JP2014047360A - コネクタ端子及びコネクタ端子用材料 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム又はアルミニウム合金を母材とし、ニッケル層を有し、ニッケル層の上にスズ層を有するコネクタ端子において、加工が容易であり、かつ加工時にニッケル層及び母材に損傷が生じることが抑制されていることにより、加工性に優れたコネクタ端子を提供すること、及びそのようなコネクタ端子を製造するための材料を提供すること。
【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の表面を被覆して厚さが０．５μｍ未満のニッケル層が形成され、前記ニッケル層の表面を被覆してスズ層が形成されたコネクタ端子用材料を用いてコネクタ端子を形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、コネクタ端子及びそれを形成するための材料に関し、さらに詳しくはアルミニウム又はアルミニウム合金を母材とし、最表面にスズ層が形成されたコネクタ端子及びそれを形成するための材料に関する。

従来、自動車用配線に使用される電線導体やコネクタ端子の母材としては、銅や銅合金が広く利用されてきた。しかし近年、電線の軽量化による車両の軽量化を目的とし、銅又は銅合金よりなる電線導体の代わりに、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる電線導体が用いられることも増えている。アルミニウム及びアルミニウム合金は、銅及び銅合金に比べ、リサイクルが容易であり、資源量も豊富であるという利点もある。

電線導体とそれに接続されるコネクタ端子が異種金属より形成されると、それらの酸化還元電位の差により、大気中の塩分などの影響で電線導体とコネクタ端子との接続部で腐食が発生するおそれがある。これを回避するため、電線導体としてアルミニウム又はアルミニウム合金からなるものが使用される時に、コネクタ端子にもアルミニウム又はアルミニウム合金からなる母材が使用される場合がある。

母材表面の酸化膜等の絶縁性の被膜が、他の導体との接点部において接触抵抗を上昇させることを避けるため、コネクタ端子の接点部には従来からスズめっきが施されることが一般的である。スズめっき端子においては、最表面に比較的硬い絶縁性の酸化スズ被膜が形成されるが、酸化スズ被膜は弱い力で破壊され、容易に軟らかいスズ層が露出するので、良好な電気的接触が形成される。アルミニウム又はアルミニウム合金を母材とするコネクタ端子においても、スズ層が最表面に形成されることが、電気的接触特性の向上のために有効である。

しかし、アルミニウムとスズは合金を形成しないため、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる端子母材の表面にスズ層を直接形成した場合には、スズ層の母材表面に対する密着性が低くなってしまう。そこで、アルミニウムとスズの双方と合金化するニッケルよりなる下地層を母材とスズ層の間に形成することが考えられる。すると、アルミニウム及びスズの両方と合金化したニッケル下地層が、スズ層と母材との間の密着性を高めることになる。

ところで、従来一般の銅又は銅合金を母材とするめっき積層構造の一部として、ニッケル層は従来から使用されている。例えば、特許文献１に示されるように、銅又は銅合金を母材とするスズめっき部材において、母材から表面層への金属原子の拡散を抑制することを目的として、ニッケル下地めっきが利用される。

特開平１０−１３４８６９号公報

コネクタ端子は一般に、めっき等によって被覆層を形成された板状の材料からプレス加工によって展開形状を打ち抜いた後、曲げ加工等によって端子形状とされる。あまりに被覆層が硬い場合には、これらの加工が困難となり、生産性に劣ることになる。また。これらの加工の途中で、被覆層の割れや剥離が生じてしまうと、コネクタ端子において、意図した電気的性能や機械的性能が発揮されなくなったり、材料の腐食が発生したりという事態が起こる可能性がある。とりわけ、自動車用に使用されるコネクタ端子のように、小型化されたコネクタ端子においては、小面積の部材の中に複雑な加工が施されることになるため、これらの問題が生じやすい。

ニッケル層は、他の金属よりなる層と比較して硬く、加工が行いにくい傾向がある。また、硬いニッケル層を有する材料を加工すると、曲げ加工を施した部分などにおいてニッケル層自体や、ニッケル層と密着した他の層及び／又は母材に損傷が発生する場合がある。

本発明が解決しようとする課題は、アルミニウム又はアルミニウム合金を母材とし、ニッケル層を有し、ニッケル層の上にスズ層を有するコネクタ端子において、加工が容易であり、かつ加工時にニッケル層及び母材に損傷が生じることが抑制されていることにより、加工性に優れたコネクタ端子を提供すること、及びそのようなコネクタ端子を製造するための材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明にかかるコネクタ端子は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の表面を被覆して厚さが０．５μｍ未満のニッケル層が形成され、前記ニッケル層の表面を被覆してスズ層が形成されていることを要旨とする。

ここで、前記ニッケル層の厚さが０．２〜０．４μｍの範囲にあることが好適である。

また、前記スズ層の厚さが１〜２μｍの範囲にあるとよい。

一方、本発明にかかるコネクタ端子用材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の表面を被覆して厚さが０．５μｍ未満のニッケル層が形成され、前記ニッケル層の表面を被覆してスズ層が形成されていることを要旨とする。

上記発明にかかるコネクタ端子によると、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材とスズ層との間にニッケル層が形成されているので、ニッケルとアルミニウム及びスズとの間の合金形成により、母材とスズ層との間の密着性が高められている。かつ、ニッケル層の厚さが０．５μｍ未満とされているため、ニッケル層の硬さによって、プレス加工、曲げ加工等の加工が困難となることが避けられる。また、これらの加工を経た際に、ニッケル層自体及びニッケル層と密着する母材に損傷が発生することが抑制される。これらの点において、高い加工性をもってコネクタ端子が製造される。

ここで、ニッケル層の厚さが０．２〜０．４μｍの範囲にある場合には、母材とスズ層の密着性を効果的に高めることができるとともに、加工性が一層高くなる。

また、スズ層の厚さが１〜２μｍの範囲にあると、端子接点部における電気的接触特性がよく向上されるとともに、表面における摩擦係数の増大が防止される。

上記発明にかかるコネクタ端子用材料によると、スズ層の母材への高い密着性を得つつ、加工の困難性及び加工によるニッケル層及び母材への損傷を回避して、高い加工性をもってコネクタ端子を製造することができる。

本発明にかかるコネクタ端子用材料における積層の一例を示す断面図である。 本発明にかかるコネクタ端子の構造の一例を示す斜視図である。 密着曲げを施したコネクタ端子用材料をＳＥＭ観察した像であり、ニッケル層の厚みが、（ａ）は０．１μｍ、（ｂ）は０．２μｍ、（ｃ）は０．３μｍであり、（ｄ）〜（ｆ）はそれぞれ（ａ）〜（ｃ）の拡大図である。 密着曲げを施したコネクタ端子用材料をＳＥＭ観察した像であり、ニッケル層の厚みが、（ａ）は０．４μｍ、（ｂ）は０．５μｍ、（ｃ）は０．８μｍである。（ｄ）〜（ｆ）はそれぞれ（ａ）〜（ｃ）の拡大図である。

以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

本発明にかかるコネクタ端子用材料１０は、図１に示す層構成を有する。つまり、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材１の表面に、ニッケル層２が形成され、ニッケル層２の表面にさらにスズ層３が形成されている。ニッケル層２の厚さは、０．５μｍ未満である。

母材１は、コネクタ端子の基材となるものであり、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成されている。そのため、コネクタ端子をアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる電線導体に接続した際にも、それらの界面で腐食が発生しにくい。

スズ層３は、接点部において、別の導電部材との良好な電気的接触を確保するために形成される。スズ層３の最表面には比較的硬いスズ酸化膜が形成されるが、荷重を印加することで容易に破壊され、軟らかい金属スズが露出して別の導電部材と密着し、良好な電気的接触が形成される。

端子接点部における電気的接触特性向上の効果を十分に発揮するため、スズ層３の厚さは１μｍ以上であることが好ましい。一方、スズ層３が厚すぎると、スズの軟らかさに起因して、表面の摩擦力が大きくなり、コネクタ端子の挿入力が大きくなってしまう可能性がある。よって、スズ層３の厚さは、２μｍ以下であることが好ましい。

ニッケル層２は、母材１とスズ層３の間の密着性を高める役割を果たす。ニッケルはアルミニウムとスズの双方と合金を形成しうるため、双方に対して高い密着性を有する。これにより、ニッケル層２は、スズ層３の母材１に対する密着性を高める。

ニッケル層は、他の金属種よりなる層と比較して硬い性質を有し、ニッケル層を有する板状のコネクタ端子用材料を用いて、プレス加工、曲げ加工等によってコネクタ端子を形成する際に、ニッケル層を有することで加工が困難になる傾向がある。また、このように硬いニッケル層を有するコネクタ端子用材料を加工することにより、プレス加工によって打ち抜かれた端部や曲げ加工によって曲げられた箇所において、ニッケル層に割れや亀裂が発生する可能性がある。さらにこの際に、ニッケル層と強固に密着している母材がニッケル層から張力を受け、母材にまで割れや亀裂等の損傷が発生する可能性がある。すると、他部材との間に電気的接触が形成される箇所における接点特性の低下や、機械的強度の低下、母材の腐食等につながる場合がある。

そこで、本発明にかかるコネクタ端子用材料１０においては、ニッケル層２の厚さが、０．５μｍ未満に制限されている。もし０．５μｍ以上の厚さを有すると、ニッケル層の硬さのために、加工が困難になるとともに、曲げ加工を施した際に、曲げられた部分において、ニッケル層及び母材に割れや亀裂のような損傷が発生してしまう。つまり、加工性が低下してしまう。

ニッケル層２の厚さは、０．２〜０．４μｍの範囲にあると、より好適である。厚さが０．４μｍ以下とされることで、加工がさらに行いやすくなるとともに、ニッケル層２及び母材１における加工時の損傷の発生が一層抑制され、加工性が向上するからである。また、厚さが０．２μｍ以上とされることで、母材１とスズ層３の間の密着性が効果的に向上され、スズ層３の部分的な剥離など、スズ層３に欠陥が発生することが防止される。

ニッケル層２及びスズ層３は、所定の厚さを有する層を形成できるのであれば、どのような方法で形成されても構わないが、簡便性や厚さ制御の精度などの観点から、電解めっきによって形成することが好ましい。ただし、化学的、物理的に安定な厚い絶縁性の酸化物膜が形成されたアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材１の表面には、電場が形成されず、電解めっきによってニッケル層２及びスズ層３を直接形成することは困難である。そこで、母材１の表面に、あらかじめ無電解めっき（化学めっき）によって薄い亜鉛層を形成しておけば（ジンケート処理）、その表面に電解めっきによってニッケル層２及びスズ層３を形成することが可能となる。形成する亜鉛層の厚さとしては、０．１μｍ以下であることが好ましい。なお、亜鉛層の表面にニッケル層２を電解めっきによって形成すると、亜鉛の大部分はニッケルに置換され、最終的なコネクタ端子材料１０において、母材１とニッケル層２の界面に亜鉛はごく少量しか残存しない。

本発明にかかるコネクタ端子は、上記のようなニッケル層２とスズ層３の積層構造を有していれば、どのような形状を有していてもよい。図２に、一例として、公知の雄型コネクタ端子と同様の形状を有する雄型コネクタ端子２０の構成を示す。

雄型コネクタ端子２０は、前方に、雌型コネクタ端子の嵌合部に挿入、挟圧等され、雌型コネクタ端子との間に電気的接触を形成するタブ２１を有する。また、タブ２１の後方に、電線導体をかしめて雄型コネクタ端子２０と電線導体との間に電気的接触を形成するワイヤバレル２２を有する。そして更に後方に、電線導体の外周を被覆する絶縁体をかしめて電線を雄型コネクタ端子２０に強固に固定するためのインシュレーションバレル２３を有する。

雄型コネクタ端子２０においては、少なくとも雌型コネクタ端子及び電線導体とそれぞれ電気的に接触するタブ２１の最表面と、ワイヤバレル２２の電線導体と接触する面の最表面とに、電気的接触特性を高めるためにスズ層３が形成されていることが望ましい。そして、スズ層３が形成されている箇所には、スズ層３の密着性を高めるため、下地層としてニッケル層２が形成されている必要がある。

雌型コネクタ端子、電線導体など他の導電部材と電気的に接触しない箇所には、スズ層３が形成される必要がないので、母材金属がそのまま露出されていてもよい。ただし、必要な箇所にのみめっき層を形成する部分めっき法などを採用すると、製造コスト及び工程数が増加してしまうので、接点部となる箇所のみでなく、全体にめっき層を形成したコネクタ端子用材料からコネクタ端子が形成され、コネクタ端子の表面全体がめっき層に覆われる場合が多い。このような場合、本発明にかかるコネクタ端子全体がニッケル層２及びスズ層３に被覆されていることになる。そして、少なくともプレス加工、曲げ加工等の加工を受ける箇所を含む領域においては、加工性の低下を避けるため、ニッケル層の厚さが０．５μｍ未満とされている必要がある。

雄型コネクタ端子２０のようなコネクタ端子は、例えば、板状のコネクタ端子用材料１０から端子の展開形状を打ち抜き、打ち抜いた展開形状の所定箇所に折り曲げ加工を施す等の工程を経て、端子形状を完成させることにより、形成することができる。この場合、打ち抜き形状の端縁として形成される箇所、及び曲げを受ける箇所を含む領域に形成されたニッケル層が、０．５μｍ未満の厚さを有している必要がある。

プレス加工及び曲げ加工において、材料が最も厳しい変形を受ける加工の１つが、密着曲げと呼ばれる加工である。これは、板材を曲げ角度１８０°で曲げ、断面略ヘアピン状の構造とするものである。例えば、雄型コネクタ端子２０のタブ２１の側部２１ａにおいて、密着曲げ加工が使用されている。このような材料が厳しい変形を受ける箇所においても、ニッケル層２の厚さが０．５μｍ未満とされることで、高い加工性が確保され、ニッケル層２及び母材１に損傷が発生することが抑制される。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

［試料片の作成］
０．３ｍｍの厚さを有する清浄なアルミニウム基板の表面に、無電解めっきにより、厚さ０．１μｍ以下の亜鉛めっき層を形成した。その上に、電解めっきにより、ニッケル層を０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．８μｍの４通りの厚さで形成した。さらにその上に、電解めっきにより、厚さ２μｍのスズ層を形成することにより、ニッケル層の厚さが異なる４通りのめっき試料片を作成した。

次に、それぞれのめっき試料片に密着曲げ加工を施した。つまり、めっき試料片の中途箇所を１８０°の曲げ角度で折り曲げた。折り曲げによって平行に対向された板材の外側の面同士の間隔は、０．６４ｍｍとなった。

［折り曲げ部分の構造の評価］
密着曲げ加工後の試料片について、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、折り曲げた箇所を外側から観察した（図２のＡ方向に相当する方向から観察した）。

［試験結果及び考察］
図３及び図４に示すＳＥＭ像によると、図３（ａ）〜（ｆ）及び図４（ａ）、（ｄ）のニッケル層の厚さが０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍの場合には、試料片の画像上下方向中央の位置に形成された折り曲げ位置に、その周囲と異なる構造は観測されていない。つまり、折り曲げに起因する材料の割れや亀裂等は発生していない。なお、試料片の表面全体に見られる鱗片状の構造は、母材の表面のシワに由来する。

しかし、図４（ｂ）、（ｅ）のニッケル層の厚さが０．５μｍの場合には、折り曲げ位置に対応する試料片の画像上下方向中央部に、横方向に走る直線状の暗い筋状の構造が観測されている。これは、折り曲げによってニッケル層及びその下のアルミニウム母材に生じた亀裂に対応するものであり、アルミニウム母材が最表面に露出した状態となっている。

図４（ｃ）、（ｆ）のニッケル層の厚さが０．８μｍの場合にも、同様に折り曲げ位置に筋状の構造が観察されている。しかも、この筋状の構造の幅はニッケル層の厚さが０．５μｍの場合よりもさらに広くなっている。これは、ニッケル層及びアルミニウム母材に生じた亀裂の幅がさらに大きくなっていることを示している。また、暗い筋状の構造の隣（画像の上方向）に、ひときわ明るく筋状に観察される部分がある。これは、亀裂が深くなることにより、亀裂の縁に急峻な高低差が形成され、電子線がこの縁の箇所で強く散乱されているためであると考えられる。つまり、ニッケル層の厚さが０．５μｍから０．８μｍに厚くなることにより、曲げ加工された箇所に生じる亀裂の幅が大きくなるとともに、深くなっていることが分かる。

以上より、ニッケル層が薄いほど密着曲げ加工が施された際にニッケル層及びアルミニウム母材に損傷が発生しにくく、ニッケル層の厚さが０．５μｍ未満でなければ、損傷の発生を回避できないことが分かる。また、ニッケル層の厚さが０．４μｍ以下であれば、損傷の発生は確実に防止されている。上述のように、密着曲げ加工は、種々の加工の中で最も厳しい加工であり、ニッケル層の厚さが０．５μｍ未満である場合に、密着曲げ加工において損傷が発生しなかったということは、その他の加工においても損傷の発生を高い確度で回避できるということを示している。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態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。

１ 母材
２ ニッケル層
３ スズ層
１０ コネクタ端子用材料
２０ 雄型コネクタ端子
２１ タブ
２１ａ 側部
２２ ワイヤバレル

Claims (6)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の表面を被覆して厚さが０．５μｍ未満のニッケル層が形成され、前記ニッケル層の表面を被覆してスズ層が形成されたコネクタ端子。
2. 前記ニッケル層の厚さが０．２〜０．４μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ端子。
3. 前記スズ層の厚さが１〜２μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のコネクタ端子。
4. アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の表面を被覆して厚さが０．５μｍ未満のニッケル層が形成され、前記ニッケル層の表面を被覆してスズ層が形成されたコネクタ端子用材料。
5. 前記ニッケル層の厚さが０．２〜０．４μｍの範囲にあることを特徴とする請求項４に記載のコネクタ端子用材料。
6. 前記スズ層の厚さが１〜２μｍの範囲にあることを特徴とする請求項４又は５に記載のコネクタ端子用材料。