JP2625314B2 - 電気接点材料及びその製造方法 - Google Patents
電気接点材料及びその製造方法Info
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- JP2625314B2 JP2625314B2 JP9626192A JP9626192A JP2625314B2 JP 2625314 B2 JP2625314 B2 JP 2625314B2 JP 9626192 A JP9626192 A JP 9626192A JP 9626192 A JP9626192 A JP 9626192A JP 2625314 B2 JP2625314 B2 JP 2625314B2
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- ion
- electrical contact
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はリレー、スイッチ、給電
電極、通電ロール等パワー負荷接続用に用いられる電気
接点材料及びその製造方法に関するものである。
電極、通電ロール等パワー負荷接続用に用いられる電気
接点材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】電気接点材料の特性としては、耐アーク
性、耐溶着性、耐消耗性に優れ、電気伝導度の低いこと
が必要である。特に電気伝導度については、材料自体の
電気抵抗の低いことに加えて、接点での接触抵抗の低い
ことが極めて重要である。更に加えて、当然のことであ
るが、加工性、耐久性も要求される。通常、Ｃｕ、Ｗ、
Ａｇ、Ｃｒ、Ｂｅ等のようないくつかの金属およびそれ
らの酸化物を分散させた材料等からなっているが、上記
要求される特性をすべて十分に満たす材料は得られてい
ない。そこで使用される環境・条件で最も重要な特性に
着目し、種々の方法でその特性を強化して使用に供して
いる。例えば特開昭５６−１８３２６号公報では、真空
スイッチ用接点材料の耐アーク性を向上させるためにＣ
ｒ５２をイオン注入することが開示されている。また、
特開平３−２０３１３３号公報では銀−酸化物系電気接
点材料の耐消耗性を向上させるために、銀よりも融点の
高いＩｒ等の材料をイオン注入することが開示されてい
る。これまで効果的な方法が提案されていないが、接点
での接触抵抗を下げることは重要である。しかし、水銀
スイッチのように液体と固体の接触を介して電気接続が
行われる特殊な接点を除いて、一般の接点は固体と固体
の接触を介して電気接続が行われるため、低い接触抵抗
を常に維持することは容易でなく、通電時にそこで局部
的に大きな発熱を起こし、溶着に至るという問題があ
る。
性、耐溶着性、耐消耗性に優れ、電気伝導度の低いこと
が必要である。特に電気伝導度については、材料自体の
電気抵抗の低いことに加えて、接点での接触抵抗の低い
ことが極めて重要である。更に加えて、当然のことであ
るが、加工性、耐久性も要求される。通常、Ｃｕ、Ｗ、
Ａｇ、Ｃｒ、Ｂｅ等のようないくつかの金属およびそれ
らの酸化物を分散させた材料等からなっているが、上記
要求される特性をすべて十分に満たす材料は得られてい
ない。そこで使用される環境・条件で最も重要な特性に
着目し、種々の方法でその特性を強化して使用に供して
いる。例えば特開昭５６−１８３２６号公報では、真空
スイッチ用接点材料の耐アーク性を向上させるためにＣ
ｒ５２をイオン注入することが開示されている。また、
特開平３−２０３１３３号公報では銀−酸化物系電気接
点材料の耐消耗性を向上させるために、銀よりも融点の
高いＩｒ等の材料をイオン注入することが開示されてい
る。これまで効果的な方法が提案されていないが、接点
での接触抵抗を下げることは重要である。しかし、水銀
スイッチのように液体と固体の接触を介して電気接続が
行われる特殊な接点を除いて、一般の接点は固体と固体
の接触を介して電気接続が行われるため、低い接触抵抗
を常に維持することは容易でなく、通電時にそこで局部
的に大きな発熱を起こし、溶着に至るという問題があ
る。
【０００３】ところで、一般に固体と固体の接触する電
気接点での接触抵抗は、金属の固有抵抗から計算される
電気抵抗よりはるかに大きい。そこでは、接点材料の金
属と金属が直接接触しているわけではなく、表面に生ず
る酸化皮膜、ガス吸着層等を介しての接触のため、ギャ
ップが存在していることによる。この介在膜が厚く、ギ
ャップ間隙が大きい場合は、絶縁膜として働いてしまい
電流が流れないが、薄くなると低い接点間電圧Ｖでも電
流Ｉが流れるようになる。この電流をトンネル電流とい
い、Ｖ／Ｉをトンネル抵抗率という。ギャップ間隙を
ｓ、介在する膜の誘電率をｅ、接点材料の仕事関数をＰ
とすると、トンネル抵抗率ｒは次式で表される。 ｒ＝（１０-22 （Ａ2 ／（１＋ＡＢ））ｅAB）／２ 但し、 Ａ＝７．３２×１０5 （ｓ−７．２／Ｐ） Ｂ＝１．２６５×１０-6（Ｐ−１０／ｓ・ｅ）1/2
気接点での接触抵抗は、金属の固有抵抗から計算される
電気抵抗よりはるかに大きい。そこでは、接点材料の金
属と金属が直接接触しているわけではなく、表面に生ず
る酸化皮膜、ガス吸着層等を介しての接触のため、ギャ
ップが存在していることによる。この介在膜が厚く、ギ
ャップ間隙が大きい場合は、絶縁膜として働いてしまい
電流が流れないが、薄くなると低い接点間電圧Ｖでも電
流Ｉが流れるようになる。この電流をトンネル電流とい
い、Ｖ／Ｉをトンネル抵抗率という。ギャップ間隙を
ｓ、介在する膜の誘電率をｅ、接点材料の仕事関数をＰ
とすると、トンネル抵抗率ｒは次式で表される。 ｒ＝（１０-22 （Ａ2 ／（１＋ＡＢ））ｅAB）／２ 但し、 Ａ＝７．３２×１０5 （ｓ−７．２／Ｐ） Ｂ＝１．２６５×１０-6（Ｐ−１０／ｓ・ｅ）1/2
【０００４】従って接触抵抗を下げるためには、介在す
る膜をできるだけ排除してギャップ間隙を小さくすると
共に、接点材料としては仕事関数の低い材料を選ぶこと
が重要となる。
る膜をできるだけ排除してギャップ間隙を小さくすると
共に、接点材料としては仕事関数の低い材料を選ぶこと
が重要となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常接
点材料として用いられているＣｕ、Ｗ、Ａｇ等の仕事関
数は、５〜６ｅＶと必ずしも小さくない。また、仕事関
数の低い元素としては、Ｋ、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａな
どのアルカリ金属および炭素などがある。これらをその
まま接点に用いることは、強度、加工性、取扱い易さ等
の点から得策でなく、電気接点材料として要求される特
性を総合的に考えると、優れた接点材料とは言いがた
い。
点材料として用いられているＣｕ、Ｗ、Ａｇ等の仕事関
数は、５〜６ｅＶと必ずしも小さくない。また、仕事関
数の低い元素としては、Ｋ、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａな
どのアルカリ金属および炭素などがある。これらをその
まま接点に用いることは、強度、加工性、取扱い易さ等
の点から得策でなく、電気接点材料として要求される特
性を総合的に考えると、優れた接点材料とは言いがた
い。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、接点での抵触抵抗を低減して通電時に局部的に大き
な発熱・溶着を起こすことがないとともに、加工上の制
限が新たに加わることなく通電特性に優れた電気接点材
料及びその製造方法を提供することを目的とする。
で、接点での抵触抵抗を低減して通電時に局部的に大き
な発熱・溶着を起こすことがないとともに、加工上の制
限が新たに加わることなく通電特性に優れた電気接点材
料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、電気
接点として用いられる材料の表面に仕事関数の低い元素
をイオン注入することを特徴とする。本願第２の発明
は、表面に仕事関数の低い元素がイオン注入されている
ことを特徴とする。
接点として用いられる材料の表面に仕事関数の低い元素
をイオン注入することを特徴とする。本願第２の発明
は、表面に仕事関数の低い元素がイオン注入されている
ことを特徴とする。
【０００８】
【作用】図１のイオン注入装置において、イオン注入さ
れる材料がガス状化合物の場合には、ガス導入口６より
イオン化室１に導入される。また、前記材料が固体の場
合にはオーブン７内に置かれ、そこで蒸発せしめられ、
イオン化室１に導入される。イオン化室１でイオン化さ
れた物質は、加速器２で加速されて、質量分離器３に与
えられる。この時得られる加速エネルギーによって、イ
オンの注入深さが決定される。十分な注入深さを得るた
め、２０〜３０ＫｅＶ以上の高いエネルギーに加速され
る。質量分離器３によって不要なイオンが除去され、必
要なイオンのみがビーム走査系４によって走査され、イ
オン注入室５内に配置された電気接点９に注入される。
イオン注入装置全体は排気装置により所定の真空状態を
保つようになっている。
れる材料がガス状化合物の場合には、ガス導入口６より
イオン化室１に導入される。また、前記材料が固体の場
合にはオーブン７内に置かれ、そこで蒸発せしめられ、
イオン化室１に導入される。イオン化室１でイオン化さ
れた物質は、加速器２で加速されて、質量分離器３に与
えられる。この時得られる加速エネルギーによって、イ
オンの注入深さが決定される。十分な注入深さを得るた
め、２０〜３０ＫｅＶ以上の高いエネルギーに加速され
る。質量分離器３によって不要なイオンが除去され、必
要なイオンのみがビーム走査系４によって走査され、イ
オン注入室５内に配置された電気接点９に注入される。
イオン注入装置全体は排気装置により所定の真空状態を
保つようになっている。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１０】まず、本発明に係るイオン注入装置につい
て図１を参照して説明する。この装置は、主としてイオ
ン化室１と、加速器２と、質量分離器３と、ビーム走査
系４と、イオン注入室５とから構成されている。前記イ
オン化室１の近くには、ガス導入口６、オーブン７が設
けられている。前記ビーム走査系４には、排気装置（図
示せず）と連通する排気口８が設けられ、イオン注入装
置全体を所定の真空状態（１０-6〜１０-8torr）にする
ようになっている。前記イオン注入室５内には、電気接
点９が配置されている。
て図１を参照して説明する。この装置は、主としてイオ
ン化室１と、加速器２と、質量分離器３と、ビーム走査
系４と、イオン注入室５とから構成されている。前記イ
オン化室１の近くには、ガス導入口６、オーブン７が設
けられている。前記ビーム走査系４には、排気装置（図
示せず）と連通する排気口８が設けられ、イオン注入装
置全体を所定の真空状態（１０-6〜１０-8torr）にする
ようになっている。前記イオン注入室５内には、電気接
点９が配置されている。
【００１１】こうした構成のイオン注入装置において、
イオン注入される材料には仕事関数の低いもの、望まし
くは３〜４ｅＶ以下の仕事関数を持つＫ、Ｃｓ、Ｌｉ、
Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ金属および炭素などを選ぶ。
これらの材料は単体または化合物として用いられる。用
いられる材料がガス状化合物の場合には、ガス導入口６
よりイオン化室１に導入される。固体の場合にはオーブ
ン７内に置かれ、そこで蒸発せしめられ、イオン化室１
に導入される。イオン化室１でイオン化された物質は、
加速器２で加速されて、質量分離器３に与えられる。こ
の時得られる加速エネルギーによって、イオン注入深さ
が決定される。十分な注入深さを得るため、２０〜３０
ＫｅＶ以上の高いエネルギーに加速される。質量分離器
３によって不要なイオンが除去され、必要なイオンのみ
がビーム走査系４によって走査され、イオン注入室５内
の電気接点９に注入される。イオン注入による接触抵抗
低減効果が顕著な電気接点材料としては、そのままでは
硬質で接触面におけるなじみを期待できないＷ、Ｃｒ、
銅合金、ベリリウム合金および酸化物分散材料等が特に
適している。また、給電電極、通電ロール等大型の電気
接点の場合には、これらＷ、Ｃｒ、銅合金、ベリリウム
合金および酸化物分散材料等をスパッタリング、イオン
ビームミキシング、溶射、メッキ等の手段によって、よ
り安価な軟鋼、ステンレス等の材料表面に被覆したもの
を用いることもできる。注入イオン量としては、少なく
とも１×１０16イオン／cm2 に達するまで注入を続け
る。 （実施例１）実施例１は、タングステン接点に仕事関数
の低い元素としてＫ（カリウム）をイオン注入した例で
ある。
イオン注入される材料には仕事関数の低いもの、望まし
くは３〜４ｅＶ以下の仕事関数を持つＫ、Ｃｓ、Ｌｉ、
Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ金属および炭素などを選ぶ。
これらの材料は単体または化合物として用いられる。用
いられる材料がガス状化合物の場合には、ガス導入口６
よりイオン化室１に導入される。固体の場合にはオーブ
ン７内に置かれ、そこで蒸発せしめられ、イオン化室１
に導入される。イオン化室１でイオン化された物質は、
加速器２で加速されて、質量分離器３に与えられる。こ
の時得られる加速エネルギーによって、イオン注入深さ
が決定される。十分な注入深さを得るため、２０〜３０
ＫｅＶ以上の高いエネルギーに加速される。質量分離器
３によって不要なイオンが除去され、必要なイオンのみ
がビーム走査系４によって走査され、イオン注入室５内
の電気接点９に注入される。イオン注入による接触抵抗
低減効果が顕著な電気接点材料としては、そのままでは
硬質で接触面におけるなじみを期待できないＷ、Ｃｒ、
銅合金、ベリリウム合金および酸化物分散材料等が特に
適している。また、給電電極、通電ロール等大型の電気
接点の場合には、これらＷ、Ｃｒ、銅合金、ベリリウム
合金および酸化物分散材料等をスパッタリング、イオン
ビームミキシング、溶射、メッキ等の手段によって、よ
り安価な軟鋼、ステンレス等の材料表面に被覆したもの
を用いることもできる。注入イオン量としては、少なく
とも１×１０16イオン／cm2 に達するまで注入を続け
る。 （実施例１）実施例１は、タングステン接点に仕事関数
の低い元素としてＫ（カリウム）をイオン注入した例で
ある。
【００１２】カリウムは固体ＫＦをオーブンにて蒸発後
イオン化した。注入条件は、加速エネルギー６０Ｋｅ
Ｖ、注入量１×１０17イオン／cm2 とした。この時のビ
ーム強度は約３００マイクロアンペアであり、注入時の
平均真空度は５〜８×１０-6torrである。
イオン化した。注入条件は、加速エネルギー６０Ｋｅ
Ｖ、注入量１×１０17イオン／cm2 とした。この時のビ
ーム強度は約３００マイクロアンペアであり、注入時の
平均真空度は５〜８×１０-6torrである。
【００１３】図２にＫイオン注入タングステン接点の接
触抵抗値を、未注入タングステン接点の場合と比較して
示す。低い仕事関数（約２ｅＶ）を持つＫをイオン注入
することにより、タングステン接点の接触抵抗を低下さ
せることが出来た。 （実施例２）実施例２は、銅合金接点（Ｃｕ：９８．９
％、Ｃｒ：１％、Ｓｉ：０．１％）に仕事関数の低い元
素としてＫをイオン注入した例である。
触抵抗値を、未注入タングステン接点の場合と比較して
示す。低い仕事関数（約２ｅＶ）を持つＫをイオン注入
することにより、タングステン接点の接触抵抗を低下さ
せることが出来た。 （実施例２）実施例２は、銅合金接点（Ｃｕ：９８．９
％、Ｃｒ：１％、Ｓｉ：０．１％）に仕事関数の低い元
素としてＫをイオン注入した例である。
【００１４】実施例１と同様にしてＫをイオン注入し
た。注入条件、ビーム強度、平均真空度とも同じ条件で
行った。その結果、図３に示すように、銅合金接点の接
触抵抗を低下させることが出来た。
た。注入条件、ビーム強度、平均真空度とも同じ条件で
行った。その結果、図３に示すように、銅合金接点の接
触抵抗を低下させることが出来た。
【００１５】上記実施例によれば、リレー、スイッチ、
給電電極、通電ロール等パワー負荷接続用に用いられる
電気接点材料として、通常使用されているＣｕ、Ｗ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｂｅ等のようないくつかの金属およびそれら
の酸化物を分散させた材料等からなる接点の接触抵抗を
低減させることが可能となるので、通電時に局部的に大
きな発熱・溶着を起こすことがなくなる。しかもこの発
明による電気接点材料およびその製造方法は、電気接点
を目的の形状に加工した後に、仕事関数の低い元素のイ
オン注入を行うので、加工上の制限が新たに加わること
なく、通電特性に優れた信頼性の高い電気接点材料が得
られる。
給電電極、通電ロール等パワー負荷接続用に用いられる
電気接点材料として、通常使用されているＣｕ、Ｗ、Ａ
ｇ、Ｃｒ、Ｂｅ等のようないくつかの金属およびそれら
の酸化物を分散させた材料等からなる接点の接触抵抗を
低減させることが可能となるので、通電時に局部的に大
きな発熱・溶着を起こすことがなくなる。しかもこの発
明による電気接点材料およびその製造方法は、電気接点
を目的の形状に加工した後に、仕事関数の低い元素のイ
オン注入を行うので、加工上の制限が新たに加わること
なく、通電特性に優れた信頼性の高い電気接点材料が得
られる。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、接点
での抵触抵抗を低減して通電時に局部的に大きな発熱・
溶着を起こすことがないとともに、加工上の制限が新た
に加わることなく通電特性に優れ、産業社会へ及ぼす効
果は極めて大きいた電気接点材料及びその製造方法を提
供できる。
での抵触抵抗を低減して通電時に局部的に大きな発熱・
溶着を起こすことがないとともに、加工上の制限が新た
に加わることなく通電特性に優れ、産業社会へ及ぼす効
果は極めて大きいた電気接点材料及びその製造方法を提
供できる。
【図１】本発明に係るイオン注入装置の説明図。
【図２】本発明の実施例１に係る電気接点の接触抵抗の
測定結果を示すグラフ。
測定結果を示すグラフ。
【図３】本発明の実施例２に係る電気接点の接触抵抗の
測定結果を示すグラフ。
測定結果を示すグラフ。
１…イオン化室、２…加速器、３…質量分離器、４…ビ
ーム走査系、５…イオン注入室、６…ガス導入口、７…
オーブン、８…排気口、９…電気接点。
ーム走査系、５…イオン注入室、６…ガス導入口、７…
オーブン、８…排気口、９…電気接点。
Claims (2)
- 【請求項１】 電気接点として用いられる材料の表面に
仕事関数の低い元素をイオン注入することを特徴とする
電気接点材料の製造方法。 - 【請求項２】 電気接点として用いられる材料の表面に
仕事関数の低い元素がイオン注入されていることを特徴
とする電気接点材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9626192A JP2625314B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 電気接点材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9626192A JP2625314B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 電気接点材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05290665A JPH05290665A (ja) | 1993-11-05 |
| JP2625314B2 true JP2625314B2 (ja) | 1997-07-02 |
Family
ID=14160242
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9626192A Expired - Lifetime JP2625314B2 (ja) | 1992-04-16 | 1992-04-16 | 電気接点材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2625314B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6346574B2 (ja) * | 2014-03-03 | 2018-06-20 | イングラス ソシエタ ペル アチオニＩＮＧＬＡＳＳ Ｓ．ｐ．Ａ． | プラスチック材料の射出成形装置のインジェクタのノズルターミナル |
-
1992
- 1992-04-16 JP JP9626192A patent/JP2625314B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05290665A (ja) | 1993-11-05 |
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