(57)【要約】【課題】摺動性が良好で、挿入力が小さいめっき材料と、それを用いた嵌合型接続端子を提供する。【解決手段】導電性基体１１の表面にＳｎまたはＳｎ合金のめっき層１２が形成され、さらに前記めっき層１２表面に、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，ＳｂおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種の金属とＳｎとの合金層１３が形成され、かつ、前記合金層１３の厚さが、前記めっき層１２と前記合金層１３の厚さの合計に対して５％以上であるＳｎ合金めっき材料。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基体の表面にＳｎまたはＳｎ合金のめっき層が形成され、さらに前記めっき層表面に、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，ＳｂおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種の金属とＳｎとの合金層が形成され、かつ、前記合金層の厚さが、前記めっき層と前記合金層の厚さの合計に対して５％以上であるＳｎ合金めっき材料。
【請求項２】
前記合金層が前記めっき層表面にめっき形成した前記金属よりなる層に対して熱処理を施すことにより形成されたものである請求項１のＳｎ合金めっき材料。
【請求項３】
前記合金層を形成する前記金属の濃度が、前記合金層の表面から前記導電性基体表面に向かって漸減している請求項１または２記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項４】
前記合金層の厚さが０．３〜２μｍである請求項１〜３いずれかに記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項５】
前記合金層における前記金属の平均濃度が、前記合金全体の０．３〜１５質量％である請求項１〜４のいずれかに記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項６】
前記導電性基体と前記ＳｎまたはＳｎ合金のめっき層との間に、ＣｕまたはＣｕ合金からなる下地めっき層が介装されている請求項１〜５いずれかに記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項７】
前記めっき層と前記ＣｕまたはＣｕ合金からなる下地めっき層の間に、ＮｉまたはＮｉ合金からなる中間層が介装されている請求項６記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項８】
前記導電性基体と前記めっき層との間に、ＮｉまたはＮｉ合金からなる下地めっき層が介装されている請求項１〜５いずれかに記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項９】
前記めっき層と前記ＮｉまたはＮｉ合金からなる下地めっき層の間に、ＣｕまたはＣｕ合金からなる中間層が介装されている請求項８記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項１０】
前記導電性基体が、Ｚｎ含有のＣｕ合金からなる請求項１〜９いずれかに記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項１１】
前記熱処理がリフロー処理である請求項１〜１０いずれかに記載のＳｎ合金めっき材料。
【請求項１２】
オス端子とメス端子を嵌合して使用される嵌合型接続端子において、前記オス端子または／および前記メス端子の少なくとも摺動部は、請求項１〜１１いずれかに記載のＳｎ合金めっき材料で形成されていることを特徴とする嵌合型接続端子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＳｎ合金めっき材料とそれを用いた嵌合型接続端子に関し、さらに詳しくは、嵌合型接続端子に適用した際に、オス端子とメス端子の嵌合時の挿入力が小さく、とくに端子が多数集合した多極コネクタに好適に使用されるＳｎ合金めっき材料とそれを使用した嵌合型接続端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車や各種電気機器などの電気配線において、電線同士の接続に用いられる嵌合型接続端子には、Ｓｎめっきが施されている。近年、かかる電気機器の多機能化に伴ってコネクタの多極化が進み、これらの接続端子が１つのコネクタに多数組み込まれるようになってきた。
【０００３】
このようなコネクタは一般に人力によって装着されることが多い。したがって、上記のようにコネクタの多極化すなわち多ピン化が進められると、それに伴って挿入力が増大し、その結果、多大な作業労力を必要としたり、完全に挿入することが困難となって接続信頼性が低下するなどの問題が発生することがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決する手段として、例えば、表面のＳｎめっき層の厚さを低減することが考えられている。しかしながら、Ｓｎめっき層の厚さを低減すると、コネクタ使用時の抵抗発熱などによりＳｎめっき層中に母材金属が拡散して合金化し、コネクタの信頼性が低下するという新たな問題が生じる。
【０００５】
具体的には、例えば、オス端子とメス端子よりなる嵌合型接続端子の場合に著しい。図６はオス端子とメス端子の摺動部を模式的に示し、オス端子１は基材２とその表面に形成されたＳｎめっき層３からなり、一方、メス端子４は基材５とその表面に形成されたＳｎめっき層６から構成されている。メス端子４には突起（ディンプル）４ａが形成されており、両者を嵌合する際に、オス端子は図中左方向に、メス端子は図中右方向に、それぞれ相互に摺接しながら移動する。
【０００６】
このとき、メス端子４の突起４ａがオス端子１の表面のＳｎめっき層３を削り取りながら移動するため、このメス端子４がオス端子１のＳｎめっき層３の中にもぐり込みこれを破壊する。このときの抵抗が多大であり、これが端子同士の嵌合時の抵抗力の増大の主たる原因となり、挿入力が著しく増大し、作業性の低下、接続信頼性の低下などを招いていた。
【０００７】
また、最近のコネクタは、その端子数が増加している。そのため、嵌合摺動時の端子間の抵抗は従来に増して大きくなっており、その抵抗の大小は、コネクタ組み付け時における作業性に大きな影響を与える。例えば、抵抗が大きい場合には、組み付け作業に多大の時間が必要になってくる。
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであって、摺動性が良好で、例えば嵌合型接続端子に適用した際に、挿入力を低減することができ、作業性が良好であるため、多極コネクタに適用して好適なＳｎ合金めっき材料とそれを用いた嵌合型接続端子の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、導電性基体の表面にＳｎまたはＳｎ合金のめっき層が形成され、さらに前記めっき層表面に、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，ＳｂおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種の金属とＳｎとの合金層が形成され、かつ、前記合金層の厚さが、前記めっき層と前記合金層の厚さの合計に対して５％以上であるＳｎ合金めっき材料が提供される。具体的には、前記合金層が前記めっき層表面にめっき形成した前記金属よりなる層に対して熱処理を施すことにより形成されたものであり、前記合金層を形成する前記金属の濃度が、前記合金層の表面から前記導電性基体表面に向かって漸減しており、前記合金層の厚さが０．３〜２μｍであり、前記合金層における前記金属の平均濃度が、前記合金全体の０．３〜１５質量％であるＳｎ合金めっき材料が提供される。
【０００９】
さらに、前記導電性基体と前記ＳｎまたはＳｎ合金のめっき層との間に、ＣｕまたはＣｕ合金からなる下地めっき層が介装されていてもよく、さらに、前記めっき層と前記ＣｕまたはＣｕ合金からなる下地めっき層の間に、ＮｉまたはＮｉ合金からなる中間層が介装されていてもよい。
また、前記導電性基体と前記めっき層との間に、ＮｉまたはＮｉ合金からなる下地めっき層が介装されていてもよく、前記めっき層と前記ＮｉまたはＮｉ合金からなる下地めっき層の間に、ＣｕまたはＣｕ合金からなる中間層が介装されていてもよい。
【００１０】
そして、前記導電性基体は、Ｚｎ含有のＣｕ合金からなるものが好適であり、前記熱処理はリフロー処理とすることが好ましい
また、本発明によれば、オス端子とメス端子を嵌合して使用される嵌合型接続端子において、前記オス端子または／および前記メス端子の少なくとも摺動部が、上記のいずれかのＳｎ合金めっき材料で形成されている嵌合型接続端子が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のＳｎ合金めっき材料の基本的構造の一例を図１に示す。図１において、導電性基体１１の上に、ＳｎまたはＳｎ合金（例えば、Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｚｎなど）のめっき層１２が形成され、さらに、このめっき層２の表面に、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，ＳｂおよびＺｎの群から選ばれる少なくとも１種の金属とＳｎとの合金層１３が形成されている。
【００１２】
合金層１３において、Ｓｎと組み合わされる上記の金属は、この合金層を脆化または硬化させる働きをする。したがって、この合金層１３がＳｎ合金めっき材料の最外層に配置されていることにより、当該めっき材料を例えば嵌合型接続端子に適用した際に、端子挿入時の両端子の摺接移動時にこの合金層１３が容易に破壊され、また、その際にＳｎ合金めっき層が深く削られることが防止されるので、表面の変形抵抗が低減され、挿入力が小さくなるという効果を奏する。
【００１３】
また、図１において、上記の合金層１３の厚さｄは、ＳｎまたはＳｎ合金めっき層１２の厚さＤとこの合金層１３の厚さｄの合計（Ｄ＋ｄ）に対して５％以上とする必要がある。すなわち、１００×ｄ／（Ｄ＋ｄ）≧５（％）である。
このｄ／（Ｄ＋ｄ）（％）が５％未満であると、端子挿入時にＳｎまたはＳｎ合金めっき層１２が直ちに露出し、挿入時のＳｎ合金めっき層１２の表面の変形が生じて挿入抵抗が増大してしまう。好ましい、厚さの比率ｄ／（Ｄ＋ｄ）（％）は１０〜１００％である。
【００１４】
そして、この合金層１３においては、Ｓｎに添加される金属元素の濃度が、この合金層１３の表面からＳｎまたはＳｎ合金めっき層１２の表面に至るまでに漸減していることが好ましい。このように合金層からめっき層１２にかけて濃度勾配をつけることにより、表層が添加金属リッチで硬くなる、もしくは、脆くなるという利点がある。
【００１５】
また、合金層１３における添加金属の平均濃度は０．３〜１５質量％であることが好ましい。この平均濃度が０．３質量％より少ない場合は、合金層１３の硬度が低く、相手材との嵌合摺動時における摺動抵抗が大きくなり、また１５質量％より多い場合、合金層１３の形成に長大な時間がかかるとともに、Ｓｎとの合金化が不充分で、表面がＳｎ合金層にならないなどのような問題が生じてくるからである。さらに合金層１３の厚さは、０．３〜２μｍの範囲であることが好ましい。なお、本発明において、合金層１３とは上記の添加金属の濃度が０．３質量％以上の領域をいう。
【００１６】
さらに、上記の合金層３は次のようにして形成されることが好ましい。
すなわち、図２に示したように、導電性基体１１の表面にＳｎまたはＳｎ合金（例えば、Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ｂｉ，Ｓｎ−Ｃｕ，Ｓｎ−Ｐｂ，Ｓｎ−Ｚｎなど）を電気めっきすることにより合金層１２を形成し、さらにこの合金層１２の上に、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｂｉ，Ｆｅ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｎｉ，ＳｂおよびＺｎよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属を電気めっきして金属層１３’を形成する。このときのめっき法としては、乾式法を適用することも可能であるが、現実的には湿式法を適用することが好ましい。
【００１７】
この金属層１３’の厚さはとくに限定されるものではないが、後述する熱処理でこの金属がＳｎまたはＳｎ合金めっき層中に拡散して所定厚さの合金層１３となることを勘案し、十分な挿入力低下の効果を得るために０．０１μｍ以上とすることが好ましく、また、Ｓｎの有する良好な接点特性を維持するために０．１μｍ以下とすることが望ましい。
【００１８】
ついで、全体に熱処理、好ましくは、リフロー処理を施す。その結果、上記のＳｎまたはＳｎ合金層の表層近傍のＳｎ成分と金属層１３’の金属との合金からなる層、すなわち合金層１３に転化される（図１）。
そのため、このようにして得られためっき材料の合金層１３と相手材とが嵌合摺動した場合でも、相手材が合金層１３に食い込み、削り取るという問題は起こりにくくなり、両者間の抵抗は低減し、摺動性は向上する。
【００１９】
具体的にオス端子とメス端子よりなる嵌合型接続端子の場合を図４に示す。図４において、図６と同一の構成要素には同一の符号を付して示してある。この接続端子において、オス端子１の表面のＳｎめっき層３の上にさらに硬く、脆い合金層７が形成されているので、両端子の摺接移動時に合金層７が容易に破壊される。したがって、メス端子４のディンプル４ａがオス端子１のめっき層３にもぐり込むというような現象が回避され、その結果、挿入力が低減される。
【００２０】
なお、図１に戻って、リフロー処理の条件を適宜選択することにより、合金層１３の表面では前記金属の濃度が高く、導電性基材１１側へ行くほどその濃度が低くなるように傾斜状に金属濃度を変化させることができる。このような態様で合金層１３を形成すると、表面では摺動抵抗が小さく、内部は軟質なＳｎの柔軟性が確保されることにより、接点特性の向上を実現することができるので好適である。
【００２１】
また、導電性基体１１としては、通常、高導電性と優れた機械的強度を確保するためにＣｕまたはＣｕ合金（例えば、Ｃｕ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉなど）が用いられる。なお、コネクタ端子の場合には、導電性基体としてＺｎを含有するＣｕ合金を用いる場合が多い。そして、用途によっては、このＺｎが例えばはんだ付け時の熱拡散で最表面に到達することがあるが、そのような場合は接点特性の劣化が引き起こされる。
【００２２】
なお、導電性基体としての好ましいＺｎ含有量は０．３％以上である。
このような問題を防止するために、図３に示すように、ＳｎまたはＳｎ合金めっき層１２の形成に先立ち、導電性基体１１の表面に、ＣｕもしくはＣｕ合金（例えば、Ｃｕ−Ｓｎ，Ｃｕ−Ｚｎなど）の層、またはＮｉもしくはＮｉ合金（例えば、Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｃｏなど）の層を下地めっき層１４として、さらには、ＮｉもしくはＮｉ合金の下地めっき層１４の上にＣｕもしくはＣｕ合金の層を中間層１５として順次形成して、これらの全体をバリアとして機能させることが好ましい。また、それとは逆に、ＣｕもしくはＣｕ合金の下地めっき層１４の上にＮｉもしくはＮｉ合金の層を中間層１５として順次形成し、それら全体をバリアとして機能させることもできる。
【００２３】
本発明の嵌合型接続端子は、オス端子とメス端子を嵌合摺動したときに、オス端子とメス端子のいずれか一方または両方の少なくとも摺動部となる箇所が、以上説明した材料で構成されているものである。
【００２４】
【実施例】
実施例１〜１６、比較例１〜３
（１）めっき材料の作製
厚さ０．２ｍｍの銅箔にめっき層、および、金属層としてそれぞれ表１に示した材料および厚さの層を形成したのち、ガス炉により非酸化性雰囲気中でリフロー処理を行ってめっき層表面に金属元素を拡散させることにより、表層を合金層に転化し、めっき材料Ｍ−１〜Ｍ−１８を作製した。このときの合金層の厚さも表中に併せて示した。
【００２５】
【表１】
2004225070.tif 000003
【００２６】
（２）嵌合型接続端子の製造および評価
図５に示すような嵌合型接続端子のモデルを作製した。すなわち、オス端子モデル２１として、上記めっき銅箔をそのまま使用し、メス端子モデル２２として、上記めっき銅板にプレス機を用いて直径１ｍｍのディンプル２２ａを形成したものを用意した。オス端子モデル２１とメス端子モデル２２の表面層としては表１に示しためっき材料を、表２に示したように様々な組み合わせとし、各組み合わせの摩擦係数と、常温における接触抵抗および１６０℃で１２０時間大気中にて加熱した後の接触抵抗を測定し、結果を表２に示した。
【００２７】
摩擦係数の測定にはバウデン式摩擦測定器を用い、押付け荷重４．９Ｎ、摺動速度１ｍｍ／ｓｅｃ、摺動距離１０ｍｍとした。
接触抵抗の測定には、図５に示した直流４端子法を使用し、押付け荷重９８０ｍＮ、電流値１０ｍＡとした。
【００２８】
【表２】
2004225070.tif 000004
【００２９】
表２から明らかなように、表面に合金層が形成されていないめっき材料を使用した接続端子は、摩擦係数が大きく、多大な挿入力を必要とする（比較例１）。
さらに、金属層の厚さが不足すると、リフロー処理後に得られた合金層の厚さが不足し、摩擦係数が大きくなる（比較例２，３）。
これに対して、本発明のめっき材料を使用した接続端子は、摩擦係数が小さく、しかも接触抵抗が低い。とくに、オス端子に本発明のめっき材料を使用したときの効果が顕著であることが明らかである。さらには、下地めっき層、中間層を形成すると、加熱後の接触抵抗を低減できるという点で一層優れていることが確認された。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の材料は嵌合摺動時の抵抗が小さく、挿入力を低減することが可能である。したがって、この材料で製造した嵌合型接続端子は、端子数が多くなっても組み付け作業は容易であり、信頼性の高い接続状態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のめっき材料を示す断面図である。
【図２】リフロー処理前のめっき材料を示す断面図である。
【図３】本発明のめっき材料の他の態様を示す断面図である。
【図４】本発明の嵌合型接続端子の嵌合状態を示す概念図である。
【図５】本発明の実施例における接触抵抗の測定方法を説明するための概念図である。
【図６】従来の嵌合型接続端子の嵌合状態を示す概念図である。
【符号の説明】
１、２１        オス端子
４、２２        メス端子
４ａ、２２ａ    ディンプル
１１            導電性基体
１２            ＳｎまたはＳｎ合金めっき層
７，１３        合金層
１３’                        金属層
１４            下地めっき層
１５            中間層
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004225070.tif 000007
【図４】
2004225070.tif 000008
【図５】
2004225070.tif 000009
【図６】
2004225070.tif 000010