JP3054628B2 - 電気機器の摺動接触子 - Google Patents

電気機器の摺動接触子

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JP3054628B2
JP3054628B2 JP8184219A JP18421996A JP3054628B2 JP 3054628 B2 JP3054628 B2 JP 3054628B2 JP 8184219 A JP8184219 A JP 8184219A JP 18421996 A JP18421996 A JP 18421996A JP 3054628 B2 JP3054628 B2 JP 3054628B2
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直司 内田
健之 神達
宗順 松村
格 千葉
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C.UYEMURA&CO.,LTD.
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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021Composite material
    • H01H1/027Composite material containing carbon particles or fibres

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  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、回路遮断器など
の各種の電気機器において、相手導体と摺動接触して電
気的な接続を行う導電性接触部材(摺動接触子というも
のとする)に関し、特にその表面処理に関する。
【0002】
【従来の技術】回路遮断器、断路接触器、負荷開閉器あ
るいはコネクタなど、機械的に動く導電部を持つ電気機
器においては、可動部と固定部との間に上記摺動接触子
が用いられる。摺動接触子は通電を受け持つ接触点が摺
動の過程で刻々変化するため、摺動過程での接触抵抗は
静止状態と比較すると不安定であり、かつ高くなる傾向
にある。接触抵抗が高くなるとジュール熱により接触部
が加熱され、導体が銅あるいは銅合金の場合は酸化によ
って接触抵抗は更に高くなり、これによりまた酸化が進
む。このような悪循環を防ぐために、従来は大きな電流
を流す摺動接触子では摺動接触面に銀(Ag)めっきを
施している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Agめっきは
軟質でかじりを生じやすいものであり、無負荷開閉でも
容易に磨耗して導体素地が露出する。また、通電時には
ジュール熱によりAgが軟化してかじりが一層生じやす
くなり、摺動によりめっき層の剥離が発生するようにな
る。更に、電流が大きくなると接触部は発熱により溶融
し、遂には発弧溶融に至る。この発熱は摺動接触子の接
触力を大きくすることである程度抑えられるが、それに
伴って摺動接触子の動きが悪くなるので、それを動かす
ための駆動機構や接触力を増すためのばね機構が大形に
なる。また、接触力を増すと摩擦力が大きくなるので、
電流を流さない場合あるいは微小電流の場合にもめっき
層の磨耗が多くなる。
【0004】上記現象に対応する手段としてAgめっき
被膜に導電性のグリースを塗布することも行われてい
る。この方法はかじり防止には効果があり、また静止状
態の接触抵抗も低く安定しているが、発明者らの実験で
は、摺動過程での接触抵抗は高いものであり、大きな電
流を流した場合にはグリースを塗布しないものよりもむ
しろ溶融しやすかった。また、グリースは高温で長期間
使用すると固化する傾向があり、高温での使用には制約
がある。そこで、この発明の課題は、耐磨耗性が大き
く、かつ摺動過程においても低い接触抵抗で安定した通
電が得られる摺動接触子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、摺動接触子の相手導体との摺動接触面
に、銀(Ag)マトリクス中にグラファイト(C)粒子
を分散させた複合材の被膜を電気めっきにより形成する
ものとする。その際に使用するめっき液の組成として
は、金属銀濃度2〜100 g/リットル, シアン化カリウム
2〜250 g/リットル, 水酸化カリウム 0.5〜15g/リット
ル, グラファイト粉末1〜550 g/リットル, めっき液へ
のグラファイト粉末の分散助材10〜2000ppm とするのが
よい。
【0006】Cはすぐれた潤滑性を持つと同時に導電性
があり、しかもAgと全く融け合わない。この発明は、
そのようなCの特性に着目し、Agのマトリクス中にC
を微細に分散させた被膜を摺動面に施したところ、かじ
りが生じにくく、また摺動過程での接触抵抗が低く保た
れ、更に大電流通流時に発熱により接触部が溶融しても
溶着し合うことなく摺動接触面が平滑に保たれ、安定し
た通電を長期間維持できるという優れた性質が得られる
ことを見出したことによるものである。
【0007】ところで、上記複合材を製作する場合の方
法として、銀の粉末とグラファイトの粉末とを混合して
焼結する方法が考えられる。しかしながら、この発明に
おける好ましい上記被膜厚さは数μm 〜数十μm オーダ
ーであり、摺動面の形状も平板とは限らないので、その
ような薄材を複雑な摺動面形状に沿わせて焼結法で製作
することは実際上不可能である。また、銀−グラファイ
ト焼結材はそのままでは相手金属と接合できないことか
ら、接合面に銀のみの層を別途形成しておき、この銀層
を介して相手金属にろう付けするなどの工夫が必要で、
上記したような薄材にそのような接合方法を適用するこ
とはきわめて困難である。この発明は電気めっきにより
上記被膜を形成するので、任意形状の摺動面に必要な厚
さの被膜を自由に形成することが可能である。
【0008】
【発明の実施の形態】図1に示すような回路遮断器(配
線用遮断器)の摺動接触子について、この発明の実施の
形態を以下に説明する。ここで、図1の(A)は回路遮
断器の可動接触子部分の閉路状態の平面図、同(B)は
その側面図である。図1において、1は図示しない回路
遮断器のケースにねじで固定された銅材からなる固定導
体2とその先端に取り付けられた接点3とからなる固定
接触子、4は図示しない開閉機構に駆動されて開閉運動
する銅材からなる可動導体5とその先端に取り付けられ
た接点6とからなる可動接触子、7は可動接触子4を保
持する絶縁物のホルダ、8は図示しない過電流引外し装
置の発熱体に通じる固定導体である。
【0009】固定導体8は直立してケースにねじ止めさ
れるL字形の導体9、これに水平に接合されたやはりL
字形の導体10、更にこれに平行に接合されたS字形の
導体11とからなり、導体10と11とは図示の通り導
体5を挟んで摺動接触する二股の腕を形成している。可
動導体5と導体10,11には可動導体5を回動させる
ための支軸12が挿通され、支軸12の両端はホルダ7
に保持されている。導体10及び11とホルダ7との間
にはそれぞれ圧縮ばね13が挿入され、導体10,11
を可動導体5に圧接している。14は可動導体5の後端
とケースとの間に挿入された接触ばねで、可動導体5を
図の反時計方向に付勢し、固定接点3と可動接点6との
間に接触圧力を生じさせている。
【0010】このような状態で、固定接触子1から可動
接触子4に流れた電流は可動導体5と導体10,11と
の摺動接触部15を通して固定導体8に流れ、更に図示
しない過電流引外し装置を経て負荷側端子板に至る。図
の閉路状態で図示しない操作ハンドルが開操作され、あ
るいは過電流引外し装置がトリップ動作をすると、図示
しない開閉機構が働いて可動接触子4は急速に引き上げ
られ、支軸12を支点として図1(B)の時計方向に回
動する。その際、可動導体5と導体10,11とは摺動
接触部15において互いに摺動する。
【0011】このような回路遮断器の可動接触子部分に
おいて、実施例では可動導体5及び固定導体8に、それ
ぞれ下記の方法でAgマトリクス中にCを6体積%分散
させた複合材(Ag−6%C)の被膜を厚さ7μm に電
気めっきにより形成した(実施例1)。図2はこれによ
って得られためっき被膜中のCの分散状態を示す電子顕
微鏡写真(倍率900倍)で、図中の黒点がCである。 〔めっき液の組成〕 金属銀濃度 : 35 g/リットル シアン化カリウム:110 g/リットル 水酸化カリウム : 8 g/リットル グラファイト粉 : 20 g/リットル(C粒の大きさは、
長径 0.5〜2μm 、短径 0.2〜0.5 μm ) めっき液へのグラファイト粉末の分散助剤:200 ppm 〔作業条件〕 アノード:銀板 浴温度 :20℃ 電流密度:1A/dm2 撹拌 :有り
【0012】同様に、可動導体5及び固定導体8にそれ
ぞれAg−3%C(体積%)の被膜を厚さ7μm に電気
めっきにより形成した(実施例2)。その際のめっき条
件は、浴温度35℃、C粒の長径 0.8〜5μm 、短径 0.3
〜1μm で、他は実施例1の場合と同じである。また、
比較例として、Ag めっき7μm を施した同様の可動導
体5及び固定導体8(比較例1)、及びこれにグリース
を塗布したもの(比較例2)を用意した。
【0013】
【表1】
【0014】これらの可動導体5及び固定導体8を回路
遮断器に組み込み、無負荷開閉試験及び大電流遮断試験
を実施した。なお、無負荷開閉試験では摺動接触部15
は無通電状態で往復摺動を繰り返し、大電流遮断試験で
は接触部15は通電状態で摺動する。試験結果を表1に
示す。これによれば、Ag −C複合材のめっきを施した
ものは、通常のAgめっきのもの、あるいはこれにグリ
ースを塗布したものに比べて銅素地が露出しにくいこと
が分かる。
【0015】図3は実施例1、比較例1及び比較例2の
摺動接触子について、DC10Aを流した状態で摺動さ
せ、摺動接触部15の接触抵抗を測定した結果である。
静止状態での接触抵抗は三者間で相違が小さいが、摺動
過程ではAg−6%Cの接触抵抗が最も低く、また変動
も少ない。一般に接触子の電気的接触部の温度は、接触
部の電圧(=電流×接触抵抗)に比例するといわれてお
り、したがって摺動通電時の温度はAg−6%Cが最も
小さいといえる。
【0016】上記実施例では回路遮断器の摺動接触子に
ついて2つの例を示したが、この発明の効果はCの性質
に依存しているので、C%やC粒の大きさはこれらに限
ったものではない。摺動接触部のかじり易さや溶融し易
さは接触部の広さや面圧力によっても影響されるので、
C%やC粒の大きさはこれらを総合して決めるべきもの
である。しかし、Cは導電性を有するものの電気抵抗が
Ag の数百倍〜数千倍である。したがって、いたずらに
C%を多くしたり、めっき厚さを貫通するような大きな
C粒を使用することは、摺動接触部の発熱を増加させる
ことになるので好ましくない。
【0017】かじり防止あるいは溶着防止に寄与してい
るのは摺動接触面におけるCの存在であるから、可動導
体と固定導体のいずれか一方にのみAg −C被膜を形成
しても効果がある。その場合、他方の部品はAg めっき
をすることが望ましいが、Cは酸化防止作用があるの
で、銅のままでもある程度の通電特性は得られる。上記
被膜は導体全面に施す必要はなく、摺動接触面に限定し
て形成してもよい。
【0018】Ag −Cに第3の粒子として微細な硬質粒
子、例えばSiC、WC、ZrB、Al23 、ZrO2
Cr23 、TiO2 、R23 、ThO2 、Y23 、Mo
3 、W2C、TiC、B4C、CrB2 などの粒子を分
散させれば、被膜全体の硬度を上げて、より磨耗しにく
い長寿命の接触部を構成することができる。
【0019】めっき条件としては、めっき液組成とし
て、金属銀濃度 2〜100 g/リットル、シアン化カリウム
〜250 g/リットル、水酸化カリウム 0.5〜15g/リット
ルの範囲の基本浴を用い、グラファイト粉末は1〜550
g/リットルの範囲で使用可能である。グラファイト径は
0.05〜25μm が使用できるが、好ましくは 0.2〜10μ
m である。
【0020】
【発明の効果】この発明によれば、摺動接触面にAgマ
トリクス中にCを分散させた複合材の被膜を形成するこ
とにより、摺動過程における接触抵抗が低く保たれて通
電電流による発熱が抑えられ、かつ機械的な摺動磨耗も
小さくなるので、通電容量が大きく寿命の長い摺動接触
子を構成できる。また、発熱が小さいので接触力を小さ
くでき、その結果として接触力を付与するばね機構、あ
るいは接触子を動かすための駆動機構を小容量のものと
し、機器全体の小形化を図ることができる。また、被膜
をめっきにより形成することにより、形状の複雑な摺動
面にも任意の厚さの被膜を自由に形成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明を適用した回路遮断器の可動接
触子部分を示し、図1の(A)はの平面図、同(B)は
その側面図である。
【図2】図1における摺動接触部の金属組織を示す電子
顕微鏡写真である。
【図3】摺動接触子の接触抵抗の測定結果を示す線図で
ある。
【符号の説明】
1 固定接触子 2 可動接触子 5 可動導体 8 固定導体 15 摺動接触部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神達 健之 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 松村 宗順 大阪府枚方市出口1丁目5番1号 上村 工業株式会社 中央研究所内 (72)発明者 千葉 格 大阪府枚方市出口1丁目5番1号 上村 工業株式会社 中央研究所内 (72)発明者 宮崎 茂治 東京都台東区鳥越1丁目1番2号 上村 工業株式会社 東京支社内 (56)参考文献 特開 昭49−120833(JP,A) 特開 昭52−4434(JP,A) 特開 昭57−94599(JP,A) 特開 昭58−131612(JP,A) 特開 昭62−267436(JP,A) 特開 昭60−97517(JP,A) 特公 昭44−25998(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01H 1/04 H01H 11/04 H01H 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】相手導体との摺動接触面に、銀(Ag)マ
    トリクス中にグラファイト(C)粒子を分散させた複合
    材の被膜を電気めっきにより形成するとともに、前記被
    膜を下記の組成を有するめっき液を用いて形成すること
    を特徴とする電気機器の摺動接触子。〔めっき液の組成〕 金属銀濃度2〜100 g/リットル, シアン化カリウム2
    〜250 g/リットル, 水酸化カリウム 0.5〜15g/リット
    ル, グラファイト粉末1〜550 g/リットル, めっき液へ
    のグラファイト粉末の分散助材10〜2000ppm 。
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