(57)【要約】【課題】自動車の用途に用いられるコンタクトあるいは端子などの電気・電子コネクタ用の改良されたコーティングを提供する。【解決手段】１．０重量％超から約２０重量％、好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好ましいのは３．０重量％から１０重量％の銀、および残部の必須的なスズを含むスズ−銀の２成分コーティングである。このコーティングはスズ−銀溶融浴内に基板材料を浸漬することで形成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料に適用されるコーティングであって、１．０重量％超から２０重量％の銀、および残部の必須的なスズを有してなり、前記スズの融点が２２５℃以上である、ことを特徴とするコーティング。
【請求項２】
コーティング中の前記銀の含量が２．０重量％から１５重量％である、ことを特徴とする請求項１記載のコーティング。
【請求項３】
コーティング中の前記銀の含量が３．０重量％から１０重量％である、ことを特徴とする請求項１または２記載のコーティング。
【請求項４】
前記コーティングが、0.00001インチ（０．０００２５４ｍｍ）から0.001インチ（０．０２５４ｍｍ）の厚さ、および０．３２Ｇｐａから０．４１Ｇｐａの硬度を有する、ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコーティング。
【請求項５】
前記コーティングが電気メッキでない、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコーティング材料。
【請求項６】
１．０重量％超から２０重量％の銀を有してなり、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモンからなるグループより選択された有効量５．０重量％までの少なくとも１種の元素を任意的に有してなり、および残部の必須的なスズを有してなる、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のコーティング。
【請求項７】
前記少なくとも１種の元素が、０．１重量％から有害な酸化物を形成しない量の範囲まで存在する、ことを特徴とする請求項６記載のコーティング。
【請求項８】
基板材料および請求項１から７のいずれかに記載のコーティングの層を有してなる複合材料であって、前記コーティングが前記基板材料の少なくとも一部の上に存在する、ことを特徴とする複合材料。
【請求項９】
前記基板材料が鉄をベースとする材料、鉄をベースとしない材料、または銅テルル合金からなるものである、ことを特徴とする請求項８記載の複合材料。
【請求項１０】
請求項８または９記載の複合材料で形成される電気コネクタ。
【請求項１１】
メッキされる基板材料を準備するステップを有してなり、
１．０重量％超から２０重量％の銀、および残部の必須的なスズを有してなる浴を用意するステップを有してなり、および
前記基板材料を前記浴内に浸漬して前記基板材料上にコーティング層を形成するステップを有してなり、前記コーティング層は１．０重量％超から２０重量％の銀を有してなる、ことを特徴とする基板材料をメッキする方法。
【請求項１２】
前記用意するステップが、１．０重量％超から２０重量％の銀、
ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモンからなるグループより選択された有効量５．０重量％までの少なくとも１種の元素、および残部の必須的なスズからなる浴を用意するステップを有してなる、ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記用意するステップが、２．０重量％から１５重量％の銀を含有する浴を準備することを有してなる、ことを特徴とする請求項１１または１２記載の方法。
【請求項１４】
前記用意するステップが、３．０重量％から１０重量％の銀を含有する浴を準備することを有してなる、ことを特徴とする請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記浴を前記浸漬するステップの間において２６０℃以上に維持するステップをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記維持するステップが、前記浸漬するステップの間において前記浴を２６０℃から４８２℃に維持することを有してなる、ことを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記浸漬するステップが、前記基板材料を前記浴に連続的に通過させることを有してなる、ことを特徴とする請求項１１から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記浸漬するステップが、前記基板材料を前記浴に不連続的に通過させることを有してなる、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６記載のいずれかの方法。
【請求項１９】
前記浸漬するステップが、前記基板材料のバッチを前記浴内に浸漬させると共に、前記コーティングを形成するのに十分な時間だけ前記バッチを前記浴内に保持する、ことを特徴とする請求項１１から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記基板材料を０．２秒から１０秒の間だけ前記浴内に留めることさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１１から１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記浸漬するステップの後に、前記基板材料の表面に潤滑剤を塗布することをさらに有してなる、ことを特徴とする請求項１１から２０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用コネクタなどの、電気および電子用途において使用される基板材料に適用されるスズ−銀コーティング、およびこの基板材料にスズ−銀コーティングを適用する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の電気コンタクト（電気接点）は、高温およびそれらが機能しなければならない環境ないし状況のため、様々な危険に曝されている。例えば、自動車の電気コンタクトは日常的に、微動により引き起こされる振動や擦過腐食つまりフレッチング腐食に曝される。擦過腐食は電気表面の接触時に接触抵抗を高めるものであるから有害である。さらに、２つの電気接点あるいは端子が接したときに電気アークが発生する。
【０００３】
これらの問題のいくつかに対処するために、自動車の電気コンタクトには金メッキされているものもある。金は有害な酸化物を生成しないため、有益な材料ではあるが、非常に高価であることから、自動車用の電気コンタクトのコストを著しく高めることになる。
【０００４】
金によるコストをなくすために、純スズでメッキした電気コンタクトもある。この純スズメッキの場合、経済的には有益であるが、サイクル寿命にはそれほど優れておらず、通常、約１７０サイクルである。
【０００５】
よって、経済的に有益であり、また自動車の電気コンタクトが機能すべき環境下における応力に耐えることができる、電気コンタクト形成の際に使用可能なコーティングに対する必要性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、電気電子用途のための、改良されたコーティングないしコーティング材料を提供することにある。
また、本発明の目的は、自動車用途において特に有用であり、またサイクル寿命に優れた、上記の改良されたコーティングないしコーティング材料を提供することにある。
本発明の別の目的は、経済的に許容可能、つまり経済的である、自動車の電気コンタクト用の上記の改良されたコーティングないしコーティング材料を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、基板材料上にコーティングないしコーティング材料を形成する改良された方法を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、電気コネクタあるいは電気コンタクトを形成するための改良された方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的は本発明のスズ−銀コーティング、および本発明の方法により達成される。
本発明によれば、スズ−銀コーティングは、例えば、電気コンタクトに使用される基板材料に適用、つまり塗布ないし形成される。基板材料は所要の導電性を有する、任意の適切な金属である。例えば、基板材料は銅であってもよいし、銅合金、炭素鋼材あるいはアルミ合金であってもよい。本発明のスズ−銀コーティングは、好適実施形態においては、１．０重量％超から約２０重量％、好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好ましいのは３．０重量％から１０重量％の銀、および残部の必須的なスズ（錫）を含んでなるものである。後述の通り、本発明の２成分のスズ−銀コーティングは特に有用なコーティングである。例えば、このコーティングによれば、酸化物の生成が回避される。このような酸化物はコーティングに有害であり、またコーティングの電気抵抗性を増大させるものである。
【０００８】
本発明のコーティングはスズ−銀の２成分（二元）コーティングであるのが好ましいが、このコーティングはまた、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモン、およびそれらの混合物からなるグループより選択された有効量（実効量）が５．０重量％までの、少なくとも１種の硬化用の元素を、任意ないし随意的に、含ませることもできる。このような少なくとも１種の硬化用の元素は、コーティング内に存在する場合には、コーティングの電気抵抗を増大させる酸化物の生成を引き起こす量が存在してはならない。
【０００９】
本発明のスズ−銀コーティングにおける１つの利点は、脱酸素剤（還元剤）のような成分（元素）を含ませる必要がないことである。
【００１０】
本発明のスズ−銀コーティングは、概略的には、メッキされる基板材料を準備するステップ、１．０重量超から約２０重量％の銀、および残部の必須的なスズを含んでなる浴（バス）を用意するステップ、および基板材料上にコーティング層を形成するために浴内に基板材料を浸漬するステップを有して構成される。また、このコーティング層は１．０重量超から約２０重量％の銀、および残部の必須的なスズを含んでなる。本発明の方法の他の実施形態では、浴およびコーティングは、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモン、およびそれらの混合物からなるグループより選択された少なくとも１種の元素を含んでいる。この少なくとも１種の元素は、これを存在させる場合、少なくとも１種の元素が、コーティングの抵抗を増大させる酸化物の生成を引き起こさない量の範囲内において存在させる必要がある。
【００１１】
本発明のスズ−銀コーティングのその他の詳細、およびそれらを形成する方法は、これらに伴う他の目的および利点と同様に、以下の説明および添付図面において説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
上述した通り、本発明は自動車用電気コンタクトのような、電気電子用途で使用される基板材料上にスズ−銀コーティングを適用することに関するものである。基板材料は、例えば炭素鋼である鉄（第１鉄）ベース材料、例えば純銅、銅合金、またはアルミニウム合金である非鉄ベース材料のような、従来公知の任意の適切な導電性材料であってよい。自動車用途で一般的に使用されている１つの基板材料は、重量％で、０．００３から０．０２３までのテルル、０．００３から０．０２３までのスズ、０．００１から０．０１０までの燐、および残部の必須的な銅を含んでなる、ＣＤＡ合金１４５３０と称される銅テルル合金である。
【００１３】
殆どの電気電子用途においては、擦過腐食および電気抵抗の増大を引き起こす表面の酸化防止を補助するために、基板材料の少なくとも一部にコーティング層を設けることが非常に望ましい。ここで、この種のコーティングには、この種の用途において多数サイクルの間に加えられる力に耐えるだけの、十分な硬度を持たせる必要性がある。自動車用途などの、電気電子用途に用いられる基板材料に設けられるコーティングに特に有益な混合物ないし組成物は、スズ−銀の２成分コーティング（二元性コーティング）であり、このスズ−銀の２成分コーティングは１．０重量％超から約２０重量％、好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好ましいのは３．０重量％から１０重量％の銀、および残部の必須的なスズを含んで構成されるものである、ことが知得されている。そのようなコーティングは２２５℃を超える融点を有しており、これが利点となる。
【００１４】
必要に応じて、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモン、およびこれらの混合物からなるグループより選択された少なくとも１種の硬化用の元素が、塗料の硬化性を向上させる本発明の別の実施形態において存在させている。存在させる場合、少なくとも１種の硬化用の元素は有効量で約５．０重量％まで、好ましくは０．１重量％から約５．０重量％の量を存在させることができる。選択された特定の硬化用の元素は、コーティングの電子抵抗を増大させるのに十分な有害な酸化物を生成する量の範囲まで存在させてはならない。例えば、コーティング中にマグネシウムや銅のような酸化物を生成する元素を大量使用することは避けるべきである。
【００１５】
本発明のスズ−銀コーティングは、従来公知の任意の適切な技術を使用して、基板ないし基材に適用ないし形成される。しかしながら、好ましくは、非電気メッキ技術を用いて、基板材料にスズ−銀コーティングを適用ないし形成される。例えば、本発明のコーティングは、基板材料をスズ−銀浴内に浸漬することで形成することができ、この場合、スズ−銀浴は少なくとも５００°Ｆ（２６０℃）に維持され、好ましくは５００°Ｆ（２６０℃）から９００°Ｆ（約４８２℃）に維持される。実施形態において、浴は、溶融したスズおよび銀からなるものであり、また１．０重量％超から約２０重量％、好ましくは２．０重量％から１５重量％、最も好ましくは３．０重量％から１０重量％の銀、および残部の必須的なスズを含んでなるものである。浴内に浸漬された基板材料は、連続した金属ストリップつまり金属の細長い片でもよいし、電気あるいは電子コネクタの特定の型を形成するために予め型抜きされた金属片でもよい。あるいは、メッキされた基板材料を浴から取り出した後に電気あるいは電子コネクタの特定の型に加工するようにしても良い。例えば、メッキされた基板材料を浴から取り出された後に特定の形式の電気ないし電子コネクタに打ち抜き加工しても良い。
【００１６】
任意ないし随意的に、コーティング浴には、有効量で約５．０重量％まで、好ましくは０．１重量％から約５．０重量％までの、ビスマス、ケイ素、銅、マグネシウム、鉄、ニッケル、マンガン、亜鉛、アンチモン、およびこれらの混合物からなるグループより選択された少なくとも１種の硬化用の元素を含ませることができる。例えば、浴には０．１重量％から１．５重量％の銅を含ませても良い。
【００１７】
上述の通り、浴内に浸漬される基板材料は、基板材料からできたコイルのような、任意で所望の形状とすることができる。基板材料は、従来公知の任意の最適なシステムを使用し、連続的、または不連続的ないし非断続的に、浴を通過させることができる。さらに、本発明の実施形態においては、厚さ０．００００１インチ（０．０００２５４ｍｍ）から０．００１インチ（０．０２５４ｍｍ）のコーティングを形成するために、基板材料は０．２秒から１０秒間だけ、浴内に保持ないし留められる、つまり浴内での浸漬が続けられる。
【００１８】
上記の特定の量の銀をスズに加えることで、コーティング表面が硬いコーティングを形成できることが知得されている。表面が硬いほど、サイクル寿命が長いため、これは望ましいことである。上述した通り、純スズメッキは接触抵抗が標準値である１０ミリオームを上回るまでに１７０サイクルのサイクル寿命を有する。２．０重量％の銀をスズに加えることで、接触抵抗が上述の標準値を上回るまでに２５０サイクルのサイクル寿命を高めることができることを知得した。同様に、５．０重量％の銀をスズに加えることで、接触抵抗が上述の標準値を上回るまでに９００サイクルまでのサイクル寿命を高め得ることも知得された。
【００１９】
さらに、５．０重量％の銀をコーティングに加えることで、コーティングメッキ処理工程の間はコーティングが均一ないし均質状態にあることが知得されている。換言すれば、銀がスズから分離しない状態である。これは、コーティングの冷却後においても銀が浮遊も分離もしないということである。
【００２０】
本発明のスズ−銀コーティングは、純スズメッキよりも高価であるが、金メッキよりはコスト面において、かなり低価格である。それゆえ、本発明のコーティングは実質的に経済的である。
【００２１】
また、本発明のコーティングのサイクル寿命は、スズ−銀コーティングの形成後において、合成炭化水素ベースのグリース（油脂）のような潤滑剤を基板材料の表面に塗布することで、更に高めることができることも検知されている。このような潤滑剤を使用した場合において、スズコーティング中に１０重量％と同程度の銀を有してなるコーティングは１００万サイクルの寿命を有することが期待される。これは現在のサイクル寿命を超える、大幅な増加である。
【００２２】
上記の特定の量のような銀をコーティングに加えることには他の利点がある。例えば、銀の存在により表面の融点が高まる。更に、銀の存在により、メッキされたコンタクトや端末の溶融、あるいはアーク放電をなくすことが助長される。このことは、自動車の電源が４２ボルトシステムへ増加しているため、大いに望ましい結果である。
【００２３】
本発明に従い形成されたコーティングには、銀スルファミン酸や有害な酸化物は含まれていない。
【００２４】
本発明のコーティングのその他の利点は次の通りである。コーティング中にいずれの無機物質も存在しないこと、コーティングと基板材料との間に強力な金属結合が存在すること、潤滑性が増強されて工具寿命が高まること、および１５．６％ＩＡＣＳを超える良好な導電性があることであり、導電性に関しては、例えば９５％スズ−５％銀コーティングは１６．６％ＩＡＣＳの導電性を有し、また９０％スズ−１０％銀コーティングは２０％ＩＡＳＣを超える導電性を有する。さらに、コーティングを形成するための浴へ光沢剤を加える必要がない。
【００２５】
本発明のコーティングにより提供される改良点を例証するため、本発明の方法に従い各試験片が作成された。各試験片は、純スズでコーティングされた合金４２５２として表される商業的に利用可能な銅合金から形成された基板を含むものであり、この材料に９８重量％のスズと２重量％の銀でコーティングした基板、この材料に９５重量％のスズと５重量％の銀でコーティングした基板、およびこの材料に９０重量％のスズと１０重量％の銀でコーティングした基板を含んでいる。これら試験片は、次いで、抵抗が１０ミリオームまで高まるまでのサイクル、および抵抗値の両方を測定するために試験をした。試験によれば、平均で、純スズメッキされた基板は１０ミリオームへ到達するまでに２８９サイクル持続し、また１０．９から１０．８８の抵抗値を有した。また、試験によれば、上記９８−２のコーティングをしたものは、平均でサイクル寿命４５２サイクルを有し、また抵抗値は１０．１６から１０．７４であった。さらに、上記９５−５コーティングしたものは、平均サイクル寿命が３９９サイクルであり、また抵抗値は１０．１１から１０．８２であった。また、上記９０−１０のコーティングをしたものは、平均サイクル寿命が１５７サイクルであり、抵抗値は１０．０９から１０．８３であった。さらに、コーティングの銀含量が増えればコーティングの融点が向上することも分かった。例えば、純スズメッキの融点は２３１℃であり、９５−５のスズ−銀コーティングの融点は２４５℃から２５３℃であり、また９０−１０のスズ−銀コーティングの融点は３１０℃であることが知得された。
【００２６】
純スズメッキと比較した場合における本発明に係わるスズ−銀コーティングの硬度を測定するために別の試験が行なわれた。この試験は、ナノインデンテーション法を用い、スズベースフィルムの圧入硬度が銀を加えることで影響を受けるかどうかを決定するために行なわれた。試験を実施するため、各試験片が準備された。これら試験片は、銅合金基板上に純スズのコーティングを施したもの、銅合金基板上に９８重量％のスズ−２重量％の銀のコーティングを施したもの、銅合金基板上に９５重量％のスズ‐５重量％の銀のコーティングが施されたもの、および銅合金基板上に９０重量％のスズ−１０重量％の銀メッキされたものである。各スズベースのコーティングはそれぞれ厚さがおよそ３０００ｎｍであった。基板からの干渉をなくすため、スズベースコーティングの最大圧入深度はコーティングの厚みの３３％未満とした。スズベースのコーティングを施した各サンプルについて少なくとも３回の圧入試験が施された。
【００２７】
スズベースフィルについての硬度試験の結果によれば、コーティング中の銀含量の増加とともに硬度が向上してるのが示された。純スズメッキの圧入硬度は０．３Ｇｐａであり、一方、９８−２スズメッキ、９５−５スズメッキおよび９０−１０スズメッキの硬度は０．３２Ｇｐａから０．４１Ｇｐａ（ヌープ硬度）である。数字は銀−スズコーティングのそれぞれの硬度の範囲を示す。本発明に係わるスズ−銀コーティングを使用することにより硬度の向上が明らかに例証された。
【００２８】
以上の説明においては、本発明のコーティングを自動車用の用途において説明したが、このコーティングはその他の電気コンタクトや電気端子などの環境においても有用であることは当業者には自明である。
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、上記の目的、手段および利点を十分に満足させる銀−スズコーティングが提供されることは明らかである。さらに、上記では本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、上記の説明を読むことで当業者にとってはその代替、変更および変形は自明である。よって、本発明は、特許請求の範囲内にあるこれら代替、変更および変形も含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係わる銀−スズコーティングと純スズメッキとの硬度を比較した硬度試験の結果を図示したグラフである。
【図１】
2006299416.tif 000002