TWI675391B - 帶狀接點材、帶狀接點材的製造方法、片狀的接點構件、電氣接點的製造方法、及繼電器 - Google Patents

帶狀接點材、帶狀接點材的製造方法、片狀的接點構件、電氣接點的製造方法、及繼電器 Download PDF

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Abstract

本發明的帶狀接點材，係具備帶狀之接點材料的帶狀接點材，其特徵為：在前述帶狀之接點材料，接合有至少一個金屬線狀之硬銲材料而成；在剖面形狀中，形成有至少一個由前述硬銲材料所構成，且從前述接點材料之表面突出的凸銲部；更在前述接點材料之內部，沿著與前述硬銲材料之界面形成有：含有構成前述硬銲材料之金屬成分的擴散區域；前述擴散區域之厚度，為2μm以上且10μm以下。藉由將該帶狀接點材切斷成任意的長度就可以獲得片狀接點構件。本發明的接點構件，係有利作為開閉式電氣接點的構成構件，且可以對應於電氣接點的低外形化。本發明也可以有助於減低接合不良的發生。

Description

帶狀接點材、帶狀接點材的製造方法、片狀的接點構件、電氣接點的製造方法、及繼電器
本發明係關於一種用以形成繼電器(relay)、開關(switch)等的開閉型電氣接點之構成零件的帶狀之接點材。詳言之，關於一種用以供應與開閉型電氣接點之端子接合的片形狀之接點構件的帶狀之接點材，且可以對應小型化、低外形化但是不易發生接觸不良的接點構件的帶狀之接點材。
習知以來已有使用開閉型電氣接點來作為汽車用電氣設備、家電製品、OA機器等之電氣機器的各種繼電器、開關之構成零件。圖8係說明一般的繼電器之結構的示意圖。又，圖9係說明作為繼電器之一態樣的撓曲型(flexure type)的繼電器之結構的示意圖。在開閉型電氣 接點中，係將接點構件接合於端子(導電板)，且藉由該接點構件來電性開閉電氣電路。作為該接點構件，已知的有熔接於端子並進行接合的片形狀之接點構件。此種的接點構件，係在圖8、圖9的固定接點及可動接點之雙方上使用。
片形狀之接點構件，例如有如圖10之在銀合金等的接點材料，接合有用以接合於端子之熔接材料的接點構件。在該接點構件中，熔接材料係由銅-鎳合金等之高電阻的金屬材料所構成，且在接合面上形成有凸狀的凸銲部(projection)。該接點構件，係藉由利用了熔接材料之凸銲部的電阻式熔接(resistance welding)來接合於端子。
又，作為片形狀的接點構件之另一形態，也已知有由圖11的接點材料和形成於接合面之較薄的硬銲材料層(背墊焊料(back solder))所構成的接點構件。具備該背墊焊料的接點構件，係藉由硬銲材料之加熱、熔融來接合於端子。
然後，在製造及使用如上述的片狀之接點構件時，係製造帶狀之接點材，且將該接點材切斷成任意的長度以製造片狀之接點構件，且將該接點構件接合於端子。如此的帶狀之接點材，係指具有與上面所述之圖10、圖11同樣之剖面形狀的長條材，且在帶狀之接點材料，接合已事先進行凸銲部加工所成的帶狀之熔接材料、或已事先進行軋延加工所成的帶狀之硬銲材料所成。有關如此的片狀之接點材，例如，本案申請人也已開發且揭示了如專利文獻1所記載之將凸銲部和硬銲材料予以組合所成的接點材。
[先前技術文獻]
專利文獻1：日本特許第4279645號公報
[發明所欲解決之課題]
可是，在近年的車載用繼電器等之電氣接點中，已被強烈要求小型化、高容量化。為此，就被使用於繼電器的片狀之接點構件的構成而言，也需要考慮此等要求的改良。但是，對於此等的要求，上述的習知接點構件並無法充分地對應。亦即，因上面所述的接點構件之中，具備形成有前者之凸形狀的凸銲部之熔接材料的接點構件，係具有熔接材料之厚度故而會成為接點構件之低外形化、小型化的障礙。又，在該接點構件中，由於熱傳導係數比接點材料還低的熔接材料會阻礙接點材料之散熱，所以也會造成電氣接點之高容量化的虞慮。更且，雖然熔接材料因電氣電阻較高且使電氣流動時的發熱較多而有利於電阻式熔接，但是也會造成作為接點構件來使用時之發熱變多的原因，此點也成為電氣接點之高容量化的虞慮。
另一方面，由於具有後者之背墊焊料的接點構件，係能藉由厚度較薄的硬銲材料層來接合於端子，所以可以期待低外形化。然而，在該型式的接點構件中，會有在與端子進行接合時，僅接點端部被熔接而使往端子之熔接成為不安定，或是已熔融的硬銲材料滲出，並因硬銲材料附著於接點材料表面或端子而引起接觸障礙的問題。為此，需要充分地考慮此等的不良情形，來設計加工硬銲材料層。
又，由於具有背墊焊料的接點構件，係可以使接點材料以接合面整體接合於端子，所以在接合強度方面是有利的。但是，為了沒有缺陷的確實接合，或為了防止上面所述之硬銲材料滲出，而被要求在嚴格的水平狀態下進行接合作業。對於需要小型化的接點構件，要達成如上述之嚴格的硬銲材料層之設計、加工或接合條件是困難的。藉由本案申請人所提出的上述專利文獻1之接點構件，雖然已考慮硬銲材料之滲出等，但是對於水平更高之小型化的要求而言並不一定是充分的。
本發明係在如以上之背景下所開發完成，其提供一種用以製造以下之接點構件的帶狀之接點材，有關用以製造開閉型之電氣接點的片形狀之接點構件，係能夠對應小型化、低外形化，且不會發生對端子等的接合不良，而可明確接點性能已獲確保的接點構件之構成。再者，在本發明中，係將為了接合於端子等而形成為片狀的構件稱為「接點構件」，且將用以製造該片狀之接點構件的帶狀之材料稱為「接點材」。然後，在接點構件及接點材中，將作為可供硬銲材料所接合的材料之接點材料稱為「接點材料」。 [解決課題之手段]
本發明人等，係為了解決上述課題，而一邊廢棄上述習知的熔接材料之應用，同時一邊進行了有關硬銲材料之形狀的改良之檢討。結果，本發明人等，係改成被覆接點材料之接合面的層狀(帶狀)之硬銲材料，並應用在接點材料之接合面上局部***的凸起狀(金屬線狀)之硬銲材料。換句話說，在接點材料之接合面上，形成由硬銲材料所構成的凸銲部(突起物)。然後，本發明人等，係除了該形狀變更，還可以藉由將由硬銲材料所構成的凸銲部與接點材料的接合部之狀態最佳化，來解決上面所述的各種課題，以致開發出本發明。
亦即，本發明係一種帶狀接點材，具備帶狀之接點材料的帶狀接點材，其特徵為：在前述帶狀之接點材料，接合有至少一個金屬線狀之硬銲材料而成；在剖面形狀中，形成有至少一個由前述硬銲材料所構成，且從前述接點材料之表面突出的凸銲部；更在前述接點材料之內部，沿著與前述硬銲材料之界面形成有：含有構成前述硬銲材料之金屬成分的擴散區域；前述擴散區域之厚度，為2μm以上且10μm以下。
藉由將上面所述之本發明的帶狀之接點材，切斷成所期望的長度，就可以獲得片狀之接點構件。本發明的帶狀接點材之剖面形狀係如同圖1所示般，在接點材料之表面上形成有由硬銲材料所構成的凸銲部(圖1中之(a))。根據本發明的帶狀接點材所獲得的片狀之接點構件，就可以藉由電阻式熔接來接合於電氣接點之端子等，且可藉由熔融由硬銲材料所構成的凸銲部來完成與端子之接合。
在本發明的帶狀接點材中，當與具備有習知的層狀之硬銲材料的接點材做比較時，硬銲材料之量(體積)就成為限定的。為此，在本發明中，係可以有效地抑制已熔融後的硬銲材料之滲出。
當將本發明的接點構件、和習知之具備形成有凸銲部之熔接材料的接點構件進行對比時，由於本發明的接點構件，係不包含熔接材料，所以可以有助於熔接材料之厚度部分的低外形化。更且，由於沒有熔接材料所以散熱性優異，且也能夠謀求接點材料之消耗的減低。
更且，在本發明中，係可以將接點材與端子之接合面積形成適度的大小。在本發明之接點材中，形成凸銲部的硬銲材料和接點材料，是在伴同既定之擴散區域的狀態下接合。此在本發明中，係意指硬銲材料和接點材料是處於適度地一體化的狀態。當以如此的狀態進行電阻式熔接時，就可以藉由在凸銲部近旁所產生的電阻熱，牢固地接合凸銲部周圍的擴散區域和端子。又，在本發明中，凸銲部整體是由硬銲材料所構成，在接合時會發生硬銲材料之潤濕擴展。藉由此等的擴散區域之影響和硬銲材料之潤濕擴展，就可以增寬接合面積。相對於此，在習知之已結合形成有凸銲部之熔接材料後的接點構件中，因接合時所熔融的範圍是限定的故而接合面積較窄。藉由如此的本案發明中的接合力之提高作用及接合面積之適當化，就可以將接點材料牢固地接合於端子。又，藉由增寬接合面積就能夠提高散熱功效，且能夠改善動作時容易變成高溫的接點材料之耐久性。
在此，針對本發明的接點材之構成加以說明。如同上述般，本發明的帶狀接點材，係將帶狀之接點材和金屬線狀之硬銲材料作為基本的構成。接點材料，較佳為Ag(銀)系接點材料。所謂Ag系接點材料，係指由Ag或Ag合金所構成的接點材料。Ag，較佳是純度99質量%以上的純Ag。作為Ag合金，較佳是在Ag中包含Cu(銅)、Ni(鎳)、Zn(鋅)、Sn(錫)、In(銦)之至少其中任何一種的金屬的接點材料。再者，Ag及Ag合金，也可包含不可避免的雜質。
作為由Ag合金所構成的接點材料的較佳物，除了能應用如Ag-Cu合金的固溶體合金(solid solution alloy)，或是由粉末冶金法所形成的Ag-Ni合金、Ag-C合金等的合金以外，還能應用氧化物分散強化型的二相以上之構成的接點材料。氧化物分散強化型的接點材料，例如，已廣泛被使用作為車載用繼電器之接點材料，且可列舉Ag-SnO2 合金、Ag-SnO2 -In2 O3 合金、Ag-ZnO合金、Ag-SnO2 -Sn2 Bi2 O7 -In2 O3 合金等。
帶狀之接點材料的尺寸，係未被特別限定。有關其寬度(與帶狀材料的長邊方向呈垂直的方向)、及厚度，係可以按照用途而自由地設定。例如，在車載用之繼電器中，係使用寬度2.0mm以上且厚度0.4mm以上的接點材料。
從熔點及接合力的觀點來看，硬銲材料，較佳是由Ag-Cu合金所構成的硬銲材料。作為由Ag-Cu合金所構成的硬銲材料，係可列舉Ag含量為72質量%以上且85質量%以下的Ag-Cu合金。又，較佳也是在Ag-Cu合金中，包含P(磷)、Sn、In、Ni、Si(矽)、Mn(錳)之至少其中任一種的硬銲材料。具體而言，可列舉Ag-P-Cu合金硬銲材料(磷銅焊料)、Ag-Cu-Sn合金(銀焊料)。此等的硬銲材料，係在進行接點材料之接合時，具有適度之熔點的硬銲材料。再者，構成以上所述之硬銲材料的Ag-Cu合金，也可包含不可避免的雜質。
再者，有關在本發明中所應用的硬銲材料，較佳是限制Zn含量。具體而言，較佳是Zn含量為20質量%以下的硬銲材料。依據本發明人等的檢討，有時在應用Ag系接點材料的情況下，已接合包含較多之Zn的硬銲材料時，並無法獲得足夠的接合力，且硬銲材料容易剝離。從而，不佳的是熔點適當的硬銲材料，且包含Zn超過20質量%的硬銲材料。又，硬銲材料之Zn含量，更佳是設為15質量%以下。在Zn含量為超過15質量%且20質量%以下的情況下，有時會在強力扭轉接點材等的情況下剝離，且有時要注意處理。
在本發明中，係將金屬線狀之硬銲材料接合於帶狀之接點材料而作為接點材。雖然該金屬線狀之硬銲材料，係需要至少一條，但是也可接合複數條的金屬線(凸銲部)。如圖2所示，既可將一條的金屬線狀硬銲材料接合於接點材料之中心部，又可將二條的金屬線狀硬銲材料接合於接點材料之兩端部的附近。
所接合的金屬線狀之硬銲材料的線徑，較佳是相對於接點材料之寬度，設為0.01倍以上且0.1倍以下左右。在接合複數條金屬線的情況下，較佳是其合計具備前述條件。
在此，在本發明的帶狀接點中，雖然是以將金屬線狀硬銲材料直接接合於帶狀之接點材料的結構作為基本構成，但是較佳是形成用以提高接點材料與硬銲材料之接合強度的中間金屬層，且將金屬線狀硬銲材料接合於中間金屬層(圖1中之(b))。藉由應用中間金屬層，就不會使金屬線狀硬銲材料過度地熔融與變形，且可以一邊形成適當的擴散區域，同時一邊接合於接點材料。然後，接合後的金屬線狀硬銲材料係能牢固地固定。中間金屬層，較佳是應用由容易進行來自硬銲材料的金屬原子(Cu、Ag)之擴散的金屬所構成。作為中間金屬層之構成材料，較佳是包含Ag、Ni、Cu之至少其中任一種的金屬。具體而言，較佳是Ag(較佳為純度99質量%以上的純Ag)、AgNi合金(較佳為包含0.2質量%以下的Ni及不可避免的雜質)等的Ag合金、Cu(較佳為純度99質量%以上的純Cu)之其中任一種。
中間金屬層，較佳是將其厚度設為0.02mm以上且0.2mm以下。此是因可以一邊確保接合強度，同時一邊確保接點材厚度之尺寸自由度所致。再者，即便是在應用該中間金屬層的情況下，仍與圖2同樣，可以將一條或複數條的金屬線狀硬銲材料接合於中間金屬層。
然後，在本發明中，係在接點材料之內部、或中間金屬層之內部，沿著與硬銲材料之界面形成有擴散區域。擴散區域，係藉由硬銲材料之構成金屬擴散於接點材料或中間金屬層所形成。例如，在能應用Ag系接點材料作為接點材料，且應用包含Ag-Cu合金的硬銲材料(Ag-P-Cu合金、Ag-Cu-Sn合金等)作為硬銲材料的情況下，Cu是作為硬銲材料之金屬成分擴散於擴散區域。結果，可認定包含接點材料之Ag和硬銲材料之Cu之雙方的區域作為擴散區域。又，擴散區域中的組成係沒有必要為固定，較多是具有對來自硬銲材料界面之距離呈傾斜狀態的組成。換句話說，擴散區域，係藉由在接點材料內部，是否包含有接點材料之構成金屬以外的金屬，且為符合硬銲材料之構成金屬的金屬來判定。
如上述所形成的擴散區域，係需要其厚度為2μm以上且10μm以下。厚度未滿2μm的狀態，恐有接點材料與硬銲材料(凸銲部)之一體化不充分，且在製造電氣接點時發生接合不良之虞。另一方面，當厚度超過10μm時，就恐有硬銲材料之組成變化會變大，且硬銲材料本來之性能會降低之虞。又，當擴散區域之厚度變得過大時，也會發生熱傳導性降低的問題。在本發明中，較佳是藉由嚴格地設定擴散區域之厚度，來使已形成為片狀之接點構件時的接合性或散熱性變佳。如圖3所示，所謂該擴散區域之厚度，係指接點材料或中間金屬層與擴散區域的境界線、與金屬線狀硬銲材料與擴散區域的境界線之間的厚度(t)。有關擴散區域之厚度的測量，較佳是測量複數個部位並應用其平均值。又，如圖2所示，在接點材料或中間金屬層接合有複數條的金屬線狀硬銲材料時，係需要全部的金屬線狀硬銲材料中的擴散區域之厚度為2μm以上且10μm以下。
又，有關金屬線狀之硬銲材料與接點材料的接合界面之狀態，更佳是將硬銲材料之接合寬度設為一定以上。如圖3中所說明般，有關接合寬度，係指與接點材料接觸、接合所得的硬銲材料之兩端部的直線距離。在本發明中，有關該硬銲材料的接合寬度(W)，較佳是相對於硬銲材料的直徑(D1 )，成為W≧0.5D1 。在W成為未滿0.5D1 的情況下，即便進行擴散層形成用的熱處理，有的情況仍無法充分地確保硬銲材料與接點材料之接合力。雖然本發明的帶狀接點材，係為了按照其用途以適當的長度來切斷以製造接點構件所利用，但是有時當硬銲材料之接合力不足時就會在切斷時發生剝離。根據如此的情形，在將硬銲材料接合於接點材料時，較佳是適度地加壓硬銲材料來接合，且在確保接合寬度之後形成擴散層。
再者，有關硬銲材料之直徑(D1 )，只要接合於接點材料時的硬銲材料之剖面為大致圓形，就可以藉由測量其直徑來獲得D1 。又，在將金屬線狀之硬銲材料壓接於接點材時，有時硬銲材料會變形而使其剖面成為橢圓形或不定形。在該種的情況下，較佳是以硬銲材料剖面的圓周長度作為基礎來假定圓形，且將其直徑設為D1 。
有關硬銲材料之接合寬度W的上限，較佳是設為W≦1.7D1 。W為1.7D1 以下可確保充分的接合力。然後，已超過1.7D1 的狀態，係指硬銲材料(凸銲部)過度被壓扁後的狀態，此恐有在進行電阻式熔接時無法有效地發揮功能之虞所致。
再者，在接點材料或中間金屬層接合有複數條的金屬線狀硬銲材料時，較佳是在全部的金屬線狀硬銲材料接合部中，使硬銲材料之接合寬度(W)與硬銲材料之直徑(D1 )的關係具備上述關係。
其次，針對本發明的帶狀接點材的製造方法加以說明。本發明的帶狀接點材，係可以藉由將金屬線狀之硬銲材料接合於帶狀之接點材料，之後在金屬線狀硬銲材料之接合界面附近形成擴散區域來製造。亦即，包含：將至少一個金屬線狀之硬銲材料壓接於帶狀之接點材料的步驟；以及以500℃以上且為前述硬銲材料之熔點以下的溫度來進行加熱而形成擴散區域的步驟。
又，在本發明中有的情況是在接點材料與硬銲材料之間形成有中間金屬層。包含中間金屬層的接點材之製造，係在接合帶狀之接點材料和帶狀之中間金屬層之後，將金屬線狀之硬銲材料壓接於中間金屬層。或是，亦可將帶狀之中間金屬層及金屬線狀之硬銲材料同時壓接於帶狀之接點材料。再者，雖然在壓接複數個金屬線狀之硬銲材料時，也可依順序接合，但是也可同時接合。
在本發明的帶狀接點材料的製造方法中，金屬線狀之硬銲材料的接合，係可列舉藉由軋延輥(包含帶槽輥)所致使的壓接，作為具體的接合方法。在此，較佳是在將金屬線狀之硬銲材料，壓接於接點材料或中間金屬層時，進行加壓並接合直至金屬線狀之硬銲材料的接合寬度W，相對於金屬線狀之硬銲材料的直徑D0 成為W≧0.5D0 為止。又，較佳是設為W≦1.7D0 。有關此時的加壓之調整，係可以藉由接點材料、中間金屬層及硬銲材料之材質或尺寸來適當地調整。
用以形成硬銲材料接合後之擴散區域的熱處理，係以500℃以上且為硬銲材料之熔點以下的溫度來進行加熱。此是因在未滿500℃時無法形成有所期望之厚度的擴散區域所致，且當以超過硬銲材料之熔點後的溫度來進行熱處理時，就會發生空隙(void)之產生或是無法維持硬銲材料之金屬線形狀的問題。熱處理時間，較佳是設為0.25小時以上且1.0小時。熱處理環境，既可為大氣環境，又可為惰性氣體環境或還原環境。
然後，藉由適當地切斷以上說明之本發明的帶狀接點材，就可以形成用以製造電氣接點的片狀之接點構件。該片狀之接點構件，係可以形成與製造目的之電氣接點、及所要接合的端子之尺寸相應的長度。再者，本發明的帶狀接點材之長度並無限制。又，也可以藉由將帶狀接點材之尺寸事先形成為與片狀之接點構件的尺寸相同，而不用切斷就作為接點構件。
該片狀之接點構件，係在剖面形狀上往端子之接合面具有至少一個凸銲部。藉由將該凸銲部抵接於所要接合的端子，且對接點構件進行通電及加壓就可以製造電氣接點。本發明的片狀之接點構件，係有利於開閉型之電氣接點，具體而言是有利作為繼電器或開關的構成材料。
在從該片狀之接點構件來接合電氣接點的步驟中，係一邊將接點構件加壓於端子且一邊通電。作為此時的條件，較佳是設為電流2kA至10kA，壓力2kgf至10kgf。在電流值未滿2kA及壓力未滿2kgf時，並無法在充分的範圍內進行接合。另一方面，當電流值超過10kA及壓力超過10kgf時，熱影響部就會成為必要以上的寬範圍或是發生材料變形，且無法形成較佳的接點結構。 [發明效果]
如以上所說明，依據本發明，則因製造開閉型電氣接點而可以有效率地製造較佳的片形狀之接點構件。該片形狀之接點構件，係指一邊能夠對應低外形化，且一邊不易發生接合不良且耐久性優異的接點構件。本發明係可以有助於開關、繼電器等的開閉型電氣接點之有效率的製造。特別是有利使用於高容量的車載繼電器，且更有利使用於小型、高容量的繼電器。
以下，說明本發明之較佳的實施例。 [第一實施形態] 　　在本實施形態中，係應用帶狀之氧化物分散型Ag系合金作為接點材料，應用銅系之磷銅焊料(phosphorus copper solder)作為形成凸銲部的金屬線狀之硬銲材料來製造帶狀之接點材。
在本實施形態中，係如下述般地製造了金屬線狀硬銲材料之數目和線徑中不同的複數個接點材。應用Ag作為中間金屬層。 　　‧將帶狀中間金屬層及一條的金屬線狀硬銲材料(線徑：0.16mm或0.26mm)，接合於帶狀接點材料，而形成有一個凸銲部的接點材(實施例1、實施例2、比較例1、比較例2) 　　‧將帶狀中間金屬層及二條的金屬線狀硬銲材料(線徑：0.16mm或0.26mm)，接合於帶狀接點材料，而形成有二個凸銲部的接點材(實施例3、實施例4、實施例5)
圖4係將帶狀之中間金屬層及二條的金屬線狀硬銲材料接合於帶狀接點材料所成的接點材(實施例3、實施例4、實施例5)之製造步驟。一邊參照該圖，同時一邊說明本實施形態中的各種帶狀接點材之製造步驟。
準備了氧化物分散型Ag系合金(母相：Ag(85.5wt%)、分散相：SnO2 +In2 O3 、商品名SIE-21DK(田中貴金屬工業股份有限公司製造))的帶狀材料，作為接點材料。又，準備了純Ag(純度99.9wt%)的帶狀材料，作為圖4的中間金屬層。然後，將此等的帶狀材料重複進行加壓以製造出接點材料/中間金屬層之二層結構的帶狀材料(尺寸：寬度2.48mm、接點材料厚度0.315mm、中間金屬層厚度0.05mm)。
在上述所準備的二層帶狀之接點材料中，準備了磷銅焊料(Ag15wt%-P5wt%-Cu剩餘量(BCuP-5))的金屬線狀硬銲材料作為硬銲材料。在本實施形態中係準備二種線徑的金屬線狀硬銲材料(0.16mm、0.26mm)，且分別製造出接點材。將此等的金屬線狀之硬銲材料定位並壓接於帶狀之接點材料的表面。
有關已接合後的帶狀材料和金屬線狀硬銲材料，係在氣體環境爐內進行熱處理以形成擴散區域，且製造出帶狀之接點材。作為該熱處理的條件，係設為600℃×0.5小時(實施例1至實施例4)、600℃×1小時(實施例5)、300℃×0.5小時(比較例1)、700℃×0.5小時(比較例2)。
圖5係實施例1至實施例4的帶狀接點材之剖面照片。在此等的實施例中，接點材料與中間金屬層的寬度和厚度係共通的。在此等的實施例中，都是藉由往接點材料之壓接來改變金屬線狀硬銲材料之剖面形狀，且成為上側(與接點材料之界面)已被壓扁後的圓形。
在本實施形態中，係在各實施例中拍攝如圖5的剖面照片，且基於剖面照片，而測量了接合寬度(W)和金屬線狀硬銲材料之直徑(D1 )。例如，在圖5的接點材中，接合寬度(W)為0.2mm(使用了直徑0.16mm之金屬線的實施例1、實施例3)、0.3mm(使用了直徑0.26mm之金屬線的實施例2、實施例4)。又，在本實施形態中，由於硬銲材料之剖面的外周長度與壓接前的金屬線狀硬銲材料之外周長度相等，所以成為D1 =D0 。因而，實施例1和實施例3的接合寬度W，為1.25D1 。實施例2和實施例4的接合寬度W，為1.15D1 。同樣，測量了其他的實施例及比較例的接合寬度(W)之硬銲材料的直徑(D1 )。
然後，針對各實施例、比較例的帶狀之接點材的擴散區域中進行了檢討。圖6係藉由實施例1的接點材之硬銲材料之接合界面近旁的EPMA(電子束微探針)所致使的分析結果。在本實施形態中，係應用中間金屬層(銀層)，且在銀層內部形成有作為硬銲材料之成分的Cu擴散後的擴散區域。擴散區域內的Cu之含量是傾斜的。基於該圖6的EPMA分析之Cu濃度的線條而測量了擴散區域之厚度。該測量，係在對硬銲材料內部的Cu之線條拉出中心線之後，拉出相對於擴散區域內部之傾斜的Cu之線條(從硬銲材料內部之線條朝向右下方降低的線條)的切線。然後，將此等的線所交叉的部分作為擴散區域之一端(起點)。然後，對中間金屬層內部之並未包含Cu的區域(顯示Cu之強度接近零之值的區域)之Cu的線條拉出中心線，且將該線、與朝向擴散區域內朝向左上方上升的Cu之線條的切線所交叉的部分作為擴散區域的另一端(終點)。如此地決定擴散區域之起點和終點並測量了厚度的結果，可確認到形成有5.0μm之擴散區域。在本實施形態中，與上述實施例1同樣，測量了其他的實施例及比較例的擴散區域之厚度。
將各實施例及比較例中的接合寬度(W)及硬銲材料之直徑(D1 )、和擴散區域之厚度的測量結果顯示於表1。再者，有關形成有二個凸銲部的接點材，係將平均值記載於表1。
其次，切斷各實施例的帶狀之接點材來製造片狀之接點構件，且評估了已接合於端子時的耐久性。在該試驗中，係切斷成長度2.48mm，且將片狀之接點構件接合於已模擬了電氣接點之端子的Cu-Sn0.15%板。然後，將該接點構件設定於繼電器(DC14V、30A)並進行了耐久試驗。
在耐久試驗中，係在開閉頻率設為0.3秒ON(接通)/4.5秒OFF(斷開)，且在進行12萬次的開閉之後確認了熔合之有無。又，觀察試驗後的端子之剖面，且進行了接點構件之接合狀態的確認、接點材料之消耗量的確認。在該剖面觀察中，可以確認接點材料之殘存，且在接點構件與端子之接合狀態中沒有變化時判定為格合「○」。另一方面，在接點材料上已確認到有顯著的磨損的情況下，或是在接點構件與端子之接合界面看得到剝離的情況下，係判定為不合格「×」。
再者，有關本實施形態的耐久試驗，也針對先前技術之具有形成有凸銲部之熔接材料的接點構件進行。該習知例，係指在如圖10由一體形成有凸銲部之Cu-30%Ni合金所構成的熔接材料上，接合與本實施形態相同之接點材料所成的接點材。在本實施形態中所使用的習知例，係透過純Ag之中間金屬來接合熔接材料和接點材料。以上，將針對各實施例、比較例、習知例所進行的耐久試驗之結果顯示於表2。
在本實施形態的耐久試驗中，雖然已進行了12萬次的開閉動作，但是無論是哪一個接點構件都看不到熔合。但是，從試驗後的接點材近旁之剖面觀察來看，在實施例、與比較例及習知例之間，可確認到試驗結果不同。
圖7係實施例1、實施例4、習知例的耐久試驗後之端子剖面的照片。根據圖7，在習知例的接點構件中，接點材料之大部分會消耗，且露出了基底(作為中間金屬層的Ag)。為此，作為耐久試驗之結果為不合格。根據該結果，可認為在應用習知例之接點材的情況下，會因長期的開閉負荷而發生故障。相對於此，由於在實施例1及實施例4中會充分地殘留有接點材料，而且接點材與端子之接合狀態也良好，所以成為合格的判定。實施例2至實施例5的接點構件之耐久試驗結果也是同樣。
可認為從各實施例與習知例之對比所確認到的接點材料之消耗量的差異，係起因於接點材與端子之接合面積的差。如上面所述般，當與應用具備凸銲部之熔接構件的習知例之接點材做比較時，本發明係可以增大接合面積。藉由該接合面積之增大，就能增加從接點材料往端子的散熱量，藉此可認為已減輕了接點材料之負荷。然後，負荷減輕的結果，可謂已抑制了接點材料之消耗。
另一方面，比較例1及比較例2的接點材之耐久試驗結果成為不合格，此是藉由在進行剖面觀察時在接點材與端子之接合界面觀察到剝離所判定。此等比較例的擴散區域之厚度，係成為未滿2μm(比較例1)或超過10μm(比較例2)。可認為擴散區域之厚度不足，係成為藉由接點材之接合不良所致使的剝離之直接的要因。又，在擴散區域之厚度變得過大的情況下，可認為硬銲材料之組成變動會變大並使硬銲材料之接合性降低。如此，可認為擴散區域之厚度的過多與不足係可能成為接點材料之剝離的要因。在此次的耐久試驗中，雖然在試驗中接點材料沒有剝離飛散，但是也可能會因電氣接點之負荷而發生使用中的剝離，所以可確認到有必要使擴散區域之厚度適當化。
再者，在針對實施例1、2的接點材測量了耐久試驗後的擴散區域之厚度時，可確認到無論是哪一種都與耐久試驗前(製造後的狀態)大致相同。接點材，係需要擔心在製造電氣接點時接合於端子時的熱處理、或藉由電氣接點驅動中之負荷所致使的發熱等的熱影響。可認為本發明之接點構件，較少藉由其等之熱影響所致使的構成變化。因而，本發明，即便被嵌入至電氣接點之端子等來使用，仍可預測構成變化較少，且能安定地作用。
[第2實施形態] 　　在本實施形態中，係將組成不同的複數種之金屬線狀硬銲材料接合於帶狀接點材料來製造帶狀接點材，且確認了其接合力。在此，係將Ag-Cu合金作為基本構成，且將添加有幾個添加金屬的Ag-Cu合金硬銲材料形成金屬線(線徑：0.16mm)，並對與第一實施形態之實施例3相同的接點材料之帶狀材料及Ag中間金屬層之帶狀材料進行接合與熱處理以製造出接點材(實施例6至實施例10、比較例3至比較例5)。凸銲部等的條數、尺寸係與實施例3設為相同。再者，可確認到在本實施形態中所製造出的各實施例之接點材，其硬銲材料界面的擴散區域之厚度，是在2μm以上且10μm以下的範圍內。
然後，針對所製造出的帶狀接點材，進行了用以確認硬銲材料(凸銲部)之接合力的扭轉試驗(twisting test)。在扭轉試驗中，係準備300mm之帶狀接點材，且將扭轉角度設為360∘(1旋轉)並在4秒內進行使其向右旋轉24次、向左旋轉24次的扭轉，且觀察扭轉後的外觀，且確認了硬銲材料(凸銲部)之剝離的有無。將該試驗結果顯示於表3。
在扭轉試驗中，將添加有P、Sn的合金(實施例3、6)接合於Ag-Cu合金(實施例7、8)或是Ag-Cu合金中的情況下，可謂能獲得良好的接合力。可謂只要是此等之不包含Zn的帶狀接點材，則即便是在按照用途而切斷成任意長度時仍不用擔心硬銲材料之剝離。另一方面，實施例11、12及比較例3至比較例5，係指應用由包含Zn之Ag-Cu合金所構成的硬銲材料之例。由於比較例3至比較例5，係包含20質量%以上之Zn的Ag-Cu合金，且會藉由扭轉試驗而發生硬銲材料之剝離，所以需要注意切斷等的處理。又，實施例9、10，係包含超過15質量%之Zn的Ag-Cu合金，雖然是部分但是已發生剝離。有關Zn含量為超過15%且20%以下的硬銲材料，係要注意剝離發生並進行處理，可認為藉此就可以製造不會發生接合不良而能確保接點性能的接點構件。 [產業上之可利用性]
依據本發明，可以有效率地製造作為開閉型電氣接點之構成材料的片狀之接點構件。該接點構件，係成為附加有先前技術之帶有凸銲部的熔接材料所成的接點構件，且不需要熔接材料。為此，可以使接點材低外形化。又，在接合性與耐久性方面也優異。依據本發明，可以有助於較佳地製造繼電器、開關等的開閉型電氣接點。特別是，由於在車載用之繼電器中被要求小型化，所以本發明合適於如此的用途。
圖1係說明本發明的帶狀接點之一例的剖面形狀的示意圖。 　　圖2係說明本發明的帶狀接點的凸銲部之形成位置的示意圖。 　　圖3係說明本發明的帶狀接點中的擴散區域之厚度(t)及接合寬度(W)的示意圖。 　　圖4係說明本實施形態中的帶狀接點之製造步驟的示意圖。 　　圖5係在本實施形態所製造出的帶狀之接點材的剖面照片。 　　圖6係顯示實施例1的帶狀接點之硬銲材料(凸銲部)近旁的EPMA分析之結果的示意圖。 　　圖7係實施例1、實施例4、習知例的耐久試驗後之端子剖面的照片。 　　圖8係說明作為開閉型接點之一種的一般繼電器之結構的示意圖。 　　圖9係說明撓曲型的繼電器之結構的示意圖。 　　圖10係說明應用習知之帶凸銲部的熔接材料的接點構件之構成的示意圖。 　　圖11係說明具備習知之背墊焊料的接點構件之構成的示意圖。

Claims (15)

  1. 一種開閉型電氣接點用之帶狀接點材，係具備帶狀之接點材料的帶狀接點材，其特徵為：在前述帶狀之接點材料，接合有至少一個金屬線狀之硬銲材料而成；前述硬銲材料，是熔點在500℃以上的硬銲材料；在剖面形狀中，形成有至少一個由前述硬銲材料所構成，且從前述接點材料之表面突出的凸銲部；更在前述接點材料之內部，沿著與前述硬銲材料之界面形成有：含有構成前述硬銲材料之金屬成分的擴散區域；前述擴散區域之厚度，為2μm以上且10μm以下。
  2. 一種開閉型電氣接點用之帶狀接點材，係具備帶狀之接點材料的帶狀接點材，其特徵為：在前述帶狀之接點材料，接合有帶狀之中間金屬層、及至少一個金屬線狀之硬銲材料而成；前述硬銲材料，是熔點在500℃以上的硬銲材料；在剖面形狀中，藉由前述硬銲材料而形成有至少一個從前述中間金屬層之表面突出的凸銲部；更在前述中間金屬層的內部，沿著與前述硬銲材料之界面形成有：含有構成前述硬銲材料之金屬成分的擴散區域； 前述擴散區域之厚度，為2μm以上且10μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材，其中，帶狀之接點材料與金屬線狀之硬銲材料的接合寬度W，是相對於前述金屬線狀之硬銲材料的直徑D1成為W≧0.5D1。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材，其中，硬銲材料，係由Ag-Cu合金所構成。
  5. 如申請專利範圍第4項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材，其中，硬銲材料，係由包含P、Sn、In、Ni、Si、Mn之至少其中任一種的Ag-Cu合金所構成。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材，其中，接點材料，為Ag系接點材料。
  7. 如申請專利範圍第6項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材，其中，接點材料，為包含Cu、Ni、Zn、Sn、In之至少其中任一種金屬的Ag系接點材料。
  8. 如申請專利範圍第2項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材，其中，中間金屬層，係包含Ag、Ni、Cu之至少其中任一種金屬。
  9. 一種開閉型電氣接點用之帶狀接點材的製造方法，係申請專利範圍第1至8項中之任一項之帶狀接點材的製造方法，其特徵為，包含：將至少一個熔點在500℃以上之金屬線狀之硬銲材料壓接於帶狀之接點材料的步驟；以及更以500℃以上且為前述硬銲材料之熔點以下的溫度來進行加熱而形成擴散區域的步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材的製造方法，其中，在接合帶狀之接點材料和帶狀之中間金屬層之後，將至少一個金屬線狀之硬銲材料壓接於前述帶狀之中間金屬層。
  11. 如申請專利範圍第9項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材的製造方法，其中，將帶狀之中間金屬層及至少一個金屬線狀之硬銲材料壓接於帶狀之接點材料。
  12. 如申請專利範圍第9至11項中之任一項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材的製造方法，其中，在將金屬線狀之硬銲材料，壓接於帶狀之接點材料或帶狀之中間金屬層時，予以加壓並接合直至前述金屬線狀之硬銲材料的接合寬度W，相對於金屬線狀之硬銲材料的直徑D0成為W≧0.5D0為止。
  13. 一種片狀的接點構件，其特徵為：將申請專利範圍第1至8項中之任一項之開閉型電氣接點用之帶狀接點材予以切斷而成。
  14. 一種開閉型電氣接點的製造方法，係使用申請專利範圍第13項之片狀的接點構件的開閉型電氣接點的製造方法，其特徵為，包含：將前述片狀的接點構件接合於前述電氣接點之端子的步驟；在前述接合步驟中，藉由一邊將前述片狀的接點構件加壓於前述端子且一邊通電，來使前述接點構件的硬銲材料熔融並接合。
  15. 一種繼電器，其特徵為：具備申請專利範圍第13項之開閉型電氣接點用之片狀的接點構件。
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