(57)【要約】【課題】ろう層や中間金属層を持たず、被接合材の形状が限定されない接合構造をもつ遮断器用電気接触子の製造方法を得る。【解決手段】先端部に突起が形成された金属製の電気接点１と、前記電気接点１に比べ硬度が低い金属製台金２から構成され、前記金属製台金２の降伏応力の３．６倍以上の荷重が生じるように、前記電気接点１の突起側を前記金属製台金２に対向させて押圧し、前記金属製台金２の塑性変形によって、前記金属製台金２に前記電気接点１の突起をめり込ませ、前記電気接点１と前記金属製台金２との接合面に新生面を創出し、前記電気接点１を前記金属製台金上に接合して固定するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に突起が形成された金属製の電気接点と、前記電気接点に比べ硬度が低い金属製台金から構成され、
前記金属製台金の降伏応力の３．６倍以上の荷重が生じるように、前記電気接点の突起側を前記金属製台金に対向させて押圧し、
前記金属製台金の塑性変形によって、前記金属製台金に前記電気接点の突起をめり込ませ、前記電気接点と前記金属製台金との接合面に新生面を創出し、前記電気接点を前記金属製台金上に接合して固定するようにした遮断器用電気接触子の製造方法。
【請求項２】
前記電気接点の先端部に形成された突起は、多角柱の先端部に形成された多角錐形状、又は円柱の先端部に形成された円錐形状である請求項１記載の遮断器用電気接触子の製造方法。
【請求項３】
前記電気接点の先端部に形成された突起は、三角柱の先端部に形成された三角錐形状である請求項１記載の遮断器用電気接触子の製造方法。
【請求項４】
前記電気接点の先端部に形成された突起は、三角柱の先端部に形成された１段目の三角錐形状突起上に、前記三角錐形状突起より尖った２段目の三角錐形状突起を形成した二段突起形状である請求項３記載の遮断器用電気接触子の製造方法。
【請求項５】
前記電気接点の先端部に形成された突起は、前記金属製台金との対向面が曲面形状である請求項１記載の遮断器用電気接触子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、遮断器に使用される電気接触子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、遮断器用電気接触子は、電気接点と台金から構成され、銀を含む電気接点と銅を含む台金を、ろう付や抵抗電気溶接，摩擦圧接，かしめ接合等によって接合する。このため接合部構造として、ろう付及び抵抗電気溶接においては両金属間にろう層や中間金属層が、摩擦圧接においては電気接点又は可動子のどちらか一方が棒形状である必要がある（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４，非特許文献１，非特許文献２）。
【０００３】
特許文献１では、電磁器遮断器用電気接触子をかしめ接合に加え超音波接合を行うことで、台金の硬度低下をおさえると共に、かしめ接合時に生じうるクラック発生がなく、通電電流容量の増加、製造時の作業性向上、品質向上を図っている。
特許文献２では、異種金属を摩擦圧接によって接合する方法が記載され、棒形状の材料において、熱膨張係数の大きな材料の直径を、他方の金属よりも大きくすることで、接合界面の残留応力を緩和し、接合強度の上昇をさせている。
特許文献３では、電力用遮断器の固定側と可動側アーク接触子を、棒状及び管状の銅―タングステン合金（接点部）と銅―クロム合金（接点部以外）を用いて接合構造を図９のようにし、銀ろう付けにより接合している。
特許文献４では、摩擦圧接法による異種金属の接合構造を示したもので、接合端部の角度に指定がある。
【０００４】
非特許文献１では、電磁遮断器に使用される接触子の溶接を、アルコール蒸気によるシールド剤と中間金属を用いて、抵抗溶接により接合している。
非特許文献２では、固相接合に必要な条件として、接合しようとする金属同士の界面を完全密着させる必要があり、完全密着には、降伏応力の約３．６倍以上の負荷応力をかけなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１６２２１号公報（第２頁上左欄第１６行〜上右欄第１５行，図６）
【特許文献２】特開平６−４７５７０号公報（第３頁左欄第３行〜右欄第９行，図１）
【特許文献３】特開平１１−１７６２６８号公報（第４頁右欄第８行〜第１４行，図９）
【特許文献４】特開２０００−２４６４８１号公報(第２頁左欄第２行〜第１９行，図１)
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】町田他、溶接学会論文集第４巻（１９８６）第1号第４２頁Fig.4
【非特許文献２】溶接・接合便覧，１９９０，丸善，第１８４頁，右欄第２行〜第３行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような遮断器用電気接触子にあって、従来のろう付接合に代替する方法として前記文献のような接合構造があるが、かしめ構造による方法では電気接点を変形させる必要があり、焼結材のように変形がほとんど見込めない電気接点には摘要ができない。摩擦接合による方法では電気接点もしくは台金形状が、回転させ摩擦を発生させるために棒や管など回転対称形状のものに限定される。抵抗溶接による方法では中間金属が必要とされ、共晶温度近傍の６００〜８００℃まで温度上昇するため、台金側の機械的性質が低下する恐れがある。
この発明は、ろう層や中間金属層を持たず、被接合材の形状が限定されない接合構造をもつ遮断器用電気接触子の製造方法を提供することによって前記問題を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる遮断器用電気接触子の製造方法は、先端部に突起が形成された金属製の電気接点と、前記電気接点に比べ硬度が低い金属製台金から構成され、前記金属製台金の降伏応力の３．６倍以上の荷重が生じるように、前記電気接点の突起側を前記金属製台金に対向させて押圧し、前記金属製台金の塑性変形によって、前記金属製台金に前記電気接点の突起をめり込ませ、前記電気接点と前記金属製台金との接合面に新生面を創出し、前記電気接点を前記金属製台金上に接合して固定するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の遮断器用電気接触子の製造方法によれば、ろう層や中間金属層を用いないで接合できることによって、台金の軟化を抑制できると共に、遮断器の電気接触子の接合を加圧圧接で可能にしたばかりでなく、台金の塑性変形を誘起し、電気接点の突起を台金にめり込ませる楔形状により接合性を高め、接合時における電気接点と台金との接触面積増大によって電気通電時の電気伝導性を高めることができる。また、電気接触子や台金の形状は棒や管などの回転対称形状に限定されないものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における遮断器用電気接触子の接合構造を示す構成正面図で、（ａ）は接合前の構成部品の形態を、（ｂ）は接合後の構成部品の形態を示す。
【図２】一対の遮断器用電気接触子が対向して配置され、その使用形態を説明する側面図である。
【図３】この発明の実施の形態２における遮断器用電気接触子の接合構造を示す構成正面図及び側面図で、（ａ）は加圧直後の変形形態、（ｂ）はこの変形形状を切削等により切り取った後の形態を示す。
【図４】この発明の実施の形態３における遮断器用電気接触子の接合構造を示す構成正面図及び側面図である。
【図５】この発明の実施の形態４における遮断器用電気接触子の接合構造を示す構成正面図及び側面図である。
【図６】実施の形態２における接合面長さと接点幅Ｗとの幾何学的関係を示す図である。
【図７】実施の形態４における接合面長さと接点幅Ｗとの幾何学的関係を示す図である。
【図８】電気接点と台金とを接合し、実施の形態１，２，３，４に示す遮断器用電気接触子を得る接合装置を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における遮断器用電気接触子の接合構造を示す構成正面
図で、（ａ）は接合前の電気接点１と台金２の形状を示し、（ｂ）は接合後の構成部品の形状を示す。遮断器用電気接触子（以下電気接触子と略称する）は電気接点１と台金２を接合することによって構成される。両者は異種金属であり、一般的に遮断する電圧が高くなるほど、電気接点１には硬度の高い金属が使用される。硬度が高い金属は一般的に塑性流動が生じにくく、脆いため大きな衝撃荷重や塑性流動を与えずに接合することが必要とされる。この電気接触子が相手側の同様の構成からなる電気接触子と離れることにより、電気を遮断する。
【００１２】
図２は一対の電気接触子が対向して配置され、その使用態様を説明する側面図である。図面上で、下側の電気接触子は固定側電気接触子で、上側の電気接触子は可動側電気接触子である。両電気接触子の電気接点１，１が押圧接触すると、電流が通電する。可動側電気接触子を軸７を中心に回動させると、電気接点１，１が離れ、電流が遮断される。
【００１３】
実施の形態１における電気接触子は、接合面（先端部）に突起を有する金属製の電気接点１と、それよりも硬度が低く電気接点１の突起形状に沿って塑性変形が可能な金属からなる台金２で構成される。電気接点１は接点幅（正三角柱であればその一辺）がＷで、先端の突起は山形の三角錐形状で突起高さはｈである。台金２は平板形状で初期板厚はＡ（この場合はＡ＝Ｗ）で、電気接点１の突起に対向した台金２の面は、平らな形状であるが、電気接点１の突起が三角錐形状であれば、その一部のみが収まる三角錐凹形状であってもよい。電気接点１の形状は、四角柱の先端部に四角錐を、多角柱の先端部に多角錐を、円柱の先端部に円錐を形成したものでもよい。電気接点１の突起形状としては、接合面長さ（接合面の接点幅方向の長さ）が電気接点１の接点幅Ｗよりも大きくなるものを選定する。接合の原理としては、金属表面上にある油膜や酸化皮膜などの汚染層を、両者の金属を押付けるのみで、外部に押し出して汚染層の無い面（新生面）を生み出すと共に、両者の接合部を金属間距離まで密着させることにより、固相接合を達成させるものである。同様の方法として、圧接や摩擦接合が挙げられるが、実施の形態では、硬度差が異なる金属同士を、回転ツール等によって回転させないまま、両者を圧接により密着させることによって接合させる。
【００１４】
例えば、図８に示すような接合装置によって、電気接点１と台金２とを接合し電気接触子を得る。平板形状の台金２の一部を台金保持装置３によって固定する。電気接点１は接点固定台４の上に固定される。加圧装置本体５による駆動で、加圧可動部６が電気接点１の方向に向かって移動することにより、台金２は電気接点１に押付けられる。電気接点１の対向する先端部が突起形状であることにより、加圧に伴い電気接点１に比べて硬度の低い台金２の接合前表面部の接触面積の拡大が促進され、面積が拡大したことによって内部から創出される新生面の割合が増大する。
【００１５】
一般的に金属の降伏応力の約３．６倍以上を負荷させると両金属を密着させることができ、新生面同士を密着させれば両者に金属結合が生じ、接合が達成される。従って、それ以上の圧力が台金２の接合面にかかるようにする。この密着性を高めるために、接点固定台４の中にヒータを入れ、接点固定台４を通じて電気接点１を加熱してもよい。このような形状にすることで、接合面積の増大による接合の信頼性が向上し、電気伝導性の向上が可能となる。同時に電気接点の突起を台金にめり込ませる楔形状によって、両者の金属を引き剥がすような外力が付加された場合、摩擦力や形状によってそれを妨げることができ、電気接点１の固定性向上が図られる。
【００１６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における電気接触子の接合構造を示す構成正面図及び側面図である。（ａ）は接合時に生じる台金２のふくらみを含んだもので、（ｂ）のように電気接点１の接点幅Ｗに切削してもよい。なお、Ｂは台金２の固相接合後の最大板厚であ
る。電気接点１の先端部には、三角錐形状の突起を有する。この三角錐の形状を選定するにあたり、図３に示す電気接点１の先端部の突起高さをｈ、接点幅をＷとすると、接合面長さと接点幅Ｗの比は幾何学的関係より、
【数１】
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で計算でき、図６に示すように変化する。接合面長さを長くとり、新生面をより多く創出させるためには、  ｈ≧０．１５Ｗ  を満たす突起高さｈとすることが望ましい。
【００１７】
例としてｈ＝０．１６Ｗを満たす高さに設定すると、台金側金属の接合面長さが台金幅Ａ（Ａ＝Ｗ）の１．０５倍になり、解析上、加圧後の台金２接合表面上に存在する材料はほぼ材料内部から移動してきた、つまり新生面であることが確認された。
【００１８】
電気接点１として銀−タングステンカーバイドの焼結材、台金２として銅合金を使用し、加圧圧接によって両者を固定する。その際に図８に示すような接合装置を使用してもよい。このような形状にすることで接合面積の増大による接合の信頼性が向上し、電気伝導性の向上が可能となると共に、楔形状による電気接点１の固定性向上が期待できる。
【００１９】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における電気接触子の接合構造を示す構成正面図及び側面図であり、実施の形態２の変形例である。接合時に生じる台金２のふくらみは、電気接点１の接点幅Ｗに切削してもよい。実施の形態３では、電気接点１の先端部に形成した突起が、図３の接合面側の三角錐形状突起とそれよりも先端角度が小さく尖った三角錐形状突起を組み合わせた二段突起形状を有する。電気接点１の突起全体の突起高さをｈ、接点幅をＷとし、先端側の小さい三角錐の突起高さをｈ１、その接合幅をＷ１とすると、接合面長さと接点幅Ｗの比は幾何学的関係から
【数２】
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で計算できる。
【００２０】
例として、高い接合強度を得るためには
ｈ＝０．１６Ｗ、  ｈ１＝０．０８Ｗ、  Ｗ１＝０．０８Ｗ
を満たす形状に設定すると、台金側金属の接合面長さが台金幅Ａ（Ａ＝Ｗ）の１．０８倍となる。このような形状にするのは、接点幅Ｗよりも接合面長さを長くとることができ、新生面をより多く創出させるためである。電気接点１として銀−タングステンカーバイドの焼結材、台金２として銅合金を使用し、加圧圧接によって両者を固定する。その際に図８に示すような接合装置を使用してもよい。このような形状にすることで接合面積の増大による接合の信頼性が向上し、電気伝導性の向上が可能となると共に、楔形状による電気接点１の固定性向上が期待できる。
【００２１】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による電気接触子の接合構造を示す構成正面図及び側面図であり、接合時に生じる台金２のふくらみは、電気接点１の接点幅Ｗに切削してもよい。電気接点１の先端部の接合面側に曲率半径Ｒの曲面を有する山形突起を設ける。接合面長さと接点幅Ｗの比は幾何学的関係より
【数３】
2013243029.tif 000005
で計算でき、図７に示すように変化する。接合面長さを長くとり、新生面をより多く創
出させるためには  Ｒ≦Ｗ  とすることが望ましい。
【００２２】
例として、Ｒ＝０．８３Ｗに設定すると台金側金属の接合面長さが台金幅Ａ（Ａ＝Ｗ）の１．０７倍になり、解析上、加圧後の台金２接合表面上に存在する材料はほぼ材料内部から移動してきた、つまり新生面であることが確認された。電気接点１として銀−タングステンカーバイドの焼結材、台金２として銅合金を使用し、加圧圧接によって両者を固定する。その際に図８に示すような接合装置を使用してもよい。このような形状にすることで、接合面積の増大による接合の信頼性が向上し、電気伝導性の向上が可能となると共に、楔形状による電気接点１の固定性向上が期待できる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１  電気接点                            ２  台金
３  台金保持装置                        ４  接点固定台
５  加圧装置本体                        ６  加圧可動部
７  軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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