JP4704132B2

JP4704132B2 - 複合めっき材およびその製造方法

Info

Publication number: JP4704132B2
Application number: JP2005194718A
Authority: JP
Inventors: 寛宮澤; 隆吉遠藤; 貴哉近藤
Original assignee: Dowa Metaltech Co Ltd; Yazaki Corp
Current assignee: Dowa Metaltech Co Ltd; Yazaki Corp
Priority date: 2005-07-04
Filing date: 2005-07-04
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-07-04
Also published as: JP2007009304A

Description

本発明は、複合めっき材およびその製造方法に関し、特に、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる複合めっき層が最外層として形成され、挿抜可能な接続端子などの材料として使用される複合めっき材およびその製造方法に関する。

従来、挿抜可能な接続端子の材料として、銅や銅合金などの導体素材の最外層に錫めっきを施した錫めっき材が使用されている。特に、錫めっき材は、接触抵抗が小さく、自動車用などの接続端子の材料として使用されている。

しかし、錫めっき材は、軟質で端子接続時に変形し易いため、挿入時の摩擦係数が高いという問題がある。また、自動車用などの接続端子では、端子の多極化が進んでおり、端子の数に比例して組立て時の挿入力が上昇し、作業負荷が問題になっている。

このような問題を解消するため、錫めっき後にリフロー処理を施した錫リフロー材が、自動車用などの接続端子の一般的な材料として使用されている。この錫リフロー材では、軟質層である錫めっき皮膜の膜厚を薄くし、さらにリフロー処理により硬質の錫合金層を下地に形成することにより、摩擦係数を低減している。また、錫を主体とする金属マトリックス中に耐磨耗性または潤滑性の固体粒子を複合化させた複合材の皮膜を電気めっきにより導体素材上に形成することにより、機械的な耐摩耗性を向上させることが提案され（例えば、特許文献１〜３参照）、このような複合めっき皮膜を応用した接続端子が提案されている（例えば、特許文献４参照）。また、錫または錫／鉛と黒鉛の複合めっき皮膜を導体素材上に形成することにより、耐摩耗性に優れた導電性皮膜を形成することが提案されている（例えば、特許文献５参照）。

特開昭５４−４５６３４号公報（第３頁）特開昭５３−１１１３１号公報（第２頁）特開昭６３−１４５８１９号公報（第２頁）特表２００１−５２６７３４号公報（第８−９頁）特開昭６１−２２７１９６号公報（第２頁）

しかし、錫リフロー材は、一般に摩擦係数が０．２〜０．２５程度で比較的高く、上記の特許文献１〜４の方法により製造された錫めっき材の摩擦係数も比較的高いため、このような錫めっき材を挿抜可能な接続端子の材料として使用すると、挿入力が高くなるという問題がある。また、特許文献５に記載された錫と黒鉛の複合めっき材の摩擦係数は０．２程度で比較的低いが、複合化した黒鉛粒子の近傍において黒鉛粒子と錫マトリクスとの間に隙間が生じ易く、膜厚が薄い場合には、素材まで到達するピンホールが生じ易い。そのため、錫と黒鉛の複合めっき材では、膜厚が薄い場合には、電気的接触信頼性が劣化し易く、特に、接触抵抗値が経時劣化し易くなるという問題がある。そのため、複合化させる粒子の大きさにもよるが、錫と黒鉛の複合めっき材の膜厚を１０μｍ程度に厚くする必要があり、生産性が悪いという問題があった。

したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる複合めっき層が最外層として形成され、摩擦係数が低く且つ接触抵抗値の経時劣化が少ない複合めっき材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる皮膜と素材との間に、下地めっき層として厚さ０．５μｍ以上の錫めっき層を形成することにより、摩擦係数が低く且つ接触抵抗値の経時劣化が少ない複合めっき材を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明による複合めっき材は、素材上に下地めっき層として厚さ０．５μｍ以上の錫めっき層が形成され、この錫めっき層上に、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる複合めっき層が形成されていることを特徴とする。この複合めっき材において、錫めっき層の厚さが０．５〜２μｍであるのが好ましく、複合めっき層の厚さが０．５〜２μｍであるのが好ましい。また、複合めっき層中の炭素粒子の含有量が０．１〜２．０重量％であるのが好ましい。

また、本発明による複合めっき材の製造方法は、素材上に錫めっき層を形成した後、炭素粒子を添加した錫めっき液を使用して電気めっきを行うことにより、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる複合めっき層を錫めっき層上に形成することを特徴とする。

さらに、本発明による接続端子は、雌端子とこの雌端子に嵌合する雄端子とからなり、雌端子と雄端子の少なくとも一方の少なくとも他方と接触する部分が、上記の複合めっき材からなることを特徴とする。

本発明によれば、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる複合めっき層が最外層として形成され、摩擦係数が低く且つ接触抵抗値の経時劣化が少ない複合めっき材を製造することができる。この複合めっき材は、自動車用などの接続端子がさらに多極化された場合にも十分に対応可能な材料として死傷することができる。

本発明による複合めっき材の実施の形態は、素材上に下地めっき層として厚さ０．５μｍ以上、好ましくは０．５〜２μｍの錫めっき層が形成され、この錫めっき層上に、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる厚さ０．５〜２μｍ、好ましくは１〜２μｍの複合めっき層が形成されている。下地めっき層として錫めっき層を形成すると、複合めっき層中の複合化した炭素粒子の近傍において炭素粒子と錫マトリクスとの間に隙間が生じるのを防止して、膜厚が薄くても素材まで到達するピンホールが生じるのを防止することができるので、炭素粒子と錫マトリクスとの間に電位差が発生するのを防止して、腐食電池反応による錫マトリクスの酸化を防止し、接触抵抗値の上昇を防止することができる。

下地めっきとしての錫めっき層の膜厚が０．５μｍ未満であると、接触抵抗の経時変化が大きくなるため、接続端子の重要な機能である接続信頼性に欠け、一方、２μｍより厚いと、生産効率が悪くなる。また、複合めっき層の膜厚が０．５μｍ未満であると、炭素粒子が複合化することができず、一方、２μｍより厚いと、生産効率が悪くなる。なお、生産性の観点から、錫めっき層と複合めっき層の合計の膜厚が４μｍ以下になるのが好ましい。

このような構成により、本発明による複合めっき材の実施の形態では、錫リフロー材との間の摩擦係数を０．１８以下の低い摩擦係数に維持しながら、８５℃で湿度８５％の高温高湿環境下で１４日間放置した後の接触抵抗を６．５ｍΩ以下の低い接触抵抗に維持することができる。

また、本発明による複合めっき材の製造方法の実施の形態では、錫めっき液を使用して電気めっきを行うことにより、下地めっきとして錫めっき層を素材上に形成した後、炭素粒子を添加した錫めっき液を使用して電気めっきを行うことにより、錫層中に炭素粒子が分散した複合材からなる複合めっき層を錫めっき層上に形成する。

複合めっき層を形成するための複合めっき液として、下地めっきとしての錫めっき層を形成するための錫めっき液と同一の組成のめっき液に炭素粒子を添加した複合めっき液を使用することができる。錫めっき液としては、アルカノールスルホン酸からなる錫めっき液を使用するのが好ましい。炭素粒子としては、様々な炭素粒子を使用することができるが、鱗片状や土状の黒鉛粒子を使用するのが好ましい。また、めっき液中の炭素粒子の濃度は１〜８０ｇ／Ｌであるのが好ましい。１ｇ／Ｌ未満では、炭素粒子が表面構造を構築して複合化するには不十分であり、８０ｇ／Ｌを超えると、電流が流れずにめっきやけが生じるからである。また、電気めっきの際の電流密度は２〜１０Ａ／ｄｍ^２であるのが好ましい。２Ａ／ｄｍ^２未満では、生産性が悪く、１０Ａ／ｄｍ^２を超えると、めっきやけが生じるからである。

また、図１に示すように、固定接点１０とこの固定接点１０上を矢印Ａの方向に摺動する可動接点１２とからなる電気接点において、固定接点１０と可動接点１２の少なくとも一方の接点を本発明による複合めっき材により形成すれば、摩擦係数が低く且つ接触抵抗値の経時劣化が少ない電気接点を提供することができる。この場合、固定接点１０と可動接点１２の少なくとも一方の接点の他方の接点と接触する部分のみを本発明による複合めっき材により形成してもよい。

以下、本発明による複合めっき材およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。

［実施例１〜９］
まず、スルファミン酸ニッケルめっき液を用いて、厚さ０．３ｍｍの黄銅（Ｃ２６００）からなる素材上に、下地めっきとして厚さ１μｍのニッケルめっき層を形成した。

次に、錫めっき液として、６０ｇ／Ｌの金属錫（金属錫塩としてアルカノールスルホン酸錫（ユケン工業製のメタスＳＭ）６００ｍＬ／Ｌを含む）と１１３ｇ／Ｌの遊離酸（遊離酸としてアルカノールスルホン酸（ユケン工業製のメタスＡＭ）８４ｍＬ／Ｌを含む）とを含む錫めっき液に、良好な錫めっき膜を得るために錫めっき用の界面活性剤（独シュレッター社製のＭＳＴ−４００）６０ｍＬ／Ｌを添加した錫めっき液を用意した。この錫めっき浴中に、ニッケルめっきを施した素材を入れ、陽極として錫板を使用して、液温２５℃、電流密度２Ａ／ｄｍ^２でスターラーにより攪拌しながら電気めっきを行い、それぞれ表１に示す膜厚の錫めっき層をニッケルめっき層上に形成した。なお、錫めっき層の膜厚は、蛍光Ｘ線膜厚測定法により８点の平均値から算出した。

次に、上記の界面活性剤を添加した錫めっき液と同じ錫めっき液に炭素粒子として平均粒径３．４μｍの鱗片状黒鉛粒子（エスイーシー社製のグラファイトＳＧＰ−３）２０ｇ／Ｌを添加して分散させた複合めっき液を用意した。なお、黒鉛粒子の平均粒径は、黒鉛粒子０．５ｇを０．２重量％のヘキサメタリン酸ナトリウム溶液５０ｇに分散させ、さらに超音波により分散させた後、レーザー光散乱粒度分布測定装置を用いて測定し、累積分布で５０％の粒径を平均粒径とすることにより求めた。この複合めっき浴中に、ニッケルめっきと錫めっきを施した素材を入れ、陽極として錫板を使用して、液温２５℃、電流密度２Ａ／ｄｍ^２でスターラーにより攪拌しながら電気めっきを行い、それぞれ表１に示す膜厚の錫と黒鉛粒子の複合めっき層が錫めっき層上に形成された複合めっき材を作製した。なお、複合めっき層の膜厚は、蛍光Ｘ線膜厚測定法により８点の平均値から算出した。

得られた複合めっき材を超音波洗浄して表面に付着した黒鉛粒子を除去した後、複合めっき材の複合めっき層中の炭素の含有量および複合めっき材の摩擦係数を算出するとともに、接触抵抗を測定した。

複合めっき層中の炭素の含有量は、得られた錫めっき材（素材を含む）から切り出した試験片を錫および炭素の分析用にそれぞれ用意し、試験片中の錫の含有量（Ｘ重量％）をＩＣＰ装置（ジャーレルアッシュ社製のＩＲＩＳ／ＡＲ）を用いてプラズマ分光分析法によって求めるとともに、試験片中の炭素の含有量（Ｙ重量％）を微量炭素・硫黄分析装置（堀場製作所製のＥＭＩＡ−Ｕ５１０）を用いて燃焼赤外線吸収法によって求め、Ｙ／（Ｘ＋Ｙ）として算出した。その結果、表１に示すように、実施例１〜９では、炭素の含有量は０．２２〜１．６４重量％であった。

錫めっき材の摩擦係数として、得られた錫めっき材から切り出した試験片と錫リフロー材との間の摩擦係数を求めた。この摩擦係数（μ）は、得られた錫めっき材から切り出した試験片をインデント加工（Ｒ３ｍｍ、３インデント）して凸形状の圧子とするとともに、平板状の錫リフロー材をベース側の評価試料とし、ロードセルを使用して、圧子を加重１５Ｎで評価試料の表面に押し付けながら移動速度６０ｍｍ／分で滑らせ、水平方向にかかる力（Ｆ）を測定し、μ＝Ｆ／Ｎから算出した。その結果、表１に示すように、実施例１〜９では、摩擦係数は０．１２〜０．１８であった。なお、ベース側の評価試料として使用した錫リフロー材は、６０ｇ／Ｌの金属錫を含む硫酸第一錫と６０ｇ／Ｌの硫酸とを含む錫めっき液中に、厚さ０．２５ｍｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金材（同和鉱業製のＮＢ−１０９ＥＨ）からなる素材を入れ、液温２５℃、電流密度１０Ａ／ｄｍ^２で電気めっきを行って、膜厚１．０μｍのめっき皮膜を形成した後、２４０℃でリフロー処理を施すことにより作製した。

複合めっき材の接触抵抗は、めっき直後の初期の接触抵抗と、恒温恒湿槽中において８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置した後の接触抵抗について測定し、それぞれＪＩＳＣ５４０２の交流四端子法によって、開放電圧２００ｍＶ、電流１０ｍＡで荷重を０〜１００ｇｆに変化させ、１００ｇｆのときの値を測定した。その結果、表１に示すように、実施例１〜９では、初期の接触抵抗は０．７９〜１．０１ｍΩであり、８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗は、経時劣化の影響が少なく、すなわち、接触抵抗の上昇が少なく、２．０２〜６．３２ｍΩ程度であった。

［比較例１〜４］
ニッケルめっき層と複合めっき層の間に錫めっき層を形成しなかった以外は、実施例１〜９と同様の方法により、それぞれ表１に示す膜厚の錫と黒鉛粒子の複合めっき層が形成された複合めっき材を作製し、複合めっき材の複合めっき層中の炭素の含有量および複合めっき材の摩擦係数を算出するとともに、接触抵抗を測定した。その結果、表１に示すように、炭素の含有量は０．９１〜１．５６重量％、摩擦係数は０．１３〜０．１７、初期の接触抵抗は０．８８〜１．１２ｍΩ、８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗は３．６１〜２０ｍΩ以上であった。特に、８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗は、比較例１および２では、それぞれ１７．６ｍΩおよび２０ｍΩ以上まで上昇し、比較例３および４では、それぞれ３．６〜３．７ｍΩであり、実施例１〜９と比較して上昇していた。

［比較例５〜８］
複合めっき膜を形成しなかった以外は、実施例１〜９と同様の方法により、それぞれ表１に示す膜厚の錫めっき層が形成された錫めっき材を作製し、錫めっき層中の炭素の含有量および錫めっき材の摩擦係数を算出するとともに、接触抵抗を測定した。その結果、表１に示すように、炭素の含有量は０．１７重量％未満〜０．７３重量％未満、摩擦係数は０．２４〜０．３３、初期の接触抵抗は０．８９〜１．１１ｍΩ、８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗は０．５７〜６．１１ｍΩ以上であった。

なお、実施例１〜９および比較例１〜８において、めっき層の合計の膜厚に対する摩擦係数および８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗をそれぞれ図２および図３に示す。これらの図から、実施例１〜９では、比較例１〜４と比較して、摩擦係数がほぼ同等であり、湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗の劣化が少なく、また、比較例５〜８と比較して、摩擦係数が極めて低いことがわかる。

本発明による複合めっき材を使用した電気接点を説明する概略図である。実施例および比較例においてめっき層の合計の膜厚に対する摩擦係数を示すグラフである。実施例および比較例においてめっき層の合計の膜厚に対する８５℃で湿度８５％の環境下で１４日間放置後の接触抵抗を示すグラフである。

符号の説明

１０固定接点
１２可動接点

Claims

素材上に下地めっき層として厚さ０．５〜２．４４μｍの錫めっき層が形成され、この錫めっき層上に、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる厚さ０．５〜２．５３μｍの複合めっき層が形成されていることを特徴とする、複合めっき材。
前記複合めっき材を８５℃で湿度８５％の高温高湿環境下で１４日間放置した後の接触抵抗が６．５ｍΩ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の複合めっき材。
前記複合めっき層中の炭素粒子の含有量が０．１〜２．０重量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の複合めっき材。
素材上に厚さ０．５〜２．４４μｍの錫めっき層を形成した後、炭素粒子を添加した錫めっき液を使用して電気めっきを行うことにより、錫層中に炭素粒子を含有する複合材からなる厚さ０．５〜２．５３μｍの複合めっき層を前記錫めっき層上に形成することを特徴とする、複合めっき材の製造方法。
雌端子とこの雌端子に嵌合する雄端子とからなり、雌端子と雄端子の少なくとも一方の少なくとも他方と接触する部分が、請求項１乃至３のいずれかに記載の複合めっき材からなることを特徴とする、接続端子。