(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のピットが表面に形成されたステンレス鋼板を基材とし、該基材表面にカーボン質被覆層が設けられており、前記ピットの開口部平均径をＤ（μｍ），平均深さをＨ（μｍ）とするとき、Ｄ及びＨが次式（１）及び（２）を満足するステンレス鋼製導電材料。
０．５≦Ｄ≦１０      ・・・・（１）
Ｄ／４≦Ｈ≦Ｄ／２    ・・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ステンレス鋼本来の耐食性及び機械的強度を活用しながら導電性を改善したステンレス鋼製導電材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品等の導電性が要求される用途では、電気伝導性に優れた黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系），リン青銅（Ｃｕ−Ｐ系），ベリリウム銅等のＣｕ系合金がコネクタ用材料として使用されている。また、接触抵抗を下げるため、表面にＳｎめっき，Ａｕめっきなどを施す場合もある。導電部材として、電気伝導性に加えてバネ性が要求される場合もある。このような用途では、リン青銅よりも高価な材料であるが、バネ性に優れたベリリウム銅が使用されている。
Ｃｕ系合金に代えてステンレス鋼を導電材料として使用することも検討されている。ステンレス鋼は、機械的強度に優れ、強度，バネ性等が要求される導電用途に適した特性を備えている。そのため、導電部材を軽量化及び薄肉化でき、軽薄短小化の要求が高まっている電子部品用としての展開が期待される。
【０００３】
ステンレス鋼は表面の不動態皮膜によって低い電気伝導性を示すため、導電部材としての使用に当たっては不動態皮膜の除去が必要になる。不動態皮膜を単に除去しても、大気中に放置するとステンレス鋼表面に不動態皮膜が再生され、再び電気伝導性が低下する。
不動態皮膜の再生による電気伝導性の低下を防止してステンレス鋼を導電部材として使用するためには、不動態皮膜を除去した後、導電性コーティング層を形成することが一般的である。導電性コーティングとしては、Ａｕめっき（実務表面技術第３３巻第５号，１９８６），Ａｇめっき（古河電工時報第７５号，１９８５）等の貴金属被覆が知られている。ステンレス鋼表面を貴金属被覆することにより、電気伝導性が向上し、ステンレス鋼を接点材料に使用することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステンレス鋼を導電部材の基材に使用する場合、前述したように貴金属層の形成によって電気伝導性を向上させる必要がある。ところが、たとえば貴金属層としてＡｕめっき層を形成する場合、一般的にはシアン系の薬品を使用していることから、環境的に好ましくない工程を含む製造プロセスになる。Ａｇ系の被覆層を形成する場合には、マイグレーション対策が必要になる。しかも、貴金属被覆は、製品コストを上昇させる原因である。そこで、貴金属層に代わる導電性被覆層でステンレス鋼の電気伝導性を向上させることが望まれる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような要求に応えるべく案出されたものであり、表面粗さを調節したステンレス鋼板の表面にカーボン質被覆層を形成することにより、密着性の良い導電性被覆層で良好な電気伝導性を付与したステンレス鋼製導電材料を提供することを目的とする。
本発明のステンレス鋼製導電材料は、その目的を達成するため、多数のピットが表面に形成されたステンレス鋼板を基材とし、基材表面にカーボン質被覆層が設けられている。ピットの開口部平均径をＤ（μｍ），平均深さをＨ（μｍ）とするとき、Ｄ及びＨが次式（１）及び（２）を満足する。
０．５≦Ｄ≦１０      ・・・・（１）
Ｄ／４≦Ｈ≦Ｄ／２    ・・・・（２）
【０００６】
【作用及び実施の形態】
めっき以外の方法でステンレス鋼基材に電気伝導性を付与する方法としては、導電性塗料を塗布する方法が考えられる。導電性塗料は導電性物質を配合した塗料であり、塗膜の電気伝導性は導電性物質の含有量によって左右される。しかし、導電性塗料は、導電性物質の含有量増加に伴って基材に対する密着性が低下する。一般の塗装ではプライマ塗膜により基材に対する塗膜の密着性を向上させているが、密着性確保のために設計されたプライマ塗料を用いてプライマ塗膜を形成すると、電気伝導性の良好な塗膜が形成されない。このようなことから、電気伝導性及び塗膜密着性の双方を満足する導電性塗装ステンレス鋼板は実用的な材料としてこれまで提供されていない。
【０００７】
そこで、本発明者等は、ステンレス鋼板（基材）と導電性塗膜との密着性に及ぼすステンレス鋼板の表面状態の影響を種々調査検討した結果、前掲の式（１），（２）を満足する開口部平均径Ｄ及び平均深さＨをもつ多数のピットが表面に形成されたステンレス鋼板を基材に使用し、導電性塗膜としてカーボン質被覆層を形成するとき、基材と塗膜との密着性が優れ、しかもカーボン質被覆層によって優れた電気伝導性が付与されることを見出した。
【０００８】
基材と被覆層の密着性は、基材の表面粗度及び表面の化学的安定性により支配される。特に表面形態の及ぼす影響は大きい。本発明に規定した表面形態となるとき、基材とカーボン被覆層との良好な密着性を得ることができる。すなわち（１）式、（２）式を満足する表面形態のときカーボン被覆層の密着性が良好となる。カーボン被覆層を形成するためには、カーボン基質を溶媒中に分散又は溶解した後、コーティング，スプレー等で基材上に塗布し、乾燥させる。
このままの状態では被覆層中にカーボン以外の電気伝導性を阻害する不純物が多く含まれている。そこで、高温での焼成により不純物を除去し、純粋なカーボンにする。このとき、通常の表面仕上げの基材を使用した場合、ステンレス鋼板とカーボン被覆層との熱膨張係数の違いによりカーボン被覆層がステンレス基材の膨張，収縮に追従できず被覆層の剥離を生じる。一方、（１）式，（２）式で規定した表面形状の場合、カーボン被覆層が熱膨張の差に十分追従できる。却って微量な熱収縮の差により不純物が蒸発除去される際、基材のピット内のカーボン被覆層と基材表面とのフィッティング性もよくなり密着性が更に向上する。したがって、カーボン被覆層と基材との反応層も十分に形成され、電気伝導性が向上する。以上の理由により、加熱焼成後も被覆層は剥離せず、亀裂等の欠陥発生が防止される。
基材上への被覆層の形成は、耐環境遮断性の向上、機能性の付与を目的として行われる。耐環境遮断性を目的とした場合、基材が健全に保たれておれば被覆層の劣化は問題とならない。機能性を付与する場合は、被覆層表面の性状が問題となるため、使用環境での表面性状の時間に対する変化が問題となる。金属コーティング層の場合、時間経過に伴って表面層に酸化物層が形成され、電気伝導性を低下させる。また、酸化物や窒化物コーティング層の場合、バルク状の本来の性質としては安定なものが多いが、薄膜になると元素間の結合が必ずしも好ましいものとならず、暴露される環境によっては容易に表面組成が変化を起こす。以上に述べたコーティング層に対して、環境に対して表面層の変化すなわち酸化を発生させないのは金，白金等の貴金属及びカーボンである。
貴金属コーティング層の形成は、コストの上昇が大きくまためっきの環境の問題がある。カーボンコーティング層の形成は、安価で作業性も優れるものである。
【０００９】
所定の開口部平均径Ｄ及び平均深さＨをもつピットは、塩化第二鉄水溶液等の電解液中でステンレス鋼板を交番電解酸洗処理することにより形成される。ステンレス鋼の粗面化処理としてショットブラスト，超音波処理，フェルト等を用いた研磨等も可能であるが、ピットを必要サイズに調整する上では交番電解酸洗処理が最適である。
【００１０】
粗面化処理されたステンレス鋼板に、たとえばキノリンで希釈したタールピッチを直接塗布し、乾燥・固化させ、更に高温加熱で有機成分を分解・消失することによりカーボン質被覆層が形成される。カーボン質被覆層は、０．５〜５μｍの層厚で形成することが好ましい。０．５μｍ未満の層厚では、ステンレス鋼板のピットがカーボンで十分に覆われずに電気伝導性が低い値を示す。また、カーボンで覆われていないステンレス鋼板の表面が発錆し易く、耐食性が低下する。逆に５μｍを超える層厚でカーボン質被覆層を形成すると、加工，加熱等の際に塗膜内部に蓄積される応力が大きくなり、塗膜の凝集破壊が発生し易くなる。
【００１１】
【作用】
粗面化処理したステンレス鋼板の上にカーボン質被覆層を形成するとき、塗布された導電性塗料がステンレス鋼板表面のピットに食い込み、加熱・乾燥後の塗膜のステンレス鋼板に対する密着性が向上する。更に、前掲の式（１）及び（２）を満足する開口部平均径Ｄ及び平均深さＨのピットを形成したステンレス鋼板では、塗料塗布時にピットが塗料で十分に充填され、加熱・乾燥によってカーボン質被覆層がステンレス鋼板に強固に結合される。また、交番電解酸洗処理でピットを形成するとき、表面変質層や歪の導入がないため耐食性の低下を引き起こすことがない。
このようにして形成されたカーボン質被覆層は、ピットによるアンカー効果及びステンレス鋼板の実効表面積が大きくなることによって優れた密着性を呈し、ステンレス鋼製導電材料をリードフレーム，コネクタ，接点材料等の導電部品に加工した後でも良好な接合状態に維持される。また、ピット形成によってステンレス鋼板の実効表面積が大きくなるため、電気伝導性も向上し、接触抵抗も低下する。
【００１２】
【実施例】
板厚０．５ｍｍのステンレス鋼２Ｄ材（Ｃ：０．０１質量％，Ｓｉ：０．２８質量％，Ｍｎ：０．１９質量％，Ｃｒ：２２．８質量％，Ｍｏ：１．１質量％）をＦｅ3+７５ｇ／ｌ，液温５０℃の塩化第二鉄水溶液に浸漬し、アノード電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2，カソード電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2，交番サイクル２．５Ｈｚで６０秒間交番電解酸洗処理した。交番電解酸洗処理されたステンレス鋼板の表面を観察したところ、開口部平均径Ｄ＝２μｍ，平均深さＨ＝１μｍのピットが５×１０7個／ｃｍ2の割合の均一な分布で形成されていた。
【００１３】
次いで、タールピッチ及びキノリンを重量比１：１の割合で混合した塗料を調製し、バーコータ−を用いて乾燥膜厚が２μｍとなる塗布量でステンレス鋼板に塗布した。塗布後、空気中で２７０℃に１０分間加熱することにより塗料を乾燥・固化し、更に昇温速度１０℃／秒で最高到達温度９００℃まで加熱し、次いで室温まで冷却した。９００℃までの加熱により、塗膜に含まれている有機成分が分解・消失し、層厚１μｍのカーボン質被覆層がステンレス鋼板の表面に形成された。
【００１４】
作製されたカーボン被覆ステンレス鋼板から試験片を切り出し、皮膜密着性試験び電気伝導性試験に供した。
皮膜密着性試験では、１８０度０ｔ曲げした試験片の曲げ部に粘着テープを貼り付け、直ちに粘着テープを引き剥がした後、皮膜の付着状況を観察した。その結果、ステンレス鋼板から粘着テープに移行する皮膜は何ら検出されず、曲げ加工後にも良好な皮膜密着性が維持されていることが判った。これに対し、粗面化されていないステンレス鋼板にカーボン含有塗料を塗布した場合、９００℃に加熱した時点で大半のカーボンがステンレス鋼板から分離・脱落し、カーボン質被覆層自体を形成できなかった。
【００１５】
電気伝導性試験では、Ａｕ電極を用い測定電流１０ｍＡ，測定荷重１００ｇの条件下で交流４端子法により接触抵抗を測定した。カーボン質被覆層のあるステンレス鋼板は、３０〜６０ｍΩと十分に低い接触抵抗を示した。これに対し、未処理のステンレス鋼２Ｄ材では、接触抵抗が１．６〜５．４Ωと大きな値であった。この対比から明らかなように、カーボン質被覆層を設けることにより電気伝導性が大きく向上していることが判る。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のステンレス鋼製導電材料は、電気伝導性の優れたカーボン質被覆層を良好な密着性でステンレス鋼板表面に形成しているので、ステンレス鋼本来の耐食性，機械的強度，バネ性を活用し、接点，コネクタ，リードフレーム等の各種導電部材として使用できる。また、カーボン質被覆層は、ステンレス鋼板に対する密着性が良好なため、ステンレス鋼板を必要形状に加工した後でも剥離することなく、優れた電気伝導性及び低い接触抵抗が維持される。