(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性粒子と、前記導電性粒子よりも硬い硬質粒子とを含有する接点を備え、接触子と摺動可能な前記接点が、熱可塑性樹脂からなる基板上に形成されると共に、前記接点の膜厚よりも大きい粒径の前記硬質粒子を前記基板内に食い込ませ、前記接点の表面に前記硬質粒子が突出することなく、該表面を平滑としたことを特徴とする接点を備えた基板。
【請求項２】
前記硬質粒子は、前記導電性粒子よりも粒径が大きく、粒径が１乃至３０μｍの球状で形成したことを特徴とする請求項１記載の接点を備えた基板。
【請求項３】
前記基板が、ポリエステル系または、ポリアミド系の熱可塑性樹脂で形成されたことを特徴とする請求項１または２記載の摺動接点基板。
【請求項４】
前記硬質粒子は、導電材料で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の接点を備えた基板。
【請求項５】
前記硬質粒子は、銀被膜を有するカーボンビーズからなることを特徴とする請求項４に記載の接点を備えた基板。
【請求項６】
前記導電性粒子は、銀粉で形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の接点を備えた基板。
【請求項７】
導電性粒子と、前記導電性粒子よりも硬い硬質粒子とを、樹脂が溶解した有機溶液中に分散させて導電インクを形成し、この導電インクを、熱可塑性樹脂からなる基板上にスクリーン印刷した後、熱プレスによって、前記導電インクの表面に突出した前記硬質粒子を前記導電インク内に押し込み、さらに、前記導電インクの膜厚よりも大きな粒径を有する前記硬質粒子を前記基板内に食い込ませて、前記導電インクの表面を平滑に形成して前記基板上に接点を形成したことを特徴とする接点を備えた基板の製造方法。
【請求項８】
前記硬質粒子は、前記導電性粒子よりも粒径が大きく、粒径が１乃至３０μｍの球状で形成したことを特徴とする請求項７記載の接点を備えた基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摺動型スイッチ等に使用される接点を備えた基板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の接点を備えた基板は、絶縁材料からなる基板と、この基板上にスクリーン印刷法により形成された接点とを有している。接点は、導電性樹脂中に銀粉等の導電性粒子と、この導電性粒子よりも粒径が大きく硬いカーボンビーズ等の硬質粒子とを含有する導電材料からなり、この接点上には、接触子が摺動可能となっている。このような接点は、硬質粒子によって、接触子に対する耐摩耗性を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような接点を備えた基板では、スクリーン印刷された際、粒径が大きい硬質粒子が接点の表面から突出した状態となって、接点の表面が凹凸になり、接点を摺動する摺動子が削られやすく、短寿命であるという問題があった。
本発明は、接点の耐摩耗性と接点表面の平滑性を両立した接点を備えた基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の接点を備えた基板は、導電性粒子と、前記導電性粒子よりも硬い硬質粒子とを含有し、接触子と摺動可能な接点が、熱可塑性樹脂からなる基板上に形成されると共に、前記接点の膜厚よりも大きい粒径の前記硬質粒子を前記基板内に食い込ませ、前記接点の表面に前記硬質粒子が突出することなく、該表面を平滑とした。
このような接点を備えた基板では、硬質粒子により接触子の荷重を支えることができるので、接触子に対する接点の耐摩耗性が高く、且つ、硬質粒子は基板に食い込んで、接点表面からの突出が軽減されるので、接点表面が平滑になって、接触子を削りにくくなり、接触子の寿命を延ばすことができる。
【０００５】
本発明の接点を備えた基板は、前記硬質粒子を、前記導電性粒子よりも粒径が大きく、粒径が１乃至３０μｍの球状で形成した。
このような接点を備えた基板では、接触子の荷重を硬質粒子が十分に支えることができるので、接点の耐摩耗性がより向上する。
【０００６】
本発明の接点を備えた基板は、前記基板が、ポリエステル系または、ポリアミド系の熱可塑性樹脂で形成されている。
このような接点を備えた基板では、硬質粒子を基板に食い込ませ易いので、接点の表面がより平滑になり、且つ、製造が容易である。
【０００７】
本発明の接点を備えた基板は、前記硬質粒子が、導電材料で形成されている。このような接点を備えた基板では、接触子が硬質粒子に接触した場合にも、銀被膜により接点と接触子間の導通を保持することができるので、接点と接触子間の電気的な接続を安定させることができる。
【０００８】
本発明の接点を備えた基板は、前記硬質粒子が、銀被膜を有するカーボンビーズからなる。
このような接点を備えた基板では、接触子が硬質粒子に接触した場合にも、銀被膜により接点と接触子間の導通を保持することができるので、接点と接触子間の電気的な接続を安定させることができ、且つ、硬質粒子の母材がカーボンビーズは、硬度が高く、且つ球状であるから、接触子の荷重を十分に支えることができる。
【０００９】
本発明の接点を備えた基板は、前記導電性粒子が、銀粉で形成されている。
このような接点を備えた基板では、導電性粒子の比抵抗が低いので、接点の導電性が高い。
【００１０】
本発明の接点を備えた基板の製造方法は、導電性粒子と、前記導電性粒子よりも硬い硬質粒子とを、樹脂が溶解した有機溶液中に分散させて導電インクを形成し、この導電インクを、熱可塑性樹脂からなる基板上にスクリーン印刷した後、熱プレスによって、前記導電インクの表面に突出した前記硬質粒子を前記導電インク内に押し込み、さらに、前記導電インクの膜厚よりも大きな粒径を有する前記硬質粒子を前記基板内に食い込ませて、前記導電インクの表面を平滑に形成して前記基板上に接点を形成した。
このような接点を備えた基板の製造方法では、導電インクの表面に突出した硬質粒子が導電インク内に押し込まれて、さらに、導電インクの膜厚よりも大きな粒径を有する硬質粒子は、基板内に食い込むので、導電インクの表面を平滑に形成することができる。また、熱プレスの圧力は、硬質粒子に集中することなく、導電インク全体を均一に圧縮するので、導電インクを緻密な膜として、導電インクの硬度を上昇させることができる。また、このような導電インクは、導電性粒子同士が接近して、導電性に優れた接点となる。
【００１１】
本発明の接点を備えた基板の製造方法は、前記硬質粒子を、前記導電性粒子よりも粒径が大きく、粒径が１乃至３０μｍの球状で形成した。
このような接点を備えた基板の製造方法では、スクリーン印刷法により形成したパターン精度が高く、且つ、接触子の荷重を硬質粒子が十分に支えることができるので、接点の耐摩耗性がより向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の接点を備えた基板を示す図を説明すると、図１は本発明の接点を備えた基板の断面図、図２、図３は、本発明の接点基板の製造方法を説明する説明図、図４、図５は、本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インク表面の写真、図６、図７は、本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インクの断面写真、図８、図９は、本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インク表面の粗さの測定結果、図１０は、本発明の接点を備えた基板を用いた電気部品の一例を示す分解斜視図である。
【００１３】
次に、本発明の接点を備えた基板の構成を説明すると、図１に示すように、基板４と、この基板４上に形成された接点Ａとで構成され、この接点Ａには、接触子７が摺動するようになっている。基板４は、ポリエステル系樹脂のポリエチレン・テレフタレート（以後、ＰＥＴ）に、ガラス繊維とミネラルを添加して、押し出し成形されたものであり、ガラス繊維は、基板４の強度を向上させる役割を果たし、ミネラルは、基板４の熱強度を向上させて、基板４がＰＥＴのガラス転移温度（約８０℃）以上に加熱された場合にも、基板４の変形を防ぐ役割を果たしている。
【００１４】
接点Ａは、膜厚が５〜１５μｍであり、銀粉から形成された導電性粒子１０と、銀被膜を有するカーボンビーズから形成された硬質粒子１１とが、フェノール系樹脂からなるバインダ樹脂１２中に分散して成ると共に、硬質粒子１１を、基板４内に食い込ませた状態で、基板４上に形成されている。
【００１５】
導電性粒子１０は、接点Ａに導電性を付与する役割を果たし、この導電性粒子１０を銀粉から形成することで、特に、導電性に優れた接点Ａとすることができる。導電性粒子１０を形成する銀粉は、導電性と耐硫化性を両立するために、不定形の球塊状銀粉と樹枝状銀粉が混在したものでも良く、球塊状銀粉の平均粒径は３〜６μｍ、樹枝状銀粉は、平均粒径が1μｍ以下である。
【００１６】
硬質粒子１１は、接触子７の荷重を支えて、接触子７に対する接点Ａの耐摩耗性を向上させる役割を果たしている。硬質粒子１１は、球状であり、平均粒径が、１０μｍで、導電性粒子１０よりも粒径が大きい。なお、平均粒径が１０μｍの硬質粒子１１では、粒径が１〜３０μｍのものが混在した状態となっている。硬質粒子１１の粒径が小さすぎると、接点Ａの膜厚に比べて著しく小さくなり、接点Ａの膜内に埋没してしまうので摺動子７の荷重を十分に支えることがでない。一方、硬質粒子１１の粒径が大きすぎると、スクリーン印刷法により接点Ａのパターニングを行う際、スクリーン印刷用マスクのメッシュが粗いものとなるので、接点Ａのパターン精度が低下する。
【００１７】
また、硬質粒子１１は、カーボンビーズの表面が導電性の高い銀被膜に覆われているので、接触子７が硬質粒子１１に接触した場合にも、接触子７と接点Ａとの間の導通が保持されて、接触子７と接点Ａ間の電気的な接続が安定している。銀被膜は、膜厚が１μｍ以下であれば、銀としての延展性が現れることがなく、母材とする硬質のカーボンビーズの影響を受けて硬い被膜として機能するので、接触子７に削られることがない。
【００１８】
硬質粒子１１を形成するカーボンビーズの製造方法は、フェノール樹脂やベンゾグアナミン樹脂等の熱硬化性樹脂球を、希ガス雰囲気もしくは窒素雰囲気中において加熱し、炭素化したものである。熱硬化性樹脂球の炭素化のための加熱処理温度は５００〜１２００℃であり、加熱処理温度が５００℃に満たないと、炭素化が不十分で、カーボンビーズの硬度が不足する。一方、１２００℃を越えると、熱硬化性樹脂球を炭素化した炭素化粒子は、炭素化に伴う分子構造の再配列による歪みで裂けたざくろ状になりビーズにならず、炭素化粒子のエッジが接点Ａの表面に突出すると、接触子７が削られる原因となる。また、硬質粒子１１は、カーボンビーズの表面を覆う銀被膜が、めっきにより作製されている。
【００１９】
バインダ樹脂１２は、導電性粒子１０と硬質粒子１１をバインドして、且つ均一に分散させる役割を果たしている。特に、バインダ樹脂１２をフェノール系樹脂で形成すると、フェノール系樹脂は、硬化収縮するので、導電性粒子１０間の接触圧を増加させ、導電性粒子１０間の接触抵抗を下げて、接点Ａの導電性を向上させることができる。
【００２０】
このような接点Ａにおいて、硬質粒子１１は、接点Ａの膜厚よりも大きい粒径のものが、基板４に食い込んでいるので、これによって、接点Ａの表面に硬質粒子１１が突出することなく、接点Ａの表面は平滑となっている。
【００２１】
次に、本発明の接点を備えた基板の製造方法を、図２と図３を用いて説明する。まず、バインダ樹脂を有機溶剤に溶解させた樹脂溶液１３中に、三本ロールミルを用いて導電性粒子１０と硬質粒子１１を分散させた導電インクＢを作製して、この導電インクＢをスクリーン印刷法により、図２に示すように、基板４上にパターニングする。そして、基板４上に形成した導電インクＢを、１７０〜１８０℃で３〜５分加熱して乾燥させ、半硬化状態にする。
【００２２】
次に、図３に示すように、一対の熱プレス用金型１６、１７は、鏡面１６ａ、１７ａが、互いに対向するように配置され、導電インクＢが半硬化状態である基板４を、下型である金型１６上に載置した後、熱プレス用金型１６、１７の鏡面１６ａ、１７ａ間で、導電インクＢと基板４を加圧すると共に加熱する熱プレス工程を行う。
【００２３】
この熱プレス工程の条件は、基板４の材料がＰＥＴであるとき、加圧圧力が６０〜２２０ｋｇ／ｃｍ２、加熱温度が１７０〜２１０℃、熱プレス時間が１０秒〜３分である。
【００２４】
このような熱プレス工程では、導電インクＢの表面に突出した硬質粒子１１が導電インクＢ内に押し込まれて、さらに、導電インクＢの膜厚よりも大きな粒径を有する硬質粒子１１は、基板４内に食い込む。このように、導電インクＢ表面からの硬質粒子１１の突出がなくなるので、導電インクＢの表面は平滑になる。また、導電インクＢの表面に突出した硬質粒子１１が導電インクＢ内に押し込まれることにより、熱プレス用金型１６、１７の圧力は、硬質粒子１１に集中することなく、導電インクＢの全体が均一に圧縮される。よって、導電インクＢは、緻密な膜となり硬度が上昇して耐摩耗性の高い接点Ａとなると共に、導電性粒子１０同士が接近して、導電性に優れた接点Ａとなる。
【００２５】
熱プレス工程の後、導電インクＢが形成された基板４を１８０℃で３０分加熱する焼成工程を行い、導電インクＢを硬化させると共に、基板４の歪みを取り除いて、接点を備えた基板の製造が完了する。
【００２６】
このような製造方法によって、硬質粒子１１は、接点Ａの膜厚よりも大きい粒径のものが、基板４に食い込んで、これによって、接点Ａの表面に硬質粒子１１が突出することなく、接点Ａの表面は平滑となる。また、接点Ａは、圧縮された緻密な膜となり、高い耐摩耗性と、優れた導電性を有している。
【００２７】
次に、上記の製造方法によって製造された本発明の接点を備えた基板の写真、及び測定結果を説明する。上記実施例において、接点Ａの組成比は、フェノール樹脂１３が１５．９１重量％、硬質粒子１１が２．９１重量％、導電性粒子１０を形成する球塊状銀粉が４６．３９重量％、樹枝状銀粉が３４．７９であり、熱プレス工程の条件は、加熱温度が１８０℃、加圧圧力が１００ｋｇ／ｃｍ２、熱プレス時間が１分である。
【００２８】
図４、図５は、それぞれ、熱プレス工程前（スクリーン印刷後）と、熱プレス工程後の導電インクＢ表面を、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope 走査型電子顕微鏡）を用いて３０００倍に拡大した写真である。図４の熱プレス工程前の写真では、導電インクＢの表面に球状の硬質粒子１１が存在しているが、図５の熱プレス後の写真では、導電インクＢの表面から硬質粒子１１がなくなっている。
【００２９】
図６、図７は、それぞれ、熱プレス工程前（スクリーン印刷後）と、熱プレス工程後の導電インクＢの断面を、ＳＥＭを用いて３０００倍に拡大した写真である。図６の熱プレス工程前の写真では、球状の硬質粒子１１が導電インクＢの表面に突出しているが、図７の熱プレス後の写真では、硬質粒子１１が導電インクＢ内に押し込まれている。
【００３０】
図８、図９は、それぞれ、熱プレス工程前（スクリーン印刷後）の導電インクＢ表面粗さ、熱プレス工程後の導電インクＢ表面粗さを、触針型表面粗さ計により測定した結果である。図８、図９から、熱プレス工程により、導電インクＢの表面粗さが減少したことがわかる。
【００３１】
また、導電インクＢのダイナミック硬度は、熱プレス工程前（スクリーン印刷後）が６．７７程度であったのに対し、熱プレス工程後では、１２．５７程度まで向上している。導電インクＢは、熱プレスにより圧縮され、緻密な膜となって硬度が向上したことがわかる。
【００３２】
なお、上記実施例では、基板４をＰＥＴから形成したが、基板４は、他のポリエステル系樹脂のポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）から形成しても良い。また、ポリアミド系樹脂で形成された基板４でも、同様に、硬質粒子１１を基板４内に食い込ませることができる。しかし、ＰＥＴやＰＣＴで形成された基板４では、熱プレス工程中に導電インクＢのパターンが変形しにくく、接点Ａを、高いパターン精度で形成することができる。
【００３３】
また、基板４は、全体が熱可塑性樹脂で形成される必要はなく、少なくとも硬質粒子１１が食い込む部分が熱可塑性樹脂で形成されていれば良い。
【００３４】
また、上記実施例では、硬質粒子１１が銀被膜を有するカーボンビーズからなる導電材料で形成されていたが、硬質粒子は、導電性粒子よりも高い硬度を有する限り、ガラスビーズ等の絶縁材料であっても良いし、また、必ずしも球状である必要はない。硬質粒子１１を導電材料で形成すると、接触子７が硬質粒子１１と接触した場合にも、接触子７と接点Ａとの間は電気的に導通状態にあるので、接点Ａと接触子７との間の電気接続が安定する。また、硬質粒子１１が球状に近い形状であると、接触子７が硬質粒子１１と接触した場合にも、接触子７は硬質粒子に削られにくく、且つ、硬質粒子１１内で接触子７の荷重が分散するので、接触子７の荷重を支え易い。
【００３５】
また、上記実施例では、接点Ａの導電性粒子１０を銀粉としたが、導電性粒子１１は、接点Ａに導電性を付与する役割を果たす限り、銀粉に限定されるものではない。また、上記実施例では、接点部Ａは、バインダ樹脂をフェノール樹脂としたが、バインダ樹脂は、有機溶剤に可溶であり、且つ、導電性粒子１０と硬質粒子１１とを均一に分散させてバインドする役割を果たす限り、フェノール樹脂に限定されるものではない。
【００３６】
次に、本発明の接点を備えた基板を用いた電気部品の例を説明する。図１０に示すように、亜鉛ダイキャストからなる軸１と軸受け２は、軸受け２が、中心部に貫通孔を設けた円筒部２ａと、円筒部２ａの端部に設けられた円板部２ｂとを有し、円板２ｂには、円筒部２ａとは反対側に、樹脂からなる突起５が取り付けられていおり、軸１は、一端側に操作部１ａが設けられ、他端側が軸受け２の円筒部２ａに挿通されて、軸１は、軸受け２に対して回転可能な状態に保持されている。
【００３７】
絶縁性樹脂からなるクリック板３は、円板状に形成されて、中央に設けられた貫通孔３ｂと、片面側の全周にわたって設けられた波状の凹凸３ａとを有する。
【００３８】
このクリック板３は、凹凸３ａが形成された面を軸受け２の円板２ｂに向けて、貫通孔３ｂに軸１の先端を貫通させて、軸１と共に回転するように取り付けられている。
【００３９】
コード板Ｃは、上記で説明した本発明の接点を備えた基板であり、基板４の表面４ｂに接点Ａが形成されており、基板４の中央には貫通孔４ｃが設けられている。このコード板Ｃは、接点Ａが形成されていない裏面４ａをクリック板３と対向させ、貫通孔４ｃに軸１の先端に貫通させて、軸１と共に回転するように取り付けられている。このようにして、コード板Ｃは、クリック板３と共に、軸１と一体に回転可能な状態となっている。
【００４０】
絶縁性樹脂の成型品からなるケース６は、円形の底部６ａと、底部６ａの外縁から略垂直に立ち上がる側部６ｂとを有し、側部６ｂには、軸受け１を取り付けるための切り欠きが設けられている。
【００４１】
複数の接触子７は、りん青銅からなり、ケース６の底部６ａに取り付けられている。また、金属からなる複数の端子８は、ケース６の側部６ｂから外方に突出すると共に、それぞれ、接触子７に接続されている。
【００４２】
このケース６は、軸受け２と組み合わされると共に、軸１に取り付けられたクリック板３とコード板Ｃは、ケース６に収容される。このとき、接触子７は、接点Ａに摺動可能となっている。
【００４３】
金属からなる取り付け板９は、底部９ａと、底部９ａの両側から略垂直に立ち上がる一対の側部９ｂと、側部９ｂから突出した突片９ｃとを有している。取り付け板９は、側部９ｂ間にケース８を挟持して、軸受け２を押さえるように、側部９ｂの先端の突片９ｃを折り曲げて、ケース８と軸受け２を固定している。
【００４４】
軸１が回転すると、クリック板３とコード板Ｃは、軸１と一体に回転して、接触子７は、コード板Ｃ上で接点Ａに摺動する。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の接点を備えた基板は、導電性粒子と、前記導電性粒子よりも硬い硬質粒子とを含有し、接触子と摺動可能な接点が、熱可塑性樹脂からなる基板上に形成されると共に、前記硬質粒子を前記基板内に食い込ませた。
このような接点を備えた基板では、硬質粒子により接触子の荷重を支えることができるので、接触子に対する接点の耐摩耗性が高く、且つ、硬質粒子は基板に食い込んで、接点表面からの突出が軽減されるので、接点表面が平滑になって、接触子を削りにくくなり、接触子の寿命を延ばすことができる。
【００４６】
本発明の接点を備えた基板の製造方法は、導電性粒子と、前記導電性粒子よりも硬い硬質粒子とを、樹脂が溶解した有機溶液中に分散させて導電インクを形成し、この導電インクを、熱可塑性樹脂からなる基板上にスクリーン印刷した後、熱プレスによって、前記硬質粒子を前記基板内に食い込ませて、前記基板上に接点を形成した。
このような接点を備えた基板の製造方法では、導電インクの表面に突出した硬質粒子が導電インク内に押し込まれて、さらに、導電インクの膜厚よりも大きな粒径を有する硬質粒子は、基板内に食い込むので、導電インクの表面を平滑に形成することができる。また、熱プレスの圧力は、硬質粒子に集中することなく、導電インク全体を均一に圧縮するので、導電インクを緻密な膜として、導電インクの硬度を上昇させることができる。また、このような導電インクは、導電性粒子同士が接近して、導電性に優れた接点となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接点を備えた基板の断面図。
【図２】本発明の接点基板の製造方法を説明する説明図。
【図３】本発明の接点基板の製造方法を説明する説明図。
【図４】本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インク表面の写真。
【図５】本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インク表面の写真。
【図６】本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インクの断面写真。
【図７】本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インクの断面写真。
【図８】本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インク表面の粗さを示すデータ。
【図９】本発明の接点を備えた基板の製造途中における導電インク表面の粗さを示すデータ。
【図１０】本発明の接点を備えた基板を用いた電気部品の一例。
【符号の説明】
Ａ  接点
Ｂ  導電インク
４  基板
７  接触子
１０  導電性粒子
１１  硬質粒子
１２  バインダ樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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