JPH1092286A - 電磁リレー及びその製造方法 - Google Patents

電磁リレー及びその製造方法

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JPH1092286A
JPH1092286A JP24301196A JP24301196A JPH1092286A JP H1092286 A JPH1092286 A JP H1092286A JP 24301196 A JP24301196 A JP 24301196A JP 24301196 A JP24301196 A JP 24301196A JP H1092286 A JPH1092286 A JP H1092286A
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JP
Japan
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electromagnetic relay
iron
ion
nitride film
plasma nitriding
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JP24301196A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshihiro Azuma
利弘 東
Tatsumi Ide
立身 井手
Katsuto Kojima
克人 小嶋
Akihiro Minafuji
明宏 皆藤
Kazuhiro Ichikawa
和浩 市川
Satoshi Tezuka
聡 手塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIPPON KOSHUHA GIJUTSU KK
NEC Corp
Original Assignee
NIPPON KOSHUHA GIJUTSU KK
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐蝕性、耐摩耗性の高い電磁リレー及びその
製造方法を提供すること。 【解決手段】 鉄系材料よりなる、電磁リレーの磁気回
路を構成する部品(鉄心1,ヨーク2,アーマチュア
3)の表面に、窒化鉄の被膜1a,2a,3aを、イオ
ン/プラズマ窒化処理を施すことによって形成した。イ
オン/プラズマ窒化処理は、水素に対する窒素の割合を
70%以上,雰囲気ガス圧を2〜6Torr,炉内温度を480〜5
90℃の条件で施し、2〜20μmの窒化鉄被膜を形成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁リレー及びそ
の製造方法に関し、特に、電磁リレーの磁気回路を構成
する部品(鉄心,アーマチュア,ヨーク等)の表面に被覆
処理を施した電磁リレー及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電磁リレーでは、特に電磁石部を
構成する鉄心,アーマチュア,ヨークに、純鉄材(電磁
軟鉄鋼)またはSPC材(冷間圧延鋼板)等の鉄系材料が
用いられている。このような鉄系材料よりなる部品は、
その表面が耐蝕性に劣るので、通常、NiやCuを化学
メッキ処理して使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の上記電
磁リレーでは、高湿度下で接点開閉によるグロー放電が
発生すると、Niメッキ,Cuメッキが腐食するという
問題があった。即ち、電磁リレーでは、インダクタンス
が大きい負荷を開閉するときにグロー放電が発生する
が、その際のグロー放電のエネルギーが、電磁リレー内
の雰囲気ガスを活性化およびイオン化させ、窒素がNO
2,NO,N2O化することにより、特に高湿度下におい
て、電磁石部を構成する鉄系材料のNiメッキ,Cuメ
ッキを腐食させることがあった。この事実は、例えば
「1963年,インターナショナル・コンフェレンス・オン
・エレクトロマグネティック・リレーズ・スピーチ・ナ
ンバー A-15(INTERNATIONAL CONFERENCE ON ELECTROMAG
NETIC RELAYS、SPEECH NUMBER A-15,1963)」において指
摘されている。
【0004】また、従来の電磁リレーでは、開閉動作を
繰り返すことにより、動作特性の変動が生じることがあ
った。即ち、電磁リレーの多数回動作では、該電磁リレ
ーの可動部であるアーマチュアと、アーマチュアの支持
部であるヨークとの接触部のメッキ層が摩耗するため、
ヨーク形状が変化し、これにより動作の支点がずれる。
そして、この支点のずれから、アーマチュアが正常な動
作をしなくなることがあった。また、開閉動作による摩
擦により摩耗粉が発生し、この摩耗粉が接点表面に移動
付着することで、接触不良を起こすこともあり、電磁リ
レーとしての特性の安定を損なうという問題もあった。
【0005】さらに、従来技術であるメッキ処理(Ni
やCuの化学メッキ処理)では、生産設備投資規模が膨
大なことから経済性の問題があり、かつメッキ処理排水
の発生が避けられないため、水質汚染等の環境対策に多
大なコストがかかるという問題があった。以上の事実か
ら、無公害で、しかも従来以上の機能性表面被膜を備え
た電磁リレーの出現が要望されている。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その第一の目的は、電磁リレーの磁気回路を構
成する部品の耐蝕性及び耐摩耗性を高めることができ、
長期にわたって動作が安定した電磁リレーを提供するこ
とにある。また、本発明の第二の目的は、電磁リレーの
磁気回路を構成する部品の表面処理技術において、生産
設備にコストをかけずに、しかも水質汚染等がない無公
害な電磁リレーの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電磁リレーで
は、鉄系材料よりなる、電磁リレーの磁気回路を構成す
る部品の表面に、イオン/プラズマ窒化処理によって窒
化鉄の被膜を形成することで、耐蝕性および耐摩耗性を
向上させている(請求項1)。
【0008】具体的には、磁気回路を構成する鉄系部材
である鉄心,ヨーク,アーマチュアの少なくとも1つ
に、イオン/プラズマ窒化処理によって2〜20μmの窒
化鉄の被膜を形成している(請求項2,3)。この場合の
イオン/プラズマ窒化処理の条件としては、水素に対す
る窒素の割合が70%以上,雰囲気ガス圧が2〜6Torr,炉
内温度が480〜590℃であることが望ましい(請求項4)。
【0009】
【作用】本発明によれば、イオン/プラズマ窒化処理に
より形成された窒化鉄(Fe4N)の被膜(窒化膜)は、耐
蝕性および耐摩耗性が高いので、高湿度下におけるグロ
ー放電エネルギーによる腐食を抑制すると共に、アーマ
チュアとヨークとの接触部の機械的摩耗を低減させ、電
磁リレーの動作および上記接点接触の安定化を図ること
ができる。また、本発明に係るイオン/プラズマ窒化処
理技術により、従来のメッキ処理のような膨大な設備を
必要としないため経済性が高く、同時に無公害な表面処
理が可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態(実施例)
を図面に基づいて説明する。図1は実施形態の電磁リレ
ーの構成を示す断面図、図2はイオン/プラズマ窒化装
置の概要を示す構成図である。
【0011】まず、図2を参照しながら、イオン/プラ
ズマ窒化装置について説明する。この装置は大略、炉体
21,電源制御系22,ガス圧制御系23,排気系24,温度制
御系25により構成されている。
【0012】イオン/プラズマ窒化処理を行う場合、ま
ず処理物26を炉体21内に配置し、排気系24により炉体21
内の排気を完了させ、続いて炉体21内に窒素と水素の混
合ガスを導入する。その場合の窒素ガスと水素ガスの割
合は7:3、望ましくは、窒素ガスの割合を7以上にす
る。次いで、ガス圧制御系23で、炉体21内を2〜6Torrの
ガス圧(ここでは5Torr程度)のガス圧に制御する。
【0013】そして、炉体21を陽極,処理物26を陰極と
し、電気的に絶縁された電力導入端子を介して、電源制
御系22に接続し、炉体21と処理物26との間に直流電圧を
印加する。これにより処理物26の全体にグロー放電が発
生し、処理物26は、この放電エネルギーによって加熱さ
れる。このとき、急激な昇温は、イオンスパッタリング
により処理物26の表面が損傷されることになるため、40
分以上の緩やかな昇温制御を行うべく印加電圧をコント
ロールする。
【0014】所望の処理温度に達した後、グロー放電の
オン,オフを繰り返しながら処理温度を一定に維持す
る。処理物26が純鉄材(電磁軟鉄板)またはSPC材(冷
間圧延鋼板)の場合、処理温度を480〜590℃の範囲内の
一定値に保持するのが望ましい。所定の処埋時間経過
後、電圧印加を停止して処埋物26を常温まで自然冷却す
る。これにより、処理物26の表面に窒化鉄による被膜
(窒化膜)が形成される。
【0015】図3に、処理時間に対するイオン/プラズ
マ窒化処理による窒化膜厚の関係を示す。このときのイ
オン/プラズマ窒化処理条件は、炉内ガス圧5Torr,窒
素と水素ガス比率7:3,処理温度590℃である。所望の
耐摩耗性および耐蝕性を有する窒化膜の膜厚の下限値は
2μm程度であり、この膜厚を得るには、純鉄(電磁軟
鉄鋼)の場合、図3に示すように、およそ2時間の処埋
時間が必要である。膜厚形成は、純鉄材(電磁軟鉄板)で
は約8μmまで、SPC材(冷間圧延鋼板)では約20μm
まで可能である。
【0016】次に、図1を参照しながら電磁リレーを説
明する。この電磁リレーは、上記イオン/プラズマ窒化
処理により、表面に窒化膜が形成された部品を用いて構
成されている。即ち、鉄系材料の部品である鉄心1,ヨ
ーク2,アーマチュア3の表面に、上記のイオン/プラ
ズマ窒化処理により窒化膜(窒化鉄の被膜)1a,2a,3
aが形成されている電磁リレーの実施例を示すものであ
る。
【0017】この電磁リレーでは、窒化膜1aを有する
鉄心1がスプール4に挿入され、スプール4の外周にコ
イル5が巻装され、鉄心1の一端に、窒化膜2aを有す
るヨーク2が固着されている。一方、鉄心1の他端に
は、窒化膜3aを有するアーマチュア3が対向配設さ
れ、このアーマチュア3は、コイル端子6aへの電圧印
加により鉄心1に吸引されるようになっている。
【0018】アーマチュア3には、その動作を支持する
可動接点ばね7とヒンジばね8が設けられている。ま
た、前記スプール4に圧入された固定端子6b,6cに
は、固定接点9a,9bが係合され、可動接点ばね7には
可動接点10が係合されている。このように構成された電
磁ブロックは、カバー11と封止剤12によって外装されて
いる。
【0019】この電磁リレーにおいて、コイル端子6a
に電圧を印加すると、鉄心1にアーマチュア3が吸引さ
れ、このアーマチュア3と連動する可動接点ばね7上の
可動接点10と、固定端子6b上の固定接点9aとが閉成
し、これにより可動接点10と固定接点9a間に電流が流
れるようになる。逆に、コイル端子6aに対する電圧印
加を停止してコイル5の励磁を解くと、ヒンジばね8に
より、アーマチュア3と共に可動接点10が動き、この可
動接点10と固定接点9aとが開離し、前記電流が遮断さ
れる。このとき、インダクタンスが大きい負荷(例えば
IH)を開閉すると、接点遮断時の逆起電力が200〜300
Vまで上昇し、グロー放電が発生する。
【0020】ところで、電磁リレーは、たとえ密閉型で
も、高分子材料による密閉形態では、周囲の湿度の影響
を大きく受ける。したがって、前記のようなグロー放電
が高湿度下(例えば90%RH)で発生すると、空気中の窒素
が前記グロー放電のエネルギーでNO2,NO,N2O化
し、当該ガスが雰囲気中の水分を介して部材の表面に付
着する。
【0021】従来では、これらのNO2,NO,N2Oガ
スの付着により、電磁リレー内のNiメッキ層やCuメ
ッキ層を腐食するが、本発明の電磁リレーでは、従来の
NiメッキあるいはCuメッキに比して耐蝕性,耐摩耗
性に優れている窒化膜(Fe4N)を、鉄心1,ヨーク
2,アーマチュア3の表面に形成しているので、腐食防
止を図ることができる。
【0022】表1に、従来技術のメッキ処理と、純鉄の
場合の本発明の実施形態(実施例)の効果比較を示す。こ
のときのイオン/プラズマ窒化処理条件は、炉内ガス圧
5Torr,窒素と水素ガス比率7:3,処理温度590℃であ
る。
【0023】
【表1】
【0024】表1から理解できるように、従来技術のN
iメッキでは、85%RH−85℃の高温高湿放置試験におい
て、腐食は発生しなかったものの、他の試験において
は、Niメッキ及びCuメッキ共に耐蝕性,耐摩耗性が
不十分であった。一方、イオン/プラズマ窒化処理を施
した本発明の実施例では、窒化膜厚が2μm以上であれ
ば、腐食の発生が確認されないと共に、摩耗量も少な
く、全ての条件において問題はなかった。なお、窒化膜
厚が1.5μmの場合を比較例として挙げた。
【0025】表2に、前記表1における純鉄の場合と同
じ条件で、SPC材(冷間圧延鋼板)にイオン/プラズマ
窒化処理を施したの場合の効果比較を示す。このSPC
材においても、前記表1における純鉄の場合と同様な効
果が得られた。
【0026】
【表2】
【0027】以上詳記したように、本発明の実施形態
(実施例)として、純鉄材(電磁軟鉄鋼)およびSPC材
(冷間圧延鋼板)の部品に適用した例を示したが、本発明
は、このような鉄系部材に限定されるものではなく、F
4Nが形成される範疇の材料であれば、どのような部
材にも適用することができる。この場合も前記と同様の
効果を有することは言うまでもない。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電磁リレーの磁気回路を構成する部品の表面に窒化鉄の
被膜を形成したので、高湿度下におけるグロー放電発生
条件においても該部品の腐食の発生を防止することがで
きる。また、窒化鉄の被膜は耐摩耗性も高いので、多数
回の開閉操作に対しても、摩耗による動作不良や接点不
良の発生を防止することができ、動作性能の安定化を図
ることができる。
【0029】また、本発明に係る製造方法では、イオン
/プラズマ窒化処理により窒化鉄の被膜を形成させるの
で、従来のメッキ処理に比較して生産設備や環境設備を
簡易にすることができ、コストの低減が図れ、さらに、
従来のメッキ処理と違って有害物質等を用いないので、
水質汚染等もなく、無公害な表面処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(実施例)の電磁リレーの断面
図である。
【図2】本発明の電磁リレーの構成部品の表面処理に用
いるイオン/プラズマ窒化装置の概要を示す構成図であ
る。
【図3】イオン/プラズマ窒化処理の処理時間に対する
窒化膜厚の形成量の関係を示す図である。
【符号の説明】 1 鉄心 1a 鉄心の窒化膜 2 ヨーク 2a ヨーク窒化膜 3 アーマチュア 3a アーマチュアの窒化膜 4 スプール 5 コイル 6a コイル端子 6b,6c 固定端子 7 可動接点ばね 8 ヒンジばね 9a,9b 固定接点 10 可動接点 11 カバー 12 封止剤 21 炉体 22 電源制御系 23 ガス圧制御系 24 排気系 25 温度制御系 26 処理物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小嶋 克人 東京都港区芝五丁目7番1号日本電気株式 会社内 (72)発明者 皆藤 明宏 東京都港区芝五丁目7番1号日本電気株式 会社内 (72)発明者 市川 和浩 東京都港区芝五丁目7番1号日本電気株式 会社内 (72)発明者 手塚 聡 神奈川県相模原市横山台1丁目8番11号日 本高周波技術株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄系材料よりなる、電磁リレーの磁気回
    路を構成する部品の表面に、窒化鉄の被膜が、イオン/
    プラズマ窒化処理を施すことによって形成されているこ
    とを特徴とする電磁リレー。
  2. 【請求項2】 前記窒化鉄の被膜の膜厚が、2〜20μm
    であることを特徴とする請求項1に記載の電磁リレー。
  3. 【請求項3】 前記電磁リレーの磁気回路を構成する部
    品が、鉄心,アーマチュア,ヨークの少なくとも1つで
    あることを特徴とする請求項1または2に記載の電磁リ
    レー。
  4. 【請求項4】 鉄系材料よりなる、電磁リレーの磁気回
    路を構成する少なくとも1つの部品の表面に、水素に対
    する窒素の割合を70%以上,雰囲気ガス圧を2〜6Torr,
    炉内温度を480〜590℃の条件でイオン/プラズマ窒化処
    理を施し、2〜20μmの窒化鉄被膜を形成することを特
    徴とする電磁リレーの製造方法。
JP24301196A 1996-09-13 1996-09-13 電磁リレー及びその製造方法 Pending JPH1092286A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000063454A1 (de) * 1999-04-15 2000-10-26 Vacuumschmelze Gmbh Korrosionsfreie eisen-nickel-legierung für fehlerstromschutzschalter und uhrenlaufwerke
EP1318529A2 (de) * 2001-12-10 2003-06-11 Vacuumschmelze GmbH & Co. KG Oberflächengehärtetes weichmagnetisches Aktuatorteil und dessen Herstellverfahren
WO2014174694A1 (ja) * 2013-04-22 2014-10-30 オムロン株式会社 電磁継電器

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