(57)【要約】      （修正有）【解決手段】基材１５と、前記基材１５の表面を被覆する表面層１０と、を有し、前記表面層１０は、ＳｎとＩｎとを含有し、少なくともＩｎが最表面に存在している金属材。また、そのような金属材１よりなり、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部において、前記基材１５の表面に前記表面層１０が形成されている、接続端子。【効果】Ａｇを用いなくても、表面の摩擦係数の上昇を抑制することができる金属材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の表面を被覆する表面層と、を有し、
前記表面層は、ＳｎとＩｎとを含有し、少なくともＩｎが最表面に存在している、金属材。
【請求項２】
前記表面層において、Ｉｎの少なくとも一部は、Ｉｎ−Ｓｎ合金の状態にある、請求項１に記載の金属材。
【請求項３】
前記Ｉｎ−Ｓｎ合金は、ＩｎＳｎ４を含む、請求項２に記載の金属材。
【請求項４】
前記表面層は、Ｓｎを含有し、Ｉｎの濃度がＳｎよりも低いＳｎリッチ部と、
前記Ｓｎリッチ部よりも高濃度のＩｎを含有するＩｎリッチ部とを含み、
前記Ｓｎリッチ部と前記Ｉｎリッチ部の両方が、最表面に露出している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項５】
前記Ｉｎリッチ部は、Ｉｎ−Ｓｎ合金よりなる、請求項４に記載の金属材。
【請求項６】
前記Ｓｎリッチ部は、前記基材を構成する金属元素と、Ｓｎとの合金よりなる、請求項４または請求項５に記載の金属材。
【請求項７】
前記表面層の最表面において、前記Ｉｎリッチ部が占める面積率は、５０％よりも高い、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項８】
前記表面層の最表面において、前記Ｉｎリッチ部が占める面積率は、９０％以下である、請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項９】
前記表面層の最表面において、Ｉｎの濃度は、１０原子％以上である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項１０】
前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ｓｎに対して１％以上である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項１１】
前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ｓｎに対して２５％以下である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項１２】
前記表面層において、最表面から少なくとも深さ０．０１μｍまでの領域に、Ｉｎが分布している、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項１３】
前記基材の表面は、ＣｕおよびＮｉの少なくとも一方を含んでいる、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の金属材よりなり、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部において、前記基材の表面に前記表面層が形成されている、接続端子。
【請求項１５】
前記相手方導電部材の表面に、Ｓｎを含む金属が露出している、請求項１４に記載の接続端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属材および接続端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
接続端子等の電気接続部材の構成材料として、基材の表面に、めっき等により、ＳｎやＳｎ合金よりなる表面層を形成した金属材が広く用いられている。ＳｎやＳｎ合金よりなる表面層は、電気接続部材の表面において、電気伝導性、耐食性、はんだ濡れ性等の特性を高める役割を果たす。
【０００３】
しかし、Ｓｎや、多くのＳｎ合金は、表面で摩擦を受けた際に、凝着や掘り起しを起こしやすい。それらの現象は、表面の摩擦係数の上昇につながる。摩擦係数の上昇は、例えば、接続端子において、端子の挿抜に要する力を増大させることにつながる。
【０００４】
ＳｎやＳｎ合金の表面における摩擦係数を低減させるために、Ｓｎを含む金属層の表面に、別の金属層を設ける試みがなされている。例えば、特許文献１に、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる基材の表面にＳｎ系表面層が形成され、該Ｓｎ系表面層と前記基材との間に、Ｓｎ系表面層から順にＣｕＳｎ合金層／ＮｉＳｎ合金層／Ｎｉ又はＮｉ合金層が形成された錫めっき銅合金端子材であって、Ｓｎ系表面層の最表面にＡｇ被覆層が形成されてなり、表面の動摩擦係数が０．３以下である銅合金端子材が開示されている。ここで、ＣｕＳｎ合金層およびＮｉＳｎ合金層の組成が指定され、ＣｕＳｎ合金層の局部山頂の平均間隔、Ｓｎ系表面層およびＡｇ被覆層の厚みが、特定の範囲に限定されている。特許文献１では、Ｓｎ系表面層とＣｕＳｎ合金層との特殊な界面形状による摩擦係数低減効果に加え、所定の厚さのＡｇ被覆層を有することによるＳｎ凝着抑制効果が得られるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１２４４３３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９０５５号公報
【特許文献３】特開２００１−１５５９５５号公報
【特許文献４】特開平４−３４０７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されるように、Ｓｎを含有する金属層の表面をＡｇで被覆することで、Ｓｎの凝着による摩擦係数の上昇を抑制することが考えられる。しかし、Ａｇ自体も、凝着性の強い金属であり、摩擦を繰り返して受けた場合等に、Ｓｎの摩擦係数を効果的に低減できなくなる可能性がある。また、Ａｇは、空気中に含まれる含硫黄分子等によって硫化を受け、黄色く変色しやすい。さらに、貴金属であるＡｇは高価な元素であり、表面被覆層として使用することで、接続端子等、電気接続部材の材料コストを上昇させることになる。それらの理由から、接続端子等の電気接続部材の表面において、Ａｇを使用することなく、Ｓｎを含有する金属層の表面の摩擦係数の上昇を抑制できるようにすることが、望まれる。
【０００７】
そこで、Ａｇを用いなくても、Ｓｎを含有する金属層の表面における摩擦係数の上昇を抑制することができる金属材および接続端子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の金属材は、基材と、前記基材の表面を被覆する表面層と、を有し、前記表面層は、ＳｎとＩｎとを含有し、少なくともＩｎが最表面に存在している。
【発明の効果】
【０００９】
本開示にかかる金属材は、Ａｇを用いなくても、表面の摩擦係数の上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１Ａ，１Ｂは、本開示の一実施形態にかかる金属材の構造を模式的に示す図である。図１Ａは、金属材の積層構造を示す断面図であり、図１Ｂは、金属材の表面の状態を示す平面図である。
【図２】図２は、本開示の一実施形態にかかる接続端子の概略を示す断面図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｄは、それぞれ試料Ａ１〜Ａ４の表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像であり、反射像を示している。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、試料Ａ２の表面について、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によって得られた元素分布を示す図である。図４ＡはＳｎ、図４ＢはＣｕ、図４ＣはＩｎの分布を示している。図４Ｄは、図４ＣのＩｎの分布を、０〜３０質量％のスケールで表示したものである。各図のグレースケールには、１０目盛りごとの数値を拡大して表示している。また、各図に表示した長さのスケールは、３μｍに対応している。
【図５】図５Ａ〜５Ｅは、それぞれ、試料Ａ１〜Ａ４，Ａ０について、摩擦係数の測定結果を示す図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、それぞれ、試料Ｂ１，Ｂ２，Ｂ０について、摩擦係数の測定結果を示す図である。
【図７】図７Ａ〜７Ｄは、それぞれ、試料Ｃ１〜Ｃ３，Ａ０について、摩擦係数の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
本開示にかかる金属材は、基材と、前記基材の表面を被覆する表面層と、を有し、前記表面層は、ＳｎとＩｎとを含有し、少なくともＩｎが最表面に存在している。
【００１２】
本開示にかかる金属材は、基材の表面を被覆して、ＳｎとＩｎとを含有し、少なくともＩｎを最表面に露出させた表面層を有している。Ｉｎは、非常に軟らかく、固体潤滑性を示す金属であり、表面層の最表面に露出されていることで、固体潤滑作用により、金属材の表面の摩擦係数を低減することができる。Ａｇとは異なり、Ｉｎ自体が凝着によって摩擦係数を上昇させるようなことも起こりにくい。このように、ＩｎをＳｎとともに含む表面層を形成することで、Ａｇを用いなくても、金属材の表面で、Ｓｎの凝着による摩擦係数の上昇を抑制することができる。Ｉｎは、Ａｇのように、硫化による変色を起こすものではなく、また、Ａｇに比べて、安価に利用することができる。
【００１３】
ここで、前記表面層において、Ｉｎの少なくとも一部は、Ｉｎ−Ｓｎ合金の状態にあるとよい。ＳｎとＩｎを含有する表面層において、安定な合金としてＩｎ−Ｓｎ合金が形成されることにより、Ｉｎを最表面に露出させた状態が安定に維持される。
【００１４】
この場合に、前記Ｉｎ−Ｓｎ合金は、ＩｎＳｎ４を含むとよい。ＳｎとＩｎを含有する表面層において、金属間化合物としてＩｎＳｎ４が安定に形成されやすく、ＩｎＳｎ４は、摩擦係数の上昇抑制に、高い効果を示す。よって、Ｉｎ−Ｓｎ合金は、ＩｎＳｎ４を含むことで、少ない量のＩｎで、摩擦係数の上昇抑制を、効果的に達成することができる。
【００１５】
前記表面層は、Ｓｎを含有し、Ｉｎの濃度がＳｎよりも低いＳｎリッチ部と、前記Ｓｎリッチ部よりも高濃度のＩｎを含有するＩｎリッチ部とを含み、前記Ｓｎリッチ部と前記Ｉｎリッチ部の両方が、最表面に露出しているとよい。表面層において、Ｉｎを高濃度で含有するＩｎリッチ部は、最表面全体に露出しているのではなく、Ｉｎ濃度の低いＳｎリッチ部と共存して露出する状態でも、摩擦係数の上昇を抑制する効果を、十分に発揮することができる。
【００１６】
この場合に、前記Ｉｎリッチ部は、Ｉｎ−Ｓｎ合金よりなるとよい。すると、Ｉｎ−Ｓｎ合金の形成により、Ｉｎリッチ部が最表面に露出した状態を安定に保持し、摩擦係数上昇の抑制に寄与させることができる。
【００１７】
一方、前記Ｓｎリッチ部は、前記基材を構成する金属元素と、Ｓｎとの合金よりなるとよい。表面層において、Ｉｎリッチ部が、基材を構成する金属元素とＳｎとの合金として形成されたＳｎリッチ部と、安定に共存し、表面層全体として、摩擦係数の上昇を抑制する効果を発揮することができる。
【００１８】
前記表面層の最表面において、前記Ｉｎリッチ部が占める面積率は、５０％よりも高いとよい。Ｉｎリッチ部が、大きな面積を占めて、表面層の最表面に露出していることにより、Ｉｎリッチ部によって発揮される摩擦係数上昇抑制の効果を、高めることができる。
【００１９】
一方、前記表面層の最表面において、前記Ｉｎリッチ部が占める面積率は、９０％以下であるとよい。面積率９０％を超えてＩｎリッチ部を多く最表面に露出させても、摩擦係数の上昇抑制に、その大面積のＩｎリッチ部が効果的に寄与する訳ではないからである。また、Ｉｎリッチ部の面積率が高くなりすぎることで、Ｉｎリッチ部に含有されるＩｎが希薄になり、かえって摩擦係数の上昇を抑制する効果が小さくなる場合もあるが、Ｉｎリッチ部の面積率を９０％以下に抑えておくことで、そのような事態を避けやすくなる。
【００２０】
前記表面層の最表面において、Ｉｎの濃度は、１０原子％以上であるとよい。すると、金属材の最表面において、Ｉｎが、摩擦係数の上昇を抑制する効果を、十分に発揮しやすくなる。
【００２１】
前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ｓｎに対して１％以上であるとよい。すると、十分な量のＩｎが表面層に含有され、最表面に露出されることで、Ｉｎによる摩擦係数上昇抑制の効果を高めやすくなる。
【００２２】
一方、前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ｓｎに対して２５％以下であるとよい。すると、Ｉｎを多量に含有させすぎて、摩擦係数の上昇抑制に効果的に寄与させられなくなる事態を避けやすい。
【００２３】
前記表面層において、最表面から少なくとも深さ０．０１μｍまでの領域に、Ｉｎが分布しているとよい。すると、金属材の最表面において、Ｉｎが、摩擦係数を抑制する効果を、十分に発揮しやすくなる。
【００２４】
前記基材の表面は、ＣｕおよびＮｉの少なくとも一方を含んでいるとよい。ＣｕおよびＮｉの少なくとも一方を含む金属材は、接続端子等、電気接続部材を構成する基材として汎用されているものであるが、ＣｕやＮｉが、ＳｎおよびＩｎを含有する表面層に拡散して、ＳｎやＩｎと合金を形成したとしても、表面層に含有されるＩｎによる摩擦係数上昇抑制の効果は、維持される。
【００２５】
本開示にかかる接続端子は、金属材よりなり、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部において、前記基材の表面に前記表面層が形成されている。この接続端子においては、少なくとも接点部に、上記のような、ＳｎとＩｎを含有し、Ｉｎを最表面に露出させた表面層が形成されていることにより、Ａｇを用いなくても、接点部において、相手方の接続端子との間で摺動させた際の摩擦係数の上昇を、抑制することができる。Ａｇを用いないことで、接続端子の変色や、材料コストの上昇も抑制される。
【００２６】
前記相手方導電部材の表面には、Ｓｎを含む金属が露出しているとよい。本開示にかかる接続端子は、Ｓｎに加えてＩｎを接点部の最表面に露出させていることにより、相手方導電部材の表面にＳｎが露出されていても、Ｓｎ同士の間での摺動に伴う凝着によって、摩擦係数が上昇するのを、効果的に抑制することができる。
【００２７】
［本開示の実施形態の詳細］
以下に、本開示の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。本明細書において、各元素の含有量（濃度）は、特記しない限り、原子％等、原子数比を単位として示すものとする。また、単体金属には、不可避的不純物を含有する場合も含むものとする。合金には、特記しないかぎり、固溶体である場合も、金属間化合物を構成する場合も、含むものとする。さらに、ある金属を主成分とする合金とは、その金属元素が、組成中に５０原子％以上含まれる合金を指すものとする。
【００２８】
＜金属材＞
本開示の一実施形態にかかる金属材は、金属材料を積層したものよりなる。本開示の一実施形態にかかる金属材は、いかなる金属部材を構成するものであってもよいが、接続端子等、電気接続部材を構成する材料として、好適に利用することができる。
【００２９】
（金属材の構成）
図１Ａ，１Ｂに、本開示の一実施形態にかかる金属材１の構成の例を示す。金属材１は、基材１５と、基材１５の表面に形成され、最表面に露出した表面層１０と、を有している。表面層１０の特性を損なわない範囲において、金属材１の最表面に露出した表面層１０の上に、有機層等の薄膜（不図示）を設けてもよい。
【００３０】
（１）基材について
基材１５は、板状等、任意の形状の金属材料より構成することができる。基材１５を構成する材料は、特に限定されるものではないが、金属材１が、接続端子等、電気接続部材を構成するものである場合には、基材１５を構成する材料として、ＣｕまたはＣｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金、ＦｅまたはＦｅ合金等を、好適に用いることができる。中でも、電気伝導性に優れたＣｕまたはＣｕ合金を、好適に用いることができる。
【００３１】
基材１５の表面、つまり基材１５と表面層１０の間には、基材１５の表面に接触させて、基材１５よりも薄い金属層よりなる中間層（不図示）を設けてもよい。本明細書において、基材１５の表面に中間層を設ける場合には、中間層も基材１５の一部とみなすものとする。つまり、中間層を設ける場合は、中間層の金属材料が、基材１５の表面を構成することになる。基材１５の表面に中間層を設けることで、基材１５と表面層１０の間の密着性を向上させる効果や、基材１５と表面層１０の間で、構成元素の相互拡散を抑制する効果等を得ることができる。中間層を構成する材料としては、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕの群（Ａ群）より選択されるいずれか少なくとも１種を含有する金属材料を例示することができる。中間層を構成する材料は、Ａ群より選択される１種よりなる単体金属であっても、Ａ群より選択される１種または２種以上の金属元素を含有する合金であってもよい。中間層は、特に、ＮｉまたはＮｉを主成分とする合金よりなることが好ましい。中間層において、基材１５側の一部は、基材１５の構成元素と合金を形成していてもよく、表面層１０側の一部は、表面層１０の構成元素と合金を形成していてもよい。
【００３２】
基材１５の表面を構成する金属材料、つまり、中間層を設けない場合に基材１５自体を構成する金属材料、また中間層を設ける場合に中間層を構成する金属材料は、ＣｕおよびＮｉの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。特に好ましくは、単体Ｃｕまたは単体Ｎｉ、あるいはＣｕまたはＮｉを主成分とする合金よりなるとよい。ＣｕやＮｉは、表面層１０に拡散し、さらに表面層１０の構成元素と合金を形成したとしても、後に詳しく説明するような表面層１０の特性を損ないにくいからである。基材１５がＣｕまたはＣｕ合金よりなる場合には、基材１５由来のＣｕによって、表面層１０の特性が損なわれにくいことから、表面層１０へのＣｕの拡散抑制を目的として、ＮｉまたはＮｉ合金等よりなる中間層を設ける必要性は低く、金属材１の構成の簡素性の観点から、中間層を省略することが好ましい。
【００３３】
（２）表面層について
表面層１０は、ＳｎとＩｎとを含有する金属層として構成される。表面層１０は、ＳｎとＩｎ以外の元素を含有してもよいが、ＳｎおよびＩｎによって形成される構造や、ＳｎおよびＩｎによって発現される特性を損なわないように、ＳｎとＩｎを主成分とするもの、つまりＳｎとＩｎの合計で、表面層１０全体の５０原子％以上を占めるものであることが好ましい。特に、不可避的不純物の含有や、表面近傍での酸化、炭化、窒化等の変性、また環境中の成分の表面への付着を除いて、表面層１０が、ＳｎとＩｎのみよりなる形態が好ましい。なお、表面層１０においては、特にＡｇは含有されない方がよい。Ａｇは、凝着性が高く、表面層１０の摩擦係数を上昇させやすいうえ、硫化による変色を起こしやすく、表面層１０の材料コストも増大させるからである。
【００３４】
表面層１０においては、最表面に、少なくともＩｎ原子が存在していれば、ＳｎとＩｎが、表面層１０内で、どのように分布していてもかまわない。また、ＳｎおよびＩｎは、それぞれ、単体金属の状態にあっても、合金を形成していてもかまわない。単体金属となっている部分と、合金となっている部分が共存していてもよい。後に詳しく説明するように、最表面に露出して、表面層１０にＩｎが含有されることで、表面層１０の摩擦係数の上昇を抑制する効果が得られる。
【００３５】
Ｉｎは、Ｓｎと容易に合金を形成する金属であり、後述するように、Ｓｎ層とＩｎ層を積層して表面層１０を形成する場合等において、Ｉｎは、Ｉｎ−Ｓｎ合金を形成しやすい。表面層１０の状態を安定に維持する観点から、表面層１０に含有されるＩｎの少なくとも一部、望ましくは表面層１０に含有されるＩｎの大部分が、Ｉｎ−Ｓｎ合金を構成していることが好ましい。例えば、後の実施例において示すように、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によってＩｎを含む相として検出される全量が、不可避的不純物を除いて、Ｉｎ−Ｓｎ合金となっていればよい。Ｉｎ−Ｓｎ合金は、固溶体となっていても、金属間化合物となっていてもよいが、表面層１０の安定性等の観点から、金属間化合物を形成している方が好ましい。
【００３６】
表面層１０に含まれるうるＩｎ−Ｓｎ金属間化合物の組成としては、ＩｎＳｎ４，Ｉｎ3Ｓｎ等を挙げることができる。表面層１０に含有されるＩｎ−Ｓｎ合金は、これらの金属間化合物より選択される１種または２種以上を含むとよい。Ｉｎ−Ｓｎ合金の安定性の観点から、また、少量のＩｎで、後述するような表面層１０へのＩｎ含有の効果を高く得る観点から、表面層１０は、上記のうち、ＩｎＳｎ４を含むことが好ましい。さらには、表面層１０に含まれるＩｎのうち、ＸＲＤによって検出される全量が、不可避的不純物を除いて、ＩｎＳｎ４となっていることが好ましい。ＩｎＳｎ４はβスズ構造をとる金属間化合物である。
【００３７】
表面層１０は、全体が均質なＩｎ−Ｓｎ合金よりなってもよい。しかし、表面層１０において、他の部位よりもＩｎ濃度が高くなった部位を形成し、その部位によって、表面層１０の摩擦係数上昇の抑制等、Ｉｎ含有による効果を大きく発揮させる観点から、例えば図１Ａ，１Ｂに示すように、Ｓｎの濃度が比較的高いＳｎリッチ部１０ａと、Ｉｎの濃度が比較的高いＩｎリッチ部１０ｂの２種の相を、共存させて有する方が好ましい。Ｉｎリッチ部１０ｂにＩｎを集中的に分布させることで、Ｉｎ含有による効果を、Ｉｎリッチ部１０ｂにおいて大きく発揮させ、表面層１０全体の特性として有効に利用しやすくなる。以下、このように、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが表面層に共存する形態を中心に説明する。
【００３８】
後に説明するように、Ｓｎ層とＩｎ層とをこの順に積層して、適宜合金化を経て表面層１０を形成する場合に、Ｓｎリッチ部１０ａおよびＩｎリッチ部１０ｂが、表面層１０の最表面側の部位、つまり上層１１に形成され、上層１１の下側（基材１５側）に、ほぼＳｎよりなる下層１２が形成されやすい。このような場合には、上層１１と下層１２が、ともに表面層１０を構成することになるが、この場合の下層１２も、Ｓｎ濃度が高い相であるという意味で、Ｓｎリッチ部の一種とみなすことができる。しかし、本明細書において、特記しないかぎり、Ｓｎリッチ部１０ａおよびＩｎリッチ部１０ｂを含む上層１１の下側に形成される下層１２は、Ｓｎリッチ部と称さず、上層１１のＳｎリッチ部１０ａと区別するものとする。
【００３９】
（２−１）Ｓｎリッチ部
Ｓｎリッチ部１０ａは、Ｓｎを含有し、Ｉｎの濃度がＳｎよりも低い相である。ここで、Ｉｎの濃度がＳｎよりも低いとは、原子数比で、Ｉｎの含有量がＳｎの含有量よりも少ない状態を指し、Ｉｎが含有されない形態も含む。Ｓｎリッチ部１０ａの具体的な形態としては、（ｉ）単体Ｓｎよりなる形態（Ｓｎと不可避的不純物よりなる形態）、（ｉｉ）Ｓｎよりも少量のＩｎを含むＩｎ−Ｓｎ合金よりなる形態、（ｉｉｉ）Ｉｎ以外の金属元素とＳｎとの合金よりなる形態、（ｉｖ）Ｓｎよりも少量のＩｎと、Ｉｎ以外の金属元素と、Ｓｎとの合金よりなる形態を挙げることができる。Ｓｎリッチ部１０ａは、それらの形態のうち、１つの形態のみよりなっても、形態や組成の異なる２つ以上の部位を含んでいてもよい。
【００４０】
ここで、Ｓｎリッチ部１０ａに含有され、上記形態（ｉｉｉ）や形態（ｉｖ）において、Ｓｎと合金を形成するＩｎ以外の金属元素としては、基材１５を構成する金属元素（基材元素）を挙げることができる。基材元素が表面層１０に拡散した場合に、その基材元素をＳｎとの合金としてＳｎリッチ部１０ａに留めておくことで、Ｉｎリッチ部１０ｂに基材元素を含有させないようにすること、またはＩｎリッチ部１０ｂにおける基材元素の濃度を低く抑えることができ、Ｉｎリッチ部１０ｂにおいて、Ｉｎ本来の特性を発揮させやすくなる。また、そのように、Ｉｎの特性を発揮しやすいＩｎリッチ部１０ｂを安定に維持することができる。Ｉｎリッチ部１０ｂにおけるＩｎの濃度を高く維持する観点からは、Ｓｎリッチ部１０ａは、全体が、不可避的不純物を除いて、単体Ｓｎ、またはＳｎと基材元素の合金、あるいはそれら両方よりなり、実質的にＩｎを含有しないことが好ましい。Ｓｎリッチ部１０ａを含む上層１１の下側に、Ｓｎよりなる下層１２が形成されている場合に、上層１１のＳｎリッチ部１０ａは、下層１２と連続していてもよく、さらに、Ｓｎリッチ部１０ａと下層１２との間で、組成が連続的に変化していてもよい。
【００４１】
基材１５の表面（中間層が形成されていない場合の基材１５の表面、または中間層が形成されている場合の中間層の表面）にＣｕが含まれる場合には、Ｓｎリッチ部１０ａは、Ｃｕ−Ｓｎ合金を含むことが好ましい。さらに好ましくは、表面層１０に含まれるＳｎのうち、ＸＲＤによって検出される全量が、不可避的不純物を除いて、単体ＳｎまたはＣｕ−Ｓｎ合金の形になっているとよい。この場合、下層１２が単体Ｓｎより構成され、上層１１に含まれるＳｎリッチ部１０ａがＣｕ−Ｓｎ合金より構成される形態をとりやすい。Ｓｎリッチ部１０ａを構成するＣｕ−Ｓｎ合金の組成としては、Ｃｕ６Ｓｎ５を例示することができる。Ｓｎリッチ部１０ａが、Ｃｕ６Ｓｎ５をはじめとするＣｕ−Ｓｎ合金より構成される場合には、そのＳｎリッチ部１０ａが、共存するＩｎリッチ部１０ｂによって発揮される特性を大きく損なうものとはなりにくい。
【００４２】
（２−２）Ｉｎリッチ部
Ｉｎリッチ部１０ｂは、Ｓｎリッチ部１０ａよりも、高濃度のＩｎを含有している。つまり、組成中のＩｎの原子数濃度が、Ｉｎリッチ部１０ｂにおいて、Ｓｎリッチ部１０ｂよりも高くなっている。具体的には、Ｉｎリッチ部１０ｂとして、（ｉ）単体Ｉｎよりなる形態（Ｉｎと不可避的不純物よりなる形態）、（ｉｉ）Ｉｎ−Ｓｎ合金よりなる形態、（ｉｉｉ）基材元素等、Ｓｎ以外の金属元素とＩｎとの合金よりなる形態、（ｉｖ）ＳｎおよびＩｎと、基材元素等、他の金属元素とを含む合金よりなる形態を例示することができる。なお、上記形態（ｉｉ）および形態（ｉｖ）のように、Ｉｎリッチ部１０ｂが、Ｓｎを含む合金よりなる場合に、Ｉｎの濃度が、Ｉｎリッチ部１０ｂにおいてＳｎリッチ部１０ａよりも高くなっていれば、Ｓｎの濃度は、Ｉｎリッチ部１０ｂとＳｎリッチ部１０ａの間でどのような関係となっていてもよい。Ｉｎリッチ部１０ｂは、上記形態（ｉ）〜（ｉｖ）のうち、１つの形態のみよりなっても、形態や組成の異なる２つ以上の部位を含んでいてもよい。
【００４３】
Ｉｎによる特性を強く発揮できるＩｎリッチ部１０ｂを、Ｓｎリッチ部１０ａと安定に共存させる等の観点から、Ｉｎリッチ部１０ｂは、Ｉｎ−Ｓｎ合金を含むことが好ましい。さらに好ましくは、表面層１０に含まれるＩｎのうち、ＸＲＤによって検出される全量が、不可避的不純物を除いて、Ｉｎ−Ｓｎ合金を形成して、Ｉｎリッチ部１０ｂを構成しているとよい。Ｉｎリッチ部１０ｂを構成するＩｎ−Ｓｎ金属間化合物としては、上記で列挙したＩｎＳｎ４，Ｉｎ3Ｓｎ等を挙げることができる。Ｉｎリッチ部１０ｂは、これらの金属間化合物のうち、ＩｎＳｎ４を含むことが好ましい。特に、Ｉｎリッチ部１０ｂに含まれるＩｎの全量が、不可避的不純物を除いて、ＩｎＳｎ４となっていることが好ましい。ＩｎＳｎ４は、安定性に優れ、また、少量のＩｎしか含有しないにもかかわらず、表面層１０の摩擦係数上昇の抑制等、Ｉｎ含有による効果を強く示すからである。
【００４４】
（２−３）Ｓｎリッチ部およびＩｎリッチ部の分布
表面層１０がＳｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂを含む場合に、少なくともＩｎ原子が最表面に存在していれば、Ｓｎリッチ部１０ａおよびＩｎリッチ部１０ｂは、どのような空間分布をとっていてもよい。一例として、層状のＳｎリッチ部１０ａが基材１５の表面に形成され、そのＳｎリッチ部１０ａの層の表面に、単体ＩｎまたはＩｎ−Ｓｎ合金よりなるＩｎリッチ部１０ｂが設けられた、積層構造とすることができる。
【００４５】
しかし、表面層１０全体としてのＩｎの含有量が少ない場合でも、Ｉｎを高濃度で含有し、Ｉｎによる特性を強く発揮できるＩｎリッチ部１０ｂを形成し、そのＩｎによる特性を、表面層１０全体の特性として有効に利用する観点から、図１Ａ，１Ｂに示すように、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが、層状に分離せずに、表面層１０内で混在していることが好ましい。この場合には、少なくともＩｎリッチ部１０ｂが表面層１０の最表面に露出していればよい。Ｉｎリッチ部１０ｂとＳｎリッチ部１０ａが、両方とも表面層１０の最表面に露出していれば、さらに好ましい。
【００４６】
表面層１０が、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが混在した構造をとる場合に、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが、どのような形状および相互配置をとって混在していても構わない。しかし、後述するように、Ｓｎ層とＩｎ層をこの順に積層して、表面層１０を形成する場合には、図１Ａ，１Ｂに示すように、Ｉｎリッチ部１０ｂの中に、Ｓｎリッチ部１０ａが、島状に分散した形態をとりやすい。この場合に、島状のＳｎリッチ部１０ａ、およびそのＳｎリッチ部１０ａを取り囲むＩｎリッチ部１０ｂが、ともに、表面層１０の最表面に露出していることが好ましい。
【００４７】
Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが混在して、ともに表面層１０の最表面に露出する場合に、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂのそれぞれが、連続した領域として最表面に露出する領域の大きさは特に限定されるものではない。しかし、Ｉｎリッチ部１０ｂによる特性を有効に発揮させる観点から、連続したＩｎリッチ部１０ｂを分断するＳｎリッチ部１０ａの長さ（分断長）は、短い方が好ましい。図１Ａ，１Ｂのように、Ｉｎリッチ部１０ｂの中にＳｎリッチ部１０ａが島状に分散している場合に、Ｓｎリッチ部１０ａの長径（Ｓｎリッチ部１０ａを横切る直線のうち最も長い直線の長さ）を、分断長とみなすことができる。Ｉｎリッチ部１０ｂによる特性を有効に発揮させる観点、また、表面層１０の最表面における特性の空間的不均一性を抑制する観点から、分断長は、１０μｍ以下であることが好ましい。一方、Ｓｎリッチ部１０ａの特性も有効に発揮させる観点から、分断長は、０．５μｍ以上であるとよい。
【００４８】
さらに、表面層１０の最表面に、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂの両方が露出している場合に、最表面において、Ｉｎリッチ部１０ｂが占める面積率は、５０％よりも高くなっているとよい。Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率は、最表面全体の面積に占めるＩｎリッチ部１０ｂの露出面積の割合として定義することができる（［Ｉｎリッチ部の露出面積］／［最表面全体の面積］×１００％）。Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が５０％よりも高くなっていること、つまりＩｎリッチ部１０ｂの露出面積の方がＳｎリッチ部１０ａの露出面積よりも大きくなっていることで、摩擦係数上昇の抑制等、Ｉｎリッチ部１０ｂによる特性を、表面層１０の最表面全体の特性として、強く発揮させることができる。Ｉｎリッチ部１０ｂによる特性をより強く発揮させる観点から、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率は、５５％以上、さらには７０％以上であると、特に好ましい。
【００４９】
一方、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率の上限は、特に指定されるものではないが、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が９０％以下であっても、表面層１０において、Ｉｎリッチ部１０ｂによる特性を十分に発揮させることができる。また、表面層１０におけるＩｎの濃度が比較的低い場合に、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が高くなりすぎると、Ｉｎリッチ部１０ｂの各部位におけるＩｎの濃度が希薄になり、かえって、Ｉｎリッチ部１０ｂにおいて、Ｉｎによる特性が発揮されにくくなる。特に、後の実施例に示す基材１５の表面にＣｕが含有される場合のように、基材１５の種類等によっては、表面層１０全体としてのＩｎの濃度が低い方が、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が高くなる傾向を示す場合がある。このような場合には、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が高くなっていることは、表面層１０におけるＩｎの濃度が低いことを意味する。つまり、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積の広さと、表面層１０におけるＩｎの含有量の少なさの両方の影響によって、Ｉｎリッチ部１０ｂにおけるＩｎの濃度が希薄となり、Ｉｎによる特性が発揮されにくくなる。このような場合に、Ｉｎリッチ部１０ｂにおけるＩｎ濃度の低下を避ける観点からも、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率は、９０％以下に抑えておくことが好ましい。Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率は、８０％以下であると、特に好ましい。Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によって得られる元素分布等、金属材１の最表面における相の分布が分かる顕微鏡像を用いて、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積を計測することで、見積もることができる。
【００５０】
（２−４）Ｉｎの含有量
表面層１０におけるＩｎとＳｎの含有量の比は、所望される表面層１０の特性に応じて、適宜設定すればよいが、摩擦係数上昇の抑制等、Ｉｎによって付与される特性を、効果的に発揮させる観点から、Ｉｎの含有量は、表面層１０全体に含有される量として、Ｓｎに対する原子数比（Ｉｎ［ａｔ％］／Ｓｎ［ａｔ％］）で、１％以上であることが好ましい。Ｉｎによる特性を一層高める観点から、表面層１０におけるＩｎの含有量は、特に好ましくは、Ｓｎに対する原子数比で、５％以上、さらには１０％以上であるとよい。ここで、図１Ａに示すように、表面層１０が、上層１１と下層１２よりなる場合、あるいはさらに多数の組成の異なる層よりなる場合でも、ＩｎおよびＳｎのそれぞれの含有量は、表面層１０を構成するそれら全ての層を合わせた表面層１０全体に含有される総量を指す。
【００５１】
一方、表面層１０におけるＩｎの含有量を多くしすぎても、Ｉｎによって発揮される摩擦係数上昇の抑制等の効果が向上しなくなるため、表面層１０におけるＩｎの含有量は、Ｓｎに対する原子数比で、２５％以下に留めておくことが好ましい。特に、上で述べたように、表面層１０全体としてのＩｎの含有量が少ない方が、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が高くなる傾向を示す場合があり、そのような場合に、表面層１０におけるＩｎ含有量を多くしすぎると、Ｉｎリッチ部１０ｂの面積率が低くなり、Ｉｎ含有による摩擦係数上昇の抑制等の効果がかえって小さくなってしまう可能性がある。そのような場合にＩｎリッチ部１０ｂの面積率を十分に確保する観点からも、表面層１０におけるＩｎの含有量は、Ｓｎに対する原子数比で、２５％以下としておくことが好ましい。Ｉｎの含有量は、Ｓｎに対する原子数比で、２０％以下、さらには１５％以下であると、一層好ましい。ここで、表面層１０におけるＩｎの含有量は、表面層１０に対して、蛍光Ｘ線分光等による元素分析を行うことで、見積もることができる。あるいは、表面層１０を作製する際に原料として用いたＳｎ層やＩｎ層の厚さが分かっている場合には、ＳｎおよびＩｎの密度に基づいて、それら原料層の厚さを原子数比に換算することで、表面層１０におけるＩｎの含有量を見積もることができる。
【００５２】
上記のように、表面層１０においては、Ｉｎは、深さ方向の領域のうち、最表面を含む表面近傍の領域（例えば上層１１）に、さらに深い領域（例えば下層１２）よりも高濃度で分布していることが、最表面における摩擦係数上昇の抑制等の効果を高める点で、好ましい。Ｉｎは、表面層１０において、少なくとも深さ０．０１μｍまでの領域に分布していることが好ましい。さらには、少なくとも深さ０．０５μｍまで、また少なくとも深さ０．１μｍまでの領域に分布していることが好ましい。最表面におけるＩｎの濃度（最表面の全存在元素に占めるＩｎの原子数の割合）は、１０％以上、さらには１５％以上であることが好ましい。さらには、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）等、最表面での放出電子の検出によって検知される程度の深さまでの領域において、そのような濃度のＩｎが含有されるとよい。典型的には、最表面から５ｎｍ程度の深さまでの領域において、そのような濃度のＩｎが含有されることが、好ましい。
【００５３】
表面層１０全体の厚さは、特に限定されるものではなく、ＳｎおよびＩｎによって付与される特性を十分に発揮させることができればよい。例えば、表面層１０の厚さを、０．０５μｍ以上、さらには０．１μｍ以上とすることが好ましい。一方、過度に厚い表面層１０を形成するのを避ける観点から、その厚さは、１０μｍ以下とすればよい。
【００５４】
（金属材の表面特性）
本実施形態にかかる金属材１においては、上記のように、表面層１０がＳｎとＩｎの両方を含んでおり、表面層１０の最表面にＩｎが存在している。そのため、表面層１０において、Ｓｎによる特性に加え、Ｉｎによる特性が発現される。
【００５５】
Ｓｎは、従来一般に、接続端子等、電気接続部材を構成する金属材の表面を被覆するのに、用いられてきた。Ｓｎは、高い導電率を有することに加え、表面酸化膜を容易に破壊することができるので、低い接触抵抗を示し、金属材の表面において良好な電気接続特性を与える。Ｓｎは、耐食性やはんだ濡れ性にも優れる。本実施形態にかかる金属材１の表面層１０も、Ｓｎを含有することにより、優れた電気接続特性、また耐食性やはんだ濡れ性を有するものとなる。
【００５６】
Ｓｎは、そのように電気接続特性等に優れる一方、相手方金属部材等との間で摺動を行った際に、Ｓｎの表面において凝着や掘り起こしが発生し、摩擦係数が上昇しやすい。一方、Ｉｎは、Ｓｎよりも軟らかい金属であり、高い固体潤滑性を示す。このように、固体潤滑性を有するＩｎを、表面層１０に含有させ、表面層１０の最表面に露出させることで、表面層１０の表面において、固体潤滑性を発揮させることができる。Ｉｎの固体潤滑性により、表面層１０において、Ｓｎの凝着や掘り起しによる摩擦係数の上昇を、抑制することが可能となる。Ｉｎの固体潤滑性は、Ｉｎが、Ｓｎ等、他の金属元素と合金を形成していても、発揮されうる。表面層１０において、Ｉｎリッチ部１０ｂに加えて、Ｓｎリッチ部１０ａが最表面に露出している場合にも、Ｉｎリッチ部１０ｂが、摩擦係数の上昇を抑制する効果を発揮することにより、表面層１０全体として、摩擦係数を低く抑えることができる。
【００５７】
Ｉｎは、酸化を受けやすい金属であるが、Ｓｎと同様に、荷重の印加等によって、表面の酸化膜を容易に破壊することができる。よって、表面層１０において、Ｉｎも、Ｓｎと同様に、低い接触抵抗を与え、Ｓｎによって発揮される良好な電気接続特性を妨げるものとはならない。よって、表面層１０においては、単体Ｓｎの金属層と、同程度に低い接触抵抗が得られる。さらに、ＳｎがＩｎと合金を形成することで、単体Ｓｎよりも融点が低くなることと関連して、単体Ｓｎよりも軟らかくなり、表面酸化膜の易破壊性が向上する場合もある。その結果、ＳｎとＩｎを含有する表面層１０において、単体Ｓｎの金属層よりも、接触抵抗がさらに小さくなる場合もある。
【００５８】
このように、表面層１０が、Ｓｎに加えてＩｎを含有し、そのＩｎを最表面に露出させていることで、金属材１において、Ｓｎの凝着性による摩擦係数の上昇を、Ｉｎの固体潤滑性によって抑制することができる。さらに、Ｓｎによる良好な電気接続特性は、Ｉｎの含有によって損なわれず、むしろ、一層向上される場合もある。特許文献１において、Ｓｎ系表面層を被覆するのに用いられているＡｇとは異なり、Ｉｎは、凝着性が低い金属であり、摺動を重ねても、摩擦係数が上昇するようなことは起こりにくい。また、Ｉｎは、Ａｇのような硫化による変色を起こさず、さらに、比較的低コストで利用することができる。これらの理由から、Ｉｎを含有する表面層１０を備えた本実施形態にかかる金属材１は、接続端子をはじめとする、摺動等による摩擦を受ける電気接続部材の構成材料として、好適に利用することができる。
【００５９】
上記のように、表面層１０において、少なくともＩｎ原子が最表面に分布していれば、Ｓｎ原子およびＩｎ原子が、どのように分布していてもよいが、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが混在し、それら２つの部位がともに最表面に露出していることが好ましい。この場合には、表面層１０に含有されるＩｎを、Ｉｎリッチ部１０ｂに集中させることにより、表面層１０全体に希薄にＩｎを分布させる場合よりも、摩擦係数上昇の抑制等、Ｉｎによる表面特性を、Ｉｎリッチ部１０ｂにおいて、強く発揮させることができる。
【００６０】
ＩｎとＳｎの合金化は、容易に進行するため、表面層１０にＩｎリッチ部１０ｂ等として含有されるＩｎは、少なくとも一部、好ましくは不可避的不純物を除く全量が、ＩｎＳｎ４をはじめとするＩｎ−Ｓｎ合金を形成しているとよい。Ｉｎ−Ｓｎ合金の形成によって、Ｓｎリッチ部１０ａとＩｎリッチ部１０ｂが共存した状態等、表面層１０の状態を、安定に維持しやすくなる。Ｓｎリッチ部１０ａにおいても、Ｓｎが、基材元素等、他の金属との合金を形成している方が、Ｉｎリッチ部１０ｂと共存した表面層１０の状態を、安定に維持しやすくなる。後の実施例にも示すように、ＣｕやＮｉ等、基材元素とＳｎが合金を形成して、Ｓｎリッチ部１０ａを構成している場合に、そのＳｎリッチ部１０ａは、Ｉｎリッチ部１０ｂが有する、摩擦係数の上昇抑制や接触抵抗の抑制等の効果を著しく損なうものとはならず、表面層１０全体として、摩擦係数が低く、かつ接触抵抗も低い状態を与えることができる。
【００６１】
本実施形態において、表面層１０に、ＳｎとともにＩｎを含有させ、少なくともＩｎを最表面に露出させることで、後の実施例において示すように、Ｓｎ層が最表面に形成された相手方金属部材との間で摺動させた際に、摺動の進行に伴って摩擦係数が上昇するのを、抑制することができる。摩擦係数の値としても、０．４以下、さらには、０．３以下のような小さな領域に抑えることができる。同時に、接触抵抗を、Ｉｎを含有しないＳｎ層のみが形成されている場合と比較して、１２０％程度の範囲に抑えることができる。さらには、１００％以下、つまりＳｎ層のみが形成されている場合よりも小さい値に抑えられる場合もある。
【００６２】
本実施形態にかかる金属材１は、以上のように、表面層１０の表面において、摩擦係数の上昇を抑制することができ、さらに、低い接触抵抗を示す。よって、金属材１は、電気部品、特に、接続端子等、表面層１０の表面において相手方の導電性部材と接触する、電気接続部材としての用途に、好適に利用することができる。
【００６３】
（金属材の製造方法）
本実施形態にかかる金属材１は、基材１５の表面に、適宜、めっき法等によって中間層を形成したうえで、表面層１０を形成することにより、製造することができる。
【００６４】
表面層１０は、蒸着法やめっき法、浸漬法等、いかなる方法で形成してもよい。この際、ＳｎとＩｎの共析等によって、ＳｎとＩｎを含有する表面層１０を一度に形成してもよいが、簡便性の観点から、Ｓｎ層とＩｎ層を積層して形成してから、適宜合金化を経て、表面層１０を形成することが好ましい。Ｉｎ層は、比較的薄い場合には、浸漬法によって形成することが好適であり、比較的厚い場合には、電解めっき法によって形成することが好適である。
【００６５】
さらに、Ｓｎ層とＩｎ層を積層した後、適宜、加熱を行ってもよい。後の実施例に示すように、加熱を行っても、行わなくても、摩擦係数の上昇を抑制する効果を得ることができる。しかし、加熱を行うことで、ＩｎとＳｎの合金化が進み、図１Ａ，１Ｂに示したように、Ｉｎリッチ部１０ｂが、島状のＳｎリッチ部１０ｂを取り囲んで、Ｉｎ−Ｓｎ合金として形成された状態を、形成しやすい。また、その際の加熱により、Ｓｎリッチ部１０ａにおいて、Ｓｎのリフロー処理が進行し、ウィスカー発生の抑制等の効果が得られる。このように、Ｓｎ層とＩｎ層を積層した状態で、加熱を行うことで、一度の加熱で、Ｉｎの合金化によるＩｎリッチ部１０ｂの形成と、Ｓｎリッチ部１０ａのリフロー処理を、同時に行うことができる。Ｉｎ層をＳｎ層と積層した状態で加熱を行わない場合には、Ｉｎ層を形成する前のＳｎ層に対してリフロー処理を行ってから、Ｉｎ層を形成すればよい。
【００６６】
Ｓｎ層とＩｎ層の積層順は、特に限定されるものではないが、Ｓｎ層を先に形成し、そのＳｎ層の表面にＩｎ層を積層することで、Ｉｎを、Ｉｎリッチ部１０ｂ等の形態で、表面層１０の最表面に露出させやすくなる。Ｓｎ層とＩｎ層のそれぞれの厚さ、および両者の間の厚さの比は、所望される表面層１０の厚さや成分組成等に応じて、適宜選択すればよいが、Ｓｎ層の厚さを０．５μｍ以上、また１０μｍ以下とする形態を、好適なものとして例示することができる。Ｉｎ層の厚さについては、形成される表面層１０の最表面に十分な量のＩｎを分布させる観点から、０．０１μｍ以上、さらには０．０５μｍ以上、０．１μｍ以上とすることが好ましい。一方、過剰量のＩｎの使用を避ける観点から、Ｉｎ層の厚さは、０．５μｍ以下、さらには０．２μｍ以下に抑えておくことが好ましい。
【００６７】
＜接続端子＞
本開示の一実施形態にかかる接続端子は、上記実施形態にかかる金属材１を用いて構成されており、少なくとも、相手方導電部材と電気的に接触する接点部の表面に、ＳｎとＩｎを含んだ表面層１０を有する。接続端子の具体的な形状や種類は、特に限定されるものではない。
【００６８】
図２に、本開示の一実施形態にかかる接続端子の例として、メス型コネクタ端子２０を示す。メス型コネクタ端子２０は、公知の嵌合型のメス型コネクタ端子と同様の形状を有する。すなわち、前方が開口した筒状に挟圧部２３が形成され、挟圧部２３の底面の内側に、内側後方へ折り返された形状の弾性接触片２１を有する。メス型コネクタ端子２０の挟圧部２３内に、相手方導電部材として、平板型タブ状のオス型コネクタ端子３０が挿入されると、メス型コネクタ端子２０の弾性接触片２１は、挟圧部２３の内側へ膨出したエンボス部２１ａにおいて、オス型コネクタ端子３０と接触し、オス型コネクタ端子３０に上向きの力を加える。弾性接触片２１と相対する挟圧部２３の天井部の表面が内部対向接触面２２とされ、オス型コネクタ端子３０が弾性接触片２１によって内部対向接触面２２に押し付けられることにより、オス型コネクタ端子３０が、挟圧部２３内において挟圧保持される。
【００６９】
メス型コネクタ端子２０は、全体が、上記実施形態にかかる表面層１０を有する金属材１より構成されている。ここで、金属材１の表面層１０が形成された面は、挟圧部２３の内側に向けられ、弾性接触片２１および内部対向接触面２２の相互に対向する面を構成するように、配置されている。その結果、オス型コネクタ端子３０をメス型コネクタ端子２０の挟圧部２３に挿入して摺動させた際に、メス型コネクタ端子２０とオス型コネクタ端子３０の間の接触部において、表面層１０による摩擦係数上昇抑制の効果が、利用される。
【００７０】
ここでは、メス型コネクタ端子２０の全体が、表面層１０を有する上記実施形態にかかる金属材１より構成される形態について説明したが、表面層１０は、少なくとも、相手方導電部材と接触する接点部の表面、つまり弾性接触片２１のエンボス部２１ａと内部対向接触面２２の表面に形成されていれば、いかなる範囲に形成されていてもよい。また、オス型コネクタ端子３０等、相手方導電部材は、いかなる材料より構成されてもよいが、Ｓｎを含む金属が最表面に露出された形態を、好適なものとして挙げることができる。具体的には、メス型コネクタ端子２０と同様に、表面層１０を有する上記実施形態にかかる金属材１より構成される形態や、単体ＳｎまたはＳｎを主成分とする合金よりなるＳｎ被覆層が最表面に形成された金属材より構成される形態を、好適なものとして例示することができる。相手方導電部材の最表面に、Ｓｎ被覆層が形成されていたとしても、本実施形態にかかる接続端子の表面にＩｎが存在することにより、表面層１０のＳｎと、相手方のＳｎ被覆層のＳｎとが、摺動に伴って凝着を起こし、摩擦係数が上昇するのを、抑制することができる。さらに、本開示の実施形態にかかる接続端子は、上記のような嵌合型のメス型コネクタ端子、あるいはオス型コネクタ端子の他に、プリント基板に形成されたスルーホールに圧入接続されるプレスフィット端子等、種々の形態とすることができる。
【実施例】
【００７１】
以下、実施例を示す。なお、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。以下、特記しない限り、試料の作製および評価は、大気中、室温にて行っている。
【００７２】
［１］表面層の構造および特性
まず、ＩｎとＳｎを含有する表面層の構造と特性について調査した。Ｉｎの含有量の影響についても検討した。
【００７３】
［試験方法］
（試料の作製）
以下のようにして、試料Ａ１〜Ａ４および試料Ａ０を作成した。つまり、清浄なＣｕ基材の表面に、表１に示すように、所定の厚さの原料層を積層した。具体的には、最初に、Ｃｕ基材の表面に直接、厚さ１．０μｍのＳｎ層を、電解めっき法によって形成した。次に、試料Ａ１〜Ａ４については、形成したＳｎ層の表面に、Ｉｎ層を、表１に示した所定の厚さで形成した。Ｉｎ層の形成は、最も薄い試料Ａ１においては、浸漬によって行い、形成されたＩｎ層の厚さは、０．０１μｍであった。比較的厚いＩｎ層を形成する試料Ａ２〜Ａ４については、電解めっき法によってＩｎ層の形成を行い、それぞれ、Ｉｎ層の厚さを、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍとした。試料Ａ０については、Ｉｎ層は形成せず、Ｓｎ層のみをＣｕ基材の表面に形成した状態とした。試料Ａ１〜Ａ４については、Ｓｎ層とＩｎ層を積層した後、試料Ａ０については、Ｓｎ層を形成した後に、２５０〜３００℃で加熱（リフロー処理）を行った。
【００７４】
表１には、形成したＳｎ層およびＩｎ層の厚さに加えて、ＩｎとＳｎの原子数比（Ｉｎ／Ｓｎ原子数比）を示している。この値は、ＳｎとＩｎのそれぞれの密度を用いて、Ｓｎ層およびＩｎ層の厚さを原子数に換算し、Ｓｎに対するＩｎの原子数の比率を算出したものである。
【００７５】
（表面層の状態の評価）
試料Ａ１〜Ａ４のそれぞれについて、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、表面の状態を観察した。さらに、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により、各試料の表面における構成元素の分布を確認した。ＥＤＸによって得られた元素分布像をもとに、ＳＥＭで観察された各相の組成を検討するとともに、Ｉｎリッチ部の面積率を見積もった。
【００７６】
また、試料Ａ２〜Ａ４に対して、２θ法によるＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行い、表面層に生成している相の組成を評価した。測定条件としては、ω＝１°、２θ＝１０〜８０°、０．０３°ステップとした。
【００７７】
さらに、試料Ａ２に対して、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定を行い、表面層の最表面におけるＳｎとＩｎの存在量を評価した。さらに、Ａｒ＋スパッタリングを行いながらＸＰＳ測定を行い、Ｉｎの深さ方向の分布を評価した。深さ分析測定においては、得られた光電子スペクトルからＩｎの酸化数を解析し、Ｉｎの層のうち、Ｉｎ酸化物が分布している領域の深さも解析した。ＸＰＳ測定は、Ａｌ−Ｋα線を光源とし、入射角９０°、光電子取り出し角４５°の条件で行った。Ａｒスパッタリングは、加速電圧２ｋＶ、平均スパッタ速度２３ｎｍ／ｍｉｎ．（ＳｉＯ２換算）の条件で、５００ｎｍの深さまで行い、深さ５ｎｍごとに測定を行った。
【００７８】
（摩擦係数の測定）
平板状の試料Ａ１〜Ａ４，Ａ０を用いて、摩擦係数の測定を行った。この際、Ｓｎめっき層を１μｍの厚さで形成した材料よりなる、半径１ｍｍ（Ｒ＝１ｍｍ）のエンボスを用い、平板状接点とエンボス状接点よりなる端子接点対を模擬した。測定時は、エンボス状接点を板状の各試料の表面に接触させて、３Ｎの接触荷重を印加した状態で、１０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で、５ｍｍにわたって摺動させた。摺動中に、ロードセルを用いて、接点間に働く動摩擦力を測定した。ついで、動摩擦力を荷重で割った値を（動）摩擦係数とした。摺動中、摩擦係数の変化を記録した。
【００７９】
（接触抵抗の評価）
平板状の試料Ａ１〜Ａ４，Ａ０を用いて、接触抵抗の測定を行った。この際、厚さ１μｍのＮｉ中間層と、厚さ０．４μｍのＡｕ表面層を形成したＲ＝１ｍｍのエンボスを用い、平板状接点とエンボス状接点よりなる端子接点対を模擬した。測定時は、平板状の各試料の表面にエンボス状接点を接触させ、接触荷重を印加しながら、接触荷重が５Ｎとなった時の接触抵抗を測定した。測定は四端子法によって行った。開放電圧は２０ｍＶ、通電電流は１０ｍＡとした。
【００８０】
［試験結果］
（表面層の状態）
図３Ａ〜図３Ｄに、それぞれ、試料Ａ１〜Ａ４について得られたＳＥＭ像を示す。これらの像は、加速電圧５．０ｋＶで得られた反射電子像である。また、図４Ａ〜図４Ｄに、試料Ａ２について、図３ＢのＳＥＭ観察に対応するＥＤＸ測定によって得られた元素分布を示す。図４ＡはＳｎ、図４ＢはＣｕ、図４ＣはＩｎの元素濃度を、０〜１００原子％のスケールで表示している。図４Ｄは、図４ＣのＩｎの元素濃度を、０〜３０原子％のスケールで表示したものである。
【００８１】
表１に、試料Ａ１〜Ａ４および試料Ａ０について、各原料層の厚さおよびＳｎに対するＩｎの原子数比（Ｉｎ／Ｓｎ原子数比）と、ＸＲＤで検出された生成相の種類、ＥＤＸによる元素分布像から得られたＩｎリッチ部の面積率を示す。なお、ＸＲＤでは、ＳｎまたはＩｎ、あるいはＳｎとＩｎの両方を含む相として、表１に掲載したもの以外は、検出されなかった。
【００８２】
さらに、表２に、試料Ａ２について、最表面のＸＰＳ測定によって検出されたＩｎおよびＳｎの濃度を示す（単位：原子％）。表２には、合わせて、深さ分析ＸＰＳ測定によって得られた、最表面からＩｎが分布する領域の深さ、およびそのうちＩｎが酸化物の状態で分布する領域の深さを示している。
【００８３】
【表１】
2020158822.tif 000003
【００８４】
【表２】
2020158822.tif 000004
【００８５】
図３Ａ〜３ＤのＳＥＭ像を見ると、いずれにおいても、比較的明るく観察される領域の中に、島状に、暗く観察される領域が分散して形成されている。図３ＢにＳＥＭ像を示した試料Ａ２について、図４Ａ〜図４Ｄに、ＥＤＸによる元素分布像を示しているが、ＳＥＭ像で観察された島状構造が、各元素分布像でも観測されており、島状構造は、成分組成の空間分布を反映したものであることが確認される。
【００８６】
試料Ａ２について、表面層の構造を考察する。図４Ａ〜図４Ｄの元素分布像において、島状の領域に着目すると、図４Ａ，４Ｂに示されるように、ＳｎおよびＣｕが、島状の領域に、それぞれ、均一性の高い濃度で分布していることが分かる。濃度は、Ｃｕの方が高くなっている。一方、図４Ｃ，４ＤのＩｎの分布を見ると、それら島状の領域の中には、実質的にＩｎが分布していない。これらの元素分布より、島状の領域には、Ｃｕ−Ｓｎ合金が形成されていることが分かる。図４Ａ，４Ｂの元素濃度から、島状領域におけるＳｎとＣｕの濃度を定量的に見積もると、その濃度比は、原子数比で、Ｓｎ：Ｃｕ＝５：６となっている。つまり、島状の領域は、Ｃｕ６Ｓｎ５との組成を有していることが分かる。表１に結果を示したＸＲＤによる生成相の分析においても、金属間化合物として、Ｃｕ６Ｓｎ５の生成が確認されている。
【００８７】
次に、島状の領域を取り囲む「海」に相当する領域に着目すると、図４Ａに示されるように、Ｓｎは、島状の領域よりも高濃度で、この領域に存在していることが分かる。また、図４Ｃ，４ＤのＩｎの分布を見ると、Ｉｎも、島状領域を取り囲む領域に存在している。一方、図４ＢのＣｕの分布を見ると、Ｃｕは、島状領域を取り囲む領域には、ほぼ存在していない。このことより、島状領域を取り囲む領域には、Ｉｎ−Ｓｎ合金が形成されていることが分かる。図４Ａ，４Ｃの分布から、ＳｎとＩｎの濃度を定量的に見積もると、その濃度比は、原子数比で、Ｓｎ：Ｉｎ＝４：１となっている。つまり、島状の領域は、ＩｎＳｎ４との組成を有していることが分かる。表１に結果を示したＸＲＤによる生成相の分析においても、金属間化合物として、ＩｎＳｎ４が確認されている。
【００８８】
このように、ＳＥＭおよびＥＤＸの結果より、表面層においては、Ｃｕ６Ｓｎ５の組成を有する領域が、ＩｎＳｎ４の組成を有する領域の中に、島状に分布しており、それら両方の領域が、最表面に露出していることが分かる。島状の領域をＳｎリッチ部に対応付けることができ、その島状領域を取り囲む領域をＩｎリッチ部に対応付けることができる。表１に掲載したＩｎリッチ部の面積率は、各元素のＥＤＸ像を重畳したものを二値化し、島状領域を取り囲む領域の面積の割合を算出したものである。
【００８９】
さらに、表１のＸＲＤによる生成相の分析結果を見ると、ＩｎＳｎ４およびＣｕ６Ｓｎ５に加え、Ｓｎ、つまり単体Ｓｎが観測されている。それら３種以外の相は、検出されていない。ＳＥＭおよびＥＤＸは、試料の最表面近傍の領域のみを観測するものであるのに対し、ＸＲＤは、試料の深さ方向全域を観測するものであることから、図１Ａに示すように、表面層において、単体Ｓｎよりなる下層の上に、Ｉｎリッチ部の中にＳｎリッチ部が島状に分散された上層が形成されていることが分かる。下層は、原料層として積層したＳｎ層のうち、表面層の形成に消費されなかった部分であると考えられる。
【００９０】
さらに、表２に示した、試料Ａ２の表面のＸＰＳ分析の結果について検討する。最表面の観測においては、ＩｎとＳｎが検出されている。ＩｎとＳｎの濃度を比較すると、Ｉｎの濃度の方が高くなっている。表面層全体におけるＩｎ／Ｓｎ原子数比は、５．１％であり、Ｓｎに対して少量のＩｎしか添加しておらず、Ｉｎは、Ｓｎと合金を形成して、深さ方向に均一に分布しているのではなく、金属材の表面近傍に高濃度で分布していることが分かる。このことは、Ｓｎよりなる下層の上にＩｎとＳｎを含む上層が形成されているという、上記ＥＤＸおよびＸＲＤの結果から明らかになったモデルを支持している。深さ分析の結果によると、表面層において、Ｉｎを含有する領域の深さは、３９０ｎｍとなっている。
【００９１】
さらに、深さ分析の結果によると、表面層に含有されるＩｎのうち、酸化されているものの分布は、最表面から深さ５ｎｍの領域に留まっている。ここで、Ｉｎは、Ｉｎ−Ｓｎ合金の状態で酸化されたものであると考えられるが、その酸化された状態にあるＩｎが分布する領域の深さが、５ｎｍに留まっており、大部分のＩｎ、つまり深さ５ｎｍから３９０ｎｍの領域に存在するＩｎは、酸化を受けていない金属の状態にあることが分かる。その結果、表面層において、固体潤滑性等、金属状態のＩｎが示す特性が、強く発揮されうる。後に説明する接触抵抗測定の結果から分かるように、厚さ５ｎｍ程度の薄いＩｎ酸化物の皮膜は、容易に破壊することができ、金属状態のＩｎによる高い導電性が、接点部における電気接続に寄与する。
【００９２】
以上より、試料Ａ２の金属材においては、基材の表面に、Ｓｎよりなる下層が形成され、その下層の表面に、Ｉｎ−Ｓｎ合金（ＩｎＳｎ４）の中に、Ｃｕ−Ｓｎ合金（Ｃｕ６Ｓｎ５）が島状に分布した構造の上層が形成されていることが、確認された。さらに、そのＩｎ−Ｓｎ合金が形成された領域においては、最表面のごく浅い領域を除いて、Ｉｎが、酸化を受けていない金属の状態を維持していることが分かった。掲載は省略するが、試料Ａ１，Ａ３，Ａ４においても、ＥＤＸ測定を行っており、試料Ａ２と同様に、ＳＥＭで見られた島状の領域にＣｕ−Ｓｎ合金よりなるＳｎリッチ部が形成されており、その島状領域を取り囲む領域にＩｎ−Ｓｎ合金よりなるＩｎリッチ部が形成されていることが確認された。さらに、表１に示すように、ＸＲＤ測定においても、試料Ａ１〜Ａ４の全てで、ＩｎＳｎ４，Ｃｕ６Ｓｎ５，Ｓｎの各相が検出されている。このことから、試料Ａ１〜Ａ４のいずれにおいても、上記で試料Ａ２について明らかにしたのと同様の構造が、金属材の表面に形成されていると言える。
【００９３】
ここで、試料Ａ１〜Ａ４の間で、表面層の最表面の状態を比較する。図３Ａ〜３ＤのＳＥＭ像を見ると、図３Ａから図３ＤへとＩｎ／Ｓｎ原子数比が上がるほど、Ｓｎリッチ部に対応する島状の領域において、形状の異方性が高くなるとともに、面積が大きくなっていることが分かる。つまり、Ｉｎ／Ｓｎ原子数比が上がるほど、Ｉｎリッチ部の面積が減少している。このことは、表１において、試料Ａ１から試料Ａ４へと、Ｉｎ／Ｓｎ原子数比が上がるほど、Ｉｎリッチ部の面積率が低下しているという挙動により、さらに明確に示されている。Ｉｎの含有量が増えるほど、Ｉｎリッチ部の露出面積が増える機構の詳細は、現在のところ明らかではないが、上記の結果は、Ｉｎ／Ｓｎ原子数比により、Ｉｎリッチ部の露出面積を制御できることを示している。
【００９４】
（表面層の特性）
図５Ａ〜５Ｅに、摩擦係数の測定結果を示す。図５Ａ〜５Ｄが、それぞれ試料Ａ１〜Ａ４のもの、図５Ｅが試料Ａ０のものである。各図において、横軸に摺動距離をとり、縦軸に、各摺動距離における摩擦係数を表示している。
【００９５】
図５ＥのＳｎ層のみを基材の表面に形成した場合と比較して、図５Ａ〜５ＤのＩｎを含有する表面層を形成した場合には、摺動の進行（摺動距離の増加）に伴う摩擦係数の上昇が、緩やかになっている。また、摩擦係数の値自体も、小さくなっている。Ｓｎ層のみを設けた場合に、摺動の進行に伴って摩擦係数が上昇するのは、板状試料の表面のＳｎ層と、エンボス表面のＳｎ層の間での、Ｓｎ同士の凝着によるものであるが、板状試料の表面層にＩｎを含有させ、Ｉｎを最表面に分布させることで、Ｉｎの固体潤滑性により、Ｓｎの凝着による摩擦係数の上昇を抑制できていると解釈される。試料Ａ１では、表面層におけるＩｎの含有量が、Ｓｎに対する原子数比で、１％と小さいが、そのように少量のＩｎでも、摩擦係数上昇抑制の効果が得られている。
【００９６】
特に、表面層におけるＩｎの含有量が多い図５Ｂ〜図５Ｄの場合には、摺動の進行に伴う摩擦係数の上昇の抑制も、摩擦係数の値自体の低減も、大きくなっている。このことより、表面層におけるＩｎの含有量は、Ｓｎに対する原子数比で、５％以上としておくことが、特に好ましいと言える。
【００９７】
さらに、下の表３に、各試料について、各原料層の厚さおよびＩｎ／Ｓｎ原子数比とともに、接触抵抗の計測結果を示す。
【００９８】
【表３】
2020158822.tif 000005
【００９９】
表３によると、表面層にＩｎを含有させた試料Ａ１〜Ａ４のいずれにおいても、Ｓｎ層のみを形成している試料Ａ０に比べて、同程度の低い接触抵抗が得られている。表面層の最表面にＩｎが分布していても、上記ＸＰＳの結果で確認されたように、Ｉｎの酸化が表面層のごく浅い領域に留まるうえ、酸化膜を容易に破壊できることにより、Ｉｎ酸化物は、表面層の接触抵抗を上昇させるものとはなっていない。表面層の最表面にＩｎリッチ部として露出されるＩｎ−Ｓｎ合金が、Ｓｎよりも軟らかくなっていることで、Ｓｎ層のみを設けた場合よりも、かえって接触抵抗が下がっていると解釈することもできる。接触抵抗低減の効果は、Ｉｎ／Ｓｎ原子数比が、１．０％と最も低い試料Ａ１においても、十分に得られている。
【０１００】
Ｉｎ含有量の異なる試料Ａ１〜Ａ４の接触抵抗を相互に比較すると、試料Ａ１から試料Ａ２で、Ｉｎ含有量が、Ｉｎ／Ｓｎ原子数比で、０．０１％から０．０５％に増加した場合に、接触抵抗低減の効果が大きくなっている。しかし、試料Ａ３，Ａ４と、試料Ａ２よりもＩｎ含有量をさらに増やすと、接触抵抗は、試料Ａ１や試料Ａ２よりは大きくなっている。Ｉｎの含有量の増加に伴う接触抵抗の上昇は、表１に示したＩｎリッチ部の面積率の減少に対応するものと考えられる。つまり、Ｉｎ含有量の増加に伴って、Ｉｎリッチ部の面積率が減少し、その結果、Ｉｎリッチ部による接触抵抗低減の効果が小さくなるものと解釈される。このことから、表面層におけるＩｎの含有量は、Ｉｎ／Ｓｎ原子数比で、２０％以下、さらには１５％以下に留めておくことが好ましいと言える。
【０１０１】
以上の結果から、基材の表面に、ＩｎとＳｎを含有し、Ｉｎを最表面に分布させた表面層を形成することで、摩擦係数の上昇を抑制できるとともに、接触抵抗も低く抑えられることが明らかになった。これらの効果は、Ｉｎが有する固体潤滑性、および酸化膜の易破壊性によるものと解釈される。
【０１０２】
［２］表面層における合金化と特性の関係
次に、Ｉｎ層とＳｎ層を積層した後の加熱による合金化の促進が、表面層の特性にどのような影響を与えるかを調査した。
【０１０３】
［試験方法］
（試料の作製）
試料Ｂ１として、Ｓｎ層の表面にＩｎ層を形成し、加熱を経ない試料を形成した。つまり、上記試料Ａ２と同様に、Ｃｕ基材の表面に、厚さ１．０μｍのＳｎ層を電解めっき法によって形成した。その後、試料を２５０〜３００℃で加熱した。さらに、加熱後のＳｎ層の表面に、厚さ０．０５μｍのＩｎ層を電解めっき法によって形成した。Ｉｎ層を形成した後は、試料に対して加熱を行わなかった。
【０１０４】
別途、試料Ｂ２として、Ｓｎ層の表面にＩｎ層を形成し、加熱を行った試料を形成した。つまり、上記試料Ｂ１の作成工程において、厚さ１．０μｍのＳｎ層を形成した後、加熱を経ることなく、厚さ０．０５μｍのＩｎ層を形成した。そして、Ｉｎ層の形成後、Ｓｎ層とＩｎ層が積層された試料を、２５０〜３００℃で加熱した。この試料Ｂ２は、上記試料Ａ２と同様に製造されたものとなっている。さらに、試料Ｂ０として、試料Ａ０と同様に、Ｃｕ基材に厚さ１．０μｍのＳｎ層を形成し、２５０〜３００℃で加熱したものを準備した。
【０１０５】
（摩擦係数の測定）
平板状の試料Ｂ１，Ｂ２，Ｂ０に対して、上記試験［１］と同様にして、Ｓｎ層を有するエンボス状接点とともに端子接点対を模擬して、摩擦係数を測定した。ただし、接触荷重は５Ｎとした。
【０１０６】
［試験結果］
図６Ａ〜６Ｃに、それぞれ、試料Ｂ１，Ｂ２，Ｂ０の摩擦係数の測定結果を示す。横軸に摺動距離をとり、縦軸に、各摺動距離における摩擦係数を表示している。
【０１０７】
図６Ａ，６Ｂの試料Ｂ１，Ｂ２の摩擦係数の測定結果を見ると、いずれも、図６ＣのＳｎ層のみを形成した試料Ｂ０の結果と比較して、摺動の進行に伴う摩擦係数の上昇が緩やかになっている。摩擦係数の値自体も、小さくなっている。特に、Ｉｎ層形成後に加熱を行った図６Ｂの試料Ｂ２においては、図６ＡのＩｎ層形成後に加熱を行っていない試料Ｂ１の場合よりもさらに、摺動の進行に伴う摩擦係数の上昇が抑えられている。
【０１０８】
Ｉｎ層を形成した後、加熱を行うことで、ＩｎとＳｎの合金化を促進することができる。Ｉｎ層形成後に加熱を行っていない試料Ｂ１においては、表面層において、合金化がそれほど進んでおらず、Ｓｎと合金化していないＩｎが残存している可能性がある。一方、Ｉｎ層形成後に加熱を行った試料Ｂ２においては、上記試験［１］で試料Ａ２についてＥＤＸおよびＸＲＤを用いて確認したように、表面層に含有されるＩｎの全量がＩｎ−Ｓｎ合金となり、表面層の最表面に露出している。
【０１０９】
Ｉｎ層に対して加熱を行った場合にも、行わなかった場合にも、摩擦係数の上昇が抑制されるという上記の結果は、表面層にＩｎを添加することで、Ｓｎとの合金化が完全に進行していても、合金化の進行の程度が低くても、Ｉｎの存在により、摩擦係数の上昇を抑制する効果が発揮されることを示している。つまり、Ｉｎ−Ｓｎ合金が形成されている場合に限らず、表面層Ｉｎが含有されることで、摩擦係数の上昇を抑制できると言える。ただし、加熱によって合金化を完全に進めることで、その効果をさらに高めることができる。
【０１１０】
［３］基材の構成材料の影響
最後に、基材の表面を構成する金属材料が、表面層の特性に与える影響について調査した。
【０１１１】
［試験方法］
（試料の作製）
試料Ｃ１〜Ｃ３として、Ｎｉ中間層を表面に形成した基材を用いて、表面層を作製した。つまり、清浄なＣｕ基材の表面に、電解めっき法により、厚さ１．０μｍのＮｉ層を形成した。そのＮｉ中間層を形成した基材の表面に、Ｓｎ層とＩｎ層を、電解めっき法により、この順に形成した。Ｓｎ層の厚さは、各試料で、１．０μｍとした。Ｉｎ層の厚さは、試料Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３で、それぞれ、０．０５μｍ、０．１μｍ、０．２μｍとした。各金属層を形成した試料は、２５０〜３００℃で加熱した。この試料Ｃ１〜Ｃ３の作製方法は、Ｎｉ中間層を形成する点を除いて、上記試料Ａ２〜Ａ４と同様となっている。さらに、試料Ｃ０として、Ｉｎ層を形成せず、Ｎｉ中間層の表面にＳｎ層のみを形成し、２５０〜３００℃で加熱したものを準備した。
【０１１２】
（表面層の状態の評価）
試料Ｃ２に対して、上記試験［１］と同様にして、ＸＲＤ測定を行い、表面層に生成している相の組成を評価した。
【０１１３】
（表面層の特性の評価）
平板状の試料Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれに対して、上記試験［１］と同様にして、Ｓｎ層を有するエンボス状接点とともに端子接点対を模擬して、摩擦係数の測定を行った。さらに、平板状の試料Ｃ１〜Ｃ３および試料Ｃ０に対して、上記試験［１］と同様にして、Ａｕ層を有するエンボス状接点とともに端子接点対を模擬して、接触抵抗の測定を行った。
【０１１４】
［試験結果］
試料Ｃ２のＸＲＤ測定の結果、表面層に生成している相として、以下の３種の相が検出された。つまり、Ｓｎ，ＩｎＮｉ，ＩｎＳｎ４の３種の相が検出された。表面層においては、上記３種の相のうち、Ｓｎが下層を構成し、ＩｎＮｉおよびＩｎＳｎ４が混在して上層を形成していると考えられる。このように、基材の表面がＮｉを含む場合にも、Ｓｎ層とＩｎ層を積層して加熱することで、ＳｎとＩｎを含み、ＳｎとＩｎがそれぞれ合金を形成した表面層を形成できることが確認された。
【０１１５】
図７Ａ〜７Ｃに、それぞれ、試料Ｃ１〜Ｃ３の摩擦係数の測定結果を示す。横軸に摺動距離をとり、縦軸に、各摺動距離における摩擦係数を表示している。図７Ｄには、比較のため、Ｃｕ基材の表面にＳｎ層を形成した試料Ａ０について測定した、図５Ｅの結果を再掲している。図７Ａ〜７Ｃに結果を示す試料Ｃ１〜Ｃ３においては、Ｓｎ層のみが表面に形成されている図７Ｄの場合と比較して、摺動に伴う摩擦係数の上昇が緩やかになっており、摩擦係数の上昇が抑制されていることが分かる。摩擦係数の値自体も小さくなっている。
【０１１６】
下の表４に、試料Ｃ１〜Ｃ３および試料Ｃ０の接触抵抗の測定値を示す。
【表４】
2020158822.tif 000006
【０１１７】
表４によると、Ｎｉ下地層の上にＳｎ層のみを形成した試料Ｃ０と比較して、ＩｎとＳｎを含有する表面層を形成した試料Ｃ１〜Ｃ３において、接触抵抗が高くなっている。しかし、試料Ｃ１〜Ｃ３でも、接触抵抗値は、０．９ｍΩ以下と、接続端子の接触抵抗として、十分に低い値に抑えられている。
【０１１８】
以上のように、Ｎｉ下地層の表面に、ＩｎとＳｎを含有する表面層を形成した場合にも、Ｓｎ層のみを形成した場合と比べて、摩擦係数の上昇が抑制されるとともに、Ｓｎ層のみを形成した場合と同程度の接触抵抗が得られている。つまり、基材表面がＣｕよりなる上記試料Ａ１〜Ａ４の場合でも、基材表面がＮｉよりなる試料Ｃ１〜Ｃ３の場合でも、ＩｎとＳｎを含有する表面層を形成することで、摩擦係数の上昇の抑制が達成されるとともに、接触抵抗としても、十分に低い値が得られる。このことより、ＳｎやＩｎが基材を構成する金属元素と合金を形成し、その合金が表面層の一部を構成するとしても、表面層に含有されるＩｎの寄与により、表面層全体として、摩擦係数の上昇抑制および接触抵抗の抑制の効果が得られると言える。
【０１１９】
以上、本開示の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１          金属材
１０        表面層
１０ａ      Ｓｎリッチ部
１０ｂ      Ｉｎリッチ部
１１        上層
１２        下層
１５        基材
２０        メス型コネクタ端子
２１        弾性接触片
２１ａ      エンボス部
２２        内部対向接触面
２３        挟圧部
３０        オス型コネクタ端子
【図１】
2020158822.tif 000007
【図２】
2020158822.tif 000008
【図３】
2020158822.tif 000009
【図４】
2020158822.tif 000010
【図５】
2020158822.tif 000011
【図６】
2020158822.tif 000012
【図７】
2020158822.tif 000013