KR102102583B1

KR102102583B1 - 전기접점 재료 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102102583B1
Application number: KR1020167024191A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 고바야시; 사토시 스즈키
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2020-04-21
Also published as: KR20160119141A; CN105940463B; JP5676053B1; CN105940463A; JPWO2015118627A1; WO2015118627A1

Abstract

슬라이딩 하중이 50gf 이상, 예를 들면 100gf 정도의 고하중이 되어도 우수한 내마모성을 나타냄과 함께, 특히 장시간 대기에 노출되는 가혹한 환경에서도 사용할 수 있고, 예를 들면 H₂S 가스나 SO₂ 가스 분위기하 등의 부식환경에서의 가속시험 후에 있어서도 전기접점 재료의 접촉저항 상승을 큰 폭으로 억제할 수 있어, 장기 신뢰성이 높은 전기접점 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도전성 기체(1)의 표면상에 제1 귀금속층(2)를 가지고, 상기 제1 귀금속층(2)의 표면상에 제2 귀금속층(3)을 가지는 전기접점 재료로서, 상기 제1 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=A㎛가 A＜1이고, 또 상기 제 1 귀금속층의 경도(Hv)가 150 이상이며, 상기 제2 귀금속층의 두께가 A㎛를 초과하여 1㎛ 이하이고, 또 상기 제 2 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=B㎛가 B≤0.1인 전기접점 재료 및 그 제조방법.

Description

전기접점 재료 및 그 제조방법{ELECTRICAL CONTACT MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은, 전기접점 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 서로 다른 귀금속 혹은 그 합금으로 이루어지는 2개의 귀금속층으로 피복된 전기접점 재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전기접점 부품으로는, 예전에 전기 전도성이 우수한 구리 또는 구리합금이 이용되어 왔지만, 근래는 접점 특성의 향상이 진행되어, 나동(bare copper) 또는 구리합금을 이용하는 케이스는 감소하고, 구리 또는 구리합금 상에 각종 표면 처리된 재료가 이용되고 있다. 특히 전기접점 재료로서 많이 이용되고 있는 것으로서, 전기 접점부에 귀금속 도금된 전기접점 재료가 있다. 그 중에서도 금, 은, 팔라듐, 백금, 이리듐, 로듐, 루테늄 등의 귀금속은, 안정성이나 우수한 전기 전도율을 나타내는 것 등에서, 각종 전기접점 재료에 이용되고 있다.

최근의 전기 접점재로서, 자동차 탑재용 옥내외 슬라이딩 접점이나, 리드 스위치, 카메라 마운트 접점용 스위치 등으로는, 예를 들면 누름에 의한 통상의 접촉식 외에 반복적인 슬라이딩을 수반하는 전기접점 재료로서 내마모성이 양호한 전기접점 재료가 이용되고 있다. 내마모성의 향상에 관해서는, 범용적인 것으로는 경질 은이나 경질 금을 사용한 전기접점 재료가 일반적이다. 또한 마이크로 입자를 분산시킨 도금이나 클래드 재료 등도 연구 개발되어 있고, 전기접점 재료의 슬라이딩 특성 등의 향상을 도모하여 다양한 표면 처리를 실시한 전기접점 재료가 개발되어 있다.

예를 들면 본 발명자들은, 특허문헌 1에 있어서, 도전성 기체(conductive substrate) 위에, 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛로, (A)가 0.05∼0.5인 귀금속 또는 귀금속을 주성분으로 한 합금으로 이루어지는 제1 귀금속층과, 상기 제 1 귀금속층의 상층에 피막 두께가 0.001×(A)㎛ 이상 (A)㎛ 이하의 귀금속 또는 귀금속을 주성분으로 한 합금으로 이루어지는 제2 귀금속층이 형성된 전기접점 재료로서, 상기 제1 귀금속층을 형성하는 귀금속이 금, 은, 팔라듐 및 백금으로부터 선택되고, 상기 제1 귀금속층을 형성하는 귀금속 또는 상기 제1 귀금속층을 형성하는 합금의 주성분인 귀금속에 대하여, 상기 제2 귀금속층을 형성하는 귀금속 또는 상기 제2 귀금속층을 형성하는 합금의 주성분인 귀금속이 다른 원소인 전기접점 재료를 제공하고 있다. 이 전기접점 재료는, 슬라이딩 특성이나 내마모성이 우수하여, 수명이 길며, 저비용으로 제조할 수 있는 전기접점 재료이다.

일본 특허공보 제 5128153 호

그런데, 특허문헌 1의 구성에서 전기접점 재료를 작성하여 평가를 행한 바, 경하중에 있어서의 슬라이딩 특성은 대단히 우수한 효과를 볼 수 있었지만, 예를 들면 하중 50gf 이상이 되면 슬라이딩 특성이 나빠지는 경향을 볼 수 있으며, 또 환경시험 후의 내식성이 나빠지는 경우가 있는 것을 알았다. 이것은, 황화수소(H₂S) 가스나 이산화유황(SO₂) 가스 등의 고부하환경에 있어서의 시험을 행했을 때, 상기 제1 귀금속층과 제2 귀금속층의 2층의 귀금속층의 핀홀이나 상기 제1 귀금속층과 도전성 기체의 사이에 형성되는 하지(下地) 금속층의 핀홀로부터, 하지 금속 혹은 기체(substrate)의 성분에서 유래하는 부식 생성물이 형성되어 접촉저항이 나빠지는 경우가 있는 것을 알았다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하여, 슬라이딩 하중이 50gf 이상, 예를 들면 100gf 정도의 고하중이 되어도 우수한 내마모성을 나타냄과 함께, 특히 장시간 대기에 노출되는 가혹한 환경에서도 사용할 수 있으며, 예를 들면 H₂S 가스나 SO₂ 가스 분위기하 등의 부식 환경에서의 가속시험 후에 있어서도 전기접점 재료의 접촉저항 상승을 큰 폭으로 억제할 수 있어, 장기 신뢰성이 높은 전기접점 재료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제에 대하여 예의 연구 개발을 진행시킨 결과, 본 발명자들은, 도전성 기체 상에 형성되는 제1 귀금속층과 제2 귀금속층의 각각의 금속층에 대하여, 그 표면 거칠기, 층 두께, 층의 경도 등을 적정하게 조정함으로써, 고하중에 있어서의 내마모성이나 슬라이딩 특성이 우수할 뿐만 아니라, 내식성에도 우수한 전기접점 재료를 제공할 수 있는 것을 찾아냈다. 본 발명은, 이 지견에 기초하여 이루어진 것에 이른 것이다.

즉, 본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다.

(1) 도전성 기체의 표면상에 제1 귀금속층을 가지고, 상기 제1 귀금속층의 표면상에 제2 귀금속층을 가지는 전기접점 재료로서,

상기 제1 귀금속층의 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=A㎛가 A＜1이고, 또 상기 제 1 귀금속층의 경도(Hv)가 150 이상이며,

상기 제2 귀금속층의 두께가 A㎛를 초과하여 1㎛ 이하이며, 또 상기 제2 귀금속층의 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=B㎛가 B≤0.1인 것을 특징으로 하는 전기접점 재료.

(2) 상기 A의 값이 0.001 이상 0.500 미만인 (1) 항에 기재된 전기접점 재료.

(3) 상기 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층이, 각각 금, 금합금, 은, 은합금, 백금, 백금합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금, 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 오스뮴, 오스뮴합금, 이리듐, 이리듐합금 중 어느 하나로 이루어지는 (1) 또는 (2) 항에 기재된 전기접점 재료.

(4) 상기 제1 귀금속층이 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 오스뮴, 오스뮴합금, 이리듐, 이리듐합금 중 어느 하나로 이루어지는 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 전기접점 재료.

(5) 상기 제2 귀금속층이 금, 금합금, 은, 은합금, 백금, 백금합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금 중 어느 하나로 이루어지는 (1)∼(4) 중 어느 한 항에 기재된 전기접점 재료.

(6) 상기 도전성 기체와 상기 제1 귀금속층 사이에 적어도 1층의 하지 금속층을 가지는 (1)∼(5) 중 어느 한 항에 기재된 전기접점 재료.

(7) 상기 하지 금속층이 니켈, 니켈합금, 코발트, 코발트합금 중 어느 하나로 이루어지는 (6) 항에 기재된 전기접점 재료.

(8) 상기 하지 금속층의 두께가 0.05∼3.00㎛인 (6) 또는 (7) 항에 기재된 전기접점 재료.

(9) 상기 도전성 기체가, 구리, 구리합금, 철, 철합금, 알루미늄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 이루어지는 (1)∼(8) 중 어느 한 항에 기재된 전기접점 재료.

(10) 상기 도전성 기체의 모상의 평균 결정립경이 5㎛ 이하인 (1)∼(9) 중 어느 한 항에 기재된 전기접점 재료.

(11) 상기 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층의 적어도 1층을 전기 도금법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 (1)∼(10) 중 어느 한 항에 기재된 전기접점 재료의 제조방법.

여기서, 본 발명에 있어서, 상기 제1 귀금속층이나 제2 귀금속층에서 「귀금속」이란, 도전성 기체의 재료보다 귀한 금속인 것을 말한다.

본 발명에 의하면, 고하중에 있어서의 내마모성이나 슬라이딩 특성, 및 내식성을 나타냄과 함께, 또한 접촉저항이 작은 전기접점 재료를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 전기접점 재료는, 예를 들면 특허문헌 1에 기재된 것 등보다 두꺼운 도금이지만, 최표면의 색조가 열화되기 어려워, 장기적으로 외관이 양호하다고 하는 효과도 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적당히 첨부된 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 하나의 실시형태의 제1 귀금속층과 제2 귀금속층의 경계를 모식적으로 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시형태의 제1 귀금속층과 제2 귀금속층의 경계를 모식적으로 나타내는 부분 확대 단면도이다.

본 발명은, 도전성 기체의 표면상에 제1 귀금속층을 가지고, 상기 제1 귀금속층의 표면상에 제2 귀금속층을 가지는 전기접점 재료로서, 상기 제1 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛가 (A)＜1이고, 또 상기 제 1 귀금속층의 경도(Hv)가 150 이상이며, 상기 제2 귀금속층의 두께가 (A)㎛를 초과하여 1㎛ 이하이고, 또 상기 제 2 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(B)㎛가 (B)≤0.1인 전기접점 재료이다. 여기서, 산술평균 거칠기(Ra)란, JIS　B　0601：2013에 따른 산술평균 거칠기(Ra)를 의미한다.

한편, 본 발명에 있어서, 제1 귀금속층과 제2 귀금속층의 각각은, 그 성분(즉 귀금속 원소의 종류)이 서로 다른 층이다. 제1 귀금속층과 제2 귀금속층의 각각은, 단일의 귀금속종으로부터 구성되어 있어도 좋고, 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어져 있어도 좋다. 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 경우는, 그 층 중의 질량비가 가장 큰 원소종이 귀금속인 것을 필요로 한다. 만약, 1개의 귀금속층이 복수의 귀금속을 포함하는 합금으로 이루어지는 경우는, 그 층 중의 모든 귀금속 합계의 질량비가, 그 층 중에서 가장 큰 비율로 되어 있는 것을 필요로 한다. 다만, 귀금속 합금의 비율이 정확히 50%일 때도, 이것을 귀금속층으로 한다.

여기서, 제1 귀금속층과 제2 귀금속층이, 각각 단일 귀금속종으로부터 구성되어 있는 경우에는, 상기 귀금속 원소종이 서로 다른 것을 필요로 한다. 한편, 제1 귀금속층과 제2 귀금속층이, 각각 귀금속을 포함하는 합금으로 구성되어 있는 경우에는, 상기 합금층을 구성하는 곳의 상기 그 층 중 질량비가 가장 큰 귀금속 원소종이 서로 다른 것을 필요로 한다.

본 발명의 전기접점 재료를 도면을 이용하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 이 실시형태에서는, 도전성 기체(1)의 표면상에 제1 귀금속층(2)이 형성되고, 그 표면상에 제2 귀금속층(3)이 더 형성되어 있다.

도 2는, 본 발명의 다른 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 여기에서는, 도전성 기체(1)의 표면상에, 제1 귀금속층(2) 및 제2 귀금속층(3)으로 이루어지는 피복층의 하지 금속층(4)이 형성되어 있다.

도 3은, 본 발명의 또 다른 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 여기에서는, 도전성 기체(1)의 표면상에 하지 금속층(4)이 형성되고, 하지 금속 금속층(4) 상에 제1 귀금속층(2) 및 제2 귀금속층(3)으로 이루어지는 피복층이 부분적으로 형성된 것이며, 귀금속화 절약에 있어서의 비용 다운이 도모된다. 한편, 도 3에 관련하여, 도전성 기체(1) 상의 하지 금속층(4)은 부분적으로 형성되어 있어도 좋고, 예를 들면 제1 귀금속층(2) 및 제2 귀금속층(3)으로 이루어지는 피복층이 형성되는 개소에만(피복층의 형상에 맞추어) 형성되어 있어도 좋다.

도 1∼도 3에서는, 간략화하여, 제1 귀금속층(2)과 제2 귀금속층(3)의 경계는 직선에 의해 나타나 있지만, 실제는, 도 4의 부분 확대 단면도에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 도전성 기체(1)의 표면상의 제1 귀금속층(2)의 표면은 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛가 되는 요철을 가지고 있고, 제2 귀금속층(3)의 막 두께는, (A)㎛를 초과 1㎛ 이하로 형성되어 있다.

한편, 도 5의 부분 확대 단면도에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 예를 들면 광택 도금을 제2 귀금속층(3)에 사용한 경우 등에는, 제1 금속층(2)의 표면측의 오목부에 두껍게 볼록부에 얇게 제2 귀금속층(3)을 형성하는 것도 가능하다. 또, 이때 예를 들면, 도금 후에 표면을 가볍게 랩핑하여 깎아, 제1 귀금속층(2) 표면측의 오목부에만 제2 귀금속층(3)을 피복해도 좋다. 여기서, 제2 귀금속층(3)을 제1 귀금속층(2) 표면측의 오목부에 두껍게, 볼록부에 얇게 형성하는 경우의 제2 귀금속층(3)의 막 두께는, 산술 평균에 의해 정의한다.

또, 사용하는 도전성 기체로서는, 구리 또는 구리합금, 철 또는 철합금, 알루미늄 또는 알루미늄합금제의 도전성 기체가 바람직하고, 그 중에서도 도전율이 좋은 구리 또는 구리합금제의 도전성 기체가 바람직하다.

예를 들면 구리합금의 예로서, CDA(Copper　Development　Association) 게재 합금인 「C14410(Cu-0.15Sn, 후루카와덴키고교(주) 제, 상품명：EFTEC-3)」, 「C19400(Cu-Fe계 합금 재료, Cu-2.3Fe-0.03P-0.15Zn)」, 「C18045(Cu-0.3Cr-0.25Sn-0.5Zn, 후루카와덴키고교(주) 제, 상품명：EFTEC-64T)」, 「C26800(Cu-35%Zn)」, 및 「C71500(Cu-30%Ni)」 등을 이용할 수 있다. 한편, 각 원소의 앞의 숫자의 단위는 질량%이다. 이들 구리합금제의 도전성 기체는 각각 도전율이나 강도가 다르기 때문에, 적당히 요구 특성에 의해 선택하여 사용되지만, 도전성이나 방열성을 향상시킨다고 하는 관점에서는, 도전율이 5%IACS 이상의 구리합금의 조재(bar)로 하는 것이 바람직하다. 한편, 구리 또는 구리합금을 도전성 기체로 할 때에 있어서의 「기체 성분」이란, 구리를 나타내는 것으로 한다.

또, 철 혹은 철합금으로서는, 예를 들면, 42앨로이(Fe-42mass%Ni)나 스테인리스 등이 이용된다. 이때의 기체 성분이란, 철을 나타내는 것으로 한다.

도전성 기체의 두께에는 특히 제한은 없지만, 통상, 0.05∼2.00㎜이며, 바람직하게는, 0.10∼1.00㎜이다.

또한 본 발명에 있어서의 도전성 기체로서, 도전성 기체 모재(matrix)의 평균 결정립경이, 5㎛ 이하인 것을 채용함으로써, 그 상층에 석출하는 도금을 치밀한 석출로 할 수 있고, 그 결과 다수의 결정립을 가지는 도금을 형성하여 입계 확산을 분산시켜, 기체 성분의 확산이 표층에 도달하는 시간을 큰 폭으로 늦출 수 있다. 그 결과, 제2 귀금속층의 표층에 있어서의 확산해 온 기체 성분의 부식을 억제할 수 있고, 접촉저항의 상승이 억제되어 신뢰성이 높은 전기접점 재료를 제공할 수 있다. 또, 도전성 기체 모재의 평균 결정립경이 작을수록 도전성 기체의 굽힘 가공성이 우수한 것도 상승효과로서 얻어진다.

도전성 기체 모재의 평균 결정립경은, 5㎛ 이하인 것이 바람직하지만, 도금의 치밀성을 보다 한층 높이기 위해서 3㎛ 이하가 보다 바람직하고, 1㎛ 이하가 더 바람직하다. 이 하한치에는 특히 제한은 없지만, 통상, 0.001㎛ 이상이다.

본 발명에 있어서, 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층을 형성하는 금속 또는 그 합금의 예로서는, 금, 금합금, 은, 은합금, 백금, 백금합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금, 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 오스뮴, 오스뮴합금, 이리듐, 이리듐합금 등을 들 수 있다.

여기서, 제1 귀금속층의 역할로서는, 최표면에 형성되는 제2 귀금속층의 내마모성을 향상시켜, 한층 더 내식성을 높이는 것이다. 이것은, 제1 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛를 (A)＜1로 함으로써, 내마모성을 향상시키고, 또 그 경도(Hv)를 150 이상, 바람직하게는 200 이상으로 함으로써, 내마모성을 보다 한층 개선할 수 있기 때문이다.

또, 상기 (A)의 값을 0.001 이상 0.500 미만으로 하는 것이 바람직하고, 이것에 의하여, 보다 내식성이 우수한 전기접점 재료를 얻을 수 있다.

특히 이러한 내마모성과 내식성의 향상을 용이하게 달성하기 위해서, 제1 귀금속층으로서, 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 오스뮴, 오스뮴합금, 이리듐, 이리듐합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하고, 제1 귀금속층이 팔라듐, 팔라듐합금, 로듐, 로듐합금 중 어느 하나로 이루어지는 것이 내마모성 및 접촉저항을 보다 작게 할 수 있기 때문에 더 바람직하다. (A)의 값은 바람직하게는, 0.001 이상 0.5 미만이며, 더 바람직하게는 0.005∼0.1이다. (A)의 값을 이 범위로 함으로써, 이 다음에 제1 귀금속층 상에 형성되는 제2 귀금속층의 표면을 쉽게 평활할 수 있는 것으로 할 수 있다.

한편, 이 제1 귀금속층의 피복 두께에 대해서는, 특히 제한되는 것은 아니지만, 비용이나 굽힘 가공성을 고려하면, 0.001∼3㎛인 것이 바람직하고, 0.05∼1㎛인 것이 더 바람직하다.

제2 귀금속층은, 제1 귀금속층을 구성하는 귀금속과는 다른 귀금속으로 구성된다. 제2 귀금속층은, 본 발명의 전기접점 재료의 최표면 피복층으로서, 제2 귀금속층의 피막 두께는, 제1 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)인 (A)㎛를 초과하여 1㎛ 이하이며, 또 상기 제 2 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(B)㎛가, B≤0.1이다. 이 제2 귀금속층은, 제1 귀금속층을 보호하고, 게다가 도전 특성의 양호한 제1 귀금속층과는 다른 귀금속의 층으로서 설치한 것이다. 제2 귀금속층의 표면은, 초기의 슬라이딩 면이 되지만, 제1 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)인 (A)㎛의 요철에 제2 귀금속층이 매몰됨으로써, 전기접점 재료로서 필요한 저 접촉저항 특성이나 슬라이딩 접점으로서 필요한 기능인 표면 윤활성·내마모성을 겸비한 피복층으로서 기능한다. 제2 귀금속층은, 제1 귀금속층의 요철을 메우는 정도 존재할 뿐만 아니라, 그 두께를 상기 (A)㎛를 초과하여 1㎛ 이하로 함으로써, 보다 한층 내식성을 향상시킨 피막으로 한다. 또한 제2 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(B)㎛를 (B)≤0.1로 함으로써, 요철에 의한 마모를 억제하여 제1 귀금속층 내지는 도전성 기체의 노출을 방지하는 효과를 발휘한다. 이와 같이 제2 귀금속층을 제1 귀금속층의 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛ 보다 두껍게 형성하는 본 발명의 전기접점 재료에 있어서는, 피복층을 구성하는 귀금속의 사용량이 특허문헌 1보다 많아지기 때문에 고비용으로는 되지만, 내식성 향상의 관점에서 우수하므로, 장기 사용 환경에 있어서의 토탈 비용으로서 저감으로 연결될 수 있다.

상기 제2 귀금속층의 재료로서는, 금, 금합금, 은, 은합금, 백금, 백금합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금 등이 적합하게 이용되고, 특히 내식성이 요구되는 용도에는 금, 금합금, 백금, 백금합금이 바람직하다. 한편, 전기 접점이 수지 몰드 되어 대기에 노출될 염려가 적은 전기접점 재료이면, 은, 은합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금을 제2 귀금속층의 재료로서 이용하는 것도 가능하다. 이들 금속이나 그 합금은, 우수한 땜납 젖음성이나 접촉저항 특성을 나타내기 때문에, 용도나 케이스에 따라서 적당히 선택하는 것이 가능하다.

본 발명의 전기접점 재료(예를 들면, 슬라이딩 접점재료)에는, 도전성 기체와 제1 귀금속층 사이에 하지 금속층을 형성해도, 형성하지 않아도 좋다. 예를 들면 니켈, 니켈합금, 코발트, 코발트합금 중 어느 하나로 이루어지는 하지 금속층을 형성함으로써, 제1 귀금속층과 기체 성분의 확산 배리어나 밀착성 향상이 가능하므로 바람직하다. 특히 도전성 기체보다 귀한 금속을 도금 처리에 의하여 상기 제1 귀금속층이나 제2 귀금속층으로서 형성되는 본 발명에 있어서는, 그 도금처리 전에 플래시 도금 혹은 스트라이크 도금 등의 하지 처리에 의하여 하지 금속층을 형성해 두는 것이, 밀착성 향상이나 치환 방지를 위해서 유효하다. 또, 하지 금속층은 복수층으로 해도 좋고, 상기 제1 귀금속층이나 제2 귀금속층의 피복의 사양이나 용도 등에 따라, 통상의 방법에 의하여, 각종의 구성으로서 마련할 수 있다. 단일층 또는 복수층으로서의 하지 금속층 합계의 두께는 0.05∼3㎛가 바람직하고, 0.5∼1㎛가 보다 바람직하다.

본 발명의 전기접점 재료를 제조하기 위해서는, 도금, 클래드, 증착, 스퍼터 등의 각종 피막 형성법을 이용할 수 있지만, 특히 박막을 용이하게 형성하는 방법으로서, 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층 중 적어도 1층을 전기 도금법으로 형성하는 것이 바람직하고, 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층 두 층을 전기 도금법으로 형성하는 것이 보다 바람직하다. 전기 도금액의 조성 및 도금 조건은 통상의 방법에 따라서 적당히 정할 수 있다. 또, 필요 금속량을 억제하기 위해서, 제1 귀금속층 혹은 제2 귀금속층, 또는 그 양쪽의 귀금속 피복층을, 스트라이프 형상이나 스폿 형상 등으로 부분적으로 형성하는 것도 유용하다.

본 발명의 전기접점 재료에 있어서의 상기 제1 귀금속층과 제2 귀금속층으로 이루어지는 피복층은, 특히 광택, 반광택, 무광택의 외관 종류는 묻지 않고, 모두 적응 가능하다. 또, 상기 본 발명의 구성으로 하는 것만으로도 효과는 충분하지만, 한층 더 효과를 향상시키기 위해서, 통상 이용되는 각종 첨가제, 분산제, 분산입자 등을 상기 제1 귀금속층과 제2 귀금속층으로 이루어지는 피복층과 중간층 중 1개 이상의 층에 함유시킨 복합 피복으로 하는 것도 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 한층 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

두께 0.3㎜, 폭 50㎜의 표 1에 나타내는 도전성 기체에 이하에 나타내는 사전처리를 행한 후, 표 1에 나타내는 하지 금속층, 제1 귀금속층, 제2 귀금속층을 이 순서로 전기 도금법에 따라 도전성 기체 상에 형성하고, 표 1에 나타내는 발명예, 비교예 및 종래예의 전기접점 재료를 얻었다.

한편, 각 층의 피복 두께는 형광X선 막 두께 측정장치(SFT-9400, 상품명, SII사 제)를 사용하고, 콜리메이터 지름 0.5㎜로서 임의의 개소 10점을 측정하여, 그 평균치를 산출함으로써 피복 두께로 했다.

(사전처리 조건)

［캐소드 전해 탈지］

탈지액：NaOH　60g/ℓ

탈지 조건：2.5A/d㎡, 온도 60℃, 탈지 시간 60초

［산세］

산세액：10% 황산

산세 조건：30초 침지, 실온

(하지 금속층 도금 조건)

［Ni도금］

도금액：Ni(SO₃NH₂)₂·4 H₂O　500g/ℓ, NiCl₂　30g/ℓ, H₃BO₃　30g/ℓ

도금 조건：온도　50℃

［Co도금］

도금액：Co(SO₃NH₂)₂·4 H₂O　500g/ℓ, CoCl₂　30g/ℓ, H₃BO₃　30g/ℓ

도금 조건：온도　50℃

(제1 귀금속층 도금 조건)

［Pd도금 1 (Pd1)］

도금액：Pd(NH₃)₂Cl₂　45g/ℓ, NH₄OH　90㎖/ℓ, (NH₄)₂ SO₄　50g/ℓ, 파라시그마 광택제(상품명, 마츠다산교 가부시키가이샤제)　10㎖/ℓ

도금 조건：전류 밀도　5A/d㎡, 온도　60℃

［Pd도금 2 (Pd2)］첨가제 프리 욕：비교예 2에서 사용

도금액：Pd(NH₃)₂Cl₂　45g/ℓ, NH₄OH　90㎖/ℓ, (NH₄)₂SO₄　50g/ℓ

도금 조건：전류 밀도　3A/d㎡, 온도　60℃

［Rh도금］

도금액：RHODEX(상품명, 일본 일렉트로플레이팅 엔지니어스(주) 제)

도금 조건：1.3A/d㎡, 온도　50℃

［Ru도금］

도금액：RUTHENEX100(상품명, 일본 일렉트로플레이팅 엔지니어스(주) 제)

도금 조건：전류 밀도　1A/d㎡, 온도　65℃

［Ir도금］

도금액：IRIDEX100(상품명, 일본 일렉트로플레이팅 엔지니어스(주) 제)

도금 조건：0.2A/d㎡, 온도　85℃

(제2 귀금속층 도금 조건)

［Au도금］

도금액：KAu(CN)₂　14.6g/ℓ, C₆H₈O₇　150g/ℓ, K₂C₆H₄O₇　180g/ℓ

도금 조건：온도　40℃

［Pt도금］

도금액：Pt(NO₂)(NH₃)₂　10g/ℓ, NaNO₂　10g/ℓ, NH₄NO₃　100g/ℓ, NH₃　50㎖/ℓ

도금 조건：온도　80℃

［Ag도금］

도금액：AgCN　50g/ℓ, KCN　100g/ℓ, K₂CO₃　30g/ℓ

도금 조건：전류 밀도　1A/d㎡, 온도　30℃

［Ag-Se합금 도금］

도금액：KCN　150g/ℓ, K₂CO₃　15g/ℓ, KAg[CN]₂　75g/ℓ, Na₂O₃Se·5H₂O　5g/ℓ

도금 조건：전류 밀도　2A/d㎡, 온도　50℃

［Sn도금］

도금액：SnSO₄　80g/ℓ, H₂SO₄　80g/ℓ

도금 조건：전류 밀도　2A/d㎡, 온도　30℃

얻어진 각 전기접점 재료에 관하여, 이하의 시험 조건으로 각종 특성을 시험, 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

(1A) 도전성 기체의 평균 결정립경(GS)：

FIB에 의해 도전성 기체의 단면 시료를 3시야 제작 후, SIM상 관찰을 행하여, 1시야당 3개소에 대하여 입경을 측정하여, 그 평균치를 표 1에 나타냈다.

(1B) 두께 측정：제1 귀금속층, 제2 귀금속층, 및 하지 금속층의 두께는, SII 나노테크놀로지제 형광X선 막두께계(상품명：SFT9400)에 의하여 측정했다. 콜리메이터 지름 0.5㎜를 사용하여 임의의 개소 10점을 측정하고, 그 평균치를 산출함으로써 피복 두께로 했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

(1C) 경도 측정：JIS　Z　2244：2009에 따라, 측정 하중을 0.005N으로 했을 때의 제1 귀금속층의 비커스 경도(Hv)를 측정했다. 역시, 제2 귀금속층을 피복하기 전의 경도이다. 결과를 표 1에 나타냈다.

(1D) 산술평균 거칠기(Ra)：산술평균 거칠기(Ra)는, 고사카켄쿠쇼 가부시키가이샤제 표면 조도계(상품명：사프코다 SE3500)에 의하여 측정했다. 촉침 선단 반경 2㎛, 측정력 0.75N 이하의 측정 조건에 있어서, 제1 귀금속층의 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛와 제2 귀금속층의 산술평균 거칠기(Ra)=(B)㎛를 측정했다. 결과를 표 1에 나타냈다.

(2A) 동마찰(kinetic friction) 계수 측정：슬라이딩 시험장치(HEIDON　Type：14FW, 상품명, 신토카가쿠사 제)를 이용하여, 동마찰 계수 측정을 행하였다. 측정 조건은, 이하와 같다.

R=2.0㎜　강구(鋼球) 프로브, 슬라이딩 거리　10㎜, 슬라이딩 속도　100㎜/분, 슬라이딩 횟수 왕복 100회, 하중　100gf

상기 슬라이딩 시험에 있어서, 왕복 슬라이딩 횟수가 1회, 50회, 100회 후의 각각의 동마찰 계수를 측정하여, 표 2에 나타냈다.

(2B) 마모 깊이：상기 슬라이딩 시험 종료 후의 마모 깊이에 대하여, 현미경(VH8000, 상품명, 키엔스사 제)을 이용하여, 슬라이딩 자국 중앙 단면의 깊이(㎛)를 측정했다. 그 가장 깊은 곳을 마모 깊이로서 표 2에 나타냈다.

(2C) 접촉저항 측정：내식성의 지표로서, 이하와 같이 접촉저항을 측정, 평가했다. 4단자법으로, 최표층(상기 제2 귀금속층)을 형성 후에 접촉저항을 측정했다. 측정은, 최표층 형성 직후(초기), 이산화유황 시험(SO₂　10ppm, 40℃, 80%RH, 168시간) 후, 황화수소 시험(H₂S　3ppm, 40℃, 80%RH, 168시간) 후의 3수준으로 행하였다. 평가는, 반경 2㎜의 Ag프로브를 사용하고, 10㎃통전, 하중 10gf에서 측정점 10점의 접촉저항을 측정하고, 그 평균치를 산출하여 접촉저항으로 했다. 평가로서는, 10mΩ 이하를 「우수」로서 「A」로, 10mΩ를 초과하여 50mΩ 이하를 「양호」로서 「B」로, 50mΩ를 초과하여 100mΩ 이하를 「가능」으로서 「C」로, 100mΩ를 초과한 것을 「불가」로서 「D」로 표 2에 나타냈다. 실용 레벨을 「C」 혹은 「B」 혹은 「A」로서 판정한다.

(2D) 굽힘 가공성：각 시료에 대하여, 굽힘 가공 반경 0.9㎜(R/t=3)로 V굽힘 시험을 압연 줄무늬에 대하여 직각 방향으로 실시 후, 그 정상부(頂上部)를 현미경(VH8000, 상품명, 키엔스사 제)으로 관찰 배율 200배로 관찰했다. 균열이 인지되지 않은 것을 「우수」로서 「A」로 나타내고, 경미한 균열이 생긴 것을 「가능」으로서 「B」로 나타내며, 비교적 큰 균열이 생긴 것을 「불가」로서 「C」로 표 2에 나타냈다. 실용 레벨을 「B」 혹은 「A」로서 판정한다.

(2E) 땜남 젖음성：상기 도금 처리에 의하여 얻은 각 시험편을 MODEL　SAT-5100(상품명, 레스카사 제)을 이용하여, Sn-3Ag-0.5Cu 땜납욕에, 욕온 245℃, 침지 거리 10㎜, 침지 속도 25㎜/초의 조건하에서, 이소프로필 알코올-25질량% 로진 플럭스를 사용하여 침지했다. 시험편 침지로부터 젖는 힘이 제로를 통과할 때까지의 시간(제로 크로스 타임)을 측정했다. 그 결과의 제로 크로스 타임(초)을 표 2에 나타냈다. 제로 크로스 타임이 1초 미만인 것을 「우수」, 1초 이상 3초 이내인 것을 「가능」, 3초를 초과한 것을 「불가」로서, 땜납 젖음성을 평가한다.

상기 결과로부터, 각 발명예에서는 100gf의 고슬라이딩 하중 아래에서도 안정된 동마찰 계수를 나타내어 슬라이딩 특성이 양호하고, 대 마모 깊이로 나타내는 내마모성이 우수하며, 접촉저항으로 나타내는 내식성이 우수하고, 굽힘 가공성과 땜납 젖음성도 양호한 것을 알 수 있다.

이것에 대하여, 각 비교예와 종래예에서는 몇 개의 특성에 뒤떨어진 결과였다.

비교예 1은 제2 귀금속층의 표면조도 Ra(B)가 너무 높기 때문에, 100gf의 고슬라이딩 하중 아래에서 수 슬라이딩 횟수가 50회부터 100회가 되면 접촉저항이 증대하고 있고, 또, 굽힘 가공성이 나빴다. 비교예 2는 제1 귀금속층의 경도가 너무 낮기 때문에, 100gf의 고슬라이딩 하중 아래에서 수 슬라이딩 횟수가 50회부터 100회가 되면 접촉저항이 증대하고 있고, 또, 내마모성이 나빴다. 종래예 1은 제2 귀금속층의 피복 두께가 제1 귀금속층 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=(A)㎛보다 얇기 때문에, 100gf의 고슬라이딩 하중 아래에서 수 슬라이딩 횟수가 50회부터 100회가 되면 접촉저항이 증대했다. 이들 비교예와 종래예는, 모두 실용 레벨을 만족하지 않았다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 전기접점 재료는, 통상의 접촉식 전기 접점이라면 어떠한 타입에서도 적합하게 이용할 수 있다. 특히 내마모성과 내식성이 우수하기 때문에, 예를 들면, 자동차 탑재용 옥내외 슬라이딩 접점이나, 리드 스위치, 모터용 정류자 접점 및 브러쉬재, 카메라 마운트 접점용 스위치 등의 전기 접점용의 재료로서 특히 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려 하지 않고, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 한다고 생각한다.

1: 도전성 기체
2: 제1 귀금속층
3: 제2 귀금속층
4: 하지 금속층

Claims

도전성 기체의 표면상에 제1 귀금속층을 가지고, 상기 제1 귀금속층의 표면상에 제2 귀금속층을 가지는 전기접점 재료로서,
상기 제1 귀금속층의 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=A㎛가 A＜1이고, 또 상기 제 1 귀금속층의 경도(Hv)가 150 이상이며,
상기 제2 귀금속층의 두께가 A㎛를 초과하여 1㎛ 이하이며, 또 상기 제2 귀금속층의 표면의 산술평균 거칠기(Ra)=B㎛가 B≤0.1이며,
상기 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층이, 각각 금, 금합금, 은, 은합금, 백금, 백금합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금, 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 오스뮴, 오스뮴합금, 이리듐, 이리듐합금 중 어느 하나로 이루어지며,
상기 도전성 기체의 모상의 평균 결정립경이 5㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 전기접점 재료.
제1 항에 있어서,
상기 A의 값이 0.001 이상 0.500 미만인 전기접점 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제1 귀금속층이 팔라듐, 팔라듐합금, 루테늄, 루테늄합금, 로듐, 로듐합금, 오스뮴, 오스뮴합금, 이리듐, 이리듐합금 중 어느 하나로 이루어지는 전기접점 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제2 귀금속층이 금, 금합금, 은, 은합금, 백금, 백금합금, 인듐, 인듐합금, 주석, 주석합금 중 어느 하나로 이루어지는 전기접점 재료.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 도전성 기체와 상기 제1 귀금속층 사이에 적어도 1층의 하지 금속층을 가지는 전기접점 재료.
제 5 항에 있어서,
상기 하지 금속층이 니켈, 니켈합금, 코발트, 코발트합금 중 어느 하나로 이루어지는 전기접점 재료.
제 5 항에 있어서,
상기 하지 금속층의 두께가 0.05∼3.00㎛인 전기접점 재료.
제 5 항에 있어서,
상기 도전성 기체가, 구리, 구리합금, 철, 철합금, 알루미늄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 이루어지는 전기접점 재료.
상기 제1 귀금속층 및 제2 귀금속층의 적어도 1층을 전기 도금법으로 형성하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전기접점 재료의 제조방법.
삭제
삭제