JPH04322017A

JPH04322017A - 接点材料

Info

Publication number: JPH04322017A
Application number: JP9068991A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ozaki; 正則尾崎; Hideaki Murata; 秀明村田
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1991-04-22
Filing date: 1991-04-22
Publication date: 1992-11-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は接点材料に関し、更に詳
しくは、高硬度，高融点で、耐摩耗性や耐環境性に優れ
ていて、とくに、リードリレー，リードスイッチ，通信
機用リレー，制御用リレー，マイクロスイッチ，キーボ
ードスイッチ，摺動接点などの材料として有用な接点材
料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、形状が小型の電気接点の材料
には、動作時における接触力が小さいということからし
て、電気伝導性が優れているＡｕ，Ａｕ合金，Ａｇ，Ａ
ｇ合金などが用いられてきた。しかしながら、上記材料
は、硬度がＨｖ１００〜２００程度の軟質材料であり、
また融点が９００〜１０６０℃と低融点であるため、開
閉動作回数が多くなると、消耗は下地金属にまで進み、
そのときの消耗粉が接点表面に飛散して接触抵抗の増大
を招き、接触抵抗の初期安定性を確保できなくなるとい
うことが多い。

【０００３】また、この接点材料の場合、接点動作時の
温度上昇によって材料が軟化し、その結果、接点表面の
粘着や、ロッキングによる動作遅れ（復旧不良）が生じ
、接点の動作寿命を著しく短くするという問題がある。更には、接点動作時の温度上昇によって材料の酸化が促
進されて、接触抵抗の増大を引き起こすという問題も生
ずる。

【０００４】一方、上記材料をリードスイッチなどに用
いた場合、接触圧力は小さく、また接点層の厚みを厚く
することが困難であるため、接点層にＷやＭｏのような
高融点材料を用いると接触抵抗の増大を防止することが
できない。このようなことから、上記したリードスイッ
チの接点材料としては、ＲｈやＲｕのような貴金属をめ
っきした貴金属めっき接点が広く用いられている。

【０００５】しかしながら、例えばＲｈめっき接点の場
合、実使用前の保管期間中に、雰囲気中に含有されてい
る有機ガスや、下地金属の表面にあらかじめ吸着されて
いる有機ガスによって表面汚染を受けて接触抵抗が増大
することが多い。また、この接点を製造する際には、下
地になる例えばＦｅやＮｉなどの弾条またはリード片に
直接Ｒｈめっきを施すことができないため、一旦、Ａｕ
，Ａｇ，Ｃｕなどのめっき層を形成したのちその上にＲ
ｈめっきを施すことが必要である。したがって、有効な
Ｒｈめっき層の厚みは薄くなり、また、製造工程も複雑
になり、接点としての加工コストの上昇を招く。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の接点
材料における上記した問題を解決し、高硬度，高融点で
あり、また耐酸化性で、有機ガス等による表面汚染も受
けず、しかも安価に製造することができる接点材料の提
供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、接点基材の表面に、ＳｎＯ
２　，Ｉｎ２　Ｏ３　，ＰｂＯ，ＰｂＯ２　，ＣｄＯ，
Ｃｄ２　ＳｎＯ４　，Ｉｎ−Ｓｎ酸化物，Ｖ２　Ｏ３　
，ＦｅＯ，Ｆｅ３　Ｏ４　，ＲｕＯ２　，Ｒｈ２　Ｏ３
　，ＲｈＯ２　，ＲｅＯ２　，ＩｒＯ２　，ＴｉＯ，Ｔ
ｉ２　Ｏ３　の群から選ばれる少なくとも１種を主成分
とする導電性金属酸化物から成る厚み０．０３〜１００
μｍの接点被覆層が形成されていることを特徴とする接
点材料（第１の接点材料という）が提供され、また、前
記接点基材と接点被覆層との間に、軟質金属から成る厚
み０．０１μｍ以上の中間層が介在していることを特徴
とする接点材料（第２の接点材料という）が提供され、
更に、前記した第１の接点材料または第２の接点材料の
全体の表面に厚み０．０１μｍ以上の金属層が表面層と
して形成されていることを特徴とする接点材料（第３の
接点材料という）が提供される。

【０００８】まず、本発明の接点材料において、その接
点基材には、Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ｆｅ合金またはＮｉ合金
など、その価格が比較的安価である材料が用いられる。第１の接点材料においては、この接点基材の表面に、直
接、接点被覆層が形成されている。ここで、接点被覆層
は、ＳｎＯ２　，Ｉｎ２　Ｏ３　，ＰｂＯ，ＰｂＯ２　
，ＣｄＯ，Ｃｄ２　ＳｎＯ４　，Ｉｎ−Ｓｎ酸化物（Ｉ
ＴＯ），Ｖ２　Ｏ３　，ＦｅＯ，Ｆｅ３　Ｏ４　，Ｒｕ
Ｏ２　，Ｒｈ２　Ｏ３　，ＲｈＯ２　，ＲｅＯ２　，Ｉ
ｒＯ２　，ＴｉＯ，Ｔｉ２　Ｏ３　の１種または２種以
上の導電性金属酸化物を主成分にして構成されている。

【０００９】これらの接点被覆層は、化学的に安定で、
耐酸化性や耐摩耗性などの耐環境性に優れ、硬度や融点
が高く移転消耗を起こしずらく、摩耗も少ないため、接
点の動作寿命を向上させて接点の信頼性を高める働きを
する。そして、その厚みは、０．０３〜１００μｍに設
定される。この接点被覆層の厚みが０．０３μｍ未満の
場合は、接点材料として求められる良好な導電性が得ら
れないため接触抵抗の増大を招き、同時に耐摩耗性も不
充分であるため、接点としての満足すべき動作寿命が得
られない。また逆に、厚みが１００μｍを超える場合は
、後述するこの層の成膜時に上記導電性金属酸化物の結
晶が粗大化して成膜層の表層部に表面荒れを生ずるよう
になり、接触抵抗の増大を招いて動作時に温度上昇が生
じ、同時に、安定な熱伝導性が得られなくなる。

【００１０】この接点被覆層は次のようにして形成され
る。すなわち、まず接点基材の表面を平滑に研磨加工し
、更に、電解研磨などによって精密研磨し、つづけて、
この研磨表面に、イオンボンバード，電子シャワーなど
を浴びせて表面洗浄を行ったのち、ここに、プラズマＣ
ＶＤ法，スパッタリング法，イオンアシスト蒸着法，イ
オンプレーティング法など、常用の成膜技術を適用して
所望組成，所望厚みの上記導電性金属酸化物の層を形成
する。

【００１１】なお、この接点被覆層は、接点基材の表面
に１層だけ形成されていてもよいが、同種または異種の
上記導電性金属酸化物を積層して複数層にすると、成膜
時に発生する層内ピンホール数を低減でき、また各層が
全体の被覆層において互いに特性を補完するようになっ
て有効である。第２の接点材料は、上記した第１の接点
材料において、接点基材と接点被覆層との間に、軟質金
属から成る中間層を介在させたものである。

【００１２】用いる軟質金属は、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｒ，Ｔｉ
，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒのいずれか１種ま
たは２種以上である。この中間層は、接点基材と接点被
覆層との間の密着性を高め、また接点被覆層の応力緩和
に資するとともに、接点基材と接点被覆層間の熱膨張差
に基づく応力発生を緩和して両者間の剥離を防止し、更
に、構成材料が軟質な材料であるため、接点材料として
の実質硬度を下げ、また接触抵抗も低下させるので、回
路閉時において接点部に加わる運動エネルギーを緩和し
てチャタリングの減少に資する。そして、このチャタリ
ングの減少に伴い、チャタリングアークの発生回数も減
少するので、接点部における動作寿命は長くなる。しか
も、投入誤動作が著しく減少して、接点としての信頼性
は向上する。

【００１３】また、この中間層が形成されることにより
、この表面に成膜される接点被覆層は平滑になるため、
接触抵抗は低くかつ安定して、接点特性の向上が可能に
なる。この中間層の厚みは０．０１μｍ以上に設定され
ている。この厚みが０．０１μｍより薄い場合は、成膜
時にピンホールが多発して、このピンホールから腐食が
進行して、この上に形成されている接点被覆層の接触抵
抗が増大する。また、中間層の厚みの上限は、製造コス
トや、目的とする接点のサイズと接点間距離との関係か
ら適宜に決めればよい。

【００１４】この中間層は、接点被覆層の場合と同様に
、プラズマＣＶＤ法，スパッタリング法，イオンアシス
ト蒸着法，イオンプレーティング法などで形成してもよ
く、また、電解めっき法で形成してもよい。なお、中間
層は、上記した方法で成膜したのち、更に所定の温度で
熱処理して接点基材との間における拡散処理を施すと、
接点基材との密着性が一層向上するので有効である。

【００１５】本発明の第３の接点材料は、第１の接点材
料または第２の接点材料における接点被覆層の上に、後
述する金属から成る表面層を形成したものである。この
金属表面層は、接点部における実質硬度を下げて接触抵
抗の安定化に資する。そのことによって、接点への運動
エネルギーが、この金属表面層である程度消耗されるよ
うになり、接点部が弾性的にはねあげられることによっ
て起こるチャタリングは減少して接点部の動作寿命が向
上する。しかも、チャタリングに伴う、導入誤動作は著
しく減少し、接点の信頼性は高くなる。また、接点部に
おける接触面積は増大して、接触抵抗は低くなると同時
に安定化する。

【００１６】このような金属表面層を構成する金属とし
ては、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａ
ｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，
Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏの１種または２種以上が
用いられる。この金属表面層の厚みは０．０１μｍ以上
に設定される。この厚みが０．０１μｍ未満の場合は、
ピンホールが多数発生してしまい上記した効果がほとん
ど得られないからである。

【００１７】また、金属表面層の厚みの上限は、製造コ
ストや、目的とする接点のサイズと接点間距離との関係
から適宜に決めればよい。この金属表面層は、前記した
接点被覆層や中間層の場合と同様に、プラズマＣＶＤ法
，スパッタリング法，イオンアシスト蒸着法，イオンプ
レーティング法などで形成してもよく、また、電解めっ
き法で形成してもよい。

【００１８】

【実施例】実施例１５２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の接点基材を有機洗剤で洗浄し、
更に電解研磨によって表面を清浄にしたのち、これを真
空槽にセットし、その片面をＡｒのイオンボンバードに
よって洗浄した。ついで、イオンアシスト蒸着法によっ
て、接点基材の表面に厚み１．０μｍのＰｂＯ層を成膜
した。

【００１９】実施例２ＰｂＯ層の厚みを１０μｍにしたことを除いては実施例
１と同様の方法で接点材料を製造した。実施例３ＰｂＯ層の厚みを８０μｍにしたことを除いては実施例
１と同様の方法で接点材料を製造した。

【００２０】比較例１ＰｂＯ層の厚みを０．００２μｍにしたことを除いては
実施例１と同様の方法で接点材料を製造した。比較例２ＰｂＯ層の厚みを１３０μｍにしたことを除いては実施
例１と同様の方法で接点材料を製造した。

【００２１】実施例４Ａｒによるイオンボンバード処理を施さなかったことを
除いては、実施例１と同様にして接点材料を製造した。実施例５実施例１と同様にＡｒのイオンボンバードにより５２％
Ｎｉ−Ｆｅ合金基材の表面を洗浄したのち、ここに、Ｃ
ＶＤ法で厚み５μｍのＶ２　Ｏ３　層を形成した。

【００２２】実施例６実施例１と同様にＡｒのイオンボンバードにより５２％
Ｎｉ−Ｆｅ合金基材の表面を洗浄したのち、ここに、ス
パッタリング法で厚み３．０μｍのＲｅＯ２　層を形成
した。実施例７実施例１と同様にＡｒのイオンボンバードにより５２％
Ｎｉ−Ｆｅ合金基材の表面を洗浄したのち、ここに、反
応性蒸着法で厚み１．０μｍのＳｎＯ２層を形成した。

【００２３】実施例８実施例１と同様にＡｒのイオンボンバードにより５２％
Ｎｉ−Ｆｅ合金基材の表面を洗浄したのち、ここに、ス
パッタリング法で厚み０．５μｍのＩｒＯ２　層，厚み
０．５μｍのＳｎＯ２　層を順次形成した。実施例９実施例１と同様にＡｒのイオンボンバードにより５２％
Ｎｉ−Ｆｅ合金基材の表面を洗浄したのち、ここに、ス
パッタリング法で厚み２．０μｍのＲｈＯ２　層，厚み
３．０μｍのＩＴＯ層を順次形成した。

【００２４】従来例１有機洗浄による洗浄，電解研磨を順次行なって表面を清
浄にした５２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の基材の片面に、化学め
っき法によって厚み３００μｍのＡｇ−３０％Ｐｄ合金
めっき層を形成した。従来例２基材の片面に、化学めっき法により、厚み１．０μｍの
Ａｕ層を形成し、更にその上に、同じく化学めっき法に
よって厚み２．０μｍのＲｈ層を形成した。

【００２５】以上１３種類の接点材料から電気接点を切
り出してリードスイッチＳとし、このリードスイッチＳ
を、図１で示したように、ケーブルＣと抵抗Ｒ（５００
Ω），電流計Ａを介して電源Ｅ（５０Ｖ）に接続して回
路を構成し、この回路に１００ｍＡの電流を流してスイ
ッチの開閉動作を行なって、閉時の接触抵抗とスイッチ
温度上昇を測定した。また、接点部の溶着や粘着に伴う
累積故障率が５０％以上となる動作回数を調べた。

【００２６】また、各接点に、室温←→４００℃の加熱
−冷却のヒートサイクルを１００回加えて、そのときに
、接点表面層の外観割れを観察するヒートサイクル試験
を行った。外観の変化なし：◎，割れが発生：○，多少
割れが発生：△として評価した。更に、各接点を４５０
℃の大気中に５０時間放置して耐酸化性を調べた。ほと
んど表面酸化が認められない：○，幾分表面酸化が認め
られる：△として評価した。

【００２７】また、各接点を、ベンゼンの飽和蒸気を充
満させたデシケータの中に２４時間放置し、その表面状
態より有機ポリマーの発生程度を観察し、発生が認めら
れなかったものを○印，幾分発生が認められたものを△
印とした。以上の結果を一括して表１に示した。なお、
参考のため、材料コスト，層形成に要する時間，加工に
要するコストを加味して全体的なコストの高低も併記し
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例１０５２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の接点基材を有機洗剤で洗浄し、
更に電解研磨によって表面を清浄にしたのち、これを真
空槽にセットし、その片面をＡｒのイオンボンバードに
よって洗浄した。ついで、イオンアシスト蒸着法によっ
て、接点基材の表面に厚み１．０μｍのＡｇ層，厚み１
．０μｍのＰｂＯ層を順次成膜した。

【００３０】実施例１１Ａｇ層の厚みを１０μｍにしたことを除いては実施例１
０と同様の方法で接点材料を製造した。実施例１２Ａｇ層の厚みを５０μｍにしたことを除いては実施例１
０と同様の方法で接点材料を製造した。

【００３１】実施例１３ＰｂＯ層の厚みを１０．０μｍにしたことを除いては実
施例１０と同様の方法で接点材料を製造した。実施例１４ＰｂＯ層の厚みを８０μｍにしたことを除いては実施例
１０と同様の方法で接点材料を製造した。

【００３２】比較例３Ａｇ層の厚みを０．００５μｍにしたことを除いては実
施例１０と同様の方法で接点材料を製造した。比較例４ＰｂＯ層の厚みを０．０２μｍにしたことを除いては実
施例１０と同様の方法で接点材料を製造した。

【００３３】比較例５ＰｂＯ層の厚みを１３０μｍにしたことを除いては実施
例１０と同様の方法で接点材料を製造した。実施例１５Ａｇ層に代えて厚み１．０μｍのＡｕ層を真空蒸着法で
成膜したことを除いては実施例１０と同様の方法で接点
材料を製造した。

【００３４】実施例１６実施例１０と同様の方法で表面洗浄した５２％Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金の表面にスパッタリング法で厚み１．０μｍのＡ
ｇ層と厚み１．０μｍのＣｕ層を中間層として順次成膜
し、つづいて反応性スパッタリング法で厚み１．０μｍ
のＶ２　Ｏ３　層を上記Ｃｕ層の上に成膜した。

【００３５】実施例１７実施例１０と同様の方法で表面洗浄した５２％Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金の表面にスパッタリング法で厚み１．０μｍのＮ
ｉ層を成膜し、つづいてＣＶＤ法で厚み１．０μｍのＩ
ｒＯ２　層と厚み１．０μｍのＳｎＯ２　層を上記Ｃｕ
層の上に順次成膜した。実施例１８実施例１０と同様の方法で表面洗浄した５２％Ｎｉ−Ｆ
ｅ合金の表面に、真空蒸着法で厚み０．５μｍのＣｕ層
と厚み１．０μｍのＮｉ層を中間層として順次成膜し、
つづいて反応性スパッタリング法で厚み０．５μｍのＳ
ｎＯ２　層を上記Ｎｉ層の上に成膜した。

【００３６】上記１２種類の接点材料につき、実施例１
〜９の場合と同様にして接点特性を調べた。以上の結果
を一括して表２に示した。

【００３７】

【表２】

【００３８】実施例１９５２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の接点基材を有機洗剤で洗浄し、
更に電解研磨によって表面を清浄にしたのち、これを真
空槽にセットし、その片面をＡｒのイオンボンバードに
よって洗浄した。ついで、基材表面に真空蒸着法で厚み
１．０μｍのＰｂＯ層を成膜し、更にスパッタリング法
で厚み０．１μｍのＡｕ層を成膜した。

【００３９】実施例２０ＰｂＯ層の厚みを１０．０μｍにしたことを除いては実
施例１９と同様の方法で接点材料を製造した。実施例２１ＰｂＯ層の厚みを８０μｍにしたことを除いては実施例
１９と同様の方法で接点材料を製造した。

【００４０】比較例６ＰｂＯ層の厚みを０．００２μｍにしたことを除いては
実施例１９と同様の方法で接点材料を製造した。比較例７ＰｂＯ層の厚みを１３０μｍにしたことを除いては実施
例１９と同様の方法で接点材料を製造した。

【００４１】比較例８Ａｕ層の厚みを０．０００５μｍにしたことを除いては
実施例１９と同様の方法で接点材料を製造した。実施例２２５２％Ｎｉ−Ｆｅ合金の接点基材を有機洗剤で洗浄し、
更に電解研磨によって表面を清浄にしたのち、これを真
空槽にセットし、その片面をＡｒのイオンボンバードに
よって洗浄した。ついで、基材表面に反応性真空蒸着法
で厚み１．０μｍのＰｂＯ層を成膜し、更にスパッタリ
ング法で厚み０．１μｍのＰｔ層を成膜した。

【００４２】実施例２３Ｐｔ層に代えて厚み０．１μｍのＰｄ層を成膜したこと
を除いては実施例２２と同様の方法で接点材料を製造し
た。実施例２４ＰｂＯ層に代えて厚み５．０μｍのＲｅＯ２　層，Ｐｔ
層の代えて厚み０．１μｍのＡｕ層を成膜したことを除
いては実施例２２と同様の方法で接点材料を製造した。

【００４３】実施例２５ＲｅＯ２　層に代えて厚み１．０μｍのＩｒＯ２　層を
成膜したことを除いては実施例２４と同様の方法で接点
材料を製造した。実施例２６ＲｅＯ２　層に代えて厚み１．０μｍのＩＴＯ層を成膜
したことを除いては実施例２４と同様の方法で接点材料
を製造した。

【００４４】実施例２７実施例２２と同様の方法で基材表面を洗浄し、ついでス
パッタリング法で厚み０．５μｍのＶ２　Ｏ３　層と厚
み０．５μｍのＳｎＯ２　層を順次成膜し、更にその上
に厚み０．１μｍのＡｕ層を成膜した。実施例２８スパッタリング法で厚み３．０μｍのＲｈＯ２　層と厚
み２．０μｍのＳｎＯ２　層を順次成膜したことを除い
ては実施例２７と同様の方法で接点材料を製造した。

【００４５】実施例２９ＲｈＯ２　層に代えて厚み０．２μｍのＩｒＯ２　層，
ＳｎＯ２　層に代えて厚み０．２μｍのＦｅ３　Ｏ４　
層を順次成膜したことを除いては実施例２８と同様の方
法で接点材料を製造した。上記１４種類の接点材料につ
き、実施例１〜９の場合と同様にして接点特性を調べた
。以上の結果を一括して表３に示した。

【００４６】

【表３】

【００４７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
接点材料は、接点部表面における耐酸化性，耐有機ガス
腐食性は良好で、初期接触抵抗は低くかつ安定していて
、温度上昇も低いので、接点としての動作寿命は長い。

【図面の簡単な説明】

【図１】スイッチの接触抵抗の測定に用いる回路の概略
図である。

【符号の説明】

Ｓ　　スイッチＣ　　ケーブルＲ　　抵抗Ｅ　　電源Ａ　　電流計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　接点基材の表面に、ＳｎＯ２　，Ｉｎ
２　Ｏ３　，ＰｂＯ，ＰｂＯ２　，ＣｄＯ，Ｃｄ２　Ｓ
ｎＯ４　，Ｉｎ−Ｓｎ酸化物，Ｖ２　Ｏ３　，ＦｅＯ，
Ｆｅ３　Ｏ４　，ＲｕＯ２　，Ｒｈ２　Ｏ３　，ＲｈＯ
２　，ＲｅＯ２　，ＩｒＯ２　，ＴｉＯ，Ｔｉ２　Ｏ３
　の群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする導電
性金属酸化物から成る厚み０．０３〜１００μｍの接点
被覆層が形成されていることを特徴とする接点材料。
【請求項２】　　前記接点被覆層が複数の層である請求
項１の接点材料。
【請求項３】　　前記接点基材と前記接点被覆層との間
に、軟質金属から成る厚み０．０１μｍ以上の中間層が
介在している請求項１の接点材料。
【請求項４】　　前記軟質金属が、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，
Ｃｏ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｍｇ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｓｒ，Ｔ
ｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの群
から選ばれる少なくとも１種を主成分とする請求項３の
接点材料。
【請求項５】　　全体の表面に厚み０．０１μｍ以上の
金属層が表面層として形成されている請求項１〜４のい
ずれかの接点材料。
【請求項６】　　前記金属層が、Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｒ
ｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ
，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍ
ｏの群から選ばれる少なくとも１種を主成分とする請求
項５の接点材料。