JPH03210717A - 銀系接点の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は銀系材料からなる接点を少なくとも表面が銅系
材料からなる支持体上に接合する方法に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕ＡＩ＋　
Ａｇ−Ｃｄ、Ａｇ　　ＣｄＯ，＾ｇ−Ｎｉなどの材料か
らなる銀系接点はそのすぐれた接点性能から広く電気機
械の接触子に使用されている。しかし銀は高価であるた
め通常接点は支持体上に固定され、支持体としては導電
性の良好な銅またはその合金が用いられることが多い、
接点の固定は、例えば「電気材料マニアル」　（＠ｌ新
技術開発センター、昭和５３年１０月発行）６３５〜６
３８真に記載されているように通常の金属部材間の接合
方法であるかしめ。

溶接あるいはろう付けによって行われる。かしめは高速
自動作業が容易であるが、大形接点の場合には大きなか
しめ力を必要とすること、接点材料に無駄が生ずること
あるいは加工により硬化した銀系接点が常温で時間の経
過とともに軟化して支持体との密着力が弱くなることな
どの欠点がある。

溶接は接点および支持体への通電による発熱を利用する
ものであるので、電気抵抗の低い銀系接点にはあまり適
用されない、ＩＩろう付は最も一般的で、支持体と接点
の間に譲ろう箔をはさみ、ガスバーナ、抵抗加熱、高周
波誘導加熱などによって銀ろうを融解させることによっ
て行われる。しかし高価な銀ろうを必要とすること、銀
ろう箔を所定の位置に挿入する作業があるため自動化し
にく（、熟練した作業者を必要とすること、フラックス
の使用により作業環境が汚染されやすいことならびにフ
ラックスから発生するガスによってろう付作業中に接点
が移動したり接合部に気泡などの欠陥が生ずるおそれが
あることなどの欠点がある。

また＾（−ＣｄＯ合金は銀ろう付性がよくないので、片
面酸化法により一方の面をＡｇ−Ｃｄ合金のままで残す
か、あるいは一方の面にＡｇ層を貼り合わせる必要があ
って手数がかかる。そこでこれらの方法に代わって拡散
接合を利用することも知られている。しかしこの場合も
特開昭４８−７８０６０号公報に記載のように接点の接
合側が銀のみからなる必要があること、あるいは特開昭
５１−６１４５６号公報に記載のように真空室内で行わ
ねばならぬことなどの制約があるため一般的に簡単に適
用することが困難である。

本発明は従って銀系接点を支持体に固定するためにより
一般的で簡単に適用できる接合方法を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的は本発明によれば接点を少な（とも表面が銅系
材料よりなる支持体上に載置し、接触させてこれらを常
圧の非酸化性ガスふん囲気中で７００〜８７０℃の温度
で加熱することにより前記両部材の接触面付近に拡散接
合層を形成することによって達成できる。

（実施例） 以下図を引用して実施例について本発明の詳細な説明す
る。第１図に示す銀系接点ｌを支持体としての銅からな
る台金２と接合する場合は、接点ｌおよび台金２の接合
面を予め脱脂または酸洗により清浄にした後、図に記入
された矢印のように接点ｌを台金２の上に載置し、これ
らを非酸化性ガスふん囲気の炉内において常圧で使用す
る材料に応じて７００〜８７０℃の温度に加熱する。ふ
ん囲気のガスとしては窒素、アルゴンのような不活性ガ
スあるいは水素、アンモニア分解ガスのような還元性ガ
スを用いることができる。ただし、還元性ガスを用いる
ときはＡｇ　−ＣｄＯ接点のように酸化金属接点は還元
されて組成の変化が生じ、接点特性が劣化するおそれが
あることを考慮する必要がある。この加熱の結果、接点
中のＡｇ原子と合金のＣｕ原子とが相互に拡散して両者
の接触部に反応により固体と液体の中間状態の拡散接合
層が形成されるので、徐冷または急冷により冷却すれば
第２図に示すように接点ｌは台金２に固着される。第３
図（Ａ）〜（Ｃ）に図式的に示した例の場合には、第３
図（Ａ）に示すようにタフピッチ銅からなる台金２の上
にＡｇ−Ｃｄ合金の内部酸化によりつくられたＡｇ　−
Ｃｄ０層１１と未酸化のＡｇ　−Ｃｄ層１２の２層より
なる接点ｌを載置し、窒素ガスふん囲気中で７５０℃に
おいて加熱した後は、第３図（Ｂ）に示すように厚さ１
０７ｓの拡散接合層３が生じた。この接合層は　八ｇ５
９．２％、　Ｃｕ３２％、　Ｃｄ８．８％の組成を有し
た。加熱を８００℃、１分間で行ったときには拡散接合
層はさらに厚＜　　１３３ｎになり、第３図（Ｃ）に示
すようにＡｇ−Ｃｄ層１２は消滅した。また、この場合
は接合層３の一部が反応により流動性を増し金属ぬれ現
象によって周囲に拡がるため、接点、１の表面は寸法３
だけ沈下した。３は約５０ｕであった。

本発明に基づく接合の際立った特徴は、加熱の際に接点
と支持体の間の加圧が必要なく、両者の接触はその一方
の自重のみでよい点にある。ただし加熱の際の接点の支
持体に対する位置のずれを防ぐために、接点を支持体上
に載置する際にクリップなどで軽く加圧してもよい、そ
のような加圧力は接合面について１１ｇｆ／−以下の大
きさで十分である。しかもクリップは高温ではなまるた
めその加圧力はほとんど零になる。大きな接触圧を必要
としないため接点と支持体を加圧治具内に挿入しなくて
よく、また、従来の銀ろう付けのように融出した合金が
加圧治具に付着することにより接点と支持体の取出しが
困難になるようなことがない、また大きな加圧力による
接点表面の大きな沈下に基づく接点材料の有効厚さの減
少、すなわち高価な銀系材料の無駄が生ずるおそれもな
い。

加熱によって接点と支持体との接触部の接合層に流動性
が生じた場合の接点の支持体に対する位置のずれを防ぐ
ためには、第４図に示すように支持体（台金）２１の上
に突起２２を形成し、これを衝にして接点１を図に記入
された矢印に示すように台金２１上に載置し、加熱によ
り第５図に示すように接合してもよい、支持体２１にガ
ス抜き孔２３を設けることは、より健全な接合の生成に
対して有効である。あるいは第６図に示すように台金２
４に凹部２５を形成してその中に接点ｌの底部を挿入し
てもよい、しかしこの場合には接点ｌの面が低（なり開
極距離が大きくなるので、第７図のように合金の一部を
持ち上げ、開極距離を所定の寸法で小さくすることも考
慮される。

本発明は銀系接点に広く適用できる。上述の例のような
Ａｇ　−Ｃ４０層とＡｇ−Ｃｄ層とからなる２離接点で
な（、単一のＡ、　−Ｃ４０層あるいはＡｇ−Ｃｄ層か
らなるものてもよい、また＾ｇ−Ｍｌなどの他の銀合金
接点でもよい、勿論純銀接点は銅と最も良好に拡散接合
できるので、銀合金接点の接合側に銀層を貼り合わせた
ものを用いてもよい。

第１表はそれぞれＡｇ、　Ａ、−Ｃｄ、　Ａｇ−Ｃｄ０
またはこれらを主体とした合金よりなる接点を本発明に
よる拡散接合法で接合した場合の沈み量と接合部の高温
せん断強さ、ならびに比較のため譲ろう付によった場合
の高温せん断強さを示す。

第１表 第１表より明らかなように５００℃におけるせん断強度
は、拡散接合法による場合は銀ろう付による場合よりは
るかに高い値を示しており、接点としての実用上におい
て望ましい特性を有する。−方沈下量３は、通常、純金
属接点より合金接点の方が拡散による中間状態層の生ず
る量が多くなるため大きくなるが、Ａｇ　−ＣｄＯの場
合は第１表に示すようにＡｊ接点よりも沈み量が小さい
、これは酸化物（ＣｄＯ）が接点層と支持体層の間に介
在して相互拡散を抑制するためと思われる。

次に加熱温度について述べる。

加熱温度としてはＡ、接点に対しては７８０〜８５０℃
の範囲で、特に８２０℃が好ましく、Ａｇ−Ｃｄ接点に
対しては７００〜８５０℃での範囲で、特に７８０℃が
好ましく、またＡｊ　−ＣｄＯ接点に対しては７８０〜
８７０℃の範囲で、特に８５０℃が好ましい、これらの
範囲より低い温度では接触面において局部的に拡散によ
る中間状態層ができるので冷却後接点と支持体の間の接
合が一様でなく隙間を生ずる。上記の温度の範囲では全
面にわたって拡散による中間状態層によるぬれが拡がる
ため、全面的に均一な接合層が形成される。さらに加熱
温度を上げると接点または支持体のいずれかの融点に近
づきこれを越えるため、少なくとも一方の部材が溶融す
るので沈みが大きくなるとともに溶融液相が接点の表面
にまわって接点性能を害する。したがうて、加熱温度の
上限の温度は接点および支持体の融点を越えない範囲の
８７０℃に選んである。このため本発明による接合方法
においては接合過程で接点および支持体が溶融すること
がないので、接合層に共晶層が生じない。

一方支持体としてはタフピッチ鋼、無酸素銅のような純
銅のほかに黄銅、ＣｕＦｅ合金（Ｆｅ　２％）などのよ
うな銅合金でもよい、また焼結によってつくられる銅と
鉄の２層からなる支持体を用い銅層に接点を接合しても
よい、さらに入手しやすい通常の鉄材料を支持体に用い
るには、鉄支持体の上に例えば２０〜３０＃ｌＩの厚さ
の銅めっきを施し、その上に例えば１００ｎ以上の厚さ
の銅箔を介して接点を載せ、上述の例と同様に加熱する
。この場合、接点と銅箔の間で拡散接合が進行すると同
時に、銅箔と支持体上の銅めっき層との間でも拡散接合
が進行する。これにより接点は残った銅箔をはさんで鉄
からなる支持体上に強固に固着される。この場合の銅め
っき層の厚さ、加熱温度、加熱時間は銅めっき層がすべ
て拡散接合層のＡｇ　−Ｃｕ合金中に拡散してしまわな
いように選定する。

本発明により接合されるべき接点あるいは支持体の表面
は特に平滑であることを要せず、通常の焼結面、加工面
あるいは圧延面のままでよい、これは本発明による拡散
接合は、Ａｇ原子とＣｕ原子の拡散が先ず接点と支持体
との接触点において始まり、拡散の進行に伴って両者の
接触面積が次第に拡がっていくことに基づいてでき上る
ことによる。

本発明によって生ずる接合層は主としてＡｇおよびＣｕ
よりなり、接点が合金の場合はその合金成分が加わる。

この層は従来作業性がよいため通常使用される八ｇ　−
Ｃｕ　−Ｚｒ　−ＣｄあるいはＡｇ−Ｃｕ−Ｚｒ−３ｎ
の四元合金よりなる銀ろう層にくらべて融点が高く、高
温強度もすぐれている。従って本発明により支持体上に
固着された接点は大電流の通電による温度上昇に対して
も剥離が生じにくい、またブレーカ用の接点に通用した
場合しゃ断アークに対してよく耐えることができる。こ
の意味においては、前述の接合側が純銀層よりなる接点
を用いることが接合層がＡｇ−Ｃｕ合金よりなり融点が
高いので有利である。常温における本発明による拡散接
合の接合強度はろう付による接合強度と同程度であり、
しかもフラックスの使用による欠陥の発生のおそれが無
いため信幀性が高い、さらに接合層の厚さが加熱温度あ
るいは加熱時間により調節できるので、接合部の特性あ
るいは接合の際の接点表面の沈下を所望の値に制御する
ことが可能である０例えば第６図に示すように台金２３
に凹部を形成してその中に接点１の底部を挿入する場合
は、平面接合に比して接合強度が高いので、加熱温度を
下げて沈下量を小さ（することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は銀系接点と銅系材料から
なる支持体の表面とをほとんど加圧することなく接触さ
せて拡散接合を行わせるものであり、銀ろう８フランク
スの使用、挿入が不要で材料費および工数が節減される
ばかりでなく、接点および支持体の材料、加熱ふん囲気
に対する制約が極めて少ないので、銀系接点の信頼性の
高い接合に広くかつ簡単に適用でき、特に連続加熱炉の
使用による接触子の量産の自動化が可能となるので得ら
れる効果は極めて大きい、特に従来単一層では銀ろう付
をすることができなかったＡｇ　−ＣｄＯ接点の支持体
上への接合も小さな沈み量で実施することができるので
極めて有効である。

さらに、本発明においては、前記したように接合過程で
加熱温度を接合部材の融点以下に抑え、接合部材を溶融
しないようにしているため、接合層が拡散によってのみ
生じ、共晶を伴うことがないので、接合層の高温におけ
る接合強度が高くなる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の工程を示す斜
視図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明による接合状態を
図式的に説明する断面図、第４図および第５図は本発明
の異なる実施例の工程を示す斜視図、第６図および第７
図は本発明のさらに異なる実施例を示す断面図である。 １：接点、２．２１．２３．２５　：支持体（台金）、
２２：突起、３：接合層。 リムλ； 千１図 第２図 升４図 升５図 才６０ オフ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）銀系材料からなる接点を少なくとも表面が銅系材料
   よりなる支持体上に載置し、接触させて常圧の非酸化性
   ガスふん囲気中で７００〜８７０℃の温度で加熱するこ
   とにより前記両部材の接触面付近に拡散接合層を形成す
   ることを特徴とする銀系接点の接合方法。 ２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、非酸化
   性ガスが窒素であることを特徴とする銀系接点の接合方
   法。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、接点と支持体との接触が接点または支持体の自重
   のみによって行われることを特徴とする銀系接点の接合
   方法。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、接点と支持体とをクリップではさんで接触させる
   ことを特徴とする銀系接点の接合方法。 ５）特許請求の範囲第１項または第２項記載の方法にお
   いて、支持体上に接点の位置決めのための突起を設ける
   ことを特徴とする銀系接点の接合方法。 ６）特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
   載の方法において、支持体が銅またはその合金よりなる
   ことを特徴とする銀系接点の接合方法。 ７）特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記
   載の方法において、支持体が鉄からなって表面に銅層を
   有するものであることを特徴とする銀系接点の接合方法
   。 ８）特許請求の範囲第７項記載の方法において、接点を
   銅箔を介して支持体表面の銅層に接触させることを特徴
   とする銀系接点の接合方法。