(57)【要約】【課題】最表面に銀被覆層を有する接点部における摺動時の摩耗が抑制された端子対を提供すること、およびそのような端子対の製造方法を提供すること。【解決手段】端子対は、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなり、雄型コネクタ端子および雌型コネクタ端子は、最表面に銀被覆層が形成された接点部において相互に電気的に接触する。この接点部に印加される圧力を４８０Ｎ／ｍｍ２以下とする。また、端子対が接点部を複数有し、各接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。【選択図】図３
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【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および雌型コネクタ端子は、最表面に銀被覆層が形成された接点部において相互に電気的に接触し、
前記接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする端子対。
【請求項２】
前記端子対は前記接点部を複数有し、各接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載の端子対。
【請求項３】
雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなる端子対の製造方法において、
前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子が相互に電気的に接触する接点部の最表面に銀被覆層を形成し、
前記接点部に印加する圧力を、４８０Ｎ／ｍｍ２以下とすることを特徴とする端子対の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子対およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、それぞれ最表面に銀被覆層が形成された雄型端子と雌型端子よりなる端子対、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッドカーや、電気自動車等で高出力モータが使用されるようになっている。モータ近傍は高温になりやすいうえ、通電量が大きい高出力モータ用の端子等では、コネクタ端子に大電流が流れるので、端子部での発熱量が大きくなる。
【０００３】
従来一般に、自動車の電気部品等を接続するコネクタ端子としては、銅又は銅合金などの母材表面にスズめっきなどのめっきが施されたものが用いられていた。しかし、従来のスズめっき端子は、このような大電流で使用される場合には、耐熱性が不十分である。そこで、大電流の印加に使用されるコネクタ端子として、スズめっき端子の代わりに銀被覆層を最表面に形成した端子が用いられることがある。銀は高い耐熱性を有するうえ、高伝導率で表面も酸化されにくいので、銀被覆層を有する端子は、大電流が印加されて高温になる条件でも、接触抵抗が低い状態で使用することができる。
【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、銀は、高い延性を有するうえ、酸化されにくいために端子接点部において金属面同士が接触し、凝着が起こりやすい。よって、銀被覆層を最表面に有する端子の接点部においては、嵌合等に伴う摺動時に、銀被覆層が摩耗しやすくなる。すると、銀被覆層の表面に微細な凹凸が形成されたり、さらには銀被覆層の下に形成された別の金属層や母材金属が露出したりすることにより、抵抗上昇を引き起こすなど、コネクタ端子の接続信頼性を低下させることになる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、最表面に銀被覆層を有する接点部における摺動時の摩耗が抑制された端子対を提供すること、およびそのような端子対の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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よりなり、前記雄型コネクタ端子および雌型コネクタ端子は、最表面に銀被覆層が形成された接点部において相互に電気的に接触し、前記接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下であることを要旨とする。
【０００７】
ここで、前記端子対は前記接点部を複数有し、各接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
【０００８】
また、本発明にかかる端子対の製造方法は、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなる端子対の製造方法において、前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子が相互に電気的に接触する接点部の最表面に銀被覆層を形成し、前記接点部に印加する圧力を、４８０Ｎ／ｍｍ２以下とすることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記発明にかかる端子対によると、銀被覆層同士が接触する接点部に印加される圧力が、４８０Ｎ／ｍｍ２以下に制限されていることにより、それを超える圧力が印加される場合と比較して、接点部が摺動された際の銀被覆層の摩耗が著しく抑制される。これにより、銀被覆層を有する大電流用端子対において、高い接続信頼性を維持することができる。
【００１０】
ここで、端子対が接点部を複数有し、接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下である場合には、各接点部に印加される圧力を４８０Ｎ／ｍｍ２以下に抑えながら、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子を大面積で接触させ、端子対全体として接点部に大きな荷重を印加できるようになる。これにより、端子対全体として、摺動時の銀被覆層の摩耗を抑制しながら、接触抵抗を小さく抑え、大電流を印加できるようになる。
【００１１】
上記発明にかかる端子対の製造方法によると、銀被覆層同士が接触する接点部に印加される圧力を４８０Ｎ／ｍｍ２以下に制限することにより、接点部の摺動による銀被覆層の摩耗を著しく抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる端子対を示す断面図である。
【図２】多接点型の雌型コネクタ端子の一例を示す斜視図である。
【図３】モデル接点部に印加される圧力と摩耗体積の関係を示すグラフである。
【図４】荷重の違いによる摩耗状態の違いを示す金属顕微鏡像である。各像は図３の曲率半径３ｍｍのエンボス状部材を用いた場合の測定点に対応し、それぞれ荷重（ａ）１０Ｎ、（ｂ）１５Ｎ、（ｃ）２０Ｎの場合に対応している。
【図５】端子接点部に印加される接触荷重と摩耗厚さの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態にかかる端子対１は、図１に示すように、角筒状の挟圧部２３を有する雌型コネクタ端子（以下単に雌型端子と称する場合がある）２と、平板状のタブ３１を有する雄型コネクタ端子（以下単に雄型端子と称する場合がある）３とよりなる。雌型端子２の挟圧部２３に雄型端子３のタブ３１が挟圧保持され、両者の間に電気的接続が形成される。雌型端子２および雄型端子３は、それぞれ挟圧部２３およびタブ３１の後方に、電線接続部（不図示）を有し、電線接続部において、電線と電気的に接続される。そして、雌型コネクタ端子２の挟圧部２３に雄型コネクタ端子３のタブ３１が挿入されることで、電線間に導通が形成される。
【００１５】
雌型端子２は、前方が開口した四角筒状に形成された挟圧部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。弾性接触片２１は、中途部位に膨出形成されたエンボス部２１ａを有する。弾性接触片２１は、挟圧部２３に挿入された雄型端子３のタブ３１とエンボス部２１ａにおいて接触し、雄型端子３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、雄型端子３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、雄型端子３が挟圧部２３内において挟圧保持される。つまり、雌型端子２と雄型端子３が相互に電気的に接触する接点部が、雌型端子２のエンボス部２１ａと雄型端子３のタブ３１との間の接触部分、および雌型端子２の内部対向接触面２２と雄型端子３のタブ３１との間の接触部分に形成される。
【００１６】
雌型端子２および雄型端子３においては、少なくとも上記接点部に、母材金属Ｂの表面を被覆し、最表面に露出されて、銀被覆層Ａが形成されている。つまり、接点部においては、銀被覆層Ａ同士が接触している。
【００１７】
銀被覆層Ａは、純銀よりなってもよく、銀を主成分とし、他の元素が添加された銀合金よりなってもよい。また、母材金属Ｂは、銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金等、コネクタ端子の基材として使用されるいかなる金属よりなってもよい。銀被覆層Ａと母材金属Ｂの間には、銀被覆層Ａの密着性を高めることや層間の金属原子の拡散を抑制すること等を目的として、適宜中間層が形成されてもよい。このような中間層としては、ニッケル層を例示することができる。なお、銀被覆層Ａは、接点部のみに形成されていなくても、雌型端子２および雄型端子３を構成する母材金属Ｂの全域にわたって形成されていてもよい。
【００１８】
端子対１の接点部においては、弾性接触片２１の弾性により、接触面に垂直な方向に圧力が印加される。この圧力は、４８０Ｎ／ｍｍ２以下に制限されている。ここで、接点部に印加される圧力は、接点部に印加される荷重を、接点部における接触面積で除したものである。接点部に印加される荷重は、雄型端子３および雌型端子２の材質および形状によって規定されるものであり、主として雌型コネクタ端子２における弾性接触片２１のばね定数によって規定される。一方、接点部における接触面積は、接点部において実際に雌型端子２と雄型端子３が接触している部分の面積であり、例えば、接点部に形成される接触痕の面積を計測することによって得られる。ここで、接触痕は、実際の端子対１を用いた試験によって観察されてもよいし、例えば平板状部材とエンボス状部材よりなるモデル接点部を用いて観察されてもよい。接触痕の面積の計測は、金属顕微鏡による表面観察等、顕微鏡を用いて行えばよい。あるいは、接点部における接触面積は、ＣＡＥのようなコンピュータシミュレーションによって見積もられてもよい。いずれの方法を用いる場合にも、端子対１の製造工程において、接点部に印加される圧力を設計に基づいて規定することができる。
【００１９】
なお、上記端子対１においては、雌型端子２のエンボス部２１ａと雄型端子３のタブ３１との間、雌型端子２の内部対向接触面２２と雄型端子３のタブ３１との間の両方に接点部が形成され、それらに印加される荷重が釣り合った状態にあるが、エンボス部２１ａに比べて内部対向接触面２２の方が大面積で雄型端子３のタブ３１と接触するので、内部対向接触面２２側の接点部に印加される圧力は、エンボス部２１ａ側の接点部に印加される圧力よりも小さい。よって、上記端子対１のようにエンボス状部と平板状部の間で相手側端子を挟持する場合には、エンボス状部の側に形成される接点部において、印加圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下となっていれば、平板状部の側に形成される接点部においても、通常はこの条件が満たされる。
【００２０】
上記端子対１においては、最表面に銀被覆層Ａが形成されている。銀は高い融点を有し、熱的に非常に安定であるうえ、高温でも表面に酸化被膜が形成されにくい。よって、上記端子対１は、大電流を印加して高温になっても、低い接触抵抗を維持する。
【００２１】
そして、上記端子対１においては、接点部に印加される圧力が、４８０Ｎ／ｍｍ２以下に制限されている。銀は非常に凝着を起こしやすい金属であり、上記のように高温になっても酸化被膜が形成されにくいため、その凝着の起こりやすさが高温でも維持される。よって、端子接点部における摩耗が引き起こされやすい。しかし、後に実施例として示すように、銀被覆層Ａが最表面に形成された接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下である領域では、接点部に印加される圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２を超えている場合と比較して、端子接点部において雄型端子３と雌型端子２を相互に摺動させた際に摩耗する銀の体積が著しく小さくなる。その結果、端子嵌合時の挿入力の上昇が抑えられるとともに、端子接点部の摩耗に由来して微細な凹凸が形成されることや、さらには中間層や母材金属Ｂが露出されることによって接触抵抗が上昇されることが抑制される。そして、銀自体が有する低い接触抵抗による高い接続信頼性が摩耗によって損なわれずに維持される。
【００２２】
端子表面の金属層の摩耗を考慮するに際し、しばしば接点部に印加される荷重がパラメータとして使用される。しかし、ここでは、接点部に印加される圧力を、銀被覆層Ａの摩耗を制御するためのパラメータとしている。接点に印加される荷重が同じでも、接点部の形状が異なれば、金属層の摩耗に与える影響が異なる。たとえば、エンボス状接点部に同じ荷重を印加したとしても、エンボスの径が異なれば、接点部における接触面積が異なるので、その荷重が接点部の摩耗に与える影響が異なる。また、特に銀のような軟らかい金属の表面においては、大きな荷重を印加するほど接点部における接触面積が大きくなるので、接触荷重を接触面積で除した値である圧力は、必ずしも荷重と比例しない。そして、ある値を境として銀被覆層Ａの摩耗体積が著しく変化するという挙動は、圧力を基準とした場合に特有に観測されるものであり、荷重を基準とするかぎり、摩耗体積の変化に関する明確な閾値は必ずしも観測されない。そこで、接点部に印加される圧力をパラメータとすれば、接点部の形状や荷重印加による接触面積の変化によらず、摩耗の程度を評価することができ、所定の閾値以下の圧力が印加されるようにすることで、摩耗を効果的に抑制することができる。
【００２３】
銀被覆層Ａにおいて、４８０Ｎ／ｍｍ２との閾値を境に、低圧力側で銀の摩耗が著しく抑制されるとの挙動は、銀被覆層Ａ自体の物性によるものであり、母材金属Ｂや中間層の種類には依存しない。また、銀被覆層Ａの厚さにもほぼ依存しない。ただし、銀自体の物性が支配的に発揮されるように、銀被覆層Ａの厚さは、１μｍ以上であることが望ましい。また、銀被覆層Ａの表面で計測されるビッカース硬さが８０〜１２０の範囲にあることが望ましい。
【００２４】
銀被覆層Ａの摩擦を低減するための閾値である４８０Ｎ／ｍｍ２との圧力は、大電流用端子における接点部の圧力としてそれほど大きなものではない。接点部に印加する荷重が小さいと、接触抵抗が上昇し、接点部における発熱量が大きくなってしまう。これを回避するため、各接点部に印加される圧力を４８０Ｎ／ｍｍ２以下としながら、１つの端子対に複数の接点部を形成すればよい。
【００２５】
複数の接点部を有する雌型コネクタ端子の一例を図２に示す。雌型コネクタ端子５０においては、角筒形の挟圧部５１の対向する上壁面５２と下壁面５３に、基端側に片持ち支持されて開口部側５１ａ側に延びる４つの弾性接触片５４が、それぞれ４つずつ、対向して設けられている。これらの弾性接触片５４は、互いに独立して上下方向に撓み変形可能である。各弾性接触片５４は、その基端を起点として挟圧部５１内側に向かって傾斜し、その先端が挟圧部外側に向かって折り返されている。その折り返しが形成された湾曲面が、雄型端子タブと接触する接点５４ａとなる。上下の弾性接触片５４の接点５４ａは、相互に対向する位置に形成されている。そして、少なくとも各接点５４ａの最表面に露出して銀被覆層Ａが形成されている。
【００２６】
この挟圧部５１に、全弾性接触片５４と接触する幅広の雄型端子タブ（不図示）が挿入されると、雌型端子５０は、雄型端子と片面あたり４か所の接点５４ａで接触する。ここで、各接点５４ａついて、接点部に印加される圧力が、４８０Ｎ／ｍｍ２以下となっている。接点部が４か所形成されていることにより、接点部が１か所だけである場合と比較して、約４倍の接触面積が得られ、それに伴って、端子全体として約４倍の接触荷重が接点部に印加されることになる。すると、接点部が１か所だけの場合と比べて、端子全体としての接触抵抗が小さくなり、許容される発熱量の範囲内でより大きな電流を流せるようになる。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００２８】
［モデル試料］
平板状銅合金母材に、厚さ５μｍの銀めっき層を形成した（ビッカース硬さ：８０）。このめっき部材を用いて、平板状部材と、エンボス状部材を形成した。エンボスの曲率半径（Ｒ）は、３ｍｍと１ｍｍの２とおりとした。
【００２９】
［端子試料］
汎用的な９．５型雌型端子と雄型端子の表面に、銀めっき層を形成したものを、端子試料とした。ここで、弾性接触片の形状を変化させることにより、接点部に印加される荷重が異なる複数の雌型端子を形成した。
【００３０】
［試験方法］
（モデル試料を用いた接点部の圧力と摩耗体積の関係の評価）
接点部に印加される圧力を指標とした端子設計の妥当性を評価するため、上記モデル試料の平板状部材の銀めっき層表面にエンボス状部材を接触させ、エンボス状部材から平板状部材に向かって、５〜２０Ｎの範囲の所定の荷重を印加しながら、１０ｍｍ／ｍｉｎ．の速度で、エンボス状部材を平板状部材の面上で摺動させた。１０ｍｍ摺動させた後に、エンボス状部材の表面について、顕微鏡を用いて表面観察および断面観察を行い、摩耗された銀めっき層の体積と、接点における接触面積を見積もった。
【００３１】
（端子試料を用いた接点部の接触荷重と摩耗厚さの関係の評価）
上記端子試料の雄型端子を雌型端子に挿入して嵌合した後、雄型端子を抜いた。そして、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて、摩耗前と摩耗後の膜厚を見積もり、その差から摩耗された銀めっき層の厚さを算出した。
【００３２】
［結果と考察］
（モデル試料を用いた接点部の圧力と摩耗体積の関係の評価）
図３に、印加した荷重を接触面積で除して得られた接点部における圧力の関数として、銀めっき層の摩耗体積をプロットしたものを示す。グラフ中に示したＮを単位とする数値は、それぞれの測定点において印加した荷重である。また、エラーバーは、複数回の測定におけるばらつきを示している。図３によると、エンボスの曲率半径によらず、図中破線で示した圧力４８０Ｎ／ｍｍ２付近を境に、低圧力側では摩耗体積が小さく、また圧力に対する摩耗体積の依存性も小さいのに対し、高圧力側では、急激に摩耗体積が大きくなっている。なお、摩耗体積は、摺動距離に依存する値であり、その絶対値は考慮しなくてよい。
【００３３】
また、図４に、曲率半径３ｍｍのエンボス状部材を用いた場合について、図３中の３つのデータ点に対応する測定を行った後の平板状部材における接触痕の顕微鏡写真を示す。圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２以下である荷重（ａ）１０Ｎおよび（ｂ）１５Ｎの場合を比較すると、銀被覆層が摩耗によって除去を受けている程度がほとんど変わらず、いずれの場合にも、銅合金母材が露出するようなことは起こっていない。しかし、圧力が４８０Ｎ／ｍｍ２を超えている（ｃ）荷重２０Ｎの場合には、銀被覆層が深く抉り取られ、下地の銅合金母材が露出している（接触痕中の右下部分）。
【００３４】
このように、銀めっき層同士が接触する接点部に印加される圧力を４８０Ｎ／ｍｍ２以下とすることで、摺動時の銀めっき層の摩耗を効果的に抑制することができることが分かった。また、接点部に印加される荷重に着目すると、荷重が１０Ｎの場合に、エンボスの曲率半径が３ｍｍの場合には、摩耗体積が小さく抑えられているのに対し、エンボスの曲率半径が１ｍｍの場合には、摩耗体積が３倍程度に大きくなっている。一方、荷重を圧力に換算すると、圧力の値はこれらのデータ点の間で異なっており、４８０Ｎ／ｍｍ２との閾値の両側に位置する。つまり、摩耗体積を評価するに際し、荷重はよいパラメータとならないのに対し、圧力は摩耗体積の挙動に関して明確な閾値を与えるよいパラメータとなっている。
【００３５】
摩耗量と荷重の関係として、Ｖ＝ｋ・Ｗ・Ｌ／Ｈ（ただし、Ｖ：摩耗量、Ｌ：すべり距離、ｋ：摩耗係数、Ｈ：材料の硬さ、Ｗ：荷重）という関係が一般に成り立つことが知られている。しかし、図３の試験結果は、４８０Ｎ／ｍｍ２以下の低圧力の領域において、この関係から逸脱する挙動を示している。これは、銀のように特に軟らかい金属においては、接点部への荷重印加によって接触面積が変化し、摩耗量が荷重に対する単純な一次関数とならないためであると考えられる。
【００３６】
（端子試料を用いた接点部の接触荷重と摩耗厚さの関係の評価）
図５に、上記端子試料を用いて計測された摩耗厚さと接点部に印加される接触荷重の関係を示す。これによると、接触荷重８Ｎを境に、低荷重側ではゆるやかにしか摩耗厚さが変化せず、高荷重側では急激に摩耗厚さが上昇するという傾向が見られる。このように、ある閾値を境に、銀被覆層の摩耗量がゆるやかに変化する領域から急激に変化する領域へと遷移する挙動は、モデル接点を用いて接点部の圧力を基準として評価を行った上記の結果と共通するものである。
【００３７】
今回用いた端子試料は、接点部が１か所にのみ形成された単純な形状を有するものであり、かつ接触荷重を変化させても端子全体の形状は大きく変わらないものである。このような場合には、接触荷重が銀被覆層の摩耗量を評価するための信頼できる指標となる。接点部に印加される圧力の関数として摩耗量をとらえた場合にも、図３のように、これと同様の傾向が得られたことから、接点部に印加される圧力は、銀被覆層の摩耗を抑制した端子を設計するのによい指標となることが分かる。また、図５の接触荷重の関数として摩耗量を表示した場合と比較して、図３の接点部の圧力の関数として摩耗量を表示した場合には、閾値を挟んだ摩耗量の傾きの変化が、一層急峻に現れている。このことは、摩耗量を評価する指標として、接触荷重よりも接点部の圧力の方がさらに優れていることを示している。特に、端子の形状が複雑である場合、接点部の数が多い場合、形状の異なる端子同士で銀被覆層の摩耗量を比較する場合等には、接触荷重を摩耗量の指標として用いることが難しく、接点部に印加される圧力を好適な指標として用いることができる。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および実施例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。また、接点部に印加される圧力が所定の閾値以下となると、摩耗体積が著しく小さくなるという挙動は、銀に限らず、種々の金属、特に軟らかい金属で観測されるものである。閾値の具体的な値は金属種に依存するが、上記実施例に示したのと同様に、摩耗体積を圧力に対してプロットし、閾値を見積もれば、接点部に印加される圧力をその閾値以下とすることで、摩耗が抑制された端子対を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１          端子対
２          雌型（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
３          雄型（コネクタ）端子
３１        タブ
５０        雌型（コネクタ）端子
５４        弾性接触片
５４ａ      接点
Ａ          銀被覆層
Ｂ          母材金属
【図１】
2015035287.tif 000003
【図２】
2015035287.tif 000004
【図３】
2015035287.tif 000005
【図５】
2015035287.tif 000006
【図４】
2015035287.tif 000007