JPH067452B2 - 電力コネクタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気コネクタまたは接点に関し、より詳細に
は、実質的電流を多分１０Ｖを超える電圧で搬送する際
に有用な電気コネクタに関する。

〔発明の背景〕

純金の電子接点を使用して、接合する通常ばね仕切接触
面の接触抵抗をそれ以上は減らせない最小値に減少させ
ることは、エレクトロニックテクノロジー、特にコンピ
ュータテクノロジーにおいて既知である。軽量の研磨し
た金製プローブに対して試験した時に１ｍΩ未満の接触
抵抗を有するこのような接触面は、一般に、頻発の開閉
用には設計されていない。このように、回路ボードおよ
びそれらの噛み合い部品上の薄い純金接触面は、しばし
ばわずか１００mVまでの電圧、極めて低いアンペア数で
操作する電子デバイスおよびコンピュータデバイスで電
気回路を与えるための標準手段である。このような接点
は、腐食媒体および酸化に対して非常に抵抗性である。
しかしながら、金をニッケルの中間層なしに或る金属基
材、例えば、銅または銀上で使用するならば、電子接点
は、２５℃よりも高い温度、１００℃程度の温度にさら
されるならば劣化する傾向がある。銅および銀の原子
は、金表面に徐々に移行する。移行した銅は、硫化およ
び酸化を受けやすい接触面を作り、一方、移行した銀
は、接触面を普通の室内空気と同程度に温和な硫化雰囲
気中で使用する時に特に有害である。従って、ニッケル
（または場合によってコバルトまたはニッケルに富んだ
合金またはコバルトに富んだ合金）の層を銅または銀ま
たは銅基合金または銀基合金の基材と金との間に使用し
て銅または銀移行を防止するとともに金の上層で破壊が
あることがあるところで比較的耐変色性金属の露出層を
あたえることが、一般の標準的プフクティスである。電
子型接点材料の良好な説明は、論文「インレークラッド
錬金合金の性質」、ロバート・ジェイ・ラッセル、ソリ
ッド・ステート・テクノロジー、第１０頁（８７６）に
含まれている。

低い接触抵抗を有するがエレクトロニクス工業によって
必要とされる極めて低い接触抵抗を必ずしも有しておら
ず且つ頻度の高い開閉を存続するのに十分な耐摩耗性を
有する電気接点材料のニーズがある。

本発明の目的は、合理的に高いアンペア数を場合によっ
て１０Ｖを超える電圧で搬送するのに適した電気接点を
提供することにある。

本発明の更に他の目的は、本発明の電気接点で使用でき
る電気接点材料を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、互いに表面で接触するように配置した少なく
とも２個の部品を具備することを特徴とする電流（例え
ば、少なくとも約０．１Ａの電流）用遮断自在の伝導路
を与えるのに適した電力コネクタを意図する。これらの
部品の少なくとも１個は、金とニッケルとの合金から作
られる接合接触面を有する。接合接触面において、合金
は、ニッケル約１〜約１０重量％を含有する。金中のニ
ッケルの量は、一般に、接合接触面からの距離ととも
に、本質上純粋なニッケルの冶金学的に結合された下層
まで増大する。しかしながら、ニッケルを下層から金上
層に拡散することによって調製される合金は、通常、ス
パッタリングおよびオージェ分析によって調べた場合、
特定の構造を示す。ごく近い表面、場合によって厚さ１
５０Å単位の表面は、比較的高いニッケル含量を有す
る。この表面層直下では、ニッケル含量は、若干落ち且
つ場合によって０．３〜２μｍである金層の厚さの２／
３まで比較的一定のままである。金含有層の残りの厚さ
にわたって、ニッケル含量は、下にある金属のニッケル
含量まで迅速に増大する。当業者は、この種のオージェ
分析が時々表面人工物であってもよくバルク材料の性質
を表わさないかバルク材料の性質に関して有意ではなく
ともよい被検査物体の表面における結果を与えることを
認識するであろう。従って、本発明の接点構造物の金層
においては、外面近くのニッケル含量が比較的低い水準
であると言っても差しつかえないと思われる。それは、
表面から離れた若干の点において、金のニッケル含量が
迅速に増大するまで、低い水準のままである。

電力コネクタは、雄／雌プラグ部品、ピン、ねじ切り構
造物などの通常の接点形態であることができる。有利に
は、コネクタは、ストリップ形態の電気接点複合材料か
ら作ることができるような形状を有する。本発明の意図
内でもあるこような接点材料は、導電性材料、例えば、
ニッケルまたはニッケルに富んだ合金に冶金学的に結合
された厚さ約０．１〜２μｍの金層の下に設けられたニ
ッケルまたはニッケルに富んだ合金からなる少なくとも
１つの主要表面を有する金属のストリップ形態の構造基
材を具備する。この拡散は、主要外面でニッケル約１〜
約１０重量％を与えるようなものである。これに関連し
て、「ニッケルに富んだ合金」とは、ニッケル少なくと
も約９０％、有利にはニッケル少なくとも９５％または
９９％を含有する合金を意味し且つ商業上純粋なニッケ
ルおよびニッケル−コバルト合金を包含する。

本発明の接点材料の特定例としては、銅、銅基合金、例
えば、黄銅、キュプロニッケル、ベリリウム銅、銅−ニ
ッケル−スズ合金および銅−ニッケル−アルミニウム合
金、ニッケル、コバルトまたはニッケル−コバルト合金
（特にストリップ形態）が挙げられる。銅、銅基合金お
よびコバルトの場合には、基本金属は、少なくとも１つ
の主要表面上の厚さ約３〜１０μｍのニッケルの電着層
を有する。その少なくとも１つの主要表面の外側部分
は、電着金またはニッケルおよび／またはコバルト合計
約１％までを含有する金合金の厚さ約０．１〜約２μｍ
の層からなり、この電着金または金合金の層は、表面ま
たはその付近で全ニッケル約１％〜約１０％の量のニッ
ケルの金表面への拡散を与えるようにニッケルに熱結合
する。ストリップは、すべての表面上で、または２つの
主要表面、即ち、上面および底面上で、または１つの主
要表面上で金と面することができる。

ニッケルおよびニッケルに富んだ合金ストリップは、金
属の装入物を溶融し、次いで、鋳造し、次いで、熱間加
工し且つ／または冷間加工してストリップ形態とする通
常の冶金溶融テクノロジーによって調製することができ
る。ニッケル、コバルトまたはニッケルに富んだ合金ス
トリップの特に有利な製法は、金属粉末をロール圧粉
し、焼結結合し、ロール圧粉金属粉末を相互拡散した後
または同時に結合粉末製品を圧延してストリップ形態お
よび厚さにする方法である。

本発明のコネクタの主要構造素子を構成できるニッケル
またはニッケルに富んだ合金以外の金属のストリップ
は、一般に、常法で調製され、多くの供給業者から市販
されている。本発明は、銅、黄銅、アルミニウム青銅、
キュプロニッケル、ベリリウム銅、銅−ニッケル−スズ
合金および電気接点技術で有用な他の金属または他の導
電性材料の市販のストリップの使用を意図する。このス
トリップは、アルカリ洗浄浴、溶剤、蒸気脱脂などの常
法によって十分に洗浄し、次いで、電気メッキして厚さ
約５〜約１０μｍのニッケルの層を与える。エレクトロ
プレーティング・エンジニアリング・ハンドブック、第
３版、Ａ．ケネス・グラハン、ファン・ノストランド・
ラインホールド・カンパニー、著作権、１９７１年、第
２４７頁に記載の電気メッキ浴の１つは、ニッケルを電
気メッキするために使用できる。

金は、純粋な軟質金電着物を製造するのに適したシアン
化物型、サイトレート型または他の型の浴からニッケル
ストリップ上またはメッキニッケル上に電着する。次い
で、ストリップは、約３５０℃〜６００℃で２時間〜１
０秒間熱処理して、ニッケルを金に拡散させて金外面で
ニッケル１〜１０％の量に達する。

本発明で意図するような電気コネクタ材料およびそれか
ら作られる電気接点は、有用な寿命を通して腐食生成物
を本質上含まず且つ腐食生成物を本質上含まないままで
あり且つこのようにして信頼性のある安定な接点サービ
スを与えるので、卑金属製接点よりも有利である。純金
接触面と比較して、高電流（例えば、０．１Ａよりも高
い電流）を電気回路に流す時には、本発明の接点および
接点材料は、接点を周期的に開離しなければならない時
には有利である。これらの状況では、純金表面は、剥摩
または粗面化し、金接触面上の金は、一緒に焼結するか
融解する傾向があり、且つ接点は、容易には分離できな
い。逆に、本発明は、金接触面がニッケル１〜１０％を
含有する時には、このような変性金接点上の変性金が純
金の融解または焼結特性を示さず、そして、勿論、接点
を含めた回路が所定の容量を超えて過負荷されていない
ならば、このようにして、接点は、常時容易に開離する
ことができるという発見に基づくものである。

本発明の接点材料を調製する際には、冶金技術の当業者
は、熱処理時間が通常温度に応じて変化するであろうこ
とを認識するであろう（より長い時間が所定の厚さの金
の場合により低い温度で使用され、逆または同じ）。よ
り低い温度および所定温度でのより短い時間は、より厚
い金層の場合よりもより薄い金層の場合に使用されるで
あろう。同時係属加国特許出願第５３４，００９号明細
書に開示されているように、ニッケルの金への拡散は、
時効硬化性基板の時効硬化と同時に実施できる。通常、
例えば、ベリリウム銅、銅−ニッケル−スズ合金、銅−
ニッケル−アルミニウム合金などの銅基合金のこの時効
硬化は、接点材料が電気接点としての最終形態にした後
に実施される。例えば、ベリリウム銅のストリップ形態
は、ブランキングし、接点形状に成形する。次いで、こ
のようにして成形された接点を、順次ニッケル、金で電
気メッキし、次いで、基板の時効硬化と適当な金−ニッ
ケル相互拡散との両方を同時に達成するために電気メッ
キ金の厚さを考慮して選ばれた温度／時間組み合わせで
熱処理する。或いは、接点を、複合金−ニッケル−銅ベ
リリウムストリップからブランキングし、成形し、次い
で、熱処理してもよい。

ニッケルおよび金の拡散を生ずる焼鈍熱処理は、メッキ
ストリップ材料の熱間再圧延と同時に実施することがで
きる。例えば、ロール圧粉し、次いで、焼結し、ニッケ
ル粉末を圧延することによって作られるニッケルストリ
ップは、金で電気メッキし、次いで、３５０℃〜５００
℃の範囲内の温度で再圧延してニッケルと金との間の冶
金学的結合を高め且つニッケルの拡散を果たすことがで
きる。或いは、冶金学的結合および拡散は、前記のよう
に焼鈍熱処理することによって達成することができ、複
合体は機械的特性を高めるために焼鈍前または焼鈍後の
いずれかに冷間圧延できる。

〔実施例〕

当業者に本発明の利点のより大きい認識を与えるため
に、下記例を与える。

ロール圧粉焼結ニッケル粉末から作られた厚さ約０．５
mm、幅約３０mm、長さ約７０ｍのニッケルストリップを
十分に洗浄し、温和にエッチングし、サイトレートをベ
ースとする電気メッキ浴からの金で電気メッキして、厚
さ約０．５μｍの均一な純金デポジットを与える。メッ
キストリップを十分にすすいで電解液の痕跡を除去し、
乾燥し、次いで、炉を通過することによって熱処理す
る。炉を４８０℃に保持する。この炉は、水素１０容量
％の雰囲気を含有し、残部に窒素である。冷却ストリッ
プを炉に給送し、６分間の滞留時間で通過する。ストリ
ップが炉が出ると、同じ還元条件下で冷却し、次いで、
巻く。

このようにして調製された複合ニッケル−金接点材料
は、電気接点サービス複合材料対複合材料における優秀
な結果を与える。接点は、通常のサービスにさらす時に
長時間にわたって有害な挙動を本質上何も示さない。接
点は、サービスにおいて腐食せず、剥摩せず、孔食せ
ず、且つ使用時に約２００℃までの温度にさらす時さえ
困難なしに数百回切断できる。

法令の条項に従って、本発明の特定の態様をここに例示
し且つ説明したが、当業者は特許請求の範囲によってカ
バーされる本発明の形態で変更を施すことができるこ
と、および他の特徴の対応の使用なしに本発明の或る特
徴を時々有利に使用できることを理解するであろう。

フロントページの続き (72)発明者 ブルース、ランドルフ、コナード カナダ国オンタリオ州、オークビル、バル サム、ドライブ、153 (72)発明者 ジュラージュ、バブジャク カナダ国オンタリオ州、ミシソーガ、ルイ ス、ドライブ、671 (56)参考文献 特開 昭61−233912（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに表面接触するように配置した少なく
   とも２個の部品を具備する電力コネクタであって、 該部品の少なくとも１個は金とニッケルとの合金から作
   られる接合接触面を有し、 金とニッケルとの該合金はニッケル合金基板を有し、該
   ニッケル合金基板は厚さ３〜１０μｍの電着ニッケルの
   中間層と該電着ニッケルの中間層上に厚さ０．１〜２μ
   ｍの純金の電着物により被覆されており、 該電着金は該接合接触面近くでニッケル１〜１０重量％
   を含有し、 該ニッケル量は表面から若干の距離を通して実質的に一
   定のままであり、且つ該接合面の内部の点において、該
   接合接触面からの距離とともに金含有金属と電着ニッケ
   ルからなる冶金学的に結合された下層との間の界面に向
   けて増加し始めている、 ことを特徴とする電流用遮断自在の導電路を有する電力
   コネクタ。