鉚釘型觸點及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鉚釘型觸點。特別是涉及能夠減少Ag合金等觸點材料的使用量并且 即使在經(jīng)受高容量負(fù)荷的使用環(huán)境下耐久壽命也良好的鉚釘型觸點。
【背景技術(shù)】
[0002] 對電路進(jìn)行機械性開關(guān)的電觸點作為從家電制品、OA設(shè)備、汽車用電裝品等至重 型電氣設(shè)備的廣泛領(lǐng)域的電氣設(shè)備的各種開關(guān)、繼電器的構(gòu)成部件使用。作為該開關(guān)型的 電觸點的形態(tài)，有直接與彈簧材料等支撐材料接合的尖頭形狀的觸點，但一般而言，大多使 用鉚釘形狀的觸點。該鉚釘型觸點由作為電觸點發(fā)揮作用的頭部和寬度比頭部窄的腳部構(gòu) 成。腳部在將鉚釘型觸點固定于支撐材料時發(fā)生鉚接變形。
[0003] 而且，要求電觸點能夠維持可靠的機械性開關(guān)，即在接觸時能夠無障礙地傳遞流 向觸點的電流、信號，在切斷時能夠無障礙地分離。此外，還要求具有穩(wěn)定的接觸電阻。另 一方面，在開關(guān)觸點的表面產(chǎn)生因放電引起的材料的熔融、蒸發(fā)、消耗等，由此使電觸點的 接觸功能受阻，有時觸點彼此發(fā)生熔敷，這些會成為引起電氣制品等的性能下降或功能停 止的原因。因此，對于為了即使在該嚴(yán)苛的負(fù)荷下也能夠?qū)崿F(xiàn)上述基本功能的構(gòu)成材料進(jìn) 行了大量研究。其中，目前認(rèn)為適合作為觸點材料的是Ag系的觸點材料，特別是，大多應(yīng)用 在Ag基質(zhì)中分散有Sn02、In2O3XuO等各種金屬氧化物的氧化物分散型的Ag合金（Ag-SnO2 系合金、Ag-SnO2-In2O3系合金、Ag-ZnO系合金等）。
[0004] 以往的鉚釘型觸點大多是整體由觸點材料構(gòu)成，但考慮到近年來作為觸點材料的 Ag合金等價格昂貴，為了削減構(gòu)件成本，通常使用使觸點材料的應(yīng)用部位為一部分且使其 他部分由Cu、Cu合金等成本較低的材料（基體材料）構(gòu)成的雙層鉚釘型觸點。
[0005] 作為這樣的將Ag合金與Cu系材料組合而得到的雙層鉚釘型觸點的構(gòu)成，已知例 如使頭部的上表面部分由觸點材料構(gòu)成且使頭部的下表面和腳部為Cu等基體材料的構(gòu)成 (參考圖7(a)、專利文獻(xiàn)1)、使頭部整體為觸點材料且使腳部為基體材料的構(gòu)成等（參考圖 7(b)、專利文獻(xiàn)2)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007] 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平5-282957號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2 :日本實用新型登記第3098834號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 發(fā)明所要解決的問題
[0011] 以往的雙層構(gòu)成的鉚釘型觸點從兼顧構(gòu)件成本與觸點功能的觀點考慮是令人滿 意的。而且，其耐久性在大部分用途中也是充分的。
[0012] 然而，如上所述，開關(guān)觸點的用途是多方面的，從進(jìn)行低負(fù)荷的開關(guān)、截斷的開關(guān) 觸點起，也有進(jìn)行額定電流數(shù)十~數(shù)百A的高負(fù)荷的開關(guān)、截斷的開關(guān)觸點。而且，根據(jù)本 發(fā)明人，以往的雙層構(gòu)成的鉚釘型觸點在這種高負(fù)荷的用途中存在如下問題：伴隨著使用， 包含Ag合金的觸點材料部分從基體材料剝離。若這樣的觸點材料的剝離在一個觸點（固 定觸點）發(fā)生，則另一個觸點（可動觸點）可能與其基體材料接觸、短路而導(dǎo)致設(shè)備故障。
[0013] 如上所述的雙層結(jié)構(gòu)的鉚釘型觸點的問題是由于組合不同種類的材料來構(gòu)成而 產(chǎn)生的，是如果使觸點整體由Ag合金構(gòu)成就不會產(chǎn)生的問題，但如果考慮構(gòu)件成本，則是 合理的構(gòu)成。因此，要求維持該合理的構(gòu)成并且考慮到其耐久性。因此，本發(fā)明提供不會發(fā) 生如上所述的觸點材料的剝離、脫落、耐久壽命優(yōu)良的鉚釘型觸點。
[0014] 用于解決問題的方法
[0015] 為了解決上述問題，本發(fā)明人首先對以往的雙層結(jié)構(gòu)的鉚釘型觸點中產(chǎn)生的觸點 材料的剝離的原因進(jìn)行了研究。其結(jié)果，著眼于在高容量的開關(guān)觸點特有的環(huán)境中的氧的 行為。
[0016] 在觸點彼此的接觸時，觸點表面經(jīng)受與其電容量相對應(yīng)的電弧熱、焦耳熱的負(fù)荷， 但在高容量的觸點表面的情況下，其溫度成為相當(dāng)高的溫度。此時，外部氣氛（空氣）中的 氧會浸入觸點材料。此處，作為觸點材料的主要構(gòu)成金屬的Ag是能夠使氧容易擴散的金 屬，因此，所浸入的氧擴散到觸點材料中，不久就會到達(dá)觸點材料與基體材料的接合界面。 而且，到達(dá)接合界面的氧與構(gòu)成基體材料的Cu結(jié)合、氧化而形成Cu氧化物。該Cu氧化物 與觸點材料（Ag)的結(jié)合力弱，因此會產(chǎn)生剝離。
[0017]另外，作為氧的影響，除了從外部氣氛浸入的氧的影響以外，認(rèn)為還有觸點材料自 身所含有的氧的影響。認(rèn)為這是在應(yīng)用Ag氧化物合金作為觸點材料的情況下，所分散的氧 化物的氧在高溫下從氧化物解離，在觸點材料中擴散而到達(dá)接合界面，形成氧化物。
[0018] 根據(jù)上述研究，本發(fā)明人認(rèn)為，為了抑制觸點材料的剝離，抑制觸點材料與基體材 料的接合界面處的氧化物形成是有效的。但是，氧化物形成的原因是由來自外部氣氛的氧 引起的還是由來自觸點材料中的氧化物的氧引起的是不能確定的。而且，改變觸點的外部 氣氛是不可能的，另外，觸點材料中的氧化物是Ag氧化物合金中的主要構(gòu)成，在應(yīng)用Ag氧 化物合金的情況下限制氧化物量是不現(xiàn)實的。
[0019] 因此，本發(fā)明人認(rèn)為，作為抑制接合界面處的氧化物形成的手段，優(yōu)選設(shè)定阻止氧 向接合界面的擴散的阻擋層，進(jìn)而優(yōu)選應(yīng)用Ag合金作為該阻擋層的構(gòu)成材料，從而想到了 本發(fā)明。
[0020] S卩，本發(fā)明為一種鉚釘型觸點，其是由頭部和寬度比上述頭部窄的腳部構(gòu)成的鉚 釘型觸點，其特征在于，上述頭部的至少上表面包含由Ag系觸點材料構(gòu)成的觸點材料層， 上述頭部的剩余部分和上述腳部包含由Cu或Cu合金構(gòu)成的基體材料，在上述觸點材料層 與上述基體材料的接合界面具備包含Ag合金的阻擋層。
[0021] 以下，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的特征在于，對于具有至少上表面包含由Ag 系觸點材料構(gòu)成的觸點層的頭部和頭部的剩余部分及腳部利用由Cu或Cu合金構(gòu)成的基體 材料構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)的鉚釘型觸點，在觸點層與基體材料的接合界面形成包含Ag合金的 阻擋層而形成三層結(jié)構(gòu)。
[0022] 因此，對作為本發(fā)明特征的阻擋層進(jìn)行說明。本發(fā)明中的包含Ag合金的阻擋層 中，Ag合金的添加元素（Ag以外的構(gòu)成元素）優(yōu)先與氧結(jié)合而形成氧化物，由此阻止氧到達(dá) 接合界面而防止Cu氧化物的生成。構(gòu)成該阻擋層的Ag合金對觸點材料（Ag系觸點材料） 和基體材料（Cu)這兩者都具有充分的接合力。另外，由于導(dǎo)電性、韌性也良好，因此，能夠 在不損害作為觸點的電特性的情況下防止接合界面處的氧化物生成。
[0023] 關(guān)于這一點，作為阻擋層的構(gòu)成材料，也考慮應(yīng)用并非Ag合金的氧難以擴散的材 料而使氧向接合界面的迀移本身無效化。但是，完全不發(fā)生氧擴散的金屬材料的種類有限， 另外，導(dǎo)電性、韌性優(yōu)良并且對觸點材料和基體材料這兩者都具有充分的接合力的材料少。 與此相對，本發(fā)明這樣的包含消耗氧的Ag合金的阻擋層在使用過程中析出氧化物，由此轉(zhuǎn) 變?yōu)榕c觸點材料接近的Ag氧化物合金。這意味著，在使用過程中阻擋層的耐磨損性、耐熔 敷性提高，還具有能夠作為觸點材料磨損時的備用材料發(fā)揮作用這樣的優(yōu)點。
[0024] 而且，形成阻擋層的Ag合金優(yōu)選為在Ag中添加0. 03~20質(zhì)量％的Sn、In、Cu、 Ni、Fe、Co、W、Mo、Zn、Cd、Te、Bi中的1種或2種以上的賤金屬元素而成的Ag合金。這些賤 金屬的添加量低于0.03%時，會允許氧到達(dá)接合界面。另外，超過20質(zhì)量％時，與基體材料 的接合強度變得不穩(wěn)定。需要說明的是，在存在多種添加元素時為這些元素的總量。另外， 構(gòu)成阻擋層的Ag合金有時含有不可避免的雜質(zhì)。
[0025] 此處，構(gòu)成阻擋層的"Ag合金"是指包含處于Ag與添加元素（賤金屬）發(fā)生了固 溶的狀態(tài)的固溶合金和處于未完全固溶的添加元素部分析出的狀態(tài)的復(fù)合型合金這兩者 的含義。在任意一種形態(tài)中，都通過使添加元素氧化來發(fā)揮作為阻擋層的功能。
[0026] 作為構(gòu)成阻擋層的Ag合金的具體例，可以舉出在Ag中添加0. 5~20質(zhì)量％的Cu 而成的Ag合金（Ag-Cu合金）。Cu的添加量優(yōu)選為3. 0~20質(zhì)量％。也可以應(yīng)用在Ag-Cu 合金中進(jìn)一步添加0. 03~I. 0質(zhì)量％的Ni而成的Ag合金。
[0027] 另外，關(guān)于構(gòu)成阻擋層的Ag合金，作為添加Cu以外的Ag合金，也可以應(yīng)用在Ag 中添加0. 5~20質(zhì)量％的Sn、In、Zn、Cd中的至少任意一種而成的Ag合金。例如，在Ag中 添加I. 0~10