JPH04370612A

JPH04370612A - 電気接点

Info

Publication number: JPH04370612A
Application number: JP649191A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sawada; 澤田　和夫; Atsushi Nakamura; 篤中村; Isao Okugawa; 功奥川
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-01-23
Filing date: 1991-01-23
Publication date: 1992-12-24

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】この発明は、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
点に関し、特に長期間の経時変化が問題になるものや、
使用温度の上昇が予想される分野に用いられる電気接点
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気回路において、電気的に接続すべき
１対の導体で、互いに接触し合う部分すなわち電気接点
は、種々の特性が要求される。その中で重要な特性は、
たとえば接触抵抗が低いこと、融解温度が高いこと、耐
溶着性がよいことなどである。また、長期間使用され、
かつその間に風雨にさらされるものや、使用温度が上昇
されるもの、あるいは高信頼性が要求されるものは、さ
らに耐食性、耐磨耗性、耐熱性等に優れていなければな
らない。

【０００３】従来、自動車および産業機器などに用いら
れる端子金具には、黄銅、燐青銅、場合によってはステ
ンレス銅などのような銅合金の電気接点、ならびに銅お
よび銅合金等の表面に、ＳｎまたはＮｉなどをメッキし
た電気接点が使用されてきた。一方、瞬断等が問題とな
り、微弱電流が流れるコンピュータ制御回路などには、
ステンレス等の母材にＡｕメッキが施された電気接点が
用いられてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】銅合金の電気接点は、
安価であるが、耐酸化性に劣るため、長期間使用により
酸化されて接触抵抗が高くなるという大きな欠点を有し
ている。

【０００５】銅および銅合金等の表面に、ＳｎまたはＮ
ｉなどをメッキした電気接点は、耐酸化性が銅合金のも
のより向上しているが、接触抵抗が相対的に高く、化学
薬品等に耐する耐食性も劣るという欠点を有している。

【０００６】一方、Ａｕメッキが施された電気接点は、
耐酸化性および耐食性に優れ、接触抵抗も室温の条件で
は低く安定している。このため、高信頼性が要求される
接点に多く用いられる。しかしながら、純Ａｕメッキは
、９０℃以上の温度に置かれると、粘着性および凝着性
が高くなるので、接触される他方の導体によって磨耗さ
れやすくなる。また、不純物によって硬質化されたＡｕ
メッキの場合でも、１００℃程度で不純物が粒界から表
面に析出して接触抵抗を増大させる。このように、Ａｕ
メッキ接点は耐熱性に関して劣っている。さらに、Ａｕ
は高価である。一方、Ａｕメッキ接点の母材としてしば
しば使用されるステンレスは、耐熱性に問題はないもの
の、それ自体の固有抵抗値が高く（たとえば、ＳＵＳ３
０４で７０μΩｃｍ程度）、さらに表面に不導体層であ
る酸化クロム皮膜を有するため、接触抵抗も大きくする
。

【０００７】この発明の目的は、上記問題点を解決すべ
く、耐酸化性、耐食性および耐熱性に優れ、さらに高温
にさらされても相対的に低く安定した接触抵抗値を有し
、かつ比較的安価な電気接点を提供することである。

【０００８】この発明にさらなる目的は、母材金属上で
導体が接触させられる部分に、耐酸化性、耐食性および
耐熱性を付与するためのコーティング層が設けられた電
気接点に関して、物理的な衝撃および／または変形によ
って、コーティング層にクラックおよび剥離が生じにく
い電気接点を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に従う電気接点
は、１対の導体の少なくとも一方に設けられる電気接点
であって、導体の表面に、高融点金属または高融点金属
の合金で形成された金属層と、金属層上に、金属層を形
成する金属または合金の窒化物、酸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、他方の導体に接触させるためのセラミックス層と
を備えている。

【００１０】この明細書中の「高融点金属」は、半導体
プロセスの分野等で呼ばれている高融点金属と同等のも
のを指し、融点が多結晶Ｓｉと同等またはそれ以上の金
属を多く含む。高融点金属は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｏｓ
、Ｒｈを含んでいる。この発明の一態様として、これら
の金属の中よりＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、ＷおよびＭｏ
からなる群を抽出し、この群から少なくとも１種の金属
を用いることにより、この発明の目的をより容易に達成
することができる。

【００１１】また、この発明に従う金属層は、Ｔｉを主
成分とする高融点金属で形成され、かつセラミックス層
はＴｉＮで形成されることができる。

【００１２】さらに、この発明に従う金属層の厚みは、
約５０ｎｍ〜約２μｍの範囲とすることができる。一方
、この発明に従うセラミックス層の厚みは、約２０ｎｍ
〜約５００ｎｍの範囲とすることができる。

【００１３】さらにまた、この発明に従うセラミックス
層は、外側になるにつれて窒素、炭素または硼素の含有
率を高くすることができる。

【００１４】

【作用】この発明に従って、電気接点として導体に接触
されるため形成されたセラミックス層は、高融点金属ま
たはその合金の窒化物、炭化物または硼化物で構成され
いる。これらの化合物は、耐酸化性、耐食性および耐熱
性に優れている。したがって、この発明の電気接点は、
セラミックス層によりこれらの特性が付与されているた
め、長期間の使用においてもその接触抵抗値は安定して
いる。

【００１５】さらに、本発明者らは、常温において、こ
のセラミックス層の接触抵抗が比較的小さく、さらには
接触のための荷重を大きくするほど、接触抵抗がより小
さくなり、結果としてＡｕメッキを施した電気接点に匹
敵することを見出した。また、本発明者らは、高温にさ
らされたこの発明の電気接点が、接触荷重が小さい場合
、同様に高温にさらされたＡｕメッキ接点よりもより小
さな接触抵抗値を有することを見出した。以上のように
、この発明の電気接点は耐熱性に関して従来のＡｕメッ
キ接点よりも信頼性が高いと考えられる。

【００１６】さらに、上記セラミックス層は導電性であ
る。このセラミックス層の代表的なものと、その固有抵
抗値を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】これらのセラミックスは、金属に比べて高
い固有抵抗値を有するが、セラミックス層の厚さをある
程度の範囲、たとえば、約２０ｎｍ〜約５００ｎｍの範
囲に収めることによって、固有抵抗値を接触抵抗に比べ
て無視できる程度にすることができる。

【００１９】一方、この発明に従って、電気接点の母材
である導体とセラミックス層の間には、セラミックス層
を形成する金属と同一の金属または合金で形成された金
属層が挟み込まれている。セラミックス層は、化学的に
安定なため、母材金属との相互拡散が起こりにくい。し
たがってセラミックス層は、母材への密着性に欠ける。さらに、セラミックス層の硬度は、母材金属に比べ極端
に高い（１０００〜３０００Ｈｖ）ため、物理的衝撃等
により、クラックや剥離を発生させやすい。しかし、こ
の金属層を設けることによって、導体とセラミックス層
との密着性は向上させられる。その結果、電気接点が変
形させられたり、あるいは物理的衝撃が加えられたりし
ても、セラミックス層にクラックが発生したり、さらに
セラミックス層が剥離する現象自体が避けられる。さら
に、加熱−冷却の繰返しによって、導体の膨脹−収縮が
繰返される場合においても、この密着性のおかげで剥離
やクラックの発生が避けられる。

【００２０】耐酸化性、耐食性および耐熱性を付与する
セラミックス層の内側で、ある範囲の厚みの部分を金属
層に置換えても、これらの特性はほとんど劣化すること
がない。しかも、気相成長法によって金属層を形成させ
る速度は、セラミックス層を形成させる速度よりも５〜
１０倍大きい。したがって、このような金属層での置換
えによって密着性が向上し、かつ同等の特性を備える層
をより早く形成することができる。さらに、セラミック
ス層を部分的に金属層に置換えることにより、接触抵抗
値も低減させることができる。

【００２１】さらにまた、この発明の金属層およびセラ
ミックス層は従来のＡｕメッキに比べて低コストで形成
することができる。

【００２２】

【実施例】厚さ０．２ｍｍの黄銅板上に、スパッタリン
グにより厚さ約１００ｎｍのＴｉ層を形成した。さらに
Ｔｉ層の表面にＮ２　ガスを導入したスパッタリングに
より、厚さ約２００ｎｍのＴｉＮ層を形成した。第１図
は、このようにして得られたこの発明の一具体例を示す
断面図である。図に示すように、黄銅基板１上には、Ｔ
ｉ層２が堆積され、さらにその上にＴｉＮ層が堆積され
ている。

【００２３】一方、厚さ０．２ｍｍの黄銅板上に同様の
スパッタリングにより厚さ約３００ｎｍのＴｉＮ膜のみ
を形成させた。以上のようにして層が形成された両方の
黄銅板に対して、半径４ｍｍの突き曲げ加工を行なった
。ＴｉＮ層のみが形成されたものは、約１００／ｍｍ２
　の頻度で微小な点状の剥離が発生させられたのに対し
、Ｔｉ層を形成させたものは、剥離が認められなかった
。

【００２４】上記の３００ｎｍのＴｉＮ層のうち、内側
の１００〜２００ｎｍをＴｉ層に置換えると、接触抵抗
値が１０〜５０％まで低減させられた。このような置換
えを行なった電気接点における温度上昇時の接触抵抗の
上昇割合は、ＴｉＮ層のみの電気接点と変わらなかった
。さらに上述したように、スパッタリングによるＴｉ層
の形成速度は、Ｎ２　ガスを用いたスパッタリングによ
るＴｉＮ層の形成速度の５〜１０倍であった。

【００２５】得られたＴｉ層およびＴｉＮ層を有する電
気接点の接触抵抗値は、通常、常温においてＳｎメッキ
が施された電気接点よりも小さく、Ａｕメッキが施され
た電気接点よりも大きかった。しかし、常温において接
触荷重を大きくしていくと、これらの層を有する電気接
点の接触抵抗値は減少し、Ａｕメッキ接点とほとんど変
わらなくなる。一方、これらの層を有する電気接点を２
００℃で２時間、加熱処理した後、接触抵抗値を接触荷
重を変えて測定した場合、接触荷重が比較的小さい範囲
においては、この電気接点の接触抵抗値は、同様に加熱
処理されたＡｕメッキ接点の接触抵抗値よりも小さかっ
た。以上の結果から、この発明の電気接点を接触荷重の
大きな接点に用いる場合は、ＡｕメッキとＳｎメッキの
間を埋めるものとして、また、接触荷重の小さな接点に
用いる場合は、Ａｕメッキ接点より優れた耐熱接点とし
てこの発明の電気接点を用いることができると考えられ
た。

【００２６】上述した特性のため、この発明の電気接点
は特に挿抜式コネクタに適していた。そこで、１対の端
子を有する挿抜式コネクタにおいて、雌側端子の接点お
よびその周囲にＴｉ層およびＴｉＮ層をコーティングし
たものを作成した。第２図は、この雌側端子の一例を示
す分解斜視図である。図に示すように、端子４内の接点
部５に、Ｔｉ層およびＴｉＮ層のコーティング６（図の
斜線部分）が施されている。

【００２７】なお、上記実施例の母材には、黄銅の他に
、銅、その他の銅合金、アルミニウム、またはアルミニ
ウム合金を使用することができる。

【００２８】さらに、実施例のＴｉ層およびＴｉＮ層は
、スパッタリング以外の気相薄膜形成法により形成する
こともできる。その具体例として、真空蒸着、イオンプ
レーティングおよびＣＶＤ等を挙げることができる。

【００２９】また、この発明に従う金属層およびセラミ
ックス層は、上記実施例に限定されることなく、当業者
によって容易にその他の金属層およびセラミックス層を
形成した電気接点を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に従う電
気接点は、優れた耐酸化性、耐食性および耐熱性を付与
されている。このような特性から、この発明は、自動車
や産業機器などの電気配線用端子、リレーおよびスイッ
チ等の電気接点において、長期使用後の変質が問題とな
るものに特に有用である。

【００３１】また、この発明の電気接点は、高温にさら
されても相対的に低く安定した接触抵抗値を示す。また
、上述したようにこの発明の一具体例は、高温にさらさ
れた後、小さい接触荷重で導体に接触される場合、同様
に高温にさらされたＡｕメッキ接点よりも小さな接触抵
抗値を有している。このような特性は、上記電気配線用
端子、リレーおよびスイッチ等の電気接点において、使
用温度の上昇が予想されるものに適している他、挿抜式
コネクタ等、接触荷重が簡単に変えられる端子に広く利
用でき、それらに耐熱性を付与する。

【００３２】さらに、この発明に従って導体とセラミッ
クス層の間に金属層を設けたことにより、セラミックス
層の導体への密着性が向上した。その結果、この発明は
、上記特性を備えながら、物理的な衝撃もしくは変形ま
たは加熱−冷却の繰返しを受けても、セラミックス層に
クラックおよび剥離が発生しにくいものとなっている。このため、この発明の電気接点の用途は、耐熱性が要求
されるものにおいてさらに広がる。

【００３３】さらにまた、この発明の電気接点は、従来
のＡｕメッキ接点に比べてより安価に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う電気接点の一具体例において、
基板上に、金属層およびセラミックス層が堆積された状
態を示す断面図である。

【図２】挿抜式コネクタにおいて、この発明の電気接点
を備える雌側端子の一例を示す分解斜視図であ。

【符号の説明】

１　　黄銅基板２　　Ｔｉ層３　　ＴｉＮ層４　　端子５　　接点部６　　コーティング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　１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、前記導体の表面に、高融
点金属または前記高融点金属の合金で形成された金属層
と、前記金属層上に、前記金属層を形成する金属または
合金の窒化物、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、他方の導体
に接触させるためのセラミックス層を備える電気接点。
【請求項２】　　前記高融点金属が、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に記載の電気接点。
【請求項３】　　前記金属層が、Ｔｉを主成分とする高
融点金属で形成され、かつ前記セラミックス層が、Ｔｉ
Ｎで形成される請求項１に記載の電気接点。
【請求項４】　　前記金属層の厚みが約５０ｎｍ〜約２
μｍの範囲にある請求項１に記載の電気接点。
【請求項５】　　前記セラミックス層の厚みが、約２０
ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲にある請求項１に記載の電気
接点。
【請求項６】　　前記セラミックス層は、外側になるに
つれて窒素、炭素または硼素の含有率が高くなる請求項
１に記載の電気接点。