JPH04235236A - 銀ー酸化物系の電気接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、銀ー酸化物系の電気接
点材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電気接点材料は種々のものが用
いられているが、特に銀ー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、低接触抵抗
などの諸電気特性にすぐれているためにその需要も多く
、材料の改良も重ねられており、学術的研究も多く、い
わばこの系の材料、製造技術は極限にまで達していると
言える。しかし、この銀ー酸化カドミウム系の電気接点
材料は、既知のようにその製造上、溶解、熱間加工、高
圧酸化、分析および回収など有害なカドミウムを系外に
排出し易い工程を多数含んでいるために当然その排出防
止に努めなければならず、その結果特に生産設備の拡大
に伴って公害防止設備が必要となり、そのための多大な
費用、設備が消費され、これがエネルギー資源問題にま
で発展しようとしている。このため、銀ー酸化カドミウ
ム系の電気接点材料を製造する業者は、これに対して充
分な対策を講じているが、その対策が充分であるからと
いうだけではもはや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では膨大な設備投資により生
産価格に影響がでてくることになる。さらにまた、Ａｇ
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、溶着力の低減等の電気的特性を改善するものと
して確かに効果的ではあるが、このような効果を充分に
果た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。その原因は当該接点の
アノード側からカソード側に向かっ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、この欠点は酸化カ
ドミウムの解消できない宿命である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、接点材料に酸化カドミウムを用いないようにする
ことであり、例えば銀中にｌａの酸化物を分散させるよ
うに技術も発表されている。このような開発の論理的根
拠はＡｇに分散すべき酸化物の揮発し易さを尺度とし、
一般には酸化カドミウム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じるアークにより接点表
面から散逸した成分を、拡散により接点内部から補う割
合が少なくなるので、Ａｇに対する酸化物の添加量が少
なくても効果があるとされていることによる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明者は、上記
の諸点に鑑み、カドミウム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い、既成概念を排し
て研究を重ね、その結果、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
も関係が深いという結論に達した。そこで、このような
考えを基盤として約５００〜１５００℃の温度範囲で酸
化カドミウム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事が確認できた。さらにこのよ
うな観点からＳｂ以外の金属酸化物も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
の研究過程に基づいてなされたものであり、Ａｇ中に蒸
気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、Ｍｕ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み合わせにより、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。さらに
、上記金属酸化物の分散に加えて、ＴｅとＬｉの双方の
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するものである。すなわち既知
の如く機器の煩雑な運転に伴い、その開閉を司るスイッ
チにあって、その接点表面はアーク熱やジュール熱によ
って溶融する程の高温に熱せられることになり、これが
夜間等の運転休止時には室温にまで降温することになる
ので、高温と室温の熱サイクルが繰り返されることにな
る。ところで、当該接点はＣｕ、Ｃｕ−Ｚｎ　等による
台材に、銀ろう等によって同接点の非酸化面（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
の如き煩雑な熱サイクルによる膨張、収縮が繰り返され
ると、ＡｇとＡｇ−ＣｄＯとの境界にあって、接点がそ
の表面を凹曲するように弓状に湾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。本発明は、上記ＴｅとＬ
ｉを添加することによって、上記Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚ
ｎ、ＭｎがＡｇマトリックス中に層状酸化物となって出
現しようとする際に、当該酸化物を均一に分散させるよ
うにし、上記のような熱サイクルによる接点の湾曲が生
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ってアーク熱やジュール熱を受
けた接点内部に微細なクラックを発生せしめ、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
じる引張、圧縮応力（熱歪）を各所で吸収させるように
し、これにより接点の上記剥離消耗現象を防止する。そ
こで、本発明は、Ａｇを主成分とし、これにＳｂが０．
１〜６．２Ｗｔ％　となるＳｂの酸化物と、Ｓｎ、Ｉｎ
、Ｚｎ、Ｍｎが０．０５〜５．０Ｗｔ％　となるＳｎ、
Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｎの各酸化物と、ＴｅとＬｉが０．０１
〜２．０Ｗｔ％　となるＴｅとＬｉの双方の酸化物とが
分散されていることを特徴とし、既知のような焼結法（
粉末冶金法）によっても内部酸化法（溶製法）によって
製造することができ、生産コスト上からは後者が適当で
ある。この内部酸化法の場合には、ＡｇにＳｂ、Ｓｎ、
Ｉｎ、Ｚｎ、ＭｎそしてＴｅとＬｉの双方を固溶させた
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
ッ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
させることになる。一方焼結法の場合にはＡｇの微粉と
上記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金
属の酸化物粉を加圧焼成することによって当該酸化物が
Ａｇ中に分散した銀ー酸化物系の電気接点材料を製造す
ることができる。しかし上記の何れの方法にせよ、Ｓｂ
の酸化物はその金属成分であるＳｂが０．１〜６．２Ｗ
ｔ％　でなくてはならない。ここで、ＡｇへのＳｂの添
加量の上限を６．２Ｗｔ％　とした理由は、Ａｇ−Ｓｂ
　合金のα固溶体におけるＳｂの最大固溶限が３００℃
で６．２Ｗｔ％　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にな
り、電気接点材料の量産が不能となるからである。また
、焼結法により製造した場合であっても、粒子間の結合
力が弱いために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、０．１Ｗｔ％　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
の目的が達成できない。さらに本発明ではＳｎの酸化物
を、Ｓｎが０．０５〜５．０Ｗｔ％　の範囲で分散させ
る必要がある。このような上限、下限に限定した理由は
、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、５．０Ｗｔ％　を超過した
添加では当該酸化物が内部で凝縮し、以後の内部酸化処
理が困難となり、酸化後も脆化が大きくなるためである
。また、０．０５Ｗｔ％　未満の場合にはＳｎを添加し
た効果があらわれないからである。つぎに、Ｉｎは上記
Ｓｎと同様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その他の元素と組み合わせた合金
にあってはＩｎが５．０Ｗｔ％　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５．
０Ｗｔ％　としなければならず、また、０．０５Ｗｔ％
　未満の添加では添加の効果があらわれないためである
。つぎに、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と共にＳ
ｂ酸化物の発揮を抑制する特性を有し、これら酸化物の
アーク等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５．０Ｗｔ％　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って、
酸化物が凝縮し、以後の内部酸化が困難となるだけでな
く、非常に脆くなってしまうからであり、また、０．０
５Ｗｔ％　未満の場合にはＺｎを添加した効果があらわ
れないからである。また、Ｍｎを添加すると、Ｍｎ酸化
物は２０００℃以上でＳｂ酸化物より低い蒸気圧を有し
、Ｉｎ、Ｚｎよりもさらに高い温度範囲でＳｂ酸化物の
発揮を抑制する効果がある。そしてＭｎの添加上限を５
．０Ｗｔ％　とした理由は、Ｍｎを添加することにより
、内部酸化処理時にあたって、結晶粒界をＡｇに富んだ
層で形成する作用傾向があり、５．０Ｗｔ％　を超過す
る添加量といた場合、この傾向が顕著となり、Ａｇリッ
チな層が接点特性に悪影響を与えることになるからであ
り、０．０５Ｗｔ％　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、Ｚ
ｎ、Ｍｎ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ができる。さらに本発
明では、ＴｅとＬｉを添加するがこの添加による効果は
上記の通り熱サイクルによる熱歪をこれらの酸化物によ
り形成された微細クラッ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、その上限値を２．０
Ｗｔ％　とした理由は微細クラックが過多となることに
より接点特性を劣化させることがないようにするためで
あり、下限の０．０１Ｗｔ％　未満の場合には添加した
効果があらわれないからである。また、ＴｅとＬｉの低
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、その鋳造性を高めることになる。さらに上記
発明内容に加えて、金属成分が０．０１〜１．００Ｗｔ
％　となるＮｉ、Ｆｅの一方または両方の酸化物を、主
成分たるＡｇ中に分散させることを特徴とする。ここで
、ＮｉとＦｅを添加する理由は、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１．００Ｗｔ％　
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
では合金化がきわめて困難となるからであり、また、下
限の０．０１Ｗｔ％は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。

【０００５】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。表１は本
発明の実施例を示し、９９．０５Ｗｔ％　以上の純度を
有する金属材料を原料として、これを非酸化性雰囲気中
で溶解することにより、実施例（１）〜（１０）のよう
な合金組成の鋳塊を製造し、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。つぎに、当該素材を冷間圧延して厚さ２ｍ
ｍの板にした後、プレス機により直径５ｍｍの円板状に
打ち抜き、これを内部酸化炉に入れ、酸素を炉内に導入
しながら７００℃で１８０時間加熱し、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉ
ｎ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｌｉを選択的に酸化して本発明
合金を製造した。

【０００６】

【表１】

【０００７】そして上記実施例（１）〜（１０）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表
２にあげた各項毎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った。

【０００８】

【表２】

【０００９】

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によると、表
２に示す如くＳｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、ＭｎさらにＴｅ
とＬｉ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系合金と同程度の特性を
持ち、その消耗量ではこれをかなり低減することができ
、しかも溶着回数を大幅に低下させることが可能となり
、また、上記した熱サイクルよる剥離消耗の点でも改善
効果が得られ、Ｃｄフリー化により公害の心配も解消す
るためにそのための設備も必要となくなる。また、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可能と
なった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　銀を主成分とし、これに金属成分が０
   ．１〜６．２Ｗｔ％　となるＳｂの酸化物と、金属成分
   が０．０５〜５．０Ｗｔ％　となるＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、
   Ｍｎの各酸化物と、金属成分が０．０１〜２．０Ｗｔ％
   　となるＴｅ、Ｌｉの両方の酸化物とが分散されている
   ことを特徴とする銀ー酸化物系の電気接点材料。
2. 【請求項２】　　銀を主成分とし、これに金属成分が０
   ．１〜６．２Ｗｔ％　となるＳｂの酸化物と、金属成分
   が０．０５〜５．０Ｗｔ％　となるＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、
   Ｍｎの各酸化物と、金属成分が０．０１〜２．０Ｗｔ％
   　となるＴｅ、Ｌｉの両方の酸化物と、金属成分が０．
   ０１〜１．０Ｗｔ％　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ー酸
   化物系の電気接点材料。