JPH0120216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規な電気接点材料に関するもので、
特に従来より比較的小電流のリレーからマグネツ
トスイツチやブレーカーなどの大電流域まで広汎
に用いられてきた銀―酸化カドミウム電気接点材
料に代つて、CdOを排し代替酸化物を含有させる
ようにした銀合金接点材料に係るものである。 従来から電気接点材料としては種々のものが用
いられているが、特に銀―酸化カドミウム系接点
は電気接点として要求される耐溶着性、耐消耗
性、低触抵抗などの諸電気特性にすぐれているた
め、その需要も年々上昇しているだけでなく、材
料面の改良も重ねられており、またこれに関する
学術的研究も多く、いわばこの系の材料、製造技
術の進歩は極限にまで達しているといえよう。 しかしながらこの銀―カドミウム系電気接点材
料は、既知のようにその製造上、溶解、熱間加
工、高温酸化、分析及び回収などカドミウムを系
外に排出し易い多数の工程を含んでいるため、当
然その排出防止に努めなければならず、この結果
殊に生産設備の拡大に伴つて公害防止設備が必要
となり、当該防止のために多大なエネルギーが消
費され、エネルギー資源問題まで発展しようとし
ている。 このため銀―酸化カドミウムによる当該製品を
製造する業者は、これに対し勿論充分な対策を構
じているが、その対策が十分であるからというだ
けでは、最早公害に対する社会情勢に対応してい
けず、このような接点だけを考えていたのでは莫
大な設備投資により生産価格にまで重大な影響を
与えることになる。 さらにまた銀中に酸化カドミウムを分散させる
ことは、接点表面の清浄作用、溶着力の低減など
の電気的諸特性を改善するものとして確かに効果
的であるが、このような効果を充分に果してきた
のは特に交流回路においてであり、極性の変化し
ない直流回路において当該接点材料を使用したと
きは、比較的耐溶着性に乏しく接点の開閉による
接触抵抗の増加にも著しい難点があるのであつ
て、その原因は当該接点のアノード側からカソー
ド側に向つてアノード成分が転移し、カソードの
接続部に接点母材と異なる一種の変質層を形成す
るためと提唱されており、この欠点はCdOを用い
る限り解消できない宿命ともいえよう。 そこで上記の如きカドミウムによる公害問題を
解消し、しかもAg―CdO系の電気接点材料に匹
敵する新しい材質の開発が注目されるに至り、近
時にわかに各種の研究がなされつゝあり、銀中に
Laの酸化物を分散させた電気接点材料なども発
表されている。 しかしこのような開発の理論的根拠の一端は
Agに分散すべき酸化物の揮発し易さを尺度とし
て、一般にはCdOよりも蒸気圧の低い酸化物の方
が電気接点としての開閉時に生ずるアークにより
接点表層から逸散した成分を、拡散により接点内
部から補う割合が少くなるので、Agに対する酸
化物の添加量が少くても効果的であるとも提唱さ
れ、実際にはそのような酸化物をCdOの代りに用
いることが提案されている。 そこで本願人は既に、上記の諸点に鑑み、Cd
成分を含まない酸化物の接点特性に寄与する役割
について再検討を行ない、この結果上記の如き既
成観念を排し構想を新たにして研究を重ねた結
果、電気接点の表面における清浄化作用やアーク
に対する諸現象、例えば消弧作用などが、添加す
る酸化物の物性、特にその蒸気圧の温度特性に最
も関係が深いとする考え方に想到し得た。 そしてこのような思考を基盤として約500〜
1500℃の温度範囲でCdOの蒸気圧よりも高い酸化
物に着目し、この中で毒性の少ないSb酸化物を
Ag中に含有させることにより、Ag―CdO系のも
のと同等以上の接点表面清浄化作用を発揮させ得
ることを確認することができ、さらにこのような
観点からSb以外の金属酸化物をもAg中に分散さ
せることにより、これらの相乗的効果が発揮され
得ることについても、各種の提案を発表してい
る。 本発明は以上の研究経過に基いてなされたもの
であり、Ag中に上記Sb酸化物だけでなく、約
1500〜4000℃の温度範囲でCdOより高い蒸気圧を
もつSn酸化物と、約500〜4000℃の温度範囲で
CdOより低い蒸気圧をもつIn、Znの酸化物をも
分散させることにより、これら金属酸化物の組合
せにより、より一層CdOの合成蒸気圧の挙動に近
似させ、その相乗作用が優れた接点特性を発揮し
得るようにしたのが、その一目的である。 さらに本発明の重要な目的は、上記金属酸化物
の分散に加えて、Pb、Seの一方または双方の酸
化物をも分散させることにより、CdOによる従来
接点の重大な欠陥を改善しようとするにある。 すなわち既知の如く機器の頻繁な運転に伴い、
その開閉を司るスイツチにあつて、その接点表面
はアーク熱やジユール熱によつて溶融する程の高
温に熱せられることになり、これが夜間などの運
転休止時には室温まで降温することになるから、
高温と室温の熱サイクルが繰返されることにな
る。 ところで当該接点はCu、Cu―Zn等による台材
に、銀ろうなどによつて、同接点の非酸化面側
（Ag面）が固着されることになるが、Agや上記
台材、接点材（Ag―CdO）の熱膨張率には差が
あり、このため上記の如き頻繁な熱サイクルによ
る膨張、収縮が繰返されると、AgとAg―CdOと
の境界にあつて、接点がその表面を凹曲するよう
に弓状に彎曲変形するという現象が生じ、これに
より接点が台材から剥離し、剥離部分の接点が欠
落消耗へと発展するのである。 本発明の前記重要目的は、既述のPb、Seを添
加することによつて、前記のSb、Sn、In、Znが
Agマトリツクス中に層状酸化物となつて出現し
ようとする際、当該酸化物を均一に分散させるよ
うにし、上記のように熱サイクルによる接点の彎
曲が生じようとするとき、当該熱応力に対し、上
記の均一に分散された酸化物が核となつて、アー
ク熱やジユール熱を受けた接点内部に微細なクラ
ツクを発生せしめ、これが、上記の如き加熱、冷
却の熱サイクルによる膨張、収縮で生ずる引張、
圧縮応力（熱歪）を各所で吸収させるようにし、
Ag―CdOにより接点の前記剥離消耗現象を防止
しようとするにある。 そこで第１の発明は銀を主成分とし、これに金
属成分（Sb）が0.1〜6.2重量％となるSbの酸化物
と、金属成分（Sn、In、Zn）が0.05〜4.2重量％
となるSn、In、Znの各酸化物と、金属成分
（Pb、Se）が0.01〜2.0重量％となるPb、Seの一
方または双方の酸化物とが分散されていることを
特徴としている。 このような電気接点材料を製造するには既知の
ように焼結法（粉末冶金法）によつても内部酸化
法（溶製法）によつてもよいが、生産コスト上か
ら後者が多用されることになる。 そして溶製法の場合には、AgにSb、Sn、In、
Zn、そしてPb、Seの一方または双方を固溶させ
た銀合金を作り、これを酸化雰囲気中で高温に保
持させることにより、その表面から酸素を侵入さ
せ、上記金属を選択的に酸化してその酸化物であ
る微細粒をAgマトリツクス中に生成させながら、
長時間当該酸化を続けることにより素材中に、全
面的に上記諸金属の酸化物を分散させることにな
り、一方焼結法の場合にはAgの微粉と上記諸金
属の粉末を混合し、加圧成形後に焼結したものを
酸化してから焼結したり、あるいはよく混合した
上記諸金属の酸化物粉を加圧焼成することによつ
て当該酸化物が銀中に分散した銀―酸化物系の電
気接点材料を製することもできる。 しかしこの際どのような製法によるにせよ、
Sbの酸化物はその金属成分であるSbが0.1〜6.2重
量％でなくてはならず、こゝでAgへのSbの添加
量の上限を6.2重量％に限定しなければならない
理由は、Ag―Sb合金のα固溶体におけるSbの最
大固溶限が300℃で6.2重量％であり、この添加量
を超過するSbを添加した場合には著しく冷間加
工性を阻害することゝなり、電気接点材料の量産
が不能となるからである。 また前記の焼結法により製造した場合にあつて
も、粒子間の結合力が弱いためアーク消耗量が多
く接点材料として望ましい特性が得られなくな
る。 一方0.1重量％未満の添加量であると、後述の
如き添加効果が得られず、その目的を達成し得な
い。 さらに本発明ではSnの酸化物を、Snが0.05〜
4.2重量％の範囲で分散させる必要がある。 このような上限、下限に限定しなければならな
い理由は、Snを添加した合金につき、これを内
部酸化すると、当該酸化物は針状を呈するが、
5.0重量％を超過した添加では、当該酸化物が内
部で凝集し、以後の内部酸化処理が困難となり、
酸化後も脆化が大となるためで、0.01％未満の場
合はSnを添加した効果があらわれないからであ
る。 次に第３の元素として添加したInは、上記Sn
と同じくInを含んだ合金を内部酸化すると、針状
の酸化物となるが、Sbその他の元素と組合せた
合金にあつてはInが5.0重量％を超過して添加さ
れると、内部酸化時に、表面に緻密な酸化被膜を
形成し、これが酸素の侵入を困難にすることにな
るため、上限を4.2重量％としなければならず、
0.05重量％未満では、添加の効果がない。 さらに第４の元素としてZnを添加すると、Zn
酸化物は1500℃以下でSb酸化物より低い蒸気圧
を有し、InとともにSb酸化物の揮発を抑制する
特性を有し、これら酸化物のアークなどによる揮
発損耗を抑制する効果がある。 そしてZnの添加上限を4.2重量％とした理由は、
それを超過する添加量とした場合、内部酸化処理
時にあつて、酸化物が凝集し、以後の内部酸化が
困難となるだけでなく、非常に脆くなつてしまう
からであり、0.05重量％の下限値は、効果発揮の
最低限を示している。 このように、SbだけでなくSn、In、Znを複合
添加することにより、単体添加では得られない相
乗効果が得られることになり、互いの揮発損耗に
対する抑制効果を発揮することになる。 さて本発明では、さらに前記の如くPb、Seの
一方または双方を添加するが、その添加による効
果は前記の通り熱サイクルによる熱歪を、これら
酸化物により形成された微細クラツクにより吸収
して、接点の剥離、異常損耗を解消し得ることで
あり、その上限を1.0重量％とした理由は、微細
クラツクが過多となることにより接点特性を劣化
させることのないようにするためで、下限の0.01
重量％は効果発揮の最低限を示しており、また
Pb、Seなる低融点金属を、上記のように添加す
ることにより、本願の多元系合金は、その鋳造性
を高められることになる。 次に第２の発明にあつては、上記第１の発明内
容に加えて、金属成分が0.01〜1.0重量％となる
Ni、Feの一方または双方の酸化物をも、主成分
たる銀中に分散させることを特徴としている。 こゝで上記の如くNi、Feを添加することの役
割は、結晶粒を微細化し、酸化物粒子を整えるこ
とにあり、この際上記の如く1.0重量％を上限と
したのは、これを越えて添加したとしても溶融法
では合金化自体が極めて困難となるからであり、
また下限としての0.01重量％は、前記の如き結晶
粒微細化の効果を発揮し得る最低限を意味してい
る。 こゝで本発明についての実施例を示せば、99.5
重量％以上の純度を有する金属材料を原料とし
て、これを大気中にてガス溶解することにより、 (1)91.2Ag―1.5Sb―3Sn―1In―3Zn―0.3Pb の鋳塊を製造し、この鋳塊の表層を面削後、その
一面に薄い純銀板を熱圧着して、ろう付け用の銀
層を形成する。 次に当該素材を冷間圧延して厚さ２mmの板にし
た後、プレス機により直径５mmの円盤状に打抜
き、これを内部酸化炉に入れ、大気を炉内に導入
しながら650℃で180時間加熱し、Sb、Sn、In、
Zn、Pbを酸化して本発明合金を製造した。 また第２の発明に係る実施例としては、上記第
１の発明について実施したと同じ工程により、 (2)90.1Ag―1.5Sb―3Sn―2In―3Zn ―0.3Se―0.1Fe による本発明合金を製造した。 そして上記(1)(2)につき接点試験用として当該合
金の裏側に形成された銀層と接点保持用の台座と
を銀ろう付けして試料とし、接点試験には
ASTM接点試験機（AC100V、20A）、アーク消
耗試験機（AC200V、10A）を用い、従来多用さ
れている代表的な電気接点材料と比較しながら下
表にあげた各項ごとに試験条件を選定し、各接点
材とも同一条件下で試験を行なつた。

【表】 以上のように本発明によれば上表の如く、Sb、
Sn、In、Zn、そしてPb、Seの酸化物を所定範囲
内の添加量だけAg中に分散させることにより、
Ag―CdO系合金と略同程度の特性をもち、その
消耗量ではこれを可成り低減でき、しかも溶着回
数を大巾に低下させることができたのであり、ま
た前記した熱サイクルによる剥離消耗の点でも改
善効果が得られ、Cdの不使用により公害の心配
をも解消することができ、さらにNi、Feの酸化
物を添加することにより、酸化物粒子を整え、溶
着回数についての、改善を促進させることができ
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銀を主成分とし、これに金属成分が0.1〜6.2
   重量％となるSbの酸化物と、金属成分が0.05〜
   4.2重量％となるSn、In、Znの各酸化物と、金属
   成分が0.01〜2.0重量％となるPb、Seの一方また
   は双方の酸化物とが分散されていることを特徴と
   する銀―酸化物系の電気接点材料。 ２ 銀を主成分とし、これに金属成分が0.1〜6.2
   重量％となるSbの酸化物と、金属成分が0.05〜
   4.2重量％となるSn、In、Znの各酸化物と、金属
   成分が0.01〜2.0重量％となるPb、Seの一方また
   は双方の酸化物と、金属成分が0.01〜1.0重量％
   となるNi、Feの一方または双方の酸化物とが分
   散されていることを特徴とする銀―酸化物系の電
   気接点材料。