CN114365250A - 直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料 - Google Patents

直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料 Download PDF

Info

Publication number
CN114365250A
CN114365250A CN202080063115.9A CN202080063115A CN114365250A CN 114365250 A CN114365250 A CN 114365250A CN 202080063115 A CN202080063115 A CN 202080063115A CN 114365250 A CN114365250 A CN 114365250A
Authority
CN
China
Prior art keywords
contact
metal
voltage relay
contact material
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080063115.9A
Other languages
English (en)
Inventor
西出早治大
中村哲也
柳原宣仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tanaka Kikinzoku Kogyo KK filed Critical Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Publication of CN114365250A publication Critical patent/CN114365250A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/027—Composite material containing carbon particles or fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0466—Alloys based on noble metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C22C1/1063—Gas reaction, e.g. lanxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/12—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/001—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides
    • C22C32/0015—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with only oxides with only single oxides as main non-metallic constituents
    • C22C32/0021—Matrix based on noble metals, Cu or alloys thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • H01H1/0237—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/04—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts
    • H01H11/048—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches of switch contacts by powder-metallurgical processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/44—Magnetic coils or windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/54—Contact arrangements
    • H01H50/546—Contact arrangements for contactors having bridging contacts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1078—Alloys containing non-metals by internal oxidation of material in solid state

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Contacts (AREA)

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48V以上的直流高压继电器。本发明的直流高压继电器的可动触点和/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Zn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，金属M的含量为0.2质量％以上且8质量％以下。并且，该触点材料显示出在由Ag或Ag合金构成的基体中分散有一种以上的平均粒径为0.01μm以上且0.4μm以下的金属M的氧化物的材料组织。

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，涉及将触点分离时产生的电弧放电迅速地消弧的电弧放电特性优良、并且具备连续通电时的低接触电阻和低发热特性的直流高压继电器。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，也包括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，对于明确地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。
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，通过增加构成触点对的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
发明所要解决的问题
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。
对于该实现高压化和大电流化的直流高压继电器而言，被指出多个与现有的直流低压继电器不同的问题。具体而言，被指出由通电电流增加引起的发热、触点熔敷的问题以及针对电弧放电的对策。
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，熔敷是由于通电时的焦耳热等使得触点对的接触面熔融并固定的现象。这样的触点熔敷成为使触点对分离时的障碍，有可能引起复位不良、电路整体的故障。
另外，对于直流高压继电器而言，针对电弧放电的对策成为与发热和熔敷的课题同等以上重要的课题。电弧放电大致分为在触点的分离时和闭合时产生的电弧放电。实用上，出现问题的主要是分离时电弧放电。产生分离时电弧放电时，如果电弧电压未达到电源电压则电弧放电不会被切断。用于产生电弧放电的最小电弧电压对于通常的Ag-氧化物系的触点材料而言为约10V，对于直流高压继电器而言，电源电压越高则电弧放电越容易持续。在该电弧放电持续的情况下，与继电器的异常发热同样会导致发生着火、烧损等致命的问题。需要说明的是，在本发明中，电弧放电特性是与在触点的分离时和闭合时会产生的电弧的强弱相关的特性。电弧放电特性优良的触点是指产生持续时间短或能量低的电弧的触点。这样，对于电弧放电特性优良的触点而言，在直流高压继电器中，通过后述的用于消弧的结构和构件，能够在短时间内消弧。
作为针对如上所述的直流高压继电器的各种课题的对策，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：强化触点对的压接弹簧，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。
另外，作为针对电弧放电的对策，采用了用于对产生的电弧放电进行消弧的结构的直流高压继电器增多。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增大而成为使继电器主体的尺寸增大的因素。因此，仅在这些对策下，成为不符合市场的恒定需求、即小型化和轻量化的状况。特别是在电弧消弧用磁铁选择稀土元素磁铁的情况下，使用稀有的稀土，从资源枯竭的观点出发，应抑制其尺寸增大和磁力的强化。因此可以说，对于直流高压继电器而言，结构/机构方面的对策也很重要，但除此以外，优选进行针对触点本身的对策。
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。对于直流高压继电器而言，触点材料的氧化物量的增加也能够成为针对因耐久性提高引起的熔敷的问题的对策。
但是，从接触电阻/发热的观点出发，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。如上所述，触点的发热量与电流的平方和接触电阻成比例。从抑制发热的观点出发，对策应该是要避免高压化和大电流化的直流高压继电器的触点材料的氧化物量的增加。
此外，触点材料的氧化物量的增大对于电弧放电的问题并没有提供任何解决对策。如上所述，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对中的电弧放电和发热的课题、并且能够进行可靠的开/关控制的直流高压继电器。另外，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，还提供考虑了直流高压继电器的特色的合适的触点材料。
用于解决课题的方法
上述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，该Ag-氧化物系的触点材料的优化应该与增大氧化物量等以往的方向不同。
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，在直流高压继电器中大多将接触力或分离力中的至少任一者设定为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。
如上所述，考虑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和电弧放电特性双方。
首先，考察降低Ag-氧化物系触点材料的接触电阻的方法，为了解决该问题，减少氧化物量是有效的。金属氧化物是使触点材料整体的导电率降低的电阻体，因此，可以说氧化物量的减少是针对低接触电阻化的有力对策。氧化物量的减少也会导致触点材料的耐熔敷性的降低，但在能够设定高接触力或分离力的直流高压继电器中，能够允许相当大程度的耐熔敷性的降低。因此，能够期待该对策的有效性。
另一方面，关于Ag-氧化物系触点材料的电弧放电特性，仅利用氧化物量难以应对。因此，本发明人对分散在触点材料中的金属氧化物的种类与电弧放电特性的关联进行了研究。其结果发现，对于以Zn氧化物(ZnO)作为金属氧化物的Ag-氧化物系触点材料(以下，有时称为Ag-ZnO系触点材料)而言，具备适当的电弧放电特性。根据本发明人的发现，相对于目前为止从耐熔敷性的观点出发视为适合作为继电器用触点材料的具有Sn氧化物的Ag-SnO2系触点材料，Ag-ZnO系触点材料发挥出适当的电弧放电特性。
另外，关于Ag-ZnO系触点材料为适当的触点材料的因素，Ag-ZnO系触点材料具有在减少氧化物量(ZnO量)的同时示出良好的电弧放电特性的倾向。氧化物量的减少有助于接触电阻的降低，因此应用Ag-ZnO系触点材料在改善电弧放电特性和降低接触电阻两方面都是有用的。
根据以上的研究结果，本发明人应用Ag-ZnO系触点材料作为直流高压继电器的触点对并且从电弧放电特性、接触电阻和耐久性的观点出发为了发现适当的氧化物含量进行了研究，从而想到了本发明。
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Zn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。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。
需要说明的是，接触力或分离力可以基于压接弹簧和复位弹簧的弹簧常数来设定和测定。在接触力或分离力的测定中，根据触点接触时和分离时各自的弹簧位移量和上述弹簧常数来算出施加于全部触点对的力。此时，施加于全部触点对的力根据胡克定律(F＝kx(k：弹簧常数、x：位移量))。并且，用算出的力除以触点对的数量，由此能够求出接触力或分离力。例如，在双断点结构的直流高压继电器中，具备两个触点对，因此，将由上述算出的力乘以1/2，能够求出各触点对的接触力和分离力。
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、拉伸弹簧中的任意一种。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。复位弹簧等的弹簧种类可根据继电器结构而选择按压弹簧、拉伸弹簧中的任意一种。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意一种。
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意一种。
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Zn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。为了确保触点材料的机械强度、耐熔敷性，该金属氧化物分散开。如上所述，对于作为本发明的对象的直流高压继电器，灵活地解释了触点材料的耐熔敷性。即，如果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，这并不意味着完全不需要耐熔敷性。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。如上所述，本发明中应用的Ag-ZnO系触点材料能够在减少氧化物量(金属M的含量)并且电弧放电特性提高的同时实现低接触电阻化。从这样的观点考虑，金属M的含量越低越优选。但是，金属M小于0.2质量％时，有可能导致耐熔敷性的不足、机械强度的降低。由于机械强度的降低，有可能与触点开闭次数对应地发生触点转移，有可能发生触点的消耗或变形、接触不良、粘连。考虑到这点，将金属M含量的下限值设为0.2质量％。
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，难以消除直流高压继电器中的发热的问题。另外，电弧放电特性也不能说良好。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，可以将金属M的含量在上述范围内设定得较低。具体而言，为了使接触电阻适当，优选将金属M设定为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Zn作为金属M。Zn以锌单独的氧化物(ZnO)的形式分散。如上所述，Ag-ZnO系触点材料的电弧放电特性优良，是根本性地解决本发明的课题的手段。在本发明中，Zn是必须的金属成分。在本发明中，作为金属M，可以只含有Zn。只含有Zn作为金属M时，本发明的触点材料含有0.2质量％以上且8质量％以下的Zn。如上所述，在接触力或分离力的设计上存在余地或限制的情况下，有时将Zn设定为0.2质量％以上且3质量％以下、或者设定为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Zn的同时含有其他金属作为金属M。具体而言，可以含有Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu中的至少任意一种。这些金属通过以氧化物的形式分散而具有发挥调节Ag-ZnO系触点材料的硬度等机械强度的作用、调节耐熔敷性的作用等。并且它们是不损害Zn的电弧持续时间的缩短效果的金属。触点材料除了含有Zn以外还含有Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu中的至少任意一种作为金属M时，相对于上述触点材料的全部金属成分的合计质量，金属M的含量(Zn和Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的合计含量)优选为0.2质量％以上且8.0质量％以下。这是因为，超过8质量％时，有可能产生接触电阻的问题等。需要说明的是，作为Zn以外的其他金属M，即使是Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu以外的元素，只要是不阻碍与触点材料相关的上述特性或者有助于特性提高的元素就可以添加。
另外，触点材料除了含有Zn以外还含有Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu中的至少任意一种时，可以计算相对于触点材料的全部金属成分的合计质量的Zn的含量(设为SZn)与相对于触点材料的全部金属成分的合计质量的Zn以外的上述金属的合计含量(设为So)之比(SZn/So)。SZn/So具有其数值越大则触点的电弧放电特性越良好的倾向。具有提高电弧放电特性的效果的是Zn。这是因为，虽然Sn等有助于提高触点材料的耐熔敷性，但无助于提高放电电弧特性。
本发明的触点材料的金属成分由以上说明的以Zn为必须的金属M和余量Ag以及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、Pb、Pd、Al、Mo、Mg、La、Mg、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优选相对于触点材料的全部金属成分的合计质量在不阻碍特性的范围内分别为0质量％以上且例如1质量％以下。不可避免的杂质的含量更优选设定为0.8质量％以下、进一步优选设定为0.5％以下、特别优选设定为0.2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与添加金属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，也能够作为触点材料的基体发挥功能。另一方面，分散在基体中的氧化物粒子的构成基于金属M的范围分散有ZnO、SnO2等氧化物中的至少一种。
如上所述，在本发明中，使分散的氧化物为Zn氧化物等，并且相对于现有的Ag-氧化物系触点材料有意地减少了其含量(金属M的含量)，得到良好的电弧放电特性和稳定的低接触电阻。但是，在本发明中，并非意在忽略耐熔敷性、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等。
另外，本发明中应用的触点材料的分散在基体中的氧化物的平均粒径设定为0.01μm以上且0.4μm以下。如上所述，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0.4μm变得粗大时，粒子间距离扩大，分散效果被抑制。该氧化物的平均粒径更优选为0.3μm以下。另外，氧化物的平均粒径越小越优选，但难以小于0.01μm，因此，其下限值设定为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。
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0.8μm以下。
另外，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20％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算出。另外，可以适当地使用图像处理软件。
需要说明的是，本发明中应用的触点材料的材料强度以维氏硬度计优选为40Hv以上且300Hv以下。小于40Hv时，强度过低，有可能因触点对的开闭而发生过度的消耗或变形。另外，超过300Hv的硬材料有可能接触电阻变高。触点材料的维氏硬度更优选为50Hv以上且200Hv以下。
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。本发明的触点材料的制造方法和条件没有特别限定，优选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。
B-3-1.内部氧化法
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在除了Ag-Zn合金以外还包含Sn等作为金属M时由Ag-Zn-Sn合金、Ag-Zn-In合金、Ag-Zn-Ni合金、Ag-Zn-Te合金、Ag-Zn-Bi合金、Ag-Zn-Cu合金等制造。需要说明的是，金属M(Zn、Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu)的合计浓度为0.2～8质量％，余量为Ag。这些合金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。
另外，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大气压以上且0.9MPa以下、将温度设定为300℃以上且900℃以下。在温度低于300℃的条件下，难以使内部氧化进行，有可能无法使氧化物粒子充分地分散在合金内部。另一方面，氧分压大于0.9MPa时，氧化物的微细分散变得过度，有可能导致加工性的劣化。另外，温度高于900℃时，有可能根据合金组成使得合金的一部分或全部在内部氧化之前发生熔融。另外，为了优化氧化物粒子的粒径和分散状态，可以在考虑添加金属M的种类、其含量的同时在上述范围内适当地调节氧分压和加热温度。需要说明的是，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、切断等而制成固片(小片、切片)，将该固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。
B-3-2.粉末冶金法
在粉末冶金法中，将Ag粉末和金属M的氧化物的粉末(ZnO粉末、SnO2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850℃以下。
在利用粉末冶金法的触点材料的制造中，在上述烧结工序中，优选抑制因过度的烧结引起的氧化物的粗大化。为此，优选：除了调节烧结温度以外，进行多次较短时间(6小时以下)内的烧结，在烧结后进行压缩加工。压缩加工优选冷压缩加工。此时，可以组合冷压缩加工和热压缩加工。另外，每次压缩加工的载荷可以在每次加工时进行调节。例如，可以进行多次烧结和冷压缩，将冷压缩加工的载荷设定为上次烧结后的冷压缩加工的载荷的约2倍～约3倍。通过这样的烧结工序，可以得到分散有适当的粒径的氧化物的触点材料。
本发明中使用的触点材料基本上通过上述内部氧化法或粉末冶金法来制造，也可以组合内部氧化法和粉末冶金法。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-Zn合金、Ag-Zn-Sn合金、Ag-Zn-In合金、Ag-Zn-Ni合金、Ag-Zn-Te合金、Ag-Zn-Bi合金、Ag-Zn-Cu合金等)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电弧放电和发热的课题，并且能够进行可靠的开/关控制。该效果是在考虑直流高压继电器所设定的高的接触力和分离力的同时在构成可动触点和/或固定触点的触点材料中应用以Zn作为必须添加金属(金属M)的Ag-Zn系触点材料所带来的。
本发明的直流高压继电器中应用的Ag-Zn系触点材料特意地减少了分散的氧化物的含量。由此实现了良好的电弧放电特性，并且发挥了稳定的低接触电阻特性从而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。
根据本发明，通过搭载示出优良的电弧放电特性的触点材料，即使使用磁力比现有产品弱的磁铁，也能够期待确保与现有设计同等的消弧性能。具体而言，暗示了在现有设计中需要钕磁铁等稀土元素磁铁的情况下置换成磁力比它们弱的铁氧体磁铁的可能性。作为铁氧体磁铁的特征，磁力比稀土元素磁铁差，但是，原材料中不含稀土，以廉价且容易采购的氧化铁作为主要成分，与稀土元素磁铁相比，耐热性也优良。因此，基于本发明，通过进行从稀土元素磁铁置换为铁氧体磁铁，在降低直流高压继电器的成本和避免稀土采购风险的方面具有非常有益的效果。另外，在本发明中，能够期待利用比以往弱的磁力确保同等的消弧性能，因此，即使不变更磁铁的种类，也能够减小其尺寸。不需多余的磁铁的空间，相应地能够减小继电器的尺寸。
预测具有如上所述的效果的本发明对以汽车产业界为代表的工业界带来的影响会变得相当大。例如，预测搭载高压电池的HV、PHV、EV的世界市场今后会加速扩大。具体而言，有调查报告指出HV、PHV、EV的年销售台数的合计在2017年为约324万台，在2035年会大幅增大而超过2700万台。对于搭载在这样的急速扩大的汽车产品的直流高压继电器，带来其成本降低和尺寸减小的效果的本发明有助于这些产业的发展。
从抑制稀土元素的使用量、节约资源的观点出发，本发明也是有用的。稀土在近年来的高科技产业中的工业产品、例如稀土磁铁、硬盘用玻璃基板、液晶面板显示器用研磨材料、汽车用催化剂等广泛的产品的制造中是必不可缺的。其中，钕被用于钕磁铁(钕磁铁中使用约28％的钕)、FCC催化剂、玻璃添加剂、镍-氢电池、陶瓷电容器等多个用途中。对于稀土的需求，今后也会持续扩大的倾向，稀土的枯竭成为世界性问题。
世界上的稀土埋藏量的36％的稀土被埋藏在特定国家。另外，世界的矿石总生产量(13万吨：2017年)的约80％(10.5万吨)在该国生产。在该国，稀土的国内需要正在扩大，2004年以后，该国的国内需求占世界消耗量整体的大部分。还有如果该国以现在的进度继续矿床开发则有可能在15～20年后资源枯竭的调査报告。
另一方面，日本国内的稀土需要约1.8万吨，其中钕镨混合物(Didymium)(钕与镨的混合物)以及钕的需求随着汽车用磁铁的增长而为0.44万吨(2017年)。国内产业的稀土的获得大部分依赖于进口，其约60％从该国进口。该国近年来加强了关于稀土的限制，供给量减少，也引起了国际价格的高涨。
此外，还产生了在稀土的开采精制过程中的强酸(硫酸铵)引起的污染、与稀土相伴的放射性物质的流出等水质污染或土壤污染等稀土的生产地的严重的环境问题。
如此，作为围绕稀土的问题，除了资源枯竭的问题以外，还有国内产业中的针对稀有金属原料采购的量及成本的风险的提高、稀有金属生产地的环境问题。因此，削减稀有金属的使用量成为紧迫且重要的课题。
基于如上所述的背景，在日本的汽车公司或材料制造商等民间企业中，进行了以削减稀有金属为目的的各种开发。例如有使用了能够将钕使用量最大削减50％的面向EV驱动用电动机的磁铁、没有镝等重稀土的钕磁铁的EV驱动用电动机。对此，有的以10年以内的实用化为目标，但也有的已经在市场上发布。许多国内产业将削减稀有金属的使用量作为紧迫且重要的课题而进行开发，与这些努力同样，本发明也是被期待有助于削减稀有金属的使用量的重要发明。
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，除了制造只添加Zn作为金属M的Ag-ZnO系触点材料以外，还制造了与Zn一起添加有Sn的Ag-ZnO系触点材料，进行组织观察和硬度测定。另外，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。需要说明的是，作为比较例，还制造了不含Zn而添加有Sn等的Ag-氧化物系触点材料并进行了评价。
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)，进行动作确认(断路耐久性)，并且进行电弧放电特性和接触电阻的测定。
在基于内部氧化法的触点材料的制造中，首先，利用高频熔化炉进行熔化铸造而铸造出各组成的Ag合金的铸锭。熔化铸造后，将铸锭制成3mm以下的固片，对其进行内部氧化处理。内部氧化处理是在氧分压0.2～0.9MPa、加热温度500℃～900℃的范围内调节氧分压和加热温度。接着，收集内部氧化处理后的固片，进行压缩成形，形成直径50mm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。
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(平均粒径均为0.5～100μm)混合并进行压缩成形，形成直径50mm的坯料。
然后，将该坯料烧结后，进行两次冷压缩加工和两次烧结，然后进行热压缩加工，从而得到烧结体。在多次进行的烧结工序中，将加热温度设定为800℃～850℃而在该范围内进行加热烧结。另外，对于烧结后的冷压缩加工，将第二次加工的载荷设定为第一次加工的载荷的2倍。然后，对烧结体进行热挤出加工，接着通过拉丝加工制成直径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，制造了可动触点用和固定触点用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。
[触点材料的硬度测定]
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(株式会社岛津制作所制造的HMV-G21ST)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1～49)和比较例(比较例1～23)的触点材料的组成和硬度值示于表1和表2中。需要说明的是，在本实施方式中，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23)。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。
[触点材料的组织观察]
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。
将通过本实施方式制造的实施例(实施例1～49)和比较例(比较例1～23)的触点材料的组成和硬度值、以及氧化物粒子的分散状态的测定结果示于表1和表2中。由这些表确认到，在各实施例的触点材料中，在Ag基体中分散有微细的氧化物粒子。
[表1]
Figure BDA0003534571780000261
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
[表2]
Figure BDA0003534571780000271
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
[直流高压继电器的断路耐久评价]
制造组装有各实施例、比较例的触点材料的直流高压继电器，对它们的断路耐久性能进行确认。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(使用两个含有作为稀土元素的钕的磁通密度为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，作为直流高压继电器的动作条件，电压及电流设定为DC360V及400A，可动触点的接触力/分离力设定为75gf/125gf。需要说明的是，接触力的设定通过压接弹簧的强度来调节，分离力的设定通过复位弹簧的强度来调节。本次评价试验中使用的直流高压继电器为双断点结构，因此，关于施加于各触点对的力，将由压接弹簧和复位弹簧提供的力的1/2分别作为接触力和分离力。
本实施方式的直流高压继电器的断路耐久评价通过进行10次触点的开闭动作并确认各次开闭动作后的触点有无熔敷来进行。另外，将10次开闭动作后触点也不发生熔敷的继电器评价为合格(〇)，将在10次以内触点发生了熔敷的继电器设定为不合格(×)。
[直流高压继电器的电弧放电特性的评价]
接着，制造组装有各实施例、比较例的触点材料的直流高压继电器，进行触点的电弧放电特性的评价试验。准备与上述相同的双断点结构的继电器，在其可动端子和固定端子接合由各触点材料构成的铆钉型触点。触点的尺寸、消弧用磁铁的磁通密度与上述相同。
本实施方式中的直流高压继电器的电弧放电特性的评价试验如下：在电压及电流为DC360V及400A、可动触点的接触力/分离力为75gf/125gf的条件下进行触点的开闭动作，测定分离时产生的电弧放电的特性。在电弧放电特性的测定中，通过示波器(TeledyneLeCroy制造的WAVESURFER454VL)测定触点分离时的电弧电流波形和电弧电压波形。另外，根据电弧电流波形和电弧电压波形的积制作出电弧功率波形，将电弧放电持续的时间作为电弧持续时间(msec)，计算出电弧持续时间内的电弧功率波形的积分值作为电弧能量(J)。电弧放电特性通过电弧持续时间的长短和电弧能量的大小进行评价。在该电弧放电特性评价中，测定次数设定为n＝1～15，将平均值作为特性值。
[直流高压继电器的接触电阻和发热测定]
此外，对于由各实施例、比较例的触点材料构成的触点，测定接触电阻。接触电阻如下：将各触点材料组装于与上述电弧放电特性评价试验同样的继电器中，测定进行一次相同条件的开闭动作后的状态的值。接触电阻的测定是在开闭动作后与断路电路另外准备的电阻测定用电路(DC5V30A)连接直流高压继电器而实施的。在该基于电阻测定用电路的接触电阻的测定中，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。另外，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所致的温度升高的测定。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，该直流高压继电器的接触电阻的测定和评价的测定次数设定为n＝1。
将本实施方式的直流高压继电器的断路耐久性、电弧放电特性、接触电阻和发热测定的评价结果示于表3和表4中。
[表3]
Figure BDA0003534571780000301
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
[表4]
Figure BDA0003534571780000311
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
根据表4所示的评价结果，首先，确认到纯Ag不适合作为直流高压继电器的触点材料。将纯Ag应用于触点的直流高压继电器(比较例23)在小于10次的断路次数的情况下发生了熔敷。本实施方式中进行的继电器的断路试验是比较严格的条件，但即使如此，在小于10次的开闭动作的情况下发生熔敷也是不优选的。
另一方面，可以说具备必须含有Zn作为金属M的触点材料的直流高压继电器(实施例1～49)具备断路耐久性。另外可知，这些实施例实现了电弧持续时间的缩短化以及电弧能量的降低，电弧放电特性优良。
另外，在本实施方式中，作为一般的继电器用触点材料，也评价了基于不含Zn而含有Sn、In等的金属M的含量为约10质量％的触点材料(比较例4)以及不含Zn且Sn、In等的含量较少的触点材料(比较例1～比较例3、15～21)的直流高压继电器，但确认到电弧放电特性都比实施例差。这可以说结果表明通过必须含有Zn作为触点材料的构成要素而改善了电弧放电特性。但是，Zn含量超过8质量％时，电弧放电特性与现有的触点材料为相同程度(比较例5、8)。因此，含有Zn的金属M的含量需要以约8质量％作为上限。另外，从触点材料的氧化物粒子的平均粒径来看，比较例10～14的断路耐久性差，因此，可知氧化物粒子的平均粒径应为0.4μm以下。
此外，从接触电阻和发热的问题来看，从实际组装入继电器时的测定结果能够掌握实施例1～49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较低、为30A，但是，如果由于应用于实际的直流高压继电器而通电电流增大，则温度升高进一步增大。
需要说明的是，本发明中应用的触点材料的金属M以Zn作为必须，允许还含有Zn以外的金属(Sn)。根据与比较例的对比，即使在Zn中添加其他金属，电弧放电特性、接触电阻也优良(实施例8～10、13～48)。在Ag-氧化物系触点材料中，Sn氧化物(SnO2)等具有提高耐熔敷性的作用。因此，通过使用除了Zn以外还添加有Sn的Ag-氧化物系触点材料，能够调节电弧放电特性和耐熔敷性双方。但是，Zn以外的添加金属对电弧放电特性没有优越的作用，因此其添加不是必须的。
第2实施方式：在本实施方式中，制造与第1实施方式同样的直流高压继电器并且将消弧用磁铁的磁力设定得较低，对组装有各实施例、比较例的触点材料时的电弧放电特性进行评价。
在本实施方式中，准备与第1实施方式同样的双断点结构的直流高压继电器，在其可动端子和固定端子接合由各触点材料构成的铆钉型触点。各触点的尺寸与第1实施方式相同。另外，在可动触点和固定触点的周围配置一个磁通密度为200mT的钕磁铁作为消弧用磁铁，与第1实施方式相比减少了作为稀土元素的钕的使用量。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13mT。
基于本实施方式的直流高压继电器的电弧放电特性的评价试验与第1实施方式相同，电压及电流设定为DC360V及400A，可动触点的接触力/分离力设定为75gf/125gf，进行触点的开闭动作，对各次的电弧放电特性进行评价。另外，与第1实施方式同样地将电弧放电特性进行测定指标化。在该电弧放电特性评价中，测定次数设定为n＝1～15，采用平均值。将该测定结果示于表5和表6中。
[表5]
Figure BDA0003534571780000341
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
[表6]
Figure BDA0003534571780000351
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
本实施方式是将消弧用磁铁的磁力设定为第1实施方式的一半的直流高压继电器。由于因稀土元素的减少引起的磁力降低，电弧持续时间、电弧能量增大。即使在这样的状况下，含有Zn的各实施例的触点材料也实现了电弧持续时间和电弧能量的抑制。该实施方式的结果可以说是能够支持将直流高压继电器的消弧用磁铁低磁力化而减少稀土元素的使用量的内容。
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并模拟了通常的使用时的开闭动作情况下的耐久性和接触电阻进行了评价。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。另外，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3那样的试验用电路中组装与组装有各实施例的触点材料的第1实施方式相同结构的直流高压继电器，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而评价耐久性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。在该电容器负荷耐久试验中，将工作次数设定为1万次并将其作为耐久寿命的合格基准，将在工作次数1万次以内触点没有发生熔敷的继电器评价为合格(〇)，将在1万次以内触点发生了熔敷等动作不良的继电器设定为不合格(×)。
另外，在本实施方式中，也与第1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不同的电阻测定用电路(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。
本实施方式的电容器负荷耐久试验中的测定和评价如下：将测定次数设定为n＝1～3，采用平均值。本实施方式中的耐久性评价结果以及接触电阻和温度升高的测定结果示于表7中。
[表7]
Figure BDA0003534571780000371
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
根据表7，对于各实施例的直流高压继电器，通常使用时的负荷下的耐久试验(工作1万次)合格。另外，接触电阻、发热量也是与其他实施方式的实施例同等低的值。根据本实施方式的评价结果确认到，应用含有Zn作为必须金属并且减少了氧化物量的触点材料的各实施例的直流高压继电器即使在考虑混合动力汽车等的实际使用条件的情况下也能够有效地发挥功能。
根据以上第1～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。
第4实施方式：在本实施方式中，制造将消弧用磁铁的磁力设定为第1实施方式(26mT)与第2实施方式(13mT)之间的磁力的直流高压继电器，对组装了实施例和比较例的触点材料时的电弧放电特性进行了评价。准备与第1实施方式同样的双断点结构的直流高压继电器，配置一个磁通密度为200mT的钕磁铁和一个磁通密度为54mT的铁氧体磁铁作为可动触点和固定触点的周围的消弧用磁铁。通过使用磁铁的数量与第1实施方式相同但不含有作为稀土元素的钕的铁氧体磁铁，减少了稀土元素的使用量。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18mT。
另外，与第1、第2实施方式同样地，将电压及电流设定为DC360V及400A，将可动触点的接触力/分离力设定为75gf/125gf，进行触点的开闭动作，对各次的电弧放电特性进行了评价。测定次数设定为n＝1～15，采用平均值。将该测定结果示于表8中。需要说明的是，关于该实施方式，使用了实施例1、2、5、7、12、25、35、38、42、44～46、48和比较例2、3、5、9、15～18、20、21、23的触点材料。
[表8]
Figure BDA0003534571780000391
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
根据表8，在本实施方式中，利用具备含有Zn的各实施例的触点材料的直流高压继电器也实现了电弧持续时间和电弧能量的抑制。这点与第2实施方式同样。根据本实施方式，作为搭载于直流高压继电器的消弧用磁铁，能够确认到稀土磁铁(钕磁铁)以外的磁铁的应用可能性。在这样的实施方式中，也可以说是能够支持减少稀土元素的使用量的内容。
第5实施方式：在本实施方式中，制造相对于第1～第4实施方式的直流高压继电器而增大了接触力并且减小了分离力的直流高压继电器。在本实施方式中，对接触力/分离力设定为100gf/90gf的双断点结构的直流高压继电器的电弧放电特性进行了评价。其他评价条件与第1实施方式同样。需要说明的是，关于该实施方式，使用了实施例1、2、5、7、12、25、35、38、42、44～46、48和比较例2、3、5、9、15～18、20、21的触点材料。
另外，在本实施方式中，作为参考例，对接触力和分离力双方小于100gf的直流高压继电器也进行了评价。使用实施例1、2的触点材料，制造压接弹簧和复位弹簧的强度小于第1～第4实施方式的双断点结构的直流高压继电器(参考例1、2)。另外，同样地进行触点的开闭动作，对各次的电弧放电特性进行了评价。将该结果示于表9中。
[表9]
Figure BDA0003534571780000401
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
根据表9，即使是相对于第1实施方式等而增大了接触力并且减小了分离力的直流高压继电器，具备各实施例的触点材料的直流高压继电器的断路耐久也良好，并且实现了电弧持续时间和电弧能量的抑制。另外，如果参考参考例1、2的结果，直流高压继电器的接触力和分离力小于100gf时，即使应用实施例1、2的触点材料，断路耐久性能也差。认为这是因为接触力或分离力过低(小于100gf)，尽管金属M的含量也是主要因素。
第6实施方式：在本实施方式中，制造与第1实施方式结构相同但将电压及电流设定为DC200V及200A的直流高压继电器。此外，制造接触力和分离力设定得比第1～第5实施方式大的直流高压继电器，对组装了实施例和比较例的触点材料时的电弧放电特性进行了评价。接触力和分离力的调节如下：准备与第1实施方式同样的双断点结构的直流高压继电器，使用压接弹簧和复位弹簧的强度更大的直流高压继电器。在本实施方式中，制造接触力/分离力为250gf/600gf的直流高压继电器以及接触力/分离力为500gf/1250gf的直流高压继电器这两种，对它们分别进行触点的开闭动作，对各次的电弧放电特性进行评价。其他评价条件与第1实施方式同样。需要说明的是，关于该实施方式，使用实施例1、2、5、7、12、25、35、38、42、44～46、48和比较例2、3、5、9、15～18、20、21的触点材料。将这些评价结果示于表10和表11中。
[表10]
Figure BDA0003534571780000421
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
[表11]
Figure BDA0003534571780000431
*1：为相对于全部金属成分的浓度。
如果参考表10和表11，具有如下倾向：通过增强接触力和分离力，由此形成电弧特性良好的直流高压继电器，电弧持续时间和电弧能量降低。这不限于各实施例的触点材料的情况，是对于不含Zn的触点材料(比较例2、3、15～18、20、21)、金属M的浓度高的触点材料(比较例5、9)而言也能够观察到的倾向。但是，如果对金属M的含量(氧化物量)相同程度的实施例和比较例进行对比(例如，实施例5和比较例18)，可知应用含有Zn的触点材料的直流高压继电器在电弧持续时间方面具有10％以上的抑制效果、在电弧能量方面具有5％以上的抑制效果。
另外，关于应用金属M的含量高的触点材料的直流高压继电器，其电弧持续时间和电弧能量比各实施例大。本来，对于应用金属M的含量高的触点材料的直流高压继电器，即使观察到接触力和分离力的增强所带来的电弧特性的改善，也不能消除触点材料的接触电阻所致的发热的问题。
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电弧放电特性，并且接触电阻低且发热少的触点材料。本发明的直流高压继电器能够解决触点对的电弧放电和发热的问题，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 (7)

1.一种直流高压继电器，其是具备至少一对由可动触点和固定触点构成的触点对、且所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，
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Zn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，
所述氧化物的平均粒径为0.01μm以上且0.4μm以下。
2.如权利要求1所述的直流高压继电器，其中，
触点材料还含有Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu中的至少任意一种作为金属M，
相对于所述触点材料的全部金属成分的合计质量，金属M的含量为0.2质量％以上且8.0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，
所述直流高压继电器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，
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。
4.如权利要求1～权利要求3中任一项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20％以下。
5.一种直流高压继电器用触点材料，其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-氧化物系的触点材料，其中，
所述触点材料的金属成分由必须含有Zn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，
所述氧化物的平均粒径为0.01μm以上且0.4μm以下。
6.如权利要求5所述的直流高压继电器用触点材料，其中，
还含有Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu中的至少任意一种作为金属M，
相对于触点材料的全部金属成分的合计质量，金属M的含量为0.2质量％以上且8质量％以下。
7.如权利要求5或权利要求6所述的直流高压继电器用触点材料，其中，任意截面中的氧化物的面积率为0.1％以上且20％以下。
CN202080063115.9A 2019-09-13 2020-09-08 直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料 Pending CN114365250A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-167561 2019-09-13
JP2019167561 2019-09-13
PCT/JP2020/033849 WO2021049469A1 (ja) 2019-09-13 2020-09-08 直流高電圧リレー及び直流高電圧リレー用の接点材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114365250A true CN114365250A (zh) 2022-04-15

Family

ID=74866150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080063115.9A Pending CN114365250A (zh) 2019-09-13 2020-09-08 直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220328260A1 (zh)
EP (1) EP4029960A4 (zh)
JP (1) JPWO2021049469A1 (zh)
KR (1) KR102656816B1 (zh)
CN (1) CN114365250A (zh)
TW (1) TWI753570B (zh)
WO (1) WO2021049469A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113064061B (zh) * 2021-03-25 2022-08-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种继电器可靠性评价方法及装置

Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1053817A (zh) * 1989-12-26 1991-08-14 住经营企画株式会社 金属银氧化物组合材料及其生产方法
JPH07235248A (ja) * 1994-02-22 1995-09-05 Nippondenso Co Ltd プランジャ型電磁継電器
JPH08269640A (ja) * 1995-03-27 1996-10-15 Nisshin Steel Co Ltd リレー鉄芯用軟磁性ステンレス鋼
JPH09134632A (ja) * 1995-09-05 1997-05-20 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 電気接点材料及びクラッドリベット接点又はクラッドクロスバー接点ならびにそれを使用した自動車用リレー及びテレビ電源用リレー
JP2004063190A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 自動車用電気接点材料及び該材料を用いたリレー
CN1574134A (zh) * 2003-05-26 2005-02-02 欧姆龙株式会社 用于直流负载的触点结构及具有该触点结构的开关设备
CN1637989A (zh) * 2004-01-08 2005-07-13 株式会社日立制作所 电触点构件和其制造方法及使用其的真空阀和真空断路器
US20050285704A1 (en) * 2003-02-21 2005-12-29 Hiroyuki Imanishi DC relay
CN100999789A (zh) * 2006-01-12 2007-07-18 沈阳金纳新材料有限公司 一种银氧化锡电触头材料的制备方法
CN101097807A (zh) * 2007-06-20 2008-01-02 中南大学 银氧化锌触头材料及其制造方法
CN101899357A (zh) * 2009-02-26 2010-12-01 阿尔卑斯电气株式会社 电接点用润滑组合物
JP2011246791A (ja) * 2010-05-29 2011-12-08 Mitsubishi Materials Cmi Corp 銀−酸化物系電気接点材料
JP2012003885A (ja) * 2010-06-15 2012-01-05 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Ａｇ−酸化物系電気接点材料及びそれを使用した自動車用リレー
CN202888464U (zh) * 2012-11-08 2013-04-17 上海莫仕连接器有限公司 电连接器及其导电端子
CN106710900A (zh) * 2015-11-12 2017-05-24 浙江赫灵电气有限公司 一种无触点粘结的电气开关
CN107564772A (zh) * 2017-10-27 2018-01-09 上海瑞垒电子科技有限公司 触点工作可靠型高压直流继电器
CN107978490A (zh) * 2018-01-19 2018-05-01 上海瑞垒电子科技有限公司 一种带复合型动触头的高压直流继电器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29809550U1 (de) * 1998-05-29 1999-07-08 Siemens Ag Vorrichtung zur sicheren Abschaltung einer elektrischen Last, mit insbesondere hoher Induktivität, von einer elektrischen Gleichspannungsversorgung
JP2000309834A (ja) * 1999-04-23 2000-11-07 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 車載用電気接点材料及びそれを用いた車載用リレー又はスイッチ
JP2007012570A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Ａｇ−酸化物系電気接点材料及びそれを用いた継電器、交流汎用リレー、自動車用リレー
CN101608279B (zh) * 2009-07-20 2012-10-03 温州宏丰电工合金股份有限公司 银氧化物电触点材料及其制备方法
TWI622075B (zh) * 2016-10-04 2018-04-21 台達電子工業股份有限公司 適用於電磁繼電器之接觸頭結構
US10276335B2 (en) * 2017-01-27 2019-04-30 Carling Technologies, Inc. High voltage DC relay
EP3767656A4 (en) * 2018-03-16 2021-04-28 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. DC HIGH VOLTAGE RELAY AND CONTACT MATERIAL FOR DC HIGH VOLTAGE RELAY
CN208796909U (zh) * 2018-10-09 2019-04-26 重庆建兴智能仪表有限责任公司 一种用于数字dc转换器中继电器小信号隔离控制电路
CN209087729U (zh) * 2018-11-07 2019-07-09 深圳巴斯巴汽车电子有限公司 一种新能源高压直流继电器
CN209045390U (zh) * 2018-11-23 2019-06-28 镇江市高等专科学校 继电器控制高压直流大负载灭弧装置

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1053817A (zh) * 1989-12-26 1991-08-14 住经营企画株式会社 金属银氧化物组合材料及其生产方法
JPH07235248A (ja) * 1994-02-22 1995-09-05 Nippondenso Co Ltd プランジャ型電磁継電器
JPH08269640A (ja) * 1995-03-27 1996-10-15 Nisshin Steel Co Ltd リレー鉄芯用軟磁性ステンレス鋼
JPH09134632A (ja) * 1995-09-05 1997-05-20 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 電気接点材料及びクラッドリベット接点又はクラッドクロスバー接点ならびにそれを使用した自動車用リレー及びテレビ電源用リレー
JP2004063190A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 自動車用電気接点材料及び該材料を用いたリレー
US20050285704A1 (en) * 2003-02-21 2005-12-29 Hiroyuki Imanishi DC relay
CN1574134A (zh) * 2003-05-26 2005-02-02 欧姆龙株式会社 用于直流负载的触点结构及具有该触点结构的开关设备
CN1637989A (zh) * 2004-01-08 2005-07-13 株式会社日立制作所 电触点构件和其制造方法及使用其的真空阀和真空断路器
CN100999789A (zh) * 2006-01-12 2007-07-18 沈阳金纳新材料有限公司 一种银氧化锡电触头材料的制备方法
CN101097807A (zh) * 2007-06-20 2008-01-02 中南大学 银氧化锌触头材料及其制造方法
CN101899357A (zh) * 2009-02-26 2010-12-01 阿尔卑斯电气株式会社 电接点用润滑组合物
JP2011246791A (ja) * 2010-05-29 2011-12-08 Mitsubishi Materials Cmi Corp 銀−酸化物系電気接点材料
JP2012003885A (ja) * 2010-06-15 2012-01-05 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Ａｇ−酸化物系電気接点材料及びそれを使用した自動車用リレー
CN202888464U (zh) * 2012-11-08 2013-04-17 上海莫仕连接器有限公司 电连接器及其导电端子
CN106710900A (zh) * 2015-11-12 2017-05-24 浙江赫灵电气有限公司 一种无触点粘结的电气开关
CN107564772A (zh) * 2017-10-27 2018-01-09 上海瑞垒电子科技有限公司 触点工作可靠型高压直流继电器
CN107978490A (zh) * 2018-01-19 2018-05-01 上海瑞垒电子科技有限公司 一种带复合型动触头的高压直流继电器

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021049469A1 (zh) 2021-03-18
TW202117772A (zh) 2021-05-01
EP4029960A4 (en) 2023-01-11
KR102656816B1 (ko) 2024-04-15
WO2021049469A1 (ja) 2021-03-18
KR20220024925A (ko) 2022-03-03
EP4029960A1 (en) 2022-07-20
US20220328260A1 (en) 2022-10-13
TWI753570B (zh) 2022-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111868864B (zh) 直流高压继电器和直流高压继电器用触点材料
US7145422B2 (en) DC relay
CN102668006B (zh) 用于继电器的电触点及其制造方法
TWI753570B (zh) 直流高電壓繼電器及直流高電壓繼電器用的接點材料
JP5484210B2 (ja) Ａｇ−酸化物系電気接点材料及びそれを使用した自動車用リレー
JP2005005243A (ja) 直流リレー
EP1505164B1 (en) Process for producing an electrical contact having high electrical conductivity for a compact electromagnetic relay and produced electrical contact
US11456123B2 (en) Switching device
WO2007004422A1 (ja) Ａｇ－酸化物系電気接点材料及びそれを用いた継電器、交流汎用リレー、自動車用リレー
WO2018117021A1 (ja) テープ状接点材及びその製造方法
JP2005056819A (ja) 直流リレー
CN102304640A (zh) 一种银基稀土合金材料及其制备方法和应用
JP2010100912A (ja) 銀−酸化物系電気接点材料
JP2952288B2 (ja) エンジンスタータ用直流接点
JP2005005242A (ja) 直流リレー
JP2004273413A (ja) 直流リレー
JP2004335436A (ja) 直流リレー
JP2005294126A (ja) 直流リレー
JP2004063190A (ja) 自動車用電気接点材料及び該材料を用いたリレー
JP2004311390A (ja) 直流リレー
JPS6154113A (ja) ブレ−カ−用複合電気接点材
JP2005166338A (ja) 高導電性を有する小寸化電磁リレー用内部酸化銀−酸化物系材料製電気接点

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination