JP6201554B2 - 嵌合型接続端子 - Google Patents
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Description
本発明は、めっき等の金属表面処理を施した嵌合型接続端子に関し、特にオス、メス端子の嵌合時の挿入力が低く、端子が多数集合してなる多極コネクタに好適な嵌合型接続端子に関するものである。
近年、例えば自動車においては急速に電装化が進行し、これに伴い電気機器の回路数が増加するため、使用するコネクタの小型・多ピン化が顕著になっている。コネクタが多ピン化すると、単ピンあたりの挿入力は小さくても、コネクタを挿着する際にコネクタ全体では大きな力が必要となり、生産性の低下が懸念されている。そこで、錫めっき銅合金材の摩擦係数を小さくして単ピンあたりの挿入力を低減することが試みられている。
例えば、基材を粗らしＣｕＳｎ合金層の表面露出度を規定したもの（特許文献１）があるが、接触抵抗が増大する、ハンダ濡れ性が低下するといった問題があった。また、リフロー処理後の錫めっき層表面の平均粗さＲａ及び凹凸の平均間隔Ｓｍを規定したもの（特許文献２）もあるが、オス端子及びメス端子両方に適用しないと挿入力が低減しないといった問題があった。挿抜部の表面粗さを規定したもの（特許文献３）もあるが、ステンレス基材上にＮｉめっきしたもので、接触抵抗を低くすることを目的にＮｉめっき表面に凹凸を設けており、摩擦抵抗低減を目的したものではない。
ここで、コネクタの挿入力Ｆは、メス端子がオス端子を圧し付ける力（接圧）をＰ、動摩擦係数をμとすると、通常オス端子は上下２方向からメス端子に挟まれるので、Ｆ＝２×μ×Ｐ となる。このＦを小さくするには、Ｐを小さくすることが有効だが、コネクタ嵌合時のオス・メス端子の電気的接続信頼性を確保するためにはいたずらに接圧を小さくすることができず、３Ｎ程度は必要とされる。多ピンコネクタでは、５０ピン／コネクタを超えるものもあるが、コネクタ全体の挿入力は１００Ｎ以下、できれば８０Ｎ以下、あるいは７０Ｎ以下が望ましいため、動摩擦係数μとしては、０．３以下が必要とされる。
従来より表層の摩擦抵抗を下げた端子材が開発されているが、オス、メス端子を嵌合する接続端子の場合、両者に同じ材種を用いることが少なく、特にオス端子は、黄銅を基材とした汎用のＳｎめっき付き端子材が広く用いられている。そのため、メス端子のみに低挿入力端子材を用いても、挿入力低減の効果が小さいといった問題があった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであって、嵌合時の挿入力を低減することができる嵌合型接続端子の提供を目的とする。
発明者らは、端子材表層の摩擦抵抗を下げる手段として、ＣｕＳｎ金属層とＳｎ系表面層との界面の形状を制御し、Ｓｎ系表面層の直下に急峻な凹凸形状のＣｕＳｎ合金層を配置することで摩擦係数が小さくなることを見出した。但し、この発明端子材をメス端子にのみ用い、オス端子を汎用のＳｎめっき材とした場合、摩擦係数低減の効果が半減した。メス端子のオス端子に対する摺動部は、電気的信頼性を維持する観点から接触圧力を確保するためエンボス加工や曲げ加工が施される。この加工の際、軟らかいＳｎ系表面層が伸び、硬いＣｕＳｎ合金層が部分的にＳｎ系表面層よりも突出する形状となる（図２参照）。
この発明端子材どうしであれば、オス端子表面にも硬いＣｕＳｎ合金層が露出しているため硬度差がないが、オス端子が汎用のリフロー処理されたＳｎ系表面層の場合、ＣｕＳｎ合金層の突出部分がオス端子の軟らかいＳｎ系表面層を削るアブレシブ摩耗を生じるため、摩擦係数低減の効果が半減することを突き止めた。
発明者らは鋭意研究した結果、メス端子の摺動部の表面粗さＲａを０．３μｍ以下、望ましくは０．２μｍ以下に抑えるとアブレシブ摩耗を防ぐことができ、オス端子に汎用材を用いても摩擦抵抗の低減が可能となることを見出した。
この発明端子材どうしであれば、オス端子表面にも硬いＣｕＳｎ合金層が露出しているため硬度差がないが、オス端子が汎用のリフロー処理されたＳｎ系表面層の場合、ＣｕＳｎ合金層の突出部分がオス端子の軟らかいＳｎ系表面層を削るアブレシブ摩耗を生じるため、摩擦係数低減の効果が半減することを突き止めた。
発明者らは鋭意研究した結果、メス端子の摺動部の表面粗さＲａを０．３μｍ以下、望ましくは０．２μｍ以下に抑えるとアブレシブ摩耗を防ぐことができ、オス端子に汎用材を用いても摩擦抵抗の低減が可能となることを見出した。
本発明の嵌合型接続端子は、Ｃｕ合金からなる基材上表面にＳｎ系表面層が形成された導電部材により成形されたオス端子とメス端子とからなり、前記メス端子に前記オス端子が嵌合して電気的接続を得る嵌合型接続端子において、前記メス端子は、前記Ｓｎ系表面層と前記Ｃｕ合金基材との間にＣｕＳｎ合金層が形成されており、前記Ｓｎ系表面層を溶解除去して、前記ＣｕＳｎ合金層を表面に現出させたときに測定される前記ＣｕＳｎ合金層の油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上であり、かつ前記Ｓｎ系表面層の平均厚みが０．２μｍ以上０．６μｍ以下であり、前記メス端子の前記オス端子に対する摺動部は、オス端子を嵌合したときに該オス端子に向けて凸となるように突出しており、その摺動部の外表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることを特徴とする。
ＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋを０．２μｍ以上、Ｓｎ系表面層の平均厚みを０．２μｍ以上０．６μｍ以下とし、摺動部の算術平均粗さＲａを０．３μｍ以下とすることで、動摩擦係数を０．３以下とすることができる。
ＣｕＳｎ合金層の油溜り深さＲｖｋは、０．２μｍ未満では、ＣｕＳｎ合金層の凹部内に存在するＳｎが少なくなるので、動摩擦係数が増大する。また、Ｓｎ系表面層の平均厚みを０．２μｍ以上０．６μｍ以下としたのは、０．２μｍ未満でははんだ濡れ性の低下、電気的接続信頼性の低下を招き、０．６μｍを超えるとＣｕＳｎ合金層の油溜り深さＲｖｋを０．２μｍ以上とすることができず、Ｓｎの占める厚さが大きくなるので動摩擦係数が増大するためである。
摺動部の算術平均粗さＲａが０．３μｍを超えると、アブレシブ摩耗の影響が大きくなり、摩擦抵抗が大きくなって、オス端子が摺動したときの動摩擦係数を０．３以下とすることができない。望ましくは、算術平均粗さＲａを０．２μｍ以下にすると、アブレシブ摩耗の影響がより小さくなり、摩擦抵抗低減の効果が大きくなる。
ＣｕＳｎ合金層の油溜り深さＲｖｋは、０．２μｍ未満では、ＣｕＳｎ合金層の凹部内に存在するＳｎが少なくなるので、動摩擦係数が増大する。また、Ｓｎ系表面層の平均厚みを０．２μｍ以上０．６μｍ以下としたのは、０．２μｍ未満でははんだ濡れ性の低下、電気的接続信頼性の低下を招き、０．６μｍを超えるとＣｕＳｎ合金層の油溜り深さＲｖｋを０．２μｍ以上とすることができず、Ｓｎの占める厚さが大きくなるので動摩擦係数が増大するためである。
摺動部の算術平均粗さＲａが０．３μｍを超えると、アブレシブ摩耗の影響が大きくなり、摩擦抵抗が大きくなって、オス端子が摺動したときの動摩擦係数を０．３以下とすることができない。望ましくは、算術平均粗さＲａを０．２μｍ以下にすると、アブレシブ摩耗の影響がより小さくなり、摩擦抵抗低減の効果が大きくなる。
本発明の嵌合型接続端子において、前記メス端子における前記ＣｕＳｎ合金層の平均厚みが０．６μｍ以上１μｍ以下であるとよい。
ＣｕＳｎ合金層の平均厚みが０．６μｍ未満では油溜まり深さＲｖｋを０．２μｍ以上とすることが難しく、１μｍ以上の厚みに形成するためにはＳｎ系表面層を必要以上に厚くする必要があり不経済である。
ＣｕＳｎ合金層の平均厚みが０．６μｍ未満では油溜まり深さＲｖｋを０．２μｍ以上とすることが難しく、１μｍ以上の厚みに形成するためにはＳｎ系表面層を必要以上に厚くする必要があり不経済である。
本発明の嵌合型接続端子において、前記メス端子における前記基材が、０．５質量％以上５質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．５質量％以下のＳｉを含有し、更に必要に応じてＺｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｇの群から選ばれた１種以上を合計で５質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物から構成されるとよい。
ＣｕＳｎ系表面層の油溜まり深さＲｖｋを０．２μｍ以上とするためには、ＣｕＳｎ合金層中にＮｉ及びＳｉが固溶することが必要である。この場合、Ｎｉ及びＳｉを含有している基材を用いれば、リフロー時に基材よりＮｉ及びＳｉをＣｕＳｎ合金層中に供給することができる。ただし、基材中のこれらＮｉ及びＳｉの含有量は、Ｎｉが０．５質量％未満、Ｓｉが０．１質量％未満では、それぞれＮｉ又はＳｉの効果が現れず、Ｎｉでは５質量％を越えると鋳造や熱間圧延時に割れを生じるおそれがあり、Ｓｉでは１．５質量％を超えると導電性が低下するため、Ｎｉは０．５質量％以上５質量％以下、Ｓｉは０．１質量％以上１．５質量％以下が好ましい。
Ｚｎ，Ｓｎは、強度、耐熱性向上のために添加するとよく、また、Ｆｅ，Ｍｇは、応力緩和特性向上のために添加するとよいが、合計で５質量％を超えると導電率が低下するので好ましくない。
Ｚｎ，Ｓｎは、強度、耐熱性向上のために添加するとよく、また、Ｆｅ，Ｍｇは、応力緩和特性向上のために添加するとよいが、合計で５質量％を超えると導電率が低下するので好ましくない。
本発明の嵌合型接続端子によれば、摺動部の表面粗さを規定することで、ＣｕＳｎ金属層とＳｎ系表面層との界面の凹凸形状を制御した低挿入力端子材をメス端子にのみ用いれば、嵌合時の挿入力を低減することが可能となる。
本発明の一実施形態の嵌合型接続端子を説明する。
本実施形態の嵌合型接続端子は、Ｃｕ合金からなる基材上表面にＳｎ系表面層が形成された導電部材により成形されたオス端子１とメス端子２とからなり、メス端子２にオス端子１が嵌合して電気的接続を得る嵌合型接続端子である。
メス端子２に用いられる端子材は、Ｃｕ合金からなる基材５上表面にＳｎ系表面層６が形成され、Ｓｎ系表面層６とＣｕ合金基材５との間にＣｕＳｎ合金層７が形成されており、Ｓｎ系表面層６を溶解除去して、ＣｕＳｎ合金層７を表面に現出させたときに測定されるＣｕＳｎ合金層７の油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上であり、かつＳｎ系表面層７の平均厚みが０．２μｍ以上０．６μｍ以下であり、オス端子１に対する摺動部１１の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下である。
本実施形態の嵌合型接続端子は、Ｃｕ合金からなる基材上表面にＳｎ系表面層が形成された導電部材により成形されたオス端子１とメス端子２とからなり、メス端子２にオス端子１が嵌合して電気的接続を得る嵌合型接続端子である。
メス端子２に用いられる端子材は、Ｃｕ合金からなる基材５上表面にＳｎ系表面層６が形成され、Ｓｎ系表面層６とＣｕ合金基材５との間にＣｕＳｎ合金層７が形成されており、Ｓｎ系表面層６を溶解除去して、ＣｕＳｎ合金層７を表面に現出させたときに測定されるＣｕＳｎ合金層７の油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上であり、かつＳｎ系表面層７の平均厚みが０．２μｍ以上０．６μｍ以下であり、オス端子１に対する摺動部１１の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下である。
基材５は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金等、Ｎｉ及びＳｉを含有し、更に必要に応じてＺｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｇの群から選ばれた１種以上を合計で５質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物から構成される銅合金である。Ｎｉ及びＳｉを必須成分としたのは、後述するリフロー処理により形成されるＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋ０．２μｍ以上にするために、リフロー時に基材よりＮｉ及びＳｉを供給し、ＣｕＳｎ合金層中にＮｉ及びＳｉを固溶させるためである。基材中のＮｉの含有量としては０．５質量％以上５質量％以下が、Ｓｉの含有量としては０．１質量％以上１．５質量％以下が好ましい。Ｎｉが０．５質量％未満ではＮｉの効果、Ｓｉが０．１質量％未満ではＳｉの効果がそれぞれ現れず、Ｎｉが５質量％を越えると鋳造や熱間圧延時に割れを生じるおそれがあり、Ｓｉが１．５質量％を超えると導電性が低下するためである。
また、Ｚｎ，Ｓｎは、強度、耐熱性を向上させ、Ｆｅ，Ｍｇは、応力緩和特性を向上させる。これらＺｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｇのいずれか１種以上を添加する場合は、その合計の含有量が５質量％を超えると導電性が低下するので好ましくない。特に、Ｚｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｇの全てを含むことが好ましい。
ＣｕＳｎ合金層は、後述するように基材の上にＣｕめっき層とＳｎめっき層とを形成してリフロー処理することにより形成されたものであり、その大部分はＣｕ６Ｓｎ５であるが、基材との界面付近に、基材中のＮｉ及びＳｉとＣｕの一部が置換した（Ｃｕ，Ｎｉ，
Ｓｉ）６Ｓｎ５合金が薄く形成される。また、このＣｕＳｎ合金層とＳｎ系表面層との界面は、凹凸状に形成され、その油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上とされる。
この油溜まり深さＲｖｋは、ＪＩＳ Ｂ０６７１−２で規定される表面粗さ曲線の突出谷部平均深さであり、平均的な凹凸よりも深い部分がどの程度あるかを示す指標とされ、この値が大きければ、非常に深い谷部分の存在により、急峻な凹凸形状となっていることを示す。
この場合、ＣｕＳｎ合金層中へのＮｉ含有量は、１ａｔ％以上２５ａｔ％以下とされる。Ｎｉ含有量を１ａｔ％以上と規定したのは、１ａｔ％未満ではＣｕ６Ｓｎ５のＣｕの一部がＮｉに置換した化合物合金層が形成されず、急峻な凹凸形状とならないためであり、２５ａｔ％以下と規定したのは、２５ａｔ％を超えるとＣｕＳｎ合金層の形状が微細になりすぎる傾向にあり、ＣｕＳｎ合金層が微細になりすぎると動摩擦係数を０．３以下にすることができない場合があるためである。
このＣｕＳｎ合金層の平均厚みは０．６μｍ以上１μｍ以下であるとよく、０．６μｍ未満ではＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋを０．２μｍ以上とすることが難しく、１μｍ以下と規定したのは、１μｍ以上の厚みに形成するためにはＳｎ系表面層を必要以上に厚くする必要があり不経済である。
なお、このＣｕＳｎ合金層の一部（Ｃｕ６Ｓｎ５）がＳｎ系表面層に露出していてもよい。その場合、各露出部の円相当直径が０．６μｍ以上２．０μｍ以下で、露出面積率は４０％以下とされ、その限られた範囲であれば、Ｓｎ系表面層の持つ優れた電気接続特性を損なうことはない。
Ｓｉ）６Ｓｎ５合金が薄く形成される。また、このＣｕＳｎ合金層とＳｎ系表面層との界面は、凹凸状に形成され、その油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上とされる。
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この場合、ＣｕＳｎ合金層中へのＮｉ含有量は、１ａｔ％以上２５ａｔ％以下とされる。Ｎｉ含有量を１ａｔ％以上と規定したのは、１ａｔ％未満ではＣｕ６Ｓｎ５のＣｕの一部がＮｉに置換した化合物合金層が形成されず、急峻な凹凸形状とならないためであり、２５ａｔ％以下と規定したのは、２５ａｔ％を超えるとＣｕＳｎ合金層の形状が微細になりすぎる傾向にあり、ＣｕＳｎ合金層が微細になりすぎると動摩擦係数を０．３以下にすることができない場合があるためである。
このＣｕＳｎ合金層の平均厚みは０．６μｍ以上１μｍ以下であるとよく、０．６μｍ未満ではＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋを０．２μｍ以上とすることが難しく、１μｍ以下と規定したのは、１μｍ以上の厚みに形成するためにはＳｎ系表面層を必要以上に厚くする必要があり不経済である。
なお、このＣｕＳｎ合金層の一部（Ｃｕ６Ｓｎ５）がＳｎ系表面層に露出していてもよい。その場合、各露出部の円相当直径が０．６μｍ以上２．０μｍ以下で、露出面積率は４０％以下とされ、その限られた範囲であれば、Ｓｎ系表面層の持つ優れた電気接続特性を損なうことはない。
Ｓｎ系表面層は平均厚みが０．２μｍ以上０．６μｍ以下に形成される。その厚みが０．２μｍ未満でははんだ濡れ性の低下、電気的接続信頼性の低下を招き、０．６μｍを超えると表層をＳｎとＣｕＳｎの複合構造とすることができず、Ｓｎだけで占められるので動摩擦係数が増大するためである。より好ましいＳｎ系表面層の平均厚みは０．２５μｍ以上０．５μｍ以下である。
このような構造の端子材は、ＣｕＳｎ合金層とＳｎ系表面層との界面が急峻な凹凸形状に形成されていることにより、Ｓｎ系表面層の表面から数百ｎｍの深さの範囲で、硬いＣｕＳｎ合金層の急峻な谷部に軟らかいＳｎが介在している。
そして、この端子材は、例えば図１に示すような形状のメス端子２に成形される。
このメス端子２は、図１に示す例では、全体としては角筒状に形成され、その一方端の開口部１５からオス端子１を嵌合することにより、このオス端子１を両側から挟持した状態に保持して接続される。メス端子２の内部には、嵌合されるオス端子１の一方の面に接触される弾性変形可能な接触片１６が設けられるとともに、この接触片１６に対向している側壁１７に、オス端子１の他方の面に接触する半球状の凸部１８がエンボス加工により内方に突出した状態に形成されている。接触片１６にも、凸部１８に対向するように山折り状の折り曲げ部１９が設けられている。これら凸部１８及び折り曲げ部１９は、オス端子１を嵌合したときにオス端子１に向けて凸となるように突出しており、該オス端子１に対する摺動部１１となる。
そして、この端子材は、例えば図１に示すような形状のメス端子２に成形される。
このメス端子２は、図１に示す例では、全体としては角筒状に形成され、その一方端の開口部１５からオス端子１を嵌合することにより、このオス端子１を両側から挟持した状態に保持して接続される。メス端子２の内部には、嵌合されるオス端子１の一方の面に接触される弾性変形可能な接触片１６が設けられるとともに、この接触片１６に対向している側壁１７に、オス端子１の他方の面に接触する半球状の凸部１８がエンボス加工により内方に突出した状態に形成されている。接触片１６にも、凸部１８に対向するように山折り状の折り曲げ部１９が設けられている。これら凸部１８及び折り曲げ部１９は、オス端子１を嵌合したときにオス端子１に向けて凸となるように突出しており、該オス端子１に対する摺動部１１となる。
そして、メス端子２の開口部１５から接触片１６と側壁１７との間にオス端子１を挿入すると、接触片１６は二点鎖線で示す位置から実線で示す位置に弾性変形し、その折り曲げ部１９と凸部１８との間にオス端子１を挟持した状態に保持する。
このようなメス端子２において、凸部１８の表面及び接触片の折り曲げ部１９の表面、つまりオス端子１に対する摺動部１１の表面は、算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下に設定される。
このようなメス端子２において、凸部１８の表面及び接触片の折り曲げ部１９の表面、つまりオス端子１に対する摺動部１１の表面は、算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下に設定される。
次に、このメス端子に用いられる端子材の製造方法について説明する。
基材として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金等、Ｎｉ及びＳｉを含有し、更に必要に応じてＺｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｇの群から選ばれた１種以上を合計で５質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物から構成される銅合金からなる板材を用意する。この板材に脱脂、酸洗等の処理をすることによって表面を清浄にした後、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきをこの順序で施す。
基材として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金等、Ｎｉ及びＳｉを含有し、更に必要に応じてＺｎ，Ｓｎ，Ｆｅ，Ｍｇの群から選ばれた１種以上を合計で５質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物から構成される銅合金からなる板材を用意する。この板材に脱脂、酸洗等の処理をすることによって表面を清浄にした後、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきをこの順序で施す。
Ｃｕめっきは一般的なＣｕめっき浴を用いればよく、例えば硫酸銅（ＣｕＳＯ４）及び硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を主成分とした硫酸銅浴等を用いることができる。めっき浴の温度は２０℃以上５０℃以下、電流密度は１Ａ／ｄｍ２以上２０Ａ／ｄｍ２以下とされる。このＣｕめっきにより形成されるＣｕめっき層の膜厚は０．０３μｍ以上０．１４μｍ以下とされる。０．０３μｍ未満では（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５合金に含有するＮｉ含有量が大きくなり、（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５合金の粒径が小さくなって、ＣｕＳｎ合金層の凹凸形状が微細になりすぎてしまい、０．１４μｍを超えると、（Ｃｕ，Ｎｉ）６Ｓｎ５合金に含有するＮｉ含有量が少なくなり、急峻な凹凸形状のＣｕＳｎ合金が形成されなくなるためである。
Ｓｎめっき層形成のためのめっき浴としては、一般的なＳｎめっき浴を用いればよく、例えば硫酸（Ｈ２ＳＯ４）と硫酸第一錫（ＳｎＳＯ４）を主成分とした硫酸浴を用いることができる。めっき浴の温度は１５℃以上３５℃以下、電流密度は１Ａ／ｄｍ２以上３０Ａ／ｄｍ２以下とされる。このＳｎめっき層の膜厚は０．６μｍ以上１．３μｍ以下とされる。Ｓｎめっき層の厚みが０．６μｍ未満であると、リフロー後のＳｎ系表面層が薄くなって電気接続特性が損なわれ、１．３μｍを超えると、表面へのＣｕＳｎ合金層の露出が少なくなって動摩擦係数を０．３以下にすることが難しい。
リフロー処理条件としては、還元雰囲気中で基材の表面温度が２４０℃以上３６０℃以下となる条件で１秒以上１２秒以下の時間加熱し、急冷される。さらに望ましくは２６０℃以上３００℃以下で５秒以上１０秒以下の加熱後急冷である。この場合、保持時間は以下に示すようにＣｕめっき層及びＳｎめっき層のそれぞれの厚みに応じて１秒以上１２秒以下の範囲で適切な時間があり、めっき厚が薄いほど保持時間は少なく、厚くなると長い保持時間が必要になる。
＜基材温度を２４０℃以上３６０℃以下まで昇温後の保持時間＞
（１）Ｓｎめっき層の厚みが０．６μｍ以上０．８μｍ未満に対して、Ｃｕめっき層の厚みが０．０３以上０．０５μｍ未満の場合は１秒以上３秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０５μｍ以上０．０８μ未満の場合は１秒以上６秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０８μｍ以上０．１４μｍ以下の場合は６秒以上９秒以下
（２）Ｓｎめっき層の厚みが０．８μｍ以上１．０μｍ未満に対して、Ｃｕめっき層の厚みが０．０３以上０．０５μｍ未満の場合は３秒以上６秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０５μｍ以上０．０８μ未満の場合は３秒以上９秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０８μｍ以上０．１４μｍ以下の場合は６秒以上１２秒以下
（３）Ｓｎめっき層の厚みが１．０μｍ以上１．３μｍ以下に対して、Ｃｕめっき層の厚みが０．０３以上０．０５μｍ未満の場合は６秒以上９秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０５μｍ以上０．０８μ未満の場合は６秒以上１２秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０８μｍ以上０．１４μｍ以下の場合は９秒以上１２秒以下
２４０℃未満の温度、保持時間がこれら（１）〜（３）に示す時間未満の加熱ではＳｎの溶解が進まず、３６０℃を超える温度、保持時間が（１）〜（３）に示す時間を超える加熱ではＣｕＳｎ合金結晶が大きく成長してしまい所望の形状を得られず、またＣｕＳｎ合金層が表層にまで達し、表面に残留するＳｎ系表面層が少なくなり過ぎる（ＣｕＳｎ合金層の表面への露出率が大きくなり過ぎる）ためである。また、加熱条件が高いとＳｎ系表面層の酸化が進行して好ましくない。
＜基材温度を２４０℃以上３６０℃以下まで昇温後の保持時間＞
（１）Ｓｎめっき層の厚みが０．６μｍ以上０．８μｍ未満に対して、Ｃｕめっき層の厚みが０．０３以上０．０５μｍ未満の場合は１秒以上３秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０５μｍ以上０．０８μ未満の場合は１秒以上６秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０８μｍ以上０．１４μｍ以下の場合は６秒以上９秒以下
（２）Ｓｎめっき層の厚みが０．８μｍ以上１．０μｍ未満に対して、Ｃｕめっき層の厚みが０．０３以上０．０５μｍ未満の場合は３秒以上６秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０５μｍ以上０．０８μ未満の場合は３秒以上９秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０８μｍ以上０．１４μｍ以下の場合は６秒以上１２秒以下
（３）Ｓｎめっき層の厚みが１．０μｍ以上１．３μｍ以下に対して、Ｃｕめっき層の厚みが０．０３以上０．０５μｍ未満の場合は６秒以上９秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０５μｍ以上０．０８μ未満の場合は６秒以上１２秒以下、Ｃｕめっき層の厚みが０．０８μｍ以上０．１４μｍ以下の場合は９秒以上１２秒以下
２４０℃未満の温度、保持時間がこれら（１）〜（３）に示す時間未満の加熱ではＳｎの溶解が進まず、３６０℃を超える温度、保持時間が（１）〜（３）に示す時間を超える加熱ではＣｕＳｎ合金結晶が大きく成長してしまい所望の形状を得られず、またＣｕＳｎ合金層が表層にまで達し、表面に残留するＳｎ系表面層が少なくなり過ぎる（ＣｕＳｎ合金層の表面への露出率が大きくなり過ぎる）ためである。また、加熱条件が高いとＳｎ系表面層の酸化が進行して好ましくない。
一方、オス端子１に用いられる端子材は、Ｃｕ合金からなる基材２１上表面にＳｎ系表面層２２が形成され、Ｓｎ系表面層２２とＣｕ合金基材２１との間にＣｕＳｎ合金層２３が形成された、一般的なリフロー処理材から構成される。このオス端子１において、Ｓｎ系表面層２２を溶解除去して、ＣｕＳｎ合金層２３を表面に現出させたときに測定されるＣｕＳｎ合金層２３の油溜り深さＲｖｋは０．２μｍ未満、通常は０．１５μｍ程度であり、かつＳｎ系表面層２２の平均厚みは０．２μｍ以上３μｍ以下である。
オス端子１は平板状に形成され、銅合金板にＣｕめっき及びＳｎめっきをこの順に施した後、リフロー処理することにより形成される。この場合、リフロー処理の加熱条件としては、一般には、２４０℃以上４００℃以下の温度で１秒以上２０秒以下の時間保持した後、急冷される。
なお、リフロー処理することなく、Ｃｕ合金からなる基材にＳｎめっきにより平均厚み０．５μｍ以上３μｍ以下のＳｎ系表面層を形成した端子材をオス端子材としてもよい。
オス端子１は平板状に形成され、銅合金板にＣｕめっき及びＳｎめっきをこの順に施した後、リフロー処理することにより形成される。この場合、リフロー処理の加熱条件としては、一般には、２４０℃以上４００℃以下の温度で１秒以上２０秒以下の時間保持した後、急冷される。
なお、リフロー処理することなく、Ｃｕ合金からなる基材にＳｎめっきにより平均厚み０．５μｍ以上３μｍ以下のＳｎ系表面層を形成した端子材をオス端子材としてもよい。
このような端子材を用いて、プレス成形により、図１に示すようなオス端子１及びメス端子２をそれぞれ形成する。この場合、メス端子２については、その凸部１８及び接触片１６の折り曲げ部１９の曲率半径、凸部１８の直径及び高さ、折り曲げ部１９の曲げ角度を適宜に設定することにより、凸部１８及び折り曲げ部１９の表面の算術平均粗さＲａを０．３μｍ以下となるように形成する。
前述したＣｕＳｎ合金層とＳｎ系表面層との界面の凹凸形状を油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上とし、かつＳｎ系表面層の平均厚みが０．１μｍ以上０．６μｍ以下となるように制御した端子材を用い、凸部１８及び折り曲げ部１９の表面の算術平均粗さＲａを０．３μｍ以下に形成したメス端子２とすることにより、オス端子１が通常のリフロー処理によるＳｎ系表面層のものであっても、動摩擦係数を０．３以下にすることができる。
前述したＣｕＳｎ合金層とＳｎ系表面層との界面の凹凸形状を油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上とし、かつＳｎ系表面層の平均厚みが０．１μｍ以上０．６μｍ以下となるように制御した端子材を用い、凸部１８及び折り曲げ部１９の表面の算術平均粗さＲａを０．３μｍ以下に形成したメス端子２とすることにより、オス端子１が通常のリフロー処理によるＳｎ系表面層のものであっても、動摩擦係数を０．３以下にすることができる。
メス端子試験片として、板厚０．２５ｍｍの銅合金（Ｎｉ；０．５質量％以上５．０質量％以下−Ｚｎ；１．０質量％−Ｓｎ；０質量％以上０．５質量％以下―Ｓｉ；０．１質量％以上１．５質量％以下−Ｆｅ；０質量％以上０．０３質量％以下−Ｍｇ；０．００５質量％）を基材とし、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきを順に施した。
この場合、Ｃｕめっき及びＳｎめっきのめっき条件は、表１に示す通りとした。表１中、Ｄｋはカソードの電流密度、ＡＳＤはＡ／ｄｍ２の略である。
各めっき層の厚さ、リフロー条件は、表２に示す通りとした。
この場合、Ｃｕめっき及びＳｎめっきのめっき条件は、表１に示す通りとした。表１中、Ｄｋはカソードの電流密度、ＡＳＤはＡ／ｄｍ２の略である。
各めっき層の厚さ、リフロー条件は、表２に示す通りとした。
これらの試料について、リフロー後のＳｎ系表面層の厚み、ＣｕＳｎ合金層の厚み、ＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋを測定した。
リフロー後のＳｎ系表面層及びＣｕＳｎ合金層の厚みは、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製蛍光Ｘ線膜厚計（ＳＦＴ９４００）にて測定した。最初にリフロー後の試料の全Ｓｎ系表面層の厚みを測定した後、例えばレイボルド株式会社製のＬ８０等の、純ＳｎをエッチングしＣｕＳｎ合金を腐食しない成分からなるめっき被膜剥離用のエッチング液に数分間浸漬することによりＳｎ系表面層を除去し、その下層のＣｕＳｎ合金層を露出させ純Ｓｎ換算におけるＣｕＳｎ合金層の厚みを測定した後、（全Ｓｎ系表面層の厚み−純Ｓｎ換算におけるＣｕＳｎ合金層の厚み）をＳｎ系表面層の厚みと定義した。
ＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋは、Ｓｎめっき被膜剥離用のエッチング液に浸漬してＳｎ系表面層を除去し、その下層のＣｕＳｎ合金層を露出させた後、株式会社キーエンス製レーザ顕微鏡(ＶＫ−Ｘ２００)を用い、対物レンズ１５０倍（測定視野９４μｍ×７０μｍ）の条件で、長手方向で５点、短手方向で５点、計１０点測定した値の平均値より求めた。
リフロー後のＳｎ系表面層及びＣｕＳｎ合金層の厚みは、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製蛍光Ｘ線膜厚計（ＳＦＴ９４００）にて測定した。最初にリフロー後の試料の全Ｓｎ系表面層の厚みを測定した後、例えばレイボルド株式会社製のＬ８０等の、純ＳｎをエッチングしＣｕＳｎ合金を腐食しない成分からなるめっき被膜剥離用のエッチング液に数分間浸漬することによりＳｎ系表面層を除去し、その下層のＣｕＳｎ合金層を露出させ純Ｓｎ換算におけるＣｕＳｎ合金層の厚みを測定した後、（全Ｓｎ系表面層の厚み−純Ｓｎ換算におけるＣｕＳｎ合金層の厚み）をＳｎ系表面層の厚みと定義した。
ＣｕＳｎ合金層の油溜まり深さＲｖｋは、Ｓｎめっき被膜剥離用のエッチング液に浸漬してＳｎ系表面層を除去し、その下層のＣｕＳｎ合金層を露出させた後、株式会社キーエンス製レーザ顕微鏡(ＶＫ−Ｘ２００)を用い、対物レンズ１５０倍（測定視野９４μｍ×７０μｍ）の条件で、長手方向で５点、短手方向で５点、計１０点測定した値の平均値より求めた。
一方、オス端子試験片として、板厚０．２５ｍｍの銅合金（Ｃ２６００、Ｃｕ：７０質量％−Ｚｎ：３０質量％）を基材とし、Ｃｕめっき、Ｓｎめっきを順に施し、リフロー処理した。このオス端子材のリフロー条件としては、基材温度２７０℃、保持時間６秒とし、リフロー後のＳｎ系表面層の厚みは０．６μｍ、ＣｕＳｎ合金層の厚みは０．５μｍとした。
このようにして得られた試験片について、平板の状態で算術平均粗さＲａを測定したところ、オス端子材は０．０１３μｍ、メス端子材は０．０１５μｍ〜０．０４１μｍであった。
また、オス端子試験片は平板状のままとし、メス端子試験片には、エンボス加工により半球状の凸部を表３に示す種々の直径及び高さで形成し、これら凸部の表面の算術平均粗さＲａを測定し、動摩擦係数を評価した。なお、凸部の直径Ｄ及び高さＨは、図１に示すように外周面上の寸法とする。
このようにして得られた試験片について、平板の状態で算術平均粗さＲａを測定したところ、オス端子材は０．０１３μｍ、メス端子材は０．０１５μｍ〜０．０４１μｍであった。
また、オス端子試験片は平板状のままとし、メス端子試験片には、エンボス加工により半球状の凸部を表３に示す種々の直径及び高さで形成し、これら凸部の表面の算術平均粗さＲａを測定し、動摩擦係数を評価した。なお、凸部の直径Ｄ及び高さＨは、図１に示すように外周面上の寸法とする。
算術平均粗さＲａは、前述した株式会社キーエンス製レーザ顕微鏡(ＶＫ−Ｘ２００)を用い、対物レンズ１５０倍（測定視野９４μｍ×７０μｍ）の条件で５点測定した値の平均値より求めた。
動摩擦係数については、株式会社トリニティーラボ製の摩擦測定機（μＶ１０００）を用い、両試験片間の摩擦力を測定して動摩擦係数を求めた。図４により説明すると、水平な台３１上にオス端子試験片３２を固定し、その上にメス端子試験片３３の半球凸面を置いてめっき面同士を接触させ、メス端子試験片３３に錘３４によって１００ｇｆの荷重Ｐをかけてオス端子試験片３２を押さえた状態とする。この荷重Ｐをかけた状態で、オス端子試験片３２を摺動速度８０ｍｍ／分で矢印により示した水平方向に１０ｍｍ引っ張ったときの摩擦力Ｆをロードセル３５によって測定した。その摩擦力Ｆの平均値Ｆａｖと荷重Ｐより動摩擦係数（＝Ｆａｖ／Ｐ）を求めた。
動摩擦係数については、株式会社トリニティーラボ製の摩擦測定機（μＶ１０００）を用い、両試験片間の摩擦力を測定して動摩擦係数を求めた。図４により説明すると、水平な台３１上にオス端子試験片３２を固定し、その上にメス端子試験片３３の半球凸面を置いてめっき面同士を接触させ、メス端子試験片３３に錘３４によって１００ｇｆの荷重Ｐをかけてオス端子試験片３２を押さえた状態とする。この荷重Ｐをかけた状態で、オス端子試験片３２を摺動速度８０ｍｍ／分で矢印により示した水平方向に１０ｍｍ引っ張ったときの摩擦力Ｆをロードセル３５によって測定した。その摩擦力Ｆの平均値Ｆａｖと荷重Ｐより動摩擦係数（＝Ｆａｖ／Ｐ）を求めた。
この表３から明らかなように、実施例はいずれも動摩擦係数が０．３以下と小さいものであった。
これに対して、各比較例は以下のような不具合が認められた。
比較例１は、凸部の算術平均粗さＲａが大きいため、摩擦係数が大きい。比較例２，４，５は、油溜まり深さＲｖｋが小さいため、摩擦係数が大きく、比較例３は、Ｓｎ系表面層が厚すぎるため、動摩擦係数が大きくなっており、いずれも、動摩擦係数０．３を超えている。
メス端子のエンボスによる凸部としては、外周面の直径が１．０ｍｍ、高さ０．１ｍｍ程度までの加工であれば、算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下となり、動摩擦係数を０．３以下に抑えることができる。凸部の直径が小さくなり、又は高さが大きくなると、算術平均粗さが０．３μｍより大きくなり、動摩擦係数も０．３を超えてしまう。
これに対して、各比較例は以下のような不具合が認められた。
比較例１は、凸部の算術平均粗さＲａが大きいため、摩擦係数が大きい。比較例２，４，５は、油溜まり深さＲｖｋが小さいため、摩擦係数が大きく、比較例３は、Ｓｎ系表面層が厚すぎるため、動摩擦係数が大きくなっており、いずれも、動摩擦係数０．３を超えている。
メス端子のエンボスによる凸部としては、外周面の直径が１．０ｍｍ、高さ０．１ｍｍ程度までの加工であれば、算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下となり、動摩擦係数を０．３以下に抑えることができる。凸部の直径が小さくなり、又は高さが大きくなると、算術平均粗さが０．３μｍより大きくなり、動摩擦係数も０．３を超えてしまう。
１ オス端子
２ メス端子
５ 基材
６ Ｓｎ系表面層
７ ＣｕＳｎ合金層
１１ 摺動部
１５ 開口部
１６ 接触片
１７ 側壁
１８ 凸部
１９ 折り曲げ部
２１ 基材
２２ Ｓｎ系表面層
２３ ＣｕＳｎ合金層
３１ 台
３２ オス端子試験片
３３ メス端子試験片
３４ 錘
３５ ロードセル
２ メス端子
５ 基材
６ Ｓｎ系表面層
７ ＣｕＳｎ合金層
１１ 摺動部
１５ 開口部
１６ 接触片
１７ 側壁
１８ 凸部
１９ 折り曲げ部
２１ 基材
２２ Ｓｎ系表面層
２３ ＣｕＳｎ合金層
３１ 台
３２ オス端子試験片
３３ メス端子試験片
３４ 錘
３５ ロードセル
Claims (3)
- Ｃｕ合金からなる基材上表面にＳｎ系表面層が形成された導電部材により成形されたオス端子とメス端子とからなり、前記メス端子に前記オス端子が嵌合して電気的接続を得る嵌合型接続端子において、前記メス端子は、前記Ｓｎ系表面層と前記Ｃｕ合金基材との間にＣｕＳｎ合金層が形成されており、前記Ｓｎ系表面層を溶解除去して、前記ＣｕＳｎ合金層を表面に現出させたときに測定される前記ＣｕＳｎ合金層の油溜り深さＲｖｋが０．２μｍ以上であり、かつ前記Ｓｎ系表面層の平均厚みが０．２μｍ以上０．６μｍ以下であり、前記メス端子の前記オス端子に対する摺動部は、オス端子を嵌合したときに該オス端子に向けて凸となるように突出しており、その摺動部の外表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下であることを特徴とする嵌合型接続端子。
- 前記メス端子における前記ＣｕＳｎ合金層の平均厚みが０．６μｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の嵌合型接続端子。
- 前記メス端子における前記基材が、０．５質量％以上５質量％以下のＮｉ、０．１質量％以上１．５質量％以下のＳｉを含有し、更に必要に応じてＺｎ，Ｓｎ、Ｆｅ，Ｍｇの群から選ばれた１種以上を合計で５質量％以下含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物から構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の嵌合型接続端子。
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