JP2013209680A - 接続部品用導電材料 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦係数が低く、耐微摺動摩耗性に優れたコネクタ用端子等の接続部品用導電材料を提供する。
【解決手段】銅合金板条からなる母材の表面に、Ｎｉ被覆層、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層及びＳｎ被覆層がこの順に形成され、その材料表面がリフロー処理されている接続部品用導電材料。母材の表面は粗化処理され、Ｓｎ被覆層の表面にＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が露出している。Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層は、Ｓｎ被覆層の間に不規則的に存在するランダム組織と母材の圧延方向に平行に延びる線状組織からなる。線状組織は、長さ５０μｍ以上、幅１０μｍ以下のものが１ｍｍ^２あたり３５個以上含まれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として自動車分野や一般民生分野で用いられるコネクタ用端子等の接続部品用導電材料に関し、特に雄端子と雌端子の挿抜に際しての摩擦の低減及び使用時の微摺動磨耗の低減が達成できるＳｎめっき付接続部品用導電材料に関する。

自動車の電装分野では、電子制御の多用及び高度化によりコネクタが多極化し、自動車の組立工程においてコネクタの挿入力が増大し、作業者の肉体的負担が増大している。このため、コネクタの低挿入力化が求められてきた。
コネクタの低挿入力化には、コネクタを構成する個々のＳｎめっき付端子の挿入力を低減する必要があり、これまで（１）銅合金母材表面にＮｉ下地層、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層及びＳｎ被覆層からなる表面被覆層を有するＳｎめっき付き接続部品用導電材料（特許文献１参照）、（２）微細な凹凸を形成した銅合金母材表面にＮｉ下地層、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層及びＳｎ被覆層からなる表面被覆層を有し、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が最表面に露出したＳｎめっき付き接続部品用導電材料（特許文献２，３参照）が提案され、自動車分野等において実際に使用されるケースが増えている。

上記（１）のＳｎめっき付き接続部品用導電材料は、Ｓｎ被覆層の下に硬質なＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を形成したことにより、それ以前のＳｎめっき付き接続部品用導電材料に比べて、摩擦係数を３割程度低減することができる。また、上記（２）のＳｎめっき付き接続部品用導電材料は、最表面に露出した硬質なＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が荷重を受け持つため、摩擦係数を大幅に低減することが可能である。
端子材料として上記Ｓｎめっき付き接続部品用導電材料を使用することにより、コネクタを低挿入力化することができる。しかし、今後もコネクタの多極化が進展することが予想されるため、さらなる摩擦係数の低減が求められている。

一方、コネクタの挿入力低減には端子の接圧を低くすることが有効である。しかし、接圧を低くすると、自動車のエンジンの振動及び走行に伴う振動により、雄端子と雌端子の間に微摺動が発生し、これにより端子表面のＳｎめっきが摩耗する。この摩耗により生じた摩耗粉が接点部へかみ込み、酸化して、接触抵抗及び発熱の増大をもたらす。この微摺動磨耗現象を防止するには、接圧をある程度大きくすることが有効であるが、接圧を大きくすると挿入力も増大してしまうため、接圧を大きくするにも限界がある。

特許第４０９０３０２号公報 特許第４０２４２４４号公報 特許第４７７１９７０号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、従来の接続部品用導電材料（前記（１），（２）参照）に比べ、さらに摩擦係数が低く、かつ耐微摺動摩耗性に優れた接続部品用導電材料を提供することを目的とする。

本発明は、前記特許文献２，３に記載された接続部品用導電材料を発展させたものであり、銅合金板条からなる母材の表面に、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％で平均の厚さが０．２〜３．０μｍのＣｕ−Ｓｎ合金被覆層と平均の厚さが０．２〜５．０μｍのＳｎ被覆層がこの順に形成され、その材料表面はリフロー処理されていて、少なくとも一方向における算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向における算術平均粗さＲａが３．０μｍ以下であり、前記Ｓｎ被覆層の表面に前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が露出して形成され、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％であり、少なくとも一方向における平均の材料表面露出間隔が０．０１〜０．５ｍｍである接続部品用導電材料において、前記Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が、Ｓｎ被覆層の間に不規則的に分布するランダム組織と母材の圧延方向に平行に延びる線状組織からなり、前記線状組織として長さ５０μｍ以上、幅１０μｍ以下のものが１ｍｍ^２あたり３５個以上含まれることを特徴とする。この接続部品用導電材料では、圧延方向に対し垂直方向の摩擦係数が平行方向の摩擦係数より小さくなる。

前記接続部品用導電材料では、前記Ｓｎ被覆層の表面に露出する前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さ（露出部の厚さ）が０．２μｍ以上であることが望ましい。
前記接続部品用導電材料において、前記母材の表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＣｕ被覆層を有していてもよい。
また、前記母材の表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＮｉ被覆層が形成されていてもよい。この場合、前記Ｎｉ被覆層とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層との間にさらにＣｕ被覆層を有していてもよい。
さらに、前記母材の表面は、少なくとも一方向における算術平均粗さＲａが０．３μｍ以上で、全ての方向における算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下であることが望ましく、さらに、少なくとも一方向における凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０１〜０．５ｍｍであることが望ましい。
なお、本発明において、Ｓｎ被覆層、Ｃｕ被覆層及びＮｉ被覆層は、それぞれＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉ金属のほか、Ｓｎ合金、Ｃｕ合金及びＮｉ合金を含む。

本発明に係る接続部品用導電材料は、Ｓｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が、Ｓｎ被覆層の間に不規則的に分布するランダム組織に加えて、圧延方向に対し平行方向に延びる特定の形態の線状組織を所定以上の密度で含むことにより、特に圧延方向に対し垂直方向の摩擦係数が従来の接続部品用導電材料より低くなる。嵌合型端子等の接続部品を、挿入方向が圧延方向に垂直方向になるように、前記接続部品用導電材料（銅合金板条）から打抜き加工することで、挿入力を低減することができる。前記接続部品用導電材料は同方向の耐微摺動摩耗性にも優れている。

実施例Ｎｏ．３の試験材の最表面構造の走査電子顕微鏡組成像である。 摩擦係数測定治具の概念図である。 微摺動摩耗測定治具の概念図である。

本発明に係る接続部品用導電材料において、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層中のＣｕ含有量、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ、Ｓｎ被覆層の平均の厚さ、材料表面の算術平均粗さＲａ、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率、材料表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出間隔、Ｓｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さ、Ｃｕ被覆層の平均の厚さ、Ｎｉ被覆層の平均の厚さ、母材表面の算術平均粗さ、及び母材表面の凹凸の平均間隔Ｓｍの各規定は、特許文献２と同じである。以下、これらの規定について一応説明した上で、本発明に係る接続部品用導電材料の特徴部分である、Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の形態について具体的に説明する。

（１）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層中のＣｕ含有量
Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層は、Ｃｕ_６Ｓｎ_５相を主体とする金属間化合物からなる。Ｃｕ_６Ｓｎ_５相はＳｎ被覆層を形成するＳｎ又はＳｎ合金に比べて非常に硬く、それを材料の最表面に部分的に露出形成すると、端子挿抜の際にＳｎ被覆層の掘り起こしによる変形抵抗や凝着をせん断するせん断抵抗を抑制でき、摩擦係数を非常に低くすることができる。さらに、本発明ではＣｕ_６Ｓｎ_５相がＳｎ被覆層の表面に部分的に突出しているため、端子挿抜や振動環境下などにおける電気接点部の摺動・微摺動の際に接圧力を硬いＣｕ_６Ｓｎ_５相で受けてＳｎ被覆層同士の接触面積を一段と低減できるため、摩擦係数をさらに低くすることができ、微摺動によるＳｎ被覆層の摩耗や酸化も減少する。一方、Ｃｕ_３Ｓｎ相はさらに硬いが、Ｃｕ_６Ｓｎ_５相に比べてＣｕ含有量が多いため、これをＳｎ被覆層の表面に部分的に露出させた場合には、経時や腐食などによる材料表面のＣｕの酸化物量などが多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。また、Ｃｕ_３Ｓｎ相はＣｕ_６Ｓｎ_５相に比べて脆いために、成形加工性などが劣るという問題点がある。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の構成成分を、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％のＣｕ−Ｓｎ合金に規定する。このＣｕ−Ｓｎ合金被覆層には、Ｃｕ_３Ｓｎ相が一部含まれていてもよく、下地めっき層、母材及びＳｎめっき中の成分元素などが含まれていてもよい。しかし、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量が２０ａｔ％未満では凝着力が増して摩擦係数を低くすることが困難となる上に、耐微摺動摩耗性も低下する。一方、Ｃｕ含有量が７０ａｔ％を超えると経時や腐食などによる電気的接続の信頼性を維持することが困難となり、成形加工性なども悪くなる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層中のＣｕ含有量を２０〜７０ａｔ％に規定する。より望ましくは４５〜６５ａｔ％である。

（２）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ
本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さを、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎの面密度（単位：ｇ／ｍｍ^２）をＳｎの密度（単位：ｇ／ｍｍ^３）で除した値と定義する（下記実施例に記載したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ測定方法は、この定義に準拠するものである）。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さが０．２μｍ未満では、特に本発明のようにＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を材料表面に部分的に露出形成させる場合には、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。一方、平均の厚さが３．０μｍを超える場合には、経済的に不利であり、生産性も悪く、硬い層が厚く形成されるために成形加工性なども悪くなる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さを０．２〜３．０μｍに規定する。より望ましくは０．３〜１．０μｍである。

（３）Ｓｎ被覆層の平均の厚さ
本発明では、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを、Ｓｎ被覆層に含有されるＳｎの面密度（単位：ｇ／ｍｍ^２）をＳｎの密度（単位：ｇ／ｍｍ^３）で割った値と定義する（下記実施例に記載したＳｎ被覆層の平均の厚さ測定方法は、この定義に準拠するものである）。Ｓｎ被覆層の平均の厚さが０．２μｍ未満では、熱拡散によりＳｎ被覆層表面に拡散するＣｕの量が多くなることから、Ｓｎ被覆層表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、また耐食性も悪くなることから、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。一方、平均の厚さが５．０μｍを超える場合には、経済的に不利であり、生産性も悪くなる。従って、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを０．２〜５．０μｍに規定する。より望ましくは０．５〜３．０μｍである。

（４）材料表面の算術平均粗さＲａ
材料表面の全ての方向において算術平均粗さＲａが０．１５μｍ未満の場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面突出高さが全体に低く、電気接点部の摺動・微摺動の際に接圧力を硬いＣｕ_６Ｓｎ_５相で受ける割合が小さくなり、特に、微摺動によるＳｎ被覆層の摩耗量を低減することが困難となる。一方、いずれかの方向において算術平均粗さＲａが３．０μｍを超える場合、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。従って、材料表面の表面粗さは、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上、かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが３．０μｍ以下と規定する。より望ましくは０．２〜２．０μｍである。なお、本発明では、材料表面の圧延垂直方向において、算術平均粗さＲａが最も大きくなる。

（５）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率
本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を、材料の単位表面積あたりに露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の表面積に１００をかけた値として算出する。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３％未満では、Ｓｎ被覆層同士の凝着量が増し、さらに端子挿抜の際の接触面積が増加するため摩擦係数を低くすることが困難となり、耐微摺動摩耗性も低下する。一方、材料表面露出面積率が７５％を超える場合には、経時や腐食などによる材料表面のＣｕの酸化物量などが多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を３〜７５％に規定する。より望ましくは１０〜５０％である。

（６）Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔
本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を、材料表面に描いた直線を横切るＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の幅（前記直線に沿った長さ）とＳｎ被覆層の平均の幅を足した値と定義する。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔が０．０１ｍｍ未満では、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。一方、平均の材料表面露出間隔が０．５ｍｍを超える場合には、特に小型端子に用いた際に低い摩擦係数を得ることが困難となる場合が生じてくる。一般的に端子が小型になれば、インデントやリブなどの電気接点部（挿抜部）の接触面積が小さくなるため、挿抜の際にＳｎ被覆層同士のみの接触確率が増加する。これにより凝着量が増すため、低い摩擦係数を得ることが困難となる。従って、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を少なくとも一方向（特に圧延垂直方向）において０．０１〜０．５ｍｍとすることが望ましい。より望ましくは、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を全ての方向において０．０１〜０．５ｍｍにする。これにより、挿抜の際のＳｎ被覆層同士のみの接触確率が低下する。さらに望ましくは全ての方向において０．０５〜０．３ｍｍである。

（７）Ｓｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さ
本発明のようにＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部をＳｎ被覆層の表面に露出させる場合、製造条件によりＳｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さが前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さと比較して極めて薄くなる場合が生じる。なお本発明では、Ｓｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さを、断面観察により測定した値と定義する（前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ測定方法とは異なる）。Ｓｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さが０．２μｍ未満の場合、特に本発明のようにＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を材料表面に部分的に露出形成させる場合には、高温酸化などの熱拡散による材料表面のＣｕの酸化物量が多くなり、また耐食性も低下することから、接触抵抗を増加させ易く、電気的接続の信頼性を維持することが困難となる。従って、Ｓｎ被覆層の表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さを０．２μｍ以上とすることが望ましい。より望ましくは０．３μｍ以上である。

（８）Ｃｕ被覆層の平均の厚さ
黄銅や丹銅のようなＺｎ含有Ｃｕ合金を母材として用いる場合などには、母材とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にＣｕ被覆層を有していてもよい。このＣｕ被覆層はリフロー処理後にＣｕめっき層が残留したものである。Ｃｕ被覆層は、Ｚｎやその他の母材構成元素の材料表面への拡散を抑制するのに役立ち、はんだ付け性などが改善されることが広く知られている。Ｃｕ被覆層は厚くなりすぎると成形加工性などが劣化し、経済性も悪くなることから、Ｃｕ被覆層の厚さは３．０μｍ以下が好ましい。
Ｃｕ被覆層には、母材に含まれる成分元素等が少量混入していてもよい。また、Ｃｕ被覆層がＣｕ合金からなる場合、Ｃｎ合金のＣｎ以外の構成成分としてはＳｎ、Ｚｎ等が挙げられる。Ｓｎの場合は５０質量％未満、他の元素については５質量％未満が望ましい。

（９）Ｎｉ被覆層の平均の厚さ
母材とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の間（Ｃｕ被覆層がない場合）、又は母材とＣｕ被覆層の間に、Ｎｉ被覆層が形成されていてもよい。Ｎｉ被覆層はＣｕや母材構成元素の材料表面への拡散を抑制して、高温長時間使用後も接触抵抗の上昇を抑制するとともに、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の成長を抑制してＳｎ被覆層の消耗を防止し、また亜硫酸ガス耐食性が向上することが知られている。また、Ｎｉ被覆層自身の材料表面への拡散はＣｕ−Ｓｎ合金被覆層やＣｕ被覆層により抑制される。このことから、Ｎｉ被覆層を形成した接続部品用材料は、耐熱性が求められる接続部品に特に適する。Ｎｉ被覆層は厚くなりすぎると成型加工性などが劣化し、経済性も悪くなることから、Ｎｉ被覆層の厚さは３．０μｍ以下が好ましい。
Ｎｉ被覆層には、母材に含まれる成分元素等が少量混入していてもよい。また、Ｎｉ被覆層がＮｉ合金からなる場合、Ｎｉ合金のＮｉ以外の構成成分としては、Ｃｕ、Ｐ、Ｃｏなどが挙げられる。Ｃｕについては４０質量％以下、Ｐ、Ｃｏについては１０質量％以下が望ましい。

（１０）Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の形態
Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の形態は、銅合金母材の表面を粗面化する手段としてバフ研磨等を用いた場合、例えば特許文献２の図２に示されるように、研磨方向（通常は圧延方向）に沿って長く延びる線状組織となる。一方、母材の表面を粗面化する手段としてショットブラスト等により粗面化したワークロールを用いた場合、特許文献２の図３に示すように、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層がＳｎ被覆層の間に不規則的に分布した状態のランダム組織となるか、又は特許文献３の図９に示されるように、前記ランダム組織と圧延方向に沿って伸びる線状組織からなる混合組織となる。Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の形態が、上記ランダム組織又は混合組織からなる場合は、長く伸びた線状組織のみからなる場合より、圧延垂直方向及び圧延平行方向共に、摩擦係数がやや小さいことが分かっている。
一方、これまで、上記ランダム組織と混合組織の間で、摩擦係数の違いは見出されていなかったが、本発明者は、上記混合組織において、線状組織が一定以上の密度（１ｍｍ^２あたりの個数）で形成されたとき、摩擦係数が一層低減することを見出した。
本発明に係る接続部品用導電材料では、Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が、ランダム組織と線状組織からなり、圧延方向に対し平行方向に延びる長さ５０μｍ以上、幅１０μｍ以下の線状組織が１ｍｍ^２あたり３５個以上含まれる。長さ５０μｍ以上、幅１０μｍ以下の線状組織の密度（１ｍｍ^２あたりの個数）は、本発明に係る接続部品用導電材料において、Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の形態を特徴付ける組織である。この線状組織の密度が３５個以上より少ないと、特許文献２の接続部品用導電材料に比べて、圧延方向に垂直方向及び平行方向の摩擦係数の低減効果が小さい。

次に、本発明に係る接続部品用導電材料の製造方法について説明する。
（１）本発明に係る接続部品用導電材料は、基本的に特許文献２に記載された製造方法で製造することができる。
すなわち、まず、銅合金板条からなる母材の表面を粗面化して、少なくとも一方向における算術平均粗さＲａが０．３μｍ以上で、全ての方向における算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下の表面粗さとする。前記母材の表面は、少なくとも一方向における凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０１〜０．５ｍｍの表面粗さであることが望ましい。母材表面の粗面化に当たっては、ショットブラスト等により粗面化したワークロールで母材を圧延後、さらに母材を圧延平行方向に機械研磨（バフ研磨やブラシ研磨等）するか、逆に、母材を圧延平行方向に機械研磨した後、ショットブラスト等により粗面化した前記ワークロールで圧延する。あるいは、粗面化したワークロールによる圧延のみで、母材表面を粗面化することができる。この場合、やや粗めのバフ又はブラシ等を用いて圧延ロールを円周方向に研磨後（圧延ロールの円周方向に研磨目が形成される）、さらにショットブラストによる粗面化を行ったワークロール、あるいは圧延ロールをショットブラストにより粗面化後、さらにブラシ又はバフを用いて円周方向に研磨したワークロールを使用することが望ましい。なお、このような粗面化方法によれば、母材表面の算術平均粗さＲａは、圧延垂直方向で最も大きくなる。
また、ワークロールによる圧延で母材表面を粗面化する場合、同一ロールで複数回の圧延（パス）を行うと、ロールの凹凸の形態によっては、最初の圧延で母材に転写された凹凸が２回目以降の圧延で母材に転写された凹凸とが緩衝して適正な凹凸が得られなくなることがあるため、１回の圧延で母材に凹凸を転写することが望ましい。従って、圧延加工率が大きく、複数回の圧延パスが必要になる場合は、その最終パスを粗面化されたワークロールで行なうことが望ましい。また、ロールの凹凸を母材に転写するには、凹凸を形成する圧延パスの圧下率が大きいほうが望ましく、その圧下率は１０％以上、さらには１５％以上、さらには２０％以上が望ましい。

（２）続いて、粗面化した母材の表面にＳｎめっき層を形成し、又はＣｕめっき層とＳｎめっき層をこの順に形成した後、リフロー処理を行い、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ被覆層をこの順に形成する。
母材表面にＳｎめっき層のみを形成する場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層はＣｕ合金母材とＳｎめっき層から形成され、母材表面にＣｕめっき層とＳｎめっき層を形成する場合、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層はＣｕめっき層とＳｎめっき層から形成される。Ｃｕめっき層を形成する場合、母材とＣｕめっき層の間にＮｉめっき層を形成することもできる。リフロー処理後にも残留したＣｕめっき層がＣｕ被覆層となる。

（３）粗面化した母材表面の算術平均粗さＲａが、母材表面の全ての方向において０．３μｍ未満の場合、本発明の接続部品用導電材料の製造が非常に困難となる。具体的にいえば、リフロー処理後の材料表面の少なくとも一方向における算術平均粗さＲａを０．１５μｍ以上とし、かつＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を３〜７５％としながら、同時にＳｎ被覆層の平均の厚さを０．２〜５．０μｍとすることが非常に困難となる。一方、いずれかの方向において算術平均粗さＲａが４．０μｍを超える場合、溶融Ｓｎ又はＳｎ合金の流動作用によるＳｎ被覆層表面の平滑化が困難となる。従って、母材の表面粗さは、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以上、かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下とする。この表面粗さとしたことにより、溶融Ｓｎ又はＳｎ合金の流動作用（Ｓｎ被覆層の平滑化）に伴い、リフロー処理で成長したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が材料表面に露出する。
母材の表面粗さについては、より望ましくは、少なくとも一方向の算術平均粗さＲａが０．４μｍ以上かつ全ての方向の算術平均粗さＲａが３．０μｍ以下である。

（４）上記製造方法は、銅合金板条からなる母材の表面を粗化処理したうえで、該母材表面に直接に、あるいはＮｉめっき層やＣｕめっき層を介してＳｎめっき層を施し、続いてリフロー処理する方法であり、リフロー処理後の材料表面は、少なくとも一方向（特に圧延垂直方向）における平均の材料表面露出間隔が０．０１〜０．５ｍｍであることが望ましい。Ｃｕ合金母材又はＣｕめっき層と溶融したＳｎめっき層の間に形成されるＣｕ−Ｓｎ合金被覆層は、通常、母材の表面形態を反映して成長するため、前記材料表面のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出間隔は、母材表面の凹凸の平均間隔Ｓｍをおよそ反映する。従って、前記一方向において算出された凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０１〜０．５ｍｍであることが望ましい。さらに望ましくは０．０５〜０．３ｍｍである。これにより、材料表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の露出形態を制御することが可能となる。

（５）リフロー処理を行う場合のリフロー条件は、Ｓｎめっき層の溶融温度〜６００℃×３〜３０秒間とする。Ｓｎ金属の場合、加熱温度が２３０℃未満では溶融せず、低すぎないＣｕ含有量のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を得るには、望ましくは２４０℃以上であり、６００℃を越えると母材が軟化し、歪みが発生するとともに、高すぎるＣｕ含有量のＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が形成され、接触抵抗を低く維持することができない。加熱時間が３秒未満では熱伝達が不均一となり、十分な厚みのＣｕ−Ｓｎ合金被覆層を形成できず、３０秒を越える場合には、材料表面の酸化が進行するため、接触抵抗が増加し、耐微摺動摩耗性も劣化する。
このリフロー処理を行うことにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が形成され、溶融Ｓｎ又はＳｎ合金が流動してＳｎ被覆層が平滑化され、０．２μｍ以上の厚さを有するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が材料表面に露出する。また、めっき粒子が大きくなり、めっき応力が低下し、ウイスカが発生しなくなる。いずれにしても、Ｃｕ−Ｓｎ合金層を均一に成長させるためには、熱処理はＳｎ又はＳｎ合金の溶融する温度で、３００℃以下のできるだけ少ない熱量で行うことが望ましい。

Ｚｎ：３０質量％、残部Ｃｕからなる厚さ４５ｍｍの銅合金（黄銅）の鋳塊を、８５０℃×３時間均熱後、熱間圧延して１５ｍｍの板厚とし、６００℃以上で焼き入れ、続いて冷間粗圧延、再結晶焼鈍、及び仕上げ冷間圧延を行い、仕上げ冷間圧延において表面粗化処理を行い又は行わず、板厚０．２５ｍｍで、各々の表面粗さを有するＣｕ合金母材に仕上げた。さらに低温焼鈍後、各々の厚さのＮｉめっき、Ｃｕめっき及びＳｎめっきを施した後、２８０℃で１０秒間のリフロー処理を行って、表１に示す試験材Ｎｏ．１〜８を得た。表面粗化処理として、試験材Ｎｏ．１，５，６は、ブラシ研磨とショットブラストで粗面化したワークロールを用いて圧下した。試験材Ｎｏ．２〜４は、ショットブラストにより粗面化したワークロールを用いて圧下し、続いて圧延方向に沿ってバフ研磨した。試験材Ｎｏ．７，８は表面粗化処理を行わなかった。

試験材Ｎｏ．１〜８のＣｕ合金母材の表面粗さ、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき及びＳｎめっきの平均の厚さは、下記要領で測定した。その結果を表１に示す。

［Ｃｕ合金母材の表面粗さ測定］
接触式表面粗さ計（株式会社東京精密；サーフコム１４００）を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に基づいて測定した。表面粗さ測定条件は、カットオフ値を０．８ｍｍ、基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４．０ｍｍ、測定速度を０．３ｍｍ／ｓ、及び触針先端半径を５μｍＲとした。
［Ｎｉめっきの平均の厚さ測定］
蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて、リフロー処理前の試験材のＮｉめっきの平均の厚さを算出した。測定条件は、検量線にＳｎ／Ｎｉ／母材の２層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。Ｎｉめっき層の平均の厚さはリフロー処理の前後でほとんど変化しない。

［Ｃｕめっきの平均の厚さ測定］
ミクロトーム法にて加工したリフロー処理前の試験材の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を１０，０００倍の倍率で観察し、画像解析処理によりＣｕめっきの平均の厚さを算出した。
［Ｓｎめっきの平均の厚さ測定］
蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて、リフロー処理前の試験材のＳｎめっきの平均の厚さを算出した。測定条件は、検量線にＳｎ／母材の単層検量線又はＳｎ／Ｎｉ／母材の２層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。

続いて、得られた試験材Ｎｏ．１〜８の表面被覆層構成及び材料表面粗さを、表１にあわせて示す。なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ、Ｓｎ被覆層の平均の厚さ、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔、材料表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の線状組織の密度、材料表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さ、及び材料表面粗さについては、下記要領で測定した。

［Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量測定］
まず、試験材をｐ−ニトロフェノール及び苛性ソーダを成分とする水溶液に１０分間浸漬し、Ｓｎ被覆層を除去した。その後、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を用いて、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層のＣｕ含有量を定量分析により求めた。
［Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さ測定］
まず、試験材をｐ−ニトロフェノール及び苛性ソーダを成分とする水溶液に１０分間浸漬し、Ｓｎ被覆層を除去した。その後、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚を測定した。測定条件は、検量線にＳｎ／母材の単層検量線又はＳｎ／Ｎｉ／母材の２層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。得られた値をＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の厚さと定義して算出した。

［Ｓｎ被覆層の平均の厚さ測定］
まず、蛍光Ｘ線膜厚計（セイコーインスツルメンツ株式会社；ＳＦＴ３２００）を用いて、試験材のＳｎ被覆層の膜厚とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚の和を測定した。その後、ｐ−ニトロフェノール及び苛性ソーダを成分とする水溶液に１０分間浸漬し、Ｓｎ被覆層を除去した。再度、蛍光Ｘ線膜厚計を用いて、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚を測定した。測定条件は、検量線にＳｎ／母材の単層検量線又はＳｎ／Ｎｉ／母材の２層検量線を用い、コリメータ径をφ０．５ｍｍとした。得られたＳｎ被覆層の膜厚とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚の和から、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層に含有されるＳｎ成分の膜厚を差し引くことにより、Ｓｎ被覆層の平均の厚さを算出した。

[Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率測定]
試験材の表面を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を搭載したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２００倍の倍率で観察し、得られた組成像の濃淡（汚れや傷等のコントラストは除く）から画像解析によりＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率を測定した。図１にＮｏ．３の試験材のＳＥＭ組成像を示す。
［Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔測定］
試験材の表面を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を搭載したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２００倍の倍率で観察し、得られた組成像から、材料表面に圧延方向に垂直方向に引いた直線を横切るＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の幅（前記直線に沿った長さ）とＳｎ被覆層の平均の幅を足した値の平均を求めることにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の平均の材料表面露出間隔を測定した。

［材料表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の線状組織の密度測定］
試験材の表面を、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光分析器）を搭載したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２００倍の倍率で観察し、得られた組成像１ｍｍ^２中に見られるＣｕ−Ｓｎ合金被覆層のうち、圧延平行方向の長さが５０μｍ以上、幅が１０μｍ以下の線状組織の個数をカウントした。試験材Ｎｏ．３の表面のＳＥＭ組成像を図１に示す。白く見える部分が最表面のＳｎ被覆層、黒く見える部分が材料表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層である。Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層は、白いＳｎ被覆層の間に不連続的に分散した状態のランダム組織と、圧延方向に沿って延びる線状組織からなる。
［材料表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さ測定］
ミクロトーム法にて加工した試験材の断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて１０，０００倍の倍率で観察し、画像解析処理により材料表面に露出するＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さを算出した。

［材料表面粗さ測定］
接触式表面粗さ計（株式会社東京精密；サーフコム１４００）を用いて、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に基づいて測定した。表面粗さ測定条件は、カットオフ値を０．８ｍｍ、基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４．０ｍｍ、測定速度を０．３ｍｍ／ｓ、及び触針先端半径を５μｍＲとした。なお、表面粗さ測定方向は、圧延方向に垂直な方向（表面粗さが最も大きく出る方向）とした。

また、得られた試験材について、摩擦係数評価試験、高温放置後の接触抵抗評価試験、及び微摺動時の接触抵抗評価試験を、下記の要領で行った。その結果を、表２に示す。

［摩擦係数評価試験］
嵌合型接続部品における電気接点のインデント部の形状を模擬し、図２に示すような装置を用いて評価した。まず、各試験材（Ｎｏ．１〜８）から切り出した板材のオス試験片１を水平な台２に固定し、その上に試験材Ｎｏ．８から切り出した半球加工材（内径をφ１．５ｍｍとした）のメス試験片３をおいて被覆層同士を接触させた。続いて、メス試験片３に３．０Ｎの荷重（錘４）をかけてオス試験片１を押さえ、横型荷重測定器（アイコーエンジニアリング株式会社；Ｍｏｄｅｌ−２１５２）を用いて、オス試験片１を水平方向に引っ張り（摺動速度を８０ｍｍ／ｍｉｎとした）、摺動距離５ｍｍまでの最大摩擦力Ｆ（単位：Ｎ）を測定した。オス試験片１の摺動方向は圧延方向に垂直方向及び平行方向とした。摩擦係数を下記式（１）により求めた。なお、５はロードセル、矢印は摺動方向である。
摩擦係数＝Ｆ／３．０ …（１）

［高温放置後の接触抵抗評価試験］
各試験材に対し、大気中にて１６０℃×１２０ｈｒの熱処理を行った後、接触抵抗を四端子法により、開放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡ、無摺動の条件にて測定した。

［微摺動時の接触抵抗評価試験］
嵌合型接続部品における電気接点のインデント部の形状を模擬し、図３に示すような摺動試験機（株式会社山崎精機研究所；ＣＲＳ−Ｂ１０５０ＣＨＯ）を用いて評価した。まず、試験材Ｎｏ．8から切り出した板材のオス試験片６を水平な台７に固定し、その上に各試験材（Ｎｏ．１〜８）から切り出した半球加工材（内径をφ１．５ｍｍとした）のメス試験片８をおいて被覆層同士を接触させた。続いて、メス試験片８に２．０Ｎの荷重（錘９）をかけてオス試験片６を押さえ、オス試験片６とメス試験片８の間に定電流を印加し、ステッピングモータ１０を用いてオス試験片６を水平方向に摺動させ（摺動距離を５０μｍ、摺動周波数を１Ｈｚとした）、摺動回数１０００回までの最大接触抵抗を四端子法により、開放電圧２０ｍＶ、電流１０ｍＡの条件にて測定した。なお、オス試験片６の摺動方向は圧延方向に垂直方向とした。矢印は摺動方向である。

表２に示すように、Ｎｏ．１〜４は、表面被覆層構成に関して本発明に規定する要件を全て満たし、摩擦係数が低く、特に圧延方向に垂直方向の摩擦係数が低くなっている。また、高温長時間放置後の接触抵抗及び微摺動時の接触抵抗についても、優れた特性を示す。
一方、Ｎｏ．５，６は、特許文献２，３に記載された接続部品用導電材料に相当し、表面被覆層構成に関して本発明に規定する要件のうち、材料表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の線状組織の密度の規定のみを満たさず、そのため、Ｎｏ．１〜４に比べると摩擦係数が高く、微摺動時の接触抵抗も高い。なお、Ｎｏ．５，６は、ブラシ研磨とショットブラストにより粗面化したワークロールで圧延して表面粗化処理を行っているが、圧下率が小さく、ブラシ研磨による研磨目も浅いため、材料表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層の線状組織の密度が低く、摩擦係数及び微摺動時の接触抵抗の改善が十分でなかった。
また、Ｎｏ．７，８は、表面粗化処理を行わない通常母材を用いたもので、特許文献１に記載された接続部品用導電材料に相当し、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層が材料表面に露出していないため、Ｎｏ．５，６に比べても、摩擦係数が高く、微摺動時の接触抵抗も高い。

１ オス試験片
２ 台
３ メス試験片
４ 錘
５ ロードセル
６ オス試験片
７ 台
８ メス試験片
９ 錘
１０ ステッピングモータ

Claims (8)

1. 銅合金板条からなる母材の表面に、Ｃｕ含有量が２０〜７０ａｔ％で平均の厚さが０．２〜３．０μｍのＣｕ−Ｓｎ合金被覆層と平均の厚さが０．２〜５．０μｍのＳｎ被覆層がこの順に形成され、その材料表面はリフロー処理されていて、少なくとも一方向における算術平均粗さＲａが０．１５μｍ以上で、全ての方向における算術平均粗さＲａが３．０μｍ以下であり、前記Ｓｎ被覆層の表面に前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の一部が露出して形成され、前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％であり、少なくとも一方向における平均の材料表面露出間隔が０．０１〜０．５ｍｍである接続部品用導電材料において、前記Ｓｎ被覆層の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金被覆層が、Ｓｎ被覆層の間に不規則的に分布するランダム組織と母材の圧延方向に平行に延びる線状組織からなり、前記線状組織として長さ５０μｍ以上、幅１０μｍ以下のものが１ｍｍ^２あたり３５個以上含まれることを特徴とする接続部品用導電材料。
2. 圧延方向に垂直方向の摩擦係数が平行方向の摩擦係数より小さいことを特徴とする請求項１に記載された接続部品用導電材料。
3. 前記Ｓｎ被覆層の表面に露出する前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の厚さが０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載された接続部品用導電材料。
4. 前記母材の表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＣｕ被覆層を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載された接続部品用導電材料。
5. 前記母材の表面と前記Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層の間にさらにＮｉ被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載された接続部品用導電材料。
6. 前記Ｎｉ被覆層とＣｕ−Ｓｎ合金被覆層との間にさらにＣｕ被覆層を有することを特徴とする請求項５に記載された接続部品用導電材料。
7. 前記母材の表面は、少なくとも一方向における算術平均粗さＲａが０．３μｍ以上で、全ての方向における算術平均粗さＲａが４．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載された接続部品用導電材料。
8. 前記母材の表面は、少なくとも一方向における凹凸の平均間隔Ｓｍが０．０１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載された接続部品用導電材料。