(57)【要約】【課題】安価でありながら、安定した接触抵抗を長期間に亘って維持して電気的信頼性および耐久性に優れると共に、端子挿入時の挿入力が充分に小さいコネクタ用電気接点材料およびコネクタ用電気接点を提供する。【解決手段】基材上にＳｂよりも酸化されやすい金属またはその合金からなる金属層を形成する工程と、金属層の上にＳｂ合金層を形成する工程と、金属層およびＳｂ合金層を加熱処理して合金化すると共にその表面にＳｂよりも酸化されやすい金属の酸化物およびＳｂ酸化物の混合体からなる導電性酸化物層を形成する工程とを有しているコネクタ用電気接点材料の製造方法。基材上にＳｂ合金とＳｂよりも酸化されやすい金属との合金層が形成されており、合金層の表面にＳｂ酸化物およびＳｂよりも酸化されやすい金属の酸化物の混合体からなる導電性酸化物層が形成されているコネクタ用電気接点材料。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に、Ｓｂよりも酸化されやすい金属またはその合金からなる金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層の上に、Ｓｂ合金層を形成するＳｂ合金層形成工程と、
前記金属層および前記Ｓｂ合金層を加熱処理して、合金化すると共に、その表面に、前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物およびＳｂ酸化物の混合体からなる導電性酸化物層を形成する導電性酸化物層形成工程とを、
有してい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２】
前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属が、Ｓｎ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の製造方法。
【請求項３】
前記Ｓｂ合金層の形成を、Ａｇ−Ｓｂを用いて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法。
【請求項４】
前記金属層形成工程に先立って、前記基材上にＮｉ層を設ける工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法。
【請求項５】
前記基材が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法。
【請求項６】
基材上に、Ｓｂ合金とＳｂよりも酸化されやすい金属との合金層が形成されており、
前記合金層の表面に、Ｓｂ酸化物および前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物の混合体からなる導電性酸化物層が形成されている
ことを特徴とするコネクタ用電気接点材料。
【請求項７】
前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属がＳｎであり、
前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物がＳｎ酸化物である
ことを特徴とする請求項６に記載のコネクタ用電気接点材料。
【請求項８】
前記合金層が、Ａｇ、ＳｂおよびＳｂよりも酸化されやすい金属の合金層であり、
前記導電性酸化物層が、Ｓｂ酸化物および前記金属の酸化物の混合体とから形成されている
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のコネクタ用電気接点材料。
【請求項９】
前記基材と前記合金層との間に、Ｎｉ層が設けられていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料。
【請求項１０】
請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料を用いて形成されていることを特徴とするコネクタ用電気接点。
【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とその製造方法およびコネクタ用電気接点に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、コネクタ用電気接点材料としては銅（Ｃｕ）合金が主に用いられているが、Ｃｕ合金は表面に不導体や高い電気抵抗率の酸化皮膜が形成されることにより、接触抵抗の上昇を引き起こして、接続機能の信頼性を低下させる恐れがある。
【０００３】
そこで、通常は、Ｃｕ合金の表面に耐食性に優れ、酸化されにくい金属のめっき層、具体的には、例えば金（Ａｕ）めっきなどの貴金属めっき層を形成させて、接触抵抗の上昇を抑制し接続機能の信頼性を高めることが行われている。
【０００４】
しかし、このような貴金属めっきはコストが高いため、一般的には、安価でありながら比較的高い耐食性を有する錫（Ｓｎ）めっきなどが用いられている。ただし、Ｓｎめっきは軟らかいため、摩耗して接触抵抗が上昇する恐れがある。また、端子挿入時の挿入力が高くなるという欠点がある。
【０００５】
このような問題点に対処する技術として、コネクタ用電気接点材料の最表面にＣｕＳｎ合金層を形成する技術（例えば特許文献１）、最表面にＳｎまたはＳｎ合金層を形成し、その下側にＣｕ−Ｓｎを主体とする金属間化合物を含む合金層を形成する技術（例えば特許文献２）、Ｓｎ系めっき層の上にＡｇ３Ｓｎ合金層を形成する技術（例えば特許文献３）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６７４１８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２３５０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２６６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらの技術をもってしても、上記した問題点を充分に解決できているとは言えず、安価でありながら、安定した接触抵抗を長期間に亘って維持して電気的信頼性および耐久性に優れると共に、端子挿入時の挿入力が充分に小さいコネクタ用電気接点材料が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に記載の発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。以下、各請求項毎に本発明を説明する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、
基材上に、Ｓｂよりも酸化されやすい金属またはその合金からなる金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層の上に、Ｓｂ合金層を形成するＳｂ合金層形成工程と、
前記金属層および前記Ｓｂ合金層を加熱処理して、合金化すると共に、その表面に、前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物およびＳｂ酸化物の混合体からなる導電性酸化物層を形成する導電性酸化物層形成工程とを、
有してい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である。
【００１０】
本発明者は、上記課題の解決について種々の検討を行う中で、基材上に、Ｓｂよりも酸化されやすい金属（例えばＳｎ）またはその合金からなる金属層、およびＳｂ合金層（Ｓｂ層を形成することが目的であるが、Ｓｂは単一金属では金属層を形成させることが難しいため、一般にＡｇ−Ｓｂ合金などの合金層で形成される）を形成し、加熱処理（リフロー）した場合、Ｓｂよりも酸化されやすい金属とＳｂ合金とが合金化されると共に、その表面に、Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物（例えばＳｎＯ）およびＳｂ酸化物（例えばＳｂＯ）の混合体からなる導電性酸化物層が形成されて、安定した接触抵抗を長期間に亘って維持して電気的信頼性および耐久性に優れると共に、端子挿入時の挿入力が充分に小さいコネクタ用電気接点材料が得られることが分かった。
【００１１】
即ち、リフローにより、Ｓｂよりも酸化されやすい金属とＳｂ合金とが合金化されると共に、その表面ではＳｂ合金やＳｂよりも酸化されやすい金属が酸化されるが、このとき、Ｓｂよりも酸化されやすい金属が先に酸化されるため、Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物（例えばＳｎＯ）およびＳｂ酸化物の混合体からなる導電性酸化物層が形成されることが分かった。そして、この導電性酸化物層は一旦形成された後はそれ以上酸化が進行しないことが分かった。このため、長期間に亘って導電性を維持することができ、安定して充分に低い接触抵抗を得ることができる。
【００１２】
なお、金属層形成工程とＳｂ合金層形成工程の順序を逆にして、Ｓｂ合金層の上にＳｎなどＳｂよりも酸化されやすい金属またはその合金からなる金属層を形成した場合には、先に形成されたＳｎなどの酸化物（ＳｎＯなど）により、表面が覆われてしまうため、Ｓｂ酸化物の形成ができず、導電性酸化物層を形成させることができない。
【００１３】
そして、上記したリフローにおいて、Ｓｂ合金層を構成するＳｂ以外のＡｇ等の金属は酸化されにくいため、Ｓｂよりも酸化されやすい金属やＳｂ合金と共に合金化（例えば、ＡｇＳｎＳｂ合金など）されるに留まる。
【００１４】
また、リフローにより合金化された材料は、単一の金属より硬くて耐摩耗性に優れると共に低摩擦係数であるため、端子挿入時の挿入力を充分に小さくすることができる。
【００１５】
また、上記したＳｂよりも酸化されやすい金属またはその合金からなる金属層（Ｓｎ層など）やＳｂ合金層の形成に際しては、めっき法などの簡便かつ安価な方法を採用することができ、これらの金属層を酸化性の雰囲気中で加熱処理（リフロー）することにより、容易に合金化させると共に、表面に導電性酸化物層を形成させることができる。
【００１６】
以上のように、本請求項の発明によれば、安定した接触抵抗を長期間に亘って維持して電気的信頼性および耐久性に優れると共に、端子挿入時の挿入力が充分に小さいコネクタ用電気接点材料を得ることができ、このようなコネクタ用電気接点材料を用いることにより、高温環境下や振動下で安定した接触抵抗のコネクタを安価に提供することができる。
【００１７】
なお、本請求項の発明に言う「混合体」には、Ｓｂ酸化物およびＳｂよりも酸化されやすい金属の酸化物の混合物だけでなく、これらの酸化物で形成される化合物（複合酸化物）も含まれる。
【００１８】
そして、上記したＳｂより酸化されやすい具体的な金属としては、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｌなどが挙げられる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、
前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属が、Ｓｎ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の製造方法である。
【００２０】
Ｓｂ酸化物およびＳｎ酸化物の混合体からなる導電性酸化物層は、特に導電性に優れているため、コネクタ用電気接点材料として好ましい。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、
前記Ｓｂ合金層の形成を、Ａｇ−Ｓｂを用いて行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法である。
【００２２】
Ｓｂ合金層の形成方法としては、Ａｇ−Ｓｂを用いることが一般に行われており、合金化の条件が知られているため好ましい。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、
前記金属層形成工程に先立って、前記基材上にＮｉ層を設ける工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法である。
【００２４】
前記したように、コネクタ用電気接点材料の基材としては銅合金などが用いられるが、これらの基材の上に、直接Ａｇ−ＳｂめっきなどによりＳｂ合金層を形成することは困難である。また、基材に含まれるＺｎなどが金属層に拡散する恐れがある。このため、予め、基材上にＮｉ層を下地層として設けることが好ましい。Ｎｉ層を設ける具体的な手段としては、例えば、めっき法を挙げることができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、
前記基材が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料の製造方法である。
【００２６】
Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金は、導電性や成形性に優れると共に、バネ性にも優れた材料であるため、コネクタ用電気接点材料の基材として好ましい。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、
基材上に、Ｓｂ合金とＳｂよりも酸化されやすい金属との合金層が形成されており、
前記合金層の表面に、Ｓｂ酸化物および前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物の混合体からなる導電性酸化物層が形成されている
ことを特徴とするコネクタ用電気接点材料である。
【００２８】
前記したように、Ｓｂ合金とＳｂよりも酸化されやすい金属との合金層の上に、一旦形成された後はそれ以上酸化が進行しない導電性酸化物層が形成されていることにより、長期間に亘って導電性を維持することができ、安定して低い接触抵抗を得ることができる。また、端子挿入時の挿入力を充分に小さくすることができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、
前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属がＳｎであり、
前記Ｓｂよりも酸化されやすい金属の酸化物がＳｎ酸化物である
ことを特徴とする請求項６に記載のコネクタ用電気接点材料である。
【００３０】
前記したように、Ｓｂ酸化物およびＳｎ酸化物の混合体からなる導電性酸化物層は、特に導電性に優れているため、コネクタ用電気接点材料として好ましい。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、
前記合金層が、Ａｇ、ＳｂおよびＳｂよりも酸化されやすい金属の合金層であり、
前記導電性酸化物層が、Ｓｂ酸化物および前記金属の酸化物の混合体とから形成されている
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のコネクタ用電気接点材料である。
【００３２】
前記したように、Ｓｂ合金層の形成方法としては、Ａｇ−Ｓｂを用いることが一般に行われているため好ましい。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、
前記基材と前記合金層との間に、Ｎｉ層が設けられていることを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料である。
【００３４】
前記したように、基材上にＮｉ層を下地層として設けることにより、基材に含まれるＺｎなどが合金層に拡散することを抑制することができ、好ましい。
【００３５】
請求項１０に記載の発明は、
請求項６ないし請求項９のいずれか１項に記載のコネクタ用電気接点材料を用いて形成されていることを特徴とするコネクタ用電気接点である。
【００３６】
これらのコネクタ用電気接点材料を用いることにより、安価でありながら、安定した接触抵抗を長期間に亘って維持して電気的信頼性および耐久性に優れると共に、端子挿入時の挿入力が充分に小さいコネクタ用電気接点を提供することができる。また、高温環境下や振動下で安定した接触抵抗のコネクタ用電気接点を提供することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、安価でありながら、安定した接触抵抗を長期間に亘って維持して電気的信頼性および耐久性に優れると共に、端子挿入時の挿入力が充分に小さいコネクタ用電気接点材料およびコネクタ用電気接点を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るコネクタ用電気接点材料の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るコネクタ用電気接点材料の製造方法を説明する図である。
【図３】本発明の一実施例のコネクタ用電気接点材料のリフロー後および耐久試験後の接触抵抗と接触荷重の関係を示す図である。
【００３９】
以下、本発明を実施の形態に基づき、図面を用いて説明する。
【００４０】
１．コネクタ用電気接点材料の構成
はじめにコネクタ用電気接点材料の構成について説明する。図１は本実施の形態に係るコネクタ用電気接点材料の構成を模式的に示す図である。なお、図１においては、基材として黄銅を、Ｓｂより酸化しやすい金属としてＳｎを用いている。
【００４１】
本実施の形態におけるコネクタ用電気接点材料は、基材の上にＳｂを含むＡｇ合金とＳｂよりも酸化されやすい金属との合金層が形成され、その表面にＳｂ酸化物とＳｂより酸化しやすい金属の酸化物の混合体からなる導電性酸化物層が形成されている。
【００４２】
（１）基材
基材としては、前記したように、導電性および成形性に優れると共に、バネ性にも優れた材料、具体的には、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅまたはこれらの合金が好ましく用いられる。厚みとしては、０．２〜２ｍｍ程度が好ましい。また、円柱型の端子が用いられる場合もある。
【００４３】
そして、前記したように、基材上に直接Ａｇ−ＳｂめっきなどによりＳｂ合金層を形成することは困難であるため、予め、Ｎｉ層を設けておくことが好ましい。Ｎｉ層の厚みとしては、０．５〜５μｍ程度が好ましい。
【００４４】
（２）金属層
金属層は、Ａｇ、ＳｂおよびＳｂよりも酸化されやすい金属を含む合金層で形成されている。Ｓｂよりも酸化されやすい金属としては、前記したように、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ａｌなどが好ましく、中でもＳｎが特に好ましい。
【００４５】
上記合金層における金属元素の比率は特に限定されないが、例えば、Ｓｂよりも酸化されやすい金属としてＳｎを用いた場合、ＡｇとＳｎのモル比（［Ａｇ］／［Ｓｎ］）としては、１．５／１〜４／１が好ましく、３〜４がより好ましい。そして、金属層の厚みとしては、０．１〜５μｍ程度が好ましい。
【００４６】
また、Ｓｂの比率としては、通常約１ａｔｍ％程度が好ましい。
【００４７】
（３）導電性酸化物層
導電性酸化物層は、上記したＡｇ、ＳｂおよびＳｂよりも酸化されやすい金属を含む合金層（ＡｇＳｎＳｂ合金）の酸化物であり、ＳｂＯＸとＳｎＯＸとの混合体、あるいは、ＳｂＯＸおよびＳｎＯＸより形成される化合物を挙げることができる。また、導電性酸化物層中のＳｂとＳｎの比率は特に限定されず、加熱処理の条件を調整することにより所望の比に制御することができる。導電性酸化物層の厚みとしては、１〜２００ｎｍ程度が好ましく、１〜５０ｎｍ程度であるとより好ましい。
【００４８】
２．コネクタ用電気接点材料の製造方法
次に、Ｓｂよりも酸化されやすい金属としてＳｎを用いた場合を例に採り、コネクタ用電気接点材料の製造方法について説明する。図２は本実施の形態に係るコネクタ用電気接点材料の製造方法を説明する図である。
【００４９】
図２に示すように、本実施の形態に係るコネクタ用電気接点材料は、Ｎｉ層が設けられた黄銅製の基材上に、Ａｇ−Ｓｂ合金層、Ｓｎ層、Ａｇ−Ｓｂ合金層の順に各金属層を形成した後、所定の温度で加熱処理（リフロー）することにより製造される。
【００５０】
（１）金属層の形成
めっき法を用いてＮｉ層が設けられた黄銅製の基材上に、Ａｇ−Ｓｂ合金層、Ｓｎ層、Ａｇ−Ｓｂ合金層の順に各金属層を形成する。このとき、最表層であるＡｇ−Ｓｂ合金層に含まれるＳｂが酸化されて、表面にＳｂ酸化物（ＳｂＯＸ）層が生成される。なお、Ｓｎ層はＳｎ合金層であってもよい。
【００５１】
上記では、Ｓｎ層を挟んで、２つのＡｇ−Ｓｂ合金層が形成されるが、基材側のＡｇ−Ｓｂ合金層は、リフロー時、Ｓｎ層との合金化を促進させるために設けられた層である。
【００５２】
（２）リフロー
金属層を形成後、大気雰囲気の下、２５０〜４００℃で１〜１０分程度加熱するリフローを行う。このリフローにより、ＡｇＳｎＳｂ合金層が形成されると共に、その表面ではＳｎおよびＳｂが酸化されるが、このとき、ＳｎはＳｂよりも酸化されやすい金属であるため、Ｓｂ酸化物の形成に先立って、Ｓｎ酸化物が形成される。この結果、ＡｇＳｎＳｂ合金層の表面には、ＳｎＯＸとＳｂＯＸとの混合体からなる導電性酸化物層が形成される。
【００５３】
このとき、本実施の形態とは逆に、最表面にＳｎ層が形成されていると、先に形成されたＳｎ酸化物により、表面が覆われてしまうため、Ｓｂ酸化物の形成ができず、導電性酸化物層を形成させることができない。
【実施例】
【００５４】
１．予備実験
まず、予備実験によりＳｂ酸化物とＳｎ酸化物の混合体が接触抵抗が充分に低く、かつ高温で放置しても接触抵抗が上昇せず安定していることを確認した。具体的には、銅合金上にＮｉめっきした後、ＳｎＳｂはんだ溶融めっきを施した。次いで、エッチングにより表面酸化皮膜を除去後接触抵抗を測定した結果、接触抵抗が充分に低いことが確認された。その後、１６０℃で１２０ｈｒ放置後に再度接触抵抗を測定した結果、接触抵抗は上昇しておらず、安定していることが確認された。
【００５５】
２．電気接点材料の作製
次に、電気接点材料の作製を行った。具体的には、図２に示した方法により、黄銅製の基材上にＡｇＳｎＳｂ合金層を形成した。
【００５６】
（１）Ｎｉ層の形成
まず、黄銅製の基材上に、以下に示す条件で電気めっきを施し、厚み１μｍのＮｉ層を形成した。
【００５７】
（イ）めっき浴の組成
硫酸ニッケル    ２６５ｇ／Ｌ
塩化ニッケル      ４５ｇ／Ｌ
ホウ酸            ４０ｇ／Ｌ
光沢剤
（ロ）電流密度          ０．５Ａ／ｄｍ２
（ハ）温度                ５０℃
【００５８】
（２）Ａｇ−Ｓｂ層の形成
次に、Ｎｉ層の上に、以下に示す条件で電気めっきを施し、厚み１μｍのＡｇ−Ｓｂ層を形成した。
【００５９】
（イ）めっき浴の組成
青化銀            ７５ｇ／Ｌ
青化カリ        １２５ｇ／Ｌ
炭酸カリ          １５ｇ／Ｌ
Ｓｂ            １５０ｐｐｍ
（ロ）電流密度          １．５Ａ／ｄｍ２
（ハ）温度                ２０℃
【００６０】
（３）Ｓｎ層の形成
次に、Ａｇ−Ｓｂ層の上に、以下に示す条件で電気めっきを施し、厚み１μｍのＳｎ層を形成した。
【００６１】
（イ）めっき浴（硫酸浴）の組成
硫酸第一錫        ２０ｇ／Ｌ
硫酸            １１０ｇ／Ｌ
光沢剤            微量
（ロ）電流密度          １．５Ａ／ｄｍ２
（ハ）温度                ２０℃
【００６２】
（４）Ａｇ−Ｓｂ層の形成
次に、Ｓｎ層の上に、上記と同様の条件で電気めっきを施し、厚み０．５μｍのＡｇ−Ｓｂ層を形成した。
【００６３】
（５）リフロー
次に、大気雰囲気下、３００℃で３分のリフローを行い、ＡｇＳｎＳｂ合金層を形成し、電気接点材料の作製を完了した。
【００６４】
３．電気接点材料の評価
作製された電気接点材料のリフロー後、および耐久試験（大気雰囲気下、１６０℃で１２０ｈｒ加熱）後における接触抵抗を測定した。
【００６５】
（１）測定方法
半径３ｍｍの金めっきエンボスを用い、荷重を変えて金めっきエンボスと接触させたときの各荷重における接触抵抗を４端子法を用いて測定した（Ｆ−Ｒ試験）。なお、通電電流を１０ｍＡ、最大荷重を４０Ｎとした。
【００６６】
（２）測定結果
測定結果を図３に示す。図３より、リフロー後の接触抵抗が充分に低いことが確認された。また、耐久試験後においてもリフロー後に比べて接触抵抗が上昇していないことが確認された。このように良好な結果が得られたのは、金属層の表面にＳｂＯＸとＳｎＯＸの混合体からなる導電性酸化物層が形成されているためである。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【図１】
2013197026.tif 000003
【図２】
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【図３】
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