JP6815876B2 - 嵌合型端子 - Google Patents

Description

本発明は、銅または銅合金からなる基材と、この基材上に直接または中間層を介して形成された銅−錫合金を主体とする錫含有層とを備える表面被覆材で形成してなる嵌合型端子に関し、特に、自動車および電子部品等に用いられ、嵌合接続・切り離しの際における端子間の挿抜力が小さく、しかも、端子間で挿抜を繰返した後に高温（例えば１４０℃程度）環境下で継続使用した場合であっても、接触抵抗の増加が有効に抑制され、安定した電気接続性を維持できる嵌合型端子に関する。

従来、銅（Ｃｕ）、銅合金などの導電性基材（以下、単に「基材」という。）上に、錫（Ｓｎ）、錫合金などのめっき層を設けためっき材料（表面被覆材）は、基材が有する、優れた導電性および高い強度と、めっき層が有する、優れた電気接続性および耐食性とを兼ね備えた高性能導体材料として知られており、各種の端子やコネクタなどに広く用いられている。

ところで近年、電子制御化が進む中でコネクタは多極化する傾向にあり、かかるコネクタの多極化に伴って、嵌合接続や切り離しの際に、雄コネクタの端子群と雌コネクタの端子群をそれぞれ構成する端子同士を挿抜するのに必要な力が大きくなってきていることから、特に、自動車のエンジンルーム内などの狭い空間内に端子が位置している場合には、作業者が小さな力で簡単に端子間の挿抜作業を行なうことができず、また、作業者が無理な力で押し込んだり引っ張ったりして挿抜作業を行なうと、端子が破損したり、断線等のおそれもある。コネクタの多極化は、特に複数の小型端子を配したコネクタにおいて求められており、具体的には、タブ幅（雄端子）にして１．０ｍｍや０．６４ｍｍであるような小型雄雌端子に対して特に強く要求されている。

そこで、コネクタ同士の嵌合接続および切り離しの作業負荷を低減するという観点から、多極化したコネクタを構成する端子間の挿抜力を低減することが求められている。端子間の挿抜力が高いと、コネクタ同士の嵌合接続および切り離しの作業を行う作業者の負荷が増大してしまうので、端子間の挿抜力を低減するための構造をコネクタにさらに追加して設けなければならず、これは、製品コストを上昇させる要因となっていた。

端子間の挿抜力を低減するための手段としては、端子間の接触力を弱める方法があるが、この方法は、端子を構成するめっき材料の表面が軟質な錫めっき層で形成されていると、端子の接触面にフレッティング現象が起きて端子間に導通不良が発生することがある。

ここで、「フレッティング現象」とは、振動や温度変化などが原因で端子の接触面間に起きる微振動により、端子表面の軟質の錫めっき層が摩耗により一部が剥離し、剥離した摩耗粉が、酸化して比抵抗（比電気抵抗）の大きい摩耗粉になる現象である。この摩耗粉が接触面間に介在すると、電気接続不良が起きる。このフレッティング現象は、端子間の接触力が低いほど起き易い。

このため、端子間の接触力を弱めることなく挿抜力を低下させる構成、例えば端子間の摩擦力を小さくする構成を採用することが望ましい。また、自動車のエンジンルーム内などでは、例えば１４０℃程度の高温になることが想定されるため、低挿抜性だけでなく、高温環境下においても安定した電気接続性が維持されることが必要である。

加えて、使用者が行うコネクタ同士の嵌合接続は、通常、１回行なう場合だけではなく、複数回の嵌合接続・切り離しを繰り返して行なう場合も想定される。このようにコネクタの嵌合接続・切り離しを繰り返すと、端子の接触面を構成する錫めっき層は軟質であるため、錫めっき層が摩耗によって除去されやすく、嵌合接続・切り離しの繰返し回数に応じて、接触面に残存する錫量が減少または消失してしまう傾向があり、このような表面状態の端子を高温環境下で継続して使用した場合、電気接続性が劣化する場合があった。このため、高温環境下における電気接続性は、端子間の繰返し挿抜動作を行った場合であっても、劣化することなく安定して得られることも必要である。

例えば、特許文献１は、銅板条からなる母材（基材）の表面に、銅−錫合金被覆層と錫被覆層がこの順に形成されており、銅−錫合金被覆層の材料表面露出面積率が３〜７５％、平均の厚さが０．１〜３．０μｍ、かつ銅含有量が２０〜７０ａｔ％であり、錫被覆層の平均の厚さが０．２〜５．０μｍであることを特徴とする接続部品用導電材料を開示する。そして、特許文献１によれば、かかる導電材料を、特に嵌合型端子として使用すれば、摩擦係数を低く（低い挿入力に）することができるので、例えば自動車等に、多極コネクタを構成する端子として使用した場合、オス端子とメス端子との間の嵌合時における挿入力が低く、組立作業を効率よく行なうことができ、また、高温雰囲気下で長時間使用されたとしても、電気的信頼性（低接触抵抗）を維持できるとしている。

また、特許文献２は、導電性基材上に錫めっき層が形成された雄端子と雌端子とからなり、雄端子および雌端子の一方の端子の他方の端子との接点部の表面に、長手方向に互いに離間した複数の溝または凹部が形成された嵌合型接続端子を開示する。そして、特許文献２によれば、微摺動摩耗（フレッティング現象）による電気抵抗値の上昇を安価に且つ十分に抑制することができるとしている。

また、特許文献３は、導電性基体上に、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、鉄、鉄合金のいずれか１種からなる下地層が設けられ、その上に銅または銅合金からなる中間層が設けられ、その上に銅−錫金属間化合物からなる最外層が設けられ、接続端子の摺動部などに用いるのに好適なめっき材料を記載する。このめっき材料は、最外層を硬質の銅−錫金属間化合物層とすることによって、めっき層を薄くして端子間の接触力を小さくしても、フレッティング現象が起き難い構成を採用しており、このめっき材料を摺動部に用いた端子などは、良好な挿抜性および電気接続性を安定して得ることができる。

しかしながら、特許文献１〜３には、いずれも高温環境下における電気接続性が、コネクタ同士の嵌合接続・切り離しを複数回繰り返して行なった後の端子（導電材料）では劣化する場合があるという問題点に関する記載や、端子間の繰返し挿抜動作を行った後の端子（導電材料）について電気接続性を評価したデータは見当たらない。

特開２００６−７７３０７号公報 特開２０１３−１０１９１５号公報 特開２００７−２４７０６０号公報

本発明の目的は、特に、自動車および電子部品等に用いられ、嵌合接続・切り離しの際における端子間の挿抜力を従来技術と同等程度に低くでき、しかも、端子間で挿抜を繰返した後に高温（例えば１４０℃程度）環境下で継続使用した場合であっても、接触抵抗の増加が有効に抑制され、安定した電気接続性を維持できる嵌合型端子を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）銅または銅合金からなる基材と、該基材上に直接または中間層を介して形成された銅−錫合金を主体とする錫含有層とを備える表面被覆材で形成してなる嵌合型端子であって、前記錫含有層が、複数の溝で区画形成された複数の銅−錫合金部と、前記複数の溝内に形成された複数の金属錫部とを有し、かつ、前記金属錫部の前記銅−錫合金部に対する存在割合が、前記表面被覆材の断面で見て、面積比で１〜８％の範囲であることを特徴とする嵌合型端子。
（２）前記中間層は、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、銅および銅合金の群から選択される金属または合金からなる層のうちのいずれか１層以上で構成される、上記（１）に記載の嵌合型端子。
（３）前記表面被覆材は、前記錫含有層上に、錫からなる錫層をさらに有する、上記（１）または（２）に記載の嵌合型端子。

本発明の嵌合型端子は、銅または銅合金からなる基材と、該基材上に直接または中間層を介して形成された銅−錫合金を主体とする錫含有層とを備える表面被覆材で形成してなる嵌合型端子であって、前記錫含有層が、複数の溝で区画形成された複数の銅−錫合金部と、前記複数の溝内に形成された複数の金属錫部とを有し、かつ、前記金属錫部の前記銅−錫合金部に対する存在割合を、前記表面被覆材の断面で見て、面積比で１〜８％の範囲とすることによって、特に、自動車および電子部品等に用いられ、嵌合接続・切り離しの際における端子間の挿抜力を従来技術と同等程度に低くでき、しかも、端子間で挿抜を繰返した後に高温（例えば１４０℃程度）環境下で継続使用した場合であっても、接触抵抗の増加が有効に抑制され、安定した電気接続性を維持することができる。

図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明に従う嵌合型端子を構成する表面被覆材に、エンボス加工（ディンプル加工）を施して曲率半径が１ｍｍの半球状の模擬接点を形成し、この模擬接点の頂点部に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によって長さ５０μｍ、深さ５〜２０μｍの断面が見えるように微細加工を施し、その断面を走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）により観察したものであって、図１（ａ）が概略断面模式図、図１（ｂ）が溝内に形成された金属錫部を検出したときの断面ＳＩＭ像、図１（ｃ）が図１（ｂ）に示す溝内の金属錫部の幅Ｗ及び深さＤを示した図、そして、図１（ｄ）が金属錫部の銅−錫合金部に対する存在割合を算出するための銅含有層の断面における測定面積の長さＬを示した断面ＳＩＭ像である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の嵌合型端子を構成する表面被覆材に潰し加工を施す方法を説明するための概念図である。 図３（ａ）〜（ｃ）は、潰し加工を施した表面被覆材に、さらにディンプル加工を施す方法を説明するための概念図である。 図４は、端子の挿抜を模擬するための試験を行なうために用いた試験装置の概略図である。

次に、本発明に従う嵌合型端子について、具体的な実施形態を挙げ、図面を参照しながら以下で説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明に従う嵌合型端子を構成する表面被覆材に、エンボス加工（ディンプル加工）を施して曲率半径が１ｍｍの半球状の模擬接点を形成し、この模擬接点の頂点部に、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によって長さ５０μｍ、深さ５〜２０μｍの断面が見えるように微細加工を施し、その断面を走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）により観察したものであって、図１（ａ）が概略断面模式図、図１（ｂ）が溝内に形成された金属錫部を検出したときの断面ＳＩＭ像、図１（ｃ）が図１（ｂ）に示す溝内の金属錫部の幅Ｗ及び深さＤを示した図、そして、図１（ｄ）が金属錫部の銅−錫合金部に対する存在割合を算出するための銅含有層の断面における測定面積の長さＬを示した断面ＳＩＭ像である。

本発明の嵌合型端子は表面被覆材１を用いて形成したものである。嵌合型端子（図示せず）としては、例えば、接続構造体を構成する雌型コネクタおよび雄型コネクタにそれぞれ配置される雌型端子および雄型端子が挙げられ、特に多極コネクタとして構成された、雌型コネクタおよび雄型コネクタにそれぞれ複数個配置する雌型端子および雄型端子に使用するのが好ましい。なお、本発明の嵌合型端子に関する構成等は、従来の嵌合型端子と同様であることから、図示および詳細な説明については割愛する。

（表面被覆材）
表面被覆材１は、基材２と錫含有層３とを備えている。また、図１（ａ）では、錫含有層３上に、錫からなる錫層４をさらに有している場合の実施形態を一例として示しているが、錫層４は形成しなくてもよい。本発明の嵌合型端子は、端子間の接触力を弱めずに使用することを前提とするため、最上層が錫層４であっても、フレッティング摩耗が生じにくく、また、錫は電気接続性および耐食性が優れていることから、錫含有層３上に錫層４を有することが好ましい。本発明の表面被覆材１は、特に自動車および電子部品等の嵌合型コネクタを構成する雄雌端子の少なくとも一方の端子を構成するのに用いるのが、表面被覆材１の表面における摩擦力を小さくして端子間の挿抜力を低減できる点で好ましく、特に雄雌端子の双方に用いるのがより好適である。

［基材］
基材２は、銅（Ｃｕ）、またはリン青銅、黄銅、洋白、ベリリウム銅、コルソン合金などの銅合金からなり、優れた導電性と高い強度を有している。基材２の形状は、板、条、丸線、角線など種々の形状を採用することができる。

［錫含有層］
錫（Ｓｎ）含有層３は、図１（ａ）に示すように、基材２上に直接形成するか、あるいは中間層（図示せず）を介して形成され、銅−錫合金を主体として構成され、より具体的には、錫含有層３は、表面被覆材１の断面で見て、銅−錫合金が面積比で９２％以上の割合で存在している。ここでいう「銅−錫合金」としては、例えばＣｕ_６Ｓｎ_５、Ｃｕ_３Ｓｎ、Ｃｕ_４Ｓｎなどの銅−錫金属間化合物が挙げられる。

そして、本発明の構成上の主な特徴は、表面被覆材１を構成する銅含有層３の適正化を図ることにあり、より具体的には、銅含有層３が、複数の溝Ｇで区画形成された複数の銅−錫合金部３ａと、これら複数の溝Ｇ内に形成された複数の金属錫部３ｂとを有し、かつ、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合を、表面被覆材１の断面で見て、面積比で１〜８％の範囲とすることにあり、かかる構成を採用することによって、特に、自動車および電子部品等に用いられ、嵌合接続・切り離しの際における端子間の挿抜力を従来技術と同等程度に低くでき、しかも、端子間で挿抜を繰返した後に高温（例えば１４０℃程度）環境下で継続使用した場合であっても、接触抵抗の増加が有効に抑制され、安定した電気接続性を維持することができる。

ところで、コネクタ同士の嵌合接続および切り離しを行なうと端子間で挿抜（挿入および引き抜き）動作が生じる。このとき、例えば端子を構成する表面被覆材が、錫層、あるいは銅−錫合金層（かつ表面に錫が一部露出している。）を最上層とする場合、端子間の挿抜が１回だけだと、従来の表面被覆材および本発明の表面被覆材の双方ともに、錫の摩耗量は少なく、最表面に錫が残存するため、高温放置の際に基材中の銅が最表面の方向に向かって拡散したとしても、最表面に残存する錫と反応して銅−錫金属間化合物を形成するため、最表面に銅が拡散して酸化銅に変化することによって接触抵抗が上昇するのを防止することができる。したがって、接触抵抗は、初期値のまま低い数値を維持する。

しかしながら、本発明者らが検討したところ、端子間で挿抜を複数回繰り返していくと、従来技術では最表面に存在していた錫が少なくなるかあるいは除去されて銅−錫合金層のみが最表面に露出するようになる。このような表面状態にある端子は、高温放置の際に基材中の銅が最表面に拡散すると、最表面には錫が存在しないため、銅が最表面に到達し、最表面に到達した銅は酸化銅に変化し、接触抵抗の上昇をもたらす結果、電気接続の不良が生じることが判明した。

このため、本発明の嵌合型端子は、銅含有層３を構成する複数の銅−錫合金部３ａ同士を区画する溝（隙間）Ｇに、銅含有層３の厚さ方向に存在するように金属錫部３ｂを形成することによって、高温放置の際に基材２中の銅が銅含有層３中を拡散したとしても、拡散した銅は、銅含有層３の厚さ方向に存在する金属錫部３ｂの錫と反応して銅−錫金属間化合物を形成するため、拡散したほとんどの銅は、最表面に到達する前に銅含有層３中で銅−錫金属間化合物になって、最表面への銅の拡散を遅延させ、接触抵抗の上昇を抑制できる結果、安定した電気接続を維持することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

また、本発明では、表面被覆材の断面で見て、錫含有層３を構成する、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合を、面積比で１〜８％の範囲とすることが必要である。金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合が、面積比で１％未満だと、繰り返し挿抜した後の端子を高温放置した際に、基材からの銅の拡散を効果的に抑制することができず、表面被覆材の最表面での接触抵抗の上昇を十分に抑制することはできない。一方、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合が、面積比で８％超えだと、繰り返し挿抜により、銅含有層３を構成する銅−錫合金部３ａが剥離等によって除去されやすくなって、その後の高温放置の際に接触抵抗の上昇が生じて安定した電気接続が得られなくなるからである。したがって、本発明では、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合を面積比で１〜８％の範囲とし、これによって、繰り返し挿抜した後の端子を高温環境下で継続使用した場合であっても、基材からの銅の拡散を効果的に抑制して、安定した電気接続を維持したものである。

なお、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合（面積比）の算出は、以下の手順で行なうこととする。まず、作製した曲率半径１ｍｍの半球模擬接点部（以下「エンボスサンプル」と称する。）を、頂点位置にてＦＩＢで長さ５０μｍ、深さ５〜２０μｍの断面を出す微細加工を行ない、その断面をＳＩＭで観察し、断面内の金属錫部３ｂを検出し（図１（ｂ））、その断面ＳＩＭ像から長さ５０μｍ当たりの錫含有層３中に存在する銅−錫合金部３ａの総面積（μｍ^２）を算出する。次に、金属錫部３ｂについては、各々の幅Ｗ、深さＤを測定し（図１（ｃ）参照）、個々の金属錫部３ｂの面積を幅Ｗ×深さＤとして、全ての金属錫部３ｂの面積の合計を金属錫部３ｂの総面積（μｍ^２）とする。そして、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合（面積比）は、（金属錫部３ｂの総面積）÷（銅−錫合金部３ａの総面積）×１００（単位：％）として算出する。

加えて、本発明では、金属錫部３ｂが、複数の銅−錫合金部３ａ間の溝（隙間）内に形成されていることから、表面被覆材１が、錫含有層３上に錫層４をさらに有している場合には、錫層４は、金属錫部３ｂと一体化して錫含有層３の一部を構成することによって、錫含有層３に対する密着強度が高くなって、剥離や除去が起こりにくくなるという効果も奏する。

金属錫部３ｂを形成する溝Ｇの深さＤは、図１（ａ）に示すように、複数の銅−錫合金部３ａを複数の部分に区画して、錫含有層３の厚さ方向に延在するように形成し、金属錫部３ｂを溝Ｇ内に一部あるいは全容積を埋めるように形成することが、基板から最表面への銅の拡散を有効に抑制する点で好ましい。例えば、前記溝Ｇは、深さＤが０．２〜２μｍ、Ｗが０．０２〜１μｍであることが好ましい。なお、金属錫部３ｂの、銅−錫合金部３ａの表面から溝Ｇ内に延在する長さは、錫含有層３の厚さの５０％以上であることが好ましい。また、金属錫部３ｂは、錫含有層３の表面全体にわたって均一な分布状態で存在していることが、基材（基板）から最表面に拡散する銅を金属錫部３ｂの錫がトラップして、最表面への銅の拡散を有効に抑制できる点で好ましく、特に、隣接する金属錫部３ｂ、３ｂ間の距離は、２〜５０μｍであることが好適である。さらに、錫含有層３を構成する金属錫部３ｂおよび銅−錫合金部３ａならびに錫層４の形成は、いずれも電気めっきなどの湿式めっき法で行うのが好ましいが、スパッタリング法やイオンプレーティング法などの乾式めっき法などの他の被膜形成法で行なってもよい。なお、金属錫部３ｂの形状は，溝Ｇの形状に対応して板状に形成することが好ましい。

［中間層］
また、表面被覆材１は、基材２と錫合金層３の間に中間層を形成する場合には、中間層は、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、コバルト（Ｃｏ）、コバルト合金、銅（Ｃｕ）および銅合金の群から選択される金属または合金からなる層のうちのいずれか１層以上で構成されることが好ましい。中間層の形成は、上述した錫含有層３や錫層４と同様な形成方法を採用すればよい。

（表面被覆材の製造方法）
次に、表面被覆材の製造方法の一例を以下で説明する。
まず、銅合金条などからなる基材に、カソード電解脱脂と酸洗を順次施す前処理工程を行い、その後、基材上に、電気めっきにより、ニッケル層（中間層）、銅層、錫層を順に形成する。カソード電解脱脂条件および酸洗条件を、それぞれ表１および表２に、また、ニッケル層、銅層、錫層を形成するめっき条件を、それぞれ表３〜表５に一例として示す。

次いで、めっき後にリフロー処理する。このリフロー処理によって、銅層中の銅と錫層中の錫とを相互に熱拡散させることによって銅−錫合金層を形成させる。リフロー条件を表６に一例として示す。なお、形成した銅−錫合金層と、反応せずに残った錫層との表面露出割合は、リフロー前に形成した銅層と錫層のめっき厚の調整により実現することができる。また、錫層中の全ての錫を銅層中の銅と反応させて最上層を銅−錫合金層だけで形成することもできる。

その後、潰し加工を施し、錫含有層３に形成される溝Ｇの元となる微細な表面クラックを形成する。潰し加工は、例えば所定の面積（例えば１０ｍｍ四方の面積）の平らな頂面と所定の高さ（例えば０．２ｍｍ程度）で突出する突出部７をもつ上側金型５と、平坦な押圧表面をもつ下側金型６との間に表面被覆材１に配置し（図２（ａ））、この表面被覆材１を両金型５および６で挟んだ状態で押圧プレスすることによって圧力をかけて押し潰し（図２（ｂ））、それによって、表面に微細なクラックを形成した凹部８をもつ表面被覆材１´を作製する（図２（ｃ））。潰し加工は、表面被覆材の凹部８の表面に微細なクラックや溝を形成するために行なう工程であって、表面被覆材１を型でプレスして行なうことによって、表面被覆材１を板厚方向に圧縮変形させ、これに伴って、表面被覆材１を構成する錫含有層３も圧縮変形させられる結果、硬くて脆い性質をもつ銅−錫合金層は、圧縮変形によって分断され、微細なクラックや溝が形成されやすくなる。潰し加工は、加工時のストロークを大きくするほど溝の数が増えることから、これを利用して溝の数を制御することができる。

次いで、この表面被覆材１´の、凹部８に対応する裏面からディンプル加工を施す。ディンプル加工は、表面被覆材１´の凹部８に対応した位置に開口孔を有し、平坦な押圧表面をもつ上側金型９と、半球状に突出させたディンプル形成用突出部１１を有する下側金型１０とを用意し（図３（ａ））、表面被覆材1´の、凹部８に相当する裏面側の位置に、ディンプル形成用突出部１１が位置するような配置状態で、両金型９および１０で圧力をかけて成形することで、ディンプル形成用突出部１１で表面被覆材1´の凹部８の裏面に半球状のディンプル１２を形成し（図３（ｂ））、凹部８から、ディンプル１２に対応して半球面状に突出する突出表面１３を形成した表面被覆材１´´を作製する（図３（ｃ））。ディンプル加工もまた、潰し加工と同様、表面被覆材の表面に微細なクラックや溝を形成するために行なう工程であって、表面被覆材の凹部８の表面に半球面状に形成された突出表面１３に、引張応力が作用する結果、硬くて脆い性質をもつ銅−錫合金層は、引張応力の作用によって分断され、微細なクラックや溝が形成されやすくなる。ディンプル加工は、ディンプル形成用突出部１１の高さおよび頂点位置での曲率半径を変更することによって、表面クラックの生成およびクラックの進展を制御して、所望の幅Ｗおよび深さＤをもつ溝Ｇを形成することができる。なお、本実施形態では、潰し加工とディンプル加工の双方を行うことで溝Ｇを形成している場合を示しているが、潰し加工とディンプル加工は、双方を行う場合だけではなく、いずれか一方だけを行なってもよく、加えて、溝Ｇを形成できるのであれば、他の加工方法やその併用で行なってもよい。

その後、溝Ｇに金属錫部３ｂを形成する。金属錫部３ｂの形成方法は、特に限定はしないが、例えば錫めっきで行うことが好ましい。錫めっきの条件としては、例えば表５と同じめっき条件で行えばよい。また、錫含有層３上に錫層４を形成する場合には、錫めっきを施すことによって、溝Ｇ内への金属錫部３ｂの形成とともに行うことができ、また、錫含有層３上に錫層４を形成しない場合には、錫めっきした後に研磨やエッチング等により錫含有層３上に形成された錫層４を除去すればよい。

［前処理工程］

［ニッケル層形成工程］

［銅層形成工程］

［錫層形成工程］

［リフロー処理工程］

次に、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例では、嵌合型端子のうち、特に雌端子の接点部の性能を評価するため、張出し加工模擬接点を作製し、評価を行なったので以下で説明する。

（実施例１〜３ならびに比較例１および２）
まず、厚さ０．２５ｍｍ、幅４０ｍｍ以上、長さ１００ｍｍ以上の銅合金条（古河電気工業株式会社製、商品名：ＦＡＳ−６８０）に、仕上げ圧延を施して厚さ０．２０ｍｍの圧延材とした後、この圧延材の両端部を５ｍｍ以上切断して除去し、幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの基材を作製した。次に、基材に、表１に示すカソード電解脱脂および表２に示す酸洗を順次施す前処理工程を行い、その後、基材上に、表３〜表５に示す電気めっき条件で、それぞれニッケル層、銅層、錫層を順に形成し、その後、表６に示す条件でリフロー処理することで、銅層中の銅と錫層中の錫とを相互に熱拡散させることによって、錫含有層３を構成する銅−錫合金部３ａの元となる銅−錫合金層を形成させた。その後、潰し加工を施し、錫含有層３に形成される溝Ｇの元となる微細な表面クラックを形成した。潰し加工は、１０ｍｍ四方の面積の平らな頂面と、０．２ｍｍの高さで突出する凹部形成用突出部７をもつ上側金型５と、平坦な押圧表面をもつ下側金型６との間に表面被覆材１に配置し（図２（ａ））、この表面被覆材１を両金型５および６で挟んだ状態で圧力をかけて押し潰し（図２（ｂ））、それによって、表面に微細なクラックを形成した凹部８をもつ表面被覆材１´を作製した（図２（ｃ））。潰し加工の際の凹部形成用突出部７の押し込み量（ストローク）は、表面被覆材１が凹部形成用突出部７と接した状態を０μｍとし、４、８、１２、１６μｍの深さに変更して行った。また、表面被覆材１に潰し加工を施さない場合のサンプルも用意した。次いで、この表面被覆材１´の、凹部８に対応する裏面からディンプル加工を施した。ディンプル加工は、表面被覆材１´の凹部８に対応した位置に開口孔をもち、平坦な押圧表面をもつ上側金型９と、曲率半径が１．５ｍｍで半球状に突出させたディンプル形成用突出部１１を有する下側金型１０とを用意し（図３（ａ））、表面被覆材1´の、凹部８に相当する裏面側の位置に、ディンプル形成用突出部１１が位置するような配置状態で、両金型９および１０で圧力をかけて成形することで、ディンプル形成用突出部１１で表面被覆材1´の凹部８の裏面に半球状のディンプル１２を形成し（図３（ｂ））、凹部８から、ディンプル１２に対応して半球面状に突出する突出表面１３を形成した表面被覆材１´´を作製した（図３（ｃ））。このとき、ディンプル１２の頂点位置での曲率半径は１．５ｍｍであり、凹部８の表面（底面）位置から突出表面１３の頂点位置までを測定したときの高さは０．１５ｍｍであった。その後、溝Ｇに金属錫部３ｂを形成した。錫含有層上に錫層を形成する場合には、錫めっきを施すことによって、銅−錫合金部３ａを区画する溝Ｇ内への金属錫部の形成とともに行うことができ、また、錫含有層３上に錫層４を形成しない場合には、錫めっきした後に研磨やエッチング等により錫含有層３上に形成された錫層４を除去した。以上の手順によって、雌端子の接点部を模擬した張出し加工模擬接点部を形成した供試材を作製した。表７に、各供試材の作製条件を示す。

（比較例３）
比較例３は、厚さ０．２５ｍｍ、幅４０ｍｍ以上、長さ１００ｍｍ以上の銅合金条（古河電気工業株式会社製、商品名：ＦＡＳ−６８０）に、仕上げ圧延を施して厚さ０．２０ｍｍの圧延材とした後、この圧延材の両端部を５ｍｍ以上切断して除去し、幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの基材を作製し、この基材に、表１に示すカソード電解脱脂および表２に示す酸洗を順次施す前処理工程を行い、その後、基材上に、表３〜表５に示す電気めっき条件で、それぞれニッケル層、銅層、錫層を順に形成し、その後、所定のリフロー処理を施すことで、銅層中の銅と錫層中の錫とを相互に熱拡散させることによって、特許文献３に記載のように、最外層を、表面に島状の錫が露出して点在する銅−錫合金層として形成し、潰し加工およびディンプル加工を行なわずに供試材（表面被覆材）を作製した。

上記各供試材において、以下の方法で測定および試験を行い、性能評価を行なった。

＜溝内の金属錫部／銅−錫合金部の存在割合の算出＞
金属錫部の銅−錫合金部に対する存在割合（面積比）の算出は、以下の手順で行なうこととする。まず、作製した各供試材における曲率半径１．５ｍｍの半球模擬接点部を、頂点位置にてＦＩＢで長さ５０μｍ、深さ５〜２０μｍの断面を出す微細加工を行ない、その断面をＳＩＭで観察し、断面内の金属錫部３ｂを検出し（図１（ｂ））、その断面ＳＩＭ像から長さ５０μｍ当たりの錫含有層３中に存在する銅−錫合金部３ａの総面積（μｍ^２）を算出する。次に、金属錫部３ｂについては、各々の幅Ｗ、深さＤを測定し、個々の金属錫部３ｂの面積を幅Ｗ×深さＤとして、全ての金属錫部３ｂの面積の合計を金属錫部３ｂの総面積（μｍ^２）とする。そして、金属錫部３ｂの銅−錫合金部３ａに対する存在割合（面積比）は、（金属錫部３ｂの総面積）÷（銅−錫合金部３ａの総面積）×１００（単位：％）として算出する。なお、表７中の金属錫部３ｂの幅Ｗおよび深さＤは、全ての金属錫部３ｂの平均値によって求めた。

＜端子間の挿抜繰返し試験＞
端子間の挿抜繰返し試験は、嵌合型接続部品における電気接点のインデント部の形状を模擬し、図４に示すような装置２０を用いて評価した。オス試験片２１には、オス端子として良く使用されるめっきに合わせ、基材を実施例と同じＦＡＳ−６８０を用い、基材上に、厚さ０．５μｍの銅−錫合金層と、厚さ０．５μｍの錫層を順に形成した表面被覆材を使用した。端子間の挿抜繰返し試験は、このオス試験片２１ を水平な台２２に固定し、半球加工材（曲率半径が１．５ｍｍとした。）である各供試材をメス試験片２３として、両試験片２１、２３の表面同士を接触させた。続いて、メス試験片２３に３．０Ｎの荷重（錘２４）をかけてメス試験片２３をオス試験片２１に押し付け、横型荷重測定器 を用いて、オス試験片２１ を、摺動距離が１０ｍｍ、摺動速度が１００ｍｍ／ｍｉｎとした条件下で、水平方向Ｈに繰返し移動させることにより行った。なお、２５はロードセルであり、試験は、各供試材（メス試験片２３）について、挿抜回数が１回の場合と１５回の場合の２種類のサンプルを作製した。

＜高温環境放置後における電気接続性の試験＞
高温環境放置後における電気接続性の試験は、上述した端子間の挿抜繰返し試験を行なった各メス試験片について、１４０℃の大気中で２４時間保持する高温放置試験を実施し、その後、接触抵抗を４端子法により測定し、測定した接触抵抗の数値により高温環境放置後における電気接続性を評価した。これは、繰り返し挿抜後の耐熱性の指標である。接触抵抗の測定条件は、接触荷重を３．０Ｎとし、通電電流を１０ｍＡとした。プローブには繰り返し挿抜および高温放置試験を実施したインデント試験片（メス試験片２３）とし、このメス試験片２３に接触させる相手側の板材には、上述したオス試験片２１と同じ表面被覆材を用い、この表面被覆材を縦２０〜５０ｍｍ×横２０〜５０ｍｍに切断し、端部５ｍｍ以外を選択して接触させた。接触抵抗は、各試験片（ｎ＝５）ごとに測定し、それらの測定値を平均した数値とした。その結果を表８に示す。評価基準としてこの接触抵抗が２０ｍΩ未満のものを「耐熱性に優れる」として「○」、２０ｍΩ以上のものを「耐熱性に劣る」として「×」として表８に示す。

表８に示す評価結果から、実施例１〜３はいずれも、高温環境放置後における電気接続性が優れている。
一方、金属錫部の銅−錫合金部に対する存在割合（面積比）が０．５％と小さい比較例１、および金属錫部の銅−錫合金部に対する存在割合（面積比）が１０と大きい比較例２は、いずれも高温放置後の電気接続性が劣っており、さらに、特許文献３に記載のように、最外層を、表面に島状の錫が露出して点在する銅−錫合金層として形成した比較例３もまた、高温放置後の電気接続性が劣っていた。

本発明の嵌合型端子は、特に、自動車および電子部品等に用いられ、嵌合接続・切り離しの際における端子間の挿抜力を従来技術と同等程度に低くでき、しかも、端子間で挿抜を繰返した後に高温（例えば１４０℃程度）環境下で継続使用した場合であっても、接触抵抗の増加が有効に抑制され、安定した電気接続性を維持することができる。

１ 表面被覆材
２ 基材
３ 錫含有層
４ 錫層
５ 上側金型
６ 下側金型
７ 凹部形成用突出部
８ 凹部
９ 上側金型
１０ 下側金型
１１ ディンプル形成用突出部
１２ ディンプル
１３ 突出表面
２０ 試験装置
２１ オス試験片
２２ 台
２３ メス試験片
２４ 錘
２５ ロードセル

Claims (3)

1. 銅または銅合金からなる基材と、
   該基材上に直接または中間層を介して形成された銅−錫合金を主体とする錫含有層と
   を備える表面被覆材で形成してなる嵌合型端子であって、
   前記錫含有層が、
   複数のクラック状の溝で区画形成された複数の銅−錫合金部と、
   前記複数のクラック状の溝内に形成された複数の金属錫部と
   を有し、かつ、前記金属錫部の前記銅−錫合金部に対する存在割合が、前記表面被覆材の断面で見て、
   面積比で１〜８％の範囲であることを特徴とする嵌合型端子。
2. 前記中間層は、ニッケル、ニッケル合金からなる層のうちのいずれか１層以上で構成される、請求項１に記載の嵌合型端子。
3. 前記表面被覆材は、前記錫含有層上に、錫からなる錫層をさらに有する、請求項１または２に記載の嵌合型端子。