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】他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材、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。
【解決手段】他の導体１１と接触する接触部位を有し、他の導体１１との接触によって、他の導体１１と電気的に接続される導電部材１０であって、銅系材料からなる基材１２と、基材１２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１３とを備え、導電性皮膜１３が、ガリウムと基材１２に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とする導電部材１０を用いる。
【解決手段】他の導体１１と接触する接触部位を有し、他の導体１１との接触によって、他の導体１１と電気的に接続される導電部材１０であって、銅系材料からなる基材１２と、基材１２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１３とを備え、導電性皮膜１３が、ガリウムと基材１２に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とする導電部材１０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。しかしながら、銅を含む銅系基材は、放置しておくと、その表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性皮膜が形成されてしまうため、他の導体との接触時における接触抵抗値が高くなり、電気回路の誤作動等を引き起こすことがあった。
【０００３】
一方、このような絶縁性皮膜は、導電部材と他の導体との通電によって、破壊されることがあるが、例えば、電流値の低い発光ダイオード（ＬＥＤ）や信号用の回路では、通電による皮膜破壊がほとんど発生しない。このような場合、絶縁性皮膜が形成されると、接触抵抗値が高いままとなり、回路の動作が不安定となってしまう。
【０００４】
そこで、導電部材としては、他の導体と接触する接触部位に、鋭利な凸部を形成させたものが用いられている。このような導電部材は、他の導体との接触時に前記凸部の先端が、他の導体の表面に形成された絶縁性皮膜に圧接する。このため、前記絶縁性皮膜に大きな荷重が加えられ、前記絶縁性皮膜が破壊される。従って、鋭利な凸部を形成させた導電部材は、絶縁性皮膜を破壊でき、新生面を露出させることによって、電気的な接続を確保しうる。
【０００５】
このような導電部材としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、可動接点と固定接点とを備え、前記可動接点を移動させることによって、固定接点と接離可能なキースイッチであって、可動接点の、固定接点と接触する位置に、三角錐形状の突起物等を設けたものが記載されている。特許文献１に記載のキースイッチによれば、前記突起部が固定接点に形成された絶縁性皮膜を突き破ることが可能である旨が開示されている。
【０００６】
また、同様の導電部材としては、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２には、ケース内に植設された固定接点と、前記ケース内に上下動可能に収納された作動体と、前記固定接点に対向し、前記作動体の上下動に伴い固定接点と接離する可動接点とからなり、前記可動接点又は前記固定接点の少なくとも一方の表面に、一部が重なる複数の凹部を設けた車両用のスイッチが記載されている。また、前記凹部は、表面に複数の突起部が設けられたポンチを、前記固定接点又は可動接点に複数回押圧することによって形成されることが記載されている。特許文献２に記載の車両用のスイッチによれば、一部が重なった複数の凹部によって、接点表面に先端が鋭利で不均一な高さの複数の凸部が形成されているため、接点表面に形成された絶縁性皮膜を突き破ることが可能であることが開示されている。
【特許文献１】特開平８−２８７７６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、電子機器の小型化等に伴って、導電部材と他の導体とが接触する接触部位の面積が狭くなっており、例えば、接触部位の直径が１ｍｍ以下となってきている。これに対して、特許文献１に記載のキースイッチや特許文献２に記載の車両用のスイッチにおける、固定接点と可動接点とが接触する領域は、比較的広い。
【０００８】
上記のような狭い領域の接触部位に、プレス加工等の機械的な加工によって、特許文献１や特許文献２に記載されているような、絶縁性皮膜を貫通することが可能な凸部を形成させることは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材、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】
本発明の一態様に係る導電部材は、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、ガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によれば、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜を前記接触部位に配置させることによって、
前記接触部位が狭い導電部材の場合であっても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる。このことは、他の導体の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、導電性が高い銅ガリウム系結晶が前記絶縁性皮膜を貫通して、他の導体の本体部分と直接接触することによる。すなわち、他の導体と良好な電気的な接続を図るために前記接触部位に機械的な加工を施すことにより凸部を形成させる必要がないので、前記接触部位の面積にかかわらず、他の導体と良好な電気的な接続を可能にする導電性皮膜を容易に形成できる。
【００１２】
また、前記銅ガリウム系結晶が、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液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、前記金属融液を前記基材の表面に塗布することにより、前記基材に含まれる銅と前記金属融液に含まれるガリウムとが固溶して、前記銅ガリウム系結晶が形成される。このため、他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を形成できる。さらに、接触部位の形状にかかわらず、前記銅ガリウム系結晶を形成できる。従って、他の導体と接触する接触部位が狭くても、接触部位が複雑な形状であっても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる。
【００１３】
前記銅ガリウム系結晶が、５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶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、前記基材の損傷を抑制しながら、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を充分に形成できる。従って、他の導体とより良好な電気的な接続を確保できる。
【００１４】
前記金属融液が、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。
【００１５】
前記銅ガリウム系結晶が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなることが、導電性が高い点から好ましい。
【００１６】
前記銅ガリウム系結晶が、正方晶又は立方晶であることが好ましい。このような形状の結晶であると、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通しやすい。
【００１７】
前記銅ガリウム系結晶の平均粒径が、１〜５μｍであることが好ましい。このような大きさの結晶であると、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通して、他の導体の新生面と通電しやすい。
【００１８】
また、本発明の他の一態様に係る端子は、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ものである。
【００１９】
この構成によれば、相手方端子の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、端子の接触部位に形成された前記銅ガリウム系結晶に、相手方端子を接触させ、荷重をかけると、相手方端子の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通することができる。このため、端子を相手方端子に嵌合したときに端子と相手方端子とを圧接させるばね力によって、前記銅ガリウム系結晶が絶縁性皮膜を容易に貫通する。この銅ガリウム系結晶による貫通によって、相手方端子の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、端子の銅ガリウム系結晶と相手方端子の本体部分とが直接接触するので、良好な電気的な接続を確保できる。
【００２０】
また、本発明の他の一態様に係る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金属を溶融した金属融液を塗布して当該ガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を備えることを特徴とするものである。
【００２１】
この構成によれば、前記金属融液を前記基材の表面に塗布することにより、前記基材に含まれる銅と前記金属融液に含まれるガリウムとが固溶して、前記銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜が形成される。このため、他の導体と接触する接触部位が狭くても、また、接触部位の形状にかかわらず、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を形成できる。従って、他の導体と接触する接触部位が狭くても、接触部位が複雑な形状であっても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材を容易に製造できる。
【００２２】
また、５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記銅ガリウム系結晶を形成させることが好ましい。この構成によれば、前記基材の損傷を抑制しながら、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を充分に形成できる。従って、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材をより容易に製造できる。
【００２３】
また、前記皮膜形成工程は、前記金属融液を塗布した後に余剰の金属融液を除去する金属融液除去工程を備えることが好ましい。この構成によれば、余剰の金属融液を除去することによって、基材の表面に塗布する金属融液量を厳密に制御する必要がない。また、余剰の金属融液が、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、金属融液が接触してしまうことを防止できる。
【００２４】
また、本発明の他の一態様に係る端子の製造方法は、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、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ものである。この構成によれば、相手方端子の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、良好な電気的な接続を確保できる端子を容易に製造できる。さらに、端子の接触部位が狭くても、端子の接触部位の形状が複雑であったとしても容易に製造できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材、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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る導電部材について説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２７】
本発明の実施形態に係る導電部材は、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、ガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とするものである。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係る導電部材１０の接触部位を拡大して示す概略断面図であって、導電部材１０と電気的に接続させる他の導体１１とともに図示している。また、図１（ａ）は、導体１１と接触させる前の状態を示し、図１（ｂ）は、導体１１と接触させることによって、導電部材１０と導体１１と電気的に接続させた状態を示す。
【００２９】
導電部材１０は、銅系材料からなる基材１２と、銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜１３とを備える。また、前記導電部材１０と接触させて電気的に接続させる導体１１としては、例えば、銅系材料からなる基材１４が用いられる。
【００３０】
前記基材１２としては、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。銅合金の場合、銅以外に含有する成分としては、例えば、鉄、ケイ素、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、鉄、リン及びスズを含有する耐熱性の高い銅合金、スズ及びリンを含有するリン青銅、亜鉛を含有する黄銅等が挙げられる。また、前記基材１４としては、前記基材１２と同様の銅系材料からなっているものが挙げられる。
【００３１】
前記導電性皮膜１３は、銅とガリウムとを含む化合物からなり、銅ガリウム系結晶を含む。そして、前記導電性皮膜１３は、前記基材１２の表面全体に配置されていてもよいが、少なくとも導体１１と接触する接触部位を含む部分に配置されている。
【００３２】
一般的に、銅系材料からなる前記基材１４は、放置しておくと、特に高温等の過酷な環境に放置しておくと、その表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性皮膜１５が形成されてしまい、導電性を有する導電部材と単に接触させても、良好な電気的な接続が困難である。これに対して、本実施形態に係る導電部材１０を用いると、図１（ｂ）に示すように、導体１１に圧接させることによって、前記銅ガリウム系結晶の凸部１６が、導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を貫通できる。この銅ガリウム系結晶からなる凸部１６による貫通によって、導電性の高い銅ガリウム系結晶と、前記基材１２とが直接接触するので、良好な電気的な接続を確保できる。
【００３３】
また、銅ガリウム系結晶は、化学的に安定であるので、その表面に酸化膜等の絶縁性皮膜が形成されたとしても非常に薄い。よって、前記導体１１と接触させることによって、絶縁性皮膜を容易に破壊することができるので、銅ガリウム系結晶表面に形成される絶縁性皮膜は、電気的な接続をほとんど阻害しない。
【００３４】
従って、前記導電部材１０は、機械的な加工により鋭利な凸部を形成させる必要がないので、前記導体１１と接触する接触部位が狭くても、前記導体１１と良好な電気的な接続を確保できる。
【００３５】
前記銅ガリウム系結晶は、銅とガリウムとからなる結晶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１３は、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４からなる結晶を含むことが好ましい。
【００３６】
また、前記導電性皮膜１３は、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液を前記基材１２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１３は、前記基材１２に含まれる銅と前記金属融液に含まれるガリウムとが固溶して形成される前記銅ガリウム系結晶が含有される。このため、導体１１と接触する接触部位が狭くても、導体１１と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を形成できる。さらに、接触部位の形状にかかわらず、前記銅ガリウム系結晶を形成できる。なお、ここで形成される導電性皮膜１３は、Ｘ線回折法等により、銅とガリウムとを含み、ＣｕＧａ２が主成分であることが推定される。
【００３７】
また、前記基材１２の表面に塗布される金属融液の温度が高いほど、前記導電性皮膜１３中に前記銅ガリウム系結晶が多く形成される。よって、前記金属融液は、５０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましい。前記金属融液の温度が低すぎると、銅とガリウムとが固溶して、銅とガリウムとを含む化合物を形成できるが、銅とガリウムとの固溶がゆるやかに進行しすぎて、前記銅ガリウム系結晶が形成されにくい傾向がある。また、金属融液の温度が高いと、銅とガリウムとの種々の化合物が形成され、特に２５４℃を超えると、Ｃｕ３Ｇａ２，Ｃｕ５Ｇａ３等が形成され、ＣｕＧａ２が安定して得られない。よって、２５４℃以下であることが好ましい。また、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることがさらに好ましい。前記金属融液の温度が、ＣｕＧａ２を形成する温度であっても高すぎると、銅とガリウムとの固溶が急激に進行しすぎて、前記銅ガリウム系結晶が大きくなりすぎる傾向がある。前記銅ガリウム系結晶が大きくなりすぎると、隣り合って形成された前記銅ガリウム系結晶の間に存在する、銅と固溶しなかった金属融液を除去しにくくなる。金属融液を塗布する際に温度を維持するために基材を金属融液と同温に加熱することが好ましい。
【００３８】
また、前記銅ガリウム系結晶が、正方晶又は立方晶であることが好ましい。このような形状の結晶であると、導電性皮膜１３に凸部１６が形成されやすく、前記導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を貫通しやすい。
【００３９】
また、前記銅ガリウム系結晶の平均粒径が、１〜５μｍであることが好ましい。前記銅ガリウム系結晶が小さすぎると、導電性皮膜１３に形成される凸部１６が小さく、前記導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を充分に貫通できない傾向がある。また、前記銅ガリウム系結晶が大きすぎると、隣り合って形成された前記銅ガリウム系結晶の間に存在する、銅と固溶しなかった金属融液を除去しにくくなる。
【００４０】
次に、導電部材１０の製造方法について説明する。
【００４１】
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。
【００４２】
そして、得られた銅系基材の表面に、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液を塗布する。そうすることによって、銅系基材の表面に、前記銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜が形成される。また、前記形状加工を施す前に、前記銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜を形成させ、その後、前記形状加工を施してもよい。
【００４３】
前記金属融液は、ガリウムを含む金属を溶融したものであればよい。前記金属融液の金属としては、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。
【００４４】
また、前記金属融液は、上記の理由により、５０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましい。また、２５４℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることがさらに好ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
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、銅と固溶して、前記銅ガリウム系結晶や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、前記金属融液として、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、基材表面に金属融液を塗布する際や余剰の金属融液を除去する際に、金属融液が基材への接触等によって、金属融液の温度が部分的に低下しても、液体状態を保つことができるので好ましい。
【００４７】
前記金属融液の塗布方法は、特に限定されず、どのような塗布方法で採用できる。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。
【００４８】
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に含まれる銅ガリウム系結晶の大きさや形状等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、５〜１５分間であることが好ましい。そうすることによって、前記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。
【００４９】
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備えることが好ましい。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融液を拭き取る工程、酸洗等によって余剰の金属融液を除去する工程、高圧ガス又は液剤を吹き付ける工程等が挙げられる。
【００５０】
以下、本発明に係る導電部材を用いた例示として、下記実施形態に係る端子について説明するが、本発明に係る導電部材は、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、高温や排気ガス等の雰囲気ガスにより、酸化や硫化が起こりやすい過酷な状態で使用される車両用の電気回路部品やコネクタ等の小電流の回路に、本発明に係る導電部材を用いると、安定した導通が得られ、好ましい。
【００５１】
次に、本発明の実施形態に係る端子の一例について説明する。この端子は、前記導電部材を用いた端子であり、雄端子と雌端子とが嵌合可能な端子対であって、雄端子及び雌端子のいずれか一方が、前記導電部材を用いた端子であってもよいし、雄端子及び雌端子の両方が、前記導電部材を用いた端子であってもよい。
【００５２】
図２は、本発明の実施形態に係る端子からなる端子対２０を示す概略断面図である。前記端子対２０は、雄端子２１と雌端子３１とから構成される。なお、図２は、前記端子対２０の雄端子２１と雌端子３１とが嵌合した嵌合状態を示す。
【００５３】
前記雄端子２１は、挿入部２２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２１は、相手方端子である雌端子３１に挿入（挿嵌）する部材である。挿入部２２の形状は、雌端子３１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。
【００５４】
前記雌端子３１は、挿入部２２が挿入（挿嵌）される端子嵌合部３２と、雄端子２１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。
【００５５】
端子嵌合部３２は、雌型であり、筒状部３３とばね片３４とを備える。筒状部３３は、雌端子３１の相手方端子である雄端子２１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３５（図２では上面）、底壁３６（図２では下面）及び図略の側壁を備えている。
【００５６】
ばね片３４は、筒状部３３の内側に、天井壁３５に近接する方向（図２では斜め上方）に向かって傾斜しつつ、筒状部３３の開口先端（底壁３６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３４ａを経て、底壁３６に近接する方向（図２では斜め下方）に向かって傾斜しつつ、曲折部３４ａから前方に向かって延設され、さらに、底壁３６の近傍で曲折して天井壁３５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３４は、筒状部３３の開口先端と曲折部３４ａとの間で、天井壁３５に近接する方向に凸部３４ｂが形成されている。このように構成されることで、雄端子２１の挿入部２２が、端子嵌合部３２に挿嵌された際、この挿入部２２とばね片３４の凸部３４ｂとが接触して、ばね片３４は、凸部３４ｂが下方に沈むように弾性変形する。このばね片３４の弾性変形に基づく弾発力により、挿入部２２がばね片３４によって上方に押圧される。その結果、天井壁３５とばね片３４の凸部３４ｂとで挿入部２２が狭持され、電気的な接続がなされる。
【００５７】
次に、雄端子２１及び雌端子３１の構成について説明する。ここでは、雄端子２１及び雌端子３１のいずれもが、前記導電部材を用いた端子である場合について説明するが、雄端子２１及び雌端子３１のいずれかが、前記導電部材を用いた端子であってもよい。
【００５８】
雄端子２１及び雌端子３１は、銅系基材と、導電性皮膜とを備える。この導電性皮膜は、前記導電部材１０の導電性皮膜１３と同様である。また、雄端子２１の場合、導電性皮膜は、雄端子２１と雌端子３１とが嵌合したときに、ばね片３４の凸部３４ｂと接触する位置及び天井壁３５と接触する位置（接触部位）を含む部分に形成されている。また、雌端子３１の場合、導電性皮膜は、雄端子２１と雌端子３１とが嵌合したときに、雄端子２１の挿入部２２と接触する位置（接触部位）を含む部分に形成されている。従って、雄端子２１及び雌端子３１は、少なくとも接触部位を含む部分に前述の導電性皮膜が形成されており、図２に示す端子対２０は、雄端子２１の導電性皮膜と雌端子３１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形成されていればよく、雄端子２１と雌端子３１との表面全面を被覆していてもよい。
【実施例】
【００５９】
以下に、本発明について、実施例を挙げて説明する。
【００６０】
［実施例Ａ］
まず、前記銅ガリウム系結晶を形成させた導電部材の効果について検討した。
【００６１】
（実施例）
実施例１では、図３に示すような電気接続構造４０を製造し、後述の評価を行った。図３は、実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造４０の概略断面図を示す。図３に示す電気接続構造４０は、導電部材４１と導体４２とから構成されている。導電部材４１及び導体４２は、以下のように製造した。
【００６２】
まず、鉄０．１質量％、リン０．０３質量％、スズ２質量％含有する銅合金からなる２枚の基材４４，４５を用意した。
【００６３】
一方の基材４４を、プレス加工により、直径１ｍｍの半球状の凸部４３を形成した。そして、このプレス加工した基材４４を希塩酸で洗浄して、表面の酸化膜等の絶縁性皮膜を除去した。その後、約１１０℃に加熱したガリウム融液を塗布した。そして、表面に残存しているガリウム融液を、不織布で拭き取り、さらに、希塩酸で表面を洗浄して、基材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４４の表面上に銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜４６が形成された導電部材４１が得られた。
【００６４】
次に、もう一方の基材４５を、大気中で１８０℃４時間熱処理した。そうすることによって、厚み７０〜８０ｎｍの酸化膜４７が形成された導体４２が得られた。
【００６５】
そして、得られた導電部材４１と導体４２とを、図３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４０が得られた。なお、導体４２と接触する導電部材４１の凸部４３の部位が、導電部材４１の接触部位（接点）である。
【００６６】
（比較例）
上記導電部材４１の代わりに、ガリウム融液を塗布していない基材４４を用いること以外、実施例と同様である。
【００６７】
実施例に係る電気接続構造４０は、０．２Ｎの荷重を加えて、接触抵抗値を測定すると、０．１Ω以下であった。これに対して、比較例に係る電気接続構造は、接触抵抗値を測定すると、５Ｎの荷重を加えても、１ｋΩ以上であり、導通しなかった。このことは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察することによっても説明できる。図４は、本実施例に係る導電部材を圧接した後の酸化膜のＳＥＭによる１０,０００倍の拡大写真である。なお、写真下部の白線は１μｍの長さを表す。図４には、導電部材表面に形成されている銅ガリウム系結晶が酸化膜を貫通することによって形成された凹部が確認できる。
【００６８】
［実施例Ｂ］
次に、基材に塗布するガリウム融液の温度の影響について検討した。
【００６９】
ガリウム融液の温度を代えたこと以外、上記実施例Ａの実施例と同様である。
【００７０】
図５は、導電部材の接触抵抗値に対するガリウム融液の温度による影響を示すグラフである。なお、接触抵抗値は、５Ｎの荷重を加えたときの接触抵抗値である。図５からわかるように、ガリウム融液の温度が５０℃以上、接触抵抗値が低くなり、特に７０℃以上であると、０．１ｍΩ以下となり、良好な電気的な接続が確保できる。
【００７１】
このことは、種々の温度のガリウム融液を用いて製造した導電部材を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察することによっても説明できる。図６は、導電部材のＳＥＭによる５，０００倍の拡大写真である。なお、写真下部の白線は５μｍの長さを表し、図６（ａ）は、ガリウム融液の温度が３０℃である場合を示し、図６（ｂ）は、ガリウム融液の温度が５０℃である場合を示し、図６（ｃ）は、ガリウム融液の温度が１００℃である場合を示し、図６（ｄ）は、ガリウム融液の温度が１５０℃である場合を示す。
【００７２】
図６からわかるように、ガリウム融液の温度が高くなるにしたがって、銅ガリウム系結晶が大きくなる。そして、５０℃以上の場合には、銅ガリウム系結晶が明確に確認できる。
【００７３】
［実施例Ｃ］
ガリウム融液の代わりに、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金を溶融して得られた金属融液を用いたこと以外、実施例Ａの実施例と同様である。
【００７４】
実施例Ｃの実施例に係る電気接続構造４０は、５Ｎの荷重を加えて、接触抵抗値を測定すると、０．７ｍΩであった。また、金属融液の温度を２８℃にして得られた電気接続構造４０は、５Ｎの荷重を加えて、接触抵抗値を測定すると、１．４ｍΩであった。
【００７５】
したがって、ガリウム合金からなる金属融液を用いても、本発明に係る導電部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態に係る導電部材１０の接触部位を拡大して示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る端子からなる端子対２０を示す概略断面図である。
【図３】実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造４０の概略断面図を示す。
【図４】導電部材を圧接した後の酸化膜表面のＳＥＭによる１０，０００倍の 拡大写真である。
【図５】導電部材の接触抵抗値に対するガリウム融液の温度による影響を示すグラフである。
【図６】導電部材のＳＥＭによる５，０００倍の拡大写真である。
【符号の説明】
【００７７】
１０，４１ 導電部材
１１，４２ 導体
１２，１４，４４，４５ 基材
１３，４６ 導電性皮膜
１５ 絶縁性皮膜
１６ 凸部
１７ 新生面
２０ 端子対
２１ 雄端子
２２ 挿入部
３１ 雌端子
３２ 端子嵌合部
３３ 筒状部
３４ 片
３４ａ 曲折部
３４ｂ 凸部
３５ 天井壁
３６ 底壁
４０ 電気接続構造
４３ 凸部
４７ 酸化膜
【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。しかしながら、銅を含む銅系基材は、放置しておくと、その表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性皮膜が形成されてしまうため、他の導体との接触時における接触抵抗値が高くなり、電気回路の誤作動等を引き起こすことがあった。
【０００３】
一方、このような絶縁性皮膜は、導電部材と他の導体との通電によって、破壊されることがあるが、例えば、電流値の低い発光ダイオード（ＬＥＤ）や信号用の回路では、通電による皮膜破壊がほとんど発生しない。このような場合、絶縁性皮膜が形成されると、接触抵抗値が高いままとなり、回路の動作が不安定となってしまう。
【０００４】
そこで、導電部材としては、他の導体と接触する接触部位に、鋭利な凸部を形成させたものが用いられている。このような導電部材は、他の導体との接触時に前記凸部の先端が、他の導体の表面に形成された絶縁性皮膜に圧接する。このため、前記絶縁性皮膜に大きな荷重が加えられ、前記絶縁性皮膜が破壊される。従って、鋭利な凸部を形成させた導電部材は、絶縁性皮膜を破壊でき、新生面を露出させることによって、電気的な接続を確保しうる。
【０００５】
このような導電部材としては、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１には、可動接点と固定接点とを備え、前記可動接点を移動させることによって、固定接点と接離可能なキースイッチであって、可動接点の、固定接点と接触する位置に、三角錐形状の突起物等を設けたものが記載されている。特許文献１に記載のキースイッチによれば、前記突起部が固定接点に形成された絶縁性皮膜を突き破ることが可能である旨が開示されている。
【０００６】
また、同様の導電部材としては、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２には、ケース内に植設された固定接点と、前記ケース内に上下動可能に収納された作動体と、前記固定接点に対向し、前記作動体の上下動に伴い固定接点と接離する可動接点とからなり、前記可動接点又は前記固定接点の少なくとも一方の表面に、一部が重なる複数の凹部を設けた車両用のスイッチが記載されている。また、前記凹部は、表面に複数の突起部が設けられたポンチを、前記固定接点又は可動接点に複数回押圧することによって形成されることが記載されている。特許文献２に記載の車両用のスイッチによれば、一部が重なった複数の凹部によって、接点表面に先端が鋭利で不均一な高さの複数の凸部が形成されているため、接点表面に形成された絶縁性皮膜を突き破ることが可能であることが開示されている。
【特許文献１】特開平８−２８７７６２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、電子機器の小型化等に伴って、導電部材と他の導体とが接触する接触部位の面積が狭くなっており、例えば、接触部位の直径が１ｍｍ以下となってきている。これに対して、特許文献１に記載のキースイッチや特許文献２に記載の車両用のスイッチにおける、固定接点と可動接点とが接触する領域は、比較的広い。
【０００８】
上記のような狭い領域の接触部位に、プレス加工等の機械的な加工によって、特許文献１や特許文献２に記載されているような、絶縁性皮膜を貫通することが可能な凸部を形成させることは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材、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】
本発明の一態様に係る導電部材は、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、ガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によれば、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜を前記接触部位に配置させることによって、
前記接触部位が狭い導電部材の場合であっても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる。このことは、他の導体の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、導電性が高い銅ガリウム系結晶が前記絶縁性皮膜を貫通して、他の導体の本体部分と直接接触することによる。すなわち、他の導体と良好な電気的な接続を図るために前記接触部位に機械的な加工を施すことにより凸部を形成させる必要がないので、前記接触部位の面積にかかわらず、他の導体と良好な電気的な接続を可能にする導電性皮膜を容易に形成できる。
【００１２】
また、前記銅ガリウム系結晶が、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液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、前記金属融液を前記基材の表面に塗布することにより、前記基材に含まれる銅と前記金属融液に含まれるガリウムとが固溶して、前記銅ガリウム系結晶が形成される。このため、他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を形成できる。さらに、接触部位の形状にかかわらず、前記銅ガリウム系結晶を形成できる。従って、他の導体と接触する接触部位が狭くても、接触部位が複雑な形状であっても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる。
【００１３】
前記銅ガリウム系結晶が、５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶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、前記基材の損傷を抑制しながら、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を充分に形成できる。従って、他の導体とより良好な電気的な接続を確保できる。
【００１４】
前記金属融液が、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。
【００１５】
前記銅ガリウム系結晶が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなることが、導電性が高い点から好ましい。
【００１６】
前記銅ガリウム系結晶が、正方晶又は立方晶であることが好ましい。このような形状の結晶であると、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通しやすい。
【００１７】
前記銅ガリウム系結晶の平均粒径が、１〜５μｍであることが好ましい。このような大きさの結晶であると、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通して、他の導体の新生面と通電しやすい。
【００１８】
また、本発明の他の一態様に係る端子は、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ものである。
【００１９】
この構成によれば、相手方端子の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、端子の接触部位に形成された前記銅ガリウム系結晶に、相手方端子を接触させ、荷重をかけると、相手方端子の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通することができる。このため、端子を相手方端子に嵌合したときに端子と相手方端子とを圧接させるばね力によって、前記銅ガリウム系結晶が絶縁性皮膜を容易に貫通する。この銅ガリウム系結晶による貫通によって、相手方端子の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、端子の銅ガリウム系結晶と相手方端子の本体部分とが直接接触するので、良好な電気的な接続を確保できる。
【００２０】
また、本発明の他の一態様に係る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金属を溶融した金属融液を塗布して当該ガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を備えることを特徴とするものである。
【００２１】
この構成によれば、前記金属融液を前記基材の表面に塗布することにより、前記基材に含まれる銅と前記金属融液に含まれるガリウムとが固溶して、前記銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜が形成される。このため、他の導体と接触する接触部位が狭くても、また、接触部位の形状にかかわらず、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を形成できる。従って、他の導体と接触する接触部位が狭くても、接触部位が複雑な形状であっても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材を容易に製造できる。
【００２２】
また、５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記銅ガリウム系結晶を形成させることが好ましい。この構成によれば、前記基材の損傷を抑制しながら、他の導体と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を充分に形成できる。従って、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材をより容易に製造できる。
【００２３】
また、前記皮膜形成工程は、前記金属融液を塗布した後に余剰の金属融液を除去する金属融液除去工程を備えることが好ましい。この構成によれば、余剰の金属融液を除去することによって、基材の表面に塗布する金属融液量を厳密に制御する必要がない。また、余剰の金属融液が、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、金属融液が接触してしまうことを防止できる。
【００２４】
また、本発明の他の一態様に係る端子の製造方法は、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、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ものである。この構成によれば、相手方端子の表面に絶縁性皮膜が形成されていたとしても、良好な電気的な接続を確保できる端子を容易に製造できる。さらに、端子の接触部位が狭くても、端子の接触部位の形状が複雑であったとしても容易に製造できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、他の導体と接触する接触部位が狭くても、他の導体と良好な電気的な接続を確保できる導電部材、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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施形態に係る導電部材について説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００２７】
本発明の実施形態に係る導電部材は、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、ガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とするものである。
【００２８】
図１は、本発明の実施形態に係る導電部材１０の接触部位を拡大して示す概略断面図であって、導電部材１０と電気的に接続させる他の導体１１とともに図示している。また、図１（ａ）は、導体１１と接触させる前の状態を示し、図１（ｂ）は、導体１１と接触させることによって、導電部材１０と導体１１と電気的に接続させた状態を示す。
【００２９】
導電部材１０は、銅系材料からなる基材１２と、銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜１３とを備える。また、前記導電部材１０と接触させて電気的に接続させる導体１１としては、例えば、銅系材料からなる基材１４が用いられる。
【００３０】
前記基材１２としては、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。銅合金の場合、銅以外に含有する成分としては、例えば、鉄、ケイ素、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、鉄、リン及びスズを含有する耐熱性の高い銅合金、スズ及びリンを含有するリン青銅、亜鉛を含有する黄銅等が挙げられる。また、前記基材１４としては、前記基材１２と同様の銅系材料からなっているものが挙げられる。
【００３１】
前記導電性皮膜１３は、銅とガリウムとを含む化合物からなり、銅ガリウム系結晶を含む。そして、前記導電性皮膜１３は、前記基材１２の表面全体に配置されていてもよいが、少なくとも導体１１と接触する接触部位を含む部分に配置されている。
【００３２】
一般的に、銅系材料からなる前記基材１４は、放置しておくと、特に高温等の過酷な環境に放置しておくと、その表面に酸化膜や硫化膜等の絶縁性皮膜１５が形成されてしまい、導電性を有する導電部材と単に接触させても、良好な電気的な接続が困難である。これに対して、本実施形態に係る導電部材１０を用いると、図１（ｂ）に示すように、導体１１に圧接させることによって、前記銅ガリウム系結晶の凸部１６が、導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を貫通できる。この銅ガリウム系結晶からなる凸部１６による貫通によって、導電性の高い銅ガリウム系結晶と、前記基材１２とが直接接触するので、良好な電気的な接続を確保できる。
【００３３】
また、銅ガリウム系結晶は、化学的に安定であるので、その表面に酸化膜等の絶縁性皮膜が形成されたとしても非常に薄い。よって、前記導体１１と接触させることによって、絶縁性皮膜を容易に破壊することができるので、銅ガリウム系結晶表面に形成される絶縁性皮膜は、電気的な接続をほとんど阻害しない。
【００３４】
従って、前記導電部材１０は、機械的な加工により鋭利な凸部を形成させる必要がないので、前記導体１１と接触する接触部位が狭くても、前記導体１１と良好な電気的な接続を確保できる。
【００３５】
前記銅ガリウム系結晶は、銅とガリウムとからなる結晶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１３は、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４からなる結晶を含むことが好ましい。
【００３６】
また、前記導電性皮膜１３は、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液を前記基材１２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１３は、前記基材１２に含まれる銅と前記金属融液に含まれるガリウムとが固溶して形成される前記銅ガリウム系結晶が含有される。このため、導体１１と接触する接触部位が狭くても、導体１１と良好な電気的な接続を確保するのに好適な前記銅ガリウム系結晶を形成できる。さらに、接触部位の形状にかかわらず、前記銅ガリウム系結晶を形成できる。なお、ここで形成される導電性皮膜１３は、Ｘ線回折法等により、銅とガリウムとを含み、ＣｕＧａ２が主成分であることが推定される。
【００３７】
また、前記基材１２の表面に塗布される金属融液の温度が高いほど、前記導電性皮膜１３中に前記銅ガリウム系結晶が多く形成される。よって、前記金属融液は、５０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましい。前記金属融液の温度が低すぎると、銅とガリウムとが固溶して、銅とガリウムとを含む化合物を形成できるが、銅とガリウムとの固溶がゆるやかに進行しすぎて、前記銅ガリウム系結晶が形成されにくい傾向がある。また、金属融液の温度が高いと、銅とガリウムとの種々の化合物が形成され、特に２５４℃を超えると、Ｃｕ３Ｇａ２，Ｃｕ５Ｇａ３等が形成され、ＣｕＧａ２が安定して得られない。よって、２５４℃以下であることが好ましい。また、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることがさらに好ましい。前記金属融液の温度が、ＣｕＧａ２を形成する温度であっても高すぎると、銅とガリウムとの固溶が急激に進行しすぎて、前記銅ガリウム系結晶が大きくなりすぎる傾向がある。前記銅ガリウム系結晶が大きくなりすぎると、隣り合って形成された前記銅ガリウム系結晶の間に存在する、銅と固溶しなかった金属融液を除去しにくくなる。金属融液を塗布する際に温度を維持するために基材を金属融液と同温に加熱することが好ましい。
【００３８】
また、前記銅ガリウム系結晶が、正方晶又は立方晶であることが好ましい。このような形状の結晶であると、導電性皮膜１３に凸部１６が形成されやすく、前記導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を貫通しやすい。
【００３９】
また、前記銅ガリウム系結晶の平均粒径が、１〜５μｍであることが好ましい。前記銅ガリウム系結晶が小さすぎると、導電性皮膜１３に形成される凸部１６が小さく、前記導体１１の表面に形成されている絶縁性皮膜１５を充分に貫通できない傾向がある。また、前記銅ガリウム系結晶が大きすぎると、隣り合って形成された前記銅ガリウム系結晶の間に存在する、銅と固溶しなかった金属融液を除去しにくくなる。
【００４０】
次に、導電部材１０の製造方法について説明する。
【００４１】
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。
【００４２】
そして、得られた銅系基材の表面に、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液を塗布する。そうすることによって、銅系基材の表面に、前記銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜が形成される。また、前記形状加工を施す前に、前記銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜を形成させ、その後、前記形状加工を施してもよい。
【００４３】
前記金属融液は、ガリウムを含む金属を溶融したものであればよい。前記金属融液の金属としては、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。
【００４４】
また、前記金属融液は、上記の理由により、５０℃以上であることが好ましく、７０℃以上であることがより好ましい。また、２５４℃以下であることが好ましく、２００℃以下であることがより好ましく、１５０℃以下であることがさらに好ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
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、銅と固溶して、前記銅ガリウム系結晶や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、前記金属融液として、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、基材表面に金属融液を塗布する際や余剰の金属融液を除去する際に、金属融液が基材への接触等によって、金属融液の温度が部分的に低下しても、液体状態を保つことができるので好ましい。
【００４７】
前記金属融液の塗布方法は、特に限定されず、どのような塗布方法で採用できる。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。
【００４８】
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に含まれる銅ガリウム系結晶の大きさや形状等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、５〜１５分間であることが好ましい。そうすることによって、前記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。
【００４９】
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備えることが好ましい。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融液を拭き取る工程、酸洗等によって余剰の金属融液を除去する工程、高圧ガス又は液剤を吹き付ける工程等が挙げられる。
【００５０】
以下、本発明に係る導電部材を用いた例示として、下記実施形態に係る端子について説明するが、本発明に係る導電部材は、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、高温や排気ガス等の雰囲気ガスにより、酸化や硫化が起こりやすい過酷な状態で使用される車両用の電気回路部品やコネクタ等の小電流の回路に、本発明に係る導電部材を用いると、安定した導通が得られ、好ましい。
【００５１】
次に、本発明の実施形態に係る端子の一例について説明する。この端子は、前記導電部材を用いた端子であり、雄端子と雌端子とが嵌合可能な端子対であって、雄端子及び雌端子のいずれか一方が、前記導電部材を用いた端子であってもよいし、雄端子及び雌端子の両方が、前記導電部材を用いた端子であってもよい。
【００５２】
図２は、本発明の実施形態に係る端子からなる端子対２０を示す概略断面図である。前記端子対２０は、雄端子２１と雌端子３１とから構成される。なお、図２は、前記端子対２０の雄端子２１と雌端子３１とが嵌合した嵌合状態を示す。
【００５３】
前記雄端子２１は、挿入部２２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２１は、相手方端子である雌端子３１に挿入（挿嵌）する部材である。挿入部２２の形状は、雌端子３１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。
【００５４】
前記雌端子３１は、挿入部２２が挿入（挿嵌）される端子嵌合部３２と、雄端子２１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。
【００５５】
端子嵌合部３２は、雌型であり、筒状部３３とばね片３４とを備える。筒状部３３は、雌端子３１の相手方端子である雄端子２１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３５（図２では上面）、底壁３６（図２では下面）及び図略の側壁を備えている。
【００５６】
ばね片３４は、筒状部３３の内側に、天井壁３５に近接する方向（図２では斜め上方）に向かって傾斜しつつ、筒状部３３の開口先端（底壁３６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３４ａを経て、底壁３６に近接する方向（図２では斜め下方）に向かって傾斜しつつ、曲折部３４ａから前方に向かって延設され、さらに、底壁３６の近傍で曲折して天井壁３５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３４は、筒状部３３の開口先端と曲折部３４ａとの間で、天井壁３５に近接する方向に凸部３４ｂが形成されている。このように構成されることで、雄端子２１の挿入部２２が、端子嵌合部３２に挿嵌された際、この挿入部２２とばね片３４の凸部３４ｂとが接触して、ばね片３４は、凸部３４ｂが下方に沈むように弾性変形する。このばね片３４の弾性変形に基づく弾発力により、挿入部２２がばね片３４によって上方に押圧される。その結果、天井壁３５とばね片３４の凸部３４ｂとで挿入部２２が狭持され、電気的な接続がなされる。
【００５７】
次に、雄端子２１及び雌端子３１の構成について説明する。ここでは、雄端子２１及び雌端子３１のいずれもが、前記導電部材を用いた端子である場合について説明するが、雄端子２１及び雌端子３１のいずれかが、前記導電部材を用いた端子であってもよい。
【００５８】
雄端子２１及び雌端子３１は、銅系基材と、導電性皮膜とを備える。この導電性皮膜は、前記導電部材１０の導電性皮膜１３と同様である。また、雄端子２１の場合、導電性皮膜は、雄端子２１と雌端子３１とが嵌合したときに、ばね片３４の凸部３４ｂと接触する位置及び天井壁３５と接触する位置（接触部位）を含む部分に形成されている。また、雌端子３１の場合、導電性皮膜は、雄端子２１と雌端子３１とが嵌合したときに、雄端子２１の挿入部２２と接触する位置（接触部位）を含む部分に形成されている。従って、雄端子２１及び雌端子３１は、少なくとも接触部位を含む部分に前述の導電性皮膜が形成されており、図２に示す端子対２０は、雄端子２１の導電性皮膜と雌端子３１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形成されていればよく、雄端子２１と雌端子３１との表面全面を被覆していてもよい。
【実施例】
【００５９】
以下に、本発明について、実施例を挙げて説明する。
【００６０】
［実施例Ａ］
まず、前記銅ガリウム系結晶を形成させた導電部材の効果について検討した。
【００６１】
（実施例）
実施例１では、図３に示すような電気接続構造４０を製造し、後述の評価を行った。図３は、実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造４０の概略断面図を示す。図３に示す電気接続構造４０は、導電部材４１と導体４２とから構成されている。導電部材４１及び導体４２は、以下のように製造した。
【００６２】
まず、鉄０．１質量％、リン０．０３質量％、スズ２質量％含有する銅合金からなる２枚の基材４４，４５を用意した。
【００６３】
一方の基材４４を、プレス加工により、直径１ｍｍの半球状の凸部４３を形成した。そして、このプレス加工した基材４４を希塩酸で洗浄して、表面の酸化膜等の絶縁性皮膜を除去した。その後、約１１０℃に加熱したガリウム融液を塗布した。そして、表面に残存しているガリウム融液を、不織布で拭き取り、さらに、希塩酸で表面を洗浄して、基材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４４の表面上に銅ガリウム系結晶を含有する導電性皮膜４６が形成された導電部材４１が得られた。
【００６４】
次に、もう一方の基材４５を、大気中で１８０℃４時間熱処理した。そうすることによって、厚み７０〜８０ｎｍの酸化膜４７が形成された導体４２が得られた。
【００６５】
そして、得られた導電部材４１と導体４２とを、図３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４０が得られた。なお、導体４２と接触する導電部材４１の凸部４３の部位が、導電部材４１の接触部位（接点）である。
【００６６】
（比較例）
上記導電部材４１の代わりに、ガリウム融液を塗布していない基材４４を用いること以外、実施例と同様である。
【００６７】
実施例に係る電気接続構造４０は、０．２Ｎの荷重を加えて、接触抵抗値を測定すると、０．１Ω以下であった。これに対して、比較例に係る電気接続構造は、接触抵抗値を測定すると、５Ｎの荷重を加えても、１ｋΩ以上であり、導通しなかった。このことは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察することによっても説明できる。図４は、本実施例に係る導電部材を圧接した後の酸化膜のＳＥＭによる１０,０００倍の拡大写真である。なお、写真下部の白線は１μｍの長さを表す。図４には、導電部材表面に形成されている銅ガリウム系結晶が酸化膜を貫通することによって形成された凹部が確認できる。
【００６８】
［実施例Ｂ］
次に、基材に塗布するガリウム融液の温度の影響について検討した。
【００６９】
ガリウム融液の温度を代えたこと以外、上記実施例Ａの実施例と同様である。
【００７０】
図５は、導電部材の接触抵抗値に対するガリウム融液の温度による影響を示すグラフである。なお、接触抵抗値は、５Ｎの荷重を加えたときの接触抵抗値である。図５からわかるように、ガリウム融液の温度が５０℃以上、接触抵抗値が低くなり、特に７０℃以上であると、０．１ｍΩ以下となり、良好な電気的な接続が確保できる。
【００７１】
このことは、種々の温度のガリウム融液を用いて製造した導電部材を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察することによっても説明できる。図６は、導電部材のＳＥＭによる５，０００倍の拡大写真である。なお、写真下部の白線は５μｍの長さを表し、図６（ａ）は、ガリウム融液の温度が３０℃である場合を示し、図６（ｂ）は、ガリウム融液の温度が５０℃である場合を示し、図６（ｃ）は、ガリウム融液の温度が１００℃である場合を示し、図６（ｄ）は、ガリウム融液の温度が１５０℃である場合を示す。
【００７２】
図６からわかるように、ガリウム融液の温度が高くなるにしたがって、銅ガリウム系結晶が大きくなる。そして、５０℃以上の場合には、銅ガリウム系結晶が明確に確認できる。
【００７３】
［実施例Ｃ］
ガリウム融液の代わりに、Ｇａ６２．５質量％、Ｉｎ２１．５質量％、Ｓｎ１６質量％からなる合金を溶融して得られた金属融液を用いたこと以外、実施例Ａの実施例と同様である。
【００７４】
実施例Ｃの実施例に係る電気接続構造４０は、５Ｎの荷重を加えて、接触抵抗値を測定すると、０．７ｍΩであった。また、金属融液の温度を２８℃にして得られた電気接続構造４０は、５Ｎの荷重を加えて、接触抵抗値を測定すると、１．４ｍΩであった。
【００７５】
したがって、ガリウム合金からなる金属融液を用いても、本発明に係る導電部材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施形態に係る導電部材１０の接触部位を拡大して示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る端子からなる端子対２０を示す概略断面図である。
【図３】実施例に係る導電部材を用いた電気接続構造４０の概略断面図を示す。
【図４】導電部材を圧接した後の酸化膜表面のＳＥＭによる１０，０００倍の 拡大写真である。
【図５】導電部材の接触抵抗値に対するガリウム融液の温度による影響を示すグラフである。
【図６】導電部材のＳＥＭによる５，０００倍の拡大写真である。
【符号の説明】
【００７７】
１０，４１ 導電部材
１１，４２ 導体
１２，１４，４４，４５ 基材
１３，４６ 導電性皮膜
１５ 絶縁性皮膜
１６ 凸部
１７ 新生面
２０ 端子対
２１ 雄端子
２２ 挿入部
３１ 雌端子
３２ 端子嵌合部
３３ 筒状部
３４ 片
３４ａ 曲折部
３４ｂ 凸部
３５ 天井壁
３６ 底壁
４０ 電気接続構造
４３ 凸部
４７ 酸化膜
【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、ガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とする導電部材。
【請求項２】
前記銅ガリウム系結晶が、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液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に記載の導電部材。
【請求項３】
前記銅ガリウム系結晶が、５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成されたものである請求項２に記載の導電部材。
【請求項４】
前記金属融液が、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２又は請求項３に記載の導電部材。
【請求項５】
前記銅ガリウム系結晶が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電部材。
【請求項６】
前記銅ガリウム系結晶が、正方晶又は立方晶である請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電部材。
【請求項７】
前記銅ガリウム系結晶の平均粒径が、１〜５μｍである請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電部材。
【請求項８】
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１〜７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９】
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金属を溶融した金属融液を塗布して当該ガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を備えることを特徴とする導電部材の製造方法。
【請求項１０】
５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記銅ガリウム系結晶を形成させる請求項９に記載の導電部材の製造方法。
【請求項１１】
前記皮膜形成工程は、前記金属融液を塗布した後に余剰の金属融液を除去する金属融液除去工程を備える請求項９又は請求項１０に記載の導電部材の製造方法。
【請求項１２】
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９〜１１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、ガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成され、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含むことを特徴とする導電部材。
【請求項２】
前記銅ガリウム系結晶が、ガリウムを含む金属を溶融した金属融液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に記載の導電部材。
【請求項３】
前記銅ガリウム系結晶が、５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅との固溶により形成されたものである請求項２に記載の導電部材。
【請求項４】
前記金属融液が、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２又は請求項３に記載の導電部材。
【請求項５】
前記銅ガリウム系結晶が、ＣｕＧａ２及びＣｕ９Ｇａ４の少なくとも一方からなる請求項１〜４のいずれか１項に記載の導電部材。
【請求項６】
前記銅ガリウム系結晶が、正方晶又は立方晶である請求項１〜５のいずれか１項に記載の導電部材。
【請求項７】
前記銅ガリウム系結晶の平均粒径が、１〜５μｍである請求項１〜６のいずれか１項に記載の導電部材。
【請求項８】
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１〜７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９】
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金属を溶融した金属融液を塗布して当該ガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記他の導体の表面に形成されている絶縁性皮膜を貫通可能な形状を有する銅ガリウム系結晶を含む導電性皮膜を形成する皮膜形成工程を備えることを特徴とする導電部材の製造方法。
【請求項１０】
５０〜２５４℃に加熱した前記金属融液に含まれるガリウムと前記基材に含まれる銅とを固溶させることにより、前記銅ガリウム系結晶を形成させる請求項９に記載の導電部材の製造方法。
【請求項１１】
前記皮膜形成工程は、前記金属融液を塗布した後に余剰の金属融液を除去する金属融液除去工程を備える請求項９又は請求項１０に記載の導電部材の製造方法。
【請求項１２】
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９〜１１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５】
【図４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２９９１１３（Ｐ２００９−２９９１１３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５３３６６（Ｐ２００８−１５３３６６）
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【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１２月２４日（２００９．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１１日（２００８．６．１１）
【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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