(57)【要約】【課題】端子嵌合時のワイピングによって十分に接点部の接触抵抗が低減され、安定化されるような、接点部の摺動距離及び接触荷重を過不足なく見積もって端子対を設計する方法を提供すること、及び適切な摺動距離及び接触荷重を有することで、十分に接点部の接触抵抗が低減され、安定化された端子対を提供すること。【解決手段】雄型コネクタ端子の接点部と雌型コネクタ端子の接点部のうち一方が他方に対して摺動される摺動距離と、２つの接点部の間に印加される接触荷重とを、摺動後に計測した２つの接点部の接触箇所における接触抵抗が、２つの接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく計測した接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフにおける下凸構造の変曲点における接触抵抗値以下となるように設定する。【選択図】図３
2014006985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなり、前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子とが嵌合される際に、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が他方に対して摺動されるワイピングが行われる端子対の設計方法において、下記の（ｉ）と（ｉｉ）の過程を含むことを特徴とする端子対の設計方法。
（ｉ）前記２つの接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく、前記２つの接点部の接触箇所における接触荷重−接触抵抗特性を測定し、測定結果を両対数表示したグラフにおいて、下凸構造の変曲点における接触抵抗値を基準接触抵抗値と規定する過程。
（ｉｉ）前記ワイピングが行われた後に計測される前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が前記基準接触抵抗値以下となるように、前記ワイピングの際に、前記２つの接点部のうちの一方が他方に対して摺動される摺動距離と、前記２つの接点部の間に印加される接触荷重とを設定する過程。
【請求項２】
雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子とからなり、
前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子が嵌合される際に、相互に電気的に接触する前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が、形状によって規定される所定の接触荷重を印加された状態で、他方に対して、形状によって規定される所定の摺動距離だけ摺動されるように構成され、
摺動後の前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が、前記２つの接点部と同じ形状及び材質を有する２つのモデル接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく計測した接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフにおける下凸構造の変曲点における接触抵抗値以下であることを特徴とする端子対。
【請求項３】
前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部の最表面にはスズ層が形成され、前記所定の接触荷重が１．０Ｎ未満であり、前記所定の摺動距離が１０μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の端子対。
【請求項４】
前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部の最表面にはスズ層が形成され、前記所定の接触荷重が１．０Ｎ以上であり、前記所定の摺動距離が５μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の端子対。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雄型端子と雌型端子よりなる端子対の設計方法及び端子対に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気部品等を接続する雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子の組よりなる端子対において、両者が電気的に接触する接点部の接触抵抗は、接点部の表面状態に大きく依存する。接点部に酸化被膜等の異物が存在すると、接触抵抗値を上昇させたり、接触抵抗値を不安定化させたりして、端子対の接続信頼性を低下させることになる。そこで、コネクタ嵌合時に、雄型コネクタ端子の接点部と雌型コネクタ端子の接点部を、荷重が印加された状態で相互に摺動させることにより（ワイピング）、接点部表面の異物を除去し、安定した低い接触抵抗値を得ることが図られる。
【０００３】
ワイピングの効率を向上させるためには、摺動距離を長くするという方法と、接点部に印加される接触荷重を大きくするという方法が考えられる。例えば特許文献１には、有効ワイピング距離を長く確保したコンタクトが開示される。一方、例えば特許文献２には、コンタクト同士の弾性的な接触圧力を向上させたコネクタが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７６９８７号公報
【特許文献２】特開２０１２−９３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、ワイピングにおける接点部の摺動距離及び接触荷重を増加させることで、ワイピングの効率は向上されるものの、摺動距離や接触荷重に伴って、無制限にワイピングの効率が上がり、接触抵抗の低減及び安定化がなされるということはない。また、ワイピング距離を長くすればするほど、また接触荷重を大きくすればするほど、コネクタ端子が大型化したり、特殊な形状を取らざるを得なくなったりという問題が発生する。
【０００６】
つまり、摺動距離及び接触荷重とワイピング効率との関係が定量的に見積もられていない状況で、摺動距離及び接触荷重の増大によるワイピング効率の向上を図る場合、過度に摺動距離及び／又は接触荷重を大きく設計しすぎて、コネクタ端子が大型化及び／又は特殊形状化してしまう場合がある。あるいは逆に、摺動距離及び／又は接触荷重が不十分で、所望されるワイピング効果が発揮されないということが起こる可能性もある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、端子嵌合時のワイピングによって十分に接点部の接触抵抗が低減され、安定化されるような、接点部の摺動距離及び接触荷重を過不足なく見積もって端子対を設計する方法を提供すること、及び適切な摺動距離及び接触荷重を有することで、十分に接点部の接触抵抗が低減され、安定化された端子対を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる端子対の設計方法は、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなり、前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子とが嵌合される際に、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が他方に対して摺動されるワイピングが行われる端子対の設計方法において、下記の（ｉ）と（ｉｉ）の過程を含むことを特徴とすることを要旨とする。
（ｉ）前記２つの接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく、前記２つの接点部の接触箇所における接触荷重−接触抵抗特性を測定し、測定結果を両対数表示したグラフにおいて、下凸構造の変曲点における接触抵抗値を基準接触抵抗値と規定する過程。
（ｉｉ）前記ワイピングが行われた後に計測される前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が前記基準接触抵抗値以下となるように、前記ワイピングの際に、前記２つの接点部のうちの一方が他方に対して摺動される摺動距離と、前記２つの接点部の間に印加される接触荷重とを設定する過程。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる端子対は、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子とからなり、前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子が嵌合される際に、相互に電気的に接触する前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が、形状によって規定される所定の接触荷重を印加された状態で、他方に対して、形状によって規定される所定の摺動距離だけ摺動されるように構成され、摺動後の前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が、前記２つの接点部と同じ形状及び材質を有する２つのモデル接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく計測した接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフにおける下凸構造の変曲点における接触抵抗値以下であることを要旨とする。
【００１０】
ここで、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部の最表面にはスズ層が形成され、前記所定の接触荷重が１．０Ｎ未満であり、前記所定の摺動距離が１０μｍ以上であるとよい。
【００１１】
あるいは、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部の最表面にはスズ層が形成され、前記所定の接触荷重が１．０Ｎ以上であり、前記所定の摺動距離が５μｍ以上であるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明にかかる端子対の設計方法において、基準接触抵抗値よりも接触抵抗値が小さい領域は、電気伝導に対する後述する酸化被膜などの影響をほとんど受けないため、接触抵抗の絶対値が小さく、しかも接触抵抗の接触荷重に対する依存性が小さい状態に安定した、いわゆる集中抵抗領域となっている。よって、所定荷重を印加して所定距離だけ接点部を相互に摺動させた後に計測した接触抵抗が、その基準接触抵抗値よりも小さければ、摺動後の端子対は、この小さな値に安定した接触抵抗を有する集中抵抗領域で通電に使用されることになる。このような摺動距離及び接触荷重を選定して端子対を設計することで、過度の端子対の大型化や特殊形状化を避けつつ、過不足なくワイピングによる接触抵抗の低減と安定化の効果を享受することができる。
【００１３】
また、上記本発明にかかる端子対によると、嵌合時の接点部の摺動距離及び接触荷重の値が、摺動後の接点部における接触抵抗が上記集中抵抗領域に入るように設定されているので、ワイピングによる接触抵抗の低減と安定化の効果を十分に享受することが可能である。
【００１４】
ここで、雌雄両端子の接点部の最表面にスズ層が形成されている場合に、接触荷重が１．０Ｎ未満ならば、摺動距離が１０μｍ以上であると、また、接触荷重が１．０Ｎ以上ならば、摺動距離が５μｍ以上であると、摺動後の接触荷重が上記集中抵抗領域に存在する。つまり、汎用性の高いスズめっき端子対において、十分にワイピングによる接触抵抗の低減と安定化の効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】端子対の接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフである。
【図２】荷重を印加して端子対の接点部を摺動させて計測した場合の接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフである。
【図３】スズめっき接点部について、摺動距離に対する相対接触抵抗値の変化を示すグラフである。
【図４】スズめっき接点部について、（ａ）〜（ｃ）は摺動後の接点部のＳＥＭ像であり、（ｄ）〜（ｆ）は結晶粒径の分布を示すヒストグラムである。接触荷重は１．０Ｎであり、摺動距離は（ａ）、（ｄ）が５μｍ、（ｂ）、（ｅ）が１００μｍ、（ｃ）、（ｆ）が５００μｍである。
【図５】接点部の表面の構造を近似したモデルを示す図であり（ａ）は結晶粒の構造を示し、（ｂ）は正方形の結晶粒の集合体として近似した圧痕の構造を示している。（ｃ）は（ｂ）における結晶粒１個の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
本発明にかかる端子対は、導電部材によって形成された雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなる。雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子の材質及び形状は特に限定されず、それぞれ接点部を有し、それら接点部において相互に接触することによって、電気的接続が形成される。
【００１８】
雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子が嵌合される際、実際に電流印加が行われる相対配置に至る前に、ある所定の接触荷重が両端子の接点部の間に接触方向と垂直に印加された状態で、ある摺動距離だけ、一方の接点部が他方の接点部に対して摺動される。一方の接点部（例えば雌型端子の接点部）がエンボス状に形成され、他方の接点部（例えば雄型端子の接点部）が平板状に形成されている場合には、エンボスの底部から頂部に向かう方向に接触荷重が印加された状態で、エンボス状接点部が平板状接点部の表面を摺動する（ワイピング）。
【００１９】
接触荷重を印加する手段は特に限定されないが、例えば、筒型の形状を有する雌型コネクタ端子に雄型コネクタ端子が挿入される形式の端子対において、雄型コネクタ端子を挟圧保持するために弾性を有する接触片を雌型コネクタ端子内に備え、接点部に接触荷重を印加することができる。この場合、弾性力の大きさを規定する接触片の形状や大きさによって、接触荷重を調整し、端子対を設計することができる。例えば、接触片の板厚や板幅を上げることで弾性が上昇し、大きな接触荷重が印加されるようになる。
【００２０】
また、摺動距離も、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子の形状及び大きさを適宜設計することで、規定することができる。例えば、筒型の形状を有する雌型コネクタ端子に平板状タブを有する雄型コネクタ端子が挿入される形式の端子対においては、雌型コネクタ端子の筒状部分の入り口と、その入り口から挿入された雄型コネクタ端子が突き当たる位置との間の長さによって、摺動距離を定めることができる。
【００２１】
具体的な接触荷重と摺動距離は、以下のように、２つの接点部の接触箇所における接触抵抗が、ワイピングによって十分に低減されかつ安定化されるように選択される。
【００２２】
ワイピングが行われない状態では、両接点部の表面には金属酸化物被膜が形成されている。金属酸化物被膜は、絶縁性の異物として作用し、接点部の表面抵抗を上昇させたり、不安定化させたりする場合が多い。しかし、接点部表面に接触荷重を印加された状態で、両端子の接点部が相互に摺動されることで、接点部表面に存在する酸化被膜の少なくとも一部が破壊され、接点部の接触抵抗が低減されるとともに、安定化される。つまり、端子対の接続信頼性が向上する。
【００２３】
高い接続信頼性を得るためには、接点部における接触抵抗値が小さいことに加えて、その小さな接触抵抗値が安定して実現されることが重要である。端子に振動が加わった際などに、両接点間に印加される荷重など、接触の状態がわずかに変化しただけで、接触抵抗が大きく変動するようなことが起こると、端子対の電気的特性が安定しないからである。
【００２４】
ところで、接点部に形成された酸化被膜を破壊して、接触抵抗の低減と安定化を実現するためには、必ずしも接点荷重を印加した状態で接点を摺動させるワイピングを行わなくてもよい。接点部を摺動させずに固定した状態で接点荷重を静的に印加するだけでも同様の効果を得ることができる。接点部を摺動させない場合には、摺動距離というパラメータが存在しないため、接点部を摺動させる場合に比べ、接触荷重と接触抵抗値の間に単純な関係性が成り立つ。よって、接点部を摺動させない場合の接触荷重−接触抵抗特性に関する知見をもとにして、接点部を摺動させる場合に必要とされる接触荷重及び摺動距離を規定する。
【００２５】
平板状部材に接触させたエンボス状部材の接点部に、接点部を摺動させることなく接触荷重を印加し、接触荷重を増加させながら接触抵抗を測定する。その上で接触荷重を横軸に、接触抵抗を縦軸に、それぞれ常用対数表示でプロットしたものが図１である。なお、図１及び図２に示す測定結果は、後述する実施例における、スズめっき端子対に対する測定結果の一部を抜き出したものである。
【００２６】
図１において、破線で示した箇所に下凸構造の変曲点が観測されている。この変曲点よりも低荷重領域においては、近似直線（図中の実線）の傾きが約−１となっており、かたや変曲点よりも高荷重側の領域では、近似直線（図中の破線）の傾きが約−１／２となっている。
【００２７】
導体間の接触抵抗の主な発生要因は、被膜抵抗と集中抵抗に分けられる。被膜抵抗とは、導体表面に形成された酸化被膜等の絶縁性被膜の存在により発生する接触抵抗である。接触荷重を大きくすると、絶縁被膜の物理的な破壊により、被膜抵抗が小さくなる。一方、集中抵抗とは、導体表面の微視的な凹凸に由来し、巨視的な（見かけの）接触面積のうち、微小面積に形成される真実接触の箇所のみを経由して電流が流れることによるものであり、接触荷重に対する集中抵抗値の依存性は、被膜抵抗の依存性よりも小さい。
【００２８】
このような集中抵抗及び被膜抵抗の接触荷重に対する依存性は、特開２００２−５１４１号公報に示されるように、既にモデルを用いて定式化されている。それによると、平らな接触面を有する２つの導体を接触させた場合に、集中抵抗と被膜抵抗の総和である接触抵抗Ｒｋは、下記の式（１）によって記述される。
【００２９】
【数１】
2014006985.tif 000003
ここで、Ｆは接触荷重、Ｓは見かけの接触面積、Ｋは表面粗度、Ｈは硬度、ρは金属抵抗率、ρｆは被膜抵抗率、ｄは絶縁被膜の厚さである。
【００３０】
式（１）において、右辺第１項が集中抵抗の寄与を表し、第２項が被膜抵抗の寄与を表す。式（１）から分かるように、集中抵抗は接触荷重Ｆに対して−１／２乗の依存性を示すのに対し、被膜抵抗は荷重Ｆに対して−１乗の依存性を示す。つまり、図１において、変曲点よりも低荷重側の近似直線の傾きが約−１の領域が、被膜抵抗が支配的な領域（皮膜抵抗領域）であり、変曲点よりも高荷重側の近似直線の傾きが約−１／２の領域が、集中抵抗が支配的な領域（集中抵抗領域）である。
【００３１】
よって、図１の変曲点よりも接触抵抗が小さい集中抵抗領域では、接点部表面の酸化被膜の大部分が破壊されて、接触抵抗に占める被膜抵抗の寄与が無視できる程度に小さくなった状態にある。換言すると集中抵抗領域においては、接触抵抗の大部分が、接触荷重に対する依存性の小さい集中抵抗の寄与よりなり、安定した小さな接触抵抗が達成されている。
【００３２】
端子対の接点部に対してワイピングを行った場合にも、このワイピングを行わずに計測した接触荷重−接触抵抗特性における集中抵抗領域に存在する接触抵抗が得られれば、接点部表面の酸化被膜の大部分が破壊された状態にあることになる。酸化被膜の破壊は不可逆的な現象であるので、ワイピングによって、そのような接触抵抗を達成できれば、ワイピングを完了した後に静止させた接点部において、ほとんどが集中抵抗の寄与よりなる、安定した小さな接触抵抗を得ることができる。
【００３３】
ワイピングにおいては、摺動によるせん断力が働くことにより、ワイピングを行わない場合よりも、接点部表面の酸化被膜が破壊されやすい。よって、接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性の両対数表示における変曲点の接触抵抗（以下、基準接触抵抗と称する場合がある）よりも小さな接触抵抗が、この変曲点における接触荷重よりも小さな接触荷重しか印加しなくても達成できる。
【００３４】
つまり、本発明において、ワイピング後の接点部における接触抵抗が、基準接触抵抗よりも小さくなるように、形状によって定められる接触荷重と摺動距離を設定することにより、ワイピングによって十分に低減及び安定化された接触抵抗を有する端子対が得られる。
【００３５】
図２に、ワイピングを行った場合の接触荷重−接触抵抗の測定結果を両対数表示したものを示す。この場合、接点部を摺動させることなく、ある荷重Ｆまで荷重を増加させながら接触荷重−接触抵抗特性を計測する。その後、荷重Ｆのままで印加荷重を固定し、ある摺動距離Ｄだけ接点部を摺動させる。摺動後に、荷重Ｗを印加したまま、接触抵抗値を測定する。
【００３６】
図２においては、荷重Ｆにおける２つのプロット点のうち、低接触抵抗の方の点が摺動後の計測点である。この時の接触抵抗値がＲｗである。図２中に破線で示したのが、摺動を行わずに測定した接触荷重−接触抵抗特性における変曲点の接触抵抗（基準接触抵抗）Ｒｓであり、摺動後の接触抵抗Ｒｗが、これよりも小さな値となっている。よって、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄを有するこの端子対は、本発明にかかる端子対の要件を満たし、十分に低く、安定した接触抵抗を有していることになる。
【００３７】
もし、摺動後の接触抵抗Ｒｗが、基準接触抵抗Ｒｓよりも大きな値であるならば、その端子対は、接触荷重Ｆ及び／又は摺動距離Ｄが小さすぎるために、ワイピング効果が不足しており、十分に低く、安定した接触抵抗を得られていないことになる。つまり、本発明にかかる端子として適合しない。
【００３８】
摺動後の接触抵抗Ｒｗは、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄが大きくなるほど小さくなるが、摺動後の接触抵抗Ｒｗが、基準となる接触抵抗Ｒｓ以下にさえなっていれば、接触荷重及び摺動距離として十分である。それ以上に接触荷重Ｆ及び／又は摺動距離Ｄを大きくする必要はない。つまり、摺動後の接触抵抗値Ｒｗが、基準接触抵抗値Ｒｓ以下ではあるが、できる限り基準抵抗値Ｒｓに近い値になるように、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄを選択すれば、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄを最小限にすることができる。接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄをなるべく小さくすれば、端子対が大型化及び／又は特殊形状化することを回避することができる。
【００３９】
摺動後の接触抵抗Ｒｗは、接触荷重Ｆと摺動距離Ｄの両者に依存するので、基準接触抵抗Ｒｓ以下のある接触抵抗Ｒｗを、様々な荷重Ｆ及び摺動距離Ｄの組によって達成することができる。接触荷重Ｆが小さければ、長い摺動距離Ｄが必要になる一方、接触荷重Ｆが大きければ、摺動距離Ｄは短くても済む。
【００４０】
実際の端子対の設計においては、上記で図２に基づいて示したように、ある具体的な接触荷重と摺動距離の組み合わせに対して摺動後の接触抵抗を計測し、それを摺動を行わずに計測した接触荷重−接触抵抗特性より得た基準接触抵抗と比較することを行えばよい。ある接触荷重を設定してから、摺動距離を決定してもよいし、ある摺動距離を設定してから、接触荷重を決定してもよい。また端子対を摺動させない場合及び摺動させる場合の接触荷重−接触抵抗特性は、実際に端子対を製造して計測しても、例えば端子対を模したエンボス形状の接点と金属平板との間の接点部のような、モデル接点部を使用して計測してもどちらでもよい。
【００４１】
なお、接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性の両対数表示において、式（１）中の各パラメータの大小関係等の要因によって、変曲点の位置を明確に決定するのが困難なこともある。このような場合には、変曲点が存在すると考えられる領域よりも低荷重側の近似直線の外挿線と、それよりも高荷重側の近似曲線の外挿線が交差する点の接触荷重をもって、変曲点の接触荷重に代用すればよい。そして交点における接触荷重に対応する接触抵抗を実際の測定曲線から読み取り、基準接触抵抗とすればよい。交点における接触荷重は、変曲点における接触荷重と概ね一致するはずであり、実際に、図１では、２つの近似直線の交点の位置は、変曲点の位置とほぼ一致している。
【００４２】
上記のように、接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性から見積もった基準接触抵抗を利用し、ワイピング時の接触荷重と摺動距離を決定するという方法は、特定の金属種における特定の物性を利用したものではない。よって、金のように表面酸化被膜が形成されない金属を除いては、いかなる導電部材よりなる端子対に対しても当てはまる。一般的な端子の最表面を形成するのに採用される代表的な金属種としては、スズ、ニッケル、銅などが挙げられるが、これらのいずれを接点部の最表面の材料として用いても、上記実施形態にかかる端子対の構成が適用可能である。
【００４３】
また、接点部表面の酸化被膜の大部分が破壊された状態における接触抵抗である基準接触抵抗の値や、ワイピング時の接触荷重及び摺動距離に対する接触抵抗の挙動は、最表面の金属種さえ同じであれば、母材の種類や、めっき等で最表面の金属層を形成する方法にもあまり依存しない。よって、ある条件で形成した端子対に対して、必要な接触荷重及び摺動距離を決定することができれば、最表面に露出する金属種が同じである限り、その知見を母材の種類や最表層の形成方法を異ならせた素材よりなる端子対にも適用できる。
【００４４】
最表面にスズ層を有する端子対の場合、基準接触抵抗は、１．３０ｍΩである。ワイピング時の接触荷重が１．０Ｎ未満である場合には、摺動距離を１０μｍ以上とすれば、摺動後の接点部について、この基準接触抵抗よりも小さい接触抵抗を達成することができる。一方、ワイピング時の接触荷重が１．０Ｎ以上である場合には、摺動距離を５μｍ以上とすれば、摺動後の接点部について、この基準接触抵抗よりも小さい接触抵抗を達成することができる。
【００４５】
この接触荷重と摺動距離の関係は、上記のように、両接点部の最表面がスズ層によって覆われていれば、端子の具体的な形状や母材の種類、スズ層の形成方法によらず適用可能である。また、スズ層における酸化被膜の厚さ及び硬さは、酸化条件にあまり依存しないので、上記の接触荷重と摺動距離の関係は、高温耐久等、端子対の使用履歴等にも依存せず、適用可能である。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００４７】
［試験片の作成］
清浄化した銅合金基板の表面に、厚さ３μｍのスズめっき層を形成し、平板状試験片を作成した。加えて、これに曲率半径３ｍｍのエンボス構造を形成して、エンボス状試験片を作成した。
【００４８】
［試験方法］
（基準接触荷重の評価）
上記試験片について、接触抵抗を四端子法によって測定した。平板状試験片を水平に保持し、鉛直方向からエンボス状試験片のエンボス頂部を接触させ、水平方向に摺動させることなく、鉛直方向から接触荷重を印加した。この際、０〜４０Ｎの荷重を増加させる方向に印加した。接触抵抗測定における開放電圧は２０ｍＶ、通電電流は１０ｍＡとした。
【００４９】
測定された結果を、横軸を接触荷重の常用対数、縦軸を接触抵抗の常用対数としてプロットした。プロット曲線から、下凸構造の変曲点を検出し、その変曲点における接触抵抗値を記録した。
【００５０】
以上の測定を種々の酸化条件を経た試験片に対して行い、変曲点の接触抵抗の平均値を、基準接触抵抗とした。
【００５１】
（ワイピング後の接触抵抗の評価）
上記と同様の四端子法による接触抵抗の測定において、まず、試験片を水平方向に摺動させることなく、０Ｎから所定の接触荷重まで荷重を増加させながら接触抵抗を測定した。次に、印加する荷重がその所定の荷重に達すると、その所定の荷重を印加したまま、０．０５ｍｍ／ｍｉｎの速度で、所定の摺動距離だけエンボス状試験片を平板状試験片の上で水平方向に摺動させた。摺動後に、その所定荷重を印加したまま、接触抵抗を測定し、ワイピング後の接触抵抗とした。印加する荷重は、０．５Ｎ、１．０Ｎ、１．５Ｎ、２．０Ｎの４通りとし、摺動距離は、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７００μｍの９通りとし、これらの全組み合わせに対して測定を行った。
【００５２】
（接点部の表面の評価）
ワイピングによる接点部表面の構造変化を調べるため、上記試験でワイピングを経た後の平板状試験片について、接点部の圧痕のうち、ワイピングの終点に当たる箇所に対して、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行った。また、ＳＥＭ像をもとに、結晶粒の大きさの解析を行った。
【００５３】
［試験結果及び考察］
（基準接触抵抗の評価）
７７個の試験片に対して得られた変曲点の接触荷重及び接触抵抗値を平均すると、それぞれ、２．７Ｎ及び１．３０ｍΩとの値が得られた。つまり、基準接触抵抗は、１．３０ｍΩと定められた。
【００５４】
（ワイピング後の接触抵抗の評価）
図３に、ワイピング後の接触抵抗を、接触荷重ごとに、摺動距離の関数として示す。ここで、縦軸の接触抵抗値は、基準接触抵抗（１．３０ｍΩ）を１００％とした時の相対値（割合）で表してある。なお、各プロット点は、５回の独立した測定の平均値を示している。５回の測定の間のばらつきによるエラーバーは、代表として接触荷重が０．５Ｎの場合のみについて表示してある。
【００５５】
図３によると、接触荷重が大きいほど、また摺動距離が長いほど、相対接触抵抗値が小さくなっている。ワイピング後の接触抵抗が基準接触抵抗よりも小さくなるような接触荷重と摺動距離の組が、本発明にかかる端子対における接触荷重及び摺動距離として採用可能なものである。つまり、相対接触抵抗値が１００％以下となるような接触荷重及び摺動距離が採用可能なものであると判定される。
【００５６】
接点部の摺動を行わない場合に、１．３０ｍΩにまで低下された接触抵抗（相対接触抵抗１００％）を得るためには、２．７Ｎもの荷重が必要であったのに対し、０．５Ｎのような小さな荷重でも、適切な摺動距離にわたるワイピングを経ることで、この値以下の接触抵抗が達成されている。
【００５７】
荷重が１．０Ｎ未満では、５μｍ未満の摺動距離で、相対接触抵抗値が１００％を上回っているのに対し、摺動距離が１０μｍ以上となると、相対接触抵抗値が１００％以下となっている。一方、接触荷重が１．０Ｎ以上では、５μｍ未満の摺動距離で、相対接触抵抗値が１００％を上回っているのに対し、摺動距離が５μｍ以上となると、相対接触抵抗値が１００％以下となっている。
【００５８】
（接点部の表面の評価）
摺動後の接点部の表面のＳＥＭ像は、摺動距離と接触抵抗値の相関性の起源についての情報を与える。図４（ａ）〜（ｃ）に、接触荷重を１．０Ｎとし、摺動距離をそれぞれ５μｍ、１００μｍ、５００μｍとしてワイピングした際の接点部のＳＥＭ像を示す。スズめっき層の表面は、微細な柱状の結晶粒が集合して構成されているが、摺動距離の増加に伴い、結晶粒が小さくなっていることが分かる。さらに、小さくなった結晶粒が、表面平行方向に倒れるように、相互に折り重なっていることが分かる。
【００５９】
摺動距離の増加に伴う結晶粒の微細化を定量的に評価するため、各ＳＥＭ像において、１００個の結晶粒を任意に抽出し、その粒径を計測した。その結果を、図４（ｄ）〜（ｆ）にヒストグラムとして示す。摺動距離の増加に伴い、粒径の中央値が、小さい側にシフトしている。ここから得られる粒径の平均値を、摺動を行わない場合（摺動距離０）とともに、下の表１に示す。なお、表１には、それぞれの試料片について測定された接触抵抗値も同時に示す。この抵抗値は、図３に掲載した５回の測定の平均値ではなく、図４（ａ）〜（ｃ）のＳＥＭ像を測定した試料片に対して測定された測定値そのものである。
【００６０】
【表１】
2014006985.tif 000004
【００６１】
表１によると、摺動距離の増加に伴って、結晶粒の平均粒径が小さくなっていることが、明確に示されている。また、この傾向は摺動距離に対する接触抵抗の挙動と共通するものであり、結晶粒の平均粒径と接触抵抗との間に何らかの相関があることが示唆される。
【００６２】
（摺動による接触抵抗低減の機構）
そこで次に、このような摺動距離の増加に伴う表面の結晶粒の微細化が、どのような微視的機構によって接触抵抗の低減につながるのかを考察する。
【００６３】
一つの可能性のある機構として、摺動が起こる前の結晶粒の表面は、絶縁性の酸化被膜で覆われているが、摺動によって、結晶粒が微細化することで、酸化被膜に覆われない新生金属面が、新たに結晶粒の表面に露出し、表面の抵抗値を下げるという機構が考えられる。この機構の妥当性を検証するため、以下のようにモデル化による検討を行う。
【００６４】
図４（ａ）〜（ｃ）の各ＳＥＭ像で観測される結晶粒１は、図５（ａ）に模式的に示すように、不規則な形状よりなる。また、各結晶粒１の大部分は、酸化被膜に覆われた酸化部１２よりなるが、外周部に、酸化被膜に覆われない新生金属面１１が露出している。ＳＥＭ像をよく見ると、結晶粒の外周に、内部よりも明るく観測される輪郭のような領域が存在するが、これが新生金属面である。
【００６５】
取り扱いを容易にするため、各結晶粒１を、図５（ｃ）のように、１辺の長さがＬ’の正方形に近似する。正方形の結晶粒１の外周には、均一な幅ｔを有する新生金属面１１が形成され、新生金属面１１より内側は、酸化被膜に覆われた酸化部１２が占めているとする。また、新生金属面１１のみが電気伝導に与るとする。
【００６６】
さらに、接点部が摺動して形成された圧痕２を、図５（ｂ）のように、正方形の結晶粒１が集合して形成された、１辺の長さがＬ、面積がＳの正方形に近似する。そして、摺動距離が増加すると、圧痕２の正方形の大きさは変化せず、各結晶粒１が微細化され、正方形の一片の長さＬ’が短くなり、これに伴って圧痕２中の結晶粒１の数が増加するとする。この時、新生金属面１１の幅ｔは変化しないとする。結晶粒の微細化に伴って、新生金属面の幅が変化しないことは、ＳＥＭ観察の結果からも確認されている。
【００６７】
まず、ある摺動距離を摺動した後の圧痕２における新生金属面１１の面積Ｓ’は、次の式（２）のように表される。ここで、ａは、ＳＥＭ像における結晶粒を円と近似した場合の平均半径、つまり表１の平均粒径の半分の長さである。正方形に近似した結晶粒１の面積と、この円の面積が等しくなっていると近似する。
【００６８】
【数２】
2014006985.tif 000005
【００６９】
また、圧痕２中に存在する正方形の結晶粒１の数ｎは、式（３）のように表される。
【００７０】
【数３】
2014006985.tif 000006
【００７１】
さらに、圧痕２中における新生金属面１１の総面積Ｓａｌｌは、次の式（４）のように表される。
【００７２】
【数４】
2014006985.tif 000007
【００７３】
上で仮定したように、新生金属面１１のみが電気伝導に寄与すると仮定すると、圧痕２全体における抵抗値Ｒは、抵抗率をρ、スズ層の厚さ方向への新生金属面２１の導体幅をＴとすると、下記の式（５）のように表される。
【００７４】
【数５】
2014006985.tif 000008
【００７５】
ここで、ある第一の摺動距離における抵抗値Ｒ１と別の第二の摺動距離における抵抗値Ｒ２との比を考えると、抵抗率ρ及び導体幅Ｔの具体的な値を知ることなく、式（６）のようにその比を求めることができる。
【００７６】
【数６】
2014006985.tif 000009
ここで、ａ１は第一の摺動距離だけ摺動した後の結晶粒の平均半径ａを表し、ａ２は第二の摺動距離だけ摺動した後の結晶粒の平均半径ａを表す。
【００７７】
ａ１及びａ２の値は、表１に掲載される各摺動距離に対する平均粒径の半分の値として求められる。また、新生金属面１１の幅ｔは、拡大したＳＥＭ像において実際に見積もると、摺動距離によらず、約６０ｎｍとなる。
【００７８】
このようにして、摺動距離が５μｍの場合の接触抵抗を１として規格化した、各摺動距離における接触抵抗を下の表２に示す。表１に掲載したワイピング後の接触抵抗の実測値も、同様に規格化して表２に示す。
【００７９】
【表２】
2014006985.tif 000010
【００８０】
表２によると、計算値と実測値が、非常に良い一致を示している。つまり、摺動によって、スズ層表面の結晶粒が微細化し、それによって酸化被膜に覆われない新生金属面が、新たに微結晶の表面に露出し、表面の抵抗値を下げるというモデルが妥当であることが示された。
【００８１】
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】
【００８２】
１          結晶粒
１１        新生金属面
１２        酸化部
２          圧痕
【図１】
2014006985.tif 000011
【図２】
2014006985.tif 000012
【図３】
2014006985.tif 000013
【図５】
2014006985.tif 000014
【図４】
2014006985.tif 000015