JP4579348B1 - Electrical contact material - Google Patents
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Abstract
ブレーカ等の過負荷試験や短絡試験による遮断試験後において消耗率を低減させることが可能な電気接点材と、ブレーカ等の短絡試験による遮断試験後における溶着を防止することが可能な電気接点材を提供する。一つの局面に従った電気接点材(31)は、グラファイトを4質量%以上7質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物からなり、たわみが0.5mm以上、ビッカース硬度が55以上、酸素含有量が100ppm以下である。この電気接点材(31)は、炭化タングステンをさらに含むことが好ましい。炭化タングステンの平均粒径は40nm以上3μm以下、炭化タングステンの含有量は2質量%以上4質量%以下であることが好ましい。もう一つの局面に従った電気接点材(31)は、グラファイトを0.5質量%以上2質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物からなり、たわみが0.8mm以上、ビッカース硬度が40以上、酸素含有量が100ppm以下である。
【選択図】図1An electrical contact material that can reduce the wear rate after a break test by an overload test such as a breaker or a short circuit test, and an electrical contact material that can prevent welding after a break test by a short circuit test such as a breaker provide. The electrical contact material (31) according to one aspect contains 4% by mass to 7% by mass of graphite, the balance is made of silver and inevitable impurities, the deflection is 0.5 mm or more, the Vickers hardness is 55 or more, oxygen Content is 100 ppm or less. The electrical contact material (31) preferably further contains tungsten carbide. It is preferable that the average particle diameter of tungsten carbide is 40 nm or more and 3 μm or less, and the content of tungsten carbide is 2 mass% or more and 4 mass% or less. The electrical contact material (31) according to another aspect includes 0.5% by mass or more and 2% by mass or less of graphite, the balance is made of silver and inevitable impurities, the deflection is 0.8 mm or more, and the Vickers hardness is 40. As described above, the oxygen content is 100 ppm or less.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、一般的には電気接点材に関し、特定的には銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料からなる遮断器(ブレーカ)等に用いられる電気接点材に関するものである。 The present invention generally relates to an electrical contact material, and more particularly to an electrical contact material used for a circuit breaker (breaker) made of a silver-graphite (Ag-Gr) -based material.
銀−グラファイト系の材料からなる電気接点材は、従来からよく知られている。 Conventionally, an electrical contact material made of a silver-graphite-based material is well known.
たとえば、特開平8−239724号公報(以下、特許文献1という)には、炭素を0.05〜7重量%含有する銀、銀合金または銀複合材料からなる電気接点のための材料が開示されている。この電気接点のための材料では、炭素が平均一次粒径150nm未満のカーボンブラックの形で銀、銀合金または銀複合材料の粉末に添加されており、この混合物が押し出しにより冷間静水圧圧縮されて焼結されている。 For example, JP-A-8-239724 (hereinafter referred to as Patent Document 1) discloses a material for an electrical contact made of silver, a silver alloy or a silver composite material containing 0.05 to 7% by weight of carbon. ing. In this material for electrical contacts, carbon is added to the silver, silver alloy or silver composite powder in the form of carbon black with an average primary particle size of less than 150 nm, and this mixture is cold isostatically compressed by extrusion. Sintered.
特許第3138965号公報(以下、特許文献2という)には、銀、銀を含む合金、または、銀を含む複合マテリアルと、0.5〜10重量%の炭素とからなる電気接点のための複合マテリアルが開示されている。この電気接点のための複合マテリアルでは、炭素繊維と組み合わされた炭素粉末が粉末状の金属組成物とともに粉末冶金処理されて、炭素繊維の平均長さが炭素粉末粒子の平均直径の2倍以上であるマテリアルに形成されている。 Japanese Patent No. 3138965 (hereinafter referred to as Patent Document 2) discloses a composite for electrical contact comprising silver, an alloy containing silver, or a composite material containing silver and 0.5 to 10% by weight of carbon. Material is disclosed. In this composite material for electrical contacts, carbon powder combined with carbon fiber is powder metallurgy processed together with powdered metal composition so that the average length of carbon fiber is more than twice the average diameter of carbon powder particles. It is formed in a certain material.
特開2007−169701号公報(以下、特許文献3という)には、銀粉末を主成分とする複合粉末の成形焼結体である電気接点用材料が開示されている。この電気接点用材料は、銀粉末の内部に炭素微粉末が分散混入されており、銀粉末を主成分とする主材料と炭素微粉末とをメカニカルアロイングにより混合して混合粉末とする工程と、この複合粉末を成形して成形体とする工程と、この成形体を焼結する工程とによって製造される。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-169701 (hereinafter referred to as Patent Document 3) discloses an electrical contact material that is a molded sintered body of a composite powder mainly composed of silver powder. In this electrical contact material, carbon fine powder is dispersed and mixed in silver powder, and a main material mainly composed of silver powder and carbon fine powder are mixed by mechanical alloying to obtain a mixed powder. The composite powder is manufactured by a step of forming a composite body and a step of sintering the formed body.
銀−グラファイト系材料からなる電気接点材を用いてブレーカを構成すると、その電気接点材の導電性が高いので発熱し難く、発熱による弊害はほとんどない。しかしながら、銀−グラファイト系材料からなる電気接点材を用いたブレーカの短絡遮断試験では、電気接点材に加えられる熱的衝撃や機械的衝撃によって、試験後における電気接点材の消耗率が大きいという問題がある。 When a breaker is configured using an electrical contact material made of a silver-graphite-based material, the electrical contact material has high conductivity, so that it is difficult to generate heat, and there is almost no adverse effect due to heat generation. However, in the circuit breaker short circuit interruption test using the electrical contact material made of silver-graphite-based material, there is a problem that the consumption rate of the electrical contact material after the test is large due to thermal shock and mechanical impact applied to the electrical contact material. There is.
そこで、この発明の目的は、ブレーカ等の過負荷試験や短絡試験による遮断試験後において消耗率を低減させることが可能な電気接点材を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrical contact material capable of reducing the wear rate after an interruption test by an overload test such as a breaker or the like and a short circuit test.
また、この発明のもう一つの目的は、ブレーカ等の短絡試験による遮断試験後における溶着を防止することが可能な電気接点材を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an electrical contact material capable of preventing welding after a breaking test by a short circuit test such as a breaker.
本発明者らは、銀−グラファイト系材料からなる電気接点材を用いたブレーカの短絡遮断試験後において電気接点材の消耗率の原因について種々検討した。 The present inventors have studied various causes of the consumption rate of the electrical contact material after the short-circuit breaking test of the breaker using the electrical contact material made of a silver-graphite-based material.
まず、定格電流値が100〜3200A程度の大電流用ブレーカは遮断電流が大きいので、そのブレーカに組み込まれる電気接点材に相対的に大きな電流が流れる。そこで、この電気接点材には、導電性よりも耐熱性が高いことが要求される。この要求を満たすためには、銀―グラファイト系材料における銀の含有量が相対的に低く、グラファイトの含有量が相対的に高い電気接点材が大電流用ブレーカに用いられる。具体的には、大電流用ブレーカに用いられる電気接点材は、グラファイトを4質量%以上7質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物からなる。 First, since a breaker for large current having a rated current value of about 100 to 3200 A has a large breaking current, a relatively large current flows through an electrical contact material incorporated in the breaker. Therefore, this electrical contact material is required to have higher heat resistance than conductivity. In order to satisfy this requirement, an electrical contact material having a relatively low silver content and a relatively high graphite content in the silver-graphite-based material is used for a high-current breaker. Specifically, the electrical contact material used for the breaker for large current contains 4% by mass or more and 7% by mass or less of graphite, and the balance is made of silver and inevitable impurities.
大電流用ブレーカの遮断試験においては、大きな遮断電流でオンからオフへの動作が行われる短絡試験後の接点消耗が重要となる。この短絡試験で電気接点材が消耗する原因は、遮断電流が大きい条件でオンからオフへと瞬時に動作が行われるので、1回の短絡遮断試験時に電気接点材に加えられる熱的エネルギーや機械的衝撃が大きいものと考えられていた。 In the breaking test of a large current breaker, contact consumption after a short circuit test in which an operation from on to off is performed with a large breaking current is important. The reason why the electrical contact material is consumed in this short-circuit test is that the operation is instantaneously performed from on to off under the condition that the breaking current is large. Therefore, the thermal energy and machine applied to the electrical contact material during one short-circuit interruption test It was thought that there was a great impact.
ところが、本発明者らが、大電流用ブレーカの短絡試験後に電気接点材が消耗する原因について鋭意研究を重ねた結果、少なくとも電気接点材の常温における硬度をある特定値以上に相対的に大きくし、さらに、たわみ量をある特定値以上に相対的に大きくし、酸素含有量を特定値以下に抑制して、大電流が流れることによって発熱した状態(高温下)で変形しないように電気接点材を構成することにより、短絡試験後の消耗量を低減できることを見出した。この知見に基づいて、本発明の一つの局面に従った電気接点材は、次のような特徴を備えている。 However, as a result of intensive research on the cause of the consumption of the electrical contact material after the short-circuit test of the high-current breaker, the present inventors have made at least the hardness of the electrical contact material at room temperature relatively higher than a certain value. In addition, the electrical contact material is made so that the amount of deflection is relatively large above a certain value, the oxygen content is kept below a certain value, and it is not deformed in a state where heat is generated by flowing a large current (high temperature). It was found that the amount of wear after the short-circuit test can be reduced by configuring. Based on this knowledge, the electrical contact material according to one aspect of the present invention has the following characteristics.
この発明の一つの局面に従った電気接点材は、グラファイトを4質量%以上7質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、たわみが0.5mm以上、ビッカース硬度が55以上、酸素含有量が100ppm以下である。 The electrical contact material according to one aspect of the present invention contains 4% by mass to 7% by mass of graphite, the balance contains silver and unavoidable impurities, the deflection is 0.5 mm or more, the Vickers hardness is 55 or more, oxygen Content is 100 ppm or less.
この発明の一つの局面に従った電気接点材において、抗折力は210MPa以上であることが好ましい。 In the electrical contact material according to one aspect of the present invention, the bending strength is preferably 210 MPa or more.
また、この発明の一つの局面に従った電気接点材において、グラファイトの平均粒径は40nm以上8μm以下であることが好ましい。 In the electrical contact material according to one aspect of the present invention, the average particle size of graphite is preferably 40 nm or more and 8 μm or less.
さらに、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止するためには、この発明の一つの局面に従った電気接点材は、炭化タングステンをさらに含むことが好ましい。 Furthermore, in order to prevent welding after the interruption test by the short circuit test, the electrical contact material according to one aspect of the present invention preferably further contains tungsten carbide.
この場合、炭化タングステンの平均粒径は40nm以上3μm以下、炭化タングステンの含有量は2質量%以上4質量%以下であることが好ましい。炭化タングステンの平均粒径は40nm以上150nm以下であることがさらに好ましい。 In this case, it is preferable that the average particle diameter of tungsten carbide is 40 nm or more and 3 μm or less, and the content of tungsten carbide is 2 mass% or more and 4 mass% or less. The average particle size of tungsten carbide is more preferably 40 nm or more and 150 nm or less.
次に、定格電流値が1〜60A程度の小電流用ブレーカは遮断電流が小さいので、そのブレーカに組み込まれる電気接点材に相対的に小さな電流が流れる。そこで、この電気接点材には、耐熱性よりも導電性が高いことが要求される。この要求を満たすためには、銀―グラファイト系材料における銀の含有量が相対的に高く、グラファイトの含有量が相対的に低い電気接点材が小電流用ブレーカに用いられる。具体的には、小電流用ブレーカに用いられる電気接点材は、グラファイトを0.5質量%以上2質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物からなる。 Next, since a breaker for small current having a rated current value of about 1 to 60 A has a small breaking current, a relatively small current flows through an electrical contact material incorporated in the breaker. Therefore, the electrical contact material is required to have higher conductivity than heat resistance. In order to satisfy this requirement, an electrical contact material having a relatively high silver content and a relatively low graphite content in the silver-graphite-based material is used for a small current breaker. Specifically, the electrical contact material used for the breaker for small current contains 0.5% by mass or more and 2% by mass or less of graphite, and the balance is made of silver and inevitable impurities.
小電流用ブレーカの遮断試験においては、小さな遮断電流でオンからオフへの動作が多数回繰り返し行われる過負荷試験後の接点消耗が重要となる。しかしながら、小電流用ブレーカの遮断試験では、遮断電流が小さい条件でオンからオフへと瞬時に動作が行われるので、1回の過負荷試験時に電気接点材に加えられる機械的衝撃が小さく、機械的衝撃による電気接点材の損傷は少ないものと従来から考えられていた。 In the breaking test of a breaker for small current, contact wear after an overload test in which the operation from on to off is repeated many times with a small breaking current is important. However, in the breaking test of the breaker for small current, since the operation is instantaneously performed from on to off under the condition that the breaking current is small, the mechanical impact applied to the electrical contact material during one overload test is small. Conventionally, it was thought that the electrical contact material was less damaged by mechanical impact.
ところが、本発明者らが、小電流用ブレーカの過負荷試験後に電気接点材が消耗する原因について鋭意研究を重ねた結果、少なくとも電気接点材のたわみ量をある特定値以上に相対的に大きくし、さらに、電気接点材の常温における硬度をある特定値以上に相対的に大きくし、酸素含有量を特定値以下に抑制して、多数回繰り返しの機械的衝撃に耐え得るように電気接点材を構成することにより、過負荷試験後の消耗量を低減できることを見出した。この知見に基づいて、本発明のもう一つの局面に従った電気接点材は、次のような特徴を備えている。 However, as a result of extensive research conducted by the inventors on the cause of electric contact material consumption after an overload test of a small current breaker, at least the deflection amount of the electric contact material is relatively increased to a certain value or more. Furthermore, the electrical contact material is made to withstand mechanical impacts repeated many times by relatively increasing the hardness of the electrical contact material at room temperature to a certain value or higher and suppressing the oxygen content to a specified value or less. It has been found that the amount of wear after the overload test can be reduced by configuring. Based on this knowledge, the electrical contact material according to another aspect of the present invention has the following characteristics.
この発明のもう一つの局面に従った電気接点材は、グラファイトを0.5質量%以上2質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、たわみが0.8mm以上、ビッカース硬度が40以上、酸素含有量が100ppm以下である。 The electrical contact material according to another aspect of the present invention contains 0.5% by mass or more and 2% by mass or less of graphite, the balance contains silver and unavoidable impurities, the deflection is 0.8 mm or more, and the Vickers hardness is 40. As described above, the oxygen content is 100 ppm or less.
この発明のもう一つの局面に従った電気接点材において、抗折力は120MPa以上であることが好ましい。 In the electrical contact material according to another aspect of the present invention, the bending strength is preferably 120 MPa or more.
また、この発明のもう一つの局面に従った電気接点材において、グラファイトの平均粒径は40nm以上8μm以下であることが好ましい。 In the electrical contact material according to another aspect of the present invention, the average particle size of graphite is preferably 40 nm or more and 8 μm or less.
以上のようにこの発明によれば、大電流用ブレーカに組み込まれる電気接点材では、短絡試験後において消耗率を低減させることができ、また、小電流用ブレーカに組み込まれる電気接点材では、過負荷試験後において消耗率を低減させることができる。また、大電流用ブレーカに組み込まれる電気接点材では、炭化タングステンをさらに含ませることにより、短絡試験による遮断試験後において溶着を防止することができる。 As described above, according to the present invention, the electrical contact material incorporated in the breaker for large current can reduce the consumption rate after the short-circuit test, and the electrical contact material incorporated in the breaker for small current can be excessive. The consumption rate can be reduced after the load test. Moreover, in the electrical contact material incorporated in the breaker for large currents, welding can be prevented after the interruption test by the short circuit test by further including tungsten carbide.
まず、この発明の一つの実施の形態としての電気接点材が組み込まれたブレーカの構成について説明する。 First, the configuration of a breaker incorporating an electrical contact material as one embodiment of the present invention will be described.
図1と図2に示すように、ブレーカ10は、固定側接点部材30と、固定側接点部材30に接触することができるように、または、固定側接点部材30から離隔することができるように、繰り返して移動可能に配置された可動側接点部材20とを備えている。固定側接点部材30は電気接点材31と台金32との接合体からなる。可動側接点部材20は電気接点材21と台金22との接合体からなる。この発明の実施形態による電気接点材31はブレーカ10の固定側接点部材30の一部分に使用される。なお、図1と図2に示される電気接点材31は、本発明に従った「電気接点材」の一例である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
固定側接点部材30においては、電気接点材31と台金32とが、台金32側に一体的に形成された接合部32aの上面を接合面として、ろう材4を介して互いに接合されている。可動側接点部材20においては、電気接点材21と台金22とが、台金22側に一体的に形成された接合部の上面を接合面として、ろう材4を介して互いに接合されている。
In the
このようにして、可動側接点部材20と固定側接点部材30が構成されているので、図1に示すように固定側接点部材30の電気接点材31に対して可動側接点部材20の電気接点材21が接触した状態(閉状態)から、ブレーカ10の許容電流値を超える電流が所定時間流れた場合に、内蔵された接点引き外し装置(図示せず)が作動することによって、図2に示すように可動側接点部材20の電気接点材21が固定側接点部材30の電気接点材31から矢印Q方向に瞬時に引き離された状態に移行して、電流を遮断するように構成されている。なお、図1と図2に示すように、固定側接点部材30のうち、電気接点材31が設けられていない台金32の端部側が、ブレーカ10の1次側(電源側)端子に接続されているとともに、可動側接点部材20のうち、電気接点材21が設けられていない台金22の端部は、ブレーカ10の2次側(負荷側)端子に接続されている。
Since the
まず、この発明の一つの局面では、定格電流値が100〜3200A程度の大電流用ブレーカ10に組み込まれる可動側の電気接点材21は銀−炭化タングステン(Ag−WC)系の材料からなり、固定側の電気接点材31は銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料からなり、グラファイトを4質量%以上7質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、たわみが0.5mm以上、ビッカース硬度が55以上、酸素含有量が100ppm以下である。
First, in one aspect of the present invention, the movable-side
このように少なくとも電気接点材31の常温における硬度をある特定値以上に相対的に大きくして、さらに、たわみ量をある特定値以上に相対的に大きくし、酸素含有量を特定値以下に抑制して、大電流が流れることによって発熱した状態(高温下)で変形しないように電気接点材31を構成することにより、短絡試験後の消耗量を低減することができる。
In this way, at least the hardness of the
銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料においてグラファイトの含有量が増加すると、材料中に微細に分散されたグラファイト粒子がピン留め効果をもたらすので、材料が強化される。これにより、材料の硬度と抗折力が高くなる。グラファイトの含有量が4質量%未満では、ピン留め効果を得ることができない。グラファイトの含有量が7質量%を超えると、ピン留め効果が過剰になるので、たわみ量が小さくなる。 Increasing the graphite content in silver-graphite (Ag-Gr) based materials strengthens the material because the finely dispersed graphite particles in the material provide a pinning effect. This increases the hardness and bending strength of the material. If the graphite content is less than 4% by mass, the pinning effect cannot be obtained. When the content of graphite exceeds 7% by mass, the pinning effect becomes excessive, so that the amount of deflection becomes small.
大電流用途の短絡試験では衝撃が大きいので、強度が相対的に大きな材料が要求されるが、過負荷試験におけるブレーカの繰り返し開閉(繰り返し衝撃)に耐えるためには、たわみ量が0.5mm以上である必要がある。たわみ量が0.5mm未満では、材料の靭性が低いので、上記の繰り返し衝撃によって、電気接点材31に亀裂が発生する。ただし、製造上困難という理由により、たわみ量は2mm以下であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、たわみ量をどれだけ大きくしようとしても2mmが製造上の限界という意味である。
A short circuit test for large current uses a large impact, so a material with relatively high strength is required. However, in order to withstand repeated opening and closing (repetitive impact) of the breaker in an overload test, the amount of deflection is 0.5 mm or more. Need to be. If the amount of deflection is less than 0.5 mm, the toughness of the material is low, so that cracks occur in the
大電流用途の短絡試験では衝撃が大きいので、その衝撃に耐えるためにはビッカース硬度が55以上必要であり、ビッカース硬度が55未満では、接点負荷の大きな短絡試験において、材料の硬度不足により、接点形状を維持することができない。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、接点形状はビッカース硬度による影響をほとんど受けない。ただし、硬度が大きすぎると接点どうしの接触抵抗が大きくなるという理由により、ビッカース硬度は150以下であることが好ましい。 In a short circuit test for large current applications, the impact is large. To withstand the impact, a Vickers hardness of 55 or more is required. When the Vickers hardness is less than 55, the contact point is insufficient due to insufficient material hardness in the short circuit test with a large contact load. The shape cannot be maintained. In the overload test, since the contact load is small, the contact shape is hardly affected by the Vickers hardness. However, the Vickers hardness is preferably 150 or less because the contact resistance between the contacts increases if the hardness is too high.
酸素含有量が100ppmを超えると、短絡試験時に生じる数千度の高熱により、材料中に存在する酸素が気体になるので、電気接点材31の基材の一部分を飛散させる。これにより、電気接点材31が消耗する割合が増大する。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、電気接点材31が消耗する割合は酸素含有量による影響をほとんど受けない。ただし、製造上困難という理由により、酸素含有量は20ppm以上であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、酸素含有量をどれだけ小さくしようとしても20ppmが製造上の限界という意味である。
When the oxygen content exceeds 100 ppm, oxygen present in the material becomes a gas due to high heat of several thousand degrees generated during the short circuit test, so that a part of the base material of the
この発明の一つの局面に従った電気接点材31において、大電流用途の短絡試験では衝撃が大きいので、その衝撃に耐えるためには抗折力は210MPa以上であることが好ましい。抗折力が210MPa未満では、接点負荷の大きな短絡試験において、材料の機械的強度不足により、電気接点材31が破壊する。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、抗折力による影響をほとんど受けない。ただし、製造上困難という理由により、抗折力は300MPa以下であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、抗折力をどれだけ大きくしようとしても300MPaが製造上の限界という意味である。
In the
また、この発明の一つの局面に従った電気接点材31において、グラファイトの平均粒径は40nm以上8μm以下であることが好ましい。グラファイトの平均粒径が40nm未満では、グラファイト粒子が細かすぎるので、銀粒子間にグラファイト粒子が密に詰まってしまう。このため、銀粒子同士が接触する面積が極端に小さくなる。本来、銀は電気接点材31の強度を保持する役割を果たすものであるが、銀粒子同士の接触面が極端に小さい状態で圧力が加えられても、銀が強度を保持することができなくなるので、成形体を形成することが困難になる。その結果、電気接点材31を製造することが困難になる。また、グラファイトの平均粒径が8μmを超えると、電気接点材31の硬度や抗折力が低下する。
In the
さらに、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止するためには、この発明の一つの局面に従った電気接点材31は、炭化タングステンをさらに含むことが好ましい。電気接点材31が炭化タングステン(WC)をさらに含むことにより、電気接点材31の硬度や抗折力をさらに高くすることができ、たとえば、ビッカース硬度を70以上、抗折力を230MPa以上にすることができる。これにより、短絡試験後の消耗量をより効果的に低減することができる。
Furthermore, in order to prevent welding after the interruption test by the short circuit test, the
銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料において、グラファイト粒子は、たとえば、繊維状の形態で分散している。短絡試験において接点同士が接触すると、数千度の高熱が発生するので、銀が溶出しやすくなる。これにより、接点同士が溶着してしまう。そこで、炭化タングステンをさらに含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系の材料からなる電気接点材31を用いると、銀が電気接点材31の表面に浮き出るのを防止することができるので、短絡試験において接点同士が接触して高熱が発生しても、銀が溶出し難くなる。その結果、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止することができる。
In a silver-graphite (Ag-Gr) -based material, the graphite particles are dispersed in a fibrous form, for example. When the contacts come into contact with each other in the short-circuit test, high heat of several thousand degrees is generated, so that silver is easily eluted. As a result, the contacts are welded together. Therefore, when the
この場合、炭化タングステンの平均粒径は40nm以上3μm以下、炭化タングステンの含有量は2質量%以上4質量%以下であることが好ましい。炭化タングステンの平均粒径が40nm未満では、炭化タングステンの粉末を作製することが困難である。炭化タングステンの平均粒径が3μmを超えると、電気接点材31の箇所によって強度のばらつきが生じる。強度の低い箇所がつながるようになると、短絡試験後に電気接点材31が選択的に消耗する。炭化タングステンの含有量が2質量%未満では、銀の溶出を抑制することができないので、耐溶着性能に劣るとともに、電気接点材31の硬度を高める効果が小さい。炭化タングステンの含有量が4質量%を超えると、電気接点材31の電気伝導率が悪くなるので、発熱しやすくなる。このため、電気接点材31が短絡するときの消耗量が多くなる。
In this case, it is preferable that the average particle diameter of tungsten carbide is 40 nm or more and 3 μm or less, and the content of tungsten carbide is 2 mass% or more and 4 mass% or less. When the average particle size of tungsten carbide is less than 40 nm, it is difficult to produce tungsten carbide powder. When the average particle diameter of tungsten carbide exceeds 3 μm, the strength varies depending on the location of the
炭化タングステンの平均粒径は40nm以上150nm以下であることがさらに好ましい。炭化タングステンの平均粒径が40nm以上150nm以下である場合、炭化タングステン粒子を銀中に均一に分散させることができるので、銀の溶出をより効果的に抑制することができる。これにより、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止することができる。すなわち、電気接点材31の耐溶着性能を高めることができる。炭化タングステンの平均粒径が150nmを超えると、電気接点材31の表面に炭化タングステン粒子が多く存在することになるので、発熱しやすくなる。このため、電気接点材31が短絡するときの消耗量が多くなる。
The average particle size of tungsten carbide is more preferably 40 nm or more and 150 nm or less. When the average particle diameter of tungsten carbide is not less than 40 nm and not more than 150 nm, the tungsten carbide particles can be uniformly dispersed in silver, so that elution of silver can be more effectively suppressed. Thereby, the welding after the interruption | blocking test by a short circuit test can be prevented. That is, the welding resistance performance of the
炭化タングステンをさらに含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系の材料から電気接点材31を作製する場合、グラファイトの平均粒径は、1μm以上5μm以下であることがさらに好ましい。グラファイトの平均粒径が1μm以上5μm以下である場合、電気接点材中にグラファイトを均一に分散させることができるので、電気接点材を強化させることができる。これにより、電気接点材の硬度と抗折力を高めることができる。グラファイトの平均粒径が1μm未満では、細かいグラファイト粒子と炭化タングステン粒子が、原料粉末の混合後に、銀粒子間に密に詰まってしまう。このため、銀粒子同士が接触する面積が極端に小さくなる。本来、銀は電気接点材31の強度を保持する役割を果たすものであるが、銀粒子同士の接触面が極端に小さい状態で圧力が加えられても、銀が強度を保持することができなくなるので、成形体を形成することが困難になる。この場合、グラファイト粒子と同様に銀粒子同士の接触を阻害する微粒の炭化タングステン粒子が存在している分、グラファイト粒子のみを含む銀−グラファイト系の材料と比較して、グラファイト粒子の許容最小粒径が大きくなる。グラファイトの平均粒径が5μmを超えると、銀粒子と炭化タングステン粒子が接触するための潤滑剤となるグラファイト粒子の数が少なくなるため、原料粉末の混合時に、炭化タングステン粒子が均一に分散せずに凝集し、炭化タングステンが均一に分散した電気接点材料を形成することが困難になる。このため、炭化タングステンを添加することによる効果、すなわち、銀の溶出をより効果的に抑制することにより、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止するという効果が得られなくなるおそれがある。
When the
次に、この発明のもう一つの局面では、定格電流値が1〜60A程度の小電流用ブレーカ10に組み込まれる可動側の電気接点材21は銀−炭化タングステン(Ag−WC)系の材料からなり、固定側の電気接点材31は銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料からなり、グラファイトを0.5質量%以上2質量%以下含み、残部が銀と不可避的不純物からなり、たわみが0.8mm以上、ビッカース硬度が40以上、酸素含有量が100ppm以下である。
Next, in another aspect of the present invention, the movable-side
このように少なくとも電気接点材31のたわみ量をある特定値以上に相対的に大きくして、さらに、電気接点材の常温における硬度をある特定値以上に相対的に大きくし、酸素含有量を特定値以下に抑制して、多数回繰り返しの機械的衝撃に耐え得るように電気接点材31を構成することにより、過負荷試験後の消耗量を低減することができる。
In this way, at least the deflection amount of the
銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料においてグラファイトの含有量が増加すると、材料中に微細に分散されたグラファイト粒子がピン留め効果をもたらすので、材料が強化される。これにより、材料の硬度と抗折力が高くなる。グラファイトの含有量が0.5質量%未満では、ピン留め効果を得ることができない。グラファイトの含有量が2質量%を超えると、ピン留め効果が過剰になるので、たわみ量が小さくなる。 Increasing the graphite content in silver-graphite (Ag-Gr) based materials strengthens the material because the finely dispersed graphite particles in the material provide a pinning effect. This increases the hardness and bending strength of the material. If the graphite content is less than 0.5% by mass, the pinning effect cannot be obtained. If the content of graphite exceeds 2% by mass, the pinning effect becomes excessive, and the amount of deflection becomes small.
小電流用途の短絡試験では衝撃が大電流用途に比べて小さく、その衝撃に耐えるためには強度が相対的に小さな材料が要求されるので、過負荷試験におけるブレーカの繰り返し開閉(繰り返し荷重)に耐えるためには、たわみ量が0.8mm以上である必要がある。たわみ量が0.8mm未満では、材料の靭性が低いので、上記の繰り返し荷重によって、電気接点材31に亀裂が発生する。ただし、製造上困難という理由により、たわみ量は2.5mm以下であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、たわみ量をどれだけ大きくしようとしても2.5mmが製造上の限界という意味である。
In short-circuit tests for small current applications, the impact is smaller than that for large current applications, and a material with relatively low strength is required to withstand the impact. In order to endure, the amount of deflection needs to be 0.8 mm or more. When the amount of deflection is less than 0.8 mm, the toughness of the material is low, so that cracks occur in the
小電流用途の短絡試験では衝撃が大電流用途に比べて小さいので、その衝撃に耐えるためにはビッカース硬度が40以上必要であり、ビッカース硬度が40未満では、接点負荷の大きな短絡試験において、材料の硬度不足により、接点形状を維持することができない。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、接点形状はビッカース硬度による影響をほとんど受けない。ただし、硬度が大きすぎると接点どうしの接触抵抗が大きくなるという理由により、ビッカース硬度は100以下であることが好ましい。 In short circuit tests for small current applications, the impact is smaller than in large current applications, so a Vickers hardness of 40 or more is required to withstand the impact. If the Vickers hardness is less than 40, the material is used in a short circuit test with a large contact load. The contact shape cannot be maintained due to insufficient hardness. In the overload test, since the contact load is small, the contact shape is hardly affected by the Vickers hardness. However, the Vickers hardness is preferably 100 or less because the contact resistance between the contacts increases if the hardness is too high.
酸素含有量が100ppmを超えると、短絡試験時に生じる数千度の高熱により、材料中に存在する酸素が気体になるので、電気接点材31の基材の一部分を飛散させる。これにより、電気接点材31が消耗する割合が増大する。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、電気接点材31が消耗する割合は酸素含有量による影響をほとんど受けない。ただし、製造上困難という理由により、酸素含有量は30ppm以上であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、酸素含有量をどれだけ小さくしようとしても30ppmが製造上の限界という意味である。
When the oxygen content exceeds 100 ppm, oxygen present in the material becomes a gas due to high heat of several thousand degrees generated during the short circuit test, so that a part of the base material of the
この発明のもう一つの局面に従った電気接点材31において、小電流用途の短絡試験では衝撃が大電流用途に比べて小さいので、その衝撃に耐えるためには抗折力は120MPa以上であることが好ましい。抗折力が120MPa未満では、接点負荷の大きな短絡試験において、材料の機械的強度不足により、電気接点材31が破壊する。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、抗折力による影響をほとんど受けない。ただし、製造上困難という理由により、抗折力は280MPa以下であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、抗折力をどれだけ大きくしようとしても280MPaが製造上の限界という意味である。
In the
また、この発明のもう一つの局面に従った電気接点材31において、グラファイトの平均粒径は40nm以上8μm以下であることが好ましい。グラファイトの平均粒径が40nm未満では、グラファイト粒子が細かすぎるので、銀粒子間にグラファイト粒子が密に詰まってしまう。このため、銀粒子同士が接触する面積が極端に小さくなる。本来、銀は電気接点材31の強度を保持する役割を果たすものであるが、銀粒子同士の接触面が極端に小さい状態で圧力が加えられても、銀が強度を保持することができなくなるので、成形体を形成することが困難になる。その結果、電気接点材31を製造することが困難になる。また、グラファイトの平均粒径が8μmを超えると、電気接点材31の硬度や抗折力が低下する。
In the
なお、この発明の銀−グラファイト(Ag−Gr)系の材料からなる電気接点材31は次のようにして製造される。
The
まず、所定の組成に従って銀粉末とグラファイト粉末とを、たとえば、80〜150Paの真空中で、たとえば、30〜60分間混合する。その後、混合粉末に、たとえば、250〜350Mpaの圧力を加えることにより、圧縮成形体を形成する。この圧縮成形体を、たとえば、850〜950℃の温度の、たとえば、水素ガス等の還元性ガス雰囲気中で、たとえば、1〜2時間保持することにより、仮焼結する。この仮焼結体を、真密度が、たとえば、97%以上になるように、たとえば、1000〜1200MPaの加圧下でコイニング加工する。コイニング加工された仮焼結体を、たとえば、750〜850℃の温度の、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、または、水素ガス等の還元性ガス雰囲気中で、あるいは、これらの混合ガス雰囲気中で、たとえば、1〜2時間保持することにより、予備加熱した後、100〜200GPaの押出圧力を加えることにより、所定の形状になるように押出加工する。 First, silver powder and graphite powder are mixed in a vacuum of, for example, 80 to 150 Pa, for example, for 30 to 60 minutes in accordance with a predetermined composition. Thereafter, a compression molded body is formed by applying a pressure of, for example, 250 to 350 Mpa to the mixed powder. This compression-molded body is temporarily sintered, for example, by holding it in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas at a temperature of 850 to 950 ° C. for 1 to 2 hours, for example. This temporary sintered body is coined, for example, under a pressure of 1000 to 1200 MPa so that the true density becomes 97% or more, for example. The co-processed temporary sintered body is, for example, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas at a temperature of 750 to 850 ° C., or a mixed gas thereof. For example, after preheating by holding for 1 to 2 hours in an atmosphere, an extrusion pressure of 100 to 200 GPa is applied to extrude into a predetermined shape.
また、炭化タングステンを含む本発明の銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系の材料からなる電気接点材31は次のようにして製造される。
The
まず、所定の組成に従って銀粉末とグラファイト粉末と炭化タングステン粉末とを、たとえば、80〜150Paの真空中で、たとえば、30〜60分間混合する。その後、混合粉末に、たとえば、250〜350Mpaの圧力を加えることにより、圧縮成形体を形成する。この圧縮成形体を、たとえば、850〜950℃の温度の、たとえば、水素ガス等の還元性ガス雰囲気中で、たとえば、1〜2時間保持することにより、仮焼結する。この仮焼結体を、真密度が、たとえば、97%以上になるように、たとえば、1000〜1200MPaの加圧下でコイニング加工する。コイニング加工された仮焼結体を、たとえば、750〜850℃の温度の、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、または、水素ガス等の還元性ガス雰囲気中で、あるいは、これらの混合ガス雰囲気中で、たとえば、1〜2時間保持することにより、予備加熱した後、100〜200GPaの押出圧力を加えることにより、所定の形状になるように押出加工する。 First, silver powder, graphite powder, and tungsten carbide powder are mixed in a vacuum of 80 to 150 Pa, for example, for 30 to 60 minutes in accordance with a predetermined composition. Thereafter, a compression molded body is formed by applying a pressure of, for example, 250 to 350 Mpa to the mixed powder. This compression-molded body is temporarily sintered, for example, by holding it in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas at a temperature of 850 to 950 ° C. for 1 to 2 hours, for example. This temporary sintered body is coined, for example, under a pressure of 1000 to 1200 MPa so that the true density becomes 97% or more, for example. The co-processed temporary sintered body is, for example, in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas at a temperature of 750 to 850 ° C., or a mixed gas thereof. For example, after preheating by holding for 1 to 2 hours in an atmosphere, an extrusion pressure of 100 to 200 GPa is applied to extrude into a predetermined shape.
以上のように本発明の銀−グラファイト(Ag−Gr)系または銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系の材料から電気接点材31を製造するためには、押出加工法が採用される。押出加工法によって電気接点材31を製造すると、原材料粉末における旧粉末粒界が引きちぎられることにより、押出加工体では粉末冶金にて最も脆い粉末粒界が強化される。これにより、材料の抗折力やたわみを高くすることができる。また、押出加工法によって材料が緻密化されるので、材料の硬度を高くすることができる。これに対して、焼結法を採用すると、原材料粉末における旧粉末粒界が焼結体にそのまま残存するので、押出加工体に比べて機械的強度の低い焼結体が得られる。
As described above, in order to manufacture the
本発明の製造方法では、上述したように原材料粉末が真空中で混合される。原材料粉末としての銀粉末の比重はグラファイト粉末の比重に対して約4.8倍であるので、銀粉末とグラファイト粉末を大気中で均一に分散させて混合することが困難である。このため、大気中で混合させて得られた混合粉末を用いて製造された電気接点材31は、粒子の均一分散強化による効果を得ることができないので、硬度と抗折力が低下する。これに対して、真空中で混合させて得られた混合粉末を用いて製造された電気接点材31は、粒子の均一分散強化による効果を得ることができる。
In the production method of the present invention, the raw material powder is mixed in a vacuum as described above. Since the specific gravity of the silver powder as the raw material powder is about 4.8 times the specific gravity of the graphite powder, it is difficult to uniformly disperse and mix the silver powder and the graphite powder in the atmosphere. For this reason, since the
また、本発明の製造方法では、上述したように圧縮成形体が還元性ガス雰囲気中で仮焼結されるので、原材料粉末の表面に付着した酸素が除去される。その結果、得られた電気接点材31の過負荷試験や短絡試験による遮断試験後における消耗量を低減することができる。これに対して、圧縮成形体が不活性ガス雰囲気中で仮焼結されると、焼結時に混入する酸素は存在しないが、原材料粉末の表面に付着した酸素が除去されないので、電気接点材の遮断試験後における消耗量が増大する。
Moreover, in the manufacturing method of this invention, since the compression molding body is temporarily sintered in reducing gas atmosphere as mentioned above, the oxygen adhering to the surface of raw material powder is removed. As a result, it is possible to reduce the amount of wear after the interruption test by the overload test or the short circuit test of the
さらに、本発明の製造方法では、上述したように仮焼結体をコイニング加工した後に押出加工するので、予備加熱時の材料の密度が98%以上になる。このため、予備加熱時に加熱炉内から材料に進入する酸素の量を少なくすることができる。これにより、たとえば、最終的に得られた電気接点材31において酸素含有量を20ppm以上100ppm以下に制御することができる。これに対して、仮焼結体をコイニング加工しない場合には、材料の密度が90%程度であるので、予備加熱時に加熱炉内から材料に進入する酸素の量が多くなる。このため、銀の酸化が進行するので、最終的に得られる電気接点材31における酸素含有量が増加する。
Furthermore, in the manufacturing method of the present invention, as described above, since the presintered body is subjected to extrusion after coining, the density of the material at the time of preheating becomes 98% or more. For this reason, the amount of oxygen entering the material from the inside of the heating furnace during the preheating can be reduced. Thereby, for example, in the
以下、上述の実施形態の効果を確認するために行った実施例と比較例とによる比較実験について以下に説明する。 Hereinafter, comparative experiments by Examples and Comparative Examples conducted for confirming the effects of the above-described embodiment will be described.
[実施例A]
本実施例では、上述の実施形態に対応する実施例として、以下の実施例A1〜A9による固定側の電気接点材31を作製した。また、本発明の実施例と同様の方法で、グラファイトの含有量、たわみ、ビッカース硬度および酸素含有量が本発明の範囲外である比較例A1〜A8による固定側の電気接点材31を作製した。さらに、従来例に対応する比較例として、以下の比較例A11〜A16、A21〜A26、A31〜A36、A41〜A46による固定側の電気接点材31を作製した。これらの電気接点材31の各々を組み込んで構成された定格電流値が100Aの大電流用ブレーカの各々を用いて過負荷試験と短絡試験による遮断試験を行った。なお、可動側の電気接点材21は、銀を50質量%含み、残部が炭化タングステンからなる材料を用いた。[Example A]
In this example, as an example corresponding to the above-described embodiment, the fixed-side
本発明の実施例と比較例において電気接点材31を作製するために用いられた(グラファイト(Gr)粉末の平均粒径、作製された電気接点材31におけるグラファイト(Gr)の含有量、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度を以下の表1に示す。また、過負荷試験後の電気接点材31の消耗率、短絡試験後の電気接点材31の消耗率についての評価結果も表1に示す。なお、表1において下線が付されている数値は、本発明の範囲外であることを示す。
The average particle diameter of the graphite (Gr) powder, the content of graphite (Gr) in the prepared
なお、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度の測定方法、大電流用ブレーカの過負荷試験と短絡試験による遮断試験の方法、これらの遮断試験後の消耗率の評価については後述する。
It should be noted that the method of measuring the deflection, bending strength, hardness, oxygen content and density of the
(実施例A1〜A9)(比較例A1〜A8)
実施例A1〜A9と比較例A1〜A8では、表1に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Examples A1 to A9) (Comparative Examples A1 to A8)
In Examples A1 to A9 and Comparative Examples A1 to A8, an
表1に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表1に示すグラファイト含有量になるようにボールミルを用いて真空中(100Pa)で30分間混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、厚みが300mm、外径が80mmの円盤状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を還元性ガス雰囲気である950℃の温度の水素ガス中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、1100MPaの加圧下でコイニング加工した。コイニング加工された仮焼結体を、不活性ガス雰囲気である800℃の温度の窒素ガス中で2時間保持することにより、予備加熱した後、押出圧力100GPaを加えることにより、断面が10mm角の棒状体になるように押出加工した。得られた棒状体を1mmの厚みに切断することにより、電気接点材31を作製した。なお、平均粒径が10nmのグラファイト粉末を用いて上記の方法で電気接点材を作製しようとしたが、製造することができなかった。
A graphite (Gr) powder having an average particle diameter shown in Table 1 and a silver (Ag) powder having an average particle diameter of 3 μm were vacuum-treated (100 Pa) using a ball mill so as to have the graphite content shown in Table 1. Mix for 30 minutes. By applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press, a disk-shaped compression molded body having a thickness of 300 mm and an outer diameter of 80 mm was formed. This compression-molded body was pre-sintered by holding it in hydrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a reducing gas atmosphere, for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 1100 MPa so that the true density was 97% or more. The presintered body that has been subjected to coining processing is preheated by holding in an inert gas atmosphere of nitrogen gas at a temperature of 800 ° C. for 2 hours, and then an extrusion pressure of 100 GPa is applied, whereby the cross section is 10 mm square. Extrusion was performed to form a rod-like body. The obtained rod-shaped body was cut into a thickness of 1 mm to produce an
(比較例A11〜A16)
比較例A11〜A16では、仮焼結体をコイニング加工する工程を行わない点を除いては、上記の実施例A1〜A9と同様の工程に従って、表1に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Examples A11 to A16)
In Comparative Examples A11 to A16, except that the step of coining the temporary sintered body is not performed, graphite (Gr) is contained in the content shown in Table 1 according to the same steps as in the above Examples A1 to A9. The
(比較例A21〜A26)
比較例A21〜A26では、銀粉末とグラファイト粉末を大気中で混合した点を除いては、上記の実施例A1〜A9と同様の工程に従って、表1に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Examples A21 to A26)
In Comparative Examples A21 to A26, graphite (Gr) is contained at the contents shown in Table 1 according to the same steps as in Examples A1 to A9, except that silver powder and graphite powder are mixed in the atmosphere. An
(比較例A31〜A36)
比較例A31〜A36では、圧縮成形体を保護ガス雰囲気である950℃の温度の窒素ガス中で1時間保持することにより仮焼結した点を除いては、上記の実施例A1〜A9と同様の工程に従って、表1に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Examples A31 to A36)
Comparative Examples A31 to A36 are the same as Examples A1 to A9 except that the compression molded body was pre-sintered by holding it in a protective gas atmosphere at a temperature of 950 ° C. for 1 hour. According to the process of, the
(比較例A41〜A46)
比較例A41〜A46では、表1に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Comparative Examples A41 to A46)
In Comparative Examples A41 to A46, the
表1に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表1に示すグラファイト含有量になるように大気中で30分間、手作業で混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、平面形状が10mm角で厚みが1mmの板状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を900℃の温度の真空中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、500MPaの加圧下でコイニング加工した。このようにして、電気接点材31が得られた。
The graphite (Gr) powder having the average particle size shown in Table 1 and the silver (Ag) powder having the average particle size of 3 μm are manually mixed in the atmosphere for 30 minutes so as to have the graphite content shown in Table 1. did. A plate-like compression-molded body having a planar shape of 10 mm square and a thickness of 1 mm was formed by applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press. This compression-molded body was pre-sintered by holding in a vacuum at a temperature of 900 ° C. for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 500 MPa so that the true density was 97% or more. Thus, the
(たわみ)
作製された電気接点材のたわみ[mm]は、JIS H5501に準拠して測定した。(Deflection)
The deflection [mm] of the produced electrical contact material was measured according to JIS H5501.
(抗折力)
作製された電気接点材と同じ素材から5mm×2mm×30mmの大きさの抗折試験用の試料を作製した。この試料を用いて、支点間距離15mm、ヘッド速度1mm/minの条件で抗折力[MPa]を測定した。(Drag strength)
A sample for a bending test having a size of 5 mm × 2 mm × 30 mm was produced from the same material as the produced electrical contact material. Using this sample, the bending strength [MPa] was measured under the conditions of a distance between supporting points of 15 mm and a head speed of 1 mm / min.
(硬度)
ビッカース硬度計を用いて、JIS Z 2244に準拠して、作製された電気接点材のビッカース硬度[HV]を測定した。(hardness)
Using a Vickers hardness meter, the Vickers hardness [HV] of the produced electrical contact material was measured according to JIS Z 2244.
(酸素含有量)
作製された電気接点材に残留する酸素含有量の測定は、株式会社堀場製作所製の酸素分析機器(機種BMGA520)を用いて赤外線吸収法によって行った。(Oxygen content)
The oxygen content remaining in the produced electrical contact material was measured by an infrared absorption method using an oxygen analyzer (model BMGA520) manufactured by Horiba, Ltd.
(密度)
作製された電気接点材の密度(相対密度)は、電気接点材の重量を電気接点材の体積(縦寸法×横寸法×厚み寸法の積で得られる算出値)で除することによって算出された密度を、各材質の理論密度で除することによって算出した。(density)
The density (relative density) of the produced electrical contact material was calculated by dividing the weight of the electrical contact material by the volume of the electrical contact material (calculated value obtained by product of vertical dimension × horizontal dimension × thickness dimension). The density was calculated by dividing by the theoretical density of each material.
(大電流用ブレーカの遮断試験(過負荷試験))
過負荷試験は、220Vの負荷電圧で600Aの遮断電流を設定した。試験方法としては、CO責務(負荷電圧220Vで600Aの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチOFF状態で強制的にスイッチをON投入して瞬時に電流を遮断させる試験)を50回行った。そして、過負荷試験後の電気接点材31の消耗率を次の式によって算出した。表1には、消耗率の評価として、算出された消耗率が5%以下であるとき「◎」、10%以下であるとき「○」、10%を超えるとき「×」で示す。(High current breaker interruption test (overload test))
In the overload test, a breaking current of 600 A was set at a load voltage of 220V. As a test method, CO duty (test to set a breaker in a circuit through which a cutoff current of 600 A at a load voltage of 220 V flows, and forcibly turn on the switch in the switch OFF state to instantaneously cut off the current) 50 times It was. And the consumption rate of the
(電気接点材の消耗率)=[{(試験前の電気接点材の厚み)−(試験後の電気接点材の厚み)}/(試験前の電気接点材の厚み)]×100(%)・・・(式1)。 (Consumption rate of electrical contact material) = [{(thickness of electrical contact material before test) − (thickness of electrical contact material after test)} / (thickness of electrical contact material before test)] × 100 (%) (Equation 1).
(大電流用ブレーカの遮断試験(短絡試験))
短絡試験は、220Vの負荷電圧で5000Aの遮断電流を設定した。試験方法としては、O責務(ブレーカのスイッチON状態で遮断電流を流し、電流を遮断させる試験)とCO責務(負荷電圧220Vで5000Aの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチOFF状態で強制的にスイッチをON投入して瞬時に電流を遮断させる試験)を次の手順で行った。すなわち、この短絡試験では、動作責務として1回のO責務と3回のCO責務をこの順で行った。そして、短絡試験後の電気接点材31の消耗率を上記の(式1)によって算出した。表1には、消耗率の評価として、算出された消耗率が10%以下であるとき「◎」、40%以下であるとき「○」、40%を超えるとき「×」で示す。(High current breaker interruption test (short circuit test))
In the short circuit test, a breaking current of 5000 A was set at a load voltage of 220V. As test methods, set the breaker to a circuit where a 5000 A cutoff current flows at a load voltage of 220 V and set the breaker in the O OFF state (the test that causes the cutoff current to flow when the breaker switch is ON and cut off the current) and the CO duty The test for forcibly turning on the switch and cutting off the current instantaneously) was performed according to the following procedure. That is, in this short circuit test, one O duty and three CO duties were performed in this order as operation duties. And the consumption rate of the
表1から、定格電流値が100Aの大電流用ブレーカでは、少なくとも電気接点材の常温におけるビッカース硬度を55以上に相対的に大きくし、さらに、たわみ量を0.5mm以上に相対的に大きくし、酸素含有量を100ppm以下に抑制して、大電流が流れることによって発熱した状態(高温下)で変形しないように電気接点材を構成することにより、過負荷試験後の消耗率だけでなく、短絡試験後の消耗量をも低減できたことがわかる。 From Table 1, in the case of a large current breaker with a rated current value of 100A, at least the Vickers hardness of the electrical contact material at normal temperature is relatively increased to 55 or more, and the deflection is relatively increased to 0.5 mm or more. In addition, by suppressing the oxygen content to 100 ppm or less and configuring the electrical contact material so that it does not deform in a state where heat is generated by flowing a large current (under high temperature), not only the consumption rate after the overload test, It can be seen that the amount of wear after the short-circuit test was also reduced.
[実施例B]
本実施例では、上述の実施形態に対応する実施例として、以下の実施例B1〜B9による固定側の電気接点材31を作製した。また、本発明の実施例と同様の方法で、グラファイトの含有量、たわみ、ビッカース硬度および酸素含有量が本発明の範囲外である比較例B1〜B8による固定側の電気接点材31を作製した。さらに、従来例に対応する比較例として、以下の比較例B11〜B16、B21〜B26、B31〜B36、B41〜B46による固定側の電気接点材31を作製した。これらの電気接点材31の各々を組み込んで構成された定格電流値が30Aの小電流用ブレーカの各々を用いて過負荷試験と短絡試験による遮断試験を行った。なお、可動側の電気接点材21は、銀を50質量%含み、残部が炭化タングステンからなる材料を用いた。[Example B]
In this example, as an example corresponding to the above-described embodiment, the stationary-side
本発明の実施例と比較例において電気接点材31を作製するために用いられた(グラファイト(Gr)粉末の平均粒径、作製された電気接点材31におけるグラファイト(Gr)の含有量、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度を以下の表2に示す。また、過負荷試験後の電気接点材31の消耗率、短絡試験後の電気接点材31の消耗率についての評価結果も表2に示す。なお、表2において下線が付されている数値は、本発明の範囲外であることを示す。
The average particle diameter of the graphite (Gr) powder, the content of graphite (Gr) in the prepared
なお、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度の測定方法については、上述の実施例Aと同様である。小電流用ブレーカの過負荷試験と短絡試験による遮断試験の方法、これらの遮断試験後の消耗率の評価については後述する。
The method for measuring the deflection, bending strength, hardness, oxygen content and density of the
(実施例B1〜B9)(比較例B1〜B8)
実施例B1〜B9と比較例B1〜B8では、表2に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Examples B1 to B9) (Comparative Examples B1 to B8)
In Examples B1 to B9 and Comparative Examples B1 to B8, an
表2に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表2に示すグラファイト含有量になるようにボールミルを用いて真空中(100Pa)で30分間混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、厚みが300mm、外径が80mmの円盤状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を還元性ガス雰囲気である950℃の温度の水素ガス中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、1100MPaの加圧下でコイニング加工した。コイニング加工された仮焼結体を、不活性ガス雰囲気である800℃の温度の窒素ガス中で2時間保持することにより、予備加熱した後、押出圧力100GPaを加えることにより、断面が10mm角の棒状体になるように押出加工した。得られた棒状体を1mmの厚みに切断することにより、電気接点材31を作製した。なお、平均粒径が10nmのグラファイト粉末を用いて上記の方法で電気接点材を作製しようとしたが、製造することができなかった。
A graphite (Gr) powder having an average particle diameter shown in Table 2 and a silver (Ag) powder having an average particle diameter of 3 μm were vacuum-treated (100 Pa) using a ball mill so as to have the graphite content shown in Table 2. Mix for 30 minutes. By applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press, a disk-shaped compression molded body having a thickness of 300 mm and an outer diameter of 80 mm was formed. This compression-molded body was pre-sintered by holding it in hydrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a reducing gas atmosphere, for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 1100 MPa so that the true density was 97% or more. The presintered body that has been subjected to coining processing is preheated by holding in an inert gas atmosphere of nitrogen gas at a temperature of 800 ° C. for 2 hours, and then an extrusion pressure of 100 GPa is applied, whereby the cross section is 10 mm square. Extrusion was performed to form a rod-like body. The obtained rod-shaped body was cut into a thickness of 1 mm to produce an
(比較例B11〜B16)
比較例B11〜B16では、仮焼結体をコイニング加工する工程を行わない点を除いては、上記の実施例B1〜B9と同様の工程に従って、表2に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Examples B11 to B16)
In Comparative Examples B11 to B16, graphite (Gr) is contained at the content shown in Table 2 according to the same steps as in the above Examples B1 to B9, except that the step of coining the temporary sintered body is not performed. The
(比較例B21〜B26)
比較例B21〜B26では、銀粉末とグラファイト粉末を大気中で混合した点を除いては、上記の実施例B1〜B9と同様の工程に従って、表2に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Examples B21 to B26)
In Comparative Examples B21 to B26, graphite (Gr) is contained in the contents shown in Table 2 according to the same steps as in the above Examples B1 to B9 except that silver powder and graphite powder are mixed in the air. An
(比較例B31〜B36)
比較例B31〜B36では、圧縮成形体を保護ガス雰囲気である950℃の温度の窒素ガス中で1時間保持することにより仮焼結した点を除いては、上記の実施例B1〜B9と同様の工程に従って、表2に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Examples B31 to B36)
Comparative examples B31 to B36 are the same as the above examples B1 to B9, except that the compression molded body was temporarily sintered by holding it in nitrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a protective gas atmosphere, for 1 hour. According to the process of, the
(比較例B41〜B46)
比較例B41〜B46では、表2に示す含有量でグラファイト(Gr)を含む銀−グラファイト(Ag−Gr)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Comparative Examples B41 to B46)
In Comparative Examples B41 to B46, the
表2に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表2に示すグラファイト含有量になるように大気中で30分間、手作業で混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、平面形状が10mm角で厚みが1mmの板状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を900℃の温度の真空中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、500MPaの加圧下でコイニング加工した。このようにして、電気接点材31が得られた。
The graphite (Gr) powder having an average particle diameter shown in Table 2 and the silver (Ag) powder having an average particle diameter of 3 μm are manually mixed in the atmosphere for 30 minutes so as to have the graphite content shown in Table 2. did. A plate-like compression-molded body having a planar shape of 10 mm square and a thickness of 1 mm was formed by applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press. This compression-molded body was pre-sintered by holding in a vacuum at a temperature of 900 ° C. for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 500 MPa so that the true density was 97% or more. Thus, the
(小電流用ブレーカの遮断試験(過負荷試験))
耐久試験は、220Vの負荷電圧で180Aの遮断電流を設定した。試験方法としては、CO責務(負荷電圧220Vで180Aの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチOFF状態で強制的にスイッチをON投入して瞬時に電流を遮断させる試験)を50回行った。そして、過負荷試験後の電気接点材31の消耗率を上記の(式1)によって算出した。表2には、消耗率の評価として、算出された消耗率が5%以下であるとき「◎」、10%以下であるとき「○」、10%を超えるとき「×」で示す。(Shutdown test for small current breaker (overload test))
In the durability test, a cutoff current of 180 A was set at a load voltage of 220V. As a test method, CO duty (test to set a breaker in a circuit through which a cutoff current of 180 A at a load voltage of 220 V flows, and forcibly turn on the switch in the switch OFF state to instantaneously cut off the current) 50 times It was. And the consumption rate of the
(小電流用ブレーカの遮断試験(短絡試験))
短絡試験は、220Vの負荷電圧で300Aの遮断電流を設定した。試験方法としては、O責務(ブレーカのスイッチON状態で遮断電流を流し、電流を遮断させる試験)とCO責務(負荷電圧220Vで300Aの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチOFF状態で強制的にスイッチをON投入して瞬時に電流を遮断させる試験)を次の手順で行った。すなわち、この短絡試験では、動作責務として1回のO責務と3回のCO責務をこの順で行った。そして、短絡試験後の電気接点材31の消耗率を上記の(式1)によって算出した。表2には、消耗率の評価として、算出された消耗率が10%以下であるとき「◎」、40%以下であるとき「○」、40%を超えるとき「×」で示す。(Shutdown test for short current breaker (short circuit test))
In the short circuit test, a breaking current of 300 A was set at a load voltage of 220V. As test methods, set the breaker to a circuit where a 300 A cutoff current flows at a load voltage of 220 V, and a CO duty (a test in which a cutoff current flows when the breaker switch is turned on and the current is cut off) and a CO duty (switch voltage is OFF). The test for forcibly turning on the switch and cutting off the current instantaneously) was performed according to the following procedure. That is, in this short circuit test, one O duty and three CO duties were performed in this order as operation duties. And the consumption rate of the
表2から、定格電流値が30Aの小電流用ブレーカでは、少なくとも電気接点材のたわみ量を0.8mm以上に相対的に大きくし、さらに、電気接点材の常温におけるビッカース硬度を40以上に相対的に大きくし、酸素含有量を100ppm以下に抑制して、多数回繰り返しの機械的衝撃に耐え得るように電気接点材を構成することにより、短絡試験後の消耗率だけでなく、過負荷試験後の消耗量をも低減できたことがわかる。 From Table 2, in the case of a breaker for small current with a rated current value of 30A, at least the amount of deflection of the electrical contact material is relatively increased to 0.8 mm or more, and the Vickers hardness at normal temperature of the electrical contact material is relative to 40 or more. In addition to reducing the oxygen content to 100 ppm or less and configuring the electrical contact material to withstand repeated mechanical shocks, not only the wear rate after the short-circuit test but also the overload test It turns out that the amount of later consumption was also reduced.
[実施例C]
本実施例では、上述の実施形態に対応する実施例として、以下の実施例C1〜C20による固定側の電気接点材31を作製した。また、従来例に対応する比較例として、以下の比較例C107、C207、C307、C407による固定側の電気接点材31を作製した。これらの電気接点材31の各々を組み込んで構成された定格電流値が100Aの大電流用ブレーカの各々を用いて過負荷試験と短絡試験による遮断試験を行った。なお、可動側の電気接点材21は、銀を50質量%含み、残部が炭化タングステンからなる材料を用いた。[Example C]
In this example, as an example corresponding to the above-described embodiment, a fixed-side
本発明の実施例と比較例において電気接点材31を作製するために用いられたグラファイト(Gr)粉末の平均粒径、作製された電気接点材31におけるグラファイト(Gr)の含有量、炭化タングステン(WC)粉末の平均粒径、作製された電気接点材31における炭化タングステン(WC)の含有量、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度を以下の表3に示す。また、過負荷試験後の電気接点材31の消耗率、短絡試験後の電気接点材31の消耗率についての評価結果も表3に示す。なお、表3において下線が付されている数値は、本発明の範囲外であることを示す。
The average particle diameter of the graphite (Gr) powder used for producing the
なお、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度の測定方法については、上述の実施例Aと同様である。大電流用ブレーカの過負荷試験と短絡試験による遮断試験の方法、これらの遮断試験後の消耗率の評価についても、上述の実施例Aと同様である。
The method for measuring the deflection, bending strength, hardness, oxygen content and density of the
(実施例C1〜C20)
実施例C1〜C20では、表3に示す含有量でグラファイト(Gr)と炭化タングステン(WC)を含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Examples C1 to C20)
In Examples C1 to C20, the
表3に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末および炭化タングステン(WC)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表3に示すグラファイト含有量および炭化タングステン含有量になるようにボールミルを用いて真空中(100Pa)で30分間混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、厚みが300mm、外径が80mmの円盤状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を還元性ガス雰囲気である950℃の温度の水素ガス中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、1100MPaの加圧下でコイニング加工した。コイニング加工された仮焼結体を、不活性ガス雰囲気である800℃の温度の窒素ガス中で2時間保持することにより、予備加熱した後、押出圧力100GPaを加えることにより、断面が10mm角の棒状体になるように押出加工した。得られた棒状体を1mmの厚みに切断することにより、電気接点材31を作製した。
Graphite (Gr) powder and tungsten carbide (WC) powder having an average particle size shown in Table 3 and silver (Ag) powder having an average particle size of 3 μm have the graphite content and the tungsten carbide content shown in Table 3. In a vacuum mill (100 Pa) using a ball mill for 30 minutes. By applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press, a disk-shaped compression molded body having a thickness of 300 mm and an outer diameter of 80 mm was formed. This compression-molded body was pre-sintered by holding it in hydrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a reducing gas atmosphere, for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 1100 MPa so that the true density was 97% or more. The presintered body that has been subjected to coining processing is preheated by holding in an inert gas atmosphere of nitrogen gas at a temperature of 800 ° C. for 2 hours, and then an extrusion pressure of 100 GPa is applied, whereby the cross section is 10 mm square. Extrusion was performed to form a rod-like body. The obtained rod-shaped body was cut into a thickness of 1 mm to produce an
(比較例C107)
比較例C107では、仮焼結体をコイニング加工する工程を行わない点を除いては、上記の実施例C1〜C20と同様の工程に従って、表3に示すように実施例C7と同じ平均粒径と含有量でグラファイト(Gr)と炭化タングステン(WC)を含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Example C107)
In Comparative Example C107, the same average particle diameter as Example C7 as shown in Table 3 was followed according to the same steps as in Examples C1 to C20 above, except that the step of coining the temporary sintered body was not performed. And an
(比較例C207)
比較例C207では、銀粉末とグラファイト粉末と炭化タングステン粉末を大気中で混合した点を除いては、上記の実施例C1〜C20と同様の工程に従って、表3に示すように実施例C7と同じ平均粒径と含有量でグラファイト(Gr)と炭化タングステン(WC)を含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Example C207)
Comparative Example C207 is the same as Example C7 as shown in Table 3, according to the same steps as in Examples C1 to C20 above, except that silver powder, graphite powder and tungsten carbide powder were mixed in the atmosphere. An
(比較例C307)
比較例C307では、圧縮成形体を保護ガス雰囲気である950℃の温度の窒素ガス中で1時間保持することにより仮焼結した点を除いては、上記の実施例C1〜C20と同様の工程に従って、表3に示すように実施例C7と同じ平均粒径と含有量でグラファイト(Gr)と炭化タングステン(WC)を含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を作製した。(Comparative Example C307)
In Comparative Example C307, the same steps as in Examples C1 to C20 described above, except that the compression molded body was pre-sintered by holding it in nitrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a protective gas atmosphere, for 1 hour. As shown in Table 3, the electrical contact of the silver-graphite-tungsten carbide (Ag-Gr-WC) -based material containing graphite (Gr) and tungsten carbide (WC) with the same average particle size and content as in Example C7 A
(比較例C407)
比較例C407では、表3に示す含有量でグラファイト(Gr)と炭化タングステン(WC)を含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Comparative Example C407)
In Comparative Example C407, the
表3に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末および炭化タングステン(WC)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表3に示すグラファイト含有量になるように大気中で30分間、手作業で混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、平面形状が10mm角で厚みが1mmの板状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を900℃の温度の真空中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、500MPaの加圧下でコイニング加工した。このようにして、電気接点材31が得られた。
A graphite (Gr) powder and a tungsten carbide (WC) powder having an average particle size shown in Table 3 and a silver (Ag) powder having an average particle size of 3 μm in the atmosphere so as to have the graphite content shown in Table 3. Mixed manually for 30 minutes. A plate-like compression-molded body having a planar shape of 10 mm square and a thickness of 1 mm was formed by applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press. This compression-molded body was pre-sintered by holding in a vacuum at a temperature of 900 ° C. for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 500 MPa so that the true density was 97% or more. Thus, the
表3から、銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を用いた、定格電流値が100Aの大電流用ブレーカでも、少なくとも電気接点材の常温におけるビッカース硬度を55以上に相対的に大きくし、さらに、たわみ量を0.5mm以上に相対的に大きくし、酸素含有量を100ppm以下に抑制して、大電流が流れることによって発熱した状態(高温下)で変形しないように電気接点材を構成することにより、過負荷試験後の消耗率だけでなく、短絡試験後の消耗量をも低減できたことがわかる。
From Table 3, the Vickers hardness at least at the normal temperature of the electrical contact material is obtained even in the case of a breaker for a large current having a rated current value of 100 A using the
[実施例D]
本実施例では、上述の実施形態に対応する実施例として、以下の実施例D1〜D9による固定側の電気接点材31を作製した。本発明の実施例と同様の方法で、炭化タングステン粉末の平均粒径と炭化タングステンの含有量が本発明の好ましい範囲外である比較例D1〜D4による固定側の電気接点材31を作製した。これらの電気接点材31の各々を組み込んで構成された定格電流値が100Aの大電流用ブレーカの各々を用いて溶着試験を行った。なお、可動側の電気接点材21は、銀を50質量%含み、残部が炭化タングステンからなる材料を用いた。[Example D]
In this example, as an example corresponding to the above-described embodiment, the fixed-side
本発明の実施例と比較例において電気接点材31を作製するために用いられたグラファイト(Gr)粉末の平均粒径、作製された電気接点材31におけるグラファイト(Gr)の含有量、炭化タングステン(WC)粉末の平均粒径、作製された電気接点材31における炭化タングステン(WC)の含有量を以下の表4に示す。また、溶着試験についての評価結果も表4に示す。なお、表4において下線が付されている数値は、本発明の好ましい範囲外であることを示す。
The average particle diameter of the graphite (Gr) powder used for producing the
なお、電気接点材31のたわみ、抗折力、硬度、酸素含有量および密度の測定方法については、上述の実施例Aと同様である。大電流用ブレーカの溶着試験の方法、溶着試験の評価については後述する。
The method for measuring the deflection, bending strength, hardness, oxygen content and density of the
(実施例D1〜D9)(比較例D1〜D4)
実施例D1〜D9と比較例D1〜D4では、表4に示す含有量でグラファイト(Gr)と炭化タングステン(WC)を含む銀−グラファイト−炭化タングステン(Ag−Gr−WC)系材料の電気接点材31を次のようにして作製した。(Examples D1-D9) (Comparative Examples D1-D4)
In Examples D1 to D9 and Comparative Examples D1 to D4, electrical contacts of silver-graphite-tungsten carbide (Ag-Gr-WC) -based materials containing graphite (Gr) and tungsten carbide (WC) with the contents shown in Table 4 The
表4に示す平均粒径のグラファイト(Gr)粉末および炭化タングステン(WC)粉末と、平均粒径が3μmの銀(Ag)粉末とを、表4に示すグラファイト含有量および炭化タングステン含有量になるようにボールミルを用いて真空中(100Pa)で30分間混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力300MPaを加えることにより、厚みが300mm、外径が80mmの円盤状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を還元性ガス雰囲気である950℃の温度の水素ガス中で1時間保持することにより、仮焼結した。この仮焼結体を、真密度が97%以上になるように、1100MPaの加圧下でコイニング加工した。コイニング加工された仮焼結体を、不活性ガス雰囲気である800℃の温度の窒素ガス中で2時間保持することにより、予備加熱した後、押出圧力100GPaを加えることにより、断面が10mm角の棒状体になるように押出加工した。得られた棒状体を1mmの厚みに切断することにより、電気接点材31を作製した。
The graphite (Gr) powder and the tungsten carbide (WC) powder having the average particle diameter shown in Table 4 and the silver (Ag) powder having the average particle diameter of 3 μm have the graphite content and the tungsten carbide content shown in Table 4. In a vacuum mill (100 Pa) using a ball mill for 30 minutes. By applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press, a disk-shaped compression molded body having a thickness of 300 mm and an outer diameter of 80 mm was formed. This compression-molded body was pre-sintered by holding it in hydrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a reducing gas atmosphere, for 1 hour. This temporary sintered body was coined under a pressure of 1100 MPa so that the true density was 97% or more. The presintered body that has been subjected to coining processing is preheated by holding in an inert gas atmosphere of nitrogen gas at a temperature of 800 ° C. for 2 hours, and then an extrusion pressure of 100 GPa is applied, whereby the cross section is 10 mm square. Extrusion was performed to form a rod-like body. The obtained rod-shaped body was cut into a thickness of 1 mm to produce an
(大電流用ブレーカの溶着試験)
溶着試験は、265Vの負荷電圧で5000Aの遮断電流を設定した。試験方法としては、O責務(ブレーカのスイッチON状態で遮断電流を流し、電流を遮断させる試験)とCO責務(負荷電圧265Vで5000Aの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチOFF状態で強制的にスイッチをON投入して瞬時に電流を遮断させる試験)を次の手順で行った。すなわち、この溶着試験では、動作責務として1回のO責務と5回のCO責務をこの順で行った。そして、溶着試験中または溶着試験後の電気接点材31の溶着具合を評価した。表4には、溶着具合の評価として、接点が全く溶着しないとき「◎」、ブレーカのON/OFFで簡単に溶着が外れる場合(軽溶着)「○」、ブレーカのON/OFFで簡単に溶着が外れない場合(重溶着)「×」で示す。(Welding test of breaker for high current)
In the welding test, a breaking current of 5000 A was set at a load voltage of 265V. As test methods, set the breaker to a circuit where a 5000 A cutoff current flows at a load voltage of 265 V, and set the breaker in the O OFF state (a test in which a cutoff current flows when the breaker switch is ON and the current is cut off) The test for forcibly turning on the switch and cutting off the current instantaneously) was performed according to the following procedure. That is, in this welding test, one O duty and five CO duties were performed in this order as operation duties. And the welding condition of the
表4から、定格電流値が100Aの大電流用ブレーカでは、炭化タングステンの平均粒径が40nm以上150nm以下、炭化タングステンの含有量が2質量%以上4質量%以下である銀−グラファイト−炭化タングステン系材料で電気接点材を構成することにより、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止できたことがわかる。 From Table 4, in the breaker for large current having a rated current value of 100A, silver-graphite-tungsten carbide having an average particle size of tungsten carbide of 40 nm to 150 nm and a content of tungsten carbide of 2 mass% to 4 mass%. It can be seen that the welding after the interruption test by the short circuit test could be prevented by configuring the electrical contact material with the system material.
今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。 It should be considered that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .
たとえば、上記の実施形態と実施例では、ブレーカ10の固定側接点部材30に本発明の電気接点材31を適用した例について示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、ブレーカ10の可動側接点部材20または固定側接点部材30のいずれかに本発明の電気接点材を用いてもよい。
For example, in the above embodiments and examples, an example in which the
また、上記の実施形態と実施例では、開閉器の一例としてのブレーカ10に本発明の電気接点材31を用いた例について示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、たとえば、電磁開閉器などのブレーカ以外の開閉器(スイッチ機器)に本発明の電気接点材を用いてもよい。
In the above-described embodiment and examples, an example in which the
この発明の電気接点材は、定格電流値が100〜3200Aの大電流用ブレーカ、または、定格電流値が1〜60Aの小電流用ブレーカに組み込まれて用いられる。 The electrical contact material of the present invention is used by being incorporated into a breaker for large current having a rated current value of 100 to 3200A or a breaker for small current having a rated current value of 1 to 60A.
10:ブレーカ、21,31:電気接点材。 10: Breaker, 21, 31: Electrical contact material.
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