JPS6027746B2 - 電気接点材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気接点材料、特にＡｇ−金属酸化物複合接
点材料に関するものである。

Ａｇ一酸化物系接点材料として、Ａｇ−Ｃｄ○の接点材
料が広く利用されている。

Ａｇ−Ｃｄ○接点材料は、接点材料に要求される接触抵
抗、耐溶着、耐消耗などが特性に対して、平均的に優れ
た性能を示すだけでなく、機械加工性も実用上十分であ
るために、リレー、ソーピューズブレーカや、家庭用電
子機器の電源スイッチなど、数アンペア以上の負荷電流
城に多く利用されている。しかしながら、近時、各種の
電源開閉器に対して、安全上の規制が厳しくなるにつれ
て、接点材料に対して、これまで以上の特性が求められ
るようになって来ている。特に、家庭用電気機器におい
ては、スイッチの軽燥作性、小型化が要求され、他方で
は安全面から見たときの開離不能に結びつく溶着と絶縁
劣化を招く消耗の両性能の向上が強く望まれている。加
えて、最近においてはＡｇ資材の急激なコスト上昇にと
もない、経済性の面から、接点の大きさを、より小さく
する頭向があり、結果的には、接点の単位面積当りの開
閉負荷を大きくとれる材料が求められている。本発明は
、以上のような点に鑑みてＡｇ−Ｃｄ○接点材料にかわ
り得る接点材料を提供するものであって、基本的には、
Ａｇ−Ｂｉ２０３接点材料の特性改良に関して提案する
ものである。

Ａｇマトリクス中に、Ｂｉ２Ｑを分散させた接点材料は
、侍関昭５２一１３３５６針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、欠点として消耗量が多いということが見受け
られた。

発明者らは、この点の改良のため、種々検討を重ね、Ａ
ｇマトリクス中において、Ｂｉ２０３とＳｎ０２を分散
させて反応させ、ＢｉとＳｎの複合酸化物（Ｂｉ２Ｓ〜
０７）に転換させ材料が、耐消耗性を著しく改善させ、
かつ耐溶着性の面においても改良効果を示すことを見し
、出した。しかしながら、前述したように、最近の傾向
により、接点の形状を小さくし、単位面積当りの開閉負
荷を大きくすると、開閉回数が増えるにつれて、接点の
周辺に酸化物が抜けたＡｇに富む層が生成し始める。こ
のときの接点断面を示すと、第１図のとおりである。図
において、１，１′は接点ばね、２，２′はＡｇ一酸化
物接点、３，３′はＡｇに富む層である。開閉回数がさ
らに増すと、Ａｇに富む層はそれに比例して成長するた
めに、接点表面全体におけるＡｇに富む層の面積は、開
閉回数の二乗に比例するようになる。その結果、接点表
面の真に接触している点がＡｇに富む層に存在する割合
も二乗に比例する。当然のことながら、Ａｇに富む層は
耐港着性に劣るため、接点の溶着発生回数が著しく増加
し始める。その傾向を第２図に示すが、開閉回数に対し
て、累積熔着発生回数は概略二乗曲線を示す。発明者等
は上記ＡｇマトリクスにＢｉ−Ｓｎの酸化物（Ｂｉぶｎ
２０７）を分散した材料に関して引き続いて、改良検討
し、Ａｇに富む層の発生を防止する方法として、ｌｎ，
Ｃｄ，Ｓｂなどの酸化物を少量添加することが効果を示
すことを見し、出した。この中で、Ｃｄは公害元素とし
て規制されているところから望ましいものではなく、Ｓ
ｂの酸化物は消耗量が増加し、接触抵抗も変動しやすく
なるなどの面から、他の特性に対する欠点が発生しやす
い。ｌｎの酸化物は、このような見地からすれば比較的
欠点の少ない添加物であることが見し、出された。次に
本発明の材料についてさらに詳しく説明する。

本発明の材料は、Ａｇマトリクス中にＢｉ−Ｓｎの酸化
物（Ｂｉ２Ｓ比０７）を主たる酸化物として分散し、さ
らに、ＢｉとＳｎの組成比率によって、Ｂｉの酸化物（
Ｂｉ２０３）またはＳｎの酸化物（Ｓｎ０２）を若干量
含有し、加えてｌｎの酸化物（ｌｎ２０３）を少量分散
しているＡｇ−酸化物複合接点材料で、その含有されて
いる酸化物の量は、金属換算値で、Ｂｉｌ．５〜５重量
％、Ｓｎ４〜１０重量％（ただし、４重量％を含まず）
、ｌｎｏ．１〜１．８重量％で、残部がＡｇとなってい
る。

この組成比関係において、所望の性能を見し・出し得る
ものであって、特に、前述の如き小型接点における高負
荷開閉時に著しく開閉性能の向上を期待することができ
る。本発明の材料に含まれる主たる酸化物のＢｉ−Ｓ舵
酸化物（Ｂｉ２Ｓｎ２０７）はＢｉの酸イ臼物（Ｂｉ２
０３）とＳｎの酸化物（Ｓｎ０２）をモル比で１：２の
割合にて７００〜９００℃の範囲内の温度で加熱するこ
とにより、黄緑石構造を持つ酸化物として生成する。

その融点は、１２００℃以上で昇華性を示し、Ａｇマト
リクスに分散させることにより、耐港性、耐消耗性の改
善効果が大きい。Ａｇマトリクス中に、上記Ｂｉ−Ｓｎ
の酸化物およびｌｎの酸化物を分散させる手法として、
Ａｇ−Ｂｉ−Ｓｎ−ｌｎの四元合金を、酸化雰囲気中に
て加熱し、Ｂｉ，Ｓｎ，ｌｎを選択的に酸化させるいわ
ゆる内部酸化法がとられるが、ＢｉとＳｎについて言え
ば、前記モル比より換算し、四元合金中のＢｉ重量ｘと
Ｓｎの重量ｙがｙ／ｘ〒０．５７の関係において、Ｂｉ
ぶｎ２０７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Ｂｉ−Ｓｎ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
ち、上記ｙ／ｘの値が０．５７より大きくなれば、Ｂｉ
の酸化物が単独で存在する機会が少なくなり、Ｓｎの酸
化物含有量が増加して来る。上記ｙ／ｘの値が０．５７
より小さくなれば、この逆の煩向になることは明白であ
る。しかるに、本発明材が主としてその用途とされる局
員補開閉小型接点の場合には、上記ｙ／ｘの値が０．５
７より大きく「Ｓｎの酸化物がＢｉ−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、ｌｎの酸化
物存在下にあってＳｎ酸化物が増加すると、加工性が著
しく悪化し、接触抵抗も上昇するので、前述のＡｇの富
む層が生成することを防止し得る最少量のｌｎ酸化物量
とし、Ｓｎ酸化物量はｙ／ｘら１〜２．５程度まで取れ
るようにすることが望ましい。本発明材料の組成は、上
述の如き条件下の下で求められたもので、金属換算組成
は、少なくともＢｉｌ．５〜５重量％、Ｓｎ４〜１陣瞳
％（ただし４重量％を除く）、ｌｎｏ．１〜１．槌重量
％および残部Ａｇよりなるものである。上記組成との関
連において、Ａｇマトリクス中に分散させる酸化物の働
きをまとめて示すならＢｉの酸化物は耐熔着性の改良に
効果があり、Ｓｎの酸化物はアーク消耗を低減させるこ
との他にＢｉ酸化物との相乗作用でもつて、耐溶着性の
改善に効果がある。

そして、ｌｎの酸化物は本発明材の用途とされる開閉負
荷電流の大きい４・型接点におし・前述のＡｇに富む層
の生成を抑制し、結果として耐溶着性の改良に寄与する
とともにアーク消耗の低減にも効果を示す。本発明材の
組成においてＢｉ，Ｓｎ，ｌｎの各最少量は目的とする
用途に対して、実用的に以上の効果が認められる下限と
して設定されたものである。他方、各酸化物についてそ
の含有量が増大すると、Ｂｊ酸化物については、これを
Ａｇマトリクス中に分散する際に後述の実施例に示すよ
うな合金ィンゴツトを作製する場合、Ｂｉ含有量の固溶
限を越えるとより隅析が生じはじめ、その結果、Ａｇマ
トリクス中にＢｉの酸化物が単独で偏在しやすく消耗量
の増加を招来する。

Ｓｎの酸化物についてはｌｎ酸化物の存在下にあっては
、添加量が増大すると接触抵抗が上昇しやすく加工性も
低下する。

一方、ｌｎ酸化物の面から見ると含有量増大はＳｎ酸化
物の存在下で加工性、接触抵抗の特性降下を招くととも
に、材料自体における耐溶着性を阻害しやすくなるため
に、耐溶着性に重さを置いて考えるならばｌｎ酸化物の
添加量は先のＡｇの富む層の生成抑制に必要な最少量に
留めてＳｎ酸化物の量を先行して考えることが望ましい
。各成分についての最多量は、以上のような顔馬点より
設けられたものである。本発明にかかる材料においては
、さらに添加酸化物としてＢｉ−Ｃｕの酸化物（たとえ
ばＣ肥ｉ２０４）を含有させることができる。Ｂｆ−Ｃ
ｕの酸化物構造は数種認められるが、いずれも融点が低
く、通常酸化ビスマスＰＢｉ２０３）の融点８２５℃よ
りも低い。そのほとんどは７８０〜８００ｏ０付近にあ
る。この酸化物が存在すると、加工性が著しく改善され
るが、他方アーク消耗が増加し、大体の場合には接点特
性の降下を招くことが多い。したがって、量的に過大に
加えることは望ましくなく、必要最少量に押えられるべ
しである。添加する場合には、先のＡｇ−Ｂｉ−Ｓｎ−
ｌｎの四元合金にさらに金属Ｃｕとして添加して、内部
酸化法により選択的にＣＯＯの型に酸化し、さらにＢｉ
２０３と反応させてＣ船ｉ２０４などの型に転化させる
ものである。望ましい添加量は金属Ｃｕに換算して０．
０１６〜２重量％である。Ｃｕの０．０１鑓重量％は酸
化物（Ｃｕ○）にすると０．０２重量％に相当し効果が
認められる最少量である。以上説明した本発明の材料に
ついてより具体的に実施例にもとづいて説明する。

本発明の組成に従って、Ａｇ，Ｂｉ，Ｓｎ，ｌｎおよび
Ｃｕを合量２００タ溶解し、Ａｇ−Ｂｉ−Ｓｎ−ｌｎを
主成分とするィンゴットを作った。

その溶解にはァ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行なった。溶湯は、１５×３０×
７０肌３金型に鋳込まれた。このようにして作製したィ
ンゴットを、ただちに圧延機を用いて、厚さ１側程度の
鱗片状のチップに粉砕した。これを、７００℃の空気中
にて６岬時間加熱し、Ｂｉ，Ｓｎ，ｌｎなどを選択的に
内部酸化させるとともに、Ｂｉの酸化物は複合酸化物に
転化させた。次に、これを再度圧延機によって、厚さ０
．２肋以下のチップとした。上記０．２側以下の厚さの
チップは、洗浄されたのち、２仇奴径の円筒型に装填さ
れ、８トン／地の圧力で成型された。次いで、この成型
体を７８０午０の温度で空気中にて２時間燐結した。こ
の焼結体は次いで６００ｑｏの温間押出しにて３肋径の
線村に加工された。その後、冷間加工と競鈍を繰返しな
がら、径１．５肋の線まで加工し、さらに、経２．８脚
、曲率半径８肋の球面頭部を有する接点鋲に加工され、
接点開閉試験の試料とされた。接点特性は、第３図に示
した回路によって行なった試験により評価された。

すなわち、スイッチＳ，として、ＡＳＴＭ型試験機を用
いて接触力３０夕、開離力４０夕、開閉速度１０肌／秒
なる開閉条件とし、試験負荷として、商用電源周波数６
０ＨＺ、電圧１２５Ｖ、ダイオード保護抵抗器ｒ＝２．
４０、負荷Ｒ＝２５０、容量Ｃ＝７６０山Ｆとした。従
って、突入電流のピークは８Ｍ、定常軸である。スイッ
チＳ２は、容量Ｃの電荷をスイッチＳ，をオンする直前
に放電させるための回路を構成するものである。接点特
性の評価は、上記条件にて３×ＩＱ回開閉したときの溶
着回数、すなわち接点を関雛するために４０夕を越える
力を要した回数、および３×１ぴ回開閉後の接点の消耗
量により行なった。試験数量は各６対であり、表に各特
性の最小値と最大値として結果を示した。参考までに、
比較試料としたＡｇ一Ｃｄ○、およびＡｇ−Ｂｉ−Ｓｎ
合金を同様の製法にて作製した材料の試験結果も合わせ
て示す。表 表の結果から明らかなように、本発明による接点材料は
、従来のＡｇ−Ｃｄ○の接点に対して、溶着消耗のいず
れの特性においても、きわめて優れた値を示すものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気接点材料の従来試料の開閉試験時における
接点断面の模型図である。 第２図は同じく従来例の開閉回数と累積溶着回数の関係
を表わす曲線図である。第３図は本発明にかかる電気接
点材料の典型的な使用形態の一例を示し、試験回路とし
て使用したものである。第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａｇマトリクスに分散している主たる酸化物がＢｉ
   −Ｓｎの酸化物（Ｂｉ＿２Ｓｎ＿２Ｏ＿７）であるＡｇ
   −酸化物系電気接点材料であつて、その金属合成成分が
   、金属換算値でＢｉ１．５〜５重量％、Ｓｎ４〜１０重
   量％（ただし４重量％を含まず）、Ｉｎ０．１〜１．８
   重量％、残部Ａｇの割合であることを特徴とする電気接
   点材料。 ２ Ａｇマトリクスに分散している主たる酸化物がＢｉ
   −Ｓｎの酸化物（Ｂｉ＿２Ｓｎ＿２Ｏ＿７）であるＡｇ
   −酸化物系電気接点材料であつて、その金属合成成分が
   、金属換算値でＢｉ１．５〜５重量％、Ｓｎ４〜１０重
   量％（ただし４重量％を含まず）、Ｉｎ０．１〜１．８
   重量％、Ｃｕ０．０１６〜２重量％、残部Ａｇの割合で
   あることを特徴とする電気接点材料。