WO2014034460A1

WO2014034460A1 - コネクタ用めっき端子および端子対

Info

Publication number: WO2014034460A1
Application number: PCT/JP2013/072073
Authority: WO
Inventors: 將之大久保; 齋藤　寧; 喜文坂
Original assignee: 株式会社オートネットワーク技術研究所; 住友電装株式会社; 住友電気工業株式会社
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2014-03-06
Also published as: JPWO2014034460A1; DE112013004236T5; CN104604036A; US20150236439A1

Abstract

最表面にスズ層を有するコネクタ用めっき端子および端子対において、端子挿入力の低減と接触抵抗の低減が両立されたコネクタ用めっき端子および端子対を提供すること。別の導電性部材と接触する接点部にスズとスズよりも硬い金属よりなる硬質金属とを含んでなる被覆層を有し、接点部内に、スズが最表面に露出した領域と硬質金属が最表面に露出した領域の両方を含むか、または、硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域を含むコネクタ用めっき端子とする。例えば、硬質金属層が表面に形成された凹凸構造を有する母材の表面にスズ層を形成することで、このような材料を得ることができる。

Description

コネクタ用めっき端子および端子対

　本発明は、コネクタ用めっき端子および端子対に関し、さらに詳しくは低挿入力コネクタ用めっき端子および端子対に関するものである。

　電気接続端子等に用いられる導電部材には、典型的には良好な電気伝導性を有する銅又は銅合金が用いられる。また、近年、銅及び銅合金に代わる材料として、アルミニウム及びアルミニウム合金も、電気接続端子を構成する材料として用いられるようになってきている。

　銅及び銅合金、アルミニウム及びアルミニウム合金の表面には、酸化膜等の絶縁性の被膜が形成されるため、他の導体との接触時の接触抵抗が高くなる。そこで従来一般には、図６に示すように、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金などよりなる母材４１の表面に必要に応じてニッケルなどの下地めっき層４２を形成した上に、スズ層４３が形成されたものが、自動車用コネクタ端子の材料として用いられてきた。他の金属と比較して、スズは非常に軟らかい点に特徴を有する。スズめっき端子においては、金属スズ層の表面に比較的硬い絶縁性の酸化スズ被膜が形成されるが、酸化スズ被膜は弱い力で破壊され、容易に軟らかいスズ層が露出するので、良好な電気的接触が形成される。

　しかし、同じくスズの軟らかさに起因して、スズめっき端子においては、端子嵌合時の摩擦係数が高くなるという問題がある。図６に示したように、軟らかいスズ層４３の表面では、コネクタ接点の摺動時にスズ層４３の掘り起こしやスズ同士の凝着が容易に起こる。これによって、スズ層４３表面の摩擦係数が高くなり、コネクタ端子の挿入に必要な力（挿入力）が上昇する。

　そこで、軟らかいスズ層の母材側に、硬いスズ含有合金よりなる下地めっき層を形成し、スズめっき端子の挿入力を抑制する試みがなされている。例えば、特許文献１には、銅合金よりなる母材の表面に順次ニッケルめっき層、銅めっき層、スズめっき層が積層され、リフロー処理によって銅めっき層とスズめっき層の間に銅－スズ合金が形成された端子が開示される。また、特許文献２には、銅又は銅合金よりなる導電性基材の上に４～１０族の金属よりなる下地めっき層と、銅又は銅合金から形成される中間めっき層と、スズ又はスズ合金から形成される表面めっき層とが形成され、その後熱処理されて中間めっき層と表面めっき層との間にＳｎ－Ｃｕ金属間化合物の層が形成されためっき材料を用いた電気・電子部品が開示されている。

特開２００３－１５１６６８号公報特開２００７－２０４８５４号公報

　上記のような硬い層をスズ層の母材側に形成すれば、スズ層表面の摩擦係数が低減され、端子挿入力が低減されるが、この効果は、硬い層が厚いほど、またスズ層が薄いほど、よく発揮される。一方で、スズ層を薄くすると、スズ層による接触抵抗低減の効果が減少してしまう。このように、硬い層と軟らかいスズ層を積層する場合に、端子挿入力の低減と接触抵抗の低減を両立することは困難である。

　本発明が解決しようとする課題は、最表面にスズ層を有するコネクタ用めっき端子および端子対において、端子挿入力の低減と接触抵抗の低減が両立されたコネクタ用めっき端子および端子対を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明にかかるコネクタ用めっき端子は、別の導電性部材と接触する接点部にスズとスズよりも硬い金属よりなる硬質金属とを含んでなる被覆層を有し、前記接点部内に、スズが最表面に露出した領域と前記硬質金属が最表面に露出した領域の両方を含むか、または、前記硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域を含むことを要旨とする。

　ここで、前記硬質金属よりなる硬質金属層が表面に形成された凹凸構造を有する母材の表面にスズ層が形成されており、前記凹凸構造の凸部は前記スズ層に覆われず最表面に露出しているか又は前記凹凸構造の凹部よりも薄いスズ層によって被覆され、前記接点部は前記凹凸構造の凸部と凹部を少なくとも１つずつ含むことが好ましい。

　この場合に、前記接点部を含む領域に前記凹凸構造の凸部が２つ以上形成され、前記接点部に形成された凸部と別の凸部との距離のうち最小の距離が、前記接点部を横切る直線のうち最長の直線よりも短いことが好適である。

　また、前記接点部の最表面は、前記母材の凹凸構造よりも面内の凹凸差が小さい面よりなるとよい。

　さらに、前記母材は、表面に凹凸構造を有する板状の基材の表面に前記硬質金属層が形成されてなることが好ましい。

　本発明にかかるコネクタ用めっき端子においては、前記接点部を含む領域に、前記硬質金属が最表面に露出した領域または前記硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域が２つ以上形成され、それらの領域を結ぶ距離のうち最小の距離が、前記接点部を横切る直線のうち最長の直線よりも短くなっている構成も好適である。

　また、前記硬質金属は銅－スズ合金であるとよい。

　さらに、前記基材は、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金よりなるとよい。

　ここで、前記基材と前記銅－スズ合金よりなる層の間には、ニッケル層が形成されているとよい。

　上記課題を解決するために、本発明にかかる端子対は、オス型コネクタ端子とメス型コネクタ端子とからなり、前記オス型コネクタ端子と前記メス型コネクタ端子の少なくとも一方が上記のコネクタ用めっき端子よりなることを要旨とする。

　ここで、前記オス型コネクタ端子と前記メス型コネクタ端子とが相互に接触する接点部に印加される接触荷重が、２Ｎ以上であることが好ましい。

　上記発明にかかるコネクタ用めっき端子によると、接点部において、スズよりも硬い金属よりなる硬質金属が最表面に露出しているか、他の領域よりも薄いスズ層に被覆されて存在している。これらの領域は、接点部において、摩擦係数を低減し、端子挿入力を低減するのに寄与する。一方、比較的厚いスズが最表面に露出している領域は、スズの軟らかさとスズ酸化被膜の破壊されやすさによって表面の接触抵抗を低減するのに寄与する。接点部内に、摩擦係数の低減に効果を有する領域と接触抵抗の低減に効果を有する領域がともに含まれていることで、低挿入力と低接触抵抗を両立するコネクタ用めっき端子が得ることができる。

　ここで、硬質金属よりなる硬質金属層が表面に形成された凹凸構造を有する母材の表面にスズ層が形成されており、凹凸構造の凸部はスズ層に覆われず最表面に露出しているか又は凹凸構造の凹部よりも薄いスズ層によって被覆され、接点部は凹凸構造の凸部と凹部を少なくとも１つずつ含む場合には、凸部に当たる領域は、硬い母材表面が露出しているか、比較的薄いスズ層にしか覆われていないので、端子挿入力を低減するのに寄与する。一方、凹部に当たる領域は、硬質金属層が形成された母材の上に比較的厚いスズ層が形成されているので、表面の接触抵抗を低減するのに寄与する。接点部が凹凸構造の凸部と凹部をそれぞれ少なくとも１つずつ含んでいることにより、凸部による挿入力低減の効果と、凹部における接触抵抗低減の効果を接点部において共に享受することができる。

　この場合に、接点部を含む領域に凹凸構造の凸部が２つ以上形成され、接点部に形成された凸部と別の凸部との距離のうち最小の距離が、接点部を横切る直線のうち最長の直線よりも短いようにコネクタ用めっき端子が設計されていれば、接点部上に必ず凹凸構造の凸部と凹部を少なくとも１つずつ含むように構成されるので、低挿入力と低接触抵抗を両立するコネクタ用めっき端子を確実に得ることができる。

　また、接点部の最表面が母材の凹凸構造よりも面内の凹凸差が小さい面よりなると、接点部の凸部及び凹部両方の位置で、別の導電部材と密着性良く接触することができる。

　さらに、母材が、表面に凹凸構造を有する板状の基材の表面に硬質金属層が形成されてなるものであると、硬さと凹凸構造を両立する母材表面を容易に形成することができる。

　凹凸構造を有する母材を使用する場合以外にも、接点部を含む領域に、硬質金属が最表面に露出した領域または硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域が２つ以上形成され、それらの領域を結ぶ距離のうち最小の距離が、接点部を横切る直線のうち最長の直線よりも短くなるようにすれば、硬質金属が最表面に露出した領域または硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域と、比較的厚いスズが最表面に露出している領域の両方が必ず接点部に含まれるように構成されるので、低挿入力と低接触抵抗を両立するコネクタ用めっき端子を確実に得ることができる。

　また、硬質金属が銅－スズ合金であると、この層は非常に硬いので、低挿入力化に大きな効果を有する。また、銅めっき層とスズめっき層をこの順に基材上に積層し、加熱処理することによって、平滑な表面を有するスズ層と同時に銅－スズ合金層を形成することができるので、高い生産性に資する。

　さらに、基材が銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる場合には、コネクタ用めっき端子は、高い導電性を有する。

　ここで、基材と銅－スズ合金よりなる層の間にニッケル層が形成されていると、コネクタ用めっき端子が加熱環境下で使用されたときに、基材中の金属原子が銅－スズ合金層及びスズ層へと拡散して、接点部の最表面で酸化物を形成し、接触抵抗を上げることが阻止される。さらに、ニッケル層は、基材と銅－スズ合金層の密着性を高めるのにも寄与する。

　上記発明にかかる端子対によると、オス型コネクタ端子とメス型コネクタ端子が電気的に接触する接点部において、摩擦係数の低減に効果を有するスズよりも硬い金属よりなる硬質金属が最表面に露出しているか、他の領域よりも薄いスズ層に被覆されて存在している。接点部には同時に、表面の接触抵抗を低減するのに効果を有する、比較的厚いスズが最表面に露出した領域も存在している。これにより、低挿入力と低接触抵抗を両立する端子対が得ることができる。

　ここで、オス型コネクタ端子とメス型コネクタ端子とが相互に接触する接点部に印加される接触荷重が、２Ｎ以上である場合には、接点部に露出したスズの最表面に形成された酸化被膜を破って両端子間に導通を形成することができるので、スズが有する良好な電気的接続特性を効果的に利用することができる。

本発明の一実施形態にかかるコネクタ用めっき端子の構成を示す模式図である。（ａ）はコネクタ用めっき端子の全体の断面図と接点部の斜視図であり、（ｂ）は接点部表面に露出した被覆層の表面の構成を示す平面図である。母材の凹凸構造を利用したコネクタ端子材料の一例を示す断面図である。（ａ）接点部に凹凸構造の凹部と凸部を１つずつ含む場合、及び（ｂ）接点部に凹凸構造の凹部と凸部を１つずつ含まない場合の接点部の構造を示す模式図である。母材の凹凸構造を利用したコネクタ端子用材料の具体例についての断面図である。他の構成によるコネクタ端子材料の構成を示す断面図であり、（ａ）は柱状の硬質金属領域を有する場合、（ｂ）は三次元島状の硬質金属領域を有する場合を示している。従来のスズめっき層が形成されたコネクタ用めっき端子の接点部の構造を示す模式図である。本発明の実施例にかかるコネクタ用めっき端子を構成するめっき材料の表面についてのＳＥＭ像である。上記実施例にかかるコネクタ用めっき端子と比較例にかかる従来のスズめっき端子の挿入力を示すグラフである。上記実施例にかかる端子材料について測定した接触荷重－接触抵抗特性を両対数表示したものである。

　以下に、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。

　本発明にかかるコネクタ用めっき端子（以下、単にめっき端子又は端子と称する場合がある）の一例として、メス型コネクタ用めっき端子１の構成が図１（ａ）に示される。メス型コネクタ用めっき端子１は、公知のメス型コネクタ用端子と同様の形状を有する。すなわち、メス型コネクタ用めっき端子１の挟圧部１０は、前方が開口した四角筒状に形成され、挟圧部１０内にオス型端子１９が挿入される。メス型めっき端子１の底面板１１の内側には、内側後方へ折り返された形状の弾性接触片１２が形成されている。弾性接触片１２はオス型端子１９に上向きの力を加える。天井板の弾性接触片１２と相対する表面が内部対向接触面１４とされ、オス型端子１９が弾性接触片１２によって内部対向接触面１４に押し付けられることにより、オス型端子１９が弾性接触片１２と内部対向接触面１４の間に挟圧保持される。

　弾性接触片１２のオス型端子１９に接する部分には、エンボス部１３が形成されている。エンボス部１３は頂点を含む接点部１３ａでオス型端子１９と接触する。ここで、接点部１３ａとは、エンボス部１３の表面のうち、相手側部材（オス型端子１９）と実質的に接触する領域を指す。

　メス型コネクタ用めっき端子１においては、少なくとも接点部１３ａを含む領域に、硬質金属部Ｈとスズ部Ｓを含む被覆層Ｌが形成されている。図１（ｂ）は、このような被覆層Ｌの表面を平面的に示したものである。被覆層Ｌには、硬質金属部Ｈが散在しており、それ以外の領域がスズ部Ｓよりなっている。スズ部Ｓは、スズが最表面に露出した領域である。一方、硬質金属部Ｈは、スズより硬い金属である硬質金属を含んでなる領域であり、この硬質金属が最表面に露出しているか、あるいは、硬質金属がスズ部Ｓにおけるよりも薄いスズ層によって被覆されてなっている。後者の硬質金属が薄いスズ層によって被覆されている場合には、スズ部Ｓ、硬質金属部Ｈのいずれにおいてもスズが最表面に露出しているが、硬質金属部Ｈを覆うスズ層が、スズ部Ｓを覆うスズ層よりも薄くなっている。硬質金属部Ｈを構成している硬質金属は、純金属であっても合金であってもよい。合金である場合には、スズと他種の金属との合金であっても、スズ以外の金属のみよりなる合金であってもよい。

　接点部１３ａには、スズ部Ｓと硬質金属部Ｈの両方が含まれている。例えば、図１（ｂ）においては、接点部１３ａ内に、硬質金属部Ｈが３個含まれており、それ以外の領域が、スズ部Ｓよりなっている。

　硬質金属部Ｈに比べて厚いスズ層が最表面に形成されているスズ部Ｓは、接点部において、良好な電気的接触を提供する役割を果たす。スズは非常に軟らかく、また、表面に形成される酸化物膜も破壊されやすいので、電気的接触を形成する相手側部材の接点部から荷重を印加された際に、容易に軟らかい金属スズが露出し、相手側部材の接点部と密着するからである。

　一方、硬質金属部Ｈを構成している硬質金属は、スズよりも硬く、その硬さのために、硬質金属部Ｈにおいて最表面に露出している場合には、スズ層のような軟らかい層が最表面に露出している場合とは異なり、表面での掘り起こしや凝着が起こりにくくなり、低い摩擦係数を示す。また、硬質金属部Ｈにおいて、硬質金属がスズ層に被覆され、最表面に露出していない場合にも、そのスズ層が十分に薄ければ、硬質金属部Ｈに印加される荷重の多くの部分をその硬質金属で受け止めることが可能となるため、表面の摩擦係数は低減される。よって、硬質金属部Ｈにおいて、硬質金属が露出しているか、又はごく薄いスズ層に覆われるのみで直下に存在していることにより、硬質金属部Ｈの表面において、表面の摩擦係数が低下される結果、端子の挿入力が低下される。

　このように、スズ部Ｓで接触抵抗の低減が実現され、硬質金属部Ｈで挿入力の低減が実現される。メス型めっき端子１の接点部１３ａは、スズ部Ｓと硬質金属部Ｈを両方とも含んでいる。つまり、接点部１３ａは、相手側の接続部材（オス型端子１９）の接点部と、スズ部Ｓと硬質金属部Ｈの両方で接触する。これにより、接点部１３ａにおいて、接触抵抗の低減と摩擦係数の低減の効果を同時に享受することができる。

　なお、硬質金属部Ｈとスズ部Ｓを含む被覆層Ｌは、コネクタ端子を構成する母材の表面に形成されるが、必ずしも被覆層Ｌとその下層の母材とが明確に区別される必要はなく、母材全体またはその一部が、硬質金属よりなっており、硬質金属部Ｌを構成していてもよい。

　スズ部Ｓと硬質金属部の両方が含まれる被覆層Ｌの構成としては、種々のものが考えられる。例えば、図２に示すように、母材の表面に凹凸構造を形成し、その凹凸構造を利用する構成が挙げられる。ここでは、硬質金属層２２が表面に形成された凹凸構造を有する母材２５の表面に、スズ層２３が形成されている。この場合、母材２５の一部として硬質金属層２２が形成されており、被覆層Ｌとその下層の母材との境界が明確な層境界として形成されているわけではないが、硬質金属層２２とスズ層２２の両方を含む領域が被覆層Ｌに対応する。

　母材２５は、板状の基材２０と硬質金属層２２よりなる。基材２０の表面には、基材凸部２１ａと基材凹部２１ｂとからなる基材凹凸構造２１が形成されている。ここで、基材凸部２１ａとは、基材凹凸構造２１のうちで表面側に盛り上がった部分を指し、基材凹部２１ｂとは、基材凹凸構造２１のうちで基材２０内部側に下がった部分を指す。

　基材２０の表面に形成された硬質金属層２２は、基材凹凸構造２１の凹凸差よりも厚みの空間分布が小さく、硬質金属層２２の表面に基材凹凸構造２１が踏襲された凹凸構造２４が形成される。凹凸構造２４は凸部２４ａと凹部２４ｂとからなる。ここで、凸部２４ａとは、凹凸構造２４のうちで表面側に盛り上がった部分を指し、凹部２４ｂとは、凹凸構造２４のうちで基材２０側に下がった部分を指す。

　母材２５の表面には、スズ層２３が形成されている。スズ層２３の最表面は、平滑な平面を有する。スズ層２３の最表面は、少なくとも、母材２５の表面における凹凸構造２４の凸部２４ａと凹部２４ｂの高さの差以下のレベルで平滑である。スズ層２３の表面がこのように平滑であるということは、母材２５表面の凹部２４ｂが相対的に厚いスズ層２３に覆われているのに対し、凸部２４ａが相対的に薄いスズ層２３に覆われているか、スズ層２３に覆われずに最表面に露出しているということになる。つまり、凹部２４ｂが形成されている部位がスズ部Ｓとなって接触抵抗の低減に特に効果を有し、凸部２４ａが形成されている部位が硬質金属部Ｈとなって摩擦係数の低減に特に効果を有する。なお、凸部２４ａが相対的に薄いスズ層２３に覆われて露出していない場合には、スズ部Ｓと硬質金属部Ｈの境界は必ずしも明確ではないが、少なくとも、凸部２４ａ（凹凸構造２４の頂上）は、硬質金属部Ｈとなり、摩擦係数の効果的な低減に寄与する。

　ここで、上記の例では、基材２０表面上に基材凹凸構造２１が形成され、その上に硬質金属層２２が形成されることで、表面がスズ層２３よりも硬く、凹凸構造２４を有する母材２５が形成されたが、硬質金属層２２を有さない基材２０の表面に直接凹凸構造２４が形成されて母材２５とされる場合にも、同様の効果を発揮することができる。しかしこの場合には、基材２０自体がスズめっき層２３よりも硬い硬質金属よりなる必要があり、そのように硬い基材２０の表面に凹凸構造２４を形成することは容易ではなく、上記構成の方が好ましい。

　次に、接点部１３ａと、凹部２４ｂの部位（スズ部Ｓ）および凸部２４ａの部位（硬質金属部Ｈ）の配置との関係を説明する。なお、以下の議論は、母材の凹凸構造２４を利用してスズ部Ｓと硬質金属部Ｈを形成している場合に限らず、スズ部Ｓと硬質金属部Ｈを有する材料一般について成り立つものである。

　図３（ａ）に、上記で説明した凹凸構造２４を有する母材２５を用いて形成された接点部１３ａの模式図を示す。この図では、分かりやすいように、エンボス部１３の形状を、誇張して表現している。

　接点部１３ａは、母材２０に形成された凸部２４ａの箇所と凹部２４ｂの箇所の両方を１つずつ含んでいる。スズ層２３の最表面は、少なくとも、母材２４の表面における凹凸構造２４の凸部２４ａと凹部２４ｂの高さの差以下のレベルで平滑であるので、接点部１３ａは、平板状のオス型端子１９と、凸部２４ａの位置と凹部２４ｂの位置の両方で接している。この状況は、エンボス部１３がオス型端子１９の平面上を摺動しても常に変わることはない。これによって、接点部１３ａが挿抜のためにオス型端子１９の上を摺動する間ずっと、凸部２４ａによる摩擦係数低減の効果を享受して低挿入力状態が維持される。また、オス型端子１９上のどの位置で接点部１３ａが停止され、電流を印加されたとしても、凹部２４ｂによる低接触抵抗の効果が享受される。

　接点部１３ａは、凸部２４ａ及び／又は凹部２４ｂを２つ以上含んでいてもよい。その場合には、摩擦係数低減及び／又は接触抵抗低減の効果がさらに大きくなる。

一方、図３（ｂ）のように、上記よりも接点部が小さい場合、及び／又は上記よりも凸部２４ａと凹部２４ｂの間隔が広い場合に、接点部が、凸部２４ａと凹部２４ａをそれぞれ１つ以上含まない場合があり得る。図３（ｂ）では、接点部１３ａ’は凸部２４ａのみ含み、凹部２４ｂを含まない。これ以外に、接点部が凹部２４ｂのみを含み、凸部２４ａを含まない状況、または接点部が凸部２４ａと凹部２４ｂのいずれも含まない状況もありうる。

　図３（ｂ）の状況では、接点部１３ａ’はオス型端子１９と凸部２４ａで接しているので、摩擦係数低減の効果を受けることができるが、凹部２４ｂでは接していないので、凹部２４ｂによる接触抵抗低減の効果は受けられない。つまり、端子挿入力が低減されてはいるが、接触抵抗は比較的大きな値となる。接点部が凹部２４ｂのみを含む場合には、接触抵抗低減の効果を享受することができるが、端子挿入力低減の効果は十分には得られない。接点部が凸部２４ａも凹部２４ｂも含まない場合には、挿入力低減の効果も、接触抵抗低減の効果も十分には得られない。

　このように、接点部が凸部２４ａと凹部２４ｂをともに少なくとも１つ含んでいる場合にのみ、それらが有する摩擦係数低減の効果と接触抵抗低減の効果を、有効に利用することが可能である。接点部１３ａが凸部２４ａと凹部２４ｂをともに少なくとも１つ含むようにするための方法の１つは、凸部２４ａと凹部２４ｂの配置が決まった母材を利用して、接点部１３ａを形成するに際し、接点部１３ａの面積を、凸部２４ａと凹部２４ｂをそれぞれ少なくとも１つずつ含むように設計すればよい。端子の接点部の面積は、接点部の形状と材質によって規定される。もう１つの方法としては、ある面積の決まった接点部１３ａに凸部２４ａと凹部２４ｂが形成されるように、使用する母材２５において凹凸構造２４を形成すればよい。簡便性の観点からは、前者の方法の方が好適である。

　接点部１３ａの中に確実に凸部２４ａと凹部２４ｂの両方を含ませるためには、接点部１３ａの長径、つまり接点部２４ａを横切る直線のうち最長の直線の長さが、接点部１３ａ上に形成されたある凸部２４ａとそれに隣接する凸部２４ａの間の距離のうち最小のものよりも長ければよい。すると、接点部１３ａ上に形成されたある凸部とそれに隣接する凸部２４ａの少なくとも１つとの間を結ぶ直線の中点、つまり凹部２４ｂの位置が接点部内に必ず含まれることになる。

　なお、接点部１３ａに含まれる凸部２４ａの数は、１つ以上であることが必須の要件であるが、上記のようにして凸部２４ａの間の距離を基準に接点部の長径を規定する場合、凸部２４ａの間の距離を定義する必要性から接点部１３ａを含む領域の母材２５表面に少なくとも２つの凸部２４ａが含まれている必要がある。ただし、２つめ以降の凸部２４ａは接点部１３ａの上に存在しなくてもよい。

　もし、凹凸構造２４の配置が規則的で等間隔の配置に近似できるならば、接点部２４ａの長径を凹凸構造２４の周期よりも長くするようにすれば、上記条件は満たされる。一方、凹凸構造２４の配置が規則的でない場合には、端子１つ１つに対して、接点部１３ａ上の凸部２４ａと隣接する凸部２４ａの間の距離のうち最小のものよりも接点部１３ａの長径が長くなるという条件を満たすように、設計及び製作を行うことは困難である。その代わりに、母材の表面を十分に広い視野で観察し、その中で隣接する２つの凸部２４ａの距離のうち、最大のものよりも接点部１３ａの長径が長くなるように接点部１３ａの面積を設計すればよい。観察視野が十分広ければ、めっき部材のどの箇所を利用して端子を製作したとしても、上記の条件を満たすようになる。

　図３においては、図１（ａ）に示した場合と同様、メス型コネクタ用端子１にエンボスの頂点部として接点部１３ａが形成され、そこに凹凸構造２４が付与されている一方、平板型のオス型端子１９には凹凸構造２４は形成されていない。しかし、オス型端子１９にエンボス状構造を形成して、その頂点部に凹凸構造２４を有する母材２５とスズ層２３よりなる材料を用いて接点部を形成し、メス型コネクタ端子にはエンボス状構造を形成せず、凹凸構造２４を有する母材２５も使用しない構成とすることもできる。

　また、エンボス状部材の方ではなく、平板状部材の方を、凹凸構造２４を有する母材２５とスズ層２３によって形成することもできる。この場合には、平板状部材の表面において、両部材が接する接点部の面積の中に、凸部２４ａと凹部２４ｂの両方が少なくとも１つずつ含まれている必要がある。また、平板状部材の上でエンボス状部材が抜挿時に摺動される領域全体にわたり、この条件を満たす必要がある。すると、エンボス状部材の摺動によって、エンボス状部材が平板状部材に接する箇所と凹凸構造２４の相対的な位置関係が変化しても、常に接点部に凸部２４ａと凹部２４ｂの両方が含まれることになる。

　オス－メス嵌合端子の組において、オス型端子及びメス型端子両方の接点部を上記の凹凸構造２４を有する母材２５とスズ層２３から形成することもできる。すると、いずれか一方が凹凸構造２４を有する母材２５とスズ層２３より形成されている場合よりも、端子挿入力低減と接触抵抗低減の効果を大きく得ることができる。この場合、両端子の接点部とも、凸部２４ａと凹部２４ｂの両方を少なくとも１つずつ含んでいることが望ましいが、いずれか一方しかこの条件を満たさなくても、それらの効果を享受することはできる。

　硬質金属層２２が十分な硬さを有していれば、硬質金属層２２及び基材２０がどのような材質よりなっていても、上記のように、低挿入力と低接触抵抗の両立という課題は達成されうる。以下に、母材の具体的な構成についての一例を示す。

　母材の構成の一例が、スズめっき層とともに図４に示される。母材３６は、表面に基材凹凸構造３１が形成された銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる基材３０の表面に、ニッケル層３２と銅－スズ合金層３３がこの順に積層されたものよりなる。基材凹凸構造３１は、銅－スズ合金層３３表面の凹凸構造３４に踏襲されている。

　銅－スズ合金層３３の厚さは、０．１～３．０μｍの範囲にあることが好ましい。これよりも薄いと、摩擦係数低減の効果が十分に発揮されにくい。また、これよりも厚いと、端子の生産性及び加工性に劣るようになる。

　銅－スズ合金層３３は、スズよりも十分に硬い性質を有していれば、どのような組成比で銅とスズを含むものでもよい。中でも、硬度と耐酸化性及び耐腐食性を兼ね備えるＣｕ_６Ｓｎ_５なる金属間化合物を主体として形成されていることが好適である。

　ニッケル層３２は、必ずしも形成されなければならないものではないが、形成されることにより、基材３０からスズ層３５への金属原子の拡散を阻止することができる。これにより、高温環境でめっき端子が使用される場合や、通電によって発熱する場合に、基材３０中の金属原子がスズ層３５中に拡散して表面で酸化され、接触抵抗を上昇させることが防止される。また、ニッケル層３２は、基材３０とスズ層３５の間の密着性を高める役割も果たす。基材３０が銅又は銅合金よりなる場合には、前者の拡散防止の効果が重要となり、基材３０がアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる場合には、後者の密着性向上の効果が重要となる。ニッケル層３２の厚さは、３．０μｍ以下であることが好適である。これよりもニッケル層３２が薄いと、上記の効果が十分に得られず、これよりも厚いと、めっき端子の加工性に劣るようになる。

　ニッケル層３２の表面に形成されるスズ層３５の厚さとしては、平均値で０．２～
５．０μｍの範囲にあることが望ましく、厚さが最大の箇所つまり凹部３４ｂの位置で
１．２～２０μｍの範囲にあることが望ましい。スズ層３５がこの範囲よりも薄いと、接触抵抗の低減の効果が十分に発揮され難く、この範囲より厚いと、硬い銅－スズ合金層３３が下に形成されていることによる摩擦係数低減の効果が十分に発揮され難くなる。

　厚さが最小の箇所つまり凸部３４ａの位置でのスズ層３５の厚さは０．２μｍ以下であることが望ましい。これより厚いと、硬い銅－スズ合金層３３が下に形成されていることによる、凸部３４ａでの摩擦係数低減の効果が十分に発揮され難くなる。凸部３４ａの位置でのスズ層３５の厚さは０でもよい。つまり、銅－スズ合金層３３が最表面に露出していてもよい。

　スズ層３５の最表面の平均算術粗さ（Ｒａ）は、少なくとも１方向で０．１５μｍ以上、全方向で３．０μｍ以下であることが望ましい。これよりも平均算術粗さが大きいと、端子の接点部の最表面の平滑性が低下し、相手方の接点部と接触する面積が小さくなり、良好な電気的接続が達成されなくなる。また、接点部内に凸部３４ａと凹部３４ｂを含むように接点部の構造を設計したとしても、凸部３４ａと凹部３４ｂの両方が相手方接点部との接触に寄与しなくなる可能性がある。すると、凸部３４ａの位置での摩擦係数低減と凹部３４ｂの位置での接触抵抗低減の両方の効果を同時に享受することができなくなる。

　凸部３４ａの平均間隔は少なくとも一方向で０．５ｍｍ以下であることが望ましい。これよりも間隔が大きいと、コネクタ用端子の接点部の中に少なくとも１つの凸部３４ａと少なくとも１つの凹部３４ｂを含ませることが困難となるからである。

　母材３６及びスズ層３５は、どのような方法で形成してもよい。例えば、銅又は銅合金、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる基材３０の表面にサンドブラスト法などによって基材凹凸構造３１を形成し、その表面に、電解めっきによってニッケル層３２を形成し、さらにその表面に銅めっき層とスズ層をこの順に積層すればよい。その後リフロー処理を行うことで、銅－スズ合金層３３の形成と、スズ層３５表面の平滑化を行えばよい。

　なお、基材３０がアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる場合には、表面に硬く厚い酸化物被膜が形成されているので、直接その表面に電解めっきによってニッケル層３２を形成することは困難である。この場合には、必要に応じて、基材３０の表面に無電解めっきによって亜鉛等の金属層を析出させておいた上で、ニッケル層を形成すればよい。

　また、凹凸構造３４を有する上記のようなめっき構造は少なくともめっき端子の接点部を含んで形成されていれば十分であるが、接点部近傍に選択的にそのような構造を形成することは容易ではない。上記のような凹凸構造３４を有する母材３６とスズ層３５が全体に形成された板材を所定の形状に打ち抜き、端子形状を形成する方が、生産性の観点からは好適である。

　上記のように、基材３０を構成する材料として、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金のいずれでも採用することができ、用途に応じていずれかを選択すればよい。例えば、めっき端子に接続される電線が銅又は銅合金よりなる場合には、基材３０として銅又は銅合金を選択すればよく、電線がアルミニウム又はアルミニウム合金よりなる場合には、基材３０としてアルミニウム又はアルミニウム合金を選択すればよい。電線材料とめっき端子の基材３０の材料を同種金属とすることで、それらの接合部で腐食が発生することが防止され、腐食環境下で使用されても、電気的特性が維持されるからである。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなる電線は、電気配線の軽量化等の要請から、特に自動車用配線の分野で近年使用されるようになっており、アルミニウム又はアルミニウム合金を基材とする優れたコネクタ用めっき端子の重要性が増している。

　以上のように、硬質金属層２２が表面に形成され、凹凸構造２４を有する母材２５の表面に、スズ層２３を形成することで、硬質金属部Ｈとスズ部Ｓとを有するコネクタ端子材料を簡便に形成することができる。しかし、他にも種々の構成によって、硬質金属部Ｈとスズ部Ｓとを有してなる被覆層Ｌが形成されたコネクタ端子材料を実現することができる。

　一例として、図５（ａ）に、柱状の硬質金属領域２２を利用した被覆層Ｌの構成を示す。ここでは、母材２５の表面に、柱状に硬質金属領域２２が形成され、硬質金属領域２２の間の領域にスズ層２３が形成されている。スズ層２３は、図５（ａ）のように硬質金属領域２２の頂上部を一部露出させる厚さで形成しても、硬質金属領域２２を薄く被覆する厚さで形成してもよい。すると、硬質金属領域２２が露出した領域、または薄いスズ層に被覆された領域が硬質金属部Ｈとなり、硬質金属領域２２の間の部位がスズ部Ｓとなる。柱状の硬質金属領域２２は、たとえば、マスクパターンを使用して母材２５にめっき、蒸着等を行うことで形成することができる。

　別の例として、図５（ｂ）に、三次元ドメイン（三次元クラスター）状の硬質金属領域２２を利用した被覆層Ｌの構成を示す。ここでは、被覆層Ｌ中に、硬質金属領域２２とスズ領域２３が、混在している。そして、被覆層Ｌの最表面にも、硬質金属領域２２が露出した硬質部Ｈと、スズ領域２３が露出したスズ部Ｓが混在している。このような被覆層Ｌは、スズとの合金形成の有無等、硬質金属材料の性質に応じた方法によって形成すればよいが、例えば、母材２５の表面に、スズと硬質金属（あるいはスズとの合金化によって硬質金属を形成する金属材料）を同時にめっき、蒸着等行う方法を挙げることができる。あるいは、スズ層と硬質金属（あるいはスズとの合金化によって硬質金属を形成する金属材料）よりなる層を積層し、それを加熱して相互拡散させる方法を挙げることができる。

　これらの場合にも、端子接点部に複数の硬質金属部Ｈが形成され、それらの中で隣接する２つの硬質金属部Ｈを結ぶ距離のうち最大のものよりも、接点部の長径が長くなるようにすれば、接点部内に確実に硬質金属部Ｈとスズ部Ｓの両方を含ませることができる。

　本発明の実施形態にかかる端子対は、一対のオス型コネクタ端子とメス型コネクタ端子の組よりなるものであり、オス型コネクタ端子とメス型コネクタ端子のいずれか少なくとも一方の接点部に、上記のように硬質金属部Ｈとスズ部Ｓを含む被覆層Ｌが形成されている。これにより、接点部において、硬質金属部Ｈの有する挿入力低減効果と、スズ部Ｓの有する接触抵抗低減効果の両方を享受することができる。オス型とメス型の両方のコネクタ端子の接点部に、硬質金属部Ｈとスズ部Ｓを含む被覆層Ｌが形成されている方が、いずれか一方の接点部に形成されている場合よりもこれらの効果が得られやすい。

　メス型コネクタ端子にエンボス状の接点部が形成され、このエンボス部が平板状のオス型コネクタ端子タブの表面を摺動して嵌合される形式の端子対がしばしば用いられる。この場合、メス型コネクタ端子に硬質金属部Ｈとスズ部Ｓを含む被覆層Ｌを形成するならば、被覆層Ｌは少なくともエンボス状接点部の表面に形成されていれば、挿入力低減の効果を発揮することができる。一方、オス型コネクタ端子に被覆層Ｌを形成するならば、平板状端子タブ上のメス型コネクタ端子のエンボス状接点部が摺動する領域全体に被覆層Ｌが形成されていることが、全摺動領域にわたって挿入力低減の効果を享受する意味で好ましい。

　このような端子対の接点部に印加される接触荷重は、２Ｎ以上であることが好ましい。このような荷重を印加することで、接点部に露出されたスズ部Ｓの表面に形成された酸化被膜が破られる。すると、軟らかく、低い接触抵抗を有する金属状態のスズが、スズ部Ｓの最表面に露出されて電気的接触に与るようになるので、高い接続信頼性が達成される。なお、接触荷重が２Ｎ未満である場合には、接触荷重に対する依存性が大きい被膜抵抗が接触抵抗に支配的に寄与し、接触荷重が２Ｎ以上である場合には、接触荷重に対する依存性が小さい集中抵抗が支配的に寄与する。

　以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

［実施例］
　凹凸構造を有する銅合金母材の上に、平均厚さ０．３μｍのニッケル層が形成され、その上に銅－スズ合金層が形成され、さらにその上に表面が平滑化されたスズ層が形成されためっき部材を準備した。スズ層の厚さは平均で０．９μｍであった。このめっき部材の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を図７に示すが、暗く観察される凹凸構造の凸部が形成された位置の間隔は、最小で５μｍ、最大で９７μｍであった。

　このめっき部材を端子の展開形状に打ち抜いたあと、曲げ加工を施し、図１（ａ）に示された形状のメス型コネクタ用端子を形成した。ＳＥＭによって評価した接点部の長径は、１５０μｍであった。

［比較例］
　銅合金母材の上に、厚さ１μｍのスズ層が形成された通常のスズめっき端子に使用されるめっき部材を準備し、実施例と同様の形状を有するメス型コネクタ用端子を形成した。

［試験方法］
（端子挿入力の評価）
　実施例及び比較例にかかる端子について、以下の方法で挿入力を測定した。つまり、アイコーエンジニアリング製ＭＯＤＥＬ－１６０５Ｎ型精密荷重試験機を用いて、メス型端子を嵌合間口が上向きになるように固定し、挿入方向が下向きになるようにロードセルに取り付けたオス型端子をメス型端子の上方からヘッドスピードが１０ｍｍ／ｍｉｎ．となるように下方へ移動させ、挿入が完了するまでのロードセル荷重変化を測定した。

（接触荷重－接触抵抗特性の評価）
　実施例および比較例にかかる各めっき部材について、接触荷重－接触抵抗特性の計測によって接触抵抗値を評価した。つまり、各めっき部材について、接触抵抗を四端子法によって測定した。この際、開放電圧を２０ｍＶ、通電電流を１０ｍＡ、荷重印加速度を０．１ｍｍ／ｍｉｎ．とし、０～４０Ｎの荷重を増加させる方向と減少させる方向に印加した。電極は、一方を平板とし、一方を半径１ｍｍのエンボス形状とした。

［試験結果及び考察］
（端子挿入力の評価）
　図８に、端子挿入力の測定結果を示す。これを見ると、比較例にかかる端子においては、挿入力が約２．５Ｎであるのに対し、実施例にかかる端子においては、挿入力は半分以下の約１．２Ｎとなっている。

　つまり、凹凸構造を有する銅－スズめっき層を平滑なスズめっき層が覆っためっき積層構造が端子接点部に形成され、かつ凹凸構造の凸部と凹部が端子接点部に含まれることにより、通常のスズめっき端子を使用した場合よりも、端子挿入力が大きく低減されている。

（接触荷重－接触抵抗特性の評価）
　図９に、実施例にかかるめっき部材について得られた接触荷重－接触抵抗特性を両対数表示したものを示す。

　一般に、導体間の接触抵抗の主な発生要因は、被膜抵抗と集中抵抗に分けられる。被膜抵抗とは、導体表面に形成された酸化被膜等の絶縁性被膜の存在により発生する接触抵抗であり、集中抵抗とは、導体表面の微視的な凹凸に由来し、巨視的な（見かけの）接触面積のうち、微小面積に形成される真実接触の箇所のみを経由して電流が流れることによるものである。接触荷重を大きくすると、絶縁被膜の物理的な破壊により、被膜抵抗が小さくなる。つまり、絶縁皮膜を破るのに必要な接触荷重を接点部に印加すれば、被膜抵抗の影響をほとんど受けず、集中抵抗領域での導通形成が可能となる。集中抵抗及び被膜抵抗の接触荷重に対する依存性は、特開２００２－５１４１号公報に示されるように、既にモデルを用いて定式化されている。それによると、平らな接触面を有する２つの導体を接触させた場合に、集中抵抗と被膜抵抗の総和である接触抵抗Ｒｋは、下記の式（１）によって記述される。

　ここで、Ｆは接触荷重、Ｓは見かけの接触面積、Ｋは表面粗度、Ｈは硬度、ρは金属抵抗率、ρ_ｆは被膜抵抗率、ｄは絶縁被膜の厚さである。

　式（１）において、右辺第１項が集中抵抗の寄与を表し、第２項が被膜抵抗の寄与を表す。式（１）から分かるように、集中抵抗は接触荷重Ｆに対して－１／２乗の依存性を示すのに対し、被膜抵抗は荷重Ｆに対して－１乗の依存性を示す。つまり、接触抵抗の接触荷重に対する依存性を両対数表示したとき、被膜抵抗が支配的な領域が傾き－１の直線に近似され、集中抵抗が支配的な領域が傾き－１／２の直線に近似されるはずである。そして、両直線の間の交点において、被膜抵抗が支配的な領域から集中抵抗が支配的な領域に切り替わるはずである。

　図９によると、図中に近似直線を細線で示したように、低荷重側に傾き－１の直線で近似可能な領域が観測され、高荷重側に傾き－１／２の直線で近似可能な領域が観測される。それぞれ、被膜抵抗が支配的な領域と集中抵抗が支配的な領域に対応すると考えられる。そして、両直線の交点が、２Ｎに得られている。つまり、少なくとも２Ｎの接触荷重を印加すれば、値が大きくしかも荷重依存性の大きい被膜抵抗の寄与をほぼ排除し、値が小さくしかも荷重依存性の小さい集中抵抗領域で電気的接触が行われることになる。よって、２Ｎ以上の接触荷重を端子対の接点部に印加することで、接触抵抗が小さくかつ安定した、良好な電気的接触を得ることができる。

　なお、スズめっき層のみを有する比較例にかかるめっき部材についても同様の接触荷重－接触抵抗特性の測定を行い、両対数表示を行ったところ、この場合も低荷重側の傾き－１の直線に近似される領域と、高荷重側の傾き－１／２の直線に近似される領域が見られ、両近似直線の交点が２Ｎに観測された。つまり、凹凸構造を有する銅－スズめっき層を平滑なスズめっき層が覆っためっき積層構造が端子接点部に形成されている実施例の場合と、スズ層のみが形成されている比較例の場合とで、交点を与える接触荷重が同じである。このことは、実施例の場合に、銅－スズめっき層ではなくスズ層が電気伝導を主に担い、接点部表面に露出したスズ層の表面を覆う酸化スズ被膜が破壊されることで、金属スズの集中抵抗を主としてなる低い接触抵抗が得られることを意味している。

　以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

Claims

　別の導電性部材と接触する接点部にスズとスズよりも硬い金属よりなる硬質金属とを含んでなる被覆層を有し、
　前記接点部内に、スズが最表面に露出した領域と前記硬質金属が最表面に露出した領域の両方を含むか、または、前記硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域を含むことを特徴とするコネクタ用めっき端子。
　前記硬質金属よりなる硬質金属層が表面に形成された凹凸構造を有する母材の表面にスズ層が形成されており、前記凹凸構造の凸部は前記スズ層に覆われず最表面に露出しているか又は前記凹凸構造の凹部よりも薄いスズ層によって被覆され、前記接点部は前記凹凸構造の凸部と凹部を少なくとも１つずつ含むことを特徴とする請求項１に記載のコネクタ用めっき端子。
　前記接点部を含む領域に前記凹凸構造の凸部が２つ以上形成され、前記接点部に形成された凸部と別の凸部との距離のうち最小の距離が、前記接点部を横切る直線のうち最長の直線よりも短いことを特徴とする請求項２に記載のコネクタ用めっき端子。
　前記接点部の最表面は、前記母材の凹凸構造よりも面内の凹凸差が小さい面よりなることを特徴とする請求項２又は３に記載のコネクタ用めっき端子。
　前記母材は、表面に凹凸構造を有する板状の基材の表面に前記硬質金属層が形成されてなることを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載のコネクタ用めっき端子。
　前記接点部を含む領域に、前記硬質金属が最表面に露出した領域または前記硬質金属が他の部位よりも薄いスズ層によって被覆された領域が２つ以上形成され、それらの領域を結ぶ距離のうち最小の距離が、前記接点部を横切る直線のうち最長の直線よりも短いことを特徴とする請求項１に記載のコネクタ用めっき端子。
　前記硬質金属は銅－スズ合金であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のコネクタ用めっき端子。
　前記基材は、銅又は銅合金よりなることを特徴とする請求項５又は７に記載のコネクタ用めっき端子。
　前記基材は、アルミニウム又はアルミニウム合金よりなることを特徴とする請求項５又は７に記載のコネクタ用めっき端子。
　前記基材と前記銅－スズ合金よりなる層の間には、ニッケル層が形成されていることを特徴とする請求項７～９のいずれかに記載のコネクタ用めっき端子。
　オス型コネクタ端子とメス型コネクタ端子とからなり、
　前記オス型コネクタ端子と前記メス型コネクタ端子の少なくとも一方が請求項１～１０のいずれかに記載のコネクタ用めっき端子よりなることを特徴とする端子対。
　前記オス型コネクタ端子と前記メス型コネクタ端子とが相互に接触する接点部に印加される接触荷重が、２Ｎ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の端子対。