JP2016020524A - 電気素子 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクタ用電気接点に銅合金をそのまま用いると、表面が酸化し電気抵抗率が高くなり、製品の信頼性が低下するという問題点がある。そこでＣｕ合金の表面に貴金属めっき層を形成し表面酸化を防止しているが、貴金属めっき層の使用は、コストが高くなるという問題点がある。また、耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性等をさらに向上することが求められている。【解決手段】基材１２上に、元素をドープした酸化物薄膜１６を設けてなるコネクタ用電気接点によって上記課題を解決した。【選択図】図１

Description

本発明は、とくにコネクタ用電気接点として有用な電気素子に関する。

一般的にコネクタ用電気接点は、主にＣｕ合金から形成されているが、Ｃｕ合金をそのまま用いると、表面が酸化し電気抵抗率が高くなり、製品の信頼性が低下するという問題点がある。とくに、小型かつ低接触荷重の電気接点では、高抵抗の酸化膜により接点部での金属同士が接触する面（真実接触面）が非常に小さくなってしまい、接触抵抗が上昇するという問題がある。

そこで、通常は、Ｃｕ合金の表面に金や銀等の貴金属めっきを行って貴金属めっき層を形成し、Ｃｕ合金の表面の酸化を防止し、製品の信頼性を確保している。なお耐腐食性や耐摩耗性を確保するためには、貴金属めっき層にある程度の厚さを設けている。これとは別に、電気自動車の蓄電池の充電に使用されるような、数十〜数百アンペアという比較的大電流で使用される場合にも、貴金属めっき層を厚くする必要がある。

しかし、貴金属めっき層を厚くすればするほど、コストが高くなるという問題点があり、当業界では使用される貴金属量を低減する技術が求められていた。
また、貴金属めっき層としてＡｇを用いた場合、Ａｇは硫化等の腐食に弱く、すぐに変色するという問題点がある。そこで、Ａｇめっき層の表面に変色防止剤を塗布しているが、得られる塗布膜は通常、非常に脆く、プラス成形や接点の嵌合等により剥がれてしまい、Ａｇの変色を有効に防止できないという問題点もあった。

例えば下記特許文献１には、基材上に例えばＳｎからなる金属層を形成し、その表面に形成された酸化物層を除去した後、該金属層上にＳｎＯ_２のような酸化物層を形成するコネクタ用電気接点材料の製造方法が開示されている。

特開２０１２−２３７０５５号公報

しかしながら、上記のような先行技術では、貴金属めっき層を使用した製品に比べ、コストは低くすることはできるが、当業界ではさらなる性能の向上が求められている。

したがって本発明の目的は、低コストであり、かつ、基材の酸化による製品の信頼性の低下を防止するとともに、小型かつ低接触荷重の電気接点であっても、真実接触面を大きく保つことができ、接触抵抗の上昇の問題も解決し得る、電気素子を提供することにある。

本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、基材上に、特定の酸化物薄膜を設けることにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、下記（１）〜（８）を特徴としている。

（１）基材上に、元素をドープした酸化物薄膜を設けてなることを特徴とする電気素子。
（２）前記元素が、導電性発現に寄与する元素であることを特徴とする前記（１）に記載の電気素子。
（３）前記酸化物薄膜が、ＳｎＯおよび／またはＳｎＯ_２であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の電気素子。
（４）導電性発現に寄与する元素が、Ｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする前記（２）に記載の電気素子。
（５）導電性発現に寄与する元素が、Ｆであることを特徴とする前記（２）に記載の電気素子。
（６）前記基材の表面が、貴金属でめっきされていることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の電気素子。
（７）前記基材の表面が、前記貴金属としてＡｇでめっきされていることを特徴とする前記（６）に記載の電気素子。
（８）前記電気素子が、コネクタ用電気接点であることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の電気素子。

本発明の電気素子は、基材上に特定の酸化物薄膜を設けているので、低コストであり、かつ、基材の酸化による製品の信頼性の低下を防止するとともに、小型かつ低接触荷重の電気接点であっても、真実接触面を大きく保つことができ、接触抵抗の上昇の問題も解決し得る、電気素子を提供することができる。
また本発明の電気素子は、基材の表面がＡｇでめっきされている場合であっても、実使用中のＡｇの変色を有効に防止することができ、電気素子の信頼性を向上させることができる。

本発明の電気素子の一実施形態を説明するための断面図である。 本発明のコネクタ用電気接点の一実施形態を説明するための断面図である。 実施例で製造したコネクタ用電気接点３の断面図（ａ）およびその一部拡大図（ｂ）である。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の電気素子の一実施形態を説明するための断面図である。
図１に示す電気素子１は、基材１２上に、元素をドープした酸化物薄膜１６を設けてなる。
基材１２の材質としては、とくに制限されず、用途に応じて適宜選択することができる。
酸化物薄膜１６の材質としては、とくに制限されず、用途に応じて適宜選択することができる。また、酸化物薄膜１６にドープされる元素としては、とくに制限されず、用途に応じて適宜選択することができる。
また、基材１２および酸化物薄膜１６の厚さやサイズとしては、とくに制限されず、用途に応じて適宜選択することができる。
また、電気素子１の製造方法もとくに制限されず、従来公知の手法を適宜採用することができる。

以下、本発明の電気素子１がコネクタ用電気接点である場合を例にとり、本発明をさらに説明する。
図２は、本発明のコネクタ用電気接点の一実施形態を説明するための断面図である。図２において、コネクタ用電気接点２は、基材１２２上にＮｉめっき層１３２、貴金属めっき層１４２、酸化物薄膜１６２がこの順で設けられている。また、図示していないが、Ｎｉめっき層１３２と貴金属めっき層１４２との密着性を向上するために、別のめっき層（ストライクめっき層）を設けることもできる。

この形態において、基材１２２の材質としては、一般的にＣｕや黄銅等のＣｕ合金を用いることができる。これとは別に、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金を用いることもできる。基材１２２の厚さは用途に応じて適宜決定することができ、また基材の形状は矩形型、円柱型、その他の異形型であることができる。

基材１２２上には、必要に応じて、基材１２２に含まれる例えばＣｕまたはＣｕ合金が酸化物薄膜１６２上に拡散するのを防止するために、Ｎｉめっき層１３２を設けてもよい。Ｎｉめっき層１３２は、Ｎｉのほか、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＳｎ−Ｎｉ合金等のＮｉ合金を使用することができる。Ｎｉめっき層１３２の厚さは、当該目的を達成できればよく、適宜決定される。

Ｎｉめっき層１３２の表面上には、貴金属めっき層１４２が設けられる。貴金属めっき層１４２における貴金属としては、Ａｕ、Ａｇ等が挙げられる。貴金属めっき層１４２の厚さは、用途やコストを勘案して適宜決定すればよい。

貴金属めっき層１４２上には、元素をドープした酸化物薄膜１６２が設けられる。
酸化物としては、ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＮｉＯ、Ｎｉ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯ_２、ＣｕＡｌＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、またはこれらの混合物等が挙げられる。中でも本発明の効果が向上するという観点から、酸化物は、ＳｎＯおよび／またはＳｎＯ_２であるのが好ましい。

前記元素としては、導電性発現に寄与する元素が好ましく、例えばＦ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種が挙げられる。中でも本発明の効果の観点から、また、導電性、耐摩耗性に優れるという観点から、Ｆが好ましく、酸化物薄膜１６２は、フッ素ドープ酸化錫（ＦＴＯ）であるのがとくに好ましい。

酸化物薄膜１６２の厚さとしては、例えば１０ｎｍ〜１μｍである。

次に、コネクタ用電気接点２の製造方法について説明する。
まず、基材１２２を準備し、必要に応じてＮｉめっき層１３２、貴金属めっき層１４２を順次形成する。各めっき層は、公知のめっき法により形成できる。例えば、電解めっき法は、慣用的に行なわれている方法であり、装置構成も簡易で、また層厚の制御も比較的容易であることから好ましい。

次に、貴金属めっき層１４２上に、元素をドープした酸化物薄膜１６２を設ける。この酸化物薄膜１６２は、例えばスプレー熱分解（ＳＰＤ：Spray Pyrolysis Deposition）法により設けることができる。ＳＰＤ法はよく知られているように、基材を成膜温度まで加熱し、そこに向けて霧化器等の噴霧手段を用いて膜の原料となる溶液を噴霧することにより、反応初期には、基材表面に付着した液滴中の溶媒の蒸発と、溶質の熱分解に続く加水分解反応および熱酸化反応することにより結晶を形成させ、反応が進むにつれその結晶上に、液滴が付着し、液滴中の溶媒蒸発と共に、溶質および下部の結晶間で結晶成長を進行させ、薄膜を形成する方法である。ＳＰＤ法を採用することにより、酸化物薄膜１６２をピンポイントで、および／または、任意の形状で成膜することができる。なお酸化物薄膜１６２は、ＳＰＤ法以外にも公知の方法を採用し、形成することができる。

このようにして形成された酸化物薄膜１６２は、導電性（例えば比抵抗値が１×１０^７Ω・ｃｍ以下）を有し、かつ、上記の本発明の効果を奏するとともに、また、耐摩耗性、耐腐食性、耐熱性等に優れる。したがって、その下層に設けられる貴金属めっき層１４２の厚さを薄くすることができ、製造コスト減少に寄与することができる。

なお、上記では本発明の電気素子１として、コネクタ用電気接点２を例にとり本発明を説明したが、この用途以外にも、当業界で公知の電気素子としての各種用途に利用することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。

図３に示すコネクタ用電気接点３を製造した。図３は、本実施例で製造したコネクタ用電気接点３の断面図（ａ）およびその一部拡大図（ｂ）である。コネクタ用電気接点３は、図３（ａ）に示すように、オス端子３２およびメス端子３４からなり、その嵌合部は、図３（ｂ）の一部拡大図に示されるように、オス端子３２側が基材３２２、Ａｇめっき層３２４およびＦＴＯ薄膜３２６から順次形成され、メス端子３４側のＦＴＯ薄膜３４６と接触している。また、メス端子３４もオス端子３２と同様の構成を有している。すなわち、メス端子３４は、基材３２２と、Ａｇめっき層３４４とを有している。

基材３２２としては黄銅からなるＣｕ合金を用い、その上に電解めっき法によりＡｇめっき層３２４を形成した。続いて、Ａｇめっき層３２４上に、ＦＴＯ薄膜３２６をＳＰＤ法により設け、オス端子３２を製造した。なお、オス端子３２とメス端子３４の基材の材質が互いに異なっていてもよい。

本実施例のコネクタ用電気接点３は、ＦＴＯ薄膜３２６を設けない場合と比べ、これと同様の性能を確保するためには、Ａｇの使用量を各段に減少させることができ、低コストであるとともに、Ｃｕ合金の酸化による製品の信頼性の低下を防止することもできる。また、コネクタ用電気接点３が小型かつ低接触荷重の電気接点であっても、真実接触面を大きく保つことができ、接触抵抗の上昇の問題も解決することができる。さらに、実使用中のＡｇの変色も有効に防止され得る。

ここで、上述した本発明に係る電気素子の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］〜［８］に簡潔に纏めて列記する。
［１］ 基材（１２）上に、元素をドープした酸化物薄膜（１６）を設けてなることを特徴とする電気素子（１）。
［２］ 前記元素が、導電性発現に寄与する元素であることを特徴とする上記［１］に記載の電気素子（１）。
［３］ 前記酸化物薄膜（１６）が、ＳｎＯおよび／またはＳｎＯ_２であることを特徴とする上記［１］または［２］に記載の電気素子（１）。
［４］ 導電性発現に寄与する元素が、Ｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする上記［２］に記載の電気素子（１）。
［５］ 導電性発現に寄与する元素が、Ｆであることを特徴とする上記［２］に記載の電気素子（１）。
［６］ 前記基材の表面が、貴金属でめっきされていることを特徴とする上記［１］〜［５］のいずれかに記載の電気素子（１）。
［７］ 前記基材の表面が、前記貴金属としてＡｇでめっきされていることを特徴とする上記［６］に記載の電気素子（１）。
［８］ 前記電気素子が、コネクタ用電気接点であることを特徴とする上記［１］〜［７］のいずれかに記載の電気素子（１）。

１ 電気素子
２，３ コネクタ用電気接点
１２，１２２，３２２ 基材
１６，１６２ 酸化物薄膜
１３２ Ｎｉめっき層
１４２ 貴金属めっき層
３２ オス端子
３４ メス端子
３２４，３４４ Ａｇめっき層
３２６、３４６ ＦＴＯ薄膜

Claims (8)

1. 基材上に、元素をドープした酸化物薄膜を設けてなることを特徴とする電気素子。
2. 前記元素が、導電性発現に寄与する元素であることを特徴とする請求項１に記載の電気素子。
3. 前記酸化物薄膜が、ＳｎＯおよび／またはＳｎＯ_２であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気素子。
4. 導電性発現に寄与する元素が、Ｆ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔｌ、Ａｓ、ＳｂおよびＢｉからなる群から選択された少なくとも１種であることを特徴とする請求項２に記載の電気素子。
5. 導電性発現に寄与する元素が、Ｆであることを特徴とする請求項２に記載の電気素子。
6. 前記基材の表面が、貴金属でめっきされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気素子。
7. 前記基材の表面が、前記貴金属としてＡｇでめっきされていることを特徴とする請求項６に記載の電気素子。
8. 前記電気素子が、コネクタ用電気接点であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気素子。

Images