(57)【要約】  本発明はストリップ基材を含み、前記基材の表面上に提供された、金属もしくは合金の導電層及び該導電層の上に提供された酸化物層を含む電気接触子１に関する。酸化物層により、下層の金属もしくは合金層は、周囲空気中の酸化物又は硫黄などの元素との反応から保護される。本発明は、電気接触子を含む燃料電池及び太陽電池にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ基材、及び、前記基材の表面上に提供された、金属もしくは合金を含む導電層を含む電気接触子であって、
前記導電層の表面上に犠牲層が提供されており、該犠牲層は厚さが５〜１００ｎｍである酸化物層であり、該犠牲層は前記電気接触子を変色から保護し、そして電気接触時に貫通可能であることを特徴とする、電気接触子。
【請求項２】
前記導電層は導電率が０．１・１０６（ｃｍΩ）−１を超える、請求項１記載の電気接触子。
【請求項３】
前記導電層はＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、又は、これらの金属の合金のいずれかを含む、請求項１又は２記載の電気接触子。
【請求項４】
前記犠牲層はＳｉＯ２、ＴｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３、又は、ＳｉＯｘ（ｘ＜２）などのＳｉＯ２の非理論比の亜酸化物もしくはＴｉＯｘ（ｘ＜２）などのＴｉＯ２の非理論比の亜酸化物もしくはＡｌ２Ｏｘ（ｘ＜３）などのＡｌ２Ｏ３の非理論比の亜酸化物、あるいは、それらの混合物のいずれかから形成されている、請求項１〜３のいずれか１項記載の電気接触子。
【請求項５】
前記酸化物層の厚さは１０〜１００ｎｍである、請求項１〜４のいずれか１項記載の電気接触子。
【請求項６】
前記酸化物層の厚さは１０〜５０ｎｍである、請求項１〜５のいずれか１項記載の電気接触子。
【請求項７】
前記酸化物層の厚さは１０〜３０ｎｍである、請求項６記載の電気接触子。
【請求項８】
前記ストリップ基材と前記導電層との間にＮｉ又はＴｉの層を含む、請求項１〜７のいずれか１項記載の電気接触子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の電気接触子を含む、燃料電池インターコネクタ。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項記載の電気接触子を含む、太陽電池バックコンタクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本発明は基材及び導電層を含む電気接触子に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
金属は断然に最大の元素群であり、すべての既知の元素の約８０％は金属である。金属は、主に、高密度、高融点ならびに高電気伝導度及び高熱伝導度などの性質を特徴とする。金属は、また、延性でかつ可鍛性であり、そのことが他の特性とともに、金属を非常に一般的なエンジニアリング材料とし、そして多くの用途において有用なものとしている。電気用途において、金属の銀、銅及び金はそれらの高い電気伝導度のためにしばしば接触子材料として使用されている。しかしながら、ほとんどの純粋な金属は変性なしに使用するには柔らかすぎ、脆すぎ又は化学反応性でありすぎる。このため、しばしば、他の元素と合金にされる。幾つかの純粋な金属は、また、非常に高価である。
【０００３】
たとえば、純粋な銅は湿った空気ならびに空気中の硫化物と反応し、それぞれ、銅酸化物及び銅硫化物を形成するであろう。このことは表面上の緑色層又は黒色層として確認されるであろう。これを防止するための１つの方法は、銅を主として亜鉛及びスズとそれぞれ合金させることであり、このようにして、いわゆる黄銅又は青銅を得る。
【０００４】
純粋な銀は輝いており、柔らかく、そしてすべての金属の中で最も高い電気伝導度を有する。しかしながら、銀は空気に暴露されるときに硫化物との反応のために変色に悩まされる。この結果、硫化銀Ａｇ２Ｓが生成し、それは表面上で浅黒い層として見え、一般に変色(tarnish)と呼ばれる。
【０００５】
銀の変色速度は周囲空気中の硫黄化合物の含有分そして結果的に環境汚染に大きく依存する。もし、銀片を汚染された都市環境中に維持すると、わずか数ヶ月で浅黒い変色を起こすことがある。変色をもたらす主な化学反応は
２Ａｇ  ＋  Ｈ２Ｓ  ＋  1/2Ｏ２  →Ａｇ２Ｓ＋Ｈ２Ｏ
である。しかしながら、酸化物及び硫酸塩を伴う他の反応もある程度の量で変色に対して寄与している。
【０００６】
銀の硬度を向上させるために、長い間、銀は銅と合金されてきた。スターリング銀は少なくとも９２．５ｗｔ％の銀と７．５ｗｔ％の他の金属、通常、銅からなる一般的な合金である。しかしながら、銅との合金では、変色耐性がさらに低下し、銀合金はさらに変色を受けやすい傾向になる。変色は、また、どの程度とは完全に説明されていないが、材料の導電性にも影響を及ぼすことがある。
【０００７】
異なる特性を有する複数の金属層の組み合わせを含む物品は知られている。たとえば、物品はスチールなどの高機械強度の安価な基材上に銅又は銀などの高電気伝導度の金属層を含む。しかしながら、このタイプの物品中の銀層は空気に暴露されている間に容易に変色する。家電分野において、このような変色された物品は消費者に望まれないものと考えられ、また、劣った性能を有するものと消費者によって考えられることすらある。このような物品でのさらなる欠点としては、基材に対する導電層の付着性が低いこと及び被膜の耐摩耗性が低いことが挙げられる。
【０００８】
上記の欠点に悩まされない、物品の環境中の元素との反応に耐性がある表面を有する、良好な電気特性を備えた電気接触子が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
発明の要旨
本発明の目的は、良好な電気特性及び機械特性を備えた電気接触子であって、その電気接触子の環境中の元素との反応に耐性がある表面を有する、電気接触子を提供することである。被膜は耐摩耗性であるべきであり、かつ、下層の基材に対する良好な付着性を有するべきである。本発明のさらなる目的は、燃料電池用インターコネクタ又は薄膜太陽電池用バックコンタクトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は請求項１に規定されるとおりの電気接触子、請求項９に規定されるとおりの燃料電池インターコネクタ及び請求項１０に規定されるとおりの太陽電池バックコンタクトにより解決される。
【００１１】
本発明は、ストリップ基材、及び、その基材の表面上に提供された金属又は合金の導電層、及び、その導電層上に提供された酸化物層を含む、電気接触子を提供する。酸化物層により、下層の金属又は合金層は周囲空気中の酸素又は硫黄などの元素との反応から保護される。なおも、酸化物層は脆い性質を有し、それにより、コンタクト要素などにより容易に貫通され、このため、電気用途における使用に優れた物品となる。酸化物層は貯蔵の間の変色から電子接触子を保護する犠牲層であり、そして電気接触子を使用するときに破壊し、それにより、導電接触が可能になる。
【００１２】
導電層は金属層又は合金層であり、それは０．１・１０６（ｃｍΩ）−１より大きい導電率を有することができる。このような導電層を含む電気接触子は良好な電気特性を示す。好ましくは、導電層は０．１６・１０６（ｃｍΩ）−１より大きい導電率を有し、又は、さらにより好ましくは、０．３・１０６（ｃｍΩ）−１よりも大きい導電率を有する。このような層は非常に良好な電気特性を示す。
【００１３】
導電金属層は以下の金属、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌのいずれであってもよく、それらは優れた導電体である。導電金属層は、また、これらの金属の合金、たとえば、ＡｇＣｕ（スターリング銀）であってもよい。
【００１４】
保護酸化物層はＳｉＯ２、ＴｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３、又は、ＳｉＯｘ（ｘ＜２）などのＳｉＯ２の非理論比の亜酸化物もしくはＴｉＯｘ（ｘ＜２）などのＴｉＯ２の非理論比の亜酸化物もしくはＡｌ２Ｏｘ（ｘ＜３）などのＡｌ２Ｏ３の非理論比の亜酸化物、あるいは、それらの混合物のいずれであってもよい。これらの酸化物は透明であり、そして下層の導電層に対して非常に良好な付着性を有する密な層を提供し、そのため、環境中の元素による腐食に対して良好に保護する。
【００１５】
厚さが少なくとも５ｎｍであり、好ましくは少なくとも１０ｎｍであり、そして最大厚さが１００ｎｍであり、好ましくは最大５０ｎｍであり、より好ましくは最大３０ｎｍである酸化物層は下層の表面を空気中の元素との反応から保護するが、下層の表面の反射性に本質的に影響を及ぼさず、目には未被覆のように見える。
【００１６】
金宝飾品などの物品を腐食及び摩耗から保護するためにＳｉＯ２又はＴｉＯ２による金属表面のコーティングが以前に使用されていた。これは米国特許第４，５５３，６０５号明細書にさらに記載されている。十分な保護を与えるためには１．５μｍを超える保護膜の厚さが要求される。
【００１７】
電気接触子は基材と導電層との間で基材に最も近くにニッケル層又はチタン層を含んでよい。ニッケル層又はチタン層は基材に対する層の付着性を改良する。本発明は、また、電気接触子の製造方法にも関し、その方法は、ストリップ基材を提供すること、その基材の表面をイオンエッチングすること、その基材上に金属又は合金の導電層を堆積させること、その導電層の上に酸化物層を堆積させること工程を含む。その方法は、空気中の酸素又は硫黄などの元素との反応から、下層の金属層を保護する酸化物層を有する電気接触子の有効かつ安価な製造を提供する。
【００１８】
好ましくは、基材のインライン・イオンエッチングを含む連続ロール−ツー−ロール法において減圧下に電子ビーム（ＥＢ）蒸着により層を堆積させる。連続ロール−ツー−ロール法において減圧下において基材表面のイオンエッチング及び層のＥＢ−蒸着を行うことにより、新鮮で酸化されていないストリップ基材表面上に直接的に層を堆積させるとともに、空気と接触することなく互いの上に直接的に層を堆積させることが確保される。これにより、非常に密な層が提供され、それらの層は互いの層及び基材に対して優れた付着性を有する。そのため、電気接触子の良好な耐摩耗性が得られる。
【００１９】
ニッケルもしくはチタン層、及び、導電金属もしくは合金導電層は、好ましくは、いかなる反応性ガスも存在しないで、最大圧が１・１０−２ミリバールの真空下に堆積され、それにより、本質的に純粋な金属層が得られる。
【００２０】
保護酸化物層の堆積は好ましくは酸素の分圧が１・１０−４〜１００・１０−４ミリバールの範囲の減圧下に行われる。反応性ガスとしてＨ２Ｏ、Ｏ２又はＯ３を用いてよく、好ましくはＯ２を用いる。
【００２１】
ＥＢ蒸着は硬くかつ密な層をさらに確保するようにプラズマ活性化されてよい。
【００２２】
電気接触子は、まず、基材をイオンエッチングに付し、そしてその後、１０−４〜１０−８ミリバールの真空下に物理蒸着（ＰＶＤ）により基材上に層を堆積させる、静的方法においても製造されうる。
【００２３】
本発明は、また、燃料電池におけるインターコネクタ及び薄膜太陽電池におけるバックコンタクトを含む、本発明に係る電気接触子を用いた電気用途における使用のための物品にも関する。このような物品は高い導電率及び良好な接触抵抗率などの非常に良好な電気特性を示す。酸化物コーティングは下層の金属表面を空気中の元素との反応から保護し、そしてコンタクト要素により容易に貫通されることができ、それにより、良好な電気接触を提供する。酸化物層は非常に薄いので、下層の表面の反射性に本質的に影響を及ぼさず、目には未被覆のように見える。それにより、良好な電気特性を有する物品が得られ、その物品は物品の表面特性が変化せずに長時間にわたって貯蔵されうる。このため、貯蔵後に、物品の表面はなおも電気特性を維持していることを示し、そして消費者に新品のように見えるであろう。エレクトロニクス用途では、ある形態の活性化、たとえば、コンタクト要素による貫通がトップコートを破壊するために必要とされ、その後、接触抵抗は未被覆の導電層と等しいか又は少なくとも非常に近くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は本発明に係る電気接触子の断面を模式的に示す。
【図２】図２は接着性ニッケルもしくはチタン層を含む、本発明に係る電気接触子の断面を模式的に示す。
【図３】図３は本発明に係る電気接触子の製造方法を模式的に示す。
【図４】図４は本発明に係る電気接触子の連続製造方法を模式的に示す。
【図５】図５は本発明に係る電気接触子の静的製造方法を模式的に示す。
【図６】図６は本発明に係る電気接触子のサンプル１、２、３及び７に対する変色試験から得られた結果を示す。
【図７】図７は本発明に係る電気接触子のサンプル１、４、５及び６に対する変色試験から得られた結果を示す。
【図８】図８は本発明に係る電気接触子のサンプル１、２、３及び７に対するは反射性試験から得られた結果を示す。
【図９】図９は本発明に係る電気接触子のサンプル１、４、５及び６に対する反射性試験から得られた結果を示す。
【図１０】図１０は本発明に係る電気接触子のサンプル１、２、３及び７に対する接触抵抗試験から得られた結果を示す。
【図１１】図１１は本発明に係る電気接触子のサンプル１、４、５及び６に対する接触抵抗試験から得られた結果を示す。
【図１２】図１２は本発明に係る電気接触子のサンプル８〜１２に対する接触抵抗試験から得られた結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
詳細な説明
図１は本発明に係る電子接触子の断面を示す。この電気接触子は基材１、導電層２及び保護酸化物層３を含む。基材１はあらゆるタイプのスチールであってよく、マルテンサイトステンレス、クロムスチール又はオーステナイトステンレススチールであることができるが、他の金属材料、たとえば、銅及び銅合金、ニッケル及びニッケル合金も基材として使用されうる。基材は予定している用途に適するいかなる厚さであってもよく、たとえば、０．０３〜５．０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ以下、又は、さらに好ましくは０．８ｍｍ未満の厚さであり、幅が最大で２０００ｍｍであり、好ましくは８００ｍｍである。通常、基材は長さが１ｍから数千メートル以下の連続ストリップの形態であり、そして、コイルとして提供される。しかしながら、基材は、また、プレート又はシートの形態であってもよい。
【００２６】
導電層２は基材の上に適用される。導電層は良好な導電率を示すべきである。
【００２７】
導電率及び比導電率は電流を伝導させる材料の能力の測定値である。導電率は電気抵抗率の逆数であり、そしてジーメンス／メートル（Ｓ・ｍ−１）のＳＩ単位を有する。又は、単位（ｃｍΩ）−１を用いる。電流を伝導させる能力に基づいて、材料は導電性材料又は絶縁性材料に分類されることができ、その中で、金属は導電性材料に属する。電気用途に適する良好な導電体は、通常、少なくとも０．１・１０６（ｃｍΩ）−１、好ましくは０．１６・１０６（ｃｍΩ）−１を超え、又は、さらにより好ましくは０．３・１０６（ｃｍΩ）−１を超える室温で測定した際の導電率を有する。
【００２８】
導電層２は純粋な金属、たとえば、銀（Ａｇ）（銀はすべての金属の中で最も高い導電率（０．６３・１０６／（ｃｍΩ）−１）を有する）、銅（Ｃｕ）（０．５９６・１０６（ｃｍΩ）−１）、金（Ａｕ）（０．４５２・１０６（ｃｍΩ）−１）又はアルミニウム（Ａｌ）（０．３７７・１０６（ｃｍΩ）−１）（すべての導電率は室温で測定）を含む。又は、導電層は上記の選択肢の金属の合金である。導電層の厚さは数百ミクロンまでであることができるが、好ましくは、１０ミクロン未満である。
【００２９】
酸化物層３は導電層の上に適用され、そして犠牲層として作用する。酸化物層は変色から電気接触子を保護する。この保護酸化物層はＳｉＯ２、ＴｉＯ２もしくはＡｌ２Ｏ３、又は、ＳｉＯｘ（ｘ＜２）などのＳｉＯ２の非理論比の亜酸化物もしくはＴｉＯｘ（ｘ＜２）などのＴｉＯ２の非理論比の亜酸化物もしくはＡｌ２Ｏｘ（ｘ＜３）などのＡｌ２Ｏ３の非理論比の亜酸化物、あるいは、それらの混合物のいずれであってもよい。
【００３０】
酸化物層の中の酸化物（単数種／複数種）は脆性、透明性及び下層表面への付着性に関して注意深く選択され、そして酸化物層の厚さ寸法は注意深く制御される。それにより、下層表面への付着性が良好である密で透明な酸化物層が得られる。酸化物層は下層の導電層を、導電層の金属表面が酸化し又は変色を起こす空気中の元素との反応から保護する。
【００３１】
厚さが少なくとも５ｎｍであり、好ましくは少なくとも１０ｎｍであり、そして最大厚さが１００ｎｍであり、好ましくは最大５０ｎｍであり、より好ましくは最大３０ｎｍである酸化物層は下層表面を周囲空気中の元素との反応から保護する。しかしながら、酸化物層の厚さは、導電性金属又は合金層の表面がきれいに見えそして目で未被覆であるように見えるように、下層表面の反射性が本質的に変化しない厚さを超えない。酸化物層は脆く、そして酸化物表面上に課される侵入力に耐えることができない。酸化物層の厚さが薄いことと組み合わせて脆いことにより、たとえば、コンタクト要素による侵入が容易であり、それにより、導電層との電気接触を確立するのが容易である。酸化物層の厚さが薄すぎるならば、導電性被膜は十分に有効に保護されずに、被膜は酸化又は変色を起こすであろう。さらに、非常に薄い層（＜５ｎｍ）では、電気接触子を生産規模で製造する際に均一な被膜を得ることが非常に困難であろう。酸化物層が厚すぎるならば、たとえば、コンタクト要素により、保護層を貫通させるために高すぎる荷重が必要となり、満足できるように機能しない電気接触子となるであろう。
【００３２】
この電気接触子は、図２に記載されているような基材の表面の上に直接的に適用されたニッケル（Ｎｉ）層又はチタン（Ｔｉ）層４を含むことができる。ニッケルもしくはチタン層４は基材１と次の層との間の付着性を改良する。ニッケルもしくはチタン層４は下層表面に良好な付着性を提供するために十分に厚くすべきである。通常、厚さは５０〜１０００ｎｍであるべきであり、好ましくは２００ｎｍ未満であるべきである。上記のとおりの導電金属層２は上記のとおりのニッケルもしくはチタン層の上に提供され、そして保護酸化物層３は導電金属層２の上に提供される。
【００３３】
図３は本発明に係る電気接触子の製造方法の工程を模式的に記載している。この方法は下記の工程を含む。
a)ストリップローリングプロセスからオイル及びグリース残留物を除去するために基材をクリーニングすること。これにより、被覆のための準備をした基材を提供すること。
b)基材の表面をイオンエッチングすること。
c)基材の表面上に導電層を堆積させること。
d)導電層上に酸化物層を堆積させること、
e) 基材を部品へのさらなる加工に付すこと。
【００３４】
場合により、ニッケルもしくはチタン層はまず、図３に破線で描かれたとおりに基材の表面上に直接的に堆積されうる。
【００３５】
様々な物理蒸着又は化学蒸着法は基材上に異なる層を適用するために使用されうる。連続法及び静的方法の両方が使用されうる。異なる堆積法の例として挙げられるのは、化学蒸着（ＣＶＤ）、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、物理蒸着（ＰＶＤ）、たとえば、抵抗加熱、電子ビーム、誘導、アーク抵抗又はレーザー蒸着による蒸着及びスパッタリングである。
【００３６】
本発明では、基材のインライン・イオンエッチングを含む連続ロール−ツー−ロール法において減圧下に電子ビーム（ＥＢ）蒸着により層を堆積させることが好ましい。図４に記載されるようなイオンエッチングチャンバー及び電子ビーム（ＥＢ）蒸着チャンバーを含むロール−ツー−ロール構成を用いて基材上に層を堆積させる。
【００３７】
図４に記載したロール−ツーロール電子ビーム蒸着構成は第一の真空チャンバー１４を含み、その中に、ストリップ形状の基材のコイルを巻き出すためのアンコイラー１３が配置されている。第一の真空チャンバーに圧密接続で、インライン・イオン補助エッチングチャンバー１５、次いで、一連のＥＢ−蒸着チャンバー１６が配置されている。ＥＢ−蒸着チャンバーの数は１〜１０個のチャンバーで変更可能であり、それにより、基材上に数層の層を堆積させることができる。すべてのＥＢ−蒸着チャンバー１６はＥＢ−ガン１７及び堆積対象の材料のための水冷式銅るつぼ１８を備えている。最終チャンバーの出口は第二の真空チャンバー１９に圧密接続されており、その中に、リコイラー２０が配置されて、被覆済ストリップ基材を巻き取るようになっている。真空チャンバー１４及び１９は入り口真空ロック装置及び出口真空ロック装置で置き換えることができる。その場合には、アンコイラー１３及びリコイラー２０は開放空気中に配置される。
【００３８】
本方法によると、ストリップ形状の基材のコイルが提供される。まず、基材材料の表面を適切な様式でクリーニングし、すべてのオイル残留物を除去する。そうでないと、被覆プロセスの効率ならびに被膜の付着性及び品質に悪影響が及ぶことがある。
【００３９】
その後、ストリップをロール−ツーロール構成に入れ、第一の真空チャンバー及び第二の真空チャンバー１４、１９に真空を課す。ストリップをアンコイラー１３から連続的に巻き出し、そしてイオンエッチングチャンバー１５において最初にエッチングする。イオンエッチングはスチール表面に通常に常に存在する非常に薄い自然の酸化物層を除去し、それにより、基材上に新鮮な金属表面を得て、それが第一の層の非常に良好な付着性を提供する。
【００４０】
その後、基材をＥＢ−蒸着チャンバー１６中で被覆する。ＥＢ−蒸着において、被覆材料に焦点を合わせた電子源からの電子ビームによって被覆材料を加熱する。焦点を合わせた熱により被覆材料は蒸発する。蒸発した被覆材料は、その後、基材の表面上に吸着し、そして徐々に被膜を堆積する。幾つかのＥＢ−チャンバーはインラインで配置されてよい。第一のチャンバーにおいて、基材上にニッケル又はチタンの接着層が堆積されてよく、第二のチャンバーにおいて、金属もしくは金属合金の導電層が堆積され、そして第三のチャンバーにおいて、保護酸化物層が堆積される。接着促進性のニッケルもしくはチタン層の堆積及び金属もしくは金属合金の導電層の堆積は１・１０−２ミリバールの最大圧力の減圧雰囲気下になされるべきであり、本質的に純粋な金属層を確保するためにいかなる反応性ガスも添加されない。保護酸化物層の堆積はチャンバー中の酸素源から反応性ガスを添加しながら減圧下にて行うべきである。酸素の分圧は１・１０−４〜１００・１０−４ミリバールの範囲とすべきである。反応性ガスとしては、Ｈ２Ｏ、Ｏ２又はＯ３を用いることができ、好ましくはＯ２を用いる。反応性ＥＢ蒸着は硬くかつ密な層をさらに確保するためにプラズマ活性化されてよい。
【００４１】
最後に、被覆済基材をリコイラー２０上に巻き取る。基材は、次いで、所望の形状の部品へとスリッティング又はスタンピングするなど、さらなる加工に付されてよい。
【００４２】
ロール−ツーロール堆積構成は有利にはストリップ製造ラインと統合されうる。
【００４３】
もし、導電層が金属合金であるならば、基材上に合金を堆積させるために同時蒸着を用いることができる。同時蒸着において、合金中の元素毎のため別離のるつぼが堆積チャンバー中で使用される。その後、元素はるつぼから同時に蒸発させられ、それらが基材に衝突した際に合金を形成する。このため、通常には互いに溶融しない材料が基材上で同時に被覆されうる。
【００４４】
もし、基材がシート又はプレートの形態であるならば、図５に記載されるとおりの静的プロセスを用いることができる。基材片を最初にクリーニングし、オイル残留物を除去し、その後、ＰＶＤ装置６のチャンバー５中の基材ホルダに入れる。１０−４〜１０−８ミリバールの真空をＰＶＤチャンバー中に提供し、まず、基材をイオンエッチングに付し、それにより、表面上の薄い酸化物層を除去する。次に、基材をニッケルもしくはチタン層（もし所望ならば）から始めて異なる複数層で被覆し、その後、導電層、そして最後に酸化物層で被覆する。各被覆材料８は基材１に相対してチャンバー５内に含まれる。通常、被覆材料はインゴットの形態で又はるつぼ中に提供される。被覆プロセス全体にわたって高真空を維持してよいが、たとえば、プラズマを形成するために、制御量のガスを使用することも可能である。最後に、基材をＰＶＤチャンバーから取り出し、スリッティング、カッティング又はスタンピングなどのさらなる加工に付す。
【００４５】
基材の加熱は原子がエネルギー的により好ましい位置を見いだすことを可能にすることで被膜の付着性を向上させることができる。別離の片の形態の基材は被膜の均一な厚さを達成するために回転されうる。
【実施例】
【００４６】
例１
下記は本発明に係る電気接触子の製造の例である。この例は電気接触子に対して行われた測定から得られた結果も示す。
【００４７】
調製
基材材料として、合金ＡＳＴＭ３０１の０．０８ｍｍ厚のステンレススチールストリップを用いた。このストリップをＰＶＤ装置の堆積チャンバー中の基材ホルダに適合するように３００×１５０ｍｍの片に切断した。この片を下記の工程を用いてクリーニングした。
・アルカリ液浴中で６０℃で１０分間超音波洗浄
・暖かい水道水中でリンス
・脱イオン水中でリンス
・エタノール中でリンス
・圧縮空気で乾燥
この片を手袋を用いて取り扱い、汚染を避けた。
プロセスにおいて使用されるインゴットをるつぼの中で調製した。
【００４８】
被膜の堆積
堆積に使用されるインゴットを、ニッケルインゴット及び２つのスチール基材とともに真空チャンバー中に入れた。自動被覆プロセスをＰＶＤ装置の制御システムにプログラムした。チャンバー内の圧力が１．０・１０−５ミリバールに達したときに自動被覆プロセスを開始した。このプロセスは加熱されそして回転されている基材をさらにクリーニングするためのアルゴンガスによる初期の４分間のスパッタリングを含んだ。まず、５０ｎｍ厚のニッケル層を基材上に直接的に堆積させ、続く層の付着性を改良した。その後、５００ｎｍの厚さの純粋な銀の層を堆積させた。その銀層の上にトップコーティングを堆積させた。酸化物ＳｉＯ２をトップコーティングとして用い、比較のために、金属Ｓｎ、Ｉｎ及びＧｅも用いた。そのトップコーティングの厚さは５〜２５ｎｍの範囲であった。さらなる比較として、未被覆のままの純粋な銀層を有するサンプルを調製した。各プロセスで２つの基材を被覆した。
被膜を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2011527505.tif 000003
【００５０】
分析
被覆した基材のサンプルに対して下記の分析を行った。
変色耐性
被覆した基材のサンプルを、２０Ｌの体積のシールされたガラス容器内に入れた。２０ｇのＮａ２Ｓを含むビーカーも容器内に入れた。２４時間後に、サンプルを容器から取り出し、そして外観検査した。
【００５１】
反射性
シーングロスマスター(Sheen GlossMaster) 60°を用いて、被膜の反射性を測定した。デバイスは１５×９ｍｍの面積のサンプルの６０°入射角での光沢を決定し、そして光沢単位で結果を提供する。光沢単位は０〜１００の範囲であるので、結果は反射性百分率として解釈できる。デバイスにおいて使用される波長は３８０〜７７０ｎｍ、すなわち、電磁波スペクトルの可視部分で特定される。
【００５２】
接触抵抗
３００×２０ｍｍの寸法のストリップをサンプルから切り出し、抵抗試験に使用した。試験設備において、ツビック（Zwick）／ローエル（Roell）負荷機械及びバースターレジストマット(Burster Resistomat)2318オームメータを用いた。ソフトウエアテストエキスパート(TestXpert) IIを用いてデータを処理した。測定はＡＳＴＭ標準ＡＳＴＭ  Ｂ６６７−９７により行った。ストリップの表面の近くに測定プローブを配置し、その後、自動的に押し下げ、予め決められた累増的荷重を課し、その間、抵抗を連続的に記録した。各２６箇所の荷重点での待ち時間を１０秒に設定し、最終の荷重は１００Ｎであった。
【００５３】
付着性
被膜の付着性を標準化法ＳＳ−ＥＮ  ＩＳＯ  ２４０９を用いて試験した。それは、６つの鋭くかつ平行なエッジを有する切断デバイスからなり、２つの垂直方向での切断を行った際に格子を形成する。特殊なテープを格子上に配置し、そして手で剥がす。その後、格子を外観検査し、影響を受けた被膜材料の量によって決まる０〜５のスケールで等級化する。等級「０」は表面が影響を受けず、非常に良好な付着性であり、等級「５」は表面材料の大部分が除去されたことを意味する。
【００５４】
結果
変色試験
変色試験の結果を図６及び７に示す。図６から判るように、ＳｉＯ２のトップコーティングを有するサンプル７は最も良好な変色防止性を提供した。
【００５５】
反射性
各基材に対して５回、反射性を測定した。平均値を図８及び９に示す。ＳｉＯ２コートが実際上反射性に影響に全く及ぼさないことが図８から判る。
【００５６】
接触抵抗
サンプルに対して接触抵抗試験を行い、結果を図１０及び１１に示している。各サンプルに数回の試験を行い、サンプルを最も良好に表している曲線を選択して示している。比較のために純粋な銀の結果もダイアグラム中に含まれている。１０〜１５Ｎの荷重が酸化物層を破壊するのに十分なことが図１０において判る。この荷重で、接触抵抗はＡｇコーティングを有する参照サンプル及びトップコートを有するサンプルと同一についてほぼ同一である。
【００５７】
付着性
付着性試験は、すべてのコーティングが非常に良好な付着性を有し、試験において等級０を有することを示した。
【００５８】
例２
下記は本発明に係る電気接触子の製造例である。この例は、また、電気接触子に対して行った測定からの結果をも示す。
【００５９】
コーティングの調製及び堆積
付着に使用されるべきインゴットをチタンインゴット及び２つのスチール基材とともに真空チャンバー中に入れた。自動被覆プロセスをＰＶＤ装置の制御システムにプログラムした。チャンバー内の圧力が１．０・１０−５ミリバールに達したときに自動被覆プロセスを開始した。このプロセスは加熱されそして回転されている基材をさらにクリーニングするためのアルゴンガスによる初期の４分間のスパッタリングを含んだ。まず、１００ｎｍ厚のチタン層を基材上に直接的に堆積させ、続く層の付着性を改良した。その後、１０００ｎｍの厚さの純粋な銀の層を堆積させた。その銀層の上にトップコーティングを堆積させた。酸化物ＳｉＯ２をトップコーティングとして用いた。そのトップコーティングの厚さは１０〜１００ｎｍの範囲であった。比較のために、２つのサンプルをトップコートなしに調製し、１つのサンプルは銀の導電性被膜を有するサンプルであり、１つのサンプルは銀−インジウム （ＡｇＩｎ）の導電性被膜を有するサンプルであった。２つの基材は各プロセスで被覆された。被膜を表２に示す。
【００６０】
【表２】
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【００６１】
分析
変色耐性
被覆した基材のサンプルを、ＩＳＯ標準ＳＳ−ＥＮ  ＩＳＯ  １２６８７を用いて試験した。サンプルを容器から取り出し、４、２４、４８及び１６８時間後に外観検査した。
【００６２】
接触抵抗
例１に記載されるとおりに接触抵抗の分析を行った。
【００６３】
結果
変色試験
変色試験の結果を表３に示す。サンプル１０は最も良好な変色耐性を提供した。ＳｉＯ２のコーティングを有しないサンプルであるサンプル１１及び１２はわずか４時間後に視覚的に変色し、そして４８時間後にひどく変色した。
【００６４】
【表３】
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【００６５】
接触抵抗
接触抵抗試験の結果を図１２に示す。図中のデータポイントは各サンプルの５つの測定値の平均値を示している。ＳｉＯ２トップコーティングの厚さを増加させると、低い荷重で接触抵抗が増加した結果となっている。図１２に示すとおり、それぞれ１０ｎｍ及び３０ｎｍのＳｉＯ２層を有するサンプル８及び９の両方は非常に良好な接触抵抗特性を有する。最も厚いＳｉＯ２コーティングを有するサンプルのサンプル１０では、許容できる接触抵抗を達成するのに、より大きな荷重が必要である。しかしながら、厚いＳｉＯ２層は低い力の繰り返しの荷重により貫通されうる。
【００６６】
接触抵抗は基材の選択、被膜の厚さ、及び、湿度などの外部条件によって決まる。適切に機能するために最終の物品に必要とされる接触抵抗は用途に密に依存性である。ある用途では、低い荷重での低い接触抵抗が重要である。他の用途では、より高い荷重での低い接触抵抗が許容されうる。より厚いトップコート層はより薄いトップコートよりも変色に対して、より良好な保護を与えるであろう。付加荷重にあまり敏感でない環境下で電気接触子を用いる用途では、電気接触子が変色に悩まされることなく、より厚いトップコートがより長期の貯蔵時間のために可能になるであろう。
【００６７】
本明細書中で特定の実施形態を詳細に開示してきたが、これは例示の目的で行ったのみであり、添付の特許請求の範囲に対して限定することを意図していない。上記のプロセスを制御するための設定及びパラメータはケース毎に異なり、そしてこれらの設定及びパラメータは当業者によって決定されることが明らかである。開示の実施形態は、また、組み合わされることもできる。特に、発明者は特許請求の範囲によって規定されるとおりの本発明の範囲から逸脱することなく、様々な置換、変更及び修正がなされうるものと考える。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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