CN111868864B - 直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及至少具备一对由可动触点和固定触点构成的触点对、且上述触点对的接触力和/或分离力为100gf以上的额定电压为48V以上的直流高压继电器。可动触点和/或固定触点由Ag‑氧化物系触点材料构成。该触点材料的金属成分由必须含有Sn的至少一种金属M以及作为余量的Ag和不可避免的杂质金属构成。相对于触点材料的全部金属成分的合计质量，上述金属M的含量为0.2质量％以上且8质量％以下。并且，该触点材料具有在由Ag或Ag合金构成的基体中分散有一种以上的金属M的氧化物的材料组织。另外，作为触点材料的金属M，除了Sn以外还可以添加In、Bi、Ni、Te。

Description

直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料

技术领域

本发明涉及进行直流高压电路的开/关控制的直流高压继电器(接触器)。详细而言，涉及实现了连续通电时的低发热特性和触点分离时可靠的电路切断性能的直流高压继电器。另外，本发明涉及应用于该直流高压继电器的触点材料。

背景技术

在混合动力汽车(HV)、插电式混合动力汽车(PHV)、电动汽车(EV)等搭载高压电池的汽车的电源电路、充电电路、太阳光发电设备等的电力供给系统中的蓄电装置的功率调节器等之类的高压电路的控制中，使用直流高压继电器。例如，在上述混合动力汽车等中，使用被称为系统主继电器(SMR)或主接触器的直流高压继电器。直流高压继电器与通常的汽车用途等中一直以来所使用的直流低压继电器在基本的构成、功能方面类似。但是，直流高压继电器是应对上述混合动力汽车等比较新型的用途的设备，也存在与该用途有关的不同点，也包含起因于此的特有的课题。

在此，对现有的直流低压电路进行说明时，在直流低压电路中明确地规定了额定电压和额定电流。关于额定电压，例如在汽车中，所搭载的电池的标称电压DC12V为通常的车载用通用继电器的额定电压。另外，在一部分卡车、公交车中，搭载了DC24V的电池，因此也存在使额定电压为DC24V的继电器。这样，对于明确规定了额定电压和额定电流的直流低压继电器而言，通电电流、负荷的上限的预测比较容易。因此，对于直流低压继电器而言，可发挥与所预测的电量、负荷对应的耐久性的触点材料的改良成为课题。另外，对于现有的直流低压继电器而言，具有要求用于车载用途等的小型化和轻量化的倾向。直流低压继电器的小型化和轻量化可以通过构成部件的小型化和轻量化来实现，但由此对触点材料施加的负担增大。因此，对于该要求，也通过改善触点材料的耐久性(耐消耗性、耐熔敷性)来应对。

在此，作为现有的直流低压继电器的触点材料，广泛应用Ag-氧化物系的触点材料。Ag-氧化物系触点材料是使Sn、In等的金属氧化物(SnO₂、In₂O₃等)的粒子分散在Ag基体或Ag合金基体中而得到的材料。Ag-氧化物系触点材料通过金属氧化物粒子的分散强化作用使触点材料的性能提高从而确保耐消耗性、耐熔敷性等要求特性。例如，作为应用于车载用直流低压继电器的触点材料，本申请人公开了专利文献1记载的Ag-氧化物系触点材料。

在改良现有的直流低压继电器时，通过增加所应用的Ag-氧化物系的触点材料的氧化物量来应对。这是因为，通常在利用氧化物的分散强化作用的触点材料中，使形成氧化物的金属成分的浓度提高从而使氧化物量增加，由此耐熔敷性和耐消耗性提高。具体而言，大多使用将Sn、In等Ag以外的金属成分设定为10质量％以上的Ag-氧化物系的触点材料。这是因为，将触点材料中的Ag以外的金属成分设定为小于10质量％时，氧化物量少，因此会发生因熔敷、转移、消耗等不良而不满足要求特性的情况。另外，对于直流低压继电器而言，通过如上所述的Ag-氧化物系的触点材料的改良，实现了提高规定的额定电压范围内的耐久性、确保用于小型化和轻量化的耐久性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-3885号公报

发明内容

发明所要解决的课题

与此相对，对于直流高压继电器而言，额定电压和额定电流目前还没有设定明确的规定。直流高压继电器的情况下，今后的电池性能的提高将极大地影响要求规格。即，对于直流高压继电器而言，难以预测触点承受的负荷的上限，今后增大的可能性也高。这点与现有的直流低压继电器不同。

另外，对于直流高压继电器而言，可以肯定的是，今后会实现进一步高压化和大电流化。这点从近年来电池性能的提高和驱动电动机的高输出化的倾向可以明显看出。对于该直流高压继电器而言，由通电电流增加引起的触点的发热和熔敷的问题被更强烈地指出。

关于发热的问题，由于触点的发热量与电流的平方和接触电阻值成比例，因此设想了在直流高压继电器今后的大电流化中会产生相当大的热。在最坏的情况下，继电器中的异常发热会导致发生着火、烧损等致命的问题。

另外，对于直流高压继电器而言，触点的熔敷成为与发热的课题同等以上重要的课题。熔敷是由于通电时的焦耳热和开闭时产生的电弧放电的电弧热使得触点对的接触面熔融并固定的现象。这样的触点的熔敷成为使触点对分离时的障碍，引起复位不良、电路整体的故障。特别是在高压电路中，该故障会成为极大的灾害，因此直流高压继电器需要实现可靠的电路切断。例如，在混合动力汽车等的直流高压电路中发生系统异常的情况下，需要关闭继电器来切断电路。这种情况下的断路电流大于通常开闭时的电流。因此，在直流高压继电器中，为了使触点确保异常时的断路性能，需要解决熔敷的问题。

作为针对如上所述的直流高压继电器的触点的发热和熔敷的课题的对策，采取了来自直流高压继电器的结构/机构的对策。例如采取如下对策：强化压接弹簧，提高可动触点与固定触点的接触力从而确保接触面积，降低两触点间的接触电阻来抑制发热。接触力的增大在直流高压电路发生短路的情况下也有助于防止继电器的着火和破裂。

此外，在直流高压继电器中，大多采用用于对在触点间产生的电弧放电进行消弧的结构。具体而言，对确保充分的触点间间隙、电弧消弧用磁铁的设置及其磁力的强化等的对策进行了研究。另外，使继电器为密封结构而封入氢气或氮气或它们的混合气体等，通过电弧冷却效果实现快速的电弧消弧。

但是，如上所述的结构/机构方面的对策根据要求规格的容量的大小而成为使继电器主体的尺寸增大的因素。因此，仅在这些情况下，成为不符合市场的恒定需求、即小型化和轻量化的状况。因此，对于直流高压继电器而言，虽然结构/机构方面的对策很重要，但优选除此以外进行针对触点本身的发热和熔敷的对策。

到目前为止，与现有的直流低压继电器同样，直流高压继电器的触点大多应用Ag-氧化物系的触点材料。但是，为了使直流高压继电器应对今后的高压化和大电流化，即使是Ag-氧化物系的触点材料也可预想到在与以往相同的组成区域存在极限。关于这点，对于现有的直流低压继电器的触点而言，如上所述，提高触点材料中的Ag以外的金属成分浓度而使氧化物量增加，实现提高耐久寿命。

但是，对于直流高压继电器而言，从接触电阻的观点出发，不优选触点材料的氧化物量的增大。相对于作为高导电率金属的Ag，金属氧化物是使触点材料整体的导电率降低的电阻体。氧化物量的增大使得触点材料整体的电阻值升高。另外，氧化物量增大时，容易在触点开闭时发生电弧放电时产生的损伤部表面形成氧化物的聚集层。这也会引起触点材料的接触电阻值的升高。

如上所述，触点的发热量与电流的平方和接触电阻成比例。从抑制发热和熔敷的观点出发，对策应该是要避免使实现高压化和大电流化的直流高压继电器的触点材料的接触电阻升高的氧化物量的增加。关于这点，观察迄今为止的与面向直流高压继电器的各种触点材料有关的研究例，可以说它们只不过是通常的开闭触点用材料的研究的延伸。另外，现状是面向针对直流高压继电器的实际应用的报告例很少。

本发明是基于以上背景而完成的，提供对于系统主继电器等直流高压继电器而言能够应对触点的发热和熔敷的课题、并且能够进行可靠的开/关控制的直流高压继电器。在该课题中，直流高压继电器用触点需要应用稳定地显示低接触电阻值的触点材料。在本发明中，考虑直流高压继电器的特色，提供适合于直流高压继电器的触点材料。

用于解决课题的方法

上述本发明的课题起因于直流高压继电器的触点部分，因此认为在课题解决中也多少涉及构成触点的Ag-氧化物系的触点材料的优化。但是，对于直流高压继电器而言，不能简单地采用增加氧化物这样目前为止适当的对策。这是因为，氧化物量的增加会导致接触电阻升高引起的发热增大。

关于这点，对于现有的直流低压继电器而言，与氧化物量的增加相伴的接触电阻的升高成为致命问题的情况少。对于现有的直流低压电路而言，额定电压和额定电流低，对它们有明确的规定。因此，与氧化物量的增加带来的发热的缺点相比，耐久性提高带来的防止熔敷效果的优点更好。

因此，本发明人在研究触点材料的构成之前，着眼于直流高压继电器所具有的特色。该直流高压继电器的特色是指固定触点与可动触点的接触力和分离力的强度。

通常，在继电器(也包括具有同等的功能/结构的接触器)中，通过电磁铁或线圈与适当的施力单元的协同，控制固定触点与可动触点的接触/分离从而进行电路的通电/断路(开/关)。作为适当的施力单元，在柱塞型继电器中有压接弹簧和复位弹簧等，在铰链型继电器中可以列举可动弹簧和复归弹簧等。这样的固定触点与可动触点的控制机构与额定电压无关，对于继电器整体是通用的。

但是，在系统主继电器等直流高压继电器中，大多将固定触点与可动触点的接触力和分离力设定得较高。具体而言，在通常的直流低压继电器中接触力和分离力设定为约10gf～约50gf，与此相对，直流高压继电器的接触力或分离力大多设定为100gf以上。直流高压继电器的接触力高是为了降低触点的接触电阻从而抑制发热。接触力影响触点间的接触面积，将接触力设定得越大则接触电阻越小，越能够抑制焦耳热的产生，并且还会带来减少接触面的熔融/熔敷的效果。另一方面，分离力是指用于使触点返回到分离位置的恢复力。在直流高压继电器中，为了顺利地进行触点的开闭动作，倾向于随着接触力的增大而分离力也增大。

在开闭触点发生因触点的熔敷引起的断路不良是因为，固定触点和可动触点因熔敷而固定，不能通过设定的分离力而分离。在明确地规定了额定和规格的现有的直流低压继电器中，接触力和分离力的设定存在上限，它们的设定值也不太大。因此，在现有的直流低压继电器中，由于以小型化和轻量化等为优先，设定了低的接触力和分离力，因此熔敷的问题容易变得明显。这种情况下的熔敷难以通过继电器的特性来解决。因此，期待通过触点材料的特性来应对，对于触点材料要求严格的耐熔敷性。

与此相对，在设定高的接触力和分离力的直流高压继电器中，即使处于固定触点与可动触点会发生熔敷的状态，也有可能利用提高的分离力使它们分离。本发明人发现，在作为本发明对象的直流高压继电器中，对于触点材料的耐熔敷性，能够比现有的直流低压继电器更灵活地进行设定。这样的允许一定程度的熔敷的构思，不仅在直流高压继电器中而且在开闭触点的领域中也是特别的。系统主继电器等直流高压继电器是由于近年来高压电源的发展而开始普及的设备，预测到未知的设定事项也多。可以说这样的对触点的耐熔敷性的允许度也是其中之一。

考察能够灵活地应对耐熔敷性时，作为直流高压继电器的触点材料应优先的特性是稳定的低接触电阻特性。另外，对于降低Ag-氧化物系触点材料的接触电阻而言减少氧化物量是有效的。对于Ag-氧化物系触点材料而言，减少氧化物量会导致耐熔敷性的劣化，但是，如上所述，对于耐熔敷性能够灵活地应对，在能够设定高的接触力或分离力的情况下，可以允许相当程度的耐熔敷性的降低。

但是，对于应用于直流高压继电器的触点材料，并不是完全不需要耐熔敷性。虽然可以将接触力和分离力设定得较高，但是为此需要使构成部件和继电器主体大型化，因此不能无限制地增大接触力和分离力。对于要求规格，需要在解决课题的同时满足市场的小型化需求，因此对于应用的触点材料要求一定程度的耐熔敷性。

本发明人为了发现可应用于具有规定的接触力和分离力的直流高压继电器的Ag-氧化物系触点材料，从接触电阻的降低与耐熔敷性的关联出发，进行了用于发现适当的氧化物含量的研究。另外，发现了相对于现有的通常的开闭触点用Ag-氧化物系触点材料而将氧化物含量减少并设定为规定范围的Ag-氧化物系触点材料，从而想到了应用该材料的本发明。

解决上述课题的本发明是一种直流高压继电器，其是具备至少一对由可动触点和固定触点构成的触点对、且上述触点对的接触力和/或分离力为100gf以上的额定电压为48V以上的直流高压继电器，其中，上述可动触点和/或上述固定触点由Ag-氧化物系的触点材料构成，上述触点材料的金属成分由必须含有Sn的至少一种金属M以及作为余量的Ag和不可避免的杂质金属构成，相对于上述触点材料的全部金属成分的合计质量，上述金属M的含量为0.2质量％以上且8质量％以下，上述触点材料具有在由Ag或Ag合金构成的基体中分散有一种以上的上述金属M的氧化物的材料组织。

以下，对本发明的直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料进行详细说明。需要说明的是，在本发明中应用的触点材料中，基于Ag以外的金属元素即金属M的含量来规定氧化物的含量。另外，金属M的含量以构成触点材料的全部金属成分的合计质量为基准来规定。另外，本发明中应用的触点材料为Ag-氧化物系触点材料，因此其构成元素为Ag、金属M、不可避免的杂质金属、氧和非金属的不可避免的杂质元素。但是，在金属成分和不可避免的杂质金属的解释中，Te、Si等被称为半金属的元素也作为金属来处理。

A.本发明的直流高压继电器

本发明中的直流高压继电器以额定电压为48V以上以及接触力或分离力为100gf以上作为必要条件。关于其他构成、特性，与现有的系统主继电器等直流高压继电器同样。在以下的说明中，在进行上述两个必要条件的说明的同时，对可任选地具备的直流高压继电器的构成进行说明。

A-1.额定电压

对于额定电压小于48V的继电器、例如对从12V到24V的低压进行处理的现有的直流低压继电器而言，不能满足系统主继电器等直流高压继电器所要求的特性。而且，在这样的现有的直流低压继电器中应用本发明的意义也小。因此，本发明的直流高压继电器以48V以上的额定电压作为对象。需要说明的是，本发明的直流高压继电器的额定电压的上限优选设定为3000V以下。另外，本发明的直流高压继电器的额定电流设想为10A以上且3000A以下。

A-2.本发明的直流高压继电器的接触力和分离力

另外，本发明应用于接触力或分离力为100gf以上的直流高压继电器。如上所述，本发明的直流高压继电器和搭载在其上的触点材料基于与所应用的直流高压继电器的接触力或分离力的关系而灵活地设定耐熔敷性。作为对象的直流高压继电器在可动触点与固定触点之间将接触力或分离力设定为100gf以上。此处的设定值100gf设想为用于应对针对直流高压继电器的要求特性的下限值，这种情况下，要求所应用的触点材料具有充分的耐熔敷性。另一方面，接触力或分离力的上限值设想为5000gf。接触力或分离力随着构成部件和继电器主体的尺寸增大而被强化。但是，从继电器的小型化、轻量化的观点出发，期望具有尽可能低的接触力和分离力的继电器设计。根据本发明，通过优化应用于固定触点和可动触点的触点材料，能够在抑制发热和熔敷的同时设定适当的接触力和分离力的直流高压继电器。需要说明的是，接触力和分离力可以均为100gf以上。另外，接触力和分离力无需为相同的值。

接触力或分离力可以通过后述的作为继电器的构成构件的、电磁铁或线圈以及适当的施力单元的容量及尺寸等进行调节。需要说明的是，作为适当的施力单元，在柱塞型继电器中有压接弹簧和复位弹簧等，在铰链型继电器中可以举出可动弹簧和复归弹簧等。

A-3.本发明的直流高压继电器的结构

本发明的直流高压继电器可以通过上述额定电压以及接触力和分离力而具有特征。另外，额定电压以及接触力和分离力以外的功能、构成/机构可以设定为与现有的直流高压继电器同样。以下，对本发明的直流高压继电器的结构等进行说明。

A-3-1.直流高压继电器的整体结构和构成构件

直流高压继电器大致由产生和传递用于使可动触点移动的驱动力的驱动部分以及进行直流高压电路的开闭的触点部分构成。驱动部分具备：产生驱动力的电磁铁或线圈、将驱动力传递至触点部分的传递单元(后述的柱塞或衔铁)、以及为了使触点对接触或分离而对传递单元施力的施力单元(压接弹簧、复位弹簧、可动弹簧、复归弹簧等弹簧)。触点部分具备：由通过驱动部分的传递单元而移动的可动触点和固定触点构成的触点对、将可动触点接合的可动端子以及将固定触点接合的固定端子。基于触点对的物理结构的不同，直流高压继电器大致划分成柱塞型和铰链型

图1是示出柱塞型的直流高压继电器的结构的一例的图。柱塞型继电器是通过柱塞形电磁铁驱动触点部分而进行触点对的开闭的继电器。柱塞型继电器的触点部分由可动触点、固定触点、可动端子、固定端子各构件构成。另外，柱塞型继电器的驱动部分由电磁铁、可动铁芯、固定铁芯、作为传递单元的柱塞、作为施力单元的压接弹簧和复位弹簧构成。压接弹簧、复位弹簧等弹簧种类可根据继电器结构而选择按压弹簧、拉伸弹簧中的任一种。另外，作为传递单元的柱塞有时被称为可动铁芯、轴等。需要说明的是，除了上述构成构件以外还可以具备电磁排斥抑制磁轭、消弧用磁铁(永磁铁)、端子罩、电极、缓冲弹簧(缓冲橡胶)等附加构件。此外，直流高压继电器包含与电路连接的布线和用于控制电磁铁的布线。

图2是示出铰链型的直流高压继电器的结构的一例的图。铰链型继电器是电磁铁的衔铁以支点为中心进行旋转运动并且直接或间接驱动可动触点而进行触点对的开闭的继电器。铰链型继电器的触点部分由可动触点、固定触点、可动弹簧(可动端子)、固定端子(固定弹簧)各构件构成。铰链型继电器的驱动部分由线圈、铁芯、磁轭、作为传递单元的衔铁、作为施力单元的复位弹簧构成。复位弹簧等弹簧种类可根据继电器结构而选择按压弹簧、拉伸弹簧中的任一种。另外，如图2的铰链型继电器那样，具备触点驱动卡作为传递单元，由此驱动触点。需要说明的是，除了上述构成构件以外还可以具备消弧用磁铁(永磁铁)、端子罩、电极等附加构件。此外，直流高压继电器包含与电路连接的布线和用于控制电磁铁的端子、布线。

在直流高压继电器中，在触点部分的触点对的附近根据需要设置消弧用磁铁。消弧用磁铁利用洛伦兹力将在可动触点与固定触点分离时在触点间产生的电弧放电拉伸从而快速地进行消弧。消弧用磁铁与触点对的开闭动作无关，因此不是必须的部件。但是，消弧用磁铁在直流高压继电器中可发挥显著的电弧消弧效果，因此被用在很多制品中。消弧用磁铁的磁通密度越大，直至电弧消弧结束的时间越缩短。为了兼顾制造成本、动作设计平衡，消弧用磁铁的种类可选择铁氧体磁铁或稀土磁铁中的任一种。

以上说明的各种构成构件收容在用于形成设备整体的壳体、主体等中。壳体、主体保护继电器结构不受外力影响，防止垃圾和灰尘等侵入，并且具有与防止外气/气体的侵入的必要性相对应的气密结构。关于直流高压继电器的气密结构，已知有对壳体的端子部分、嵌合部等间隙未进行处理的大气开放型、用树脂等密封材料将间隙密封的树脂密封型。另外，还已知有在使间隙密封后的密封结构的壳体中封入氢气或氮气等冷却气体的冷却气体封入型。本发明的直流高压继电器可以采用这些气密结构中的任一种。

A-3-2.触点对的数量

本发明的直流高压继电器与通常的继电器同样具备至少一对由可动触点和固定触点构成的触点对。触点对的数量可以为一个。但是，在系统主继电器等直流高压继电器中，大多采用具有两个触点对的双断点结构。图1中例示的直流高压继电器示出双断点结构的直流高压继电器的结构的一例。通过采用双断点结构，利用两对触点对使电压分压，能实现快速的电弧消弧。因此，如果触点对增多，则电弧消弧的效果增大。但是，触点对过多时，变得难以控制。另外，如果设定多个触点对，则需要很多空间。因此，考虑到应对小型化等要求，优选双断点结构的直流高压继电器。

A-3-3.触点的结构

本发明的直流高压继电器中，对于其可动触点和固定触点中的至少任一个应用后述的触点材料。可动触点和固定触点中的至少任一个与可动端子和固定端子接合。作为具体的方式，除了利用后述的触点材料构成可动触点和固定触点这两者并与各端子接合的情况以外，还可以利用后述的触点材料构成可动触点或固定触点中的任一者且利用其他触点材料构成另一者并与各端子接合。此外，也可以使可动触点(或固定触点)为后述的触点材料，另一方面，另一个固定触点(或可动触点)在不接合触点材料的情况下直接使用固定端子(或可动端子)。在只由端子构成该一个触点的方式中，该触点作为可动触点或固定触点发挥作用，构成触点对。

对于可动触点和固定触点的形状和尺寸没有特别限制。设想的可动触点或固定触点的形状可以列举铆钉触点、片式触点、按钮触点、盘式触点等。另外，可动触点和固定触点可以是由后述的触点材料构成的纯材料(ムク材)，也可以与其他材料进行包覆。例如，可以在由Cu或Cu合金或Fe系合金等构成的基底材料上包覆后述的触点材料而制成可动触点和固定触点。包覆材料的形状也没有限制，可以应用带状触点(包覆带)、横杆触点、铆钉触点、片式触点、按钮触点、盘式触点等各种形状。

需要说明的是，作为可动端子和固定端子的构成材料，可使用Cu或Cu合金或Fe系合金。另外，根据需要，可对它们实施镀Sn、镀Ni、镀Ag、镀Cu、镀Cr、镀Zn、镀Pt、镀Au、镀Pd、镀Rh、镀Ru、镀Ir等表面处理。

作为将可动触点和固定触点与各自的端子接合的方法，可以通过铆接、钎焊、焊接等加工方法进行。另外，也可以对可动端子和/或固定端子的表面的一部分或全部通过溅射等表面处理包覆后述组成的触点材料而制成可动触点/固定触点。

B.可动触点和固定触点的构成材料(本发明的触点材料)

考虑到具有高的接触力和分离力，本发明的直流高压继电器的特征在于，应用规定的触点材料作为可动触点和固定触点的适合的构成材料。

即，本发明的触点材料是用于构成额定电压为48V以上、触点对的接触力和/或分离力为100gf以上的直流高压继电器的可动触点和/或固定触点的至少表面的Ag-氧化物系触点材料，其为如下所述的直流高压继电器用触点材料：上述触点材料的金属成分由必须含有Sn的至少一种金属M以及作为余量的Ag和不可避免的杂质金属构成，相对于上述触点材料的全部金属成分的合计质量，上述金属M的含量为0.2质量％以上且8质量％以下，上述触点材料具有在由Ag或Ag合金构成的基体中分散一种以上的上述金属M的氧化物的材料组织。以下，对本发明中应用的触点材料的组成和材料组织以及制造方法进行说明。

B-1.本发明中应用的触点材料的组成

本发明的直流高压继电器中应用的触点材料是金属成分为Ag、金属M、不可避免的杂质金属的Ag-氧化物系触点材料。作为金属成分的金属M以分散在基体中的氧化物的构成元素的形式存在。为了提高触点材料的机械强度、提高耐熔敷性，该氧化物分散开。如上所述，对于作为本发明的对象的直流高压继电器，灵活地解释了触点的耐熔敷性。即，如果能够将直流高压继电器的接触力和/或分离力设定得较高，则允许触点材料本身的耐熔敷性的降低。但是，这并不意味着不需要耐熔敷性。在本发明中，也需要一定程度的耐熔敷性，因此使氧化物形成并分散。因此，在本发明中应用的触点材料中，金属M为必须的金属元素。

在本发明中，将金属M的含量相对于触点材料的全部金属成分的合计质量设定为0.2质量％以上且8质量％以下。金属M小于0.2质量％时，氧化物的分散量变得过少，担心机械强度和耐熔敷性的降低，实质上形成与纯Ag同等的材料。因此，因接触力或分离力的设定，有可能发生断路不良。另外，氧化物量过少时，触点材料发生熔融而发生触点形状的破坏。触点形状显著破坏时，复位后的可动触点和固定触点不能进行正常的接触，产生接触不良。另一方面，含有超过8质量％的金属M的触点材料的接触电阻高，不能消除直流高压继电器中的发热的问题。需要说明的是，在本发明中，以相对于全部金属成分的合计质量的质量浓度来规定Ag、金属M、不可避免的杂质金属的含量。全部金属成分的合计质量是指从触点材料整体的质量中除去氧、其他气体成分等金属成分以外的成分的质量后的质量。

另外，在直流高压继电器设定足够高的接触力或分离力的情况下，可以允许相应的耐熔敷性的降低。这种情况下，从接触电阻的观点出发，金属M的含量优选为0.2质量％以上且3质量％以下。另一方面，从小型化和轻量化的观点出发，在直流高压继电器的接触力或分离力的设计存在限制的情况下，需要更深入地考虑耐熔敷性与接触电阻的平衡。这种情况下，金属M的含量优选为3质量％以上且6质量％以下。

需要说明的是，上述说明的本发明的直流高压继电器的触点材料的添加金属(金属M)的含量与现有的通常的车载继电器等的触点材料的添加金属的含量相比被有意地减少。在通常的车载继电器等中实用的触点材料(Ag-氧化物系触点材料)中，Ag以外的金属成分(本发明的金属M)的含量通常超过10质量％。

本发明中应用的Ag-氧化物系触点材料必须含有Sn作为金属M。Sn是作为Ag-氧化物系触点材料的构成金属而从以往一直被添加的金属，考虑了其氧化物(SnO₂)带来的材料强化作用、耐熔敷性提高作用。在本发明中，Sn是必须的，可以只含有Sn作为金属M。后一情况下，本发明的触点材料含有0.2质量％以上且8质量％以下的Sn。在接触力或分离力的设计存在限制的情况下，优选Sn含量设定为3质量％以上且6质量％以下。

另外，本发明中应用的Ag-氧化物系触点材料也可以在必须含有Sn的同时含有其他金属作为金属M。具体而言，可以含有In、Bi、Ni、Te。这些金属具有发挥调节含有Sn的Ag-氧化物系触点材料的硬度、抑制接触电阻的升高的作用的倾向。以下，对这些金属的添加量进行说明。下述各元素的添加量低于下限值时，没有上述效果，超过上限值时，有可能加工性降低。

In以单独的氧化物(In₂O₃)的形式分散。触点材料含有In作为金属M时，优选相对于触点材料的全部金属成分的合计质量而将In的含量设定为0.1质量％以上且5质量％以下。Sn的含量优选设定为0.1质量％以上且7.9质量％以下。在接触力或分离力的设计存在限制的情况下，优选将In的含量设定为0.1质量％以上且3.1质量％以下、将Sn的含量设定为2.8质量％以上且5.8质量％以下、并且将金属M的含量设定为6质量％以下。

Bi以单独的氧化物(Bi₂O₃)或者与Sn的复合氧化物(Bi₂Sn₂O₇)中的至少一种氧化物的形式分散。Bi对于金属M为Sn的触点材料或者金属M为Sn和In的触点材料是有用的添加元素。在触点材料含有Bi的情况下，优选相对于触点材料的全部金属成分的合计质量而将Bi的含量设定为0.05质量％以上且2质量％以下。并且，优选将Sn的含量设定为0.1质量％以上且7.95质量％以下。在接触力或分离力的设计存在限制的情况下，优选将Bi的含量设定为0.05质量％以上且2质量％以下、将Sn的含量设定为2.9质量％以上且5.95质量％以下、并且将金属M的含量设定为6质量％以下。需要说明的是，任选地含有的In的含量优选设定为0.1质量％以上且5质量％以下。

Te以单独的氧化物(TeO₂)的形式分散。Te对于金属M为Sn的触点材料或者金属M为Sn和In的触点材料是有用的添加元素。在触点材料含有Te作为金属M时，优选相对于触点材料的全部金属成分的合计质量而将Te的含量设定为0.05质量％以上且2质量％以下。Sn的含量优选设定为0.1质量％以上且7.95质量％以下。任选地含有的In的含量优选设定为0.1质量％以上且5质量％以下。在接触力或分离力的设计存在限制的情况下，优选将Te的含量设定为0.05质量％以上且2质量％以下、将Sn的含量设定为2.8质量％以上且5.8质量％以下、并且将金属M的含量设定为6质量％以下。这种情况下，任选地含有的In的含量优选设定为0.1质量％以上且3.1质量％以下。

Ni以单独的氧化物(NiO)的形式分散。Ni对于金属M为Sn和In的触点材料或者金属M为Sn和Te的触点材料是有用的添加元素。在触点材料含有Ni作为金属M时，优选将Ni的含量设定为0.05质量％以上且1质量％以下。Sn的含量优选设定为0.1质量％以上且7.85质量％以下。另外，对于选择性添加的In或Te，In的含量优选设定为0.1质量％以上且5质量％以下，Te的含量优选设定为0.05质量％以上且2质量％以下。优选将这三种金属M(Sn+In+Ni或Sn+Te+Ni)的含量设定为8质量％以下。在接触力或分离力的设计存在限制的情况下，优选将Ni的含量设定为0.05质量％以上且1质量％以下、将Sn的含量设定为2.8质量％以上且5.7质量％以下、并且将金属M的含量设定为6质量％以下。这种情况下，对于选择性添加的In或Te，In的含量优选设定为0.1质量％以上且3.1质量％以下，Te的含量优选设定为0.05质量％以上且2质量％以下。

本发明的触点材料的金属成分由以上说明的金属M以及作为余量的Ag和不可避免的杂质金属构成。作为不可避免的杂质金属，可以列举Ca、Cu、Fe、Pb、Pd、Zn、Al、Mo、Fe、Mg、La、Li、Ge、W、Na、Zr、Nb、Y、Ta、Mn、Ti、Co、Cr、Cd、K、Si等。这些不可避免的杂质金属的含量相对于触点材料的全部金属成分的合计质量优选分别为0质量％以上且1质量％以下。

需要说明的是，如上所述，本发明中应用的触点材料为Ag-氧化物系触点材料，除了上述金属成分以外还包含氧和非金属的不可避免的杂质元素。本发明的触点材料中的氧含量以触点材料整体的质量基准计为0.025质量％以上且2质量％以下。另外，作为非金属的不可避免的杂质元素，可以列举C、S、P等。这些不可避免的杂质元素的含量相对于触点材料整体的质量优选分别为0质量％以上且0.1质量％以下。此外，上述不可避免的杂质金属与非金属的不可避免的杂质元素有时形成金属间化合物。例如，设想有WC、TiC等。对于这样的金属间化合物，相对于触点材料整体的质量，优选分别为0质量％以上且1质量％以下。

B-2.本发明中应用的触点材料的材料组织

本发明的直流高压继电器中应用的触点材料为Ag-氧化物系触点材料。其材料组织基本上与现有的Ag-氧化物系触点材料同样。即，具有在由Ag和/或Ag合金构成的基体中分散有至少一种上述金属M的氧化物的材料组织。该基体由Ag(纯Ag)或Ag合金、或者Ag和Ag合金构成。Ag合金是指Ag与添加元素M或者不可避免的杂质金属的合金，但不限定于一种组成的单一相的Ag合金，有时由金属M等的固溶量不同的多种Ag合金构成。这表示，在该触点材料通过Ag与金属M的合金的内部氧化而制造的情况下，因其氧化的程度而可以使Ag合金的组成和结构发生变化。由以上可知，基体有时含有金属M。基体中的金属M的浓度(平均浓度)优选为4质量％以下，但即使上限低于8质量％、例如为7质量％以下，也能够用作触点材料。另一方面，分散在基体中的氧化物粒子的构成基于金属M分散有SnO₂、Bi₂O₃、Bi₂Sn₂O₇、In₂O₃、NiO、TeO₂等氧化物中的至少一种。

如上所述，在本发明中，相对于现有的Ag-氧化物系触点材料有意地减少了分散的氧化物的含量(金属M的含量)，得到稳定的低接触电阻。但是，在本发明中，并非意在忽略耐熔敷性、材料的机械强度。因此，在本发明中，通过在抑制氧化物量的同时使氧化物粒子微细化，使氧化物数量增加而缩短粒子间距离从而提高分散效果。由此，确保了直流高压继电器所要求的最低限度的材料强度和耐熔敷性、材料强度。

本发明中应用的触点材料的材料强度优选以维氏硬度计为50Hv以上且150Hv以下。小于50Hv时，有可能强度过低而因触点对的开闭发生变形。另外，超过150Hv的硬材料有可能使得接触电阻提高。

本发明中应用的触点材料优选将分散在基体中的氧化物的平均粒径设定为0.01μm以上且0.3μm以下。在本发明中减少了氧化物含量，因此，氧化物的平均粒径超过0.3μm时，粒子间距离扩大，分散效果被抑制。另一方面，氧化物的平均粒径越小越优选，但难以小于0.01μm。需要说明的是，在本发明中，氧化物粒子的粒径是指等效圆直径(面积等效圆直径)，是具有与粒子的面积相当的面积的正圆的直径。

另外，在本发明中应用的触点材料中，优选分散的氧化物粒子的粒径一致。作为该基准，优选观察任意截面而对全部氧化物粒子测定粒径分布时的累积个数为90％时的粒径(D₉₀)为0.5μm以下。

需要说明的是，在本发明中应用的触点材料中，由于减少了氧化物的含量，因此，在观察材料组织时氧化物的面积较低。具体而言，观察任意截面时，该截面中的氧化物的面积率为0.1％以上且15％以下。该面积率可以通过用显微镜(优选为电子显微镜)以1000～10000倍观察将触点材料在任意方向切断后得到的截面来测定。将此时的观察视野面积作为触点材料的整体面积，计算出视野中的氧化物粒子的合计面积所占的比例即可。上述平均粒径也可以在该观察中计算出。另外，可以适当地使用图像处理软件。

B-3.本发明中应用的触点材料的制造方法

接着，对本发明的直流高压继电器中应用的Ag-氧化物系触点材料的制造方法进行说明。本发明的触点材料可以通过内部氧化法或粉末冶金法、或者内部氧化法与粉末冶金法的组合来制造。

在内部氧化法中，可以通过制造Ag与金属M的合金(Ag-M合金)并进行内部氧化处理来制成触点材料。在此制造的合金具体而言为Ag-Sn合金(Sn：0.2～8质量％、余量Ag)、Ag-Sn-In合金(Sn：0.1～7.9质量％、In：0.1～5质量％、余量Ag)、Ag-Sn-Bi合金(Sn：0.1～7.95质量％、Bi：0.05～2质量％、余量Ag)、Ag-Sn-In-Bi合金(Sn：0.1～7.85质量％、In：0.1～5质量％、Bi：0.05～2质量％、余量Ag)、Ag-Sn-Te合金(Sn：0.1～7.95质量％、Te：0.05～2质量％、余量Ag)、Ag-Sn-In-Te合金(Sn：0.1～7.85质量％、In：0.1～5质量％、Te：0.05～2质量％、余量Ag)、Ag-Sn-In-Ni合金(Sn：0.1～7.85质量％、In：0.1～5质量％、Ni：0.05～1质量％、余量Ag)Ag-Sn-In-Te-Ni合金(Sn：0.1～7.8质量％、In：0.1～5质量％、Te：0.05～2质量％、Ni：0.05～1质量％、余量Ag)等，它们可以通过公知的熔化铸造法来制造。通过制造调节成期望的组成的合金熔液并进行铸造可以得到合金。

然后，将Ag与金属M的合金进行内部氧化，使金属M变成氧化物从而制成触点材料。作为Ag-M合金的内部氧化的条件，优选将氧分压设定为0.9MPa以下(大气压以上)、将温度设定为300℃以上且900℃以下。在低于大气压或温度低于300℃的条件下，无法使内部氧化进行，不能使氧化物粒子分散在合金内部。另一方面，氧分压大于0.9MPa时，有可能聚集氧化物析出。另外，温度高于900℃时，有可能一部分或全部合金熔融。内部氧化处理的处理时间优选设定为24小时以上。

在利用内部氧化法的触点材料的制造中，可以对合金铸锭适当地进行成形加工，对其进行内部氧化处理后适当地进行成形加工从而制成触点材料。另外，也可以将合金铸锭粉碎、切断等而制成片(小片、切片)，将该片在上述条件下进行内部氧化处理后收集，进行压缩成形从而制成加工用坯料。对于所制造的坯料，能够进行挤出加工和拉丝加工等适当加工，由此能够制成规定的形状和尺寸的触点材料。

在粉末冶金法中，将Ag粉末和金属M的氧化物的粉末(SnO₂粉末、In₂O₃粉末等)混合并压缩后，进行烧结，由此制造触点材料。Ag粉末和氧化物粉末优选平均粒径为0.5μm以上且100μm以下的粉末。另外，对粉末进行烧结时的烧结温度优选为700℃以上且900℃以下。

另外，也可以组合内部氧化法和粉末冶金法来制造触点材料。这种情况下，制造由Ag与金属M的合金构成的粉末(Ag-M合金粉末)，对该合金粉末进行内部氧化处理后进行压缩和烧结从而制造触点材料。在该制造方法中，Ag-M合金粉末为由与上述相同组成的Ag合金(Ag-Sn合金、Ag-Sn-In合金、Ag-Sn-Bi合金、Ag-Sn-In-Bi合金、Ag-Sn-Te合金、Ag-Sn-In-Te合金、Ag-Sn-In-Ni合金、Ag-Sn-In-Te-Ni合金)构成的粉末。该合金粉末优选平均粒径为100μm以上且3.0mm以下的粉末。Ag合金粉末的内部氧化的条件优选为与上述同样的条件。另外，对Ag合金粉末进行烧结时的烧结温度优选为700℃以上且900℃以下。

发明效果

如以上说明的那样，本发明的直流高压继电器能够应对触点对的发热和熔敷的课题，并且能够进行可靠的开/关控制。该效果是由直流高压继电器所设定的高的接触力和分离力与构成可动触点和固定触点的触点材料的特性协同得到的。

本发明的直流高压继电器中应用的触点材料特意地减少了分散的氧化物的含量。由此实现了稳定的低接触电阻特性，消除了直流高压继电器的发热的问题。在本发明中，通过活用直流高压继电器的接触力和分离力，并且设定最低限度的氧化物量，形成了没有因熔敷引起的断路不良的触点对。

附图说明

图1是示出柱塞型的直流高压继电器(双断点结构)的构成的一例的图。

图2是示出铰链型的直流高压继电器的构成的一例的图。

图3是第1实施方式的实施例4、6、8以及比较例2的触点材料的截面的SEM图像。

图4是示出第1实施方式的实施例4的触点材料的氧化物的粒度分布的图。

图5是示出第2实施方式的实施例36的触点材料的截面的SEM图像和氧化物粒子的粒度分布的图。

图6是示出第3实施方式的电容器负荷耐久试验中使用的电路的图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，调节金属M和组成而制造各种Ag-氧化物系触点材料，进行组织观察和硬度测定。然后，将制造的Ag-氧化物系触点材料组装于直流高压继电器的触点，对其特性进行评价。

第1实施方式：在本实施方式中，通过内部氧化法和粉末冶金法制造各种Ag-氧化物系触点材料并对材料特性进行研究后，制造直流高压继电器(接触力/分离力：75gf/125gf)并进行性能评价。

在基于内部氧化法的触点材料的制造中，利用高频熔化炉将各组成的Ag合金熔化并铸造出铸锭。然后，将铸锭变成3mm以下的片，在上述条件下进行内部氧化。然后，收集内部氧化后的片，进行压缩成形而形成φ50mm的坯料。对该坯料进行热挤出加工，接着通过拉丝加工制成直径2.3mm的线材，通过镦锻机(ヘッダーマシン)制造出铆钉型的触点材料。需要说明的是，实施例15、27的触点材料在触点材料加工后进行了内部氧化处理。在实施例15、27中，没有对合金铸锭进行内部氧化地实施各加工工序，加工成铆钉形状后进行内部氧化处理，适当地进行成形加工，从而制成铆钉型的触点材料。

在基于粉末冶金法的触点材料的制造中，将Ag粉末和氧化物粉末(均是平均粒径为0.5～100μm)混合，进行压缩成形从而形成φ50mm的坯料。然后，对制造的坯料进行热挤出加工，接着通过拉丝加工制成直径为2.3mm的线材，利用镦锻机制造出铆钉型的触点材料。

在本实施方式中，制造出可动触点用和固定触点用的两种铆钉型触点材料。可动触点的头部的尺寸设定为直径3.15mm×高度0.75mm，固定触点的头部的尺寸设定为直径3.3mm×高度1.0mm。

[硬度测定]

在上述触点材料的制造工序中，从进行拉丝加工并进行退火(温度700℃)后的线材切割出线样品，进行硬度测定。硬度测定如下：将样品嵌入树脂中，以横截面(短边方向截面)露出的方式进行倒角研磨，利用维氏硬度计进行测定。测定条件如下：将载荷设定为200gf，测定5个部位，将平均值作为硬度值。

将通过本实施方式制造的实施例(实施例1～32)的触点材料的组成和硬度值示于表1中。另外，将比较例(比较例1～10)的触点材料的组成和硬度值示于表2中。需要说明的是，在本实施方式中，为了对比，还制造了无氧化物粒子的由纯Ag构成的触点材料并进行了评价(比较例10)。该Ag触点通过对熔化和铸造后的坯料进行热挤出加工等来制造。关于Ag触点的硬度测定，对Ag线材进行退火(温度700℃)后，进行加工率为4.2％的拉丝加工后，切割出样品进行测定。

[表1]

·实施例31通过粉末冶金法制造，其他实施例通过内部氧化法制造。

*1：相对于全部金属成分的浓度。

[表2]

·比较例1～7、9通过内部氧化法制造。比较例8通过粉末冶金法制造。

·比较例10(Ag)通过对熔化和铸造后的坯料进行热挤出加工等来制造。

*1：相对于全部金属成分的浓度。

*2：无法进行样品的加工。

[组织观察]

接着，进行各触点材料的组织观察。利用电子显微镜(SEM)观察(倍率5000倍)与硬度测定时同样地嵌入树脂中的样品的横截面。然后，对于拍摄的SEM图像，使用粒子分析软件进行图像处理。在图像处理中，作为触点材料中的氧化物的分散状态，对氧化物的合计面积(相对于视野面积的面积率)、平均粒径、粒径分布进行测定和分析。在该分析中，使用了Oxford Instruments株式会社制造的粒子分析系统AZtecFeature。另外，关于粒径，求出等效圆直径(面积等效圆直径)。基于各个氧化物粒子的面积f，通过等效圆直径的计算公式((4f/π)^1/2)计算出氧化物粒子的粒径，计算出其平均和标准偏差σ。

图3是实施例4、6、8以及比较例2的触点材料的SEM图像。另外，表3示出针对实施例1～4、6、8、9、12～14、16、18～20、23～26、28、29、32以及比较例2、3、8的触点材料测定的氧化物粒子的状态。根据图3和表3可知，在各实施例的触点材料中，微细的氧化物粒子分散在Ag基体中。另一方面，在比较例的触点材料中，分散有比较粗大的氧化物粒子。

[表3]

*1：相对于全部金属成分的浓度。

另外，图4是实施例4的触点材料中的氧化物粒子的粒度分布。由图4可知，在该实施例的触点材料中分散的氧化物粒子是微细且粒径一致的粒子。根据该实施例4的氧化物粒子的粒径分布，累积个数达到90％的粒径(D₉₀)为0.2μm以下。需要说明的是，在其他实施例中也同样地测定了粒度分布，结果是对于任一个实施例而言D₉₀都为0.5μm以下。

[直流高压继电器中的断路耐久评价试验]

接着，组装各实施例、比较例的触点材料制造直流高压继电器，对其各特性进行评价试验。在此，准备与图1相同类型的双断点结构的继电器，在其可动端子和固定端子上接合由各触点材料构成的铆钉型触点(由合计4个部位的触点形成两组触点对)。关于触点的尺寸(铆钉的头部尺寸)，可动触点为直径3.15mm×厚度0.75mm(从上面观察头部时的触点表面的面积为7.79mm²)，固定触点为直径3.3mm×厚度1.0mm(从上面观察头部时的触点表面的面积为8.55mm²)。另外，在可动触点和固定触点的周围配置有消弧用磁铁(使用两个磁通密度为200mT的钕磁铁)。根据利用高斯计的测定，触点接触时的中心位置的磁通密度为26mT。

在本实施方式中的直流高压继电器的评价试验中，重复进行模拟了发生异常时的断路动作的断路动作，测定直至发生触点的熔敷引起的断路不良为止的次数(断路次数)。该断路次数成为表示通过继电器的接触力和分离力与耐熔敷性的关联而赋予特征的触点材料的断路耐久性的基准。即，该试验中测定的断路次数不是简单的耐熔敷性的评价，成为作为实机的继电器的使用可能性的指标。本实施方式中的断路耐久试验的试验条件如下：电压和电流设定为DC360V和400A，可动触点的接触力/分离力设定为75gf/125gf。接触力的设定通过压接弹簧的强度进行调节，分离力的设定通过复位弹簧的强度进行调节。评价试验中使用的直流高压继电器为双断点结构，因此对各触点对施加的力为通过压接弹簧和复位弹簧提供的力的1/2。将对该各触点对施加的力分别作为接触力和分离力。在该断路耐久试验中，将断路次数为100设为上限，达到100次的样品在该时刻结束测定。在该断路耐久试验中，将断路次数为50次以上的触点判定为合格。断路次数小于50次的触点判断为不满足直流高压继电器所要求的耐熔敷性。需要说明的是，实际使用上，直流高压继电器的正式断路在异常时只发生一次。因此，断路耐久试验中50次这样的断路次数的合格基准可以说即使考虑余量也是相当高的基准。

另外，对于上述断路耐久试验后的触点材料，测定熔融面积。熔融面积的测定如下：利用数字显微镜从上方观察断路耐久试验后的触点表面，通过区域选择包围熔融部分，使用数字显微镜的测量功能测定该部分的面积作为触点表面的面积。然后，求出与耐久试验前的面积之差，将用该面积差除以样品的断路试验次数而得到的值作为熔融面积。熔融面积成为表示因断路时的负荷而可能产生的触点的形状易崩解性的指标。在本实施方式中使用的双断点结构的直流继电器中，存在两对触点对，因此使用合计四个触点材料。关于熔融面积的测定，对四个触点材料进行，将合计值作为评价对象。

[接触电阻和发热测定]

对于各实施例、比较例的触点材料，测定接触电阻。接触电阻如下测定：将各触点材料组装在与上述断路耐久试验同样的继电器中，测定进行五次与断路耐久试验相同条件的断路操作后的状态的值。接触电阻的测定是在五次断路操作后将继电器的连接切换成与断路试验电路不同的另外准备的电阻测定用电路(DC5V30A)而实施的。在该接触电阻测定中，测定对电路进行了30分钟连续通电(30A)的时刻的端子间的电压下降。然后，将用测定的电压下降值(mV)除以通电电流(30A)而得到的值作为接触电阻(mΩ)。

另外，测定该接触电阻时，也进行了触点的发热引起的温度升高的测定。关于发热，测定了用于将组装有触点材料的继电器与电阻测定用电路连接的端子部分的温度升高。在该测定中，在从用于上述接触电阻测定的连续通电开始经过了30分钟的时刻，测定阳极侧端子和阴极侧端子两个端子的温度，将与室温的温度差的平均值评价为温度升高(℃)。需要说明的是，在以上该直流高压继电器的各特性的测定和评价中，对于各触点材料以n＝1～3的方式实施，将各试验中的平均值作为测定值。

[直流低压继电器模擬试验机的耐久性评价]

此外，对于各实施例、比较例的触点材料，对应用了现有的车载用直流低压继电器的使用条件的情况下的耐久性进行了评价。在该评价试验中，将各触点材料组装在直流低压继电器的模擬试验机中，利用致动器进行触点开闭，在触点闭合时产生0.1秒涌入电流使触点熔敷，在使其分离时利用应变计读取将该熔敷拉离的力。其条件如下所述。

·试验电压：DC14V

·涌入电流：115A

·负荷：卤素灯4灯(240W)

·接触力：20gf

·环境温度：20℃

·开闭次数：10000次

在基于该模擬试验机的开闭动作中，分离时的拉离力超过50gf时，可以判定为在现有的继电器的分离力(50gf以下)下发生了熔敷引起的故障(断路不良)。在本实施方式中，根据该拉离力超过50gf的次数和测定次数(10000次)，算出故障概率并进行评价。需要说明的是，该直流低压继电器模擬试验机的评价以各材质n＝1的方式实施。

在表4中示出上述断路耐久试验、熔融面积测定、接触电阻和发热测定、现有继电器使用条件下的故障概率评价的结果。

[表4]

*1：相对于全部金属成分的浓度。

*2：不能进行样品的加工。

*3：将基于模拟试验机的开闭动作中的、分离时的拉离力设定为分离力(50gf)。

根据表4所示的评价结果能够确认到，对于实施例1～32的触点材料而言，分散的氧化物量少于比较例，但是，应用于直流高压继电器时的耐熔敷性良好，此外，不易产生接触电阻和发热的问题。

即，对于本实施方式的各实施例的触点材料而言，均满足高压下的断路耐久性试验中的断路次数50次以上的基准，断路耐久性良好。另外，与此同时确认了，各实施例的触点材料的接触电阻低于比较例。特别是实施例1～实施例27的触点材料的接触电阻特别低、为2.5mΩ以下。另外，对于实施例28～实施例32的触点材料而言，基于高压评价的断路次数均为80次以上，显示出了特别良好的断路耐久性。对于实施例28～实施例32的触点材料而言，接触电阻略高，但低于比较例。

另外，关于发热的问题，根据实际组装在继电器中时的测定结果，能够掌握各实施例的触点材料的优越性。对于各实施例的触点材料而言，温度升高值低于比较例。触点的发热量与电流的平方和接触电阻值成比例。本实施方式中的测定试验中的通电电流为30A、比较低，但如果通过应用于实际的直流高压继电器而通电电流增大，则温度升高进一步变大。

此外，对熔融面积的评价结果进行研究，如上所述，表4中记载的本实施方式中的熔融面积是指用断路试验后的四个触点表面的面积变化量合计除以该触点的断路次数(最大100次)而得的数值。即，此处的熔融面积是指每一次断路的熔融面积。实际使用上，继电器的正式断路异常时只发生一次，但是，作为考虑了余量的断路次数，假设需要五次。这样进行假设时，例如，在实施例1～32中，熔融面积最大的实施例9的熔融面积为0.22mm²，因此推测因五次断路使得触点表面的面积变化1.10mm²(0.22mm²×5次)。另外，试验前的触点表面的面积在四个部位合计为32.68mm²(7.79mm²×2+8.55mm²×2)，因此，因五次断路产生的触点表面的面积的变化率为3.37％(1.10mm²/32.68mm²)。这样，如果考虑实际使用，各实施例的触点材料能够将断路时的面积变化抑制在10％以下。

需要说明的是，关于本发明中应用的触点材料的金属M，必须含有Sn，并且允许还含有Sn以外的金属(Bi、In、Ni、Te)。在表4中，以只含有Sn作为金属M的触点材料(例如实施例24)作为基准，对含有Sn和Bi等的触点材料(例如实施例9(Sn+Bi)、实施例19(Sn+In)、实施例23(Sn+In+Ni+Te))进行对比，对于断路耐久性和熔融面积都示出了良好的结果，并且发现了接触电阻降低的倾向。因此，确认到Sn以外的金属M(Bi、In、Ni、Te)也具有效果。可知搭载有这样的含有多种金属的触点材料的直流高压继电器也能够维持所要求的触点性能。但是，如多添加了Ni的比较例9那样，Sn以外的金属M的添加量多的情况下，确认到加工性降低。

但是，如果观察考虑了应用于现有的直流低压继电器的低压评价的结果，可以说，在故障概率方面，实施例1～实施例26、30、31的触点材料不适合于直流低压继电器。这是因为，与比较例进行对比，倾向于故障概率变高。即可知，实施例1～实施例26、30、31的触点材料在直流高压继电器这样的适当位置的使用中发挥其有用性。另一方面，对于实施例28、29、32的触点材料而言，低压评价中的故障概率与比较例为同等水平。但是。这些实施例的触点材料在高压评价中的接触电阻值低，因此可以说也适合于直流高压继电器。

相对于以上确认的各实施例的触点材料，比较例的触点材料由于氧化物量多，因此高压评价中的断路耐久性和熔融面积优良。但是，接触电阻和发热的值较高。因此可以说，在具备这些氧化物量多的触点材料的直流高压继电器中，有可能担心触点的发热的问题。

第2实施方式：

在本实施方式中，通过内部氧化法和粉末冶金法来制造。另外，在各材料的组织观察和硬度测定后，制造直流高压继电器(接触力/分离力：500gf/250gf)并对耐久性评价和接触电阻进行测定和评价。将本实施方式中制造的触点材料示于表5中。表5中还示出与第1实施方式同样地测定的硬度的测定结果。需要说明的是，通过内部氧化法和粉末冶金法制造的各触点材料经过与第1实施方式同样的工序制造。

[表5]

·实施例34、36通过粉末冶金法制造，其他实施例通过内部氧化法制造。

*1：相对于全部金属成分的浓度。

图5是示出实施例36的触点材料(通过粉末冶金法制造的触点材料)的截面组织的SEM图像和分散的氧化物粒子的粒度分布的图。在该实施例36的触点材料中，也观察到在Ag基体中分散有微细的氧化物粒子的材料组织。另外，根据粒度分布的图可知，分散有粒径一致的氧化物粒子。该实施例36中，平均粒径为0.113μm(标准偏差σ：0.101μm)，粒子所占的面积率为8.58％。另外，累积个数达到90％的粒径(D₉₀)为0.2μm以下。表6示出针对实施例36、39、40、43、44、47、49的触点材料测定的氧化物粒子的状态。根据该表可知，在其他实施例的触点材料中也分散有微细的氧化物粒子。

[表6]

*1：相对于全部金属成分的浓度。

另外，对于各实施例的触点材料，也进行直流高压继电器中的断路耐久试验。该试验基本上内容与第1实施方式同样，使用了相同的双断点结构的直流高压继电器。试验条件也与第1实施方式同样。但是，将可动触点的接触力/分离力设定为500gf/250gf，相对于第1实施方式，使接触力和分离力变强。在本实施方式中，制造设定了更加充分的接触力和分离力的直流高压继电器。在该断路耐久试验中，将断路次数为100设定为上限，测定断路次数。

另外，对于断路耐久试验后的触点材料也测定了熔融面积。此外，还测定了各触点材料的接触电阻值和发热。这些测定方法也与第1实施方式同样。需要说明的是，在本实施方式中，为了对比，对于第1实施方式的比较例3、10的触点材料也进行了相同的断路耐久试验并进行评价。此外，对于金属M的含量小于本发明中规定的下限值(0.2质量％)的触点材料也进行了断路耐久试验。将以上测定和评价结果示于表7中。

[表7]

*1：相对于全部金属成分的浓度。

根据表7可知，具备该实施方式中的实施例33～实施例50的触点材料的直流高压继电器的断路耐久性也良好。并且能够确认到，该直流高压继电器的触点也是接触电阻低、不存在发热的问题。这些继电器满足断路次数为50次以上的基准，接触电阻低至2.5mΩ以下，此外，发热量也低。另外，在关于熔融面积的评价中，与第1实施方式同样地对熔融面积最大(0.63mm²)的实施例46、47的触点进行评价时，假设发生五次断路时的触点表面的面积的变化率为9.6％，抑制在10％以下。

与此相对，比较例3的触点材料与第1实施方式中的结果同样，断路耐久性和熔融面积优良。但是，接触电阻的值高，发热所致的温度升高值也明显较大，因此，考察出搭载于直流高压继电器时成为其应用的阻碍。

另外，比较例11的触点材料是金属M的含量小于本发明中规定的下限值(0.2质量％)的触点材料。该触点材料的接触电阻低，发热量也低。但是，触点的熔融面积过大。对于比较例11的熔融面积(1.48mm²)，采用第1实施方式的评价方法的、假设发生五次断路时的触点表面的面积的变化率为22.6％、极大。这样熔融面积增大时，触点形状的崩解变得明显。触点形状崩解时，利用使继电器恢复后的触点对无法进行正常的接触，产生接触不良。该结果对于比较例10的触点材料(纯Ag)也同样地观察到，可以说比较例11的Ag-氧化物形触点材料实质上与纯Ag同等。

对于比较例11的触点材料而言，断路耐久试验的断路次数满足基准，但认为这是由比第1实施方式大的接触力和分离力引起的。如果将接触力和分离力设定为第1实施方式左右，则认为会与比较例10同样地在早期产生熔敷所致的断路不良。即可知，即使能够允许减少应用于直流高压继电器的触点材料的氧化物量，也存在极限。

根据以上的各实施例的结果确认到，对于设定了足够的接触力或分离力的直流高压继电器，通过使触点对的触点材料的氧化物的含量(金属M的含量)适当，可发挥优良的断路耐久性，而且还能够解决接触电阻和发热的问题。

第3实施方式：在第1、第2实施方式中，制造组装了各种触点材料的双断点结构的直流高压继电器(图1)，进行了模拟异常发生时的断路动作的断路耐久试验。在本实施方式中，对将该直流高压继电器作为混合动力汽车等的系统主继电器进行实际安装时的、模拟了通常的使用时的开闭动作的耐久性进行了评价。通常的使用时是指受到通常的电路的电源的开/关动作所致的负荷的使用条件。

对本发明设想的直流高压继电器的通常的使用条件进行具体说明。在混合动力汽车等的直流电路中，为了防止系统主继电器的触点因接通电源时的高涌入电流而损伤，设置适合于涌入电流的预充电继电器。并且，在预充电继电器吸收高涌入电流后，系统主继电器的电源接通。

在本实施方式中，在如图6那样的试验用电路中组装与第1实施方式、第2实施方式相同的直流高压继电器，如上所述进行模拟了缓和后的涌入电流引起的触点的开闭动作的电容器负荷耐久试验。本实施方式的电容器负荷耐久试验的试验条件如下：将电压设定为DC20V，将负荷电流设定为80A(涌入时)、1A(断路时)，将开闭循环设定为1秒(开)/9秒(关)。并且，可动触点的接触力/分离力设定为75gf/125gf或500gf/250gf。在该电容器负荷耐久试验中，将工作次数设定为10万次并将其作为耐久寿命的合格基准。

在本实施方式中，与第1实施方式、第2实施方式同样地测定了接触电阻和温度升高(发热量)。接触电阻是在电容器负荷耐久试验后将继电器的连接切换成与电容器负荷耐久试验的电路另外的电阻测定用电路(DC5V30A)来实施。测定方法与第1实施方式同样。另外，接触电阻测定时还进行触点的发热所致的温度升高的测定。本实施方式的各特性的测定和评价对于各触点材料以n＝1的方式实施。

在表8中示出本实施方式的电容器负荷耐久试验中的耐久寿命评价、接触电阻、温度升高的测定结果。

[表8]

*1：相对于全部金属成分的浓度。

根据表8，对于各实施例的直流高压继电器而言，通常使用时的负荷下的耐久寿命(工作10万次)也合格。另外，接触电阻也低，发热量也没有问题。与此相对，触点材料的氧化物量多的比较例3的直流高压继电器的接触电阻和发热量高。

根据以上第1实施方式～第3实施方式的结果确认到，本发明的直流高压继电器通过使可动触点和固定触点的触点材料的构成适当，作为直流高压继电器合适地工作。本发明的直流高压继电器即使对于电路的异常动作所致的断路也能够有效地工作，即使在通常使用中也能够稳定地工作。

产业上的可利用性

本发明的直流高压继电器中应用的Ag-氧化物系触点材料是发挥优良的断路耐久特性、并且接触电阻低且发热少的触点材料。并且，本发明的直流高压继电器能够解决触点对中的发热和熔敷的问题，能够进行可靠的开/关控制。本发明适合应用于混合动力汽车等的高压电池的电源电路中的系统主继电器、太阳光发电设备等的电力供给系统中的功率调节器等。

Claims (11)

1.一种直流高压继电器，其是包含产生和传递用于使可动触点移动的驱动力的驱动部分以及进行直流高压电路的开闭的触点部分的直流高压继电器，其中，

所述驱动部分具备：产生驱动力的电磁铁或线圈、将所述驱动力传递至触点部分的传递单元以及为了使触点对接触或分离而对传递单元施力的施力单元，

所述触点部分具备：至少一个由通过所述驱动部分的所述传递单元而移动的可动触点和固定触点构成的触点对、至少一个将所述可动触点接合的可动端子以及至少一个将所述固定触点接合的固定端子，

所述直流高压继电器的额定电压为48V以上，

所述触点对的接触力和/或分离力为100gf以上，

所述可动触点和/或所述固定触点由Ag-氧化物系的触点材料构成，

所述触点材料的金属成分由必须含有Sn的至少一种金属M以及作为余量的Ag和不可避免的杂质金属构成，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，所述金属M的含量为0.2质量％以上且8质量％以下，

所述触点材料具有在由Ag或Ag合金构成的基体中分散有一种以上的所述金属M的氧化物的材料组织。

2.如权利要求1所述的直流高压继电器，其中，

触点材料含有In作为金属M，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，In的含量为0.1质量％以上且5质量％以下，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Sn的含量为0.1质量％以上且7.9质量％以下。

3.如权利要求1或权利要求2所述的直流高压继电器，其中，

触点材料含有Bi作为金属M，

相对于全部金属成分的合计质量，Bi的含量为0.05质量％以上且2质量％以下，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Sn的含量为0.1质量％以上且7.95质量％以下。

4.如权利要求1或权利要求2所述的直流高压继电器，其中，

触点材料含有Te作为金属M，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Te的含量为0.05质量％以上且2质量％以下，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Sn的含量为0.1质量％以上且7.95质量％以下。

5.如权利要求2所述的直流高压继电器，其中，

触点材料还含有Ni作为金属M，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Ni的含量为0.05质量％以上且1质量％以下，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Sn的含量为0.1质量％以上且7.85质量％以下。

6.如权利要求4所述的直流高压继电器，其中，

触点材料还含有Ni作为金属M，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Ni的含量为0.05质量％以上且1质量％以下，

相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，Sn的含量为0.1质量％以上且7.85质量％以下。

7.如权利要求1或权利要求2所述的直流高压继电器，其中，触点材料的在基体中分散的氧化物的平均粒径为0.01μm以上且0.3μm以下。

8.如权利要求3所述的直流高压继电器，其中，触点材料的在基体中分散的氧化物的平均粒径为0.01μm以上且0.3μm以下。

9.如权利要求4所述的直流高压继电器，其中，触点材料的在基体中分散的氧化物的平均粒径为0.01μm以上且0.3μm以下。

10.如权利要求5或权利要求6所述的直流高压继电器，其中，触点材料的在基体中分散的氧化物的平均粒径为0.01μm以上且0.3μm以下。

11.如权利要求1所述的直流高压继电器，其中，触点材料的任意截面中的氧化物的面积率为0.1％以上且15％以下。

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