JP6342301B2 - 接点の処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電気機器の接点の処理方法に関する。
固定接点および可動接点を含み、可動接点が固定接点に対して相対的に動くことによりこれらの接点が接触または離隔するデバイスが種々知られている。代表的なものとして、各種スイッチ、温度に応じて内部の接点が接触または離隔する温度保護デバイス等がある。
このように固定接点と可動接点が接触する部分(以下、「接点部」ともいう)には、電気抵抗が生じ得る(以下、「接点抵抗」ともいう)。この接点抵抗は、接点の表面に存在し得る酸化膜、硫化物、有機物等の不純物により増大する。接点抵抗は可能な限り小さいことが好ましく、従って、上記のような不純物を除去し、接点の金属表面を露出させる処理(以下、「活性化」ともいう)が行われている。
一の方法として、例えば、特許文献1は、デバイスが、バイメタル素子が動作することにより接点を接触状態から離隔させる温度保護デバイスにおいて、接点部が接触状態にある固定接点と可動接点との間に電流を流しながら、両者を離隔させてスパークを発生させ、これにより接点部の不純物を除去して、接点部の新生面を露出させる方法を開示している。しかしながら、このような方法では露出部分の面積が小さく、衝撃などにより接点の接触位置がずれた場合、不純物が除去されていない箇所が新たな接点部となり、抵抗が増加するという問題がある。
上記のような問題に対して、従来、図1に示すように、固定台102と振動子104との間に電子デバイス106を挟み込み、振動子を、水平方向、例えば、図1の矢印で示す方向あるいは紙面に垂直な方向(即ち、固定台102の電子デバイスを置く面に対して平行方向)に振動させながら通電する方法が行われている。しかしながら、このような方法では、電子デバイスと振動子との間で滑りが生じやすい。電子デバイスが滑ると、電子デバイスに十分な振動が与えられず、接点部の活性化が不十分となる、または活性化痕が小さくなるという問題が生じる。従って、十分な摩擦を確保するために、電子デバイスに対する押しつけ荷重(即ち、図1の矢印の方向に対して垂直な方向の荷重)を大きくする、振動子の表面にローレットを設けるなどの工夫が為されている。
特開2001−307607号公報
本発明者らは、十分な摩擦を確保するための上記方法には、下記のような問題があることに気付いた。電子デバイスに対する押しつけ荷重を大きくする場合には、荷重により電子デバイスが変形し、内部の本来接触すべきでない要素同士が接触し、振動による摩擦により、要素の形状、特性、配置等が変化する可能性がある。特に、荷重により電子デバイス内部の可動接点のアーム(例えば、図1の108)が変形すると、接点圧力が弱まって、接点抵抗が不安定になり得る。振動子の表面にローレットを設ける場合には、振動によりローレットに起因する細かな傷が電子デバイスの表面に生じる可能性がある。また、ローレット部分が摩耗すると、摩擦力が低下してしまうので、振動子の表面の状態管理が煩雑になるという問題がある。さらに、摩擦を大きくするためには広い接触面が必要であるので、表面に凹みがあるような形状の電子デバイスを処理する場合、摩擦が小さくなり、十分な振動を与えることが困難である。結局のところ、これらの問題はすべて、従来の方法が、電子デバイスと振動子との間の摩擦力に大きな影響を受けることに起因する。
従って、本発明の目的は、電子デバイスと振動子との間に大きな摩擦力がなくても、電子デバイスに十分な振動を与えることができ、接点部を十分に活性化することができる方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の問題について鋭意検討した結果、振動子の振動方向を、図2の矢印で示すように垂直方向、即ち、固定台の電子デバイスを載置する面に対して垂直方向とすることにより、上記の問題を解消できることを見出し、本発明を完成するに至った。
従って、本発明の第1の要旨において、第1接点および第2接点を有し、第1接点が第2接点に対して相対的に動くことによって第1接点と第2接点とが接触または離隔する電子部品における、第1接点と第2接点間の接点部の処理方法であって、第1接点と第2接点とが接触状態にある電子部品を、固定台と振動子の間に挟持して、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直な成分を含む振動を電子部品に与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流すことを含む方法が提供される。
本発明の第2の要旨において、第1接点および第2接点を有し、第1接点が第2接点に対して相対的に動くことによって第1接点と第2接点とが接触または離隔する電子部品の製造方法であって、接触状態にある第1接点と第2接点とを含む樹脂ハウジングを、固定台と振動子の間に挟持して、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直な成分を含む振動を与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流すことを含む方法が提供される。
本発明の第3の要旨において、上記の方法により、接点部が処理された電子部品が提供される。
本発明によれば、固定台と振動子との間に電子部品を挟持し、電子部品に振動を与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流す方法において、電子部品の振動方向を、固定台の振動子を配置する面に対して垂直な成分を含む方向とすることにより、電子デバイスと振動子間の摩擦力に拘わらず、接点表面を安定かつ広範囲に活性化することができる。
図1は、従来の接点部の処理方法を説明するための図であり、電子部品が振動子と固定台の間に配置された状態の断面図を模式的に示す。 図2は、本発明の接点部の処理方法を説明するための図であり、電子部品が振動子と固定台の間に配置された状態の断面図を模式的に示す。 図3は、本発明の処理方法に付される電子部品2の内部構造を説明するための模式図であり、図3(a)は、横方向から内部を透視した図であり、図3(b)は、上方向から内部を透視した図である。 図4は、本発明の接点抵抗の低減方法に付される電子部品2’の断面図を模式的に示す。 図5は、実施例1における処理後の活性化痕の写真である。 図6は、実施例2における処理後の活性化痕の写真である。
本発明の処理方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の方法に付される電子部品は、第1接点および第2接点を有し、第1接点が第2接点に対して相対的に動くことによって第1接点と第2接点とが接触または離隔する。ここに、「第1接点が第2接点に対して相対的に動く」とは、(i)第1接点が動き、第2接点が固定されている場合、(ii)第1接点が固定されており、第2接点が動く場合、および(iii)第1接点および第2接点の両方が動く場合を含む。
一の態様において、図3(a)および(b)に示されるように、上記の電子部品2は、樹脂ハウジング4を有し、樹脂ハウジング4の内部に第1接点6および第2接点8が位置する。この態様において、第1接点6が固定接点であり、第2接点8が可動接点である。第1接点6は、第1ターミナル10上に設けられており、第2接点8は、第2ターミナル12に電気的に接続された可動アーム14に設けられている。第2接点8が上方に移動するように可動アーム14が変形することにより、第2接点8が第1接点6から離隔する。
上記第1接点6および第2接点8を構成する材料は、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、Ag、Ni、Cu、Be、Ti、Fe、Cr、Au、C、およびこれらの合金、例えば、銀−ニッケル合金、銀−銅合金、銅−タングステン合金、ならびに導電性金属酸化物、例えばAgCdO、AgSnO、AgZnO、AgSnOInOを用いることができる。第1接点および第2接点を構成する材料は、同じであっても、異なっていてもよい。
上記樹脂ハウジング4を構成する材料は、特に限定されず、電子部品のハウジングとして一般的に用いられる樹脂を用いることができ、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、LCP(Liquid Crystal Polymer)樹脂、PPS(Poly Phenylene Sulfide)系樹脂等が挙げられる。
上記第1ターミナル10および第2ターミナル12を構成する材料は、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、Ag、Ni、Cu、Be、Ti、Fe、Cr、Au、C、およびこれらの合金を用いることができる。
上記可動アーム14を構成する材料は、導電性材料であれば特に限定されず、例えば、Ag、Ni、Cu、Be、Ti、Fe、Cr、Au、C、およびこれらの合金を用いることができる。
一の態様において、可動アーム14は、バイメタル材料から形成され得る。バイメタル材料から形成された可動アームは、所定の温度に達すると変形し、第2接点8を上方に動かすことができる。このようにバイメタル材料を含む電子部品2は、保護素子として利用できる。
上記バイメタル材料は、所定の温度で変形するものであれば特に限定されず、自体公知のものを用いることができる。
別の態様において、電子部品2は、図3に示す構成に加え、さらにバイメタル素子を、アーム14の下方に有し得る。このバイメタル素子が変形して可動アームを上方に押し上げることにより、第2接点が移動し、第1接点6から第2接点8が離隔する。
バイメタル素子は、バイメタル金属のシート部材を有して成り、それ自体が特定の温度を越えて高温になった場合、あるいはその周囲の雰囲気の温度が高くなってバイメタル素子が特定の温度を越えて高温になった場合、作動する(即ち、変形する)素子である。バイメタル素子は、自体公知のものを用いることができる。
別の態様において、電子部品2は、図3に示す構成に加え、PTC素子およびバイメタル素子を有し得る。バイメタル素子は、PTC素子の熱影響下にある。このバイメタル素子が、PTC素子で生じる熱により変形して可動アームを上方に押し上げることにより、第2接点が上方に移動し、第1接点から第2接点が離隔し得る。また、バイメタル素子が変形して第1接点から第2接点が離隔した場合、PTC素子で生じる熱により、バイメタル素子が変形状態に維持され、第1接点と第2接点との離隔状態が維持され得る。
好ましい態様において、電子部品は、図4に示すような電子部品2’であってもよい。この電子部品2’は、樹脂ハウジング4、第1接点6、第2接点8、第1ターミナル10、第2ターミナル12、可動アーム14、バイメタル素子16、PTC素子18および上方プレート20を有して成り、
樹脂ハウジング4内に、第1ターミナル10、PTC素子18、第2ターミナル12、バイメタル素子16、可動アーム14および上方プレート20が、この順に重ねられており、
第1ターミナル10に第1接点6が設けられ、可動アーム14に第2接点8が設けられ、
第1ターミナル10、第1接点6、第2接点8、可動アーム14および第2ターミナル12が電気的に直列に配置されて主回路を構成し、
第1ターミナル10、PTC素子18、バイメタル素子16、可動アーム14および第2ターミナル12が電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
平常時には、電流は主回路を流れ、副回路には流れず、
異常時には、電流は副回路を流れ、主回路には流れないように構成されている。
上記PTC素子としては、セラミックPTC素子またはポリマーPTC素子のいずれを用いてもよいが、ポリマーPTC素子を使用するのが好ましい。ポリマーPTC素子は、自体公知のものを用いることができる。
上記上方プレートは、樹脂ハウジング内の空間を封じるために配置される。上方プレートを構成する材料は、特に限定されず、例えば、金属、樹脂等を用いることができる。
電子部品2’は、いわゆる保護デバイスとして知られており、例えば、国際公開2013/058362号に開示されている。
本発明の方法において、上記電子部品2は、図2に示されるように、振動子22および固定台24の間に配置され、振動子22からの荷重により固定される。即ち、電子部品2は、振動子22および固定台24の間に挟持される。
尚、「振動子からの荷重」と記載したが、電子部品に加えられる荷重は、振動子から加えるものに限定されず、固定台から、あるは双方から加えてもよい。
上記のように振動子22および固定台24の間に挟持された電子部品に、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直な成分を含む振動を与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流す。その結果、接点間にスパークが生じ、このスパークにより接点部の酸化膜等が除去され、接点の新生部が露出し、接点部に活性化痕が形成される。
好ましくは、振動は、固定台の電子部品を配置する面(例えば、図1においては、固体台の面110)に対して略垂直な方向に与えられる。尚、「略垂直な方向」とは、完全な垂直な方向に加え、実質的に垂直な方向、例えば垂直から±20度程度まで傾いている場合も含む。好ましくは、振動の方向は、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直である。
好ましくは、電子部品2は、固定台24の電子部品2を配置する面と、電子部品内部の接点が開く方向、即ち、可動接点(図3では第2接点8)の移動方向(図3(a)では上下方向)とが略平行になるように配置される。このように配置することにより、振動により接点部がずれるように移動し、接点表面の活性化される面積が大きくなる。尚、「略平行」とは、完全な平行に加え、実質的な平行、例えば平行から±20度程度まで傾いている場合も含む。好ましくは、電子部品2は、固定台24の電子部品2を配置する面と、電子部品内部の接点が開く方向に対して、平行になるように配置される。
振動子22から電子部品2に負荷される荷重(または固定台24から電子部品2に負荷される荷重)は、電子部品2を固定できる程度であれば特に限定されない。例えば、振動子22から電子部品2に負荷される荷重は、0.5kgf以上10kgf以下、好ましくは、1kgf以上〜5kgf以下であり得る。このような荷重とすることにより、電子部品の変形を抑制することができる。
電子部品2に与える振動の振幅は、好ましくは1μm以上0.5mm以下であり、より好ましくは3μm以上100μm以下であり、さらに好ましくは5μm以上15μm以下であり、さらにより好ましくは5μm以上10μm以下である。振幅を0.001mm以上とすることにより、十分な大きさの活性化痕を得ることができ、振幅をより大きくすることによって、より大きな活性化痕を得ることができる。また、振幅を0.5mm以下とすることにより、電子部品への負荷を低減することができ、変形等を抑制することができる。
電子部品2に与える振動の周波数は、好ましくは1kHz以上1GHz以下であり、より好ましくは10kHz以上1MHz以下であり、さらに好ましくは10kHz以上100kHz以下である。振動の周波数を1kHz以上とすることにより、より効率的に活性化処理をすることができる。また、振動の周波数を1GHz以下の範囲の周波数とすることにより、電子部品への負荷を低減することができ、変形等を抑制することができる。周波数をより大きくすることにより、活性化処理に要する時間をより短縮することができる。
上記振動を与える方法は、特に限定されず、例えば、超音波振動発生装置が用いられる。
第1接点および第2接点間に流す電流は、好ましくは0.1A以上50A以下であり、より好ましくは0.1A以上15A以下であり、さらに好ましくは2A以上8A以下であり、さらにより好ましくは3A以上6A以下である。第1接点および第2接点間に流す電流を0.1A以上とすることにより、より確実に活性化痕を形成することができる。また、第1接点および第2接点間に流す電流を50A以下とすることにより、接点部が過剰に削られることを抑制することができる。
第1接点および第2接点間に流す電流の電圧は、好ましくは0.1V以上20V以下であり、より好ましくは1V以上10V以下であり、さらに好ましくは2V以上8V以下である。第1接点および第2接点間に流す電圧を0.1V以上とすることにより、より確実に活性化痕を形成することができる。また、第1接点および第2接点間に流す電圧を4V以下とすることにより、接点部が過剰に削られることを抑制することができる。
電子部品に電流を流しながら振動を与える時間は、好ましくは、0.001秒以上1秒以下であり、より好ましくは0.1秒以上0.5秒以下であり、さらに好ましくは0.1秒以上0.4秒以下であり、さらにより好ましくは0.15秒以上0.3秒以下である。電子部品に振動を与える時間を0.001秒以上とすることにより、より確実に活性化痕を形成することができる。また、電子部品に振動を与える時間を1秒以下とすることにより、接点部が過剰に削られることを抑制することができる。
本発明の方法により処理された電子部品は、接点部およびその周辺に活性化痕が形成される。活性化痕は、処理により生じたスパークにより接点表面が削られることにより生じた領域を意味し、この領域では接点を形成する材料が露出した状態となる。処理後の活性化痕は、1回のスパークにより形成される小さな露出面の集合体である。活性化痕は、通常、接点部を中心に略円形状に広がっており、その輪郭は、明確である必要はなく、図5および6に示すように、通常、粗い状態である。
本発明の方法により処理された電子部品は、接点部の金属が露出した状態となるので、接点抵抗が低下する。従って、本発明の処理方法は、第1接点と第2接点との間の接点抵抗を低減する方法であり得る。
上記したように、本発明により形成される活性化痕は広がりを有しているので、何らかの原因で第1接点と第2接点の接触箇所がずれた場合の接点抵抗の変化を抑制することができる。
本発明の方法によれば、振動を縦方向(即ち、固定台の電子部品を配置する面に対して略垂直な方向)に与えることから、電子部品と振動子または固定台間での滑りを考慮する必要がない。即ち、電子部品と振動子および固定台間の摩擦を考慮する必要がないので、電子部品に過剰な荷重を加える必要がなく、振動子および固定台の表面の工夫なども必要ない。
一の要旨において、本発明は、上記に説明した処理方法により電子部品を処理することを含む、電子部品の製造方法を提供する。
具体的には、本発明は、第1接点および第2接点を有し、第1接点が、第2接点に対して相対的に動くことによって、第1接点と第2接点とが接触または離隔する電子部品の製造方法であって、接触状態にある第1接点と第2接点とを含む樹脂ハウジングを、固定台と振動子の間に挟持して、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直な成分を含む振動を与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流すことを含む方法を提供する。このような製造方法によれば、第1接点と第2接点の接点部が活性化され、接点抵抗が低減された電子部品を得ることができる。
また、本発明は、上記に説明した処理方法および製造方法により得られる電子部品も提供する。この電子部品は、接点部が活性化されており、第1接点と第2接点間の接触抵抗が小さい。
以上、本発明を図面を参照しながら説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
実施例1
図3に示すような構造を有する電子部品を、図2に示すように振動子および固定台の間に挟持し、振動を加えながら、接点間に電流を流すことにより、活性化処理を行った。接点材料は、Ag90%−Ni10%であり、樹脂ハウジングの材料は、LCPであった。振動および電流の条件を下記表に示す。処理後に、接点抵抗を測定した。結果を下記表に併せて示す。また、処理後の接点の写真を、図5に示す。
上記の表の結果から、本発明の方法により、接点抵抗が十分に低減されることが確認された。また、図5の結果から、本発明の方法により得られる活性化痕は十分な面積を有することが確認された。
実施例2
実施例1と同じ電子部品を用いて、装置の長期使用における活性化の安定性を評価した。最初(1回目)に処理した電子部品、ならびに、2500回目、5000回、7500回、10000回、12500回、15000回、17500回、20000、22500回および25000回目に処理した電子部品の接点抵抗を測定した。結果を下記表に示す。また、それぞれの接点の写真を図6に示す。
上記の表の結果から、本発明の方法によれば、25000回以上の処理を行っても、接点抵抗が十分に低減されることが確認された。また、図6の結果から、本発明の方法により得られる活性化痕は、25000回以上の処理を行っても、十分な面積を有することが確認された。一方、固定台の振動を電子部品を配置する面に対して平行方向に与えた場合、処理回数が増えるにつれて、活性化痕が小さくなり、接点抵抗も大きくなった。これは、処理を繰り返すにつれて、振動子の電子部品と接触する面が削られ、摩擦が低下するためと考えられる。
本発明の方法は、接点を有する電子部品において、接点抵抗を低減するために利用することができる。
2…電子部品
2’…電子部品
4…樹脂ハウジング
6…第1接点
8…第2接点
10…第1ターミナル
12…第2ターミナル
14…可動アーム
16…バイメタル素子
18…PTC素子
20…上方プレート
22…振動子
24…固定台
102…固定台
104…振動子
106…電子デバイス
108…アーム
110…固定台の面

Claims (19)

  1. 第1接点および第2接点を有し、第1接点が第2接点に対して相対的に動くことによって第1接点と第2接点とが接触または離隔する電子部品における、第1接点と第2接点間の接点部の処理方法であって、第1接点と第2接点とが接触状態にある電子部品を、固定台と振動子の間に挟持して、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直な成分を含む振動を電子部品に与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流すことを含む方法。
  2. 振動が、固定台の電子部品を配置する面に対して略垂直であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 電子部品が、固定台の電子部品を配置する面と、接点が開く方向とが略平行になるように配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 電子部品が、樹脂ハウジングを有し、その中に第1接点および第2接点が位置することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 第1接点が固定接点であり、第2接点が可動接点であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 電子部品が可動アームを有し、第2接点が可動アームに設けられていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 可動アームがバイメタル材料から形成されており、可動アームが変形することにより第2接点が移動し、第1接点と第2接点が離隔することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  8. 電子部品が、さらにバイメタル素子を有して成り、このバイメタル素子が変形して可動アームを押し上げることにより、第2接点が移動し、第1接点と第2接点が離隔することを特徴とする、請求項6に記載の方法。
  9. 電子部品が、PTC素子およびバイメタル素子を有して成り、PTC素子で生じる熱により、バイメタル素子が変形状態に維持され、第1接点および第2接点の離隔状態が維持されることを特徴とする、請求項7または8に記載の方法。
  10. 電子部品が、樹脂ハウジング、第1ターミナル、第2ターミナル、PTC素子、バイメタル素子、可動アームおよび上方プレートを有して成り、
    樹脂ハウジング内に、第1ターミナル、PTC素子、第2ターミナル、バイメタル素子、可動アームおよび上方プレートが、この順に重ねられており、
    第1ターミナルに第1接点が設けられ、可動アームに第2接点が設けられ、
    第1ターミナル、第1接点、第2接点、可動アームおよび第2ターミナルが電気的に直列に配置されて主回路を構成し、
    第1ターミナル、PTC素子、バイメタル素子、可動アームおよび第2ターミナルが電気的に直列に接続されて副回路を構成し、
    平常時には、電流は主回路を流れ、副回路には流れず、
    異常時には、電流は副回路を流れ、主回路には流れないように構成されていることを特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 電子部品に与える振動の振幅が、0.001mm以上0.5mm以下であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 電子部品に与える振動の周波数が、1kHz以上1GHz以下であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 第1接点および第2接点間に流す電流が、0.1A以上50A以下であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 第1接点および第2接点間に流す電流の電圧が、0.1V以上20V以下であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
  15. 電子部品に振動を与える時間が、0.001秒以上1秒以下であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
  16. 接点部の接触抵抗を低減する方法である、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
  17. 第1接点および第2接点を有し、第1接点が第2接点に対して相対的に動くことによって第1接点と第2接点とが接触または離隔する電子部品の製造方法であって、接触状態にある第1接点と第2接点とを含む樹脂ハウジングを、固定台と振動子の間に挟持して、固定台の電子部品を配置する面に対して垂直な成分を含む振動を与えながら、第1接点および第2接点間に電流を流すことを含む方法。
  18. 請求項1〜16のいずれかに記載の方法により接点部を処理することを含む、第1接点および第2接点を有し、第1接点が第2接点に対して相対的に動くことによって第1接点と第2接点とが接触または離隔する電子部品の製造方法。
  19. 請求項1〜18のいずれかに記載の方法により、接点部が活性化された電子部品。
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JP4570410B2 (ja) * 2003-09-16 2010-10-27 古河電気工業株式会社 サーマルプロテクタとサーマルプロテクタの高周波振動を用いた活性化処理方法及びその接触抵抗低減方法

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