專利名稱：電觸點(diǎn)材料及開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于家電產(chǎn)品所使用的開關(guān)的電觸點(diǎn)材料。特別涉及不含影響環(huán)境的Cd，開關(guān)小型化時(shí)耐熔敷性、耐消耗性也優(yōu)良的，并且將接觸電阻控制在低水平，可最大程度地抑制通電中溫度的上升的電觸點(diǎn)材料。
背景技術(shù)：
機(jī)械式開閉電路的電觸頭一般稱為電觸點(diǎn)。該電觸點(diǎn)必須通過金屬和金屬接觸，無障礙地傳輸流入觸點(diǎn)的電流·信號(hào)，以及斷開時(shí)無障礙地分離。
電觸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)本身比較簡(jiǎn)單，但其觸點(diǎn)表面會(huì)發(fā)生各種物理、化學(xué)現(xiàn)象。例如吸附、氧化、硫化、有機(jī)化合物的合成，還有放電過程中的熔融、蒸發(fā)、消耗、轉(zhuǎn)移等，該現(xiàn)象非常復(fù)雜，有很多在學(xué)術(shù)上還無法解釋清楚。
如果發(fā)生氧化、硫化等如上所述現(xiàn)象，則會(huì)損害電觸點(diǎn)的接觸功能，有時(shí)甚至使接觸功能失效(例如導(dǎo)通不良)，決定裝有電觸點(diǎn)的電氣制品等的壽命和性能。這意味著電觸點(diǎn)是決定電氣制品等的壽命和性能的重要部件之一。
近年來，隨著電子·電工技術(shù)的迅速發(fā)展，電觸點(diǎn)的使用范圍非常廣泛，從電信電話及各種電子設(shè)備等弱電領(lǐng)域擴(kuò)大到截?cái)啻箅娏鞯碾娏υO(shè)備等強(qiáng)電領(lǐng)域。由此，所要求的功能也是千差萬別，因此要開發(fā)具有符合使用目的的特性的電觸點(diǎn)，目前市場(chǎng)上已有很多種電觸點(diǎn)。
到目前為止，電觸點(diǎn)材料中較早為人所熟知的有Ag-CdO系電觸點(diǎn)材料。該材料被認(rèn)為可均衡地滿足所需的特性，但是Cd是對(duì)人體有害的元素，而且還受到近來的環(huán)境問題等的制約，人們不希望該產(chǎn)品的制造及使用。而且，在歐洲，Cd系材料將于2006年7月起被禁止使用，因此今后就需要開發(fā)出不含Cd的電觸點(diǎn)材料。
人們熟知的不含Cd的電觸點(diǎn)材料例如有Ag-SnO2-In2O3-NiO系的電觸點(diǎn)材料，該電觸點(diǎn)材料在用于繼電器的情況下，耐熔敷性、耐消耗性優(yōu)良，在繼電器等方面具有多個(gè)實(shí)用化的實(shí)際成果，但是它存在接觸電阻不穩(wěn)定的問題。將這些電觸點(diǎn)材料實(shí)際應(yīng)用于開關(guān)時(shí)，明顯不能滿足溫度上升在30℃以下的UL的標(biāo)準(zhǔn)。
與此相對(duì)，所知的接觸電阻穩(wěn)定在較低水平的電觸點(diǎn)材料為Ag-CuO系的電觸點(diǎn)材料。該電觸點(diǎn)材料用于開關(guān)時(shí)，是接觸電阻穩(wěn)定在較低水平，在溫度上升方面能滿足UL標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)良材料。但是，在材料的耐熔敷性及耐消耗性上還不具有令人充分滿意的特性，因此如何提高耐熔敷性、耐消耗性就成為技術(shù)上需要解決的問題。
因此，作為解決Ag-CuO系的電觸點(diǎn)材料的問題的手段，提出了在該電觸點(diǎn)材料中再添加第3金屬元素的方法。該第3元素例如有日本特許公開公報(bào)昭51-136171號(hào)公報(bào)所述的添加In或Sn的方法，以及日本特許公開公報(bào)昭51-137873號(hào)公報(bào)所述的將Mn、Sb及Ge等作為第3金屬元素添加的方法。
但是，受近年來要求開關(guān)小型化的影響，需要進(jìn)一步改善這些觸點(diǎn)材料的耐熔敷性、耐消耗性。特別是家電產(chǎn)品中所用的開關(guān)最近小型化進(jìn)程迅速，而采用以往技術(shù)生產(chǎn)的電觸點(diǎn)材料，在耐熔敷性、耐電壓特性、溫度上升的標(biāo)準(zhǔn)上顯然存在局限性。
本發(fā)明就是針對(duì)以上情況完成的，本發(fā)明提供一種電觸點(diǎn)材料，該材料能全面改善以往所用的Ag-CdO系觸點(diǎn)的環(huán)境問題，Ag-SnO2-In2O3-NiO系電觸點(diǎn)的缺點(diǎn)，即接觸電阻的不穩(wěn)定性所引發(fā)的溫度上升的問題，還有Ag-CuO系電觸點(diǎn)的缺點(diǎn)，即耐熔敷性、耐消耗性的問題。還提供一種開關(guān)，該開關(guān)通過采用前述觸點(diǎn)材料，在比以往更小型的情況下，也具有優(yōu)良的耐熔敷性、耐消耗性、低接觸電阻等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者針對(duì)在保持Ag-CuO系電觸點(diǎn)材料的接觸電阻穩(wěn)定性的同時(shí)，提高其耐熔敷性、耐消耗性的課題進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使在Ag-Cu合金中添加Te或Bi所形成的合金發(fā)生內(nèi)部氧化制造出的電觸點(diǎn)材料與使Ag-Cu合金發(fā)生內(nèi)部氧化制造出的電觸點(diǎn)材料相比，其耐熔敷性、耐消耗性有飛躍性的提高。
但是，本發(fā)明者同時(shí)又發(fā)現(xiàn)存在如下問題僅通過使在Ag-Cu合金中添加Te或Bi所形成的合金發(fā)生內(nèi)部氧化制造出的電觸點(diǎn)材料，加工性差，不易加工成鉚釘型觸點(diǎn)這類實(shí)用的電觸點(diǎn)(電觸頭)。
因此本發(fā)明者又進(jìn)行了更深入地研究發(fā)現(xiàn)通過在Ag-Cu-Te合金或Ag-Cu-Bi合金中再添加In或Zn，具有防止添加Te或Bi所引起的加工性劣化的效果，并由此想到了本發(fā)明。
本發(fā)明的第1類電觸點(diǎn)材料為在Ag-Cu-Te合金中添加In或Zn所形成的材料。即本發(fā)明是使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的In和剩余部分為Ag構(gòu)成的Ag-Cu-Te-In合金發(fā)生內(nèi)部氧化形成的電觸點(diǎn)材料，以及使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分為Ag構(gòu)成的Ag-Cu-Te-Zn合金發(fā)生內(nèi)部氧化形成的電觸點(diǎn)材料。
本發(fā)明的第2類電觸點(diǎn)材料為在Ag-Cu-Bi合金中添加In或Zn形成的材料。即是使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的In和剩余部分為Ag構(gòu)成的Ag-Cu-Bi-In合金發(fā)生內(nèi)部氧化形成的電觸點(diǎn)材料，以及使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分為Ag構(gòu)成的Ag-Cu-Bi-Zn合金發(fā)生內(nèi)部氧化形成的電觸點(diǎn)材料。
本發(fā)明的4種電觸點(diǎn)材料通過內(nèi)部氧化處理使CuO分散于Ag中，為提高耐熔敷性和耐消耗性而添加Te或Bi，為改善添加Te或Bi所引起的加工性劣化再分別添加In或Zn，因此將電觸點(diǎn)材料應(yīng)用于開關(guān)時(shí)，可以充分滿足所需的特性。
Ag-Cu合金中的Cu通過內(nèi)部氧化處理形成CuO，分散于Ag基質(zhì)中，但CuO不同于其它氧化物之處是即使氧化物增加到12重量％左右，仍能保持接觸電阻低的狀態(tài)。因此可作為本發(fā)明電觸點(diǎn)材料中的基礎(chǔ)氧化物。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，Cu必須在0.5～10.0的范圍，實(shí)際較好為3.0～8.0重量％。Cu如果未滿0.5重量％，難以制造出具有實(shí)用水平特性的電觸點(diǎn)材料。如果超過10.0重量％，雖然是對(duì)接觸電阻影響少的CuO，但接觸電阻開始顯著上升，而且實(shí)際負(fù)荷下的開閉過程中消耗量也增加，由此用于開關(guān)時(shí)絕緣劣化顯著。
Te或Bi是使本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料的耐熔敷性、耐消耗性提高的主要的添加元素，在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，Te或Bi必須在0.01～0.1的范圍，實(shí)際較好為0.2～0.7重量％。
In或Zn是在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，為改善添加Te或Bi時(shí)所引起的加工性劣化而追加的添加元素。在本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料中，In或Zn必須在0.5～10.0的范圍，實(shí)際較好為2.0～5.0重量％。
本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料的制造，與以往的電觸點(diǎn)材料的制造方法基本相同。即，采用熔煉鑄造法等制造目標(biāo)組成的合金，通過在氧氣氛下將其加熱進(jìn)行內(nèi)部氧化處理后，實(shí)施規(guī)定的加工。這里，本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料的內(nèi)部氧化處理時(shí)的條件，無論哪一種合金都較好為氧氣壓為0.2～10氣壓，溫度為600～850℃，加熱時(shí)間為12～72小時(shí)。
以上說明的本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料都能將接觸電阻保持在較低的狀態(tài)，并且同時(shí)還具有耐消耗性、耐熔敷性。使用本發(fā)明的電觸點(diǎn)材料作為電觸頭的開關(guān)，可在小型化的同時(shí)仍具有上述特性，有助于今后家電產(chǎn)品的小型化。


圖1為實(shí)施例1的電觸點(diǎn)材料的剖面組織照片。
圖2為實(shí)施例4的電觸點(diǎn)材料的剖面組織照片。
圖3為比較例2的電觸點(diǎn)材料的剖面組織照片。
圖4為比較例3的電觸點(diǎn)材料的剖面組織照片。
具體實(shí)施例方式
以下，結(jié)合比較例說明本發(fā)明的最佳實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，實(shí)施例1～4為表1所示組成的電觸點(diǎn)材料，表1～表3所記載的比較例1～3是用于和實(shí)施例作比較的采用以往技術(shù)所形成的電觸點(diǎn)材料(單位為重量％)。
表1

表2

表3

實(shí)施例1～4及比較例1～3的電觸點(diǎn)材料的制造方法為如下的方法用通常的高頻熔化爐，將表1～3的各組成的Ag合金熔化后，鑄成錠。然后將該錠用熱擠壓法加工成φ6mm的線材。接著，通過反復(fù)退火和拉絲，將該線材加工到φ2mm，按長(zhǎng)2mm進(jìn)行切斷，制成φ2mm×2mmL的小片。將該小片在氧氣壓為5個(gè)大氣壓、溫度700℃下進(jìn)行48小時(shí)的內(nèi)部氧化處理，集中內(nèi)部氧化處理后的小片，將其壓縮成型，形成φ50mm的圓柱坯條。
將該圓柱坯條裝入圓筒容器中，從圓柱的橫向施加壓力，對(duì)圓柱坯條進(jìn)行擠壓加工。在該擠壓加工中，由于圓柱坯條的側(cè)面被圓柱容器固定，所以可在圓柱橫向變形，而不能在與其垂直的圓柱側(cè)面方向變形。該擠壓加工后，進(jìn)行850℃、4小時(shí)的燒結(jié)處理。該擠壓加工及燒結(jié)處理反復(fù)進(jìn)行6次。
經(jīng)過擠壓加工及燒結(jié)處理的坯條再次用熱擠壓法加工成φ6mm的線材。然后，通過拉絲加工形成直徑2.3mm的線材，用鐓鍛機(jī)制造出頭徑3.5mm，頭厚1mm的鉚釘型觸點(diǎn)。
接著，用以下方法對(duì)經(jīng)上述工序制造出的實(shí)施例1～4及比較例1～3的鉚釘型觸點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
溫度上升值的測(cè)定將鉚釘型觸點(diǎn)裝入具有20g接觸力的開閉機(jī)構(gòu)的溫度上升測(cè)定試驗(yàn)機(jī)中，在AC125C、10A的電阻負(fù)荷下進(jìn)行了1萬次的預(yù)開閉后，測(cè)定在AC125V、10A的電阻負(fù)荷下連續(xù)通電中的溫度上升值。觀察試驗(yàn)后的鉚釘型觸點(diǎn)的狀態(tài)，研究有無熔敷。還有，實(shí)際開關(guān)中，接觸力多為100g以上，就本試驗(yàn)條件的溫度上升，為加速的試驗(yàn)，可認(rèn)為40℃以下為實(shí)用化的水平。
耐熔敷性的研究對(duì)各鉚釘型觸點(diǎn)進(jìn)行了耐熔敷性試驗(yàn)。耐熔敷性試驗(yàn)是將鉚釘型觸點(diǎn)裝入20g接觸力的開閉機(jī)構(gòu)中，在AC125V下以沖擊電流78A、穩(wěn)態(tài)電流5A的TV-5標(biāo)準(zhǔn)的燈為負(fù)荷，開閉1萬5千次，調(diào)查在開閉中有無觸點(diǎn)熔敷的試驗(yàn)。開閉中發(fā)生熔敷，即使是一次也為NG，不發(fā)生熔敷為OK。
表4為溫度上升值的測(cè)定結(jié)果及耐熔敷性的評(píng)價(jià)結(jié)果。從該溫度上升值的測(cè)定結(jié)果可知，實(shí)施例1～4和比較例1、3達(dá)到可實(shí)用化的水平，但比較例2的溫度上升值高升為78℃，較高。這意味著Ag-SnO2-In2O3-NiO系電觸點(diǎn)材料應(yīng)用于開關(guān)時(shí)，難以滿足溫度上升的標(biāo)準(zhǔn)。
表4

從耐熔敷性的試驗(yàn)結(jié)果可知，所有的實(shí)施例和比較例2、3都為OK，只有比較例1為NG。無添加元素的Ag-CuO系電觸點(diǎn)材料的耐熔敷性較低。根據(jù)以上的研究，比較例1在耐熔敷性上存在問題，而比較例2在通電中的溫度上升上存在實(shí)用化問題。另外比較例3雖在耐熔敷性、溫度上升上不存在問題，但畢竟是含有Cd的材料，因此會(huì)給今后的實(shí)用化帶來障礙。
材料組織的觀察最后，對(duì)觀察金屬剖面組織(倍率400倍)后的結(jié)果進(jìn)行說明。圖1、2分別為實(shí)施例1、4的剖面組織，圖3、4分別為比較例2、3的剖面組織。實(shí)施例1、4分散著較大的氧化物，具有和比較例3的Ag-CdO系觸點(diǎn)材料相同的剖面組織。而比較例2的剖面組織分散著非常細(xì)微的氧化物。一般認(rèn)為，觸點(diǎn)表面因觸點(diǎn)開閉中所產(chǎn)生的電弧發(fā)生熔融時(shí)，氧化物細(xì)微的情況下易發(fā)生氧化物的凝集，由此引起溫度上升。通過剖面組織觀察也驗(yàn)證了比較例3(比較例2)的觸點(diǎn)材料的溫度上升值高。
本發(fā)明所屬的實(shí)施例1、4的電觸點(diǎn)材料由于分散著大的氧化物，因此有利于控制通電過程中的溫度上升，并且還通過添加Te或Bi確保了耐熔敷性。又通過添加In或Zn來改善添加Te或Bi所降低的加工性，是一種更新?lián)Q代的材料。根據(jù)以上所述，本發(fā)明的觸點(diǎn)材料是能夠同時(shí)解決環(huán)境問題、溫度上升問題、耐熔敷性問題這3個(gè)問題的非常優(yōu)異的觸點(diǎn)材料，而這3個(gè)問題以往觸點(diǎn)材料是不能同時(shí)解決的。
權(quán)利要求
1.電觸點(diǎn)材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的In和剩余部分為Ag所構(gòu)成的Ag-Cu-Te-In合金發(fā)生內(nèi)部氧化而形成。
2.電觸點(diǎn)材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Te，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分為Ag所構(gòu)成的Ag-Cu-Te-Zn合金發(fā)生內(nèi)部氧化而形成。
3.電觸點(diǎn)材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的In和剩余部分為Ag所構(gòu)成的Ag-Cu-Bi-In合金發(fā)生內(nèi)部氧化而形成。
4.電觸點(diǎn)材料，其特征在于，使由0.5～10.0重量％的Cu，0.01～1.0重量％的Bi，0.5～10.0重量％的Zn和剩余部分為Ag所構(gòu)成的Ag-Cu-Bi-Zn合金發(fā)生內(nèi)部氧化而形成。
5.開關(guān)，其特征在于，使用權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的電觸點(diǎn)材料作為電觸頭。
全文摘要
本發(fā)明為電觸點(diǎn)材料，該電觸點(diǎn)材料通過使在Ag－Cu合金中添加Te或Bi，再添加可改善加工性的In或Zn而形成的合金發(fā)生內(nèi)部氧化制得。在Ag－Cu合金中所添加的Te或Bi不僅保持Ag－CuO系電觸點(diǎn)材料的接觸電阻穩(wěn)定性，而且提高耐熔敷性、耐消耗性。合金中各成分的濃度較好為Cu0.5～10.0重量％，Te或Bi0.01～1.0重量％，In或Zn0.5～10.0重量％。
文檔編號(hào)H01H1/023GK1574135SQ20041004570
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月27日
發(fā)明者坂口理, 高橋光彌, 柳原宣仁, 山本俊哉 申請(qǐng)人:田中貴金屬工業(yè)株式會(huì)社