KR20220024925A

KR20220024925A - 직류 고전압 릴레이 및 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료

Info

Publication number: KR20220024925A
Application number: KR1020227002460A
Authority: KR
Inventors: 사치히로 니시데; 데츠야 나카무라; 노부히토 야나기하라
Original assignee: 다나카 기킨조쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2019-09-13
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2022-03-03
Also published as: JPWO2021049469A1; TW202117772A; EP4029960A4; KR102656816B1; WO2021049469A1; EP4029960A1; US20220328260A1; CN114365250A; TWI753570B

Abstract

본 발명은 가동 접점과 고정 접점으로 이루어지는 접점 쌍을 적어도 한 쌍 구비하고, 상기 접점 쌍의 접촉력 및/또는 개리력이 100gf 이상인, 정격 전압 48V 이상의 직류 고전압 릴레이에 관한 것이다. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 가동 접점 및/또는 고정 접점이 Ag-산화물계의 접점 재료로 이루어진다. 이 접점 재료의 금속 성분은, Zn을 필수적으로 포함하는 적어도 1종의 금속 M과, 잔부 Ag 및 불가피적 불순물 금속으로 이루어지고, 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8질량% 이하이다. 그리고, 이 접점 재료는, Ag 또는 Ag 합금으로 이루어지는 매트릭스 중에, 평균 입경이 0.01㎛ 이상 0.4㎛ 이하인 금속 M의 산화물이 1종 이상 분산되는 재료 조직을 나타낸다.

Description

직류 고전압 릴레이 및 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료

본 발명은 직류 고전압 회로의 ON/OFF 제어를 행하는 직류 고전압 릴레이(컨택터)에 관한 것이다. 상세하게는, 접점 개리 시에 발생하는 아크 방전을 신속하게 소호하는 아크 방전 특성이 우수함과 함께, 연속 통전 시의 저접촉 저항ㆍ저발열 특성을 구비하는 직류 고전압 릴레이에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이 직류 고전압 릴레이에 적용되는 접점 재료에 관한 것이다.

하이브리드카(HV), 플러그인 하이브리드카(PHV), 전기 자동차(EV) 등의 고전압 배터리를 탑재하는 자동차의 전원 회로나 충전 회로, 태양광 발전 설비 등의 전력 공급 시스템에 있어서의 축전 장치의 파워 컨디셔너 등과 같은 고전압 회로의 제어에 있어서, 직류 고전압 릴레이가 사용되고 있다. 예를 들어, 상기의 하이브리드카 등에서는, 시스템 메인 릴레이(SMR) 또는 메인 컨택터라고 칭해지는 직류 고전압 릴레이가 사용되고 있다. 직류 고전압 릴레이는, 일반적인 자동차 용도 등에 종래부터 사용되는 직류 저전압 릴레이에 대하여, 기본적인 구성이나 기능에 있어서는 유사하다. 단, 직류 고전압 릴레이는, 상기한 하이브리드카 등의 비교적 신규인 용도에 대응하는 기기이며, 당해 용도에 관련한 상위점도 있고 그것에 기인한 특유의 과제도 포함하고 있다.

여기서, 종래의 직류 저전압 회로에 대하여 설명하면, 직류 저전압 회로에 있어서는, 정격 전압과 정격 전류가 명확하게 규정되어 있다. 정격 전압에 관해서는, 예를 들어 자동차에 있어서는, 탑재되어 있는 배터리의 공칭 전압 DC12V가, 일반적인 차량 탑재용 범용 릴레이의 정격 전압이다. 또한, 일부의 트럭이나 버스에 있어서는 DC24V의 배터리가 탑재되어 있으므로, 정격 전압을 DC24V로 하는 릴레이도 있다. 이와 같이, 정격 전압과 정격 전류가 명확하게 규정되는 직류 저전압 릴레이에서는, 통전 전류나 부하의 상한의 예측이 비교적 용이하게 된다. 그 때문에, 직류 저전압 릴레이에 있어서는, 예측되는 전력량이나 부하에 대응한 내구성을 발휘할 수 있는 접점 재료의 개량이 과제가 된다. 또한, 종래의 직류 저전압 릴레이에 있어서는, 차량 탑재 용도 등을 위한 소형ㆍ경량화가 요구되는 경향이 있다. 직류 저전압 릴레이의 소형ㆍ경량화는, 구성 부품이 소형ㆍ경량화에 의해 달성할 수 있지만, 그에 의해 접점 재료에 드는 부담이 증대된다. 그 때문에, 이 요구에 대해서도, 접점 재료의 내구성(내소모성, 내용착성)의 개선으로 대응하고 있다.

종래의 직류 저전압 릴레이의 접점 재료로서는, Ag-산화물계의 접점 재료가 널리 적용되어 왔다. Ag-산화물계 접점 재료는, Ag 매트릭스 또는 Ag 합금 매트릭스 중에, Sn, In 등의 금속 산화물(SnO₂, In₂O₃ 등)의 입자를 분산시킨 재료이다. Ag-산화물계 접점 재료는, 금속 산화물 입자의 분산 강화 작용에 의해 접점 재료의 성능을 향상시켜서 내소모성, 내용착성 등의 요구 특성을 확보하고 있다. 예를 들어, 본 출원인은, 차량 탑재용의 직류 저전압 릴레이에 적용되는 접점 재료로서, 특허문헌 1에 기재된 Ag-산화물계 접점 재료를 개시하고 있다.

종래의 직류 저전압 릴레이의 개량 시에는, 접점 쌍을 구성하는 Ag-산화물계의 접점 재료의 산화물량을 증가시킴으로써 대응하고 있다. 일반적으로, 산화물의 분산 강화 작용을 이용하는 접점 재료에 있어서는, 산화물을 형성하는 금속 성분의 농도를 높여서 산화물량을 증가시킴으로써, 내용착성 및 내소모성이 향상되기 때문이다. 구체적으로는, Sn, In 등의 Ag 이외의 금속 성분을 10질량% 이상으로 한 Ag-산화물계의 접점 재료가 많이 사용되고 있다. 접점 재료의 Ag 이외의 금속 성분을 10질량% 미만으로 하면, 산화물량이 적으므로, 용착, 전이, 소모 등의 문제에 의해 요구 특성을 충족하지 않는 케이스가 발생하기 때문이다. 그리고, 직류 저전압 릴레이에 있어서는, 상기와 같은 Ag-산화물계의 접점 재료의 개량에 의해, 규정된 정격 전압 범위 내에서의 내구성 향상이나 소형화ㆍ경량화를 위한 내구성 확보가 달성되어 있다.

일본 특허 공개 제2012-3885호 공보

이에 반해, 직류 고전압 릴레이에는 정격 전압 및 정격 전류에 명확한 규정이 현재 시점에서 마련되어 있지 않다. 직류 고전압 릴레이의 경우는, 앞으로의 배터리 성능의 향상에 의해 요구 스펙이 크게 좌우된다. 즉, 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 접점이 받는 부하의 상한을 예측하는 것은 곤란하고, 앞으로도 증대할 가능성이 높다. 이 점이 종래의 직류 저전압 릴레이와 상이하다.

그리고, 직류 고전압 릴레이는, 이후 가일층의 고전압화ㆍ대전류화가 도모되는 것은 확실하다. 이것은, 근년의 배터리 성능의 향상 및 구동 모터의 고출력화 경향으로부터 명확하다.

이러한 고전압화ㆍ대전류화가 도모되어 있는 직류 고전압 릴레이에는, 종래의 직류 저전압 릴레이와는 다른 과제가 복수 지적되어 있다. 구체적으로는, 통전 전류 증가에 의한 발열이나 접점 용착의 문제나 아크 방전에 대한 대응이 지적되는 바이다.

발열의 문제에 관해서는, 접점의 발열량은, 전류의 2승과 접촉 저항값에 비례하므로, 직류 고전압 릴레이의 앞으로의 대전류화에 있어서는 상당한 열이 발생하는 것이 상정된다. 릴레이에 있어서의 이상 발열은, 최악의 경우, 발화나 소손 등의 치명적인 문제가 발생하는 사태가 된다. 또한, 용착은, 통전 시의 줄 열 등에 의해 접점 쌍의 접촉면이 용융되고 고착되는 현상이다. 이 접점 용착은, 접점 쌍을 개리(開離) 시킬 때의 장해가 되고, 복귀 불량이나 회로 전체의 고장을 일으킬 우려가 있다.

그리고, 직류 고전압 릴레이에 있어서, 발열 및 용착의 과제와 동등 이상으로 중요한 것이 아크 방전에 대한 대응이다. 아크 방전은, 접점의 개리 시와 폐쇄 시에 발생하는 것으로 크게 구별된다. 실용상, 문제가 되는 것은 주로 개리 시 아크 방전이다. 개리 시 아크 방전이 발생하면, 아크 전압이 전원 전압까지 도달하지 않으면 아크 방전은 차단에 이르지 않다. 아크 방전이 발생하기 위한 최소 아크 전압은, 일반적인 Ag-산화물계의 접점 재료에서 10V 정도이고, 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 전원 전압이 높아질수록, 아크 방전이 계속되기 쉽다. 이 아크 방전이 계속된 경우, 릴레이의 이상 발열과 마찬가지로 발화나 소손 등이 치명적인 문제가 발생하는 사태가 된다. 또한, 본 발명에 있어서 아크 방전 특성이란, 접점의 개리 시와 폐쇄 시에 발생할 수 있는 아크의 강약에 관련되는 특성이다. 아크 방전 특성이 우수한 접점이란, 계속 시간이 짧거나 또는 낮은 에너지의 아크를 발생시키는 접점이다. 그와 같이 아크 방전 특성이 우수한 접점에서는, 직류 고전압 릴레이에 있어서, 후술하는 소호를 위한 구조ㆍ부재에 의해, 단시간에 소호가 가능하게 된다.

이상과 같은 직류 고전압 릴레이의 각종 과제에 대한 대응으로서는, 직류 고전압 릴레이의 구조ㆍ기구로부터의 대책이 강구되어 있다. 예를 들어, 접점 쌍의 접압 스프링을 강화하여 가동 접점과 고정 접점의 접촉력을 높여서 접촉 면적을 확보하고, 양쪽 접점간의 접촉 저항을 저감하여 발열을 억제하는 대응이 채용되고 있다. 접촉력의 증대는, 직류 고전압 회로가 단락된 경우에 있어서의, 릴레이의 발화ㆍ파열의 방지에도 기여한다.

또한, 아크 방전에 대한 대응으로서, 발생한 아크 방전을 소호하기 위한 구조를 채용하고 있는 직류 고전압 릴레이가 많아지고 있다. 구체적으로는, 충분한 접점간 갭을 확보하는 것이나, 아크 소호용 자석의 설치 및 그 자력의 강화 등의 대책이 검토된다. 또한, 릴레이를 밀봉 구조로 하여 수소 가스 또는 질소 가스 또는 그들의 혼합 가스 등을 봉입하여, 아크 냉각 효과에 의해 신속한 아크 소호를 도모하고 있다.

그러나, 상기와 같은 구조ㆍ기구면의 대책은, 요구 사양의 용량 증대에 따라서 릴레이 본체를 사이즈 업시키는 요인이 된다. 따라서, 이들 대책만으로는 시장의 항상적인 요구인 소형ㆍ경량화에 따르지 않는 상황이 된다. 특히, 아크 소호용 자석에 희토류 원소 자석이 선택되는 케이스에 있어서는 희소인 레어어스가 사용되어 있고, 그 사이즈 업이나 자력의 강화는, 자원 고갈의 관점에서 억제되어야 한다. 따라서, 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 구조ㆍ기구면의 대책도 중요하지만, 이에 덧붙여 접점 그 자체에 대한 대책을 행하는 것이 바람직하다고 말할 수 있다.

지금까지의 직류 고전압 릴레이의 접점은, 종래의 직류 저전압 릴레이와 마찬가지로, Ag-산화물계의 접점 재료가 적용되는 경우가 많았다. 단, 직류 고전압 릴레이의 고전압화ㆍ대전류화에 대한 대응을 위해서는, Ag-산화물계의 접점 재료이어도, 종래와 동일한 조성 영역에서는 한계가 있는 것이 예상된다. 이 점, 직류 저전압 릴레이의 접점에서는, 상술한 바와 같이, 접점 재료 중의 Ag 이외의 금속 성분 농도를 높게 하고 산화물량을 증가시켜, 내구 수명 향상을 도모하고 있다. 직류 고전압 릴레이에 있어서도, 접점 재료의 산화물량의 증가는, 내구성 향상에 의한 용착의 문제에 대한 대책은 될 수 있다.

그러나, 접촉 저항ㆍ발열의 관점에서는, 접점 재료의 산화물량의 증대는 바람직한 것은 아니다. 고도전율 금속인 Ag에 대하여, 금속 산화물은 접점 재료 전체의 도전율을 저하시키는 저항체이다. 이미 설명한 바와 같이, 접점의 발열량은, 전류의 2승과 접촉 저항에 비례한다. 고전압화ㆍ대전류화한 직류 고전압 릴레이의 접점 재료의 산화물량의 증가는, 발열 억제의 관점으로부터 회피해야 할 대응이다.

또한, 접점 재료의 산화물량의 증대는, 아크 방전의 문제에 대해서는, 아무런 해결책을 부여하는 것은 아니다. 이상과 같이, 지금까지의 직류 고전압 릴레이에 적합한 각종 접점 재료에 관한 검토예를 보면, 그들은 일반적인 개폐 접점용의 재료 검토의 연장선 상에 있는 데 지나지 않는다고 말할 수 있다. 그리고, 직류 고전압 릴레이에 대한 현실적인 적용에 대한 보고예는 적은 것이 현 상황이다.

본 발명은 이상과 같은 배경 하에 이루어진 것이며, 시스템 메인 릴레이 등의 직류 고전압 릴레이에 대해서, 접점 쌍에 있어서의 아크 방전과 발열의 과제에 대응하면서, 확실한 ON/OFF 제어가 가능한 직류 고전압 릴레이를 제공한다. 또한, 이 과제에 있어서, 직류 고전압 릴레이용의 접점에는, 안정적으로 저접촉 저항값을 나타내는 접점 재료의 적용이 필요해진다. 본 발명에서는, 직류 고전압 릴레이의 특색을 고려한 적합한 접점 재료의 제공도 도모한다.

상기 과제는, 직류 고전압 릴레이의 접점 부분에 기인하는 것이기 때문에, 그 해결에는 접점을 구성하는 Ag-산화물계의 접점 재료의 적정화가 다소 관여한다고 생각된다. 단, 이 Ag-산화물계의 접점 재료의 적정화란, 산화물량의 증대 등의 종래의 방향성과는 다른 것으로 해야 한다.

그래서, 본 발명자들은 접점 재료의 구성의 검토 전에, 직류 고전압 릴레이가 갖는 특색에 대하여 착안하기로 하였다. 이 직류 고전압 릴레이의 특색이란, 고정 접점과 가동 접점의 접촉력 및 개리력의 강도이다.

일반적으로, 릴레이(동등의 기능ㆍ구조를 갖는 컨택터도 포함함)에 있어서는, 전자석 또는 코일과 적당한 가압 수단의 협동에 의해, 고정 접점과 가동 접점의 접촉ㆍ이격을 제어하여 회로의 통전ㆍ차단(ON/OFF)을 행하고 있다. 적당한 가압 수단이란, 플런저형 릴레이에서는 접압 스프링ㆍ복귀 스프링 등이 있고, 힌지형 릴레이에서는 가동 스프링ㆍ복구 스프링 등을 들 수 있다. 이와 같은 고정 접점과 가동 접점의 제어 기구는, 정격 전압에 구애되지 않고 릴레이 전체에 공통되는 것이다.

단, 시스템 메인 릴레이 등의 직류 고전압 릴레이에서는, 고정 접점과 가동 접점의 접촉력 및 개리력이 높게 설정되는 경우가 많다. 구체적으로는, 일반적인 직류 저전압 릴레이에서는 접촉력 및 개리력이 10gf 내지 50gf 정도로 설정되는 경우가 많은 것에 반해, 직류 고전압 릴레이에서는 접촉력 또는 개리력의 적어도 어느 것을 100gf 이상으로 설정하는 경우가 많다. 직류 고전압 릴레이의 접촉력이 높은 것은, 접점의 접촉 저항을 저하시켜서 발열을 억제하기 위함이다. 접촉력은 접점간의 접촉 면적에 영향을 미치고, 접촉력을 크게 설정할수록 접촉 저항이 작아지고 줄 열의 발생을 억제할 수 있음과 함께 접촉면의 용융ㆍ용착의 저감 효과를 초래한다. 한편, 개리력은 접점을 이격 위치로 복귀시키기 위한 복귀력을 의미한다. 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 접점의 개폐 동작을 원활하게 행하기 위해, 접촉력의 증대에 수반하여 개리력도 증대시키는 경향이 있다.

개폐 접점에 있어서 접점의 용착에 의한 차단 불량이 발생하는 것은, 용착에 의해 고정 접점과 가동 접점이 고착되고, 설정된 개리력으로 분리할 수 없게 되기 때문이다. 정격이나 사양이 명확하게 규정되어 있는 종래의 직류 저전압 릴레이에 있어서는, 접촉력 및 개리력의 설정에 상한이 있고, 그들의 설정값도 그다지 크지 않다. 그 때문에, 종래의 직류 저전압 릴레이에서는, 소형ㆍ경량화 등을 우선하고, 낮은 접촉력 및 개리력을 설정하기 때문에 용착의 문제가 현재화되기 쉬웠다. 이 경우의 용착은, 릴레이의 특성에 의한 해결이 곤란하다. 그래서, 접점 재료의 특성에서 대응하는 것이 기대되고, 접점 재료에는 엄격한 내용착성이 요구되어 왔다.

이에 반해, 높은 접촉력 및 개리력이 설정되는 직류 고전압 릴레이에서는, 고정 접점과 가동 접점이 용착될 수 있는 상태에 있었다고 해도, 높여진 개리력으로 그것들을 떼어 놓을 수 있을 가능성이 있다. 본 발명자들은, 본 발명의 대상인 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 접점 재료의 내용착성에 대하여, 종래의 직류 저전압 릴레이보다도 유연하게 설정할 수 있다고 고찰하였다. 이와 같은, 어느 정도의 용착을 허용하는 착상은, 직류 고전압 릴레이뿐만 아니라 개폐 접점의 분야에서는 특이한 것이다. 시스템 메인 릴레이 등의 직류 고전압 릴레이는, 근년의 고전압 전원의 발전에 의해 보급되기 시작한 기기이며, 미지의 설정 사항도 많은 것이 예측된다. 이러한 접점에 대한 내용착성의 허용도도 그 하나라고 말할 수 있다.

상기와 같이 하여, 내용착성에 관하여 유연하게 대응할 수 있다고 고찰하면, 직류 고전압 릴레이의 접점 재료로서 우선되어야 할 특성은, 안정적인 저접촉 저항 특성과 아크 방전 특성의 2개가 된다.

먼저, Ag-산화물계 접점 재료의 접촉 저항 저하의 방법을 고찰하는데, 그 과제 해결에는 산화물량의 저감이 유효하다. 금속 산화물은, 접점 재료 전체의 도전율을 저하시키는 저항체이므로, 그 저감은, 저접촉 저항화에 대한 유력책이라고 말할 수 있다. 산화물량의 저감은, 접점 재료의 내용착성의 저하에도 이어지지만, 높은 접촉력 또는 개리력을 설정할 수 있는 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 상당한 정도의 내용착성의 저하를 허용할 수 있다. 따라서, 이 대책의 유효성을 기대할 수 있다.

한편, Ag-산화물계 접점 재료의 아크 방전 특성에 관해서는, 산화물량만으로의 대응은 어렵다. 그래서, 본 발명자들은, 접점 재료 중에 분산하는 금속 산화물의 종류와 아크 방전 특성의 관련에 대하여 검토하였다. 그 결과, Zn 산화물(ZnO)을 금속 산화물로 하는 Ag-산화물계 접점 재료(이하, Ag-ZnO계 접점 재료라고 칭하는 경우가 있음)에 있어서, 적합한 아크 방전 특성이 구비되어 있는 것을 발견하였다. 본 발명자들에 의하면, Ag-ZnO계 접점 재료는, 지금까지 내용착성의 관점에서 릴레이용 접점 재료로서 적합하게 되는 Sn 산화물을 갖는 Ag-SnO₂계 접점 재료에 대하여, 적합한 아크 방전 특성을 발휘한다.

그리고, Ag-ZnO계 접점 재료가 적합한 접점 재료인 요인으로서, Ag-ZnO계 접점 재료는, 산화물량(ZnO량)의 저감과 함께 보다 양호한 아크 방전 특성을 나타내는 경향이 있다. 산화물량의 저감은, 접촉 저항의 저하에 도움이 되기 때문에, Ag-ZnO계 접점 재료의 적용은, 아크 방전 특성 개선과 접촉 저항 저하의 양쪽에 있어서 유용하다.

이상의 검토 결과로부터, 본 발명자들은, 직류 고전압 릴레이의 접점 쌍으로서 Ag-ZnO계 접점 재료를 적용함과 함께, 아크 방전 특성과 접촉 저항과 내구성의 관점에서 적합한 산화물 함유량을 찾아내기 위해 검토를 행하고, 본 발명에 상도하였다.

상기 과제를 해결하는 본 발명은, 가동 접점과 고정 접점으로 이루어지는 접점 쌍을 적어도 한 쌍 구비하고, 상기 접점 쌍의 접촉력 및/또는 개리력이 100gf 이상인, 정격 전압 48V 이상의 직류 고전압 릴레이에 있어서, 상기 가동 접점 및/또는 상기 고정 접점은, Ag-산화물계의 접점 재료로 이루어지고, 상기 접점 재료의 금속 성분은, Zn을 필수적으로 포함하는 적어도 1종의 금속 M과, 잔부 Ag 및 불가피적 불순물 금속으로 이루어지고, 상기 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 상기 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8질량% 이하이고, 상기 접점 재료는, Ag 또는 Ag 합금으로 이루어지는 매트릭스 중에, 상기 금속 M의 산화물이 1종 이상 분산되는 재료 조직을 갖는 직류 고전압 릴레이이다.

이하, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이 및 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명에서 적용하는 접점 재료에 있어서는, 산화물의 함유량을, Ag 이외의 금속 원소인 금속 M의 함유량에 기초하여 규정한다. 그리고, 금속 M의 함유량은, 접점 재료를 구성하는 모든 금속 성분의 합계 질량을 기준으로 하여 규정된다. 또한, 본 발명에서 적용하는 접점 재료는 Ag-산화물계 접점 재료이므로, 그 구성 원소는, Ag, 금속 M, 불가피 불순물 금속, 산소 및 비금속의 불가피 불순물 원소가 된다. 단, 금속 성분 및 불가피 불순물 금속의 해석에 있어서는, Te나 Si 등의 반금속이라고 칭해지는 원소도 금속으로서 취급한다.

A. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이

본 발명에 있어서의 직류 고전압 릴레이는, 정격 전압 48V 이상인 것과, 접촉력 또는 개리력이 100gf 이상인 것을 필수적인 조건으로 한다. 다른 구성이나 특성에 관해서는, 종래의 시스템 메인 릴레이 등의 직류 고전압 릴레이와 마찬가지이다. 이하의 설명에서는, 상기 2개의 필수 조건의 설명과 행함과 함께, 임의적으로 구비할 수 있는 직류 고전압 릴레이의 구성에 대하여 설명한다.

A-1. 정격 전압

정격 전압이 48V 미만인 릴레이, 예를 들어, 12V 내지 24V의 저전압을 취급하는 종래의 직류 저전압 릴레이에서는, 시스템 메인 릴레이 등의 직류 고전압 릴레이에 요구되는 특성을 충족할 수 없다. 그리고, 그와 같은 종래의 직류 저전압 릴레이에 본 발명을 적용하는 의의는 적다. 따라서, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 정격 전압 48V 이상을 대상으로 하였다. 또한, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이의 정격 전압의 상한은 3000V 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이의 정격 전류는, 10A 이상 3000A 이하가 상정된다.

A-2. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이의 접촉력 및 개리력

그리고, 본 발명은, 접촉력 또는 개리력이 100gf 이상인 직류 고전압 릴레이에 적용된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 직류 고전압 릴레이 및 그것에 탑재되는 접점 재료는, 적용되는 직류 고전압 릴레이의 접촉력 또는 개리력과의 관계에 기초하여, 내용착성을 유연하게 설정하고 있다. 대상이 되는 직류 고전압 릴레이는, 가동 접점과 고정 접점 사이에 있어서, 접촉력 또는 개리력이 100gf 이상으로 설정되어 있는 것이다. 여기서의 설정값 100gf는 직류 고전압 릴레이에 대한 요구 특성에 대응하기 위한 하한값을 상정하고 있다. 한편, 접촉력 또는 개리력의 상한값은 5000gf가 상정된다. 접촉력 또는 개리력은, 구성 부품 및 릴레이 본체의 사이즈 업에 수반하여, 강화되게 된다. 단, 릴레이의 소형화나 경량화의 관점에서는, 가능한 한 낮은 접촉력ㆍ개리력을 갖는 릴레이 설계가 요망된다. 본 발명에 따르면, 고정 접점 및 가동 접점에 적용하는 접점 재료의 적합화에 의해, 발열ㆍ용착을 억제하면서, 적합한 접촉력ㆍ개리력의 직류 고전압 릴레이를 설정할 수 있다. 또한, 접촉력 및 개리력은, 양쪽이 100gf 이상이어도 된다. 또한, 접촉력과 개리력은 동일값일 필요는 없다.

접촉력 또는 개리력은, 후술하는 릴레이의 구성 부재인, 전자석 또는 코일 및 적당한 가압 수단의 용량이나 치수 등에 의해 조정할 수 있다. 또한, 적절한 가압 수단이란, 플런저형 릴레이에서는 접압 스프링ㆍ복귀 스프링 등이 있고, 힌지형 릴레이에서는 가동 스프링ㆍ복구 스프링 등을 들 수 있다.

또한, 접촉력 또는 개리력은, 접압 스프링 및 복귀 스프링의 스프링 상수에 기초하여 설정 및 측정할 수 있다. 접촉력 또는 개리력의 측정으로는, 접점의 접촉 시 및 개리 시의 각각의 스프링 변위량과 상기 스프링 상수로부터, 모든 접점 쌍에 가해지는 힘을 산출한다. 이때, 모든 접점 쌍에 가해지는 힘은, 훅 법칙(F=kx(k: 스프링 상수, x: 변위량))에 따른다. 그리고, 산출된 힘을 접점 쌍의 수로 제산함으로써 접촉력 또는 개리력을 구할 수 있다. 예를 들어, 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이에서는, 2개의 접점 쌍을 구비하고 있으므로, 상기에서 산출되는 힘을 1/2로 함으로써, 각 접점 쌍의 접촉력 및 개리력을 구할 수 있다.

A-3. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이의 구조

본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 상기한 정격 전압과 접촉력 및 개리력에 의해 특징지을 수 있다. 그리고, 정격 전압과 접촉력 및 개리력 이외의 기능이나 구성ㆍ기구는, 종래의 직류 고전압 릴레이 마찬가지로 할 수 있다. 이하, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이의 구조 등에 대하여 설명한다.

A-3-1. 직류 고전압 릴레이의 전체 구조와 구성 부재

직류 고전압 릴레이는, 크게 구별하면, 가동 접점을 이동시키기 위한 구동력을 발생 및 전달하는 구동 섹션과, 직류 고전압 회로의 개폐를 행하는 접점 섹션으로 구성된다. 구동 섹션은, 구동력을 발생하는 전자석 또는 코일과, 구동력을 접점 섹션에 전달하는 전달 수단(후술하는 플런저 또는 접극자)과, 접점 쌍을 접촉 또는 개리하기 위해 전달 수단을 가압하는 가압 수단(접압 스프링, 복귀 스프링, 가동 스프링, 복구 스프링 등의 스프링)을 구비한다. 접점 섹션은, 구동 섹션의 전달 수단에 의해 이동하는 가동 접점과 고정 접점으로 이루어지는 접점 쌍과, 가동 접점을 접합하는 가동 단자 및 고정 접점을 접합하는 고정 단자를 구비한다. 직류 고전압 릴레이는, 접점 쌍의 물리적인 구성의 상이에 기초하여, 플런저형과 힌지형으로 대략 구분된다

도 1은, 플런저형의 직류 고전압 릴레이의 구조의 일례를 도시하는 도면이다. 플런저형 릴레이는, 접점 섹션을 플런저형 전자석에 의해 구동하고, 접점 쌍의 개폐를 행하는 릴레이이다. 플런저형 릴레이의 접점 섹션은, 가동 접점, 고정 접점, 가동 단자, 고정 단자의 각 부재에 의해 구성된다. 또한, 플런저형 릴레이의 구동 섹션은, 전자석, 가동 철심, 고정 철심, 전달 수단인 플런저, 가압 수단인 접압 스프링 및 복귀 스프링에 의해 구성된다. 접압 스프링, 복귀 스프링 등의 스프링류는, 릴레이 구조에 의해, 압박 스프링, 인장 스프링의 어느 것이 선택된다. 또한, 전달 수단인 플런저는, 가동 철심, 샤프트 등이라고 칭해지는 경우가 있다. 또한, 상기의 구성 부재에 추가하여, 전자 반발 억제 요크, 소호용 자석(영구 자석), 단자 커버, 전극, 완충 스프링(완충 고무) 등의 부대적 부재를 구비하고 있어도 된다. 또한, 직류 고전압 릴레이는, 회로에 접속되는 배선 및 전자석 제어를 위한 배선을 포함한다.

도 2는, 힌지형의 직류 고전압 릴레이의 구조의 일례를 도시하는 도면이다. 힌지형 릴레이는, 전자석의 접극자가 지지점을 중심으로 회전 운동을 행하고, 직접 또는 간접적으로 가동 접점을 구동하여 접점 쌍의 개폐를 행하는 릴레이이다. 힌지형 릴레이의 접점 섹션은, 가동 접점, 고정 접점, 가동 스프링(가동 단자), 고정 단자(고정 스프링)의 각 부재에 의해 구성된다. 힌지형 릴레이의 구동 섹션은, 코일, 철심, 계철, 전달 수단인 접극자, 가압 수단인 복귀 스프링에 의해 구성되어 있다. 복귀 스프링 등의 스프링류는, 릴레이 구조에 의해, 압박 스프링, 인장 스프링의 어느 것이 선택된다. 또한, 도 2의 힌지형 릴레이와 같이, 전달 수단으로서 접점 구동 카드를 구비하고, 이에 의해 접점을 구동시키는 것도 있다. 또한, 상기의 구성 부재에 추가하여, 소호용 자석(영구 자석), 단자 커버, 전극 등의 부대적 부재를 구비하고 있어도 된다. 또한, 직류 고전압 릴레이는, 회로에 접속되는 배선 및 전자석 제어를 위한 단자, 배선을 포함한다.

직류 고전압 릴레이에 있어서는, 접점 섹션의 접점 쌍의 근방에 소호용 자석이 필요에 따라서 설치된다. 소호용 자석은, 가동 접점과 고정 접점이 개리될 때에 접점간에 발생하는 아크 방전을 로렌츠 힘으로 연장되어 빠르게 소호한다. 소호용 자석은, 접점 쌍의 개폐 동작에는 관여하지 않으므로, 필수적인 부품이 아니다. 단, 소호용 자석은, 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 현저한 아크 소호 효과를 발휘할 수 있으므로, 많은 제품에서 사용되고 있다. 소호용 자석의 자속 밀도가 클수록, 아크 소호 완료까지의 시간은 단축된다. 소호용 자석의 종류는 제조 비용, 동작 설계 밸런스와의 균형으로 페라이트 자석 또는 희토류 자석의 어느 것이 선택된다.

이상 설명한 각종의 구성 부재는, 기기 전체를 구성하기 위한 케이스, 보디 등에 수용된다. 케이스, 보디는, 릴레이 구조를 외력으로부터 보호하고 먼지ㆍ티끌 등의 침입을 방지함과 함께, 외기ㆍ가스의 침입 방지의 필요성에 따른 기밀 구조를 갖는다. 직류 고전압 릴레이의 기밀 구조에 대해서는, 케이스의 단자 부분이나 끼워 맞춤부 등의 간극에 대하여 미처리로 하는 대기 개방형이나, 간극을 수지 등의 시일재로 밀봉하는 수지 밀봉형이 알려져 있다. 또한, 간극이 밀봉된 밀봉 구조의 케이스에, 수소 가스나 질소 가스 등의 냉각 가스를 봉입하는 냉각 가스 봉입형도 알려져 있다. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 이들 기밀 구조를 모두 채용할 수 있다.

A-3-2. 접점 쌍의 수

본 발명의 직류 고전압 릴레이는, 일반적인 릴레이와 마찬가지로, 가동 접점과 고정 접점으로 이루어지는 접점 쌍을 적어도 1쌍 구비한다. 접점 쌍의 수는 하나이어도 된다. 단, 시스템 메인 릴레이 등의 직류 고전압 릴레이에 있어서는, 2개의 접점 쌍을 갖는 더블 브레이크 구조가 채용된 것이 많다. 도 1에서 예시한 직류 고전압 릴레이는, 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이의 구조의 일례를 나타내는 것이다. 더블 브레이크 구조를 채용함으로써 2대의 접점 쌍에서 전압이 분압되고, 신속한 아크 소호가 달성된다. 따라서, 접점 쌍이 많아지면, 아크 소호의 효과가 커진다. 단, 접점 쌍이 너무 많으면, 제어가 곤란해진다. 또한, 접점 쌍을 다수 설정하면, 많은 스페이스가 필요해진다. 그 때문에, 소형화 등의 요청에 대응하는 것을 고려하면, 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이가 바람직하다.

A-3-3. 접점의 구조

본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 그 가동 접점 및 고정 접점의 적어도 어느 것에 대해서, 후술하는 접점 재료를 적용한다. 가동 접점 및 고정 접점의 적어도 어느 것이, 가동 단자 및 고정 단자에 접합된다. 구체적인 양태로서는, 가동 접점 및 고정 접점의 양쪽을 후술하는 접점 재료로 구성하고, 각각의 단자에 접합하는 경우 외에, 가동 접점 또는 고정 접점의 어느 한쪽을 후술하는 접점 재료로 구성하고, 다른 쪽을 다른 접점 재료로 구성하고, 각각의 단자에 접합할 수도 있다. 또한, 가동 접점(또는 고정 접점)을 후술하는 접점 재료로 하는 한편, 다른 쪽의 고정 접점(또는 가동 접점)에는, 접점 재료를 접합하지 않고 고정 단자(또는 가동 단자)를 그대로 사용할 수도 있다. 이 한쪽의 접점을 단자만으로 구성하는 양태에 있어서, 당해 접점이 가동 접점 또는 고정 접점으로서 작용하고, 접점 쌍을 구성한다.

가동 접점 및 고정 접점의 형상 및 치수에 대해서는 특별히 제한은 없다. 상정되는 가동 접점 또는 고정 접점의 형상은, 리벳 접점, 칩 접점, 버튼 접점, 디스크 접점 등을 들 수 있다. 또한, 가동 접점 및 고정 접점은, 후술하는 접점 재료로 이루어지는 무크재이어도 되지만, 다른 재료로 클래드하고 있어도 된다. 예를 들어, Cu 또는 Cu 합금이나 Fe계 합금 등으로 이루어지는 베이스재에 후술하는 접점 재료를 클래드하여 가동 접점 및 고정 접점으로 해도 된다. 클래드재의 형상도 제한은 없고, 테이프 형상 접점(클래드 테이프), 크로스바 접점, 리벳 접점, 칩 접점, 버튼 접점, 디스크 접점 등의 각종 형상을 적용할 수 있다.

또한, 가동 단자 및 고정 단자의 구성 재료로서는, Cu 또는 Cu 합금이나 Fe계 합금이 사용된다. 또한, 필요에 따라서, 그들에 Sn 도금, Ni 도금, Ag 도금, Cu 도금, Cr 도금, Zn 도금, Pt 도금, Au 도금, Pd 도금, Rh 도금, Ru 도금, Ir 도금 등의 표면 처리가 실시된다.

가동 접점 및 고정 접점을 각각의 단자에 접합하는 방법으로서는, 코오킹, 경납땜, 용접 등의 가공 수단으로 행할 수 있다. 또한, 가동 단자 및/또는 고정 단자의 표면의 일부 또는 전부를, 스퍼터링 등의 표면 처리에 의해, 후술하는 조성의 접점 재료를 피복하여 가동 접점ㆍ고정 접점으로 해도 된다.

B. 가동 접점과 고정 접점의 구성 재료(본 발명에 관한 접점 재료)

본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 높은 접촉력 및 개리력을 갖는 것을 고려하고, 가동 접점과 고정 접점의 적합한 구성 재료로서 소정의 접점 재료를 적용하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 접점 재료는, 정격 전압 48V 이상이며, 접점 쌍의 접촉력 및/또는 개리력이 100gf 이상인 직류 고전압 릴레이의 가동 접점 및/또는 고정 접점의 적어도 표면을 구성하기 위한 Ag-산화물계의 접점 재료이며, 상기 접점 재료의 금속 성분은, Zn을 필수적으로 포함하는 적어도 1종의 금속 M과, 잔부 Ag 및 불가피적 불순물 금속으로 이루어지고, 상기 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 상기 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8질량% 이하이고, 상기 접점 재료는, Ag 또는 Ag 합금으로 이루어지는 매트릭스 중에, 상기 금속 M의 산화물이 1종 이상 분산되는 재료 조직을 갖는 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료이다. 이하, 본 발명에서 적용하는 접점 재료의 조성과 재료 조직 및 제조 방법에 대하여 설명한다.

B-1. 본 발명에서 적용하는 접점 재료의 조성

본 발명의 직류 고전압 릴레이에 적용되는 접점 재료는, 금속 성분이 Ag, 금속 M, 불가피적 불순물 금속인 Ag-산화물계의 접점 재료이다. 금속 성분인 금속 M은, 매트릭스 중에 분산하는 산화물의 구성 원소로서 존재한다. 이 금속 산화물은, 접점 재료의 기계적 강도나 내용착성을 확보하기 위해 분산하고 있다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 대상인 직류 고전압 릴레이에 대해서는, 접점 재료의 내용착성을 유연하게 해석하고 있다. 즉, 직류 고전압 릴레이의 접촉력 및/또는 개리력이 높게 설정되어 있는 것이면, 접점 재료 자체의 내용착성의 저하를 허용하고 있다. 단, 이것은 내용착성이 전혀 불필요한 것을 의미하는 것은 아니다. 본 발명에 있어서도, 내용착성은 어느 정도 필요하므로, 산화물을 형성ㆍ분산시키고 있다. 따라서, 본 발명에서 적용하는 접점 재료에 있어서, 금속 M은 필수적인 금속 원소이다.

본 발명에서는 금속 M의 함유량을, 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대해 0.2질량% 이상 8질량% 이하로 한다. 상기한 바와 같이, 본 발명에서 적용하는 Ag-ZnO계 접점 재료는, 산화물량(금속 M의 함유량)의 저하와 함께 아크 방전 특성이 향상됨과 함께, 저접촉 저항화를 도모할 수 있다. 이 관점에서는, 금속 M의 함유량은 낮은 쪽이 바람직하다. 단, 금속 M이 0.2질량% 미만에서는, 내용착성의 부족이나 기계적 강도의 저하가 염려된다. 기계적 강도의 저하에 의해, 접점 개폐 횟수와 함께 접점 전이가 발생하고, 접점의 소모ㆍ변형이나 접촉 불량, 로킹이 발생할 우려가 있다. 이 점을 고려하여, 금속 M 함유량의 하한값을 0.2질량% 로 하였다.

한편, 8질량%를 초과하는 금속 M을 포함하는 접점 재료는, 접촉 저항이 높고, 직류 고전압 릴레이에서의 발열의 문제를 해소하기 어렵다. 또한, 아크 방전 특성도 양호라고는 말할 수 없게 된다. 또한, 본 발명에서는, Ag, 금속 M, 불가피 불순물 금속의 함유량을, 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한 질량 농도로 규정한다. 전체 금속 성분의 합계 질량이란, 접점 재료 전체의 질량으로부터 산소나 그 밖의 가스 성분 등의 금속 성분 이외의 성분 질량을 제산한 질량이다.

또한, 직류 고전압 릴레이에 충분히 높은 접촉력 또는 개리력을 설정한 경우, 상응한 내용착성의 저하를 허용할 수 있다. 그와 같은 경우, 금속 M의 함유량을 상기 범위 내에서 조금 낮게 설정할 수 있다. 구체적으로는, 접촉 저항을 적합하게 하기 위해, 금속 M을 0.2질량% 이상 3질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 소형ㆍ경량화의 관점으로부터, 직류 고전압 릴레이의 접촉력 또는 개리력의 설계에 제한이 있는 경우, 내용착성과 접촉 저항의 밸런스를 보다 깊게 고려할 필요가 있다. 그와 같은 경우, 금속 M의 함유량은, 3질량% 이상 6질량% 이하가 바람직하다.

또한, 상기에서 설명한 본 발명의 직류 고전압 릴레이의 접점 재료의 첨가 금속(금속 M)의 함유량은, 종래의 일반적인 차량 탑재 릴레이 등의 접점 재료의 첨가 금속의 함유량보다도 의도적으로 저감되어 있다. 일반적인 차량 탑재 릴레이 등으로 실용되어 있는 접점 재료(Ag-산화물계 접점 재료)에서는, Ag 이외의 금속 성분(본 발명의 금속 M)의 함유량이 10질량%를 초과하는 것이 일반적이다.

본 발명에서 적용하는 Ag-산화물계 접점 재료는, 금속 M으로서 필수적으로 Zn을 포함한다. Zn은, 아연 단독의 산화물(ZnO)로서 분산한다. 상기한 바와 같이, Ag-ZnO계 접점 재료는 아크 방전 특성이 우수하고, 본 발명의 과제를 근본적으로 해결하는 수단이다. 본 발명에 있어서는, Zn은 필수적인 금속 성분이다. 본 발명에서는, 금속 M으로서 Zn만을 포함하고 있어도 된다. 금속 M으로서 Zn만을 포함할 때, 본 발명의 접점 재료는, Zn을 0.2질량% 이상 8질량% 이하 포함한다. 상기한 바와 같이 접촉력 또는 개리력의 설계에 여유분이나 제한이 있는 경우에 있어서, Zn을 0.2질량% 이상 3질량% 이하로 하는 경우나, 3질량% 이상 6질량% 이하로 하는 경우가 있다.

그리고, 본 발명에서 적용하는 Ag-산화물계 접점 재료는, Zn을 필수로 하면서, 금속 M으로서 다른 금속을 포함할 수 있다. 구체적으로는, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu의 적어도 어느 1종을 포함할 수 있다. 이들 금속은, 산화물로서 분산함으로써, Ag-ZnO계 접점 재료의 경도 등의 기계적 강도의 조정 작용이나 내용착성의 조정 작용 등을 발휘하는 경향이 있다. 또한, Zn의 아크 계속 시간의 단축 효과를 손상시키지 않는 금속이다. 접점 재료가 금속 M으로서 Zn에 더하여, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu의 적어도 어느 1종을 포함할 때, 상기 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 금속 M의 함유량(Zn과, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu의 합계 함유량)이 0.2질량% 이상 8.0질량% 이하인 것이 바람직하다. 8질량%를 초과하면 접촉 저항의 문제 등이 발생할 우려가 있기 때문이다. 또한, Zn 이외의 다른 금속 M으로서는, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu 이외의 원소이어도, 접점 재료에 관한 상기 특성을 저해하지 않거나 또는 특성 향상에 기여할 수 있는 것이면 첨가할 수 있다.

또한, 접점 재료가 Zn에 더하여 Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu의 적어도 어느 1종을 포함할 때, 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한 Zn의 함유량(S_Zn으로 함)과, 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한 Zn 이외의 상기 금속의 합계 함유량(S_o로 함)의 비(S_Zn/S_o)를 계산할 수 있다. S_Zn/S_o는, 그 수치가 클수록 접점의 아크 방전 특성이 양호해지는 경향이 있다. 아크 방전 특성 향상의 효과를 갖는 것은 Zn이다. Sn 등은 접점 재료의 내용착성의 향상에는 기여하지만, 방전 아크 특성의 향상에는 기여하지 않기 때문이다.

본 발명에 관한 접점 재료의 금속 성분은, 이상 설명한 Zn을 필수로 하는 금속 M과 잔부 Ag 및 불가피 불순물 금속으로 이루어진다. 불가피 불순물 금속으로서는, Ca, Pb, Pd, Al, Mo, Mg, La, Mg, Li, Ge, W, Na, Zr, Nb, Y, Ta, Mn, Ti, Co, Cr, Cd, K, Si 등을 들 수 있다. 이들 불가피 불순물 금속의 함유량은, 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대하여, 특성을 저해하지 않는 범위에서, 각각 0질량% 이상이며 예를 들어 1질량% 이하가 바람직하다. 불가피 불순물의 함유량은, 보다 바람직하게는 0.8질량% 이하로 하고, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하, 특히 바람직하게는 0.2질량% 이하로 한다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명에서 적용되는 접점 재료는, Ag-산화물계 접점 재료이며, 상기 금속 성분에 더하여, 산소와 비금속의 불가피 불순물 원소를 포함한다. 본 발명의 접점 재료에 있어서의 산소 함유량은, 접점 재료 전체의 질량 기준으로, 0.025질량% 이상 2질량% 이하이다. 또한, 비금속의 불가피 불순물 원소로서는, C, S, P 등을 들 수 있다. 이들의 불가피 불순물 원소의 함유량은, 접점 재료 전체의 질량에 대하여, 각각 0질량% 이상 0.1질량% 이하가 바람직하다. 또한, 상기한 불가피 불순물 금속과 비금속의 불가피 불순물 원소가 금속간 화합물을 형성하는 경우가 있다. 예를 들어, WC, TiC 등이 상정된다. 이러한 금속간 화합물에 대해서는, 접점 재료 전체의 질량에 대하여, 각각 0질량% 이상 1질량% 이하인 것이 바람직하다.

B-2. 본 발명에서 적용하는 접점 재료의 재료 조직

본 발명의 직류 고전압 릴레이에 적용되는 접점 재료는, Ag-산화물계 접점 재료이다. 그 재료 조직은, 기본적으로, 종래의 Ag-산화물계 접점 재료와 마찬가지이다. 즉, Ag 및/또는 Ag 합금으로 이루어지는 매트릭스 중에, 적어도 1종의 상기 금속 M의 산화물이 분산하는 재료 조직을 갖는다. 이 매트릭스는, Ag(순 Ag) 또는 Ag 합금, 혹은, Ag와 Ag 합금으로 이루어진다. Ag 합금이란, Ag와 첨가 금속 M 또는 불가피 불순물 금속의 합금이지만, (1) 조성의 단일상의 Ag 합금에 한정되지 않고, 금속 M 등의 고용량이 상이한 복수의 Ag 합금으로 구성되는 경우도 있다. 이것은, 그 접점 재료가 Ag와 금속 M의 합금의 내부 산화에 의해 제조되는 경우, 그 산화의 정도에 의해 Ag 합금의 조성과 구조는 변화할 수 있는 것을 나타낸다. 이상으로부터, 매트릭스는, 금속 M을 포함하는 경우가 있다. 매트릭스 중의 금속 M의 농도(평균 농도)는 4질량% 이하가 바람직하지만, 상한으로서 8질량% 미만, 예를 들어 7질량% 이하라도 접점 재료의 매트릭스로서 기능할 수 있다. 한편, 매트릭스 중에 분산하는 산화물 입자의 구성은, 금속 M의 범위에 기초하여 ZnO, SnO₂ 등의 산화물 중 적어도 1종이 분산한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 분산하는 산화물을 Zn 산화물 등으로 하면서, 그 함유량(금속 M의 함유량)을 종래의 Ag-산화물계 접점 재료에 대하여 의도적으로 저감하고, 양호한 아크 방전 특성과 안정된 저접촉 저항을 얻고 있다. 단, 본 발명에 있어서도, 내용착성이나 기계적 강도를 무시하는 것은 의도하고 있지 않다. 그래서, 본 발명에서는, 산화물량을 억제하면서도, 산화물 입자를 미세화함으로써, 산화물수를 증가시켜서 입자간 거리를 단축하여 분산 효과를 높이고 있다. 이에 의해, 직류 고전압 릴레이에 대하여 요구되는 최저한의 재료 강도 등을 확보하고 있다.

그리고, 본 발명에서 적용되는 접점 재료는, 매트릭스 중에 분산하는 산화물의 평균 입경을 0.01㎛ 이상 0.4㎛ 이하로 한다. 지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 산화물 함유량을 저감하고 있다. 그 때문에, 산화물의 평균 입경이 0.4㎛를 초과하여 조대해지면, 입자간 거리가 확대되고, 분산 효과가 억제된다. 이 산화물의 평균 입경은, 0.3㎛ 이하가 보다 바람직하다. 또한, 산화물의 평균 입경은 작은 쪽이 바람직하지만, 0.01㎛ 미만으로 하는 것은 곤란한 점에서, 그 하한값은 0.01㎛로 한다. 또한, 본 발명에 있어서, 산화물 입자의 입경이란, 원 상당 직경(면적 원 상당 직경)이며, 입자의 면적에 상당하는 면적을 갖는 진원의 직경이다.

본 발명에서 적용되는 접점 재료에 있어서는, 분산하는 산화물 입자의 입경이 정렬되어 있는 것이 바람직하다. 이 기준으로서는, 임의 단면을 관찰하여 전 산화물 입자에 대하여 입경 분포를 측정했을 때의 누적 개수가 90%가 될 때의 입경(D₉₀)이 0.8㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 적용되는 접점 재료에서는, 산화물의 함유량을 저감하고 있기 때문에, 재료 조직을 관찰한 경우, 산화물의 면적이 비교적 낮은 것이 된다. 구체적으로는, 임의 단면을 관찰했을 때, 당해 단면 있어서의 산화물의 면적률이 0.1% 이상 20% 이하로 되어 있다. 이 면적률은, 접점 재료를 임의의 방향으로 절단한 단면을, 현미경(바람직하게는 전자 현미경)에서 1000 내지 10000배로 관찰함으로써 측정할 수 있다. 이때의 관찰 시야 면적을 접점 재료의 전체 면적으로 하고, 시야 중의 산화물 입자의 합계 면적이 차지하는 비율을 산출하면 된다. 상기의 평균 입경도 이 관찰에 있어서 산출할 수 있다. 또한, 적절하게 화상 처리 소프트웨어를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 적용되는 접점 재료의 재료 강도는, 비커스 경도로 40Hv 이상 300Hv 이하인 것이 바람직하다. 40Hv 미만에서는 강도가 너무 낮아서 접점 쌍의 개폐에 의해 과도한 소모 또는 변형이 발생할 우려가 있다. 또한, 300Hv를 초과하는 딱딱한 재료는, 접촉 저항이 높아질 우려가 있다. 접점 재료의 비커스 경도는, 50Hv 이상 200Hv 이하가 보다 바람직하다.

B-3. 본 발명에서 적용하는 접점 재료의 제조 방법

다음에, 본 발명의 직류 고전압 릴레이에 적용되는 Ag-산화물계 접점 재료의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 접점 재료 제조 방법ㆍ조건은, 특별히 한정해야 할 것은 아니지만, 바람직하게는 내부 산화법 또는 분말 야금법, 혹은 내부 산화법과 분말 야금법의 조합에 의해 제조할 수 있다.

B-3-1. 내부 산화법

내부 산화법에서는, Ag와 금속 M의 합금(Ag-M 합금)을 제조하고, 내부 산화 처리를 함으로써 접점 재료로 할 수 있다. 여기서 제조되는 합금은, 구체적으로는, Ag-Zn 합금 외에, 금속 M으로서 Sn 등을 포함할 때, Ag-Zn-Sn 합금, Ag-Zn-In 합금, Ag-Zn-Ni 합금, Ag-Zn-Te 합금, Ag-Zn-Bi 합금, Ag-Zn-Cu 합금 등으로부터 제조된다. 또한, 금속 M(Zn, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu)의 합계 농도는 0.2 내지 8질량%이며 잔부가 Ag이다. 이들 합금은, 공지된 용해 주조법에 의해 제조 가능하다. 원하는 조성으로 조정한 합금 용탕을 제조하고, 주조함으로써 합금을 얻을 수 있다.

그리고, Ag와 금속 M의 합금을 내부 산화하고, 금속 M을 산화물로 하여 접점 재료로 한다. Ag-M 합금의 내부 산화의 조건으로서는, 산소 분압을 대기압 이상 0.9㎫ 이하로 하고, 온도는 300℃ 이상 900℃ 이하가 바람직하다. 온도가 300℃ 미만의 조건 하에서는, 내부 산화를 진행시키는 것이 곤란하며, 합금 내부에 산화물 입자가 충분히 분산되지 않을 우려가 있다. 한편, 산소 분압이 0.9㎫보다 크면 산화물의 미세 분산이 과도하게 되어 버려 가공성의 열화가 염려된다. 또한, 온도가 900℃보다 높으면, 합금 조성에 따라서는 합금의 일부 혹은 전부가 내부 산화되기 전에 용융될 우려가 있다. 그리고, 산화물 입자의 입경이나 분산 상태의 적정화를 위해, 첨가 금속 M의 종류나 그 함유량을 고려하면서, 산소 분압 및 가열 온도를 상기한 범위 내에서 적절하게 조정할 수 있다. 또한, 내부 산화 처리의 처리시간은, 24시간 이상으로 하는 것이 바람직하다.

내부 산화법에 의한 접점 재료의 제조에서는, 합금 잉곳을 적절하게 성형 가공하고, 이것을 내부 산화 처리하여 적절하게 성형 가공하여 접점 재료로 할 수 있다. 또한, 합금 잉곳을 분쇄, 절단하거나 하여 고편(소편, 칩)으로 하고, 이 고편을 상기 조건에서 내부 산화 처리하여 수집하고, 압축 성형하여 가공용의 빌렛으로 해도 된다. 제조한 빌렛은, 압출 가공 및 드로잉 가공 등의 적절한 가공이 가능하고, 이에 의해 소정의 형상ㆍ치수의 접점 재료로 할 수 있다.

B-3-2. 분말 야금법

분말 야금법에서는, Ag 분말과 금속 M의 산화물의 분말(ZnO 분말, SnO₂ 분말 등)을 혼합하고 압축한 후, 소결함으로써 접점 재료가 제조된다. Ag 분말 및 산화물 분말은, 평균 입경이 0.5㎛ 이상 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 분말을 소결할 때의 소결 온도는, 700℃ 이상 850℃ 이하가 바람직하다.

분말 야금법에 의한 접점 재료의 제조에서는, 상기한 소결 공정에 있어서, 과도한 소결에 의한 산화물의 조대화를 억제하는 것이 바람직하다. 그를 위해서는, 소결 온도를 조정하는 것 외에, 비교적 단시간(6시간 이하)에서의 소결을 복수회 행하고, 소결 후에 압축 가공을 행하는 것이 바람직하다. 압축 가공은, 냉간 압축 가공이 바람직하다. 이때, 냉간 압축 가공과 열간 압축 가공을 조합할 수 있다. 또한, 각 회의 압축 가공의 하중은, 가공마다 조정할 수 있다. 예를 들어, 복수회의 소결과 냉간 압축을 행한다고 하고, 냉간 압축 가공의 하중을 전회의 소결 후의 냉간 압축 가공의 하중의 2 내지 3배 정도로 할 수 있다. 이와 같은 소결 공정에 의해, 적합한 입경의 산화물이 분산된 접점 재료를 얻을 수 있다.

본 발명에서 사용하는 접점 재료는, 기본적으로 상기한 내부 산화법 또는 분말 야금법으로 제조되지만, 내부 산화법과 분말 야금법을 조합할 수도 있다. 이 경우에는, Ag와 금속 M의 합금으로 이루어지는 분말(Ag-M 합금 분말)을 제조하고, 이 합금 분말을 내부 산화 처리한 후에 압축 및 소결하여 접점 재료를 제조한다. 이 제조 방법에 있어서, Ag-M 합금 분말은, 상기와 동일한 조성의 Ag 합금(Ag-Zn 합금, Ag-Zn-Sn 합금, Ag-Zn-In 합금, Ag-Zn-Ni 합금, Ag-Zn-Te 합금, Ag-Zn-Bi 합금, Ag-Zn-Cu 합금 등)으로 이루어지는 분말이다. 이 합금 분말은, 평균 입경이 100㎛ 이상 3.0㎜ 이하인 분말이 바람직하다. Ag 합금 분말의 내부 산화의 조건은, 상기와 마찬가지의 조건이 바람직하다. 그리고, Ag 합금 분말을 소결할 때의 소결 온도는, 700℃ 이상 900℃ 이하가 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 접점 쌍에 있어서의 아크 방전 및 발열의 과제에 대응하면서, 확실한 ON/OFF 제어를 행할 수 있다. 이 효과는, 직류 고전압 릴레이에 설정된 높은 접촉력 및 개리력을 고려하면서, 가동 접점 및/또는 고정 접점을 구성하는 접점 재료에 Zn을 필수 첨가 금속(금속 M)으로 하는 Ag-Zn계 접점 재료를 적용한 것에 기인하는 것이다.

본 발명의 직류 고전압 릴레이에 적용되는 Ag-Zn계 접점 재료는, 분산하는 산화물의 함유량을 굳이 저감하고 있다. 이에 의해 양호한 아크 방전 특성을 실현하면서, 안정된 저접촉 저항 특성을 발휘하여 직류 고전압 릴레이의 발열 문제를 해소하고 있다. 본 발명에서는, 직류 고전압 릴레이의 접촉력 및 개리력을 활용하면서, 최저한의 산화물량을 설정함으로써, 용착에 의한 차단 불량이 없는 접점 쌍을 형성하고 있다.

본 발명에 따르면, 우수한 아크 방전 특성을 나타내는 접점 재료를 탑재함으로써, 종래품보다 자력이 약한 자석을 사용했다고 해도, 종래 설계와 동등한 소호 성능을 확보하는 것을 기대할 수 있다. 구체적으로는, 종래 설계에서는 네오디뮴 자석 등의 희토류 원소 자석이 필요하게 된 경우에 있어서, 그것들보다 자력이 약한 페라이트 자석으로 치환하는 것의 가능성을 시사한다. 페라이트 자석의 특징으로서, 자력은 희토류 원소 자석에 비교하여 떨어지지만, 원재료에 레어어스를 포함하지 않고, 저렴 및 조달이 용이한 산화철을 주성분으로 하고 있고, 희토류 원소 자석과 비교하여, 내열성도 우수하다. 따라서, 본 발명에 기초하여, 희토류 원소 자석으로부터 페라이트 자석으로의 치환을 행함으로써, 직류 고전압 릴레이의 비용 저감과 레어어스 조달 리스크 회피의 점에서, 매우 유익한 효과가 있다. 또한, 본 발명에서는, 종래보다도 약한 자력으로 동등한 소호 성능의 확보를 기대할 수 있으므로, 자석의 종류를 변경하지 않는다고 해도, 그 사이즈 다운이 가능하다. 여분의 자석의 스페이스가 불필요하게 된 만큼, 릴레이의 사이즈 다운이 가능하게 된다.

상기와 같은 효과를 갖는 본 발명은, 자동차 산업계를 비롯한 산업계에 미치는 임팩트가 상당히 커지는 것이 예측된다. 예를 들어, 고전압 배터리를 탑재하는 HV, PHV, EV의 세계 시장은, 이후 가속도적으로 확대하는 것이 예측되어 있다. 구체적으로는, HV, PHV, EV의 년간 판매 대수의 합계는 2017년에 약 324만대이지만, 2035년에는 크게 증대하여 2700만대를 초과한다는 조사 보고가 있다. 이와 같은 급확대하는 자동차 제품에 탑재되는 직류 고전압 릴레이에 대해서, 그 비용 절감이나 사이즈 다운의 효과를 초래하는 본 발명은, 이들의 산업 발달에 기여하는 것이다.

본 발명은 희토류 원소의 사용량의 억제나 자원 보전의 관점에서도 유용하다. 레어어스는 근년의 하이테크 산업에 있어서의 공업 제품, 예를 들어 레어어스 자석, 하드 디스크용 유리 기판, 액정 패널 디스플레이용의 연마재, 자동차용 촉매 등의 폭넓은 제품의 제조에 필요 불가결하다. 그 중에서도 네오디뮴은, 네오디뮴 자석(네오디뮴 자석에는 네오디뮴이 대략 28%도 사용되어 있음), FCC 촉매, 유리 첨가제, 니켈-수소 전지, 세라믹 콘덴서 등 많은 용도에 사용되어 있다. 레어어스의 수요는, 앞으로도 확대 경향이 계속되어 갈 것으로 보여지고 있고, 레어어스의 고갈이 세계적인 문제가 되어 있다.

전세계의 레어어스 매장량의 36%나 되는 레어어스가 특정국에 매장되어 있다. 그리고, 세계의 광석 총 생산량(13만톤: 2017년)의 약 80%(10.5만톤)가 당해국에서 생산되어 있다. 당해국에 있어서는, 레어어스의 국내 수요가 확대되어 있고, 2004년 이후는 당해국의 국내 수요가 세계 소비량 전체의 대부분을 차지하게 되어 있다. 당해국이 지금의 페이스로 광상 개발을 계속하면, 앞으로 15 내지 20년에서 자원 고갈의 우려가 있다라는 조사 보고도 있다.

한편, 일본 국내의 레어어스 수요는 약 1.8만톤이며, 그 중에서도 디디뮴(네오디뮴과 프라세오디뮴의 혼합물) 및 네오디뮴의 수요는 자동차용 자석의 신장도 있어서 0.44만톤이다(2017년). 국내 산업에 있어서의 레어어스의 입수는, 대부분이 수입에 의지하고 있고, 그 약 60%는 당해국으로부터의 수입이다. 당해국은, 근년, 레어어스에 관한 규제를 강화하고, 공급량이 감소하고, 국제 가격의 급등도 일어나고 있다.

또한, 레어어스의 채굴 정제 과정에서의 강산(황산암모늄)에 의한 오염이나, 레어어스에 수반하는 방사성 물질의 유출 등, 수질 오염이나 토양 오염 등, 레어어스의 생산지에 있어서의 심각한 환경 문제도 발생하고 있다.

이와 같이, 레어어스를 둘러싼 문제로서는, 자원 고갈의 문제 외에, 국내 산업에 있어서의 레어 메탈 원료 조달에 대한 양적ㆍ비용적인 리스크의 고조, 레어 메탈 생산지에 있어서의 환경 문제가 있다. 그 때문에, 레어 메탈의 사용량의 삭감은 긴급 또한 중요한 테마이다.

이상과 같은 배경 하, 우리나라의 자동차 회사나 재료 메이커 등의 민간 기업에 있어서, 레어 메탈의 삭감을 목적으로 한 각종 개발이 이루어져 있다. 예를 들어, 네오디뮴 사용량을 최대로 50% 삭감할 수 있는 EV 구동용 모터에 적합한 자석이나, 디스프로슘 등의 중 희토류 프리의 네오디뮴 자석을 사용한 EV 구동용 모터가 있다. 이들에 대해서는, 10년 이내의 실용화를 목표로 한 것도 있지만, 이미 시장에 릴리즈되어 있는 것도 있다. 대부분의 국내 산업이 레어 메탈의 사용량의 삭감을 긴급 또한 중요한 테마로서 파악하여 개발을 진행시키고 있는 바, 본 발명도 이들의 대처와 마찬가지로, 레어 메탈의 사용량의 삭감에 대한 기여가 기대되는 중요한 발명이다.

도 1은 플런저형의 직류 고전압 릴레이(더블 브레이크 구조)의 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 2는 힌지형의 직류 고전압 릴레이의 구성의 일례를 도시하는 도면.
도 3은 제3 실시 형태의 콘덴서 부하 내구 시험에서 사용한 회로를 도시하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 금속 M으로서 Zn만 첨가한 Ag-ZnO계 접점 재료 외에, Zn과 함께 Sn을 첨가한 Ag-ZnO계 접점 재료를 제조하고, 조직 관찰과 경도 측정을 행하였다. 그리고, 제조한 Ag-산화물계 접점 재료를 직류 고전압 릴레이에 접점을 내장하고, 그 특성 평가를 행하였다. 또한, 비교예로서, Zn을 포함하지 않고 Sn 등을 첨가한 Ag-산화물계 접점 재료도 제조ㆍ평가하였다.

제1 실시 형태: 본 실시 형태에서는, 각종의 Ag-산화물계 접점 재료를, 내부 산화법과 분말 야금법에 의해 제조하여 재료 특성의 검토 후, 직류 고전압 릴레이(접촉력/개리력: 75gf/125gf)를 제조하고, 동작 확인(차단 내구성)을 행함과 함께, 아크 방전 특성과 접촉 저항의 측정을 행하였다.

내부 산화법에 의한 접점 재료의 제조에서는, 먼저, 고주파 용해로에서 용해 주조하여 각 조성의 Ag 합금의 잉곳을 주조하였다. 용해 주조 후, 잉곳을 3㎜ 이하의 고편으로 하고, 이를 내부 산화 처리하였다. 내부 산화 처리는, 산소 분압 0.2 내지 0.9㎫, 가열 온도 500℃ 내지 900℃의 범위 내에서 산소 분압과 가열 온도를 조정하였다. 다음에, 내부 산화 처리 후의 고편을 수집하고, 압축 성형하여 직경 50㎜의 빌렛을 형성하였다. 이 빌렛을 열간 압출 가공하고, 계속해서 드로잉 가공으로 직경 2.3㎜의 선재로 하고, 헤더 머신에 의해 리벳형의 접점 재료를 제조하였다.

분말 야금법에 의한 접점 재료의 제조에서는, Ag 분말과 산화물 분말(모두 평균 입경 0.5 내지 100㎛)을 혼합하고, 압축 성형하여 직경 50㎜의 빌렛을 형성하였다.

그리고, 이 빌렛을 소결한 후, 2회의 냉간 압축 가공과 2회의 소결을 행하고, 그 후 열간 압축 가공을 하여 소결체를 얻었다. 복수회 행해진 소결 공정에서는, 가열 온도를 800℃ 내지 850℃로 설정하여 이 범위 내에서 가열하여 소결하였다. 또한, 소결 후의 냉간 압축 가공에 대해서는, 2회째의 가공의 하중이 1회째의 가공의 하중인 2배가 되도록 설정하였다. 그 후, 소결체를 열간 압출 가공하고, 계속해서 드로잉 가공으로 직경 2.3㎜의 선재로 하고, 헤더 머신에 의해, 리벳형의 접점 재료를 제조하였다.

본 실시 형태에서는, 가동 접점용 및 고정 접점용의 2종의 리벳형 접점 재료를 제조하였다. 가동 접점의 헤드부 치수는, 직경 3.15㎜×높이 0.75㎜로 하고, 고정 접점의 헤드부 치수는, 직경 3.3㎜×높이 1.0㎜로 하였다.

[접점 재료의 경도 측정]

상기의 접점 재료의 제조 공정에 있어서, 드로잉 가공하고 어닐링(온도 700℃)한 선재로부터 와이어 샘플을 잘라내어 경도 측정을 행하였다. 경도 측정은, 샘플을 수지에 매립하고, 횡단면(짧은 방향 단면)이 노출되도록 표면 형성 연마를 행하고, 비커스 경도계(가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼제 HMV-G21ST)로 측정하였다. 측정 조건은, 하중 200gf로서, 5군데 측정하여 평균값을 경도값으로 하였다.

본 실시 형태에서 제조한 실시예(실시예 1 내지 49) 및 비교예(비교예 1 내지 23)의 접점 재료의 조성과 경도값을 표 1 및 표 2에 나타낸다. 또한, 본 실시 형태에서는, 산화물 입자가 없는 순 Ag로 이루어지는 접점 재료도 제조하여 평가하고 있다(비교예 23). 이 Ag 접점은, 용해ㆍ주조한 빌렛을 열간 압출 가공하거나 하여 제조하였다. Ag 접점의 경도 측정에 관해서는, Ag 선재를 어닐링(온도 700℃)한 후, 가공률 4.2%의 드로잉 가공을 하고 나서 샘플을 잘라내어 측정하였다.

[접점 재료의 조직 관찰]

다음에, 각 접점 재료의 조직 관찰을 행하였다. 경도 측정의 때와 마찬가지로 하여 수지 매립한 샘플의 횡단면을 전자 현미경(SEM)으로 관찰했다(배율 5000배). 그리고, 촬상한 SEM 화상에 대해서, 입자 해석 소프트웨어를 사용한 화상 처리를 행하였다. 화상 처리에서는, 접점 재료 중의 산화물의 분산 상태로 하여, 산화물의 합계 면적(시야 면적에 대한 면적률), 평균 입자경, 입경 분포를 측정ㆍ분석하였다. 이 해석에는, 옥스포드ㆍ인스트루먼츠 가부시키가이샤 제조의 입자 해석 시스템 AZtecFeature를 사용하였다. 또한, 입경은 원 상당 직경(면적 원 상당 직경)을 구하였다. 개개의 산화물 입자의 면적 f에 기초하여, 원 상당 직경의 산출식((4f/π)^1/2)에 의해 산화물 입자의 입경을 산출하고, 그 평균과 표준 편차 σ를 계산하였다.

본 실시 형태에서 제조한 실시예(실시예 1 내지 49) 및 비교예(비교예 1 내지 23)의 접점 재료의 조성과 경도값, 또한, 산화물 입자의 분산 상태의 측정 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다. 이들의 표로부터, 각 실시예의 접점 재료에 있어서는, Ag 매트릭스 중에서 미세한 산화물 입자가 분산되어 있는 것이 확인된다.

[직류 고전압 릴레이의 차단 내구 평가]

각 실시예, 비교예의 접점 재료를 내장한 직류 고전압 릴레이를 제조하고, 그들의 차단 내구 성능의 확인을 행하였다. 여기서는, 도 1과 동형의 더블 브레이크 구조의 릴레이를 준비하고, 그 가동 단자 및 고정 단자에, 각 접점 재료로 이루어지는 리벳형 접점을 접합했다(합계 4군데의 접점에서 2조의 접점 쌍을 형성했다). 접점의 치수(리벳의 헤드부 치수)는 가동 접점이 직경 3.15㎜×두께 0.75㎜ (헤드부를 상면으로부터 관찰했을 때의 접점 표면의 면적 7.79㎟), 고정 접점이 직경 3.3㎜×두께 1.0㎜(헤드부를 상면으로부터 관찰했을 때의 접점 표면의 면적 8.55㎟)이다. 또한, 가동 접점 및 고정 접점의 주변에 소호용 자석(희토류 원소인 네오디뮴을 함유하는 자속 밀도 200mT의 네오디뮴 자석을 2개 사용)을 배치하였다. 가우스 미터에서의 측정으로부터 접점 접촉 시의 중심 위치에 있어서의 자속 밀도는 26mT이었다.

본 실시 형태에서는, 직류 고전압 릴레이의 동작 조건으로서, 전압ㆍ전류: DC360Vㆍ400A, 가동 접점의 접촉력/개리력: 75gf/125gf로 하였다. 또한, 접촉력의 설정은 접압 스프링의 강도, 개리력의 설정은 복귀 스프링의 강도에 의해 조정하였다. 금회의 평가 시험에 사용한 직류 고전압 릴레이는 더블 브레이크 구조이므로, 각 접점 쌍에 가해지는 힘은 접압 스프링 및 복귀 스프링에 의해 부여되는 힘의 1/2을 각각 접촉력 및 개리력으로 하였다.

본 실시 형태의 직류 고전압 릴레이의 차단 내구 평가는, 접점의 개폐 동작을 10회 행하고, 각 회의 개폐 동작 후의 접점의 용착 유무를 확인함으로써 행하였다. 그리고, 10회의 개폐 동작 후에도 접점에 용착이 발생하지 않는 릴레이를 합격(○)이라고 평가하고, 10회 이내에 접점에 용착이 발생한 릴레이를 불합격(×)이라고 하였다.

[직류 고전압 릴레이에 있어서의 아크 방전 특성의 평가]

다음에, 각 실시예, 비교예의 접점 재료를 내장한 직류 고전압 릴레이를 제조하고, 접점의 아크 방전 특성의 평가 시험을 행하였다. 상기와 같은 더블 브레이크 구조의 릴레이를 준비하고, 그 가동 단자 및 고정 단자에, 각 접점 재료로 이루어지는 리벳형 접점을 접합하였다. 접점의 치수나 소호용 자석의 자속 밀도는 상기와 같다.

본 실시 형태에 있어서의 직류 고전압 릴레이의 아크 방전 특성의 평가 시험은, 전압ㆍ전류: DC360Vㆍ400A, 가동 접점의 접촉력/개리력: 75gf/125gf의 조건에서 접점의 개폐 동작을 행하고, 개리 시에 발생한 아크 방전의 특성을 측정하였다. 아크 방전 특성의 측정으로는, 오실로스코프(Teledyne LeCroy제 WAVESURFER454VL)에 의해, 접점 개리 시의 아크 전류 파형과 아크 전압 파형을 측정하였다. 그리고, 아크 전류 파형과 아크 전압 파형의 곱으로부터 아크 전력 파형을 작성하고, 아크 방전이 계속되어 있는 시간을 아크 계속 시간(msec)으로 하고, 아크 계속 시간에 있어서의 아크 전력 파형의 적분값을 아크 에너지(J)로서 산출하였다. 아크 방전 특성은, 아크 계속 시간의 장단과 아크 에너지의 대소에 의해 평가하였다. 이 아크 방전 특성 평가에서는, 측정수 n=1 내지 15로서, 평균값을 특성값으로 하였다.

[직류 고전압 릴레이에 있어서의 접촉 저항ㆍ발열 측정]

또한, 각 실시예, 비교예의 접점 재료로 이루어지는 접점에 대해서, 접촉 저항을 측정하였다. 접촉 저항은, 각 접점 재료를 상기의 아크 방전 특성 평가 시험과 마찬가지의 릴레이에 내장하고, 동일한 조건의 개폐 동작을 1회 행한 후의 상태의 값을 측정하였다. 접촉 저항의 측정은, 개폐 동작 후에 차단 회로와는 별도로 준비한 저항 측정용 회로(DC5V30A)에 직류 고전압 릴레이를 접속하여 실시하였다. 이 저항 측정용 회로에 의한 접촉 저항의 측정에서는, 회로에 30분의 연속 통전(30A)을 행한 시점의 단자간의 전압 강하를 측정하였다. 그리고, 측정한 전압 강하값(mV)을 통전 전류(30A)로 제산한 값을 접촉 저항(mΩ)으로 하였다.

또한, 이 접촉 저항 측정 시, 접점의 발열에 의한 온도 상승의 측정도 행하였다. 발열은, 접점 재료가 내장된 릴레이와 저항 측정용 회로를 접속하기 위한 단자 부분의 온도 상승을 측정하였다. 이 측정에서는, 상기한 접촉 저항 측정을 위한 연속 통전 개시로부터 30분 경과한 시점에서, 양극측 단자 및 음극측 단자의 2개의 단자의 온도를 측정하고, 실온과의 온도차의 평균값을 온도 상승(℃)이라고 평가하였다. 또한, 이 직류 고전압 릴레이에 있어서의 접촉 저항의 측정ㆍ평가는, 측정수 n=1로 하였다.

본 실시 형태의 직류 고전압 릴레이에 있어서의, 차단 내구성, 아크 방전 특성, 접촉 저항ㆍ발열 측정의 평가 결과에 대하여 표 3 및 표 4에 나타낸다.

표 4에 나타낸 평가 결과로부터, 먼저, 순 Ag는 직류 고전압 릴레이의 접점 재료로서 부적격인 것이 확인되었다. 순 Ag를 접점에 적용한 직류 고전압 릴레이(비교예 23)는 10회 미만의 차단 횟수에서 용착이 발생하였다. 본 실시 형태에서 행한 릴레이의 차단 시험은, 비교적 엄격한 조건이지만, 그래도 10회 미만의 개폐 동작에서 용착이 발생하는 것은 바람직하지 않다.

한편, 금속 M으로서 Zn을 필수적으로 포함하는 접점 재료를 구비하는 직류 고전압 릴레이(실시예 1 내지 49)는 차단 내구성을 구비한다고 말할 수 있다. 그리고, 이들 실시예는, 아크 계속 시간의 단축화와 아크 에너지의 저하가 도모되어 있고 아크 방전 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 일반적인 릴레이용과의 접점 재료로서, Zn을 포함하지 않고, Sn, In 등을 포함하는 금속 M의 함유량이 약 10질량%의 접점 재료(비교예 4)와, Zn을 포함하지 않고, Sn, In 등의 함유량이 비교적 적은 접점 재료(비교예 1 내지 비교예 3, 15 내지 21)에 의한 직류 고전압 릴레이도 평가했지만, 모두 아크 방전 특성은 실시예보다도 떨어지는 것이 확인된다. 이것은, 접점 재료의 구성 요소로서 Zn을 필수로 함으로써, 아크 방전 특성이 개선되는 것을 나타내는 결과라고 말할 수 있다. 단, Zn도 8질량%를 초과하는 함유량에서는, 아크 방전 특성이 종래의 접점 재료와 동일 정도가 된다(비교예 5, 8). 따라서, Zn을 포함하는 금속 M의 함유량은, 8질량% 정도를 상한으로 할 필요가 있다. 또한, 접점 재료의 산화물 입자의 평균 입경에 대하여 보면, 비교예 10 내지 14가 차단 내구성이 부족했기 때문에, 산화물 입자의 평균 입경은 0.4㎛ 이하로 해야 하는 것을 알 수 있다.

또한, 접촉 저항과 발열의 문제에 관해 보면, 실제로 릴레이에 내장했을 때의 측정 결과로부터, 실시예 1 내지 49의 접점 재료의 우위성을 파악할 수 있다. 각 실시예의 접점 재료에서는, 온도 상승값이 비교예보다도 낮게 되어 있다. 접점의 발열량은, 전류의 2승 및 접촉 저항값에 비례한다. 본 실시 형태에 있어서의 측정 시험에서의 통전 전류는 30A로 비교적 낮지만, 실제의 직류 고전압 릴레이에의 적용에 의해 통전 전류가 증대되면, 온도 상승은 더 커진다.

또한, 본 발명에서 적용하는 접점 재료의 금속 M은, Zn을 필수로 하면서, Zn 이외의 금속(Sn)도 포함하는 것을 허용하고 있다. 비교예와의 대비로부터, Zn에 다른 금속을 첨가해도 아크 방전 특성, 접촉 저항이 우수하다(실시예 8 내지 10, 13 내지 48). Ag-산화물계 접점 재료에 있어서, Sn 산화물(SnO₂) 등은, 내용착성을 향상시키는 작용을 갖는다. 따라서, Zn에 더하여 Sn을 첨가한 Ag-산화물계 접점 재료를 사용함으로써, 아크 방전 특성과 내용착성의 양쪽을 조정할 수 있다. 단, Zn 이외의 첨가 금속은, 아크 방전 특성에 대하여 우위인 작용은 없으므로, 그 첨가는 필수라고는 말할 수 없다.

제2 실시 형태: 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 직류 고전압 릴레이이며, 소호용 자석의 자력이 낮게 설정된 것을 제조하고, 각 실시예, 비교예의 접점 재료를 내장했을 때의 아크 방전 특성을 평가하였다.

본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이를 준비하고, 그 가동 단자 및 고정 단자에, 각 접점 재료로 이루어지는 리벳형 접점을 접합하였다. 각 접점의 치수는, 제1 실시 형태와 동일하다. 그리고, 가동 접점 및 고정 접점의 주변에 소호용 자석으로서 자속 밀도가 200mT의 네오디뮴 자석 1개를 배치하고, 제1 실시 형태에 비해 희토류 원소인 네오디뮴의 사용량을 저감하였다. 가우스 미터에서의 측정으로부터 접점 접촉 시의 중심 위치에 있어서의 자속 밀도는 13mT이었다.

본 실시 형태의 직류 고전압 릴레이에 의한 아크 방전 특성의 평가 시험은, 제1 실시 형태와 동일하고, 전압ㆍ전류: DC360Vㆍ400A, 가동 접점의 접촉력/개리력: 75gf/125gf로서, 접점의 개폐 동작을 행하고, 각 회에 있어서의 아크 방전 특성을 평가하였다. 그리고, 제1 실시 형태와 마찬가지로 아크 방전 특성을 측정 지표화하였다. 이 아크 방전 특성 평가에서는, 측정수 n=1 내지 15로서, 평균값을 채용하였다. 이 측정 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다.

본 실시 형태는, 소호용 자석의 자력을 제1 실시 형태에 대하여 절반으로 설정한 직류 고전압 릴레이이다. 희토류 원소의 저감에 기인하는 자력 저하에 의해, 아크 계속 시간이나 아크 에너지는 증대한다. 그와 같은 상황화에서도 Zn을 포함하는 각 실시예의 접점 재료는, 아크 계속 시간 및 아크 에너지의 억제가 도모되어 있다. 이 실시 형태의 결과는, 직류 고전압 릴레이의 소호용 자석을 저자력화하여 희토류 원소의 사용량을 저감하는 것을 지지할 수 있는 내용이라고 말할 수 있다.

제3 실시 형태: 제1, 제2 실시 형태에서는, 각종 접점 재료를 내장한 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이(도 1)를 제조하여, 이상 발생 시의 차단 동작을 모의한 차단 내구 시험을 행하였다. 본 실시 형태에서는 이 직류 고전압 릴레이를 하이브리드카 등의 시스템 메인 릴레이로서 실장하고, 통상의 사용 시에 있어서의 개폐 동작을 모의한 경우의 내구성과 접촉 저항을 평가하였다. 통상의 사용 시란, 통상의 회로 전원 ON/OFF 동작에 의한 부하를 받는 사용 조건이다.

본 발명이 상정하는 직류 고전압 릴레이의 통상 사용 조건에 대하여 구체적으로 설명한다. 하이브리드카 등의 직류 회로에 있어서는, 전원을 ON으로 했을 때의 높은 돌입 전류에 의해 시스템 메인 릴레이의 접점이 손상되는 것을 방지하기 위해, 돌입 전류에 적합한 프리차지 릴레이를 설치한다. 그리고, 프리차지 릴레이가 높은 돌입 전류를 흡수한 후에 시스템 메인 릴레이의 전원이 들어가도록 되어 있다.

본 실시 형태에서는, 도 3과 같은 시험용 회로에, 각 실시예의 접점 재료를 내장한 제1 실시 형태와 동일 구조의 직류 고전압 릴레이를 내장하고, 상기와 같이 하여 완화된 돌입 전류에 의한 접점의 개폐 동작을 모의하여 내구성을 평가하는 콘덴서 부하 내구 시험을 행하였다. 본 실시 형태의 콘덴서 부하 내구 시험의 시험 조건은, 전압: DC20V로 하고, 부하 전류: 80A(돌입 시)ㆍ1A(차단 시)로 하고, 개폐 사이클: 1초(ON)/9초(OFF)로 하였다. 그리고, 가동 접점의 접촉력/개리력: 75gf/125gf로 하였다. 이 콘덴서 부하 내구 시험에서는, 작동 횟수 1만회로 하여 이를 내구 수명의 합격 기준으로 하고, 작동 횟수 1만회 이내에서 접점에 용착이 발생하지 않는 릴레이를 합격(○)이라고 평가하고, 1만회 이내에 접점에 용착 등의 동작 불량이 발생한 릴레이를 불합격(×)이라고 하였다.

또한, 본 실시 형태에서도 제1 실시 형태와 마찬가지로, 접촉 저항과 온도 상승(발열량)을 측정하였다. 접촉 저항은, 콘덴서 부하 내구 시험 후, 콘덴서 부하 내구 시험의 회로와는 다른 저항 측정용 회로(DC5V30A)에 릴레이의 접속을 전환하여 실시하였다. 측정 방법은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 접촉 저항 측정 시, 접점의 발열에 의한 온도 상승의 측정도 행하였다.

본 실시 형태의 콘덴서 부하 내구 시험에 있어서의 측정ㆍ평가는, 측정수 n=1 내지 3으로 하여, 평균값을 채용하였다. 본 실시 형태에 있어서의 내구성 평가 결과 및 접촉 저항ㆍ온도 상승의 측정 결과에 대하여 표 7에 나타낸다.

표 7로부터, 각 실시예의 직류 고전압 릴레이는, 통상 사용 시의 부하에 있어서의 내구 시험(1만회 작동)에 합격하는 것이었다. 또한, 접촉 저항, 발열량 모두에 다른 실시 형태의 실시예와 동등하게 낮은 값이었다. 본 실시 형태의 평가 결과로부터, Zn을 필수 금속으로서 포함하면서 산화물량을 저감시킨 접점 재료를 적용하는 각 실시예의 직류 고전압 릴레이는, 하이브리드카 등의 실제의 사용 조건을 고려해도 유용하게 기능할 수 있는 것이 확인되었다.

이상의 제1 내지 제3 실시 형태의 결과로부터, 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 가동 접점과 고정 접점의 접점 재료의 구성을 적합하게 함으로써, 직류 고전압 릴레이로서 적합하게 가동하는 것이 확인되었다. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 회로의 이상 동작에 의한 차단에 대해서도 유효하게 가동할 수 있고, 통상 사용에서도 안정적으로 가동할 수 있다.

제4 실시 형태: 본 실시 형태에서는, 소호용 자석의 자력이, 제1 실시 형태(26mT)와 제2 실시 형태(13mT) 사이의 자력으로 설정된 직류 고전압 릴레이를 제조하고, 실시예와 비교예의 접점 재료를 내장했을 때의 아크 방전 특성을 평가하였다. 제1 실시 형태와 마찬가지 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이를 준비하고, 가동 접점 및 고정 접점의 주변 소호용 자석으로서, 자속 밀도 200mT의 네오디뮴 자석 1개와 자속 밀도 54mT의 페라이트 자석 1개를 배치하였다. 제1 실시 형태와 자석의 수는 동일하게 하여 희토류 원소인 네오디뮴을 함유하지 않는 페라이트 자석을 사용함으로써 희토류 원소의 사용량을 저감시킨 것이다. 가우스 미터에서의 측정으로부터 접점 접촉 시의 중심 위치에 있어서의 자속 밀도는 18mT이었다.

그리고, 제1, 제2 실시 형태 마찬가지로, 전압ㆍ전류: DC360Vㆍ400A, 가동 접점의 접촉력/개리력: 75gf/125gf로 하여, 접점의 개폐 동작을 행하고, 각 회에 있어서의 아크 방전 특성을 평가하였다. 측정수 n=1 내지 15로 하여, 평균값을 채용하였다. 이 측정 결과를 표 8에 나타낸다. 또한, 이 실시 형태에 대해서는, 실시예 1, 2, 5, 7, 12, 25, 35, 38, 42, 44 내지 46, 48 및 비교예 2, 3, 5, 9, 15 내지 18, 20, 21, 23의 접점 재료를 사용하였다.

표 8로부터, 본 실시 형태에 있어서도, Zn을 포함하는 각 실시예의 접점 재료를 구비하는 직류 고전압 릴레이에서는, 아크 계속 시간 및 아크 에너지의 억제가 도모되어 있다. 이 점은, 제2 실시 형태와 마찬가지이다. 본 실시 형태로부터, 직류 고전압 릴레이에 탑재되는 소호용 자석으로서, 희토류 자석(네오디뮴 자석) 이외의 자석의 적용 가능성을 확인할 수 있다. 이와 같은 실시 형태에 있어서도 희토류 원소의 사용량을 저감하는 것을 지지할 수 있는 내용이라고 말할 수 있다

제5 실시 형태: 본 실시 형태에서는, 제1 내지 제4 실시 형태의 직류 고전압 릴레이에 대하여 ,접촉력을 크게 하면서 개리력을 작게 한 직류 고전압 릴레이를 제조하였다. 본 실시 형태에서는, 접촉력/개리력: 100gf/90gf로 한 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이의 아크 방전 특성을 평가하였다. 그 밖의 평가 조건은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 이 실시 형태에 대해서는, 실시예 1, 2, 5, 7, 12, 25, 35, 38, 42, 44 내지 46, 48 및 비교예 2, 3, 5, 9, 15 내지 18, 20, 21의 접점 재료를 사용하였다.

또한, 본 실시 형태에서는, 참고예로서 접촉력 및 개리력의 양쪽이 100gf 미만이 되는 직류 고전압 릴레이에 대해서도 평가를 행하였다. 실시예 1, 2의 접점 재료를 사용하고, 접압 스프링과 복귀 스프링의 강도가 제1 내지 제4 실시 형태보다 작은 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이를 제조했다(참고예 1, 2). 그리고, 마찬가지로 하여 접점의 개폐 동작을 행하고, 각 회에 있어서의 아크 방전 특성을 평가하였다. 이 결과를 표 9에 나타낸다.

표 9로부터, 제1 실시 형태 등에 대하여 접촉력을 크게 하면서 개리력을 작게 한 직류 고전압 릴레이라도, 각 실시예의 접점 재료를 구비하는 직류 고전압 릴레이는 차단 내구가 양호함과 함께, 아크 계속 시간 및 아크 에너지의 억제가 도모되어 있다. 그리고, 참고예 1, 2의 결과를 참조하면, 직류 고전압 릴레이의 접촉력 및 개리력이 100gf 미만이 되면, 실시예 1, 2의 접점 재료를 적용하고 있어도 차단 내구 성능이 떨어지는 것이 된다. 이것은, 금속 M의 함유량에도 요인은 있지만, 접촉력 또는 개리력이 너무 낮은(100gf 미만) 것에 의한다고 생각된다.

제6 실시 형태: 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 동일 구조이지만, 전압ㆍ전류를 DC200Vㆍ200A로 한 직류 고전압 릴레이를 제조하였다. 또한, 접촉력 및 개리력이 제1 내지 제5 실시 형태보다도 크게 설정된 직류 고전압 릴레이를 제조하고, 실시예와 비교예의 접점 재료를 내장했을 때의 아크 방전 특성을 평가하였다. 접촉력 및 개리력의 조정은, 제1 실시 형태와 마찬가지의 더블 브레이크 구조의 직류 고전압 릴레이를 준비하고, 접압 스프링과 복귀 스프링의 강도가 보다 큰 것을 사용하였다. 본 실시 형태에서는, 접촉력/개리력: 250gf/600gf의 직류 고전압 릴레이와, 접촉력/개리력: 500gf/1250gf의 직류 고전압 릴레이의 2종을 제조하고, 각각에 대하여 접점의 개폐 동작을 행하고 각 회에 있어서의 아크 방전 특성을 평가하였다. 그 밖의 평가 조건은, 제1 실시 형태와 마찬가지이다. 또한, 이 실시 형태에 대해서는, 실시예 1, 2, 5, 7, 12, 25, 35, 38, 42, 44 내지 46, 48 및 비교예 2, 3, 5, 9, 15 내지 18, 20, 21의 접점 재료를 사용하였다. 이들 평가 결과를 표 10 및 표 11에 나타낸다.

표 10 및 표 11을 참조하면, 접촉력 및 개리력을 증강함으로써, 아크 특성이 양호한 직류 고전압 릴레이가 되고, 아크 계속 시간 및 아크 에너지는 저하되는 경향이 있다. 이것은, 각 실시예의 접점 재료 경우에 한정되지 않고, Zn을 포함하지 않는 접점 재료(비교예 2, 3, 15 내지 18, 20, 21)나, 금속 M의 농도가 높은 접점 재료(비교예 5, 9)에서도 보여지는 경향이다. 그러나, 금속 M의 함유량(산화물량)이 동일 정도가 되는 실시예와 비교예를 대비하면(예를 들어, 실시예 5와 비교예 18), Zn을 포함하는 접점 재료를 적용하는 직류 고전압 릴레이는, 아크 계속 시간에서 10% 이상, 아크 에너지에서 5% 이상의 억제 효과가 있는 것을 알 수 있다.

또한, 금속 M의 함유량이 높은 접점 재료를 적용하는 직류 고전압 릴레이에 관해서도, 그 아크 계속 시간 및 아크 에너지는 각 실시예보다도 크게 되어 있다. 애당초, 금속 M의 함유량이 높은 접점 재료를 적용하는 직류 고전압 릴레이에 대해서는, 접촉력 및 개리력의 증강에 의한 아크 특성의 개선이 보여진다고 해도, 접점 재료의 접촉 저항에 의한 발열의 문제가 해소되는 것은 아니다.

본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이에 적용되는 Ag-산화물계 접점 재료는, 우수한 아크 방전 특성을 발휘하고, 이에 덧붙여 접촉 저항이 낮고 발열이 적은 접점 재료이다. 본 발명에 관한 직류 고전압 릴레이는, 접점 쌍에 있어서의 아크 방전 및 발열의 문제를 해결하고, 확실한 ON/OFF 제어를 행할 수 있다. 본 발명은 하이브리드카 등의 고전압 배터리의 전원 회로에 있어서의 시스템 메인 릴레이나, 태양광 발전 설비 등의 전력 공급 시스템에 있어서의 파워 컨디셔너 등에 적합하게 적용된다.

Claims

가동 접점과 고정 접점으로 이루어지는 접점 쌍을 적어도 한 쌍 구비하고, 상기 접점 쌍의 접촉력 및/또는 개리력이 100gf 이상인, 정격 전압 48V 이상의 직류 고전압 릴레이에 있어서,
상기 가동 접점 및/또는 상기 고정 접점은, Ag-산화물계의 접점 재료로 이루어지고,
상기 접점 재료의 금속 성분은, Zn을 필수적으로 포함하는 적어도 1종의 금속 M과, 잔부 Ag 및 불가피적 불순물 금속으로 이루어지고,
상기 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 상기 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8질량% 이하이고,
상기 접점 재료는, Ag 또는 Ag 합금으로 이루어지는 매트릭스 중에, 상기 금속 M의 산화물이 1종 이상 분산되는 재료 조직을 갖고,
상기 산화물의 평균 입경이, 0.01㎛ 이상 0.4㎛ 이하인, 직류 고전압 릴레이.
제1항에 있어서,
접점 재료는, 금속 M으로서, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu의 적어도 어느 1종을 더 포함하고,
상기 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8.0질량% 이하인, 직류 고전압 릴레이.
제1항 또는 제2항에 있어서,
가동 접점을 이동시키기 위한 구동력을 발생 및 전달하는 구동 섹션과, 직류 고전압 회로의 개폐를 행하는 접점 섹션을 포함하고,
상기 구동 섹션은, 구동력을 발생하는 전자석 또는 코일과, 상기 구동력을 접점 섹션에 전달하는 전달 수단과, 접점 쌍을 접촉 또는 개리하기 위해 전달 수단을 가압하는 가압 수단을 구비하고,
상기 접점 섹션은, 상기 구동 섹션의 상기 전달 수단에 의해 이동하는 가동 접점과 고정 접점으로 이루어지는 접점 쌍을 적어도 하나와, 상기 가동 접점을 접합하는 적어도 하나의 가동 단자 및 상기 고정 접점을 접합하는 적어도 하나의 고정 단자를 구비하는, 직류 고전압 릴레이.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
접점 재료의 임의 단면에 있어서의 산화물의 면적률이 0.1% 이상 20% 이하인, 직류 고전압 릴레이.
정격 전압 48V 이상이며, 접점 쌍의 접촉력 및/또는 개리력이 100gf 이상인 직류 고전압 릴레이의 가동 접점 및/또는 고정 접점의 적어도 표면을 구성하기 위한 Ag-산화물계의 접점 재료이며,
상기 접점 재료의 금속 성분은, Zn을 필수적으로 포함하는 적어도 1종의 금속 M과, 잔부 Ag 및 불가피적 불순물 금속으로 이루어지고,
상기 접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 상기 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8질량% 이하이고,
상기 접점 재료는, Ag 또는 Ag 합금으로 이루어지는 매트릭스 중에, 상기 금속 M의 산화물이 1종 이상 분산되는 재료 조직을 갖고,
상기 산화물의 평균 입경이, 0.01㎛ 이상 0.4㎛ 이하인, 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료.
제5항에 있어서,
금속 M으로서, Sn, In, Ni, Te, Bi, Cu의 적어도 어느 1종을 더 포함하고,
접점 재료의 전체 금속 성분의 합계 질량에 대한, 금속 M의 함유량이 0.2질량% 이상 8질량% 이하인, 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료.
제5항 또는 제6항에 있어서,
임의 단면에 있어서의 산화물의 면적률이 0.1% 이상 20% 이하인, 직류 고전압 릴레이용의 접점 재료.