JP7096095B2 - コンタクトピン及び電気部品用ソケット - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣパッケージ等の電気部品の性能試験等に使用される電気部品用ソケットのコンタクトピンに関し、詳しくは、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図るコンタクトピン及びそれを備えた電気部品用ソケットに係るものである。

従来から、半導体集積回路等の検査対象物の検査を行なう場合において、検査対象物と測定器側の検査用基板とを電気的に接続するためにコンタクトピンが一般的に使用されている（例えば、特許文献１参照）。なお、コンタクトピンは、「コンタクトプローブ」と称されることがある。
特許文献１には、検査対象物との接続用の第１プランジャと、検査用基板との接続用の第２プランジャと、第１及び第２プランジャを互いに離れる方向に付勢するスプリングとを備え、第１プランジャと第２プランジャとの接点部が一方のプランジャにおける筒状部の内周に他方のプランジャの柱状部が摺動自在に嵌合した構造であって、かつ柱状部は弾性変形部を有していて、その弾性変形部は筒状部の内周面に弾性変形による反力で接触しているコンタクトピンが開示されている。

特開２０１０－２５６２５１号公報

しかしながら、上記のようなコンタクトピンを採用すると、弾性変形部が特殊な形状をしているため、筒状部の内周面に接触する接触面積が限定されるおそれがある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、上記の弾性変形部のような特殊な形状を採用することなく、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図るコンタクトピン及びこれを備えた電気部品用ソケットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるコンタクトピン（本願の請求項１に係る発明）は、電気部品と配線基板とを電気的に接続するコンタクトピンであって、一端部が開口して筒状に形成された導電性バレルと、一方の端部側に設けられ、上記導電性バレルの開口に挿入されて該導電性バレルの内壁面に当接することにより上記配線基板の接続部に導通する基板側小径部、及び、他方の端部側に設けられ、上記電気部品の端子の一部分に接触する先端部を有する端子側大径部、を含むプランジャと、一方の端部が上記端子側大径部の根元部分に当接し、他方の端部が上記導電性バレルの開口周縁に当接し、上記電気部品が押圧されることにより収縮するスプリングと、を備えたものである。上記電気部品が押圧された状態で、上記プランジャの端子側大径部の先端部が上記電気部品の端子の一部分に接触する位置と、上記スプリングの一方の端部が上記端子側大径部の根元部分に当接する位置とが、上記端子が上記先端部を押す力と上記スプリングが上記根元部分を押し返す力とに起因する回転力を発生する上記端子側大径部の対角線上に位置している。

また、本発明によるコンタクトピン（本願の請求項２に係る発明）は、電気部品と配線基板とを電気的に接続するコンタクトピンであって、両端部が開口して筒状に形成された導電性バレルと、上記導電性バレルの両端部に抜け止めしてその内部に一部が挿入され、上記電気部品の端子に接触する端子側プランジャ及び上記配線基板の接続部に接触して導通する基板側プランジャと、上記導電性バレル内にて上記端子側プランジャ及び上記基板側プランジャを離間する方向に付勢し、上記電気部品が押圧されることにより収縮するスプリングと、を備えたものである。上記端子側プランジャは、上記導電性バレルに挿入された状態で該導電性バレルの内壁面に接合されて上記スプリングの一方の端部と根元部分で当接する端子側小径部と、上記導電性バレルから突出した状態で設けられ、上記電気部品の端子の一部分と接触する先端部を有する端子側大径部と、を含む。上記電気部品が押圧された状態で、上記端子側プランジャの上記端子側大径部の先端部が上記電気部品の端子の一部分に接触する位置と、上記スプリングの一方の端部が上記端子側プランジャの上記端子側小径部の上記根元部分に当接する位置とが、上記端子が上記先端部を押す力と上記スプリングが上記根元部分を押し返す力とに起因する回転力を発生する上記端子側プランジャの対角線上に位置している。

さらに、本発明による電気部品用ソケット（本願の請求項７に係る発明）は、配線基板に電気的に接続される電気部品の収容部を有する枠体と、上記枠体にて、収容部の下方に設けられた支持プレートの複数の挿入孔にそれぞれ挿入され、上記電気部品の端子及び上記配線基板の接続部を電気的に接続する複数のコンタクトピンと、を有する電気部品用ソケットであって、上記コンタクトピンとして、上記課題を解決するための手段に記載のコンタクトピンを備えたものである。

本発明によるコンタクトピン（本願の請求項１に係る発明）によれば、上記電気部品が押圧された状態で、上記プランジャの端子側大径部の先端部が上記電気部品の端子の一部分に接触する位置と、上記スプリングの一方の端部が上記端子側大径部の根元部分に当接する位置とが、上記端子が上記先端部を押す力と上記スプリングが根元部分を押し返す力とに起因する回転力を発生する上記端子側大径部の対角線上に位置している。これにより、上記コンタクトピンは、上記回転力に起因して発生する力のモーメントによる押圧力で、上記基板側小径部の側部を上記導電性バレルの内壁面に押し付けることができる。したがって、従来例の弾性変形部のような特殊な形状を採用することなく、また、スプリングに電流が流れることなく、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

また、本発明によるコンタクトピン（本願の請求項２に係る発明）によれば、上記電気部品が押圧された状態で、上記端子側プランジャの上記端子側大径部の先端部が上記電気部品の端子の一部分に接触する位置と、上記スプリングの一方の端部が上記端子側プランジャの上記端子側小径部の根元部分に当接する位置とが、上記端子が上記先端部を押す力と上記スプリングが上記根元部分を押し返す力とに起因する回転力を発生する上記端子側プランジャの対角線上に位置している。これにより、上記コンタクトピンは、上記回転力に起因して発生する力のモーメントによる押圧力で、基板側プランジャの側部を上記導電性バレルの内壁面に押し付けることができる。したがって、従来例の弾性変形部のような特殊な形状を採用することなく、また、スプリングに電流が流れることなく、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

さらに、本発明による電気部品用ソケット（本願の請求項７に係る発明）によれば、上記本発明によるコンタクトピンを用いることで、従来例の弾性変形部のような特殊な形状を採用することなく、また、スプリングに電流が流れることなく、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

本発明による電気部品用ソケットの実施形態を示す平面図である。 図１の正面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 第１実施形態に係るコンタクトピンの拡大正面図である。 図４に示すコンタクトピンの断面図である。 ＩＣパッケージからの押圧により発生する力の関係を示す説明図である。 図６における力の関係の比較例を示す説明図である。 スプリングの位相のずれに関する説明図である。 図８に示すスプリングの形状が一部異なる場合の位相のずれに関する説明図である。 プランジャの端子側大径部と、スプリングとの位置決めの仕組みを示す説明図である。 プランジャの端子側大径部と、スプリングとの位置決めの仕組みを示す説明図である。 プランジャの端子側大径部と、スプリングとの位置決めの仕組みを示す説明図である。 プランジャの端子側大径部と、スプリングとの位置決めの仕組みを示す説明図である。 第２実施形態に係るコンタクトピンの正面図である。 図１４に示すコンタクトピンの断面図である。 ＩＣパッケージからの押圧により発生する力の関係を示す説明図である。 図１６における力の関係の比較例を示す説明図である。 図１４におけるコンタクトピンの使用状態の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による電気部品用ソケットの実施形態を示す平面図である。図２は、図１の正面図であり、図３は、図１のＡ－Ａ線断面図である。この電気部品用ソケット１は、ＩＣパッケージ等の電気部品の性能試験等に使用されるもので、枠体２と、コンタクトピン３とを有している。

枠体２は、試験対象の電気部品としての、例えばＩＣパッケージ４を収容する部材となるもので、図２及び図３に示すように、配線基板Ｐ上に配設されるようになっている。この枠体２は、図１～図３に示すように、絶縁材料で矩形ブロック状に形成され、例えば上面中央部にＩＣパッケージ４の収容部５が形成されている。収容部５は、図２に示す配線基板Ｐに電気的に接続されるＩＣパッケージ４を固定して収容するもので、ＩＣパッケージ４の四隅部をコーナーガイド等で位置決めするようになっている。

枠体２において、収容部５の下方には、図３に示すように、支持プレート６と、底部プレート７とが設けられている。支持プレート６は、その上面にＩＣパッケージ４を収容するもので、絶縁材料で平板状に形成された板材から成り、底部プレート７は、同じく絶縁材料で平板状に形成された板材から成り、支持プレート６の下面側に固定されている。

収容部５の下方に位置する支持プレート６及び底部プレート７のそれぞれには、図３に示すように、円形断面の挿入孔が上下方向に貫通して複数個形成されており、これらの挿入孔にそれぞれコンタクトピン３が上下方向に挿入される。これにより、図１に示すように、例えば矩形状の平面的な拡がりをもった収容部５の全領域に亘って多数のコンタクトピン３が挿入される。これらのコンタクトピン３は、ＩＣパッケージ４の端子及び配線基板Ｐの接続部を電気的に接続するようになっており、いわゆる表面圧接型に形成されている。

なお、図１～図３では図示を省略しているが、図２において収容部５にＩＣパッケージ４が収容された状態でその上方を覆ってＩＣパッケージ４を固定するソケットカバーが、一側端部（例えば右側端部）を回動中心として開閉可能に設けられている。

次に、第１実施形態に係るコンタクトピンについて説明をする。図４は、第１実施形態に係るコンタクトピンの正面図である。詳しくは、図１に示す電気部品用ソケット１に用いられるコンタクトピン３を取り出して示す拡大正面図である。図５は、図４を示すコンタクトピンの断面図である。第１実施形態では、先ず、バネ部材が視認可能な外バネ方式のコンタクトピンを用いた適用例について説明する。

このコンタクトピン３は、ＩＣパッケージ４と配線基板Ｐとを電気的に接続するものである。詳細には、コンタクトピン３は、ＩＣパッケージ４の端子４ａ及び配線基板Ｐの接続パッド（接続部）９を電気的に接続するものである（図６参照）。コンタクトピン３は、プランジャ３１と、導電性バレル３２と、スプリング３３とを備えている。なお、端子４ａは、後述する使用状態を示す図１８において、例えば、半田ボール８である。

詳細には、プランジャ３１は、図５に示すとおり、一方の端部側に設けられ、導電性バレル３２の開口に挿入されて導電性バレル３２の内壁面に当接することにより配線基板Ｐの接続部９（図６参照）に導通する基板側小径部３１ａ、及び、他方の端部側に設けられ、ＩＣパッケージ４の端子４ａ（図６参照）の一部分に接触する先端部３１ｃを有する端子側大径部３１ｂ、を含む。プランジャ３１は、金属等の導電性材料から成る。端子側大径部３１ｂは、ＩＣパッケージ４の端子４ａと部分的に接触する先端部３１ｃと、スプリング３３の一方の端部３３ａと当接する根元部分３１ｄとを有する。基板側小径部３１ａと端子側大径部３１ｂとは、軸棒部３１ｅでつながれている。

導電性バレル３２には、プランジャ３１の一部（基板側小径部３１ａを含む領域）が挿入されている。導電性バレル３２は、スプリング３３の他方の端部３３ｂと当接するテーパ形状の開口周縁部３２ａが設けられている。

スプリング３３は、図５に示すとおり、一方の端部３３ａが端子側大径部３１ｂの根元部分３１ｄと当接し、他方の端部３３ｂが導電性バレル３２の開口周縁部３２ａと当接し、上記の押圧力により収縮する。具体的には、スプリング３３は、例えば、コイルスプリングであって、プランジャ３１の周囲を取り巻くようにして、導電性バレル３２の開口周縁部３２ａ及び端子側大径部３１ｂの根元部分３１ｄを離間する方向に付勢するものである。ここで、プランジャ３１の周囲とは、スプリング３３の一方の端部３３ａからスプリング３３の他方の端部３３ｂまで、プランジャ３１がスプリング３３で巻かれる領域を指している。

次に、第１実施形態に係るコンタクトピン３の作用について説明する。図６は、ＩＣパッケージからの押圧により発生する力の関係を示す説明図である。

図６において、ＩＣパッケージ４が押圧された状態で、プランジャ３１の端子側大径部３１ｂの先端部３１ｃがＩＣパッケージ４の端子４ａの一部分に接触する位置と、スプリング３３の一方の端部３３ａが端子側大径部３１ｂの根元部分３１ｄに当接する位置とが、端子４ａが先端部３１ｃを押す力とスプリング３３が根元部分３１ｄを押し返す力とに起因する回転力を発生する端子側大径部３１ｂの対角線上に位置している。

ここで、先端部３１ｃがＩＣパッケージ４の端子４ａの一部分に接触する位置は、押圧された状態で、ＩＣパッケージ４の端子４ａが先端部３１ｃを押す力の作用点として機能する。また、スプリング３３の一方の端部３３ａが端子側大径部３１ｂの根元部分３１ｄに当接する位置は、押圧された状態で、スプリング３３の一方の端部３３ａが根元部分３１ｄを押し返す力の反作用点として機能する。なお、第１実施形態に係るコンタクトピン３の以下の説明において、先端部３１ｃが端子４ａの一部分に接触する位置を、「作用点」ということがある。また、スプリング３３の一方の端部３３ａが根元部分３１ｄに当接する位置を、「反作用点」ということがある。そして、作用点と反作用点を結ぶ直線が対角線となる。

具体的には、図６において、ＩＣパッケージ４からの押圧により、端子４ａが先端部３１ｃを力Ｆ_１で押すと、その反作用として、スプリング３３の一方の端部３３ａが端子側大径部３１ｂの根元部分３１ｄを押し返す反力（－Ｆ_１）が発生する（マイナスの符号は向きが逆を意味する）。この場合、Ｆ_１の作用線Ａ_１と、反力（－Ｆ_１）の作用線Ａ_２が平行で、力Ｆ_１と反力（－Ｆ_１）とは互いに大きさが等しく、方向が反対向きの２つの力が発生することになるので、２つの力（偶力）によるモーメントが発生する。この２つの力によるモーメントＭ_１は、時計回りを正とした場合、下式で示される。
Ｍ_１＝Ｆ_１×Ｌ_１…（１）
ここで、Ｌ_１は、２つの力によるモーメントの作用線間の距離である。具体的には、力Ｆ_１の作用点と、反力（－Ｆ_１）の反作用点を結ぶ距離（対角線）のsinθ成分である。

２つの力によるモーメントは、力Ｆ_１＋反力（－Ｆ_１）＝０となるので、プランジャ３１をＸ方向やＹ方向に移動させる力は生じないが、回転力（偶力のモーメント）が発生する。

本実施形態では、プランジャ３１における端子側大径部３１ｂの先端部３１ｃが、端子４ａの一部分に接触するテーパ形状を有しているため、図６において、プランジャ３１には、先端部３１ｃを支点として時計回りの回転力が作用している。

一方、プランジャ３１は、時計回りの回転力に対して、基板側小径部３１ａが導電性バレル３２に挿入されているため、回転せず、静的なつり合いが成立している。この場合、先端部３１ｃの支点から距離Ｌ_２だけ離れた位置の基板側小径部３１ａに作用する力のモーメントＭ_２は、下式で示される。
Ｍ_２＝Ｆ_２×Ｌ_２…（２）

そして、静的なつり合いが成立しているので、この場合、式（１）＝式（２）としてよく、下式が成立する。
Ｆ_１×Ｌ_１＝Ｆ_２×Ｌ_２…（３）

式（３）から、押圧力Ｆ_２は、下式で示される。
Ｆ_２＝（（Ｆ_１×Ｌ_１）／Ｌ_２）…（４）
式（４）から、距離Ｌ_１の値が大きい程、基板側小径部３１ａに作用する押圧力Ｆ_２が大きくなる。これは、先端部３１ｃと根元部分３１ｄを結ぶ対角線の距離の値が大きい程、距離Ｌ_１の値が大きくなることを意味する。これにより、コンタクトピン３は、その押圧力Ｆ_２で基板側小径部３１ａの側部を導電性バレルの内壁面に押し付けることができる。

図７は、図６における力の関係の比較例を示す説明図である。図７に示すコンタクトピン３０は、図６に示すコンタクトピン３と比較して、スプリング３３の一方の端部３３ａが円周方向で反対側に設けられていると共に、他方の端部３３ｂも円周方向で反対側に設けられている。そして、説明の便宜上、比較例では、導電性バレル３２の開口周縁の構造が、コンタクトピン３と一部異なるが、回転力（偶力のモーメント）の発生には影響を与えない。

図７に示す比較例では、ＩＣパッケージ４が押圧された状態で、プランジャ３１の端子側大径部３１ｂの先端部３１ｃが端子４ａの一部分に接触する位置は、コンタクトピン３と同様であるが、スプリング３３の一方の端部３３ａが端子側大径部３１ｂに当接する位置が、根元部分３１ｄの反対側の根元部分に位置している。この場合、Ｆ_１の作用線Ａ_１と、反力（－Ｆ_１）の作用線Ａ_２が平行で、力Ｆ_１と反力（－Ｆ_１）とは互いに大きさが等しく、方向が反対向きの２つの力が発生することになるので、２つの力（偶力）によるモーメントが発生する。しかしながら、作用線Ａ_１と作用線Ａ_２との間隔を示す作用線間の距離Ｌ_３が、図６に示す距離Ｌ_１よりも短いため、基板側小径部３１ａに作用する押圧力Ｆ_２は、図６の場合に比較して小さくなることがわかる。

したがって、ＩＣパッケージ４が押圧された状態で、プランジャ３１の端子側大径部３１ｂの先端部３１ｃが端子４ａの一部分に接触する位置と、スプリング３３の一方の端部３３ａが端子側大径部３１ｂの根元部分に当接する位置とが、距離Ｌ_１の値が大きくなるように、端子側大径部３１ｂの対角線上に位置していることが望ましい。これは、端子４ａが先端部３１ｃを押す力とスプリング３３が根元部分を押し返す力とに起因する回転力が、距離Ｌ_１の値が大きくなるほど大きくなることを意味する。つまり、根元部分は、図６に示す根元部分３１ｄの位置が望ましい。

そして、本実施形態では、例えば、ＩＣパッケージ４からの押圧により、スプリング３３が、予め定めた設計位置に押し込まれることにより、収縮した状態でスプリング３３の一方の端部３３ａとスプリング３３の他方の端部３３ｂとは、図６に示すような配置になるようにして、位相が１８０度ずれていることが望ましい。図６に示す配置で位相が１８０度ずれている場合、２つの力によるモーメント（偶力のモーメント）における距離Ｌ_１の値は、最大になる（図６参照）。本実施形態において、距離Ｌ_１の値が最大とは、設計上、図６に示す作用線Ａ_１と作用線Ａ_２との間隔を示す作用線間の距離Ｌ_１の値について最大値になることを意味し、この場合の距離Ｌ_１を、以下、「最大距離」という。

図８は、スプリングの位相のずれに関する説明図である。図８（ａ）は、図４に示すコンタクトピン３のスプリング３３を取り出した正面図である。図８（ｂ）は、Ｙ_１方向からスプリング３３を見た平面図である。図８（ｃ）は、Ｙ_２方向からスプリング３３を見た平面図である。本実施形態では、位相が１８０度ずれるとは、図８（ｂ）に示すスプリング３３の一方の端部３３ａと、図８（ｃ）に示す他方の端部３３ｂとの位置関係が、Ｙ_１方向又はＹ_２方向から見て、１８０度ずれていることを意味する。

また、本実施形態では、図６に示すように、スプリング３３の他方の端部３３ｂと当接するテーパ形状の開口周縁部３２ａが設けられていることにより、他方の端部３３ｂが、テーパ形状の開口周縁部３２ａにひっかかる構造になっている。そのため、ＩＣパッケージ４が押圧された状態で、他方の端部３３ｂが開口周縁部３２ａに押す力の荷重の伝達経路は、導電性バレル３２に作用し、プランジャ３１に作用しないので押圧力Ｆ_２に影響を与えない。

以上より、第１実施形態に係るコンタクトピン３によれば、上記先端部３１ｃが端子４ａの一部分に接触する位置と、スプリング３３の一方の端部３３ａが上記根元部分３１ｄに当接する位置とを固定化できる構造とした。これにより、作用点と反作用点により生成される２つの力によるモーメント（偶力のモーメント）が安定的かつ強力に確保される。すなわち、第１実施形態に係るコンタクトピン３は、２つの力によるモーメントを発生させる距離Ｌ_１を最大距離として固定することで、偶力発生のばらつきを抑制することができる。

そして、第１実施形態に係るコンタクトピン３は、上記の距離Ｌ_１を最大距離としたときの上記回転力に起因して発生する力のモーメントによる押圧力Ｆ_２として、基板側小径部３１ａの側部を導電性バレル３２の内壁面に押し付けることができる。つまり、基板側小径部３１ａの側部のコンタクト荷重が、安定かつ増大する。これにより、第１実施形態に係るコンタクトピン３は、上記の弾性変形部のような特殊な形状を採用することなく、また、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

次に第１の実施形態の変形例について説明する。第１の実施形態の変形例では、プランジャ３１を以下に説明するプランジャ３１Ａ～３１Ｄに置き換える。また、プランジャ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｄについては、図９に示すスプリング３８を適用する。

図９は、図８に示すスプリングの形状が一部異なる場合の位相のずれに関する説明図である。図９（ａ）は、図４に示すコンタクトピン３に適用可能なスプリング３８の正面図である。図９（ｂ）は、Ｙ_１方向からスプリング３８を見た平面図である。図９（ｃ）は、Ｙ_２方向からスプリング３８を見た平面図である。スプリング３３とスプリング３８との差異点は、図９（ｂ）に示すスプリング３８の一方の端部３８ａがＹ方向に向いている突部を有していることにある。これに対し、図９（ｃ）に示すスプリング３８の他方の端部３８ｂは、図８に示すスプリング３３の他方の端部３３ｂと同様である。

次に、プランジャ３１Ａ～３１Ｄの端子側大径部３１ｂにおける形状及びその形状から導かれる作用効果について説明する。

図１０～図１３は、プランジャの端子側大径部と、スプリングとの位置決めの仕組みを示す説明図である。図１０～図１３に示すプランジャ３１Ａ～３１Ｄについては、主に、図５に示すプランジャ３１との差異点について説明をする。なお、プランジャ３１Ａ～３１Ｄについては、軸棒部３１ｅの途中で切断した図を描いているが、それ以降の構造は、プランジャ３１と同様とする。

先ず、プランジャ３１Ａについて説明する。図１０に示すプランジャ３１Ａは、図５に示すプランジャ３１と同様、端子側大径部３１ｂ、先端部３１ｃ、根元部分３１ｄを有する。但し、プランジャ３１Ａは、根元部分３１ｄに穴部３１ｆを有する点が、プランジャ３１と異なる。具体的には、スプリング３８の一方の端部３８ａが当接する根元部分３１ｄの接触面において、そのスプリング３８の一方の端部３３ａが対角線上の根元部分３１ｄに当接する位置（反作用点）に穴部３１ｆが設けられ、スプリング３８における一方の端部３８ａの突部が穴部３１ｆに予め固定されている。そして、スプリング３８の他方の端部３８ｂは、１８０度位相がずれた位置に位置決めされることになる。先端部３１ｃと穴部３１ｆとの位置関係は、上記の距離Ｌ_１が最大距離になるように設計されている。したがって、プランジャ３１Ａを採用した場合においても、コンタクトピン３は、上記の押圧力Ｆ_２で、基板側小径部３１ａの側部を導電性バレル３２の内壁面に押し付けることができ、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

次に、プランジャ３１Ｂについて説明する。図１１に示すプランジャ３１Ｂは、図５に示すプランジャ３１と同様、端子側大径部３１ｂ、先端部３１ｃ、根元部分３１ｇを有する。但し、プランジャ３１Ｂは、根元部分３１ｇに穴部３１ｆを有すると共に傾斜面を有する点が、プランジャ３１と異なる。この穴部３１ｆは、反作用点となる位置に設けられている。具体的には、スプリング３８の一方の端部３８ａに当接する根元部分３１ｇが傾斜面を有し、ＩＣパッケージ４が押圧されるに従って、スプリング３８の一方の端部３８ａが傾斜面を摺動し、スプリング３８の一方の端部３８ａが対角線上の根元部分３１ｇに当接する位置において、一方の端部３８ａが穴部３１ｆに挿入されて位置決めされる。これにより、スプリング３８の他方の端部３８ｂは、１８０度位相がずれた位置に位置決めされる。

換言すると、スプリング３８がプランジャ３１Ｂの周囲を、両端部が固定されていない回転フリーの状態で、組み込まれているときに、予め定めた設計位置にスプリング３８が押し込まれていく場合、自己誘導的にスプリング３８における一方の端部３８ａの突部が、穴部３１ｆに挿入され、スプリング３８の他方の端部３８ｂは、１８０度位相がずれた位置に位置決めされる。したがって、プランジャ３１Ｂを採用した場合においても、コンタクトピン３は、上記の押圧力Ｆ_２で、基板側小径部３１ａの側部を導電性バレル３２の内壁面に押し付けることができ、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

次に、プランジャ３１Ｃについて説明する。図１２に示すプランジャ３１Ｃは、図５に示すプランジャ３１と同様、端子側大径部３１ｂ、先端部３１ｃ、根元部分３１ｈを有する。但し、プランジャ３１Ｃは、図１１に示す根元部分３１ｇよりも、勾配が急な傾斜面（曲面テーパ）を有し、図１１に示す穴部３１ｆのような穴部は設けられていない。この場合には、図８に示すスプリング３３を用いることで、予め定めた設計位置にスプリング３３が押し込まれたときに、自己誘導的にスプリング３３の一方の端部３３ａが、上記の距離Ｌ_１が最大距離になるように位置決めされる。

換言すると、スプリング３３の一方の端部３３ａに当接する根元部分３１ｈが傾斜面（曲面テーパ）を有し、ＩＣパッケージ４が押圧されるに従って、スプリング３３の一方の端部３３ａが傾斜面を摺動し、スプリング３３の一方の端部３３ａが対角線上の根元部分３１ｈに当接する位置（反作用点）に位置決めされる。そして、スプリング３３の他方の端部３３ｂは、１８０度位相がずれた位置に位置決めされる。

したがって、プランジャ３１Ｃを採用した場合においても、コンタクトピン３は、上記の押圧力Ｆ_２で、基板側小径部３１ａの側部を導電性バレル３２の内壁面に押し付けることができ、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

次に、プランジャ３１Ｄについて説明する。図１３に示すプランジャ３１Ｄは、図５に示すプランジャ３１と同様、端子側大径部３１ｂ、先端部３１ｃ、根元部分３１ｉを有する。但し、プランジャ３１Ｄは、根元部分３１ｉに穴部３１ｆを有すると共に、プランジャ３１Ｃと同様、勾配が急な傾斜面（曲面テーパ）を有する点が、プランジャ３１と異なる。この場合には、ＩＣパッケージ４からの押圧により、スプリング３８が予め定めた設計位置に押し込まれるに従って、スプリング３８の一方の端部３８ａは、傾斜面に沿って移動し、設計位置に押し込まれたときに、スプリング３８における一方の端部３８ａの突部が、穴部３１ｆに挿入される。これにより、スプリング３８の他方の端部３８ｂは、１８０度位相がずれた位置に位置決めされる。

したがって、プランジャ３１Ｄを採用した場合においても、コンタクトピン３は、上記の押圧力Ｆ_２で、基板側小径部３１ａの側部を導電性バレル３２の内壁面に押し付けることができ、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。なお、本実施形態では、コンタクトピン３に適用されるスプリング３３については、回転フリーであってもよいし、スプリング３３の一方の端部３３ａのみを予め固定してもよいし、スプリング３３の一方の端部３３ａ及び他方の端部３３ｂを予め固定してもよい。但し、上記の距離Ｌ_１が最大距離となるように、図６に示すような配置にして、位相が１８０度ずれていることとする。

次に、第２実施形態に係るコンタクトピンについて詳述する。以下、第１実施形態と異なる点について主に説明する。第２実施形態では、第１実施形態で説明した外バネ方式のコンタクトピンに対して、バネが外部から視認できないように構成されている内バネ方式のコンタクトピンを採用する。

図１４は、第２実施形態に係るコンタクトピンの正面図である。図１４では、本発明による電気部品用ソケットに用いられるコンタクトピンを取り出して示している。図１５は、図１４示すコンタクトピンの断面図である。

このコンタクトピン３Ａは、第１実施形態のコンタクトピン３と同様、図２に示すＩＣパッケージ４と配線基板Ｐとを電気的に接続するものである。コンタクトピン３Ａは、図１４に示すとおり、導電性バレル３４と、その導電性バレル３４の両端部に抜け止めしてその内部に一部が挿入され、ＩＣパッケージ４の端子に接触する端子側プランジャ３５及び図２に示す配線基板Ｐの接続部に接触して導通する基板側プランジャ３６と、を備える。また、コンタクトピン３Ａは、図１５に示すとおり、内部にスプリング３７を備えている。

導電性バレル３４は、金属等の導電性材料から成り、図１５に示すとおり、両端部が開口した筒状に形成されたものである。導電性バレル３４の上端部には、端子側プランジャ３５の一部が挿入されている。この端子側プランジャ３５は、ＩＣパッケージ４の端子４ａ（図１６参照）に接触して電気的に接続するもので、金属等の導電性材料から成り、その一部が導電性バレル３４の内部に嵌まり得る丸棒状に形成され、部分的に加工が施されている。

具体的には、端子側プランジャ３５は、導電性バレル３４に挿入された状態でその導電性バレル３４の内壁面に接合されてスプリング３７の一方の端部３７ａと根元部分３５ｄで当接する端子側小径部３５ａと、導電性バレルから突出した状態で設けられ、ＩＣパッケージ４の端子の一部分と接触するテーパ形状の先端部３５ｃを有する端子側大径部３５ｂと、を含む。

端子側小径部３５ａは、円周方向のくびれ部３５ｆに導電性バレル３４の内壁面の突部が嵌合して抜け止め固定されている。

導電性バレル３４の下端部側には、基板側プランジャ３６が一部を残して挿入されている。この基板側プランジャ３６は、図１６に示す配線基板Ｐの接続パッド９に接触して電気的に接続するもので、金属等の導電性材料から成る。

基板側プランジャ３６は、導電性バレル３４内部に側面が当接すると共に、スプリング３７の他方の端部３７ｂと当接するテーパ形状の突部３６ｃを有する基板側大径部３６ａと、該基板側大径部３６ａよりも直径が小さく、一部が導電性バレル３４から突出した状態で先端が配線基板Ｐの接続パッド９に接触する細長状の基端側小径部３６ｂと、を有する。基板側プランジャ３６は、基板側大径部３６ａが導電性バレル３４の内部に嵌まって、ＩＣパッケージ４からの押圧によりスライド可能な丸棒状に形成されている。

導電性バレル３４の内部にて端子側プランジャ３５と基板側プランジャ３６との間には、スプリング３７が挿入されている。このスプリング３７は、導電性バレル３４内にて端子側プランジャ３５及び基板側プランジャ３６を離間する方向に付勢し、ＩＣパッケージ４が押圧されることにより収縮するものである。スプリング３７は、例えば、金属等の導電性材料から成り、導電性バレル３４内で伸縮可能となるように導電性バレル３４の内径よりも小さい外径を有するコイルスプリングである。

次に、コンタクトピン３Ａの作用について説明する。
図１６は、ＩＣパッケージからの押圧により発生する力の関係を示す説明図である。図１６において、図２に示すＩＣパッケージ４が押圧された状態で、端子側プランジャ３５の端子側大径部３５ｂの先端部３５ｃがＩＣパッケージ４の端子４ａの一部分に接触する位置と、スプリング３７の一方の端部３７ａが端子側プランジャ３５の端子側小径部３５ａの根元部分３５ｄに当接する位置とが、端子４ａが先端部３５ｃを押す力とスプリング３７が端子側小径部３５ａの根元部分３５ｄを押し返す力とに起因する回転力を発生する端子側プランジャ３５の対角線上に位置している。

ここで、先端部３５ｃがその端子４ａの一部分に接触する位置は、押圧された状態で、ＩＣパッケージ４の端子４ａが先端部３５ｃを押す力の作用点として機能する。また、スプリング３７の一方の端部３７ａがその根元部分３５ｄに当接する位置は、スプリング３７が端子側小径部３５ａの根元部分３５ｄを押し返す力の反作用点として機能する。なお、第２実施形態に係るコンタクトピン３Ａの以下の説明において、先端部３５ｃが端子４ａの一部分に接触する位置を、「作用点」ということがある。また、スプリング３７の一方の端部３７ａが根元部分３５ｄに当接する位置を、「反作用点」ということがある。

具体的には、図１６において、ＩＣパッケージ４からの押圧により、端子４ａが先端部３５ｃを力Ｆ_１で押すと、その反作用として、スプリング３７の一方の端部３７ａが端子側小径部３５ａの根元部分３５ｄを押し返す反力（－Ｆ_１）が発生する。この場合、Ｆ_１の作用線Ａ_１と、反力（－Ｆ_１）の作用線Ａ_２が平行で、力Ｆ_１と反力（－Ｆ_１）とは互いに大きさが等しく、方向が反対向きの２つの力が発生することになるので、２つの力（偶力）によるモーメントが発生する。この２つの力によるモーメントＭ_１は、上述した式（１）で示される。

２つの力によるモーメントは、第１実施形態のコンタクトピン３と同様、力Ｆ_１＋反力（－Ｆ_１）＝０となるので、端子側プランジャ３５をＸ方向やＹ方向に移動させる力は生じないが、回転力が作用する。

すなわち、本実施形態では、端子側プランジャ３５における端子側大径部３５ｂの先端部３５ｃが、ＩＣパッケージ４の端子４ａと部分的に接触するテーパ形状を有しているため、図１６において、端子側プランジャ３５は、端子側先端部３５ｃを支点として時計回りの回転力が作用している

一方、端子側プランジャ３５と導電性バレル３４とが渾然一体化しており、回転せず、静的なつり合いが成立している。この場合、先端部３５ｃの支点から距離Ｌ_２だけ離れた位置の基板側大径部３６ａに作用する力のモーメントＭ_２は、上述した式（２）で示される。そして、上述した式（３）～（４）を適用すると、導電性バレル３４が基板側プランジャ３６を押圧する押圧力Ｆ_２（図１６参照）は、（（Ｆ_１×Ｌ_１）／Ｌ_２）となる。このような構成により、コンタクトピン３Ａは、押圧力Ｆ_２で、導電性バレル３４が基板側プランジャ３６を押圧することにより、結果的に基板側大径部３６ａの側部を導電性バレル３４の内壁面に押し付けることができる。なお、図６と比較して、図１６に示す押圧力Ｆ_２の矢印の位置が異なるのは、図６の場合、プランジャ３１に力のモーメントが作用しているのに対して、図１６の場合、力のモーメントは、渾然一体化された端子側プランジャ３５及び導電性バレル３４に作用しているためである。

図１７は、図１６における力の関係の比較例を示す説明図である。図１７に示すコンタクトピン３０Ａは、図１６に示すコンタクトピン３Ａと比較して、スプリング３７の一方の端部３７ａが円周方向で反対側に設けられていると共に、他方の端部３７ｂも円周方向で反対側に設けられている。

図１７に示す比較例では、ＩＣパッケージ４の端子４ａと接触する端子側大径部３５ｂの先端部３５ｃと、スプリング３７の一方の端部３７ａとの位置関係は、ＩＣパッケージ４からの押圧により、端子４ａが先端部３５ｃを押す力と、スプリング３７の一方の端部３７ａが端子側小径部３５ａを押し返す力とによって発生する力のモーメントが図１６と比較して小さくなるように配置されている構成になっている。つまり、作用線Ａ_１と作用線Ａ_２との間隔を示す作用線間の距離Ｌ_３が、図１６の場合と比較して小さい分、偶力のモーメントも小さくなる。したがって、コンタクトピン３０Ａよりもコンタクトピン３Ａのような構成にすることが好ましい。

本実施形態において、コンタクトピン３Ａは、コンタクトピン３と同様、ＩＣパッケージ４からの押圧により、スプリング３７が予め定めた設計位置に押し込まれたときに、スプリング３７の一方の端部３７ａとスプリング３７の他方の端部３７ｂとは、位相が１８０度ずれている。これにより、先端部３５ｃを支点として、作用線Ａ_１と作用線Ａ_２との間隔を示す作用線間の距離Ｌ_１が最大になることを意味している。本実施形態では、スプリング３７の他方の端部３７ｂと当接するテーパ形状の突部３６ｃが設けられていることにより、図１６に示すように、他方の端部３７ｂが、テーパ形状の突部３６ｃにひっかかる構造になっている。そのため、ＩＣパッケージ４が押圧された状態で、他方の端部３７ｂがテーパ形状の突部３６ｃに押す力の荷重の伝達経路は、基板側プランジャ３６の先端方向から配線基板Ｐに向かうため、導電性バレル３４に作用しないので押圧力Ｆ_２に影響を与えない。

以上より、第２実施形態に係るコンタクトピン３Ａによれば、上記先端部３５ｃが端子４ａの一部分に接触する位置と、スプリング３７の一方の端部３７ａが上記根元部分３５ｄに当接する位置とを固定化できる構造とした。これにより、作用点と反作用点により生成される２つの力によるモーメント（偶力のモーメント）が安定的かつ強力に確保される。すなわち、第２実施形態に係るコンタクトピン３Ａは、２つの力によるモーメントを発生させる距離Ｌ_１を最大距離として固定することで、偶力発生のばらつきを抑制することができる。

そして、第２実施形態に係るコンタクトピン３は、上記の距離Ｌ_１を最大距離としたときの上記回転力に起因して発生する力のモーメントによる押圧力Ｆ_２として、基板側大径部３６ａの側部を導電性バレル３４の内壁面に押し付けることができる。つまり、基板側大径部３６ａの側部のコンタクト荷重が、安定かつ増大する。これにより、第２実施形態に係るコンタクトピン３Ａは、上記の弾性変形部のような特殊な形状を採用することなく、また、電気的接続を形成する通電経路の絶縁防止を図ることができる。

なお、第２実施形態に係るコンタクトピン３Ａにおいても、図１０～図１３で示したプランジャ３１Ａ～３１Ｄと同様の構成を、端子側プランジャ３５の端子側小径部３５ａに適用してもよい。これにより、図１０～図１３で示したプランジャ３１Ａ～３１Ｄで示した効果と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、コンタクトピン３Ａに適用されるスプリング３７については、回転フリーであってもよいし、スプリング３７の一方の端部３７ａのみを予め固定してもよいし、スプリング３７の一方の端部３７ａ及び他方の端部３７ｂを予め固定してもよい。但し、上記の距離Ｌ_１が最大距離となるように、図１６に示すような配置にして、位相が１８０度ずれていることとする。

次に、コンタクトピン３Ａを備えた電気部品用ソケット１の使用及び動作について、図２、図３及び図１８を参照して説明する。なお、図３において、コンタクトピン３をコンタクトピン３Ａに置き換える。

図１８は、図１４におけるコンタクトピンの使用状態を示す説明図である。詳しくは、図１８は、上記電気部品用ソケット１を配線基板Ｐに実装し、その収容部に電気部品を収容する際のコンタクトピン３Ａの動きを示す要部断面説明図である。図２及び図３に示すように、先ず、電気部品用ソケット１を配線基板Ｐ上に配設する。このとき、図１８（ａ）に示すように、図３に示す底部プレート７の下面が配線基板Ｐの上面に載せられ、基板側プランジャ３６の先端の接触部が配線基板Ｐの接続パッド９に圧接される。

この状態で、図２に示すように、枠体２の収容部５に試験対象のＩＣパッケージ４を矢印Ｂのように収容する。このとき、ロボットアーム等の機械装置でＩＣパッケージ４を吸着等により保持して電気部品用ソケット１まで搬送し、収容部５に収容する。その後、図示省略のソケットカバーを閉じて、ＩＣパッケージ４を固定する。

このとき、図１８（ｂ）に示すように、上記ソケットカバーの閉じ動作に伴ってＩＣパッケージ４が矢印Ｃのように押し下げられる。すると、ＩＣパッケージ４の下面に格子状（グリッド状）に配列された半田ボール８が端子側プランジャ３５の先端部３５ｃを押し込む。このとき、端子側プランジャ３５は、図１５に示すスプリング３７の付勢力に抗して押し下げられ、導電性バレル３４の全体が矢印Ｃ方向に下降して収縮する。これにより、ＩＣパッケージ４の端子４ａ及び配線基板Ｐの接続部を電気的に接続することができる。このとき、コンタクトピン３Ａの内部では、上述した押圧力Ｆ_２が作用することにより、端子側プランジャ３５→導電性バレル３４→基板側プランジャ３６の経路で電流が流れる。

これにより、可動部のあるコンタクトピン３Ａにおいて、通電経路と想定されている部品が絶縁し、通電経路として想定されていないスプリング３７に電流が流れてしまい、焼き切れる等の破損を防止することができる。なお、コンタクトピン３Ａを用いた場合について説明したが、コンタクトピン３を用いた場合についても同様の効果を得られる。

この状態で、ＩＣパッケージ４を、例えば２０～３０秒間、電気部品用ソケット１に収容して所定の試験を行い、その試験が終了したらソケットカバーを開いてＩＣパッケージ４を抜き取り、ロボットアーム等で格納位置へ搬送して一連の試験動作を終了する。そして、ＩＣパッケージ４の端子及び配線基板Ｐの接続部を電気的に接続する導電部材の機械的接触性を高めてその抵抗値の安定化を図って、電気部品について所定の試験を行なうことができる。

１…電気部品用ソケット
２…枠体
３、３Ａ…コンタクトピン
４…ＩＣパッケージ（電気部品）
４ａ…端子
５…収容部
６…支持プレート
９…接続パッド（配線基板の接続部）
３１…プランジャ
３１ａ…基板側小径部
３１ｂ…端子側大径部
３１ｃ、３５ｃ…先端部
３２、３４…導電性バレル
３３、３７、３８…スプリング
３３ａ、３７ａ、３８ａ…一方の端部
３３ｂ、３７ｂ、３８ｂ…他方の端部
３５…端子側プランジャ
３５ａ…端子側小径部
３５ｂ…端子側大径部
３６…基板側プランジャ
Ｐ…配線基板

Claims (7)

1. 電気部品と配線基板とを電気的に接続するコンタクトピンであって、
   一端部が開口して筒状に形成された導電性バレルと、
   一方の端部側に設けられ、前記導電性バレルの開口に挿入されて該導電性バレルの内壁面に当接することにより前記配線基板の接続部に導通する基板側小径部、及び、他方の端部側に設けられ、前記電気部品の端子の一部分に接触する先端部を有する端子側大径部、を含むプランジャと、
   一方の端部が前記端子側大径部の根元部分に当接し、他方の端部が前記導電性バレルの開口周縁に当接し、前記電気部品が押圧されることにより収縮するスプリングと、を備え、
   前記電気部品が押圧された状態で、前記プランジャの端子側大径部の先端部が前記電気部品の端子の一部分に接触する位置と、前記スプリングの一方の端部が前記端子側大径部の根元部分に当接する位置とが、前記端子が前記先端部を押す力と前記スプリングが前記根元部分を押し返す力とに起因する回転力を発生する前記端子側大径部の対角線上に位置していることを特徴とするコンタクトピン。
2. 電気部品と配線基板とを電気的に接続するコンタクトピンであって、
   両端部が開口して筒状に形成された導電性バレルと、
   前記導電性バレルの両端部に抜け止めしてその内部に一部が挿入され、前記電気部品の端子に接触する端子側プランジャ及び前記配線基板の接続部に接触して導通する基板側プランジャと、
   前記導電性バレル内にて前記端子側プランジャ及び前記基板側プランジャを離間する方向に付勢し、前記電気部品が押圧されることにより収縮するスプリングと、を備え、
   前記端子側プランジャは、前記導電性バレルに挿入された状態で該導電性バレルの内壁面に接合されて前記スプリングの一方の端部と根元部分で当接する端子側小径部と、前記導電性バレルから突出した状態で設けられ、前記電気部品の端子の一部分と接触する先端部を有する端子側大径部と、を含み、
   前記電気部品が押圧された状態で、前記端子側プランジャの前記端子側大径部の先端部が前記電気部品の端子の一部分に接触する位置と、前記スプリングの一方の端部が前記端子側プランジャの前記端子側小径部の前記根元部分に当接する位置とが、前記端子が前記先端部を押す力と前記スプリングが前記根元部分を押し返す力とに起因する回転力を発生する前記端子側プランジャの対角線上に位置していることを特徴とするコンタクトピン。
3. 前記電気部品が押圧され、前記スプリングが収縮した状態において、前記スプリングの一方の端部と前記スプリングの他方の端部とは、位相が１８０度ずれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンタクトピン。
4. 前記スプリングの一方の端部に当接する前記根元部分が傾斜面を有し、前記電気部品が押圧されるに従って、前記スプリングの一方の端部が前記傾斜面を摺動し、前記根元部分に当接する位置に位置決めされることを特徴とする請求項３に記載のコンタクトピン。
5. 前記根元部分の傾斜面において、前記根元部分に当接する位置に穴が設けられており、前記一方の端部が前記穴に挿入されて位置決めされることを特徴とする請求項４に記載のコンタクトピン。
6. 前記スプリングの一方の端部が前記根元部分に当接する位置に穴が設けられ、前記スプリングの前記一方の端部が前記穴に予め固定されていることを特徴とする請求項３に記載のコンタクトピン。
7. 配線基板に電気的に接続される電気部品の収容部を有する枠体と、
   前記枠体にて、前記収容部の下方に設けられた支持プレートの複数の挿入孔にそれぞれ挿入され、前記電気部品の端子及び前記配線基板の接続部を電気的に接続する複数のコンタクトピンと、
   を有する電気部品用ソケットであって、
   前記コンタクトピンとして、請求項１～６の何れか１項に記載のコンタクトピンを備えたことを特徴とする電気部品用ソケット。

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