JP6782116B2 - 銀被覆材料 - Google Patents

Description

本発明は銀被覆材料に関する。

銅、銅合金等からなる金属製基材に銀めっきを施した銀めっき材は、金めっき材と比べて安価であり、錫めっき材と比べて高温環境下における耐食性に優れているため、自動車端子用の材料として好適である。例えば特許文献１には、自動車端子用の材料として使用可能な銀めっき材が開示されている。

自動車端子は、低挿入力で組み付け可能であることが要求されているため、表面の動摩擦係数が小さいことが求められる。また、自動車端子は、今後ますます通電電流量が増えて発熱量が増加すると考えられるため、高温環境下に曝されても低い接触抵抗を維持する必要がある。
しかしながら、特許文献１に開示された銀めっき材は、算術平均粗さＲａが小さく表面が平滑であるため耐磨耗性に優れるものの、表面の動摩擦係数については改良の余地があった。

特開２０１３−１８９６８１号公報

本発明は、表面の動摩擦係数が小さい銀被覆材料を提供することを課題とする。

本発明の一態様に係る銀被覆材料は、金属製基材と、銀又は銀合金からなり金属製基材の表面を被覆する銀被膜と、を備え、銀被膜が最表面に配されており、銀被膜の表面には粒状の突起が複数形成されていて、銀被膜の表面の局部山頂の平均間隔Ｓが０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり且つ十点平均粗さＲｚが０．３μｍ以上１０．０μｍ以下であることを要旨とする。

本発明によれば、表面の動摩擦係数が小さい銀被覆材料を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る銀被覆材料の構造を説明する断面図である。 実施例の銀被覆材料の表面を拡大して示した図である。 比較例の銀被覆材料の表面を拡大して示した図である。 接触抵抗の測定方法を説明する図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。また、本実施形態には種々の変更又は改良を加えることが可能であり、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。

図１に示す本実施形態の銀被覆材料は、金属製基材１と、銀又は銀合金からなり金属製基材１の表面１ａを被覆する銀被膜２と、を備える。そして、銀被膜２は銀被覆材料の最表面に配されている。また、銀被膜２の表面２ａには粒状の突起２ｂが複数形成されていて、銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：１９９４に規定のもの）が０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、且つ、十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ０６０１：１９９４に規定のもの）が０．３μｍ以上１０．０μｍ以下である。

このような本実施形態の銀被覆材料は、その表面２ａに粒状の突起２ｂが複数形成されているため、接触相手材と接触した際に銀被覆材料と接触相手材との間に微小な空隙が形成される。その結果、突起２ｂがない場合と比べて銀被覆材料と接触相手材との接触面積が小さくなるので、銀被覆材料と接触相手材とが摺動した際に凝着が生じにくく、表面２ａの動摩擦係数が小さくなる。

そのため、本実施形態の銀被覆材料を用いて製造した自動車端子等の嵌合端子は、表面の動摩擦係数が小さく低摩擦力であるため、低挿入力で組み付け可能である。また、高温環境下や腐食ガス環境下等の厳しい環境下に曝されても、長期間にわたって低い接触抵抗を維持可能である。よって、本実施形態の銀被覆材料は、例えば、車載用や民生用の電気配線に使用されるコネクタ、スイッチ、リレー等の接点や端子部品の材料として好適に使用可能である。

銀被膜２を構成する銀合金中の銀の含有量は特に限定されるものではないが、５０質量％以上１００質量％未満が好ましい。銀合金中の銀の含有量が上記の範囲内であれば、高温環境下における耐食性に優れているとともにコストが抑えられる。
また、金属製基材１を構成する金属の種類は特に限定されるものではなく、例としては銅、銅合金、鉄、鉄合金があげられる。

さらに、銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓが０．３μｍ以上３．０μｍ以下であると、銀被覆材料と接触相手材との間に微小な空隙を十分に設けることができ、銀被覆材料と接触相手材との接触面積を小さくすることができる。銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓが０．３μｍ未満であると、銀被覆材料と接触相手材との間の微小な空隙が不十分となって、銀被覆材料と接触相手材との接触面積が十分に小さくならないおそれがある。一方、３．０μｍ超過であると、平滑性が増すことから微小な空隙が不十分となるおそれがある。

このとき、局部山頂を含む表面での高低差、つまり粗さが重要である。銀被膜２の表面２ａの十点平均粗さＲｚが０．３μｍ以上であると、表面２ａの高低差が十分であるため、表面２ａの動摩擦係数が小さくなる。ただし、銀被膜２の表面２ａの十点平均粗さＲｚが１０．０μｍ超過であると、表面２ａが粗すぎるため、摺動時に掘り起こし（削れ）が生じることによって摩擦抵抗が大きくなり、表面２ａの動摩擦係数が大きくなるおそれがある。
なお、銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓは、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であるが、０．５μｍ以上２．８μｍ以下であることがより好ましい。また、銀被膜２の表面２ａの十点平均粗さＲｚは、０．３μｍ以上１０．０μｍ以下であるが、０．５μｍ以上９．５μｍ以下であることがより好ましい。

銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓと十点平均粗さＲｚを制御しつつ金属製基材１の表面１ａに銀被膜２を形成する方法は、特に限定されるものではないが、めっき法が好適である。銀被膜２をめっき法により形成する場合には、めっきの際の電流密度又は電位を制御することにより、銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓと十点平均粗さＲｚを制御することができる。ただし、電位を制御する方が、より微細且つ微小な表面凹凸の制御が可能である。

銀被膜２をめっき法により形成する際には、銀被膜２の表面２ａの局部山頂の平均間隔Ｓは、電位により制御することができ、十点平均粗さＲｚは、電位と通電時間（銀被膜２の平均膜厚）とにより制御することができる。具体的には、析出時の電位が負側に大きいほど局部山頂の平均間隔Ｓは小さくなり、電位は−１５５０ｍＶ超過−１３５０ｍＶ以下とすることが好ましい。また、通電時間が長くなるほど、十点平均粗さＲｚは大きくなる。

また、高温環境下では、金属製基材１を構成する金属（例えば銅）が、銀被膜２の表面２ａにまで拡散して接触抵抗が増大するおそれがある。そのため、銀被膜２の平均膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましい。銀被膜２の平均膜厚が０．１μｍ未満であると、導電効果が小さくなり、接触抵抗が高くなるおそれがある。一方、銀被膜２の平均膜厚は１０μｍ以下であることがより好ましい。銀被膜２の平均膜厚が１０μｍ超過であると、例えば微小加工の際にクリアランスが問題となるおそれがあることに加えて、高コストである。

なお、金属製基材１と銀被膜２との間に、図示しないニッケル被膜を配してもよい。すなわち、金属製基材１の表面１ａをニッケル被膜で被覆し、このニッケル被膜の表面を銀被膜２で被覆してもよい。銀被膜２の下層側にニッケル被膜が配されていると、銀被覆材料の耐熱性がより高められる。そのため、銀被膜２の平均膜厚を薄くして銀被覆材料を省銀化することもできる。

ニッケル被膜の平均膜厚は０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。ニッケル被膜の平均膜厚が０．１μｍ未満であると、ニッケル被膜を設けた効果が小さくなるおそれがある。一方、ニッケル被膜の平均膜厚が１０μｍ超過であると、例えば銀被覆材料をプレス加工して曲げた場合に、銀被膜２に割れが発生するおそれがある。
ニッケル被膜を形成する方法は特に限定されるものではないが、めっき法を用いることができる。

以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。
〔実施例１〕
リン青銅（ＪＩＳ Ｈ３１３０：２０１２に記載の合金番号Ｃ５２１０）製の素材を圧延して成形した厚さ０．２５ｍｍ、幅１８０ｍｍの条に、電解脱脂処理を施した後に酸洗処理を施して前処理を行った。電解脱脂処理に用いた脱脂液は、濃度６０ｇ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液である。電解脱脂処理の条件は、電流密度２．５Ａ／ｄｍ^２、温度６０℃、脱脂時間６０秒である。酸洗処理に用いた酸洗液は、濃度１０質量％の硫酸水溶液である。酸洗処理の条件は、室温の酸洗液に３０秒間浸漬するというものである。

次に、前処理を行ったリン青銅製の条にめっきを施して、ニッケル被膜と銀被膜を被覆し、実施例１の銀被覆材を得た。めっきは、ニッケルめっき、銀ストライクめっき、銀めっきの順に行った。ニッケルめっきに用いためっき液は、塩化水素と塩化ニッケル（ＮｉＣｌ_２）を含有するものであり、塩化水素濃度は１２０ｇ／Ｌ、塩化ニッケル濃度は３０ｇ／Ｌである。ニッケルめっきのめっき条件は、電流密度１．５Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃である。

銀ストライクめっきに用いためっき液は、シアン化銀（ＡｇＣＮ）、シアン化カリウム（ＫＣＮ）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）を含有するものであり、シアン化銀濃度は５ｇ／Ｌ、シアン化カリウム濃度は６０ｇ／Ｌ、炭酸カリウム濃度は３０ｇ／Ｌである。銀ストライクめっきのめっき条件は、電流密度２Ａ／ｄｍ^２、温度３０℃である。
銀めっきに用いためっき液は、シアン化銀（ＡｇＣＮ）、シアン化カリウム（ＫＣＮ）、炭酸カリウム（Ｋ_２ＣＯ_３）を含有するものであり、シアン化銀濃度は５０ｇ／Ｌ、シアン化カリウム濃度は１００ｇ／Ｌ、炭酸カリウム濃度は３０ｇ／Ｌである。銀めっきのめっき条件は、温度は３０℃であり、析出電位と通電時間は表１に記載の通りである。

いずれのめっきにおいても、通電時間を制御することにより、ニッケル被膜と銀被膜の平均膜厚を制御した。下地層であるニッケル被膜と最表層である銀被膜の平均膜厚は、表１に示す通りである。また、銀めっきにおいては、電位と通電時間（平均膜厚）を制御することにより、銀被膜の表面の局部山頂の平均間隔Ｓと十点平均粗さＲｚを制御した。銀めっきの電位、通電時間、及び、銀被膜の表面の局部山頂の平均間隔Ｓ、十点平均粗さＲｚは、表１に示す通りである。
なお、ニッケル被膜と銀被膜の平均膜厚は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の蛍光Ｘ線膜厚計ＳＦＴ９４００を用いて測定した。その際には、銀被覆材の幅方向中央部分の５点にて測定を行い、それらの平均値を算出して平均膜厚とした。

また、銀被膜の表面の局部山頂の平均間隔Ｓと十点平均粗さＲｚは、株式会社キーエンス製のレーザー顕微鏡ＶＫ−８５００を用いて測定した。その際には、銀被覆材の幅方向中央部分にて、条の圧延方向と直行する向きの長さ２９８μｍの範囲で１０回の測定を行い、それらの平均値を算出して局部山頂の平均間隔Ｓ、十点平均粗さＲｚとした。

〔実施例２〜９及び比較例１〜４〕
ニッケルめっき及び銀めっきの条件を適宜変更する点以外は実施例１と同様の操作を行って、ニッケル被膜及び銀被膜の平均膜厚、並びに、銀被膜の表面の局部山頂の平均間隔Ｓ及び十点平均粗さＲｚがそれぞれ種々異なる実施例２〜９及び比較例１〜４の銀被覆材を得た。実施例２の銀被覆材に形成された銀被膜の表面の拡大図（走査型電子顕微鏡画像）を図２に示し、比較例２の銀被覆材に形成された銀被膜の表面の拡大図（走査型電子顕微鏡画像）を図３に示す。
このようにして得られた実施例１〜９及び比較例１〜４の銀被覆材の評価を行った。評価項目は、動摩擦係数、接触抵抗（加熱処理前及び加熱処理後）、及び曲げ加工性である。各評価方法について以下に説明する。

（動摩擦係数の測定方法について）
銀被覆材の表面の動摩擦係数の測定は、バウデン型摩擦試験機を用いて行った。実施例１〜９及び比較例１〜４の銀被覆材に摺動させる相手材としては、被検体である銀被覆材と同じ物を張り出し加工して曲率半径２ｍｍの半球部を有する形状に加工したもの（以下「張り出し材」と記す）を用いた。具体的には、実施例１〜９及び比較例１〜４の銀被覆材の表面に張り出し材の半球部の球面を接触させ、荷重２Ｎを負荷しつつ１０ｍｍの距離を相対移動させ、往復１０回摺動させた。この際の摺動速度は１００ｍｍ／分とした。そして、摺動終了後の動摩擦係数を評価した。

（接触抵抗の測定方法について）
銀被覆材の接触抵抗の測定は、図４に示す装置を用いて行った。実施例１〜９及び比較例１〜４の銀被覆材をそれぞれ切断して、一辺５０ｍｍの正方形状の被検体１０を作製した。また、動摩擦係数の測定方法の場合と同様にして、被検体である銀被覆材と同じ物を張り出し加工して半球部を有する形状に加工した張り出し材４０を作製した。

次に、張り出し材４０の半球部４０ａの球面と被検体１０の表面とを接触させて、ＤＣ電流源４３（株式会社ＴＦＦ ケースレーインスツルメンツ製の６２２０型精密ＤＣ電流源）から１０ｍＡの電流を流した。そして、張り出し材４０の半球部４０ａの球面と被検体１０の表面との界面に生じる電気抵抗を、電流測定器４５（株式会社ＴＦＦ ケースレーインスツルメンツ製の２１８２Ａ型ナノボルトメータ）で測定した。測定は１０回行い、それらの平均値を算出して銀被覆材の接触抵抗とした。
銀被覆材の接触抵抗の測定は、銀被覆材に加熱処理を施す前後でそれぞれ行った。すなわち、銀被覆材の接触抵抗の測定は、銀被覆材に加熱処理を施す前に行うとともに、銀被覆材を大気下で１７０℃に加熱し１０００時間放置するという加熱処理を施した後にも行った。

（曲げ加工性の評価方法について）
実施例１〜９及び比較例１〜４の銀被覆材をそれぞれ切断して、幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍの長方形状の被検体を作製し、各被検体に対してＪＩＳ Ｚ２２４８：２００６に規定されたＶブロック法による９０°曲げ試験を実施した。なお、曲げ試験時に被検体に負荷する荷重は５００ｋｇであり、曲げ半径は０．１ｍｍであり、曲げ方向は被検体の圧延方向と直交する方向である。

そして、株式会社キーエンス製のマイクロスコープを用いて、曲げ部の頂上部に銀被膜の割れが生じたか否かを確認した。結果を表１に示す。表１においては、銀被膜の割れが生じなかった場合は「○」印で示し、銀被膜の割れが生じて金属製基材（リン青銅）の露出が確認された場合は「×」印で示した。
表１に示す結果から分かるように、実施例１〜９の銀被覆材は、比較例１〜４の銀被覆材に比べて、表面の動摩擦係数が小さかった。

１ 金属製基材
１ａ 表面
２ 銀被膜
２ａ 表面
２ｂ 突起

Claims (5)

1. 端子部品用の銀被覆材料であって、
   金属製基材と、銀又は銀合金からなり前記金属製基材の表面を被覆する銀被膜と、を備え、
   前記銀被膜が最表面に配されており、前記銀被膜の表面には粒状の突起が複数形成されていて、前記銀被膜の表面の局部山頂の平均間隔Ｓが０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり且つ十点平均粗さＲｚが０．３μｍ以上１０．０μｍ以下であり、
   動摩擦係数が０．６以下である銀被覆材料。
2. 前記銀被膜の平均膜厚が０．１μｍ以上である請求項１に記載の銀被覆材料。
3. 前記金属製基材と前記銀被膜との間にニッケル被膜が配された請求項１又は請求項２に記載の銀被覆材料。
4. 前記ニッケル被膜の平均膜厚が０．１μｍ以上１０μｍ以下である請求項３に記載の銀被覆材料。
5. 前記金属製基材が銅又は銅合金からなる請求項１〜４のいずれか一項に記載の銀被覆材料。