JPS6021215B2 - 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−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、ノーヒューズブレーカーや
、家庭用電イリ蟹器の電源スイッチなど数アンペア以上
の負荷電流域に使用されている。しかしながら成分中に
カドミウムを使用しているため、−対支社会的に、また
製造上において好ましくなＹ、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、銀一タングステンなどの利用も考え
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を構成しがたい状
況にある。本発明は、以上のように鑑みてなされたもの
であって、基本的には、銀−酸化ビスマス接点材料の特
性改良に関して提案するものである。

侍開昭５２‐１斑５６ｙ号公報に明らかにされているよ
うに、銀−酸化ビスマス接点材料は、接触抵抗が低く、
耐落着性の優れた接点材料である。しかしながら、耐消
耗性については他の特性に比して劣っており、この面か
ら銀−酸化カドミウム接点に匹敵するにはなお改良の余
地が後こされていた。発明者らは、銀‐酸化ビスマス接
点材料の耐消耗性を改良するために、種々の実験検討を
重ね、すでに、銀一酸化ビスマスにさらに銅、インジウ
ム、亜鉛の酸イ臼物を少なくとも１種以上添加した接点
材料や、銀−錫合金地中に酸化ビスマス、酸化錫を分散
させた材料などを開発し、耐消耗性を著しく改善し、さ
らに酸化ビスマスとの相乗作用により、耐落着性の面に
おいても特性改良が認められることを見い出した。しか
るに、これら材料についても、詳細に検討した結果、若
干の匁点が認められる。それは、前者の材料について言
えば、耐消耗性を高めようとすれば、銭地中の酸化物量
を多くせざるを得ず、それにともなって加工性が降下す
ること、後者について言えば、銀錫合金地中に、酸化物
を分散させる関係上、マトリックス中の錫と酸化物中の
錫の比率が製造条件により変化しやすく特性の変動が生
じやすいことである。後者の材料については、銀錫合金
地中の錫を完全に酸化させ、さらに酸化ビスマスと反応
させることにより銀地中にビスマス錫の酸化物（Ｂｉ２
Ｓ山０７）を分散させた材料を開発し、上述の問題点を
改善したが、Ｂｉぶｎ２０が硬質酸化物であるため、機
械加工性の低下が前者の材料と同様認められた。

本発明は、以上に述べた材料について、その欠点を改良
すべく検討した結果見し、出されたもので、主な酸化物
成分はビスマス酸化物であるが、その他の酸化物は錫、
インジウム、および、亜鉛もしくは鋼のうちの少なくと
もいずれか一方の金属元素の酸化物からなり、酸化ビス
マスとの反応において銀の融点より高い融点を有するビ
スマス錫酸化物（Ｂｉ２Ｓｎ２０７）、酸化ビスマスと
の反応において銀の融点より低い函＆点を有するビスマ
ス亜鉛酸化物（たとえば、Ｚ旧ｉ４０７）あるいはビス
マス鋼酸化物（たとえば、ＣＵＢｉ２０４）、酸化ビス
マスとはなんら反応しない酸化インジウムなどが銀地中
に分散し、耐溶着性、耐消耗性、機械加工性などに対し
て相乗的に働き、好特性を与えている。

銀地中の分散される酸化物の組成比率は、それら酸化物
の金属成分比率に換算して、ビスマス１．５〜６．の重
量％、錫０．５〜４．四重量％、インジウム０．１〜３
．０重量％、亜鉛あるいは鋼のうちの少なくとも１種を
０．０１６〜２．の重量％である。

これらの組成比率は、それぞれの酸化物量に換算して言
えばほぼ酸化ビスマス（Ｂｉ２０３）１．６〜６．５重
量％、酸化錫（Ｓｎ０３）０．６〜５．の重量％、酸化
インジウム（ｌｎ２０３）０．１〜３．母重量％、銅あ
るいは亜鉛の酸化物（ＣのあるいはＺの）０．０２〜２
．５重量％になる。上記構成成分中に含まれる酸化物は
、先にも述べたように「複合酸化物として銀地中に分数
するものと、単独で分散するものがある。含有複合酸化
物としてあげられるビスマス錫酸化物（Ｂｉ２Ｓｎ２０
７）はモル比で酸化ビスマス（Ｂｉ２０３）と酸化錫（
Ｓｄ０２）とを１対２の割合としてそれぞれの粉末を混
合し、これを７００〜９００℃、より望ましく７５０〜
９０ぴ○の温度で加熱することにより、黄緑右横造の酸
化物として生成する。

その融点は１２００ｑｏ以上にあり、昇華性を示す。銀
地中にこのビスマス錫酸化物が分散すると、再結晶性が
薄れ、通常の競錨後においても比較的硬度が高くなる。
この特性は、衝撃力の強い開閉協点機構に利用された場
合に、接点の表面変形、摩耗が少ないという特徴を有し
ている。本発明の材料は、更に、酸化ビスマス（Ｂｉ２
０３）と、酸化鋼（Ｃｕ０）あるいは酸化亜鉛（Ｚｎ０
）の複合酸化物を含有している。これらの複合酸化物は
融点が低く、通常酸化ビスマス（Ｂｉ２０３）の融点８
２５ｑ０よりも低い。そのほとんどの融点は７８０〜８
００ｑｏにある。これらの酸化物が存在すると、先のビ
スマス錫酸化物が銀地中に分散して、加工性を悪化して
いる点が著しく改善される。しかし、耐アーク消耗に対
しては、この特性を降下させる鏡向があり、量的に過大
に加えることは望ましくない。特に、鋼の酸化物につい
ては１．５重量％の含有量とすると、よい結果が得られ
る。しかるに、添加されている酸化物の中で酸化錫はこ
れが単独で存在すると、耐消耗性を改良する代償として
加工性を著しく損うという問題点がある。特に、加工性
を改良すべ〈添加した亜鉛酸化物がビスマス酸化物と複
合化せずに酸化錫と反応すると錫と亜鉛の複合酸化物（
尖晶石型構造のＳｎＺｎ２０４）が生成し加工性を倍加
して亜化させる頚向がある。本発明は、このため、酸化
錫の−部を酸化インジウムに置き換えることにより、加
工性を低下させずに、耐消耗性の向上を可能にしたもの
である。酸化インジウムは他の含有されている酸化物と
反応することが少なく、他の酸化物の働きを阻害するよ
うなおそれの少ないものである。しかし、比較的酸化物
が硬いために、その量が増大すると加工性が低下し、ま
た耐消耗性についても一定量を超えると逆効果となる。
本発明の材料においては、さらに添加酸化物として、ニ
ッケルの酸化物を加えることが、接点特性の向上につな
がる。

特に、接点の開閉速度が比較的遅い開閉機構において、
アーク放電の消弧作用によって、アーク消耗を少なくし
、加えて耐溶着性の改善が認められる。ニッケル酸イＧ
物を添加する場合の適当量は金属ニッケルに換算して０
．１〜０．５重量％である。上述したように、銀地中に
分散させる酸イり物の 夕働きを、組成との関連でまと
めて示すならば、ビスマス酸化物は耐溶着性の改良に効
果があり錫の酸化物、インジウムの酸化物、ニッケルの
酸化物は、いずれもアーク消耗を低減させることに効果
があり、さらに銅あるいは亜鉛の酸化物は加工性Ｚの改
良に寄与し、それぞれの組成における下限値は、その効
果が認められる最小値である。

他方、ビスマスの酸化物、亜鉛の酸化物、銅の酸化物は
、耐消耗性を、錫の酸化物、インジウムの酸化物、ニッ
ケルの酸化物は、機械的な加工性をそれＺぞれ悪化させ
るために、過量に加えることは、実用的に好ましいもの
ではない。各組成における上限値は、このような観点よ
り求められているものである。次に、本発明の材料の製
法について説明する。

この材料は、一般の銀−金属酸化物系材料の製法により
製造することができる。すなわち、銀、錫、インジウム
、銅、亜鉛、ニッケルなどの合金を内部酸化して製造す
ることが可能であり、また、銀粉、および各卑金属の酸
化物粉末を混合、圧縮成形し、加熱競結する粉末擬結法
によっても製造することができる。しかしながら、内部
酸化法による場合には、各金属元素の酸化速度が異なり
、特に、錫は遅いために酸化いこくい傾向があるので、
ビスマス酸化物との複合酸化物が形成できるように、加
熱温度と時間を十分な条件に設定する必要がある。おお
よその適している条件は、温度７００〜９００℃、時間
２０〜２０加持間である。酸化時間は、酸化雰囲気が酸
素の場合にはそれより短縮することができるのは言うま
でもない。また、温度は銅ビスマス酸化物、あるいは、
亜鉛ビスマス酸化物の量が多く生ずる可館性のある組成
の場合には、７００〜７５び○の範囲に設定することが
望ましい。粉末焼緒法による場合には、内部化を施す必
要性はないが、酸化ビスマスと他の酸化物が反応して複
合酸化物が生成できるような加熱処理が必要なことは当
然である。しかし、本来は暁縞時の熱処理によってこの
反応が進行するので、鱗縞時間をやや長くとることによ
って反応を完結することができる。本発明の材料を具体
的に示すために、次に実施例により説明する。

〔実施例１〕 本発明の組成に従って、銀、ビスマス、錫、インジウム
、銅、亜鉛、ニッケルを溶解し、銀−ビスマス−錫ーイ
ンジウムを主成分とするィンゴットを作製した。

溶解量は２０雌で、アルミナるつぼを使用し、アルゴン
雰囲気にて高周波炉を用いて溶解した。溶湯を１５×３
０×７仇舷３ の金型に鋳込んだ。このようにして作製
したィンゴットをただちに圧延機によって厚さ０．２〜
０．５帆の鱗片状のチップに粉砕したのち、２０肌径の
円筒型に装填し、２トンノ地の圧力で成形した。次に、
この成形体を７００〜８０び０の範囲内の温度の酸素気
流中にて２０〜５畑時加熱競結し、同時にチップの内部
酸化を施した。さらに、この嫁結体を再度８トン／地の
圧力で圧縮成形した後、空気中において８３０〜９００
０Ｃの範囲内の温度で５時間暁結した。この焼結体を５
５０午○で温間押出し、１０風径の円筒棒に加工した。
さらに、１パスの圧下率が１４〜２３％で、３５〜４０
％圧下される毎に７００〜８３びＣの範囲内の温度で２
時間燐鈍するという加工処理を繰返して５伽径の線材に
伸線した。最後に、曲率半径７肌の球面の接点鋲に加工
し、それを７００〜８３０００の範囲内の温度で１時間
暁鈍した。このようにして作られた接点鉄は、後述の穣
点開閉試験に供された。〔実施例２〕本発明の組成に従
って、２００メッシュのフィル０夕を適した銀粉、酸化
ビスマス粉、酸化錫粉、酸化インジウム粉、酸化鋼粉、
酸化亜鉛粉、酸化ニッケル粉を乾式ボールミルで混合し
た。

その総量は５雌であった。そして、１２肌径の円筒型に
装填したのち、４トン／地の圧力で成形しそれを８００
５℃の温度で１時間加熱焼結した。さらに、この隣鯖体
を８トン／地の圧力で成形し、それを８００〜９０ぴ０
の範囲内の温度で３時間加熱暁結した。その後、冷間押
出し、伸線によって径１１肌、１仇奴、９肋、８帆、６
．５肌、５伽と順次細くして線材にｏ仕上げた。なお、
各伸線工程の次に７００〜８００００、２時間の燐鈍処
理を施した。このようにして製作した線材を、実施例１
と同様にして接点鋲に加工したのち、７０ぴ○の温度で
１時間焼鈍し、試験用試料とされた。上記のような製法
によって作られた接点錠は、接点特性を求めるために供
された。

接点特性は、下記の条件の下で、２×１ぴ回開閉中の落
着回数および２×１ぴ回開閉後の消耗量によって評価士
た。

その結果を下表にまとめて示す。開閉試験条件 （ＡＳ
ＴＭ型試験機による）電 圧 １００ＶＡＣ電
流 ５船（力率ｃｏｓの＝１）＊ 接 触 力
３舷 開 離 力 ４雌 開閉回教 ２×１ぴ回 試料数 ６対 表には、各特性値の最小値と最大値を示した。

参考までに、比較試料として、銀−酸化カドミウム（内
部酸化法）、銀−酸化ビスマス（内部酸化法および粉末
擬縞法）の試験結果もあわせて示す。表に示すように、
本発明による材料は、銀−酸化ビスマス接点材料を基本
として、その性能をさうに高めた接点であり、従来の銀
−酸化カドミウム嬢点より優れた接点性能を示すもので
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銀マトリツクス中にビスマス錫酸化物と、ビスマス
   亜鉛酸化物あるいはビスマス銅酸化物の１種以上が分散
   している銀−酸化物複合材料であつて、この材料に含有
   されている金属成分組成が、金属換算値でビスマス１．
   ５〜６．０重量％、錫０．５〜４．０重量％、インジウ
   ム０．１〜３．０重量％、および亜鉛あるいは銅の１種
   以上０．０１６〜２．０重量％、残部銀で構成されてい
   ることを特徴とする電気接点材料。 ２ 銀マトリツクス中にビスマス錫酸化物と、ビスマス
   亜鉛酸化物あるいは、ビスマス銅酸化物の１種以上が分
   散している銀−酸化物複合材料であつて、この材料に含
   有されている金属成分組成が金属換算値で、ビスマス１
   ．５〜６．０重量％、錫０．５〜４．０重量％、インジ
   ウム０．１〜３．０重量％、ニツケル０．１〜０．５重
   量％および亜鉛あるいは銅の１種以上０．０１６〜２．
   ０重量％残部銀で成されていることを特徴とする電気接
   点材料。