WO2005124804A1 - 密閉形交流負荷用リレー及びそれに用いるＡｇ系接点素子材料 - Google Patents

密閉形交流負荷用リレー及びそれに用いるＡｇ系接点素子材料 Download PDF

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WO2005124804A1
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Nobuhito Yanagihara
Osamu Sakaguchi
Toshiya Yamamoto
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Tanaka Kikinzoku Kogyo K.K.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/06—Alloys based on silver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/021—Composite material
    • H01H1/023—Composite material having a noble metal as the basic material
    • H01H1/0237—Composite material having a noble metal as the basic material and containing oxides

Definitions

  • the present invention relates to a sealed relay for controlling an AC load, and particularly, in a high-temperature atmosphere, epoch-making durability against a resistive load having an AC voltage of 80 V to 300 V and a rated current of 5 to 25 A.
  • the present invention relates to a sealed AC load relay that realizes the above.
  • An electric contact that mechanically opens and closes an electric circuit is generally called an electric contact.
  • the electric contact is characterized by a characteristic that, when a metal comes into contact with a metal, a current that flows through the contact is transmitted without any trouble. It is necessary to satisfy the characteristics that can be separated without any trouble when separated.
  • this electrical contact is structurally simple, it is known that various physical or chemical phenomena occur on the contact surface. For example, adsorption, oxidation, sulfidation, synthesis of organic compounds, and Is accompanied by extremely complicated phenomena such as melting, evaporation, consumption, and transition accompanied by electric discharge, and there are many points that are not yet understood in academic terms.
  • electrical contacts are one of the important components that determine the life and performance of electrical products.
  • Relays which are typical examples of electrical products using this electrical contact, are used in a range of applications from weak electric fields such as telegraph phones and various electronic devices to strong electric fields such as electric devices that interrupt large currents. It is extensive. For this reason, the functions required of relays vary widely, and the development of electrical contacts and relays using them that can achieve characteristics according to the purpose of use has been promoted, and an extremely large number of types have been supplied to the market. I have.
  • a relay in which the electric contact is used is a coil that generates a coil magnetic flux by an electric signal prepared in the form of a direct current, an alternating current, an impulse, or the like, and attracts the movable iron piece by its magnetic force, thereby obtaining a movable iron piece.
  • general AC load relays are required to be installed in home appliances, air conditioners, acoustics, communication devices, etc., and to be able to guarantee stable switching operation under various load conditions and environments. .
  • PCB printed circuit board
  • a sealed type relay in which the entire relay is sealed with a sealant or the like using a plastic case or the like is often used.
  • Ag-CdO-based electrical contact materials have long been known as electrical contact materials to be incorporated into these sealed relays.
  • This Ag—CdO-based contact material satisfies the properties that electrical contact materials should have, such as welding resistance, wear resistance, and contact resistance stability, in a high-dimensional dimension and in a well-balanced manner.
  • Cd is a toxic element to the human body, and its production and use are not preferred in view of recent environmental issues.
  • the use of the AC load relays related to the present invention in Europe will be banned from July 2006. Therefore, even in this AC load relay, the ability to develop electrical contact materials that do not contain Cd will be required in the future.
  • the following prior arts do not contain Cd.
  • Point materials have been known for a long time.
  • Patent Documents 1 and 2 Due to the high thermal stability of these oxides, these Ag-oxide-based contact materials can be used as a Cd-free electrical contact material under load conditions where a large input current is generated. Widely used for load relays.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 55-4825
  • Patent document 2 International publication WO00Z65623 pamphlet
  • the Cd-free electrical contact material proposed heretofore may exhibit the same durability performance as an Ag-CdO-based contact material in an open type relay, but may be used in a closed type relay. Therefore, it is known that the durability life is significantly reduced. This tendency is particularly noticeable in high-temperature atmospheres. That is, when the electrical contact material is exposed to a high-temperature atmosphere due to the environment in which the electronic device or the like in which the relay is used or the self-heating of the relay, the durability life of the relay tends to be further reduced.
  • Ag-CdO-based contact materials that satisfy a high level of balance of welding resistance, wear resistance, and contact resistance stability, when used in sealed relays, are as durable as the Cd-free electrical contact materials described above. It is also known that the life will not decrease.
  • the present invention relates to a closed-type AC load relay in which a resistive load having an AC voltage of 80 V to 300 V and a rated current of 5 to 25 A is controlled by an Ag-based contact element arranged in a closed space, wherein iron oxide is used.
  • An Ag-based contact element containing up to 20.0% by weight and having a balance of Ag force is used.
  • the sealed AC load relay according to the present invention contains a predetermined amount of iron oxide, that is, iron oxide, which has a higher melting point than Ag in the metal state and does not form a solid solution with Ag in the metal state.
  • the durability life was improved. Then, it was confirmed that even if the sealed AC load relay according to the present invention was miniaturized, it was excellent in relay characteristics such as contact reliability and durability. Furthermore, it has been clarified that the sealed AC load relay of the present invention has a remarkable effect of improving the durability life in a high-temperature atmosphere.
  • the present inventors have paid attention to the above-mentioned phenomenon, and have presumed that the difference in the durability life between the open type and the closed type is due to the difference in the deterioration phenomenon on the contact surface.
  • the oxide on the contact surface is easily decomposed by the heat of the arc generated by the opening and closing of the contact, and when the oxide is reoxidized afterwards, a cycle phenomenon of reduction and oxidation is generated on the contact surface. It is thought that this is repeated.
  • the oxide on the contact surface is maintained in a reduced state, and if the metal element forming the oxide forms a solid solution with Ag. If the element is easy to break down, the melting point of the material on the contact surface will be significantly reduced, causing a welding failure at the early stage of switching.
  • 22o series contact materials are just a typical example of this phenomenon, and are sealed relays for AC loads.
  • an Ag-based contact material containing a predetermined amount of iron oxide is contained in an enclosed space. Therefore, even if iron oxide is reduced on the contact surface, iron has a higher melting point than Ag in the metal state and does not form a solid solution with Ag in the metal state As a result, the melting point of the material on the contact surface is not reduced. Therefore, the welding failure that occurred at an early stage is eliminated, and the durability life can be greatly improved.
  • the present inventors have found that the sealed AC load relay according to the present invention has an effect of significantly improving the durability life, particularly in a high-temperature atmosphere.
  • the sealed type AC load relay according to the present invention can achieve a practical durable life at ambient temperatures of 50 ° C. to 150 ° C., which could not be realized by the conventional contact material.
  • a conventional contact material of Ag88% —SnO 12% was subjected to an AC load.
  • the oxide content of iron in the Ag-based contact material is preferably 4.0 to 20.0% by weight. If the content is less than 4.0% by weight, it tends to be difficult to maintain practical welding resistance under a resistance load that generates an inrush current to the contact material. It is not good in point. Our studies have confirmed that the optimum content is in the range of 6.0-16.0% by weight.
  • iron oxide was 4.0 to 20.0% by weight. Containing 0.1 to 2.5% by weight of one or more oxides selected from magnesium, aluminum, indium, lanthanum, cerium, and samarium, with the balance being Ag power. I found it.
  • oxides that are not easily reduced even in an atmosphere having a low standard free energy of oxide generation and a low oxygen partial pressure that is, magnesium, anorenium, indium, lanthanum, cerium, samarium
  • the durable life of the closed type AC load relay can be further improved. If the content of these oxides is less than 0.1% by weight, the effect of further improving the durability life tends not to be obtained. If the content exceeds 2.5% by weight, the workability becomes poor. Our studies have confirmed that the range of 0.5-2.0% by weight is the optimum content.
  • a sealed AC load relay that has achieved epoch-making durability with respect to a resistive load having an AC voltage of 80 V to 300 V and a rated current of 5 to 25 A. It is a very suitable sealed AC load relay in an atmosphere.
  • FIG. 1 is a graph showing the results of open-circuit relay durability test condition 1.
  • FIG. 2 is a graph showing the results of open relay endurance test condition 2.
  • FIG. 3 is a graph showing a result of a closed relay endurance test condition 3.
  • FIG. 4 is a graph showing the results of a sealed relay endurance test condition 4.
  • Table 1 shows the composition of an Ag-based contact material containing iron oxide (Fe 2 O 3) used in the AC load relays of Examples 1 to 4 in the first embodiment. Also, the table Conventional examples 1 to 3 in 1 show Ag-based contact materials that have conventionally been generally used in AC load relays. As Comparative Example 1, an Ag—CdO contact was taken up.
  • Fe 2 O 3 iron oxide
  • the electrical contact materials of Examples 1 to 4 were manufactured by powder metallurgy. First, Ag powder having an average particle diameter of 3 ⁇ m and iron oxide powder having an average particle diameter of 2 ⁇ m were weighed at a predetermined mixing ratio as raw material powders, and mixed powder was produced using a V-type mixer. Next, the mixed powder was compression molded to produce a cylindrical billet of ⁇ 50 mm. On the other hand, the electrical contact materials of Conventional Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 were manufactured using a normal high-frequency melting furnace. After ingoting the Ag alloy of each composition, it was formed into an ingot, and a wire having a diameter of 6 mm was formed by hot extrusion.
  • the wire was stretched to a diameter of 2 mm while being annealed at 700 ° C., cut into pieces having a diameter of 2 mm ⁇ 2 mmL, and cut into pieces having a diameter of 2 mm ⁇ 2 mmL.
  • Internal oxidation treatment was performed for 48 hours at atmospheric pressure and temperature of 750 ° C. Chips after the internal oxidation treatment were collected and compression-molded to produce cylindrical billets with a diameter of 50 mm.
  • the billet subjected to such compression and sintering treatment was formed into a wire having a diameter of 7 mm by hot extrusion (total extrusion area ratio of about 51: 1).
  • wire diameter 2 was fabricated using a header machine.
  • Example 1 was about 303,000 times under the condition 1 and the condition 2 was about 210000 times
  • the example 2 was about 314,000 times under the condition 1 and about 650,000 times under the condition 2
  • Example 3 was about 310,000 times under condition 1, about 127,000 times under condition 2
  • example 4 was about 34,000 times under condition 1, and about 24,000 times under condition 2.
  • Comparative Example 1 the number was about 340,000 times under the condition 1 of the open type, but about 360,000 times under the condition 3 of the closed type, which was a result different from the conventional example. However, it is difficult to explain this phenomenon clearly because the mechanism is not fully understood at this time.
  • Example 2 the durability of the closed-type relay was clearly improved in the case of the Ag-oxide-based contact material of Example 2 as compared with the case of the open-type relay. Specifically, in Example 2, the number was about 3180,000 times under the condition 1 of the open type, but was about 5740,000 times under the condition 3 of the closed type.
  • Table 6 shows Ag containing iron oxide and magnesium oxide used in the relay for AC load of Examples 5 to 14 in the second embodiment. Shows the composition of the system contact material.
  • Example 5 Ag 90. 0- Fe 2 0.9. 0- MgOl. 0
  • Example 8 A g 90. 0-F e 2 0 3 9.0-La 2 0 3 l. 0
  • Example 9 ⁇ A g 90. 0 -F e 2 0 3 9.0-Ce0 2 l. 0
  • Example 10 Ag 90. 0-F e 2 0 3 9. 0 -Sm 2 0 3 1. 0
  • Example 11 Ag 9 oo 2.0-F e 2 0 3 6.0-Mg 02.0
  • Example 13 Ag 92. 0-F e 2 0 3 7.0-MgOl. 0
  • the electrical contact materials of Examples 5 to 14 were also manufactured by the powder metallurgy method in the same manner as in the first embodiment.
  • As raw material powder Ag powder with average particle size and acid with average particle size 2 // m
  • test conditions and the like are all the same as in the first embodiment.
  • Table 7 shows the results of the durability test in the second embodiment.
  • Table 7 shows the average number of open / close times of relay failures in each endurance test (for five relays, (The average of the number of times of opening and closing when a failure occurs). It was found that the open type relays under conditions 3 and 4 were clearly more durable than the closed type relays under conditions 1 and 2. In addition, when compared with Examples 1 to 4 of the first embodiment, as in Examples 5 to 14, in addition to the iron oxide, each of the examples contained another oxide, and It was found that the durability life was further improved.

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Abstract

　交流電圧８０Ｖ～３００Ｖ、定格電流５～２５Ａの抵抗負荷に対し、優れた耐久性を実現した密閉形交流負荷用リレーを提供し、特に高温雰囲気下においても非常に耐久特性に優れた密閉形交流負荷用リレーを提供する。 　本発明は、交流電圧８０Ｖ～３００Ｖ、定格電流５～２５Ａの抵抗負荷を、密閉空間内に配置されたＡｇ系接点素子により制御する密閉形交流負荷用リレーにおいて、鉄の酸化物を４．０～２０．０重量％含有し、或いはマグネシウム、アルミニウム、インジウム、ランタン、セリウム、サマリウムから選ばれる一種または二種以上の酸化物を０．１～２．５重量％さらに含有し、残部がＡｇからなるＡｇ系接点素子を用いるものとした。

Description

明 細 書
密閉形交流負荷用リレー及びそれに用いる Ag系接点素子材料 技術分野
[0001] 本発明は、交流負荷を制御するための密閉形リレーに関し、特に高温雰囲気下に おいて、交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷に対して画期的な 耐久性を実現した密閉形交流負荷用リレーに関する。
背景技術
[0002] 電気回路を機械的に開閉する電気接触子は一般に電気接点と呼ばれ、この電気 接点は、金属と金属とが接触することで、接点に流れる電流'信号を支障なく伝える 特性や、切り離した際に支障なく開離できる特性を満足する必要がある。そして、この 電気接点は構造的に簡単ではあるが、その接点表面では物理的或いは化学的な種 々の現象を生じることが知られ、例えば、吸着、酸化、硫化、有機化合物の合成、さら には、放電を伴う溶融、蒸発、消耗、転移等の非常に複雑な現象を伴い、学問的に も未解明な点が多い。これらの現象が生じると、電気接点の接触機能が阻害され、場 合によっては接触機能が停止 (例えば、溶着)してしまい、電気接点を組み込んだ電 気製品等の性能や寿命を決定する。これは、電気接点が電気製品等の寿命や性能 を決定する重要な部品の一つであることを意味する。
[0003] この電気接点を用いた電気製品の代表例であるリレーは、その使用範囲が電信電 話や各種電子機器などの弱電分野から、大電流を遮断する電気機器などの強電分 野に至るまで広範囲にわたっている。そのため、リレーに要求される機能も千差万別 で、使用目的にあわせた特性を実現できる電気接点及びそれを使用したリレーの開 発が進められ、非常に多くの種類が市場に供給されている。
[0004] この電気接点が使用されるリレーとは、直流、交流、インパルスなどの形でカ卩えた電 気信号によりコイル磁束を発生させ、その磁気力で可動鉄片を吸引することで、可動 鉄片の動きに応じて電気接点が開閉する継電器である。その中で、一般的な交流負 荷用のリレーは、家電、空調、音響、通信機器等に組み込まれ、様々な負荷条件お よび環境下で、安定した開閉動作を保証できることが要求されている。近年では、家 電、空調、音響、通信機器等の高機能，高性能化および低消費電力化に伴い、構成 部品の小型化が急激に進められており、これら製品に組み込まれるリレーも例外では ない。リレーの小型化を図ると、電気接点自体も小さくすることになり、結果的に接点 接触力が非常に小さくなることから、接点材料が曝される環境は、接点特性を維持す るためには極めて厳しいものとなる。
[0005] また、交流負荷用リレーは、一般的にはプリント基板 (PCB)に実装されて使用され ることが非常に多い。これは PCBリレーと呼ばれ、プリント基板に実装された後、フラ ックス洗浄のために丸洗いされることが通常である。その際、リレー内部への洗浄液 等の進入を防ぐために、プラスチックケースなどを用いて、リレー全体をシール剤等 で密封した密閉形リレーが多く使われている。
[0006] これら密閉形リレーの中に組み込まれる電気接点材料としては、 Ag— CdO系電気 接点材料が古くから知られている。この Ag— CdO系接点材料は、電気接点材料が 具備すべき特性である耐溶着性、耐消耗性および接触抵抗安定性を高 ヽ次元でバ ランス良く満足したものである。し力しながら、 Cdは人体に有毒な元素であり、昨今の 環境問題等も考慮して、その製造および使用は好まれない。また、 Cd系の材料はこ のような電気接点材料のうち、本発明に関連する交流負荷のリレーについて、 2006 年 7月より欧州での使用が禁止されることになつている。そのため、この交流負荷用リ レーにおいても Cdを含有しない電気接点材料の開発力 今後求められることになる 。この Cdを含有しない従来技術としては次に示すようなものがある。
[0007] 交流負荷用リレー等に用いられているもので、 Ag— SnO系（5〜15重量％の Sn
2
02と残部 Agと力 なる合金）、 Ag— SnO—In O系、 Ag—ZnO系などの電気接
2 2 3
点材料が古くから知られている。（特許文献 1、 2)これら Ag—酸ィ匕物系接点材料は、 その酸ィ匕物の高い熱安定性から、大きな投入電流が発生する負荷条件においては 、Cdフリーの電気接点材料として交流負荷用リレーに広く使用されている。
特許文献 1：特公昭 55—4825号公報
特許文献 2：国際公開 WO00Z65623号パンフレット
[0008] しかし、この従来提案された Cdフリーの電気接点材料は、開放形リレーにおいては Ag— CdO系接点材料と同等の耐久性能を示すことがあるが、密閉形のリレーにお いては、耐久寿命が著しく低下することが知られている。そして、この傾向は、特に高 温雰囲気下において顕著に見られる。つまり、リレーが用いられる電子'電気機器等 が使用される環境或いはリレーの自己発熱により、高温雰囲気下に電気接点材料が 曝された場合、リレーの耐久寿命はさらに低下する傾向になる。一方、耐溶着性、耐 消耗性および接触抵抗安定性を高い次元でバランス良く満足した Ag— CdO系接点 材料については、密閉形のリレーで使用すると、上記 Cdフリーの電気接点材料のよ うに耐久寿命は低下しな 、ことも知られて 、る。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] このように交流負荷の密閉形リレーにおいて、耐久寿命が低下する理由は不可解 な点が多ぐこの現象に対する明確な対策も提案されていない。そのため、例えば P CBリレーでは、プリント基板の洗浄後にわざわざリレー上部に穴を開け、密閉形から 開放形のリレーに変更して使用されている場合がある。また、プリント基板の実装ライ ンにおいて PCBリレー上部への穴開けが困難な場合は、そのまま密閉形リレーとして 使用されることになるが、その際は交流負荷用リレー本来の保証開閉回数を大きく低 下する状態を認識した上で使用しなければならない。
[0010] また、電子'電気機器等が屋外に設置される場合においては、当該機器内に入り 込む塵埃や虫等がリレーの開口した穴から侵入し、接点表面にそれらが付着したり、 或いは腐食性ガスカ^レー内に進入したりすることにより、接点表面が汚染や腐食さ れて、リレーの安定動作を妨げる事例が多く発生している。開口面積が大きな交流負 荷用の開放形リレーを用いると、上記汚染や腐食問題の発生率が大きくなることは避 けられな ヽのが現状である。
課題を解決するための手段
[0011] 上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ね、本発明に係る密閉形 交流負荷用リレーを見出すに至った。本発明は、交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷を、密閉空間内に配置された Ag系接点素子により制御する密 閉形交流負荷用リレーにおいて、鉄の酸化物を 4. 0〜20. 0重量％含有し、残部が Ag力もなる Ag系接点素子を用いたことを特徴とするものである。 [0012] 本発明に係る密閉形交流負荷用リレーは、金属状態で Agよりも融点が高ぐ且つ 金属状態で Agと固溶体を作らない、鉄の酸化物、即ち、酸化鉄を所定量含有した A g系接点材料を密閉空間内で使用することで、その耐久寿命を向上させたのである。 そして、この本発明に係る密閉形交流負荷用リレーを小型にしても、接触信頼性、耐 久性等のリレー特性に優れるものであることを確認した。さらに、本発明の密閉形交 流負荷用リレーでは、高温雰囲気下においてその耐久寿命の向上効果が著しいこと が半 lj明した。
[0013] 本発明者らの研究によると、交流負荷用リレーにおいて、耐久寿命の長短を決定し うる要因が、接点表面における現象にあることを突き止めたのである。一般に、交流 負荷用の開放形リレーは、開閉動作において、接点開離時にアークが発生し、この アークにより接点表面が溶融状態となる。 Ag—酸ィ匕物系材料の場合、アークにより 接点表面が溶融状態になると、一部分では Agと酸化物とが分離を起こし、その接点 最表面は、初期状態と比較して酸ィ匕物が粗大化した組織となる。ところが、このような 粗大化した状態においても、 Agマトリックス中には酸ィ匕物が分散した状態を保ってお り、接点消耗による接触力の大幅な低下がない限り、溶着故障を引き起こすことはな いのである。一方、交流負荷用の密閉形リレーにおいては、開閉動作をさせた後の A g系接点材料の接点最表面には、酸ィ匕物がほとんど存在しない状態となっていること が確認されたのである。そして、開閉動作の初期段階において、極めて容易に溶着 故障を引き起こすのである。
[0014] 本発明者等は、上述した現象に着目し、開放形と密閉形との耐久寿命の相違を接 点表面における変質現象の差異によるものと推測した。開放形では、接点の開閉に 伴い発生するアークの熱により、接点表面の酸化物は分解され易ぐその後に再酸 化されると 、う、還元'酸ィ匕のサイクル現象が接点表面にぉ 、て繰り返されて 、ると考 えられる。
[0015] これに対し、密閉形では、電気接点を密閉するために用いられるパッケージ材であ る榭脂から発生する有機ガスが、アークの熱によりリレーの密閉空間内で酸ィ匕分解さ れ、リレー内部に閉じ込められた酸素が消費されてしまうことが考えられる。そのため 、密閉形のリレーにおいて、その接点表面の酸ィ匕物が分解されても、有機ガスの酸 化分解による酸素の消費により、リレー内部の酸素分圧が著しく低下して、上記した 開放形のような、接点表面における酸ィ匕物の還元 ·酸ィ匕のサイクル現象は生じなくな ると推測される。
[0016] このように密閉形のリレーでは、接点表面の酸化物が還元された状態が維持される ことになり、もし、その酸ィ匕物を形成していた金属元素が Agと固溶体を形成し易い元 素であれば、接点表面における材料融点を著しく低下させ、溶着故障を開閉早期に 引き起こしてしまうと考えられるのである。従来の Ag- SnO系および Ag— SnO—In
2 2 o系接点材料は、まさしくこの現象の典型例に該当し、交流負荷用の密閉形リレー
2 3
の耐久寿命を制限したものと考えられた。
[0017] このような本発明者らの研究結果に基づくと、本発明に係る密閉形交流負荷用リレ 一においては、鉄の酸ィ匕物を所定量含有した Ag系接点材料を密閉空間内で使用し ているので、接点表面で鉄の酸ィ匕物が還元された状態となったとしても、鉄は金属状 態で Agよりも融点が高ぐ且つ金属状態で Agと固溶体を作らない結果、その接点表 面における材料融点を低下させない。したがって、早期に起こっていた溶着故障が なくなり、その耐久寿命を大幅に向上できるのである。
[0018] そして、本発明者らは、本発明に係る密閉形交流負荷用リレーが特に高温雰囲気 下における耐久寿命を大幅に向上させる効果があることを見出したのである。本発明 に係る密閉形交流負荷用リレーは、温度 50°C〜150°Cまでの雰囲気温度において 、従来の接点材料では実現できなかった、実用的な耐久寿命を実現できる。本発明 者らの研究によると、例えば、従来の Ag88%— SnO 12%の接点材料を交流負荷
2
用の密閉形リレーに使用した場合、 50°Cを超える雰囲気温度では 10万回以下で故 障する傾向があり、実用的な耐久寿命を実現できな力つたが、本発明によれば、 50 °C〜 150°Cの高温雰囲気においても、従来の接点材料使用した場合に比べ約 8倍 もの耐久寿命を実現できることを確認したのである。
[0019] 本発明に係る密閉形交流負荷用リレーでは、その Ag系接点材料における鉄の酸 化物含有量は 4. 0-20. 0重量％であることが好ましい。 4. 0重量％未満では、接 点材料への突入電流が生じる抵抗負荷においては実用的な耐溶着性を維持するこ とが難しくなる傾向があり、 20. 0重量％を越えると、加工性の点で良好でなくなる。 本発明者らの研究では、 6. 0〜16. 0重量％の範囲が最適な含有量であることを確 認している。
[0020] また、本発明者等のさらなる研究の結果、本発明に係る密閉形交流負荷用リレー に用いる Ag系接点素子の材料としては、鉄の酸化物を 4. 0〜20. 0重量％含有し、 マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ランタン、セリウム、サマリウムから選ばれる 一種または二種以上の酸化物を 0. 1〜2. 5重量％含有し、残部が Ag力 なるもの が有効であることを見出した。この本発明に係る Ag系接点素子材料では、酸化物生 成の標準自由エネルギーが低ぐ酸素分圧の低い雰囲気においても還元されにくい 酸化物、即ち、マグネシウム、ァノレミニゥム、インジウム、ランタン、セリウム、サマリウム 力 選ばれる一種または二種以上の酸ィ匕物を添加することにより、密閉形交流負荷 用リレーの耐久寿命をさらに向上させることができるのである。これらの酸化物は、そ の含有量が 0. 1重量％未満では耐久寿命のさらなる向上効果が得られなくなる傾向 があり、 2. 5重量％を超えると、加工性の点で良好でなくなる。本発明者らの研究で は、 0. 5〜2. 0重量％の範囲が最適な含有量であることを確認している。
発明の効果
[0021] 本発明によれば、交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷に対して 画期的な耐久性を実現した密閉形交流負荷用リレーとすることができ、特に、高温雰 囲気下において、非常に好適な密閉形交流負荷用リレーとなる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]開放形リレー耐久試験条件 1の結果を示すグラフ。
[図 2]開放形リレー耐久試験条件 2の結果を示すグラフ。
[図 3]密閉形リレー耐久試験条件 3の結果を示すグラフ。
[図 4]密閉形リレー耐久試験条件 4の結果を示すグラフ。
発明を実施するための最良の形態
[0023] 本発明の好ましい実施形態について、以下に記載する第一実施形態及び第二実 施形態に基づいて説明する。
第一実施形態:表 1には、この第一実施形態における実施例 1〜4の交流負荷用リレ 一に用いた酸化鉄 (Fe O )を含有する Ag系接点材料の組成を示している。また、表 1中の従来例 1〜3には、従来から交流負荷用リレーに一般的に採用されている Ag 系接点材料を示している。また比較例 1として、 Ag— CdO接点を取り上げた。
[表 1]
Figure imgf000008_0001
[0025] 実施例 1〜4の電気接点材料は粉末冶金法により製造した。まず、原料粉末として 平均粒径 3 μ mの Ag粉末と平均粒径 2 μ mの酸化鉄粉末とを、所定の配合比に計 量し、 V型混合機にて混合粉末を作製した。次に、この混合粉末を圧縮成形して、 φ 50mmの円柱ビレットを作製した。これに対して、従来例 1〜3、比較例 1の電気接点 材料は、通常の高周波溶解炉を用いて製造した。各組成の Ag合金を溶製後インゴ ットに铸造して、熱間押し出しカ卩ェにより、直径 6mmの線材とした。続いて、その線 材を 700°Cで焼鈍しながら直径 2mmまで引き延ばしカ卩ェを行 、、長さ 2mmで切断 することで、直径 2mm X 2mmLのチップを作成し、このチップを酸素圧 5気圧、温度 750°Cで 48時間、内部酸化処理を行い、内部酸化処理後のチップを集め、圧縮成 型して直径 50mmの円柱ビレットを作製した。
[0026] そして、上記のようにして得られた各円柱ビレットを、円筒容器に納め、円柱長手方 向から圧力を加えることで、円柱ビレットを圧縮加工した。この圧縮加工では、円柱ビ レットの側面が円筒容器によって拘束されているため、円柱長手方向における変形 は可能とされて 、るが、それと垂直方向になる円柱側面方向への変形はできな 、よう にした。この圧縮力卩ェに続き、 850°C、 6時間の焼結処理を行った。この圧縮加工及 び焼結処理は、 4回繰り返して行った。
[0027] このような圧縮カ卩ェ及び焼結処理を施したビレットは、熱間押し出しカ卩ェにより、直 径 7mmの線材に形成した (押出面積比約 51 : 1)。続いて、線引き加工にて直径 2. 3mmの線材とし、ヘッダーマシンによって、頭径 3. 2mm、頭厚 lmmのリベット接点 を作製した。
[0028] 開放形リレー試験：まず、上記のようにして得られた各リベット接点を、開放形の交流 負荷用リレーに組み込んで耐久試験を行った。この耐久試験は表 2および表 3に示 す 2つの耐久試験条件で行い、 5台以上のリレーを使用して各リレーが故障するまで の開閉回数を測定した。その耐久試験の結果を図 1 (表 2の試験条件の結果)および 図 2 (表 3の試験条件の結果）に示す。
[0029] [表 2] 開放形リレー耐久試験の条件 1
Figure imgf000009_0001
[0030] [表 3] 開放形リレー耐久試験の条件 2
Figure imgf000009_0002
[0031] 図 1及び図 2で示す結果より、表 2および表 3に示す開放形リレーでの耐久試験で は、比較例 1の Ag— CdO系（5台平均開閉回数 条件 1 :約 31. 8万回、条件 2 :約 1 . 4万回）（以下に示す開閉回数は、総て 5台の平均開閉回数である）、従来例 1の A g-SnO系（条件 1 :約 28. 3万回、条件 2 :約 3. 7万回）、従来例 2の Ag— SnO— I
2 2 n O系（条件 1 :約 33. 2万回、条件 2 :約 4. 3万回）および従来例 3の Ag— ZnO系（
2 3
条件 1 :約 27. 1万回、条件 2 :約 0. 2万回）の接点材料が実用上に十分に満足でき る耐久性を有していることが確認された。これに対して、本実施例である Ag—酸化鉄 接点材料は、これら従来例と比較して、同等、もしくは、それ以上の耐久性を有するこ とが判明した。尚、実施例 1の条件 1で約 30. 3万回、条件 2で約 2. 1万回、実施例 2 は条件 1で約 31. 4万回、条件 2で約 6. 5万回、実施例 3は条件 1で約 31. 0万回、 条件 2で約 12. 7万回、実施例 4は条件 1で約 34. 0万回、条件 2で約 2. 4万回であ つた o
[0032] 密閉形リレー試験:次に、上記の各リベット接点のうち、実施例 2、従来例 1〜3、比較 例 1の接点材料を用いて、密閉形の交流負荷用リレーに組み込んで耐久試験を行つ た。この耐久試験は表 4および表 5に示す 2つの耐久試験条件で行い、 5台以上のリ レーを使用して各リレーが故障するまで開閉回数を測定した。その耐久試験の結果 を図 3 (表 4の試験条件の結果)および図 4 (表 5の試験条件の結果）に示す。なお、こ の耐久試験での密閉形リレーは、上記開放形リレーを熱硬化性榭脂でシールするこ とにより密閉形のリレーに変更したもので、リレー自体の構造および組立て条件等に 開放形のそれと差異はな 、ものである。
[0033] [表 4] 密閉形リレー耐久試験の条件 3
Figure imgf000010_0001
[0034] [表 5] 密閉形リレー耐久試験条件 4
Figure imgf000010_0002
表 4に示す耐久試験条件の図 3の結果により、次のことが判明した。この表 1と表 4と の耐久試験条件は、開放形力密閉形かの相違のみで、その他の条件で同じであると ころ、従来例 1〜3の接点材料では、開放形のリレーの耐久試験結果に比較して、明 らかに密閉形では耐久性が劣っていることが確認された。具体的には、従来例 1では 、開放形の条件 1で約 28. 3万回であったところ密閉形の条件 3で約 7. 3万回となり、 従来例 2では、開放形の条件 1で約 33. 2万回であったところ密閉形の条件 3で約 8. 4万回となり、従来例 3では開放形の条件 1で約 27. 1万回であったところ密閉形の条 件 3で約 2. 3万回となっていた。一方、比較例 1では、開放形の条件 1で約 34万回で あつたところ密閉形の条件 3では約 36万回となり、従来例とは違う結果が得られた。 ただし、現時点ではメカニズムが十分には解明されていないため、この現象を明確に 説明することは困難である。
[0036] ところが、実施例 2の Ag—酸ィ匕鉄系接点材料では、開放形のリレーの場合よりも、 密閉形リレーでの耐久性が明らかに向上していることが確認された。具体的には、実 施例 2では、開放形の条件 1で約 31. 8万回であったところ密閉形の条件 3で約 57. 4万回となった。
[0037] また、表 5に示す高温雰囲気下における耐久試験結果では、従来例 1〜3の電気 接点を組み込んだ密閉形リレーでは、その耐久性能が著しく低下することが確認でき た。具体的には、従来例 1では、高温雰囲気の密閉形で約 27. 1万回となり、従来例 1では約 8. 1万回、従来例 2では約 20. 1万回、従来例 3では約 2. 0万回となってい た。一方、実施例 2の Ag—酸化鉄系電気接点材料では、 85°Cという過酷な高温雰 囲気条件下において、実使用に耐えうる、非常に高い耐久寿命特性を備えているこ とが判明した。具体的には、実施例 2では約 106万回もの平均開閉回数を示した。こ の結果は、比較例 1では、開放形の条件 1で約 34万回であったところ密閉形の条件 3で約 36万回となることと比べても、画期的な耐久寿命の向上が認められたことを示 している。
[0038] 第二実施形態:表 6には、この第二実施形態における実施例 5〜14の交流負荷用リ レーに用いた、酸ィ匕鉄及びマグネシウムなどの酸ィ匕物を含有する Ag系接点材料の 組成を示している。
[0039] [表 6] 組成 (w t %)
実施例 5 Ag 90. 0— Fe20。9. 0— MgOl. 0
実施例 6
実施例 7
実施例 8 A g 90. 0-F e 2039. 0— La 203 l. 0
実施例 9 < A g 90. 0 -F e 2039. 0— Ce02l. 0
実施例 10 Ag 90. 0-F e 2039. 0 -Sm2031. 0
実施例 11 Ag 9 o o 2. 0-F e 2036. 0— Mg02. 0
実施例 12 Ag 92. 0-F e 2037. 5-MgOO. 5
o o
実施例 13 Ag 92. 0-F e 2037. 0— MgOl. 0
実施例 14 Ag 92. 0-F e 2035. 5_Mg02. 5
[0040] 実施例 5〜 14の電気接点材料につい 〇 〇ても、第一実施形態と同様に粉末冶金法に より製造した。原料粉末としては、平均粒径 の Ag粉末と、平均粒径 2 //mの酸
o 〇
化鉄粉末と、平均粒径 2 μ mの各実施例に含有されているマグネシウム酸ィ匕物等と
<
を用いて、その他の製造条件は第一実施形態と同様の手順により行った。各実施例 の電気接点材料により、第一実施形態と同様条件でリベット 〇〇接点を作製し、開放型リ レー耐久試験、密閉型リレー耐久試験を行った。使用した交流負荷用リレー、耐久
o o
試験条件などについては、全て第一実施形態と同じである。この第二実施形態にお ける耐久試験結果を表 7に示す。
[0041] [表 7]
Figure imgf000012_0001
(単位：万回)
[0042] 表 7では、各耐久試験においてのリレー故障の平均開閉回数（5台の各リレーの故 障した際の開閉回数の平均)を示している。条件 1及び条件 2における密閉型リレー に比べ、条件 3及び条件 4における開放型リレーの方が明らかに耐久性に優れること が判明した。また、第一実施形態の実施例 1〜4と比較すると、実施例 5〜14のように 、酸化鉄に加えて各実施例で含まれて 、るもう一つの酸化物を含有させて 、る方が 、耐久寿命をさらに向上させることが判明した。

Claims

請求の範囲
[1] 交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷を、密閉空間内に配置され た Ag系接点素子により制御する密閉形交流負荷用リレーにおいて、
鉄の酸化物を 4. 0〜20. 0重量％含有し、残部が Agカゝらなる Ag系接点素子を用
V、たことを特徴とする密閉形交流負荷用リレー。
[2] 交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷を制御する密閉形交流負荷 用リレーの耐久寿命を向上させる方法において、
鉄の酸化物を 4. 0〜20. 0重量％含有し、残部が Agカゝらなる Ag系接点素子を密 閉空間内に配置して前記抵抗負荷を制御することを特徴とする密閉形交流負荷用リ レーの耐久寿命の向上方法。
[3] 交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷を、密閉空間内に配置され た Ag系接点素子により制御する密閉形交流負荷用リレーに用いる Ag系接点素子材 料において、
鉄の酸化物を 4. 0〜20. 0重量％含有し、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、 ランタン、セリウム、サマリウム力も選ばれる一種または二種以上の酸ィ匕物を 0. 1〜2 . 5重量％含有し、残部が Agカゝらなることを特徴とする Ag系接点素子材料。
[4] 交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷を、密閉空間内に配置され た Ag系接点素子により制御する密閉形交流負荷用リレーにおいて、
請求項 3に記載の Ag系接点素子材料力もなる Ag系接点素子を用いたことを特徴 とする密閉形交流負荷用リレー。
[5] 交流電圧 80V〜300V、定格電流 5〜25Aの抵抗負荷を制御する密閉形交流負荷 用リレーの耐久寿命を向上させる方法において、
請求項 3に記載の Ag系接点素子材料力 なる Ag系接点素子を密閉空間内に配 置して前記抵抗負荷を制御することを特徴とする密閉形交流負荷用リレーの耐久寿 命の向上方法。
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