JP5742791B2 - Terminal pair design method and terminal pair - Google Patents
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Description
本発明は、雄型端子と雌型端子よりなる端子対の設計方法及び端子対に関するものである。 The present invention relates to a terminal pair design method including a male terminal and a female terminal, and a terminal pair.
電気部品等を接続する雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子の組よりなる端子対において、両者が電気的に接触する接点部の接触抵抗は、接点部の表面状態に大きく依存する。接点部に酸化被膜等の異物が存在すると、接触抵抗値を上昇させたり、接触抵抗値を不安定化させたりして、端子対の接続信頼性を低下させることになる。そこで、コネクタ嵌合時に、雄型コネクタ端子の接点部と雌型コネクタ端子の接点部を、荷重が印加された状態で相互に摺動させることにより（ワイピング）、接点部表面の異物を除去し、安定した低い接触抵抗値を得ることが図られる。 In a terminal pair consisting of a male connector terminal and a female connector terminal for connecting an electrical component or the like, the contact resistance of the contact portion where both are in electrical contact greatly depends on the surface state of the contact portion. If foreign matter such as an oxide film is present at the contact portion, the contact resistance value is increased or the contact resistance value is destabilized, thereby reducing the connection reliability of the terminal pair. Therefore, when the connector is mated, the contact part of the male connector terminal and the contact part of the female connector terminal are slid against each other with a load applied (wiping) to remove foreign matter on the contact part surface. Thus, a stable low contact resistance value can be obtained.
ワイピングの効率を向上させるためには、摺動距離を長くするという方法と、接点部に印加される接触荷重を大きくするという方法が考えられる。例えば特許文献１には、有効ワイピング距離を長く確保したコンタクトが開示される。一方、例えば特許文献２には、コンタクト同士の弾性的な接触圧力を向上させたコネクタが開示される。 In order to improve the efficiency of wiping, a method of increasing the sliding distance and a method of increasing the contact load applied to the contact portion are conceivable. For example, Patent Document 1 discloses a contact that ensures a long effective wiping distance. On the other hand, for example, Patent Document 2 discloses a connector in which the elastic contact pressure between contacts is improved.
このように、ワイピングにおける接点部の摺動距離及び接触荷重を増加させることで、ワイピングの効率は向上されるものの、摺動距離や接触荷重に伴って、無制限にワイピングの効率が上がり、接触抵抗の低減及び安定化がなされるということはない。また、ワイピング距離を長くすればするほど、また接触荷重を大きくすればするほど、コネクタ端子が大型化したり、特殊な形状を取らざるを得なくなったりという問題が発生する。 In this way, although the wiping efficiency is improved by increasing the sliding distance and contact load of the contact portion in wiping, the wiping efficiency is increased without limitation with the sliding distance and contact load, and the contact resistance There is no reduction or stabilization. In addition, the longer the wiping distance and the larger the contact load, the more problems arise that the connector terminals become larger or have a special shape.
つまり、摺動距離及び接触荷重とワイピング効率との関係が定量的に見積もられていない状況で、摺動距離及び接触荷重の増大によるワイピング効率の向上を図る場合、過度に摺動距離及び／又は接触荷重を大きく設計しすぎて、コネクタ端子が大型化及び／又は特殊形状化してしまう場合がある。あるいは逆に、摺動距離及び／又は接触荷重が不十分で、所望されるワイピング効果が発揮されないということが起こる可能性もある。 That is, when the relationship between the sliding distance and the contact load and the wiping efficiency is not quantitatively estimated, when the wiping efficiency is improved by increasing the sliding distance and the contact load, the sliding distance and / or Or, the contact load may be excessively designed to increase the size and / or special shape of the connector terminal. Or conversely, the sliding distance and / or contact load may be insufficient and the desired wiping effect may not be exhibited.
本発明が解決しようとする課題は、端子嵌合時のワイピングによって十分に接点部の接触抵抗が低減され、安定化されるような、接点部の摺動距離及び接触荷重を過不足なく見積もって端子対を設計する方法を提供すること、及び適切な摺動距離及び接触荷重を有することで、十分に接点部の接触抵抗が低減され、安定化された端子対を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to estimate the sliding distance and the contact load of the contact part so that the contact resistance of the contact part is sufficiently reduced and stabilized by wiping at the time of terminal fitting without excess or deficiency. The object is to provide a method for designing a terminal pair, and to provide a stabilized terminal pair that has a suitable sliding distance and contact load, and that sufficiently reduces the contact resistance of the contact portion.
上記課題を解決するために、本発明にかかる端子対の設計方法は、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなり、前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子とが嵌合される際に、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が他方に対して摺動されるワイピングが行われる端子対の設計方法において、下記の（ｉ）と（ｉｉ）の過程を含むことを特徴とすることを要旨とする。
（ｉ）前記２つの接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく、前記２つの接点部の接触箇所における接触荷重−接触抵抗特性を測定し、測定結果を両対数表示したグラフにおいて、下凸構造の変曲点における接触抵抗値を基準接触抵抗値と規定する過程。
（ｉｉ）前記ワイピングが行われた後に計測される前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が前記基準接触抵抗値以下となるように、前記ワイピングの際に、前記２つの接点部のうちの一方が他方に対して摺動される摺動距離と、前記２つの接点部の間に印加される接触荷重とを設定する過程。
In order to solve the above problems, a design method for a terminal pair according to the present invention includes a male connector terminal and a female connector terminal. When the male connector terminal and the female connector terminal are fitted together, In the method of designing a terminal pair in which wiping is performed in which one of the contact portion of the male connector terminal and the contact portion of the female connector terminal is slid relative to the other, the following (i) and (ii) ) Is included in the summary.
(I) A graph in which the contact load-contact resistance characteristic at the contact point of the two contact portions is measured without causing the two contact portions to be in electrical contact with each other and slid to each other, and the measurement result is displayed in a logarithmic form. The process of defining the contact resistance value at the inflection point of the downward convex structure as the reference contact resistance value.
(Ii) During the wiping, of the two contact parts, the contact resistance value at the contact point of the two contact parts measured after the wiping is less than or equal to the reference contact resistance value. A step of setting a sliding distance in which one of the two is slid with respect to the other and a contact load applied between the two contact portions.
また、上記課題を解決するために、本発明にかかる端子対は、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子とからなり、前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子が嵌合される際に、相互に電気的に接触する前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が、形状によって規定される所定の接触荷重を印加された状態で、他方に対して、形状によって規定される所定の摺動距離だけ摺動されるように構成され、摺動後の前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が、前記２つの接点部と同じ形状及び材質を有する２つのモデル接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく計測した接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフにおける下凸構造の変曲点における接触抵抗値以下であることを要旨とする。 Moreover, in order to solve the said subject, the terminal pair concerning this invention consists of a male connector terminal and a female connector terminal, and when the said male connector terminal and the said female connector terminal are fitted, One of the contact portion of the male connector terminal and the contact portion of the female connector terminal that are in electrical contact with each other is applied with a predetermined contact load defined by the shape, with respect to the other. The contact resistance value at the contact point of the two contact parts after sliding has the same shape and material as those of the two contact parts. It must be less than the contact resistance value at the inflection point of the downward convex structure in the graph displaying the contact load-contact resistance characteristics measured without causing the two model contact parts to contact each other and slide mutually. Need To.
ここで、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部の最表面にはスズ層が形成され、前記所定の接触荷重が１．０Ｎ未満であり、前記所定の摺動距離が１０μｍ以上であるとよい。 Here, a tin layer is formed on the outermost surface of the contact portion of the male connector terminal and the contact portion of the female connector terminal, the predetermined contact load is less than 1.0 N, and the predetermined sliding distance Is preferably 10 μm or more.
あるいは、前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部の最表面にはスズ層が形成され、前記所定の接触荷重が１．０Ｎ以上であり、前記所定の摺動距離が５μｍ以上であるとよい。 Alternatively, a tin layer is formed on the outermost surfaces of the contact portion of the male connector terminal and the contact portion of the female connector terminal, the predetermined contact load is 1.0 N or more, and the predetermined sliding distance is It is good that it is 5 μm or more.
上記本発明にかかる端子対の設計方法において、基準接触抵抗値よりも接触抵抗値が小さい領域は、電気伝導に対する後述する酸化被膜などの影響をほとんど受けないため、接触抵抗の絶対値が小さく、しかも接触抵抗の接触荷重に対する依存性が小さい状態に安定した、いわゆる集中抵抗領域となっている。よって、所定荷重を印加して所定距離だけ接点部を相互に摺動させた後に計測した接触抵抗が、その基準接触抵抗値よりも小さければ、摺動後の端子対は、この小さな値に安定した接触抵抗を有する集中抵抗領域で通電に使用されることになる。このような摺動距離及び接触荷重を選定して端子対を設計することで、過度の端子対の大型化や特殊形状化を避けつつ、過不足なくワイピングによる接触抵抗の低減と安定化の効果を享受することができる。 In the design method of the terminal pair according to the present invention, the region where the contact resistance value is smaller than the reference contact resistance value is hardly affected by an oxide film, which will be described later, on the electric conduction, so the absolute value of the contact resistance is small, Moreover, it is a so-called concentrated resistance region in which the dependence of the contact resistance on the contact load is small. Therefore, if the contact resistance measured after applying a predetermined load and sliding the contact parts to each other for a predetermined distance is smaller than the reference contact resistance value, the terminal pair after sliding is stable at this small value. It is used for energization in the concentrated resistance region having the contact resistance. By selecting the sliding distance and contact load and designing the terminal pair, the effect of reducing and stabilizing the contact resistance by wiping without excessive or insufficient while avoiding excessive enlargement and special shape of the terminal pair. Can be enjoyed.
また、上記本発明にかかる端子対によると、嵌合時の接点部の摺動距離及び接触荷重の値が、摺動後の接点部における接触抵抗が上記集中抵抗領域に入るように設定されているので、ワイピングによる接触抵抗の低減と安定化の効果を十分に享受することが可能である。 In addition, according to the terminal pair according to the present invention, the sliding distance and the contact load value of the contact portion at the time of fitting are set so that the contact resistance at the contact portion after sliding enters the concentrated resistance region. Therefore, it is possible to fully enjoy the effects of reduction and stabilization of contact resistance by wiping.
ここで、雌雄両端子の接点部の最表面にスズ層が形成されている場合に、接触荷重が１．０Ｎ未満ならば、摺動距離が１０μｍ以上であると、また、接触荷重が１．０Ｎ以上ならば、摺動距離が５μｍ以上であると、摺動後の接触荷重が上記集中抵抗領域に存在する。つまり、汎用性の高いスズめっき端子対において、十分にワイピングによる接触抵抗の低減と安定化の効果を得ることが可能となる。 Here, when the tin layer is formed on the outermost surface of the contact portion of both male and female terminals, if the contact load is less than 1.0 N, the sliding distance is 10 μm or more. If it is 0 N or more, if the sliding distance is 5 μm or more, the contact load after sliding exists in the concentrated resistance region. That is, in the highly versatile tin-plated terminal pair, it is possible to sufficiently reduce and stabilize the contact resistance by wiping.
以下に、本発明の一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明にかかる端子対は、導電部材によって形成された雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子よりなる。雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子の材質及び形状は特に限定されず、それぞれ接点部を有し、それら接点部において相互に接触することによって、電気的接続が形成される。 The terminal pair according to the present invention includes a male connector terminal and a female connector terminal formed of a conductive member. The material and shape of the male connector terminal and the female connector terminal are not particularly limited, and each has a contact portion, and electrical connection is formed by contacting each other at the contact portion.
雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子が嵌合される際、実際に電流印加が行われる相対配置に至る前に、ある所定の接触荷重が両端子の接点部の間に接触方向と垂直に印加された状態で、ある摺動距離だけ、一方の接点部が他方の接点部に対して摺動される。一方の接点部（例えば雌型端子の接点部）がエンボス状に形成され、他方の接点部（例えば雄型端子の接点部）が平板状に形成されている場合には、エンボスの底部から頂部に向かう方向に接触荷重が印加された状態で、エンボス状接点部が平板状接点部の表面を摺動する（ワイピング）。 When the male connector terminal and female connector terminal are mated, a certain predetermined contact load is applied perpendicularly to the contact direction between the contact portions of both terminals before reaching the relative arrangement where current is actually applied. In this state, one contact portion is slid relative to the other contact portion by a certain sliding distance. When one contact portion (for example, the contact portion of the female terminal) is formed in an embossed shape and the other contact portion (for example, the contact portion of the male terminal) is formed in a flat plate shape, the top portion from the bottom portion of the embossed portion The embossed contact portion slides on the surface of the flat contact portion (wiping) in a state in which a contact load is applied in the direction toward.
接触荷重を印加する手段は特に限定されないが、例えば、筒型の形状を有する雌型コネクタ端子に雄型コネクタ端子が挿入される形式の端子対において、雄型コネクタ端子を挟圧保持するために弾性を有する接触片を雌型コネクタ端子内に備え、接点部に接触荷重を印加することができる。この場合、弾性力の大きさを規定する接触片の形状や大きさによって、接触荷重を調整し、端子対を設計することができる。例えば、接触片の板厚や板幅を上げることで弾性が上昇し、大きな接触荷重が印加されるようになる。 The means for applying the contact load is not particularly limited. For example, in order to hold and hold the male connector terminal in a terminal pair in which the male connector terminal is inserted into the female connector terminal having a cylindrical shape. A contact piece having elasticity is provided in the female connector terminal, and a contact load can be applied to the contact portion. In this case, the contact load can be adjusted and the terminal pair can be designed according to the shape and size of the contact piece that defines the magnitude of the elastic force. For example, increasing the plate thickness or plate width of the contact piece increases the elasticity and applies a large contact load.
また、摺動距離も、雄型コネクタ端子と雌型コネクタ端子の形状及び大きさを適宜設計することで、規定することができる。例えば、筒型の形状を有する雌型コネクタ端子に平板状タブを有する雄型コネクタ端子が挿入される形式の端子対においては、雌型コネクタ端子の筒状部分の入り口と、その入り口から挿入された雄型コネクタ端子が突き当たる位置との間の長さによって、摺動距離を定めることができる。 The sliding distance can also be defined by appropriately designing the shape and size of the male connector terminal and the female connector terminal. For example, in a terminal pair in which a male connector terminal having a flat tab is inserted into a female connector terminal having a cylindrical shape, the female connector terminal is inserted from the cylindrical portion entrance and the entrance. The sliding distance can be determined by the length between the contact position of the male connector terminal.
具体的な接触荷重と摺動距離は、以下のように、２つの接点部の接触箇所における接触抵抗が、ワイピングによって十分に低減されかつ安定化されるように選択される。 The specific contact load and sliding distance are selected so that the contact resistance at the contact point of the two contact portions is sufficiently reduced and stabilized by wiping as follows.
ワイピングが行われない状態では、両接点部の表面には金属酸化物被膜が形成されている。金属酸化物被膜は、絶縁性の異物として作用し、接点部の表面抵抗を上昇させたり、不安定化させたりする場合が多い。しかし、接点部表面に接触荷重を印加された状態で、両端子の接点部が相互に摺動されることで、接点部表面に存在する酸化被膜の少なくとも一部が破壊され、接点部の接触抵抗が低減されるとともに、安定化される。つまり、端子対の接続信頼性が向上する。 When wiping is not performed, a metal oxide film is formed on the surfaces of both contact portions. In many cases, the metal oxide film acts as an insulating foreign material, and increases or destabilizes the surface resistance of the contact portion. However, when the contact load is applied to the contact part surface, the contact parts of both terminals are slid relative to each other, so that at least part of the oxide film present on the contact part surface is destroyed, and the contact part contact Resistance is reduced and stabilized. That is, the connection reliability of the terminal pair is improved.
高い接続信頼性を得るためには、接点部における接触抵抗値が小さいことに加えて、その小さな接触抵抗値が安定して実現されることが重要である。端子に振動が加わった際などに、両接点間に印加される荷重など、接触の状態がわずかに変化しただけで、接触抵抗が大きく変動するようなことが起こると、端子対の電気的特性が安定しないからである。 In order to obtain high connection reliability, it is important that the small contact resistance value is stably realized in addition to the small contact resistance value at the contact portion. If the contact resistance changes greatly due to a slight change in the contact state, such as the load applied between the two contacts when vibration is applied to the terminal, the electrical characteristics of the terminal pair Is not stable.
ところで、接点部に形成された酸化被膜を破壊して、接触抵抗の低減と安定化を実現するためには、必ずしも接点荷重を印加した状態で接点を摺動させるワイピングを行わなくてもよい。接点部を摺動させずに固定した状態で接点荷重を静的に印加するだけでも同様の効果を得ることができる。接点部を摺動させない場合には、摺動距離というパラメータが存在しないため、接点部を摺動させる場合に比べ、接触荷重と接触抵抗値の間に単純な関係性が成り立つ。よって、接点部を摺動させない場合の接触荷重−接触抵抗特性に関する知見をもとにして、接点部を摺動させる場合に必要とされる接触荷重及び摺動距離を規定する。 By the way, in order to destroy the oxide film formed on the contact portion and realize reduction and stabilization of the contact resistance, it is not always necessary to perform wiping for sliding the contact in a state where the contact load is applied. The same effect can be obtained only by statically applying a contact load while the contact portion is fixed without sliding. When the contact portion is not slid, there is no parameter called the sliding distance, and therefore, a simple relationship is established between the contact load and the contact resistance value as compared with the case where the contact portion is slid. Therefore, the contact load and the sliding distance required when the contact portion is slid are defined based on the knowledge about the contact load-contact resistance characteristic when the contact portion is not slid.
平板状部材に接触させたエンボス状部材の接点部に、接点部を摺動させることなく接触荷重を印加し、接触荷重を増加させながら接触抵抗を測定する。その上で接触荷重を横軸に、接触抵抗を縦軸に、それぞれ常用対数表示でプロットしたものが図１である。なお、図１及び図２に示す測定結果は、後述する実施例における、スズめっき端子対に対する測定結果の一部を抜き出したものである。 A contact load is applied to the contact portion of the embossed member brought into contact with the flat plate member without sliding the contact portion, and the contact resistance is measured while increasing the contact load. FIG. 1 is a graph in which the contact load is plotted on the horizontal axis and the contact resistance is plotted on the vertical axis in common logarithm. In addition, the measurement result shown in FIG.1 and FIG.2 extracts a part of measurement result with respect to a tin plating terminal pair in the Example mentioned later.
図１において、破線で示した箇所に下凸構造の変曲点が観測されている。この変曲点よりも低荷重領域においては、近似直線（図中の実線）の傾きが約−１となっており、かたや変曲点よりも高荷重側の領域では、近似直線（図中の破線）の傾きが約−１／２となっている。 In FIG. 1, an inflection point of a downward convex structure is observed at a location indicated by a broken line. The slope of the approximate straight line (solid line in the figure) is about −1 in the low load region from this inflection point, and the approximate straight line (in the figure in the figure) is in the region on the higher load side than the inflection point. The slope of (dashed line) is about -1/2.
導体間の接触抵抗の主な発生要因は、被膜抵抗と集中抵抗に分けられる。被膜抵抗とは、導体表面に形成された酸化被膜等の絶縁性被膜の存在により発生する接触抵抗である。接触荷重を大きくすると、絶縁被膜の物理的な破壊により、被膜抵抗が小さくなる。一方、集中抵抗とは、導体表面の微視的な凹凸に由来し、巨視的な（見かけの）接触面積のうち、微小面積に形成される真実接触の箇所のみを経由して電流が流れることによるものであり、接触荷重に対する集中抵抗値の依存性は、被膜抵抗の依存性よりも小さい。 The main causes of contact resistance between conductors are divided into film resistance and concentrated resistance. Film resistance is contact resistance generated by the presence of an insulating film such as an oxide film formed on a conductor surface. When the contact load is increased, the film resistance decreases due to physical destruction of the insulating film. On the other hand, concentrated resistance is derived from microscopic irregularities on the conductor surface, and current flows only through the location of the true contact formed in a microscopic area of the macroscopic (apparent) contact area. The dependency of the concentrated resistance value on the contact load is smaller than the dependency of the film resistance.
このような集中抵抗及び被膜抵抗の接触荷重に対する依存性は、特開２００２−５１４１号公報に示されるように、既にモデルを用いて定式化されている。それによると、平らな接触面を有する２つの導体を接触させた場合に、集中抵抗と被膜抵抗の総和である接触抵抗Ｒｋは、下記の式（１）によって記述される。 Such dependence of the concentrated resistance and the film resistance on the contact load is already formulated using a model as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-5141. According to this, when two conductors having a flat contact surface are brought into contact with each other, the contact resistance Rk, which is the sum of the concentrated resistance and the film resistance, is described by the following equation (1).
式（１）において、右辺第１項が集中抵抗の寄与を表し、第２項が被膜抵抗の寄与を表す。式（１）から分かるように、集中抵抗は接触荷重Ｆに対して−１／２乗の依存性を示すのに対し、被膜抵抗は荷重Ｆに対して−１乗の依存性を示す。つまり、図１において、変曲点よりも低荷重側の近似直線の傾きが約−１の領域が、被膜抵抗が支配的な領域（皮膜抵抗領域）であり、変曲点よりも高荷重側の近似直線の傾きが約−１／２の領域が、集中抵抗が支配的な領域（集中抵抗領域）である。 In Expression (1), the first term on the right side represents the contribution of concentrated resistance, and the second term represents the contribution of film resistance. As can be seen from the equation (1), the concentrated resistance shows a dependence of the contact load F on the power of -1/2, while the film resistance shows a dependence of the load F on the power of -1. That is, in FIG. 1, the region where the slope of the approximate straight line on the low load side from the inflection point is about −1 is the region where the film resistance is dominant (film resistance region), and the region on the high load side from the inflection point. A region where the slope of the approximate straight line is approximately −1/2 is a region where concentrated resistance is dominant (concentrated resistance region).
よって、図１の変曲点よりも接触抵抗が小さい集中抵抗領域では、接点部表面の酸化被膜の大部分が破壊されて、接触抵抗に占める被膜抵抗の寄与が無視できる程度に小さくなった状態にある。換言すると集中抵抗領域においては、接触抵抗の大部分が、接触荷重に対する依存性の小さい集中抵抗の寄与よりなり、安定した小さな接触抵抗が達成されている。 Therefore, in the concentrated resistance region where the contact resistance is smaller than that of the inflection point in FIG. 1, most of the oxide film on the contact surface is destroyed, and the contribution of the film resistance to the contact resistance is reduced to a negligible level. It is in. In other words, in the concentrated resistance region, most of the contact resistance is made up of the contribution of the concentrated resistance that is less dependent on the contact load, and a stable small contact resistance is achieved.
端子対の接点部に対してワイピングを行った場合にも、このワイピングを行わずに計測した接触荷重−接触抵抗特性における集中抵抗領域に存在する接触抵抗が得られれば、接点部表面の酸化被膜の大部分が破壊された状態にあることになる。酸化被膜の破壊は不可逆的な現象であるので、ワイピングによって、そのような接触抵抗を達成できれば、ワイピングを完了した後に静止させた接点部において、ほとんどが集中抵抗の寄与よりなる、安定した小さな接触抵抗を得ることができる。 Even when wiping is performed on the contact portion of the terminal pair, if the contact resistance existing in the concentrated resistance region in the contact load-contact resistance characteristics measured without wiping is obtained, an oxide film on the contact portion surface is obtained. Most of them are in a state of being destroyed. Since the destruction of the oxide film is an irreversible phenomenon, if such contact resistance can be achieved by wiping, a stable small contact consisting mostly of the contribution of concentrated resistance at the contact point that is stationary after wiping is completed. Resistance can be obtained.
ワイピングにおいては、摺動によるせん断力が働くことにより、ワイピングを行わない場合よりも、接点部表面の酸化被膜が破壊されやすい。よって、接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性の両対数表示における変曲点の接触抵抗（以下、基準接触抵抗と称する場合がある）よりも小さな接触抵抗が、この変曲点における接触荷重よりも小さな接触荷重しか印加しなくても達成できる。 In wiping, due to the shearing force due to sliding, the oxide film on the surface of the contact portion is more likely to be broken than when wiping is not performed. Therefore, the contact resistance smaller than the contact resistance at the inflection point in the logarithmic display of the contact load-contact resistance characteristic measured without sliding the contact portion (hereinafter sometimes referred to as a reference contact resistance). This can be achieved by applying a contact load smaller than the contact load at the bending point.
つまり、本発明において、ワイピング後の接点部における接触抵抗が、基準接触抵抗よりも小さくなるように、形状によって定められる接触荷重と摺動距離を設定することにより、ワイピングによって十分に低減及び安定化された接触抵抗を有する端子対が得られる。 In other words, in the present invention, by setting the contact load and sliding distance determined by the shape so that the contact resistance at the contact portion after wiping becomes smaller than the reference contact resistance, it is sufficiently reduced and stabilized by wiping. A terminal pair having a contact resistance is obtained.
図２に、ワイピングを行った場合の接触荷重−接触抵抗の測定結果を両対数表示したものを示す。この場合、接点部を摺動させることなく、ある荷重Ｆまで荷重を増加させながら接触荷重−接触抵抗特性を計測する。その後、荷重Ｆのままで印加荷重を固定し、ある摺動距離Ｄだけ接点部を摺動させる。摺動後に、荷重Ｗを印加したまま、接触抵抗値を測定する。 FIG. 2 shows a logarithmic display of the measurement result of contact load-contact resistance when wiping is performed. In this case, the contact load-contact resistance characteristic is measured while increasing the load up to a certain load F without sliding the contact portion. Thereafter, the applied load is fixed while the load F remains unchanged, and the contact portion is slid by a certain sliding distance D. After sliding, the contact resistance value is measured with the load W applied.
図２においては、荷重Ｆにおける２つのプロット点のうち、低接触抵抗の方の点が摺動後の計測点である。この時の接触抵抗値がＲｗである。図２中に破線で示したのが、摺動を行わずに測定した接触荷重−接触抵抗特性における変曲点の接触抵抗（基準接触抵抗）Ｒｓであり、摺動後の接触抵抗Ｒｗが、これよりも小さな値となっている。よって、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄを有するこの端子対は、本発明にかかる端子対の要件を満たし、十分に低く、安定した接触抵抗を有していることになる。 In FIG. 2, of the two plot points at the load F, the point with the lower contact resistance is the measurement point after sliding. The contact resistance value at this time is Rw. The broken line in FIG. 2 shows the contact resistance (reference contact resistance) Rs at the inflection point in the contact load-contact resistance characteristic measured without sliding, and the contact resistance Rw after sliding is The value is smaller than this. Therefore, this terminal pair having the contact load F and the sliding distance D satisfies the requirements of the terminal pair according to the present invention, and has a sufficiently low and stable contact resistance.
もし、摺動後の接触抵抗Ｒｗが、基準接触抵抗Ｒｓよりも大きな値であるならば、その端子対は、接触荷重Ｆ及び／又は摺動距離Ｄが小さすぎるために、ワイピング効果が不足しており、十分に低く、安定した接触抵抗を得られていないことになる。つまり、本発明にかかる端子として適合しない。 If the contact resistance Rw after sliding is larger than the reference contact resistance Rs, the contact load F and / or the sliding distance D is too small for the terminal pair, so that the wiping effect is insufficient. Therefore, the contact resistance is sufficiently low and a stable contact resistance cannot be obtained. That is, it is not suitable as a terminal according to the present invention.
摺動後の接触抵抗Ｒｗは、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄが大きくなるほど小さくなるが、摺動後の接触抵抗Ｒｗが、基準となる接触抵抗Ｒｓ以下にさえなっていれば、接触荷重及び摺動距離として十分である。それ以上に接触荷重Ｆ及び／又は摺動距離Ｄを大きくする必要はない。つまり、摺動後の接触抵抗値Ｒｗが、基準接触抵抗値Ｒｓ以下ではあるが、できる限り基準抵抗値Ｒｓに近い値になるように、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄを選択すれば、接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄを最小限にすることができる。接触荷重Ｆ及び摺動距離Ｄをなるべく小さくすれば、端子対が大型化及び／又は特殊形状化することを回避することができる。 The contact resistance Rw after sliding becomes smaller as the contact load F and the sliding distance D become larger. However, as long as the contact resistance Rw after sliding is less than or equal to the reference contact resistance Rs, the contact load and The sliding distance is sufficient. It is not necessary to increase the contact load F and / or the sliding distance D beyond that. That is, if the contact load F and the sliding distance D are selected so that the contact resistance value Rw after sliding is not more than the reference contact resistance value Rs but as close as possible to the reference resistance value Rs, the contact The load F and the sliding distance D can be minimized. If the contact load F and the sliding distance D are made as small as possible, it is possible to avoid an increase in size and / or special shape of the terminal pair.
摺動後の接触抵抗Ｒｗは、接触荷重Ｆと摺動距離Ｄの両者に依存するので、基準接触抵抗Ｒｓ以下のある接触抵抗Ｒｗを、様々な荷重Ｆ及び摺動距離Ｄの組によって達成することができる。接触荷重Ｆが小さければ、長い摺動距離Ｄが必要になる一方、接触荷重Ｆが大きければ、摺動距離Ｄは短くても済む。 Since the contact resistance Rw after sliding depends on both the contact load F and the sliding distance D, a certain contact resistance Rw below the reference contact resistance Rs is achieved by a combination of various loads F and sliding distances D. be able to. If the contact load F is small, a long sliding distance D is required, while if the contact load F is large, the sliding distance D may be short.
実際の端子対の設計においては、上記で図２に基づいて示したように、ある具体的な接触荷重と摺動距離の組み合わせに対して摺動後の接触抵抗を計測し、それを摺動を行わずに計測した接触荷重−接触抵抗特性より得た基準接触抵抗と比較することを行えばよい。ある接触荷重を設定してから、摺動距離を決定してもよいし、ある摺動距離を設定してから、接触荷重を決定してもよい。また端子対を摺動させない場合及び摺動させる場合の接触荷重−接触抵抗特性は、実際に端子対を製造して計測しても、例えば端子対を模したエンボス形状の接点と金属平板との間の接点部のような、モデル接点部を使用して計測してもどちらでもよい。 In the actual design of the terminal pair, as shown above based on FIG. 2, the contact resistance after sliding is measured for a certain combination of contact load and sliding distance, and then the sliding is performed. What is necessary is just to compare with the reference contact resistance obtained from the contact load-contact resistance characteristic measured without performing. The sliding distance may be determined after setting a certain contact load, or the contact load may be determined after setting a certain sliding distance. In addition, the contact load-contact resistance characteristics when the terminal pair is not slid and when the terminal pair is slid are measured between, for example, an embossed contact imitating the terminal pair and a metal plate even if the terminal pair is actually manufactured and measured. Measurement may be performed using a model contact portion, such as a contact portion between.
なお、接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性の両対数表示において、式（１）中の各パラメータの大小関係等の要因によって、変曲点の位置を明確に決定するのが困難なこともある。このような場合には、変曲点が存在すると考えられる領域よりも低荷重側の近似直線の外挿線と、それよりも高荷重側の近似曲線の外挿線が交差する点の接触荷重をもって、変曲点の接触荷重に代用すればよい。そして交点における接触荷重に対応する接触抵抗を実際の測定曲線から読み取り、基準接触抵抗とすればよい。交点における接触荷重は、変曲点における接触荷重と概ね一致するはずであり、実際に、図１では、２つの近似直線の交点の位置は、変曲点の位置とほぼ一致している。 In the logarithmic display of the contact load-contact resistance characteristic measured without sliding the contact portion, the position of the inflection point is clearly determined depending on factors such as the magnitude relationship of each parameter in equation (1). It can be difficult. In such a case, the contact load at the point where the extrapolated line of the approximate straight line on the low load side and the extrapolated line of the approximated curve on the higher load side intersect the region where the inflection point is considered to exist. Therefore, the contact load at the inflection point may be substituted. Then, the contact resistance corresponding to the contact load at the intersection may be read from the actual measurement curve and used as the reference contact resistance. The contact load at the intersection should substantially coincide with the contact load at the inflection point. Actually, in FIG. 1, the position of the intersection of the two approximate lines substantially coincides with the position of the inflection point.
上記のように、接点部を摺動させずに計測した接触荷重−接触抵抗特性から見積もった基準接触抵抗を利用し、ワイピング時の接触荷重と摺動距離を決定するという方法は、特定の金属種における特定の物性を利用したものではない。よって、金のように表面酸化被膜が形成されない金属を除いては、いかなる導電部材よりなる端子対に対しても当てはまる。一般的な端子の最表面を形成するのに採用される代表的な金属種としては、スズ、ニッケル、銅などが挙げられるが、これらのいずれを接点部の最表面の材料として用いても、上記実施形態にかかる端子対の構成が適用可能である。 As described above, the method of determining the contact load and the sliding distance at the time of wiping using the reference contact resistance estimated from the contact load-contact resistance characteristic measured without sliding the contact portion is a specific metal. It does not use specific physical properties of the species. Therefore, this applies to a terminal pair made of any conductive member except for a metal such as gold on which a surface oxide film is not formed. Typical metal species employed to form the outermost surface of a general terminal include tin, nickel, copper, etc., and any of these may be used as the outermost surface material of the contact portion. The configuration of the terminal pair according to the above embodiment is applicable.
また、接点部表面の酸化被膜の大部分が破壊された状態における接触抵抗である基準接触抵抗の値や、ワイピング時の接触荷重及び摺動距離に対する接触抵抗の挙動は、最表面の金属種さえ同じであれば、母材の種類や、めっき等で最表面の金属層を形成する方法にもあまり依存しない。よって、ある条件で形成した端子対に対して、必要な接触荷重及び摺動距離を決定することができれば、最表面に露出する金属種が同じである限り、その知見を母材の種類や最表層の形成方法を異ならせた素材よりなる端子対にも適用できる。 In addition, the value of the reference contact resistance, which is the contact resistance when most of the oxide film on the contact surface is destroyed, and the contact resistance behavior with respect to the contact load and sliding distance during wiping, If it is the same, it does not depend much on the type of base material and the method of forming the outermost metal layer by plating or the like. Therefore, if the necessary contact load and sliding distance can be determined for a pair of terminals formed under certain conditions, the knowledge can be used as long as the metal type exposed on the outermost surface is the same. The present invention can also be applied to terminal pairs made of materials with different surface layer formation methods.
最表面にスズ層を有する端子対の場合、基準接触抵抗は、１．３０ｍΩである。ワイピング時の接触荷重が１．０Ｎ未満である場合には、摺動距離を１０μｍ以上とすれば、摺動後の接点部について、この基準接触抵抗よりも小さい接触抵抗を達成することができる。一方、ワイピング時の接触荷重が１．０Ｎ以上である場合には、摺動距離を５μｍ以上とすれば、摺動後の接点部について、この基準接触抵抗よりも小さい接触抵抗を達成することができる。 In the case of a terminal pair having a tin layer on the outermost surface, the reference contact resistance is 1.30 mΩ. When the contact load at the time of wiping is less than 1.0 N, if the sliding distance is 10 μm or more, a contact resistance smaller than the reference contact resistance can be achieved for the contact portion after sliding. On the other hand, when the contact load during wiping is 1.0 N or more, if the sliding distance is 5 μm or more, a contact resistance smaller than the reference contact resistance can be achieved for the contact portion after sliding. it can.
この接触荷重と摺動距離の関係は、上記のように、両接点部の最表面がスズ層によって覆われていれば、端子の具体的な形状や母材の種類、スズ層の形成方法によらず適用可能である。また、スズ層における酸化被膜の厚さ及び硬さは、酸化条件にあまり依存しないので、上記の接触荷重と摺動距離の関係は、高温耐久等、端子対の使用履歴等にも依存せず、適用可能である。 As described above, the relationship between the contact load and the sliding distance depends on the specific shape of the terminal, the type of base material, and the method of forming the tin layer, as long as the outermost surfaces of both contact portions are covered with the tin layer. It is applicable regardless. In addition, since the thickness and hardness of the oxide film in the tin layer do not depend much on the oxidation conditions, the relationship between the contact load and the sliding distance does not depend on the usage history of the terminal pair, such as high temperature durability. Applicable.
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples.
［試験片の作成］
清浄化した銅合金基板の表面に、厚さ３μｍのスズめっき層を形成し、平板状試験片を作成した。加えて、これに曲率半径３ｍｍのエンボス構造を形成して、エンボス状試験片を作成した。
[Create specimen]
A tin plating layer having a thickness of 3 μm was formed on the surface of the cleaned copper alloy substrate to prepare a flat test piece. In addition, an embossed structure with a radius of curvature of 3 mm was formed on this, and an embossed specimen was prepared.
［試験方法］
（基準接触荷重の評価）
上記試験片について、接触抵抗を四端子法によって測定した。平板状試験片を水平に保持し、鉛直方向からエンボス状試験片のエンボス頂部を接触させ、水平方向に摺動させることなく、鉛直方向から接触荷重を印加した。この際、０〜４０Ｎの荷重を増加させる方向に印加した。接触抵抗測定における開放電圧は２０ｍＶ、通電電流は１０ｍＡとした。
[Test method]
(Evaluation of standard contact load)
About the said test piece, the contact resistance was measured by the four probe method. The flat test piece was held horizontally, the embossed top of the embossed test piece was brought into contact from the vertical direction, and a contact load was applied from the vertical direction without sliding in the horizontal direction. At this time, the load of 0 to 40 N was applied in the direction of increasing. The open circuit voltage in the contact resistance measurement was 20 mV, and the energization current was 10 mA.
測定された結果を、横軸を接触荷重の常用対数、縦軸を接触抵抗の常用対数としてプロットした。プロット曲線から、下凸構造の変曲点を検出し、その変曲点における接触抵抗値を記録した。 The measured results were plotted with the horizontal axis representing the common logarithm of contact load and the vertical axis representing the common logarithm of contact resistance. The inflection point of the downward convex structure was detected from the plot curve, and the contact resistance value at the inflection point was recorded.
以上の測定を種々の酸化条件を経た試験片に対して行い、変曲点の接触抵抗の平均値を、基準接触抵抗とした。 The above measurements were performed on test pieces that had undergone various oxidation conditions, and the average value of the contact resistance at the inflection point was taken as the reference contact resistance.
（ワイピング後の接触抵抗の評価）
上記と同様の四端子法による接触抵抗の測定において、まず、試験片を水平方向に摺動させることなく、０Ｎから所定の接触荷重まで荷重を増加させながら接触抵抗を測定した。次に、印加する荷重がその所定の荷重に達すると、その所定の荷重を印加したまま、０．０５ｍｍ／ｍｉｎの速度で、所定の摺動距離だけエンボス状試験片を平板状試験片の上で水平方向に摺動させた。摺動後に、その所定荷重を印加したまま、接触抵抗を測定し、ワイピング後の接触抵抗とした。印加する荷重は、０．５Ｎ、１．０Ｎ、１．５Ｎ、２．０Ｎの４通りとし、摺動距離は、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、５００μｍ、７００μｍの９通りとし、これらの全組み合わせに対して測定を行った。
(Evaluation of contact resistance after wiping)
In the measurement of contact resistance by the same four-terminal method as described above, first, contact resistance was measured while increasing the load from 0 N to a predetermined contact load without sliding the test piece in the horizontal direction. Next, when the applied load reaches the predetermined load, the embossed test piece is placed on the flat test piece for a predetermined sliding distance at a speed of 0.05 mm / min while the predetermined load is applied. And slid horizontally. After sliding, the contact resistance was measured while applying the predetermined load, and the contact resistance after wiping was determined. The applied load is 4 types of 0.5N, 1.0N, 1.5N and 2.0N, and the sliding distance is 9 types of 1 μm, 5 μm, 10 μm, 20 μm, 50 μm, 100 μm, 200 μm, 500 μm and 700 μm. And all the combinations were measured.
（接点部の表面の評価）
ワイピングによる接点部表面の構造変化を調べるため、上記試験でワイピングを経た後の平板状試験片について、接点部の圧痕のうち、ワイピングの終点に当たる箇所に対して、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行った。また、ＳＥＭ像をもとに、結晶粒の大きさの解析を行った。
(Evaluation of contact surface)
In order to investigate the structural change of the contact portion surface due to wiping, scanning electron microscope (SEM) observation was performed on the portion corresponding to the wiping end point of the indentation of the contact portion of the flat test piece after wiping in the above test. went. Moreover, the size of the crystal grain was analyzed based on the SEM image.
［試験結果及び考察］
（基準接触抵抗の評価）
７７個の試験片に対して得られた変曲点の接触荷重及び接触抵抗値を平均すると、それぞれ、２．７Ｎ及び１．３０ｍΩとの値が得られた。つまり、基準接触抵抗は、１．３０ｍΩと定められた。
[Test results and discussion]
(Evaluation of standard contact resistance)
When the contact load and contact resistance value of the inflection points obtained for the 77 test pieces were averaged, values of 2.7 N and 1.30 mΩ were obtained, respectively. That is, the reference contact resistance was set to 1.30 mΩ.
（ワイピング後の接触抵抗の評価）
図３に、ワイピング後の接触抵抗を、接触荷重ごとに、摺動距離の関数として示す。ここで、縦軸の接触抵抗値は、基準接触抵抗（１．３０ｍΩ）を１００％とした時の相対値（割合）で表してある。なお、各プロット点は、５回の独立した測定の平均値を示している。５回の測定の間のばらつきによるエラーバーは、代表として接触荷重が０．５Ｎの場合のみについて表示してある。
(Evaluation of contact resistance after wiping)
FIG. 3 shows the contact resistance after wiping as a function of sliding distance for each contact load. Here, the contact resistance value on the vertical axis is expressed as a relative value (ratio) when the reference contact resistance (1.30 mΩ) is 100%. In addition, each plot point has shown the average value of five independent measurements. The error bars due to the variation between the five measurements are displayed only when the contact load is 0.5 N as a representative.
図３によると、接触荷重が大きいほど、また摺動距離が長いほど、相対接触抵抗値が小さくなっている。ワイピング後の接触抵抗が基準接触抵抗よりも小さくなるような接触荷重と摺動距離の組が、本発明にかかる端子対における接触荷重及び摺動距離として採用可能なものである。つまり、相対接触抵抗値が１００％以下となるような接触荷重及び摺動距離が採用可能なものであると判定される。 According to FIG. 3, the larger the contact load and the longer the sliding distance, the smaller the relative contact resistance value. A combination of a contact load and a sliding distance such that the contact resistance after wiping becomes smaller than the reference contact resistance can be adopted as the contact load and the sliding distance in the terminal pair according to the present invention. That is, it is determined that a contact load and a sliding distance such that the relative contact resistance value is 100% or less can be adopted.
接点部の摺動を行わない場合に、１．３０ｍΩにまで低下された接触抵抗（相対接触抵抗１００％）を得るためには、２．７Ｎもの荷重が必要であったのに対し、０．５Ｎのような小さな荷重でも、適切な摺動距離にわたるワイピングを経ることで、この値以下の接触抵抗が達成されている。 In order to obtain the contact resistance reduced to 1.30 mΩ (relative contact resistance 100%) when the contact portion is not slid, a load of 2.7 N is required, whereas Even with a small load such as 5N, a contact resistance below this value is achieved by wiping over an appropriate sliding distance.
荷重が１．０Ｎ未満では、５μｍ未満の摺動距離で、相対接触抵抗値が１００％を上回っているのに対し、摺動距離が１０μｍ以上となると、相対接触抵抗値が１００％以下となっている。一方、接触荷重が１．０Ｎ以上では、５μｍ未満の摺動距離で、相対接触抵抗値が１００％を上回っているのに対し、摺動距離が５μｍ以上となると、相対接触抵抗値が１００％以下となっている。 When the load is less than 1.0 N, the relative contact resistance value exceeds 100% at a sliding distance of less than 5 μm, whereas when the sliding distance becomes 10 μm or more, the relative contact resistance value becomes 100% or less. ing. On the other hand, when the contact load is 1.0 N or more, the relative contact resistance value exceeds 100% at a sliding distance of less than 5 μm, whereas when the sliding distance is 5 μm or more, the relative contact resistance value is 100%. It is as follows.
（接点部の表面の評価）
摺動後の接点部の表面のＳＥＭ像は、摺動距離と接触抵抗値の相関性の起源についての情報を与える。図４（ａ）〜（ｃ）に、接触荷重を１．０Ｎとし、摺動距離をそれぞれ５μｍ、１００μｍ、５００μｍとしてワイピングした際の接点部のＳＥＭ像を示す。スズめっき層の表面は、微細な柱状の結晶粒が集合して構成されているが、摺動距離の増加に伴い、結晶粒が小さくなっていることが分かる。さらに、小さくなった結晶粒が、表面平行方向に倒れるように、相互に折り重なっていることが分かる。
(Evaluation of contact surface)
The SEM image of the surface of the contact portion after sliding gives information about the origin of the correlation between the sliding distance and the contact resistance value. 4A to 4C show SEM images of the contact portions when wiping was performed with a contact load of 1.0 N and sliding distances of 5 μm, 100 μm, and 500 μm, respectively. Although the surface of the tin plating layer is constituted by a collection of fine columnar crystal grains, it can be seen that the crystal grains become smaller as the sliding distance increases. Furthermore, it turns out that the crystal grains which became small are mutually folded so that it may fall in the surface parallel direction.
摺動距離の増加に伴う結晶粒の微細化を定量的に評価するため、各ＳＥＭ像において、１００個の結晶粒を任意に抽出し、その粒径を計測した。その結果を、図４（ｄ）〜（ｆ）にヒストグラムとして示す。摺動距離の増加に伴い、粒径の中央値が、小さい側にシフトしている。ここから得られる粒径の平均値を、摺動を行わない場合（摺動距離０）とともに、下の表１に示す。なお、表１には、それぞれの試料片について測定された接触抵抗値も同時に示す。この抵抗値は、図３に掲載した５回の測定の平均値ではなく、図４（ａ）〜（ｃ）のＳＥＭ像を測定した試料片に対して測定された測定値そのものである。 In order to quantitatively evaluate the refinement of crystal grains accompanying an increase in sliding distance, 100 crystal grains were arbitrarily extracted from each SEM image, and the grain sizes were measured. The results are shown as histograms in FIGS. As the sliding distance increases, the median particle diameter shifts to the smaller side. The average value of the particle diameter obtained from this is shown in Table 1 below together with the case where sliding is not performed (sliding distance 0). Table 1 also shows the contact resistance values measured for each sample piece. This resistance value is not the average value of the five measurements shown in FIG. 3, but the measured value itself measured for the sample piece from which the SEM images of FIGS. 4 (a) to 4 (c) were measured.
表１によると、摺動距離の増加に伴って、結晶粒の平均粒径が小さくなっていることが、明確に示されている。また、この傾向は摺動距離に対する接触抵抗の挙動と共通するものであり、結晶粒の平均粒径と接触抵抗との間に何らかの相関があることが示唆される。 According to Table 1, it is clearly shown that as the sliding distance increases, the average grain size of the crystal grains decreases. This tendency is in common with the behavior of the contact resistance with respect to the sliding distance, and it is suggested that there is some correlation between the average grain size of the crystal grains and the contact resistance.
（摺動による接触抵抗低減の機構）
そこで次に、このような摺動距離の増加に伴う表面の結晶粒の微細化が、どのような微視的機構によって接触抵抗の低減につながるのかを考察する。
(Mechanism for reducing contact resistance by sliding)
Then, next, it will be considered what microscopic mechanism leads to reduction of contact resistance by such refinement of the surface crystal grains accompanying the increase of the sliding distance.
一つの可能性のある機構として、摺動が起こる前の結晶粒の表面は、絶縁性の酸化被膜で覆われているが、摺動によって、結晶粒が微細化することで、酸化被膜に覆われない新生金属面が、新たに結晶粒の表面に露出し、表面の抵抗値を下げるという機構が考えられる。この機構の妥当性を検証するため、以下のようにモデル化による検討を行う。 One possible mechanism is that the surface of the crystal grain before sliding occurs is covered with an insulating oxide film, but the crystal grain is refined by sliding, so that the oxide film is covered. It is conceivable that a new metal surface that is not exposed is newly exposed on the surface of the crystal grains and the resistance value of the surface is lowered. In order to verify the validity of this mechanism, a modeling study is performed as follows.
図４（ａ）〜（ｃ）の各ＳＥＭ像で観測される結晶粒１は、図５（ａ）に模式的に示すように、不規則な形状よりなる。また、各結晶粒１の大部分は、酸化被膜に覆われた酸化部１２よりなるが、外周部に、酸化被膜に覆われない新生金属面１１が露出している。ＳＥＭ像をよく見ると、結晶粒の外周に、内部よりも明るく観測される輪郭のような領域が存在するが、これが新生金属面である。 The crystal grains 1 observed in each SEM image of FIGS. 4A to 4C have an irregular shape as schematically shown in FIG. Further, most of each crystal grain 1 is composed of an oxidized portion 12 covered with an oxide film, but a new metal surface 11 not covered with the oxide film is exposed at the outer peripheral portion. When the SEM image is observed closely, a region like a contour observed brighter than the inside exists on the outer periphery of the crystal grain, and this is a new metal surface.
取り扱いを容易にするため、各結晶粒１を、図５（ｃ）のように、１辺の長さがＬ’の正方形に近似する。正方形の結晶粒１の外周には、均一な幅ｔを有する新生金属面１１が形成され、新生金属面１１より内側は、酸化被膜に覆われた酸化部１２が占めているとする。また、新生金属面１１のみが電気伝導に与るとする。 In order to facilitate handling, each crystal grain 1 is approximated to a square having a side length L ′ as shown in FIG. It is assumed that a new metal surface 11 having a uniform width t is formed on the outer periphery of the square crystal grain 1, and an oxidized portion 12 covered with an oxide film occupies the inner side of the new metal surface 11. Further, it is assumed that only the new metal surface 11 affects electrical conduction.
さらに、接点部が摺動して形成された圧痕２を、図５（ｂ）のように、正方形の結晶粒１が集合して形成された、１辺の長さがＬ、面積がＳの正方形に近似する。そして、摺動距離が増加すると、圧痕２の正方形の大きさは変化せず、各結晶粒１が微細化され、正方形の一片の長さＬ’が短くなり、これに伴って圧痕２中の結晶粒１の数が増加するとする。この時、新生金属面１１の幅ｔは変化しないとする。結晶粒の微細化に伴って、新生金属面の幅が変化しないことは、ＳＥＭ観察の結果からも確認されている。 Further, the indentation 2 formed by sliding the contact portion is formed by gathering the square crystal grains 1 as shown in FIG. 5B, and the length of one side is L and the area is S. Approximate a square. When the sliding distance is increased, the size of the square of the indentation 2 does not change, each crystal grain 1 is refined, and the length L ′ of the square piece is shortened. Assume that the number of crystal grains 1 increases. At this time, it is assumed that the width t of the new metal surface 11 does not change. It has also been confirmed from the results of SEM observation that the width of the new metal surface does not change as the crystal grains become finer.
まず、ある摺動距離を摺動した後の圧痕２における新生金属面１１の面積Ｓ’は、次の式（２）のように表される。ここで、ａは、ＳＥＭ像における結晶粒を円と近似した場合の平均半径、つまり表１の平均粒径の半分の長さである。正方形に近似した結晶粒１の面積と、この円の面積が等しくなっていると近似する。
First, the area S ′ of the new metal surface 11 in the indentation 2 after sliding a certain sliding distance is expressed as the following formula (2). Here, a is an average radius when crystal grains in the SEM image are approximated to a circle, that is, a length that is half of the average particle diameter in Table 1. It is approximated that the area of the crystal grain 1 approximated to a square is equal to the area of this circle.
また、圧痕２中に存在する正方形の結晶粒１の数ｎは、式（３）のように表される。 Further, the number n of the square crystal grains 1 present in the indentation 2 is expressed as shown in Expression (3).
さらに、圧痕２中における新生金属面１１の総面積Ｓａｌｌは、次の式（４）のように表される。 Further, the total area S all of the nascent metal surface 11 in the indentation 2 is expressed by the following equation (4).
上で仮定したように、新生金属面１１のみが電気伝導に寄与すると仮定すると、圧痕２全体における抵抗値Ｒは、抵抗率をρ、スズ層の厚さ方向への新生金属面２１の導体幅をＴとすると、下記の式（５）のように表される。 Assuming above, assuming that only the new metal surface 11 contributes to electrical conduction, the resistance value R in the entire indentation 2 is represented by the resistivity ρ and the conductor width of the new metal surface 21 in the thickness direction of the tin layer. When T is T, it is expressed as the following formula (5).
ここで、ある第一の摺動距離における抵抗値Ｒ１と別の第二の摺動距離における抵抗値Ｒ２との比を考えると、抵抗率ρ及び導体幅Ｔの具体的な値を知ることなく、式（６）のようにその比を求めることができる。 Here, knowing Given the ratio between the resistance value R 2 of the second sliding distance of the resistance value R 1 and the other in the first sliding distance in the specific values of resistivity ρ and the conductor width T The ratio can be obtained as shown in Equation (6).
ａ１及びａ２の値は、表１に掲載される各摺動距離に対する平均粒径の半分の値として求められる。また、新生金属面１１の幅ｔは、拡大したＳＥＭ像において実際に見積もると、摺動距離によらず、約６０ｎｍとなる。 The values of a 1 and a 2 are determined as half the average particle size for each sliding distance listed in Table 1. Further, the width t of the new metal surface 11 is about 60 nm regardless of the sliding distance when actually estimated in the enlarged SEM image.
このようにして、摺動距離が５μｍの場合の接触抵抗を１として規格化した、各摺動距離における接触抵抗を下の表２に示す。表１に掲載したワイピング後の接触抵抗の実測値も、同様に規格化して表２に示す。 Table 2 below shows the contact resistance at each sliding distance, normalized in such a manner that the contact resistance is 1 when the sliding distance is 5 μm. The measured values of contact resistance after wiping listed in Table 1 are also normalized and shown in Table 2.
表２によると、計算値と実測値が、非常に良い一致を示している。つまり、摺動によって、スズ層表面の結晶粒が微細化し、それによって酸化被膜に覆われない新生金属面が、新たに微結晶の表面に露出し、表面の抵抗値を下げるというモデルが妥当であることが示された。 According to Table 2, the calculated value and the actually measured value show very good agreement. In other words, a model in which the crystal grains on the surface of the tin layer become finer due to sliding and a new metal surface that is not covered by the oxide film is newly exposed on the surface of the microcrystal, and the resistance value of the surface is lowered is reasonable. It was shown that there is.
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
１ 結晶粒
１１ 新生金属面
１２ 酸化部
２ 圧痕
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal grain 11 New metal surface 12 Oxidation part 2 Indentation
Claims (4)
（ｉ）前記２つの接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく、前記２つの接点部の接触箇所における接触荷重−接触抵抗特性を測定し、測定結果を両対数表示したグラフにおいて、下凸構造の変曲点における接触抵抗値を基準接触抵抗値と規定する過程。
（ｉｉ）前記ワイピングが行われた後に計測される前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が前記基準接触抵抗値以下となるように、前記ワイピングの際に、前記２つの接点部のうちの一方が他方に対して摺動される摺動距離と、前記２つの接点部の間に印加される接触荷重とを設定する過程。 A male connector terminal and a female connector terminal, and when the male connector terminal and the female connector terminal are fitted, a contact portion of the male connector terminal and a contact portion of the female connector terminal A terminal pair design method in which wiping in which one of them is slid relative to the other includes the following steps (i) and (ii).
(I) A graph in which the contact load-contact resistance characteristic at the contact point of the two contact portions is measured without causing the two contact portions to be in electrical contact with each other and slid to each other, and the measurement result is displayed in a logarithmic form. The process of defining the contact resistance value at the inflection point of the downward convex structure as the reference contact resistance value.
(Ii) During the wiping, of the two contact parts, the contact resistance value at the contact point of the two contact parts measured after the wiping is less than or equal to the reference contact resistance value. A step of setting a sliding distance in which one of the two is slid with respect to the other and a contact load applied between the two contact portions.
前記雄型コネクタ端子と前記雌型コネクタ端子が嵌合される際に、相互に電気的に接触する前記雄型コネクタ端子の接点部と前記雌型コネクタ端子の接点部のうちの一方が、形状によって規定される所定の接触荷重を印加された状態で、他方に対して、形状によって規定される所定の摺動距離だけ摺動されるように構成され、
摺動後の前記２つの接点部の接触箇所における接触抵抗値が、前記２つの接点部と同じ形状及び材質を有する２つのモデル接点部を電気的に接触させて相互に摺動させることなく計測した接触荷重−接触抵抗特性を両対数表示したグラフにおける下凸構造の変曲点における接触抵抗値以下であることを特徴とする端子対。 It consists of male connector terminals and female connector terminals,
When the male connector terminal and the female connector terminal are fitted, one of the contact portion of the male connector terminal and the contact portion of the female connector terminal that are in electrical contact with each other is shaped. In a state where a predetermined contact load defined by is applied, it is configured to be slid by a predetermined sliding distance defined by the shape with respect to the other,
The contact resistance value at the contact point of the two contact parts after sliding is measured without causing the two model contact parts having the same shape and material as the two contact parts to be in electrical contact and sliding with each other. A terminal pair having a contact resistance value equal to or lower than a contact resistance value at an inflection point of a downwardly convex structure in a logarithmic display of the contact load-contact resistance characteristic.
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