JP2013030475A - 複合接点の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、鍔部の下面部を構成する大径部と小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線12と、銅合金素線12よりも外径の小さい銀合金素線13とを成形金型の孔21内で突き合わせた状態で鍛造することにより、銅合金素線12の拡径を孔21の内周面により制限した状態で銀合金素線13の外径を孔21の内径まで拡げながら両素線を接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、一次成形体における銀合金部、銀合金部と銅合金部との接合界面及び銅合金部を含む一端部を鍛造して鍔部を成形する二次成形工程とを有する。
【選択図】 図4
Description
特許文献1には、銅合金素線と銀合金素線とを同心状に突き合わせた状態で、ラッパ状に拡径した開口部を有する金型で両素線の突き合わせ部を圧接しながら外側方に膨出させるように予備成形した後、据え込み鍛造によりリベット形状に二次(仕上げ)成形する技術が開示されている。
このような突き合わせによる接合の場合、成形後の外周部において銀合金と銅合金の接合強度が低下し易く、接点として使用中に発生する熱応力により剥離し、耐久性の低下につながることが懸念される。そのため、これを回避するため、最終形状の外径よりも大きく拡げて成形した後、外周部の接合強度が弱い部分を除去し、接合強度に優れた中央部分のみを利用する方法も提案されている(特許文献2)。
また、各特許文献記載の技術では、銅合金及び銀合金の両素線とも同一径の素線を使用しているが、銅合金に対して銀合金の使用量が少ないことから、素線の切断や接合加工を容易にするため、銀合金素線として銅合金素線よりも小径のものを使用することが行われてきている。この異径素線を接合する場合、従来の接合方法では、ますます接合部の外周部が接合不十分となる傾向にあり、無駄が多くなる。また、鍛造初期に小径の銀合金が銅合金にめり込む変形となるため、平坦な接合界面を形成することが難しい。
本発明は、かかる知見の下、以下の解決手段とした。
あるいは、前記成形金型には、ダイの開口部を延長するように該開口部と同じ内径のスリーブが設けられるとともに、前記孔は前記スリーブにより形成されており、前記ダイの前記開口部内に前記銅合金素線の少なくとも基端部を挿入状態に収容しておき、前記スリーブの前記孔内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することとしてもよい。
いずれの方法においても、銅合金素線の拡径を制限した状態で銀合金素線を鍛造してダイの孔又はスリーブの孔の内径まで拡げながら接合することができ、その後の二次成形工程における変形量を大きくすることができる。なお、銅合金素線の拡径を成形金型の孔の内周面により制限した状態とは、銅合金素線外周面と成形金型の孔の周面の間に生じる隙間の分だけ銅合金素線が拡径することを許容する。つまり、銅合金素線と、この銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造したとき、鍛造後の銅合金素線の外周面が成形金型の孔の内周面に接触して孔の内径以上に拡径しなければよい。
成形金型のダイの開口部の内径が銅合金素線の外径より大きい場合には、銅合金素線を成形金型のダイの開口部の中央に配置するために、開口部内で銅合金素線の下端を当接するエジェクターピンの先端部に周縁部をテーパー面とした形状の凹部を形成しておいてもよい。
本実施形態の複合接点1は、図1に示すように、小径の基部2の一端部に大径の鍔部3が形成された全体としてリベット形状をしているとともに、鍔部3の上面部を構成する銀合金からなる接点部4と、接点部4の背面に位置し、それと接合された鍔部3の下面部を構成する大径部5を基部2と一体に形成した銅合金からなる足部6とを有している。符号7は接点部4と足部6との接合界面を示す。
これら接点部4と足部6とは、銀合金からなる線材と銅合金からなる線材とを突き合わせて冷間でヘッダ加工することにより圧接される。圧接後に300℃〜400℃の熱処理が施される。そして、鎖線で示すように、銅又は銅合金等からなる台金板8の孔9内に足部6の基部2を挿入した状態にかしめられる。
また、足部6を構成する銅合金としては、タフピッチ銅、無酸素銅などの純銅材に加えて、Cu−Co−P−Ni−Sn−Zn系合金、Cu−Zr系合金、Cu−Zr−Cr系合金、Cu−Cr系合金、Cu−Fe−P系合金などの析出強化型銅合金やCu−Mg系合金などの固溶強化型銅合金を用いることができる。
接点形状及び接合界面7の界面の所望形態に応じて、銅合金及び銀合金のビッカース硬さを適切に選択することにより、接合時に銅合金を大きく変形させるとともに、その銅合金の外周部まで銀合金層を十分に広げることができ、両者の接合強度を向上させることができる。
図2は製造時に使用される成形金型を示している。この成形金型11は、所定長さに切断した銅合金素線12及び銀合金素線13を接合する一次成形工程と、一次成形体15の接合部分を成形する二次成形工程とを同一のステーションにおいて、一次成形で使用されるパンチ23及びパンチスリーブ24と、二次成形で使用されるパンチ33とを交替しながら連続的に成形する金型である。
この複合接点1を製造する場合、銅合金素線12は、複合接点1の足部6と略同じ外径か又は小さい外径のものが用いられるが、銀合金素線13は、その使用量が少ないため、銅合金素線12と同じ外径とすると、長さが短すぎて、素材のせん断加工やクランプ等の取り扱いが困難になるので、銅合金素線12よりも小径のものが用いられる。これら銅合金素線12及び銀合金素線13は複合接点1で用いられる体積に応じて所定長さに切断された後、クランプ等により把持されて移送される。
図3〜図8は、この成形金型11を使用した複合接点の製造方法を工程順に説明している。以下では、これら図3〜図8を参照し、成形金型11についても説明しながら、製造方法を工程順に説明する。
一次成形工程では、銅合金素線12を挿入状態に収容する開口部(本発明の孔に相当しており、以下、第1実施形態においては孔という)21を有するダイ22と、この孔21内の銅合金素線12の先端に銀合金素線13を軸方向に押し込むように鍛造するパンチ23と、このパンチ23の外側にスライド可能に設けられたパンチスリーブ24と、ダイ22の孔21内をスライド可能かつ所定位置で静止・保持する機能を有するエジェクタ−ピン25とを備えている。エジェクタ−ピン25は、一次成形及び二次成形では、それぞれ所定位置で保持し、鍛造金型の一部を形成し、二次成形終了後には成形された複合接点1を孔21から排出する機能を備えている。
二次成形工程では、図7に示すように、一次成形工程で使用されたパンチ23及びパンチスリーブ24に代えて、ダイ22の孔21の直上にパンチ33が配置され、孔21から突出する銅合金部17と銀合金部18との接合界面19を含む一端部(銀合金部側の端部)を鍛造する。このパンチ33は、その先端面にダイ22の孔21の内径より大きい内径の凹部34が形成されており、この凹部34により鍔部3が形成される。
したがって、この二次成形工程においては、銅合金部17と銀合金部18との接合界面19は新生面を形成しながら拡径するとともに、その新生面に常に圧力が作用することになるから、鍔部3の外周縁に至るまで強固な接合界面7を得ることができる。また、一次成形体15における接合界面19が軸方向に直角で平坦に形成されていたことから、二次成形品の接合界面7も平坦に形成され、ほぼ一様な厚さの接点部4を得ることができる。
この一次成形工程で用いられるパンチスリーブ(本発明のスリーブに相当)42は、ダイ22の開口部21に対向する孔が、ダイ22の開口部21の内径と同じ内径で開口する大径孔部(本発明の孔に相当する)43aと、その奥に銀合金素線13の外径と同じ内径のガイド孔部43bとの二段構造とされている。そして、このパンチスリーブ42の先端をダイ22の表面に実質的に当接させることで、ダイ22の開口部21と実質的に連通状態の大径孔部43aにより空間部44が形成される。この場合、銅合金素線12は、その基端部がダイ22の開口部21内に挿入状態に収容され、銅合金素線12の先端部及び銀合金素線13がパンチスリーブ42の空間部44内に配置される。そして、その空間部44内で銀合金素線13を鍛造することにより、軸方向に押しつぶしながら空間部44内を充満させ、銅合金素線12と実質的に同じ外径まで拡げて接合する。得られた一次成形体は、前述の一実施形態と同様、銅合金部17と銀合金部18とがほぼ同じ径で接合され、接合界面19は、軸方向に直角でほぼ平坦に形成される。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部17と銀合金部18との接合界面19を含む一端部を鍛造して鍔部3が形成される。
この実施形態では、エジェクタ−ピン25は、一次成形工程と二次成形工程とでその位置が変わらないため、エジェクタ−ピン25の位置変更が設備上難しい場合などに有効である。さらに、上記以外にも、例えば図9及び図10に示されるパンチスリーブ42について、大径孔部43a下部にテーパーを設け、一次成形後、パンチ23及びパンチスリーブ42が退避する際に一次成形体15の抜けを容易にするなどの応用も可能である。
また、エジェクタ−ピン51の先端部には、周縁部をテーパー面とした形状の凹部52が形成されており、銅合金素線12をダイ22の孔21に挿入したときに、銅合金素線12を凹部51内に案内してダイ22の孔21の中央に配置することができるようになっている。
その他、第1実施形態と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。
この一次成形体15においても、銅合金素線12の拡径が孔21の内周面により制限された状態で鍛造されるので、その接合界面19を軸方向に直角でほぼ平坦に形成することができる。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部17と銀合金部18との接合界面19を含む一端部を鍛造して鍔部3が形成される。
また、ダイ22の孔55の下部には、テーパー面56が形成され、このテーパー面56より下方にエジェクタ−ピン挿入孔57が形成されている。そして、テーパー面56の下端にエジェクターピン25の先端面が配置されることにより、このエジェクタ−ピンとともに凹部を形成しており、銅合金素線12をダイ22の孔55に挿入したときに、銅合金素線12を凹部内に案内してダイ22の孔55の中央に配置することができるようになっている。
また、ダイ22の孔55を第3実施形態と同様にストレート形状とし、エジェクタ−ピンの先端部に、周縁部をテーパー面とした形状の凹部を形成してもよい。
その他、第2実施形態と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。
この一次成形体15においても、銅合金素線12の拡径が孔55および孔43aの内周面により制限された状態で鍛造されるので、その接合界面19を軸方向に直角でほぼ平坦に形成することができる。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部17と銀合金部18との接合界面19を含む一端部を鍛造して鍔部3が形成される。
剥離強度は、各複合接点をせん断応力試験機(APTEC製 TM2102D−IT )にセットし、接点部と足部との界面に平行に荷重を加えてせん断応力を測定し、剥離強度を測定した。
耐久性評価は、作製した複合接点を2個一組としてそれぞれ厚み1mmの銅製の台金板にかしめ固定し、これをASTM接点開閉試験機に取り付けて繰り返し開閉し、サイクル耐久性の評価を実施した。通電条件は、負荷電圧が直流12V、0.5Ωの抵抗負荷による定常電流24Aとし、接触力、開離力とも196mN(20gf)で、通電1秒+休止4秒(サイクルタイム5秒)で20万回まで繰り返し開閉した。
なお、接点開離タイミングから1秒以上、接点が開かない場合には溶着したと判断し、合計で10回溶着が起きた場合にはサイクル数が20万回に満たない場合でも試験終了とした。
その判定基準としては、銀合金と銅合金の界面に目立った剥離が起きておらず、かつ、接点の鍔部がかしめ固定された銅板に接触している、もしくはかしめ固定された初期状態から外観上ほとんど変化がない場合には◎、銀合金と銅合金の界面での剥離が若干見られる、もしくは鍔部の反り上がりが観察されるものの、所定のサイクル数終了まで溶着停止しなかったものを○、銀合金と銅合金の界面での剥離が見られるか、鍔部の反り上がりが発生しており、所定のサイクル数に達する前に溶着停止を起こしてしまったものを×とした。
したがって、本発明の製造方法によれば、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点が得られることが確認された。
これに対して、同図(b)に示す実施例の場合は、比較例のものと比べるとフローラインが均質で、接合界面からの湾曲も比較例のものより小さい。これは、一次成形の時点で既に銅合金部と銀合金部とが全面で接合しており、この接合界面が二次成形によって均質に半径方向外方に延びているためであり、接合界面中心部から鍔部の外周部まで銀合金部と銅合金部とが強固に接合している。
例えば、上記実施形態では、一端部にのみ接点部が設けられているものとしたが、基部の端部にも銀合金を設けて、両端部に接点部を形成してもよい。
2 基部
3 鍔部
4 接点部
5 大径部
6 足部
7 接合界面
8 台金板
9 孔
11 成形金型
12 銅合金素線
13 銀合金素線
15 一次成形体
17 銅合金部
18 銀合金部
19 接合界面
21 開口部(孔)
22 ダイ
23 パンチ
24 パンチスリーブ
25 エジェクタ−ピン
26 空間部
33 パンチ
34 凹部
42 パンチスリーブ(スリーブ)
43a 大径孔部(孔)
43b ガイド孔部
44 空間部
51 エジェクタ−ピン
52 凹部
55 開口部(孔)
56 テーパー面
57 エジェクタ−ピン
Claims (5)
- 小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、該鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、該接点部の背面と接合した状態で前記鍔部の下面部を構成する大径部と前記小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線と、該銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造することにより、前記銅合金素線の拡径を前記孔の内周面により制限した状態で前記銀合金素線の外径を前記孔の内径まで拡げながら前記銀合金素線と前記銅合金素線とを接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、前記一次成形体の前記銀合金部、前記銀合金部と前記銅合金部との接合界面及び前記銅合金部を含む一端部を鍛造して前記鍔部を成形する二次成形工程とを有することを特徴とする複合接点の製造方法。
- 前記孔は前記成形金型のダイの開口部により形成されており、前記一次成形工程は、前記孔内に、該孔の開口端部に空間部を残して前記銅合金素線を挿入状態に収容しておき、前記空間部内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することを特徴とする請求項1記載の複合接点の製造方法。
- 前記成形金型には、ダイの開口部を延長するように該ダイの開口部と同じ内径のスリーブが設けられるとともに、前記孔は前記スリーブにより形成されており、前記一次成形工程は、前記ダイの前記開口部内に前記銅合金素線の少なくとも基端部を挿入状態に収容しておき、前記スリーブの前記孔内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することを特徴とする請求項1記載の複合接点の製造方法。
- 前記孔は前記銅合金素線の外径とほぼ同じ内径に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合接点の製造方法。
- 前記孔は前記銅合金素線の外径よりも大きくかつ前記大径部の外径より小さい内径に形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合接点の製造方法。
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