JPH04289141A - 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
、設備が要求され、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、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といえる。

【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、Ｃｄによる公害問題を解消し、しかもＡｇ−Ｃｄ
Ｏ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、例えば銀中にｌａの酸化物を分散させるような技
術も発表されている。このような開発の論理的根拠はＡ
ｇ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。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、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Ｃｄ
Ｏ　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。

【０００５】さらに重要な要素として、上記金属酸化物
の分散に加えて、Ｔｅ、Ｌｉ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−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、上記のＴｅとＬｉ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しようとするものである。

【０００６】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、Ｃｄが０．１〜２０．０Ｗｔ％　となるＣｄの酸化
物ならびにＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｎが０．０５〜４．２
Ｗｔ％　となるＳｎ、Ｉｎ、Ｚｎの各酸化物と、Ｔｅ、
Ｌｉが０．０１〜２．０Ｗｔ％　となるＴｅ、Ｌｉ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）
によっても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Ｓ
ｂ、Ｃｄ、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、０．１
Ｗｔ％　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。

【０００７】また、Ｃｄの酸化物をＣｄが０．１〜２０
．０Ｗｔ％　と限定した理由は、０．１Ｗｔ％未満では
Ａｇ−Ｃｄ　合金特有の鋳造性を維持することができず
、さらに接点開閉時に発生するアークによる清浄効果が
期待できず、効果発揮の最低限であり、２０．０Ｗｔ％
　を上限とした理由は、それを超える添加量とした場合
、酸化物が凝縮して粗大化し、アークによる消耗飛散量
がむしろ増加するためである。さらに本発明ではＳｎの
酸化物を、Ｓｎが０．０５〜４．２Ｗｔ％　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、酸化後も脆化が大きくなるため
である。また、０．０１Ｗｔ％　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４．２Ｗｔ％　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４．２Ｗｔ％　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。さらに、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よりもさらに低い温度
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４．２Ｗｔ％　とした理由は、Ｍｎ
を加えることにより内部酸化処理時にあって結晶粒界を
Ａｇに富んだ層で形勢する作用傾向があり、４．２Ｗｔ
％　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Ｃ
ｄ、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。

【０００８】さらに本発明では、ＴｅとＬｉの双方を添
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５．０Ｗｔ％　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
．０１〜１．０Ｗｔ％　となるＮｉ、Ｆｅの一方または
その両方の酸化物を、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１．０Ｗｔ％　を上限としたのはこれを超えて添
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。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。表１に実
施例を示す。９９．５Ｗｔ％　以上の純度を有する金属
材料を原料とし、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７０
０℃で１８０時間加熱し、Ｓｂ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚ
ｎ、Ｍｎ、Ｔｅ、Ｌｉを選択的に酸化して本発明合金を
製造した。

【００１０】

【表１】

【００１１】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。

【００１２】

【表２】

【００１３】

【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、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｍｎさ
らにＴｅ、Ｌｉ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
が可能となる。また、上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、公害対策としてＣｄの添
加量を削減することが可能となり、さらにＮｉと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】　　Ａｇ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０．１〜２０．０Ｗｔ％　となるＣｄの酸化物なら
   びに金属成分が０．０５〜４．２Ｗｔ％　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】　　Ａｇ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０．１〜２０．０Ｗｔ％　となるＣｄの酸化物なら
   びに金属成分が０．０５〜４．２Ｗｔ％　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。