JP2005512302A - ドープされたコーティングを有する接触端子 - Google Patents
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Abstract
本発明は電気に関係した目的に用いられる接触端子に関するものである。本接触端子は、高い導電性を有する金属基板を含み、これは金属要素でコーティングされている。本発明によれば、コーティングには少なくとも１種類の添加物がドープされていて、これによってコーティングの電気的安定性が向上する。
Description
本発明は電気的な接触端子に関するものである。本接触端子は、コーティング材料に添加物をドープしたコーティングを有し、これによって機能性および信頼性を向上させたものである。
スズでコーティングした銅ベースの合金は、安価で信頼性もあることから、一般的に、多くの用途の電気的な接触端子として用いられている。スズでコーティングした電気的な接触端子は、挿抜回数の限られたプラグイン式の着脱可能な接触端子にも用いられ、例えばプリント回路基板における電気的接触やピンソケットにおける電気的接触に用いられている。
スズでコーティングした接触端子が劣化するメカニズムは、主として、機械的な振動または熱誘起振動によって腐食が発生することである。腐食により接触領域に連続的に酸化が生じ、その結果増大した接触抵抗によって、利用可能な導体領域が減少する。接触領域のほとんどが酸化物によって被覆されてしまうと、急激に接触抵抗が増大し、実質的に故障となる。接触負荷を増大させれば、電気的安定性が向上し、故障に至るまでの時間を長くすることができることはよく知られている。しかし、その結果、機械的設計の費用が高騰し、装着時に要する力も大きくしなければならない。
本発明は、従来技術で生じていた腐食の有害な効果を軽減することにより、スズでコーティングした接触端子の機能性を向上させることを目的とする。本発明の構成要件は添付の特許請求の範囲に記載の通りである。
本発明によれば、電気的な接触端子は、高い導電性を有する金属基板を有し、この基板は、少なくとも1種類の添加物をドープされたコーティング層によってコーティングされている。かかるドープされた添加物を有するコーティング材料を用いることにより、コーティング層の電気的安定性が向上する。本発明の好ましい実施例では、基板は銅製または銅ベースの合金製であり、そのコーティング層はスズ製であり、ドープされる添加物はリンである。リンの量は、0.05〜2.0原子％の範囲とし、有利には0.1〜0.25原子％の範囲とする。
本発明の好ましい実施例の思想は、スズ中の限られた量のリンが３工程にわたって作用することである。これらの工程全体により、電気的安定性が著しく向上する一方、接触負荷は低く保つことが可能である。上記３工程は以下の通りである。
１．リンはその脱酸性により、２つのスライド面の接点においてスズ酸化物が形成されるのを抑制する。
２．形成されたスズ−リン酸化物は、純粋なスズ酸化物に比較して脆く、容易に拭き取り可能である。それゆえ、酸化物のない接触点を実現するのに必要な接触負荷は、著しく小さくてよい。
３．２つのスライド面の間に最初に形成されたスズ酸化物は、ドープ添加物であるリンによって、導体となる。
１．リンはその脱酸性により、２つのスライド面の接点においてスズ酸化物が形成されるのを抑制する。
２．形成されたスズ−リン酸化物は、純粋なスズ酸化物に比較して脆く、容易に拭き取り可能である。それゆえ、酸化物のない接触点を実現するのに必要な接触負荷は、著しく小さくてよい。
３．２つのスライド面の間に最初に形成されたスズ酸化物は、ドープ添加物であるリンによって、導体となる。
本発明の他の実施例では、ドープされる添加物は、アンチモン、亜鉛およびコバルトのうち少なくとも２種類の組み合わせである。かかるドープされる添加物は、銅、蒼鉛、銀、亜鉛、コバルトおよびアンチモンのうち少なくとも１つの元素を選んで使用してもよく、あるいは、これら元素の組み合わせとしてもよい。さらに、本発明のある実施例では、接触端子の基板は、アルミニウム製またはアルミニウムベースの合金製である。
以下本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。
コーティングにドープされる添加物としてリンを用いた本発明を、腐食試験用の試験台において試験した。上記試験台は、電子制御式の攪拌器および計測システムで構成されている。腐食試験に先立って、すべての接触端子に対して、１回の長いスライド動作を行なわせ、初期の表面層を拭き取らせた。腐食試験の間、接触端子は２Aの直流電流を受け、周波数100 Hzで振幅20マイクロメータの機械的な振動を加えた。そして通常の５ Nおよび10 Nの負荷を加えた。これらの試験は、接触電圧が70 mVを過ぎた直後に中断した。
純粋なスズのほか、10種類の異なるスズ−リン合金を鋳造ロッドによって生成した。腐食試験に先立ち、すべてのサンプルは、新鮮な表面が得られるよう、旋盤にかけた。接触電圧は、通常であれば、低レベルからある値までゆっくりと増加し、そこから加速的な増加が始まり、最終的に、スズが軟化し融解する電圧を急激に超過し、不安定な電気的接触が生じてしまう。
腐食中に電気的安定性に対して及ぼされるリンの効果を評価するため、腐食試験の結果は、次の点に基づいて評価した。
１）５ Nの接触負荷下において接触電圧が10 mV低下するのに要する時間。
２）10 Nの接触負荷下において1500秒（150.000の腐食サイクル）後の接触電圧。
１）５ Nの接触負荷下において接触電圧が10 mV低下するのに要する時間。
２）10 Nの接触負荷下において1500秒（150.000の腐食サイクル）後の接触電圧。
図１は通常の５ Nの負荷下において接触電圧が10 mV低下するのに要する時間を示す。図１によれば、純粋なスズのサンプルに比較して、リンを0.1〜２原子％含むスズは、全体として、不安定な状態に達するまでの時間を著しく長くすることに成功した。
図２は、純粋なスズに比較して、0.4原子％および1.6原子％のリンを含むスズについて、接触電圧が低下した値を試験時間の関数として表していて、通常の10 Nの負荷が加えられている。リンをドープしたスズのサンプルと純粋なスズのサンプルとの違いは著しい。スズ−リンのサンプルについての低い安定した接触抵抗は、大きな溶接接触点が得られた結果である。他の実験によれば、純粋なスズについて大きな溶接接触点を得るには、少なくとも３倍大きな接触負荷（同じ試験条件において30 N）を要することが示されている。
Claims (7)
- 高い導電性を有し金属要素でコーティングされた金属基板を含む、電気に関係した目的に用いられる接触端子において、前記コーティングには少なくとも１種類の添加物がドープされ、これによって前記コーティングの電気的安定性が向上することを特徴とする接触端子。
- 請求項１に記載の接触端子において、前記コーティング材はスズであることを特徴とする接触端子。
- 請求項１または２に記載の接触端子において、前記コーティング中のドープ添加物であるリンの量は0.05〜2.0原子％であることを特徴とする接触端子。
- 請求項１または２に記載の接触端子において、前記コーティング中のドープ添加物であるリンの量は0.1〜0.25原子％であることを特徴とする接触端子。
- 請求項１に記載の接触端子において、ドープされる前記添加物は、アンチモン、亜鉛およびコバルトのうち少なくとも２種類の組み合わせであることを特徴とする接触端子。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の接触端子において、該接触端子の基板は、銅ベースの合金製であることを特徴とする接触端子。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の接触端子において、該接触端子の基板は、アルミニウムベースの合金製であることを特徴とする接触端子。
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