JP6877210B2 - 銀メッキ銅系基材およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、銅系基材に光沢銀メッキ層を形成した銀メッキ銅系基材およびその製造方法に関するものである。

銅板に銀メッキ層を形成した銀メッキ銅板がスイッチの端子として使用されている。そのスイッチの端子は、銀メッキ銅板をプレス絞り加工し、端子の接触部分に凸部を形成している。凸部によって端子同士が押圧されたときの接触を良くすることができる。見栄えを良くするために銀メッキ層を光沢銀メッキ層にすることが考えられる。銀に光沢剤のセレンを添加することで光沢銀メッキ層になる。

しかし、銀に光沢剤を添加したことで、光沢銀メッキ層のビッカース硬度は１１０〜１３０になる。光沢銀メッキ層が硬いため、プレス絞り加工の際、凸部にクラックが生じる場合がある。クラックによって凸部の接触が悪くなったり、電気抵抗が上昇するおそれがある。光沢銀メッキ層にクラックが生じると、見栄えも悪くなる。

下記の特許文献１は、導電性基材の上に下地層、中間層、最表層の順で積層した可動接点用材料を開示している。最表層が銀とセレンの合金を使用している。また、下地層にニッケルなどを使用し、下地層の厚みを規定することで、下地層のクラックを防止することが開示されている。

しかし、特許文献１は最表層のクラックを防止することについて言及されていない。下地層にクラックが生じなくても最表層にクラックが生じるおそれがある。

特開２０１５−１１７４２４号公報（明細書段落００１５、００２３）

本発明は、プレス絞り加工などの加工をおこなうとき、光沢銀メッキ層にクラックが生じにくい銀メッキ銅系基材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の銀メッキ銅系基材の製造方法は、銅系基材を準備する工程、銅系基材に光沢銅メッキ層を形成する工程、光沢銅メッキ層の上に光沢銀メッキ層を形成する工程、光沢銅メッキ層と光沢銀メッキ層を形成した銅系基材を非酸化性雰囲気を通過させて光沢銀メッキ層を焼鈍させる工程を備える。

また、銀メッキ銅系基材は、銅系基材、銅系基材に形成された光沢銅メッキ層、光沢銅メッキ層の上に形成され、厚みが６〜８μｍであり、ビッカース硬度が７０〜９０である光沢銀メッキ層を備える。

本発明によると、光沢銀メッキ層を非酸化性雰囲気の中で焼鈍させている。そのため、光沢銀メッキ層のビッカース硬度を低くすることができる。銀メッキ銅系基材をプレス絞り加工などで凸部を形成しても、光沢銀メッキ層にクラックが生じにくい。非酸化性雰囲気で焼鈍しているため、銅系基材が酸化しにくく、銅系基材の外観を損ないにくい。また、銅系基材が無光沢の場合、光沢銀メッキ層が無光沢の銅系基材に隣接するため、光沢銀メッキ層の見栄えが良い。

銀メッキ銅系基材を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。 銀メッキ銅系基材のメッキ方法を示す図である。 銀メッキ銅系基材の製造過程を示す図であり、（ａ）は銅系基材にマスキングテープを貼り付けた図であり、（ｂ）はマスキングテープのない部分に光沢銅メッキ層を形成した図であり、（ｃ）は光沢銅メッキ層の上に光沢銀メッキ層を形成した図である。 銀メッキ銅系基材の焼鈍方法を示す図である。 銀メッキ銅系基材を示す斜視図であり、（ａ）は光沢銀メッキ層を正方形にした図であり、（ｂ）は光沢銀メッキ層を円形にした図である。

本発明の銀メッキ銅系基材およびその製造方法について図面を用いて説明する。

[実施形態１]
図１に示す銀メッキ銅系基材１０は、銅系条材１２、銅系条材１２の表面に形成された光沢銅メッキ層１４、光沢銅メッキ層１４の表面に形成された光沢銀メッキ層１６を備える。

銅系基材である銅系条材１２は純銅または銅合金からなる銅系材料で構成される。銅合金として、リン青銅、アルミニウム青銅、黄銅、洋白、ベリリウム銅、チタン銅、 コルソン合金、白銅、赤銅などがあげられる。

銅系条材１２として、たとえば幅が約８０ｍｍ、厚みが約０．８ｍｍの条（帯状体）を使用する。銅系条材１２を打ち抜き加工等し、銅系条材１２に所定形状の開口や切り欠きを形成していてもよい。

光沢銅メッキ層１４は銅系条材１２の表面の一部に形成されている。図１では銅系条材１４の一面１８に光沢銅メッキ層１４が配置されているが、他面２０に配置されても良いし、一面１８と他面２０の両方に配置されていてもよい。光沢銅メッキ層１４は銅系条材１２よりも幅の狭い帯状になっていて、その長さ方向は銅系条材１２の長さ方向と同じである。図１では光沢銅メッキ層１４が２本であるが、光沢銅メッキ層１４の本数は限定されない。光沢銅メッキ層１４の厚みは１μｍ以下であり、たとえば約０．５μｍである。

光沢銅メッキ層１４は光沢を出すために、メッキをする際に塩化物イオン、SPS（ビス-３-スルホプロピル-ジスルフィド）、メルカプトベンゾチアゾールプロパンスルホン酸、JGB（ヤーナスグリーンB）、ポリエチレングリコール系の光沢剤によって銅の表面を平滑にしたメッキ層である。具体的な光沢剤として、ローム・アンド・ハース電子材料株式会社製「カパーグリーム125」が挙げられる。光沢銅メッキ層１４は光沢を有する。

光沢銀メッキ層１６は光沢銅メッキ層１４の上に重ねられていて、光沢銅メッキ層１４と同様に帯状である。光沢銀メッキ層１６は光沢を出すために、銀にセレンまたはアンチモンが添加されたメッキ層である。

光沢銀メッキ層１６の下に光沢銅メッキ層１４がなければ光沢銀メッキ層１６が黒くくすむ場合がある。本願は光沢銅メッキ層１４によって光沢銀メッキ層１６が光沢を持った銀色になっている。一面１８を上面視すると、無光沢の銅系条材１２に挟まれた光沢銀メッキ層１６が光沢によって光るため、光沢銀メッキ層１６の輝きが明るく感じられ、銀メッキ銅系基材１０の見栄えが良くなっている。

後述するように焼鈍によって光沢銀メッキ層１６のビッカース硬度（Ｈｖ）は約７０〜９０である。たとえばセレンを添加した通常の光沢銀メッキ層のビッカース硬度は約１１０〜１３０であるが、本願は光沢銀メッキ層１６のビッカース硬度を低くしているので、プレス絞り加工で凸部を形成しても、光沢銀メッキ層１６にクラックが生じにくい。

光沢銀メッキ層１６の厚みは約１〜１０μｍであり、好ましくは約６〜８μｍである。この厚みよりも薄い場合、銀メッキ銅系基材１０をプレス絞り加工して凸部を形成すると、光沢銀メッキ層１６が薄くなって光沢銅メッキ層１４や銅系条材１２が表面に現れるおそれがある。また、光沢銀メッキ層１６の厚みが厚くなりすぎると、製造に時間がかかり、材料費も含めてコストアップになる。

次に銀メッキ銅系基材１０の製造方法について説明する。本願は下記の（１）から（８）の順番で銀メッキ銅系基材１０を製造する。

（１）銅系条材１２を準備する。図２のように、供給側ロール２２に巻回されてロール状になった銅系条材１２を準備する。供給側ロール２２から銅系条材１２を引き出し、銅系条材１２を走行させながら銀メッキ銅系基材１０を製造する。なお、銅系条材１２を走行させる途中で、必要に応じてロール２４によって走行方向を変更したり、テンションを掛けたりする。

なお、以下の工程の前に、必要に応じて銅系条材１２を洗浄する。洗浄方法として陰極電解脱脂および酸浸漬があげられる。陰極電解脱脂は水酸化ナトリウム水溶液を使用し、酸浸漬は硫酸を使用する。

（２）銅系条材１２において、光沢銅メッキ層１４および光沢銀メッキ層１６を形成しない部分にメッキレジストを形成する。たとえば、図３（ａ）に示すように、メッキレジストとして、マスキングテープ２６を使用する。マスキングテープ２６として、たとえばポリエステル系樹脂やフッ素系樹脂が用いられる。マスキングテープ２６における銅系条材１２の貼り付け部分にシリコン系の粘着層（図示せず）を備える。マスキングテープ２６の厚みはたとえば約０．０８〜０．１ｍｍである。

図３（ａ）では、銅系条材１２の一面１８に３本の帯状のマスキングテープ２６を貼り付け、他面２０の全体にマスキングテープ２６を貼り付けている。形成する光沢銅メッキ層１４および光沢銀メッキ層１６の形状によって、マスキングテープ２６の幅や位置を変更する。

マスキングテープ２６の貼り方は以下のとおりである。図２に示すように、マスキングテープ２６は供給側ロール２８に巻回されてロール状になっている。マスキングテープ２６を引き出しながら、銅系条材１２とマスキングテープ２６の同期を取る。貼り付け用ロール３０が銅系条材１２とマスキングテープ２６の走行速度に同期しながら回転し、貼り付け用ロール３０で銅系条材１２とマスキングテープ２６を挟み込むことで、マスキングテープ２６を銅系条材１２の表面に貼り付ける。

（３）電気メッキによって銅系条材１２に光沢銅メッキ層１４を形成する（図３（ｂ））。図２のように、銅系条材１２をメッキ槽３２に溜められたメッキ液３４の中を走行させる。メッキ液３４は硫酸銅浴があげられ、その中に硫酸銅、硫酸および塩化物イオンを含む。また、上述したような光沢剤をメッキ液３４の中に添加する。

メッキ槽３２の上流と下流に陰極３６、メッキ液３４の中に陽極３８が配置されている。陰極３６はロール状であり、銅系条材１２に接しながら回転する。銅系条材１２にマスキングテープ２６が貼り付けられても、その厚みが薄く、銅系条材１２の走行中のブレやバタつき等で陰極３６が銅系条材１２に接触する。陽極３８は銅系条材１２に非接触の板状の電極である。

銅系条材１２を走行させながら、銅系条材１２とメッキ液３４を通電させ、銅系条材１２のマスキングテープ２６の無い部分に光沢銅メッキ層１４を電析させる。電析させるときの電流密度の一例は約１〜２０Ａ／ｄｍ^２であるが、メッキ液３４の組成や温度、銅系条材１２の走行速度などによって適宜変更する。

（４）電気メッキによって光沢銅メッキ層１４の上に光沢銀メッキ層１６を形成する（図３（ｃ））。図２のように、光沢銅メッキ層１４を形成した銅系条材１２をメッキ槽４０に溜められたメッキ液４２の中を走行させる。メッキ液４２はシアン化銀カリウムを主成分とするメッキ液を使用し、セレンまたはアンチモンを含む光沢剤をメッキ液４２の中に添加する。

メッキ槽４０の上流と下流に陰極４４、メッキ液４２の中に陽極４６が配置されている。陰極４４はロール状であり、銅系条材１２の上の光沢銅メッキ層１４に接しながら回転する。陽極４６は銅系条材１２等に非接触の板状の電極である。光沢銅メッキ層１４を形成した銅系条材１２を走行させながら、その銅系条材１２とメッキ液４２を通電させ、光沢銅メッキ層１４の上に光沢銀メッキ層１６を電析させる。電析させるときの電流密度の一例は約０．５〜１．５Ａ／ｄｍ^２であるが、メッキ液４２の組成や温度、銅系条材１２の走行速度などによって適宜変更する。光沢剤がセレンの場合、この段階での光沢銀メッキ層１４のビッカース硬度（Ｈｖ）は１１０〜１３０である。

（５）銅系条材１２からマスキングテープ２６を剥がす。図２のように、マスキングテープ２６を剥ぎ取り用ロール４８に沿って走行させ、巻取り側ロール５０に巻き取る。光沢銅メッキ層１４と光沢銀メッキ層１６が積層された銅系条材１２は直進するのに対し、マスキングテープ２６は銅系条材１２から離れる方向に移動する。そのため、銅系条材１２からマスキングテープ２６が剥がれる。

マスキングテープ２６を剥がした後、必要に応じて各メッキ層１４、１６が積層された銅系条材１２を洗浄および乾燥させる。洗浄方法として、第三リン酸ソーダに銅系条材１２を浸す方法があげられる。

（６）光沢銅メッキ層１４と光沢銀メッキ層１６を形成した銅系条材１２を非酸化性雰囲気を通過させて光沢銀メッキ層１４を焼鈍させる。図４に示すように、焼鈍させるための焼鈍炉５２は、耐熱性の焼鈍炉本体５４、焼鈍炉本体５４の上方にある銅系条材１２の入口５６、焼鈍炉本体５４の下方にある銅系条材１２の出口５８、焼鈍炉本体５４に設けられたバーナー６０、入口５６付近の換気口６２を備える。焼鈍炉本体５４は筒型形状であり、入口５６と出口５８は焼鈍炉本体５４よりも狭くなっている。

出口５８は水槽６４の中に貯められた冷却液６６の中にあり、焼鈍炉本体５４への空気の出入り口は入口５６と換気口６２である。焼鈍炉本体５４の中でバーナー６０を点火することで、焼鈍炉本体５４の中が非酸化性雰囲気になる。たとえば、焼鈍炉本体５４の中の酸素濃度は１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下である。酸素濃度は、換気口６２からの吸排気によって調節する。その吸排気のためにポンプを使用してもよい。

銅系条材１２が入口５６から出口５８まで鉛直方向に走行する。銅系条材１２が入口５６から出口５８まで到達する時間は数秒から数十秒であり、その間に光沢銀メッキ層１４の表面を５００〜７００℃にし、光沢銀メッキ層１４を焼鈍させる。焼鈍によって光沢銀メッキ層１４のビッカース硬度（Ｈｖ）を７０〜９０にする。光沢銀メッキ層１４に対向する位置にバーナー６０を配置し、光沢銀メッキ層１４が所定の温度になりやすくしてもよい。

銅系条材１２は非酸化性雰囲気を通過するため、その表面が酸化しにくくなっている。銅系条材１２を酸化させずに光沢銀メッキ層１４を焼鈍させることができる。

（７）光沢銀メッキ層１４を焼鈍させた銅系条材１２を冷却する。焼鈍炉５２の出口５８が冷却液６６の中にあり、非酸化性雰囲気の中から直接冷却液６６の中に銅系条材１２を入れることができる。銅系条材１２が通常の空気に触れず、酸化させにくい。銅系条材１２は冷却液６６の中を走行して冷却される。冷却液６６は水（純水を含む）やフッ素系不活性液体を使用してもよい。フッ素系不活性液体であれば、銅系条材１２を腐食させにくい。

（８）冷却することで銀メッキ銅系基材１０が完成しており、それを巻取り側ロール６８に巻取りロール状にする。巻き取る前に、銀メッキ銅系基材１０を洗浄し、乾燥させることが好ましい。洗浄方法として、第三リン酸ソーダに銀メッキ銅系基材１０を浸す方法があげられる。

上記（１）〜（８）の工程は、インラインで連続的に行われることを前提に説明しているが、任意の工程を分離しておこなってもよい。たとえば、上記（２）、（３）、（４）、（５）の少なくとも一つの工程後に、それまでに製造されたものをロールに巻き取って、次の工程で引き出して使用する。

また完成した銀メッキ銅系基材１０を所定形状に切断し、種々のスイッチの端子やリードフレームなどに使用する。所定形状に切断した銀メッキ銅系基材１０に対してプレス絞り加工し、光沢銀メッキ層１６のある部分に凸部を形成してもよい。凸部の形状は限定されず、半球または円錐、円錐台などであってもよい。

以上のように、光沢銀メッキ層１６のビッカース硬度は焼鈍によって低くなっている。銀メッキ銅系基材１０をプレス絞り加工して凸部を形成したとき、光沢銀メッキ層１６にクラックが生じにくい。光沢銀メッキ層１６の厚みが約６〜８μｍであり、凸部を形成しても光沢銀メッキ層１６が薄くなりすぎることはない。

また、光沢銅メッキ層１４と光沢銀メッキ層１６が重ねられているため、光沢銀メッキ層１６に黒っぽさがなく、光沢感が良い。銅系条材１２が無光沢の場合、銀メッキ銅系基材１０を上面視すると光沢銀メッキ層１６を挟むように無光沢の銅系条材１２が配置されており、すなわち光沢のない中に光沢の有る光沢銀メッキ層１６があり、光沢銀メッキ層１６の光沢が際立ち、見栄えがよい。

[実施形態２]
上記実施形態は光沢銅メッキ層１４と光沢銀メッキ層１６は銅系条材１２の長さ方向を向いたストライプ状であったが、その形状は限定されない。たとえば図５（ａ）の銀メッキ銅系基材７０のように、正方形の光沢銅メッキ層７２と光沢銀メッキ層７４が銅系条材１２の長さ方向に並べられてもよい。また、図５（ｂ）の銀メッキ銅系基材７６のように、円形の光沢銅メッキ層７８と光沢銀メッキ層８０が銅系条材１２の長さ方向に並べられてもよい。

また、銅系条材１２の一面１８または他面２０の一部に光沢銅メッキ層１４と光沢銀メッキ層１６を形成したが、銅系条材１２の一面１８または他面２０の全体に光沢銅メッキ層１４と光沢銀メッキ層１６を形成してもよい。

[実施形態３]
銅系条材１２を用いて説明したが、銅系材料からなる他の形状の銅系基材を使用してもよい。銅系基材は、平面状のもに限定されず、立体的なものであっても良い。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０、７０、７６：銀メッキ銅系基材
１２：銅系条材（銅系基材）
１４、７２、７８：光沢銅メッキ層
１６、７４、８０：光沢銀メッキ層
１８：銅系条材の一面
２０：銅系条材の他面
２２：銅系条材の供給側ロール
２４：ロール
２６：マスキングテープ
２８：マスキングテープの供給側ロール
３０：マスキングテープの貼り付け用ロール
３２、４０：メッキ槽
３４、４２：メッキ液
３６、４４：陰極
３８、４６：陽極
４８：マスキングテープの剥ぎ取り用ロール
５０：マスキングテープの巻取り側ロール
５２：焼鈍炉
５４：焼鈍炉本体
５６：入口
５８：出口
６０：バーナー
６２：換気口
６４：水槽
６６：冷却液
６８：銀メッキ銅系基材の巻取り側ロール

Claims (6)

1. 銅系基材を準備する工程と、
   前記銅系基材に光沢銅メッキ層を形成する工程と、
   前記光沢銅メッキ層の上に光沢銀メッキ層を形成する工程と、
   前記光沢銅メッキ層と光沢銀メッキ層を形成した銅系基材を５００〜７００℃の非酸化性雰囲気を通過させて光沢銀メッキ層を焼鈍させ、光沢銀メッキ層のビッカース硬度を７０〜９０にする工程と、
   を備えた銀メッキ銅系基材の製造方法。
2. 前記光沢銀メッキ層を形成する工程が、光沢銀メッキ層の厚みを１〜１０μｍにする工程を含む請求項１の銀メッキ銅系基材の製造方法。
3. プレス絞り加工によって前記光沢銀メッキ層のある部分に凸部を形成する工程を含む請求項１または２の銀メッキ銅系基材の製造方法。
4. 銀にセレンまたはアンチモンを添加して前記光沢銀メッキ層を形成する請求項１から３のいずれかの銀メッキ銅系基材の製造方法。
5. 銅系基材と、
   前記銅系基材に形成された光沢銅メッキ層と、
   前記光沢銅メッキ層の上に形成され、厚みが１〜１０μｍであり、ビッカース硬度が７０〜９０である光沢銀メッキ層と、
   プレス絞り加工によって前記光沢銀メッキ層のある部分形成された凸部と、
   を備えた銀メッキ銅系基材。
6. 前記光沢銀メッキ層が銀にセレンまたはアンチモンを添加したメッキ層である請求項５の銀メッキ銅系基材。

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