KR20060039002A - 전기 접점 및 그것을 이용한 전기 기기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 독성에 문제가 없는 Cd이 비함유된 Ag 합금으로 이루어지고, 절연성능이 좋고, 납땜성이나 소모 특성의 안정성을 확보할 수 있고, 브레이커나 고부하인 전자 개폐기에 적용 가능한 우수한 전기 접점이나 그것을 이용한 전기 기기를 제공한다. 본 발명의 해결 수단은 Sn을 1 내지 9 질량 ％를 포함하고, 불순물로서의 Cd이 0을 포함하여 0.01 질량 ％ 미만인 Ag 합금으로 이루어지고, 표면측의 제1층과 내부측의 제2층의 2층 구조이며, 제1층의 두께가 10 ㎛ 이상으로, 그 평균 경도가 JIS에 규정되는 마이크로 빅커스 기준으로 150 이상이며, 제2층과 같은 기준에서의 평균 경도가 130을 넘는 전기 접점이다.

접속층, 내부층, 표면층, 접점 칩, 가동측 대금, 고정측 대금

Description

전기 접점 및 그것을 이용한 전기 기기{ELECTRIC CONTACT AND ELECTRICAL EQUIPMENT INCLUDING THE SAME}

본 발명은 전기 접점 및 그것을 이용한 전기 기기에 관한 것이다.

전기 에너지를 전달, 차단 또는 제어하는 부위에 사용되는 브레이커 등 각종 전기 기기에는 각각의 실용 기능이나 전기적인 부하에 따라서, 각종의 전기 접점이 사용되어 왔다.

그 재료로서 카드뮴(Cd), 주석(Sn) 및 인듐(In) 등의 산화물의 입자가 분산된 은(Ag) 합금이 있다. 그 중에서도 Ag 매트릭스 중에 Cd 산화물의 입자가 분산된 재료는 실용상 이러한 종류의 전기 접점에 최적이기 때문에, 현재도 또 많은 전기 기기에 사용되어 있다. 그러나, Cd에는 독성이 있기 때문에, 이를 포함하지 않는, 소위 Cd이 비함유되어 접점 성능이 우수한 재료의 개발이 요구되고 있다.

그 후보 중 하나가, Sn이나 In의 산화물이 분산된 것이다. 이 재료는, 소위 온도 특성이 우수한 동시에, 접촉시 전기 저항이 낮고 통전성이 좋고 소위 접촉 저항이 작기 때문에, 이러한 성능이 중시되는 경부하의 전기 기기에는 적합하다. 그러나, 이 재료를 사용한 전기 접점은 정격 전류 10 A 이상, 차단 전류 1.5 kA 이상의 고부하의 전기 기기에 사용되면, 차단시에 접점을 통하여 큰 차단 전류가 흐르 기 때문에, 소모가 크다. 또한 이 소모에 의해 재료나 그 주변의 전기 절연성이 저하되는, 소위 절연 특성의 저하가 일어난다. 따라서, 현상에서는 이러한 고부하의 전기 기기에는 사용하지 않는다. 이로 인해, 고부하의 전기 기기로서는 아직도 Cd 원소가 1 질량 ％ 이상, 그 위에 10 질량 ％ 이상 분산된 Ag 합금이 접점 재료로서 이용되어 있고, Cd이 비함유된 것은 일부의 전자 스위치나 릴레이, 접촉 저항을 문제로 하는 콘택터 등밖에 이용되고 있지 않다. 예를 들어, 전자 스위치에서도 정격 전류가 100 A 이상인 것이나, 포크 리프트용과 같이 직류 전압 86 V, 돌입 전류 1.9 KA 내지 2 KA의 접점에는 Cd을 10 질량 ％를 이상 포함한 접점이 아직도 사용되고 있다. 전기 접점에 요구되는 특성에는 (1) 내용착 특성, (2) 초기 단계에서의 온도 특성, (3) 과부하 시험 후의 온도 특성, (4) 내구 시험 후의 온도 특성, (5) 차단 시험 후의 절연 특성, (6) 내소모 특성 등을 예로 들 수 있다. 이러한 특성을 같은 화학 조성ㆍ미세 조직의 단일 재료로 확인하면, 예를 들어 (1)과 (2)와 같이 트레드 오프의 관계에 있는 특성이 있다. 따라서 하나의 재료로 이루어지는 전기 접점을 이용하는 경우에는, 트레드 오프의 관계에 있는 한 쪽의 요구 특성을 희생으로 할 필요가 있다. 또한 전기 접점(이하 간단히 접점이라고도 함)의 수단의 다양화가 진행되고, 접점 주변의 수단도 다양화되고 있다. 이에 의해, 예를 들어 실용상 상기와 같이 서로 트레드 오프의 관계에 있는 복수의 특성을, 각각의 비율로 하나의 접점에서 병존시켜야만 하는 경우도 있다. 이러한 정세 중, 전기 기기가 다양한 수단에 추종하여 접점 재료의 종류도 좋게 나눌 필요가 있다. Cd이 비함유된 Ag 합금으로 이루어지는 전기 접점이, 전기 기기, 예를 들어 브레이 커의 Cd이 함유된 전기 접점에서 변하기 때문에 레벨 상승해야만 하는 특성 중 제1은 내용착 특성이며, 제2는 같은 재료로서는 이와 트레드 오프의 관계에 있는 온도 특성이다. 또한 브레이커는 비교적 높은 정격 전류ㆍ차단 용량의 영역에서 안정적으로 사용할 수 있는 것이 중요하고, 내소모 특성이나 차단 특성에 대해서도 어느 정도의 레벨까지 올릴 필요가 있다. 그래서 트레드 오프의 관계에 있는 한 쪽의 특성이 우수한 별도의 재료와 조합시켜 이와 복합화하고, 복합 접점으로 하는 시도가 이루어져 왔다. 그 중으로부터 본 발명에 비교적 가까운 종래 기술에 대해 이하에 서술한다.

예를 들어 일본의 특허 공개 소58-189913호 및 일본 특허 공개 소62-97213호의 양쪽 공보에는 복합화의 예가 적재되어 있다. 이들에 기재된 전기 접점은, 표면층에 내소모 특성과 내용착 특성이 우수한 재료가 내층에 차단 특성이 우수한 재료가, 각각 배치된 것이며, 어느 쪽 발명의 전기 접점도 표면층에 Ag-Sn-In계 합금을, 또한 실질적으로는 내층에 순 Ag이나 Ag 함유량이 많은 고전도성의 재료를 각각 배치하고, 아크 끊김을 양호하게 하도록 연구한 것이다. 전자는, 단락시의 아크 차단에 구비하여 내층에 비해 표면층을 상당히 두껍게(내층이 300 내지 1200 ㎛ 정도인 데 반해, 표면층이 100 내지 300 ㎛ 정도) 하는 동시에, 표면층이 소모된 경우를 생각하여 내층과의 경계에 요철 형상의 이음매를 만들고, 아크에 의해 이음매보다 위의 표면층이 소모되어 손상된 후에도 표면층의 일부가 남아, 계속하여 사용할 수 있도록 연구한 것이다. 한편 후자는 표면층이 전자에 비해 조금 얇지만(10 내지 200 ㎛), 단락시의 아크 차단에 구비하여 표면층에 분산되는 산화물의 양 을 많게 하여(예를 들어 표면층이 Sn과 In의 산화물이 분산된 Ag 합금인 경우, 산화물의 총량은 10 질량 ％ 이상), 그 경도를 높이고 있다. 이러한 전기 접점은 내층에 Ag이나 Ag량이 많은 합금을 사용하고 있기 때문에, 확실히 차단시의 아크 끊김 시간은 짧다고 생각되지만, 6 KA 이상의 대전류를 차단하는 브레이커용의 접점에 사용하는 경우, 큰 아크가 발생하고 표면층이 소모되어 손상된 직후에 용착 사고의 발생이 우려된다. 또한 상하의 Ag 합금 소재의 합친 면에 요철을 넣어 끼워 맞추는 작업은 생산성이 악화되어 경제적이지 않다. 또한, 내소모성과 내절연성의 개량을 목적으로 한 본원과는 목적이나 방법이 다른 것이다.

또한 일본의 특허 공개 소61-114417호 공보에는 Sn 및 In을 포함하는 Ag 합금으로 이루어지고, 표면층의 Sn이나 In의 산화물, 특히 Sn의 산화물의 양이 내층의 그보다도 적은 복합 전기 접점이 개시되어 있다. 따라서 이 접점은 내층보다도 저경도의 표면층으로 이루어지기 때문에, 브레이커용의 접점으로서 이용한 경우, 표면층의 내소모 특성이 낮아져 용착 사고가 발생하기 쉬워진다. 또한, 내소모성과 내절연성의 개량을 목적으로 한 본원과는 목적이나 방법이 다른 것이다. 또한 일본의 특허 공개 평10-188710호 공보에는, 별도의 2층 구조의 복합 전기 접점이 소개되어 있다. 본 발명의 전기 접점은 정격 전류가 100 A 이하의 브레이커를 대상으로 한 것이다. 2층은, 주로 내용착 특성이 우수한 외주층과, 주로 온도 특성이 우수한 중앙층으로 구성되지만, 양쪽 층으로도 주로 Cd, Sn 및 Ni의 산화물이 분산된 Ag 합금으로 이루어진다. 이 접점에서는 양쪽 층의 경도와 접점 표면부에서의 양쪽 층의 면적 비율을 제어함으로써, 주로 내용착 특성과 온도 특성이 적정 레벨로 조정된다. 또 이 전기 접점의 외주층의 경도는 마이크로 빅커스 기준으로 135 이상, 내층의 그것은 135 미만이다. 본 발명에 의해, 정격 전류 100 A 이하의 브레이커에 적합한 전기 접점이 제공된다. 그러나 이 접점은, 다량의 Cd을 포함하기 위해 독성의 문제가 있다.

또한 Cd이 비함유된 접점은 실용시 변동이 크다. 구체적으로는 접점을 대금에 납 등으로 접합한 후의 접합 강도의 변동이 큰 것, 또 상술한 바와 같이 실용시 소모량이 클 뿐만 아니라, 그 변동이 큰 것이다. 이러한 것도 Cd이 비함유된 접점 재료가 사용되기 어려운 이유 중 하나이다.

브레이커나 전자 개폐기에는 그 제조 메이커나 정격 전류 또는 그 최종 사용처ㆍ사용도에 의해 여러 가지 종류가 있다. 예를 들어, 그것이 가정용과 공업용의 어느 쪽인지, 일반 배선용인지 누전 차단용인지 설비용인지 분전선용인지, 즉 용도의 차이, 또한 가격과 성능 중 어느 쪽을 중시하는 지 등등, 브레이커(1)에 의해 여러 가지이다. 따라서 이와 같이 전기 기기의 수단이 다방면에 걸치기 때문에, 접점 및 그 재료에도 각각의 기기에 따른 다양한 수단이 있다. 접점에 요구되는 품질이 다양화되는 이유는, 이러한 전기 기기의 수단 이외로도 좌우된다. 예를 들어 같은 50 A 프레임 정격의 기기에 있어서도, 기기의 구조는 여러 가지이며, 그로 인해 접점의 형상이나 사이즈도 여러 가지이다. 또한 접점은, 통상 대금에 접합되고, 이에 리드선을 접속하여 접점 어셈블리의 형태로 사용되지만, 그 대금의 형상이나 사이즈, 그것과의 접합 수단도 여러 가지이다. 이들은, 기기의 실용 성능에 큰 영향을 부여한다. 또한 아크 슈터라고 불리는 전류를 차단하기 위한 부품, 전 기적 또는 기계적으로 아크를 소멸시키는 소호(消弧) 기구가 있는지 여부, 이러한 부재의 형상이나 재질이 무엇인지, 또한 이러한 배치 형태도 여러 가지이다. 이들도 기기가 실용적인 특성에 큰 영향을 부여한다. 이와 같이 접점의 사양은 그 자신의 성능보다도, 오히려 이상 서술한 바와 같은 기기의 수단의 다양화 쪽에 막대한 영향을 받는다. 한편, 전술한 바와 같이 접점에 요구되는 특성에는 트레드 오프의 관계에 있는 몇 가지의 것이 있고, 모든 특성이 요구되어도, 그것을 충족시키는 접점 재료의 제공은 곤란하다. 따라서, 개개의 전기 기기의 성능과 접점 주변의 설계의 자유도에 맞추고, 그에 최적인 전기 접점 재료를 제공해야 할 필요가 있다.

본 발명자들은, 이러한 실제 현상에 비추어 이루어진 것으로, 특히 내용착성과 온도 특성이 우수하고, 이러한 브레이커에 바람직한 Cd이 비함유된 전기 접점을, 일본의 특허 출원 제2001-011121호의 발명으로써 제안하였다. 그러나, 그 후 전기 기기의 새로운 수단으로서, 내용착성과 온도 특성은 다소 희생으로 해도, 실용시에 마모량이 작아 전기 절연성이 우수한 전기 접점도 요구되어 있기 때문에, 상기 발명과 같은 재질계에서 새로운 재료를 연구해 왔다. 그 결과, 본 발명에 도달하였다.

본 발명의 목적은, Cd이 비함유된 또는 Cd양이 적은 Ag 합금으로 이루어져 종래의 그것들에 비해, 실용시 소모량이 작고(내소모성이 우수하다고 함), 그 내소모성의 변동이 작고, 절연 특성에 우수하고, 게다가 상기한 실용상의 변동이 적은 전기 접점 및 그를 이용한 전기 기기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제공하는 전기 접점은 Sn을 1 내지 9 질량 ％, Cd을 0을 포함하여0.01 질량 ％ 미만 포함하는 Ag 합금으로 이루어지고, 표면측의 제1층과 그보다 내부측의 제2층과의 2층 구조로 이루어지는 것이며, 제1층은 그 평균 경도가 JIS에 규정되는 마이크로 빅커스 기준으로 150 이상, 그 두께는 10 ㎛ 이상이며, 상기 제2층은 그 평균 경도가 상기 마이크로 빅커스 기준으로 130을 넘는다. 바람직하게는 제1층의 평균 경도는 190 이상이다.

또, 이 중에는 제2층의 같은 기준에서의 평균 경도가 제1층과 같지만, 또는 그에 비해 낮은 전기 접점이 포함된다.

본 발명에서 Cd의 양을 0.01 질량 ％ 미만으로 하는 이유는, 실질 Cd이 비함유된 것으로 하기 때문이다.

또한, 본 발명의 전기 접점은, 바람직하게는 Sn 외에 In을 1 내지 9 질량 ％를 포함한다.

또한, 본 발명에 관한 전기 접점은 Sn 및 In 이외의 첨가 성분으로서, Sb, Ca, Bi, Ni, Co, Zn, Cu, Mo, W, Ge, Te, Cr 및 Pb의 원소군으로부터 선택된 적어도 1 종류를 포함하는 경우가 있다.

또, 본 발명에서의「표면」이라 함은, 상대측의 접점과 접촉하는 측의 표면이다.

또한, 본 발명에는 이상의 전기 접점을 이용한 전기 기기도 포함된다. 이 전기 기기에는, 예를 들어 본 발명의 전기 접점과 대금을 조합시킨 접점 어셈블리나 그것을 이용한 전기 기기가 포함된다.

도1은 본 발명의 전기 접점 중 하나의 구체예를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도2는 본 발명의 전기 접점의 다른 구체예를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도3은 본 발명의 전기 접점의 별도의 구체예를 모식적으로 도시하는 도면이다.

도4는 본 발명의 전기 접점을 대금에 부착한 어셈블리 상태의 일구체예를 모식적으로 도시하는 도면이다.

또, 도면 중의 부호 1은 제2층 즉 내부층, 2는 제1층 즉 표면층, 3은 접속층, 4는 접점 칩, 5는 접점 칩, 6은 가동측 대금, 7은 고정측 대금이다.

본 발명의 전기 접점은 Sn을 1 내지 9 질량 ％, Cd을 0을 포함하여 0.01 질량 ％ 미만 포함하는 Ag 합금으로 이루어지고, 표면측의 제1층과 그보다 내부측의 제2층과의 2층 구조로 이루어지고, 제1층은 그 평균 경도가 JIS에 규정되는 마이크로 빅커스 기준으로 150 이상, 그 두께는 10 ㎛ 이상이며, 제2층은 그 평균 경도가 같은 마이크로 빅커스 기준으로 130을 넘는다. 바람직하게는, 제1층의 평균 경도는 190 이상이다. 이하, 마이크로 빅커스 기준의 경도가 예를 들어 130인 경우 130 mHv로도 표시한다.

이는, 실질 Cd이 비함유된 전기 접점이다.

또 어느 쪽의 접점도 첨가 성분의 Sn은 그 화합물, 통상은 산화물의 형태로 Ag 매트릭스 중에 분산되어 있다.

Sn의 양을 1 내지 9 질량 ％로 하는 이유는, 1 질량 ％ 미만에서는 실용시 내용착 특성이 저하되는 것이다. 또한 실용시 소모의 증가, 또는 고체 사이에서의 또는 접점의 부위 사이에서의 실용시 소모량이나 절연 특성의 변동이 커지기 때문이다. 또 내용착 특성과는, 소정의 부하로 전기 회로를 차단한 경우 자신이 용융되고, 그에 의해 상대측의 접점과 용착하지 않고, 반복하여 정상적으로 전류 차단 기능을 다할 수 있는 성능이다.

한편 9 질량 ％를 넘으면, 상기한 실용시 온도 특성이 저하된다. 또한 접점 재료의 제조 과정에서의 소성 가공이 하기 어렵게 되거나, 대금과의 접합 강도의 변동이 접점의 고체간 또는 부위간으로 커진다. 그 결과, 접점에 손상이 생기기 쉬워지거나, 실용시에 접점이 대금으로부터 박리되거나, 대금 상에서 위치 어긋나기 쉬워진다.

Sn의 양은 바람직하게는, 2 내지 7 질량 ％이다.

표면의 평균 경도를 150 mHv 이상으로 하는 이유는, 상기와 중복되지만, 특히 Cd이 비함유이거나 또는 그 양이 적은 경우에 실용시 소모량이나 그 변동 및 대금과의 접합 강도의 변동을 억제하고, 그에 의해 절연성을 높이는 것이다. 바람직하게는 190 mHv 이상, 또는 220 mHv 이상이다.

본 발명의 목적은, 실용시, 예를 들어 접점이 수십 ％ 이상 소모된 후라도 양호한 내소모 특성을 유지할 수 있는 접점을 제공할 수 있으므로, 이 제2층의 경 도가 높은 것은 유리하게 작용한다.

또 평균 경도는 JIS의 마이크로 빅커스 기준의 경도 계량법을 기준으로 하여 확인된다. 접점면의 제1층 내 또는 제2층 내의 임의의 복수점, 통상 5점으로 확인하고, 그러한 값을 산술 평균한 것이다. 확인 점수는 30점 이상이 바람직하다.

본 발명의 전기 접점은, 바람직하게는 Sn 외에 In을 1 내지 9 질량 ％를 포함한다. In도 Sn과 마찬가지로, 그 화합물, 통상은 산화물의 형태로 Ag 매트릭스 중에 분산되어 있다.

In의 양을 이 범위로 하는 이유는, 이 범위를 벗어나면, 주로 제조시 소성 가공이 보다 하기 어렵게 되는 것과 실용시 내소모 특성이 보다 저하되는 것이다. 또한 9 질량 ％를 넘으면, 공존하는 Sn의 양에도 의하지만, 온도 특성이 저하되기 쉬워진다.

바람직하게는, In의 양은 3 내지 8 질량 ％이다.

또, 본 발명의 전기 접점에는 Sn 및 In 이외의 첨가 성분으로서 이하인 것이 포함되는 경우가 있다. 예를 들어, 안티몬(Sb), 칼슘(Ca), 비스무트(Bi), 니켈(Ni), 코발트(Co), 아연(Zn), 동(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 게르마늄(Ge), 텔루르(Te), 크롬(Cr) 및 납(Pb)의 군으로부터 선택된 적어도 1 종류이다. 이러한 바람직한 함유량은, 각각의 원소에 환산된 질량 ％ 단위로 나타내면, Sb이 0.05 내지 2, Ca이 0.03 내지 0.3, Bi가 0.01 내지 1, Ni이 0.02 내지 1.5, Co가 0.02 내지 0.5, Zn, Cu, Mo, W 및 Ge이 모두 0.02 내지 8, Te, Cr 및 Pb이 모두 0.05 내지 5이다. 이러한 성분의 양이 이상의 범위 내이면, 경우에 따라서는 실용시 내용착 성이나 온도 특성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 접점 재료를 제조하는 과정에서의 소성 가공이 하기 쉬워진다. 범위 외인 경우, 브레이커의 종류에 따라서는 내소모성이 저하되는 것이 있다.

또, 상기 이외의 성분이라도 본 발명의 목적이 달성되면, 이하와 같은 것이 미량 포함되어 있어도 좋다. 이하의 표시 단위는 원소 환산의 질량 ％이다. 예를 들어 셀륨(Ce), 리튬(Li), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 망간(Mn) 중으로부터 선택된 적어도 1 종류가 5 이하, Ge 또는 Ga을 3 이하, Si를 0.5 이하, Fe 또는 Mg을 0.1 이하 포함하고 있어도 좋다. 또한 예를 들어, 불화 알루미늄(AlF₃), 불화 코름(CrF₃), 불화칼슘(CaF₂)과 같은 불화물을 포함하여 할로겐 화합물의 형태이고, 그러한 분자 환산으로 5 질량 ％ 이하 포함되어 있어도 좋다.

다른 형태로서는, (2) 제1층의 평균 경도가 150 mHv 이상 190 mHv 미만 이며, 제2층의 동일 경도가 제1층의 그것과 동등하거나 그보다도 낮은 것이다.

즉, 본 발명의 전기 접점은, 전술한 바와 같이 실질 Cd이 비함유된 Ag 합금으로 이루어지고, 종래의 그에 비해 실용시 소모량이 작고(내소모성이 우수하다고 함), 내소모 특성의 변동이 작고, 절연 특성이 우수하고, 게다가 대금과의 접합 강도의 변동이 적은 것이다.

본 발명의 전기 접점이 바람직하게 이용되는 전기 기기는, 그 수단에 따라서 몇 가지가 있지만, 대표예로서 정격 전류 30 A 이하, 차단 전류 2.5 kA 이하이긴 하지만, 비교적 고부하이며 접점 사이즈가 작은 경우가 있다. 또, 접점은 사이즈 나 두께가 작아지고 있다. 이러한 기기인 경우, 접점에는 내용착성과 온도 특성이 요구되지만, 그 이상으로 내소모 특성과 절연 특성이 요구된다. 통상 이러한 종류의 기기(브레이커)는 접점끼리 박리하는 힘을 비교적 크게 하는 기구나 소호 기구를 배치하거나, 대금이나 리드선의 선 직경을 크게 하여 방열을 양호하게 하거나 함으로써, 온도 특성이나 용착의 리스크를 경감하도록 설계되어 있는 경우가 많다. 이러한 경우, 일본의 특허 출원 제2002-01121호에 개시된 것으로부터, 본 발명의 것은 실용상 유리하다. 또 이러한 수단의 기기라도, 그 미세한 수단에 따라서, 상기의 여러 가지 형태 내의 최적의 것을 적용하지 않으면, 접점 원래의 성능을 충분히 발휘할 수 없게 된다. 그래서 접점이 설치되는 어셈블리의 형태나 사용되는 전기 기기의 정격 용량 등 수단의 차이에 의해, 상기한 바와 같이 다른 형태의 전기 접점을 구별할 필요가 있다. 본 발명의 2층 구조의 전기 접점은, 상기한 바와 같이 표면과 내부가 적정한 첨가 성분 조성과 표면의 두께 및 양쪽 층이 적정한 경도 밸런스를 제어함으로써, 특히 표면 및 내부와도 종래의 것 이상으로 경도를 높인 것이다. 이에 의해, 본 발명의 전기 접점은 내소모성이나 절연 특성, 또는 실용 상의 변동이 작은 것을 요구함으로써 고부하의 전기 기기에 적합한 것이다.

상기 2층 구조의 전기 접점에서, 제1층의 두께를 10 ㎛ 이상으로 하는 이유는, 이보다 얇아지면 온도 특성이나 내용착 특성이 저하되는 것이다. 한편 지나치게 두꺼워지면 제조 비용이 커지기 때문이다. 바람직하게는, 제1층의 두께는 20내지 120 ㎛이다.

이 제1층의 두께는 접점의 표면에 수직인 단면 상에서 확인한다. 구체적으 로는, 이 면을 광학 현미경으로 관찰하고, 접점 표면에 평행한 방향으로 5점 제1층의 두께를 확인하고, 그러한 산술 평균치를 그 두께로 한다. 또 이 2층 구조의 접점에서는, 각 층 내에 경도의 분포가 있어도 좋다. 예를 들어, 각 층에 Sn 및 In 농도가 적은 부분이 생기는 경우가 있지만, 그 경우라도 각 층의 평균 경도가 상기 경계치를 제거하여 있으면 좋다. 단, 접점 중앙부의 희박층이라 불리는 부분은 경도의 측정으로부터 제외하여 측정한다. 2층의 평균 경도는, 상기한 바와 같이 접점에 수직인 단면 상의 각각의 층 영역 내에서, 각 층의 상하 단부 부근을 포함한 두께 방향의 5점으로 확인된 마이크로 빅커스 경도 데이터를 산술 평균한 것이다.

본 발명의 2층 구조의 전기 접점에는, 2개의 층의 평균 경도가 같거나 또는 제1층으로부터 제2층에 이르기까지의 경계선에 약간의 경도 낙차가 있는 경우가 있다. 후자인 경우, 이 경계선에는 양쪽 층 중간의 경도를 갖는, 즉 그 경도가 제1층의 하한 경도 미만 또한 제2층의 상한 경도를 넘는 범위 내에 있는 영역(이하 중간부라고도 함)이 있다. 이 영역의 두께는, 주로 제조시 Ag 합금 단계에서 합금 성분의 층간 열확산의 진전이나 가공 왜곡이 함유된 형편이 어느 정도인지에 따라 변한다. 중간부의 두께가 매우 얇은 경우, 실질적이지 않는 경우도 있다.

예를 들어, 본 발명의 전기 접점은, 상기 구성의 범위 내이면 양쪽 층의 경계선에 있어서도 두께 방향으로 차례로 연속적 또는 단계적으로 저하하는 것이라도 좋다. 이러한 경사 기능적인 조직은, 예를 들어 화학 조성이 다른 Ag 합금 소재를 3층 이상 적층 압착하거나, Ag 합금 단계에서의 열처리 조건을 제어하거나, 최종 공정에서 가공 경화 처리 등을 추가함으로써 얻을 수 있다.

본 발명에는 상기의 기본 구성의 범위 내에 있고, 제1층과 제2층이 같은 화학 조성인 것도 포함된다. 양쪽 층이 같은 화학 조성으로 경도 레벨이 다른 것은, 각각의 미세 조직이 제어되어 있기 때문이다.

또한 본 발명에는 상기의 기본 구성의 범위 내에 있고, 게다가 제1층 중 Sn, 또는 In의 함유량이 제2층의 그것과 같거나, 또는 그보다 많은 것도 포함된다. 제1층의 Sn의 양을 제2층의 그보다도 많게 함으로써, 제2층의 경도보다도 제1층의 그쪽이, 거의 확실하게 높아진다.

또, 본 발명의 전기 접점은 브레이커에 조립하기 위해 대금 등의 다른 부재와 접속할 필요가 있다. 따라서, 제2층의 제1층과는 반대측의 면에 대금 등의 다른 부재와의 접속을 용이하게 하기 위해, 순 Ag 및 납재 등의 금속으로 이루어지는 얇은 접속층을 마련해도 좋다. 또 이 층은, 통상 이러한 종류의 목적으로 배치되는 금속층과 같은 형태이면 좋다. 도1 내지 도3은, 본 발명의 접점의 단면예를 모식적으로 나타내고 있지만, 이러한 도면에 있어서 부호 3으로 나타내는 부분이 접속층이다.

또, 부호 1로 나타내는 부분은 제1층이며, 부호 2로 나타내는 부분은 제2층이다. 도1의 것은, 표면측의 제1층이 한 쪽측에만 형성된 경우이며, 도2의 것은 제2층이 이면 및 측면에도 형성된 경우이다.

다음에 본 발명의 전기 접점의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 발명의 접점은, 종래부터 행해져 온 이러한 종류의 Ag 합금과 기본적으로 거의 같은 차례로 만들어진다. 예를 들어 용해ㆍ주조법으로서는 이하의 순서가 있다.

우선, 제1층 및 제2층 각각의 화학 조성이 되도록 용해ㆍ주조된 잉곳을 만들고, 이들을 거칠게 압연한 후, 2종의 압연재를 열간 압착한다. 그때 또는 그 후 필요에 따라 상기한 순 Ag 등의 얇은 접속층을 압착한다. 이를 또한 압연하여 소정 두께의 후프 형상으로 한 후, 동일 후프를 펀칭, 또는 더 성형하고, 최종 형상으로 가까운 사이즈의 Ag 합금 소재로 하고, 또한 이 소재를 내부 산화되어 Sn, In 등의 금속 성분을 산화물에 전환한다. 또 용해ㆍ주조에 앞서서 성분 원소의 산화물 이외의 화합물을 포함하게 할 수도 있다. 또한 산화 조건을 조정하거나, 압연 이후에 적절하게 열처리나 형상을 조정하는 공정 등을 넣는다. 이 경우, 산화나 열처리의 조건을 고안함으로써 각 층의 미세 조직을 의식적으로 제어하여, 상기의 경도를 중심으로 하는 재료 특성이나 그 레벨 및 접점 내에서의 그 분포 등을 바꿀 수 있다.

본 발명의 접점과 같이 경도 레벨을 세밀하게 제어하고자 하면, 그 제조에 있어서는, 예를 들어 통상의 산화 온도보다도 낮은 온도로 유지하고, 그 후 승온하여 보다 높은 온도로 산화를 행하는 수단이 유효하다. 예를 들어, 산화 공정에 있어서, 600 ℃ 전후의 온도로 2시간 정도 유지하여 전단 가열한 후, 승온하여 750 ℃에서 산화되는 것도 하나의 방법이다. 원하는 경도 레벨에 따라서 전단 가열 시간을 연장하거나, 산화 후 동일 유지 온도보다 낮은 온도로 유지해도 좋다. 이 수단은 산화 온도를 종래부터 낮게 설정함으로써, 산화 반응이 진행되는 단계에서 산화물 분산 입자의 크기를 작게 하고, 보다 높은 경도 레벨로 하기 위해 유효하다. 또 더 높은 경도 레벨을 겨냥하기 위해서는, 온도를 600 ℃ 이하, 또한 400 ℃, 또 는 200 ℃까지의 범위로 설정하는 것도 경우에 따라서는 필요하다. 이 경우에는 유지 시간을 10시간 이상, 또는 20시간 이상으로 연장한다. 또한 산화에서의 산소 압력을 3 ㎏/㎠ 이상, 또는 10 ㎏/㎠ 이상으로 하는 것도 유효하다. 표면측과 내부측의 경도 레벨을 보다 높게 하기 위해서는, 그 목적 레벨에 따라서 온도, 시간, 압력을 산화의 도중에서 적정하게 제어하는 것도 중요하다. 예를 들어 산화 온도에서의 유지의 도중에서 산소 압력을 상기의 레벨 이상으로 올리는 것도 유효하다.

또, 이상의 수단은, 이하에 서술하는 분말 야금법이나 전술의 소성 가공된 판을 접합하는 공정을 채용하는 경우에도 유효하다.

또한, 분말 야금법으로 만들 수 있다. 예를 들어, 미리 Sn 등의 미세한 산화물 외 화합물, 또는 가열에 의해 산화물 외 새로운 화합물이 되는 이러한 원소의 화합물과 Ag의 분말을 2종의 소정 조성으로써 배합ㆍ혼합한 후, 필요에 따라 이것을 열처리한다. 이렇게 얻어진 2종의 분말을 형 내에 적층ㆍ충전하여 압축 성형하여 프리폼으로 한다.

1종의 조성물로 프리폼으로서도 좋다.

이어서 이 프리폼을 소성 가공한다. 그 수단에는 열간 압축, 열간ㆍ냉간 롤 압연, 열간 단조 등 각종의 수단을 적용할 수 있다. 또한 상기한 주조법과 동일한 바와 같이, 산화 조건을 조정하거나 압연 이후에 열처리나 형상을 조정하는 공정 등을 넣는다.

또한, 그 소재를 상기에 의거한 순서로 작성한 후, 제1층은 용사 및 CVD 등에 의한 두꺼운 막 형성 및 스크린 인쇄 등에 의한 두꺼운 막 인쇄, 도포 후 담금 질 부여 등, 여러 가지 야금적 수단에 의해 형성해도 좋다. 또 2개의 합금판의 접합에는, 예를 들어 열간 정수압 성형법에 의한 확산 접합 및 열간 압축 등 여러 가지의 수단을 적용할 수 있다. 또한 열처리를 실시함으로써 각 층의 미세 조직을 의식적으로 제어하여 원하는 특성을 얻을 수도 있다.

경도의 제어 수단에는, 상기의 그 외에도, 이하에 예시되는 여러 가지의 방법이 있다. 예를 들어, 제1층의 경도를 높이기 위해, 상기의 방법에 의해 얻어진 접점의 제1층만을 급열ㆍ급냉하고, 제1층의 잔류 응력을 제2층의 그보다 크게 하는 방법, 표면의 제1층에만 쇼트블라스트 가공을 실시하여 가공 경화하는 방법이 있다. 또한, 예를 들어 상기의 방법에 있어서, Ag 합금판에 열간 압연이나 냉간 압연에다가 열처리를 실시하는, 소위 서모 메카니컬 프로세스(열가공 처리)를 행한 후, 내부 산화를 행하여 제1층에 제2층보다 미세한 침 형상의 산화물 입자를 석출시켜 표면의 경도를 높이는 방법이 있다. 또한 예를 들어 상술한 압연 가공이나 열간 압착시에 제1층과 제2층의 단련 가공비를 바꿔 행하는 방법이 있다.

이하 실시예에 의해, 본 발명의 전기 접점의 제조 방법의 일례와, 본 발명의 전기 접점을 이용한 접점 어셈블리 및 전기 기기의 일례를 소개한다.

<실시예>

(제1 실시예)

표면측의 제1층(표면층)과 내부측의 제2층(내부층)으로서 각각 표 1의 화학 조성을 갖는 2종의 Ag 합금을, 개별로 용해ㆍ주조하여 잉곳을 제작하였다. 이들을 각각 조밀 가공한 후, 2종의 잉곳을 중합하여 잉곳 분위기 속에서 850 ℃에서 열간 롤에 의해 접합하고, 2층의 Ag 합금으로 이루어지는 복합 소재를 제작하였다. 이렇게 얻어진 복합 소재를, 모두 같은 조건하에서 예비 가열한 후, 최종적으로 전체 두께의 1/10의 두께가 되도록, 얇은 순 Ag판을 복합 소재의 표면과는 반대측의 이면에 열간 압착하여 접속층으로 하였다. 이하, 실시예에서는 편의상, 제1층을 표면층, 제2층을 내부층이라고 한다.

그 후, 냉간 압연하여 후프 형상 소재로 하고, 이를 편칭하여 폭 7.5 ㎜, 길이 8 ㎜, 두께 2 ㎜의 형상 A와, 폭과 길이가 5 ㎜, 두께 1.5 ㎜의 형상 B와의, 2개의 형상의 복합 접점 칩을 제작하였다. 이렇게 얻어진 각 칩을 15 기압의 산소 분위기 속에서 750 ℃에서 210시간 유지하여, 표 1에 나타내는 시료 1 내지 시료 34 및 시료 7', 시료 7''의 각 접점을 제작하였다. 산화의 도중에서는, 원하는 경도를 얻기 위해 칩마다 다른 조건에 의해 200 내지 750 ℃의 범위에서 단계적으로 승온하여 최종적으로 750 ℃가 되도록 하였다. 이렇게 얻어진 각 시료의 접점의 마이크로 빅커스 기준에 의한 표면층의 평균 경도와, 표면층의 두께를 하기 표 1에 나타냈다. 또한, 시료 33과 시료 7''를 제외하고, 내부층의 경도는 표면층보다도 낮게 되어 있다.

평균 경도의 측정은, 각 시료의 접점의 표면에 수직인 방향의 단면 상에 있어서, 표면층과 내부층 각각의 영역 내에서, 각각의 두께 방향으로 각 층의 상하단부 부근을 포함하여 5점씩 마이크로 빅커스 경도를 측정하고, 시료의 중앙 부근에 있어서 이 작업을 6 군데 행하였다. 이들 30점 측정치의 산술 평균치를 각 층의 평균 경도로 하였다. 또, 표면층의 두께가 좁은 경우에는 접점 표면에 평행한 방 향으로 30점의 측정을 하였다. 또한, 동일 단면 상의 중앙 부근에 의해, 칩 표면에 평행한 방향에 5점으로 표면층의 두께를 측정하고, 그들 5점의 측정치의 산술 평균치를 두고 표면층의 두께로 하였다.

[표 1]

[표 1 이어서]

또한, 표 1에 나타내는 각 시료의 조성에 있어서, 시료 11 내지 시료 18 외 성분 Sb, Ni, Bi의 양은 모두 0.2 질량 ％이다. 또, 시료 19 내지 시료 32의 표면층과 내부층은 모두 화학 조성이 동일하다. 그리고, 시료 19 내지 시료 27의 양쪽 층 외 성분과 그 양은 Sb, Co, Zn이 모두 0.05 질량 ％, Ni이 0.2 질량 ％이다. 시료 28의 양쪽 층 외 성분과 그 양은 Sb, Pb, Ni, Bi, Co, Zn이 모두 0.1 질량 ％, Ca이 0.2 질량 ％이다. 시료 29의 양쪽 층 외 성분과 그 양은 Sb, Ni, Ca, Bi, Co, Zn이 모두 0.1 질량 ％, Pb이 0.5 질량 ％이다. 게다가, 시료 30 내지 시료 32의 양쪽 층 외 성분과 그 양은 Ni, Zn이 모두 0.2 질량 ％이다.

시료 1 내지 시료 10은 Sn과 In의 양을 변화시켜 각 층의 경도를 제어한 시료군, 시료 11 내지 시료 18은 Sn과 In의 양을 바꾸는 동시에, 다른 성분을 더 첨가한 시료군, 시료 19 내지 시료 27은 표면층의 두께를 변화시킨 시료군이다. 또한, 시료 27에서는 접점 전체가 같은 경도이기 때문에, 표면층의 두께를 접점 두께로 표기하였다. 또, 시료 19 내지 시료 30은 표면층과 내부층이 동일 화학 조성이며, 그 중 시료 27 이외는 표면층과 내부층의 제조 과정에 있어서 표면층의 압연 가공비를 내부층의 50 ％ 증가한다는 동시에, 압연 가공의 도중에 있어서 진공 속에서 소재를 450 ℃ × 30분의 비교적 저온에 의해 단시간 소둔함으로써 제작하고, 또한 경도를 더 높게 하도록 산화 후에 쇼트블라스트 가공을 실시함으로써, 표면층의 경도를 제어한 시료군이다. 또한, 시료 7'와 시료 7''는, 그 밖의 첨가 성분을 포함하지 않는 것이고, 시료 7과 같은 방법으로 제작한 것이다. 또, 시료 31은 경도가 140 mHv 미만의 예이며, 시료 32는 In을 포함하지 않는 예이다.

또한, 시료 33은 일본 특허 공개 소61-114417호 공보, 시료 34는 일본 특허 공개 소58-189913호 공보의 기재를 기초로 하여 각각 제작한 시료이다. 즉, 시료 33의 접점은, 표 1에 나타내는 조성의 표층면과 내부층의 각 Ag 합금을 용해 제조하고, 열간 압착ㆍ압연한 후 펀칭하여 제작한 접점을 1기압의 산소 분위기에 의해 780 ℃에서 210시간 유지하여 산화 처리한 것이다. 시료 34의 접점은 표면층과 내부층의 각 Ag 합금을 용해 주조하고, 서로 맞추어 면 상에 수평 방향으로 1 ㎜ 피치로 깊이 0.5 ㎜의 요철을 형성하고, 양쪽 층의 오목부와 볼록부를 서로 맞물리게 한 상태에서 400 ℃로 가열하면서 2 ton/㎠로 가압하여 열간 압착한 후, 냉간 압연하고, 또한 1기압의 산소 분위기에 의해 650 ℃에서 산화 처리한 것이다.

이어서, 도4에 도시하는 형상 B의 고정측 및 형상 A의 가동측의 전기 동으로 된 대금을 준비하였다. 또, 가동측 대금(6)의 길이 방향의 길이는 50 ㎜이고, 두께는 4 ㎜, 접점(4)을 부착한 측의 폭은 12 ㎜이다. 한편, 고정측 대금(7)의 길이 방향의 길이는 30 ㎜이고, 두께는 3.3 ㎜, 폭은 전체와 같으며 14 ㎜이다. 상기 형상 A의 접점 칩(5)을 고정측 대금(7)에, 상기 형상 B의 접점 칩(4)을 가동측 대금(6)에, 각각 동 납땜하였다. 그 후, 정격 AC 30 내지 50 A 프레임의 누전 차단기(이하 브레이커라 약칭함)에 고정하였다. 이러한 브레이커 어셈블리를, 각 시료의 접점대마다 각 3대 준비하였다. 시료 1 내지 시료 34의 모든 어셈블리를 사용하여 220V 부하 상태이고, 30 A 프레임한 경우는 1.5 KA의 차단 전류이고, 50 A 프레임인 경우는 5 KA의 차단 전류이고, 각각 차단 시험을 행하여 절연 특성을 확인하였다. 절연 특성은 전원 부하 사이의 저항치를 측정하고, 그 최저치를 하기 표 2에 나타냈다. 또한, 원래의 접점과 차단 시험 후 접점의 소모 상태를 비교하여 접점의 소모 상태와 그 변동을 10점 만점으로 평가하였다.

마찬가지로 하여, 전자 개폐기에 대해서도 접점의 소모 상태의 변동 특성을 확인하였다. 즉, 시료 1 내지 시료 34의 각 접점을 이용한 400 AF 정격의 전자 개폐기에 의해 4000 A의 차단 시험을 행하는 동시에, 2400 A에 의해 폐쇄 상태로 하고, 400 A에서 개방 상태로 하는 동작으로 개폐를 10만회 행하였다. 각 시험 전후의 비교에 있어서, 접점 소모량의 변동의 정도를 눈으로 확인하고, 소모 상태의 변 동의 크기를 10점 만점으로 평가하였다. 전자가 표 2의「내소모성」의 란의 결과에 대응하고, 후자가「브레이커 소모 변동」의 란의 결과에 대응한다. 또한, 이러한 각 시료를 제작하는 단계에서, 대금에 접점을 접합할 때 접점의 접합성을, 납 흐름 상태 및 접점 표면에 발생하는 균열 등의 이상의 유무, 폭화라 불리는 접합 이상의 발생 상황에 의해, 10점 만점으로 평가하였다. 상기의 각 평가 결과를, 하기 표 2에 나타냈다.

[표 2]

[표 2 이어서]

이상의 결과로부터, 이하의 것을 알 수 있다. (1) 표면층의 Sn 농도를 1 내지 9 질량 ％의 범위 내에 제어하고, JIS 규정의 마이크로 빅커스 기준의 경도를 표면층의 평균치로 150 mHv 이상으로 하고, 더 바람직하게는 표면층의 두께를 10 ㎛ 이상, 내부층의 경도를 보다 높은 레벨에 제어한 본 발명의 접점을 이용한 브레이커나 전자 개폐기는, 상기 종합 평가에 있어서 충분히 실용 가능한 범위 내에 있다. 한편, 상기 범위 외의 비교예의 접점을 이용한 브레이커나 전자 개폐기는 종합 평가에 있어서 실용 레벨에 도달하고 있지 않다. (2) Sn 및 In 외에 다른 성분 을 소량 포함한 경우라도 같은 것을 말할 수 있다. (3) 일본 특허 공개 소61-114417호 공보 및 일본 특허 공개 소58-189913호 공보의 기재에 따라서 제작한 각 접점은, 특별한 경도를 제어하는 처리를 행하고 있지 않기 때문에, 표면의 경도 레벨이 본 발명의 범위 외가 되고, 동시에 종합적으로 실용 레벨의 성능을 얻을 수 없었다.

(제2 실시예)

상기 표 1의 시료 3, 시료 8 및 시료 9와 표면층 및 내부층의 화학 조성이 같은 복합 접점을 제작하였다. 단, 내부층은 제1 실시예와 같은 주조 압연법에 의해 형성하고, 표면층은 감압 플라즈마 용사법에 의해 형성하였다. 즉, 우선 내부층과 같은 화학 조성의 Ag 합금으로 이루어지는 압연 소재를 제1 실시예와 마찬가지로 용해 주조한 후, 제1 실시예와 마찬가지로 한 쪽의 면에 얇은 순 Ag의 접속층을 열간 압착하고, 압연하여 후프 형상으로 하였다. 이렇게 얻어진 각각의 후프로부터 폭 7.5 ㎜, 길이 8 ㎜, 두께 약 2 ㎜의 형상 C와, 길이와 폭이 5 ㎜, 두께가 약 1.5 ㎜의 형상 D의 소재를 펀칭하고, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 내부층의 소재로 하였다.

그 후, 각각의 소재를 진공 챔버 내에 접속층을 이면으로 해 두고, 표측의 면 상에 이하와 같이 하여 표면층을 형성하였다. 즉, 상기 시료 3, 시료 8 및 시료 9의 표면층과 같은 화학 조성이며, 서브 미크론으로부터 2 ㎛까지의 입도 분포를 갖는 Ag 합금 예비 얼로이 분말을 원료로서 준비하였다. 피드용의 캐리어 가스로서 아르곤 가스를 사용하고, 준비한 예비 얼로이 분말을 감압 플라즈마 용사법에 의해 상기 내부층 소재의 표면에 송풍하여 고정 부착시켜 표면층을 형성하였다. 또한, 용사 중에는 용사 건의 선단부를 자동적으로 요동시켜 용사되는 표면층이 균질하게 되도록 하였다. 또, 표면층과 내부층의 밀착도를 높이기 위해, 용사 전에 내부층의 표면을 미리 플라즈마 화염에 드러냈다.

이렇게 얻어진 복합화 소재를 제1 실시예와 같은 조건으로 산화하여, 시료 35 내지 시료 37의 접점 칩을 얻었다. 모든 접점 칩도 최종적인 표면층의 두께는 50 ㎛이며, 순 Ag의 접속층의 두께는 총 두께의 약 1/10이었다. 이렇게 얻어진 접점 칩의 표면층의 평균 경도를 제1 실시예와 마찬가지로 확인하였다. 또한, 제1 실시예와 마찬가지로 각 접점 칩을 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 3에 나타냈다.

[표 3]

상기의 결과로부터, 표면층을 용사법으로 형성하는 방법에 의해서도, 제1 실시예의 주조법과 마찬가지로 표면층과 내부층의 화학 조성이 동일하며, 또한 표면층의 평균 경도가 150 mHv 이상으로 내부층의 그것이 130 mHv를 넘는 복합 전기 접점의 제조가 가능한 것, 또한 이 접점을 사용함으로써 실용상 우수한 브레이커의 제공이 가능한 것을 알 수 있다.

(제3 실시예)

상기 표 1의 시료 1, 시료 2 및 시료 6과 표면층 및 내부층의 화학 조성이 같은 복합 전기 접점을 제작하였다. 단, 내부층은 제1 실시예와 같은 주조 압연법에 의해 형성하고, 그 위에 표면층을 증착법에 의해 형성하였다. 즉, 내부층과 같은 화학 조성의 Ag 합금으로 이루어지는 압연 소재를 제1 실시예와 마찬가지로 용해 주조한 후, 제1 실시예와 마찬가지로 한 쪽 면에 얇은 순 Ag의 접합층을 열간 압착하고, 또한 압연하여 후프 형상으로 하였다. 이렇게 얻어진 각 후프재로부터 제2 실시예의 형상 C와 형상 D의 소재를 펀칭하여 내부층의 소재로 하였다.

그 후, 각각의 소재를 진공 챔버 내에 순 Ag의 접속층을 이면으로 해 두고, 표면 상에 이하와 같이 하여 표면층을 형성하였다. 우선, 표 1의 시료 1, 시료 2 및 시료 6의 표면층과 같은 화학 조성의 타겟을 준비하였다. 진공 챔버 내의 온도는 Sn의 재증발을 막기 위해 180 ℃로 유지하고, 압력은 수 Torr 내지 수십 Torr의 아르곤 가스 분압으로 유지하면서, 상기 타겟을 사용하여 마그네트론 스패터법으로 증착하고, 내부층 표면에 동일 타겟과 같은 조성의 표면층을 형성하였다. 또, 표면층과 내부층의 밀착도를 높이기 위해, 증착 전에 내부층의 표면을 미리 고주파에 의해 발생시킨 이온에 의해 클리닝을 실시하였다.

이렇게 얻어진 각 복합화 소재를 제1 실시예와 같은 조건으로 제작하고, 시료 38 내지 시료 40의 접점 칩으로 하였다. 모든 접점 칩도 최종적인 표면층의 두께는 30 ㎛이며, 순 Ag의 접속층의 두께는 총 두께의 약 1/10이었다. 이렇게 얻어진 접점 칩의 표면층의 평균 경도를 제1 실시예와 마찬가지로 확인하였다. 또한, 제1 실시예와 마찬가지로 하여 각 접점 칩을 제1 실시예와 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 4에 나타낸다.

[표 4]

[표 4 이어서]

이 결과로부터, 표면층을 증착법으로 형성하는 방법에 의해서도, 제1 실시예의 주조법과 마찬가지로 표면층과 내부층의 화학 조성이 동일하며, 또한 표면층의 평균 경도가 150 mHv 이상으로 내부층의 그것이 130 mHv를 넘는 복합 전기 접점의 제조가 가능한 것, 또 이 접점을 이용함으로써 실용상 우수한 브레이커의 제공도 가능한 것을 알 수 있다.

(제4 실시예)

상기 표 1의 시료 19 및 시료 20의 내부층과 화학 조성이 같은 복합 접점 소재를, 제1 실시예와 마찬가지로 용해 주조, 순 Ag 접속층의 압착, 냉간 압연법에 의해 제작하였다. 이러한 소재를 표면층을 위로 하여 쇼트블라스트 챔버 내에 배치한 후, 그 표면만을 #120의 알루미나 비이즈에 의해 선택적으로 쇼트블라스트 가공을 실시하였다. 그때 조건은, 통상의 쇼트블라스트 마무리하여 가공과는 달리, 6 ㎏f/㎠의 높은 투사압으로 30분으로 하였다.

그 후, 제1 실시예와 마찬가지로 750 ℃에서 210시간 유지하여 내부 산화를 실시하고, 시료 41 및 시료 42의 접점 칩으로 하였다. 최종적인 접점 칩의 조합 사이즈는 제1 실시예와 마찬가지이며, 표면층의 두께는 모두 20 ㎛이며, 순 Ag층의 두께는 총 두께의 약 1/10이었다. 각 접점 칩의 표면층의 평균 경도를 제1 실시예와 마찬가지로 확인하였다. 또한, 각 접점 칩을 제1 실시예와 마찬가지로 하여 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 5에 나타낸다.

[표 5]

이 결과로부터, 내부층과 표면층을 용해 주조법으로 형성하고, 또한 그 표면층의 표면을 가공 경화하는 방법에 의해서도, 표면층의 평균 경도가 150 mHv 이상 이며, 내부층의 그것이 130 mHv를 넘는 복합 전기 접점의 제조가 가능한 것, 또 이 접점을 이용함으로써 실용상 우수한 브레이커의 제공도 가능한 것을 알 수 있다.

(제5 실시예)

상기 표 1의 시료 1 내지 시료 4, 시료 6, 시료 7, 시료 16, 시료 21, 시료 25 내지 시료 27과 표면층 및 내부층의 화학 조성이 같은 복합 전기 접점을 제작하였다. 단, 표면층과 내부층을 제1 실시예와 마찬가지로 용해 주조법에 의해 따로따로 제작하고, 표면층이 되는 소재에 압하율 50 ％의 강 가공을 냉간으로 가한 후, 이들을 열간 압착하고, 또 내부층의 이면측에 얇은 순 Ag층을 열간 압착하고, 전체를 압연 가공하여 후프 소재로 하였다. 이를 10^-5 Torr 이하의 진공 중에 의해 300 ℃에서 2시간 소둔한 후, 제1 실시예와 마찬가지로 사이즈의 2종의 형상에 펀칭하여 복합 소재를 얻었다.

이렇게 얻어진 각 복합 소재를 제1 실시예와 마찬가지로 산화 처리하고, 시료 43 내지 시료 53의 접점 칩으로 하였다.

최종적인 칩의 조합 사이즈는 제1 실시예와 마찬가지이며, 표면층의 두께는 표 1의 대응하는 각 시료의 두께와 ±2 ％ 이내로 같게 되도록 하였다. 이렇게 얻어진 각 시료의 표면층의 평균 경도는 표 1의 대응하는 각 시료의 경도보다 10 내지 20 mHv만큼 높은 값이 되었다. 순 Ag의 접속층의 두께는, 모두 총 두께의 약 1/10이었다. 각 접점 칩을 제1 실시예와 마찬가지로 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 6에 나타낸다.

또한, 상기 시료 43 내지 시료 53과 동일한 화학 조성이지만, 상기한 바와 같이 표면층과 내부층의 2매의 용해 주조재를 열간 압착하는 것은 아니고, 표면층의 화학 조성을 갖는 1매의 용해 주조재를 이용하고, 이를 얇은 순 Ag의 접속층과 열간 압착한 후, 상기와 마찬가지의 공정에서 산화 처리를 행하고, 시료 54 내지 시료 64의 접점 칩을 제작하였다. 단, 상기 산화 처리시에는 각각의 층의 원하는 평균 경도를 얻기 위해 칩마다 200 내지 750 ℃의 범위로 단계적으로 승온하였다. 그 후, 산화 초기에 있어서의 산화 온도를 600 ℃로 하고, 후에 750 ℃에서 산화하는 방법에 의해 행하였다. 또, 표면층의 두께와 평균 경도는, 표 1의 대응하는 각 시료의 두께 및 평균 경도와 ±2 ％ 이내로 같게 되도록, 저온에서의 산화 온도와 산화 시간을 컨트롤하였다.

이렇게 얻어진 시료 43 내지 시료 64의 각 접점 칩에 대해, 제1 실시예와 마찬가지로 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 6에 나타낸다.

[표 6]

[표 6 이어서]

[표 6 이어서]

이 결과로부터, 용해 주조법에 의한 상기 방법에 의해서도, 표면층의 평균 경도가 150 mHv 이상이고, 내부층의 그것이 130 mHv를 넘는 복합 전기 접점의 제조가 가능한 것, 또 이 접점을 이용함으로써 실용상 우수한 브레이커 하나의 제공도 가능한 것을 알 수 있다.

(제6 실시예)

상기 표 1의 시료 6 및 시료 8과 표면층 및 내부층의 화학 조성이 같은 복합 전기 접점을 제작하였다. 단, 제1 실시예와 마찬가지로 표면층과 내부층의 조성을 갖는 각 소재를 용해 주조하여 판 형상으로 압연하였다. 다음에, 이러한 판재를 접합시켜 양 소재 사이의 기밀성을 유지하기 위해, 미리 접합시켜 부분을 미크로 용접한 후 대기 중에서 800 ℃로 가열하고, 압출비(단면적비) 80에 의해 열간 압출 성형하였다. 압출된 복합화 소재의 내부층 이면측에 얇은 순 Ag의 접속층을 제1 실시예와 같은 조건으로 열간 압착하고, 또한 압연한 후 제1 실시예와 같은 사이즈의 2종의 형상으로 펀칭하였다. 이렇게 얻어진 복합화 소재를 제1 실시예와 마찬가지로 내부 산화하고, 시료 65 내지 시료 66의 접점 칩을 얻었다.

최종적인 칩의 조합 사이즈는 제1 실시예와 마찬가지이며, 표면층의 두께는 모두 50 ㎛, 순 Ag의 접속층의 두께는 모두 총 두께의 약 1/10이었다. 시료 65 내지 시료 66의 각 접점 칩에 대해, 표면층의 평균 경도를 제1 실시예와 마찬가지로 확인하였다. 또한, 각 접점 칩을 제1 실시예와 마찬가지로 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 7에 나타낸다.

[표 7]

이 결과로부터, 용해 주조법으로 제작된 표면층과 내부층을 접합시킨 후 열간 압출ㆍ압연함으로써, 제1 실시예와 마찬가지로 표면층과 내부층의 화학 조성이 동일하며, 또한 표면층의 평균 경도가 150 mHv 이상이고, 내부층의 그것이 130 mHv를 넘는 복합 전기 접점의 제조가 가능한 것, 또 이 접점을 이용함으로써 실용상 우수한 브레이커의 제공도 가능한 것을 알 수 있다.

(제7 실시예)

상기 표 1의 시료 8 및 시료 15와 표면층 및 내부층의 화학 조성이 같은 복합 전기 접점을 분말 야금법에 의해 제작하였다. 즉, 이들에 대응하는 화학 조성의 Ag 합금 분말을 각각 준비하고, 로터리 킬른 내에서 제1 실시예와 같은 분위기ㆍ온도 조건으로 내부 산화되었다. 그 후, 표면층과 내부층이 시료 8 및 시료 15와 같은 조성의 조합이 되도록, 각각의 분말을 적층하여 분말 성형하고, 직경 80 ㎜, 총 높이 200 ㎜의 원기둥 형상 프리폼을 제작하였다. 그때, 표면층에 상당하는 부분은 전체의 1/10이 되도록 하였다.

다음에, 이 프리폼을 아르곤 가스 중에 의해 800 ℃로 가열하고, 즉 열간 압 출 성형하여 판 형상으로 하였다. 이 압출체의 내부층측의 이면에 제1 실시예와 마찬가지로 얇은 순 Ag의 접속층을 열간 압착하고, 또한 압연하여 후프 형상으로 한 후, 제1 실시예와 같은 사이즈의 2종의 형상으로 펀칭하여 시료 67 및 시료 68의 접점 칩으로 하였다. 최종적인 칩의 조합 사이즈는 제1 실시예와 동일하며, 순 Ag의 접속층의 두께는 모두 총 두께의 약 1/10이었다.

이렇게 얻어진 시료 67 및 시료 68의 각 접점 칩에 대해, 표면층의 평균 경도와 표면층의 두께를 제1 실시예와 마찬가지로 확인하였다. 또한, 이러한 접점 칩을 제1 실시예와 마찬가지로 하여 동일형의 브레이커 및 전자 개폐기에 조립 부착하고, 제1 실시예와 마찬가지로 전기 시험을 행하였다. 이렇게 얻어진 결과를, 하기 표 8에 나타낸다.

[표 8]

[표 8 이어서]

이 결과로부터, 분말 야금법으로 제작된 복합 접점이라도, 표면층의 평균 경도가 150 mHv 이상이며, 내부층의 그것이 130 mHv를 넘는 복합 전기 접점의 제조가 가능한 것, 또 이 접점을 이용함으로써 실용상 우수한 브레이커의 제공도 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 상기 어느 쪽의 시료도 Cd 농도는 0.01 질량 ％ 미만이었다.

본 발명을 상세하게 또 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은 2003년 7월 18일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2003-199389)을 기초로 하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명에 따르면, Sn을 포함하는 Ag 합금으로 이루어지는 Cd이 비함유된 전기 접점에서, 적어도 표면측의 제1층의 평균 경도를 150 mHv 이상, 내부측의 제2층 의 그것을 130 mHv를 넘도록 제어함으로써, 더 바람직하게는 표면층의 두께를 10 ㎛ 이상으로 제어함으로써, 종래 Cd이 비함유된 Ag 합금 접점에서 문제였던 내소모성과 그 변동 및 절연 성능 또는 대금과의 접합 강도의 변동 성능이 개선되어 우수한 특성을 갖는 접점 전기를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 전기 접점은 Cd이 비함유이기 때문에 독성에 문제가 없는 접점으로서, 종래의 Cd 함유의 Ag 합금으로 이루어지는 전기 접점에 대신하여 브레이커나 전자 개폐기 등의 전기 기기에 이용할 수 있다.

Claims (5)

1. Sn을 1 내지 9 질량 ％, Cd을 0을 포함하여 0.01 질량 ％ 미만 포함하는 Ag 합금으로 이루어지고, 표면측의 제1층과 그보다 내부측의 제2층과의 2층 구조로 이루어지고, 제1층은 그 평균 경도가 JIS에 규정되는 마이크로 빅커스 기준으로 150 이상, 그 두께는 10 ㎛ 이상이며, 상기 제2층은 그 평균 경도가 상기 마이크로 빅커스 기준으로 130을 넘는 전기 접점.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1층의 상기 기준의 평균 경도가 190 이상인 전기 접점.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Sn에다가 In을 1 내지 9 질량 ％를 포함하는 전기 접점.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, Sn, In 이외의 첨가 성분으로서 Sb, Ca, Bi, Ni, Co, Zn, Cu, Mo, W, Ge, Te, Cr 및 Pb의 원소군으로부터 선택된 적어도 1 종류를 포함하는 전기 접점.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 전기 접점을 사용한 전기 기기.

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