JPS5925018B2 - 銀一酸化物系の電気接点材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な電気接点材料に関するもので、特に従来
より比較的小電流のリレーからマグネットスイッチやブ
レーカーなどの大電流域まで広汎に用いられてきた銀−
酸化カドミウム電気接点材料に代つて、Ｃｄ０を排し代
替酸化物を含有させるようにした銀合金接点材料に係る
ものである。

従来から電気接点材料としては種々のものが用いられて
いるが、特に銀一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、その需要も年々上昇して
いるだけでなく、材料面の改良も重ねられており、また
これに関する学術的研究も多く、いわばこの系の材料、
製造技術の進歩は極限にまで達しているといえよラ。し
かしながらこの銀−カドミウム系電気接点材料は、即知
のようにその製造上、溶解、熱間加工、高温酸化、分析
及び回収などカドミウムを系外に排出し易い多数の工程
を含んでいるため、当然その排出防止に努めなければな
らず、この結果殊に生産設備の拡大に伴つて重大な公害
防止設備が必要となり、当該防止のために多大なエネル
ギーが消費され、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−酸化カドミウムによる当該製品を製造する
業者は、これに対し勿論充分な対策を構じているが、そ
の対策が十分であるからというだけでは、最早公害に対
する社会情勢に対応していけず、このような接点だけを
考えていたのでは重大な設備投資により生産価格にまで
重大な影響を与えることになる。

さらにまた銀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、溶着力の低減などの電気的諸
特性を改善するものとして確かに効果的であるが、この
ような効果を充分に果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のであ
つて、その原因は当該接点のアノード側からカソード側
に向つ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ＣｄＯを用いる限り解消できない宿
命ともいえよう。

そこで上記の如きカドミウムによる公害問題を解消し、
しかもＡｇ−ＣｄＯ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るに至り、近時にわかに各種の研
究がなされつＸあり、銀中にＬａの酸化物を分散させた
電気接点材料なども発表されている。

しかしこのような開発の理論的根拠の一端は、Ａｇに分
散すべき酸化物の揮発し易さを尺度として、一般にはＣ
ｄＯよりも蒸気圧の低い酸化物の方が効果的であり、し
かも蒸気圧の低い酸化物を用いる方が電気接点としての
開閉時に生ずるアークにより接点表層から逸散した成分
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くても効果的である
とも提唱され、実際にそのような酸化物をＣｄＯの代り
に用いることが提案されている。

そこで本願人は既に、上記の諸点に鑑み、Ｃｄ成分を含
まない酸化物の接点特性に奇与する役割について再検討
を行ない、この結果上記の如き既成観念を排し構想を新
たにして研究を重ねた結果、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する考え方に想到し得た。

そしてこのような思考を基盤として約５００〜１５００
℃の温度範囲でＣｄＯ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一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ことを確認することが
でき、さらにこのような観点からＳｂ以外の金属酸化物
をも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経過に基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１５００〜４０
００℃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、Ｍｎ．Ｚｎ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合せにより、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のが、そ
の一目的である。

さらに本発明の重要な目的は、上記金属酸化物の分散に
加えて、Ｐｂ，．Ｓｅの一方または双方の酸化物をも分
散させることにより、ＣｄＯによる従来接点の重大な欠
陥を改善しようとするにある。

すなわち既知の如く機器の頻繁な運転に伴い、その開閉
を司るスイツチにあつて、その接点表面はアーク熱やジ
ユール熱によつて溶融する程の高温に熱せられることに
なり、これが夜間などの運転休止時には室温まで降温す
ることになるから、高温と室温の熱サイクルが繰返され
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、銀ろうなどによつて、同接点の非酸化
面側（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頻繁な熱サイクルによる膨張、収
縮が繰返されると、ＡｇとＡｇ一ＣｄＯとの境界にあつ
て、接点が、その表面を凹曲するように弓状に彎曲変形
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のである。
本発明の前記重要目的は、既述のＰｂ．Ｓｅを添加する
ことによつて、前記のＳｂ．Ｓｎ．Ｉｎ、Ｍｎ．Ｚｎが
Ａｇマトリツクス中に層状酸化物となつて出現しようと
する際、当該酸化物を均一に分散させるようにし、上記
のように熱サイクルによる接点の彎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
物が核となつて、アーク熱やジユール熱を受けた接点内
部に微細なクラツクを発生せしめ、これが、上記の如き
加熱、冷却の熱サイクルによる膨張、収縮で生ずる引張
、圧縮応力（熱歪）を各所で吸収させるようにし、Ａｇ
−ＣｄＯによる接点の前記剥離消耗現象を防止しようと
するにある。

そこで第１の発明は銀を主成分とし、これに金属成分（
Ｓｂ）が０．１〜６．２重量％となるＳｂの酸化物と、
金属成分（Ｓｎ．Ｉｎ．Ｍｎ．Ｚｎ）が０．０５〜５．
０重量％となるＳｎ．．Ｉｎ，．Ｍｎ，．Ｚｎの各酸化
物と、金属成分（Ｐｂ．Ｓｅ）が０．０１〜２．０重量
％となるＰｂ．Ｓｅ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している。

このような電気接点材料を製造するには既知のように焼
結法（粉末冶金法）によつても内部酸化法（溶製法）に
よつてもよいが、生産コスト上から後者が多用されるこ
とになる。そして溶製法の場合には、ＡｇにＳｂ，．ｓ
ｎｌＩｎぴＭｎ．ＺｎそしてＰｂ．Ｓｅの一方または双
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マトリツ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り、一方焼結法の場合に
はＡｇの微粉と上記諸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
く混合した上記諸金属の酸化物粉を加圧焼成することに
よつて当該酸化物が銀中に分散した銀−酸化物系の電気
接点材料を製することもできる。

しかしこの際どのような製法によるにせよ、Ｓｂの酸化
物はその金属成分であるＳｂが０．１〜６．２重量％で
なくてはならず、こＸ′（′ＡｇへのＳｂの添加量の上
限を６．２重量％に限定しなければならない理由は、Ａ
ｇ−Ｓｂ合金のα固溶体におけるＳｂの最大固溶限が、
３００℃で６．２重量％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Ｘなり、電気接点材料の量産が不能となるからである
。また前記の焼結法により製造した場合にあつても粒子
間の結合力が弱いため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重量％未
満の添加量であると、後述の如き添加効果が得られず、
その目的を達成し得ない。さらに本発明ではＳｎの酸化
物を、Ｓｎが０．０５〜５．０重量％の範囲で分散させ
る必要がある。

このような上限、下限に限定しなければならない理由は
、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、５．０重量％を超過した
添加では、当該酸化物が内部で擬集し、以後の内部酸化
処理が困難となり、酸化後も脆性が大となるためで、０
．０１％未満の場合はＳｎを添加した効果があられれな
いからである。

次に第３の元素として添加したＩｎは、上記Ｓｎと同じ
く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その他の元素と組合せた合金にあつてはＩ
ｎが５．０重量％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５，０重量％とし
なければならず、０．０５重量％未満では、添加の効果
がない。

さらに第４の元素としてＭｎを添加すると、Ｍｎ酸化物
は約２０００℃以上の高温で、ＳｂやＳｎ酸化物よりも
低い蒸気圧を有し、これら酸化物のアークなどによる揮
発損耗を抑制する効果がある。そしてＭｎの添加上限を
５．０重量％とした理由は、Ｍｎを添加することにより
、内部酸化時に結晶粒界をＡｇに富んだ層で形成する作
用傾向があり、５．０重量％の上限を越えると、この傾
向が顕著となり、当該Ａｇリツチの層が接点特性に悪影
響を与えることになるからであり、０．０５重量％の下
限値は、効果発揮の最低限を示している。

さらに第５の元素として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とともにＳｂ酸化物の揮発を抑制する特性を有し、
これら酸化物のアークなど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５．０重量％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
理時にあつて、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、非常に脆くなつてしまうからであり、
０．０５重量％の下恨値は、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Ｓｎ，．Ｉｎ，．ＭｎｌＺ
ｎ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になる。

さて本発明では、さらに前記の如くＰｂ．Ｓｅの一方ま
たは双方を添加するが、その添加による効果は前記の通
り熱サイクルによる熱歪を、これら酸化物により形成さ
れた微細クラツクにより吸収して、接点の剥離、異常損
耗を解消し得ることであり、その上限を１．０重量％と
した理由は、微細クラツクが過多となることにより接点
特性を劣化させることのないようにするためで、下限の
０．０１重量％は効果発揮の最低限を示しており、また
Ｐｂ．Ｓｅなる低融点金属を、上記のように添加するこ
とにより、本願の多元系合金は、その鋳造性を高められ
ることになる。次に第２の発明にあつては、上記第１の
発明内容に加えて、金属成分が０．０１〜１．０重量％
となるＮｉ．Ｆｅの一方または双方の酸化物をも、主成
分たる銀中に分散させることを特徴としている。

による本発明合金を製造した。そして上記（１）、（２
）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（ＡＣｌＯＯＶ、２０
Ａ）、★木 こｋで上記の如くＮｉ．Ｆｅを添加するこ
との役割は、結晶粒を微細化し、酸化物粒子を整えるこ
とにあり、この際上記の如く１．０重量％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
自体が極めて困難となるからであり、また下限としての
０．０１重量％は、前記の如き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。

こＸで第１発明についての実施例を示せば、９９．５重
量％以上の純度を有する金属材料を原料として、これを
大気中にてガス溶解することにより、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。

次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の円盤状に打抜き、二これを
内部酸化炉に入れ、大気を炉内に導入しなζら６５０℃
で１８０時間加熱し、Ｓｂ．Ｓｎ、Ｉｎ．Ｍｎ．Ｚｎ．
Ｐｂを酸化して本発明合金を製造した。

また第２の発明に係る実施例としては、上記第１の発明
について実施したと同じ工程により、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もち、その消耗量ではこれを可
成り低減でき、しかも溶着回数を大巾に低下させること
ができたのであり、また前記した熱サイクルによる剥離
消耗の点でも改善結果が得られ、Ｃｄの不使用により公
害の心配をも解消することができ、さらにＮｉ、Ｆｅの
酸化物を添加することにより、酸化物粒子を整え、消耗
量についての改善を促進させることができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銀を主成分とし、これに金属成分が０．１〜６．２
   重量％となるＳｂの酸化物と、金属成分が０．０５〜５
   ．０重量％となるＳｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｚｎの各酸化物と
   、金属成分が０．０１〜２．０重量％となるＰｂ、Ｓｅ
   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−酸化物系の電気接点材料。 ２ 銀を主成分とし、これに金属成分が０．１〜６．２
   重量％となるＳｂの酸化物と、金属成分が０．０５〜５
   ．０重量％となるＳｎ、Ｉｎ、Ｍｎ、Ｚｎの各酸化物と
   、金属成分が０．０１〜２．０重量％となるＰｂ、Ｓｅ
   の一方または双方の酸化物と、金属成分が０．０１〜１
   ０重量％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−酸化物系の電気
   接点材料。