JPH0873966A - 電気接点材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電率と硬さを制御して、開閉器のリレーや
スイッチなどに適した銀−酸化物電気接点材料を提供す
る。 【構成】 銀合金に、温度４００〜６００℃および酸素
分圧１００〜４００ａｔｍの条件の高圧内部酸化を施し
た後に、酸素分圧５０ａｔｍ以下、温度６００〜１００
０℃の条件で熱処理を施すことを特徴とする銀−酸化物
系電気接点材料の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気接点材料の製造方法
に関し、具体的には内部酸化による銀−酸化物系電気接
点材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気回路に使用される開閉器にはリレ
ー、スイッチ、コンタクター、ブレーカーなどがある。
各開閉器の接触部分に使用される電気接点材料は、接触
抵抗、耐アーク性、耐溶着性、耐消耗性などの電気的機
械的特性が優れていることが求められる。電気接点材料
の１つとして銀−酸化物系の材料が知られ、その例とし
てＡｇ−ＣｄＯ系、Ａｇ−ＳｎＯ₂ 系、Ａｇ−Ｉｎ₂Ｏ₃
系などがある。また、銀−酸化物系のような電気接点材
料の製法として、内部酸化法がある。内部酸化法は、銀
中を酸素が拡散してＳｎなどの溶質元素を酸化させ、銀
マトリックス中にＳｎなどの溶質元素の酸化物を分散し
て析出させる方法である。

【０００３】銀−酸化物系電気接点材料のなかでもＡｇ
−ＣｄＯ系はＣｄＯ特有の昇華性により優れた性能を発
揮するため、多くの用途で使用されてきた。さらに、Ａ
ｇ−ＣｄＯ系材料は、Ａｇ−Ｃｄ合金を大気圧から３０
ａｔｍ程度の酸素分圧下で、温度６００〜８００℃の範
囲において内部酸化（以下、常圧内部酸化と呼ぶ）して
簡単に得られるため、１０数ｗｔ％のＣｄＯを含むＡｇ
−ＣｄＯ系電気接点材料の製造が簡単である点でも有利
である。このようにＡｇ−ＣｄＯ系電気接点材料は利点
が多いが、近年Ｃｄの有毒性が問題となり、代替材料の
開発が進められている。その中で、特にＡｇ−ＳｎＯ₂
系電気接点材料は遮断特性、耐消耗性ではＡｇ−ＣｄＯ
系材料を凌ぐものがあり、その期待度は高い。

【０００４】ところが、Ａｇ−ＳｎＯ₂ 系材料の元とな
るＡｇ−Ｓｎ合金の場合、外部酸化皮膜が形成されやす
く、Ｓｎ量が３ｗｔ％を越えると、常圧内部酸化は不可
能である。このため、１００〜４５０ａｔｍの高酸素分
圧下で、温度３５０〜８３０℃の範囲において内部酸化
する方法（以下、高圧内部酸化と呼ぶ）が開発され（特
開平５−９６２２号公報、同５−９６２３号公報）、こ
れによって酸素の合金内への拡散を速めることができ、
３ｗｔ％以上のＳｎを含むＡｇ合金でも内部酸化が可能
となっている。換言すると、Ａｇ−Ｓｎ合金にかぎら
ず、一般的に、常圧内部酸化後の組織には中心部に酸化
物希薄層が形成されるのに対し、高圧内部酸化では酸化
物希薄層が形成されず、材料全体に均一微細な酸化物が
折出する。従って、常圧内部酸化の場合は、電気接点材
料の厚みの半分しか使用できないのに対し、高圧内部酸
化の場合は、全厚みを使用することができる。なお、こ
のような組織の差が生じる原因は、常圧内部酸化とは異
なり、高圧内部酸化では、溶質元素の材料表面への拡散
が無視できるほど酸素の合金内への拡散が速いためであ
る。かくして、高圧内部酸化による電気接点材料の製造
は、歩留まりの向上や電気機器の小型化という点でも有
利であり、コストダウンを実現する。

【０００５】高圧内部酸化で作製した銀−酸化物系電気
接点材料は、微細な酸化物が均一に分散されているた
め、耐消耗性および耐溶着性という点では非常に優れて
いる。しかし高圧内部酸化で製造したが故の欠点があ
る。すなわち、常圧内部酸化では８０％Ｃｕ導電率であ
るのに対し、高圧内部酸化では２０〜４０％Ｃｕ導電率
と低い。また、常圧内部酸化では１００〜１２０Ｈｖに
対し、高圧内部酸化では２００〜２５０Ｈｖと極めて硬
さが高い。用途によっては、これらが高い接触抵抗、高
い温度上昇の原因となって深刻な問題を生じる。すなわ
ち、導電率が低いと材料の固有抵抗が増大し、接触抵抗
と温度上昇との関係から、温度上昇を大きくすることが
考えられる。また、硬さが極端に高いと、接触面積の低
さに起因する接触抵抗の増加による温度上昇、もしくは
バウンスの増加による温度上昇を大きくする。このよう
な特性劣化の結果、耐溶着性、耐消耗性の低下を生じる
ことも予想される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高圧内部酸化で製造し
た銀−酸化物系電気接点材料は、極端な低導電率と高硬
度のため充分な電気試験評価が得られない場合がある。
ゆえに銀−酸化物系電気接点材料の導電率と硬さを制御
し、開閉器に適した銀−酸化物系電気接点材料を製造す
ることが本発明の課題である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る銀−酸化物
系電気接点材料の製造方法では、銀合金に、温度３５０
〜８３０℃、好ましくは４００〜６００℃および酸素分
圧１００〜４５０ａｔｍ、好ましくは１００〜４００ａ
ｔｍの条件の高圧内部酸化を施した後に、前記高圧内部
酸化におけるよりも低い酸素分圧と高い温度で熱処理を
施す。本発明において、高圧内部酸化を行った後の材料
特性を制御し、電気的機械的特性を向上させるために
は、次のような条件が特に効果的である。 （１）高圧内部酸化の後に、酸素存在下で熱処理を施
す。熱処理条件は酸素分圧５０ａｔｍ以下の範囲で、し
かも高圧内部酸化におけるより低くし、温度は６００〜
１０００℃の範囲で熱処理を施す。 （２）さらに、好ましくは、高圧内部酸化の後に、非酸
素存在下で熱処理を施す。熱処理雰囲気は酸素分圧０．
２１ａｔｍ未満の真空中、もしくは窒素、Ａｒ等の不活
性ガス中である。また、熱処理温度は８００〜９６０℃
の範囲とする。

【０００８】

【作用】従来技術に関し述べた通り、各開閉器に適した
電気接点材料を製造するためには硬さや導電率を制御す
る必要がある。理論的には内部酸化時の酸素分圧と温度
の条件を変化させれば、酸化物粒子のサイズ、形状、分
散状態を制御でき、結果として硬さや導電率を制御でき
る。しかし、高圧内部酸化による実操業の場合、内部酸
化条件をその都度変更することは大量生産に向いている
とはいえない。また内部酸化可能な合金の組成範囲が狭
くなったり、分散状態の均一性が保たれなくなったり、
酸化物の形態が変化するなど、材料特性にまで新たな問
題が生じる。従って、高圧内部酸化のみで目的とする特
性を得るのは困難である。

【０００９】本発明では、高圧内部酸化で製造した電気
接点材料に、高圧内部酸化におけるより酸素分圧が低
く、温度が高い条件で熱処理を加えることによって、目
的とする特性を得る。すなわちこの熱処理にり、酸化物
粒子は平衡状態に達するまで成長し、その結果、電気接
点材料の導電率の上昇と硬さの低下が可能になる。すな
わち、酸素分圧５０ａｔｍ以下、温度６００〜１０００
℃の条件で熱処理を施すことにより、酸化物粒子の成長
が容易になり、導電率を上昇させ、硬さを低下させるこ
とができる。さらに、酸素分圧を０．２１ａｔｍ未満、
温度を８００℃以上にすると、いっそう酸化物粒子の成
長が促進されるため、導電率の上昇と硬さの低下に対し
てより効果的である。

【００１０】一般的な熱処理においては、材料特性を制
御するための重要な因子は、温度および時間とされてい
る。しかし、本発明では、内部酸化現象によって折出し
た酸化物粒子の成長によっても材料特性が変化すると考
えられる。上述のように、高圧内部酸化後の熱処理条件
において、酸素分圧をより低く、温度をより高くするこ
とが酸化物粒子の成長、つまりは材料特性の改善に効果
的である。したがって、この場合の材料特性制御の重要
な因子は、温度、時間および酸素分圧といえる。本発明
は高圧内部酸化後の熱処理にかかるため、高圧内部酸化
の条件をその都度変更する必要がない。よって、同一条
件で大量に高圧内部酸化処理し、その後各用途向けに適
した熱処理を加えればよいため、大量生産という点でも
実操業に適している。なお、本発明はＡｇ−Ｓｎ系合金
に限らず、Ａｇ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｚｎなどの合金系にも適
用可能かつ有効である。

【００１１】

【実施例】

（実施例１：材料特性に対する熱処理の評価）Ａｇ−６
ｗｔ％Ｓｎ、Ａｇ−１０ｗｔ％Ｓｎ、Ａｇ−１２ｗｔ％
Ｓｎの３組成の合金を溶解、鋳造し、均質化処理を施し
た後、熱間加工および冷間加工により約１ｍｍ厚さの板
材を作製した。これらの板材に５１０℃の温度、３００
ａｔｍの酸素分圧で高圧内部酸化処理を施した。高圧内
部酸化後の各板材の導電率と硬さを表１に示す。以上の
ように作製した高圧内部酸化材に対し、次に示すとおり
の雰囲気１〜３において９００℃で熱処理を施した。 雰囲気１：大気中（酸素分圧 Ｐ＝０．２１ａｔｍ） 雰囲気２：管状炉で約１リットル／分の窒素気流中（酸
素分圧 Ｐ〈０．２１ａｔｍ） 雰囲気３：高真空炉で約１×１０^-7Ｔｏｒｒまで真空度
に到達後、２回の窒素パージを行い、約１リットル／分
でフロー（酸素分圧 Ｐ＝０ａｔｍ） 各雰囲気１〜３について、熱処理を２時間および１６時
間行った後の導電率と硬さを表２に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】 熱処理時間２ｈｒ 熱処理時間１６ｈｒ 導電率 硬さ 導電率 硬さ （％ＡＣＳ） Ｈｖ （％ＡＣＳ） Ｈｖ Ａｇ− 雰囲気１ ４５．４ １７７ ４６．３ １７３ ６ｗｔ％Ｓｎ 雰囲気２ ４７．３ １６９ ５４．２ １５３ 雰囲気３ ４８．９ １５８ ６４．６ １１０ Ａｇ− 雰囲気１ ３３．８ １８７ ３４．６ １７８ １０ｗｔ％Ｓｎ 雰囲気２ ３６．１ １７３ ４５．７ １５２ 雰囲気３ ４０．２ １５９ ５９．３ １１８ Ａｇ− 雰囲気１ ３１．２ １７８ ３３．１ １７１ １２ｗｔ％Ｓｎ 雰囲気２ ３２．７ １８３ ４０．６ １５４ 雰囲気３ ３３．１ １７４ ５５．６ １２１

【００１４】表２において、いずれの場合も、高圧内部
酸化後の熱処理により、導電率が上昇し、かつ、硬さが
低下したことがわかる。さらに、高圧内部酸化後の熱処
理温度を変化させると、特定の導電率および硬さに達す
るまでに必要とする熱処理時間が異なる。すなわち、熱
処理温度を上げれば、より短時間で到達可能であるが、
温度を下げれば、更に長時間を要する。また窒素の代用
としてＡｒなどの不活性ガス、または真空中でも同様の
値が得られている。

【００１５】（実施例２：電気試験にみられる材料特性
の評価）Ａｇ−１０ｗｔ％ＳｎおよびＡｇ−１２ｗｔ％
Ｓｎの２種類の合金を溶解、鋳造し、均質処理を行った
後、熱間加工および冷間加工した板材から、プレス加工
にて約６ｍｍ経、約１ｍｍ厚さのデイスク状に打ち抜い
て接点材料を作り、５１０℃の温度および３００ａｔｍ
の酸素分圧で、高圧内部酸化処理を施した。その後、表
３に示す条件で熱処理を施し、これにＡＣコンタクター
による電気試験を行った。電気試験の内容は、以下の通
りである。 〈ＡＣ４級評価の開閉試験〉 ＡＣ２２０Ｖ、６０Ｈｚ、１５０Ａ、ｐｆ＝０．３５ 開閉頻度；０．１秒ＯＮ−２．９秒ＯＦＦ 開閉回数；１０００００回 駆動系；定格２５Ａ電磁接触器 〈温度上昇試験〉 ＡＣ２２０Ｖ、６０Ｈｚ、２５Ａ、ｐｆ＝０．５ ５０００回の開閉試験前後の端子の飽和温度を測定し
た。測定は、クロメル−アルメル熱電対を端子に挿入し
て行った。

【００１６】本実施例における熱処理と電気試験の結果
について、以下に詳述する。 （ａ）開閉試験前後の接触抵抗および温度上昇に与える
熱処理の効果 前出の材料特性のデータを参考にし、表３に示す条件で
高圧内部酸化後の熱処理を施して電気試験評価を行っ
た。雰囲気１〜３は、実施例１におけるものと同じであ
る。また、表３の処理を行った後の接点材料の導電率と
硬さを表４に示す。

【００１７】

【表３】

【００１８】

【表４】 Ａｇ−１０ｗｔ％Ｓｎ Ａｇ−１２ｗｔ％Ｓｎ 導電率 硬さ 導電率 硬さ （％ＩＡＣＳ） （Ｈｖ） （％ＩＡＣＳ） （Ｈｖ） 熱処理Ａ 約３４ 約１８０ 約３２ 約１９０ 熱処理Ｂ 約４５ 約１５０ 約４０ 約１６０ 熱処理Ｃ 約５５ 約１２０ 約４５ 約１３０

【００１９】次に５０００回の開閉試験前後の接触抵抗
および温度上昇の変化を表５〜表７に示す。高圧内部酸
化後の熱処理を行わなかった接点材料を「未処理」の欄
に示す。開閉試験前後の接触抵抗および温度上昇の低下
に対し、高圧内部酸化後の熱処理が効果的であることが
わかる。

【００２０】

【表５】 接触抵抗（ｍΩ） 未処理 熱処理Ａ 熱処理Ｂ 熱処理Ｃ Ａｇ− 開閉前 １．９２ １．８８ １．７７ ０．８０ １０ｗｔ％Ｓｎ ５千回開閉後 − ４．４９ ３．１２ ３．１４ Ａｇ− 開閉前 ２．２１ ２．５７ ２．１１ １．２７ １２ｗｔ％Ｓｎ ５千回開閉後 − ６．０９ ３．９９ ３．２６

【００２１】

【表６】 温度上昇（℃） 未処理 熱処理Ａ Ａｇ− 開閉前 ２８．６〜３５．７ ２１．５〜３６．３ １０ｗｔ％Ｓｎ ５千回開閉後 − ３７．４〜７０．９ Ａｇ− 開閉前 ３６．１〜４５．１ ２４．６〜３９．６ １２ｗｔ％Ｓｎ ５千回開閉後 − ４５．５〜８３．２

【００２２】

【表７】 温度上昇（℃） 熱処理Ｂ 熱処理Ｃ Ａｇ− 開閉前 ２２．８〜３５．０ １５．７〜２３．５ １０ｗｔ％Ｓｎ ５千回開閉後 ２６．３〜５４．２ ２５．２〜４２．７ Ａｇ− 開閉前 ２２．３〜３０．４ ２１．１〜３３．１ １２ｗｔ％Ｓｎ ５千回開閉後 ３３．３〜６５．６ ３１．４〜４５．９

【００２３】表５において、未処理の場合には、５００
０回の開閉に耐えられなかった。表６において、未処理
の場合には、温度が上昇し続けて飽和しないため、熱処
理Ａ、Ｂ、Ｃで十分に飽和した時間での温度上昇値を示
した。

【００２４】（ｂ）溶着までの開閉回数に与える熱処理
の効果 高圧内部酸化後の熱処理を行った接点材料（未処理）
と、熱処理Ａ、Ｂ、Ｃを施した接点材料とのＡＣ４級評
価の開閉試験における溶着までの開閉回数を表８に示
す。導電率の上昇と硬さの低下とにより、溶着までの開
閉回数が増加することから、高圧内部酸化後の熱処理が
効果的であることがわかる。

【００２５】

【表８】 溶着までの開閉回数（千回） 未処理 熱処理Ａ 熱処理Ｂ 熱処理Ｃ Ａｇ−１０ｗｔ％Ｓｎ 約４ 約７０ 約８５ 約１００ Ａｇ−１２ｗｔ％Ｓｎ 約４ 約６５ 約１００ 約９５

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、高圧内部酸化およびその後の熱処理条件を最適に選
択することにより、電気接点材料の導電率および硬さを
制御し、各開閉器に適した電気接点材料を作製できるだ
けでなく、大量生産という点でも実操業に有効である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銀合金に、温度３５０〜８３０℃および
   酸素分圧１００〜４５０ａｔｍの条件の高圧内部酸化を
   施した後に、前記高圧内部酸化におけるよりも低い酸素
   分圧と高い温度で熱処理を施すことを特徴とする銀−酸
   化物系電気接点材料の製造方法。
2. 【請求項２】 銀合金に、温度４００〜６００℃および
   酸素分圧１００〜４００ａｔｍの条件の高圧内部酸化を
   施した後に、前記高圧内部酸化におけるよりも低い酸素
   分圧と高い温度で熱処理を施すことを特徴とする銀−酸
   化物系電気接点材料の製造方法。
3. 【請求項３】 高圧内部酸化後の熱処理を酸素分圧５０
   ａｔｍ以下、温度６００〜１０００℃の条件で施すこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の銀−酸化物系電
   気接点材料の製造方法。
4. 【請求項４】 高圧内部酸化後の熱処理を酸素分圧０．
   ２１ａｔｍ未満、温度８００〜９６０℃の条件で施すこ
   とを特徴とする請求項３に記載の銀−酸化物系電気接点
   材料の製造方法。