JPS61269874A - 形状記憶材料の接触素子を用いた電気コネクタ - Google Patents

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］ この発明は形状記憶材料の接触素子を有した電気コネク
タに関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 現在の電気又は電子コネクタにおいては、接続の密度が
重要なパラメータとなる。これは、現代の電子又は電子
−機械アセンブリでは、電気回路の数が常に増えつづけ
ているからである。

従って、作動電気コネクタは、摩擦によって係合される
非常に多くの雄部−雌部接続可能な接触素子が必要にな
る。それゆえ、この種のコネクタの接続−解放は、接触
素子の数により、かなりの力を加えなければならない。

又接続と解放を繰返し行うことにより、接触素子が摩耗
し、同時にコネクタが劣化する。

形状記憶材料は、今迄の所、電子の分野、特に電気的接
続又は解放の機能を確実なものにするための電子産業の
分野では、２〜３の応用例が見られる程度である。

例えば米国特許第４，２０５，２９３号は形状記憶材料
を用いた熱電回転子を開示している。しかしながら、上
記米国特許に開示された装置、あるいは他の現在知られ
ているすべてのｇｅｔでは、形状記憶材料で構成され、
機械的視野からのみ所望の接続〜解放機能に関与するこ
とができるア婦チュエータ素子の媒介により作動する一
般的な接触素子により接続−解放機能が保証されている
。

この種の装置は、単一回路あるいは２〜３の回路で接続
と解放が行われる装置では問題無いが、いずれの場合に
も電子コネクタに使用することはできない。これは、そ
れらの装置の構成が複雑であったり、装置が非常に密集
していたりするからである。このような場合、電子接続
の分野において現在得られる接続の密度と同程度の密度
の接続を得ることができない。

［発明の目的コ この発明の目的は上記欠点を除去し、公知の種類のコネ
クタ牛るいは弱い力で介挿できるコネクタに対して接触
素子の摩耗度を大幅に減少し、接続−解放の可能回数を
増大させた電子コネクタを提供することである。

この発明の他の目的は、現在知られている材料の最高の
性能を有した接続密度と同一の接続密度を有するコネク
タを提供することである。

［発明の概要］ この発明の電子コネクタによれば、電気導電の導通とし
ゃ断のために一方が他方に介挿されるように構成された
少くとも１つの導電性雄部および／又は雌部を有してい
る。これらの雄部又は雌部の少くとも１つは、少くとも
その作動接触端部において導電性の形状記憶材料から成
る。この雄部又は雌部は第１の形状記憶状態において相
補形雌部又は雄部に緊密に適合し、第一２の形状記憶状
態で前記相補形雌部又は雄部の解放を行うことができる
ように形成されている。

この発明は、産業エレクトロニクス、電子−機構、人工
衛星の電子装置、航窒ＴｆＩ報およびテレマチイック（
ｔｓｌｅｍａｔｉｅ　）材料という、はとんどの分野で
使用されるいかなるタイプの電気コネクタにも使用する
ことができる。

［発明の実施例１ 第１図において、この発明の電気コネクタμ少くとも雄
導電部２０および／又は雌導電部１０を有している。こ
れらの雄部および雌部は電気の導通およびしゃ断を行う
ために一方が他方に介挿されるように構成されている。

前記雄部２０又は雌部１０の少くとも１つは、その作動
接触端部が形状記憶材料で構成されてｂる。雄部２０又
は雌部１０は、第１の形状記憶状態において相補形雌部
１０又は雄部２０に緊密に適合することができ、第２の
形状記憶状態において、相補形雌部１０又は雄部２０の
解放を行うことができるように構成されている。

もちろん、コネクタにょシ第１図に示す介挿可能な１つ
又は２つの部分１．２を有するいかなる接続素子も構成
可能である。第１の介挿可能部２は、支持板および、コ
ネクタ本体を構成するケース又は外板によりある配列に
結合された、上述の複数の雄部２Ｑにより構成されてい
る。第２の介挿可能部１は、第１の４１で示される支持
板およびコネクタ本体を形成するケース又は外板によυ
同様の配列に結合された４Ｉ数の雌部により構成される
。

第１の形状記憶状態において、この発明のコネクタは雄
部２０および雌部１０との間に非常に良好な電気的接触
が得られると共に、良好な機械的結合が得られ、それゆ
えコネクタの良好な電気的接触と機械的結合が得られる
。雄部２０又は雌部１０の第２の形状記憶状態において
は、相補形雄部又は雌部との開放が保証され、コネクタ
は零又は無視できる程度の係合、解放力で係合又は解放
できる。従って、かなりの回数、係合を繰返しても接触
片の摩耗は実質的に無い。

第１の形状記憶状態から第２の形状記憶状態への移行は
コネクタの温度変化により行われる。

すなわち後述するように雄部および／又は雌部の温度変
化によりおこなわれる。もちろん、電気的接続が保証さ
れる第１の形状記憶状態は周囲温度で安定している。こ
の第１の形状記憶状態は低温でも、又安定している。す
なわち、この種のコネクタに対して通常有効な特性のう
ち最も低い使用温度に相当する温度に対して安定してい
る。第１の形状記憶状態が安定状態を保つ最低限界温度
は例えば−６５℃である。

第１図のＡは、雌部１０が形状記憶材料からのみ成る場
合を示しており、第１および第２の状態がａ）およびｂ
）で示されている。又第１図の８は雄部２０が形状記憶
材料からのみ成る場合を示しており、同様に第１および
第２の状態がａ）およびｂ）で示されてｈる。上記第１
図のＡ）およびＢ）において、相補形素子、すなわち第
１図Ａ）の場合における雄部２０と、第１図のＢ）の場
合における雌部１０は一般的な導電材料で形成し得る。

第２図は、第１の形状記憶状態において、電気的接触を
確実なものとするために、相補形雌部１０又は雄部２０
に相互に適合し得るような態様で、雄部２０および雌部
１０が円筒状に形成された有効かつ応用例に制限の無い
実施例を示す。雄部２０および雌部１０はさらに第２の
形状記憶状態において相補形雌＃ｌｏ又は雄部２０の解
放を確実に行うことができるような態様の形状を有して
いる。第２図では、雄部２゜および雌部１０は、第２の
形状記憶状態の場合を示している。

第１および第２の形状記憶状態において、雄部又は雌部
の各々は、相補形に形成された記憶状態を有している。

相補形形状記憶状、頓により、形状の相補形変化により
得られる状態又は形状が意図される。従って、第２図に
示すように第２の形状記憶状態では、雌部１０の２つの
構成部の離間によって得られる状態に雌部１０が６９、
他方雄部２０は雄部２０の進入により得られる状態にあ
る。このような状態では、１回の挿入でコネクタの解放
および／又は介挿が容易であり、実質上何らの摩擦もな
く、行うことができる。この結果生ずる雄部２０と雌部
１０の。

第１への安定形状記憶状態への移行は、雄部と　　　）
雌部の形状復帰動作によりきわめて良好な電気的特性が
得られるという効果があシ、さらに、第１の安定形状記
憶状態への復帰動作による復帰力により雄部２０と雌部
１０とのきわめて良好な機械的結合が得られる。

この種のコネクタ、すなわち、雄部２ｅおよび又は雌部
１０を相補形形状記憶状態にさせるコネクタは特に対立
的な機構環境、例えば飛行機、？−ト等の電気モータの
接続等の、かな９振動を受けるような電気−機械システ
ムへの応用等の環境に使用するのに適している。

雄部又は雌部の実施例の詳細を第３図に示す。

雄部又は雌部は少くとも１つの導′戒ケーブルを受入れ
るように構成された柄部９０と、柄部９０に固定され、
雄部および雌部を構成し、相補形雌部又は雄部との接触
を確実なものにするように構成された作動部９１とで構
成されている。柄部９０と作動部９１との間の接続部に
実質的に配置されたつば９２により、公知技術に基づい
て、対応する支持板に雌部又は雄部を確実に固定するこ
とができる。この作ＩｉＪ部９１は、少くとも１つの直
線母線に沿って管状部に延在するスロット１０１を有す
る管状又は円筒状素子１００により構成される。このス
ロット１０１は実質的に作動部を構成する可とう性腕木
１０２゜１０３を区分けする。

第３図で上述した雄部および雌部は一般的な旋削および
フライス加工によって円筒状のインゴット又はワイヤの
形状で供給される形状記憶材料から得ることができる。

その他の種類の雄部は少くとも１つのスロットを有する
円筒状素子を形成する態様で押し枠機および圧延機で伸
ばしたシすることのできるシート状の形で供給される形
状記憶材料からも得ることができる。

もちろん、この発明の範囲を越えない範囲で他の形状の
雄部又は雌部を使用することができる。

特に、雄部又は雌部を構成する各管状又は円筒状素子は
それぞれ同様の相補形断面を有しており、スロットは各
管状素子の長手方向の対称軸ＸＸに対して対称又は非対
称に構成されている。

第４図および第５図を用いて、応用に制限の無い実施例
におけるコネクタについて述べる。

図において、介挿可能な雄部２を構成する介挿可能部の
１つは、規則正しい配列に結合された雄部２０によ）構
成される。各管状素子の２つのスロットを通過する直径
面は第５ｂ図に示す第１方向２に配向されている。介挿
可能雌部１を構成するもう一つの介挿可能部は同一の規
則正しい配列に結合された雌部１０により構成される。

雌部１０の各管状素子の２つのスロットを通過する直径
面は例えば第１の方向２に直交又は非直交する第２の方
向ｙに配向されている。

この発明のコネクタの雄部２０又は雌部１０は、完全に
形状記憶材料で作ることができる。

この場合、少くとも１つの導電ケーブルを受入れるよう
に作られた柄部９０は又、少くとも、１つの非可逆形状
状態を有する。この形状記憶状態において、柄部９０は
、導電ケーブルに緊密に適合することができるように形
成されている。

この結果、柄部９０と導電ケーブルとの確実な電気的接
触が得られる。柄部の非可逆形状記憶状態により、柄部
９Ｑの中ぐジ部の膨張によｐ導電体が挿入されて接触が
得られ、導電ケーブルが挿入されると、柄部における電
気的接触および機械的固定が確実になる安定形状の位置
に戻るという少くとも１つのサイクルを記憶された形状
状態を可能にする。もちろん、このことから、柄部自身
が、制限の無い態様で可逆形状記憶特性を持つことがで
きる。

この発明のコネクタを提供するために使用することので
きる形状記憶材料の例について述べる。これらの材料は
、ニッケル−チタン、銅−亜鉛−アルミニウム、銅−ア
ルミニウム−ニッケル、ニッケル−チタン−鉄およびニ
ッケルーアルミニウムの各組成物のグループから、制限
の無い態様で選択される。これらの組成物は金属間組成
物又は合金の形で使用される。制限の無い例により、第
３図に示すような雄部又は雌部は、４％±０．５％のア
ルミニウム、２７％乃　　１至２９チの亜鉛、および等
量の・臂−セントの銅を有する銅−亜鉛−アルミニウム
合金から作られている。この・ぐ−七ン、トは原子百分
率である。

各雄部２０又は雌部１０はさらに金又は銀のメッキ又は
すす鉛の合金から成る導電性保護力・９−を設けること
ができる。後者のカバーは、実際に、各雄部又は雌部に
おける腐食又は使用上の問題が無いので、一般的な使用
分野を拡大するために利用されている。

上述した雄部又は雌部の実施例によれば、＝８０℃のオ
ーダの遷移温度Ｍｓを潜ることが可能である。雄部又は
雌部の組成材料に対するマルテンサイト状態からの通過
の温度である遷移温度は上述の使用分野の第１の形状記
憶状態の保持を確実にする。第２形状状態はこの遷移偏
置よシ低い温度に対して安定している。第１形状記憶状
態から第２形状記憶状態への遷移は、コネクタの温度を
低くすることにより、すなわち、雄部又は雌部を遷移温
度Ｍｓよりも低くすることにより、単独で、可逆の態様
でかなりの回数行うことができ、その後、上記温度Ｍｓ
以上の使用温度に戻ることができ、逆も又同様である。

５ｇ３図に示すような雄部２０又は雌部ｌｏの取扱い例
を、上述の第１および第２の形状記憶状態を得るという
視野から述べる。雄部２０又は雌部１０は例えば第３図
に示すような第１の形状記憶状態を構成する最終形状お
よび寸法に形成される。雄部２０又は雌部１０は次に熱
処理が施されてオーステナイトタイプの結晶相状態が得
られる。さらに、雄部２０又は雌部１０は周囲温度付近
まで、寄生結晶相ができないように冷却する。この冷却
では、例えば急冷処理手段により得られるような冷却が
行われる。

次に雄部又は雌部は、第３図の１０５で示される少くと
も１つの変形ゾーンに学習と呼ぶ処理を施こす。この学
習のプロセスでは、雄部又は雌部の前記ゾーンが、第２
形状記憶状態の領域付近の形状位置に腕木１０２．１０
３が成るようにし、この部品を力を加えたままで、マル
テンサイト相状態に雄部又は雌部をすることができるよ
うな温度に下げるような態様で、変形するように機械的
な応力をくり返し加える。この温間の低下は全体の雄部
又は雌部のいずれかに、あるいは変形部１０５のゾーン
又は両ゾーンにのみ印加される冷却源より行うことがで
きる。機械的応力は所望の位置の形状記憶を得るために
作動部の円すい開口の形の道具により印加することがで
きる。機械的応力を取シ除いた後、雄部又は雌部は周囲
温度迄さらに冷却する。

この結果、雄部又は雌部ばその安定形状状態すなわち第
１形状記憶状態を再び保つ。上述した学習のための応力
印加サイクルの繰返しを十分に行うことにより、第１の
形状記憶状態と第２の状態との間の遷移の良好な復元性
を得ることができる。すなわち、単に雄部又は雌部の温
度を遷移温度Ｍｓ　（マルテンサイト位相が形成され始
める温度）より低いｍ度迄下げ、次に最初の形状記憶位
置又は状態およびオーステナイトタイプの結晶状態に戻
るために、温度Ａ３より高い温度に雄部又は雌部の温度
を連続的に上昇させることにより状態遷移が得らｎる。

学習の過程の変形例について第３図を参照して説明する
。

この学習の過程は、変形していない場合と、初期状態に
形成された雄部又は雌部で構成された物体の少くとも変
形ゾーン１０５を押し付け、種々の温度応力によりマル
チンサイト結晶相状態になる。この結果、雄部又は雌部
が上述した状態となり、このゾーンにおいて雄部又は雌
部が変形されるような機械的応力が加えられ、腕木１０
２，１０３が第２形状記憶状態■に近い形状位置になる
。上述した手段により、温度を下げ、機械的応力を印加
することができる。作動部の開口は、所望の第２形状記
憶位置が得られる迄行われる。冷却源が液体窒素槽の場
合には、機械的応力の印加は槽の中で行われる。次に雄
部又は雌部の初期形状状態に近いいわゆる中間形状状態
が規定され、応力が加えられる。

雄部又は雌部を中間形状状態にするには次の形状変化の
限界点を中間形状状態の限界点にする　　　　、ことに
より行われる。初期形状状態に近い、中間形状状態によ
り、初期状態あるいはこれに近い状態に戻ることができ
る形状状態が得られる。

雄部又は雌部の形状変化の限界の定義と賦課は、雄部を
囲む抜き型の手段、又は雌部に介挿される心棒の手段に
より行われる。抜き型および心棒はそれぞれ中間形状状
態の寸法に対応した内寸法および外寸法を有している。

もちろん、抜き型又は心棒は、便宜的には対応する雄部
又は雄部により構成し得る。マルテンサイト状態におい
て、これらの形状変化の限界点が賦課された雄部又は雌
部は、オーステナイト結晶状態に戻るために周囲温度迄
間断無く再加熱される。再加熱し、中間形状状態に雄部
又は雌部を保持する結果、第１の形状記憶状、＠ｌとし
て中間形状状態を定義することができる中間応力が雄部
又は雌部素子に導入される。

上述したコネクタは、単一の温度制御により、接触素子
、雄部又は雌部の形状を変化させるこ吟 とにより、時に大きな力を必袂とぜず、又接触素子の雄
部又は雌部の摩耗が無く、機能することができる。この
発明のコネクタの温度制御は産業環境で通常手に入れる
ことのできる冷却源、特に液体窒素源によジ行うことが
できる。この発明のコネクタを、雄部又は雌部の組成合
金の遷移温度以下に冷却することにより、雄部と雌部を
第２記憶状態にして、解放することができる。この第２
記憶状態では、零又は零に近い介挿力又は引張り力で介
挿又ははずすことができる。温度を周囲温度又は動作範
囲内の温度にすることにより雄部と雌部の緊密にして最
適の接続が得られ又、要求される固着力が確実に得られ
る。

この効果は、上述した特定の応用例では非常に重要であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のコネクタの斜視図；第２図はこの発
明によるコネクタの一実施例の詳細図： 第３図はこの発明によるコネクタの接触素子の一実施例
の断面図、および 第４図および第５図はどのような用途にも使えるこの発
明のコネクタの一実施例を示す図である。 １０・・・雌部、２０・・・雄部、９０・・・柄部、９
１・・・作動部、９２・・・つば、１０１・・・スロッ
ト、１０２．１０３・・・腕木。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気電導の導通又はしゃ断を行うために、一方が
   他方に介挿される、少くとも１つの導電性雄部（２０）
   および／又は雌部（１０）を有する電気コネクタにおい
   て、前記雄部（２０）又は雌部（１０）の少くとも一方
   が導電性の形状記憶材料であり、少くともその作動接触
   端において、前記雄部（２０）又は雌部（１０）は、第
   １の記憶形状状態において、相補形雌部（２０）又は雄
   部（１０）と緊密に適合することができ、第２の形状記
   憶状態において前記相補形雌部（１０）又は雄部（２０
   ）の係合を確実に切離すことができる形状を有すること
   を特徴とする電気コネクタ。
2. （２）電気的接触が確実に得られる第１形状記憶状態は
   周囲温度で安定であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電気コネクタ。
3. （３）電気的接触が確実に得られる第１形状記憶状態は
   低温度で安定であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の電気コネクタ。
4. （４）前記雄部（２０）および雌部（１０）は、一方で
   、第１の形状記憶状態における電気的接触を確実にする
   ように、相補形雌部（１０）又は雄部（２０）に相互に
   適合し得、他方第２形状記憶状態で前記相補形雌部（１
   ０）又は雄部（２０）の係合を確実に切離すことができ
   るような形状を有しており、前記各雄部および雌部は、
   前記第１および第２の記憶状態において、相補形形状記
   憶状態を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   乃至第３項のいずれかに記載の電気コネクタ。
5. （５）前記雄部又は雌部は、少くとも１つの導電ケーブ
   ルを受入れる柄部（９０）と、前記柄部（９０）に固定
   され、対応する相補形雌部又は雄部との接触を確実にす
   るための雄部又は雌部から構成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の電
   気コネクタ。
6. （６）前記作動部は、管状素子（１００）の長手方向の
   一部に延在し、前記作動部を構成する２つの可とう性腕
   木（１０２，１０３）を実質的に区切るスロット（１０
   １）を、少くとも直線母線の１つに沿って有する管状又
   は円筒状素子（１００）により構成されることを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の電気コネクタ。
7. （７）２つの介挿可能部（１，２）を備え、第１介挿可
   能部（２）は支持板によりある配列に結合された複数の
   雄部により構成され、第２介挿可能部（１）は、支持板
   （４１）により同様の配列に結合された複数の雌部によ
   り構成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第６項のいずれかに記載の電気コネクタ。
8. （８）前記雄部および雌部を構成する各管状又は円筒状
   素子はそれぞれ同様の相補形セクションを有し、前記ス
   ロットは対称に、あるいは各管状素子の対称の垂直軸に
   対して対称又は非対称に配列されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項記載の電気コネクタ。
9. （９）雄部介挿可能部（２）を構成する介挿可能部の１
   つが正規配列に結合された前記雄部により構成され、各
   管状素子の２つのスロットを通過する直径面は第１の方
   向ｚに配向され、雌部（１）を構成する他方の介挿可能
   部は同様の正規配列に結合された前記雌部（１０）によ
   り構成され、各管状素子の２つのスロットを通過する直
   径面は前記第１の方向に直交又は非直交する第２の方向
   ｙに配向されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項記載の電気コネクタ。
10. （１０）各雄部又は雌部は全体が形状記憶材料で構成さ
    れていることを特徴とする第１項乃至第９項記載の電気
    コネクタ。
11. （１１）前記少くとも１つの導電ケーブルを受入れる柄
    部（９０）は少くとも１つの形状記憶状態を有し、前記
    柄部は、前記導電ケーブルとの電気的接続を確実にする
    ために前記形状記憶状態で、前記導電ケーブルに緊密に
    適合することができるような形状を有していることを特
    徴とする特許請求の範囲第５項乃至第１０項記載の電気
    コネクタ。
12. （１２）前記形状記憶材料はニッケル−チタン、銅−亜
    鉛−アルミニウム、銅−アルミニウム−ニッケル、ニッ
    ケル−チタン−鉄およびニッケルーアルミニウムの各組
    成物のグループから選択されることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項乃至第１１項記載の電気コネクタ。
13. （１３）前記材料は金属間組成物又は合金の形で使用さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の電
    気コネクタ。
14. （１４）前記各雄部（２０）又は雌部（１０）は導電性
    の保護カバーを有することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項乃至第１３項のいずれかに記載の電気コネクタ。