JP2018056119A - 電気接点、コネクタおよび電気接点の製造方法 - Google Patents

電気接点、コネクタおよび電気接点の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】接触信頼性が高く、かつ生産コストが抑えられる電気接点を提供する。
【解決手段】本発明に係る電気接点は、抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を有する電気接点材料を用いて作製した電気接点であって、上記炭素材料が、グラフェン単層体または該グラフェン単層体が複数積層したグラフェン積層体である。上記炭素材料からなる層の厚さが１．０ｍｍ以下であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気接点、コネクタおよび電気接点の製造方法に関する。
自動車においては、複雑化したシステムが安全に機能するよう、ワイヤーハーネスに高い接触信頼性が求められる。さらに、自動車のワイヤーハーネス用コネクタには、小型化または軽量化に伴って、導通メカニズムに基づいた接触信頼性の向上が求められている。
しかし、コネクタの電気接点における接触面は、銅または銅合金等の金属により形成されている場合、あるいは上記金属上に設けられたスズまたはスズ合金のめっき層により形成されている場合が多い。これらの場合、接触面に銅の酸化物膜が生成すると、この酸化物膜により導通が阻害され、接触信頼性が低下する。なお、酸化物膜が生成した電気接点では、高い接触力をかけ、酸化物膜を破って金属表面同士を接触させる必要がある。
この酸化物膜による接触信頼性の低下は、自動車のワイヤーハーネス用コネクタにおける電気接点に限らず、種々の電気機器に用いられるコネクタ、スイッチ、リレーなど、電気回路を開閉する装置に備えられた電気接点においても問題になっている。
これに対して、上記接触面上に貴金属のめっき層を形成し、酸化物膜の生成を抑えることが知られている。たとえば、特許文献１には、基板と、該基板上に設けられた、金または金合金からなる母材に補強材としてカーボンポリマー系材料を分散させた複合材料層と、該複合材料層の少なくとも一部を覆う、金または金合金膜とを備えた電気接点の端子構造が開示されている。
特開２０１１−２０４６５１号公報
しかしながら、貴金属は高価であるため、貴金属のめっき層を形成すると電気接点の生産コストが高くなる問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、接触信頼性が高く、かつ生産コストが抑えられる電気接点を提供することを目的とする。
本発明に係る電気接点は、抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を有する電気接点材料を用いて作製した電気接点であって、上記炭素材料が、グラフェン単層体または該グラフェン単層体が複数積層したグラフェン積層体である。
本発明に係る電気接点は、接触信頼性が高く、かつ生産コストが抑えられる。
図１は、表面波プラズマＣＶＤ装置の模式図である。 図２は、製造例１のグラフェン単層体からなる層を有する銅箔の光学顕微鏡画像を示す図である。 図３は、製造例１のグラフェン単層体からなる層を有する銅箔の荷重抵抗値を示す図である。 図４は、製造例１のグラフェン単層体からなる層を有する銅箔について、酸化処理後の荷重抵抗値を示す図である。 図５は、比較製造例１の銅箔の光学顕微鏡画像を示す図である。 図６は、比較製造例１の銅箔の荷重抵抗値を示す図である。 図７は、比較製造例１の銅箔について、酸化処理後の荷重抵抗値を示す図である。 図８は、製造例２のグラフェン単層体からなる層を有する銅基板の外観を示す図である。 図９は、製造例２のグラフェン単層体からなる層を有する銅基板の光学顕微鏡画像を示す図である。 図１０は、製造例２のグラフェン単層体からなる層を有する銅基板について、ラマンスペクトルを示す図である。 図１１は、製造例３のグラフェン積層体からなる層を有するニッケル基板の外観を示す図である。 図１２は、製造例３のグラフェン積層体からなる層を有するニッケル基板の光学顕微鏡画像を示す図である。 図１３は、製造例３のグラフェン積層体からなる層を有するニッケル基板について、ラマンスペクトルを示す図である。 図１４は、製造例３のグラフェン積層体からなる層を有するニッケル基板について、荷重抵抗値を示す図である。
＜電気接点材料＞
本発明に用いる電気接点材料は、金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を有する。本明細書において、炭素材料からなる層を炭素材料層ともいう。
［基材］
基材は、抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる。金属材料の抵抗率が上記範囲にあると、電気接点として好適に使用できる。なお、抵抗率は２０℃での値である。
金属材料としては、抵抗率が上記範囲であれば特に限定されないが、たとえば銀（抵抗率：１．５９×１０-8Ωｍ）、銅（抵抗率：１．６８×１０-8Ωｍ）、金（抵抗率：２．２１×１０-8Ωｍ）、アルミニウム（抵抗率：２．６５×１０-8Ωｍ）、ニッケル（抵抗率：６．９９×１０-8Ωｍ）、スズ（抵抗率：１．０９×１０-7Ωｍ）およびこれらの合金が挙げられる。
上記合金は、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケルおよびスズからなる群から選ばれる金属元素Ｍ１を２種以上組み合わせた合金であっても、金属元素Ｍ１を１種または２種以上と金属元素Ｍ１以外の金属元素Ｍ２を１種または２種以上とを組み合わせた合金であってもよく、これらの合金はさらに非金属元素を含んでいてもよい。なお、上記合金は合金中に金属元素Ｍ１を合計で通常５０質量％以上含む。
上記合金としては、具体的には銅合金が挙げられ、より具体的にはＪＩＳ Ｃ２６００、ＪＩＳ ２７００等の銅と亜鉛との合金（抵抗率は通常５×１０-8Ωｍ以上７×１０-8Ωｍ以下である。）、ＪＩＳ Ｃ１０２０、ＪＩＳ １１００等の銅とスズとの合金が挙げられる。
金属材料としては、オーステナイト系ステンレス（たとえばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）等のステンレス鋼も好適に用いられる。なお、ここで例示した合金の抵抗率は通常上記範囲内にある。
これらのうちで、ワイヤーハーネス用コネクタとして用いる観点からは、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼が好適に用いられ、銅、銅合金がより好適に用いられる。
基材の形状や大きさは、所望の電気接点が作製できる限り特に限定されない。基材の厚さは、たとえば０．１５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
［炭素材料層］
上記電気接点材料においては、基材上に炭素材料層が設けられていることにより、該電気接点材料を用いて電気接点を作製した場合に、基材上での金属酸化物膜の生成が抑制できる。このため、本発明の電気接点においては、導通が阻害されることもなく、優れた接触信頼性を実現できる。また、貴金属のめっき層によって金属酸化物膜の生成を抑えている従来の電気接点と比較して、低コストで製造できる。さらに、本発明の電気接点においては、基材上に炭素材料層を設けた電気接点材料を用いることで、低摩擦を実現できる。
炭素材料からなる層を構成する炭素材料は、グラフェン単層体または該グラフェン単層体が複数積層したグラフェン積層体である。
グラフェン単層体は、ｓｐ２結合した炭素原子により構成される平面的な六角形格子構造を有するシート状物質である。
グラフェン積層体は、上記グラフェン単層体が複数（すなわち２層以上）積層した積層体である。本明細書においては、グラフェン積層体には、上記グラフェン単層体が多数積層して構成されるグラファイトも含む。
炭素材料層の厚さは、０．３３５ｎｍ以上である。なお、この下限値は、グラフェン単層体の場合の炭素原子１個分の厚さに対応する。
また、炭素材料層の厚さは、電気接点として優れた導通および接触信頼性が発揮できるため、０．３３５ｎｍ以上１．０ｍｍ以下であることが好ましい。なお、この厚さの炭素材料層には、グラフェン単層体と、グラフェン単層体が２層積層した積層体から、グラフェン単層体が多数積層した積層体（一般にグラファイトと呼ばれる積層体）までのグラフェン積層体とが含まれる。
炭素材料層の厚さは、グラフェン単層体の場合は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定できる。一方、炭素材料層の厚さが、多層化し厚くなった場合はレーザ段差計によって測定できる。なお、グラフェン単層体が複数積層した場合も、積層数（厚さ）が少ない場合は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定できる。
また、基材上に、グラフェン単層体からなる層が形成されたこと、およびグラフェン単層体が通常２層以上積層された積層体（たとえば一般に多層グラフェンと呼ばれる積層体）からなる層が形成されたことは、たとえばラマン分光スペクトルを測定することによって確認できる。
具体的には、ラマン分光スペクトルにおいて、Ｇバンド（１５８５ｃｍ-1付近）および２Ｄバンド（２７００ｃｍ-1付近）が観測された場合に、基材上の層を構成する炭素材料がグラフェン単層体または上記積層体であると同定できる。さらに、２Ｄバンドの位置および形状と、Ｇバンドに対する２Ｄバンドの強度比とから、基材上の層を構成する炭素材料がグラフェン単層体であるか、またはグラフェン単層体が何層積層した積層体であるかを確認できる（Ａ．Ｃ．Ｆｅｒｒａｒｉ，Ｊ．Ｃ．Ｍｅｙｅｒ，Ｖ．Ｓｃａｒｄａｃｉ，Ｃ．Ｃａｓｉｒａｇｈｉ，Ｍ．Ｌａｚｚｅｒｉ，Ｆ．Ｍａｕｒｉ，Ｓ．Ｐｉｓｃａｎｅｃ，Ｄ．Ｊｉａｎｇ，Ｋ．Ｓ．Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ，Ｓ．Ｒｏｔｈ ａｎｄ Ａ．Ｋ．Ｇｅｉｍ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．９７，１８７４０１（２００６）、Ａ．Ｃ，Ｆｅｒｒａｒｉ，Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎ．１４３，４７（２００７）、およびＬ．Ｍ．Ｍａｌａｒｄ，Ｍ．Ａ．Ｐｉｍｅｎｔａ，Ｇ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ ａｎｄ Ｍ．Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｐ．４７３，５１（２００９）参照）。より具体的には、Ｇバンドおよび２Ｄバンドのピーク値の関係を比較することで、基材上に存在しているグラフェンの積層数が分かる。通常、Ｇバンドのピーク値＜２Ｄバンドのピーク値の場合は単層、Ｇバンドのピーク値＝２Ｄバンドのピーク値の場合は２層、Ｇバンドのピーク値＞２Ｄバンドのピーク値の場合は３層以上と判断できる。
炭素材料層は、金属の酸化物膜の生成が抑制できる範囲で、上述した炭素材料以外にも他の物質を含んでいてもよい。
しかしながら、炭素材料層は、金属粒子を含まないことが好ましい。金属粒子を含まない炭素材料層は、酸化物膜の生成の抑制効果が高く、電気接点として優れた導通および接触信頼性を発揮できる。さらに、炭素材料層は、上述した炭素材料のみからなることがより好ましい。このような炭素材料層は、酸化物膜の生成の抑制効果がより高く、電気接点としてより優れた導通および接触信頼性を発揮できる。
また、上記電気接点材料においては、基材と炭素材料層との間にめっき層などの中間層が設けられていてもよい。
中間層を形成する材料としては、通常電気接点に用いられる材料であれば特に制限されないが、ニッケル、コバルト、銅、スズ、これらの合金（たとえばスズと鉛との合金）などが挙げられる。また、中間層は複数積層されていてもよい。中間層の厚さは、通常０．０１μｍ以上１０μｍ以下である。
しかしながら、基材上に炭素材料層が直接積層されていることが好ましい。このような電気接点材料は、電気接点を作製したときに酸化物膜の生成の抑制効果が高く、優れた導通および接触信頼性を発揮する。
本発明に用いる電気接点材料の形状は特に限定されず、所望の電気接点を得るための原料として好ましい形状であればよい。電気接点材料の形状としては、具体的には箔、板、棒、線、管、条、異形条が挙げられる。
また、炭素材料層は、基材の表面すべてを覆っている必要はなく、炭素材料層は、基材上に連続的に存在していても不連続的に存在していてもよい。
＜電気接点およびコネクタ＞
本発明の電気接点は、上述した電気接点材料を用いて作製した電気接点である。いいかえると、本発明の電気接点は、上述した電気接点材料を含む電気接点である。
電気接点において接触面（導通に使用する面）の少なくとも一部が炭素材料層で覆われていることが好ましい。これにより、酸化物膜の生成が抑えられ、接触信頼性が高まる。
しかしながら、接触面のすべてが炭素材料層で覆われていていることが好ましい。これにより、酸化物膜の生成がより抑えられ、接触信頼性がより高まる。
電気接点の形状は特に限定されず、用途に応じて適宜決めることができる。
また、本発明の電気接点では、基材上に炭素材料層を設けた電気接点材料を用いることで接触信頼性を高めているので、複雑な形状の電気接点であっても上記効果が得られる。
上記電気接点は、自動車のワイヤーハーネス用コネクタに限らず、種々の電気機器用コネクタに好適に用いられる。すなわち、本発明のコネクタは、上記電気接点を有する。さらに、上記電気接点は、コネクタの他にも、スイッチ、リレーなど、電気回路を開閉する装置に好適に用いられる。また、自動車のワイヤーハーネス用コネクタの中でも、エンジンルームで使用されるコネクタは、高温下で、揮発性のガスなどにも暴露される可能性が高い。本発明の電気接点は、エンジンルームで使用されるコネクタに用いられる場合であっても、酸化物膜の生成を抑えられ、接触信頼性を高められる。
＜電気接点の製造方法＞
本発明の電気接点の製造方法は、抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を有する電気接点材料を作製する工程と、得られた電気接点材料を加工して電気接点を製造する工程とを含み、上記炭素材料が、グラフェン単層体または該グラフェン単層体が複数積層したグラフェン積層体である。
電気接点材料を作製する工程は、具体的には、抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を積層する炭素材料層積層工程を含む。
炭素材料層を積層する方法としては、基材上に上述した炭素材料層が積層できる限り特に限定されないが、炭素材料層が薄い場合は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学的気相成長）法が挙げられる。ＣＶＤ法としては、たとえば熱ＣＶＤ法、マイクロ波表面波プラズマＣＶＤ法が挙げられる。マイクロ波表面波プラズマＣＶＤ法によれば、低温かつ高効率で大面積の炭素材料層を形成できる。
また、炭素材料層を積層する方法としては、炭素材料層がある程度厚い場合（たとえばグラフェン単層体が３層を超えて多数積層される場合）は、あらかじめ作製した炭素材料層を基材に転写する転写方法が挙げられる。
以下に、炭素材料層積層工程について、マイクロ波表面波プラズマＣＶＤ法を用いた場合を例として説明する。図１に、マイクロ波表面波プラズマＣＶＤ法に用いるＣＶＤ装置の一例を示す。
ＣＶＤ装置１は、少なくとも放電チャンバー１０、ガス供給部１２、プラズマ発生部１４、およびヒーター１６を有する。
まず、放電チャンバー１０内の試料ステージ（図示しない）上に、電気接点材料の基材を構成することとなる金属材料のロール１８を配置し、放電チャンバー１０の圧力をたとえば１０-4Ｐａ以上１０-2Ｐａ以下とする。次いで、放電チャンバー１０に、ガス供給部１２から、原料ガスであるメタンガス、不活性ガスであるアルゴンガスおよび添加ガスである水素ガスからなる混合ガスを供給して、放電チャンバー１０の圧力をたとえば１０Ｐａ以下、好ましくは２Ｐａ以上５Ｐａ以下とする。この混合ガスの供給と同時に、プラズマ発生部１４にマイクロ波（電力：たとえば１ｋＷ以上５ｋＷ以下）を供給して、放電チャンバー１０内に表面波プラズマを発生させる。これにより、ロール１８上にグラフェンが堆積する。すなわち、ロール１８上に炭素材料であるグラフェン単層体またはグラフェン積層体からなる層が積層される。
上記炭素材料層積層工程において、ロール１８が試料ステージ上にたとえば３０秒以上１８０秒以下とどまるように、いいかえると堆積時間がたとえば３０秒以上１８０秒以下となるように、ロール１８を巻き取りながら炭素材料層を積層させる。
また、上記炭素材料層積層工程において、試料ステージ上のロール１８の温度はヒーター１６を用いてたとえば３００℃以上４００℃以下にコントロールする。上記温度は放電チャンバー１０内にあらかじめ設けておいた熱電対により測定できる。
また、上記炭素材料層積層工程において、供給されるガスは上述した混合ガス以外であってもよい。
供給されるガスには、少なくとも炭素を含む原料ガスが含まれていればよく、原料ガスのみであってもよい。原料ガスとしては、メタンガスの他、エチレンガス、アセチレンガス、エタノールガス、アセトンガス、メタノールガスが挙げられる。原料ガスは単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。
供給されるガスは、上述のように不活性ガスを含む混合ガスであってもよい。不活性ガスとしてはアルゴンガスの他、ヘリウムガス、ネオンガスが挙げられる。不活性ガスは単独で用いても２種以上を組み合わせて用いてもよい。不活性ガスは低温におけるプラズマを安定にしたり、均一にしたりする働きがある。
さらに、供給されるガスは、上述のように水素ガスなどの添加ガスを含む混合ガスであってもよい。添加ガスは、炭素材料層を均質にする働きがあると考えられる。
上述したマイクロ波表面波プラズマＣＶＤ法において、電気接点材料の基材を構成することとなる金属材料は、上述したロール１８以外の形状であってもよい。たとえばロールとなっていない板であってもよい。いいかえると、上記炭素材料層積層工程は、上述したように連続式であっても、バッチ式であってもよい。
なお、電気接点材料が中間層を有する場合は、上記炭素材料層積層工程において、上記基材の代わりに、中間層をあらかじめ設けた基材を用いればよい。
また、電気接点材料を作製する工程は、基材を前処理する前処理工程を含んでいてもよく、上記炭素材料層積層工程は、前処理された基材上に、炭素材料からなる層を積層する炭素材料層積層工程であってもよい。具体的には、前処理工程は、たとえば、アルゴン等の不活性ガスと水素ガスとを含む前処理ガスプラズマによって、ロール１８の表面を清浄にする工程である。これにより、電気接点としたときに優れた導通および接触信頼性を発揮しうる炭素材料層が積層できる。
このようにして、基材上に炭素材料層が形成されるが、炭素材料層の厚さおよびグラフェン積層数は、堆積時間、基材の温度、供給されるガスの構成または量、基材の種類などを適宜設定することで調整できる。たとえば、原料ガスとしてメタンガスを使用する場合は、基板への炭素の固溶量の違いから、銅の基材を用いた場合はグラフェン単層体が、ニッケルの基材を用いた場合はグラフェン積層体がそれぞれ形成できる。
なお、本発明の電気接点およびコネクタなどの装置は、上述した電気接点材料を適宜加工して製造できる。
［製造例１］電気接点材料の製造
図１に示したＣＶＤ装置１を用いてマイクロ波表面波プラズマＣＶＤ法によって、銅箔ロール上にグラフェン単層体からなる層を積層させた。
まず、放電チャンバー１０の試料ステージ上に、銅箔ロール１８を配置し、前処理工程を行った。具体的には、５Ｐａで２０分間、アルゴンガスと水素ガスとの前処理ガスプラズマによって、試料ステージ上の銅箔表面を清浄にした。
次いで、炭素材料層積層工程を行った。具体的には、放電チャンバー１０の圧力を１０-3Ｐａとした。次いで、ガス供給部１２から放電チャンバー１０に、メタンガス、アルゴンガスおよび水素ガスからなる混合ガス（メタンガス／アルゴンガス／水素ガス＝３０／２０／１０ＳＣＣＭ（スタンダード：０℃／１ａｔｍ、ｃｃ／ｍｉｎ））を供給して、放電チャンバー１０の圧力を３Ｐａとした。この混合ガスの供給と同時に、プラズマ発生部１４にマイクロ波（電力：４．５ｋＷ）を供給して、表面波プラズマを発生させた。これにより、銅箔ロール１８上にグラフェンを堆積させ、グラフェン単層体からなる層を積層させた。また、上記堆積時において、試料ステージ上の銅箔の温度は、ヒーター１６によってコントロールした。なお、銅箔の温度は放電チャンバー１０内にあらかじめ設けておいた熱電対により測定した。
炭素材料層積層工程において、一定の時間グラフェンを堆積させた後、炭素材料層が積層されていない銅箔が試料ステージ上に配置されるように、銅箔ロール１８を巻き取った。
さらに、試料ステージ上に新しく配置された銅箔に対して、前処理工程および炭素材料層積層工程を行った。前処理工程、炭素材料層積層工程および巻き取りの手順を繰り返し、炭素材料層が積層された銅箔ロール１８を得た。
［参考製造例１］グラファイト
厚さ１．０ｍｍのグラフェン積層体（グラファイト）を用意した。
［比較製造例１］
製造例１において説明した炭素材料層積層工程を行わず、前処理工程のみを行った銅箔ロールを用意した。
＜評価＞
〔光学顕微鏡による観察〕
製造例１の電気接点材料および比較製造例１の銅箔について、光学顕微鏡画像を得た。具体的には、１０〜１００倍の倍率で観察した。図２および図５に得られた画像をそれぞれ示す。
〔炭素材料層の厚さおよび炭素材料の同定〕
製造例１の電気接点材料について、炭素材料層の厚さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）装置を用いて測定した。製造例１の電気接点材料では、炭素材料層の厚さは０．３３５ｎｍであった。
また、製造例１の電気接点材料について、ラマン分光装置（ＸｐｌｏＲａ、（株）堀場製作所製、励起波長：６３８ｎｍ、ビームスポットサイズ：１μｍ）を用いて、ラマン分光スペクトルを得た。Ｇバンド（１５８５ｃｍ-1付近）および２Ｄバンド（２７００ｃｍ-1付近）が観測されたことから、炭素材料層がグラフェン単層体からなる層であると同定できた。
２Ｄバンドの位置および強度と、Ｇバンドに対する２Ｄバンドの強度比とから、製造例１では、グラフェン単層体が形成されたことが確認できた。
製造例１の電気接点材料では、グラフェン単層体が形成されたことが確認できたため、炭素材料層の厚さは０．３３５ｎｍであると考えられる。このように、ラマン分光スペクトルから見積もられる製造例１の電気接点材料の炭素材料層の厚さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ)装置を用いた測定結果と同じであった。
〔荷重抵抗測定〕
まず、製造例１の電気接点材料および比較製造例１の銅箔について、荷重抵抗測定を行った。この測定には、電界放出形走査電子顕微鏡（Ｆｅ−ＳＥＭ）装置（Ｓ−４３００、（株）日立ハイテクノロジーズ製）の試料室内に、ナノメートルスケールで押し込み長さを調整できるナノインデンテーションマニピュレーターを組み込んだ装置を用いた。
具体的には、試料室内に試料（５ｍｍ角）をセットし、先端曲率半径を５μｍに加工したタングステンプローブを用い、押し込み試験を行った。走査型電子顕微鏡（加速電圧：５ｋＶ、検出器：２次電子検出器）で観察しながら、タングステンプローブの押し込み深さ、接触荷重、接触電気抵抗を同時に計測した。なお、タングステンプローブは１００ｎｍずつ試料に押し込んだ。また、接触荷重はひずみゲージにより、接触電気抵抗は四端子法（日置電機（株）製、抵抗計３５４１）により求めた。
図３および図６に荷重抵抗の測定結果をそれぞれ示す。
次に、製造例１の電気接点材料および比較製造例１の銅箔について、酸化促進試験を行った。具体的には、大気圧の下、１８０℃に加熱した空気中に試料を１６時間暴露した。
酸化促進試験後の試料について、再び上述のような荷重抵抗測定を行った。図４および図７に荷重抵抗の測定結果をそれぞれ示す。
図３および図６のように、製造例１の電気接点材料および比較製造例１の銅箔は、ある程度荷重がかかると抵抗値が大きく減少している。このことから、製造例１の電気接点材料は、銅箔と同様に、電気接点としたときに優れた導通を示すと考えられる。
図７のように、酸化促進試験後における比較製造例１の銅箔では、荷重がかかったときの抵抗値の減少量が小さくなっている。酸化促進試験によって、銅箔表面に酸化物層が形成されて、導通を阻害していると考えられる。
これに対して、図４のように、酸化促進試験後における製造例１の電気接点材料では、ある程度荷重がかかると抵抗値が大きく減少している。図４と図３とを比較しても、抵抗値の減少量の変化は小さい。このことから、製造例１の電気接点材料では、炭素材料層が酸化物膜の生成を抑制したため、酸化促進試験後においても、優れた導通を示すと考えられる。
〔導通確認〕
参考製造例１のグラフェン積層体について、二端子法による電気抵抗測定を行い、導通の確認を行った。結果は、０．１Ω以下であり、導通を示すことが確認できた。したがって、参考製造例１のグラフェン積層体を炭素材料層として用いた電気接点も、酸化物膜の生成が抑制され、優れた導通および接触信頼性を発揮できると考えられる。
［製造例２］電気接点材料の製造
ヒーターを用いた熱ＣＶＤ法によって、銅基板（幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）上にグラフェン単層体からなる層を積層させた。
［製造例３］電気接点材料の製造
ヒーターを用いた熱ＣＶＤ法によって、ニッケル基板（幅１０ｍｍ、長さ１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）上にグラフェン積層体からなる層を積層させた。
＜評価＞
〔外観観察および光学顕微鏡による観察〕
製造例２および製造例３の電気接点材料について、外観観察を行った。図８および図１１に得られた外観写真をそれぞれ示す。また、製造例２および製造例３の電気接点材料について、光学顕微鏡画像を得た。具体的には、５００倍の倍率で観察した。図９および図１２に得られた画像をそれぞれ示す。
〔炭素材料の同定〕
製造例２および製造例３の電気接点材料について、ラマン分光装置（ＬａｂＲＡＭ ＨＲ、（株）堀場製作所製、励起波長：４８８ｎｍ、ビームスポットサイズ：１μｍ）を用いて、ラマン分光スペクトルを得た。図１０および図１３に得られたラマン分光スペクトルをそれぞれ示す。製造例１の電気接点材料では、２Ｄバンド（１５８５ｃｍ-1）のピーク値とＧバンド（２７００ｃｍ-1）のピーク値とを比較すると、２Ｄバンドのピーク値＞Ｇバンドのピーク値となっている。このことから、グラフェン単層体が形成されたことが確認できた。製造例３の電気接点材料では、２Ｄバンドのピーク値とＧバンドのピーク値とを比較すると、２Ｄバンドのピーク値＜Ｇバンドのピーク値となっていることから、グラフェン積層体が形成されたことが確認できた。ここで、ピーク値とは、バックグラウンド補正を行った後のピーク強度を意味する。なお、製造例２、３の電気接点材料の測定において、製造例１の電気接点材料の測定に用いたラマン分光装置を使用した場合も、図１０および図１３に示すラマン分光スペクトルと同様の結果が得られると考えられる。さらに、製造例１の電気接点材料の測定において、製造例２、３の電気接点材料の測定に用いたラマン分光装置を使用した場合も、炭素材料層がグラフェン単層体からなる層であることが同定できると考えられる。
なお、製造例３の電気接点材料では、ＴＥＭによる断面測定の結果から、炭素材料層の厚さは１００ｎｍ程度であり、グラフェン単層体が３００層程度積層していることを確認した。
〔荷重抵抗測定〕
製造例３の電気接点材料について、製造例１の場合と同様にして、荷重抵抗測定を行った。図１４に荷重抵抗の測定結果を示す。製造例３のニッケル基板は、ある程度荷重がかかると抵抗値が大きく減少している。このことから、製造例３の電気接点材料は、比較製造例１の銅箔と同様に、電気接点としたときに優れた導通を示すと考えられる。
なお、酸化促進試験を行った場合、製造例３の電気接点材料では、製造例１の場合と同様に、ある程度荷重がかかると抵抗値が大きく減少すると考えられる。いいかえると、製造例３の電気接点材料では、製造例１の場合と同様に、炭素材料層が酸化物膜の生成を抑制し、酸化促進試験後においても、優れた導通を示すと考えられる。
１ ＣＶＤ装置
１０ 放電チャンバー
１２ ガス供給部
１４ プラズマ発生部
１６ ヒーター
１８ ロール

Claims (5)

  1. 抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を有する電気接点材料を用いて作製した電気接点であって、
    前記炭素材料が、グラフェン単層体または該グラフェン単層体が複数積層したグラフェン積層体である、電気接点。
  2. 前記炭素材料からなる層の厚さが１．０ｍｍ以下である、請求項１に記載の電気接点。
  3. 前記金属材料が、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル、スズおよびこれらの合金ならびにステンレス鋼からなる群から選択される、請求項１または２に記載の電気接点。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気接点を有する、コネクタ。
  5. 抵抗率が１．５９×１０-8Ωｍ以上９．００×１０-7Ωｍ以下である金属材料からなる基材上に、炭素材料からなる層を有する電気接点材料を作製する工程と、得られた電気接点材料を加工して電気接点を製造する工程とを含み、
    前記炭素材料が、グラフェン単層体または該グラフェン単層体が複数積層したグラフェン積層体である、電気接点の製造方法。
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