JPH04282514A - 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、腐食雰囲気で長期間の耐久性を必要とする自動車お
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、電気的に接続する一対の導体が
接触により電食が生じる異種金属、例えば、銅系金属と
アルミニウム系金属からなる導体の接合部に設けられる
電気接点に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】電気回路において、電気的に接続すべき
一対の導体が異種金属からなる場合、これら導体が例え
ば互いに接触離反する電気接点あるいは互いに固定され
る接続端子等のいずれの場合においても、接触金属間に
電食が生じる問題がある。 【０００３】上記電食は異種金属の接合部に水等が浸入
すると金属の腐食電位の差により、電気的に卑なる金属
が接触面より溶出し、腐食を起こす現象である。 【０００４】上記した異種金属の組み合わせは、近時の
自動車産業あるいは航空機産業等における軽量化の要請
から、軽量なアルミニウム系材料で電気部品やボデイを
形成する一方、導電用電気材料として安価な銅系材料を
用いる際に発生する。例えば、自動車のアルミニウム・
ボデイに銅系材料からなるアース端子を接続する場合等
であり、アルミニウム系材料は電気的に非常に卑な金属
であり、それに接続する端子がアルミニウムでない場合
、殆んどの接合部で電食が生じる。 【０００５】従来、この種の異種金属の接合部における
電食の発生を防止するため、例えば銅系材料とアルミニ
ウム系材料との接合では、銅系材料側にＳｎメッキ銅合
金材料を用い、Ｓｎを中間に介在させることにより、接
触金属間の電食電位を低くし、電食を減少させるように
している。あるいは、異種金属の接合部を樹脂材料によ
り封止して、電食が生じる原因となる水等が異種金属の
接合部へ浸入するのを防ぐようにしている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たＳｎ等のメッキを施した電気材料を用いた場合、電食
量を減少させることが出来るが、電食の発生を防止する
ことは出来ない。よって、自動車用電気材料のような、
直接風雨にさらされることが多く、かつ、使用環境の変
化による結露等の水分の付着が予想される腐食雰囲気で
使用され、しかも、長期間の耐久性を必要とする箇所に
用いる場合、その電食量は無視できない程の量となる問
題がある。さらに、銅および銅合金等の表面にＳｎ、Ｎ
ｉ等をメッキした電気材料は耐酸化性が銅合金よりも向
上するが、接触抵抗が相対的に高く、化学薬品等に対す
る耐食性が劣るという欠点を有している。 【０００７】また、後記の異種金属の接合部を樹脂材料
で被覆して水分浸入を封止する場合は、現在ある耐水性
の樹脂は金属との濡れ（密着性）が悪く、樹脂と金属と
の界面に水が浸入することを確実に防止できず、よって
、電食の発生を防止できない問題がある。また、接合す
る導体が通常互いに離反して、作動時に接触する形態の
場合には樹脂による被覆が困難である。 【０００８】本発明は上記した問題を解消せんとするも
ので、異種金属の接合部における電食の発生を完全に防
止でき、耐環境性の良い接続が可能となる電気接点を提
供するものである。 【０００９】 【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、異種金
属からなる一対の導体の接合部に設けられる電気接点で
あって、少なくとも上記異種金属の内の電気的に卑なる
一方の金属の表面を、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で被覆し、該導電
性セラミックス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。 【００１０】本発明は、上記一方の導体の母材金属表面
に設ける上記導電性セラミックス層の表面に、更に他方
の導体を構成する金属あるいは該金属の合金からなる金
属層を設け、該金属層を介して上記他方の導体と接触さ
せる構成も含むものである。 【００１１】また、接合する異種金属の両方の金属の表
面に、上記導電性セラミックス層を設け、これら導電性
セラミックス層同士を接合する構成としても良い。 【００１２】さらに、上記導電性セラミックス層と母材
金属との間に、導電性セラミックス層を形成する高融点
金属あるいは該金属の合金からなる金属層を介在させて
も良い。 【００１３】上記本発明に係わる電気接点は、異種金属
からなる一対の導体が、互いに接触・離反して開閉作動
する電気接点および、互いに固定されて接触している接
続端子を構成するいずれの場合にも用いられるものであ
る。尚、異種金属の接合部が厳密に接触せずに僅かに離
れているが、その間の水分雰囲気で腐食が発生しやすい
部分においても用いられる。 【００１４】上記高融点金属は、Ｔｉ，　Ｚｒ，　Ｈｆ
，　Ｔａ，　ＷおよびＭｏ等からなり、これらの金属か
ら少なくとも１種の金属が好適に用いられる。 【００１５】上記導電性セラミックス層の厚みは２００
〜４００ｎｍの範囲とすることが好ましい。 【００１６】 【作用】上記した電気接点においては、電気的に卑なる
金属を高融点金属の窒化物、炭化物、硼化物からなる導
電性セラミックス層で被覆して、他方の異種金属と接触
させているため、異種金属の接触により電気的に卑なる
金属側に生じる溶出を防止することが出来る。 【００１７】また、上記導電性セラミックス層は耐食性
に優れているのみならず、耐酸化性および耐熱性にも優
れ、よって、該導電性セラミックス層を備えた電気接点
は長期間の使用中に接触抵抗値が大きく変化することが
なく、高信頼性を有するものである。 【００１８】 【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は一対の導体が銅および銅
合金材料とアルミニウムおよびアルミニウム合金材料と
からなる接合部における第１実施例を示すものである。 １は銅合金材料からなる接点、２はアルミニウム合金材
料からなる接点母材であり、該接点母材２の表面にＴｉ
Ｎ導電性セラミックス層３を形成し、該ＴｉＮ導電性セ
ラミックス層３を介して銅合金からなる接点１と接触す
るようにしている。 【００１９】上記ＴｉＮ導電性セラミックス層３は、ア
ルミニウム合金の表面にスパッタリングを行って形成し
ており、その厚さは２００〜４００ｎｍの範囲に設定し
ている。この導電性セラミックス層の厚さは、後述する
実験結果より、２００ｎｍ以下ではアルミニウムの溶出
が生じるが、２００ｎｍ以上では溶出がなく、また、４
００ｎｍ以上となると膜応力によりクラック、剥離など
が生じやすくなるから、上記２００〜４００ｎｍの範囲
が好適である。 【００２０】上記導電性セラミックス層３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法等が用
いられる。 【００２１】図２は本発明の第２実施例を示すものであ
る。上記図１の第１実施例は導体を構成する一対の異種
金属のうち、電気的に卑なアルミニウム合金側の表面を
ＴｉＮ導電性セラミックス層３で被覆したものであるが
、図２に示す第２実施例は、他方の銅合金側の表面もＴ
ｉＮ導電性セラミックス層４で被覆し、これらＴｉＮ導
電性セラミックス層４と３とを接触させる構成としてい
る。 【００２２】図３は本発明の第３実施例を示し、上記第
１実施例のアルミニウム合金側の表面に形成したＴｉＮ
導電性セラミックス層３の表面にさらに、接触する金属
（接点１）と同種の銅合金からなる金属層５を形成し、
同種の金属同士を接触させるようにしている。上記最表
面の金属層５の厚みは１〜１０μｍの範囲に設定してい
る。 【００２３】上記ＴｉＮ導電性セラミックス層３の表面
に更に金属層５を設けた場合、仮にＴｉＮ導電性セラミ
ックス層３にピンホールや衝撃によるクラックが発生し
ても、金属層５を被覆していることにより電食の発生を
防止出来る。 【００２４】図４は本発明の第４実施例を示し、一対の
導体を構成する異種金属の一方が、酸化物不動態層を持
つステンレスからなり、他方の金属が銅合金からなるも
のである。上記酸化物不動態層が存在する場合、一般的
に腐食しにくい特徴を有するが、しかし、その端子に銅
等の異種金属接点材料が接合する場合にはやはり電食が
生じる。異種金属がステンレスと銅とからなる場合では
、電気的に卑な金属は銅の方であり、よって、電食に犯
される銅側に導電性セラミックス層で被覆している。 【００２５】即ち、第４実施例では、酸化物不動態層を
備えたスレンレス製の導体１０にスナップ形状の端子１
１を設ける一方、銅合金からなる導体１２には上記端子
１１との接触部分にＴｉＮ導電性セラミックス層１３を
形成している。 【００２６】上記第１実施例から第４実施例はいずれも
接点が摺動あるいは押圧作動等により互いに接触・離反
するものであるが、接触部が固定される接続端子におい
ても適用することが出来る。 【００２７】図５に示す第５実施例は、接合部が固定さ
れている場合で、自動車のアルミニウム・ボディに銅あ
るいは銅合金からなるアース端子を接続するものである
。２０はアルミニウム・ボディ、２１はアース端子であ
る。アルミニウム・ボディ２０の表面にＴｉＮ導電性セ
ラミックス層を形成することが困難であるため、アース
端子２１側にアルミニウム・ボディ２０と接触する部分
にアルミニウム層を形成している。即ち、アース端子２
１を図示のような形状とし、銅合金からなる母材２２の
アルミニウム・ボディ固定部２２ａ側の接触部に、厚幅
のＴｉＮ導電性セラミックス層２３を形成すると共に、
反対側の非接触側の表面全体もＴｉＮ導電性セラミック
ス層２９で被覆している。かつ、上記ＴｉＮ導電性セラ
ミックス層２３の表面をアルミニウム層２４で被覆して
いる。該アース端子２１はアルミニウ層２４をアルミニ
ウム・ボディ２０と接触させて取り付け、溶接あるいは
リベット（図示せず）でアルミニウム・ボディ２０に固
定している。 【００２８】図６は第６実施例を示し、上記第５実施例
と同様に、アルミニウム・ボディに対して銅合金製のア
ース端子を固定して接続するもので、アルミニウム・ボ
ディ側に電食を起こさない金属で形成したボディ固定側
端子を固定し、該ボディ固定側端子に対してアース端子
を接合しており、異種金属の接合を電食を起こさない金
属からなる端子と端子の接合に変えている。即ち、ボデ
ィのアルミニウム金属と同種の金属、即ち、アルミニウ
ムあるいはアルミニウム合金でボディ固定側端子２５を
形成し、該ボディ固定側端子２５の銅合金端子固定部２
５ａ側の表面全体をＴｉＮ導電性セラミックス層２６で
被覆している。一方、銅合金製のアース端子２７もその
固定部の表面全体をＴｉＮ導電性セラミックス層２８で
被覆している。上記ボディ固定側端子２５はアルミニウ
ム・ボディに対して固定し、該ボディ固定側端子２５に
対してアース端子２７をリベット等で固定している。 【００２９】図７は第７実施例を示し、上記第６実施例
のボディ固定側端子２５とアース端子２７との接合部の
全体を耐水性樹脂３０で封止している。尚、前記したよ
うに、耐水性樹脂は金属との濡れが悪く、樹脂と金属と
の界面より水が浸入し、電食や隙間腐食を引き起こし易
く、樹脂封止だけでは電食防止が図られない。そのため
、本実施例では、電気的に卑なアルミニウム端子側の表
面をＴｉＮ導電性セラミックス層で被覆すると共に、電
気的に陽である銅および銅合金側の端子の表面もＴｉＮ
導電性セラミックス層で被覆している。 【００３０】尚、図示していないが、一対の導体がチタ
ンあるいはチタン合金とアルミニウムあるいはジュラル
ミン等のアルミニウム合金とからなる異種合金の接合部
にも本発明の電気端子が好適に適用出来る。この異種金
属の組み合わせは航空機の分野で発生しやすい。チタン
とアルミニウムとからなる異種金属の接合では、その電
食量は理論的に標準電極電位差を考えると、銅とアルミ
ニウムの異種金属の組み合わせより大きいと考えられる
。この場合、電気的に卑なる金属はアルミニウムであり
、よって、少なくともアルミニウム側の接触部にＴｉＮ
導電性セラミックス層が形成される。しかしながら、航
空機のアルミニウム・ボディに対してチタン製のアース
端子を接続する場合は、アルミニウム・ボディに直接Ｔ
ｉＮ導電性セラミックス層を形成するのは困難であるた
め、前記第５実施例と同様にチタン側のアース端子にＴ
ｉＮ導電性セラミックス層と、該セラミックス層の表面
にアルミニウム金属層を設け、該アルミニウム金属層を
介してアルミニウム・ボディに接続することが好ましい
。上記チタン側へのＴｉＮ導電性セラミックス層の被覆
に関しては、一般的に良く知られているチタン金属（合
金を含む）へのイオン注入や、　窒化ガス、　アンモニ
アガス気流中での窒化等により、　チタン金属（合金を
含む）の表面を導電性セラミックス化しても良い。 【００３１】上記したいずれの実施例においても、接合
する一対の異種金属のうち、電気的に卑な金属の表面に
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等の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種の導電性
セラミックス層を被覆しているが、該導電性セラミック
ス層と母材金属との間に該導電性セラミックス層を形成
する高融点金属からなる金属層を介在させてもよい。 【００３２】また、上記導電性セラミックス層では、他
方の導体と接触する外側になるにつれて窒素、炭素また
は硼素の含有率を高くなるようにすることが好ましい。 【００３３】 【実験例】異種金属がアルミニウムと銅および銅合金か
らなる接合部において、アルミニウムにＴｉＮ導電性セ
ラミックス層を被覆した場合と、被覆しない場合とにお
ける電食発生の有無を実験した。下記の表１に示すよう
に、試料ー１では、アルミニウムの表面にＴｉＮ導電性
セラミックス層を被覆していない試料（Ａ）と、被覆し
ている試料（Ｂ）とを設ける一方、試料ー２では、銅、
黄銅の表面をセラミックス層あるいは金属層で被覆して
いない試料（Ｃ）、　（Ｄ）、黄銅の表面をＳｎメッキ
層で被覆した試料（Ｅ）および黄銅の表面をＴｉＮ導電
性セラミックス層で被覆した試料（Ｆ）を設けた。 【００３４】 【表１】 　　　　　　　　　　試料ー１　　　　　　　　　　　
　　　　　試料ー２　　（Ａ）　アルミニウム　　　　
　　　　　　　　　　　　　（Ｃ）　銅　　　　　　　
　　　　　　（Ｂ）　ＴｉＮセラミックス層　　　　　
　　　　（Ｄ）　黄銅　　　　被覆アルミニウム　　　
　　　　　　　　　　（Ｅ）　Ｓｎメッキ黄銅　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（Ｆ）　ＴｉＮセラミックス層被覆黄銅　　　
　　　 【００３５】試験方法は図８に示すように、試料ー１の
上面に試料ー２に載置し、これを樹脂製のクリップ１０
０で挟み、図９に示す公知の恒温恒湿の塩水噴霧試験槽
内に供した。該試験槽内は温度３５℃に設定保持し、５
％の塩水噴霧を行い、該試験槽内で上記試料を１２０時
間保持した。この塩水噴霧試験の結果は下記の表２に示
す通りである。 【００３６】 【表２】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　試料　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　重量変化　　　　　　　　試料ー１　　　　　
　　　　　　　　　試料ー２　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　試料ー１　　　　Ｉ　　　　（Ａ）ア
ルミニウム　　　（Ｃ）銅　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　−４５．６ｍｇＩＩ　　　（Ａ
）　　　　〃　　　　　　　　　（Ｄ）黄銅　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　−４２．９ｍｇＩ
ＩＩ　　（Ａ）　　　　〃　　　　　　　　　（Ｅ）Ｓ
ｎメッキ黄銅　　　　　　　　　　　　　　−２０．１
ｍｇＩＶ　　　（Ａ）　　　　〃　　　　　　　　　（
Ｆ）ＴｉＮセラミックス被覆黄銅　　　−４１．１ｍｇ
　　　　　　　Ｖ　　　　（Ｂ）ＴｉＮセラミックス（
Ｃ）銅　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　−０．８ｍｇ　　　　　　　　被覆アルミニウム ＶＩ　　　（Ｂ）　　　　〃　　　　　　　　　（Ｄ）
黄銅　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　−
０．６ｍｇＶＩＩ　　（Ｂ）　　　　〃　　　　　　　
　　（Ｅ）Ｓｎメッキ黄銅　　　　　　　　　　　　　
　−０．８ｍｇＶＩＩＩ　（Ｂ）　　　　〃　　　　　
　　　　（Ｆ）ＴｉＮセラミックス被覆黄銅　　　−０
．５ｍｇ　　　　　　　　 【００３７】上記表２より明らかなように、電気的に卑
なアルミニウムの表面をＴｉＮセラミックス層あるいは
メッキ層で被覆していない試料（Ａ）と銅および銅合金
と接触させた上記ＩおよびＩＩの実験ではアルミニウム
の重量の減少が激しいことから電食を受けやすいことが
確認された。また、銅合金側をＳｎメッキ層あるいはＴ
ｉＮセラミックス層で被覆して、アルミニウムと接触さ
せた上記ＩＩＩおよびＩＶの実験でもアルミニウムの重
量の減少が激しく、よって、電気的に陽な金属側をメッ
キ層やセラミックス層で被覆しても、電気的に卑な金属
側をセラミックス層を被覆していなければ、電気的に卑
な金属側の電食を減少させる効果がないことも確認され
た。 【００３８】一方、アルミニウムの表面をＴｉＮセラミ
ックス層で被覆した試料（Ｂ）と銅、黄銅、Ｓｎメッキ
黄銅、　ＴｉＮセラミックス被覆黄銅とをそれぞれ接触
させた上記Ｖ、ＶＩ、　ＶＩＩおよびＶＩＩＩの実験で
は、　いずれも試料ー１の重量が殆ど変化しておらず、
　電食の発生が防止されたことが確認された。 【００３９】 【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、異種金属の接合において、少なくとも電気的
に卑な金属の表面を導電性セラミックス層で被覆し、該
導電性セラミックス層を介して他方の金属と接触させて
いるために、電気的に卑な金属側に発生する電食をほぼ
完全に防止することが出来、耐環境性の良い接続が可能
となる。 【００４０】よって、耐環境性が重要視される自動車部
品への応用ができ、例えば、従来銅合金が用いられてい
た電気端子を軽量なアルミニウム材に変更することが出
来る。また、自動車のボディをアルミニウムに変更して
も銅合金からなるアース端子との接続部での腐食を防止
することが出来る。よって、アルミニウム・ボデイを用
いることにより、耐久性を損なうことなく自動車の軽量
化を図ることが出来、該軽量化は燃費の向上にも寄与す
ること等の利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第１実施例を示す断面図である。

【図２】　　本発明の第２実施例を示す断面図である。

【図３】　　本発明の第３実施例を示す断面図である。

【図４】　　本発明の第４実施例を示す斜視図である。

【図５】　　本発明の第５実施例を示す斜視図である。

【図６】　　本発明の第６実施例を示す斜視図である。

【図７】　　本発明の第７実施例を示す斜視図である。

【図８】　　実験例の実験方法を示す斜視図である。

【図９】　　実験例で用いる塩水噴霧槽を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１　　接点 ２　　接点母材 ３　　導電性セラミックス層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　異種金属からなる一対の導体の接合部
   に設けられる電気接点であって、上記異種金属の内の少
   なくとも電気的に卑なる一方の金属の表面を、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
   クス層で被覆し、該導電性セラミックス層を介して他方
   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】　　上記電気接点は、　異種金属からなる
   一対の導体が互いに接触・離反して開閉作動する接点お
   よび互いに固定されて接触している接点を含む請求項１
   記載の電気接点。
3. 【請求項３】　　上記電気的に卑な金属の表面に設ける
   上記導電性セラミックス層の表面に、更に他方の導体を
   構成する金属あるいは該金属の合金からなる金属層を設
   け、該金属層を介して上記他方の導体と接触させる構成
   としている請求項１記載の電気接点。
4. 【請求項４】　　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
   。
5. 【請求項５】　　上記導電性セラミックス層の厚みは２
   ００〜４００ｎｍの範囲である請求項１記載の電気接点
   。