JP2014075255A - 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、他の導電部材との間の接点部において高い接続信頼性を有し、かつアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の腐食が抑制さ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、他の導電部材と電気的に接触する接点部を含む領域の表面を被覆し、最表面に露出するようにインジウム層を形成する。インジウム層は、クラッド法又は電解めっき法で形成されることが好ましい。
【選択図】図１

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する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、電気的接続信頼性の向上のために有効である。実際に、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面にスズ系めっき層が形成された材料が、例えば下記特許文献１に開示されている。

特開平５−３４５９６９号公報

スズはアルミニウムに比べて貴な金属であり（高い酸化還元電位を有し）、アルミニウム又はアルミニウム合金の表面にスズ層を形成すると、腐食環境に晒された際に、アルミニウム又はアルミニウム合金とスズとの間で電極反応が起こり、アルミニウム又はアルミニウム合金の腐食を生じる虞がある。コネクタ端子の母材たるアルミニウム及びアルミニウム合金が腐食を受けると、コネクタ端子の電気的特性及び機械的特性が低下する可能性がある。

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、他の導電部材との間の接点部において高い接続信頼性を有し、かつアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の腐食が抑制さ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、他の導電部材と電気的に接触する接点部を含む領域の表面を被覆し、最表面に露出してインジウム層が形成されていることを要旨とする。

ここで、前記コネクタ端子は、前記インジウム層がクラッド法によって前記母材の表面に接合されたクラッド材よりなるとよい。

あるいは、前記インジウム層が電解めっき法によって前記母材の表面に形成されているとよい。

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の少なくとも一部を被覆し、最表面に露出してインジウム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を母材としてなるコネクタ端子の接点部の最表面に、軟らかく、低い体積抵抗率を有し、しかも表面に形成された酸化被膜が容易に破壊されるインジウム層が形成されているため、接点部最表面において低い接触抵抗が得られ、高い接続信頼性が達成される。また、インジウムはアルミニウムと非常に近い腐食電位を有するので、インジウム層と母材との間で電極反応が起こりにくい。よって、上記発明にかかるコネクタ端子においては、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材の腐食が抑制されている。

ここで、前記コネクタ端子が、前記インジウム層がクラッド法によって前記母材の表面に接合されたクラッド材よりなる場合には、母材となるアルミニウム材又はアルミニウム材の表面に厚い酸化被膜が存在しても、その影響を受けずに、比較的容易にインジウム層を形成することができる。

あるいは、前記インジウム層が電解めっき法によって前記母材の表面に形成されている場合には、汎用的な電解めっきの設備を利用してインジウム層を形成することができる。

一方、本発明にかかるコネクタ端子用材料によると、インジウム層が形成された箇所に接点部が形成されるようにコネクタ端子を製造すれば、接点部において、高い接続信頼性と母材の腐食の抑制が両立される。

本発明にかかるコネクタ端子用材料における積層構造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断面図である。

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、少なくともコネクタ端子の接点部となる箇所に、図１に示した積層構造を有する。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、インジウム層２が形成されている。

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。

インジウム層２は、接点部において、別の導電部材との間に良好な電気的接触を確保する役割を果たす。インジウムは、低い抵抗率を有し、しかも非常に軟らかい金属である。インジウム層の最表面には比較的硬い酸化被膜が形成されるが、荷重を印加することで容易に破断、破壊され、軟らかい金属インジウムが露出して相手方の導電部材と密着する。アルミニウム及びアルミニウム合金の表面には非常に硬く厚い絶縁性の酸化被膜が形成されるので、接点部の最表面にアルミニウム又はアルミニウム合金が露出していると、接触抵抗が大きくなってしまうが、インジウム層２が母材１の表面に形成されていることで、接点部の表面における接触抵抗値が低減され、コネクタ端子の接続信頼性が高められる。

コネクタ端子用材料１０においては、母材１とインジウム層２の界面において、アルミニウム又はアルミニウム合金とインジウムが直接接触している。一般に、異種金属が接触する界面においては、それらの金属の腐食電位の差により、イオン種や溶存酸素が存在する液中等の腐食環境において、腐食電位が低い方の金属の腐食が発生する場合がある。金属種を腐食電位が高い方から順に並べた腐食電位列において、下位の金属種ほど腐食を受けやすい。また、２種の金属の腐食電位列における順位が相互に離れているほど、下位にある方の金属が腐食されやすい。下表１は端子の母材もしくはめっきに用いられる代表的な各種金属の腐食電位列（ＮａＣｌ水溶液中）と標準電極電位列を示している。標準電極電位列は標準電極電位が高い順に金属種を並べたものである。

ここで、アルミニウムとインジウムは、腐食電位が非常に近く、腐食電位列において隣接しており、本コネクタ端子用材料１０において、母材１とインジウム層２の界面での腐食は極めて起こりにくい。

上記のように、異種金属間の腐食の起こりやすさの指標として、腐食電位を用いることができる。一方、金属種間における電極反応の起こりやすさの別の指標として、標準電極電位を用いることもできるが、標準電極電位は、酸化等を受けず理想的な金属状態にある金属種の標準状態における酸化還元電位を表している。これに対して、腐食電位は、表面の酸化の影響等を含んだ自然状態にある金属種を対象として、実際の腐食環境において実測されたものであり、現実の腐食の起こりやすさの指標として標準電極電位より適している。標準電極電位列と腐食電位列は、表１に見られるように一致しない。

コネクタ端子の接点部の最表面を被覆する金属種としては、スズが最も一般的に使用される。スズは、インジウムと同様に、低い抵抗率を有し、しかも非常に軟らかい金属である。また、表面に形成される酸化被膜が容易に破壊されるので、端子接点部の接続信頼性を高めることができる。しかし、スズはアルミニウムよりも高い腐食電位を有する。具体的には、表１に示したＮａＣｌ水溶液中における腐食電位列において、スズは４位であるのに対し、アルミニウムは６位である。よって、スズ層が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に接触して形成されている場合には、その界面において電極反応が起こり、母材が界面から腐食される可能性がある。すると、コネクタ端子の電気的特性や機械的強度が低下する場合がある。なお、標準電極電位においても、スズはアルミニウムよりも高い電位を有し、腐食電位列と同じ傾向を示している。

一方、表１に示すように、インジウムは、スズと同様にアルミニウムよりもある程度高い標準電極電位を有するにもかかわらず、腐食電位列において隣接しており、アルミニウムが６位であるのに対し、インジウムが７位である。このように、腐食電位が近接していることで、端子用材料１０において、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる母材１とインジウム層２が接する界面において、電極反応がほとんど起こらず、アルミニウム又はアルミニウム合金及びインジウムがほとんど腐食されない。よって、スズ層が形成されている場合とは異なり、母材１の腐食によって、コネクタ端子の電気的特性及び機械的強度が低下されることが抑制される。なお、純アルミニウムとアルミニウム合金の腐食電位は厳密には同じではないが、アルミニウム合金においても組成の大部分をアルミニウムが占めるため、他種金属との比較においては、この差は無視しうる程度である。

なお、銅の腐食電位もインジウムと同様にアルミニウムと隣接するが、銅は硬い母材の上に硬い酸化被膜が生成し、低く安定な接触抵抗を得るには非常に大きな荷重を要するなど、接点部へのめっきなどによる表面処理には向いていない。鉄も同じ理由で表面処理には向いていない。また、亜鉛はアルミニウムより著しく腐食電位が下位にありアルミニウムによる腐食の影響を大きく受ける為、接点部の表面処理材には向かない。

インジウム層２の厚さは特に限定されるものではないが、０．３〜１０μｍの範囲にあることが好ましい。この範囲よりも薄いと、接触抵抗の低減による接続信頼性向上の効果が十分に発揮されない。また、上記範囲よりも厚いと、材料コストが大きくなってしまううえ、インジウムの軟らかさに起因して、最表面の摩擦係数が上昇し、端子挿入力が増大してしまう。

また、インジウム層２の形成及び接続信頼性向上機能を妨げるものでなければ、母材１とインジウム層２の間に他の材料よりなる層が形成されてもよい。このような層としては、母材金属からの原子の拡散を抑制する機能を有する銅やニッケルよりなる層を例示することができる。また、アルミニウム上へのめっきには一般的には後述する亜鉛によるジンケート処理が用いられるが、この際に極微量の亜鉛の層が残存する場合がある。異種金属が直接接触していなくても、すぐ近くに共存している場合には、腐食環境下に置かれた際に腐食が起こる可能性があるが、上記のようにアルミニウムとインジウムの腐食電位が近接しているため、このように間に他の層が存在する場合にも、母材１の腐食抑制の効果が享受される。ただし、母材１とインジウム層２の間に形成される層がアルミニウムに比べてある程度高い腐食電位を有する金属よりなる場合には、その金属とアルミニウムとの間の電極反応によって母材１が腐食される可能性があることに留意する必要はある。

インジウム層２は、どのような方法で母材１の表面に形成されても構わない。インジウム層２を形成する方法として、めっき法やクラッド法を例示することができる。

電解めっき法を利用する場合、アルミニウム及びアルミニウム合金は、低い標準電極電位を有するうえ、表面が化学的、物理的に安定な厚い絶縁性の酸化被膜に覆われているため、表面に電場が形成されず、インジウム層２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インジウム層２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、０．０１〜０．１μｍの範囲にあることが好ましい。なお、亜鉛層の表面にインジウム層２を電解めっきによって形成すると、亜鉛の大部分はインジウムに置換され、最終的なコネクタ端子材料１０において、母材１とインジウム層２の界面に亜鉛はごく少量しか残存しない。

クラッド法を使用する場合には、母材１の表面に電場を形成する必要がないので、ジンケート処理は必要がなく、アルミニウム材又はアルミニウム合金材とインジウム材を積層し、圧延等の工程によって、これらを接合すればよい。

電解めっき法は、金属の薄層を形成するのに汎用的な方法であり、簡便性にも優れる。一方、クラッド法においては、電解めっき法において必要であるジンケート処理を必要としないので、製造コストを抑制することができる。また、電解めっき法は比較的薄い金属層を形成するのに適しており、クラッド法は比較的厚い金属層を形成するのに適しているので、インジウム層２の厚さが概ね３μｍ以下の場合には電解めっき法を、これよりも厚い場合にはクラッド法を用いることが好ましい。

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を母材とし、接点部にそれぞれ上記コネクタ端子用材料１０におけるインジウム層２が形成されていれば、どのような形状を有していてもよい。図２に、一例として、メス型コネクタ端子２０の構成を示す。

メス型コネクタ端子２０は、公知のメス型コネクタ端子と同様の形状を有する。すなわち、メス型コネクタ端子２０の挟圧部２３は、前方が開口した略四角筒状に形成され、挟圧部２３内に相手方接続部材であるオス型端子２９が挿入される。挟圧部２３の底面の内側には、内側後方へ折り返された形状の弾性接触片２１が形成されている。弾性接触片２１は挟圧部２３内部側へ膨出したエンボス部２１ａにおいてオス型端子２９と接触し、オス型端子２９に上向きの力を加える。弾性接触片２１と相対する挟圧部２３の天井部の表面が内部対向接触面２２とされ、オス型端子２９が弾性接触片２１によって内部対向接触面２２に押し付けられることにより、オス型端子２９が挟圧部２３内において挟圧保持される。

コネクタ端子２０を形成する母材１のうち、弾性接触片２１と内部対向接触面２２の挟圧部２３の内側に露出される表面に、インジウム層２が形成されている。これにより、弾性接触片２１及び内部対向接触面２２と、オス型端子２９との接点部において、高い接続信頼性が実現され、かつ母材１の腐食が抑制される。ここで、インジウム層２は、弾性接触片２１の表面全体に形成されていなくても、弾性接触片２１のうち、エンボス部２１ａにのみ形成されていれば十分である。逆に、さらに広い領域にわたってインジウム層２が形成されていてもよく、コネクタ端子２０を構成する母材１の表面全体を被覆していてもよい。

メス型コネクタ端子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。

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 インジウム層
１０ コネクタ端子用材料
２０ メス型コネクタ端子
２１ 弾性接触片
２１ａ エンボス部
２２ 内部対向接触面

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、他の導電部材と電気的に接触する接点部を含む領域の表面を被覆し、最表面に露出してインジウム層が形成されていることを特徴とするコネクタ端子。
2. 前記インジウム層がクラッド法によって前記母材の表面に接合されたクラッド材よりなることを特徴とする請求項１に記載のコネクタ端子。
3. 前記インジウム層が電解めっき法によって前記母材の表面に形成されていることを特徴とする請求項１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の少なくとも一部を被覆し、最表面に露出してインジウム層が形成されていることを特徴とするコネクタ端子用材料。
5. 前記インジウム層がクラッド法によって前記母材の表面に接合されたクラッド材で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. 前記インジウム層が電解めっき法によって前記母材の表面に形成されてい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。

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