JP3920253B2 - 接点用潤滑剤 - Google Patents

Description

本発明は、金及び金合金を施した電気接点の潤滑剤、潤滑処理方法及び潤滑処理されたコネクタコンタクトに関し、詳しくは、電子機器・電気部品等の摺動接点用潤滑剤、潤滑処理方法及び潤滑処理されたコネクタに関する。

一般に、コネクタは抜き差し（挿抜）によって、コンタクトは摺動され、摩擦摩耗が生じる。金及び金合金は電気伝導性や耐環境性に優れるため電気接触子に多く使用される。

コネクタ接触子（コンタクト）等の電気接触子に用いられる基材は、通常銅、銅合金、鉄合金等の材料の最表面に金あるいは金合金をめっき方法もしくは、クラッド、蒸着等で施したものである。また、中間層としてニッケルあるいはニッケル合金を施す場合も多い。

しかし、金は凝着を生じやすい金属であり、接触による凝着摩耗により容易に摺動部分から消失する。この結果、下地金属が露出、大気中の水分やガスで腐食を生じ、接触抵抗が不安定になる。このため、多数回、特に、１万回以上の挿抜回数が必要なコネクタ（例えば、ＩＣカード用コネクタなど）では、接点部分の潤滑効果による摩耗軽減が不可欠となっている。

金あるいは金合金を接点金属として用いた摺動接触子においては、次のような要求事項がある。

（イ）接触子の摺動における挿入時および抜去時の挿入力、抜去力の低減化。これは、摩擦係数を小さくすることとも言える。

（ロ）接触表面の摩耗の低減化、あるいは耐摩耗性の向上であり、接点金属が表面から消失しないこととも言える。特に１００００回以上の多数回の摺動において、安定な接触維持のために重要である。

（ハ）接触抵抗が安定であること。あるいは接触子の嵌合回数の初期から多数回において接触抵抗が安定であること。

（ニ）また、使用環境中において、耐食性があること。等である。

上記の要求に対し、特に先の（イ）〜（ハ）については接点部に潤滑剤を施すことにより改善が図られている。

アルファオレフィン系高分子を基油とした潤滑剤は、例えば、特許文献１に摺動接点用グリスとして記載されている。

しかしながら、摺動接点にグリスを使用すると高い潤滑効果が期待できるが、その流動性の悪さから１万回に及ぶような長期の摺動では、グリスの切れを起こしやすく、ある回数より急激に摩耗が進行してしまう。また、０．５Ｎ以下のように、接触荷重が低い場合、潤滑膜層が厚く皮膜抵抗が大きくなり、接触抵抗が不安定になるという問題がある。さらに、摺動接点の摩耗粉とグリスとの混合により、固形分の生成が生じるため、それの接点への介在により、接触抵抗が不安定になるという問題がある。

摺動接点への潤滑剤としてパラフィンワックスの使用例が、特許文献２などに開示されている。

しかしながら、パラフィンワックスは、摺動面に流動性の悪い硬い皮膜を形成するため、潤滑には有利であるが、コネクタとして最も重要な接触抵抗が安定しない。また、パラフィン自体は、金に対し強い吸着をしないので、金の凝着による摩擦係数の上昇を抑えることはできない。

一方、特許文献３には、潤滑剤としてポリオールエステルの使用例が記載されている。しかしながら、ポリオールエステルは、その構造上、動粘度が低く、長期間の使用にあたっては、摺動面からオイルが流出してしまい、潤滑効果が著しく悪化する。また、エステル系では、金に対する吸着力が弱く、大きな境界潤滑効果も望めない。

また、特許文献４には、ポリフェニルエーテルを非ハロゲン系の汎用有機溶剤の一種単独又は二種以上の混合溶媒に溶解せしめた処理剤及びこの処理剤に、更に，一定量の水を添加することによって得られる電気接点用処理剤が開示されている。

さらに、特許文献５には、潤滑油基油を主成分とし、増稠剤が添加されていない潤滑剤組成物において、スチレンブロック共重合体と、ポリエステル、ポリスチレン、及びポリプロピレンのうちから選ばれる少なくとも一種の高分子化合物を含有する構成である。

また、市販されるコンタクト潤滑剤に関しても、上記のような同様の理由で金及び金合金電気接点の長期的な潤滑に満足できるものがなく、上記（イ）〜（ハ）の全てを満足できるものはなかった。
特開昭６４−９２９７号公報 特開平４−２０２６９３号公報 特開昭６１−２３３０９５号公報 特開平１１−２１７５７９号公報 特開２００３−７３６８６号公報

金もしくは金合金は、優れた耐環境性と電気伝導性を有する電気接点であるが、摺動により凝着摩耗し易いといった問題がある。

従って、本発明の技術的課題は、コネクタの長期間の使用すなわち１００００回以上の嵌合において、上記（イ）〜（ニ）の全てを満足させる、高い潤滑効果を持った金及び金合金を施した電気接点用の潤滑剤と潤滑処理されたコンタクトを提供することである。

本発明によれば、潤滑剤において、主成分としてポリアルファオレフィンまたは流動パラフィンを、増粘剤としてポリブテンを用いた混合物に、メルカプトベンゾチアゾール系化合物およびジベンゾチアジルジスルフィドの内の１種または２種以上を含有し、前記混合物は、２５℃における動粘度が３００〜２０００ｍｍ ^２ ／ｓに調節されていることを特徴とする接点用潤滑剤が得られる。

また、本発明によれば、金又は金合金を表面に施したコンタクトの摺動接点が前記接点用潤滑剤によって処理されていることを特徴とするコンタクトが得られる。

また、本発明によれば、前記コンタクトを備えていることを特徴とするコネクタが得られる。

まず、本発明の原理について説明する。

本発明において用いられる基材は、コネクタ接触子（コンタクト）等の電気接触子でもあり、通常銅、銅合金、鉄合金等の材料の最表面に金あるいは金合金をめっき方法もしくは、クラッド、蒸着等で施したものである。また、中間層としてニッケルあるいはニッケル合金を施す場合も多い。これら電気接触子のうち、特にコネクタのコンタクトの長期間の嵌合における摩擦摩耗を改善したものである。

本発明では、１００００回以上の多数回の摺動あるいは接触子の嵌合においては、潤滑剤は流動性と適度な動粘度を持つことが重要であることを見出した。

具体的には潤滑のための主成分としてポリアルファオレフィンあるいは流動パラフィンを使用することであり、これらは流動性を保持しているためである。これにより０．５Ｎ以下の低荷重において接触面内において厚い潤滑層とはならず、つまり、皮膜抵抗の低下により接触抵抗の安定性を保つことができる。

しかしながら、流動性が良好だけでは要求事項を満足させることはできない。

本発明においては、主成分の基油に更に、ポリブテンを増粘剤として使用し、上記の基油（主成分）の動粘度を高めに、基本的には、接触子の使用温度（２５℃、以下同じ）において３００〜２０００ｍｍ^２／ｓに調整することが重要である。これにより、接触子あるいはコネクタを長期に使用しても、潤滑剤か摺動面あるいは接触面から流出することを抑制でき、潤滑層を保持することができる。

また、ポリアルファオレフィンや流動パラフィンのような炭化水素は通常金や金合金に対して強い吸着力を持っていない。これは、境界潤滑の生じにくい状態であり、特にコネクタのかん合の初期段階（１〜５０回）では、摩擦係数の増加が生じる。このため、下記化１式で示されるメルカプトベンゾチアゾール系化合物および、あるいは、下記化２式で示されるジベンゾチアジルジスルフィドを基油に添加することによって、潤滑剤の塗布により金とこれら化合物の結合皮膜が形成でき、金の凝着による摩擦係数の上昇を防ぐことが出来る。すなわち、高い境界潤滑効果が達成できるため、摩擦係数の上昇を抑え，更に、摩耗を防止することが出来る。この結合皮膜は単分子またはそれに近い皮膜であり、ワックスのような硬いつまり流動性の悪い厚膜で金の凝着を防ぐのと違い、皮膜抵抗を大きくすることはない。すなわち、接触抵抗を不安定にさせることはない。

即ち、本発明では、増粘剤としてのポリブテンによって、ポリアルファオレフィンまたは流動パラフィンを動粘度３００〜２０００ｍｍ^２／ｓ（使用温度）に調整した基油に、メルカプトベンゾチアゾール系化合物及びジベゾチアジルジスルフィドを０．１〜１０００ｍｍｏ１／（基油１Ｌ）を含む金及び金合金を施した電気接点の潤滑剤で潤滑処理されたコネクタコンタクトを提供するものである。

また、本発明では、金及び金合金を表面に施した接触子を潤滑する潤滑剤であって、増粘剤としてポリブテンによって、ポリアルファオレフィンまたは流動パラフィンを主としたこれら混合物を動粘度として３００〜２０００ｍｍ^２／ｓ（接触子の使用温度に対して）に調整した基油に、基油ＩＬ（リットル）当たり、メルカプトベンゾチアゾール系化合物及びジベンゾチアジルジスルフィドの１種または２種以上を０．１〜１０００ｍｍｏｌ含む潤滑剤を提供するものである。

また、本発明の潤滑剤処理方法では、前記潤滑剤で処理することである。

また、本発明のコネクタ接触子は、金及び金合金を表面に施したコネクタ接触子を前記潤滑剤で処理したものである。

以上により、従来の要求事項の（イ）〜（ハ）についで良好な効果を発揮することができる。

また、本発明で処理された接触子は、オイルの層が接点表面上に形成されるので、腐食ガスおよび水分の接点表面ヘの付着を抑制するので、従来の要求事項（ニ）に相当する耐食性を持っている。

ここで、本発明において、基油の動粘度をコネクタの使用温度において、３００〜２０００ｍｍ^２／ｓとするのは、これより低い粘度の場合、接触子の摺動部或いは接点部から塗布した潤滑剤が流出しやすくなり、長期間のコネクタ等を使用したときに潤滑剤が摺動部より消失し、潤滑効果が減少・劣化してしまうからである。接触子の保持角度によっては、短時間で流失してしまうことがある。

逆に、高い場合には、接点表面グリスやワックスなどと同様に接点表面で潤滑層が厚くなり、皮膜抵抗の増大で接触抵抗が高くなるなどの不安定性が生じてしまう。

また、潤滑剤の流動性低下により、摺動部分での潤滑剤のワイピングなどの動きにより排除され、潤滑剤切れが発生しやすくなる。このため、摩耗が急速に進行してしまうからである。この場合も、接触抵抗の上昇や不安定な状態となってしまう。

また、本発明において、増粘剤としてポリブテンを選択した理由は、ポリアルファオレフィンや流動パラフィンと同じ炭素と水素から成る炭化水素であり、性状が似ておりお互いによく溶け合うためである。これにより、目的とする動粘度を持つ安定な混合物を得ることが出来る。

また、本発明において、メルカプトベンゾチアゾール系化合物及びジベンゾチアジルジスルフィドを添加する理由は、以下のためである。すなわち、ポリアルファオレフィンや流動パラフィンのような炭化水素は通常金や金合金に対しで強い吸着力を持っていない。

これは、境界潤滑の生じにくい状態にあり、特にコネクタの嵌合の初期段階（１〜５０回）では、摩擦係数の増加が生じることになる。メルカプトベンゾチアゾ−ル系化合物及びジベンゾチアジルジスルフィドなどの化合物は、金或いは、金合金を強く吸着することが出来る。このため、単分子及びそれに近い皮膜を形成し、これにより、摺動初期の金の凝着摩耗を防止し、低い摩擦係数を達成することが出来る。これらの化合物の添加量を０．１〜１０００ｍｍｏｌ／ｌ（基油１リットル）としたのは、これより少ない場合は、結合皮膜の生成が不十分となり、金の凝着を抑制出来ないためであり、多い場合は、凝着抑制効果は変わらないが、基油に対する溶解性が悪くなり、固まりとなり接点への介在による接触障害になる可能性があるためである。

本発明のポリブテンは、製造メーカーや分子量や動粘度は任意であり、また水素添加の有無は問わない。例えば出光ポリブテン３００Ｒや２０００Ｈ（出光石油化学（株）製）などが使用できる。ポリアルファオレフィンも同様であるが、例えば出光ＰＡＯ５０１０（出光石泊化学（株）製）などが挙げられる。

流動パラフィンについても同様である。一例を挙げると（株）松村石油化学研究所のモレスコホワイトｐ−５００などがある。

処理方法は原液のスプレー塗布や刷毛塗り、溶剤希釈による浸せき塗布、エアロゾルなど様々な方法が適用できる。メルカプトベンゾチアゾールの基油への溶解には、有機溶媒を補助として少量使用することも可能である。また、この潤滑剤に酸化防止剤を，加えることも可能である。

以下、本発明の具体例について説明する。

図１は摩擦磨耗試験に用いたサンプルの形状を示す図である。図１に示すように、摩擦摩耗試験に用いるサンプルはＵ字型テストピースを一方（上部）を固定側試料１、他方を固定側試料１に９０度交差して、固定側試料１に矢印５に示すような接触しながら矢印３で示すように摺動する可動側試料２とした。テストピースの材質は、ばね用りん青銅で下地ニッケルめっきを３．０μｍ、コバルト硬質金めっきを０．２５μｍ施した。

耐食性評価試験に用いたサンプルは、ばね用リン青銅の平板クーポンに、下地ニッケルめっきを１．５μｍ、コバルト硬質金めっきを０．１μｍ施した。

下記に示すように、本発明の例１と２、比較例１から５の潤滑剤をそれぞれ有機溶剤（ｎ−プロピルブロマイド）に３容量％の濃度に希釈し、可動側試料１にのみ浸せき処理により潤滑滑剤を塗布した。平板クーポンにも同様の方法で潤滑剤を塗布した。

（例１）
ポリアルファオレフィン（出光ＰＡＯ５０１０）とボリブテン（出光３００Ｒ）とを合せて１Ｌ（動粘度８６０ｍｍ^２／ｓ）と、メルカプトベンゾチアゾールを４ｇ
（例２）
流動パラフィン（モレスコホワイトＰ−５００）と、ポリブテン（出光３００Ｒ）とを合せて１Ｌ（動粘度７００ｍｍ^２／ｓ）とジベンゾチアジルジスルフィドを６ｇ
（比較例１）
ポリアルファオレフィン（出光ＰＡＯ５０１０）とポリブテン（出光３００Ｒ）とを合せて１Ｌ動粘度８６０ｍｍ^２／ｓ
（比較例２）
ポリアルファオレフィン（出光ＰＡＯ５０１０）とポリブテン（出光３００Ｒ）とを合せてＩＬ（動粘度３００ｍｍ^２／ｓ）
（比較例３）
ポリアルファオレフィン（出光ＰＡＯ５０１０）とボリブテン（出光３００Ｒ）とを合わせて１Ｌ（動粘度３０００ｍｍ２／ｓ）
（比較例４）
Ａ社市販コンタクトオイル（基油：ポリアルファオレフィン）
（比較例５）
Ｂ社市販コンタクト・オイル［動粘度６０ｍｍ^２／ｓ（２５℃）
（摩擦摩耗試験条件）
試験条件 摺動距離：往復３．０ｍｍ、摺動スピード：１．０ｍｍ／ｓ，接触荷重：０．９８Ｎ、試験温度：２５℃
（耐食性試験条件）
図２は潤滑剤の動粘度が摩擦係数に与える影響を評価した結果である。図２に示すように、添加剤を加えていない比較例１〜３，５においても、動粘度が低く過ぎる場合、摺動初期に金の凝着をほとんど抑えられず、摩擦係数が大きく上昇する。摺動回数を増やしていくと、最終的には潤滑剤の流出によって、摺動部分の潤滑剤が枯渇し、摩擦係数が上昇する。また、動粘度が高すぎる場合、潤滑剤の流動性低下により、摺動部分での潤滑油剤切れが発生し、摺動回数７０００回を過ぎた当たりから急激に摩擦係数が上昇する。このことから、動粘度は一定の範囲になければならないことが判明した。

本発明の動粘度範囲はこれらの問題はない。

下記表１は図２の評価試験を行なった時の接触抵抗についてまとめたものである。接触抵抗の上昇量５ｍΩ以下…○、５から１０ｍΩ以下…△、１０ｍΩ以上…×とした。本発明の動粘度範囲を外れると接触抵抗が不安定になり、大きく上昇した。

（い）ＳＯ_２ガス試験
ＳＯ_２ガス濃度：１０±３ｐｐｍ、温度：４０±２℃、相対湿度：高湿、試験時間：９６ｈ（ＪＥＩＤＡ−３９準拠）
（ろ）塩水噴霧試験
塩水濃度：５±１％質量比、温度３５±２℃、試験時問：４８ｈ、本発明の例及び比較例に表示した動粘度は全て２５℃で測定した結果である。

図３はメルカプトベンノチアゾール系化合物及びジベンゾチアジルジスルスルフィドを添加した効果を示す図である。図３の例１及び例２で示すように、図２における最適動粘度範囲において、添加した場合には、添加しない比較例１乃至３と比較し、金の凝着が抑制され、摺動初期の摩擦係数が大きく低減している。このため、挿抜力を低下するのみならず、金の摩耗量も抑えることが出来る。

図４、図５、及び図６は比較例５（６０ｍｍ^２／ｓ）、比較例１（８６０ｍｍ^２／ｓ）、及び比較例３（３０００ｍｍ^２／ｓ）の摺動１万回後の摩耗痕の様子を示す顕微鏡写真である。本発明の動粘度範囲である図５は下地ニッケル露出はなく、良好である。範囲から外れる図４と図６はニッケル露出が確認出来る。

下記表２は耐食性試験の結果である。下記表２において、腐食なし・・・◎、腐食わずかにあり・・・○、腐食あり・・△、激しく腐食あり…×とした。潤滑剤を塗布した場合、よく腐食を抑えていた。この中で本発明の例１（メルカプトベンゾチアゾール系化合物及びジベンゾチアジルジスルフィドを添加は若干よい結果となった。塗布しない（ｂｌａｎｋ）は激しく腐食した。

以上の説明の通り、本発明に係る潤滑剤は、コネクタのコンタクトの潤滑に適合する。

摩擦磨耗試験に用いたサンプルを示す斜視図である。 潤滑剤の動粘度が摩擦係数に与える影響を評価した結果を示す図である。 メルカプトベンノチアゾール系化合物及びジベンゾチアジルジスルスルフィドを添加した効果を示す図である。 比較例５の摺動１万回後の摩耗痕の状態を示す顕微鏡写真である。 比較例１の摺動１万回後の摩耗痕の状態を示す顕微鏡写真である。 比較例３の摺動１万回後の摩耗痕の状態を示す顕微鏡写真である。

符号の説明

１ 固定側試料
２ 可動側試料
３ 摺動方向を示す矢印
５ 荷重の方向を示す矢印

Claims (4)

1. 潤滑剤において、主成分としてポリアルファオレフィンまたは流動パラフィンを、増粘剤としてポリブテンを用いた混合物に、メルカプトベンゾチアゾール系化合物およびジベンゾチアジルジスルフィドの内の１種または２種以上を含有し、前記混合物は、２５℃における動粘度が３００〜２０００ｍｍ ^２ ／ｓに調節されていることを特徴とする接点用潤滑剤。
2. 請求項１記載の接点用潤滑剤において、前記混合物を基油とし、前記基油１Ｌ当たり、メルカプトベンゾチアゾール系化合物およびジベンゾチアジルジスルフィドの内の１種または２種以上を０．１〜１０００ｍｍｏｌ含むことを特徴とする接点用潤滑剤。
3. 金又は金合金を表面に施したコンタクトの摺動接点が請求項１又は２に記載の接点用潤滑剤によって処理されていることを特徴とするコンタクト。
4. 請求項３に記載のコンタクトを備えていることを特徴とするコネクタ。

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