开关装置的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种开关装置，旨在兼顾高耐久性以及高接触可靠性。在可动触点(12)以及固定触点(15)彼此滑动来对开关机构进行切换的开关装置(1)中，固定触点(15)的表面当中与可动触点(12)接触的接触部分被马氏硬度132mgf/μm2以上的硬质镀层覆盖。
【专利说明】
开关装置
技术领域
[0001]本发明涉及开关装置，例如涉及具备滑动触点的开关装置。【背景技术】
[0002]开关装置具备用于切换开关机构的0N/0FF(接通/断开)的触点。触点大体分类为 “滑动触点”以及“相对触点”这两种。
[0003]关于滑动触点与相对触点，在进行对开关机构的0N/0FF进行切换的开关操作时的动作不同。即，在开关机构为〇N(S卩，触点彼此接触)时，在进行了将开关机构设为OFF的开关操作的情况下，一个滑动触点在与另一个滑动触点接触的同时进行滑动。另一方面，在相同情况下，一个相对触点朝着远离另一个相对触点的方向移动。
[0004]关于相对触点与滑动触点，进行开关操作时的动作不同，从而针对开关操作的耐久次数(耐久性)也不同。具体而言，滑动触点的耐久次数例如为30?100万次左右。另一方面，相对触点的耐久次数例如为数千万次左右。故而，滑动触点被广泛应用于开关操作的动作次数少的家电产品或汽车等用途的开关装置，另一方面，相对触点被广泛应用于开关操作的动作次数多的产业用途的开关装置(例如，限位开关(limit switch))。
[0005]在专利文献1中记载了滑动触点的一例。另外，在专利文献2中记载了相对触点的一例。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:JP特开2007-326996号公报(2007年12月20日公开)[〇〇〇9] 专利文献2: JP特开2000-3636号公报(2000年1月7日公开)[〇〇1〇]滑动触点与相对触点相比，具有接触可靠性(在从开关机构的OFF向0N切换时，与另一个相对触点的接触失败的可能性低)高的优点。故而，更高可靠性的滑动触点近年逐渐普及。在产业用途的开关装置中采用了滑动触点的情况下，因周围环境的恶化(腐蚀性气体的产生、温度湿度变化)或者异物混入等原因而造成的开关装置的动作不良有可能变得不易发生。
[0011]然而，产业用途的开关装置(例如，小信号设备)的触点要求针对开关操作的高耐久性(耐久次数)。具体而言，产业用途的开关装置的触点需要具有1000万次左右的耐久次数。具有如此大的耐久次数的滑动触点目前不存在。故而，不可能将现有的滑动触点应用于产业用途的开关装置。
【发明内容】
[0012]本发明鉴于上述课题而提出，其目的在于，提供兼顾高耐久性以及高接触可靠性的开关装置。
[0013]为了解决所述的课题，本发明所涉及的开关装置具备第1触点以及第2触点，在切换开关机构时，所述第1触点在与所述第2触点的表面接触的同时进行滑动，在所述表面，至少与所述第1触点接触的接触部分具有132mgf/wii2以上的马氏硬度。
[0014]根据所述的构成，第2触点的表面的接触部分的马氏硬度高，因此第2触点具有高耐久性。另外，第1触点以及第2触点是在对开关机构进行切换时滑动的滑动触点，因此因腐蚀性气体或异物混入等原因而造成的动作不良发生的可能性低，接触可靠性高。故而，能兼顾高耐久性以及高接触可靠性。
[0015]另外，可选地，在本发明的一形态所涉及的开关装置中，在所述第2触点的最表面层，至少与所述第1触点接触的所述接触部分的膜厚为lMi以上且lOwii以下。
[0016]根据所述的构成，通过使用硬度高的材料来形成第2触点的最表面层(至少接触部分)，从而在接触部分能实现132mgf/wii2以上的马氏硬度。
[0017]另外，可选地，在本发明的一形态所涉及的开关装置中，所述接触部分包含银、金、 钯、铂以及它们的合金当中的任一者来作为材料。
[0018]根据所述的构成，所述接触部分包含银、金、钯、铂或者其合金的任一者来作为材料。银、金、钯、铂或者其合金通过被加入添加剂，从而硬度大幅提高。例如，通过对银添加含有Se(硒)、Sb(锑)的光泽剂来使其硬度得以提高。另外，通过对金添加Ni(镍)、Co(钴)，来使其硬度得以提高，这是公知的。故而，在接触部分的加工时，通过在材料中追加添加剂，能在加工后的接触部分实现132mgf/mi2以上的马氏硬度。
[0019]另外，可选地，在本发明的一形态所涉及的开关装置中，所述接触部分的马氏硬度为 300mgf/iim2以下。
[0020]根据所述的构成，第1触点与第2触点之间的真实接触面积不会变得过小。因此，能确保第1触点与第2触点之间的充分的电传导性。
[0021]另外，可选地，在本发明的一形态所涉及的开关装置中，所述接触部分的所述最表面层是使用镀覆、溅射、蒸镀、粘合当中的任一加工法而形成的。
[0022]根据所述的构成，能使用镀覆、溅射、蒸镀、粘合的任一种熟知的加工法，来形成具有132mgf/iim2以上的马氏硬度的最表面层。[〇〇23]本发明能兼顾高耐久性以及高接触可靠性。【附图说明】
[0024]图1A和图1B是表示一实施方式所涉及的开关装置的构成的立体图。
[0025]图2A和图2B是表示一实施方式所涉及的开关装置的构成的立体图，是表示在被施加了推力时的开关装置的状态的图。[〇〇26]图3是图2A和图2B所示的开关装置的局部放大图。[〇〇27]图4是表示一实施方式所涉及的开关装置所具备的固定触点的表面的马氏硬度与该硬质镀覆的膜厚的相关关系的图。[〇〇28]附图标记的说明[〇〇29]1开关装置[〇〇3〇] 12可动触点(第1触点)[0〇31]15a硬质镀层(最表面层)[〇〇32]15固定触点(第2触点)【具体实施方式】
[0033]以下，详细说明本发明的实施方式。[〇〇34](开关装置1的构成)[〇〇35]使用图1来说明本实施方式所涉及的开关装置1的构成。图1A是表示开关装置1的构成的立体图。此外，实际上，开关装置1的至少一部分收纳于未图示的箱体。开关装置1是产业用途的开关装置，具体而言，是限位开关。限位开关例如在生产设备或产业机械中，作为用于进行定位或物体探测的传感器而被使用。
[0036]如图1A所示，开关装置1具备:第1可动部11、可动触点(第1触点)12、第2可动部13、 端子14、固定触点(第2触点)15、弹簧16以及端子基部17。
[0037] 第1可动部11配置于弹簧16之上。另外，第1可动部11与第2可动部13—体成形。第1 可动部11以及第2可动部13在附图的上下方向上可动。
[0038]可动触点12固定于第2可动部13。可动触点12构成通过在固定触点15的表面进行滑动来切换电连接状态的开关机构。
[0039]图1B是将可动触点12以及固定触点15放大表示的立体图。如同图所示，固定触点 15由第1固定触点15b和第2固定触点15c构成。另外，可动触点12具备:相对于第1固定触点 15b进行滑动的第1可动触点部12b、以及相对于第2固定触点15c进行滑动的第2可动触点部 12c〇
[0040]在第2固定触点15c与第2可动触点部12c接触时，作为开关机构，呈接通的状态，在第2固定触点15c与第2可动触点部12c分离时，作为开关机构，呈断开的状态。在图1B所示的状态下，第2固定触点15c与第2可动触点部12c分离，因此作为开关机构，呈断开的状态。
[0041]此外，第1固定触点15b和第1可动触点部12b与第1可动部11的位置无关，始终接触。即，作为开关机构的接通/断开的切换，是通过第2固定触点15c与第2可动触点部12c的接触/分离来实现的。
[0042]端子14将开关装置1与外部的电气布线进行连接。端子14配置于端子基部17的下表面。
[0043]固定触点15配置于端子基部17的上表面。即，固定触点15在端子基部17配置于与配置有端子14的面为相反侧的面。
[0044]弹簧16通过被施加从上向下方向的推力F(参照图2)，在上下方向上收缩，并通过推力F的释放，伸长到原始的长度(被施加推力F前的长度)。弹簧16与固定触点15同样，配置于端子基部17的上表面。弹簧16,具体而言，是挂钩弹簧。[〇〇45](开关装置1的动作)
[0046]使用图1以及图2来示意性地说明开关装置1的动作。图2A是表示对第1可动部11施加了推力F时的开关装置1的形态的图，图2B将可动触点12以及固定触点15放大表示。
[0047]在未被施加推力F的状态下，如图1A以及图1B所示，第2固定触点15c与第2可动触点部12c分尚，作为开关机构，呈断开的状态。
[0048]如图2所示，在对第1可动部11以及第2可动部13以从上向下的方向施加了推力F 时，经由第1可动部11向弹簧16施加推力F。被施加了推力F的弹簧16沿上下方向收缩。随着弹簧16在上下方向上收缩，配置于弹簧16之上的第1可动部11、与第1可动部11 一体成形的第2可动部13、以及固定于第2可动部13的可动触点12从上向下移动。如此，如图2B所示，第2 固定触点15c与第2可动触点部12c开始接触。由此，作为开关机构，成为接通的状态。在进一步被施加推力F时，第2可动触点部12c在与第2固定触点15c相互摩擦的同时进一步朝向下方向移动。其间，第1可动触点部12b在第1固定触点15b的表面滑动的同时始终保持与第1固定触点15b接触的状态。[〇〇49]当对第1可动部11的推力F变无时(或者变弱时)，基于弹簧16的弹性力，第1可动部 11、可动触点12以及第2可动部13返回至原始的位置(对第1可动部11施加力F前的位置)。如此，第2可动触点部12c在与第2固定触点15c相互摩擦的同时，朝向上方向移动，最终与第2 固定触点15c再次分离。由此，作为开关机构，恢复至断开的状态。
[0050]此外，第1可动部11可以不是在上下方向上可动的构成。例如，第1可动部11可以具备:旋转的操作部(例如，杆)；以及随着操作部的旋转而联动，在上下方向上滑动的滑动部。 在该构成中，在进行使操作部旋转的操作时，第1可动部11在第1可动部11的内部将使操作部旋转的力变换为使滑动部在上下方向上移动的力。可动触点12固定于第1可动部11的滑动部。操作部旋转，滑动部在上下方向上滑动，从而可动触点12也在上下方向上移动。
[0051](硬质镀层15a)[〇〇52]图3是图2所示的开关装置1的局部放大图。如图3所示，固定触点15被硬质镀层15a (最表面层)覆盖。此外，关于固定触点15,只要至少与可动触点12接触的接触部分被硬质镀层15a覆盖即可。[〇〇53] 硬质镀层15a优选具有132mgf/_2(HM)以上的高的马氏硬度(Martens hardness)。其中，硬质镀层15a的优选的马氏硬度的范围取决于材料。另外，硬质镀层15a的膜厚优选为lym以上且10um以下。然而，硬质镀层15a的期望的膜厚取决于硬质镀层15a的材料(及其硬度)。例如，在硬质镀层15a的材料为Au或者Pd的情况下，硬质镀层15a的膜厚优选为lym以上，但在硬质镀层15a的材料为Ag的情况下，硬质镀层15a的膜厚优选为3wii以上。其理由如后所述，由于材料，硬质镀层15a的磨耗特性不同。此外，如以下所说明，硬质镀层15a 的马氏硬度以及膜厚被决定为使固定触点15的耐久次数为1000万次以上(或者，至少300万次以上)。此外，马氏硬度的定义将后述。
[0054]硬质镀层15a的材料例如可以是贵金属。尤其是，硬质镀层15a的材料优选为Ag (银)、Au(金)、Pd(钯)、Pt(铂)或者它们的合金。在这些构成中，硬质镀层15a可以使用电场镀或者无电解镀的加工法来形成。
[0055]或者，在一变形例中，固定触点15可以不是被硬质镀层15a覆盖，而是被使用溅射、 蒸镀或者粘合等的加工法而形成的表面层覆盖。
[0056]如此，固定触点15被具有高的马氏硬度的硬质镀层15a覆盖，因此具有比现有的滑动触点更高的耐久次数。另外，固定触点15具有与可动触点12之间的电传导所需的最低限度的“真实接触面积”，因此与现有的滑动触点同样，也维持高的接触可靠性。故而，固定触点15能兼顾高耐久性以及高接触可靠性。[〇〇57]此外，关于可动触点12,由硬度比硬质镀层15a更低的金属形成。即，可动触点12将因与固定触点15之间的滑动而产生磨耗，但因可动触点12自身的弹性，会对固定触点15施力而持续接触的状态。因此，可动触点12与固定触点15的电连接将保持。[〇〇58](硬质镀层15a的硬度以及膜厚的决定方法)[0059 ]使用图4来说明硬质镀层15a的硬质以及膜厚的决定方法。在此，硬质镀层15a的材料设为Ag。图4是表示由Ag构成的硬质镀层15a的马氏硬度与硬质镀层15a的膜厚的相关关系的图。
[0060]图4示出了产业用途的限位开关所要求的硬质镀层15a的马氏硬度以及膜厚的范围。另外，图4还示出了现有的滑动触点的马氏硬度以及膜厚的范围。此外，在图4中，“硬度上限”值可以被设定为不使可动触点12与固定触点15的接触面积变得过小(不怎么有损接触可靠性)的值。具体而言，“硬度上限”的值优选为300mgf/wn2(HM)。另外，“厚度上限”值可以考虑硬质镀层15a的成本来设定。硬质镀层15a的材料是贵金属，因此在膜厚过大的情况下，硬质镀层15a的成本变得过高。具体而言，“厚度上限”值优选为lOwii。
[0061]另外，图4中还示出了表征为了使固定触点15达成耐久次数的目标值而需要的硬质镀层15a的马氏硬度以及膜厚的各下限值的图表。
[0062]根据图4,产业用途的限位开关要求固定触点15的耐久次数约为1000万次以上。硬质镀层15a的硬质以及膜厚被决定为使由硬质镀层15a覆盖的固定触点15的耐久次数为约 1000万次以上。故而，能将固定触点15应用于限位开关。另一方面，如同图所示，现有的设计所涉及的滑动触点的耐久次数约为100万次以下。故而，无法将现有的滑动触点应用于限位开关。[〇〇63]根据图4，在固定触点15的耐久次数的目标值为1000万次、且硬质镀层15a的硬度为132mgf/wn2(HM)的情况下，硬质镀层15a的膜厚需要为10wn(“厚度上限”值)以上。反之， 为了使硬质镀层15a的膜厚为10_以下，需要将硬质镀层15a的马氏硬度设为132mgf/iim2 (HM)以上。在此，硬质镀层15a的硬度与磨耗量具有反比的关系。故而，通过提高硬质镀层 15a的硬度，耐久次数得以提高。
[0064]此外，对应于硬质镀层15a的材料，所需的膜厚也变化。例如，在硬质镀层15a的材料为Au的情况下，较之于硬质镀层15a的材料为Ag的情况，需要的膜厚约为1 /3。其理由在于，Ag与Au在磨耗特性上不同。用于硬质镀层15a的材料越易磨耗(越难)，则为了达成固定触点15的耐久次数的目标值所需的膜厚也厚(薄)。材料所致的磨耗特性的差异将后述。 [〇〇65]此外，从图4可知，在硬质镀层15a的耐久次数的目标值为100万次、且硬质镀层15a 的马氏硬度为132mgf/iim2(HM)的情况下，需要的膜厚小于10圓。另外，在固定触点15的耐久次数的目标值为10万次的情况下，需要的膜厚更小。即，耐久次数的目标值越小(大)，则需要的膜厚越小(大)。或者，耐久次数的目标值越小(大)，则需要的马氏硬度越小(大)。[〇〇66](材料所致的磨耗特性的差异;基于粘附现象的说明)
[0067]—般而言，认为由具有相同硬度的材料构成的硬质镀层15a的磨耗特性(可动触点12的一次动作中的硬质镀层15a的磨耗量等)相同。然而，实际还存在因硬质镀层15a的材料不同而硬质镀层15a的磨耗特性不同的情况。其理由在于，因磨耗而从硬质镀层15a脱落的磨耗粉的行为，根据硬质镀层15a的材料而不同。在此，作为一例，说明Ag与Au之间的磨耗特性的差异。[〇〇68]众所周知，Au的化学特性非常稳定。故而，在硬质镀层15a的材料为Au的情况下，磨耗粉的组分几乎不会相对于Au而变化。因此，磨耗粉容易再次粘附于与固定触点15相摩擦的硬质镀层15a的表面(滑动面)。此外，Au的磨耗粉通过在硬质镀层15a与固定触点15之间像缓冲物那样起作用，从而抑制硬质镀层15a的磨耗的加剧。
[0069]因此，由Au构成的硬质镀层15a具有不易磨耗的特性。其结果是，被由Au构成的硬质镀层15a覆盖的固定触点15的耐久性变高。
[0070]另一方面，Ag因氧化/硫化等的作用而腐蚀。故而，在硬质镀层15a的材料为Ag的情况下，磨耗粉的组分因氧化/硫化等的作用而变质。另外，Ag的磨耗粉较之于Au的磨耗子，对于涂敷于滑动面的润滑脂的分子而言更易吸附。由此，磨耗粉变得不易再粘附于滑动面。进而，Ag的磨耗粉通过在可动触点12与覆盖固定触点15的硬质镀层15a之间像研磨剂那样起作用，从而加剧硬质镀层15a的磨耗。[〇〇71]故而，由Ag构成的硬质镀层15a具有容易磨耗的特性。其结果是，被由Ag构成的硬质镀层15a覆盖的固定触点15的耐久性较低。[0〇72]如上所述，在硬质镀层15a的材料为Au的情况下，与硬质镀层15a的材料为Ag的情况相比，能使固定触点15的耐久性得以提高。换言之，在硬质镀层15a的材料为Au的情况下， 与硬质镀层15a的材料为Ag的情况相比，能以更薄的膜厚来提供与固定触点15同等的耐久性(耐久次数)。[〇〇73](马氏硬度)
[0074]马氏硬度被定义为:将通过压头而施加于样品的表面的试验力的最大值<FMAX> 除以因该试验力而在样品的表面形成的凹部的表面积<A(h)>所得到的商<Fmm>/<A (h)>。在此，凹部的表面积<4(1〇>是根据压头插入样品内的深度<h>而计算的。[0〇75] 此外，压头存在维氏(Vickers)压头以及伯克维奇(Berkovich)压头这两种。根据压头的种类不同，压头与样品的接触面的形状或尺寸等不同，凹部的表面积<4(1〇>的计算式也不同。然而，基本的马氏硬度的定义与压头的种类无关，如上面的说明。
[0076](变形例)[〇〇77]在本实施方式中，说明了覆盖固定触点15的硬质镀层15a具有132mgf/mi2以上的马氏硬度的构成。然而，在本发明中，只要固定触点15的“表面”具有132mgf/wii2以上的高硬度即可。固定触点15的“表面”是指，固定触点15与可动触点12接触的表面。具体而言，在覆盖了固定触点15的情况下(通过镀覆等)，固定触点15的“表面”是其覆盖层的表面(多个被覆层层叠的情况下，最表面层的表面)。另一方面，在未覆盖固定触点15的情况下，固定触点 15的“表面”是固定触点15自身的表面。因此，固定触点15自身的表面只要具有132mgf/mi2 以上的硬度，就无需由覆盖层等覆盖。
[0078]例如，在一变形例中，固定触点15自身可以由与硬质镀层15a相同的材料(例如， Au、Ag、Pd、Pt)形成，固定触点15的表面具有132mgf/mi2以上的马氏硬度。根据本变形例，具有不需要镀覆加工的优点，该镀覆加工用于以硬质镀层15a来覆盖固定触点15。
[0079]本发明不限于上述实施方式，能在权利要求的范围内进行各种变更。
[0080]本发明能利用于产业用途的开关装置，例如，限位开关。
【主权项】
1.一种开关装置，其特征在于，具备第1触点以及第2触点，在切换开关机构时，所述第1触点在与所述第2触点的表面 接触的同时进行滑动，在所述表面，至少与所述第1触点接触的接触部分具有132mgf/wii2以上的马氏硬度。2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，在所述第2触点的最表面层，至少与所述第1触点接触的所述接触部分的膜厚为lwii以 上且lOym以下。3.根据权利要求1或2所述的开关装置，其特征在于，所述接触部分包含银、金、钯、铂以及它们的合金当中的任一者来作为材料。4.根据权利要求1?3中任一项所述的开关装置，其特征在于，所述接触部分的马氏硬度为300mgf /ym2以下。5.根据权利要求2所述的开关装置，其特征在于，所述接触部分的所述最表面层是使用镀覆、溅射、蒸镀、粘合当中的任一加工法而形成 的。
【文档编号】H01H1/36GK105977063SQ201610137461
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】山本勇树, 月森如, 月森一如, 森井真喜人, 梅内芳浩
【申请人】欧姆龙株式会社