KR20090127406A - 가동 접점 부품용 은피복재 및 그 제조 방법 - Google Patents

가동 접점 부품용 은피복재 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20090127406A
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스구루 야마구치
요시아키 고바야시
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후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재(1) 위에 두께 0.005∼0.5㎛의 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 바탕층(2)이 피복되고, 상기 바탕층(2) 위에 팔라듐, 팔라듐합금, 또는 은주석합금으로 이루어진 두께 0.01∼0.5㎛의 중간층(3)이 피복되고, 상기 중간층(3) 위에 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층(4)이 형성된 가동 접점 부품용 은피복재.

Description

가동 접점 부품용 은피복재 및 그 제조 방법{SILVER-COATED MATERIAL FOR MOVABLE CONTACT COMPONENT AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH SILVER-COATED MATERIAL}
본 발명은, 가동 접점 부품용 은피복재와 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 휴대 전화기나 휴대 단말 기기 등에 이용되고 있는 푸쉬 스위치에는, 인청동, 베릴륨동, 근래에는 코르손(Corson)계 구리합금 등의 구리합금이나, 스테인리스 등의 철계 합금 등의 스프링성이 뛰어난 도전성 기재(conductive base material)에 은도금을 실시한 재료가 사용되어 왔다.
종래에는, 도전성 기재 위에 니켈 바탕층(base layer)을 형성한 후, 직접 은표층 도금을 형성한 재료를 이용하고 있었다. 한편, 휴대 전화의 e메일의 보급에 의해 반복적인 스위칭 동작이 많아지고 있다. 단기간에 스위칭을 반복하는 것에 의해 스위칭부가 발열하여, 은도금을 투과한 산소가 니켈을 산화시켜 은이 박리되기 쉬워지는 것이 알려져 있었다.
이러한 현상을 방지하기 위해서, 은층과 니켈층의 중간에 구리중간층을 마련한, 예를 들면 은/구리/니켈/스테인리스재를 이용하는 것이 제안되어 있다(특허문헌 1∼3 참조). 이 구리중간층은, 은도금을 투과한 산소를 포착하여, 바탕층의 니 켈의 산화를 방지하는 효과가 있다고 여겨지고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공보 3889718호
특허문헌 2 : 일본 특허 공보 3772240호
특허문헌 3 : 일본 공개특허공보 2005-133169호
[발명의 개시]
그러나, 상기 각 특허문헌에 기재된 전기 접점 재료는, 중간층이 너무 두꺼우면 중간층을 형성하는 구리가 확산하여 최표층(outermost layer)에 드러나, 이것이 산화하여 접촉 저항을 높게 해 버리는 경우가 있고, 또한 중간층의 두께가 너무 얇은 경우에는 중간층에 의한 산소의 포착이 불충분하게 되어, 반복된 스위칭 작동 등에 의해 재료 표면의 은층의 박리가 충분히 예측된다. 즉, 중간층의 두께를 적절히 설정하는 것이 어려우며, 제조 조건을 엄격하게 관리해야 한다고 하는 새로운 과제가 발생하고 있다.
즉, 본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다:
(1) 철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재 위에 두께 0.005∼0.5㎛의 니켈 또는 니켈합금으로 이루어진 바탕층이 피복되고, 상기 바탕층 위에 두께 0.01∼0.5㎛의 팔라듐, 팔라듐합금, 또는 은주석합금으로 이루어진 중간층이 피복되며, 상기 중간층 위에 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층이 형성된 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재,
(2) 상기 중간층의 팔라듐 합금이, 금팔라듐, 은팔라듐, 주석팔라듐, 니켈팔라듐, 또는 인듐팔라듐인 것을 특징으로 하는 (1)항에 기재된 가동 접점 부품용 은피복재,
(3) 철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재 위에 두께 0.01∼0.5㎛의 팔라듐, 팔라듐합금, 또는 은주석합금으로 이루어진 중간층이 피복되고, 상기 중간층 위에 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층이 형성된 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재,
(4) (1) 또는 (2)항에 기재된 가동 접점 부품용 은피복재를 제조하는 방법으로서, 도전성 기재에 니켈 또는 니켈합금을 피복하여 활성화 처리를 행한 후, 중간층을 피복하고, 은 또는 은합금을 피복하는 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재의 제조 방법,
(5) (3)항에 기재된 가동 접점 부품용 은피복재를 제조하는 방법으로서, 도전성 기재를 활성화 처리한 후, 중간층을 피복하고, 은 또는 은합금 피복을 행하는 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재의 제조 방법.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절히 첨부도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 명백해질 것이다.
[도 1] 본 발명의 하나의 실시형태를 도시한 종단면도이다.
[도 2] 본 발명의 다른 실시형태를 도시한 종단면도이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 가동 접점 부품용 은피복재의 하나의 실시형태를 도시한 단면도이다. 도 1에서, 1은 철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재, 2는 Ni 또는 Ni합금으로 이루어진 바탕층, 3은 Pd 또는 Pd합금 또는 Ag-Sn합금으로 이루어진 중간층, 4는 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층이다.
도전성 기재(1)는, 가동 접점 부품용으로서 이용하기에 충분한 도전성, 스프링성 특성, 내구성 등을 가진 재료이며, 본 발명에서는 철 또는 철합금으로 이루어진다.
기재(1)로서 바람직하게 이용되는 철합금으로서는, 스테인리스강(SUS), 42알로이를 들 수 있다.
기재(1)의 두께는, 0.03∼0.3㎛가 바람직하고, 0.05∼0.1㎛인 것이 더 바람직하다.
기재(1)의 면상에는 두께 0.005∼0.5㎛, 바람직하게는 0.01∼0.5㎛, 더 바람직하게는 0.05∼0.1㎛의 니켈(Ni) 또는 Ni합금으로 이루어진 바탕층(2)이 피복되어 있다. 바탕층(2)의 두께의 하한은, 기재(1)와 중간층(3)의 밀착성의 관점에서 결정되고, 바탕층(2)의 두께의 상한은, 피복재로부터 전기 접점 재료를 프레스 가공 등에 의해 형성할 때에 가공성이 저하하여, 바탕층(2) 등에 균열이 발생할 우려를 방지하는 관점에서 결정된다.
바탕층(2)에 이용되는 Ni합금으로서는, Ni-P계, Ni-Sn계, Ni-Co계, Ni-Co-P계, Ni-Cu계, Ni-Cr계, Ni-Zn계, Ni-Fe계 등의 합금이 바람직하게 이용된다. Ni 및 Ni합금은, 도금 처리성이 양호하고, 가격적으로도 문제가 없으며, 또한 융점이 높기 때문에 배리어 기능이 고온 환경하에서도 퇴보가 적다.
바탕층(2) 위에는, 팔라듐(Pd), 팔라듐합금, 또는 은주석합금으로 이루어진 두께 0.01∼0.5㎛, 바람직하게는 0.05∼0.2㎛의 중간층(3)이 피복된다. 중간층(3)으로서, 팔라듐 또는 팔라듐합금을 이용한 경우에는, 팔라듐 및 그 합금은 경도가 높고, 두꺼워지면 가공성이 나쁘고, 균열이 발생하기 쉬워지기 때문에, 팔라듐 또는 팔라듐 합금을 중간층(3)으로 하는 경우, 그 두께는 0.2㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 중간층(3)의 두께의 하한은, 바탕층(2)의 성분의 산화를 방지하는 관점에서 결정된다.
팔라듐, 팔라듐합금, 및 은주석합금은 모두 구리보다 산화되기 어려운 금속 또는 합금이다. 따라서, 구리중간층을 형성한 것과 비교하여, 중간층(3)의 표면의 산화에 의한 최표층(4)의 은 또는 은합금층의 밀착성의 저하, 및 중간층(3)의 성분이 최표층(4)에 드러나 산화되는 것에 의한 도전성(접촉 저항)의 저하가 일어나기 어렵다.
중간층(3)에 이용되는 팔라듐 합금으로서는, 금팔라듐합금(Pd-Au), 은팔라듐 합금(Pd-Ag), 주석팔라듐합금(Pd-Sn), 인듐팔라듐합금(Pd-In)이 바람직하다.
또한, 팔라듐(Pd)을 합금화하는 것에 의해 보다 확산되기 어려워지기 때문에, 은 또는 은합금층의 밀착성이 잘 저하하지 않고, 또한 중간층(3)의 성분이 최표층(4)에 드러나 산화하는 것에 의한 도전성(접촉 저항)의 저하가 잘 일어나지 않는다.
또한, 은주석합금층을 중간층(3)에 이용하는 것에 의해, 팔라듐과 마찬가지로 확산하기 어려워, 은 또는 은합금층의 밀착성이 잘 저하하지 않고, 또한 중간층 (3)의 성분이 최표층(4)에 드러나 산화되는 것에 의한 도전성(접촉 저항)의 저하가 잘 일어나지 않는다.
중간층(3) 위에는, 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 최표층(4)이 형성된다. 은(Ag) 또는 은합금으로 이루어진 최표층(4)은 접점 부재로서의 도전성을 향상시키기 위해서 마련하는 층이며, 그 두께는 바람직하게는 0.5∼3.0㎛, 더 바람직하게는 1.0∼2.0㎛이다.
또한, 최표층(4)으로서 바람직하게 이용할 수 있는 은합금으로서는, 은주석 합금, 은니켈합금, 은구리합금, 은팔라듐합금 등의 2성분계, 그들을 조합한 다성분계의 합금을 들 수 있다.
상기 가동 접점 부품용 은피복재의 바탕층(2), 중간층(3), 및 최표층(4)은, 도금법이나 PVD법 등에 의해서 피복하여 형성할 수 있지만, 습식 도금법에 의해 피복 형성하는 것이 간편하고 비용이 저렴하여 바람직하다.
도 1에 도시한 형태의 가동 접점 부품용 은피복재는, 예를 들면, 도전성 기재를 전해 탈지 등의 전처리를 행하고, 니켈 또는 니켈 합금 도금에 의해 니켈 또는 니켈 합금을 피복하고, 활성화 처리를 행한 후, 팔라듐 도금 또는 팔라듐 합금 도금 또는 은주석 합금 도금에 의해 중간층 피복하며, 은 또는 은합금 도금에 의해 은피복함으로써 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 가동 접점 부품용 은피복재의 다른 실시형태를 도시한 단 면도이다. 도 2에서, 11은 철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재, 13은 팔라듐 (Pd), 팔라듐(Pd)합금, 또는 은주석(Ag-Sn)합금으로 이루어진 중간층, 14는 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층이다.
도전성 기재(11), 중간층(13), 최표층(14)의 두께 및 바람직한 형태는, 각각 상기한 도전성 기재(1), 중간층(3), 최표층(4)과 동일하다.
도 2에 도시한 형태의 가동 접점 부품용 은피복재는, 예를 들면, 도전성 기재를 활성화 처리한 후, 니켈 또는 니켈 합금을 피복하지 않고, 팔라듐 도금 또는 팔라듐합금 도금 또는 은주석 합금 도금에 의해 중간층을 피복하고, 은 또는 은합금 도금에 의해 은피복함으로써 형성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스위칭이 반복되는 환경하에서 사용되어도, 표면의 은층이 박리되는 경우 없이, 또한 제조상의 제약이 완화되는, 가동 접점 부품용 은피복재와 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 가동 접점 부품용 은피복재는, 커넥터, 스위치, 단자 및 전자 접점 부품의 접시 스프링재로서 적합한 것이다.
본 발명에서는, 중간층에 산화되기 어려운 금속(합금)층을 형성한 것이기 때문에, 중간층의 산화에 의한 최표층(은층)과의 밀착성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 은층에 확산하기 어려운 금속(합금)층이 형성되어 있으므로, 중간층의 성분 또는 그 산화물 등이 최표층(은층)에 확산하는 것에 의한 도전성의 저하나 중간층과 최표층의 밀착성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 중간층의 제조 조건이 완화되기 때문에, 제조상의 생산수율이 향상한다고 하는 효과도 얻을 수 있다.
[실시예]
다음에, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1∼30>
두께 0.06mm의 SUS301, SUS304, SUS403, 또는 SUS430(모두 JIS 규격 스테인리스강)으로 이루어진 조에 이하의 처리를 행하고, 표 1에 나타내는 층 구성의 은피복재를 얻었다. 나중에, 실시예 1∼8에서의 (2)∼(7)의 처리를 실시하고, 표 1에 나타내는 층 구성의 은피복재를 얻었다. 다만, 중간층 도금은 (4)∼(7)을 포함한 것 중에서, 표 1의 중간층의 종류에 나타내는 종류에 대응하는 도금이 실시되었다. 또한, 최표층은 표 1의 최표층의 종류에 나타내는 종류에 대응하는 (7) 혹은 (8), (9)의 도금이 행하여졌다.
(1) 전처리: 오르소규산소다 100g/l의 수용액을 이용하여 음극 전해하여 전해 탈지하였다.
(2) 니켈 바탕 도금: 염화 니켈 5g/l과 30% 유리(遊離) 염산 도금액을 이용하여 음극 전류 밀도 2A/dm2의 조건으로 실시하여, 바탕층을 형성했다.
(3) 활성화 처리: 니켈 바탕 도금 후의 Cu-Be조를 40∼90℃의 온수∼열수(熱水)에 3초 이상 유지하여 실시하였다. 전해 탈지로부터 활성화 처리까지의 사이의 Be-Cu조의 온도는, Be-Cu조를 냉각기에 의해 온도 조정한 수세조 내에 침지하여 제어했다.
(4) 중간층(Pd) 도금: 황산팔라듐 100g/l과 유리 염산 20g/l을 포함한 도금액을 이용해서 음극 전류 밀도 5A/dm2의 조건으로 실시하여, 중간층을 형성했다.
(5) 중간층(Pd-Au, Pd-Ag) 도금: 황산팔라듐 100g/l과 금 또는 은의 금속염 30g/l과 유리 염산 20g/l을 포함한 도금액을 이용하여, 음극 전류밀도 5A/dm2의 조건으로 실시하였다.
(6) 중간층(Pd-Sn, Pd-Ni, Pd-In) 도금: 황산팔라듐 100g/l과 주석, 니켈, 또는 인듐의 각 금속염 30g/l과 유리 염산 20g/l을 포함한 도금액을 이용하여, 음극 전류 밀도 5A/dm2의 조건으로 실시하였다.
(7) 중간층 또는 최표층(Ag-Sn): 시안화은 50g/l, 시안화칼륨 50g/l, 탄산칼륨 30g/l과 Sn의 금속염 30g/l을 포함한 도금액을 이용하여, 음극 전류 밀도 5A/dm2의 조건으로 실시하였다.
(8) 최표층(은스트라이크 도금): 시안화은 5g/l과 시안화칼륨 50g/l을 포함한 도금액을 이용하여, 음극 전류 밀도 2A/dm2의 조건으로 실시하였다.
(9) 최표층(은도금): 시안화은 50g/l, 시안화칼륨 50g/l, 탄산칼륨 30g/l를 포함한 도금액을 이용하여, 음극 전류 밀도 5A/dm2의 조건으로 실시하였다.
실시예 1∼30의 각층 도금에 관해서, 중간층 도금에 대해서는 상기 (4)∼(7)의 어느 하나를 실시하면 좋다. 또한, 상기 (8)의 은스트라이크 도금은, 최표층인 상기 (7)의 은주석 합금 도금 또는 상기 (9)의 은도금의 밀착성을 높이기 위해서 필요에 따라서 더 행해지는 것으로, 본 실시예에서는 두께 0.01∼0.05㎛의 범위가 되도록 하였다. 실제로는, 0.005∼0.1㎛의 범위이면 좋다. 이 경우, 최표층의 두께는, 상기 (8)의 도금의 두께와 상기 (7) 또는 상기(9)의 도금의 두께를 더한 것으로 한다.
한편, 상기 (7)에서, 도금액의 성분을 중간층 도금과 최표층 도금으로 공통으로 하고 있지만, 이것은 어디까지나 일례이며, 성분은 은이 주성분이 되는 범위에서 적절히 변경할 수 있다. 또한, 중간층 도금 및 최표층 도금을 함께 은주석 도금으로 할 수도 있지만, 이 경우는 양자의 두께를 적절하게 하기(특히 중간층의 상한의 초과를 방지하기) 위해서, 사이에 상기 (8)의 도금액을 이용한 은스트라이크 도금을 실시할 것이 전제가 된다. 은스트라이크 도금을 실시하는 것에 의해, 중간층 도금과 최표층 도금 사이의 밀착성이 높아질 뿐만 아니라, 중간층에서의 균열의 발생을 억제할 수도 있다.
<비교예 1∼4>
중간층 도금으로서 황산구리 150g/l과 유리(遊離) 황산 100g/l을 포함한 도금액을 이용하여, 음극 전류 밀도 5A/dm2의 조건으로 Cu 도금을 실시한 것 이외에는, 실시예 9∼22와 동일하게 하여, 표 1에 나타내는 층 구성의 은피복재를 얻었다. 다만, 비교예 3에서는 중간층 도금을 실시하지 않고, 또한, 비교예 4에서는 니켈 바탕 도금 및 중간층 도금을 실시하지 않았다.
<시험예>
얻어진 실시예 및 비교예의 각각의 은피복재를 온도 400℃의 대기중에서 5∼15분간 가열한 후의 박리 시험을 행하여, 도금의 밀착성을 조사했다. 박리 시험은, JIS K 5600-5-6(크로스컷법)에 기초하여 시험했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure 112009057235511-PCT00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1∼4에서는, 모두 10분 경과후에는 박리가 발생하고, 특히 비교예 4에서는, 5분 경과후에는 박리가 발생하고 있었다.
이에 대해, 실시예 1∼30은 모두 15분 경과후에도 박리는 발생하지 않고, 뛰어난 최표층의 내박리성을 나타냈다.
이와 같이, 본 발명의 가동 접점 부품용 은피복재는, (1) 중간층의 산화에 의한 은층과 밀착성의 저하가 억제되고, (2) 중간층의 성분 또는 그 산화물 등이 은층에 확산하는 것에 의한 도전성의 저하(접촉 저항의 상승)나 중간층과 최표층과의 밀착성의 저하가 억제되고, (3) 중간층의 제조 조건이 완화되기 때문에, 제조상의 생산수율이 향상된 것을 알 수 있다.
본 발명의 가동 접점 부품용 은피복재는, 예를 들면 커넥터, 스위치, 단자 및 전자 접점재료의 접시 스프링재로서 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에서도 한정하고자 하는 것이 아니라, 첨부된 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 할 것이라고 생각한다.
본원은, 2007년3월27일에 일본에서 특허 출원된 특원 2007-082604, 및 2008년 3월 24일에 일본에서 특허출원된 특원2008-076885에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 이들은 모두 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재된 일부로서 넣는다.

Claims (5)

  1. 철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재 위에 두께 0.005∼0.5㎛의 니켈 또는 니켈 합금으로 이루어진 바탕층이 피복되고, 상기 바탕층 위에 두께 0.01∼0.5㎛의 팔라듐, 팔라듐합금, 또는 은주석합금으로 이루어진 중간층이 피복되며, 상기 중간층 위에 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층이 형성된 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중간층의 팔라듐 합금이, 금팔라듐, 은팔라듐, 주석 팔라듐, 니켈팔라듐, 또는 인듐팔라듐인 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재.
  3. 철 또는 철합금으로 이루어진 도전성 기재 위에 두께 0.01∼0.5㎛의 팔라듐, 팔라듐합금, 또는 은주석합금으로 이루어진 중간층이 피복되고, 상기 중간층 위에 은 또는 은합금으로 이루어진 최표층이 형성된 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 가동 접점 부품용 은피복재를 제조하는 방법으로서, 도전성 기재에 니켈 또는 니켈 합금을 피복하고, 활성화 처리를 행한 후, 중간층을 피복하고, 은 또는 은합금을 피복하는 것을 특징으로 하는 가동 접점 부 품용 은피복재의 제조 방법.
  5. 제 3 항에 기재된 가동 접점 부품용 은피복재를 제조하는 방법으로서, 도전성 기재를 활성화 처리한 후, 중간층을 피복하고, 은 또는 은합금을 피복하는 것을 특징으로 하는 가동 접점 부품용 은피복재의 제조 방법.
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