JP6183543B2 - 端子対及び端子対を備えたコネクタ対 - Google Patents

Description

本発明は、端子対及び端子対を備えたコネクタ対に関する。

電線等の電気的接続に用いられる端子の基材には、導電率が高く、優れた延性及び適度な強度を有するＣｕ（銅）やＣｕ合金が多用されている。しかし、Ｃｕは、使用される環境下において、表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性皮膜が形成されるため、相手方端子との間の接触抵抗が高くなるという問題がある。

この問題の対策として、基材の表面にめっき処理を施し、Ｓｎ（スズ）めっき膜を形成した端子がある。Ｓｎは他の金属と比較して軟らかいため、例えば相手方端子との摺動等により、Ｓｎめっき膜の表面に形成される絶縁性皮膜を容易に破壊することができ、金属Ｓｎを露出させることができる。それ故、表面にＳｎめっき膜を有する端子は、良好な電気的接触を容易に形成することができる。

また、Ｓｎめっき膜による接触抵抗の低減効果を確保しつつ、相手方端子との摺動する際の摩擦係数を低減するために、Ｃｕ合金板条からなる母材の表面に、Ｃｕ−Ｓｎ合金被覆層と、Ｓｎ層とをこの順に形成する技術がある（特許文献１）。Ｃｕ−Ｓｎ合金は純Ｓｎよりも硬いため、Ｃｕ−Ｓｎ合金とＳｎとの両方を表面に露出させることにより、低い接触抵抗を維持しつつ摩擦係数を低減させることができ、ひいては端子を挿入する際に必要な挿入力を低減することができる。

特許第３９２６３５５号公報

近年では、従来の端子よりも更に摩擦係数を低減することが強く求められている。しかしながら、特許文献１の導電材料よりなる端子は、摩擦係数を低減させようとすると接触抵抗が大きくなるという問題があり、低い接触抵抗を維持しつつ、摩擦係数をより低減することが困難である。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、接触抵抗及び摩擦係数が低い端子対及び該端子対を備えたコネクタ対を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、第１端子に設けられた第１接点部と、第２端子に設けられた第２接点部とを接触させて用いる端子対であって、
上記第１接点部は、金属よりなる第１基材上に形成され、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相及びＳｎ相を有すると共に上記２種の相のうちいずれか一方の相が他方の相に分散された複合被覆層を有し、
上記第１接点部の表面には上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相及び上記Ｓｎ相が共存しており、
上記第２接点部は、金属よりなる第２基材上に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層と、該Ｃｕ−Ｓｎ合金層の一部を覆うＳｎ層とを有し、
上記第２接点部の表面には上記Ｃｕ−Ｓｎ合金層が露出してなるＣｕ−Ｓｎ合金部及び上記Ｓｎ層が露出してなるＳｎ部が共存しており、
上記第１接点部と上記第２接点部とを摺動させた際の摩擦係数が、上記第１接点部同士を摺動させた際の摩擦係数及び上記第２接点部同士を摺動させた際の摩擦係数よりも低いことを特徴とする端子対にある。

本発明の他の態様は、上記端子対を備えたコネクタ対であって、
上記第１端子を備えた第１コネクタと、上記第２端子を備えた第２コネクタとを嵌合させて用いることを特徴とするコネクタ対にある。

上記端子対における、上記第１端子に設けられた上記第１接点部は、上記Ｓｎ（スズ）−Ｐｄ（パラジウム）系合金相及び上記Ｓｎ相を有する上記複合被覆層を有しており、表面に上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相及び上記Ｓｎ相が共存している。そのため、上記第１端子は、比較的硬い上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相による摩擦係数を低減する効果と、比較的軟らかい上記Ｓｎ相による接触抵抗を低減する効果との両方を得ることができる。

また、上記第２端子に設けられた上記第２接点部の表面には、上記Ｃｕ−Ｓｎ合金層が露出してなるＣｕ−Ｓｎ合金部及び上記Ｓｎ層が露出してなるＳｎ部が共存している。そのため、上述と同様に、比較的硬い上記Ｃｕ−Ｓｎ合金層による摩擦係数を低減する効果と、比較的軟らかい上記Ｓｎ層による接触抵抗を低減する効果との両方を得ることができる。

そして、本発明者らは、鋭意検討の結果、上記特定の構造を有する上記第１接点部と上記第２接点部とを摺動させることにより、上記第１接点部同士を摺動させる場合及び上記第２接点部同士を摺動させる場合に比べて、摩擦係数をより低減することができることを見出した。上記第１端子と上記第２端子とを組み合わせて用いることによる摩擦係数低減効果のメカニズムは現時点では明確ではないが、その効果は後述する実施例より明らかである。

以上のように、上記端子対は、低い接触抵抗を維持しつつ、摩擦係数をより低減することができる。

また、上記コネクタ対は、上記第１コネクタに上記第１端子を備え、上記第２コネクタに上記第２端子を備えている。それ故、上記コネクタ対は、上記第１コネクタ及び上記第２コネクタを嵌合させる際の挿入力を低減することができる。

実施例１における、（ａ）第１端子の斜視図、（ｂ）第２端子の斜視図。 実施例１における、第１端子のタブ部を第２端子の筒状体部に挿入した状態の一部断面図。 実施例１における、複合被覆層の断面図。 実施例１における、第２接点部の斜視図。 実施例２における、複数の第１端子を備えた第１コネクタの正面図。 図５のVI−VI線矢視断面図。 実施例２における、端子中間体の斜視図。 実験例における、摩擦係数測定の結果を示すグラフ。

上記端子対における第１端子及び第２端子は、用途に応じて、公知の形状を有するオス型端子、メス型端子、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）用コネクタピン等として構成することができる。

＜第１端子＞
第１端子において、端子形状を形づくる第１基材は、導電性を有する種々の金属から選択可能である。具体的には、第１基材としては、Ｃｕ、Ａｌ（アルミニウム）、Ｆｅ（鉄）、またはこれらの金属を含む合金が好適に用いられる。これらの金属材料は、導電性だけではなく、成形性やバネ性にも優れ、種々の態様の電気接点に適用可能である。第１基材の形状としては、棒状、板状等種々の形状があり、厚み等の寸法は、用途に応じて種々選択可能である。

第１基材上には、複合被覆層を有する第１接点部が存在している。複合被覆層は、少なくとも第１接点部に存在していれば良く、第１端子の全面に存在していても良い。複合被覆層の厚みは、耐摩耗性、電気伝導性などの観点から、０．５〜３μｍの範囲が好ましく、１〜２μｍの範囲がより好ましい。

複合被覆層におけるＳｎ相は、Ｓｎを主成分とする相であり、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相は、ＳｎとＰｄとの合金を主成分とする相である。ここで、上述した「主成分」とは、各々の相において、最も多く含まれる成分をいう。即ち、Ｓｎ相は、主成分としてのＳｎ以外に、後述する第１中間層に含まれることがある元素、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相に取り込まれなかったＰｄ、Ｃｕ等の第１基材を構成する元素及び不可避不純物等を含み得る。また、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相は、主成分としての上記合金以外に、第１中間層に含まれることがある元素、第１基材を構成する元素及び不可避不純物等を含み得る。

複合被覆層は、Ｓｎ相またはＳｎ−Ｐｄ系合金相のいずれか一方の相が他方の相に分散した構造を有する。かかる構造には、例えば、いずれか一方の相が網目状に連なり、その空隙に他方の相が充填されてなる共連続構造や、いずれか一方の相よりなる海相中に他方の相よりなる島相が分散してなる海島構造等が含まれる。接触抵抗を低減する効果及び摩擦係数を低減する効果をより高める観点からは、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相がＳｎ相中に分散している構造を有することが好ましい。

複合被覆層中のＰｄ含有量は、７原子％以下であることが好ましい。ここで、Ｐｄ含有量は、複合被覆層に含まれるＳｎとＰｄとの合計に対するＰｄの原子％である。複合被覆層におけるＰｄ含有量が７原子％を超える場合には、第１端子のはんだ濡れ性が悪化するおそれがある。そのため、複合被覆層におけるＰｄ含有量は、はんだ濡れ性の向上の観点から、７原子％以下が好ましい。同じ観点から、Ｐｄ含有量は、６．５原子％以下がより好ましく、６原子％以下が更に好ましく、５．５原子％以下が更に好ましく、５原子％以下が特に好ましい。なお、複合被覆層におけるＰｄ含有率は、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相の含有量を十分に確保する観点から、１原子％以上とすることができる。

第１接点部の表面、すなわち複合被覆層の表面には、Ｓｎ相とＳｎ−Ｐｄ系合金相との両方が存在している。なお、低挿入力化の実現、良好なはんだ濡れ性の確保に悪影響を及ぼさない範囲内であれば、複合被覆層の表面にＳｎ酸化物被膜が存在していてもよい。

複合被覆層の表面におけるＳｎ相とＳｎ−Ｐｄ系合金相との存在比率は、例えば、複合被覆層におけるＳｎ相とＳｎ−Ｐｄ系合金相の体積比率により規定することができる。この場合、複合被覆層におけるＳｎ−Ｐｄ系合金相の体積比率は、１．０〜９５．０体積％であることが好ましく、５０．０〜９５．０体積％であることがより好ましい。この場合には、接触抵抗を低減する効果及び摩擦係数を低減する効果をバランス良く得ることができる。Ｓｎ−Ｐｄ系合金相の体積比率が１．０体積％未満の場合には、比較的硬いＳｎ−Ｐｄ系合金相の含有量が不十分となり、摩擦係数を低減する効果が不十分となるおそれがある。一方、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相の体積比率が９５．０体積％を超える場合には、比較的軟らかいＳｎ相の含有量が不十分となり、接触抵抗を低減する効果が不十分となるおそれがある。

また、複合被覆層の表面におけるＳｎ相とＳｎ−Ｐｄ系合金相との存在比率は、複合被覆層の表面に露出したＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率により規定してもよい。この面積比率の値は、通常、上述したＳｎ−Ｐｄ系合金相の体積比率の値とほぼ一致する。複合被覆層の表面に露出したＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率は、１．０％以上が好ましく、１０％以上が好ましく、２０％以上が更に好ましく、５０％以上が特に好ましい。この場合には、比較的硬いＳｎ−Ｐｄ系合金相の存在により、摺動時の摩擦係数を効果的に低減することが可能となる。

また、複合被覆層の表面に露出したＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率は、９５％以下が好ましく、８０％以下がより好ましい。この場合には、比較的軟らかいＳｎ相の存在により、接触抵抗を小さくしやすくなる。摩擦係数の低減と接触抵抗の低減との両立を図る観点から、上記面積比率は、１．０％以上９５％以下であることがより好ましく、５０％以上９５％以下であることが更に好ましい。

複合被覆層の表面に露出したＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率は、以下のようにして算出することができる。まず、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相を侵さず、Ｓｎ相のみを選択的にエッチングできる薬液に浸漬することにより、Ｓｎ相を溶解して除去することができる。上記薬液としては、例えば、水酸化ナトリウム１０ｇとｐ−ニトロフェノール１ｇとを蒸留水２００ｍｌに溶解させた水溶液等を用いることができる。

次いで、Ｓｎ相を除去した状態の複合被覆層の表面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像を取得する。このＳＥＭ像にコントラストに基づく２値化処理を施し、２値化像を得る。この２値化像からＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率を求めることができる。なお、２値化処理におけるコントラストの閾値は、２値化像におけるＳｎ−Ｐｄ系合金相の輪郭がＳＥＭ像におけるＳｎ−Ｐｄ系合金相の輪郭と概ね一致するように設定すればよい。

複合被覆層は、表面における光沢度が１０〜３００％であることが好ましい。この場合には、複合被覆層の表面に露出したＳｎ相とＳｎ−Ｐｄ系合金相との比率が適度な範囲となり、摩擦係数低減の効果と接触抵抗低減の効果とをバランスよく得ることができる。上記光沢度が３００％を超える場合には、複合被覆層の表面に露出したＳｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率が低くなり、摩擦係数低減の効果が不十分となるおそれがある。一方、上記光沢度が１０％未満の場合には、複合被覆層の表面に露出したＳｎ相の面積比率が低くなり、接触抵抗低減の効果が不十分となるおそれがある。

上述した構造を有する複合被覆層は、例えば、電気めっき法を用いて第１基材上にＰｄめっき膜及びＳｎめっき膜を順次積層した後、リフロー処理を施してこれらのめっき膜を加熱し、ＳｎとＰｄとを合金化させる方法により形成することができる。この場合、Ｐｄめっき膜の膜厚は、例えば、１０〜５０ｎｍの範囲から適宜選択することができる。また、Ｓｎめっき膜の膜厚は、例えば、１〜２μｍの範囲から適宜選択することができる。リフロー処理における加熱温度は、２３０〜４００℃程度とすることができる。なお、上述した方法は一例であり、適宜変更することも可能である。

複合被覆層は、第１基材上に直接積層されていても良く、第１基材との間に介在する第１中間層上に積層されていてもよい。第１中間層としては、例えば、複合被覆層の第１基材への密着性を向上させる作用を有する金属層や、複合被覆層への第１基材成分の拡散を抑制する作用を有する金属層等を用いることができる。

第１中間層は、１層の金属層から構成されていても良く、２層以上の金属層から構成されていても良い。第１中間層の材質としては、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｃｏ（コバルト）等を用いることができ、第１基材の材質や第１中間層に求める機能等に応じて適宜選択することができる。

＜第２端子＞
第２端子において、端子形状を形づくる第２基材は金属材料よりなる。即ち、第２基材としては、第１基材と同様に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｆｅ、またはこれらの金属を含む合金が好適に用いられる。

第２基材上には、Ｃｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ層を有する第２接点部が存在している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層の一部はＳｎ層により覆われており、残部が表面に露出している。Ｃｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ層は、少なくとも第２接点部上に存在していれば良く、第２端子の全面に存在していても良い。上述した構造を有するＣｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ層は、例えば、第２基材上に形成したＳｎめっき膜にＣｕめっき膜を積層した状態で、リフロー処理を施してＳｎとＣｕとを合金化させることにより形成することができる。

Ｓｎ層は、Ｓｎを主成分とする層であり、主成分としてのＳｎ以外に、後述する第２中間層に含まれることがある元素、第２基材を構成する元素及び不可避不純物等が含まれ得る。Ｃｕ−Ｓｎ合金層は、ＣｕとＳｎとの合金を主成分とする層であり、主成分としての合金以外に、第２中間層に含まれることがある元素、第２基材を構成する元素及び不可避不純物等が含まれ得る。

Ｃｕ−Ｓｎ合金層におけるＣｕとＳｎとの組成比は特に限定されないが、Ｃｕ−Ｓｎ合金層にＣｕ₆Ｓｎ₅の組成を有する金属間化合物が含まれていることが好ましい。上記特定の金属間化合物は、Ｓｎよりも高い硬度を有すると共に、耐熱性及び耐腐食性の両方に優れている。それ故、上記特定の金属間化合物を有する第２端子は、より優れた耐久性を有する。

また、第２基材とＣｕ−Ｓｎ合金層との間に、Ｎｉよりなる第２中間層が存在していてもよい。第２中間層の存在により、第２基材を構成する金属元素がＣｕ−Ｓｎ合金層やＳｎ層へ拡散することを防止できる。また、第２中間層は、第２基材とＣｕ−Ｓｎ合金層やＳｎ層との密着性を高める作用を有する。それ故、第２中間層を有する第２端子は、より優れた耐久性を有する。上述の作用効果を十分に得るために、第２中間層の厚みは３μｍ以下であることがより好ましい。

第２接点部の表面には、Ｃｕ−Ｓｎ合金層が露出してなるＣｕ−Ｓｎ合金部及びＳｎ層が露出してなるＳｎ部が共存している。Ｃｕ−Ｓｎ合金部及びＳｎ部が共存している状態には、例えば、Ｓｎ部中にＣｕ−Ｓｎ合金部が散在している構造、及びＣｕ−Ｓｎ合金部中にＳｎ部が散在している構造が含まれる。接触抵抗を低減する効果及び摩擦係数を低減する効果をより高める観点からは、Ｓｎ部中にＣｕ−Ｓｎ合金部が散在している構造を有することが好ましい。

第２端子は、表面に占めるＣｕ−Ｓｎ合金部の面積比率を適切に制御することにより、摩擦係数の低減と接触抵抗の低減とを容易に両立させることができる。Ｃｕ−Ｓｎ合金部の面積比率は、例えば、電子顕微鏡やプローブ顕微鏡等を用いた表面観察により算出することができる。また、以下の方法により測定して得られる表面の光沢度を特定の範囲に制御することによっても、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の面積比率を適切な範囲に制御することができる。

即ち、第２接点部の光沢度を５０〜１０００％の範囲内とすることにより、摩擦係数の低減と接触抵抗の低減とを容易に両立させることができる。第２接点部の表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金部は、Ｓｎ部に比べて光沢度が小さいため、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の占める面積比率が大きいほど上記光沢度が低い傾向がある。それ故、上記光沢度を上記特定の範囲内に制御することにより、第２接点部の表面におけるＣｕ−Ｓｎ合金部とＳｎ部との面積比率を適切な範囲に制御し、ひいては接触抵抗を低減する効果と、摩擦係数を低減する効果とをバランスよく得ることができる。

上記光沢度が１０００％を越える場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の占める面積比率が過度に小さくなるため、摩擦係数を低減する効果が不十分となるおそれがある。一方、上記光沢度が５０％未満の場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の占める面積比率が過度に大きくなるため、接触抵抗を低減する効果が不十分となるおそれがある。従って、接触抵抗の低減と摩擦係数の低減とを両立させる観点から、上記光沢度を５０〜１０００％の範囲内に制御することが好ましい。同様の観点から、上記光沢度を１００〜８００％の範囲内に制御することがより好ましい。

なお、第２接点部の光沢度は、ＪＩＳ Ｚ ８７４１−１９９７に準拠した方法を用い、入射角２０°で測定した値とする。

また、Ｓｎ層のみを溶解させて除去した状態において測定して得られるＣｕ−Ｓｎ合金層の光沢度が１０〜８０％である場合にも、上述と同様に、摩擦係数の低減と接触抵抗の低減とを容易に両立させることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。

Ｃｕ−Ｓｎ合金部は、Ｓｎ層により覆われていたＣｕ−Ｓｎ合金層の表面に比べて平滑な表面を有しており、Ｓｎ層のみを溶解して除去した状態においては、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の光沢度が、Ｓｎ層に覆われていたＣｕ−Ｓｎ合金層の光沢度よりも高くなる。そのため、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の占める面積比率が大きいほど上記光沢度が高い傾向がある。それ故、上記光沢度を上記特定の範囲内に制御することにより、第２接点部の表面におけるＣｕ−Ｓｎ合金部とＳｎ部との面積比率を適切な範囲に制御し、ひいては接触抵抗の低減と摩擦係数の低減とを容易に両立させることができる。

上記光沢度が１０％未満の場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の占める面積比率が過度に小さくなるため、摩擦係数を低減する効果が不十分となるおそれがある。一方、上記光沢度が８０％を超える場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金部の占める面積比率が過度に大きくなるため、接触抵抗を低減する効果が不十分となるおそれがある。従って、接触抵抗の低減と摩擦係数の低減とを両立させる観点から、上記光沢度を１０〜８０％の範囲内に制御することが好ましい。同様の観点から、上記光沢度を１５〜７０％の範囲内に制御することがより好ましい。

なお、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の光沢度は、ＪＩＳ Ｚ ８７４１−１９９７に準拠した方法を用い、入射角６０°で測定した値とする。

また、Ｓｎ層は、Ｃｕ−Ｓｎ合金層を侵さず、Ｓｎ層のみを選択的に溶解できる薬液に浸漬することにより除去することができる。上記薬液としては、例えば、水酸化ナトリウム１０ｇとｐ−ニトロフェノール１ｇとを蒸留水２００ｍｌに溶解させた水溶液等を用いることができる。

上述した第２接点部の光沢度及びＣｕ−Ｓｎ合金層の光沢度は、いずれも、以下に例示する方法により調整することができる。すなわち、第２基材の表面に凹凸形状を付与するための表面処理（後述）の条件を変更して凸部の密度や大きさを調節する方法を採用することができる。また、Ｓｎ層の厚みを変更することにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の表面に現れる対応凹部（後述）へのＳｎ層の充填量を調節する方法を採用してもよい。光沢度の制御の正確性及び処理の簡便性の観点からは、後者の方法が好適である。

第２基材の表面には、予め凸部と凹部とを有する凹凸形状が付与されていてもよい。この場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金層が上記凹凸形状に沿って形成されると共に、上記凹部に起因してＣｕ−Ｓｎ合金層の表面に現れる対応凹部がＳｎ層により充填された構造を容易に実現できる。そして、上述の構造においては、上記凸部の頂部近傍に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層が、第２接点部の表面に露出しやすくなる。すなわち、この場合には、第２接点部の表面にＣｕ−Ｓｎ合金部とＳｎ部とが共存した状態をより容易に実現することができる。その結果、接触抵抗及び摩擦係数の両方を確実に低減することができる。なお、上述した第２基材表面の凹凸形状は、例えば、従来公知の機械研磨処理等により形成することができる。

第２接点部が上述した構造を有する場合には、Ｓｎ層の充填量が少ないと、表面に露出したＣｕ−Ｓｎ合金部とＳｎ部との高低差が過度に大きくなるおそれがある。そして、上述した高低差が過度に高い場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金部及びＳｎ部の両方を第１接点部に接触させることが難しく、接触抵抗及び摩擦係数が増大するおそれがある。かかる問題を回避する観点からは、第２接点部の表面における算術平均粗さＲａが、いずれの方向に沿って測定しても３．０μｍ以下となり、かつ、Ｒａが０．１５μｍ以下となる測定方向を少なくとも一方向有するように表面形状を制御することが好ましい。なお、表面形状の制御は、例えば、第２基材に付与する凹凸形状の高低差の制御やＳｎ層の充填量の調整等によって行うことができる。

また、第２接点部が上述した構造を有する場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の厚みとＳｎ層の厚みとの合計は、０．５〜５．０μｍの範囲内であることが好ましい。これにより、接触抵抗の低減と、摩擦係数の低減とをより容易に両立させることができる。上記厚みの合計が０．５μｍ未満の場合には、Ｃｕ−Ｓｎ合金層及びＳｎ層の両方の厚みが不十分となるため、接触抵抗を低減する効果及び摩擦係数を低減する効果が不十分となるおそれがある。一方、上記厚みの合計が５μｍを超える場合には、比較的硬いＣｕ−Ｓｎ合金層の厚みが過度に厚くなり、第２端子の加工性の低下及び生産性の低下を招くおそれがある。

また、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の厚みは、０．１〜３．０μｍの範囲内であることが好ましい。Ｃｕ−Ｓｎ合金層の厚みが０．１μｍ未満の場合には、摩擦係数低減の効果が不十分となるおそれがある。一方、Ｃｕ−Ｓｎ合金層の厚みが３．０μｍを超える場合には、第２端子の加工性の低下及び生産性の低下を招くおそれがある。

また、Ｓｎ層の厚みは、平均値として０．２〜５．０μｍの範囲内であり、かつ、上記対応凹部における最大の厚みが１．２〜２０μｍの範囲内であることが好ましい。Ｓｎ層の厚みが上述の特定の範囲よりも薄い場合には、接触抵抗を低減する効果が不十分となるおそれがある。また、Ｓｎ層の厚みが上述の特定の範囲よりも厚い場合には、摩擦係数低減の効果が不十分となるおそれがある。

（実施例１）
上記端子対の実施例について、図を用いて説明する。図２に示すように、端子対１は、第１端子２に設けられた第１接点部３と、第２端子４に設けられた第２接点部５とを接触させて用いるよう構成されている。図３に示すように、第１接点部３は、金属よりなる第１基材３１上に形成され、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相３２１及びＳｎ相３２２を有すると共に上記２種の相のうちいずれか一方の相が他方の相に分散された複合被覆層３２を有している。また、第１接点部３の表面３０にはＳｎ−Ｐｄ系合金相３２１及びＳｎ相３２２が共存している。

図４に示すように、第２接点部５は、金属よりなる第２基材５１上に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層５２と、Ｃｕ−Ｓｎ合金層５２の一部を覆うＳｎ層５３とを有している。また、第２接点部５の表面５０にはＣｕ−Ｓｎ合金層５２が露出してなるＣｕ−Ｓｎ合金部５２０及びＳｎ層５３が露出してなるＳｎ部５３０が共存している。以下、詳説する。

＜第１端子２＞
本例において、複合被覆層３２を有する第１端子２は、端子対１におけるオス型端子（図１（ａ）参照）を構成している。第１端子２は、電線を接続するバレル部２１と、バレル部２１に連なる筒状体部２２と、筒状体部２２に連なるタブ部２３とを有している。第１端子２は略棒状を呈しており、バレル部２１、筒状体部２２及びタブ部２３が一列に並んでいる。本例の第１端子２は、タブ部２３上のみに複合被覆層３２を有している。また、図２に示すように、第１接点部３はタブ部２３に設けられている。

図１（ａ）に示すように、筒状体部２２は、第１端子２の長手方向に伸びた略角筒状を呈している。筒状体部２２の一方の開口端２２１にはタブ部２３が連なっており、他方の開口端２２２にはバレル部２１が連なっている。タブ部２３は、筒状体部２２の一方の開口端２２１を基端として第１端子２の長手方向に延設されており、延伸方向に垂直な断面が扁平な形状を呈している。バレル部２１は、電線の端末部から露出させた導体を固定するワイヤバレル部２１１と、電線の絶縁被覆部を固定するインシュレーションバレル部２１２とを有している。

図２に示すように、タブ部２３は、後述する第２端子４の筒状体部４２に挿入した状態において、弾性片部４３により筒状体部４２の天板部４２４に向けて押圧される。これに伴い、タブ部２３に設けられた第１接点部３と、弾性片部４３に設けられた第２接点部５との間に電気的接続が形成される。

第１端子２は、例えば、以下に例示する方法により作製することができる。まず、Ｃｕ合金よりなる板状の第１基材３１を準備し、脱脂洗浄等の前処理を行う。次いで、後にタブ部２３となる部分にのみめっき膜が形成されるように、第１基材３１の表面をマスキング材で被覆する。なお、第１端子２の全面に複合被覆層３２を形成する場合には、マスキング材は不要である。

次いで、電気めっき法により厚み１〜３μｍのＮｉめっき膜、厚み１０〜５０ｎｍのＰｄめっき膜、厚み１〜２μｍのＳｎめっき膜を第１基材３１上に順次積層する。めっき膜を形成した後、２３０〜４００℃の温度で加熱するリフロー処理を施すことにより、ＳｎとＰｄとを合金化させ、複合被覆層３２を形成する。このとき、Ｎｉめっき膜からＮｉが複合被覆層３２に拡散し、Ｎｉ−Ｓｎ合金を形成することがある。本例の条件を採用する場合には、図３に示すように、複合被覆層３２と第１基材３１との間に、複合被覆層３２に拡散しなかったＮｉよりなるＮｉ層３３１と、Ｎｉ−Ｓｎ合金層３３２とから構成される第１中間層３３が形成される。

その後、複合被覆層３２を形成した第１基材３１にプレス加工を施し、第１端子２の形状に成形する。以上により第１端子２を得ることができる。

＜第２端子４＞
Ｃｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を有する第２端子４は、端子対１におけるメス型端子（図１（ｂ）参照）を構成している。第２端子４は略棒状を呈しており、電線を接続するバレル部４１と、バレル部４１に連なる筒状体部４２とを有している。

筒状体部４２は、第２端子４の長手方向に伸びた略角筒状を呈している。筒状体部４２の一方の開口端４２１は、タブ部２３を挿入できるように開放されている。また、他方の開口端４２２にはバレル部４１が連なっている。バレル部４１は、第１端子２と同様に、ワイヤバレル部４１１とインシュレーションバレル部４１２とを有している。

図２に示すように、筒状体部４２の内部には、弾性片部４３が設けられている。弾性片部４３は、筒状体部４２の底板部４２３が内側後方へ折り返されて形成されており、筒状体部４２内に挿入された状態のタブ部２３を、底板部４２３に対面する天板部４２４側へ押圧する。本例の第２端子４は、弾性片部４３上のみにＣｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を有している。

長手方向における弾性片部４３の略中央部には、半球状を呈するように天板部４２４側へ突出した第２接点部５が形成されている。第２接点部５は、筒状体部４２内にタブ部２３が挿入された状態において、弾性片部４３の押圧力によりタブ部２３に押し付けられる。これに伴い、第１接点部３と第２接点部５との間に電気的接続が形成される。

第２端子４は、以下に例示する方法により作製することができる。まず、凹部と凸部とを有する凹凸形状が予め表面に付与された、Ｃｕ合金よりなる板状の第２基材５１を準備し、脱脂洗浄等の前処理を行う。次いで、後に弾性片部４３となる部分にのみめっき膜が形成されるように、第２基材５１の表面をマスキング材で被覆する。なお、第２端子４の全面にＣｕ−Ｓｎ合金層５２等を形成する場合には、マスキング材は不要である。

次いで、電気めっき法によりＮｉめっき膜、Ｃｕめっき膜及びＳｎめっき膜を第２基材５１上に順次積層する。その後、第２基材５１にリフロー処理を施してＣｕとＳｎとを合金化させる。これにより、第２基材５１の凹凸形状に沿ってＣｕ−Ｓｎ合金層を形成する。このとき、合金化しなかったＳｎは、リフロー処理により溶融してＣｕ−Ｓｎ合金層５２における対応凹部に充填され、Ｓｎ層５３となる。また、本例の条件を採用する場合には、図４に示すように、Ｎｉめっき膜よりなる第２中間層５４が第２基材５１とＣｕ−Ｓｎ合金層５２との間に形成される。

その後、Ｃｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を形成した第２基材５１にプレス加工を施し、第２端子４の形状に成形する。以上により第２端子４を得ることができる。

次に、本例の作用効果を説明する。端子対１は、第１接点部３を備えた第１端子２と、第２接点部５を備えた第２端子４とから構成されている。そして、第１接点部３及び第２接点部５は、それぞれ、上記特定の構造を有している。それ故、第１接点部３同士を摺動させる場合及び第２接点部５同士を摺動させる場合に比べて、第１接点部３と第２接点部５とを摺動させる際の摩擦係数をより低減することができる。

本例の端子対１は、例えば、自動車用ワイヤーハーネスを構成する電線の端末部等に接続して用いることができる。また、本例においては、複合被覆層３２を有する第１端子２がオス型端子であり、Ｃｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を有する第２端子４がメス型端子である端子対１の例を説明したが、第１端子２をメス型端子とし、第２端子４をオス型端子としてもよい。

（実施例２）
本例は、コネクタピンとメス型端子とからなる端子対を備えたコネクタ対１０の例である。コネクタ対１０は、複合被覆層３２を有する複数の第１端子２０を備えた第１コネクタ１０ａ（図５、図６参照）と、Ｃｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を有する複数の第２端子４を備えた第２コネクタ（図示略）とから構成されている。なお、各コネクタに設けられた端子の位置及び個数は、用途に応じて適宜変更することができる。

第１コネクタ１０ａは、ＰＣＢ用コネクタとして構成されており、複数の第１端子２０がハウジング６を貫通して配置されている。ハウジング６は、図５及び図６に示すように略直方体状を呈しており、第２端子４が貫通する底壁部６１と、底壁部６１の外周縁部から立設された側壁部６２とを有している。

図には示さないが、第２コネクタは、ハウジングと、ハウジングを貫通して配置された複数の第２端子４とを有している。第２コネクタのハウジングは、第１コネクタ１０ａのハウジング６に嵌合可能に形成されている。また、第２端子４は、ハウジング同士が嵌合した状態において、筒状体部４２内に第１接点部３が挿入される位置に設けられている。なお、本例の第２端子４は、実施例１と同様の構成を有するメス型端子である。

本例の第１端子２０は、コネクタピンとして構成されており、その一端に第１接点部３を有し、他端にはんだ付け部２４を有している。第１端子２０は、図６に示すように、ハウジング６内に配置された第１接点部３を基端として底壁部６１へ向けて延設されている。また、第１端子２０は、底壁部６１を貫通してハウジング６の外方へ突出し、底壁部６１とはんだ付け部２４との間が直角に屈曲されている。はんだ付け部２４は、プリント基板ＰのスルーホールＨに挿入され、はんだ付けによりプリント基板Ｐ上の回路に接続される。

本例の第１端子２０は、板材を用いて作製してもよく、線材を用いて作製してもよい。板材を用いて作製する場合には、打ち抜き加工を施した後に実施例１と同様の方法により第１基材３１上に複合被覆層３２を形成し、図７に示す端子中間体２００を作製する。端子中間体２００は、後に第１端子２０となる複数のピン部２０１がキャリア部２０２により連なった構造を有している。インサート成形により端子中間体２００をハウジング６に固定した後、キャリア部２０２を切り離すことにより、第１コネクタ１０ａを得ることができる。

上述の方法により第１端子２０を作製する場合には、打ち抜き加工により形成された破面２０３（図７参照）を含む第１端子２０の略全面が複合被覆層３２により覆われるため、第１基材３１が表面に露出することを防止することができる。その結果、第１端子２０は優れたはんだ濡れ性を有し、はんだ付け部２４とプリント基板Ｐとの良好な電気的接続を長期間に亘って維持することができる。

また、板材に替えて線材を第１基材３１として用いることもできる。即ち、線材の表面にめっき膜を形成した後にリフロー処理を施し、複合被覆層３２を形成する。その後、プレス加工等により線材をコネクタピンの形状に成形し、インサート成形によりハウジング６に固定することにより、第１コネクタ１０ａを作製することができる。この場合にも、第１端子２０の略全面が複合被覆層３２により覆われるため、はんだ付け部２４とプリント基板Ｐとの良好な電気的接続を長期間に亘って維持することができる。

その他は実施例１と同様である。なお、図５〜図７において用いた符号のうち、実施例１において用いた符号と同一のものは、実施例１と同様の構成要素等を表す。

本例のように、上記特定の構造を有する端子対をコネクタ対１０に適用することにより、コネクタ対１０を嵌合させる際の挿入力をより低減することができる。挿入力を低減する効果は、各コネクタに設けられる端子の個数が増加するほど顕著なものとなる。すなわち、多数の端子を有する多極コネクタは、単極コネクタに比べて端子間の摺動部分の面積が増大するため、より大きな挿入力が必要となる。これに対し、上記特定の構造を有する端子対を用いた多極コネクタは、個々の端子対における摩擦係数が小さいため、第１端子２０と第２端子４との摺動に伴う摩擦力を低減することができる。それ故、多極コネクタにおける挿入力を効果的に低減することができる。

なお、本例においては、複合被覆層３２を有する第１端子２０をコネクタピンとし、Ｃｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を有する第２端子４をメス型端子とすることが好ましい。第２端子４をコネクタピンとする場合には、第２端子４の略全面にＣｕ−Ｓｎ合金層５２及びＳｎ層５３を形成するために、打ち抜き加工等により第２基材５１を端子形状に成形した後にめっき処理を行う必要がある。しかしながら、この場合には、端子形状に成形する際の変形のため、第２基材５１の表面形状を制御することが難しい。それ故、所望の特性を有する第２接点部５を形成することが難しく、接触抵抗低減の効果及び摩擦係数低減の効果が不十分となるおそれがある。一方、第１端子２０をコネクタピンとする場合には、第１基材３１を端子形状に成形した後に複合被覆層３２を形成することができるため、かかる問題を防止することができる。

（実験例）
本例は、第１接点部３と第２接点部５とを摺動させた際の摩擦係数を測定した例である。摩擦係数の測定には、以下の手順により作成した固定試験片及び可動試験片を用いた。なお、固定試験片及び可動試験片の形状は、実施例１における第１接点部３（タブ部２３）及び第２接点部５を模擬している。

＜固定試験片＞
・作製方法
Ｃｕ合金板よりなる第１基材３１を準備し、脱脂洗浄等の前処理を行った。次いで、電気めっき法により厚み２．０μｍのＮｉめっき膜、厚み２０ｎｍのＰｄめっき膜、厚み１．０μｍのＳｎめっき膜を第１基材３１上に順次積層した。その後、大気雰囲気下にて３００℃で加熱するリフロー処理をめっき膜に施し、固定試験片を得た。なお、本例の固定試験片における複合被覆層３２中のＰｄ濃度は、リフロー処理する前のＳｎめっき膜及びＰｄめっき膜の厚み、元素の密度、原子量から算出した結果、３．０原子％であった。

・ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察
固定試験片から平板状の試料を切り出し、断面をＳＥＭにより観察した。その結果、固定試験片は、第１基材３１上に、Ｎｉ層３３１、Ｎｉ−Ｓｎ合金層３３２及び複合被覆層３２が順次積層された構造（図３参照）を有していることを確認した。また、複合被覆層３２は、Ｓｎ相３２２よりなる海相中にＳｎ−Ｐｄ系合金相３２１よりなる島相が分散した海島構造を有していることを確認した。

次に、上記試料からＳｎ相３２２をエッチングにより除去し、エッチング後の試料表面のＳＥＭ像を取得した。図には示さないが、Ｓｎ相３２２を除去した状態の表面には、略直方体状を呈するＳｎ−Ｐｄ系合金相３２１が分散して存在していた。また、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相３２１の間には、Ｓｎ相３２２の除去により露出したＮｉ−Ｓｎ合金層３３２が観察された。

次いで、得られたＳＥＭ像に、コントラストに基づく２値化処理を施した。これにより得られた２値化像からＳｎ−Ｐｄ系合金相３２１の面積比率を求めたところ、複合被覆層３２の表面に露出したＳｎ−Ｐｄ系粒子３１２の面積比率は７０％であった。

・光沢度測定
固定試験片から平板状の試料を採取し、変角光沢計（スガ試験機株式会社製「ＵＧＶ−６Ｐ」）を用いて表面の光沢度を測定したところ、６０％であった。

＜可動試験片＞
・作製方法
Ｃｕ合金よりなり、予め凹凸形状５１３が表面に付与された板状の第２基材５１を準備し、脱脂洗浄等の前処理を行った。次いで、電気めっき法により、Ｎｉめっき膜、Ｃｕめっき膜及びＳｎめっき膜を第２基材５１上に順次積層した。その後、めっき膜を加熱するリフロー処理を施した。その後、第２基材５１にプレス加工を施し、半径１ｍｍの半球状を呈するエンボス部を形成した。以上により、第２接点部５に相当する積層構造（図４参照）を有する可動試験片を作製した。

・ＳＥＭ観察
可動試験片の表面をＳＥＭにより観察したところ、比較的明るく観察されるＳｎ部５３０中に、Ｓｎ部５３０よりも暗く観察されるＣｕ−Ｓｎ合金部５２０が散在していた（図示略）。また、隣り合うＣｕ−Ｓｎ合金部５２０の間隔は、最小で約５μｍであり、最大で約９７μｍであった。また、Ｓｎ層５３の平均の厚み及び第２中間層５４の厚みは、いずれも１μｍであった。

・光沢度測定
可動試験片から平板状の試料を採取し、変角光沢計を用いて表面５０の光沢度を測定したところ、３５０％であった。

更に、予め準備したＳｎ層５３のみを溶解させる水溶液に、上記試料を３０分間浸漬してＣｕ−Ｓｎ合金層５２を露出させた。この状態でＣｕ−Ｓｎ合金層５２の光沢度を測定したところ、３５％であった。なお、上記水溶液は、水酸化ナトリウム１０ｇとｐ−ニトロフェノール１ｇとを蒸留水２００ｍｌに溶解させたものである。また、試料を浸漬する際の水溶液の温度は室温とした。

＜摩擦係数測定＞
可動試験片と固定試験片とを鉛直方向に重ね合わせ、固定試験片の表面にエンボス部を当接させた。この状態において、ピエゾアクチュエータにより可動試験片と固定試験片との間に３Ｎの鉛直荷重を印加した。そして、鉛直荷重を維持した状態で可動試験片を１０ｍｍ／分の速度で水平方向に強制的に移動させ、移動中に固定試験片に加わる摩擦力をロードセルにより測定した。得られた摩擦力を垂直荷重で除することにより、摩擦係数を算出した。

図８に、摩擦係数の測定結果を示す（符号Ｅ１）。なお、図８の縦軸は摩擦係数の値であり、横軸は可動試験片の変位量である。また、図８には、本例との比較のために、第１接点部３同士を摺動させた際の摩擦係数（符号Ｃ１）及び表面にＳｎめっき膜を有する従来の接点部同士を摺動させた際の摩擦係数（符号Ｃ２）を示した。即ち、符号Ｃ１は、上記固定試験片にプレス加工を施してエンボス部を形成した試験片を可動試験片として用いた際の摩擦係数を測定した結果である。また、符号Ｃ２は、従来のリフローＳｎめっき材、即ち、Ｃｕ合金板上に厚さ１μｍのＳｎめっき膜を形成した後にリフロー処理を施してなる板材から作製された可動試験片及び固定試験片を摺動させた際の摩擦係数を測定した結果である。

図８より知られるように、第１接点部３と第２接点部５とを摺動させた際の摩擦係数（符号Ｅ１）は、第１接点部３同士の摩擦係数（符号Ｃ１）及び従来の接点部同士の摩擦係数（符号Ｃ２）に比べて低い値を示すとともに、長期間に渡って低い摩擦係数を維持した。以上の結果から、上記特定の構造を有する端子対１は、低い接触抵抗を維持しつつ、摩擦係数を従来よりも低減できることが理解できる。

Claims (11)

1. 第１端子に設けられた第１接点部と、第２端子に設けられた第２接点部とを接触させて用いる端子対であって、
   上記第１接点部は、金属よりなる第１基材上に形成され、Ｓｎ−Ｐｄ系合金相及びＳｎ相を有すると共に上記２種の相のうちいずれか一方の相が他方の相に分散された複合被覆層を有し、
   上記第１接点部の表面には上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相及び上記Ｓｎ相が共存しており、
   上記第２接点部は、金属よりなる第２基材上に形成されたＣｕ−Ｓｎ合金層と、該Ｃｕ−Ｓｎ合金層の一部を覆うＳｎ層とを有し、
   上記第２接点部の表面には上記Ｃｕ−Ｓｎ合金層が露出してなるＣｕ−Ｓｎ合金部及び上記Ｓｎ層が露出してなるＳｎ部が共存しており、
   上記第１接点部と上記第２接点部とを摺動させた際の摩擦係数が、上記第１接点部同士を摺動させた際の摩擦係数及び上記第２接点部同士を摺動させた際の摩擦係数よりも低いことを特徴とする端子対。
2. 上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相が上記Ｓｎ相中に分散している構造を有していることを特徴とする請求項１に記載の端子対。
3. 上記複合被覆層中のＰｄ含有量が７原子％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の端子対。
4. 上記複合被覆層における上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相の体積比率が１．０〜９５．０体積％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の端子対。
5. 上記複合被覆層の表面に露出した上記Ｓｎ−Ｐｄ系合金相の面積比率が１．０〜９５％であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の端子対。
6. 上記複合被覆層の表面における光沢度が１０〜３００％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の端子対。
7. 上記第２接点部の表面は、上記Ｓｎ部中に上記Ｃｕ−Ｓｎ合金部が散在している構造を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の端子対。
8. 上記第２接点部の光沢度が５０〜１０００％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の端子対。
9. 上記Ｓｎ層のみを溶解させて除去した状態において測定して得られる上記Ｃｕ−Ｓｎ合金層の光沢度が１０〜８０％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の端子対。
10. 上記第１端子はコネクタピンであり、上記第２端子はメス型端子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の端子対。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の端子対を備えたコネクタ対であって、
    上記第１端子を備えた第１コネクタと、上記第２端子を備えた第２コネクタとを嵌合させて用いることを特徴とするコネクタ対。

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