JPH08298038A - 電気接点材料とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐食性，潤滑性が優れ、また接触抵抗の経時
変化が少ない電気接点材料とその製造方法を提供する。 【解決手段】 接点基材１とその表面２ａに一体的に形
成された被覆層２とから成り、その被覆層２は、Ａｇ−
Ｌｉ−Ｌａ合金にＡｕまたは／およびＰｄが含有されて
いて、その表層部２Ａは、Ａｕまたは／およびＰｄの含
有量が内層部２Ｂに向かって減少していく濃度勾配層に
なっていて、かつ、表層部２Ａの表面における前記Ａｕ
または／およびＰｄの含有量が５０〜９５重量％になっ
ている電気接点材料であって、上記したＡｇ−Ｌｉ−Ｌ
ａ合金にＡｕまたは／およびＰｄ層を形成した後、全体
に加熱処理を施してＡｕまたは／およびＰｄを熱拡散し
て製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気接点材料とそ
の製造方法に関し、更に詳しくは、耐食性と潤滑性に優
れ、接触抵抗の経時変化が少なく、とくに初動時に凝着
現象を起こすことがない電気接点材料であって、小型の
スライドスイッチやモータのように、小電流領域で駆動
する電子・電気機器に組み込まれる摺動接点の材料とし
て有用な電気接点材料と、それを製造する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】リベットやブレーカーなどに組み込まれ
る開閉接点，スライドスイッチなどに組み込まれる摺動
接点、またはモータなどに取り付けられる回転摺動接点
などの電気接点材料としては、従来から、Ｃｕを１〜２
０wt％含有するＡｇ−Ｃｕ合金や、Ｎｉを１〜２０wt％
含有するＡｇ−Ｎｉ合金などが広く使用されている。

【０００３】しかしながら、これらの材料は、耐アーク
性や耐摩耗性が良好な材料とはいえず、とくに、Ａｇ−
Ｃｕ合金系では、使用している過程で生成してくるＣｕ
の酸化物によって接触抵抗が経時的に高くなっていき、
しかもその値が不安定になるという問題があった。した
がって、上記したＡｇ−Ｃｕ系合金で摺動接点を製造
し、これを例えば小型モータの整流子の外周接点片とし
て用いた場合、その接触抵抗が経時的に変化するため、
整流子の回転速度が大きくばらついて不安定になるとい
う問題が生じてくる。また、電気接点材料を製造してか
ら、材料を使用するまでの間の輸送，保管などの過程
で、電気接点材料の表面が腐食して初動時における接触
抵抗が上昇するという問題があった。

【０００４】上記したような問題を解消するために、本
発明者らは、耐アーク性，耐摩耗性が良好で、しかも接
触抵抗が小さく、かつその接触抵抗の環境変化も小さい
電気接点材料として、Ａｇ−Ｌｉ−希土類元素系合金を
開発し、既にそれを特開平３−１８０４３６号として出
願した。ところで、前記した各種の電子・電気機器の場
合、最近では、一層の小型化への要求とともに、高性能
化，高信頼性化も強く求められている。また、これら機
器の使用環境も多様化しており、例えば、微量のアンモ
ニアやホルマリンなどの有機ガス雰囲気下や高温多湿の
雰囲気下で使用される場合もある。更に、電気接点材料
を製造してから使用するまでの過程における環境下にお
ける品質変化も問題となってくる。この使用するまでの
過程における品質変化は、船舶での長期にわたる輸送な
どの場合にも起こる可能性があり、塩化物，硫化物，酸
化物などの汚染によって引き起こされる。

【０００５】このようなことは、これらの機器に組み込
まれる電気接点に次のような特性を要求することにな
る。まず第一に、機器の小型化は、それに組み込む電気
接点の小型化を要求する。そして、そのことに伴い、使
用電流が小電流になり、また、接触荷重も低くなるとい
う傾向が強まってくる。例えば、多くの小型機器の場
合、電流：１mA〜１００mA，荷重：４９mN以下の条件で
使用されることが多い。このように、使用電流が微小
で、接触荷重も低くなると、接触部分における導通不良
が起こりやすくなるので、このことを防ぐために、使用
される接点材料の接触抵抗を小さくすることが必要にな
る。

【０００６】更に、例えばマイクロモータに組み込まれ
る回転摺動接点の場合、運転中における回転数のばらつ
きを抑制するためには、当該接点の接触抵抗が経時変化
を起こしづらいことが必要になる。とくに、前記したア
ンモニアや有機ガスの雰囲気下、または高温多湿の雰囲
気下で運転する場合、長時間使用していても、接触抵抗
は経時的に劣化しないことが必要である。そのため、接
点材料には、耐酸化性，耐硫化性，耐アンモニア性，耐
有機ガス性などの耐食性が強く要求されることになる。

【０００７】また、最近のマイクロモータでは例えばそ
の回転数を５０００〜２００００rpm 程度で高速運転す
る傾向が増しているが、この高速運転を安定して実現す
るためには、組み込まれる回転摺動接点は摩擦係数の小
さい材料からなり、潤滑性に優れていることが必要とな
ってくる。とくに、微小電流，低接触荷重，高回転数の
条件下で運転されるモータの場合は、トルクが比較的小
さいため、通電時の摩擦抵抗の影響が著しく大きく、摩
擦係数の低減化という問題が最重要課題であるといえ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、耐食性，潤
滑性に優れ、接触抵抗の経時変化が少なく、また初動時
に凝着現象を起こしにくい電気接点材料とその製造方法
を提供することを目的とし、また、微小電流，低接触荷
重の条件下で作動する小型の電子・電気機器に組み込ん
で有用な電気接点材料とその製造方法を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、接点基材の表面に、Ａｇ−
Ｌｉ−Ｌａ合金にＡｕまたは／およびＰｄが含有されて
成り、前記被覆層の表層部はＡｕまたは／およびＰｄの
含有量が内層部側に向かって減少していく濃度勾配層に
なっており、かつ、前記表層部の表面におけるＡｕまた
は／およびＰｄの濃度は５０〜９５重量％である被覆層
が一体的に形成されていることを特徴とする電気接点材
料が提供される。

【００１０】また、接点基材の表面にＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ
合金の層を形成し、前記Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金層の表面
にＡｕまたは／およびＰｄの層を形成し、ついで、全体
に加熱処理を行うことを特徴とする電気接点材料の製造
方法が提供され、更に、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金から成る
部材の表面にＡｕまたは／およびＰｄの層を形成したの
ち全体に加熱処理を行って前記Ａｕまたは／およびＰｄ
を熱拡散し、ついで、得られた部材を接点基材の表面に
一体的に取り付けることを特徴とする電気接点材料の製
造方法が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の電気接点材料は、図１の
断面図で示すように、接点基材１の表面を被覆して、後
述する被覆層２が形成されている。接点基材１の材料は
格別限定されるものではなく、従来から接点基材として
使用されているものであれば何であってもよく、例え
ば、タフピッチ銅，無酸素銅のようなＣｕ単体；黄銅，
リン青銅，洋泊，ベリリウム銅のようなＣｕ合金；Ｆｅ
単体；４２アロイのようなＦｅ合金をあげることができ
る。

【００１２】被覆層２は、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金にＡｕ
または／およびＰｄが含有された材料から成り、大きく
は、表層部２Ａと内層部２Ｂとをもって構成されてい
る。そして、前記した表層部２ＡにＡｕまたは／および
Ｐｄが後述する態様で含有されており、その下に位置す
る内層部２Ｂは、事実上、Ａｕまたは／およびＰｄを含
有せず、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金のみで構成されている。
すなわち、この被覆層２は、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金を全
体の母材とし、その表層部２Ａでは、母材であるＡｇ−
Ｌｉ−Ｌａ合金にＡｕまたは／およびＰｄが含有されて
成る材料で構成されているのである。

【００１３】ここで、被覆層２の母材を成すＡｇ−Ｌｉ
−Ｌａ合金はＡｇをバランス成分とし、その合金におけ
るＬｉは、当該合金の潤滑性と耐アーク性の向上に資す
る成分であり、また、Ｌａは、当該合金の硬度を高めて
耐摩耗性の向上に資する成分である。これらのＬｉ，Ｌ
ａ成分の組成割合が、いずれか一方でも0.０１重量％よ
り少なくなると上記した効果の発揮は不十分となり、ま
た、Ｌｉの組成割合が2.０重量％より多くなったり、Ｌ
ａの組成割合が0.２重量％より多くなったりすると、得
られる合金の比抵抗は増加し、また接触抵抗の経時変化
は大きくなり、製造した接触材料は、とくに小電流領域
で使用する摺動接点用の材料としての特性低下が引き起
こされる。

【００１４】このようなことから、母材であるＡｇ−Ｌ
ｉ−Ｌａ合金においては、Ｌｉ，Ｌａの組成割合は、そ
れぞれ、0.０１〜2.０重量％，0.０１〜0.２重量％であ
ることが好ましい。より好ましくは、Ｌｉの場合は0.０
１〜0.１重量％，Ｌａの場合は0.０２〜0.２重量％であ
り、とくに好ましくは、Ｌｉの場合は0.０２〜0.１重量
％，Ｌａの場合は0.０５〜0.２重量％である。

【００１５】次に、表層部２Ａでは、前記したＡｇ−Ｌ
ｉ−Ｌａ合金にＡｕまたは／およびＰｄが含有されてい
る。このＡｕまたは／およびＰｄは、それ自体が耐食性
と潤滑性に優れている。したがって、この表層部２Ａの
場合は、前記したＬｉの潤滑性および耐アーク性への寄
与効果とＬａの耐摩耗性への寄与効果の外に、Ａｕまた
は／およびＰｄの耐食性や潤滑性への寄与効果も相乗的
に加味されることになっていて、被覆層２の全体は、そ
れがＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金だけから成る場合に比べて、
耐食性と潤滑性と耐アーク性の点で一層優れた特性を発
揮することになる。

【００１６】この表層部２Ａは、その製造時に後述する
製造方法が適用される結果として、表面２ａ（図１参
照）ではＡｕまたは／およびＰｄの含有量が多く、内層
部２Ｂ側に向かっていくほど含有量が減少していく濃度
勾配層になっている。表層部２Ａが濃度勾配層になって
いることにより、本発明の接点材料は、前記したように
優れた耐食性と潤滑性を示すとともに、とくに、初動時
における凝着現象の発生が有効に抑制され、もって初期
段階から優れた摺動特性を示すことになる。

【００１７】一般に、摺動初期においてはヘッドと接点
材料との間における真の接触面積が小さいため、見掛け
上の接触圧力（接触荷重／ヘッドの断面積）に対して、
実際の接触圧力は非常に大きく、凝着摩耗を起こし易い
状態になっている。そしてこの摺動初期の段階で凝着を
起こしてしまうと、以後の摩擦係数は高い値のままで推
移していく。一方、摺動初期の段階で凝着を起こさなか
った場合には、摺動部におけるヘッドと接点材料との間
に〔なじみ〕が生じ（すなわち、真の接触面積は大きく
なっている）、摩擦係数は低い値で安定し、そのままの
状態が推移していく。

【００１８】上記した摺動初期時の挙動において、本発
明の接点材料の場合、その表層部２Ａの表面２ａは、Ａ
ｕまたは／およびＰｄの含有量が最多量であることに基
づき、耐食性，潤滑性，耐アーク性がもっとも優れた状
態になっているので、前記した凝着はほとんど起こら
ず、ヘッドとの良好な〔なじみ〕が実現し、摩擦係数は
低い値で安定化することになる。そして、長時間の接点
動作によりこの表層部２Ａの摩耗が進行しても、この表
層部２ＡはＡｕまたは／およびＰｄの濃度勾配層になっ
ているので、表面２ａほどではないがＡｕまたは／およ
びＰｄの効果は依然として発揮され続け、最終的には消
耗して内層部２Ｂ（Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金単味）との間
で、直接、接触する状態に移行した場合であっても、そ
の時点では既にヘッドと接点材料との〔なじみ〕が生じ
ているので、両者間の摩擦係数は低い値を維持すること
になる。すなわち、表層部２ＡがＡｕまたは／およびＰ
ｄの濃度勾配層になっていることにより、本発明の接点
材料は初動時から優れた摺動特性を発揮するのである。
換言すれば、この表層部２Ａは、初動時の凝着を防止す
ることにより優れた摺動特性を実現し、その状態を、下
方に位置する内層部２Ｂにまで伝達する働きをするので
ある。

【００１９】したがって、表層部２Ａの上記した作用効
果は、その表面２ａにおけるＡｕまたは／およびＰｄの
含有量の大小が基本的な律速因子となる。本発明におい
ては、表層部の表面２ａにおけるＡｕまたは／およびＰ
ｄの含有量を５０〜９５重量％（したがって、Ａｇ−Ｌ
ｉ−Ｌａ合金の組成割合は５〜５０重量％）に規定され
る。

【００２０】表面２ａにおけるＡｕまたは／およびＰｄ
の含有量が５０重量％より少ない場合には、表層部２
Ａ、ひいては被覆層２全体の耐食性は低下して、例え
ば、コイルモータでは接触抵抗の上昇による回転数のば
らつきなどが起こるようになり、また９５重量％より多
い場合には、表層部２Ａ、ひいては被覆層２全体の潤滑
性は低下して、摩擦係数の上昇によるモータトルクの低
下のような問題が起こりはじめるからである。好ましい
含有量は７０〜９５重量％、とくに好ましくは７０〜９
０重量％である。

【００２１】この表層部２Ａの上記した作用効果は、基
本的には、その表面２ａに含有されているＡｕまたは／
およびＰｄによって律速されるので、表層部２Ａの厚み
は２次的な因子となる。しかし、この厚みが薄すぎる
と、耐環境性（耐食性）の関係で不安が生じ、また厚す
ぎると、後述する製造方法で使用する高価なＡｕまたは
／およびＰｄの使用量が増加して不経済となるので、そ
の厚みは、0.１〜5.０μｍ、好ましくは0.５〜2.０μｍ
であればよい。

【００２２】本発明の接点材料は次のようにして製造す
ることができる。まず、所定の接点材料の表面に、所定
厚みのＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金の層を例えばクラッド法で
形成する。層の厚みは格別限定されるものではないが、
通常、１０〜１００μｍ程度である。ついで、Ａｇ−Ｌ
ｉ−Ｌａ合金層の表面に、所定厚みのＡｕまたは／およ
びＰｄの層を形成する。通常、電気めっき法で形成され
る。

【００２３】その後、全体に加熱処理が施される。この
処理過程で、最外層を形成するＡｕまたは／およびＰｄ
はＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金層の内部に向かってある深さま
で拡散していき、ここに、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金層はＡ
ｕまたは／およびＰｄの濃度勾配層である表層部２Ａ
と、その下に位置し、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金のみから成
る内層部２Ｂとの複合層に転化する。

【００２４】この加熱処理時における条件としては、処
理温度は３００〜８００℃，処理時間は0.２〜３０分で
あることが好ましい。処理温度が高くなりすぎると、Ａ
ｕまたは／およびＰｄの熱拡散が起こることよりも、そ
もそも接点基材や被覆層を構成する材料の溶融が起こり
やすくなり、また処理温度が低すぎるとＡｕまたは／お
よびＰｄの熱拡散が起こらなくなるからである。また、
処理時間が長すぎると、Ａｕまたは／およびＰｄの熱拡
散が進みすぎて、形成された表層部２Ａの表面２ａにお
けるＡｕまたは／およびＰｄの含有量は５０重量％より
少なくなってしまい、逆に処理時間が短すぎると、Ａｕ
または／およびＰｄのＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金層への熱拡
散は進行せず、形成された表層部２Ａの表面２ａにおけ
るＡｕまたは／およびＰｄの含有量が９５重量％より多
くなってしまうからである。

【００２５】なお、このような加熱処理の終了後、得ら
れた接点材料に対し、圧延加工や引抜き加工を行うと、
全体の硬度は高くなり、また摺動特性も一層向上するの
で好適である。また、本発明の接点材料を製造する場合
には、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金から成る例えば条材のよう
な部材の表面に、前記したと同じようにＡｕまたは／お
よびＰｄの層を形成し、ついで前記した条件下で加熱処
理を行い、処理後の条材（部材）を、例えば接点基材の
全面または一部表面にクラッドしたり、リベット状に加
締めるなどの方法で一体化して製造することもできる。

【００２６】

【実施例】

実施例１〜１０，比較例１〜６ 高周波溶解炉を用いて表１，表２に示した各種のＡｇ合
金を溶製し、得られたインゴットを圧延加工して、厚み
0.３mm（３００μｍ）の条材にした。ついで、各条材の
片面に、電気めっき法により表１，表２で示したＡｕま
たは／およびＰｄの表示厚みのめっき層を形成したの
ち、表１，表２で示した条件で加熱処理を行った。得ら
れた条材については、実施例５のものを除き、全て、更
に圧延加工を行って、全体の厚みを0.２mm（２００μ
ｍ）にした。

【００２７】得られた各条材につき、下記の仕様で、表
層部の厚みと、表層部における濃度勾配を測定した。そ
の結果を表１，表２に示した。 表層部の厚み（μｍ）：条材の断面を観察し、Ｘ線マイ
クロアナライザーで元素分析して測定。 表層部におけるＡｕまたはＰｄの濃度勾配：表層部の表
面に対し、Ｘ線マイクロアナライザーを用いてＡｕまた
はＰｄの含有量を分析し、その後、表面から１μｍの深
さの面を露出させ、その露出面に対し、同じくＸ線マイ
クロアナライザーを用いてＡｕまたはＰｄの含有量を分
析した。

【００２８】ついで、各条材の裏面を、無酸素銅から成
り、厚みが0.５mm（５００μｍ）の接点基材の表面にク
ラッドして接点材料にした。得られた各接点材料につ
き、下記の仕様で、微動摩耗接触抵抗試験（Fretting試
験）後の接触抵抗，高速回転摺動試験機による通電時の
動摩擦係数および大気加熱と硫化試験による接触抵抗値
変化をそれぞれ測定した。以上の結果を表１〜表３に示
した。

【００２９】摺動摩耗接触抵抗試験（Fretting試験）： ヘッド ：頭部半径１mmのＡｇ−５０％Ｐｄ製の棒 荷重 ：４９mN 通電電流：1.０Ａ 摺動距離：0.１mm 摺動回数：２０万回 摺動速度：１００Hz ヘッドを２０万回摺動させた時点における接点材料とヘ
ッドとの間の接触抵抗（Rc、ｍΩ）を測定。

【００３０】高速回転摺動試験： ヘッド ：頭部半径１mmのＡｇ−５０％Ｐｄ製の棒 荷重 ：４９mN 通電電流：0.０５Ａ 回転半径：２mm 摺動回数：１００万回 回転速度：２０００rpm 摺動回数0.１万回，１万回，１０万回，１００万回毎に
動摩擦係数（μｋ）を測定。

【００３１】大気加熱試験：接点材料を、１５０℃の大
気中で１００時間加熱し、試験前後において、荷重４９
mN，通電電流0.１Ａの条件下で接触抵抗（ｍΩ）を測
定。 硫化試験：接点材料を、硫化水素３ppm，温度４０℃，
相対湿度８０％の雰囲気に８時間放置し、その前後にお
いて、荷重４９mN，通電電流0.１Ａの条件下で接触抵抗
（ｍΩ）を測定。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】表１〜表３から以下のことが明らかとな
る。 1)まず、各実施例と比較例３を比べて明らかなように、
用いた条材の組成は同じであっても、その表面にＡｕめ
っき層を形成するかしないかによって、硫化試験後のRc
値は著しく異なり、本発明の被覆層のように表層部にＡ
ｕの濃度勾配を形成することが耐食性を向上させるとい
う点で極めて有効である。

【００３６】2)また、実施例１と比較例６を比べて明ら
かなように、被覆層には本発明の被覆層の場合と同じよ
うなＡｕの濃度勾配が形成されていても、母材であるＡ
ｇ合金が本発明の場合のようにＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金で
ない場合（Ｃｕ組成割合が１０重量％）には、Fretting
試験の結果は劣り、また潤滑性も劣っている。 3)本発明の接点材料（実施例１〜１０）は、いずれも、
高速摺動時の動摩擦係数が小さく、しかもその経時変化
は少なく、１００万回の回転後においても、極めて優れ
た潤滑性を示している。

【００３７】4)形成した表層部の表面におけるＡｕ含有
量が１００重量％の場合（比較例１）には、耐食性は良
好であるものの高速摺動時の動摩擦係数は低くなり、ま
た表層部の表面におけるＡｕ含有量が４０重量％になる
と（比較例２の場合）、Fretting試験の結果と高速摺動
試験の結果はいずれも劣り、とくに耐食性は顕著に劣化
する。このようなことから、表層部の表面におけるＡｕ
（Ｐｄ）含有量は、５０〜９５重量％に設定すべきであ
ることがわかる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、耐食性，潤滑性が優れ、接触抵抗の経時変化が
少なく、また初動時に凝着現象を起こしにくく、そし
て、微小電流，低接触荷重の条件下でも作動する小型の
電気・電子機器に組み込んで有用な電気接触材料を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気接点材料の断面構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ 接点基材 ２ 被覆層 ２Ａ 表層部（Ａｕまたは／およびＰｄの濃度勾配層） ２ａ 表層部２Ａの表面 ２Ｂ 内層部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２５Ｄ 5/50 Ｃ２５Ｄ 5/50 7/00 7/00 Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接点基材の表面に、Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合
   金にＡｕまたは／およびＰｄが含有されて成り、その表
   層部はＡｕまたは／およびＰｄの含有量が内層部側に向
   かって減少していく濃度勾配層になっており、かつ、前
   記表層部の表面におけるＡｕまたは／およびＰｄの濃度
   は５０〜９５重量％である被覆層が一体的に形成されて
   いることを特徴とする電気接点材料。
2. 【請求項２】 接点基材の表面にＡｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金
   の層を形成し、前記Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金層の表面にＡ
   ｕまたは／およびＰｄの層を形成し、ついで、全体に加
   熱処理を行って前記Ａｕまたは／およびＰｄを熱拡散す
   ることを特徴とする電気接点材料の製造方法。
3. 【請求項３】 Ａｇ−Ｌｉ−Ｌａ合金から成る部材の表
   面に、Ａｕまたは／およびＰｄの層を形成したのち、全
   体に加熱処理を行って前記Ａｕまたは／およびＰｄを熱
   拡散し、ついで、得られた接点部材の表面に一体的に取
   り付けることを特徴とする電気接点材料の製造方法。