JPS5913237Y2

JPS5913237Y2 - リ−ドスイツチ

Info

Publication number: JPS5913237Y2
Application number: JP16980482U
Authority: JP
Inventors: 正典馬場; 敏人原
Original assignee: 富士通株式会社
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-04-19
Also published as: JPS58109118U

Description

【考案の詳細な説明】本考案はロジウム電気接点の改良に関するものであり、
さらに詳しく述べるならばロジウム電気接点を用いたリ
ードスイッチに関するものである。

一般に電気接点材料として要求される性質には、それ自
身の電気抵抗が小さいこと、融点、沸点が高く使用温度
範囲で蒸気圧が低いこと、腐食性ガスに対する抵抗性が
優れていること、接触に対する適当な硬度を有し耐摩耗
性があること、安価で入手し易いことなどの条件があげ
られる。

リードスイッチは、一般に磁性体よりなる２片のリード
を、それぞれ互いに適当な間隔及び重なりを持たせて、
不活性ガス或いは還元性ガス等と共に、ガラス管等の密
封容器中に封入した構造となっており、密封容器の外周
に施した励磁コイルに励磁電流を流すことによって、或
いは密封容器の外部に永久磁石を近づけることによって
、封入接点内部に磁界を印加して、２片のリード間の空
隙に磁気吸引力を発生せしめて両リードを吸着せしめる
ことにより、それぞれ両リードの先端部分に位置する接
点部を閉結せしめ、一方コイルの励磁を解くことにより
或いは永久磁石を密封容器より遠ざけることにより、印
加磁界を取り除き、両リードを自己のバネ圧力によって
それぞれ静止位置に復旧せしめ、その接点部を開放せし
めることにより、所望の電気回路の開閉を行わしめる。

また、接点材料は材料自体が上記性質をもつ他に接点と
した時にリード片等の間での接触抵抗が低いということ
が必要であり、これにより長期に互って安定な接触が確
保される。

ロジウム（Ｒｈ）は金より高価ではあるが良好な耐食性
と高い硬度を備え、かつ接触抵抗が低いのでリードスイ
ッチの接点に用いられている。

ロジウムのリードスイッチの接点への利用は下記文献に
記載されている。

（１）ＴａｋｅｏＫｉｔａｚａｗａ、Ｔｏｓｈｉｒ
ｏＯｇｕｍａ、ａｎｄＴｏｓｈｉｔｏＨａｒａ ”ＭｉｎｉａｔｕｒｅＳｅｍ１−ＨａｒｄＭａｇｎ
ｅｔｉｃＤｒｙ−ＲｅｅｄＳｗｉｔｃｈ″、１９ｔ
ｈＡｎｎｕａｌＮａｔｉｏｎａｌＲｅ１ａ
ｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、Ａｐｒｉｌ２７、２８
、１９７１゜（２）笹本猛、ブリッジ転移の研究（
その４）ノードスイッチへの応用継電器研究会資料、
昭和４８年８月１５日（３）Ｔ、Ｙｏｋｏｇａｗａｅｔｃ。

″ＨｉｇｈＲｅｊｉａｂｉｌｉｔｙＲｅｅｄ
５ｗ１ｔｃｈｅｓＷｉｔｈＲｈｏｄｉｕｍＰ
ｌａｔｅｄＣｏｎｔａｃｔｓ”２１ｓｔＡｎ
ｎｕａｌＮａｔｉｏｎａｌＲｅ１ａｙＣｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ、Ｏｋｊａｈｏｍａ、１９７３。

金及び銀はＲｈに比し硬度が低い故、接点接触面が広く
、消耗面も広範囲となり、消耗が下地金属層まで達する
と、間離不良障害となる。

以下リードスイッチの使用条件をまず説明し、次にロジ
ウム電気接点の特色を述べる。

リードスイッチなどの封入接点は、その使用条件を次の
３つに大別できる。

■ 低レベル条件（数１０ｍＶ、数ミリアンペア以下の
負荷の開閉を行なう。

■ ノンワーキング条件（電流の投入切断を行なわない
） ■ ワーキング条件（電流の投入切断を行なう）この■
の電流を投入、切断するワーキング条件下では閉成時、
開離時に接点放電現象をともなう。

この放電は、通常の通信、電子装置用の継電器の接点で
は、負荷条件によって次の２つに分けられる。

（１）抵抗（Ｒ）無誘導負荷のとき、アーク放電。

（２）抵抗（Ｒ）誘導（Ｌ）負荷のとき、グロー又はア
ーク放電。

第１図には抵抗負荷ロジウム接点の電流及び電圧と接点
消耗の主原因が図解されている。

第１図のＡの領域は上記■のうちアーク放電現象が起こ
る領域であり、リード片の陽極側がクレータと称される
凸面になり、陰極側がピプと称される凹面となり、接点
材料ロジウム層が消耗される。

Ｓの領域も上記■のうちアーク放電現象が起こる領域で
あるが、アークはショートアークになる。

この領域ではリード片の陽極側及び陰極側がそれぞれ凹
及び凸面になって、ロジウム層が消耗する。

領域Ｂはジュール熱により接点の温度が上昇し、高温側
のロジウムが低温側のロジウム層に取り囲まれることに
より、両リード片間によりブリッジが形成され消耗が起
こるものである。

領域Ｍは低レベル及びノンワーキングの条件であり、磁
場により磁性材料のリード片が磁歪現象により伸縮し、
閉じているときにリード片が互いに摩擦することにより
、機械的に消耗する。

ところがこのロジウム接点はＭ領域で異常消耗が発生し
易い（例えば３０万回で３０％程度）。

異常消耗の結果、ＯＦＦノーマル接点の場合は消磁して
開放する時の時間（復旧時間）が長くなり又は開放不良
を生じる。

この原因は接点部に下地の金などの粘着し易い物質が露
出されているか又はロジウム接点どうしが凹凸面により
ロッキングすることにある。

以下、上記開放時間が規定・設計値より低下すること及
び開放不良をＯＦＦ不良と総称する。

またリードスイッチの製造の時にロット毎に開閉試験を
全数行なうが、ＯＦＦ不良により製造の歩留りが低くな
る。

ドイツ公告公報２５４１９２５号によると、先ずリード
片上に下層のスズ層と上層のロジウム層を被着させ、次
にスズとロジウムの拡散温度にこれらを加熱することに
よってリードスイッチの接点材料層を調製する方法が公
知である。

しかし、このロジウムスズ接点は第１図のＢの領域では
スズが溶融して、接点部が一様且つ平坦になりブリッジ
の生成を妨げる点で有利であるが、他のＳでは著しく消
耗が多いという欠点がある。

本考案の目的は、ロジウム接点を改良して、広範囲の電
圧・電流及び負荷条件で長い寿命を保証できる接点、特
にリードスイッチ用接点、を提供することである。

本考案の接点は第１図のＳ、Ｂ及びＭの何れでも長寿命
で使用可能であることが望ましく、寿命は電圧４８■、
ケーブル負荷の交機器に使用する場合は１子方回以上、
抵抗負荷５０Ｖ、１００ｍＡの条件で使用する場合は１
００万回以上であることが望ましい。

このため本考案は銀（Ａｇ）を０．１〜１０原子％含む
ロジウムメッキ層を電気接点とするリードスイッチを特
徴とするものである。

リードスイッチにおいてはリード片が外部磁場の印加及
び消去により開閉されるので、リード片が見かけ上弦磁
性材料である必要があるために、本考案においてはＦｅ
−Ｎｉ合金等のリード片本体に薄いＲｈ−Ａｇ合金メッ
キ層を被着している。

またＲｈ−Ａｇ合金メッキ層における銀は後述の作用を
有する。

以下、本考案を図面により詳しく説明する。

第２図は、本考案による封入接点の構造を示す断面図、
第３図はその接点部の拡大構造を示す斜視図である。

１及び２は、例えばガラス管等の密封容器３内に互いに
一定の重なり（オーバーラツプ）及び間隙（ギャップ）
をもって対向配置され、封入されたリード片で、一般に
鉄ニツケル合金等の強磁性金属よりなる。

３は、これらのリード片を大気中のしんあい、有害なガ
スより保護すると共に、その端部の封止部にてリード１
，２を容器内部の所定の位置に保持する密封容器、５及
び６はリード１の先端接触部であり、ここには本考案の
思想によって、銀を含むロジウムの接点層がメッキ、貼
付又は溶接等の方法による被着されており、それら面接
触部５及び６は、適当な間隙及び重なりをもって相対し
、１個の接点を構成している。

本考案のロジウム銀接点を形成するためのメッキ浴は、
特公昭３６−１９６５９号に記載された２−１０ｇ／ｌ
の硫酸ロジウム（金属ロジウム換算）、５〜５０ｍ１／
ｌの硫酸、マグネシウム・スルファメート１０〜１００
ｇ／ｌ、０〜５０ｇ／ｌの硫酸マグネシウムを含有する
メッキ浴に銀化合物を添加したもの、又は特公昭３５−
２７６１号に記載された遊離硫酸２０〜１００Ｃ／ｌ、
２〜５ｇの硫酸ロジウム（金属ロジウム換算）及び２〜
５ｇの硫酸マグネシウムを含有するメッキ浴に銀化合物
を添加したものであってもよく、（ハ）特公昭３５−１
５１４号に記載されたロジウム金属２〜１０ｇ、硫酸５
〜５０ｍ１、マグネシウム・スルファメート１０〜１０
０ｇ、及び硫酸マグネシウムＯ〜５０ｇを１１に対し
て含むメッキ液に銀化合物を添加したものでもよい。

銀化合物としては硫酸銀又は硝酸銀を用いることが好ま
しい。

電気接点中の銀含有量を制御するためには銀化合物の添
加量及び溶湯を次の例のように制御すればよい。

第４図及び第５図には、硫酸銀を１０ｇ／ｌ以下添加し
たメッキ浴を使用して得た接点層の銀含有量をＥＰＭＡ
により次式：により、原子％として求めた。

第４図において、点線は３０℃、一点鎖線は３５℃、実
線は４０℃の浴温を意味する。

第５図において実線はＩＡ／ｄｍ２、一点鎖線は０
．５Ａ／ｄｍ２、点線は１．５Ａ／ｄｍ２の電流密
度を意味する。

これらの図面より１〜１０ｇ／ｌの硫酸銀濃度において
浴温を３０．３５及び４０℃に調節することにより所定
の銀含有量が得られることが分がる。

なお第４図において電流密度はＩＡ／ｄｍ２である。

第６図には、メッキの電流密度がメッキ層に及ぼす影響
を示している。

この場合、メッキ浴の温度は４０℃、硫酸銀濃度は７ｇ
／ｌである。

第６図の析出物欠陥率を、次式：により定義している。

第６図から分がるように電流密度が１０ないし１５Ａ／
ｄｍ２の範囲で欠陥が全くない電気接点メッキ層が得ら
れる。

しがし、甲の領域ではクラックが発生し、一方乙の領域
ではブツが発生する。

実施例、第７図に従来のロジウムメッキ接点層表面のオ
ージェ分析結果を示す。

横軸は放出電子のエネルギー、縦軸は電子数をエネルギ
ーで微分した値である。

図中には、ロジウム、ビスマス、硫黄、塩素、炭素、窒
素及び酸素原子がらの放出電子のエネルギーを示しであ
る。

これにより、従来のロジウムメッキであっても、ロジウ
ム以外の元素を含有していることが分かる。

硫黄、塩素及び酸素はメッキ浴から混入したもの、窒素
はリードスイッチ内のガスから混入したものと考えられ
る。

第８図は、ロジウムと銀が所定量混入したメッキ液中に
リード片の接点部を漬けて電気メッキし該接点部にロジ
ウム−銀からなる電気接点を合金メッキ手段で形成する
時に、メッキ条件としては電流密度１．５Ａ／ｄｍ２、
浴温５５℃、効率７２％で銀ロジウムメッキ浴から、膜
厚２μｍをメッキした結果を示す第７図と同様の図面で
ある。

第８図より上記合金メッキによるメッキ層が銀を含有し
ていることが明らかである。

なお、第７図及び第８図の結果は各元素の定量値を与え
るものではないが、第８図の銀等のｄＮ／ｄＥ値から推
測すると銀の含有量は硫黄の含有量よりも低いと思われ
る。

したがって、本考案の電気接点にあっては主要部のロジ
ウムと０．１ないし１０％の銀とを含有しておれば、電
気接点の製造中又は使用中に混入する不純物元素を銀よ
り多量又は少量に含有できるものである。

第９Ａ、９Ｂ図は実施例の１原子％の銀を含有するロジ
ウム銀接点の走査電子顕微鏡写真であり、第１ＯＡ、１
０Ｂ図は従来のロジウム１００％の接点の走査電子顕
微鏡写真であって共に倍率は１００００倍である。

この両写真より、従来の接点に比し本考案の接点は結晶
粒組織が顕著であり、また金属が密に、すなわち極めて
薄い結晶粒界を介して電着されており、これらの事実の
ために本考案のメッキ層のリード片に対する密着性が強
固になっており、長寿命がもたらされていると考えられ
る。

本考案のメッキ層の組織は、溶解凝固履歴を有していす
またロジウム銀固溶体ではなく銀が微結晶として存在し
ていると考えられ、このようなメッキ特有な組織と第９
Ａ、９Ｂ図に示されたような結晶粒微細化は関連してい
ることは明らかである。

換言すると溶解凝固履歴をもつ通常のロジウム合金では
、メッキロジウム合金におけるが如き銀の効果はありえ
ない。

次に、考案者の実験により製作したリードスイッチにつ
いて説明する。

先ず、この説明中の用語について説明する。

累積不良率とは次式：で表わたれる。

累積不良数は次式：ｎ１＋ｎ２−１−・・・−・−１−
ｎ。

で表わされ、ｎ、はリードスイッチを決められたＮ１回
動作させた時の不良個数である。

接点の寿命とは開閉不良を接点が示す時に尽きるものと
し、寿命の尽きることはすなわち上記不良である。

閉鎖不良とは、接触抵抗が１Ｑを越えた時、又は電気接
点の出力電圧がスイッチに加えられた入力端子の９０％
未満になった時に起こる電気接点の性能劣化である。

開放不良とは、電気接点層の粘着（ｓｔｉｃｋ）により
接点が遮断（開放）されず起こる電気接点の性能劣化で
ある。

製造したリードスイッチの形状を第１１図に示す。

リードスイッチの容器の長さＡは１３．７ｍｍ、外径は
２．３ｍｍ、リードスイッチのリードワイヤーの直径り
は０．５２ｍｍ、リードワイーの両端間の長さＣは５５
．５ｍｍであった。

リード片間の接触力は３．３ｇ、開離力は２２ｇであ
った。

第１２図はリードスイッチに応用した本実施例の接点と
従来の５２−合金上にロジウム１００％の接点を設けた
ものとの寿命を比較するため各２０個の試料について試
験を行ない、その結果を両対数グラフにプロットしたも
のである。

この場合の本実施例の接点は５２−合金上に０．５μの
金メッキを施こし、その上にＲｈにＡｇ１％を含有せし
めた合金メッキ層を１．２μの厚さに形成せしめたもの
である。

リードスイッチの接点はすべて開放不良により寿命が尽
さたため、これを累積不良率として第１２図に示しであ
る。

図面において、Ｓｌは１００Ｖ、１００ｍＡノ負
荷条件で第１図のＳ（ショートアーク）の負荷条件に相
当する。

ＳＡは５０Ｖ、２００ｍＡの負荷条件で第１図の
Ｓ（ショートアーク）とＡ（アーク）の境界にほぼ相当
する。

これらの負荷は抵抗負荷である。ＮＬは負荷なしの条件
で第１図のＭに相当する。

第１２図のＮＬ（Ｒｈ−Ａｇ）は、２×１０８回の動
作まで不良が全く発生しなかった。

第１２図から明らかなように、本考案の接点（Ｒｈ−Ａ
ｇ）は各負荷条件で従来のロジウム接点（Ｒｈ）より長
い寿命を有する。

特に、無負荷の状態で不良が少ないことは本考案の接点
では異常摩耗が少ないことを示している。

上記リードスイッチを異なった作動条件で試験した結果
を以下第１３図ないし第１６図に基づいて説明する。

第１３図はリードスイッチを第１４図の如き試験回路で
試験した結果の累積不良率を示す。

第１４図において、リードスイッチＳＷのワイヤは長さ
５０ｍのケーブルｃｂに挿入されそしてリードスイッチ
は閉リレー接点Ｒｅｌを介して電源に接続されている。

リードスイッチを流れる電流は１００ｍＡ、または電圧
４８Ｖであり、これを第１図のｐ点に相当している。

なおこのｐ点は電話交換器の負荷条件である。

電話交換器では多数のケーブル対が平行に伸びているた
めに各部の間に浮遊容量が生じ電荷が蓄積している。

リードスイッチは二本のケーブルを接続しているが、リ
ードスイッチが閉じられる時に電荷が瞬間的に放電され
る。

この放電電流は数百ミリアンペアであり、数マイクル秒
間流れ、接点表面を消耗させる。

負荷が容量ではなく抵抗の場合は第１図のＢの領域では
放電は起こらないために、電話交換器での苛酷な条件を
再現すべくケーブルｃｂに第１４図の如くワイヤを挿入
し、ケーブルｃｂの外被は接地してワイヤとケーブル外
被間の充填絶縁材料が容量として働くようにした。

本考案の接点（Ｒｈ−Ａｇ）のリードスイッチを１５個
及従来のロジウム（Ｒｈ）接点を１０個試験した結果の
平均値を第１３図に示しである。

これにより本考案の電気接点が従来のものより電話交換
器での作動条件において長寿命を有することが明らかで
あろう。

第１５図は、電流を０．２Ａ、本考案の電気接点の試験
個数を４個、従来例のロジウム電気接点を４個としたほ
かは、第１４図の場合と同様な試験条件で接点の寿命を
試験した結果である。

第１５図より本考案の接点の寿命が長いことが理解され
よう。

第１６図は第１７図の試験回路で行なった寿命試験によ
る累積不良率を示す。

第１７図において、ＩＮは５２Ｖ（７）入力端子、ｃｂ
は５０ｍ（７）ケーブル、Ｒ１は５００Ｑの抵抗、Ｒ２
はｓｏｏ、ｐの抵抗、Ｃｐは０．２２μＦのコンデン
サ、Ｌは１Ｈのインダクタンスである。

なお、以上の第１３．１５及び１６図での累積不良のプ
ロット点（黒丸）は閉鎖不良を示している。

すなわち試験した電気接点の不良はすべて閉鎖不良であ
ったので、これを累積して図面のグラフにプロットして
いる。

第１９図は第１２図と同様な試料を用い無負荷時におけ
る動作回数に対する異常消耗発生率の試験結果を示した
もので、縦軸に異常消耗発生率を、横軸に動作回数をと
り、本実施例を曲線Ｒｈ−Ａｇ、従来品を曲線Ｒｈで示
した。

第１８図に異常摩耗接点の表面を示す。

図より従来品が２０万回付近より急に異常消耗率が上昇
するのに比し本実施例では１００万回においても異常消
耗の発生はないことがわかる。

上記第１２図ないし第１９図の説明がら本考案による１
％銀含有ロジウム接点は種々の作動条件・負荷条件（第
１図のＭ、Ｂ及びＳ）下で長寿命をもつことが明確で゛
あろう。

また第２０図は銀の含有量に対する寿命特性の試験結果
を示したもので、横軸に銀含有量を、縦軸に動作回数を
とり曲線Ａにより直流５０Ｖ、１００ｍＡ、抵抗負荷に
おける５％不良動作回数を示した。

図により銀が０．１入ると動作回数は急激に上昇し、ま
た１０原子％以上になると低下することがわかる。

これにより本考案においては銀の含有量を０．１〜１０
原子％としたのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は接点電圧及び電流の範囲と接点消耗の主原因と
の関係を表わすグラフ、第２図はリードスイッチの断面
図、第３図は第２図の接点部の拡大図、第４図及び第５
図はメッキ条件と接点層中の銀含有量の関係を表わすグ
ラフ、第６図はメッキの電流密度と析出物欠陥率の関係
を表わすグラフ、第７図及び第８図は接点層のオージェ
分析の結果を示すグラフであり、第７図が従来のロジウ
ム接点、第８図が本考案の接点の場合を表わし、第９Ａ
図、第９Ｂ図及び第１０Ａ図、第１０Ｂ図はメッキ接点
層表面の走査型電子顕微鏡による金属顕微鏡写真であり
、第９図は本考案の場合及び第１０図が従来のロジウム
接点の場合を表わし、第１１図は本考案の実施例で製作
したリードスイッチの主要各部を示す概念図、第１２図
及び第１３図はリードスイッチの累積不良率を表わすグ
ラフ、第１４図はリードスイッチの試験回路図、第１５
図及び第１６図はリードスイッチの累積不良率を表わす
グラフ、第１７図はリードスイッチの試験回路図、第１
８図は異常摩耗接点の顕微鏡写真、第１９図は異常消耗
発生率を表わすグラフ、第２０図は銀含有量と接点動作
回数の関係を表わすグラフである。１・・・・・・リード、２・・・・・・リード、３・・
・・・・密封容器、５・・・・・・先端接触部、６・・
・・・・先端接触部、Ａ・・・・・・アーク消耗、Ｓ・
・・・・・ショートアーク消耗、Ｂ・・・・・・ブリッ
ジ消耗、Ｍ・・・・・・機械的消耗。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

密封容器３と、この密封容器３の内部に封入された一対
の強磁性金属片からなり且つ該強磁性金属片の先端の接
点部５，６が開閉可能であるように対向されているリー
ド片１，２と、前記密封容器の外部に配置された励磁コ
イル又は永久磁石と、を含んでなり、前記接点部５，６
が前記強磁性金属片上にメッキされたロジウム合金メッ
キ層を含んでなり、且つ該ロジウム合金メッキ層が０．
１〜１０原子％の銀を含有し且つ極めて薄い結晶粒界を
介して電着された結晶粒組織を有することを特徴とする
リードスイッチ。