JP6872518B2 - 導電部材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、導電部材及びその製造方法に関する。
従来、バスバー等の導電部材の基材には、導電性の良い銅が使用されてきた。近年は、銅地金の高騰等の理由から、アルミニウム又はアルミニウム合金が使用される場合が多い。しかし、アルミニウム又はアルミニウム合金は、その表面に絶縁性の酸化物や水和物の皮膜が生じやすく、経時的に接触抵抗が増加するという問題があった。そこで、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材を用いた導電部材では、導電性を向上させるために、被導電部材と通電させる接点部にＳｎめっき層が設けられている。
Ｓｎめっき層が設けられる際に、アルミニウム又はアルミニウム合金は難めっき素材であるため、まず、その表面にジンケート処理を行ってＺｎ層が設けられる。このＺｎ層は、強酸性浴であるＳｎめっき浴によって溶解してしまう場合があるので、通常は、Ｚｎ層の上にさらに下地層として、弱酸性浴で形成可能なＮｉめっき層が設けられ、その上にＳｎめっき層が設けられている（特許文献１，２）。
特開２０１３−２２７６３０号公報
特開２００６−２９１３４０号公報
しかしながら、Ｎｉめっき層を設けた後にＳｎめっき層を設ける場合、めっき処理の工程が多くコストがかかるという問題があった。加えて、めっき層が設けられた後の導電部材は、接点部以外での通電を防ぐ目的で、接点部以外の表面が絶縁性の樹脂等で被覆されていることが多い。樹脂による被覆をするために導電部材を樹脂と一体成形する場合、溶融した樹脂の熱によって、樹脂で被覆される接点部以外の表面だけでなく、Ｓｎめっき層が設けられている接点部も高温となる。すると、Ｓｎの融点は２３２℃と低いので、Ｓｎめっき層が部分的に溶融してめっきが欠損してしまい、接触抵抗の増大を抑制する効果が十分に得られない場合がある。
こうした問題を解決する目的で、Ｓｎめっき層を設けずに、融点が高いＮｉめっき層を下地層ではなく最表面層とする導電部材が考えられる。しかし、Ｎｉめっき層は、高温高湿潤環境下ではＳｎめっき層よりも酸化物や水和物を生じる傾向が強く、その結果、接触抵抗が増大してしまう場合がある。そのため、車両のエンジンルーム内のような高温高湿潤環境下で用いられるバスバー等の導電部材としては、基材上にＮｉめっき層及びＳｎめっき層をこの順で有する導電部材が依然として用いられており、上記問題を解決できる導電部材が望まれている。
本発明は、接触抵抗の増大を抑制することができる導電部材及びその製造方法を提供することを課題とする。
本発明者は、上記の課題を達成するべく種々の研究を行った結果、Ｎｉめっき層の表面を粗くすることで、高温高湿潤環境下でもＮｉめっき層の表面に酸化物や水和物が形成されることを防ぐことができることを見出した。そして、表面が粗いＮｉめっき層を最表面層として形成することで、Ｓｎめっき層を設けずかつ接触抵抗の増大を十分に抑制することができるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、基材上に設けられた接点部の表面にＮｉめっき層を有し、Ｎｉめっき層の表面の算術平均粗さＳａが２０ｎｍ以上であることを特徴とする導電部材である。
本発明において、Ｎｉめっき層が、Ｘ線回折図におけるＮｉ（２００）面の位置のピークの半値幅が０．６°以下であることが好ましい。
本発明において、Ｎｉめっき層の押し込み硬さＨＩＴが、５０００Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
本発明において、Ｎｉめっき層中の硫黄の含有量が、０．１質量％未満であることが好ましい。本発明において、接点部以外の表面に樹脂層が形成されているように構成することができる。本発明において、基材が、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。
本発明は、基材を準備する工程と、基材上に設けられた接点部をＮｉめっき処理液に接触させるめっき処理工程と、を有し、Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないことを特徴とする上記いずれかに記載の導電部材の製造方法である。
めっき処理工程において、ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴を用いて電解めっき処理を行うことが好ましい。基材を準備する工程が、コイル状に巻かれた基材を引き出す工程であり、めっき処理工程後に、めっき処理された基材をコイル状に巻き上げる工程と、切削加工及び成形加工する工程と、をさらに有するように構成してもよい。めっき処理工程後に、接点部以外の部分に樹脂層を設ける工程を有することもできる。
本発明によれば、接触抵抗の増大を抑制することができる導電部材を得ることができる。
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。
［導電部材］
本発明に係る導電部材１０は、図１，２に示すように、基材１に設けられた接点部２の表面にＮｉめっき層３を有している。
［導電部材］
本発明に係る導電部材１０は、図１，２に示すように、基材１に設けられた接点部２の表面にＮｉめっき層３を有している。
（基材１）
基材１は、特に限定されないが、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等を用いることができる。中でも、コストを抑える観点からは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材が好ましい。基材１の厚さは、特に限定されず、０．１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上とすることができ、５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下とすることができる。
基材１は、特に限定されないが、例えば、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等を用いることができる。中でも、コストを抑える観点からは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる基材が好ましい。基材１の厚さは、特に限定されず、０．１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上とすることができ、５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下とすることができる。
基材１上には、被導電部材と導通するための接点部２が設けられている。接点部２は、導電部材１０をバスバーとして用いる場合は、導電部材１０をボルト等で被導電部材に接合するための貫通穴４を１個又は複数個有していてもよい。
基材１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合は、後述するＮｉめっき層３が設けられる前にジンケート処理されＺｎ層６が設けられていることが多い。この場合、図２に示すように、導電部材１０は、基材１、Ｚｎ層６、Ｎｉめっき層３がこの順で積層されている。Ｚｎ層６の厚さは、特に限定されず、例えば、０．０１μｍ以上、１μｍ以下とすることができる。
（Ｎｉめっき層３）
接点部２の表面に、Ｎｉめっき層３が設けられている。Ｎｉの融点は約１４５０℃であり、Ｓｎの融点（２３２℃）よりもはるかに高温であるので、めっき処理後の導電部材１０の表面に絶縁皮膜として樹脂層５が設けられる場合でも、溶融した樹脂の熱によってＮｉめっき層３が欠損してしまうことがない。Ｎｉめっき層の厚さは、基材の表面を十分に被覆するため、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましい。また、めっき後のプレス成形時にＮｉめっきが厚膜であると基材の変形に追随せずめっきが割れやすいので、成形性の観点から、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。
接点部２の表面に、Ｎｉめっき層３が設けられている。Ｎｉの融点は約１４５０℃であり、Ｓｎの融点（２３２℃）よりもはるかに高温であるので、めっき処理後の導電部材１０の表面に絶縁皮膜として樹脂層５が設けられる場合でも、溶融した樹脂の熱によってＮｉめっき層３が欠損してしまうことがない。Ｎｉめっき層の厚さは、基材の表面を十分に被覆するため、０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがさらに好ましい。また、めっき後のプレス成形時にＮｉめっきが厚膜であると基材の変形に追随せずめっきが割れやすいので、成形性の観点から、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがさらに好ましい。
（表面の算術平均粗さＳａ）
Ｎｉめっき層３は、表面の算術平均粗さＳａ（以下、単に「平均粗さＳａ」ということがある。）が、２０ｎｍ以上であり、好ましくは、４０ｎｍ以上であり、さらに好ましくは、１５０ｎｍ以上である。なお、面の算術平均粗さＳａは、線の算術平均粗さＲａを面に拡張したパラメーターであり、光干渉顕微鏡を使用して、図１０に示すように、平均面に対する各点の高さＨ，Ｈ’の差の絶対値から算出した平均値を表す。測定は、ＩＳＯ２５１７８に準拠して行うことができる。
Ｎｉめっき層３は、表面の算術平均粗さＳａ（以下、単に「平均粗さＳａ」ということがある。）が、２０ｎｍ以上であり、好ましくは、４０ｎｍ以上であり、さらに好ましくは、１５０ｎｍ以上である。なお、面の算術平均粗さＳａは、線の算術平均粗さＲａを面に拡張したパラメーターであり、光干渉顕微鏡を使用して、図１０に示すように、平均面に対する各点の高さＨ，Ｈ’の差の絶対値から算出した平均値を表す。測定は、ＩＳＯ２５１７８に準拠して行うことができる。
Ｎｉめっき層３は、平均粗さＳａが２０ｎｍ以上であるので、表面が粗い。従来、Ｎｉめっき層は、最表面層として用いられる場合は、外観を良くする目的や汚れ防止の目的で、平滑で均一に形成されることが好ましいとされていた。しかしながら、本発明者が鋭意研究を行ったところ、高温高湿潤環境下で使用される場合は、逆に、めっき面の表面粗さが粗いほど、接触抵抗の経時的な増加が少ないことがわかった。後述する実施例で実証されているように、Ｎｉめっき層３の表面の算術平均粗さＳａが２０ｎｍ以上の場合に、導電部材の高温高湿潤環境下での接触抵抗の経時的な増大が抑制された。Ｎｉめっき層３は、導電部材の最表面層とすることができるので、従来のようにＮｉめっき層上にさらにＳｎめっき層を設ける必要がなく、コストを抑制することもできる。
Ｎｉめっき層３の表面の算術平均粗さＳａは、大きければ大きい程よく上限値は限定されないが、めっき膜厚よりも粗さが大きいと凹部が基材にまで達してしまい、被覆層の欠陥となるので、被覆性を十分に確保する観点からは、上限値をめっき膜厚と同等以下、好ましくはめっき膜厚の半分以下とすることができる。
（Ｘ線回折ピークの半値幅）
Ｎｉめっき層３の表面粗さに寄与する要因の一つとして、Ｎｉめっき層３の結晶粒径がある。すなわち、図４に示すように、Ｎｉめっき層３を構成する結晶粒径が大きいほど、表面粗さは大きく（粗く）なりやすい。ここで、結晶粒径の大きさは、以下の式（１）に示すＳｃｈｅｒｒｅｒ式で決定される。つまり、結晶粒径の大きさは、Ｘ線回折におけるピークの半値幅の逆数に比例するので、Ｘ線回折によってピークの半値幅を測定することで、めっきの結晶性を定量化することができる。
Ｎｉめっき層３の表面粗さに寄与する要因の一つとして、Ｎｉめっき層３の結晶粒径がある。すなわち、図４に示すように、Ｎｉめっき層３を構成する結晶粒径が大きいほど、表面粗さは大きく（粗く）なりやすい。ここで、結晶粒径の大きさは、以下の式（１）に示すＳｃｈｅｒｒｅｒ式で決定される。つまり、結晶粒径の大きさは、Ｘ線回折におけるピークの半値幅の逆数に比例するので、Ｘ線回折によってピークの半値幅を測定することで、めっきの結晶性を定量化することができる。
そこで、本発明では、Ｎｉめっき層３が、図１１に示すように、Ｘ線回折図でＮｉ（２００）面の位置にピークを有し、該ピークの半値幅が０．６°以下となるように、めっき層の結晶粒径の大きさを規定することが好ましい。なお、Ｎｉ（２００）面は、ＣｕＫα線を使用したＸ線回折において、ミラー指数表示における（２００）面での回折ピークである。Ｎｉ（２００）面は、測定機器や測定条件により異なるが、例えば、Ｘ線回折により得られるチャートにおいて、２θが５１．８±１°に現れる回折ピークを用いることができる。ピークの半値幅は、より好ましくは、０．５°以下、さらに好ましくは０．４°以下である。ピーク半値幅を０．６°以下とすることで、結晶粒径が大きくなり表面粗さＳａが大きくなる。その結果、特に高温高湿潤環境下での接触抵抗の経時的な増大をより抑えることができる。ピーク半値幅の下限値は、特に限定されず、０．１°以上とすることができる。なお、図１１において、「ｈ」は、Ｎｉ（２００）面の位置のピークの高さ（強度）を示す。
なお、Ｘ線回折は、Ｘ線源としてＣｕＫα線を用い、管電圧を５０ｋＶ、管電流を２００ｍＡとし、走査速度１°／ｍｉｎとし、回折角２θが１０°から８０°までを測定する。
（押し込み硬さＨＩＴ）
Ｎｉめっき層３は、押し込み硬さＨＩＴが、５０００Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。押し込み硬さＨＩＴを５０００Ｎ／ｍｍ２以下とすることで、導電部材１０を被導電部材に締結するときに凸部（Ｎｉの新生面）が押しつぶされて変形し、導電部材１０の接合部２と被導電部材の接合部との接触面積が増大する。その結果、接触抵抗を小さくすることができる。具体的には、固体同士が表面で真に接触している面積（真実接触面積）Ａｒは、以下の式（２）で表される。
Ｎｉめっき層３は、押し込み硬さＨＩＴが、５０００Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。押し込み硬さＨＩＴを５０００Ｎ／ｍｍ２以下とすることで、導電部材１０を被導電部材に締結するときに凸部（Ｎｉの新生面）が押しつぶされて変形し、導電部材１０の接合部２と被導電部材の接合部との接触面積が増大する。その結果、接触抵抗を小さくすることができる。具体的には、固体同士が表面で真に接触している面積（真実接触面積）Ａｒは、以下の式（２）で表される。
Ａｒ=Ｐ/ｐｍ （２）
（但し、Ｐ：荷重、ｐｍ：柔らかい方の材料の降伏応力を表す。）
上記式（２）からも明らかなように、めっきの硬さが小さい（柔らかい方の材料の降伏応力Ｐｍが小さい）ほど、真実接触面積Ａｒが大きくなり電気的接触を確立しやすいといえる。
（但し、Ｐ：荷重、ｐｍ：柔らかい方の材料の降伏応力を表す。）
上記式（２）からも明らかなように、めっきの硬さが小さい（柔らかい方の材料の降伏応力Ｐｍが小さい）ほど、真実接触面積Ａｒが大きくなり電気的接触を確立しやすいといえる。
押し込み硬さＨＩＴの下限値は、特に限定されず、１００Ｎ／ｍｍ２以上とすることができる。なお、一般に、硬さの定量評価にはビッカース試験等が用いられるが、Ｎｉめっき層３の厚さは数μｍ程度と薄いため、マイクロビッカース試験では圧痕の深さが基材１にまで達し、測定結果が基材１の硬さに影響を受けてしまう場合がある。そのため、ここでは、押し込み硬さＨＩＴは、ナノインデンターを用いて測定した押し込み硬さである。
（Ｎｉめっき層３の形成方法）
Ｎｉめっき層３の形成方法は、特に限定されず、電解めっき又は無電解めっきによって形成することができるが、表面が粗いめっき層を形成しやすい点で、電解めっきが好ましい。Ｎｉめっき層３を形成する前に、必要に応じて、脱脂、酸洗、水洗等の前処理を行ってもよい。Ｎｉめっき処理液は、ワット浴やスルファミン酸浴など工業的に用いられているめっき処理液を用いることができる。中でも、基材１上にＺｎ層が設けられている場合にＺｎ層が溶解するのを防ぎ、さらに内部応力が小さく、めっき後の成形性が優れる点から、ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴が好ましい。
Ｎｉめっき層３の形成方法は、特に限定されず、電解めっき又は無電解めっきによって形成することができるが、表面が粗いめっき層を形成しやすい点で、電解めっきが好ましい。Ｎｉめっき層３を形成する前に、必要に応じて、脱脂、酸洗、水洗等の前処理を行ってもよい。Ｎｉめっき処理液は、ワット浴やスルファミン酸浴など工業的に用いられているめっき処理液を用いることができる。中でも、基材１上にＺｎ層が設けられている場合にＺｎ層が溶解するのを防ぎ、さらに内部応力が小さく、めっき後の成形性が優れる点から、ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴が好ましい。
一般的に、Ｎｉめっき処理液には、得られるＮｉめっき層に光沢を持たせるために、光沢剤を添加することがある。光沢剤としては、サッカリン等の硫黄が含まれるものが用いられることが多い。硫黄を含む光沢剤は、めっき層を構成する結晶粒径を微細化する作用を呈する。例えば、図３に、硫黄を含む光沢剤を含むめっき処理液で形成されたＮｉめっき層の表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。このＮｉめっき層の表面は、結晶粒が微細でＳＥＭ写真では結晶粒が確認できない。その結果、このＮｉめっき層の表面は、平滑になっている。一方、図４に、光沢剤を含まないめっき処理液（無光沢めっき）で形成されたＮｉめっき層の表面の走査型電子顕微鏡写真を示す。このＮｉめっき層の表面は、数１００ｎｍオーダーの粗大なＮｉの結晶粒を確認することができる。その結果、このＮｉめっき層の表面は、粗くなっている。
よって、結晶粒径が大きく表面粗さが粗いＮｉめっき層３を得るために、めっき処理液中に、硫黄を含有する光沢剤を含まないことが好ましい。例えば、めっき処理液中に、光沢剤を含有しないか、又は、硫黄を含まない光沢剤を含有することで、Ｎｉめっき層３の結晶粒径を大きくすることができる。その結果、Ｎｉめっき層３の表面粗さを粗くして、高温高湿潤環境下でも酸化物や水和物の形成を抑制し、経時的に接触抵抗が増大することを抑制することができる。
この場合、形成されたＮｉめっき層３は、実質的に硫黄を含有しない。Ｎｉめっき層中の硫黄の含有量は、例えば、０．１質量％未満、好ましくは０．０５質量％未満である。
結晶粒径の大きいＮｉめっき層３とするための他の方法としては、めっき処理時の電流密度を、２Ａ／ｄｍ２〜１０Ａ／ｄｍ２、好ましくは２Ａ／ｄｍ２〜５Ａ／ｄｍ２に低く抑えたり、めっき浴中のＮｉイオン濃度高めるため、例えばスルファミン酸Ｎｉめっき浴であれば、処理液中のスルファミン酸ニッケルの濃度を４００ｇ/Ｌ〜５００ｇ/Ｌ、好ましくは４５０ｇ/Ｌ〜５００ｇ/Ｌに高めたりすること等によって形成することもできる。
一方、Ｎｉめっき層３を形成後に、サンドブラストやヤスリ等によって機械的に表面粗さＳａを２０ｎｍ以上とすることもできる。この場合は、結晶粒径の大きさに関係なくＮｉめっき層３を形成し、その後、機械的に表面を粗くすればよい。
（樹脂層５）
導電部材１０は、接点部２以外の表面に絶縁皮膜としての樹脂層５が形成されていてもよい。樹脂層５を設けることで、接点部以外での通電を防ぐことができる。樹脂層５を形成する樹脂は、基材１上にコーティング可能な樹脂であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、汎用プラスチック、汎用エンプラ（エンジニアリング・プラスチック）、スーパーエンプラ等から選ばれる１種又は２種以上を用いることができる。汎用プラスチックとしては、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。汎用エンプラとしては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。スーパーエンプラとしては、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド等を挙げることができる。樹脂層の厚さは、特に限定されず、１０μｍ以上５０００μｍ以下とすることができる。
導電部材１０は、接点部２以外の表面に絶縁皮膜としての樹脂層５が形成されていてもよい。樹脂層５を設けることで、接点部以外での通電を防ぐことができる。樹脂層５を形成する樹脂は、基材１上にコーティング可能な樹脂であれば特に限定されず、例えば、熱可塑性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂としては、汎用プラスチック、汎用エンプラ（エンジニアリング・プラスチック）、スーパーエンプラ等から選ばれる１種又は２種以上を用いることができる。汎用プラスチックとしては、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂等を挙げることができる。汎用エンプラとしては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等を挙げることができる。スーパーエンプラとしては、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド等を挙げることができる。樹脂層の厚さは、特に限定されず、１０μｍ以上５０００μｍ以下とすることができる。
樹脂層５の形成方法は、特に限定されない。例えば、基材上にめっき層３を形成した後、射出成形、溶融押出成形、圧縮成形、又はトランスファー成形等によって基材１と一体的に成形することができる。基材１上の接点部２の表面に設けられているＮｉめっき層３は、融点が高いので、溶融した樹脂の熱によって溶融してめっきが欠損することがない。その結果、導電部材１０に樹脂層５が設けられ絶縁被覆されている場合でも、接触抵抗の増大を抑制する効果を十分に得ることができる。
［導電部材１０の製造方法］
導電部材１０の製造方法は、基材１を準備する工程（以下、「基材準備工程」という。）と、基材１上に設けられた接点部をＮｉめっき処理液に接触させるめっき処理工程（以下、「めっき処理工程」という。）と、を有し、Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないことを特徴とする。Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないので、Ｎｉめっき層３の表面が粗くなり、接触抵抗が経時的に増大することを抑制できる導電部材１０を得ることができる。また、導電部材１０は、従来の導電部材のように、Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層の多層のめっき層を有していないので、めっき処理工程が少なく済む。そのため、コイル状に巻かれた基材を解いてめっき処理した後、再びコイル状に巻き上げる、いわゆるコイルトゥコイルでＮｉめっき層３を形成し、切削加工及び成形加工して製造することができる。
導電部材１０の製造方法は、基材１を準備する工程（以下、「基材準備工程」という。）と、基材１上に設けられた接点部をＮｉめっき処理液に接触させるめっき処理工程（以下、「めっき処理工程」という。）と、を有し、Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないことを特徴とする。Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないので、Ｎｉめっき層３の表面が粗くなり、接触抵抗が経時的に増大することを抑制できる導電部材１０を得ることができる。また、導電部材１０は、従来の導電部材のように、Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層の多層のめっき層を有していないので、めっき処理工程が少なく済む。そのため、コイル状に巻かれた基材を解いてめっき処理した後、再びコイル状に巻き上げる、いわゆるコイルトゥコイルでＮｉめっき層３を形成し、切削加工及び成形加工して製造することができる。
（基材準備工程）
基材準備工程は、導電部材の基材を準備する工程であって、その方法は特に限定されない。上記したコイルトゥコイルでめっき処理する場合、基材準備工程は、コイル状に巻かれた基材１を、解いて引き出す工程とすることができる。引き出し速度は、Ｎｉめっき処理工程でめっき処理する時間や速度に合わせて適宜調整することができる。基材１は、コストを抑える点でアルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。基材１がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合は、基材準備工程は、基材１をジンケート処理して基材１上にＺｎ層６を形成する工程を有していてもよい。
基材準備工程は、導電部材の基材を準備する工程であって、その方法は特に限定されない。上記したコイルトゥコイルでめっき処理する場合、基材準備工程は、コイル状に巻かれた基材１を、解いて引き出す工程とすることができる。引き出し速度は、Ｎｉめっき処理工程でめっき処理する時間や速度に合わせて適宜調整することができる。基材１は、コストを抑える点でアルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。基材１がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合は、基材準備工程は、基材１をジンケート処理して基材１上にＺｎ層６を形成する工程を有していてもよい。
（Ｎｉめっき処理工程）
Ｎｉめっき処理工程は、基材１をＮｉめっき処理液に接触させて、基材１上にＮｉめっき層３を形成する工程である。Ｎｉめっき処理方法、及びめっき処理液については、上述のとおりである。めっき処理工程は、必要に応じて、脱脂、酸洗、水洗等の前処理工程を有していてもよい。形成される結晶粒径を大きくしてＮｉめっき層３の表面粗さＳａを２０ｎｍ以上とする目的で、Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないことが好ましい。硫黄を含有する光沢剤としては、サッカリン、１，３，６−トリナフタレンスルフォン酸ナトリウム、ナフタレン−１，３，６−トリスルホン酸ナトリウム等を挙げることができる。めっき処理液は、好ましくは、光沢剤を含有しないか、又は、硫黄を含まない光沢剤を含有する。硫黄を含有しない光沢剤としては、２次光沢剤に分類される光沢剤等を挙げることができる。２次光沢剤に分類される光沢剤としては、例えば、クマリン、２−ブチン−１，４−ジオール、エチレンシアンヒドリン、プロパルギルアルコール、ホルムアルデヒド、キノリン又はピリジン等を挙げることができる。
Ｎｉめっき処理工程は、基材１をＮｉめっき処理液に接触させて、基材１上にＮｉめっき層３を形成する工程である。Ｎｉめっき処理方法、及びめっき処理液については、上述のとおりである。めっき処理工程は、必要に応じて、脱脂、酸洗、水洗等の前処理工程を有していてもよい。形成される結晶粒径を大きくしてＮｉめっき層３の表面粗さＳａを２０ｎｍ以上とする目的で、Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないことが好ましい。硫黄を含有する光沢剤としては、サッカリン、１，３，６−トリナフタレンスルフォン酸ナトリウム、ナフタレン−１，３，６−トリスルホン酸ナトリウム等を挙げることができる。めっき処理液は、好ましくは、光沢剤を含有しないか、又は、硫黄を含まない光沢剤を含有する。硫黄を含有しない光沢剤としては、２次光沢剤に分類される光沢剤等を挙げることができる。２次光沢剤に分類される光沢剤としては、例えば、クマリン、２−ブチン−１，４−ジオール、エチレンシアンヒドリン、プロパルギルアルコール、ホルムアルデヒド、キノリン又はピリジン等を挙げることができる。
めっき処理工程において、ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴またはｐＨ４．０〜５．５のワット浴を用いて電解めっき処理を行うことが好ましいが、前述のとおりめっき後の成形性に優れることからスルファミン酸浴がさらに好ましい。電解めっき処理でＮｉめっき層を形成する際の電流密度は、２Ａ／ｄｍ２以上１０Ａ／ｄｍ２以下で行うことが好ましい。さらに好ましい電流密度は、２Ａ／ｄｍ２以上５Ａ／ｄｍ２以下である。さらに、Ｎｉめっき処理液中のＮｉイオン濃度を高めるため、例えばスルファミン酸Ｎｉめっき浴であれば、処理液中のスルファミン酸ニッケルの濃度を４００ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下、又は４５０ｇ／Ｌ以上５００ｇ／Ｌ以下とすることも好ましい。
また、めっき処理工程をコイルトゥコイルで行う場合、めっき処理工程の後に、基材１をコイル状に巻き上げる工程（以下、単に「巻き上げ工程」という。）と、切削加工及び成形加工する工程（以下、単に「加工工程」という。）と、を有することができる。さらに、接点部以外を絶縁被覆する場合、接点部以外の表面に樹脂層を形成する工程（以下、「樹脂層形成工程」という。）を有してもよい。
なお、加工工程後にＮｉめっき処理するよりも、加工工程前にＮｉめっき処理を行った方が、製造コストをより低くすることができる。よって、基材準備工程、Ｎｉめっき処理工程、巻き上げ工程、加工工程をこの順で有することが好ましい。樹脂層形成工程は、加工工程の後に有することが好ましい。また、Ｓｎめっき層を形成する工程が不要なので、コストを抑えるために、基材準備工程、Ｎｉめっき処理工程、巻き上げ工程、加工工程、及び樹脂層形成工程からなる最小限の工程で製造することもできる。
（巻き上げ工程）
巻き上げ工程は、Ｎｉめっき処理された基材を、再びコイル状に巻きあげる工程である。巻き上げ速度は、Ｎｉめっき処理工程でめっき処理する時間や速度に合わせて適宜調整することができる。従来の導電部材のように、Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層の多層のめっき層を形成する必要がなく、めっき処理工程が少なく済むので、このように、コイル状の基材をめっき処理後に再びコイル状に巻きあげる、いわゆるコイルトゥコイルでＮｉめっき層３を形成することができる。
巻き上げ工程は、Ｎｉめっき処理された基材を、再びコイル状に巻きあげる工程である。巻き上げ速度は、Ｎｉめっき処理工程でめっき処理する時間や速度に合わせて適宜調整することができる。従来の導電部材のように、Ｎｉめっき層及びＳｎめっき層の多層のめっき層を形成する必要がなく、めっき処理工程が少なく済むので、このように、コイル状の基材をめっき処理後に再びコイル状に巻きあげる、いわゆるコイルトゥコイルでＮｉめっき層３を形成することができる。
（加工工程）
切削加工及び成形加工する工程は、Ｎｉめっき層３が形成された基材１を所望の大きさに切削し、所望の形状に成形加工して導電部材１０を得る工程である。この工程では、切削加工と成形加工とを別の工程としてもよいし、プレス加工のように切削加工と成形加工とを同時に行ってもよい。
切削加工及び成形加工する工程は、Ｎｉめっき層３が形成された基材１を所望の大きさに切削し、所望の形状に成形加工して導電部材１０を得る工程である。この工程では、切削加工と成形加工とを別の工程としてもよいし、プレス加工のように切削加工と成形加工とを同時に行ってもよい。
（樹脂層形成工程）
樹脂層形成工程は、接点部２以外の表面に樹脂層５を設けて絶縁被覆する工程である。導電部材１０は、接点部２の表面にＮｉめっき層３を有するので、樹脂層を形成する際に溶融した樹脂の熱によって接点部２が高温になったとしても、めっきの欠損が発生せず、接触抵抗の増大を抑制する効果を十分に得ることができる。用いる樹脂及び形成方法については、上述のとおりである。
樹脂層形成工程は、接点部２以外の表面に樹脂層５を設けて絶縁被覆する工程である。導電部材１０は、接点部２の表面にＮｉめっき層３を有するので、樹脂層を形成する際に溶融した樹脂の熱によって接点部２が高温になったとしても、めっきの欠損が発生せず、接触抵抗の増大を抑制する効果を十分に得ることができる。用いる樹脂及び形成方法については、上述のとおりである。
以下に実施例を示して本発明を更に具体的に説明するが、これらの実施例により本発明の解釈が限定されるものではない。
［実施例１］
アルミニウム合金６１０１−Ｔ６材の圧延品（１００ｍｍ×２００ｍｍ×厚み３ｍｍ）を基材１とした。基材１の両面に、前処理として、以下に示す（１）アルカリエッチング及びデスマット並びに（２）二段ジンケート処理を行った後、（３）電解Ｎｉめっきを行ってＮｉめっき層３を形成し、実施例１の導電部材１０を得た。
アルミニウム合金６１０１−Ｔ６材の圧延品（１００ｍｍ×２００ｍｍ×厚み３ｍｍ）を基材１とした。基材１の両面に、前処理として、以下に示す（１）アルカリエッチング及びデスマット並びに（２）二段ジンケート処理を行った後、（３）電解Ｎｉめっきを行ってＮｉめっき層３を形成し、実施例１の導電部材１０を得た。
（１）アルカリエッチング及びデスマットは、以下のように行った。すなわち、基材１を、５０℃、５０ｇ/ＬのＮａＯＨ水溶液中に３０秒間浸漬してアルカリエッチングし、室温の水道水で３０秒間水洗した。その後、基材１を、６０質量％の硝酸を５００ｍｌ/Ｌの濃度にイオン交換水で希釈し室温に保持したデスマット液に３０秒間浸漬し、さらに室温の水道水で３０秒間水洗した。
（２）二段ジンケート処理は、以下のように行った。すなわち、奥野製薬工業株式会社製のジンケート液「サブスターＺＮ-１１１」をイオン交換水で５００ｍｌ/Ｌの濃度に希釈し、室温に保持したジンケート処理液に、デスマット後の基材１を６０秒間浸漬した。室温の水道水で３０秒間水洗した後、基材１を、６０質量％の硝酸を１００ｍｌ/Ｌの濃度にイオン交換水で希釈し室温に保持した亜鉛剥離液に３０秒間浸漬して亜鉛層を剥離した。さらに水洗した後、上述のジンケート処理液に３０秒間浸漬して、基材上にち密な亜鉛置換層を形成した。これを水洗し、前処理材とした。
（３）電解Ｎｉめっきは、ワット浴を用いて以下のように行った。すなわち、硫酸ニッケル６水和物を２４０ｇ/Ｌ、ほう酸を３５ｇ/Ｌ含むめっき浴（ワット浴）を浴温４５℃に保持し、前処理材を浸漬してカソードとし、４Ａ/ｄｍ２のカソード電流密度でめっきし、Ｎｉめっき層３を形成した。めっき時間は、Ｎｉめっき層３の厚みが約３μｍとなるよう、任意の時間とした。
［実施例２］
スルファミン酸浴を用いて以下のようにＮｉめっき層３を形成した以外は、実施例１と同様にして、実施例２の導電部材１０を得た。Ｎｉめっき層３は、スルファミン酸Ｎｉ４水和物を４５０ｇ/Ｌ、塩化ニッケル６水和物を１０ｇ/Ｌ、ほう酸を３５ｇ/Ｌ含むめっき浴（スルファミン酸浴）中で、５Ａ/ｄｍ２のカソード電流密度でめっきし形成した。
スルファミン酸浴を用いて以下のようにＮｉめっき層３を形成した以外は、実施例１と同様にして、実施例２の導電部材１０を得た。Ｎｉめっき層３は、スルファミン酸Ｎｉ４水和物を４５０ｇ/Ｌ、塩化ニッケル６水和物を１０ｇ/Ｌ、ほう酸を３５ｇ/Ｌ含むめっき浴（スルファミン酸浴）中で、５Ａ/ｄｍ２のカソード電流密度でめっきし形成した。
［実施例３］
スルファミン酸浴に、硫黄を含まない光沢剤として株式会社ムラタ製のＳＮ−２０を４ｍｌ／Ｌの濃度で添加した以外は、実施例２と同様にして、実施例３の導電部材１０を得た。
スルファミン酸浴に、硫黄を含まない光沢剤として株式会社ムラタ製のＳＮ−２０を４ｍｌ／Ｌの濃度で添加した以外は、実施例２と同様にして、実施例３の導電部材１０を得た。
［比較例１］
ワット浴に、光沢剤として３ｇ/Ｌの濃度でサッカリンを添加した以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電部材を得た。
ワット浴に、光沢剤として３ｇ/Ｌの濃度でサッカリンを添加した以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電部材を得た。
［比較例２］
スルファミン酸浴に、光沢剤として３ｇ/Ｌの濃度でサッカリンを添加した以外は、実施例２と同様にして、比較例２の導電部材を得た。
なお、上記実施例及び比較例におけるめっき浴のｐＨは、いずれも、４．０とした。
スルファミン酸浴に、光沢剤として３ｇ/Ｌの濃度でサッカリンを添加した以外は、実施例２と同様にして、比較例２の導電部材を得た。
なお、上記実施例及び比較例におけるめっき浴のｐＨは、いずれも、４．０とした。
［算術平均粗さＳａ］
Ｎｉめっき層を形成した後の試料を２０ｍｍ角に切断し、ブルカー・エイエックスエス株式会社製の光干渉顕微鏡（ＧＴ−１）を使用して、１１５倍の対物レンズで試料の表面からおよそ２０μｍ×４０μｍの視野を選出した。その測定視野内の面の算術平均粗さＳａをＩＳＯ２５１７８に準拠して算出し、Ｎｉめっき層の表面の算術平均粗さＳａとした。結果を表１に示す。
Ｎｉめっき層を形成した後の試料を２０ｍｍ角に切断し、ブルカー・エイエックスエス株式会社製の光干渉顕微鏡（ＧＴ−１）を使用して、１１５倍の対物レンズで試料の表面からおよそ２０μｍ×４０μｍの視野を選出した。その測定視野内の面の算術平均粗さＳａをＩＳＯ２５１７８に準拠して算出し、Ｎｉめっき層の表面の算術平均粗さＳａとした。結果を表１に示す。
［Ｘ線回折図におけるピークの半値幅］
Ｎｉめっき層を形成した後の試料について、株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＡＤ−ｒＲを用いて、以下の条件でＮｉめっき層のＸ線回折を３回測定し、Ｎｉ（２００）面に位置するピークの半値幅の平均値を算出した。この際の回折角２θは５１．８°であった。その結果を表１に示す。
管球：Ｃｕ
線源：ＣｕＫα線
管電圧：５０ｋＶ
管電流：２００ｍＡ
モノクロメータを使用（モノクロメータの受光スリット：０．８ｍｍ）
ゴニオメーター半径：１８５ｍｍ
サンプリング幅：０．０１°
走査速度：１°／ｍｉｎ
発散スリット：１°
散乱スリット：１°
受光スリット：０．３ｍｍ
アタッチメント：ＡＳＣ−４３（横型）
回転速度：８０ｒｐｍ
Ｎｉめっき層を形成した後の試料について、株式会社リガク製Ｘ線回折装置ＲＡＤ−ｒＲを用いて、以下の条件でＮｉめっき層のＸ線回折を３回測定し、Ｎｉ（２００）面に位置するピークの半値幅の平均値を算出した。この際の回折角２θは５１．８°であった。その結果を表１に示す。
管球：Ｃｕ
線源：ＣｕＫα線
管電圧：５０ｋＶ
管電流：２００ｍＡ
モノクロメータを使用（モノクロメータの受光スリット：０．８ｍｍ）
ゴニオメーター半径：１８５ｍｍ
サンプリング幅：０．０１°
走査速度：１°／ｍｉｎ
発散スリット：１°
散乱スリット：１°
受光スリット：０．３ｍｍ
アタッチメント：ＡＳＣ−４３（横型）
回転速度：８０ｒｐｍ
［押し込み硬さＨＩＴ］
Ｎｉめっき層を形成した後の試料を２０ｍｍ角に切断し、株式会社エリオニクス製ナノインデンター ＥＮＴ−１１００ａを用い、バーコビッチ型のダイヤモンド圧子 記号６１７０を２０ｍＮの荷重で押し込んで、ＩＳＯ １４５７７で定められる押し込み硬さＨＩＴを算出した。結果を表１に示す。
Ｎｉめっき層を形成した後の試料を２０ｍｍ角に切断し、株式会社エリオニクス製ナノインデンター ＥＮＴ−１１００ａを用い、バーコビッチ型のダイヤモンド圧子 記号６１７０を２０ｍＮの荷重で押し込んで、ＩＳＯ １４５７７で定められる押し込み硬さＨＩＴを算出した。結果を表１に示す。
［接触抵抗測定］
Ｎｉめっき層を形成した後の試料を、室温のイオン交換水中で３０秒間水洗し、ドライヤーを用いて熱風乾燥した後、試料の接触抵抗を測定した。その後、試料について温湿度サイクル試験を行い、再度、試料の接触抵抗を測定した。
Ｎｉめっき層を形成した後の試料を、室温のイオン交換水中で３０秒間水洗し、ドライヤーを用いて熱風乾燥した後、試料の接触抵抗を測定した。その後、試料について温湿度サイクル試験を行い、再度、試料の接触抵抗を測定した。
接触抵抗は、図５に示すように、ＡｕめっきしたＡｌ板２０で試料を挟み、１ＭＰａの面圧をかけながら１Ａの電流を流し、Ａｕめっき板間の電圧降下Ｖを測定し、Ｒ＝（Ｖ／Ｉ）×Ｓから算出した。但し、Ｒ：接触抵抗（ｍΩｃｍ２）、Ｉ：電流（Ａ）、Ｓ：接触面積２×２（ｃｍ２）である。
温湿度サイクル試験は、エスペック株式会社製恒温恒湿試験機ＰＲ−４Ｊを用いて、ＪＩＳ Ｃ６００６８−２−３８（試験記号：Ｚ／ＡＤ）に準じて、湿度９３％で、図６に示す温湿度サイクル試験のサイクル模式図に沿って１０サイクル行った。すなわち、２時間かけて２５℃から６５℃まで昇温し、３．５時間６５℃を維持した後、２時間かけて６５℃から２５℃まで降温した。さらに０．５時間２５℃に保持し、これを２サイクル行った。その後０．５時間かけて２５℃から−１０℃まで降温し、３時間−１０℃を維持した後、１．５時間かけて−１０℃から２５℃まで昇温し、試験開始から２４時間経過時まで２５℃を維持した。結果を表１に示す。
温湿度サイクル試験後の接触抵抗値が３ｍΩ・ｃｍ２を下回っていると、接触抵抗値の増大が抑制されていることを示している。一方、接触抵抗値が３ｍΩ・ｃｍ２を上回っていると、接触抵抗が増大してしまっていることを示している。表１から明らかなように、実施例１〜３の導電部材は、いずれも、接触抵抗が３ｍΩ・ｃｍ２を下回っており、接触抵抗値の増大が抑制されている。
［Ｓ含有量測定］
Ｎｉめっき層を形成した後の試料について、Ｎｉめっき層中の硫黄の含有量（Ｓ分率）を、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：株式会社島津製作所社製、型番ＥＰＭＡ―１６１０ 分析下限値０．１質量％）を用いて測定した。結果を、表１中に示す。実施例１〜３の導電部材のＮｉめっき層からは硫黄は検出されなかった。
Ｎｉめっき層を形成した後の試料について、Ｎｉめっき層中の硫黄の含有量（Ｓ分率）を、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ：株式会社島津製作所社製、型番ＥＰＭＡ―１６１０ 分析下限値０．１質量％）を用いて測定した。結果を、表１中に示す。実施例１〜３の導電部材のＮｉめっき層からは硫黄は検出されなかった。
図７〜９に、表１の数値に基づいて、接触抵抗と、算術平均粗さＳａ（図７）、Ｘ線回折図におけるピークの半値幅（図８）、又は押し込み硬さＨＩＴ（図９）との関係を示した。図７〜９において、四角は温湿度サイクル前の値を示し、黒丸は温湿度サイクル試験後の値を示す。温湿度サイクル試験後（黒丸で示す）の接触抵抗値が３ｍΩ・ｃｍ２以下の場合に、高温高湿潤環境下でも接触抵抗の増大が抑制できるといえる。図７〜９から明らかなように、Ｎｉめっき層の算術平均粗さＳａが２０ｎｍ以上である実施例１〜３の導電部材は、温湿度サイクル試験後の接触抵抗が３ｍΩ・ｃｍ２以下となり、接触抵抗の増大を抑制することができた。
１ 基材
２ 接点部
３ Ｎｉめっき層
４ 貫通穴
５ 樹脂層
６ Ｚｎ層
１０ 導電部材
２ 接点部
３ Ｎｉめっき層
４ 貫通穴
５ 樹脂層
６ Ｚｎ層
１０ 導電部材
Claims (9)
- 基材上に設けられた接点部の表面にＮｉめっき層を有し、接点部の表面のＮｉめっき層の表面の算術平均粗さＳａが２０ｎｍ以上であることを特徴とするバスバー用導電部材であって、基材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるバスバー用導電部材。
- 基材上に設けられた接点部の表面のみにおいて算術平均粗さＳａが２０ｎｍ以上のＮｉめっき層を有することを特徴とするバスバー用導電部材であって、基材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるバスバー用導電部材。
- 基材上に設けられた接点部においてＺｎ層を有し、さらにその表面にＮｉめっき層を有し、接点部の表面のＮｉめっき層の表面の算術平均粗さＳａが２０ｎｍ以上であることを特徴とするバスバー用導電部材であって、基材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるバスバー用導電部材。
- Ｎｉめっき層が、Ｘ線回折図におけるＮｉ（２００）面の位置のピークの半値幅が０．６°以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のバスバー用導電部材。
- Ｎｉめっき層の押し込み硬さＨＩＴが、５０００Ｎ／ｍｍ２以下である、請求項１から４のいずれか一項に記載のバスバー用導電部材。
- Ｎｉめっき層中の硫黄の含有量が、０．１質量％未満である、請求項１から５のいずれか一項に記載のバスバー用導電部材。
- 基材を準備する工程と、基材上に設けられた接点部をＮｉめっき処理液に接触させるめっき処理工程と、を有し、
Ｎｉめっき処理液が、硫黄を含有する光沢剤を含まないことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のバスバー用導電部材の製造方法。 - めっき処理工程において、ｐＨが３．５〜４．８のスルファミン酸浴を用いて電解めっき処理を行う、請求項７に記載の製造方法。
- 基材を準備する工程が、コイル状に巻かれた基材を引き出す工程であり、
めっき処理工程後に、めっき処理された基材をコイル状に巻き上げる工程と、切削加工及び成形加工する工程と、をさらに有する、請求項７又は８に記載の製造方法。
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| C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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| C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
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| C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20210126 |
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| C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20210309 |
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| C03 | Trial/appeal decision taken |
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| C30A | Notification sent |
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| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
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| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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