JP2022536229A - 高い動作電圧のための電気コンタクト要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属の基体１１１、２１１と基体１１１、２１１に適用される摩耗層１１３、２１３とを備える、コネクタ用の電気コンタクト要素に関する。摩耗層１１３、２１３は、以下の成分、すなわち８２～９１重量％のニッケル、９～１８重量％リン及び０～１重量％の他の合金要素を有する合金でできている。

Description

本発明は、１５０Ｖ超の電気動作電圧に適した、コネクタ用の電気コンタクト要素に関する。

電気コネクタは、一般的に、１つ又は複数の電気コンタクト要素及び１つ又は複数の絶縁体を有する。コンタクト要素は、たいてい、雄性要素又は雌性要素として設計される。これらは、一般的に耐腐食性ではない基材でできている。これらは、しばしば、銅合金である。それゆえ、コネクタの耐用年数にわたるコンタクト要素の機能を確実にするために、他の金属の薄層が基材に適用される。これらは、中間層及び摩耗層を備えることができる。

中間層は、さまざまな目的を有することができる。それは、基材に対する摩耗層の粘着力を改善することができ、基材と摩耗層との間の機械的平衡を作ることができ、拡散プロセスが摩耗層と基材との間に生ずるのを防止することができる。中間層は、しばしば、銅又はニッケルから成る。

機能層とも称される摩耗層は、中間層上に位置する。摩耗層は、コンタクト要素の技術的に有用な寿命を延長し、電送を改善することができ、下に存在する層を腐食から保護することができる。それは、柔らかい非不活性金属、例えばスズ又は銀から成ることができる。自動車分野のコネクタにおいて、例えば、銀は、摩耗層として広く用いられている。１５０Ｖ超の電圧がアプリケーションで生ずる場合、異なるコンタクト要素の間の電位の力は、金属イオンを次第に励起し、１つの物理位置からもう一方へ移動させることができる。この金属移動によって、コネクタの短絡及び他の技術的問題が生じうる。銀の機能表面は、より高い電圧でこの種の金属移動の傾向がある。このために、より高価な貴金属の機能的な層が、たいてい、１５０Ｖ超の動作電圧を有するアプリケーションでは用いられる。したがって、例えば、金コバルト合金又はパラジウム－ニッケル合金が用いられる。

本発明の目的は、電気コネクタの使用に適していて、１５０Ｖ超の電気動作電圧に適した電気コンタクト要素を提供することである。しかしながら、従来の電気コンタクト要素より安いコストでそれを製造し、従来の電気コンタクト要素の信頼性及び耐用年数を依然として達成することが可能でなければならない。

この目的は、金属の基体又は基体に適用される摩耗層を有する、コネクタ用の電気コンタクト要素によって解決される。摩耗層は、金属の基体に直接適用可能であるか、又は、１つ又は複数の更なる層は、金属の基体と摩耗層との間に配置可能である。摩耗層は、以下の合金要素、すなわち、８２～９１重量％のニッケル、９～１８重量％のリン及び０から１重量％の更なる合金要素から成る。好ましくは、層は、８２～８９重量％のニッケル、１１～１８重量％のリン及び０から１重量％の更なる合金要素から成る。合金要素の合計は、１００重量％である。合金中の更なる合金要素の１重量％までの割合は、例えば不純物として受け入れられるが、回避されることが好ましい。本発明によれば、この種の摩耗層の使用が、例えば、金コバルト合金又はパラジウム－ニッケル合金でできている摩耗層によって達成可能なのと同様の良好な電送及び同様の良好な腐食防止を提供することが分かっている。しかしながら、ニッケル－リン合金の使用は、比較して、電気コンタクト要素をより費用効果的に製造することを可能にする。

本発明の好適実施例では、摩耗層は、基体上に直接配置され、摩耗層と基体との間に更なる層は存在しない。良好な腐食防止を確実にするために、本実施例では、摩耗層が１．００μｍから２．５０μｍの範囲の厚さを有することが好ましい。特に好ましくは、厚さは、１．５０μｍから２．００μｍの範囲である。本発明に従って用いられる摩耗層は、腐食に対するこの種の良好な保護及びこの種の良好な電送を提供するので、これらの特性は、層厚を更に増加させることによって著しく改善され得ない。他方で、金コバルト合金又はパラジウム－ニッケル合金の従来の摩耗層を用いるとき、電気コンタクト要素が腐食耐性及び電送の要件を満たすために、金属の中間層を同時に使用するとともに、例えば少なくとも３μｍの層厚がたいてい必要である。それゆえ、本発明は、より低価格の材料を用いた電気コンタクト要素の製造を可能にするだけでなく、特に薄い摩耗層を用いることにより材料の量の削減も可能にする。

他の本発明の好適実施例では、金属の中間層は、基体と摩耗層との間に配置される。特に好ましくは、基体が中間層に直接接続され、中間層が摩耗層に直接接続されるように、中間層が摩耗層と基体との間に配置される唯一の層である。電気コンタクト要素の従来設計のように、中間層は、基体に対する摩耗層の粘着力を改善し、基体と摩耗層との間の機械的補償を確実にし、摩耗層と基体との間の拡散プロセスを防止する。加えて、中間層は、摩耗層が基体上に直接配置される本発明の実施例と比較して、より薄い摩耗層の使用を可能にする。本実施例では、摩耗層は、好ましくは、０．１５μｍから１．５０μｍの範囲の厚さを有する。特に好ましくは、厚さは、０．３０μｍから１．００μｍの範囲である。

コンタクト要素の一実施例では、中間層は、９９から１００重量％の銅及び０から１重量％の更なる合金要素を含む。コンタクト要素の他の好適実施例では、中間層は、９９から１００重量％のニッケル及び０から１重量％の更なる合金要素を含む。したがって、合金要素の合計は、１００重量％である。更なる合金要素の割合は、好ましくは、できるだけ低くなければならないが、不純物のため、それらの存在を完全に除外することはできない。

中間層の厚さは、好ましくは１．５μｍから４．０μｍであり、特に好ましくは、２．０μｍから３．０μｍである。

更に、金属及び／又は有機スライド層が摩耗層上に配置されることが好ましい。スライド層は、電気コンタクト要素、特に雌性要素及び雄性要素のスライド特性を改善することができる。このようにして、それは、機械的摩擦応力の下で摩耗層がより長く機能的なままであることを助ける。一方では、それは、電気コンタクト要素の間の電送を最適化することもできる。スライド層が金属成分及び有機成分の両方を含む場合、金属部分層が摩耗層に直接適用され、有機部分層がこの金属部分層に適用されることが好ましい。次に、金属部分層及び有機部分層は、スライド層をともに形成する。

スライド層のための特に適切な金属材料は、純金又は以下の合金要素、すなわち、９８．５から１００．０重量％の金、０から０．５％のコバルト及び０から１．０重量％の更なる合金要素から成る金合金である。合金要素の合計は、１００重量％である。

スライド層の特に適切な有機材料は、少なくとも１つのフッ素重合体及び／又は少なくとも１つの脂肪酸塩である。フッ素重合体は、例えば、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）とすることができる。脂肪酸塩は、例えば、リチウム－１２－ヒドロキシステアリン酸塩とすることができる。

スライド層の厚さは、好ましくは、０．０５μｍから０．２５μｍの範囲である。この種のスライド層は、電気コンタクト要素に良好なスライド特性を与えるのにすでに十分であるので、スライド層を摩耗層に適用することは、結果として、コーティング全体の厚さの著しい増加にはつながらない。

本発明による電気コンタクト要素の摩耗層は、基体が銅、低合金銅合金又は黄銅でできている場合、特に有利に用いられうる。この場合、それは、以下の合金要素、すなわち、５０から１００重量％の銅、０から４５重量％の亜鉛及び０から５重量％の更なる合金要素から成る。この場合、合金要素の合計は、１００重量％である。本願明細書において、更なる合金要素の合計を５重量％までとすることができる場合であっても、個々の更なる合金要素が全合金の２重量％以下を構成することが好ましい。更に、他の合金要素のベリリウム、クロミウム、鉄、コバルト、マグネシウム、マンガン、ニッケル、リン、硫黄、銀、シリコン、テルル、チタン、スズ及びジルコニウムのみが各々２重量％までの量で合金内に存在することができ、このリストに言及されていない他の全ての合金要素が各場合において１重量％以下の量で存在することが好ましい。

本発明による電気コンタクト要素は、大量の高価な貴金属を使用する必要なく、良好な技術的特性によって製造可能である。

本発明の例示的な実施例は、図面において描写され、以下の説明において更に詳細に説明される。

２つの電気コネクタの構成の概略縦断面図を示す。 比較例の２つの電気コンタクト要素の間のコンタクト領域の断面図を示す。 本発明の例示的な実施例に従う２つの電気コンタクト要素のコンタクト領域の断面図を示す。 本発明の他の例示的な実施例に従う２つの電気コンタクト要素のコンタクト領域の断面図を示す。

図１は、一対のコネクタの概略構造を示す。第１のコネクタ１０は、雄性要素の形の電気コンタクト要素１１を有する。これは、プラスチックでできている第１の絶縁体１２によって包囲される。第２のコネクタ２０は、雌性要素の形の第２の電気コンタクト要素２１を有する。これは、プラスチックでできている第２の絶縁体２２によって包囲される。２つのコネクタ１０、２０が示される方法で互いに接続されるとき、第２の絶縁体２２は、第１の絶縁体１２内に押し込まれ、第１の電気コンタクト要素１１は、第２の電気コンタクト要素２１内にスライドする。この際、それは、第２のコンタクト要素２１の舌を離して曲げ、次に、舌は、それらのスプリング力によって第１のコンタクト要素１１上で固定して押圧される。次に、２つのコンタクト要素１１、２１が接触するコンタクト領域３０において、電送が可能である。

従来技術に従うコンタクト要素１１、２１を有する電気コネクタ１０、２０において、図２に描写されるコンタクト要素１１、２１の構造は、コンタクト領域３０に存在する。第１のコンタクト要素１１は、基体１１１と、基体上に配置される中間層１１２と、中間層上に配置される摩耗層１１３と、を有する。第２のコンタクト要素２１は、基体２１１と、基体２１１上に配置される中間層２１２と、中間層２１２上に配置される摩耗層２１３と、を有する。基体１１１、２１１、中間層１１２、２１２及び摩耗層１１３、２１３は、各々表１に示される重量パーセントの組成物を有する。

本実例では、中間層１１２、２１２は、各々３μｍの厚さｄ_１１２、ｄ_２１２を有し、摩耗層１１３、２１３は、各々４μｍの厚さｄ_１１３、ｄ_２１３を有する。摩耗層１１３、２１３は、コンタクト領域３０で互いに接触する。摩耗層の製造に必要な大量の金コバルト合金は、結果として、電気コンタクト要素１１、２１の製造が高価になることにつながる。

図３は、本発明のいくつかの例示的な実施例に従う電気コンタクト要素１１、２１の構造を示し、それを、図１に従うコネクタ１０、２０の対において用いることができる。図２においてすでに描写される、基体１１１、２１１、中間層１１２、２１２及び有用層１１３、２１３から成る電気コンタクト要素１１、２１の構造に加えて、本発明のこれらの例示的な実施例に従うコンタクト要素１１、２１はまた、それらの摩耗層１１３、２１３上のスライド層１１４、２１４を有する。これは、結果として、コンタクト領域３０において摩耗層１１３、２１３の接触は起こらず、むしろスライド層１１４、２１４の接触につながる。本発明の例示的な実施例の中間層１１２、２１２の厚さは、比較例の中間層１１２、２１２の厚さに対応するが、本発明による例示的な実施例は、実質的により薄い摩耗層１１３、２１３で間に合わせ、各場合において、その厚さｄ_１１３、ｄ_２１３は、わずか０．６５μｍである。これは、結果として、比較例と比較してかなりの材料の削減につながる。本発明による実施例では、スライド層１１４、２１４は、各々０．１０μｍの厚さｄ_１１４、ｄ_２１４を有する。したがって、各摩耗層１１３、２１３は、そのそれぞれのスライド層１１４、２１４と合わせても、比較例の摩耗層１１３、２１３より薄い。

本発明の第１の例示的な実施例では、コンタクト要素１１、２１の成分は、表２にリストされる重量パーセントの組成物を有する。

したがって、比較例では純銀から成る中間層は、第１の例示的な実施例では、ニッケル－リン合金から成る。これは、結果として、摩耗層に用いられる金属がより少ないためだけでなく、より低コストの合金の使用のために、コスト削減につながる。

スライド層１１４、２１４は、比較例の摩耗層１１３、２１３と同じ金コバルト合金から成る。それゆえ、比較例及び本発明の第１の例示的な実施例のコンタクト要素１１、２１のスライド特性は、等しく良好である。しかしながら、スライド層１１４、２１４は、比較例の摩耗層１１３、２１３と比較して非常に薄いので、大部分の高価な金コバルト合金を削減することができる。

電気コンタクト要素１１、２１の第２の例示的な実施例では、それらの成分は、表３に示される重量パーセントの組成物を有する。

第１の例示的な実施例と比較して、金属のスライド層１１４、２１４は、各々ＰＴＦＥから成る有機スライド層により置換されている。第３の例示的な実施例では、高価な貴金属を省略することによって、それにもかかわらず、コンタクト要素１１、２１の優れたスライド特性を達成することができ、それにもかかわらず、電送が、比較例の電気コンタクト要素１１、２１の電送より悪くないことが分かった。

本発明の第３の例示的な実施例では、中間層１１２、２１２が省略されるので、コンタクト要素１１、２１は、図４に描写される構造を有し、摩耗層１１３、２１３は、各場合において、基体１１１、２１１上に直接配置される。各場合において、以前の例示的な実施例とは対照的に、摩耗層１１３、２１３の厚さｄ_１１３、ｄ_２１３は、１．５０μｍである。コンタクト要素１１、２１の成分は、表４にリストされる重量パーセントの組成物を有する。

したがって、本発明の第１及び第２の例示的な実施例より厚い摩耗層を用いることにより、中間層１１２、２１２を用いることなく、コンタクト要素１１、２１を製造することもできる。ここでは、最初の２つの例示的な実施例より厚い摩耗層１１３、２１３が用いられるが、これらは、依然として、比較例の摩耗層１１３、２１３より著しく薄い。

本発明の第４の例示的な実施例では、ちょうど第１の例示的な実施例のスライド層１１４、２１４が第２の例示的な実施例のＰＴＦＥにより置換されたように、第３の例示的な実施例のコンタクト要素１１、２１のスライド層１１４、２１４はまた、それぞれＰＴＦＥから成る有機スライド層により置換される。次に、電気コンタクト要素１１、２１の成分は、表５に示される重量パーセントの組成物を有する。

本発明による電気コンタクト要素１１、２１の全５つの記載されている例示的な実施例は、コンタクト要素１１、２１に関連する特性の障害につながることなく、比較例に従う電気コンタクト要素１１、２１の費用効果的な置換を可能にする、それらは、１５０Ｖ超の電気動作電圧に適している。

Claims (12)

1. 金属の基体（１１１、２１１）と前記基体（１１１、２１１）に適用される摩耗層（１１３、２１３）とを有する、コネクタ（１０、２０）用の電気コンタクト要素（１１、２１）であって、前記摩耗層（１１３、２１３）は、以下の合金要素、すなわち、
   ８２～９１重量％のニッケル、
   ９～１８重量％のリン、
   ０～１重量％の更なる合金要素から成り、
   前記合金要素の合計は、１００重量％であることを特徴とする、電気コンタクト要素（１１、２１）。
2. 前記摩耗層（１１３、２１３）は、前記基体（１１１、２１１）上に直接配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
3. 前記摩耗層（１１３、２１３）は、１．００μｍから２．５０μｍの範囲の厚さ（ｄ_１１３、ｄ_２１３）を有することを特徴とする、請求項２に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
4. 金属の中間層（１１２、２１２）が、前記基体（１１１、２１１）と前記摩耗層（１１３、２１３）との間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
5. 前記中間層（１１２、２１２）は、以下の合金要素、すなわち、
   ９９～１００重量％の銅又はニッケル、
   ０～１重量％の更なる合金要素から成り、
   前記合金要素の合計は、１００重量％であることを特徴とする、請求項３に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
6. 前記中間層（１１２、２１２）は、１．５μｍから４．０μｍの範囲の厚さ（ｄ_１１２、ｄ_２１２）を有することを特徴とする、請求項３又は４に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
7. 前記摩耗層（１１３、２１３）は、０．１５μｍから１．５０μｍの範囲の厚さ（ｄ_１１３、ｄ_２１３）を有することを特徴とする、請求項３から６までのいずれかに記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
8. 金属及び／又は有機スライド層（１１４、２１４）は、前記摩耗層（１１３、２１３）上に配置されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれかに記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
9. 前記スライド層（１１４、２１４）は、以下の合金要素、すなわち、
   ９８．５～１００．０重量％の金、
   ０～０．５重量％のコバルト、
   ０～１．０重量％の更なる合金要素から成る合金を含み、
   前記合金要素の合計は、１００重量％であることを特徴とする、請求項８に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
10. 前記スライド層（１１４、２１４）は、少なくとも１つのフッ素重合体及び／又は少なくとも１つの脂肪酸塩を含むことを特徴とする、請求項８又は９に記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
11. 前記スライド層（１１４、２１４）は、０．０５μｍから０．２５μｍの範囲の厚さ（ｄ_１１４、ｄ_２１４）を有することを特徴とする、請求項８から１０までのいずれかに記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。
12. 前記基体（１１１、２１１）は、以下の合金要素、すなわち、
    ５０～１００重量％の銅、
    ０～４５重量％の亜鉛、
    ０～５重量％の更なる合金要素から成り、
    前記合金要素の合計は、１００重量％であることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれかに記載の電気コンタクト要素（１１、２１）。

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