０や電気接点２１０に到達する経路が存在していることをいう。

そのため、電気接触子１１０と電気接点２１０の接触面近傍でウィスカ４０が発生すると、ウィスカ４０が成長して隣接する電気接触子１１０や電気接点２１０に到達し、ショートが発生する可能性がある。
そこで、実施の形態１で説明した接触子の構成を採用し、電気接触子１１０と電気接点２１０の接触面でウィスカ４０が発生しても、成長方向が隣接する電気接触子１１０等に向かわないようにする。
これにより、ウィスカ４０が発生しても、電気接触子１１０や電気接点２１０がショートする可能性を抑えることができる。

図８は、電気接触子１１０間が遮断されている場合の正面図である。
この場合は、図６〜図７で説明した構成と異なり、各電気接触子１１０や電気接点２１０から隣接する電気接触子１１０等に至る経路が存在しない。そのため、仮にウィスカ４０が発生しても、ショートが発生するおそれはない。

図６〜図８に示したように、実施の形態１〜２で説明した接触子の構成は、電気端子１００の電気接触子１１０間、および第２電気端子２００の電気接点２１０間が遮断されていない構成の下で、特に有効である。

以上のように、本実施の形態３で説明した電気端子１００および第２電気端子２００を採用した電気回路は、ウィスカ４０の発生に起因するショートの可能性が少ないので、電気的な安全性が高いといえる。

また、本実施の形態３で説明した電気端子１００および第２電気端子２００を採用した電気回路によれば、電気端子１００の電気接触子１１０間、および第２電気端子２００の電気接点２１０間を遮断することなくウィスカの影響を抑えることができる。
そのため、接触子間等を遮断するための部材や加工などのコストを押さえ、安価に安全な電気回路を構成することができる。

実施の形態４．
電気接点を形成する金属皮膜は、近年の鉛フリー化の促進を背景に、無鉛錫めっきで形成されている場合があると考えられるが、これ以外の材質で電気皮膜が形成されている場合でも、実施の形態１〜２で説明した接触子の構成は、一定の効果を発揮することを付言しておく。

実施の形態１に係る接触子１０の構成図である。 四面体形状の接触子３０を錫めっき２０に圧接させる様子を示す図である。 接触子３０を錫めっき２０に圧接した状態を所定時間継続した後の様子を示す上面図である。 実施の形態１に係る接触子１０の配置を説明する図である。 実施の形態２に係る接触子１０の構成図である。 実施の形態３に係る電気端子１００の構成を示す斜視図である。 スロット１２０に第２電気端子２００を差し込んだ状態の正面図である。 電気接触子１１０間が遮断されている場合の正面図である。

符号の説明

１０ 接触子、２０ 錫めっき、３０ 接触子、４０ 錫ウィスカ、１００ 電気端子、１１０ 電気接触子、１２０ スロット、２００ 第２電気端子、２１０ 電気接点。

Claims (12)

1. 電気接点に接触して電気的に導通する接触子であって、
   前記電気接点と接触する接触部は、
   当該接触部の上面側を電気接点に対して垂直に圧接すると、
   所定方向に向かう接触圧力が他方向の接触圧力より高くなる形状を有する
   ことを特徴とする接触子。
2. 前記接触部は、長手方向が前記所定方向と略一致する先細り形状を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の接触子。
3. 前記接触部は、
   側面がアーチ状に形成され上面が底面より小さい角錐台形状を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の接触子。
4. 前記接触部は、
   正面および背面が頂部に向かって先細り状に形成されたアーチ形状を有する
   ことを特徴とする請求項２記載の接触子。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の接触子を備えた
   ことを特徴とする電気端子。
6. 前記電気接点の長手方向と前記所定方向が略一致するように前記接触子を配置した
   ことを特徴とする請求項５記載の電気端子。
7. 他の電気端子と接続して電気的に導通する電気端子であって、
   前記他の電気端子が備える電気接点と接触する複数の電気接触子を備え、
   前記電気接触子のうち少なくとも１つは、
   請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の接触子を用いて構成されており、
   前記接触子と、前記接触子に隣接する前記電気接触子との間は、遮断されていない
   ことを特徴とする電気端子。
8. 請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の電気端子と、
   前記電気端子と接続する第２電気端子と、
   を備えたことを特徴とする電気回路。
9. 前記第２電気端子は、前記電気接触子と接触する複数の電気接点を備え、
   前記第２電気端子が備える電気接点間は遮断されていない
   ことを特徴とする請求項８記載の電気回路。
10. 前記第２電気端子が備える電気接点は、
    金属皮膜を略均一の厚さで塗膜して形成されている
    ことを特徴とする請求項８または請求項９記載の電気回路。
11. 前記金属皮膜は錫を用いためっきで形成されている
    ことを特徴とする請求項１０記載の電気回路。
12. 前記金属皮膜は無鉛錫めっきで形成されている
    ことを特徴とする請求項１１記載の電気回路。

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