CN105283937B

CN105283937B - 接触端子构造

Info

Publication number: CN105283937B
Application number: CN201480033657.6A
Authority: CN
Inventors: 墨谷义则; 瀬川勲
Original assignee: Kanzacc Co Ltd
Current assignee: Kanzacc Co Ltd
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-05-29
Publication date: 2017-09-26
Anticipated expiration: 2034-05-29
Also published as: CN105283937A; JPWO2014199837A1; JP5819547B2; WO2014199837A1; US20160172069A1

Abstract

本发明提供一种在应用于可动接触端子的情况下即使反复进行接通/断开操作接触电阻也难以增大的、耐久性优异的接触端子构造。一种接触端子构造，其特征在于，该接触端子构造在基体的表面上形成有第一镀层，在该第一镀层的表面上作为最外层形成有第二镀层，上述第一镀层由银锡合金形成，上述第二镀层由银或以银为主要成分的合金形成，上述第一镀层的硬度大于上述第二镀层的硬度，另外，上述第一镀层的维氏硬度为250～400，上述第二镀层的维氏硬度为80～200。

Description

接触端子构造

技术领域

本发明涉及一种继电器(例如电动汽车的功率继电器)、开关、连接器、电流断路器等电器组件的接触端子的接触端子构造。特别是，涉及可动接触端子的接触端子构造。

背景技术

通常，对于通过插入插头从而能够进行电连接的插座、插口、连接器、继电器等的接触端子、或滑动开关端子来说提高电导率、减少接触电阻是重要的。

为了获得这种电连接性优异的接触端子，对包含接触端子构件在内的接触端子构造进行了改进。

例如，专利文件1中，公开了这样一种应对微动现象的、第1触点部的镀层厚度和相对的第2触点部的镀层厚度互相不同的接头。

另外，在专利文件2中，公开了一种连接器用连接端子，其作为能够作为导电材料发挥优异的电气特性并且能够利用较低的摩擦力插入拔出的端子，并在端子部形成有银-Sn合金被覆部。

而且，在专利文件3中，作为能够抑制镀层的接触电阻的上升，并能够用于连接器、开关、继电器等的触点、端子部件的材料的廉价的镀银材料，公开了一种在由不锈钢构成的材料的表面上形成有由Ni形成的基底层、在基底层上形成有由Cu形成的中间层、在中间层上形成有由银形成的表层而成的镀银材料。

在专利文件4中，公开了一种在端子触点部的表面形成有由银和锡的合金构成的镀层、且该合金中的锡的含量在5重量％～30重量％的连接器构造作为接触电阻较低且耐久性优异的连接器构造。

但是，因反复进行接通/断开操作而使接触电阻增大。其很大程度是由被应用于接触端子的接触端子材料的磨损所导致的。若提高接触端子材料的硬度，则磨损减小，但是，由于通常这样的材料的电导率较低，因此，不适合作为接触端子材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-124112号公报

专利文献2：日本特开2011-198683号公报

专利文献3：日本特开2012-119308号公报

专利文献4：日本特开2012-226994号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供一种在应用于可动接触端子的情况下即使反复进行接通/断开操作接触电阻也难以增大的、耐久性优异的接触端子构造。

用于解决问题的方案

本发明的接触端子构造的特征在于，在基体的表面上形成有第一镀层，在该第一镀层的表面上形成有第二镀层，上述第一镀层由银锡合金形成，上述第二镀层由银、或以银为主要成分的合金形成，上述第一镀层的硬度大于上述第二镀层的硬度。因该硬度的不同，而使得第二镀层比第一镀层软。

在该接触端子构造中，上述第一镀层的维氏硬度为250～400，上述第二镀层的维氏硬度为80～200。

另外，在接触端子构造中，将上述第一镀层的厚度设为P，将上述第二镀层的厚度设为Q时，Q/(P+Q)为0.07～0.4。

而且，在接触端子构造中，更优选的是，Q/(P+Q)为0.15～0.25。

发明的效果

在将本发明的接触端子构造应用于接触端子的情况下，通过使第一镀层的硬度大于第二镀层的硬度，即使反复进行接通/断开操作，接触电阻也难以增大，从而使耐久性优异。

附图说明

图1是表示本发明的接触端子构造的镀敷构造的示意图。

图2是表示接触电阻值的测量方法的示意图。

图3是表示接触端子构造的滑动循环数与接触电阻之间的关系的图表。

图4是表示接触端子构造的滑动循环数与接触电阻之间的关系的图表。

图5是表示观察磨损的图，图5的(a)为仅较软的金属的示意图，图5的(b)是仅较硬的金属的示意图，图5的(c)是在较硬的金属上层叠了较软的金属的示意图。

具体实施方式

使用附图说明本发明的接触端子构造。本发明的接触端子构造适用于开关触点、连接器等反复进行接通/断开的端子。本发明的接触端子构造能够应用于凸型(日文：雄型)和凹型(日文：雌型)的任一类型的端子。

如图1所示，本发明的接触端子构造1具有由金属构成的基体2、基体2的表面上的第一镀层4以及第一镀层4的表面上的第二镀层6。在基体2的表面上依次层叠有第一镀层4和第二镀层6。

基体2形成为凸型端子、凹型端子或形成凸型和凹型这两者的形状。从导电性、成本的方面，优选的是，基体2由以铜或铜合金为主要成分的金属形成。只要能够用作金属端子，也可以将基体2的金属变更为其他的金属。为了在基体2的表面层叠第一镀层4，存在施加镀镍等基底处理的情况。

第一镀层4由银锡合金形成。第二镀层6由银、或以银为主要成分的合金形成。第一镀层4的硬度大于第二镀层6的硬度。镀层的硬度是指构成该层的金属的硬度。

根据该本发明的结构，在接触端子构造1被摩擦时，利用固体润滑的机构进行摩擦。第二镀层6作为固体润滑剂发挥功能。由此，能够将摩擦阻力抑制得较小，并且，使因摩擦而导致的磨损减少。

第一镀层4的银锡合金中的银和锡的组成比优选的是在形成第一镀层4的银锡合金的维氏硬度(Hv(kgf/mm²))成为250～400的范围内选择。

当第一镀层4的维氏硬度为250～400时，第二镀层6的维氏硬度优选为80～200。第二镀层6比第一镀层4软。

通过设定为上述的维氏硬度，相比于第一镀层4的维氏硬度为不足250的情况，因反复滑动而导致的自身的磨损较小，而耐久性良好。通过设定为上述的维氏硬度，相比于第一镀层4的维氏硬度为超过了400的较高的值的情况，反复滑动增加时的磨损较小，因而优选。

在第一镀层4的维氏硬度为250～400的情况下，当第二镀层6的维氏硬度为80～200时，相比于第二镀层6的维氏硬度为不足80的情况，因反复滑动而导致的自身的磨损较小，且接触电阻不会因反复滑动而急剧地上升，因而优选。在第一镀层4的维氏硬度为250～400的情况下，当第二镀层6的维氏硬度为80～200时，相比于第二镀层6的维氏硬度为超过了200的较高的值的情况，因反复滑动而导致的对方的磨损较小，且接触电阻值也较低，因而优选。

构成第一镀层4的银锡合金中的银锡的组成比能够通过将电镀液的银盐和锡盐的比率设定为预定的值来进行设定。因此，通过逐级地改变电镀液的银盐和锡盐的比率而形成各种镀层，并测量各组成中的构成镀层的银锡合金的硬度，从而能够求得能够形成维氏硬度成为250～400的第一镀层4的电镀液的银盐和锡盐的比率。

第二镀层6的银合金还能够含有除银以外的成分。该情况下的除银以外的成分的组成比优选的是在该银合金的维氏硬度(kgf/mm²)为80～200的范围内进行选择。作为该银合金所含有的除银以外的成分可列举有从硒、锑中选择的一种以上的成分。硒、锑能够用作光亮剂的成分，因而优选。

第二镀层6的银合金中的银和除银以外的金属的组成比能够以电镀液的银盐和除银以外的金属盐的比率来设定。通过逐级地改变电镀液的银盐和除银以外的金属的比率而形成各种镀层，并测量各组成中构成镀层的金属的硬度，从而能够求得能够形成维氏硬度为80～200的第二镀层6的电镀液的银盐和除银以外的金属的比率。

第二镀层6还能够通过使用配合有一种或多种光亮剂的电镀液形成镀层而获得。该情况下，通过逐级地改变电镀液中的光亮剂的含有比率、或改变光亮剂的种类而形成各种镀层，并测量各组成中构成镀层的金属的硬度，从而能够求得能够形成维氏硬度成为80～200的范围中的预定硬度的第二镀层6的电镀液中的光亮剂的含有比率。光亮剂优选的是包括含有硒、锑的成分(例如(银辉光(silver glow)3KBP(Meltex社制))。

第一镀层4和第二镀层6形成于基体2的整个表面。另外，还可以利用抗镀层成为局部的镀敷。例如，在基体2的一面m进行镀敷，而另一面n设定为利用抗镀层而不施加镀敷。另外，还可以设定为条纹状的镀敷。

第一镀层4的厚度优选为0.4μm～50μm。若厚度比50μm厚得过多，则形成镀层4所需的时间过长。若厚度薄于0.4μm，则无法产生后述那样的作为内侧层的效果。

第二镀层6的厚度优选的是0.04μm～6μm。若厚度比6μm厚得过多，则形成镀层6所需的时间过长。若厚度薄于0.04μm，则产生耐久性等的问题。

第一镀层4和第二镀层6的厚度需要根据应用本发明的接触端子构造1的接触端子类的使用时的接触压力而适当地设定，通常，优选的是，接触端子类的接触压力越大，则第一镀层4和第二镀层6的厚度设定得越厚。

另外，在上述的镀层4、6的厚度的范围内，将第一镀层4的厚度设定为P，将第二镀层6的厚度设定为Q时，从能够获得即使反复进行接通/断开操作，接触电阻也难以增大的、耐久性优异的接触端子构造1的方面出发，优选的是Q/(P+Q)为0.07～0.4。从能够获得即使重复进行接通/断开操作，接触电阻也难以增大的、耐久性优异的接触端子构造1的方面出发，更优选的是Q/(P+Q)为0.15～0.25。

在将本发明的接触端子构造1应用于可动接触端子的情况下，即使反复进行接通/断开操作，接触电阻也难以增大。通过将接触电阻维持得较低，能够确保摩擦力较低，而不会使磨损量增大。由于基体2和各镀层4、6使用了导电性优异的材料，因此，不会损害导电性。

以下，通过实验例详细说明本发明。

接触电阻值的测量

如图2所示，使探头10的顶端部与板12的上表面相抵接。自探头10向板12施加负荷W，使板12左右摆动(往复运动)。使用电阻值测量器14测量此时的板12与探头10之间的接触电阻值。将摆动次数设为横轴，将接触电阻值设为纵轴，使用未图示的记录仪将与摆动次数一起变化的接触电阻值连续地记录为二维图表。

在实验例中，作为板12使用了在基底的表面上形成有包括一层或两层的镀层的各种镀敷构造而成的接触端子构造。作为探头10使用了在基底的表面上形成有与对方的板12相同的镀敷构造的接触端子构造。

板12以镀层的最外层作为上表面，并使板12以振幅10mm、速度30mm/sec左右摆动。利用板12的摆动，探头10的顶端部一边与板12接触一边相对于板12相对滑动。施加于探头10的负荷W为30gf、300gf这两种。探头10的顶端部为1.5mmR的半球形，镀层的最外层形成顶端部的表面层。

试样

基底(基体2)

板12的基体：镀Ni后的铜板

探头10的基体：铜

镀敷构造：对改变了包括上层(第二镀层6)、下层(第一镀层4)的镀敷构造的、各层的硬度、层厚而成的各种镀敷构造针对下述测量项目进行了测量。(任一层的膜厚为0的情况为构成镀敷构造的镀层仅为一层的情况)

上层(第二镀层6)的硬度设为80、180这两个标准。

下层(第一镀层4)的硬度设为250、330这两个标准。

用于形成镀层的电镀液

表1表示与第二镀层6的硬度相对应的电镀液的成分。使用基于该成分的电镀液，利用常规方法进行镀敷。以能够获得预定的硬度的方式在1mL/L～20mL/L的范围内对两种光亮剂的添加量进行了调整。

表1

表2中表示第一镀层4的电镀液的成分的一个例子。使用基于该成分的电镀液利用常规方法进行镀敷，获得锡的组成比率为13重量％的银锡层作为第一镀层4。该情况下的第一镀层4的硬度为250。

表2

氰化Ag钾(g/L)	40
		氰化钾(g/L)	100
氯化亚锡2水合物(g/L)	10
		氢氧化钾(g/L)	20

测量项目

滑动6000个循环时的接触电阻值

接触电阻值急剧上升的循环数

测量结果

在表3～表5中表示测量结果。该结果支持本申请发明的效果。在表3～表5中，◎表示作为接触端子构造具有极优异的性能，○表示作为接触端子构造具有特别优异的性能，△表示作为接触端子构造具有优异的性能，×表示作为接触端子构造的性能不充分。

表3

表4

表5

根据表3、表4明确的是：镀敷构造在为仅第二镀层6一层的情况、仅第一镀层4一层的情况下，由于滑动6000个循环时的接触电阻值较高、且接触电阻值急剧上升的循环数较小，因此，不优选用作接触端子构造。

另外，在表3、表4中，将第一镀层4的厚度设定为P，将第二镀层6的厚度设定为Q，于是，在Q/(P+Q)为0.1、0.2、0.3时，能够得到滑动6000个循环时的接触电阻值明显较低、且接触电阻值急剧上升的循环数明显较大的结果。而且，在Q/(P+Q)为0.2时，能够得到滑动6000个循环时的接触电阻值在表4中最低的结果。

图3、图4中表示通过测量而得到的代表性的图表。图3是在负荷W为30gf、镀敷构造为仅包括第一镀层4(硬度：330)的单层构造的情况下的、将滑动循环设为横轴、将接触电阻值设为纵轴而成的二维图表。图4是在负荷W为30gf、镀敷构造为包括第一镀层4(硬度：330、厚度0.8μm)和第2镀层6(硬度：180、厚度0.2μm)的双层构造的情况下(本发明的实施例)的、将滑动循环设为横轴、将接触电阻值设为纵轴而成的二维图表。相对于在图3中接触电阻值在滑动循环为4000个循环附近急剧增加的情况，在图4中，接触电阻值在达到滑动循环为6000个循环附近为止几乎未增加。

接着，使用插拔试验机评价镀敷的覆膜特性。将凹型端子固定，相对于凹型端子插入拔出凸型端子。滑动为水平方向，行程为14mm，用6秒进行一次插入拔出。插入拔出的次数设定为10000次～25000次。膜厚测量使用SII社制SFT-3200。硬度测量使用微型维氏硬度计(Akashi社制Hardness testerMKV-G2)，负荷为10gf。

表6中表示因插拔而产生的磨削量的结果。本申请为由银锡合金形成的第一镀层4的硬度为340Hv，由银形成的第二镀层6的硬度为190Hv。为了进行比较，准备两种(Ag-Sn 1、Ag-Sn 2)仅具有银锡合金镀层的端子。Ag-Sn 1的硬度为270Hv。另外，Ag-Sn 2的硬度为340Hv。Ag-Sn 1和Ag-Sn 2为上述的专利文献4。另外，还准备仅具有银镀层的端子。硬度为190Hv。

准备四个各种端子，在分别测量了膜厚之后，进行插入拔出，测量磨削的量。在表6中表示其结果。本申请即使插入拔出次数增加也难以磨削，进行25000次插入拔出，磨削量也不过为4.9μm。其他的端子在每个次数中的磨削量均大于本申请的磨削量，当插拔次数到达25000次时，磨削量均在10μm以上。由此，明确的是，本申请难以磨削。

表6

测量剩余覆膜厚度。与表6相同，准备四个各种端子，在分别测量了膜厚之后，进行插入拔出，测量剩余的覆膜的厚度。在表7中表示其结果。本申请的覆膜即使插入拔出25000次仍为15.1μm。其他的端子当插入拔出到达25000次时覆膜的厚度在10μm以下，与本申请存在较大的差值。由此，本申请即使端子的插拔次数增加，覆膜仍存在剩余，而能够作为端子经得起长期使用。

表7

测量插入力、拔出力以及接触电阻的增加率。插拔次数为25000次，在插拔开始时和结束时进行测量。在表8中表示其结果。本申请的插入力和拔出力较轻，接触电阻的增加率也较低。明确的是，本申请容易插入拔出，能够经得起长期的使用。

表8

测量了具有本申请的接触端子构造1的凸型端子和凹型端子的第二镀层6的银的剩余量。在表9中表示其结果。即使整体进行磨削，由于剩余有一部分的银，因此，覆膜也难以磨削。

表9

对端子的覆膜的磨损为粘着磨损。金属的粘着性较强，但如果减小剪切力的话，则摩擦力变低。因剪切而产生的摩擦力为接触面积和剪切应力(每单位面积的剪切力)的乘积，磨损量依赖于摩擦力。若摩擦力变低，则磨损量减少。

通过考察与较硬的球面塑性接触的金属的磨损，说明成为上述这样的实验结果的理由。

如图5的(a)所示，以负荷W的力对较软的金属层6’按压顶端为球面的探头10。探头10和金属层6’的接触面积为A1。将金属层6’的剪切应力设为S1。另外，如图5的(b)所示，以负荷W的力对较硬的金属层4’按压顶端为球面的探头10。探头10和金属层4’的接触面积为A2。将金属层4’的剪切应力设为S2。接触面积为A1＞A2，剪切应力为S1＜S2。将图5的(a)的情况下的因剪切而产生的摩擦力设为F1，将图5的(b)的情况下的因剪切而产生的摩擦力设为F2，于是，F1＝A1S1、F2＝A2S2。根据接触面积与剪切应力之间的关系，两个摩擦力F1、F2不存在较大的差异。

说明像本发明这样在较硬的金属层4’上层叠较软的金属层6’而成的构造的情况。如图5的(c)所示，以负荷W的力对较硬的金属层4’和较软的金属层6’的层叠构造按压顶端为球面的探头10。较硬的金属层4’为本申请的第1镀层4，较软的金属层6’为本申请的第二镀层6。探头10和金属层6’的接触面积为A3。在该情况下，由于利用较硬的金属层4’支承较软的金属层6’，因此成为A1＞A2＝A3。将图5的(c)的情况下的剪切应力设为S3。由于粘着，剪切应力成为S1＝S3＜S2。图5的(c)的情况下的因剪切而产生的摩擦力F3成为F3＝A3S3＝A2S1。接触面积和剪切应力双方均变小，成为F3＜F1、F2。

因而，在本申请中，负荷W被较硬的金属层4’支承，因粘着磨损而产生的剪切依赖于较软的金属层6’，摩擦力减小。由于摩擦力减小，因此，磨损量减小。

磨损、接触电阻的增大，不仅单一地受到表面层的影响，表面层和与表面层相接触并位于表面层的内侧的金属层之间的组合成为较大的原因。另一方面，将银锡合金设为表面层的接触端子构造的接触电阻相对较低且具有耐久性，因而具有作为接触端子的材料的优异的性能。

在本申请中，通过在作为第一镀层4的银锡合金层的表面上如上所述地还形成第二镀层6，从而在接触电阻和耐久性方面能提高性能。另外，还能够明确，在该第二镀层6的维氏硬度小于其下层的第一镀层4的硬度、即第二镀层6软于第一镀层4时，如上所述，能够发挥优异的性能。

产业上的可利用性

本发明的接触端子构造能够较佳地应用于继电器(例如信号传输用继电器、电动汽车的功率继电器等)、开关、连接器(例如信号传输用连接器、一般电源用连接器、电动汽车充电连接器等)、电流断路器等电器组件的接触端子。

附图标记说明

1、接触端子构造；2、基体；4、第一镀层；4’、较硬的金属层；6、第二镀层；6’、较软的金属层；10、探头；12、板。

Claims

1.一种接触端子构造，其特征在于，

该接触端子构造包括：

第一镀层，其形成在基体的表面上，并由银锡合金形成；以及

第二镀层，其形成在上述第一镀层的表面上，并由以银为主要成分、包括从硒、锑中选择的一种以上的成分的合金形成，

上述第二镀层比上述第一镀层软，并且维氏硬度为180，

将上述第一镀层的厚度设为P、将上述第二镀层的厚度设为Q时，Q/(P+Q)为0.07～0.4的范围内，使按压的探头以负荷为300gf、滑动次数为6000个循环相对于在上述第一镀层之上形成了上述第二镀层的板滑动后，上述第一镀层及上述第二镀层的磨削深度为1.5μm～3μm。

2.一种接触端子构造，其特征在于，

该接触端子构造包括：

上述第二镀层比上述第一镀层软，并且维氏硬度为180，将上述第一镀层的厚度设为P、将上述第二镀层的厚度设为Q时，Q/(P+Q)为0.07～0.4的范围内，使按压的探头以负荷为30gf、滑动次数为6000个循环相对于在上述第一镀层之上形成了上述第二镀层的板滑动后，上述第一镀层及上述第二镀层的磨削深度为0.15μm～0.32μm。