JPS62195815A - 電気接点部品の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気接点部品の製造法に関する。更に詳しく
は、耐摩耗性を改善せしめた電気接点部品の製造法に関
する。

〔従来の技術〕

炭素あるいは黒鉛（グラファイト）は、元来溶着性が全
くなく、化学的にきわめて安定である。銀−グラファイ
ト合金も同様な性質を有しており、絶対的に確実な接触
を必要とする接点材料として適している。即ち、少量の
グラファイトを合金中に加えることにより、消耗量は増
加するものの、絶対に溶着せず、導通のなくなることも
ないので接触抵抗が安定しており、接触の確実性の要求
される接点として好適に使用されるのである。

接点部品材料として用いる場合には、一般にグラファイ
トの割合が約１〜１０重量％のものが実用域であり、そ
の割合に応じて種々の用途に用いられる。即ち、グラフ
ァイトの割合が約５〜１０重量％のものは、グラファイ
トの自己潤滑性および耐摩耗性を必要とする摺動接点、
集電子などに用いられる。グラファイト約３〜５重量％
のものは、あまり潤滑性を必要とはせず、耐溶着性およ
び耐アーク性を必要とする中負荷の継電器、遮断器など
に使用される。特に耐溶着性および耐アーク性が要求さ
れる６〜３０Ｖの中負荷の直流継電器には、銀−ニッケ
ル、銀−タングステンカーバイトと組合されて使用され
る。

また、グラファイトが０．１〜１．０％のものも用いら
れ、これは溶着性が最も問題となる小型低電圧の直流継
電器に用いられ、銀−ニッケル、銀−酸化カドミウムあ
るいは純銀と組み合されて使用される。

このように、銀−グラファイト接点部品は、最小アーク
電圧が高いこともあって、一般に低電圧・大電流の開閉
接点として有効であるが、反面法のような欠点も有して
いる。

（１）軟質であるため、機械的摩耗が多い（２）電気的
開閉による消耗量が多い （３）一般に、粉末冶金法によって成形されるため、煩
雑な工程を必要とする （４）粉末冶金法の原料として用いられるグラフアイ１
〜の製造法による粒度のバラツキおよび粉末冶金成形時
のグラファイトの方向性などにより接点性能にもバラツ
キがみられる （５）粉末冶金法により成形されたものを機械加工し、
これを銅あるいは銅合金の台金に銀ロウ付けして使用さ
れるが、このままではロウ付けできないため、ロウ付げ
に先立って銀層をバックメタル層として設ける必要があ
る （６）粉末冶金法で成形するため、最低限必要な厚さが
あり、用途によってはこの厚さが必要以上の厚さである
こともあり、更にバックメタル層を設けることにより、
それ以上の厚さとなる不経済性がみられる （７）銀ロウ付けの際、銀ロウの種類、ロウ付温度、ロ
ウ付時間、前処理などの影響ファクターが多く、これら
の条件の不備によりロウ付強度が弱くなる危険性がある 〔発明が解決しようとする問題点〕 ３一 本発明者らは、このように問題点の多い粉末冶金法に代
って銀−グラファイト混合物接点を製造可能とし、しか
も耐摩耗性の点でもすぐれている電気接点部品を与え得
るような方法を求めて種々検討した結果、接点部分に予
めイオンボンバード処理を行なった後、銀および炭素を
同時に真空蒸着させる方法がきわめて有効であることを
見出した。

〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕従って
、本発明は電気接点部品の製造法に係り、電気接点部品
の製造は、電気接点部品の接点部分表面に銀−グラファ
イト混合薄膜を形成させるに際し、接点部分に予めイオ
ンボンバード処理を行なった後、別々のルツボに収容さ
れている銀および炭素を同時に真空蒸着させることによ
り行われる。

電気接点部品の接点部分表面に銀−グラファイト混合薄
膜を形成させるに前に、接点部分に予め行われるイオン
ボンバード処理は、真空蒸着チャンバー内に薬品などで
洗浄された接点部品基板を４一 基板ホルダーに設置した後、一旦チャンバー内を排気し
てから所定圧力（例えばＩ　Ｘ　１０”−３Ｔｏｒｒ）
のアルゴンガスなどの不活性ガスを導入し、バイアス用
電流電源などにより基板ホルダーに約−５０〜５００Ｖ
程度の直流電圧をかけ、高周波電源および整流器により
基板ホルダーに対向して位置するコイルに１３．５６Ｍ
Ｈｚの高周波を有効電力約１０〜４００Ｗでかけて約１
〜２０分間グロー放電状態とすることにより行われ、か
かる処理により接点部分表面のクリーニングが行われる
。

次に、別々のルツボに収容されている銀および炭素を同
時に真空蒸着させるが、真空蒸着はイオンボンバード処
理の際の高周波によるグロー放電状態を保ったまま行わ
れるイオンプレーティング法により好適に行われ、付着
力の大きい銀−グラファイト混合薄膜をそこに形成させ
ることができる。

この銀および炭素の同時蒸着に先立って、同様に行われ
るイオンプレーティング法により、銀単独の蒸着膜を形
成させておくことが好ましい。これは、次のような理由
に基いている。銀と炭素のそれぞれの蒸着速度を調節す
るためには、個々の蒸着速度の調節を行わなければなら
ず、このためにはどちらかを先に蒸発させなければなら
ない。

この場合、どちらを先に蒸発させたらよいかが重要であ
り、銅などの金属材料とグラファイト薄膜とでは温度に
よる膨張率や弾性が異なるため熱や力学的な歪により剥
れ易いという事情を考慮し、銀の薄膜を先に形成させた
後、徐々に炭素を蒸発させた方が密着力の大きいものか
えられという考慮に基いている。

このようにして、好ましくは膜厚約１０００人程度の銀
単独の薄膜を形成させた上で、銀−グラファイト混合薄
膜を約０．５〜３０μ程度の膜厚に形成させる。かかる
膜厚の範囲は、接点材料としての耐久性などから決定さ
れる。

形成された銀−グラファイト混合薄膜は、別々のルツボ
に収容された銀および炭素を加熱するための電子ビーム
の照射条件を個々に調節することにより、銀およびグラ
ファイトが約８０　：　２０〜９９．５　：０．５の範
囲内の重量比組成になるようにする。このような重量比
組成の範囲内では、前記したような各種の用途に使用し
得る接点部品材料として用いることができる。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、次のような点ですぐれた電気接点
部品が製造される。

（１）粉末冶金法焼結体と比較して、摩擦特性はほぼ同
等でしかも硬度が高いため耐摩耗性の点ですぐれている （２）粉末冶金法でのような原料炭素や方向性などによ
る差異はなく、同一条件で銀−グラファイト混合薄膜を
形成させれば、常にほぼ同一性能の電気接点が形成され
る （３）粉末冶金法よりも工程が簡単である（４）膜厚の
制御が簡単でしかも必要なだけの膜厚のものを形成させ
ることができ、特にバックメタル層を設けた粉末冶金法
焼結体のように不必要な厚さにする必要はなく、低コス
ト化が図れる〔実施例〕 −７〜 次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１ 銅を材料とする接点部品基板を、次の工程に従って洗浄
した。

（１）中性洗剤超音波洗浄　　　　　　　　２分間（２
）水洗　　　　　　　　　　　　　　　２　〃（３）酸
洗（５％塩酸）　　　　　　　　　　５　〃（４）水洗
　　　　　　　　　　　　　　　　２１Ｉ（５）エタノ
ール置換　　　　　　　　　　　２１ノ（６）１，１．
１−トリクロルエタン超音波洗浄　５　〃（７）１，１
．．１−トリクロルエタン蒸気洗浄　　１０〃この洗浄
基板について、第１図に示される電子ビーム方式のルツ
ボを２セツト有する真空蒸着装置を用いて、真空蒸着を
次のようにして行なった。

真空蒸着チャンバー１内の上部空間に設置された基板ホ
ルダー２に上記洗浄基板３．３　’、・・・・・を取り
付け、チャンバー内をＩ　Ｘ　１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下に
排気した。次に、ガス導入バルブ１４から、アルゴンガ
スをＩ　Ｘｌ０−３Ｔｏｒｒになるまで導入し、バイア
ス用電流電源１０にこより基板ホルダー２に一１００Ｖ
の直流電圧をかけ、また高周波電源１１および整流器１
２によりコイル１３に１３．５６ＭＨｚの高周波を１０
０Ｗの有効電力でかけてグロー放電状態とし、１０分間
のイオンボンバード処理を行なった。

このコイル１３の下方には、２個のルツボ４および５が
セットされており、ルツボ４には銀６が、またルツボ５
には炭素塊７がそれぞれ収容されている。上記のグロー
放電状態を保ったまま、電子ビーム電源８に接続された
電子ビームフィラメント９，９′に電流を流すイオンプ
レーティング法により、真空蒸着が開始される。

真空蒸着は、まずルツボ４側の銀６を電子ビームにより
蒸発させ、膜厚モニター１５により約１０００人の厚さ
に銀を基板上に付着させたならば、今度はルツボ５側の
炭素塊７にも電子ビームを照射し、銀と炭素とを同時に
蒸発させて、膜厚約ｌＯμの混合薄膜を形成させた。

形成された混合薄膜の成分組成は、ＥＳＣＡによる表面
観察ではＡｇ　：　Ｃは元素比で８３　：　１７（Ａｇ
の比重を１０．４９、グラファイトの比重を２．２６７
とすると、重量比では９６：４となる）となっている。

比較例１ 実施例１において、イオンボンバード処理を行わなかっ
た。形成された混合薄膜の成分組成は、ＥＳＣＡによる
表面観察ではＡｇ：Ｃは元素比で８０　：　２０（重量
比では９５　：　５）であった。

以上の実施例１および比較例１でそれぞれ形成された混
合薄膜について、銘木式スラスト試験機を用いて、摺動
条件を変更しながら、摩擦係数および摺動面温度の測定
を行なった。また、マイクロビッカース硬度Ｈｖの測定
も行なった。得られた結果は、次の表に示される。なお
、この表には、銀−グラファイト（重量比９６　：　４
）粉末冶金法焼結体（比較例２）およびＡｇメッキ体（
比較例３）についての測定結果も併記されている。

表 実施例１　０．２９５　　　５８　　　　０．２４１　
　　　４９　　　　　８８比較例１　０．３５０　　　
６０　　　　０．２９０　　　　５４　　　　　８０ｎ
　　２　０．３９５　　　７０　　　　０．１３８　　
　　４０　　　　　４８ｕ　　３　０．９９８　　　９
３　　　　０．７９７　　　　５９以上の結果から、イ
オンボンバード処理を行なった上で銀−グラファイト混
合薄膜を形成させたものは、イオンボンバード処理しな
いものおよびＡｇメッキ体と比較して明らかに摩擦特性
がすぐれており、焼結体と比較すると摩擦特性はほぼ同
等であるが、硬度が高く耐摩耗性の点ですぐれているこ
とが分る。

実施例２ 実施例１において、接点部品基板として表面粗さ約ＩＳ
のタフピッチ銅板（１０Ｘ　２０　Ｘ　１　、１ｍｍ）
が用いられた。銀薄膜上に形成された銀−グラファイト
混合薄膜は、約５μの膜厚を有し、成分組成は実施例１
のそれと同等であった。

このようにして作製された試料について、ＪＩＳＨ−８
６１８の５．５．１の方法による折曲試験をそれぞれ９
０°および１８０″′で行なったが、いずれの場合にも
剥れはみられなかった。

比較例２ 実施例２において、イオンボンバード処理を行わなかっ
た。膜厚約５μの銀−グラファイト混合薄膜を形成させ
た試料について、同様の折曲試験を行なうと、９０°お
よび１８ｏ°のいずれの場合にも混合薄膜層に剥離がみ
られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の一実施態様の概要図である。 （符号の説明） １・・・・・・真空蒸着チャンバー ２・・・・・・基板ホルダー ３・・・・・・接点部品基板 ４．５・・・ルツボ ６・・・・・・銀 ７・・・・・・炭素塊 ９・・・・・・電子ビーム １１・・・・・・高周波電源 １３・・・・・・コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気接点部品の接点部分表面に銀−グラファイト混
   合薄膜を形成させるに際し、接点部分に予めイオンボン
   バード処理を行なった後、別々のルツボに収容されてい
   る銀および炭素を同時に真空蒸着させることを特徴とす
   る電気接点部品の製造法。 ２、銀および炭素の同時蒸着に先立って、銀の蒸着膜の
   形成が行われる特許請求の範囲第１項記載の電気接点部
   品の製造法。 ３、銀およびグラファイトが約８０：２０〜９９．５：
   ０．５の範囲内の重量比組成の混合薄膜を形成させるよ
   うに銀および炭素を同時蒸着させる特許請求の範囲第１
   項記載の電気接点部品の製造法。 ４、銀および炭素の同時蒸着がイオンプレーティング法
   によって行われる特許請求の範囲第１項または第３項記
   載の電気接点部品の製造法。