JPH1040762A - 封入電気接点材料 - Google Patents

封入電気接点材料

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JPH1040762A
JPH1040762A JP8197711A JP19771196A JPH1040762A JP H1040762 A JPH1040762 A JP H1040762A JP 8197711 A JP8197711 A JP 8197711A JP 19771196 A JP19771196 A JP 19771196A JP H1040762 A JPH1040762 A JP H1040762A
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JP
Japan
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coating layer
contact material
substrate
electric contact
phase growth
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Pending
Application number
JP8197711A
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English (en)
Inventor
Kiyoshi Yamamoto
潔 山本
Takeshi Hirasawa
壮史 平澤
Yasukazu Ohashi
泰和 大橋
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リードスイッチ等に適した、安価で、広い負
荷範囲で使用可能な、封入電気接点材料を提供する。 【解決手段】 基材上にCとCu、CとAg、又はCと
CuとAgからなる被覆層が気相成長法により形成され
ている封入電気接点材料。 【効果】 被覆層のCが分散されているので、接点同士
の粘着が充分に抑制され、低負荷から高負荷までの広い
条件で安定で良好な動作寿命が得られる。高価なRhや
Ruを使用し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、リードスイッチ等
に適した、安価で、広い負荷範囲で使用可能な、封入電
気接点材料に関する。
【0002】
【従来の技術】封入電気接点材料は、例えば、所定形状
の接点にサイジングし、この接点を真空又は不活性ガス
雰囲気としたガラス容器内の接触子に装着して用いられ
る。前記封入電気接点材料には、従来、Fe−Ni系合
金の基材上に、Ag、Au、Cu等を下地めっきし、そ
の上に導電性、硬度、融点が高く、耐摩耗性に優れたR
h又はRuを被覆したものが多用されていた。前記下地
めっきは基材と被覆層との密着性を高めるものである。
しかし、前記封入電気接点材料は高価なRh又はRuを
被覆する為コスト高であった。そこでFe−Ni系合金
基材上にCu−Ni拡散層を形成したCu−Ni接点材
料が開発された。しかし、このものは低負荷〜中負荷で
用いられており、高負荷で用いるときは上記Cu−Ni
拡散層の上にRh層を形成する必要があった。その為、
この(Fe-Ni/Cu-Ni/Rh)系接点材料は高価であり、又製造
にあたっては、工数が多く生産性に劣った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
高導電性のCuに、高融点のCを分散させて粘着を抑制
したCu−C系の接点材料が提案された(特開昭58-223
43号公報)。本発明者等は、この封入電気接点材料を、
CuとCの原料粉末を圧粉焼結法により製造して種々調
査を行った。その結果、Cの含有量が少ない(15wt%未
満) ときはC粒子が凝集してC粒子の存在しない箇所が
生じ易く、溶着や粘着が起きること、Cの含有量が多く
なると焼結性が悪化して強度が低下し使用中に剥離等が
生じることを明らかにした。このようなことから、本発
明者等は、更に研究を進めて、C粒子を微細(径が0.1
μm以下)に分散させることにより、前記粘着や剥離等
の問題を抑制できることを見いだし、更に研究を進めて
本発明を完成させるに至った。本発明は、安価で、低負
荷から高負荷まで広い範囲で使用可能な封入電気接点材
料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】請求項1記載の発明は、
基材上にCとCu、CとAg、又はCとCuとAgから
なる被覆層が気相成長法により形成されていることを特
徴とする封入電気接点材料である。
【0005】請求項2記載の発明は、被覆層が、Cu又
は/及びAgを51〜100wt%含有し残部Cからなる下部被
覆層と、その上に形成されるCを51〜100wt%含有し残部
がCu又は/及びAgからなる上部被覆層からなる単位
被覆層の1層又は2層以上からなり、前記被覆層の厚さ
が 0.1μm以上であることを特徴とする請求項1記載の
封入電気接点材料である。
【0006】請求項3記載の発明は、被覆層のCが基材
側から表面に向けて増加する濃度勾配を有していること
を特徴とする請求項1又は2記載の封入電気接点材料で
ある。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明において、CuまたはAg
は、導電性に優れ接触抵抗を安定させるが、融点が比較
的低い為接点の開閉で粘着を起こし易い。Cは、融点が
高く、CuやAgと非反応性で、且つ潤滑性に優れる
為、粘着を抑制する。本発明において、被覆層を気相成
長法により形成する理由は、気相成長法によれば、C粒
子を微細(0.1μm以下)に分散させることができ、粘着
や剥離を抑制できるためである。
【0008】請求項2記載の発明は、被覆層を下部と上
部の2層に分け、下部被覆層にはCu又は/及びAgを
51〜100wt%含有させて、下部被覆層と基材との密着性を
効率良く高め、又上部被覆層にはCを51〜100wt%含有さ
せて、接点間での粘着を効率良く抑制したものである。
前記下部と上部の被覆層を単位被覆層とし、この単位被
覆層を2層以上に形成しても良い。前記下部被覆層にお
けるCu又は/及びAgの含有量の下限、又は上部被覆
層におけるCの含有量の下限をそれぞれ51wt% にした理
由は、51wt% 未満ではそれらの効果が充分に得られない
為である。又被覆層全体の厚さを 0.1μm以上に限定し
た理由は、 0.1μm未満ではその効果が充分に得られな
い為である。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の封入電気接点材料において、被覆層のC量を基材側
から表面に向けて次第に増加させることにより、基材と
の密着性、及び表面での粘着抑制をより効率良く実現し
たものである。
【0010】本発明において、基材には、例えば、F
e、Ni、Co、Ni−Fe、Co−Fe−Nb、Co
−Fe−V、Fe−Ni−Al−Ti、Fe−Co−N
i、炭素鋼、リン青銅、洋白、黄銅、ステンレス鋼、C
u−Ni−Sn、Cu−Ti等を用いることができる。
本発明において、基材と被覆層との間に中間層を設け
て、基材からの拡散を防止するようにしても差し支えな
い。本発明において、気相成長法には任意の気相成長法
が適用できるが、特に真空蒸着法、スパッタリング法、
又は化学的気相成長法が生産性の面で好適である。
【0011】
【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)縦・横1mmのFe-52wt%Ni合金基材の表
面を、アセトンに浸して5分間超音波洗浄し、更にリン
酸を用いて電解研磨して洗浄した。次に、基材を真空蒸
着装置のチャンバ内にセットし、チャンバ内を2×10-4
Pa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、そこへA
rガスをチャンバ内が1×10-1Paになるまで導入した。
次に、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
ンによりイオンボンバード処理を行って基材表面を清浄
にした。次に、基材を 400℃に加熱保持し、この基材表
面上にCuとCを2個の電子ビーム蒸発源からそれぞれ
同時に蒸発させて被覆層を形成し、接点を作製した。こ
こで被覆層の濃度は厚さ方向に均一である。又Cuの堆
積速度は2nm/秒に固定し、Cの堆積速度を変えること
により種々組成の被覆層を形成した。なお、比較の為、
下記従来法によっても接点を作製した。Cu粉末(平均
径1μm)とC粉末(平均径5μm)とを種々重量比で
混合し、この混合粉末を30mm×30mm×10mmの板状に圧粉
し、これを真空中で 900℃で焼結し、ロール加工と真空
中 900℃での熱処理を繰り返し、厚さ50μmの薄板を作
製したこの板から1mm四方の接点を切出した。
【0012】得られた各々の接点を、リードスイッチの
ガラス容器内の接触子の一対に装着し、内部にN2 ガス
を封入し、室温下で 100AT(Ampere Turn) の駆動磁界を
付与して、接点間に開閉動作を反復させた。このときの
負荷条件は、低負荷 (5V-100μA-100Hz)と高負荷(100V-
0.5A-10Hz)の2条件とした。各試験条件でのサンプル数
は20とした。開閉動作で障害が発生するまでの動作回数
を計測した。障害発生は、開閉不良が現れた時点、又は
リードスイッチの両極間の抵抗値が1Ω以上になった時
点とした。比較の為、従来の(Fe-Ni/Cu-Ni/Rh)接点材
料、Cu-C系焼結接点材料についても同様の試験を行っ
た。結果を表1に示す。表1には被覆層の組成と厚さを
併記した。
【0013】
【表1】 (注)*No.7〜9 は圧粉焼結法により製造したもの。
【0014】表1より明らかなように、本発明例のNo.1
〜5 の接点は、いずれも、高低両負荷条件においてバラ
ツキ(標準偏差)の小さい安定した動作寿命が得られ
た。又Rh等の高価な材料を用いない為安価であった。
なお、Cの粒子径は 0.1μm以下であった。これに対
し、従来品のNo.6は表面にRh層を形成した為高価であ
った。又No.7〜9 は、圧粉焼結法により製造し、Cの粒
子径が大きかったため、接点に粘着や剥離が生じて相対
的に動作寿命が短くなり、またバラツキが大きかった。
【0015】(実施例2)実施例1で用いたのと同じ基
材を真空蒸着装置のチャンバ内にセットし、基材を 400
℃に加熱し、この基材表面上に一方の電子ビーム蒸発源
からCuを堆積速度2nm/秒で蒸発させて下部被覆層と
し、その上に他方の電子ビーム蒸発源からCを堆積速度
2nm/秒で蒸発させて上部被覆層として、接点を作製し
た。下部と上部の被覆層の厚さは請求項2の発明で限定
した範囲内とした。比較の為、下部と上部の被覆層の厚
さを請求項2の発明で限定した範囲外とした接点も作製
した。得られた各々の接点について、実施例1の場合と
同様にして高低両負荷条件で動作寿命を測定した。結果
を表2に示す。
【0016】
【表2】 (注)*:請求項2の発明に対する比較例。
【0017】表2より明らかなように、本発明例品(No.
10〜15) はいずれも、動作寿命が高低両負荷条件におい
て長かった。これに対し、比較例品の No.16〜19はいず
れも、被覆層が薄かった為動作寿命が高低両負荷条件に
おいて短かった。
【0018】(実施例3)実施例1で用いたのと同じ基
材を真空蒸着装置のチャンバ内にセットし、基材を 400
℃に加熱し、この基材表面上にCuとCを2個の電子ビ
ーム蒸発源からそれぞれ蒸発させて被覆層を形成し接点
とした。CuとCの堆積速度はC量が基材側から表面に
向けて直線的に増加するように制御した。但し、堆積速
度は最大2nm/秒とした。比較の為Cの濃度勾配が、請求
項3の発明で規定したものと逆の接点も作製した。得ら
れた各接点について、実施例1の場合と同様にして動作
寿命を測定した。結果を表3に示す。表3には裏面(基
材側の面)と表面の組成を併記した。
【0019】
【表3】 (注)*:請求項3の発明に対する比較例。
【0020】表3より明かなように、本発明例品(No.20
〜23) は、いずれも、動作寿命が長かった。これに対
し、比較例品のNo.24 はCの濃度勾配が請求項3の発明
で規定したものと逆で、C量が表面で少ない為接点間で
粘着が起き動作寿命が短かった。
【0021】以上、接点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、大型基材上に
被覆層を形成し、これを接点サイズにサイジングして接
点としても同様の効果が得られる。
【0022】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の封入電気
接点材料は、被覆層のCが分散されているので、接点同
士の粘着が充分に抑制され、低負荷から高負荷までの広
い条件で安定で良好な動作寿命が得られる。Cの含有量
を基材側で少なく、表面側で多くすることにより、基材
との密着性、表面での粘着抑制が効率よく達成できる。
又高価なRhやRuを使用しないので安価である。本発
明の封入電気接点材料は気相成長法により容易に製造で
きる。依って工業上顕著な効果を奏する。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基材上にCとCu、CとAg、又はCと
    CuとAgからなる被覆層が気相成長法により形成され
    ていることを特徴とする封入電気接点材料。
  2. 【請求項2】 被覆層が、Cu又は/及びAgを51〜10
    0wt%含有し残部Cからなる下部被覆層と、その上に形成
    されるCを51〜100wt%含有し残部がCu又は/及びAg
    からなる上部被覆層からなる単位被覆層の1層又は2層
    以上からなり、前記被覆層の厚さが 0.1μm以上である
    ことを特徴とする請求項1記載の封入電気接点材料。
  3. 【請求項3】 被覆層のCが基材側から表面に向けて増
    加する濃度勾配を有していることを特徴とする請求項1
    又は2記載の封入電気接点材料。
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