CN101939128A - 电触点的制造方法及电触点的制造设备 - Google Patents

Abstract

提供一种电触点的制造方法，其中触点和金属基底之间的接合时间短，且能够抑制在触点上形成凹痕或压痕，并且提供了该电触点的制造设备。通过夹具重叠和支承触点和金属基底，将以预定速度旋转并且向夹具前进/从所述夹具缩回的旋转工具在旋转的同时压入金属基底的不与触点接触的表面，从而触点和金属基底利用由旋转工具和金属基底之间的摩擦而产生的摩擦热通过固态扩散焊接而接合，以及然后旋转工具从所述金属基底缩回。

Description

电触点的制造方法及电触点的制造设备

技术领域

本发明涉及用于电磁开关、电磁接触器、断路器等的电触点的制造方法，并且涉及该电触点的制造设备。

背景技术

例如，用于电磁开关、电磁接触器等的电触点被构造成使得移动侧触点和固定侧触点相互接触并分离以便开关电路，从而执行电连接的导通/断开操作。触点连接至移动侧金属基底和固定侧金属基底且分别由此支承，每个金属基底具有预定形状。

作为在金属基底和触点之间接合的方法，过去使用机械接合法和焊接。作为机械接合法，使用填塞、包覆等。然而，机械接合法往往有限地用于具有小电流容量的接合点。因此，当接合点具有较大的电流容量时，愈加需要使用焊接的方法，由此能够充分地确保触点和金属基底之间的接合面积。使用焊接的方法包括超声焊接、电阻加热钎焊、电阻点钎焊、电阻点焊接、炉内钎焊和高频感应钎焊。

在焊接中，在接合相对较小的触点(例如，具有宽度4.6mm*高度4.6mm面积的触点)的情况下，一般采用使用超声焊接的方法和使用电阻钎焊或电阻点钎焊的方法在焊接的情况下，作为触点的材料，使用以基于AgCdO/AgCd的材料、基于AgCdO/Ag的材料等为代表的基于Cd的材料或诸如基于AgSnO₂-In₂SnO₂/Ag的材料之类的无Cd材料。考虑到批量生产率，通常将超声焊接用于前面基于Cd的材料。

目前，从环境方面考虑，越来越多地使用不含Cd的无Cd触点，且现在大量使用诸如基于AgSnO₂-In₂SnO₂/Ag的材料之类的无Cd材料。然而，当将这种无Cd材料用于小触点，且进行超声焊接时，与使用基于Cd的材料的触点相比，出现接合强度起伏的问题。此外，在超声焊接的情况下，在触点材料和金属基底材料的一些组合中触点和金属基底之间的接合点质量改变，导致接合强度起伏。当这种起伏出现在触点和金属基底之间的接合强度中时，触点的电开关寿命可能受到影响。因此，在一些情况下，超声焊接很难用于批量生产。

因此，几乎不影响接合质量的电阻钎焊或电阻点钎焊被用在触点材料和金属基底材料的一些组合中。然而，在这种情况下，需要使用钎料，导致增加材料成本的问题或增加制造成本的问题，这是因为需要增加在触点和金属基底之间插入钎料箔的步骤。此外，因为材料被至少加热到钎料的熔化温度，金属基底软化，导致必需对金属基底进行某种处理的问题。

另一方面，现在逐渐将一种称为摩擦搅拌焊接的接合技术用作将金属构件相互接合的接合方法。在这种技术中，当具有针的工具旋转时，该针突出地设置在该工具的一端面上，该工具被压入待接合的构件之间的接合点，以便通过针的旋转在接合点中产生摩擦热，从而接合点被搅拌同时软化，导致塑性流动，因此构件经由塑性流动相互接合。

Katsuyuki Yoshikawa“Micro Spot Friction Welding(微型点摩擦焊接)”，第11界MATE研讨会2005，日本焊接协会，2005，第421-424页披露：作为摩擦搅拌焊接的一般原理，工具在旋转的同时压入相互重叠的两个板，由此两个板通过摩擦搅拌焊接利用板材料的塑性变形和摩擦热(即通过利用塑性流动)而接合。描述了塑性流动分布在两个重叠的板上，导致两个板的焊接。

JP-A-2006-21217披露了一种用于点焊的摩擦搅拌焊接装置，该装置使旋转接合工具浸入包括多个待接合构件的待接合对象，以便将待接合构件相互点焊，该装置包括：工具保持部，该工具保持部具有预定旋转轴且与该旋转轴同轴地保持接合工具；旋转驱动单元，该旋转驱动单元进行驱动以使工具保持部围绕旋转轴旋转；线性驱动单元，该线性驱动单元驱动工具保持部沿旋转轴移动；支承工具保持部的基底；用于照射冷凝激光束的激光束产生单元；以及控制单元，该控制单元控制旋转驱动单元、线性驱动单元以及激光束产生单元，使得在接合工具浸入待接合对象上形成的待接合部之前激光束照射到该待接合部上，从而该待接合部加热到低于待接合对象的熔点的软化温度，且该软化温度足够高以便相对于接合工具软化待接合部。

Kinya AOTA“Spot Friction Stir Welding of Al/Cu(Al/Cu的点摩擦搅拌焊接)”(Whole Country Meeting of Japan Welding Society Lecture Abstract(日本焊接协会全国会议的演讲摘要)，2004年9月)涉及铝板和铜板之间的接合，提及在接合工具压在铝板和铜板重叠的部分上时接合的界面特性。然而，它没有提及压入深度的控制。

JP-A-S60-250891披露一种电触点的制造方法，包括：在金属基底的表面上形成一系列具有某一节距的槽；将一块触点布置在一系列槽上在超声焊接机所装备的角(horn)和砧之间抓紧金属基底和该块触点同时施加压力。以及在沿槽对齐的方向上超声搅拌角头，使得该块触点和金属基底能够相互接合。

JP-A-S55-006746披露一种电触点的制造方法，包括：在两个电极之间抓紧金属基底和触点同时施加压力；通过允许电流在电极之间通过而加热；以及在加热之后快速冷却，使得金属基底和触点能够相互接合。

JP-A-H10-269883披露一种接触构件的制造方法，包括：在金属基底上形成小于触点的外直径的缝隙，触点由可熔材料制成；将触点布置在缝隙上，并且利用焊接机焊接并压模布置在缝隙上的触点，从而使触点能够以预定形状焊接到金属基底。

JP-A-S58-186115披露一种银/氧化物型电触点的制造方法，包括：利用电阻焊接机在电阻电极之间插入两个接触构件；至少注入足够量的有机溶剂以取代所述插入的接触构件中的空气；以及施加压力并允许电流穿过从而形成由两个接触构件构成的复合触点。

JP-A-S61-017394披露一种接触材料的制造方法，包括：将第一层和第二层重叠以便与第二层进行焊接，第一层由构成接触材料的第一成分组成，第二层至少由第二成分组成，且厚度被设置成在熔化时成为预定的合金组分。

非专利引用1：Katsuyuki Yoshikawa“Micro Spot Friction Welding(微型点摩擦焊接)”，第11界MATE研讨会2005，日本焊接协会，2005，第421-424页

非专利引用2：Kinya AOTA“Spot Friction Stir Welding of Al/Cu(Al/Cu的点摩擦搅拌焊接)”(Whole Country Meeting of Japan Welding Society Lecture Abstract(日本焊接协会全国会议的演讲摘要)，2004年9月)

专利引用1：JP-A-2006-21217

专利引用2：JP-A-S60-250891

专利引用3：JP-A-S55-006746

专利引用4：JP-A-H10-269883

专利引用5：JP-A-S58-186115

专利引用6：JP-A-S61-017394

发明公开

技术问题

在以上两种类型的摩擦搅拌焊接的情况下，通过利用由工具的旋转导致的构件的摩擦搅拌所引起的塑性流动来使构件彼此接合。然而，因为需要将工具在某种程度上压深以便利用塑性流动接合两个构件，所以接合时间增加，导致生产率的问题，此外，由工具导致的凹痕或压痕有时很明显，导致质量问题。

因此本发明的目的是提供一种电触点的制造方法，其中触点和金属基底之间的接合时间短，且能够抑制在触点上形成凹痕或压痕，并且提供了该电触点的制造设备。

技术解决方案

为了实现该目的，根据以下过程实施本发明的电触点的制造方法。首先，通过夹具重叠和支承触点和金属基底，并且将旋转工具在旋转的同时以预定速度在与金属基底的不与触点接触的表面上，在与触点相对应的位置压入金属基底。然后，触点和金属基底利用由旋转工具和金属基底之间的摩擦而产生的摩擦热通过固态扩散焊接而接合，以及然后旋转工具从金属基底缩回。

根据本发明，旋转工具在旋转的同时压入金属基底，从而由旋转工具导致的摩擦热传递到金属基底和触点的接触表面，从而在接触表面之间进行固态扩散焊接。然后，旋转工具从金属基底缩回，从而完成金属基底和触点之间的接合。

即，该方法不同于其中利用如摩擦搅拌焊接中的塑性流动使构件相互接合的方法，此外不同于其中待接合的构件熔化以便进行扩散焊接的方法。该制造方法被设计成使得金属基底和触点利用旋转工具导致的摩擦热和旋转工具的压力通过固态扩散焊接而接合。因此，可降低接合所需时间，导致生产率的提高。此外，因为能够将旋转工具的压入深度减少到最小必要深度，所以能够改进尺寸稳定性，且能够抑制凹痕、压痕、接触标记、变色等出现在触点上。此外，控制旋转工具的压入深度，从而能够稳定地生产质量基本不波动的电触点。

在摩擦搅拌焊接中，至今为止主要进行了相同金属(例如，每个构件都包括铝)之间的接合，且诸如触点包括基于银的材料且金属基底包括铜合金材料之类的不同金属之间的接合还没有得以实现，因此不清楚在不同金属之间的这种接合的接合点质量。相反，在本发明中，因为触点和金属基底通过固态扩散焊接接合，所以即使在使诸如触点包括基于银的材料而金属基底包括铜合金材料之类的不同金属相互接合时，也能够以良好的接合质量接合金属。

在本发明的电触点的制造方法中，优选的是，检测旋转工具的压力或用于使旋转工具旋转的电动机转矩，将压力或电动机转矩超过预定值的加压位置假定为粘合开始点，然后将旋转工具从粘合开始点进一步压至预定深度位置。据此，因为假设压力或电动机转矩超过预定值的加压位置为粘合开始点，然后将旋转工具从该点压至预定深度位置，所以容易掌握旋转工具的压入深度，且能够在最小必要压入深度处有效地接合金属基底和触点。

在本发明的电触点的制造方法中，较佳的是，将旋转工具从粘合开始点进一步压至预定深度位置，并且将旋转工具在该位置保持一定的时间，然后使旋转工具从金属基底缩回。据此，将旋转工具从该工具达到预定深度的点起保持一定的时间，能够安全地传递在接合面之间进行固态扩散焊接所需的热能。

在本发明的电触点的制造方法中，从粘合开始点起算的旋转工具的压入深度较佳是金属基底厚度的1/20或更多。据此，将旋转工具压入对应于金属基底厚度的1/20或更多的深度位置，从而能够通过固态扩散焊接安全地接合金属基底和触点。

在本发明的电触点的制造方法中，较佳地将具有预定深度的槽设置在金属基底的表面上，该表面将与触点接触。据此，在固态扩散焊接期间，触点的接触表面塑性变形并进入金属基底的槽，且触点在这种情况下接合到金属基底，因此锚固效应用于抵抗剪切方向的力，从而能够提高剪切强度。

在本发明的电触点的制造方法中，较佳地，至少对所述金属基底的与触点接触的接触表面进行包括金属的镀敷，该金属适合与触点相互进行固态扩散。据此，当金属基底由旋转工具导致的摩擦热加热时，金属基底上的镀层表现出固态扩散，从而金属基底能够更容易地与触点接触。

在本发明的电触点的制造方法中，较佳地，旋转工具的直径是3至9mm，旋转工具的转数是3000至10000rpm，且金属基底的厚度是1至2.5mm。据此，因为由旋转工具22导致的摩擦热有效地传递到金属基底和触点的接触表面，所以可容易地进行固态扩散焊接。

另一方面，本发明的电触点的制造设备具有以下组件。

即，该制造设备包括，

夹具，该夹具用于重叠和支承触点和金属基底，

旋转工具，该旋转工具以预定速度旋转，且向夹具前进/从夹具缩回以便在金属基底的不与触点接触的表面上，在与触点相对应的位置压入金属基底，该表面不与触点接触，

旋转工具的压力的检测单元、或旋转工具的电动机转矩的检测单元，以及

控制单元，该控制单元基于来自压力检测单元或电动机转矩检测单元的信号控制旋转工具的升高和降低。

该控制单元被配置成当旋转工具在旋转的同时压入金属基底时，控制单元将压力检测单元或电动机转矩检测单元所检测到的压力或电动机转矩超过预定值的位置确定为粘合开始点，并且驱动旋转工具以便将旋转工具从粘合开始点进一步压至预定深度位置，并然后使旋转工具从金属基底缩回。

根据本发明，通过控制单元，旋转工具可从粘合开始点压至预定深度位置，并然后从金属基底缩回。因此，能够在最小必要时间内精确且均匀地进行触点和金属基底的接触表面之间的固态扩散焊接所需的加热。因此，能够使得诸如接合强度、尺寸稳定性和外观之类的质量恒定，且能够提高生产效率。

在本发明的电触点的制造设备中，较佳的是，控制单元驱动旋转工具以便将其从粘合开始点进一步压至预定深度位置，并且在该位置保持一定的时间，然后使旋转工具从金属基底缩回。据此，因为将旋转工具从该工具达到预定深度的点起保持一定的时间，所以能够安全地传递在接合面之间进行固态扩散焊接所需的热能。

在本发明的电触点的制造设备中，夹具较佳地由陶瓷或不锈钢形成。据此，由旋转工具和金属基底之间的摩擦导致的热很难传递到夹具，因此热能够有效地传递到金属基底和触点之间的接触表面。

有益效果

根据本发明，将旋转工具在旋转的同时压入金属基底，从而由旋转工具导致的摩擦热传递到金属基底和触点的接触表面，从而在接触表面之间进行固态扩散焊接。然后，旋转工具从金属基底缩回，从而完成金属基底和触点之间的接合。以此方式，金属基底和触点利用旋转工具导致的摩擦热和旋转工具的压力通过固态扩散焊接而接合。因此，可降低接合所需时间，导致生产率的提高。此外，旋转工具的压入深度减小到最小必要深度，因此可减少塑性流动区。因此，能够提高尺寸稳定性，并且能够抑制凹痕、压痕、接触标记、变色等出现在触点上。

附图简述

图1示出本发明的电触点的制造设备的实施例的示意性框图。

图2示出制造设备的控制单元的框图。

图3A至3B示出用于支承金属基底和触点的夹具，其中图3A示出沿图3B的箭头线A-A的截面图，且图3B示出俯视图。

图4A至4B示出夹具的另一种构造，其中图4A示出侧视图，且图4B示出俯视图。

图5示出本发明的电触点的接合过程的流程图。

图6示出在接合期间经过时间和压力之间的关系的图。

图7A至7C示出接合的大致过程，其中图7A示出第一步骤的立体图，图7B示出第二步骤的说明性图，且图7C示出第三步骤的说明性图。

图8A至8B示出旋转工具和触点之间的关系，其中图8A示出触点大于旋转工具的情况的说明性图，且图8B示出旋转工具大于触点的情况的说明性图。

图9A至9D示出槽形成在金属基底的后部的情况，其中图9A示出该情况的前视图，图9B示出第一模式的说明性图，图9C示出第二模式的说明性图，且图9D示出第三模式的说明性图。

用于实现本发明的最佳模式

在下文中，将参考附图描述本发明的电触点的制造设备的较佳实施例。电触点的制造设备旨在通过将金属基底1接合到触点3获得电触点。如图3A和3B所示，实施例中的金属基底1以大致带状方式延伸某一长度，并且处于其中金属基底的两侧部1a和1a相对于中部1b向外折叠的构造。正方形触点3和3分布接合到金属基底1的侧部1a和1a的底部。

图1示出实施例的电触点的制造设备10(在下文中称为“制造设备10”)的示意性框图。如图所示，制造设备10具有：用于固定重叠和支承金属基底1和触点3的夹具50的固定板12、从固定板12竖立的柱14、由柱14经由升高/降低单元16以可升高/降低方式支承的工具支承圆柱18以及经由固定夹盘20固定至工具支承圆柱18的下侧的旋转工具22。旋转单元24设置在工具支承圆柱18的上侧，且旋转单元的旋转轴连接至旋转工具22。

因此，旋转工具22被配置成通过升高/降低单元16相对于夹具50以前后移动方式升高和降低，且被配置成通过旋转单元24以预定速度旋转。旋转工具22具有朝向其端部直径逐渐缩小的圆柱形状，且该工具的端面具有平坦的圆形形状。旋转工具22在与金属基底1的表面中的触点3相对应的位置处旋转，该表面没有与触点3接触，因此旋转工具被压入金属基底1同时在金属基底1的顶部和旋转工具22的端面之间产生摩擦热。

在固定板12中，压力测量传感器26设置在与旋转工具22对齐的位置，该压力测量传感器26经由压力波形检测控制器27连接至诸如NC控制器之类的控制单元35。压力波形检测控制器27在经过某一时间后将压力测量传感器26所检测到的旋转工具22的压力转换成如图6所示的示出压力变化的波形(示出时间和压力的相互关系)。压力测量传感器26和压力波形检测控制器27构成本发明的压力检测单元25。控制单元35连接至设置在升高/降低单元16附近的位置计算单元29，且还分别连接至设置在固定夹盘20附近的旋转速度检测单元31和电动机转矩检测单元33。

压力检测单元25检测旋转工具22对金属基底1的压力，旋转工具通过升高/降低单元16压向金属基底1。位置计算单元29计算通过升高/降低单元16垂直前进和缩回的旋转工具22的位置，即，基于来自升高/降低单元16的驱动信号计算工具与金属基底1的距离。此外，旋转速度检测单元31和电动机转矩检测单元33分别检测旋转工具22的旋转速度和转矩。

如图2所示，控制单元35基于从压力检测单元25和位置计算单元29中的每一个输出的信号控制旋转工具22的前进和缩回，并且基于从旋转速度检测单元31和电动机转矩检测单元33中的每一个输出的信号控制旋转工具22的旋转。

接下来，对用于重叠和支承金属基底1和触点3的夹具进行描述。如图3A和3B所示，夹具50具有基部51和可拆卸地安装在基部51上的保持部55，并且将金属基底1保持到夹具50。基部51具有分别与触点3配合的凹槽53，并且具有按照金属基底1成形的顶部。保持部55具有分别接触金属基底1的两侧部1a和1a的端面的一对侧面保持件55a、55a以及分别接触金属基底1的中部1b的两侧的一对中间保持件55b、55b。

每个触点3被配合到基部51的每个凹槽53，且金属基底1重叠于其上，然后将保持部55安装在基部51上。因此，侧面保持件55a和中间保持件55b分别接触金属基底1的侧部1a、1a和其中部1b。结果，保持金属基底1以防止其从基部51升起，从而以重叠方式支承金属基底1和触点3同时相互紧密接触。在这种情况下，夹具50设置在制造设备10的压力测量传感器26上，且通过未示出的固定单元固定到固定板12，并且如图3A中虚线所示，旋转工具22的具有平坦表面的端面在金属基底1的表面中与触点3相对应的位置处(金属基底1的顶部)被压入金属基底1，该端面不与触点3接触。

作为夹具50的材料，例如，较佳地使用陶瓷或不锈刚。因为这种材料具有高热阻和低热导率，所以通过旋转工具22的端面在金属基底1上的旋转引起的摩擦热几乎不会传递到夹具50。结果，摩擦热能够有效地传递到金属基底1和触点3的接触表面，因此能够快速进行稍后描述的金属基底1和触点3之间的接合。

对于夹具50，根据触点3和金属基底1中每一个的形状，不仅可使用如图3A至3B所示的构造，还可使用各种构造。图4A至4B示出这种构造的示例。在这种情况下，金属基底1具有其中将与触点3接合的一个侧部1c经由弯曲的中部1b与另一宽侧部1d相连接的构造。基部51的一个侧部按照金属基底1成形升高，且金属基底1的另一宽侧部1d设置于其上，且通过螺栓B紧固到基部51而固定。

接下来，参考图5至7描述利用制造设备10在触点3和金属基底1之间进行接合的过程。

图6示出当旋转工具22在旋转的同时压入金属基底1的不与触点3接触的表面时，经过时间(水平轴)和压力(垂直轴)之间的关系。

即，旋转工具22在旋转的同时前进到金属基底1，且如图7A所示当旋转工具22接触金属基底1时，压力开始增加。然而，例如，在金属基底1由于成品尺寸的起伏等引起轻微弯曲的情况下，可能在金属基底1和触点3之间形成微小间隙。在这种情况下，很难从旋转工具22施加压力，且该压力如图6中的符号a所示地逐渐增加。

当金属基底1变得与触点3紧密接触时，从旋转工具22施加的压力急剧增加。此时，在旋转工具22接触金属基底1的区域中急剧地产生摩擦热。假设压力急剧增加的这一点为粘合开始点P1。

即，当金属基底1和触点3之间存在间隙时，不清楚旋转工具22的真正压入深度。然而，将压力急剧增加的位置定义为如上所述的粘合开始点P1，由此能够确认旋转工具22的真正压入深度。

当对旋转工具22进一步加压时，压力仍将急剧增加。与之伴随是，金属基底1中与旋转工具22接触的区域有摩擦热加热，且该区域被旋转工具22挤压并旋转，由此开始出现塑性流动S(参见图7B)。在压力达到峰值P2之后，它突然下降，如图6中的符号b所示。发生这种压力变化是由于塑型流动S变厚的现象，由此金属基底1如图7B所示地软化。

在这种构造中，当对旋转工具22进一步加压时，压力逐渐减小，且当工具被压至预定深度位置时，旋转工具22停止在该压入深度位置。当旋转工具22的加压以此方式停止时，压力从对应于如图6中的符号c所示的降低压力的位置P3进一步降低。

然后，将旋转工具22在预定压入深度位置保持预定时间，由此如图6中的符号d所示压力大致不变。

以此方式，旋转工具22在以预定速度旋转的同时压入金属基底1，由此在旋转工具22的金属基底之间产生的摩擦热甚至传递到金属基底1和触点3的接触表面，如图7B中的箭头所示。因此，高温热和压力被施加到金属基底1和触点3的接触表面，且如图7C所示在金属基底1和触点3的接合面之间进行固态扩散焊接，从而形成固态扩散焊接区R，并且金属基底1和触点3经由固态扩散焊接区R相互接合。固态扩散焊接是一种类型的扩散焊接，它将原子扩散用于键合，并且与固态而非熔化接合面的接合方法有关。

在制造设备10中，压力检测单元25检测显示在旋转工具22以预定速度压入金属基底1时旋转工具22的压力变化与经过时间的关系的波形(参考图6)，且控制单元35基于来自压力检测单元25的信号控制旋转工具22的前进和缩回，从而金属基底1和触点3能够通过固态扩散焊接而接合。

为了实现金属基底1和触点3之间的固态扩散焊接，制造设备10的控制单元被设计成：当旋转工具22在旋转的同时以预定速度压入金属基底时，控制单元将压力检测单元25检测到的压力超过预定值的位置确定为粘合开始点P1，并基于来自位置计算单元29的位置信息驱动旋转工具22，使得旋转工具22从粘合开始点压至预定深度位置，然后将该工具在该深度位置保持一定的时间，然后升高(参考图2)。

因此，控制单元35具有未示出的存储设备，预先对其输入诸如作为检测粘和开始点P1的基准的压力、旋转工具22从粘合开始点P1起的压入深度以及将旋转工具保持在该深度位置的时段之类的条件，并存储这些条件。

参考图5所示流程图描述控制单元35的控制操作的示例。然而，控制单元35的控制操作不限于流程图所示的操作。

即，当旋转工具22降低并接触金属基底1且压力检测单元25检测到压力增加时，在步骤S1，控制单元35开始将增加的压力与预先存储在控制单元35中的预定压力进行比较，并且当旋转工具22的压力超过预定值时，控制单元将旋转工具此时的位置确定为粘合开始点P1。

在此期间，位置计算单元29将关于旋转工具22的位置信息发送至控制单元35，并且旋转工具从压力超过粘合开始点P1的位置进一步降低。然后，在步骤S2，当基于旋转工具22的位置信息确定旋转工具22的压入深度大于控制单元35中存储的预定深度时，操作前进到步骤S3，并且停止降低旋转工具22。

然后，当在步骤S4确定旋转工具22的压力不变时，操作前进到步骤5。在步骤S5，当从确定压力变平的时间点起经过的时间超过预先存储在控制单元35中的某段时间时，在步骤S6，旋转工具22升高并返回至初始位置。

接下来，利用包括以上构造的制造设备10，对本发明的电触点的制造方法进行描述。

如图7A所示，旋转工具22在旋转的同时以预定速度压入金属基底1，该金属基底在触点3上重叠支承。

因此，旋转工具22的压力急剧增加，且旋转工具22在触点3和金属基底1之间的压力超过预定值的粘合开始点P1起压至预定深度位置，并且将该工具在该深度位置保持一定的时间。在这种压入步骤中，如图7B所示摩擦热传递到金属基底1和触点3的接合面。因此，如图7C所示在金属基底1和触点3的接合面之间进行固态扩散焊接，从而形成固态扩散焊接区R，且金属基底1经由固态扩散焊接区R接合到触点3。

当以此方式在金属基底1和触点3的接合面之间进行固态扩散焊接时，旋转工具升高并返回到原始位置，并且金属基底1和触点3之间的接合过程完成。

以此方式，根据本发明的金属基底1和触点3之间的接合不使用所谓的摩擦搅拌焊接并且利用固态扩散焊接来将金属基底1和触点3相互接合起来，在摩擦搅拌焊接中形成分布在待接合的两构件上的塑性流动S，以便经由塑性流动S接合构件。因此，可减少在金属基底1和触点3之间进行接合所需的时间，从而提高生产率。此外，因为能够将旋转工具22的压入深度减少到最小必要深度，所以能够提高尺寸稳定性，且能够抑制凹痕、压痕、接触标记、变色等出现在触点3上。此外，控制旋转工具22的压入深度，从而能够稳定地生产质量基本不起伏的电触点。

在步骤S1，将旋转工具22的压力与先前设置的预定值进行比较，从而确定压力是否超过预定值以便检测粘合开始点P1。此时，作为预定值，较佳地使用从5至20Kg中选择的值。例如，假设压力超过10Kg的点是粘合开始点P1，且利用NC控制等的控制单元35控制旋转工具22以便从该点压至某一压入深度位置，从而能够恒定地保持该压入深度而没有任何起伏。

旋转工具22从粘合开始点P1起的压入深度较佳地为金属基底1厚度的1/20或更多，更佳地是其厚度的1/20至1/5。例如，在金属基底1的厚度是2mm的情况下，压入深度最佳是约0.2mm。以此方式设置压入深度，从而通过固态扩散焊接以足够的接合强度牢固地接合金属基底1和触点3。当与金属基底1厚度的1/20相比压入深度较小时，在金属基底1和触点3之间发生轻微的不均匀压入(不均匀接触)情况，导致不足的接合强度。当压入深度超过金属基底1厚度的1/5时，可明显出现压痕等，这按照产品的质量和精度来说是不好的，且导致可加工性降低。

在实施例中，当旋转工具22压入金属基底1时，在该工具的压力达到峰值P2之后旋转工具22压至较低位置。然而，在本发明中这种压入深度不是限制性的，且当在该工具的压力达到峰值P2之前的深度位置在金属基底1和触点3的接触表面之间进行固态扩散焊接时，可将该工具压入该深度位置。然而，将旋转工具22的压入深度至少设置在压力达到如图6所示的峰值P2的深度，从而能够生成在金属基底1和触点3的接触表面之间进行固态扩散焊接所需的热能。

此外，在实施例中，如图3的压力波形所示，已经压至预定深度位置的旋转工具22停止在该位置并保持一定的时间。然而，不菲总是需要这种保持时间，并且旋转工具22可在它压至预定深度位置之后立即升高。然而，如前所述，在旋转工具22的加压停止之后，且压力变平，旋转工具22保持一定的时间，从而能够可靠地传递在金属基底1和触点3的接合面之间进行固态扩散焊接所需的热能，因此能够使金属基底1和触点3之间的可焊性稳定。

在实施例的情况下，例如，能够控制旋转工具22使得处于由图6中的符号c所示的情况的旋转工具22的压力被设置为例如65Kg，并且如果在某一压力降低到小于65Kg之后将该压力保持例如0.5秒或更长的时段，则认为该压力是恒定的，且从该时段的结束开始将旋转工具22保持一定的时间。

当旋转工具22接触金属基底1且开始施加压力时，摩擦力增加。因此，当旋转速度保持不变时，电动机转矩必需改变。因此，能够接受的是，由电动机转矩检测单元33检测电动机转矩的变化，代替旋转工具22的压力变化，且来自单元33的信号发送到控制单元35，从而基于电动机转矩的变化控制旋转工具22的前进和缩回。

在制造方法中使用的金属基底1和触点3的材料没有特别限制。然而，较佳地使用金属材料，它适合两者接触表面间的固态扩散焊接。例如，较佳地将Cu或基于Cu的合金用于金属基底1。

至少对金属基底1的将与触点3接触的接触表面进行包括金属的镀敷，该金属适合与触点3相互固态扩散。作为这种镀敷，例如，给出Sn镀、Ag镀、Au镀、无Pb镀(基于Sn-Ag的材料等)以及Zn镀。应用这种镀敷，从而当金属基底1由旋转工具22导致的摩擦热所加热时，金属基底1上的镀层表现出固态扩散，从而金属基底1能够更容易地与触点3接触。即，能够减小旋转工具22的压入深度，并且能够减少压入旋转工具22后的保持时间，因此能够提高生产率。例如，当金属基底1的厚度是1.2mm时，压入深度至少约是0.07mm，并且甚至如果给出压入深度的程度，能够获得120N/mm²或更多的剪切强度。

另一方面，作为触点3的材料，能够使用如以下表1中所示的无Cd的Ag合金或Cd合金。

[表1]

包括这一材料的触点3能够通过使用本发明的制造方法直接接合到金属基底1。然而，在氧化物触点的情形中，往往发生接合强度波动。因此，较佳地使用氧化物触点，预先用易于接合的金属层覆盖该氧化物，或预先对该氧化物进行具有适当厚度的镀敷。

在本发明中，虽然没有特别限制，但较佳的是，旋转工具22的直径D(参考图8A至8B)是3至9mm，旋转工具22的转数是3000至10000rpm，且金属基底的厚度是1至2.5mm。据此，因为由旋转工具22导致的摩擦热有效地传递到金属基底1和触点3的接触表面，所以可容易地进行固态扩散焊接。

为了描述每种情况的特定含义，已知一般由以下的表达式(a)给出由旋转工具22生成且施加到待接合材料的能量Q。

[数学式1]

Q(J)＝(4/3)*π²*D³*P*N*μ     (a)

这里，D表示旋转工具22的端部直径(m)，P表示旋转工具22的压力(N/m²)，N表示旋转工具22的转数(rad/s)，且μ表示摩擦系数。

如从表达式(a)中所看到的，能量Q极大地受到旋转工具22的工具直径D的立方的影响。因此，当旋转工具22的端部直径D较大时，能量Q较大，因此触点3更易接合到金属基底1。相反，当旋转工具22的端部直径D较小时，因为能量Q急剧减小，所以触点3很难接合到金属基底1。

在实施例中，旋转工具的直径D是3至9mm，即，与用于典型的摩擦搅拌焊接的约16mm的工具直径相比相当的小，因此能量Q也小。然而，在该制造方法中，金属基底1通过固态扩散焊接而非利用如前所述的塑性流动S的接合来接合到触点3。因此，不需要用于形成深度足以到达每个接合面的塑性流动S的高能量Q，因此使用以上条件，从而金属基底1能够充分接合到触点3。

图8示出旋转工具22的端面形状和触点3的形状的具体示例。即，在图8A所示的示例中，旋转工具22的直径D的尺寸被设定成与触点3内切。因此，由旋转工具22导致的摩擦热有效地传递到触点3。在图8B所示的示例中，旋转工具22的直径D的尺寸被设定成与触点3外接。在这种情况下，因为触点3的整个接合面被旋转工具22的端面覆盖，所以由旋转工具22导致的摩擦热能够可靠地传递到触点3的整个接合面。

在该制造方法中，较佳地将具有预定深度的槽设置在金属基底1的将与触点3接触的表面上。参考图9A至9D进行描述。即，如图9A所示，在金属基底1的在触点3一侧的表面上形成具有预定深度的槽2。因此，在金属基底1和触点3之间的固态扩散焊接期间，触点3的接触表面塑性变形，从而部分固态扩散焊接区R进入金属基底1的槽2并接合到金属基底1。因此，锚固效应用于抵抗剪切方向的力，从而能够提高剪切强度。

槽2可以是如图9B所示的圆形、如图9C所示的方形、直线、双直线或类似十字的交叉线，即如果该槽能够提供锚固效应则可以是任何形状。槽2可通过由加压导致的凹痕来形成，或者可通过使用尖划针等划线来形成。槽2的深度可极浅，例如，0.1mm或更小。

此外，图9D示出触点3是圆形的情况。在这种情况下，较佳地，槽2也是圆形。在以此方式的圆形触点3的情况下，因为触点3具有与也是圆形的旋转工具22的端部相似的形状，所以与具有方形的触点3相比，触点3的接合面可被旋转工具22的端部有效覆盖。此外，能够容易地设置旋转工具22的直径D，且当进行接合时，旋转工具22的中心能够容易地与触点3的中心对齐，因此有助于定位，此外容易地确保接合点均匀性。

Claims (10)

1.一种电触点的制造方法，

其中：

通过夹具重叠和支承触点和金属基底，以及

将旋转工具在旋转的同时压入所述金属基底，所述旋转工具以预定速度旋转，并且在所述金属基底的不与所述触点接触的表面上，在与所述触点相对应的位置，向所述夹具前进/从所述夹具缩回，从而所述触点和所述金属基底利用由所述旋转工具和所述金属基底之间的摩擦而产生的摩擦热通过固态扩散焊接而接合，以及然后

所述旋转工具从所述金属基底缩回。

2.如权利要求1所述的电触点的制造方法，

其特征在于，

检测所述旋转工具的压力或用于使所述旋转工具旋转的电动机转矩，将所述压力或所述电动机转矩超过预定值的加压位置假定为粘合开始点，然后将所述旋转工具从所述粘合开始点进一步压至预定深度位置。

3.如权利要求2所述的电触点的制造方法，

其特征在于，

将所述旋转工具从所述粘合开始点进一步压至预定深度位置，并且将所述旋转工具在所述位置保持一定的时间，然后使所述旋转工具从所述金属基底缩回。

4.如权利要求2或3所述的电触点的制造方法，

其特征在于，

从所述粘合开始点起算的所述旋转工具的压入深度是所述金属基底厚度的1/20或更多。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的电触点的制造方法，

其特征在于，

将具有预定深度的槽设置在所述金属基底的表面上，所述表面将与所述触点接触。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的电触点的制造方法，

其特征在于，

至少对所述金属基底的与所述触点接触的接触表面进行包括金属的镀敷，所述金属适合与所述触点相互进行固态扩散。

7.如权利要求1至6中的任一项所述的电触点的制造方法，

其特征在于，

所述旋转工具的直径是3至9mm，所述旋转工具的转数是3000至10000rpm，且所述金属基底的厚度是1至2.5mm。

8.电触点的制造设备，

包括：

夹具，所述夹具用于重叠和支承触点和金属基底，

旋转工具，所述旋转工具以预定速度旋转，且向所述夹具前进/从所述夹具缩回以便在所述金属基底的不与所述触点接触的表面上，在与所述触点相对应的位置压入所述金属基底，

所述旋转工具的压力的检测单元或所述旋转工具的电动机转矩的检测单元，以及

控制单元，所述控制单元基于来自所述压力检测单元或所述电动机转矩检测单元的信号控制所述旋转工具的升高/降低，

其中

当所述旋转工具在旋转的同时压入所述金属基底时，所述控制单元将所述压力检测单元或所述电动机转矩检测单元所检测到的压力或电动机转矩超过预定值的位置确定为粘合开始点，并且驱动所述旋转工具以便将所述旋转工具从所述粘合开始点进一步压至预定深度位置，并然后使所述旋转工具从所述金属基底缩回。

9.如权利要求8所述的电触点的制造设备，

其特征在于：

所述控制单元驱动所述旋转工具以便将所述旋转工具从所述粘合开始点进一步压至预定深度位置，并且在所述位置保持一定的时间，并然后使所述旋转工具从所述金属基底缩回。

10.如权利要求9所述的电触点的制造设备，

其特征在于：

所述夹具由陶瓷或不锈钢形成。

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