つなぐチカラ、電気接点最前線！
こんにちは。
ChatGPTのGoal Seek Promptを試して、タイトルと本文を作ってみました。
題材はリレーやコネクタで重要な要素となる接点についてです。
いろんな研究報告からそれっぽい情報を創作したりして、まだまだ上手く使いこなせていませんが、時代のトレンド的にも使いこなしていきたいと思います。（創作部分は直したつもりです）
接点の材料
リレーやコネクタの接点に使われる材料は、電気的な導電性、機械的な耐久性、耐食性などが求められるため、非常に重要です。以下は主な材料とその特徴です。
1. 金（Au）
特徴: 優れた導電性と耐食性を持つ。酸化しにくく、長期にわたり安定した接触を維持する。
用途: 高信頼性が求められる通信機器、航空宇宙、医療機器などで使用。
課題: 高価であり、コストがかかる。
2. 銀（Ag）
特徴: 金属の中で最も高い導電性を持つ。しかし、硫黄などと反応して硫化物を形成しやすく、接触抵抗が増加することがある。
用途: リレーやスイッチ、コネクタなどの多くで使用される。
改良: 銀にパラジウム（Pd）を加えたAg-Pd合金は、耐硫化性が向上するため、工業用途や過酷な環境下で利用される。
3. 銅（Cu）
特徴: 高い導電性を持ち、比較的安価。ただし、酸化しやすいため、接点表面に酸化皮膜ができると接触抵抗が増大する。
用途: 低コストで大量に使用されるコネクタやリレーで使われることが多い。
対策: 表面を金や銀でメッキして酸化を防止することが多い。
4. パラジウム（Pd）
特徴: 耐食性が高く、酸化しにくい。銀と合金化することで耐硫化性を向上させる。
用途: 高信頼性が求められるコネクタやスイッチなどで使用されることが多い。
5. ロジウム（Rh）
特徴: 極めて高い耐食性と耐摩耗性を持つ。ただし、高価であり、加工が難しい。
用途: 特殊な高耐久性が求められるリレーやコネクタに使われることがある。
6. タングステン（W）やモリブデン（Mo）
特徴: 耐摩耗性と耐アーク性に優れるため、負荷が大きいリレーやスイッチに使用される。
用途: 高電圧や大電流が流れるリレーの接点で使用。
材料選定のポイント
高信頼性が求められる場合は、金やパラジウムが使われることが多い。
コストと性能のバランスを取る場合は、銀や銅が主流。
過酷な環境では、銀-パラジウム合金やロジウムが選ばれる。
最新トレンド
ナノ薄膜を使った接点材料の開発が進んでおり、従来のメッキ技術と比較して薄くても高い性能を発揮。
グラフェンを用いた接点は、耐摩耗性と導電性に優れ、研究段階ではあるものの、次世代の接点材料として注目されている。
環境対応として、鉛フリー接点やリサイクル可能な材料の採用が進んでいる。
1. ナノ薄膜を用いた接点材料の事例
ナノダイヤモンド分散複合化技術による金めっき皮膜の高機能化
愛知県の豊橋鍍金工業株式会社は、接点部品に使用される金めっきや封孔処理皮膜にナノダイヤモンドを分散複合化する技術を開発しました。この技術により、金めっき皮膜の電気特性や耐久性が飛躍的に向上し、薄膜化が可能となります。具体的には、硬質金めっきの2倍以上の耐久性を持つナノクリスタル金めっきや、硬質銀めっきの2倍以上の耐久性を持つナノクリスタル銀めっきが開発されました。
2. グラフェンを用いた接点材料の事例
グラフェン複合銀めっきによる大電流電気接点用めっきの開発
同じく豊橋鍍金工業株式会社は、電気自動車（EV）やプラグインハイブリッド車（PHV）の充電用プラグなど、大電流が流れるコネクタ向けに、グラフェンを複合化した硬質銀めっき被膜を開発しました。この技術では、酸化グラフェンを複合化することで、耐摩耗性と低電気抵抗という相反する特性を両立させています。具体的には、酸化グラフェン複合銀めっきにより、低接触抵抗と高い固体潤滑性が実現され、大電流化による昇温を防ぎ、安全性の向上とコストダウンを同時に達成しています。
具体事例は、2つとも豊橋鍍金工業の研究ですね。”接点”という縛りがあるせいか、他のものは提案してくれませんでした。
グラフェンの研究について聞いたところ、岡山大学の研究について教えてくれました。
岡山大学 異分野融合先端研究コアの仁科勇太研究教授らは、グラフェンの優れた導電性と機械的強度に着目し、金属との複合材料の開発を進めています。グラフェンは、導電率が7.5×10⁷ S/m、表面積が2,630 m²/g、ヤング率が1,500 GPaと、他の材料と比較して非常に高い性能を示します。この特性を活かし、金属とグラフェンを組み合わせることで、接触抵抗の低減と耐摩耗性の向上が期待されています。