KR102211658B1 - 테이프형 접점재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 테이프형 접점 재료를 구비하는 테이프형 접점재에 있어서, 상기 테이프형 접점 재료에, 적어도 하나의 와이어형 용착재가 접합되어 이루어지고, 단면 형상에 있어서, 상기 용착재를 포함하며, 상기 접점 재료의 표면으로부터 돌출되는 프로젝션이 적어도 하나 형성되어 있고, 또한, 상기 접점 재료의 내부에, 상기 용착재를 구성하는 금속 성분을 함유하는 확산 영역이 상기 용착재와의 계면을 따라서 형성되어 있고, 상기 확산 영역의 두께가, 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 테이프형 접점재이다. 이 테이프형 접점재를 임의의 길이로 절단함으로써 칩형 접점 부재를 얻을 수 있다. 본 발명의 접점 부재는, 개폐형 전기 접점의 구성 부재로서 유용하고, 전기 접점의 높이 저감화에 대응할 수 있다. 본 발명은, 접합 불량의 발생 저감에도 기여할 수 있다.

Description

테이프형 접점재 및 그 제조 방법

본 발명은, 릴레이, 스위치 등의 개폐형 전기 접점의 구성 부품을 형성하기 위한 테이프형 접점재에 관한 것이다. 상세하게는, 개폐형 전기 접점의 단자에 접합하는 칩 형상의 접점 부재를 공급하기 위한 테이프형 접점재이며, 소형화·높이 저감화에 대응하면서도 접촉 불량이 발생하기 어려운 접점 부재를 공급할 수 있는 테이프형 접점재에 관한 것이다.

자동차용 전장품, 가전 제품, OA 기기 등의 전기 기기의 각종 릴레이, 스위치의 구성 부품으로서 개폐형 전기 접점이 종래부터 사용되고 있다. 도 8은 일반적인 릴레이의 구조를 설명하는 도면이다. 또한, 도 9는 릴레이의 일 양태인 플렉셔 타입의 릴레이의 구조를 설명하는 도면이다. 개폐형 전기 접점에서는, 단자(도전판)에 접점 부재를 접합하고, 이 접점 부재에 의해 전기 회로를 전기적으로 개폐하고 있다. 이 접점 부재로서, 단자에 용접하여 접합하는 칩 형상의 접점 부재가 알려져 있다. 이러한 접점 부재는, 도 8, 도 9의 고정 접점 및 가동 접점의 양쪽에 있어서 사용되고 있다.

칩 형상의 접점 부재는, 예를 들어 도 10과 같은, 은 합금 등의 접점 재료에, 단자에 접합하기 위한 용접 재료가 접합된 접점 부재가 있다. 이 접점 부재에 있어서, 용접 재료는 구리-니켈 합금 등의 고저항의 금속 재료를 포함하고, 접합 면 상에 볼록형 프로젝션이 형성되어 있다. 이 접점 부재는, 용접 재료의 프로젝션을 이용한 저항 용접에 의해 단자에 접합된다.

또한, 칩 형상의 접점 부재의 다른 형태로서, 도 11과 같은 접점 재료와 접합면에 형성된 얇은 용착재층(백 용착)을 포함하는 접점 부재도 알려져 있다. 이 백 용착을 구비하는 접점 부재는, 용착재의 가열·용융에 의해 단자에 접합된다.

그리고, 상기와 같은 칩형 접점 부재의 제조 및 사용 시에는, 테이프형 접점재를 제조하고, 이것을 임의의 길이로 절단하여 칩형 접점 부재를 제조하고, 이 접점 부재를 단자에 접합한다. 이와 같은 테이프형 접점재는, 상기한 도 10, 도 11과 마찬가지의 단면 형상을 갖는 긴 물체이며, 테이프형 접점 재료에, 미리 프로젝션 가공된 테이프형 용접 재료, 또는, 미리 압연 가공된 테이프형 용착재를 접합한 것이다. 이와 같은 테이프형 접점재에 관해서는, 예를 들어 본원 출원인은, 특허문헌 1 기재와 같은 프로젝션과 용착재를 조합한 것도 개발하여 개시하고 있다.

일본 특허 제4279645호 명세서

그런데, 근년의 차량 탑재용 릴레이 등의 전기 접점에 있어서는, 소형화, 고용량화에 대하여 강한 요구가 제기되고 있다. 그 때문에, 릴레이에 사용되는 칩형 접점 부재의 구성에 대해서도, 이들 요구를 고려한 개량이 필요로 되고 있다. 그러나, 이들 요구에 대하여, 상기 종래의 접점 부재는 충분히 대응할 수 없게 되어 있다. 즉, 상기한 접점 부재 중, 전자의 볼록 형상의 프로젝션이 형성된 용접 재료를 구비하는 접점 부재는, 용접 재료가 두껍기 때문에 접점 부재의 높이 저감화·소형화의 장해가 되고 있다. 또한, 이 접점 부재에서는, 접점 재료에 비해 열전도율이 낮은 용접 재료가 접점 재료의 방열을 저해하기 때문에, 전기 접점의 고용량화의 우려의 근원으로도 되고 있다. 또한, 용접 재료는 전기 저항이 높아 전기를 흘렸을 때의 발열이 많기 때문에 저항 용접에는 유리하지만, 접점 재료로서 사용될 때의 발열이 많아지는 원인으로도 되어, 이 점에서도 전기 접점의 고용량화의 우려의 근원이 되고 있다.

한편, 후자의 백 용착을 갖는 접점 부재는, 두께가 얇은 용착재층에 의해 단자에 접합되므로 높이 저감화는 기대할 수 있다. 그러나, 이 타입의 접점 부재에 있어서는, 단자와의 접합 시에 있어서, 접점 단부만이 용접되어 단자에 대한 용접이 불안정해지거나, 혹은, 용융한 용착재가 비어져 나와, 접점 재료 표면이나 단자에 용착재가 부착되어 접촉 장해를 야기한다는 문제가 있다. 그 때문에, 이들 문제를 충분히 고려하여, 용착재층을 설계하여 가공하는 것이 필요로 된다.

또한, 백 용착을 갖는 접점 부재는, 접점 재료를 접합면 전체에서 단자에 접합시킬 수 있으므로, 접합 강도의 점에서는 유리하다. 그러나, 결함이 없는 확실한 접합이나, 상기한 용착재 비어져 나옴의 방지를 위해서는, 엄밀한 수평 상태에서의 접합 작업이 요구된다. 소형화가 필요한 접점 부재에 대하여, 상기와 같은 엄밀한 용착재층의 설계·가공이나 접합 조건을 달성시키는 것은 곤란하다. 본원 출원인에 의한, 상기 특허문헌 1의 접점 부재는, 용착재의 비어져 나옴 등을 고려한 것이지만, 보다 수준이 높은 소형화의 요구에 대해서는 반드시 충분한 것은 아니다.

본 발명은, 이상과 같은 배경 하에 이루어진 것이며, 개폐형 전기 접점을 제조하기 위한 칩 형상의 접점 부재에 대하여, 소형화·높이 저감화에 대응 가능하며, 단자 등에 대한 접합 불량을 발생시키지 않고 접점 성능이 확보된 접점 부재의 구성을 명확하게 하고, 이러한 접점 부재를 제조하기 위한 테이프형 접점재를 제공한다. 또한, 본 발명에 있어서는, 단자 등에 접합하기 위해 칩형으로 형성된 부재를 「접점 부재」라 칭하고, 이 칩형 접점 부재를 제조하기 위한 테이프형 재료를 「접점재」라 칭한다. 그리고, 접점 부재 및 접점재에 있어서, 용착재가 접합되는 소재로서의 접점 재료를 「접점 재료」라 칭한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 종래의 용접 재료의 적용을 중지하고, 용착재의 형상의 개량에 관한 검토를 행하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 접점 재료의 접합면을 피복하는 층형(테이프형) 용착재 대신에, 접점 재료의 접합면 상에서 국소적으로 융기하는 돌기형(와이어형) 용착재를 적용하기로 하였다. 즉, 접점 재료의 접합면 상에, 용착재를 포함하는 프로젝션(돌기물)을 형성하기로 하였다. 그리고, 본 발명자들은, 이 형상 변경에 더하여, 용착재를 포함하는 프로젝션과 접점 재료의 접합부의 상태를 최적화함으로써, 상기한 각종 과제를 해결할 수 있는 것으로 하여 본 발명에 상도하였다.

즉, 본 발명은, 테이프형 접점 재료를 구비하는 테이프형 접점재에 있어서, 상기 테이프형 접점 재료에, 적어도 하나의 와이어형 용착재가 접합되어 이루어지고, 단면 형상에 있어서, 상기 용착재를 포함하며, 상기 접점 재료의 표면으로부터 돌출되는 프로젝션이 적어도 하나 형성되어 있고, 또한, 상기 접점 재료의 내부에, 상기 용착재를 구성하는 금속 성분을 함유하는 확산 영역이 상기 용착재와의 계면을 따라서 형성되어 있고, 상기 확산 영역의 두께가, 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 테이프형 접점재이다.

상기한 본 발명에 관한 테이프형 접점재를, 원하는 길이로 절단함으로써, 칩형 접점 부재를 얻을 수 있다. 본 발명에 관한 테이프형 접점재의 단면 형상은 도 1에 도시한 바와 같고, 접점 재료의 표면 상에 용착재를 포함하는 프로젝션이 형성되어 있다(도 1의 (a)). 본 발명에 관한 테이프형 접점재로부터 얻어지는 칩형 접점 부재는, 저항 용접에 의해 전기 접점의 단자 등에 접합할 수 있어, 용착재를 포함하는 프로젝션이 용융됨으로써 단자와의 접합이 이루어진다.

본 발명에 관한 테이프형 접점재에 있어서는, 종래의 층상 용착재를 구비하는 접점재와 비교하면, 용착재의 양(체적)이 한정적으로 되어 있다. 그 때문에, 본 발명에 있어서는, 용융한 용착재의 비어져 나옴을 유효하게 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 접점 부재와, 종래의 프로젝션이 형성된 용접 재료를 구비하는 접점 부재를 대비하면, 본 발명에 의한 접점 부재는, 용접 재료를 포함하지 않기 때문에, 용접 재료의 두께만큼의 높이 저감화에 기여할 수 있다. 또한, 용접 재료가 없기 때문에 방열성이 우수하여, 접점 재료의 소모의 저감을 도모하는 것도 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서는, 접점재와 단자의 접합 면적을 적당한 크기로 할 수 있다. 본 발명의 접점재에서는, 프로젝션을 형성하는 용착재와 접점 재료가, 소정의 확산 영역을 수반한 상태에서 접합되어 있다. 이것은, 본 발명에서는, 용착재와 접점 재료가 적절하게 일체화된 상태에 있는 것을 의미한다. 이와 같은 상태에서 저항 용접을 행하면, 프로젝션 근방에서 발생한 저항열에 의해, 프로젝션 주위의 확산 영역과 단자를 강고하게 접합할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 프로젝션 전체가 용착재로 구성되어 있어, 접합 시에 용착재의 습윤 확산이 발생한다. 이들 확산 영역의 영향과 용착재의 습윤 확산에 의해, 접합 면적을 넓게 할 수 있다. 이에 반해, 종래의 프로젝션이 형성된 용접 재료가 결합된 접점 부재에서는, 접합 시에 용융하는 범위는 한정적이기 때문에 접합 면적은 좁다. 이와 같은 본원 발명에 있어서의 접합력의 향상 작용 및 접합 면적의 적정화에 의해, 접점 재료를 단자에 강고하게 접합할 수 있다. 또한, 접합 면적을 넓게 함으로써 방열 효과가 향상되어, 동작 시에 고온이 되기 쉬운 접점 재료의 내구성을 양호하게 하는 것이 가능해진다.

여기서, 본 발명에 관한 접점재의 구성에 대하여 설명한다. 상기한 바와 같이, 본 발명에 관한 테이프형 접점재는, 테이프형 접점 재료와 와이어형 용착재를 기본적인 구성으로 한다. 접점 재료는, Ag계 접점 재료가 바람직하다. Ag계 접점 재료란, Ag 또는 Ag 합금을 포함하는 접점 재료이다. Ag는, 순도 99질량％ 이상의 순Ag가 바람직하다. Ag 합금으로서는, Ag에 Cu, Ni, Zn, Sn, In 중 적어도 어느 것의 금속을 포함하는 접점 재료가 바람직하다. 또한, Ag 및 Ag 합금은, 불가피 불순물을 포함하고 있어도 된다.

Ag 합금을 포함하는 접점 재료로서 바람직한 것으로서는, Ag-Cu 합금과 같은 고용 합금, 혹은, 분말 야금법으로 형성된 Ag-Ni 합금, Ag-C 합금 등의 합금 외에, 산화물 분산 강화형의 2상 이상의 상 구성의 접점 재료도 적용된다. 산화물 분산 강화형 접점 재료는, 예를 들어 차량 탑재용 릴레이의 접점 재료로서 널리 사용되고 있고, Ag-SnO₂ 합금, Ag-SnO₂-In₂O₃ 합금, Ag-ZnO 합금, Ag-SnO₂-Sn₂Bi₂O₇-In₂O₃ 합금 등을 들 수 있다.

테이프형 접점 재료의 치수는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 그 폭(테이프재의 긴 변 방향에 수직 방향), 및 두께에 대해서는, 용도에 따라서 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들어, 차량 탑재용 릴레이에서는, 폭 2.0㎜ 이상이며 두께 0.4㎜ 이상의 접점 재료가 사용되고 있다.

용착재는, 융점 및 접합력의 관점에서, Ag-Cu 합금을 포함하는 용착재가 바람직하다. Ag-Cu 합금을 포함하는 용착재로서는, Ag 함유량이 72질량％ 이상 85질량％ 이하인 Ag-Cu 합금을 들 수 있다. 또한, Ag-Cu 합금에, P, Sn, In, Ni, Si, Mn 중 적어도 어느 것을 포함하는 용착재도 바람직하다. 구체적으로는, Ag-P-Cu 합금 용착(인구리 용착), Ag-Cu-Sn 합금(은 용착)을 들 수 있다. 이들 용착재는, 접점 재료의 접합 시에, 적당한 융점을 갖는 용착재이다. 또한, 이상 설명한 용착재를 구성하는 AgCu 합금은, 불가피 불순물을 포함하고 있어도 된다.

또한, 본 발명에서 적용하는 용착재에 대해서는, Zn 함유량을 규제하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Zn 함유량이 20질량％ 이하인 용착재가 바람직하다. 본 발명자들의 검토에 의하면, Ag계 접점 재료를 적용하는 경우에 있어서, Zn을 비교적 많이 포함하는 용착재를 접합하였을 때, 충분한 접합력이 얻어지지 않아, 용착재가 용이하게 박리되는 경우가 있다. 따라서, 융점이 적절한 용착재이며, Zn을 20질량％ 초과 포함하는 용착재는 바람직하지 않다. 또한, 용착재의 Zn 함유량은, 보다 바람직하게는, 15질량％ 이하로 한다. Zn 함유량이 15질량％ 초과 20질량％ 이하인 경우, 접점재를 강하게 비튼 경우 등에서 박리되는 경우가 있어, 취급에 주의를 요 하는 경우가 있다.

본 발명에서는, 와이어형 용착재를 테이프형 접점 재료에 접합하여 접점재로 한다. 이 와이어형 용착재는, 적어도 1개 필요로 되지만, 복수개의 와이어(프로젝션)를 접합해도 된다. 도 2와 같이, 접점 재료의 중심부에 1개의 와이어형 용착재를 접합해도 되고, 접점 재료의 양단부의 부근에 2개의 와이어형 용착재를 접합해도 된다.

접합하는 와이어형 용착재의 선 직경은, 접점 재료의 폭에 비해, 0.01배 이상 0.1배 이하 정도로 하는 것이 바람직하다. 복수의 와이어를 접합하는 경우, 그 합계가 상기 조건을 구비하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명에 관한 테이프형 접점에 있어서는, 테이프형 접점 재료에 와이어형 용착재를 직접 접합한 구조를 기본으로 하지만, 접점 재료와 용착재의 접합 강도를 높이기 위한 중간 금속층을 형성하고, 중간 금속층에 와이어형 용착재를 접합하는 것이 바람직하다(도 1의 (b)). 중간 금속층을 적용함으로써, 와이어형 용착재를 과도하게 용융·변형시키지 않고, 적절한 확산 영역을 형성하면서, 접점 재료에 접합할 수 있다. 그리고, 접합 후의 와이어형 용착재는 강고하게 고정되게 된다. 중간 금속층은, 용착재로부터의 금속 원자(Cu, Ag)의 확산이 진행되기 쉬운 금속을 포함하는 것을 적용하는 것이 바람직하다. 중간 금속층의 구성 재료로서는, Ag, Ni, Cu 중 적어도 어느 것의 금속을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Ag(순도 99질량％ 이상의 순Ag가 바람직함), AgNi 합금(0.2질량％ 이하의 Ni 및 불가피 불순물을 포함하는 것이 바람직함) 등의 Ag 합금, Cu(순도 99질량％ 이상의 순Cu가 바람직함) 중 어느 것이 바람직하다.

중간 금속층은, 그 두께를 0.02㎜ 이상 0.2㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 접합 강도를 확보하면서, 접점재 두께의 치수 자유도를 확보할 수 있기 때문이다. 또한, 이 중간 금속층을 적용하는 경우에 있어서도, 도 2와 마찬가지로 하여, 1개 또는 복수개의 와이어형 용착재를 중간 금속층에 접합할 수 있다.

그리고, 본 발명에 있어서는, 접점 재료의 내부, 또는, 중간 금속층의 내부에, 용착재와의 계면을 따라서 확산 영역이 형성된다. 확산 영역은, 용착재의 구성 금속이 접점 재료 또는 중간 금속층으로 확산됨으로써 형성된다. 예를 들어, 접점 재료로서 Ag계 접점 재료가 적용되고, 용착재로서 Ag-Cu 합금을 포함하는 용착재(Ag-P-Cu 합금, Ag-Cu-Sn 합금 등)를 적용한 경우, 용착재의 금속 성분으로서 Cu가 확산 영역으로 확산된다. 그 결과, 접점 재료의 Ag와 용착재의 Cu의 양쪽을 포함하는 영역이 확산 영역으로서 인식된다. 또한, 확산 영역에 있어서의 조성은 일정할 필요는 없고, 용착재 계면으로부터의 거리에 대하여 경사진 조성을 갖는 경우가 많다. 즉, 확산 영역은, 접점 재료 내부에 있어서, 접점 재료의 구성 금속 이외의 금속이며, 용착재의 구성 금속에 해당하는 금속이 포함되어 있는지 여부에 따라 판정된다.

상기와 같이 하여 형성되는 확산 영역은, 그 두께가 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 요한다. 두께 2㎛ 미만의 상태는, 접점 재료와 용착재(프로젝션)의 일체화가 불충분하여, 전기 접점을 제조할 때 접합 불량을 발생시킬 우려가 있다. 한편, 두께 10㎛를 초과하면, 용착재의 조성 변화가 커져, 용착재 본래의 성능이 저하될 우려가 있다. 또한, 확산 영역의 두께가 과대해지면, 열전도성이 저하된다는 문제도 발생한다. 본 발명에 있어서는, 확산 영역의 두께를 엄밀하게 설정함으로써, 칩형 접점 부재로 하였을 때의 접합성이나 방열성이 양호해지도록 하고 있다. 이 확산 영역의 두께란, 도 3에서 도시한 바와 같이, 접점 재료 또는 중간 금속층과 확산 영역의 경계선과, 와이어형 용착재와 확산 영역의 경계선 사이에 있어서의 두께(t)이다. 확산 영역의 두께의 측정에 대해서는, 복수 개소를 측정하여 그 평균값을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 도 2와 같이, 접점 재료 또는 중간 금속층에 복수개의 와이어형 용착재가 접합되어 있을 때는, 모든 와이어형 용착재에 있어서의 확산 영역의 두께가 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 요한다.

또한, 와이어형 용착재와 접점 재료의 접합 계면의 상태에 관해서는, 용착재의 접합 폭의 일정 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 접합 폭에 대해서는, 도 3에서 설명한 바와 같이, 접점 재료와 접촉·접합된 용착재의 양단부의 직선 거리이다. 본 발명에서는 이 용착재의 접합 폭(W)에 대하여, 용착재의 직경(D₁)에 대하여, W≥0.5D₁로 되어 있는 것이 바람직하다. W가 0.5D₁ 미만으로 되어 있는 경우, 확산층 형성을 위한 열처리를 행해도, 용착재와 접점 재료의 접합력이 충분히 확보되지 않는 경우가 있다. 본 발명에 관한 테이프형 접점재는, 그 용도에 따라서 적당한 길이로 절단하여 접점 부재의 제조를 위해 이용되지만, 용착재의 접합력이 부족하면 절단 시에 박리가 발생하는 경우가 있다. 이와 같은 점에서, 용착재를 접점 재료에 접합할 때는, 용착재를 적절하게 가압하여 접합하여, 접합 폭을 확보한 후에 확산층을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 용착재의 직경(D₁)에 대해서는, 접점 재료에 접합되었을 때의 용착재의 단면이 대략 원형이면, 그 직경을 측정함으로써 D₁을 얻을 수 있다. 또한, 와이어형 용착재를 접점재에 압접하였을 때, 용착재가 변형되어 그 단면이 타원형이나 부정형이 되는 경우가 있다. 그와 같은 경우, 용착재 단면의 원주 길이를 기초로 원형을 상정하고, 그 직경을 D₁로 하는 것이 바람직하다.

용착재의 접합 폭 W의 상한에 대해서는, W≤1.7D₁로 하는 것이 바람직하다. W는 1.7D₁ 이하에서 충분한 접합력이 확보되어 있다. 그리고, 1.7D₁을 초과한 상태는, 용착재(프로젝션)가 과도하게 찌부러진 상태이며, 저항 용접 시에 유효하게 기능하지 않을 우려가 있기 때문이다.

또한, 접점 재료 또는 중간 금속층에 복수개의 와이어형 용착재가 접합되어 있을 때는, 모든 와이어형 용착재 접합부에 있어서, 용착재의 접합 폭(W)과 용착재의 직경(D₁)의 관계가 상기 관계를 구비하는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명에 관한 테이프형 접점재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에 관한 테이프형 접점재는, 테이프형 접점 재료에 와이어형 용착재를 접합하고, 그 후에 와이어형 용착재의 접합 계면 부근에 확산 영역을 형성함으로써 제조할 수 있다. 즉, 테이프형 접점 재료에 적어도 하나의 와이어형 용착재를 압접하는 공정과, 500℃ 이상이며 상기 용착재의 융점 이하의 온도에서 가열하여 확산 영역을 형성하는 공정을 포함한다.

또한, 본 발명에서는 접점 재료와 용착재 사이에 중간 금속층이 형성되는 경우가 있다. 중간 금속층을 포함하는 접점재의 제조는, 테이프형 접점 재료와 테이프형 중간 금속층을 접합한 후에, 중간 금속층에 와이어형 용착재를 압접한다. 혹은, 테이프형 접점 재료에, 테이프형 중간 금속층 및 와이어형 용착재를 동시에 압접해도 된다. 또한, 복수의 와이어형 용착재를 압접할 때는, 순차적으로 접합해도 되지만, 동시에 접합해도 된다.

본 발명에 관한 테이프형 접점재의 제조 방법에 있어서, 와이어형 용착재의 접합은, 구체적인 접합 방법으로서는, 압연 롤(홈이 있는 롤을 포함함)에 의한 압접을 들 수 있다. 여기서, 와이어형 용착재를 접점 재료 또는 중간 금속층에 압접할 때, 와이어형 용착재의 접합 폭 W가, 와이어형 용착재의 직경 D₀에 대하여 W≥0.5D₀으로 될 때까지 가압하여 접합하는 것이 바람직하다. 또한, W≤1.7D₀으로 하는 것이 바람직하다. 이때의 가압의 조정에 대해서는, 접점 재료, 중간 금속층 및 용착재의 재질이나 치수에 의해 적절하게 조정할 수 있다.

용착재 접합 후의 확산 영역을 형성하기 위한 열처리는, 500℃ 이상이며 용착재의 융점 이하의 온도에서 가열한다. 500℃ 미만이면 원하는 두께의 확산 영역이 형성되지 않기 때문이며, 용착재의 융점을 초과한 온도에서 열처리하면, 보이드의 발생 혹은 용착재의 와이어 형상을 유지할 수 없다고 하는 문제가 발생한다. 열처리 시간은, 0.25시간 이상 1.0시간 이하로 하는 것이 바람직하다. 열처리 분위기는, 대기 분위기여도 되고, 불활성 가스 분위기나 환원 분위기여도 된다.

그리고, 이상 설명한 본 발명에 관한 테이프형 접점재를 적절하게 절단함으로써, 전기 접점을 제조하기 위한 칩형 접점 부재로 할 수 있다. 이 칩형 접점 부재는, 제조 목적의 전기 접점, 및 접합하는 단자의 치수에 따른 길이로 할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 테이프형 접점재의 길이에 제한은 없다. 또한, 테이프형 접점재의 치수를 미리 칩형 접점 부재의 사이즈와 동일하게 함으로써, 절단하지 않고 접점 부재로 할 수도 있다.

이 칩형 접점 부재는, 단면 형상에 있어서 단자에 대한 접합면에 적어도 하나의 프로젝션을 갖는다. 이 프로젝션을 접합할 단자에 맞닿게 하여, 접점 부재를 통전 및 가압함으로써 전기 접점을 제조할 수 있다. 본 발명에 관한 칩형 접점 부재는, 개폐형 전기 접점에 유용하고, 구체적으로는 릴레이나 스위치의 구성 재료로서 유용하다.

이 칩형 접점 부재로부터 전기 접점을 접합하는 공정에 있어서는, 접점 부재를 단자에 가압하면서 통전한다. 이때의 조건으로서는, 전류 2kA 내지 10kA, 압력 2kgf 내지 10kgf로 하는 것이 바람직하다. 전류값 2kA 미만 및 압력 2kgf 미만이면, 충분한 범위로 접합할 수 없다. 한편, 전류값 10kA 초과 및 압력 10kgf 초가로 되면, 열 영향부가 필요 이상으로 광범위해지거나 혹은 재료 변형이 발생하여, 적합한 접점 구조를 형성할 수 없다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 개폐형 전기 접점을 제조하기 위해 칩 형상의 접점 부재로서 적합한 것을 효율적으로 제조할 수 있다. 이 칩 형상의 접점 부재는, 높이 저감화에 대응 가능하면서, 접합 불량이 발생하기 어려워 내구성이 우수한 접점 부재이다. 본 발명은 스위치, 릴레이 등의 개폐형 전기 접점의 효율적인 제조에 기여할 수 있다. 특히, 고용량의 차량 탑재 릴레이에 사용하면 유용하고, 소형·고용량의 릴레이에 사용하면 더욱 유용하다.

도 1은 본 발명에 관한 테이프형 접점의 일례에 관한 단면 형상을 설명하는 도면.
도 2는 본 발명에 관한 테이프형 접점에서의 프로젝션의 형성 위치를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명에 관한 테이프형 접점에 있어서의 확산 영역의 두께(t) 및 접합 폭(W)을 설명하는 도면.
도 4는 본 실시 형태에 있어서의 테이프형 접점의 제조 공정을 설명하는 도면.
도 5는 본 실시 형태에서 제조한 테이프형 접점재의 단면 사진.
도 6은 실시예 1의 테이프형 접점의 용착재(프로젝션) 근방에 있어서의 EPMA 분석의 결과를 도시하는 도면.
도 7은 실시예 1, 실시예 4, 종래예의 내구 시험 후의 단자 단면의 사진.
도 8은 개폐형 접점의 일종인 일반적인 릴레이의 구조를 설명하는 도면.
도 9는 플렉셔 타입의 릴레이의 구조를 설명하는 도면.
도 10은 종래의 프로젝션을 구비한 용접 재료를 적용하는 접점 부재의 구성을 설명하는 도면.
도 11은 종래의 백 용착을 구비하는 접점 부재의 구성을 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 적합한 실시예를 설명한다.

제1 실시 형태 : 본 실시 형태에서는, 접점 재료로서 테이프형 산화물 분산형 Ag계 합금, 프로젝션을 형성하는 와이어형 용착재로서 구리계의 인구리 용착을 적용하여 테이프형 접점재를 제조하였다.

본 실시 형태에서는, 하기와 같이, 와이어형 용착재의 수와 선 직경에 있어서 상이한 복수의 접점재를 제조하였다. 중간 금속층으로서는 Ag를 적용하였다.

·테이프형 접점 재료에, 테이프형 중간 금속층 및 1개의 와이어형 용착재(선 직경 : 0.16㎜ 또는 0.26㎜)를 접합하여, 프로젝션이 하나 형성된 접점재(실시예 1, 실시예 2, 비교예 1, 비교예 2)

·테이프형 접점 재료에, 테이프형 중간 금속층 및 2개의 와이어형 용착재(선 직경 : 0.16㎜ 또는 0.26㎜)를 접합하여, 프로젝션이 2개 형성된 접점재(실시예 3, 실시예 4, 실시예 5)

도 4는 테이프형 접점 재료에, 테이프형 중간 금속층 및 2개의 와이어형 용착재를 접합한 접점재(실시예 3, 실시예 4, 실시예 5)의 제조 공정이다. 이 도면을 참조하면서, 본 실시 형태에 있어서의 각종 테이프형 접점재의 제조 공정을 설명한다.

접점 재료로서 산화물 분산형 Ag계 합금(모상 : Ag(85.5wt％), 분산상 : SnO₂+In₂O₃, 상품명 SIE-21DK(다나카 기킨조쿠 고교 가부시키가이샤제))의 테이프재를 준비하였다. 또한, 도 4의 중간 금속층으로서, 순Ag(순도 99.9wt％)의 테이프재를 준비하였다. 그리고, 이들 테이프재를 겹쳐 가압하여 접점 재료/중간 금속층의 2층 구조의 테이프재를 제조하였다(치수 : 폭 2.48㎜, 접점 재료 두께 0.315㎜, 중간 금속층 두께 0.05㎜).

상기에서 준비한 2층의 테이프형 접점 재료에, 용착재로서 인구리 용착(Ag15wt％-P5wt％-Cu 잔부(BCuP-5))의 와이어형 용착재를 준비하였다. 본 실시 형태에서는 2종의 선 직경의 와이어형 용착재(0.16㎜, 0.26㎜)를 준비하고, 각각으로 접점재를 제조하였다. 이들 와이어형 용착재를 테이프형 접점 재료의 표면에 위치 결정하여 압접하였다.

접합한 테이프재와 와이어형 용착재에 대하여, 분위기로에서 열처리하여 확산 영역을 형성하여, 테이프형 접점재를 제조하였다. 이 열처리의 조건으로서는, 600℃×0.5시간(실시예 1 내지 실시예 4), 600℃×1시간(실시예 5), 300℃×0.5시간(비교예 1), 700℃×0.5시간(비교예 2)으로 하였다.

도 5는 실시예 1 내지 실시예 4의 테이프형 접점재의 단면 사진이다. 이들 실시예에 있어서, 접점 재료와 중간 금속층의 폭과 두께는 공통된다. 이들 실시예에서는, 모두 접점 재료에 대한 압접에 의해 와이어형 용착재의 단면 형상이 변형되고, 상측(접점 재료와의 계면)이 찌부러진 원형으로 되었다.

본 실시 형태에서는, 도 5와 같은 단면 사진을 각 실시예에서 촬영하고, 단면 사진에 기초하여, 접합 폭(W)과 와이어형 용착재의 직경(D₁)을 측정하였다. 예를 들어, 도 5의 접점재에 있어서는, 접합 폭(W)이 0.2㎜(직경 0.16㎜의 와이어를 사용한 실시예 1, 실시예), 0.3㎜(직경 0.26㎜의 와이어를 사용한 실시예 2, 실시예 4)였다. 또한, 본 실시 형태에서는, 용착재의 단면의 외주 길이와 압접 전의 와이어형 용착재의 외주 길이가 동일하였기 때문에, D₁=D₀으로 되었다. 따라서, 실시예 1과 실시예 3의 접합 폭 W는, 1.25D₁이었다. 실시예 2와 실시예 4의 접합 폭 W는, 1.15D₁이었다. 마찬가지로 하여, 다른 실시예 및 비교예의 접합 폭(W) 용착재의 직경(D₁)을 측정하였다.

그리고, 각 실시예, 비교예에 관한 테이프형 접점재의 확산 영역에 대하여 검토하였다. 도 6은 실시예 1의 접점재의 용착재의 접합 계면 부근의 EPMA(전자선 마이크로프로브)에 의한 분석 결과이다. 본 실시 형태에서는, 중간 금속층(은층)을 적용하고 있어, 은층 내부에 용착재의 성분인 Cu가 확산된 확산 영역이 형성되었다. 확산 영역 내에 있어서의 Cu의 함유량은 경사적이었다. 이 도 6의 EPMA 분석의 Cu 농도의 라인에 기초하여 확산 영역의 두께를 측정하였다. 이 측정은, 용착재 내부에 있어서의 Cu의 라인에 대하여 중심선을 그은 후, 확산 영역 내부에 있어서의 경사지는 Cu의 라인(용착재 내부의 라인으로부터 우측 하방으로 내려가는 라인)에 대한 접선을 그었다. 그리고, 이들 선이 교차하는 부분을 확산 영역의 일단(시점)으로 하였다. 그리고, 중간 금속층 내부에 있어서의 Cu가 포함되어 있지 않은 영역(Cu의 강도가 제로에 가까운 값을 나타내는 영역)의 Cu의 라인에 대하여 중심선을 긋고, 이 선과, 확산 영역 내를 향하여 좌측 상방으로 올라가는 Cu의 라인의 접선이 교차하는 부분을 확산 영역의 타단(종점)으로 하였다. 이와 같이 하여 확산 영역의 시점과 종점을 정하여 두께를 측정한 결과, 5.0㎛의 확산 영역이 형성되어 있음이 확인되었다. 본 실시 형태에서는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여, 다른 실시예 및 비교예의 확산 영역의 두께를 측정하였다.

각 실시예 및 비교예에 있어서의 접합 폭(W) 및 용착재의 직경(D₁)과, 확산 영역의 두께의 측정 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 프로젝션을 2개 형성한 접점재에 대해서는, 평균값을 표 1에 기재하였다.

다음에, 각 실시예에 관한 테이프형 접점재를 절단하여 칩형 접점 부재를 제조하고, 단자에 접합하였을 때의 내구성을 평가하였다. 이 시험에서는, 길이 2.48㎜로 절단하고, 전기 접점의 단자를 모의한 Cu-Sn0.15％판에 칩형 접점 부재를 접합하였다. 그리고 이 접점 부재를 릴레이(DC14V, 30A)에 세트하여 내구 시험을 행하였다.

내구 시험에서는, 개폐 빈도를 0.3초 ON/4.5초 OFF로 하고, 12만회의 개폐를 행한 후에 용착의 유무를 확인하였다. 또한, 시험 후의 단자의 단면을 관찰하여, 접점 부재의 접합 상태의 확인, 접점 재료의 소모량의 확인을 행하였다. 이 단면 관찰에 있어서, 접점 재료의 잔존을 확인할 수 있고, 또한, 접점 부재와 단자의 접합 상태에 변화가 없을 때를 합격 「○」로 판정하였다. 한편, 접점 재료에 현저한 마모가 확인된 경우, 또는, 접점 부재와 단자의 접합 계면에 박리가 보인 경우에는, 불합격 「×」로 판정하였다.

또한, 본 실시 형태의 내구 시험에 대해서는, 종래 기술인 프로젝션이 형성된 용접 재료를 갖는 접점 부재에 대해서도 행하였다. 이 종래예는, 도 10과 같이 프로젝션이 일체적으로 형성된 Cu-30％Ni 합금을 포함하는 용접 재료에, 본 실시 형태와 동일한 접점 재료를 접합한 접점재이다. 본 실시 형태에서 사용하는 종래예는, 순Ag의 중간 금속을 통해 용접 재료와 접점 재료를 접합하고 있다. 이상, 각 실시예, 비교예, 종래예에 대하여 행한 내구 시험의 결과를 표 2에 나타낸다.

본 실시 형태의 내구 시험에서는, 12만회의 개폐 동작을 행하였지만, 어느 접점 부재에서도 용착은 보이지 않았다. 단, 시험 후의 접점재 근방의 단면 관찰로부터, 실시예와, 비교예 및 종래예 사이에 있어서, 시험 결과에 상이가 확인되었다.

도 7은 실시예 1, 실시예 4, 종래예의 내구 시험 후의 단자 단면의 사진이다. 도 7로부터, 종래예의 접점 부재에서는 접점 재료의 대부분이 소모되어 있어, 하지(중간 금속층인 Ag)가 노출되었다. 그 때문에, 내구 시험의 결과로서는 불합격이었다. 이 결과로부터, 종래예의 접점재를 적용하는 경우, 장기의 개폐 부하에 의해 고장이 발생한다고 생각된다. 이에 반해, 실시예 1 및 실시예 4에서는 접점 재료가 충분히 잔존하고 있고, 또한 접점재와 단자의 접합 상태도 양호하였기 때문에 합격의 판정으로 되었다. 실시예 2 내지 실시예 5의 접점 부재의 내구 시험 결과도 마찬가지였다.

각 실시예와 종래예의 대비로부터 확인된 접점 재료의 소모량의 상이는, 접점재와 단자의 접합 면적의 차에 기인하는 것으로 생각된다. 상술한 바와 같이, 본 발명은, 프로젝션을 구비하는 용접 부재를 적용하는 종래예의 접점재와 비교하면, 접합 면적을 크게 할 수 있다. 이 접합 면적의 증대에 의해, 접점 재료로부터 단자로의 방열량이 증가되기 때문에, 접점 재료의 부하가 경감되었다고 생각된다. 그리고, 부하 경감의 결과, 접점 재료의 소모가 억제되었다고 할 수 있다.

한편, 비교예 1 및 비교예 2의 접점재의 내구 시험 결과가 불합격으로 된 것은, 단면 관찰 시에 접점재와 단자의 접합 계면에서 박리가 관찰되기 때문이다. 이들 비교예는, 확산 영역의 두께가 2㎛ 미만(비교예 1) 또는 10㎛ 초과(비교예 2)로 되어 있었다. 확산 영역의 두께 부족은, 접점재의 접합 불량에 의한 박리의 직접적인 요인이 된다고 생각된다. 또한, 확산 영역의 두께가 과대해진 경우에는, 용착재의 조성 변동이 커져 용착재의 접합성이 저하되었다고 생각된다. 이와 같이, 확산 영역의 두께의 과부족은, 접점재의 박리의 요인이 될 수 있다고 생각된다. 금회의 내구 시험에서는, 시험 중에 접점재가 박리되어 비산되는 일은 없었지만, 전기 접점의 부하에 따라서는 사용 중의 박리도 발생할 수 있기 때문에, 확산 영역의 두께를 적절하게 할 필요가 확인되었다.

또한, 실시예 1, 2의 접점재에 대하여, 내구 시험 후의 확산 영역의 두께를 측정한바, 모두 내구 시험 전(제조 후의 상태)과 대략 동일함이 확인되었다. 접점재는, 전기 접점 제조 시에 단자에 접합할 때의 열처리나, 전기 접점 구동 중의 부하에 의한 발열 등의 열 영향이 우려된다. 본 발명의 접점 부재는, 그것들의 열 영향에 의한 구성 변화는 적다고 생각된다. 따라서, 본 발명은, 전기 접점의 단자 등에 내장되어 사용되어도, 구성 변화는 적고, 안정적으로 작용한다고 예측된다.

제2 실시 형태 : 본 실시 형태에서는, 조성이 상이한 복수종의 와이어형 용착재를 테이프형 접점 재료에 접합하여 테이프형 접점재를 제조하고, 그 접합력을 확인하였다. 여기에서는, Ag-Cu 합금을 기본으로 하고, 몇몇 첨가 금속을 첨가한 Ag-Cu 합금 용착재를 와이어(선 직경 : 0.16㎜)로 하여, 제1 실시 형태의 실시예 3과 동일한 접점 재료의 테이프재 및 Ag 중간 금속층의 테이프재에 접합·열처리하여 접점재를 제조하였다(실시예 6 내지 실시예 10, 비교예 3 내지 비교예 5). 프로젝션 등의 개수, 치수는 실시예 3과 동일하게 하였다. 또한, 본 실시 형태에서 제조한 각 실시예의 접점재는, 용착재 계면의 확산 영역의 두께가, 2㎛ 이상 10㎛ 이하의 범위 내에 있음이 확인되었다.

그리고, 제조한 테이프형 접점재에 대하여, 용착재(프로젝션)의 접합력을 확인하기 위한 비틀림 시험을 행하였다. 비틀림 시험에서는, 300㎜의 테이프형 접점재를 준비하고, 비틀림 각도를 360°(1회전)로 하여 오른쪽으로 24회전, 왼쪽으로 24회전시키는 비틀림을 4초간 행하고, 비틀림 후의 외관을 관찰하여, 용착재(프로젝션)의 박리의 유무를 확인하였다. 이 시험 결과를 표 3에 나타낸다.

비틀림 시험에 있어서, Ag-Cu 합금(실시예 7, 8) 혹은 Ag-Cu 합금에 P, Sn을 첨가한 합금(실시예 3, 6)을 접합한 경우, 양호한 접합력이 얻어진다고 할 수 있다. 이들 Zn이 포함되지 않는 테이프형 접점재이면, 용도에 따라서 임의 길이로 절단할 때라도 용착재의 박리의 우려는 없다고 할 수 있다. 한편, 실시예 11, 12 및 비교예 3 내지 비교예 5는, Zn을 포함하는 Ag-Cu 합금을 포함하는 용착재를 적용하는 예이다. 비교예 3 내지 비교예 5는, Zn을 20질량％ 이상 포함하는 Ag-Cu 합금이며, 비틀림 시험에 의해 용착재의 박리가 발생하므로, 절단 등의 취급에 주의가 필요로 된다. 또한, 실시예 9, 10은, Zn을 15질량％ 초과 포함하는 Ag-Cu 합금이며, 부분적이지만 박리가 발생하였다. Zn 함유량이 15％ 초과 20％ 이하인 용착재에 대해서는, 박리 발생에 주의를 하여 취급함으로써, 접합 불량을 발생시키지 않고 접점 성능이 확보된 접점 부재를 제조할 수 있다고 생각된다.

본 발명에 따르면, 개폐형 전기 접점의 구성 재료가 되는 칩형 접점 부재를 효율적으로 제조할 수 있다. 이 접점 부재는, 종래 기술인 프로젝션을 구비한 용접 재료가 부가된 접점 부재와는 달리, 용접 재료는 불필요하다. 그 때문에, 접점재를 높이 저감화할 수 있다. 또한, 접합성·내구성도 우수하다. 본 발명에 따르면, 릴레이, 스위치 등의 개폐형 전기 접점의 제조에 적합하게 기여할 수 있다. 특히, 차량 탑재용 릴레이에 있어서는 소형화가 요구되고 있기 때문에, 본 발명은 이와 같은 용도에 적합하다.

Claims (15)

1. 테이프형 접점 재료를 구비하는 테이프형 접점재에 있어서,
   상기 테이프형 접점 재료에, 적어도 하나의 와이어형 용착재가 접합되어 이루어지고,
   단면 형상에 있어서, 상기 용착재를 포함하며, 상기 접점 재료의 표면으로부터 돌출되는 프로젝션이 적어도 하나 형성되어 있고,
   또한, 상기 접점 재료의 내부에, 상기 용착재를 구성하는 금속 성분을 함유하는 확산 영역이 상기 용착재와의 계면을 따라서 형성되어 있고,
   상기 확산 영역의 두께가, 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 테이프형 접점재.
2. 테이프형 접점 재료를 구비하는 테이프형 접점재에 있어서,
   상기 테이프형 접점 재료에, 테이프형 중간 금속층, 및 적어도 하나의 와이어형 용착재가 접합되어 이루어지고,
   단면 형상에 있어서, 상기 용착재에 의해 상기 중간 금속층의 표면으로부터 돌출되는 프로젝션이 적어도 하나 형성되어 있고,
   또한, 상기 중간 금속층에, 상기 용착재를 구성하는 금속 성분을 함유하는 확산 영역이 상기 용착재와의 계면을 따라서 형성되어 있고,
   상기 확산 영역의 두께가, 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 테이프형 접점재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   테이프형 접점 재료와 와이어형 용착재의 접합 폭 W가, 상기 와이어형 용착재 직경 D₁에 대하여 W≥0.5D₁로 되어 있는 테이프형 접점재.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   용착재는, Ag-Cu 합금을 포함하는 테이프형 접점재.
5. 제4항에 있어서,
   용착재는, P, Sn, In, Ni, Si, Mn 중 적어도 어느 것을 포함하는 Ag-Cu 합금을 포함하는 테이프형 접점재.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   접점 재료는, Ag계 접점 재료인 테이프형 접점재.
7. 제6항에 있어서,
   접점 재료는, Cu, Ni, Zn, Sn, In 중 적어도 어느 것의 금속을 포함하는 Ag계 접점 재료인 테이프형 접점재.
8. 제2항에 있어서,
   중간 금속층은, Ag, Ni, Cu 중 적어도 어느 것의 금속을 포함하는 테이프형 접점재.
9. 제1항 또는 제2항에 기재된 테이프형 접점재의 제조 방법이며,
   테이프형 접점 재료에 적어도 하나의 와이어형 용착재를 압접하는 공정과,
   추가로, 500℃ 이상이며 상기 용착재의 융점 이하의 온도에서 가열하여 확산 영역을 형성하는 공정을 포함하는 테이프형 접점재의 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    테이프형 접점 재료와 테이프형 중간 금속층을 접합한 후, 상기 테이프형 중간 금속층에 적어도 하나의 와이어형 용착재를 압접하는 테이프형 접점재의 제조 방법.
11. 제9항에 있어서,
    테이프형 접점 재료에, 테이프형 중간 금속층 및 적어도 하나의 와이어형 용착재를 압접하는 테이프형 접점재의 제조 방법.
12. 제10항에 있어서,
    와이어형 용착재를, 테이프형 접점 재료 또는 테이프형 중간 금속층에 압접할 때, 상기 와이어형 용착재의 접합 폭 W가, 와이어형 용착재의 직경 D₀에 대하여 W≥0.5D₀이 될 때까지 가압하여 접합하는 테이프형 접점재의 제조 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 기재된 테이프형 접점재를 절단하여 이루어지는 칩형 접점 부재.
14. 제13항에 기재된 칩형 접점 부재를 사용한 전기 접점의 제조 방법이며,
    상기 칩형 접점 부재를 상기 전기 접점의 단자에 접합하는 공정을 포함하고,
    상기 접합 공정에서, 상기 칩형 접점 부재를 상기 단자에 가압하면서 통전함으로써, 상기 접점 부재의 용착재를 용융시켜 접합하는 전기 접점의 제조 방법.
15. 제13항에 기재된 칩형 접점 부재를 구비하는 릴레이.

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