JP7382702B2 - 端子 - Google Patents
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Description
[1]他方の端子の平面状表面をもつ接触部と接触する、凸状表面をもつ接点部を有し、
前記接点部は、延在方向の長さが幅方向の長さよりも長く形成され、且つ、
前記凸状表面に微小凹部が設けられている端子。
[2]前記凸状表面において、前記凸状表面の幅方向における凸曲面Aの曲率が、0.1mm-1以上10.0mm-1以下である、上記[1]に記載の端子。
[3]前記凸状表面において、前記凸状表面の延在方向における凸状面Bの曲率が、0mm-1以上0.15mm-1以下である、上記[1]または[2]に記載の端子。
[4]前記凸状面Bの長さL1が、0.5mm以上15mm以下である、上記[3]に記載の端子。
[5]前記凸状表面において、前記微小凹部の幅W1が0.1mm以上2.8mm以下である、上記[1]~[4]までのいずれかに記載の端子。
[6]前記凸状表面において、前記微小凹部の深さdが0.3μm以上50μm以下である、上記[1]~[5]までのいずれかに記載の端子。
[7]前記凸状表面において、前記凸状面Bの長さL1に対する前記凸状面Bの長さL1上に存在する微小凸部の幅W2の長さの総和の割合が、5%以上70%以下である、上記[4]に記載の端子。
[8]前記微小凹部は、穴または溝である、上記[1]~[7]までのいずれかに記載の端子。
[9]前記端子は、銅又は銅合金からなる基材と、
前記基材の表面を被覆するように配設され、Sn、Cu、Ag、Au、Pd及びNiからなる群から選択される1種以上の金属を用いて形成された少なくとも1層の表面被覆層と、を備える、上記[1]~[8]までのいずれかに記載の端子。
[10]前記端子は、前記基材と前記表面被覆層との間に、Sn、Ni、Pd及びCuからなる群から選択される1種以上の金属を用いて形成された少なくとも1層の中間層をさらに備える、上記[9]に記載の端子。
[11]前記中間層が、CuSn層を有し、且つ、
前記表面被覆層がSn層を有する、上記[10]に記載の端子。
[12]前記表面被覆層の厚さが、0.2μm以上2.0μm以下である、上記[9]~[11]までのいずれかに記載の端子。
[13]前記端子は、前記接点部を有する雌端子であり、
前記他方の端子は、前記接触部を有する雄端子である、上記[1]~[12]までのいずれかに記載の端子。
図2に示されるように、端子1は、他方の端子11の平面状表面13をもつ接触部12と接触する、凸状表面3をもつ接点部2を有している。このような端子1としては、例えば、自動車等の車両において、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端子および雄端子が挙げられ、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端子および雄端子が好ましい。特に、端子1は、凸状表面3をもつ接点部2を有する雌端子であることがより好ましい。また、他方の端子11は、雄端子および雌端子のいずれであってもよいが、特に、平面状表面13をもつ接触部12を有する雄端子であることが好ましい。なお、本発明の端子1において、凸状表面3以外に関する構成等は、従来の端子と同様の構成を有していることから、図示および詳細な説明については割愛する。
基材4は、銅(Cu)または銅合金からなり、優れた導電性と高い強度を有している。銅合金としては、例えば、リン青銅、黄銅、洋白、ベリリウム銅、コルソン合金などが挙げられる。また、基材4の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、板、条、丸線、角線など種々の形状であってよい。
表面被覆層は、例えば、錫(Sn)、銅(Cu)、Ag(銀)、Au(金)、Pd(パラジウム)およびNi(ニッケル)からなる群から選択される1種以上の金属を用いて形成されている。表面被覆層は、1種の金属で構成されていてもよく、2種以上の金属を用いた合金または金属間化合物、例えば、Cu6Sn5金属間化合物、Cu3Sn金属間化合物、Ag-Sn合金、Ag-Sn金属間化合物、Sn-Pd合金またはSn-Pd金属間化合物等で構成されていてもよい。また、表面被覆層は、単層または複数の層で構成されていてもよく、基材4の表面上に、直接または中間層を介して形成することができる。なお、表面被覆層の形成は、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、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。
接点部2は、図1中、斜線で示される領域であり、延在方向Lの長さが幅方向Wの長さよりも長く形成されている。ここで、延在方向Lは、凸状表面3の長手方向でもあり、幅方向Wは、延在方向Lと直交する方向でもある。このように、接点部2において、延在方向Lの長さが幅方向Wの長さよりも長く形成されることにより、他方の端子の表面の酸化被膜(酸化スズなど)を削り取る回数が多くなる。そのため、後述する酸化被膜が除去される効果が大きく、接触抵抗を低くすることができる。一方、接点部2において、幅方向Wの長さが延在方向Lの長さよりも長い場合、他方の端子の表面の酸化被膜(酸化スズなど)を削り取る回数が少なくなる。そのため、後述する酸化被膜が除去される効果が小さく、接触抵抗が高くなってしまう。
図2に示されるように、凸状表面3に微小凹部5が設けられている。微小凹部5は、穴または溝であることが好ましい。例えば、自動車用のワイヤーハーネスなどの終端部は、通常、雌端子で構成するのが一般的である。そのため、ワイヤーハーネス側の雌端子が有する凸状表面3に加工等を施すこと、具体的には微小凹部5を設けることによって、安定した電気接続性を維持するための微摺動摩耗性の向上および接触抵抗の低減を達成することできる。一方、例えば、特許文献1に記載されている端子のように、補器類等の雄端子が有する平面状表面の接触部に、溝、凹部等などの加工を施すことは、半田濡れ性などの様々な制約の観点から、現実的ではない。
凸状表面3において、凸状表面3の幅方向における凸曲面(図4(a)に示される凸曲面A)の曲率は、0.1mm-1以上10.0mm-1以下であることが好ましく、0.2mm-1以上5.0mm-1以下であることがより好ましく、0.5mm-1以上4.0mm-1以下であることがさらに好ましい。凸曲面Aの曲率を0.1mm-1以上10.0mm-1以下の範囲に制御することにより、接触抵抗が低く、且つ、微摺動摩耗性が向上した端子を得ることができる。凸曲面Aの曲率が0.1mm-1未満であると、接触面積が増大し、接触圧力が低いため、微摺動摩耗性に劣る傾向にある。一方、凸曲面Aの曲率が10.0mm-1より大きいと、接触面積が小さくなり過ぎ、接触抵抗が高くなりやすい。
凸状表面3において、凸状表面3の延在方向における凸状面(図4(b)に示される凸状面B)の曲率は、0mm-1以上0.15mm-1以下であることが好ましく、0mm-1以上0.1mm-1以下であることがより好ましく、0mm-1以上0.05mm-1以下であることがさらに好ましい。凸状面Bの曲率を0mm-1以上0.15mm-1以下の範囲に制御することにより、凸状表面3に設けられた微小凸部6の各々に、他方の端子11(雄端子)の平面状表面13がより良好に接触することができ、その結果、接触抵抗を低くすることができる。凸状面Bの曲率が0.15mm-1より大きいと、微小凸部6の一部が他方の端子11(雄端子)の平面状表面13に有効に接触しない場合があり、その結果、接触抵抗が高くなりやすい。尚、凸状面Bの曲率が0mm-1とは、凸状面Bが曲面ではなく、平面であることを意味する。
凸状表面3において、凸状面Bの長さ(図4(b)に示されるL1)は、0.5mm以上15mm以下であることが好ましく、1mm以上10mm以下であることがより好ましく、2mm以上8mm以下であることがさらに好ましい。凸状面Bの長さL1とは、延在方向における凸状面Bのうち、他方の端子11の平面状表面13をもつ接触部12と接触する凸状表面3の直線距離、すなわち、延在方向における接点部2の長さを意味する。凸状面Bの長さL1を0.5mm以上15mm以下に制御することにより、接触抵抗が低く、且つ、微摺動摩耗性が向上した端子を得ることができる。凸状面Bの長さL1が0.5mm未満であると、接触面積が小さくなり過ぎ、接触抵抗が高くなりやすい。一方、凸状面Bの長さL1が15mmより大きいと、接触面積が増大し、接触圧力が低いため、微摺動摩耗性に劣る傾向にある。また、凸状表面3において、微小凸部6のすべてを他方の端子11に接触させるためには、微小凸部6の高さをそろえる必要がある。しかしながら、凸状面Bの長さL1が15mmより長い場合、そのような長さに作製するための金型の調整、メンテナンス費用などに多大なコストがかかり、作製が困難である。そのため、凸状面Bの長さL1の上限は15mm以下であることが好ましい。
凸状表面3において、微小凹部5の幅(図4(b)に示されるW1)は、0.1mm以上2.8mm以下であることが好ましく、0.2mm以上1.4以下であることがより好ましく、0.4mm以上1.0mm以下であることがさらに好ましい。微小凹部5の幅W1は、図4(b)に示されるように、凸状表面3の延在方向と平行な、1つの微小凹部5における2つの開口端位置間の直線距離を意味する。微小凹部5の幅W1が0.1mm未満であると、微摺動による接触抵抗の上昇の抑制効果が小さく、微摺動摩耗性に劣る傾向にある。また、微小凹部5の幅W1が2.8mmよりも大きいと、接点部が減少するため、接触抵抗が高くなりやすい。なお、微小凹部5の幅W1の範囲は、溝および穴のいずれの場合であっても、同様である。また、凸状表面3に形成される微小凹部5の幅W1は、凸状面Bの長さL1を超えることはない。そのため、微小凹部5の幅W1は、凸状面Bの長さL1よりも短い。
凸状表面3において、微小凹部5の深さ(図4(b)に示されるd)は、0.3μm以上50μm以下であることが好ましく、0.5μm以上20μm以下であることがより好ましく、1.0μm以上10μm以下であることがさらに好ましい。微小凹部5の深さdは、微小凹部5が溝および穴のいずれの場合においても同様である。微小凹部5の深さdは、図4(b)に示されるように、微小凹部5の開口端位置から引いた凸状表面3の延在方向と平行な接線から、微小凹部5の最も深い位置まで引いた垂線の距離を意味する。微小凹部5の開口端位置が異なる場合、垂線の距離が長い距離を微小凹部5の深さdとする。微小凹部5の深さdが0.3μm未満であると、微摺動により生じる摩耗物が接点部に介在しやすくなる。その結果、接触抵抗の上昇の抑制効果が小さく、微摺動摩耗性に劣る傾向にあるとともに、接触抵抗も高くなりやすい。また、微小凹部5の深さdが50μmよりも大きいと、微小凸部6が、接触荷重を支えることができずにつぶれ、微摺動により基材4が変形しやすい。これにより、接触抵抗が上昇し、微摺動摩耗性に劣る傾向にある。
凸状表面3において、凸状面Bの長さL1に対する凸状面Bの長さL1上に存在する微小凸部6の幅W2の長さの総和の割合(接触長さ比率P)は、5%以上70%以下であることが好ましく、5%以上50%以下であることがより好ましく、20%以上40%以下であることがさらに好ましい。接触長さ比率Pは、図4(b)に示されるような微小凸部6の幅W2の総和を、凸状面Bの長さL1で除した値をパーセンテージで示した比率である。例えば、幅W2の長さが同じである微小凸部6の数をnとした場合、接触長さ比率は、{(n×W2)/L1}×100であらわされる。ここで、微小凸部6の幅W2は、凸状表面3の延在方向と平行な、隣接する微小凹部5における一方の開口端位置から他方の開口端位置までの間隔、または、凸状表面3の端部に接する微小凸部6の一方の端部から他方の端部までの直線距離を意味する。接触長さ比率が5%未満の場合、全体的に接触面積が少ないため、接触抵抗が高くなりやすい。一方、接触長さ比が70%より大きい場合、全体的に接触圧力が低いため、微摺動摩耗性に劣る傾向にある。
図4(b)に示されるように、微小凹部5は、その開口端位置から引いた凸状表面3の延在方向と平行な接線に対する内壁角度θが、20°以上70°以下の範囲であることが好ましく、30°以上60°以下の範囲であることがより好ましい。内壁角度θが20°未満であると、他方の端子11(雄端子)を挿入する際、微小凸部6の先端部が他方の端子11の表面の酸化被膜(酸化スズなど)を削りとる効果が小さい。そのため、酸化被膜が除去されにくく、接触抵抗が高くなりやすい。また、微摺動が生じた際に、摩耗物が接点部の外に排出されにくいため、接触抵抗が上昇しやすい。一方、内壁角度θが70°より大きいと、微摺動が生じた際に、微小凸部6によりめっきが削られる量が増大し、摩耗物が多量にでるため、接触抵抗が上昇しやすい。
次に、本発明に係る端子の製造方法の一例を以下で説明する。
[供試材の作製]
まず、厚さ0.25mm、幅40mm以上、長さ100mm以上の銅合金条(古河電気工業社製、商品名:FAS-680)を準備し、この銅合金条の両端部を5mm以上切断して除去し、幅30mm、長さ50mmの基材を作製した。
比較例1は、雌端子の凸状表面をもつ微小凹部を形成しないこと以外は、実施例3と同じ製造条件で作製した。
比較例2と3において、実施例1~36と同じ銅合金条に同じようにめっきを施した条材に対して、凸曲面Aの曲率と凸状面Bの曲率が同じで、凸状面Bの長さL1が0である、すなわち、凸状表面が球面状である雌端子を作製した。比較例2では、凸曲面Aの曲率、微小凹部の幅W1、深さdが、実施例1の凸曲面Aの曲率、微小凹部の幅W1、深さdと同じになるように、比較例3では、凸曲面Aの曲率、微小凹部の幅W1、深さdが、実施例3の凸曲面Aの曲率、微小凹部の幅W1、深さdと同じになるように、それぞれ作製した。そのため、比較例2と3で作製した端子は、凸状表面が球面状であるため、接点部の延在方向Lの長さと幅方向Wの長さは同じであった。尚、比較例2と3では、微小凹部の深さdは、微小凹部を形成する前の球面状の頂点からの深さとした。
比較例4は、凸状面Bの長さL1をなす直線が、延在方向Lと垂直になるように形成した以外は、実施例1と同じ製造条件で作製した。比較例5は、凸状面Bの長さL1をなす直線が、延在方向Lと垂直になるように形成した以外は、実施例3と同じ製造条件で作製した。
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。
レーザー顕微鏡(型番「VK-8500」:キーエンス社製)により、端子の接点部(ディンプル)の頂点を概ね視野の中心にあわせ、視野が200μmから1000μmとなるよう観察し、2D高さマッピングを設定した。また、凸状面Bの長さL1が1000μm(1mm)よりも長い場合は、複数回に分けて張り出し部全体を観察した。微小凹部(溝)の深さd、幅W1、および微小凸部の幅W2は、以下の方法により測定した。幅方向の中心位置の断面プロファイルの各々の凹部、凸部に対し、d、W1、W2を測定し、その平均値をその試験片の値とした。凸状面Bの長さL1に対する凸状面Bの長さL1上に存在する微小凸部の幅W2の長さの総和の割合、すなわち、接触長さ比率Pは、微小凸部の数をnとして、P={(n×W2)/L}×100(単位:%)で算出した。表7にその測定結果を示す。尚、表7中、測定できない項目は「-」で表す。
微摺動摩耗性は、図5に示すような試験装置20を用いて評価した。雄試験片21には、雄端子として通常使用されている端子を用い、基材は実施例と同じFAS-680を使用した。基材の表面は、Ni層(厚さ:0.5μm)とCuSn層(厚さ:0.5μm)の中間層と、Sn層(厚さ:0.8μm)の表面被覆層とをこの順で被覆した。雄試験片21を水平な台22上に固定し、実施例1~36、比較例1~5で作製した試験片を雌試験片23とし、雄試験片21と雌試験片23とを接触させた。続いて、雌試験片23に、錘24を介して10Nの荷重をかけて雄試験片21に押し付け、横型荷重測定器25を用いて、雄試験片21を水平方向H(摺動方向)に摺動距離50μm、摺動周波数1Hzで5000往復させ、その際の接触抵抗を4端子法にて測定した。接触抵抗が10mΩを超えたときの摺動回数(M)を微摺動摩耗性の指標とした。Mの値が大きいほど、微摺動摩耗性に優れ、長期で安定して電気導通性を維持できることを意味する。Mが3000回以上である場合を「微摺動摩耗性に特に優れる」として「◎」、Mが3000回未満、500回以上である場合を「微摺動摩耗性に優れる」として「○」、Mが500回未満である場合を「微摺動摩耗性に劣る」として「×」と評価した。表7にその評価結果を示す。
接触抵抗もまた、図5に示すような試験装置20を用いて4端子法により評価した。接触荷重は10N、通電電流10mA、開放電圧は10mVとした。雄試験片21は、上記微摺動摩耗性の評価で使用した端子を用いた。4端子法のプローブは、実施例1~36、比較例1~5で作製した試験片を雌試験片23とした。
2 接点部
3、3’ 凸状表面
4 基材
5 微小凹部
6 微小凸部
11 他方の端子
12 接触部
13 平面状表面
20 試験装置
21 雄試験片
22 台
23 雌試験片
24 錘
25 横型荷重測定器
Claims (12)
- 他方の端子の平面状表面をもつ接触部と接触する、凸状表面をもつ接点部を有し、
前記接点部は、延在方向の長さが幅方向の長さよりも長く形成され、
前記凸状表面に複数の微小凹部及び複数の微小凸部が設けられ、
前記微小凸部の先端部のすべてが前記平面状表面に同時に接するように、前記微小凸部の高さが揃っており、且つ
前記微小凹部は、その開口端位置から引いた前記凸状表面の延在方向と平行な接線に対する内壁角度θが、20°以上70°以下の範囲であることを特徴とする端子。 - 前記凸状表面において、
前記凸状表面の幅方向における凸曲面Aの曲率が、0.1mm-1以上10.0mm-1以下である、請求項1に記載の端子。 - 前記凸状表面において、前記凸状表面の延在方向における凸状面Bの長さL1が、0.5mm以上15mm以下である、請求項1または2に記載の端子。
- 前記凸状表面において、前記延在方向と平行である前記微小凹部の幅W1が0.1mm以上2.8mm以下である、請求項1~3までのいずれか1項に記載の端子。
- 前記凸状表面において、前記微小凹部の深さdが0.3μm以上50μm以下である、請求項1~4までのいずれか1項に記載の端子。
- 前記凸状表面において、前記凸状面の長さL1に対する前記凸状面Bの長さL1上に存在する前記微小凸部の幅W2の長さの総和の割合が、5%以上70%以下である、請求項3に記載の端子。
- 前記微小凹部は、穴または溝である、請求項1~6までのいずれか1項に記載の端子。
- 前記端子は、銅又は銅合金からなる基材と、
前記基材の表面を被覆するように配設され、Sn、Cu、Ag、Au、Pd及びNiからなる群から選択される1種以上の金属を用いて形成された少なくとも1層の表面被覆層と、を備える、請求項1~7までのいずれか1項に記載の端子。 - 前記端子は、前記基材と前記表面被覆層との間に、Sn、Ni、Pd及びCuからなる群から選択される1種以上の金属を用いて形成された少なくとも1層の中間層をさらに備える、請求項8に記載の端子。
- 前記中間層が、CuSn層を有し、且つ、
前記表面被覆層がSn層を有する、請求項9に記載の端子。 - 前記表面被覆層の厚さが、0.2μm以上2.0μm以下である、請求項8~10までのいずれか1項に記載の端子。
- 前記端子は、前記接点部を有する雌端子であり、
前記他方の端子は、前記接触部を有する雄端子である、請求項1~11までのいずれか1項に記載の端子。
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