JP3993237B2 - サーキットブレーカにおいて使用される電気接点およびその製造方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、一般的にはサーキットブレーカのような電気スイッチング装置において使用される電気接点に関し、特に、接点に低い接点抵抗、高い耐摩耗性および高い抗溶接特性を提供する特性を有する材料からなる電気接点に関するものである。本発明はさらに、このような接点を製造するための方法に関するものである。
発明の背景
特定のサーキットブレーカにおいては、銀（Ａｇ）と酸化カドミウムから作られた電気接点が従来より使用されている。Ａｇと酸化カドミウムから作られた接点は低い接点抵抗、高い耐摩耗性および高い溶接防止特性を発揮する。しかしながら、環境問題により、電気接点からカドミウムをベースとする金属を除くことが望ましい。
この種の技術分野においては、Ａｇとタンスグテン炭化物（ＷＣ）からなる接点は、低い抵抗で高い耐摩耗性を提供することが知られている。また、グラファイト（Ｇｒ）は、接点が互いに溶接することを防止するための潤滑剤として接点材料に加えることができることが知られている。しかしながら、この欠点は、Ｇｒを接点材料中に加えることで接点の耐摩耗性が悪影響を受けることである。材料が粉末の形態で一緒に混合されたとき、Ｇｒ粒子はＡｇ上に塗り付けられる傾向があり、これにより、接点材料がプレスされ焼結されたときに、Ａｇ粒子の回りにＧｒがＧｒに相互接続されたネットワークが形成されてしまう。このＧｒ粒子の相互接続されたネットワークがＡｇのＡｇに対する結合を弱める原因となり、中断の間において接点が容易に腐食されてしまう。
したがって、低い接点抵抗、高い耐摩耗性および高い溶接防止特性を提供する接点材料から構成される、改良された電気接点に対する必要性がある。
発明の要約
本発明は、低い接点抵抗、高い耐摩耗性、および高い溶接防止特性を提供する、サーキットブレーカ内において使用される電気接点を提供するものである。
本発明の好ましい実施の形態において、サーキットブレーカのための電気接点は、０．２−８重量％のＧｒ、１０−９０重量％のＷおよび残部のＡｇからなる混合物の特異な組成を含んでいる。
また、本発明によれば、接点は、Ａｇの回りに相互接続されたＧｒネットワークを有しておらず、したがってＡｇのＡｇに対する強力な結合を提供することを特徴とする特異な顕微鏡構造を生じる方法を使用して製造される。本方法は、適当な量のＡｇ、ＷおよびＧｒ粉末材料を一緒に加えるステップ、低いずれ条件下で均質な粉末混合物を提供しつつＧｒがＡｇ上に塗り付けられるのを妨げながら一緒に混合するステップ、材料混合物をプレスして接点を形成するステップ、および次いで競ってを焼結し圧印するステップを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
本発明の他の目的および特長は、以下の詳細な説明、および本発明の好ましい実施の形態による電気接点の顕微鏡写真である添付図面から明らかとなる。
本発明は種々の変形および代替えが可能であり、図面の本発明の特定の実施の形態を一例として詳細に説明する。なお、説明した特定の形態は本発明を限定するものでなく、逆に、本発明は、添付した請求の範囲により規定された技術思想および範囲内のすべての変形、等化物、および代替えを含むものである。
好ましい実施の形態の詳細な説明
その他の特長、およびその可能性とともに本発明をより良く理解するために、上記した図面とともに、以下の説明および添付した請求の範囲を参照する。
本発明による電気接点は、スイッチおよびサーキットブレーラのような、電流を制御する電気スイッチング装置において使用される。サーキットブレーカは、モニタされる回路上の不必要な過電流状態の検知の際に自動的に回路を遮断するために使用される。これらの過電流状態は、過負荷状態、地絡および短絡状態を含んでいる。
サーキットブレーカは、電流経路を中断するために、固定板から回転して離れる可動板上の電気接点を含んでいる。過電流状態に応答するために、サーキットブレーカは一般的に、板およびその接点を固定接点から引き離す、スプリング付勢された作動機構を引き外すことで、板を移動させ、電流経路を破断する。
サーキットブレーカにおいて使用される接点は典型的には低い接点抵抗、高い耐摩耗性および高い溶接防止特性を有することが必要とされる。この要求のために、電気接点は、その高い電気導電特性のためのＡｇと、その高い腐食および溶接に対する耐性のための酸化ダイオードとから構成されるものであった。しかしながら、カドミウムが環境に及ぼす影響の関心により、電気接点におけるカドミウムの使用を無くすことが望まれている。
本発明の電気接点を、次に詳細に説明する。
最初に、粉末形態で混合された、Ａｇおよびタングステン（Ｗ）から構成される接点は、Ａｇと酸化カドミウムから作られた接点を満足のいく程度に置き換えできるかどうかを決定するために、詳細に研究した。Ａｇ−Ｗ接点は低い抵抗および高い耐腐食性の要求を満足したが、回路遮断の間において両接触点に溶接した。回路遮断の間に発生したアーキングによって両方の接点のＡｇが一緒に溶融しプールし、またこれらが一緒に結晶化して、冷却した際に２つの接点が一緒に溶接された。
次いで、本発明者らは、ＡｇとＧｒ材料から作られた接点を作った。このＡｇ−Ｇｒは高い耐溶接性はあるが、耐摩耗性は低かった。
本発明者らは、次いで、溶接防止特性を提供するための潤滑剤として機能させるために、グラファイト（Ｇｒ）を、Ａｇ−Ｗ混合物に加えた。本発明者らは、Ａｇ−Ｗ−Ｇｒ接点が必要とされる低い接点抵抗、高い耐摩耗性および高い溶接防止特性を満たすことを見出だした。材料混合物の最適な組合わせが、０．２−８重量％のＧｒ、１０−９０重量％のＷおよび残りのＡｇからなる混合物であることが決定された。Ａｇは優れた電気特性を、Ｗは腐食抵抗性を、またＧｒは溶接防止特性をそれぞれ提供する。この新規なＡｇ−Ｗ−Ｇｒ接点の組成は、高い導電性および高い耐摩耗性を維持しつつ溶接防止性を提供している。
本発明による接点を製造するための方法はを以下に説明する。別々のＡｇ、ＷおよびＧｒ材料の各粉末は、秤量され粉末混合物内に加えられた。粉末混合物は、０．２と８重量％の間のＧｒ、１０と９０重量％の間のＷおよび２．０と８９．８重量％のＡｇからなるものである。均質の粉末混合物は、低いずれあるいは低いエネルギー条件下で、ＧｒがＡｇに塗り付けられるのを防止する態様で粉末混合物を混ぜることで確保された。均質な粉末混合物は、次いで、必要とされる接点の形態にプレスされた。次いで、５００℃とＡｇの融点の間の温度で接点が焼結された。接点は次いで、空気が抜けるまでそれを再プレスすることで、印圧され、あるいは硬化された。
材料の混合は、ＰＡ、Ｅａｓｔ ＳｔｒｏｕｄｓｂｕｒｇのＰａｔｔｅｒｓｏｎ Ｋｅｌｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙからモデル番号ＬＢ１１１５７として入手可能である１６ｑｔ Ｌｉｑｕｉｄ−Ｓｏｌｉｄｓ混合器内で行われた。混合器は、緩い混合動作を提供するために幾つかのピンをその上に有する混合器バーを利用しており、緩やかにＡｇ、ＷおよびＧｒを混合して均質な粉末混合物を生成した。この緩やかな混合動作は、ＧｒがＡｇ粒子上に塗り付けられるのを防止しＧｒが個々の粒子として維持し、これらが互いに接触状態となるのを防止するために重要である。Ｇｒ粒子が互いに接触していないので、相互接続されたＧｒネットワークがプレスおよび焼結ステップの間においてＡｇ粒子の回りに形成されることが防止される。本発明は、接点材料が一緒に激しく混合されＧｒ粒子がＡｇ上およびＡｇの回りに塗り付けられＧｒ粒子が互いに接触してＡｇ粒子の回りに相互接続されたＧｒネットワークが形成される従来技術に対して、有利である。
図面は、本発明による接点の顕微鏡写真を示したものである。顕微鏡写真において、白い部分はＡｇを表し、黒い部分はＧｒを表し、灰色の部分はＷを表している。顕微鏡写真が示すように、本発明による接点は、Ｇｒ部分がＡｇ部分の回りに相互接続されていない顕微鏡構造で構成される。上記した製造方法はＧｒがＡｇ上に塗り付けられることが妨げられ、これにより、Ｇｒ部分が互いに混合し、またＡｇ部分の回りに相互接続されたＧｒネットワークを形成することが防止されている。顕微鏡写真から判るように、Ａｇ部分は互いに接続され、これにより、相互接続されたＡｇネットワークを形成して強力なＡｇ−Ａｇ結合を提供している。
以上の詳細な説明から、本発明が低い接触抵抗、高い耐摩耗性および高い溶接防止特性の各特性を有する接点を提供できることが理解される。

Claims (4)

1. 電気式スイッチング装置において使用するための電気接点において，前記接点が，重量比が，０．２−８重量％の間のグラファイト粉末，１０−９０重量％の間のタングステン粉末，および２．０−８９．８重量％の間の銀粉末を有する焼結された均一な粉末混合物を含み，前記グラファイト粉末は前記銀粉末上に塗り付けられることがなく且つグラファイト粉末間で結合しないように粒子としての構造を完全に維持していることを特徴とした電気接点。
2. 電気式スイッチング装置において使用するための，グラファイト，タングステンおよび銀の特定の重量比から構成される電気式接点において，前記接点が，
   相互接続しているタングステン粉末，
   相互接続していないグラファイト粉末，および
   相互接続している銀粉末とを含む顕微鏡構造を含み，
   該顕微鏡構造が，前記粉末をグラファイトが銀の上に塗り付けられることのないエネルギー条件下で混合し，次に前記粉末の均一な混合物を焼結することで形成されることを特徴とした電気接点。
3. 前記特定の重量比が，０．２−８重量％の間のグラファイト粉末，１０−９０重量％の間のタングステン粉末，および２．０−８９．８重量％の間の銀粉末を含む請求項２記載の電気接点。
4. 電気式スイッチング装置において使用される電気式接点において，前記接点は，０．２−８重量％の間のグラファイト粉末，１０−９０重量％の間のタングステン粉末，および２．０−８９．８重量％の間の銀粉末を含み，前記グラファイト粉末は個々の粒子としての構造を完全に維持しており，前記接点は，タングステン粉末，グラファイト粉末および銀粉末をグラファイトが銀の上に塗り付けられることのないエネルギー条件下で混合し，該粉末混合物を要求されている接点の形態にプレスし，該接点を５００℃と銀の融点との間の温度で焼結し，空気を除去するために該接点を硬化させることにより形成されることを特徴とした電気式接点。

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