JPH1053824A - 接点材用銅合金およびその製造方法 - Google Patents

接点材用銅合金およびその製造方法

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JPH1053824A
JPH1053824A JP8211333A JP21133396A JPH1053824A JP H1053824 A JPH1053824 A JP H1053824A JP 8211333 A JP8211333 A JP 8211333A JP 21133396 A JP21133396 A JP 21133396A JP H1053824 A JPH1053824 A JP H1053824A
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JP
Japan
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copper alloy
contact material
copper
fiber
cold working
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JP8211333A
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English (en)
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Tatsuhiko Eguchi
立彦 江口
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の強度と導電性を有し、耐摩耗性、耐熱
性に優れた接点材用銅合金、およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 10wt% を超え30wt% 以下のCrを含み、
残部が銅および不可避不純物からなり、前記Crがファ
イバ状に分散している。 【効果】 本発明の銅合金は、強度と導電性のバランス
に優れ、また、耐摩耗性、耐熱性にも優れている。従っ
て、小型化、高機能化、高寿命化の進むスイッチ、リレ
ー等の開閉器や遮断器等の接点材およびバネ接点材、コ
ンミテーター等の摺動接点材として好適である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチ、リレー
等の開閉器や遮断器等の接点材、バネ接点材やコンミテ
ーター等の摺動接点材、モーターの整流子外周部の摺動
部材等として使用される接点材用銅合金およびその製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチ、リレー等の開閉器や遮断器等
の接点材およびバネ接点材、コンミテーター等の摺動接
点材、モーター等の摺動部材等には、導電性に優れた無
酸素銅、タフピッチ銅、Ag入り銅等が使用されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、電子電気機器部
品においては小型化、高機能化、高寿命化が強く要求さ
れるようになり、モーター、スイッチ、リレー等の部品
も例外ではない。例えば、モーター等の整流子外周部の
摺動部材には、銅または Cu-Ag系合金等が使用されてい
たが、耐摩耗性が不十分なため摺動中に接触抵抗が増大
したり、摩耗粉が発生してモーターの寿命が短かくなる
という問題があった。また、耐熱性も不十分で摺動中に
変形や溶着が起きるという問題も生じていた。本発明
は、所定の強度と導電性を有し、耐摩耗性、耐熱性に優
れた接点材用銅合金、およびその製造方法の提供を目的
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、
10wt% を超え30wt% 以下のCrを含み、残部が銅および
不可避不純物からなり、前記Crがファイバ状に分散し
ていることを特徴とする接点材用銅合金である。
【0005】請求項2記載の発明は、10wt% を超え30wt
% 以下のCrを含み、さらにAl、Ni、Sn、Mn、
Co、Ag、B、Mg、Ti、Zrの何れか1種以上を
総計で0.005wt%〜0.5wt%含み、残部が銅および不可避不
純物からなり、前記Crがファイバ状に分散しているこ
とを特徴とする接点材用銅合金である。
【0006】請求項3記載の発明は、Crのファイバ状
分散物の径が5μm以下であることを特徴とする請求項
1記載の接点材用銅合金である。
【0007】請求項4記載の発明は、Crのファイバ状
分散物の径が5μm以下であることを特徴とする請求項
2記載の接点材用銅合金である。
【0008】請求項5記載の発明は、請求項1記載の接
点材用銅合金の溶体化処理した加工材に時効処理を施
し、次いで加工率90% 以上の冷間加工を施すことを特徴
とする接点材用銅合金の製造方法である。
【0009】請求項6記載の発明は、請求項2記載の接
点材用銅合金の溶体化処理した加工材に時効処理を施
し、次いで加工率90% 以上の冷間加工を施すことを特徴
とする接点材用銅合金の製造方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の接点材用銅合金は、銅ま
たは銅合金マトリックス中にCrをファイバ状に分散さ
せた、所定の強度と導電性を有し且つ耐摩耗性と耐熱性
に優れたものである。前記Crファイバ分散物の径を5
μm以下に規定することにより、強度や耐摩耗性等の特
性をさらに高めることができる。以下に本発明の接点材
用銅合金の合金成分について説明する。Crは、Cuマ
トリックスへの固溶量が0.7wt%程度と少なく、本発明の
ような10wt%を超える多量のCrを含有する銅合金で
は、その殆どが析出する。従ってCrは銅の導電率をあ
まり下げずに、強度、耐摩耗性、耐熱性等の接点材に必
要な特性を向上させ得る合金元素である。請求項1、2
記載の発明において、Crの含有量を10wt% を超え30wt
% 以下に規定した理由は、Crの含有量が10wt% 以下で
は、Crファイバの量が少なくなり十分な強度、耐摩耗
性、耐熱性等が得られなくなり、また接触抵抗も増加す
るためである。また30wt% を超えると導電性が低下する
と共に冷間加工中に割れ等が生じて製造が困難になるた
めである。
【0011】請求項2記載の発明では、前記Crの他
に、Al、Ni、Sn、Mn、Co、Ag、B、Mg、
Ti、Zrの何れか1種以上を含有させる。前記元素の
うち、Al、Ni、Snは強度と耐摩耗性の向上に、M
n、Co、Ag、B、Mg、Ti、Zrは耐熱性と耐摩
耗性の向上にそれぞれ寄与する。前記元素の含有量を総
計で0.005wt%〜0.5wt%に規定した理由は、0.005wt%未満
ではその効果が十分に得られず、0.5wt%を超えるとその
耐摩耗性向上効果が半減するうえ、導電率が大幅に低下
するためである。
【0012】請求項3、4記載の接点材用銅合金は、C
rファイバの径を5μm以下に規定して、強度や耐摩耗
性等の特性をさらに向上させたものである。
【0013】本発明の接点材用銅合金は、通常の析出硬
化型銅合金と同様の方法により製造することができる。
すなわち、溶解鋳造により得た鋳塊に熱間圧延と冷間圧
延を施し、この間に溶体化処理を施し、次いで時効処理
し、その後最終の冷間加工を施す方法である。この最終
冷間加工で、Cr晶出物(一部Cr析出物)はファイバ
状に伸長される。請求項5、6記載の発明は、それぞれ
請求項3、4記載の発明の接点材用銅合金の製造方法で
ある。ここでは前記最終冷間加工での加工率を90% 以上
にしてCrファイバの径を5μm以下にする。前記加工
率とは、加工材の冷間加工前の断面積S0 と冷間加工後
の断面積S1との差をS0 で除した百分率{[(S0
1)/S0]×100%}である。
【0014】本発明の接点材用銅合金を製造するにあた
り、前記溶解鋳造での冷却速度を5℃/秒以上にすると
Crが微細に晶出し、時効処理後の冷間加工でCrファ
イバの径をより小さくでき、特性が一層向上する。鋳塊
の熱間加工は通常 700℃〜1000℃で行う。熱間加工後急
冷するか、冷間加工の途中に 800℃〜1000℃の熱処理を
施し急冷してCrを溶体化し、その後 400℃〜 700℃の
温度で時効処理し、次いで最終冷間加工を施す。最終冷
間加工の加工率を90% 以上にすることによりCrファイ
バの径が5μm以下となり、強度、耐摩耗性、耐熱性等
が改善される。前記加工率を95% 以上にすると、Crフ
ァイバの径が3μm以下となり、強度やバネ性等がさら
に向上し接点材として好適な特性を示す。その後 500℃
以下の低温焼鈍を施すことにより、バネ性が一層向上す
る。本発明の接点材用銅合金は、粉末冶金法、スプレー
フォーミング法等により製造した素材を鋳塊として加工
しても製造することができる。
【0015】
【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)高純度Ar雰囲気に保った高周波溶解炉に
て電気銅を溶解し、この溶銅中にCrを母合金を用いて
適量添加してCu−Cr合金溶湯を溶製し、この溶湯を
冷却速度4℃/秒または10℃/秒の速度で鋳造して厚さ
30mm、幅 100mm、長さ 150mmの鋳塊とした。次に、得ら
れた鋳塊を厚さ13mmに 980℃で熱間圧延し、熱間圧延後
直ちに水中に投入して急冷した。次に厚さ12mmに面削し
て表面の酸化被膜を除去したのち、不活性ガス雰囲気中
で 950℃で10分間溶体化処理し、溶体化処理後直ちに急
冷した。次に厚さ10mmまで冷間圧延した後、不活性ガス
雰囲気中で 475℃で2時間の時効処理を施し、次いで種
々の加工率で冷間圧延して条材を製造した。なお一部の
試料は、加工率99% の最終冷間加工を行い、さらに不活
性ガス雰囲気中で 400℃で2時間焼鈍した。比較のた
め、Crを本発明規定外の量添加した銅合金条材も製造
した。
【0016】このようにして得られた各々の条材につい
て、Crファイバの径、引張強さ、導電率、耐
熱性、耐摩耗性を調査した。 Crファイバの径は、条材断面を走査型電子顕微鏡に
て観察し、視野内のCrファイバの径を測定し、これの
平均値で示した。 引張強さは、JISZ2241に準じて測定した。 導電率は、JISH0505に準じて測定した。 耐熱性は、試料を 100℃〜 800℃の温度範囲で50℃間
隔で30分間焼鈍後、引張試験を行い、焼鈍前の引張強さ
1 、完全軟化焼鈍後の引張強さA2 としたとき、A=
(A1 +A2)/2で示される引張強さになる温度(半軟
化温度)を求めて評価した。 耐摩耗性は、微動摩耗接触抵抗試験(Fretting試験)
を行い、ヘッドを20万回摺動させた時点における試料と
ヘッド間の接触抵抗と摩耗部の面積(mm2) を測定して評
価した。微動摩耗接触抵抗試験は次の条件で行った。ヘ
ッド:頭部半径1mmのAg-50wt%Pd合金製の棒、荷
重:10g、通電電流:0.1A、摺動距離:0.1mm、摺動回
数:20万回、摺動速度:100Hz。結果を、合金組成、製
造条件を併記して表1に示す。
【0017】
【表1】 (注)鋳造時の冷却速度(℃/秒)、最終冷間加工での加工率(%),No.4は最 終冷間加工後 400℃×2H焼鈍、Cr ファイバ径(μm)、接触抵抗(mΩ)。
【0018】表1より明らかなように、本発明例品のN
o.1〜6 はいずれも優れた特性を示しており、特にNo.4
は最終加工率が高いためCrファイバの径が1μm程度
に細くなり、強度と導電率に優れ、摺動部材のみなら
ず、スイッチ、リレー等の強度とバネ性を必要とする接
点材としても好適である。但し、No.5は冷間加工率が低
いため、No.6は鋳造時の冷却速度が遅いため、いずれも
Crファイバの径がやや大きくなり、その為、強度の低
下、耐摩耗性の悪化(接触抵抗と摩耗面積の増加)が若
干認められた。しかし実用上特に問題になることはなか
った。これに対し、比較例品のNo.7はCr量が少ないた
め耐摩耗性が大幅に悪化し、No.8はCr量が多いため導
電率が低下し、また冷間加工中に割れが生じた。従来品
(No.9,10) は導電性等は良好であるが、強度、耐熱性、
耐摩耗性が劣った。
【0019】(実施例2)高純度Ar雰囲気に保った高
周波溶解炉にて、電気銅を溶解した後、Crと他の第三
元素を添加して銅合金の溶湯を溶製し、この溶湯を冷却
速度10℃/秒で鋳造して厚さ30mm、幅 100mm、長さ 150
mmの鋳塊とした。ここでCrは母合金で添加し、その他
の元素は単体または母合金で添加した。比較のため第三
元素を本発明規定外の量添加した銅合金鋳塊も鋳造し
た。得られた各々の鋳塊を実施例1と同じ方法により条
材に加工し、実施例1と同じ方法により特性を調査し
た。結果を表2に示す。
【0020】
【表2】 (注)鋳造時の冷却速度(℃/秒)、最終冷間加工での加工率(%), No.15は 最終冷間加工後 400℃×2H焼鈍、Crファイハ゛径(μm)、 接触抵抗(mΩ) 、請求項2の発明に対する比較例品。
【0021】表2より明らかなように、本発明例品は第
三元素が適量添加されているため、No.11〜14は実施例
1のNo.2より、 No.15は実施例1のNo.4より、導電率を
除く諸特性がそれぞれ向上した。他方、比較例品のNo.1
6 は第三元素量(Sn,Zr) が少ないためその効果が十分に
得られず、No.17,18は第三元素量(Sn,Mn,Ti,Al) が多す
ぎるため、導電率が大幅に低下した。
【0022】以上無垢の材料について説明したが、本発
明の銅合金は、表面にAg、Pd、Au、Ni、Sn、
またはこれらの合金をメッキすることにより、より一層
の特性向上が期待できる。
【0023】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明の銅合金
は、強度と導電性に優れ、また、耐摩耗性、耐熱性にも
優れている。従って、小型化、高機能化、高寿命化の進
むスイッチ、リレー等の開閉器や遮断器等の接点材およ
びバネ接点材、コンミテーター等の摺動接点材等として
好適である。また本発明の銅合金は、スポット溶接電極
材、ワイヤーカット線等の耐摩耗性が要求される用途に
も適用できる。本発明の銅合金は、通常の析出硬化型銅
合金の製造方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 (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 10wt% を超え30wt% 以下のCrを含み、
    残部が銅および不可避不純物からなり、前記Crがファ
    イバ状に分散していることを特徴とする接点材用銅合
    金。
  2. 【請求項2】 10wt% を超え30wt% 以下のCrを含み、
    さらにAl、Ni、Sn、Mn、Co、Ag、B、M
    g、Ti、Zrの何れか1種以上を総計で0.005wt%〜0.
    5wt%含み、残部が銅および不可避不純物からなり、前記
    Crがファイバ状に分散していることを特徴とする接点
    材用銅合金。
  3. 【請求項3】 Crのファイバ状分散物の径が5μm以
    下であることを特徴とする請求項1記載の接点材用銅合
    金。
  4. 【請求項4】 Crのファイバ状分散物の径が5μm以
    下であることを特徴とする請求項2記載の接点材用銅合
    金。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の接点材用銅合金の溶体化
    処理した加工材に時効処理を施し、次いで加工率90% 以
    上の冷間加工を施すことを特徴とする接点材用銅合金の
    製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の接点材用銅合金の溶体化
    処理した加工材に時効処理を施し、次いで加工率90% 以
    上の冷間加工を施すことを特徴とする接点材用銅合金の
    製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008212946A (ja) * 2007-02-28 2008-09-18 Toshiba Corp 真空遮断器用接点材料の製造方法
JP2016104909A (ja) * 2015-12-21 2016-06-09 矢崎総業株式会社 電線用導体の製造方法
CN108048687A (zh) * 2017-12-12 2018-05-18 中国西电集团公司 一种铬锆铜镁四元合金线材及其制造方法
CN108060323A (zh) * 2017-12-15 2018-05-22 西北有色金属研究院 一种高强高导CuCrZrMg系铜合金丝材及其制备方法
CN112048654A (zh) * 2020-09-15 2020-12-08 江苏凌广新材料科技有限公司 一种高Cr含量CuCrZr中间合金及其磁悬浮熔炼生产方法

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