TWI540230B - Silver coated composite materials for movable contact parts and methods for their manufacture, and movable contact parts - Google Patents

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TWI540230B
TWI540230B TW100104528A TW100104528A TWI540230B TW I540230 B TWI540230 B TW I540230B TW 100104528 A TW100104528 A TW 100104528A TW 100104528 A TW100104528 A TW 100104528A TW I540230 B TWI540230 B TW I540230B
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Satoshi Suzuki
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Furukawa Electric Co Ltd
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Description

可動接點零件用銀被覆複合材料與其製造方法、及可動接點零件
本發明係關於一種電氣接點零件及其材料，更詳細而言，本發明係關於一種用於電子機器等之小型開關內之可動接點所使用之可動接點零件用銀被覆複合材料及可動接點零件。
於連接器、開關、端子等電氣接點部中主要使用盤形彈簧接點、電刷接點及夾具接點。對於該等接點零件，多使用在銅合金或不鏽鋼等耐蝕性或機械性質等優異之基材上被覆有電特性及焊接性優異之銀的複合接點材料。
於該複合接點材料中，基材使用不鏽鋼者其機械特性或疲勞壽命等較基材使用銅合金者優異，故可實現接點之小型化，而用於長壽命之觸推開關(Tactile Push Switch)或檢測開關等之可動接點。近年來，多用於行動電話之按鈕(push button)，而由於郵件功能或網際網路功能之充備，開關之動作次數激增，而需求長壽命之可動接點零件。
再者，基材使用不鏽鋼之複合接點材料與基材使用銅合金之複合接點材料相比較，可實現可動接點零件之小型化，故可實現開關之小型化，進而可增加動作次數，但有開關之接點壓力變大，由被覆於可動接點零件之銀之磨損導致接點壽命下降之問題。
例如，於不鏽鋼條上被覆有銀或銀合金之複合接點材料，多使用於基底實施了鍍鎳者(例如參照專利文獻1)。但是，於將其用於開關之情形時，隨著開關之動作次數增加，接點部之銀因磨損而被磨削，基底之鍍鎳層露出而接觸電阻上升，且無法導通之不良狀況變明顯。尤其是小徑之圓頂型可動接點零件中，該現象容易發生，對於逐步小型化之開關而言，成為較大之技術課題。
為了解決此問題，有於基材上依序實施鍍鎳、鍍鈀，並於其上實施有鍍金之複合接點材料(例如參照專利文獻2)。然而，因鍍鈀皮膜較硬，故有開關之動作次數增加時容易產生裂痕之問題。
又，為了提高導電性，有對不鏽鋼基材依序實施有鍍鎳、鍍銅、鍍鎳、鍍金者(參照專利文獻3)。然而，鍍鎳本身雖然耐蝕性優異，但由於較硬，故彎曲加工時有時鍍銅層與鍍金層間之鍍鎳層產生裂痕，其結果為，存在鍍銅層露出而耐蝕性劣化之問題。
又，延長接點壽命之技術，有對不鏽鋼基材依序實施有鍍鎳、鍍銅、鍍銀者(參照專利文獻4～6)。於該等技術中，嘗試了延長接點壽命。其結果為，對模擬接點模組形成時之焊接之熱處理(例如溫度260℃下5分鐘)後之初期接觸電阻值或模擬擊鍵試驗之熱處理(例如溫度200℃下1小時)後之接觸電阻值進行測定時，大量出現由於熱處理後之接觸電阻值較高而無法用作為產品者。該情況表示組裝至產品中時之不良率變高，可推測，若僅於不鏽鋼基材上以特定厚度依序形成基底鎳層、中間銅層、銀最表層，則熱歷程後之接點特性或接點壽命不充足。
又，作為延長接點壽命之技術，提供了一種電氣接點材料，其係以由銀或銀合金構成之層被覆由銅或銅合金構成之條材之表面者，該電氣接點材料之特徵在於：上述銀或銀合金之結晶粒徑以平均值為5μm以上；又，揭示有一種電氣接點材料之製造方法，其特徵在於：於由銅或銅合金構成之條材之表面形成銀或銀合金之鍍敷層，繼而，於非氧化性氣體環境下，於400℃以上之溫度下進行熱處理(專利文獻7)。然而已知，若對不鏽鋼條上被覆有銀或銀合金之複合接點材料進行400℃以上之熱處理以將銀或銀合金之結晶粒徑控制為5μm以上，則不鏽鋼條之彈簧特性劣化而無法應用為可動接點用材料。進而，並未揭示中間層中使用鎳或者鈷或鎳合金或者鈷合金、並於中間層中存在銅成分作為基底層之上層的構成。
[專利文獻1]日本特開昭59-219945號公報
[專利文獻2]日本特開平11-232950號公報
[專利文獻3]日本特開昭63-137193號公報
[專利文獻4]日本特開2004-263274號公報
[專利文獻5]日本特開2005-002400號公報
[專利文獻6]日本特開2005-133169號公報
[專利文獻7]日本特開平5-002940號公報
因此，本發明之目的在於，作為可動接點零件用之複合材料，提供一種即使對於反覆剪切應力，其鍍敷之密合性亦優異、接觸電阻值經歷長時間仍較低且穩定、開關之壽命得到改善的可動接點零件用銀被覆複合材料及可動接點零件。
本發明人等鑒於上述問題進行了銳意研究，結果發現，於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成有由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於其上層形成有由銅或銅合金構成之中間層，進而於其上層形成有銀或銀合金層作為最表層的可動接點零件用銀被覆複合材料中，藉由形成於最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑控制為0.5～5.0μm之範圍，即便於熱歷程後接觸電阻值亦較低，且可經歷長時間仍將接觸電阻穩定地保持為較低。又發現，藉由將形成於中間層之銅或銅合金之厚度控制於0.05～0.3μm之範圍，上述結晶粒徑控制之效果進一步提高。本發明係基於該等見解而完成者。
即，本發明提供以下之解決手段。
(1)一種可動接點零件用銀被覆複合材料，係於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成有由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於基底層上層形成有由銅或銅合金構成之中間層，進而於中間層上層形成有銀或銀合金層作為最表層，其特徵在於：上述中間層之厚度為0.05～0.3μm，且形成於上述最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑為0.5～5.0μm。
(2)如(1)之可動接點零件用銀被覆複合材料，其中，上述最表層之厚度為0.3～2.0μm。
(3)一種可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，係於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於基底層上層形成由銅或銅合金構成之中間層，進而於中間層上層形成銀或銀合金層作為最表層者，其特徵在於：上述中間層之厚度為0.05～0.3μm，且在大氣環境下以50～190℃之溫度範圍實施熱處理，藉此使得形成於上述最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑為0.5～5.0μm。
(4)如(3)之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中，上述熱處理之溫度為50℃以上、100℃以下，時間為0.1～12小時。
(5)如(3)之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中，上述熱處理之溫度超過100℃且為190℃以下，時間為0.01～5小時。
(6)一種可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其係於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於基底層上層形成由銅或銅合金構成之中間層，進而於中間層上層形成銀或銀合金層作為最表層，其特徵在於：上述中間層之厚度為0.05～0.3μm，且在非氧化環境下以50～300℃之溫度範圍實施熱處理，藉此使得形成於上述最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑為0.5～5.0μm。
(7)如(6)之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中上述熱處理之溫度為50℃以上100℃以下，時間為0.1～12小時。
(8)如(6)之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中上述熱處理之溫度超過100℃且為190℃以下，時間為0.01～5小時。
(9)如(6)之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中上述熱處理之溫度超過190℃且為300℃以下，時間為0.005～1小時。
(10)一種可動接點零件，係如(1)或(2)之可動接點零件用銀被覆複合材料經加工而形成者，其特徵在於：接點部分形成為圓頂狀或凸狀。
本發明之可動接點零件用銀被覆複合材料與先前之可動接點材料相比較，即使對於反覆剪切應力，其銀被覆層之密接力不下降。而且，於開關形成時之熱歷程或開關之開閉動作中亦將接觸電阻值經歷長時間仍穩定地保持為較低，藉此可提供一種開關之壽命得到進一步改善之可動接點零件用銀被覆複合材料。
又，本發明之可動接點零件係將上述可動接點零件用銀被覆複合材料加工而成者，加工成圓頂狀或凸狀後之各層之破碎之產生被抑制。因此，形成將接觸電阻值經歷長時間仍穩定地保持為較低、接點壽命較長之可動接點零件。
本發明之上述及其他特徵及優點將適當參照隨附圖式根據下述記載更清楚明白。
對本發明之可動接點零件用銀被覆複合材料及可動接點零件詳細說明較佳實施態樣。
本發明之基本實施態樣係一種可動接點零件用銀被覆複合材料，其特徵在於：於不鏽鋼基材表面之至少一部分依序形成有鎳、鈷、鎳合金或鈷合金之基底層，銅或銅合金之中間層，結晶粒徑經控制之銀或銀合金之最表層；由該材料所形成之可動接點零件即便增加開關之動作次數，亦不易引起接觸電阻之上升。
於本發明之實施態樣中，不鏽鋼基材在用於可動接點零件時係承擔其機械強度。因此，作為不鏽鋼基材，可使用耐應力緩和性優異且不易疲勞失效(Fatigue failure)之材料，即SUS301、SUS304、SUS316等壓延調質材料或拉張回火(tension anneal)材料。
上述不鏽鋼基材上所形成之基底層係為了提高不鏽鋼與銅或銅合金之中間層之密合性而配置。銅或銅合金之中間層係具有以下功能之公知技術：可提高基底層與最表層之密合性、且捕捉於最表層中擴散之氧、防止基底層成分之氧化而提高密合性之功能。
形成基底層之金屬係如公知般選擇鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種，尤佳為鎳或鈷。對於該基底層，為了使基底層於壓製加工時不易產生裂縫，較佳為藉由以不鏽鋼基材作為陰極，並使用含有例如氯化鎳及游離鹽酸之電解液進行電解，而將厚度設定為0.005～2.0μm，更佳為0.01～0.2μm。
先前之最表層之密接力下降係由基底層之氧化及較大之反覆剪切應力所引起，作為其對策，必須開發滿足下述兩方面之材料：使基底層不氧化、及即便施加剪切應力其密合性亦不劣化之材料。
因此，本發明中針對上述兩個課題，首先第一課題即：使基底層不氧化之方法，以配置有由銅或銅合金構成之中間層之構成為基本。基底層之氧化係由最表層中之氧之穿透所引起，藉由銅或銅合金之配置，於銀之晶界擴散之銅成分在最表層內捕捉氧而抑制基底層之氧化，由此亦一併完成第二課題即防止密合性下降之作用。
然而，於將本構成品用作可動接點用銀被覆不鏽鋼零件時，產生接觸電阻值上升之問題。本發明人等針對該問題進行了調查，結果明白其係以下現象：中間層之銅成分容易擴散至形成最表層之銀中，該擴散之銅成分到達最表層之表面時受到氧化而形成氧化銅，導致接觸電阻增大。
藉由將本發明中之由銀或銀合金構成之最表層之結晶粒徑控制於0.5～5.0μm之範圍內，可抑制中間層中形成之銅成分之擴散量，具有優異之接點特性，特別係即便施加熱歷程亦不會使接觸電阻增大，即便作為可動接點零件長時間使用其接觸電阻值亦不上升，由此可提供一種接點特性良好之可動接點零件用銀被覆複合材料。
若結晶粒徑未達0.5μm則晶界增多，故中間層之銅成分之擴散路徑較多，因此耐熱可靠性變得不充分，接觸電阻上升之可能性較高，反之若結晶粒徑超過5.0μm，則不僅效果飽和，而且有最表層之硬度下降而容易磨損，接點特性下降之傾向，故欠佳。若為上述結晶粒徑之範圍則適合使用，若為0.75～2.0μm則兼具長期可靠性與生產性而更佳。
再者，例如作為下述之先前例2而記載有對上述情況進行模擬之試驗例，但日本特開2005-133169(專利文獻6)之實施例5等先前之複合接點材料中之由銀及銀合金構成之最表層之結晶粒徑係平均結晶粒徑為0.2μm左右，其結果可認為，作為中間層之銅成分或氧擴散之路徑的最表層之晶界大量存在，成為各層間之密合性下降或接觸電阻劣化之較大原因。
再者，調整形成最表層之銀或銀合金之結晶粒徑的方法，例如可藉由適當控制利用鍍敷法、包覆法、蒸鍍法等方法被覆銀時之各種條件而調整。例如電解鍍敷法之情形時，可藉由調整鍍敷液中所含之添加劑或界面活性劑、各種化學品濃度、電流密度、鍍敷溫度、攪拌條件等而調整結晶粒徑。再者，利用上述各種條件調整結晶粒徑時有界限，工業上較佳之範圍係上限為1.0μm左右。為了進一步增大結晶粒徑，有效的是進行熱處理而使形成最表層之銀及銀合金再結晶。
於本發明中，藉由適當調整鍍敷銀或銀合金作為最表層時之鍍敷條件(尤其係電流密度)，並視需要而與此一併適當控制鍍敷後之熱處理中之加熱條件(尤其係加熱溫度及加熱時間、加熱時之環境之組合)，可控制最表層之層厚及銀或銀合金之結晶粒徑。
再者，通常若電流密度變大則結晶粒徑變小，若電流密度變小則結晶粒徑變大。相對於此，於本發明中，藉由控制鍍敷時之電流密度與熱處理條件之組合，可適當地控制結晶粒徑。又，若於電流密度較高之條件下進行鍍敷，則有即便於相對較低之溫度下進行熱處理結晶粒徑亦容易變大之傾向，因此較佳為將電流密度與熱處理條件組合而適當控制。
於本發明之實施態樣中，中間層之厚度較佳為0.05～0.3μm之範圍。若中間層之厚度未達0.05μm，則不充分捕捉於最表層中穿透之氧成分，反之若形成超過0.3μm，則銅成分之絕對量變多，故即便增大形成最表層之銀或銀合金之結晶粒徑，亦無法充分抑制銅成分穿透最表層，因此中間層之厚度必須為0.3μm以下。若為上述範圍則充分滿足特性，更有效之範圍為0.1～0.15μm。
再者，中間層由銅合金所形成之情形時，較佳為合計含有1～10質量%之選自錫、鋅、鎳之1種或2種以上之元素的銅合金。與銅形成合金之成分未必限定，捕捉在銀層中穿透之氧及提高基底層與形成最表面之銀或銀合金之密合性的主成分為銅，於含有其他合金元素之情形時，中間層變硬而耐磨損性提昇。若該等元素合計未達1質量%，則效果與中間層為純銅之情形大致相同，若超過10質量%，則中間層過硬，壓製性變差，或用作為接點時產生裂縫，或耐蝕性下降，故欠佳。
又，由銀或銀合金構成之最表層之厚度係設定為0.3～2.0μm，更佳為0.5～2.0μm，進而較佳為0.8～1.5μm，藉此加熱後銅成分亦幾乎不擴散至最表層中，接觸穩定性優異。若最表層之厚度過薄，則即便控制形成最表層之銀或銀合金之結晶粒徑，自中間層擴散而來之銅成分亦容易到達表層，故容易使接觸電阻上升，反之若過厚則效果飽和，同時銀使用量增加，故於經濟方面、環境負荷增大之意義上均欠佳。
適合用作最表層之銀或銀合金，例如可列舉銀、銀-錫合金、銀-銦合金、銀-銠合金、銀-釕合金、銀-金合金、銀-鈀合金、銀-鎳合金、銀-硒合金、銀-銻合金、銀-銅合金、銀-鋅合金、銀-鉍合金等，尤佳為選自由銀、銀-錫合金、銀-銦合金、銀-銠合金、銀-釕合金、銀-金合金、銀-鈀合金、銀-鎳合金、銀-硒合金、銀-銻合金及銀-銅合金所組成之群中。
於本發明中，基底層、中間層、最表層之各層可利用電解鍍敷法、非電解鍍敷法、物理-化學蒸鍍法等任意方法而形成，但就生產性及成本之方面而言，最有利的是電解鍍敷法。上述各層亦可形成於不鏽鋼基材之整個面上，而僅形成於接點部時較為經濟，可提供減輕了環境負荷之產品，故較佳。
進而，提高密接力及調整最表層之銀或銀合金之結晶粒徑的方法，亦可進行經適當控制之加熱處理，藉此利用再結晶化將最表層之銀或銀合金之結晶粒徑調整為0.5～5.0μm，且使中間層之銅成分及最表層之銀成分進行擴散，提高剪切強度。藉由形成銀與銅之合金層而實現密接力之提高，但若過於持續加熱處理，則中間層之銅成分之擴散過度進行而最表層之銀全部形成合金，或者銅成分容易擴散至最表面，故導致接觸電阻增大。因此，必須適當控制加熱處理環境或加熱溫度。
較佳之熱處理條件係於大氣環境下實施時，藉由以50～190℃之溫度範圍實施熱處理，可促進銀或銀合金層之再結晶化，且為了提高密接力而僅於界面附近形成銀-銅合金層。此時，若未達50℃，則短時間之再結晶化較困難，反之於超過190℃時，覆蓋銀表面之氧化銀分解成銀與氧，氧化銀之分解所產生之氧及大氣中之氧之一部分容易與擴散而來之中間層之銅成分形成氧化物，由此接觸電阻容易上升，故以該溫度範圍進行控制較適當。
若為上述範圍，則可形成目標狀態，更佳為100～150℃。再者，關於熱處理時間，由於再結晶之時間係根據形成最表層之銀或銀合金之鍍敷組織而變化，故並無限定，但以防止生產性下降或最表層成分之氧化之觀點而決定。例如，於溫度為50℃以上100℃以下時，較佳為0.1～12小時，於溫度超過100℃且為190℃以下時，較佳為0.01～5小時之範圍。
其他較佳之處理條件係於非氧化性環境下實施時，藉由以50～300℃之溫度範圍實施熱處理，可促進形成最表層之銀或銀合金之再結晶化，且為了提高中間層與最表層之密接力而僅於兩層之界面附近形成銀-銅合金層。此時，若未達50℃，則短時間之再結晶化較困難，反之於超過300℃時，中間層之銅成分更容易擴散而容易到達銀表面。於非氧化性環境下，不存在表面之銅成分氧化而使接觸電阻上升之情況，但在暴露於大氣環境下之同時擴散至最表面之銅形成氧化物，導致接觸電阻上升，故欠佳，因此以該溫度範圍進行控制較適當。
若為上述範圍，則可形成目標狀態，更佳為50～190℃，進而佳為100～150℃。再者，關於處理時間，由於再結晶之時間係根據銀及銀合金之鍍敷組織而變化，故並無限定，但係以防止生產性下降或中間層之銅成分之表層露出之觀點而決定。例如，於溫度為50℃以上100℃以下時，較佳為0.1～12小時，於溫度超過100℃且為190℃以下時，較佳為0.01～5小時，於溫度超過190℃且為300℃以下時，較佳為0.005～1小時之範圍。再者，非氧化性之環境氣體，可使用氫氣、氦氣、氬氣或氮氣，就獲取性或經濟性、安全性等觀點而言，較佳為使用氬氣。
再者，非氧化性環境下之加熱與大氣環境下之加熱相比較，覆蓋最表層之銀表面之氧化銀之分解的影響變小，但若熱處理溫度超過190℃，則由於中間層受到加熱而中間層之銅成分之表層露出之可能性變高，因此熱處理溫度較佳為設定為190℃以下。
【實施例】
以下，根據實施例對本發明進行更詳細說明，但本發明並不限定於該實施例。
於使SUS基材連續通過並捲取之鍍敷線中，對厚度0.06mm、條寬100mm之基材(SUS301之條)進行電解脫脂、水洗、活性化、水洗、基底層鍍敷、水洗、中間層鍍敷、水洗、銀底鍍(silver strike plating)、最表層鍍敷、水洗、乾燥及熱處理，獲得由表1所示之構成構成之發明例1～53、比較例1～7及先前例1～3之銀被覆不鏽鋼條。再者，對於僅利用鍍敷條件調整成為最表層之銀之結晶粒徑的發明例1～4，不進行熱處理。
各處理條件如下。
1.(電解脫脂、活性化)
(電解脫脂)
處理液：原矽酸鈉(sodium orthosilicate)100g/L
處理溫度：60℃
陰極電流密度：2.5A/dm2
處理時間：10秒
(活性化)
處理液：10%鹽酸
處理溫度：30℃
浸漬處理時間：10秒
2.(基底層鍍敷)
(鍍鎳)
處理液：氯化鎳250g/L、游離鹽酸50g/L
處理溫度：40℃
電流密度：5A/dm2
鍍敷厚度：0.01～0.2μm
處理時間：依各鍍敷厚度調整時間
(鍍鈷)
處理液：氯化鈷250g/L、游離鹽酸50g/L
處理溫度：40℃
電流密度：2A/dm2
鍍敷厚度：0.01μm
處理時間：2秒
3.(中間層鍍敷)
(鍍銅1：表中記載為Cu-1)
處理液：硫酸銅150g/L、游離硫酸100g/L、游離鹽酸50g/L
處理溫度：30℃
電流密度：5A/dm2
鍍敷厚度：0.05～0.3μm
處理時間：依各鍍敷厚度調整時間
(鍍銅2：表中記載為Cu-2)
處理液：氰化亞銅30g/L、游離氰化物10g/L
處理溫度：40℃
電流密度：5A/dm2
鍍敷厚度：0.045～0.32μm
處理時間：依各鍍敷厚度調整時間
4.(銀預鍍敷)
處理液：氰化銀5g/L、氰化鉀50g/L
處理溫度：30℃
電流密度：2A/dm2
處理時間：10秒
5.(最表層鍍敷)
(鍍銀)
處理液：氰化銀50g/L、氰化鉀50g/L、碳酸鉀30g/L、添加劑(此處為硫代硫酸鈉0.5g/L)
處理溫度：40℃
電流密度：於0.05～15A/dm2之範圍內變化而調整結晶粒徑
鍍敷厚度：0.5～2.0μm
處理時間：依各鍍敷厚度調整時間
(銀-錫合金鍍敷)Ag-10%Sn
處理液：氰化鉀100g/L、氫氧化鈉50g/L、氰化銀10g/L、錫酸鉀80g/L、添加劑(此處為硫代硫酸鈉0.5g/L)
處理溫度：40℃
電流密度：1A/dm2
鍍敷厚度：2.0μm
處理時間：3.2分鐘
(銀-銦合金鍍敷)Ag-10%In
處理液：氰化鉀KCN100g/L、氫氧化鈉50g/L、氰化銀10g/L、氯化銦20g/L、添加劑(此處為硫代硫酸鈉0.5g/L)
處理溫度：30℃
電流密度：2A/dm2
鍍敷厚度：2.0μm
處理時間：1.6分鐘
將所獲得之該等可動接點零件用銀被覆複合材料(銀被覆不鏽鋼條)加工成直徑4mmΦ之圓頂型可動接點零件，對固定接點使用以1μm之厚度鍍敷有銀之黃銅條，以圖1、2所示之結構之開關進行擊鍵試驗。圖1係擊鍵試驗中所使用之開關之平面圖。又，圖2係表示擊鍵試驗中所使用之開關之圖1之A-A線剖面圖及按壓者，(a)係開關動作前，(b)係開關動作時。圖中，1係鍍銀不鏽鋼之圓頂型可動接點，2係鍍銀黃銅之固定接點，該等接點係利用樹脂之填充材料3而組裝至樹脂盒4中。
擊鍵試驗時，以接點壓力為9.8N/mm2、擊鍵速度為5Hz之條件進行最大100萬次之擊鍵，並測定接觸電阻之經時變化。再者，接觸電阻係以電流10mA通電而進行測定，以4個等級來評價含不均之接觸電阻值。具體而言，接觸電阻值未達15mΩ時評價為「優」並於表中標註「◎」記號，為15mΩ以上且未達20mΩ時評價為「良」並於表中標註「○」記號，為20mΩ以上且未達30mΩ時評價為「可」並於表中標註「△」記號，30mΩ以上時評價為「不可」並於表中標註「×」記號。再者，將作為可動接點而接觸電阻值未達30mΩ之◎～△判斷為作為接點具有實用性。
進而，關於最表面上是否檢測出銅成分，利用歐傑(Auger)電子分光分析裝置進行最表面之定性分析，調查銅成分之檢測量。將未檢測出銅成分者評價為「無」，將檢測量未達5%評價為「微量」，將檢測量為5%以上者評價為「大量」。
又，對擊鍵試驗後之可動接點側進行目測觀察，對鍍敷有無剝離進行觀察，並調查有無剝離。
將以上結果示於表2。
又，最表層之銀或銀合金之結晶粒徑之測定係利用剖面試料製作裝置(截面拋光儀(Cross Section Polisher)：日本電子股份有限公司製造)製作垂直剖面試料後，藉由電子束後方散射繞射法(EBSD，Electron Backscatter Diffraction)進行觀察。將所測定之結晶粒徑之結果與其他條件一併示於表1。
[表1]
[表2]
發明例1～53之可動接點零件用銀被覆複合材料即便於加工成可動接點零件後進行100萬次之擊鍵試驗，接觸電阻之增加亦均未達30mΩ。
另一方面，比較例1～7中，100萬次擊鍵後接觸電阻達到30mΩ以上，可知接點壽命較短。
又，關於比較例1，其係先前之實施鍍鎳作為基底層、實施鍍銅作為中間層、實施鍍銀作為最表層之例，最表層之銀之結晶粒徑為約0.2μm，1萬次之擊鍵後接觸電阻開始上升，5萬次時達到30mΩ以上，可知產生實用上之問題。
圖3中示出利用EBSD法觀察發明例4所得之照片，圖4中示出利用EBSD法觀察比較例1所得之照片。於圖3及圖4中，例如圖中標註記號所示之部分各表示一粒結晶粒。圖3之發明例4中，最表層之銀之結晶粒徑為約0.75μm，相對於此，圖4之比較例1中，最表層之銀之結晶粒徑為約0.2μm。根據該比較可知，藉由適當控制最表層之銀之結晶粒徑，可使接觸電阻為良好之值。
關於比較例2，若由銅構成之中間層為較薄之狀態，則成為以下結果：100萬次擊鍵後產生最表層-中間層之剝離，所穿透之氧之捕捉不充分且密合性劣化。
如比較例3般於由銅構成之中間層較厚時，成為以下結果：即便調整結晶粒徑亦大量可見最表面之銅成分之擴散，結果接觸電阻值增大而劣化。
另一方面，於熱處理溫度過低或過高、結晶粒徑均小於0.5μm之比較例4、5中，成為以下結果：即便將中間層厚度控制於0.05～0.3μm，銅成分之擴散量亦變多，銅成分於最表層之表面大量露出，使接觸電阻值增大而劣化。
進而，於比較例6、7中，為了擴大結晶粒徑，於Ar環境下於溫度320℃進行1小時之熱處理，或者於300℃進行2小時之熱處理。因此成為以下結果：進行了必要程度以上之熱處理，結果最表層之表面大量檢測出銅成分，接觸電阻值增大而劣化。
於先前例1中，由於最表層中之銀或銀合金之平均粒徑過大，因此接觸電阻值增大，就此方面而言較差。再者，先前例1係模擬日本特開平5-002900(專利文獻7)者。
於先前例2中，由於最表層中之銀或銀合金之平均粒徑過小，因此接觸電阻值增大，就此方面而言較差。再者，先前例2係模擬日本特開2005-133169(專利文獻6)之實施例5者。
於先前例3中，由於熱處理時間過長，最表層中之銀或銀合金之平均粒徑過大，因此接觸電阻值增大，就此方面而言較差。再者，先前例3係模擬日本特開2005-133169(專利文獻6)之實施例6者。
由該等結果表明，藉由如發明例般將中間層之厚度控制於0.05～0.3μm，並且將由銀或銀合金構成之最表層之結晶粒徑控制於0.5～5.0μm之範圍內，可提高可動接點零件之作為接點特性之長期可靠性。又可知，亦可藉由適當之熱處理而控制粒徑，可於工業上穩定地提供兼具優異之密合性、長期可靠性之可動接點零件用銀被覆複合材料。
對本發明連同其實施態樣一併進行了說明，但只要本發明人未作特別指定，則並不於說明之任何細節部分限定本發明，一般認為本發明應於不違反隨附之申請專利範圍所示之發明之精神及範圍的情況下廣泛地解釋。
本申請案主張基於2010年2月12日於日本提出專利申請之特願2010-028703之優先權，此處以參考之形式將其內容作為本說明書之記載之一部分而併入至本說明書中。
1‧‧‧圓頂型可動接點
2‧‧‧固定接點
3‧‧‧填充材料
4‧‧‧樹脂盒
圖1，係擊鍵試驗中所使用之開關之平面圖。
圖2，係表示擊鍵試驗中所使用之開關之平面圖中之A-A線剖面圖及按壓方向者，(a)係開關動作前，(b)係開關動作時。
圖3，係本發明之可動接點零件用銀被覆複合材料之剖面照片，表示平均結晶粒徑為約0.75μm之例。
圖4，係先前之可動接點零件用銀被覆複合材料之剖面照片，表示平均結晶粒徑為約0.2μm之例。

Claims (10)

  1. 一種可動接點零件用銀被覆複合材料，係於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成有由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於基底層上層形成有由銅或銅合金構成之中間層，進而於中間層上層形成有銀或銀合金層作為最表層，其特徵在於：該中間層之厚度為0.05~0.3μm，且形成於該最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑為0.5~5.0μm，該最表層之表面的銅成分之檢測量未達5質量%。
  2. 如申請專利範圍第1項之可動接點零件用銀被覆複合材料，其中，該最表層之厚度為0.3~2.0μm。
  3. 一種可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，係於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於基底層上層形成由銅或銅合金構成之中間層，進而於中間層上層形成銀或銀合金層作為最表層，其特徵在於：該中間層之厚度為0.05~0.3μm，且在大氣環境下以50~190℃之溫度範圍實施熱處理，藉此使得形成於該最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑為0.5~5.0μm，使該最表層之表面的銅成分之檢測量為未達5質量%。
  4. 如申請專利範圍第3項之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中，該熱處理之溫度為50℃以上、100℃以下，時間為0.1~12小時。
  5. 如申請專利範圍第3項之可動接點零件用銀被覆複 合材料之製造方法，其中，該熱處理之溫度超過100℃且為190℃以下，時間為0.01~5小時。
  6. 一種可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，係於不鏽鋼基材表面之至少一部分形成由鎳、鈷、鎳合金、鈷合金之任一種構成之基底層，於基底層上層形成由銅或銅合金構成之中間層，進而於中間層上層形成銀或銀合金層作為最表層，其特徵在於：該中間層之厚度為0.05~0.3μm，且在非氧化環境下以50~300℃之溫度範圍實施熱處理，藉此使得形成於該最表層之銀或銀合金之平均結晶粒徑為0.5~5.0μm，使該最表層之表面的銅成分之檢測量為未達5質量%。
  7. 如申請專利範圍第6項之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中，該熱處理之溫度為50℃以上、100℃以下，時間為0.1~12小時。
  8. 如申請專利範圍第6項之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中，該熱處理之溫度超過100℃且為190℃以下，時間為0.01~5小時。
  9. 如申請專利範圍第6項之可動接點零件用銀被覆複合材料之製造方法，其中，該熱處理之溫度超過190℃且為300℃以下，時間為0.005~1小時。
  10. 一種可動接點零件，係申請專利範圍第1或2項之可動接點零件用銀被覆複合材料經加工而形成，其接點部分形成為圓頂狀或凸狀。
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