JPH04235239A - 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、Ｍｎ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、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（Ａ
ｇ−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、Ｌｉ
、Ｂｉを添加することによって、上記Ｓｂ、Ｓｎ、Ｉｎ
、Ｚｎ、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Ｓ
ｎ、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、ＭｎそしてＴｅ、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、Ｓ
ｂの酸化物はその金属成分であるＳｂが０．１〜６．２
Ｗｔ％　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−Ｓ
ｂ　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
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５．０Ｗｔ％　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．
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。つぎに、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
物の揮発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、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、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した場合、この傾向が顕著となり、
Ａｇリッチな層が接点特性に悪い影響を与えるからであ
り、また、０．０５Ｗｔ％　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。このように、Ｓｂだけで
なくＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、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、Ｌｉ、Ｂｉ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０．０１Ｗｔ％　
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、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、９９．５Ｗｔ％　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、Ｍｎ、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、Ｍｎ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 (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、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。
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、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。