JPH1125789A - 電気接点用材料とそれを用いた開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Ａｇ−酸化物系接点材料の接触抵抗を改善し、
信頼性の高い電気接点材用材料の提供にある。 【解決手段】Ａｇ−金属酸化物−酸素解離元素を基本成
分とし、該酸素解離元素の粒径またはその長さが５μｍ
〜３ｍｍである電気接点用材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチ、ブレー
カ、リレー、コネクター等の開閉器の電気接点に用いら
れるＡｇ−酸化物系電気接点用材料とそれを用いた開閉
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気接点用材料（以下、接点材料
と云う）の１つとして、Ａｇ−ＳｎＯ₂系，Ａｇ−Ｃｄ
Ｏ系等のＡｇ−酸化物の接点材料が知られている。Ａｇ
−酸化物系の接点材料は、接点表面の消耗量が比較的少
ないと言う特長があるが、接触抵抗が大きいと言う欠点
を持ち合わせる。それ故、Ａｇ−酸化物系の接点材料
は、中負荷領域、中電流の接点材料として適用されてい
る。重負荷領域、大電流の接点材料には、例えばＡｇ−
Ｗ，Ａｇ−Ｗ−Ｃ等が適用されている。これらの接点材
料は、Ａｇ−酸化物系の接点材料に比べ接触抵抗が小さ
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記Ａｇ−酸化物系の
接点材料の欠点は、接触抵抗が大きいことであり、この
欠点を如何にして解決するかが課題であった。

【０００４】Ａｇ−酸化物系にＣ等の酸素解離元素を添
加する基本的成分が本発明の骨子であり、従来の欠点で
ある接触抵抗を小さくすることが狙いである。基本的に
は、Ａｇ−酸化物系−Ｃ等の３元成分である。従来のＡ
ｇ−酸化物系の２元成分接点材料の製造方法は、それぞ
れの材料を配合し加熱して溶かして融合させる、いわゆ
る溶解法で作製していた。溶解法の利点は、作製し易い
点にありこうしたメーカーではこの手法を用いて作製し
ている。しかし、Ａｇ−酸化物系に３５００℃以上のＣ
を添加するとなると、従来の溶解法では製造ができなく
なる。そのため、Ｃを添加するなど全く考慮されなかっ
た。

【０００５】本発明の目的は、スイッチ、ブレーカ、リ
レー、コネクター等のＡｇ−酸化物系接点材料の接触抵
抗が大きい欠点を排除し、接触抵抗が小さく、かつ、信
頼性の高い接点材料、および、それを用いた開閉装置を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の要旨は、Ａｇ−金属酸化物−酸素解離元素を基本成
分とし、該酸素解離元素の粒径または長さが５μｍ〜３
ｍｍであることを特徴とする電気接点用材料にある。

【０００７】また、Ａｇ−Ｃｕ−金属酸化物−酸素解離
元素を基本成分として含有したことを特徴とする接点材
料にある。

【０００８】前記酸素解離元素として、Ｃ，Ｐ，Ｂの少
なくとも１種から選ばれる。

【０００９】前記金属酸化物として、ＳｎＯ₂、Ｃｄ
Ｏ、Ｉｎ₂Ｏ₃およびＣｒ₂Ｏ₃の少なくとも１種を含有し
た接点材料である。

【００１０】また、開閉装置の電極板の可動子と固定子
の少なくとも接触部に、上記接点材料を用いた開閉装置
にある。

【００１１】

【発明の実施の形態】電気開閉装置の接触抵抗が少ない
と云うことは、固定子と可動子の接触が良好で電気的導
通に優れることである。Ａｇ−金属酸化物系の接点材料
は、金属酸化物を含有しているため、それ自身の固有抵
抗がすでに高いことと、通電開閉時のアーク加熱により
接点表面のＡｇが酸化されて、Ａｇ酸化物ができること
の両方により、接触抵抗が高くなるという欠点がある。
しかし、Ａｇ中に酸化物が分散されているため、接点間
の溶着が起こりにくいという利点がある。

【００１２】そこでＡｇ−金属酸化物系の接点材料の接
触抵抗を小さくし得る物質について、種々検討した。

【００１３】接触抵抗を小さくすると言うことは、固定
子と可動子のそれぞれの接触面の表面が清浄面であるこ
とが重要と考える。ここで言う清浄面とは接点表面にで
きる酸化物等、および、Ａｇ酸化物（Ａｇ₂Ｏ）の酸素
が解離して、酸素をほとんど含まない物質に変えること
である。それには、金属酸化物およびＡｇ酸化物（Ａｇ
₂Ｏ）と反応する元素が、その近傍に存在することが必
要である。そこで、反応により金属酸化物およびＡｇ酸
化物（Ａｇ₂Ｏ）の酸素を解離すると考えられる元素に
ついて種々検討した。

【００１４】その結果、ＳｎＯ₂，ＣｄＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，
Ｃｒ₂Ｏ₃等の酸化物、および、Ａｇ酸化物（Ａｇ₂Ｏ）
の酸素と反応し、酸素を解離できる元素として、Ｃ，
Ｐ，Ｂが有効なことを見出した。これらの元素は酸化物
生成自由エネルギーが低く、接点表面において前記の酸
化物の酸素と反応する。なお、酸素解離元素であるＣ，
Ｐ，Ｂの添加量としては、Ｃ：２〜５％、Ｐ：１〜５
％、Ｂ：０.２〜３％が有効な添加量であることが分か
った。

【００１５】また、図６に示すように、これらの酸素解
離元素の大きさと形状が、接触抵抗に大きく影響し、そ
の粒径または長さが５μｍ〜３ｍｍの範囲が良好であ
る。

【００１６】なお、特開昭６３−４２３４０号公報に
は、Ｃの粒子径は３μｍ以下が接点材料として良好であ
ることが記載されている。

【００１７】しかし、本発明者らの検討によれば、接触
抵抗（ここでは固定子−可動子間の電圧降下で表わす）
が小さくなるのは、前記酸素解離元素の粒径またはその
長さが５μｍ〜３ｍｍの範囲であることが分かった。即
ち、粒径またはその長さが５μｍよりも小さいと、酸化
物の酸素を解離する作用が急激に低下し、その結果、電
圧降下が大きくなる。また、上記粒径またはその長さが
３ｍｍを超えると電圧降下が上昇気味となるので３ｍｍ
以下が望ましい。

【００１８】接点材料としては、Ａｇ−酸化物−酸素解
離元素の３元系の接点材料を用い、接点材料の通電開閉
繰り返し試験により評価を行い、酸素解離元素の有効添
加量との関係を求めた。酸素解離元素としての有効性
は、固定子と可動子との接触抵抗であり、その値を電圧
降下として測定し、その大きさをもって有効添加量の目
安とした。即ち、試験前の電圧降下と繰り返し試験後の
電圧降下とを比較し、その差が大きくならない範囲を有
効添加量と定義した。

【００１９】また、Ａｇ−Ｃｕ−酸化物−酸素解離元素
の４元系の接点材料についても、酸素解離元素の検討を
行った。その結果、酸素解離元素としては前記３元系と
同様にＣ，Ｐ，Ｂが有効であった。その中、Ｐがやや優
れた性能を示した。なお、有効添加量は３元系の場合と
同様に、Ｃ：２〜５％、Ｐ：１〜５％、Ｂ：０.２〜３
％であることを確認した。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明する。

【００２１】〔実施例 １〕Ａｇ−酸化物−酸素解離元
素の３元系成分の接点材料を作製した。成分はＡｇ−１
２％ＳｎＯ₂−３％Ｃである。製法は、Ａｇ−１２％Ｓ
ｎＯ₂は良く知られる溶解法を適用した。まず、Ａｇと
Ｓｎを溶解した後、アトマイズ法により粉末を作製し、
続いて内部酸化法によりＳｎを酸化させた。

【００２２】次に、これらの粉末とＣ繊維（長さ１５０
μｍ）を混合して成形焼成する、いわゆる、粉末焼結法
により所定の成分になるように作製した。接点材料とし
ての断面組織の模式図を図１に示す。

【００２３】〔実施例 ２〕他の製造方法としてＭＡ
（メカニカルアロイング）法により接点材料を作製し
た。成分はＡｇ−１２％ＳｎＯ₂−３％Ｃである。製法
は、Ａｇ−１２％ＳｎＯ₂は良く知られる溶解法を適用
した。まず、ＡｇとＳｎを溶解した後、アトマイズ法に
より粉末を作製し、続いて内部酸化法によりＳｎを酸化
させた。

【００２４】次に、これらの粉末とＣ粉末をステンレス
容器に入れアルミナ玉により混合させた。そして、これ
らの粉末を成形焼成する、いわゆる粉末焼結法により所
定の成分になるように作製した。ＭＡ法により作製した
接点材料としての断面組織の模式図を図２に示す。Ｓｎ
Ｏ₂の周りにＣ（粒径１０μｍ）が密着した組織のもの
が得られる。

【００２５】〔実施例 ３〕Ａｇ−酸化物−酸素解離元
素の３元系成分の接点材料を作製した。成分はＡｇ−１
２％ＳｎＯ₂−１.５％Ｂである。製法は実施例１同様Ａ
ｇとＳｎを溶解した後、アトマイズ法により粉末を作製
し、続いて内部酸化法によりＳｎを酸化させた。そして
この粉末とＢ粉末を混合し、所定の成分になるように作
製した。

【００２６】また、Ａｇ−１２％ＳｎＯ₂−１.５％Ｂの
各材料を溶解法により作製することも可能である。即
ち、各元素の材料を溶解し、次に内部酸化法により、Ｓ
ｎＯ₂になるように酸化させてもよい。

【００２７】〔実施例 ４〕Ａｇ−Ｃｕ−酸化物−酸素
解離元素の４元系の接点材料を作製した。成分は、Ａｇ
−８％Ｃｕ−１２％ＳｎＯ₂−３％Ｐである。製法は溶
解法により作製した。各元素の材料を溶解し、次に内部
酸化法により、ＳｎＯ₂になるように酸化させて接点材
料とする方法である。その時Ｐの添加法はＣｕ−Ｐ化合
物の母合金を用いるとＰの添加が容易である。該接点材
料の断面組織の模式図を図３に示す。

【００２８】また、ＡｇとＳｎを溶解し、アトマイズ法
等により粉末にし、次いで内部酸化によりＡｇ−ＳｎＯ
₂を作製した。次に、この粉末と粒径１０μｍのＣｕ₃Ｐ
（あるいはＣｕと粒径１０μｍのＰ）の粉末を混合さ
せ、成形焼成する、いわゆる粉末焼結法により製造し
た。

【００２９】〔比較例〕Ａｇ−１２％ＳｎＯ₂の２元系
の接点材料を比較材とした。これは、市販の接点材料で
酸素解離元素を含有していないものである。製法は溶
解、内部酸化によるいわゆる溶解法により行った。該接
点材料の断面組織の模式図を図４に示す。

【００３０】実施例および比較例の接点材料を、電磁開
閉器の電極板の可動子と固定子にそれぞれろう付けによ
り接合し、電圧２００Ｖ、電流１００Ａ、開閉頻度３６
０回／ｈ、電流通電時間５０ｍｓの試験条件で、開閉回
数１０,０００回まで実施した。電極消耗量と電極間の
電圧降下について、１０,０００回後のデータを実施例
と比較した。電圧降下と消耗量の関係を図５に示す。

【００３１】図５で接点材料として良好な特性を有する
ことは、電圧降下並びに電極消耗量とも０（零）に近い
ことである。この結果から、酸素解離元素を含有しない
比較接点材料は、電圧降下が大きいことが分かる。

【００３２】本発明の実施例接点材料は、いずれも電圧
降下が比較例接点材料と比べて小さく、電極間の接触抵
抗が著しく改善されていることが明らかである。また、
電極の消耗量は、実施例と比較例との差はあまり大きく
ないが、本発明の実施例の方が僅かではあるが良好と認
められる。

【００３３】以上の結果から、本発明の接点材料が従来
のＡｇ−酸化物系の接点材料より接点材料としての特性
に優れていることが分かる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、Ｃ，Ｐ，ＢがＡｇ酸化
物の中に分散して、接点面の消耗や、接触抵抗を従来の
接点材料と比べて低下することができ、これを接点に用
いたスイッチ、ブレーカ、リレー、コネクター等の接点
性能を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の接点材料の構成例を示す図である。

【図２】実施例２の接点材料の構成例を示す図である。

【図３】実施例３の接点材料の構成例を示す図である。

【図４】比較例１の接点材料の構成例を示す図である。

【図５】接点材料の通電開閉繰返し試験後の消耗量と電
圧降下の関係を示す図である。

【図６】接点材料に含まれる酸素解離元素の粒径または
その長さと、接点材料の接触抵抗との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…接点材、２…Ａｇ素地、３…酸化物、４…酸素解離
元素、５…Ａｇ素地＋Ｃｕ＋酸素解離元素。

フロントページの続き (72)発明者 嶋野 輝美 新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地１ 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 ブレント・オネイ 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｇ−金属酸化物−酸素解離元素を基本
   成分とし、該酸素解離元素の粒径または長さが５μｍ〜
   ３ｍｍであることを特徴とする電気接点用材料。
2. 【請求項２】 Ａｇ−Ｃｕ−金属酸化物−酸素解離元素
   を基本成分とし、該酸素解離元素の粒径または長さが５
   μｍ〜３ｍｍであることを特徴とする電気接点用材料。
3. 【請求項３】 前記酸素解離元素として、Ｃ，Ｐ，Ｂの
   少なくとも１種を含有した請求項１または２に記載の電
   気接点用材料。
4. 【請求項４】 前記金属酸化物として、ＳｎＯ₂、Ｃｄ
   Ｏ、Ｉｎ₂Ｏ₃およびＣｒ₂Ｏ₃の少なくとも１種を含有し
   た請求項１，２または３に記載の電気接点用材料。
5. 【請求項５】 開閉装置の電極板の可動子と固定子の少
   なくとも接触部に、Ａｇ−金属酸化物−酸素解離元素を
   基本成分とし、該酸素解離元素の粒径または長さが５μ
   ｍ〜３ｍｍである電気接点用材料をろう付けしたことを
   特徴とする開閉装置。
6. 【請求項６】 開閉装置の電極板の可動子と固定子の少
   なくとも接触部に、Ａｇ−Ｃｕ−金属酸化物−酸素解離
   元素を基本成分とし、該酸素解離元素の粒径または長さ
   が５μｍ〜３ｍｍである電気接点用材料をろう付けした
   ことを特徴とする開閉装置。
7. 【請求項７】 前記酸素解離元素として、Ｃ，Ｐ，Ｂの
   少なくとも１種を含有した請求項５または６に記載の開
   閉装置。
8. 【請求項８】 前記金属酸化物として、ＳｎＯ₂、Ｃｄ
   Ｏ、Ｉｎ₂Ｏ₃およびＣｒ₂Ｏ₃の少なくとも１種を含有し
   た請求項５，６または７に記載の開閉装置。