(57)【要約】【課題】Ａｇを含む表面層を有し、低接触抵抗と低摩擦係数を両立することができる金属材および接続端子を提供する。【解決手段】基材１０と、基材１０の表面上に形成され、最表面に露出した表面層１１と、を有し、表面層１１が、Ａｇと、原子数比でＡｇよりも少ないＩｎと、を含んだ金属材１とする。また、そのような金属材１よりなり、表面層１１が、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、基材１０の表面上に形成されている接続端子とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材の表面上に形成され、最表面に露出した表面層と、を有し、
前記表面層は、Ａｇと、原子数比でＡｇよりも少ないＩｎと、を含んでいることを特徴とする金属材。
【請求項２】
前記表面層に含有されるＩｎの少なくとも一部は、Ａｇ−Ｉｎ合金であることを特徴とする請求項１に記載の金属材。
【請求項３】
前記表面層は、Ａｇを主成分とするＡｇ部と、前記Ａｇ部よりも高濃度のＩｎを含有する高濃度Ｉｎ部と、を含んでおり、前記Ａｇ部と前記高濃度Ｉｎ部がともに最表面に露出していることを特徴とする請求項１または２に記載の金属材。
【請求項４】
前記Ａｇ部は、軟質銀よりなることを特徴とする請求項３に記載の金属材。
【請求項５】
前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ａｇに対して５％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項６】
前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ａｇに対して２５％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項７】
前記表面層に含有されるＩｎは、Ｘ線回折法によって検出される全量が、Ａｇ−Ｉｎ合金であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項８】
前記基材は、ＣｕまたはＣｕ合金よりなり、
前記基材と前記表面層の間に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕのいずれか少なくとも１種を含有する中間層を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の金属材。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の金属材よりなり、前記表面層は、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、前記基材の表面上に形成されていることを特徴とする接続端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属材および接続端子に関し、さらに詳しくは、ＡｇとＩｎを含む表面層を有する金属材、およびそのような表面層を接点部に有する接続端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
接続端子等の電気接続部材において、表面にＡｇ層を設ける場合がある。Ａｇは、高い電気伝導性および高い融点を有するうえ、比較的酸化を受けにくいため、高い耐熱性を有する金属材料として、利用できる。よって、Ａｇ層を有する電気接続部材は、高温環境での使用や、大電流の印加が想定される場合に、好適に使用することができる。例えば、自動車において、エンジン周辺の高温になる環境や、高圧系に使用する接続端子として、Ａｇ層を表面に有する接続端子を用いれば、高温になっても、Ａｇ層の表面が接触抵抗の低い状態を維持し、安定した電気接続特性を得ることができる。
【０００３】
しかし、Ａｇは、凝着しやすい性質を有するため、接続端子等の表面にＡｇ層を設けると、表面の摩擦係数が高くなりやすい。すると、接続端子の場合には、挿抜に必要な力が大きくなってしまう。そこで、例えば、特許文献１に示されるように、Ａｇ層の下層に、硬質の金属層を設けることで、Ａｇ層表面の摩擦係数を低減することが試みられている。特許文献１では、硬質の金属層として、Ａｇ−Ｓｎ合金層が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３１２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属材において、Ａｇ層の下層に、特許文献１のＡｇ−Ｓｎ合金のような合金層を設ける構成においては、合金層が、摩擦係数の低減等、Ａｇ層の表面の特性の改良に効果を示す場合でも、合金層は、表面をＡｇ層に被覆されており、相手方の電気接続部材と接触するものではない。よって、合金層は、電気的特性や摩擦特性等、金属材の表面の特性に、直接的に影響するものとはならない。つまり、上述の金属材では、例えば摩擦係数や接触抵抗の低減等、表面特性の改良として不十分である。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、Ａｇを含む表面層を有し、低接触抵抗と低摩擦係数を両立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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明にかかる金属材は、基材と、前記基材の表面上に形成され、最表面に露出した表面層と、を有し、前記表面層は、Ａｇと、原子数比でＡｇよりも少ないＩｎとを含んでいる。
【０００８】
ここで、前記表面層に含有されるＩｎの少なくとも一部は、Ａｇ−Ｉｎ合金であるとよい。また、前記表面層は、Ａｇを主成分とするＡｇ部と、前記Ａｇ部よりも高濃度のＩｎを含有する高濃度Ｉｎ部と、を含んでおり、前記Ａｇ部と前記高濃度Ｉｎ部がともに最表面に露出しているとよい。この場合に、前記Ａｇ部は、軟質銀よりなるとよい。
【０００９】
前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ａｇに対して５％以上であるとよい。前記表面層におけるＩｎの含有量は、原子数比で、Ａｇに対して２５％以下であるとよい。前記表面層に含有されるＩｎは、Ｘ線回折法によって検出される全量が、Ａｇ−Ｉｎ合金であるとよい。
【００１０】
前記基材は、ＣｕまたはＣｕ合金よりなり、前記基材と前記表面層の間に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕのいずれか少なくとも１種を含有する中間層を有するとよい。
【００１１】
本発明にかかる接続端子は、上記のような金属材よりなり、前記表面層は、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、前記基材の表面上に形成されている。
【発明の効果】
【００１２】
上記発明にかかる金属材においては、表面層に、Ａｇに加え、Ｉｎを含んでいる。表面層が、Ｉｎよりも多量のＡｇを含有することにより、Ａｇが有する優れた耐熱性や電気伝導性を、表面層の特性として利用することができる。一方、Ｉｎは軟らかい金属であり、固体潤滑作用を示すため、金属材の表面の摩擦係数を低く抑えることができる。また、Ｉｎは、酸化を受けても、形成された酸化膜を、荷重の印加等によって、容易に破壊することができる。さらに、Ｉｎの含有量がＡｇよりも少なく抑えられていることにより、表面層において、Ｉｎの酸化の影響を、小さく抑えることができる。このように、金属材の最表面に露出した表面層が、Ａｇとともに、原子数比でＡｇよりも少ないＩｎを含むことにより、表面層全体として、Ａｇが有する低接触抵抗特性を損なわずに、Ｉｎによる摩擦係数低減の効果を得ることができる。
【００１３】
ここで、表面層に含有されるＩｎの少なくとも一部が、Ａｇ−Ｉｎ合金である場合には、原子数比でＡｇよりも少ないＩｎを表面層内に分布させた構造を、安定に形成しやすい。Ａｇ−Ｉｎ合金は、Ｉｎの寄与により、表面層の摩擦係数を低減させるのに高い効果を示し、また、酸化皮膜の易破壊性によって、接触抵抗の上昇を抑制する効果を有する。
【００１４】
また、表面層が、Ａｇを主成分とするＡｇ部と、Ａｇ部よりも高濃度のＩｎを含有する高濃度Ｉｎ部と、を含んでおり、Ａｇ部と高濃度Ｉｎ部がともに最表面に露出している場合には、Ａｇが有する耐熱性や低接触抵抗等の特性が、Ａｇ部によって発揮されるとともに、Ｉｎの添加によって得られる摩擦係数低減等の効果が、高濃度Ｉｎ部によって発揮される。そのため、表面層全体として、低接触抵抗と低摩擦係数を、高度に両立しやすい。
【００１５】
この場合に、Ａｇ部が、軟質銀よりなれば、軟質銀は、硬質銀とは異なり、Ｓｂ等の酸化を受けやすい元素の含有量が少ないため、金属材が加熱を受けた際に、それらの元素が最表面で酸化し、表面層の接触抵抗を上昇させるのを、抑制することができる。よって、高温になる環境を経ても、表面層が、接触抵抗が低い状態を維持しやすい。
【００１６】
表面層におけるＩｎの含有量が、原子数比で、Ａｇに対して５％以上である場合には、Ｉｎの含有による摩擦係数低減の効果を、特に高めることができる。
【００１７】
表面層におけるＩｎの含有量が、原子数比で、Ａｇに対して２５％以下である場合には、Ｉｎの含有量が少量に抑えられることにより、Ｉｎの酸化による接触抵抗の上昇を、回避しやすく、Ａｇによる低接触抵抗特性を、表面層全体の特性として、有効に利用することができる。
【００１８】
表面層に含有されるＩｎの、Ｘ線回折法によって検出される全量が、Ａｇ−Ｉｎ合金である場合には、原子数比でＡｇよりも少ないＩｎを含有した表面層を、安定に形成し、維持しやすい。
【００１９】
基材が、ＣｕまたはＣｕ合金よりなり、基材と表面層の間に、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｃｕのいずれか少なくとも１種を含有する中間層を有する場合には、中間層によって、基材と表面層の間で、構成元素の相互拡散を抑制することができるので、金属材が加熱を受けた際に、基材を構成するＣｕ原子が、表面層に拡散して、表面層の組成や特性に影響を与えることが、起こりにくくなる。
【００２０】
上記発明にかかる接続端子は、少なくとも接点部に、上記のような表面層が形成されているため、接点部において、低接触抵抗と低摩擦係数を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる金属材における積層構造を模式的に示す断面図である。（ａ）は断面全体の構成を示し、（ｂ）は表面層の状態の例を拡大して示している。
【図２】本発明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】実施例１にかかる試料について、ＥＤＸによって得られたＡｇおよびＩｎの分布を示している。（ａ）および（ｂ）はそれぞれＡｇおよびＩｎの元素濃度を０〜１００％のスケールで表示しており、（ｃ）は、Ｉｎの元素濃度を０〜３０％のスケールで表示している。
【図４】実施例１にかかる試料について、各元素の深さ分布を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明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。
【００２３】
［金属材］
本発明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。本発明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。
【００２４】
（金属材の構成）
図１（ａ）に、本発明の一実施形態にかかる金属材１の積層構造を示す。金属材１は、基材１０と、基材１０の表面上に形成され、最表面に露出した表面層１１と、を有している。後に説明するように、表面層は、ＡｇとＩｎを含んでいる。
【００２５】
さらに、基材１０と表面層１１の間に、任意に、中間層１２を設けることができる。また、表面層１１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１１の上に、有機層等の薄膜（不図示）を設けてもよい。
【００２６】
金属材１を構成する基材１０は、板状等、任意の形状の金属材料よりなる。基材１０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１０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。
【００２７】
中間層１２は、基材１０の表面に接触して、任意に設けられるものではあるが、中間層１２を設けることで、基材１０と表面層１１の間の密着性を向上させる効果や、基材１０と表面層１１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１２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１２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。合金よりなる場合、Ａ群より選択される金属元素に加え、それ以外の金属元素を含むものであってもよいが、Ａ群より選択される金属元素を主成分とするものであることが好ましい。また、中間層１２は、１層のみよりなっても、２種以上の層が積層されたものよりなってもよい。
【００２８】
基材１０がＣｕまたはＣｕ合金よりなる場合に、中間層１２を、上記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、特にＡ群より選択される金属元素を主成分とする金属より構成することにより、基材１０から表面層１１へとＣｕが拡散すること、さらに、拡散したＣｕとの合金化に起因するＩｎの消費等、表面層１１の成分組成や特性に影響が生じることを、高温になる条件でも、効果的に抑制できる。中でも、中間層１２を、ＮｉまたはＮｉを主成分とする合金より構成する場合に、表面層１１へのＣｕの拡散抑制を、効果的に達成することができる。
【００２９】
中間層１２の厚さは、特に限定されるものではないが、基材１０と表面層１１の間の拡散抑制等を効果的に達成する観点から、０．１μｍ以上とすることが好ましい。一方、過度に厚い中間層１２を形成するのを避ける観点から、その厚さは、３．０μｍ以下とすることが好ましい。中間層１２において、基材１０側の一部は、基材１０の構成元素と合金を形成していてもよく、表面層１１側の一部は、表面層１１の構成元素と合金を形成していてもよい。
【００３０】
表面層１１は、Ａｇと、Ｉｎとを含有する金属層として構成される。表面層１１において、Ｉｎの含有量は、原子数比でＡｇよりも少量となっている。つまり、表面層１１全体として、原子数比で、Ｉｎの含有量（濃度）が、Ａｇの含有量（濃度）よりも低くなっている。
【００３１】
表面層１１は、ＡｇとＩｎ以外の元素を含有してもよいが、下に説明するような、ＡｇおよびＩｎによって付与される特性を損なわないように、ＡｇとＩｎを主成分とするもの、つまりＡｇとＩｎの合計で、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、窒化等の変性を除いて、表面層１１が、ＡｇとＩｎのみよりなる形態が好ましい。
【００３２】
表面層１１においては、Ａｇと、Ａｇよりも少量のＩｎを含有し、最表面に、Ａｇ原子とＩｎ原子の両方が存在していれば、ＡｇとＩｎが、表面層１１内で、どのように分布していてもかまわない。また、Ａｇ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。
【００３３】
Ｉｎは、室温でもＡｇと容易に合金を形成する金属であり、後述するように、Ａｇ層とＩｎ層を積層して表面層１１を形成する場合等において、Ｉｎは、Ａｇ−Ｉｎ合金を形成しやすい。表面層１１の状態を安定に維持する観点から、表面層１１に含有されるＩｎの少なくとも一部、望ましくは表面層１１に含有されるＩｎの大部分が、Ａｇ−Ｉｎ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、Ａｇ−Ｉｎ合金となっていればよい。Ａｇ−Ｉｎ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１１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。
【００３４】
表面層１１に含まれるうるＡｇ−Ｉｎ金属間化合物の組成としては、Ａｇ３Ｉｎ，Ａｇ９Ｉｎ４，ＡｇＩｎ２を挙げることができる。表面層１１に含有されるＡｇ−Ｉｎ合金は、これらの３種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によって発揮される特性を十分に示す表面層１１を形成する観点から、表面層１１は、上記３種のうち、Ａｇに対するＩｎの原子数比が比較的高い、Ａｇ９Ｉｎ４およびＡｇＩｎ２の少なくとも一方を含むものであることが好ましい。
【００３５】
表面層１１は、全体が均質なＡｇ−Ｉｎ合金よりなってもよい。しかし、表面層１１において、Ａｇによって付与される特性と、Ｉｎによって付与される特性のそれぞれを、顕著に発揮させる観点から、例えば図１（ｂ）に示すように、Ａｇの濃度が比較的高いＡｇ部１１ａと、Ｉｎの濃度が比較的高い高濃度Ｉｎ部１１ｂの２種の相を、共存させて有する方が好ましい。
【００３６】
ここで、Ａｇ部１１ａは、Ａｇを主成分とする相であり、Ａｇ単体よりなる形態（Ａｇと不可避的不純物よりなる形態）、あるいはＡｇよりも少量のＩｎを含むＡｇ−Ｉｎ合金よりなる形態を例示することができる。Ａｇが有する特性を十分に発揮させる観点からは、Ａｇ部１１ａは、Ａｇ単体よりなることが好ましい。特に好ましくは、Ａｇ部１１ａは、軟質銀よりなるとよい。軟質銀とは、硬さが概ね８０Ｈｖ以下であり、硬度を上昇させる作用のあるＳｂ等の不純物元素の含有量が低く抑えられている。Ａｇ部１１ａにおいて、さらには、表面層１１全体として、Ｓｂをはじめ、不純物元素の濃度（Ｉｎを除く）は、１．０原子％以下、さらには０．１原子％以下であることが好ましい。Ｓｂをはじめとする不純物元素の濃度は、概ね、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）による検出限界以下であるとよい。
【００３７】
高濃度Ｉｎ部１１ｂは、Ａｇ部１１ａよりも、高濃度のＩｎを含有している。具体的には、Ｉｎ単体よりなる形態（Ｉｎと不可避的不純物よりなる形態）、あるいは、Ａｇ部１１ａよりもＩｎ濃度（Ａｇに対するＩｎの原子数比）の高いＡｇ−Ｉｎ合金よりなる形態を例示することができる。
【００３８】
Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂは、ともにＡｇ−Ｉｎ合金よりなってもよいが、この場合には、高濃度Ｉｎ部１１ｂが、Ａｇ部１１ａよりも、Ａｇに対するＩｎの原子数比の高い合金組成を有する。例えば、表面層１１が、Ａｇ９Ｉｎ４とＡｇＩｎ２の２種の金属間化合物を含有する場合に、Ａｇ９Ｉｎ４よりなる部分を、Ａｇ部１１ａとみなし、ＡｇＩｎ２よりなる部分を、高濃度Ｉｎ部１１ｂとみなすことができる。また、Ａｇ部１１ａおよび高濃度Ｉｎ部１１ｂは、それぞれ、組成の異なる２種以上の部分を含有してもよく、例えば、単体金属と合金の両方を含有する形態、また、成分組成の異なる２種以上の合金を含有する形態を挙げることができる。
【００３９】
表面層１１がＡｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂを有する場合に、Ａｇ原子とＩｎ原子の両方が最表面に存在していれば、Ａｇ部１１ａおよび高濃度Ｉｎ部１１ｂは、どのように分布していてもよい。一例として、層状のＡｇ部１１ａが基材１０（または中間層１２）の表面に形成され、その表面に、Ａｇ−Ｉｎ合金よりなる高濃度Ｉｎ部１１ｂが設けられた構造とすることができる。
【００４０】
しかし、表面層１１において、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂのそれぞれの特性を、表面層１１全体の特性として有効に利用する観点から、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが、層状に分離せずに、表面層１１内で混在していることが好ましい。この場合に、ＡｇがＩｎよりも多量に表面層１１に含まれることを反映して、図１（ｂ）に示すように、Ａｇ部１１ａの中に分散されるようにして、高濃度Ｉｎ部１１ｂが混在した形態となりやすい。さらに、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂのそれぞれの特性を、金属材１の表面における特性として、有効に利用する観点から、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが、ともに最表面に露出していることが好ましい。
【００４１】
Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが、表面層１１の深さ方向全域において、混在して分布していれば、それぞれの特性を安定して発揮することができ、好ましい。しかし、少なくとも、表面層１１の最表面およびその近傍（表面部）に、両者が混在して分布していればよい。後述するように、Ａｇ層とＩｎ層をこの順に積層して、合金化を経て表面層１１を形成する場合に、当初の積層構造を反映して、表面層１１において、Ｉｎが、基材１０側の部位（内部）よりも、最表面側の部位（表面部）に、高濃度で分布しやすい。この場合に、合金化を経て形成される表面層１１において、図１（ｂ）に示すように、表面部で、高濃度Ｉｎ部１１ｂがＡｇ部１１ａと共存していれば、内部においては、高濃度Ｉｎ部１１ｂが占める割合が、表面部よりも小さくてもよく、あるいは、Ａｇ部１１ａのみが占めていてもよい。
【００４２】
表面層１１におけるＩｎとＡｇの含有量の比は、所望される表面層１１の特性に応じて、適宜設定すればよいが、後に詳述するように、表面の摩擦係数の低減等、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１１全体として（Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂの合計として）、Ａｇに対する原子数比（Ｉｎ［ａｔ％］／Ａｇ［ａｔ％］）で、５％以上であることが好ましい。
【００４３】
一方、表面層１１全体としてのＩｎの含有量は、Ａｇよりも少量となっているが、さらに、表面の接触抵抗の低減等、Ａｇ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、Ａｇに対する原子数比で、２５％以下であることが好ましい。Ｉｎの含有量を、それらの値以下に抑えておくことで、Ａｇ部１１ａを、Ａｇ単体をはじめとして、Ａｇの濃度の高い成分組成で、形成しやすい。
【００４４】
表面層１１の深さ方向の全域において、上記のように、Ａｇに対する原子数比で５％以上また２５％以下のＩｎが含有されることが、表面層１１全体として、安定した構造および特性を獲得し、維持する観点から好ましい。しかし、上でも述べたように、Ａｇ層とＩｎ層をこの順に積層して表面層１１を形成する場合等においては、表面層１１において、Ｉｎが、内部よりも表面部に、高濃度で分布しやすい。そこで、少なくとも、最表面において、Ａｇに対する原子数比で５％以上また２５％以下のＩｎが含有されることが、好ましい。さらには、最表面から、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）や電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による分析等、電子線励起Ｘ線によって検出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５０ｎｍ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。
【００４５】
表面層１１全体の厚さは、特に限定されるものではなく、Ａｇ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、０．５μｍ以上とすることが好ましい。一方、過度に厚い表面層１１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。
【００４６】
（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１１がＡｇとＩｎの両方を含んでおり、表面層１１の最表面にＡｇとＩｎの両方が存在している。そのため、Ａｇによって付与される特性と、Ｉｎによって付与される特性の両方を、金属材１の表面の特性として利用することができる。
【００４７】
具体的には、表面層１１にＡｇが含有されることにより、Ａｇによって付与される高い耐熱性や電気伝導性を利用することができる。また、表面層１１が加熱を受けても、電気伝導性の高い状態を維持しやすく、加熱の前後を通じて、表面を、接触抵抗の低い状態に保ちやすい。
【００４８】
一方、Ｉｎは、比較的軟らかい金属であり、優れた固体潤滑性を示す。また、表面に形成される酸化膜も比較的軟らかく、荷重の印加等によって、容易に破壊することができる。Ｉｎの固体潤滑性および酸化膜の易破壊性は、Ａｇ−Ｉｎ合金となっても、発揮される。よって、表面層１１にＩｎが含まれることで、表面層１１の表面において、固体潤滑作用によって、摩擦係数低減の効果が得られるとともに、加熱等を原因とする酸化による接触抵抗の大幅な上昇を、避けやすくなる。
【００４９】
Ａｇは、高い凝着性を示すため、表面層１１の最表面に露出することで、表面層１１の摩擦係数を上昇させる可能性がある。しかし、表面層１１に、Ａｇともに、Ｉｎを含有させることで、Ｉｎが示す摩擦係数低減の効果により、表面層１１全体としての摩擦係数を、低く抑えることができる。
【００５０】
ＩｎやＡｇ−Ｉｎ合金の表面は、上記のように、酸化膜の易破壊性により、加熱等による酸化を受けても、接触抵抗の低い状態を維持しやすいものではあるが、Ａｇ単体よりは、接触抵抗が高くなりやすい。よって、表面層１１が多量にＩｎを含有しすぎると、Ａｇによって発揮される低接触抵抗特性を、損なってしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、表面層１１におけるＩｎの含有量が、原子数比で、Ａｇよりも少なく抑えられている。その結果、Ａｇによる低接触抵抗特性を、表面層１１全体の特性として、有効に利用することができる。このように、表面層１１に、Ａｇとともに、Ａｇよりも少量のＩｎが含有され、金属材１の最表面に露出されていることにより、金属材１が、低い摩擦係数と、加熱の前後を通じて低い接触抵抗とを兼ね備えたものとなる。
【００５１】
上記のように、表面層１１において、Ａｇ原子およびＩｎ原子は、ともに最表面に存在していれば、どのように分布していてもよいが、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが混在し、それらがともに最表面に露出している場合には、Ａｇ部１１ａにおいて、低接触抵等、Ａｇによる表面特性を強く発揮させやすく、同時に、高濃度Ｉｎ部１１ｂにおいて、低摩擦係数等、Ｉｎによる表面特性を強く発揮させやすい。よって、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂを混在させることで、表面層１１全体として、加熱の前後を通じた低接触抵抗と、低摩擦係数の両方を、効果的に達成することができる。Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂのそれぞれの特性を、金属材１の表面の各部で発揮させる観点から、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂは、微小な領域を形成して相互に混在していることが好ましい。
【００５２】
Ａｇ部１１ａが軟質銀よりなっていれば、一般に硬質銀に添加されるＳｂ等の不純物元素を含有しない、あるいは低濃度でしか含有しないことにより、加熱を受けた際に、それらの不純物元素がＡｇ部１１ａの最表面に拡散し、酸化を受けて、接触抵抗を上昇させる事態が、起こりにくい。よって、Ａｇ部１１ａが軟質銀よりなれば、Ｉｎの含有量をＡｇよりも少なく抑えていることの効果と併せて、加熱を経ても表面層１１の接触抵抗を低く抑える効果に、特に優れる。一方、軟質銀は、硬質銀に比べて、表面における凝着を起こしやすいため、摩擦係数を上昇させやすいが、本実施形態の表面層１１においては、摩擦係数を効果的に低減する高濃度Ｉｎ部１１ｂが、Ａｇ部１１ａと共存していることで、Ａｇ部１１ａが軟質銀よりなっていても、表面層１１全体として、摩擦係数を十分に低く抑えることができる。
【００５３】
上記のように、ＩｎとＡｇの合金化は、室温でも容易に進行するため、表面層１１に高濃度Ｉｎ部１１ｂ等として含有されるＩｎは、少なくとも一部、好ましくはほぼ全量が、Ａｇ−Ｉｎ合金を形成しているとよい。それによって、Ａｇ部１１ａと高濃度Ｉｎ部１１ｂが共存した状態等、表面層１１の状態を、安定に維持しやすくなる。
【００５４】
また、表面層１１において、Ａｇ−Ｉｎ合金が形成される場合に、合金組成は特に限定されるものではないが、Ａｇ９Ｉｎ４やＡｇＩｎ２のように、Ａｇに対するＩｎの原子数比の大きい金属間化合物を含んでいれば、Ｉｎによる摩擦係数低減の効果を、表面層１１の特性として、有効に利用しやすい。Ａｇ−Ｉｎ合金の組成は、表面層１１を形成する原料として使用するＡｇとＩｎの量の比、また表面層１１の形成条件等によって、制御することができる。
【００５５】
表面層１１において、少なくとも、最表面およびその近傍で、Ｉｎの含有量を、Ａｇに対する原子数比で、５％以上としておけば、Ｉｎによる摩擦係数低減を、特に効果的に達成することができる。一方、２５％以下としておけば、Ａｇによってもたらされる、加熱の前後を通じた接触抵抗低減の効果を、特に高めることができる。加熱による接触抵抗上昇を抑制する効果は、上記のように、軟質銀の使用等によって、酸化しやすい不純物元素の含有量を低減することで、さらに高めることができる。
【００５６】
本実施形態において、表面層１１に、Ａｇとともに、原子数比でＡｇよりも少量のＩｎを含有させることで、後の実施例において示すように、Ａｇ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の摩擦係数を、１．０以下、さらには、０．５以下、０．３以下のような小さな値に抑えることができる。同時に、接触抵抗を、加熱を経ない状態で、２．０ｍΩ以下、さらには１．５ｍΩ以下のような小さな値に抑えることができる。また、１７０℃での２４０時間の加熱を経た後でも、１０ｍΩ以下、さらには２．０ｍΩ以下に抑えることができる。
【００５７】
本実施形態にかかる金属材１は、以上のように、表面において、低い摩擦係数を有するとともに、低い接触抵抗を示し、さらに、加熱を経ても、接触抵抗の低い状態を維持することができる。よって、金属材１は、電気部品、特に、接続端子等、表面層１１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。
【００５８】
（金属材の製造方法）
本実施形態にかかる金属材１は、基材１０の表面に、適宜、めっき法等によって、中間層１２を形成したうえで、表面層１１を形成することにより、製造することができる。
【００５９】
表面層１１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が、電解めっき法によって、好適に形成することができる。この際、ＡｇとＩｎの共析によって、ＡｇとＩｎを含有する表面層１１を形成してもよいが、簡便性の観点から、Ａｇ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１１を形成することもできる。
【００６０】
ＡｇとＩｎの合金化は、室温でも容易に進行するため、Ａｇ層とＩｎ層を室温で形成した後、合金化を目的とした特段の加熱を行わなくても、Ａｇ−Ｉｎ合金を含む表面層１１を形成することができる。Ａｇ層とＩｎ層の積層順は、特に限定されるものではないが、Ａｇ層を下層に形成し、その表面にＩｎ層を形成することで、室温での合金化を経て、高濃度Ｉｎ部１１ｂがＡｇ部１１ａとともに最表面に露出した表面層１１を、形成しやすい。Ａｇ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１１の厚さや成分組成等に応じて、適宜選択すればよいが、Ａｇ層の厚さを０．５〜１０μｍ、Ｉｎ層の厚さを０．０５〜０．５μｍとする形態を、好適なものとして例示することができる。形成される表面層１１において、Ａｇ部１１ａが軟質銀よりなることが好ましいことに対応して、原料となるＡｇ層としても、軟質銀よりなるものを利用することが好ましく、Ａｇ層に含有されるＳｂ等の不純物元素の濃度を、表面層１１中のＡｇ部１１ａについて所望される濃度と、同じ水準に抑えておくとよい。
【００６１】
［接続端子］
本発明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よりなっており、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、ＡｇとＩｎを含んだ表面層１１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。
【００６２】
図２に、本発明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、前方が開口した角筒状に挟圧部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。
【００６３】
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１１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１１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。これにより、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、低摩擦係数と低接触抵抗が両立される。また、通電や、高温環境での使用に伴って加熱を受けても、接触抵抗の低い状態が、維持される。
【００６４】
なお、ここでは、メス型コネクタ端子２０の全体が、表面層１１（および中間層１２）を有する上記実施形態にかかる金属材１より構成された形態について説明したが、表面層１１（および中間層１２）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。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してもよいが、メス型コネクタ端子２０と同様に、表面層１１を有する上記実施形態にかかる金属材１より構成する形態や、Ａｇ層が最表面に形成された金属材より構成する形態を、好適なものとして例示することができる。また、本発明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】
【００６５】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。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。
【００６６】
［試験方法］
（試料の作製）
清浄なＣｕ基板の表面に、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、電解めっき法により、厚さ１．０μｍのＮｉ中間層を形成した（実施例２を除く）。さらに、その表面に、Ａｇ層（軟質銀）およびＩｎ層を、それぞれ電解めっき法によって形成した。
【００６７】
実施例１〜３においては、Ａｇ層とＩｎ層を、この順に、１層ずつ積層した。Ａｇ層の厚さは、いずれの実施例についても、１．０μｍとした。Ｉｎ層の厚さは、０．０５μｍ（実施例１）または０．２０μｍ（実施例２，３）とした。比較例１は、Ａｇ層のみ、比較例２はＩｎ層のみを形成した試料とした。
【００６８】
（表面層の状態の評価）
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分光法（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。加速電圧は６ｋＶとした。この際、検出深さは、５０ｎｍ以下であった。得られた結果より、ＡｇおよびＩｎの空間分布を評価するとともに、表面層におけるＩｎの含有量を、Ａｇに対する原子数比（Ｉｎ［ａｔ％］／Ａｇ［ａｔ％］）として、評価した。
【００６９】
また、実施例１〜３の試料に対して、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および量を評価した。この際、ＡｇおよびＩｎを含有する各相に対して、参照強度比（ＲＩＲ）法に基づいて、定量分析を行い、各相の存在比を見積もった。
【００７０】
さらに、実施例１〜３の試料に対して、Ａｒ＋スパッタリングを用いた深さ分析Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）測定を行い、表面層における構成元素の深さ方向の分布を評価した。測定は、２００ｎｍのスパッタ深さまで行った。
【００７１】
（摩擦係数の測定）
各試料に対して、摩擦係数の測定を行った。この際、Ａｇめっき層（軟質銀）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、各実施例および比較例にかかる板状の試料の表面に接触させた。そして、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。摩擦係数は、摺動中に変動するが、その変動の範囲を記録した。
【００７２】
（接触抵抗の評価）
各試料に対して、接触抵抗の測定を行った。この際、Ａｕめっきを施したＲ＝１ｍｍのエンボスを、各実施例および比較例にかかる板状の試料の表面に接触させ、５Ｎの接触荷重を印加しながら、接触抵抗の測定を行った。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。
【００７３】
さらに、各試料を、大気中で、１７０℃にて、２４０時間加熱した。試料を室温まで放冷後、上記と同様にして、接触抵抗の測定を行った。
【００７４】
［試験結果］
（表面層の状態）
図３に、ＥＤＸによって得られたＡｇおよびＩｎの分布を示す。（ａ）および（ｂ）はそれぞれＡｇおよびＩｎの元素濃度を０〜１００％のスケールで表示しており、（ｃ）は、Ｉｎの元素濃度を０〜３０％のスケールで表示している。（ａ）においては、Ａｇの濃度の高い領域が、濃いグレー（カラー画像ではオレンジ色）で表示されている。一方、（ｂ）および（ｃ）においては、Ｉｎの濃度の高い領域が、薄いグレー（カラー画像では明るい青色）で表示されている。
【００７５】
さらに、表１に、各実施例および比較例について、各原料層の厚さと、ＥＤＸによって得られたＩｎ含有量、ＸＲＤによって得られた生成相の種類および存在比（質量％）をまとめる。なお、ＸＲＤでは、Ａｇおよび／またはＩｎを含む相として、表１に記載したもの以外は、検出されなかった。
【００７６】
さらに、図４に、実施例１の試料について、深さ分析ＸＰＳ測定によって評価された、存在元素の深さ分布を示す。いずれの実施例にかかる試料でも、ＸＰＳでは、図４のグラフ中に表示した以外の元素は、検出限界（０．１〜１．０原子％）以上の濃度では検出されておらず、中間層由来のＮｉおよび基材由来のＣｕ、またＳｂ等の不純物元素は、深さ２００ｎｍまでの領域において、観測されなかった。
【００７７】
【表１】
2020117740.tif 000003
【００７８】
上記のＥＤＸによる元素分布、深さ分析ＸＰＳ、およびＸＲＤによる生成相の分析の結果より、実施例１〜３においては、いずれも、Ａｇ原子とＩｎ原子の両方を含む表面層が形成され、Ａｇ原子とＩｎ原子がともに最表面に存在していることが確認される。さらに、図３のＥＤＸによる元素分布より、Ａｇ濃度の高い領域（Ａｇ部）とＩｎ濃度の高い領域（高濃度Ｉｎ部）が、混在して、最表面に露出していることが分かる。
【００７９】
図４の深さ分析ＸＰＳの結果においては、最表面から内側に向かうにつれ、Ａｇに対するＩｎの割合が、徐々に減少している。さらに、ＸＲＤによって観測されるＩｎを含む相は、全てＡｇ−Ｉｎ合金となっている。つまり、Ｉｎは、主に高濃度Ｉｎ部として、Ａｇ−Ｉｎ合金の形で、最表面を含む表面層の比較的浅い位置に分布していることが分かる。
【００８０】
表１において、実施例１と実施例３では、実施例３の方が、原料層としてのＩｎ層の厚さが大きくなっているが、それに伴って、形成される表面層におけるＩｎの含有量が増加している。実施例２では、Ｎｉ層を設けずに、実施例３と同じ厚さのＡｇ層とＩｎ層を積層しているが、実施例３の場合よりも、形成される表面層におけるＩｎの含有量が少なくなっている。これは、Ｎｉ中間層を設けない場合には、Ｉｎが基材由来のＣｕと合金を形成して偏析し、表面層を構成するＩｎの量が減少してしまうのに対し、Ｎｉ中間層を設けることで、Ｃｕの拡散、およびそれに伴うＣｕとの合金形成に起因するＩｎの消費を抑制できるためであると解釈される。
【００８１】
このように、原料層としてのＩｎ層の厚さ、およびＮｉ層の有無により、形成された表面層におけるＩｎの含有量は、実施例１，２，３の順に、増加している。そして、Ｉｎ含有量の増加に伴い、生成相として、Ａｇ→Ａｇ９Ｉｎ４→ＡｇＩｎ２と、Ａｇに対するＩｎの原子数比が大きい金属間化合物の相が生成されるようになり、その割合が大きくなっている。特に、Ｉｎ含有量が２５％以下である実施例１，２においては、Ａｇ単体よりなるＡｇ部が、Ａｇ−Ｉｎ合金よりなる高濃度Ｉｎ部と共存しているのに対し、Ｉｎ含有量が２５％よりも大きくなっている実施例３においては、少なくともＡｇ単体よりなるＡｇ部は形成されておらず、Ａｇ部とみなせる相として、比較的Ｉｎの含有量の少ないＡｇ−Ｉｎ合金であるＡｇ９Ｉｎ４が形成されている。
【００８２】
図４の元素分布の測定結果に見られるように、各実施例にかかる試料において、Ｉｎは、表面層の表面近傍に高濃度で分布しており、表面層の内部では、Ａｇの濃度が高くなっている。図４の例では、概ね１００ｎｍより深い領域では、ほぼＡｇのみが検出されている。このことより、表面層において、高濃度Ｉｎ部は、浅い領域に多く分布し、Ａｇ部は、深い領域に多く分布していることが分かる。
【００８３】
（表面層の特性）
下の表２に、各実施例および比較例について、各原料層の厚さおよびＩｎ含有量とともに、高温放置前後の接触抵抗の計測結果、および摩擦係数の計測結果を示す。
【００８４】
【表２】
2020117740.tif 000004
【００８５】
まず、接触抵抗の測定結果に着目すると、表面層がＡｇのみで形成される比較例１においては、Ａｇの電気伝導性および耐熱性の高さを反映して、初期状態、高温放置後とも、非常に低い接触抵抗が得られている。これに対し、ＡｇとＩｎを含む表面層を形成した実施例１〜３のいずれの試料においても、初期状態における接触抵抗は、比較例１の場合に比べ、わずかに高い程度に抑えられている。さらに、高温放置を経た後の接触抵抗は、実施例１，２においては、比較例１の場合よりも小さい値、あるいは同程度の値に抑えられている。実施例３では、実施例１，２に比べて、高温放置後の接触抵抗が高くなってはいるが、表面層がＩｎのみよりなる比較例２と比べると、その値ははるかに小さく、接続端子としての使用に、十分耐えうるものとなっている。
【００８６】
このように、Ａｇと、原子数比でＡｇよりも少量のＩｎとを含む表面層を形成することで、Ａｇの特性による効果として、室温の初期状態において、低い接触抵抗が得られ、さらに、高温に加熱しても、接触抵抗の大幅な上昇を抑制することができる。さらに、実施例３、２、１の順に、表面層におけるＩｎの含有量が少なくなっているのに対応して、高温放置後の接触抵抗も低くなっている。Ｉｎの含有量が２５％以下である実施例１，２においては、高温放置前後とも、非常に低い接触抵抗が得られており、比較例１の単体のＡｇの場合に近い特性が得られていると言える。最もＩｎ含有量の少ない実施例１においては、高温放置後の接触抵抗が、初期状態よりも低くなっているが、これは、高温放置によりＩｎが母材側へ拡散し、表面層のＩｎ濃度が初期よりも減少した影響によるものであると考えられる。
【００８７】
次に、摩擦係数に着目すると、表面層がＡｇのみよりなる比較例１の場合には、Ａｇの凝着性により、摩擦係数が高くなっている。摺動中の値の変動も、大きくなっている。これに対し、ＡｇとＩｎを含有する表面層を形成した実施例１〜３においては、いずれも、比較例１の半分以下の低い摩擦係数が得られている。摺動に伴う値の変動も、小さくなっている。いずれの実施例においても、摩擦係数の値および変動量は、表面層がＩｎのみよりなる比較例２の場合に近接した水準にまで、小さくなっている。つまり、各実施例においては、Ａｇよりも少量のＩｎしか添加していないにもかかわらず、Ｉｎによって発揮される固体潤滑性の効果により、Ａｇの凝着性による摩擦係数の上昇を、大幅に抑制することができている。
【００８８】
以上より、Ａｇに加え、Ａｇよりも少量のＩｎを含有する表面層を、金属材の表面に形成することで、加熱の前後を通じて接触抵抗の低い状態を与えるＡｇの特性を維持しながら、Ａｇの凝着による摩擦係数の上昇を効果的に抑えられることが、明らかになった。特に、Ｉｎの含有量を、Ａｇに対する原子数比で、２５％以下に抑えておくことで、加熱前後の接触抵抗に関して、単体のＡｇに近い良好な特性を得ることができる。
【００８９】
以上、本発明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】
【００９０】
１          金属材
１０        基材
１１        表面層
１１ａ      Ａｇ部
１１ｂ      高濃度Ｉｎ部
１２        中間層
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
【図１】
2020117740.tif 000005
【図２】
2020117740.tif 000006
【図３】
2020117740.tif 000007
【図４】
2020117740.tif 000008