JP6302276B2 - 電気接点材料、電気接点対および遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、電気接点材料、電気接点対および遮断器に関し、特に、銀を基とする合金を用いて作製される電気接点材料、電気接点対および遮断器に関する。

発電所や変電所などの大型施設、あるいは、ビルディングや工場、一般家庭における配電盤において、電流の遮断を行うための遮断器または開閉器が利用されている。遮断器は、典型的には、固定接点および可動接点からなる一対の電気接点を有しており、固定接点に可動接点が接触している（閉じている）状態のときに電流が流れ、可動接点が固定接点から開放されたときに電流が遮断されるように構成されている。

遮断器に用いられる電気接点は、電気および熱の良導体であるとともに、接点を開放するときに生じるアーク放電によって溶融・蒸発しにくい材料から形成されることが求められる。そこで、良導体の材料と高融点・高沸点の材料とを組み合わせることで作製されるＣｕ−Ｗ（銅−タングステン）材やＡｇ−Ｗ（銀−タングステン）材などが一般に用いられている。Ｗの代りにＭｏ（モリブデン）やＷＣ（炭化タングステン）が用いられることもある。

遮断器には種々のタイプが存在し、送配電や受配電に使用される高圧・大電流回路においては、真空遮断器、ガス遮断器、空気遮断器などが主として利用されている。これらの遮断器では、電流遮断時に固定接点と可動接点との間で生じるアーク放電が短時間で消滅し易いように、真空バルブ式接点が用いられたり、あるいは、接点間にＳＦ₆ガスや空気流を供給する構成が採用されている。高圧・大電流用途ではアーク放電が継続し易いので、電流の遮断が適切に行われるように上記のような消弧対策が必須である。

一方で、低圧低電流を扱う家庭用のブレーカとして、配線用遮断器が用いられている。配線用遮断器は、通常、接点が大気に曝された状態で使用される。例えば、特許文献１および２に、配電盤に用いられる遮断器としてのブレーカが開示されている。より具体的には、特許文献１には、熱によって自動遮断が行われる遮断器が開示され、特許文献２には、電磁式の遮断器が開示されている。

接点が大気に曝されることがない真空遮断器やガス遮断器では、比較的多様な接点材料を使用することが可能であり、例えば、低コストで作製できるＣｕ−Ｗ系接点を用いることができる。一方で、配線用遮断器のように大気中で接点の開閉が行われる遮断器では、酸化が生じにくい材料から接点を形成することが好ましく、実際に使用できる材料は制限される。例えば、上記のＣｕ−Ｗ系接点は酸化しやすいので、大気中での使用が困難である。このため、配線用遮断器では、例えば、銀を基とする合金からなる接点材料、より具体的にはＡｇ−ＷＣ（銀−炭化タングステン）系の接点材料などが広く一般に用いられていた。

なお、Ａｇ−ＷＣ系の接点材料は、真空遮断器などにおいて用いられる場合もある。例えば、特許文献３には、Ａｇマトリックス中に粒径の異なる２種のＷＣ粒子を有する真空バルブ式接点が開示されている。

特開平５−２８８９８号公報 特開平５−８９７６４号公報 特開２００８−０１９４８１号公報 特開昭５７−３５６５４号公報 特開平１１−２６９５７９号公報 特開昭６２−７７４３９号公報 特開昭５７−１６９０４６号公報

上記のようにＡｇ−ＷＣ系接点は大気中において好適に使用される。ただし、銀を含んでいるので、銅などを基とする接点に比べて製造コストが高いという問題がある。特に、銀の価格が高騰している現在においては、銀の使用量を少しでも減らすことが求められている。

Ａｇ−ＷＣ系接点における銀の使用量を低下させる技術としては、特許文献４に、銀−金属炭化物−ニッケル系接点を用いて、接点材料の耐アーク性や消耗特性を維持したまま銀の含有量を低減する技術が開示されている。より具体的には、特許文献４には、体積比で金属ニッケルを１０〜４０％、金属炭化物（例えばＷＣなど）を１０〜４０％含有する銀ベースの接点材料が記載されている。

しかし、本発明者の検討によれば、特許文献４に記載の接点は、Ｎｉの含有量が１０〜４０％と比較的多くＡｇの含有量が少ないので、特に配線用遮断器の接点として用いる場合には、接触抵抗（接触時の電気抵抗）が高くなり接点が高温になりやすいことがわかった。また、Ｎｉの熱伝導率は９０Ｗ／ｍ・Ｋであり、Ａｇの熱伝導率である４３０Ｗ／ｍ・Ｋに比べてかなり低いので、Ｎｉの含有量が多いとＮｉに蓄積された熱が周囲のＡｇを溶融し、接点の消耗量を増加させやすい。

Ａｇ−ＷＣ系接点にＮｉを添加する技術は他にも知られている。例えば、特許文献５には、配線用遮断器の接点として用いるＡｇ−Ｗ／ＷＣ系材料にＰ（リン）を含有させるとともに、Ｎｉを任意に添加しても良いことが記載されている。ただし、特許文献５は、Ａｇ−Ｗ／ＷＣ系材料にリン合金Ｎｉ−Ｐを添加しても良いことを一例として記載してはいるもののＮｉを必須とする接点を開示するものではない。

また、特許文献６には、真空バルブ接点において、Ａｇ−ＷＣ系接点に粒径が０．２〜５．０μｍのコバルトやニッケルを含有させる技術が記載されている。この技術において、コバルトやニッケルは、裁断特性を安定化させるために添加されている。ここで、裁断特性の安定化とは、真空遮断器における裁断現象（真空環境下での遮断時において、電流（アーク放電）が零点前に強制的に裁断され急激な電流変化が生じる現象）によって高サージ電圧を発生させないように、裁断電流値を小さく、かつ、ばらつきが少ないようにすることを意味する。このように特許文献６は、裁断特性の安定化のためにコバルトやニッケルを添加することを記載するものであり、配線用遮断器などの裁断特性を不要とする遮断器において、Ａｇ−ＷＣ系接点にコバルトやニッケルを添加することを示唆するものではない。

以上に説明したように、Ｎｉを含有するＡｇ−ＷＣ系接点材料はこれまでにも知られているが、組成比が最適化されておらず、また、大気中での使用を前提として、Ｎｉの添加によって接点性能を低下させずに低コスト化を図ることについては十分な検討がなされていなかった。

また、本発明者の検討の結果、可動接点としてＮｉを含有するＡｇ−ＷＣ系接点を大気中で使用する場合において、固定接点の材料が適切に選択されていないと、消耗特性や耐アーク性が低下し得ることがわかった。

なお、可動接点と固定接点とを別の材料から形成することは従来から検討されており、例えば、可動接点にＡｇ−ＷＣ接点を用い、固定接点にＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ接点を用いる方法が知られている（例えば、特許文献７）。ただし、特許文献７では、Ｎｉなどの鉄族元素とグラファイトＧｒとを含むＡｇ−ＷＣ系接点が配線用遮断器の可動接点と固定接点の双方に用いられており、この場合には消耗性能や絶縁特性が低下する場合があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、銀の使用量を抑えつつ接点性能の良好な電気接点、電気接点対、および、これらを備える遮断器を提供することをその目的とする。

本発明の実施形態による接点材料は、大気中で使用される電気接点材料であって、２．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％未満のニッケルと、２０．０ｖｏｌ％以上５０．０ｖｏｌ％以下の炭化タングステンと、残部の銀と、不可避不純物とからなる。

ある実施形態において、上記の接点材料は、前記ニッケルを５．０ｖｏｌ％以上９．０ｖｏｌ％以下含む。

本発明の実施形態による電気接点対は、大気中で開閉される第１の接点と第２の接点とからなり、前記第１の接点は、上記のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系電気接点材料からなり、前記第２の接点は、炭化タングステンと、グラファイトと、銀と不可避不純物とを含む電気接点材料からなる。

ある実施形態において、前記第２の接点に、前記銀が６５体積％以上含まれている。

ある実施形態において、前記第２の接点は、ニッケルをさらに含む。

ある実施形態において、前記第２の接点は、金属炭化物をさらに含む。

ある実施形態において、前記金属炭化物は、炭化バナジウムを含む。

本発明の実施形態による遮断器は、上記の電気接点対を備えており、前記第１の接点から構成される可動接点と、前記第２の接点から構成される固定接点と、前記固定接点と前記可動接点とを開閉させる開閉機構とを備え、前記固定接点と前記可動接点と開閉させる動作が大気中で行われるように構成されている。

ある実施形態において、上記の遮断器は、１００Ｖ以上４００Ｖ以下の電圧が印加されるように構成されている。

本発明の実施形態による接点材料によれば、銀の量を低減しながら、従来と同等以上の耐久性、接触抵抗の低さを実現できる。

本発明の実施形態に係る配線用遮断器を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明の実施形態による電気接点材料は、Ｎｉを含有するＡｇ−ＷＣ系合金からなる接点材料（以下、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点材料と呼ぶことがある）である。より具体的には、電気接点材料は、体積比で、２ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％未満のニッケル（Ｎｉ）と、２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下の炭化タングステン（ＷＣ）と、残部の銀（Ａｇ）および不可避不純物とからなる。この接点材料は、Ａｇを基とする合金から形成されており、酸化されにいので、大気中においても好適に使用される。また、Ａｇの量が低減されており、比較的安価に製造することができる。

Ｎｉの含有量を２ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％未満にした理由は、Ｎｉの含有量が２ｖｏｌ％未満であると、銀の使用量が相対的に多くなってコスト削減に寄与が少なく、かつ、遮断時の消耗が多くなるからである。また、Ｎｉの含有量が１０ｖｏｌ％以上であると接触抵抗が増大する。Ｎｉの含有量のより好ましい範囲は、５ｖｏｌ％以上９ｖｏｌ％以下である。

また、ＷＣの含有量を２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下にした理由は、２０ｖｏｌ％未満であると銀の使用量が相対的に多くなってコスト削減に寄与が少なく、かつ、遮断消耗が大きくなるからであり、５０ｖｏｌ％超であると接触抵抗が際立って増大するからである。ＷＣの含有量のより好ましい範囲は、３０ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％以下である。

また、残部のＡｇは、４０ｖｏｌ％以上７８ｖｏｌ％以下含まれる。このような量のＡｇを含むので、接点性能を大幅に低下させることなくＡｇの使用量が低減される。Ａｇの含有量のより好ましい範囲は、４３ｖｏｌ％以上６３ｖｏｌ％以下である。

なお、電気接点材料に含まれる不可避の不純物としては、例えば酸素が挙げられる。あるいは、不可避不純物として、０．１ｖｏｌ％未満の、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｃａ、Ｎａなどの金属元素が含まれていても良い。また、Ｎｉの一部を置換するかたちで、Ｆｅ、Ｃｏなどの鉄族元素が不可避不純物として含まれていても良いが、その含有量は、Ｎｉを含む鉄族元素全体の８ｖｏｌ％未満であることが好ましい。

ただし、本明細書において、電気接点材料全体の２ｖｏｌ％以上含有されるＧｒや、０．１ｖｏｌ％以上含有されるＰは、上記の不可避不純物に含めないものとする。

本発明の実施形態によるＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系の電気接点材料において、ＷＣの体積比率は、Ｎｉの体積比率に比べて十分に多い。このように、比較的少量のＮｉでも、接点の消耗を低下させ、接触抵抗を上昇させることなく、溶着性にも優れたものとすることできる。また、Ａｇの含有量を低下させることができるので、コストを削減できる。

特に、上記のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ接点を遮断器の可動接点として用いるとともに、固定接点をＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点として用いたときに、接点の消耗性、耐アーク性、溶着の生じにくさなどの点において、良好な特性が得られることがわかった。ここで、Ｇｒはグラファイト（黒鉛）を意味しており、炭素（Ｃ）で構成されている。

また、固定接点として用いられるＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点は、他の金属元素や金属炭化物を有意な量だけ含んでいても良く、特に、Ｎｉおよび／またはＶＣ（炭化バナジウム）を含むものであって良い。Ｎｉの好適な含有量は、例えば、１ｖｏｌ％〜５ｖｏｌ％であり、ＶＣの好適な含有量は、例えば、２ｖｏｌ％〜１２ｖｏｌ％である。

固定接点として用いるＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点において、Ｎｉを適切な量だけ添加することによって、接点の消耗量を低下させながら銀の量を減らしてコストを削減することができる。また、ＶＣを適切な量だけ添加することによって、ＷＣのみが含まれている場合よりも接点消耗量を低減させることができる。なお、ＶＣの代わりに、あるいは、ＶＣと共に、例えば、Ｍｏ₂Ｃ、ＴｉＣ、Ｃｒ₃Ｃ₂、ＴａＣ、ＮｂＣなどの金属炭化物を含有させた場合にも、接点消耗量を低減させ得る。

このようにして、比較的Ｎｉの含有量が少ないＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点と、Ａｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点とを、開閉機における一対の接点として用いた場合に、大気中で開閉動作を行う場合であっても、良好な耐アーク性および耐消耗性を実現することができる。

この接点対は、大気中で使用され、例えば１００Ｖ以上４００Ｖ以下が印加される用途において、良好な特性を示すことが確認された。より具体的には、配線用遮断器において上記のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ接点を可動接点として用い、上記のＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点（特にＮｉおよび／ＶＣをさらに含有するもの）を固定接点として用いることが好適であった。

以下、本発明の実施形態による電気接点対の製造方法の一例を説明する。ここでは、可動接点としてＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点を用い、固定接点としてＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ−ＶＣ系接点を用いる場合を説明する。

まず、可動接点に用いるＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ合金を作製するために、Ａｇ粉末、ＷＣ粉末、Ｎｉ粉末をそれぞれ所定の体積比率となる量で混合する。より具体的には、Ａｇ粉末、ＷＣ粉末、Ｎｉ粉末は、体積比で、ＷＣが全体の２０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下になるように、Ｎｉが全体の２ｖｏｌ％以上１０ｖｏｌ％未満になるように、Ａｇが全体の４０ｖｏｌ％以上７８ｖｏｌ％以下になるようにそれぞれの分量を調節する。

また、固定接点に用いるＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ−ＶＣ合金を作製するために、Ａｇ粉末、ＷＣ粉末、Ｇｒ粉末、Ｎｉ粉末、ＶＣ粉末をそれぞれ適切な体積比率となる量で混合する。

なお、それぞれの粉末は、例えば、Ｄ５０平均粒径が１．０μｍ〜２．０μｍとなるように、公知の粉砕工程を経て得られたものであってよい。また、得られた混合粉末はいずれも、十分に乾燥させることが好ましい。

次に、公知のプレス装置を用いた粉末プレス工程によって、合金粉末を加圧・成形し、成形体を作製する。このとき公知の潤滑剤を添加しても良い。なお、成形体の作製は、ＨＩＰ（熱間等方圧加圧法）や、ＣＩＰ（冷間等方圧加圧法）によって行われても良い。

その後、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ成形体およびＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ−ＶＣ成形体を、公知の焼結装置を用いて焼結する。焼結条件は、例えば、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ成形体の焼結は、非酸化性雰囲気中で焼結温度７５０度〜８５０度で行えばよく、Ａｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ−ＶＣ成形体の焼結は、非酸化性雰囲気中で焼結温度８００度〜９２０度で行えばよい。混合されたＮｉは焼結助剤として焼結工程を促進させるように機能し得る。

なお、可動接点用のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ合金は、ＷＣ−Ｎｉのスケルトンを混合粉末の成形体を焼結することによって形成し、このＷＣ−Ｎｉスケルトンに対してＡｇを溶浸することによって作製されてもよい。さらに、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ混合粉末の成形体を焼結して得たＡｇ−ＷＣ−ＮｉスケルトンにＡｇを溶浸することによって作製されてもよい。ただし、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ混合粉末のＡｇ量は、最終的得ようとするＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ合金中のＡｇ量より少ない。これらの溶浸工程は、例えば９６０℃超の任意の温度にて非酸化性雰囲気中で行われてよい。また、固定接点は、Ａｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ−ＶＣ合金を圧延または再プレスすることによって作製してもよい。圧延または再プレスを行う際の圧下率は、例えば、５〜１５％程度に設定されてよい。

上記のようにして作製された焼結合金には、公知の切断、切削、研削等の機械加工や電気加工を施すことができ、これによって所定の形状、寸法の接点材料を得ることができる。

以下、上記のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点（可動接点）と、Ａｇ−ＷＣ−Ｇｒ（−Ｎｉ−ＶＣ）系接点（固定接点）とを用いて構成される配線用遮断器の一例を説明する。

図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態による配線用遮断器１００の模式的な構成を示す斜視図および断面図である。配線用遮断器１００は、固定接点２と、可動接点４と、固定接点２に対する可動接点４の相対位置を変化させることができる開閉機構６とを備えている。配線用遮断器１００はまた、固定接点２と可動接点４との近傍に設けられた消弧装置８を備えている。

固定接点２は、筺体表面に配置された電源側端子１２に接続されており、可動接点４は同様に筺体表面に配置された負荷側端子１４に接続されている。配線用遮断器１００において、固定接点２と可動接点４とが接触する状態（閉状態）のとき、電源側端子１２と負荷側端子１４との間に電流が流れ、固定接点２と可動接点４とが離れた状態（開状態）のとき、電源側端子１２と負荷側端子１４との間に電流が流れない。

開閉機構６は、上記の閉状態／開状態を切り替えることができるように、可動接点４を固定接点２に対して移動させるように構成されている。開閉機構６は、人手によるハンドル１６の操作に応じて開状態と閉状態とを切り替えるように動作しても良いし、熱や電気的／磁気的な異常に応じて自動的に固定接点２から可動接点４を開放するように動作してもよい。

配線用遮断器１００において、電流を遮断する際には、開閉機構６が可動接点４を固定接点２から離すように動作することで接点対２、４を開状態にする。このとき、消弧装置８は、アークが発生させた磁束によって、消弧装置８の切欠きの奥のほうへアークを引き伸ばす。これにより、アーク抵抗が大きくなり、アーク電圧が維持できなくなるのでより容易に消弧することができる。

配線用遮断器１００において、可動接点４は上記のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点から構成されており、固定接点２は上記のＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点から構成されている。固定接点２として用いるＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点は、ＶＣおよび／またはＮｉを含有していても良い。これらの固定接点２および可動接点４（以下、接点対２、４と称することがある）は、大気中に暴露された状態で使用され、開閉機構６による接点対２、４の開放動作もまた大気中で行われる。接点対２、４は、いずれも銀を基とする合金から形成されているので、大気中での使用においても酸化による接点性能の低下が防止される。

また、固定接点２としてＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ（−Ｎｉ−ＶＣ）系接点を用い、可動接点４としてＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点を用い、それぞれ異なる材料からなる接点を組み合わせて使用することによって、Ａｇの消費量を低減して製造コストを削減しながら、接点としての性能を落とさずに接点消耗量を抑制することができる。

以上、実施形態による例示的な配線用遮断機１００を説明したが、図１（ａ）および（ｂ）は模式図であり、配線用遮断器は図示する以外の種々の形態を有していて良いことは言うまでもない。また、本発明の実施形態による遮断器は、配線用遮断器に限られず、大気中に接点が暴露された状態で使用される種々の遮断器であってよい。

（実施例１）
下記の表１は、固定接点をＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ（−ＶＣ）系合金とし、可動接点をＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点とした場合の実施例Ｅ１〜Ｅ１６と比較例Ｃ１〜Ｃ８の組成をそれぞれ示すものである。表１の「接点材質」の欄に示す数字は、全て体積比率（ｖｏｌ％）を示している。

表１に示すように、全ての実施例Ｅ１〜Ｅ１６および比較例Ｃ１〜Ｃ８について、固定接点の組成は、ＷＣ（７．０ｖｏｌ％）、ＶＣ（１０．０ｖｏｌ％）、Ｇｒ（１３．０ｖｏｌ％）、Ｎｉ（０ｖｏｌ％）、Ａｇ（７０．０ｖｏｌ％）で共通している。また、実施例Ｅ１〜Ｅ１６および比較例Ｃ１〜Ｃ８は、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ系合金から形成される可動接点において、ＷＣ、Ｎｉ、および、Ａｇの組成比がそれぞれ異なっている。

ここで、実施例Ｅ１〜Ｅ４、比較例Ｃ１およびＣ２は、ＷＣを２０．０ｖｏｌ％含み、Ｎｉを０．５〜１２．０ｖｏｌ％の範囲でそれぞれ異なる分量だけ含み、残部がＡｇであるＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系合金を可動接点として用いた例である。より詳細には、実施例Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ、２．０ｖｏｌ％、５．０ｖｏｌ％、７．０ｖｏｌ％、および、９．８ｖｏｌ％のＮｉを含むものである。一方、比較例Ｃ１およびＣ２は、それぞれ０．５ｖｏｌ％および１２．０ｖｏｌ％のＮｉを含むものであり、本発明の実施形態によるＮｉ含有量（２．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％未満）の範囲から外れている。

また、実施例Ｅ５〜Ｅ８、比較例Ｃ３およびＣ４は、ＷＣを３０．０ｖｏｌ％含み、Ｎｉを０．５〜１２．０ｖｏｌ％の範囲でそれぞれ異なる分量だけ含み、残部がＡｇであるＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系合金を可動接点として用いる例である。より詳細には、実施例Ｅ５〜Ｅ８は、それぞれ、２．０ｖｏｌ％、５．０ｖｏｌ％、７．２ｖｏｌ％、および、９．８ｖｏｌ％のＮｉを含むものである。一方、比較例Ｃ３およびＣ４は、それぞれ０．５ｖｏｌ％および１２．０ｖｏｌ％のＮｉを含むものであり、本発明の実施形態によるＮｉ含有量（２．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％未満）の範囲から外れている。

また、実施例Ｅ９〜Ｅ１２、比較例Ｃ５およびＣ６は、ＷＣを４０．０ｖｏｌ％含み、Ｎｉを０．５〜１２．０ｖｏｌ％の範囲でそれぞれ異なる分量だけ含み、残部がＡｇであるＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系合金を可動接点として用いる例である。より詳細には、実施例Ｅ９〜Ｅ１２は、それぞれ、２．０ｖｏｌ％、５．０ｖｏｌ％、７．０ｖｏｌ％、および、９．８ｖｏｌ％のＮｉを含むものである。一方、比較例Ｃ５およびＣ６は、それぞれ０．５Ｖｏｌ．％および１２．０Ｖｏｌ．％のＮｉを含むものであり、本発明の実施形態によるＮｉ含有量（２．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％未満）の範囲から外れている。

また、実施例Ｅ１３〜Ｅ１６、比較例Ｃ７およびＣ８は、ＷＣを５０．０ｖｏｌ％含み、Ｎｉを０．５〜１２．０ｖｏｌ％の範囲でそれぞれ異なる分量だけ含み、残部がＡｇであるＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系合金を可動接点として用いる例である。より詳細には、実施例Ｅ１３〜Ｅ１６は、それぞれ、２．０ｖｏｌ％、５．０ｖｏｌ％、７．０ｖｏｌ％、および、９．８ｖｏｌ％のＮｉを含むものである。一方、比較例Ｃ７およびＣ８は、それぞれ０．５ｖｏｌ％および１２．０ｖｏｌ％のＮｉを含むものであり、本発明の実施形態によるＮｉ含有量（２．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％未満）の範囲から外れている。

表１の右側に、各接点対の評価結果を示す。ここでは、遮断消耗（ｍｍ³）、開閉消耗（ｍｍ³）、抵抗値（ｍΩ）、および、体積単価（\（日本円）／ｃｍ³）の４項目についての評価を示している。

ここで、「遮断消耗」とは、比較的頻度が低く（例えば数回）、大きな電流（事故電流）を遮断する場合の消耗である。表１には、電圧２３０Ｖ、ピーク電流２５００Ａで５回の電流遮断操作を行った場合の接点消耗量を記載している。 また、「開閉消耗」とは、比較的小さい電流を繰り返し（例えば数万回）遮断する場合の接点消耗量である。表１には、２３０Ｖ、１００Ａの電流を流した状態で１万回の電流遮断操作を行った場合の接点消耗量を記載している。上記の「遮断消耗」および「開閉消耗」の値は、小さいほど接点消耗が少なかったことを意味し、すなわち、消耗特性に優れていることを意味する。

また、「抵抗値」は、接点の電気特性や発熱特性に関連する項目であり、抵抗値が小さい方が接点としての使用に適している。「抵抗値」が大きい場合、接点の温度が上昇し、ブレーカの収容部分が溶融するおそれがあり、著しい場合はブレーカが焼損する。例えば室温より８０〜１００℃以上の温度上昇が生じないような抵抗値であることが好ましい。ただし、僅かな抵抗値の差は、さほど接点性能に影響を与えるものではない。

また、「体積単価」は、単位体積当たりの原価コストを表しており、この値が小さいほど安価に製造できることを意味している。

下記の表２は、表１の右側に記載の評価結果を相対評価として示すものである。表２において、遮断消耗（ｍｍ³）、開閉消耗（ｍｍ³）、抵抗値（ｍΩ）、および、体積単価（￥／ｃｍ³）の４項目は、基準例Ｓの評価結果を１．０００としたときの相対値（基準値に対する比率）として記載されている。なお、表１および表２に示すように、基準例Ｓは、Ｎｉを含まないＡｇ−ＷＣ接点を可動接点として用いて、実施例Ｅ１〜Ｅ１６や比較例Ｃ１〜Ｃ８と同様に、ＷＣ（７．０ｖｏｌ％）、ＶＣ（１０．０ｖｏｌ％）、Ｇｒ（１３．０ｖｏｌ％）、Ａｇ（７０．０ｖｏｌ％）含む接点を固定接点として用いた例である。

表１および表２に示すように、実施例Ｅ１〜Ｅ４（可動接点のＷＣ含有量が２０．０ｖｏｌ％）において、可動接点の遮断消耗が、Ｎｉを含まない基準例Ｓの場合と比べて十分に改善されることがわかる。また、基準例Ｓと比較して略同等の抵抗値を有していることがわかる。なお、体積単価については、基準例Ｓよりも僅かに高くなっているが、これは基準例ＳのＷＣ含有量（３０．０ｖｏｌ％）に比べて実施例Ｅ１〜Ｅ４のＷＣ含有量（２０．０ｖｏｌ％）が少なく、相対的にＡｇの使用量が増えていることに起因している。ＷＣの量が基準例Ｓと同等である実施例Ｅ５〜Ｅ８では、基準例Ｓに比べて体積単価が低下している。

また、Ｎｉの量が０．５ｖｏｌ％である比較例Ｃ１では、Ｎｉの量が少なすぎるために、実施例Ｅ１〜Ｅ４の場合とは異なり、可動接点の遮断消耗の改善がほとんど見込めないことがわかる。他方、Ｎｉの量が１２．０ｖｏｌ％と比較的多い比較例Ｃ２では、抵抗値が１ｍΩを上回り、基準例Ｓの１．５倍以上にまで上昇しており、接点性能が顕著に低下することが分かる。比較例Ｃ２のように、Ｎｉの量が１０ｖｏｌ％以上である場合、抵抗値が高くなることで接点は高温になりやすい。また、熱伝導度が比較的低いＮｉを多く含むことで熱が逃げにくくなり溶着などの問題も発生しやすくなると考えられる。

表１および表２に示すように、実施例Ｅ５〜Ｅ８および比較例Ｃ３、Ｃ４（可動接点のＷＣ含有量が３０．０ｖｏｌ％）においても、実施例Ｅ１〜Ｅ４、比較例Ｃ１、Ｃ２と同様の結果が得られており、実施例Ｅ５〜Ｅ８においても特に可動接点の遮断消耗が大幅に抑制されていることがわかる。また、実施例Ｅ５〜Ｅ８では、ＷＣの含有量が実施例Ｅ１〜Ｅ４より多くＡｇの含有量が比較的少ないので体積単価を低減できる。なお、実施例Ｅ５〜Ｅ８では抵抗値が僅かに増加する場合があるが、接点としては許容できる範囲である。

同様の結果が、実施例Ｅ９〜Ｅ１２および比較例Ｃ５、Ｃ６（可動接点のＷＣ含有量が４０．０ｖｏｌ％）の場合、また、実施例Ｅ１３〜Ｅ１６および比較例Ｃ７、Ｃ８（可動接点のＷＣ含有量が５０．０ｖｏｌ％）の場合についても得られている。

ＷＣの含有量が増え、Ａｇの含有量が減るほど、体積単価が低下しかつ消耗特性が向上する傾向がある。その一方で、Ａｇの含有量が減れば、抵抗値は増加する傾向がある。したがって、ＷＣおよびＡｇの量を、用途に応じて適切に選択することが好ましい。配線用遮断器などの可動接点として用いる場合において、実用的な観点からは、ＷＣの含有量は３０．０〜４５．０ｖｏｌ％程度、Ａｇの含有量は４３．０〜６３．０ｖｏｌ％程度であることが好適である。そのなかでも特に、ＷＣの含有量が３５．０〜４５．０ｖｏｌ％の範囲で、Ｎｉの含有量が５．５〜８．５ｖｏｌ％の範囲のとき（実施例Ｅ１１など）、コスト削減効果と性能向上のバランスが良く、好適な可動接点材料となることが確認された。

（実施例２）
実施例２では、可動接点として実施例の範囲のＡｇ−ＷＣ−Ｎｉ系接点を用いるとともに、固定接点の組成を変更して実施例１と同様の評価試験を行った。下記の表３および表４に結果を示す。

表３は、実施例Ｅ１７〜Ｅ３１、Ｅ３２〜Ｅ３５、Ｅ３６〜Ｅ３９、Ｅ４０〜Ｅ４２の組成および評価結果（上記実施例１と同様の遮断消耗、開閉消耗、抵抗値および体積単価）を示す。なお、表３において、前記の表１と同様に、接点材質の欄には体積比（ｖｏｌ％）を記載し、遮断消耗および開閉消耗の欄には消耗した体積（ｍｍ³）を記載し、抵抗値は電気抵抗値（ｍΩ）を記載し、体積単価は単位体積当たりのコスト（\／ｃｍ³）を記載している。

また、表４は、前記の表２と同様に、基準例Ｓ（表１および表２に記載）の結果を１．０００としたときの相対的な評価結果を示している。

実施例Ｅ１７〜Ｅ３１では、可動接点として、３９．８ｖｏｌ％のＷＣ、７．０ｖｏｌ％のＮｉ、５３．２ｖｏｌ％のＡｇを含む接点（実施例Ｅ１１における可動接点に近い組成）を用いている。この可動接点に対して、表３および表４に示す各組成比を有する固定接点を用いて試験を行っている。

例えば、実施例Ｅ１７は、６．５ｖｏｌ％のＷＣ、３．４ｖｏｌ％のＶＣ、１０．９ｖｏｌ％のＧｒ、２．２ｖｏｌ％のＮｉ、および、残部のＡｇを含む接点を固定接点として用いた例である。また、実施例Ｅ１９は、実施例Ｅ１７に近い組成比を有し、かつ、Ｎｉを含まないバージョンの固定接点を用いた例である。いずれの接点でも良好な特性が実現できていることがわかる。

また、実施例Ｅ２２は、７．０ｖｏｌ％のＷＣ、１０．０ｖｏｌ％のＶＣ、１３．０ｖｏｌ％のＧｒ、２．０ｖｏｌ％のＮｉ、および、残部のＡｇを含む固定接点を用いた例である。さらに、実施例Ｅ１８は、実施例Ｅ２２に近い組成比を有し、かつ、Ｎｉを含まないバージョンの固定接点を用いた例である。いずれの接点でも良好な特性が実現できていることがわかる。

実施例Ｅ１７〜Ｅ２０の接点のように、例えばＷＣを６〜８ｖｏｌ％程度含み、ＶＣを３〜１０ｖｏｌ％程度含むような固定接点を用いる場合において、十分に良好な特性が得られることが確認された。また、これらの固定接点では、Ａｇが６５ｖｏｌ％以上含まれており、可動接点の銀含有量（５３．２ｖｏｌ％）よりも多いが、このような接点対の組み合わせにおいて良好な結果が得られることがわかった。

なお、固定接点は、実施例Ｅ１８およびＥ１９に示すように、Ｎｉを含まなくても良く、またＮｉを含む場合であっても、Ａｇ−ＷＣ−Ｎｉ系可動接点の含有量（７ｖｏｌ％）よりも十分に少ない量（３ｖｏｌ％以下）であってもよい。また、実施例Ｅ２５に示すように、ＶＣを含まないＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ接点も固定接点として好適に利用できる。

実施例Ｅ３２〜Ｅ３５は、可動接点として、３０．０ｖｏｌ％のＷＣ、５．０ｖｏｌ％のＮｉ、６５．０ｖｏｌ％のＡｇを含む接点（実施例Ｅ６における可動接点）を用いた場合であり、実施例Ｅ３６〜Ｅ３９は、可動接点として、５０．０ｖｏｌ％のＷＣ、７．０ｖｏｌ％のＮｉ、４３．０ｖｏｌ％のＡｇを含む接点（実施例Ｅ１５における可動接点）を用いた場合である。それぞれの可動接点に対して、表３および表４に示す種々の組成比のＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ−Ｎｉ−ＶＣ系固定接点を組み合わせて用いた場合にも良好な結果が得られていることがわかる。

また、実施例Ｅ４０〜Ｅ４２では、可動接点として、４０．０ｖｏｌ％のＷＣ、７．０ｖｏｌ％のＮｉ、５３．０ｖｏｌ％のＡｇを含む接点（実施例Ｅ１１における可動接点）を用いた場合において、固定接点として、ＶＣおよびＮｉを含まないＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系接点を用いた場合である。この場合には、固定接点の遮断消耗が増加する傾向はあるが、可動接点の消耗特性および抵抗値は良好であり、接点対として使用し得ることがわかる。ただし、固定接点の消耗特性を向上させるためには、固定接点がＶＣおよびＮｉのうちの少なくともいずれか一方を含むことが好ましい。

本発明の実施形態による接点材料は、配線用遮断器などの大気中で使用される遮断器において電気接点として好適に用いられる。

２ 固定接点
４ 可動接点
６ 開閉機構
８ 消弧装置
１２ 電源側端子
１４ 負荷側端子
１６ ハンドル
１００ 配線用遮断器

Claims (8)

1. 大気中で使用される電気接点材料であって、２．０ｖｏｌ％以上１０．０ｖｏｌ％未満のニッケルと、２０．０ｖｏｌ％以上５０．０ｖｏｌ％以下の炭化タングステンと、残部の銀と、不可避不純物とからなり、
   前記ニッケルを５．０ｖｏｌ％以上９．０ｖｏｌ％以下含む、電気接点材料。
2. 大気中で開閉される第１の接点と第２の接点とからなる電気接点対であって、
   前記第１の接点は、請求項１に記載の電気接点材料からなり、
   前記第２の接点は、炭化タングステンと、グラファイトと、銀と不可避不純物とを含む電気接点材料からなる電気接点対。
3. 前記第２の接点において、前記銀が６５体積％以上含まれている請求項２に記載の電気接点対。
4. 前記第２の接点は、ニッケルをさらに含む、請求項２または３に記載の電気接点対。
5. 前記第２の接点は、金属炭化物をさらに含む、請求項２から４のいずれかに記載の電気接点対。
6. 前記金属炭化物は、炭化バナジウムを含む、請求項５に記載の電気接点対。
7. 請求項２から６のいずれかに記載の電気接点対を備える遮断器であって、
   前記第１の接点から構成される可動接点と、
   前記第２の接点から構成される固定接点と、
   前記固定接点と前記可動接点とを開閉させる開閉機構と
   を備え、
   前記固定接点と前記可動接点と開閉させる動作が大気中で行われる遮断器。
8. １００Ｖ以上４００Ｖ以下の電圧が印加されるように構成されている、請求項７に記載の遮断器。

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