JPH113624A - 封入接点材料および前記材料を電極に用いた封入接点 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高負荷条件でも接点寿命が長い、安価な封入
接点材料を提供する。 【解決手段】 接点基材上に厚さ０．１μｍ以上の被覆
層が形成され、前記被覆層がＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜５０at％含
み、ＣまたはＳｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜
５０at％含み、Ｏ（酸素）を０〜４０at％含み、残部が
５９at％以上のＣｕまたはＡｇからなる封入接点材料。 【効果】 Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどのアーク
損傷分散元素を含み、またＣまたはＳｉの耐溶融元素を
含むため、アーク放電が発生する高負荷条件でも良好な
接点寿命が得られる。また高価なＲｈやＲｕなどを用い
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、非酸化性雰囲気中
で開閉を行う封入型のリ−ドスイッチ、リレーなどの電
極に適した、開閉動作が長期間安定して行われ、かつ安
価な封入接点材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】封入接点は、非酸化性雰囲気としたガラ
スやプラスチック製の封入容器の中に封入接点材料が電
極として装着された構造のものである。前記封入接点材
料には、従来よりＮｉ−Ｆｅ系合金基材上にＡｇ、Ａ
ｕ、Ｃｕなどのめっき層を形成し、その上に、高融点
で、電気伝導度、硬度、耐消耗性に優れるＲｈまたはＲ
ｕの層を被覆した材料が多用されている。前記Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｃｕなどのめっき層は、接点の開閉動作時のジュー
ル熱で、被覆層のＲｈやＲｕが基材に拡散するのを防止
し、またＲｈまたはＲｕの被覆層と接点基材との密着性
を改善する作用も果たす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の封入接
点材料は、高価なＲｈやＲｕを用いるためコスト高にな
るという欠点があった。そこで、Ｎｉ−Ｆｅ系合金基材
上にＣｕ−Ｎｉ拡散層を形成した封入接点材料が提案さ
れた。しかし、この材料はアーク放電が発生するような
高負荷条件では接点間に開閉不良が起きるため、やはり
ＲｈやＲｕを被覆する必要があり、コスト的に不利であ
った。

【０００４】このようなことから、本発明者等は高負荷
条件でも十分適用できる封入接点材料について鋭意研究
を行い、被覆層のベース金属（Ｃｕなど）にＣｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどを添加するとアークによる損
傷が分散され、またＣやＳｉなどを添加するとベース金
属の消耗移転が抑えられ、これらにより封入接点の開閉
動作が飛躍的に向上することを見いだし、さらに研究を
進めて本発明を完成させるに至った。本発明は高負荷条
件でも開閉動作が長期間安定してなされ、かつ安価な封
入接点材料、および前記封入接点材料を電極に用いた封
入接点の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
接点基材上に厚さ０．１μｍ以上の被覆層が形成され、
前記被覆層が、ＣｕまたはＡｇのうちの少なくとも１元
素を５９at％以上、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのう
ちの少なくとも１元素を０．５〜４０at％、ＣまたはＳ
ｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜３０at％、Ｏ
（酸素）を０〜２０at％含み、残部が不可避不純物から
なることを特徴とする封入接点材料である。

【０００６】請求項２記載の発明は、被覆層の厚さ方向
の各合金元素の濃度変動が±５at％以下であることを特
徴とする請求項１記載の封入接点材料である。

【０００７】請求項３記載の発明は、被覆層が組成の異
なる２以上の層からなり、各層が、ＣｕまたはＡｇのう
ちの少なくとも１元素を５９at％以上、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１元素を０〜４０at
％、ＣまたはＳｉのうちの少なくとも１元素を０〜３０
at％、Ｏ（酸素）を０〜２０at％含み、残部が不可避不
純物からなることを特徴とする請求項１記載の封入接点
材料である。

【０００８】請求項４記載の発明は、被覆層に、Ｃｒ、
Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１元素が被
覆層の厚さ方向に濃度勾配を有して含まれていることを
特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の封入接
点材料である。

【０００９】請求項５記載の発明は、被覆層に、Ｃまた
はＳｉのうちの少なくとも１元素が被覆層の厚さ方向に
濃度勾配を有して含まれていることを特徴とする請求項
１、２、３、４のいずれかに記載の封入接点材料であ
る。

【００１０】請求項６記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５のいずれかに記載の封入接点材料を電極に用
いたことを特徴とする封入接点である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において、接点基材には、
強度と導電性を有する任意の金属材料が用いられる。例
えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｃｏ−Ｆ
ｅ−Ｎｂ系合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ａｌ−Ｔｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ系合金、炭素鋼、
リン青銅、洋白、黄銅、ステンレス鋼、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓ
ｎ系合金、Ｃｕ−Ｔｉ系合金などが用いられる。本発明
では、接点基材上にＮｉなどの下地層を設けておくと、
接点基材の被覆層への拡散が抑制され、良好な接点特性
がより長期間安定して得られる。

【００１２】本発明において、被覆層を構成するＣｕま
たはＡｇは、被覆層のベースとなる安価な金属元素で、
被覆層に導電性を付与する。その含有量を５９at％以上
に規定する理由は、５９at％未満では被覆層に要求され
る導電性が十分に得られないためである。

【００１３】Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉは、使用中
に発生するアーク放電を接点面全体に分散させて、接点
面の形状損傷に起因する動作不良を改善する。その含有
量を０．５〜４０at％に規定する理由は、０．５at％未
満ではその効果が十分に得られず、４０at％を超えると
融点が低下して接点の消耗が激しくなるためである。以
後、前記Ｃｒなどの諸元素はアーク損傷分散元素と称す
る。

【００１４】ＣまたはＳｉは高融点元素であり、ベース
金属（Ｃｕ、Ａｇ）の消耗や対極への移転を抑える作用
を有する。その含有量を０．５〜３０at％に規定する理
由は、０．５at％未満ではその効果が十分に得られず、
３０at％を超えると、被覆層が脆くなり、表面が膜状に
剥がれ易くなるためである。以後、ＣまたはＳｉは耐溶
融元素と称する。適量のＯ（酸素）は、被覆層の融点と
硬度を高めて耐消耗性を向上させる。その含有量を０〜
２０at％に規定した理由は、２０at％を超えると被覆層
がポーラスになり、また脆くなって接点寿命が低下する
ためである。本発明では、被覆層全体の組成を請求項１
記載の範囲に規定する。本発明において、被覆層の厚さ
を０．１μｍ以上に規定した理由は、０．１μｍ未満で
は十分な接点寿命が得られないためである。

【００１５】請求項２記載の発明は、被覆層の各元素の
厚さ方向の濃度のばらつきを低く抑えて、つまり被覆層
を均質化して、接点特性の経時的変動を低減させたもの
である。前記濃度のばらつきは±５at％以下において、
特にその効果が顕著となる。

【００１６】請求項３記載の発明は、被覆層を組成の異
なる２以上の層により構成したもので、このように層を
２以上にすることにより、たとえば、接点基材側と接点
面側とで組成を適性に選択でき、開閉動作寿命の向上を
効率よく実現できる。

【００１７】請求項４記載の発明は、アーク損傷分散元
素が、被覆層の厚さ方向に濃度勾配を有している封入接
点材料で、例えば、アーク損傷分散元素の濃度が表面側
で高くなるように勾配を付けたものは、少量のアーク損
傷分散元素でその効果が得られる。またアーク損傷分散
元素の濃度が表面側で低くなるように勾配を付けたもの
は、使用中にアーク損傷分散元素が被覆層表面に徐々に
拡散して、所要量のアーク損傷分散元素が被覆層表面に
長期に渡り保持される。

【００１８】請求項５記載の発明は、耐溶融元素が、被
覆層の厚さ方向に濃度勾配を有している封入接点材料
で、例えば、耐溶融元素の濃度が表面側で高くなるよう
に勾配を付けたものは、少量の耐溶融元素で接点間のア
ーク損傷を防止できる。また耐溶融元素の濃度が表面側
で低くなるように勾配を付けたものは、使用中に耐溶融
元素が被覆層表面に徐々に拡散して、所要量の耐溶融元
素が被覆層表面に長期に渡り保持される。アーク損傷分
散元素と耐溶融元素の両方に濃度勾配を付けることによ
り、その効果が一段と向上する。本発明において、被覆
層の形成には、スパッタリング法などの気相成長法が組
成の濃度分布を容易に制御できて好便である。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項１、２、
３、４、５のいずれかに記載の封入接点材料を電極に用
いた封入接点で、その電極（接点材料）のアークによる
損傷が少なく、またベース金属の消耗移転が抑制されて
開閉動作が飛躍的に向上した封入接点材料である。

【００２０】

【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）Ｎｉ−４８at％Ｆｅ合金板 (１×１×0.2m
m)を接点基材に用い、その上に本発明で規定した組成の
被覆層を形成して封入接点材料を作製した。先ず、前記
接点基材の表面をアセトンで５分間超音波洗浄し、更に
リン酸を用いた電解研磨により洗浄した。次にこの接点
基材を真空チャンバ内にセットし、チャンバ内を２×１
０^-4Ｐａ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なが
らＡｒガスを導入してチャンバ内を１×１０^-1Ｐａに安
定させた。次に、接点基材に−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イオンでイオンボンバード処理を行
って接点基材の表面を清浄化した。次にチャンバ内を
０．６６ＰａのＡｒまたはＡｒ＋Ｏ₂ ガス雰囲気とし、
４００℃に保持した接点基材表面に被覆層を１層に形成
した。前記被覆層はＲＦマグネトロンスパッタ法により
形成した。ターゲットにはベース金属元素、耐溶融元
素、アーク損傷分散元素の中からそれぞれ少なくとも１
元素を用いた。Ｏ量は雰囲気中の酸素分圧を変えること
により制御した。蒸着レートは種々に変化させた。

【００２１】（比較例１）被覆層の組成を本発明の規定
値外とした他は、実施例１と同じ方法により封入接点材
料を作製した。

【００２２】このようにして得られた各々の封入接点材
料を電極に用いてＮ₂ ガス封入のリードスイッチを作製
し、これらリードスイッチの接点寿命を室温下で試験し
た。接点寿命は、電極間にアーク放電が発生する高負荷
(100Ｖ-0.5Ａ-10Hz)下で、４０Ampere Turn の駆動磁界
により開閉動作を反復させ、開閉不良が生じるまでの動
作回数（接点寿命）で現した。試験本数は各１０本ずつ
とした。結果を表１、２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表１より明かなように、本発明例品のNo.1
〜15はいずれも接点寿命が長く、かつ非常に安定してい
る。これに対し、表２に示した比較例品では、No.1〜3
は耐溶融元素が含有されていないため、No.4〜6 は損傷
分散元素が含有されていないため、No.7,8は耐溶融元素
のＣが多いため、No.9,10 は被覆層の厚さが薄いため、
いずれも平均寿命が低下した。

【００２６】（実施例２）被覆層を組成の異なる２以上
の層で構成した他は、実施例１と同様な方法で封入接点
材料を作製した。蒸着条件は層毎に変えた。

【００２７】（比較例２）被覆層の組成を、本発明の規
定外とした他は、実施例２と同様な方法で封入接点材料
を作製した。

【００２８】このようにして得られた各々の封入接点材
料を電極に用いてＮ₂ ガス封入のリードスイッチを作製
し、これらリードスイッチの接点寿命を実施例１と同じ
方法で試験した。開閉不良が生じるまでの動作回数（接
点寿命）を表３、４に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】表３より明らかなように、本発明例品の N
o.16〜22はいずれも接点寿命が長く、しかも被覆層を１
層に形成した実施例１の接点寿命よりさらに長めになっ
ている。これは被覆層を２層に形成したことにより構成
元素の各々の効果がより良好に発現されたためである。
これに対し、表４の比較例品では、 No.11は耐溶融元素
を含有していないため、 No.12は損傷分散元素を含有し
ていないため、 No.13は耐溶融元素と損傷分散元素の両
方を含有していないため、No.14,17は膜厚が薄いため、
No.15,16は耐溶融元素が多いため、いずれも接点寿命が
極端に短く、また寿命のばらつきも大きくなった。

【００３２】（実施例３）被覆層の組成を厚さ方向に傾
斜させた他は、実施例１と同様な方法で封入接点材料を
作製した。被覆層の形成にあたり各元素のターゲットの
投入パワーは連続的に変化させた。

【００３３】このようにして得られた各々の封入接点材
料を電極に用いてＮ₂ ガス封入のリードスイッチを作製
し、これらリードスイッチの接点寿命を実施例１と同じ
方法で試験した。開閉不良が生じるまでの動作回数（接
点寿命）を表５に示す。

【００３４】

【表５】

【００３５】表５より明らかなように、本発明例品の N
o.23〜29はいずれも接点寿命が長く、しかも実施例１、
２の接点寿命よりさらに長めになっている。これは被覆
層の厚さ方向に組成を傾斜させたことにより構成元素の
各々の効果が極めて効率良く発現されたためである。

【００３６】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封入
接点材料としても、同様の効果が得られる。

【００３７】本発明の封入接点材料は、封入型リレー、
封入型スイッチなど様々な分野に使用できる。またベー
ス金属のＣｕまたはＡｇが大気中の硫化物と反応して接
点特性が劣化しない環境下であれば、大気中で用いる通
常のスイッチにも広く適用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の封入接点
材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１
元素を含むためアーク損傷が分散され、またＣまたはＳ
ｉの少なくとも１元素を含むためベース金属（Ｃｕ、Ａ
ｇ）の消耗移転が抑えられ、さらにＯを含有させること
により耐消耗性が一層向上し、高負荷条件でも良好な接
点寿命が得られる。また高価なＲｈやＲｕなどを用いな
いので安価である。前記封入接点材料を電極に用いた封
入接点は安価で接点寿命が長い。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】 接点基材上に厚さ０．１μｍ以上の被覆
   層が形成され、前記被覆層が、ＣｕまたはＡｇのうちの
   少なくとも１元素を５９at％以上、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、
   Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜４０at
   ％、ＣまたはＳｉのうちの少なくとも１元素を０．５〜
   ３０at％、Ｏ（酸素）を０〜２０at％含み、残部が不可
   避不純物からなることを特徴とする封入接点材料。
2. 【請求項２】 被覆層の厚さ方向の各合金元素の濃度変
   動が±５at％以下であることを特徴とする請求項１記載
   の封入接点材料。
3. 【請求項３】 被覆層が組成の異なる２以上の層からな
   り、各層が、ＣｕまたはＡｇのうちの少なくとも１元素
   を５９at％以上、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうち
   の少なくとも１元素を０〜４０at％、ＣまたはＳｉのう
   ちの少なくとも１元素を０〜３０at％、Ｏ（酸素）を０
   〜２０at％含み、残部が不可避不純物からなることを特
   徴とする請求項１記載の封入接点材料。
4. 【請求項４】 被覆層に、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
   ｉのうちの少なくとも１元素が被覆層の厚さ方向に濃度
   勾配を有して含まれていることを特徴とする請求項１、
   ２、３のいずれかに記載の封入接点材料。
5. 【請求項５】 被覆層に、ＣまたはＳｉのうちの少なく
   とも１元素が被覆層の厚さ方向に濃度勾配を有して含ま
   れていることを特徴とする請求項１、２、３、４のいず
   れかに記載の封入接点材料。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４、５のいずれかに
   記載の封入接点材料を電極に用いたことを特徴とする封
   入接点。