JP7513401B2

JP7513401B2 - 電気接続部品及びその製造方法

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Publication number: JP7513401B2
Application number: JP2020016117A
Authority: JP
Inventors: 楠葉; 利隆久保; 哲夫清水
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2020-02-03
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2024-07-09
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Description

本発明は、電気接続部品及びその製造方法に関する。

端子等の電気接続部品には、相手側端子の電気接点において、高い導電性と、高い耐摩耗性が求められている。そのため、一般的な接点には、金、銀又は錫などの貴金属からなる貴金属めっきが施されている。しかし、高価な貴金属めっきを用いると、端子の生産コストが高くなりやすい。そこで、端子の電気接点に、貴金属めっきに代えてグラフェン膜を施すことが提案されている。

ここで、特許文献１には、酸化グラフェンを効率的に還元するため、酸化グラフェンに交流電圧を印加しながら光を照射して、酸化グラフェンを還元することにより、酸化グラフェン還元物からなる電極材料を製造する方法が開示されている。この方法によって電気絶縁性の酸化グラフェンから導電性の酸化グラフェン還元物が得られる。特許文献１では、酸化グラフェン還元物は、燃料電池などの酸素還元電極の材料、又はスーパーキャパシタの電極材料に用いられている。

特開２０１３－１５１３９８号公報

特許文献１に記載の電極材料の製造方法では、酸化グラフェン還元物が得られるものの、酸化グラフェンが付着した電極を得る工程と、酸化グラフェンを還元する工程とを、別工程で実施する必要がある。酸化グラフェン還元物は、酸化グラフェンと比較し、導電性に優れるものの、酸化グラフェンを還元する工程を必要とし、この工程によって生じる製造コストが大きくなってしまうという課題があった。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、酸化グラフェンを用いつつも電気抵抗が低い電気接続部品及びその製造方法を提供することにある。

本発明の態様に係る電気接続部品は、導電性の接続部と、接続部の表面の少なくとも一部に設けられ、酸化グラフェン膜により形成された電気接点と、を備えている。酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体であり、酸化グラフェン膜の厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

電気接続部品は雄型端子又は雌型端子のいずれか一方であってもよい。

本発明の態様に係る電気接続部品の製造方法では、酸化グラフェン膜は電気泳動堆積法で形成される。

本発明によれば酸化グラフェンを用いつつも電気抵抗が低い電気接続部品及びその製造方法を提供することができる。

雄型端子と雌型端子が係合した状態の一例を示す断面図である。図１に示す雄型端子に電線を圧着した端子付き電線の一例を示す正面図である。図２に示す端子付き電線の平面図である。図１に示す雌型端子に電線を圧着した端子付き電線の一例を示す斜視図である。図４のＶ－Ｖ線における断面図である。図５のＶＩ－ＶＩ線における断面図である。電気泳動堆積法により酸化グラフェン膜が形成される様子を示す模式図である。分散液のｐＨと酸化グラフェンのゼータ電位との関係を示すグラフである。

以下、図面を用いて本実施形態に係る電気接続部品及びその製造方法について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

［電気接続部品］
本実施形態に係る電気接続部品は、導電性の接続部と、接続部の表面の少なくとも一部に設けられ、酸化グラフェン膜により形成された電気接点と、を備えている。酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体であり、酸化グラフェン膜の厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。酸化グラフェン膜自体の電気抵抗は高いが、本実施形態に係る電気接続部品では、酸化グラフェン膜の厚さを５０ｎｍ以下としているため、酸化グラフェン膜の電気抵抗が低くなっている。

図１～図６を用いて、本実施形態の電気接続部品の一例として、雄型端子１００及び雌型端子２００について説明する。図１は、雄型端子１００と雌型端子２００が係合した状態の一例を示す断面図である。図１に示すように、雄型端子１００の接続部１０が雌型端子２００の接続部１１０の内部に挿入されると、雄型端子１００及び雌型端子２００は互いに係合可能なように設けられている。そして、雄型端子１００と雌型端子２００とが係合すると、雄型端子１００の接続部１０及び雌型端子２００の接続部１１０は物理的かつ電気的に接続される。後述するように、接続部１０と接続部１１０は導電性を有しているため、電気接点２０と電気接点１２０とが接触することにより、雄型端子１００に接続された電線２１０と雌型端子２００に接続された電線２１０とが導通する。

（雄型端子）
まず、図２及び図３を用いて、雄型端子１００について説明する。図２は、図１に示す雄型端子１００に電線２１０を圧着した端子付き電線３１０の一例を示す正面図である。図３は、図２に示す端子付き電線の平面図である。図２及び図３に示すように、雄型端子１００は、接続部１０と、電気接点２０とを備えている。雄型端子１００は、圧着部３０をさらに備えていてもよい。

雄型端子１００は、導電性部材により形成されている。導電性部材は、銅、アルミニウム、鉄、マグネシウム又はこれらの金属を含む合金等の導電性を有する金属であることが好ましい。雄型端子１００の接続部１０と圧着部３０は、１枚の導電性部材により形成されおり、接続部１０及び圧着部３０は導電性を有している。ただし、雄型端子１００は、複数の分離した異なる種類の部材により形成されていてもよい。

雄型端子１００の接続部１０は、導電性を有しており、雌型端子２００の接続部１１０と係合するように設けられている。接続部１０は、板状であって、金属板が積層されて略直方体の形状に形成されている。

電気接点２０は、接続部１０の表面の少なくとも一部に設けられている。接続部１０の表面の少なくとも一部は、雌型端子２００との係合時に、雄型端子１００の電気接点２０を介して雌型端子２００と接触する接続部１０の外表面であってもよい。電気接点２０は、板状の接続部１０の表面を形成する面積の大きい２つの表面のうちの一方の表面の一部に設けられていてもよい。雄型端子１００の電気接点２０は、雌型端子２００と係合した場合に、雌型端子２００の電気接点１２０と物理的かつ電気的に接続されるように設けられている。

電気接点２０は酸化グラフェン膜により形成されている。酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体である。酸化グラフェンは、グラフェンと同様に化学的安定性及び機械強度が高いため、電気接点２０を酸化グラフェン膜で形成することにより、雄型端子１００の接触信頼性を向上させることができる。酸化グラフェンは、安価で大量に入手可能な黒鉛を化学的に酸化することにより合成される。

なお、酸化グラフェンが還元されるとグラフェンが得られる。グラフェンは、炭素原子同士がｓｐ^２結合して構成された平面状の六角形格子構造を有する１原子の厚さの膜状物質である。グラフェンの導電性は絶縁性の酸化グラフェンと比較して高いことから、導電性が求められる部位には、通常、酸化グラフェンを還元したグラフェンが用いられる。グラフェンは、酸化グラフェンと比較し、導電性に優れるものの、酸化グラフェンを還元する工程を必要とする。しかしながら、本実施形態では、酸化グラフェン膜の厚さが所定の範囲内であるため、酸化グラフェンを用いつつも電気接点の電気抵抗が低い。

酸化グラフェン膜の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。炭素原子１個分の大きさは約０．３３５ｎｍであり、酸化グラフェン単層の厚さが約１ｎｍである。酸化グラフェン膜は、酸化グラフェンが単層である場合も包含するため、上記酸化グラフェン膜の下限は１ｎｍとしている。また、酸化グラフェン膜の厚さを５０ｎｍ以下とすることにより、雌型端子２００の電気接点１２０から雄型端子１００の接続部１０までの距離を短くし、酸化グラフェン膜の電気抵抗を小さくしている。酸化グラフェン膜の厚さは、１４ｎｍ以下であることが好ましく、８ｎｍ以下であることがより好ましい。酸化グラフェン膜の厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって酸化グラフェン膜の断面を観察して厚さを測定することにより得ることができる。

酸化グラフェン膜に含まれる酸化グラフェンの積層数は、１層以上３０層以下であることが好ましい。酸化グラフェンの積層数がこのような範囲であることにより、導電性に優れた雄型端子１００を提供することができる。

酸化グラフェン膜に含まれる酸化グラフェンの積層数が２層以上である場合、酸化グラフェンの層間に導電性金属がインターカレーションされていてもよい。導電性金属がインターカレーションされることによって、酸化グラフェンの層間の電気抵抗を低下させることができる。導電性金属は、導電性を有する金属であれば特に限定されないが、金、銀、銅、錫、ニッケル、鉄、アルミニウム、及びこれらの混合物等であってもよい。

圧着部３０は、接続部１０に接続され、電線２１０を圧着可能なように設けられている。圧着部３０は、電線２１０の導体２１１を圧着する導体圧着部３１と、電線２１０の被覆材２１２を圧着する被覆材圧着部３２とを備えている。圧着部３０のうち、少なくとも導体圧着部３１は、導電性を有する材料により形成されている。導電性を有する材料としては、例えば、雄型端子１００の接続部１０に用いられる材料と同様のものが用いられる。

電線２１０は、導体２１１と、導体２１１を被覆する被覆材２１２と、を備えている。導体２１１の材料は、例えば、銅、アルミニウム又はこれらの金属を含む合金等であってもよく、軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金であることが好ましい。被覆材２１２の材料は、樹脂であってもよく、オレフィン系の樹脂又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を主成分とする樹脂であることが好ましい。ここで、主成分とは、被覆材２１２全体の５０質量％以上の成分をいう。オレフィン系の樹脂は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン共重合体及びプロピレン共重合体からなる群より選択される１種以上の樹脂であってもよい。これらのうち、ポリプロピレン（ＰＰ）又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を主成分とする樹脂は、柔軟性や耐久性が高いため好ましい。

（雌型端子）
次に、図４～図６を用いて、雌型端子２００について説明する。図４は、図１に示す雌型端子２００に電線２２０を圧着した端子付き電線３２０の一例を示す斜視図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線における断面図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線における断面図である。図４～図６に示すように、雌型端子２００は、接続部１１０と、電気接点１２０とを備えている。雌型端子２００は、圧着部１３０をさらに備えていてもよい。

雌型端子２００は、導電性部材により形成されている。雌型端子２００の接続部１１０と圧着部１３０は、１枚の導電性部材により形成されおり、接続部１１０及び圧着部１３０は導電性を有している。ただし、雄型端子１００は、複数の分離した異なる種類の部材により形成されていてもよい。雌型端子２００を構成する導電性部材は、雄型端子１００と同様の材料を使用することができる。

雌型端子２００の接続部１１０は、導電性を有しており、雄型端子１００の接続部１０と係合するように設けられている。接続部１１０は、図４～図６に示すように、雄型端子１００の接続部１０が挿入される箱体と、この箱体の一部から箱体中に延び、箱体中に挿入された雄型端子１００の接続部１０を弾性力で押圧する板状体とを有する。

雌型端子２００の接続部１１０の箱体は、第１壁部１１１、第２壁部１１２、第３壁部１１３、第４壁部１１４及び第５壁部１１５を含んでおり、かつ第５壁部１１５が第１壁部１１１の外側に重なる箱状体である。これらの壁部は、雌型端子２００と相手側端子の接続方向に対して垂直方向において略正方形状となるように折り曲げ加工されている。第１壁部１１１及び第３壁部１１３、並びに第２壁部１１２及び第４壁部１１４は、空間を有して略平行に対向して配置されている。

雌型端子２００の接続部１１０の板状体は、第３壁部１１３の長手方向の端部に連続しかつ強く屈曲して設けられた弾性部１１６と、この弾性部１１６の端部に連続しかつ弱く屈曲して設けられた摺動部１１７とを有する。すなわち、弾性部１１６は、摺動部１１７よりも内角の角度が小さくなるように設けられている。

弾性部１１６は、第３壁部１１３等の接続部１１０を構成する他の部分と同じ材料により形成されているが、その屈曲形状により強い弾性力が付与されている。摺動部１１７は、第３壁部１１３等の接続部１１０を構成する他の部分と同じ材料により形成されているが、その屈曲形状により弱い弾性力が付与されている。雌型端子２００の接続部１１０の摺動部１１７は、雄型端子１００と雌型端子２００との係合時に、弾性部１１６の強い弾性力及び摺動部１１７の弱い弾性力により、雄型端子１００の電気接点２０に押圧される作用を有する。

電気接点１２０は、接続部１１０の表面の少なくとも一部に設けられている。接続部１１０の表面の少なくとも一部は、雄型端子１００との係合時に、雌型端子２００の電気接点１２０を介して雄型端子１００と接触する接続部１１０の表面であってもよい。電気接点１２０は、弱く屈曲した摺動部１１７の表面を形成する面積の大きい２つの表面のうちの外角側の表面の一部に設けられている。電気接点１２０は、摺動部１１７の第１壁部１１１側の表面に設けられている。雌型端子２００の電気接点１２０は、雄型端子１００と係合したときに、雄型端子１００の電気接点２０と物理的かつ電気的に接続されるように設けられている。

電気接点２０は酸化グラフェン膜により形成されている。酸化グラフェン膜は、雄型端子１００の電気接点２０に用いられる酸化グラフェン膜と同様のものを使用することができる。すなわち、酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体である。また、酸化グラフェン膜の厚さは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

圧着部１３０は、接続部１１０に接続され、電線２２０を圧着可能なように設けられている。圧着部１３０は、電線２２０の導体２２１を圧着する導体圧着部１３１と、電線２２０の被覆材２２２を圧着する被覆材圧着部１３２とを備えている。圧着部１３０のうち、少なくとも導体圧着部１３１は、導電性を有する材料により形成されている。導電性を有する材料としては、例えば、雌型端子２００の接続部１１０に用いられる材料と同様のものが用いられる。

電線２２０は、導体２２１と、導体２２１を被覆する被覆材２２２と、を備えている。電線２２０の導体２２１に用いられる導電性部材としては、例えば、電線２１０の導体２１１に用いられる導電性部材と同様のものが用いられる。また、電線２２０の被覆材２２２に用いられる材料としては、例えば、電線２１０の被覆材２１２に用いられる材料と同様のものが用いられる。

以上の通り、本実施形態に係る電気接続部品は、導電性の接続部と、接続部の表面の少なくとも一部に設けられ、酸化グラフェン膜により形成された電気接点と、を備えている。酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体であり、酸化グラフェン膜の厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。したがって、本実施形態に係る電気接続部品は、酸化グラフェンを用いつつも電気抵抗が低い。

電気接続部品は、例えば、相手側の電気部品に対して電気的に接続可能な電気部品である。電気接続部品は、本実施形態の効果を奏するものであれば特に限定されない。電気接続部品には、例えば、上述した雄型端子若しくは雌型端子などの端子、カードエッジコネクタの端子、リング端子、又はＵ字端子などが含まれる。電気接続部品は、コネクタ端子であってもよい。

電気接続部品は雄型端子又は雌型端子のいずれか一方であってもよい。雄型端子１００の接続部１０が雌型端子２００の接続部１１０の内部に抜き挿しされる時に、雄型端子１００の電気接点２０と雌型端子２００の電気接点１２０が接触しながら抜き挿しされる（図１参照）。酸化グラフェン膜は、グラフェンと同様に化学的安定性及び機械強度が高いため、電気接点を酸化グラフェン膜で形成することにより、雄型端子又は雌型端子の接触信頼性を向上させることができる。電気接続部品は、上述した雄型端子であってもよく、上述した雌型端子であってもよい。図１に示すように、雄型端子１００としての電気接続部品と雌型端子２００としての電気接続部品とを物理的かつ電気的に接続して使用してもよい。また、雄型端子と雌型端子を接続する場合、雄型端子又は雌型端子の一方のみに上述した電気接点を設けてもよい。

［電気接続部品の製造方法］
次に、本実施形態に係る電気接続部品の製造方法について説明する。電気接続部品の製造方法では、酸化グラフェン膜は電気泳動堆積法で形成される。当該製造方法は、電気泳動堆積法により、金属母材の表面に酸化グラフェン膜を形成する工程を含んでいてもよい。

電気泳動堆積法は、電極上に膜を形成させるために用いられる手法である。電気泳動堆積法は、例えば、分散液中に挿入されたアノードとカソードの電極間に電圧を印加することで分散液中の帯電粒子を泳動させ、電極上に堆積させる成膜法である。電気泳動堆積法は、熱処理を必要とせず、非真空、常温で成膜可能なため、酸化グラフェン膜の成膜を低コストで容易に行うことができる。

図７は、電気泳動堆積法に用いられる電気泳動装置４００を示している。電気泳動装置４００は、電気泳動槽４１０と、直流電源４２０の負極に接続されるカソード４３０と、直流電源４２０の正極に接続される金属母材４４０とを有する。本実施形態では、金属母材４４０はアノードである。電気泳動槽４１０には、水に酸化グラフェン４６０が分散された分散液４５０が収容されている。そして、直流電源４２０によりカソード４３０と金属母材４４０（アノード）との間に電圧を印加すると、負のゼータ電位を有する酸化グラフェン４６０は金属母材４４０に向かって移動する。その結果、白抜きの円で示すように、金属母材４４０の表面に酸化グラフェン４６０が堆積する。

金属母材は、電気接続部品の接続部の由来となる部材である。金属母材としては特に限定はなく、上述した接続部で使用される部材を使用することができる。金属母材は、銅、アルミニウム、鉄、マグネシウム又はこれらの金属を含む合金等の導電性を有する金属により形成されていることが好ましい。金属母材の形状としては、板状、棒状、これらを組み合わせた形状等種々の形状があり、厚み等の寸法は、用途に応じて種々選択可能である。

金属母材に酸化グラフェン膜を形成する前に、金属母材の表面の酸化皮膜を除去することが好ましい。酸化皮膜の除去方法は特に限定されず、研磨などによって物理的に酸化皮膜を除去してもよく、薬液によって化学的に酸化皮膜を除去してもよい。薬液は、酸化皮膜の特性に応じて適宜選択することができる。薬液は、例えば、硫酸、塩酸、又は硝酸等の酸性溶液であってもよい。

金属母材に膜を形成する前に、金属母材の表面を平滑にすることも好ましい。金属母材の表面を平滑にする方法は特に限定されず、例えば、研磨などによって金属母材の表面を平滑にしてもよい。研磨のなかでも、化学機械研磨によって金属母材の表面を平滑にすることが好ましい。化学機械研磨（ＣＭＰ）は、酸又は塩基などの薬液を金属母材の表面に塗布し、研磨粒子などによって金属母材の表面を粒子などによって機械的に研磨し、金属母材の表面を平滑にする方法である。ＣＭＰによれば、薬液によって金属母材の表面を研磨しやすいように変質させることができるため、機械的な研磨が容易になり、平滑で良好な表面に仕上げることができる。

カソードは、特に限定されず、可溶性陰極であってもよく、不溶性陰極であってもよい。可溶性陰極は、含燐銅、電気銅、若しくは無酸素銅等の銅含有金属、又はニッケル若しくはニッケル合金等のニッケル含有金属であってもよい。不溶性陰極は、カーボン、白金、又は白金コーティングを施したチタン等であってもよい。

分散液には、酸化グラフェンが含まれている。分散液は、酸化グラフェンを水に分散させてもよく、市販の酸化グラフェン分散液であってもよい。酸化グラフェンは、公知の方法で作製することができるが、市販の酸化グラフェンを用いてもよい。

本実施形態において、酸化グラフェン膜は、単層でサイズが１μｍ～１０μｍのものが好ましい。ここで、酸化グラフェン膜のサイズとは、酸化グラフェン膜の面の最大長さと最小長さの平均を指す。

酸化グラフェンは、グラフェンに、カルボキシル基、水酸基、エポキシ基、カルボニル基等の酸素を有する官能基が結合した構造を有していてもよい。酸化グラフェンは極性を有する溶液中においては、官能基中の酸素がマイナスに帯電するため、異なる酸化グラフェン同士で凝集しにくい。そのため、酸化グラフェンは、極性溶媒中において均一に分散しやすい。

上述したように、導電性金属が酸化グラフェンの層間にインターカレーションされる場合には、分散液は、例えば、導電性金属の塩を含んでいてもよい。当該導電性金属の塩としては、硫酸塩、又は硝酸塩等が挙げられる。水分散液中の導電性金属の塩の濃度は、酸化グラフェン膜の電気抵抗を低下する観点から、０．０００５質量％～０．０１質量％であることが好ましく、０．００１質量％～０．００２質量％であることがより好ましい。水分散液における酸化グラフェンに対する導電性金属の塩の質量比率は、導電性金属が適度にインターカレーションされた酸化グラフェン膜を形成する観点から０．０１～０．１であることが好ましく、０．０２～０．０４であることがより好ましい。

導電性金属が酸化グラフェンの層間にインターカレーションされる場合には、酸化グラフェンのゼータ電位が正となるように分散液を調整してもよい。当該調整は分散液のｐＨを調整することにより行うことができる。ここで、分散液のｐＨと酸化グラフェンのゼータ電位との関係について説明する。図８は、分散液のｐＨに対する酸化グラフェンのゼータ電位の関係を示すグラフである。図８より、酸化グラフェンのゼータ電位を正とするには、分散液のｐＨが小さくなればよいことが分かる。具体的には、分散液のｐＨを、１～７とすることが好ましく、１～３とすることがより好ましい。分散液のｐＨを小さくするには、酸を添加すればよく、酸としては、硫酸、塩酸、又は硝酸等が挙げられる。本実施形態においては、０．１Ｍの硫酸を添加することによりｐＨを調整することが好ましい。

分散液は、酸化グラフェンの他に、種々の添加剤を含んでいてもよい。分散液は、例えば、ｐＨ緩衝液、又は防腐剤等を含んでいてもよい。

酸化グラフェン膜の厚さは、分散液中の酸化グラフェンの濃度、アノード及びカソードの電極間の電圧、電流密度、電圧の印加時間、又は電極間距離を調整することで制御することができる。

本実施形態において、分散液中の酸化グラフェンの濃度は、適度な厚みの酸化グラフェン膜を形成する観点から、０．００１ｍｇ／Ｌ～１００ｍｇ／Ｌとすることが好ましく、０．００５ｍｇ／Ｌ～５０ｍｇ／Ｌとすることがより好ましい。

アノード及びカソードの電極間に印加する電圧は１Ｖ以上５Ｖ以下であることが好ましい。電圧をこのような範囲とすることによって、酸化グラフェン膜を適度な厚さとすることができる。酸化グラフェン膜の厚さを薄くする観点から、アノード及びカソードの電極間に印加する電圧は、４Ｖ以下であることがより好ましく、３Ｖ以下であることがさらに好ましい。

電圧の印加時間は、電圧にもよるが、０．１分以上４分以下であることが好ましい。印加時間を０．１分以上とすることで、金属母材上に良好な酸化グラフェン膜を形成することができる。また、印加時間を４分以下とすることにより、酸化グラフェン膜の膜厚を薄くすることができる。電圧の印加時間は１分以上であることがより好ましい。また、電圧の印加時間は、３分以下であることがより好ましい。

アノード及びカソードの電極間距離は、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。電極間距離を５ｍｍ以上とすることにより、酸化グラフェン膜の膜厚を薄くすることができる。また、電極間距離を２０ｍｍ以下とすることにより、金属母材上に良好な酸化グラフェン膜を形成することができる。電極間距離は、８ｍｍ以上であることがより好ましく、１０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、電極間距離は、１５ｍｍ以下であることがより好ましい。

電気泳動堆積法によれば、酸化グラフェンは、外部電場によるクーロン力によって移動し、金属母材表面に強固に堆積する。そのため、本実施形態で得られる酸化グラフェン膜と金属母材との密着性は、ファンデルワールス力が密着性の要因となるスピンコート等の成膜法で形成されるものより高い。酸化グラフェンの密着力はクーロン力により調整することができる。ここで、外部電場をＥ（Ｎ／Ｃ）、電荷をｑ（Ｃ）としたとき、クーロン力Ｆ（Ｎ）は、Ｆ＝ｑＥで与えられる。すなわち、分散液中において酸化グラフェンが受けるクーロン力は、酸化グラフェンの電荷又は外部電場によって制御することができる。外部電場は、印加電圧に依存するため、印加電圧によって調整することができる。また、酸化グラフェンの電荷は、上述のように、ゼータ電位によって、すなわち分散液のｐＨによって調整することができる。従って、印加電圧を上げる及び／又は分散液のｐＨを小さくすることより、クーロン力を増大させ、酸化グラフェン膜と金属母材との密着性を向上させることができる。

なお、上述の図１～図６に示した電気接続部品の接続部において、酸化グラフェン膜は、接続部の表面の少なくとも一部に設けられている。すなわち、接続部には当該酸化グラフェン膜が形成されていない領域が存在してもよい。このような領域は、電気泳動堆積法による処理時に金属母材をマスクすることで設けることができる。具体的には、酸化グラフェン膜を形成しない領域にマスクを配置し、電気泳動堆積法による処理を実行後にマスクを除去すればよい。

以上のようにして、酸化グラフェン膜を形成した後は、金属母材を分散液から引き上げ、その後乾燥する。酸化グラフェン膜を乾燥させる際の乾燥温度としては、８０℃～１２０℃とすることが好ましい。乾燥時間としては、５分～３０分とすることが好ましい。乾燥雰囲気は、金属母材の酸化を防ぐため、窒素などの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。

上述の通り、電気泳動堆積法により、金属母材上に酸化グラフェン膜が形成される。当該酸化グラフェン膜は、薄膜であるため、電気抵抗が低く、密着性に優れる。そのため、電気接続部品の電気接点として有用である。

酸化グラフェン膜は、このまま電気接点として使用してもよいが、電気抵抗をさらに小さくするため、酸化グラフェンを還元してもよい。還元は、化学還元処理、熱還元処理、又は光還元処理等の公知の方法により行うことができる。

以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
濃度が４ｍｇ／Ｌとなるように酸化グラフェンを水に添加し、酸化グラフェンを含む分散液を調整した。この分散液が収容された電気泳動槽に、アノードとして銅の金属母材を挿入し、カソードとしてアノードと同様の金属母材を挿入した。カソードとアノードは、カソードとアノードの間の電極間距離が１０ｍｍとなるように電気泳動槽に固定した。そして、カソードとアノードを直流電源に接続し、カソードとアノードとの間に３Ｖの直流電圧を３分間印加した。このようにして、電気泳動堆積法により、金属母材の表面に酸化グラフェン膜を堆積させ、試験サンプルを作製した。

［実施例２］
酸化グラフェンの濃度を４０ｍｇ／Ｌにした以外は、実施例１と同様にして試験サンプルを作製した。

［実施例３］
酸化グラフェンの濃度を４０ｍｇ／Ｌにし、印加時間を５分にした以外は、実施例１と同様にして試験サンプルを作製した。

［実施例４］
酸化グラフェンの濃度を４０ｍｇ／Ｌにし、印加時間を１０分にした以外は、実施例１と同様にして試験サンプルを作製した。

［比較例１］
酸化グラフェンの濃度を４０ｍｇ／Ｌにし、印加時間を２０分にした以外は、実施例１と同様にして試験サンプルを作製した。

［評価］
上記のようにして作製した試験サンプルにおける酸化グラフェン膜の膜厚と接触抵抗を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定した。ＡＦＭは、パークシステムズ社から提供されているＰａｒｋＮＸ１０を使用した。酸化グラフェンの膜厚と接触抵抗を同時に測定するため、ＡＭＦの測定モードをＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＡＦＭに設定した。ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＡＦＭモードでは、表面形状を測定しながら、カンチレバーと試料との間に一定のバイアス電圧を印加し、カンチレバーから試料に流れる電流の値を計測する。ＡＭＦのカンチレバーとしては、シリコンを導電性ダイヤモンドでコーティングしたＣＤＴ－ＮＣＬＲ－１０を使用した。ＣＤＴ－ＮＣＬＲ－１０の先端の曲率半径は２００ｎｍである。カンチレバーの荷重は９８０ｎＮに設定した。酸化グラフェン膜の接触抵抗は、得られたＩ－Ｖ曲線の勾配から算出した。

表１に示すように、実施例１～実施例４に係る試験サンプルでは、比較例１に係る試験サンプル比較し、酸化グラフェンの濃度及び／又は直流電圧の印加時間を短くしたため、酸化グラフェンの膜厚を５０ｎｍ以下にすることができた。そして、実施例１～実施例４に係る試験サンプルでは、酸化グラフェンの膜厚が５０ｎｍ以下であるため、酸化グラフェン膜の接触抵抗を１００ＭΩ以下にすることができた。一方、比較例１に係る試験サンプルは、酸化グラフェンの膜厚が５０ｎｍを超えているため、酸化グラフェン膜の接触抵抗が１００ＭΩを超えてしまった。実施例１～実施例４に係る試験サンプルのような接触抵抗である場合、端子の電気接点として、十分な導電性を有していると考えられる。

以上、本実施形態を実施例によって説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１０接続部
２０電気接点
１００雄型端子（電気接続部品）
１１０接続部
１２０電気接点
２００雌型端子（電気接続部品）

Claims

銅、アルミニウム、鉄、マグネシウム又はこれらの金属を含む合金により形成された導電性の接続部と、
前記接続部の表面の少なくとも一部に設けられ、酸化グラフェン膜である電気接点と、
を備え、
前記酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体であり、
前記酸化グラフェン膜の厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、電気接続部品。
前記電気接続部品は雄型端子又は雌型端子のいずれか一方である、請求項１に記載の電気接続部品。
前記酸化グラフェン膜は電気泳動堆積法で形成される、請求項１又は２に記載の電気接続部品の製造方法。
導電性の接続部と、
前記接続部の表面の少なくとも一部に設けられ、酸化グラフェン膜である電気接点と、
を備え、
前記酸化グラフェン膜は酸化グラフェン又は酸化グラフェンの積層体であり、
前記酸化グラフェン膜の厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、
前記酸化グラフェン膜は電気泳動堆積法で形成される、電気接続部品の製造方法。