JP4545164B2 - コンタクト部品とそれを備えたコネクタ - Google Patents

Description

本発明は、コンタクト部品とそれを備えたコネクタに関し、詳しくは、弾性コンタクトを備えたコネクタに関する。

従来、例えば、図７及び図８に示すコネクタが提案されている（特許文献１、参照）。図７及び図８を参照すると、コネクタ５０は、図示しないプリント基板に実装され、フレキシブルプリント基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＦＰＣ）５５とプリント基板とを電気接続するものである。ハウジング５１の内部において図示されないプリント基板との接続を行うための第２のコンタクト５３ａ，５３ａ′をＦＰＣ５５との接続を行うための第１のコンタクト５４の両側に配置するものとし、これらのコンタクト５３ａ，５３ａ′をＦＰＣの挿入方向に従って圧入装着する構成としている。このコネクタ５０は、全体を小型化及び低背化された構造として容易に製造できる他、ハウジング５１の両側壁５１ａに対して回動可能に取り付けられたアクチュエータ５２の開状態でＦＰＣ５５を挿入口より挿入した後、アクチュエータ５２を閉状態とすることでコンタクト５３ａ，５３ａ′の係合片部にアクチュエータ５２が係合保持されるため、挿入されたＦＰＣの接続を十分な接触力を発揮するバネ性を有する構造として行い得る構成である。

この従来技術によるコネクタ５０の場合、基本機能の確保のために構造上において、要求される必要事項として、ずれや接触不良などが起こらないための安定した接触を得るための接触力を実現するアクチュエータ５２等の押さえ構造が必要となり、コネクタ全体の小型化や低背化（薄型化）を具現する上での妨げとなっているという問題がある。

一方、特許文献２には、イオン交換樹脂またはイオン性高分子のシートの両面に金属薄膜を形成し、この金属薄膜間に電圧を印加して、水槽中において屈曲変位を行わせるアクチュエータの駆動方法が提案されている。

特開２００２−１３４１９５号公報 特開２００４−２６０９９５号公報 特開２００５−０３９９９５号公報 特開２００６−０８１３７４号公報

そこで、本発明の一技術的課題は、コネクタ全体を小型化や薄型化することができるコンタクト部品とそれを備えたコネクタとを提供することにある。

また、本発明のもう一つの技術的課題は、安定した接触面を増加することができるので、安定した接触を得ることができるコンタクト部品とそれを備えたコネクタとを提供することにある。

本発明によれば、コンタクト部品であって、イオン交換樹脂またはイオン性高分子と極性溶媒とを含むシートと、前記シートの両面に形成され、前記シートをアクチュエータとして動作させるための第１導電性膜と第２導電性膜とを備え、前記シートは可撓性及び弾性を備え、前記第１導電性膜及び第２導電性膜に駆動電圧を印加することにより、前記シートが前記第１導電膜及び第２導電膜の内の低電圧側に湾曲する前記シートの弾性変形によって、前記低電圧側の導電膜と、電気接続用の電極との接触面積が増加し、信号接続を前記低電圧側の導電膜を介して行うことを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記第１導電性膜に接続される第１電極と、前記第２導電性膜に接触または接続することで前記信号接続を行う第２及び第３電極とを備えていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記第２電極は、一つの基板に形成されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記第１電極は、前記一つの基板とは異なる第１基板上に形成されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記シートの一端の固定部が前記第１基板に固定され、前記固定部において、前記第１導電性膜と前記第１電極とが接続されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記第３電極は前記第２導電性膜と接続されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記第３電極は前記一つの基板上に前記第２電極と並んで形成されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記一つの基板を第２基板とし、更に、前記第２の基板に対向する第３の基板を備え、前記第３電極は前記第３基板上に形成されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記シートが折り曲げられていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクト部品において、前記第２及び第３基板の間に、前記折り曲げられた前記シートが挿入されていることを特徴とするコンタクト部品が得られる。

また、本発明によれば、前記いずれか一つのコンタクト部品を備えていることを特徴とするコネクタが得られる。

本発明によれば、コネクタ全体を小型化や薄型化することができるコンタクト部品とそれを備えたコネクタとを提供することができる。

また、本発明によれば、安定した接触面を増加することができるので、安定した接触を得ることができるコンタクト部品とそれを備えたコネクタとを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態による接続構造の接続される前の状態を示す部分斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の接続構造の一部切欠き斜視図、図１（ｃ）は図１（ａ）の接続構造の接続時の状態を示す一部切欠き斜視図である。図２（ａ）は、図１（ａ）の接続構造の断面図、図２（ｂ）は接続状態を示す断面図である。なお、図２の断面図と図１の斜視図とは上下関係が逆であることに注意されたい。

図１（ａ）〜図１（ｃ）及び図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照すると、接続構造は、コンタクト部品としてのコンタクト２０及びこれを受け入れるレセプタクル３０とを備え、いわゆる電気コネクタの一部を構成している。図１のレセプタクル３０において、ハウジングは省略されている。

ここで、本発明において、コンタクトとは、電極間を接触することによって、電気接続する導体を呼び、これら導体のなかで、可撓性を備えるか、または可撓性を備えた基材に形成されたものをフレキシブルコンタクトと呼ぶ。

本発明において、レセプタクルとは、前記コンタクトを受け入れて電気接続する電極を備えた筐体を呼ぶ。

コンタクト２０は、引き出し部分を備えた第１電極５を一つの面に備えた第１基板２１と、弾性を備えたアクチュエータ１０とを備えている。アクチュエータ１０の第１導電性膜２は第１基板２１の第１電極上に固定部４を有し、この固定部４において、第１導電性膜と第１電極とは接触している。

アクチュエータ１０はイオン交換樹脂又はイオン性高分子と、極性溶媒からなるシート１と、シート１の一面を覆う金属薄膜からなる第１導電性膜２、他面を覆う金属薄膜からなる第２導電性膜３とを備えている。第２導電性膜３には、第３電極７が形成されている。

ここで、シート１は、可撓性及び弾性を備え、このシート１を構成するイオン交換樹脂としては、特許文献２の［００１９］段落及び特許文献３の［００１９］段落に示されているように、ポリエチレン、ポリスチレンにフッ素樹脂にスルホン酸基及び／又はカルボキシル基を導入した陽イオン交換樹脂を用いることが、剛性が適度でありイオン交換量が大きく得られる高分子アクチュエータの耐薬品性及び繰り返し曲げに対する耐久性が良好であるために好ましい。なお、前記陽イオン交換樹脂のイオン交換容量は、アクチュエータとして大きな０．８〜３．０ｍｅｑであることが好ましく、１．４〜２．０ｍｅｑであることがより好ましい。このような樹脂としては、例えばパーフルオロスルホン酸樹脂（｛商品名「Ｎａｆｉｏｎ」，Ｄｕｐｏｎｔ社製）、パーフルオロカルボン酸樹脂（商品名「フレミオン」、旭硝子社製）、ＡＣＩＰＬＥＸ（旭化成工業社製）、ＮＥＯＳＥＰＴＡ（トクヤマ社製）を用いることができる。

また、イオン交換樹脂に含有させる極性有機溶媒は、特許文献２の［００２３］段落に示されているように、例えば、アルコール類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドなどを用いることができる。前記極性有機溶媒が含まれる水溶液中でアクチュエータがより長い時間連続的に駆動することができるために、アルコール類を用いることができる。前記アルコール類としては、イソプロピルアルコール、ｔ−ブタノ−ル等の１価アルコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の多価アルコール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール等のエーテル酸素を含むアルコールを用いることができる。なかでも、グリセリン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコールのうち少なくともいずれかの極性有機溶媒が選ばれることが、入手が容易であり、沸点も高いために取り扱いが容易であるために好ましい。前記極性溶媒がアルコール頚である場合には、作業効率を高めるための一定の目安として、前記溶液中における前記極性有機溶媒の含有量は、０．０１〜２５重量％であることが好ましい。

本発明で用いられる沸点または分解温度が１８０℃以上である常温常圧で液状の有機化合物は、イオン性液体を用いることができる。前記イオン性液体は、常温溶融塩とも呼ばれるものであり、室温での蒸気圧が殆んどない。

前記イオン性液体としては、特許文献４の［００１６〜００１７］段落に示されているように、テトラアルキルアンモニウムイオン、ジアルキルイミダゾリウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリニウムイオン、ピロリジニウムイオン、及びピペリジニウムイオンからなる群より少なくとも一種選ばれたカチオンと、極性溶媒を含むものであるならば、特に限定されるものではない。

ここで、前記極性有機溶媒は、特許文献４の［００１４］段落に示されているように、１８０℃以上の沸点または分解温度を有する極性有機溶媒であれば、特に限定されるものではないが、２４５℃以上の沸点を有する極性溶媒であることがより好ましい。この前記極性有機溶媒としては、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン又はこれらの混合物であることがさらに、好ましく、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン又はこれらの混合物であることが特に好ましい。前記高分子アクチュエータ素子に含まれる溶液の溶媒成分が前記極性溶媒であることによって、前記高分子アクチュエータ素子を密閉しない状態でも１日後に５０°以上の屈曲を行うことができる。

一方、イオン性高分子として、高分子ゲルも同様に周知のものを用いることができるが、前記同様の極性溶媒を必要とする。

また、導電性膜は、導電性を有するものであるならば、めっき膜、金属箔、金属ペースト等の金属薄膜やカーボン（Ｃ）やカーボン含有導電性ペースト等であるならば、特に限定されるものではなく、特に、良導電性である銅（Ｃｕ），金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、カーボン（Ｃ）等を含むものが好ましい。

両面に第１及び第２導電性膜２，３が形成されたシート１からなるアクチュエータ１０は、第１基板２１に最低一箇所固定部４において、固定された状態で取り付けられている。

一方、レセプタクル３０は第２基板３１及び第３基板３２とを備え、第２基板３１上には、導体の引き出し部分を備えた細長い第２電極６が複数形成されている。

次に、本発明の第１の実施の形態による接続構造の接続動作について説明する。

図１（ａ）の状態から、コンタクト２０をレセプタクル３０内に、図１（ｂ）のように挿入すると、図２（ａ）の状態となる。ここで、第１電極５に電圧Ｖ１、第２電極６に電圧Ｖ２（但し、Ｖ１＞Ｖ２、但しＶ１−Ｖ２＝１〜２Ｖ位）を印加すると、図１（ｃ）及び図２（ｂ）のようにアクチュエータ１０が低電圧側に湾曲することで、接触面積が増加し、安定した接触を得ることができ、第３電極７と第２電極６間の電気的接続が、第２導電性膜３を介してなされる。

ここで、上記第１の実施の形態のアクチュエータ１０の信号接続を第２導電性膜３を介して行ったが、アクチュエータ１０の表裏を入れ替えて第１導電性膜２に同様に第３電極７を形成すれば、第１電極５にＶ１、第２電極にＶ２（但し，Ｖ１＞Ｖ２）として、アクチュエータ１０を変位させて、第１導電性膜２を信号接続に用いることができることは勿論である。

なお、上記の実施の形態において、第１基板をフレキシブル基板（ＦＰＣ）とし、第３基板の表面に電極パッド等の電気接点を設けることによって、第１の実施の形態によるアクチュエータ１０を特許文献１のコネクタのアクチュエータと同様な機能を持って使用することが可能である。

さらに、第１基板表面に電極パッド等の電気接点を設け、第３基板をフレキシブル基板（ＦＰＣ）としても、第１の実施の形態によるアクチュエータ１０を特許文献１のコネクタのアクチュエータと同様な機能を持ったアクチュエータとして使用することが可能である。

図３（ａ）は本発明の第２の実施の形態による接続構造の接続される前の状態を示す部分斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）の接続構造の一部切欠斜視図、図３（ｃ）は図３（ａ）の接続構造の接続時の状態を示す一部切欠斜視図である。図４（ａ）は接続構造の電圧印加前の状態を示す断面図、図４（ｂ）は電圧印加後の状態を示す断面図である。

図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すると、第２の実施の形態による接続構造は、フレキシブルコンタクトからなるコンタクト２０及びこれを受け入れるレセプタクル３０とを備え、第１の実施の形態と同様に電気コネクタの一部を構成している。なお、図３及び４において、ハウジングは省略されている。図３の斜視図と図４の断面図とは上下関係が逆である。

コンタクト２０は、引き出し部分を備えた第１電極５を一面に備えた第１基板２１と、アクチュエータ１０とを備えている。アクチュエータ１０はイオン交換樹脂又はイオン性高分子ゲルからなるシート１と、シート１の一面を覆う金属薄膜からなる第１導電性膜２、他面を覆う金属薄膜からなる第２導電性膜３とを備えている。アクチュエータ１０の第１導電性膜２は、一端を固定部４として第１基板２１上の第１電極５に固定され、第１導電性膜２と第１電極５が電気接続されている。したがって、アクチュエータ１０は第１基板２１に一端が自由端となるように、一箇所固定された状態で取り付けられている。なお、アクチュエータ１０は第１の実施の形態によるものと同様の構成を有する。

一方、レセプタクル３０は第２基板３１及び第３基板３２とを備え、第２基板３１上には、導体の引き出し部分を備えた細長い第２電極６及び第３電極７が併設されて複数形成されている。

次に、本発明の第２の実施の形態による接続動作について説明する。

図３（ａ）の状態から、コンタクト２０を、アクチュエータ１０が第２及び第３電極６，７を横断するように、すなわち、シート１が第２及び第３電極の長さ方向に交差する方向、即ち、第２及び第３電極６，７のそれぞれを横断する方向で、レセプタクル内に、図３（ｂ）のように挿入すると、図４（ａ）の状態となる。ここで、第１電極５に電圧Ｖ１、第２電極６に電圧Ｖ２、第３電極７に電圧Ｖ３（但し、Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ３、Ｖ１−Ｖ２，Ｖ３＝１〜２Ｖ位、ここでＶ１＞Ｖ２，Ｖ３というのは、Ｖ２，Ｖ３の内のいずれか大きい方よりもＶ１が大きいことを示している。）を印加すると、図３（ｃ）及び図４（ｂ）のようにアクチュエータ１０が低電圧側であるＶ２，Ｖ３側に湾曲することで、接触面積が増加し、第２電極６と第３電極７の夫々に第２導電性膜３が接触し、安定した接触を得ることができるとともに第２電極６と第３電極７間の電気的接続がなされる。

なお、上記第２実施の形態においては、第１導電性膜２に第１電極５を接続し、第２導電性膜３を信号接続に用いたが、アクチュエータ１０の表裏を入れ替えて、第２導電性膜３を第１電極５に接続してＶ１を印加し、第２及び第３の電極６，７にＶ２，Ｖ３（但し、Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ３）を印加して、上記同様にアクチュエータ１０を屈曲させて、第１導電性膜２を、第２及び第３電極６，７間の信号接続に用いてもよいことは勿論である。

図５（ａ）は本発明の第３の実施の形態による接続構造の接続される前の状態を示す部分斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）の接続構造の一部切欠斜視図である。図６（ａ）は接続構造の接続される前の状態を示す断面図、図６（ｂ）は電圧印加前の状態を示す断面図、図６（ｃ）は電圧印加後の状態を示す断面図である。

図５（ａ）〜図５（ｃ）及び図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照すると、第３の実施の形態による接続構造は、フレキシブルコンタクトからなるコンタクト２０及びこれを受け入れるレセプタクル３０とを備え、第１及び第２の実施の形態と同様に電気コネクタの一部を構成している。なお、図５及び図６においては、第１及び第２の実施の形態と同様に、電気コネクタを構成するハウジングは省略されている。

コンタクト２０は、２つ折りに折り曲げられた状態のアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０内に挿入された折れ曲がり防止用の基材シート８とを備えている。アクチュエータ１０はイオン交換樹脂又はイオン性高分子ゲルに極性溶媒を添加したものからなるシート１と、シート１の内側一面を覆う金属薄膜からなる第１導電性膜２と、外側面を覆う金属薄膜からなる第２導電性膜３とを備えている。シート１の端面には、第１導電性膜２と接続された引き出し用の第１電極５が形成されている。なお、アクチュエータ１０は第１及び第２の実施の形態によるものと同様の構成を有する。

一方、レセプタクル３０は、互いに対向する第２基板３１及び第３基板３２とを備え、第２基板３１上には、導体の引き出し部分を備えた細長い第２電極６が形成され、第３基板３２上には、第３電極７が夫々対向するように形成されている。

次に、本発明の第３の実施の形態による接続構造の接続動作について説明する。

図５（ａ）及び図６（ａ）の状態から、コンタクト２０を、アクチュエータ１０が第２及び第３電極６，７の長さ方向に沿う方向で、レセプタクル３０内に、挿入すると、図６（ｂ）の状態となる。ここで、第１電極５に電圧Ｖ１、第２電極６に電圧Ｖ２、第３電極７に電圧Ｖ３（但し、Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ３）を印加すると、図５（ｂ）及び図６（ｃ）のようにアクチュエータ１０が低電圧側であるＶ２，Ｖ３側に湾曲することで、接点荷重が増加することで接触圧を高めると共に、接触面積が増加し、上下の第２電極６と第３電極７との夫々に第２導電性膜３が接触し、安定した接触を得ることができるとともに第２電極６と第３電極７間の電気的接続がなされる。

なお、上記第３の実施の形態において、アクチュエータ１０の内側が第１導電性膜２になるように折り曲げて第１電極５を形成したが、内側が第２導電性膜３になるよう折り曲げて第１電極５を形成して、Ｖ１を印加し、第２及び第３電極６，７に夫々Ｖ２，Ｖ３を印加して屈曲させて、第２導電性膜３を信号接続用いても良い。

また、上下の第２及び第３電極６，７は、互いに対向するように形成されていれば、対向方向が水平方向でも、斜め方向であっても、これに垂直となるようにアクチュエータ１０を挿入することによって、接触ができることは勿論である。

なお、以上のべた第１、第２、及び第３の実施の形態においては、シート１の両面の金属薄膜からなる第１及び第２導電性膜２，３の内の一方が平面状の電極に接触する構成であったが、シート１は接続相手によって押圧されて弾性変形するので、シート１は接続相手の表面形状（反り、たわみ、凹凸等）に相応して変形するので、金属薄膜からなる第１及び第２導電性膜２，３は接続相手の表面の各箇所に密着することが出来ることは勿論である。

以上説明したように、本発明に係るコンタクト部品は、ＦＰＣ等を接続するためのコネクタに適用される。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態による接続構造の接続される前の状態を示す部分斜視図である。（ｂ）は（ａ）の接続構造の一部切欠き斜視図である。（ｃ）は（ａ）の接続構造の接続時の状態を示す一部切欠き斜視図である。 （ａ）は図１（ｃ）の電圧印加前の接続構造の断面図である。（ｂ）は図１（ｃ）の電圧印加後の接続状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施の形態による接続構造の接続される前の状態を示す部分斜視図である。（ｂ）は（ａ）の接続構造の一部切欠斜視図である。（ｃ）は（ａ）の接続構造の接続時の状態を示す一部切欠斜視図である。 （ａ）は図３（ｃ）の接続構造の電圧印加前の状態を示す断面図である。（ｂ）は図３（ｃ）の電圧印加後の状態を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第３の実施の形態による接続構造の接続される前の状態を示す部分斜視図である。（ｂ）は（ａ）の接続構造の一部切欠斜視図である。 （ａ）は図５（ａ）の接続構造の接続される前の状態を示す断面図である。（ｂ）は図５（ｂ）の電圧印加前の状態を示す断面図である。（ｃ）は図５（ｂ）の電圧印加後の状態を示す断面図である。 従来技術によるコネクタを示す斜視図である。 図７のコネクタの使用状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ シート
２ 第１導電性膜
３ 第２導電性膜
４ 固定部
５ 第１電極
６ 第２電極
７ 第３電極
８ 基材シート
１０ アクチュエータ
２０ コンタクト
２１ 第１基板
３０ レセプタクル
３１ 第２基板
３２ 第３基板
５０ コネクタ
５１ ハウジング
５１ａ 両側壁
５２ アクチュエータ
５３ａ，５３ａ′ 第２のコンタクト
５４ 第１のコンタクト
５５ ＦＰＣ

Claims (11)

1. コンタクト部品であって、イオン交換樹脂またはイオン性高分子と極性溶媒とを含むシートと、前記シートの両面に形成され、前記シートをアクチュエータとして動作させるための第１導電性膜と第２導電性膜とを備え、前記シートは可撓性及び弾性を備え、前記第１導電性膜及び第２導電性膜に駆動電圧を印加することにより、前記シートが前記第１導電膜及び第２導電膜の内の低電圧側に湾曲する前記シートの弾性変形によって、前記低電圧側の導電膜と、電気接続用の電極との接触面積が増加し、信号接続を前記低電圧側の導電膜を介して行うことを特徴とするコンタクト部品。
2. 請求項１に記載のコンタクト部品において、前記第１導電性膜に接続される第１電極と、前記第２導電性膜に接触または接続することで前記信号接続を行う第２及び第３電極とを備えていることを特徴とするコンタクト部品。
3. 請求項２に記載のコンタクト部品において、前記第２電極は、一つの基板に形成されていることを特徴とするコンタクト部品。
4. 請求項３に記載のコンタクト部品において、前記第１電極は、前記一つの基板とは異なる第１基板上に形成されていることを特徴とするコンタクト部品。
5. 請求項４に記載のコンタクト部品において、前記シートの一端の固定部が前記第１基板に固定され、前記固定部において、前記第１導電性膜と前記第１電極とが接続されていることを特徴とするコンタクト部品。
6. 請求項５に記載のコンタクト部品において、前記第３電極は前記第２導電性膜と接続されていることを特徴とするコンタクト部品。
7. 請求項５に記載のコンタクト部品において、前記第３電極は前記一つの基板上に前記第２電極と並んで形成されていることを特徴とするコンタクト部品。
8. 請求項３に記載のコンタクト部品において、前記一基板を第２基板とし、更に、前記第２の基板に対向する第３の基板を備え、前記第３電極は前記第３基板上に形成されていることを特徴とするコンタクト部品。
9. 請求項８に記載のコンタクト部品において、前記シートが折り曲げられていることを特徴とするコンタクト部品。
10. 請求項９に記載のコンタクト部品において、前記第２及び第３基板の間に、前記折り曲げられた前記シートが挿入されていることを特徴とするコンタクト部品。
11. 請求項１乃至１０の内のいずれか一つに記載のコンタクト部品を備えていることを特徴とするコネクタ。

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