JPH10228828A - 封入接点材料および前記材料を電極に用いた封入接点 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷条件でも接点寿命が長く、安価な封入
接点材料を提供する。 【解決手段】 接点基材上に厚さ０．１μｍ以上の被覆
層が形成され、前記被覆層が、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕ
のうちの少なくとも１元素を５０at％以上、ＣまたはＳ
ｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜５０at％、Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒ
ｕ、Ｏｓ、またはＩｒのうちの少なくとも１元素を０．
５〜３０at％含み、残部が不可避不純物からなる封入接
点材料。 【効果】 アーク損傷分散元素を含み、また融点向上元
素を含むため、高負荷条件下でも、アークによる開閉不
良や被覆層の膜状剥離が生じ難く、この材料を電極に用
いた封入接点は良好な接点特性が長期間安定して得られ
る。また高価なＲｈやＲｕなどを用いないので安価であ
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、非酸化性雰囲気中
で開閉を行う封入型のリ−ドスイッチ、リレーなどの電
極に適した、電極の開閉が長期間安定して行われ、かつ
安価な封入接点材料および前記材料を電極に用いた封入
接点に関する。

【０００２】

【従来の技術】封入接点は、非酸化性雰囲気としたガラ
スやプラスチック製の密閉容器内で開閉を行うスイッチ
であり、その接点部となる電極には、従来よりＮｉ−Ｆ
ｅ系合金基材上にＡｇ、Ａｕ、Ｃｕなどのめっき層を形
成し、その上に、高融点で、電気伝導度、硬度、耐摩耗
性に優れるＲｈまたはＲｕの層を被覆した封入接点材料
が多用されている。前記Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどのめっき
層は、電極の開閉時のジュール熱で、被覆層のＲｈやＲ
ｕが基材に拡散するのを防止し、またＲｈまたはＲｕの
被覆層と接点基材との密着性を改善する作用も果たす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の封入接
点材料は、高価なＲｈやＲｕを用いるためコスト高にな
るという問題があった。そこで、Ｎｉ−Ｆｅ系合金基材
上にＣｕ−Ｎｉ拡散層を形成した封入接点材料が提案さ
れた。しかし、この材料は高負荷条件では電極の開閉時
のアーク放電により電極の接点面が局部的に深く損傷し
て電極間に開閉不良が起き易いという問題があった。

【０００４】このようなことから、本発明者等は高負荷
条件でも長寿命が得られる封入接点材料について鋭意研
究を行った。その結果ＣｕやＡｇをベースとする被覆層
にＣまたはＳｉを添加するとアークによる損傷が分散さ
れて開閉不良が起き難くなること、ＣまたはＳｉを添加
すると被覆層が膜状に剥離し易くなるが、この膜状剥離
はＴｉやＺｒ、Ｈｆ、Ｖなどの高融点元素を添加するこ
とにより改善し得ることを知見し、さらに研究を進めて
本発明を完成させるに至った。本発明は、電極間の開閉
が高負荷条件でも長期間安定してなされ、かつ安価な封
入接点材料および前記材料を電極に用いた封入接点の提
供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
接点基材上に厚さ０．１μｍ以上の被覆層が形成され、
前記被覆層が、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕのうちの少なく
とも１元素を５０at％以上、ＣまたはＳｉのうちの少な
くとも１元素を０．５〜５０at％、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、または
Ｉｒのうちの少なくとも１元素を０．５〜３０at％含
み、残部が不可避不純物からなることを特徴とする封入
接点材料である。

【０００６】請求項２記載の発明は、被覆層の厚さ方向
の各合金元素の濃度変動が±５at％以下であることを特
徴とする請求項１記載の封入接点材料である。

【０００７】請求項３記載の発明は、被覆層が、組成の
異なる２以上の層により形成されており、各層がＣｕ、
Ａｇ、またはＡｕのうちの少なくとも１元素を５０at％
以上、ＣまたはＳｉのうちの少なくとも１元素を０〜５
０at％、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、
Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、またはＩｒのうちの少なくとも
１元素を０〜３０at％含み、残部が不可避不純物からな
ることを特徴とする請求項１記載の封入接点材料であ
る。

【０００８】請求項４記載の発明は、被覆層に含まれる
ＣまたはＳｉが被覆層の厚さ方向に濃度勾配を有してい
ることを特徴とする請求項１または３記載の封入接点材
料である。

【０００９】請求項５記載の発明は、被覆層に含まれる
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、
Ｒｕ、Ｏｓ、またはＩｒが被覆層の厚さ方向に濃度勾配
を有していることを特徴とする請求項１または３記載の
封入接点材料である。

【００１０】請求項６記載の発明は、被覆層に含まれる
ＣまたはＳｉのうちの少なくとも１元素、およびＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、
Ｏｓ、またはＩｒのうちの少なくとも１元素がそれぞれ
被覆層の厚さ方向に濃度勾配を有していることを特徴と
する請求項１または３記載の封入接点材料である。

【００１１】請求項７記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６のいずれかに記載の封入接点材料を電極
に用いたことを特徴とする封入接点である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明において、接点基材には、
強度と導電性を有する任意の金属材料、例えば、Ｆｅ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｂ系合
金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ 系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｔｉ
系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系合金、炭素鋼、リン青銅、
洋白、黄銅、ステンレス鋼、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系合金、
Ｃｕ−Ｔｉ系合金などが用いられる。本発明では、接点
基材上にＮｉなどの下地層を設けると、接点基材の被覆
層への拡散が抑制され、良好な接点特性がより長期間安
定して得られるようになる。

【００１３】本発明において、被覆層を形成するＣｕ、
Ａｇ、またはＡｕは、被覆層のベースとなる元素で、被
覆層に導電性を付与する。その含有量を５０at％以上に
規定した理由は、５０at％未満では十分な導電性が得ら
れなくなり、また被覆層が脆くなって剥がれ易くなるた
めである。

【００１４】ＣまたはＳｉはアーク放電による損傷を分
散させて接点面の局部的損傷を抑制して接点寿命の向上
に寄与する。その含有量を０．５〜５０at％に規定した
理由は、０．５at％未満ではその効果が十分に得られ
ず、５０at％を超えると、被覆層が脆くなり被覆層の膜
状剥離が起き易くなるためである。以後ＣまたはＳｉは
アーク損傷分散元素と称する。

【００１５】Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、またはＩｒは、被覆層の融
点を高めて被覆層の膜状剥離を低減する。その含有量を
０．５〜３０at％に規定した理由は、０．５at％未満で
はその効果が十分に得られず、３０at％を超えて添加し
てもその効果が飽和する上、熱伝導性が阻害されるため
である。以後、前記Ｔｉなどの諸元素は融点向上元素と
称する。本発明において、被覆層の厚さを０．１μｍ以
上に規定した理由は、０．１μｍ未満では、十分な接点
寿命が得られないためである。

【００１６】請求項２記載の発明は、被覆層を形成する
各元素の厚さ方向の濃度のばらつきを低く抑えて、つま
り被覆層を均質化して、接点特性の経時的変動を低減さ
せたものである。前記濃度のばらつきは±５at％以下に
おいて、その効果が十分に発揮される。

【００１７】請求項３記載の発明は、基材上に組成の異
なる被覆層を２層以上に形成した封入接点材料で、例え
ば、融点向上元素量を少なめにしたｉ層を基材側に、融
点向上元素量を多めにしたｔ層を表面側に形成すると、
基材との密着性に優れ、かつ被覆層の膜状剥離が生じ難
い材料が比較的少量の融点向上元素で実現する。また前
記ｔ層を基材側に形成しｉ層を表面側に形成すると、使
用中に融点向上元素が徐々に表面に拡散してきて長期間
安定した接点特性が得られる。ここで、ｉ層とｔ層の融
点向上元素の濃度は、被覆層全体の融点向上元素の濃度
が０．５〜３０at％になるように調整する。また、アー
ク損傷分散元素を少なめにしたｉ層を基材側に、アーク
損傷分散元素を多めにしたｔ層を表面側に形成すると、
アークによる開閉不良が比較的少量のアーク損傷分散元
素で実現する。このときもｉ層のアーク損傷分散元素の
濃度が０．５at％未満の場合は、ｔ層に０．５at％を超
えるアーク損傷分散元素を添加して、被覆層全体のアー
ク損傷分散元素の濃度が０．５〜５０at％になるように
調整する。ベース金属の場合も同様にして被覆層全体の
濃度を調整する。

【００１８】請求項４記載の発明は、アーク損傷分散元
素が、被覆層の厚さ方向に濃度勾配を有している材料
で、例えば、アーク損傷分散元素の濃度が表面側で高く
なるように勾配を付けたものは、少量のアーク損傷分散
元素で電極の接点面間のアーク損傷を効率良く抑制でき
る。またアーク損傷分散元素の濃度が表面側で低くなる
ように勾配を付けたものは、使用中にアーク損傷分散元
素が被覆層表面に徐々に拡散して所要量のアーク損傷分
散元素が被覆層表面に長期に渡り供給される。

【００１９】請求項５記載の発明は、融点向上元素が被
覆層の厚さ方向に濃度勾配を有している材料で、例え
ば、融点向上元素の濃度が表面側で高くなるように勾配
を付けたものは、少量の融点向上元素で被覆層の膜状剥
離を効率良く抑制できる。また融点向上元素の濃度が表
面側で低くなるように勾配を付けたものは、使用中に融
点向上元素が被覆層表面に徐々に拡散して、所要量の融
点向上元素が被覆層表面に長期に渡り供給される。

【００２０】請求項６記載の発明は、アーク損傷分散元
素および融点向上元素の両方が被覆層の厚さ方向に濃度
勾配を有している材料で、前述の効果が同時に得られ
る。本発明において、被覆層の形成には、スパッタリン
グ法などの気相成長法が好便である。

【００２１】請求項７記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５、６のいずれかに記載の封入接点材料を電極
に用いた封入接点で、この封入接点によれば電極間の開
閉が、高負荷条件でも長期間安定してなされる。

【００２２】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。 （実施例１）Ｎｉ−４８at％Ｆｅ合金板 (１×１×0.2m
m)を接点基材に用いて封入接点材料を作製した。先ず、
前記接点基材の表面をアセトンで５分間超音波洗浄し、
更にリン酸を用いた電解研磨により洗浄した。次にこの
接点基材を真空チャンバ内にセットし、チャンバ内を２
×１０^-4Ｐａ以下まで真空排気したのち、真空ポンプの
バルブを半開状態にして排気コンダクタンスを小さくし
ながらＡｒガスを導入してチャンバ内を１×１０^-1Ｐａ
に安定させた。次に、接点基材に−４００Ｖの電圧を印
加し、チャンバ内の高周波アンテナから０．２ＫＷの高
周波を発生させ、Ａｒイオンでイオンボンバード処理を
行って接点基材の表面を清浄化した。次にチャンバ内を
０．６６ＰａのＡｒまたはＡｒ＋Ｏ₂ ガス雰囲気とし、
４００℃に保持した接点基材表面に被覆層を１層形成し
た。前記被覆層は３元直流マグネトロンスパッタ法によ
り形成した。ターゲットにはベース金属元素、アーク損
傷分散元素、融点向上元素の中からそれぞれ少なくとも
１元素を用いた。Ｏ量は雰囲気中の酸素分圧を変えるこ
とにより制御した。蒸着レートは種々に変化させた。

【００２３】このようにして得られた各々の封入接点材
料を用いて、Ｎ₂ ガス封入のリードスイッチ（封入接
点）を作製し、これらリードスイッチの開閉接点寿命を
室温下で試験した。開閉接点寿命は、電極間にアーク放
電が発生する高負荷(100Ｖ/0.5Ａ/10Hz)下で、４０Ampe
re Turn の駆動磁界により電極間の開閉を反復させ、開
閉不良が生じるまでの開閉回数（接点寿命）で現した。
試験本数は各１０本ずつ（ｎ＝10）とした。結果を表
１、２に示す。

【００２４】

【表１】 （注）＃残部。＊単位at％。

【００２５】

【表２】 （注）＃残部。＊単位at％。

【００２６】表１、２より明らかなように、本発明例
(表１のNo.1〜15) はいずれも接点寿命が長かった。こ
れに対し比較例（表２の No.16〜25）はいずれも接点寿
命が短かった。その理由は No.16〜18はアーク損傷分散
元素が無添加で接点面のアーク損傷が深かったため、 N
o.19〜21は融点向上元素が無添加で、No22はアーク損傷
分散元素が多く、No23はアーク損傷分散元素が多い上、
融点向上元素が無添加で、いずれも被覆層が膜状剥離し
たため、またNo.24,25は被覆層の厚さが薄かったためで
ある。

【００２７】（実施例２）接点基材上に組成の異なる被
覆層を２層に形成した他は、実施例１と同じ方法により
封入接点材料を製造し、実施例１と同じ方法で接点寿命
を試験した。結果を表３に示す。

【００２８】

【表３】 （注）♭表：表面側、基：基材側。＃残部。＊単位at％。

【００２９】表３より明らかなように、本発明例(No.26
〜32) はいずれも接点寿命が長かった。被覆層を１層に
形成した実施例１に較べて接点寿命が長めであり、２層
に形成した効果が認められる。

【００３０】（実施例３）接点基材上に被覆層を合金元
素に濃度勾配を付けて形成した他は、実施例１と同じ方
法により封入接点材料を製造し、これを電極に用いた封
入接点について、実施例１と同じ方法で接点寿命を試験
した。結果を表４に示す。

【００３１】

【表４】 （注）♭表：表面、裏：裏面。＃残部。＊単位at％。

【００３２】表４より明らかなように、本発明例の No.
33〜39はいずれも接点寿命が長かった。被覆層を濃度勾
配を付けずに形成した実施例１での結果に較べて接点寿
命が長めであり、構成元素に濃度勾配を付けた効果が認
められる。

【００３３】以上、ベース元素にＣｕまたはＡｇを用
い、電極サイズの基材上に被覆層を形成する場合につい
て説明したが、本発明は、ベース元素にＡｕを用い、大
型基材上に被覆層を形成し、これを電極サイズにサイジ
ングして封入接点材料としても同様の効果が得られる。
また本発明の封入接点材料は、封入型リレー、封入型ス
イッチなど様々な分野に使用できる。ベース金属のＣｕ
またはＡｇが大気中の硫化物と反応して接点特性が劣化
しない環境下であれば、大気中で用いる通常のスイッチ
などにも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の封入接
点材料は、基材上に形成される被覆層が導電性に優れる
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕをベースとし、これにＣまたはＳｉの
アーク損傷分散元素を含ませ、またＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、または
Ｉｒの融点向上元素を含ませて構成したものなので、こ
れを電極に用いた封入接点は、アークによる損傷と膜状
剥離が抑制され、高負荷条件下でも、良好な接点特性が
長期間安定して得られる。また高価なＲｈやＲｕなどを
用いないので安価である。依って工業上顕著な効果を奏
する。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接点基材上に厚さ０．１μｍ以上の被覆
   層が形成され、前記被覆層が、Ｃｕ、Ａｇ、またはＡｕ
   のうちの少なくとも１元素を５０at％以上、ＣまたはＳ
   ｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜５０at％、Ｔ
   ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒ
   ｕ、Ｏｓ、またはＩｒのうちの少なくとも１元素を０．
   ５〜３０at％含み、残部が不可避不純物からなることを
   特徴とする封入接点材料。
2. 【請求項２】 被覆層の厚さ方向の各元素の濃度変動が
   ±５at％以下であることを特徴とする請求項１記載の封
   入接点材料。
3. 【請求項３】 被覆層が、組成の異なる２以上の層によ
   り形成されており、各層がＣｕ、Ａｇ、またはＡｕのう
   ちの少なくとも１元素を５０at％以上、ＣまたはＳｉの
   うちの少なくとも１元素を０〜５０at％、Ｔｉ、Ｚｒ、
   Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、
   またはＩｒのうちの少なくとも１元素を０〜３０at％含
   み、残部が不可避不純物からなることを特徴とする請求
   項１記載の封入接点材料。
4. 【請求項４】 被覆層に含まれるＣまたはＳｉが被覆層
   の厚さ方向に濃度勾配を有していることを特徴とする請
   求項１または３記載の封入接点材料。
5. 【請求項５】 被覆層に含まれるＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
   Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、または
   Ｉｒが被覆層の厚さ方向に濃度勾配を有していることを
   特徴とする請求項１または３記載の封入接点材料。
6. 【請求項６】 被覆層に含まれるＣまたはＳｉのうちの
   少なくとも１元素、およびＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎ
   ｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、またはＩｒの
   うちの少なくとも１元素がそれぞれ被覆層の厚さ方向に
   濃度勾配を有していることを特徴とする請求項１または
   ３記載の封入接点材料。
7. 【請求項７】 請求項１、２、３、４、５、６のいずれ
   かに記載の封入接点材料を電極に用いたことを特徴とす
   る封入接点。