JP3280967B2 - 電力工業分野の開閉器に使用するための銀をベースとする接点材料並びにこの材料から接触片を製造する方法 - Google Patents

電力工業分野の開閉器に使用するための銀をベースとする接点材料並びにこの材料から接触片を製造する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力工業分野の開閉器、特に低電圧開閉器用
接触片に使用するための、銀と共に他の有効成分として
少なくとも1種の高融点の金属、金属合金又は金属化合
物を含んでいる銀をベースとする接点材料に関する。更
に本発明はこの種の材料から接触片を製造する方法に関
する。
電力工業分野の低電圧開閉器、例えば遮断器並びに直
流、モータ及び補助接触器の接触片としては銀−金属
(AgMe)系の接点材料がずっと以前から好適であること
が知られているこの系の代表的なものとしては例えば銀
−ニッケル(AgNi)及び銀−鉄(AgFe)がある。
銀−ニッケルは有利な接触特性を有しており、これに
関しては接点材料の試験方法と共に例えば「INT.J.粉末
冶金及び粉末工学」第12巻(1976年)第219〜228頁に記
載されている。しかし特にニッケル粉塵が人間の器官に
悪影響を及ぼすことは欠点である。
銀をベースとする接点材料に鉄を使用することは様々
に提案されてきている。しかし銀−鉄はこの種の接触片
を長期にわたり通電した場合過大な加熱が生じる(これ
はこの系内に接触抵抗を高める被覆層の形成により説明
される)ため設定要件を満たさないことが判明してい
る。更にドイツ連邦共和国特許出願公開第3813311号
(国際特許出願公開第89/10417号)明細書から、冒頭に
記載した形式の銀と共に有効成分として少なくとも鉄及
び/又はチタンを含んでいる焼結接点材料が公知であ
る。特に鉄及びチタンが合金化合された形で存在し、金
属間化合物を形成している場合、開閉試験の際に良好な
結果が観察された。その際場合によっては他の有効成分
として金属、特にチタンの窒化物、炭化物及び/又はホ
ウ化物を用いることができる。
更にドイツ連邦共和国特許第3816895号明細書には、
3〜30重量%の鉄及び全部で0.05〜5重量%のマンガ
ン、銅、亜鉛、アンチモン、酸化ビスマス、酸化モリブ
デン、酸化タングステン、窒化クロムの1種又は数種の
添加物、残り銀を含んでいる銀−鉄材料の使用が電気接
点として提案されている。最後にドイツ連邦共和国特許
出願公開第3911904号明細書から、銀をベースとする鉄
との複合材料からなる電気接点用半製品を製造するため
の粉末冶金法が公知であるが、その際第1の副成分とし
て5〜50重量%の鉄、第2の副成分として0〜5重量%
のチタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、モリブデ
ン、マンガン、銅及び亜鉛並びにこれらの酸化物及び炭
化物の金属を含んでいる群からなる1種又は数種の物質
が使用されている。
上記先行技術から出発して本発明の課題は、銀−鉄を
ベースとする他の接点材料及びその製造方法を提案する
ことにある。この新材料は安定した加熱挙動と適切な溶
着傾向を有しながら加熱が僅かであり、また上述の開閉
電流強度に対してその寿命が長い点で優れていることが
望ましい。
この課題は本発明によれば冒頭に記載した形式の材料
において、有効成分として1〜50質量%の鉄と0.01〜5
質量%のレニウムとを組合せて含んでいることにより解
決される。本発明による材料を接触片に仕上げるには、
鉄及びレニウムを純粋な金属の形及び/又は合金として
銀に添加してもよいが、その際この材料の製造は粉末冶
金法で行われる。鉄とレニウムの質量比は約4:1〜約20:
1である。
本発明によれば特に鉄及び銀と組み合わされたレニウ
ムが接点材料としての特性の多様性を改善することが発
見された。レニウムを銀と組み合わせて使用することは
既に専門文献に提案されているが、文献にはもちろんレ
ニウムは唯1つの成分として比較的高い割合で、例えば
約20質量%で使用されることが記載されている。しかし
高価格の故にこの種の材料を使用することは不可能であ
る。ところで本発明によれば既にレニウムを低位成分と
する銀−鉄材料を望ましい分量に改善することが発見さ
れた。
本発明の有利な実施態様においては鉄の含有量は50%
よりも極めて少ないものでる。特にこの種の材料は鉄を
2〜25質量%及びレニウムを0.1〜3質量%含んでいる
ものである。鉄2〜10質量%及びレニウム0.1〜1質量
%を含んでいる接点材料はその開閉試験で特に有利な結
果が得られる。その際両有効成分の総分量は比較的広範
囲にわたって変動することができる。例えば6、12又は
18%のものがある。
本発明の他の詳細及び利点を実施態様項と関連して以
下に記載する実施例から明らかにする。その際特許を請
求する材料の種々の製造方法にもまた本発明による具体
的な材料の組成に対する個々の例に関して付記した表に
ついても詳述する。
本表には特許を請求する材料の測定値が記載されてい
るが、これはそれぞれ開閉器の接触ブリッジに測定され
た過温度に関するものである。温度測定値の第1の欄に
は最大過温度(T max)が、また第2の欄には平均ブ
リッジ温度(T )が記載されているが、それらはそれ
ぞれ室温との温度差によるものである。温度測定値は15
KW接触器での実験でns=50,000回までの開閉数を測定し
たものである。
表は特許を請求するに値する組成を有する銀−鉄−レ
ニウム接点材料の6つの実施例が含まれている。その際
本来の材料の製造及びこれに関する接触片の仕上げは部
分的に異なる方法で行われる。個々のAgFeRe材料の測定
値をAgFe9並びにAgRe20及び純銀と比較したものであ
る。結果については更に以下に詳述する。
第1の製造方法 接点材料Ag(FeRe20)5.7を製造するのにまず鉄80に
対してレニウム20の割合からなる鉄−レニウム合金を溶
融する。この合金溶融物を公知方法により溶融状態で噴
射し、それぞれFeRe複合粉末を生じる。この粉末から粒
径約25μmの粒子をふるい分ける。
引続きこの合金粉末に市販の銀粉末の相当量を計量し
て加え、5.7質量%の鉄−レニウム及び残り銀からなる
材料ができる。適切な時間にわたって湿式混合した後こ
の粉末混合物からなる成形部品を約200MPaの圧力で接触
片に圧縮する。この接触片を硬質ろうにより接触片支持
体と確実に接着する方法としては、この圧縮工程時に純
銀からなる第2の層を本来の接触層と共に二層接触片と
して圧縮することが有利である。
この成形部品の焼結を約1時間約850℃の温度で真空
中又は保護ガス下に行う。完成接触片の気孔率をできる
だけ僅かなものとするため引続きこの焼結体を約1000MP
aの圧力で後圧縮し、更にもう一度約1時間約650℃の温
度で真空中又は保護ガス下に焼結する。こうして製造さ
れた接触片の校正を再び約1000MPaの圧力で行う。
同じ工程で銀とFeRe合金の割合を変えて行うこともで
きる。特にFeRe20が9.9質量%、残り銀の材料を試験し
た。
第2の製造方法 もう1つの方法では鉄、レニウム及び銀からなる別々
の粉末を出発材料として使用する。個々の粉末を湿式混
合により粉末混合物に調整する。この粉末混合物からま
ずいわゆる押出成形法によりこの材料によるリボン又は
ワイヤを半製品として製造する。その際1つには温度に
関してまた1つには圧力に関しての操作条件は概ね公知
の値の範囲にある。このようにして製造された半製品か
ら適正な組成構造を有する接触片を切り出す。
添加成分を製造するための粉末冶金法で3つの材料を
製造した。その際鉄とレニウムの割合は約4:1又は9:1で
あった。添加成分の総量を5.3質量%、5.7質量%及び9.
4質量%のいずれかから選択した。もう1つの材料とし
て鉄とレニウムの割合を19:1とし、合わせて8.8質量%
の添加成分で製造した。
例として記載した種々の方法を1つには添加成分を製
造する際にまた1つには接触片を製造する際の他の方法
と相互に組み合わせることも可能である。特に合金又は
粉末混合物の製造は単一成分の個々の粉末をいわゆる機
械的に合金化することにより行うこともできる。それに
よって完成材料の組織構造の特性は良好な影響を受け
る。
表は種々の方法による本発明の材料又はこの材料から
作られた接触片の5つの例においていずれの場合にも5
0,000回以上の十分な開閉が行われたことを示してい
る。このような開閉回数は銀−レニウム又は純銀の場合
には達成し得ないものである。
開閉回数そのものと共に開閉器の過温度が接触片の使
用の基準となる。後者は開閉器の異なる部位で測定して
もよく。この実験の場合直接ブリッジで過温度が検出さ
れた。それに関しては比較例に注意しなければならな
い。
予想されるように純銀又は銀−レニウム20はもちろん
開閉回数が僅かな場合には好ましい過温度挙動を示す。
それに対してAgFe9は実際には許容し得ないほど高い過
温度を示す。接触抵抗を高め、その結果接触部に強すぎ
る加熱を来すこの高い過温度は被覆層が形成されること
により説明することができる。
これに対して本発明による材料の例は全て、過温度が
下がっていることを示している。即ち純銀又は銀−レニ
ウムの値には達してはいないが、しかしこの材料は開閉
器に使用できる程度のものである。その際第1欄にはそ
れぞれ接触ブリッジの最大過温度値が記載されているこ
とに注意しなければならない。更に最後の欄の平均ブリ
ッジ温度に留意するならば、そこには極めて好都合な値
が見られる。
従来技術の材料と比較した場合銀と鉄及びレニウムを
組み合わせることは接触加熱を少なくし、加熱挙動が安
定し、またスイッチング電流値に関して高寿命を有する
材料が実現される。従って従来技術に比べて著しく進歩
したものが得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭58−10449(JP,B1) 特表 平3−503785(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 5/06 - 5/08 H01H 1/02,33/66 REGISTRY(STN)

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力用の低電圧開閉器の接触片に使用する
    ための、銀をベースとする接点材料において、該材料が
    2〜50質量%の鉄(Fe)と0.01〜5質量%のレニウム
    (Re)と、残部を占める銀(Ag)とからなることを特徴
    とする接点材料。
  2. 【請求項2】40質量%以下の鉄(Fe)を含むことを特徴
    とする請求項1記載の接点材料。
  3. 【請求項3】30質量%以下の鉄(Fe)を含むことを特徴
    とする請求項2記載の接点材料。
  4. 【請求項4】4質量%以下のレニウム(Re)を含むこと
    を特徴とする請求項1記載の接点材料。
  5. 【請求項5】3.5質量%以下のレニウム(Re)を含むこ
    とを特徴とする請求項4記載の接点材料。
  6. 【請求項6】鉄(Fe)を2〜25質量%及びレニウム(R
    e)を0.1〜3質量%含むことを特徴とする請求項1ない
    し5の1つに記載の接点材料。
  7. 【請求項7】鉄(Fe)を2〜20質量%及びレニウム(R
    e)を0.1〜2質量%含むことを特徴とする請求項6記載
    の接点材料。
  8. 【請求項8】鉄(Fe)を2〜10質量%及びレニウム(R
    e)を0.1〜1.0質量%含むことを特徴とする請求項7記
    載の接点材料。
  9. 【請求項9】鉄(Fe)とレニウム(Re)の質量比が4:1
    〜20:1であることを特徴とする請求項1ないし8の1つ
    に記載の接点材料。
  10. 【請求項10】鉄(Fe)とレニウム(Re)の容量比が合
    わせて6%であることを特徴とする請求項1ないし9の
    1つに記載の接点材料。
  11. 【請求項11】鉄(Fe)とレニウム(Re)の容量比が合
    わせて12%であることを特徴とする請求項1ないし10の
    1つに記載の接点材料。
  12. 【請求項12】鉄(Fe)とレニウム(Re)の容量比が合
    わせて18%であることを特徴とする請求項1ないし11の
    1つに記載の接点材料。
  13. 【請求項13】接触片の製造を粉末冶金法により行い、
    その際まず鉄とレニウムから合金を製造し、これを合金
    粉末として噴射し、また銀粉末とこの合金粉末を接触片
    に仕上げることを特徴とする請求項1ないし12の1つに
    記載の材料から接触片を製造する方法。
  14. 【請求項14】FeRe合金の製造を真空又は保護ガス中で
    溶融することにより行うことを特徴とする請求項13記載
    の方法。
  15. 【請求項15】FeRe合金の製造を真空又は保護ガス中で
    機械的合金化により行うことを特徴とする請求項13記載
    の方法。
  16. 【請求項16】接触片の製造を粉末冶金法により行い、
    その際銀、鉄及びレニウムの個々の粉末を接触片に仕上
    げることを特徴とする請求項1ないし12の1つに記載の
    材料から接触片を製造する方法。
  17. 【請求項17】接触片の製造を粉末冶金法により行い、
    その際銀、鉄及びレニウムの個々の粉末を機械的に合金
    化し、これから接触片に仕上げることを特徴とする請求
    項1ないし12の1つに記載の材料から接触片を製造する
    方法。
  18. 【請求項18】接触片の製造を金型成形法により行うこ
    とを特徴とする請求項13、16又は17の1つに記載の方
    法。
  19. 【請求項19】接触片の製造を押出成形法により行い、
    その際まず粉末から押出成形された半製品を製造し、こ
    の半製品から接触片を切断することを特徴とする請求項
    13、16又は17の1つに記載の方法。
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