JP4308931B2 - ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板およびその薄板で製造したコネクタ - Google Patents
ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板およびその薄板で製造したコネクタ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コネクタ、特に多ピンコネクタを作るためのＳｎまたはＳｎ合金を仕上げメッキしたＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板およびそのＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で製造したコネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コネクタはＣｕ−Ｚｎ合金（例えば、Ｃ２６００）、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金（例えば、Ｃ５１９１）、Ｍｇ：０．３〜２重量％、Ｐ：０．００１〜０．１重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金などの銅合金薄板を切断して条とし、これをプレス加工、打抜き加工、曲げ加工などの金属加工を施すことにより作製される。この場合、得られたコネクタの良好な接触性や熱安定性を得るとともに経済性を目的に銅合金条の段階でＳｎまたはＳｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などのＳｎ合金メッキを施したり、あるいは最終的に加工を施した後ＳｎまたはＳｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などのＳｎ合金メッキを施すことが多く行われている。
【０００３】
この時のＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層は、銅合金薄板の上にＣｕ下地層を形成し、このＣｕ下地層の上に電気メッキ法により形成される。さらに、Ｃｕの下地層を形成することなく、銅合金薄板の上に直接電気メッキ法によりＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層を形成することも行われている。この電気メッキによりＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層を形成した銅合金薄板は、さらにリフロー処理を施すことによりＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層の表面部を溶融させると共に、銅合金薄板の上のＣｕ下地層とＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層の間または銅合金薄板とＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層の間に拡散合金層を形成して仕上げられる。また、銅合金薄板をＣｕの下地層を形成することなく直接溶融したメッキ浴に銅合金薄板を通す溶融メッキ法を施すことによりＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板を製造することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電気・電子回路部品は、多機能化に伴って回路数が増大し、これら回路を供給するコネクタも多極化が進み、ピン数も２０以上ある多ピンコネクタの需要が増大してきている。例えば、自動車の組み立て工程では、人力によるコネクタの装着工程が必要とされるが、多ピン化に伴う挿入力の増大が作業員の疲労をもたらし、大きな問題になってきている。そのため挿入力の小さな多ピンコネクタが求められているが、挿入力を小さくすると離脱しやすくなって装着性が不安定となる。
また、これら多ピンコネクタは自動車のエンジン廻りのような高温で振動のある環境下で使用されることがあるが、高温に長時間さらされても接触抵抗が増大することがなく、さらに把持力が変化せず、エンジンなどの振動により外れることのない安定した装着を確保できるコネクタも求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる観点から、多ピンコネクタであっても装着しやすく、かつ自動車のエンジン廻りのような高温で振動のある環境下で使用しても接触抵抗が増大することがなく、また外れることのない優れた接続強度を示す多ピンコネクタを得るべく研究を行った結果、
（ａ）ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作製したコネクタの特性は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板に形成された拡散合金層の状態に大きく影響され、拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側に溝が形成されて溝により粒状区画に区切られた構造を有すると、このＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作製したコネクタは挿入力が小さく、かつ離脱力が大きくて振動のある環境下で使用しても離脱することがなく、優れた特性を示す、
（ｂ）前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側の拡散合金層の溝により多数の粒状区画に区切られた粒状区画は、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の場合は平均粒径：１．３〜４．５μｍの範囲内の大きさを有することが好ましい、
（ｃ）前記銅合金薄板は、通常のＣｕ−Ｚｎ合金（例えば、Ｃ２６００）、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金（例えば、Ｃ５１９１）など、コンタクトピンに使用される銅合金薄板であればいかなる銅合金薄板であっても良いが、特にＮｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金薄板であると、自動車のエンジン廻りのような高温で振動のある環境下で使用しても接触抵抗および把持力が変化せず、エンジンなどの振動により離脱することのない安定した装着を確保できる、という知見を得たのである。
【０００６】
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであって、
（１）銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層、Ｃｕ下地層の上に形成されたＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の上に形成されたＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層からなり、前記ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側が溝により粒状区画に区切られた構造を有し、その粒状区画の大きさは平均粒径：１．３〜４．５μｍの範囲内にあるコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板、
（２）銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の上に形成されたＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層からなり、前記ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側が溝により粒状区画に区切られた構造を有し、その粒状区画の大きさは平均粒径：１．２〜４．１μｍの範囲内にあるコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板、に特徴を有するものである。
また、（１）においては、前記拡散合金層の平均厚さが０．５７〜１．０７μｍであり、（２）においては、前記拡散合金層の平均厚さが０．５０〜０．９６μｍであるものとしてもよい。
【０００７】
この発明のＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板を構成する銅合金薄板は、通常のコネクタを作るためのＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板に使用するＣｕ−Ｚｎ合金（例えば、Ｃ２６００）、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金（例えば、Ｃ５１９１）、Ｍｇ：０．３〜２重量％、Ｐ：０．００１〜０．１重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板などいかなる種類の銅合金薄板も使用することができるが、特に、Ｎｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金薄板を使用すると、熱的安定性に優れたＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板が得られ一層好ましい。
【０００８】
従って、この発明は、
前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板において、前記銅合金薄板は、Ｎｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなるコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板、に特徴を有するものである。
【０００９】
さらにこの発明は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作られたコネクタも含むものである。従って、この発明は、
前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作られたコネクタ、に特徴を有するものである。
【００１０】
この発明のＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板のＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層側の溝により区画された粒状区画を有する拡散合金層は、銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層の上にＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層を電気メッキ法により形成し、ついで、通常より高い炉温度でリフロー処理を施すことにより製造することができる。前記Ｓｎ合金メッキ仕上げ層のＳｎ合金は、いかなる組成のＳｎ合金であってもよいが、Ｐｂ：３〜５０重量％を含有し、残りがＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎハンダ、またはＣｕ：１〜１０重量％を含有し、残りがＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎハンダであることが好ましい。メッキ仕上げ層がＳｎである場合、拡散合金層は二元系のＣｕ−Ｓｎ合金で構成されるが、メッキ仕上げ層がＳｎ合金である場合、ＣｕとＳｎを主成分とする三元系以上の合金で構成される。この銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層とＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げメッキ層との間に形成された拡散合金層は、通常、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げメッキ層よりも硬く、挿入力を低める意味からコネクタ用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板に欠くことのできない構成である。
【００１１】
この発明の前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板の拡散合金層に形成された粒状区画について図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００１２】
図１は、前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板は、図１に示されるように、銅合金薄板１、銅合金薄板１の上に形成されたＣｕ下地層８、溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２、並びにＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層３から構成されている。前記溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２は、これを平面状態で見ると、図３に示されるように、溝４により区画された敷石状態または地割れ状態の粒状区画５を有している。図３の説明は、後で詳述する。
【００１３】
この敷石状態または地割れ状態の粒状区画５が大きいＳｎメッキ銅合金薄板であるほどコネクタ材として使用した場合にコネクタの特性が優れたものとなるが、その大きさは平均粒径で５μｍを越えるほど大きな粒状区画を形成することは難しく、一方、粒状区画の大きさが平均粒径で０．１μｍ未満では粒状区画形成による効果が十分に現れない。従って、粒状区画の大きは平均粒径：０．１〜５μｍに定めた。粒状区画の大きさの一層好ましい範囲は平均粒径：０．３〜３μｍである。
【００１４】
図４は、前記（２）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。前記（２）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板は、銅合金薄板１の上に（Ｃｕ下地層を形成することなく）直接、溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２が形成され、その上にＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層３が形成されている。銅合金薄板１の上に直接形成された溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２の構成は、前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板と同じ敷石状態または地割れ状態の粒状区画５を有することが確認されたので、拡散合金層２の平面状態図の記載は省略した。また前記（２）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板の拡散合金層２に形成される粒状区画５の大きは、前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板と同じく、平均粒径：０．１〜５μｍの範囲内にあることが好ましく、平均粒径：０．３〜３μｍの範囲内にあることが一層好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
表１〜表２に示される成分組成を有する板厚：０．３ｍｍの銅合金板Ａ〜Ｈを用意した。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】
実施例１
表１に示される銅合金板Ａ〜Ｈをアルカリ脱脂、電解脱脂および酸洗いした後、下記の条件により、表３〜表４に示される厚さのＣｕ下地メッキを行い、さらに表３〜表４に示される厚さのＳｎ仕上げメッキまたは９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ仕上げメッキを行い、ついで還元雰囲気中、表３〜表４に示される条件のリフロー処理を行うことにより、表３〜表４に示される平均粒径を有する粒状区画および平均厚さからなる拡散合金層を形成した本発明Ｓｎメッキ銅合金薄板（以下、本発明薄板という）１〜１１および比較Ｓｎメッキ銅合金薄板（以下、比較薄板という）１〜２を作製した。
【００１９】
ａ．Ｃｕ下地メッキ条件
メッキ浴組成：硫酸銅２５０ｇ／ｌ、硫酸６０ｇ／ｌ、塩素イオン５０ｇ／ｌ、添加剤２ｇ／ｌ、
メッキ浴温度：３０℃、
電流密度：３Ａ／ｄｍ2
【００２０】
ｂ．Ｓｎ仕上げメッキ条件
メッキ浴組成：硫酸第一錫４０ｇ／ｌ、硫酸１１０ｇ／ｌ、クレゾールスルホン酸２５ｇ／ｌ、添加剤７ｇ／ｌ、
メッキ浴温度：２０℃、
電流密度：３Ａ／ｄｍ2 、
【００２１】
ｃ．９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ仕上げメッキ条件
メッキ浴組成：ホウフッ化第一錫２００ｇ／ｌ、ホウフッ化鉛２０ｇ／ｌ、ホウフッ化水素酸２３５ｇ／ｌ、添加剤３０ｇ／ｌ、
メッキ浴温度：２５℃、
電流密度：２Ａ／ｄｍ2 、
【００２２】
なお、得られた本発明薄板１〜１１および比較薄板１〜２の下地メッキ層、拡散合金層および仕上げメッキ層の厚さは、電解式膜厚計により測定すると共に、補助的に蛍光Ｘ線膜厚計、断面のＳＥＭ観察およびＥＰＭＡによる観測などの手段を用いて測定した。さらに拡散合金層の粒状区画の寸法は、本発明薄板１〜１１および比較薄板１〜２の仕上げメッキ層を電解法により除去して表面に拡散合金層を露出させ、拡散合金層の露出面を電子顕微鏡により二次電子像を撮り、この組織写真により測定した。この発明の拡散合金層の構成を一層理解しやすくするために、本発明薄板１の拡散合金層を平面から見た粒状区画の電子顕微鏡組織写真を図２に示し、さらにその写生図を図３に示した。図２の電子顕微鏡組織写真によると、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２は溝４により区画されて敷石状態または地割れ状態の粒状区画５が形成されていることが分かる。
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
本発明薄板１〜１１および比較薄板１〜２を用い、図５に示される形状の雄コネクタ６および雌コネクタ７を作製し、雄コネクタ６を雌コネクタ７に挿入したのち、雄コネクタ６を雌コネクタ７から引き抜き、挿入する時の最大荷重および引き抜く時の最大荷重をそれぞれ１０回測定し、その平均値をそれぞれ挿入力および離脱力として表５に示した。
【００２６】
【表５】
【００２７】
表１〜表５に示される結果から、本発明薄板１〜１１で作られたコネクタは、いずれも挿入力が３．５（Ｎ）以下でかつ離脱力が３．８（Ｎ）以上になっており、適正な設計を行うことにより、挿入力が小さくかつ挿入後離脱することのない安定した多ピンコネクタが得られることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた比較薄板１〜２で作られたコネクタは、挿入力が大き過ぎる不具合が生じ、多ピンコネクタとして安定性に問題があることが分かる。
【００２８】
実施例２
表１〜表２に示される銅合金板Ａ〜Ｈをアルカリ脱脂、電解脱脂および酸洗いした後、銅合金板Ａ〜Ｈの上に実施例１で行った条件と同じ条件により、表６〜表７に示される平均厚さのＳｎ仕上げメッキまたは９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ仕上げメッキを行い、ついで還元雰囲気中、表６〜表７に示される条件のリフロー処理を行うことにより、表６〜表７に示される寸法の粒状区画を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層をもった本発明薄板１２〜２２および比較薄板３〜４を作製した。
【００２９】
【表６】
【００３０】
【表７】
【００３１】
得られた本発明薄板１２〜２２および比較薄板３〜４について、実施例１と同様にして図５に示される形状の雄コネクタ６および雌コネクタ７を作製し、挿入力、離脱力を測定し、その結果を表８に示した。
【００３２】
【表８】
【００３３】
表１〜表２および表６〜表８に示される結果から、本発明薄板１２〜２２で作られたコネクタは、いずれも挿入力が３．５（Ｎ）以下、離脱力が３．８（Ｎ）以上であることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた比較薄板３〜４で作られたコネクタは、挿入力が大きくなることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
上述のように、この発明のＳｎメッキ銅合金薄板は、比較Ｓｎメッキ銅合金薄板と比べてコネクタ板材として優れており、この発明のＳｎメッキ銅合金薄板で作製したコネクタは、雄コネクタを雌コネクタに挿入する時の挿入力が小さいところからコネクタの挿入作業がやりやすく、離脱力が大きく、従って、優れたコネクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。
【図２】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板のＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層を平面から見た電子顕微鏡組織写真である。
【図３】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板のＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層を平面から見た電子顕微鏡による組織の写生図である。
【図４】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。
【図５】 雄コネクタを雌コネクタに挿入した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 銅合金薄板、
２ ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、
３ ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層、
４ 溝、
５ 粒状区画、
６ 雄コネクタ
７ 雌コネクタ
８ Ｃｕ下地層
【発明の属する技術分野】
この発明は、コネクタ、特に多ピンコネクタを作るためのＳｎまたはＳｎ合金を仕上げメッキしたＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板およびそのＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で製造したコネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コネクタはＣｕ−Ｚｎ合金（例えば、Ｃ２６００）、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金（例えば、Ｃ５１９１）、Ｍｇ：０．３〜２重量％、Ｐ：０．００１〜０．１重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金などの銅合金薄板を切断して条とし、これをプレス加工、打抜き加工、曲げ加工などの金属加工を施すことにより作製される。この場合、得られたコネクタの良好な接触性や熱安定性を得るとともに経済性を目的に銅合金条の段階でＳｎまたはＳｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などのＳｎ合金メッキを施したり、あるいは最終的に加工を施した後ＳｎまたはＳｎ合金、Ｓｎ−Ｐｂ合金などのＳｎ合金メッキを施すことが多く行われている。
【０００３】
この時のＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層は、銅合金薄板の上にＣｕ下地層を形成し、このＣｕ下地層の上に電気メッキ法により形成される。さらに、Ｃｕの下地層を形成することなく、銅合金薄板の上に直接電気メッキ法によりＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層を形成することも行われている。この電気メッキによりＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層を形成した銅合金薄板は、さらにリフロー処理を施すことによりＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層の表面部を溶融させると共に、銅合金薄板の上のＣｕ下地層とＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層の間または銅合金薄板とＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層の間に拡散合金層を形成して仕上げられる。また、銅合金薄板をＣｕの下地層を形成することなく直接溶融したメッキ浴に銅合金薄板を通す溶融メッキ法を施すことによりＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板を製造することも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、電気・電子回路部品は、多機能化に伴って回路数が増大し、これら回路を供給するコネクタも多極化が進み、ピン数も２０以上ある多ピンコネクタの需要が増大してきている。例えば、自動車の組み立て工程では、人力によるコネクタの装着工程が必要とされるが、多ピン化に伴う挿入力の増大が作業員の疲労をもたらし、大きな問題になってきている。そのため挿入力の小さな多ピンコネクタが求められているが、挿入力を小さくすると離脱しやすくなって装着性が不安定となる。
また、これら多ピンコネクタは自動車のエンジン廻りのような高温で振動のある環境下で使用されることがあるが、高温に長時間さらされても接触抵抗が増大することがなく、さらに把持力が変化せず、エンジンなどの振動により外れることのない安定した装着を確保できるコネクタも求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、かかる観点から、多ピンコネクタであっても装着しやすく、かつ自動車のエンジン廻りのような高温で振動のある環境下で使用しても接触抵抗が増大することがなく、また外れることのない優れた接続強度を示す多ピンコネクタを得るべく研究を行った結果、
（ａ）ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作製したコネクタの特性は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板に形成された拡散合金層の状態に大きく影響され、拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側に溝が形成されて溝により粒状区画に区切られた構造を有すると、このＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作製したコネクタは挿入力が小さく、かつ離脱力が大きくて振動のある環境下で使用しても離脱することがなく、優れた特性を示す、
（ｂ）前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側の拡散合金層の溝により多数の粒状区画に区切られた粒状区画は、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の場合は平均粒径：１．３〜４．５μｍの範囲内の大きさを有することが好ましい、
（ｃ）前記銅合金薄板は、通常のＣｕ−Ｚｎ合金（例えば、Ｃ２６００）、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金（例えば、Ｃ５１９１）など、コンタクトピンに使用される銅合金薄板であればいかなる銅合金薄板であっても良いが、特にＮｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金薄板であると、自動車のエンジン廻りのような高温で振動のある環境下で使用しても接触抵抗および把持力が変化せず、エンジンなどの振動により離脱することのない安定した装着を確保できる、という知見を得たのである。
【０００６】
この発明は、かかる知見にもとづいてなされたものであって、
（１）銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層、Ｃｕ下地層の上に形成されたＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の上に形成されたＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層からなり、前記ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側が溝により粒状区画に区切られた構造を有し、その粒状区画の大きさは平均粒径：１．３〜４．５μｍの範囲内にあるコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板、
（２）銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の上に形成されたＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層からなり、前記ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側が溝により粒状区画に区切られた構造を有し、その粒状区画の大きさは平均粒径：１．２〜４．１μｍの範囲内にあるコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板、に特徴を有するものである。
また、（１）においては、前記拡散合金層の平均厚さが０．５７〜１．０７μｍであり、（２）においては、前記拡散合金層の平均厚さが０．５０〜０．９６μｍであるものとしてもよい。
【０００７】
この発明のＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板を構成する銅合金薄板は、通常のコネクタを作るためのＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板に使用するＣｕ−Ｚｎ合金（例えば、Ｃ２６００）、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ合金（例えば、Ｃ５１９１）、Ｍｇ：０．３〜２重量％、Ｐ：０．００１〜０．１重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金薄板などいかなる種類の銅合金薄板も使用することができるが、特に、Ｎｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金薄板を使用すると、熱的安定性に優れたＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板が得られ一層好ましい。
【０００８】
従って、この発明は、
前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板において、前記銅合金薄板は、Ｎｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなるコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板、に特徴を有するものである。
【０００９】
さらにこの発明は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作られたコネクタも含むものである。従って、この発明は、
前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作られたコネクタ、に特徴を有するものである。
【００１０】
この発明のＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板のＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層側の溝により区画された粒状区画を有する拡散合金層は、銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層の上にＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層を電気メッキ法により形成し、ついで、通常より高い炉温度でリフロー処理を施すことにより製造することができる。前記Ｓｎ合金メッキ仕上げ層のＳｎ合金は、いかなる組成のＳｎ合金であってもよいが、Ｐｂ：３〜５０重量％を含有し、残りがＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎハンダ、またはＣｕ：１〜１０重量％を含有し、残りがＳｎおよび不可避不純物からなるＳｎハンダであることが好ましい。メッキ仕上げ層がＳｎである場合、拡散合金層は二元系のＣｕ−Ｓｎ合金で構成されるが、メッキ仕上げ層がＳｎ合金である場合、ＣｕとＳｎを主成分とする三元系以上の合金で構成される。この銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層とＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げメッキ層との間に形成された拡散合金層は、通常、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げメッキ層よりも硬く、挿入力を低める意味からコネクタ用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板に欠くことのできない構成である。
【００１１】
この発明の前記ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板の拡散合金層に形成された粒状区画について図面に基づいてさらに詳細に説明する。
【００１２】
図１は、前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板は、図１に示されるように、銅合金薄板１、銅合金薄板１の上に形成されたＣｕ下地層８、溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２、並びにＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層３から構成されている。前記溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２は、これを平面状態で見ると、図３に示されるように、溝４により区画された敷石状態または地割れ状態の粒状区画５を有している。図３の説明は、後で詳述する。
【００１３】
この敷石状態または地割れ状態の粒状区画５が大きいＳｎメッキ銅合金薄板であるほどコネクタ材として使用した場合にコネクタの特性が優れたものとなるが、その大きさは平均粒径で５μｍを越えるほど大きな粒状区画を形成することは難しく、一方、粒状区画の大きさが平均粒径で０．１μｍ未満では粒状区画形成による効果が十分に現れない。従って、粒状区画の大きは平均粒径：０．１〜５μｍに定めた。粒状区画の大きさの一層好ましい範囲は平均粒径：０．３〜３μｍである。
【００１４】
図４は、前記（２）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。前記（２）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板は、銅合金薄板１の上に（Ｃｕ下地層を形成することなく）直接、溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２が形成され、その上にＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層３が形成されている。銅合金薄板１の上に直接形成された溝４により区画された粒状区画５を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２の構成は、前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板と同じ敷石状態または地割れ状態の粒状区画５を有することが確認されたので、拡散合金層２の平面状態図の記載は省略した。また前記（２）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板の拡散合金層２に形成される粒状区画５の大きは、前記（１）記載のこの発明のＳｎメッキ銅合金薄板と同じく、平均粒径：０．１〜５μｍの範囲内にあることが好ましく、平均粒径：０．３〜３μｍの範囲内にあることが一層好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
表１〜表２に示される成分組成を有する板厚：０．３ｍｍの銅合金板Ａ〜Ｈを用意した。
【００１６】
【表１】
【表２】
実施例１
表１に示される銅合金板Ａ〜Ｈをアルカリ脱脂、電解脱脂および酸洗いした後、下記の条件により、表３〜表４に示される厚さのＣｕ下地メッキを行い、さらに表３〜表４に示される厚さのＳｎ仕上げメッキまたは９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ仕上げメッキを行い、ついで還元雰囲気中、表３〜表４に示される条件のリフロー処理を行うことにより、表３〜表４に示される平均粒径を有する粒状区画および平均厚さからなる拡散合金層を形成した本発明Ｓｎメッキ銅合金薄板（以下、本発明薄板という）１〜１１および比較Ｓｎメッキ銅合金薄板（以下、比較薄板という）１〜２を作製した。
【００１９】
ａ．Ｃｕ下地メッキ条件
メッキ浴組成：硫酸銅２５０ｇ／ｌ、硫酸６０ｇ／ｌ、塩素イオン５０ｇ／ｌ、添加剤２ｇ／ｌ、
メッキ浴温度：３０℃、
電流密度：３Ａ／ｄｍ2
【００２０】
ｂ．Ｓｎ仕上げメッキ条件
メッキ浴組成：硫酸第一錫４０ｇ／ｌ、硫酸１１０ｇ／ｌ、クレゾールスルホン酸２５ｇ／ｌ、添加剤７ｇ／ｌ、
メッキ浴温度：２０℃、
電流密度：３Ａ／ｄｍ2 、
【００２１】
ｃ．９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ仕上げメッキ条件
メッキ浴組成：ホウフッ化第一錫２００ｇ／ｌ、ホウフッ化鉛２０ｇ／ｌ、ホウフッ化水素酸２３５ｇ／ｌ、添加剤３０ｇ／ｌ、
メッキ浴温度：２５℃、
電流密度：２Ａ／ｄｍ2 、
【００２２】
なお、得られた本発明薄板１〜１１および比較薄板１〜２の下地メッキ層、拡散合金層および仕上げメッキ層の厚さは、電解式膜厚計により測定すると共に、補助的に蛍光Ｘ線膜厚計、断面のＳＥＭ観察およびＥＰＭＡによる観測などの手段を用いて測定した。さらに拡散合金層の粒状区画の寸法は、本発明薄板１〜１１および比較薄板１〜２の仕上げメッキ層を電解法により除去して表面に拡散合金層を露出させ、拡散合金層の露出面を電子顕微鏡により二次電子像を撮り、この組織写真により測定した。この発明の拡散合金層の構成を一層理解しやすくするために、本発明薄板１の拡散合金層を平面から見た粒状区画の電子顕微鏡組織写真を図２に示し、さらにその写生図を図３に示した。図２の電子顕微鏡組織写真によると、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層２は溝４により区画されて敷石状態または地割れ状態の粒状区画５が形成されていることが分かる。
【００２３】
【表３】
【表４】
本発明薄板１〜１１および比較薄板１〜２を用い、図５に示される形状の雄コネクタ６および雌コネクタ７を作製し、雄コネクタ６を雌コネクタ７に挿入したのち、雄コネクタ６を雌コネクタ７から引き抜き、挿入する時の最大荷重および引き抜く時の最大荷重をそれぞれ１０回測定し、その平均値をそれぞれ挿入力および離脱力として表５に示した。
【００２６】
【表５】
表１〜表５に示される結果から、本発明薄板１〜１１で作られたコネクタは、いずれも挿入力が３．５（Ｎ）以下でかつ離脱力が３．８（Ｎ）以上になっており、適正な設計を行うことにより、挿入力が小さくかつ挿入後離脱することのない安定した多ピンコネクタが得られることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた比較薄板１〜２で作られたコネクタは、挿入力が大き過ぎる不具合が生じ、多ピンコネクタとして安定性に問題があることが分かる。
【００２８】
実施例２
表１〜表２に示される銅合金板Ａ〜Ｈをアルカリ脱脂、電解脱脂および酸洗いした後、銅合金板Ａ〜Ｈの上に実施例１で行った条件と同じ条件により、表６〜表７に示される平均厚さのＳｎ仕上げメッキまたは９０％Ｓｎ−１０％Ｐｂ仕上げメッキを行い、ついで還元雰囲気中、表６〜表７に示される条件のリフロー処理を行うことにより、表６〜表７に示される寸法の粒状区画を有するＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層をもった本発明薄板１２〜２２および比較薄板３〜４を作製した。
【００２９】
【表６】
【表７】
得られた本発明薄板１２〜２２および比較薄板３〜４について、実施例１と同様にして図５に示される形状の雄コネクタ６および雌コネクタ７を作製し、挿入力、離脱力を測定し、その結果を表８に示した。
【００３２】
【表８】
表１〜表２および表６〜表８に示される結果から、本発明薄板１２〜２２で作られたコネクタは、いずれも挿入力が３．５（Ｎ）以下、離脱力が３．８（Ｎ）以上であることが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた比較薄板３〜４で作られたコネクタは、挿入力が大きくなることが分かる。
【００３４】
【発明の効果】
上述のように、この発明のＳｎメッキ銅合金薄板は、比較Ｓｎメッキ銅合金薄板と比べてコネクタ板材として優れており、この発明のＳｎメッキ銅合金薄板で作製したコネクタは、雄コネクタを雌コネクタに挿入する時の挿入力が小さいところからコネクタの挿入作業がやりやすく、離脱力が大きく、従って、優れたコネクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。
【図２】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板のＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層を平面から見た電子顕微鏡組織写真である。
【図３】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板のＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層を平面から見た電子顕微鏡による組織の写生図である。
【図４】 この発明のＳｎメッキ銅合金薄板の断面説明図である。
【図５】 雄コネクタを雌コネクタに挿入した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 銅合金薄板、
２ ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、
３ ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層、
４ 溝、
５ 粒状区画、
６ 雄コネクタ
７ 雌コネクタ
８ Ｃｕ下地層
Claims (6)
- 銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕ下地層、Ｃｕ下地層の上に形成されたＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の上に形成されたＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層からなり、前記ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側が溝により粒状区画に区切られた構造を有し、その粒状区画の大きさは平均粒径：１．３〜４．５μｍの範囲内にあることを特徴とするコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板。
- 前記拡散合金層の平均厚さが０．５７〜１．０７μｍであることを特徴とする請求項１記載のコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板。
- 銅合金薄板、銅合金薄板の上に形成されたＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層、ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層の上に形成されたＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層からなり、前記ＣｕとＳｎを主成分とする拡散合金層は、ＳｎまたはＳｎ合金メッキ仕上げ層に接する側が溝により粒状区画に区切られた構造を有し、その粒状区画の大きさは平均粒径：１．２〜４．１μｍの範囲内にあることを特徴とするコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板。
- 前記拡散合金層の平均厚さが０．５０〜０．９６μｍであることを特徴とする請求項３記載のコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板。
- 前記銅合金薄板は、Ｎｉ：０．５〜３重量％、Ｓｉ：０．０８〜０．７重量％、Ｓｎ：０．１〜０．９重量％、Ｚｎ：０．１〜３重量％、Ｆｅ：０．００７〜０．２５重量％、Ｐ：０．００１〜０．２重量％、Ｍｇ：０．０００３〜０．２重量％、Ｐｂ：０．００１〜０．０１重量％を含有し、さらにＣｒ、Ｌｉ、Ｉｎ、Ｂａ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔ、ＲｈおよびＩｒのうちの１種または２種以上を合計で０．０００２〜０．０５重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる組成を有する銅合金からなる銅合金薄板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板。
- 請求項１から５のいずれか一項に記載のコネクタ製造用ＳｎまたはＳｎ合金メッキ銅合金薄板で作られたコネクタ。
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