JP4931050B2 - 電気コンタクトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電気コンタクトを製造する方法に関し、より特定すると電気コンタクトを誘導加熱する方法に関する。

電気デバイス及び電子デバイスは一般に、これらデバイスを作動させるよう電気的に接続された回路及び部品を有する。代表的には、回路は、回路基板に機械的に取り付けられ、表面実装され、又は半田付けされた電気コンタクトを有する。各電気コンタクトの基材は一般に、電気コンタクトの半田付け性を向上するために導電性合金コーティングで被覆される。スズ及びスズ合金のコーティングは低コスト、耐腐食性及び半田付け特性を有するので、基材を被覆するのに使用されてきた。

しかし、スズ及びスズ合金の被覆は、スズウィスカ成長の問題、及びスズ及び基材間の反応による半田付け性低下の問題を有する。スズウィスカ成長の問題及び半田付け性低下の問題を克服するためには、スズがリフローするまでスズコーティングを加熱する。リフローされたスズの利点は、微小構造の変化、及び被覆及び基材の応力緩和の結果である。

スズコーティングをリフローするために使用される従来の一方法は、電気コンタクト及びスズコーティングを加熱するためにリフロー炉を使用することである。リフロー炉には、対流炉や赤外線加熱炉がある。しかし、リフロー炉に付随する問題は、電気コンタクト全体が加熱されるので、スズのリフローを引き起こす工程が比較的遅いことである。さらに、コンタクトが炉から一旦取り出されると、コンタクトは成形加工、打抜き加工、最終形状に調整加工されるので、エッジ等のコンタクトの領域において基材が露出する。露出した基材は、電気デバイスの組立中に半田付け性の問題を生ずる。また、対流型リフロー炉もコンタクト表面のスズめっきを溶融するのに使用されるが、コンタクトを加熱するのに要する時間のため、スズめっきがコンタクトの周囲に流れてしまう。この結果、スズめっきの厚さが変化し、製品の性能全体に影響を与える。
米国特許出願公開第２００１／１４６４号明細書 米国特許第５６７５８９１号明細書 米国特許第５１１１９９１号明細書

スズコーティングをリフローするために使用される従来の別の方法は、誘導ヒータを使用して基材及びスズコーティングを加熱することである。この方法は、予めスズが被覆された材料を誘導ヒータに供給する工程を含む。スズが一旦リフローすると、材料が成形される。しかし、成形工程中に、剪断及び曲げ工程で基材が露出する。露出した基材は、電気デバイスの組立中に半田付け性の問題を生ずる。この結果、従来の誘導ヒータで製造された電気コンタクトは、半田付け用途には適していない。

この問題は、ウィスカ成長を防止し、露出した裸の銅エッジの半田付け性の問題をなくすために、スズをリフローして電気コンタクトを製造する迅速で局在化した方法により解決する。本発明の方法は、誘導加熱ステーションの前のめっきステーションに、キャリアストリップに連結された一連の電気コンタクトを供給する工程を有する。めっきステーションでは、導電性合金コーティングで電気コンタクトをめっきして、コーティングされた電気コンタクトを形成する。誘導加熱ステーションでは、コーティングされた電気コンタクトを誘導加熱する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の典型的な実施形態に従って物品１２を製造するのに使用される装置１０の概略図である。物品１２は、導電性材料（例えば、銅、アルミニウム、鉄等）から作成される。物品１２は、装置１０又は装置の部品により、材料１４（例えば銅板）から最終製品１６（例えば電気コンタクト）に変形又は加工される。材料１４は、所定の幅、長さ及び厚さを有する導電性材料のほぼ平坦な物体である。

装置１０は、装置１０を通って物品１２を搬送すなわち移送するためのコンベアシステム２０を有する。装置１０は物品１２を成形するよう構成され、成形工程は物品１２の製造の最初の工程である。一実施形態において、装置１０は、物品１２の成形を促進するための打抜きステーション２２及び曲げステーション２４を有する。材料１４は、打抜きステーション２２に供給され、曲げ加工前の電気コンタクト２６になるようプレス加工、打抜き加工、又は機械加工される。例えば、材料１４の一部は、曲げ加工前の電気コンタクト２６が直列のキャリアストリップ２８に沿って相互に連結されるように除去される。材料１４の一部は打抜き工程中に剪断力を受ける。

次に、曲げ加工前の電気コンタクト２６は曲げ加工ステーション２４に搬送される。曲げ加工ステーション２４では、曲げ加工前の電気コンタクト２６が曲げ加工後の電気コンタクト２６になるよう曲げ加工されすなわち成形される。曲げ加工後の電気コンタクト３０は所定形状を有する。例えば、曲げ加工後のコンタクト３０は、所定の非平坦パターンに湾曲又は屈曲されてもよい。曲げ加工ステーション２４は、湾曲され又は屈曲されたパターンを提供するために、金型及びプレス装置を使用するプレス工程を有してもよい。或いは、曲げ加工ステーション２４は、非平坦パターンを提供するために圧着工程を有してもよい。一旦曲げ加工されると、曲げ加工後の電気コンタクト３０は、基部３２及び先端３４間に延びる。各基部３２はキャリアストリップ２８に接続されるので、各曲げ加工後の電気コンタクト３０は相互に接続される。或いは、打抜き加工及び曲げ加工された電気コンタクトを提供する代わりに、曲げ加工後の電気コンタクト３０を提供するために、形成工程が成形又は鋳造ステーション及び工程を有してもよい。

成形工程は、最終製品１６とほぼ同様な形状を有する曲げ加工された電気コンタクト３０を提供する。曲げ加工された電気コンタクト３０は、搬送され、すなわちめっきステーション３６そして誘導加熱ステーション３８に送られる。曲げ加工された電気コンタクト３０めっきステーション３６及び誘導加熱ステーション３８に送られた後は、別の成形工程及び曲げ工程を要しない。任意であるが、曲げ加工された電気コンタクト３０は、めっきステーション３６に搬送される前に、リール４０に巻き取られてもよい。或いは、リール４０はめっきステーション３６の下流に配置され、電気コンタクト３０がめっきステーション３６に搬送された後であるが誘導加熱ステーション３８に搬送される前に、リール４０に巻き取られてもよい。その結果、成形工程及びめっき工程の一方又は両方は、誘導加熱工程から離れて実施されてもよい。例えば、各工程は異なる装置１０を使用して実施してもよいし、電気コンタクト３０のリール４０は、必要に応じてめっきステーション３６又は誘導加熱ステーション３８に送られてもよい。或いは、電気コンタクト３０は、曲げ加工ステーション２４からめっきステーション３６に直接搬送され、次に誘導加熱ステーションに搬送されてもよい。

めっきステーション３６において、曲げ加工された電気コンタクト３０は、被覆された電気コンタクト４２を形成するために、導電性合金コーティング（例えば、スズ又はスズ合金）でめっき又はコーティングされる。電気コンタクト４２がめっきステーション３６でもめっきの前に曲げ加工され成形されるので、めっき層又はコーティング層は、損傷又は剥離を受けにくい。例えば、物品１２、特に物品１２のコーティングに加えられた曲げ力又は剪断力は、少なくともコーティングの一部を弱化したり剥離したりするので、材料１４の下地層を露出させる。下地層の露出は、半田付け中に材料１４の腐蝕による半田付け性劣化の問題を引き起こす。材料１４の弱化又は剥離を特に受け易い領域は、物品１２のエッジである。めっきステーション３６でのめっき加工の後であるが誘導加熱ステーション３８での加熱の前に、電気コンタクト４２の形状の曲げ又は加工を減少させ、又は実質的に無くすことにより、導電性合金コーティングの弱化は実質的に無くなる。一実施形態において、導電性合金コーティングはスズ又はスズ合金のコーティングである。或いは、導電性合金コーティングは金又は金合金のコーティングである。しかし、他のコーティングも使用可能である。電気コンタクト４２のコーティングは、電気コンタクト４２の半田付け特性及び電気特性を向上させる。導電性合金コーティングはめっき工程により被覆される。或いは、導電性合金コーティングは、浸漬工程、吹き付け工程等により被覆されてもよい。一実施形態において、曲げ加工された電気コンタクト３０全体が被覆される。或いは、曲げ加工された電気コンタクト３０は、予め選択された領域のみが被覆されてもよい。被覆工程の後、被覆された電気コンタクト４２は誘導加熱ステーション３８に移送される。

誘導加熱ステーション３８において、被覆された電気コンタクト４２は、誘導加熱工程により加熱処理される。誘導加熱工程により、導電性合金コーティングが溶融及びリフローするので、コーティングの内部応力を緩和する。この結果、最終製品１６の保管中及び使用中にコーティングにウィスカが成長するおそれは実質的に減少する。さらに、誘導加熱工程は、導電性コーティング及びその下の基材間の反応を引き起こす。この反応には、コーティングの有効硬度を増大させウィスカ発生の傾向を減少させる金属間化合物の形成が含まれる。さらに、反応は、内部応力及びウィスカ発生を軽減する、表面変形に対する高いレベルの応力抵抗を金属に生じさせる。電気コンタクト４２が誘導加熱ステーション３８で一旦熱処理されると、電気コンタクト４２は最終的に使用可能な形態にある。任意であるが、電気コンタクト４２は、加熱処理の後に冷却又は硬化されてもよい。電気コンタクト４２はまた、曲げ加工され、被覆され、熱処理された電気コンタクト４２を保管又は輸送するために、リール４４に巻き取られてもよい。一実施形態において、曲げ加工された電気コンタクト３０は、少なくとも異なる２種類のコーティングで被覆される。各コーティングは異なる溶融温度を有し、コーティングのリフローは誘導加熱ステーション３８で制御可能である。例えば、コンタクト３０は、スズベースのコーティング及び金ベースのコーティングで被覆されてもよい。誘導加熱ステーション３８において、スズベースのコーティングはリフローされ、金ベースのコーティングは、誘導加熱ステーション３８のコイル形状、処理速度及び処理電力を調整することにより変化しなくてもよい。

図２は、本発明の典型的な一実施形態に従って物品１２の製造に使用するための誘導加熱ステーションすなわち誘導加熱システム３８を示す斜視図である。上述したように、誘導加熱ステーション３８は、一連の製造工程内の一ステーションすなわち一製造工程を表わす。誘導加熱工程に物品をセットするために例えば物品を打抜き加工し、成形し、又は曲げ加工する他の製造工程は、誘導加熱工程の前に実施することができる。さらに、梱包又は輸送のために例えば物品を冷却し又は巻き取る他の製造工程は、誘導加熱工程の後に実施することができる。

誘導加熱ステーション３８は、電力供給装置５６に接続された誘導ヒータ５４を有する。誘導ヒータ５４は、誘導ヒータから延びる管すなわちコイル５８を有する。管５８は銅材料から作られる。或いは、管５８は他の導電性材料から作られてもよい。管５８は誘導加熱経路に沿って延びており、誘導加熱ステーション３８を使用する場合、物品１２は誘導加熱経路に沿って方向付けられる。誘導加熱経路は、管５８の第１部分６０及び第２部分６２により区画されると共に、第１部分６０及び第２部分６２間に配置される。第１部分６０及び第２部分６２は互いに平行に延びており、所定距離６４で互いに離間する。距離６４は、物品１２が管５８の近傍に運ばれる際に加熱されるように選択される。さらに、距離６４は、物品１２が誘導加熱ステーション３８を通って搬送されると第１部分６０及び第２部分６２のいずれとも接触しないように選択される。任意であるが、特に第１部分６０及び第２部分６２における管５８は、保護スリーブ６６を有する。この保護スリーブ６６は、ポリ四フッ化エチレン等の誘電材料から作られる。保護スリーブ６６は、管５８及び物品１２が互いに不用意に接触しないよう保護する。或いは、誘導加熱経路に沿って電気コンタクト４２を案内するための案内システムを設けてもよい。第１部分６０及び第２部分６２は外端６８で互いに連結される。この外端６８は、物品１２が誘導ヒータ５４の下流に搬送されるように誘導加熱経路から離れる方向に傾斜しすなわち持ち上げられている。

電力供給装置５６は誘導ヒータ５４に作動結合されており、誘導ヒータ５４及び誘導ヒータ５４の管５８を通って交流電流を駆動する電源として作用する。導電性管５８を通る電流経路は、物品１２に渦電流を生じさせる誘導加熱経路に磁場を発生させる。管５８の交流磁場は、物品１２の渦電流を繰返し交替させ、物品１２の摩擦及び加熱を生じさせる。電力供給装置から誘導ヒータ５４に供給される電流量は変えることができる。この結果、誘導ヒータ５４の出力電力、出力周波数も変えることができる。

任意であるが、誘導加熱ステーション３８は、誘導ひーた５４に供給される電流、延いては物品１２に印加される電圧を制御するマイクロプロセッサ（図示せず）を有してもよい。この結果、物品１２を加熱する速度が制御可能である。また、誘導加熱ステーション３８は、物品１２の加熱の調整を補助するフィードバックを提供する温度プローブ又は反射率プローブ（図示せず）を有してもよい。

図３は、図１に示される装置１０を使用する典型的な一製造方法１００を示すフローチャートである。この方法は、被覆されていない材料板を用意する工程１０２を有する。材料板は、所定の幅、長さ及び厚さを有する導電性材料のほぼ平坦な物体である。

次に、材料板は、工程１０４で先端及び基部間を延びる本体部を有する電気コンタクトのブランクになるよう打抜き加工すなわち切断加工される。材料は、電気コンタクトのプランクを形成するために打抜きステーションで打抜き加工される。電気コンタクトのブランクの本体部は、各本体部間の材料部分を除去することにより画定される。除去された材料の量及び本体部の寸法は、所望の最終製品に対応する。ブランク及び特に基部は、キャリアストリップに沿って互いに相互接続されている。その結果、各電気コンタクトのブランクは互いに相互接続され、種々の製造ステーションに連続的に搬送すなわち供給される。

次に、電気コンタクトのブランクは曲げステーション１０６に搬送される。電気コンタクトが工程１０６で曲げ加工されると、曲げ加工後の電気コンタクトは所定の形状を有する。例えば、曲げ加工後の電気コンタクトは、最終製品にほぼ類似する形状を有する非平坦パターンに湾曲又は屈曲される。任意であるが、曲げ加工工程１０６は、湾曲又は屈曲したパターンを得るために金型及びプレス装置を使用するプレス工程を含んでもよい。或いは、曲げ加工工程１０６は圧着工程を含んでもよい。

次に、曲げ加工後の電気コンタクトは、めっきステーション、及びその次の誘導加熱ステーションに搬送される。曲げ加工後の電気コンタクトがめっきステーション及び誘導加熱ステーションに供給された後は、更なる成形加工及び曲げ加工は必要無い。曲げ加工後の電気コンタクトは、めっきステーションに搬送される前に工程１０８でリールに巻き取られてもよい。任意であるが、曲げ加工後の電気コンタクトは、めっきステーションに搬送された後であるが誘導加熱ステーションに搬送される前に、リールに巻き取られる。或いは、曲げ加工後の電気コンタクトは、曲げ加工ステーションからめっきステーションに、次に誘導加熱ステーションに直接搬送してもよい。曲げ加工後の電気コンタクトをめっきステーションに供給する前に、めっき工程の準備のために曲げ加工後の電気コンタクトを洗浄する任意の処理工程を含む。

めっきステーションにおいて、曲げ加工後の電気コンタクトは、工程１１２で導電性合金コーティングでめっきする。電気コンタクトは、浸漬工程又は吹き付け工程でめっきしてもよい。任意であるが、曲げ加工後の電気コンタクトは、電気コンタクトの所定の半田付け領域又は接触領域等の予め選択された領域で選択的にめっきされる。次に、被覆された電気コンタクトは、誘導加熱ステーションに移送される。

誘導加熱ステーションにおいて、被覆された電気コンタクトは、図２に示された誘導ヒータ５４等の誘導ヒータを使用して工程１１４で誘導加熱される。誘導加熱１１４は導電性合金コーティングをリフローさせるので、コーティングの内部応力を軽減する。この結果、最終製品１６の半田付けの際にコーティングのウィスカ成長のおそれは実質的に減少する。任意であるが、誘導加熱は、マイクロプロセッサ等のコントローラによって工程１１６で制御される。誘導加熱は、誘導ヒータ５４の作動出力を調節することにより制御することができる。また、誘導加熱は、誘導ヒータ５４の作動周波数を調節することにより制御することができる。さらに、誘導加熱は、誘導ヒータのコイル５８の形状又はコイル５８への電気コンタクトの近さを調節することにより制御することができる。さらにまた、誘導加熱は、被覆された電気コンタクトが誘導ヒータ５４を通って移送される速度を調節することにより、又は被覆された電気コンタクトが誘導ヒータ５４に近接配置される時間を調節することにより制御することができる。このように、被覆された電気コンタクトの温度を制御でき、又は電気コンタクトのコーティングのリフロー工程を制御できる。被覆された電気コンタクトを誘導加熱１１４した後、電気コンタクトは、成形され、被覆され加熱処理された電気コンタクトを輸送又は保管するために、工程１１８でリールに巻き取られてもよい。

図４及び図５は、図１に示される装置１０を使用して製造された曲げ加工後の電気コンタクト３０を示すそれぞれ平面図及び側面図である。図４は、キャリアストリップ２８上の複数の曲げ加工後の電気コンタクト３０を示す。各曲げ加工後の電気コンタクトは、基部３２及び先端３４間を延びる。図５に図示されているように、曲げ加工後の電気コンタクト３０は、一連の曲げ部１３２及び円弧状部１３４を有する本体部１３０を有する。曲げ加工後の電気コンタクト３０は所望の最終製品１６によって任意の形状を有することができ、図示されたように用意される。曲げ加工後の電気コンタクト３０は、所望の形状、例えば最終製品の形状にほぼ類似する形状を一旦有すると、めっきステーション３６及び誘導加熱ステーション３８に移送される。

種々の特定実施形態で本発明を説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲内で本発明を変形できることを理解するであろう。

本発明の典型的な実施形態に従って物品を製造するのに使用される装置の概略斜視図である。 図１に示された物品の製造に使用するための誘導加熱ステーションを示す斜視図である。 図１に示された装置を使用する典型的な製造方法を示すフローチャートである。 図１に示された装置を使用して製造される、曲げ加工された電気コンタクトの平面図である。 図４に示された曲げ加工された電気コンタクトの側面図である。

符号の説明

１４ 材料板
２６ 電気コンタクトのブランク
２８ キャリアストリップ
３０ 電気コンタクト
３２ 基部
３４ 先端
３６ めっきステーション
３８ 誘導加熱ステーション
４０ リール
４２ 被覆された電気コンタクト
４４ 第２リール
５４ 誘導ヒータ

Claims (9)

1. 電気コンタクトのブランクを用意する工程と、
   前記電気コンタクトのブランクを、キャリアストリップ（２８）に連結された曲げ加工後の電気コンタクト（３０）になるよう曲げ加工する工程と、
   誘導加熱ステーション（３８）の前のめっきステーション（３６）に、前記キャリアストリップ（２８）に連結された一連の前記曲げ加工後の電気コンタクト（３０）を供給する工程と、
   前記めっきステーション（３６）では、導電性合金コーティングで前記曲げ加工後の電気コンタクト（３０）をめっきして、コーティングされた電気コンタクト（４２）を形成する工程と、
   前記誘導加熱ステーション（３８）では、前記コーティングされた電気コンタクト（４２）を誘導加熱する工程と
   を具備し、
   前記曲げ加工後の電気コンタクト（３０）は、最終使用に適する形状を有することを特徴とする電気コンタクトの製造方法。
2. 材料板（１４）を打抜き加工して前記キャリアストリップ（２８）に連結された電気コンタクトのブランク（２６）にする工程を更に具備し、
   前記打抜き工程は前記材料板の一部を除去する工程からなることを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
3. 前記曲げ加工工程は、前記電気コンタクトのブランク（２６）を前記曲げ加工後の電気コンタクト（３０）になるよう曲げ加工する工程からなり、
   前記曲げ加工後の電気コンタクトの各々は、先端（３４）及び基部（３２）間を延びる非平坦コンタクト本体部を有することを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
4. 前記めっき工程は、スズ及びスズ合金のうちの一方で前記電気コンタクトを選択めっきする工程からなることを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
5. 前記一連の電気コンタクトを供給する工程は、前記めっきステーション（３６）及び前記誘導加熱ステーション（３８）に前記電気コンタクト（３０）を連続的に供給する工程、及び前記めっきステーション（３６）及び前記誘導加熱ステーション（３８）に前記電気コンタクトをバッチで供給する工程の一方からなることを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
6. 前記一連の電気コンタクトを供給する工程は、該一連の電気コンタクトをリール（４０）に供給する工程からなり、
   前記製造方法は、前記被覆された電気コンタクト（４２）を誘導加熱した後に、前記被覆された電気コンタクトを第２リール（４４）に巻き取る工程を更に具備することを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
7. 前記被覆された電気コンタクトは前記誘導加熱ステーションに供給される速度を調節することにより、前記誘導加熱ステーションにおいて前記被覆された電気コンタクトの温度を制御する工程を更に具備することを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
8. 前記誘導加熱ステーション（３８）に、作動周波数及び作動電力を有する誘導ヒータ（５４）を設ける工程と、
   前記作動周波数及び前記作動電力の一方を調節することにより、前記誘導加熱ステーションにおいて前記被覆された電気コンタクトの温度を制御する工程と
   を更に具備することを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。
9. 前記誘導加熱ステーション（３８）に、誘導ヒータ（５４）を設ける工程と、
   前記電気コンタクト及び前記誘導ヒータ間の間隔を維持するために、前記被覆された電気コンタクトを前記誘導ヒータを通って案内する工程と
   を更に具備することを特徴とする請求項１記載の電気コンタクトの製造方法。

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