JP2004303505A - 電気接点材料 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易かつ能率的、経済的であり、しかも予め設計した範囲内の耐用開閉回数になると確実に不導通となるフェイルセーフ型接点と、そのための電気接点材料と、それらの製造方法を提供することを、課題とする。
【解決手段】接点材に覆われてこの接点材中にあって、接点材の接点面が消耗して接点材の耐用命数が来ると、表に露呈して接点材を不導通にする絶縁層が、本来が導電体である金属によってつくられる。この金属は当初は導体であるが、接点材と共に一体化するようにて成形加工され、その後に酸化雰囲気下で加熱し酸化して、少なくともその一部が上記の絶縁層をなす。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、所定の寿命が来ると導通がなくなる電気接点材料、及びこの材料になる電気接点、並びにそれらの製造方法を提供するものである。
かかる電気接点は、この技術分野でフェイルセーフ接点とも呼ばれ、最近その需要が盛んである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より提案されているこの種の電気接点では、導電性の接点材の中にセラミック繊維やガラス繊維等の絶縁物を入れておき、接点材が消耗して所定の寿命が来ると、この絶縁物が接点の表面にもたらされて、接点が導通不能になる。ここで採用されているセラミックやガラス繊維は、接点材中に組み込まれる以前から本来的に絶縁物であり、かかる絶縁物は粉状になり易い。
【０００３】
接点材中に組み込まれる際に絶縁物が粉状になると、接点材の表面に粉状の絶縁物が付着し、接点の電気特性が著しく損なわれることになる。また、この種の絶縁物の展延性等を初めとする物理特性は、接点材をなす銀や銀合金の金属材料と著しく異なるので、両者の合わせ材を所望の接点形状に成形加工するのは、誠に困難である。殊に絶縁物の破砕なしに、この種のフェイルセーフ接点に要求されるミリ単位の形状に、上記した種類の合わせ材を成形するのは至難の技である。
【０００４】
また、接点を接点材と接点母材に分け、この間の中間材として元々が絶縁体であるセラミックやガラス等の粉末絶縁物または樹脂を介在させたフェイルセーフ接点があるが、これもまた上述した種類の困難を伴うことを免れない。更にまた、かかる接点では、その構成からして、接点材の事実上全部が消失したときにのみ不導通になるので、その実用上の不利、不都合もある。殊に、通常は全体として導電性に優れていなければならない接点の電気特性が、接点を二分する導体間に挟まれた絶縁体で損なわれることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、この発明の課題は、製作が容易であり且つ設定した寿命が来たときにのみ確実に不導通となるフェイルセーフ接点と、そのための材料と、それらの製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、接点材に覆われてこの接点材中にあって、接点が消耗してその寿命が来たときに、表面に露呈して接点を不導通にする絶縁層が、元来が導電体である金属の銅、銅合金、鉄族金属、鉄族金属合金、錫、錫合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、または亜鉛合金によってつくられる。これらの金属は接点材中にあって当初は導電体であるが、先ずは接点材と共に一体化されるように成形加工され、その後に酸化雰囲気下で加熱されて酸化して、初めてその少なくとも一部が絶縁層となる。
【０００７】
即ち、この発明になるフェイルセーフ接点材料にあっては、それを構成する接点材も絶縁層となる上記の導電体も共に金属であるので、この両者をロール加工、線引き、圧着、或いはダイス引き加工等によって一体化し、所望の接点形状にするのに、通常の接点材の製造方法と同じ方法が用いられ、容易である。接点材中の上記した導電体を酸化して絶縁層とする技術も、例えば銀合金接点材料の内部酸化法等と共通するところがあり、この分野の技術に通暁する者にとっては容易なところである。また、該絶縁層は接点材によって覆われているので、通常の作動時に接点材料の導電特性が、絶縁層によって損なわれことがないのも、この発明の優れた特徴の一つである。
【０００８】
【発明の実施の態様】
以下に、この発明になる接点材料または接点を、いずれも説明的な縦断面図で示す図１ないし図５を参照して、これらの好適な実施例によって更に詳述する。
【０００９】
実施例１：
図１の（ａ）に示すようにこの実施例では、接点材は銀よりなる外径５ｍｍ、内径３ｍｍのパイプ１である。このパイプ１の芯穴に、接点材１と一体となり且つこの接点材１中に埋没して後に絶縁層３をつくる直径２．９ｍｍの銅線２を挿入した。続いて、図１の（ｂ），（ｃ）で示すように、ロール加工、線引き加工により、接点材１と銅線２とを一体化し、幅２．５ｍｍ，厚さ１．５ｍｍの一体のテープ状に成形した。全体が金属になるテープを、空気を雰囲気とする電気炉で、６００℃で１０時間加熱、酸化処理したところ、図１の（ｄ）で示されるように接点材１の芯部をなす銅線２の表面部に０．０５ｍｍの酸化銅の絶縁層３が生成された。この接点材料を更にダイス引きして成形し、その断面が図１の（ｃ）に示されるように、脚部４を有するリベット状のカシメ型接点材料とした。
【００１０】
この接点材料を長さ２ｍｍに切断して、多数の単体接点をつくり、これをリレーに組み込んで電気開閉試験を行った。その結果は次の通りであった。
試験用開閉器： ＩＳＯμリレー
試験電圧・電流： ＤＣ１２Ｖ， ５Ａ
負荷： 誘導負荷（ｐｆ０．８）
試験結果： 試験した単体接点は、１１，０００回〜１３，００回の範囲内で不導通となった。
なお、この実施例では銅線２の外表面の全面に、酸化銅の絶縁層３を生成したが、かかる絶縁層は、例えば図１の（ｃ）で示される接点材の接点面をなす部分（この図において脚部４と対向する上面部分）と対面する銅線２の外周部の少なくとも一部（この図において銅線の上面）にだけでも生成されていれば、この発明の目的であるフェイルセーフの機能をこの発明の接点は果たせる。
【００１１】
実施例２：
図２の（ａ）に示すように、接点材をなす銀ー酸化錫ー酸化インジウムの外径５ｍｍ、内径３ｍｍのパイプ１の芯穴中に、酸化されて絶縁層をつくる直径２．９ｍｍの銅線２を挿入し、ついで図２の（ｂ），（ｃ）で示されるように、ロール加工、線引き加工により銀合金の接点材１と銅線２とを一体のテープ状に成形し、幅２．５ｍｍ、厚さ
１．５ｍｍのテープを得た。これを空気を雰囲気とする電気炉内で７００℃、１２時間で加熱、酸化処理したところ、図２の（ｄ）の通りに、テープの芯部の銅線２の表面に０．０６ｍｍの酸化銅の絶縁層３が生成した。これを更にダイス引きで成形して、その断面形状を図２の（ｅ）で示される如くに、カシメ用脚部４を有するＴ型断面のテープとした。
【００１２】
この全体が金属になる電気接点材料テープを切断して、それぞれの長さが２ｍｍの多数の単体接点とした。この接点をリレーに組み込み、電気開閉試験を行い、次の通りの結果をみた。
試験用開閉器： ＩＳＯ μリレー
試験電圧・電流： ＤＣ１２Ｖ， ５Ａ
負荷： 誘導負荷（ｐｆ０．８）
試験結果： 試験した接点は、２３，０００回〜２５，０００回の範囲内で不導通となった。
【００１３】
実施例３：
図３の（ａ）で示すように、上面に幅１ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝５を有する接点材の銀テープ１の該溝中に、対応した寸法の銅の角状テープ２をはめ込み、更にその上に接点材の一部をなす銀の平角テープ１’を重ね合わせた。これらを圧着して一体となし、図３の（ｂ）にて示すような銀の角状接点材テープ１，１’の内部に銅テープ２が埋没した接点材を得た。ついで、これをロールによる圧延加工ならびにダイスによる線引き加工により、図３の（ｃ）にて図示される如くに、最終仕上げ寸法の一工程前の段階の寸法に成形した。これを空気雰囲気下で電気炉にて、６００℃で１０時間加熱処理したところ、図３の（ｄ）で示される通りに接点材１の内部の銅の角テープ２の表面に約０．０５ｍｍの厚みの酸化銅の絶縁層３が生成された。次に、図３の（ｅ）の通りに、この電気接点材料の下面に、０．２ｍｍの厚さで電気溶接性の良好な銅ーニッケル（３０％）のテープ６をシーム溶接した後に、これをダイス引き加工して、最終寸法が幅２．５ｍｍ，厚さ０．８ｍｍのテープ状接点材料を得た。
【００１４】
これを切断して、各の長さが２．５ｍｍの単体接点とし、これをサーマルプロテクターに組み込んで、以下の電気的開閉試験を行った。その結果は下記の通りに良好であった。
試験用開閉器： サーマルプロテクター
開閉試験の電気的条件：（１）電圧・電流 ＡＣ１００Ｖ，１０Ａ
（２）負荷：純抵抗負荷
試験結果： 試験した接点は、１１，０００回〜１３，０００回の範囲内の開閉後に絶縁層３が現れて不導通となった。
【００１５】
実施例４：
図４の（ａ）にて示すように、上面に幅１．５ｍｍ、深さ０．２ｍｍの溝５が設けられた幅２．５ｍｍ、厚さ０．９ｍｍの銀テープ１の該溝に、ニッケルの導電体のテープ２を嵌め込み、この銀テープ１の上部に幅２．５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの銀ー錫ーインジウム合金のテープ１’を重合して、これらを熱圧着して一体とした。ついで図４の（ｂ）、（ｃ）で示されるように、これをロール成形加工して、幅２．８ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの接点材１中に導電体２が埋没するテープ状の材料を得た。これを空気の雰囲気下の電気炉内で７００℃で４８時間加熱して、酸化処理した。
【００１６】
図４の（ｄ）で示すように、上部の銀ー錫ーインジウム合金の部分１’が内部酸化されて、銀ー酸化錫ー酸化インジウム合金の接点部材の接点面となり、同時に導電体テープ２は酸化熱処理時間が長かったために、その全体が酸化されて酸化ニッケルの絶縁層３となった。一方、接点材の下部の銀の部分１は酸化されずに、そのまま電気接点材料の接点材の一部をなした。
【００１７】
この上記接点材料を切断して、長さが２．５ｍｍの接点単体とした。この接点をマイクロスイッチの接点弾条に取り付けて、下記の電気的試験を行ったところ、良い結果を得た。
試験用開閉器： マイクロスイッチ
開閉試験の電気的条件：（１）電圧・電流 ＤＣ２４Ｖ， ２Ａ
（２）負荷：純抵抗負荷
試験結果： ５０，０００回〜５６，０００回の範囲内の開閉後に試験した接点が消耗し、絶縁層３が表に現れて、不導通となった。
なお、この実施例でみられる通りに、導電体２を酸化して絶縁層３となす酸化熱処理で、該導電体を覆う接点材１の銀合金も所望によっては同時に内部酸化できるのは、この発明の優れた効果の一つである。
【００１８】
実施例５：
図５の（ａ）で示される如くに、幅２．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの銀ー酸化錫ー酸化インジウムになる平角テープ状の接点材１’の内面に、幅１．５ｍｍ、厚さ２０μの銅メッキをして導電体２を形成した。この銅メッキ導電体２を施した側の接点材１’の面に、幅２．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの銀の平角状接点材１を重ね合わせて、圧着した。これをロール成形、ダイス引き加工して、図５の（ｂ）の如くに導電体２を一体に内蔵する接点材１を得た。これを実施例３と同様に、酸化雰囲気下の電気炉内で加熱処理したところ、図５の（ｃ）の通りに導電体２が接点材内で後酸化されて、絶縁層３を生成した。この電気接点材料の下面に、電気溶接性の良好な幅２．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅ーニッケル（３０％）合金の台金テープ６をシーム溶接し、更にダイス引き加工して、最終寸法が幅２．３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの図５の（ｄ）の通りのテープ状の電気接点材料とした。
【００１９】
この電気接点材料を切断して、それぞれが長さ２ｍｍの単体接点とし、これを小型リレーに組み込み、下記の電気的開閉試験を行ったところ、良好な試験結果をみた。
試験用開閉器： 小型リレー
開閉試験の電気的条件：（１）電圧・電流 ＤＣ１２Ｖ， １Ａ
（２）負荷：純抵抗負荷
試験結果： ２４，０００回〜２６，０００回の範囲内の開閉後に、試験した接点が消耗して、絶縁層が表に現れて不導通となった。
【００２０】
上記の実施例１ないし５において、接点材１として銀、および銀合金として銀ー錫ーインジウム系合金を用いたが、その他の銀合金、例えば銀ーカドミウム系合金、銀ー錫系合金、銀ー亜鉛系合金、銀ーインジウム系合金等を用いうることは、勿論なことである。また、上記実施例では、金属導電体２の金属として銅、ニッケルを使用したが、上述した通り銅合金、その他の鉄族金属、鉄族金属合金錫、錫合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、または亜鉛合金等を使用しうることは、勿論なところである。また、台金６として銅ーニッケル合金を使ったが、易溶接性の他の金属を用いてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上で詳細に記述した通りに、この発明によれば、作動が確実で安全な所謂フェイルセーフ接点が、在来の通常の一般開閉接点と同様な構成ででき、従ってそれを在来の電気接点の製造方法と設備をもって容易且つ能率的に作ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】上記した実施例１による、この発明の電気接点材料と電気接点をつくる一連の製造工程を、各段階での接点材料の説明的な縦断面図でそれぞれ示すものである。
【図２】図１と同様な実施例２についての説明図である。
【図３】図１と同様な実施例３についての説明図である。
【図４】図１と同様な実施例４についての説明図である。
【図５】図１と同様な実施例５についての説明図である。
【符号の説明】
１−接点材
１’−接点材の一部
２−接点材と一体に接点材中にあって成形され、少なくともその一部が内部酸化後に絶縁層をなす導電体の金属
３−導電体の金属に生成する絶縁層
４−接点の脚部
５−当初の接点材に設けられた溝
６−金属製台金

Claims (10)

1. 銀または銀合金の接点材で覆われて該接点材と一体化した導電体の金属の上記接点材の接点面をなす部分と対面する外周部が、少なくとも接点材内で酸化されて、該導電体の金属の一部または全部が絶縁層をなす電気接点材料。
2. 上記の導電体の金属が銅、銅合金、鉄族金属、鉄族金属合金、
   錫、錫合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、または亜鉛合金である請求項１記載の電気接点材料。
3. 上記の導電体の金属が接点材中に埋没する請求項１又は２記載の電気接点材料。
4. 接点材の接点面と対向する他面に金属製台金が複合された請求項１、２又は３記載の電気接点材料。
5. 全体が所望の接点形状に加工された請求項１、２、３又は４記載の電気接点材料。
6. 銀または銀合金の接点材で導電体の金属を覆ってこれらを一体化し、これを酸化雰囲気下で加熱して、該導電体の金属の上記接点材の接点面をなす部分と対面する外周部を、少なくとも接点材内で酸化して、該導電体の金属の一部または全部を絶縁層となすことを特徴とする電気接点材料の製造方法。
7. 上記の導電体の金属が銅、銅合金、鉄族金属、鉄族金属合金、
   錫、錫合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛、または亜鉛合金である請求項６記載の電気接点材料の製造方法。
8. 上記の導電体の金属を接点材中に埋没させる請求項６又は７記載の電気接点材料の製造方法。
9. 一体化された材料の接点面と対向する他面に金属製台金を複合する請求項６、７又は８記載の電気接点材料の製造方法。
10. 電気接点材料を全体として所望の接点形状に加工する請求項６、７、８又は９記載の電気接点材料の製造方法。

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