(57)【要約】【課題】簡便な構成でありながら、電気接点部に求められる複数の要求に応え得る接点材料を提供する。【解決手段】ニッケルを含む材料からなる表面を有する基材と、前記基材上に設けられたカーボン材料層と、を備える接点材料であって、前記カーボン材料層はグラファイト構造を有し、前記カーボン材料層の面の接触抵抗は、ニッケル基板と前記ニッケル基板上に形成された層数３００のグラフェン層とからなる部材における前記グラフェン層の面の接触抵抗よりも低い、接点材料。【選択図】図１
2017037820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケルを含む材料からなる表面を有する基材と、前記基材上に設けられたカーボン材料層と、を備える接点材料であって、
前記カーボン材料層はグラファイト構造を有し、
前記カーボン材料層の面の接触抵抗は、ニッケル基板と前記ニッケル基板上に形成された層数３００のグラフェン層とからなる部材における前記グラフェン層の面の接触抵抗よりも低いこと
を特徴とする接点材料。
【請求項２】
前記カーボン材料層は、前記基材のニッケルを含む材料からなる表面上に直接設けられる、請求項１に記載の接点材料。
【請求項３】
前記カーボン材料層は、（００２）面のＸ線回折ピークの半値全幅が０．１１０°以下である、請求項１または２に記載の接点材料。
【請求項４】
ニッケルを含む材料からなる表面を有する基材における前記表面に炭素含有材料を加圧接触させた状態で前記基材を加熱する加圧・加熱作業を複数回行い、前記基材の表面上にグラファイト構造を有するカーボン材料層を形成することを特徴とする接点材料の製造方法。
【請求項５】
前記炭素含有材料はグラファイトを含む、請求項４に記載の接点材料の製造方法。
【請求項６】
前記加圧・加熱作業は２回行われる、請求項４または５に記載の接点材料の製造方法。
【請求項７】
前記カーボン材料層は、前記基材の表面上に直接設けられる、請求項４から６のいずれか１項に記載の接点材料の製造方法。
【請求項８】
前記基材の加熱温度が９００℃以上１２００℃以下である、請求項４から７のいずれか１項に記載の接点材料の製造方法。
【請求項９】
前記グラファイトの前記基材の表面への加圧力が１ｋＰａ以上である、請求項４から８のいずれか１項に記載の接点材料の製造方法。
【請求項１０】
前記カーボン材料層はグラファイト構造を有し、前記カーボン材料層の面の接触抵抗は、ニッケル基板と前記ニッケル基板上に形成された層数３００のグラフェン層とからなる部材における前記グラフェン層の面の接触抵抗よりも低い、請求項４から９のいずれか１項に記載の接点材料の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から３のいずれか１項に記載される接点材料または請求項４から１０のいずれか１項に記載される接点材料の製造方法により製造された接点材料により形成された電気接点部を備えるコネクタ。
【請求項１２】
請求項１１に記載されるコネクタを備える電子・電気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接点材料、当該接点材料の製造方法、コネクタ、および電子・電気部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
コネクタの電気接点部には、優れた接触導電性を確保しつつ、耐食性などの機能を有していることが求められる。こうした要求に応えるために、特許文献１には、基材と、前記基材上に形成された、ニッケル、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＣｕからなる群であるＡ構成元素群から選択された１種又は２種以上で構成された下層と、前記下層上に形成された中層と、前記中層上に形成された、Ｓｎ及びＩｎからなる群であるＢ構成元素群から選択された１種又は２種と、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ及びＩｒからなる群であるＣ構成元素群から選択された１種又は２種類以上との合金で構成された上層と、を備え、超微小硬さ試験により、前記上層の表面に荷重１ｍＮで打痕を打って測定して得られた硬度である、前記上層の表面の押し込み硬さが３５００ＭＰａ以上４５００ＭＰａ以下である電子部品用金属材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４５０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気接点部に求められる要求に応えるべく、特許文献１に記載される材料のように、多層の積層構造を基材上に設けることは、生産性の低下をもたらすおそれがある。
【０００５】
本発明は、簡便な構成でありながら、電気接点部に求められる複数の要求に応え得る接点材料を提供することを目的とする。また、かかる接点材料の製造方法、上記の接点材料により形成された電気接点部を備えるコネクタ、およびかかるコネクタを備える電子・電気部品を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様として、ニッケルを含む材料からなる表面（ニッケル面）を有する基材と、前記基材上に設けられたカーボン材料層と、を備える接点材料であって、前記カーボン材料層はグラファイト構造を有し、前記カーボン材料層の面の接触抵抗は、ニッケル基板と前記ニッケル基板上に形成された層数３００のグラフェン層とからなる部材における前記グラフェン層の面の接触抵抗よりも低いことを特徴とする接点材料を提供する。
【０００７】
上記のカーボン材料層は、グラファイト構造を有しているため摺動性および耐食性に優れることが期待される。さらに、上記のカーボン材料層の面は、グラフェン層の面よりも接触抵抗が低いため接触導電性にも優れる。すなわち、カーボン材料層単独でありながら、機械特性と電気特性との双方において良好な特性を有していると期待される。
【０００８】
上記のカーボン材料層の面の接触抵抗をより安定的に低下させる観点から、前記カーボン材料層は、前記基材の前記ニッケルを含む材料からなる表面上に直接設けられることが好ましい。
【０００９】
前記カーボン材料層は、（００２）面のＸ線回折ピークの半値全幅が０．１１０°以下であることが好ましい。Ｘ線回折ピークの半値全幅が狭いことは測定対象であるカーボン材料層の結晶が大きいことを意味する。したがって、Ｘ線回折ピークの半値全幅が狭いカーボン材料層は、耐食性に特に優れていることが期待される。
【００１０】
本発明は、別の一態様として、ニッケルを含む材料からなる表面を有する基材における前記表面（ニッケル面）に炭素含有材料を加圧接触させた状態で前記基材を加熱する加圧・加熱作業を複数回行い、前記基材の表面上にグラファイト構造を有するカーボン材料層を形成することを特徴とする接点材料の製造方法を提供する。
【００１１】
かかる製造方法により上記の本発明に係る接点材料を安定的に製造することができる。理由は不明であるが、加圧・加熱を複数回行うことにより、カーボン材料層を構成するグラファイト構造の結晶性を高めることと、カーボン材料層の面の接触抵抗を低下させることとが実現されやすくなる。
【００１２】
カーボン材料層の形成の効率を高める観点から、前記炭素含有材料はグラファイトを含むことが好ましく、グラファイトからなることがより好ましい。
【００１３】
カーボン材料層の形成の効率を高めることと、形成されたカーボン材料層の特性を高めることとのバランスを良好にする観点から、前記加圧・加熱作業は２回行われることが好ましい。
【００１４】
カーボン材料層の面の接触抵抗をより安定的に低下させる観点から、前記カーボン材料層は、前記基材の表面（ニッケル面）上に直接設けられることが好ましい。
【００１５】
良好な特性を有するカーボン材料層を形成すること容易にする観点から、上記の製造方法において、加熱温度を９００℃以上１２００℃以下とすることが好ましく、加圧力を１ｋＰａ以上とすることが好ましい。
【００１６】
前記カーボン材料層はグラファイト構造を有することが好ましく、前記カーボン材料層の面の接触抵抗は、ニッケル基板と前記ニッケル基板上に形成された層数３００のグラフェン層とからなる部材における前記グラフェン層の面の接触抵抗よりも低いことが好ましい。
【００１７】
本発明は、また別の一態様として、上記の接点材料または上記の接点材料の製造方法により製造された接点材料により形成された電気接点部を備えるコネクタを提供する。
【００１８】
本発明は、さらにまた別の一態様として、上記のコネクタを備える電子・電気部品を備えるコネクタを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、カーボン材料層単層という簡便な構成であっても、電気接点部に求められる複数の要求に応え得る接点材料を提供することができる。また、本発明により、上記の接点材料の製造方法、上記の接点材料により形成された電気接点部を備えるコネクタ、およびかかるコネクタを備える電子・電気部品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例において行った接触抵抗の測定結果（縦軸は対数表示）を示すグラフである。
【図２】実施例において行った環境試験後の接触抵抗（接触荷重：２０ｇｆ）の測定結果を示すグラフである。
【図３】実施例において行った環境試験後の接触抵抗（接触荷重：５０ｇｆ）の測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例１に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図５】実施例１に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図６】実施例１に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図７】実施例１に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図８】実施例２に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図９】実施例２に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図１０】実施例２に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図１１】実施例２に係る試料のカーボン材料層の面の観察結果を示す画像である。
【図１２】グラファイト被膜材の面の観察結果を示す画像である。
【図１３】グラファイト被膜材の面の観察結果を示す画像である。
【図１４】実施例１に係る試料のカーボン材料層の断面を含む観察結果を示す画像である。
【図１５】実施例１に係る試料のカーボン材料層の断面を含む観察結果を示す画像である。
【図１６】実施例１に係る試料のカーボン材料層の断面を含む観察結果を示す画像である。
【図１７】実施例２に係る試料のカーボン材料層の断面を含む観察結果を示す画像である。
【図１８】グラファイト被覆材の断面を含む観察結果を示す画像である。
【図１９】グラファイト被覆材の断面を含む観察結果を示す画像である。
【図２０】実施例１に係る試料を薄膜法により測定して得られたＸ線回折スペクトルである。
【図２１】実施例２に係る試料を薄膜法により測定して得られたＸ線回折スペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る、接点材料、接点材料の製造方法、コネクタ、および電子・電気部品について説明する。
【００２２】
本発明の一実施形態に係る接点材料は、ニッケルを含む材料からなる表面（本明細書において、「ニッケル面」という場合もある。）を有する基材と、基材上に設けられたカーボン材料層と、を備える。
【００２３】
基材はニッケルからなる部材から構成されていてもよいし、ニッケル以外の材料からなる部材上にニッケル層が形成されて、ニッケル面を有するものであってもよい。ニッケルの（１１１）面はグラファイト基底面に対する格子不整合度が０．３％程度であり、ニッケル上に配置された炭素原子はグラフェン構造を形成しやすい。
【００２４】
本発明の一実施形態に係るカーボン材料層はグラファイト構造を有する。グラファイト構造の結晶性は、平均面間隔ｄ００２の値により評価することができる。グラファイトの単結晶の平均面間隔ｄ００２は通常３．３５４Åである。本実施形態に係るカーボン材料層は、好ましい一例において平均面間隔ｄ００２が３．３５４Åよりも小さい。具体例として、平均面間隔ｄ００２は３．３５３Åまたはそれ以下である。このようなカーボン材料層はグラファイトの単結晶よりも緻密な構造を有している可能性があり、その場合には耐食性に特に優れると期待され、機械的強度も特に優れると期待される。本実施形態に係るカーボン材料層の具体的な構造は明らかでない。後述するカーボン材料層の断面観察結果から示唆されるように、カーボン材料層が有するグラファイト構造は、ベーサル面が基材のニッケル面とは非平行となるように成長した部分を有している可能性がある。
【００２５】
また、カーボン材料層の面の接触抵抗は、ニッケル基板とニッケル基板上に形成された層数３００のグラフェン層とからなる部材（以下、「グラフェン積層材」ともいう。）におけるグラフェン層の面の接触抵抗よりも低い。すなわち、本発明の一実施形態に係る接点材料のカーボン材料層の面の接触抵抗のグラフェン積層材のグラフェン層の面の接触抵抗に対する比（カーボン材料層／グラフェン層、以下、「接触抵抗比」ともいう。）は１．０未満である。接触抵抗比は、０．５以下であることが好ましく、０．２以下であることがより好ましく、０．１以下であることが特に好ましい。したがって、本発明に係るカーボン材料層は電気的特性に優れる。
【００２６】
ニッケルの（１１１）面上で化学気相成長法により炭素を析出させると、六員環構造を形成しながら析出が進行し、グラフェンがニッケル上に生成する。その後、化学気相成長法によりグラフェン構造を有する炭素析出を生成したグラフェン上に繰り返すことにより、任意の層数のグラフェン層を形成することができる。こうして、層数３００のグラフェン層をニッケル基板上に備えるグラフェン積層材を得ることができる。このようなグラフェン積層材は市販されているため、容易に入手可能である（例えばＥＭジャパン社製「ニッケル箔上多層グラフェン」）。
【００２７】
グラフェン積層材のグラフェン層の面（グラファイトのベーサル面に相当する。）は、π電子の非極在化により面内方向への導電性は優れるが、グラフェン層の厚さ方向の導電性は面内方向の導電性に比べると２桁以上低い。また、市販されるグラフェン積層材のニッケル基板は多結晶体であるため、グラフェン層の各層を構成するグラフェンも多結晶となり、結晶粒界での導電性低下が不可避的に発生する。
【００２８】
これに対し、本発明の一実施形態に係る接点材料のカーボン材料層の面の接触抵抗は、グラフェン積層材のグラフェン層の面の接触抵抗よりも低い。この理由は定かでない。カーボン材料層を構成するグラファイト構造のエッジ面が基材の表面を構成するニッケルを含む材料と電気的に接続する部分を有している可能性がある。このとき、カーボン材料層の面を構成する複数のグラファイト構造が互いに離間していても、これらの複数のグラファイト構造のベーサル面は、基材の表面を構成するニッケルを含む材料を経由して電気的に接続されうる。本発明の一実施形態に係る接点材料のカーボン材料層の面の接触抵抗をより安定的に低下させる観点から、カーボン材料層は、基材のニッケル面上に直接設けられることが好ましい。
【００２９】
カーボン材料層は、（００２）面のＸ線回折ピーク（横軸：２θ）の半値全幅が０．１１０°以下であることが好ましい。Ｘ線回折ピークの半値全幅が狭いことは、測定対象であるカーボン材料層の結晶が大きいことを意味する。したがって、Ｘ線回折ピークの半値全幅が狭いカーボン材料層は、耐食性に特に優れていることが期待される。耐食性に優れることをより安定的に実現させる観点から、カーボン材料層における（００２）面のＸ線回折ピークの半値全幅は０．１０８°以下であることが好ましい場合もある。
【００３０】
カーボン材料層は、後述するように、基材のニッケル面にグラファイトを加圧接触させた状態で基材を加熱することを複数回行う製造方法により製造されたものであることが好ましい。
【００３１】
基材のニッケル面上にカーボン材料層を形成する方法は、上記の構造的特徴および電気的特徴を備えている限り、限定されない。次に説明する製造方法によれば、基材のニッケル面上にカーボン材料層を効率的に製造することが可能である。
【００３２】
本発明の一実施形態に係る接点部材の製造方法は、基材のニッケル面にグラファイトを加圧接触させた状態で基材を加熱することを複数回行い、基材上にグラファイト構造を有するカーボン材料層を形成する。
【００３３】
具体的には、まず、他の部材を収容可能な形状を有する耐熱性部材内に、ニッケル面を有する基材を配置する。基材における露出しているニッケル面に、炭素含有材料を加圧接触させるとともに、耐熱性部材全体を加熱して、ニッケル面に炭素含有材料を加圧接触させた状態で基材を加熱する。以下、この作業を「加圧・加熱作業」という。
【００３４】
本明細書において、「炭素含有材料」とは炭素を含有する材料を意味する。炭素含有材料の具体例として、グラファイト、カーボンブラックなど無機系の材料；フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂など有機系の材料；上記の無機系の材料および上記の有機系の材料の混合体などが挙げられる。カーボン材料層の形成の効率を高める観点から、炭素含有材料は、グラファイトを含有することが好ましく、グラファイトからなることがより好ましい。
【００３５】
炭素含有材料のニッケル面への加圧力は限定されない。一般的な傾向として、加圧力が高いほど炭素含有材料の炭素の単位時間当たりの固相拡散量を増加させることができる。ニッケル面に対する炭素含有材料の加圧力は、１ｋＰａ以上であることが好ましい場合があり、３ｋＰａ以上であることがより好ましい場合があり、８ｋＰａ以上であることが特に好ましい場合がある。ニッケル面に対する炭素含有材料の加圧力の上限は、耐熱性部材やグラファイトの強度などを考慮して適宜設定される。
【００３６】
基材の加熱温度は、グラファイトからの炭素がニッケル面を構成するニッケル中に適切に固相拡散しうる温度である限り、限定されない。グラファイトからの炭素の単位時間当たりの固相拡散量を増加させる観点から、基材の加熱温度は９００℃以上であることが好ましい場合がある。基材の加熱温度を１２００℃程度まで高めると、ニッケル表面の原子の動きが活発になり、単にグラファイトと接触しただけで容易に反応し、炭素原子としてニッケルに固溶されその濃度も１２００℃付近で急激に増え１％を超える。その為、ニッケル面に対する炭素含有材料の接触をほぼ無負荷としても、グラファイトからの炭素を基材中に拡散させることが可能であり、結果的に、ほぼ無負荷の接触でグラファイト構造を有する層をニッケル面上に形成することが可能である。基材の加熱温度の上限は、基材の融点、耐熱性部材の耐熱性などを考慮して設定される。
【００３７】
加圧・加熱作業を行う時間は限定されない。この時間が長いほどニッケル面を構成するニッケル中への炭素の固相拡散量を増大させることができる。限定されない例示を行えば、加圧・加熱作業の１回当たりの時間は、３０分間以上１０時間以内とすることが挙げられ、１時間以上７時間以下とすることが好ましい場合があり、２時間以上５時間以下とすることがより好ましい場合がある。
【００３８】
以上の条件で、加圧・加熱作業を行い、基材内に炭素を固相拡散させる。加熱終了後、基材を冷却することにより、基材のニッケル面近傍に固溶しうる炭素量が低下する。その結果、基材のニッケル面上に炭素が析出し、その際、炭素の六員環を基本構造とするグラファイト構造を有する層が形成される。以下、この層を「プレカーボン材料層」ともいう。
【００３９】
加圧・加熱作業後に基材を冷却する際の冷却温度の上限はプレカーボン材料層が形成される温度である。基材の加熱温度を９００℃程度またはそれ以上とした場合には、通常、８００℃程度が上限となる。冷却温度の下限は設定されない。冷却によって基材の温度が低下すると基材における炭素の固溶限が低下するため、基材から炭素が析出しやすくなる。しかしながら、基材の温度が低下すると基材内で炭素が移動しにくくなる。また、基材の温度が低下した状態を長く保っても、加圧・加熱作業により基材中に固相拡散させた炭素量がプレカーボン材料層を成長における律速となる。したがって、基材の温度を過度に低下させたり、基材の温度が低下した状態を維持する時間を過度に長くしたりしても、プレカーボン材料層の成長を促進することには限界がある。さらに生産性を考慮すると、基材の温度が過度に低いことは、次に行われる加圧・加熱作業が有効になる温度域に達するまでの時間が長くなる。それゆえ、基材の加熱が終了した後に基材を冷却する際の下限温度は５００℃程度とすることが好ましい。
【００４０】
この１回目の加圧・加熱作業により形成されるプレカーボン材料層は、本発明の一実施形態に係るカーボン材料層のように高い結晶性や低い接触抵抗を有する場合もあるが、そのような特性を安定的に有するようにプレカーボン材料層を形成することは容易でない。そこで、基材とプレカーボン材料層とを備える部材に対して、上記の加圧・加熱作業を再度行う。加熱条件、加圧条件、加熱時間など諸条件は１回目の加圧・加熱作業と等しくてもよいし、異なっていてもよい。この２回目の加圧・加熱作業が終了した後、基材を冷却することにより、高い結晶性や低い接触抵抗を有するカーボン材料層を基材上に形成することが安定的に実現される。加圧・加熱作業の実施回数は複数である限り限定されない。カーボン材料層の形成の効率を高めることと形成されたカーボン材料層の特性を高めることとのバランスを良好にする観点から、加圧・加熱作業は２回行われることが好ましい。
【００４１】
高い結晶性や低い接触抵抗を有するカーボン材料層が加圧・加熱作業を複数回行うことにより得られる理由は明確でない。プレカーボン材料層が形成された状態で、基材内に再度炭素を固相拡散させ、炭素が固溶した状態にある基材を冷却して基材から炭素を析出させることにより、優れた特性を備えるカーボン材料層が得られている可能性がある。
【００４２】
本発明の一実施形態に係るカーボン材料層は高い結晶性を有するとともに低い接触抵抗を示す面となるため、本発明の一実施形態に係るカーボン材料層を備える接点材料は、コネクタの電気接点部を構成する材料として好適である。具体的には、低い接触抵抗を有し、高い耐食性および摺動性を有すると期待される電気接点部を有するコネクタが得られる。本発明の一実施形態に係るコネクタにおける電気接点部は、本発明の一実施形態に係る接点材料を構成するカーボン材料層上に、はんだ濡れ性を向上させることを目的とした層、導電性を向上させることを目的とした層、機械特性を向上させることを目的とした層などが形成されていてもよい。
【００４３】
このようなコネクタを備える電子・電気部品は、コネクタ部分の接触信頼性が高いため、動作不良が生じる可能性が低減され、品質に優れる。
【００４４】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【実施例】
【００４５】
以下、以下に実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４６】
（実施例１）
ダイス内に載置したニッケル板（１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ０．８ｍｍ）の表面に、熱分解性黒鉛（伊藤黒鉛社製「ＰＣ１０」）を、加圧力を９０ｇｆ／ｃｍ３（８．８２ｋＰａ）として加圧接触させた状態で、１０００℃で３時間加熱した。その後、４時間かけて７００℃まで冷却した。以上の加圧・加熱作業を２回繰り返した。その後、室温まで冷却したニッケル板をダイスから取り出して、接点材料を得た。実施例１を４回実施して、実施例１に係る接点材料の試料を４つ（試料１−１〜試料１−４）得た。
【００４７】
（実施例２）
加圧力を６ｇｆ／ｃｍ３（５８８Ｐａ）とする加圧・加熱作業を２回行った後、室温まで冷却したニッケル板をダイスから取り出して、接点材料を得た（試料２−１）。
【００４８】
（実施例３）
加圧力を９０ｇｆ／ｃｍ３（８．８２ｋＰａ）とする加圧・加熱作業を１回行った後、室温まで冷却したニッケル板をダイスから取り出して、接点材料を得た。実施例３を4回実施して、実施例３に係る接点材料の試料を４つ（試料３−１〜試料３−４）得た。
【００４９】
（測定例１）接触抵抗の測定
実施例１から４に係る接点材料の試料のカーボン材料層の面について、接触抵抗測定装置を用いて、接触荷重を５ｇｆから６０ｇｆに変化させながら、接触抵抗（単位：Ω）を測定した。比較対象として、ニッケル板の素地面、ニッケル板上に金めっきを施した部材の金めっき面、グラフェン積層材のグラフェン層の面、およびニッケル基板上に気相拡散法によりグラファイトを被覆させた部材（グラファイト被覆材）の面についても、同様に接触抵抗を測定した。測定結果を表１から表３および図１に示す。
【００５０】
【表１】
2017037820.tif 000003
【００５１】
【表２】
2017037820.tif 000004
【００５２】
【表３】
2017037820.tif 000005
【００５３】
表１から表３および図１に示されるように、実施例１に係る接点材料の試料（試料１−１から試料１−４）の面の接触抵抗は、４試料いずれについても、グラフェン積層材のグラフェン層の面の接触抵抗よりも十分に低くなることが安定的に実現された。これに対し、実施例３に係る接点材料の試料（試料３−１から試料３−４）の面の接触抵抗は、グラフェン積層材のグラフェン層の面の接触抵抗と同等となる場合もあった。したがって、実施例１に係る接点材料の製造方法により、良好な接触導電性を有する接点材料を安定的に製造することが可能であることが確認された。また、実施例１に係る接点材料の試料の面の接触抵抗は、基材のニッケル板の素地面の接触抵抗よりも低い場合もあった（試料１−１および試料１−３）。ニッケル板の素地面には通常酸化膜が存在しているため、ニッケル板の素地面の接触抵抗はこの酸化膜の面の接触抵抗となる。実施例１に係る接点材料の試料には、上記の酸化膜よりも接触導電性に優れるカーボン材料層が形成されている可能性がある。
【００５４】
（試験例２）環境試験
実施例１の製造方法により別途作製した試料（試料１）および実施例１の製造方法により別途作製した試料（試料３）を用意し、未処理のニッケル板（未処理品１から未処理品３）とともに、６０℃、相対湿度９５％の環境下に放置して、所定の時間が経過した段階で接触抵抗（単位：Ω）を測定した。測定時の接触荷重が２０ｇｆであった場合の結果を表４および図２に示し、測定時の接触荷重が５０ｇｆであった場合の結果を表５および図３に示す。
【００５５】
【表４】
2017037820.tif 000006
【００５６】
【表５】
2017037820.tif 000007
【００５７】
表３および表４ならびに図２および図３に示されるように、加圧・加熱作業を２回行った試料１の面は、高温高湿環境下に４００時間程度置かれても接触抵抗の変化は少なかった。これに対し、加圧・加熱作業が行われなかった未処理品の面は、高温高湿環境下に４００時間程度置かれたことにより、接触抵抗が１０倍程度またはそれ以上増大した。また、加圧・加熱作業が１回だけ行われた試料３の面は、高温高湿環境下に４００時間程度置かれたことにより、接触抵抗が３倍程度増大した。
【００５８】
（測定例３）表面観察
実施例１および２により製造した接点材料の試料をエタノール中超音波洗浄した後、カーボン材料層の面を二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。その観察結果を図４から図７に示す。図４から図７に示されるように、実施例１に係る試料のカーボン材料層は、表面上に粒子状のニッケル（ニッケル粒子）が観察された。ニッケル粒子は図７において観察されるように、粒子の上部がグラフェンで覆われ下部と密着していた。これに対して、実施例２に係る試料のカーボン材料層（図８から図１１）は、グラファイト間の隙間が広めでニッケルがグラファイト間に埋め込まれた形状と、粒子となってグラファイト上に押し上げられたニッケル粒子との両者が観察された。カーボン材料層の表面に位置するニッケル粒子の存在密度は、実施例１に係る試料のカーボン材料層の方が多かった。図１２および図１３に参考として気相拡散法で作製したグラファイト被膜材の面のＳＥＭ像を示す。図１２および図１３に示されるように、所々にニッケルの露出は見られるが、粒子は見られなかった。
【００５９】
（測定例４）断面観察
実施例１および実施例２により製造した接点材料の試料にの表面に白金のコーティングを行って白金層を形成し、続いて、保護用カーボン層を形成した。その後、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて試料を切断し、断面を含む走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像を観察した。観察結果を図１４から図１７に示す。なお、図１４から図１７では、保護用カーボン層とカーボン材料層との間に位置する白金層を含むように白線を描いて、カーボン材料層の構成の視認性を向上させてある。
【００６０】
図１４から図１６に示されるように、実施例１に係る試料のカーボン材料層の表面にはＳＥＭ像で観察されたニッケル粒子とニッケル板へ固溶する途中の原料（ＰＣ１０）が観察された。基材のニッケル板から析出したグラファイトは均一に水平方向に成長した部分はほぼ認められず、斜めまたは図１５に示されるように内部に深く根差したものがみられる。
【００６１】
図１７に示されるように、実施例２に係る試料のカーボン材料層は、実施例１に係る試料のカーボン材料層の構造とは異なり、大凡ニッケルの粒界の大きさに合った数μｍの長さで水平方向に湾曲したグラファイトが間隔を開けてニッケル面上に並んで配置された構造を有していた。
【００６２】
図１８および図１９は、参考として示す、グラファイト被覆材の断面像である。図１８中の０．５μｍの厚さの部分がグラファイトの層であり、図１９中の０．３μｍの厚さの部分がグラファイトの層である。これらのグラファイトの層よりも表面側の層はＦＩＢによる切断の際に形成された保護用カーボン層である。気相拡散法で作製したグラファイトは結晶サイズが大きく成長することが知られている。実際、図１８および図１９に示されるように、グラファイト被覆材のグラファイトはニッケル板に水平成長していた。しかし、図１８のようにニッケルの粒界部でグラファイトの間隔が開いて隙間がありニッケルが露出している部分と、図１９のようにニッケル粒界部もグラファイトで覆われている部分とに分かれていた。
【００６３】
（測定例５）Ｘ線回折
実施例１に係る試料のカーボン材料層の表面および実施例１に係る試料のカーボン材料層の表面について、薄膜法（２θスキャン、θ＝０．３°に固定して、０．６μｍの情報深さで数ｍｍ２の面積）でＸ線回折スペクトルを測定した（Ｘ線源：Ｃｕ）。図２０に示されるように、実施例１に係る試料のカーボン材料層の場合には、薄膜法で測定しているにもかかわらず、下地のニッケルの回折ピークが強く現れた。それに対し、図２１に示されるように、実施例２に係る試料のカーボン材料層の場合には、ニッケルの回折ピークは微かにしか現れなかった。
【００６４】
ＦＩＢの断面観察と併せて推定すると、実施例１に係る試料のカーボン材料層では、実施例２に係る試料のカーボン材料層と比較して、表面に粒子状に存在しているニッケル量が全体として非常に多いことが分かる。
【００６５】
実施例１に係る試料のカーボン材料層、グラファイト被覆材および高結晶天然グラファイト（ＳＥＣカーボン社製「ＳＮＯ１０」）について、θ−２θ連動法によりＸ線回折スペクトルの測定を行った（Ｘ線源：Ｃｕ）。得られたＸ線回折スペクトルにおける（００２）面の回折ピークの形状（ピーク強度、半値全幅（単位：°））およびこの回折ピークから算出した平均面間隔（単位：Å）を表４に示す。
【００６６】
【表６】
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【００６７】
表２に示されるように、加圧・加熱作業を２回行った実施例１に係る試料の平均面間隔ｄ２００は、高結晶天然グラファイトの平均面間隔ｄ２００よりも低く、加圧・加熱作業を２回行った実施例１に係る試料の結晶性が高いことが確認された。また、加圧・加熱作業を２回行った実施例１に係る試料の半値全幅も、高結晶天然グラファイトの半値全幅よりも狭く、加圧・加熱作業を２回行った実施例１に係る試料では、大きな結晶が形成されていることが確認された。実施例１および実施例３に係る試料の半値全幅の対比により、加圧・加熱作業を繰り返すことにより、カーボン材料層においてグラファイトの結晶が成長している可能性が示された。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
以上のように、本発明に係る接点材料は、接触抵抗が低く、耐食性や摺動性に優れると期待されるため、かかる材料は、コネクタの電気接点部を構成する材料として好適である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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