JP6423383B2 - 接続部品用材料 - Google Patents

Description

本発明は、接続部品用材料に関する。さらに詳しくは、本発明は、例えば、電気機器、電子機器などに使用されるコネクタ、リードフレーム、ハーネスプラグなどの電気接点部品などに好適に使用することができる接続部品用材料に関する。本発明の接続部品用材料によれば、例えば、電気的な接続端子などの接続部品を嵌合させた後、当該接続部品の微摺動が繰り返された場合であっても接触抵抗の上昇を抑制することができ、ひいては電気的接続の信頼性を高めることができる。

自動車、携帯電話などに使用される接続端子の数は、それらに使用される電子制御機器の増加に伴って増加する傾向がある。自動車の燃費の向上、省スペース化、携帯電話の持ち運びの便宜性などの観点から、接続端子の小型化および軽量化が求められている。これらの要求に応えるためには、接続端子同士を嵌合する際に加えられる力（挿入力）によって端子が変形することを防止するとともに、当該接続端子を小さくし、さらに接続端子の接続部における接触圧を保持することが必要である。したがって、接続端子には、これまで使用されている銅合金よりも高強度を有する材料を使用することが求められている。

銅合金よりも高強度を有する材料として、ステンレス鋼板を使用することが考えられる。ステンレス鋼板は、銅合金よりも機械的強度が高く、比重が小さく、安価であることから、小型化、軽量化、材料コストの低減などに適した材料である。

電気接点部品用材料として、ステンレス鋼板の表面の接触抵抗を下げるために、異種金属をめっきしたステンレス鋼板が開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかし、これらのステンレス鋼板が用いられた接続端子に振動が加わり、接点部の微摺動が繰り返されたとき、めっき層が早期に摩耗し、母材のステンレス鋼が露出するため、接点部における接触抵抗が高くなることから、接点部の微摺動が繰り返された場合であっても接触抵抗の上昇を抑制することができる接続部品用材料の開発が待ち望まれている。

特開２００４−３００４８９号公報 特開２００７−２６２４５８号公報 特開２０１５−０２８２０８号公報

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、接続部品の素材として使用される接続部品用材料であって、接続部品の微摺動が繰り返された場合であっても接触抵抗の上昇を抑制することができる接続部品用材料を提供することを課題とする。

本発明は、
（１） 電気的接続部品の素材として使用される電気的接続部品用材料であって、ステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層が形成され、当該Ｃｕめっき層上にＳｎめっき層が形成されてなり、前記Ｃｕめっき層の付着量が１．５〜４５ｇ／ｍ²であり、前記Ｓｎめっき層の付着量が１．５〜１５ｇ／ｍ²であり、前記ステンレス鋼板の表面硬度が２００〜４００ＨＶであることを特徴とする電気的接続部品用材料、および
（２） 電気的接続部品の素材として使用される電気的接続部品用材料を製造する方法であって、表面硬度が２００〜４００ＨＶであるステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層を付着量が１．５〜４５ｇ／ｍ²となるように形成させた後、Ｓｎめっき層を付着量が１．５〜１５ｇ／ｍ²となるように形成させることを特徴とする電気的接続部品用材料の製造方法
に関する。

本発明によれば、接続部品の微摺動が繰り返された場合であっても接触抵抗の上昇を抑制することができる接続部品用材料が提供される。

各実施例および各比較例において、耐微摺動摩耗性を調べる際に用いられる装置の概略説明図である。 （ａ）は、実施例１で得られた接続部品用材料のめっき層のＸ線回折図、（ｂ）は、実施例３で得られた接続部品用材料のめっき層のＸ線回折図である。

本発明の接続部品用材料は、前記したように、接続部品の素材として使用される接続部品用材料であり、ステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層が形成され、当該Ｃｕめっき層上にＳｎめっき層が形成され、前記Ｃｕめっき層の付着量が１．５〜４５ｇ／ｍ²であり、前記Ｓｎめっき層の付着量が１．５〜１５ｇ／ｍ²であり、前記ステンレス鋼板の硬度が２００〜４００ＨＶであることを特徴とする。

本発明の接続部品用材料は、前記構成要件を有することから、接続部品の微摺動が繰り返された場合であっても接触抵抗の上昇を抑制する性質（以下、耐微摺動摩耗性という）に優れている。

本発明の接続部品用材料は、例えば、硬度が２００〜４００ＨＶであるステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層を付着量が１．５〜４５ｇ／ｍ²となるように形成させた後、Ｓｎめっき層を付着量が１．５〜１５ｇ／ｍ²となるように形成させることにより、製造することができる。

ステンレス鋼板としては、例えば、ＪＩＳに規定されている、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのオーステナイト系ステンレス鋼板；ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４４４などのフェライト系ステンレス鋼板；ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０などのマルテンサイト系ステンレス鋼板などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。

ステンレス鋼板の板厚、長さおよび幅は、いずれも特に限定されず、ステンレス鋼板の種類、接続部品用材料の用途などに応じて適宜設定することが好ましい。その一例として、５０μｍ〜０．５ｍｍ程度の板厚を挙げることができる。

ステンレス鋼板の表面硬度は、Ｃｕめっき層およびステンレス鋼板が摺動時のせん断力によって塑性流動し、ステンレス鋼板が表面に露出することによって酸化し、接触抵抗が上昇し、耐微摺動摩耗性が低下することを抑制する観点から、２００ＨＶ以上であり、摺動時のせん断力によってステンレス鋼板が僅かに塑性変形し、摺動時にＣｕめっき層が塑性流動することによって摩耗を抑制し、ステンレス鋼板が表面に露出することよって耐微摺動摩耗性が低下することを抑制する観点から、４００ＨＶ以下である。ステンレス鋼板の表面硬度は、例えば、焼鈍、冷間圧延などを当該ステンレス鋼板に施すことによって容易に調節することができる。

ステンレス鋼板の表面硬度は、ステンレス鋼板の表面のビッカース硬度（ＨＶ）を意味し、マイクロビッカース硬さ試験機〔（株）ミツトヨ製、品番：ＨＭ−２２１〕を用いて測定したときの値である。当該ステンレス鋼板の表面硬度の具体的な測定方法は、以下の実施例に記載する。

なお、ステンレス鋼板の表面上には、ステンレス鋼板とＣｕめっき層との密着性を向上させる観点から、本発明の目的を阻害しない範囲内でＮｉめっき層が形成されていてもよい。Ｎｉめっき層は、例えば、Ｎｉめっき、Ｎｉストライクめっきなどによって形成させることができる。ＮｉめっきおよびＮｉストライクめっきは、いずれも電気めっき法または無電解めっき法によって行なうことができる。電気めっき法としては、例えば、ウッド浴を用いた電気めっき法、ワット浴を用いた電気めっき法、スルファミン酸浴を用いた電気めっき法などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。ステンレス鋼板上にＮｉめっき層を形成させる場合、Ｎｉめっき層の付着量は、ステンレス鋼板とＣｕめっき層との密着性を向上させる観点から、好ましくは０．４ｇ／ｍ²以上、より好ましくは０．９ｇ／ｍ²以上であり、ステンレス鋼板とＣｕめっき層との密着性を向上させる観点から、好ましくは４ｇ／ｍ²以下、より好ましくは３ｇ／ｍ²以下である。

ステンレス鋼板上にＣｕめっき層を形成させる方法としては、電気めっき法および無電解めっき法があるが、本発明においては、いずれの方法によってＣｕめっき層を形成させてもよい。電気めっき法としては、例えば、硫酸銅および硫酸を含有し、必要により、塩素イオン、めっき抑制剤、めっき促進剤などを含有する硫酸銅めっき浴などを用いた電気めっき法などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。Ｃｕめっき層の付着量は、耐微摺動摩耗性を向上させる観点から、１．５〜４５ｇ／ｍ²である。

ステンレス鋼板上に形成されたＣｕめっき層上にＳｎめっき層を形成させる方法としては、電気めっき法および無電解めっき法が挙げられ、本発明においては、いずれの方法によってＳｎめっき層が形成されてもよい。電気めっき法としては、例えば、メタンスルホン酸浴、フェロスタン浴、ハロゲン浴などのＳｎめっき浴を用いた電気めっき法などが挙げられるが、本発明は、かかる例示のみに限定されるものではない。Ｃｕめっき層上に形成されるＳｎめっき層の付着量は、耐微摺動摩耗性を向上させる観点から、１．５〜１５ｇ／ｍ²である。

なお、本発明においては、Ｃｕめっき層およびＳｎめっき層からなるめっき層は、ステンレス鋼板の一方表面のみに形成されていてもよく、ステンレス鋼板の両表面に形成されていてもよい。前記めっき層において、Ｓｎめっき層は、本発明の接続部品用材料に形成されているめっき層の最表面層を形成する。

Ｓｎめっき層をステンレス鋼板に形成させた後には、Ｓｎめっき層にウイスカーが生成することを抑制するために、当該ステンレス鋼板をＳｎの融点以上の温度に加熱することにより、当該ステンレス鋼板にリフロー処理を施すことが好ましい。

以上説明したように、本発明の接続部品用材料は、ステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層を形成させた後、Ｓｎめっき層を形成させることよって製造することができる。本発明の接続部品用材料は、耐微摺動摩耗性に優れていることから、例えば、電気機器、電子機器などに使用されるコネクタ、リードフレーム、ハーネスプラグなどの電気接点部品などに好適に使用することができる。

次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。

以下の実施例および比較例では、３種類のステンレス鋼板（板厚：０．２ｍｍ）を用いた。各ステンレス鋼板の化学成分を表１に示す。

実施例１〜１２および比較例１〜１０
ステンレス鋼板Ａ、ＢおよびＣに種々の条件で焼鈍酸洗および冷間圧延を繰り返し行なうことにより、表２に示す硬度を有するステンレス鋼板を得た。なお、ステンレス鋼板の硬度は、接続部品用材料を製造した後に以下の方法に基づいて測定した。

各ステンレス鋼板を縦１１０ｍｍ、横３００ｍｍの大きさに切り出し、当該ステンレス鋼板に常法によりアルカリ脱脂および酸洗を施した。

なお、前記ステンレス鋼板にＮｉストライクめっき層を形成させる場合には、以下に示すＮｉストライクめっきの条件で、当該ステンレス鋼板をウッド浴に浸漬し、Ｎｉ層の付着量が０．９ｇ／ｍ²となるように通電することにより、Ｎｉストライクめっきを施した。

〔Ｎｉストライクめっきの条件〕
・Ｎｉめっき液（ウッド浴）：塩化ニッケル２４０ｇ／Ｌ、塩酸１２５ｍＬ／Ｌ（ｐＨ：１．２）
・めっき液の液温：３５℃
・電流密度：８Ａ／ｄｍ²

表２の「Ｎｉストライクめっきの有無」の欄に記載の「無」は、Ｎｉストライクめっきが施されていないことを意味し、「有」は、Ｎｉストライクめっきが施されていることを意味する。

次に、前記ステンレス鋼板を硫酸めっき浴に浸漬し、以下に示すＣｕめっきの条件でＣｕめっきを行なうことにより、表２に示す付着量のＣｕめっき層を形成させた後、当該ステンレス鋼板をメタンスルホン酸浴に浸漬し、以下に示すＳｎめっきの条件でＳｎめっきを行なうことにより、表２に示す付着量のＳｎめっき層を形成させ、接続部品用材料を作製した。

〔Ｃｕめっきの条件〕
・Ｃｕめっき液（硫酸銅めっき浴）：硫酸銅２００ｇ／Ｌ、硫酸４５ｇ／Ｌ
・めっき液の液温：３０℃
・電流密度：１５Ａ／ｄｍ²

〔Ｓｎめっきの条件〕
・Ｓｎめっき液（メタンスルホン酸浴）（Ｓｎ^2＋５０ｇ／Ｌ、遊離酸１２０ｍＬ／Ｌ）（ｐＨ：０．２）
・めっき液の液温：３０℃
・電流密度：１０Ａ／ｄｍ²

次に、前記で得られた接続部品用材料をＳｎの融点以上の温度に加熱することにより、当該ステンレス鋼板にリフロー処理が施された接続部品用材料を作製した。図２の「リフロー処理の有無」の欄において、「有」は、リフロー処理が施されていることを意味し、「無」は、リフロー処理が施されていないことを意味する。

前記で得られた接続部品用材料を裁断することにより、接続部品用材料のめっき層の付着量を測定するための試験片、接続部品用材料に用いられているステンレス鋼板の硬度を測定するための試験片および接続部品用材料の耐微摺動摩耗性を測定するための試験片素材を作製した。

前記で得られた接続部品用材料のＮｉめっき層、Ｃｕめっき層およびＳｎめっき層の付着量を以下のめっき層の付着量の測定方法に基づいて測定した。その結果を表２に示す。

〔めっき層の付着量の測定方法〕
前記で得られた接続部品用材料のめっき層の付着量を測定するための試験片を硫酸中に浸漬することにより、各めっき層を溶解させ、得られた溶液を用い、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析装置〔（株）島津製作所製、品番：ＩＣＰＳ−８１００〕にて各めっき層における各元素の付着量を測定した。

また、前記で得られた接続部品用材料に用いられているステンレス鋼板の硬度を以下のステンレス鋼板の表面硬度の測定方法に基づいて測定した。その結果を表２に示す。

〔ステンレス鋼板の表面硬度の測定方法〕
前記で得られたステンレス鋼板の硬度を測定するための試験片として、縦２５ｍｍ、横１５ｍｍの長方形状の試験片を用いた。当該試験片をエポキシ樹脂で包埋し、当該エポキシ樹脂を硬化させることにより、包埋体を作製した。当該包埋体を裁断し、その断面に自動研磨装置で鏡面加工を施した。

次に、マイクロビッカース硬さ試験機〔（株）ミツトヨ製、品番：ＨＭ−２２１〕を用い、前記鏡面加工が施された断面において、ステンレス鋼板の表面から板厚の中心方向に１５μｍまでの範囲の表層のビッカース硬度を荷重１０ｇにて任意の５カ所で測定し、その平均値をステンレス鋼板の表面硬度とした。

次に、接続部品用材料の耐微摺動摩耗性を以下の耐微摺動摩耗性の測定方法に基づいて測定した。その結果を表２に示す。

〔耐微摺動摩耗性の測定方法〕
前記で得られた接続部品用材料の耐微摺動摩耗性を測定するための試験片素材を裁断することにより、縦５ｍｍ、横４０ｍｍの長方形状の基材プレートおよび縦５ｍｍ、横１０ｍｍの長方形状の試験片を作製した。

耐微摺動摩耗性の測定の際には摺動試験機として摺動試験機〔（株）山崎精機研究所製、品番：ＣＲＳ−Ｇ２０５０〕を用い、図１に示されるように、基材プレート１および試験片２を設置することによって耐微摺動摩耗性を調べた。なお、図１は、耐微摺動摩耗性を調べる際に用いられる装置の概略説明図である。

より具体的には、試験片２を２つ折りにしたときの一方の面の中央部に半径が１．２ｍｍであり、最大深さが０．３ｍｍである半球状の凸部３をプレス加工によって形成させた後、曲げ角度が１２０°で２つ折りになるように試験片２に曲げ加工を施した。基材プレート１の表面と、試験片２の凸部３の頂点とを接触させ、試験片２をばね（図示せず）で押さえることにより、基材プレート１と凸部３との接触圧を３．０Ｎに調整した。接触圧を３．０Ｎに維持した状態で基材プレート１を矢印Ｐに示されるように、その長手方向に往復時の移動距離が１００μｍとなるように調整し、摺動時の周波数を１Ｈｚに設定して摺動させた。このとき、摺動開始位置から１往復するまでの摺動操作を摺動１サイクルとし、当該摺動操作を１サイクル、２００サイクルおよび４００サイクル行なった後、基材プレート１と試験片２との間に電流１０ｍＡを通電し、基材プレート１と試験片２との間の電圧の変化を４端子法にて測定し、式：
［接触抵抗］＝［測定電圧］÷［通電電流］
に基づいて接触抵抗を算出し、以下の評価基準に基づいて耐微摺動摩耗性を評価した。

（評価基準）
◎：摺動１サイクル目と摺動２００サイクル目との抵抗値の差および摺動１サイクル目と摺動４００サイクル目との抵抗値の差がいずれも１０ｍΩ以下である。
〇：摺動１サイクル目と摺動２００サイクル目との抵抗値の差が１０ｍΩ以下であり、摺動１サイクル目と摺動４００サイクル目との抵抗値の差が１０ｍΩを越える。
×：摺動１サイクル目と摺動４００サイクル目との抵抗値の差に関係なく、摺動１サイクル目と摺動２００サイクル目との抵抗値の差が１０ｍΩを超える。

表２に示された結果から、各実施例で得られた接続部品用材料は、いずれも、各比較例で得られた接続部品用材料と対比して、耐微摺動摩耗性に優れていることがわかる。

参考例１
実施例１で得られた接続部品用材料および実施例３で得られた接続部品用材料の各めっき層のＸ線回折を（株）リガク製、型番：ＲＩＮＴ２５００型〔Ｘ線源：ＣｕＫα線、管電圧：４０ｋＶ、管電流：１００ｍＡ、ステップ幅：０．０２°、測定速度：４°／ｍｉｎ〕で調べた。その結果を図２に示す。図２において、（ａ）は、実施例１で得られた接続部品用材料のめっき層のＸ線回折図、（ｂ）は、実施例３で得られた接続部品用材料のめっき層のＸ線回折図である。

図２に示された結果から、実施例１で得られた接続部品用材料では、リフロー処理が施されているので、ＣｕとＳｎとの金属間化合物が形成されているのに対し、実施例３で得られた接続部品用材料では、リフロー処理が施されていないので、ＣｕとＳｎとの金属間化合物が形成されていないことがわかる。

また、表２に示された結果から、実施例１および実施例３で得られた接続部品用材料は、いずれも耐微摺動摩耗性に優れていることから、リフロー処理による金属間化合物の生成に関係なく、優れた耐微摺動摩耗性が発現されることがわかる。

本発明の接続部品用材料は、例えば、電気機器、電子機器などに使用されるコネクタ、リードフレーム、ハーネスプラグなどの電気接点部品などに使用することが期待されるものである。

１ 基材プレート
２ 試験片
３ 試験片の凸部

Claims (2)

1. 電気的接続部品の素材として使用される電気的接続部品用材料であって、ステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層が形成され、当該Ｃｕめっき層上にＳｎめっき層が形成されてなり、前記Ｃｕめっき層の付着量が１．５〜４５ｇ／ｍ²であり、前記Ｓｎめっき層の付着量が１．５〜１５ｇ／ｍ²であり、前記ステンレス鋼板の表面硬度が２００〜４００ＨＶであることを特徴とする電気的接続部品用材料。
2. 電気的接続部品の素材として使用される電気的接続部品用材料を製造する方法であって、表面硬度が２００〜４００ＨＶであるステンレス鋼板の表面上にＣｕめっき層を付着量が１．５〜４５ｇ／ｍ²となるように形成させた後、Ｓｎめっき層を付着量が１．５〜１５ｇ／ｍ²となるように形成させることを特徴とする電気的接続部品用材料の製造方法。

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