JPS6367537B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規な電気接点材料に関するもので、
特に従来、比較的小電流の継電器から電磁開閉器
や遮断器などの大電流域まで広汎に用いられてき
たAg−CdO系接点材料に代つて、CdOを排し代
替酸化物を含有させるようにしたAg酸化物系接
点材料に係るものでる。 従来、電気接点材料としては種々のものが用い
られているが、特にAg−CdO系材料は電気接点
として要求される耐溶着性、耐消耗性、接触抵抗
の安定性などの諸性能にすぐれているため、その
需要も年々上昇し、材料面の改良が重ねられてお
り、またこれに関する学術的研究も多く、いわば
この系の材料、製造技術の進歩は極限にまで達し
ているといえよう。 しかし、このAg−CdO系接点材料は、既知の
ようにその製造上、溶解、熱間加工、高温内部酸
化、分析及び回収などCdを系外に排出し易い多
数の工程を含んでいるため、当然その排出防止に
努めなければならない。 この結果、殊に生産設備の拡大に伴つて莫大な
公害防止設備が必要となり、当該防止のために多
大なエネルギーが消費され、生産価格にまで重大
な影響を与えることになる。 Ag中にCdOを分散させることは、接点表面の
清浄化作用、溶着力の低減などの性能を改善する
ものとして効果的であるが、このような交果を十
分に果すのは特に交流回路においてであり、極性
の変化しない直流回路において当該接点材料を使
用したときは、比較的耐溶着性に乏しく開閉回数
が増すと接触抵抗が増加するなどの難点がある。 その原因は、一方の極から他方の極に接点材料
が移転し、接点表面に接点母材と異なる変質層が
形成されるためと堤唱されており、この欠点は
Ag−CdO系接点を用いる限り解消できない宿命
といえよう。 そこで、Ag−CdO系接点材料に匹敵する新し
い材料の開発が注目されるに至り、近年各種の研
究がなされつつあり、Ag中にLaの酸化物を分散
させた電気接点材料なども発表されている。 そこで本願人は既に、上記の諸点鑑み、Cd成
分を含まない酸化物の接点特性に寄与する役割に
ついて研究を重ねた結果、電気接点の表面におけ
る清浄化作用やアークに対する諸現象、例えば消
弧作用などが、添加する酸化物の物性、特にその
蒸気圧の温度特性に最も関係が深いとする考え方
に想到し、高性能Ag−酸化物系接点材料の開発
に必要な指針を得た。 このような思考を基盤として蒸気圧がCdOのそ
れに近い酸化物に着目し、Sb、Zn、In、Teなど
の酸化物をAg中に含有させることにより、Ag−
CdO系接点と同等以上の接点表面清浄化作用を発
揮させ得ることを確認することができた。 さらに、Ni、Feなどを加えることによつて相
乗的効果が発揮され得ることについても、各種の
提案を発表している。 本発明は以上のような研究経過に基づいてなさ
れたものであり、Ag中に約500〜1500℃の温度範
囲でCdOより高い蒸気圧のもつSbの酸化物、約
1500〜4000℃の温度範囲でCdOより高い蒸気圧を
もつSn酸化物、約500〜4000℃の温度範囲でCdO
より低い蒸気圧をもつIn、Znの酸化物を組合せ
て分散させることにより、優れた接点特性を発揮
し得るようにしたものである。 さらに、本発明の重要な点は、上記元素にさら
にTeを加えた酸化物を分散させることにより、
Ag−CdO系接点のもつているような欠陥を改善
しようとするにある。 すなわち既知の如く機器の頻繁な運転に伴い、
その開閉を司るスイツチにあつては、その接点表
面がアーク熱やジユール熱によつて溶融する程の
高温に熱せられ、これが夜間などの運転休止時に
は温室まで降温することになるから、高温と室温
の熱サイクルが繰返されることになる。 ところで当該接点は、片側をAg層としてCu、
Cu−Znなどによる台材に、ろう付けされること
になるが、Agや上記台材、接点材（Ag−CdO）
の熱膨張率には差があり、このため上記の如き頻
繁な熱サイクルによる膨張、収縮が繰返される
と、接点が弯曲変形するという現象を生じ、これ
により接点が台材から剥離し、剥離部分が欠落消
耗あるいは温度上昇を起すことになる。 既述のTeの添加は、Ag中に当該酸化物を均一
微細に分散させる効果があり、前記剥離消耗現象
を軽減する。 そこで発明(1)は、0.2〜6.2重量％Sb、0.1〜0.5
重量％Zn、0.5〜5.0重量％Sn、0.1〜5.0重量％In、
0.01〜1.2重量％Teで、かつその総和が5.0〜15.0
重量％の範囲である元素成分が酸化物として分散
しており、残部Agであることを特徴としている。 このような電気接点材料の製造には既知のよう
に焼結法（粉末治金法）と内部酸化法とがある
が、内部酸化の方が耐消耗性にすぐれていること
から後者が多用されている。 内部酸化合金接点の製法は、AgとSb、Sn、
In、Zn、TeとのAg基合金を溶解によつて作製
し、これを酸素雰囲気中で高温に保持させること
により、合金の表面から酸素を侵入させ、添加元
素を選択的に酸化させて、Ag中に酸化物として
均一微細に分散させる。 元素成分としてのSbは、0.2〜6.2重量％でなく
てはならず、ここでAgへのSbの添加量の上限を
6.2重量％に限定しなければならない理由は、合
金のα固溶体におけるSbの最大固溶限が、300℃
で6.2重量％であり、この添加量を越えるSbを添
加した場合には著しく冷間加工性を阻害すること
となり、電気接点材料の量産が困難となるからで
ある。 一方、0.2重量％未満の添加量であると、顕著
な添加効果が得られず、その目的を達成し得な
い。 さらにZnを添加すると、Zn酸化物は約1500℃
以下で、Sb酸化物より低い蒸気圧であるため、
これら酸化物のアークなどによる揮発損耗を抑制
する効果がある。 そしてZnの添加上限を5.0重量％とした理由は、
それを越える添加量とした場合、当該酸化物が層
状に表面近傍にて形成され、内部酸化が困難とな
るだけでなく、非常に脆くなつてしまうからであ
り、0.1重量％の下限値は、明瞭なる効果発揮の
最低限を示している。 成分元素としてのSnは0.5〜5.0重量％の範囲で
なければならない。 このような範囲に限定しなければならない理由
は、Snを添加した合金を内部酸化すると、当該
酸化物は針状を呈するが、5.0重量％を越えた添
加では、当該酸化物が層状に表面近傍にて形成さ
れ、内部酸化処理が困難となり、一方、0.5重量
％未満の場合は、Snを添加した明らかな効果が
あらわれないからである。 Inを含んだ合金は、Snと同様内部酸化すると、
針状の酸化物となるが、Sbその他の元素と組合
せた合金にあつてはInが5.0重量％を越えて添加
されると、内部酸化時に、表面に緻密な酸化被膜
を形成し、これが内部酸化を困難にすることにな
るため、上限を5.0重量％としなければならず、
0.1重量％未満では、添加の明瞭なる効果が期待
できない。 本発明では、さらに前記の如くTeを添加する
が、その添加による効果は前記の通り熱サイクル
による熱歪を小さくし、接点の剥離、異常損耗を
解消し得る。 その上限を1.2重量％とした理由は、溶解試料
においてTeとAgの金属間化合物が形成されるた
め加工性が低下し、1.2重量％以上のTeの添加に
おいては加工が困難となつてくるためである。 下限の0.01重量％は効果発揮の最低限を示して
いる。 このように、Sb、Zn、Sn、In、Teを複合添加
することにより、単体添加では得られない相乗効
果が得られることになり、すぐれた接点性能を発
揮することになる。 さらに、添加元素成分の総和が15.0重量％を越
えると内部酸化によつて酸化物を均一微細に分散
させることが極めて困難になる。 一方、総和が5.0重量％以下では、接点性能改
善への効果が殆ど現れていない。 次に発明(2)にあつては、上記(1)の発明内容に加
えて、金属成分が0.01〜0.5重量％となるNi、金
属成分が0.01〜0.5重量％となるFeの一種または
二種の酸化物をも分散しており、残部Agである
ことを特徴としている。 ここで上記の如くNi、Feを添加することの役
割は、酸化物粒子を微細化し、整えることにあ
り、この際上記の如く0.5重量％を上限としたの
は、これを越えて添加すると溶解によつて均一な
合金が得られなくなるからである。 また下限としての0.01重量％は、前記の如き酸
化物粒子微細化の効果を発揮し得る最低限を意味
している。 さらに、添加成分の総和が15.0重量％を越える
と、内部酸化によつて酸化物を均一微細に分散さ
せることが極めて困難になる。 一方総和が5.0重量％以下では接点性能改善へ
の効果が明瞭に現れてこない。 ここで発明(1)についての実施例を示せば、99.5
重量％以上の純度を有する材料を原料として、こ
れを大気中にて溶解することにより、 (1) Ag−1.0Sb−3.0Zn−1.0Sn−5.0In−0.5Te（総
和10.5） (2) Ag−3.0Sb−1.5Zn−2.0Sn−2.0In−0.8Te（総
和9.3） (3) Ag−1.0Sb−0.8Zn−4.5Sn−4.0In−0.6Te（総
和10.9） (4) Ag−0.5Sb−5.0Zn−0.5Sn−0.1In−1.2Te（総
和7.3） (5) Ag−5.0Sb−0.1Zn−1.0Sn−0.5In−0.01Te
（総和6.61） (6) Ag−0.8Sb−0.8Zn−0.8Sn−5.0In−0.5Te（総
和7.9） の鋳塊を製造し、この鋳塊の表層を面削後、その
一面に薄い純銀板を熱圧着して、ろう付け用の銀
層を形成する。 次に当該素材を冷間圧延して厚さ２mmの板にし
た後、プレス機により直径８mmφの円盤状に打抜
き、これを内部酸化炉に入れ、酸素を炉内に導入
しながら750℃で180時間加熱し、Sb、Sn、In、
Zn、Teを酸化させて本発明合金を作製した。 また発明(2)に係る実施例としては、上記発明(1)
について実施したと同じ工程により、 (7) Ag−1.5Sb−1.0Zn−3.0Sn−2.0In−0.3Te−
0.3Fe（総和8.1） (8) Ag−3.0Sb−1.0Zn−2.0Sn−2.0In−0.3Te−
0.3Fe（総和8.6） (9) Ag−1.5Sb−4.0Zn−0.3Sn−4.0In−0.3Te−
0.2Ni−0.2Fe（総和13.2） (10) Ag−6.0Sb−0.3Zn−5.0Sn−3.0In−0.1Te−
0.01Fe（総和14.41） (11) Ag−0.2Sb−0.2Zn−4.0Sn−0.2In−0.05Te−
0.01Ni−0.49Fe（総和5.15） による本発明合金を作製した。 そして上記(1)〜(11)につき接点試験用として当該
合金の裏側に形成されたAgと接点保持用の台材
とをAgろう付けして、接点試験にはASTM接点
試験機を用い、電圧AC100V、電流20A、力率
0.6、接触力150ｇ、解離力300ｇの条件で、従来
使用されている代表的な接点材料と比較しながら
第１表にあげた各項について試験を行なつた。

【表】

【表】 Sb、Zn、Sn、In、Teの酸化物を所範囲内の添
加量だけAg中に分散させることにより、Ag−
CdO系接点と比較すると、その消耗量ではこれを
可成り低減でき、しかも溶着回数を大幅に下させ
ることができたものであり、また前記した熱サイ
クルによる剥離消耗の点でも改善効果が得られ、
さらにNi、Feを添加することにより、酸化物粒
子を整え、溶着回数についての、改善を促進させ
ることができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 0.2〜6.2重量％Sb、0.1〜5.0重量％Zn、0.5〜
   5.0重量％Sn、0.1〜5.0重量％In、0.01〜1.2重量％
   Teで、かつその総和が5.0〜15.0重量％の範囲で
   ある元素成分が酸化物として分散しており、残部
   Agであることを特徴とする銀−酸化物系接点材
   料。 ２ 0.2〜6.2重量％Sb、0.1〜5.0重量％Zn、0.5〜
   5.0重量％Sn、0.1〜5.0重量％In、0.01〜1.2重量％
   Teに、さらに0.01〜0.5重量％Ni、0.01〜0.5重量
   ％Feの一種あるいは二種を加えて、その総和が
   5.0〜15.0重量％の範囲である元素成分が酸化物
   として分散しており、残部Agであることを特徴
   とする銀−酸化物系接点材料。