JP2014007096A

JP2014007096A - 継電器

Info

Publication number: JP2014007096A
Application number: JP2012142970A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Saiwai; 俊彦幸; Koji Hoshino; 孝二星野
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2012-06-26
Publication date: 2014-01-16

Abstract

【課題】高電圧及び高電流（高負荷領域）の直流電気回路に適用した場合であっても、アーク放電による接点の損耗及び溶着を抑制でき、長期間、高い信頼性を確保することができる継電器を提供する。
【解決手段】並列に接続された２組の接点１１、１２を備え、かつ、開閉時に第１組の接点１１が先に開離して後に閉成し、第２組の接点１２が後に開離して先に閉成する双子接点を有する継電器１０において、第１組の接点１１は、ＡｇまたはＡｇ合金で構成されており、第２組の接点１２は、融点が１３００℃以上の導電性材料で構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、並列に接続された２組の接点を備えた継電器に関するものであって、特に直流電気回路に用いられる継電器に関するものである。

上述した継電器としては、従来、台金に固着された固定接点と、台金に向かって近接離反可能に動作する可動部材に固着された可動接点と、を備えた構造とされており、可動接点と固定接点とが閉成することで通電され、可動接点と固定接点とが開離することで遮断される構成とされている。なお、可動接点及び固定接点には、電気抵抗率の低いＡｇまたはＡｇ合金が用いられることがある。

固定接点と可動接点とが開離する際には、固定接点と可動接点との間でアーク放電が発生することがある。特に、固定接点と可動接点とが点接触となった時点で、固定接点又は可動接点の一部が局所的に加熱されて蒸発してガスが発生すると、アーク放電が長時間保持されることになり、固定接点又は可動接点が早期に劣化し、安定して使用することができないといった問題があった。

そこで、例えば、特許文献１には、第１固定接点及び第２固定接点と、第１固定接点に対応する第１可動接点及び第２固定接点に対応する第２可動接点と、を備え、第１固定接点及び第１可動接点を耐腐食性に優れた貴金属で構成し、第２固定接点及び第２可動接点を耐弧性及び耐溶着性に優れたＡｇ合金で構成したもの継電器が提案されている。
この特許文献１に開示された継電器においては、開閉時に第１固定接点及び第１可動接点が先に開離して後に閉成し、第２固定接点及び第２可動接点が後に開離して先に閉成する構成とされている。
これにより、閉成時には、耐腐食性に優れた貴金属からなる第１固定接点及び第１可動接点において良好に通電され、開離時には、第２固定接点及び第２可動接点が後に開離することで、第１固定接点及び第１可動接点の間にアーク放電が発生することが防止されることになる。

特開平０８−１３８５１１号公報

ところで、近年、太陽電池による地域発電、電気自動車や電化住宅の普及により、例えば４２Ｖ／２０Ａといった高電圧及び高電流（高負荷領域）の直流電気回路に適用可能な継電器が求められている。
ここで、上述した特許文献１においては、５Ｖ／数ｍＡの軽負荷領域の直流電気回路に適用されるものとされており、４２Ｖ／２０Ａといった高電圧及び高電流（高負荷領域）の直流電気回路には使用できなかった。

すなわち、特許文献１に記載された継電器においては、第２固定接点及び第２可動接点を耐弧性及び耐溶着性に優れたＡｇ合金で構成されていることから、４２Ｖ／２０Ａといった高電圧及び高電流（高負荷領域）で使用した場合、アーク放電によって第２固定接点及び第２可動接点が溶融して摩耗する、若しくは、第２固定接点及び第２可動接点が溶着して使用できなくなる、といった問題があった。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、高電圧及び高電流（高負荷領域）の直流電気回路に適用した場合であっても、アーク放電による接点の損耗及び溶着を抑制でき、長期間、高い信頼性を確保することができる継電器を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の継電器は、並列に接続された２組の接点を備え、かつ、開閉時に第１組の接点が先に開離して後に閉成し、第２組の接点が後に開離して先に閉成する双子接点を有する継電器において、前記第１組の接点は、ＡｇまたはＡｇ合金で構成されており、前記第２組の接点は、融点が１３００℃以上の導電性材料で構成されていることを特徴としている。なお、この明細書においてＡｇ合金には、金属元素のほかに非金属や半金属元素を含んでいてもよい。また、前記第２組の接点の融点とは、前記導電性材料を加熱した際において液相が出現する温度である。

この構成の継電器によれば、第１組の接点が先に開離して後に閉成し、第２組の接点が後に開離して先に閉成する構成とされ、前記第１組の接点がＡｇまたはＡｇ合金で構成されているので、閉成時においては、第１組の接点で良好に通電することができ、開離時においては、第１組の接点でアーク放電が発生することがなく、第１組の接点がアーク放電によって劣化することがない。また、開離時には、第２組の接点が後に開離することから、第２組の接点においてアーク放電が発生することになる。ここで、第２組の接点は、融点が１３００℃以上の導電性材料で構成されていることから、アーク放電が発生した場合であっても、接点材料が蒸発しにくいため損耗量が少なく、また溶融しにくいため溶着を抑制できる。よって、高電圧及び高電流（高負荷領域）の直流電気回路に適用した場合であっても、長期間、高い信頼性を確保することができる。
なお、第２組の接点を構成する導電性材料は、第１組の接点においてアーク放電を確実に発生させないために、電気抵抗率が２μΩｍ以下であることが好ましい。

ここで、前記第２組の接点は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａのうちの１種を主成分とする導電性材料で構成されていてもよい。
この場合、第２組の接点における導電性が確保され、開離時において、第１組の接点にアーク放電が発生することを確実に抑制することができる。

また、前記第１組の接点は、電気抵抗率が１．６×１０^−２μΩｍ以上３．４×１０^−２μΩｍ以下のＡｇまたはＡｇ合金で構成されていてもよい。
この場合、閉成時において、第１組の接点における電気抵抗が小さく、良好に通電することが可能となる。

また、本発明の継電器は、直流で、４００ＶＡ以上４０００ＶＡ以下の負荷領域で使用されるものとしてもよい。
本発明の継電器によれば、直流で、４００ＶＡ以上４０００ＶＡ以下の高負荷領域で使用した場合であっても、接点の溶着を抑制することができる。

本発明によれば、高電圧及び高電流（高負荷領域）の直流電気回路に適用した場合であっても、アーク放電による接点の損耗及び溶着を抑制でき、長期間、高い信頼性を確保することができる継電器を提供することができる。

本発明の一実施形態である継電器の接点部分の拡大説明図である。図１に示す継電器の閉成動作を示す説明図である。図１に示す継電器の開離動作を示す説明図である。

以下に、本発明の実施形態について添付した図面を参照して説明する。
本実施形態である継電器１０は、４００ＶＡ以上４０００ＶＡ以下の高負荷領域の直流電気回路に適用されるものである。
この継電器１０は、図１に示すように、互いに対向するように配置された、固定板２０と、可動板３０と、を備えている。

固定板２０は、その一端にスリット２１が形成され、このスリット２１により、第１固定アーム部２３と第２固定アーム部２４とが画成されている。
そして、第１固定アーム部２３の先端の可動板３０側を向く面には、第１固定接点２５が設けられ、第２固定アーム部２４の先端の可動板３０側を向く面には、第２固定接点２６が設けられている。なお、第１固定接点２５及び第２固定接点２６は、図２及び図３に示すように、平板状をなしており、第１固定アーム部２３及び第２固定アーム部２４に設けられた台座２７、２８にそれぞれろう付けされている。

可動板３０は、固定板２０と同様に、その一端にスリット３１が形成され、このスリット３１により、第１可動アーム部３３と第２可動アーム部３４とが画成されている。
そして、第１可動アーム部３３の先端の固定板２０側を向く面には、第１可動接点３５が設けられ、第２可動アーム部３４の先端の固定板２０側を向く面には、第２可動接点３６が設けられている。なお、第１可動接点３５及び第２可動接点３６は、図２及び図３に示すように、半球状をなしており、第１可動アーム部３３及び第２可動アーム部３４に設けられた台座３７、３８にそれぞれろう付けされている。

第１固定アーム部２３と第１可動アーム部３３とが互いに対向して配置され、第２固定アーム部２４と第２可動アーム部３４とが互いに対向して配置されている。
ここで、図１に示すように、第２可動アーム部３４は、第１可動アーム部３３よりも固定板２０側に近接するように配設されており、第２固定アーム部２４と第２可動アーム部３４との間の距離は、第１固定アーム部２３と第１可動アーム部３３との間の距離よりも短くなっているのである。

そして、第１固定アーム部２３に設けられた第１固定接点２５と第１可動アーム部３３に設けられた第１可動接点３５により、第１組の接点１１が形成され、第２固定アーム部２４に設けられた第２固定接点２６と第２可動アーム部３４に設けられた第２可動接点３６により、第２組の接点１２が形成されている。このように、本実施形態である継電器１０は、互いに並列に接続された第１組の接点１１及び第２組の接点１２を備えているのである。

ここで、第１組の接点１１を構成する第１固定接点２５及び第１可動接点３５は、電気抵抗率が１．６×１０^−２μΩｍ以上３．４×１０^−２μΩｍ以下のＡｇまたはＡｇ合金で構成されている。
一方、第２組の接点１２を構成する第２固定接点２６及び第２可動接点３６は、融点が１３００℃以上の導電性材料で構成されている。ここで、第２固定接点２６及び第２可動接点３６に用いられる導電性材料としては、特に耐弧性の観点からＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａのうちの１種を主成分とする導電性材料を用いることが望ましい。なお、この導電性材料においては、電気抵抗率が１．５μΩｍ以下とされている。
すなわち、本実施形態においては、互いに並列に接続された第１組の接点１１及び第２組の接点１２が、互いに異なる材質で構成されているのである。

このような構成とされた継電器１０においては、第１組の接点１１及び第２組の接点１２を閉成して電流を通電する場合には、図２に示すように、電磁石等を用いた駆動部（図示なし）によって可動板３０が固定板２０側へと近接するように移動される。
このとき、第２固定アーム部２４と第２可動アーム部３４との間の距離は、第１固定アーム部２３と第１可動アーム部３３との間の距離よりも短くなっているので、まず、第２固定接点２６及び第２可動接点３６とが接触して第２組の接点１２が閉成し、その後、第１固定接点２５及び第１可動接点３５とが接触して第１組の接点１１が閉成することになる。

次に、第１組の接点１１及び第２組の接点１２を開離して電流を遮断する場合には、図３に示すように、電磁石等を用いた駆動部（図示なし）によって可動板３０が固定板２０側から離間するように移動される。
このとき、第２固定アーム部２４と第２可動アーム部３４との間の距離は、第１固定アーム部２３と第１可動アーム部３３との間の距離よりも短くなっているので、まず、第１固定接点２５及び第１可動接点３５とが離間して第１組の接点１１が開離し、その後、第２固定接点２６及び第２可動接点３６とが離間して第２組の接点１２が開離することになる。

すなわち、本実施形態である継電器１０においては、開閉時に第１組の接点１１が先に開離して後に閉成し、第２組の接点１２が後に開離して先に閉成する双子接点を有しているのである。なお、第１組の接点１１が開離した後、第２組の接点１２が開離するまでの時間は、１ｍｓｅｃ以上１００ｍｓｅｃ以下の範囲内とされており、本実施形態では、２０ｍｓｅｃに設定されている。

以上のような構成とされた本実施形態である継電器１０によれば、第１組の接点１１が先に開離して後に閉成し、第２組の接点１２が後に開離して先に閉成する構成とされているので、開離時において、第１組の接点１１でアーク放電が発生することがなく、第１組の接点１１を構成する第１固定接点２５及び第１可動接点３５がアーク放電によって劣化することがない。そして、開離時には、第２組の接点１２が後に開離することから、第２組の接点１２においてアーク放電が発生することになるが、この第２組の接点１２を構成する第２固定接点２６及び第２可動接点３６は、融点が１３００℃以上の導電性材料で構成されているので、アーク放電によって容易に溶融することがなく、第２組の接点１２が溶着することを抑制することができる。また、第２固定接点２６及び第２可動接点３６は接点材料が溶融して蒸発することが少ないので、損耗を抑制することができる。

また、第２組の接点１２を構成する第２固定接点２６及び第２可動接点３６は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａのうちの１種を主成分とする導電性材料で構成されているので、第１組の接点１１が開離した際に、第１固定接点２５と第１可動接点３５との間に高い電圧が作用することがなく、第１固定接点２５と第１可動接点３５との間にアーク放電が発生することを防止できる。
特に、本実施形態においては、第２組の接点１２を構成する第２固定接点２６及び第２可動接点３６は、電気抵抗率が１．５μΩｍ以下とされた導電性材料で構成されていることから、第１組の接点１１が開離した際にアーク放電が発生することを確実に防止することができる。

また、第１組の接点１１を構成する第１固定接点２５及び第１可動接点３５は、電気抵抗率が１．６×１０^−２μΩｍ以上３．４×１０^−２μΩｍ以下のＡｇまたはＡｇ合金で構成されているので、閉成時においては、第１組の接点１１を通じて良好に通電することが可能となる。よって、閉成時に、第２組の接点１２を介して電流が通電されることが抑制され、第２組の接点１２の発熱を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、第１固定接点及び第２固定接点を板状に形成し、第１可動接点及び第２可動接点を半球状に形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、他の形状に形成したものであってもよい。

また、本実施形態では、図１に示すように、固定板にスリットを設けて第１固定アーム部及び第２固定アーム部を形成し、可動板にスリットを設けて第１可動アーム部及び第２可動アーム部を形成したもので説明したが、これに限定されることはなく、第１固定接点及び第１可動接点で構成された第１組の接点と、第２固定接点及び第２可動接点で構成された第２組の接点と、を備えたものであればよい。
また、第１固定接点及び第１可動接点を同種のＡｇまたはＡｇ合金で構成してもよいが、第１固定接点と第１可動接点が異なる種類のＡｇまたはＡｇ合金で構成されていてもよい。
同様に、第２固定接点及び第２可動接点は同種の導電性材料を用いてもよいが、第２固定接点と第２可動接点が異なる種類の導電性材料を用いてもよい。

以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
表１に示す材質で、第１組の接点（第１固定接点及び第１可動接点）、第２組の接点（第２固定接点及び第２可動接点）、を形成し、本発明例１〜５、比較例１〜３、従来例の継電器を作製した。

接点は、以下の手順で作製した。
まず、下記に示す原料粉を準備した。なお、粒径はレーザ回折法によって測定した。
・Ａｇ：ガスアトマイズ粉、平均粒径１８μｍ
・Ｎｉ：カルボニルニッケル粉、平均粒径８．６μｍ
・Ｃｒ：粉砕粉、平均粒径２８μｍ
・Ｃｕ：電解粉、平均粒径２５μｍ
・ＳｎＯ_２：湿式合成粉、平均粒径２．５μｍ
・Ｉｎ_２Ｏ_５：湿式合成粉、平均粒径４μｍ
・ＺｎＯ：湿式合成粉、平均粒径５μｍ
・ＷＣ：湿式合成粉、平均粒径２μｍ
・Ｗ：還元粉、平均粒径４μｍ
・Ｆｅ：水アトマイズ粉、平均粒径８０μｍ
・Ｎｂ：真空還元粉、平均粒径４０μｍ
・Ｔａ：真空還元粉、平均粒径４０μｍ

次に、上述の原料粉をボールミルにて混合した。混合は、内容積３Ｌ、外径２１０ｍｍのジルコニア製容器に、原料粉を０．１〜０．３Ｌ（かさ）で供給し、φ１０ｍｍ、１．２Ｌのジルコニアボールを挿入し、回転速度９０ｒｐｍ、混合時間４８時間とした。
所定の組成に混合された原料粉をプレス成形機に導入して２００ＭＰａで圧粉し、２０ｍｍ×５０ｍｍ×３ｍｍの圧粉体を成形した。

得られた圧粉体を、焼結炉内に装入し、以下の条件で焼結を実施した。
・Ａｇ：大気、９００℃、２時間
・Ａｇ−５ｗｔ％ＳｎＯ_２−３ｗｔ％Ｉｎ_２Ｏ_５：大気、９００℃、２時間
・Ａｇ−１０ｗｔ％ＺｎＯ：Ａｒ雰囲気、９００℃、２時間
・Ａｇ−５ｗｔ％Ｎｉ：Ａｒ雰囲気、９００℃、２時間
・Ａｇ−４０ｗｔ％ＷＣ：大気、９００℃、２時間
・Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｗ：真空中、１０５０℃、２時間
・Ｆｅ−２０ｗｔ％Ｃｒ：真空中、１２５０℃、２時間
・Ｃｒ：真空中、１３００℃、２時間
・Ｎｉ−２０ｗｔ％Ｃｒ：真空中、１２５０℃、２時間
・Ｎｂ：真空中、１３００℃、２時間
・Ｔａ：真空中、１３５０℃、２時間
・Ａｇ−４０ｗｔ％Ｗ：真空中、９００℃、２時間

得られた焼結体を、圧延機にて圧下率５％で２回圧延し、その後、大気、２５０℃、１５分の条件で焼鈍した。そして、φ４ｍｍに切断して接点材料とした。
この接点材料を固定板及び可動板に設けられた台座にろう付けにて接合した。台座は、Ｃ１５１００合金（Ｃｕ−０．０５〜０．１５ｗｔ％Ｚｒ）とし、ろう材は、Ａｇろう（ＢＡＧ７；Ａｇ−２２ｗｔ％Ｃｕ−１７ｗｔ％Ｚｎ、融点６５０℃）を用いた。

（試験条件１）
上述のようにして作製された継電器において、固定接点側を正極、可動接点側を負極とし、２４Ｖ×２０Ａの直流電気回路に接続した。第１組の接点と第２組の接点との開閉の時間差を２０ｍｓｅｃとし、開閉回数５０００回のＡＳＴＭ開閉試験を実施した。なお、開離速度を３０ｍｍ／ｓとした。
そして、第１組の接点の溶着の有無、第２組の接点の溶着回数、正極に接続された固定接点の使用前後での重量減少割合（％）、閉成時の電気抵抗を評価した。なお、溶着は、０．２Ｎの力で引き離すことができなくなった状態とした。評価結果を表２に示す。

（試験条件２）
上述のようにして作製された継電器において、固定接点側を正極、可動接点側を負極とし、６０Ｖ×６０Ａの直流電気回路に接続した。第１組の接点と第２組の接点との開閉の時間差を２０ｍｓｅｃとし、開閉回数５０００回のＡＳＴＭ開閉試験を実施した。なお、開離速度を３０ｍｍ／ｓとした。
そして、第１組の接点の溶着の有無、第２組の接点の溶着回数、正極に接続された固定接点の使用前後での重量減少割合（％）、閉成時の電気抵抗を評価した。なお、溶着は、０．２Ｎの力で引き離すことができなくなった状態とした。評価結果を表３に示す。

第２組の接点を、融点が１０８０℃のＣｕ−４０ｗｔ％Ｗで構成した比較例１においては、試験条件１において、溶着が多く発生し、固定接点の使用前後での重量減少割合（％）も大きかった。アーク放電によって、第２組の接点が損耗していることが確認される。
第１組の接点を、電気抵抗値が５．７×１０^−２μΩｍのＣｕ−４０ｗｔ％Ｗで構成した比較例２では、閉成時の電気抵抗値が２２ｍΩと高く、効率的に通電できないことが確認された。
第１組の接点を、電気抵抗値が５．７×１０^−２μΩｍのＣｕ−４０ｗｔ％Ｗで構成し、第２組の接点を、融点が９６０℃のＡｇ−４０ｗｔ％Ｗで構成した比較例３においては、溶着が多く発生し、固定接点の使用前後での重量減少割合（％）も大きかった。また、閉成時の電気抵抗値が２１ｍΩと高く、効率的に通電できないことが確認された。

これに対して、本発明例１〜５によれば、溶着は認められず、正極に接続された固定接点の使用前後の重量減少も認められなかった。アーク放電によって、第２組の接点も損耗していないことが確認される。また、閉成時の電気抵抗値が十分低く、効率的に通電可能であることが確認された。

１０継電器
１１第１組の接点
１２第２組の接点
２５第１固定接点
２６第２固定接点
３５第１可動接点
３６第２可動接点

Claims

並列に接続された２組の接点を備え、かつ、開閉時に第１組の接点が先に開離して後に閉成し、第２組の接点が後に開離して先に閉成する双子接点を有する継電器において、
前記第１組の接点は、ＡｇまたはＡｇ合金で構成されており、前記第２組の接点は、融点が１３００℃以上の導電性材料で構成されていることを特徴とする継電器。
前記第２組の接点は、Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｔａのうちの１種を主成分とする導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の継電器。
前記第１組の接点は、電気抵抗率が１．６×１０^−２μΩｍ以上３．４×１０^−２μΩｍ以下のＡｇまたはＡｇ合金で構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の継電器。
直流で、４００ＶＡ以上４０００ＶＡ以下の負荷領域で使用されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の継電器。