JPH04235237A

JPH04235237A - 銀ー酸化物系の電気接点材料

Info

Publication number: JPH04235237A
Application number: JP2417161A
Authority: JP
Inventors: Sadao Sato; 貞夫佐藤; Yasuhiro Sagara; 相良　康博; Yoshitaka Kajiyama; 梶山　佳孝; Takashi Nara; 奈良　喬
Original assignee: Tokuriki Honten Co Ltd
Current assignee: Tokuriki Honten Co Ltd
Priority date: 1990-12-29
Filing date: 1990-12-29
Publication date: 1992-08-24

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Ｃ
ｄＯ　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、Ｌｉ、Ｂｉの酸化物
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−Ｃｄ
Ｏ）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、Ｌｉ、Ｂｉを
添加することによって、上記Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ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０．１〜６．２
Ｗｔ％　となるＳｂの酸化物と、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎが０
．０５〜５．０Ｗｔ％　となるＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎの各酸
化物と、Ｔｅ、Ｌｉ、Ｂｉが０．０１〜２．０Ｗｔ％　
となるＴｅ、Ｌｉ、Ｂｉの酸化物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そしてＴ
ｅ、Ｌｉ、Ｂｉ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０．１〜６．２Ｗｔ％　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５．０Ｗ
ｔ％　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Ｓｂ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５．０Ｗ
ｔ％　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、０．０５Ｗｔ％　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。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
することができる。さらに本発明では、Ｔｅ、Ｌｉ、Ｂ
ｉ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２．０Ｗｔ％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０．０
１Ｗｔ％　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、Ｌｉ、Ｂｉ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Ｎ
ｉ、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０．０１
Ｗｔ％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、９９．５Ｗｔ％　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２ｍｍ
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、Ｉｎ
、Ｚｎ、Ｔｅ、Ｌｉ、Ｂｉ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さらにＴｅ、Ｌｉ
、Ｂｉ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

【特許請求の範囲】

【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の
各酸化物と、金属成分が０．０１〜２．０Ｗｔ％　とな
るＴｅ、Ｌｉ、Ｂｉの酸化物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。
【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の
各酸化物と、金属成分が０．０１〜２．０Ｗｔ％　とな
るＴｅ、Ｌｉ、Ｂｉ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。