JP2003160851A - コーティング - Google Patents

コーティング

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車の用途に用いられるコンタクトあるい
は端子などの電気・電子コネクタ用の改良されたコーテ
ィングを提供する。 【解決手段】 １．０重量％超から約２０重量％、好ま
しくは２．０重量％から１５重量％、最も好ましいのは
３．０重量％から１０重量％の銀、および残部の必須的
なスズを含むスズ−銀の２成分コーティングである。こ
のコーティングはスズ−銀溶融浴内に基板材料を浸漬す
ることで形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用コネクタ
などの、電気および電子用途において使用される基板材
料に適用されるスズ−銀コーティング、およびこの基板
材料にスズ−銀コーティングを適用する方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】自動車の電気コンタクト（電気接点）
は、高温およびそれらが機能しなければならない環境な
いし状況のため、様々な危険に曝されている。例えば、
自動車の電気コンタクトは日常的に、微動により引き起
こされる振動や擦過腐食つまりフレッチング腐食に曝さ
れる。擦過腐食は電気表面の接触時に接触抵抗を高める
ものであるから有害である。さらに、２つの電気接点あ
るいは端子が接したときに電気アークが発生する。
【０００３】これらの問題のいくつかに対処するため
に、自動車の電気コンタクトには金メッキされているも
のもある。金は有害な酸化物を生成しないため、有益な
材料ではあるが、非常に高価であることから、自動車用
の電気コンタクトのコストを著しく高めることになる。
【０００４】金によるコストをなくすために、純スズで
メッキした電気コンタクトもある。この純スズメッキの
場合、経済的には有益であるが、サイクル寿命にはそれ
ほど優れておらず、通常、約１７０サイクルである。
【０００５】よって、経済的に有益であり、また自動車
の電気コンタクトが機能すべき環境下における応力に耐
えることができる、電気コンタクト形成の際に使用可能
なコーティングに対する必要性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、電気電子用途のための、改良されたコーティングな
いしコーティング材料を提供することにある。また、本
発明の目的は、自動車用途において特に有用であり、ま
たサイクル寿命に優れた、上記の改良されたコーティン
グないしコーティング材料を提供することにある。本発
明の別の目的は、経済的に許容可能、つまり経済的であ
る、自動車の電気コンタクト用の上記の改良されたコー
ティングないしコーティング材料を提供することにあ
る。本発明の更に別の目的は、基板材料上にコーティン
グないしコーティング材料を形成する改良された方法を
提供することにある。本発明の更に別の目的は、電気コ
ネクタあるいは電気コンタクトを形成するための改良さ
れた方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的は本発明のス
ズ−銀コーティング、および本発明の方法により達成さ
れる。本発明によれば、スズ−銀コーティングは、例え
ば、電気コンタクトに使用される基板材料に適用、つま
り塗布ないし形成される。基板材料は所要の導電性を有
する、任意の適切な金属である。例えば、基板材料は銅
であってもよいし、銅合金、炭素鋼材あるいはアルミ合
金であってもよい。本発明のスズ−銀コーティングは、
好適実施形態においては、１．０重量％超から約２０重
量％、好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好
ましいのは３．０重量％から１０重量％の銀、および残
部の必須的なスズ（錫）を含んでなるものである。後述
の通り、本発明の２成分のスズ−銀コーティングは特に
有用なコーティングである。例えば、このコーティング
によれば、酸化物の生成が回避される。このような酸化
物はコーティングに有害であり、またコーティングの電
気抵抗性を増大させるものである。
【０００８】本発明のコーティングはスズ−銀の２成分
（二元）コーティングであるのが好ましいが、このコー
ティングはまた、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウ
ム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモン、およ
びそれらの混合物からなるグループより選択された有効
量（実効量）が５．０重量％までの、少なくとも１種の
硬化用の元素を、任意ないし随意的に、含ませることも
できる。このような少なくとも１種の硬化用の元素は、
コーティング内に存在する場合には、コーティングの電
気抵抗を増大させる酸化物の生成を引き起こす量が存在
してはならない。
【０００９】本発明のスズ−銀コーティングにおける１
つの利点は、脱酸素剤（還元剤）のような成分（元素）
を含ませる必要がないことである。
【００１０】本発明のスズ−銀コーティングは、概略的
には、メッキされる基板材料を準備するステップ、１．
０重量超から約２０重量％の銀、および残部の必須的な
スズを含んでなる浴（バス）を用意するステップ、およ
び基板材料上にコーティング層を形成するために浴内に
基板材料を浸漬するステップを有して構成される。ま
た、このコーティング層は１．０重量超から約２０重量
％の銀、および残部の必須的なスズを含んでなる。本発
明の方法の他の実施形態では、浴およびコーティング
は、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケ
ル、マンガン、亜鉛、アンチモン、およびそれらの混合
物からなるグループより選択された少なくとも１種の元
素を含んでいる。この少なくとも１種の元素は、これを
存在させる場合、少なくとも１種の元素が、コーティン
グの抵抗を増大させる酸化物の生成を引き起こさない量
の範囲内において存在させる必要がある。
【００１１】本発明のスズ−銀コーティングのその他の
詳細、およびそれらを形成する方法は、これらに伴う他
の目的および利点と同様に、以下の説明および添付図面
において説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】上述した通り、本発明は自動車用
電気コンタクトのような、電気電子用途で使用される基
板材料上にスズ−銀コーティングを適用することに関す
るものである。基板材料は、例えば炭素鋼である鉄（第
１鉄）ベース材料、例えば純銅、銅合金、またはアルミ
ニウム合金である非鉄ベース材料のような、従来公知の
任意の適切な導電性材料であってよい。自動車用途で一
般的に使用されている１つの基板材料は、重量％で、
０．００３から０．０２３までのテルル、０．００３か
ら０．０２３までのスズ、０．００１から０．０１０ま
での燐、および残部の必須的な銅を含んでなる、ＣＤＡ
合金１４５３０と称される銅テルル合金である。
【００１３】殆どの電気電子用途においては、擦過腐食
および電気抵抗の増大を引き起こす表面の酸化防止を補
助するために、基板材料の少なくとも一部にコーティン
グ層を設けることが非常に望ましい。ここで、この種の
コーティングには、この種の用途において多数サイクル
の間に加えられる力に耐えるだけの、十分な硬度を持た
せる必要性がある。自動車用途などの、電気電子用途に
用いられる基板材料に設けられるコーティングに特に有
益な混合物ないし組成物は、スズ−銀の２成分コーティ
ング（二元性コーティング）であり、このスズ−銀の２
成分コーティングは１．０重量％超から約２０重量％、
好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好ましい
のは３．０重量％から１０重量％の銀、および残部の必
須的なスズを含んで構成されるものである、ことが知得
されている。そのようなコーティングは２２５℃を超え
る融点を有しており、これが利点となる。
【００１４】必要に応じて、ビスマス、ケイ素、銅、マ
グネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモ
ン、およびこれらの混合物からなるグループより選択さ
れた少なくとも１種の硬化用の元素が、塗料の硬化性を
向上させる本発明の別の実施形態において存在させてい
る。存在させる場合、少なくとも１種の硬化用の元素は
有効量で約５．０重量％まで、好ましくは０．１重量％
から約５．０重量％の量を存在させることができる。選
択された特定の硬化用の元素は、コーティングの電子抵
抗を増大させるのに十分な有害な酸化物を生成する量の
範囲まで存在させてはならない。例えば、コーティング
中にマグネシウムや銅のような酸化物を生成する元素を
大量使用することは避けるべきである。
【００１５】本発明のスズ−銀コーティングは、従来公
知の任意の適切な技術を使用して、基板ないし基材に適
用ないし形成される。しかしながら、好ましくは、非電
気メッキ技術を用いて、基板材料にスズ−銀コーティン
グを適用ないし形成される。例えば、本発明のコーティ
ングは、基板材料をスズ−銀浴内に浸漬することで形成
することができ、この場合、スズ−銀浴は少なくとも５
００°Ｆ（２６０℃）に維持され、好ましくは５００°
Ｆ（２６０℃）から９００°Ｆ（約４８２℃）に維持さ
れる。実施形態において、浴は、溶融したスズおよび銀
からなるものであり、また１．０重量％超から約２０重
量％、好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好
ましくは３．０重量％から１０重量％の銀、および残部
の必須的なスズを含んでなるものである。浴内に浸漬さ
れた基板材料は、連続した金属ストリップつまり金属の
細長い片でもよいし、電気あるいは電子コネクタの特定
の型を形成するために予め型抜きされた金属片でもよ
い。あるいは、メッキされた基板材料を浴から取り出し
た後に電気あるいは電子コネクタの特定の型に加工する
ようにしても良い。例えば、メッキされた基板材料を浴
から取り出された後に特定の形式の電気ないし電子コネ
クタに打ち抜き加工しても良い。
【００１６】任意ないし随意的に、コーティング浴に
は、有効量で約５．０重量％まで、好ましくは０．１重
量％から約５．０重量％までの、ビスマス、ケイ素、
銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、ア
ンチモン、およびこれらの混合物からなるグループより
選択された少なくとも１種の硬化用の元素を含ませるこ
とができる。例えば、浴には０．１重量％から１．５重
量％の銅を含ませても良い。
【００１７】上述の通り、浴内に浸漬される基板材料
は、基板材料からできたコイルのような、任意で所望の
形状とすることができる。基板材料は、従来公知の任意
の最適なシステムを使用し、連続的、または不連続的な
いし非断続的に、浴を通過させることができる。さら
に、本発明の実施形態においては、厚さ０．００００１
インチ（０．０００２５４ｍｍ）から０．００１インチ
（０．０２５４ｍｍ）のコーティングを形成するため
に、基板材料は０．２秒から１０秒間だけ、浴内に保持
ないし留められる、つまり浴内での浸漬が続けられる。
【００１８】上記の特定の量の銀をスズに加えること
で、コーティング表面が硬いコーティングを形成できる
ことが知得されている。表面が硬いほど、サイクル寿命
が長いため、これは望ましいことである。上述した通
り、純スズメッキは接触抵抗が標準値である１０ミリオ
ームを上回るまでに１７０サイクルのサイクル寿命を有
する。２．０重量％の銀をスズに加えることで、接触抵
抗が上述の標準値を上回るまでに２５０サイクルのサイ
クル寿命を高めることができることを知得した。同様
に、５．０重量％の銀をスズに加えることで、接触抵抗
が上述の標準値を上回るまでに９００サイクルまでのサ
イクル寿命を高め得ることも知得された。
【００１９】さらに、５．０重量％の銀をコーティング
に加えることで、コーティングメッキ処理工程の間はコ
ーティングが均一ないし均質状態にあることが知得され
ている。換言すれば、銀がスズから分離しない状態であ
る。これは、コーティングの冷却後においても銀が浮遊
も分離もしないということである。
【００２０】本発明のスズ−銀コーティングは、純スズ
メッキよりも高価であるが、金メッキよりはコスト面に
おいて、かなり低価格である。それゆえ、本発明のコー
ティングは実質的に経済的である。
【００２１】また、本発明のコーティングのサイクル寿
命は、スズ−銀コーティングの形成後において、合成炭
化水素ベースのグリース（油脂）のような潤滑剤を基板
材料の表面に塗布することで、更に高めることができる
ことも検知されている。このような潤滑剤を使用した場
合において、スズコーティング中に１０重量％と同程度
の銀を有してなるコーティングは１００万サイクルの寿
命を有することが期待される。これは現在のサイクル寿
命を超える、大幅な増加である。
【００２２】上記の特定の量のような銀をコーティング
に加えることには他の利点がある。例えば、銀の存在に
より表面の融点が高まる。更に、銀の存在により、メッ
キされたコンタクトや端末の溶融、あるいはアーク放電
をなくすことが助長される。このことは、自動車の電源
が４２ボルトシステムへ増加しているため、大いに望ま
しい結果である。
【００２３】本発明に従い形成されたコーティングに
は、銀スルファミン酸や有害な酸化物は含まれていな
い。
【００２４】本発明のコーティングのその他の利点は次
の通りである。コーティング中にいずれの無機物質も存
在しないこと、コーティングと基板材料との間に強力な
金属結合が存在すること、潤滑性が増強されて工具寿命
が高まること、および１５．６％ＩＡＣＳを超える良好
な導電性があることであり、導電性に関しては、例えば
９５％スズ−５％銀コーティングは１６．６％ＩＡＣＳ
の導電性を有し、また９０％スズ−１０％銀コーティン
グは２０％ＩＡＳＣを超える導電性を有する。さらに、
コーティングを形成するための浴へ光沢剤を加える必要
がない。
【００２５】本発明のコーティングにより提供される改
良点を例証するため、本発明の方法に従い各試験片が作
成された。各試験片は、純スズでコーティングされた合
金４２５２として表される商業的に利用可能な銅合金か
ら形成された基板を含むものであり、この材料に９８重
量％のスズと２重量％の銀でコーティングした基板、こ
の材料に９５重量％のスズと５重量％の銀でコーティン
グした基板、およびこの材料に９０重量％のスズと１０
重量％の銀でコーティングした基板を含んでいる。これ
ら試験片は、次いで、抵抗が１０ミリオームまで高まる
までのサイクル、および抵抗値の両方を測定するために
試験をした。試験によれば、平均で、純スズメッキされ
た基板は１０ミリオームへ到達するまでに２８９サイク
ル持続し、また１０．９から１０．８８の抵抗値を有し
た。また、試験によれば、上記９８−２のコーティング
をしたものは、平均でサイクル寿命４５２サイクルを有
し、また抵抗値は１０．１６から１０．７４であった。
さらに、上記９５−５コーティングしたものは、平均サ
イクル寿命が３９９サイクルであり、また抵抗値は１
０．１１から１０．８２であった。また、上記９０−１
０のコーティングをしたものは、平均サイクル寿命が１
５７サイクルであり、抵抗値は１０．０９から１０．８
３であった。さらに、コーティングの銀含量が増えれば
コーティングの融点が向上することも分かった。例え
ば、純スズメッキの融点は２３１℃であり、９５−５の
スズ−銀コーティングの融点は２４５℃から２５３℃で
あり、また９０−１０のスズ−銀コーティングの融点は
３１０℃であることが知得された。
【００２６】純スズメッキと比較した場合における本発
明に係わるスズ−銀コーティングの硬度を測定するため
に別の試験が行なわれた。この試験は、ナノインデンテ
ーション法を用い、スズベースフィルムの圧入硬度が銀
を加えることで影響を受けるかどうかを決定するために
行なわれた。試験を実施するため、各試験片が準備され
た。これら試験片は、銅合金基板上に純スズのコーティ
ングを施したもの、銅合金基板上に９８重量％のスズ−
２重量％の銀のコーティングを施したもの、銅合金基板
上に９５重量％のスズ‐５重量％の銀のコーティングが
施されたもの、および銅合金基板上に９０重量％のスズ
−１０重量％の銀メッキされたものである。各スズベー
スのコーティングはそれぞれ厚さがおよそ３０００ｎｍ
であった。基板からの干渉をなくすため、スズベースコ
ーティングの最大圧入深度はコーティングの厚みの３３
％未満とした。スズベースのコーティングを施した各サ
ンプルについて少なくとも３回の圧入試験が施された。
【００２７】スズベースフィルについての硬度試験の結
果によれば、コーティング中の銀含量の増加とともに硬
度が向上してるのが示された。純スズメッキの圧入硬度
は０．３Ｇｐａであり、一方、９８−２スズメッキ、９
５−５スズメッキおよび９０−１０スズメッキの硬度は
０．３２Ｇｐａから０．４１Ｇｐａ（ヌープ硬度）であ
る。数字は銀−スズコーティングのそれぞれの硬度の範
囲を示す。本発明に係わるスズ−銀コーティングを使用
することにより硬度の向上が明らかに例証された。
【００２８】以上の説明においては、本発明のコーティ
ングを自動車用の用途において説明したが、このコーテ
ィングはその他の電気コンタクトや電気端子などの環境
においても有用であることは当業者には自明である。
【００２９】以上説明したように、本発明によれば、上
記の目的、手段および利点を十分に満足させる銀−スズ
コーティングが提供されることは明らかである。さら
に、上記では本発明を特定の実施形態に基づいて説明し
たが、上記の説明を読むことで当業者にとってはその代
替、変更および変形は自明である。よって、本発明は、
特許請求の範囲内にあるこれら代替、変更および変形も
含むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる銀−スズコーティングと純スズ
メッキとの硬度を比較した硬度試験の結果を図示したグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 13/00 ５０１ Ｈ０１Ｂ 13/00 ５０１Ａ Ｈ０１Ｒ 13/03 Ｈ０１Ｒ 13/03 Ｄ Ｆターム(参考） 4K027 AA22 AA25 AB50 AC82 AE02 5G301 AA01 AA08 AA09 AA12 AA13 AA14 AA19 AA20 AA23 AB10 AB20 AD03 AD04 5G307 BA03 BB01 BB02 BB04 BC02 BC03 BC04 BC06 BC07 BC09

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導電性材料に適用されるコーティングであ
    って、１．０重量％超から２０重量％の銀、および残部
    の必須的なスズを有してなり、前記スズの融点が２２５
    ℃以上である、ことを特徴とするコーティング。
  2. 【請求項２】 コーティング中の前記銀の含量が２．０
    重量％から１５重量％である、ことを特徴とする請求項
    １記載のコーティング。
  3. 【請求項３】 コーティング中の前記銀の含量が３．０
    重量％から１０重量％である、ことを特徴とする請求項
    １または２記載のコーティング。
  4. 【請求項４】 前記コーティングが、0.00001インチ
    （０．０００２５４ｍｍ）から0.001インチ（０．０２
    ５４ｍｍ）の厚さ、および０．３２Ｇｐａから０．４１
    Ｇｐａの硬度を有する、ことを特徴とする請求項１から
    ３のいずれかに記載のコーティング。
  5. 【請求項５】 前記コーティングが電気メッキでない、
    ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコ
    ーティング材料。
  6. 【請求項６】 １．０重量％超から２０重量％の銀を有
    してなり、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、
    ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモンからなるグルー
    プより選択された有効量５．０重量％までの少なくとも
    １種の元素を任意的に有してなり、および残部の必須的
    なスズを有してなる、ことを特徴とする請求項１から５
    のいずれかに記載のコーティング。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１種の元素が、０．１重
    量％から有害な酸化物を形成しない量の範囲まで存在す
    る、ことを特徴とする請求項６記載のコーティング。
  8. 【請求項８】 基板材料および請求項１から７のいずれ
    かに記載のコーティングの層を有してなる複合材料であ
    って、前記コーティングが前記基板材料の少なくとも一
    部の上に存在する、ことを特徴とする複合材料。
  9. 【請求項９】 前記基板材料が鉄をベースとする材料、
    鉄をベースとしない材料、または銅テルル合金からなる
    ものである、ことを特徴とする請求項８記載の複合材
    料。
  10. 【請求項１０】 請求項８または９記載の複合材料で形
    成される電気コネクタ。
  11. 【請求項１１】 メッキされる基板材料を準備するステ
    ップを有してなり、 １．０重量％超から２０重量％の銀、および残部の必須
    的なスズを有してなる浴を用意するステップを有してな
    り、および前記基板材料を前記浴内に浸漬して前記基板
    材料上にコーティング層を形成するステップを有してな
    り、前記コーティング層は１．０重量％超から２０重量
    ％の銀を有してなる、ことを特徴とする基板材料をメッ
    キする方法。
  12. 【請求項１２】 前記用意するステップが、１．０重量
    ％超から２０重量％の銀、 ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、
    マンガン、亜鉛、アンチモンからなるグループより選択
    された有効量５．０重量％までの少なくとも１種の元
    素、および残部の必須的なスズからなる浴を用意するス
    テップを有してなる、ことを特徴とする請求項１１記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】 前記用意するステップが、２．０重量
    ％から１５重量％の銀を含有する浴を準備することを有
    してなる、ことを特徴とする請求項１１または１２記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】 前記用意するステップが、３．０重量
    ％から１０重量％の銀を含有する浴を準備することを有
    してなる、ことを特徴とする請求項１１から１３のいず
    れかに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記浴を前記浸漬するステップの間に
    おいて２６０℃以上に維持するステップをさらに有して
    なる、ことを特徴とする請求項１１から１４のいずれか
    に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記維持するステップが、前記浸漬す
    るステップの間において前記浴を２６０℃から４８２℃
    に維持することを有してなる、ことを特徴とする請求項
    １５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記浸漬するステップが、前記基板材
    料を前記浴に連続的に通過させることを有してなる、こ
    とを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載の
    方法。
  18. 【請求項１８】 前記浸漬するステップが、前記基板材
    料を前記浴に不連続的に通過させることを有してなる、
    ことを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載
    の方法。
  19. 【請求項１９】 前記浸漬するステップが、前記基板材
    料のバッチを前記浴内に浸漬させると共に、前記コーテ
    ィングを形成するのに十分な時間だけ前記バッチを前記
    浴内に保持する、ことを特徴とする請求項１１から１８
    のいずれかに記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記基板材料を０．２秒から１０秒の
    間だけ前記浴内に留めることさらに有してなる、ことを
    特徴とする請求項１１から１９のいずれかに記載の方
    法。
  21. 【請求項２１】 前記浸漬するステップの後に、前記基
    板材料の表面に潤滑剤を塗布することをさらに有してな
    る、ことを特徴とする請求項１１から２０のいずれかに
    記載の方法。
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