JP5261278B2 - Connectors and metal materials for connectors - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オス端子、メス端子を含んで構成される電気電子部品用のコネクタ、およびこのコネクタに用いられる、オス端子、メス端子の接触部などに好適なコネクタ用金属材料に関する。 The present invention relates to a connector for an electric / electronic component including a male terminal and a female terminal, and a metal material for a connector suitable for a contact portion of the male terminal and the female terminal used in this connector.
たとえば、自動車等の電線の接続に用いられるコネクタには、一般に、銅（Ｃｕ）合金などの導電性基体（以下、適宜、基体と記す。）上に錫（Ｓｎ）、錫合金などの金属被覆層を設けたオス端子とメス端子が使用されている。オス端子およびメス端子は、それぞれハウジングに収容されてそれぞれオスコネクタ、メスコネクタとして構成されている。オス端子およびメス端子の材料として用いられる、Ｃｕ、Ｃｕ合金などの導電性基体上にＳｎ、Ｓｎ合金などの金属被覆層をめっきなどにより設けた金属材料は、基体の優れた導電性と強度、および金属被覆層の優れた電気接続性と耐食性とはんだ付け性を備えた高性能導体として知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この金属材料は、通常、亜鉛（Ｚｎ）などの基体の合金成分（以下、適宜、基体成分と記す。）が前記金属被覆層に拡散するのを防止するため、基体上にバリア機能を有するニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）などの下地層がめっきなどにより形成される。 For example, a connector used for connecting an electric wire of an automobile or the like is generally coated with a metal such as tin (Sn) or tin alloy on a conductive substrate (hereinafter referred to as a substrate as appropriate) such as a copper (Cu) alloy. Male and female terminals with layers are used. The male terminal and the female terminal are respectively housed in a housing and configured as a male connector and a female connector, respectively. A metal material provided with a metal coating layer such as Sn or Sn alloy on a conductive substrate such as Cu or Cu alloy, which is used as a material for a male terminal and a female terminal, is excellent in conductivity and strength of the substrate. In addition, it is known as a high-performance conductor having excellent electrical connectivity, corrosion resistance, and solderability of a metal coating layer (see, for example, Patent Documents 1 and 2). This metal material is generally nickel having a barrier function on the substrate in order to prevent the alloy component of the substrate such as zinc (Zn) (hereinafter, appropriately referred to as a substrate component) from diffusing into the metal coating layer. An underlayer such as (Ni), cobalt (Co), or iron (Fe) is formed by plating or the like.
自動車のエンジンルーム内などの高温環境下では、端子表面のＳｎ等の金属被覆層はＳｎが易酸化性のため表面に酸化皮膜が形成されるが、この酸化皮膜は脆いため端子接続時に破れて、その下の金属被覆層中の未酸化のＳｎが露出して良好な電気接続性が得られる。 In high-temperature environments such as in the engine room of automobiles, the metal coating layer such as Sn on the surface of the terminal has an oxide film formed on the surface because Sn is easily oxidizable. The unoxidized Sn in the underlying metal coating layer is exposed to obtain good electrical connectivity.
ところで近年、電子制御化が進む中でコネクタが多極化したため、オスコネクタの端子群とメスコネクタの端子群を挿抜する際に多大な力が必要になり、特に、自動車のエンジンルーム内などの狭い空間では挿抜作業が困難である。多極化は、特に小型端子を配したコネクタで求められており、オス端子のタブ幅にして１．０ｍｍや０．６４ｍｍの端子に対して強く要求されている。
そこで、組み付け作業の負荷低減の観点より、挿入力を小さくすることが求められている。挿入力が高いと、組み付けの作業者の作業負荷を軽減するため、てこの原理を使った設備を導入せねばならなかった。
一方、挿入力の低下はメス端子の接触荷重を低下させることで実現できる。しかし、接触荷重を低下させると、振動や温度変化を受けた場合、接点では微摺動磨耗が起こり、極めて少ない摺動回数で電気抵抗値が上昇してしまう現象、すなわちフレッティング現象が発生する。これを回避するよう従来は高い接触荷重のメス端子が使われてきており、組み付け作業に要求される低挿入力端子は実現できていなかった。
By the way, in recent years, as the number of connectors has increased due to the progress of electronic control, a great deal of force is required to insert and remove the male connector terminal group and the female connector terminal group, particularly in a narrow space such as in an automobile engine room. Then, it is difficult to insert and remove. Multipolarization is particularly required for connectors having small terminals, and is strongly required for terminals having a male tab width of 1.0 mm or 0.64 mm.
Therefore, it is required to reduce the insertion force from the viewpoint of reducing the load of assembly work. When the insertion force was high, equipment that used the principle of leverage had to be introduced to reduce the workload of the assembly operator.
On the other hand, the reduction of the insertion force can be realized by reducing the contact load of the female terminal. However, if the contact load is reduced, when contacted with vibration or temperature, the contact will experience slight sliding wear, and the electrical resistance value will increase with a very small number of sliding cycles, that is, the fretting phenomenon will occur. . Conventionally, female terminals with high contact load have been used to avoid this, and low insertion force terminals required for assembly work have not been realized.
前記フレッティング現象を防止するため、基材上に、フレッティング現象が起き難い硬質のＣｕ６Ｓｎ５などのＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層を形成する方法（例えば、特許文献３、４参照）が提案されたが、この方法はＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層にＣｕなどの基材成分が大量に拡散してＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層が脆化する場合があるという問題があった。 In order to prevent the fretting phenomenon, a method of forming a Cu—Sn intermetallic compound layer such as hard Cu 6 Sn 5 that hardly causes the fretting phenomenon on a substrate (for example, see Patent Documents 3 and 4). Although proposed, this method has a problem that a substrate component such as Cu diffuses in a large amount in the Cu—Sn intermetallic compound layer and the Cu—Sn intermetallic compound layer may become brittle.
前記基体とＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層間にＮｉ層を設けて基体成分の拡散を防止した金属材料（例えば、特許文献７参照）はＮｉ層とＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層間にＳｎ層もＣｕ層も存在しないため、その製造を、基体上にＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎをこの順に層状にめっきし、これを熱処理して行う際に、めっき積層体のめっき厚みをＣｕとＳｎの化学量論比を踏まえて厳密に設計し、かつその熱処理を徹底した管理のもとで行う必要があり、製造に多大な労力を要した。 The metal material (for example, refer to Patent Document 7) in which the Ni layer is provided between the base and the Cu—Sn intermetallic compound layer to prevent the base component from diffusing (see, for example, Patent Document 7), the Sn layer and the Cu layer are interposed between the Ni layer and the Cu—Sn intermetallic compound layer. Therefore, the production is carried out by plating Ni, Cu, and Sn in this order on the substrate and heat-treating this, and the plating thickness of the plated laminate is set to the stoichiometric ratio of Cu and Sn. It was necessary to design with strict design and perform the heat treatment under thorough management, and much labor was required for manufacturing.
さらに、基材上に、硬質のＣｕ６Ｓｎ５などのＣｕ−Ｓｎ金属間化合物層を形成し、その表面の一部にＳｎの塊が付着したような構造（例えば、特許文献５参照）も提案されているが、このＳｎの塊は軟質のため端子の接触面間にフレッティング現象が起きるという点では、前述の特許文献１、２の技術と実質的な差異はない。
また、コネクタ小型化及び接続の高密度化に対し、端子同士を接続する際の挿入力を小さくするために、低挿入力化を図り、低接触抵抗と低挿入力とを兼備する端子として、挿入時の接触荷重が２５ＮのＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎの３層めっき端子がある（例えば、特許文献６参照）。しかし、フレッティング現象を回避する技術には至っていなく、さらにより低い接触荷重域については検討されていない。
Further, a structure in which a Cu-Sn intermetallic compound layer such as hard Cu 6 Sn 5 is formed on a base material and a Sn lump is attached to a part of the surface (for example, see Patent Document 5). Although proposed, since the Sn mass is soft, there is no substantial difference from the techniques of Patent Documents 1 and 2 described above in that a fretting phenomenon occurs between the contact surfaces of the terminals.
In addition, in order to reduce the insertion force when connecting the terminals to each other for miniaturizing the connector and increasing the connection density, the terminal has a low insertion force and has a low contact resistance and a low insertion force. There is a Ni—Cu—Sn three-layer plated terminal with a contact load of 25 N during insertion (see, for example, Patent Document 6). However, the technology to avoid the fretting phenomenon has not been reached, and even lower contact load areas have not been studied.
さらに、挿入力の小さな多ピンコネクタで、高温でも接触抵抗の増大が無く、把持力が変化せず、振動により外れることのない安定した装着を確保できるコネクタとして、ＮｉとＳｎを主成分とする溝により粒状区画に区切られた構造を有する拡散合金層を持つＳｎめっきの薄板が提案されている（例えば、特許文献７）。しかし、製造法は容易ではなく、フレッティング防止が十分か否かは開示されていない。 Furthermore, it is a multi-pin connector with a small insertion force, which does not increase contact resistance even at high temperatures, does not change the gripping force, and has Ni and Sn as the main components as a connector that can ensure a stable mounting that does not come off due to vibration. An Sn-plated thin plate having a diffusion alloy layer having a structure divided into granular sections by grooves has been proposed (for example, Patent Document 7). However, the manufacturing method is not easy, and it is not disclosed whether fretting prevention is sufficient.
以上記載したように、フレッティング発生と低挿入力端子はトレードオフの関係にある。従来のＳｎめっきでは、フレッティングを抑制するには高い接触荷重が必要であり、逆に接触荷重を小さくして低挿入力端子を作ってもフレッティングによる故障のため信頼性のある電気特性を得ることができなかった。
そこで、本発明は、製造が容易で、オス端子、メス端子から構成される低挿入力で接続可能でありながら、しかもフレッティングを抑制することができ電気接続性の安定したコネクタ、およびこのコネクタのオス端子、メス端子の接触部などに好適な金属材料を提供することを目的とする。
As described above, the occurrence of fretting and the low insertion force terminal are in a trade-off relationship. In conventional Sn plating, a high contact load is required to suppress fretting, and conversely, even if a low insertion force terminal is made by reducing the contact load, a reliable electrical characteristic is obtained due to a fretting failure. Couldn't get.
Therefore, the present invention is a connector that is easy to manufacture and can be connected with a low insertion force composed of a male terminal and a female terminal, while suppressing fretting, and a connector with stable electrical connectivity, and this connector An object of the present invention is to provide a metal material suitable for a contact portion of a male terminal and a female terminal.
上記課題は、以下の手段により達成される。すなわち、本発明は、
（１）オス端子を有するオスコネクタと、接触荷重が０．５〜３Ｎであるメス端子を有するメスコネクタとが互いに接続可能に構成されているコネクタであって、前記オス端子および前記メス端子の少なくとも一方の最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料により形成されていることを特徴とするコネクタ、
（２）前記（１）に記載のコネクタにおいて、オス端子の最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料により形成されていることを特徴とするコネクタ、
（３）オス端子を有するオスコネクタと、接触荷重が０．５〜３Ｎであるメス端子を有するメスコネクタとが互いに接続可能に構成されるコネクタであって、前記オス端子および前記メス端子の少なくとも一方の接触部分の最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料により形成されていることを特徴とするコネクタ、
（４）前記（３）に記載のコネクタにおいて、オス端子の接触部分の最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料により形成されていることを特徴とするコネクタ、および、
（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載のコネクタに使用される金属材料であって、最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層であることを特徴とするコネクタ用金属材料、
を提供するものである。
なお、本発明において「最表面」とは「最表層」と同じ意味である。
The above-mentioned subject is achieved by the following means. That is, the present invention
(1) A connector configured such that a male connector having a male terminal and a female connector having a female terminal with a contact load of 0.5 to 3N are connectable to each other, and the male terminal and the female terminal A connector characterized in that at least one outermost surface is formed of a metal material which is a Sn layer having a thickness of 0.25 μm or less;
(2) In the connector according to (1), the outermost surface of the male terminal is formed of a metal material that is an Sn layer having a thickness of 0.25 μm or less,
(3) A connector configured such that a male connector having a male terminal and a female connector having a female terminal having a contact load of 0.5 to 3N are connectable to each other, and at least of the male terminal and the female terminal A connector characterized in that the outermost surface of one contact portion is formed of a metal material which is an Sn layer having a thickness of 0.25 μm or less;
(4) In the connector according to (3), the outermost surface of the contact portion of the male terminal is formed of a metal material that is an Sn layer having a thickness of 0.25 μm or less, and
(5) A metal material used for the connector according to any one of (1) to (4), wherein the outermost surface is a Sn layer having a thickness of 0.25 μm or less. Metal material,
Is to provide.
In the present invention, “outermost surface” has the same meaning as “outermost layer”.
本発明のコネクタは、適正な厚みのＳｎ層を備えた端子材を用いた上で、接触荷重が０．５〜３Ｎのメス端子と、オス端子を組んだものであるため、低挿入力とフレッティング抑制を両立した端子をもつコネクタである。そして、組み付け作業時の作業負荷の低減、ならびに、組み付けたオスメス端子の電気的な接続信頼性が維持されている。 Since the connector of the present invention is a combination of a female terminal having a contact load of 0.5 to 3N and a male terminal after using a terminal material having an Sn layer with an appropriate thickness, a low insertion force and It is a connector with terminals compatible with fretting suppression. And reduction of the work load at the time of an assembly | attachment operation | work and the electrical connection reliability of the assembled male-female terminal are maintained.
また、オス端子または前記メス端子の少なくとも一方の端子表面すべて、あるいは少なくとも接触部分のみが、最表面の厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料により形成されるコネクタであるので、表面硬度の不均一化により相手材との当接圧力を局部的に高めることができ、導通を確実に確保し、電気抵抗を低く抑えることができる。
さらに、本発明のコネクタ用金属材料は、上記のような特性を有するコネクタを容易に形成することができる。
In addition, since the entire surface of at least one of the male terminal or the female terminal, or at least the contact portion, is a connector formed of a metal material that is an Sn layer having an outermost thickness of 0.25 μm or less, Due to the non-uniformity, the contact pressure with the mating member can be locally increased, electrical conduction can be reliably ensured, and the electrical resistance can be kept low.
Furthermore, the metal material for a connector of the present invention can easily form a connector having the above characteristics.
本発明のコネクタは、オス端子を有するオスコネクタと、メス端子を有するメスコネクタとが互いに接続可能に構成されているコネクタであって、オス端子およびメス端子の少なくとも一方の最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層であり、メス端子の接触荷重が０．５〜３Ｎ、である金属材料により形成されたものである。オス端子を有するオスコネクタは、一般に１つ以上のオス端子がハウジング（図示せず）に収容されて構成される。メス端子を有するメスコネクタについても同様に、一般に１つ以上のメス端子がハウジング（図示せず）に収容されて構成される。コネクタに関する事項は、本発明においては一般的事項であるため、図示および詳細な説明は割愛する。 The connector of the present invention is configured so that a male connector having a male terminal and a female connector having a female terminal can be connected to each other, and the outermost surface of at least one of the male terminal and the female terminal has a thickness of 0. It is an Sn layer of 25 μm or less, and is formed of a metal material having a contact load of the female terminal of 0.5 to 3N. A male connector having a male terminal is generally configured by housing one or more male terminals in a housing (not shown). Similarly, a female connector having a female terminal is generally configured by housing one or more female terminals in a housing (not shown). Since the matters relating to the connector are general matters in the present invention, illustration and detailed description thereof are omitted.
また、上記金属材料は、例えば導電性基材に、主にＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎなどの元素をめっき処理することにより好適に作成されるものである。また、それらのめっき種、めっき厚構成、熱処理の有無、熱処理有りの場合の熱処理温度の時間、ならびに冷却の有無、冷却有りの場合の冷却時間等は、総合的な製造コスト、ならびに使用される部位における要求の品質に応じて適宜設定されるものである。 Moreover, the said metal material is suitably produced, for example by plating mainly elements, such as Ni, Cu, Sn, on an electroconductive base material. The plating type, plating thickness configuration, presence / absence of heat treatment, time of heat treatment temperature with heat treatment, and presence / absence of cooling, cooling time with cooling, etc. are used as a total manufacturing cost and It is appropriately set according to the required quality of the part.
図１は、本発明の一実施態様のコネクタのオス端子１０を示す斜視図である。オス端子１０は、メス端子２０との接続部分であるタブ１１と、電線との圧着を行う圧着部分であるワイヤバレル１２とを備える。タブ１１は平板状に形成され、その上面および下面はそれぞれ平滑な面に仕上げられている。基板に配備したオスコネクタの場合には、角線、あるいは板をプレス成形した形態であることが多い。
FIG. 1 is a perspective view showing a
また、図２は、本発明の一実施態様のコネクタのメス端子２０の内部構造を示す斜視図である。この図１に示すオス端子１０と図２に示すメス端子２０は、互いに接続可能なもので、コネクタを構成する。図２において、メス端子２０のオス端子１０との接続部分は、中空の箱形状であり、舌片２１、ディンプル２２およびビード２３とをその内部に備えている。
ディンプル２２は、舌片２１の上部に設けられた凸状の部材であり、オス端子１０との接続時には、タブ１１の下面と点接触する。舌片２１は、接点圧力即ちディンプル２２をタブ１１に押付ける圧力を作用させるバネとしての機能を有している。また、ビード２３も凸状の部材であり、タブ１１の上面と接触し、当該ディンプル２２がタブ１１に及ぼす接点圧力を受ける。
FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the female terminal 20 of the connector according to one embodiment of the present invention. The
The
オス端子１０およびメス端子２０の少なくとも一方の、少なくとも一部分は、最表面が厚み０．２５μｍ以下、好ましくは０．１５μｍ以下、さらに好ましくは０．１０μｍ以下で、特に限定するものではないが０．０１μｍ以上のＳｎ層である金属材料で形成されている。オス端子１０および／またはメス端子２０の一部のみが上記金属材料で形成されていなくてもよく、その場合、少なくとも一方の接触部分が上記金属材料で形成されていていることが好ましい。
オス端子１０とメス端子２０のどちらか一方の最表層が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料で形成されている場合には、メス端子２０のみＳｎ層を有するものより、オス端子１０のみＳｎ層であることが好ましく、オス端子１０とメス端子２０両方とも厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層であることがさらに好ましい。
なお、本発明において、金属材料の最表層の状態は、金属材料がコネクタとして使用される場合には、コネクタとして初期状態のものを意味するものである。
At least a part of at least one of the
When the outermost layer of either the
In the present invention, the state of the outermost layer of the metal material means that in the initial state as the connector when the metal material is used as a connector.
オス端子１０をメス端子２０に接続する際には、図３の概略断面図に示すように、タブ１１を舌片２１とビード２３との間隙に挿入する。このとき、ビード２３がタブ１１の上面に摺接すると共に、ディンプル２２がタブ１１の下面に摺接する。そして、タブ１１を完全に挿入すると、ビード２３及びディンプル２２がそれぞれタブ１１に接触した状態で、タブ１１がそれらの間に圧接保持され、これによりオス端子１０及びメス端子２０間の電気的接続がなされる構成となっている。
When the
このように接続がなされるに際には、オス端子１０側については、そのタブ１１の上面および下面が接触部分となっている。一方、メス端子２０側については、そのディンプル２２およびビード２３が接触部分となっている。
なお、本発明で接触部分とは、オス端子をメス端子に挿入する時、メス端子のディンプル、およびビードとオス端子のタブとが接する面、ならびに、オス端子をメス端子に挿入した後、メス端子のディンプル、およびビードとオス端子のタブとが接する面の両者を指す。
When the connection is made in this manner, the upper surface and the lower surface of the
In the present invention, the contact portion means that when the male terminal is inserted into the female terminal, the dimple of the female terminal, the surface where the bead and the tab of the male terminal are in contact, and the female terminal after the male terminal is inserted into the female terminal. It refers to both the dimples of the terminal and the surface where the bead and the tab of the male terminal are in contact.
また、オス端子１０とメス端子２０との間で表面の硬さに差がある場合、軟らかい方がけずれ易くなり、そのけずれ量が小さくなるほど挿入力が小さくなる。このことを考慮すると、接続時におけるオス端子、メス端子それぞれの接触部分の軌跡に対応して接触面積の大きい側の材料を固くすることが好ましい。これにより、コネクタ挿抜抵抗を低減するとともに、コネクタ組立時において必要な挿入力を低減し、組立作業の作業効率を向上し作業員の疲労を低減することが可能となる。
Moreover, when there is a difference in surface hardness between the
本発明の好ましい態様のコネクタにおいては、互いに接続可能なオス端子およびメス端子を備え、前記オス端子または前記メス端子の一方の端子表面すべて、あるいは少なくとも接触部分のみが、最表面が厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層である金属材料により形成され、前記オス端子または前記メス端子の他方の少なくとも接触部分が、最表面がＳｎ層である金属材料により形成されているものである。オス端子では、接触部が平板状のため、フレッティング、ならびに高い挿入力の原因である純Ｓｎ層が広い面積で形成される恐れがあり、一方、メス端子の場合は、接触部が半球状のため、その面積は小さくなる。そのため、好ましくは、上記の最表面がオス端子は０．２５μｍ以下のＳｎ層で、メス端子ではＳｎ層である。
この態様のコネクタでは、接続時におけるオス端子、メス端子それぞれの接触部分の軌跡を考慮し、前記接触部分の接触面積が大きくなる側としての表面が硬い方の端子がオス端子であり、前記接触部分の接触面積が小さくなる側としての表面が柔らかい方の端子がメス端子であることにより、接触面積が大きくなる側の表面の（単位面積あたりの）けずれ量が小さくなり、挿入力低減効果が大きくなる。
The connector according to a preferred aspect of the present invention includes a male terminal and a female terminal that can be connected to each other, and the entire surface of one of the male terminals or the female terminals, or at least only the contact portion, has an outermost thickness of 0.25 μm. It is formed of a metal material which is the following Sn layer, and at least the other contact portion of the male terminal or the female terminal is formed of a metal material whose outermost surface is an Sn layer. In the case of a male terminal, since the contact portion is flat, fretting and a pure Sn layer that causes high insertion force may be formed in a wide area. On the other hand, in the case of a female terminal, the contact portion is hemispherical. Therefore, the area becomes small. Therefore, preferably, the outermost surface is a Sn layer having a male terminal of 0.25 μm or less, and the female terminal is a Sn layer.
In the connector of this aspect, in consideration of the trajectory of each contact portion of the male terminal and the female terminal at the time of connection, the terminal with the harder surface as the side where the contact area of the contact portion becomes larger is the male terminal, and the contact Since the terminal with the softer surface on the side where the contact area of the part is smaller is the female terminal, the amount of displacement (per unit area) on the surface with the larger contact area is reduced, and the insertion force is reduced. Becomes larger.
また、通常、オス端子は、挿入し易いように平坦な形状をしているのに対し、メス端子は内面上下の一方あるいは両方に曲げ加工を有し、ばねの役割を持たせた形状を有している。さらに、通常はメス端子側の接触部を挿入されるオス端子側に突出させている。このため、オス端子は平板をそのまま打ち抜いて製造する場合があるのに対し、メス端子は、曲げ加工を行って製造する場合が多いため、メス端子の方が加工し易さの点で金属材料の硬さをオス端子に比べて低くする方が好ましい。特に、近年の小型化に対応するために製造工程において厳しい曲げ加工を伴う場合には、加工し易いメス端子を有する本発明が好適である。
その他、構造上、端子を挿入する上で、オス端子の接触部分の軌跡に対応する接触面積がメス端子の接触部分の軌跡に対応する接触面積よりも大きくなることも、本実施形態の硬化処理対象として、オス端子を選択することが有効である理由となる。
In general, the male terminal has a flat shape so that it can be easily inserted, while the female terminal has a shape that has a bending function on one or both of the upper and lower surfaces of the inner surface and has the function of a spring. doing. Further, the contact portion on the female terminal side is normally protruded to the inserted male terminal side. For this reason, the male terminal may be manufactured by punching a flat plate as it is, while the female terminal is often manufactured by bending, so the female terminal is more easily processed by a metal material. It is preferable that the hardness of the is lower than that of the male terminal. In particular, in the case where a severe bending process is involved in the manufacturing process in order to cope with the recent miniaturization, the present invention having a female terminal that is easy to process is suitable.
In addition, when the terminal is inserted due to the structure, the contact area corresponding to the locus of the contact portion of the male terminal is larger than the contact area corresponding to the locus of the contact portion of the female terminal. As a target, selecting a male terminal is an effective reason.
本発明のコネクタは、オス端子とメス端子との接触荷重が０．５〜３Nである接触構造のメス端子を有する。接触荷重は、好ましくは０．５〜２Ｎ、さらに好ましくは１．０〜１．５Nである。
なお、本発明における「接触荷重」とは、端子の接触面が押付け合う力のことである。但し、接触面が複数ある場合は、その総和を指す。
例えばメス端子が、図２に示すように片側が一つのディンプル２２を備えたばね片、反対側が固定されたビード２３を有するものの場合、
端子嵌合時のばね反力＝接触荷重
となる。この接触荷重は、解体したメス端子を用い、マイクロスコープによるタブギャップ測定で得られた値を変位（オス端子が挿入された状態を仮定した際の押込み変位）とみなして、微小荷重計によって得られたばね特性（変位−荷重グラフ）から読み取る方法で測定することができる。このときのタブギャップとは、メス端子のビード−ディンプル間の距離である。また、ばね特性の測定は、微小荷重計に取り付けた専用治具でディンプルを押し下げるなどの方法で行う。
接触荷重の調整は、前記測定方法によってあらかじめ変位−荷重グラフを作成しておき、所望の接触荷重に対する変位の値から求められるタブギャップを設定することで行える。変位はオス端子のタブ厚からメス端子のタブギャップを差し引いたものなので、オス端子のタブ厚が決まれば、所望の接触荷重を有するメス端子のタブギャップが定まる。
本発明によれば、このような低い接触荷重の接触構造により、小さな力で挿抜できるため、組み付け作業の負担を大きく軽減することができる。
The connector of this invention has the female terminal of the contact structure whose contact load of a male terminal and a female terminal is 0.5-3N. The contact load is preferably 0.5 to 2N, more preferably 1.0 to 1.5N.
The “contact load” in the present invention is a force with which the contact surfaces of the terminals are pressed against each other. However, when there are a plurality of contact surfaces, the sum is indicated.
For example, when the female terminal has a spring piece with one
Spring reaction force at terminal fitting = contact load. This contact load is obtained with a micro load meter using a disassembled female terminal, considering the value obtained by tab gap measurement with a microscope as displacement (indentation displacement assuming a male terminal is inserted). It can be measured by a method of reading from the obtained spring characteristics (displacement-load graph). The tab gap at this time is the distance between the bead and the dimple of the female terminal. The spring characteristics are measured by a method such as pushing down the dimples with a dedicated jig attached to the micro load meter.
The contact load can be adjusted by preparing a displacement-load graph in advance by the measurement method and setting a tab gap obtained from the displacement value for the desired contact load. Since the displacement is obtained by subtracting the tab gap of the female terminal from the tab thickness of the male terminal, if the tab thickness of the male terminal is determined, the tab gap of the female terminal having a desired contact load is determined.
According to the present invention, such a contact structure with a low contact load can be inserted and removed with a small force, so that the burden of assembly work can be greatly reduced.
このコネクタは、例えば車載用コネクタとして自動車に搭載されるが、本発明に係るコネクタの用途は車載用に限定されず、電気・電子機器等いかなる用途のコネクタにも適用可能である。 This connector is mounted on an automobile as, for example, an in-vehicle connector, but the application of the connector according to the present invention is not limited to in-vehicle use, and can be applied to any connector such as an electric / electronic device.
次に、本発明のコネクタを構成する、上記最表面に厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層を有する金属材料について説明する。
本発明のコネクタ用金属材料は、電気電子部品のオス端子またはメス端子の少なくとも一部を形成する金属材料であって、最表面に厚み０．２５μｍ以下のＳｎ層が設けられたものである。
上記Ｓｎ層が設けられる直下の層は、特に限定されるものではなく、例えば、Ｃｕ−Ｓｎ合金層が導電性基体上に設けられたものでも良いし、導電性基体上に、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ｆｅ、Ｆｅ合金、Ｃｏ、またはＣｏ合金のいずれか１種あるいは２種からなる金属または合金層が設けられ、その上に前記最表面のＳｎ層が設けられたものでも良い。
Next, the metal material which comprises the connector of this invention and which has Sn layer of thickness 0.25 micrometer or less on the said outermost surface is demonstrated.
The metal material for a connector of the present invention is a metal material that forms at least a part of a male terminal or a female terminal of an electric / electronic component, and is provided with an Sn layer having a thickness of 0.25 μm or less on the outermost surface.
The layer immediately below where the Sn layer is provided is not particularly limited. For example, a Cu—Sn alloy layer may be provided on a conductive substrate, or Cu, Cu alloy may be provided on the conductive substrate. Ni, Ni alloy, Fe, Fe alloy, Co, or a metal or alloy layer made of one or two of Co alloys may be provided, and the outermost Sn layer may be provided thereon. .
本発明のコネクタ用の金属材料の好ましい一つの実施態様を図４に示す。図４は、そのめっき層を有する金属材料３０の斜視説明図であり、導電性基体３１上に、例えばＮｉからなる下地層３２、その上に例えばＣｕからなる中間層３３、その上に最表面層であるＳｎ層３４を設けたものである。
One preferred embodiment of the metallic material for the connector of the present invention is shown in FIG. FIG. 4 is a perspective explanatory view of the
コネクタ用の金属材料３０は、例えば、導電性基体３１上に、Ｎｉ層、Ｃｕ層、Ｓｎ層をこの順にめっきしてめっき積層体を作製し、これを熱処理して、製造される。この熱処理の間、基体成分の熱拡散はＮｉからなる下地層３２により阻止される。前記下地層３２や中間層３３の熱処理後の厚みは特に厳密に規定する必要がないため、めっき積層体の設計およびその熱処理は容易に行える。
従って本発明のコネクタ用金属材料３０は製造が容易で生産性に優れる。
The
Therefore, the
本発明のコネクタのオス端子およびメス端子の少なくとも一方の金属材料３０における最表面のＳｎ層３４の厚みは、０．２５μｍ以下、好ましくは０．１５μｍ以下、さらに好ましくは０．１０μｍ以下であり、限定されるものではないが０．０１μｍ以上である。
The thickness of the
本発明において、導電性基体３１には、端子に要求される導電性、機械的強度および耐熱性を有する銅、リン青銅、黄銅、洋白、ベリリウム銅、コルソン合金などの銅合金、鉄、ステンレス鋼などの鉄合金、銅被覆鉄材やニッケル被覆鉄材などの複合材料、各種のニッケル合金やアルミニウム合金などが適宜用いられる。
前記金属および合金（材料）のうち、特に銅、銅合金などの銅系材料は導電性と機械的強度のバランスに優れ好適である。前記導電性基体３１が銅系材料以外の場合は、その表面に銅または銅合金を被覆しておくと耐食性および下地層３２との密着性が向上する点で好ましい。
In the present invention, the
Of the metals and alloys (materials), copper-based materials such as copper and copper alloys are particularly suitable because of their excellent balance between conductivity and mechanical strength. When the
前記導電性基体３１上に設ける下地層３２は、基体成分が最表面のＳｎ層３４に熱拡散するのを防止するバリア機能を有するＮｉ、Ｃｏ、またはＦｅの金属、あるいはＮｉ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ｃｏ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐ系、Ｎｉ−Ｃｕ系、Ｎｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｆｅ系などのＮｉ合金、Ｆｅ合金、またはＣｏ合金が好適に用いられる。これら金属および合金は、めっき処理性が良好で、価格的にも問題がない。中でも、ＮｉおよびＮｉ合金はバリア機能が高温環境下にあっても衰えないため推奨できる。
前記下地層３２に用いるＮｉなどの金属（合金）は、融点が１０００℃以上と高く、接続コネクタの使用環境温度は２００℃以下と低いため、下地層３２はそれ自身熱拡散を起こし難いうえ、そのバリア機能が有効に発現される。下地層３２には、導電性基体３１の材質によっては導電性基体３１と中間層３３との密着性を高める機能もある。
The
Since the metal (alloy) such as Ni used for the
下地層３２の厚みは、０．０５μｍ未満ではそのバリア機能が十分に発揮されなくなり、３μｍを超えるとめっき歪みが大きくなって基体から剥離し易くなる。従って０．０５〜３μｍが好ましい。下地層３２の厚みの上限は端子加工性を考慮すると１．５μｍ、さらには０．５μｍが望ましい。
下地層３２は、１層であっても２層以上であってもよい。２層以上とする場合は、隣接する層との関係で、バリア機能や密着性を高める機能などを適宜設定することができるといった利点がある。
When the thickness of the
The
また、本発明のコネクタ用金属材料３０における中間層３３の厚みは特に限定されるものではないが、通常０．０１μｍ以上とする。上限は実用面、材料費、製造コストなどを考慮して５．０μｍ程度が望ましく、この中間層３３の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下がさらに望ましい。なお中間層３３が薄いと熱処理後の中間層３３に微細孔が多数発生し、中間層としてのバリア機能が失われることがあるので、中間層３３がＣｕのときは中間層３３の厚みはＣｕ合金の場合より若干厚めにすることが好ましい。
中間層３３には、銅の他、Ｃｕ−Ｓｎ系などの銅合金が適用できる。銅合金のＣｕ濃度は５０質量％以上が好ましい。
The thickness of the
For the
この最表面にＳｎ層を有する金属材料を得るための熱処理は、例えば次のようである。
熱処理は任意の方法で行うことができるが、好ましくは、めっき積層体を炉内温度３００〜８００℃のリフロー炉内に３〜２０秒間通過させる処理である。
また、上記の冷却処理は、任意の方法で行うことができるが、好ましくは２０〜８０℃の液体中を１〜１００秒、さらに好ましくは２０〜６０℃の気体中を１〜３００秒かけて通過させ、その後２０〜８０℃の液体中を１〜１００秒かけて通過させることで行うことである。また、さらに好ましくは３０〜５０℃の水中を５〜１５秒かけて通過させることで行う。
The heat treatment for obtaining the metal material having the Sn layer on the outermost surface is, for example, as follows.
Although heat processing can be performed by arbitrary methods, Preferably, it is the process which passes a plating laminated body for 3 to 20 second in the reflow furnace whose furnace temperature is 300-800 degreeC.
Moreover, although said cooling process can be performed by arbitrary methods, Preferably it is 1-100 second in the liquid of 20-80 degreeC, More preferably, it is 1-60 seconds in the gas of 20-60 degreeC. It is performed by letting it pass through the liquid at 20 to 80 ° C. over 1 to 100 seconds. More preferably, it is carried out by passing water at 30 to 50 ° C. over 5 to 15 seconds.
前記めっき積層体のＮｉなどの下地層層、Ｃｕなどの中間層層、Ｓｎ層はＰＶＤ法などによっても形成できるが、湿式めっき法が簡便かつ低コストで望ましい。 The underlayer such as Ni, the intermediate layer such as Cu, and the Sn layer of the plating laminate can be formed by a PVD method or the like, but a wet plating method is preferable because it is simple and low cost.
本発明のコネクタ用金属材料３０は、最表面のＳｎ層３４の表面に厚さ１００ｎｍ以下の酸化膜が形成されても、その性能に悪影響はない。本発明のコネクタ用金属材料３０では、熱処理前の最外層はＳｎであり、この場合酸化物としてＳｎの酸化物が形成される。Ｓｎの酸化物はＣｕの酸化物などと比較して導電性が高く、金属材料としての導電性に悪影響を与えないと考えられる。酸化膜の厚さは３０ｎｍ以下であることが好ましい。
Even if an oxide film having a thickness of 100 nm or less is formed on the surface of the
本発明において、導電性基体３１と下地層３２の間、下地層３２と中間層３３の間、中間層３３とＳｎ層３４の間に、隣接する層より薄い異種材料を介在させてもよい。
また、本発明の金属材料３０は、導電性基体３１上に直接Ｓｎ層３４を設けてもよいし、導電性基体３１上に設けられた下地層３２上にＳｎ層３４を設けても良い。
また、本発明のコネクタ用金属材料の形状は、コネクタのオス端子またはメス端子の少なくとも一部を形成する形状であれば、条材、板材等任意である。
In the present invention, a dissimilar material thinner than adjacent layers may be interposed between the
In the
Further, the shape of the metal material for a connector of the present invention is arbitrary as long as it forms at least a part of a male terminal or a female terminal of the connector.
また、本発明の別の実施形態は、このようなコネクタ用金属材料が少なくとも接触部を構成するコネクタであり、特に多極のコネクタまたは接触子が好ましい。本発明のコネクタ用金属材料は常法により、例えば自動車用や電気電子機器用のコネクタ、接触子などに加工することができる。
本発明のコネクタ用金属材料は、電気部品のオス、メス端子に応用する場合において、オス側、メス側のいずれかもしくはその両方に適用できる。さらに、必要な部分のみに適用しても差し支えない。
また、本発明のコネクタおよびコネクタ材料は、コネクタを構成する端子サイズに依存することなく、低挿入力とフレッティング防止の効果が得られるものである。
Another embodiment of the present invention is a connector in which such a connector metal material constitutes at least a contact portion, and a multipolar connector or contact is particularly preferred. The metal material for a connector of the present invention can be processed into a connector or a contact for an automobile or an electric / electronic device by a conventional method.
The metal material for a connector of the present invention can be applied to either or both of a male side and a female side when applied to male and female terminals of an electrical component. Furthermore, it may be applied only to necessary portions.
In addition, the connector and connector material of the present invention can provide a low insertion force and an effect of preventing fretting without depending on the size of terminals constituting the connector.
次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、たとえば試料およびその作製条件などは具体的一例にすぎず、本発明はこれに制限されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail on the basis of examples. However, for example, the sample and the production conditions thereof are only specific examples, and the present invention is not limited to these examples.
［実施例１］
端子用材料として、厚み０．２ｍｍの銅合金条を基材とし、脱脂および酸洗をこの順に施し、次いで表１に示すめっき条件で前記銅合金条にＮｉ、Ｃｕ、Ｓｎを層状に電気めっきしてめっき積層体を作製した。なお、銅合金条は、Ｎｉを１．６質量％、Ｓｉを０．４質量％含有したコルソン合金とした。
[Example 1]
As a terminal material, a copper alloy strip having a thickness of 0.2 mm is used as a base material, and degreasing and pickling are performed in this order. Then, Ni, Cu and Sn are electroplated in layers on the copper alloy strip under the plating conditions shown in Table 1. Thus, a plated laminate was produced. The copper alloy strip was a Corson alloy containing 1.6% by mass of Ni and 0.4% by mass of Si.
リフロー処理は、バーナ温度を７００℃とし、５〜１５秒の範囲で熱処理を行った。下地層のＮｉめっき厚は０．５μｍおよび中間層のＣｕめっき厚は０．５μｍとし、最表面層のＳｎめっき厚は特に電気めっきの時間により調整し、０．３μｍ、０．５μｍ、０．８μｍおよび１．２μｍの４種とし、リフロー処理後、残存Ｓｎ層の厚みは表２に示すように０．０３μｍ、０．１０μｍ、０．２５μｍおよび０．５０μｍとなり、本発明例および比較例のコネクタ用金属材料の各試料を得た。
Ｓｎ層の厚みは、コクール法により分析した。
In the reflow treatment, the burner temperature was set to 700 ° C., and heat treatment was performed in a range of 5 to 15 seconds. The Ni plating thickness of the underlayer is 0.5 μm, the Cu plating thickness of the intermediate layer is 0.5 μm, and the Sn plating thickness of the outermost layer is particularly adjusted by the time of electroplating, and is 0.3 μm, 0.5 μm,. As shown in Table 2, the thickness of the remaining Sn layer was 0.03 μm, 0.10 μm, 0.25 μm, and 0.50 μm after reflow treatment, and 4 types of 8 μm and 1.2 μm were obtained. Each sample of the metal material for connectors was obtained.
The thickness of the Sn layer was analyzed by the Kocourt method.
前記熱処理後のＳｎ層の厚みの違う各試料をプレス切断した後、図１に示すように成形した試験用オスコネクタを作製した。小型端子を想定し、タブ幅は１ｍｍとした。また、メス端子用の試料は、タブギャップを調整して、表２に示す各種の接触荷重を有するようにプレス成形し、図２に示す試験用メスコネクタを作製した。
各例のメス端子の接触荷重は、次のようにして設定を行った。
メス端子の荷重測定における変位は、オス端子のタブ厚からメス端子のギャップ間隔を引いた値に相当する。したがって、オス端子のタブ厚が決まれば、所望の接触荷重を備えたメス端子のギャップ間隔が定まる。よって、荷重−変位グラフ（例えば、図５）を求め、表２に示す所望の接触荷重となるようメス端子のギャップ間隔を設定した。
Each sample having a different thickness of the Sn layer after the heat treatment was press-cut, and then a test male connector molded as shown in FIG. 1 was produced. Assuming a small terminal, the tab width was 1 mm. Moreover, the tab for female terminals was press-molded so as to have various contact loads shown in Table 2 by adjusting the tab gap, and the test female connector shown in FIG. 2 was produced.
The contact load of the female terminal in each example was set as follows.
The displacement in the load measurement of the female terminal corresponds to a value obtained by subtracting the gap interval of the female terminal from the tab thickness of the male terminal. Therefore, if the tab thickness of the male terminal is determined, the gap interval of the female terminal having a desired contact load is determined. Therefore, a load-displacement graph (for example, FIG. 5) was obtained, and the gap interval of the female terminals was set so that the desired contact load shown in Table 2 was obtained.
（挿入力試験）
次に、本発明例および比較例のオス端子およびメス端子を用いて、図６の概略側面図による説明図（なお、モニター４７は理解を容易にするため斜視図）で示される方法により、挿入力試験を行った。すなわち、メス端子４１を治具４３にて固定し、オス端子４２を軸方向（コネクタ嵌合時における端子の正規挿入方向）に押し治具４４に５０ｍｍ／分の速度で挿入した。この時の変位−荷重曲線をロードセル４５および変位計４６に接続したモニター４７によりモニタリングし、端子が正規嵌合位置に至るまでの間の荷重ピーク値を端子単体挿入力（N）とし、測定は各５回行い、平均値を求めた。
ここでは、５０極の多極コネクタを想定し、作業者の負担を考慮してコネクタ挿入力を７０Ｎ以下と仮定した場合、１極あたりの挿入力は１．４Ｎとなるので、挿入力がこの基準以下であるものは「良」と判定して表２に「○」を付し、挿入力がこの基準を上回る場合は「不良」と判定して表２に「×」を付した。
(Insertion force test)
Next, using the male terminal and the female terminal of the present invention example and the comparative example, insertion is performed by the method shown in the explanatory view of the schematic side view of FIG. 6 (note that the
Here, assuming a multi-pole connector with 50 poles and assuming that the connector insertion force is 70 N or less in consideration of the burden on the operator, the insertion force per pole is 1.4 N. Those below the standard were judged as “good” and marked with “◯” in Table 2, and when the insertion force exceeded this standard, judged as “bad” and marked with “x” in Table 2.
（微摺動磨耗試験）
また、本発明例および比較例の得られた試料について、下記の微摺動磨耗試験を摺動回数１０００回以内で接触抵抗値の変化を連続的に測定した。微摺動磨耗試験は図７に示す回路図により抵抗値を測定するもので、次のようにして行った。
図１、２に示すようなメス端子４１、オス端子４２のそれぞれに設けられたコネクタハウジングに電線圧着済の端子を挿入し、嵌合させ、温度２０℃、湿度５０％の環境下で、摺動距離３０μｍで往復摺動させ、オス端子、メス端子の接続部間に電源５１より開放電圧２０ｍＶ負荷して定電流５ｍＡを流し、摺動中の電圧降下を電圧計５２で４端子法により測定して電気抵抗の変化を１秒ごとに求めた。
その評価は、フレッティングピークが発生し、そのピーク値が１０ｍΩ以上は「×」、３ｍΩ以上１０ｍΩ未満は「○」、３ｍΩ未満は「◎」とし、また、フレッティングピークが発生しないものも「◎」で表２に示した。
(Fine sliding wear test)
Further, with respect to the samples obtained according to the invention examples and the comparative examples, the change in the contact resistance value was continuously measured within the following fine sliding wear test within 1000 times. The fine sliding wear test is a measurement of resistance value according to the circuit diagram shown in FIG. 7 and was performed as follows.
1 and 2 are inserted into a connector housing provided on each of a
The evaluation is that a fretting peak occurs, “×” if the peak value is 10 mΩ or more, “◯” if it is 3 mΩ or more and less than 10 mΩ, and “◎” if it is less than 3 mΩ. The results are shown in Table 2.
表２に示されるように、本発明例１〜８のコネクタでは、比較例のコネクタに比べ挿入力が低減され、良好な挿抜性を有し、かつ、電気抵抗上昇の少ないフッレティングの起き難く、コネクタとして良好な電気接続性が安定して得られていることがわかった。 As shown in Table 2, in the connectors of Examples 1 to 8 of the present invention, the insertion force is reduced as compared with the connector of the comparative example, the insertion / extraction is good, and the occurrence of the fretting with a small increase in electrical resistance is difficult to occur. It was found that good electrical connectivity was stably obtained as a connector.
１０ オス端子
１１ タブ
１２ ワイヤバレル
２０ メス端子
２１ 舌片
２２ ディンプル
２３ ビード
３０ 金属材料
３１ 導電性基体
３２ 下地層
３３ 中間層
３４ Ｓｎ層
４１ メス端子
４２ オス端子
４３ 治具
４４ 押し治具
４５ ロードセル
４６ 変位計
４７ モニター
５１ 電源
５２ 電圧計
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