JP7205714B2 - プレスフィット端子 - Google Patents

Description

本明細書に開示された技術は、プレスフィット端子に関する。

従来より、回路基板に設けられたスルーホールに圧入され、回路基板に設けられた導電回路と半田付けを行うことなく導通接続されると共に、回路基板に機械的に接触固定されるプレスフィット端子が知られている（特開２００４－１２７６１０号公報参照）。プレスフィット端子は、互いに間隔を空けて配された一対の弾性接触部を備える。一対の弾性接触部を互いに接近する方向に弾性変位させつつスルーホールに挿入すると、弾性接触部が弾性復元力によってスルーホールの内周面に形成された導体層に接触し、導通接続される。

特開２００４－１２７６１０号公報

上記の構成のプレスフィット端子において、接続信頼性を確保するためには、弾性接触部と、スルーホールの内壁に設けられた導体層とを確実に接触させることが望ましい。しかし、スルーホールの内壁に対して弾性接触部から加えられる荷重を大きくしすぎると、端子に大きなひずみが生じるおそれがあるので好ましくない。特に、プレスフィット端子の挿入先端側において、一対の弾性接触部が分岐する箇所には比較的に大きなひずみが発生しやすい傾向にある。

本明細書に開示された技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、接続信頼性を維持しつつ、スルーホールへの挿入時における挿入力が低減されたプレスフィット端子を提供することを目的とする。

本明細書に開示された技術は、回路基板に設けられたスルーホールに、挿入方向に沿って挿入されるプレスフィット端子であって、前記挿入方向に沿って延びる基部と、前記基部よりも前記挿入方向の前方に設けられると共に先端部側角部を有する先端部と、前記基部と前記先端部とを連結すると共に、前記スルーホールの内壁と接触して弾性変形する一対の変形部と、を備え、前記一対の変形部は変形部側角部を有し、前記一対の変形部は、前記変形部側角部のうち前記挿入方向と交差する方向において外側の変形部側角部に設けられた曲面の曲率半径が、前記先端部側角部に設けられた曲面の曲率半径よりも大きい容易変形部を有する。

上記の構成によれば、一対の変形部のうち容易変形部においては、変形部側角部に設けられた曲面の曲率半径が比較的に大きいので、スルーホールの内壁に接近しやすくなっている。これにより、一対の変形部の弾性変形量が小さくなるので、プレスフィット端子をスルーホール内に挿入する際の挿入力を低減させることができる。

また、上記の構成によれば、先端部側角部に設けられた曲面の曲率半径は比較的に小さいので、先端部の断面積は比較的に大きくなっている。これにより、先端部の剛性は比較的に大きくなるので、スルーホールの内壁に対して一対の変形部が加える接触荷重を維持することができる。この結果、プレスフィット端子の保持力が低下することを抑制することができる。

本明細書に開示された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。

前記挿入方向と交差する方向について前記一対の変形部の差し渡し寸法が最大となる部分に、前記容易変形部が設けられている。

上記の構成によれば、挿入方向と交差する方向について一対の変形部の差し渡し寸法が最大となる部分は、スルーホールの内壁と確実に接触するようになっている。この部分に容易変形部を設けるので、一対の変形部の変形量を確実に減少させることができる。これにより、プレスフィット端子の挿入力を確実に低減させることができる。

前記挿入方向と交差する方向について前記一対の変形部の差し渡し寸法が最大となる部分よりも前記挿入方向について後方の位置に、前記容易変形部が設けられている。

上記の構成によれば、挿入方向と交差する方向について一対の変形部の差し渡し寸法が最大となる部分よりも挿入方向について後方の部分についても、一対の変形部の変形量を更に減少させることができる。これにより、プレスフィット端子の挿入力を更に低減させることができる。

前記一対の変形部には、前記先端部と前記容易変形部との間に中間部が設けられており、前記中間部は中間部側角部を有しており、前記中間部側角部に設けられた曲面の曲率半径は、前記先端部側角部の前記曲率半径から前記変形部側角部の前記曲率半径に緩やかに変化している。

上記の構成によれば、先端部側角部から変形部側角部に至る部分には緩やかに曲率半径が変化する曲面が形成されている。これにより、スルーホールの内面が傷付くことが抑制されるので、プレスフィット端子の接続信頼性が向上する。

本明細書に開示された技術によれば、接続信頼性を維持しつつ、スルーホールへの挿入時における挿入力が低減されたプレスフィット端子を得ることができる。

実施形態１に係るプレスフィット端子と回路基板のスルーホールとを示す一部拡大断面図 図１におけるＩＩ－ＩＩ線断面図 図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図 図１におけるＩＶ－ＩＶ線断面図 プレスフィット端子が回路基板のスルーホール内に挿入された状態を示す一部拡大断面図 実施例１、比較例１、及び比較例２を模式的に示す一部拡大断面図 挿入長さに対する挿入荷重の関係を示すグラフ 先端部に生じるひずみを示す模式図 引き抜き長さに対する引き抜き荷重の関係を示すグラフ

＜実施形態１＞
本明細書に開示された技術の実施形態１を図１から図９を参照しつつ説明する。本実施形態に係るプレスフィット端子１０は、回路基板３０に設けられたスルーホール３１に、挿入方向（矢線Ａで示す方向）に沿って挿入された状態で保持されるようになっている。以下の説明において、図１における下方を挿入方向の前方とし、図１における上方を挿入方向の後方とする。

回路基板３０
図１に示すように、回路基板３０は、ガラス基材、ガラス不織布基材等の絶縁材料からなる絶縁板の表裏両面に、プリント配線技術により導電路（図示せず）が形成された、一般的な構成のプリント基板である。回路基板３０は複数のスルーホール３１を有している。各スルーホール３１は、回路基板３０の一面から他面まで貫通する孔である。スルーホール３１の内周面には、メッキ等の公知の手法により、導電路と電気的に接続された導体層（図示せず）が形成されている。

プレスフィット端子１０
図１に示すように、プレスフィット端子１０は、銅、銅合金等の導電性に優れた金属板をプレス加工することによって形成される。プレスフィット端子１０は、概ね角棒状の基部１１と、挿入方向について基部１１の前方に位置する概ね角棒状をなす先端部１２と、基部１１と先端部１２とを連結する一対の変形部１３と、を有する。基部１１には、プレスフィット端子１０を回路基板３０へ挿入する際に図示しない治具等から印加される荷重を受ける係止部２０が、挿入方向と直交する方向に突出して設けられている。

一対の変形部１３のそれぞれは、概ね細い角棒状をなしている。一対の変形部１３は、スルーホール３１への挿入方向と交差する方向について互いに離間する方向に広がって形成されている。

一対の変形部１３は、互いに近づく方向に弾性変形可能となっている。自然状態（一対の変形部１３に力が加えられていない状態）では、挿入方向と交差する方向についての、一対の変形部１３の最大の差し渡し寸法Ｗ（両変形部１３の外縁間の寸法）は、スルーホール３１の直径Ｄよりも大きく設定されている。

先端部１２は、挿入方向の前端（変形部１３と反対側の端部）が先細りとなっており、挿入方向に沿って延びている。

図２に示すように、先端部１２は、挿入方向に沿って延びる４つの先端部側角部１４を有し、この先端部側角部１４には曲面が形成されている。図２に示すように、先端部１２の断面形状は、角が丸められた四角形状をなしている。

図３に示すように、一対の変形部１３のそれぞれは、挿入方向に沿って延びる４つの変形部側角部１５を有する。各変形部１３に設けられた４つの変形部側角部１５のうち、挿入方向と交差する方向について外側に位置する２つの変形部側角部１５Ａには曲面が形成されている。

図１に示すように、挿入方向について、一対の変形部１３のうち後端部から約三分の二の領域においては、変形部側角部１５Ａに設けられた曲面の曲率半径ＲＬが、先端部側角部１４に設けられた曲面の曲率半径ＲＳよりも、大きく設定されている。これにより、一対の変形部１３の断面形状は、全体として丸みを帯びた形状をなしている。

一対の変形部１３のうち曲率半径ＲＬが、先端部１２の曲率半径ＲＳよりも大きく設定されている部分は、容易変形部１６とされる。図１に示すように、容易変形部１６は、一対の変形部１３のうち、挿入方向と交差する方向についての差し渡し寸法Ｗが最大となっている領域に形成されている。更に、容易変形部１６は、挿入方向と交差する方向についての差し渡し寸法Ｗが最大となっている領域よりも、挿入方向について後方の領域にも形成されている。

一対の変形部１３のうち挿入方向についての前端部から約三分の一の領域は、中間部１７とされる。図４に示すように、各中間部１７は、挿入方向に沿って延びる４つの中間部側角部１８を有する。中間部側角部１８のうち挿入方向と子往査する方向について外側の中間部側角部１８Ａには曲面が形成されている。中間部側角部１８Ａに形成された曲面の曲率半径ＲＭは、先端部１２の先端部側角部１４に設けられた曲面の曲率半径ＲＳから、容易変形部１６の変形部側角部１５Ａに設けられた曲面の曲率半径ＲＬまで緩やかに変化するように設定されている。

プレスフィット端子１０の挿入工程
次に、プレスフィット端子１０をスルーホール３１に挿入する工程について説明する。プレスフィット端子１０の先端部１２をスルーホール３１に位置合わせし、先端部１２をスルーホール３１の内部に挿入する。

更にプレスフィット端子１０を挿入方向の前方に押圧すると、一対の変形部１３の外縁がスルーホール３１の孔縁部に摺接する。これにより、一対の変形部１３がスルーホール３１の内部に案内され、一対の変形部１３が互いに接近するように弾性変形しつつスルーホール３１内に挿入される。

変形部１３が正規位置（図５に示す位置）まで挿入されると、挿入方向と交差する方向についての差し渡し寸法Ｗが最大となる部分がスルーホール３１の内壁（導体層の内面）に接触する。すると、一対の変形部１３の弾発力により、一対の変形部１３がスルーホール３１の内壁に押圧される。これにより、プレスフィット端子１０と導体層とが電気的に接続される。

実施例及び比較例の説明
続いて、実施例及び比較例により、本明細書に開示された技術について詳細に説明する。図６を参照しつつ、実施例１、比較例１、及び比較例２に係るプレスフィット端子１０について説明する。

実施例１においては、変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径ＲＬは、先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径ＲＳよりも大きく設定されている。

比較例１及び比較例２においては、変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径と、先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径とは、同じ大きさに設定されている。比較例１の変形部側角部１５Ａ及び先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径は、実施例１の先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径と同じに設定されている。比較例２の変形部側角部１５Ａ及び先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径は、実施例１の変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径と同じに設定されている。

実施例１、比較例１、及び比較例２について、挿入力、及び保持力のＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析を行った。挿入力についての結果を図７に示し、保持力についての結果を図９に示す。

挿入荷重について
図７には、プレスフィット端子１０をスルーホール３１に挿入する際における、挿入長さ（ストローク）に対する挿入荷重の関係を示す。実線Ｅ１は実施例１の解析結果を示し、比較的に粗い破線Ｃ１は比較例１の解析結果を示し、比較的に細かな破線Ｃ２は比較例２の解析結果を示す。なお、挿入長さの値は一例であって、本明細書の記載に限定されない。

実施例１、比較例１、及び比較例２に共通する傾向について説明する。挿入長さが０ｍｍから約０．５ｍｍに至るまでは、挿入荷重は単調に増加し、挿入長さが０．５ｍｍを超えると単調に減少する。これにより、挿入荷重は、挿入長さが概ね０．５ｍｍの近傍で第１ピークを有する。

挿入長さが１ｍｍから１．５ｍｍの領域では、挿入荷重は再び単調に増加し、挿入荷重が１．５ｍｍを超えると単調に減少する。これにより、挿入荷重は、挿入長さが概ね１．５ｍｍの近傍で第２ピークを有する。挿入長さが１．５ｍｍから２ｍｍの間で、プレスフィット端子１０は、スルーホール３１内への挿入が完了するようになっている。

挿入荷重（挿入力）は、一対の変形部１３の弾発力に抗してプレスフィット端子１０を挿入方向の前方に押圧する力である。このため、挿入荷重の大小は、一対の変形部１３の変形量に依存する。

図６に示すように、比較例１においては、変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径は、実施例１及び比較例２に係る変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径よりも小さく設定されている。これにより、一対の変形部１３の外縁は、スルーホール３１内に挿入された状態において、スルーホール３１の内壁から離間した位置にまで弾性変形する。つまり、比較例１に係る一対の変形部１３の弾性変形量は、実施例１及び比較例２に係る一対の変形部１３の弾性変形量よりも大きくなっている。この結果、比較例１の挿入荷重は、実施例１及び比較例２よりも大きくなっている。

なお、比較例２の挿入荷重は、実施例１よりも小さくなっている。これは、比較例２の先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径が、実施例１の先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径よりも大きいため、比較例２の先端部１２の断面積が実施例１の先端部１２の断面積よりも小さくなっていることに起因する。比較例２の挿入荷重が実施例１よりも小さいことにより、後述するように保持力が低下してしまうので、好ましくない。

図８には、スルーホール３１内の正規位置に挿入された状態における、実施例１、比較例１、及び比較例２の先端部１２に生じたひずみを示す。図中、ひずみが大きい部分ほど、色が濃くなるようになっている。上記したように、比較例１に係る一対の変形部１３は、互いに接近する方向について比較的に大きく弾性変形する。このため、比較例１の先端部１２においては、挿入方向と交差する方向の外縁部が、挿入方向について互いに反対方向に引っ張られるようなひずみが生じる。

比較例２の変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径は、比較例１の変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径よりも大きく設定されているので、比較例２に係る一対の変形部１３の変形量は、比較例１よりも小さい。このため、比較例２の先端部１２に生じるひずみは、比較例１よりも小さくなっている。

実施例１の変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径ＲＬは、比較例１の変形部側角部１５Ａに形成された曲面の曲率半径よりも大きく設定されているので、実施例１に係る一対の変形部１３の変形量は、比較例１よりも小さい。更に、実施例１の先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径ＲＳは、比較例２の先端部側角部１４に形成された曲面の曲率半径よりも小さいので、実施例１の先端部１２の断面積は、比較例２の先端部１２の断面積よりも大きい。この結果、実施例１の先端部１２は、比較例２の先端部１２に比べてひずみにくくなっている。

保持力について
図９には、プレスフィット端子１０をスルーホール３１から引き抜く際における、引き抜き長さ（ストローク）に対する引き抜き荷重（保持力）の関係を示す。実線Ｅ１は実施例１の解析結果を示し、比較的に粗い破線Ｃ１は比較例１の解析結果を示し、比較的に細かな破線Ｃ２は比較例２の解析結果を示す。なお、挿入引き抜き長さの値は一例であって、本明細書の記載に限定されない。

引き抜き長さが０ｍｍにおいては、引き抜き荷重は０である。引き抜き長さが０ｍｍを超えると引き抜き荷重は急激に上昇し、最大値となる。以後は、引き抜き長さの増大とともに単調に減少し、引き抜き長さが約１ｍｍを超えると、スルーホール３１の内壁から一対の変形部１３が離間するので、引き抜き荷重は０となる。

上記したように、比較例１及び実施例１の先端部１２の断面積は、比較例２の先端部１２の断面積よりも大きい。このため、比較例１及び実施例１に係るプレスフィット端子１０の引き抜き荷重は、比較例２に比べて大きい。これにより、実施例１は、比較例１と同程度の保持力を得ることができる。一方で、比較例２に係るプレスフィット端子１０においては、先端部１２の断面積が比較的に小さいために、十分な保持力を得ることが難しいという問題が生じる。

本実施形態の作用効果の説明
続いて、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態に係るプレスフィット端子１０は、回路基板３０に設けられたスルーホール３１に、挿入方向に沿って挿入されるプレスフィット端子１０であって、挿入方向に沿って延びる基部１１と、基部１１よりも挿入方向の前方に設けられると共に先端部側角部１４を有する先端部１２と、基部１１と先端部１２とを連結すると共に、スルーホール３１の内壁と接触して弾性変形する一対の変形部１３と、を備え、一対の変形部１３には変形部側角部１５が設けられており、一対の変形部１３は、変形部側角部１５のうち挿入方向と交差する方向について外側の変形部側角部１５Ａに設けられた曲面の曲率半径ＲＬが、先端部側角部１４に設けられた曲面の曲率半径ＲＳよりも大きく設定された容易変形部１６を有する。

上記の構成によれば、一対の変形部１３のうち容易変形部１６においては、変形部側角部１５Ａに設けられた曲面の曲率半径ＲＬが比較的に大きいので、スルーホール３１の内壁に接近しやすくなっている。これにより、一対の変形部１３の弾性変形量が小さくなるので、プレスフィット端子１０をスルーホール３１内に挿入する際の挿入力を低減させることができる。

また、上記の構成によれば、先端部側角部１４に設けられた曲面の曲率半径ＲＳは比較的に小さいので、先端部１２の断面積は比較的に大きくなっている。これにより、先端部１２の剛性は比較的に大きくなるので、スルーホール３１の内壁に対して一対の変形部１３が加える荷重を維持することができる。この結果、プレスフィット端子１０の保持力が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、挿入方向と交差する方向について一対の変形部１３の差し渡し寸法Ｗが最大となる部分に、容易変形部１６が設けられている。

上記の構成によれば、挿入方向と交差する方向について一対の変形部１３の差し渡し寸法Ｗが最大となる部分は、スルーホール３１の内壁と確実に接触するようになっている。この部分に容易変形部１６を設けるので、一対の変形部１３の変形量を確実に減少させることができる。これにより、プレスフィット端子１０の挿入力を確実に低減させることができる。

また、本実施形態によれば、挿入方向と交差する方向について一対の変形部１３の差し渡し寸法Ｗが最大となる部分よりも挿入方向について後方の位置に、容易変形部１６が設けられている。

上記の構成によれば、挿入方向と交差する方向について一対の変形部１３の差し渡し寸法Ｗが最大となる部分よりも挿入方向について後方の部分についても、一対の変形部１３の変形量を更に減少させることができる。これにより、プレスフィット端子１０の挿入力を更に低減させることができる。

また、本実施形態によれば、一対の変形部１３には、先端部１２と容易変形部１６との間に中間部１７が設けられており、中間部１７は中間部側角部１８Ａを有しており、中間部側角部１８Ａに設けられた曲面の曲率半径ＲＭは、先端部側角部１４の曲率半径ＲＳから変形部側角部１５Ａの曲率半径に緩やかに変化している。

上記の構成によれば、先端部側角部１４から変形部側角部１５Ａに至る部分には緩やかに曲率半径ＲＭが変化する曲面が形成されている。これにより、スルーホール３１の内面が傷付くことが抑制されるので、プレスフィット端子１０の接続信頼性が向上する。

＜他の実施形態＞
本明細書に開示された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書に開示された技術の技術的範囲に含まれる。

（１）プレスフィット端子１０は、中間部１７を有さず、一対の変形部１３の全部が容易変形部１６とされる構成であってもよい。

（２）挿入方向と交差する方向について一対の変形部１３の差し渡し寸法Ｗが最大となる部分と異なる部分に、容易変形部１６が設けられていてもよい。

（３）中間部側角部１８に設けられた曲面の曲率半径ＲＭは、先端部側角部１４の曲率半径から変形部側角部１５Ａの曲率半径に緩やかに変化していなくてもよく、例えば、中間部側角部１８に設けられた曲面の曲率半径ＲＭは、先端部側角部１４の曲率半径ＲＳと同じでもよいし、また、変形部側角部１５Ａの曲率半径ＲＬと同じでもよいし、また、中間部側角部１８に設けられた曲面の曲率半径ＲＭが、先端部側角部１４の曲率半径ＲＳ及び変形部側角部１５Ａの曲率半径ＲＬと異なっていてもよい。

１０：プレスフィット端子
１１：基部
１２：先端部
１３：変形部
１４：先端部側角部
１５，１５Ａ：変形部側角部
１６：容易変形部
１７：中間部
１８，１８Ａ：中間部側角部
３０：回路基板
３１：スルーホール
Ａ：挿入方向
Ｗ：差し渡し寸法
ＲＬ：変形部側角部に形成された曲面の曲率半径
ＲＳ：先端部側角部に設けられた曲面の曲率半径
ＲＭ：中間部側角部に設けられた曲面の曲率半径

Claims (4)

1. 回路基板に設けられたスルーホールに、挿入方向に沿って挿入されるプレスフィット端子であって、
   前記挿入方向に沿って延びる基部と、
   前記基部よりも前記挿入方向の前方に設けられると共に、先端部側角部を有する先端部と、
   前記基部と前記先端部とを連結すると共に、前記スルーホールの内壁と接触して弾性変形する一対の変形部と、を備え、
   前記一対の変形部は変形部側角部を有し、
   前記一対の変形部は、前記変形部側角部のうち前記挿入方向と交差する方向において、外側の変形部側角部に設けられた曲面の曲率半径が、前記先端部側角部に設けられた曲面の曲率半径よりも大きい容易変形部を有する、プレスフィット端子。
2. 前記挿入方向と交差する方向について前記一対の変形部の差し渡し寸法が最大となる部分に、前記容易変形部が設けられている、請求項１に記載のプレスフィット端子。
3. 前記挿入方向と交差する方向について前記一対の変形部の差し渡し寸法が最大となる部分よりも前記挿入方向について後方の位置に、前記容易変形部が設けられている、請求項２に記載のプレスフィット端子。
4. 前記一対の変形部には、前記先端部と前記容易変形部との間に中間部が設けられており、
   前記中間部は中間部側角部を有しており、前記中間部側角部に設けられた曲面の曲率半径は、前記先端部側角部の前記曲率半径から前記変形部側角部の前記曲率半径に緩やかに変化している、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプレスフィット端子。

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