JP2014527265A - 電気コンタクト複合部材および該電気コンタクト複合部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板およびその上に被着され電極と接続された導電性コーティングを備えた電気コンタクト複合部材に関する。電極には金属コンタクト素子が接続されており、これは導電性コーティングを電流源／電圧源と接続するために用いられる。さらに溶射法たとえばコールドガス噴霧により形成された少なくとも１つのスプレー層が設けられており、これは少なくとも１つの金属および／または合金から成り、導電性コーティングとコンタクト素子との間に配置されている。スプレー層の熱膨張係数は、支持体の熱膨張係数とコンタクト素子の熱膨張係数との間にある。１つの変形実施形態として、スプレー層は導電性コーティングの電極として用いられる。

Description

本発明の技術分野は、上に導電性コーティングが被着された基板を備えたフラットな電気的構造体にあり、本発明はフラットな電気的構造体の電気コンタクト複合部材、ならびに該電気コンタクト複合部材の製造方法に関する。

電気的に絶縁性の材料から成る基板およびその上に被着された導電性コーティングを備えたフラットな電気的構造体自体は、よく知られている。それらは透明または不透明なフラット加熱部材として用いられることが多く、たとえば加熱可能なガラス部材の形態をとっている。これについての例は、自動車の加熱可能なフロントウィンドウ、リアウィンドウ、ルーフウィンドウまたはサイドウィンドウであり、あるいは居住空間において壁に取り付けられる、あるいは自立型で取り付けられる居住空間暖房用の加熱素子などである。同様に、上述の構造体を加熱可能な鏡あるいは透明な装飾部材として用いることもできる。導電性コーティングの用途に関する別の選択肢として挙げられるのは、電磁放射受信用のフラットアンテナである。フラットな電気的構造体に関しては、特許文献においてすでに多くの説明がなされてきた。それらのうちのいくつかの例にすぎないが、ここではDE 102008018147 A1, DE 102008029986 A1, DE 10259110 B3およびDE 102004018109 B3を挙げておく。

導電性コーティングは通例、少なくとも１つの電極と電気的に接続されている。したがって一般にフラットアンテナでは、導電性コーティングから電気信号を出力させるためにシングル電極が用いられている。フラット加熱部材の場合、導電性コーティングは典型的には少なくとも一対のストライプ状もしくは帯状の電極（バスバー）によって電気的に接続されており、これによって加熱電流ができるかぎり均等に導電性コーティング中に案内され、幅の広い前面に分配しようというものである。

フラットな電気的構造体の場合には通常、少なくとも１つの電極が金属コンタクト素子と電気的に接続されて、電気的なコンタクト複合部材が形成されており、その目的は、たとえば導電性コーティングを後段に接続されたアンテナエレクトロニクス（たとえば増幅器回路）と、あるいは加熱電流供給用の電流源／電圧源の２つの極端子と接続するためである。

ところで、実際の適用において判明したのは、このようなコンタクト複合部材が強い摩耗を受けて破損してしまうおそれのあることであり、それどころかこのことに付随して基板も破損してしまう（たとえばガラスの破損）ことである。フラット加熱部材の機能が完全に故障してしまえば、その結果として常にサービス担当者による修理が必要とされるので、コンタクト複合部材をできるかぎり堅牢に形成することが望まれる。ただし都合の悪いことに、それによって製造コストが上がってしまう。

したがって本発明の課題は、機械的堅牢性を向上させたフラットな電気構造体の電気コンタクト複合部材を提供することにある。本発明によれば、特許請求の範囲に記載された特徴を備える電気コンタクト複合部材ならびに電気コンタクト複合部材の製造方法によって、上述の課題ならびにその他の課題が解決される。本発明の有利な実施形態が従属請求項の特徴として挙げられている。

本発明によれば、たとえばフラット加熱部材殊に加熱可能なガラス部材あるいはフラットアンテナなど、フラットな電気的構造体における第１の電気コンタクト複合部材が提示される。このコンタクト複合部材は、たとえばガラスまたはプラスチックから成るフラットな基板と、この基板の上に被着された導電性コーティングを含み、この導電性コーティングは電極と電気的に接続されている。

さらに電極に接続された金属製のコンタクト素子が配置されており、この素子は導電性コーティングを電気的な装置たとえばアンテナ信号を処理するための電子回路あるいは電流源／電圧源の極端子と電気的に接続するために設けられている。ガラス基板の場合には殊に、金属コンタクト素子の材料の熱膨張係数は、典型的にはガラスの熱膨張係数よりも大きい。さらにコンタクト複合部材には、熱噴霧法ないしは溶射法によって形成された、有利にはコールドガス噴霧によって形成された、少なくとも１つの導電性のスプレー層も含まれている。ここで挙げた、そして以下でも用いる「溶射法」なる用語とは、以下のような被着法のことである。すなわちこの方法によれば、スプレー層を形成する粒子流が高いエネルギーでターゲットに向けられ、それによって粒子とターゲット材料との粘着作用が引き起こされる。殊にコールドガス噴霧の場合、ガスビーム生成のために粒子が加熱されるけれども、一般的には融点までには至らず、したがってガスは比較的「冷たい」。このような噴霧法殊にコールドガス噴霧（コールドスプレー Cold Spraying）は当業者によく知られており、ここではこれ以上詳しくは立ち入らない。これについてはたとえばドイツ連邦共和国特許出願公開公報DE 19747386 A1およびDE 10037212 A1で述べられている。

本発明によるコンタクト複合部材によれば、スプレー層は少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含み、導電性コーティングとコンタクト素子との間に配置されている。さらこの場合に重要であるのは、スプレー層の材料が有する熱膨張係数は、支持体の材料とコンタクト素子の材料の熱膨張係数の間の値にあることである。

実際の適用において、フラット加熱部材やフラットアンテナなどフラットな電気的構造体は比較的大きな温度変動を受けることが多く、そのような温度変動はたとえば−４０℃〜１２０℃の範囲で生じる可能性があるので、コンタクト複合部材に用いられる材料もそれに応じて大きな体積変動に晒されることになる。本出願人が認識しているように、熱に起因する体積変動の最大の相違は通常、導電性コーティングのための基板と金属コンタクト素子との間で発生する。それゆえに、大きな温度変化によって熱応力が引き起こされて、場合によってはコンタクト複合部材において破損の発生を促す可能性がある。

これとは異なり本発明によるコンタクト複合部材によれば有利なことに、基板とコンタクト素子との間に配置されたスプレー層によって、コンタクト複合部材の隣り合うコンポーネントにおける熱膨張係数の差を低減することができる。これによって熱応力の発生に対抗する作用をきわめて効果的に及ぼすことができ、コンタクト複合部材が破損するリスクが格段に低減される。

熱に起因する応力を低減する有利な作用を達成する目的で、スプレー層の熱膨張係数が基板の熱膨張係数とコンタクト素子の熱膨張係数との間の値となることが保証されているかぎり、基本的にスプレー層に任意の熱膨張係数をもたせることができる。この場合、熱に起因する応力の低減に関して、本発明によるコンタクト複合部材のきわめて有利な実施形態によれば、スプレー層の熱膨張係数は基板とコンタクト素子の熱膨張係数によって区切られた熱膨張係数値範囲の中央の三分の一の範囲内にある。このようにすることによって、熱応力の格別効果的な低減を達成することができる。殊にこの場合、最適な効果を達成するために、スプレー層の熱膨張係数を、基板とコンタクト素子の熱膨張数によって形成された平均値に、少なくとも近似的に相応させることができる。この目的で、ガラスの基板と金属製のコンタクト素子を用いた場合に有利になり得るのは、スプレー層の熱膨張係数を７〜１７（ｘ １０^-6 Ｋ^-1）の範囲内にあるようにすることであり、さらに有利には１２〜１３（ｘ １０^-6 Ｋ^-1）の範囲内にあるようにすることである。

本発明によるコンタクト複合部材の１つの有利な実施形態によれば、スプレー層は電極の上にじかに噴霧される。本出願人の実験により判明しているように、場合によっては電極に存在する酸化層および／または腐食層を粒子の噴射によって損傷させることができるので、スプレー層の材料と電極の材料との強い（ダイレクトな）結合を形成することができる。殊に、粒子速度を比較的高くし、使用する噴射材料の伸度ないしは延性を大きくすることによって、電極表面の粗面化を生じさせることができ、それどころかこれによってアンダーカットを生じさせることすら可能である。スプレー層の熱膨張係数の適切な選定によるコンタクト複合部材の熱応力の低減とともに、このように構成することによって、きわめて堅牢で摩耗の少ないコンタクト複合部材を製造することができる。

別の選択肢として、スプレー層を導電性コーティングの上にじかに噴霧することも可能であり、この場合、導電性コーティングにおいてスプレー層のきわめて良好な粘性を達成することができる。当業者にそれ自体知られているように、基板の表面が滑らかであれば、導電性コーティングも同様に滑らかな表面を有する。スプレー層が導電性コーティング上に被着されたとき、（ざらざらしたもしくは粗い）スプレー層と導電性コーティングとの間で、たとえば印刷法などによって導電性コーティング上に電極を被着させた場合よりも強い結合を達成することができる。それゆえに、スプレー層と導電性コーティングとの間で、電極と導電性コーティングとの間よりも強い機械的保持力を達成することができる。このことは殊に、多層系として構成された導電性コーティングについてあてはまり、その場合、スプレー層はすべての層に「爪をたてる」ことができるのに対し（すべての層と機械的な結合が可能になるのに対し）、噴霧法で被着されていない電極は一番上の層としか機械的に結合されない。同様に、スプレー層は多層系のすべての層に対し電気的にも結合されるのに対し、噴霧法で被着されていない電極は一番上の層とだけしか電気的に結合されない。

他方、電極はもっとざらざらしたもしくは粗い表面を有しているので、（やはりもっとざらざらしたもしくは粗い）スプレー層上に電極を被着することで、きわめて良好に「爪をたてる」ことができる（機械的および電気的な結合を達成できる）。このようにして、スプレー層が導電性コーティングの上に被着され電極がスプレー層の上に被着されたコンタクト複合部材によって、スプレー層についても電極についても格別良好な機械的および電気的結合を実現することができ、その結果、コンタクト複合部材は堅牢になり、良好な導電性を有するようになる。

本発明によるコンタクト複合部材のさらに別の有利な実施形態によればスプレー層は、電極が機械的に補強されるような層厚を有する。この目的でスプレー層の層厚は、電極の層厚のたとえば２〜５０倍の厚さとすることができる。このように構成することによって、コンタクト複合部材の機械的堅牢性がさらに向上し、殊に電極が基板から剥がれることによるコンタクト複合部材の破損に効果的に対抗する作用を及ぼすことができる。

コンタクト複合部材の１つの実施形態によれば、コンタクト素子は噴霧法により形成されるのではなく、つまりスプレー層として形成されるのではなく、予め製造された（たとえば単一部分から成る）コンタクト部材もしくはコンタクト部品の形態で形成され、予め製造されたコンタクト部材として電極と接続される。

本発明によるコンタクト複合部材の場合、コンタクト素子ははんだではなく、したがってコンタクト素子自体ははんだフリーである。ただしコンタクト素子を、たとえば鉛含有はんだまたは鉛フリーはんだによってコンタクト複合部材に取り付けることもできる。実際の適用において判明したのは、鉛含有はんだは高い延性を有するが、このことは鉛フリーはんだにはあてはまらないことである。本発明によるコンタクト複合部材によれば殊に有利なことに、鉛フリーはんだを使用し、コンタクト素子を鉛フリーはんだによって電極またはスプレー層に取り付けた場合であっても、スプレー層によってコンタクト複合部材の機械的堅牢性（延性）が改善される。

本発明によるコンタクト複合部材によれば、スプレー層の熱膨張係数が基板とコンタクト素子の熱膨張係数の間の値になるように、（導電性の）スプレー層は少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含む。ここで有利であるのはスプレー層が、銀、銅、金、アルミニウム、ナトリウム、タングステン、真鍮、鉄、クロム、鉛、ビスマス、チタン、スズ、亜鉛、モリブデン、インジウム、ニッケル、白金、バナジウム、コバルト、タリウム、ニオブから選択された１つまたは複数の金属および／または１つまたは複数の合金を含むことである。基本的には、望ましい熱膨張係数に応じて適切な金属または合金が選択されることになり、このようなやり方により望ましい熱膨張係数を簡単かつ高い信頼性をもって設定することができる。

さらに有利になり得るのは、スプレー層が電気的に絶縁性の材料から成る少なくとも１つのさらに別の成分たとえばガラス粒子などを含むようにすることである。このようにすることで、コンタクト複合部材の機械的な特性ならびにスプレー層の熱膨張係数に対し所期のように作用を及ぼすことができる。

本発明によれば、さらに別の第２のコンタクト複合部材が提示される。このコンタクト複合部材が既述のコンタクト複合部材と異なる点は、導電性コーティングと接触接続を行う電極がスプレー層に置き換わっていることである。したがってこのコンタクト複合部材には、たとえばガラスまたはプラスチックから成るフラットな基板と、その上に被着された導電性コーティングと、溶融法たとえばコールドガススプレーによって導電性コーティングの上に噴霧されたスプレー層とが含まれている。さらにこのコンタクト複合部材には、スプレー層と電気的に接続された金属製のコンタクト素子も含まれており、この素子は導電性コーティングを電気コンポーネントたとえば電流源／電圧源に接続するために用いられる。この場合、スプレー層の材料が有する熱膨張係数は、基板の材料とコンタクト素子の材料の熱膨張係数の間の値にある。このコンタクト複合部材は、基本的に既述のコンタクト複合部材と同じように構成することができる。不必要な繰り返しを避けるため、これについては既述の説明を参照されたい。

格別有利なことにこのようなコンタクト複合部材によれば、導電性コーティング上に被着されたスプレー層によって、熱応力のリスクを著しく低減することができる。しかもスプレー層を、著しく高い保持力で導電性コーティングと結合することができる。

本発明はさらに、フラットな電気的構造体殊にフラット加熱部材にも係わるものであり、たとえば加熱可能であり透明または不透明なガラス、あるいは導電性コーティングを備えたフラットな基板を含むフラットアンテナにも係わるものであり、その際、フラットな電気的構造体は少なくとも１つの既述のようなコンタクト複合部材を有する。

さらに本発明は、フラットな電気的構造体の電気的なコンタクト複合部材を製造するための方法にも係わるものであり、殊に既述の第１のコンタクト複合部材の製造方法にも係わるものであり、この方法は以下のステップを含む。すなわち、
−上に導電性コーティングが被着された、たとえばガラスまたはプラスチックから成るフラットな基板を準備するステップ。
−導電性コーティングに電気的に接続された電極を形成するステップ。
−電極と電気的に接続された金属製のコンタクト素子を形成するステップ。このコンタクト素子は、電極を電気コンポーネントたとえば電気回路あるいは電流源／電圧源と接続するために用いられる。
−溶融法殊にコールドガス噴霧により少なくとも１つのスプレー層を形成するステップ。このスプレー層は少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含み、導電性コーティングとコンタクト素子との間に配置されており、スプレー層の材料は、基板とコンタクト素子の材料の熱膨張係数の間にある熱膨張係数を有している。

この方法の１つの実施形態によれば、スプレー層は電極または導電性コーティングの上に噴霧され、コンタクト複合部材の機械的な特性に関して有利となり得るのは、スプレー層を電極の上にじかに噴霧することである。

さらに本発明は、フラットな電気的構造体の電気的なコンタクト複合部材を製造するための方法にも係わるものであり、殊に既述の第２のコンタクト複合部材の製造方法にも係わるものであり、この方法は以下のステップを有する。すなわち、
−上に導電性コーティングが被着された基板を準備するステップ。
−スプレー層を溶射法により、たとえばコールドガス噴霧により、導電性コーティングの上に形成するステップ。この場合、スプレー層は、少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含み、スプレー層の材料は、基板の材料とコンタクト素子の材料の熱膨張係数の間にある熱膨張係数を有する。
−スプレー層と電気的に接続された金属製のコンタクト素子を形成するステップ。このコンタクト素子は、導電性コーティングを電気コンポーネントたとえば電気回路あるいは電流源／電圧源と接続するために用いられる。

さらに本発明は、溶融法たとえばコールドガス噴霧によって形成された導電性のスプレー層を、上述のコンタクト複合部材において熱応力を低減するために用いることにも関する。

したがって本発明は、溶融法たとえばコールドガス噴霧によって形成された導電性のスプレー層を、たとえばガラスまたはプラスチックから成る基板と、その上に被着され電極により接触接続を行う導電性コーティングと、電極と電気的に接続された金属コンタクト素子との間の熱応力を低減するために使用することに関する。この場合、スプレー層の材料が有する熱膨張係数は、基板の材料とコンタクト素子の材料の熱膨張係数の間にある。

同様に本発明は、溶融法たとえばコールドガス噴霧によって形成された導電性のスプレー層を、たとえばガラスまたはプラスチックから成る基板と、その上に被着されスプレー層により接触接続を行う導電性コーディングと、スプレー層と電気的に接続された金属コンタクト素子との間の熱応力を低減するために使用することに関する。この場合、スプレー層の材料が有する熱膨張係数は、基板の材料とコンタクト素子の材料の熱膨張係数の間にある。

なお、本発明の様々な実施形態をそれぞれ単独で、あるいはそれらを任意に組み合わせて実現できることは自明である。殊にこれまで述べてきた特徴そして以下でさらに説明する特徴を、記載どおりの組み合わせだけでなく、それとは別の組み合わせでも、あるいはそれぞれ単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく使用することができる。

次に、本発明について実施例に基づき添付の図面を参照しながら詳しく説明する。同じ構成要素または同じ機能を果たす構成要素には、同じ参照符号が付されている。図面は簡略化されて描かれており、寸法どおりに描いたものでもない。

本発明による電気コンタクト複合部材の１つの実施例を示す断面図 図１の電気コンタクト複合部材の１つの実施形態を示す断面図 図１の電気コンタクト複合部材のさらに別の実施形態を示す断面図

発明を実施するための形態
図１には、全体として参照符号１の付されたコンタクト複合部材が描かれており、これはここではこれ以上詳しくは描かれていないフラットな電気的構造体の一部分である。フラットな電気的構造体をたとえば、加熱可能なガラス部材のようなフラット加熱部材、あるいはフラットアンテナとすることができる。加熱可能なガラス部材をたとえば複層ガラスないしは合わせガラスとして形成することができ、この場合、２つのシングルガラスが熱可塑性接着層によって互いに接合されている。同様に加熱可能なガラス部材を、１枚のシングルガラスしか含まれていないいわゆるシングルセーフティガラスとすることができる。

コンタクト複合部材１には、少なくとも１つのフラットな基板２およびその上に被着された導電性コーティング６が含まれている。導電性コーティング６については図１には詳しくは描かれていない。ここで用いられている用語「基板」とは、たとえば合わせガラスまたはシングルガラスにおける１枚ガラス（支持体）のことであり、あるいはフラットアンテナの支持体のことである。

基板２はたとえばガラス材料から成り、たとえばフロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、キャストガラス、またはセラミックガラスから成り、あるいはプラスチックなどの非ガラス材料から成り、たとえばポリスチロール（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＡ）、またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、および／またはそれらの混合物から成る。適切なガラスの例は、たとえばヨーロッパ特許EP 0847965 B1に示されている。一般的に言えば、十分な化学的な耐性と、適切な形状およびサイズの堅牢性と、場合によっては十分な光学的透明性があるどのような材料でも使用することができる。

用途に応じて、基板２の厚さを広い範囲で変えることができる。加熱可能な透明なガラス部材の場合、基板２の厚さは１〜２５ｍｍの範囲にあり、透明な板ガラスであれば典型的には１．４〜２．１ｍｍの厚さが適用される。基板２は平面であるか、または１つまたは複数の空間方向に湾曲している。

基板２にはたとえば、ほぼ全面に導電性コーティング６を被覆することができる（被覆率はたとえば９０％）。導電性コーティング６をたとえば透明なコーティングとすることができ、このコーティングは電磁放射に対し透過性であり、有利には３００〜１３００ｎｍの波長の電磁放射、殊に可視光に対し透過性である。ここで用語「透過性」とは、フラットな電気的構造体全体の透過率を表しており、この透過率はたとえば可視光に対しは７０％よりも高く、特に８０％よりも高い。透明な導電性コーティング６については、たとえば刊行物DE 202008017611 U1およびEP 0847965 B1から公知である。

導電性コーティング６には導電材料が含まれており、代表的には金属または金属酸化物が含まれている。その例として高い導電率を有する金属を挙げることができ、たとえば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはモリブデン（Ｍｏ）、金属合金たとえばパラジウム（Ｐａ）と銀（Ａｇ）との合金、ならびに透過導電性酸化物（ＴＣＯ＝Transparent Conductive Oxide）である。ＴＣＯは有利にはインジウムスズ酸化物、フッ素でドーピングされた二酸化スズ、アルミニウムでドーピングされた二酸化スズ、ガリウムでドーピングされた二酸化スズ、ホウ素でドーピングされた二酸化スズ、二酸化スズ亜鉛、またはアンチモンでドーピングされたスズ酸化物である。

たとえば導電性コーティング６は銀層または銀含有合金のような金属層から成り、この層は金属酸化物のタイプの誘電材料から成る少なくとも２つの被覆層の間に埋め込まれている。金属酸化物にはたとえば、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等ならびにそれらのうちの１つまたは複数との組み合わせが含まれる。誘電材料には、窒化ケイ素、炭化ケイ素または窒化アルミニウムを含めることができる。たとえば複数の金属層を有する金属層系が適用され、その際、個々の金属層は誘電材料から成る少なくとも１つの層によって分離されている。銀層の両側に、たとえばチタンまたはニオブを含む著しく薄い金属層を設けることも可能である。下方の金属層は、固着層または結晶化層として用いられる。上方の金属層は保護層またはゲッタリング層として用いられる。この積層体が熱に対し高い耐性を有していると有利であり、その場合にはこの積層体は、ガラス板の湾曲に必要とされる典型的には６００℃よりも高い温度に対し損傷することなく耐えられる。ただし熱に対する耐性の低い積層体を設けることもできる。一般に、導電性コーティング６の材料によって望ましい作用たとえば基板２のフラットな電気的加熱を達成できるのであれば、導電性コーティング６は特定の材料に限定されるものではない。

この種の層構造は、典型的には一連の堆積プロセスによって得られる。導電性コーティング６は、たとえば気相からダイレクトに基板２上に堆積され、その目的でそれ自体公知の方法たとえば化学気相堆積法（CVD = Chemical Vapor Deposition）あるいは物理気相堆積法（PVD = Physical Vapor Deposition）を用いることができる。有利であるのは、導電性コーティング６をスパッタリング（マグネトロン−カソードスパッタリング）によって基板２上に堆積させることである。ただし、導電性コーティング６を最初にプラスチックシートたとえばＰＥＴシート（PET = Polyethylenterephthalat）上に被着させ、ついでこのシートを基板２と接合することも考えられる。

導電性コーティング６はたとえば、１Ω／sqから１０Ω／sqの範囲、殊に１Ω／sq〜５Ω／sqの範囲のシート抵抗を有している。

導電性コーティング６の厚さを広範囲で変えることができ、個別事例の要求に整合させることができる。ここで重要であるのは、透明でフラットな電気的構造体の場合、導電性コーティング６の厚さは、電磁放射有利には３００〜１３００ｎｍの波長の電磁放射殊に可視光に対し非透過性となるようなサイズにしてはならないことである。たとえば導電性コーティング６の厚さは、どの個所においても３０ｎｍ〜１００μｍの範囲にある。ＴＯＣの場合、層厚はたとえば１００ｎｍ〜１．５μｍの範囲にあり、好ましくは１５０ｎｍ〜１μｍの範囲にあり、さらに好ましいのは２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にあることである。

コンタクト複合部材１には、たとえば帯状もしくはストライプ状のバスバーの形態で電極３が形成されており、これは印刷たとえばスクリーン印刷法によって導電性コーティング６の上に形成される。別の選択肢として、電極３を金属部材たとえば金属ストライプまたは金属ワイヤとして予め製造しておき、はんだ付けまたは導電性接着剤によって、これを導電性コーティング６と電気的に接続することもできる。電極材料としてたとえば銀（Ａｇ）のような金属を用いることができ、殊にスクリーン印刷法のための印刷ペーストの形態で、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚｎ）、または合金を用いることができる。なお、ここで挙げた材料に限られるわけではない。たとえば印刷ペーストには、銀粒子とガラスフリットが含まれている。

たとえば銀（Ａｇ）から成る電極３がスクリーン印刷法で製造される場合、層厚はたとえば２〜２５μｍの範囲にあり、殊に１０〜１５μｍの範囲にある。一般に電極３の比抵抗は使用される材料に依存し、殊に印刷された電極３であれば、２〜４μΩ・ｃｍの範囲にある。たとえばスクリーン印刷法のための銀８０％の印刷ペーストの比抵抗は、２．８μΩ・ｃｍとなる。高抵抗の導電性コーディング６と対比すると電極３は比較的低抵抗であり、抵抗はたとえば０．１５〜４Ω／ｍの範囲にある。このような手法によれば、印加された加熱電圧は大部分が導電性コーティング６を介して降下し、したがって電極３は動作中ごく僅かにしか加熱されず、利用可能な加熱出力のうちごく僅かな割合だけしか電極３において損失電力として発生しないようにすることができる。

既述のように、電極３を金属ペーストの印刷により導電性コーティング６の上に形成することができる。別の選択肢として、たとえば銅および／またはアルミニウムを含む薄い金属シートストライプを電極として用いることもできる。たとえばオートクレーブプロセスにより熱と圧力の作用によって、金属シートストライプと導電性コーティング６とを電気的に接触させることができる。とはいえこのような電気的な接触を、はんだ付けあるいは導電性接着剤を用いた接着によっても形成できる。

さらにコンタクト複合部材１には、コールドガス噴霧法により電極３上にじかに噴射されたコールドスプレー層４が含まれている。ここではコールドスプレー層４は金属から成り、たとえば以下から選択された金属元素または金属合金から成る：銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ナトリウム（Ｎａ）、タングステン（Ｗ）、真鍮、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、チタン（Ｔｉ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、インジウム（Ｉｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、バナジウム（Ｖａ）、コバルト（Ｃｏ）、タリウム（Ｔｈ）、ニオブ（Ｎｉ）。

コールドスプレー層４の層厚は幅広い範囲でバリエーションが可能であり、たとえば１０〜５００μｍの範囲で、殊に２０〜１００μｍの範囲で、バリエーションが可能である。コールドスプレー層４の層厚を電極３の層厚の少なくとも２倍のサイズにするのが有利であり、その目的は、殊に電極３が比較的薄く形成されている場合に、電極３を機械的に良好に補強できるようにすることである。

コンタクト複合部材１において、コールドスプレー層４の上に金属コンタクト素子５が取り付けられており、この部材は導電性コーティング６を電気コンポーネントたとえば電流源／電圧源（図示せず）に接続するために用いられる。この場合、コンタクト素子５はたとえば予め製造された金属部材たとえば金属ストライプとして形成されており、これはコールドスプレー層４と無鉛または鉛含有のはんだまたは導電性接着剤（詳しくは図示せず）により固定的に接続されている。金属ストライプ４はたとえばアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）から成り、たとえば５０〜２００μｍの範囲の厚さを有する。別の選択肢としてコンタクト素子５も、押圧または超音波溶接によりコールドスプレー層４と結合することができる。さらにコンタクト素子５をスプリングコンタクトとして構成することも考えられ、このスプリングコンタクトは所定のスプリングプリロードでコールドスプレー層４と当接する。

コンタクト複合部材１の場合、コンタクト素子５の材料の熱膨張係数は典型的には、基板２の材料の熱膨張係数よりも大きい。たとえばガラス基板２の熱膨張係数は約７〜７．５（×１０^-6 Ｋ^-1）の範囲にある一方、アルミニウムまたは銅から成るコンタクト素子５の熱膨張係数は約１６〜１７（×１０^-6 Ｋ^-1）の範囲にある。

コールドスプレー層４を構成する材料の熱膨張係数は、基板２の材料とコンタクト素子５の材料の熱膨張係数の間にある。ガラス製の基板２と金属製のコンタクト素子５であるならば、熱膨張係数が１２〜１３（×１０^-6 Ｋ^-1）の範囲にあるのが好ましい。この目的でコールドスプレー層４は、たとえばチタン（Ｔｉ）によって製造される。

大きな温度変動があったときに、コンタクト複合部材１において場合によっては熱応力が発生したとしても、導電性コーティング６と金属コンタクト素子５との間にコールドスプレー層４を配置することによって、それに対し効果的に対抗する作用を及ぼすことができる。しかもコールドスプレー層４は電極３の上にじかに噴霧されるので、電極３とコールドスプレー層４との間できわめて堅牢な接合を達成することができる。このようにして、コンタクト複合部材１において熱応力に起因して破損が発生するリスクを著しく小さくすることができる。

図２には、本発明によるコンタクト複合部材１の別の実施例が示されており、これは図１によるコンタクト複合部材１の変形実施形態である。不必要に繰り返すのを避けるため、ここでは図１のコンタクト複合部材との相違点のみ説明し、それ以外については既述の説明を参照されたい。この実施例によれば、コールドスプレー層４は導電性コーティング６の上にじかに噴霧され、ここでは電極３がコールドスプレー層４の上に被着されて、電極３が金属コンタクト素子５と接触する。このコンタクト複合部材１は、熱応力を低減するという効果のほか、コールドスプレー層４と導電性コーティング６とがきわめて堅牢に接続される点で優れている。

図３には、本発明によるコンタクト複合部材のさらに別の実施例が示されており、これは図１によるコンタクト複合部材１のさらに別の変形実施形態である。不必要に繰り返すのを避けるため、ここでも図１のコンタクト複合部材との相違点のみ説明し、それ以外については既述の説明を参照されたい。この実施例によれば、コールドスプレー層４は導電性コーティング６のための電極として用いられ、この目的で導電性コーティング６の上にじかに噴霧されている。このようにすれば、導電性コーティング６に加熱電流を案内するためにコールドスプレー層４とは異なる電極を設けなくてもよくなる。このコンタクト複合部材１も、熱応力を低減するという効果のほか、コールドスプレー層４と導電性コーティング６とがきわめて堅牢に接続される点で優れているとともに、別個の電極３を設ける必要がないため、図１または図２に示したコンタクト複合部材１と比べてその製造が簡単になる。

本発明によれば、フラットな電気的構造体のためのコンタクト複合部材が提供され、たとえばフラット加熱部材またはフラットアンテナが提供される。この場合、基板とコンタクト素子との間に配置されたスプレー層によって、コンタクト複合における隣り合うコンポーネント間の熱膨張係数の相違を小さくすることができる。そしてこのように構成することによって、熱応力の発生に対抗する作用を生じさせることができる。しかも、コンタクト複合部材の延性を著しく向上させることができる。したがって、熱応力に起因してコンタクト複合部材が破損するリスクを格段に低減することができる。

１ コンタクト複合部材
２ 基板
３ 電極
４ コールドスプレー層
５ コンタクト素子
６ 導電性コーティング

Claims (15)

1. 電気コンタクト複合部材（１）において、
   上に導電性コーティング（６）が被着されたフラットな基板（２）と、
   該導電性コーティング（６）と電気的に接続された電極（３）と、
   該電極（３）と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（６）を電気コンポーネントに接続するために用いられる金属コンタクト素子（５）と、
   少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含み溶射法により製造されたスプレー層（４）と
   が設けられており、
   前記スプレー層（４）は、前記導電性コーティング（６）と前記コンタクト素子（５）との間に配置されており、かつ支持体（６）の熱膨張係数とコンタクト素子（５）の熱膨張係数との間にある熱膨張係数を有する
   ことを特徴とする、電気コンタクト複合部材（１）。
2. 電気コンタクト複合部材（１）において、
   上に導電性コーティング（６）が被着されたフラットな基板（２）と、
   少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含み溶射法により前記導電性コーティング（６）の上に噴霧されたスプレー層（４）と、
   該スプレー層と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティングを電気コンポーネントに接続するために用いられる金属コンタクト素子（５）と
   が設けられており、
   前記スプレー層（４）は、支持体（６）の熱膨張係数とコンタクト素子（５）の熱膨張係数の間の熱膨張係数を有する
   ことを特徴とする、電気コンタクト複合部材（１）。
3. 前記スプレー層（４）の熱膨張係数は、支持体（６）の熱膨張係数とコンタクト素子（５）の熱膨張係数とにより区切られた熱膨張係数値範囲において中央の三分の一の範囲内にある、請求項１または２記載のコンタクト複合部材（１）。
4. 前記スプレー層（４）の熱膨張係数は少なくとも近似的に、支持体（６）の熱膨張係数とコンタクト素子（５）の熱膨張係数とにより形成された平均値に相応する、請求項３記載のコンタクト複合部材（１）。
5. 前記スプレー層（４）は前記電極（３）上に噴霧されている、請求項１、３または４記載のコンタクト複合部材（１）。
6. 前記スプレー層（４）は、前記電極（３）の２〜５０倍の厚さの層厚を有する、請求項５記載のコンタクト複合部材（１）。
7. 前記スプレー層（４）は前記導電性コーティング（６）上に噴霧されている、請求項１から６のいずれか１項記載のコンタクト複合部材（１）。
8. 前記コンタクト素子（５）は無鉛はんだ付けによって前記電極（３）と電気的に接続されている、請求項１から７のいずれか１項記載のコンタクト複合部材（１）。
9. 前記スプレー層（４）は、銀、銅、金、アルミニウム、ナトリウム、タングステン、真鍮、鉄、クロム、鉛、ビスマス、チタン、スズ、亜鉛、モリブデン、インジウム、ニッケル、白金、バナジウム、コバルト、タリウム、ニオブから選択された１つまたは複数の金属および／または合金を含む、請求項１から８のいずれか１項記載のコンタクト複合部材（１）。
10. 前記スプレー層（４）は少なくとも１つの電気的に絶縁性の材料を含む、請求項１から９のいずれか１項記載のコンタクト複合部材（１）。
11. 上に導電性コーティング（６）が被着されたフラットな基板（２）を備えた電気的構造体であって、
    請求項１から１０のいずれか１項記載の電気コンタクト複合部材（１）を少なくとも１つ含む、
    電気的構造体。
12. 電気コンタクト複合部材（１）の製造方法において、
    上に導電性コーティング（６）が被着されたフラットな基板（２）を準備するステップと、
    該導電性コーティング（６）と電気的に接続された電極（３）を形成するステップと、
    該電極（３）と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（６）を電気コンポーネントに接続するために用いられる金属コンタクト素子（５）を形成するステップと、
    少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含む少なくとも１つのスプレー層（４）を、溶射法により形成するステップと
    を有し、
    前記スプレー層（４）は、前記導電性コーティング（６）と前記コンタクト素子（５）との間に配置されており、かつ基板（２）の熱膨張係数とコンタクト素子（５）の熱膨張係数との間にある熱膨張係数を有する
    ことを特徴とする、電気コンタクト複合部材（１）の製造方法。
13. 前記スプレー層（４）を前記電極（３）上に噴霧する、請求項１２記載の方法。
14. 前記スプレー層（４）を前記導電性コーティング（６）上に噴霧する、請求項１２記載の方法。
15. 電気コンタクト複合部材（１）の製造方法において、
    上に導電性コーティング（６）が被着されたフラットな基板（２）を準備するステップと、
    スプレー層（４）と電気的に接続され、かつ前記導電性コーティング（６）を電気コンポーネントに接続するために用いられる金属コンタクト素子（５）を形成するステップと、
    スプレー層（４）を溶射法により前記導電性コーティング（６）上に形成するステップと
    を有しており、
    前記スプレー層（４）は、少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つの合金を含み、かつ基板（２）の熱膨張係数とコンタクト素子（５）の熱膨張係数との間にある熱膨張係数を有する
    ことを特徴とする、電気コンタクト複合部材（１）の製造方法。

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