(57)【要約】【課題】摺動時の摩擦係数が低く、優れた耐摩耗性を有し、安価なコネクタ用電気接点材料及びその製造方法並びに上記電気接点材料よりなるコネクタ端子を提供する。【解決手段】コネクタ用電気接点材料１は、金属材料よりなる基材と、基材上に形成された複合被覆層３とを有している。複合被覆層３は、Ｎｉ−Ｉｎ合金相３１及びＩｎ相３２を有すると共に、Ｎｉ−Ｉｎ合金相３１及びＩｎ相３２が表面３００に露出している。複合被覆層３は、２層以上のＮｉ膜と２層以上のＩｎ膜とを有し、Ｎｉ膜とＩｎ膜とが交互に積層された交互積層膜を基材２上に形成し、その後、交互積層膜を加熱するリフロー処理を施してＮｉとＩｎとを合金化させることにより形成できる。【選択図】図１
2015203139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料よりなる基材と、
該基材上に形成された複合被覆層とを有し、
該複合被覆層は、Ｎｉ−Ｉｎ合金相及びＩｎ相を有すると共に、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相及び上記Ｉｎ相が表面に露出していることを特徴とするコネクタ用電気接点材料。
【請求項２】
上記複合被覆層は、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相よりなる海相中に上記Ｉｎ相よりなる島相が分散した海島構造であることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ用電気接点材料。
【請求項３】
上記複合被覆層は、表面に露出した上記Ｉｎ相の面積比率が０．３〜０．８であることを特徴とする請求項１または２に記載のコネクタ用電気接点材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料よりなるコネクタ端子。
【請求項５】
金属材料よりなる基材上に、２層以上のＮｉ膜と２層以上のＩｎ膜とを有し、上記Ｎｉ膜と上記Ｉｎ膜とが交互に積層された交互積層膜を形成し、
その後、該交互積層膜を加熱するリフロー処理を施してＮｉとＩｎとを合金化させ、Ｎｉ−Ｉｎ合金相及びＩｎ相を有すると共に、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相及び上記Ｉｎ相が表面に露出した複合被覆層を形成することを特徴とするコネクタ用電気接点材料の製造方法。
【請求項６】
上記交互積層膜は、上記Ｉｎ膜が表面に露出するように形成されることを特徴とする請求項５に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法。
【請求項７】
上記交互積層膜は、上記基材上に上記Ｎｉ膜が積層されるように形成されることを特徴とする請求項５または６に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コネクタ用電気接点材料、その製造方法及びコネクタ用電気接点材料よりなるコネクタ端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車やプラグインハイブリッドカーに用いられる充電用コネクタ等の、挿入と抜去とが繰り返される用途に用いられるコネクタには、優れた耐摩耗性が求められる。かかる用途に用いるコネクタ端子の表面には、通常、耐摩耗性を向上させるために、めっき処理等の表面処理が施されている。例えば、特許文献１には、Ａｇ（銀）めっき膜を表面に有する電気接点材料が記載されている。Ａｇめっき膜は耐摩耗性が高いため、コネクタ端子の挿抜を繰り返しても接点特性を長期間に渡って維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−２９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、純Ａｇは比較的軟らかいため、表面にＡｇめっき膜を有するコネクタ端子は、相手方端子と摺動させた際の摩擦係数が高い。それ故、かかるコネクタ端子を用いたコネクタは、挿入の際に必要な挿入力が大きいという問題がある。
【０００５】
また、Ａｇは貴金属であるため、Ａｇめっき膜を有するコネクタ端子はコストダウンが困難である。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、摺動時の摩擦係数が低く、優れた耐摩耗性を有し、安価なコネクタ用電気接点材料及びその製造方法並びに上記電気接点材料よりなるコネクタ端子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、金属材料よりなる基材と、
該基材上に形成された複合被覆層とを有し、
該複合被覆層は、Ｎｉ−Ｉｎ合金相及びＩｎ相を有すると共に、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相及び上記Ｉｎ相が表面に露出していることを特徴とするコネクタ用電気接点材料にある。
【０００８】
本発明の他の態様は、金属材料よりなる基材上に、２層以上のＮｉ膜と２層以上のＩｎ膜とを有し、上記Ｎｉ膜と上記Ｉｎ膜とが交互に積層された交互積層膜を形成し、
その後、該交互積層膜を加熱するリフロー処理を施してＮｉとＩｎとを合金化させ、Ｎｉ−Ｉｎ合金相及びＩｎ相を有すると共に、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相及び上記Ｉｎ相が表面に露出した複合被覆層を形成することを特徴とするコネクタ用電気接点材料の製造方法にある。
【０００９】
本発明の更に他の態様は、上記コネクタ用電気接点材料よりなるコネクタ端子にある。
【発明の効果】
【００１０】
上記コネクタ用電気接点材料（以下、適宜「電気接点材料」という。）は、Ｎｉ（ニッケル）−Ｉｎ（インジウム）合金相及びＩｎ相を有すると共に、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相及び上記Ｉｎ相が表面に露出している上記複合被覆層を有している。上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相は、純Ａｇや上記Ｉｎ相と比べて硬いため、相手方端子との摺動による摩耗を抑制することができる。また、上記Ｉｎ相は、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相に比べて軟らかいため、摺動時に相手方端子の滑りを良くして摩擦係数を低減することができる。
【００１１】
そして、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相及び上記Ｉｎ相の両方が表面に露出していることにより、上記複合被覆層は、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相による耐摩耗性の向上効果と、上記Ｉｎ相による摩擦係数の低減効果との両方を得ることができる。
【００１２】
また、上記複合被覆層は、Ａｇ等の貴金属を使用していないため、材料コストが安価である。それ故、上記電気接点材料全体のコストを容易に低減することができる。
【００１３】
以上のように、上記電気接点材料は、摺動時の摩擦係数が低く、優れた耐摩耗性を有し、安価である。それ故、上記電気接点材料から構成したコネクタ端子は、挿入と抜去とを繰り返す用途に好適に用いることができる。
【００１４】
また、上記電気接点材料の製造方法においては、上記交互積層膜を形成した後、上記リフロー処理を施してＮｉとＩｎとを合金化させる。このように、上記交互積層膜に上記リフロー処理を施すことにより、上記複合被覆層を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例における、電気接点材料の表面をＳＥＭ観察した図面代用写真。
【図２】実施例における、電気接点材料の表面に存在する（ａ）Ｉｎをマッピングした図面代用写真、（ｂ）Ｎｉをマッピングした図面代用写真、（ｃ）Ｃｕをマッピングした図面代用写真。
【図３】実施例における、基材上に交互積層膜を形成した状態の断面図。
【図４】実験例における、初期状態の試料Ｅ１を用いた接触抵抗測定の結果を示す接触抵抗−荷重曲線。
【図５】実験例における、高温放置処理後の試料Ｅ１を用いた接触抵抗測定の結果を示す接触抵抗−荷重曲線。
【図６】実験例における、恒温恒湿放置処理後の試料Ｅ１を用いた接触抵抗測定の結果を示す接触抵抗−荷重曲線。
【図７】実験例における、摺動特性評価に用いた試験装置の説明図。
【図８】図７の試験装置における、評価試料と摺動子との間に形成される電気回路の構成を示す説明図。
【図９】実験例における、試料Ｅ１の摺動特性評価の結果を示すグラフ。
【図１０】実験例における、試料Ｃ１の摺動特性評価の結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上記電気接点材料における上記基材は、導電性を有する種々の金属から選択可能である。具体的には、上記基材としては、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆｅ（鉄）、またはこれらの金属を含む合金が好適に用いられる。これらの金属材料は、導電性だけではなく、成形性やバネ性にも優れ、種々の態様の電気接点に適用可能である。基材の形状としては、棒状、板状等種々の形状があり、厚み等の寸法は、用途に応じて種々選択可能である。なお、通常、厚みは０．２〜２ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００１７】
上記複合被覆層は、例えば、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相または上記Ｉｎ相のいずれか一方の相が網目状に連なり、その空隙に他方の相が充填された共連続構造や、いずれか一方の相よりなる海相中に他方の相よりなる島相が分散した海島構造等の構造を有する。
【００１８】
上記複合被覆層は、表面に露出した上記Ｉｎ相の面積比率が０．３〜０．８であることが好ましい。即ち、上記複合被覆層の表面を観察した場合における、視野全体の面積Ｂに対する上記Ｉｎ相の占有面積Ａの比率（Ａ／Ｂ）が、０．３〜０．８の範囲内にあることが好ましい。上記比率（Ａ／Ｂ）は０．５が理想的であるが、製造上のばらつきを考慮すると、上記範囲とすることが好ましく、この範囲にあれば、上述した耐摩耗性及び摩擦係数低減の効果をバランス良く得ることができる。上記比率（Ａ／Ｂ）が小さすぎる場合には、上記Ｉｎ相が少ないため摩擦係数低減の効果が不十分となるおそれがある。一方、上記比率（Ａ／Ｂ）が大きすぎる場合には、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相が少ないため耐摩耗性が不十分となるおそれがある。
【００１９】
上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相に含まれるＮｉとＩｎとの比率は、優れた耐摩耗性を得る観点から、原子比において、Ｎｉ：Ｉｎ＝２５：７５〜７０：３０の範囲内とすることが好ましい。また、上記Ｎｉ−Ｉｎ合金相は、Ｎｉ及びＩｎの他に、例えば上記基材から拡散した金属元素や、不可避不純物等を含有し得る。一方、上記Ｉｎ相は、実質的に純Ｉｎから構成されており、Ｉｎの他に不可避不純物を含有し得る。
【００２０】
上記基材と上記複合被覆層との間には、拡散バリア層を設けてもよい。拡散バリア層は、上記基材を構成する金属元素が上記複合被覆層へ拡散することを抑制する作用を有する。また、拡散バリア層の存在によって上記複合被覆層の密着性を向上させることができ、上記複合被覆層の膨れや剥がれ等を抑制することも可能である。なお、このような問題が生じない場合には、必ずしも拡散バリア層を設ける必要が無く、その分コストダウンを図ることができる。
【００２１】
例えば、上記基材がＣｕ合金である場合には、拡散バリア層として、厚みが０．５μｍ程度のＣｕめっき層を用いることが好ましい。この場合には、拡散バリア層の存在により、上記基材に由来するＣｕが上記複合被覆層へ拡散することを抑制し、Ｃｕに起因する耐食性の悪化や電気伝導性の低下を抑制することができる。なお、拡散バリア層としては、Ｃｕめっき層の他に、Ｎｉめっき層、Ｃｏめっき層等を用いることも可能である。
【００２２】
次に、上記電気接点材料の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、金属材料よりなる基材上に、２層以上のＮｉ膜と２層以上のＩｎ膜とを有し、上記Ｎｉ膜と上記Ｉｎ膜とが交互に積層された交互積層膜を形成する。Ｎｉ膜及びＩｎ膜の形成は、例えば電気めっき処理等の従来公知の方法により行うことができる。Ｎｉ膜またはＩｎ膜のいずれか一方が上記基材上に１層しか存在しない場合には、上述した構造を有する複合被覆層を形成することが難しい。また、Ｎｉ膜及びＩｎ膜の両方が１層しか存在しない場合には、上記複合被覆層を形成することが不可能である。
【００２４】
上記交互積層膜は、上記Ｉｎ膜が表面に露出するように形成されることが好ましい。ＩｎはＮｉに比べて酸化されにくいため、上記リフロー処理において、不導体である酸化膜が表面に形成されることを抑制できる。その結果、上記電気接点材料の接触抵抗が高くなることを抑制することができる。
【００２５】
また、上記基材としてＣｕを用いる場合には、上記基材に上記Ｎｉ膜が積層されるようにして上記交互積層膜を形成することが好ましい。Ｎｉは、Ｉｎに比べてＣｕ上へのめっき膜形成が容易である。それ故、この場合には、上記交互積層膜を形成する工程をより効率よく行うことができ、ひいては上記電気接点材料の生産性をより向上させることができる。
【００２６】
上記交互積層膜を形成した後、該交互積層膜を加熱するリフロー処理を施してＮｉとＩｎとを合金化させる。リフロー処理における加熱温度は、例えば、２５０〜４００℃の範囲で適宜設定することができる。また、リフロー処理における加熱時間は、例えば、９０〜２７０秒の範囲で適宜設定することができる。
【実施例】
【００２７】
（実施例）
上記コネクタ端子用電気接点材料（以下、適宜「電気接点材料」という。）の実施例を、図１〜図３を用いて説明する。電気接点材料１は、金属材料よりなる基材２と、基材２上に形成された複合被覆層３とを有している。図１及び図２に示すように、複合被覆層３は、Ｎｉ−Ｉｎ合金相３１及びＩｎ相３２を有すると共に、Ｎｉ−Ｉｎ合金相３１及びＩｎ相３２が表面３００に露出している。
【００２８】
以下、電気接点材料１の詳細な構成を、作製方法と共に説明する。
【００２９】
＜作製方法＞
Ｃｕ合金よりなる基材２を準備し、基材２上に、２層のＮｉ膜４１及び２層のＩｎ膜４２を有し、Ｎｉ膜４１とＩｎ膜４２とが交互に積層された交互積層膜４を形成した。具体的には、図３に示すように、基材２上に第１Ｎｉ膜４１ａ、第１Ｉｎ膜４２ａ、第２Ｎｉ膜４１ｂ及び第２Ｉｎ膜４２ｂを順次積層し、表面４００に第２Ｉｎ膜４２ｂが露出するように交互積層膜４を形成した。また、第１Ｎｉ膜４１ａ、第１Ｉｎ膜４２ａ、第２Ｎｉ膜４１ｂ及び第２Ｉｎ膜４２ｂの膜厚は、それぞれ、０．５μｍ、１．５μｍ、０．３μｍ及び０．５μｍとした。
【００３０】
Ｎｉ膜４１及びＩｎ膜４２の作製は、電気めっき処理により行った。電気めっき処理の詳細な条件は、以下の通りである。
【００３１】
［Ｎｉ膜４１］
・浴組成    硫酸ニッケル    ２６５ｇ／Ｌ
塩化ニッケル      ４５ｇ／Ｌ
ホウ酸            ４０ｇ／Ｌ
光沢剤
・めっき浴温度      ５０℃
・電流密度          ０．５Ａ／ｄｍ2
【００３２】
［Ｉｎ膜４２］
・浴組成    硫酸インジウム    ３０ｇ／Ｌ
メタンスルホン酸  ３０ｇ／Ｌ
光沢剤
・めっき浴温度      ３０℃
・電流密度          １Ａ／ｄｍ2
【００３３】
以上のように交互積層膜４を形成した後、交互積層膜４を加熱するリフロー処理を施してＮｉとＩｎとを合金化させた。リフロー処理における加熱温度は３００℃とし、加熱時間は３分とした。以上により、電気接点材料１を得た。
【００３４】
＜表面観察＞
得られた電気接点材料１の表面３００を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。図１に、電気接点材料１の表面３００の二次電子像を示す。また、図２に、電気接点材料１の表面３００の元素マッピング像を示す。なお、図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｃｕをマッピングした元素マッピング像である。
【００３５】
図１より知られるように、電気接点材料１の表面３００は、平坦な海相中に、海相よりも隆起した島相が分散した海島構造を有していた。また、図２より知られるように、海相にはＮｉ、Ｉｎ及びＣｕが含まれており、島相は実質的にＩｎのみから構成されていた。以上の結果から、複合被覆層３は、Ｎｉ−Ｉｎ合金相３１よりなる海相中にＩｎ相３２よりなる島相が分散した海島構造を有していると理解できる。
【００３６】
また、図１に基づいて視野全体の面積Ｂに対するＩｎ相３２の占有面積Ａの比率（Ａ／Ｂ）を算出したところ、複合被覆層３の表面３００に露出したＩｎ相３２の面積比率（Ａ／Ｂ）は０．５程度であった。
【００３７】
（比較例）
本例は、基材２上に、１層のＮｉ膜４１と１層のＩｎ膜４２とを順次積層した後、実施例と同様のリフロー処理を施した例である。図には示さないが、リフロー処理を行った後の表面をＳＥＭにより観察した結果、視野全体が平坦な二次電子像が得られた。また、表面の元素マッピング像を取得したところ、視野全体からＮｉ、Ｉｎ及びＣｕが検出された。以上の結果から、本例の電気接点材料１は、基材２の全面がＮｉ−Ｉｎ合金相３１により覆われており、Ｎｉ−Ｉｎ合金相３１及びＩｎ相３２の両方を備えた複合被覆層３が形成されていないことがわかった。
【００３８】
（実験例）
本例は、実施例の電気接点材料１を用いて接触抵抗測定及び摺動特性評価を行った例である。本例においては、実施例の電気接点材料１から採取した試料（以下、「試料Ｅ１」という。）及び従来の電気接点材料（以下、「試料Ｃ１」という。）を用いて、以下の評価を行った。なお、試料Ｃ１は、基材上に、厚み１μｍのＮｉめっき膜及び厚み２μｍのＡｇめっき膜が順次積層された構造を有する。
【００３９】
＜接触抵抗測定＞
表面に厚み２μｍのＡｇめっき膜を有する厚み０．２５ｍｍのリン青銅板よりなり、曲率半径３ｍｍの半球状凸部を設けた接触子を準備し、試料Ｅ１の表面に接触子の半球状凸部を当接させた。この状態から接触子に加える荷重を徐々に大きくし、４０Ｎまで印加した。その後、接触子に加える荷重を徐々に小さくした。そして、接触子に荷重が印加されている間の、試料Ｅ１と接触子との間の接触抵抗（初期状態）を測定した。また、大気雰囲気下にて１６０℃で１２０時間加熱する高温放置処理を施した後の試料Ｅ１を用いて上述と同様に接触抵抗（高温放置処理後）の測定を行った。更に、温度８５℃、相対湿度８５％ＲＨの環境下に９６時間放置する恒温恒湿放置処理を施した後の試料Ｅ１を用いて上述と同様に接触抵抗（恒温恒湿放置処理後）の測定を行った。なお、接触抵抗の測定は、初期状態、高温放置処理後、恒温恒湿放置処理後の各条件について、複数回行った。
【００４０】
図４、図５及び図６に、初期状態での測定結果、高温放置処理後の測定結果及び恒温恒湿放置処理後の測定結果をそれぞれ示す。なお、図４〜図６の縦軸は接触抵抗（ｍΩ）の値であり、横軸は接触子に加えた荷重（Ｎ）である。また、縦軸及び横軸の目盛りは対数表示とした。
【００４１】
図４〜図６より知られるように、試料Ｅ１は、初期状態、高温放置処理後及び恒温恒湿放置処理後のいずれの測定においても、荷重を増加させて１Ｎに達した時点（符号Ｐ）での接触抵抗の値が１０ｍΩ以下であった。この結果は、コネクタ端子に要求される特性を十分に満足できる結果である。
【００４２】
＜摺動特性評価＞
摺動特性評価は、図７及び図８に示す評価装置８を用いて行った。この評価は、図８に示すごとく、評価試料Ｓと、半球状のエンボス部を設けた摺動子Ｔとを接触させ、所定の加重Ｆを付与した状態で、両者を所定の周波数で摺動させ続け、評価試料Ｓと摺動子Ｔとの間の接触抵抗と摩擦係数を測定し、その推移をみるというものである。
【００４３】
本例では、図７及び図８に示すごとく、摺動子Ｔとして、厚み０．２５ｍｍのリン青銅板の表面に厚み２μｍのＡｇめっき層を設けた電気接点材料であって、半径１ｍｍの半球状のエンボス部９を設けたものを用いた。評価試料Ｓとしては、試料Ｅ１及び試料Ｃ１を用いた。
【００４４】
評価装置８は、図７に示すごとく、評価試料Ｓをセットする試料台部８１と、摺動子Ｔを保持して荷重を付与する荷重付与部８２とをベース８０上に備えてなる。試料台部８１は、固定台８１１上において水平方向に摺動可能なスライド台８１２を有し、モータ８１３の駆動によってスライド台８１２を水平方向に微摺動させることができるよう構成されている。そして、スライド台８１２の上面には、評価試料Ｓを固定する固定手段（図示略）が設けられている。
【００４５】
荷重付与部８２は、支柱部８２１上の傾動中心８２２を中心として上下方向に傾動可能なアーム部８２３を備えている。アーム部８２３の一端には、バランス用おもり８２４が設けられ、他端には主おもり８２５及び相手部材保持部８２６とが設けられている。相手部材保持部８２６の下端には、摺動子Ｔを固定する固定手段（図示略）が設けられている。
【００４６】
評価装置８にセットされた評価試料Ｓと摺動子Ｔとの間には、図８に示すような通電回路が接続されるよう構成されており、接触抵抗を測定することができる。また、評価試料Ｓと摺動子Ｔとの間の摩擦係数は、測定された摩擦力を垂直荷重で割ることによって得られる。
【００４７】
また、本例での摺動特性評価の条件は、次のとおりである。
・通電電流：１０ｍＡ
・荷重Ｆ：３Ｎ
・摺動距離：５０μｍ
・摺動回数：５０回
・摺動周波数：１Ｈｚ
【００４８】
試料Ｅ１及び試料Ｃ１に対して行った摺動特性評価の結果を、それぞれ図９及び図１０に示す。これらの図は、横軸に時間（ｓｅｃ）を、左縦軸に接触抵抗（ｍΩ）を、右縦軸に摩擦係数をとり、接触抵抗及び摩擦係数の推移をプロットしたものである。なお、図９及び図１０の横軸は、対数目盛りにより表示した。また、これらの図において、接触抵抗の推移は符号Ｒで示し、摩擦係数の推移は符号Ｍで示した。
【００４９】
図９及び図１０の比較から知られるように、複合被覆層３を有する試料Ｅ１は、試験開始時の摩擦係数が約０．８であり、試験完了に至るまで０．８前後の摩擦係数が維持された。一方、従来のＡｇめっき層を備えた試料Ｃ１は、試験開始時の摩擦係数が、試料Ｅ１よりも高い約１．０であり、試験完了に至るまで１．０前後の摩擦係数が維持された。この結果から、試料Ｅ１は、複合被覆層３の存在により、試料Ｃ１よりも低い摩擦係数を長期間に渡って維持することができると理解できる。
【００５０】
また、試料Ｅ１及び試料Ｃ１は、試験開始時から試験完了に至るまで、接触抵抗の値が１０ｍΩ以下の範囲で変化した。この結果は、コネクタ端子に要求される特性を十分に満足できる結果である。
【符号の説明】
【００５１】
１  電気接点材料
２  基材
３  複合被覆層
３１  Ｎｉ−Ｉｎ合金相
３２  Ｉｎ相
【図３】
2015203139.tif 000003
【図４】
2015203139.tif 000004
【図５】
2015203139.tif 000005
【図６】
2015203139.tif 000006
【図７】
2015203139.tif 000007
【図８】
2015203139.tif 000008
【図１】
2015203139.tif 000009
【図２】
2015203139.tif 000010
【図９】
2015203139.tif 000011
【図１０】
2015203139.tif 000012