JPS6330373B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、銀一酸化物接点材料、特に銀一酸化
ビスマス錫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。 銀一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、接点材料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
た特性を示すとともに、機械加工性も実用上十分
であるために、継電器、ノーヒユーズブレーカや
家庭用電化機器の電源スイツチなど数アンペア以
上の負荷電流域に多く利用されている。しかしな
がら、近時、各種の電源開閉機器に対して安全上
の規制が厳しくなるにつれて、接点材料に対して
より以上の特性が求められつつある。また他方、
銀一酸化カドミウム接点は、成分中にカドミウム
を含むため、製造上あるいは一般社会的にも好ま
しくない材料になりつつある。 本発明は、以上の様な点に鑑みて、銀一酸化カ
ドミウム接点に代り得る新規な接点材料を提供し
ようにするものであつて、基本的には、銀−ビス
マス錫酸化物接点材料の特性改良に関して提案す
るものである。 銀地中に、酸化ビスマスを分散させた接点材料
は、特開昭52−133569号公報に明らかにされてい
るように、接触抵抗の低い、耐溶着性の優れた接
点材料であるが、その問題点として消耗量が多い
ということが見受けられた。発明者等は、この点
の改良のため種々検討を当ね、銀地中に、ビスマ
スの酸化物の他に錫の酸化物を添加し、これら両
酸化物を反応させてビスマス錫の酸化物
（Bi₂Sn₂O₇）とし、これを分散させた材料（特願
昭52−139309号）、さらには、錫の酸化物に加え
て、インジウムなどの酸化物を添加し、機械加工
性を向上させた材料（特願昭53−20073号）など
を開発した。これらの材料は、耐溶着、耐消耗性
に対し良好な特性を示し、特に、後者の材料は、
機械加工能があるため、種々の形状に加工するこ
とができるものであり、より実用的な材料である
と言える。しかしながら、後者の材料について
は、機械加工能が向上した反面、インジウムなど
の酸化物が添加されることにより、衝撃力の大き
い開閉機構において接点表面の荒れが生じたり、
あるいは、開閉速度が遅い機構では、消耗量が増
大するなどの短所が生ずる傾向が見られる。 本発明の目的とするところは、このような欠陥
を改良しようとするもので、機械加工能を損なわ
ずに、より接点特性を伸長せんとするものであ
る。 本発明の材料の構成は、銀地中に少なくともビ
スマス錫の酸化物を分散させた複合材料であり、
構成金属成分が、上記材料と同じく、銀、ビスマ
ス、錫、および、インジウムとによつて構成され
るグループのうちの１種以上に加えて、新たに、
マグネシウム、アルミニウム、チタン、希土類金
属（ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジ
ウム）によつて構成されるグループの中の１種よ
りなる。 したがつて、本発明の構成における特徴は、す
でに発明者等によつて開発された材料にマグネシ
ウム、アルミニウム、チタン、希土類金属の１種
を加えるところにある。 次に、本発明の材料について具体的に説明す
る。 本発明にかかる接点材料は、銀地中に金属酸化
物の粒子を均質に分散させた複合接点材料である
が、その金属酸化物とその効果、特徴をまとめて
述べると次のとおりである。 (1) ビスマス錫酸化物（Bi₂Sn₂O₇）……ビスマ
スの酸化物（Bi₂O₃）と錫の酸化物（SnO₂）
を、モル比で１：２の割合にして700〜900℃、
より望ましくは750〜900℃の範囲内の温度で加
熱することにより、黄緑石構造をもつ酸化物と
して生成する。その融点は1200℃以上であり、
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、通常の焼鈍
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
性を示す。 (2) インジウムの酸化物……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
働きを阻害することも少ない。接点特性的に
は、耐アーク消耗の改良効果が見られ、また、
素材的には、添加による機械加工性の降下が比
較的少ない。錫の酸化物に比べた場合には、ア
ーク消耗に対する効果は劣るが、機械加工性に
長所が認められる。従つて、より加工性を求め
られる場合に錫酸化物の一部を置き換えて利用
できる。本発明においては、後述のマグネシウ
ム等の硬質酸化物を利用しているために、これ
らによる加工性降下を低減する働きに対し有効
な成分を構成している。 (3) マグネシウム、アルミニウム、チタンおよび
希土類金属の中の１種の酸化物……これらの酸
化物は、添加されることにより接点材料として
の耐溶着性を改善する効果が認められる。しか
し、これらの酸化物が加えられると、加工性が
降下し、たとえば、冷間伸線、圧延、ヘツダー
加工等がかなり困難となる。このような状態を
緩和するものとして先のインジウム酸化物の働
きがある。その加工方法としては、熱間押出
し、切削等が利用できる。このような難加工材
の状態は、他方において硬化が高く、削耗、変
形、接点の表面荒れがより少ない特徴が見い出
される。 (4) ニツケルの酸化物……この酸化物は、その添
加によつて、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り、
消耗を少なくし、さらに耐溶着性の改善が認め
られる。 (5) 本発明材においては、上記酸化物の他に、組
成比率によつては、複合酸化物として反応せず
に、単独にたとえばビスマス酸化物（Bi₂O₃）、
錫酸化物（SnO₂）として存在する場合がある。
前記酸化物の中で、ビスマス酸化物が単独で存
在する場合は、耐溶着性が向上する消耗量は増
加する。他方、錫酸化物が単独で存在する場合
は、むしろこの逆の傾向を示す。また、錫の酸
化物は、単独で存在した場合でも、あるいは、
ビスマス酸化物と反応し複合酸化物となつた場
合においても、大よそ機械加工性を降下させる
傾向の強い酸化物である。そのため、より加工
性を重要視するような場合には、錫酸化物のか
なりの部分をインジウム酸化物に置き変えるこ
とが望まれる。しかし、この場合には、若干、
耐消耗性が劣る傾向があることに留意しなけれ
ばならない。 以上に説明したように、本発明の材料において
は、銀地中に数種の酸化物を微細均質に分散させ
て、それら酸化物単独の性質の他にいくつかの複
合化された酸化物の相乗作用によつて優れた接点
特性を得ているものである。 本発明の材料における有効な組成範囲は次の通
りである。 本発明の電気接点材料を得ようとする場合、後
述のように内部酸化法によつて製造することが可
能であり、1.5〜6.0重量％のビスマス、0.5〜4.0
重量％の錫、1.0〜6.0重量％のインジウム、0.1〜
0.5重量％のニツケル、0.05〜0.5重量％のマグネ
シウム、アルミニウム、チタン、希土類金属によ
つて構成されるグループのなかの１種、および残
部銀で構成されている銀合金が内部酸化前におけ
る組成範囲である。 これらの組成範囲において、先ずビスマスは、
酸化物として添加された場合には耐溶着性の改善
効果が認められる最少添加量は金属換算値で1.5
重量％である。添加量が増大するに連れて耐溶着
性および錫と複合酸化物を形成し接点の耐衝撃
性、耐摩耗性の改善効果を示すが、銀合金内にお
いて偏析しやすくなり、これはビスマス酸化物を
単独で存在させ、かつ粗大粒子化を招き易いため
に、消耗量が増大し望ましい結果を期待できなく
なる。従つて、その金属換算上限値は6.0重量％
に押さえられる。 錫は、酸化物としてビスマス酸化物と複合化さ
れ上述のように耐衝撃性、耐摩耗性に効果を示す
が、その効果を示す最少量は金属換算値で0.5重
量％である。他方、添加量が増大すると最大の難
点が機械的加工性を、悪化させることであり、イ
ンジウム酸化物の添加によつてこの点を補う観点
から、最大添加量は金属換算値で4.0重量％に押
さえられるべきである。 インジウムは、錫の代替酸化物として、耐消耗
性に配慮をするとすれば1.0重量％は少なくとも
金属換算値で添加されることが望ましく、一方添
加量が必要以上に過多になると、逆効果を招いて
耐アーク消耗性が悪化し、また機械加工性の面で
も当然のことながら降下して来るので最大添加量
は6.0重量％に設定される。 ニツケルは、アーク消耗、溶着の各特性に金属
換算値で0.1重量％以上添加するとその効果を示
すが、銀合金に対する固溶限が小さいために添加
量が増大すると偏析し、偏析のまま後述のような
内部酸化処理を施されると、素材全体が難加工化
し耐溶着性の面では特性降下を来し逆効果を招き
易い。従つて、0.5重量％が添加し得る最大限で
ある。 マグネシウム、アルミニウム、チタン、希土類
金属は、上記ビスマス酸化物を微細化し、接点表
面の荒れ、変形を軽減し、加えて耐溶着、耐アー
ク消耗性に効果を示すが、これらの効果を示す最
少添加量は金属換算値で0.05重量％である。しか
しながら、これらの金属酸化物は熱的に安定で、
かつ硬質であるために接触抵抗上昇に結びついた
り、機械加工性を降化させる等の逆効果を引き起
こす性質を有するので、過多な添加は好ましくな
い。このために、最大添加量は、0.5重量％以下
にされるべきである。 以上に示した理由によつて、それぞれの添加金
属元素の組成における下限、上限が設定されたも
のである。 次に、本発明の材料の製法について説明する。 本発明の材料は、一般の銀−金属酸化物系接点
材料の製法と同じ方法で製造することができる。
すなわち、銀、ビスマス、錫、インジウム、マグ
ネシウム、マルミニウム、チタン、希土類金属、
ニツケル等の金属元素より、本発明の組成に従つ
て選択された金属成分の合金を内部酸化して製造
することができる。内部酸化法による場合、各金
属元素の酸化速度が異なり、特に錫は酸化されに
くいので、ビスマス酸化物との複合酸化物が形成
されるように、加熱温度、酸化雰囲気、加熱時間
を十分な条件に設定する必要がある。大略の適当
な条件は、酸化雰囲気が大気の場合、温度700〜
900℃で、20〜200時間である。温度は、低い融点
の酸化物が生成する場合は750℃以下の方が望ま
しい。 本発明の材料を具体的に示すために、実施例を
あげて説明する。 実施例 １ 本発明の組成に従つて、銀、ビスマス、錫、イ
ンジウム、マグネシウム、アルミニウム、チタ
ン、希土類金属、ニツケルより選択された金属成
分を溶解し、銀−ビスマス−錫を主成分とするイ
ンゴツトを作製した。溶解量は200ｇ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。なお、一部添加金属について
は、アルミニウム−銀、チタン−ニツケル、ミツ
シユメタル（ランタン、セリウム、ネオジウム、
プラセオジムなどの希土類金属93重量％以上含有
する）などを母合金として使用した。溶湯は、15
×30×70mm³の金型に鋳込まれた。このように作
られたインゴツトを、ただちに圧延機で、厚さ
0.2〜0.5mmの鱗片状のチツプに粉砕したのち、20
mm径の円筒型に装填し、２トン／cm²の圧力で成型
した。次に、この成形体を酸素気流中にて700℃
で20〜50時間加熱し、焼結させた。また、同時に
チツプの内部酸化を施した。さらに、この焼結体
を８トン／cm²の圧力で圧縮成型したのち、空気中
にて830℃で５時間焼結させた。この焼結体を引
き続いて550℃で熱間押出し、10mm径の円筒棒に
加工した。その後、伸線と焼鈍を繰返しながら、
５mm径の線材に加工した。最後に、曲率半径７mm
の球面の接点鋲に加工し、それを700℃で１時間
焼鈍した。このようにして作られた接点鋲を後述
の接点開閉試験に供した。 実施例 ２ 上記実施例１において、熱間押出しされた10mm
径の円筒棒を、さらに引き続いて５mm径の線材に
再度熱間押出し、その後、曲率半径７mmの球面の
接点鋲に切削加工した。それを700℃で１時間焼
鈍した。そして、実施例１と同じ開閉試験に供し
た。 接点特性は、下記条件で、２×10⁴回開閉中の
溶着回数および２×10⁴回開閉後の消耗量によつ
て評価した。その結果を第１表にまとめて示す。 開閉試験条件（ASTM型試験機による） 電 圧 AC100V 電 流 50A（力率cos＝１） 接触力 30ｇ 開離力 40ｇ 試料数 ６対 第１表には、各特性値の最小値および最大値を
示した。参考までに、比較試料として、銀一酸化
カドミウム（内部酸化法）の試験結果もあわせて
示す。

【表】 表に示すように、本発明の材料は、耐溶着、耐
消耗性のいずれにおいても、銀一酸化カドミウム
接点より優れた性能を示し、実用的価値の極めて
高いものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銀マトリクスに金属酸化物が分散している銀
   −酸化物複合材料であつて、この材料に含有され
   ている金属酸化物は少なくともビスマス−錫複合
   酸化物を含み、さら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1.0〜6.0重量％、ニ
   ツケル0.1〜0.5重量％、マグネシウム、アルミニ
   ウム、チタン、希土類金属によつて構成されるグ
   ループの中の１種を0.05〜0.5重量％、および残
   部銀で構成されていることを特徴とする電気接点
   材料。