JP6443943B2 - 電気端子要素 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくとも２つの層を含み且つスズを含んだコーティングを備え電気端子要素、ならびにそのような端子要素を製造するための方法に関する。
気候保護に関連した視点から、二酸化炭素のような温室効果ガスの排出の減少は、特に重要である。したがって、自動車産業は自動車を発展するように努力しており、その自動車は比較的低燃費であり、これによって二酸化炭素の排出を減少させ、気候保護に寄与している。
燃料消費、したがって二酸化炭素の排出を減少するための１つのアプローチは、自動車の重量の減少に基づいている。重量の抑制を達成するために、比較的重量の大きい材料を重量の軽い材料と置き換え、自動車部品が軽量な材料から形成され得る可能性を模索することが強化されている。
この概念によれば、自動車の配線の重量を、一般的に導体材料としてケーブル内に使用される銅を、代替の軽量な材料に置き換えることによって減少させる努力も存在している。可能性のある導体材料はアルミニウムであり、原理的には導線を置き換えることに適しており、軽金属として低密度であり、したがってそれ自身が軽量である。
しかしながら、一般的に銅製である電気端子要素と組み合わせて、導体としてアルミニウムを使用した場合、塩水および空気中の酸素のような電解質の存在により、銅とアルミニウムとの間の接点において、腐食作用が生じる欠点が存在する。これらの腐食作用は、特に銅とアルミニウムとの直接接触の場合に生じ、それは電気化学系列によるためであり、アルミニウムと銅との間の標準電位（通常電位）の差、したがって腐食反応に関する高い推進力を考慮する必要がある。電解腐食を通じて、より少ない貴金属としてのアルミニウムの量が銅と比較して減少し、このことは導体材料と端子要素との間の接点において導電率を顕著に減少させる。これにより銅製の電気端子要素と組み合わせてアルミニウム導体材料を使用する場合の、信頼性の高い防食に関する要求が存在している。
したがって、本発明は電気端子要素を提供する目的に基づいており、その端子はアルミニウム含有導体材料と組み合わせて使用されることが可能であり、腐食に対して信頼性の高い保護を提供する。
この目的は、請求項１の特徴を備えた電気端子要素によって解決される。
本発明による端子要素は、銅シートから形成され且つスズを含んだ第１層を具備したコーティングを備えた接続セグメントを具備している。さらに、コーティングは、第１層と銅シートとの間に配置された第２層を具備している。第２層は少なくとも金属または少なくとも合金を含み、この金属または合金は、銅含有合金、ニッケル、ニッケル含有合金、パラジウム、パラジウム含有合金、ならびに前述の金属および合金の組み合わせを含んだグループから選択されている。
本発明は、接続セグメントの電気化学的電位がアルミニウムの電位に接近するという一般的な発想に基づいており、接続セグメントの電位は、電気化学系列によれば、アルミニウム含有導体材料との接触を提供する、端子要素の銅シートの接続要素をコーティングすることによってより低下する。このようにして、銅とアルミニウムとの間の電位の差は、少なくとも近似的に補完され、これにより腐食の推進力は減少されて、もはや危機的な範囲にない。この防食は、特に電気化学系列における銅とアルミニウムとの間にある、スズを含んだ要素によるコーティングによって達成されている。
防食機能は特にスズを含んだ第１層によって達成され、スズは電気化学系列において銅とアルミニウムとの間にある。
これに対して、第２層はバリア機能を提供している。スズを含有した第１層と接続セグメントの銅シートとの間に第２層を配置することにより、スズを含有した第１層と接続セグメントの銅シートとの間の拡散による金属原子の交換が防止される。このバリア層が無い場合、自動車の寿命に渡って第１層から銅シートへのスズの拡散が生じ、第１層に中空空間または穴が形成される危険性が存在する。そのような中空空間および／またはクラックの形成は、電解質の層システム内への貫入を促進し、望まない腐食を促進させる。このことを回避するために、第２層はスズを含有した第１層と接続セグメントの銅シートとの間に配置され、この層は少なくとも金属または少なくとも合金を含み、それらは銅含有合金、ニッケル、ニッケル含有合金、パラジウム、パラジウム含有合金、ならびに前述の金属および合金の組み合わせを含んだグループから選択されている。
考慮されたすべての事項は、本発明の端子要素が、端子要素とアルミニウム含有導体材料との間の接点における腐食に対して優れた保護を有し、同時に最適化されたコーティングの導電率により最小の接触抵抗を備え、導体材料との最適な恒久的接触を確実にすることである。
本発明による端子要素は、全体的にアルミニウムを含有した線との接触に適している。より好適なことに、端子要素は自動車の構成において使用されることが可能であり、それは、このようにして、アルミニウムを含有した線が銅を含有した線に替えて使用され、これにより自動車の重量を減少させ、したがって燃料の節約および二酸化炭素排出の減少が達成可能であるからである。
本発明の有利な実施形態は、従属請求項、明細書の記載、および図に開示されている。
電気端子要素の接続セグメントは、ケーブルのような電線の導体材料を受容するために設けられた領域である。このことは、例えば導体材料との圧着接続によって実行されることが可能である。
電気端子要素の少なくとも接続セグメントは、銅シートから形成されている。しかしながら、他の部分、および特に完成した端子要素は、銅シートから形成されてもよい。例えば、端子要素は打ち抜き部／曲げ部から構成され得る。
防食として作用することを可能にするために、各場合において、コーティングは電気端子要素の接続セグメントに形成される。しかしながら、コーティングは端子要素の他の領域に存在していてもよく、原理的には、コーティングが端子要素の表面を完全にカバーすることが考えられる。しかしながら、コーティングは端子要素の接続セグメントのみに限定されることが好適であり、端子要素の残りの領域、特に相手側端子要素、例えばプラグ部またはソケット部と接触することを目的とした領域は、コーティング無しとし、端子要素間の最適な電気的接続を確実にすることが好適である。
本発明の有利な実施形態は、以下に記載される。
バリア機能の観点からの満足できる結果は、第２層が好適に０．１〜５μｍの厚さを有する場合、より好適に０．５〜５μｍの厚さを有する場合、より好適に０．５〜３μｍの厚さを有する場合、さらにより好適に０．７〜２．５μｍの厚さを有する場合、最も好適に０．８〜２．２μｍの厚さを有する場合である。
さらに、第２層は銅含有合金を含み得る。特に、第２層は銅含有合金から成ってもよい。
例えば、銅含有合金は、１００重量％の銅含有合金に関して、３５〜９７重量％の銅、好適に４０〜９０重量％の銅、より好適に４５〜８０重量％の銅、最も好適に５０〜６５重量％の銅の含有量を含み、バリア機能の観点から良好な結果を達成している。
さらに、銅含有合金は、電気化学系列において銅とアルミニウムとの間の金属を含んでいてもよい。このようにして、第２層はアルミニウムの電位への接近、および端子要素の銅シートとアルミニウム含有導体材料との間の電位差を減少して、腐食反応に関する推進力の減少への寄与を提供している。例えば、銅含有合金は、スズおよび／または亜鉛を含んでいてもよい。したがって、青銅合金または黄銅合金が、例えば銅含有合金として使用され得る。随意的に、青銅合金は補完的に亜鉛をさらに含んでいてもよく、一方で、それとは逆に、黄銅合金は随意的にスズを含み得る。
効果的な拡散バリアを形成するために、および良好な防食を達成するために、第２層はスズおよび亜鉛、またはそれらの１つを含んだ銅含有合金を含み得る。
好適に、銅、スズ、および亜鉛含有合金は、１００重量％の銅含有合金に関して、それぞれ３５〜７５重量％の銅、１５〜４５重量％のスズ、および５〜５０重量％の亜鉛、より好適に４０〜７０重量％の銅、２０〜４０重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛、さらにより好適に４５〜６５重量％の銅、２５〜３５重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛、最も好適に４８〜６０重量％の銅、２７〜３３重量％のスズ、および１２〜２０重量％の亜鉛を含み得る。銅、スズ、および亜鉛の総和は、１００重量％の銅含有合金に関して、好適に少なくとも９０重量％である。銅含有合金の１００重量％までの残りは、銅含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは例えばニッケル、パラジウム、リン、アルミニウム、鉄、コバルト、マンガン、タングステン、金、銀、および／もしくは鉛、ならびに／または不可避の不純物のようなものである。
さらなる実施形態によれば、第２層は銅、スズ、および亜鉛含有合金を含んでいるか、もしくはそれらの１つから成ってもよく、１００重量％の銅含有合金に関して、好適にそれぞれ３５〜７５重量％の銅、１５〜４５重量％のスズ、および５〜５０重量％の亜鉛、より好適に４０〜７０重量％の銅、２０〜４０重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛、さらにより好適に４５〜６５重量％の銅、２５〜３５重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛、最も好適に４８〜６０重量％の銅、２７〜３３重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛を含んでいてもよく、銅、スズ、および亜鉛の総和は、１００重量％の銅含有合金に関して、好適に少なくとも９５重量％である。銅含有合金の１００重量％までの残りは、銅含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは例えば先の段落に挙げられた要素および／または不可避の不純物とし得る。
さらなる実施形態によれば、第２層は銅、スズ、および亜鉛含有合金を含んでいるか、もしくはそれらの１つから成ってもよく、１００重量％の銅含有合金に関して、好適にそれぞれ３５〜７５重量％の銅、１５〜４５重量％のスズ、および５〜５０重量％の亜鉛、より好適に４０〜７０重量％の銅、２０〜４０重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛、さらにより好適に４５〜６５重量％の銅、２５〜３５重量％のスズ、および１０〜３０重量％の亜鉛、最も好適に４８〜６０重量％の銅、２７〜３３重量％のスズ、および１２〜２０重量％の亜鉛を含んでいてもよく、銅、スズ、および亜鉛の総和は、１００重量％の銅含有合金に関して、好適に少なくとも９８重量％である。銅含有合金の１００重量％までの残りは、銅含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは先の両方の段落に挙げられた要素および／または不可避の不純物とし得る。
効果的な拡散バリアおよび良好な防食は、第２層が銅および亜鉛含有合金を含んでいる場合、またはそのような合金の１つから成る場合にも達成される。
好適に、そのような銅および亜鉛含有合金は、１００重量％の銅含有合金に関して、４０〜８０重量％の銅および２０〜６０重量％の亜鉛、より好適に５０〜７５重量％の銅および２５〜５０重量％の亜鉛さらにより好適に５５〜７０重量％の銅および３０〜４５重量％の亜鉛、最も好適に５７〜６８重量％の銅および３２〜４３重量％の亜鉛を含んでいる。これにより、銅および亜鉛の総和は、１００重量％の銅含有合金に関して、好適に少なくとも９０重量％である。銅含有合金の１００重量％までの残りは、銅含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは例えばニッケル、パラジウム、リン、アルミニウム、鉄、コバルト、マンガン、タングステン、金、銀、および／もしくは鉛、ならびに／または不可避の不純物のようなものである。
さらなる実施形態によれば、第２層は銅および亜鉛含有合金を含んでいてもよく、好適に１００重量％の銅含有合金に関して、４０〜８０重量％の銅および２０〜６０重量％の亜鉛、より好適に５０〜７５重量％の銅および２５〜５０重量％の亜鉛さらにより好適に５５〜７０重量％の銅および３０〜４５重量％の亜鉛、最も好適に５７〜６８重量％の銅および３２〜４３重量％の亜鉛を含み、銅および亜鉛の総和は、１００重量％の銅含有合金に関して、少なくとも９５重量％である。銅含有合金の１００重量％までの残りは、銅含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは例えば先の両方の段落に挙げられた要素および／または不可避の不純物とし得る。
またさらなる実施形態によれば、第２層は銅および亜鉛含有合金を含んでいてもよく、好適に１００重量％の銅含有合金に関して、４０〜８０重量％の銅および２０〜６０重量％の亜鉛、より好適に５０〜７５重量％の銅および２５〜５０重量％の亜鉛さらにより好適に５５〜７０重量％の銅および３０〜４５重量％の亜鉛、最も好適に５７〜６８重量％の銅および３２〜４３重量％の亜鉛を含み、銅および亜鉛の総和は、１００重量％の銅含有合金に関して、好適に少なくとも９８重量％である。銅含有合金の１００重量％までの残りは、銅含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、特に２つ前の段落に挙げられた要素および／または不可避の不純部であり得る。
代替的な実施形態によれば、第２層はニッケルまたはニッケル含有合金を含んでいてもよく、特に好適にニッケルまたはニッケル含有合金から成る。第２層がニッケルもしくはニッケル含有合金を含んでいるか、またはニッケル含有合金から成る場合、１００重量％のニッケル含有合金に関して、ニッケル成分は好適に少なくとも８０重量％、より好適に少なくとも９０重量％、さらにより好適に少なくとも９５重量％、最も好適に少なくとも９８重量％である。ニッケルの１００重量％まで、もしくはニッケル含有合金の１００重量％までの残りは、ニッケル含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは例えば銅、パラジウム、白金、アルミニウム、コバルト、マンガン、ケイ素、クロム、鉄、亜鉛、モリブデン、タングステン、マグネシウム、および／またはチタンである。
さらに代替的に、第２層はパラジウムもしくはパラジウム含有合金を含んでいてもよく、または特にそれらの１つから成ってもよく、１００重量％のパラジウム含有合金に関して、パラジウム成分は好適に少なくとも８０重量％のパラジウム、より好適に少なくとも９０重量％のパラジウム、より好適に少なくとも９５重量％のパラジウム、最も好適に少なくとも９８重量％のパラジウムを含んでいる。パラジウムの１００重量％まで、もしくはパラジウム含有合金の１００重量％までの残りは、パラジウム含有合金に一般的に使用され得る合金成分であり、それらは例えば銅、ニッケル、白金、銀、および／もしくは金、ならびに／または不可避の不純物のようなものである。
さらなる実施形態によれば、コーティングの第１層は外層であり、導体材料と直接触することを目的としている。さらに、第１層は好適に第２層に直接隣接しており、すなわち、第１層は好適に第２層の直上にある。
さらに別の実施形態によれば、腐食に対する良好な保護は、特に第１層が１００重量％の第１層に関して、少なくとも６０重量％のスズを含んでいる場合に達成される。好適に、１００重量％の第１層に関して、第１層は少なくとも７０重量％のスズ、より好適に少なくとも８０重量％のスズ、最も好適に９０重量％のスズ、を含んでいる。特に、第１層は高純度のスズ層であり、例えば少なくとも９５重量％のスズ、または少なくとも９８重量％のスズを含んでいる。
それに加えて、第１層は亜鉛を含み、亜鉛の添加によって第１層の電位をアルミニウム含有導体材料の電位にさらに接近させてもよく、電気化学系列によれば、亜鉛はスズよりも低い標準電位を有するが、アルミニウムよりも高い標準電位を有し、したがって、腐食の推進力としての電位差を減少させ得る。例えば、１００重量％の第１層に関して、第１層は０〜４０重量％の亜鉛、好適に２〜３０重量％の亜鉛、より好適には５〜２５重量％の亜鉛、最も好適には１０〜２０重量％の亜鉛を含んでいてもよい。第１層がスズおよび亜鉛の両方を含んでいる場合、１００重量％の第２層に関して、スズおよび亜鉛の総和は好適に９０重量％、より好適に９５重量％、最も好適に９８重量％である。第２層の１００重量％までの残りは、スズ合金および／もしくは亜鉛合金に使用される一般的な成分、ならびに／または不可避の不純物であり得る。
また、自動車機器において通常期待される寿命のための効果的な防食を達成するために、特に第２層が０．１〜５μｍの厚さ、好適に０．５〜５μｍの厚さ、より好適に０．５〜３μｍの厚さ、さらにより好適に０．７〜２．５μｍの厚さ、最も好適に０．８〜２．２μｍの厚さを有する場合、例えば第１層は好適に１〜１５μｍの厚さ、より好適に２〜１０μｍの厚さ、さらにより好適に３〜７μｍの厚さ、最も好適に４〜６μｍの厚さである。
さらに別の実施形態によれば、コーティングは、第２層と銅シートとの間に配置され且つスズを含んだ第３層をさらに具備していてもよい。電気端子要素を製造するために、銅シートが開始材料として使用され、溶融スズめっきによって形成されたスズ層が設けられている場合に、そのような第３層が存在している。第３層が存在している場合、例えば溶融スズめっきされた銅シートについては、その層はコーティングの一部として見なされ、銅シートの一部としては見なされない。
第３層がある場合、１００重量％の第３層に関して、その層は好適に少なくとも８０重量％のスズ、より好適に少なくとも９０重量％のスズ、さらにより好適に少なくとも９５重量％のスズ、最も好適に少なくとも９８重量％のスズを含んでいる。最も好適に、第３層はスズから成る。
第３層の厚さは、０．０１〜５μｍ、好適に０．５〜３．５μｍ、より好適に１〜２μｍの範囲とし得る。
さらに好適な実施形態によれば、第３層は第２層に、および／または端子要素の銅シートに直接隣接している。第３層が設けられていない場合、第２層は端子要素の銅シートに直接形成され、銅シートに隣接し得る。
さらに、コーティングは、第２層および銅シートと反対側の第１層の側に配置され且つ亜鉛を含んだ第４層を具備していてもよい。そのような第４層は、外層として形成され得る。それに加えて、第４層は第１層に直接隣接していてもよい。コーティングのそのような構造は、元の第１層および第２層だけでなく、外層として形成され且つ第１層に直接隣接した第４層も設けられ、それ自身が防食にすでに寄与している。しかしながら、好適にそのような層構造は、コーティングの準備のための中間製品として使用され、例えば熱処理によって、元の第１層と第４層とを少なくとも部分的に統合することによって、変更された第１層はスズおよび亜鉛の両方を含んで形成される。特に、スズ含有合金および亜鉛含有合金は、そのような統合によって形成されてもよい。
第４層が第１層および第２層に追加的に設けられた場合、１００重量％の第４層に関して、その層は好適に少なくとも８０重量％の亜鉛、より好適に少なくとも９０重量％の亜鉛、さらにより好適に少なくとも９５重量％の亜鉛、最も好適に少なくとも９８重量％の亜鉛を含んでいる。代替的に、第３層は亜鉛から成ってもよい。
第４層の厚さは、０．１〜３μｍ、好適に０．２〜２μｍ、より好適に０．５〜１．５μｍ、最も好適に０．７〜１．３μｍ、の範囲とし得る。熱処理前に形成された元の第１層のおよび第４層の厚さ、ならびにスズおよび亜鉛の成分を選択することにより、スズ成分および亜鉛成分は変更された第１層に調節され、それは熱処理をすることによって、元の第１層および第４層を少なくとも部分的に統合することによって形成されている。
前述のコーティングの層は、一実施形態によれば、互いに直接隣接していてもよい。しかしながら、１つ以上の金属間化合物を含んだ個々の層の間の領域が存在することも可能である。そのような金属間化合物領域は、これらの領域に隣接した個々の層からの金属を含み、例えば長時間のコーティングの蓄電の間の拡散工程に起因し得るか、または具体的に熱処理によって形成され得る。例えば、金属間化合物領域は、第１層と第２層との間、および／または第２層と第３層との間、および／または第３層と銅シートとの間、および／または第第１層と第４層との間に設けられ得る。理論拘束されるべきではないが、そのような金属間化合物領域は、バリア機能を補強し、このようにして層間の拡散工程を妨げ、これによりコーティングの寿命を増大させることが見込まれている。この金属間化合物領域の厚さは、それぞれ０．０１〜３μｍ、好適に０．１〜２μｍ、より好適に０．２５〜１．５μｍ、最も好適に０．５〜１２μｍである。
コーティングの全厚さは１〜２５μｍ、好適に２〜２０μｍ、より好適に３〜１５μｍ、最も好適に４〜１０μｍ、であり、特に前述の個別の層の厚さは無関係である。これにより、銅シートに直接隣接した、存在可能な金属間化合物領域の厚さは、コーティングの全厚さを考慮している。
本発明のさらなる目的は、電気端子要素の製造方法、特に前述のタイプの１つによる電気端子の製造方法であり、以下の、
随意的に溶融スズめっきされた銅シートの基体を提供するステップと、
基体上に第２層を形成するステップであって、第２層は少なくとも金属もしくは少なくとも金属合金を含み、金属もしくは金属合金は銅含有合金、ニッケル、パラジウム、ならびに前述の金属および金属合金の任意の組み合わせから成るグループから選択されている、第２層を形成するステップと、
スズを含んだ第１層を、基体の反対側の第２層の側に形成するステップと、を含んでいる。
層が形成される基体の形状は、特に限定されていない。例えば、基体はすでに端子要素の最終形状を有することが可能である。それとは異なり、基体は、例えば打ち抜きおよび／または曲げのような形成ステップによって、そのコーティング後のみに端子要素の最終形状とされることが可能である。
電気端子要素に接触した場合に導電性に干渉しないために、前述のように、コーティングは接続セグメントとして設けられた基体の領域のみに好適に形成されている。しかしながら、基体の他の領域、特に基体全体にコーティングを形成することも考えられる。
端子要素を製造するための方法の有利な実施形態は、以下に記載されている。
第１層および第２層に加えて、随意的に第３層および／または第４層が、前述のように形成されてもよい。好適に、第１層、第２層、随意的に第３層および／または第４層が形成されて、互いに対して前述の層の配列に帰結する。これにより、コーティングの層は好適に互いに直接隣接し、第３層は接続セグメントの銅シートに好適に直接隣接している。
第１層および第２層は、特に第１層および第２層内で使用された個々の金属または合金およびそれらの濃度に関して、前述の成分を好適に含んでいる。また、随意的な第３層および／または第４層は、特に個々の金属およびそれらの濃度に関して、前述の成分を好適に含んでいる。また好適に、第１層、第２層ならびに随意的に第３層および／または第４層は、個々の層に関して前述の範囲にしたがった層の厚さを有する。また、得られたコーティングの全厚さは好適に前述の範囲内である。
層を形成するための方法は、特に限定されない。例えば、少なくとも１つの層は、電解技術、蒸着、スパッタリング、ディップコーティング、スプレーコーティング、およびこれらの方法の任意の組み合わせのグループから選択された方法によって形成され得る。
防食およびコーティングの耐久性の観点における良好な結果は、例えば、電解めっき技術もしくは電気めっきによって、すなわち水性金属塩溶液から金属層を電解的に堆積させることによって、第１層、第２層、および随意的に第４層が形成された場合に、達成されることが可能である。電解処理はさらなる処理ステップを含んでいてもよく、それは一般的に電解技術において使用されており、脱脂、洗浄および／または表面酸化物の除去である。
第３層は、設けられる場合、好適にディップコーティングを利用して形成される。したがって、基体は例えば溶融スズ槽内に浸漬することによって溶融スズめっきされる。前述のように、第３層は、商業的に入手可能な溶融スズめっきされた銅シート製の基体が使用されることによって、すでに設けられていてもよい。それとは異なり、第３層は省略されてもよく、第２層が基体の銅シートに直接形成されていてもよい。
方法のさらなる改良によれば、基体に層を形成した後に熱処理が実行され、前述の層間において金属間化合物領域の形成を補助している。また、熱処理によって、すでに述べたように、第１層と第４層との間を統合して、変更された第１層とすることが実行されてもよい。熱処理を利用した第１層と第４層とのそのような統合により、特にスズ含有合金および亜鉛含有合金が形成されることが可能である。
熱処理は５０〜３５０℃、好適に８０〜３００℃、より好適に２００〜２８０℃、さらにより好適に２２０〜２７０℃、最も好適に２３０〜２５０℃の温度範囲において実行され得る。これにより、熱処理後の温度は、好適に１秒〜４８時間、より好適に３秒〜１２時間、さらにより好適に５秒〜５分、最も好適に５秒〜２分の時間だけ維持される。より好適に、熱処理は２００〜２８０℃の間の温度において実行され、その温度において５秒〜５分の時間だけ保持される。最も好適に、熱処理は２２０〜２７０℃の間の温度において実行され、その温度において５秒〜２分の時間だけ保持される。
前述のいずれか１つの方法による、電気端子要素の製造が、基体の形成を必要とする場合、形成ステップおよびコーティングを形成するためのステップの順序は、特に定義されない。例えば、その方法は、基体が銅帯から打ち抜かれ且つ曲げられて、端子要素を形成するステップであって、少なくとも１つのコーティングの層が打ち抜きと曲げ、もしくはそれに続いた曲げとの間に形成されるステップを含んでいてもよい。層が形成された後、曲げの前または後に熱処理を実行することも可能である。
また、本発明の目的は、前述の方法の１つによって入手可能な電気端子である。
本発明は、図を参照するとともに、例示することのみである可能な実施形態を参照して記載される。
電線を接続する前の、本発明による電気端子要素の実施形態を示した斜視図である。 電線が接続された、図１に示された端子要素を示した斜視図である。 第１実施形態によるコーティングを伴った、電気端子要素の接続セグメントを概略的に示した図である。 引き続いて熱処理を行った第１実施形態によるコーティングを伴った、電気端子要素の接続セグメントを概略的に示した図である。 第２実施形態によるコーティングを伴った、電気端子要素の接続セグメントを概略的に示した図である。 引き続いて熱処理を行った第２実施形態によるコーティングを伴った、電気端子要素の接続セグメントを概略的に示した図である。 第３実施形態によるコーティングを伴った、電気端子要素の接続セグメントを概略的に示した図である。 引き続いて熱処理を行った第３実施形態によるコーティングを伴った、電気端子要素の接続セグメントを概略的に示した図である。
図１および図２は、相手側端子要素と接触するための接触部３、および電線１５を接続するための接続セグメント５を具備した電気端子要素１を示している。次に、接続セグメント５は、圧着ウィング９を備えた圧着部７、および保持ウィング１３を備えた保持部１１に分割されており、それらは電線１５を固定するために設けられている。この目的のために、圧着部７の圧着ウィング９は、電線１５のむき出しにされた導体１７に圧着され、一方で、保持部１１の保持ウィング１３は、電線１５の絶縁体１９に圧着されている（図２）。
接続セグメント５は銅シート２１から形成され、コーティング２３が設けられている。
図３に概略的に示された実施形態１によれば、コーティング２３は銅シート２１の表面に溶融スズめっきによって形成されたスズの第３層２９を具備している。銅シート２１の反対側の第３層の表面には、銅、スズ、および亜鉛を含んだ青銅合金から形成された第２層２７が電解めっきされている。それとは異なり、第２層２７は、銅および亜鉛を含んだ黄銅合金から形成されてもよい。それに加えて、銅シート２１の反対側の第２層２７の表面には、スズの第１層２５が電解めっきされており、その層は外層を形成し、導体材料１７との接触のために設けられている（図２）。
図４に示されたように、層２５、２７および２９の間には、金属間化合物の追加領域３１、３３、および３５が形成されており、それらの層は時間とともにそれら自身を形成するか、または特に熱処理によって生成され得る。この場合、第１金属間化合物領域３１は第１層２５と第２層２７との間に配置され、第２金属間化合物領域３３は第２層２７と第３層２９との間に配置され、第３金属間化合物領域３５は第３層２９と銅シート２１との間に配置されている。
図５は、４つの層を具備したコーティング２３の第２実施形態を示している。最初に、溶融スズめっきによって形成されたスズの第３層２９は、銅シート２１の表面上に直接配置され、銅シート２１の反対側のその表面上に、引き続いてニッケルの第２層２７を電解めっきしている。銅シート２１の反対側の第２層２７の表面上には、電解めっきされた第１層２５が設けられている。さらに、銅シート２１の反対側の第１層２５の表面上には、電解めっきされた亜鉛の第４層３７が、外層を形成するように設けられている。
図６は、この第２実施形態を引き続き熱処理した状態を示している。熱処理により、元から存在したスズの第１層２５および亜鉛の第４層３７は、スズおよび亜鉛の両方を含んだ変更された第１層３９に統合された。ニッケルの第２層２７およびスズの第３層２９は、そのまま存在している。さらに、引き続きの熱処理によって、金属間化合物領域３５は第３層２９と銅シート２１との間に存在している。
図７は、溶融スズめっきによって形成された第３層２９の無い、第３実施形態によるコーティング２３を示している。むしろ、銅、スズ、および亜鉛を含んだ青銅合金の電解めっき層２７が、銅シート２１の表面上に直接設けられている。銅シート２１の反対側の第２層２７の表面上には、引き続いてスズの第１層２５が電解めっきされている。さらに、銅シート２１の反対側の第１層２５の表面上には、電解めっきされた亜鉛の第４層３７が設けられ、外層を形成している。
図８は、この第３実施形態を引き続き熱処理した状態を示している。熱処理により、元の第１層２５および元の第４層３７は、スズおよび亜鉛を含んだ変更された第１層３９に統合された。さらに、青銅合金の第２層、変更された第１層３９と第２層２７との間の金属間化合物領域３１、および第２層２７と銅シート２１との間の別の金属間化合物領域４１が設けられている。
以下に、端子要素１の前述の実施形態の製造が記載されている。
第１実施形態（図３）
銅シート２１を打ち抜いた、溶融スズめっき（第３層２９）を有するプリフォームを具備した銅帯は、曲げによって電気端子要素１の形状に形成されてもよく、それは初期的に亜鉛メッキに先立って事前処理される。この目的のために、接続セグメント５を形成したプリフォーム部は、引き続いて高温脱脂され、洗浄され、電解脱脂され、洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。次いで、青銅合金が、前述の溶融スズめっきされたプリフォームの事前処理された接続セグメント５上に、第２層２７として電解めっきすることによって電気的に形成され、その電気めっきは、１４ｇ／Ｌの銅イオン濃度、２０ｇ／Ｌのスズイオン濃度、および４ｇ／Ｌの亜鉛イオン濃度を有する水溶液槽内において６０℃で４分間実行され、１Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社のＢＲＯＮＺＥＸ（登録商標）、ＷＪ−ＳＰを使用する）。このようにして、青銅合金の第２層２７が得られ、その層は５０〜５５重量％の銅、２８〜３２重量％のスズ、１５〜１９重量％の亜鉛を有し、その厚さは１μｍである。
それとは異なり、青銅合金の第２層２７に替えて、黄銅合金製の第２層２７が、溶融スズめっきが、形成されたプリフォームの事前処理された接続セグメント５上に電気めっきすることによって電気的に形成されてもよく、その電気めっきは、１８ｇ／Ｌの銅イオン濃度、および２１ｇ／Ｌの亜鉛イオン濃度を有する水溶液槽内において５０℃で８分間実行され、０．５Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社のＴＲＩＵＭＰＦ１０を使用する）。このようにして、黄銅合金の第２層２７が得られ、その厚さは１μｍである。
引き続き、スズの第１層２５が第２層２７上に電解めっきすることによって電気的に形成される前に、第２層２７を具備したプリフォーム部は洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。実際には、このスズめっきは、８０ｇ／Ｌのスズイオン濃度を有する水溶液槽内において室温で１１分間実行され、１Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社の非フルオロホウ酸塩無光沢スズ電解液であるＢＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲ（登録商標）、ＨＭＭ ２ ＬＦを使用する）。これにより、得られたスズの第１層２５は、５μｍの厚さである。
スズめっきの後、プリフォームは再度洗浄され、４０℃で３分間乾燥される。電気端子要素１の完成のために、プリフォームは打ち抜きによって銅帯から分離され、曲げによってその最終形状とされる。
したがって、得られた端子要素１は、ここでは圧着によって電線１５と接続されることが可能である。
随意的に、端子要素１は事前に熱処理されてもよく、その熱処理において、端子要素１は２４０℃で２分間加熱され、再度室温に冷却される前にこの温度に１分間保持される。その熱処理によって、スズの第１層２５と青銅もしくは黄銅の第２層２７との間の金属間化合物領域３１、第２層２７と溶融スズめっき（第３層２９）との間の金属間化合物領域３３、および溶融スズめっき２９と銅シート２１との間の金属間化合物領域３５が明確に形成される（図４）。
第２実施形態（図５）
銅シート２１を打ち抜いた、溶融スズめっき（第３層２９）を有するプリフォームを具備した銅帯は、曲げによって電気端子要素１の形状に形成されてもよく、それは初期的に亜鉛メッキに先立って事前処理される。この目的のために、接続セグメント５を形成したそれらのプリフォーム部は、引き続いて高温脱脂され、洗浄され、電解脱脂され、洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。次いで、ニッケル層が、先述の溶融スズめっきされたプリフォームの事前処理された接続セグメント５上に、第２層２７として電気めっきすることによって電気的に形成され、その電気めっきは、１１３ｇ／Ｌのニッケルイオン濃度を有する水溶液槽内において６０℃で７分間実行され、１Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社のＬＥＣＴＲＯ−ＮＩＣ（登録商標）、１０−０３ ＨＳＸを使用する）。このようにして、ニッケルの第２層２７が得られ、その厚さは１μｍである。
引き続き、スズの第１層２５が第２層２７上に電気めっきすることによって電気的に形成される前に、第２層２７を具備したプリフォーム部は洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。実際には、このスズめっきは、８０ｇ／Ｌのスズイオン濃度を有する水溶液槽内において室温で１１分間実行され、１Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社の非フルオロホウ酸塩無光沢スズ電解液であるＢＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲ（登録商標）、ＨＭＭ ２ ＬＦを使用する）。したがって、得られたスズの第１層２５は、５μｍの厚さである。
スズめっきの後、第１層２５を具備したプリフォーム部は、亜鉛の第４層３７が第１層２５上に電気めっきすることによって電気的に形成される前に、洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。実際には、この亜鉛メッキは１６０ｇ／Ｌの亜鉛イオン濃度を有する水溶液槽内において室温で３分間実行され、１．５Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社の酸性亜鉛電解液であるＥＮＴＨＯＢＲＩＴＥを使用する）。これにより、得られた亜鉛の第４層３７は、１μｍの厚さである。
亜鉛めっきの後、プリフォームは再度洗浄され、４０℃で３分間乾燥される。電気端子要素１の完成のために、プリフォームは打ち抜きによって銅帯から分離され、曲げによってその最終形状とされる。
随意的に、端子要素１は、圧着によって電線と接続される前に熱処理されてもよく、その熱処理において、端子要素１は２４０℃で２分間加熱され、再度室温に冷却される前に、この温度に１分間保持される。その熱処理によって、元の第１層２５および元の第４層３７は変更された第１層３９に統合され、溶融スズめっき（第３層２９）と銅シート２１との間の金属間化合物領域３５が明確に形成される（図６）。
第３実施形態（図７）
銅シート２１を打ち抜いた、溶融スズめっきを有しないプリフォームを具備した銅帯は、曲げによって電気端子要素１の形状に形成されてもよく、それは初期的に亜鉛メッキに先立って事前処理される。この目的のために、接続セグメント５を形成したプリフォーム部は、引き続いて高温脱脂され、洗浄され、電解脱脂され、洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。次いで、青銅合金が、プリフォームの接続セグメント５の事前処理された銅シート２１上に、第２層２７として電気めっきすることによって電気的に形成され、その電気めっきは、１４ｇ／Ｌの銅イオン濃度、２０ｇ／Ｌのスズイオン濃度、および４ｇ／Ｌの亜鉛イオン濃度を有する水溶液槽内において６０℃で４分間実行され、１Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社のＢＲＯＮＺＥＸ（登録商標）、ＷＪ−ＳＰを使用する）。このようにして、青銅合金の第２層２７が得られ、その層は５０〜５５重量％の銅、２８〜３２重量％のスズ、１５〜１９重量％の亜鉛を有し、その厚さは１μｍである。
引き続き、スズの第１層２５が第２層２７上に電解めっきすることによって電気的に形成される前に、第２層２７を具備したプリフォーム部は洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。実際には、このスズめっきは、８０ｇ／Ｌのスズイオン濃度を有する水溶液槽内において室温で１１分間実行され、１Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社の非フルオロホウ酸塩無光沢スズ電解液であるＢＳＴＡＮＮＯＳＴＡＲ（登録商標）、ＨＭＭ ２ ＬＦを使用する）。これにより、得られたスズの第１層２５は、５μｍの厚さである。
スズめっきの後、亜鉛の第４層３７が第１層２５上に電解めっきすることによって電気的に形成される前に、第１層２５を具備したプリフォーム部は洗浄され、表面酸化物を除去されて、再度洗浄される。実際には、この亜鉛メッキは１６０ｇ／Ｌの亜鉛イオン濃度を有する水溶液槽内において室温で３分間実行され、１．５Ａ／ｄｍ２の電流密度である（例えばＥｎｔｈｏｎｅ社の酸性亜鉛電解液であるＥＮＴＨＯＢＲＩＴＥを使用する）。これにより、得られた亜鉛の第４層３７は、１μｍの厚さである。
亜鉛めっきの後、プリフォームは再度洗浄され、４０℃で３分間乾燥される。電気端子要素１の完成のために、プリフォームは打ち抜きによって銅帯から分離され、曲げによってその最終形状とされる。
随意的に、端子要素１は、圧着によって電線１５と接続される前に、熱処理されてもよく、その熱処理において、端子要素１は２４０℃で２分間加熱され、再度室温に冷却される前にこの温度に１分間保持される。その熱処理によって、元の第１層２５および元の第４層３７は変更された第１層３９に統合され、変更された第１層３９と第２層２７との間の金属間化合物領域３１および第２層２７と銅シート２１との間の金属間化合物領域４１が、明確に形成される（図８）。
１ ・・・端子要素
３ ・・・接触部
５ ・・・接続セグメント
７ ・・・圧着部
９ ・・・圧着ウィング
１１ ・・・保持部
１３ ・・・保持ウィング
１５ ・・・電線
１７ ・・・導体材料
１９ ・・・絶縁体
２１ ・・・銅シート
２３ ・・・コーティング
２５ ・・・第１層
２７ ・・・第２層
２９ ・・・第３層
３１ ・・・金属間化合物領域
３３ ・・・金属間化合物領域
３５ ・・・金属間化合物領域
３７ ・・・第４層
３９ ・・・変更された第１層
４１ ・・・金属間化合物領域

Claims (10)

  1. 銅シート（２１）から形成され、且つコーティング（２３）を具備した接続セグメント（５）を備えた電気端子要素（１）であって、前記コーティング（２３）は、
    少なくとも６０重量％のスズを含んだ第１層（２５、３９）と、
    該第１層（２５）と前記銅シート（２１）との間に配置され、且つ銅含有合金を含んだ第２層（２７）と、を具備し、
    前記銅含有合金は４０〜８０重量％の銅と、２０〜６０重量％の亜鉛と、を含み、前記銅と亜鉛との和は少なくとも９０重量％であり、
    金属間化合物領域が、前記銅シート（２１）と前記コーティング（２３）との間に形成されていることを特徴とする電気端子要素（１）。
  2. 前記第２層（２７）は、０．５〜５μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の電気端子要素（１）。
  3. 前記第２層（２７）は、前記銅含有合金から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の電気端子要素（１）。
  4. 前記第１層は、１〜１５μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気端子要素（１）。
  5. 前記第１層（２５、３９）は０〜４０重量％の亜鉛を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気端子要素（１）。
  6. 前記コーティングは、前記第２層（２７）と前記銅シート（２１）の間に配置され且つスズを含んだ第３層（２９）を具備していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気端子要素（１）。
  7. 前記コーティングは、前記第２層（２７）の反対側の前記第１層（２５）側に配置され且つ亜鉛を含んだ第４層（３７）を具備していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気端子要素（１）。
  8. 特に請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の、コーティング（２３）および少なくとも銅シートと前記コーティングとの間の金属間化合物領域を備えた電気端子要素（１）を製造するための方法であって、該方法は、
    随意的に溶融スズめっきされた銅シート（２１）の基体を提供するステップと、
    該基体上に第２層（２７）を形成するステップであって、前記第２層（２７）は銅含有合金を含み、該銅含有合金は、４０〜８０重量％の銅と、２０〜６０重量％の亜鉛と、と含み、前記銅と亜鉛との和は少なくとも９０重量％である、第２層を形成するステップと、
    少なくとも６０重量％のスズを含んだ第１層（２５）を、前記基体の反対側の前記第２層側に形成するステップと、を含んでいることを特徴とする方法。
  9. 前記層（２５、２７、３７）を形成した後に、熱処理が実行されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 前記層（２５、２７、３７）は、各々が電解めっき技術、蒸着、スパッタリング、ディップコーティング、スプレーコーティング、およびこれらの方法の任意の組み合わせのグループから選択された方法によって形成されることを特徴とする請求項８または９に記載の方法。
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