(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗面化されたステンレス鋼表面の粗面化領域の凸部に選択的に導電性材料を付着させてなるステンレス鋼製導電性部材。
【請求項２】
導電性材料が、ニッケル、金、銀、銅、錫、鉛及びこれらの２種以上の合金からなる群から選ばれる請求項１記載のステンレス鋼製導電性部材。
【請求項３】
接点バネ又は皿バネである請求項１又は２記載のステンレス鋼製導電性部材。
【請求項４】
ステンレス鋼表面を粗面化し、粗面化領域の凸部に選択的に導電性材料を付着させることを特徴とするステンレス鋼製導電性部材の製造方法。
【請求項５】
粗面化が化学的エッチングにより行われる請求項４記載の方法。
【請求項６】
粗面化領域の凸部に選択的に導電性材料を付着させる方法が、電解析出法である請求項４又は５記載の方法。
【請求項７】
ステンレス鋼表面に、開口部の平均直径及び平均深さが０．１〜２０μｍの食孔を形成し、該食孔の縁部に選択的に導電性材料を付着させることを特徴とするステンレス鋼製導電性部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステンレス鋼の優れたバネ特性を維持しながら、接触電気抵抗を著しく改善したステンレス鋼製導電性部材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子部品などのスイッチ、リレー、コネクターなどの接点バネや皿バネ（タクトスイッチ、マルチスイッチ）の基材には銅系合金が使用されてきた。しかし、導電性部材の軽量化、薄肉化の要求、及びバネ特性が優れることから、銅系合金に代えてステンレス鋼が導電性材料の基材として広く使用されるようになってきた。
【０００３】
ステンレス鋼表面には、低い電気伝導性を示す不働態被膜が存在し、これが接触電気抵抗を高くするため、ステンレス鋼製部材を電気接点機能が要求される部品に用いた場合には問題となる。この不働態被膜を酸洗や、機械研磨によって除去しても、大気中では短時間に再生してしまう。このため、ステンレス鋼の不働態被膜を除去した後、その再生を防止しながら、下地めっきを施し、その上層に電気伝導性が優れる錫−鉛（はんだ）、錫や貴金属の銀、金などがめっきされ、接触電気抵抗を改善した状態で使用されている。
また、金属めっき以外では、カーボン質被覆層で優れた電気伝導性が付与されたステンレス鋼（特開２００１−２４３８３９号公報）が知られている。
【０００４】
上述のごとく、ステンレス鋼を電気接点部品の基材として使用する場合、電気伝導性が優れる錫−鉛（はんだ）、錫、銀、金などをステンレス鋼表面にめっきして接触電気抵抗を改善する必要がある。しかしながら、錫ではめっき処理時にウイスカー（ひげ状結晶）が発生し易く、このウイスカーの発生を防止できる鉛−錫合金めっきでは、鉛の排液処理が問題となる。また、銀めっきでは、部品として組み込んだ後、マイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生しやすく、接触不良や絶縁破壊を起こす可能性がある。さらに金では、めっき液にシアンを用いることが多いため、鉛と同様に排液処理が問題となり、製造プロセスとして環境的に好ましくない。
【０００５】
なお、金めっきは０．５μｍ程度のめっき厚さで使用されることが多いが、めっき被膜には欠陥が多く存在し、腐食性の強い環境で使用される場合には、金が下地金属の溶出を促進する。これを防止するために、めっき厚さを３μｍ以上にして被膜の欠陥を少なくする対策もあるが、製造コストを上昇させる原因となる。
また通常、電気接点バネ部品は、ステンレス鋼の板材やコイル材にめっきした後、プレス打ち抜き成型によって対象部品に加工される。しかしながら、めっき被膜には内部応力が存在し、これが原因となり、プレス成型後に要求される形状が得られないことがある。導電性部材の軽量化、薄肉化の要求が高まれば高まるほど、基材の板厚は薄くなり、このめっき被膜の内部応力の影響が大きくなる。
【０００６】
さらに、カーボン質被覆層で優れた電気伝導性が付与されたステンレス鋼（特開２００１−２４３８３９号公報）では、多数のピット表面が形成されたステンレス鋼板を基材とし、カーボン質被覆層が基材表面に設けられている。ピットによるアンカー効果及び実効表面積が大きくなることによって、ステンレス鋼基材とカーボン質被覆層は優れた密着性を呈するとされているが、プレス成型などの加工にカーボン質被覆層が追従できるとは考えられず、とくに、浅いピットでは、アンカー効果は低く、密着性に問題があると考えられる。また、製造工程が複雑で、コストアップを招くと考えられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、導電性に優れ、低い接触電気抵抗を有するステンレス鋼製導電性部材を提供することである。
本発明の他の目的は、導電性に優れ、低い接触電気抵抗を有するステンレス鋼製導電性部材の製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、排液処理の問題が少なく、部品として組み込んだ後、マイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生しにくく、接触不良や絶縁破壊を起こす可能性が低く、製造コストが低く、加工の際に生じる内部応力が低く、密着性に優れた導電性材料付着部位を有するステンレス鋼製導電性部材の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粗面化されたステンレス鋼表面の粗面化領域の凸部に選択的に導電性材料を付着させてなるステンレス鋼製導電性部材を提供するものである。
本発明はまた、ステンレス鋼表面を粗面化し、粗面化領域の凸部に選択的に導電性材料を付着させることを特徴とするステンレス鋼製導電性部材の製造方法を提供するものである。
本発明はさらに、ステンレス鋼表面に、開口部の平均直径及び平均深さが０．１〜２０μｍの食孔を形成し、該食孔の縁部に選択的に導電性材料を付着させることを特徴とするステンレス鋼製導電性部材の製造方法を提供するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に使用されるステンレス鋼とは、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系、オーステナイト・フェライト（２相）、析出硬化型ステンレス綱等を意味し、その具体例としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ２０１、ＳＵＳ６３１等が挙げられる。
【００１０】
本発明のステンレス鋼製導電性部材を製造するには、まずステンレス鋼表面を粗面化する。粗面化方法としては、化学的粗面化、電気的粗面化、機械的粗面化、これらの２種以上を組み合わせた粗面化のいずれも使用できる。
この粗面化は、ステンレス鋼表面に、縁部が尖った形状の多数の凹凸を形成することを目的とするものである。例えば、ステンレス鋼に、ハロゲンイオン（例えば、塩化第二鉄、塩酸、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、沃化ナトリウム等）を含有する水溶液中で、定電位電解（温度５〜９５℃、電圧０．１〜５０Ｖ、０．１〜３０分）、定電流電解（温度５〜９５℃、電流密度０．０１〜１００Ａ／ｄｍ２、０．１〜３０分）、交番電解（温度５〜９５℃、周波数０．５〜６０Ｈｚ、電圧０．１〜５０Ｖ、電流密度０．０１〜１００Ａ／ｄｍ２、０．１〜３０分）などの電解処理を施したり、ステンレス鋼を、ハロゲンイオン（例えば、塩化第二鉄、塩酸、塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化銅等）を含有する水溶液中に温度５℃〜溶液の沸点で０．１〜６０分浸漬処理することにより、ステンレス鋼表面全面に、開口部の平均直径及び平均深さが、好ましくは０．１〜２０μｍの食孔を多数形成することができる。食孔開口部の平均直径及び平均深さは、さらに好ましくは０．５〜１０μｍ、最も好ましくは１〜３μｍである。０．１μｍ未満では、後述の食孔縁部への導電性材料付着処理により析出した導電性材料（例えば、ニッケル）が被膜として表面全体に成長する可能性があり、導電性材料（例えば、ニッケル）の被膜に内部応力が発生し、さらに、食孔縁部での接触圧力が小さくなるおそれがある。また２０μｍを超えると、食孔をステンレス鋼表面の全面に形成することが困難になる。
【００１１】
食孔がステンレス鋼表面の全面に形成されると、隣り合う食孔と食孔の壁（食孔縁部）は、鋭利な状態になる。このような状態になると、接点対象物との電気的面接触は、見かけの接触断面積よりはるかに小さく、食孔縁部における接触圧力が大きくなる。この結果、接触電気抵抗は小さくなる。
しかしながら、これらの食孔を形成したステンレス鋼表面にも素材と同様に、接触電気抵抗の高い不働態被膜が生成しているため、さらに接触電気抵抗を改善するには、食孔縁部に存在している不働態被膜の影響を排除する必要がある。
このため、食孔を形成した後、ステンレス鋼を５〜４４０ｇ／Ｌの塩酸中、５〜９５℃で０．１〜６０分の浸漬処理後、さらに５〜４４０ｇ／Ｌの塩酸中、電流密度０．１〜１００Ａ／ｄｍ２、５〜９５℃で０．１〜１０分間陰極電解処理を施し、食孔縁部に存在している不働態被膜を除去してから、導電性材料の付着処理を行うことが望ましい。
【００１２】
本発明は、ステンレス鋼表面を粗面化して、細かい凹凸を生成させ、この凹凸の凸部に選択的に導電性材料を付着させることを特徴とするものである。
導電性材料の例としては、ニッケル、金、銀、銅、錫、鉛及びこれらの２種以上の合金が挙げられる。これらのうち、付着性、排液処理の容易性、マイグレーションの発生がないこと、製造コストが低いこと、実装プロセスでのはんだ付け工程などの熱影響が少ないこと等の観点からニッケルが最も好ましい。
【００１３】
粗面化領域の凸部に選択的に導電性材料を付着させる方法としては、電解析出法が好ましい。具体的には、ステンレス鋼表面を粗面化し、必要により不働態被膜除去処理を施した後、上記導電性材料をめっきする方法が挙げられる。めっき方法は、化学めっきでも電解めっきでもよいが、食孔縁部のみに選択的にめっきを形成させるため、一般的なめっき液に使用されている光沢剤等の添加剤を含まない単純めっき液を使用することが好ましい。
すなわち、光沢、つき回り性、レベリング性を向上させた一般的なめっき液に比べて、この単純めっき液では均一電着性が劣り、鋭利な食孔縁部のみに電流が集中して、導電性金属が優先的に析出し、実際の電気的接触面である食孔縁部の接触電気抵抗が改善されると考えられる。
これに対して、ワット浴、スルファミン酸浴など、一般的なめっき液や、これらめっき液に光沢剤やレベリング剤を加えためっき液では、めっき被膜が平滑になり、食孔縁部のみに導電性材料（例えば、ニッケル）を析出させることはできない。また、上記一般的なめっき液では、導電性材料（例えば、ニッケル）が被膜状に成長するため、被膜の内部応力によってステンレス鋼基材が変形する現象が認められる。
【００１４】
本発明に使用されるめっき液としては、金属塩化物（例えば、塩化ニッケル）と塩酸で調合した浴が最も適している。このめっき液中の金属塩化物、例えば、塩化ニッケルの濃度は、ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏとして、好ましくは１００〜５００ｇ／Ｌ、さらに好ましくは２００〜３００ｇ／Ｌである。また塩酸濃度は好ましくは５〜４４０ｇ／Ｌ、さらに好ましくは５０〜２００ｇ／Ｌである。めっき処理は、温度５〜５０℃で、０．１〜３分程度行えばよい。電解めっき処理する場合には、電圧１〜２０Ｖ、電流密度０．１〜５０Ａ／ｄｍ２で行えばよい。金属塩化物（例えば、塩化ニッケル）と塩酸で調合した浴から析出した金属（例えば、ニッケル）の被膜は、食孔縁部のみにデンドライト状に析出している。
このように本発明では、粗面化領域の凸部にのみ、局部的にすなわち選択的に導電性材料を付着させるため、被膜中に内部応力が生じにくい。
さらに、この金属塩化物（例えば、塩化ニッケル）と塩酸の浴は強酸性であり、溶液中ではステンレス鋼の不働態被膜は再生しないため、めっき密着性の観点からも、好ましいめっき液と考えられる。
また、量産を考えた場合、処理工程が単純で、通常のコイルめっきラインが適用でき、製造コストを低く抑えることができる。
【００１５】
以下実施例を示し本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
供試材
供試材には板厚が０．０５ｍｍのＳＵＳ  ３０１、１号材を使用した。１３ｍｍ×１５０ｍｍに切断して試験片とした。また、接点部品の組み立て工程では、はんだ付けなどの熱的影響が及ぶ。そこで、この影響を調べる目的で、大気加熱（２６０℃、１分間保持×３回）を施したものも加えた。
実験方法
試験片をアセトン中に浸漬して超音波脱脂を施した後、濃度４３質量％、温度３０℃の塩化第二鉄水溶液に２分間浸漬処理した。この浸漬処理によって、開口部平均直径２μｍ、平均深さ１μｍの食孔がステンレス鋼表面に生成した。塩化第二鉄水溶液への浸漬処理後、１００ｇ／ｌ  ＨＣｌ中、電流密度１Ａ／ｄｍ２、室温で１０秒間の陰極電解を施した後、１００ｇ／ｌ  ＨＣｌと２５０ｇ／ｌ  ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏの水溶液中において、電流密度１Ａ／ｄｍ２で３０秒間の陰極電解を施し、ニッケルを電解析出させた。
【００１６】
接触電気抵抗測定方法
接触電気抵抗は、（株）山崎精機研究所製、電気接点シミュレーター（ＣＲＳ−１１３−金型）を使用して測定した。測定プローブには、ＰＵ−０５金線接触子、０．５ｍｍφを用いた。印加定電流を１０ｍＡとした。また、最大接触荷重を１００ｇｆ、移動距離を１ｍｍとして往復測定を行い、接触圧力−接触電気抵抗分布曲線を求めた。
結果
素材（比較例１）、食孔形成後（比較例２）、ニッケルめっき後（実施例１）、及び前記各試験片についてそれぞれ大気加熱処理したものの測定結果を図１に示す。
【００１７】
素材（比較例１）及び食孔形成後の試験片（比較例２）では、往路測定で接触電気抵抗が高く、復路測定で低くなった。これは、往路での測定時に、不働態被膜が金線接触子によって損傷を受け、その結果、ステンレス鋼表面が露出し、接触電気抵抗が低くなったためと考えられる。
さらに、大気加熱処理後の素材（比較例１）の復路測定では、接触電気抵抗が大気加熱処理前に比べて高くなった。これは大気加熱処理により不働態被膜が形成されたためと考えられる。
これに対して、ニッケルめっき後の試験片（実施例１）では、素材（比較例１）及び食孔形成後の試験片（比較例２）に比べて、接触電気抵抗が低く、低荷重域から安定している。また、大気加熱処理の影響をほとんど受けないことも明らかとなった。写真１に示すように、実施例１の試験片では食孔縁部の鋭利な個所にニッケルが局部的に析出しており、この析出したニッケルによって接触電気抵抗が低下したものと考えられる。
【００１８】
実施例２
供試材
実施例１に使用したものと同じ。
実験方法
実施例１、比較例３、比較例４、及び前記各試験片をそれぞれ大気加熱処理したものについて、実施例１と同様に、接触電気抵抗を測定した。結果を図３に示す。
実施例１の試験片（食孔形成処理→ニッケル単純めっき液処理）
比較例３の試験片（食孔形成処理なし→ニッケル単純めっき液処理）
塩化第二鉄水溶液浸漬処理を施さずに、塩酸中で不働態被膜除去処理（活性化処理）を行った後、塩酸中で陰極電解を施し、ＨＣｌとＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏの水溶液中において、陰極電解を施し、ニッケルを電解析出させたもの。
比較例４の試験片（食孔形成処理なし→光沢ニッケルめっき液処理）
塩化第二鉄水溶液浸漬処理を施さずに、塩酸中で不働態被膜除去処理（活性化処理）を行った後、塩酸中で陰極電解を施し、光沢めっき液中（めっき液組成：ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ（２５０ｇ／Ｌ）＋ＮｉＣｌ２・６Ｈ２Ｏ（５０ｇ／Ｌ）＋Ｈ３ＢＯ３（４０ｇ／Ｌ）＋光沢剤、５０℃、２分）において、陰極電解を施し、ニッケルを電解析出させたもの。
【００１９】
実施例１（食孔形成処理→ニッケル単純めっき液処理）の試験片では、接触電気抵抗が低く、低荷重域から安定している。また、大気加熱処理の影響をほとんど受けていない。
比較例３（食孔形成処理なし→ニッケル単純めっき液処理）の試験片では、接触荷重が低いと接触電気抵抗が高く、接触感度が低いことがわかる。また、大気加熱処理後には、接触電気抵抗が大気加熱処理前に比べて高くなった。これは大気加熱処理により不働態被膜が形成されたためと考えられる。
比較例４（食孔形成処理なし→光沢ニッケルめっき液処理）の試験片も、接触荷重が低いと接触電気抵抗が高く、接触感度が低いことがわかる。また、大気加熱処理すると、接触感度がさらに低くなり、接触電気抵抗が大気加熱処理前に比べて高くなった。これは大気加熱処理により不働態被膜が形成されたためと考えられる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のステンレス鋼製導電性部材は、導電性に優れ、低い接触電気抵抗を有し、高い接触感度を有する。また、本発明の方法によれば、排液処理の問題が少なく、部品として組み込んだ後、マイグレーション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）が発生しにくく、接触不良や絶縁破壊を起こす可能性が低く、製造コストが低く、加工の際に生じる内部応力が低く、密着性に優れた導電性材料付着部位を有するステンレス鋼製導電性部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例１（ニッケルめっき後）、比較例１（素材）及び比較例２（食孔形成後）の試験片、及びこれらの大気加熱処理後の試験片の接触電気抵抗測定結果を示す図面である。
【図２】図２は、実施例１の試験片の走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】図３は、実施例１（食孔形成処理→ニッケル単純めっき液処理）、比較例３（食孔形成処理なし→ニッケル単純めっき液処理）及び比較例４（食孔形成処理なし→ニッケル光沢めっき液処理）の試験片、及びこれらの大気加熱処理後の試験片の接触電気抵抗測定結果を示す図面である。
【図１】
0003561504.tif 000002
【図２】
0003561504.tif 000003
【図３】
0003561504.tif 000004