JP4994143B2 - 銀−酸化物系電気接点材料 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車載及び交流リレー等に好適な銀−酸化物系電気接点材料に関する。

リレー、スイッチ、電磁開閉器及びブレーカ等に用いられる電気接点材料としては、耐溶着性や耐消耗性等の電気接点性能が要求され、種々の材料が提案されて広く実用に供されている。例えば、特許文献１には、重量％で、Ｓｎ（錫）：５〜１０％、Ｉｎ（インジウム）：１〜６％を含有し、さらに必要に応じて、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｏ（コバルト）のうち一種又は二種以上：０．０１〜０．５％を含有し、残りがＡｇ（銀）と不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金に、内部酸化処理を施してなる銀−酸化物系電気接点材料が提案されている。

特公昭５５−４８２５号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の電気接点材料では、内部酸化を促進し均質な内部酸化組織を形成する効果が高いためにＩｎを含有させているものが多いが、近年、Ｉｎが液晶パネルの透明電極等として使用されるために工業的な需要が高まっており、安定的な供給に不安があることから、Ｉｎを含まない電気接点材料の開発が要望されている。ただし、このようなＩｎフリーの電気接点材料でも、従来と同様に優れた耐溶着性、耐消耗性及び接触抵抗の安定性が要望される。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、Ｉｎフリーであって、優れた耐溶着性、耐消耗性等を得ることができる銀−酸化物系電気接点材料を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の銀−酸化物系電気接点材料は、重量％で、Ｓｎ：４.０〜９.０％、Ｃｕ：１.０〜３.０％、Ｎｉ：０．５〜３.０％、Ｔｅ：０．１〜０．８％を含有し、残りがＡｇと不可避不純物とからなる組成を有するＡｇ合金を内部酸化してなることを特徴とする。

この銀-酸化物系電気接点材料では、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｅ及びＡｇと不可避不純物とが上記組成成分でＡｇ合金とされた後に内部酸化されることにより、ベースとなるＳｎ酸化物の結晶粒塊の周囲にＮｉ酸化物、Ｃｕ-Ｔｅ複合酸化物、及びＣｕ酸化物が析出してなる酸化物複合構造体を構成する。すなわち、従来よりも比較的多く含有されるＮｉにより、Ｃｕ酸化物の分散性が高まると共に酸化物複合構造体が形成されるが、酸化物複合構造体は、これを構成する各酸化物成分が有する耐溶着性向上、耐消耗性向上および接触抵抗安定化といった作用を維持しつつ、各酸化物成分単体が有する諸問題、即ちＣｕ酸化物の凝集・粗大化による接点性能の低下や、Ｃｕ-Ｔｅ複合酸化物のAg結晶粒界への偏析による加工性の著しい低下等を抑制することを可能とした。

以下に、本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料の内部酸化処理前のＡｇ合金における成分組成を、上記の通りに限定した理由について説明する。
Ｓｎは、内部酸化処理によって熱的に安定な酸化物（例えばＳｎＯ_２）を形成し、耐溶着性及び耐消耗性を向上させる作用がある。なお、このＳｎの含有量が４.０％未満では、所望の接点耐久性能を得ることができず、一方、９.０％を超えると接触抵抗増大の問題が生じると共に加工性が著しく低下し、伸線加工やヘッダ加工等の形状付加が困難になる。

Ｃｕは、内部酸化処理においてＳｎ酸化物の析出を促進する作用を有し、自身も酸化物（例えば、ＣｕＯ）を形成する。さらに、内部酸化後の材料硬度の上昇及び電気伝導度の低下を抑える作用も有するため、接触抵抗を低減して接点の温度上昇を抑えると共に、加工性を改善する効果がある。なお、このＣｕの含有量が１.０％未満では、有効な上記作用が得られず、一方、３.０％を超えると耐溶着性及び耐摩耗性に低下傾向が現れる。通常、Ｃｕ酸化物は単体で存在すると、凝集したり熱影響により成長、粗大化して耐溶着性及び耐消耗性が低下するが、上記酸化物複合構造体として存在することにより凝集や粗大化が制限され、接点性能の低下を抑制することができる。

Ｎｉは、上述したように、内部酸化処理においてＣｕ酸化物の凝集を抑えて酸化物の分散性を改善する作用を有する。さらに、自身も熱的に安定な酸化物（例えば、ＮｉＯ）を形成すると共に、他の溶質成分を結び付けて酸化物の複合構造体を形成する作用を有する。これらの作用により耐溶着性及び耐消耗性が向上するが、Ｎｉの含有量が０．５％未満では有効な作用は得られず、一方、３.０％を超えると加工性が低下してしまう。

Ｔｅは、内部酸化処理においてＳｎ酸化物の析出を促進する作用を有し、自身もＣｕと複合酸化物（例えば、Ｃｕ_３ＴｅＯ_６）を形成し、微弱溶着部を脆化し破断を容易にする作用を有するため、接点開離力低下に伴って問題となり得る微弱溶着による開離不能を抑制することができる。この作用は、その含有量が０．１％未満では明確に現れず、一方、０．８％を超えると加工性が著しく低下する。通常、ＴｅとＣｕとの複合酸化物は、Ａｇマトリックスの結晶粒塊等に析出して材料を著しく脆化させるため加工性を劣化させるが、上記酸化物複合構造体として存在することにより加工性の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料によれば、上記成分組成で、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｅを含有し、残りがＡｇと不可避不純物とからなる組成を有するＡｇ合金を内部酸化してなるので、上記酸化物複合構造体を構成して、優れた耐溶着性、耐消耗性及び接触抵抗の安定性を示すことができる。したがって、Ｉｎフリーでも、車載及び交流リレー等に好適な電気接点材料を得ることができる。

以下、本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料の一実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。

本実施形態の銀−酸化物系電気接点材料は、重量％で、Ｓｎ：４.０〜９.０％、Ｃｕ：１.０〜３.０％、Ｎｉ：０．５〜３.０％、Ｔｅ：０．１〜０．８％を含有し、残りがＡｇと不可避不純物とからなる組成を有するＡｇ合金を内部酸化処理することにより、図１及び図２に示すように、Ａｇマトリックス中にＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｅを含む酸化物複合構造体及びＳｎ酸化物（例えば、ＳｎＯ_２）を析出、分散させたものである。

この銀-酸化物系電気接点材料では、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｅ及びＡｇと不可避不純物とが上記組成成分でＡｇ合金とされた後に内部酸化されることにより、ベースとなるＳｎ酸化物の結晶粒塊の周囲にＮｉ酸化物、Ｃｕ-Ｔｅ複合酸化物、及びＣｕ酸化物が析出してなる酸化物複合構造体を構成する。すなわち、従来よりも比較的多く含有されるＮｉにより、Ｃｕ酸化物の分散性が高まると共に酸化物複合構造体が形成されるが、酸化物複合構造体は、これを構成する各酸化物成分が有する耐溶着性向上、耐消耗性向上および接触抵抗安定化といった作用を維持しつつ、各酸化物成分単体が有する諸問題、即ちＣｕ酸化物の凝集・粗大化による接点性能の低下や、Ｃｕ-Ｔｅ複合酸化物のＡｇ結晶粒界への偏析による加工性の著しい低下等を抑制することを可能とした。

次に、本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料を実際に作製して評価した結果について、説明する。

本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料の実施例を、以下の工程で作製した。
まず、高周波溶解炉により、以下の表１に示される成分組成をもったＡｇ合金を溶製し、インゴットに鋳造した。この後、インゴットを熱間押出しにて厚さ５ｍｍの板状に加工し、この板を熱間及び冷間圧延にて幅３０ｍｍ×厚さ０.６ｍｍの薄板とした。さらに、この薄板を長さ方向に沿って幅２ｍｍにスライス切断し、この切断片を酸素雰囲気中、７００℃、２４時間保持にて内部酸化処理を施した。

次に、この内部酸化処理後の切断片をまとめて圧縮成形を施して直径７０ｍｍのビレット形状とし、このビレットを直径７ｍｍに押出し加工し、引き続いて伸線加工にて直径２ｍｍの線材とした。最終的に、この線材からヘッダーマシンにて、頭径３ｍｍ×頭厚０．６ｍｍ×足径２ｍｍ×足長２ｍｍの寸法を持ったリベットを成形することにより、本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料の実施例を作製した。
なお、比較のために、Ｉｎを含有した従来組成成分の銀−酸化物系電気接点材料についても、以下の表２に示される成分組成をもったＡｇ合金で、従来例として同様に製造した。

これらの実施例（以下、本発明接点材料という）及び従来例（以下、従来接点材料という）について、ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials：米国材料試験協会)試験機を用い、以下の条件で電気的開閉試験を行った。電気的開閉試験として、耐久開閉回数（開閉不能に至るまでの開閉回数）と消耗量とを測定し、耐久寿命（溶着発生時の回数）および耐消耗性（消耗重量／開閉回数）を評価した。なお、マイクロビッカース硬さ（Ｈｖ）も測定した。これらの評価結果も表１及び表２に示す。

＜電気的開閉試験の条件＞
・モーターロック負荷方式
・負荷回路電圧ＤＣ１４Ｖ
・定格電流２４Ａ
・接点接触力２０ｇｆ
・接点開離力２０ｇｆ

上記試験結果からわかるように、本発明接点材料は、Ｉｎを含有した従来接点材料に比べて同等以上の優れた耐久寿命及び耐消耗性を示している。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態及び上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る銀−酸化物系電気接点材料の一実施形態において、酸化物複合構造体を示す模式断面図である。 本実施形態の銀−酸化物系電気接点材料に於ける断面拡大写真（１０００倍）である。

Claims (1)

1. 重量％で、
   Ｓｎ：４.０〜９.０％、
   Ｃｕ：１.０〜３.０％、
   Ｎｉ：０．５〜３.０％、
   Ｔｅ：０．１〜０．８％
   を含有し、残りがＡｇと不可避不純物とからなる組成を有するＡｇ合金を内部酸化してなることを特徴とする銀−酸化物系電気接点材料。