JP4389561B2

JP4389561B2 - 高導電性を有する小寸化電磁リレー用内部酸化銀−酸化物系材料製電気接点

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Publication number: JP4389561B2
Application number: JP2003401296A
Authority: JP
Inventors: 公志郎上田; 紀昭村橋; 真嗣山梨
Original assignee: 三菱マテリアルシ−エムアイ株式会社
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-12-01
Also published as: JP2005166338A

Description

この発明は、高導電性を有し、小径化した状態で長期に亘ってすぐれた電気接点特性、すなわち、すぐれた耐溶着性と耐消耗性を発揮し、特に小寸化した電磁リレーに用いるのに適した内部酸化銀−酸化物系材料製電気接点に関するものである。

一般に自動車や事務機などの構造部品として、各種の電磁リレーが用いられている。
上記電磁リレーが、例えば図３（ａ），（ｂ）に概略縦断面図で示される通り、鉄心磁極とコイルからなる電磁石、接極子、および電気接点がそれぞれ一方側の先端部に対向配置された状態で固着された固定接点バネと可動接点バネで構成され、さらに前記電磁石のコイルに電流を流すと図１（ｂ）の状態、すなわち前記接極子の一方端部が鉄心磁極に磁気吸着され、これによって前記接極子の他方端部が前記可動接点バネの一方端部を上方に変位させ、これの先端部に固着された電気接点が前記固定接点バネの先端部に固着された電気接点と接触して電流が流れ、リレーが機能する状態となり、一方前記電磁石のコイルの通電を停止すると、図１（ａ）に示される状態となって、前記電気接点が開離し、リレー機能が停止するようになる作動機能をもつことも知られている。
上記構造の電磁リレーの場合、例えば自動車用であれば、電源電圧：直流１４Ｖ、定格電流：２０〜３０Ａの負荷条件で用いられ、この場合の電気接点の寸法は通常のリッベト形状のもので頭経が３〜５ｍｍのものが一般である。
また、上記構造の電磁リレーの電気接点には各種の材料が実用され、かつ提案されているが、中でも以下に示す材料、すなわち、質量％で（以下、％は質量％を示す）、
Ｓｎ：４〜１１％、
Ｉｎ：１〜５％、
Ｔｅ：０．０５〜４％、
を含有し、さらに必要に応じて、
Ｎｉ：０．０３〜０．５％、
を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金を内部酸化処理、すなわち酸化雰囲気中、６５０〜７５０℃に１５〜３０時間保持の条件で処理して、Ａｇの素地に超微粒のＳｎ系酸化物とＩｎ系酸化物が析出した組織としてなる内部酸化銀−酸化物系材料が注目されている。
特開平４−３１４８３７号公報

近年の自動車および事務機などの高機能化および高性能化はめざましく、さらに小型化および軽量化の進展も著しく、これに伴ない、これの構造部品である電磁リレーも小寸化し、したがってこれに組み込まれている電気接点も小径化の傾向にあり、リッベト形状のもので頭径が１．５〜２．５ｍｍのものが要求されている。一方、電磁リレーを小寸化しても、例えば自動車用であれば、従来の負荷条件と変わらない負荷条件、すなわち電源電圧：直流１４Ｖ、定格電流：２０〜３０Ａの負荷条件での使用となるので、電気接点を小径化すればするほど単位面積当たりの電流密度は飛躍的に高いものとなるが、上記の電磁リレー用の内部酸化銀−酸化物系材料製電気接点（以下、単に電気接点という）においては、具備する導電性が相対的に低いものであるために、小径化によって接点間の発熱が高くなり、接点自身が軟化することから、耐溶着性が急激に低下するようになり、この結果耐消耗性が著しく低下し、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に上記の従来電気接点に着目し、これの導電性向上を図るべく、研究を行った結果、
上記の従来電気接点を構成する内部酸化処理前のＡｇ合金の合金成分であるＳｎ、Ｉｎ、およびＴｅの含有量を、
Ｓｎ：５．１〜９％、
Ｉｎ：１．５〜５％、
Ｔｅ：０．０５〜０．８％、
に特定し、さらにＮｉ含有量を、
Ｎｉ：０．０３〜０．５％、
に特定した上で、これに上記の通常の条件で内部酸化処理を施した後で、大気雰囲気中、９００〜９６０℃に１０〜２０時間保持の条件で熱処理を施すと、合金成分として含有するＴｅ成分の作用で、内部酸化処理で析出した超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が前記熱処理で拡散集合して成長し、粗粒化して、複合酸化物粗粒となり、これがＡｇ素地に分散分布した組織をもつようになり、前記Ａｇ素地には内部酸化処理で析出した超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が存在しないものとなり、この結果接点自身の導電性が著しく向上し、小径化による高電流密度での実用に際しても発熱が著しく抑制されることから、接点間の溶着現象がなくなり、長期に亘ってすぐれた接点特性を発揮するようになり、さらにＮｉの作用で強度が向上し、電気接点の小径化に一段と寄与するようになる、という研究結果を得たのである。

この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、
Ｓｎ：５．１〜９％、
Ｉｎ：１．５〜５％、
Ｔｅ：０．０５〜０．８％、
を含有し、必要に応じて、
Ｎｉ：０．０３〜０．５％、
を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金の内部酸化処理材に、析出酸化物拡散集合成長熱処理を施して、前記内部酸化処理材のＡｇ素地に析出した超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物を拡散集合して成長させ、粗粒化してなる複合酸化物粗粒がＡｇ素地に分散分布し、前記超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が存在しない組織を有するものとした内部酸化銀−酸化物系材料で構成してなる小寸化電磁リレーに用いるのに適した高導電性電気接点に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の電気接点において、これを構成するＡｇ合金の組成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）Ｓｎ
Ｓｎ成分には、内部酸化処理で熱的に安定なＳｎ系酸化物を形成し、接点の開離性と耐溶着性を向上させる作用があるが、その含有割合が５．１％未満では、析出するＳｎ系酸化物の割合が十分でないために、前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有割合が９％を越えると、硬さが急激に上昇し、伸線加工性およびヘッダ加工性が損なわれるようになることから、その含有割合を５．１〜９％と定めた。

（ｂ）Ｉｎ
Ｉｎ成分には、内部酸化処理でのＳｎ系酸化物の析出を促進し、かつ自身も熱的に安定なＩｎ系酸化物を形成して、Ｓｎ系酸化物との共存において、開離性と耐溶着性を向上させる作用があるが、その含有割合が１．５％未満では、Ｓｎ系酸化物の析出が不十分となり、この結果Ｓｎ成分が合金成分として素地中に固溶含有するようになることから、高導電性の確保が困難となり、一方その含有割合が５％を越えると、硬さに上昇傾向が現れ、伸線加工性やヘッダー加工性が低下するようになることから、その含有割合を１．５〜５％と定めた。

（ｃ）Ｔｅ
Ｔｅ成分には、接点開閉によるアーク発生時に昇華し易い酸化物を形成し、耐溶着性と耐消耗性を向上させるほか、析出酸化物拡散集合成長熱処理で、内部酸化処理で析出した超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物の拡散集合成長を著しく促進し、これらを粗粒化して複合酸化物粗粒を形成する作用があるが、その含有割合が０．０５％未満では、前記超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物の拡散集合成長が満足に行われず、素地に前記超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が残留して、十分な導電性向上効果が得られず、一方その含有割合が０．８％を越えると、複合酸化物粗粒が大きくなり過ぎ、素地の占める面積割合が大きくなり過ぎ、これが耐溶着性低下の原因となり、さらに加工性に低下傾向が現れるようになることから、その含有割合を０．０５〜０．８％と定めた。

（ｄ）Ｎｉ
Ｎｉ成分には、素地のＡｇ結晶粒を微細化して、強度を向上させ、もって接点の一段の薄肉化を可能ならしめる作用があるので、必要に応じて含有されるが、その含有割合が０．０３％未満では、所望の強度向上効果が得られず、一方その含有割合が０．５％を越えると、伸線加工性やヘッダ加工性に低下傾向が現れるようになることから、その含有割合を０．０３〜０．５％と定めた。

この発明の電気接点は、すぐれた導電性を有するので、電磁リレーの小寸化による小径化で電流密度の高い使用条件になっても接点間の発熱が著しく抑制され、この結果接点自身の温度上昇による軟化がなくなり、接点間にすぐれた耐溶着性が保持されることから、きわめて長期に亘ってすぐれた電気接点特性、すなわち、すぐれた耐溶着性および耐消耗性を示すものである。

つぎに、この発明の電気接点を実施例により具体的に説明する。
表１に示される成分組成をもったＡｇ合金を高周波溶解炉を用いて溶製し、円柱状のインゴットに鋳造し、前記インゴットに７００℃に加熱した状態で熱間押出し加工を施して幅：３０ｍｍ×厚さ：１０ｍｍの寸法をもった板材とし、この板材に、７００℃の加熱温度で熱間圧延を施して幅：３０ｍｍ×厚さ：３ｍｍの板材とし、さらにこの板材に中間焼鈍を加えながら冷間圧延を行って幅：３０ｍｍ×厚さ：０．６ｍｍの薄板材とし、これに長さ方向に沿って幅：２ｍｍの間隔で切断して長さ：３０ｍｍ×幅：２ｍｍ×厚さ：０．６ｍｍの寸法をもった短冊片とし、この短冊片に、酸素雰囲気中、温度：７００℃に２４時間保持の条件で内部酸化処理を施して、従来内部酸化電気接点用内部酸化処理材Ａ−１〜Ａ−１３、Ｎｉ含有内部酸化電気接点用内部酸化処理材Ｂ−１〜Ｂ−４、および比較内部酸化電気接点用内部酸化処理材Ｃ−１〜Ｃ−１３をそれぞれ形成し、ついで前記短冊片形状の内部酸化処理材のそれぞれを金型に装入し、圧縮成形して直径：７０ｍｍ×長さ：７０ｍｍの寸法をもった円柱状成形体とし、この円柱状成形体に８００℃の加熱温度で熱間押出し加工を施して直径：７ｍｍの線材とし、さらに８００℃の加熱温度で熱間伸線加工を行って直径：２ｍｍの線材とし、この線材からヘッダーマシンを用いて、リベット形状および頭径：２．３ｍｍ×頭厚：０．３ｍｍ×足径：１．５ｍｍ×足長：１．５ｍｍの寸法をもった従来内部酸化電気接点１〜１３、Ｎｉ含有内部酸化電気接点１〜４、および比較内部酸化電気接点１〜１３をそれぞれ製造した。

ついで、上記の短冊片形状の従来内部酸化電気接点用内部酸化処理材Ａ−１〜Ａ−１３、Ｎｉ含有内部酸化電気接点用内部酸化処理材Ｂ−１〜Ｂ−４、および比較内部酸化電気接点用内部酸化処理材Ｃ−１〜Ｃ−１３をそれぞれ金型に装入し、圧縮成形して直径：７０ｍｍ×長さ：７０ｍｍの寸法とした円柱状成形体に、大気雰囲気中、９００〜９５０℃の範囲内の所定の温度に１２時間保持の条件で析出酸化物拡散集合成長熱処理を施す以外は同一の条件で、表２に示される通り本発明電気接点１〜１７、並びに合金成分としてＴｅを含有しない比較電気接点１〜１３をそれぞれ製造した。

ついで、この結果得られた各種の電気接点について、その組織を走査型電子顕微鏡（倍率：２万倍）を用いて観察したところ、本発明電気接点１〜１７は、いずれも内部酸化処理で析出したままの超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が存在せず、これらの超微粒酸化物が析出酸化物拡散集合成長熱処理で拡散集合成長し粗粒化して複合酸化物粗粒となり、この複合酸化物粗粒がＡｇ素地に分散分布した組織を示すのに対して、従来内部酸化電気接点１〜１３では、いずれもＡｇ素地に超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が内部酸化処理で析出したままの状態で存在する組織を示し、また同様の組織は合金成分としてＴｅを含有しない比較電気接点１〜１３でも見られた。これらの組織観察結果のうち、本発明電気接点３の組織を図１に、従来内部酸化電気接点３の組織を図２にそれぞれ模写図で示した。

さらに、上記の各種の電気接点について、ＡＳＴＭ電気接点試験機を用い、
モーターロック負荷方式、
電源電圧：直流１４Ｖ、
定格電流：３０Ａ、
接点接触力：２０ｇｆ、
接点開離力：２０ｇｆ、
の条件で開閉試験を行い、開閉不能に至るまでの開閉回数（耐久開閉回数）を測定した。これらの結果を表１，２に示した。なお、表１，２には電気接点の導電性を評価する目的で、電気伝導度（ＩＡＣＳ％）の測定結果を示し、さらにマイクロビッカース硬さ（Ｈｖ）も示した。

表１，２に示される結果から、Ａｇ素地に内部酸化処理で析出したままの超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物の存在がなく、これらの超微粒酸化物が拡散集合して成長し、複合酸化物粗粒を形成している本発明電気接点１〜１７は、リベット形状の頭径が２．３ｍｍと小径化され、この結果電流密度の高い使用条件となるが、いずれもすぐれた導電性を有するので、接点間の発熱が著しく抑制され、接点自身の温度上昇による軟化がなくなり、接点間にすぐれた耐溶着性が保持されることから、きわめて長い使用寿命を示すのに対して、Ｓｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が内部酸化処理で析出したままの超微粒の状態でＡｇ素地に分散分布する従来内部酸化電気接点１〜１３およびＴｅを含有しない比較電気接点１〜１３は、いずれも導電性が低く、電流密度の高い使用条件では接点間の発熱が高くなり、良好な耐溶着性を維持することが困難になることから、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の電気接点は、小径化して単位面積当たりの電流密度が高くなっても長期に亘ってすぐれた電気接点特性、すなわち、すぐれた耐溶着性および耐消耗性を発揮するものであり、電磁リレーの小寸化に十分満足に対応できるものである。

本発明電気接点３の組織（倍率：２万倍）を示す模写図である。

従来内部酸化電気接点３の組織（倍率：２万倍）を示す模写図である。

電磁リレーの概略縦断面図を示し、（ａ）はリレー停止時、（ｂ）はリレー作動時を示す。

Claims

質量％で、
Ｓｎ：５．１〜９％、
Ｉｎ：１．５〜５％、
Ｔｅ：０．０５〜０．８％、
を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金の内部酸化処理材に、析出酸化物拡散集合成長熱処理を施して、前記内部酸化処理材のＡｇ素地に析出した超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物を拡散集合して成長させ、粗粒化してなる複合酸化物粗粒がＡｇ素地に分散分布し、前記超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が存在しない組織を有するものとした内部酸化銀−酸化物系材料で構成したことを特徴とする小寸化電磁リレーに用いるのに適した高導電性電気接点。
質量％で、
Ｓｎ：５．１〜９％、
Ｉｎ：１．５〜５％、
Ｔｅ：０．０５〜０．８％、
Ｎｉ：０．０３〜０．５％、
を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金の内部酸化処理材に、析出酸化物拡散集合成長熱処理を施して、前記内部酸化処理材のＡｇ素地に析出した超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物を拡散集合して成長させ、粗粒化してなる複合酸化物粗粒がＡｇ素地に分散分布し、前記超微粒のＳｎ系酸化物およびＩｎ系酸化物が存在しない組織を有するものとした内部酸化銀−酸化物系材料で構成したことを特徴とする小寸化電磁リレーに用いるのに適した高導電性電気接点。