DE60003864T2

DE60003864T2 - Verbesserte elektrische Kontaktstruktur und diese verwendende Relais oder Schalter

Info

Publication number: DE60003864T2
Application number: DE60003864T
Authority: DE
Inventors: Tokiichi Minato-ku Onodera; Matsujirou Minato-ku Ikeda
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: EP1041591B1; DE60003864D1; US6133537A; CN1268759A; CN1142567C; JP2000276960A; EP1041591A3; EP1041591A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes elektrisches Kontaktgefüge sowie ein Relais und einen Schalter, die dieses Kontaktgefüge verwenden, und insbesondere ein Relais mit einer kleinen Abmessung und einen Schalter mit einer kleinen Abmessung, die bei einem relativ kleinen Strom in Übertragungsvorrichtungen einsetzbar sind.
In den letzten Jahren nahmen die Forderungen nach einer Reduzierung der Größe elektrischer oder elektronischer Vorrichtungen und nach möglichen Reduzierungen, von deren Stromverbrauch zu. Unter diesen Umständen nahm daher auch die Forderung nach einer Reduzierung der Größe eines Relais oder eines Schalters, die beide auf einer gedruckten Leiterplatte für eine Übertragungsvorrichtung befestigt werden sollen, und auch die Forderung nach einer Verbesserung der Empfindlichkeit zu. Das kleine Relais oder der kleine Schalter benötigt eine kleine Kontaktkraft oder einen kleinen Kontaktdruck. Es ist besonders wichtig, die Stabilität eines anfänglichen Kontaktwiderstands beizubehalten. Um die Stabilität des anfänglichen Kontaktwiderstands aufrecht zu erhalten ist es bevorzugt, dass eine Kontaktflächenschicht aus einem weichen Metall hergestellt ist.
Aus der US-A-4,111,690 sind elektrische Kontakte bekannt, die sich aus einer Legierung aus mehreren Metallen zusammensetzen. Es wäre jedoch wünschenswert, eine verbesserte Haftung und einen verbesserten Kontaktwiderstand zu erzielen.
Das Relais und der Schalter werden in einem Abschnitt, wie z.B. einer Abdeckung aus einem Kunststoff, angeordnet, wobei die Kontaktflächenschicht einer organischen Gasatmosphäre ausgesetzt wird. Das Relais und der Schalter können eine externe Belastung aufnehmen. Der Werkstoff für die Kontaktflächenschicht muss einen stabilen Oberflächenzustand aufweisen, um einen guten Kontaktwiderstand bei unterschiedlichen Bedingungen sicherzustellen.
Es ist im Stand der Technik bekannt, zu welcher die vorliegende Erfindung gehört, dass Au und eine AuAg-Legierung einen weichen und stabilen Oberflächenzustand aufweisen sowie eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzen. Au und AuAg sind so weich, dass sie eine plastische Verformung aufweisen. Diese plastische Verformung kann eine mögliche Haftung der Kontaktfläche an einer gegenüberliegenden Kontaktfläche bewirken. Die Haftung der Kontaktfläche an der gegenüberliegenen Kontaktfläche kann einen Verlust der Zuverlässigkeit bewirken.
Es wurde ein Werkstoff für die Kontaktflächenschicht mit einer Anti-Haft-Eigenschaft entwickelt. In der japanischen Offenlegungsschrift 6-108181 wurde offenbart, dass 1–10 Gew.-% Pd und 10–100 ppm C dem Au oder der AuAg-Legierung zugesetzt werden, um den Werkstoff für die Kontaktflächenschicht zu bereiten, so dass sich ein elektrischer Kontakt mit einer verbesserten Anti-Haft-Eigenschaft und Kontaktstabilität ergibt.
In der japanischen Offenlegungsschrift 6-325650 ist offenbart, dass eine AuNi-Legierung, eine AuPd-Legierung oder eine AuAgPt-Legierung für Kontaktflächenschichten gegenüberliegender Kontakte verwendet werden, um eine Anti-Haft-Eigenschaft und eine Kontaktstabilität zu erreichen.
Die Haftung zwischen den Kontaktflächenschichten aus weichem Metall der Kontakte kann sowohl im Betriebszustand der elektrischen Kontakte als auch bei Aufnahme eines externen Stoßes oder einer Erschütterung im Nichtbetrieb verursacht werden. Die vorstehend genannte japanische Veröffentlichung zielt darauf ab, dass die Anti-Haft-Eigenschaft verbessert wird, allerdings nur im Betriebszustand. Die vorstehend genannten weichen Metallwerkstoffe weisen insofern ein Problem auf, dass bei Aufnahme einer externen Erschütterung oder eines externen Stoßes im Ruhezustand oder bei Anlegen einer Erschütterung aufgrund einer Ultraschall-Schneidevorrichtung, eine Haftung eines Ruhekontakts, der in Kontakt mit einer gegenüberliegenden Kontaktfläche im geschlossenen Zustand ist, verursacht werden kann, wodurch es schwierig ist, den Kontakt in einen Öffnungszustand zu bringen, in dem der Ruhekontakt von der gegenüberliegenen Kontaktfläche getrennt ist, während ein Schließkontakt mit einer anderen gegenüberliegenen Kontaktfläche in Kontakt ist. Die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens einer Haftung der Kontaktflächen wird erhöht, da der Au-Anteil in der Kontaktflächenschicht hoch ist. Es ist effektiv, den Gehalt an Au in der Kontaktflächenschicht zur Verbesserung der Anti-Haft-Eigenschaft zu reduzieren. Diese Reduzierung des Au-Gehalts verursacht ein weiteres Problem, indem die Stabilität des Kontaktwiderstands vermindert wird. Folglich ist es mit der vorstehend genannten herkömmlichen Methode schwierig, sowohl eine gute Anti-Haft-Eigenschaft als auch einen hochstabilen Kontaktwiderstand zu erreichen.
Darüber hinaus wird, wenn die Legierung der Kontaktflächenschicht Ni aufweist, ein weiteres Problem durch eine Absonderung von Ni verursacht, wodurch es schwierig ist, eine Stabilität des Kontaktwiderstands zu erreichen.
Unter den vorstehend genannten Umständen war es erforderlich, ein neuartiges elektrisches Kontatkflächengefüge zu entwickeln, welches das oben genannte Problem nicht aufweist.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges elektrisches Kontaktflächengefüge zu schaffen, das die vorstehend genannten Probleme nicht aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges elektrischen Kontaktflächengefüge zu schaffen, das eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und einen hochstabilen Kontaktwiderstand ermöglicht, insbesondere dann, wenn die elektrischen Kontakte in geschlossenem Zustand in Kontakt miteinander verbleiben.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neuartiges Relais bereitzustellen, welches das die vorstehend genannten Probleme nicht aufweisende elektrische Kontaktflächengefüge einsetzt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Relais bereitzustellen, welches das elektrische Kontaktflächengefüge verwendet, das eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und einen hochstabilen Kontaktwiderstand insbesondere dann ermöglicht, wenn die elektrischen Kontakte bei geschlossenem Zustand in Kontakt miteinander verbleiben.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Schalter zu schaffen, der das die vorstehend genannten Probleme nicht aufweisende elektrische Kontaktflächengefüge einsetzt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuartigen Schalter bereitzustellen, der das elektrische Kontaktflächengefüge verwendet, das eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und einen hochstabilen Kontaktwiderstand insbesondere dann ermöglicht, wenn die elektrischen Kontakte in geschlossenem Zustand in Kontakt miteinander verbleiben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrisches Kontaktgefüge bereit, das eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche aufweist, wobei zumindest eine der beiden Kontaktflächen, d.h. die erste oder die zweite Kontaktfläche, eine AuAgPd-Legierung aufweist, die 7–16 Gew.-% Ag und 1–10 Gew.-% Pd enthält, wodurch eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und ein hochstabiler Kontaktwiderstand insbesondere dann erzielt werden können, wenn die elektrischen Kontakte im Ruhezustand sind.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen.
Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen werden ausführlich mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht, die ein Gefüge eines Relais zeigt, das ein neuartiges erfindungsgemäßes elektrisches Kontaktgefüge verwendet;
2 einen Querschnitts-Aufriss, der ein Kotanktbandgefüge zeigt, das in einem Relais von 1 verwendet wird;
3 ein Schaubild, das die individuelle Auftrittshäufigkeit der Haftung für jedes der Beispiele 1–5 und für jedes der Vergleichsbeispiele 1–5 zeigt;
4 ein Diagramm, das eine Veränderung der Auftrittshäufigkeit der Haftung im Verhältnis zu einem Gesamtkontakt von Ag und Pd aus den Untersuchungsergebnissen der Bei spiele 1–5 und der Vergleichsbeispiele 1–5 zeigt;
5 ein Schaubild, das Kontaktwiderstände in einem anfänglichen Durchschnittswert, einem Durchschnittswert nach der Untersuchung und einem maximalen Wert nach der Untersuchung von 20 Relais in jedem der vorstehend genannten Beispiele 1–5 und der vorstehend genannten Vergleichsbeispiele 1–5 zeigt;
6 ein Schaubild, das Kontaktwiderstände in einem anfänglichen Durchschnittswert, einem Durchschnittswert nach der Untersuchung und einem maximalen Wert nach der Untersuchung von 20 Relais in jedem der vorstehend genannten Beispiele 1–3 und der vorstehend genannten Vergleichsbeispiele 1–4 zeigt; und
7 ein Schaubild, das Kontaktwiderstände in einem anfänglichen Durchschnittswert, einem Durchschnittswert nach der Untersuchung und einem maximalen Wert nach der Untersuchung von 20 Relais in jedem der vorstehend genannten Beispiele 1–3 und der vorstehend genannten Vergleichsbeispiele 1–4 zeigt.
Die vorliegende Erfindung stellt ein elektrisches Kontaktgefüge bereit, das eine erste Kontaktfläche und eine zweite Kontaktfläche aufweist, wobei zumindest eine der beiden, d.h. die erste oder die zweite Kontaktfläche eine AuAgPd-Legierung aufweist, die 7–16 Gew.-% Ag und 1–10 Gew.-% Pd enhält, wodurch eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und ein hochstabiler Kontaktwiderstand insbesondere dann erzielt werden können, wenn sich die elektrischen Kontakte im Ruhezustand befinden.
Es ist möglich, dass die verbleibende der beiden Kontaktflächen Au aufweist, wodurch eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und ein hochstabiler Kontaktwiderstand insbesondere dann erzielt werden können, wenn sich die elektrischen Kontakte im Ruhezu stand befinden. Alternativ ist es auch möglich, dass die verbleibende der beiden Kontaktflächen eine AuAg-Legierung aufweist, wodurch eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und ein hochstabiler Kontaktwiderstand insbesondere dann erzielt werden können, wenn sich die elektrischen Kontakte im Ruhezustand befinden.
Es ist bevorzugt, dass ein Gesamtzusammensetzungsverhältnis von Ag und Pd nicht weniger als 14 Gew.-% beträgt, wodurch eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und ein hochstabiler Kontaktwiderstand insbesondere dann erzielt werden können, wenn sich die elektrischen Kontakte im Ruhezustand befinden. Es ist möglich, dass die verbleibende der beiden Kontaktflächen Au aufweist. Alternativ ist es auch möglich, dass die verbleibende der beiden Kontaktflächen eine AuAg-Legierung aufweist.
Es ist möglich, dass zumindest eine der beiden Kontaktflächen, d.h. die erste oder die zweite Kontaktfläche, auf einer Legierungs-Zwischenschicht ausgebildet ist, die mit Hilfe eines Kontaktfederbauteils verbunden ist, so dass die Legierungs-Zwischenschicht wirksam ist, um einen Einfluss auf eine Kontaktwiderstands-Eigenschaft aufgrund von erzeugten feinen Löchern oder einer Reibung der Kontaktflächenschicht durch häufigen Betrieb der elektrischen Kontakte zu kompensieren, wodurch die Kompensation zu einer langen Lebensdauer und einer, hohen Zuverlässigkeit führt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine AgNi-Legierung aufweist, so dass die Legierungs-Zwischenschicht wirksam ist, um einen Einfluss auf eine Kontaktwiderstands-Eigenschaft aufgrund von erzeugten feinen Löchern oder einer Reibung der Kontaktflächenschicht durch häufigen Betrieb der elektrischen Kontakte zu kompensieren, wodurch die Kompensation zu einer langen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit führt. Alternativ ist es bevorzugt, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine AgPd-Legierung aufweist, so dass die Legierungs-Zwischenschicht wirksam ist, um einen Einfluss auf eine Kontaktwider stands-Eigenschaft aufgrund von erzeugten feinen Löchern oder einer Reibung der Kontaktflächenschicht durch häufigen Betrieb der elektrischen Kontakte zu kompensieren, wodurch die Kompensation zu einer langen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit führt.
Es ist möglich, dass zumindest eine der beiden Kontaktflächen, d.h. die erste oder die zweite Kontaktfläche, auf einer Legierungs-Zwischenschicht gebildet ist, die wiederum auf einer mit einem Kontaktfederbauteil verbunden Grundmetallschicht ausgebildet ist, wodurch es einfach ist, die Legierungs-Zwischenschicht und die Kontaktfläche mit der Kontaktfeder zu verbinden, und darüber hinaus wird die Verbindungsfestigkeit verbessert. In diesem Fall ist es möglich, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine AgNi-Legierung aufweist, so dass die Legierungs-Zwischenschicht wirksam ist, um einen Einfluss auf eine Kontaktwiderstands-Eigenschaft aufgrund von erzeugten feinen Löchern oder einer Reibung der Kontaktflächenschicht durch häufigen Betrieb der elektrischen Kontakte zu kompensieren, wodurch die Kompensation zu einer langen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit führt. Alternativ ist es möglich, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine AgPd-Legierung aufweist, so dass die Legierungs-Zwischenschicht wirksam ist, um einen Einfluss auf eine Kontaktwiderstands-Eigenschaft aufgrund von erzeugten feinen Löchern oder einer Reibung der Kontaktflächenschicht durch häufigen Betrieb der elektrischen Kontakte zu kompensieren, wodurch die Kompensation zu einer langen Lebensdauer und einer hohen Zuverlässigkeit führt. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Grundmetallschicht eine CuNi-Legierung aufweist, wodurch es einfach ist, die Legierungs-Zwischenschicht und die Kontaktfläche mit der Kontaktfeder zu verbinden, und darüber hinaus wird die Verbindungsfestigkeit verbessert.
Das vorstehend genannte elektrische Kontaktgefüge kann bei einem Relais und einem Schalter angewendet werden.
Die neuartige Kontaktfläche der AuAgPd-Legierung weist eine höhere Anti-Haft-Eigenschaft im Nichtbetriebszustand auf als die herkömmliche Kontaktfläche der AuPdC-Legierung. Die Kombination der AuAgPd-Legierung der Kontaktflächenschicht mit der spezifischen Legierung der unterhalb der Kontaktflächenschicht liegenden Metall-Zwischenschicht verbessert die Eigenschaft des Kontakts.
Es ist wichtig, dass zumindest eine der beiden Kontaktflächen, d.h. die erste oder die zweite Kontaktfläche aus der AuAgPd-Legierung hergestellt ist. Der Au-Gehalt in der Kontaktflächenschicht hat eine große Wirkung auf die Anti-Haft-Eigenschaft und den Kontaktwiderstand. Falls der Ag-Gehalt besonders gering ist, beispielsweise nicht mehr als 5 Gew.-% ausmacht, dann ist der Gehalt des weichen Metalls Au im Verhältnis zu dem niedrigen Ag-Gehalt hoch, wodurch die Härte der Legierung niedrig ist, und die Anti-Haft-Eigenschaft ist nicht gut. Um die Anti-Haft-Eigenschaft zu verbessern ist es wirksam, den Pd-Gehalt zu erhöhen. Falls der Pd-Gehalt jedoch übermäßig hoch ist, dann ist es möglich, dass eine organische Substanz auf der Kontaktfläche verändert wird, um einen Isolator, ein sogenanntes Braunpulver, zu bilden, was zu einem mangelhaften Kontakt führt. Falls der Ag-Gehalt übermäßig hoch ist, beispielsweise nicht weniger als 20 Gew.-% beträgt, ist es schwierig, die Bildung von Sulfid zu unterdrücken. Es wurde von den Erfindern der hier vorliegenden Anmeldung herausgefunden, dass ein bevorzugter Bereich des Ag-Gehalts bei 7–16 Gew.-% liegt.
Falls der Pd-Gehalt übermäßig niedrig ist, nähert sich die Härte der AuAgPd-Legierung der Härte des AuAg an, wobei die Anti-Haft-Eigenschaft nicht gut ist. Falls der Pd-Gehalt jedoch übermäßig hoch ist, so tritt das vorstehend genannte Problem mit dem mangelhaften Kontakt aufgrund der Erzeugung eines Isolators auf. Es wurde von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung bestätigt, dass ein bevorzugter Bereich des Pd- Gehalts bei 1–10 Gew.-% liegt. Da die AuAgPd-Legierung Luft ausgesetzt wird, wird eine in der Luft auftretende feste Lösung aus Pd und C verursacht, wobei 10 ppm (Teichen pro Million) an C in der AuAgPd-Legierung als Verunreinigung enthalten sind.
Eine Gesamtmenge des Ag- und Pd-Gehalts liefert einen hohen Wirkungsgrad der Anti-Haft-Eigenschaft und den stabilen Kontaktwiderstand. Es wurde von den Erfindern der vorliegenden Anmeldung bestätigt, dass ein bevorzugter Bereich der Gesamtmenge an Ag und Pd nicht weniger als 14 Gew.-% beträgt, um eine wünschenswerte Anti-Haft-Eigenschaft zu erhalten.
Das Relais oder der Schalter weist zwei Kontakte auf, beispielsweise einen Schließkontakt und einen Ruhekontakt. In einem Anfangszustand befindet sich der Schließkontakt im offenen Zustand, in dem der Schließkontakt von einer gegenüberliegenden Schließkontaktfläche getrennt ist, wohingegen sich der Ruhekontakt in einem geschlossenen Zustand befindet, in dem der Ruhekontakt in Kontakt mit einer gegenüberliegenden Ruhekontaktfläche ist.
Im Anfangszustand ist eine Kontaktfläche des Schließkontakts einer organischen Gasatmosphäre ausgesetzt. Für gewöhnlich ist entweder der Schließkontakt oder der gegenüberliegende Schließkontakt ein fester Kontakt und der andere ist ein beweglicher Kontakt. Eine Kontaktflächenschicht von zumindest dem Schließkontakt oder dem gegenüberliegenden Schließkontakt weist die AuAgPd-Legierung auf, wohingegen eine Kontaktflächenschicht des verbleibenden Schließkontakts und des gegenüberliegenden Schließkontakts Au oder die AuAg-Legierung aufweisen.
Im anfänglichen Zustand bleibt eine Kontaktfläche des Ruhekontakts in Kontakt mit der gegenüberliegenden Ruhekontaktfläche, wobei die Kontaktfläche der organischen Gasatmosphäre nicht ausgesetzt wird. Der Ruhekontakt nimmt jedoch sehr wahrscheinlich eine externe Erschütterung oder einen externen Stoß auf, wodurch es wahrscheinlich ist, dass der Ruhekontakt an dem gegenüberliegenen Ruhekontakt haften bleibt. Um dieses Problem der Haftung zu vermeiden ist ein Hartmetall, oder eine Hartlegierung wirksam, um eine Anti-Haft-Eigenschaft sicherzustellen. Das Hartmetall oder die Hartlegierung weist jedoch im Hinblick auf die geringe Stabilität des Kontaktwiderstands Nachteile auf. Erfindungsgemäß wird die AuAgPd-Legierung jedoch für die Kontaktflächenschichten des Ruhekontakts und des gegenüberliegenen Ruhekontakts verwendet, um sowohl die gute Anti-Haft-Eigenschaft als auch die hohe Stabilität des Kontaktwiderstands zu erzielen. Insbesondere ist die AuAgPd-Legierung im höchsten Maße wirksam, um die Haftung aufgrund einer externen Erschütterung und eines externen Stoßes während des Nichtbetriebs zu verhindern.
Die Oberflächenkontaktschicht wird auf der Metall-Zwischenschicht ausgebildet, die mit der Kontaktfeder verbunden ist. Die Metall-Zwischenschicht liefert keinen direkten Beitrag zur Verbesserungen hinsichtlich der Anti-Haft-Eigenschaft und der Kontaktstabilität im Nichtbetriebszustand. Die Metall-Zwischenschicht ist wirksam, um einen Einfluss auf eine Kontaktwiderstands-Eigenschaft aufgrund erzeugter feiner Löcher oder Reibung der Kontaktflächenschicht durch häufigen Betrieb der elektrischen Kontakte zu kompensieren, wodurch die Kompensierung in einer langen Lebensdauer und hoher Zuverlässigkeit resultiert. Der Werkstoff oder die Legierung für die Legierungs-Zwischenschicht wird unter elektrischer Belastung und in Kombination mit der Legierung der Kontaktflächenschicht ausgewählt. Falls die elektrische Belastung niedrig ist, so ist eine AgNi-Legierung vorzugsweise für die Legierungs-Zwischenschicht geeignet. Ansonsten wird die AgPd-Legierung für die Legierungs-Zwischenschicht bevorzugt verwendet.
Des Weiteren kann die Grundmetallschicht zwischen der Metall- Zwischenschicht und der Kontaktfeder bereitgestellt werden, um die Bindefestigkeit an die Kontaktfeder zu erhöhen. Der Werkstoff für die Grundmetallschicht wird ausgewählt, um ein Verschweißen der Grundmetallschicht mit dem Kontaktfeder-Werkstoff, beispielsweise Phosphorbronze, zu ermöglichen. Es wird z.B. die CuNi-Legierung bevorzugt verwendet.
In den folgenden Beispielen 1–5 und den Vergleichsbeispielen 1–5 wurde ein in 1 dargestelltes Relais 100 gebildet. Das Relais 100 weist eine Bodendichtung 150, einen Eisenkern 160, eine Wicklung 170, einen Magneten 180, eine Abdeckung 140, Kontakt-Blattfederbauelemente 130 und bewegliche sowie feste Ruhekontakte 110 und bewegliche sowie feste Schließkontakte 120 auf. Der Aufbau des Relais 100 ist identisch zu dem bereits bekannten Aufbau. Bei dem Relais 100 handelt es sich um ein Mikrosignal-Relais vom nicht selbsthaftenden und Dichtungstyp mit einem Polaraufbau. Die beweglichen Kontakte sind Doppelkontakte, wobei eine Kontaktkraft ungefähr 5 gr beträgt und eine Kontaktlücke 0,3 mm groß ist. Bei dem Kontakt handelt es sich um ein Kontaktband 200 mit einem Schnittaufbau gemäß 2. Genau gesagt weist das Kontaktband 200 einen Dreischichtenaufbau auf und besteht aus einer Grundmetallschicht 230, einer Zwischenschicht 220 auf der Grundmetallschicht 230, sowie einer Kontaktflächenschicht 210, die auf der Metall-Zwischenschicht 220 ausgebildet ist. Die Grundmetallschicht 230 wird mit einer Kontaktfeder und mit einem Anschluss mit Hilfe eines Widerstandsschweißverfahrens verbunden. Die Grundmetallschicht 230 weist eine CuNi-Legierung auf. Die Metall-Zwischenschicht 220 weist ein Ag₄₀Pd₆₀-Legierung auf. Die Kontaktflächenschicht 210 weist unterschiedliche Werkstoffe für jedes Beispiel und jedes Vergleichsbeispiel auf. Die Kontaktflächenschicht 210 ist 0,3 mm breit und 3 μm dick. Eine Gesamtdicke der Kontaktflächenschicht 210 und der Metall-Zwischenschicht 220 beträgt 65 μm. Eine Gesamtdicke der Kontaktflächenschicht 210, der Metall-Zwischenschicht 220 und der Grundmetallschicht 230 beträgt 0,15 mm. Die vorstehend genann ten Beschreibungen des Aufbaus des in 1 gezeigten Relais und des in 2 gezeigten Kontaktgefüges sind den folgenden Beispielen 1–5 und den Vergleichsbeispielen 1–5 gemeinsam.
Beispiel 1
In diesem Beispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₈₂Ag₁₅Pd₃ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die gleiche Legierung aus Au82Ag15Pd3 aufweist. Die Au₈₂Ag₁₅Pd₃-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 82 Gew.-% Au, 15 Gew.-% Ag und 3 Gew.-% Pd.
Beispiel 2
In diesem Beispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₇₆Ag₁₅Pd₉ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, die die gleiche Legierung aus Au₇₆Ag₁₅Pd₉ aufweist. Die Au₇₆Ag₁₅Pd₉-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 76 Gew.-% Au, 15 Gew.-% Ag und 9 Gew.-% Pd.
Beispiel 3
In diesem Beispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Au₈₆Ag₈Pd₆-Legierung aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung aus Au₈₆Ag₈Pd₆ aufweist. Die Au₈₆Ag₈Pd₆-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 86 Gew.-% Au, 8 Gew.-% Ag und 6 Gew.-% Pd.
Beispiel 4
In diesem Beispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Au₈₆Ag₈Pd₆-Legierung aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekon-taktflächenschicht aufweist, die Au aufweist. Die Au₈₆Ag₈Pd₆-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 86 Gew.-% Au, 8 Gew.-% Ag und 6 Gew.-% Pd.
Beispiel 5
In diesem Beispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₈₆Ag₈Pd₆ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung Au₉₂Ag₈ aufweist. Die Au₈₆Ag₈Pd₆-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 86 Gew.-% Au, 8 Gew.-% Ag und 6 Gew.-% Pd. Die Au₉₂Ag₈-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 92 Gew.-% Au und 8 Gew.-% Ag.
Vergleichsbeispiel 1
In diesem Vergleichsbeispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₉₂Ag₈ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung aus Au₉₂Ag₈ aufweist. Die Au₉₂Ag₈-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 92 Gew.-% Au und 8 Gew.-% Ag.
Vergleichsbeispiel 2
In diesem Vergleichsbeispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₇₅Ag₂₅ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung aus Au₉₂Ag₈ aufweist. Die Au₇₅Ag₂₅-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 75 Gew.-% Au und 25 Gew.-% Ag. Die Legierung Au₉₂Ag₈ besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 92 Gew.-% Au und 8 Gew.-% Ag.
Vergleichsbeispiel 3
In diesem Vergleichsbeispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₈₅Ag₁₅ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung aus Au₈₅Ag₁₅ aufweist. Die Au₈₅Ag₁₅-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 85 Gew.-% Au und 15 Gew.-% Ag.
Vergleichsbeispiel 4
In diesem Vergleichsbeispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₇₅Ag₂₅ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung aus Au₇₅Ag₂₅ aufweist. Die Legierung Au₇₅Ag₂₅ besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 75 Gew.-% Au und 25 Gew.-% Ag.
Vergleichsbeispiel 5
In diesem Vergleichsbeispiel weist der bewegliche Ruhekontakt eine bewegliche Ruhekontaktflächenschicht auf, die eine Legierung aus Au₉₀Ag₅Pd₅ aufweist, wohingegen der feste Ruhekontakt eine feste Ruhekontaktflächenschicht aufweist, welche die Legierung aus Au₉₀Ag₅Pd₅ aufweist. Die Au₉₀Ag₅Pd₅-Legierung besitzt ein Zusammensetzungsverhältnis von 90 Gew.-% Au, 5 Gew.-% Ag und 5 Gew.-% Pd.
TABELLE 1
(1) BEWERTUNGEN DER ANTI-HAFT-EIGENSCHAFT
(A) Bewertung der Anti-Haft-Eigenschaft im Verhältnis zu externem Stoß im Nichtbetriebszustand
In allen vorstehend genannten Beispielen 1–5 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–5 wurden 20 Relais mit den individuellen Kontakten hinsichtlich ihrer Anti-Haft-Eigenschaft bei externem Stoß im Nichtbetriebszustand untersucht. Das Relais wurde in ein zylinderförmiges Magazin mit einer Länge von 550 mm eingeführt. Anschläge wurden an gegenüberliegenden Enden des zylinderförmigen Magazins als Abschluss angebracht. Es wurde ein eigenschwerer Fall des Relais in vertikale Richtung dreimal durchgeführt, bevor bestätigt wurde, ob eine Auftrittshäufigkeit der Haftung zwischen den Kontakten ermittelt werden konnte oder nicht. 3 stellt ein Schaubild dar, das eine individuelle Auftrittshäufigkeit der Haftung für jedes Beispiel 1–5 sowie jedes Vergleichsbeispiel 1–5 zeigt. Im Vergleichsbeispiel 1 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 100%. Im Vergleichsbeispiel 2 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 40%. Im Vergleichsbeispiel 3 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung mehr als 40%. Im Vergleichsbeispiel 4 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 0%. Im Vergleichsbeispiel 5 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 30%. Im Beispiel 1 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 5%. Im Beispiel 2 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 0%. Im Beispiel 3 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 5%. Im Beispiel 4 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 15%. Im Beispiel 5 betrug die Auftrittshäufigkeit der Haftung 10%. In den Beispielen 1–5 und dem Vergleichsbeispiel 4 war die Auftrittshäufigkeit der Haftung jeweils niedrig. In den Vergleichsbeispielen 1–3 und 5 war die Auftrittshäufigkeit der Haftung jeweils hoch.
4 ist ein Diagramm, das die Schwankung der Auftrittshäu figkeit der Haftung im Verhältnis zu einem Gesamtkontakt von Ag und Pd aus den Untersuchungsergebnissen der Beispiele 1–5 und den Vergleichsbeispielen 1–5 zeigt. Falls der Gesamtkontakt von Ag und Pd nicht weniger als 14 Gew.-% beträgt, dann ist die Auftrittshäufigkeit der Haftung niedrig.
B) Bewertung der Anti-Haft-Eigenschaft im Betriebszustand
In allen vorstehend genannten Beispielen 1–5 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–5 wurden 20 Relais mit den individuellen Kontakten hinsichtlich ihrer Anti-Haft-Eigenschaft im Betriebszustand untersucht. In allen vorstehend genannten Beispielen 1–5 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–5 ist die Auftrittshäufigkeit der Haftung niedrig.
(2) BEWERTUNG DER STABILITÄT DES KONTAKTWIDERSTANDS
(A) mechanischer Bewegungstest unter hohen Temperaturkonditionen
In allen vorstehend genannten Beispielen 1–5 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–5 wurden 20 Relais mit den individuellen Kontakten bei 10000000-maliger Öffnungs/Schließoperation unter Nulllast bei 10 Hz und 50 Auslastung sowie bei einer Temperatur von 70°C untersucht, wobei eine Schwankung des Kontaktwiderstands bestätigt wurde. 5 ist ein Schaubild, das Kontaktwiderstände bei anfänglichem Durchschnittswert, einem Durchschnittswert nach der Untersuchung und einem maximalen Wert nach der Untersuchung von 20 Relais in jedem der vorstehend genannten Beispiele 1–5 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–5 zeigt. In den Beispielen 1–5 sowie den Vergleichsbeispielen 1, 2 und 5 sind die Unterschiede des Kontaktwiderstands zwischen den anfänglichen Durchschnittswerten und den Durchschnittswerten nach der Untersuchung gering und Abweichungen der Kontaktwiderstände sind ebenfalls gering. In den Vergleichsbeispielen 3 und 4 sind die Unterschiede des Kontaktwiderstands zwischen den anfänglichen Durchschnittswerten und den Durchschnittswerten nach der Untersuchung hoch und Abweichungen der Kontaktwiderstände sind ebenfalls hoch. Die Kontakte in den Vergleichsbeispielen 3 und 4 weisen eine geringe Zuverlässigkeit auf.
(B) mechanischer Bewegungstest unter normalen Temperaturkonditionen
In allen vorstehend genannten Beispielen 1–3 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–4 wurden 20 Relais mit den individuellen Kontakten bei 20000000-maliger Öffnungs/Schließoperation unter Nulllast bei 10 Hz und 50 Auslastung sowie bei einer Temperatur von 25°C untersucht, wobei eine Schwankung des Kontaktwiderstands bestätigt wurde. 6 ist ein Schaubild, das Kontaktwiderstände bei anfänglichem Durchschnittswert, einem Durchschnittswert nach der Untersuchung und einem maximalen Wert nach der Untersuchung von 20 Relais in jedem der vorstehend genannten Beispiele 1–3 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–4 zeigt. In den Beispielen 1–3 sowie den Vergleichsbeispielen 1 und 3 sind die Unterschiede des Kontaktwiderstands zwischen den anfänglichen Durchschnittswerten und den Durchschnittswerten nach der Untersuchung gering und Abweichungen der Kontaktwiderstände sind ebenfalls gering. In den Vergleichsbeispielen 2 und 4 sind die Unterschiede des Kontaktwiderstands zwischen den anfänglichen Durchschnittswerten und den Durchschnittswerten nach der Untersuchung hoch und Abweichungen der Kontaktwiderstände sind ebenfalls sehr hoch. Die Kontakte in den Vergleichsbeispielen 2 und 4 weisen eine geringe Zuverlässigkeit auf.
(C) Bewertung der Stabilität unter hohen Temperaturumständen
In allen der vorstehend genannten Beispiele 1–3 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–4 wurden 20 Relais mit den individuellen Kontakten einer Nulllast einer Temperatur von 85°C über eine Zeitdauer von 800 Stunden ausgesetzt, wodurch eine Schwankung des Kontaktwiderstands bestätigt wurde. 7 ist ein Schaubild, das Kontaktwiderstände bei anfänglichem Durchschnittswert, einem Durchschnittswert nach der Untersuchung und einem maximalen Wert nach der Untersuchung von 20 Relais in jedem der vorstehend genannten Beispiele 1–3 und den vorstehend genannten Vergleichsbeispielen 1–4 zeigt. In den Beispielen 1–3 sowie den Vergleichsbeispielen 1–4 sind die Differenzen des Kontaktwiderstands zwischen den anfänglichen Durchschnittswerten und den Durchschnittswerten nach der Untersuchung gering und Abweichungen der Kontaktwiderstände sind ebenfalls gering.
Folglich versteht es sich aus den vorstehend genannten Beispielen und Vergleichsbeispielen, dass dass es schwierig für eine AuAg-Legierung ist, sowohl die Anti-Haft-Eigenschaft als auch die Stabiltität des Kontaktwiderstands zu erzielen. Falls die AuAgPd-Legierung mit einem Ag-Gehalt von weniger als 7 Gew.-% verwendet wird, dann sind die Anti-Haft-Eigenschaft und die Stabilität des Kontaktwiderstands besser, allerdings nur im Betriebszustand. Die Anti-Haft-Eigenschaft gegenüber externem Stoß im Nichtbetriebszustand ist gering. Falls die AuAgPd-Legierung mit einem Ag-Gehalt im Bereich von 7–16 Gew.-% verwendet wird, wird nicht nur eine gute Anti-Haft-Eigenschaft im Betriebszustand, sondern auch eine gute Anti-Haft-Eigenschaft und eine hohe Stabilität des Kontaktwiderstands im Nichtbetriebszustand erzielt.
Obwohl Modifikationen der vorliegenden Erfindung für einen Fachmann in der Technik, zu welcher die vorliegende Erfindung gehört, offensichtlich sind, versteht es sich, dass die mit Hilfe von Abbildungen gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen keinesfalls in einem einschränkenden Sinne gesehen werden dürfen. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass alle Modifikationen, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen, durch die Ansprüche abgedeckt sind.

Claims

Elektrisches Kontaktgefüge mit einer ersten Kontaktfläche und einer zweiten Kontaktfläche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten und zweiten Kontaktflächen eine AuAgPd-Legierung aufweist, die aus 7–16 Gew.-% Ag und 1–10 Gew.-% Pd besteht, wobei Gold und unvermeidbare Verunreinigungen die restlichen Gew.-% ausmachen.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende der ersten oder der zweiten Kontaktschicht Au aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende der ersten oder der zweiten Kontaktschicht eine AuAg-Legierung aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Ag und Pd nicht weniger als 14 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung beträgt.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende der ersten oder der zweiten Kontaktschicht Au aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende der ersten oder der zweiten Kontaktschicht eine Legierung aus AuAg aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten oder zweiten Kontaktfläche auf einer Legierungs-Zwischenschicht, die mit Hilfe eines Kontaktfederbauteils verbunden ist, ausgebildet ist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine Legierung aus AgNi aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine Legierung aus AgPd aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der ersten oder zweiten Kontaktschicht auf einer Legierungs-Zwischenschicht gebildet ist, die wiederum auf einer mit einem Kontaktfederbauteil verbundenen Grundmetallschicht ausgebildet ist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine Legierung aus AgNi aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungs-Zwischenschicht eine Legierung aus AgPd aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundmetallschicht eine Legierung aus CuNi aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktgefüge einen Relais-Kontakt aufweist.
Elektrisches Kontaktgefüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Kontaktgefüge einen Schalter-Kontakt aufweist.
Relais, das ein elektrisches Kontaktgefüge gemäß Anspruch 1 aufweist.
Schaltvorrichtung mit einem elektrischen Kontaktgefüge gemäß Anspruch 1.
Elektrisches Kontaktflächengefüge, das eine Legierung aus AuAgPd aufweist, die zu 7–16 Gew.-% aus Ag und zu 1–10 Gew.-% aus Pd besteht, wobei Gold und unvermeidbare Verunreinigungen die restlichen Gew.-% ausmachen.