WO2014199837A1 - 接触端子構造 - Google Patents

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plating
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義則 墨谷
勲 瀬川
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株式会社Ｋａｎｚａｃｃ
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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials

Definitions

  • the present invention relates to a contact terminal structure in a contact terminal of an electrical component such as a relay (for example, a power relay of an electric vehicle), a switch, a connector, or a breaker.
  • a contact terminal structure in a movable contact terminal is a contact terminal structure in a contact terminal of an electrical component such as a relay (for example, a power relay of an electric vehicle), a switch, a connector, or a breaker.
  • the present invention relates to a contact terminal structure in a movable contact terminal.
  • the structure including the contact terminal material has been improved.
  • the cited document 1 discloses a contact in which the plating thickness of the first contact portion and the plating thickness of the other second contact portion are different from each other, which copes with the fretting phenomenon.
  • Reference 2 discloses a connector connection terminal in which a silver-Sn alloy coating portion is formed on a terminal portion as a terminal that exhibits excellent electrical characteristics as a conductive material and can be inserted and removed with a low frictional force. It is disclosed.
  • Cited Document 3 a silver layer in which a base layer made of Ni is formed on the surface of a material made of stainless steel, an intermediate layer made of Cu is formed thereon, and a surface layer made of silver is formed thereon.
  • the plating material is disclosed as an inexpensive silver plating material useful as a material for contacts and terminal parts such as connectors, switches, and relays, which can suppress an increase in the contact resistance of plating.
  • Cited Document 4 a connector structure in which a plated layer made of an alloy of silver and tin is formed on the surface of the terminal contact portion, and the tin content of the alloy is 5 to 30% by weight has low contact resistance and durability. It is disclosed as having excellent properties.
  • contact resistance increases with repeated on / off operation. This is largely due to wear of the contact terminal material used for the contact terminal. Increasing the hardness of the contact terminal material reduces wear, but such a material is generally unsuitable as a contact terminal material because of its low electrical conductivity.
  • An object of the present invention is to provide a contact terminal structure with excellent durability that, when applied to a movable contact terminal, is unlikely to increase contact resistance even when the on / off operation is repeated.
  • the first plating layer is formed on the surface of the substrate
  • the second plating layer is formed on the surface of the first plating layer
  • the first plating layer is silver tin. It is made of an alloy
  • the second plating layer is made of silver or an alloy containing silver as a main component, and the hardness of the first plating layer is larger than the hardness of the second plating layer. is there. Due to the difference in hardness, the second plating layer is softer than the first plating layer.
  • the first plating layer has a Vickers hardness of 250 to 400
  • the second plating layer has a Vickers hardness of 80 to 200.
  • Q / (P + Q) is 0.07 to 0.4, where P is the thickness of the first plating layer and Q is the thickness of the second plating layer.
  • Q / (P + Q) is preferably 0.15 to 0.25.
  • the first plating layer is harder than the second plating layer, so that the contact resistance hardly increases even when the on / off operation is repeated, and the durability is improved. Are better.
  • the contact terminal structure of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • the contact terminal structure of the present invention is applied to terminals that are repeatedly turned on and off, such as switch contacts and connectors.
  • the contact terminal structure of the present invention can be applied to both male and female terminals.
  • the contact terminal structure 1 of the present invention includes a base 2 made of metal, a first plating layer 4 on the surface of the base 2, and a second plating layer 6 on the surface of the first plating layer 4.
  • a first plating layer 4 and a second plating layer 6 are sequentially laminated on the surface of the substrate 2.
  • the base 2 forms a male terminal, a female terminal, or both.
  • the substrate 2 is preferably made of a metal mainly composed of copper or a copper alloy in terms of conductivity and cost. If it can be used as a metal terminal, the metal of the substrate 2 may be changed to another metal.
  • the surface of the substrate 2 may be subjected to a ground treatment such as nickel plating in order to laminate the first plating layer 4.
  • the first plating layer 4 is made of a silver tin alloy.
  • the second plating layer 6 is made of silver or an alloy containing silver as a main component.
  • the hardness of the first plating layer 4 is greater than the hardness of the second plating layer 6.
  • the hardness of the plating layer refers to the hardness of the metal constituting the layer.
  • the contact terminal structure 1 when the contact terminal structure 1 is rubbed, friction is performed by a solid lubrication mechanism.
  • the second plating layer 6 functions as a solid lubricant. As a result, the frictional resistance is kept small and wear due to friction is reduced.
  • composition ratio of silver and tin in the silver-tin alloy of the first plating layer 4 is such that the Vickers hardness (Hv (kgf / mm 2 )) of the silver-tin alloy forming the first plating layer 4 is 250 to 400. Is preferably selected.
  • the second plating layer 6 preferably has a Vickers hardness of 80 to 200.
  • the second plating layer 6 is softer than the first plating layer 4.
  • the wear of the first plating layer 4 due to repeated sliding is smaller and the durability is better than when the Vickers hardness of the first plating layer 4 is less than 250.
  • the Vickers hardness of the first plating layer 4 is a high value exceeding 400, wear when the sliding increases repeatedly is preferable.
  • the Vickers hardness of the second plating layer 6 is 80 to 200
  • the Vickers hardness of the first plating layer 4 is 250 to 400
  • the Vickers hardness of the second plating layer 6 is less than 80
  • its own wear due to repeated sliding is small and the contact resistance does not increase rapidly due to repeated sliding.
  • the wear of the counterpart due to repeated sliding is small, and the contact resistance value is also low, which is preferable.
  • the composition ratio of silver tin in the silver tin alloy constituting the first plating layer 4 can be set by setting the ratio of silver salt and tin salt in the plating bath to a predetermined value. Therefore, by changing the ratio of silver salt and tin salt in the plating bath in stages, various plating layers are formed, and by measuring the hardness of the silver-tin alloy constituting the plating layer in each composition, the Vickers hardness is 250. The ratio of the silver salt and the tin salt of the plating bath that can form the first plating layer 4 of ⁇ 400 can be obtained.
  • the silver alloy of the second plating layer 6 can contain components other than silver.
  • the composition ratio of components other than silver is preferably selected so that the Vickers hardness (kgf / mm 2 ) of the silver alloy is 80 to 200.
  • the component other than silver contained in this silver alloy include one or more selected from selenium and antimony. These are preferable in that they are used as components of the brightener.
  • the composition ratio of silver and a metal other than silver in the silver alloy of the second plating layer 6 can be set by the ratio of the silver salt of the plating bath to the salt of the metal other than silver. By changing the ratio of silver salt and non-silver metal in the plating bath in stages, various plating layers are formed, and by measuring the hardness of the metal constituting the plating layer in each composition, the Vickers hardness is 80-200. The ratio of the silver salt and the metal other than silver in the plating bath that can form the second plating layer 6 can be obtained.
  • the second plating layer 6 can also be obtained by forming a plating layer using a plating bath containing one or more kinds of brighteners. Also in this case, various plating layers are formed by changing the content ratio of the brightener in the plating bath stepwise or by changing the type of brightener, and the hardness of the metal constituting the plating layer in each composition is measured. By doing so, the content ratio of the brightener in the plating bath capable of forming the second plating layer 6 having a predetermined hardness in the range of Vickers hardness of 80 to 200 can be obtained.
  • the brightener preferably contains selenium or antimony (for example, (Silver Glow 3KBP (Meltex)).
  • the first plating layer 4 and the second plating layer 6 are formed on the entire surface of the base 2. Further, partial plating may be performed using a plating resist. For example, one surface m of the base 2 is plated, and the other surface n is not plated with a plating resist. Further, it may be striped plating.
  • the thickness of the first plating layer 4 is preferably 0.4 to 50 ⁇ m. If the thickness is too thicker than 50 ⁇ m, it takes too much time to form the plating layer 4. When the thickness is thinner than 0.4 ⁇ m, the effect as an inner layer as described later does not occur.
  • the thickness of the second plating layer 6 is preferably 0.04 to 6 ⁇ m. When the thickness is too thicker than 6 ⁇ m, it takes too much time to form the plating layer 6. When the thickness is less than 0.04 ⁇ m, problems such as durability arise.
  • the thicknesses of the first plating layer 4 and the second plating layer 6 should be appropriately set according to the contact pressure when using the contact terminals to which the contact terminal structure 1 of the present invention is applied. These thicknesses are preferably set to be thicker as the contact pressure is larger.
  • Q / (P + Q) is 0.
  • a value of 07 to 0.4 is preferable in order to obtain a contact terminal structure 1 having excellent durability in which contact resistance does not easily increase even when the on / off operation is repeated.
  • Q / (P + Q) is more preferably from 0.15 to 0.25 in order to obtain a contact terminal structure 1 having excellent durability in which contact resistance does not easily increase even when the on / off operation is repeated.
  • the contact terminal structure 1 of the present invention When the contact terminal structure 1 of the present invention is applied to a movable contact terminal, the contact resistance hardly increases even if the on / off operation is repeated. By keeping the contact resistance low, the frictional force is also kept low and does not increase the amount of wear. Since the base 2 and the plating layers 4 and 6 are made of a material having excellent conductivity, the conductivity is not impaired.
  • the tip of the probe 10 was brought into contact with the upper surface of the plate 12.
  • a load W was applied from the probe 10 to the plate 12, and the plate 12 was swung left and right (reciprocating).
  • the contact resistance value between the plate 12 and the probe 10 at that time was measured using a resistance value measuring instrument 14.
  • the contact resistance value changing with the number of peristaltic movements was continuously recorded on a two-dimensional chart with the number of peristaltic movements on the horizontal axis and the contact resistance value on the vertical axis.
  • the plate 12 was oscillated left and right at an amplitude of 10 mm and a speed of 30 mm / sec with the outermost layer of plating as the upper surface.
  • the tip of the probe 10 slides relative to the plate 12 while being in contact with the plate 12 due to the swing of the plate 12.
  • Two types of loads W applied to the probe 10 were 30 gf and 300 gf.
  • the probe 10 has a hemispherical shape with a tip of 1.5 mmR, and the outermost layer of plating forms the surface layer of the tip.
  • Sample Base (Base 2) Plate 12 base: Ni-plated copper plate Probe 10 base: copper-plated structure: hardness and thickness of each layer of a plating structure consisting of an upper layer (second plating layer 6) and a lower layer (first plating layer 4) The following measurement items were measured with respect to various plating structures with different values. (The case where the thickness of any layer is 0 is the case where there is only one plating layer constituting the plating structure) The hardness of the upper layer (second plated layer 6) was set to two levels of 80 and 180. The lower layer (first plating layer 4) had two hardness levels of 250 and 330.
  • Plating bath used to form plating layer Table 1 shows the composition of the plating bath according to the hardness of the second plating layer 6. Plating was performed by a conventional method using a plating bath based on this composition. Two kinds of brighteners were added in the range of 1 to 20 mL / L so that a predetermined hardness was obtained.
  • Table 2 shows an example of the composition of the plating bath of the first plating layer 4. Plating was performed in a conventional manner using a plating bath based on this composition, and a silver tin layer having a tin composition ratio of 13 wt% was obtained as the first plating layer 4. In this case, the hardness of the first plating layer 4 is 250.
  • Tables 3 to 5 show the measurement results. This result confirmed the effect of the present invention.
  • ⁇ indicates extremely excellent performance as a contact terminal structure
  • ⁇ indicates particularly excellent performance as a contact terminal structure
  • ⁇ indicates excellent performance as a contact terminal structure
  • ⁇ indicates contact terminal structure Represents that the performance of each is insufficient.
  • FIG. 3 and 4 show typical charts obtained by measurement.
  • FIG. 3 is a two-dimensional chart with the horizontal axis representing the sliding cycle and the vertical axis representing the contact resistance value when the load W is 30 gf, the plating structure is a single layer structure having only the first plating layer 4 (hardness: 330).
  • FIG. 4 shows a load W: 30 gf, a plating structure: two layers of a first plating layer 4 (hardness: 330, thickness 0.8 ⁇ m) and a second plating layer 6 (hardness: 180, thickness 0.2 ⁇ m).
  • It is a two-dimensional chart in which the horizontal axis is the sliding cycle and the vertical axis is the contact resistance value in the case of the structure (Example of the present invention).
  • the contact resistance value increases rapidly around 4000 cycles of the sliding cycle, whereas in FIG. 4, the contact resistance value hardly increases until around 6000 cycles of the sliding cycle.
  • the film characteristics of the plating were evaluated using an insertion / extraction tester.
  • the female terminal was fixed, and the male terminal was inserted into and removed from the female terminal.
  • the sliding was in the horizontal direction, the stroke was 14 mm, and one insertion / removal was performed in 6 seconds.
  • the number of insertions and removals was 10,000 to 25,000.
  • SFT-3200 manufactured by SII was used.
  • a micro Vickers hardness tester Hardness tester MKV-G2 manufactured by Akashi
  • the load was 10 gf.
  • Table 6 shows the result of the amount of scraping by insertion / extraction.
  • the first plating layer 4 made of a silver-tin alloy had a hardness of 340 Hv
  • the second plating layer 6 made of silver had a hardness of 190 Hv.
  • two types of terminals Ag—Sn 1, Ag—Sn 2) having a plated layer of only a silver-tin alloy were prepared.
  • Ag-Sn 1 had a hardness of 270 Hv.
  • Ag-Sn 2 had a hardness of 340 Hv.
  • Ag-Sn 1 and Ag-Sn 2 are the above-mentioned Patent Document 4.
  • a terminal having a silver-only plating layer was prepared. The hardness was 190 Hv.
  • the residual film thickness was measured.
  • four types of terminals were prepared, and after measuring the film thickness, they were inserted and removed, and the thickness of the remaining film was measured. The results are shown in Table 7.
  • the film was 15.1 ⁇ m even after 25000 times.
  • the other terminals are 10 ⁇ m or less at 25000 times, which is a big difference from the present application. From this, even if the frequency
  • the wear on the terminal film is adhesive wear. Metals have strong adhesion, but if the shear force is reduced, the frictional force becomes low. The frictional force due to shear is the product of the contact area and the shearing stress (shearing force per unit area), and the amount of wear depends on the frictional force. If the friction force is low, the amount of wear decreases.
  • the probe 10 having a spherical tip is pressed against the soft metal layer 6 'by the force of the load W.
  • the probe 10 having a spherical tip is pressed against the hard metal layer 4 'by the force of the load W.
  • the contact area is A1> A2, and the shear stress is S1 ⁇ S2.
  • the soft metal layer 6 ' is laminated on the hard metal layer 4' as in the present application.
  • the probe 10 having a spherical tip is pressed against the laminated structure of the hard metal layer 4 ′ and the soft metal layer 6 ′ with the force of the load W.
  • the hard metal layer 4 ' is the first plating layer 4 of the present application
  • the soft metal layer 6' is the second plating layer 6 of the present application.
  • the contact area between the probe 10 and the metal layer 6 ' is A3.
  • A1> A2 A3.
  • the load W is supported by the hard metal layer 4 ′, the shear due to adhesive wear depends on the soft metal layer 6 ′, and the frictional force becomes small. Since the frictional force is small, the amount of wear is small.
  • the contact terminal structure having a silver tin alloy as a surface layer has a relatively low contact resistance and durability, and therefore has excellent performance as a material for contact terminals.
  • the performance can be further improved in terms of contact resistance and durability.
  • the Vickers hardness of the second plating layer 6 is smaller than the hardness of the first plating layer 4 which is the lower layer, that is, the second plating layer 6 is softer than the first plating layer 4. It was also found that excellent performance was demonstrated.
  • the contact terminal structure of the present invention includes a relay (eg, signal transmission relay, electric vehicle power relay, etc.), switch, connector (eg, signal transmission connector, general power supply connector, electric vehicle charging connector, etc.), breaker, etc. It can be suitably applied to contact terminals of electrical parts such as.
  • a relay eg, signal transmission relay, electric vehicle power relay, etc.
  • switch e.g., switch, connector (eg, signal transmission connector, general power supply connector, electric vehicle charging connector, etc.), breaker, etc. It can be suitably applied to contact terminals of electrical parts such as.

Abstract

【課題】可動接触端子に適用した場合、オンオフ操作を繰り返しても接触抵抗が増大しにくい耐久性に優れた接触端子構造を提供する。 【課題を解決するための手段】基体の表面に第一のメッキ層が形成され、該第一のメッキ層の表面に最外層として第二のメッキ層が形成されてなり、前記第一のメッキ層が銀錫合金からなり、前記第二のメッキ層が銀、または銀を主成分とする合金からなり、前記第一のメッキ層の硬度が前記第二のメッキ層の硬度より大きいことを特徴とする接触端子構造であり、また、前記第一のメッキ層のビッカース硬度が２５０～４００であり、前記第二のメッキ層のビッカース硬度が８０～２００である接触端子構造である。

Description

接触端子構造
　本発明は、リレー（例えば、電気自動車のパワーリレー）、スイッチ、コネクタ、ブレーカーなどの電気部品の接触端子における接触端子構造に関するものである。とくには、可動接触端子における接触端子構造に関するものである。
　一般に、プラグを差し込んで電気的な接続を可能にするコンセント、ジャック、コネクタ、リレー等における接触端子、あるいはスライドスイッチ端子は、電気伝導度を高くし、接触抵抗を少なくすることが重要である。
　このような電気接続性にすぐれた接触端子を得るために接触端子材を含むその構造の改良がなされてきた。
　例えば、引用文献１には、フレッティング現象に対処した、第１接点部のメッキ厚と相手の第２接点部のメッキ厚とが互いに異なるコンタクトが開示されている。
　また、引用文献２には、導電材として優れた電気特性を発揮するとともに低い摩擦力で挿抜することができる端子として、端子部に銀－Ｓｎ合金被覆部が形成されているコネクタ用接続端子が開示されている。
　さらに、引用文献３には、ステンレス鋼からなる素材の表面に、Ｎｉからなる下地層が形成され、その上にＣｕからなる中間層が形成され、その上に銀からなる表層が形成された銀めっき材が、めっきの接触抵抗の上昇を抑制することができる、コネクタ、スイッチ、リレーなどの接点や端子部品の材料として有用な安価な銀めっき材として開示されている。
　引用文献４には、端子接点部の表面に銀と錫の合金からなるメッキ層が形成され、該合金の錫の含有比率が５～３０重量％であるコネクタ構造が、接触抵抗が低くかつ耐久性に優れるものであるとして開示されている。
　しかし、オンオフ操作の繰り返しによって、接触抵抗が増大する。これは、接触端子に用いられている接触端子材の摩耗によるところが大きい。接触端子材の硬度を上げると摩耗は少なくなるが、そのような材料は一般には電気伝導度が低いので接触端子材としては不適である。
特開２０１２－１２４１１２号公報 特開２０１１－１９８６８３号公報 特開２０１２－１１９３０８号公報 特開２０１２－２２６９９４号公報
　本発明は、可動接触端子に適用した場合、オンオフ操作を繰り返しても接触抵抗が増大しにくい耐久性に優れた接触端子構造を提供することを目的とする。
　本発明の接触端子構造は、基体の表面に第一のメッキ層が形成され、該第一のメッキ層の表面に第二のメッキ層が形成されてなり、前記第一のメッキ層が銀錫合金からなり、前記第二のメッキ層が銀、または銀を主成分とする合金からなり、前記第一のメッキ層の硬度が前記第二のメッキ層の硬度より大きいことを特徴とするものである。この硬度の違いによって、第二のメッキ層が第一のメッキ層よりも柔らかくなっている。
　この接触端子構造は、前記第一のメッキ層のビッカース硬度が２５０～４００であり、前記第二のメッキ層のビッカース硬度が８０～２００である。
　また接触端子構造は、前記第一のメッキ層の厚さをＰ、前記第二のメッキ層の厚さをＱとすると、Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．０７～０．４である。
　さらに接触端子構造は、より好ましくはＱ／（Ｐ＋Ｑ）が０．１５～０．２５であるのが良い。
　本発明の接触端子構造を接触端子に適用した場合、第一のメッキ層が第二のメッキ層よりも硬度を大きくすることにより、オンオフ操作を繰り返しても接触抵抗が増大しにくく、耐久性に優れている。
本発明の接触端子構造におけるメッキ構造を示す模式図である。 接触抵抗値の測定方法を示す模式図である。 接触端子構造の摺動サイクル数と接触抵抗関係を示すチャートである。 接触端子構造の摺動サイクル数と接触抵抗関係を示すチャートである。 摩耗についての考察を示す図であり、（ａ）は柔らかい金属のみの模式図であり、（ｂ）は硬い金属のみの模式図であり、（ｃ）は硬い金属の上に柔らかい金属を積層した模式図である。
　本発明の接触端子構造について図面を用いて説明する。本発明の接触端子構造は、スイッチ接点やコネクタなど、オンオフを繰り返す端子に適用するものである。本発明の接触端子構造は、雄型および雌型のいずれの端子にも適用できるものである。
　本発明の接触端子構造１は図１に示すように、金属からなる基体２、基体２の表面上の第一のメッキ層４、第一のメッキ層４の表面上の第二のメッキ層６を有する。基体２の表面上に第一のメッキ層４と第二のメッキ層６が順番に積層されている。
　基体２は、雄型端子、雌型端子またはその両方の形を形成するものである。基体２は銅または銅合金を主成分とする金属からなることが導電性やコストのうえで好ましい。金属端子として使用できるのであれば、基体２の金属を他の金属に変更しても良い。基体２の表面は、第一のメッキ層４を積層するために、ニッケルメッキなどの下地処理がなされる場合がある。
　第一のメッキ層４は銀錫合金からなる。第二のメッキ層６は銀、または銀を主成分とする合金からなる。第一のメッキ層４の硬度が第二のメッキ層６の硬度より大きい。メッキ層の硬度はその層を構成する金属の硬度をいう。
　かかる本発明の構成により、接触端子構造１が摩擦されたときに、固体潤滑の機構により摩擦が行われる。第二のメッキ層６が固体潤滑剤としての機能をはたすことになる。これにより、摩擦抵抗が小さく抑えられるとともに摩擦による摩耗が少なくなる。
　第一のメッキ層４の銀錫合金における銀と錫の組成比は、第一のメッキ層４を形成する銀錫合金のビッカース硬度（Ｈｖ（ｋｇｆ／ｍｍ２））が２５０～４００になる範囲で選択されることが好ましい。
　第一のメッキ層４のビッカース硬度が２５０～４００であると、第二のメッキ層６のビッカース硬度は８０～２００であることが好ましい。第二のメッキ層６は第一のメッキ層４よりも柔らかい。
　上記のビッカース硬度にすることで、第一のメッキ層４のビッカース硬度が２５０未満の場合に比べ繰り返し摺動による自身の摩耗が小さく、耐久性が良好である。第一のメッキ層４のビッカース硬度が４００を超えた高い値の場合に比べ繰り返し摺動が増加したときの摩耗が小さく好ましい。
　第二のメッキ層６のビッカース硬度が８０～２００であると、第一のメッキ層４のビッカース硬度が２５０～４００の場合、第二のメッキ層６のビッカース硬度が８０未満の場合に比べ、繰り返し摺動による自身の摩耗が小さく、接触抵抗が繰り返し摺動により急激に上昇せず好ましい。第二のメッキ層６のビッカース硬度が２００を超えた高い値である場合に比べ、繰り返し摺動による相手の摩耗が小さく、接触抵抗値も低くなり好ましい。
　第一のメッキ層４を構成する銀錫合金における銀錫の組成比はメッキ浴の銀塩と錫塩の比率を所定の値にすることにより設定することができる。そのため、メッキ浴の銀塩と錫塩の比率を段階的に変えて各種のメッキ層を形成し、それぞれの組成におけるメッキ層を構成する銀錫合金の硬度を測定することにより、ビッカース硬度が２５０～４００になる第一のメッキ層４を形成することのできるメッキ浴の銀塩と錫塩の比率を求めることができる。
　第二のメッキ層６の銀合金は銀以外の成分を含むことができる。この場合の銀以外の成分の組成比は、この銀合金のビッカース硬度（ｋｇｆ／ｍｍ２）が８０～２００になる範囲で選択されることが好ましい。この銀合金に含まれる銀以外の成分としては、セレン、アンチモン、から選択される１種以上が挙げられる。これらは光沢剤の成分として用いられるという点で好ましい。
　第二のメッキ層６の銀合金における銀と銀以外の金属の組成比はメッキ浴の銀塩と銀以外の金属の塩の比率で設定することができる。メッキ浴の銀塩と銀以外の金属の比率を段階的に変えて各種のメッキ層を形成し、それぞれの組成におけるメッキ層を構成する金属の硬度を測定することにより、ビッカース硬度が８０～２００になる第二のメッキ層６を形成することのできるメッキ浴の銀塩と銀以外の金属の比率を求めることができる。
　第二のメッキ層６は１または複数種の光沢剤が配合されたメッキ浴を用いてメッキ層を形成することによっても得ることができる。この場合も、メッキ浴中の光沢剤の含有比率を段階的に変えて、あるいは光沢剤の種類を変えて各種のメッキ層を形成し、それぞれの組成におけるメッキ層を構成する金属の硬度を測定することにより、ビッカース硬度が８０～２００の範囲の中の所定の硬度になる第二のメッキ層６を形成することのできるメッキ浴中の光沢剤の含有比率を求めることができる。光沢剤はセレンやアンチモンを含有するもの（例えば、（シルバーグロー３ＫＢＰ（メルテックス社製））を含むことが好ましい。
　第一のメッキ層４と第二のメッキ層６は基体２の表面全体に形成される。また、メッキレジストを利用して、部分的なメッキであっても良い。たとえば、基体２の一面ｍにメッキを行い、他面ｎはメッキレジストでメッキされないようにする。また、ストライプ状のメッキになるようにしても良い。
　第一のメッキ層４の厚さは０．４～５０μｍであることが好ましい。厚みが５０μｍより厚くなりすぎると、メッキ層４を形成するための時間がかかりすぎる。厚みが０．４μｍよりも薄くなると、後述するような内側層としての効果が生じなくなる。
　第二のメッキ層６の厚さは０．０４～６μｍであることが好ましい。厚みが６μｍより厚くなりすぎると、メッキ層６を形成するための時間がかかりすぎる。厚みが０．０４μｍよりも薄くなると、耐久性などの問題が生じる。
　第一のメッキ層４及び第二のメッキ層６の厚さは、本発明の接触端子構造１が適用される接触端子類の使用時の接圧によって適切に設定されるべきであり、一般には接圧の大きいものほどこれらの厚さは厚く設定されることが好ましい。
　また、上記のメッキ層４、６の厚みの範囲内において、第一のメッキ層４の厚さをＰ、第二のメッキ層６の厚さをＱとすると、Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．０７～０．４であることが、オンオフ操作を繰り返しても接触抵抗が増大しにくい耐久性に優れた接触端子構造１を得るうえで好ましい。Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．１５～０．２５であることが、オンオフ操作を繰り返しても接触抵抗が増大しにくい耐久性に優れた接触端子構造１を得るうえでさらに好ましい。
　本発明の接触端子構造１を可動接触端子に適用した場合、オンオフ操作を繰り返しても接触抵抗が増大しにくい。接触抵抗が低く維持されることにより、摩擦力も低く保たれ、摩耗量を増大させない。基体２および各メッキ層４、６は導電性に優れた材料を使用しているため、導電性を損なうことはない。
　以下に本発明について実験例を交えて詳述する。
　接触抵抗値の測定
　図２に示すように、プローブ１０の先端部をプレート１２の上面に当接させた。プローブ１０からプレート１２へ荷重Ｗを掛け、プレート１２を左右に搖動（往復運動）させた。その時のプレート１２とプローブ１０との間の接触抵抗値を、抵抗値測定計器１４を用いて測定した。不図示の記録計を用い、搖動回数とともに変化していく接触抵抗値を、搖動回数を横軸、接触抵抗値を縦軸として２次元チャートに連続的に記録した。
　実験例において、プレート１２として下地の表面に１または２層のメッキ層からなる各種のメッキ構造が形成された接触端子構造を用いた。プローブ１０としては下地の表面に相手のプレート１２と同じメッキ構造が形成された接触端子構造を用いた。
　プレート１２はメッキの最外層を上面として左右に振幅１０ｍｍ、速度３０ｍｍ／ｓｅｃで搖動させた。プレート１２の搖動により、プローブ１０の先端部がプレート１２に接しながらプレート１２に対して相対的に摺動する。プローブ１０にかかる荷重Ｗは３０ｇｆ、３００ｇｆの２種類とした。プローブ１０は先端部が１．５ｍｍＲの半球形であり、メッキの最外層が先端部の表面層を形成している。
　試料
　下地（基体２）
　　プレート１２の基体：Ｎｉメッキされた銅板
　　プローブ１０の基体：銅
メッキ構造：上層（第二のメッキ層６）、下層（第一のメッキ層４）からなるメッキ構造の、各層の硬度、層厚を変えた各種のメッキ構造について下記測定項目について測定を行った。（いずれかの層の膜厚が０のケースはメッキ構造を構成するメッキ層が１層のみのケースである）
　　　　　　上層（第二のメッキ層６）の硬度は、８０、１８０の２水準とした。
　　　　　　下層（第一のメッキ層４）の硬度は２５０、３３０の２水準とした。
　メッキ層の形成に用いたメッキ浴
　表１に、第二のメッキ層６の硬度に応じたメッキ浴の組成を示す。この組成に基づくメッキ浴を用い、常法によりメッキを行った。光沢剤は２種を所定の硬度が得られるように添加量をそれぞれ１～２０ｍＬ／Ｌの範囲で調整した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２に、第一のメッキ層４のメッキ浴の組成の一例を示す。この組成に基づくメッキ浴を用い常法によりメッキを行い、第一のメッキ層４として錫の組成比率が１３重量％の銀錫層が得られた。この場合の第一のメッキ層４の硬度は２５０である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　測定項目
　　摺動６０００サイクル時の接触抵抗値
　　接触抵抗値が急激に上昇するサイクル数
　測定結果
　表３～５に測定結果を示す。この結果は本願発明の効果を裏付けるものであった。表３～５において、◎は接触端子構造として極めて優れた性能を有する、○は接触端子構造としてとくに優れた性能を有する、△は接触端子構造として優れた性能を有する、×は接触端子構造としての性能が不充分である、をそれぞれ表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　表３、４から、メッキ構造が第二のメッキ層６の１層のみである場合や、第一のメッキ層４の１層のみである場合は、摺動６０００サイクル時の接触抵抗値が高く、かつ接触抵抗値が急激に上昇するサイクル数が小さいので、接触端子構造としての使用は好ましくないことがわかる。
　また、表３、４では、第一のメッキ層４の厚さをＰ、第二のメッキ層６の厚さをＱとすると、Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．１、０．２、０．３のとき、摺動６０００サイクル時の接触抵抗値が著しく低く、かつ接触抵抗値が急激に上昇するサイクル数が著しく大きいとの結果が得られた。さらに、Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．２のとき、摺動６０００サイクル時の接触抵抗値が表４中では最も低いとの結果が得られた。
　図３、図４に測定で得られた代表的なチャートを示す。図３は荷重Ｗ：３０ｇｆ、メッキ構造：第一のメッキ層４（硬度：３３０）のみの１層構造の場合の摺動サイクルを横軸、接触抵抗値を縦軸とした２次元チャートである。図４は、荷重Ｗ：３０ｇｆ、メッキ構造：第一のメッキ層４（硬度：３３０、厚さ０．８μｍ）、第２のメッキ層６（硬度：１８０、厚さ０．２μｍ）の２層構造の場合（本発明の実施例）の摺動サイクルを横軸、接触抵抗値を縦軸とした２次元チャートである。図３においては、接触抵抗値が摺動サイクルの４０００サイクル付近で急激に増加するのに対して、図４においては、接触抵抗値は摺動サイクルの６０００サイクル付近まではほとんど増加しない。
　次に、挿抜試験器を使用して、メッキの皮膜特性を評価した。雌型端子を固定し、雌型端子に対して雄型端子を挿し抜きした。摺動は、水平方向であり、ストロークは１４ｍｍであり、１回の挿し抜きは６秒でおこなった。挿し抜きの回数は１００００～２５０００回にした。膜厚測定は、ＳＩＩ社製ＳＦＴ－３２００を使用した。硬度測定は、マイクロビッカース硬度計（Akashi社製Hardness tester MKV-G2）を使用し、荷重は１０ｇｆであった。
　表６に挿抜による削れ量の結果を示す。本願は、銀錫合金から成る第一のメッキ層４が硬度３４０Ｈｖ、銀からなる第二のメッキ層６が硬度１９０Ｈｖであった。比較のために、銀錫合金のみのメッキ層を有する端子を２種類（Ag-Sn 1、Ag-Sn 2）準備した。Ag-Sn 1は硬度が２７０Ｈｖであった。また、Ag-Sn 2は硬度が３４０Ｈｖであった。Ag-Sn 1とAg-Sn 2は、上述した特許文献４である。さらに、銀のみのメッキ層を有する端子を準備した。硬度は１９０Ｈｖであった。
　各種の端子は４個準備し、それぞれ膜厚を測定後、挿し抜きし、削れた量を測定した。その結果を表６に示す。本願は、挿し抜き回数が増えても削れにくく、２５０００回でも４．９μｍであった。他の端子は各回数で本願よりも削れ量が大きく、２５０００回になると、いずれも１０μｍ以上になった。このことより、本願は削れにくいことが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　残皮膜厚さについて測定した。表６と同様に、各種の端子は４個準備し、それぞれ膜厚を測定後、挿し抜きし、残った皮膜の厚みを測定した。その結果を表７に示す。本願は、２５０００回になっても皮膜が１５．１μｍであった。他の端子は、２５０００回になると１０μｍ以下になっており、本願と大きな差になっている。このことより、本願は端子の挿し抜き回数が増えても、皮膜が残り、端子として長期の使用に耐えうるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　挿入力、引き抜き力および接触抵抗の増加率を測定した。挿抜回数は２５０００回であり、挿抜開始時と終了時に測定した。表８にその結果を示す。本願は、挿入力および引き抜力が軽く、接触抵抗の増加率も低い。本願は、挿し抜きが容易であり、長期の使用に耐えうることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　本願の接触端子構造１を有する雄型端子と雌型端子の第二のメッキ層６の銀の残存量を測定した。表９にその結果を示す。全体として削れていっても、一部の銀が残るため、皮膜が削れにくい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　端子の皮膜に対する摩耗は凝着摩耗である。金属は凝着性が強いが、せん断力を小さくすれば低摩擦力になる。せん断による摩擦力は、接触面積とせん断応力（単位面積あたりのせん断力）の積になり、摩耗量は摩擦力に依存する。低摩擦力になれば、摩耗量が減少する。
　硬い球面と塑性接触する金属の摩耗について考察することにより、上記のような実験結果になった理由を説明する。
　図５（ａ）のように、柔らかい金属層６’に対して先端が球面のプローブ１０を荷重Ｗの力で押しつける。プローブ１０と金属層６’の接触面積はＡ１である。金属層６’のせん断応力をＳ１とする。また、図５（ｂ）のように、硬い金属層４’に対して先端が球面のプローブ１０を荷重Ｗの力で押しつける。プローブ１０と金属層４’の接触面積はＡ２である。金属層４’のせん断応力をＳ２とする。接触面積はＡ１＞Ａ２であり、せん断応力はＳ１＜Ｓ２である。図５（ａ）の場合のせん断による摩擦力をＦ１、図５（ｂ）の場合のせん断による摩擦力をＦ２とすると、Ｆ１＝Ａ１Ｓ１、Ｆ２＝Ａ２Ｓ２になる。接触面積とせん断応力の関係から、両摩擦力Ｆ１、Ｆ２に大きな違いが出ない。
　本願のように硬い金属層４’の上に柔らかい金属層６’を積層した構造の場合について説明する。図５（ｃ）のように、硬い金属層４’と柔らかい金属層６’の積層構造に対して先端が球面のプローブ１０を荷重Ｗの力で押しつける。硬い金属層４’は、本願の第１のメッキ層４であり、柔らかい金属層６’は本願の第二のメッキ層６である。プローブ１０と金属層６’の接触面積はＡ３である。この場合、硬い金属層４’で柔らかい金属層６’を支えることになるため、Ａ１＞Ａ２＝Ａ３となる。図５（ｃ）の場合のせん断応力をＳ３とする。凝着によって、せん断応力は、Ｓ１＝Ｓ３＜Ｓ２となる。図５（ｃ）の場合のせん断による摩擦力Ｆ３はＦ３＝Ａ３Ｓ３＝Ａ２Ｓ１となる。接触面積およびせん断応力の両方が小さくなり、Ｆ３＜Ｆ１、Ｆ２となる。
　したがって、本願は、荷重Ｗは硬い金属層４’で支えられ、凝着摩耗によるせん断は柔らかい金属層６’に依存し、摩擦力は小さくなる。摩擦力が小さくなるため、摩耗量が小さくなる。
　摩耗や接触抵抗の増大は、単に表面層だけが影響するのではなく、表面層に接して表面層の内側に位置する金属層との組み合わせが大きな要因となる。一方、銀錫合金を表面層とする接触端子構造は接触抵抗が比較的低く耐久性もあるので接触端子の素材としての優れた性能を有している。
　本願においては、第一のメッキ層４である銀錫合金層の表面に上述のようにさらに第二のメッキ層６を形成することにより、さらに接触抵抗と耐久性のうえで性能が高められる。また、この第二のメッキ層６のビッカース硬度がその下層である第一のメッキ層４の硬度より小さく、すなわち第二のメッキ層６が第一のメッキ層４より柔らかいときに上述したように、優れた性能が発揮されることもわかった。
　本発明の接触端子構造は、リレー（例えば、信号伝送用リレー、電気自動車のパワーリレーなど）、スイッチ、コネクタ（例えば、信号伝送用コネクタ、一般電源用コネクタ、電気自動車の充電コネクタなど）、ブレーカーなどの電気部品の接触端子に好適に適用できる。
１：接触端子構造
２：基体
４：第一のメッキ層
４’：硬い金属層
６：第二のメッキ層
６’：柔らかい金属層
１０：プローブ
１２：プレート

Claims (4)

  1. 基体の表面上に形成され、銀錫合金からなる第一のメッキ層と、
    前記第一のメッキ層の表面上に形成され、銀または銀を主成分とする合金からなり、第一のメッキ層よりも柔らかい第二のメッキ層と、
    を備えた接触端子構造。
  2. 前記第一のメッキ層のビッカース硬度が２５０～４００であり、前記第二のメッキ層のビッカース硬度が８０～２００である請求項１の接触端子構造。
  3. 前記第一のメッキ層の厚さをＰ、前記第二のメッキ層の厚さをＱとすると、Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．０７～０．４である請求項１または２の接触端子構造。
  4. 前記第一のメッキ層の厚さをＰ、前記第二のメッキ層の厚さをＱとすると、Ｑ／（Ｐ＋Ｑ）が０．１５～０．２５である請求項１または２の接触端子構造。
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