JPS6048578B2 - 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、特に銀−金属酸化物接点材料に
関するものである。

電気接点材料として、銀は導電性に優れ、比較的安価で
あるところから、一般に広く利用されている。

しかしながら、開閉負荷が大きくなると、溶着、放電に
よる消耗、転移などの欠陥が生じるようになる。このた
めに、これらの欠陥を改良するために、種々の材料の開
発が試みられ、その一つとして、銀−酸化カドミウム合
金が見い出された。この材料で構成された電気接点は、
比較的広範囲な負荷に対して優れた開閉能力を示すため
に、現在においては、広く産業用機器をはじめ、民生用
機器などの開閉器用接点材料として、利用されている。
そして、その製造には、一般的に、銀と酸化カドミウム
の粉末を焼結する方法と、銀とカドミウムの合金を内部
酸化し、銀マトリクス中に酸化カドミウムの粒子を分散
させる方法が取られている。一方、酸化カドミウムは、
非常に優れた特性を示すものの、なお欠陥が存在する。

すなわち、開閉機器において、接点の開閉速度が比較的
遅い場合、あるいは、接点の解離力が小さい場合には、
溶着あるいは消耗が生じやすいという傾向がある。また
、比較的硬度が低いために、開閉衝撃力の大きい開閉器
では、接点表面の変形、飛散が多くなる。加えて、近時
、カドミウムはその毒性の点から、社会的には適合しに
くい材料になりつつある。本発明の目的とするところは
、上述したような溶着、放電による消耗などに対して優
れた性能を示す銀一酸化ビスマス系接点材料を提供しよ
うとするものである。

銀一酸化ビスマス接点材料は、酸化ビスマスのフ導電性
、昇華性を利用した接触抵抗の低い、耐溶着性の優れた
材料の一つである。

しかしながら、耐消耗性に劣り、この面から、なお改良
の余地があつた。発明者らは、銀一酸化ビスマスを主成
分とする５接点材料について、その耐消耗性を種々検討
した結果、この合金に錫の酸化物を添加し、これを十分
に加熱してやると、耐消耗性がいちちるしく改善され、
さらに耐溶着性の面でも特性改良が認められることを見
い出した。

次に、本発明の接点材料について詳述する。

本発明の接点材料は、基本的には次の二つの成分構成に
より区分される。すなわち、それは、銀マトリクス中に
ビスマス錫の酸化物（Ｂｉ。

Ｓｎ。Ｏ，）とビスマスの酸化物（Ｂｉ。Ｏ。）が分散
した形態、および、銀マトリクス中にビスマス錫の酸化
物（Ｂｌ。Ｓｎ。Ｏ，）と錫の酸化物（Ｓｎ２Ｏ）が分
散した形態であり、特殊な場合として、銀マトリクス中
にビスマス錫酸化物（Ｂｉ。Ｓｎ。Ｏ，）の分散した形
態をとることがある。次に、上記形態の特長と製法につ
いて説明する。

共通して言えることは、これらの二つの形態は、銀とビ
スマス、錫のΞ元合金を内部酸化して製造することがで
き、また、銀粉、、酸化ビスマス粉、酸化錫粉を混合、
圧縮して成形し、これを加熱焼結する粉末焼結法で製造
することができる。

発明者らは銀−錫−酸化ビスマスー酸化錫系材料を開発
したが、本発明における材料は、上記材料をさらに十分
酸化させて、銀−酸化ビスマスー酸化錫系とし、これを
酸化ビスマスと酸化錫との反応によつて、銀一ビスマス
・錫の酸化物一酸化ビスマスあるいは酸化錫としたもの
てある。

ここで示すビスマス錫の酸化物は、酸化ビスマス（Ｂｌ
。Ｏ。）と酸化錫（ＳｎＯ。）とを１：２のモル比とし
、これを７５０〜９００℃の範囲内の温度で加熱するこ
とにより、Ｂｉ。Ｓｎ。Ｏ，の黄縁石構造をもつ複合．
酸化物として生成する。その融点は１２００゜Ｃ以上で
あり、昇華性を示す。銀マトリクス中にＢｉ。

Ｓｎ。Ｏ，が分散した接点材料は、通常の焼鈍によつて
は、再結晶傾向が少なく、したがつて、焼鈍後において
も、比較的高い硬度を有している。．この特性は、衝撃
力の強い開閉接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長を有している。さらに、
銀マトリクス中に酸化ビスマス（Ｂｉ。Ｏ。）が含有さ
れている場合には、前述の特長に加えて、耐容着性に優
れ、また・酸化錫（ＳｎＯ。）が含まれている場合には
、耐アーク消耗に優れる。本発明の材料においては、添
加金属としてニッケルを加えることが、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つて、アーク消耗を少なくし
、加えて耐容着性の改善するのが認められる。以上のよ
うな、本発明の材料における有効な組成範囲は次のとお
りである。

まず、銀一ビスマスー錫合金を内部酸化して目的とする
接点材料を得ようとする場合は、１．５〜６重量％のビ
スマス、０．１〜６重量％の錫、およフび残部Ａｇの割
合の合金が、本発明の特長を表わす組成範囲であり、添
加金属としてニッケルを加える場合には、０．１〜０．
５重量％が適当であり、粉末焼結法による場合は、上記
の組成に相当する比率としてビスマスの酸化物（Ｂｉ２
Ｏ３）が１．６〜６．５重門量％、錫の酸化物（ＳｎＯ
。

）が０．１〜７．５重量％、および残部Ａｇの割合で配
合された混合粉体を焼結することにより、本発明の材料
の特長を得ることができる。ニッケルの酸化物（ＮｉＯ
）を添加する場合は、その適量は０．１〜０．６５重量
％である。上記組成範囲において、それぞれの組成比率
の最小値は、それらによる添加効果が認められる下限を
示すものである。ビスマスあるいは、ビスマス酸化物、
錫あるいは錫の酸化物の組成比率の最大値は、機械加工
性より制限を受ける値である。特に、内部酸化法による
場合には、錫の含有量が上記上限を越えると、通常の機
械加工、たとえば圧延、伸線、押出しなどによつて、素
材にクラックが生ずる。また、ビスマスは、その含有量
が増加するに従つて、耐溶着性が改良されるものの、消
耗量も増大し、組成の上限を越える材料には望ましい結
果を期待することができない。ニッケル添加量の上限に
ついては、銀−ビスマスー錫合金に添加して内部酸化処
理する場合、０．５重量％を越える量を添加すると、固
容限が小さいために偏析し、この状態で酸化処理される
と難加工性が増すことや、耐溶着性の面でも特性降下を
来し逆効果を招きやすい。粉末焼結法によつてニッケル
酸化物粉として添加する場合は、前記上限量を越えても
機械加工性が悪化することは少ないが、過量になるに連
れて、内部酸化処理による場合と同様耐溶着性で逆効果
になるために設定される量である。上記組成範囲におい
て、ビスマス錫の酸化物（Ｂｉ２Ｓｎ。

Ｏ，）以外に酸化ビスマス（Ｂｉ。Ｏ。）あるいは酸化
錫（ＳｎＯ。）のいずれかが分散した状態になるかは、
ビスマスと錫、あるいは、ビスマス酸化物を錫酸化物の
含有比によつて決定され、錫１重量部に対してビスマス
が１．７６重量部より多いとき、あるいは錫酸化物１重
量部に対してビスマス酸化．物が１．５５重量部より多
いときには、ビスマス錫の酸化物と酸化ビスマスが銀マ
トリクス中に分散し、その逆の場合には、ビスマス錫の
酸化物と酸化錫が銀マトリクス中に分散する。次に、製
法について説明する。

内部酸化法による場合は、まず、本発明の組成に従つて
、合金を溶解、鋳造し、内部酸化する。

内部酸化温度は５００℃以上、合金溶融温度以下の範囲
内とする。通常は６００゜Ｃ以上、酸化ビスマスの溶融
温度の８２５゜Ｃ以下の範囲内とすることが望ましい。
そして、複合酸化物を生成するための加熱温度は７５０
〜９００℃の範囲内てあることが適当である。そ温度が
低いと反応速度が遅くなる。なお、８７０℃より高い場
合には、合金中に微量の不純物、たとえば、銅、亜鉛な
どが含まれている−と、一部分解することがある。粉末
焼結法による場合には、本発明の組成に従つて、各素材
粉末を均質に混合して成型し、加熱焼結することによつ
て、作製することができる。

加熱焼結温度は７００〜９００’Ｃの範囲内が適してい
るが、内部酸化法の場合と同様に７５０℃以上が望まし
い。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 本発明の組成に従つて、銀、ビスマス、錫、およびニッ
ケルを含量２００ｙ溶解し、銀−ビスマスを主成分とす
るインゴットを作つた。

溶解にはアルミナるつぼを使用し、アルゴン雰囲気にて
高周波炉を用いて行なつた。溶湯は１５×３０×７０ｗ
ｕｎ゜のｊ金型に鋳込まれた。このようにして、作つた
インゴットを、ただちに圧延機を用いて厚さ０．２〜０
．５一の鱗片状のチップに粉砕したのち、２０ｗＬ径の
円筒型に装填して、２トン／Ｃ４の圧力て成型した。次
に、この成型体を８００゜Ｃの温度の酸素気流中に フ
て２時間焼結し、同時にチップの内部酸化を施した。さ
らに、この焼結体を再度８トン／ｄの圧力で、ブレスし
てから、空気中において９００℃の温度て５時間焼結し
た。この焼結体を、５５０℃で温間押出しして、１０−
径の円筒棒に加工した。引き続いて、１バスの圧下率が
１４〜２３％で、３５〜４０％細くなる毎に、８３０゜
Ｃの温度で３時間の焼鈍を加えながら５−径の線材に伸
線した。最後に、曲率半径７ＷｒＩｆＬの球面の接点鋲
に加工して、８３０℃の温度でｌ時間焼鈍した。このよ
うにして、後述の接点開閉試験用の試料を作つた。実施
例２ 本発明の組成に従つて、２００メッシュのフィルタを通
して得られた銀粉、酸化ビスマス粉、酸化錫粉、および
酸化ニッケル粉を、総量５０ダ、乾式ボールミルを用い
て、均質に混合した。

そして、混合粉末を１２７ｗｔ径の円筒型に装填したの
ち４トン／ｄの圧力で成形した。この成形体を、８００
℃の温度で１時間加熱焼結したのち、再度、８トン／ｃ
イで押圧して、それを８００℃の温度で１時間加熱焼結
した。その後、冷間押し、および伸線によつて径１１Ｔ
ｎ！ｎ）１０７７！７７１）９ＴＷｔ）８Ｔｎｍ）６．
５Ｗｒ！Ｔｔ）５Ｔｆｒｍと加工して行き、線材に仕上
げた。焼鈍は、各伸線工程間において、８００℃の温度
で１時間施した。このようにした作つた線材を、実施例
１と同型状の鋲に加工したのち、７００℃の温度でｌ時
間焼鈍をして、試験用の試料を作つた。上述のような製
法によつて作られた試料は、硬度（Ｈｖ５ＯＯｙ）、お
よび接点特性を求めるために供された。

接点特性は、下記条件の下で２×１０’回開閉中の溶着
回数、および２×ＩＱ’回開閉後に消耗量で評価した。
その結果を第１表にまとめて示す。開閉試験条件（ＡＳ
Ｔ型試験機による）電圧 電流： 接触力 ： 開離力 ： 開閉速度： 開閉回数： 試験数 ： ニ１００Ｖ（交流） ５０Ａ（力率ＣＯｓφ＝１．０） ３０ｙ ４０ダ １０ｃｍ／秒 ２×１０’ ６対 第１表には、各特性値の最小値と最大値を示した。

参考まてに、比較試料として、銀−酸化カドミウム（内
部酸化法による）と、銀−酸化ビスマス（内部酸化法お
よび粉末焼結法による）の試験結果もあわせて示す。

得られた試料の一部は、径５Ｔｆｒｍの状態において、
密度と導電率の測定、およびＸ線回折による酸化物の成
分相の解析をした。

その結果を第２表＊に示す。上表の結果から明らかなよ
うに、銀一酸化ビスマス接点はこれ自体において耐溶着
性は、銀−酸化カドミウム接点を上回る性能を示すが、
消耗量については２〜５倍の多さである。

一方、銀−ビスマス・錫酸化物を含む本発明の材料は、
耐溶着性、耐消耗性のいずれの特性においても銀−酸化
カドミウムに匹敵するか、あるいはこれを大きく陵駕す
る性能を示す。以上のように、本発明による材料は、銀
−酸化ビスマス接点材料の性能をさらに高めた接点であ
り、従来の銀−酸化カドミウム接点よりも優れた接点性
能を示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銀マトリクスに少なくともビスマス・錫の酸化物（
   Ｂｉ＿２Ｓｎ＿２Ｏ＿７）が分散されており、その金属
   合金成分が、金属換算値で、ビスマス１．５〜６．０重
   量％、錫０．１〜６．０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 銀マトリクスに少なくともビスマス・錫の酸化物（
   Ｂｉ＿２Ｓｎ＿２Ｏ＿７）とニッケルの酸化物（ＮｉＯ
   ）が分散されており、その金属合金成分が、金属換算値
   でビスマス１．５〜６．０重量％、錫０．１〜６．０重
   量％、ニッケル０．１〜０．５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。