WO2020049988A1

WO2020049988A1 - めっき品の製造方法

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Publication number: WO2020049988A1
Application number: PCT/JP2019/032265
Authority: WO
Inventors: 千明佐々木; 賢吾竹下; 敬弘野須; 巧塩見; 祐介石本
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2018-09-06
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2020-03-12
Also published as: JP6930509B2; JP2020042921A

Abstract

低硬度層（２１）および凹部（２３）を含む高硬度層（２２）を有するめっき層（２０）を備えるめっき品（１１）を製造する。高硬度層（２２）は、低硬度層（２１）よりも硬度が高く、凹部（２３）は、低硬度層との間に形成される。めっき品の製造方法は、打ち抜き工程およびめっき加工工程を含む。打ち抜き工程では、めっき層（２０）が成膜された母材に打ち抜き加工を行い、めっき層（２０）が成膜された基材を成形する。めっき加工工程では、基材において、凹部（２３）および低硬度層（２１）が係合しながら、めっき層（２０）を塑性流動させる。

Description

めっき品の製造方法

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１８年９月６日に出願された特許出願番号２０１８－１６７２８３号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、めっき品の製造方法に関する。

　従来、特許文献１に記載されているように、スズ（Ｓｎ）のめっき層が成膜された銅合金板をプレス打抜き加工した後、端子部の下側の角部をプレス圧縮加工して、破断面が平滑化されているＳｎめっき付き銅合金端子が知られている。

特開２００８－２１８１８７号公報

　特許文献１のように、めっきが成膜された基材を備えるめっき品をプレス圧縮加工するとき、圧縮方向に対して交差する方向に、めっきおよび基材が延ばされる。めっきおよび基材が延ばされるとき、基材の変形に対してめっきが追従できず、めっきにクラックが発生することがある。本開示の目的は、めっきのクラックの発生を抑制しつつ、めっきを加工可能なめっき品の製造方法を提供することにある。

　本開示は、低硬度層および低硬度層よりも硬度が高く、低硬度層側に形成される凹部を含む高硬度層を有するめっき層を備えるめっき品を製造する方法である。めっき品の製造方法は、打ち抜き工程およびめっき加工工程を含む。

　打ち抜き工程では、めっき層が成膜された母材に打ち抜き加工を行い、めっき層が成膜された基材を成形する。めっき加工工程では、基材において、凹部および低硬度層が係合しながら、めっき層を塑性流動させる。これにより、めっき層の静水圧が高くなる。このため、めっきのクラックの発生が抑制される。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本実施形態によるめっき品の製造方法を用いて、製造されるめっき品としてのプレスフィット端子を説明するための断面図であり、図２は、本実施形態によるめっき品の製造方法を用いて、製造されるめっき品のめっき層を説明するための断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ部拡大断面図であり、図４は、第１実施形態によるめっき品の製造方法の工程を説明するためのフローチャートであり、図５は、第１実施形態によるめっき品の製造方法の打ち抜き工程を説明するための斜視図であり、図６は、第１実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程において、第１パンチがめっき品を圧縮する前の状態を説明するための断面図であり、図７は、第１実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程において、第１パンチがめっき品を圧縮した後の状態を説明するための断面図であり、図８は、第１実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程を説明するための断面図であり、図９は、第１実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程において、第１パンチがめっき品を圧縮した後のＦＩＢによるめっき層の断面の写真であり、図１０は、第１実施形態によるめっき品の製造方法のトリミング工程を説明するための断面図であり、図１１は、第１実施形態によるめっき品の製造方法の成形工程を説明するための断面図であり、図１２は、第２実施形態によるめっき品の製造方法の工程を説明するためのフローチャートであり、図１３は、第２実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程において、第１パンチがめっき品を圧縮した後の状態を説明するための断面図であり、図１４は、本実施形態によるめっき品の製造方法を用いて、他のめっき品のめっき層を説明するための断面図であり、図１５は、他の実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程において、第１パンチがめっき品を圧縮する前の状態を説明するための断面図であり、図１６は、他の実施形態によるめっき品の製造方法のめっき加工工程において、第１パンチがめっき品を圧縮する前の状態を説明するための断面図である。

　以下、めっき品の製造方法を図面に基づいて説明する。複数の実施製造方法の説明において、実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明する。めっき品は、例えば、プレスフィット端子１１である。

　図１に示すように、プレスフィット端子１１は、基板１２が有するスルーホール１３に圧入され、基板１２の外部に設けられている電子部品等と基板１２とを電気的に接続可能である。プレスフィット端子１１は、弾性部１４、空間１５およびめっき層２０を有し、ニードルアイ型の端子である。弾性部１４は、弾性変形可能であり、スルーホール１３を介して基板１２の内面である基板内面１６と接触可能である。空間１５は、中央に設けられ、弾性部１４の間に設けられている。

　後述するように、めっき層２０が成膜された母材１７をプレスして、めっき層２０が成膜されたプレスフィット端子１１の外形が形成される。なお、母材１７は、板状に形成されており、対となる両面にめっき層２０が予め成膜されている。本実施形態のめっき品の製造方法では、所謂、プレティン材料を用いて、プレスフィット端子１１を製造する。

　図２に示すように、めっき層２０は、低硬度層２１、高硬度層２２および中間層２４を有する。断面図において、低硬度層２１、高硬度層２２および中間層２４を誇張して記載している。低硬度層２１の硬度を第１硬度Ｈ１とする。高硬度層２２の硬度を第２硬度Ｈ２とする。硬度は、例えば、ビッカース硬度であり、ＪＩＳ＿Ｚ＿２２４４に準拠したビッカース硬さ試験を用いて、測定される。

　低硬度層２１は、高硬度層２２の上に成膜されている。また、低硬度層２１は、第１硬度Ｈ１が第２硬度Ｈ２よりも小さくなるように、形成されている。さらに、低硬度層２１は、スズ（Ｓｎ）を含む。なお、断面図において、低硬度層２１の所在を明確にするため、低硬度層２１をドット柄で記載している。

　高硬度層２２は、低硬度層２１および中間層２４の間に成膜されている。また、高硬度層２２は、銅（Ｃｕ）およびスズの２つの金属を含む。なお、高硬度層２２は、ニッケル（Ｎｉ）およびスズの２つの金属を含んでもよいし、銅、ニッケルおよびスズの３つの金属を含んでもよい。

　また、高硬度層２２は、低硬度層２１側であって、低硬度層２１と接触可能に形成される凹部２３を含む。高硬度層２２の膜厚方向の断面において、高硬度層２２の膜厚方向に対する凹部２３の深さを凹部深度Ｄｄとする。凹部深度Ｄｄは、基準長さにおける輪郭曲線の中で、最も高い山の高さと最も深い谷の深さの和である。

　図３に示すように、凹部２３は、凹部深度Ｄｄが所望の大きさとなるように、形成されている。凹部２３は、めっき処理の際に形成されてもよく、エッチング等の処理によって、形成されてもよい。図において、説明をわかりやすくするため、凹部深度Ｄｄを一定とし、凹部２３を誇張して記載している。

　図２に戻って、中間層２４は、プレス打ち抜き加工された母材１７の部位である基材１８の上に成膜されており、高硬度層２２および基材１８の間に成膜されている。中間層２４は、銅またはスズを含む。なお、中間層２４は、スズ、銅またはニッケルのうちの少なくとも２つの合金で形成される被膜であってもよい。

　（第１実施形態）
　図４のフローチャートを参照して、第１実施形態におけるめっき品の製造方法について説明する。フローチャートにおいて、「Ｓ」は、ステップを意味する。初期状態において、めっき層２０が成膜された母材１７が準備されている。第１実施形態におけるめっき品の製造方法は、打ち抜き工程、めっき加工工程、トリミング工程および成形工程を含む。

　図５に示すように、Ｓ１０１の打ち抜き工程では、めっき層２０が成膜された母材１７に対して、パンチ等を用いて打ち抜き加工を行う。打ち抜き加工を行い、めっき層２０が成膜されたプレスフィット端子１１の外形を形成する。図５において、めっき層２０の所在を明確にするため、めっき層２０をドット柄で記載している。

　めっき層２０が成膜された母材１７を打ち抜いたとき、プレスフィット端子１１の表面にめっきが施されていない箇所が存在する。プレスフィット端子１１が基板内面１６と接触する面にめっきが施されず、プレスフィット端子１１の基材１８が酸化しやすくなる。プレスフィット端子１１の基材１８が酸化すると、電気的な導通不良が発生する。

　そこで、プレスフィット端子１１において、めっきが施されていない箇所にめっきを施す必要がある。しかし、後めっきを行うと、製造工程および作業工数が増加し、めっき品のコストが増加する虞がある。

　後めっきの代替として、特許文献１に記載されているように、端子部の下側の角部をプレス圧縮加工して、破断面が平滑化されているＳｎめっき付き銅合金端子が知られている。特許文献１のように、めっきが成膜された基材を備えるめっき品をプレス圧縮加工するとき、圧縮方向に対して交差する方向に、めっきおよび基材が延ばされる。めっきおよび基材が延ばされるとき、基材の変形に対してめっきが追従できず、めっきにクラックが発生することがある。

　めっきにクラックが発生している状態で、端子部をスルーホール１３に圧入すると、圧入したときに、クラックを起点として、めっきが削られ、めっき屑が発生する。この状態では、めっき屑による電気的な短絡不良が発生する。そこで、本実施形態のめっき品の製造方法では、めっきのクラックの発生を抑制しつつ、めっき品を加工可能にする。

　図６に示すように、Ｓ１０２のめっき加工工程では、複数の第１ダイ３１を低硬度層２１の平面部２１１に接触させる。このとき、複数の第１ダイ３１は、プレスフィット端子１１を圧縮しつつ、プレスフィット端子１１を支持する。第１パンチ４１に形成され、第１パンチ４１の移動方向に対して傾斜する傾斜面４１１を低硬度層２１の角部２１２に接触させる。

　そして、図７に示すように、複数の第１パンチ４１は、めっき層２０の膜厚方向に向かって移動する。複数の第１パンチ４１は、めっき層２０が成膜されていないプレスフィット端子１１の側部１９の一部が突出するように、プレスフィット端子１１を圧縮する。なお、図において、第１パンチ４１の移動方向をＦ１と記載している。

　このとき、図８に示すように、第１パンチ４１の形状、移動量、圧縮方向または圧縮力を調整して、凹部２３および低硬度層２１が係合しながら、めっき層２０を塑性流動させるように、プレスフィット端子１１を圧縮する。

　このように、凹部２３および低硬度層２１が係合しながら、めっき層２０を塑性流動させることによって、めっき層２０の静水圧が高くなる。このため、プレスフィット端子１１に成膜されているめっきのクラックの発生が抑制される。

　図９に、めっき加工工程後のＦＩＢ（集束イオンビーム）によるめっき層２０の断面の写真を示す。なお、写真はグレースケールを用いず、白黒２値で表示される。ＦＩＢ画像において、外部と低硬度層２１との界面、低硬度層２１と高硬度層２２との界面、高硬度層２２と中間層２４との界面、および、中間層２４と基材１８との界面を破線で記載している。

　このように、凹部２３および低硬度層２１が係合しながら、めっき層２０を塑性流動させたとき、めっき層２０には、クラックが発生しない。プレスフィット端子１１にクラックが発生しないため、プレスフィット端子１１をスルーホール１３に圧入したときに、クラックを起点とするめっき屑の発生が抑制される。めっき屑の発生が抑制され、めっき屑によって生じる電気的な短絡不良が抑制される。

　一方で、上述したように、めっき層２０が成膜された母材１７を打ち抜いたとき、プレスフィット端子１１の表面にめっきが施されていない箇所が存在する。Ｓ１０１の打ち抜き工程後において、プレスフィット端子１１の側部１９は、めっきが被覆されない箇所である。そして、プレスフィット端子１１の側部１９は、基板内面１６に接触する部位である。なお、プレスフィット端子１１において、低硬度層２１の平面部２１１は、基板内面１６に非接触の部位である。

　めっき層２０が成膜された母材１７を打ち抜いた後のプレスフィット端子１１では、プレスフィット端子１１が基板内面１６と接触する面にめっきが施されず、プレスフィット端子１１の基材１８が酸化しやすくなる。プレスフィット端子１１の基材１８が酸化すると、電気的な導通不良が発生する。

　そこで、めっき加工工程では、複数の第１パンチ４１が低硬度層２１の角部２１２を圧縮したときに、ダレを形成しつつプレスフィット端子１１の基材１８とともに、低硬度層２１および高硬度層２２を被膜の平面方向に延ばす。そして、低硬度層２１の平面部２１１からプレスフィット端子１１の側部１９に向かって、低硬度層２１および高硬度層２２の膜厚を薄くする。なお、被膜の平面方向は、低硬度層２１および高硬度層２２の膜厚方向に対して交差する方向を含む。

　複数の第１パンチ４１が低硬度層２１の角部２１２を圧縮した後において、低硬度層２１の平面部２１１におけるめっき層２０の膜厚を平面部膜厚Ｔｓとする。複数の第１パンチ４１が低硬度層２１の角部２１２を圧縮した後において、低硬度層２１の角部２１２におけるめっき層２０の膜厚を角部膜厚Ｔｃとする。

　複数の第１パンチ４１が低硬度層２１の角部２１２を圧縮したとき、角部膜厚Ｔｃは、平面部膜厚Ｔｓよりも小さくなる。これにより、プレスフィット端子１１の側部１９がめっきで被覆された状態となり、後めっきが不要になる。さらに、プレスフィット端子１１の側部１９の酸化が防止され、電気的な導通不良が抑制される。

　図１０に示すように、Ｓ１０３のトリミング工程では、めっき加工工程において、プレスフィット端子１１の側部１９が突出して、延びた部分をプレス等により、除去する。

　図１１に示すように、Ｓ１０４の成形工程では、複数の第２ダイ３２を低硬度層２１の平面部２１１に接触させる。複数の第２ダイ３２で、プレスフィット端子１１を支持しつつ、プレスフィット端子１１の側部１９に向かって、第２パンチ４２がプレスフィット端子１１を圧縮する。このとき、プレスフィット端子１１が成形され、プレスフィット端子１１の形状が整えられる。なお、図において、第２パンチ４２の移動方向をＦ２と記載している。

　第２パンチ４２は、プレスフィット端子１１の側部１９に対向する面が所望のプレスフィット端子１１の形状をなす面となるように、形成されている。第１実施形態では、第２パンチ４２は、プレスフィット端子１１の側部１９に対向する面が凹面となるように、形成されている。プレスフィット端子１１を成形後、穴抜き加工を行い、弾性部１４および空間１５が形成される。このようにして、めっき品として、プレスフィット端子１１が製造される。

［１］本実施形態のめっき品の製造方法では、めっき層２０は、低硬度層２１および高硬度層２２を有する。高硬度層２２は、低硬度層２１側に、凹部２３が形成されている。

　上述したように、めっき加工工程では、凹部２３および低硬度層２１が係合しながら、めっき層２０を塑性流動させることによって、めっき層２０の静水圧が高くなる。これにより、プレスフィット端子１１に成膜されているめっきのクラックの発生が抑制されつつ、めっき層２０の加工を可能にする。

［２］めっき加工工程では、打ち抜き工程後のプレスフィット端子１１を圧縮して、めっき層２０を塑性流動させる。これにより、めっき層２０の静水圧がさらに高くなる。このため、めっき層２０内でのクラックの発生および進展がより防止される。

［３］第１パンチ４１の移動方向に対して傾斜する傾斜面４１１を、第１パンチ４１は、有する。これにより、低硬度層２１の角部２１２と第１パンチ４１との接触面積が大きくなり、プレスフィット端子１１を圧縮させやすくする。このため、低硬度層２１が凹部２３に向かってより変形しやすくなり、応力場の変化が起こりやすくなる。

［４］めっき品がプレスフィット端子１１であった場合、めっき加工工程では、基板内面１６と接触する低硬度層２１の膜厚が、基板内面１６と非接触である低硬度層２１の膜厚よりも薄くなるように、プレスフィット端子１１を圧縮させる。これにより、プレスフィット端子１１の側部１９がめっきで被覆された状態となり、後めっきが不要になる。さらに、プレスフィット端子１１の側部１９の酸化が防止され、電気的な導通不良が抑制される。

　（第２実施形態）
　第２実施形態では、めっき加工工程での圧縮を調整して、トリミング工程を省略する点を除き、第１実施形態と同様である。

　図１２のフローチャートを参照して、第２実施形態におけるめっき品の製造方法について説明する。第２実施形態におけるめっき品の製造方法は、打ち抜き工程、めっき加工工程および成形工程を含む。

　Ｓ２０１の打ち抜き工程では、第１実施形態におけるＳ１０１の打ち抜き工程と同様に、めっき層２０が成膜された母材１７に対して、パンチ等を用いて打ち抜き加工を行う。

　図１３に示すように、Ｓ２０２のめっき加工工程では、複数の第１パンチ４１は、プレスフィット端子１１の側部１９が突出しないように、低硬度層２１の角部２１２を圧縮する。このとき、Ｓ１０２のめっき加工工程と同様に、第１パンチ４１の形状、移動量、圧縮方向または圧縮力を調整して、複数の第１パンチ４１は、プレスフィット端子１１を圧縮する。そして、低硬度層２１が凹部２３に向かって変形するように、低硬度層２１を塑性流動させる。

　Ｓ２０３の成形工程は、第１実施形態におけるＳ１０４の成形工程と同様である。第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、第２実施形態では、第１パンチ４１の押し込み量、圧縮方向または圧縮力を調整することで、トリミング工程を省略することができ、製造工数を削減できる。

　（他の実施形態）
［ｉ］図１４に示すように、本実施形態のめっき品の製造方法によって、加工されるめっき品としてのプレスフィット端子１１１のめっき層１２０は、高硬度層１２２が外部に露出するように、成膜されてもよい。高硬度層１２２は、低硬度層１２１の上に成膜されており、低硬度層１２１は、高硬度層１２２および中間層１２４の間に、成膜されている。このような形態においても、第１実施形態および第２実施形態と同様の効果を奏する。

［ｉｉ］図１５に示すように、Ｓ１０２またはＳ２０２のめっき加工工程で用いられる第１パンチ２４１は、プレスフィット端子１１に対向するパンチ対向面４１２が湾曲し、凸面となるように、形成されてもよい。

　パンチ対向面４１２の局所的な曲がり具合を円に近似できる。この近似円の半径を曲率半径とする。曲率半径を有する円の中心を曲率中心とする。第１パンチ２４１は、パンチ対向面４１２の曲率中心が第１パンチ２４１の内部に位置するように、形成されている。上記［２］と同様の効果を奏する。

［ｉｉｉ］図１６に示すように、Ｓ１０２またはＳ２０２のめっき加工工程で用いられる第１パンチ３４１は、プレスフィット端子１１に対向するパンチ対向面４１３が湾曲し、凹面となるように、形成されてもよい。第１パンチ３４１は、パンチ対向面４１３の曲率中心が第１パンチ３４１の外部に位置するように、形成されてもよい。上記［２］と同様の効果を奏する。

［ｉｖ］硬度は、ブリネル硬度であってもよく、ＪＩＳ＿Ｚ＿２２４３に準拠したブリネル硬さ試験を用いて、測定されてもよい。または、硬度は、ロックウェル硬度であってもよく、ＪＩＳ＿Ｚ＿２２４５に準拠したロックウェル硬さ試験を用いて、測定されてもよい。さらに、硬度は、用いられる材料の物性値から推定されてもよい。さらに、硬度は、ＩＳＯ１４５７７に準拠したナノインデンテーション法を用いて、測定されてもよい。

［ｖ］本実施形態のめっき品の製造方法において、めっき品としてのプレスフィット端子１１は、ニードルアイ型の端子に限定されず、アクション型の端子またはΣ型の端子であってもよい。

　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

　本開示は、実施形態に基づき記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims

　低硬度層（２１、１２１）および前記低硬度層よりも硬度が高く、前記低硬度層側に形成される凹部（２３）を含む高硬度層（２２、１２２）を有するめっき層（２０、１２０）を備えるめっき品（１１、１１１）を製造する方法であって、
　前記めっき層が成膜された母材（１７）に打ち抜き加工を行い、前記めっき層が成膜された基材（１８）を成形する打ち抜き工程（Ｓ１０１、Ｓ２０１）と、
　前記基材において、前記凹部および前記低硬度層が係合しながら、前記めっき層を塑性流動させるめっき加工工程（Ｓ１０２、Ｓ２０２）と、
　を有するめっき品の製造方法。
　前記めっき加工工程では、前記めっき品を圧縮して、前記めっき層を塑性流動させる請求項１に記載のめっき品の製造方法。
　前記めっき加工工程では、移動方向に対して傾斜する傾斜面（４１１）を有するパンチ（４１）を用いて、前記めっき品を圧縮する請求項２に記載のめっき品の製造方法。
　前記めっき加工工程では、前記めっき品に対向する凸面（４１２）を有するパンチ（２４１）を用いて、前記めっき品を圧縮する請求項２に記載のめっき品の製造方法。
　前記低硬度層は、スズ（Ｓｎ）を含み、
　前記高硬度層は、ニッケル（Ｎｉ）または銅（Ｃｕ）を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のめっき品の製造方法。
　前記めっき品は、基板（１２）が有するスルーホール（１３）に圧入され、前記基板と接続可能なプレスフィット端子である請求項１から５のいずれか一項に記載のめっき品の製造方法。
　前記めっき加工工程では、前記基板の内面（１６）と接触する前記めっき層の膜厚（Ｔｃ）が前記基板の内面と非接触である前記めっきの膜厚（Ｔｓ）よりも薄くなるように、前記めっき層を圧縮する請求項６に記載のめっき品の製造方法。