TWI753570B - 直流高電壓繼電器及直流高電壓繼電器用的接點材料 - Google Patents

直流高電壓繼電器及直流高電壓繼電器用的接點材料 Download PDF

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Abstract

本發明係有關於至少具備一對包含可動接點及固定接點的接點對，前述接點對的接觸力及/或開離力為100gf以上的額定電壓48V以上的直流高電壓繼電器。本發明的直流高電壓繼電器，可動接點及/或固定接點包含Ag-氧化物系的接點材料。該接點材料的金屬成份包含：必須含有Zn的至少1種金屬M、與殘留部Ag及不可避的雜質金屬；金屬M的含有量相對於接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量％以上8質量％以下。接著，該接點材料在包含Ag或Ag合金的基質中，表現出平均粒徑為0.01μm以上0.4μm以下的金屬M的氧化物以1種以上分散的材料組織。

Description

直流高電壓繼電器及直流高電壓繼電器用的接點材料
本發明係有關於進行直流高電壓電路的ON/OFF控制的直流高電壓繼電器(接觸器)。詳細係有關於迅速將在接點分離時產生的電弧放電消弧的電弧放電特性優良，且具備連續通電時的低接觸電阻/低發熱特性的直流高電壓繼電器。又，本發明係有關於適用於該直流高電壓繼電器的接點材料。
搭載油電混合車(HV)、插電式油電混合車(PHV)、電動車(EV)等高電壓電池的汽車的電源電路或充電電路、太陽光發電設備等電力供應系統中的蓄電裝置的功率調節器等的高電壓電路的控制中，使用直流高電壓繼電器。例如，在上述油電混合車等中，使用稱為系統主繼電器(SMR)或主接觸器的直流高電壓繼電器。直流高電壓繼電器相對於一般汽車用途等從前使用的直流低電壓繼電 器，基本的構造或功能類似。但是，直流高電壓繼電器為對應上述油電混合車等比較新穎的用途的機器，也有與該用途有關的相異點也包含其起因的特有課題。
在這裡，說明有關從前的直流低電壓電路時，在直流低電壓電路中，明確規定額定電壓與額定電流。關於額定電壓，例如在汽車中，搭載的電池的標稱電壓DC12V為一般的車載用泛用繼電器的額定電壓。又，因為在一部分的磁道及匯流排中搭載DC24V的電池，也有將額定電壓設為DC24V的繼電器。因此，明確規定額定電壓與額定電流的直流低電壓繼電器，比較容易預測通電電流及負載的上限。因此，在直流低電壓繼電器中，能發揮對應預測的電力量及負載的耐久性的接點材料的改良成為課題。又，在從前的直流低電壓繼電器中，有要求車載用途等所需的小型/輕量化的傾向。直流低電壓繼電器的小型/輕量化，雖能藉由構成部件的小型/輕量化來達成，但因此對接點材料施予的負擔增大。因此，對於該要求，以接點材料的耐久性(耐消耗性、耐熔接性)的改善進行對應。
作為從前的直流低電壓繼電器的接點材料，廣泛適用Ag-氧化物系的接點材料。Ag-氧化物系接點材料為在Ag基質或Ag合金基質中，使Sn、In等金屬氧化物(SnO2、In2O3等)的粒子分散的材料。Ag-氧化物系接點材料，藉由金屬氧化物粒子的分散強化作用使接點材料的性能提升確保耐消耗性、耐熔接性等的要求特性。例如，本申請人，作為適用於車載用的直流低電壓繼電器的接點材 料，揭示了專利文獻1記載的Ag-氧化物系接點材料。
改良從前的直流低電壓繼電器時，藉由使構成接點對的Ag-氧化物系的接點材料的氧化物量增加來對應。因為一般在利用氧化物的分散強化作用的接點材料中，藉由提高形成氧化物的金屬成份的濃度使氧化物量增加，耐熔接性及耐消耗性提升了。具體來說，多使用將Sn、In等Ag以外的金屬成份設為10質量%以上的Ag-氧化物系的接點材料。因為若將接點材料的Ag以外的金屬成份設為未滿10質量%，則因氧化物量少，會產生因熔接、轉移、消耗等不良狀態而不滿足要求特性的情形。接著，在直流低電壓繼電器中，藉由改良上述那種Ag-氧化物系的接點材料，達成在規定的額定電壓範圍內的耐久性提升或小型化/輕量化所需的耐久性確保。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開2012-3885號公報
相對於此，現在於直流高電壓繼電器未對額定電壓及額定電流設置明確的規定。直流高電壓繼電器的情形，會因今後電池的性能提升而大大地左右要求規格。也就是說，在直流高電壓繼電器中，難以預測接點受到的 負載的上限，今後也增大的可能性高。此點與從前的直流低電壓繼電器不同。
接著，直流高電壓繼電器今後要謀求更高電壓化/大電流化是確實的。這明顯是因為近年的電池性能的提升及驅動馬達的高輸出化的傾向。
在謀求相關的高電壓化/大電流化的直流高電壓繼電器中，被指出複數與從前直流低電壓繼電器不同的課題。具體來說，有指出通電電流增加造成的發熱、接點熔接的問題及對電弧放電的對應。
關於發熱的問題，接點的發熱量，因為與電流的平方及接觸電阻值成正比，想定在直流高電壓繼電器今後的大電流化中會產生相當的熱。繼電器的異常發熱，最糟的情形，會成為發生著火或燒損等致命的問題的事態。又，熔接為因通電時的焦耳熱等接點對的接觸面溶融並固著的現象。該接點熔接，成為使接點對開離時的障害，會有引起恢復不良及電路全體故障之虞。
接著，在直流高電壓繼電器中，與發熱及熔接的課題同等以上重要的是向電弧放電的對應。電弧放電大致分成接點的開離時與閉合時產生者。實用上，問題主要是開離時電弧放電。開離時若產生電弧放電，電弧電壓若未達到電源電壓則電弧放電不會達到遮斷。產生電弧放電所需的最小電弧電壓，在一般Ag-氧化物系的接點材料為10V左右，在直流高電壓繼電器中，若電源電壓越高則電弧放電越容易持續。該電弧放電持續時，與繼電器的異 常發熱一樣會成為發生著火或燒損等致命的問題的事態。此外，本發明中電弧放電特性為與接點的開離時及閉合時可能產生的電弧的強弱關聯的特性。電弧放電特性佳的接點為持續時間短或使低能量的電弧產生的接點。這種電弧放電特性優良的接點，在直流高電壓繼電器中，藉由後述用來消弧的構造/構件，能在短時間消弧。
作為以上的直流高電壓繼電器的對各種課題的對應，講求根據直流高電壓繼電器的構造/機構的對策。例如，採用強化接點對的接壓彈簧提高可動接點與固定接點的接觸力確保接觸面積，降低兩接點間的接觸電阻抑制發熱的對應。接觸力的增大，也有助於對直流高電壓電路短路時的繼電器的著火/破裂的防止。
又，作為對電弧放電的對應，多數為採用將產生的電弧放電消弧所需的構造的直流高電壓繼電器。具體來說，檢討了確保充分的接點間間隙、或電弧消弧用磁體的設置及其磁力的強化等的對策。又，將繼電器作為密封構造封入氫氣體或氮氣或者其等的混合氣體等，藉由電弧冷卻效應來達到快速的電弧消弧。
但是，上述構造/機構面的對策，因應要求規格的容量增大會成為使繼電器本體的尺寸變大的要因。因此，僅以該等對策會成為無法對應市場的恒常的需求即小型/輕量化的狀況。特別是在電弧消弧用磁體選擇稀土類元素磁體的情形中，使用了稀少的稀土，該大尺寸化及磁力的強化從資源枯竭的觀點來看是應該被抑制的。因 此，在直流高電壓繼電器中，雖構造/機構面的對策也是重要的，但除此之外優選進行對於接點自體的對策。
至此為止的直流高電壓繼電器的接點，與從前的直流低電壓繼電器一樣，多適用Ag-氧化物系的接點材料。但是，為了對應直流高電壓繼電器的高電壓化/大電流化，即便是Ag-氧化物系的接點材料，也預想在與從前相同的組成區域中會有極限。此點，在直流低電壓繼電器的接點，如同上述，提高接點材料中的Ag以外的金屬成份濃度使氧化物量增加，謀求耐久壽命提升。直流高電壓繼電器中也一樣，接點材料的氧化物量的增加，也能夠成為對耐久性提升造成的熔接問題的對策。
不過，從接觸電阻/發熱的觀點來看，接點材料的氧化物量的增大並不好。相對於高導電率金屬Ag，金屬氧化物為使接點材料全體的導電率的降低電阻體。如同既述，接點的發熱量和電流的平方與接觸電阻成正比。高電壓化/大電流化後的直流高電壓繼電器的接點材料的氧化物量的增加，從發熱抑制的觀點來看是應迴避的對應。
再來，接點材料的氧化物量的增大，相對於電弧放電的問題，並不是提供任何解決對策者。如同以上，從關於至此為止的直流高電壓繼電器向的各種接點材料的檢討例來看，可以說其等不過是在一般開關接點用的材料檢討的延長線上而已。接著，現狀是向直流高電壓繼電器的現實的適用的報告例很少。
本發明為以以上那種背景為基礎完成者，關於系統主繼電器等的直流高電壓繼電器，提供對應接點對的電弧放電與發熱的課題，同時能確實進行ON/OFF控制的直流高電壓繼電器。又，在該課題中，於直流高電壓繼電器用的接點，穩定且表現低接觸電阻值的接點材料的適用成為必要。本發明中，也謀求考慮直流高電壓繼電器的特色的適合的接點材料的提供。
上述課題，因為起因於直流高電壓繼電器的接點部分，其解決多少也與構成接點的Ag-氧化物系的接點材料的適正化有關。但是，該Ag-氧化物系的接點材料的適正化，應是與氧化物量的增大等從前的方向性不同者。
在此，本發明者等在檢討接點材料的構造前，著目於直流高電壓繼電器具有的特色。該直流高電壓繼電器的特色為固定接點與可動接點的接觸力及開離力的強度。
一般在繼電器(也包含具有同等機能/構造的接觸器)中，藉由電磁體或線圈與適宜的彈壓單元間的協同，控制固定接點與可動接點的接觸/分離進行電路的通電/遮斷(ON/OFF)。適宜的彈壓單元在柱塞型繼電器中有接壓彈簧/恢復彈簧等，在絞鏈型繼電器中有可動彈簧/恢復彈簧等。這種固定接點與可動接點的控制機構，與額定 電壓無關在繼電器全體共通。
但是，系統主繼電器等的直流高電壓繼電器，多將固定接點與可動接點的接觸力及開離力設定成高。具體來說，一般的直流低電壓繼電器中接觸力及開離力多設定成10gf~50gf左右，直流高電壓繼電器中多將接觸力或開離力的至少一者設定成100gf以上。直流高電壓繼電器的接觸力高是為了使接點的接觸電阻降低抑制發熱。接觸力影響接點間的接觸面積，設定成越提高接觸力則接觸電阻越小，能夠抑制焦耳熱的產生且帶來接觸面的溶融/熔接的降低效果。另一方面，開離力表示用來使接點回到分離位置的恢復力。直流高電壓繼電器中，為了使接點的開關動作平穩地進行，有隨著接觸力的增大也使開離力增大的傾向。
在開關接點中產生接點的熔接造成的遮斷不良，是因為藉由熔接將固定接點與可動接點固著，變得無法以設定的開離力分離。明確規定額定或規格的從前的直流低電壓繼電器中，接觸力及開離力的設定有上限，該等的設定值不太大。因此，在從前的直流低電壓繼電器中，使小型/輕量化等為優先，為了設定低接觸力及開離力，熔接的問題容易顯著化。此時的熔接，繼電器的特性的解決是困難的。在此，期待以接點材料的特性進行對應，接點材料要求嚴格的耐熔接性。
相對於此，設定高接觸力及開離力的直流高電壓繼電器中，即便是在固定接點與可動接點能熔接的狀 態下，也有以被提高的開離力將其分離的可能性。本發明者等，在本發明的對象即直流高電壓繼電器中，對於接點材料的耐熔接性，考察到能將從前的直流低電壓繼電器更柔軟地設定。容許這種某程度的熔接的發想，不只是直流高電壓繼電器，在開關接點的領域也是特異者。系統主繼電器等的直流高電壓繼電器，為因近年的高電壓電源的發展開始普及的機器，預測到未知的設定事項也多。對於這種接點的耐熔接性的容許度也是其一種。
如同上述，關於耐熔接性考察到能夠對應柔軟後，作為直流高電壓繼電器的接點材料應優先的特性為穩定的低接觸電阻特性與電弧放電特性這兩個。
首先，考察Ag-氧化物系接點材料的接觸電阻的降低方法，對於該課題解決，氧化物量的降低是有效的。金屬氧化物因為是使接點材料全體的導電率降低的電阻體，該降低可以是對低接觸電阻化的有力對策。氧化物量的降低，也與接點材料的耐熔接性的降低有關係，在能夠設定高接觸力或開離力的直流高電壓繼電器中，能容許相當程度的耐熔接性的降低。因此，能夠期待該對策的有效性。
另一方面，關於Ag-氧化物系接點材料的電弧放電特性，僅以氧化物量的對應是困難的。在此，本發明者等就在接點材料中分散的金屬氧化物的種類與電弧放電特性的關聯進行了檢討。其結果，發現在將Zn氣化物(ZnO)作為金屬氧化物的Ag-酸化物系接點材料(以下，有 稱為Ag-ZnO系接點材料的情形)中，具備適合的電弧放電特性。根據本發明者等，Ag-ZnO系接點材料，相對於到此為止從耐熔接性的觀點來看作為繼電器用接點材料適合的具有Sn氧化物的Ag-SnO2系接點材料，發揮合適的電弧放電特性。
接著，作為Ag-ZnO系接點材料為適合的接點材料的要因，Ag-ZnO系接點材料，有藉由與氧化物量(ZnO量)的降低一同表現出良好的電弧放電特性的傾向。氧化物量的降低因為有助於接觸電阻的降低，Ag-ZnO系接點材料的適用在電弧放電特性改善與接觸電阻降低兩者是有用的。
從以上的檢討結果來看，本發明者等，作為直流高電壓繼電器的接點對適用Ag-ZnO系接點材料，並從電弧放電特性與接觸電阻與耐久性的觀點來看為了找出適合的氧化物含有量進行檢討，而想到本發明。
解決上述課題的本發明為一種直流高電壓繼電器，係至少具備一對包含可動接點及固定接點的接點對，前述接點對的接觸力及/或開離力為100gf以上的額定電壓48V以上的直流高電壓繼電器，其中，前述可動接點及/或前述固定接點包含Ag-氧化物系的接點材料；前述接點材料的金屬成份包含：必須含有Zn的至少1種金屬M、與殘留部Ag及不可避的雜質金屬；前述金屬M的含有量相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8質量%以下；前述接點材料在包含Ag或Ag合金的基 質中，具有前述金屬M的氧化物以1種以上分散的材料組織。
以下，詳細說明關於本發明的直流高電壓繼電器、及直流高電壓繼電器用的接點材料。此外，在本發明適用的接點材料中，將氧化物的含有量基於Ag以外的金屬元素即金屬M的含有量規定。接著，金屬M的含有量，作將構成接點材料的全部的金屬成份的合計質量作為基準規定。又，因為在本發明適用的接點材料為Ag-氧化物系接點材料，該構成元素為Ag、金屬M、不可避雜質金屬、氧及非金屬的不可避雜質元素。但是，金屬成份及不可避雜質金屬的解釋中，稱為Te及Si等的半金屬的元素也作為金屬採取。
A.本發明的直流高電壓繼電器
本發明中的直流高電壓繼電器將額定電壓48V以上、及接觸力或開離力為100gf以上作為必須的條件。關於其他構造及特性，與從前的系統主繼電器等的直流高電壓繼電器一樣。以下的說明中，與進行上述2個必須條件的說明同時，說明關於能任意具備的直流高電壓繼電器的構造。
A-1.額定電壓
額定電壓未滿48V的繼電器，例如，採用從12V到24V的低電壓的從前的直流低電壓繼電器，無法滿足系統主繼 電器等的直流高電壓繼電器要求的特性。接著，在這種從前的直流低電壓繼電器適用本發明的意義不大。因此，本發明的直流高電壓繼電器將額定電壓48V以上作為對象。此外，本發明的直流高電壓繼電器的額定電壓的上限為3000V以下較佳。又，本發明的直流高電壓繼電器的額定電流想定成10A以上3000A以下。
A-2.本發明的直流高電壓繼電器的接觸力及開離力
接著，本發明適用於接觸力或開離力為100gf以上的直流高電壓繼電器。如同上述，本發明的直流高電壓繼電器及搭載於其的接點材料，基於適用的直流高電壓繼電器的接觸力或開離力的關係，將耐熔接性柔軟地設定。成為對象的直流高電壓繼電器，為在可動接點與固定接點之間，接觸力或開離力設定成100gf以上者。在此的設定值100gf，想定成用來向直流高電壓繼電器的要求特性對應的下限值。另一方面，接觸力或開離力的上限值想定成5000gf。接觸力或開離力，隨著構成部件及繼電器本體的大尺寸化而被強化。但是，從繼電器的小型化及輕量化的觀點來看，期望具有盡量低的接觸力/開離力的繼電器設計。根據本發明，藉由適合固定接點及可動接點的接點材料最佳化，能夠抑制發熱/熔接，同時設定適合的接觸力/開離力的直流高電壓繼電器。此外，接觸力及開離力，雙方為100gf以上也可以。又，接觸力與開離力不需要是相同值。
接觸力或開離力能夠根據後述繼電器的構成構件、電磁體或線圈及適宜的彈壓單元的容量及尺寸等調整。此外，適宜的彈壓單元在柱塞型繼電器中有接壓彈簧/恢復彈簧等，在絞鏈型繼電器中有可動彈簧/恢復彈簧等。
此外，接觸力或開離力能夠基於接壓彈簧及恢復彈簧的彈簧常數設定及測定。接觸力或開離力的測定，從接點的接觸時及開離時的各者的彈簧變位量與前述彈簧常數，算出對全部的接點對施予的力。此時，對全部的接點對施予的力，遵守虎克定律(F=kx(k：彈簧常數、x：變位量))。接著，能夠算出的力除以接點對之數求出接觸力或開離力。例如，雙斷構造的直流高電壓繼電器中，因為具備2個接點對，將前述算出的力設為1/2，求出各接點對的接觸力及開離力。
A-3.本發明的直流高電壓繼電器的構造
本發明的直流高電壓繼電器，能夠藉由上述額定電壓與接觸力及開離力附加特徵。接著，額定電壓與接觸力及開離力以外的功能及構造/機構，能夠設為與從前的直流高電壓繼電器一樣。以下，說明關於本發明的直流高電壓繼電器的構造等。
A-3-1.直流高電壓繼電器的全體構造與構成構件
直流高電壓繼電器大致上以產生及傳達用來使可動接 點移動的驅動力的驅動區段、及進行直流高電壓電路的開關的接點區段來構成。驅動區段具備產生驅動力的電磁體或線圈、及使驅動力傳達至接點區段的傳達單元(後述的柱塞或電樞)、及為了使接點對接觸或開離而將傳達機構彈壓的彈壓單元(接壓彈簧、恢復彈簧、可動彈簧、復舊彈簧等的彈簧)。接點區段具備至少一個包含藉由驅動區段的傳達單元移動的可動接點及固定接點的接點對、與接合可動接點的可動端子及接合固定接點的固定端子。直流高電壓繼電器，基於接點對的物理構造的差異，概略區分成柱塞型及絞鏈型。
圖1為表示柱塞型的直流高電壓繼電器的構造之一例的圖。柱塞型繼電器，將接點區段1藉由柱塞形電磁體驅動，進行接點對的開關的繼電器。柱塞型繼電器的接點區段1，由可動接點2、固定接點3、可動端子4、固定端子5的各構件構成。又，柱塞型繼電器的驅動區段6，由電磁體7、可動鐵芯8、固定鐵芯9、傳達單元即柱塞10、彈壓單元即接壓彈簧11及恢復彈簧12構成。接壓彈簧11、恢復彈簧12等的彈簧類，根據繼電器構造，選擇按壓彈簧、拉伸彈簧的任一者。又，傳達單元即柱塞10，也會稱為可動鐵心、軸等。此外，除了上述構成構件以外，具備電磁反彈抑制軛部、消弧用磁體13(永久磁體)、端子保護殼、電極14、緩衝彈簧(緩衝橡膠)等的附帶構件也可以。再來，直流高電壓繼電器包含用來控制連接至電路的配線15及電磁體的配線。
圖2為表示絞鏈型的直流高電壓繼電器的構 造之一例的圖。絞鏈型繼電器為電磁體的電樞以支點為中心進行旋轉運動，直接或間接驅動可動接點進行接點對的開關的繼電器。絞鏈型繼電器的接點區段16，由可動接點17、固定接點18、可動彈簧19(可動端子)、固定端子20(固定彈簧)的各構件構成。絞鏈型繼電器的驅動區段21，由線圈22、鐵芯23、軛鐵24、傳達單元即電樞25、彈壓單元即恢復彈簧構成。恢復彈簧等的彈簧類，根據繼電器構造，選擇按壓彈簧、拉伸彈簧的任一者。又，如同圖2的絞鏈型繼電器，也有作為傳達單元具備接點驅動卡26，藉此使接點驅動者。此外，除了上述構成構件以外，具備消弧用磁體(永久磁體)、端子保護殼、電極等的附帶構件也可以。再來，直流高電壓繼電器包含用來控制連接至電路的配線及電磁體的端子、配線。
直流高電壓繼電器中，在接點區段的接點對的附近因應必要設置消弧用磁體。消弧用磁體，將於可動接點與固定接點開離時在接點間產生的電弧放電以羅倫茲力拉伸快速地消弧。消弧用磁體因為與接點對的開關動作無關，不是必須的部件。但是，消弧用磁體，因為在直流高電壓繼電器中，能發揮顯著的電弧消弧效果，在多數製品中使用。消弧用磁體的磁力線密度越大，到電弧消弧結束為止的時間越縮短。消弧用磁體的種類與製造成本、動作設計平衡相輔相成，選擇鐵氧體磁體或稀土類磁體的任一者。
以上說明的各種構成構件，收容於用以製作 機器全體的殼27、本體等。殼27、本體保護繼電器構造受到外力，防止雜物、灰塵等的侵入，並具有因應外氣、氣體的侵入防止的必要性的氣密構造。關於直流高電壓繼電器的氣密構造，已知關於殼27的端子部分及嵌合部等的間隙作為未處理的大氣開放型、或將間隙以樹脂等密封材密封的樹脂密封型。又，密封間隙的密封構造的殼27，已知也有將氫氣及氮氣等冷卻氣體封入的冷卻氣體封入型。本發明的直流高電壓繼電器，都能夠採用所有該等氣密構造。
A-3-2.接點對之數
本發明的直流高電壓繼電器與一般的繼電器一樣，至少具備一對包含可動接點及固定接點的接點對。接點對之數也可以是一個。但是，系統主繼電器等的直流高電壓繼電器中，多採用具有兩個接點對的雙斷構造者。圖1例示的直流高電壓繼電器，為示出雙斷構造的直流高電壓繼電器的構造的一例者。藉由採用雙斷構造以二對的接點對將電壓分壓，達成快速的電弧消弧。因此，接點對越多，電弧消弧的效果越大。但是，接點對若過多，控制會變得困難。又，將接點對多數設定時，需要更多空間。因此，若考慮到對應小型化等的要求，則雙斷構造的直流高電壓繼電器較佳。
A-3-3.接點的構造
本發明的直流高電壓繼電器，關於其可動接點及固定 接點的至少一者，適用後述接點材料。可動接點及固定接點的至少一者，接合至可動端子及固定端子。作為具體的態樣，除了將可動接點及固定接點兩者以後述接點材料構成，接合至各自的端子以外，也能夠將可動接點或固定接點中任一者以後述接點材料構成，將另一者以其他接點材料構成，接合至各自的端子。再來，將可動接點(或固定接點)作為後述接點材料，另一方面，在另一者的固定接點(或可動接點)，不接合接點材料而維持原狀使用固定端子(或可動端子)也可以。在將該一者的接點僅以端子構成的態樣中，該接點作為可動接點或固定接點作用，構成接點對。
關於可動接點及固定接點的形狀及尺寸沒有特別限制。想定的可動接點或固定接點的形狀，有鉚釘接點、晶片接點、按鍵接點、碟盤接點等。又，可動接點及固定接點，也可以是由後述接點材料形成，與其他材料包覆也可以。例如，在由Cu或Cu合金及Fe系合金等形成的基材將後述接點材料包覆作為可動接點及固定接點也可以。包覆材的形狀也沒有限制，能夠適用膠帶狀接點(包層膠帶)、縱橫接點、鉚釘接點、晶片接點、按鍵接點、碟盤接點等的各種形狀。
此外，作為可動端子及固定端子的構成材料，使用Cu或Cu合金及Fe系合金。又，因應必要，施予Sn鍍敷、Ni鍍敷、Ag鍍敷、Cu鍍敷、Cr鍍敷，Zn鍍敷、Pt鍍敷、Au鍍敷、Pd鍍敷、Rh鍍敷、Ru鍍敷、Ir鍍敷等的 表面處理。
作為將可動接點及固定接點向各者的端子接合的方法，能夠以嵌縫、焊接、溶接等加工手段進行。又，將可動端子及/或固定端子的表面的一部分或全部，藉由濺鍍等表面處理，將後述組成的接點材料被覆作為可動接點/固定接點也可以。
B.可動接點與固定接點的構成材料(本發明的接點材料)
本發明的直流高電壓繼電器，考慮具有高接觸力及開離力，作為可動接點與固定接點的適合的構成材料，將適用預定的接點材料作為特徵。
亦即，本發明的接點材料，係額定電壓48V以上，且用來至少構成接點對的接觸力及/或開離力為100gf以上的的直流高電壓繼電器的可動接點及/或固定接點的表面的Ag-氧化物系的接點材料，其中，前述接點材料的金屬成份包含：必須含有Zn的至少1種金屬M、與殘留部Ag及不可避的雜質金屬；前述金屬M的含有量相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8質量%以下；前述接點材料在包含Ag或Ag合金的基質中，具有前述金屬M的氧化物以1種以上分散的材料組織。以下，說明有關本發明適用的接點材料的組成與材料組織、及製造方法。
B-1.本發明適用的接點材料的組成
適用本發明的直流高電壓繼電器的接點材料，為金屬成份為Ag、金屬M、不可避的雜質金屬即Ag-氧化物系的接點材料。金屬成份即金屬M，作為在基質中分散的氧化物的構成元素存在。該金屬氧化物，為了確保接點材料的機械強度及耐熔接性而分散。如同上述，關於本發明的對象即直流高電壓繼電器，將接點材料的耐熔接性柔軟地解釋。亦即，若是將直流高電壓繼電器的接觸力及/或開離力設定成高者，容許接點材料自體的耐熔接性的降低。但是，並不代表其等完全不需要耐熔接性。在本發明中因為耐熔接性需要一定程度，使氧化物形成/分散。因此，在本發明適用的接點材料中，金屬M為必要的金屬元素。
本發明中將金屬M的含有量，相對於接點材料的全金屬成份的合計質量設為0.2質量%以上8質量%以下。如同上述，本發明適用的Ag-ZnO系接點材料，能夠降低氧化物量(金屬M的含有量)，並提升電弧放電特性，達到低接觸電阻化。在該觀點中，金屬M的含有量低較佳。但是，金屬M若未滿0.2質量%，會有耐熔接性不足及機械強度降低的懸念。因為機械強度的降低，隨著接點開關次數產生接點轉移，有產生接點的消耗/變形及接觸不良、鎖定之虞。考慮到該點，將金屬M含有量的下限值設為0.2質量%。
另一方面，包含超過8質量%的金屬M的接點材料，接觸電阻高，難以解決在直流高電壓繼電器的發熱問題。又，電弧放電特性也不能說是良好。此外，在本 發明中，將Ag、金屬M、不可避雜質金屬的含有量以相對於全金屬成份的合計質量的質量濃度規定。全金屬成份的合計質量，為將接點材料全體的質量除以氧及其他氣體成份等的金屬成份以外的成份的質量得到的質量。
又，在直流高電壓繼電器設定充分高的接觸力或開離力時，能夠容許相應的耐熔接性的降低。在該情形中，能夠在上述範圍內將金屬M的含有量設定為低。具體來說，為了得到適合的接觸電阻，將金屬M設為0.2質量%以上3質量%以下較佳。另一方面，從小型/輕量化的觀點來看，在直流高電壓繼電器的接觸力或開離力的設計有限制時，有更深層地考慮耐熔接性與接觸電阻的平衡之必要。在這種情形中，將金屬M的含有量設為3質量%以上6質量%以下較佳。
此外，上述說明的本發明的直流高電壓繼電器的接點材料的添加金屬(金屬M)的含有量，相較於從前一般的車載繼電器等的接點材料的添加金屬的含有量有意圖地降低。在一般的車載繼電器等實用的接點材料(Ag-氧化物系接點材料)中，Ag以外的金屬成份(本發明的金屬M)的含有量超過10質量%者是一般的。
本發明適用的Ag-氧化物系接點材料作為金屬M必須含有Zn。Zn作為鋅單獨的氧化物(ZnO)分散。如同上述，Ag-ZnO系接點材料，於電弧放電特性佳，為解決本發明的課題的根本手段。本發明中，Zn為必須的金屬成份。本發明中，作為金屬M僅包含Zn也可以。作為金屬 M僅包含Zn時，本發明的接點材料，包含0.2質量%以上8質量%以下的Zn。如同上述，接觸力或開離力的設計有餘地或有限制的情形中，有將Zn設為0.2質量%以上3質量%以下的情形、及設為3質量%以上6質量%以下的情形。
接著，本發明適用的Ag-氧化物系接點材料，Zn為必須，且作為金屬M能夠包含其他金屬。具體來說，能夠包括Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的至少1種。該等金屬，因為作為氧化物分散，有發揮Ag-ZnO系接點材料的硬度等的機械強度的調整作用及耐熔接性的調整作用等的傾向。又，為不損害Zn的電弧持續時間的縮短效果的金屬。接點材料作為金屬M添加至Zn，包含Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的至少1種時，金屬M的含有量(Zn與Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的合計含有量)相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8.0質量%以下較佳。因為超過8質量%則會有產生接觸電阻的問題等之虞。此外，作為Zn以外的其他金屬M，即便是Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu以外的元素，若不阻害關於接點材料的上述特性或能有助於特性提升者則能夠添加。
又，接點材料添加至Zn，包含Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的至少1種時，能夠計算Zn的含有量相對於接點材料的全金屬成份的合計質量(設為SZn)、與Zn以外的前述金屬的合計含有量相對於接點材料的全金屬成份的合計質量(設為So)之比(SZn/So)。SZn/So其數值越大則接點的電弧放電特性有越良好的傾向。具有電弧放電特性提升的效 果的是Zn。因為Sn等雖有助於接點材料的耐熔接性的提升，但對於放電電弧特性的提升沒有貢獻。
本發明的接點材料的金屬成份包含將以上說明的Zn作為必須的金屬M與殘留部Ag及不可避雜質金屬。作為不可避雜質金屬，有Ca、Pb、Pd、Al、Mo、Mg、La、Mg、Li、Ge、W、Na、Zr、Nb、Y、Ta、Mn、Ti、Co、Cr、Cd、K、Si等。該等不可避雜質金屬的含有量，相對於接點材料的全金屬成份的合計質量，在不阻害特性的範圍內，分別為0質量%以上，例如1質量%以下較佳。不可避雜質的含有量更佳為0.8質量%以下、再佳為0.5%以下、特佳為0.2質量%以下。
此外，如同上述，本發明適用的接點材料為Ag-氧化物系接點材料，除了上述金屬成份以外，包含氧及非金屬的不可避雜質元素。本發明的接點材料中的氧含有量，以接點材料全體的質量基準，為0.025質量%以上2質量%以下。又，作為非金屬的不可避雜質元素，有C、S、P等。該等不可避雜質元素的含有量，相對於接點材料全體的質量，分別為0質量%以上0.1質量%以下較佳。再來，有上述不可避雜質金屬與非金屬的不可避雜質元素形成金屬間化合物的情形。例如，想定WC、TiC等。關於這種金屬間化合物，相對於接點材料全體的質量，分別為0質量%以上0.1質量%以下較佳。
B-2.本發明適用的接點材料的材料組織
本發明的直流高電壓繼電器適用的接點材料，為Ag-氧化物系接點材料。該材料組織，基本上與從前的Ag-氧化物系接點材料一樣。亦即在包含Ag及/或Ag合金的基質中，至少具有1種前述金屬M的氧化物分散的材料組織。該基質包含Ag(純Ag)或Ag合金、或者Ag與Ag合金。Ag合金為Ag與添加金屬M或不可避雜質金屬的合金，不限於一組成的單一相的Ag合金，也有以金屬M等的固溶量不同的複數Ag合金構成的情形。這表示該接點材料由Ag與金屬M的合金的內部氧化製造的情形中，根據該氧化的程度，Ag合金的組成與構造可能會產生變化。根據以上，基質有包含金屬M的情形。基質中的金屬M的濃度(平均濃度)為4質量%以下較佳，但作為上限未滿8質量%，例如7質量%以下也能作為接點材料的基質作用。另一方面，在基質中分散的氧化物粒子的構成為基於金屬M的範圍分散ZnO、SnO2等氧化物的至少1種。
如同上述，本發明中將分散的氧化物作為Zn氧化物等，並將其含有量(金屬M的含有量)相對於從前的Ag-氧化物系接點材料刻意地降低，得到良好的電弧放電特性與穩定的低接觸電阻。但是，在本發明中也一樣，沒有刻意無視耐熔接性及機械強度。在這裡，在本發明中，抑制了氧化物量，且將氧化物粒子微細化，使氧化物數增加縮短粒子間距離提高分散效果。藉此，確保了相對於直流高電壓繼電器要求的最低限的材料強度等。
接著，本發明適用的接點材料，將在基質中 分散的氧化物的平均粒徑設為0.01μm以上0.4μm以下。如同至此為止的敘述，本發明降低氧化物含有量。因此，若氧化物的平均粒徑超過0.4μm而變得粗大，粒子間距離會擴大，抑制了分散效果。該氧化物的平均粒徑更佳為0.3μm以下。又，氧化物的平均粒徑較小較佳，但因為未滿0.01μm是困難的，該下限值設為0.01μm。此外，在本發明中，氧化物粒子的粒徑為圓相當徑(面積圓相當徑)，為具有相當於粒子的面積的真圓的直徑。
本發明適用的接點材料中，使分散的氧化物粒子的粒徑一致較佳。作為該基準，觀察任意剖面就全氧化物粒子測定粒徑分佈時的累積個數成為90%時的粒徑(D90)為0.8μm以下較佳。
又，本發明適用的接點材料，因為降低氧化物的含有量，觀察材料組織時，氧化物的面積為較低者。具體來說，觀察任意剖面時，該剖面中的氧化物的面積率成為0.1%以上20%以下。該面積率，藉由用顯微鏡(較佳為電子顯微鏡)以1000~10000倍觀察以任意的方向切斷接點材料的剖面來測定。將此時的觀察視野面積作為接點材料的全體面積，算出視野中的氧化物粒子的合計面積所占的比例即可。上述平均粒徑也能夠在該觀察中算出。又，能夠適宜使用影像處理軟體。
此外，本發明適用的接點材料的材料強度，維氏硬度為40Hv以上300Hv以下較佳。未滿40Hv即強度會過低，因接點對的開關有會產生過度的消耗或變形之虞。 又，超過300Hv的硬材料，有接觸電阻變高之虞。接點材料的維氏硬度為50Hv以上200Hv以下更佳。
B-3.本發明適用的接點材料的製造方法
接著，說明關於本發明的直流高電壓繼電器適用的Ag-氧化物系接點材料的製造方法。本發明的接點材料的製造方法/條件沒有特別限定，但較佳為能夠藉由內部氧化法或粉末冶金法、或者內部氧化法與粉末冶金法的組合製造。
B-3-1.內部氧化法
內部氧化法，製造Ag與金屬M的合金(Ag-M合金)，藉由進行內部氧化處理能夠作為接點材料。藉此製造的合金，具體來說，除了Ag-Zn合金以外，作為金屬M包含Sn等時，從Ag-Zn-Sn合金、Ag-Zn-In合金、Ag-Zn-Ni合金、Ag-Zn-Te合金、Ag-Zn-Bi合金、Ag-Zn-Cu合金等製造。此外，金屬M(Zn、Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu)的合計濃度為0.2~8質量%，殘留部為Ag。該等合金能以公知的溶解鑄造法製造。製造調整成所期望的組成的合金熔液，藉由鑄造得到合金。
接著，將Ag與金屬M的合金進行內部氧化，使金屬M成為氧化物，作為接點材料。作為Ag-M合金的內部氧化的條件，將氧分壓設為大氣壓以上0.9MPa以下，將溫度設為300℃以上900℃以下較佳。在溫度未滿300℃的 條件下，難以使內部氧化進行，有無法在合金內部使氧化物粒子充分分散的懸念。另一方面，氧分壓若比0.9MPa還大則氧化物的微細分散會過度，有加工性劣化的懸念。又，溫度若比900℃高，則根據合金組成，合金的一部分或全部會有在內部氧化前溶融之虞。接著，為了氧化物粒子的粒徑及分散狀態的適正化，考慮添加金屬M的種類及其含有量，同時能夠將氧分壓及加熱溫度在上述範圍內適宜調整。此外，內部氧化處理的處理時間設為24小時以上較佳。
內部氧化法的接點材料製造，能夠將合金錠適宜地進行成形加工，將其進行內部氧化處理適宜地進行成形加工作為接點材料。又，將合金錠粉碎、切斷等作為固片(小片、碎片)，將該固片以上述條件進行內部氧化處理並收集、進行壓縮成形，作為加工用的胚料也可以。製造的胚料，能夠進行壓出加工及拉線加工等的適宜加工，藉此能夠作為預定的形狀/尺寸的接點材料。
B-3-2.粉末冶金法
粉末冶金法中，將Ag粉末與金屬M的氧化物的粉末(ZnO粉末、SnO2粉末等)混合並壓縮後，藉由燒結製造接點材料。Ag粉末及氧化物粉末，平均粒徑為0.5μm以上100μm以下較佳。接著，將粉末燒結時的燒結溫度為700℃以上850℃以下較佳。
粉末冶金法的接點材料的製造中，在上述燒 結工程中，抑制了過度燒結所致的氧化物的粗大化較佳。為此，除了調整燒結溫度以外，進行複數次在比較短時間(6小時以下)的燒結，在燒結後進行壓縮加工較佳。壓縮加工為冷壓縮加工較佳。此時，能夠組合冷壓縮加工與熱壓縮加工。又，各次的壓縮加工的負重能夠在每次加工調整。例如，設為進行複數次燒結與冷壓縮，能夠將冷壓縮加工的負重設為前次的燒結後的冷壓縮加工的負重的2~3倍左右。藉由這樣的燒結工程，能夠得到適合粒徑的氧化物分散的接點材料。
本發明使用的接點材料，基本上以上述內部氧化法或粉末冶金法製造，但也能夠組合內部氧化法與粉末冶金法。此時，製造包含Ag與金屬M的合金的粉末(Ag-M合金粉末)，將該合金粉末進行內部氧化處理後進行壓縮及燒結製造接點材料。在該製造方法中，Ag-M合金粉末為包含與上述相同組成的Ag合金(Ag-Zn合金、Ag-Zn-Sn合金、Ag-Zn-In合金、Ag-Zn-Ni合金、Ag-Zn-Te合金、Ag-Zn-Bi合金、Ag-Zn-Cu合金等)的粉末。該合金粉末為平均粒徑為100μm以上3.0mm以下的粉末較佳。Ag合金粉末的內部氧化的條件與上述同樣的條件較佳。接著，將Ag合金粉末燒結時的燒結溫度為700℃以上900℃以下較佳。
如同以上說明，本發明的直流高電壓繼電器，能夠對應接點對中的電弧放電及發熱的課題，且進行 確實的ON/OFF控制。其效果，是考慮到在直流高電壓繼電器設定的高接觸力及開離力，並在構成可動接點及/或固定接點的接點材料適用將Zn作為必須添加金屬(金屬M)的Ag-Zn系接點材料而起因者。
本發明的直流高電壓繼電器適用的接點材料Ag-Zn系接點材料，是刻意地降低分散的氧化物的含有量。藉此實現良好的電弧放電特性，同時發揮穩定的低接觸電阻特性並解消了直流高電壓繼電器的發熱問題。本發明中，藉由活用直流高電壓繼電器的接觸力及開離力，同時設定最低限的氧化物量，形成沒有因熔接所致的遮斷不良的接點對。
根據本發明，藉由搭載表現出優良電弧放電特性的接點材料，使用比從前品磁力更弱的磁體，也能夠期待確保與從前設計同等的消弧性能。具體來說，從前設計中需要釹磁體等稀土類元素磁體的情形中，暗示了置換成比其等磁力更弱的鐵氧體磁體的可能性。作為鐵氧體磁體的特徵，磁力比稀土類元素磁體還差，但在原材料中不包含稀土，將低價及容易得到的氧化鐵作為主成份，與稀土類元素磁體相比較，耐熱性也佳。因此，基於本發明，藉由從稀土類元素磁體向鐵氧體磁體的置換，在直流高電壓繼電器的成本降低及稀土取得風險迴避的點來看，有非常有益的效果。又，本發明中，因為能夠以比從前還弱的磁力確保同等的消弧性能，即便不變更磁體的種類，也可降低其尺寸。不需額外的磁體空間的部分，可降低繼電器 的尺寸。
具有上述那種效果的本發明，預測到開始會對以汽車產業界為始的產業界有相當大的衝擊。例如，搭載高電壓電池的HV、PHV、EV的世界市場，預測到今後會加速擴大。具體來說，HV、PHV、EV的年間販賣台數的合計在2017年約為324萬台，但有調查報告指出2035年會大大地增加而超過2700萬台。關於搭載在這種急速擴大的汽車製品的直流高電壓繼電器，帶來其成本降低及尺寸降低的效果的本發明，為有助於該等產業發達者。
本發明從稀土類元素的使用量抑制及資源保全的觀點來看也是有用的。稀土在近年的高科技產業中的工業製品，例如稀土磁體、硬碟用玻璃基板、液晶面板顯示器用的研磨材、汽車用觸媒等的廣泛的製品的製造中為必要不可欠。其中，釹被用於釹磁體(釹磁體中釹也使用約28%)、FCC觸媒、玻璃添加劑、鎳-氫電池、陶瓷電容器等多種用途。稀土的需求在今後也有持續擴大的傾向，稀土的枯竭成為世界性的問題。
世界中的稀土埋藏量的36%的稀土被埋藏在特定國。接著，世界的礦石總生產量(13萬噸：2017年)的約80%(10.5萬噸)在該國生產。在該國中，稀土的國內需求擴大，2004年以後該國的國內需求變得占有世界消耗量的全體的多數。也有調查報告指出該國若以現今的步伐繼續開發礦產，再15~20年就會有資源枯竭的危險。
另一方面，日本國內的稀土需求為約1.8萬 噸，其中釹鐠(釹與鐠的混合物)及釹的需求在汽車用磁體的延伸也為0.44萬噸(2017年)。國內產業中的稀土的入手，大部分依賴進口，其約60%為從該國進口。該國在近年提高對於稀土的限制，供應量減少，也引起國際價格的暴漲。
再來，在稀土的採掘精製過程中的強酸(硫酸銨)造成的汙染、及伴隨稀土的放射性物質的流出等、水質汙染及土壤汙染等，產生了稀土的生產地的深刻的環境問題。
因此，作為圍繞稀土的問題，除了資源枯竭的問題外，有對於國內產業中的稀有金屬原料取得的量/成本的風險的提高、稀有金屬生產地的環境問題。因此，稀有金屬的使用量刪減為緊急且重要的課題。
以以上那種背景為基礎，我國的汽車公司及材料製造商等民間企業中，進行以稀有金屬的刪減為目的的各種開發。例如，有能將釹使用量最大刪減50%的EV驅動用馬達向的磁體、及使用鏑等無重稀土類的釹磁體的EV驅動用馬達。關於其等，雖以10年以內的實用化為目標，但也有已在市場中被釋出者。多數國內產業將稀有金屬的使用量的刪減作為緊急且重要的課題捕捉進行開發的，本發明也與該等措施一樣，為期待有助於稀有金屬的使用量刪減的重要發明。
1:接點區段
2:可動接點
3:固定接點
4:可動端子
5:固定端子
6:驅動區段
7:電磁體
8:可動鐵芯
9:固定鐵芯
10:柱塞
11:接壓彈簧
12:恢復彈簧
13:消弧用磁體
14:電極
15:配線
16:接點區段
17:可動接點
18:固定接點
19:可動彈簧(可動端子)
20:固定端子(固定彈簧)
21:驅動區段
22:線圈
23:鐵芯
24:軛鐵
25:電樞
26:接點驅動卡
27:殼
[圖1]表示柱塞型的直流高電壓繼電器(雙斷構造)的構造之一例的圖。
[圖2]表示絞鏈型的直流高電壓繼電器的構造之一例的圖。
[圖3]表示第3實施形態的電容負載耐久試驗中使用的電路的圖。
以下，說明有關本發明的實施形態。本實施形態中，除了作為金屬M僅添加Zn的Ag-ZnO系接點材料之外，製造與Zn一同添加Sn的Ag-ZnO系接點材料，進行組織觀察及硬度測定。接著，將製造的Ag-氧化物系接點材料在直流高電壓繼電器組入接點，進行該特性評價。此外，作為比較例，也製造/評價不包含Zn，而添加Sn等的Ag-氧化物系接點材料。
第1實施形態：本實施形態中，將各種Ag-氧化物系接點材料，以內部氧化法及粉末冶金法製造並進行材料特性的檢討後，製造直流高電壓繼電器(接觸力/開離力：75gf/125gf)，進行動作確認(遮斷耐久性)，並進行電弧放電特性與接觸電阻的測定。
在內部氧化法所致的接點材料的製造中，首先，以高頻溶解爐進行溶解鑄造來鑄造各組成的Ag合金的錠。溶解鑄造後，將錠設為3mm以下的固片，將其進行內 部氧化處理。內部氧化處理，在氧分壓0.2~0.9MPa、加熱溫度500℃~900℃的範圍內調整氧分壓及加熱溫度。接著，收集內部氧化處理後的固片，進行壓縮成形形成直徑50mm的胚料。將該胚料進行熱壓出加工，接著進行拉線加工作為直徑2.3mm的線材，藉由冷壓造機製造鉚釘型的接點材料。
粉末冶金法所致的接點材料的製造中，將Ag粉末與氧化物粉末(平均粒徑都是0.5~100μm)混合，進行壓縮成形形成直徑50mm的胚料。
接著，將該胚料進行燒結後，進行2次冷壓縮加工及2次燒結，之後進行熱壓縮加工得到燒結體。進行複數次的燒結工程中，將加熱溫度設定成800℃~850℃，在該範圍內進行加熱燒結。又，關於燒結後的冷壓縮加工，第2次加工的負重設定成第1次的加工的負重的2倍。之後，將該燒結體進行熱壓出加工，接著進行拉線加工作為直徑2.3mm的線材，藉由冷壓造機，製造鉚釘型的接點材料。
本實施形態中，製造可動接點用及固定接點用的2種鉚釘型接點材料。可動接點的頭部的尺寸設為直徑3.15mm×高度0.75mm、固定接點的頭部的尺寸設為直徑3.3mm×高度1.0mm。
[接點材料的硬度測定]
上述接點材料的製造工程中，從進行拉線加工並退火 (溫度700℃)的線材將引線樣本切出並進行硬度測定。硬度測定，將樣本埋入樹脂，進行露面研磨使橫剖面(短邊方向剖面)露出，以維氏硬度計(股份公司島津製作所製HMV-G21ST)進行測定。測定條件，作為負重200gf，在5處所進行測定將平均值作為硬度值。
將本實施形態製造的實施例(實施例1~49)及比較例(比較例1~23)的接點材料的組成與硬度值示於表1及表2。此外，本實施形態中，也製造無氧化物粒子的由純Ag組成的接點材料進行評價(比較例23)。該Ag接點，將溶解/鑄造的胚料進行熱壓出加工等製造。關於Ag接點的硬度測定，將Ag線材進行退火(溫度700℃)後，進行加工率4.2%的拉線加工後將樣本切出進行測定。
[接點材料的組織觀察]
接著，進行各接點材料的組織觀察。與硬度測定時一樣將埋入樹脂的樣本的橫剖面以電子顯微鏡(SEM)進行觀察(倍率5000倍)。接著，就攝像到SEM影像，進行利用粒子解析軟體的影像處理。影像處理中，作為接點材料中的氧化物的分散狀態，測定/分析氧化物的合計面積(相對於視野面積的面積率)、平均粒徑、粒徑分佈。在該解析中，使用牛津儀器股份公司製的粒子解析系統AZtecFeature。又，粒徑求出圓相當徑(面積圓相當徑)。基於各個氧化物粒子的面積f，藉由圓相當徑的算出式((4f/π)1/2)算出氧化物粒子的粒徑，計算其平均與標準差σ。
將本實施形態製造的實施例(實施例1~49)及比較例(比較例1~23)的接點材料的組成與硬度值，還有氧化物粒子的分散狀態的測定結果示於表1及表2。從該等表確認到各實施例的接點材料中，在Ag基質中分散了微細的氧化物粒子。
Figure 109131238-A0305-02-0038-1
Figure 109131238-A0305-02-0039-2
[直流高電壓繼電器的遮斷耐久評價]
製造將各實施例、比較例的接點材料組入的直流高電壓繼電器，進行該等遮斷耐久性能的確認。其中，準備與圖1同型的雙斷構造的繼電器，在該可動端子及固定端子，接合包含各接點材料的鉚釘型接點(在合計4處的接點形成2組接點對)。接點的尺寸(鉚釘的頭部尺寸)，可動接點為直徑3.15mm×厚度0.75mm(從上面觀察頭部時的接點表面的面積7.79mm2)、固定接點為直徑3.3mm×厚度1.0mm(從上面觀察頭部時的接點表面的面積8.55mm2)。又，在可動接點及固定接點的周邊配置消弧用磁體(使用2個含有稀土類元素釹的磁力線密度200mT的釹磁體)。以高斯計的測定得知接點接觸時的中心位置的磁力線密度為 26mT。
本實施形態中，作為直流高電壓繼電器的動作條件，設為電壓‧電流：DC360V‧400A、可動接點的接觸力/開離力：75gf/125gf。此外，接觸力的設定根據接壓彈簧的強度、開離力的設定根據恢復彈簧的強度調整。因為這次的評價試驗中使用的直流高電壓繼電器為雙斷構造，對各接點對施予的力將藉由接壓彈簧及恢復彈簧賦予的力的1/2分別作為接觸力及開離力。
本實施形態的直流高電壓繼電器的遮斷耐久評價，藉由進行10次接點的開關動作，確認各次的開關動作後的接點的熔接的有無來進行。接著，將在10次的開關動作後施接點沒有產生熔接的繼電器作為合格(○)評價、將10次以內施接點產生熔接的繼電器作為不合格(×)。
[直流高電壓繼電器中的電弧放電特性的評價]
接著，製造將各實施例、比較例的接點材料組入的直流高電壓繼電器，進行接點的電弧放電特性的評價試驗。準備與上述相同的雙斷構造的繼電器，在該可動端子及固定端子，接合包含各接點材料的鉚釘型接點。接點的尺寸及消弧用磁體的磁力線密度與上述相同。
本實施形態中的直流高電壓繼電器的電弧放電特性的評價試驗，以電壓‧電流：DC360V‧400A、可動接點的接觸力/開離力：75gf/125gf的條件進行接點的開關動作，測定在開離時產生的電弧放電的特性。在電弧放 電特性的測定中，藉由示波器(Teledyne LeCroy製WAVESURFER454VL)，測定接點開離時的電弧電流波形及電弧電壓波形。接著，從電弧電流波形與電弧電壓波形的積作成電弧電力波形，將電弧放電持續的時間作為電弧持續時間(msec)、電弧持續時間中的電弧電力波形的積分值作為電弧能量(J)算出。電弧放電特性根據電弧持續時間的長短與電弧能量的大小評價。該電弧放電特性評價中，作為測定數n=1~15，將平均值作為特性值。
[直流高電壓繼電器中的觸電阻/發熱測定]
再來，就包含各實施例、比較例的接點材料的接點，測定接觸電阻。接觸電阻，將各接點材料組入與上述電弧放電特性評價試驗一樣的繼電器，測定進行1次同條件的開關動作後的狀態的值。接觸電阻的測定，在開關動作後在與遮斷電路不同而另外準備的電阻測定用電路(DC5V30A)連接直流高電壓繼電器而實施。該電阻測定用電路所致的接觸電阻的測定中，測定對電路進行30分的連續通電(30A)的時點的端子間的電壓下降。接著，將測定到的電壓降下值(mV)除以通電電流(30A)的值作為接觸電阻(mΩ)。
又，在該接觸電阻測定時，也進行接點的發熱所致的溫度上升的測定。發熱，測定用來將組入接點材料的繼電器與電阻測定用電路連接的端子部分的溫度上升。在該測定中，在從上述接觸電阻測定所需的連續通電 開始經過30分的時點，測定陽極側端子及陰極側端子的2個端子的溫度，將與室溫的溫度差的平均值作為溫度上升(℃)評價。此外，該直流高電壓繼電器中的接觸電阻的測定/評價，設為測定數n=1。
關於本實施形態的直流高電壓繼電器中的遮斷耐久性、電弧放電特性、接觸電阻/發熱測定的評價結果示於表3及表4。
Figure 109131238-A0305-02-0043-3
Figure 109131238-A0305-02-0044-4
從表4所示的評價結果，首先，確認到純Ag不適合作為直流高電壓繼電器的接點材料。將純Ag作為接點的直流高電壓繼電器(比較例23)，在未滿10次的遮斷次數產生熔接。本實施形態進行的繼電器的遮斷試驗，雖是比較嚴格的條件，但在未滿10次的開關動作產生熔接而不佳。
另一方面，具備作為金屬M必須包含Zn的接點材料的直流高電壓繼電器(實施例1~49)可說是具有遮斷耐久性。接著，該等實施例謀求電弧持續時間的縮短化及電弧能量的降低得知電弧放電特性佳。
接著，本實施形態中，作為一般繼電器用的接點材料，雖也評價不包含Zn而包含Sn、In等的金屬M的含有量為約10質量%的接點材料(比較例4)、及未包含Zn 而Sn、In等的含有量比較少的接點材料(比較例1~比較例3、15~21)所形成的直流高電壓繼電器，但確認到電弧放電特性都比實施例還差。這是可說是因為作為接點材料的構成要素Zn為必須，表現出改善了電弧放電特性的結果。但是，Zn也超過8質量%的含有量中，電弧放電特性與從前的接點材料成為相同程度(比較例5、8)。因此，包含Zn的金屬M的含有量需要將8質量%程度作為上限。又，就接點材料的氧化物粒子的平均粒徑來看，得知因為比較例10~14缺乏遮斷耐久性，氧化物粒子的平均粒徑應設為0.4μm以下。
再來，就接觸電阻與發熱的問題來看，從實際組入繼電器時的測定結果，能夠掌握實施例1~49的接點材料的優位性。各實施例的接點材料，溫度上升值比比較例還低。接點的發熱量與電流的平方及接觸電阻值成正比。以本實施形態中的測定試驗的通電電流為30A而較低，但根據向實際的直流高電壓繼電器的適用而通電電流若增大，溫度上升變得更大。
此外，本發明適用的接點材料的金屬M，將Zn作為必須，同時也容許包含Zn以外的金屬(Sn)。從與比較例的對比來看，在Zn添加其他金屬，對電弧放電特性、接觸電阻也佳(實施例8~10、13~48)。在Ag-氧化物系接點材料中，Sn氧化物(SnO2)等有使耐熔接性提升的作用。因此，使用除了Zn以外還添加Sn的Ag-氧化物系接點材料，能夠調整電弧放電特性與耐熔接性兩者。但是，因為 Zn以外的添加金屬，對電弧放電特性沒有優位的作用，其添加並非必要。
第2實施形態：本實施形態中，與第1實施形態同樣的直流高電壓繼電器，製造消弧用磁體的磁力設定為低者，評價組入各實施例、比較例的接點材料時的電弧放電特性。
本實施形態中，準備與第1實施形態同樣雙斷構造的直流高電壓繼電器，在該可動端子及固定端子，接合包含各接點材料的鉚釘型接點。各接點的尺寸與第1實施形態相同。接著，在可動接點及固定接點的周邊作為消弧用磁體配置磁力線密度為200mT的1個釹磁體，與第1實施形態相比，減少了稀土類元素釹的使用量。以高斯計的測定得知接點接觸時的中心位置的磁力線密度為13mT。
本實施形態的直流高電壓繼電器的電弧放電特性的評價試驗，與第1實施形態相同，設為電壓‧電流：DC360V‧400A、可動接點的接觸力/開離力：75gf/125gf，進行接點的開關動作，評價各次的電弧放電特性。接著，與第1實施形態一樣將電弧放電特性設為測定指標化。該電弧放電特性評價中，作為測定數n=1~15，採用平均值。評價結果顯示於表5及表6。
Figure 109131238-A0305-02-0047-5
Figure 109131238-A0305-02-0048-6
本實施形態，為將消弧用磁體的磁力相對於第1實施形態設為一半的直流高電壓繼電器。因稀土類元素的降低引起的磁力降低，電弧持續時間及電弧能量會增大。在這種狀況化也一樣，包含Zn的各實施例的接點材料，謀求電弧持續時間及電弧能量的抑制。該實施形態的結果，可說是能夠支持將直流高電壓繼電器的消弧用磁體進行低磁力化降低稀土類元素的使用量的內容。
第3實施形態：第1、第2實施形態中，製造組入各種接點材料的雙斷構造的直流高電壓繼電器(圖1)，進行模擬異常產生時的遮斷動作的遮斷耐久試驗。本實施形態中將該直流高電壓繼電器作為油電混合車等的系統主繼電器實裝，評價模擬通常使用時的開關動作的情形中的耐久性及接觸電阻。通常使用時為接收通常的電路的電源的ON/OFF動作所致的負載的使用條件。
具體說明關於本發明想定的直流高電壓繼電器的通常的使用條件。在油電混合車等的直流電路中，為了防止因將電源設為ON時的高突入電流損傷系統主繼電器的接點會損傷，設置適合突入電流的預充電繼電器。接著，預充電繼電器吸收高突入電流後打開系統主繼電器的電源。
本實施形態中，在圖3所示的試驗用電路，組入與組入各實施例的接點材料的第1實施形態同構造的直流高電壓繼電器，模擬如同上述那樣被緩和的突入電流所致的接點的開關動作進行評價耐久性的電容負載耐久試驗。本實施形態的電容負載耐久試驗的試驗條件，設為電壓：DC20V、負載電流：80A(突入時)‧1A(遮斷時)、開關循環：1秒(ON)/9秒(OFF)。接著，可動接點的接觸力/開離力：75gf/125gf。該電容負載耐久試驗中，作動次數設為1萬次將其作為耐久壽命的合格基準，將在作動次數1萬次以內在接點不產生熔接的繼電器作為合格(○)評價，將1萬次以內於接點產生熔接等動作不良的繼電器作為不合格(×)。
又，本實施形態也與第1實施形態一樣，測定接觸電阻與溫度上升(發熱量)。接觸電阻，在電容負載耐久試驗後，將繼電器的連接切換成與電容負載耐久試驗的電路不同的電阻測定用電路(DC5V30A)實施。測定方法與第1實施形態一樣。又，在接觸電阻測定時，也進行接點的發熱所致的溫度上升的測定。
本實施形態的電容負載耐久試驗中的測定/評價，作為測定數n=1~3，採用平均值。關於本實施形態的耐久性評價結果、及接觸電阻/溫度上升的測定結果示於表7。
Figure 109131238-A0305-02-0051-7
根據表7，各實施例的直流高電壓繼電器，通常使用時的負載中的耐久試驗(1萬次作動)為合格者。又，和接觸電阻、發熱量一樣與其他的實施形態的實施例 為同等低的值。根據本實施形態的評價結果，確認到適用將Zn作為必須金屬含有同時使氧化物量降低的接點材料的各實施例的直流高電壓繼電器，即便考慮油電混合車等的實際使用條件也能夠有用地作用。
根據以上的第1~第3實施形態的結果，確認到本發明的直流高電壓繼電器，因為適合可動接點與固定接點的接點材料的構造，作為直流高電壓繼電器合適地運作。本發明的直流高電壓繼電器，對於電路的異常動作所致的遮斷也能夠有效運作，通常使用也能夠穩定地運作。
第4實施形態：本實施形態中，製造消弧用磁體的磁力被設定成第1實施形態(26mT)與第2實施形態(13mT)之間的磁力的直流高電壓繼電器，評價組入實施例與比較例的接點材料時的電弧放電特性。與第1實施形態一樣準備雙斷構造的直流高電壓繼電器，作為可動接點及固定接點的周邊的消弧用磁體，配置1個磁力線密度200mT的釹磁體與1個磁力線密度54mT的鐵氧體磁體。與第1實施形態的磁體之數相同使用未包含稀土類元素釹的鐵氧體磁體，為減少稀土類元素的使用量者。以高斯計的測定得知接點接觸時的中心位置的磁力線密度為18mT。
接著，與第1、第2實施形態一樣，設為電壓‧電流：DC360V‧400A、可動接點的接觸力/開離力：75gf/125gf，進行接點的開關動作，評價各次的電弧放電特性。作為測定數n=1~15，採用平均值。該測定結果顯示於表8。此外，關於該實施形態，使用實施例1、2、5、 7、12、25、35、38、42、44~46、48及比較例2、3、5、9、15~18、20、21、23的接點材料。
Figure 109131238-A0305-02-0053-8
根據表8，在本實施形態也一樣，具備包含Zn的各實施例的接點材料的直流高電壓繼電器，謀求電弧持續時間及電弧能量的抑制。該點與第2實施形態一樣。從本實施形態，作為搭載於直流高電壓繼電器的消弧用磁體，能夠確認到稀土類磁體(釹磁體)以外的磁體的適用性。在這種實施形態中也一樣，可說是能夠支持降低稀土類元素的使用量的內容。
第5實施形態：本實施形態中，相對於第1~ 第4實施形態的直流高電壓繼電器，製造提高接觸力同時減小開離力的直流高電壓繼電器。本實施形態，評價設為接觸力/開離力：100gf/90gf雙斷構造的直流高電壓繼電器的電弧放電特性。其他的評價條件與第1實施形態一樣。此外，關於該實施形態，使用實施例1、2、5、7、12、25、35、38、42、44~46、48及比較例2、3、5、9、15~18、20、21的接點材料。
又，本實施形態中，作為參考例也進行關於接觸力及開離力兩者未滿100gf的直流高電壓繼電器的評價。使用實施例1、2的接點材料，製造接壓彈簧與恢復彈簧的強度比第1~第4實施形態還小的雙斷構造的直流高電壓繼電器(參考例1、2)。接著，同樣進行接點的開關動作，評價各次中的電弧放電特性。其結果顯示於表9。
Figure 109131238-A0305-02-0055-9
根據表9，即便是相對於第1實施形態等增大接觸力並減小開離力的直流高電壓繼電器，具備各實施例的接點材料的直流高電壓繼電器謀求遮斷耐久良好，且電弧持續時間及電弧能量的抑制。接著，參照參考例1、2的結果，若直流高電壓繼電器的接觸力及開離力未滿100gf未滿，即便適用實施例1、2的接點材料，遮斷耐久性能也差。這在金屬M的含有量也有要因，但應該是歸因於接觸力或開離力過低(未滿100gf)。
第6實施形態：本實施形態中，雖與第1實施形態同構造，但製造將電壓‧電流設為DC200V‧200A的直流高電壓繼電器。再來，製造接觸力及開離力設定成比第1~第5實施形態還大的直流高電壓繼電器，評價組入實 施例與比較例的接點材料時的電弧放電特性。接觸力及開離力的調整，準備與第1實施形態一樣的雙斷構造的直流高電壓繼電器，使用接壓彈簧與恢復彈簧的強度更大者。本實施形態，製造接觸力/開離力：250gf/600gf的直流高電壓繼電器、接觸力/開離力：500gf/1250gf的直流高電壓繼電器的2種，關於各者進行接點的開關動作評價各次中的電弧放電特性。其他的評價條件與第1實施形態一樣。此外，關於該實施形態，使用實施例1、2、5、7、12、25、35、38、42、44~46、48及比較例2、3、5、9、15~18、20、21的接點材料。該等評價結果顯示於表10及表11。
Figure 109131238-A0305-02-0056-10
Figure 109131238-A0305-02-0057-11
參照表10及表11，藉由增強接觸力及開離力，成為電弧特性良好的直流高電壓繼電器，電弧持續時間及電弧能量有降低的傾向。這是不限於各實施例的接點材料的情形，在未包含Zn的接點材料(比較例2、3、15~18、20、21)、及金屬M的濃度高的接點材料(比較例5、9)也有被觀察到的傾向。不過，若對比金屬M的含有量(氧化物量)成為同程度的實施例與比較例(例如，實施例5與比較例18)，明白適用包含Zn的接點材料的直流高電壓繼電器在電弧持續時間有10%以上、在電弧能量有5%以上的抑制效果。
又，關於適用金屬M的含有量高的接點材料的直流高電壓繼電器也一樣，該電弧持續時間及電弧能量 也比各實施例還大。關於適用金屬M的含有量高的接點材料的直流高電壓繼電器，即便觀察到接觸力及開離力的增強所致的電弧特性的改善，也並非解消了接點材料的接觸電阻所致的發熱問題。
[產業上的利用可能性]
本發明的直流高電壓繼電器適用的Ag-氧化物系接點材料為發揮了優良的電弧放電特性，除此之外為接觸電阻低發熱少的接點材料。本發明的直流高電壓繼電器，能夠解決接點對中的電弧放電及發熱的課題，進行確實的ON/OFF控制。本發明適合用於油電混合車等高電壓電池的電源電路中的系統主繼電器、或太陽光發電設備等電力供應系統中的功率調節器等。

Claims (5)

  1. 一種直流高電壓繼電器，係至少具備一對包含可動接點及固定接點的接點對，前述接點對的接觸力及/或開離力為100gf以上的額定電壓48V以上的直流高電壓繼電器，其中，前述可動接點及/或前述固定接點包含Ag-氧化物系的接點材料；前述接點材料的金屬成份包含：必須含有Zn的至少1種金屬M、與殘留部Ag及不可避的雜質金屬；前述金屬M的含有量相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8質量%以下；前述接點材料在包含Ag或Ag合金的基質中，具有前述金屬M的氧化物以1種以上分散的材料組織；前述氧化物的平均粒徑為0.01μm以上0.4μm以下；前述接點材料的任意剖面中的氧化物的面積率為0.1%以上20%以下。
  2. 如請求項1記載的直流高電壓繼電器，其中，接點材料，作為金屬M，更包括Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的至少1種；金屬M的含有量相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8質量%以下。
  3. 如請求項1或請求項2記載的直流高電壓繼電器，其中，包括：產生及傳達用來使可動接點移動的驅動力的驅 動區段、及進行直流高電壓電路的開關的接點區段；前述驅動區段具備：產生驅動力的電磁體或線圈、使前述驅動力傳達至接點區段的傳達單元、及為了使接點對接觸或開離而將傳達單元彈壓的彈壓單元；前述接點區段具備：至少一個包含藉由前述驅動區段的前述傳達單元移動的可動接點及固定接點的接點對、與接合前述可動接點的至少一個可動端子及接合前述固定接點的至少一個固定端子。
  4. 一種直流高電壓繼電器用的接點材料，係額定電壓48V以上，且用來至少構成接點對的接觸力及/或開離力為100gf以上的的直流高電壓繼電器的可動接點及/或固定接點的表面的Ag-氧化物系的接點材料，其中，前述接點材料的金屬成份包含：必須含有Zn的至少1種金屬M、與殘留部Ag及不可避的雜質金屬；前述金屬M的含有量相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8質量%以下；前述接點材料在包含Ag或Ag合金的基質中，具有前述金屬M的氧化物以1種以上分散的材料組織；前述氧化物的平均粒徑為0.01μm以上0.4μm以下；前述接點材料的任意剖面中的氧化物的面積率為0.1%以上20%以下。
  5. 如請求項4記載的直流高電壓繼電器用的接點材料，其中，作為金屬M，更包括Sn、In、Ni、Te、Bi、Cu的至少1種； 金屬M的含有量相對於前述接點材料的全金屬成份的合計質量為0.2質量%以上8質量%以下。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113064061B (zh) * 2021-03-25 2022-08-16 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 一种继电器可靠性评价方法及装置

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235248A (ja) * 1994-02-22 1995-09-05 Nippondenso Co Ltd プランジャ型電磁継電器
JPH08269640A (ja) * 1995-03-27 1996-10-15 Nisshin Steel Co Ltd リレー鉄芯用軟磁性ステンレス鋼
JPH09134632A (ja) * 1995-09-05 1997-05-20 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 電気接点材料及びクラッドリベット接点又はクラッドクロスバー接点ならびにそれを使用した自動車用リレー及びテレビ電源用リレー
WO1999063561A2 (de) * 1998-05-29 1999-12-09 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur sicheren abschaltung einer elektrischen last, mit insbesondere hoher induktivität, von einer elektrischen gleichspannungsversorgung
JP2004063190A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 自動車用電気接点材料及び該材料を用いたリレー
US20050285704A1 (en) * 2003-02-21 2005-12-29 Hiroyuki Imanishi DC relay
CN101608279A (zh) * 2009-07-20 2009-12-23 温州宏丰电工合金有限公司 银氧化物电触点材料及其制备方法
JP2011246791A (ja) * 2010-05-29 2011-12-08 Mitsubishi Materials Cmi Corp 銀−酸化物系電気接点材料
TW201814760A (zh) * 2016-10-04 2018-04-16 台達電子工業股份有限公司 適用於電磁繼電器之接觸頭結構
CN108364835A (zh) * 2017-01-27 2018-08-03 嘉灵科技有限公司 高电压直流继电器
CN208796909U (zh) * 2018-10-09 2019-04-26 重庆建兴智能仪表有限责任公司 一种用于数字dc转换器中继电器小信号隔离控制电路
CN209045390U (zh) * 2018-11-23 2019-06-28 镇江市高等专科学校 继电器控制高压直流大负载灭弧装置
CN209087729U (zh) * 2018-11-07 2019-07-09 深圳巴斯巴汽车电子有限公司 一种新能源高压直流继电器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2033139A1 (en) * 1989-12-26 1991-06-27 Akira Shibata Silver-metal oxide composite material and process for producing the same
JP2000309834A (ja) * 1999-04-23 2000-11-07 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 車載用電気接点材料及びそれを用いた車載用リレー又はスイッチ
JP2004349203A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Omron Corp 直流負荷用接点構成および該接点構成を有した開閉器
JP4455066B2 (ja) * 2004-01-08 2010-04-21 株式会社日立製作所 電気接点部材とその製法及びそれを用いた真空バルブ並びに真空遮断器
JP2007012570A (ja) * 2005-07-04 2007-01-18 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk Ａｇ−酸化物系電気接点材料及びそれを用いた継電器、交流汎用リレー、自動車用リレー
CN100432250C (zh) * 2006-01-12 2008-11-12 沈阳金纳新材料有限公司 一种银氧化锡电触头材料的制备方法
CN101097807A (zh) * 2007-06-20 2008-01-02 中南大学 银氧化锌触头材料及其制造方法
JP2010195958A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Alps Electric Co Ltd 電気接点用潤滑組成物
JP5484210B2 (ja) * 2010-06-15 2014-05-07 田中貴金属工業株式会社 Ａｇ−酸化物系電気接点材料及びそれを使用した自動車用リレー
CN202888464U (zh) * 2012-11-08 2013-04-17 上海莫仕连接器有限公司 电连接器及其导电端子
CN106710900A (zh) * 2015-11-12 2017-05-24 浙江赫灵电气有限公司 一种无触点粘结的电气开关
CN107564772A (zh) * 2017-10-27 2018-01-09 上海瑞垒电子科技有限公司 触点工作可靠型高压直流继电器
CN107978490A (zh) * 2018-01-19 2018-05-01 上海瑞垒电子科技有限公司 一种带复合型动触头的高压直流继电器
EP3767656A4 (en) * 2018-03-16 2021-04-28 Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K. DC HIGH VOLTAGE RELAY AND CONTACT MATERIAL FOR DC HIGH VOLTAGE RELAY

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07235248A (ja) * 1994-02-22 1995-09-05 Nippondenso Co Ltd プランジャ型電磁継電器
JPH08269640A (ja) * 1995-03-27 1996-10-15 Nisshin Steel Co Ltd リレー鉄芯用軟磁性ステンレス鋼
JPH09134632A (ja) * 1995-09-05 1997-05-20 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 電気接点材料及びクラッドリベット接点又はクラッドクロスバー接点ならびにそれを使用した自動車用リレー及びテレビ電源用リレー
WO1999063561A2 (de) * 1998-05-29 1999-12-09 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zur sicheren abschaltung einer elektrischen last, mit insbesondere hoher induktivität, von einer elektrischen gleichspannungsversorgung
JP2004063190A (ja) * 2002-07-26 2004-02-26 Tanaka Kikinzoku Kogyo Kk 自動車用電気接点材料及び該材料を用いたリレー
US20050285704A1 (en) * 2003-02-21 2005-12-29 Hiroyuki Imanishi DC relay
CN101608279A (zh) * 2009-07-20 2009-12-23 温州宏丰电工合金有限公司 银氧化物电触点材料及其制备方法
JP2011246791A (ja) * 2010-05-29 2011-12-08 Mitsubishi Materials Cmi Corp 銀−酸化物系電気接点材料
TW201814760A (zh) * 2016-10-04 2018-04-16 台達電子工業股份有限公司 適用於電磁繼電器之接觸頭結構
TWI622075B (zh) * 2016-10-04 2018-04-21 台達電子工業股份有限公司 適用於電磁繼電器之接觸頭結構
CN108364835A (zh) * 2017-01-27 2018-08-03 嘉灵科技有限公司 高电压直流继电器
CN208796909U (zh) * 2018-10-09 2019-04-26 重庆建兴智能仪表有限责任公司 一种用于数字dc转换器中继电器小信号隔离控制电路
CN209087729U (zh) * 2018-11-07 2019-07-09 深圳巴斯巴汽车电子有限公司 一种新能源高压直流继电器
CN209045390U (zh) * 2018-11-23 2019-06-28 镇江市高等专科学校 继电器控制高压直流大负载灭弧装置

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