JP3280968B2 - 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
少なくとも比較的高融点の金属酸化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１つには銀
−金属（AgMe）系材料がまた１つには銀−金属酸化物
（AgMgO）系材料が公知である。第１の系の代表的なも
のとしては例えば銀−ニッケル（AgNi）又は銀−鉄（Ag
Fe）がある。第２の系の代表例としては特に銀−酸化カ
ドミウム（AgCdO）又は銀−酸化錫（AgSnO2）がある。
更に特に酸化ビスマス（Bi2O3）、酸化銅（CuO）及び／
又は酸化タンタル（Ta2O5）のような他の金属酸化物も
使用できる。
銀−金属又は銀−金属酸化物をベースとする接点材料
の実際の適用性はいわゆる電気接触特性の多様性により
決定される。その際基準となる特性値は１つには接触片
の焼損により決定される寿命開閉回数であり、また１つ
にはいわゆる過温度、即ち主として上記接触構造物の電
気抵抗から生じる接触ブリッジの接触加熱温度である。
更に気中開閉器の材料が長期にわたる腐食によってその
開閉特性を次第に変化しかねないため、接触片の溶着傾
向が十分に僅かでありまた耐食性でを有することは重要
である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第1608211号明細書か
ら既に酸化カドミウム又は酸化錫の他に酸化鉄も含んで
いる銀−金属酸化物系の電気接点材料は公知である。更
にドイツ連邦共和国特許出願公開第3816895号明細書に
は、３〜30重量％の鉄及び合わせて0.05〜５重量％の分
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
又は数種からなる添加物、残りの銀の銀−鉄材料を電気
接触部品に使用することが提案されている。最後にドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第3911904号明細書では、銀
をベースとする鉄との複合材料からなる電気接触部品用
半製品を製造するための粉末冶金法が公知であるが、そ
の場合鉄５〜50重量％を第１の副成分として、またチタ
ン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、マ
ンガン、銅及び亜鉛並びにそれらの酸化物及び酸化物の
金属を含んでいる群からなる１種又は数種の物質０〜５
重量％を第２の副成分として使用している。その際元素
の形の鉄が特に化学的沈殿により得られる。
従来技術による材料は多くの場合開閉特性の多様性に
対する要件を必ずしも完全に満たすものではない。せい
ぜいその都度の用途に合わせて最も重要な特性に対する
最適条件を満たす努力がなされているにすぎない。
上述の要件を起点と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見つけるこ
とにある。この材料は安定した加熱挙動を有しながら接
触加熱が僅かで、溶着傾向が少なくまた開閉電流強度に
関して高寿命を有していなければならない。また耐食性
に優れていなければならない。
この課題は本発明により、有効成分として１〜50質量
％の酸化鉄と0.01〜５質量％の他の化学元素の酸化物を
結合して含んでいることにより解決される。その際酸化
鉄はFe2O3又はFe3O4の構造を有するが、しかし場合によ
っては混合形を取っていてもよい。本発明による材料を
接触片に仕上げるには酸化鉄及び他の酸化物を粉末冶金
法で銀に添加する。
特に主たる有効成分としての酸化鉄を、副成分として
の他の酸化物と結合することによって接点材料としての
特性の多様性を改善することは本発明の枠内にあると認
められる。酸化鉄が40質量％以下、特に30質量％以下で
あると有利である。他の酸化物として酸化レニウム、ジ
ルコン酸ビスマス、酸化ホウ素又は酸化ジルコニウムも
選択されるが、それらは個々に又は合わせて種々の重量
で含んでいてもよい。
冒頭に記載した形式の２〜20質量％の酸化鉄を0.5〜
２質量％の酸化レニウム及び／又は0.05〜３質量％のジ
ルコン酸ビスマス及び／又は0.05〜0.5質量％の酸化ホ
ウ素及び／又は0.05〜２質量％の酸化ジルコニウムの添
加物と共に含んでいる接点材料は特に有利である。
本発明の他の詳細及び利点を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
造方法についてもまた本発明による具体的な材料組成に
対する個々の実施例に関して付記した表についても詳述
する。
表には特許を請求する材料の、それぞれ開閉器の接触
ブリッジに測定された過温度の測定値が記載されてい
る。温度測定値の第１の欄には最大過温度が、また第２
の欄には平均ブリッジ温度が記載されているが、それら
はそれぞれ室温に対する温度差として表されている。こ
れらの温度測定値は15KW接触器で連続した開閉試験でns
＝50,000回までの開閉数を測定したものである。
この表は特許を請求するに足る組成を有する接点材料
の３つの実施例を含んでいる。その際本来の材料の製造
及びこれに続いて行われる接触片の仕上げは部分的に異
なる方法で行ってもよい。本発明による材料の測定値を
AgFe2O3 6.4材料と比較している。更に本表にはAgFe9接
点材料が引用されている。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AgFe2O35.7 ReO21.1を製造するのに相当量の
銀粉末、酸化鉄粉末及び酸化レニウム粉末を混合する。
それには鉄又はレニウムの市販の酸化物粉末を使用す
る。
酸化物粉末を湿式混合することにより粉末混合物を調
合する。この粉末混合物からまずいわゆる押出成形法に
より接触片用半製品としてこの材料のリボン又はワイヤ
を製造する。その際一方では温度に関する又は他方では
圧力に関する処理条件は、レニウムの不所望の蒸発を考
慮して選択される。二層押出成形法によりろう付け可能
の銀層を有するリボンを製造することは確実な接着法と
して有利である。このようにして製造された半製品から
適切な組織構造を有する接触片を切断することができ
る。
同じ処理に従った工程を銀、酸化鉄及び酸化レニウム
粉末の割合を変えて行うこともできる。更にAgFe2O35.7
ReO22.2の組成を有する材料をテストした。
第２の製造方法 もう１つの方法では接触片を金型成形法により製造す
る。その際副有効成分としての酸化物が酸化レニウムで
はなく例えば酸化ジルコニウムである場合特に有利であ
る。それには同様に適当な割合の銀粉末、酸化鉄粉末及
び酸化ジルコニウム粉末を相互に混ぜ合わせる。AgFe2O
35.4 ZrO21.0の材料を詳細にテストした。
更に銀粉末及び酸化鉄粉末と共に他の添加物として酸
化レニウム、ジルコン酸ビスマス、酸化ホウ素及び酸化
ジルコニウムからなる２つ又はそれ以上の成分の混合物
からなる粉末を使用することは有利である。この種の混
合物の割合が適当である場合その都度個々の添加酸化物
の利点を相互に組み合わせることが可能である。
適切な時間を経て湿式混合した後、この粉末混合物か
ら約200MPaの圧力で成形部品を接触片に圧縮する。接触
片を硬ろう付けにより接触片支持体と確実に接着するた
めに圧縮工程時に純銀製の第２層を本来の接触層と一緒
に二層接触片に圧縮することもまた有利である。
引続き成形部品を約１時間約850℃の温度で焼結す
る。完成接触片をできるだけ気孔率を少なくするために
引続き焼結体を約1000PMaの圧力で後圧縮し、もう一度
約１時間約800℃で焼結する。こうして製造された接触
片の校正は同様に約1000MPaの圧力で行われる。
適した銀−金属酸化物粉末混合物を製造するのにいわ
ゆる機械的合金法により銀及び単一酸化物粉末を長時間
混合することも可能である。それにより完成材料の組織
構造特性は好影響を受ける。接触片の仕上げは同様にそ
れぞれ押出成形法又は金型成形法のいずれかにより行う
ことができる。特に付加的有効成分として酸化レニウム
を使用する場合には、やはりレニウムの蒸発を考慮しな
ければならない。この危険性は酸化ジルコニウムの場合
には生じない。
表は本発明による材料の最初の２つの例の場合それぞ
れその平均ブリッジ温度はAgFe9及びAgFe2O36.4よりも
高い温度を有することを示している。それに対して第３
の例の場合そのブリッジ温度は比較例以下である。これ
に関連してAgFe材料及びAgFe2O3材料は類似した温度挙
動を示すことが確認されている。全体として平均ブリッ
ジ温度に関してどの値も70±5Kの範囲内にある。
しかし平均ブリッジ温度は別にして本発明による材料
の全ての最大過温度は比較例より著しく下方にあること
を示している。しかし特に開閉器に損傷を招きかねない
この統計的に生じる過温度の最大値は従来殆ど制御し得
るものではなかった。
即ち酸化レニウム又は特に酸化ジルコニウムのいずれ
かの添加物がAgFe2O3材料の温度挙動の安定化に決定的
に寄与するという認識がこの測定値から得られる。後者
は明らかに低い最大過温度を示している。
この表ではAgFe2O3ReO2材料及びAgFe2O3ZrO2材料を別
々にテストした。酸化レニウム又は酸化ジルコニウムと
同様の肯定的影響が他の適した酸化添加物のそれについ
ても期待される。例えば酸化鉄に対する適した副成分と
して酸化鉄にジルコン酸ビスマス（2Bi2O3×3ZrO2）又
はホウ酸（H2BO4）も使用することができる。個々の成
分の混合物も使用可能である。
本発明による材料の場合酸化鉄の構造はFe2O3の化学
構造の代わりにFe2O4の構造を有しているか又は混合形
であってもよい。それらは詳細には特に２〜20質量％の
酸化鉄、0.5〜３質量％の酸化レニウムの添加物、0.05
〜0.5質量％のホウ酸の添加物及び0.05〜２質量％酸化
ジルコニウムの添加物であることが明らかになってい
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 (11)

    (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、銀と共に酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）と、少なくと
    も１つの他の金属酸化物とを含む銀をベースとする接点
    材料において、前記他の金属酸化物として酸化レニウム
    （ReO2）を含有し、酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）は１〜50質
    量％そして酸化レニウム（ReO2）は0.01〜５質量％含
    み、かつ残部を占める銀からなることを特徴とする接点
    材料。
  2. 【請求項２】電力用の低電圧開閉器の接触片に使用する
    ための、銀と共に酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）と、少なくと
    も１つの他の金属酸化物とを含む銀をベースとする接点
    材料において、前記他の金属酸化物としてジルコン酸ビ
    スマス（2Bi2O3×3ZrO2）を含有し、酸化鉄（Fe2O3/Fe3
    O4）は１〜50質量％そしてジルコン酸ビスマス（2Bi2O3
    ×3ZrO2）は0.01〜５質量％含み、かつ残部を占める銀
    からなることを特徴とする接点材料。
  3. 【請求項３】電力用の低電圧開閉器の接触片に使用する
    ための、銀と共に酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）と、少なくと
    も１つの他の金属酸化物とを含む銀をベースとする接点
    材料において、前記他の金属酸化物として酸化ホウ素
    （H2BO4）を含有し、酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）は１〜50質
    量％そして酸化ホウ素（H2BO4）は0.01〜５質量％含
    み、かつ残部を占める銀からなることを特徴とする接点
    材料。
  4. 【請求項４】電力用の低電圧開閉器の接触片に使用する
    ための、銀と共に酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）と、少なくと
    も１つの他の金属酸化物とを含む銀をベースとする接点
    材料において、前記他の金属酸化物として酸化ジルコニ
    ウム（ZrO2）を含有し、酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）は１〜5
    0質量％そして酸化ジルコニウム（ZrO2）は0.01〜５質
    量％含み、かつ残部を占める銀からなることを特徴とす
    る接点材料。
  5. 【請求項５】40質量％以下の酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）を
    含むことを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の
    接点材料。
  6. 【請求項６】30質量％以下の酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）を
    含むことを特徴とする請求項５記載の接点材料。
  7. 【請求項７】２〜20質量％の酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）、
    添加物としての0.5〜３質量％の酸化レニウム（ReO2）
    および残部を占める銀からなることを特徴とする請求項
    １ないし４の１つに記載の接点材料。
  8. 【請求項８】２〜20質量％の酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）、
    0.05〜３質量％のジルコン酸ビスマス（2Bi2O3×3Zr
    O2）および残部を占める銀からなることを特徴とする請
    求項２記載の接点材料。
  9. 【請求項９】２〜20質量％の酸化鉄（Fe2O3/Fe3O4）、
    0.05〜0.5質量％の酸化ホウ素（H2BO4）および残部を占
    める銀からなることを特徴とする請求項３記載の接点材
    料。
  10. 【請求項１０】酸化ホウ素（H2BO4）がホウ酸であるこ
    とを特徴とする請求項９記載の接点材料。
  11. 【請求項１１】２〜20質量％の酸化鉄（Fe2O3/Fe
    3O4）、0.05〜２質量％の酸化ジルコニウム（ZrO2）お
    よび残部を占める銀からなることを特徴とする請求項４
    記載の接点材料。
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