(57)【要約】【課題】電磁接触器などに適用される接点構造において、接点材と台金との充分な接合強度を確保する。【解決手段】回転ツール（１）によって接点材（５）を回転させながら、接点材（５）を台金（４）に押圧し、回転ツール（１）によって、接点材（５）の周囲を囲むように台金（４）に円環状凹部（４ａ）を形成し、接点材（５）と台金（４）とを接合する。これにより、接点材（５）と、接点材（５）に接合され、接点材（５）の周囲を囲むように円環状凹部（４ａ）を形成してなる台金（４）とを有する接点構造が実現する。【選択図】図４
2016091848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接点材と、
前記接点材に接合され、前記接点材の周囲を囲むように円環状凹部を形成してなる台金と
を有することを特徴とする接点構造。
【請求項２】
前記接点材と前記台金は異なる組成の材料によって構成されており、前記接点材と前記台金との接合面は、前記接点材の材料と前記台金の材料とが混合した組成となっている
ことを特徴とする請求項１記載の接点構造。
【請求項３】
前記接点材と前記台金との接合面に、錫を含む層を形成した
ことを特徴とする請求項２に記載の接点構造。
【請求項４】
前記接点材は円板形状を有し、前記台金との接合面とは反対側の面に、周回方向に交差する方向に沿って溝を有する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の接点構造。
【請求項５】
前記台金はアルミニウム合金からなる
ことを特徴とする請求項２ないし４の何れか一項に記載の接点構造。
【請求項６】
円板状に形成された接点材と、
前記接点材に接合された台金と
を有し、
前記接点材は、前記台金との接合面とは反対側の面に、周回方向に交差する方向に沿って溝を有することを特徴とする接点構造。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載の接点構造を有し、該接点構造によって電路を開閉することを特徴とする電磁接触器。
【請求項８】
回転ツールによって接点材を回転させながら、前記接点材を台金に押圧し、
前記回転ツールによって、前記接点材の周囲を囲むように前記台金に円環状凹部を形成し、
前記接点材と前記台金とを接合することを特徴とする接点構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接点構造、電磁接触器および接点構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁接触器などに適用される接点構造の背景技術として、下記特許文献１の請求項１には、「良導電性金属からなり接合面が接点面と反対側に形成された接点を良導電金属からなる端子板に所定の付勢力で押圧しつつ自転させて前記接点の接合面を前記端子板に接合することを特徴とする回転式接点接合方法」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２８２６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、台金（端子板）に接点材を回転させて押圧する際、接点材と台金との間で発生する摩擦熱で両者が軟化する。この際、軟化した接点が変形し、回転軸に垂直な面の半径方向にバリが発生することがある。このため、接点材の回転軸に近い中央の領域は接合されるものの、外周部の領域には未接合部分が残りやすく、電気的接続のＯＮ，ＯＦＦ動作の繰り返しに必要な強度が得られないという問題があった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、接点材と台金との充分な接合強度を確保できる接点構造、電磁接触器および接点構造の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】
【０００５】
上記課題を解決するため本発明にあっては、接点材と、前記接点材に接合され、前記接点材の周囲を囲むように円環状凹部を形成してなる台金とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、接点材と台金との充分な接合強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態による接点構造の断面写真である。
【図２】図１の説明図である。
【図３】第１実施形態による接点構造の製造方法の概要を示す図である。
【図４】第１実施形態による接点構造の製造方法の詳細を示す図である。
【図５】摩擦圧接法による比較例の概念図である。
【図６】比較例による接点構造の断面図である。
【図７】第２実施形態による接点構造の断面写真である。
【図８】図７の説明図である。
【図９】第３実施形態において台金に接合された接点材の斜視図である。
【図１０】第３実施形態における回転ツールの構成を示す図である。
【図１１】第４実施形態による電磁接触器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施形態］
＜第１実施形態の構成＞
次に、本発明の第１実施形態による接点構造の構成を図１、図２を参照し説明する。なお、本実施形態における接点構造は、電磁接触器などに適用されるものである。図１は本実施形態による接点構造の断面写真であり、図２はその説明図である。図１に示す断面は、鏡面研磨した後、金属組織が見えやすくなるように、酸による腐食処理を施している。
【０００９】
図１、図２において、接点材５は、銀合金を略円板状に形成したものであり、台金（だいがね）４はめっきなどの表面処理をしていない銅合金を略平板状に形成したものである。台金４，接点材５は、固相拡散接合されている。従って、両者の境界面においては、銀合金の成分と銅合金の成分とが拡散した薄い混合層（図示せず）が形成されている。
【００１０】
図１に示すように、台金４と接点材５の境界部には空洞などは見られず、良好な接合が実現されていることが確認できる。本実施形態の特徴の一つは、接点材５を囲むように、台金４の上面に環状に形成された円環状凹部４ａが形成されていることである。この円環状凹部４ａを形成した意義については後述する。
【００１１】
次に、上述した接点構造の製造方法の概要を図３を参照し説明する。
図３は、本実施形態による接点構造の製造方法の概念図である。まず、台金４の上面の所定位置に、接点材５が載置される。次に、回転ツール１の中心軸Ｒを接点材５の中心軸に一致させ、回転ツール１を矢印２で示す方向に回転させながら、矢印３に示す方向に付勢し、接点材５に押し付ける。ここで、回転ツール１の先端部分には接点材５に概略等しい形状の凹部である装着部６が形成されており、装着部６の周囲は台金４に平行な平坦部７が形成されている。本実施形態において、回転ツール１は熱処理で硬さを調整した工具鋼製のものが望ましい。
【００１２】
次に、図４を参照し、本実施形態における詳細な接合手順を説明する。まず、図４(a)に示すように、接点材５を台金４の上面に載置した状態で回転ツール１の回転を開始する。その後、図４(b)に示すように、回転ツール１を接点材５に押圧しつつ下方向（矢印３によって示す）に付勢すると、接点材５は台金４に摺動しつつ回転する。これにより、台金４，接点材５の接触部分は摩擦により加熱される。さらに、回転ツール１が下方向に付勢されることにより、接点材５の周囲においては、平坦部７と台金４とが接触することにより、台金４の上面に円環状凹部４ａが形成される。
【００１３】
回転ツール１が所定の深さまで達すると、図４(c)に示すように、回転ツール１の回転および下方向への付勢を停止させ、この状態で所定時間だけ保持する。この所定時間内に、台金４，接点材５が接合され冷却される。そして、該所定時間が経過した後に、図４(d)に示すように、回転ツール１を上方向（矢印２０の方向）に引き上げると、接合が終了する。本実施形態においては、台金４，接点材５の接合部の温度は両者の融点には達しておらず、上述したように、両者は固相拡散接合される。
【００１４】
＜比較例＞
次に、第１実施形態の効果を明らかにするため、各種比較例による接点構造の製造方法について説明する。
二つの部材に圧力を印加しつつ摩擦熱を発生させて接合する方法は「摩擦圧接法」と呼ばれており、上記第１実施形態もその範疇に属するものである。しかし、台金４，接点材５を接合する方法は、摩擦圧接法に限られるものではなく、超音波溶接、抵抗加熱ろう付、抵抗スポットろう付、抵抗スポット溶接、炉中ろう付、高周波加熱ろう付など、様々な方法を採ることができる。これらのうち、抵抗スポット溶接、抵抗加熱ろう付などが一般的に用いられている。
【００１５】
台金４，接点材５は、通常は電気抵抗率の低い金属（例えば銀合金や銅合金）から構成されているため、接合面の抵抗値も比較的低くなる。接合面の抵抗値が低い場合に、抵抗スポット溶接を採用すると、必要な接合強度を得るためには大電流を通電する必要がある。大電流を通電すると、接合面の抵抗値のばらつきにより接合状態のばらつきが生じやすく、またスパッタと呼ばれる火花が飛散して、台金４，接点材５が損傷するような不具合が生じやすい。また、抵抗加熱ろう付はろう材に銀合金を使用する場合が多く、製造コストが増大するという問題がある。このように、摩擦圧接法以外の方法を採ると、様々な不利が生じる。
【００１６】
次に、摩擦圧接法による比較例の概念図を図５に示す。本比較例においては、回転軸１０１に接点ホルダ１００が装着される。接点ホルダ１００には、接点材５の上部の形状に沿った凹部１０３が形成され、この凹部１０３に接点材５が装着される。この状態で回転軸１０１を回転させ、接点材５を台金４に押圧すると、接点材５が台金４に接合される。但し、この比較例においては、接点ホルダ１００の端面１０２は、台金４には接触しないため、台金４に円環状凹部４ａ（図４(d)参照）は形成されない。
【００１７】
次に、本比較例による、台金４，接点材５の接合部分の断面図を図６に示す。図示のように、接点材５の周縁部には、接合の過程で軟化した接点材５が変形してバリ８が形成されている。バリ８が形成されたことにより、接点材５の周縁部が肉薄になり、接点材５の周縁部と台金４との間に未接合部９（隙間）が生じている。台金４，接点材５の接合部分は電磁接触器などの接点として用いられるが、未接合部９は、電磁接触器などの電気的ＯＮ，ＯＦＦ動作の繰り返しで剥離の起点となり、耐久性が低下する原因になる。
【００１８】
＜第１実施形態の効果＞
以上のような比較例に対して、本実施形態によれば、回転ツール（１）によって接点材（５）を回転させながら、前記接点材（５）を台金（４）に押圧し、前記回転ツール（１）によって、前記接点材（５）の周囲を囲むように前記台金（４）に円環状凹部（４ａ）を形成し、前記接点材（５）と前記台金（４）とを接合する。これにより、本実施形態によれば、接点材（５）と、前記接点材（５）に接合され、前記接点材（５）の周囲を囲むように円環状凹部（４ａ）を形成してなる台金（４）とを有する接点構造が実現され、接点材（５）と台金（４）との充分な接合強度を確保できる。
【００１９】
すなわち、台金４に円環状凹部４ａを形成しつつ、台金４と接点材５とを接合するため、両者の接合強度を確保することができる。ここで、円環状凹部４ａの深さは、０．０１ｍｍよりも深くすることが望ましい。この理由は、深さが０．０１ｍｍ以下になると、接点材５の周縁部において、台金４，接点材５の接合が不十分になる可能性があるためである。深さが０．２±０．０５ｍｍ程度であれば、台金４，接点材５を充分に接合することが可能であり、一般的には台金４の強度に与える影響は少ないものと考えられる。なお、台金４の所要強度が確保できるのであれば、円環状凹部４ａをさらに深くしてもよい。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態による接点構造の構成を図７、図８を参照し説明する。図７は本実施形態による接点構造の断面写真であり、図８はその説明図である。図１の場合と同様に、図７に示す断面は、鏡面研磨した後、金属組織が見えやすくなるように、酸による腐食処理を施している。
【００２１】
本実施形態においては、台金４として、銅合金板の表面に錫めっきを施したものを用いた。それ以外の条件は、第１実施形態のものと同様である。図７，図８に示すように、本実施形態においては、台金４，接点材５の接合部分に介在する錫が溶融し、台金４，接点材５の材質と混合することにより、錫を含む厚い混合層１０が形成される。すなわち、本実施形態においては、台金４，接点材５は液相拡散接合によって接合されている。
【００２２】
上述した接点構造の製造方法は、第１実施形態のものと同様である。
以上のように、本実施形態によれば、接点材５と台金４との接合面に、錫を含む混合層１０を形成したから、台金４，接点材５の接合強度が大きくなる。また、液相拡散接合を採用したことにより、第１実施形態と比較して、台金４，接点材５の接合面の表面加工精度の許容度を大きくすることができる。さらに、回転ツール１の回転数を低く抑えることができ、回転ツール１を介して台金４，接点材５に印加される押圧力も小さくて済むことから、第１実施形態よりもコストダウンを図ることができる。
【００２３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態による接点構造の構成を図９を参照し説明する。図９は、本実施形態において、台金４に接合された接点材５の斜視図である。図示のように、接点材５の表面（台金４との接合面とは反対側の面）には、周回方向４等分位置に、周回方向に交差する方向に沿って、溝１２が形成されている。上記以外の構成は第１実施形態と同様である。
【００２４】
次に、上述した接点構造の製造方法について説明する。第３実施形態は、第１実施形態と比較すると、回転ツール１（図３参照）に代えて、図１０(a)，(b)に示す回転ツール２１が適用される点が異なる。なお、図１０(a)は回転ツール２１の底面図であり、図１０(b)は図１０(a)におけるＡ−Ａ’断面図である。回転ツール２１は回転ツール１と略同様の形状を有しており、その先端部分には、回転ツール１の装着部６と略同様の形状を有する装着部２６が形成されている。但し、装着部２６には、周回方向４等分位置に、周回方向に交差する方向に沿って、細線状の突起部１１が形成されている点が第１実施形態の装着部６とは異なる。
【００２５】
突起部１１の高さは、接点材５の直径の１／４０〜１／１０程度にするとよい。但し、突起部１１の高さが１ｍｍを超えると高すぎると思われるため、１ｍｍ以下に抑えておくことが妥当であると考えられる。例えば、接点材５の直径が６ｍｍであれば、突起部１１の高さは、０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍ程度にするとよい。本実施形態によれば、突起部１１が接点材５に食い込んだ状態で接点材５を回転させることができるため、回転ツール２１と接点材５との滑りを防止できる。
【００２６】
図９に示した溝１２は、突起部１１の形状を接点材５に転写してなるものである。このように、本実施形態によれば、接点材５の表面に溝１２を形成しつつ台金４，接点材５を接合するから、台金４，接点材５の接合部品質のばらつきを一層小さくすることができる。
【００２７】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態による電磁接触器１３の構成を図１１(a)の斜視図を参照し説明する。
なお、「電磁接触器」とは、電磁石によって電路の開閉操作を行うものであり、この「電磁接触器」と、過負荷により回路を遮断するサーマルリレー（Thermal Relay）などとを組み合わせたものは「電磁開閉器」または「マグネット・スイッチ」などと呼ばれており、電動機の自動運転用、遠隔操作用開閉器などに用いられる。
【００２８】
図１１(a)において、電磁接触器１３には、一の電路に対して、一対の固定子１５，１５と一の可動子１４とが設けられる。なお、図１１(a)は一の電路についてのみ、内部構成を破線で示しており、他の電路については同様に構成されているため図示を省略する。可動子１４は、図示せぬスプリングによって上方向に付勢されるとともに、図示せぬ電磁石が通電すると、この電磁石によって下方向に付勢されるようになっている。
【００２９】
ここで電磁石が通電すると、この電磁石によって可動子１４が下方向に駆動され、スプリングが圧縮される。これにより、可動子１４が固定子１５，１５に接触し、電路がＯＮ状態になる。一方、電磁石に対する通電が解除されると、スプリングの反発力によって可動子１４は上方向に付勢され、固定子１５，１５から解離するため電路がＯＦＦ状態になる。
【００３０】
ここで、可動子１４および固定子１５，１５の拡大図を図１１(b)に示す。固定子１５，１５と、可動子１４との接触箇所には、それぞれ接点材５が接合されている。すなわち、可動子１４および固定子１５，１５を台金４として、上述の第１〜第３実施形態の何れかの方法によって接点材５を接合したものが、本実施形態に適用される。従って、本実施形態の電磁接触器１３においては、可動子１４および固定子１５，１５と接点材５との間に充分な接合強度を確保することができ、形状、寸法の均質性を高くすることができ、表面粗度も小さくできる。このため、電気的ＯＮ，ＯＦＦ動作の繰り返しにおける発熱量を小さくすることができ、長期使用における耐久性が向上する。
【００３１】
［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した各実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。上記各実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
【００３２】
（１）上記各実施形態においては、図４(a)，(b)に示したように、接点材５を台金４の上面に載置した状態で回転ツール１の回転を開始し、しかる後に回転ツール１を接点材５に押圧していた。しかし、最初に接点材５を回転ツール１の装着部６にセットし、しかる後に回転ツール１を回転させ、接点材５を台金４に押し当てるようにしてもよい。
【００３３】
（２）上記第１，第２実施形態において接点材５の形状は円板状であったが、接点材５を円板以外の形状、例えば多角形板状に形成し、装着部６の形状も当該形状に沿ったものにしてもよい。
（３）上記各実施形態においては、回転ツール１の先端部分に平坦部７（図３参照）を形成したが、先端部分の形状は平坦である必要はなく、例えば、テーパー状であってもよい。
【００３４】
（４）上記各実施形態において、台金４として銅合金板（または錫めっきした銅合金板）を用いたが、台金４をアルミニウム合金によって形成してもよい。アルミニウム合金は溶接困難なものが多いが、摩擦圧接法を採用することにより、アルミニウム合金である台金４と銀合金である接点材５とに対して、充分な接合強度を確保することができる。このようにアルミニウム合金を適用することにより、第１〜第３実施形態と同様の効果を奏するとともに、装置の軽量化などを図ることができる。
【００３５】
（５）上記第３実施形態においては、第１実施形態の回転ツール１と同様に構成された回転ツール２１に対して突起部１１を形成したが、図５に示した比較例の接点ホルダ１００に対して、突起部１１と同様の突起部を形成してもよい。かかる構成によれば、図６に示したようなバリ８や未接合部９は生じるものの、接点ホルダ１００と接点材５との滑りを防止できるから、「台金４，接点材５の接合部品質のばらつきを小さくすることができる」という点においては、第３実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００３６】
（６）上記第４実施形態の電磁接触器１３においては、可動子１４を駆動して電路のＯＮ／ＯＦＦ操作を行うためにスプリングおよび電磁石を用いたが、油圧式または空気式などの操作機構を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  回転ツール
４  台金
４ａ  円環状凹部
５  接点材
６  装着部
７  平坦部
８  バリ
９  未接合部
１０  混合層
１１  突起部
１２  溝
１３  電磁接触器
１４  可動子
１５  固定子
２１  回転ツール
２６  装着部
１００  接点ホルダ
１０１  回転軸
１０２  端面
１０３  凹部
【図２】
2016091848.tif 000003
【図３】
2016091848.tif 000004
【図４】
2016091848.tif 000005
【図５】
2016091848.tif 000006
【図６】
2016091848.tif 000007
【図８】
2016091848.tif 000008
【図９】
2016091848.tif 000009
【図１０】
2016091848.tif 000010
【図１１】
2016091848.tif 000011
【図１】
2016091848.tif 000012
【図７】
2016091848.tif 000013