JPS58100648A - 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】 本発明は電気接点材料、ｆＦにムクマトリクスに金属酸
化物を分散した複合電気接点材料に関するものである。

金属酸化物を利用した複合電気接点材料として。

ムｑ　−ＣｄＯ接点材料が広く使用されている。ムｑ−
ＣｄＯ接点材料は、接点材料に要求される接触抵抗、耐
溶着、耐アーク消耗などに平均的に優れた性能を示すこ
とから、継電器、家庭用電気機器の電源スィッチ、一般
産業用の電磁開閉器など、数アンペア以上の負荷電流域
に多用されている。

しかしながら、近年、上記各種の電源開閉器に対し、安
全上の規制に伴なう接触信頼性、耐絶縁性の向上が強く
要求されて来ている。また一方においては、電気機器の
半導体化に連れて、各種の電子部品は軽量、小型化が望
まれ、電源開閉器においても例外ではなく、例えば、ス
イッチレバーの軽操作化やスイッチ形状の小型化、薄形
化が要求されている。これらの要求は、接点の接触力の
朝夕、接点間距離の縮少など、前記安全上の規制から見
れば相矛盾するものとなっている。このため、前述のム
ｇ　−ｃａｏ接点材料では、耐溶着性や耐アーク消耗性
などにおいて満足の得にくい状況が見られ、結果的には
、接点材料の開閉性能に大幅な改良の期待が寄せられて
いる。

このような状況において、ムクマトリクス中にＢｉ２Ｏ
５を分散させた接点材料は、特開昭５２−１３３５６９
号公報に明らかにされているように、接触抵抗が低く耐
溶着性の優れた接点材料であるが、欠点としてアーク消
耗が多く、結果的には、スイッチに実装した場合、接点
間の絶縁耐圧不良を引き起こす傾向が見られた。本発明
者等は、先に、この点の改良のため、ムクマトリクスに
おいてＢｉ２Ｏ５と５ｎ０２を分散反応させ、ＢｉとＳ
ｎの複合酸化物（Ｂｉ２５ｎ２０７　）に転換せしめた
材料が、アーク消耗を著しく改善させ、かっ耐溶着性の
面においても改良効果を示すことを見い出した。さらに
また、前記したように、開閉器の形状が小さくなるのに
伴ない接点そのものも小型化する傾向にあるが、この場
合、接点表面の小さな局部にアークが集中するために、
耐溶着性の降下を招来する。これを抑制するには、上記
Ｂｉ　、　ａｎの酸化物の他に、Ｉｎの酸化物を添加す
ることが効果のあることをも見い出した。

しかしながら、上述したような材料において。

開閉する負荷の種類によっては接触抵抗が増大し。

これが要因となって開閉器の温度が上昇し、安全性の面
から不都合を招くことが見られる。特にこの現象は、負
荷が突入電流の重畳されない抵抗負荷あるいは誘導負荷
の場合に多く認められる。したがって、通常は突入電流
のエネルギーによって接点表面近傍層に存在する酸化物
が熱的に昇華あるいは破砕するものが、そのエネルギー
が存在しないために酸化物が表面近傍層に集積し、接触
抵抗上昇を招来しているものと考えられる。これらの現
象を解消するためには、当然のことながら、より熱的に
安定なＩｎ、あるいはＳｎの添加量を減少させれば解決
するのであるが、近時、安全性の面から、同一開閉器に
おいて、突入電流の有無にかかわらず一定の耐溶着性を
保持し、接触抵抗を低く安定にし、かつまた絶縁性の維
持が要求されていることから、−概に熱的に安定な酸化
物の添加量を減少させ得る状況にない。

本発明はこのような点に鑑みて成されたものであり、基
本的にはム（１−Ｂｉ２Ｏ５−ＳｎＯ□−Ｉｎ２Ｏ５系
７ 材料の特性改良に関して提案するものである。すなわち
、本発明者等は、上記ムクマトリクスにＢｉとＳｎの酸
化物を主として分散した材料について引き続き改良検討
した結果、接点表面近傍層に集積する酸化物を飛散する
方法として、Ｐｂ酸化物を少量添加することにより可能
であり、これによって突入電流の重畳されていない負荷
を開閉した場合の接触抵抗の増大を抑制し、また、突入
電流が重畳された場合の耐溶瘤性永維持し得ることを見
い出した。

以下、本発明の電気接点材料について詳細に説明する。

本発明の電気接点材料は、ムクマトリクス中にＢ１−５
ｎの酸化物（Ｂｉ２５ｎ２０７　）を主たる酸化物とし
て分散し、さらに、Ｂ１とＳｎの組成比率によって、Ｂ
ｉの酸化物（Ｂｉ２Ｏ５）またはＳｎの酸化物（５ｎ０
２　）を若干量含有し、加えて、Ｉｎの酸化物（Ｉｎ２
Ｏ５）、ｐｂの酸化物（ｐｂｏ　）を分散しているムク
−酸化物複合接点材料である。その含有されている酸化
物の量は、金属換算値で少なくともＢｉ　１．５”−’
５．０重量％、８ｎ１．５〜７．０重量％、Ｉｎ　ｏ、
ｓ　〜４．０重量％、ＰｂＯ１１〜２重量％であり、こ
れらの酸化物が残部ムｑのマトリクスに分散している。

この組成比関係において所望の性能を見い出し得るもの
であって、特に、前述の小型、薄型化傾向にある電源開
閉器の接点材料として望ましい特性を示す。

本発明の電気接点材料に含まれる主たる酸化物であるＢ
１−８ｎ酸化物（Ｂｉ２８ｎ２Ｃ）ｙ　）は、Ｂｉの酸
化物（Ｂｉ２Ｏ５）とＳｎの酸化物（５ｎ０２　）をモ
ル比で１：２の割合にて７００〜９００℃の範囲の温度
で加熱することにより得られる。その融点は１２００℃
以上であシ、昇華性を示し、ムクマトリクス中に分散さ
せることにより耐溶着性、耐アーク消耗性が得られる。

ムクマトリクス中に上記Ｂ１−８ｎの酸化物およびＩｎ
　、　Ｐｂの酸化物を分散させる手法として、ムｇ　−
Ｂｉ　−８ｎ　−Ｉｎ−Ｐｂの五ル合金を酸化雰囲気中
にて加熱し、Ｂｉ、Ｓｎ。

Ｉｎ　、　Ｐｂを選択的に酸化させるいわゆる内部酸化
法を取るが、ＢｉとＳｎについて言えば、前記モル７、
　、・ 比より換算し、五ル合金中のＢｉ重量ＸとＳｎ重重量別
ｙ／ｘｉｏ、ｔｓ−ｒの関係において、Ｂｉ２５ｎ２０
７のみを生成させることができる。しかしながら、Ｂｉ
は合金中において偏析しやすいために、内部酸化処理に
より確実にＢ１−８ｎの酸化物に転化させることは困難
であり、　　Ｂｉの酸化物、Ｓｎの酸化物が単独で存在
することがある。また、当然のことながら、上記ｙ／！
の値が０．６７より大きくなれば、Ｂｉの酸化物が単独
で存在することは少なくなｉ）、Ｓｎの酸化物含有量が
増加して来る。

上記ｙ／ｘの値が０．６７よシ小さくなれば、この逆の
傾向になることは明白である。しかしながら、本発明の
電気接点材料が主としてその用途とされる高負荷開閉小
型接点の場合には、上記ｙ／ｘの値が０．６７より大き
く、Ｓｎの酸化物と共存している状態で消耗量が少ない
。しかし、Ｉｎ酸化物の存在下にあってＳｎ酸化物が増
加すると加工能が低下すること、加えてお酸化物を添加
する効果が減殺され、接触抵抗が上昇しやすいことなど
の理由から、ｙ　、／　Ｈの値は２以下に押えられるべ
特開昭５８−１００６４８（３） きである。本発明の電気接点材料においてＩｎ酸化物の
働きは、前述の如く小型接点としてムｇ−Ｂｉ２Ｓｎ２
０７材を用いると、アークの生ずる周辺部に、開閉数の
増す毎に徐々に酸化物の抜けたムｑに富む層が生成し、
このために耐溶着性の劣化を来たし、さらにはムｑの富
む層がアークにより飛散し、消耗増加に結びつぐ傾向が
認められるため、これらの現象を抑制するために添加さ
れるものである。しかしながら、Ｉｎ酸化物のこのよう
な働きは、他方においては接点表面近傍層における酸化
物の集積を引き起し、接触抵抗の増大に結びついている
。したがって、Ｉｎ酸化物は、接点の利用される状況に
合わせて最少量を選択すべきであろうと考えられる。本
発明の電気接点材料においては、さらに四番目の酸化物
としてｐｂの酸化物が添加される。ｐｂの酸化物（ｐｂ
ｏ）は、上記他の酸化物に比較して熱的には最も不安定
であり、通常はｓａＱ’ｃ内外で溶融を始めるが、ここ
では化学式は不明であるが、Ｓｎの酸化物と複合化し９
００〜９５０℃にて昇華性を示す。したが９１・−ン って、ムｑの融点付近において昇華するために、前述の
酸化物の集積を破砕する傾向が認められ、接触抵抗の低
減効果を示す。しかしながら、アークによる消耗量ぽ増
加するために、その量は最少量に留められるべきであり
、特にＩｎ酸化物との共存において有効な働きを示す。

本発明の電気接点材料においては、上述の酸化物に加え
てＣｏの酸化物が加えられる。ｃｏ各酸酸化鋺加は、各
酸化物の粒子を微細化し、酸化物の集積を少なからず阻
止する働きを示す。しかしながら、添加量の増大は、Ｏ
ｏｏ化物そのものが接触抵抗増大を引き起すために、微
細化効果を示す最少量の添加が望ましい。

本発明の組成は、上述の如き検討経過より求められたも
ので、金属換算組成は、少なくともＢｉを１．６〜５．
０重量％、ＳｎをＢｉ量の２倍を越えない範囲において
１．６〜７．０重量％、Ｉｎを０．５〜４．０重量％、
ｐｂを０．１〜２．０重量％、残部ムＣ，ヨより成るも
のである。さらにＣｏの酸化物を加える場合には、上記
組成に対し、０．０５〜１．０重量１０、− ％が添加される範囲である。Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｐｂ。

Ｃｏの各最少量は、本発明にかかる材料の目的とした用
途に対して添加効果の認められる下限であり、各最多量
は、合金時の偏析、接触抵抗、耐溶着性、加工能アーク
消耗などにより制限を受ける上限である。

以上説明した本発明の電気接点材料について、より具体
的に実施例にもとづいて説明する。

本発明の組成にしたがって、ムｇ、Ｂｉ、Ｓｎ。

Ｉｎ　、　ＰｂおよびＣｏを合量２００ｑ秤量する（Ｃ
。

は５ｎ−Ｇｏｏ合金を利用した）。これをムｒガス中に
て高周波Ｐを用いて溶解した。さらに、溶湯噴霧装置に
より、加圧窒素ガスを噴霧楳として粉化し６０〜１０ｏ
メツシユの粉体とした。これを７００℃、５０時間大気
中にて加熱処理し、ムクマトリクスにＢｉ　、　Ｓｎ　
、Ｉｎ　、　Ｐｂなどが選択的に酸化され分散した内部
酸化合金粉とした。この合金粉を２０％径の円筒型に装
填し、８トン／（ｔの圧力で成型した。次いでこの成型
体を８５０℃で３時間加熱処理し、焼結体とした。そし
て、焼結体を６６０℃の温間押出しによって２０ｚ径か
ら３２径の線材に加工した。その後、１．６％径まで冷
間伸線し、最終５００℃１時間の熱処理を施し接点素線
材とした。

上述の如くにして得られた素材は、３％径、曲率半径６
％の球面頭部を有する接点鋲に加工され、接点開閉試験
に供した。

接点特性は、五ＳＴＭ型試験機を用いて接触力３０ｑ１
開離力４０ｑ、開閉速度１０ｃｍ／ｓｅｃなる開閉条件
として、試験負荷を商用電源周波数６０Ｈｚ、電圧１２
５Ｖ、突入電流８０ム、定常６ムの容量負荷とし、耐容
着性を評価した。またさらに、試験負荷を商用電源周波
数６０Ｈｚ、電圧１２６ｖ、力率０．４、定常６ムの誘
導負荷とし、接触抵抗を評価した。評価値は容量負荷を
３　Ｘ　１０’　回開閉したときの溶着回数、すなわち
、接点を開離するために４０ｇを越える力を要した回数
、および誘導負荷を３　Ｘ　１０’回開閉する中で５ｏ
ｏｏ回毎に接触抵抗を測定し、その平均値を取って各々
求めた。試験数量は各６対であり、次表には上記により
求めた各試料の最大値および最少値を結果として示した
。参考までに、比較試料としてムｑＣｄＯおよびＡｇ−
Ｂ１−８ｎ　−Ｉｎ合金を同様の製法にて作製した材料
の試験結果も併せて示すＯ （以下余白） １３′・−パ １４・　　、 以上の説明から明らかなように、本発明に係る電気接点
材料は、耐溶着性において、従来のムｑ−ＣｄＯの接点
に対して優れた値を示し、接触抵抗の面においてもかな
シ改善されているため、その実用上の価値は大なるもの
がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｏ）ムクマトリクスに金属酸化物を分散するとともに、
   金属酸化物として金属換算値にして、少なくともＢ１を
   １．５〜５．０重量で、ＳｎをＢｉ量の２倍を越えない
   範囲において１．６〜７．０重量％。 Ｉｎを０．６〜４重量％、ｐｂを０．１〜２重量％含有
   し、さらにマトリクスのムｑを残部とすることを特徴と
   する電気接点材料。 Ｃ２）　　金属酸化物として、さらに金属換算値で０．
   ０６〜１．０重量％のＣｏを含有することを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の電気接点材料。