JP5138762B2 - アーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材 - Google Patents

Description

本発明は電気接点部材分野に関し、特に一種の高硬度、耐磨耗性を備えながら、低接触抵抗特性を有し、より良いアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材に関する。

電気接点部材は、現在各種の電気接触によって稼働を必要とする分野に使用されている。例えば、通信の伝送、システムまたは電源の出力制御、電子計器の接続と電子計算機（コンピュータ）の周辺など、通常、電気コネクタまたはリレースイッチの稼働瞬間、２つの電極接点は接触する前または切り離すときの距離が小さく、高電場分布が維持された環境において、２つの電極間に電流放電を引き起し、さらに「アーク放電」の物理現象を引き起こす。

一般に、アーク消耗の過程において、２つの電極間の部材に質量の遷移を引き起し、電気接点の表面に突起または凹み状が形成される。または、表面はアーク消耗による金属が溶融し、再び凝固した後、荒い表面を形成されると共に、汚染または破壊現象を引き起し、電気接触表面の平坦度を失い、接触抵抗が高くなり、電気接点の稼働効果に影響を与える。

実務運用面において、業者は早期に白金を使用していたが、白金は高価なため、銅によって取り代わられている。
しかし、銅は高導電率、高導熱率、低コストなどの長所を有するものの、酸化物を銅の表面に形成しやすいことから、銅と同じ長所を有する銀母材が提唱されている。
ただし、銀は酸化に強いものの、強度は低く、耐磨耗性も悪く、アーク消耗が大きいなどから、長時間の電気接点部材には相応しいでない。
その後、業者からより経済的なＣｄＯ／Ａｇ接触部材が開発され、高導電率、高伝熱率、耐腐食性、かつより大きい電流を伝導でき、負荷の大きいスイッチ、リレーの使用に対応できる。
しかし、Ｃｄは強い毒性を有し、かつヨーロッパ連合はＷＥＥＥとＲｏＨＳを通過し、Ｃｄ、Ｐｂなど猛毒性の物質を含有する電子製品の使用が禁止されている。

図１Ａと図１Ｂは、それぞれ公知技術のＡｕＣｏ電気接点部材が５００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その１）（その２）を示したものである。同図から明らかなように、公知技術の電気接点部材は５００回のアーク消耗テスト実施後、部材の表面の破損現象がひどく、製品寿命が悪くなる。

前述した制限と要求に基づいて、大電流、より良い耐腐食性、接触部材硬度が向上し、国際の無毒部材規定に合致する電気接点部材を提案することが改善すべき課題であった。

本発明は前述した課題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は一種の高硬度、高耐磨耗性を備えながら、低い接触抵抗特性を持ち合わせたアーク消耗耐性を備える電気接点部材を提供することにある。

前述した目的を実現するため、本発明は、電気接点部材のビッカス硬さ（Ｈｖ）１００〜１５０、テスト電流１〜５アンペア、１０〜２０ボルトの条件において、接触抵抗値は５〜６０ｍｏｈｍ（ミリオーム）のとき、アーク消耗能力は２^*１０³〜１０^*１０³回数に達し、電気接点部材を電気コネクタの金属母材表面に使用された場合、２つの電極接点は低接触抵抗のアーク消耗の特徴を備えたアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材を提供する。

そのうち、前記電気接点部材はＡｇ−（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ₂Ｏ₃）複合材より組み合わせる。さらに、そのうち、Ａｇ−（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ₂Ｏ₃）複合材の（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ２Ｏ₃）成分に占める比率は９〜１１％である。

本発明の効果は、ヨーロッパ連合（ＥＣ）の廃棄家電（ＷＥＥＥ）とＲｏＨＳの法規に合致し、接触部材は大電流の伝導、より良い耐腐食性と高接触硬度の要求をクリアされ、アーク消耗効果を有効に軽減でき、低接触抵抗の目的を達成し、製品寿命が大幅に向上できる、一種のアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材を提供することができる。

公知技術のＡｕＣｏ電気接点部材が５００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その１）である。 公知技術のＡｕＣｏ電気接点部材が５００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その２）である。 公知技術のＡｇＳｎＩｎ電気接点部材が５０００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その１）である。 公知技術のＡｇＳｎＩｎ電気接点部材が５０００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その２）である。 公知技術のＡｇＣｕ電気接点部材が２０００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その１）である。 公知技術のＡｇＣｕ電気接点部材が２０００回のアーク消耗テスト後、コネクタの外観表面図（その２）である。 本発明の電気接点部材のＳＥＭ顕微鏡写真図である。

本発明の内容のさらなる理解を図るため、下記の説明に実験表を組み合わせて詳しく説明する。

電流は電気接点を切り離した瞬間には、少しながら導通されている電気接点より流れるが、このとき、導通された小さい面積上にアーク放電を引き起し、流れる電流の密度は５^*１０⁴Ａ／ｃｍ²になる。このため、接触箇所の温度がすばやく上昇され、強い磁場を引き起して、電子または正負イオンの移動が移動し、厳重なアーク消耗効果になりかねない。
よって、このような破壊現象の発生を避けるため、電気接点部材に高い導電係数を備え、電流通過による熱エネルギーの発生を軽減させ、高温による軟化を防止することによって、部材の強度に与える影響をなくし、接点部材が良い伝熱能力を備えれば、電気接点の熱量を有効に伝導し分散でき、部材の過熱による損傷は避けられ、アーク放電による影響を軽減できる。
さらに、電気接点部材が常に各種の腐食雰囲気に曝されているため、電気接点部材の耐腐食性または耐酸化性も要求される特性の一つである。
これによって、部材の表面に導電されない化合物または酸化物の形成によって接触抵抗が上昇し、部材の耐用寿命が短縮されることを防止できる。
一方、電気接点の接触または切り離しの瞬間に起きる機械的な磨耗は、時間を経過すると、接点部材の表面に破壊を起きることがある。よって、硬度の高い耐磨耗性の電気接点部材の使用も要求条件の一つである。

しかし、前述硬度の高いまたは耐磨耗性の特性要求を満たされた部材の物性には、高い接触抵抗値を伴う。よって、本発明は業者が各分野で有効に応用可能な前述要求と特性を備わる電気接点部材を提供することを目的とする。下表を参照しながら、本発明の２種の部材と公知技術の電気接点部材の物性とアーク消耗耐性の違いを説明する。

前表から、本発明のアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材は、有害物質を含まず、国際的に認定された基準に合致する特徴を備えることがわかる。
さらに、母材に銀を使用することによって、前述高導電係数またはより良い伝熱能力の要求を達成できる。同時に、電気接点部材のビックス硬度値（Ｈｖ）は１００〜１５０に達し、耐磨耗特性の要求を有効に実現できる。
このほか、公知の部材が良い硬度に伴う接触抵抗の向上について、本発明の電気接点部材によって改善される。前述とおり、本発明の２つの部材は高硬度において、なお５〜６０ ｍｏｈｍ（ミリオーム）の間の低い接触抵抗値を有する。
たとえば、Ａｇ−（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ₂Ｏ₃）の複合材のとき、（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ₂Ｏ₃）の成分に占める比率が９〜１１％、またはＡｇ−Ｃｕ ｏｘｉｄｅ（酸化物）複合材のとき、Ｃｕ ｏｘｉｄｅの成分に占める比率が１５〜２５％のときも同じである。
さらに、ＳｎＯ₂とＩｎ₂Ｏ₃の添加によって、強化範囲を広げ、機械的性質の向上効果を有すると共に、ＳｎＯ₂は高温において分解しにくく、部材の粘度が増強され母材を保護し、銀母材がアーク消耗による体積の損耗を軽減できる。従来の電気接点部材に対して、例えば、ＡｕＣｏ合金を例として、硬度は高いもののコストは高く、接触抵抗値も５０〜１００ ｍｏｈｍ（ミリオーム）と高い。よって、アーク放電による部材の消耗が大きい。
さらに、ここでいうビックス硬度値の実験操作は、以下の関係式によって測定することができるＨｖ＝１．５８４^*Ｐ（Ｋｇ）／ｄ²（ｍｍ²）。そのうち、Ｐ値は荷重から得られる。ｄ値は荷重に荷重速度を掛けることによって、得られる。

２つの部材のアーク消耗耐性は、それぞれ２^*１０³〜１０^*１０³回数に達し、公知技術の５００回しかないアーク消耗耐性に比べ、製品の使用寿命が大幅に向上されている。
よって、電気接点部材を電気コネクタ表面に形成されても、なお低い接触抵抗値を有し、アーク消耗耐性が有効に維持される。
さらに、ここに示すアーク消耗耐性テスト実験は、定距離１回のアーク消耗テストまたは多数回のアーク消耗テストによる。
そのうち、定距離１回のアーク消耗は、多数回アーク消耗とは異なる。後者は、より実務に近い電気接点操作による損害のシミュレーションテストに近いである。
例えば、多数回アーク消耗テストは連続性のアーク消耗と電気接点の繰り返し衝撃試験を含み、前者はアーク消耗状況と過程に対し、より簡単、快速な研究方法が提供される。例えば、陰極と陽極を一定距離に取り付けておき、エネルギーが相当に集中された放電方式によって部材の表面に消耗させると同時に、機械的な接触磨耗を避けること。

図２Ａ、２Ｂと３Ａ、３Ｂは、本発明のＡｇＳｎＩｎ電気接点部材を５０００回のアーク消耗テスト後の電気コネクタの外観表面（その１）、（その２）と、本発明のＡｇＣｕ電気接点部材を２０００回のアーク消耗テスト後の電気コネクタの外観表面図（その１）、（その２）を示したものである。
これらの図から明かのように、本発明の電気接点部材はアーク消耗テスト後、その表面はなお極めて良い平坦度、完全性および硬度を維持されており、アーク消耗による部材の破壊から保護されている。
引き続き、図４の本発明の電気接点部材のＳＥＭ顕微鏡写真図を参照して説明する。
殊に、電子顕微鏡で断面観察すると、本発明の添加物の部材特性は、銀母材へ均一に分散されており、散布性が強く、機械的な耐磨耗性効果も増強されている。

本発明の効果は、ヨーロッパ連合（ＥＣ）の廃棄家電（ＷＥＥＥ）とＲｏＨＳの法規に合致し、接触部材は大電流の伝導、より良い耐腐食性と高接触硬度の要求をクリアされ、アーク消耗効果を有効に軽減でき、低接触抵抗値の目的を達成し、各種電気接点を使用された製品の寿命が大幅に向上できる、一種のアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材を提供できる。

以上に説明したものは、本発明の好ましい実施例であり、本発明の実施範囲に制限を加わるものではない。よって、当該技術に熟知する者では本発明の精神と範囲を逸脱されない、いかなる等効果変化と修飾とも本発明に含まれる。

Claims (2)

1. Ａｇ−（ＳｎＯ ₂ ＋Ｉｎ ₂ Ｏ ₃ ）複合材より組み合わせた電気接点部材のビックス（登録商標）硬度値（Ｈｖ）は１００〜１５０、測定電流１〜５アンペア、１０〜２０ボルトの条件において、接触抵抗値は５〜６０ ｍｏｈｍ（ミリオーム）、アーク消耗耐性は２＊１０³〜１０＊１０³回に達し、これを電気接点部材に形成し、
   電気コネクタの金属母材の表面に形成されたとき、前記２つの電気接点は低接触抵抗値を維持されながら、アーク消耗耐性を有効に維持されることを特徴とするアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材。
2. 前記電気接点部材はＡｇ−（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ₂Ｏ₃）複合材の（ＳｎＯ₂＋Ｉｎ₂Ｏ₃）成分に占める比率は９〜１１％であることを特徴とする請求項１記載のアーク消耗耐性を備える銀母材−カドミウム複合材を含まない電気接点部材。

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