CN100514760C - 连接器接触基材 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在保持作为连接器的性能和插接操作性的同时具有小的摩擦系数、需要小的插接力和不增加接触电阻的连接器接触基材。该连接器接触基材在基板表面上具有包含氟类树脂颗粒和氟类油的混合物的涂敷膜，其中涂敷膜的厚度为0.2～0.5μm，在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例为20质量%～40质量%，从而连接器接触基材具有小的摩擦系数，需要小的插接力，而且不升高接触电阻。

Description

连接器接触基材
技术领域
本发明涉及一种在连接器连接时能用小的插接力插接的连接器接触基材，尤其涉及一种适合汽车的多极终端的连接器接触基材。
背景技术
近年来随着汽车电气化的发展，通过组装终端形成的多极连接器的电极数目即终端数目正在不断增加。用每个终端的插接力乘以电线的数目(目前一般为10～20个电极)粗略地估计连接连接器所需要的力。因此，当每个终端的插接力大时，连接多极连接器所需要的力按线束中的电线数目成比例地相当地增加。
特别地，近年来汽车电子的显著前进和发展使布置在汽车上的电子设备的数目和CPU的数目在跳跃式地增加，线束中电线数目也相应地增加，因此强烈地需要连接器的多极化(30～40个电极)。
当电极如上述地增加时，连接连接器所需要的力也以电线的数目成比例地增加，固定连接器的插接力增加，如不使用例如螺栓和手柄等辅助工具，越来越不能连接连接器。从这一点上，需要能减弱终端的插接力并且保持稳定的低的接触电阻的固定-接触型终端。
作为连接器接触的材料，使用用锡电镀铜或铜合金基板生产的物质。镀锡是低廉的，具有良好的可焊性。并且，镀锡层是软的，在固定时粘附到新鲜的金属表面上，因此可得到良好的电接触。但是，镀锡的连接器接触基材需要大的插接力，因此几乎不适用于前述多极连接器。而且，在频繁插入和拔出的情况中，镀锡的连接器接触基材磨损显著，由于基材的暴露和氧化，接触电阻升高，为了抑制这些缺陷，需要增加镀锡层的厚度。另外，对于镀锡，在电镀时有时发生触须。
为了解决这些问题，提出对用于多极的连接器接触基材进行表面处理降低接触电阻的方法。
例如，JP-A第223290/1998号公开了一种降低连接处的接触电阻和改进耐磨损性的技术：将通过硬镍电镀提高耐磨损性的一个接触元件连接到另一个涂敷镍或镍合金和氟类树脂颗粒的共析体形成的复合电镀层的接触元件上。
此外，日本专利第2916001号公开了一种技术：通过将超细导电金属与低摩擦树脂材料混合并将该混合物坚固地固定到电接触部分所对应的部分上而保证电接触部分之间的导电率时，形成能减弱一个终端连接到另一个终端上所需要的插接力的低摩擦导电层。
此外，JP-A第15743/2000号公开了一种方法：将含有巯基(-SH)的有机化合物基本上以单分子膜涂敷到用于连接器接触的电镀的材料上，然后向其涂敷具有流动性的大分子聚集体的膜作为润滑层。据报道，这样可以保证对腐蚀环境的高抵抗性、连接器连接处的接触电阻的稳定性和润滑性，因此甚至在连接器频繁固定的情况中也可以改进耐磨损性和减轻连接器插接和拔出的力。
而且，JP-A第302866/1998号公开了一种技术：用含有螯合剂和石蜡的防绣润滑油涂敷镀锡0.1～0.3μm厚的固定-接触型终端可以减弱插接力和保证足够的耐腐蚀性。
并且，JP-A第16623/1999号公开了一种技术：将金刚石形式的碳涂敷到镀锡的固定-接触型终端的插入式元件(male component)和插座式元件(female component)中至少一个的滑动部分上，能减弱终端的插接力。
而且，JP-A第60974/2002号公开了一种技术：将苯并三唑或其衍生物以按照C测定的0.003～0.01μm厚度涂敷到电镀含锡的铜的连接器接触基材的表面上，老化后外观不变色，改进了可焊性和保证了优异的滑动性能。
另外，JP-A第212582/2002号公开了一种技术：涂敷用表面活性剂将石蜡、液体石蜡、或凡士林或角鲨烯的石蜡族碳氢化物乳化到水中生产水溶性金属表面润滑剂的涂膜，然后干燥该涂敷膜，可以降低例如连接器等电子元件连接和分离时的摩擦系数，并且降低接触电阻。
但是，上述文献描述的现有技术在维持作为连接器的性能和插接可操作性时，不能充分地表现出减弱插接力自身的效果或减弱插接力的效果。
例如对于JP-A第223290/1998号公开的技术，减弱插接力自身的效果是不足够的。
在JP 2916001中，将例如Teflon(注册商标)等树脂材料坚固地固定到厚度约2～4μm的涂敷膜上可以得到良好的降低摩擦的效果。但是，阻碍了终端之间的直接接触，甚至当导电性金属细粉末混合到树脂层中时，不能保证金属粉末颗粒之间的接触，因此终端之间的导电率仍然是不足够的。顺便提及，JP 2916001举例说明了插接力的降低，但是没有给出关于电接触部分之间的导电率的数据。
在JP-A第15743/2000号公开的技术中，当试图保证充分的润滑性时，需要涂敷相当大量的“具有流动性的大分子聚集体的膜”。在其具体实施方案中描述了涂敷厚度约400μm的聚α-烯烃润滑油、厚度约200μm的合成双酯润滑油和厚度约100μm的聚苯醚的例子。但是，当以几十到几百微米的厚度涂敷油时，在材料表面上不可避免油的流动和油腻，其例子实际上不适用。另外，当这样处理的电镀材料以层状堆叠时，油的表面张力引起的层间粘着(粘连)发生，也阻碍了操作性。
在JP-A第302866/1998号的情况中，涂敷到终端上的防绣润滑油需要长期的稳定性。但是，普通的螯合剂和石蜡在长期稳定性上不总是优异的。
尽管JP-A第16623/1999号中公开的金刚石形式的碳作为滑动成分具有优异的性能，但是它是电绝缘的，因此从降低接触电阻的角度，涂敷到导电部分上是不合适的。部分地涂敷到终端表面上是不方便的，因此不适合批量生产。
对于JP-A第60974/2002号中公开的技术，苯并三唑或其衍生物的润滑性效果一般是小的，因此不能得到足够的滑动性能。
在JP-A第212582/2002号的情况中，涂敷到终端上的防绣润滑油需要长期的稳定性。但是，一般地说，石蜡族碳氢化物在长期稳定性上不总是优异的。另外，水溶性润滑油在减少摩擦上的效果比不上非水溶性润滑油。
发明内容
注意力集中在上述情况下，完成了本发明。本发明的目的是提供一种在保持作为连接器的性能和插接可操作性的同时具有小的摩擦系数、需要小的插接力和不使接触电阻升高的连接器接触基材。
根据本发明的一个方面，达到上述目的的连接器接触基材的要点在于：在基板表面上具有涂敷膜的连接器接触基材，所述涂敷膜包含氟类树脂颗粒和氟类油的混合物，其中涂敷膜的厚度为0.2～0.5μm；在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例为20质量％～40质量％。
关于电接触，需要用于提供润滑性的成分长期地稳定。并且在连接器接触处，仅仅用润滑油，减少摩擦的效果是不足够的。另外，在用于连接器接触的基板(导电基板)表面上形成树脂膜一般产生减少摩擦的效果，但是从接触电阻的角度这是不利的。
相反，用氟类树脂颗粒和氟类油涂敷用于连接器接触的基板(导电基板)表面，可以充分地降低摩擦系数和插接力，并且充分地降低接触电阻(不升高接触电阻)。
当涂敷氟类树脂颗粒和氟类油时，氟类树脂颗粒分散和粘着在连接器的固定部分上。因此可以使整体摩擦系数降低到充分低的水平。并且，不粘着氟类树脂颗粒的部分出现在连接器的导电基板表面上，因此可以保证充分低的接触电阻。
但是，如本发明的要点中所述的，仅仅当包含氟类树脂颗粒和氟类油的混合物的涂敷膜自身的厚度和在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例控制在指定的范围内时才表现出上述效果。当它们偏离所述范围时，降低摩擦系数和插接力的效果和/或降低接触电阻的效果中的两个或一个将被阻碍。
具体实施方式
(氟类树脂颗粒的比例)
在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例设定为20质量％～40质量％。通过控制氟类树脂颗粒的比例在该范围内，涂敷膜更有保证地(在更高的水平)具有充分降低的摩擦系数和充分降低的接触电阻。
当氟类树脂颗粒的比例低于20质量％时，氟类树脂颗粒降低摩擦系数的效果消失。另一方面，当氟类树脂颗粒的比例超过40质量％时，在连接器的导电基板表面上不粘着氟类树脂颗粒的部分减少，接触电阻升高。因为这些原因，考虑到降低摩擦系数的效果和降低接触电阻的效果之间平衡，在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例设定为20质量％～40质量％。
(涂敷膜厚度)
考虑到降低摩擦系数的效果和降低接触电阻的效果之间平衡，在挥发去后面描述的涂敷溶剂之后的状态时，根据本发明的包含氟类树脂颗粒和氟类油的混合物的涂敷膜的厚度设定为0.2～0.5μm。
当涂敷膜的厚度低于0.2μm时，氟类树脂颗粒是不够的，因此降低摩擦系数的效果消失。另一方面，尽管涂敷膜的厚度也依赖于混合物中氟类树脂颗粒的比例，但是当涂敷膜的厚度超过0.5μm时，氟类树脂颗粒非常可能过量，在连接器的导电基板表面上不粘着氟类树脂颗粒的部分减少，因此接触电阻升高。因此这些原因，涂敷膜的厚度设定为0.2～0.5μm。(氟类树脂颗粒)
氟类树脂颗粒的直径在十分之几微米到几百微米的宽范围内变化(生产方法也依据粒径变化)。在本发明中，在上述粒径范围内可以多样地使用所述颗粒。甚至当其量或数目小时也能表现出氟类树脂颗粒的效果。但是，氟类树脂颗粒的效果受作为基材的导电基板的表面粗糙度影响，从例如普通的镀锡的铜板的表面粗糙度角度考虑，为了使氟类树脂颗粒的效果达到最高，需要氟类树脂颗粒的直径在大约十分之几微米到几十微米的范围内。
例如，镀锡的铜板的表面粗糙度(Ra)通常约为0.2μm或小于0.2μm。因此，需要例如PTFE等氟类树脂颗粒的直径等于或大于导电基板的表面粗糙度。当粒径太大时，颗粒可能从基板上脱落，有时阻碍终端之间的接触。相反，当粒径太小时，氟类树脂颗粒侵入到基板的凹穴中，有时不能得到降低摩擦的充分效果。因为这些原因，需要氟类树脂颗粒的直径在如上述的大约十分之几微米到几十微米的范围内。
在上述范围内市场上可利用的粒径的例子有：美国ShamrockTechnologies，Inc.生产的1～2、4～5、5～6、10～15和20μm和DaikinIndustries，Ltd.生产的0.2～0.4μm。
作为氟类树脂颗粒的种类，最通常使用PTFE(聚四氟乙烯)。但是，除PTFE外，列举出下列树脂作为含氟类树脂，以PTFE的相同方式使用它们的颗粒。
(1)PFA(四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)
(2)FEP(四氟乙烯-六氟丙烯共聚物)
(3)ETFE(四氟乙烯-乙烯聚合物)
(4)PCTFE(聚三氟氯乙烯)
(5)ECTFE(三氟氯乙烯-乙烯共聚物)
(6)PVDF(聚偏二氟乙烯)
(7)PVF(聚氟乙烯)
(氟类油)
对于改进氟类树脂颗粒的润湿性、使氟颗粒粘附到导电基板表面上和形成含有氟颗粒的涂敷膜，氟类油是必需的。氟类树脂颗粒被有机溶剂的润湿性是差的，但是被氟类油的润湿性是好的，因此侵入到导电基板和氟类树脂颗粒之间的氟类油通过其毛细管吸引作用使氟颗粒附着到导电基板的表面上。
并且氟类油本身是化学稳定的，具有润滑性。因此，甚至当不粘着氟类树脂颗粒的终端表面相互接触时也能保证相当程度的润滑性。同时氟类油本身是液体，因此甚至当终端直接相互接触时，它适度地流动，从而不阻碍接触终端之间的导电率(终端表面上微观突起处的直接接触)。
并且由于氟类油是合成油，可以无限制地选择任意分子量，在操作时的温度下不蒸发，在室温到高温的温度范围内表现出稳定的性能。
作为具有这些特性的氟类油，需要使用全氟聚醚型油。作为全氟聚醚型油，指出PFPE(全氟烷基聚醚)。PFPE生产如下：将氧引入到PTFE(聚四氟乙烯)的骨架链[-(CF2CF2)n-]中改进骨架链的挠性，形成室温下是液体的高聚合物。
由于因C-F键PTFE具有小的表面能，所以其摩擦系数小。但是，PTFE是固体和非导体，因此从保证终端之间的导电率的角度不优选它。PFPE具有比PTFE大的摩擦系数。但是，由于PFPE是液体(具有流动性)，所以它不阻碍终端之间的直接接触，可有把握地保证金属材料之间的导电率。并且也可以得到润滑膜在滑动时的自恢复性。
在终端中，在导电基板之间必须保证导电率。如果导电基板的整个表面用PTFE(固体)包覆，在导电基板之间不能保证导电率。需要暴露终端材料(导电基板)的大部分，避免阻碍基板之间的接触。
在涂敷PTFE时PFPE起分散剂的作用，并且起使PTFE适度地附着到固体表面上的粘结剂作用，而且本身是润滑剂。注意，由于PTFE具有斥水性和斥油性，所以它几乎不能分散在除PFPE之外的溶剂中，但是可以分散在PFPE中。并且PFPE如上述地起润滑油的作用，但是它不阻碍导电率。
由于生产方法的不同，骨架链和侧链结构不同的PFPE被商业化，例如商业化的有KX型、DS型和FZ型。这些衍生自不同的分子结构，在粘度和粘度对压力和温度的依赖性的性能上是不同的，但是上述类型中的任一种都可以没有问题地用作本发明的氟类油。并且通过在氟类油的分子中引入各种终端基团，可以改变对导电基板表面的吸附性。
作为这样的PFPE，可以任意地使用市场上可以得到的氟润滑油，例如Daikin Industries，Ltd.生产的Demnum系列(正规链型)等。
(涂敷方法)
用根据本发明的涂敷膜涂敷导电基板表面的方法包括步骤：将氟类树脂和氟类油的混合物稀释和分散在溶剂中，所述混合物具有上述比例的氟类树脂颗粒；和将所述混合物涂敷到导电基板表面上使得能保证涂敷厚度和氟类树脂颗粒的比例。注意，本发明中提及的涂敷可以用浸渍等替换，基本上，涂敷可以用公知的方法实施。
作为使用的溶剂，从下列要求优选使用市场上可以利用的氟溶剂(螯合剂、稀释剂)：要求不有害地影响导电基板、氟类树脂颗粒和氟类油，在室温下具有高的挥发性，并且具有与氟类树脂颗粒和氟类油的高可约性(reducibility)和可分散性；而且具有不可燃烧性、可操作性和安全性。此处，可以任意地使用市场上可利用的不是从全球环境角度所限制的特定氟化学品的氟溶剂，例如各种改进的(替换特定的氟化学品)氟溶剂，例如Asahi Glass Co.，Ltd.生产的Asahiklin Ak-225(二氯五氟丙烷)或HFE(氢氟醚)。
(基板)
作为根据本发明的连接器接触基材的导电基板，可以任意地使用铜或铜合金、进行锡电镀或锡合金电镀的铜合金、或铝或铝合金、已经实际使用的那些。
实施例
下面解释本发明的实施例。
在表1所示的条件下，将氟类油1和氟类树脂颗粒2分散和稀释在氟溶剂3中制备具有表1所示的氟类树脂颗粒2的固体成分与氟类油1的固体含量的各种比例(重量％)的涂敷液4(A～M)。
涂敷液A～M涂敷到作为连接器接触基材的基板的镀锡的铜合金板(黄铜板)的表面上形成具有表1所示厚度的涂敷膜。然后涂敷的板在室温下干燥，包覆上充分地挥发氟溶剂形成的涂敷膜，并用作测试材料。表2给出了涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例(质量％)和测试材料的涂敷膜厚度(μm)。
以下述方式测定涂敷膜中氟类树脂颗粒的比例和每种测试材料的涂敷膜厚度。此外，以下述方式测定摩擦系数(动力学摩擦系数)和接触电阻作为每种测试材料的涂敷膜的性能。这些结果也表示在表2中。
(氟类树脂颗粒的比例和涂敷膜厚度)
用红外光谱法测定在表面涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例(质量％)和每种测试材料的表面涂敷膜厚度(μm)。即，使用涂敷的测试材料的反射光谱和用于形成涂敷膜的氟类树脂颗粒和氟类油的光谱进行定量分析测定每种测试材料的比例和平均涂敷膜厚度。在这里，就氟类树脂颗粒和氟类油的光谱而言，使用用溶剂从涂敷的测试材料中分离和提取生产的物质的光谱。
(摩擦系数)
使用Shinto Science Co.，Ltd.生产的表面性能测试仪HEIDON型-14DR用于测试摩擦系数。也就是说，将同样制备的测试材料(10×10×50mm)堆叠在一起使涂敷膜在预定的面积相互接触，在施加200g/cm2的正常负载下，用自动绘图仪沿水平方向以6000mm/min的速度拉动上侧测试材料。在这种情况中，用测压元件测定张力(F)，然后用下列式子A计算动力学摩擦系数(μ)：
μ＝F/N
A，
其中N是指正常负载200g/cm2。
动力学摩擦系数μ低于0.20的情况认为是：具有将插接力减弱到不使用例如螺栓或手柄等辅助工具处理高达30～40个电极的连接器的多极化就可以固定连接器的程度的大效果(降低摩擦系数的效果)，评价为标记◎。动力学摩擦系数μ在0.20至小于0.30的范围内的情况认为是具有一定的效果，虽然它小于上述标记◎的情况，但是将插接力(降低摩擦系数的效果)减弱到在一些辅助条件下能承受连接器多极化的程度，评价为标记○。并且，动力学摩擦系数μ为0.30或更大的情况认为是不具有将插接力减弱到能承受连接器多极化的程度的效果(降低摩擦系数的效果)，评价为标记×。
(接触电阻)
如下得到接触电阻(mΩ)：将防水涂料涂敷到测试材料的边缘上，此后使该测试材料留在温度为40℃和湿度为85％的气氛中24小时生产测试材料，使用该测试材料；使用四终端方法在20mV的开路电压、10mA的电流和100gf的滑动负载下测定测试材料的接触电阻；并平均多次测定的接触电阻值。
接触电阻小于1.5mΩ的情况认为是能用于连接器的多极化，而没有降低导电率(不升高接触电阻)和具有大的阻止接触电阻升高的效果，评价为标记◎。接触电阻在1.5mΩ至小于3.0mΩ的范围内的情况认为是具有一定的效果，虽然它低于上述标记◎的情况，但是能将接触电阻升高抑制到在一些辅助条件下能承受连接器多极化的程度，评价为标记○。此外，接触电阻为3.0mΩ或更高的情况认为是不具有能将接触电阻的升高抑制到能承受连接器多极化的程度的效果，评价为标记×。
在表2中的发明实施例6、7、9、11、14和15的情况中，从表1明显看出，使用表1所示的涂敷液F、G、H、K和L，如表2所示，基板表面上的涂敷膜厚度控制在0.2～0.5μm的范围内，在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例也控制在20质量％～40质量％的范围内。
结果，在前述发明实施例的情况中，保证或甚至实质性地将插接力减弱到能承受连接器多极化的程度的效果(降低摩擦系数的效果)，同时也保证或甚至实质性地抑制接触电阻升高的效果，因此可同时保证这两个相互矛盾的特性。因此认为上述材料适合用作能承受连接器多极化的连接器接触基材。
另一方面，在表2中的对比例1～5、8、10、12、13和16的情况中，由表1清楚地看到，使用表1所示的涂敷液A～D、E、G、I、J和M，如表2所示，或者基板表面上的涂敷膜厚度偏离0.2～0.5μm的范围，或者在涂敷膜中氟类树脂颗粒与氟类树脂颗粒和氟类油的总量的比例偏离20质量％～40质量％的范围。
结果，在上述对比例的情况中，对于处理连接器的多极化，减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)或抑制接触电阻升高的效果相当地低劣，因此不能同时保证这两个相互矛盾的特性。因此，可以认为上述材料不适合用作承受连接器多极化的连接器接触基材。
更具体地，对比例1～4的涂敷膜仅含有氟类油，不含有氟类树脂颗粒。结果，减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)小。因此，为了表现出减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)，包含氟类树脂颗粒的意义是明显的。
在对比例5和13的情况中，涂敷膜中氟类树脂颗粒的比例小于20质量％，太低。结果，尽管涂敷膜厚度满足本发明规定的范围和抑制接触电阻升高的效果显著，但是和发明实施例相比，减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)小。
在对比例12和16的情况中，相反，涂敷膜中氟类树脂颗粒的比例超过40质量％，太高。结果，尽管涂敷膜厚度满足本发明规定的范围和减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)显著，但是例如与其中涂敷膜中氟类树脂颗粒的比例是上限即40质量％的发明实施例11相比，接触电阻高并且抑制接触电阻升高的效果小。这些结果表明了本发明中规定氟类树脂颗粒在涂敷膜中的比例的重要意义。
使用与发明实施例中相同的涂敷液G形成对比例8的涂敷膜，但是其厚度不大于0.2μm，太薄。结果，尽管涂敷膜中氟类树脂颗粒的比例满足本发明规定的范围，但是与使用相同的涂敷液G的发明实施例7相比，减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)特别地小。
相反，使用发明实施例中使用的相同涂敷液G形成对比例10的涂敷膜，但是其厚度超过0.5μm，太厚。结果，尽管涂敷膜中氟类树脂颗粒的比例满足本发明规定的范围且减弱插接力的效果(降低摩擦系数的效果)大，但是与使用相同的涂敷液G的发明实施例7相比，接触电阻大，抑制接触电阻升高的效果特别小。这些结果表明了本发明中规定涂敷膜厚度的重要意义。
Figure C200510129662D00141
本发明可以提供一种在保持作为连接器的性能和插接操作性时具有小的摩擦系数、需要小的插接力和不增加接触电阻的连接器接触基材。结果，可以优选使用所述材料作为用于多极终端的连接器接触基材和得到具有小的插接力和低的接触电阻的多极终端。
依据优选方案描述了上述发明。但是本领域的技术人员将认识到这些方案存在着许多变化。这些变化都被纳入在本发明和权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种在基板的表面上具有涂敷膜的连接器接触基材，具有基板和置于该基板表面上的涂敷膜，该涂敷膜包含氟类树脂颗粒和氟类油的混合物，其特征在于：
所述涂敷膜的厚度为0.2～0.5μm；并且
在所述涂敷膜中，所述氟类树脂颗粒的量相对于所述氟类树脂颗粒和所述氟类油的总量的比例为20质量％～40质量％。
2.如权利要求1所述的连接器接触基材，其特征在于，所述氟类油为全氟聚醚型油。
3.如权利要求1所述的连接器接触基材，其特征在于，所述氟类树脂颗粒为全氟聚醚型颗粒。
4.如权利要求1所述的连接器接触基材，其特征在于，所述基板由铜或铜合金制成。
5.如权利要求1所述的连接器接触基材，其特征在于，所述连接器接触基材用于多极终端。
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