JP4247338B2 - 電気接触材料及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気接触材料、とくに、Ｆｅ系あるいはＣｕ系の金属素材に電解によるＮｉ（ニッケル）めっきを施してなる電気接触材料及びその製造方法に関し、たとえばボタン型やコイン型電池などの電池ケース（電池缶）に適用して有効なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ボタン型やコイン型などの小型電池には外装ケースと電極端子を兼ねた電池ケース（あるいは電池缶）が使用される。この電池ケースには、薄板状の金属とくにＦｅ系素材に電解Ｎｉめっきを施してなる電気接触材料をプレス絞り加工したものが良く使われる。
この場合、その電気接触材料には、電極端子としての電気特性すなわち表面での電気接触抵抗が低く安定していることが要求されるが、これ以外に、プレスあるいは絞り等の加工性にすぐれていること、さらに、外装ケースとしての外観性いわゆる光沢性も要求される。
【０００３】
ここで、電解によるＮｉめっきには、光沢Ｎｉめっきと無光沢Ｎｉめっきがある。
光沢Ｎｉめっきは、表面が鏡面仕上げされたかのような奇麗な光沢を有していて、とくに外観性を重視する用途に適している。この光沢Ｎｉめっきは、結晶を微細化するような添加剤（光沢剤）をめっき浴に加えることで形成することができる。しかし、その添加剤の使用により、めっき層中の不純物とくにＳおよびＣの含有量が多くなり、これによって上記電気接触抵抗が高くなってしまうという問題が生じる。また、プレスや絞り加工等によってクラックが発生しやすく、加工性に劣るという問題も生じる。
他方、無光沢Ｎｉめっきは、上記添加剤を使用せずに形成されるので、めっき層中の不純物含有量が少なく、したがって上記電気接触抵抗を低くすることができる。また、プレスや絞り加工等によるクラックも発生しにくく、加工性にすぐれている。しかし、表面が無光沢で外観性（光沢性）に劣るという問題があった。
このように、従来の電解Ｎｉめっきされた電気接触材料では、たとえば上記電池ケースのように、外装ケースとしての外観性と、電極端子としての電気接触性およびプレス絞り等の加工性とが要求されるような用途において、一方の機能を得ようとすれば他方の機能が損なわれるというような背反する問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、金属素材に電解Ｎｉめっきを施してなる電気接触材料にあって、外装ケース等への利用に適した外観性、電極端子等への利用に適した電気接触性およびプレスや絞り等の加工性の各機能にすぐれた電気接触材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するための手段として、第１の手段は、
金属素材に電解によるニッケルめっき層が下層と中間層と上層の３層に形成されているとともに、前記下層は無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって形成された無光沢ニッケルめっき層であり、前記中間層は光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって形成された光沢ニッケルめっき層であり、前記上層は前記光沢ニッケルめっき層である中間層の上に無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理を施すことによって結晶状態が微細化されて光沢を呈するようになったニッケルめっき層であることを特徴とする電気接触材料である。
第２の手段は、
前記３層のニッケルめっきがなす皮膜の合計膜厚が０．５〜１０μｍ、前記下層の膜厚が０．３μｍ以上、前記中間層の膜厚が０．１〜１．０μｍ、前記上層の膜厚が０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１記載の電気接触材料である。
第３の手段は、
金属素材に電解によるニッケルめっき層を下層と中間層と上層の３層に形成するようにするとともに、前記下層の形成は無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって無光沢ニッケルめっき層を形成するものであり、前記中間層の形成は光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって光沢ニッケルめっき層形成するものであり、前記上層の形成は前記光沢ニッケルめっき層である中間層の上に無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理を施すことによって結晶状態が微細化されて光沢を呈するようになったニッケルめっき層を形成するものであることを特徴とする電気接触材料の製造方法である。
第４の手段は、
前記３層のニッケルめっきがなす皮膜の合計膜厚が０．５〜１０μｍ、前記下層の膜厚が０．３μｍ以上、前記中間層の膜厚が０．１〜１．０μｍ、前記上層の膜厚が０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項３記載の電気接触材料の製造方法である。
上述の第１の手段によれば、めっき仕上げ面の光沢を確保しつつ、その表面での電気接触性を良好にし、さらにプレスや絞り等の加工によるクラックの発生を抑えられることが判明した。したがって、外装ケース等への利用に適した外観性、電極端子等への利用に適した電気接触性およびプレスや絞り等の加工性の各機能を併せ持つ電気接触材料を得ることができる。
また、第２の手段は、第１の手段において、３層のＮｉめっきがなす皮膜の合計膜厚が０．５〜１０μｍ、下層の膜厚が０．３μｍ以上、中間層の膜厚が０．１〜１．０μｍ、上層の膜厚が０．１〜１．０μｍであることを特徴とする電気接触材料である。これにより、めっき仕上げ面の光沢度と電気接触性および加工性を共に最適な状態にできることが判明した。したがって、外観性、電気接触性および加工性の各機能をさらに向上させた電気接触材料を得ることができる。
第３及び第４の手段によれば、第１及び第２の手段にかかる電気接触材料を得ることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は本発明による電気接触材料の断面形態を模式的に示す。
同図に示す電気接触材料は、Ｆｅ系またはＣｕ系の薄板状金属素材（被めっき素材）１上に、無光沢Ｎｉめっきによる下層２１、光沢Ｎｉめっきによる中間層２２、無光沢Ｎｉめっきによる上層（表層）２３がそれぞれ、電解めっきにより順次積層形成されている。
下層２１および上層２３の無光沢Ｎｉめっき層はそれぞれ、ＳやＣなどの不純物含有量が少なくなるようなめっき浴条件にて形成されている。また、中間層２２の光沢Ｎｉめっき層は、めっき結晶を微細化するような添加剤をめっき浴に加えて形成されている。
【０００７】
ここで、表面に現れる上層２１は無光沢Ｎｉめっきにより形成されているが、この無光沢Ｎｉめっきを光沢Ｎｉめっきされた中間層２２の上に形成したことで、その上層２３の表面にも光沢面を得られることが判明した。これは、中間層２２の微細化されためっき結晶の状態が、その上に形成される上層２３のめっき結晶の状態にも引き継がれて、その上層２３の結晶状態が、不純物を含有しない無光沢めっきでありながら微細化されて光沢を呈する、ということが考えられる。また、上述した３層の電解めっき構成では、素材１と接する下層２１および表面に現れる上層をそれぞれ無光沢Ｎｉめっきで形成したことにより、プレスや絞り等の加工によるクラックが発生しにくくなることも判明した。これは、プレスや絞り等の加工によって生じる歪みが、下層２１と上層２３の無光沢Ｎｉめっき層にて吸収されるためと考えられる。
【０００８】
以上のような３層の電解めっき構成により、外装ケース等への利用に適した外観性、電極端子等への利用に適した電気接触性およびプレスや絞り等の加工性の各機能にすぐれた電気接触材料を得ることができる。
さらに、本発明者は、上述した３層構成の最適条件範囲を検討したところ、３層のＮｉめっきがなす皮膜の合計膜厚が０．５〜１０μｍ、下層の膜厚が０．３μｍ以上、中間層の膜厚が０．１〜１．０μｍ、上層の膜厚が０．１〜１．０μｍであることが判明した。
上述した電気接触材料を用いて、図２に示すような断面形状の電池ケース３をプレス絞りにより形成したところ、その表面の光沢は光沢度１．０以上を得ることができた。また、同図のａ，ｂ部の接触抵抗は３０ｍΩ以下にすることができた。さらに、同図のｃ部をＳＥＭで観察（倍率５００）したが、クラックの発生はなかった。
図３は、本発明による電気接触材料を製造するための電解めっき処理手順の実施形態を示すフロー図である。この場合、同図のフローでは図示を省略したが、各工程の後には水洗工程が入る。また、最終の無光沢Ｎｉめっき工程の後には水洗と乾燥の工程が入る。
【０００９】
【実施例】
（実施例１）
図３に示した電解めっき処理フローにしたがい、ステンレス鋼条（ＳＵＳ４３０、０．２ｔ×８０ｗ）に、無光沢Ｎｉ、光沢Ｎｉ、無光沢Ｎｉの電解めっき層を各０．７μｍの厚さで順次形成し、全体として２．１μｍの３層めっきを行った。
各層の電解Ｎｉめっきにて使用しためっきき浴の主組成を次の表１に示す。

ただし、Ａはスルファミン酸Ｎｉ（液体）、Ｂは塩化Ｎｉ（粉体）、Ｃはホウ酸、Ｄは１次光沢剤（株式会社ムラタ製）、Ｅは２次光沢剤（株式会社ムラタ製）である。
以上のようにして得た電気接触材料（電解Ｎｉめっきされたステンレス鋼条）に対し、光沢度、折り曲げによるクラックの発生具合、接触抵抗値ついての評価をそれぞれ行ったところ、次の表２に示すような結果を得た。
表２（実施例１の評価結果）
折り曲げ後の状態 クラックなし（良好）
光沢度 １．３（良好）
接触抵抗（製造直後） １．２ｍΩ（良好）
接触抵抗（６ヶ月後） ５．５ｍΩ（良好）
なお、クラックの検査は倍率５００のＳＥＭ観察で行った。接触抵抗は、被測定区間に一定電流を流しながら、その被測定区間に現れる電圧（ＩＲ電圧）を測定する方法、いわゆる４端子法により行った。
【００１０】
（実施例２）
図３に示した電解めっき処理フローにしたがい、ステンレス鋼条（ＳＵＳ４３０、０．２ｔ×８０ｗ）に、無光沢Ｎｉめっき層１．０μｍ、光沢Ｎｉめっき層０．４μｍ、無光沢Ｎｉめっき層０．７μｍを順次形成し、全体として２．１μｍの３層めっきを行った。
このようにして得た電気接触材料に対し、実施例１の場合と同様、光沢度、折り曲げによるクラックの発生具合、接触抵抗値ついての評価をそれぞれ行ったところ、次の表３に示すような結果を得た。
表３（実施例２の評価結果）
折り曲げ後の状態 クラックなし（良好）
光沢度 １．２（良好）
接触抵抗（製造直後） １．３ｍΩ（良好）
接触抵抗（６ヶ月後） ５．３ｍΩ（良好）
（実施例３）
図３に示した電解めっき処理フローにしたがい、ステンレス鋼条（ＳＵＳ４３０、０．２ｔ×８０ｗ）に、無光沢Ｎｉめっき層０．３μｍ、光沢Ｎｉめっき層１．０μｍ、無光沢Ｎｉめっき１．０μｍを順次形成し、全体として２．３μｍの３層めっきを行った。
このようにして得た電気接触材料に対し、実施例１，２の場合と同様に、光沢度、折り曲げによるクラックの発生具合、接触抵抗値ついての評価をそれぞれ行ったところ、次の表４に示すような結果を得た。
表４（実施例３の評価結果）
折り曲げ後の状態 クラックなし（良好）
光沢度 １．２（良好）
接触抵抗（製造直後） １．３ｍΩ（良好）
接触抵抗（６ヶ月後） ５．１ｍΩ（良好）
以上のように、無光沢Ｎｉめっき、光沢Ｎｉめっき、無光沢Ｎｉめっきの３層構成を有する実施例１〜３の電気接触材料では、折り曲げによるクラックの発生状態、仕上げ面の光沢度、および接触抵抗のいずれについても良好な結果を得ることができた。
【００１１】
（比較例１）
比較例１として、ステンレス鋼条（ＳＵＳ４３０、０．２ｔ×８０ｗ）に、電解めっきにより２μｍの無光沢Ｎｉめっき層（単層）を形成し、実施例１，２と同じ条件にて、光沢度、折り曲げによるクラックの発生具合、接触抵抗値ついての評価をそれぞれ行ったところ、次の表５に示すような結果となった。
表５（比較例１の評価結果）
折り曲げ後の状態 クラックなし（良好）
光沢度 ０．６（劣る）
接触抵抗（製造直後） １．２ｍΩ（良好）
接触抵抗（６ヶ月後） ５．２ｍΩ（良好）
【００１２】
（比較例２）
比較例２として、ステンレス鋼条（ＳＵＳ４３０、０．２ｔ×８０ｗ）に、電解めっきにより２μｍの光沢沢Ｎｉめっき層（単層）を形成し、比較例１と同じ条件にて、光沢度、折り曲げによるクラックの発生具合、接触抵抗値ついての評価をそれぞれ行ったところ、次の表６に示すような結果となった。
表６（比較例２の評価結果）
折り曲げ後の状態 クラック大（不良）
光沢度 １．７（良好）
接触抵抗（製造直後） ４０ｍΩ（劣る）
接触抵抗（６ヶ月後） １１８ｍΩ（不良）
（比較例３）
比較例３として、ステンレス鋼条（ＳＵＳ４３０、０．２ｔ×８０ｗ）に、電解めっきにより光沢沢Ｎｉめっき層を１μｍ、無光沢めっき層を１μｍの厚さで順次形成し、全体として２μｍの２層めっきを行なった。
比較例１，２と同じ条件にて、光沢度、折り曲げによるクラックの発生具合、接触抵抗値ついての評価をそれぞれ行ったところ、次の表７に示すような結果となった。
表７（比較例３の評価結果）
折り曲げ後の状態 クラック大（不良）
光沢度 １．１（良好）
接触抵抗（製造直後） １．３ｍΩ（良好）
接触抵抗（６ヶ月後） ５．３ｍΩ（良好）
この例では、光沢Ｎｉめっき層の下層に無光沢Ｎｉめっき層がないために、折り曲げ時に生じる歪みを吸収できず、クラックの発生が大きくなったためと考えられる。
以上のように、比較例１〜３では、折り曲げによるクラックの発生状態、仕上げ面の光沢度、および接触抵抗の３項目のいずれかに難点があって、そのすべてを満足させることはできなかった。つまり、電気接触材料として要求される諸機能が不十分であった。
【００１３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明は、金属素材に、無光沢Ｎｉめっき層、光沢Ｎｉめっき層、無光沢Ｎｉめっき層をそれぞれ、電解めっきにより順次形成した３層めっき構成とすることにより、めっき仕上げ面の光沢を確保しつつ、その表面での電気接触性を良好にし、さらにプレスや絞り等の加工によるクラックの発生を抑えることができ、これにより、外装ケース等への利用に適した外観性、電極端子等への利用に適した電気接触性およびプレスや絞り等の加工性にすぐれた電気接触材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気接触材料の一実施形態を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の電気接触材料の適用例である電池ケースの概略断面図である。
【図３】本発明による電気接触材料を製造するための電解めっき処理手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 金属素材
２１ 下層（無光沢Ｎｉめっき）
２２ 中間層（光沢Ｎｉめっき）
２３ 上層（無光沢Ｎｉめっき）
３ 電池ケース

Claims (4)

1. 金属素材に電解によるニッケルめっき層が下層と中間層と上層の３層に形成されているとともに、前記下層は無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって形成された無光沢ニッケルめっき層であり、前記中間層は光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって形成された光沢ニッケルめっき層であり、前記上層は前記光沢ニッケルめっき層である中間層の上に無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理を施すことによって結晶状態が微細化されて光沢を呈するようになったニッケルめっき層であることを特徴とする電気接触材料。
2. 前記３層のニッケルめっきがなす皮膜の合計膜厚が０．５〜１０μｍ、前記下層の膜厚が０．３μｍ以上、前記中間層の膜厚が０．１〜１．０μｍ、前記上層の膜厚が０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項１記載の電気接触材料。
3. 金属素材に電解によるニッケルめっき層を下層と中間層と上層の３層に形成するようにするとともに、前記下層の形成は無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって無光沢ニッケルめっき層を形成するものであり、前記中間層の形成は光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理によって光沢ニッケルめっき層形成するものであり、前記上層の形成は前記光沢ニッケルめっき層である中間層の上に無光沢ニッケルめっき浴を用いた電解ニッケルめっき処理を施すことによって結晶状態が微細化されて光沢を呈するようになったニッケルめっき層を形成するものであることを特徴とする電気接触材料の製造方法。
4. 前記３層のニッケルめっきがなす皮膜の合計膜厚が０．５〜１０μｍ、前記下層の膜厚が０．３μｍ以上、前記中間層の膜厚が０．１〜１．０μｍ、前記上層の膜厚が０．１〜１．０μｍであることを特徴とする請求項３記載の電気接触材料の製造方法。

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