JPH05217457A - 銀系接点の接合方法 - Google Patents

銀系接点の接合方法

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JPH05217457A
JPH05217457A JP604092A JP604092A JPH05217457A JP H05217457 A JPH05217457 A JP H05217457A JP 604092 A JP604092 A JP 604092A JP 604092 A JP604092 A JP 604092A JP H05217457 A JPH05217457 A JP H05217457A
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copper
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JP604092A
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Kazuo Kondo
一夫 近藤
Seiji Imamura
清治 今村
Shigemasa Saito
重正 斉藤
Mamoru Akimoto
守 秋元
Mitsuo Sunaga
三夫 須永
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】銀接点を容易に銅の支持体に接合する方法を提
供する。 【構成】少なくとも表面がAgからなる銀系接点を、少な
くとも表面が銅材からなる支持体上に載置し、互いをほ
とんど加圧することなく接触させ、常圧の非酸化性ガス
ふん囲気中で780 〜850 ℃に加熱し、接触部付近に拡散
接合層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は少なくとも表面がAgから
なる銀系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。
【0002】
【従来の技術】Agからなる銀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」 ( (株) 新技術開発センター、昭和53年10月発
行) 635 〜638 頁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、電気抵抗の低い銀接点にはあまり適用され
ない。銀ろう付は最も一般的で、支持体と接点の間に銀
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。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がしかしこの場合も
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。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】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。
【0004】
【課題を解決するための手段】この目的は本発明によれ
ば少なくとも表面がAgからなる銀系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、互いをほとん
ど加圧することなく接触させてこれらを常圧の非酸化性
ガスふん囲気中で780 〜850 ℃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。
【0005】
【実施例】以下図を引用して実施例について本発明を詳
細に説明する。図1に示す銀系接点1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1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1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780 〜850 ℃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。この加熱の結果、接点中のAg原子と台金の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図2に示すように接点1は台
金2に固着される。
【0006】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1kgf/cm
2 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。
【0007】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、図3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
熱により図4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。あるいは図5に示すように台金24に
凹部25を形成してその中に接点1の底部を挿入してもよ
い。しかしこの場合には接点1の面が低くなり開極距離
が大きくなるので、図6のように台金の一部を持ち上
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。
【0008】本発明は銀合金系接点に広く適用できる。
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。表1はそれぞれAg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銀ろう付によった場合の高温せ
ん断強さを示す。
【0009】
【表1】
【0010】表1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。次に加熱温度につい
て述べる。加熱温度としては780 〜850 ℃の範囲で、特
に820 ℃が好ましい。
【0011】拡散作用は、温度依存性があるため、これ
らの範囲より低い温度の範囲では、拡散作用が弱くな
る。このために、接触面における両部材の接触部分に局
部的に発生する拡散作用による接合層の量が少なく、従
ってこれの金属ぬれ現象による周囲の非接触部分への拡
がりも小さいので冷却後接点と支持体の間に生じる接合
層が両部材の局部的な接触部分に限定され、非接触部分
に隙間が生じ、一様な接合が得られない。
【0012】上記温度の範囲では、拡散作用が高まるた
め局部的な接触部分に生じた拡散による接合層の量が多
くなり、これが金属ぬれ現象により周囲の非接触部分へ
拡がり、この拡がった部分でまた拡散作用が生じること
により、接触面の全面に拡散作用が雪崩現象的に拡がる
ので接触面の全面に均一な接合層が形成されるようにな
る。
【0013】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。
したがって、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。
【0014】一方支持体としてはタフピッチ銅、無酸素
銅のような純銅のほかに黄銅, Cu−Fe合金 (Fe2%) 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20〜30μmの厚さ
の銅めっきを施し、その上に例えば100 μm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。
【0015】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
でき上がることによる。
【0016】本発明によって生ずる接合層は主としてAg
およびCuよりなる。この層は従来作業性がよいため通常
使用されるAg−Cu−Zr−CdあるいはAg−Cu−Zr−Sn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適用した場合
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
頼性が高い。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。例えば図5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
を小さくすることができる。
【0017】
【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,フラックスの使用, 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。
【0018】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】
【図1】本発明の一実施例の第1工程を示す斜視図
【図2】同実施例の第2工程を示す斜視図
【図3】本発明の異なる実施例の第1工程を示す斜視図
【図4】同実施例の第2工程を示す斜視図
【図5】本発明の異なる実施例を示す断面図
【図6】本発明のさらに異なる実施例を示す断面図
【符号の説明】
1 接点 2 支持体 21 支持体 23 支持体 25 支持体 22 突起
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋元 守 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 須永 三夫 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも表面がAgからなる銀系接点を少
    なくとも表面が銅系材料よりなる支持体上に載置し、互
    いをほとんど加圧することなしに接触させて常圧の非酸
    化性ガスふん囲気中で780 〜850 ℃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. 【請求項2】請求項1に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. 【請求項3】請求項1または請求項2のいずれかに記載
    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. 【請求項4】請求項1ないし請求項3のいずれかに記載
    の方法において、支持体が接点の位置決め用突起を有す
    ることを特徴とする銀系接点の接合方法。
  5. 【請求項5】請求項1ないし請求項4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。
  6. 【請求項6】請求項1ないし請求項4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その表面に銅層
    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。
  7. 【請求項7】請求項6に記載の方法において、接点が銅
    箔を介して支持体表面の銅層に接触されることを特徴と
    する銀系接点の接合方法。
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