DE102023110709A1

DE102023110709A1 - Anschlussbeschichtungsmaterial, Anschlussverbindungsstruktur, die das Anschlussbeschichtungsmaterial verwendet, und Wartungsstecker

Info

Publication number: DE102023110709A1
Application number: DE102023110709.7A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Fujita; Hideki Mizuno; Yasuo Yamauchi; Satoka Ohnishi
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2022-05-02
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2023-11-02
Also published as: JP2023165154A; US20230352867A1; CN116995465A

Abstract

Ein Anschlussbeschichtungsmaterial (1) umfasst eine Metallbasis (2), die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält, und eine Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (3), die auf der Metallbasis (2) angeordnet ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung und Kohlenstoff (30) enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anschlussbeschichtungsmaterial, eine Anschlussverbindungsstruktur, die das Anschlussbeschichtungsmaterial verwendet, und einen Wartungsstecker.
Hintergrund
Mit der fortschreitenden Elektrifizierung von Fahrzeugen steigt die Zahl der Elektro- und Hybridfahrzeuge, in denen Batterien mit großer Kapazität verbaut werden, und es ist notwendig, kleine Steckverbinder mit großer Kapazität zu entwickeln, um mit der wachsenden Größe der Batteriepakete fertig zu werden. Da in Elektro- und Hybridfahrzeugen Hochleistungsmotoren eingesetzt werden, fließen große Ströme durch die Kabel und Anschlüsse, und es entsteht eine große Wärmeentwicklung. Daher ist für die in diesen Fahrzeugen verwendeten Anschlüsse eine hohe Wärmebeständigkeit erforderlich.
Mittlerweile verfügen Elektro- und Hybridfahrzeuge über Stromversorgungsunterbrecher, die als Wartungsstecker bezeichnet werden, um die Stromzufuhr zwischen der Stromversorgung und der Last zu unterbrechen und so die Betriebssicherheit bei der Wartung des elektrischen Systems zu gewährleisten. Jeder Stromversorgungsunterbrecher hat zwei Gehäuse, die aneinander befestigt sind, und einen Hebel, der durch Drehung betätigt wird, wenn die Gehäuse aneinander befestigt und voneinander gelöst werden. Die JP 2020- 145 040 A offenbart einen Wartungsstecker mit guter Bedienbarkeit, die durch die Verringerung der für das Anbringen und Lösen erforderlichen Betätigungskraft gewährleistet wird, sowie einen für den Wartungsstecker verwendeten Klemmanschluss.
Zusammenfassung
Bei einem herkömmlichen Wartungsstecker, wie er in der JP 2020- 145 040 A offenbart ist, ist es jedoch notwendig, die Größe und Anzahl der Anschlüsse zu erhöhen, um einen hohe Ströme zu bewältigen. Darüber hinaus ist es aus der Sicht der Materialien aufgrund der Vergrö-ßerung der Anschlussgröße notwendig, ein Schmiermittel wie Klüber aufzutragen, um den Kontaktabrieb beim Einsetzen und Entfernen der Anschlüsse zu unterdrücken und eine hohe Hebelbetriebsfähigkeit aufrechtzuerhalten, und ferner ist ein Anstieg der Herstellungskosten der für die Anschlüsse verwendeten Beschichtung ein Problem. Darüber hinaus wird aus den zuvor erwähnten Gründen die Heiztemperatur der Anschlusskontakte hoch, so dass Kupfer einer Metallbasis dazu neigt, leicht in die äußerste Beschichtungsschicht zu diffundieren. Die Oxidation der Kupferkomponente, die sich auf der Beschichtungsoberfläche abscheidet, führt zu einem Anstieg des Kontaktwiderstands, wodurch sich die elektrische Verbindungsleistung verringern kann. Auf diese Weise müssen die in Elektro- und Hybridfahrzeugen verwendeten Anschlüsse Probleme, wie die Verbesserung der Kontaktzuverlässigkeit und die Senkung der Herstellungskosten, lösen.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des zuvor erwähnten Problems aus dem Stand der Technik entwickelt. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Anschlussbeschichtungsmaterial mit verbesserter Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit, eine Anschlussverbindungsstruktur, die das Anschlussbeschichtungsmaterial verwendet, und einen Wartungsstecker bereitzustellen.
Ein Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Metallbasis, die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält, und eine Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht, die auf der Metallbasis angeordnet ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung und Kohlenstoff enthält.
Eine Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Buchse und einen Stecker, der an die Buchse anzuschließen ist, auf, wobei die Buchse und/oder der Stecker das Anschlussbeschichtungsmaterial aufweist.
Ein Wartungsstecker gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Anschlussverbindungsstruktur.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Anschlussbeschichtungsmaterial mit erhöhter Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit, eine Anschlussverbindungsstruktur unter Verwendung des Anschlussbeschichtungsmaterials und einen Wartungsstecker bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für ein Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
1B ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für ein Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
2A ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand eines herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials (eine Silber-Antimon-Beschichtungsschicht) vor dem Erhitzen zeigt.
2B ist eine Querschnittsansicht, die den Zustand eines herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials während des Erhitzens zeigt.
2C ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials nach dem Erhitzen.
3A ist eine Querschnittsansicht eines Anschlussbeschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform vor dem Erhitzen.
3B ist eine Querschnittsansicht eines Anschlussbeschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform während des Erhitzens.
3C ist eine Querschnittsansicht eines Anschlussbeschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform nach dem Erhitzen.
4A ist eine Draufsicht, die den Zustand der äußersten Oberfläche eines herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials (einer Silber-Antimon-Beschichtungsschicht) nach dem Erhitzen zeigt.
4B ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie A-A des in 4A dargestellten herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials und eines Kontaktabschnitts eines Kontakts einer Auswertevorrichtung.
5A ist eine Draufsicht, die den Zustand der äußersten Oberfläche des Anschlussbeschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform nach dem Erhitzen zeigt.
5B ist eine vergrößerte Ansicht eines Querschnitts entlang der Linie B-B des in 5A dargestellten Anschlussbeschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform und eines Kontaktabschnitts eines Kontakts einer Auswertevorrichtung.
6A ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel (zehn Kontaktpunkte) eines Verbindungszustands zwischen Buchsenanschlüssen und einem Steckeranschluss einer Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
6B ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel (vier Kontaktpunkte) eines Verbindungszustands zwischen Buchsenanschlüssen und einem Steckeranschluss einer Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Messergebnisse einer Kontaktlast und eines Kontaktwiderstandes vor und nach dem Erhitzen für ein Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Analyseergebnisse eines Zustands, in dem sich Kupfer (Cu) auf einer Oberfläche einer Versilberungsschicht nach dem Erhitzen abscheidet, mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) für ein Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt.
9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Bewertung des Reibungskoeffizienten für ein Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Bewertungsverfahren für einen Kontaktwiderstandswert und eine Abriebfestigkeit darstellt.
11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ergebnisse einer Bewertung der Abriebfestigkeit eines Anschlussbeschichtungsmaterials gemäß der vorliegenden Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden erfolgt eine detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Bezug auf ein Anschlussbeschichtungsmaterial, eine Anschlussverbindungsstruktur, die das Anschlussbeschichtungsmaterial verwendet, und einen Wartungsstecker gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Es sollte beachtet werden, dass die Maßverhältnisse in den Zeichnungen zur Vereinfachung der Erklärung vergrößert dargestellt sind und von den tatsächlichen Verhältnissen abweichen können.
[Anschlussbeschichtungsmaterial 1]
Wie in 1A dargestellt, umfasst ein Anschlussbeschichtungsmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform eine Metallbasis 2, die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält, und eine Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3, die auf der Metallbasis 2 angeordnet ist. Einzelheiten zu jeder Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform werden im Folgenden beschrieben.
[Metallbasis 2]
Die Metallbasis 2 ist ein Material, das auf die später beschriebene Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 oder eine Unterschicht 5 aufgebracht wird. Die Metallbasis 2 enthält Kupfer oder eine Kupferlegierung. Als Kupfer oder Kupferlegierung für die Metallbasis 2 können beispielsweise die in den japanischen Industrienormen JIS H3100 (Bleche, Platten und Streifen aus Kupfer und Kupferlegierungen) angegebenen Materialien verwendet werden. Insbesondere können verwendet werden: anoxisches Kupfer (C1020), Hartpechkupfer (C1100), phosphordesoxidiertes Kupfer (C1201), zinnhaltiges Kupfer (C1441), zirkoniumhaltiges Kupfer (C1510), eisenhaltiges Kupfer (C1921) und dergleichen.
Als Materialeigenschaften der Metallbasis 2 kann die Metallbasis 2 auch andere Metalle und Verbindungen als Kupfer und Kupferlegierungen enthalten. Beispiele für andere Metalle und Verbindungen als Kupfer und Kupferlegierungen sind ein oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Ni, Co, Fe, Pt, Au, Al, Si, Cr, Mg, Mn, Mo, Rh, Ta, Ti, W, U, V und Zr besteht, oder Verbindungen, die die oben genannten ein oder mehreren Elemente enthalten. Die spezifische Form der Metallbasis 2 ist auf keine besondere beschränkt, und die Metallbasis 2 kann entsprechend der Anwendung geformt werden.
[Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3]
Die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 ist auf der Metallbasis 2 angeordnet, wie in 1A dargestellt. Die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 enthält entweder Silber oder eine Silberlegierung und enthält außerdem Kohlenstoff. Die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 bewirkt, dass das von der Metallbasis 2 diffundierte Kupfer zurückbleibt, und hat die Aufgabe, die Oberflächenpräzipitation von Kupfer zu unterdrücken. Daher ist es mit dem Anschlussbeschichtungsmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Hitzebeständigkeit der Silberbeschichtung durch Unterdrückung der Oberflächenpräzipitation von Kupfer auf der Metallbasis 2 nach der Wärmeerzeugung zu verbessern. Unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Oberflächenpräzipitation von Kupfer ist es vorzuziehen, dass die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 die gesamte Metallbasis 2 bedeckt. Wie in 1B dargestellt, kann die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 die Metallbasis 2 indirekt mit der später beschriebenen Unterschicht 5 bedecken, die sich dazwischen befindet.
Wenn Wärme zugeführt wird, wird die thermische Vibration der Kupferatome der Metallbasis im Allgemeinen intensiv, und es wird möglich, ihre Position zu verändern. Dann diffundieren einige der Kupferatome der Metallbasis in die Korngrenzen der auf der Metallbasis angeordneten Beschichtungsschicht. Außerdem bewegen sich die Kupferatome, die in die Korngrenzen der Beschichtungsschicht diffundiert sind, zur Beschichtungsoberfläche, und sind dort energetisch stabil. Dies führt dazu, dass das aus der Metallbasis diffundierte Kupfer auf der Oberfläche der Beschichtung abgeschieden und oxidiert wird, wodurch sich der Kontaktwiderstand erhöht.
Als herkömmliches Anschlussbeschichtungsmaterial 11 wird ein Anschlussbeschichtungsmaterial, in dem eine Silber-Antimon-Beschichtungsschicht 4 auf der Metallbasis 2 vorgesehen ist, z. B. 500 Stunden lang auf 190 °C erhitzt. Dadurch ändert sich der Zustand vom Zustand in 2A (vor dem Erhitzen) zum Zustand in 2B (während des Erhitzens) und dann zum Zustand in 2C (nach dem Erhitzen). In 2A, dem Zustand vor dem Erhitzen, befindet sich das Antimon in der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht 4. Dann, im Zustand während des Erhitzens, diffundiert Kupfer aus der Metallbasis 2 in die Korngrenzen der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht 4, wie in 2B dargestellt. Ferner diffundiert im Zustand während des Erhitzens Antimon in der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht 4 zur Oberfläche, präzipitiert auf der Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht 4 und bildet eine Schicht aus oxidiertem Antimon (im Folgenden als Antimonoxid 40 bezeichnet). Im Zustand nach dem Erhitzen präzipitiert Kupfer auf der Oberfläche der Schicht aus Antimonoxid 40 und bildet eine Schicht aus oxidiertem Kupfer (im Folgenden als Kupferoxid 20 bezeichnet), wie in 2C dargestellt. Auf diese Weise scheidet sich das aus der Metallbasis diffundierte Kupfer an der Oberfläche der Beschichtung ab und bildet eine Schicht aus Kupferoxid 20. Dementsprechend erhöht sich der Kontaktwiderstandswert in einer Hochtemperaturumgebung.
Wenn das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform 500 Stunden lang auf 190 °C erhitzt wird, ändert sich der Zustand von dem in 3A dargestellten Zustand (vor dem Erhitzen) zu dem in 3B dargestellten Zustand (während des Erhitzens) und dann zu dem in 3C dargestellten Zustand (nach dem Erhitzen). In 3A, dem Zustand vor dem Erhitzen, sind zunächst Kohlenstoff 30 und Zwischenräume in der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 vorhanden. Dann, im Zustand während des Erhitzens, diffundiert Kupfer aus der Metallbasis 2 in die Korngrenzen der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3, wie in 3B dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt verbindet sich das diffundierte Kupfer leicht mit dem Sauerstoff, der sich in den Zwischenräumen in der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 befindet, und daher bleibt das Kupfer in den Zwischenräumen und segregiert. Daher verbleibt im Zustand nach dem Erhitzen etwas Kupfer in der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3, wie in 3C dargestellt. Dadurch kann die Präzipitation von Kupfer auf der Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3, d. h. die Bildung einer Schicht aus Kupferoxid 20, wie in 2C dargestellt, unterdrückt werden. Durch die Unterdrückung der Präzipitation von Kupfer auf der Oberfläche der Metallbasis 2 nach dem Erhitzen wird es möglich, den Anstieg des Kontaktwiderstandes in einer Hochtemperaturumgebung zu minimieren.
4A ist eine Draufsicht, die den Zustand des herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials 11 (die Silber-Antimon-Beschichtungsschicht) nach dem Erhitzen zeigt. Auf der Oberfläche des herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials ist reines Silber von Kupferoxid 20 und/oder Antimonoxid 40 umgeben. 4B ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Kontakt 71 einer Auswertevorrichtung, die zur Messung des Kontaktwiderstandswertes verwendet wird, in Kontakt mit einer äußersten Schicht 41 des herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials ist. Der Kontakt 71 hat einen halbkugelförmigen Vorsprung als Kontaktabschnitt. Der Bereich in der gestrichelten Linie in der Mitte von 4A veranschaulicht den Kontaktpunkt zwischen dem Kontakt 71 und der äußersten Schicht 41 des herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials.
5A ist eine Draufsicht, die den Zustand des Anschlussbeschichtungsmaterials 1 der vorliegenden Ausführungsform nach dem Erhitzen zeigt. Reines Silber ist von dem Kupferoxid 20 auf der Oberfläche des Materials für die Anschlussbeschichtung umgeben. 5B ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Kontakt 71 der Auswertevorrichtung, die zur Messung des Kontaktwiderstandswertes verwendet wird, mit der äußersten Schicht 31 des Anschlussmaterials in Kontakt ist. Der Kontakt 71 hat einen halbkugelförmigen Vorsprung als Kontaktabschnitt. Der Bereich in der gestrichelten Linie in der Mitte von 5A zeigt den Kontaktpunkt zwischen dem Kontakt 71 und der äußersten Schicht 31 des Anschlussbeschichtungsmaterials.
Vergleicht man die Kontaktpunkte zwischen dem Kontakt 71 und den äußersten Schichten der einzelnen Beschichtungsmaterialien, so stellt man fest, dass das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform weniger Oxid, das ein erregungshemmender Faktor ist, und eine größere von reinem Silber belegte Fläche, d. h. eine größere Anzahl von Erregungspfaden, aufweist als das herkömmliche Anschlussbeschichtungsmaterial 11. Dies ermöglicht es, einen Anstieg des Kontaktwiderstandswertes in einer Hochtemperaturumgebung zu minimieren.
Darüber hinaus hat die äußerste Schicht 41 des herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials eine große Menge an Oxid, und daher beträgt die Vickers-Härte der äußersten Schicht nach dem Erhitzen 130 Hv, während die Vickers-Härte vor dem Erhitzen 180 Hv beträgt. Indes weist die äußerste Schicht 31 des Anschlussbeschichtungsmaterials der vorliegenden Ausführungsform eine große Menge an reinem Silber auf, weshalb die Vickers-Härte der äußersten Schicht vor und nach dem Erhitzen 80 Hv beträgt. Auf diese Weise ist die äußerste Schicht 31 des Anschlussbeschichtungsmaterials auch nach dem Erhitzen weicher als die äußerste Schicht 41 des herkömmlichen Anschlussbeschichtungsmaterials, und daher ist die Kontaktfläche mit dem Kontakt 71 groß, wie in 5B dargestellt. Dies ermöglicht es, den Anstieg des Kontaktwiderstandswertes in einer Hochtemperaturumgebung zu minimieren. Die Vickers-Härte kann gemäß der japanischen Industrienorm JIS Z2244: 2009 (Vickers-Härteprüfung - Testverfahren) gemessen werden.
Wenn das Anschlussmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform als Anschluss verwendet wird, bricht der Kohlenstoff 30 aufgrund des Einschlusses des Kohlenstoffs 30 in der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 während des Gleitens der Schicht, die Schicht wirkt als Schmierfilm und wird rutschig, und dementsprechend wird die Einsetzkraft reduziert. Da außerdem der Kontaktdruck am Kontaktabschnitt des Anschlusses gering wird, wird die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 nicht leicht abgeschabt, selbst wenn der Anschluss wiederholt eingeführt und entfernt wird. Daher ist das Material für die Beschichtung des Anschlusses 1 auch sehr abriebfest.
Die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 ist vorzugsweise eine reine Silberschicht, die den Kohlenstoff 30 enthält. Wenn die Schicht eine reine Silberbeschichtung ist, bilden sich in der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 während der Beschichtungsbildung leicht Zwischenräume. Daher bleibt Kupfer auf einfache Weise übrig und segregiert in den Zwischenräumen, und Oberflächenpräzipitation von Kupfer, die aus der Metallbasis 2 diffundiert, kann leicht unterdrückt werden.
Die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 kann durch Dispergieren des Kohlenstoffmaterials in einem Versilberungsbad und Eintauchen der Metallbasis 2 in das Versilberungsbad zur Durchführung der Beschichtung gebildet werden. Um das Kohlenstoffmaterial effizient zu dispergieren, ist es in diesem Fall vorteilhaft, dass vor der Zugabe des Kohlenstoffmaterials in das Versilberungsbad eine Oxidschicht im Voraus durch ein allgemeines Verfahren zur Entfernung von Oxidschichten (z. B. Behandlung mit Säuren, Laugen oder organischen Lösungsmitteln) entfernt und ein Waschvorgang mit Wasser durchgeführt wird. Das Verfahren zum Dispergieren des Kohlenstoffmaterials im Versilberungsbad ist nicht besonders begrenzt, und das Kohlenstoffmaterial kann durch Rühren mit hoher Geschwindigkeit dispergiert werden, nachdem das Kohlenstoffmaterial dem Versilberungsbad zugegeben wurde. Um das Kohlenstoffmaterial effizient zu dispergieren, kann nach der Zugabe des Kohlenstoffmaterials in das Versilberungsbad eine äußere Kraft mit Hilfe eines Ultraschall-Dispergiergeräts oder Ähnlichem aufgebracht werden. Durch solche Verfahren lässt sich das Kohlenstoffmaterial leicht auflösen.
Beispiele für das Kohlenstoffmaterial, das der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 zugesetzt wird, sind Graphit, Graphen, Kohlenstofffasern, Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Kohlenstoff-Nanohörner, Kohlenstoff-Nanofasern, Ruß, Fulleren oder ähnliches. Um die Abscheidung von Kupfer in den Zwischenräumen der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 zu erleichtern, ist das der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 zugesetzte Kohlenstoffmaterial vorzugsweise Graphit.
Für die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 kann eine Legierung verwendet werden, die Metall und Silber aus mindestens einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe Zinn (Sn), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Kobalt (Co), Palladium (Pd), Wismut (Bi), Indium (In), Antimon (Sb), Selen (Se) und Tellur (Te) enthält. Diese Silberlegierungen sind dafür bekannt, dass sie im Vergleich zu reinem Silber kleinere Körner und höhere Vickers-Härte-Werte aufweisen. Bei der Silberlegierung kann es sich um eine binäre Legierung handeln, die zwei Metallkomponenten enthält, um eine ternäre Legierung, die drei Metallkomponenten enthält, oder um eine Legierung, die vier oder mehr Metallkomponenten enthält. Die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 kann aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren Schichten bestehen.
Neben dem Kohlenstoffmaterial kann das zur Bildung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 verwendete Versilberungsbad z. B. Silbersalze, Salze der oben beschriebenen Metalle, Leitsalze, Glanzmittel und dergleichen enthalten. Das für Silbersalze verwendete Material enthält Salze von mindestens einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe, die beispielsweise aus Silbercyanid, Silberjodid, Silberoxid, Silbersulfat, Silbernitrat, Silbermethansulfonat und Silberchlorid besteht. Zu den Leitsalzen gehören auch Salze von mindestens einem oder mehreren Stoffen aus der Gruppe bestehend aus Kaliumcyanid, Natriumcyanid, Kaliumpyrophosphat, Silbermethansulfonat, Kaliumiodid und Natriumthiosulfat. Beispiele für Glanzmittel sind Metallglanzmittel wie Antimon, Selen und Tellur sowie organische Glanzmittel wie Benzolsulfonsäure und Mercaptan. Die Silberionenkonzentration des Versilberungsbades beträgt vorzugsweise 30 g/L bis z. B. 50 g/L.
Die Beschichtungsbehandlung zur Bildung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 ist vorzugsweise die Konstantstrom-Elektrolyse, da die Schichtdicke leicht gesteuert werden kann. Die Bedingungen für die Durchführung der elektrolytischen Beschichtung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 sind nicht besonders begrenzt, und die Schicht kann mit einem bekannten Beschichtungsverfahren beschichtet werden. Die Stromdichte kann unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Produktivität, Zusammensetzung des Beschichtungsbads, Ionenkonzentration und Form des zu beschichtenden Objekts eingestellt werden. Auch die Temperatur des Beschichtungsbades ist nicht besonders begrenzt.
Unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Diffusion von Kupfer in der Metallbasis nach der Wärmeerzeugung und der Oberflächenpräzipitation von Kupfer beträgt die Dicke der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 vorzugsweise 3 µm oder mehr.
[Unterschicht 5]
Wie in 1B dargestellt, kann das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform ferner die Unterschicht 5 enthalten, um verschiedene Funktionen zu erfüllen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Unterschicht 5 zwischen der Metallbasis 2 und der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 angeordnet.
Die Unterschicht 5 enthält vorzugsweise Metall aus mindestens einem oder mehreren Metallen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Nickel, Kupfer und Silber besteht. Insbesondere enthält die Unterschicht 5 vorzugsweise ein Metall aus mindestens einem oder mehreren Metallen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Nickel, einer Nickellegierung, Kupfer, einer Kupferlegierung, Silber und einer Silberlegierung besteht.
Die Unterschicht 5 enthält vorzugsweise Nickel oder eine Nickellegierung. Wenn die Unterschicht 5 Nickel oder eine Nickellegierung enthält, kann die Unterschicht 5 die Diffusion von Kupfer von der Metallbasis 2 zur Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 unterdrücken und beispielsweise die Kontaktsicherheit und Wärmebeständigkeit verbessern. Das heißt, die Unterschicht 5 dient als Sperrschicht. Wenn die Unterschicht 5 entweder Nickel oder eine Nickellegierung enthält, beträgt die Schichtdicke vorzugsweise mehr als 0,5 µm und 1 µm oder weniger, aber die Schichtdicke ist nicht besonders begrenzt, wenn die Schicht als Sperrschicht dient.
Enthält die Unterschicht 5 ein Metall aus mindestens einer oder mehreren der folgenden Gruppen: Kupfer, eine Kupferlegierung, Silber und eine Silberlegierung, kann die Haftung zwischen der Metallbasis 2 und der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3 verbessert werden. Das heißt, die Unterschicht 5 dient als Haftschicht. Wenn die Unterschicht 5 ein Metall aus mindestens einem oder mehreren Metallen aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Silber und einer Silberlegierung enthält, ist die Schichtdicke nicht besonders begrenzt, wenn die Haftung verbessert wird, und selbst wenn die Schicht sehr dünn ist, kann die Haftung verbessert werden.
Die Unterlage 5 kann aus einer einzigen Schicht oder aus mehreren Schichten bestehen. Die Unterschicht 5 kann zum Beispiel eine untere Schicht und eine auf der unteren Schicht angeordnete obere Schicht umfassen. Die untere Schicht der Unterschicht 5 kann entweder Nickel oder eine Nickellegierung enthalten, und die obere Schicht der Unterschicht 5 kann ein Metall aus mindestens einem oder mehreren Metallen enthalten, die beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Silber und einer Silberlegierung ausgewählt sind. Daher kann beispielsweise eine Vernickelungsschicht als untere Schicht der Unterschicht 5 und eine Versilberungsschicht als obere Schicht der Unterschicht 5 gebildet werden. Die Kombination dieser Schichten kann je nach Zweck entsprechend geändert werden.
Das Verfahren zur Bildung der Unterschicht 5 ist nicht besonders begrenzt, aber das zu beschichtende Material der Metallbasis 2 kann in ein Beschichtungsbad gelegt werden und die Beschichtung kann z. B. mit einem bekannten Beschichtungsverfahren durchgeführt werden.
Der Kontaktwiderstandswert des Anschlussmaterials 1 der vorliegenden Ausführungsform beträgt vorzugsweise 0 mΩ oder mehr und 1,5 mΩ oder weniger. Durch Einstellen des Kontaktwiderstandswerts des Anschlussbeschichtungsmaterials 1 in einem solchen Bereich können die Wärmeerzeugung und der Stromverbrauch reduziert werden, wenn das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 als Anschluss verwendet wird. Der Kontaktwiderstandswert des Anschlussmaterials 1 beträgt vorzugsweise 0 mΩ oder mehr und 1,0 mΩ oder weniger, und noch bevorzugter 0 mΩ oder mehr und 0,5 mΩ oder weniger.
Unter dem Gesichtspunkt des Wärmewiderstandes beträgt der Kontaktwiderstandswert des Anschlussmaterials 1 nach dem Erhitzen des Anschlussmaterials 1 auf 190 °C für 500 Stunden vorzugsweise 1,0 mΩ oder weniger, wenn eine Kontaktlast von 10 N aufgebracht wird, indem ein Kontakt mit einem halbkugelförmigen Vorsprung mit einem Radius von 1 mm als Kontaktabschnitt verwendet wird. Ferner ist der Kontaktwiderstandswert des Anschlussmaterials 1 unter dem Gesichtspunkt der Wärmebeständigkeit vorzugsweise 0,5 mΩ oder weniger.
Auf diese Weise hat das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 der vorliegenden Ausführungsform die Metallbasis 2, die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält, und die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3, die auf der Metallbasis 2 angeordnet ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung und den Kohlenstoff 30 enthält. Daher kann das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 die Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit verbessern, indem es die Oberflächenausfällung von Kupfer der Metallbasis nach der Wärmeerzeugung unterdrückt.
[Anschlussverbindungsstruktur]
Eine Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat einen Buchsenanschluss 50 und einen Steckeranschluss 60, der mit dem Buchsenanschluss 50 verbunden wird. Der Buchsenanschluss 50 und/oder der Steckeranschluss 60 enthält das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 mit der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3. Daher haben der Buchsenanschluss 50 und die Steckeranschluss 60 der vorliegenden Ausführungsform eine höhere Abriebfestigkeit bei gleichzeitiger Minimierung eines Anstiegs des Kontaktwiderstandswerts in einer Hochtemperaturumgebung, verglichen mit einem Anschluss mit herkömmlicher Silber- oder Silberlegierungsbeschichtung.
Das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 hat eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit. Daher ist es vorteilhaft, dass in einem Verbinderanschluss, der wiederholt eingesteckt und entfernt wird, der Buchsenanschluss als ein Klemmanschluss verwendet wird und der Steckeranschluss als ein plattenartiger Anschluss verwendet wird, der z.B. an dem Klemmanschluss angebracht werden kann. 6A und 6B zeigen ein Beispiel für eine Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei die Struktur eine Vielzahl von Buchsenanschlüssen 50 und einen Steckeranschluss 60 aufweist, der elektrisch mit den Buchsenanschlüssen 50 verbunden ist. In den 6A und 6B sind die Buchsenanschlüsse 50 als Klemmanschlüsse dargestellt, und der Steckeranschluss 60 ist als plattenförmiger Anschluss dargestellt, der an den Klemmanschlüssen angebracht wird. Die Anzahl der Kontakte beträgt in 6B vier, während die Anzahl der Kontakte in 6A zehn beträgt. Der Buchsenanschluss 50 und der Steckeranschluss 60 sind in ihren jeweiligen Verbindergehäusen (nicht dargestellt) in einem positionierten Zustand untergebracht, und wenn beide Verbindergehäuse zusammengefügt werden, werden die Buchsenanschlüsse 50 und der Steckeranschluss 60 zusammengefügt.
Wenn der Steckeranschluss 60 ein plattenförmiger Anschluss ist, ist es unter dem Gesichtspunkt der Größe und Form des zu beschichtenden Materials und der Größe der Oberfläche des zu beschichtenden Teils vorzuziehen, eine Beschichtungsbehandlung mittels eines Gestellverfahrens durchzuführen, bei dem das zu beschichtende Material an einem hängenden Gestell aufgehängt und beschichtet wird. Wenn es sich bei den Buchsenanschlüssen 50 um Klemmanschlüsse handelt, ist es unter ähnlichen Gesichtspunkten vorteilhaft, eine Galvanisierungsbehandlung mit Hilfe eines Trommelverfahrens durchzuführen, bei dem das zu galvanisierende Material in eine Trommel gelegt und unter Drehung galvanisiert wird.
Wenn das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 auf der Buchse (50) und/oder dem Stecker (60) aufgebracht wird, ist es aus Sicht der Stabilität der Beschichtungsbehandlung zur Bildung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (3) vorteilhaft, das Gestellverfahren anzuwenden. Daher ist es vorteilhaft, dass der Steckeranschluss 60 das Beschichtungsmaterial für die Anschlüsse 1 aufweist. Darüber hinaus ist es, wenn der Steckeranschluss 60 das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 hat, vorteilhaft, dass der Buchsenanschluss 50 eine Metallbasis hat, die Kupfer oder eine Kupferlegierung und eine Versilberungsschicht enthält, die auf der Metallbasis angeordnet ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung unter dem Gesichtspunkt der Korrosionsverhinderung und der Leitfähigkeit enthält.
Die für den Buchsenanschluss 50 verwendete Versilberungsschicht hat die Aufgabe, Korrosion zu verhindern und Leitfähigkeit zu verleihen, und daher ist es vorzuziehen, dass die Versilberungsschicht die gesamte Metallbasis bedeckt. Darüber hinaus kann die für die Anschlussbuchse 50 verwendete Versilberungsschicht die Metallbasis indirekt mit der durch das obige Verfahren dazwischen gebildeten Unterschicht bedecken.
Die für den Buchsenanschluss 50 verwendete Versilberungsschicht kann durch Eintauchen der Metallbasis in ein Versilberungsbad und anschließendes Versilbern gebildet werden, ähnlich wie bei dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3. Das Versilberungsbad kann Silbersalze, Metallsalze, Leitsalze, Glanzmittel und dergleichen enthalten, ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht 3. Ferner ist die Beschichtungsbehandlung zur Bildung der Versilberungsschicht vorzugsweise eine Konstantstrom-Elektrolyse, da die Schichtdicke leicht gesteuert werden kann. Die Stromdichte bei der elektrolytischen Beschichtung kann unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Produktivität, Zusammensetzung des Beschichtungsbads, lonenkonzentration und Form des zu beschichtenden Objekts festgelegt werden. Außerdem ist die Temperatur des Beschichtungsbades nicht besonders begrenzt.
Unter dem Gesichtspunkt der Abriebfestigkeit ist es vorzuziehen, dass die für den Buchsenanschluss 50 verwendete Versilberungsschicht Antimon enthält. Das heißt, der Buchsenanschluss 50 hat vorzugsweise eine Metallbasis, die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält, und eine Silber-Antimon-Beschichtungsschicht, die auf der Metallbasis vorgesehen ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung und Antimon enthält. Die Menge des in der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht enthaltenen Antimons beträgt vorzugsweise 1 Massenprozent oder mehr und 2 Massenprozent oder weniger. Unter dem Gesichtspunkt der Abriebfestigkeit beträgt die Dicke der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht vorzugsweise mehr als 5 µm und 10 µm oder weniger.
Fließen hohe Ströme durch den Anschluss, erhöht sich im Allgemeinen der Kontaktwiderstand, die Anschlusskontakte neigen dazu, sich zu erhitzen und zu schmelzen, und dementsprechend kommt es leicht zur Verschweißung. Wie zuvor beschrieben, hat das Material der Anschlussbeschichtung 1 jedoch eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit. Daher ist es bei der Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform weniger wahrscheinlich, dass durch einen Anstieg des Kontaktwiderstands verursachte Verschweißungen auftreten, selbst wenn aufgrund der Unterdrückung der Anzahl und Größe der Anschlüsse ein großer Strom fließt. Daher ist es möglich, die Anzahl und Größe der Anschlüsse zu unterdrücken. Außerdem hat das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit. Dies führt zum Wegfall eines Verfahrens zum Auftragen eines Schmiermittels wie Klüber, zur Reduzierung der Kosten für das Beschichtungsmaterial durch Verringerung der Beschichtungsfläche und zur Verbesserung der Kontaktzuverlässigkeit.
Auf diese Weise umfasst die Anschlussverbindungsstruktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Buchsenanschluss 50 und den Steckeranschluss 60, der mit dem Buchsenanschluss 50 verbunden wird. Der Buchsenanschluss 50 und/oder der Steckeranschluss 60 weist das Anschlussbeschichtungsmaterial 1 auf. Daher kann die Anschlussverbindungsstruktur die Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit verbessern.
[Wartungsstecker]
Ein Wartungsstecker der vorliegenden Ausführungsform hat eine Anschlussverbindungsstruktur. Der Wartungsstecker wird als Stromversorgungsunterbrecher für die sichere Inspektion und Wartung von Teilen verwendet, in denen ein großer Strom und eine hohe Spannung fließen, wie z. B. ein Steuergerät, eine Batterie und ein Motor eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs. Die Anschlussverbindungsstruktur der vorliegenden Ausführungsform weist eine höhere Abriebfestigkeit des Anschlussteils auf, kann einen Anstieg des Kontaktwiderstands in einer Hochtemperaturumgebung minimieren und verbessert die Kontaktzuverlässigkeit im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Anschluss mit herkömmlicher Silber- oder Silberlegierungsbeschichtung verwendet wird. Daher ist es nicht notwendig, die Größe des Anschlusses oder die Anzahl der Anschlüsse zu erhöhen, um hohe Ströme zu bewältigen, und die Kosten für das Beschichtungsmaterial können durch die Reduzierung der Beschichtungsfläche reduziert werden. Darüber hinaus ist es möglich, auf ein Verfahren zum Auftragen eines Schmiermittels wie Klüber zu verzichten, um den Abrieb der Anschlusskontakte aufgrund des Einsetzens und Entfernens der Anschlüsse zu unterdrücken und eine hohe Hebelbetriebsfähigkeit zu erhalten. Daher kann der Wartungsstecker der vorliegenden Ausführungsform an jeder Stelle eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs verwendet werden.
Es wurden das Anschlussbeschichtungsmaterial, die Anschlussverbindungsstruktur und der Wartungsstecker, der die Anschlussverbindungsstruktur verwendet, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, beschrieben, wobei diese jedoch nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt sind. Das Anschlussbeschichtungsmaterial weist eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und Leitfähigkeit auf, und daher kann das Anschlussbeschichtungsmaterial in geeigneter Weise als Steckeranschluss verwendet werden, der zum Beispiel wiederholt in elektronische Geräte, Fahrzeug- und elektrische Komponenten, Getriebe und Kabelbäume für Geräte, Relais, Sensoren und dergleichen eingesetzt und entfernt werden kann. Darüber hinaus kann der Steckverbinder, wie zuvor beschrieben, kleiner und leichter gemacht werden, da die Kontaktzuverlässigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Steckverbindern verbessert wird.
[Beispiele]
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und Bezugsbeispielen näher beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Zunächst wurde die Metallbasis, das zu beschichtende Material, vorbehandelt. Insbesondere wurde die Metallbasis durch alkalische Entfettung gewaschen, durch Einlegen in 10%ige Schwefelsäure für 1 Minute gebeizt und dann mit Wasser gewaschen. Der verwendete metallische Träger bzw. Die Metallbasis war NB-109EH (hergestellt von DOWA METALTECH CO., LTD.), eine Kupferlegierung.
Anschließend wurde eine Vernickelungsschicht auf der Metallbasis gebildet. Die Vernickelungsschicht ist eine Unterschicht. Konkret wurde die wie zuvor beschrieben vorbehandelte Metallbasis in ein Beschichtungsbad für die Vernickelungsschicht getaucht und eine Konstantstrom-Elektrolyse mit einer stabilisierten Gleichstromquelle durchgeführt. Nach Beendigung der Elektrolyse wurde die metallische Unterlage aus dem Versilberungsbad genommen und mit Wasser gewaschen. Dadurch bildet sich auf der gesamten Oberfläche der Metallbasis eine Vernickelungsschicht. Die Dicke der Vernickelungsschicht betrug 1,0 µm.
Ferner wurde die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht auf der Vernickelungsschicht gebildet. Insbesondere wurde Graphit, der mit Wasser gewaschen wurde, nachdem die Oxidschicht des Graphits im Voraus entfernt worden war, vorbereitet und der Graphit wurde in einem Versilberungsbad für die reine Silberschicht dispergiert. Dann wurde die Metallbasis, auf der die Vernickelungsschicht gebildet wurde, in das Versilberungsbad getaucht und eine Konstantstrom-Elektrolyse mit Hilfe einer stabilisierten Gleichstromquelle durchgeführt. Nach Beendigung der Elektrolyse wurde die Metallbasis aus dem Beschichtungsbad genommen und mit Wasser gewaschen. Die Vernickelungsschicht und die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht bildeten sich auf der gesamten Oberfläche der Metallbasis. Die Dicke der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht wurde auf 5 bis 10 µm als Zielwert festgelegt. Dies wurde als Probe für die Beispiele 1 bis 6 verwendet.
Indes wurde als Bezugsbeispiel eine Probe hergestellt, indem die Unterschicht (die Vernickelungsschicht) und die Versilberungsschicht (die Silber-Antimon-Beschichtungsschicht) auf der Metallbasis gebildet wurden, basierend auf dem zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Testprobe. Insbesondere wurde die Metallbasis, auf der die Vernickelungsschicht wie zuvor beschrieben gebildet wurde, in das Versilberungsbad für die Silber-Antimon-Beschichtung eingetaucht und eine Konstantstrom-Elektrolyse unter Verwendung einer stabilisierten Gleichstromquelle durchgeführt. Nach Beendigung der Elektrolyse wurde die Metallbasis aus dem Versilberungsbad entfernt und mit Wasser gewaschen. Daraufhin bildeten sich auf der gesamten Oberfläche der Metallbasis eine Vernickelungsschicht und eine Silber-Antimon-Beschichtungsschicht. Die Dicke der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht wurde auf 5 bis 10 µm als Zielwert festgelegt. Dies wurde als Probe für die Bezugsbeispiele 1 bis 6 verwendet.
[Bewertung]
Unter Verwendung des zuvor beschriebenen Anschlussbeschichtungsmaterials als Testprobe wurden Bewertungen mittels der folgenden Verfahren durchgeführt.
(Bewertung des Kontaktwiderstandswertes)
Ein elektrischer Kontaktsimulator (hergestellt von Yamasaki-Seiki Co., Ltd.) wurde verwendet, um eine Bewertung der Kontaktlast-Kontaktwiderstandseigenschaften durchzuführen. Wie in 10 dargestellt, wurde eine Platte 10 mit einer Dicke von 5 µm, bei der es sich um eine Testprobe handelt, auf einem Tisch 72 befestigt und ein Kontakt 71 mit der Platte 10 in Kontakt gebracht. Der Kontakt 71 hatte einen halbkugelförmigen Vorsprung mit einem Radius von 1 mm als Kontaktabschnitt, und die Vorsprunghöhe des Kontakts 71 betrug 0,5 mm. Dann wurde der Kontaktwiderstandswert (mΩ) bei einer Kontaktlast von 1 N bis 30N für die Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht vor dem Erhitzen (Beispiel 1) und nach dem Erhitzen (Beispiel 2) gemessen. Die Ergebnisse sind in 7 dargestellt. Die Heizbedingungen in Beispiel 2 wurden auf 190 °C für 500 Stunden eingestellt.
Wie in Beispiel 1 und Beispiel 2 in 7 dargestellt, wurde über den gesamten Bereich der Kontaktbelastungen bestätigt, dass der Kontaktwiderstandswert nach dem Erhitzen anstieg. Dies deutet darauf hin, dass sich das Kupfer der Metallbasis durch das Erhitzen auf der Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht abscheidet, die Kupferkomponente oxidiert wird und sich der Kontaktwiderstandswert entsprechend erhöht. In Beispiel 2 wurde auch bestätigt, dass der Kontaktwiderstandswert 1,0 mΩ oder weniger betrug, wenn eine Kontaktlast von 10 N unter Verwendung des oben genannten Kontakts 71 nach Erhitzen auf 190 °C für 500 Stunden aufgebracht wurde.
Indes wurde als Bezugsbeispiel der Kontaktwiderstand (mΩ) für die Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht vor dem Erhitzen (Bezugsbeispiel 1) und nach dem Erhitzen (Bezugsbeispiel 2) gemessen. Die Erhitzungsbedingungen in Bezugsbeispiel 2 waren die gleichen wie die in Beispiel 2.
Wie in Bezugsbeispiel 1 und Bezugsbeispiel 2 in 7 dargestellt, wurde bestätigt, dass der Kontaktwiderstandswert nach dem Erhitzen über den gesamten Bereich der Kontaktbelastungen anstieg. Dies deutet darauf hin, dass sich, wie in den Beispielen 1 und 2, das Kupfer der Metallbasis durch das Erhitzen auf der Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht abscheidet, die Kupferkomponente oxidiert wird und dementsprechend der Kontaktwiderstandswert erhöht wird. Es wurde auch in Bezugsbeispiel 2 bestätigt, dass der Kontaktwiderstandswert mehr als 1,5 mΩ betrug, wenn eine Kontaktlast von 10 N unter Verwendung des oben genannten Kontakts 71 nach Erhitzen auf 190 °C für 500 Stunden aufgebracht wurde, und dass der Wert im Vergleich zu dem Wert in Beispiel 2 deutlich erhöht war.
Wenn Beispiel 1 mit Bezugsbeispiel 1 verglichen wird, so ist der Kontaktwiderstandswert in Beispiel 1 in allen Bereichen der Kontaktlast niedriger als in Bezugsbeispiel 1. Wird ferner Beispiel 2 mit Bezugsbeispiel 2 verglichen, so ist der Kontaktwiderstand in Beispiel 2 in allen Bereichen der Kontaktlast niedriger als in Bezugsbeispiel 2. Außerdem ist die Tendenz in Beispiel 2 und Bezugsbeispiel 2 nach dem Erhitzen ausgeprägter. Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass der Anstieg des Kontaktwiderstandswerts in dem Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform minimiert werden kann, indem die Oberflächenpräzipitation von Kupfer der Metallbasis nach dem Erhitzen unterdrückt wird.
(Bewertung der Oberflächenpräzipitation von Kupfer)
Der Zustand, in dem sich Kupfer (Cu) nach dem Erhitzen auf der Oberfläche der Beschichtungsschicht abscheidet, wurde mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. 8 zeigt die Ergebnisse der Analyse der Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (Beispiel 3) und der Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtung (Bezugsbeispiel 3) nach dem Erhitzen auf 190 °C für 500 Stunden.
Wie in 8 dargestellt, gibt es in Bezugsbeispiel 3 mehrere Peaks, die von Kupfer oder Kupferoxid zwischen 935 eV und 968 eV der Bindungsenergie stammen. In Beispiel 3 wurden jedoch kaum Kupfer- oder Kupferoxid-Peaks beobachtet. Das heißt, es wurde bestätigt, dass, während in Bezugsbeispiel 3 Kupfer auf der Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtungsschicht abgeschieden wurde, in Beispiel 3 Kupfer kaum auf der Oberfläche der Kohlenstoff-Verbund-Silber-Beschichtungsschicht abgeschieden wurde. Dies zeigt, dass das Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Oberflächenpräzipitation von Kupfer der Metallbasis nach dem Erhitzen unterdrückt.
(Bewertung des Reibungskoeffizienten)
Um die Einsetzkraft zu bewerten, wenn das Kontaktmaterial für den Anschluss verwendet wird, wurde der Reibungskoeffizient des Kontaktmaterials mit Hilfe eines horizontalen Kraftmessgeräts (hergestellt von Yamasaki-Seiki Co., Ltd.) gemessen. Konkret wurde eine Testprobe auf einer horizontalen Plattform des horizontalen Kraftmessgeräts befestigt und derselbe Kontakt 71, der bei der Bewertung des Kontaktwiderstandswertes verwendet wurde, mit der Testprobe in Kontakt gebracht. Während der Kontakt mit einer Kontaktlast von 2 N gegen die Oberfläche der Beschichtung gedrückt wurde, wurde die Beschichtung mit einer Gleitgeschwindigkeit von 3 mm/Sekunde um eine Gleitstrecke von 8 mm in horizontaler Richtung gezogen, die horizontal auf die Messstrecke von 8 mm aufgebrachte Kraft gemessen und ein Durchschnittswert F berechnet. Dann wurde der dynamische Reibungskoeffizient µ berechnet, indem der Durchschnittswert F durch die Last von 2 N geteilt wurde. 9 zeigt die Bewertungsergebnisse für die Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (Beispiel 4) und die Oberfläche der Silber-Antimon-Schicht (Bezugsbeispiel 4) nach dem Erhitzen bei 190 °C für 500 Stunden. Als Ergebnis betrug der dynamische Reibungskoeffizient µ 0,17 in Beispiel 4 und 0,35 in Bezugsbeispiel 4. Dies zeigt, dass der Reibungskoeffizient der Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht auch nach dem Erhitzen deutlich kleiner ist als der der Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtung. Es zeigt sich auch, dass das Anschlussbeschichtungsmaterial gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und eine geringe Einsetzkraft aufweist, wenn das Anschlussbeschichtungsmaterial verwendet wird.
(Bewertung der Abriebfestigkeit durch Gleittest)
Die Bewertung der Abriebfestigkeit wurde mittels eines Gleittests unter Verwendung einer Gleitprüfmaschine (hergestellt von Yamasaki-Seiki Co., Ltd.) durchgeführt. Wie in 10 dargestellt, wurde die Platte 10 mit einer Dicke von 5 µm, bei der es sich um eine Testprobe handelt, auf dem Tisch 72 befestigt, und der gleiche Kontakt 71, der bei der Bewertung des Kontaktwiderstandswertes verwendet wurde, wurde mit der Platte 10 in Kontakt gebracht. Der Test wurde unter den Bedingungen durchgeführt, dass die Vorsprungshöhe des Kontakts 71 0,5 mm, der Gleitabstand 10 mm, die Gleitgeschwindigkeit 3 mm/Sekunde und die Kontaktlast 2 N betrug. Für die Bestimmung im Gleittest wurde eine Auswertung entsprechend der Anzahl der Male durchgeführt, die das Gleiten durchgeführt wurde, bis das Kupfer der Metallbasis freigelegt war, und die maximale Anzahl der Male, die das Gleiten durchgeführt wurde, wurde auf 20.000 festgelegt. 11 zeigt die Ergebnisse einer Bewertung der Oberfläche der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (Beispiel 5) und der Oberfläche der Silber-Antimon-Beschichtung (Bezugsbeispiel 5) nach 500 Stunden Erhitzen bei 190 °C. Als Ergebnis wurde in Beispiel 5 das Kupfer in der Metallbasis selbst nach 20.000-maligem Gleiten nicht freigelegt, während in Bezugsbeispiel 5 die Freilegung von Kupfer in der Metallbasis nach 370-maligem Gleiten beobachtet wurde. Das heißt, die Anzahl der Gleitvorgänge bis zur Freilegung des Kupfers in der Metallbasis für die Kohlenstoffverbund-Silberbeschichtung war 50 Mal oder mehr im Vergleich zu der Anzahl der Gleitvorgänge für die Silber-Antimon-Beschichtung. Dies deutet darauf hin, dass die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht im Vergleich zur Silber-Antimon-Beschichtung auch nach dem Erhitzen eine ausgezeichnete Abriebfestigkeit und eine geringe Einsetzkraft aufweist, wenn sie für den Anschluss verwendet wird.
(Bewertung der Auswirkungen einer Verringerung der Anzahl der Anschlüsse)
Es wurde untersucht, wie sich die Verringerung der Anzahl der Anschlüsse auf das Verschweißen auswirkt. Insbesondere wurde eine Anschlussverbindungsstruktur angenommen, die mehrere Buchsenanschlüsse und einen Steckeranschluss hat, der elektrisch mit den Buchsenanschlüssen verbunden ist, und die Auswirkung auf das Verschweißen wurde bewertet, wenn die Anzahl der Anschlüsse im Zustand von 6A auf die Anzahl der Anschlüsse im Zustand von 6B verringert wird, das heißt, wenn die Anzahl der Kontaktpunkte von zehn auf vier verringert wird. Die Bewertung wurde unter Verwendung einer Silber-Antimon-Beschichtung für die Beschichtungsschichten der Buchsenanschlüsse und unter Verwendung einer Kohlenstoffverbund-Silberbeschichtung (Beispiel 6), einer Hartkohlenstoffverbund-Silberbeschichtung (Beispiel 7) oder einer Silber-Antimon-Beschichtung (Bezugsbeispiel 6) für die Beschichtungsschicht des Steckeranschlusses durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Hartkohlenstoffverbundversilberung in Beispiel 7 ist die Beschichtung, die durch Zugabe einer organischen Substanz zu dem Versilberungsbad, das zur Bildung der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht verwendet wird, und durch Härtung in dem obigen Testproben-Vorbereitungsverfahren gebildet wird.
Zunächst wurde unter Verwendung eines elektrischen Kontaktsimulators (hergestellt von Yamasaki-Seiki Co., Ltd.) eine Erregung mit einem Gleichstrom von 10 A durchgeführt, und der Kontaktwiderstandswert bei einer Kontaktlast von 2 N wurde ermittelt. Wie in 10 dargestellt, wurde die Platte 10 mit einer Dicke von 5 µm, bei der es sich um eine Testprobe handelt, auf dem Tisch 72 befestigt, und der gleiche Kontakt 71, der bei der Bewertung des Kontaktwiderstandswertes verwendet wurde, wurde mit der Platte 10 in Kontakt gebracht. Die Messung wurde unter den Bedingungen durchgeführt, dass die Überstandshöhe des Kontakts 71 auf 0,5 mm eingestellt wurde und die Kontaktlast 2 N betrug. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung der Kontaktwiderstandswerte (mΩ) vor und nach dem Erhitzen für Beispiel 6, Beispiel 7 und Bezugsbeispiel 6. Die Erhitzungsbedingungen wurden auf eine Temperatur von 190 °C und eine Zeit von 500 Stunden festgelegt.
Mit abnehmender Anzahl der Kontaktpunkte wird der pro Kontaktpunkt fließende Erregerstrom (A) größer. Wenn der Erregerstrom bei einer Anzahl von zehn Kontaktpunkten 2000 A beträgt, beträgt der Erregerstrom bei einer Anzahl von vier Kontaktpunkten 5000 A. Unter der Annahme, dass der berechnete Wert dieses Erregerstroms I und der oben ermittelte Kontaktwiderstandswert R ist, wurde die Leistung auf der Grundlage des Ohmschen Gesetzes wie folgt berechnet: Leistung (W) = I² * R. Außerdem wurde der Leistungsbetrag (Ws) durch Multiplikation des erhaltenen Leistungswerts mit einer Erregungszeit von 0,0012 Sekunden berechnet. Auf der Grundlage der unten beschriebenen Bewertungskriterien für das Verschweißen wurde der Fall, in dem der Leistungsbetrag unter 81 Ws lag, als „gut“ und der Fall, in dem der Leistungsbetrag 81 Ws oder mehr betrug, als „schlecht“ bewertet.

Hinsichtlich der Bewertungskriterien für das Verschweißen wurde der plattenförmige Anschluss als Steckeranschluss und die Klemmanschluss als Buchsenanschluss verwendet, wurde ein Kontaktpunkt unter Spannung gesetzt, und die Stromstärke, bei der das Verschweißen des Anschlusses auftreten kann, wurde mit Hilfe des folgenden Verfahrens bestätigt. Für die Beschichtungsschichten des Stecker- und Buchsenanschlusses wurde eine Silber-Antimon-Beschichtung mit einem Kontaktwiderstand von 0,1440 mΩ verwendet. Bei einer Umgebungstemperatur von 150 °C wurde die Prüfung unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen für den Erregungsstrom und die Erregungszeit durchgeführt, und der Leistungsbetrag wurde mit Hilfe der oben genannten Formel bestimmt. Nach der Bestromung wurde das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Verschweißung der Anschlüsse visuell überprüft, wobei der Fall, in dem keine Verschweißung auftrat, als „gut“ und der Fall, in dem eine Verschweißung auftrat, als „schlecht“ bewertet wurde. Wie in den Bezugsbeispielen 1 bis 5 der Tabelle 2 gezeigt, kam es nicht zum Verschweißen, wenn der Leistungsbetrag 81 Ws oder weniger betrug, aber wie in den Bezugsbeispielen 6 bis 10 gezeigt, kam es zur Verschweißung, wenn der Leistungsbetrag mehr als 81 Ws betrug. Daher wurden die Bewertungskriterien für das Verschweißen wie zuvor beschrieben festgelegt. [Tabelle 1]

	Steckeranschluss	Buchsenanschluss	Anzahl der Kontaktpunkte	Erregerstrom (A)		Kontaktwiderstand (mΩ)	Erregungszeit (s)	Leistung (W)	Leistungsbetrag (Ws)	Bestimmung
Beispiel 6	Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht	Silber-Antimonbeschichtung	10	2000	Vor Erhitzen	0,0697	0,0012	278,9252	0,3347	Gut
			10	2000	Nach Erhitzen	0,2572		1028,9243	1,2347	Gut
			4	5000	Vor Erhitzen	0,0697		1743,2828	2,0919	Gut
			4	5000	Nach Erhitzen	0,2572		6430,7771	7,7169	Gut
Beispiel 7	Hartkohlenstoffverbund-Versilberungsschicht		10	2000	Vor Erhitzen	0,0697		463,9884	0,5568	Gut
			10	2000	Nach Erhitzen	0,2572		133,5599	0,1603	Gut
			4	5000	Vor Erhitzen	0,0697		2899,9272	3,4799	Gut
			4	5000	Nach Erhitzen	0,2572		834,7495	1,0017	Gut
Bezugsbeispiel 6	Silber-Antimonbeschichtung		10	2000	Vor Erhitzen	0,0714		285,6007	0,3427	Gut
			10	2000	Nach Erhitzen	3,5195		14077,9114	16,8935	Gut
			4	5000	Vor Erhitzen	0,0714		1785,0046	2,1420	Gut
			4	5000	Nach Erhitzen	3,5195		87986,9460	105,5843	Schlecht

[Tabelle 2]

	Steckeranschluss	Buchsenanschluss	Erregerstrom (A)	Kontaktwiderstand (mΩ)	Erregungszeit (s)	Leistungsbetrag (Ws)	Bestimmung
Bezugsbeispiel 1	Silber-Antimonbeschichtung	Silber-Antimonbeschichtung	1560	0,1440	0,096	36,04	Gut
Bezugsbeispiel 2			1590	0,1440	0,177	66,49	Gut
Bezugsbeispiel 3			1590	0,1440	0,176	66,69	Gut
Bezugsbeispiel 4			1570	0,1440	0.216	78,90	Gut
Bezugsbeispiel 5			1590	0,1440	0,216	80,95	Gut
Bezugsbeispiel 6			1580	0,1440	0,236	87,11	Schlecht
Bezugsbeispiel 7			1580	0,1440	0,252	93,02	Schlecht
Bezugsbeispiel 8			1600	0,1440	0,257	96,25	Schlecht
Bezugsbeispiel 9			1580	0,1440	0,271	99,83	Schlecht
Bezugsbeispiel 10			1600	0,1440	0,297	111,11	Schlecht

Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, betrug der Leistungsbetrag in Beispiel 6 und Beispiel 7 in allen Fällen weniger als 81 Ws, unabhängig von der Anzahl der Kontaktpunkte und davon, ob der Zustand vor oder nach dem Erhitzen vorherrschte. Im Bezugsbeispiel 6 hingegen betrug die Leistung nach dem Erhitzen 100 Ws oder mehr, wenn die Anzahl der Kontaktpunkte vier betrug. Wenn also die Kohlenstoffverbund-Silberbeschichtung oder die Hartkohlenstoffverbund-Silberbeschichtung für die Beschichtung des Steckeranschlusses verwendet wurde, selbst wenn die Anzahl der Kontaktpunkte von zehn auf vier reduziert wurde oder selbst nach dem Erhitzen, war es möglich, den Anstieg des Leistungsbetrags zu unterdrücken und zu verhindern, dass der Anschluss verschweißt wird. Das heißt, dass durch die Verringerung der Anzahl der Kontaktpunkte der Erregungsstrom pro Kontaktpunkt zunimmt, aber da der Anstieg des Kontaktwiderstandswerts nach dem Erhitzen in dem Anschlussbeschichtungsmaterial der vorliegenden Ausführungsform unterdrückt wird, ist es möglich, den Anstieg des Leistungsbetrags zu unterdrücken, ist ein Verschwei-ßen der Anschlüsse weniger wahrscheinlich, und dies zeigt, dass die Kontaktzuverlässigkeit verbessert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung zuvor unter Bezugnahme auf die Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beschränkt, und die Konfiguration der Bestandteile kann durch eine beliebige Konfiguration mit einer ähnlichen Funktion ersetzt werden, solange sie innerhalb des Anwendungsbereichs der Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020145040 A [0003, 0004]

Claims

Anschlussbeschichtungsmaterial (1), umfassend: eine Metallbasis (2), die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält; und eine Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (3), die auf der Metallbasis (2) vorgesehen ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung und Kohlenstoff (30) enthält.
Anschlussbeschichtungsmaterial (1) nach Anspruch 1, wobei nach dem Erhitzen auf 190 °C für 500 Stunden, wenn eine Kontaktlast von 10 N unter Verwendung eines Kontakts mit einem halbkugelförmigen Vorsprungabschnitt mit einem Radius von 1 mm als Kontaktabschnitt aufgebracht wird, ein Kontaktwiderstandswert von 1,0 mΩ oder weniger.
Anschlussbeschichtungsmaterial (1) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Unterschicht (5), die zwischen der Metallbasis (2) und der Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (3) angeordnet ist und ein Metall enthält, das mindestens eines oder mehrere Metalle aus der Gruppe bestehend aus Nickel, Kupfer und Silber aufweist.
Anschlussbeschichtungsmaterial (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kohlenstoffverbund-Versilberungsschicht (3) eine reine Silberschicht ist, die den Kohlenstoff (30) enthält.
Anschlussverbindungsstruktur, umfassend: einem Buchsenanschluss (50) und einen Steckeranschluss (60), der an den Buchsenanschluss (50) anzuschließen ist, wobei der Buchsenanschluss (50) und/oder der Steckeranschluss (60) das Anschlussbeschichtungsmaterial (1) nach Anspruch 1 oder 2 enthält.
Anschlussbeschichtungsmaterial nach Anspruch 5, wobei der Steckeranschluss (60) das Anschlussbeschichtungsmaterial (1) umfasst, und der Buchsenanschluss (50) eine Metallbasis, die Kupfer oder eine Kupferlegierung enthält, und eine Silber-Antimon-Beschichtungsschicht (4), die auf der Metallbasis angeordnet ist und entweder Silber oder eine Silberlegierung und Antimon enthält, umfasst.
Anschlussbeschichtungsmaterial nach Anspruch 5, wobei der Buchsenanschluss (50) ein Klemmanschluss ist, und der Steckeranschluss (60) ein plattenförmiger Anschluss ist, der an den Klemmanschluss zu befestigen ist.
Wartungsstecker, der die Anschlussverbindungsstruktur gemäß Anspruch 5 aufweist.