JP7364481B2 - コネクタ及びコネクタ対 - Google Patents
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Description
前述のとおり、本発明者は、表面をグラフェン膜で被覆した電気接点材料における厚み方向の電気抵抗値が、当該被覆を有さないものよりも有意に低くなることを見出した。このメカニズムは以下のように考えられる。
前述のメカニズムを利用した本発明の一実施形態(以下、単に「本実施形態」と記載する。)に係るコネクタ対は、その一例を図6に示すように、第1コネクタ10と、該第1コネクタに電気的に接続される第2コネクタ20とを備え、第1コネクタ10が、金属基材110上にグラフェン膜120を設けた電気接点材料100を備え、第2コネクタ20が、グラフェン膜120を介して第1コネクタ10と電気的に接続される電気接点材料200を備え、第1コネクタ10及び第2コネクタ20の電気接点材料同士の接触面積が、グラフェン膜120が金属基材110を被覆する面積よりも小さいことを特徴とする。
金属基材110の形状や寸法は、要求される性能や規格等に応じて適宜決定すればよい。
表面に厚さ5nmの亜酸化銅(Cu2O)被膜を有する銅製の基材、及び当該基材上に単層のグラフェン膜を形成した電気接点材料について、それぞれの端部に、一辺が5nmの正方形断面を有する銅製の電極を当接し、1Vの電圧を印加した場合を想定し、銅電極からの面内距離毎に流れる電流を計算し、面内距離に対する積算値としてプロットした。各材料の電気抵抗率は、Cu2Oを1×106Ωm、グラフェン膜の面内方向を4×10-7Ωmとした。なお、グラフェン膜は単層で厚みが非常に薄いことから、その面間(厚さ)方向の電気抵抗値はゼロとして計算した。また、基材における金属銅は、その電気抵抗率がCu2Oに比べて非常に小さいため、その電気抵抗値もゼロとして計算した。計算に用いたモデル(グラフェン膜を形成したもの)を図7に、計算結果を図8に、それぞれ示す。
銅製の基材を、表面に厚さ20nmの酸化銅(CuO)被膜を有するものとし、銅製の電極を、一辺が20nmの正方形断面を有するものとした以外は計算例1と同様にして、電気接点材料に流れる電流を計算した。CuOの電気抵抗率は1Ωmとした。計算に用いたモデル(グラフェン膜を形成したもの)を図9に、計算結果を図10に、それぞれ示す。
基材を、銅基板の上に形成された、厚さ10nmの酸化スズ(SnO2)被膜を有するスズとし、電極を、一辺が10nmの正方形断面を有するスズ製のものとした以外は計算例1と同様にして、電気接点材料に流れる電流を計算した。スズの電気抵抗率は12.8×10-8Ωm、SnO2の電気抵抗率は4×10-4Ωmとした。計算に用いたモデル(グラフェン膜を形成したもの)を図11に、計算結果を図12に、それぞれ示す。
まず、金属基材として銅合金(NB109)製の端子材(20×30×0.25mm)を準備し、これを10%希硫酸で洗浄処理して自然酸化膜を除去した。次いで、この金属基材上に、電気泳動堆積(EPD)法にて酸化グラフェン(GO)を成膜した。成膜条件は表1のとおりである。次いで、生成したGO膜の約半分の上に粘着テープを貼り付けた後剥離して、GO膜の約半分を除去した。この操作は、最終的に形成されたグラフェン膜の膜厚の測定及びグラフェン膜の有無による電流値の比較を行うためのものである。最後に、GO膜を形成した金属基材を、Ar雰囲気下において、300℃で30分間熱処理して、GOを還元型酸化グラフェン(Reduced Graphene Oxide(rGO))に熱還元し、実施例1に係る第1コネクタ用の電気接点材料(以下、単に「実施例1に係る電気接点材料」と記載する。)を得た。
まず、金属基材として銅合金(NB109)製の端子材を準備し、その表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing(CMP))した。これにより、銅合金の表面にCu2O層が生成すると言われている(馬淵,他3名,“化学機械研磨挙動と表面生成物の物性との相関性”,表面技術,Vol.63,No.4,2012,p.252-)。次いで、表面にCu2O層が生成した金属基材上に、実施例1と同様の方法でGOを成膜した。次いで、実施例1と同様に、生成したGO膜の約半分の上に粘着テープを貼り付けた後剥離して、GO膜の約半分を除去した。最後に、GO膜を形成した銅基材を、Ar雰囲気下において、200℃で5分間熱処理して、GOをrGOに熱還元し、実施例2に係る第1コネクタ用の電気接点材料(以下、単に「実施例2に係る電気接点材料」と記載する。)を得た。
10 第1コネクタ
100 (第1コネクタの)電気接点材料
110 金属基材
120 グラフェン膜
130 酸化物膜
20 第2コネクタ
200 (第2コネクタの)電気接点材料
210 突起部
Claims (5)
- 第1コネクタと、該第1コネクタに電気的に接続される第2コネクタとを備えるコネクタ対であって、
前記第1コネクタが、金属基材上にグラフェン膜を設け、さらに前記金属基材と前記グラフェン膜との間に導電性高分子膜を設けた電気接点材料を備え、
前記第2コネクタが、前記グラフェン膜を介して前記第1コネクタと電気的に接続される電気接点材料を備え、
前記第1コネクタ及び前記第2コネクタの電気接点材料同士の接触面積が、前記グラフェン膜が前記金属基材を被覆する面積よりも小さい
ことを特徴とする、コネクタ対。 - 前記第1コネクタの電気接点材料における金属基材が、これを構成する金属の酸化物膜を表面に備える、請求項1に記載のコネクタ対。
- 前記金属基材が銅であり、前記酸化物膜が亜酸化銅(Cu2O)又は酸化銅(CuO)である、請求項2に記載のコネクタ対。
- 前記グラフェン膜が、還元型酸化グラフェン(Reduced Graphene Oxide(rGO))である、請求項1~3のいずれか1項に記載のコネクタ対。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載のコネクタ対の第1コネクタに用いるコネクタであって、金属基材上にグラフェン膜を設け、さらに前記金属基材と前記グラフェン膜との間に導電性高分子膜を設けた電気接点材料を備えることを特徴とするコネクタ。
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