JPS59146175A

JPS59146175A - 電気接続装置

Info

Publication number: JPS59146175A
Application number: JP58019824A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　親市; 中西　敬一郎; 亮正木; 向　喜一郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-02-10
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1984-08-21
Also published as: EP0123376A2; EP0123376A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、電子回路装置組反問の電気信号伝）。

達に必要な電気接続装置に係り、特に電子計算機。

のように微小領域において多数個の信号線接続を。

必要とする場合に好適な電気接続装置に関する。。

〔従来技術〕

形状記憶合金を用いたコネクタの例としては、１゜特開
昭４８−１６０５６Ｆ低温物理式結合方法および装。

置」がある。これは温度」二昇によっておこる形状。

記憶合金のマルテンサイト逆変態に伴う形状回復。

作用を利用して電気的接続を行ない、かつ温度降。

下によって生成されるマルテンサイト相の軟かさ、。

および別に設けたばねの復帰力を利用して、形状記憶合
金材料の形状を最初の状態に戻そうとする・ものである
。これは変形量の大きな一方向性記憶・効果を利用し、
かつ、ばねを巧みに紹介せて、事・突上、二方向性の変
形を行なわけており、電気接・。

線装置の寸法がかなり大きな場合には有効である。・し
かし、多数の接続装置を高密度に配置しようと。

する場合は、単位接続装置を微細にする必要があ４るが
、」二記の公知例の場合には形状記憶合金の他。

にばねを構成する必要があり、該ばねにある程度３４、
の力学的強度を持たせるためには、余り微細化すること
はできないという欠点があった。

〔発明Ｄ　［−１的〕この発明の目的は、接続および離脱に要する力。

が従来のコネクタに比べて著しく小さく、かつ１，１微
細で高密度な多数の１１（位接続装置を配列した繰返し
使用可能な電気接続装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

、４二記の１］的を達成するために、この発明におい２
゜ては、主として接続部を構成するソケットを形状・記
憶合金により構成するようにしたものである１、・〔発
明の詳細な説明〕上記形状記憶合金の性質については、大塚和弘・の解説
（［塑性と加ニーＩ　Ｖｏｌ、　２２．　Ｎｏ、　２４
６　（１９８１）、Ｔ）、　５６４５〜６５３）に詳述
しであるが、以下、簡Ｈｔに説明する。

形状記憶合金とは、Ｔｉ　−Ｎｉ、　Ａｇ−Ｃｃｌまた
はＣｕ−。

Ａｌ−Ｎ１等の合金において、熱弾性型マルテンザイ。

１・変態で生じた低温相（マルテンサイＩ・相、以下、
１（１Ｍ相と記す）が変形を受けた後、加熱によ−って
母。

相へ逆変態する際、変形を受（づる曲の形状に復帰する
効果を持つ合金をいう。この形状復帰動作は一回の加工
変形につき一度だけ起こり、母相に戻。

る際に形状回復した後は、再び加工を加えない１ｌｆｆ
ｌ、、す、温度を−Ｌ下させただけでは変形は生じない
。

以−にがマルテンサイト変態に伴う形状記憶合金の挙動
の概要であるが、その他にもっぎのような。

性質が認められる。Ｍ相が安定な温度領域において、合
金に力を加えて変形させると、その応力に５．１・　３
　・応じて歪が増加するが、ある応力値に達すると、・その
後は応力を増加させなくても歪が増加すると・いう通常
の材料における降伏現象に似た現象かあ・られれる。こ
の現象は擬弾性と呼ばれ、ある歪み。

値の範囲内では応力を取り去ると、該応力を加え５る前
の形状に復帰するので、一般の塑性変形とは・区別され
る。擬弾性における「降伏応力」の値は、・通常の構造
用材料の塑性変形における降伏応力に。

比べてかなり小さいので、Ｍ相では比較的小さな。

応力で大きな変形が得られ、見掛は上軟かい。例、。

えば、Ｔｉ−Ｎｉ合金において、マルテンサイト変態。

点より僅かに低い温度において引張り試験を行な。

い、歪みε−４％の変形をさせたときの応力は約。

１５　Ｋｇ　／ｍｌであり、これらの比をとってヤング
率の。

ディメンションに換算すると約４００ＫｇＡとなる。ｌ
。

この値はばね材料であるＢｅ−Ｃｕ合金のヤング率を。

Ｅ＝　１２０００Ｋｇ／ｉに比べるとかなり小さいこと
か分。

かる。一方、Ｍ相から母相への逆変態時に発生す。

る応力は６０〜７０Ｋｇ／−にも及ぶ。また高温で母相
。

の形状、例えばＡを記憶させ、これを母相の温度、。

・　４　・範囲で形状例えばＢに変形させる。該形状に拘束・した
ままＭ相の温度範囲まで降温させて該温度で・拘束を解
いても母相で記憶させた元の形状すなわ・ちＡには戻ら
す、上記Ｂの形状を保持する。

上記のような形状記憶合金の性質を利用して、・、第１
図に示すような電気接続装置を構成する。ま。

ず通常の冶金法により製造した一方向性の形状記。

憶合金、例えばＡｇ−Ｃｄ　（４４〜４９ａｔ％　Ｃｄ
　）、Ａｕ−。

Ｃｄ　（４，６，５〜５０　ａｔ　％　Ｃｄ　）、Ｃｕ
−ｋｌ　−Ｎ＋　（１４〜１４．５　ｗｔ％　。

Ａｌ、　３〜４．５ｗｔ　％　Ｎｊ　）、Ｃｕ−Ａｕ−
Ｚｎ　（２３〜２８　ａｔ　％　Ａｕ、　、。

４５〜４７　ａｔ％　　Ｚｎ　）　、　Ｃｕ−３ｎ　　
（〜１５ａｔ％　　Ｓｎ）、　Ｃｕ　−Ｚ　ｎ（３８，
５〜４１．５　ｗｔ　％　Ｚｎ　）、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｘ（
Ｘ＝Ｓｉ、　Ｓｎ、　Ａ４Ｇａ１〜５ａｔ％Ｘ）、Ｎｉ
−、’Ｖ（３６〜３８ａｔ％　Ａｌ）、Ｔｊ−Ｎｉ。

（４９〜５］　ａｔ％Ｎｉ）、Ｆｅ−Ｐｔ　（〜２５ａ
ｔ％　Ｐｔ）、Ｆｅ−Ｐｄ　　。

（〜３０　ａｌ係Ｐｄ　’）を冷間圧延、焼鈍を繰返し
て薄板１゜状にし、これを、予め所定の孔をあけた平坦
な　。

５ｉｏ２．　Ａｇ２Ｏ３等の耐熱性、耐酸化性絶縁基板
ｌ上に、予めスパッタ蒸着法により所定の部分に金。

属薄膜を形成し、その−Ｌに合金薄板をスポット溶。

接する方法、または合金膜そのものを蒸着法によ、１１
り基板トに形成する方法により、固着した後、工・ッチ
ングによりパターン化した薄板２とし、母相・における
断面形状を第１図に示すように整形して・電気接続装置
のソケット４を構成するものであっ・て、第】図ｔａ）
は、第１図（ｂ）　（１）　Ｂ−Ｂ断面図、第１５図（
１））は、第１図（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。なお、
３はピン、５はピン取付板、６は上記電気接続装・置と
回路配線とを接続するワイヤポンドである。。

つぎに、１−記電気接続装置の動作を第２図によっ。

て説明する。上記の処置は、該第２図（ａ）に示すよ１
．、うに逆変態終了温度Ａ［よりも高い温度で行ない、
。

その後、温度をマルテンサイト変態終了温度Ｍｆよ。

すＩＪげても、薄板２は」−記憶２図ｆａ）の状態を維
持。

する。ついで該第２図（ｂ）に示すようにマルテンサ。

イト変態開始温度Ｍｓにほぼ等しいかまたは該温、−１
度」：り低いＭ相の安定な温度領域の上限近傍温度。

において、ピン３を上記ソケット４に挿入すると、該ソ
ケット４を構成するところの形状記憶合金か。

らなる薄板２は、上記ピン３に押されて該第２図（１）
）に示すように変形するが、このときのピン３の挿入力
は４ｇ／ビンで余り大きくない。

つぎに温度を」二足逆変態終了温度Ａｆより高くすると
、上記薄板２は、母相の形状すなわち一１―記第２図（
ａ）の形状に復帰しようとするので、該薄板２と上記ピ
ン３との間に該第２図（Ｃ）に示すように一強イ接触力
（４０ｇ／ヒン）が作用するが、上記ピン：（に動きを
妨げらねるので、−１〕記薄板２に実質的な変形はない
。従って、この状態でこの電気接続装置を用いた電子回
路装置を作動させれば、信頼性の高い電気的接続を維持
することができる。

つぎにこの電気接続装置の温度を上記マルテンサイト変
態終了温度Ｍｆより低い温度まで冷却し、′その温度に
維持しながら該第２図（ｄ）に示すように下記ピン３を
−に記ソケット４がら抜去すると、非常に弱い力で抜去
することができる。これは、ピ′１）ン３をソケット４に挿入した状態で上記のように母相か
らＭ相へのマルテンサイト変態を生じさせると、−１−
記ピン３を抜去しても薄板２のスプリングバックが非常
に小さく、最初にピン３をソケット４に挿入したときの
形状と殆ど同じ形状を保つ・　７　・ためである。従っ′Ｃ１該電気接続装置を再使用す。

る場合には、−下記ピン３を挿入するときにも抜去。

するときにも最初の抜去時〔該第２図（ｄ）〕と同様。

の状態を生じさせることができるので、２回［１以。

降のピン３の挿抜力は非常に小さくてすむ。

以−Ｉ−が、この発明の低挿抜力電気接続装置の原。

理的説明であるが、ここで所要の諸元を列記する。

とつぎのとおりである。すなわち、絶縁基板］の孔の大
きさを、孔の最小直径または長さ〉ピン３゜の直径また
は孔の長さ方向の長さ＋２０μｍ、同社のテーパ角度θ
〔第１図（１））参照〕を、９０°くθ＜１７０°、薄
板２の形状を、通常は長方形または梯形、薄板２の枚数
ｎを、２≦ｎ（ｎ、。ａゆ（ｎいゆは最大板幅が使用板
厚と等しくなる分割数）、薄板２の先端部の曲げ方向を
、上向または下向、薄板２の先端部の曲げ角度φ〔第１
図（ｂ）参照〕を、９０°〜］８０°、同曲げ部分の長
さを、ｏ　−ｔ　（ｔは薄板２の厚さ）とするとともに
、Ｉ−〕記絶絶縁板］の孔に対する薄板２の張り出し長
さｌ＋、薄板２の板幅すおよび該薄板２の厚さｔの間に
は、下記の関係が成り立つ。すな・　８　・わち第３図に示したような片持ばり（すなわち薄・仮２
）を想定し、該はりの断面形状を一定として、・ピン３
の挿入力ＦＴを小さくし、かつ該ピン３と薄・板２との
接触力を大きくするのに必要な形状記憶・合金の物性値
、薄板２の形状等の関係について述コベると、上記ピン
３の挿入力Ｆ、は、ここに、■・・・最大撓み量Ｅｌ・・・形状記憶合金のマルテンサイト相１．１にお
けるヤング率 ■・・・断面二次モーメント（はりの断面。

１１・・・接続子板の張出し長さで表わされる。　　　　　　　　　　　　　　　　１、
一方、既にピン３が挿入されて、ＩＪ相の温度まで昇温
された場合は、該ピン３に横方向の力ＦＣが働き、その
大きさは次式で表わされる。

ここに、Ｅ２・・・形状記憶合金の母相におけるヤン。

グ率ここで−１−記（２）式と（１）式との比Ｓをとると、
よって該比Ｓが大きい程、１−記ピン３の挿入力Ｆ１を
小さくし、横力向の力（すなわち接触力）ＦＣ・を大き
くすることができる（つまり性能の優れた接続装置を構
成することかできる）。

に記（３）式において、Ｅ、、Ｅ２は使用する合金材１
４、るだけ大きな合金材料を選択する必要がある。なお
、薄板２の合金の変態温度は、動作温度下限　。

−５０’Ｃ，（：　Ｍｆ　、　Ｍｓ、　Ａ、ｆ、　Ａｓ
　（逆変態開始温度）く動。

作温度下限−１００Ｃである。すなわち、これらの変、
。

悪意が素子の動作温度の下限より、１０〜５００Ｃ低く
。

なるように記憶合金の組成の選定する。

この発明の特徴は、上記の機能を有する電気接。

続装置を構成するに当り、形状記憶合金からなる。

接続部の薄板を、平坦な絶縁基板−Ｌに平面的に形、３
、成することにある。このような構造にすることにより
、フォ）　ＩＪソグラフィ関連の技術の適用か容・易と
なり、微細な多数のソケットを同時に製造す・ることか
可能となる。

また該薄板を絶縁基板の上面（上記ピンの挿入・・側）
に設置する方が、１−記絶縁基板の１面に設置する場合
に比して、ピン挿入時に１−記薄板と絶縁・基板との固
着部に働らく引剥し力に対し大きな強度を有するので好
ましい。

また１−記形状記憶合金からなる薄板（以Ｊζ、接１１
１続子と記す）のピンと接触する先端部を曲げ加１−３
により１一記憶１図（ｂ）および−１−記諸元の項で示
した。

ように曲げておくと、−１−記ピンの挿入、抜去時にお
ける操作を円滑に行うことができる。

また」二記接続子の一部を４−記絶縁基板のに面に１、
固着し、残りの部分を−１−記憶１図（ｂ）および」−
記諸元の項で示したように」−記絶縁基板の孔４−に張
り出すように設けるとともに、該孔の接続子近傍の壁面
にテーパをつけることにより、孔の壁面における４二記
接続子の局部的な著しい変形を軽減する７、。

・　１】　・ようにした。

また、この発明の電気接続装置は、その構造上、・該接
続装置を何個も積み重ねてピンを共通にし、・互いに接
続することが可能である（後述の第４図・参照）。−４
−記は、この発明の特徴の一つであるが、５これは」−
記接続子がＭ相で軟かくなることと形状・記憶効果によ
るものである。

また」二記接続沿の数は、」二記憶１図および諸元。

の項に示したように２個以」二であればよいが、そ。

の数を多くするためには、後述の第４図に示すよ１゜う
に放射状に配置し、あるいはさらに多段式にす。

ればよいが、接続子の数を多くすると接続子１個。

当りの変形に対する抗力が減るので、何かの原因。

でに記ピンとソケットの中心がずれたとき、それ。

によって生じる挿抜力の増減を減らし、かつ、該４、ピ
ンとソケットとの接続を確実にする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を」二記憶１図により説明す
る。該実施例は、Ｎｉ５０．５ａｔチのＴｉ　−Ｎｉ合
金からなる接続子２を２個用いた例である。該Ｔｉ−，
，。

・　１２・Ｎ１合金は−１−記〔発明の詳細な説明〕において述べ
・たように、通常の冶金法によって製造した該合金・の
板利を冷間圧延および焼鈍を繰返して薄板状に・し、こ
れを予め長さ４５０μｍ５幅２００μｍ、テーパ角・度
θ１４６°の孔あけをし、下地金属を蒸着したアル５ミ
ナ基板」二に上記薄膜をスポラｉ・ウェルディングした
り、蒸着法により合金薄膜を直接設置する力・法によっ
て固着した後、ホトリソグラフィ技術を。

用いて該第１図（ａ）に示す形状に切り離した後、該。

第１図（ｂ）および上記諸元の項で示した断面形状に１
゜なるような加工を行ない、５００８Ｃ〜６５０°Ｃに
数時間。

保持することによって、これを母相の形状とした接続子
２を作成した。この場合の該接続子２は長。

さ／＝３５０μｍ、幅ｂ＝　１００　ｐｍ　、厚さｔ＝
５Ｑμｍの長刀。

形とし、絶縁基板１の孔に対する該接続子２の張１゜り
出し長さｌ＋は２００μｍとして、辺の長さが１００　
。

μｍの正方角柱状のピン（Ｃｕ合金）３と組合せた。。

なお、該実施例に使用したＴｉ　−Ｎｉ合金の上記Ａｆ
、。

Ａｓ、ＭｆおよびＭｓの各点の温度は、それぞれ１３°
ｃ、。

３°Ｃ，−１０°Ｃおよび一２０°Ｃで、」１記ピン３
の挿抜時、。

の温度は−３０”Ｃ〜−５０°Ｃ１該電気接続装置の動
作温・度は２０”Ｃてあった。また該ピン３およびソケ
ット・４の接続子２には、金メッキを施し、さらに該−
・組のピン３およびソケット４を同一絶縁基板ＩＩ−・
に多数組配列した場合には、該ピン３の間隔を　５］、
０００／ｚｍとした。上記電気接続装置は、１００回挿
抜４繰り返したか、その結果は良好であり、挿抜・に要
する力は、−１−記のように４　ｇ／ピンであった。。

つきに第２の実施例について述べる。−１−記憶１゜の
実施例では、膜厚が薄（なると加工が非常に困１゜難と
なり、工程数も増すので、この実施例では、。

真空中における電子と−）、蒸着法によりＴｉとＮ１と
をＳｉ　Ｏ２の絶縁基板−１−に同時蒸着し、厚さ５Ｑ
　／ｌｒｎのＩ’ｉ　−Ｎｉ合金膜（この合金膜から上
記接続子２を。

作成する）を形成して７００℃以上の温度で均一・化１
゜処理を行なった。そして、Ｔｉ　−Ｎｉ合金膜のトに
金メッキを施した。ついて上記絶縁基板に対してっぎの
処理を行なった。すなイっち５１０２の絶縁基板の処理
工程の大部分をＩ−Ｔ　Ｆ水溶液を用いてウェットエツ
チングを行ない、最終−■−程でＣＦ４を用いて蒸、。

着面とは反対側からドライエツチングを行うこと・によ
って該５１０２絶縁基板に孔あけを行ない、しか・る後
、上記第１の実施例と同様の工程によってソ・ケラトを
作成した。この実施例においても挿抜試験の結果は、−
１−記憶１の実施例と同様のデータか）得られた。

つぎに第３の実施例に一ついて説明する。絶縁基・板１
の孔（こ対して接続子２を放射状に設置したソ。

ケラト４を有する絶縁基板１を多数枚重ねて第４゜図に
示すように接続した。この実施例においては、１．１１
１’ｊ！＋　１」のピン３の挿入、加熱、冷却および抜
去の。

−Ｌ程は、絶縁基板１の一枚毎に行ない、実際のデ。

バイスに用いるピン３より１０係直径の大きいピン冶貝
を使用した。−回］］の挿抜を大き１−１の治具て。

行なうことにより、何枚も重ねることによるピン１゜へ
の応力負荷の増加を軽減したものである。この方法によ
ると、絶縁基板１を多数枚重ねても、上記ピン３の挿抜
力は余り増加しなかった。

〔発明の効果〕

以」―説明したように、この発明によれば、従来、。

・　１５　・のばね式接続装置に比して挿抜力が極めて小さな・電気
接続装置を構成することができ、かつ微細化・が可能と
なるため、多数のピン接続部を有する接・続装置の製造
が可能となるとともに、該電気接続・装置は信頼性が極
めて高いため、電子計算機や通へ信機器等特に信頼性を
必要とする分野に適すると・いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例の一部断面。平面図および縦断面図、第２図は、この発明の動ｌ。作を説明する断面図、第３図は、接続子の張り出。し長さ、幅および厚さの関係を示す説明図、第４゜図は
、この発明の第３の実施例の縦断面図および。平面図を示す。符号の説明　　　　　　　　　　　　　　　　　１゜１
・・・絶縁基板　　　　　２・・・薄板、接続子３・・
・ピン　　　　　　　４・・・ソケット５・・・ピン取
付板　　　　６・・・ワイヤポンド代理人弁理士　中村
純之助　　２．１．１６・１７３図（Ｑ）（ｂ）（Ｃ）十４　図（ｂ）＼＼、　　　　／＼　　　　　ゝ＼Ｊ＼し／′／

Claims

【特許請求の範囲】（１）孔を有する絶縁基板の少なくとも一方の面３に、
形状記憶合金薄板からなる接続子を設置する。ことを特徴とする電気接続装置。（２）写真製版法によって成形された形状記憶合金薄板
片を接続子として使用したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の電気接続装置。　１゜（３）　　先端
部に小さな曲率半径の曲げ加工が施された形状記憶合金
薄板を接続子として使用したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電気接続装置。（４）上記接続子が絶縁基板の孔に接する部分に、。おいて、該孔の壁面にテーパを設けたことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の電気接続装置。（５）絶縁基板に対して上記接続子を、該接続子と接続
するピンと同じ側に設置したことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の電気接続装置。２゜（６）孔を有す
る絶縁基板と上記接続子からなる・ソケットを、少なく
とも２枚以上積み重ね、共通・のピンによって相互に接
続することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
気接続装置。（７）１個のソケットに２枚以」二の上記接続子をへ設
置することを特徴とする特許請求の範囲第１項。記載の電気接続装置。