KR20190133165A

KR20190133165A - 일체 형성체, 그리고 그 일체 형성체를 갖는 복합재, 전기 접점용 단자 및 프린트 배선판

Info

Publication number: KR20190133165A
Application number: KR1020197027426A
Authority: KR
Inventors: 마사야스 가사하라; 아키라 다치바나
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2019-12-02
Also published as: US20200043627A1; CN110462111A; CN110462111B; US11361876B2; EP3604628A4; TWI787247B; JPWO2018181480A1; JP7129402B2; EP3604628A1; WO2018181480A1; TW201840908A

Abstract

금속 (2) 과, 금속 (2) 중에 분산 상태로 배치된 생체 유래의 섬유 (3) 의 일체 형성체 (4) 로서, 일체 형성체 (4) 중에 포함되는 생체 유래의 섬유 (3) 의 질량 비율이, 0.02 질량％ 이상, 10 질량％ 이하의 범위인 일체 형성체.

Description

일체 형성체, 그리고 그 일체 형성체를 갖는 복합재, 전기 접점용 단자 및 프린트 배선판

본 발명은, 특히 금속 자체가 본래 갖는 우수한 도전성 등의 재료 특성의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고강도화와 경량화와 슬라이딩 특성의 향상의 실현을 도모할 수 있는 신규한 일체 형성체, 그리고 그 일체 형성체를 갖는 복합재, 전기 접점용 단자 및 프린트 배선판에 관한 것이다.

일반적으로, 금속 재료는, 도전성 등의 재료 특성이 우수한 점에서, 여러 가지 용도로 폭넓게 사용되고 있다. 또, 금속 재료의 고강도화를 도모하기 위한 수단으로는, 매트릭스 금속 중에 합금 성분을 첨가하여 합금화를 도모하는 것이 유용하다. 그러나, 금속 재료의 합금화는, 규칙적으로 배열된 결정 격자를 구성하는 매트릭스 금속 중의 금속 원자의 위치에, 원자 반경이 상이한 합금 원자가 치환되어 배치됨으로써, 원자 배열이 흐트러져 결정 격자가 비뚤어지는 결과, 도전성 등의 재료 특성이 악화되기 쉽다는 문제가 있다.

또, 금속 재료의 추가적인 고강도화를 도모하기 위한 수단으로는, 매트릭스 금속 중에, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유 등의 나노 입자를 분산시킨 복합재로서 구성하는 것이 유용하다. 이러한 복합재에 사용하는 나노 입자로는, 재료의 요구되는 성능에 따라 적합한 재료가 선택된다.

그런데, 최근, 탄소 섬유, 유리 섬유 대신에, 셀룰로오스, 키틴 또는 키토산 등의 생체 유래의 섬유가 주목받고 있다. 그 중, 예를 들어 셀룰로오스 섬유는, 우수한 인장 강도 (3 GPa 정도) 를 갖고, 철계 재료와 비교하여 5 분의 1 의 중량 (경량) 과, 5 배의 강도 (고강도) 를 갖는다. 셀룰로오스 섬유는, 식물을 원재료로 하기 때문에, 국토의 7 할이 삼림인 일본의 경우에 매우 우위성이 높고, 또, 식물로부터 만들어지므로 환경 부하가 적은 데다가, 철보다 가볍고 강하기 때문에, 폭넓은 분야에서 이용이 전망되고 있다. 또한, 셀룰로오스 섬유는, 식물 섬유를 화학적, 기계적으로 풀어헤친 (해섬 (解纖) 한) 나노 셀룰로오스의 한 형태로, 섬유 1 개의 직경이 4 ∼ 100 ㎚ 이고, 길이가 5 ㎛ 이상인 섬유상의 물질이다. 이와 같은 형상을 갖는 물질이, 일반적으로 섬유라고 불린다.

생체 유래의 섬유는, (1) 경량이면서 고강도를 갖고, (2) 열에 의한 변형이 적고, (3) 비표면적이 크고, (4) 가스 배리어성이 높고, (5) 수중에서 점성을 나타내고, (6) 높은 투명성을 갖고, (7) 친수성인 등의 특성을 갖는다. 한편, 탄소 섬유는, 소수성이기 때문에, 복합재를 제작함에 있어서, 표면 개질 처리를 실시하지 않으면, 복합재를 구성하는 다른 물질, 용매 등과 균일하게 혼합 분산시키는 것이 어려운 경우가 많다. 게다가, 탄소 섬유는, 고온으로 가열되면 발암성이 있는 유독 물질을 배출한다는 보고도 되어 있기 때문에, 그 사용에 있어서 환경상의 문제도 있다. 이 때문에, 생체 유래의 섬유에 관해서는, 탄소 섬유 등을 대신하는, 플라스틱, 고무를 비롯한 합성 수지의 보강재 등으로서의 실용화를 향한 연구가 진행되고 있다.

그러나, 금속과 함께 복합재를 구성하여 고강도화를 도모한 예로서, 생체 유래의 섬유를 사용한 공지 기술은 현 상황에서는 찾아볼 수 없다.

일본 특허공보 제5566368호 일본 재공표특허공보 WO2015/170613호

특허문헌 1 에는, 금속 나노 입자를 담지한 셀룰로오스 나노 파이버를 얻는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 얻어지는 금속 입자는 셀룰로오스의 표층부에 머물러 있어, 금속 재료로서 산업상 이용할 수 있을 정도의 충분한 전기 전도성을 얻을 수는 없다.

특허문헌 2 에는, 셀룰로오스와 복합화한 금속 입자의 사이즈를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2 에는, 전기 전도성과 부재의 가공에 견딜 수 있을 정도의 강도를 겸비한 일체 형성체 및 복합재를 얻는 방법은 시사되어 있지 않다.

상기 사정을 감안하여, 본 발명은, 금속 자체가 본래 갖는 우수한 도전성 등의 재료 특성의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고강도화와 경량화·슬라이딩 특성의 향상의 실현을 도모할 수 있는 신규한 일체 형성체 및 이것을 갖는 복합재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 금속과, 그 금속 중에 분산 상태로 배치된 생체 유래의 섬유의 일체 형성체로서,

상기 일체 형성체 중에 포함되는 상기 생체 유래 섬유의 질량 비율이, 0.02 질량％ 이상, 10 질량％ 이하의 범위인 일체 형성체.

[2] 상기 생체 유래의 섬유가, 셀룰로오스 섬유인, 상기 [1] 에 기재된 일체 형성체.

[3] 상기 생체 유래의 섬유가, 키틴 또는 키토산 섬유인, 상기 [1] 에 기재된 일체 형성체.

[4] 상기 생체 유래 섬유가, 상기 금속 중에 일방향으로 정렬된 상태로 분산되어 있는, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[5] 상기 생체 유래 섬유가, 상기 금속 중에 랜덤 방향으로 배열된 상태로 분산되어 있는, 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[6] 상기 일체 형성체의 도전율로서, 상기 금속의 도전율에 대한 저하율이 30 ％ 이하인, 상기 [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[7] 상기 일체 형성체의 인장 강도로서, 상기 금속의 인장 강도에 대한 증가율이 5 ％ 이상인, 상기 [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[8] 상기 일체 형성체의 동마찰 계수로서, 상기 일체 형성체의 표면에 100 gf 의 하중으로 강구를 슬라이딩 부재로서 사용하는 왕복 슬라이딩 시험에 있어서, 슬라이딩 횟수 20 ∼ 50 회의 범위 내의 조건 하에서의 동마찰 계수의 최대값이, 상기 금속에 대하여 0.8 이하인, 상기 [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[9] 상기 금속이, 니켈, 구리, 팔라듐, 은, 주석 또는 금인, 상기 [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[10] 상기 금속이, 구리 또는 주석인, 상기 [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[11] 상기 일체 형성체 중에 포함되는 상기 생체 유래 섬유의 질량 비율이, 0.02 질량％ 이상 7 질량％ 이하의 범위인, 상기 [1] ∼ [10] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체.

[12] 전기 도금법에 의해 형성하는, 상기 [1] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체의 제조 방법.

[13] 상기 [1] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체와, 그 일체 형성체가 형성된 표면을 갖는 기재를 갖는 복합재.

[14] 기재가 도전성 기재인, 상기 [13] 에 기재된 복합재.

[15] 기재가 절연성 기재인, 상기 [13] 에 기재된 복합재.

[16] 상기 [1] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체를 구비하는 전기 접점용 단자.

[17] 상기 [1] ∼ [11] 중 어느 하나에 기재된 일체 형성체를 구비하는 프린트 배선판.

본 발명에 의하면, 금속과, 그 금속 중에 분산 배치된 생체 유래의 섬유의 일체 형성체로서, 그 일체 형성체 중에 포함되는 생체 유래 섬유의 질량 비율을 특정 범위로 제어함으로써, 특히, 금속 자체가 본래 갖는 우수한 도전성 등의 재료 특성의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고강도화와 경량화·슬라이딩 특성의 향상의 실현을 도모할 수 있는 신규한 일체 형성체 및 이것을 갖는 복합재를 제공하는 것이 가능하다.

도 1 은, 본 발명에 따르는 일체 형성체의 대표적인 실시형태를 나타내는 개략 단면 사시도이며, 그 일체 형성체의 표면 또는 내부의 일부를 확대한 도면과 함께 나타낸다.
도 2 는, 본 발명에 따르는 복합재의 대표적인 실시형태를 나타내는 개략 단면 사시도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 따르는 일체 형성체 및 복합재의 실시형태에 대해, 이하에서 상세하게 설명한다.

도 1 에, 본 발명에 따르는 일체 형성체의 대표적인 실시형태를 나타낸다. 도 1 중, 부호 4 는 일체 형성체, 부호 2 는 금속 (매트릭스 금속), 부호 3 은 생체 유래의 섬유를 나타낸다. 또, 도 2 는, 본 발명에 따르는 복합재의 대표적인 실시형태를 나타낸다. 도 2 중, 부호 1 은 복합재, 부호 4 는 일체 형성체, 그리고 부호 5 는 기재를 나타낸다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일체 형성체 (4) 는, 금속 (2) 과, 금속 (2) 중에 분산 상태로 배치된 생체 유래의 섬유 (3) 를 갖고 있다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 복합재 (1) 는, 일체 형성체 (4) 와, 이 일체 형성체 (4) 가 형성된 표면을 갖는 기재 (5) 를 갖고 있다.

기재 (5) 는, 도전성 기재여도 되고, 절연성 기재여도 된다. 기재 (5) 가 도전성 기재인 경우, 예를 들어, 구리 및 구리 합금, 알루미늄 및 알루미늄 합금, 철, 탄소강, 스테인리스 합금 등의 금속, 또는 그 금속을 주성분으로 하는 합금 이외에, 탄소, 도전성 수지, 도전성 세라믹스를 포함한 도전성 기재를 들 수 있다. 한편, 기재 (5) 가 절연성 기재인 경우, 표면에 일체 형성체 (4) 가 형성 가능하면 되고, 예를 들어, 유리, 세라믹스, 엘라스토머와 같은 절연성 기재여도 된다.

본 발명의 일체 형성체 (4) 에는, 금속 (2) 과 함께 일체 형성체 (4) 를 형성하기 위한 섬유로서, 지금까지 사용 보고가 되어 있지 않은 생체 유래의 섬유 (3) 가 사용되고 있다. 일체 형성체 (4) 가, 이와 같은 구성을 가짐으로써, 특히, 금속 자체가 본래 갖는 우수한 도전성 등의 재료 특성의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고강도화와 경량화·슬라이딩 특성의 향상의 실현을 도모할 수 있다.

금속 (2) 은, 특별히 재질의 한정은 없고, 또, 형상에 대해서도 특별히 한정은 없다. 예를 들어, 금속 (2) 의 형상은, 동박, 니켈박, 알루미늄박과 같은 박 이외에, 박판, 후판, 선봉재, 관재, 각재 등과 같은 여러 가지 형상을 들 수 있다.

생체 유래의 섬유 (3) 로는, 셀룰로오스 섬유, 혹은 키틴 또는 키토산 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 생체 유래의 섬유로는, 환경 부하가 적고 또한 재료 비용이 저렴한 점에서, 공업적으로는, 셀룰로오스 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 셀룰로오스 마이크로피브릴을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 셀룰로오스 마이크로피브릴은, 셀룰로오스 분자 사슬이 수십개 다발이 되어 이루어진 미세한 섬유이며, 셀룰로오스 섬유는, 이 셀룰로오스 마이크로피브릴이 더욱 다발이 되어 구성되어 있다. 셀룰로오스 섬유의 직경은, 수십 ㎛ 인 것에 대하여, 셀룰로오스 마이크로피브릴의 직경은, 수 ㎚ ∼ 0.1 ㎛ 이다. 셀룰로오스 마이크로피브릴 또는 그 유도체는, 셀룰로오스 섬유와 비교하여, 분산성 (친수성), 타물질과의 친화성, 미립자의 포착·흡착 등이 우수한 특성을 갖고 있다. 또, 키틴 또는 키토산 섬유는, 흡착능이 우수할 뿐만 아니라, 유도체의 형성에 의해 친수화 처리를 용이하게 실시할 수 있다.

생체 유래의 섬유 (3) 가 단섬유인 것이 바람직하고, 금속 (2) 중에 단섬유가 분산 상태, 특히 균일한 분산 상태로 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이로써, 일체 형성체 (4) 는, 안정된 높은 강도를 얻을 수 있다. 또, 단섬유의 사이즈로는, 직경이 4 ∼ 10 ㎚, 길이가 5 ∼ 10 ㎛ 인 것이 바람직하다.

또한, 특정 방향의 강도 (특히 인장 강도) 를 유효하게 높이는 경우에는, 생체 유래의 섬유 (3), 특히 단섬유는, 금속 (2) 중에 일방향으로 정렬된 상태로 분산되어 있는 것이 바람직하다. 한편, 강도 (특히 인장 강도) 를 이방성 없이 균일하게 높이는 경우에는, 생체 유래의 섬유 (3), 특히 단섬유는, 금속 (2) 중에 랜덤 방향으로 배열된 상태로 분산되어 있는 것이 바람직하다.

일체 형성체 (4) 는, 예를 들어, 전기 도금법에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

생체 유래의 섬유 (3), 특히 셀룰로오스 섬유는, 연화 온도 (220 ∼ 230 ℃) 가 금속의 융점보다 낮다. 그 때문에, 종래의 공지된 가압 주조법 또는 소결법에 의해, 금속이 용융되는 온도까지 가열하여 일체 형성체를 제조하는 경우에는, 셀룰로오스 섬유가 열분해되므로, 이러한 방법으로는 일체 형성체를 제조할 수 없다.

한편, 생체 유래의 섬유 (3) 는, 친수성이기 때문에, 수용액 (특히 산성 수용액) 으로 이루어지는 각종 금속 (2) 의 도금액에 생체 유래의 섬유 (3) 를 첨가하면, 생체 유래의 섬유 (3) 는, 금속 (2) 의 도금액 중에 있어서 응집되지 않고 분산시키는 것이 가능하다. 이어서, 생체 유래의 섬유 (3) 가 분산되어 있는 금속 (2) 의 도금액 중에서 전기 도금 (분산 도금) 을 실시함으로써, 생체 유래의 섬유 (3) 가, 특별히 열분해 등의 특성 변화를 일으키지 않고, 매트릭스 금속 (2) 중에 분산 상태로 배치된 일체 형성체 (4) 를 제조할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는, 일체 형성체 (4) 는 전기 도금법에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또, 일체 형성체 (4) 중에 포함되는 생체 유래의 섬유 (3) 의 질량 비율을, 0.02 질량％ 이상, 10 질량％ 이하의 범위로 제어하고, 0.02 질량％ 이상, 7 질량％ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 상기 질량 비율이 0.02 질량％ 미만이면, 생체 유래의 섬유 (3) 에 의한 금속 (2) 의 보강 효과가 충분하지 않다. 그 때문에, 일체 형성체 (4) 의 강도가, 생체 유래의 섬유를 함유시키지 않은 금속재에 비해 현저한 향상을 나타내지 않는다. 또, 일체 형성체 (4) 를 전기 도금법으로 형성하는 경우, 일정량 이상의 불순물 (여기서는 생체 유래의 섬유) 이 금속 (2) 의 도금액에 포함되면, 도금액의 조성이 무너져, 금속의 석출을 할 수 없게 될 우려가 있다. 특히, 상기 질량 비율이 10 질량％ 초과인 경우, 전기 도금법에 의한 일체 형성체 (4) 의 제조가 곤란해지는 경향이 있다. 또, 매트릭스 금속 (2) 중에서 차지하는 생체 유래의 섬유 (3) 의 비율의 증대에서 기인하여, 도전율의 저하율이 지나치게 커져 버리는 것을 억제하는 관점에서, 생체 유래의 섬유 (3) 의 질량 비율은 7 질량％ 이하인 것이 바람직하다.

또, 금속 (2) 은, 전기 도금이 가능한 금속이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 니켈 (Ni), 구리 (Cu), 팔라듐 (Pd), 은 (Ag), 주석 (Sn), 금 (Au), 코발트 (Co), 아연 (Zn), 철 (Fe), 로듐 (Rh) 또는 이들의 합금 등을 들 수 있고, 특히, 니켈, 구리, 팔라듐, 주석, 은 또는 금인 것이 바람직하다. 이 중에서, 수용액, 특히 산성 수용액인 금속 (2) 의 도금액을 사용하여, 전기 도금법에 의해 도전성 기재 상에 전석 (퇴적) 가능한 금속인, 니켈, 구리, 팔라듐 또는 주석이 보다 바람직하고, 구리 또는 주석인 것이 특히 바람직하다. 또한, 이들 금속 또는 합금 중에서, 특히 고도전율을 갖고, 게다가 생체 유래의 섬유 (3) 에 의한 현저한 강도 향상의 효과를 발휘하는 구리를 금속 (2) 으로서 사용하는 것이 최적이다. 참고로서, 표 1 ∼ 표 6 에, 니켈, 구리, 팔라듐, 은, 주석 또는 금의 도금욕 조성 및 도금 조건의 예를 나타내 둔다.

일체 형성체 (4) 는, 전기 접점에 있어서의 줄열에 의한 재료의 온도 상승을 저감시키기 위해, 일체 형성체 (4) 의 도전율로서, 금속 (2) 의 도전율에 대한 저하율이 30 ％ 이하인 것이 바람직하고, 5 ％ 이상 25 ％ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또, 일체 형성체 (4) 는, 전기 접점 재료로서 필요한 기계 강도를 만족하기 위해, 일체 형성체 (4) 의 인장 강도로서, 금속 (2) 의 인장 강도에 대한 증가율이 5 ％ 이상인 것이 바람직하고, 30 ％ 이상인 것이 보다 바람직하다.

일체 형성체 (4) 를, 전기 도금법에 의해 형성하는 경우, 복합재 (1) 는, 일체 형성체 (4) 와, 일체 형성체 (4) 가 형성된 표면을 갖는 기재 (5) 로 구성된 표면 처리재로서 기능한다. 이와 같은 표면 처리재에 있어서, 일체 형성체 (4) 는, 기재 (5) 상에 적층된 표면 처리 피막인 것이 바람직하고, 예를 들어, 기재 (5) 상에 전기 도금에 의해 형성한 도금 피막인 것이 보다 바람직하다. 기재 (5) 는, 표면 처리재의 용도에 따라, 도전성 기재여도 되고, 절연성 기재여도 된다. 도전성 기재 및 절연성 기재는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 상기 서술한 기재 (5) 에서 예시한 도전성 기재, 절연성 기재를 사용할 수 있다.

복합재 (1) 를 표면 처리재로서 구성하는 경우, 전기 접점 슬라이딩시의 마모에 의한 표면 처리 막두께의 감소를 저감시키기 위해, 슬라이딩 특성을 나타내는 동마찰 계수가 낮은 것이 바람직하다. 이와 같은 일체 형성체 (4) 의 동마찰 계수로서, 예를 들어, 일체 형성체 (4) 의 표면에 100 gf 의 하중으로 강구를 슬라이딩 부재로서 사용하는 왕복 슬라이딩 시험에 있어서, 슬라이딩 횟수 20 ∼ 50 회의 범위 내의 조건 하에서의 동마찰 계수의 최대값이, 금속 (2) 에 대하여 0.8 이하인 것이 바람직하고, 0.3 ∼ 0.65 의 범위인 것이 보다 바람직하다.

일체 형성체 (4) 가, 상기 서술한 동박 등의 박으로서 구성되는 경우에는, 예를 들어, 회전하는 음극 드럼 (도전성 기재) 상에 일체 형성체 (4) 를 형성한 후에, 음극 드럼으로부터 일체 형성체 (4) 를 떼어냄으로써 박을 형성할 수 있다.

일체 형성체 (4) 의 두께에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 일체 형성체 (4) 의 두께가 지나치게 두꺼우면 생산 비용이 지나치게 커지기 때문에, 두께의 상한값은 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또, 복합재 (1) 를 표면 처리재로서 구성하는 경우에는, 기재 (5) 상에 약간 표면 처리되어 있으면 슬라이딩 특성이 향상된다. 그 때문에, 내구성의 관점에서, 일체 형성체 (4) 의 두께의 하한값은, 0.1 ㎛ 이상이 바람직하다.

또, 일체 형성체 (4) 가, 판·박 혹은 막으로서의 형상을 갖는 경우, 일체 형성체 (4) 중의 금속 결정립의 평균 입자경은, 일체 형성체 (4) 의 두께 방향의 평균 입자경에 대하여, 일체 형성체 (4) 의 표면에 평행한 방향 (길이 방향) 의 평균 입자경 쪽이 작음으로써, 보다 고강도화의 효과가 얻어진다. 일체 형성체 (4) 의 표면에 평행한 방향의 금속 결정립의 평균 입자경은, 0.2 ㎛ 이상 5.0 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 일체 형성체 (4) 를, 주로 전기 도금법에 의해 제조한 경우에 대해 설명해 왔지만, 생체 유래의 섬유 (3) 의 재료 특성이 변화하지 않는 온도 (예를 들어 200 ℃ 이하) 에서 일체 형성체를 제조할 수 있는 방법이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 일체 형성체 (4) 의 다른 제조 방법으로서, 예를 들어, 무전해 도금법, 졸 겔법, 각종 도포법, 저융점 땜납 등의 저융점 금속의 용탕과의 혼합 등을 들 수 있다.

＜본 발명의 일체 형성체의 용도＞

본 발명의 일체 형성체는, 용도에 따라 적합한 금속을 선택함으로써, 금속 자체가 본래 갖는 도전성 등이 우수한 재료 특성의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고강도화와 경량화·슬라이딩 특성의 향상의 실현을 도모할 수 있기 때문에, 여러 가지 기술 분야에서 다양한 제품에 적용할 수 있다.

예를 들어, 구리와 생체 유래의 섬유를 박으로서 형성한 일체 형성체는, 프린트 배선판의 형성에 사용되는 동박의 대체품으로서 사용할 수 있다. 이와 같은 일체 형성체를 구비하는 프린트 배선판은, 도전성을 저하시키지 않고, 강도 업을 도모할 수 있다. 또한, 일체 형성체 (박) 의 두께를 한층 더 얇게 할 수 있기 때문에, 휴대 전화 등의 소형 전자 기기에 사용되는 프린트 배선판의 고밀도화, 박형화, 소형화, 다층화에 대응한 박박화 (薄箔化) 와 고강도화에 대응하는 것이 가능해진다.

또, 구리판 (도전성 기판) 상에, 구리와 생물 유래의 섬유로 표면 처리 피막 (일체 형성체) 을 형성한 표면 처리 구리판 (복합재) 은, 커넥터의 구성 부품인 전기 접점용 단자로서 사용할 수 있다. 이와 같은 복합재를 구비하는 전기 접점용 단자는, 도전성을 저하시키지 않고, 전기 접점용 단자 전체로서의 강도 업을 도모할 수 있다. 또한, 커넥터의 소형화에 대응한, 전기 접점용 단자의 소형화, 박육화, 고강도화를 도모할 수도 있다.

또, 주석과 생물 유래의 섬유로 일체 형성한 일체 형성체도, 커넥터의 구성 부품인 전기 접점용 단자로서 사용할 수 있다. 이와 같은 일체 형성체를 구비하는 전기 접점용 단자는, 도전율을 저하시키지 않고, 슬라이딩 특성의 향상을 도모할 수 있다. 또, 단자끼리의 접점의 슬라이딩에 의한 고장을 억제하여, 제품 수명의 향상을 도모할 수도 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 개념 및 청구의 범위에 포함되는 모든 양태를 포함하여, 본 발명의 범위 내에서 다양하게 개변할 수 있다.

실시예

다음으로, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1 ∼ 9)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 7 에 나타내는 금속과, 생체 유래의 섬유로서 셀룰로오스 섬유를 표 7 에 나타내는 질량 비율로 일체 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다. 또한, 셀룰로오스 섬유는, 직경이 약 20 ㎚, 길이가 수 ㎛ 인 스기노머신사 제조의 셀룰로오스 섬유를 사용하였다. 일체 형성체는, 표 2 에 나타내는 구리 도금욕에, 셀룰로오스 섬유를, 구리 도금욕에 대하여, 0.01 ∼ 30 체적％ 정도 첨가하고, 교반하여 구리 도금욕 중에 분산시킨 후, 셀룰로오스 섬유가 분산된 상태의 구리 도금욕 중에서, 표 2 에 나타내는 도금 조건으로 전기 구리 도금을 실시하여, 일체 형성체의 두께가 5 ㎛ 가 되도록 제작하였다. 일체 형성체 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율에 대해서는, 일체 형성체의 질량과, 일체 형성체를 희황산으로 용해한 후에 남는 잔류물의 질량으로부터 구하였다. 또한, 일체 형성체를 희황산으로 용해한 후에 잔류물은, 푸리에 변환 적외 분광 분석에 의해 셀룰로오스라고 동정하였다.

(실시예 10)

실시예 1 ∼ 9 와 동일한 방법으로, 두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 7 에 나타내는 금속과, 생체 유래의 섬유로서 키토산 섬유를 표 7 에 나타내는 질량 비율로 일체 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다. 또한, 키토산 섬유는, 직경이 약 20 ㎚, 길이가 수 ㎛ 인 스기노머신사 제조의 키토산 섬유를 사용하였다.

(비교예 1)

일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 0.002 ％ 가 되도록 일체 형성체를 제작한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 제작하였다.

(비교예 2)

일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 20 ％ 가 되도록 일체 형성체의 제작을 시도했지만, 일체 형성체를 형성할 수 없었다.

(비교예 3)

일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 11 ％ 가 되도록 일체 형성체를 제작한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 제작하였다.

(종래예 1)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 2 에 나타내는 구리 도금욕 및 도금 조건으로 전기 구리 도금을 실시하고, 두께 5 ㎛ 의 구리 도금 피막을 형성하여, 구리 도금 구리판을 제작하였다.

(실시예 11)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 7 에 나타내는 금속과, 셀룰로오스 섬유를 표 7 에 나타내는 질량 비율로 일체 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다. 또한, 셀룰로오스 섬유는, 직경이 약 20 ㎚, 길이가 수 ㎛ 인 스기노머신사 제조의 셀룰로오스 섬유를 사용하였다. 일체 형성체는, 표 5 에 나타내는 주석 도금욕에, 셀룰로오스 섬유를, 주석 도금욕에 대하여, 0.01 ∼ 30 체적％ 정도 첨가하고, 교반하여 주석 도금욕 중에 분산시킨 후, 셀룰로오스 섬유가 분산된 상태의 주석 도금욕 중에서, 표 5 에 나타내는 도금 조건으로 전기 주석 도금을 실시하여, 일체 형성체의 두께가 5 ㎛ 가 되도록 제작하였다.

(종래예 2)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 5 에 나타내는 주석 도금욕 및 도금 조건으로 전기 주석 도금을 실시하고, 두께 5 ㎛ 의 주석 도금 피막을 형성하여, 주석 도금 구리판을 제작하였다.

(실시예 12)

표 1 에 나타내는 니켈 도금 조건, 및 표 7 에 나타내는 질량 비율 이외에는, 실시예 11 과 동일한 방법으로, 두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 금속과, 셀룰로오스 섬유를 일체 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다.

(종래예 3)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 1 에 나타내는 니켈 도금욕 및 도금 조건으로 전기 니켈 도금을 실시하고, 두께 5 ㎛ 의 니켈 도금 피막을 형성하여, 니켈 도금 구리판을 제작하였다.

(실시예 13)

표 3 에 나타내는 팔라듐 도금 조건, 및 표 7 에 나타내는 질량 비율 이외에는, 실시예 11 과 동일한 방법으로, 두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 금속과, 셀룰로오스 섬유를 일체 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다.

(종래예 4)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 3 에 나타내는 팔라듐 도금욕 및 도금 조건으로 전기 팔라듐 도금을 실시하고, 두께 5 ㎛ 의 팔라듐 도금 피막을 형성하여, 팔라듐 도금 구리판을 제작하였다.

(실시예 14)

표 4 에 나타내는 은 도금 조건, 및 표 7 에 나타내는 질량 비율 이외에는, 실시예 11 과 동일한 방법으로, 두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 금속과, 셀룰로오스 섬유를 일체 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다.

(종래예 5)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 4 에 나타내는 은 도금욕 및 도금 조건으로 전기 은 도금을 실시하고, 두께 5 ㎛ 의 은 도금 피막을 형성하여, 은 도금 구리판을 제작하였다.

(실시예 15)

표 6 에 나타내는 금 도금 조건, 및 표 7 에 나타내는 질량 비율 이외에는, 실시예 11 과 동일한 방법으로, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 를 형성하고, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 의 형성이 가능한지 여부의 확인을 실시하였다.

(종래예 6)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 6 에 나타내는 금 도금욕 및 도금 조건으로 전기 금 도금을 실시하고, 두께 5 ㎛ 의 금 도금 피막을 형성하여, 금 도금 구리판을 제작하였다.

제작한 각 표면 처리 피막 (도금 피막) 의 특성으로서, 인장 강도, 도전율, 그리고 동마찰 계수를 이하의 방법으로 측정하였다.

[평가 방법]

1. 인장 강도의 측정

캐소드 전극 (티탄판) 상에, 두께 10 ㎛ 의 표면 처리 피막 (도금 피막) 을 형성한 후에, 티탄판으로부터 표면 처리 피막을 박리하고, 표면 처리 피막 (도금 피막) 으로 이루어지는 박 (공시재) 을 제작하였다. 제작한 각 3 장씩의 박 (공시재) 에 대해, JIS Z 2241 : 2011 에 준하여 인장 시험을 실시하고, 그들의 평균값을 구하였다.

2. 도전율의 측정

인장 강도의 측정과 동일하게, 캐소드 전극 (티탄판) 상에, 두께 10 ㎛ 의 표면 처리 피막 (도금 피막) 을 형성한 후에, 티탄판으로부터 표면 처리 피막을 박리하고, 표면 처리 피막 (도금 피막) 으로 이루어지는 박 (공시재) 을 제작하였다. 제작한 각 3 장씩의 박 (공시재) 에 대해, 20 ℃ (±0.5 ℃) 로 유지한 항온조 중에서, 4 단자법에 의해 비저항값을 측정하였다. 측정한 비저항값으로부터 도전율을 산출하고, 그들의 평균값을 구하였다. 또한, 단자간 거리는 200 ㎜ 로 하였다.

3. 동마찰 계수의 측정

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 7 에 나타내는 일체 형성체 (표면 처리 피막) 가 형성된 복합재 (표면 처리재) 를 제작하였다. 제작한 각 3 장씩의 복합재 (공시재) 에 있어서, 슬라이딩 시험 장치 (HEIDON Type : 14FW, 상품명, 신토 과학사 제조) 를 사용하고, 동마찰 계수 측정을 실시하였다. 측정 조건은 이하와 같다. R = 3.0 ㎜ 강구 프로브, 슬라이딩 거리 10 ㎜, 슬라이딩 속도 100 ㎜/분, 슬라이딩 횟수 왕복 50 회, 하중 100 gf. 동마찰 계수는, 슬라이딩 횟수 20 ∼ 50 회의 범위에 있어서의 동마찰 계수의 최대값을 생체 유래의 섬유를 함유하지 않는 원래의 금속막과의 비 (동마찰 계수비) 로 평가하였다.

표 7 의 결과로부터, 금속이 구리 도금인 경우 (실시예 1 ∼ 10, 종래예 1 및 비교예 1 ∼ 3) 에서 비교하면, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 0.02 질량％ 미만인 비교예 1 은, 인장 강도가 종래예 1 과 비교하여 우위성이 인정되지 않았다. 특히, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 0.02 질량％ 이상, 7 질량％ 이하의 범위인 실시예 1 ∼ 8 은, 모두 도전율의 저하율에 비해 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다. 그 중에서도, 실시예 2 ∼ 8 의 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 0.2 질량％ 이상, 7 질량％ 이하의 범위에서는, 특히 인장 강도의 증가율이 30 ％ 이상이고, 도전율의 저하율이 25 ％ 이하, 또한 동마찰 계수비가 0.65 보다 작아, 특히 우수하였다.

또, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 8 질량％ 인 실시예 9 는, 인장 강도의 증가율은 크지만, 일체 형성체 (표면 처리 피막) 중에 포함되는 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 0.02 질량％ 이상 7 질량％ 이하인 경우에 비해 도전율의 저하율이 컸다.

한편, 비교예 2 에서는, 셀룰로오스 섬유의 질량 비율이 지나치게 많았기 때문에, 복합재를 형성할 수 없었다. 또, 비교예 3 에서는, 인장 강도의 증가율에 비해 도전율의 저하율이 현저히 컸다.

생체 유래의 섬유가 키토산 섬유인 실시예 10 은, 도전율의 저하율에 비해 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다.

금속이 주석 도금인 실시예 11 과 종래예 2 를 비교하면, 실시예 11 은, 종래예 2 에 비해, 도전율의 저하율이 작고, 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다.

금속이 니켈 도금인 실시예 12 와 종래예 3 을 비교하면, 실시예 12 는, 종래예 3 에 비해, 도전율의 저하율이 작고, 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다.

금속이 팔라듐 도금인 실시예 13 과 종래예 4 를 비교하면, 실시예 13 은, 종래예 4 에 비해, 도전율의 저하율이 작고, 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다.

금속이 은 도금인 실시예 14 와 종래예 5 를 비교하면, 실시예 14 는, 종래예 5 에 비해, 도전율의 저하율이 작고, 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다.

금속이 금 도금인 실시예 15 와 종래예 6 을 비교하면, 실시예 15 는, 종래예 6 에 비해, 도전율의 저하율이 작고, 인장 강도의 증가율이 현저히 컸다.

(실시예 16 ∼ 19)

표 8 에 나타내는 질량 비율 이외에는, 실시예 1 ∼ 9 와 동일한 방법으로, 두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 금속과, 셀룰로오스 섬유를 일체 형성하여, 막두께가 상이한 표면 처리 피막 (일체 형성체) 을 형성하였다.

(종래예 7)

두께 0.3 ㎜ 의 구리판 (C1100) 상에, 표 2 에 나타내는 구리 도금욕 및 도금 조건으로 전기 구리 도금을 실시하고, 두께 20 m 의 구리 도금 피막을 형성하여, 구리 도금 구리판을 제작하였다.

실시예 16 ∼ 19, 종래예 7 은, 실시예 1 ∼ 15 와 동일한 방법으로 인장 강도, 도전율, 동마찰 계수를 측정하였다.

표 8 의 결과로부터, 일체 형성체의 막두께가 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 범위에서도, 실시예 1 ∼ 9 와 동일하게, 인장 강도의 증가율, 도전율의 저하율, 동마찰 계수비가 우수하였다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 특히 금속 자체가 본래 갖는 도전성 등의 우수한 재료 특성의 저하를 가능한 한 억제하면서, 고강도화와 경량화·슬라이딩 특성의 향상의 실현을 도모할 수 있는 신규한 일체 형성체 및 이것을 갖는 복합재를 제공하는 것이 가능해졌다.

1 : 복합재
2 : 금속 (매트릭스 금속)
3 : 생체 유래의 섬유
4 : 일체 형성체
5 : 기재

Claims

금속과, 상기 금속 중에 분산 상태로 배치된 생체 유래의 섬유의 일체 형성체로서,
상기 일체 형성체 중에 포함되는 상기 생체 유래의 섬유의 질량 비율이, 0.02 질량％ 이상, 10 질량％ 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 일체 형성체.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 유래의 섬유가, 셀룰로오스 섬유인, 일체 형성체.
제 1 항에 있어서,
상기 생체 유래의 섬유가, 키틴 또는 키토산 섬유인, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 유래의 섬유가, 상기 금속 중에 일방향으로 정렬된 상태로 분산되어 있는, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 유래의 섬유가, 상기 금속 중에 랜덤 방향으로 배열된 상태로 분산되어 있는, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일체 형성체의 도전율로서, 상기 금속의 도전율에 대한 저하율이 30 ％ 이하인, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일체 형성체의 인장 강도로서, 상기 금속의 인장 강도에 대한 증가율이 5 ％ 이상인, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일체 형성체의 동마찰 계수로서, 상기 일체 형성체의 표면에 100 gf 의 하중으로 강구를 슬라이딩 부재로서 사용하는 왕복 슬라이딩 시험에 있어서, 슬라이딩 횟수 20 ∼ 50 회의 범위 내의 조건 하에서의 동마찰 계수의 최대값이, 상기 금속에 대하여 0.8 이하인, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속이, 니켈, 구리, 팔라듐, 은, 주석 또는 금인, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속이, 구리 또는 주석인, 일체 형성체.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일체 형성체 중에 포함되는 상기 생체 유래의 섬유의 질량 비율이, 0.02 질량％ 이상, 7 질량％ 이하의 범위인, 일체 형성체.
전기 도금법에 의해 형성하는, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 일체 형성체의 제조 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 일체 형성체와, 상기 일체 형성체가 형성된 표면을 갖는 기재를 갖는, 복합재.
제 13 항에 있어서,
상기 기재가 도전성 기재인, 복합재.
제 13 항에 있어서,
상기 기재가 절연성 기재인, 복합재.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 일체 형성체를 구비하는 전기 접점용 단자.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 일체 형성체를 구비하는 프린트 배선판.