DE19747756A1 - Klemmenmaterial und Anschlußklemme - Google Patents

Klemmenmaterial und Anschlußklemme

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Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrokabelklemmen-Material und betrifft mehr im einzelnen ein Elektrokabel-Quetschverbindungsklemmen-Material und eine Klemme, die das Klemmenma­ terial nutzt.
Eine Quetschverbindungsklemme wird verwendet als Elektrokabelklemme wie beispielswei­ se eine Klemme, die ausgezeichnet ist zum Anschließen eines Kabels an einen Aufhänger (suspender). Bisher wird ein Material mit einer Sn-Überzugschicht, die auf einer Trägerma­ terialkomponente, welche aus Cu oder einer Cu-Legierung wie Messing besteht, verwendet als ein zur Herstellung des Klemmenmaterials verwendetes Material. Die aus dem vorer­ wähnten Material, das eine Sn-Überzugschicht aufweist, gebildete Klemme weist jedoch den Nachteil auf, daß dann, wenn die Klemme über lange Zeit bei hoher Temperatur verwendet wird, ein Oxidfilm auf einer Kontaktfläche erzeugt wird, das heißt, auf einer Oberfläche der Sn-Überzugschicht, wodurch der Kontaktwiderstand erhöht wird.
Als Material zum Eliminieren des vorerwähnten Nachteils offenbart die japanische unge­ prüfte Patentveröffentlichung No. Hei. 8-7960 ein Klemmenmaterial, in welchem, um zu verhindern, daß leicht oxidierbare Komponenten eines Trägermaterials in die Sn-Überzug­ schicht diffundiert werden, eine Ni-Überzugschicht oder eine Co-Überzugschicht als Unter­ schicht vorgesehen wird, und die Sn-Überzugschicht auf der Unterschicht vorgesehen wird, um dadurch die Erzeugung eines Oxidfilmes zu vermeiden.
Die Erfinder haben folgendes über das vorerwähnte Klemmenmaterial herausgefunden, wel­ ches eine Ni-Überzugschicht als Unterschicht aufweist, wie in der vorerwähnten Veröffent­ lichung offenbart. Und zwar werden die Ni-Überzugschicht und die Sn-Überzugschicht ineinander diffundiert, um eine intermetallische Phase zu bilden, die intermetallische Phase wird leicht oxidiert, wenn sie einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, und ein aus dem Material gebildeter Quetschverbindungsabschnitt einer Quetschverbindungsklemme läßt sich schwer in einem luftgeschirmten Kontaktzustand halten, so daß der Kontaktwiderstand in dem Quetschverbindungsabschnitt noch zunimmt und es damit unmöglich macht, den vor­ erwähnten Nachteil grundsätzlich zu eliminieren. Das bedeutet, daß das vorerwähnte Klemmenmaterial die Langzeit-Zuverlässigkeit an dem Klemmenquetschverbindungsab­ schnitt nicht sicherstellen kann.
Ein Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuartigen Klemmenmaterials.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Klemmenmaterials, welches sich als Material für einen Quetschverbindungsabschnitt einer Quetschverbindungsklemme eignet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Klemmenmaterials, welches imstande ist, einen Quetschverbindungsabschnitt zu bilden, in dem der Kontaktwiderstand kaum zu­ nimmt und die Langzeit-Verbindungszuverlässigkeit verbessert ist, selbst wenn der Quetsch­ verbindungsabschnitt über lange Zeit einer hohen Temperatur ausgesetzt wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Klemme mit einem Quetschverbin­ dungsabschnitt, der aus dem vorerwähnten Klemmenmaterial gebildet ist.
Die genannten Ziele der Erfindung können erreicht werden durch ein Klemmenmaterial, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Mehrzahl von Überzugschichten, die eine Sn-Überzugschicht als äußerste Schicht enthalten, auf einem Trägermaterial vorgesehen ist, und wenn eine Ni-Überzugschicht vorgesehen ist, die Überzugschichten so gebildet sind, daß die Sn-Überzugschicht nicht mit der Ni-Überzugschicht in Kontakt kommt, und können erreicht werden durch eine Klemme mit einem aus dem Klemmenmaterial gebildeten Quetschverbin­ dungsabschnitt.
Das Klemmenmaterial der Erfindung ist so gestaltet, daß eine Mehrzahl von Überzug­ schichten vorgesehen ist, die eine Sn-Überzugschicht als äußerste Schicht enthalten, und selbst wenn eine Ni-Überzugschicht vorgesehen ist, zum Beispiel eine Cu-Überzugschicht zwischen der Sn-Überzugschicht und der Ni-Überzugschicht vorgesehen ist, so daß die Sn-Überzugschicht nicht mit der Ni-Überzugschicht in Kontakt kommt. Dementsprechend wird keine intermetallische Phase zwischen Sn und Ni erzeugt. Außerdem wird verhindert, daß oxidierbare Materialien in die Ni-Überzugschicht diffundiert werden. Dementsprechend wird selbst in dem Fall, in dem der Quetschverbindungsabschnitt der aus dem Klemmenma­ terial gebildeten Klemme einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, die Erzeugung eines Oxid­ filmes an dem Kontaktabschnitt verhindert, so daß die Zunahme des Kontaktwiderstandes stark reduziert ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbei­ spiels im einzelnen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Klemmenmaterials gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Klemmen­ materials gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines in einem Vergleichsbeispiel 1 erzeugten Klemmenmaterials;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht eines in einem Vergleichsbeispiel 2 erzeugten Klemmenmaterials;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Klemme gemäß der Erfindung; und
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform einer Klemme gemäß der Erfindung.
In einem Klemmenmaterial gemäß der Erfindung sind mehrere Überzugschichten, die eine Sn-Überzugschicht als äußerste Schicht enthalten, vorgesehen auf einem Trägermaterial, das aus Cu oder einer Cu-Legierung wie Messing besteht. Beispiele für die Überzugschich­ ten außer der Sn-Überzugschicht umfassen eine Cu-Überzugschicht, eine Ni-Überzug­ schicht und eine Pb-Ni-Legierung-Überzugschicht. Unter allen werden die Cu-Überzug­ schicht und die Ni-Überzugschicht vorgezogen. Wenn jedoch eine Ni-Überzugschicht vor­ gesehen ist, wird der Aufbau der Überzugschichten so festgelegt, daß die Ni-Überzug­ schicht nicht in Kontakt kommt mit der Sn-Überzugschicht, welche die äußerste Schicht ist.
Die Fig. 1 und 2 zeigen bevorzugte Gestaltungen von Überzugschichten von Klemmen­ materialien gemäß der Erfindung.
Ein Klemmenmaterial 1 in Fig. 1 umfaßt
  • (A) eine Cu-Überzugschicht 11, die auf einem Trägermaterial 10 vorgesehen ist, und eine als äußerste Schicht darauf vorgesehene Sn-Überzugschicht 12.
Ein Klemmenmaterial 2 in Fig. 2 umfaßt
  • (B) eine Ni-Überzugschicht 13, die auf einem Trägermaterial 10 vorgesehen ist, eine darauf vorgesehene Cu-Überzugschicht 11 und eine als äußerste Schicht darauf vorgesehene Sn-Überzugschicht 12.
Die bevorzugten Dicken der vorerwähnten Überzugschichten sind folgende.
Im obigen Fall (A):
Cu-Überzugschichtdicke 0,5 bis 1,0 µm
Sn-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Im obigen Fall (B):
Ni-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Cu-Überzugschichtdicke 0,5 bis 1,0 µm
Sn-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Die vorbestimmten Überzugschichten werden auf einem Trägermaterial durch ein allgemein bekanntes Beschichtungsverfahren gebildet, so daß jedes der vorerwähnten Klemmenmate­ rialien gemäß der Erfindung erzeugt werden kann.
Jedes der Klemmenmaterialien gemäß der Erfindung wird geeignet verwendet als Material zum Bilden eines Quetschverbindungsabschnitts einer Elektrokabel-Quetschverbindungs­ klemme.
Das heißt, die Erfindung schafft, wie oben beschrieben, eine Klemme, vorzugsweise eine Elektrokabel-Quetschverbindungsklemme, welche aufweist:
  • (1) einen Quetschverbindungsabschnitt, der aus einem der vorerwähnten Klemmenmaterialien gebildet ist, und
  • (2) einen Kontaktabschnitt.
Nachfolgend wird das vorerwähnte Klemmenmaterial als Quetschverbindungsabschnittmate­ rial bezeichnet.
Der Kontaktabschnitt der Klemme gemäß der Erfindung wird gebildet aus einem Klemmen­ material (nachfolgend einfach als Kontaktabschnittmaterial bezeichnet), in welchem eine Mehrzahl von Überzugschichten, die vorzugsweise eine Sn-Überzugschicht oder eine Au-Überzugschicht als äußerste Schicht enthalten, auf einem Trägermaterial vorgesehen sind.
Hier umfassen bevorzugte Beispiele der Mehrzahl von Überzugschichten in dem vorer­ wähnten Kontaktabschnittmaterial:
  • (C) eine Ni-Überzugschicht und eine Sn-Überzugschicht,
  • (D) eine Ni-Überzugschicht und eine Au-Überzugschicht,
  • (E) eine Cu-Überzugschicht, eine Ni-Überzugschicht und eine Sn-Überzugschicht, und
  • (F) eine Cu-Überzugschicht, eine Ni-Überzugschicht und eine Au-Überzugschicht, wobei die Überzugschichten in der vorerwähnten Reihenfolge auf einem Trägermaterial vorgesehen sind. Übrigens wird in jedem der Beispiele (D) und (F) ein Beispiel vorgezogen, in dem eine Pb-Ni-Überzugschicht zwischen der Ni-Überzugschicht und der Au-Überzug­ schicht vorgesehen ist. Ferner kann das vorerwähnte Trägermaterial aus Cu oder einer Cu-Legierung wie Messing bestehen, ähnlich dem Fall des Quetschverbindungsabschnitt­ materials der Erfindung, welches oben im einzelnen beschrieben worden ist.
Bevorzugte Dicken der jeweiligen Überzugschichten der vorerwähnten Kontaktabschnitt­ materialien sind folgende.
Im obigen Fall (C):
Ni-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Sn-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Im obigen Fall (D):
Ni-Überzugschichtdicke 0,1 bis 0,5 µm
Au-Überzugschichtdicke 0,1 bis 0,5 µm
Im obigen Fall (E):
Cu-Überzugschichtdicke 0,5 bis 1,0 µm
Ni-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Sn-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Im obigen Fall (F):
Cu-Überzugschichtdicke 0,5 bis 1,0 µm
Ni-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Au-Überzugschichtdicke 0,1 bis 0,5 µm
Die Dicke einer nach Bedarf vorgesehenen Pd-Ni-Überzugschicht beträgt vorzugsweise 0,5 bis 3,0 µm.
Das vorerwähnte Kontaktabschnittmaterial wird vorgezogen, da das Material die Funktion aufweist, eine Diffusion von dem Klemmen-Trägermaterial zu der Oberflächenschicht zu unterdrücken, sowie die Funktion, die Erzeugung eines Oxidfilmes in dem Oberflächenkon­ taktabschnitt zu verhindern.
Überzugschichten werden durch ein bekanntes Überzugmaterial gebildet, so daß das oben im einzelnen beschriebene Kontaktabschnittmaterial auf die gleiche Art wie das Quetschver­ bindungsabschnittmaterial erzeugt werden kann.
Ferner werden als Kombinationen von Überzugschichten des Quetschverbindungsabschnitt­ materials und Überzugschichten des Kontaktabschnittmaterials eine Kombination von (A) und (E) oder eine Kombination von (A) und (F) (Fig. 5) sowie eine Kombination von (B) und (C) oder eine Kombination von (B) und (D) (Fig. 6) vorgezogen hinsichtlich der Leichtigkeit bei der Herstellung der Klemme gemäß der Erfindung und hinsichtlich des Be­ triebsverhaltens der Klemmen der Erfindung.
Die Klemme der Erfindung wird gestaltet aus einem Quetschverbindungsabschnitt, der aus dem vorerwähnten Quetschverbindungsabschnittmaterial gebildet wird,. und einem Kontakt abschnitt, der aus dem vorerwähnten Kontaktabschnittmaterial gebildet wird. Ein bevor­ zugtes Verfahren zum Erzeugen der Klemme wird nachfolgend beschrieben.
Das gleiche Trägermaterial wird für den Quetschverbindungsabschnitt und den Kontaktab­ schnitt verwendet, und die Beschichtung wird aufgetragen auf vorbestimmten Positionen auf dem Trägermaterial, um so ein Quetschverbindungsabschnittmaterial bzw. ein Kontaktab­ schnittmaterial in den vorbestimmten Positionen zu bilden. Das resultierende Material wird zu einer vorbestimmten Klemmengestalt preßgeformt, oder eine partielle Beschichtung wird auf dem Weg des Preßformen weiter auf eine vorbestimmte Position aufgetragen. Dann wird das resultierende Material in die endgültige Form einer Klemme gepreßt. Auf diese Weise kann eine Klemme gemäß der Erfindung erzeugt werden.
Selbst wenn die vorerwähnte Klemme gemäß der Erfindung einer hohen Umgebungstempe­ ratur über lange Zeit ausgesetzt ist wie eine Elektrokabel-Quetschverbindungsklemme, wird der Anstieg des Kontaktwiderstandes in dem Quetschverbindungsabschnitt stark erleichtert, so daß sie in der beständigen Langzeitzuverlässigkeit ausgezeichnet ist.
Beispiele
Die Erfindung wird im folgenden auf der Grundlage von Beispielen beschrieben, aber der Rahmen der Erfindung ist nicht auf diese Bespiele beschränkt.
Beispiel 1
Es wurde ein Klemmenmaterial (Quetschverbindungsabschnittmaterial) mit einem in Fig. 2 gezeigten Aufbau erzeugt. Hier betrugen die Dicken der jeweiligen Überzugschichten:
Sn-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Cu-Überzugschichtdicke 0,5 bis 1,0 µm
Ni-Überzugschichtdicke 1,0 bis 3,0 µm
Ferner war das Trägermaterial Messing.
Das Klemmenmaterial und ein Elektrokabel (sauerstofffreies Kupfer) wurden verbunden, wobei die Quetschbedingung verändert wurde (C/H: 1,00 mm (niedrig), 1,15 mm (mittel), 1,30 mm (hoch)). Nachdem das resultierende Material dann 500 Stunden lang bei 120°C in einem Ofen belassen wurde, wurde der Kontaktwiderstand des Quetschverbindungsab­ schnitts gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
Beispiel 1 wurde wiederholt, abgesehen davon, daß die Cu-Überzugschicht und die Ni-Überzugschicht in Beispiel 1 gegeneinander vertauscht wurden, wie in Fig. 3 gezeigt, so daß die Sn-Überzugschicht 12 und die Ni-Überzugschicht 13 einander direkt kontaktierten. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
Vergleichsbeispiel 2 - Stand der Technik
Beispiel 1 wurde wiederholt, abgesehen davon, daß die Cu-Überzugschicht in Beispiel 1 nicht vorgesehen wurde, wie in Fig. 4 gezeigt, so daß die Sn-Überzugschicht 12 und die Ni-Überzugschicht 13 einander direkt kontaktierten, und abgesehen davon, daß der Kon­ taktwiderstand auch gemessen wurde, nachdem das Klemmenmaterial 120 Stunden lang belassen wurde. Das Ergebnis ist in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 2
Aus den Tabellen 1 und 2, welche die Ergebnisse des vorerwähnten Beispiels und der Ver­ gleichsbeispiele zeigen, geht hervor, daß dann, wenn das Klemmenmaterial gemäß der Er­ findung für den Quetschverbindungsabschnitt der Klemme verwendet wird, die Zunahme des Kontaktwiderstandes stark erleichtert ist, selbst in dem Fall, in dem der Quetschverbin­ dungsabschnitt einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Diese Tatsache bedeutet, daß die Langzeit-Verbindungszuverlässigkeit des vorerwähnten Quetschverbindungsabschnitts ge­ mäß der Erfindung sichergestellt ist. Außerdem zeigen diese Daten auch, daß die Quetschbedingung (C/H) , unter der die Langzeit-Verbindungszuverlässigkeit sichergestellt ist, einen weiten Bereich umfaßt.
Wenn das Klemmenmaterial gemäß der Erfindung für einen Quetschverbindungsabschnitt einer Quetschverbindungsklemme verwendet wird, nimmt der Kontaktwiderstand selbst in dem Fall kaum zu, in dem der Quetschverbindungsabschnitt einer hohen Temperatur ausge­ setzt ist. Folglich ist die Langzeit-Verbindungszuverlässigkeit des vorerwähnten Quetschverbindungsabschnitts in einem weiten Bereich der Quetschbedingung (C/H) sicher­ gestellt.

Claims (16)

1. Klemmenmaterial, gekennzeichnet durch ein Trägermaterial (10) und eine Mehrzahl von Überzugschichten, die auf dem Trägermaterial (10) vorgesehen sind und eine Sn-Überzugschicht (12) als äußerste Schicht enthalten.
2. Klemmenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzug­ schichten aus einer Cu-Überzugschicht (11) und der Sn-Überzugschicht (12) bestehen, und daß die Überzugschichten auf dem Trägermaterial (10) in der erwähnten Reihenfolge vorge­ sehen sind.
3. Klemmenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (10) aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Cu und Cu-Legierungen besteht.
4. Klemmenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Quetsch­ verbindungsabschnitt einer Elektrokabel-Quetschverbindungsklemme bildet.
5. Klemme, gekennzeichnet durch einen Quetschverbindungsabschnitt, der aus einem in Anspruch 1 aufgeführten Klemmenmaterial gebildet ist.
6. Klemme nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Kontaktabschnitt, der aus einem Klemmenmaterial gebildet ist, welches das Trägermaterial und eine Mehrzahl von auf dem Trägermaterial vorgesehenen Kontaktabschnitt-Überzugschichten umfaßt, wobei eine äußerste Schicht der Kontaktabschnitt-Überzugschichten eine Schicht ist, die aus der Grup­ pe ausgewählt ist, welche aus einer Sn-Überzugschicht und einer Au-Überzugschicht be­ steht.
7. Klemme nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktabschnitt-Überzugschichten des Klemmenmaterials des Kontaktab­ schnitts aus Schichten bestehen, die ausgewählt sind aus der Gruppe, welche aus (1) einer Ni-Überzugschicht und einer Sn-Überzugschicht, (2) einer Ni-Überzugschicht und einer Au-Überzugschicht, (3) einer Cu-Überzugschicht, einer Ni-Überzugschicht und einer Sn-Überzugschicht, sowie (4) einer Cu-Überzugschicht, einer Ni-Überzugschicht und einer Au-Überzugschicht besteht,
und daß die jeweiligen Schichten der Kontaktabschnitt-Überzugschichten auf dem Trägermaterial in der erwähnten Reihenfolge vorgesehen sind.
8. Klemme nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Elektrokabel-Quetschverbindungsklemme umfaßt.
9. Klemmenmaterial, gekennzeichnet durch ein Trägermaterial (10) und eine Mehrzahl von Überzugschichten, die auf dem Trägermaterial (10) vorgesehen sind, wobei die Überzugschichten eine Sn-Überzugschicht (12) als äußerste Schicht und eine Ni-Überzugschicht (13) enthalten und die Überzugschichten so gebildet sind, daß ver­ hindert wird, daß die Sn-Überzugschicht (12) mit der Ni-Überzugschicht (13) in Kontakt kommt.
10. Klemmenmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzug­ schichten bestehen aus der Ni-Überzugschicht (13), einer Cu-Überzugschicht (11) und der Sn-Überzugschicht (12), wobei die Überzugschichten (12, 11, 13) auf dem Trägermaterial (10) in der oben erwöhnten Reihenfolge vorgesehen sind.
11. Klemmenmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial (10) aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cu und Cu-Legierungen besteht.
12. Klemmenmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmenma­ terial einen Quetschverbindungsabschnitt einer Elektrokabel-Quetschverbindungsklemme bildet.
13. Klemme, gekennzeichnet durch einen Quetschverbindungsabschnitt, der aus einem in Anspruch 9 aufgeführten Klemmenmaterial besteht.
14. Klemme nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Kontaktabschnitt, der ge­ bildet ist aus einem Klemmenmaterial umfassend das Trägermaterial und eine Mehrzahl von auf dem Trägermaterial vorgesehenen Kontaktabschnitt-Überzugschichten, wobei eine äu­ ßerste Schicht der Kontaktabschnitt-Überzugschichten eine Schicht ist, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Sn-Überzugschicht und einer Au-Überzugschicht be­ steht.
15. Klemme nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktabschnitt-Überzugschichten des Kontaktabschnitts aus Schichten bestehen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus (1) einer Ni-Überzugschicht und einer Sn-Überzugschicht, (2) einer Ni-Überzugschicht und einer Au-Überzugschicht, (3) einer Cu-Überzugschicht, einer Ni-Überzugschicht und einer Sn-Überzugschicht, sowie (4) einer Cu-Überzugschicht, einer Ni-Überzugschicht und einer Au-Überzugschicht besteht, und daß die jeweiligen Schichten der Kontaktabschnitt-Überzugschichten auf dem Trägermaterial in der erwähnten Reihenfolge vorgesehen sind.
16. Klemme nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Elektrokabel-Quetschverbindungsklemme umfaßt.
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