JP5424811B2 - リレー用電気接点及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車載用リレー等に好適なリレー用電気接点及びその製造方法に関する。

通常、自動車に搭載されてモーター負荷回路等で使用される電磁リレーは、可動接点を挟んで一組の固定接点、すなわちノーマルオープン側（以降、ＮＯ側と称する）固定接点と、ノーマルクローズ側（以降ＮＣ側と表現する）固定接点と、が配置された構造を有し、可動接点がこれら２つの固定接点に交互に接触することによって２つの電気回路を切替える機能を有している。

例えば、ワイパー駆動用モーターの入り切りを行う電磁リレーにおいては、ＮＯ側接点対では大きな負荷電流であるモーター駆動電流に対する耐消耗特性および耐溶着特性が要求されると共に、ＮＣ側接点対ではモーター制動電流によって形成される材料転移突起を抑制する特性が要求される。また、パワーウィンドウを開閉するためには、２台一組の電磁リレーによってモーターの回転方向を切替えるが、この場合にもＮＯ側接点対には耐消耗特性および耐溶着特性が必要となり、ＮＣ側接点対には材料転移突起の形成を抑制する特性が要求される。

特に、汎用的に使用されるヒンジタイプの電磁リレーでは、ＮＯ側接点対に比べＮＣ側の接点接触力を原理的に大きくすることができないため、当該ＮＣ側接点対の接点チャッターは多数回、長時間発生する。このため接点チャッター時に発生する微小アークによって引き起こされる接点転移量が大きくなり、ＮＣ側にできる転移突起と穴とによって接点ロッキングが発生し、電磁リレーの動作不良の原因となる。この問題を解決するためにはＮＯ側接点対に比べＮＣ側接点対の接点硬度を小さくする必要がある。

これらの例のように、自動車で多用される電磁リレーの用途において、ＮＯ側接点対とＮＣ側接点対とに要求される特性は異なるため、それぞれの接点対に適した接点材料が選択されることが好ましい。

このため、従来、例えば特許文献１には、銀−カドミウム系未酸化材又は銀−錫系未酸化材と、銀若しくは銀−３〜１５重量％ニッケル合金と、を冷間圧接してリベット型に成形し、然る後、酸化雰囲気中６００〜８５０℃、３気圧以上で加熱加圧酸化して、上記銀−カドミウム系未酸化材又は銀−錫系未酸化材を、銀−酸化カドミウム系酸化材又は銀−酸化錫系酸化材とするリベット型クラッド電気接点の製造方法が提案されている。

この技術では、上記のように製造された電気接点をトランスファータイプの電気接触子に取り付けて使用することによって、一方に大容量電流が流れ、他方に小容量電流が流れるような条件で使用する場合にも、大容量電流側の溶着や消耗を抑え、かつ小容量電流側では接触抵抗が小さく安定した接触および導通が確保されるとしている。

特開平０５−２８２９５８号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、近年、自動車搭載用電磁リレーの小型化に伴って接点寸法が縮小し、一方、回路を流れる電流は大きくなる傾向があるため、接点にかかる負荷が相対的に高くなり、接点にはより高い耐久性が要求されるようになっている。このような要求を満たすために、ＮＯ側とＮＣ側との接点対のそれぞれに対し、最適な接点材料が選択可能であるような構造を有する接点が必要となっている。
しかしながら、上記特許文献１に記載の電気接点では、近年の自動車搭載用電磁リレー用接点に要求されるような高い耐久性を満足することが困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、２つの電気回路の開閉に異なる電気接点性能が要求される場合に、それぞれの電気接点負荷の状況に応じた最適な接点材料の組み合わせを容易とし、高い電気接点信頼性を有するリレー用電気接点及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のリレー用電気接点は、リレーの可動接点として用いられるリベット形状のリレー用電気接点であって、第１の銀−酸化物系接点材料で形成された高負荷用接点部と第２の銀−酸化物系接点材料で形成された低負荷用接点部とを有し、前記第１の銀-酸化物系接点材料の硬度が、前記第２の銀-酸化物系接点材料のそれよりも高いことを特徴とする。

本発明のリレー用電気接点の製造方法は、リレーの可動接点として用いられるリベット形状のリレー用電気接点の製造方法であって、高負荷用接点部とされる第１の銀−酸化物系接点材料と低負荷用接点部とされる第２の銀−酸化物系接点材料とを直接又は他の金属材料を介して冷間接合すると共に前記リベット形状に成形加工する工程を有し、前記第１の銀−酸化物系接点材料の硬度が、前記第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高いことを特徴とする。

これらのリレー用電気接点及びその製造方法では、第１の銀−酸化物系接点材料の硬度が、第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定されるので、異なる硬度の２種の銀−酸化物系接点材料を組み合わせて、電気接点負荷の状況に応じた最適な接点材料の組み合わせを容易に得られ、電磁リレー用として高い電気接点信頼性を有することができる。すなわち、ＮＯ側接点等の高負荷用接点部では硬度の高い銀−酸化物系接点材料により、高い負荷電流に対して耐溶着性及び耐接点消耗性を維持可能であると共に、ＮＣ側接点等の低負荷用接点部では硬度の低い銀−酸化物系接点材料により、接点チャッターを減らすことによって、アークの着孤確率を減らし、接点転移を減少させ、より大きな電気接点負荷においても小型電磁リレー等の接点信頼性を向上せしめることができる。

また、本発明のリレー用電気接点の製造方法は、前記冷間接合の際に、前記第１の銀−酸化物系接点材料と前記第２の銀−酸化物系接点材料との間に、これらとの接合強度が前記第１の銀−酸化物系接点材料と前記第２の銀−酸化物系接点材料とを直接、接合させた際の強度よりも高い金属材料を配置して前記高負荷用接点部と前記低負荷用接点部との間に前記金属材料の中間層を形成することを特徴とする。

すなわち、このリレー用電気接点の製造方法では、高負荷用接点部と低負荷用接点部との間に、第１の銀−酸化物系接点材料と第２の銀−酸化物系接点材料とを直接、接合させた際の強度よりもこれらとの接合強度が高い金属材料の中間層を形成するので、高い接合強度が得難い銀−酸化物系接点材料同士の接合よりも高い接合強度をもって第１の銀−酸化物系接点材料と第２の銀−酸化物系接点材料とを中間層に接合させることができる。

また、本発明のリレー用電気接点は、前記高負荷用接点部と前記低負荷用接点部との間に、銅で形成された中間層が形成されていることを特徴とする。
さらに、本発明のリレー用電気接点の製造方法は、前記中間層を形成する金属材料が、銅であることを特徴とする。

すなわち、これらのリレー用電気接点及びその製造方法では、高負荷用接点部と低負荷用接点部との間に、銅で形成された中間層が形成されるので、直接、接点に供されない中間層を比較的安価な銅で置き換えることで高価な銀−酸化物系接点材料の使用を必要最小限にでき、原材料コストを低減することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るリレー用電気接点及びその製造方法によれば、第１の銀−酸化物系接点材料の硬度が、第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定されるので、ＮＯ側接点等の高負荷用接点部では耐溶着性及び耐接点消耗性を維持可能であると共に、ＮＣ側接点等の低負荷用接点部では材料転移突起の形成抑制効果を得ることができる。
したがって、本発明に係るリレー用電気接点は、小型化された自動車搭載用電磁リレー等に用いる電気接点として好適である。

本発明に係るリレー用電気接点及びその製造方法の第１実施形態において、リレー用電気接点を示す断面図である。 本発明に係るリレー用電気接点及びその製造方法の第２実施形態において、リレー用電気接点を示す断面図である。

以下、本発明に係るリレー用電気接点及びその製造方法の第１実施形態を、図１を参照して説明する。

本実施形態のリレー用電気接点１は、例えば間欠ワイパーやパワーウィンドウ負荷を対象とした自動車搭載用電磁リレーの可動接点として用いられるリベット形状のリレー用電気接点であって、図１に示すように、第１の銀−酸化物系接点材料で形成された高負荷用接点部２と第２の銀−酸化物系接点材料で形成された低負荷用接点部３とを有している。

上記第１の銀−酸化物系接点材料及び第２の銀−酸化物系接点材料は、従来知られている銀−酸化錫系、銀−酸化錫−酸化インジウム系、銀−酸化銅系等の接点材料が採用可能である。
また、第１の銀−酸化物系接点材料の硬度は、第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定されている。

上記高負荷用接点部２は、リベット形状のＮＯ側接点となる頭部側に形成されていると共に、上記低負荷用接点部３は、リベット形状のＮＣ側接点となる足部側に形成されている。すなわち、本実施形態のリレー用電気接点１は、頭部側と足部側とで硬度の異なる２種の銀−酸化物系接点材料を組み合わせて構成されている。

このリレー用電気接点１は、高負荷用接点部２とされる第１の銀−酸化物系接点材料と低負荷用接点部３とされる第２の銀−酸化物系接点材料とをヘッダー機により冷間接合すると共に同時に前記リベット形状に成形加工することで作製される。
そして、上記冷間接合の際、第１の銀−酸化物系接点材料の硬度を、第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定して作製される。

この本実施形態のリレー用電気接点１及びその製造方法では、第１の銀−酸化物系接点材料の硬度が、第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定されるので、異なる硬度の２種の銀−酸化物系接点材料を組み合わせて、電気接点負荷の状況に応じた最適な接点材料の組み合わせを容易に得られ、電磁リレー用として高い電気接点信頼性を有することができる。

すなわち、ＮＯ側接点の高負荷用接点部２では硬度の高い銀-酸化物系接点材料により高い負荷電流に対して耐溶着性及び耐接点消耗性を維持可能であると共に、ＮＣ側接点等の低負荷用接点部３では硬度の低い銀−酸化物系接点材料により、接点チャッターを減らすことによって、アークの着孤確率を減らし、接点転移を減少させ、より大きな電気接点負荷においても小型電磁リレー等の接点信頼性を向上せしめることができる。

次に、本発明に係るリレー用電気接点及びその製造方法の第２実施形態について、図２を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１の銀−酸化物系接点材料で形成された高負荷用接点部２と第２の銀−酸化物系接点材料で形成された低負荷用接点部３とが互いに直接、接合されて構成されているのに対し、第２実施形態のリレー用電気接点２１は、図２に示すように、高負荷用接点部２と低負荷用接点部３との間に、銅で形成された中間層２４が形成されている点である。

すなわち、第２実施形態では、高負荷用接点部２と低負荷用接点部３とが銅の中間層２４を介して接合されている。
この第２実施形態のリレー用電気接点２１は、上記冷間接合の際に、第１の銀−酸化物系接点材料と第２の銀−酸化物系接点材料との間に、これらとの接合強度が第１の銀−酸化物系接点材料と第２の銀−酸化物系接点材料とを直接、接合させた際の強度よりも高い金属材料である銅を配置して高負荷用接点部２と低負荷用接点部３との間に銅の中間層２４を形成することで作製される。

このように第２実施形態のリレー用電気接点２１では、高負荷用接点部２と低負荷用接点部３との間に、第１の銀−酸化物系接点材料と第２の銀−酸化物系接点材料とを直接、接合させた際の強度よりもこれらとの接合強度が高い金属材料である銅の中間層２４を形成するので、高い接合強度が得難い銀−酸化物系接点材料同士の接合よりも高い接合強度をもって第１の銀−酸化物系接点材料と第２の銀−酸化物系接点材料とを中間層２４に接合させることができる。
また、高負荷用接点部２と低負荷用接点部３との間に、銅で形成された中間層２４が形成されるので、直接、接点に供されない中間層２４を比較的安価な銅で置き換えることで高価な銀−酸化物系接点材料の使用を必要最小限にでき、原材料コストを低減することができる。

次に、本発明に係るリレー用電気接点を実際に第１実施形態における上記製造方法で作製して評価した結果について説明する。

本発明に係るリレー用電気接点の実施例を、以下の工程で作製した。
まず、表１に示すような組成を有する、酸化物含有量が６、１０及び１７重量％の銀−酸化錫−酸化インジウム系接点材料ａ，ｂ，ｃと、銀−１０重量％ニッケル接点材料ｄと、を作製し、これを加工して直径１．４ｍｍのワイヤーとした。

上記銀−酸化錫−酸化インジウム系接点材料ａ，ｂ，ｃの３種類のワイヤーの中から２種類を組み合わせ、ヘッダー機にて両者を接合すると同時にリベット形状の電気接点に成形加工し、表２に示す本発明の実施例である本発明複合可動接点（リレー用電気接点）Ｎｏ．１及びＮｏ．２を得た。

すなわち、本発明複合可動接点Ｎｏ．１及びＮｏ．２では、第１の銀−酸化物系接点材料としてマイクロビッカース硬度が１１５ＨＶと高い銀−酸化錫−酸化インジウム系接点材料ｃで頭部の高負荷用接点部２を形成したと共に、第２の銀−酸化物系接点材料として硬度が７９ＨＶ及び８６ＨＶと低い銀−酸化錫−酸化インジウム系接点材料ａ，ｂで足部の低負荷用接点部３を形成した。
なお、本実施例の電気接点のサイズは、頭径２．５ｍｍ、頭厚０．４ｍｍ、接点材料の厚み０．２ｍｍ、足径１．５ｍｍ、足長１．０ｍｍ、接点面Ｒ１２ｍｍとした。

また、比較のため、銀−酸化錫−酸化インジウム系接点材料ａ，ｂ，ｃのワイヤーを用いたムク可動接点Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５、さらに、従来技術にあるような、銀−酸化錫−酸化インジウム系接点材料ｃのワイヤーと銀−１０重量％ニッケル接点材料ｄのワイヤーとを組合せた従来複合可動接点Ｎｏ．６を作製した。
さらに、上記接点材料ａ，ｂ，ｃ，ｄのワイヤーを用いたムク固定接点を作製した。これら固定接点のサイズは、頭径２．５ｍｍ、頭厚０．４ｍｍ、足径１．５ｍｍ、足長１．０ｍｍとした。

上記のように作製した本発明複合可動接点（実施例）、ムク可動接点、および従来複合可動接点を、可動台金にかしめると共に、ムク固定接点を固定台金にかしめた後、表３に示すような可動接点と固定接点との組合せで、評価用の電磁リレー（１）〜（６）に組み込んだ。そして、評価用の電磁リレーを使用し、以下の条件で耐久開閉試験を行った。

＜電気試験条件＞
・電源電圧：ＤＣ１４Ｖ
・負荷：（Ａ）パワーウインドウモーター電機子フリー、および（Ｂ）パワーウインドウモーター電機子ロック
・負荷電流：電機子ロック電流３０Ａ
・ＮＯ側接点接触力：２７ｇ
・ＮＣ側接点接触力：１２ｇ
・評価用リレー：１ｃ構成，ヒンジタイプＰＣＢリレー

上記耐久試験の結果を表３に示す。

実用化のためには、概ね開閉可能回数２０万回以上の耐久性が必要となるが、この結果から、実施例である本発明複合可動接点Ｎｏ．１およびＮｏ．２を使用したリレー（１）（２）では、ムク可動接点または従来複合可動接点を使用したリレーに比べて、実用化可能な高い耐久性を示すことがわかる。
また、実施例である本発明複合可動接点Ｎｏ．１およびＮｏ．２を搭載した電磁リレー（１）および（２）のＮＣ側の接点チャッターは、ムク可動接点Ｎｏ．５を搭載した電磁リレー（５）に比べて大幅に小さく、接点転移量も減少した。
また、表２に示す全ての可動接点の内、ＮＯ接点側の接点消耗量が少なく、かつＮＣ接点側の接触安定性が最も高いのは本実施例の接点番号Ｎｏ．１であり、次にＮｏ．２であった。

なお、第２実施形態のリレー用電気接点の実施例として、中間層に銅を配置した複合電気接点においても、同様に評価したところ、ほぼ同等の結果が得られた。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１，２１…リレー用電気接点、２…高負荷用接点部、３…低負荷用接点部、２４…中間層

Claims (5)

1. リレーの可動接点として用いられるリベット形状のリレー用電気接点であって、
   第１の銀−酸化物系接点材料で形成された高負荷用接点部と第２の銀−酸化物系接点材料で形成された低負荷用接点部とを有し、
   前記第１の銀−酸化物系接点材料の硬度が、前記第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定されていることを特徴とするリレー用電気接点。
2. 請求項１に記載のリレー用電気接点において、
   前記高負荷用接点部と前記低負荷用接点部との間に、銅で形成された中間層が形成されていることを特徴とするリレー用電気接点。
3. リレーの可動接点として用いられるリベット形状のリレー用電気接点の製造方法であって、
   高負荷用接点部とされる第１の銀−酸化物系接点材料と低負荷用接点部とされる第２の銀−酸化物系接点材料とを直接又は他の金属材料を介して冷間接合すると共に前記リベット形状に成形加工する工程を有し、
   前記第１の銀−酸化物系接点材料の硬度を、前記第２の銀−酸化物系接点材料のそれよりも高く設定することを特徴とするリレー用電気接点の製造方法。
4. 請求項３に記載のリレー用電気接点の製造方法において、
   前記冷間接合の際に、前記第１の銀−酸化物系接点材料と前記第２の銀−酸化物系接点材料との間に、これらとの接合強度が前記第１の銀−酸化物系接点材料と前記第２の銀−酸化物系接点材料とを直接、接合させた際の強度よりも高い金属材料を配置して前記高負荷用接点部と前記低負荷用接点部との間に前記金属材料の中間層を形成することを特徴とするリレー用電気接点の製造方法。
5. 請求項４に記載のリレー用電気接点の製造方法において、
   前記中間層を形成する金属材料が、銅であることを特徴とするリレー用電気接点の製造方法。

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