導電部材、端子、導電部材の製造方法、及び端子の製造方法
【課題】特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材、及びこの導電部材を用いた端子を提供し、さらに、この導電部材及び端子を容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であって、銅系材料からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも前記接触部位に配置される導電性皮膜とを備え、前記導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなることを特徴とする導電部材を用いる。
【解決手段】他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であって、銅系材料からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも前記接触部位に配置される導電性皮膜とを備え、前記導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなることを特徴とする導電部材を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接続端子等に用いられる導電部材、この導電部材を用いた端子、及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気接続端子等に用いられる導電部材の基材には、導電率が高く、延性に富み、適度な強度を有する銅（Ｃｕ）が好ましく用いられている。しかし、銅を含む銅系基材は、その表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性の皮膜が形成されるため、他の導体との接触時における接触抵抗（境界抵抗）を高くしてしまう。その抵抗値は、例えば、材質や使用環境によっても異なるが、数Ωに達することもあり、電気回路の誤作動等を引き起こすこともある。
【０００３】
そこで、導電部材としては、銅系基材表面にスズめっきを施したものが用いられている。スズは、他の金属と比較して硬度が低いので、このスズが酸化されて絶縁性皮膜が形成されても、この絶縁性皮膜は比較的弱い力で破壊される。従って、スズめっきを施した導電部材は、絶縁性皮膜を容易に破壊でき、新生面を露出させることによって、良好な電気的な接続を確保できる。
【０００４】
一方、銅系材料を主成分とした他の材料としては、例えば、銅系材料を母材とし、他の導体と接触させる電気接点の表面から０．０１〜０．１ｍｍの表層部に、ホウ化物粒子を分散させた電気接点材料等が挙げられる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１２８６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スズめっきを施した導電部材は、上記のように、その表面に他の導体を接触させ、荷重をかけることによって、他の導体との接触抵抗を低下できる。しかしながら、スズめっきを施した導電部材は、その表面に他の導体の接触による荷重をかけた状態で、振動や温度変化等による微摺動した場合、導電部材の表面に存在するスズ酸化物の量が増大することによって、他の導体との接触抵抗が高くなる、いわゆる微摺動磨耗（Ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）という現象が生じる。微摺動磨耗とは、スズめっき表面の酸化膜が摺動により剥がされてスズ新生面が大気に露出し、その新生面表面のスズを酸化することが繰り返されることによって、他の導体と接触する接触部位付近に大量のスズ酸化物が堆積し、この接触部位がこの大量の酸化物に乗り上げることによって、他の導体との接触抵抗が高くなる現象である（例えば、Ｒ．Ｓ．Ｍｒｏｃｚｋｏｗｓｋｉ著、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、ｐ３．３１−３．３８参照）。この微摺動磨耗によって、接触抵抗が１Ωを超えることもある。
【０００６】
また、このようなスズめっきを施した導電部材は、例えば、コネクタの端子等に用いられている。コネクタは、一般的に雄端子と雌端子とが雌雄嵌合するように構成されており、雌端子に雄端子を挿入（挿嵌）させると、雌端子のばね力によって雄端子に荷重をかけて、両端子の金属部分（接触部位）が接触するように構成されている。その際、雌端子のばね力は、スズ表面に形成される絶縁性皮膜が破壊されやすいとはいえ、実際には、不具合が発生しないように、絶縁性皮膜を破壊できる力より強くなるように構成されている。このような強いばね力は、コネクタの設計や製造を困難にするだけではなく、挿入時に接触部位にかかる摩擦力も増大させるので、特に、端子を多数集積させた多極コネクタにおける嵌合作業が困難になる。さらに、高温高湿状態などの過酷な使用環境では、厚い酸化膜等が形成されるため、長期間、接触抵抗を低く維持することは困難である。
【０００７】
微摺動磨耗の発生を防止するためには、大気中で酸化しない金、白金及びパラジウム等の貴金属で端子の接触部位の表面をめっきすることが考えられる。しかしながら、金、白金及びパラジウム等の貴金属は、スズより高価であるため、導電部材自体の価格が高くなってしまう。
【０００８】
また、特許文献１には、酸化に強い等の耐久性が高く磨耗しにくい、銅を主成分とする材料について開示されているにすぎず、特に貴金属を要することなく、微摺動磨耗を抑制する技術については、開示されていない。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点を解消するためになされたものであり、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材、及びこの導電部材を用いた端子を提供し、さらに、この導電部材及び端子を容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の導電部材は、他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であって、銅系材料からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも前記接触部位に配置される導電性皮膜とを備え、前記導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなることを特徴とする導電部材である。
【００１１】
この構成によれば、銅とガリウムとを含む化合物が、化学的に安定であるので、この銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜は、その表面に形成される酸化膜が、スズ表面に形成される酸化膜と比較して非常に薄い。よって、銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜は、その表面に比較的低い荷重をかけるだけで、その表面に形成されている酸化膜が容易に破壊され、この酸化膜の破壊によって、導電性を有する新生面が露出される。従って、この導電性皮膜が接触部位に配置される導電部材は、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる。
【００１２】
さらに、この導電性皮膜は、例えば、導電部材を大気中で高温にさらされる等の過酷な環境下であっても、表面の酸化が抑制され、酸化膜の厚みが、ほとんど変化せず、薄いままである。よって、銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜は、過酷な環境下であっても、その表面に比較的低い荷重をかけるだけで、導電性を有する新生面が露出される。
【００１３】
以上より、前記導電性皮膜にかける荷重が比較的低くても、低い接触抵抗を維持できる。また、この導電部材は、導電部材の振動や温度変化等によって、導電部材が微摺動した場合であっても、導電性皮膜上への酸化物の堆積が抑制される。従って、この導電部材は、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる。
【００１４】
また、前記導電性皮膜が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなることが好ましい。
【００１５】
また、前記導電性皮膜が、ガリウムを含む液体状態の金属を、前記基材の表面に塗布することにより形成されたものであることが好ましい。この構成によれば、前記基材の表面に形成される導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなる皮膜であって、その皮膜が、薄くかつ均一である。
【００１６】
また、本発明は、相手方端子と接触する接触部位を有し、前記相手方端子と嵌合することによって、前記相手方端子と接触し、前記相手方端子と電気的に接続される端子であって、少なくとも前記接触部位を含む部分が、前記導電部材からなることを特徴とする端子である。
【００１７】
この構成によれば、相手方端子と接触する接触部位に配置される導電性皮膜の表面に、相手方端子を接触させ、比較的低い荷重をかけるだけで、その表面に形成されている酸化膜は容易に破壊されるので、端子を嵌合したときに端子と相手方端子とを圧接させるためのばね力を弱くしても接触抵抗を低く維持できる。また、この端子は、振動や温度変化等によって、端子が微摺動した場合であっても、導電性皮膜上への酸化物の堆積が抑制されるので、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる。
【００１８】
また、端子は、相手方端子と嵌合させ、相手方端子と接触させた状態のまま、使用することが多いので、端子と相手方端子とが微摺動する可能性が高い。よって、端子に、微摺動磨耗を抑制できる本発明の導電部材を用いることは、特に好ましい。
【００１９】
さらに、接触部位に配置される導電性皮膜は、その表面に比較的低い荷重をかけるだけで、その表面に形成されている酸化膜が容易に破壊されるため、ばね力を弱くすることができるので、挿入時に端子と相手方端子とにかかる摩擦力を低減でき、挿入しやすくなる。
【００２０】
また、本発明の導電部材の製造方法は、他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材の製造方法であって、銅系材料からなる基材の少なくとも前記接触部位の表面に、ガリウムを含む液体状態の金属を塗布することによって、導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を含むことを特徴とする導電部材の製造方法である。
【００２１】
この構成によれば、ガリウムを含む液体状態の金属を、基材の表面に塗布することによって、銅とガリウムとの化合物を含む導電性皮膜を基材表面に、薄くかつ均一に形成できるので、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材を容易に製造できる。
【００２２】
すなわち、ガリウムを含む液体状態の金属を、銅系基材に接触させると、銅とガリウムとの化合物を含む導電性皮膜が形成され、この導電性皮膜が、液体状態の金属と銅系基材との接触を阻害するので、新たな導電性皮膜の形成を阻害するからであると考えられる。
【００２３】
また、前記皮膜形成工程は、前記液体状態の金属を塗布した後に余剰の金属を除去する金属除去工程を含むことが好ましい。この構成によれば、余剰の金属を除去することによって、基材の表面に塗布する液体状態の金属量を厳密に制御する必要がない。また、余剰の金属が、所定の箇所以外に垂れ落ちたり、流れること等により、所定の箇所以外に、液体状態の金属が接触してしまうことを防止できる。
【００２４】
また、前記金属として、２５℃以下の融点をもつものを塗布することが好ましい。この構成によれば、前記皮膜形成工程において、ガリウムを含む金属が、室温のままで、液体状態となるので、ガリウムを含む金属を予め加熱しなくてもよいので、より容易に導電部材を製造できる。
【００２５】
また、ガリウムを含む金属を液体状態にするために、加熱して溶融させる必要がないので、導電部材を製造するための製造装置に、金属を加熱するための加熱装置が必要なく、装置を複雑にしなくてすむ。
【００２６】
また、前記金属が、スズ、インジウム、及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含むことが好ましい。これらの金属が含有されると、前記金属の融点が低下するので、ガリウムを含む金属を液体状態にするための加熱が不要となり、もしくは、必要であっても、その加熱のための時間が短くてすむ。さらに、スズ、インジウム、及び亜鉛のいずれもが、銅と反応しないので、前記金属として、ガリウム融液を用いた場合と、同様の導電性皮膜が得られ、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる。
【００２７】
また、本発明の端子の製造方法は、相手方端子と接触する接触部位を有し、前記接触部位を含む部分を、前記導電部材の製造方法により製造することを特徴とする端子の製造方法である。この構成によれば、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる端子を容易に製造できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材、及びこの導電部材を用いた端子を提供することができ、さらに、この導電部材及び端子を容易に製造できる製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態に係る端子の一例について説明する。ここでは、雄端子と雌端子とが嵌合可能な端子対であって、雄端子と雌端子とのいずれにも、本発明の導電部材を用いた端子である場合の端子対を例に挙げて説明するが、雄端子及び雌端子のいずれかのみに、本発明の導電部材を用いた端子であってもよい。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る端子からなる端子対１０を示す概略断面図である。端子対１０は、雄端子１１と雌端子２１とから構成される。なお、図１は、端子対１０の雄端子１１と雌端子２１とが嵌合した嵌合状態を示す。
【００３１】
雄端子１１は、挿入部１２と、被覆電線の端末が接続される図略の電線接続部とを備える。雄端子１１は、相手方端子である雌端子２１に挿入（挿嵌）する部材である。挿入部１２の形状は、雌端子２１に挿入（挿嵌）可能であれば、特に限定されず、例えば、板状、棒状、円筒状等の種々の形状から適宜選択できる。
【００３２】
雌端子２１は、挿入部１２が挿入（挿嵌）される端子嵌合部２２と、雄端子１１に接続されている被覆電線とは別の被覆電線の端末が接続される図略の電線接続部とを備える。
【００３３】
端子嵌合部２２は、雌型であり、筒状部２３とばね片２４とを備える。筒状部２３は、雌端子２１の相手方端子である雄端子１１が挿嵌方向に沿って挿入（挿嵌）可能となるように、先端側が開口した角筒状に形成され、天井壁２５（図１では上面）、底壁２６（図１では下面）及び図略の側壁を備えている。
【００３４】
ばね片２４は、筒状部２３の内側に、天井壁２５に近接する方向（図１では斜め上方）に向かって傾斜しつつ、筒状部２３の開口先端（底壁２６の先端）から後方に向かって片持ち状に延設されている。そして、後方末端で下方にＵ字状に曲折させる曲折部２４ａを経て、底壁２６に近接する方向（図１では斜め下方）に向かって傾斜しつつ、曲折部２４ａから前方に向かって延設され、さらに、底壁２６の近傍で曲折して天井壁２５に近接する方向に向かって傾斜した自由端となっている。さらに、ばね片２４は、筒状部２３の開口先端と曲折部２４ａとの間で、天井壁２５に近接する方向に凸部２４ｂが形成されている。このように構成されることで、雄端子１１の挿入部１２が、端子嵌合部２２に挿嵌された際、この挿入部１２とばね片２４の凸部２４ｂとが接触して、ばね片２４は、凸部２４ｂが下方に沈むように弾性変形する。このばね片２４の弾性変形に基づく弾発力により、挿入部１２がばね片２４によって上方に押圧される。その結果、天井壁２５とばね片２４の凸部２４ｂとで挿入部１２が狭持され、電気的な接続がなされる。
【００３５】
次に、雄端子１１及び雌端子２１の構成について説明する。
【００３６】
雄端子１１及び雌端子２１は、銅系基材と、導電性皮膜とを備える。導電性皮膜は、雄端子１１の場合、雄端子１１と雌端子２１とが嵌合したときに、ばね片２４の凸部２４ｂと接触する位置及び天井壁２５と接触する位置（接触部位）を含む部分に配置されている。また、導電性皮膜は、雌端子２１の場合、雄端子１１と雌端子２１とが嵌合したときに、雄端子１１の挿入部１２と接触する位置（接触部位）を含む部分に配置されている。従って、雄端子１１及び雌端子２１は、少なくとも接触部位を含む部分に後述の導電性皮膜が配置されており、図１に示す端子対１０は、雄端子１１の導電性皮膜と雌端子２１の導電性皮膜との接触によって、電気的な接続がなされ、通電可能としている。なお、導電性皮膜は、少なくとも接触部位を含む部分に配置されていればよく、雄端子１１と雌端子２１との表面全面を被覆していてもよい。
【００３７】
前記銅系基材は、銅を主成分として含む銅系材料からなっていればよく、例えば、銅単体からなっていてもよいし、銅合金からなっていてもよい。銅以外に含有する成分としては、例えば、鉄、珪素、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、クロム、コバルト、モリブテン、スズ、リン及びアルミニウム等が挙げられる。また、銅合金としては、例えば、スズ及びリンを含有するリン青銅や亜鉛を含有する黄銅等が挙げられる。
【００３８】
前記導電性皮膜は、銅とガリウムとを含む化合物からなる皮膜である。銅とガリウムとを含む化合物は、銅とガリウムとからなる化合物であることが好ましく、好適な具体例としては、例えば、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４等が挙げられる。よって、導電性皮膜は、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなることが好ましい。
【００３９】
また、導電性皮膜は、ガリウムを含む液体状態の金属を、銅系基材の表面に塗布することにより形成されたものであることが好ましい。このように形成された導電性皮膜は、薄くかつ均一に形成できる。また、この導電性皮膜は、銅とガリウムとを含む化合物からなっており、Ｘ線回折等により、ＣｕＧａ２が主成分であると推定される。
【００４０】
導電性皮膜の厚みは、特に制限されないが、０．１〜５μｍであることが好ましい。導電性皮膜が薄すぎると、均一な皮膜となりにくく、銅系基材が露出する部分が形成されてしまう傾向があり、厚すぎると、銅系基材より導電性の低い導電性皮膜により、接触抵抗が高くなってしまう傾向がある。また、導電性皮膜を厚くしようとすると、液体状態の金属を銅系基材に接触させておく時間（処理時間）が長時間化したり、製造時に、液体状の金属が銅系基材から垂れ落ちること等による不具合が発生する傾向がある。
【００４１】
なお、ガリウムを含む液体状態の金属との接触により形成すると、特別な制御をすることなく、数分間の接触により、約１μｍの好適な厚みの薄くて均一な導電性皮膜を形成できる。このことは、ガリウムを含む液体状態の金属を、銅系基材に接触させると、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜が形成され、この導電性皮膜が、金属と銅系基材との接触を阻害するので、新たな導電性皮膜の形成を阻害するからであると考えられる。
【００４２】
次に、雄端子１１及び雌端子２１の製造方法について説明する。
【００４３】
まず、銅系基材の表面に形成されている酸化膜等の絶縁性皮膜を研磨や酸洗浄等で除去する。次に、この銅系基材を、プレス加工等によって、所定の形状に加工する。なお、この形状加工は、絶縁性皮膜の除去を行っていない銅系基材に施し、形状加工した後に、絶縁性皮膜の除去を行ってもよい。
【００４４】
そして、得られた銅系基材の表面に、ガリウムを含む液体状態の金属を塗布する。そうすることによって、銅系基材の表面に、銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜が形成される。この皮膜を形成する形成工程は、銅系基材の表面に前記金属を塗布する工程であることが好ましい。また、上記形状加工を施す前に、導電性皮膜を形成させ、その後、上記形状加工を施してもよい。
【００４５】
前記金属は、ガリウムを含んでおり、銅系基材の表面に塗布するときに、液体状態であればよく、例えば、ガリウム単体であってもよいし、ガリウム合金であってもよい。なお、前記金属として、ガリウム単体を用いる場合、ガリウムの融点が２９．７℃であるので、加熱して得られるガリウム融液にする必要がある。
【００４６】
前記ガリウム合金としては、Ｇａ及びＩｎを含むＧａ−Ｉｎ系合金が好ましく、Ｓｎをさらに含む合金がより好ましい。ガリウム合金の具体例としては、例えば、Ｇａ６０〜８０質量％、Ｉｎ１０〜３０質量％、Ｓｎ５〜２０質量％からなる合金が好ましい。ガリウム合金のより具体的な例示としては、例えば、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金（融点１０．７℃）、Ｇａ６２質量％、Ｉｎ２５質量％、Ｓｎ１３質量％からなる合金（融点１０．６℃）、Ｇａ６２質量％、Ｉｎ２３質量％、Ｓｎ１３質量％、Ｚｎ２質量％からなる合金（融点９．８℃）等が挙げられ、これらの中でも、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金（融点１０．７℃）がより好ましい。
【００４７】
前記金属のガリウム以外に含有する好ましい成分としては、例えば、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。これらの金属は、銅と反応したり、銅系基材中に進入することがないので、これらの成分を含有していても、前記金属として、ガリウム融液を用いた場合と同様の導電性皮膜を形成できる。また、これらの金属が含有されると、前記金属の融点が低下するので、ガリウムを含む金属を液体状態にするための加熱が不要となり、もしくは、必要であっても、その加熱のための時間が短くてすむ。
【００４８】
なお、前記金属のガリウム以外に含有する成分としては、上記成分に限られず、銅と反応したり、銅系基材中に進入することがなく、ガリウム融液を用いた場合と同様の導電性皮膜を形成できるものであればよい。
【００４９】
また、前記金属の融点は、２５℃以下であることが好ましく、１０℃以下がより好ましい。融点が室温より高いと、製造時に、ガリウムを含む金属を加熱して、液体状態にする必要があり、また、融点が高すぎると、その加熱のための時間が長くなってしまう等、端子の製造に手間がかかってしまう。
【００５０】
液体状態の金属の塗布方法は、特に限定されず、どのような塗布方法であっても採用できる。例えば、ディッピング法、スピンコーティング法、スプレー法、ローラー法、スクリーン印刷等の印刷法、ロールコーター法、カーテンフローコーター法、刷毛塗り法等が挙げられる。また、前記金属は、銅系基材の表面全面に塗布してもよいが、少なくとも接触部位に部分的に塗布すればよい。
【００５１】
銅系基材と液体状態の金属との接触時間（処理時間）は、１分間〜１時間と広い範囲のいずれの処理時間であっても、形成される導電性皮膜の厚みがほとんど変わらないので、処理時間を厳密に制御する必要は特にないが、１〜１５分間であることが好ましい。そうすることによって、導電性皮膜が確実に形成されており、さらに、製造効率が高い。また、銅系基材と液体状態の金属との接触させているときの処理温度は、特に制限されず、１０〜１３０℃であることが好ましい。
【００５２】
また、前記皮膜形成工程は、液体状態の金属を塗布した後に余剰の金属を除去する金属除去工程を含むことが好ましい。金属除去工程としては、例えば、綿棒、紙ウエス及び不織布等で余剰の金属を拭き取る工程や、高圧ガス又は液剤を吹き付ける工程等が挙げられる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態に係る端子について説明したが、本発明の導電部材は、端子に用いられる場合に限られず、他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であればよい。例えば、常閉スイッチの接点部分等に適用可能である。ただし、端子は、相手方端子と嵌合させ、相手方端子と接触させた状態のまま、使用することが多いので、端子と相手方端子とが微摺動する可能性が高い。よって、端子に、微摺動磨耗を抑制できる本発明の導電部材を用いることは、特に好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下に、本発明について、実施例を挙げて説明する。
【００５５】
（実施例１）
実施例１では、図２に示すような電気接続構造３０を製造し、後述の評価を行った。図２は、実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造３０の概略断面図を示す。図２に示す電気接続構造３０は、第１導電部材３１と第２導電部材３２との一対の導電部材から構成されている。第１導電部材３１及び第２導電部材３２は、以下のように製造した。
【００５６】
まず、表面に酸化膜等の絶縁性皮膜が形成されていないリン青銅板（銅系基材）３５を用意した。このリン青銅板３５を、プレス加工により、直径１ｍｍの半球状の凸部３３を形成した。そして、プレス加工を施したりん青銅板を、５０℃に加熱して溶融したガリウム融液中に、約１分間浸漬させた後に、ガリウム融液から取り出した。そして、表面に付着している未反応のガリウム融液を、不織布で拭き取り、さらに、希塩酸で表面を洗浄して、リン青銅板の表面上のガリウム融液を除去した。そうすることによって、銅系基材３５の表面上に導電性皮膜３６が形成された第１導電部材３１が得られた。
【００５７】
また、別途用意したプレス加工を施していないリン青銅板３５を、上記と同様の処理により、銅系基材３５の表面上に導電性皮膜３６が形成された第２導電部材３２が得られた。
【００５８】
そして、得られた２枚の導電部材（第１導電部材３１及び第２導電部材３２）を、図２に示すように対向させ、荷重を加えた。そうすることによって、電気接続構造３０が得られた。
【００５９】
なお、第２導電部材３２と接触する第１導電部材３１の凸部３３の部位が、第１導電部材３１の接触部位（接点）であり、第１導電部材３１の凸部３３と接触する第２導電部材３２の部位が、第２導電部材３２の接触部位（接点）である。導電性皮膜３６は、図２に示すように、少なくとも接触部位には配置されている。また、第１導電部材３１は、第２導電部材３２にとっての、他の導体に相当し、第２導電部材３２は、第１導電部材３１にとっての、他の導体に相当する。つまり、第１導電部材３１及び第２導電部材３２は、それぞれ導電部材に相当し、それぞれ相手方部材の他の導体に相当する。
【００６０】
実施例１の導電部材（第１導電部材３１及び第２導電部材３２）を垂直方向にスライスし、走査型電子顕微鏡で観察したところ、導電性皮膜１６の厚みは約０．６μｍの厚みであり、平坦であった。
【００６１】
（実施例２）
実施例２は、ガリウム融液中にリン青銅板を約１分間浸漬させる代わりに、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金を、室温で、リン青銅板に塗布し、１分間保持すること以外、実施例１と同様である。
【００６２】
実施例２の導電部材を垂直方向にスライスし、走査型電子顕微鏡で観察したところ、導電性皮膜の厚みは０．２〜０．４μｍの厚みであり、平坦であった。また、実施例２の導電部材の表面を、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて測定すると、ＩｎとＳｎは検出されず、導電性皮膜は、銅とガリウムとの化合物層であることがわかった。
【００６３】
（比較例１）
比較例１は、リン青銅板の表面に、厚み１μｍのスズめっきを形成した、従来の導電材料を用いたこと以外、実施例１と同様である。
【００６４】
（比較例２）
比較例２は、未処理のリン青銅板を用いたこと以外、実施例１と同様である。
【００６５】
上記実施例１，２及び比較例１，２は、以下の評価を実施した。
【００６６】
（微摺動磨耗）
実施例１で得られた２枚の導電部材を、図２に示すように対向させ、荷重を加えた状態で、接触抵抗を測定しながら、一方の導電部材を水平方向に摺動させた。また、比較例１の導電部材も、同様に測定した。その結果を図３に示す。
【００６７】
図３は、微摺動磨耗の評価結果を示すグラフである。縦軸は、接触抵抗（ｍΩ）を示し、横軸は、摺動回数を示す。また、折れ線４１は、実施例１を示し、折れ線４２は、比較例１を示す。
【００６８】
図３に示すように、実施例１は、摺動回数にかかわらず、接触抵抗がほとんど増加せず、１０ｍΩ以下に維持されているのに対し、比較例１は、摺動回数１００回付近から接触抵抗が上昇し、１Ω近くまで上昇した。
【００６９】
このことから、スズめっきを施した従来の導電部材は、微摺動磨耗が発生したが、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜とを備えた実施例では、微摺動磨耗が抑制されたことがわかる。
【００７０】
（高温放置後の抵抗上昇１）
実施例１で得られた２枚の導電部材を、図２に示すように対向させ、荷重を加えた状態で、接触抵抗を測定し、その後、導電部材を１６０℃で３００時間熱処理した後に、再び、接触抵抗を測定した。また、比較例１も、同様に測定した。
【００７１】
その結果、実施例１では、熱処理後であっても、接触抵抗がほとんど変わらなかったのに対して、比較例１では、熱処理後の接触抵抗値は、熱処理前の約１０倍となった。
【００７２】
（高温放置後の抵抗上昇２）
実施例２で得られた２枚の導電部材を、１８０℃で４時間熱処理した後に、図２に示すように対向させ、荷重を加えた状態で、接触抵抗を測定した。また、比較例２も、同様に測定した。
【００７３】
その結果、実施例１の接触抵抗値は、約１０ｍΩと低かったのに対し、比較例２の接触抵抗値は、１Ωを超えており、非常に高かった。
【００７４】
上記、高温放置後の抵抗上昇１及び高温放置後の抵抗上昇２の結果から、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜とを備えた実施例は、微摺動磨耗が抑制されるだけではなく、高温保存性の高い導電部材であることがわかる。
【００７５】
（酸化膜の膜厚）
実施例１で得られた導電部材を１６０℃で３００時間熱処理した後に、酸化膜の厚みを、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定した。また、比較例２も、同様に測定した。
【００７６】
その結果、実施例１の酸化膜の厚みは、熱処理前とあまり変化なく６ｎｍ以下であるのに対して、比較例２の酸化膜の厚みは、１５０ｎｍ程度であった。
【００７７】
このことから、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜を備えた実施例は、熱処理しても、酸化膜が薄いので、接触抵抗が低く維持され、また、摺動によっても酸化膜が厚くならず抵抗が上がらないと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態に係る端子からなる端子対１０を示す概略断面図である。
【図２】実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造３０の概略断面図を示す。
【図３】微摺動磨耗の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 端子対
１１ 雄端子
１２ 挿入部
２１ 雌端子
２２ 端子嵌合部
２３ 筒状部
２４ ばね片
２４ａ 曲折部
２４ｂ 凸部
２５ 天井壁
２６ 底壁
３０ 電気接続構造
３１ 第１導電部材
３２ 第２導電部材
３３ 凸部
３５ 銅系基材
３６ 導電性皮膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接続端子等に用いられる導電部材、この導電部材を用いた端子、及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気接続端子等に用いられる導電部材の基材には、導電率が高く、延性に富み、適度な強度を有する銅（Ｃｕ）が好ましく用いられている。しかし、銅を含む銅系基材は、その表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性の皮膜が形成されるため、他の導体との接触時における接触抵抗（境界抵抗）を高くしてしまう。その抵抗値は、例えば、材質や使用環境によっても異なるが、数Ωに達することもあり、電気回路の誤作動等を引き起こすこともある。
【０００３】
そこで、導電部材としては、銅系基材表面にスズめっきを施したものが用いられている。スズは、他の金属と比較して硬度が低いので、このスズが酸化されて絶縁性皮膜が形成されても、この絶縁性皮膜は比較的弱い力で破壊される。従って、スズめっきを施した導電部材は、絶縁性皮膜を容易に破壊でき、新生面を露出させることによって、良好な電気的な接続を確保できる。
【０００４】
一方、銅系材料を主成分とした他の材料としては、例えば、銅系材料を母材とし、他の導体と接触させる電気接点の表面から０．０１〜０．１ｍｍの表層部に、ホウ化物粒子を分散させた電気接点材料等が挙げられる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１２８６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スズめっきを施した導電部材は、上記のように、その表面に他の導体を接触させ、荷重をかけることによって、他の導体との接触抵抗を低下できる。しかしながら、スズめっきを施した導電部材は、その表面に他の導体の接触による荷重をかけた状態で、振動や温度変化等による微摺動した場合、導電部材の表面に存在するスズ酸化物の量が増大することによって、他の導体との接触抵抗が高くなる、いわゆる微摺動磨耗（Ｆｒｅｔｔｉｎｇ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）という現象が生じる。微摺動磨耗とは、スズめっき表面の酸化膜が摺動により剥がされてスズ新生面が大気に露出し、その新生面表面のスズを酸化することが繰り返されることによって、他の導体と接触する接触部位付近に大量のスズ酸化物が堆積し、この接触部位がこの大量の酸化物に乗り上げることによって、他の導体との接触抵抗が高くなる現象である（例えば、Ｒ．Ｓ．Ｍｒｏｃｚｋｏｗｓｋｉ著、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、ｐ３．３１−３．３８参照）。この微摺動磨耗によって、接触抵抗が１Ωを超えることもある。
【０００６】
また、このようなスズめっきを施した導電部材は、例えば、コネクタの端子等に用いられている。コネクタは、一般的に雄端子と雌端子とが雌雄嵌合するように構成されており、雌端子に雄端子を挿入（挿嵌）させると、雌端子のばね力によって雄端子に荷重をかけて、両端子の金属部分（接触部位）が接触するように構成されている。その際、雌端子のばね力は、スズ表面に形成される絶縁性皮膜が破壊されやすいとはいえ、実際には、不具合が発生しないように、絶縁性皮膜を破壊できる力より強くなるように構成されている。このような強いばね力は、コネクタの設計や製造を困難にするだけではなく、挿入時に接触部位にかかる摩擦力も増大させるので、特に、端子を多数集積させた多極コネクタにおける嵌合作業が困難になる。さらに、高温高湿状態などの過酷な使用環境では、厚い酸化膜等が形成されるため、長期間、接触抵抗を低く維持することは困難である。
【０００７】
微摺動磨耗の発生を防止するためには、大気中で酸化しない金、白金及びパラジウム等の貴金属で端子の接触部位の表面をめっきすることが考えられる。しかしながら、金、白金及びパラジウム等の貴金属は、スズより高価であるため、導電部材自体の価格が高くなってしまう。
【０００８】
また、特許文献１には、酸化に強い等の耐久性が高く磨耗しにくい、銅を主成分とする材料について開示されているにすぎず、特に貴金属を要することなく、微摺動磨耗を抑制する技術については、開示されていない。
【０００９】
本発明は、かかる従来の問題点を解消するためになされたものであり、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材、及びこの導電部材を用いた端子を提供し、さらに、この導電部材及び端子を容易に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の導電部材は、他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であって、銅系材料からなる基材と、前記基材の表面の少なくとも前記接触部位に配置される導電性皮膜とを備え、前記導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなることを特徴とする導電部材である。
【００１１】
この構成によれば、銅とガリウムとを含む化合物が、化学的に安定であるので、この銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜は、その表面に形成される酸化膜が、スズ表面に形成される酸化膜と比較して非常に薄い。よって、銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜は、その表面に比較的低い荷重をかけるだけで、その表面に形成されている酸化膜が容易に破壊され、この酸化膜の破壊によって、導電性を有する新生面が露出される。従って、この導電性皮膜が接触部位に配置される導電部材は、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる。
【００１２】
さらに、この導電性皮膜は、例えば、導電部材を大気中で高温にさらされる等の過酷な環境下であっても、表面の酸化が抑制され、酸化膜の厚みが、ほとんど変化せず、薄いままである。よって、銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜は、過酷な環境下であっても、その表面に比較的低い荷重をかけるだけで、導電性を有する新生面が露出される。
【００１３】
以上より、前記導電性皮膜にかける荷重が比較的低くても、低い接触抵抗を維持できる。また、この導電部材は、導電部材の振動や温度変化等によって、導電部材が微摺動した場合であっても、導電性皮膜上への酸化物の堆積が抑制される。従って、この導電部材は、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる。
【００１４】
また、前記導電性皮膜が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなることが好ましい。
【００１５】
また、前記導電性皮膜が、ガリウムを含む液体状態の金属を、前記基材の表面に塗布することにより形成されたものであることが好ましい。この構成によれば、前記基材の表面に形成される導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなる皮膜であって、その皮膜が、薄くかつ均一である。
【００１６】
また、本発明は、相手方端子と接触する接触部位を有し、前記相手方端子と嵌合することによって、前記相手方端子と接触し、前記相手方端子と電気的に接続される端子であって、少なくとも前記接触部位を含む部分が、前記導電部材からなることを特徴とする端子である。
【００１７】
この構成によれば、相手方端子と接触する接触部位に配置される導電性皮膜の表面に、相手方端子を接触させ、比較的低い荷重をかけるだけで、その表面に形成されている酸化膜は容易に破壊されるので、端子を嵌合したときに端子と相手方端子とを圧接させるためのばね力を弱くしても接触抵抗を低く維持できる。また、この端子は、振動や温度変化等によって、端子が微摺動した場合であっても、導電性皮膜上への酸化物の堆積が抑制されるので、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる。
【００１８】
また、端子は、相手方端子と嵌合させ、相手方端子と接触させた状態のまま、使用することが多いので、端子と相手方端子とが微摺動する可能性が高い。よって、端子に、微摺動磨耗を抑制できる本発明の導電部材を用いることは、特に好ましい。
【００１９】
さらに、接触部位に配置される導電性皮膜は、その表面に比較的低い荷重をかけるだけで、その表面に形成されている酸化膜が容易に破壊されるため、ばね力を弱くすることができるので、挿入時に端子と相手方端子とにかかる摩擦力を低減でき、挿入しやすくなる。
【００２０】
また、本発明の導電部材の製造方法は、他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材の製造方法であって、銅系材料からなる基材の少なくとも前記接触部位の表面に、ガリウムを含む液体状態の金属を塗布することによって、導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を含むことを特徴とする導電部材の製造方法である。
【００２１】
この構成によれば、ガリウムを含む液体状態の金属を、基材の表面に塗布することによって、銅とガリウムとの化合物を含む導電性皮膜を基材表面に、薄くかつ均一に形成できるので、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材を容易に製造できる。
【００２２】
すなわち、ガリウムを含む液体状態の金属を、銅系基材に接触させると、銅とガリウムとの化合物を含む導電性皮膜が形成され、この導電性皮膜が、液体状態の金属と銅系基材との接触を阻害するので、新たな導電性皮膜の形成を阻害するからであると考えられる。
【００２３】
また、前記皮膜形成工程は、前記液体状態の金属を塗布した後に余剰の金属を除去する金属除去工程を含むことが好ましい。この構成によれば、余剰の金属を除去することによって、基材の表面に塗布する液体状態の金属量を厳密に制御する必要がない。また、余剰の金属が、所定の箇所以外に垂れ落ちたり、流れること等により、所定の箇所以外に、液体状態の金属が接触してしまうことを防止できる。
【００２４】
また、前記金属として、２５℃以下の融点をもつものを塗布することが好ましい。この構成によれば、前記皮膜形成工程において、ガリウムを含む金属が、室温のままで、液体状態となるので、ガリウムを含む金属を予め加熱しなくてもよいので、より容易に導電部材を製造できる。
【００２５】
また、ガリウムを含む金属を液体状態にするために、加熱して溶融させる必要がないので、導電部材を製造するための製造装置に、金属を加熱するための加熱装置が必要なく、装置を複雑にしなくてすむ。
【００２６】
また、前記金属が、スズ、インジウム、及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含むことが好ましい。これらの金属が含有されると、前記金属の融点が低下するので、ガリウムを含む金属を液体状態にするための加熱が不要となり、もしくは、必要であっても、その加熱のための時間が短くてすむ。さらに、スズ、インジウム、及び亜鉛のいずれもが、銅と反応しないので、前記金属として、ガリウム融液を用いた場合と、同様の導電性皮膜が得られ、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる。
【００２７】
また、本発明の端子の製造方法は、相手方端子と接触する接触部位を有し、前記接触部位を含む部分を、前記導電部材の製造方法により製造することを特徴とする端子の製造方法である。この構成によれば、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる端子を容易に製造できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、特に、貴金属のような高価な材料を要することなく、長期間、接触抵抗を低く維持することができ、かつ、微摺動磨耗を抑制できる導電部材、及びこの導電部材を用いた端子を提供することができ、さらに、この導電部材及び端子を容易に製造できる製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態に係る端子の一例について説明する。ここでは、雄端子と雌端子とが嵌合可能な端子対であって、雄端子と雌端子とのいずれにも、本発明の導電部材を用いた端子である場合の端子対を例に挙げて説明するが、雄端子及び雌端子のいずれかのみに、本発明の導電部材を用いた端子であってもよい。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る端子からなる端子対１０を示す概略断面図である。端子対１０は、雄端子１１と雌端子２１とから構成される。なお、図１は、端子対１０の雄端子１１と雌端子２１とが嵌合した嵌合状態を示す。
【００３１】
雄端子１１は、挿入部１２と、被覆電線の端末が接続される図略の電線接続部とを備える。雄端子１１は、相手方端子である雌端子２１に挿入（挿嵌）する部材である。挿入部１２の形状は、雌端子２１に挿入（挿嵌）可能であれば、特に限定されず、例えば、板状、棒状、円筒状等の種々の形状から適宜選択できる。
【００３２】
雌端子２１は、挿入部１２が挿入（挿嵌）される端子嵌合部２２と、雄端子１１に接続されている被覆電線とは別の被覆電線の端末が接続される図略の電線接続部とを備える。
【００３３】
端子嵌合部２２は、雌型であり、筒状部２３とばね片２４とを備える。筒状部２３は、雌端子２１の相手方端子である雄端子１１が挿嵌方向に沿って挿入（挿嵌）可能となるように、先端側が開口した角筒状に形成され、天井壁２５（図１では上面）、底壁２６（図１では下面）及び図略の側壁を備えている。
【００３４】
ばね片２４は、筒状部２３の内側に、天井壁２５に近接する方向（図１では斜め上方）に向かって傾斜しつつ、筒状部２３の開口先端（底壁２６の先端）から後方に向かって片持ち状に延設されている。そして、後方末端で下方にＵ字状に曲折させる曲折部２４ａを経て、底壁２６に近接する方向（図１では斜め下方）に向かって傾斜しつつ、曲折部２４ａから前方に向かって延設され、さらに、底壁２６の近傍で曲折して天井壁２５に近接する方向に向かって傾斜した自由端となっている。さらに、ばね片２４は、筒状部２３の開口先端と曲折部２４ａとの間で、天井壁２５に近接する方向に凸部２４ｂが形成されている。このように構成されることで、雄端子１１の挿入部１２が、端子嵌合部２２に挿嵌された際、この挿入部１２とばね片２４の凸部２４ｂとが接触して、ばね片２４は、凸部２４ｂが下方に沈むように弾性変形する。このばね片２４の弾性変形に基づく弾発力により、挿入部１２がばね片２４によって上方に押圧される。その結果、天井壁２５とばね片２４の凸部２４ｂとで挿入部１２が狭持され、電気的な接続がなされる。
【００３５】
次に、雄端子１１及び雌端子２１の構成について説明する。
【００３６】
雄端子１１及び雌端子２１は、銅系基材と、導電性皮膜とを備える。導電性皮膜は、雄端子１１の場合、雄端子１１と雌端子２１とが嵌合したときに、ばね片２４の凸部２４ｂと接触する位置及び天井壁２５と接触する位置（接触部位）を含む部分に配置されている。また、導電性皮膜は、雌端子２１の場合、雄端子１１と雌端子２１とが嵌合したときに、雄端子１１の挿入部１２と接触する位置（接触部位）を含む部分に配置されている。従って、雄端子１１及び雌端子２１は、少なくとも接触部位を含む部分に後述の導電性皮膜が配置されており、図１に示す端子対１０は、雄端子１１の導電性皮膜と雌端子２１の導電性皮膜との接触によって、電気的な接続がなされ、通電可能としている。なお、導電性皮膜は、少なくとも接触部位を含む部分に配置されていればよく、雄端子１１と雌端子２１との表面全面を被覆していてもよい。
【００３７】
前記銅系基材は、銅を主成分として含む銅系材料からなっていればよく、例えば、銅単体からなっていてもよいし、銅合金からなっていてもよい。銅以外に含有する成分としては、例えば、鉄、珪素、亜鉛、マグネシウム、ニッケル、クロム、コバルト、モリブテン、スズ、リン及びアルミニウム等が挙げられる。また、銅合金としては、例えば、スズ及びリンを含有するリン青銅や亜鉛を含有する黄銅等が挙げられる。
【００３８】
前記導電性皮膜は、銅とガリウムとを含む化合物からなる皮膜である。銅とガリウムとを含む化合物は、銅とガリウムとからなる化合物であることが好ましく、好適な具体例としては、例えば、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４等が挙げられる。よって、導電性皮膜は、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなることが好ましい。
【００３９】
また、導電性皮膜は、ガリウムを含む液体状態の金属を、銅系基材の表面に塗布することにより形成されたものであることが好ましい。このように形成された導電性皮膜は、薄くかつ均一に形成できる。また、この導電性皮膜は、銅とガリウムとを含む化合物からなっており、Ｘ線回折等により、ＣｕＧａ２が主成分であると推定される。
【００４０】
導電性皮膜の厚みは、特に制限されないが、０．１〜５μｍであることが好ましい。導電性皮膜が薄すぎると、均一な皮膜となりにくく、銅系基材が露出する部分が形成されてしまう傾向があり、厚すぎると、銅系基材より導電性の低い導電性皮膜により、接触抵抗が高くなってしまう傾向がある。また、導電性皮膜を厚くしようとすると、液体状態の金属を銅系基材に接触させておく時間（処理時間）が長時間化したり、製造時に、液体状の金属が銅系基材から垂れ落ちること等による不具合が発生する傾向がある。
【００４１】
なお、ガリウムを含む液体状態の金属との接触により形成すると、特別な制御をすることなく、数分間の接触により、約１μｍの好適な厚みの薄くて均一な導電性皮膜を形成できる。このことは、ガリウムを含む液体状態の金属を、銅系基材に接触させると、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜が形成され、この導電性皮膜が、金属と銅系基材との接触を阻害するので、新たな導電性皮膜の形成を阻害するからであると考えられる。
【００４２】
次に、雄端子１１及び雌端子２１の製造方法について説明する。
【００４３】
まず、銅系基材の表面に形成されている酸化膜等の絶縁性皮膜を研磨や酸洗浄等で除去する。次に、この銅系基材を、プレス加工等によって、所定の形状に加工する。なお、この形状加工は、絶縁性皮膜の除去を行っていない銅系基材に施し、形状加工した後に、絶縁性皮膜の除去を行ってもよい。
【００４４】
そして、得られた銅系基材の表面に、ガリウムを含む液体状態の金属を塗布する。そうすることによって、銅系基材の表面に、銅とガリウムとを含む化合物からなる導電性皮膜が形成される。この皮膜を形成する形成工程は、銅系基材の表面に前記金属を塗布する工程であることが好ましい。また、上記形状加工を施す前に、導電性皮膜を形成させ、その後、上記形状加工を施してもよい。
【００４５】
前記金属は、ガリウムを含んでおり、銅系基材の表面に塗布するときに、液体状態であればよく、例えば、ガリウム単体であってもよいし、ガリウム合金であってもよい。なお、前記金属として、ガリウム単体を用いる場合、ガリウムの融点が２９．７℃であるので、加熱して得られるガリウム融液にする必要がある。
【００４６】
前記ガリウム合金としては、Ｇａ及びＩｎを含むＧａ−Ｉｎ系合金が好ましく、Ｓｎをさらに含む合金がより好ましい。ガリウム合金の具体例としては、例えば、Ｇａ６０〜８０質量％、Ｉｎ１０〜３０質量％、Ｓｎ５〜２０質量％からなる合金が好ましい。ガリウム合金のより具体的な例示としては、例えば、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金（融点１０．７℃）、Ｇａ６２質量％、Ｉｎ２５質量％、Ｓｎ１３質量％からなる合金（融点１０．６℃）、Ｇａ６２質量％、Ｉｎ２３質量％、Ｓｎ１３質量％、Ｚｎ２質量％からなる合金（融点９．８℃）等が挙げられ、これらの中でも、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金（融点１０．７℃）がより好ましい。
【００４７】
前記金属のガリウム以外に含有する好ましい成分としては、例えば、スズ（Ｓｎ）、インジウム（Ｉｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。これらの金属は、銅と反応したり、銅系基材中に進入することがないので、これらの成分を含有していても、前記金属として、ガリウム融液を用いた場合と同様の導電性皮膜を形成できる。また、これらの金属が含有されると、前記金属の融点が低下するので、ガリウムを含む金属を液体状態にするための加熱が不要となり、もしくは、必要であっても、その加熱のための時間が短くてすむ。
【００４８】
なお、前記金属のガリウム以外に含有する成分としては、上記成分に限られず、銅と反応したり、銅系基材中に進入することがなく、ガリウム融液を用いた場合と同様の導電性皮膜を形成できるものであればよい。
【００４９】
また、前記金属の融点は、２５℃以下であることが好ましく、１０℃以下がより好ましい。融点が室温より高いと、製造時に、ガリウムを含む金属を加熱して、液体状態にする必要があり、また、融点が高すぎると、その加熱のための時間が長くなってしまう等、端子の製造に手間がかかってしまう。
【００５０】
液体状態の金属の塗布方法は、特に限定されず、どのような塗布方法であっても採用できる。例えば、ディッピング法、スピンコーティング法、スプレー法、ローラー法、スクリーン印刷等の印刷法、ロールコーター法、カーテンフローコーター法、刷毛塗り法等が挙げられる。また、前記金属は、銅系基材の表面全面に塗布してもよいが、少なくとも接触部位に部分的に塗布すればよい。
【００５１】
銅系基材と液体状態の金属との接触時間（処理時間）は、１分間〜１時間と広い範囲のいずれの処理時間であっても、形成される導電性皮膜の厚みがほとんど変わらないので、処理時間を厳密に制御する必要は特にないが、１〜１５分間であることが好ましい。そうすることによって、導電性皮膜が確実に形成されており、さらに、製造効率が高い。また、銅系基材と液体状態の金属との接触させているときの処理温度は、特に制限されず、１０〜１３０℃であることが好ましい。
【００５２】
また、前記皮膜形成工程は、液体状態の金属を塗布した後に余剰の金属を除去する金属除去工程を含むことが好ましい。金属除去工程としては、例えば、綿棒、紙ウエス及び不織布等で余剰の金属を拭き取る工程や、高圧ガス又は液剤を吹き付ける工程等が挙げられる。
【００５３】
以上、本発明の実施形態に係る端子について説明したが、本発明の導電部材は、端子に用いられる場合に限られず、他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であればよい。例えば、常閉スイッチの接点部分等に適用可能である。ただし、端子は、相手方端子と嵌合させ、相手方端子と接触させた状態のまま、使用することが多いので、端子と相手方端子とが微摺動する可能性が高い。よって、端子に、微摺動磨耗を抑制できる本発明の導電部材を用いることは、特に好ましい。
【実施例】
【００５４】
以下に、本発明について、実施例を挙げて説明する。
【００５５】
（実施例１）
実施例１では、図２に示すような電気接続構造３０を製造し、後述の評価を行った。図２は、実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造３０の概略断面図を示す。図２に示す電気接続構造３０は、第１導電部材３１と第２導電部材３２との一対の導電部材から構成されている。第１導電部材３１及び第２導電部材３２は、以下のように製造した。
【００５６】
まず、表面に酸化膜等の絶縁性皮膜が形成されていないリン青銅板（銅系基材）３５を用意した。このリン青銅板３５を、プレス加工により、直径１ｍｍの半球状の凸部３３を形成した。そして、プレス加工を施したりん青銅板を、５０℃に加熱して溶融したガリウム融液中に、約１分間浸漬させた後に、ガリウム融液から取り出した。そして、表面に付着している未反応のガリウム融液を、不織布で拭き取り、さらに、希塩酸で表面を洗浄して、リン青銅板の表面上のガリウム融液を除去した。そうすることによって、銅系基材３５の表面上に導電性皮膜３６が形成された第１導電部材３１が得られた。
【００５７】
また、別途用意したプレス加工を施していないリン青銅板３５を、上記と同様の処理により、銅系基材３５の表面上に導電性皮膜３６が形成された第２導電部材３２が得られた。
【００５８】
そして、得られた２枚の導電部材（第１導電部材３１及び第２導電部材３２）を、図２に示すように対向させ、荷重を加えた。そうすることによって、電気接続構造３０が得られた。
【００５９】
なお、第２導電部材３２と接触する第１導電部材３１の凸部３３の部位が、第１導電部材３１の接触部位（接点）であり、第１導電部材３１の凸部３３と接触する第２導電部材３２の部位が、第２導電部材３２の接触部位（接点）である。導電性皮膜３６は、図２に示すように、少なくとも接触部位には配置されている。また、第１導電部材３１は、第２導電部材３２にとっての、他の導体に相当し、第２導電部材３２は、第１導電部材３１にとっての、他の導体に相当する。つまり、第１導電部材３１及び第２導電部材３２は、それぞれ導電部材に相当し、それぞれ相手方部材の他の導体に相当する。
【００６０】
実施例１の導電部材（第１導電部材３１及び第２導電部材３２）を垂直方向にスライスし、走査型電子顕微鏡で観察したところ、導電性皮膜１６の厚みは約０．６μｍの厚みであり、平坦であった。
【００６１】
（実施例２）
実施例２は、ガリウム融液中にリン青銅板を約１分間浸漬させる代わりに、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金を、室温で、リン青銅板に塗布し、１分間保持すること以外、実施例１と同様である。
【００６２】
実施例２の導電部材を垂直方向にスライスし、走査型電子顕微鏡で観察したところ、導電性皮膜の厚みは０．２〜０．４μｍの厚みであり、平坦であった。また、実施例２の導電部材の表面を、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて測定すると、ＩｎとＳｎは検出されず、導電性皮膜は、銅とガリウムとの化合物層であることがわかった。
【００６３】
（比較例１）
比較例１は、リン青銅板の表面に、厚み１μｍのスズめっきを形成した、従来の導電材料を用いたこと以外、実施例１と同様である。
【００６４】
（比較例２）
比較例２は、未処理のリン青銅板を用いたこと以外、実施例１と同様である。
【００６５】
上記実施例１，２及び比較例１，２は、以下の評価を実施した。
【００６６】
（微摺動磨耗）
実施例１で得られた２枚の導電部材を、図２に示すように対向させ、荷重を加えた状態で、接触抵抗を測定しながら、一方の導電部材を水平方向に摺動させた。また、比較例１の導電部材も、同様に測定した。その結果を図３に示す。
【００６７】
図３は、微摺動磨耗の評価結果を示すグラフである。縦軸は、接触抵抗（ｍΩ）を示し、横軸は、摺動回数を示す。また、折れ線４１は、実施例１を示し、折れ線４２は、比較例１を示す。
【００６８】
図３に示すように、実施例１は、摺動回数にかかわらず、接触抵抗がほとんど増加せず、１０ｍΩ以下に維持されているのに対し、比較例１は、摺動回数１００回付近から接触抵抗が上昇し、１Ω近くまで上昇した。
【００６９】
このことから、スズめっきを施した従来の導電部材は、微摺動磨耗が発生したが、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜とを備えた実施例では、微摺動磨耗が抑制されたことがわかる。
【００７０】
（高温放置後の抵抗上昇１）
実施例１で得られた２枚の導電部材を、図２に示すように対向させ、荷重を加えた状態で、接触抵抗を測定し、その後、導電部材を１６０℃で３００時間熱処理した後に、再び、接触抵抗を測定した。また、比較例１も、同様に測定した。
【００７１】
その結果、実施例１では、熱処理後であっても、接触抵抗がほとんど変わらなかったのに対して、比較例１では、熱処理後の接触抵抗値は、熱処理前の約１０倍となった。
【００７２】
（高温放置後の抵抗上昇２）
実施例２で得られた２枚の導電部材を、１８０℃で４時間熱処理した後に、図２に示すように対向させ、荷重を加えた状態で、接触抵抗を測定した。また、比較例２も、同様に測定した。
【００７３】
その結果、実施例１の接触抵抗値は、約１０ｍΩと低かったのに対し、比較例２の接触抵抗値は、１Ωを超えており、非常に高かった。
【００７４】
上記、高温放置後の抵抗上昇１及び高温放置後の抵抗上昇２の結果から、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜とを備えた実施例は、微摺動磨耗が抑制されるだけではなく、高温保存性の高い導電部材であることがわかる。
【００７５】
（酸化膜の膜厚）
実施例１で得られた導電部材を１６０℃で３００時間熱処理した後に、酸化膜の厚みを、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定した。また、比較例２も、同様に測定した。
【００７６】
その結果、実施例１の酸化膜の厚みは、熱処理前とあまり変化なく６ｎｍ以下であるのに対して、比較例２の酸化膜の厚みは、１５０ｎｍ程度であった。
【００７７】
このことから、銅とガリウムとの化合物からなる導電性皮膜を備えた実施例は、熱処理しても、酸化膜が薄いので、接触抵抗が低く維持され、また、摺動によっても酸化膜が厚くならず抵抗が上がらないと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態に係る端子からなる端子対１０を示す概略断面図である。
【図２】実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造３０の概略断面図を示す。
【図３】微摺動磨耗の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 端子対
１１ 雄端子
１２ 挿入部
２１ 雌端子
２２ 端子嵌合部
２３ 筒状部
２４ ばね片
２４ａ 曲折部
２４ｂ 凸部
２５ 天井壁
２６ 底壁
３０ 電気接続構造
３１ 第１導電部材
３２ 第２導電部材
３３ 凸部
３５ 銅系基材
３６ 導電性皮膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であって、
銅系材料からなる基材と、
前記基材の表面の少なくとも前記接触部位に配置される導電性皮膜とを備え、
前記導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなることを特徴とする導電部材。
【請求項２】
前記導電性皮膜が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなる請求項１に記載の導電部材。
【請求項３】
前記導電性皮膜が、ガリウムを含む液体状態の金属を、前記基材の表面に塗布することにより形成されたものである請求項１又は請求項２に記載の導電部材。
【請求項４】
相手方端子と接触する接触部位を有し、前記相手方端子と嵌合することによって、前記相手方端子と接触し、前記相手方端子と電気的に接続される端子であって、
少なくとも前記接触部位を含む部分が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電部材からなることを特徴とする端子。
【請求項５】
他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材の製造方法であって、
銅系材料からなる基材の少なくとも前記接触部位の表面に、ガリウムを含む液体状態の金属を塗布することによって、導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を含むことを特徴とする導電部材の製造方法。
【請求項６】
前記皮膜形成工程は、前記液体状態の金属を塗布した後に余剰の金属を除去する金属除去工程を含む請求項５に記載の導電部材の製造方法。
【請求項７】
前記金属として、２５℃以下の融点をもつものを塗布する請求項５又は請求項６に記載の導電部材の製造方法。
【請求項８】
前記金属が、スズ、インジウム、及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含む請求項７に記載の導電部材の製造方法。
【請求項９】
相手方端子と接触する接触部位を有し、前記相手方端子と嵌合することによって、前記相手方端子と接触し、前記相手方端子と電気的に接続される端子の製造方法であって、
少なくとも前記接触部位を含む部分を、請求項５〜８のいずれか１項に記載の導電部材の製造方法により製造することを特徴とする端子の製造方法。
【請求項１】
他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材であって、
銅系材料からなる基材と、
前記基材の表面の少なくとも前記接触部位に配置される導電性皮膜とを備え、
前記導電性皮膜が、銅とガリウムとを含む化合物からなることを特徴とする導電部材。
【請求項２】
前記導電性皮膜が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなる請求項１に記載の導電部材。
【請求項３】
前記導電性皮膜が、ガリウムを含む液体状態の金属を、前記基材の表面に塗布することにより形成されたものである請求項１又は請求項２に記載の導電部材。
【請求項４】
相手方端子と接触する接触部位を有し、前記相手方端子と嵌合することによって、前記相手方端子と接触し、前記相手方端子と電気的に接続される端子であって、
少なくとも前記接触部位を含む部分が、請求項１〜３のいずれか１項に記載の導電部材からなることを特徴とする端子。
【請求項５】
他の導体と接触する接触部位を有し、前記他の導体との接触によって、前記他の導体と電気的に接続される導電部材の製造方法であって、
銅系材料からなる基材の少なくとも前記接触部位の表面に、ガリウムを含む液体状態の金属を塗布することによって、導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を含むことを特徴とする導電部材の製造方法。
【請求項６】
前記皮膜形成工程は、前記液体状態の金属を塗布した後に余剰の金属を除去する金属除去工程を含む請求項５に記載の導電部材の製造方法。
【請求項７】
前記金属として、２５℃以下の融点をもつものを塗布する請求項５又は請求項６に記載の導電部材の製造方法。
【請求項８】
前記金属が、スズ、インジウム、及び亜鉛からなる群から選ばれる少なくとも１種をさらに含む請求項７に記載の導電部材の製造方法。
【請求項９】
相手方端子と接触する接触部位を有し、前記相手方端子と嵌合することによって、前記相手方端子と接触し、前記相手方端子と電気的に接続される端子の製造方法であって、
少なくとも前記接触部位を含む部分を、請求項５〜８のいずれか１項に記載の導電部材の製造方法により製造することを特徴とする端子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２６５００（Ｐ２００９−２６５００Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６０３７（Ｐ２００７−１８６０３７）
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１７日（２００７．７．１７）
【出願人】（３９５０１１６６５）株式会社オートネットワーク技術研究所 (2,668)
【出願人】（０００１８３４０６）住友電装株式会社 (6,135)
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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