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JP6447475B2 - 接点部材、摺動接点、電気機器、および接点部材の製造方法 - Google Patents

接点部材、摺動接点、電気機器、および接点部材の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、接点部材、摺動接点、電気機器、および接点部材の製造方法に関し、より詳しくは、耐アーク性に優れた、接点部材、摺動接点、電気機器、および接点部材の製造方法に関する。
従来、摺動性、耐摩耗性、耐アーク性等を向上させるために、金属材料からなる母材中に、金属酸化物粒子を分散させた層を表面に設けた接点部材が知られている。一般的に、このような金属酸化物粒子を分散させた層は、焼結により形成されている。
近年、このような接点部材において、さらなる耐アークの向上が求められている。耐アーク性をさらに向上させるために、金属酸化物粒子を分散させた層において、金属酸化物粒子の含有量を増加させることが考えられる。しかしながら、焼結により金属酸化物粒子を分散させた層を設ける場合には、層における金属酸化物粒子の含有量が多くなると、層の硬度が上昇し、加工性が悪化する。そのため、一定以上の割合で金属酸化物粒子が分散された層を有する接点部材を任意の形状で設けることができないという問題があった。
そのため、焼結ではなくメッキにより金属酸化物粒子を分散させた層を形成する方法が提案されている。例えば特許文献１には、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化錫、酸化亜鉛からなる群から選ばれる１種以上の金属酸化物粒子を含む表面めっき層が形成されたメッキ材料が開示されている。また、特許文献２には、メッキ液中に、酸化ビスマス、酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸化テルル、酸化錫、酸化インジウム、酸化銅および酸化マンガンから選ばれる１種以上の金属酸化物を分散し、電解メッキによりメッキ被膜を形成する接点材料の製造方法が開示されている。
特開２０１２−６２５６４号公報（２０１２年３月２９日公開） 特開昭６１−２５９４１９号公報（１９８６年１１月１７日）
しかしながら、特許文献１および２に記載されているような、金属酸化物粒子を分散させた層をメッキにより形成する方法では、メッキ液中に金属酸化物粒子が溶出してしまい、高い含有量で金属酸化物粒子を分散させた層を形成するのが困難であるという問題がある。また、金属酸化物粒子の溶出により、メッキ液が劣化してしまうという問題もある。
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐アーク性に優れた接点部材等を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明に係る接点部材は、導電体からなる母材と、前記母材中に分散された分散粒子とを含む表面層が表面に形成された接点部材であって、前記分散粒子は、金属酸化物である基材粒子と、前記基材粒子の外表面に形成された被覆層と有することを特徴とする。
上記の構成によれば、表面層を例えばメッキにより形成した場合には、被覆層により基材粒子がメッキ液に溶出するのを防止することができ、基材粒子の含有量の多い表面層を形成することが可能となる。そのため、耐アーク性に優れた接点部材を提供することができる。
また、本発明に係る接点部材において、前記表面層は、メッキ層であってもよい。
上記の構成によれば、表面層がメッキ層であることにより、接点部材を所望の形状で設けることが可能となる。
また、本発明に係る接点部材において、前記被覆層は、ｐＨが３〜１１の溶液に対する溶解度が、３０００ｐｐｍ未満であってもよい。
上記の構成によれば、ｐＨが３〜１１の溶液に対する溶解度が、３０００ｐｐｍ未満であれば、例えば、メッキにより表面層を形成する場合に、被覆層がメッキ液に溶出することがなく、耐アーク性に優れた接点部材を実現することが可能となる。
また、本発明に係る接点部材において、前記基材粒子は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、および酸化銅からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属酸化物であってもよい。
上記の構成によれば、基材粒子として、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、および酸化銅からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属酸化物を用いることで、耐アーク性に優れた接点部材を実現することが可能となる。
また、本発明に係る接点部材において、前記被覆層は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、およびニッケルからなる群から選ばれる少なくとも１種であってもよい。
上記の構成によれば、被覆層として、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、およびニッケルからなる群から選ばれる少なくとも１種を用いることで、耐アーク性に優れた接点部材を実現することが可能となる。
また、本発明に係る摺動接点は、固定接点と、前記固定接点に対して接触・非接触を切り替え可能な可動接点とを備え、前記可動接点は、前記固定接点との接触時に前記固定接点に対して摺動可能であり、前記固定接点および前記可動接点の少なくとも一方が、前記接点部材であってもよい。
上記の構成によれば、可動接点が、固定接点との接触時に固定接点に対して摺動可能であることにより、可動接点と固定接点との接触部分に、被覆層の粒子が異物として付着したとしても、可動接点の摺動により除去され、通電を阻害することは無い。そのため、動作不良が発生する可能性が低く、接触信頼性が高い。それゆえ、耐アーク性および接触信頼性にすぐれた摺動接点を提供することができる。
また、電気の通電／非通電を切り替える電気機器であって、前記接点部材、あるいは前記摺動接点を備える電気機器も本発明に含まれる。
また、本発明に係る接点部材の製造方法は、接点部材の表面に、導電体からなる母材と、前記母材中に分散された分散粒子とを含む表面層を形成する工程を含み、前記分散粒子は、金属酸化物である基材粒子と、前記基材粒子の外表面に形成された被覆層と有する。
上記の構成によれば、表面層を例えばメッキにより形成した場合には、被覆層により基材粒子がメッキ液に溶出するのを防止することができ、基材粒子の含有量の多い表面層を形成することが可能となる。そのため、耐アーク性に優れた接点部材の製造方法を提供することができる。
また、本発明に係る接点部材の製造方法において、前記表面層を形成する工程は、メッキにより行われてもよい。
上記の構成によれば、メッキ液に被覆層が溶解することがなく、基材粒子の含有量の多い表面層を形成することができる接点部材の製造方法を提供することが可能となる。
本発明によれば、耐アーク性に優れた接点部材を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る接点部材としての固定接点を備える摺動接点を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る固定接点の製造方法を示すフローチャートである。 操作回数と、アーク発生時間との関係を示す図である。 （ａ）は、摺動接点を備えるスイッチの構成を示す概観斜視図であり、（ｂ）は、スイッチの部分拡大図である。 （ａ）および（ｂ）は、図２に示すスイッチの動作を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照し、詳細に説明する。
（摺動接点の構成）
図１は、本実施形態に係る接点部材としての固定接点１０を備える摺動接点１を示す模式図である。摺動接点１は、固定接点１０と、固定接点１０との接触・非接触を切り替え可能な可動接点２とを備える。
可動接点２は、導電体であり、図１に両矢印で示す方向に移動可能に設けられている。また、可動接点２は、固定接点１０との接触時に、固定接点１０に対して摺動可能なように設けられている。
固定接点１０は、導電性基体１１と、導電性基体１１上に形成された表面層１２とを有する。表面層１２は、固定接点１０の外表面に形成されたメッキ層であり、導電性基体１１を被覆している。表面層１２は、可動接点２と接触し、可動接点２がその上を摺動する層である。
表面層１２は、母材１３と、母材１３中に分散された分散粒子１４とを含む。表面層１２の厚さは、０．１μｍ〜５μｍであることが好ましい。これは、表面層１２の厚さが０．１μｍ未満であると、摩耗により導電性基体１１が露出してしまう可能性があり、所望の性能を発揮することができないからである。また、表面層１２の厚さが、５μｍを超えると、表面層１２の強度が不十分なものとなることに加えて、表面層１２を形成するためのコストが嵩んでしまう。また、表面層１２において、分散粒子１４の質量割合は、１２ｗｔ％以上〜６０ｗｔ％であることが好ましい。これは、分散粒子１４が１２ｗｔ％未満であると、耐アーク性が悪くなり、６０ｗｔ％を超えると導電性が悪化するであるからである。
母材１３は、導電体からなり、例えば、金、銀、ニッケル、パラジウム、ロジウム等の金属、あるいはこれらの金属を含む合金等を用いることができる。
分散粒子１４は、基材粒子１４ａと、基材粒子１４ａの外表面に形成された被覆層１４ｂとを有する。分散粒子１４は、平均粒径が０．６μｍ以下であることが好ましい。これは、分散粒子１４の平均粒径が０．６μｍを超えると、固定接点１０の表面状態が悪くなり、摺動接点１の耐摩耗性が悪化するからである。
基材粒子１４ａは、金属酸化物粒子であり、例えば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化銅、および酸化カドミウム等を用いることができる。
被覆層１４ｂは、９０℃において、ｐＨが３〜１１の溶液に対する溶解度が３０００ｐｐｍ以下の材料であることが好ましく、９０℃において、ｐＨが３〜１１の溶液に対する溶解度が１００ｐｐｍ以下の材料であることがより好ましい。被覆層１４ｂとしては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ニッケル、およびエポキシ樹脂等の有機化合物等用いることができる。このように、被覆層１４ｂをｐＨが３〜１１の溶液に対する溶解度が１００ｐｐｍ以下の材料とすることで、例えば、表面層１２をメッキにより形成する場合に、基材粒子１４ａがメッキ液に溶出するのを防止することができ、基材粒子１４ａの含有量の多い表面層１２を形成することが可能となる。そのため、耐アーク性に優れた固定接点１０を提供することが可能となる。
ここで、固定接点１０と可動接点２とは、可動接点２が、固定接点１０に対して摺動する摺動接点である。そのため、可動接点２と固定接点１０と接触部分に、被覆層１４ｂの粒子が異物として付着したとしても、可動接点２の摺動により除去され、通電を阻害することは無い。
なお、本実施形態では、固定接点１０に表面層１２を設ける例について説明したが、表面層１２は、可動接点２に形成されていてもよい。すなわち、表面層１２は、固定接点１０と可動接点２との少なくとも一方に形成されていればよい。
（固定接点の製造方法）
次に、本実施形態に係る接点部材としての固定接点１０の製造方法について説明する。なお、以下では、メッキにより表面層１２を形成する製造方法について説明するが、表面層１２を形成する方法はこれに限られるものでは無く、例えば、溶射等により形成してもよい。
図２は、固定接点１０の製造方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、まず、導電性基体１１の表面に対して、脱脂、エッチング、酸洗いといった公知の表面処理を行う（Ｓ１〜Ｓ３）。そして、表面処理後の導電性基体１１の表面に下地メッキ層を形成し（Ｓ４）、その上に中間メッキ層を形成する（Ｓ５）。下地メッキ層、および中間メッキ層の種類は特に限られるものでは無いが、例えば、下地メッキ層として銅やニッケル等を、中間メッキ層として金、銀、ニッケル、パラジウム、ロジウム等の母材１３と同じ材料を用いることができる。
そして、分散粒子１４を分散させたメッキ液中に、下地メッキ層および中間メッキ層が形成された導電性基体１１を浸漬し、母材１３中に分散粒子１４が分散された表面層１２をメッキにより形成する（Ｓ６）。そして、メッキ後の導電性基体１１に対して仕上処理を行う（Ｓ７）。
ここで、表面層１２を焼結により形成する場合には、表面層１２を形成した後に、所望の形状に加工する必要がある。しかしながら、表面層１２における分散粒子１４の含有量が増加すると、表面層１２の硬度が増加し、圧延等における加工性が悪くなる。そのため、任意の形状の接点部材を作成することができない。一方、本実施形態に係る製造方法では、表面層１２における分散粒子１４の含有量が増加したとしても、導電性基体１１を任意の形状とした後に、メッキにより表面層１２を形成することができる。そのため、任意の形状の接点部材を作成することが可能となる。そのため、焼結により形成した場合に比べて接点部材の設計の自由度が向上する。
（実施例）
固定接点１０の耐アーク性の評価を行った。具体的には、まず、導電性基体１１として、銅合金を、母材１３としてパラジウム合金を、基材粒子１４ａとして酸化亜鉛を、被覆層１４ｂとして二酸化ケイ素を用いた固定接点１０を作成した。そして、作成した固定接点１０を備える摺動接点１を用い、１５Ｖ、１Ａの電流を流した状態で開閉操作を行い、摺動接点１の操作回数と、操作した際のアークの発生時間との関係を測定した。また、比較のため、表面層１２中に分散粒子１４を含まない従来品についても、摺動接点１の操作回数と、操作した際のアークの発生時間との関係を測定した。測定結果を図３に示す。
図３に示すように、分散粒子１４を表面層１２中に分散させた固定接点１０は、表面層１２中に分散粒子１４が無い固定接点と比較して、アークの発生時間が短く、耐アーク性に優れていることが確認された。
（適用例）
次に、本実施形態に係る摺動接点の適用例について説明する。図４の（ａ）は、摺動接点を備えるスイッチ（電気機器）１００の構成を示す概観斜視図であり、図４の（ｂ）は、スイッチ１００の部分拡大図である。なお、実際には、スイッチ１００の少なくとも一部は、図示しないケースに収容されている。
スイッチ１００は、第１可動部２１、第２可動部２３、バネ２８、端子基部２９、可動接点２２、第１固定接点２６、第２固定接点２７、第１端子２４、および第２端子２５を備える。
端子基部２９は、略板状の部材であり、一方の面で、バネ２８、第１固定接点２６および第２固定接点２７を支持し、他方の面で、第１端子２４、および第２端子２５を支持している。
第１固定接点２６および第２固定接点２７は、端子基部２９から延伸する略板状の部材である。なお、第１固定接点２６の表面には、上述した表面層１２（図示せず）が形成されている。すなわち、第１固定接点２６が、上述した固定接点１０に相当し、後述する可動接点２２の第１可動接点部２２ａが、上述した可動接点２に相当する。
第１端子２４および第２端子２５は、端子基部２９に固定され、外部と電気的に接続するための端子である。また、第１端子２４は、第１固定接点２６と、第２端子２５は、第２固定接点２７と電気的に接続している。
バネ２８は、コイルバネであり、一端が端子基部２９と、他端が第２可動部２３と接続している。
第２可動部２３は、第１可動部２１と一体に設けられ、第１可動部と一体となって動作する。また、第２可動部２３は、バネ２８を介して端子基部２９に支持されており、第１可動部２１に力が加えられると、バネ２８を圧縮し、移動する。
可動接点２２は、第２可動部２３に固定され、第２可動部２３と一体となって動作する。図４の（ｂ）に示すように、可動接点２２は、第１可動接点部２２ａと、第２可動接点部２２ｂとを備える。第１可動接点部２２ａは、第１固定接点２６との接触・非接触が切り替え可能な位置に配置される。また、第１可動接点部２２ａは、第１固定接点２６との接触時において第１固定接点２６に対して摺動可能に設けられている。第２可動接点部２２ｂは、第２固定接点２７と接触しており、第２固定接点２７に対して摺動可能に設けられている。なお、図４の（ａ）および（ｂ）に示す状態では、第１固定接点２６と、第１可動接点部２２ａとは接触しておらず、スイッチ１００はＯＦＦの状態である。
図５は、スイッチ１００に外力Ｆが作用している状態を示す図であり、（ａ）は、概観斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）における部分拡大図である。
図５に示すように、スイッチ１００の第１可動部２１に、バネ２８を圧縮する方向の外力Ｆが作用すると、バネ２８の付勢力に逆らって、第１可動部２１、第２可動部２３、可動接点２２が移動する。可動接点２２の移動に伴い、第１可動接点部２２ａと、第１固定接点２６とが接触し、スイッチ１００がＯＮの状態となる。このとき第２可動接点部２２ｂは、第２固定接点２７の表面上を接触しなから摺動する。そして、図５に示す状態からさらに外力が加えられると、第１可動接点部２２ａは、第１固定接点２６の表面上を摺動しながら移動する。
そして、外力Ｆが作用しなくなると、バネ２８の付勢力により、第１可動部２１、第２可動部２３、可動接点２２が図４に示す状態へと復帰する。そのため、第１固定接点２６と、第１可動接点部２２ａとが非接触状態となり、スイッチがＯＦＦの状態へと戻る。ここで、第１固定接点２６の表面に導電体からなる母材１３と、母材１３中に分散された分散粒子１４とを含む表面層１２が形成されていることにより、第１固定接点２６と、第１可動接点部２２ａとが接触状態から非接触状態へと切り替わる際にアークが発生するのを防止することができる。
なお、本実施形態に係る摺動接点の適用対象は、スイッチに限られるものでは無く、電気の通電／非通電を切り替える電気機器、例えば、リレー（継電器）等の各種電気機器に用いることができる。
また、本実施形態では、接点部材が摺動接点に用いられる例についてについて説明したが、これに限られるものでは無い。すなわち、本実施形態に係る接点部材は、例えば対向接点等の他の種類の接点にも用いることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
１ 摺動接点
２ 可動接点
１０ 固定接点（接点部材）
１２ 表面層
１３ 母材
１４ 分散粒子
１４ａ 基材粒子
１４ｂ 被覆層
１００ スイッチ（電気機器）

Claims (7)

  1. 導電体からなる母材と、前記母材中に分散された分散粒子とを含む表面層が表面に形成された接点部材であって、
    前記分散粒子は、金属酸化物である基材粒子と、前記基材粒子の外表面に形成された被覆層と有すると共に、
    前記表面層は、メッキ層であり、
    前記被覆層は、ｐＨが３〜１１の溶液に対する溶解度が、３０００ｐｐｍ未満であることを特徴とする接点部材。
  2. 前記基材粒子は、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、および酸化銅からなる群から選ばれる少なくとも１種類の金属酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の接点部材。
  3. 前記被覆層は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、およびニッケルからなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２に記載の接点部材。
  4. 請求項１から３の何れか１項に記載の接点部材を備える摺動接点であって、
    固定接点と、前記固定接点に対して接触・非接触を切り替え可能な可動接点とを備え、
    前記可動接点は、前記固定接点との接触時に前記固定接点に対して摺動可能であり、
    前記固定接点および前記可動接点の少なくとも一方が、前記接点部材であることを特徴とする摺動接点。
  5. 電気の通電／非通電を切り替える電気機器であって、
    請求項１から３の何れか１項に記載の接点部材、あるいは請求項４に記載の摺動接点を備える電気機器。
  6. 請求項１から３の何れか１項に記載の接点部材の製造方法であって、
    接点部材の表面に、導電体からなる母材と、前記母材中に分散された分散粒子とを含む前記表面層を形成する工程を含み、
    前記分散粒子は、金属酸化物である基材粒子と、前記基材粒子の外表面に形成された前記被覆層と有することを特徴とする接点部材の製造方法。
  7. 前記表面層を形成する工程は、メッキにより行われることを特徴とする請求項６に記載の接点部材の製造方法。
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