複合接点の製造方法
【課題】少ない銀合金で界面の接合強度を向上させ、製造時の無駄をなくし、長期に安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点を得る。
【解決手段】小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、鍔部の下面部を構成する大径部と小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線１２と、銅合金素線１２よりも外径の小さい銀合金素線１３とを成形金型の孔２１内で突き合わせた状態で鍛造することにより、銅合金素線１２の拡径を孔２１の内周面により制限した状態で銀合金素線１３の外径を孔２１の内径まで拡げながら両素線を接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、一次成形体における銀合金部、銀合金部と銅合金部との接合界面及び銅合金部を含む一端部を鍛造して鍔部を成形する二次成形工程とを有する。
【解決手段】小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、鍔部の下面部を構成する大径部と小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線１２と、銅合金素線１２よりも外径の小さい銀合金素線１３とを成形金型の孔２１内で突き合わせた状態で鍛造することにより、銅合金素線１２の拡径を孔２１の内周面により制限した状態で銀合金素線１３の外径を孔２１の内径まで拡げながら両素線を接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、一次成形体における銀合金部、銀合金部と銅合金部との接合界面及び銅合金部を含む一端部を鍛造して鍔部を成形する二次成形工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少ない銀合金で長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リレー、スイッチ、電磁開閉器、ブレーカ等に用いられる電気接点として、銀合金からなる単体接点に代えて、省銀化のため接点部分のみ銀合金材料を用い、それ以外の部分を銅系材料で代替する複合接点が広く用いられている。この種の複合接点は、小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成された全体としてリベット形状をしているとともに、鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、接点部の背面を接合した大径部を基部と一体に形成した銅合金からなる足部とを有している。
【０００３】
このような複合接点は、足部となる銅合金の素線と、接点部となる銀合金の素線とを突き合わせて鍛造することにより成形されるが、接合時の偏心を避けるため、接合工程を２回以上の複数回に分けて行うことが一般的である。
特許文献１には、銅合金素線と銀合金素線とを同心状に突き合わせた状態で、ラッパ状に拡径した開口部を有する金型で両素線の突き合わせ部を圧接しながら外側方に膨出させるように予備成形した後、据え込み鍛造によりリベット形状に二次（仕上げ）成形する技術が開示されている。
このような突き合わせによる接合の場合、成形後の外周部において銀合金と銅合金の接合強度が低下し易く、接点として使用中に発生する熱応力により剥離し、耐久性の低下につながることが懸念される。そのため、これを回避するため、最終形状の外径よりも大きく拡げて成形した後、外周部の接合強度が弱い部分を除去し、接合強度に優れた中央部分のみを利用する方法も提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１２１２１４号公報
【特許文献２】特開平４−２９８９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２記載の技術では、強固な接合強度が得られるものの、外周部が無駄になってしまう問題がある。
また、各特許文献記載の技術では、銅合金及び銀合金の両素線とも同一径の素線を使用しているが、銅合金に対して銀合金の使用量が少ないことから、素線の切断や接合加工を容易にするため、銀合金素線として銅合金素線よりも小径のものを使用することが行われてきている。この異径素線を接合する場合、従来の接合方法では、ますます接合部の外周部が接合不十分となる傾向にあり、無駄が多くなる。また、鍛造初期に小径の銀合金が銅合金にめり込む変形となるため、平坦な接合界面を形成することが難しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、少ない銀合金で界面の接合強度を向上させ、製造時の無駄をなくすとともに、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点を得ることができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
特許文献１記載の技術では、接合界面の平坦化を目的として、予備成形段階で接合界面を最終形状の足部の外径より大きく拡げる強い加工を行い、これに対して、二次成形では相対的に小さい加工としている。しかしながら、本発明者は、複合接点の界面の接合強度につき鋭意研究した結果、銅合金と銀合金の接合強度については、一次成形で両者を接合させた後に行う二次成形において、両者の接合部分を大きく変形させることが重要であり、その変形量との相関性が高いことを見出した。この点において、二次成形の変形量が相対的に小さい特許文献１記載の技術では、接合強度が低くなってしまう。また、特許文献１記載の鍛造法は、銀合金と銅合金が同じ直径であることを前提としており、銀合金を少量化し、銀合金の線径が銅合金の線径に対して小さい場合は、平坦な接合界面を得ることは困難である．
本発明は、かかる知見の下、以下の解決手段とした。
【０００８】
すなわち、本発明の複合接点の製造方法は、小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、該鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、該接点部の背面と接合した状態で前記鍔部の下面部を構成する大径部と前記小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線と、該銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造することにより、前記銅合金素線の拡径を前記孔の内周面により制限した状態で前記銀合金素線の外径を前記孔の内径まで拡げながら前記銀合金素線と前記銅合金素線とを接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、前記一次成形体の前記銀合金部、前記銀合金部と前記銅合金部との接合部及び前記銅合金部を含む一端部を鍛造して前記鍔部を成形する二次成形工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
一次成形工程では、鍛造による銅合金素線の拡径を成形金型の孔の内周面により制限しつつ、外径の小さい銀合金素線を孔の内径まで拡げた状態に接合し、二次成形工程で、その接合部をさらに拡径するように変形させる。したがって、二次成形工程においては、銅合金部と銀合金部との接合部は新生面を形成しながら拡径するとともに、その新生面に常に圧力が作用することになるから、外周縁に至るまで強固な接合部を得ることができる。このため、特許文献２記載のように外周部を切除する必要はなく、無駄が生じない。
【００１０】
本発明の複合接点の製造方法において、前記孔は前記成形金型のダイの開口部により形成されており、前記一次成形工程は、前記孔内に、該孔の開口端部に空間部を残して前記銅合金素線を挿入状態に収容しておき、前記空間部内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造するとよい。
あるいは、前記成形金型には、ダイの開口部を延長するように該開口部と同じ内径のスリーブが設けられるとともに、前記孔は前記スリーブにより形成されており、前記ダイの前記開口部内に前記銅合金素線の少なくとも基端部を挿入状態に収容しておき、前記スリーブの前記孔内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することとしてもよい。
いずれの方法においても、銅合金素線の拡径を制限した状態で銀合金素線を鍛造してダイの孔又はスリーブの孔の内径まで拡げながら接合することができ、その後の二次成形工程における変形量を大きくすることができる。なお、銅合金素線の拡径を成形金型の孔の内周面により制限した状態とは、銅合金素線外周面と成形金型の孔の周面の間に生じる隙間の分だけ銅合金素線が拡径することを許容する。つまり、銅合金素線と、この銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造したとき、鍛造後の銅合金素線の外周面が成形金型の孔の内周面に接触して孔の内径以上に拡径しなければよい。
【００１１】
これらの方法において、前記孔は前記銅合金素線の外径とほぼ同じ内径に形成されているものとしておいてもよいし、前記孔は前記銅合金素線の外径よりも大きく該銅合金素線の外周面との間にリング状の空間部が形成される内径に形成されているものとしておいてもよい。
成形金型のダイの開口部の内径が銅合金素線の外径より大きい場合には、銅合金素線を成形金型のダイの開口部の中央に配置するために、開口部内で銅合金素線の下端を当接するエジェクターピンの先端部に周縁部をテーパー面とした形状の凹部を形成しておいてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の複合接点の製造方法によれば、一次成形工程において銅合金素線の変形を制限しながらそれよりも外径の小さい銀合金素線を成形金型の孔の内径まで変形させて接合し、二次成形工程においてその接合部を常に圧力を作用させた状態で拡径しているので、外周縁に至るまで強固な接合部を得ることができる。したがって、少ない銀合金で界面の接合強度を向上させ、製造時の無駄をなくすとともに、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る複合接点の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の複合接点を製造する方法の第１実施形態に用いられる成形金型を示す縦断面図である。
【図３】図２の成形金型のダイの孔の直上に銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図４】図３に示す状態から銅合金素線をダイの孔内に挿入した状態を示す縦断面図である。
【図５】図４に示す状態から銀合金素線を鍛造した状態を示す縦断面図である。
【図６】図５に示す状態からパンチ及びパンチスリーブを退避させ、一次成形体の銀合金部と銅合金部との接合部を含む一部分をダイの孔から突出させた状態を示す縦断面図である。
【図７】図６の一次成形体に二次成形用のパンチを対峙させた状態を示す縦断面図である。
【図８】図７に示す状態から一次成形体を鍛造して鍔部を成形した状態を示す縦断面図である。
【図９】本発明の製造方法の第２実施形態に用いられる成形金型を示し、銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す状態から一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の製造方法の第３実施形態に用いられる成形金型を示し、銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１に示す状態から一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の製造方法の第４実施形態に用いられる成形金型を示し、銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１４】図１３に示す状態から一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１５】比較例について一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１６】複合接点の断面写真であり、（ａ）が比較例、（ｂ）が実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る複合接点の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の複合接点１は、図１に示すように、小径の基部２の一端部に大径の鍔部３が形成された全体としてリベット形状をしているとともに、鍔部３の上面部を構成する銀合金からなる接点部４と、接点部４の背面に位置し、それと接合された鍔部３の下面部を構成する大径部５を基部２と一体に形成した銅合金からなる足部６とを有している。符号７は接点部４と足部６との接合界面を示す。
これら接点部４と足部６とは、銀合金からなる線材と銅合金からなる線材とを突き合わせて冷間でヘッダ加工することにより圧接される。圧接後に３００℃〜４００℃の熱処理が施される。そして、鎖線で示すように、銅又は銅合金等からなる台金板８の孔９内に足部６の基部２を挿入した状態にかしめられる。
【００１５】
このような複合接点１において、接点部４を構成する銀合金としては、純Ａｇ系合金、Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ａｇ−ＣｕＯ系合金、Ａｇ−Ｎｉ系合金、Ａｇ−ＺｎＯ系合金、Ａｇ−Ｐｄ系合金、Ａｇ−ＳｎＯ２系合金、Ａｇ−ＣｄＯ合金、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系合金等を用いることができる。
また、足部６を構成する銅合金としては、タフピッチ銅、無酸素銅などの純銅材に加えて、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金などの析出強化型銅合金やＣｕ−Ｍｇ系合金などの固溶強化型銅合金を用いることができる。
【００１６】
これら銅合金は、いずれもビッカース硬さが、８０ＨＶ〜１８５ＨＶで、接点部４を構成する銀合金（例えばビッカース硬さが９０ＨＶ〜１３０ＨＶ）に対して８０％〜１６０％の硬さを有している。
接点形状及び接合界面７の界面の所望形態に応じて、銅合金及び銀合金のビッカース硬さを適切に選択することにより、接合時に銅合金を大きく変形させるとともに、その銅合金の外周部まで銀合金層を十分に広げることができ、両者の接合強度を向上させることができる。
【００１７】
次に、このように構成される複合接点の製造方法の第１実施形態について説明する。
図２は製造時に使用される成形金型を示している。この成形金型１１は、所定長さに切断した銅合金素線１２及び銀合金素線１３を接合する一次成形工程と、一次成形体１５の接合部分を成形する二次成形工程とを同一のステーションにおいて、一次成形で使用されるパンチ２３及びパンチスリーブ２４と、二次成形で使用されるパンチ３３とを交替しながら連続的に成形する金型である。
この複合接点１を製造する場合、銅合金素線１２は、複合接点１の足部６と略同じ外径か又は小さい外径のものが用いられるが、銀合金素線１３は、その使用量が少ないため、銅合金素線１２と同じ外径とすると、長さが短すぎて、素材のせん断加工やクランプ等の取り扱いが困難になるので、銅合金素線１２よりも小径のものが用いられる。これら銅合金素線１２及び銀合金素線１３は複合接点１で用いられる体積に応じて所定長さに切断された後、クランプ等により把持されて移送される。
図３〜図８は、この成形金型１１を使用した複合接点の製造方法を工程順に説明している。以下では、これら図３〜図８を参照し、成形金型１１についても説明しながら、製造方法を工程順に説明する。
【００１８】
＜一次成形工程＞
一次成形工程では、銅合金素線１２を挿入状態に収容する開口部（本発明の孔に相当しており、以下、第１実施形態においては孔という）２１を有するダイ２２と、この孔２１内の銅合金素線１２の先端に銀合金素線１３を軸方向に押し込むように鍛造するパンチ２３と、このパンチ２３の外側にスライド可能に設けられたパンチスリーブ２４と、ダイ２２の孔２１内をスライド可能かつ所定位置で静止・保持する機能を有するエジェクタ−ピン２５とを備えている。エジェクタ−ピン２５は、一次成形及び二次成形では、それぞれ所定位置で保持し、鍛造金型の一部を形成し、二次成形終了後には成形された複合接点１を孔２１から排出する機能を備えている。
【００１９】
この場合、ダイ２２の孔２１は銅合金素線１２を挿入し得る程度に銅合金素線１２の外径よりわずかに大きいが、実質的にほぼ同じ内径に形成され、パンチ２３は銀合金素線１３の外径とほぼ同じ外径に形成される（図３参照）。また、パンチスリーブ２４は、ダイ２２の孔２１の内径よりも大きい外径に形成されており、パンチ２３がダイ２２の孔２１に臨ませられた際に、ダイ２２の表面でパンチ２３の周囲の孔２１の開口を閉塞することができるようになっている（図４参照）。エジェクタ−ピン２５は、その先端が孔２１の開口端から銅合金素線１２の長さ以上の深さまで退避した位置（図４に示す位置）と、孔２１の開口端に配置した位置との間でスライドさせられる。
【００２０】
そして、エジェクタ−ピン２５の先端が最も深い位置まで退避した状態で、孔２１内に挿入状態に収容された銅合金素線１２の先端から孔２１の開口端までの間に、空間部２６が形成され（図４参照）、この空間部２６内で図５に示されるように銀合金素線１３がパンチ２３により鍛造され、接合界面１９にて銅合金素線１２と接合される。
【００２１】
この一次成形工程を具体的に説明すると、銅合金素線１２と銀合金素線１３とは、ダイ２２の孔２１の直上で同軸上に突き合わせられ、パンチ２３がパンチスリーブ２４内を下方にスライドすることにより、その突き合わせ状態でダイ２２の孔２１内に挿入され、内部の所定位置に保持されたエジェクタ−ピン２５との間に挟まれるようにして固定される。この挿入状態では、図４に示すように、銅合金素線１２はダイ２２の孔２１内にすべて収容され、銀合金素線１３の一部が孔２１内に挿入された状態となる。したがって、銅合金素線１２の突き合わせ面から孔２１の開口端までの間に前述した空間部２６が形成される。また、パンチスリーブ２４は、ダイ２２の上面に当接されることにより、パンチ２３の周囲の孔２１の開口を閉塞した状態とする。
【００２２】
次いで、パンチ２３により、突き合わせ状態にある銅合金素線１２と銀合金素線１３とを鍛造すると、エジェクタ−ピン２５とパンチ２３との間で銅合金素線１２と銀合金素線１３とが軸方向に押しつぶされ、半径方向には外方に押し拡げられ、図５に示すように、銅合金素線１２とダイ２２の孔２１の内周面とパンチスリーブ２４の先端面とにより囲まれた空間内に充満させられる。このとき、銅合金素線１２の外径とダイ２２の孔２１の内径とは銅合金素線１２を挿入し得る程度のわずかな差でしかなく、ほぼ同じ径であるので、銅合金素線１２の拡径は孔２１の内周面により実質的に拘束され、空間部２６内で銀合金素線１３のみが変形して、ダイ２２の孔２１の内径と同じになるまで拡げられながら銅合金素線１２の先端面と接合する。この一次成形体１５においては、銅合金素線１２であった部分を銅合金部１７、銀合金素線１３であった部分を銀合金部１８と称す。符号１９はこれら銅合金部１７と銀合金部１８との接合部を示しており、銅合金素線１２の拡径が拘束された状態で銀合金素線１３が鍛造されているので、その接合界面１９は、軸方向に直角でほぼ平坦に形成される。
【００２３】
鍛造加工後、図６に示すように、エジェクタ−ピン２５がダイ２２の孔２１内部でスライドし、同期してパンチ２３及びパンチスリーブ２４が退避し、二次成形に備えた位置に固定される。この際、一次成形体１５の銀合金部１８の基端部をダイ２２の孔２１内に挿入状態のまま残して、銅合金部１７及び銀合金部１８の一部がダイ２２の外部に露出、つまり、接合界面１９がダイ２２の外部に露出した状態となっている。
【００２４】
＜二次成形工程＞
二次成形工程では、図７に示すように、一次成形工程で使用されたパンチ２３及びパンチスリーブ２４に代えて、ダイ２２の孔２１の直上にパンチ３３が配置され、孔２１から突出する銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部（銀合金部側の端部）を鍛造する。このパンチ３３は、その先端面にダイ２２の孔２１の内径より大きい内径の凹部３４が形成されており、この凹部３４により鍔部３が形成される。
【００２５】
一次成形体１５は、銀合金部１８の上面からパンチ３３の凹部３４により軸方向に鍛造されると、図８に示すように、ダイ２２の孔２１から突出している銅合金部１７及び銀合金部１８がパンチ３３の凹部３４内に拡がりながら成形される。このとき、一次成形体１５では銅合金部１７及び銀合金部１８はこれらの接合界面１９も含めて同じ外径に形成されており、これらがパンチ３３によって鍛造される際に、両者の接合界面１９も軸方向に加圧されながら半径方向に押し拡げられる。
したがって、この二次成形工程においては、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９は新生面を形成しながら拡径するとともに、その新生面に常に圧力が作用することになるから、鍔部３の外周縁に至るまで強固な接合界面７を得ることができる。また、一次成形体１５における接合界面１９が軸方向に直角で平坦に形成されていたことから、二次成形品の接合界面７も平坦に形成され、ほぼ一様な厚さの接点部４を得ることができる。
【００２６】
最後に、エジェクタ−ピン２５により複合接点１をダイ２２から押し上げて排出する。得られた複合接点１は、鍔部３の外周縁まで強固に接合しているので、長期間の接点開閉に伴うサイクル熱応力が発生しても、接合界面７の剥離を抑制することができ、また、少ない銀量でありながら、銅合金の大径部５との接合界面７の界面全域で均質な厚さの銀合金の接点部４が得られ、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れたものとなる。また、接合界面７が平坦に形成されることにより、省銀化にも効果的である。
【００２７】
なお、上記実施形態では、一次成形工程において、ダイ２２の孔２１の奥深くにエジェクタ−ピン２５を退避させ、ダイ２２の孔２１の開口端部に銀合金素線成形用の空間部２６を形成したが、図９及び図１０に示す第２実施形態のように、ダイの上面でパンチスリーブにより銀合金素線の成形用の空間部を形成するようにしてもよい。
この一次成形工程で用いられるパンチスリーブ（本発明のスリーブに相当）４２は、ダイ２２の開口部２１に対向する孔が、ダイ２２の開口部２１の内径と同じ内径で開口する大径孔部（本発明の孔に相当する）４３ａと、その奥に銀合金素線１３の外径と同じ内径のガイド孔部４３ｂとの二段構造とされている。そして、このパンチスリーブ４２の先端をダイ２２の表面に実質的に当接させることで、ダイ２２の開口部２１と実質的に連通状態の大径孔部４３ａにより空間部４４が形成される。この場合、銅合金素線１２は、その基端部がダイ２２の開口部２１内に挿入状態に収容され、銅合金素線１２の先端部及び銀合金素線１３がパンチスリーブ４２の空間部４４内に配置される。そして、その空間部４４内で銀合金素線１３を鍛造することにより、軸方向に押しつぶしながら空間部４４内を充満させ、銅合金素線１２と実質的に同じ外径まで拡げて接合する。得られた一次成形体は、前述の一実施形態と同様、銅合金部１７と銀合金部１８とがほぼ同じ径で接合され、接合界面１９は、軸方向に直角でほぼ平坦に形成される。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部を鍛造して鍔部３が形成される。
この実施形態では、エジェクタ−ピン２５は、一次成形工程と二次成形工程とでその位置が変わらないため、エジェクタ−ピン２５の位置変更が設備上難しい場合などに有効である。さらに、上記以外にも、例えば図９及び図１０に示されるパンチスリーブ４２について、大径孔部４３ａ下部にテーパーを設け、一次成形後、パンチ２３及びパンチスリーブ４２が退避する際に一次成形体１５の抜けを容易にするなどの応用も可能である。
【００２８】
図１１及び図１２は本発明の第３実施形態を示している。この実施形態では、一次成形工程において、銅合金素線１２の外径が成形金型のダイ２２の開口部（孔）２１の内径よりも小さく形成されており、銅合金素線１２をダイ２２の孔２１に挿入したときに、ダイ２２と銅合金素線１２との間に隙間が形成される。この隙間は、一次形成工程においてダイ２２の孔２１に銅合金素線１２が円滑に挿入することができる程度に設定される。具体的には、孔２１の内径と銅合金素線１２の外径との差が、孔２１の内径の１／５以下に設定するのが望ましい。
また、エジェクタ−ピン５１の先端部には、周縁部をテーパー面とした形状の凹部５２が形成されており、銅合金素線１２をダイ２２の孔２１に挿入したときに、銅合金素線１２を凹部５１内に案内してダイ２２の孔２１の中央に配置することができるようになっている。
その他、第１実施形態と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
この実施形態において、銅合金素線１２をダイ２２の孔２１内に挿入して銀合金素線１３を突き合わせた状態で鍛造すると、銅合金素線１２は、ダイ２２の孔２１との隙間の範囲で拡径するが、その孔２１の内周面により、それ以上の拡径については拘束され、一方、銀合金素線１３は孔２１の内周面まで拡径しながら銅合金素線１２に接合され、図１２に示すように、銅合金部１７と銀合金部１８とが接合した一次成形体１５が形成される。
この一次成形体１５においても、銅合金素線１２の拡径が孔２１の内周面により制限された状態で鍛造されるので、その接合界面１９を軸方向に直角でほぼ平坦に形成することができる。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部を鍛造して鍔部３が形成される。
【００３０】
図１３及び図１４は本発明の第４実施形態を示している。この実施形態では、一次成形工程において、銅合金素線１２の外径が成形金型のダイ２２の開口部（孔）５５の内径よりも小さく形成されており、銅合金素線１２をダイ２２の孔５５に挿入したときに、ダイ２２と銅合金素線１２との間に隙間が形成される。この隙間は、一次形成工程においてダイ２２の孔２１に銅合金素線１２が円滑に挿入することができる程度に設定される。具体的には、孔２１の内径と銅合金素線１２の外径との差が、孔２１の内径の１／５以下に設定するのが望ましい。
また、ダイ２２の孔５５の下部には、テーパー面５６が形成され、このテーパー面５６より下方にエジェクタ−ピン挿入孔５７が形成されている。そして、テーパー面５６の下端にエジェクターピン２５の先端面が配置されることにより、このエジェクタ−ピンとともに凹部を形成しており、銅合金素線１２をダイ２２の孔５５に挿入したときに、銅合金素線１２を凹部内に案内してダイ２２の孔５５の中央に配置することができるようになっている。
また、ダイ２２の孔５５を第３実施形態と同様にストレート形状とし、エジェクタ−ピンの先端部に、周縁部をテーパー面とした形状の凹部を形成してもよい。
その他、第２実施形態と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
この実施形態において、銅合金素線１２をダイ２２の孔５５内に挿入して銀合金素線１３を突き合わせた状態で鍛造すると、銅合金素線１２は、ダイ２２の孔５５およびパンチ４２の孔４３ａとの隙間の範囲で拡径するが、その孔５５および孔４３ａの内周面により、それ以上の拡径については拘束され、一方、銀合金素線１３は孔４３ａの内周面まで拡径しながら銅合金素線１２に接合され、図１４に示すように、銅合金部１７と銀合金部１８とが接合した一次成形体１５が形成される。
この一次成形体１５においても、銅合金素線１２の拡径が孔５５および孔４３ａの内周面により制限された状態で鍛造されるので、その接合界面１９を軸方向に直角でほぼ平坦に形成することができる。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部を鍛造して鍔部３が形成される。
【実施例】
【００３２】
複合接点の材料として、市販の純Ａｇ系合金（ａ）、Ａｇ−ＳｎＯ２系合金（ｂ）、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系合金（ｃ）、Ａｇ−ＺｎＯ系合金（ｄ）、Ａｇ−Ｎｉ系合金（ｅ）からなる直径１．５ｍｍの銀合金線材と、市販のタフピッチ銅（ＣＤＡ番号：Ｃ１１０００）（ｐ）、Ｃｕ−Ｃｒ系合金（ＣＤＡ番号：Ｃ１８２００）（ｑ）、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金（三菱伸銅株式会社 商品名：ＭＺＣ１）（ｒ）、Ｃｕ−Ｐ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｓｎ―Ｚｎ系合金（三菱伸銅株式会社 商品名：ＨＲＳＣ）（ｓ）、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金（三菱伸銅株式会社 商品名：ＴＡＭＡＣ１９４）（ｔ）、Ｃｕ−Ｍｇ系合金(三菱伸銅株式会社 商品名：ＭＳＰ１)（ｕ）からなる直径１．９ｍｍの銅合金線材を用いた。これら銀合金線材と銅合金線材とを所定長さに切断して適宜に組み合わせ、本発明の製造方法によって冷間鍛造し、その後に３５０℃で３０分の熱処理を施すことにより、接点部の直径が３．５ｍｍ、鍔部の厚みが０．５ｍｍ（接点部の厚みが０．１５ｍｍ、銅合金の大径部の厚みが０．３５ｍｍ）、足部の直径が２．０ｍｍ、足部の長さが２．０ｍｍのリベット形状の複合接点を作製した。比較例として、図１５に示すように一次成形工程での銀合金素線１３の鍛造変形量を減らし、銀合金部１８の直径が銅合金部１７に対して小さい状態の一次成形体１５とし、二次成形工程は本発明方法と同一の方法によって冷間鍛造した複合接点も作製した。この図１５においても、説明の便宜のため実施形態と同一の符号を付している。
【００３３】
これら複合接点につき、接点部と足部との間の剥離強度、接点としての耐久性を評価した。
剥離強度は、各複合接点をせん断応力試験機（ＡＰＴＥＣ製 ＴＭ２１０２Ｄ−ＩＴ ）にセットし、接点部と足部との界面に平行に荷重を加えてせん断応力を測定し、剥離強度を測定した。
耐久性評価は、作製した複合接点を２個一組としてそれぞれ厚み１ｍｍの銅製の台金板にかしめ固定し、これをＡＳＴＭ接点開閉試験機に取り付けて繰り返し開閉し、サイクル耐久性の評価を実施した。通電条件は、負荷電圧が直流１２Ｖ、０．５Ωの抵抗負荷による定常電流２４Ａとし、接触力、開離力とも１９６ｍＮ（２０ｇｆ）で、通電１秒＋休止４秒（サイクルタイム５秒）で２０万回まで繰り返し開閉した。
なお、接点開離タイミングから１秒以上、接点が開かない場合には溶着したと判断し、合計で１０回溶着が起きた場合にはサイクル数が２０万回に満たない場合でも試験終了とした。
【００３４】
所定のサイクル数を終えることなく途中で試験終了したものも含め、耐久試験終了後にサンプル外観を観察するとともに、必要に応じてこれを樹脂に埋め込み断面を研磨して銀合金と銅合金の界面及びかしめ固定した銅板と接点の鍔部との界面を観察し、耐久性が良好な順に○、△、×で判定した。
その判定基準としては、銀合金と銅合金の界面に目立った剥離が起きておらず、かつ、接点の鍔部がかしめ固定された銅板に接触している、もしくはかしめ固定された初期状態から外観上ほとんど変化がない場合には◎、銀合金と銅合金の界面での剥離が若干見られる、もしくは鍔部の反り上がりが観察されるものの、所定のサイクル数終了まで溶着停止しなかったものを○、銀合金と銅合金の界面での剥離が見られるか、鍔部の反り上がりが発生しており、所定のサイクル数に達する前に溶着停止を起こしてしまったものを×とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１の結果から、実施例の接点はいずれも優れた剥離強度を有しており、また耐久性にも優れることが確認された。比較例は、剥離強度が低いことから、耐久性試験中に銀合金と銅合金の接合面での剥離が発生し、十分な耐久性を発揮することができなかった。
したがって、本発明の製造方法によれば、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点が得られることが確認された。
【００３７】
また、実施例と比較例との断面を顕微鏡で確認したところ、図１６（ａ）に示す比較例においては、軸心から半径方向外側に向かうにしたがって銀合金部の材料のフローラインが接合界面から外方に向けて大きく湾曲していることがわかる。これは、二次成形において、鍔部の外周部付近では、一次成形で得られた銀合金部と銅合金部との接合界面が拡径しきれず、一次成形の時点で、未接合状態であった銅合金部の外周部の端面（線材端面）に銀合金部の側面（線材外周面）が座屈するように接合しており、接合界面中心部と比較すると鍔部外周部近傍の接合強度は著しく弱い。
これに対して、同図（ｂ）に示す実施例の場合は、比較例のものと比べるとフローラインが均質で、接合界面からの湾曲も比較例のものより小さい。これは、一次成形の時点で既に銅合金部と銀合金部とが全面で接合しており、この接合界面が二次成形によって均質に半径方向外方に延びているためであり、接合界面中心部から鍔部の外周部まで銀合金部と銅合金部とが強固に接合している。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、一端部にのみ接点部が設けられているものとしたが、基部の端部にも銀合金を設けて、両端部に接点部を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の複合接点は、リレー、スイッチ、電磁開閉器、ブレーカ等に用いられる電気接点として用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 複合接点
２ 基部
３ 鍔部
４ 接点部
５ 大径部
６ 足部
７ 接合界面
８ 台金板
９ 孔
１１ 成形金型
１２ 銅合金素線
１３ 銀合金素線
１５ 一次成形体
１７ 銅合金部
１８ 銀合金部
１９ 接合界面
２１ 開口部（孔）
２２ ダイ
２３ パンチ
２４ パンチスリーブ
２５ エジェクタ−ピン
２６ 空間部
３３ パンチ
３４ 凹部
４２ パンチスリーブ（スリーブ）
４３ａ 大径孔部（孔）
４３ｂ ガイド孔部
４４ 空間部
５１ エジェクタ−ピン
５２ 凹部
５５ 開口部（孔）
５６ テーパー面
５７ エジェクタ−ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少ない銀合金で長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リレー、スイッチ、電磁開閉器、ブレーカ等に用いられる電気接点として、銀合金からなる単体接点に代えて、省銀化のため接点部分のみ銀合金材料を用い、それ以外の部分を銅系材料で代替する複合接点が広く用いられている。この種の複合接点は、小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成された全体としてリベット形状をしているとともに、鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、接点部の背面を接合した大径部を基部と一体に形成した銅合金からなる足部とを有している。
【０００３】
このような複合接点は、足部となる銅合金の素線と、接点部となる銀合金の素線とを突き合わせて鍛造することにより成形されるが、接合時の偏心を避けるため、接合工程を２回以上の複数回に分けて行うことが一般的である。
特許文献１には、銅合金素線と銀合金素線とを同心状に突き合わせた状態で、ラッパ状に拡径した開口部を有する金型で両素線の突き合わせ部を圧接しながら外側方に膨出させるように予備成形した後、据え込み鍛造によりリベット形状に二次（仕上げ）成形する技術が開示されている。
このような突き合わせによる接合の場合、成形後の外周部において銀合金と銅合金の接合強度が低下し易く、接点として使用中に発生する熱応力により剥離し、耐久性の低下につながることが懸念される。そのため、これを回避するため、最終形状の外径よりも大きく拡げて成形した後、外周部の接合強度が弱い部分を除去し、接合強度に優れた中央部分のみを利用する方法も提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１２１２１４号公報
【特許文献２】特開平４−２９８９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２記載の技術では、強固な接合強度が得られるものの、外周部が無駄になってしまう問題がある。
また、各特許文献記載の技術では、銅合金及び銀合金の両素線とも同一径の素線を使用しているが、銅合金に対して銀合金の使用量が少ないことから、素線の切断や接合加工を容易にするため、銀合金素線として銅合金素線よりも小径のものを使用することが行われてきている。この異径素線を接合する場合、従来の接合方法では、ますます接合部の外周部が接合不十分となる傾向にあり、無駄が多くなる。また、鍛造初期に小径の銀合金が銅合金にめり込む変形となるため、平坦な接合界面を形成することが難しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、少ない銀合金で界面の接合強度を向上させ、製造時の無駄をなくすとともに、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点を得ることができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
特許文献１記載の技術では、接合界面の平坦化を目的として、予備成形段階で接合界面を最終形状の足部の外径より大きく拡げる強い加工を行い、これに対して、二次成形では相対的に小さい加工としている。しかしながら、本発明者は、複合接点の界面の接合強度につき鋭意研究した結果、銅合金と銀合金の接合強度については、一次成形で両者を接合させた後に行う二次成形において、両者の接合部分を大きく変形させることが重要であり、その変形量との相関性が高いことを見出した。この点において、二次成形の変形量が相対的に小さい特許文献１記載の技術では、接合強度が低くなってしまう。また、特許文献１記載の鍛造法は、銀合金と銅合金が同じ直径であることを前提としており、銀合金を少量化し、銀合金の線径が銅合金の線径に対して小さい場合は、平坦な接合界面を得ることは困難である．
本発明は、かかる知見の下、以下の解決手段とした。
【０００８】
すなわち、本発明の複合接点の製造方法は、小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、該鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、該接点部の背面と接合した状態で前記鍔部の下面部を構成する大径部と前記小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線と、該銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造することにより、前記銅合金素線の拡径を前記孔の内周面により制限した状態で前記銀合金素線の外径を前記孔の内径まで拡げながら前記銀合金素線と前記銅合金素線とを接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、前記一次成形体の前記銀合金部、前記銀合金部と前記銅合金部との接合部及び前記銅合金部を含む一端部を鍛造して前記鍔部を成形する二次成形工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
一次成形工程では、鍛造による銅合金素線の拡径を成形金型の孔の内周面により制限しつつ、外径の小さい銀合金素線を孔の内径まで拡げた状態に接合し、二次成形工程で、その接合部をさらに拡径するように変形させる。したがって、二次成形工程においては、銅合金部と銀合金部との接合部は新生面を形成しながら拡径するとともに、その新生面に常に圧力が作用することになるから、外周縁に至るまで強固な接合部を得ることができる。このため、特許文献２記載のように外周部を切除する必要はなく、無駄が生じない。
【００１０】
本発明の複合接点の製造方法において、前記孔は前記成形金型のダイの開口部により形成されており、前記一次成形工程は、前記孔内に、該孔の開口端部に空間部を残して前記銅合金素線を挿入状態に収容しておき、前記空間部内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造するとよい。
あるいは、前記成形金型には、ダイの開口部を延長するように該開口部と同じ内径のスリーブが設けられるとともに、前記孔は前記スリーブにより形成されており、前記ダイの前記開口部内に前記銅合金素線の少なくとも基端部を挿入状態に収容しておき、前記スリーブの前記孔内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することとしてもよい。
いずれの方法においても、銅合金素線の拡径を制限した状態で銀合金素線を鍛造してダイの孔又はスリーブの孔の内径まで拡げながら接合することができ、その後の二次成形工程における変形量を大きくすることができる。なお、銅合金素線の拡径を成形金型の孔の内周面により制限した状態とは、銅合金素線外周面と成形金型の孔の周面の間に生じる隙間の分だけ銅合金素線が拡径することを許容する。つまり、銅合金素線と、この銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造したとき、鍛造後の銅合金素線の外周面が成形金型の孔の内周面に接触して孔の内径以上に拡径しなければよい。
【００１１】
これらの方法において、前記孔は前記銅合金素線の外径とほぼ同じ内径に形成されているものとしておいてもよいし、前記孔は前記銅合金素線の外径よりも大きく該銅合金素線の外周面との間にリング状の空間部が形成される内径に形成されているものとしておいてもよい。
成形金型のダイの開口部の内径が銅合金素線の外径より大きい場合には、銅合金素線を成形金型のダイの開口部の中央に配置するために、開口部内で銅合金素線の下端を当接するエジェクターピンの先端部に周縁部をテーパー面とした形状の凹部を形成しておいてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の複合接点の製造方法によれば、一次成形工程において銅合金素線の変形を制限しながらそれよりも外径の小さい銀合金素線を成形金型の孔の内径まで変形させて接合し、二次成形工程においてその接合部を常に圧力を作用させた状態で拡径しているので、外周縁に至るまで強固な接合部を得ることができる。したがって、少ない銀合金で界面の接合強度を向上させ、製造時の無駄をなくすとともに、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る複合接点の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の複合接点を製造する方法の第１実施形態に用いられる成形金型を示す縦断面図である。
【図３】図２の成形金型のダイの孔の直上に銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図４】図３に示す状態から銅合金素線をダイの孔内に挿入した状態を示す縦断面図である。
【図５】図４に示す状態から銀合金素線を鍛造した状態を示す縦断面図である。
【図６】図５に示す状態からパンチ及びパンチスリーブを退避させ、一次成形体の銀合金部と銅合金部との接合部を含む一部分をダイの孔から突出させた状態を示す縦断面図である。
【図７】図６の一次成形体に二次成形用のパンチを対峙させた状態を示す縦断面図である。
【図８】図７に示す状態から一次成形体を鍛造して鍔部を成形した状態を示す縦断面図である。
【図９】本発明の製造方法の第２実施形態に用いられる成形金型を示し、銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１０】図９に示す状態から一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の製造方法の第３実施形態に用いられる成形金型を示し、銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１２】図１１に示す状態から一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の製造方法の第４実施形態に用いられる成形金型を示し、銅合金素線及び銀合金素線を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１４】図１３に示す状態から一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１５】比較例について一次成形体を成形した状態を示す縦断面図である。
【図１６】複合接点の断面写真であり、（ａ）が比較例、（ｂ）が実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る複合接点の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
本実施形態の複合接点１は、図１に示すように、小径の基部２の一端部に大径の鍔部３が形成された全体としてリベット形状をしているとともに、鍔部３の上面部を構成する銀合金からなる接点部４と、接点部４の背面に位置し、それと接合された鍔部３の下面部を構成する大径部５を基部２と一体に形成した銅合金からなる足部６とを有している。符号７は接点部４と足部６との接合界面を示す。
これら接点部４と足部６とは、銀合金からなる線材と銅合金からなる線材とを突き合わせて冷間でヘッダ加工することにより圧接される。圧接後に３００℃〜４００℃の熱処理が施される。そして、鎖線で示すように、銅又は銅合金等からなる台金板８の孔９内に足部６の基部２を挿入した状態にかしめられる。
【００１５】
このような複合接点１において、接点部４を構成する銀合金としては、純Ａｇ系合金、Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ａｇ−ＣｕＯ系合金、Ａｇ−Ｎｉ系合金、Ａｇ−ＺｎＯ系合金、Ａｇ−Ｐｄ系合金、Ａｇ−ＳｎＯ２系合金、Ａｇ−ＣｄＯ合金、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系合金等を用いることができる。
また、足部６を構成する銅合金としては、タフピッチ銅、無酸素銅などの純銅材に加えて、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｐ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｚｎ系合金、Ｃｕ−Ｚｒ系合金、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｃｒ系合金、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金などの析出強化型銅合金やＣｕ−Ｍｇ系合金などの固溶強化型銅合金を用いることができる。
【００１６】
これら銅合金は、いずれもビッカース硬さが、８０ＨＶ〜１８５ＨＶで、接点部４を構成する銀合金（例えばビッカース硬さが９０ＨＶ〜１３０ＨＶ）に対して８０％〜１６０％の硬さを有している。
接点形状及び接合界面７の界面の所望形態に応じて、銅合金及び銀合金のビッカース硬さを適切に選択することにより、接合時に銅合金を大きく変形させるとともに、その銅合金の外周部まで銀合金層を十分に広げることができ、両者の接合強度を向上させることができる。
【００１７】
次に、このように構成される複合接点の製造方法の第１実施形態について説明する。
図２は製造時に使用される成形金型を示している。この成形金型１１は、所定長さに切断した銅合金素線１２及び銀合金素線１３を接合する一次成形工程と、一次成形体１５の接合部分を成形する二次成形工程とを同一のステーションにおいて、一次成形で使用されるパンチ２３及びパンチスリーブ２４と、二次成形で使用されるパンチ３３とを交替しながら連続的に成形する金型である。
この複合接点１を製造する場合、銅合金素線１２は、複合接点１の足部６と略同じ外径か又は小さい外径のものが用いられるが、銀合金素線１３は、その使用量が少ないため、銅合金素線１２と同じ外径とすると、長さが短すぎて、素材のせん断加工やクランプ等の取り扱いが困難になるので、銅合金素線１２よりも小径のものが用いられる。これら銅合金素線１２及び銀合金素線１３は複合接点１で用いられる体積に応じて所定長さに切断された後、クランプ等により把持されて移送される。
図３〜図８は、この成形金型１１を使用した複合接点の製造方法を工程順に説明している。以下では、これら図３〜図８を参照し、成形金型１１についても説明しながら、製造方法を工程順に説明する。
【００１８】
＜一次成形工程＞
一次成形工程では、銅合金素線１２を挿入状態に収容する開口部（本発明の孔に相当しており、以下、第１実施形態においては孔という）２１を有するダイ２２と、この孔２１内の銅合金素線１２の先端に銀合金素線１３を軸方向に押し込むように鍛造するパンチ２３と、このパンチ２３の外側にスライド可能に設けられたパンチスリーブ２４と、ダイ２２の孔２１内をスライド可能かつ所定位置で静止・保持する機能を有するエジェクタ−ピン２５とを備えている。エジェクタ−ピン２５は、一次成形及び二次成形では、それぞれ所定位置で保持し、鍛造金型の一部を形成し、二次成形終了後には成形された複合接点１を孔２１から排出する機能を備えている。
【００１９】
この場合、ダイ２２の孔２１は銅合金素線１２を挿入し得る程度に銅合金素線１２の外径よりわずかに大きいが、実質的にほぼ同じ内径に形成され、パンチ２３は銀合金素線１３の外径とほぼ同じ外径に形成される（図３参照）。また、パンチスリーブ２４は、ダイ２２の孔２１の内径よりも大きい外径に形成されており、パンチ２３がダイ２２の孔２１に臨ませられた際に、ダイ２２の表面でパンチ２３の周囲の孔２１の開口を閉塞することができるようになっている（図４参照）。エジェクタ−ピン２５は、その先端が孔２１の開口端から銅合金素線１２の長さ以上の深さまで退避した位置（図４に示す位置）と、孔２１の開口端に配置した位置との間でスライドさせられる。
【００２０】
そして、エジェクタ−ピン２５の先端が最も深い位置まで退避した状態で、孔２１内に挿入状態に収容された銅合金素線１２の先端から孔２１の開口端までの間に、空間部２６が形成され（図４参照）、この空間部２６内で図５に示されるように銀合金素線１３がパンチ２３により鍛造され、接合界面１９にて銅合金素線１２と接合される。
【００２１】
この一次成形工程を具体的に説明すると、銅合金素線１２と銀合金素線１３とは、ダイ２２の孔２１の直上で同軸上に突き合わせられ、パンチ２３がパンチスリーブ２４内を下方にスライドすることにより、その突き合わせ状態でダイ２２の孔２１内に挿入され、内部の所定位置に保持されたエジェクタ−ピン２５との間に挟まれるようにして固定される。この挿入状態では、図４に示すように、銅合金素線１２はダイ２２の孔２１内にすべて収容され、銀合金素線１３の一部が孔２１内に挿入された状態となる。したがって、銅合金素線１２の突き合わせ面から孔２１の開口端までの間に前述した空間部２６が形成される。また、パンチスリーブ２４は、ダイ２２の上面に当接されることにより、パンチ２３の周囲の孔２１の開口を閉塞した状態とする。
【００２２】
次いで、パンチ２３により、突き合わせ状態にある銅合金素線１２と銀合金素線１３とを鍛造すると、エジェクタ−ピン２５とパンチ２３との間で銅合金素線１２と銀合金素線１３とが軸方向に押しつぶされ、半径方向には外方に押し拡げられ、図５に示すように、銅合金素線１２とダイ２２の孔２１の内周面とパンチスリーブ２４の先端面とにより囲まれた空間内に充満させられる。このとき、銅合金素線１２の外径とダイ２２の孔２１の内径とは銅合金素線１２を挿入し得る程度のわずかな差でしかなく、ほぼ同じ径であるので、銅合金素線１２の拡径は孔２１の内周面により実質的に拘束され、空間部２６内で銀合金素線１３のみが変形して、ダイ２２の孔２１の内径と同じになるまで拡げられながら銅合金素線１２の先端面と接合する。この一次成形体１５においては、銅合金素線１２であった部分を銅合金部１７、銀合金素線１３であった部分を銀合金部１８と称す。符号１９はこれら銅合金部１７と銀合金部１８との接合部を示しており、銅合金素線１２の拡径が拘束された状態で銀合金素線１３が鍛造されているので、その接合界面１９は、軸方向に直角でほぼ平坦に形成される。
【００２３】
鍛造加工後、図６に示すように、エジェクタ−ピン２５がダイ２２の孔２１内部でスライドし、同期してパンチ２３及びパンチスリーブ２４が退避し、二次成形に備えた位置に固定される。この際、一次成形体１５の銀合金部１８の基端部をダイ２２の孔２１内に挿入状態のまま残して、銅合金部１７及び銀合金部１８の一部がダイ２２の外部に露出、つまり、接合界面１９がダイ２２の外部に露出した状態となっている。
【００２４】
＜二次成形工程＞
二次成形工程では、図７に示すように、一次成形工程で使用されたパンチ２３及びパンチスリーブ２４に代えて、ダイ２２の孔２１の直上にパンチ３３が配置され、孔２１から突出する銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部（銀合金部側の端部）を鍛造する。このパンチ３３は、その先端面にダイ２２の孔２１の内径より大きい内径の凹部３４が形成されており、この凹部３４により鍔部３が形成される。
【００２５】
一次成形体１５は、銀合金部１８の上面からパンチ３３の凹部３４により軸方向に鍛造されると、図８に示すように、ダイ２２の孔２１から突出している銅合金部１７及び銀合金部１８がパンチ３３の凹部３４内に拡がりながら成形される。このとき、一次成形体１５では銅合金部１７及び銀合金部１８はこれらの接合界面１９も含めて同じ外径に形成されており、これらがパンチ３３によって鍛造される際に、両者の接合界面１９も軸方向に加圧されながら半径方向に押し拡げられる。
したがって、この二次成形工程においては、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９は新生面を形成しながら拡径するとともに、その新生面に常に圧力が作用することになるから、鍔部３の外周縁に至るまで強固な接合界面７を得ることができる。また、一次成形体１５における接合界面１９が軸方向に直角で平坦に形成されていたことから、二次成形品の接合界面７も平坦に形成され、ほぼ一様な厚さの接点部４を得ることができる。
【００２６】
最後に、エジェクタ−ピン２５により複合接点１をダイ２２から押し上げて排出する。得られた複合接点１は、鍔部３の外周縁まで強固に接合しているので、長期間の接点開閉に伴うサイクル熱応力が発生しても、接合界面７の剥離を抑制することができ、また、少ない銀量でありながら、銅合金の大径部５との接合界面７の界面全域で均質な厚さの銀合金の接点部４が得られ、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れたものとなる。また、接合界面７が平坦に形成されることにより、省銀化にも効果的である。
【００２７】
なお、上記実施形態では、一次成形工程において、ダイ２２の孔２１の奥深くにエジェクタ−ピン２５を退避させ、ダイ２２の孔２１の開口端部に銀合金素線成形用の空間部２６を形成したが、図９及び図１０に示す第２実施形態のように、ダイの上面でパンチスリーブにより銀合金素線の成形用の空間部を形成するようにしてもよい。
この一次成形工程で用いられるパンチスリーブ（本発明のスリーブに相当）４２は、ダイ２２の開口部２１に対向する孔が、ダイ２２の開口部２１の内径と同じ内径で開口する大径孔部（本発明の孔に相当する）４３ａと、その奥に銀合金素線１３の外径と同じ内径のガイド孔部４３ｂとの二段構造とされている。そして、このパンチスリーブ４２の先端をダイ２２の表面に実質的に当接させることで、ダイ２２の開口部２１と実質的に連通状態の大径孔部４３ａにより空間部４４が形成される。この場合、銅合金素線１２は、その基端部がダイ２２の開口部２１内に挿入状態に収容され、銅合金素線１２の先端部及び銀合金素線１３がパンチスリーブ４２の空間部４４内に配置される。そして、その空間部４４内で銀合金素線１３を鍛造することにより、軸方向に押しつぶしながら空間部４４内を充満させ、銅合金素線１２と実質的に同じ外径まで拡げて接合する。得られた一次成形体は、前述の一実施形態と同様、銅合金部１７と銀合金部１８とがほぼ同じ径で接合され、接合界面１９は、軸方向に直角でほぼ平坦に形成される。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部を鍛造して鍔部３が形成される。
この実施形態では、エジェクタ−ピン２５は、一次成形工程と二次成形工程とでその位置が変わらないため、エジェクタ−ピン２５の位置変更が設備上難しい場合などに有効である。さらに、上記以外にも、例えば図９及び図１０に示されるパンチスリーブ４２について、大径孔部４３ａ下部にテーパーを設け、一次成形後、パンチ２３及びパンチスリーブ４２が退避する際に一次成形体１５の抜けを容易にするなどの応用も可能である。
【００２８】
図１１及び図１２は本発明の第３実施形態を示している。この実施形態では、一次成形工程において、銅合金素線１２の外径が成形金型のダイ２２の開口部（孔）２１の内径よりも小さく形成されており、銅合金素線１２をダイ２２の孔２１に挿入したときに、ダイ２２と銅合金素線１２との間に隙間が形成される。この隙間は、一次形成工程においてダイ２２の孔２１に銅合金素線１２が円滑に挿入することができる程度に設定される。具体的には、孔２１の内径と銅合金素線１２の外径との差が、孔２１の内径の１／５以下に設定するのが望ましい。
また、エジェクタ−ピン５１の先端部には、周縁部をテーパー面とした形状の凹部５２が形成されており、銅合金素線１２をダイ２２の孔２１に挿入したときに、銅合金素線１２を凹部５１内に案内してダイ２２の孔２１の中央に配置することができるようになっている。
その他、第１実施形態と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２９】
この実施形態において、銅合金素線１２をダイ２２の孔２１内に挿入して銀合金素線１３を突き合わせた状態で鍛造すると、銅合金素線１２は、ダイ２２の孔２１との隙間の範囲で拡径するが、その孔２１の内周面により、それ以上の拡径については拘束され、一方、銀合金素線１３は孔２１の内周面まで拡径しながら銅合金素線１２に接合され、図１２に示すように、銅合金部１７と銀合金部１８とが接合した一次成形体１５が形成される。
この一次成形体１５においても、銅合金素線１２の拡径が孔２１の内周面により制限された状態で鍛造されるので、その接合界面１９を軸方向に直角でほぼ平坦に形成することができる。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部を鍛造して鍔部３が形成される。
【００３０】
図１３及び図１４は本発明の第４実施形態を示している。この実施形態では、一次成形工程において、銅合金素線１２の外径が成形金型のダイ２２の開口部（孔）５５の内径よりも小さく形成されており、銅合金素線１２をダイ２２の孔５５に挿入したときに、ダイ２２と銅合金素線１２との間に隙間が形成される。この隙間は、一次形成工程においてダイ２２の孔２１に銅合金素線１２が円滑に挿入することができる程度に設定される。具体的には、孔２１の内径と銅合金素線１２の外径との差が、孔２１の内径の１／５以下に設定するのが望ましい。
また、ダイ２２の孔５５の下部には、テーパー面５６が形成され、このテーパー面５６より下方にエジェクタ−ピン挿入孔５７が形成されている。そして、テーパー面５６の下端にエジェクターピン２５の先端面が配置されることにより、このエジェクタ−ピンとともに凹部を形成しており、銅合金素線１２をダイ２２の孔５５に挿入したときに、銅合金素線１２を凹部内に案内してダイ２２の孔５５の中央に配置することができるようになっている。
また、ダイ２２の孔５５を第３実施形態と同様にストレート形状とし、エジェクタ−ピンの先端部に、周縁部をテーパー面とした形状の凹部を形成してもよい。
その他、第２実施形態と共通部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
この実施形態において、銅合金素線１２をダイ２２の孔５５内に挿入して銀合金素線１３を突き合わせた状態で鍛造すると、銅合金素線１２は、ダイ２２の孔５５およびパンチ４２の孔４３ａとの隙間の範囲で拡径するが、その孔５５および孔４３ａの内周面により、それ以上の拡径については拘束され、一方、銀合金素線１３は孔４３ａの内周面まで拡径しながら銅合金素線１２に接合され、図１４に示すように、銅合金部１７と銀合金部１８とが接合した一次成形体１５が形成される。
この一次成形体１５においても、銅合金素線１２の拡径が孔５５および孔４３ａの内周面により制限された状態で鍛造されるので、その接合界面１９を軸方向に直角でほぼ平坦に形成することができる。その後、上記二次成形工程によって、銅合金部１７と銀合金部１８との接合界面１９を含む一端部を鍛造して鍔部３が形成される。
【実施例】
【００３２】
複合接点の材料として、市販の純Ａｇ系合金（ａ）、Ａｇ−ＳｎＯ２系合金（ｂ）、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系合金（ｃ）、Ａｇ−ＺｎＯ系合金（ｄ）、Ａｇ−Ｎｉ系合金（ｅ）からなる直径１．５ｍｍの銀合金線材と、市販のタフピッチ銅（ＣＤＡ番号：Ｃ１１０００）（ｐ）、Ｃｕ−Ｃｒ系合金（ＣＤＡ番号：Ｃ１８２００）（ｑ）、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系合金（三菱伸銅株式会社 商品名：ＭＺＣ１）（ｒ）、Ｃｕ−Ｐ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｓｎ―Ｚｎ系合金（三菱伸銅株式会社 商品名：ＨＲＳＣ）（ｓ）、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系合金（三菱伸銅株式会社 商品名：ＴＡＭＡＣ１９４）（ｔ）、Ｃｕ−Ｍｇ系合金(三菱伸銅株式会社 商品名：ＭＳＰ１)（ｕ）からなる直径１．９ｍｍの銅合金線材を用いた。これら銀合金線材と銅合金線材とを所定長さに切断して適宜に組み合わせ、本発明の製造方法によって冷間鍛造し、その後に３５０℃で３０分の熱処理を施すことにより、接点部の直径が３．５ｍｍ、鍔部の厚みが０．５ｍｍ（接点部の厚みが０．１５ｍｍ、銅合金の大径部の厚みが０．３５ｍｍ）、足部の直径が２．０ｍｍ、足部の長さが２．０ｍｍのリベット形状の複合接点を作製した。比較例として、図１５に示すように一次成形工程での銀合金素線１３の鍛造変形量を減らし、銀合金部１８の直径が銅合金部１７に対して小さい状態の一次成形体１５とし、二次成形工程は本発明方法と同一の方法によって冷間鍛造した複合接点も作製した。この図１５においても、説明の便宜のため実施形態と同一の符号を付している。
【００３３】
これら複合接点につき、接点部と足部との間の剥離強度、接点としての耐久性を評価した。
剥離強度は、各複合接点をせん断応力試験機（ＡＰＴＥＣ製 ＴＭ２１０２Ｄ−ＩＴ ）にセットし、接点部と足部との界面に平行に荷重を加えてせん断応力を測定し、剥離強度を測定した。
耐久性評価は、作製した複合接点を２個一組としてそれぞれ厚み１ｍｍの銅製の台金板にかしめ固定し、これをＡＳＴＭ接点開閉試験機に取り付けて繰り返し開閉し、サイクル耐久性の評価を実施した。通電条件は、負荷電圧が直流１２Ｖ、０．５Ωの抵抗負荷による定常電流２４Ａとし、接触力、開離力とも１９６ｍＮ（２０ｇｆ）で、通電１秒＋休止４秒（サイクルタイム５秒）で２０万回まで繰り返し開閉した。
なお、接点開離タイミングから１秒以上、接点が開かない場合には溶着したと判断し、合計で１０回溶着が起きた場合にはサイクル数が２０万回に満たない場合でも試験終了とした。
【００３４】
所定のサイクル数を終えることなく途中で試験終了したものも含め、耐久試験終了後にサンプル外観を観察するとともに、必要に応じてこれを樹脂に埋め込み断面を研磨して銀合金と銅合金の界面及びかしめ固定した銅板と接点の鍔部との界面を観察し、耐久性が良好な順に○、△、×で判定した。
その判定基準としては、銀合金と銅合金の界面に目立った剥離が起きておらず、かつ、接点の鍔部がかしめ固定された銅板に接触している、もしくはかしめ固定された初期状態から外観上ほとんど変化がない場合には◎、銀合金と銅合金の界面での剥離が若干見られる、もしくは鍔部の反り上がりが観察されるものの、所定のサイクル数終了まで溶着停止しなかったものを○、銀合金と銅合金の界面での剥離が見られるか、鍔部の反り上がりが発生しており、所定のサイクル数に達する前に溶着停止を起こしてしまったものを×とした。
【００３５】
【表１】
【００３６】
表１の結果から、実施例の接点はいずれも優れた剥離強度を有しており、また耐久性にも優れることが確認された。比較例は、剥離強度が低いことから、耐久性試験中に銀合金と銅合金の接合面での剥離が発生し、十分な耐久性を発揮することができなかった。
したがって、本発明の製造方法によれば、長期に亘り安定した接点性能を発揮する耐久性に優れた複合接点が得られることが確認された。
【００３７】
また、実施例と比較例との断面を顕微鏡で確認したところ、図１６（ａ）に示す比較例においては、軸心から半径方向外側に向かうにしたがって銀合金部の材料のフローラインが接合界面から外方に向けて大きく湾曲していることがわかる。これは、二次成形において、鍔部の外周部付近では、一次成形で得られた銀合金部と銅合金部との接合界面が拡径しきれず、一次成形の時点で、未接合状態であった銅合金部の外周部の端面（線材端面）に銀合金部の側面（線材外周面）が座屈するように接合しており、接合界面中心部と比較すると鍔部外周部近傍の接合強度は著しく弱い。
これに対して、同図（ｂ）に示す実施例の場合は、比較例のものと比べるとフローラインが均質で、接合界面からの湾曲も比較例のものより小さい。これは、一次成形の時点で既に銅合金部と銀合金部とが全面で接合しており、この接合界面が二次成形によって均質に半径方向外方に延びているためであり、接合界面中心部から鍔部の外周部まで銀合金部と銅合金部とが強固に接合している。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、一端部にのみ接点部が設けられているものとしたが、基部の端部にも銀合金を設けて、両端部に接点部を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の複合接点は、リレー、スイッチ、電磁開閉器、ブレーカ等に用いられる電気接点として用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 複合接点
２ 基部
３ 鍔部
４ 接点部
５ 大径部
６ 足部
７ 接合界面
８ 台金板
９ 孔
１１ 成形金型
１２ 銅合金素線
１３ 銀合金素線
１５ 一次成形体
１７ 銅合金部
１８ 銀合金部
１９ 接合界面
２１ 開口部（孔）
２２ ダイ
２３ パンチ
２４ パンチスリーブ
２５ エジェクタ−ピン
２６ 空間部
３３ パンチ
３４ 凹部
４２ パンチスリーブ（スリーブ）
４３ａ 大径孔部（孔）
４３ｂ ガイド孔部
４４ 空間部
５１ エジェクタ−ピン
５２ 凹部
５５ 開口部（孔）
５６ テーパー面
５７ エジェクタ−ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、該鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、該接点部の背面と接合した状態で前記鍔部の下面部を構成する大径部と前記小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線と、該銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造することにより、前記銅合金素線の拡径を前記孔の内周面により制限した状態で前記銀合金素線の外径を前記孔の内径まで拡げながら前記銀合金素線と前記銅合金素線とを接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、前記一次成形体の前記銀合金部、前記銀合金部と前記銅合金部との接合界面及び前記銅合金部を含む一端部を鍛造して前記鍔部を成形する二次成形工程とを有することを特徴とする複合接点の製造方法。
【請求項２】
前記孔は前記成形金型のダイの開口部により形成されており、前記一次成形工程は、前記孔内に、該孔の開口端部に空間部を残して前記銅合金素線を挿入状態に収容しておき、前記空間部内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することを特徴とする請求項１記載の複合接点の製造方法。
【請求項３】
前記成形金型には、ダイの開口部を延長するように該ダイの開口部と同じ内径のスリーブが設けられるとともに、前記孔は前記スリーブにより形成されており、前記一次成形工程は、前記ダイの前記開口部内に前記銅合金素線の少なくとも基端部を挿入状態に収容しておき、前記スリーブの前記孔内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することを特徴とする請求項１記載の複合接点の製造方法。
【請求項４】
前記孔は前記銅合金素線の外径とほぼ同じ内径に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合接点の製造方法。
【請求項５】
前記孔は前記銅合金素線の外径よりも大きくかつ前記大径部の外径より小さい内径に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合接点の製造方法。
【請求項１】
小径の基部の一端部に大径の鍔部が形成されるとともに、該鍔部の上面部を構成する銀合金からなる接点部と、該接点部の背面と接合した状態で前記鍔部の下面部を構成する大径部と前記小径の基部とを一体に形成した銅合金からなる足部とを有する複合接点を製造する方法であって、銅合金素線と、該銅合金素線よりも外径の小さい銀合金素線とを成形金型の孔内で突き合わせた状態で鍛造することにより、前記銅合金素線の拡径を前記孔の内周面により制限した状態で前記銀合金素線の外径を前記孔の内径まで拡げながら前記銀合金素線と前記銅合金素線とを接合して銀合金部と銅合金部とからなる一次成形体を形成する一次成形工程と、前記一次成形体の前記銀合金部、前記銀合金部と前記銅合金部との接合界面及び前記銅合金部を含む一端部を鍛造して前記鍔部を成形する二次成形工程とを有することを特徴とする複合接点の製造方法。
【請求項２】
前記孔は前記成形金型のダイの開口部により形成されており、前記一次成形工程は、前記孔内に、該孔の開口端部に空間部を残して前記銅合金素線を挿入状態に収容しておき、前記空間部内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することを特徴とする請求項１記載の複合接点の製造方法。
【請求項３】
前記成形金型には、ダイの開口部を延長するように該ダイの開口部と同じ内径のスリーブが設けられるとともに、前記孔は前記スリーブにより形成されており、前記一次成形工程は、前記ダイの前記開口部内に前記銅合金素線の少なくとも基端部を挿入状態に収容しておき、前記スリーブの前記孔内で前記銀合金素線と前記銅合金素線とを鍛造することを特徴とする請求項１記載の複合接点の製造方法。
【請求項４】
前記孔は前記銅合金素線の外径とほぼ同じ内径に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合接点の製造方法。
【請求項５】
前記孔は前記銅合金素線の外径よりも大きくかつ前記大径部の外径より小さい内径に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合接点の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−３０４７５（Ｐ２０１３−３０４７５Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３９５９５（Ｐ２０１２−１３９５９５）
【出願日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【出願人】（５９４１１１２９２）三菱マテリアルシーエムアイ株式会社 (54)
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【出願人】（５９４１１１２９２）三菱マテリアルシーエムアイ株式会社 (54)
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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