JP4636453B2 - 電気接触片 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１のプリアンブルに定義した特徴をもつ電気接片に関するものである。この形式の電気接片は、例えば、自動車及び通信機器類の用途におけるプラグ挿入コネクタのプラグ挿入接片として使用されるものである。現在においては、自動車産業に使用のプラグ挿入コネクタに必要な条件は、１５０°Ｃまでの周囲温度に適し、スプリング特性が自動車の耐用年数にわたり接触信頼度が損なわれない程度に低下しない点である。このような用途における既知の電気接片は、本体が銅基礎合金と電気ガルバニックめっきにより被着されるコバルト含量が１質量％以下の硬質の金の層から作られ、この本体によって必要な導電性とスプリング特性とが与えられようになっている。さらに、前記本体には、接触層として硬質の金の層の代わりに銀の層を設けることも知られている。しばしば、前記本体にすずめっきによりめっきしたすずの層が接触層に使用されている。これまでに必要とされていた条件では、このようにして電気接片の十分な耐摩耗性と十分に低い接触抵抗を得ることが可能であった。しなしながら、例えば米国の自動車仕様書によれば、予測される耐用年数にわたる温度条件の変化において２００℃迄の温度上昇に合致できるプラグ挿入接点が必要になってきている。これらの厳しい要求は、増加するエンジン機能を電気的又は電子的にモニターし、制御するために、プラグ挿入接点の電子システムをエンジン又は排気系統の付近に配置しなければならないことに起因している。

これまで使用されてきた金−コバルト接触層は、このような上昇温度要求に適していないもので、何故ならば、コバルトは、温度が１５０℃を越えると、前記合金層から分離し、その結果、コバルトが酸化し、電気接触抵抗を高めてしまうからである。すずの接触層は、温度が２００℃を越えると使用できないもので、これは、該温度がすずの融点、即ち、２３２℃に近くなり、すずが軟化し、クリープしだすからである。また逆に、銅のなかにすずが多く拡散してしまうと、急速に合金層が形成され、酸化して接触抵抗が大きくなってしまう。銀皮膜層の場合には、約１６０℃及びこれ以上の温度においては、軟化してもとに戻らなくなる。

電気通信用途においては、１０，０００回を越えるような非常に高い挿入サイクルが要求されている。現在においては、これらの要求は、接触層に被覆されたＰｄＮｉ又はＰｄＣｏからなるプラグ挿入接触片で満足されている。しかしながら、Ｐｄの価格が高騰していることで、このような被覆層は、高価なものになる。

そこで、この発明の目的は、価格が安く、特に増加する要求（周囲温度が２００℃、電圧４２Ｖ）に合致し、自動車及び電気通信用途におけるプラグ挿入接触片に好適である電気接片構造を使用できるようにするものである。

この目的は、請求項１のプリアンブルに規定の特徴をもつプラグ挿入接片によって達成される。この発明の有利なさらなる展開は、従属の請求項の従属要部である。

この発明による電気接片は、銅基礎合金から作られた本体、金の接触層及び前記本体と前記接触層との間に介在する中間層からなり、金の接触層は、最低厚さが０．３μｍであり、かつ、一つ又はそれ以上のプラチナグループ金属を含み、この金属の含量は、０．５質量％から１５質量％であり、但し、前記接触層にパラジウムが便宜的に含まれる場合には、前記プラチナグループ金属の含量が８重量％又はそれ以下であるものであり、さらに、前記中間層は、銀又は銀基礎合金又はニッケルからなるものである。用語“プラチナグループ金属”には、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム及びプラチナの金属が含まれる。用語“銀基礎合金”とは、銀が主な合金を意味している。

前記接触層は、十分に低い接触抵抗と十分な耐摩耗性、特に、耐摩滅性とを保証し、さらに、接触する接触片同士の溶着を十分に防ぐ。中間層が銀又は銀基礎合金、例えば、０．１５質量％のニッケルが含まれている銀に似た微粒子状の銀のようなニッケル又はパラジウムを銀に溶解させたような添加物が数％の銀が本体と接触層との間に付与され、接触層の厚みが５μｍ又はこれ以下であっても２００℃において３０００時間を越えても所望の低い接触抵抗が得られる。このような中間層によって、ベース成分が前記本体から前記接触面に拡散されたり、該面を酸化させたりしない。純な銀が中間層に特に適している。中間層としてのニッケルは、同じように、ベース成分が前記本体から前記接触面へ拡散してしまうのを防ぐ点で適しているが、なんら特別の延性が要求されない場合においてのみ適しているものであって、それは、ニッケルをプラグ挿入接触片に使用したときに半径方向に僅か曲げてもがもろく砕けてしまうからである。これに対し、銀は、延性に富み、銀に含まれる合金成分は、含まれていれば、拡散阻止層としての働きによりプラグ挿入接触片における意図された使用に必要な延性を確保する機能をもち、かつ、確保する量で存在することが必要である。これに較べ、銀による利点は、厚さが１０μｍまでであれば妥当な価格で使用できる点である。中間層の厚さは、０．２μｍから１０μｍが好ましく、最も好ましくは、約１μｍから２μｍである。所定の使用条件と所定の使用時間においては、好ましくは、たった０．５μｍから２μｍの厚みのもので接触層における低い接触抵抗を保つに十分である。銀の中間層は、すずの接触層に特に関連して価値が認められており、それは、一方では、ベース成分が前記本体から前記接触層へ拡散するのを防ぐからであり、他方では、犠牲層としてのそのキャパシティにおいて、前記接触層のマテリアルの損失を埋め合わせするからである。

実用的には、前記接触層は、１０μｍよりも厚くない。１０μｍよりも厚い接触層は、なんら技術的な改良を与えない。前記接触層の厚さは、５μｍよりも厚くないことが好ましい。

金との合金に適しているプラチナグループの金属は、なかんずくプラチナそれ自体である。極めて少量の割合、どのような場合でも８質量％以下の比率で添加されたパラジウムも同様に適している。金・プラチナ合金及び金・パラジウム合金は、非常に良好な酸化安定性を示し、特許請求の範囲の請求項に記載の組成にあっては、前記接触層に対し有害にならずに機能する十分な延性を示す。パラジウムと比較して、プラチナは、安価な利点をもつ。価格は、自動車産業及び通信用途に対する大量生産の点で検討すべき必須の要件である。金・プラチナ合金は、さらに、特に高い耐腐食安定性の点で傑出しており、金・パラジウム合金と比較し、触媒プロセスによる有機被膜層を形成しにくい。

前記接触層は、プラチナグループ金属の一つ又は複数の金属が０．５質量％から１５質量％の比率で含まれている金からなるべきものである。前記の含量が０．５質量％以下であると、冷間溶着する傾向が高まる。１５質量％以上になると、前記接触層は、もろくなりすぎ、前記接触層が破壊されてしまうようなプラグ挿入接触片にならなくなる。

プラチナを１．５質量％から５質量％を含む金からなり、厚みが０．５μｍから２μｍの接触層、特に、プラチナを１質量％から３質量％を含む金からなり、厚みが０．５μｍから２μｍの接触層は、銀の中間層の上に施した場合、所定の使用条件のもとでは、価格、機能及び安定性の点で抜群なものである。

考えとしては、前記接触層に対する金基礎合金には、プラチナ及びパラジウム以外のプラチナグループ金属を含ませることもでき、例えば、ルテニウムをプラチナ及びパラジウムと組合せて使用することもできるが、なんら顕著な利点も発揮しない。最後に、金基礎合金は、プラチナグループ金属に加えて銀を含んでいてもよい。

前記中間層の厚みは、１μｍから１５μｍの間のものが好ましい。１μｍ以下であると、前記中間層の拡散阻止作用が低下するため、この場合、前記接触層の厚さを増やして低下した拡散阻止作用を補わなければならなくなり、不経済になってしまう。他方、前記中間層を１５μｍ以上に厚くすることは、技術的に不要であると共に不経済になってしまう。厚みが約１μｍから２μｍの銀の中間層が最適なものとみなされる。

この発明による電気プラグ挿入接触片は、半製品状態の帯板マテリアルから打ち抜き加工、曲げ加工及び型押し加工により作られるのが通常である。銀又は銀基礎合金又はニッケルの中間層は、所望のスプリング特性を有する銅又は銅基礎合金又はステンレススチールの帯板の上に形成され、ついで、金基礎合金からなる接触層が上面に施される。前記中間層と接触層とは、スパッタリング加工で施されることが好ましい。これは、薄い層、特に前記接触層にとって最も経済的なものであり、さらに、異物混入がない濃くて緻密で、延性がある層を作れる。前記中間層と接触層とは、シングル被覆プロセスにおいて順次形成される。しかしながら、特に中間層には、電解めっきが一つの選択できる手段である。

前記中間層を作るマテリアルを前記接触層が作られる本体の前面のみならず、前記本体の裏面にも施すことが好ましい。特に、この発明による接触片が使用される高温度においては、前記本体の裏面に被覆を施さないことよりも長期間にわたり接触抵抗を低いものにしておくことができる付加的利点が生まれる。

以下に実施例を示す：銅からなるストリップ形状の本体の一方の面に厚さが２μｍの銀の層を被覆し、ついで厚さが１μｍのＡｕＰｔ２．５ 層を被覆する。測定された接触抵抗は、当初は、２ｍΩであった。２００℃で空気中において３００時間エージングした後では、前記接触抵抗は、１Ωから１０Ωの間の値に上がった。前記銅ストリップの裏面を前記同様に厚さ２μｍの銀の層で被覆したとき、前記接触抵抗は、同じエージング条件において僅か数ｍΩしか上昇しなかった。打ち抜き成形の前記本体の両側面には、銀を施さない場合も、この良好な結果が得られた。さらに付加的利点として、第１工程として、複数の本体を形成するためのストリップ又はプレートを被覆し、その後に打ち抜き加工で本体を一つ一つ成形しても接触抵抗に不利になることがない。

以下のマテリアルズは、前記本体の素材に特に適している：

（ａ）ＣｕＮｉＳｉ（Ｍｇ）：ＡＳＴＭによれば、Ｃ７０２５，Ｃ７０２６と表示されているマテリア
ル
（ｂ）ＣｕＦｅＰ：ＡＳＴＭによれば、Ｃ１９４と表示されているマテリアル
（ｃ）ＣｕＣｒＳｉＴｉ（Ｘ）：ＡＳＴＭによれば、Ｃ１８０７０，Ｃ１８０８０，Ｃ１８０９０と表示されているマテリアル
（ｄ）ＣｕＮｉＳｎ：ＡＳＴＭによれば、Ｃ７２５００と表示されているマテリアル
（ｅ）ＣｕＳｎＺｎ：ＡＳＴＭによれば、Ｃ４２５と表示されているマテリアル
（ｆ）ＣｕＮｉＺｎ：ＡＳＴＭによれば、Ｃ７５７００，Ｃ７７０００，Ｃ６４００と表示されているマテリアル
（ｇ）ステンレススチール：以下のように表示されているマテリアル
ＤＩＮ １７２２４ によれば １．４３１０
ＤＩＮ １７４４０ によれば １．４３１１
ＤＩＮ １７４４０ によれば １．４４０６
ＤＩＮ １７４４３ によれば １．４４２８
ＤＩＮ １７４４０ によれば １．４４２９
ＤＩＮ １７２２４ によれば １．４５６８
ＤＩＮ １７２２４ によれば １．４８４１
ＤＩＮ Ｖ １７００６−１００ によれば １．４３１８， １．１２３２， １．１２４８， １．１２６９， １．１２７４， １．５０２９

上記（ａ），（ｂ）及び（ｃ）におけるマテリアルは、それら自体高導電性のもので、２００℃の要求使用温度でスプリング特性が極めて安定している点で特に好ましい。

この発明は、プラグ挿入接触片のみならず、スイッチ接触片にも適している。

添付の図は、この発明による電気プラグ挿入接触片のための半製品のストリップ状マテリアルの断面を示し、このマテリアルは、ＣｕＣｒＳｉＴｉ（Ｘ）のような銅基礎合金からなる本体１、厚みが０．２μｍから１５μｍの銀からなる中間層２及び１質量％から５質量％のプラチナを含む金からなる厚みが０．５μｍから２μｍの接触層３から構成されている。中間層２は、本体の前面４にのみ存在している。中間層２を形成するマテリアル又は拡散バリヤとして適している別のマテリアルを後面５に施すことも利点をもって可能である。

この発明による電気プラグ挿入接触片のための半製品のストリップ状マテリアルの断面を示す。

Claims (12)

1. 銅基礎合金又はステンレススチールからなる本体とプラチナを含む金基礎合金からなる接触層とを有する電気接触片であり、前記接触層は、厚みが０．５μｍから２μｍであり、０．５質量％から１５質量％のプラチナを含む金からなり、銀又は銀基礎合金又はニッケルからなる中間層が前記本体と接触層との間に設けられ、そして前記中間層は、厚みが０．５μｍから１０μｍであることを特徴とする電気接触片。
2. 前記接触層は、厚みが１０μｍより厚くないことを特徴とする請求項１に定義の電気接触片。
3. 前記接触層は、厚みが５μｍより厚くないことを特徴とする請求項１に定義の電気接触片。
4. 前記接触層は、厚みが０．５μｍから１μｍの間のものであることを特徴とする請求項１に定義の電気接触片。
5. 前記接触層は、プラチナを１質量％から５質量％含む金からなることを特徴とする請求項１に定義の電気接触片。
6. 前記接触層は、プラチナを１質量％から３質量％含む金からなることを特徴とする請求項１に定義の電気接触片。
7. 前記中間層は、厚さが０．２μｍから１５μｍであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つの請求項に定義の電気接触片。
8. 前記中間層は、厚さが１μｍから２μｍであることを特徴とする請求項７に定義の電気接触片。
9. 以下のグループからのマテリアルが前記本体のマテリアルとして選択されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つの請求項に定義の電気接触片。
   （ａ）ＣｕＮｉＳｉ（Ｍｇ）：ＡＳＴＭ によれば、Ｃ７０２５，Ｃ７０２６と表示されているマテリアル
   （ｂ）ＣｕＦｅＰ：ＡＳＴＭ によれば、Ｃ１９４と表示されているマテリアル
   （ｃ）ＣｕＣｒＳｉＴｉ（Ｘ）：ＡＳＴＭ によれば、Ｃ１８０７０，Ｃ１８０８０，Ｃ１８０９０と表示されているマテリアル
   （ｄ）ＣｕＮｉＳｎ：ＡＳＴＭ によれば、Ｃ７２５００と表示されているマテリアル
   （ｅ）ＣｕＳｎＺｎ：ＡＳＴＭ によれば、Ｃ４２５と表示されているマテリアル
   （ｆ）ＣｕＮｉＺｎ：ＡＳＴＭ によれば、Ｃ７５７００，Ｃ７７０００，Ｃ６４００と表示されているマテリアル
   （ｇ）ステンレススチール：以下のように表示されているマテリアル
   ＤＩＮ １７２２４ によれば １．４３１０
   ＤＩＮ １７４４０ によれば １．４３１１
   ＤＩＮ １７４４０ によれば １．４４０６
   ＤＩＮ １７４４３ によれば １．４４２８
   ＤＩＮ １７４４０ によれば １．４４２９
   ＤＩＮ １７２２４ によれば １．４５６８
   ＤＩＮ １７２２４ によれば １．４８４１
   ＤＩＮ Ｖ １７００６−１００ によれば １．４３１８． １．１２３２， １．１２４８， １．１２６９， １．１２７４， １．５０２９
10. 前記接触層は、スパッタリング加工又は別のＰＶＤ加工により形成されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一つの請求項に定義の電気接触片。
11. 前記本体は、前面と後面とを有し、前記接触層が前面に施され、前記中間層を形成するマテリアルが前記本体の前面と後面との両者に存在していることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一つの請求項に定義の電気接触片。
12. 前記本体がその長さと幅寸法とに比較して厚さが薄くなっており、前記本体の前面と後面との間にある両側面には、前記中間層を形成するマテリアルが存在していないことを特徴とする請求項１１に定義の電気接触片。

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