JP2002025334A - 導電性金属バンドおよびそれから製作されるコネクタ - Google Patents

導電性金属バンドおよびそれから製作されるコネクタ

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クラウス・シユライヒエル
Robert Leffers
ローベルト・レッフエルス
Thomas Helmenkamp
トマース・ヘルメンカムプ
Juergen Gebhardt
ユルゲン・ゲプハルト
Udo Adler
ウドー・アドラー
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    • Y10T428/12715Next to Group IB metal-base component

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 ベース材料と被覆物との間の接着を改善しつ
つ良好な電気的および機械的性質を有する電気的接触部
材、特にコネクタを製造するために導電性金属バンドを
経済的に有利に提供すること。 【解決手段】 この課題は、ベース材料が重量%で表示
して、 ニッケル(Ni) 1.0 % 〜4.0% 珪素(Si) 0.08% 〜1.0% 錫 (Sn) 0.02% 〜1.0% 亜鉛(Zn) 0.01% 〜2.0% ジルコニウム(Zr) 0.005%〜0.2% 銀 (Ag) 0.02% 〜0.5% および溶融技術に起因する不純物を含む残量の銅で組成
されておりそして被覆物が1重量%〜3.8重量%の割
合の銀を含有する錫−銀合金より成ることによって解決
される。ベース金属には更に0.1%までのマグネシウ
ム(Mg)、0.05%までの燐(P)、0.1%まで
の鉄(Fe)を含有させることが望ましい。被覆物には
更に10%以下のインジュウム(In)を含んでも良
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【発明の利用分野】本発明は、電気的接点部品を製作す
るための導電性金属バンド並びにそれから得られるコネ
クタに関する。
【従来の技術】コンタクトプラグは電気技術の用途分野
で広く普及している。これは原則として導電接続部を開
閉するためのプラグと雌コネクタとよりなる機械的装置
を意味する。コンタクトプラグは色々な用途分野で使用
され、例えば自動車電気設備、通信工業または工業装置
電子機器において使用される。この種のコネクタの通例
の製造法は銅製あるいは銅合金製バンドより成る未加工
品を押し抜き加工しそしてこれをコネクタに更に加工す
るものである。銅は高い電導性を有している。腐蝕およ
び摩耗を防止するために並びに表面硬度を高めるために
銅製あるいは銅合金製バンドを先ず第一に錫メッキす
る。錫はその良好な耐蝕性のために銅のための被覆材料
として特に適している。溶融浸漬法での被覆物の適用は
工業基準に属する。この関係ではベース材料を表面被覆
するために種々の錫合金、特に錫−銀−合金が、非常に
良好な接触材料に属することから知られている。ヨーロ
ッパ特許(B1)第0,443,291号明細書によっ
て、一方のコネクタ要素のベース材料を純粋の錫または
錫−鉛合金で被覆するが、もう一方のコネクタ要素が溶
融液法で適用された10重量%まで銀を含有する合金よ
り成る硬質表面被覆物を有している電気的コネクタ対が
公知である。銀の他に沢山の別の合金も提案されてい
る。この被覆物は一定した低い接触抵抗を示しそしてで
きるだけ低い差込み力および引抜き力で済む品質的に高
価値のコネクタを製造する方向を示している。ドイツ特
許(C1)第4,443,461号明細書に従う提案
は、5重量%までのコバルトを含有する錫合金よりなる
溶融塗布された表面被覆物に関する。コバルトの他に錫
合金はビスマスおよびインジウム並びに沢山の他の合金
用成分を含有していてもよい。ドイツ特許(C2)第
3,628,783号明細書は、0.3〜2重量%のマ
グネシウム並びに0.001〜0.1重量%の燐を含有
する銅合金よりなる電気的接続物質を開示している。こ
の電気的接続物質は高温でのその強度、その電導性およ
び応力緩和性に特徴がある。このものはコンパクトなサ
イズおよび複雑な形状に製作される場合であっても満足
な使用特性を示す。従来技術ではドイツ特許出願公開
(A1)第4,338,769号明細書によって実質的
に0.5〜3重量%のニッケル、0.1〜0.9重量%
の錫、0.08〜0.8重量%の珪素、0.1〜3重量
%の亜鉛、0.007〜0.25重量%の鉄、0.00
1〜0.2重量%の燐並びに0.001〜0.2重量%
のマグネシウムを不可避の不純物を含めた残量としての
主成分の銅と一緒に含む組成を有する電気的コネクタを
製作するための銅合金も開示されている。公知の金属バ
ンドあるいはそれから得られるコネクタは実地において
実証されている。しかしながら機械的および電気的性質
に関するコネクタ部品への技術的および品質的要求はま
すます高まっている。このことは接触部材を困難なまた
は悪い周囲条件のもとで使用する場合、例えば自動車電
気設備およびなかでも自動車電装部品で使用する場合に
も特に当てはまる。かゝる困難な使用条件のもとでは、
中でも温度負荷、応力緩和安定性、耐蝕性、および公知
の接触部材がそれの境界で突き合わされている被覆物の
接着性のそれぞれに関しての要求が発生する。これらは
表面被覆物の剥離をもたらし得る。
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
技術から出発して、ベース材料と被覆物との間の接着性
を改善しつつ良好な電気的および機械的性質を有する電
気的接触部材、特にコネクタを製作するための導電性金
属バンドを経済的に有利に提供することである。
【課題を解決するための手段】この課題は、請求項1の
導電性金属バンド並びにそれから製作される請求項6に
従うコネクタによって解決される。本発明によればベー
ス材料は1.0〜4.0重量%のニッケル成分、0.0
8〜1.0重量%の珪素成分、0.02〜1.0重量%
の錫成分、0.01〜2.0重量%の亜鉛成分、0.0
05〜0.2重量%のジルコニウム成分および0.02
〜0.5重量%の銀成分を含有する銅合金よりなり、そ
の際に被覆物が1.0〜3.8重量%の銀成分を含有す
る錫−銀合金より成る。実験において、特に好ましい結
果は1.4〜1.7重量%のニッケル、0.2〜0.3
5重量%の珪素、0.02〜0.3重量%の錫、0.0
1〜0.3重量%の亜鉛の割合で含有する銅合金より成
るベース材料で達成された。ベース材料中の錫成分によ
ってその導電性が低下するが、この成分によって強度お
よび剛性が向上する。導電性の低下は銀の混入によって
相殺される。銀成分の主要目的は、マトリックス成分と
して温度の影響下に被覆材料との拡散現象に関与しそし
て拡散制御された予想期される金属間化合物の相形成に
影響を及ぼすことである。それ故に銀成分はベース材料
中に0.02重量%〜0.5重量%存在し、これに対し
て被覆物は1重量%〜3.8重量%の銀成分を含有して
いる。ベース材料の銀含有量は0.05重量%〜0.2
重量%であるのが特に有利である(請求項2)。被覆物
中の銀含有量は1.2重量%〜2.5重量%であるのが
特に有利である(請求項3)。このことが低い接触抵抗
をもたらす。ベース材料中に0.005重量%〜0.2
重量%、特に好ましくは0.05重量%までの割合で存
在するジルコニウムは耐蝕性および温度安定性を向上さ
せそして熱間成形性も改善する。本発明の金属バンドは
第一にその良好な電気的および機械的性質、特に良好な
変形性並びに被覆物の耐剥離性の他にその良好な電導性
および緩和安定性に特徴がある。安定な接触抵抗が保証
されている。金属バンドは低い接触抵抗と共に高い温度
安定性を有している。硬度が高い場合には耐摩擦性およ
び耐摩耗性があるにもかかわらず良好な加工性および良
好な溶接性を示す。改善された摩擦腐食安定性があり、
かつ差込み力および引抜き力が小さくてすむ。更に金属
バンドはその製造の際に錫成分を含有する銅スクラップ
を使用できるので経済的に有利である。物質循環系にお
いて調整された錫の量的関係が達成される。これによっ
てスクラップを使用して製造される金属バンドの一様の
品質を保証することができる。光沢のあるスクラップ
(CuNiSi−材料)を使用することに合わせて、錫
メッキされたスクラップおよび新しい金属(銅)を錫メ
ッキされたスクラップをその錫メッキの厚さ次第で0.
02〜1重量%の錫含有量を有する鋳造生成物としての
ベース材料を製造することができる。0.25〜0.5
重量%の錫含有量を有する鋳造生成物が方法上有利であ
る。ベース材料と被覆物との間の金属間相は微細粒状で
一様である。このことから本発明の金属バンドの良好な
変形性、特に曲げ性、高い剪断強度および良好な弾性率
並びに高いクリープ安定性が得られる。合金成分の亜鉛
および銀はベース材料および錫−銀相よりなる被覆物と
の間に金属間化合物中の拡散挙動に影響を及ぼす。錫層
中に銅を拡散させることによって必然的に生じる銅−錫
−相は温度および時間にわたってのその特色において特
にいわゆるε−相の形成の遅れおよび妨害の意味で影響
を及ぼす。これによってベース材料と被覆物との間の非
常に良好な接着強度が保証される。それと共に被覆物の
剥離現象、特に剥離が金属バンドあるいはそれから金属
バンドで製作されるコネクタを不利でかつ困難な条件で
使用する場合でも比較的高い温度および比較的長い時間
にずらすことができる。正に150℃以上の温度でのあ
るいは生じる老化による被覆物の不良の本質的な原因
は、成形の際にベース材料と被覆層との間の相界面から
出発して、いわゆるη−相(Cu6 Sn5 )がε−相
(Cu3 Sn)に過剰な割合で比較的に早い拡散速度に
より早く変化することにある。本発明は、ε相だけの存
在が単独でベース材料と被覆物との間の界面で剥離現象
を必然的にもたらすのではなく、変形現象により引き起
こされるコネクタの応力状態においてでもないという知
見を得たことにあるのである。ε−相の発現が抑制され
るかまたは阻止される場合には、これが金属間化合物相
および被覆物の長時間安定性にプラスの影響を及ぼす。
亜鉛および銀並びにベース材料中に存在するニッケルは
本発明に従い予めに規定された割合において適してお
り、拡散現象および金属間化合物相の形成へのそれらの
参加で特に相界面で富化することによってη−相からε
−相への速やかな変化が抑制されあるいは非常に遅延さ
れ、ベース材料と被覆物との間の均一で高い接着力での
接合がもたらされる。被覆物合金に更にイリジウムを添
加した場合、しかもそれが10重量%まで、好ましくは
0.1重量%〜5重量%である場合(請求項4)には、
確かに融点が低下するが、外的条件に対する安定性が全
体として改善される。更に溶接特性がイリジウムでの合
金化によってプラスの影響を受ける。マグネシウムは高
温での合金の強度および応力緩和特性を、上述の通り主
成分の銅による電導性に取るに足らぬ程の悪影響しか及
ぼすことなく向上させる。マグネシウムは銅マトリック
ス中に溶解しそして請求項5によればベース材料中に
0.1重量%までの割合で存在している。その他にベー
ス材料は0.05重量%までの割合で燐を含有してい
る。この燐は脱酸素剤として作用し、かつマグネシウム
と一緒に高温での強度および応力緩和性を向上させる作
用をする。燐成分は変形現象の際に金属バンドの弾力を
保持するのにも寄与する。変形性および熱間ロール加工
性の改善は0.1重量%までの鉄成分によっても達成さ
れる。更に鉄成分はニッケルおよび珪素化合物の沈降処
理の際に粗粒を小さくしそしてひび割れ構造の発生を防
止する。これもベース材料と被覆物との間の接着強度に
プラスの作用をする。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01B 5/02 H01B 5/02 A (72)発明者 ローベルト・レッフエルス ドイツ連邦共和国、41236メンヘングラー ドバッハ、フランクフルテル・ストラー セ、7−9 (72)発明者 トマース・ヘルメンカムプ ドイツ連邦共和国、49084オスナブリュッ ク、グレテシエルヴエーク、45 (72)発明者 ユルゲン・ゲプハルト ドイツ連邦共和国、49086オスナブリュッ ク、アビオヴエーク、19 (72)発明者 ウドー・アドラー ドイツ連邦共和国、52249エッシユヴアイ ラー、ブッシユホーフ、2 Fターム(参考) 5G301 AA01 AA08 AA09 AA11 AA12 AA14 AA19 AA20 AA23 AA24 AA30 AB01 AB11 AD03 AD04 5G307 AA08 BB02 BC02 BC06 CA07 EC06 FA01 FB02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融技術で適用された錫−銀合金製の金
    属被覆物を有する銅合金製ベース材料を用い、ただし該
    ベース材料と上記被覆物との間に金属間化合物相が形成
    されている、電気的接点部材、特にコネクタを製作する
    導電性金属バンドにおいて、ベース材料が重量%で表示
    して、 ニッケル(Ni) 1.0 % 〜4.0% 珪素(Si) 0.08% 〜1.0% 錫 (Sn) 0.02% 〜1.0% 亜鉛(Zn) 0.01% 〜2.0% ジルコニウム(Zr) 0.005%〜0.2% 銀 (Ag) 0.02% 〜0.5% および溶融技術に起因する不純物を含む残量の銅で組成
    されておりそして被覆物が1重量%〜3.8重量%の割
    合で銀を含有する錫−銀合金より成ることを特徴とす
    る、上記導電性金属バンド。
  2. 【請求項2】 ベース材料の銀含有量が0.05重量%
    〜0.2重量%である請求項1に記載の金属バンド。
  3. 【請求項3】 被覆物の銀含有量が1.2重量%〜2.
    5重量%である請求項1または2に記載の金属バンド。
  4. 【請求項4】 被覆物が10重量%まで、好ましくは
    0.1重量%〜5重量%のインジウムを含有する請求項
    1〜3のいずれか一つに記載の金属バンド。
  5. 【請求項5】 ベース材料が0.1重量%までのマグネ
    シウム(Mg)、0.05重量%までの燐(P)および
    /または0.1重量%までの鉄(Fe)を含有する請求
    項1〜4のいずれか一つに記載の金属バンド。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか一つに記載の金
    属バンドから得られるコネクタ。
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