JPWO2009005041A1 - 耐フレッティング性コネクタおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このように、耐フレッティング性や耐食性などの向上を同時に実現する技術は未だ確立しておらず、これらを満足するための対策が急がれている。
(1)導電性金属材料の少なくとも表面の一部にエーテル結合基を有する有機化合物から形成された有機皮膜を有することを特徴とする耐フレッティング性コネクタ。
(2)前記有機皮膜を形成する有機化合物は、エーテル結合基および疎水基のみからなることを特徴とする(1)項記載の耐フレッティング性コネクタ。
(3)前記疎水基は、炭化水素基であることを特徴とする(2)項記載の耐フレッティング性コネクタ。
(4)該コネクタが少なくとも1つ以上のオス端子とメス端子から構成され、
前記有機皮膜が少なくとも前記オス端子を形成する前記導電性金属材料の表面の一部に形成されていることを特徴とする(1)〜(3)項のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタ。
(5)前記オス端子は、前記メス端子が接続する接続部を有し、
前記有機皮膜は少なくとも前記接続部を形成する前記導電性金属材料の表面の一部においても形成されていることを特徴とする(4)項に記載の耐フレッティング性コネクタ。
(6)前記有機皮膜の厚さが0.0001〜0.1μmであることを特徴とする(1)〜(5)項のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタ。
(7)前記導電性金属材料が、導電性基体上に、スズ、金、銀、銅、銅−スズ金属間化合物、ニッケル−スズ金属間化合物、またはスズ−銀金属間化合物からなる導電性表面層、あるいは前記金属間化合物からなる層の表面側にスズを分散させた金属組成物からなる導電性表面層を設けたものであることを特徴とする(1)〜(6)項のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタ。
(8)エーテル化合物または該エーテル化合物を溶媒中に含有させた溶液を導電性金属材料表面に塗布し、該エーテル化合物からなる被膜を設ける、または該エーテル化合物を分散吸着させることを特徴とする耐フレッティング性コネクタの製造方法。
(9)エーテル化合物は、エーテル結合基および疎水基のみからなることを特徴とする(8)項記載の耐フレッティング性コネクタの製造方法。
(10)前記溶媒が揮発性溶媒であって、該溶媒中に前記エーテル化合物を0.01〜50質量%含有させた溶液を前記導電性金属材料に塗布することを特徴とする(8)または(9)項に記載の耐フレッティング性コネクタの製造方法。
(11)前記溶液を塗布した後、または塗布しながら、前記導電性金属材料を抜き及び曲げ加工して形成することを特徴とする(8)〜(10)項のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタの製造方法。
図1は本発明の耐フレッティング性コネクタの一実施形態の要部(接合部分)を模式的に示す断面図である。本実施形態のコネクタ10はオス端子1とメス端子2とが接合される途中の状態で示されている。この状態から挿入方向aにさらにオス端子1をメス端子2の内部に挿入することにより堅固に接合されたコネクタとなる。
ディンプル22は、舌片21の上部に設けられた凸状の部分であり、オス端子1との接合時には、タブ11の下面と点接触する。舌片21は、接点圧力、すなわちディンプル22をタブ11に押しつける圧力を発生させるバネとしての機能を有している。また、ビード23も凸状の部分であり、タブ11の上面と接触して、上記ディンプル22がタブ11に及ぼす接点圧力が効果的に発生するようにしている。
また、多数のオス端子及びメス端子の対を備えたものとすることができ、例えば1〜100対の端子対を設けたものとすることができる。これを例えば車載用コネクタとして自動車に搭載することができ、そのほか電気・電子機器等、多様な用途のコネクタとして適用しうる。
本発明のコネクタの大きさは特に限定されないが、車載用小型コネクタでいうと、1つのオス端子もしくはメス端子の長手方向の長さが例えば5〜50mm程度のものとすることが実際的である。
この有機皮膜を構成する有機化合物は、エーテル結合基(−O−)および疎水基のみからなることが好ましい。つまり、エーテル結合基および疎水基のみからなる有機化合物は、エーテル結合基でも疎水基でもない基、すなわち水酸基(−OH)、カルボキシル基(−COOH)、アミノ基(−NH2)、スルホン酸基(−SO3H)、メルカプト基(−SH)等の親水基を含有しない。換言すると、当該有機化合物は界面活性剤ではない。また、疎水基は炭化水素基であることがより好ましい。前記炭化水素基は、脂肪族炭化水素基であっても芳香族炭化水素基であってもよい。これらの好ましい有機化合物は全体として疎水性であり、導電性金属材料の少なくとも表面の一部に有機皮膜として設けられることで、耐フレッティング性の向上、耐食性(特に雰囲気中の水分と水に溶解したときに酸性あるいはアルカリ性を示す物質とによる腐食の防止)の向上等に特に大きい効果をもたらす。
導電性基体の形状は、板、棒、線、管、条、異型条など、電気電子部品用材料として使用される形状であれば特に制限はない。導電性基体の大きさは限定されないが、板状の端子の基体とするときには例えば、実用上、フープ状に巻かれたコイルの幅を10〜30mm程度とすることが好ましく、厚さは0.05〜0.8mm程度とすることが好ましい。材料幅に関しては、金属材料を製造する際は効率化のために前記幅よりも広い幅の材料で製造し、その後材料を切断して要望される幅の材料を得てもよい。
中間層としては、ニッケル(Ni)またはその合金、コバルト(Co)またはその合金、鉄またはその合金、銅(Cu)またはその合金等が挙げられ、なかでもニッケルが好ましい。
中間層を設けるときには、中間層の数を2層とし、さらにその2層の中間層を、導電性基体上からみて、ニッケルまたはその合金からなる層、銅またはその合金からなる層の順序で形成することが好ましい。この理由としては、中間層を導電性基体から見てニッケルまたはその合金からなる層、銅またはその合金からなる層の順で形成することで、表層のスズが銅と化合物を作りやすい特性を持っているため、容易に表層にスズ-銅化合物を形成させることができるためである。形成された金属間化合物としては、例えばCu6Sn5およびCu3Sn等が挙げられるが、化学量論的に中間層およびスズ層の被覆厚さを調整することで、これら化合物の厚さや形成状態を調整することができる。また、スズ層を化学量論よりも厚く被覆することで、完全に最表層をスズ合金層にせずに、純スズ層を残存させてもよい。
なお、導電性表面層及び中間層は導電性基体の全面に設けても、部分的に設けてもよく、必要に応じて被覆状態を適宜に調整したものでもよい。
導電性基体上に形成された導電性表面層の厚さは特に限定されないが、実用上、中間層がある場合は該中間層を含めて、0.1〜5μmとすることが好ましい。
なお、本発明の導電性金属材料においては、上記有機被膜があっても例えば端子として接触させたとき、形成された有機皮膜厚が絶縁を起こさない皮膜厚であるため、導通が得られるものである。
本発明において、上記エーテル化合物は硫黄原子を含まない非硫黄エーテル化合物であることが好ましく、炭素原子、酸素原子、水素原子、及び窒素原子からなる含窒素炭化水素エーテル化合物であることがより好ましく、炭素原子、酸素原子、及び水素原子からなる炭化水素エーテル化合物(脂肪族エーテル化合物及び芳香族エーテル化合物)であることが特に好ましい。炭化水素エーテル化合物としては、上記に例示したような、エーテル結合基以外に酸素原子を含有しないエーテル化合物がより好ましい。このように硫黄原子を含まないものを用いることで、電気電子部品における硫化腐食などを生じない点で好ましい。
また、表面層に硬い銅−スズ金属間化合物層、銅−スズ金属間化合物層中にスズを分散させた層を用いて金属材料を作製し、曲げ加工条件、張出し条件、その他条件を適宜設定し端子に加工する際、上記硬いめっき層を強制的に割れさせることがある。このようなときに、本発明によれば、エーテル化合物または該エーテル化合物を溶媒中に含有させた溶液を、プレス加工時、あるいはプレス加工後に塗布することにより、それらの染み込みを促すことができる。したがって前記エーテル化合物の塗布後、端子が振動や熱による接点部が摩耗しやすい状況下にあったとしてもフレッティング現象の発生をより効果的に防ぐことが可能となる。
また、本発明の製造方法によれば、上記の優れた特性を有する耐フレッティング性コネクタを煩雑な工程を要さずに効率的に製造することができる。
試験材料1
厚み0.25mmの銅の条に脱脂および酸洗をこの順に施し、次いで前記銅合金条にCu、Snをこの順に層状に電気めっきしてめっき積層体を作製した。各金属のめっき条件は以下のとおりである。
(a)Cuめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸銅 180g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 40℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.3μm
(b)Snめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸第一錫 80g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 30℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.8μm
なお、上記厚さについては、めっき時間を適宜調整することで変化させることができる(このことは、後述する試験材料2〜4においても同様である。)。次いでこのめっき積層体を、リフロー炉内を740℃で、7秒間熱処理し、最表面から、純Sn層、Cu−Sn合金層の順に形成された電気電子部品用金属材料(試験材料1)を得た。
厚み0.25mmの銅の条に脱脂および酸洗をこの順に施し、次いで前記銅合金条にNi、Cu、Snをこの順に層状に電気めっきしてめっき積層体を作製した。各金属のめっき条件は以下のとおりである。
(a)Niめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
スルファミン酸ニッケル 500g/L
ホウ酸 30g/L
・浴温度 60℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.5μm
(b)Cuめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸銅 180g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 40℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.3μm
(c)Snめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸第一錫 80g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 30℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.8μm
次いでこのめっき積層体を、リフロー炉内を740℃で、7秒間熱処理し、最表面から、純Sn層、Cu−Sn合金層、Ni層の順に形成された電気電子部品用金属材料(試験材料2)を得た。
厚み0.25mmの銅の条に脱脂および酸洗をこの順に施し、次いで前記銅合金条にNi、Cu、Snをこの順に層状に電気めっきしてめっき積層体を作製した。各金属のめっき条件は以下のとおりである。
(a)Niめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
スルファミン酸ニッケル 500g/L
ホウ酸 30g/L
・浴温度 60℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.5μm
(b)Cuめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸銅 180g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 40℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.8μm
(c)Snめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸第一錫 80g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 30℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.3μm
次いでこのめっき積層体を、リフロー炉内を740℃で、7秒間熱処理し、最表面がCu−Sn合金層で形成された電気電子部品用金属材料(試験材料3)を得た。
厚み0.25mmの銅の条に脱脂および酸洗をこの順に施し、次いで前記銅合金条にNi、Cu、Snをこの順に層状に電気めっきしてめっき積層体を作製した。各金属のめっき条件は以下のとおりである。
(a)Niめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
スルファミン酸ニッケル 500g/L
ホウ酸 30g/L
・浴温度 60℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.5μm
(b)Cuめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸銅 180g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 40℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.8μm
(c)Snめっき
・めっき浴組成
成分 濃度
硫酸第一錫 80g/L
硫酸 80g/L
・浴温度 30℃
・電気密度 5A/dm2
・めっき厚 0.5μm
次いでこのめっき積層体を、リフロー炉内を740℃で、7秒間熱処理し、最表面のCu−Sn合金層中に純Snが分散した形態の電気電子部品用金属材料(試験材料4)を得た。試験材料4の断面の一部を拡大して摸式化して示したものを図4に示す。図4において、41は導電性基材としての銅の条、42はニッケル層、43は銅層、44は銅−スズ金属間化合物層、45は銅−スズ金属間化合物層44中に分散したスズをそれぞれ示す。
上記の試験材料1〜7に関して、耐フレッティング性を判断するために、微摺動試験をして評価を行った。前記微摺動試験は次のようにして行った。
即ち、図5に示すように各2枚の金属材料をインデント51、プレート52として用意し、金属材料51には曲率半径1.8mmの半球状張出部(凸部外面が最外層面)51aを設け、この半球状張出部51aに金属材料52の最外層面52aをそれぞれ脱脂洗浄後に接触圧力3Nで接触させた。さらに後述するように潤滑油を染み込ませた状態で両者を、温度20℃、湿度65%の環境下で、摺動距離30μmで往復摺動させ、両金属材料51、52間に開放電圧20mVを負荷して定電流5mAを流し、摺動中の電圧降下を4端子法により測定して電気抵抗の変化を1秒ごとに求めた。微摺動試験前の接触抵抗値(初期値)と微摺動試験中の最大接触抵抗値(最大値)を、後述するように「○(良)」「△(可)」「×(不良)」と区別して下表に示した。なお、往復運動の周波数は約3.3Hzで行った。
評価用のインデント51の材料には試験材料1〜7を用い、40mm×10mmに切り出してさらに張出し加工を行ったものを使用した。また、プレート52側には試験材料1〜7を40mm×19mmに切り出したサンプルを用いた。また、エーテル結合を有する化合物を揮発性溶媒である灯油に溶解した潤滑油を準備した。次に、インデント、プレートにそれぞれの試験材料を組み合わせ、さらに上記各試験材料に上記各潤滑油を染み込ませた(あるいは、これとともに下表のエーテル化合物をそれぞれ染み込ませた)フエルトを1往復のみなでるように塗布し、表1〜6に示した試験材料及び潤滑油(エーテル化合物)の組み合わせの試験体をそれぞれ作製した。なお、このときのエーテル化合物の濃度は5質量%であり、皮膜の厚さは0.001μmとした。
また、表7に示すように、有機皮膜の厚さを変化させた場合の試験体、表8に示すように、揮発性溶媒中のエーテル化合物の含有量を変化させた試験体についてもそれぞれ作製した。
各試験体の摺動特性を求めるために動摩擦係数測定を行った。このときの測定条件は、測定装置のR(半径)=3.0mmの鋼球プローブを試験体の平板に荷重1Nで圧接し、摺動距離10mm、摺動速度100mm/秒、摺動回数を片道1回とし、雰囲気が65%Rh、25℃となるように設定した。摺動性については必要レベルを満たすものを「○(良)」とし、満たさないものを「×(不良)」とした。
準備した試験体を、抵抗上昇の確認と同様に、微摺動10000回中の外観の評価を行った。それぞれサンプル5個の平均で、8000〜10000回のときに、試験体外へのエーテル化合物の飛散がほとんどない場合を「○(良)」とし、3000回以上8000回未満のときには試験体外へのエーテル化合物の飛散がほとんどないが、8000回以上の場合に、試験体外へのエーテル化合物の飛散が多く見られる場合を「△(可)」、3000回未満の場合に試験体外へのエーテル化合物の飛散が多く見られる場合を「×(不良)」とした。この結果を表7、表8に示した。
METERにより、試験体に対して有機被膜測定を行った。
また、本発明によれば1000回繰り返し微摺動させた後にも接触抵抗の上昇を抑制することができるという優れた効果を示し、ペンタフェニルエーテルを用いたものについては微摺動3000回に至るまで接触抵抗が実用的な範囲内を保ち、アルキルジフェニルエーテル等を用いたものは、いずれの金属材料と組み合わせても微摺動1000回以降10000回に至るまで接触抵抗をほとんど上昇させないという顕著な結果を示した。
また、試験材料1〜7のうち、好ましくは、コストの面で高価であるAu、Agを含有していない試験材料1〜5である。特にAuめっきを利用したコネクタについては、コネクタの接続部のみに形成して用いることが現実的であり、有機皮膜についても、Auめっきが形成された接続部にのみ形成することが好ましい。
下表9に示したエーテル化合物、その濃度、金属材料とした以外、実施例1に示した手順と同様にして、ただし途中プレス加工してコネクタのオス端子とした試験体701〜704を作製し、上述の微摺動試験と同様の試験を実施した。また、挿入力試験については、図1〜3に示す端子を用い、メス端子には試験材料1を用い、メス端子を治具にて固定し、オス端子のコネクタ嵌合時における端子の正規挿入方向を軸方向とし、この時の変位−荷重曲線をモニターし、端子が正規嵌合位置に至るまでの間の荷重ピーク値を端子の挿入力として評価した。なお、このときのメス端子のディンプル22部分における接圧を6.4Nとし、端子の挿入力が3.0N未満の場合を「○(良)」、3.0〜3.5Nの場合を「△(可)」、3.5Nを超えた場合を「×(不良)」とした。
次に、エーテル化合物としてペンタフェニルエーテルを4質量%濃度で試験材料1を用いた以外、実施例1に示した手順と同様にし、途中プレス加工してコネクタのオス端子および/またはメス端子を下表10に示すように試験体801〜804を作製し、上述の微摺動試験と同様の試験を実施した。
また、本発明の耐フレッティング性コネクタの製造方法は、上記の優れたコネクタを効率的に製造することができる製造方法として好適なものである。
Claims (11)
- 導電性金属材料の少なくとも表面の一部にエーテル結合基を有する有機化合物から形成された有機皮膜を有することを特徴とする耐フレッティング性コネクタ。
- 前記有機皮膜を形成する有機化合物は、エーテル結合基および疎水基のみからなることを特徴とする請求項1に記載の耐フレッティング性コネクタ。
- 前記疎水基は、炭化水素基であることを特徴とする請求項2に記載の耐フレッティング性コネクタ。
- 該コネクタが少なくとも1つ以上のオス端子とメス端子から構成され、
前記有機皮膜が少なくとも前記オス端子を形成する前記導電性金属材料の表面の一部に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタ。 - 前記オス端子は、前記メス端子が接続する接続部を有し、
前記有機皮膜は少なくとも前記接続部を形成する前記導電性金属材料の表面の一部においても形成されていることを特徴とする請求項4に記載の耐フレッティング性コネクタ。 - 前記有機皮膜の厚さが0.0001〜0.1μmであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタ。
- 前記導電性金属材料が、導電性基体上に、スズ、金、銀、銅、銅−スズ金属間化合物、ニッケル−スズ金属間化合物、またはスズ−銀金属間化合物からなる導電性表面層、あるいは前記金属間化合物からなる層の表面側にスズを分散させた金属組成物からなる導電性表面層を設けたものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタ。
- エーテル化合物または該エーテル化合物を溶媒中に含有させた溶液を導電性金属材料表面に塗布し、該エーテル化合物からなる被膜を設ける、または該エーテル化合物を分散吸着させることを特徴とする耐フレッティング性コネクタの製造方法。
- エーテル化合物は、エーテル結合基および疎水基のみからなることを特徴とする請求項8に記載の耐フレッティング性コネクタの製造方法。
- 前記溶媒が揮発性溶媒であって、該溶媒中に前記エーテル化合物を0.01〜50質量%含有させた溶液を前記導電性金属材料に塗布することを特徴とする請求項8または9に記載の耐フレッティング性コネクタの製造方法。
- 前記溶液を塗布した後、または塗布しながら、前記導電性金属材料を抜き及び曲げ加工して形成することを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の耐フレッティング性コネクタの製造方法。
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