JP2005310513A - ステンレス鋼製電気配線端子 - Google Patents

Abstract

【目的】 めっき材と同程度の表面接触電気抵抗を有し、かつ銅合金と同等の打
抜き性を有するステンレス鋼製電気配線用端子を得る。
【構成】 Ａｇ、ＰｔまたはＰｄの微細な析出相がステンレス鋼基材中に分散し、表層の接触抵抗をめっき材と同程度の表面接触電気抵抗を呈するステンレス鋼板よりなる電気配線用端子。
【選択図】 なし

Description

本発明は銅合金の無垢材、銅めっき材に匹敵する低い表面接触電気抵抗を示し、加工性に優れた電気部品、電子部品用の配線端子に関する。

電気部品、電子部品等に組み込まれ、銅電線を接続するハーネス等の配線端子には、導電性の良好な銅系材料が従来から使用されている。銅系材料のなかでも、ばね性に優れ内部抵抗が小さくばね性に優れた冷間圧延材が多用されている。軟質で伸びが低い冷間圧延材は、打抜き加工により小型で精密な部品を製造する際、加工面に加わる打抜き荷重が小さく、バリも発生しにくいことからパンチ，ダイの破損や摩耗が少なく、打抜き加工に適した材料である。

しかし、銅系材料は、耐食性に劣る。銅系材料から作製された電気配線端子を露出状態で使用すると、表面酸化が進行して表面接触電気抵抗が増加し、電気部品や電子部品の特性が変わることがある。表面酸化による表面接触電気抵抗の増加は、Ｓｎ、Ｎｉ等のめっきにより抑制できる。しかし、めっき工程を必要とするため製品コストが高くなり、使用環境によっては必要な耐食性を付与できない場合もある。
そこで、電気部品や電子部品等に組み込まれる電気接点材料の中で、弱電流が流れる配線端子では接続部品の内部抵抗に起因する発熱を考慮する必要がないことから、耐食性、ばね性に優れたステンレス鋼を配線端子の基材に使用することが検討されている。
例えば、特願平１１−２６６６０７で開示されているようにステンレス鋼にＣｕを添加し、さらにＣｕリッチ相として析出させることで表面接触抵抗が改善出来ることを発明者らは見出している。
特願平１１−２６６６０７

ステンレス鋼表面に形成されている不動態皮膜は、耐食性にとっては有効であるが、比電気抵抗の高い水酸化物，酸化物等から形成されているため表面接触電気抵抗を大きくする原因である。不動態皮膜の悪影響はＮｉ，Ｓｎ等のめっきによって回避できるが、前述のとおり製造コストを高める要因となる。
また、ステンレス鋼は、焼鈍材，冷間圧延材の何れにおいても銅系材料に比較して高強度で延性の大きな材料である。そのため、ステンレス鋼を打抜き加工すると、パンチ、ダイスに大きな負担が加わり、金型寿命が短くなる。具体的には、ステンレス鋼の打抜き加工に使用されるパンチの寿命は、打抜き性を改善した銅系材料に比較すると１／１０以下といわれている。
不動態皮膜に起因する高表面接触電気抵抗や打抜き加工性が悪いこと等から、無垢のステンレス鋼から作製された電気配線端子は、いまのところ実用化されていない。

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ＡｇまたはＰｄの微細な析出相をステンレス鋼基材中に分散させることによって、表層の接触抵抗をめっき材と同程度の表面接触電気抵抗を呈し、銅合金と同等の打抜き性を持つステンレス鋼板よりなる電気配線用端子を提供することを目的とする。
更にＣｕを主体とする第２相（以下、Ｃｕリッチ相という）の析出又はＣｕ濃化層を生成させることによって、導電性をさらに向上させることができる。
Ｃｕの濃化層は、ステンレス鋼板の最表層又は不動態皮膜に含まれるＣｕを、Ｓｉ濃度及びＭｎ濃度に対するＣｕ濃度の重量比Ｃｕ／（Ｓｉ＋Ｍｎ）が０．５以上となるように濃化させることによって接触抵抗を下げることができる。
具体的には、端子を構成するステンレス鋼を以下の構成にすることにより達成される。
１）ＡｇまたはＰｄの一種または二種以上を０．０１〜０．５質量％含むステンレス鋼。
２）０．５質量％以上のＣｕを含み、ＡｇまたはＰｄの一種または二種以上を０．０１〜
０．５質量％含むステンレス鋼。
３）０．５質量％以上のＣｕを含み、ＡｇまたはＰｄの一種または二種以上を０．０１〜
０．５質量％含み、さらにＳｉ及びＭｎの濃度に対するＣｕ濃度が、
Ｃｕ／（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．５
を満足する不動態皮膜又は最表層が形成されているステンレス鋼。
４）Ｃｕを主体とする第２相が０．１体積％以上の割合でマトリックスに分散析出してい
る２）または３）のステンレス鋼。

本発明に係る端子の素材をなすステンレス鋼板としては、ＡｇまたはＰｄの一種または二種以上を０．０１〜０．５質量％含む限り鋼種に特段の制約を受けることなく、フェライト系，オーステナイト系、マルテンサイト系、二相系等、各種ステンレス鋼板が使用できる。
Ａｇ、Ｐｄは製鋼工程では溶鋼に均一溶解しているが、室温では鋼にほとんど固溶しないため、凝固過程で分散析出する。この析出相は通常のステンレス鋼の鋳造条件で十分微細に分散析出するが、最終焼鈍までの工程でたとえば８００℃前後で１時間以上の時効処理を行うことにより、析出を促進することができる。
Ａｇ，Ｐｄの析出相が表層に存在すると、この析出物上にはステンレス鋼の不導体皮膜が形成されないため、この析出物を介して電流は容易に流れることができる。そのため、素材全体としての表面接触抵抗を低く抑えられる。

更にＣｕを主体とする第２相（以下、Ｃｕリッチ相という）の析出又はＣｕ濃化層を生成させることによって、導電性をさらに向上させることができる。この場合、ステンレス鋼板の最表層又は不動態皮膜に含まれるＣｕを、Ｓｉ濃度及び Ｍｎ濃度に対するＣｕ濃度の重量比Ｃｕ／（Ｓｉ＋Ｍｎ）が０．５以上となるように濃化させる。

Ｃｕを表層に濃化させる場合には、露点−３０℃以下の雰囲気で光輝焼鈍することにより、ステンレス鋼板の表層にＣｕが濃化させることが可能である。或いは、大気雰囲気で最終焼鈍した後、フッ酸−硝酸，硫酸−硝酸等の混酸で酸洗することにより表層にＣｕを濃化させることもできる。

Ｃｕリッチ相の析出は、フェライト系ステンレス鋼板の製造ラインにおける最終焼鈍までの工程で時効処理を施すことにより行う。Ｃｕリッチ相の析出量は、温度，時間等の熱処理条件の他に、Ｃｕリッチ相が析出しやすい状態にフェライト系ステンレス鋼板を調整する圧延条件によっても制御できる。

基材表面にＣｕリッチ相２が分散析出したステンレス鋼板や不動態皮膜３又は最表層にＣｕが濃化したステンレス鋼板は、最終焼鈍として光輝焼鈍を施す場合、露点が−３０℃以下の焼鈍雰囲気で光輝焼鈍することにより製造される。焼鈍雰囲気の露点が低くなると、酸化反応が抑制されて比電気抵抗の高い金属酸化物の増量が抑えられ、結果として金属Ｃｕ又はＣｕ酸化物が不動態皮膜３又は最表層に濃化される。他方、露点が−３０℃を超える焼鈍雰囲気では、Ｓｉ，Ｍｎ等の酸化進行に応じて母材内部から表層へのＳｉ，Ｍｎ等の拡散が促進され、比電気抵抗の高い金属酸化物を多量に含む不動態皮膜３又は最表層が形成される。

光輝焼鈍に替えて、大気焼鈍及び酸洗によっても不動態皮膜３又は最表層にＣｕを濃化させることができる。ステンレス鋼板を大気焼鈍するとＣｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｕ等の酸化物を含むスケールが鋼板表面に形成されるが、スケールは酸洗によって除去され、その後に不動態皮膜３が生成する。このとき、焼鈍後のステンレス鋼板を電解酸洗すると、スケール剥離後の鋼板表面に存在するＣｕ又はＣｕリッチ相が電解反応で母材よりも優先的に溶出する。そのため、電解酸洗後の鋼板表面には、Ｃｕ濃度の低い不動態皮膜３が形成される。これに対し、フッ酸−硝酸，硫酸−硝酸等の混酸を用いた酸洗では、Ｃｕ又はＣｕリッチ相の優先的な溶出がなく、酸洗後に生成する不動態皮膜３にＣｕ濃度の低下がない。混酸としては、酸の種類や濃度に特段の制約を受けるものではないが、一般的に濃度１０体積％程度の硫酸，フッ酸と硝酸との混液が使用される。

表１に示す化学組成のステンレス鋼に大気焼鈍を施した後、５％硝酸を用いた電解酸洗及び６％硝酸＋２％フッ酸の混酸を用いた酸洗を施した。一部は７００℃で２４時間の熱処理を行うことによりＣｕリッチ相の析出処理を行った。最終焼鈍は大気焼鈍で行い、仕上げは混酸仕上げとした。
鋼材のＣｕリッチ相量は透過電子顕微鏡による観察によって、マトリックスに分散析出しているＣｕリッチ相の析出量を求めた。
鋼材表層部へのＣｕの濃化の程度は、試験片をグロー発光分析にかけ、Ｃｕ，Ｓｉ及びＭｎについて表面／母材の強度比，母材濃度（質量％）から表面濃度（質量％）を求め、Ｃｕ／（Ｓｉ＋Ｍｎ）として表面層のＣｕ濃度比を算出した。
表面接触抵抗は対極および測定端子に純金を用いてサンプル表面に接触させ、接触端子に１００ｇの重りによる荷重をかけた時の値を測定した。

表２に処理条件とＣｕリッチ相量、表層部へのＣｕ濃化度および表面接触抵抗の測定結果を示す。
Ａｇ、Ｐｄの何れも含有せず、Ｃｕの含有量も０．４％と少ない鋼種Ｆ１は、Ｃｕリッチ相析出処理を行ったにもかかわらずその析出量が少ないため、１０００ｍΩ近い大きな表面接触抵抗を示した。

Ａｇ，Ｐｄの一種以上を含有するＦ３，４，６，７鋼を用いた発明例３，４，８，９は、何れも２００ｍΩ以下という小さい接触抵抗を示した。Ａｇに加え、更にＣｕを含有するＦ５鋼は、発明例Ｎｏ．５に示すようにＣｕリッチ相の析出処理を行わなくても表面接触抵抗は１９９mΩと小さい事がわかる。

また、Ｆ５鋼を更に析出処理によりＣｕリッチ相が鋼中に０．６体積％生成したＮｏ．８は、表面接触抵抗が４９ｍΩと格段に向上している。これは、Ｃｕリッチ相による表面接触抵抗の低減効果の寄与が大きいことを示唆している。

以上の結果より、本発明に係るステンレス鋼製の電気接点端子は本用途に優れた適性があることがわかる。

本発明に係るステンレス鋼性端子は、電気部品、電子部品等に組み込まれ、銅電線を接続するハーネス等の配線端子として利用できる。

Claims (4)

1. ＡｇまたはＰｄの一種または二種以上を０．０１〜０．５質量％含むことを特徴とする、ステンレス鋼製電気配線用端子。
2. ０．５質量％以上のＣｕを含み、ＡｇまたはＰｄの一種または二種以上を０．０１〜０．５質量％含むことを特徴とする、ステンレス鋼製電気配線端子。
3. Ｓｉ及びＭｎの濃度に対するＣｕ濃度が、質量比で
   Ｃｕ／（Ｓｉ＋Ｍｎ）≧０．５
   を満足する不動態皮膜又は最表層が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のステンレス鋼製電気配線端子。
4. Ｃｕを主体とする第２相が０．１体積％以上の割合でマトリックスに分散析出していることを特徴とする、請求項２または３に記載のステンレス鋼製電気配線端子。