JP2015501071A - 微細構造化コンタクト部材を有する電気プラグコネクタ - Google Patents

Abstract

接触表面を有する導電性コンタクト部材を有する電気プラグコネクタにおいて、前記接触表面が微細構造を有する。

Description

本発明は、特許請求項１に記載の電気プラグコネクタに関する。

先行技術においては電気プラグコネクタの多くの構造が知られている。電気プラグコネクタは、適切なプラグコネクタ相手部品に接続されて電気接続を行うように設けられる。電気プラグコネクタは一般的に導電性コンタクト部材を有し、このコンタクト部材は、プラグコネクタがプラグコネクタ相手部品に接続される際にプラグコネクタ相手部品のコンタクト部材と接触する。プラグコネクタのコンタクト部材はコンタクトピンとして構成されることが多く、プラグコネクタ相手部品のコンタクト部材はコンタクトスプリングとして構成される。プラグコネクタとプラグコネクタ相手部品の接続状態では、コンタクトスプリングは、コンタクトスプリングとコンタクトピンとの間の確実な導電接続を保証するためにコンタクトピンに弾発力を印加する。

既知の電気プラグコネクタのコンタクト部材は、錫めっきされた接触表面を有することが多い。プラグコネクタ相手部品に対するプラグコネクタの最初の接続時に、コンタクトスプリングによってコンタクトピンに加えられる弾発力により、錫めっき面から錫が部分的に擦れ落ちることが多い。これには、プラグコネクタをプラグコネクタ相手部品に接続するために大きな挿入力を加えなければならないという欠点がある。更に、コンタクト部材同士間の移動抵抗が不必要に増加することにより、一方又は両方の接触表面が摩耗によって変化する可能性がある。

従って、本発明の目的は、改良された電気プラグコネクタを提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有するプラグコネクタによって達成される。好適な発展形態は従属請求項に記載される。

本発明に従う電気プラグコネクタは接触表面を有する導電性コンタクト部材を有する。この場合、前記接触表面は微細構造を有する。前記プラグコネクタが前記プラグコネクタ相手部品に接続される際に、前記コンタクト部材の接触表面とプラグコネクタ相手部品のコンタクト部材の接触表面との間の支持面が前記微細構造によって減少するので有利である。これにより、前記接触表面同士間に作用する摩擦力が減少し、これにより前記プラグコネクタの前記プラグコネクタ相手部品への接続に必要な挿入力が低減するので有利である。前記接触表面同士間の支持面の減少は同時に前記接触表面同士間の接触点の増加を伴い、これにより前記接触表面同士間の電気的移動抵抗が減少するので有利である。本発明に従う前記プラグコネクタの他の利点は、前記微細構造化によって前記接触表面の摩耗が減少することである。

前記電気プラグコネクタの有利な実施形態では、前記接触表面が錫又は銀、又は錫又は銀合金を有する。錫、銀、又はそれらの合金は、好ましい電気的及び機械的特性を有し、それによって耐久性のある接触表面が生成されるので有利である。

前記プラグコネクタの好適な実施形態では、前記接触表面が銅又は銅合金からなり、錫、銀、又は錫合金や銀合金でコーティングされている。この場合、前記コンタクト部材は低オーム抵抗を有するので有利である。更に、銅又は銅合金からなる錫コーティング又は銀コーティング作業又は前記コンタクト部材のコーティング作業中に、硬質の金属間化合物が形成され、この金属間化合物は、前記コンタクト部材の微細構造化時に前記接触表面の表面に達し、それによりプラグコネクタ相手部品のコンタクト部材が前記コンタクト部材の前記接触表面上でより容易に滑動することができる。

前記電気プラグコネクタの一実施形態では、前記接触表面が凸部と凹部を有する。これにより、前記プラグコネクタの前記コンタクト部材の前記接触表面とプラグコネクタ相手部品のコンタクト部材の接触表面との間の支持面が減少するので有利である。

電気プラグコネクタの一発展形態では、少なくとも１個の凹部内に潤滑剤が配置される。前記接触表面の１個以上の凹部内に潤滑剤を設けることにより、前記プラグコネクタをプラグコネクタ相手部品に接続するのに必要な挿入力が更に低減するので有利である。

前記電気プラグコネクタの一実施形態では、前記微細構造が少なくとも部分的に周期的構造を形成する。この場合、前記微細構造は簡単な方法で生成することができ、再現性を有するので有利である。

前記電気プラグコネクタの好適な実施形態では、前記周期的構造が少なくとも１方向に１μｍ乃至１００μｍの範囲内の周期長を有する。この程度の周期的構造であれば、接触表面の機械的及び電気的特性が特にはっきりと向上することが実験により示されている。特に好適な実施形態では、前記周期長は２μｍ乃至３０μｍの範囲内であり、約１０μｍまでの範囲内であることが好ましい。約１０μｍのサイズが好ましいことが実験により判明している。

前記電気プラグコネクタの一実施形態では、前記微細構造は鱗片状構造を有する。鱗片状構造は、前記接触表面の電気的及び機械的特性の向上に適した微細構造を構成することが判明しているので有利である。

前記電気プラグコネクタの好適な実施形態では、前記微細構造は、前記接触表面のレーザ又は電子ビーム処理作業によって生成される。レーザ又は電子ビーム加工作業を使用することにより、広範囲の接触表面積を極めて短時間で正確且つ再現可能な方法で微細構造化することができる。

前記電気プラグコネクタの一実施形態では、前記コンタクト部材はコンタクトピンである。前記プラグコネクタ相手部品のコンタクトピンが接続時に前記コンタクトピンの接触表面の広い領域に亘って滑動するので、コンタクトピンの接触表面の微細構造化は特に効果的なので有利である。

前記電気プラグコネクタの他の実施形態では、前記コンタクト部材はコンタクトスプリングである。コンタクトスプリングの接触表面の微細構造化も前記コンタクトスプリングの機械的及び電気的特性を向上させるので有利である。

前記電気プラグコネクタの一発展形態では、前記電気プラグコネクタは複数のコンタクト部材を有する。この場合、前記プラグコネクタとプラグコネクタ相手部品を接続するのに必要な前記挿入力が、接続される前記コンタクト部材の数に応じて変わるので、前記コンタクト部材の前記接触表面の前記微細構造化によって生じる前記挿入力の低減が特に顕著なので有利である。

図面を参照して本発明を以下により詳細に説明する。
２個のプラグコネクタの接続中のコンタクトピンとコンタクトスプリングの概略図である。 第１の微細構造化接触表面の平面図である。 第２の微細構造化接触表面の平面図である。 第３の微細構造化接触表面の平面図である。

図１は、２個のプラグコネクタの接続中のこれらプラグコネクタのコンポーネントの非常に概略的で且つ部分の断面図である。

図１は、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０を示す。第１のコンタクト部材１１０は、コンタクトピンとして構成され、図１では断面図で示されている。第１のコンタクト部材１１０は、導電性であり、基材１３０と、基材１３０の表面上に配置されたコーティング１４０とを備える。基材１３０は例えば銅又は銅合金である。コーティング１４０は例えば錫、銀、又は錫や銀、その他の元素の合金である。コーティング１４０は、例えば溶融錫めっきによって基材１３０に施されている。基材１３０とは反対側のコーティング１４０の表面が、第１の接触表面１２０を形成する。

図１は、更に、第２のプラグコネクタ２００の第２のコンタクト部材２１０の一部を示す。第２のプラグコネクタ２００は、第１のプラグコネクタ１００に対するプラグコネクタ相手部品として構成され、第１のプラグコネクタ１００に接続するために設けられる。第２のコンタクト部材２１０は、第１のプラグコネクタ１００と第２のプラグコネクタ２００が接続された時に、第１の接触表面１２０に接触する第２の接触表面２２０を有する。第２のコンタクト部材２１０は、コンタクトスプリングとして構成され、限度内で弾性的に変形させることができる。

図１に示すように、第１のプラグコネクタ１００と第２のプラグコネクタ２００が接続される場合、第１のコンタクト部材１１０と第２のコンタクト部材２１０との間を導電接続を行うために、第２のプラグコネクタ２００の第２のコンタクト部材２１０が第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０に接触する。第１のプラグコネクタ１００と第２のプラグコネクタ２００との接続時は、第１のプラグコネクタ２００の第１のコンタクト部材１１０は、第２のプラグコネクタ２００の第２のコンタクト部材２１０に対して第１の相対的挿入方向１１１に移動する。第２のプラグコネクタ２００の第２のコンタクト部材２１０は、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０に対して、第１の相対的挿入方向１１１とは反対方向である第２の相対的挿入方向２１１に移動する。

第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０によって第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０に加えられる押圧力により、第１の接触表面１２０と第２の接触表面２２０との間では摩擦力が働くが、第１のプラグコネクタ１００と第２のプラグコネクタ２００が接続される間はこの摩擦力を克服しなければならない。従来のプラグコネクタに対してプラグコネクタ１００，２００を接続するために必要な挿入力を低減するために、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０は、以下に詳細に説明する微細構造１５０を有する。微細構造１５０は、第１の接触表面１２０の微細構造化によって生成される。プラグコネクタ１００，２００の接続中は、プラグコネクタ１００，２００が接続された後に部分的に平滑化された微細構造１６０が残るように、第１の接触表面１２０の微細構造１５０は、第１の接触表面１２０に沿って滑動する第２のコンタクト部材２１０によって部分的に平滑化される。

他の実施形態では、第２のプラグコネクタ２００の第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０が微細構造を備えることもできる。この実施形態では、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０も微細構造１５０を備えていてよい。しかしながら、この実施形態では、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０は省略されてもよい。しかしながら、この実施形態の欠点は、第２のコンタクト部材２１０が曲線構造のため、第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０に接触する第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０の一部が、第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０に接触する第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０の一部よりも著しく小さいことである。これにより、第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０の微細構造化では、第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０の微細構造化ほどはっきりとプラグコネクタ１００，２００を接続するのに必要な挿入力の低減が生じない。

図２は、第１の微細構造化接触表面３００の概略図である。図１の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０は、一実施形態において第１の微細構造化接触表面３００と同様に構成されてもよい。

第１の微細構造化接触表面３００は、一定の間隔で周期的に配置された複数の鱗片３３０を有する。隣接し合う鱗片３３０は部分的に重なり合っている。その結果、各鱗片３３０は突出領域と凹陥領域を有する。隣接する鱗片３３０に重なる鱗片３３０の部分は、凸部３１０を形成する。隣接する鱗片３３０が重なる関連する鱗片３３０の領域に隣接する鱗片３３０の部分は、凹部３２０を形成する。凸部３１０は、第１の微細構造化接触表面３００に対して垂直な方向に凹部３２０よりも高くなっている。凸部３１０と凹部３２０との間の高低差は、数百ナノメートル乃至数マイクロメートルの範囲内でよい。

第１の微細構造化接触表面３００の横方向に、鱗片３３０は鱗片サイズ３３１を有する。鱗片３３０によって形成される第１の微細構造化接触表面３００の周期的構造は、従って、少なくとも１つの横方向の空間方向に、鱗片サイズ３３１に対応する周期長を有する。鱗片サイズ３３１は、１μｍ乃至１００μｍの範囲内であることが好ましい。特に好適には、鱗片サイズ３３１は、２μｍ乃至３０μｍの範囲内であり、特に約１０μｍまでの範囲内とすることが非常に好ましい。

図３は、例示的な第２の微細構造化接触表面４００の概略図である。図１の第１のプラグコネクタ１００の第１の接触表面１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０は、第２の微細構造化接触表面４００と同じ方法で構成されてよい。

第２の微細構造化接触表面４００は、周期的な凸部４１０と凹部４２０による規則的なパターンを有する。凹部４２０は円盤状の穴として構成される。凸部４１０は、第２の微細構造化接触表面４００に対して垂直な方向に凹部４２０よりも高くなっている。第２の微細構造化接触表面４００の平面では、２個の隣接し合う凹部４２０は少なくとも１つの空間方向に穴間隔４２１を有する。その結果、凸部４１０と凹部４２０によって形成された第２の微細構造化接触表面４００の周期的構造は、少なくとも１つの横方向の空間方向に、穴間隔４２１に対応する周期長を有する。穴間隔４２１は、例えば、この場合も同様に１μｍ乃至１００μｍの範囲内であり、２μｍ乃至３０μｍ程度が好ましく、約１０μｍまでの範囲内とすることが特に好ましい。第２の微細構造化接触表面４００に対して垂直な方向の凹部４２０に対する凸部４１０の高さは、同様に数百ナノメートル乃至数マイクロメートルでもよい。

図４は、例示的な第３の微細構造化接触表面５００を示す。図１の第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０は、第３の微細構造化接触表面５００と同様に構成することができる。

第３の微細構造化接触表面５００は、凹陥と隆起を交互に繰り返す規則的な周期的ストリップ構造を有する。隆起は凸部５１０を形成する。凹陥は凹部５２０を形成する。凹部５２０は、いずれも２個の凸部５１０間に配置される。凸部５１０は、いずれも２個の凹部間に配置される。２個の連続する凹部５２０は、互いに対して凹陥間隔５１１を有する。凹陥間隔５１１は、１μｍ乃至１００μｍのサイズを有することが好ましく、２μｍ乃至３０μｍの範囲内のサイズであることが好ましく、約１０μｍまでの範囲であることが特に好ましい。隆起即ち凸部５１０は、凹陥即ち凹部５２０と同じ幅を有してもよい。しかし、凹陥即ち凹部５２０は、隆起即ち凸部５１０よりも幅広又は幅狭となるように構成してもよい。凹部５２０に対する凸部５１０の高さは、数百ナノメートル乃至数マイクロメートルの範囲でもよい。

第３の微細構造化接触表面５００の凸部５１０及び凹部５２０の延在方向は、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の相対的挿入方向１１１と平行又は垂直、又はそれ以外の角度を有するようにしてもよい。

第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０は、例えば、図２の第１の微細構造化接触表面３００と同じ方法で又は図３の第２の微細構造化接触面４００と同じ方法で、又は図４の第３の微細構造化接触表面５００と同じ方法で構成される。しかしながら、微細構造１５０は異なるように構成されてもよい。微細構造１５０は、第１の接触表面１２０をレーザ又は電子ビームを用いて微細構造化することによって生成されることが好ましい。レーザ又は電子ビームを使用することにより、非常に大きな接触表面を極めて短時間で微細構造化することができるので有利である。

第１の接触表面１１０が生成された後に、第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０に微細構造１５０を設けてもよい。或いは、第１の接触表面１１０は、予め微細構造１５０が設けられたストリップ材料から生成されていてもよい。この生成方法では、例えば、基材１３０のストリップにまず溶融錫めっきによってコーティング１４０を設ける。次に、後に第１の接触表面１２０を形成するコーティング１４０の表面に、レーザ又は電子ビームによって微細構造１５０を設ける。次に、ストリップ材料から第１の接触表面１１０を作製する。

第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０の存在により、第１のプラグコネクタ１００を第２のプラグコネクタ２００に接続させる間、第１のプラグコネクタ１００の第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０と第２のプラグコネクタ２００の第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０との間の支持面が減少する。これにより、プラグコネクタ１００，２００を接続するのに必要な挿入力が低減する。更に、微細構造１５０により、プラグコネクタ１００，２００が接続されている間、第１の接触表面１２０上で錫の摩耗及び錫の蓄積（雪掻き効果（ｓｎｏｗ ｓｈｏｖｅｌ ｅｆｆｅｃｔ））が減少する。それにより、プラグコネクタ１００，２００を接続するのに必要な挿入力も低減される。

例えば銅からなる基材１３０への例えば錫からなるコーティング１４０の塗装中、コーティング１４０の材料と基材１３０の化合により金属間化合物が部分的に形成され、この金属間化合物はコーティング１４０の材料よりも高い硬度を有する。これは、特にコーティング１４０が溶融錫めっきによって基材１３０に施される場合に当てはまる。微細構造１５０の生成時、より硬度の高い金属間化合物が部分的に第１の接触表面１２０に到達する。その結果、第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０が、第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０上をより良好に滑動するようになる。これにより、プラグコネクタ１００，２００を接続するのに必要な挿入力も低減する。第１の接触表面１２０の微細構造化の後に第１の接触表面上に残るコーティング１４０の材料（例えば錫）が、プラグコネクタ１００，２００の接続中に、第１のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０に第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上をより容易に滑動させる潤滑剤として更に作用する。それにより、プラグコネクタ１００，２００を接続するのに必要な挿入力も低減する。

第１の接触表面１２０上の微細構造１５０に形成された凹部３２０，４２０，５２０は、更なる潤滑剤を受容するために使用されることもできる。この潤滑剤は、例えば微細構造１５０に備わる第１の接触表面１２０に塗り付けることによって凹部３２０，４２０，５２０に取り込まれる。この潤滑剤は、例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェンＭｏＳ２及びそれらの混合物等の、オイル、グリース、ペースト、又は固形潤滑剤を有する。凹部３２０，４２０，５２０に配置された潤滑剤により、プラグコネクタ１００，２００を接続する際に第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０が、第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上をより容易に滑動するようになる。これにより、接続に必要な挿入力が更に低減する。

第１の接触表面１２０上に配置された微細構造１５０により、更に、プラグコネクタ１００，２００を接続する際に第１の接触表面１２０と第２の接触表面２２０との間の接触点の数が増加する。これは、微細構造が設けられていない接触表面であっても顕微鏡的に見れば平らではないからである。第２のコンタクト部材２１０の第２の接触表面２２０と第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０との間の接触点数の増加により、第１のコンタクト部材１１０と第２のコンタクト部材２１０との間の電気的移動抵抗が減少する。この移動抵抗の減少は、第１のコンタクト部材１１０の第１の接触表面１２０上の微細構造１５０を図４の第３の微細構造化接触表面５００と同様に構成する場合に特に明らかであることが実験から分かっている。

Claims (12)

1. 接触表面（１２０，２２０，３００，４００，５００）を有する導電性コンタクト部材（１１０，２１０）を有する電気プラグコネクタ（１００，２００）であって、
   前記接触表面（１２０，２２０，３００，４００，５００）が微細構造（１５０）を有することを特徴とする電気プラグコネクタ（１００，２００）。
2. 前記接触表面（１２０，２２０，３００，４００，５００）が錫又は銀、又は錫又は銀の合金を有する請求項１に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
3. 前記コンタクト部材（１１０，２１０）が銅又は銅合金からなり、錫、銀、又は錫合金や銀合金でコーティングされた請求項２に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
4. 前記接触表面（１２０，２２０，３００，４００，５００）は、凸部（３１０，４１０，５１０）及び凹部（３２０，４２０，５２０）を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
5. 少なくとも１個の凹部（３２０，４２０，５２０）に潤滑剤が配置された請求項４に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
6. 前記微細構造（１５０）は、少なくとも部分的に周期的構造を形成する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
7. 前記周期的構造は、少なくとも１つの方向に１μｍ乃至１００μｍの範囲内の周期長（３３１，４２１，５１１）を有する請求項６に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
8. 前記微細構造（１５０）は、鱗片状構造（３３０）を有する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
9. 前記微細構造（１５０）は、前記接触表面（１２０，２２０，３００，４００，５００）のレーザ又は電子ビーム処理作業によって生成される請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。
10. 前記コンタクト部材（１１０）はコンタクトピンである請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（１００）。
11. 前記コンタクト部材（２１０）はコンタクトスプリングである請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（２００）。
12. 前記電気プラグコネクタ（１００，２００）は複数のコンタクト部材（１１０，２１０）を有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電気プラグコネクタ（１００，２００）。

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