JPH04282515A - 電気接点 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気接点に関し、詳しく
は、自動車および産業機器などの電気配線用端子、リレ
ー、スイッチ等の電気接点において、長時間の経時変化
が問題になるものや、振動や微振動等により接点の劣化
が予想され、かつ、使用温度の上昇が予想される分野に
おいて、特に、低接触抵抗が必要とされると共に高信頼
性が要求される場合に好適に用いられる電気接点に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】電気接点には種々の特性が要求されが、
その中で重要な特性の一つは、接触抵抗が低く、良好な
接触が得られることである。また、高信頼性が要求され
るものでは、長期間使用されると共にその間に風雨にさ
らされ、かつ、使用温度が上昇した場合においても、耐
熱性、耐摩耗性等を備えて耐環境性に優れていることが
要求される。

【０００３】従来、自動車および産業機器等においては
、銅あるいは銅合金からなる接点あるいは、これらの銅
あるいは銅合金の表面にＳｎまたはＮｉ等のメッキを施
したものが用いられている。

【０００４】上記銅あるいは銅合金からなる電気接点は
安価であるが、耐酸化性に劣り、長期間使用により酸化
されて接触抵抗が高くなる欠点を有する。また、銅ある
いは銅合金の表面にＳｎ、Ｎｉ等をメッキした電気接点
は耐酸化性が銅合金製の接点より向上するが、接触抵抗
が相対的に高く、化学薬品等に対する耐食性も劣る欠点
がある。

【０００５】そのため、低接触抵抗が必要な接点では、
接触抵抗が低く安定し、しかも、耐酸化性および耐環境
性に優れたＡｕメッキを接点母材の表面に、或は上記Ｓ
ｎまたはＮｉメッキ層を介して表面に施している。

【０００６】

【発明を解決しようとする課題】しかしながら、例えば
、自動車用の電気接点として使用する場合、振動や微振
動が加わりやすいため、表面のＡｕメッキが除かれて下
地が露出しやすい。Ａｕメッキが除かれると、下地のＮ
ｉメッキ層あるいは銅合金層に腐食が発生しやすく、そ
のためにＡｕメッキ層を厚くする必要がある。よって、
例えば、銅合金からなる接点母材の表面に１〜１．５μ
ｍのＮｉメッキ層を設け、該Ｎｉメッキ層の表面に０．
３〜０．５μｍのＡｕメッキ層を設けている。

【０００７】上記のようにＡｕメッキ層を厚くすると、
Ａｕ使用量が増加してコストが上がる問題が生じる。そ
のため、Ａｕメッキ層に変えて、ＴｉＮ等の導電性セラ
ミックス層を銅合金からなる接点母材の表面に設けた電
気接点、或いは、ＴｉＮにＡｕを混合した複合膜を接点
母材の表面に設ける電気接点が提案されている。

【０００８】上記導電性セラミックス層は耐摩耗性、耐
食性を有すると共に、耐熱性、耐酸化性、耐薬品性等を
備えて耐環境性の点で優れたものであるが、反面、硬質
なセラミックスであるために接触面積が小さく、接触抵
抗を下げることが出来ない。よって、低接触抵抗が特に
要求される電気接点では、接触抵抗の点で問題がある。 また、ＴｉＮとＡｕの複合膜を設ける場合、表面側のＡ
ｕ含有率を高くすることが好ましいが、制御が容易でな
く、ＴｉＮが表面側に偏在する場合もあり、その場合に
はＡｕメッキ層を表面に設けた場合と比較して接触抵抗
が大きい。該欠点を無くすために、表面側のＡｕを所要
の含有率にするにはＡｕの使用量が増加し、複合化によ
るＡｕ使用量減少のメリットがなくなる。

【０００９】本発明は、上記した問題に鑑みてなされた
もので、低接触抵抗を必要とする電気接点に好適に用い
ることが出来ると共に、Ａｕの使用量を減少してコスト
の低減を図ることを目的とするものである。更に、耐摩
耗性、耐熱性等の耐環境性を向上させることにより、振
動および微振動により摩耗が生じ易くしかも温度上昇等
が予想される使用環境において、高信頼性を備えた電気
接点を提供せんとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明は、一対の導体の少なくとも一方の導体に設け
る電気接点において、接点母材と表面のＡｕメッキ層と
の間に、露出しても腐食が生じにくい上記導電性セラミ
ックス層を介在させ、よって、表面の低接触抵抗を損な
うことなく、Ａｕ使用量の減少によるコストの低減を可
能とするものである。

【００１１】具体的には、一対の導体の少なくとも一方
の導体に設けられる電気接点であって、上記導体の表面
に、高融点金属の窒化物、炭化物および硼化物からなる
群から選択された少なくとも１種の材料で形成された導
電性セラミックス層を備えると共に、該導電性セラミッ
クス層の表面に、金または白金属からなる貴金属層とを
備え、この接触抵抗値の低い貴金属層を介して他方の導
体と接触させる構成としている電気接点を提供するもの
である。

【００１２】上記導電性セラミックス層は、高融点金属
の窒化物、炭化物および硼化物からなる群から選択され
た少なくとも１種の材料で形成され、上記高融点金属は
、Ｔｉ，　Ｚｒ，　Ｈｆ，　Ｔａ，　ＷおよびＭｏから
なる群から選択された少なくとも１種の金属であること
が好ましい。また、上記貴金属層は金または白金属のＡ
ｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｏｓからなる群から選択
された少なくとも１種の金属からなる層であることが好
ましい。

【００１３】尚、上記導電性セラミックス層と接点母材
の間には金属層を介在させてもよく、該金属層は導電性
セラミックス層を形成する金属であることが好ましい。 その場合には、接点母材→Ｔｉ等の高融点金属層→Ｔｉ
Ｎ等の導電性セラミックス層→貴金属層が積層すること
となる。

【００１４】上記導電性セラミックス層の厚さは２００
ｎｍ〜４００ｎｍの範囲、上記貴金属層の厚さは５０ｎ
ｍ〜１００ｎｍの範囲であることが好ましい。

【００１５】

【作用】本発明の電気接点においては、金または白金か
らなる軟質な貴金属層を表面に設けているため、接触面
積の増加により接触抵抗を低く出来ると共に潤滑性能を
向上させることが出来る。また、該貴金属層の下地に耐
酸化性、耐食性および耐熱性に優れ、露出した場合にも
腐食しにくいＴｉＮ等の硬質導電性セラミックス層を設
けているため、高価な貴金属層を薄膜とすることが可能
となり、コストの低下を図ることが出来る。

【００１６】尚、下地に用いる導電性セラミックス層は
常温においては接触抵抗値が比較的小さく、さらに接触
時の荷重を大きくするほど、接触抵抗がより小さくなる
ため、該導電性セラミックス層の表面に形成するＡｕ等
の貴金属メッキ層の厚さを薄くして、振動等により剥離
して下地が露出しても低接触抵抗値を保持することが出
来る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係わる電気接点の実施例を図
面を参照して説明する。図１は一対の導体の一方の導体
に設けた電気接点を示し、一方の導体を形成する銅合金
基板１の表面にＴｉＮ導電性セラミックス層２を形成し
、該ＴｉＮ導電性セラミックス層２の表面にＡｕメッキ
層３からなる貴金属層を形成している。

【００１８】上記ＴｉＮ導電性セラミックス層２は銅合
金基板１の表面にスパッタリングを行って形成しており
、その厚さを２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲に設定して
いる。この導電性セラミックス層２の厚さは、ＴｉＮを
１００ｎｍ〜５００ｎｍ被覆して接触抵抗の変化を測定
した実験結果より設定しており、ＴｉＮ導電性セラミッ
クス層２の厚さが２００ｎｍ以下ではピンホールの発生
が起こり、４００ｎｍ以上では膜応力によりクラック、
剥離が生じやすくなるからである。

【００１９】また、上記Ａｕメッキ層３の厚さは５０〜
１００ｎｍの範囲に設定される。このＡｕメッキ層３の
厚さも、実験結果より、５０ｎｍ以下では接触抵抗が急
激に減少し、一方、１００ｎｍ以上としても接触抵抗値
の変化が小さく、１００ｎｍ以上の厚さとしてもＡｕの
使用量が増加するのみであることによる。

【００２０】上記導電性セラミックス層２はスパッタリ
ング以外の気相薄膜形成法により形成しても良く、例え
ば、蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の方
法が用いられる。Ａｕメッキ層３も導電性セラミックス
層２と同様な気層薄膜形成法により形成される。

【００２１】上記した本発明に係わる高融点金属の窒化
物、炭化物、硼化物からなる群から選択された少なくと
も１種の材料からなる導電性セラミックス層を接点母材
の表面に形成し、該導電性セラミックス層の表面に金あ
るいは白金属からなる貴金属をメッキした電気接点と、
従来提供されている接点母材の表面にＮｉメッキを施し
た後にＮｉメッキ層の表面にＡｕメッキを施した電気接
点とについて、接触抵抗の比較実験を行った。

【００２２】

【実験例】黄銅基板の表面に０．３μｍの厚さのＴｉＮ
導電性セラミックス層と、該ＴｉＮ導電性セラミックス
層の表面に０．１μｍの厚さのＡｕメッキ層を形成した
本発明に係わる試料１を設けた。一方、黄銅基板の表面
に１μｍの厚さのＮｉメッキ層と、該Ｎｉメッキ層の表
面に０．３μｍの厚さのＡｕメッキ層を形成した従来例
に係わる試料２を設けた。

【００２３】上記試料１と試料２とを、２００℃で１２
時間の熱処理を行い、該熱処理の前後における接触抵抗
を測定した。その結果を図２および図３にそれぞれ示す
。

【００２４】上記図より明らかなように、熱処理前にお
いては、接触抵抗は試料１および試料２とも共に低く良
好な接触特性を示している。一方、熱処理を行った後で
は、試料２では１〜１０ｇの荷重では接触抵抗が高くな
ったが、試料１では安定した接触抵抗を示した。このよ
うに、本発明に係わる下地をＴｉＮセラミックス層とし
た試料１の方が、下地をＮｉメッキ層とした試料２の場
合より、接触抵抗値を低い安定した値に保持出来ること
が確認された。

【００２５】また、上記試料１と試料２との表面を上記
熱処理後に分析したところ、試料２では表面にＮｉの酸
化物が析出していた。これは熱処理により下地のＮｉが
拡散し、表面が酸化した結果であり、この酸化により、
熱処理後では上記したように接触抵抗が高くなったと考
えられる。これに対して本発明に係わる試料１では、上
記熱処理条件では何等の変化もなく、耐熱性という面で
従来例の試料２と比較して非常に安定していることが確
認された。

【００２６】さらに、熱処理前を比較すると、Ａｕメッ
キ層の厚さを０．１μｍとした本発明の試料１の接触抵
抗値が、Ａｕメッキ層の厚さを０．３μｍとした従来例
の試料２の接触抵抗値と同等になっている。即ち、同等
の接触抵抗値を得るには、下地をＴｉＮセラミックス層
とした場合、下地をＮｉメッキ層とした場合に比較して
、　その表面のＡｕメッキ層の厚さを１／３の厚さに減
少出来ることが判明した。

【００２７】熱処理後においては、上記したように、試
料２では接触荷重が低下すると接触抵抗が大幅に上昇す
るのに対して、試料１では熱処理後もほぼ安定した接触
抵抗を維持することができた。該結果より、本発明に係
わる下地を導電性セラミックス層として表面のＡｕメッ
キ層の厚さを薄くする方が、下地をＮｉメッキ層として
表面のＡｕメッキ層の厚さを厚くした場合より、接触抵
抗値を安定した低い値に維持することができ、耐環境性
に優れていることが確認できた。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
に係わる電気接点では、耐酸化性、耐熱性および耐食性
に優れた導電性セラミックス層を接点母材と表面のＡｕ
メッキ層との間に介在させてＡｕメッキ層の下地として
いるため、該Ａｕメッキ層の厚さを薄くして、該Ａｕメ
ッキ層が振動等により剥離して下地が露出した場合にお
いても、腐食の発生を防止することが出来き、耐環境性
に優れた電気接点を得ることが出来る。

【００２９】かつ、従来のＡｕメッキ層を設けた電気接
点と同等の低接触抵抗を得るためには、Ａｕメッキ層の
厚さを従来の１／３以下にすることが可能で、それだけ
Ａｕの使用量を減少してコストの低下を図ることが出来
る。しかも、Ａｕメッキ層の下地に導電性セラミックス
層を設けて耐熱性等を高めているため、Ａｕメッキ層の
厚さを厚くした場合より、接触抵抗に与える熱変化の影
響を低減することが出来、耐環境性の点で改善される等
の種々の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】　　本発明に係わる実験例の試料１の接触荷重
と接触抵抗との関係を示す線図である。

【図３】　　従来例の実験例の試料２の接触荷重と接触
抵抗との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１　　銅合金基板 ２　　ＴｉＮ導電性セラミックス層 ３　　Ａｕメッキ層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の導体の少なくとも一方の導体に
   設けられる電気接点であって、上記導体の表面に、高融
   点金属の窒化物、炭化物および硼化物からなる群から選
   択された少なくとも１種の材料で形成された導電性セラ
   ミックス層を備えると共に、該導電性セラミックス層の
   表面に、金または白金属からなる貴金属とを備え、該貴
   金属層を介して他方の導体と接触させる構成としている
   電気接点。
2. 【請求項２】　　上記導電性セラミックス層と導体の表
   面の間に、該導電性セラミックス層を形成する金属層を
   備えている請求項１記載の電気接点。
3. 【請求項３】　　上記導電性セラミックス層の厚さが２
   ００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲である請求項１記載の電気
   接点。
4. 【請求項４】　　上記貴金属層の厚さが５０ｎｍ〜１０
   ０ｎｍの範囲である請求項１記載の電気接点。
5. 【請求項５】　　上記高融点金属は、Ｔｉ，　Ｚｒ，　
   Ｈｆ，　Ｔａ，　ＷおよびＭｏからなる群から選択され
   た少なくとも１種の金属である請求項１記載の電気接点
   。
6. 【請求項６】　　上記貴金属はＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ
   、Ｉｒ、Ｏｓからなる群から選択された少なくとも１種
   の金属である請求項１記載の電気接点。