JPS6018734B2 - 電気接点材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、銀−酸化物接点材料、特に銀−酸化ビスマス
系の接点材料に関し、その特性を改良することを目的と
するものである。

銀−酸化物系接点材料として、銀一酸化カドミウム接点
が広く利用されている。

銀一酸化カドミウム接点は接点に要求される接触抵抗、
耐溶着、耐消耗などの性能に対して、平均的に優れた特
性を示すために、継電器やノーヒューズブレ−カー、家
庭用電化機器の電源スイッチなど、数アンペア以上の負
荷電流城において使用されている。しかしながら、成分
中にカドミウムを使用しているため、製造上好ましくは
材料ではない上に、一般社会的にも不適合な材料になり
つつある。銀系の接点材料としては、上記用途に対して
、銀−ニッケル、銀−カーボン、銀−タングステンなど
の利用も孝えられているが、接触抵抗、耐溶着、耐消耗
などのいずれかの点で劣り、満足すべき接点開閉器が構
成し難い状況である。本発明は、以上の点に鑑みてなさ
れたものであって、出願人においてすでにＡｇ−Ｃｄ０
に代る材料としてＡｇ−Ｓｎ合金地中にＢｉ酸化物、Ｓ
ｎ酸化物の粒子を分散した材料を開発したが、本発明は
これをさらに一歩前進させたものであって、特に家庭用
電イｑ機器用電源スイッチに適するように、加工性につ
いて改良を加えた接点材料を提供しようとするものであ
る。

次に本発明について詳述する。

本発明は、Ａｇ−Ｓｎ合金地中にＢｉ酸化物、Ｓｎ酸化
物を主成分とし、さらに基本的にはｌｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，
Ｍｎの中の１種の酸化物を含有して構成されている。

製造にあたっては、Ａｇ−Ｂｉ−Ｓｎ、およびｌｎ，Ｓ
ｂ，Ｐｂ，Ｍｎの中の１種より構成される４元合金を酸
化雰囲気中にて加熱処理し、いわゆる内部酸化法によっ
て、Ａｇ地中にＢｉの酸化物、Ｓｎの酸化物、およびｌ
ｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎの酸化物のうちの１種を分散させ
ようとするものであるが、Ｓｎの酸化はきわめて遅く、
多くの場合、Ａｇ−Ｓｎ合金地中に酸化物が分散した組
織構成となる。また、その望ましい組成は、基本的には
、内部酸化処理前の金属合金の比率において、Ｂｉｌ．
５〜５重量％、Ｓｎｏ．１〜５重量％、ｌｎ，Ｓｂ，Ｐ
ｂ，Ｍｎの中の１種を０．１〜３重量％、残部Ａｇより
構成される。これら組成の働きとしでは、Ｂｉはその酸
化物の状態において、その昇華性を利用して、Ａｇ俊点
の耐溶着性の改善に著しい効果を示すが、耐消耗性につ
いていて劣る。Ｓｎの添加は、耐消耗性の改良に優れた
効果を示し、あわせて、Ｂｉ酸化物との相乗作用により
耐溶着性の向上が認められる。これらの効果を得るため
にＢｉは１・５重量％を少なくとも要し、Ｓｎは０．１
重量％を要する。しかし、含有量が増大すると、耐溶着
性、耐消耗量特性が向上するが、偏析によって加工性が
降下し、さらに増大すると酸化物が結晶粒間に集積した
り、酸化物粒子が肥大化するなどの点から逆に接点性能
が低下し、特に結晶粒間の酸化物が集積すると加工能を
著しく降下させる。したがって、その上限はいずれも加
工性を重視すれば、５重量％程度となる。しかして、こ
れらの組成においてもなお接点材料に複雑な形状、加工
を要求する民生用スイッチにおいて、加工能が不十分な
ため、適用し｝こくいという面がある。特に、小形に接
点鋲をへッダ加工するために必要とされる細線の線引加
工能には劣る面がある。この点の改善のために、ｌｎ，
Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎのうちの１種を０．１重量％以上添加
することが望ましい。しかし、これらの元素においても
、内部酸化処理によって加工能の低下を招くことがある
ので、伸線を必要とされる加工能を得るには、多くても
３重量％で十分の効果を得ることができる。ことにＢｉ
量に比較して、その他のＳｎ，ｌｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎ
の量が２倍を越える状態になるとＳｎをはじめとする添
加元素が急激に酸化されやすくなる煩向が認められ、こ
の状態においてはＢｉ酸化物が粒界に析出し、Ａｇ−酸
化物複合材料としての加工能がほとんど消失し、本発明
の目的に対し大きく逸脱するものとなる。これら添加元
素の中で加工館の効果を最も改善するものはＰｂである
。Ｐｂ自体公害をもたらす元素であるために、その利用
には主意を要す。次に効果の大きいものはｌｎであり、
ｌｎは耐溶着性の改善効果も若干認められる。

これらの中で効果の比較的少ないのはＭｍであるが、Ｍ
ｎの添加は耐溶着性の改良効果が最も優れている。これ
ら添加元素が加工館を改善する理由は、組織観察によれ
ば先にも記したように合金自体を腕化させやすいＢｉの
結晶粒界析出を防止することによるものと推察される。
なお、加工能を改良する面から、上記合金とさらにＮｉ
，Ｃｏ，ＦｅなどのいわゆるＦｅ族遷移元素の１種を０
．０１〜０．５重量％添加することが好ましい。

これら遷移金属は、Ａｇ合金の結晶粒の成長を抑制する
効果があり、その結果、Ｂｉの酸化物粒子も微細化され
、加工館の改良に結びつく。組成比率における０．０１
重量％は、Ａｇ合金の結晶粒成長を抑制する効果の認め
られる最少量であり他方、その上限はこの種Ｆｅ族遷移
元素のＡｇに対する間熔限が小さいために偏折しやすく
、これによって逆に加工能が低下するために制限される
値である。次に本発明による電気接点材料について、実
施例にもとづいて説明する。

まず。

主要成分であるＡｇ，Ｂｉ，Ｓｎの他に添加金属である
ｌｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎ，ＮｉおよびＣｏを本発明に従
う材料組成にて溶解する。溶解はＡｒ雰囲気中にて行な
い、溶湯を内径１５側の内筒金型に鋳込んでィンゴット
を得る。次に、径１５柳のィンゴツトの表面層を面削し
て１２柵の径としたのち、中間糠鈍温度３００ｏｏ、無
酸化雰囲気にて押出し線引、そして焼鈍処理を繰返しな
がら線引加工する。このときの押出し線蓬は１０肌、８
．５側、７．５肋、６肌、５帆の順である。Ａｇ−Ｂｉ
系合金はその袷間加工における一如加工程当りの加工率
が少ないとクラックが入りやすく、加工が極めてし１こ
くい。

少なくとも一加工工程当りの断面減少率は１５％以上、
望ましくは２０％以上を必要とする。Ａｇ−Ｂｉ−Ｓｎ
合金にては特に断面減少率を大きくした方がクラック発
生が少ない。しかしながら、こよそ５〜６肋以下の線径
になると一般に押出し加工が困難となり、ドローベンチ
あるいは竪ガマ式押線機による線引加工に移さねばなら
なくなる。この場合断面減少率を２０％以上で押線する
と試料の引張強度以上の引張力が印加されるために、試
料に破断が生ずる。他方、この破断を回避するために断
面減少率を下げると試料表面にクラックが発生する。こ
のような状況を解決するのがｌｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎの
添加である。ｌｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎを添加した合金は
、断面減少率を１０％程度まで下げて冷間加工すること
を可能とし、細線加工を比較的容易とする。径５風に押
出し加工された試料は、このようにして糠径１．８凧ま
で伸線される。なお、これら加工時における中間焼銘温
度はＢｉの融点（４２７１００）程度、高くても４００
３０以下が好ましい。温度が高くなると、Ｂｉが結晶粒
界に析出して、加工能を低下させる。また、押出し線引
、ドローベンチなどの伸線加工法は、試料の大きさによ
って、自由に選択できるものであって、上記線径によっ
て区分されるものではないことは当然である。次に、大
気中において７５ぴ０で１２ｑ時間の内部酸化処理を施
され、引き続いて脚径１・８燭、頭部径３．５柵、頭部
曲率５肌のりペット型接点にへツダ加工された。

なお、内部酸化処理をへツダ加工の後に行なってもよい
が、いずれにしても、加工処理後、再度７５０ｑｏの熱
処理を入れた方が接点の耐消耗性が若干向上する。内部
酸化温度は、高ければ酸化速度が速いのは当然であるが
、析出酸化物粒子が粗大化し、接点特性が悪化しやすい
ので、酸化時間を長時間取ることが好ましい。

また、Ａｇに添加される卑金属元素間には酸化速度に違
いがあり、本発明の組成範囲においてはＢｊ，Ｍｎ，Ｓ
ｂ、などは比較的遠く酸化され、Ｐｂ，ｌｎ，Ｓｎの酸
化東欧は遅く、特にＳｎはきわめて遅い。したがって、
Ｓｎが完全に酸化するまで加熱処理すると、結晶粒が成
長し、Ｂｉ酸化物粒子の集積肥大化が進むので、Ｂｉの
酸化が終了したと認められる時点において酸化処理を終
えることが好ましい。この意味から、内部酸化処理はで
きる限り紬線状態で行なうことが酸化物粒子を微細にし
てかつ加工館の高い材料を得る上で好ましい。上記のよ
うにして作製した接点試料をＡＳＴＭ型接点開閉試験機
により試験した。

接点の試験条件は次の通りである。電 圧 交流
１００ｙｎｎｓ 電 流 ２船 接触力 ２０夕 解離力 ２０夕 開閉回数 １び回 試料数 ６対 この試験による溶着の発生回数、接点の消耗量のばらつ
きの最少、最大値を表に示す。

参考試料として、Ａｇ−Ｂｆ−Ｓｎ合金の内部酸化した
試料（同一形状に旋盤加工した）およびＡｇ−Ｃｄ○内
部酸イり材の結果もあわせて示す。表に示すようにＡｇ
−Ｂｉ−Ｓｎ系合金においては、Ａｇ−Ｃｄ○材の特性
を上廻る性能を得られ、かつ材料の加工館においても実
用上十分な特性が得られる。

以上のように、本発明による接点材料は、Ａｇ−Ｓｎ−
Ｂｉ２０３一Ｓｎ０２接点材料を基本として、その性能
特にその加工性を高めた接点であり、従釆のＡｇ−Ｃｄ
○より優れた接点性能を示す有用な材料である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １．５〜５．０重量％のＢｉ，０．１〜５．０重量
   ％のＳｎ，０．１〜３．０重量％のＩｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，
   Ｍｎのうちの１種、および残部Ａｇより成る合金を内部
   酸化処理し、Ａｇ−Ｓｎ合金地中にＢｉ酸化物、Ｓｎ酸
   化物およびＩｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎの酸化物のうちの１
   種を分散させたことを特徴とする電気接点材料。 ２ １．５〜５．０重量％のＢｉ，０．１〜５．０重量
   ％のＳｎ，０．０１〜０．５重量％のＦｅ族遷移金属、
   ０．１〜３．０重量％のＩｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎのうち
   １種および残部Ａｇより成る合金を内部酸化処理し、Ａ
   ｇ−Ｓｎ合金地中にＢｉ酸化物、Ｓｎ酸化物、Ｆｅ族遷
   移金属酸化物およびＩｎ，Ｓｂ，Ｐｂ，Ｍｎの酸化物の
   うちの１種を分散させたことを特徴とする電気接点材料
   。