WO2012039207A1 - 電気接点材 - Google Patents

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WO2012039207A1
WO2012039207A1 PCT/JP2011/068219 JP2011068219W WO2012039207A1 WO 2012039207 A1 WO2012039207 A1 WO 2012039207A1 JP 2011068219 W JP2011068219 W JP 2011068219W WO 2012039207 A1 WO2012039207 A1 WO 2012039207A1
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WO
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electrical contact
contact material
less
tungsten carbide
graphite
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PCT/JP2011/068219
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隆志 畠山
上西　昇
胡間　紀人
恭彦 鈴木
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株式会社アライドマテリアル
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Publication date
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    • H01H2001/0052—Special contact materials used for MEMS
    • H01H2001/0057—Special contact materials used for MEMS the contact materials containing refractory materials, e.g. tungsten

Definitions

  • the present invention relates generally to electrical contact materials, and more specifically to electrical contact materials made of silver-tungsten carbide-graphite (Ag-WC-Gr) -based materials and used in circuit breakers (breakers) and the like. It is.
  • Ag-WC-Gr silver-tungsten carbide-graphite
  • An electrical contact material made of a silver-tungsten carbide-based material containing a certain amount or more of tungsten carbide as a heat-resistant non-oxide has been conventionally used for a breaker having a rated current value of 200 A or more.
  • graphite is added in order to prevent oxidation of tungsten carbide under high heat at the time of interruption to suppress temperature rise (temperature performance) and to improve welding resistance.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-11753 discloses 5-70% by weight of carbides of group IVa, Va, and VIa group metals such as tungsten carbide and 1-11 of graphite. 5% to 60% by weight of iron group metal, 0.1 to 30% by weight of nitride of IVa, Va, VIa, and VIIa metal, with the balance being silver, and carbide and nitride in the iron group metal And electrical contact materials dispersed in silver are disclosed.
  • Patent Document 2 discloses 5-70% by weight of carbides of group IVa, Va, and VIa group metals such as tungsten carbide and 1-11 of graphite. % By weight, 5-60% by weight of iron group metal, 0.1-5% by weight of metal of group IVa, Va, VIa, VIIa, the balance being made of silver, carbide and group IVa, Va, VIa, VIIa metal Is disclosed as a solid solution or dispersion in iron group metals and silver.
  • the above-mentioned electrical contact material is manufactured not by a melting method but by a powder metallurgy method because of poor wettability between a heat-resistant non-oxide such as tungsten carbide and silver.
  • a powder metallurgy method a starting material powder is compression-molded to form a compact, and this compact is sintered. In the sintered body thus obtained, there are gaps (pores) between the bonded powder particles.
  • the electrical contact material obtained has a low relative density and is not densified, so the electrical conductivity is low.
  • produces at a contact at the time of interruption
  • the relative density is improved by re-pressurizing the sintered body.
  • the relative density obtained with this method is less than 95%.
  • the electrical conductivity of an electrical contact material will become low. Thereby, the welding resistance, wear resistance, and temperature performance of the electrical contact material become insufficient.
  • an object of the present invention is to provide an electrical contact material excellent in welding resistance, wear resistance, and temperature performance.
  • the electrical contact material according to the present invention includes more than 55% by weight of tungsten carbide and not more than 80% by weight, graphite of not less than 2% by weight and not more than 5% by weight, the balance including silver and inevitable impurities, and a relative density of 96.%. It is 0% or more, oxygen content is 600 ppm or less, conductivity is 30% IACS or more, and bending strength is 450 MPa or more.
  • the average particle diameter of tungsten carbide is 1.5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of graphite is 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the relative density is 96.0% or more, the oxygen content is 600 ppm or less, the conductivity is 30% IACS or more, and the bending strength is 450 MPa or more. It is possible to provide an excellent electrical contact material.
  • the breaker 10 can contact the fixed contact member 30 and the fixed contact member 30, or can be separated from the fixed contact member 30.
  • the movable-side contact member 20 is disposed so as to be movable repeatedly.
  • the stationary contact member 30 is composed of a joined body of an electrical contact material 31 and a base metal 32.
  • the movable contact member 20 is composed of a joined body of an electrical contact material 21 and a base metal 22.
  • the electrical contact material 31 according to the embodiment of the present invention is used for a part of the stationary contact member 30 of the breaker 10.
  • the electrical contact material 31 shown in FIGS. 1 and 2 is an example of the “electrical contact material” according to the present invention.
  • the electrical contact material 31 and the base metal 32 are joined to each other via the brazing material 4 with the upper surface of the joint portion 32 a formed integrally on the base metal 32 side as the joint surface.
  • the electrical contact material 21 and the base metal 22 are joined to each other via the brazing material 4 with the upper surface of the joint portion formed integrally on the base metal 22 side as the joint surface.
  • the movable contact member 20 and the fixed contact member 30 are configured in this way, the electric contact of the movable contact member 20 with respect to the electric contact material 31 of the fixed contact member 30 as shown in FIG.
  • a built-in contact trip device (not shown) is activated, and FIG.
  • the electric contact member 21 of the movable contact member 20 is instantaneously separated from the electric contact member 31 of the fixed contact member 30 in the direction of the arrow Q, and the current is cut off. .
  • the end side of the base metal 32 on which the electrical contact material 31 is not provided is connected to the primary side (power supply side) terminal of the breaker 10 among the fixed side contact members 30.
  • the end portion of the base metal 22 on which the electrical contact material 21 is not provided is connected to the secondary side (load side) terminal of the breaker 10.
  • the movable-side electrical contact material 21 incorporated in the breaker 10 is made of a silver-tungsten carbide (Ag-WC) -based material
  • the fixed-side electrical contact material 31 is the electrical contact material of the present invention.
  • tungsten carbide (WC) is more than 55% by mass and 80% by mass or less
  • graphite (Gr) is 2% by mass to 5% by mass.
  • the balance contains silver (Ag) and inevitable impurities, the relative density is 96.0% or more, the oxygen content is 600 ppm or less, the conductivity is 30% IACS or more, and the bending strength is 450 MPa or more.
  • tungsten carbide as a heat-resistant non-oxide which is a refractory is contained in an amount of more than 55% by weight and 80% by weight or less, so that arc resistance, welding resistance, wear resistance are reduced.
  • the advantage of improving the property over a certain level is obtained.
  • the content of tungsten carbide is 55% by mass or less, not only the above-mentioned advantages cannot be obtained, but also tungsten carbide as a refractory is low, and in a high current region, melting and evaporation of silver cannot be prevented. Arc resistance, welding resistance, and wear resistance may be deteriorated.
  • the electrical conductivity is lowered, so that the material does not function as a contact for a breaker, an electromagnetic switch or the like.
  • the conductivity may be less than 30% IACS.
  • the content of tungsten carbide is preferably 60% by mass or more and 70% by mass or less.
  • graphite is contained in an amount of 2% by mass or more and 5% by mass or less, thereby preventing oxidation of tungsten carbide as a heat-resistant non-oxide under high heat at the time of interruption, and welding resistance.
  • the advantage of improving can be obtained. If the content of graphite is less than 2% by mass, the above advantages cannot be obtained. If the graphite content exceeds 5% by mass, the material cannot be molded.
  • the graphite content is preferably 2% by mass or more and 4% by mass or less.
  • the balance contains silver and inevitable impurities, but in order to ensure electrical conductivity of the contact, it is preferable that silver is contained in an amount of 15% by mass to 43% by mass. If the silver content is less than 15% by mass, the electrical conductivity is lowered, and the material is not suitable for electrical contact materials for breakers, electromagnetic switches and the like. If the silver content exceeds 43% by mass, the content of tungsten carbide as a heat-resistant non-oxide, which is a refractory, becomes small, so that arc resistance, welding resistance, and wear resistance are improved to a certain extent. I can't.
  • the silver content is preferably 30% by mass or more and 40% by mass or less.
  • the balance is iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), chromium (Cr), molybdenum (Mo), copper (Cu), tantalum (Ta), vanadium (V). , Magnesium (Mg), zinc (Zn), tin (Sn), and at least one element or carbide selected from the group consisting of these carbides and the like in a range of 0% by mass to 3% by mass It may be. When the content of the element or carbide exceeds 3% by mass, the conductivity may be less than 30% IACS. The content of the element or carbide is preferably 1% by mass or less.
  • the relative density when the relative density is 96.0% or more, excellent welding resistance and wear resistance can be obtained. If the relative density is less than 96.0%, the electric conductivity may be less than 30% IACS, so that the electrical contact material is inferior in welding resistance and wear resistance.
  • the relative density is preferably 98.0% or more and 100% or less.
  • the oxygen content is 600 ppm or less, excellent wear resistance can be obtained.
  • oxygen remaining in the electrical contact material is suddenly released when shut off, and contact consumption may increase.
  • oxygen content exceeds 600 ppm, oxygen present in the material becomes a gas due to high heat of several thousand degrees generated during the short-circuit test, so that a part of the base material of the electrical contact material is scattered. This increases the rate at which the electrical contact material is consumed.
  • the oxygen content is preferably 500 ppm or less.
  • the oxygen content is preferably 250 ppm or more for reasons of difficulty in production.
  • “difficulty in production” means that no matter how small the oxygen content is, 250 ppm is a production limit.
  • the electrical conductivity is 30% IACS or more, excellent welding resistance, wear resistance, and temperature performance can be obtained.
  • the electrical conductivity is less than 30% IACS, the welding resistance, wear resistance, and temperature performance deteriorate.
  • the conductivity is preferably 50% IACS or less because of difficulty in production.
  • “difficulty in manufacturing” means that 50% IACS is a manufacturing limit no matter how much the conductivity is increased.
  • the bending strength of the electrical contact material of the present invention is 450 MPa or more in order to withstand the impact.
  • the bending strength is preferably 550 MPa or more.
  • the bending strength is preferably 650 MPa or less because of difficulty in production.
  • “difficulty in production” means that no matter how much the bending force is increased, 650 MPa is a production limit.
  • the average particle size of tungsten carbide is preferably 1.5 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less. If the average particle size of tungsten carbide is less than 1.5 ⁇ m, the material cannot be molded. If the average particle size of tungsten carbide exceeds 5 ⁇ m, the strength varies depending on the location of the electrical contact material. When low strength parts are connected, the electrical contact material is selectively consumed after the short circuit test. As a result, arc resistance, welding resistance, and wear resistance may be deteriorated.
  • the average particle size of graphite is preferably 2 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less. If the average particle diameter of graphite is less than 2 ⁇ m, the material cannot be molded. Further, when the average particle diameter of graphite exceeds 50 ⁇ m, the strength varies depending on the location of the electrical contact material. When low strength parts are connected, the electrical contact material is selectively consumed after the short circuit test. As a result, arc resistance, welding resistance, and wear resistance may be deteriorated.
  • the electrical contact material made of the silver-tungsten carbide-graphite (Ag-WC-Gr) material of the present invention is manufactured as follows.
  • the average particle size of the prepared silver (Ag) powder is 0.5 to 10 ⁇ m
  • the average particle size of the tungsten carbide (WC) powder is 1.5 to 5 ⁇ m
  • the average particle size of the graphite (Gr) powder is 2 ⁇ m or more. 50 ⁇ m or less.
  • the average particle size of each powder is less than the lower limit, the powder is agglomerated and each particle cannot be uniformly dispersed, so that the area of silver eluted on the surface of the electrical contact material increases. As a result, the welding performance of the electrical contact material may be deteriorated.
  • the average particle size of silver (Ag) powder is 1 ⁇ m to 5 ⁇ m
  • the average particle size of tungsten carbide (WC) powder is 1.5 ⁇ m to 3 ⁇ m
  • the average particle size of graphite (Gr) powder is 3 ⁇ m to 10 ⁇ m. It is.
  • the purity of each of silver (Ag) powder, tungsten carbide (WC) powder, and graphite (Gr) powder is preferably 99.5% or more. If the purity of each powder is less than 99.5%, impurities such as oxygen (O) and carbon (C) existing at the grain boundaries of the powder increase, and the electrical conductivity of the electrical contact material may be lowered.
  • silver powder, tungsten carbide powder and graphite powder are mixed in a vacuum of 80 Pa to 150 Pa, for example, for 30 minutes to 60 minutes, for example, in a dry ball mill according to a predetermined composition.
  • a vacuum 80 Pa to 150 Pa
  • fine raw material powder can be mixed uniformly and each particle can be disperse
  • mechanical strength such as the bending strength of an electrical contact material
  • the pressure of the mixed atmosphere exceeds 150 Pa, the degree of vacuum becomes insufficient, and there is a possibility that the particles of the raw material powder having a large specific gravity difference cannot be uniformly dispersed. If the mixing time is less than 30 minutes, the mixing becomes insufficient, and the particles of the raw material powder may not be uniformly dispersed. When the mixing time exceeds 60 minutes, productivity may be deteriorated.
  • a compression molded body is formed by applying a pressure of, for example, 250 MPa to 350 MPa to the mixed powder.
  • This step is performed so that an electrical contact material having a higher relative density can be obtained by a coining step and an extrusion step, which are subsequent steps.
  • the pressing pressure is less than 250 MPa, the amount of deformation in the coining process becomes large, so there is a possibility that it is not possible to press the relative density to 93% or more in a single coining process.
  • the press pressure exceeds 350 MPa, the relative density of the press body exceeds 85%, so that the gap in the press body becomes small. As a result, the internal reduction of the material becomes insufficient in the subsequent sintering step, and oxygen may remain.
  • the obtained compression molded body is sintered, for example, by holding it in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas at a temperature of 1000 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, for example, for 1 hour or more and 2 hours or less. .
  • a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas
  • the amount of oxygen as an impurity adsorbed inside the electrical contact material can be reduced. If the sintering temperature is less than 1000 ° C., the sintering is not completed. When the sintering temperature exceeds 1100 ° C., a large amount of gas is generated and the material may foam. If the sintering time is less than 1 hour, the sintering is not completed. If the sintering time exceeds 2 hours, the productivity may deteriorate.
  • the obtained sintered body is coined under a pressure of, for example, 1000 MPa to 1200 MPa so that the relative density is, for example, 93% to 97%.
  • This step is performed in order to obtain an electric contact material having a higher relative density by an extrusion step which is a subsequent step.
  • this step is performed in order to reduce the amount of oxygen as an impurity that enters the material during preheating in the extrusion step. If the coining pressure is less than 1000 MPa, the relative density of the material may be about 90%. If the coining pressure exceeds 1200 MPa, the durability of the mold used may be deteriorated.
  • the relative density after the coining process is less than 93%, the amount of oxygen as an impurity entering the material during preheating in the extrusion process may increase. If the relative density after the coining step exceeds 97%, even if the pressure is increased beyond this, the relative density is not improved by the spring back, and the productivity may be deteriorated.
  • the coined sintered body is, for example, 1 hour or more in a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas at a temperature of 900 ° C. or higher and 940 ° C. or lower. After preheating by holding for 2 hours or less, an extrusion pressure of 180 GPa or more and 250 GPa or less is applied to extrude into a predetermined shape.
  • a reducing gas atmosphere such as hydrogen gas or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas
  • an extrusion pressure 180 GPa or more and 250 GPa or less is applied to extrude into a predetermined shape.
  • the electrical contact material made of the silver-tungsten carbide-graphite (Ag-WC-Gr) material of the present invention is manufactured.
  • the manufacturing method combining conventional press working and sintering, it is difficult to increase the relative density.
  • the old powder grain boundary in the raw material powder in which many impurities such as oxygen and carbon are present is easily maintained even after sintering. For this reason, impurities such as oxygen and carbon remain concentrated at the grain boundaries of the sintered electrical contact material. This remaining impurity reduces the electrical conductivity and bending strength of the material.
  • the relative density can be increased, the old powder grain boundaries are extended, and the high purity silver particles are in contact with each other.
  • the influence of the old powder grain boundary in the raw material powder is extremely small.
  • a relative density of 98% or more can be obtained, and the amount of impurities remaining at the grain boundary can be reduced, so that the electrical conductivity and the bending strength of the electrical contact material are improved.
  • the preheating temperature is less than 900 ° C.
  • the deformation resistance of the extruded material becomes large, so there is a possibility that extrusion cannot be performed.
  • the preheating temperature exceeds 940 ° C.
  • the temperature during extrusion exceeds the melting point of silver, so that the surface of the extruded material may be foamed.
  • the preheating time is less than 1 hour, the inside of the material is not heated, so that the deformation resistance increases and there is a possibility that the material cannot be extruded. If the preheating time exceeds 2 hours, the material is heated sufficiently uniformly, so that the productivity may be deteriorated.
  • the extrusion pressure is less than 180 GPa, the relative density of the extruded material may be lowered. If the extrusion pressure exceeds 250 GPa, the extrusion die may be damaged.
  • the relative density is improved by repressurizing a sintered compact.
  • impurities such as oxygen and carbon remain concentrated at the grain boundaries of the sintered electrical contact material.
  • the remaining impurities reduce the conductivity and bending strength of the material.
  • pressurizing a sintered compact again, you must restrain the outer peripheral direction of a sintered compact without gap. For this reason, it is necessary to set the sintered bodies one by one in the mold and pressurize them. As a result, there is a problem that the production cost becomes high.
  • the electrical contact material of the present invention high electrical conductivity can be obtained in a material containing more than 55 mass% and 80 mass% or less of tungsten carbide as a refractory. Thereby, since heat generation at the time of interruption can be reduced, welding resistance, wear resistance, and temperature performance can be improved. Further, since the electric contact material of the present invention has a higher bending strength than the conventional electric contact material, it is possible to reduce contact breakdown in a short-circuit test with a large contact load.
  • the fixed-side electrical contact material 31 according to Examples 1 to 15 below was manufactured.
  • the fixed-side electrical contact material 31 according to the following comparative examples 1 to 4 was manufactured. An interruption test by an overload test and a short-circuit test was performed using each of the breakers for a large current having a rated current value of 1000 A configured by incorporating each of these electrical contact materials 31.
  • the movable-side electrical contact material 21 was made of a material containing 50% by mass of silver and the balance being tungsten carbide.
  • the average particle diameter of the graphite (Gr) powder, the content of graphite (Gr) in the prepared electrical contact material 31, tungsten carbide used to produce the electrical contact material 31 in the examples and comparative examples of the present invention The following table shows the average particle diameter of the (WC) powder, the content of tungsten carbide (WC) in the produced electrical contact material 31, the relative density, the oxygen content, the electrical conductivity, and the bending strength of the electrical contact material 31.
  • the consumption rate of the electrical contact material 31 after the overload test, the consumption rate of the electrical contact material 31 after the short circuit test, and the evaluation results for the temperature test are also shown in Table 1. Numerical values underlined indicate that they are outside the scope of the present invention.
  • an electrical contact material 31 of a silver-tungsten carbide-graphite (Ag-WC-Gr) -based material containing graphite (Gr) and tungsten carbide (WC) with the contents shown in Table 1 is as follows. It was made.
  • the graphite (Gr) powder and tungsten carbide (WC) powder having the average particle size shown in Table 1 and the silver (Ag) powder having an average particle size of 3 ⁇ m are set to have the Gr content and WC content shown in Table 1.
  • a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press, a disk-shaped compression molded body having a thickness of 300 mm and an outer diameter of 80 mm was formed.
  • This compression-molded body was sintered by being held in hydrogen gas having a reducing gas atmosphere at a temperature of 1050 ° C. for 1.5 hours.
  • This sintered body was coined under a pressure of 1100 MPa so that the true density was 95% or more.
  • the coined sintered body is preheated by holding it in hydrogen gas at a temperature of 920 ° C., which is a reducing gas atmosphere, for 1.5 hours, and then the extrusion pressure is 220 GPa.
  • Extrusion processing was performed to obtain a rod-shaped body.
  • the obtained rod-shaped body was cut into a thickness of 1 mm to produce an electrical contact material 31.
  • an electrical contact material 31 of a silver-tungsten carbide-graphite (Ag-WC-Gr) -based material containing graphite (Gr) and tungsten carbide (WC) with the contents shown in Table 1 is as follows. Produced.
  • the graphite (Gr) powder and tungsten carbide (WC) powder having the average particle size shown in Table 1 and the silver (Ag) powder having an average particle size of 3 ⁇ m are set to have the Gr content and WC content shown in Table 1.
  • a plate-like compression-molded body having a planar shape of 10 mm square and a thickness of 1 mm was formed by applying a pressure of 300 MPa to the obtained mixed powder with a press.
  • This compression-molded body was sintered by holding it in a vacuum at a temperature of 900 ° C. for 1 hour. This sintered body was coined under a pressure of 500 MPa so that the true density was 97% or more.
  • the electrical contact material 31 was obtained.
  • Comparative Example 2 the same average particle size as in Example 1 was obtained as shown in Table 1 according to the same steps as in Examples 1 to 15 except that the step of coining the sintered body was not performed.
  • Comparative Example 3 the same procedure as in Examples 1 to 15 above was followed, except that the compression molded body was sintered by holding it in nitrogen gas at a temperature of 950 ° C., which is a protective gas atmosphere, for 1 hour.
  • Table 1 a silver-graphite-tungsten carbide (Ag-Gr-WC) -based electrical contact material containing graphite (Gr) and tungsten carbide (WC) with the same average particle size and content as in Example 1 31 was produced.
  • Comparative Example 4 is the same as Example 1 as shown in Table 1 according to the same steps as in Examples 1 to 15 except that silver powder, graphite powder and tungsten carbide powder were mixed in the atmosphere.
  • An electrical contact material 31 of silver-graphite-tungsten carbide (Ag-Gr-WC) based material containing graphite (Gr) and tungsten carbide (WC) with an average particle size and content was produced.
  • the relative density [%] of the produced electrical contact material was calculated by dividing the weight of the electrical contact material by the volume of the electrical contact material (calculated value obtained by product of vertical dimension ⁇ horizontal dimension ⁇ thickness dimension). The density was calculated by dividing by the theoretical density of each material.
  • the measurement of the oxygen content [ppm] remaining in the produced electrical contact material was performed by an infrared absorption method using an oxygen analyzer (model BMGA520) manufactured by Horiba, Ltd.
  • the electrical conductivity [% IACS] was measured with a sigma tester (manufactured by FOERSTER INSTRUMENTS, product number: SIGMATEST D) using a sample of an electrical contact material having a cross-sectional shape of 10 mm square.
  • a sample for a bending test having a size of 5 mm ⁇ 2 mm ⁇ 30 mm was produced from the same material as the produced electrical contact material. Using this sample, the bending strength [MPa] was measured under the conditions of a distance between supporting points of 15 mm and a head speed of 1 mm / min.
  • a breaking current of 5000 A was set at a load voltage of 220V.
  • the test for forcibly turning on the switch and cutting off the current instantaneously was performed according to the following procedure. That is, in this short circuit test, one O duty and three CO duties were performed in this order as operation duties.
  • the consumption rate of the electrical contact material 31 after a short circuit test was computed by said (Formula 1).
  • Table 1 as the evaluation of the consumption rate, “ ⁇ ” is shown when the calculated consumption rate is 10% or less, “ ⁇ ” when it is 40% or less, and “x” when it exceeds 40%.
  • a breaking current of 5000 A was set at a load voltage of 265V.
  • the test for forcibly turning on the switch and cutting off the current instantaneously was performed according to the following procedure. That is, in this welding test, one O duty and five CO duties were performed in this order as operation duties. And the welding condition of the electrical contact material 31 during a welding test or after a welding test was evaluated.
  • the rated current was passed after the overload test and the interruption test, and the temperature of the breaker terminal when the temperature stabilized was measured.
  • Table 1 shows “ ⁇ ” when the temperature rise is less than 75K, “ ⁇ ” when it is 75K or more and less than 80K, and “X” when it is 80K or more.
  • the present invention is not limited to this example, and the breaker is not limited thereto.
  • the electric contact material of the present invention may be used for any of the ten movable side contact members 20 or the fixed side contact member 30.
  • the electrical contact material of the present invention is preferably incorporated in the breaker 10 having a rated current value of about 250A to 3200A, and more preferably incorporated in the breaker 10 having a rated current value of 800A or more and less than 1600A.
  • the electrical contact material 31 of the present invention is used for the breaker 10 as an example of a switch
  • the present invention is not limited to this example.
  • the electrical contact material of the present invention may be used for a switch (switch device) other than a breaker such as an electromagnetic switch.
  • the electrical contact material of the present invention is used by being incorporated in a breaker for high current having a rated current value of 250A to 3200A.

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Abstract

　耐溶着性、耐消耗性、温度性能に優れた電気接点材を提供する。電気接点材（３１）は、炭化タングステンを５５質量％を超え８０質量％以下、グラファイトを２質量％以上５質量％以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、相対密度が９６．０％以上、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、抗折力が４５０ＭＰａ以上である。

Description

電気接点材
　本発明は、一般的には電気接点材に関し、特定的には銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系の材料からなり、遮断器（ブレーカ）等に用いられる電気接点材に関するものである。
　耐熱性非酸化物として炭化タングステンを一定量以上含む銀－炭化タングステン系の材料からなる電気接点材は、定格電流値が２００Ａ以上のブレーカ等に従来からよく用いられている。この電気接点材には、遮断時の高熱下において炭化タングステンの酸化を防止して温度上昇を抑え（温度性能）、かつ、耐溶着性を向上させるために、グラファイトが添加されている。
　たとえば、特開昭５８－１１７５３号公報（以下、特許文献１という）には、炭化タングステン等の元素周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物を５～７０重量％、グラファイトを１～１１重量％、鉄族金属を５～６０重量％、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族金属の窒化物を０．１～３０重量％含み、残部が銀からなり、炭化物および窒化物が鉄族金属中および銀中に分散している電気接点材料が開示されている。
　また、特開昭５８－１１７５４号公報（以下、特許文献２という）には、炭化タングステン等の元素周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物を５～７０重量％、グラファイトを１～１１重量％、鉄族金属を５～６０重量％、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族の金属を０．１～５重量％含み、残部が銀からなり、炭化物およびＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＶＩＩａ族金属が鉄族金属中および銀中に固溶もしくは分散している電気接点材料が開示されている。
特開昭５８－１１７５３号公報 特開昭５８－１１７５４号公報
　上記の電気接点材は、炭化タングステン等の耐熱性非酸化物と銀との濡れ性が悪いため、溶解法ではなく、粉末冶金法で製造される。粉末冶金法では、出発原料粉末を圧縮成形して成形体を作製し、この成形体を焼結する。このようにして得られた焼結体においては、結合した粉末粒子の間に隙間（気孔）が存在する。
　このため、得られた電気接点材は、相対密度が低く、緻密化されていないので、導電率が低くなる。これにより、この電気接点材を用いて構成されたブレーカでは、遮断時に接点で発生する熱が多くなる。したがって、得られた電気接点材が耐溶着性、耐消耗性、温度性能に劣るという問題がある。
　このような問題を解決するために、特許文献１と特許文献２に記載の電気接点材の製造方法では、焼結体を再加圧することにより、相対密度を向上させている。しかし、この方法で得られる相対密度は９５％未満である。このため、電気接点材の導電率が低くなってしまう。これにより、電気接点材の耐溶着性、耐消耗性、温度性能が不十分になる。なお、これを解消するためには電気接点材の接点面積を大きくする必要がある。
　そこで、本発明の目的は、耐溶着性、耐消耗性、温度性能に優れた電気接点材を提供することである。
　本発明に従った電気接点材は、炭化タングステンを５５質量％を超え８０質量％以下、グラファイトを２質量％以上５質量％以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、相対密度が９６．０％以上、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、抗折力が４５０ＭＰａ以上である。
　本発明の電気接点材において、炭化タングステンの平均粒径が１．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。
　また、本発明の電気接点材において、グラファイトの平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
　本発明によれば、相対密度が９６．０％以上、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、抗折力が４５０ＭＰａ以上であるので、耐溶着性、耐消耗性、温度性能に優れた電気接点材を提供することができる。
本発明の一つの実施の形態としての電気接点材が組み込まれたブレーカを構成する固定側接点部材と可動側接点部材の閉状態における配置関係を示す側面図である。 本発明の一つの実施の形態としての電気接点材が組み込まれたブレーカを構成する固定側接点部材と可動側接点部材の開状態における配置関係を示す側面図である。
　まず、本発明の一つの実施の形態としての電気接点材が組み込まれたブレーカの構成について説明する。
　図１と図２に示すように、ブレーカ１０は、固定側接点部材３０と、固定側接点部材３０に接触することができるように、または、固定側接点部材３０から離隔することができるように、繰り返して移動可能に配置された可動側接点部材２０とを備えている。固定側接点部材３０は電気接点材３１と台金３２との接合体からなる。可動側接点部材２０は電気接点材２１と台金２２との接合体からなる。本発明の実施形態による電気接点材３１はブレーカ１０の固定側接点部材３０の一部分に使用される。なお、図１と図２に示される電気接点材３１は、本発明に従った「電気接点材」の一例である。
　固定側接点部材３０においては、電気接点材３１と台金３２とが、台金３２側に一体的に形成された接合部３２ａの上面を接合面として、ろう材４を介して互いに接合されている。可動側接点部材２０においては、電気接点材２１と台金２２とが、台金２２側に一体的に形成された接合部の上面を接合面として、ろう材４を介して互いに接合されている。
　このようにして、可動側接点部材２０と固定側接点部材３０が構成されているので、図１に示すように固定側接点部材３０の電気接点材３１に対して可動側接点部材２０の電気接点材２１が接触した状態（閉状態）から、ブレーカ１０の許容電流値を超える電流が所定時間流れた場合に、内蔵された接点引き外し装置（図示せず）が作動することによって、図２に示すように可動側接点部材２０の電気接点材２１が固定側接点部材３０の電気接点材３１から矢印Ｑ方向に瞬時に引き離された状態に移行して、電流を遮断するように構成されている。なお、図１と図２に示すように、固定側接点部材３０のうち、電気接点材３１が設けられていない台金３２の端部側が、ブレーカ１０の１次側（電源側）端子に接続されているとともに、可動側接点部材２０のうち、電気接点材２１が設けられていない台金２２の端部は、ブレーカ１０の２次側（負荷側）端子に接続されている。
　上記の実施の形態では、ブレーカ１０に組み込まれる可動側の電気接点材２１は銀－炭化タングステン（Ａｇ－ＷＣ）系の材料からなり、固定側の電気接点材３１は、本発明の電気接点材として、銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系の材料からなり、炭化タングステン（ＷＣ）を５５質量％を超え８０質量％以下、グラファイト（Ｇｒ）を２質量％以上５質量％以下含み、残部が銀（Ａｇ）と不可避的不純物を含み、相対密度が９６．０％以上、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、抗折力が４５０ＭＰａ以上である。
　本発明の電気接点材において、まず、耐火物である耐熱性非酸化物としての炭化タングステンが５５質量％を超え８０質量％以下含まれていることにより、耐アーク性、耐溶着性、耐消耗性を一定以上向上させるという利点が得られる。炭化タングステンの含有量が５５質量％以下では、上記の利点を得ることができないだけでなく、耐火物としての炭化タングステンが少なく、高電流領域では銀の溶融と蒸発を防止することができないので、耐アーク性、耐溶着性、耐消耗性が悪くなるおそれがある。炭化タングステンの含有量が８０質量％を超えると、電気導電性が低下するので、当該材料がブレーカ用、電磁開閉器用等の接点として機能しない。具体的には、炭化タングステンの含有量が８０質量％を超えると、導電率が３０％ＩＡＣＳ未満になるおそれがある。炭化タングステンの含有量は６０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。
　また、本発明の電気接点材において、グラファイトが２質量％以上５質量％以下含まれることにより、遮断時の高熱下において耐熱性非酸化物としての炭化タングステンの酸化を防止し、また耐溶着性を向上させるという利点を得ることができる。グラファイトの含有量が２質量％未満では、上記の利点を得ることができない。グラファイトの含有量が５質量％を超えると、材料を成形することができない。グラファイトの含有量は２質量％以上４質量％以下であることが好ましい。
　さらに、本発明の電気接点材において、残部は銀と不可避的不純物を含むが、接点の電気伝導性を確保するためには、銀は１５質量％以上４３質量％以下含まれることが好ましい。銀の含有量が１５質量％未満では、電気導電性が低下し、当該材料がブレーカ用、電磁開閉器用等の電気接点材に適さない。銀の含有量が４３質量％を超えると、耐火物である耐熱性非酸化物としての炭化タングステンの含有量が少量になるので、耐アーク性、耐溶着性、耐消耗性を一定以上向上させることができない。銀の含有量は３０質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。
　本発明の電気接点材において、残部として、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、タンタル（Ｔａ）、バナジウム（Ｖ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）、および、これらの炭化物などからなる群より選ばれた少なくとも１種類の元素または炭化物が、０質量％以上３質量％以下の範囲で含まれていてもよい。上記の元素または炭化物の含有量が３質量％を超えると、導電率が３０％ＩＡＣＳ未満になる恐れがある。上記の元素または炭化物の含有量は１質量％以下であることが好ましい。
　本発明の電気接点材において、相対密度が９６．０％以上であることにより、優れた耐溶着性と耐消耗性を得ることができる。相対密度が９６．０％未満では、導電率が３０％ＩＡＣＳ未満になる恐れがあるので、電気接点材が耐溶着性と耐消耗性に劣る。相対密度は９８．０％以上１００％以下であることが好ましい。
　本発明の電気接点材において、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下であるので、優れた耐消耗性を得ることができる。酸素含有量が６００ｐｐｍを超えると、電気接点材に残存する酸素が遮断時に急激に開放され、接点消耗が大きくなる恐れがある。具体的には、酸素含有量が６００ｐｐｍを超えると、短絡試験時に生じる数千度の高熱により、材料中に存在する酸素が気体になるので、電気接点材の基材の一部分を飛散させる。これにより、電気接点材が消耗する割合が増大する。酸素含有量は５００ｐｐｍ以下が好ましい。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、電気接点材が消耗する割合は酸素含有量による影響をほとんど受けない。ただし、製造上困難という理由により、酸素含有量は２５０ｐｐｍ以上であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、酸素含有量をどれだけ小さくしようとしても２５０ｐｐｍが製造上の限界という意味である。
　本発明の電気接点材において、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上であるので、優れた耐溶着性と耐消耗性と温度性能を得ることができる。導電率が３０％ＩＡＣＳ未満であると、耐溶着性と耐消耗性と温度性能が悪くなる。ただし、製造上困難という理由により、導電率は５０％ＩＡＣＳ以下であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、導電率をどれだけ大きくしようとしても５０％ＩＡＣＳが製造上の限界という意味である。
　大電流用途の短絡試験では衝撃が大きいので、その衝撃に耐えるために、本発明の電気接点材における抗折力は４５０ＭＰａ以上である。抗折力が４５０ＭＰａ未満では、接点負荷の大きな短絡試験において、材料の機械的強度不足により、電気接点材が破壊する。抗折力は５５０ＭＰａ以上が好ましい。なお、過負荷試験においては、接点負荷が小さいので、抗折力による影響をほとんど受けない。ただし、製造上困難という理由により、抗折力は６５０ＭＰａ以下であることが好ましい。ここで、「製造上困難」ということは、抗折力をどれだけ大きくしようとしても６５０ＭＰａが製造上の限界という意味である。
　本発明の電気接点材において、炭化タングステンの平均粒径は１．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。炭化タングステンの平均粒径が１．５μｍ未満では、材料を成形することができない。炭化タングステンの平均粒径が５μｍを超えると、電気接点材の箇所によって強度のばらつきが生じる。強度の低い箇所がつながるようになると、短絡試験後に電気接点材が選択的に消耗する。その結果、耐アーク性、耐溶着性、耐消耗性が悪くなる恐れがある。
　また、本発明の電気接点材において、グラファイトの平均粒径は２μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。グラファイトの平均粒径が２μｍ未満では、材料を成形することができない。また、グラファイトの平均粒径が５０μｍを超えると、電気接点材の箇所によって強度のばらつきが生じる。強度の低い箇所がつながるようになると、短絡試験後に電気接点材が選択的に消耗する。その結果、耐アーク性、耐溶着性、耐消耗性が悪くなる恐れがある。
　なお、本発明の銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系の材料からなる電気接点材は次のようにして製造される。
　（粉末の準備）
　準備される銀（Ａｇ）粉末の平均粒径は０．５μｍ以上１０μｍ以下、炭化タングステン（ＷＣ)粉末の平均粒径は１．５μｍ以上５μｍ以下、グラファイト（Ｇｒ）粉末の平均粒径は２μｍ以上５０μｍ以下である。各粉末の平均粒径が下限値未満では、粉末の凝集が激しくなり、各粒子が均一に分散できないので、電気接点材の表面に溶出する銀の面積が大きくなる。その結果、電気接点材の溶着性能が悪くなる恐れがある。各粉末の平均粒径が上限値を超えると、粉末において粒子間距離が大きくなり、各粒子が微細に分散できないので、電気接点材の表面に溶出する銀の面積が大きくなる。その結果、電気接点材の溶着性能が悪くなる恐れがある。好ましくは、銀（Ａｇ）粉末の平均粒径は１μｍ以上５μｍ以下、炭化タングステン（ＷＣ)粉末の平均粒径は１．５μｍ以上３μｍ以下、グラファイト（Ｇｒ）粉末の平均粒径は３μｍ以上１０μｍ以下である。
　銀（Ａｇ）粉末、炭化タングステン（ＷＣ）粉末、および、グラファイト（Ｇｒ)粉末の各粉末の純度は９９．５％以上であることが好ましい。各粉末の純度が９９．５％未満では、粉末の粒界に存在する酸素（Ｏ）、炭素（Ｃ）などの不純物が多くなるので、電気接点材の導電率が低くなる恐れがある。
　（混合工程）
　次に、所定の組成に従って銀粉末と炭化タングステン粉末とグラファイト粉末とを、たとえば、乾式ボールミル内にて、８０Ｐａ以上１５０Ｐａ以下の真空中で、たとえば、３０分間以上６０分間以下、混合する。このように原料粉末を真空中で混合することにより、微細な原料粉末を均一に混合して、各粒子を均一に分散させることができる。これにより、電気接点材の抗折力等の機械的強度を高めて、接点負荷の大きな短絡試験に対する耐性を向上させることができる。混合雰囲気の圧力が８０Ｐａ未満では、高真空にするためのコストが高くなる恐れがある。混合雰囲気の圧力が１５０Ｐａを超えると、真空度が不十分となり、比重差の大きい原料粉末の各粒子を均一に分散させることができない恐れがある。混合時間が３０分間未満では、混合が不十分となり、原料粉末の各粒子を均一に分散させることができない恐れがある。混合時間が６０分間を超えると、生産性が悪くなる恐れがある。
　（圧縮成形工程）
　その後、混合粉末に、たとえば、２５０ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下の圧力を加えることにより、圧縮成形体を形成する。この工程は、後工程であるコイニング工程と押出工程によって、より高い相対密度の電気接点材を得ることができるようにするために行われる。プレス圧力が２５０ＭＰａ未満では、コイニング工程における変形量が大きくなってしまうので、一度のコイニング工程で相対密度が９３％以上になるように加圧することができない恐れがある。プレス圧力が３５０ＭＰａを超えると、プレス体の相対密度が８５％を超えてしまうので、プレス体中の隙間が小さくなる。その結果、後工程である焼結工程において材料内部の還元が不十分となり、酸素が残留する恐れがある。
　（焼結工程）
　得られた圧縮成形体を、たとえば、１０００℃以上１１００℃以下の温度の、たとえば、水素ガス等の還元性ガス雰囲気中で、たとえば、１時間以上２時間以下、保持することにより、焼結する。このように圧縮成形体を還元性ガス雰囲気中で焼結することにより、電気接点材の内部に吸着している不純物としての酸素の量を低減することができる。焼結温度が１０００℃未満では、焼結が完了しない。焼結温度が１１００℃を超えると、ガスが多量に発生し、材料が発泡する恐れがある。焼結時間が１時間未満では、焼結が完了しない。焼結時間が２時間を超えると、生産性が悪くなる恐れがある。
　（コイニング工程）
　得られた焼結体を、相対密度が、たとえば、９３％以上９７％以下になるように、たとえば、１０００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の加圧下でコイニング加工する。この工程は、後工程である押出工程によって、より高い相対密度の電気接点材を得ることができるようにするために行われる。また、この工程は、押出工程における予備加熱時に材料中に入り込む不純物としての酸素の量を低減するために行われる。コイニング圧力が１０００ＭＰａ未満では、材料の相対密度が９０％程度になってしまう恐れがある。コイニング圧力が１２００ＭＰａを超えると、用いられる金型の耐久性が悪くなる恐れがある。コイニング工程後の相対密度が９３％未満では、押出工程における予備加熱時に材料中に入り込む不純物としての酸素の量が多くなる恐れがある。コイニング工程後の相対密度が９７％を超えると、これ以上加圧してもスプリングバックにより相対密度が向上せず、生産性が悪くなる恐れがある。
　（押出工程）
　コイニング加工された焼結体を、たとえば、９００℃以上９４０℃以下の温度の、水素ガス等の還元性ガス雰囲気中で、または、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中で、たとえば、１時間以上２時間以下、保持することにより、予備加熱した後、１８０ＧＰａ以上２５０ＧＰａ以下の押出圧力を加えることにより、所定の形状になるように押出加工する。
　以上のようにして、本発明の銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系の材料からなる電気接点材は製造される。
　従来のプレス加工と焼結とを組み合わせた製造方法によれば、相対密度を高めることが困難である。また、従来の製造方法では、酸素、炭素などの不純物が多く存在する原材料粉末における旧粉末粒界が焼結後にも維持されやすい。このため、焼結後の電気接点材の粒界に酸素、炭素などの不純物が集中して残存する。この残存した不純物が材料の導電率と抗折力を低下させる。
　これに対して、上記のようにコイニング加工された焼結体を押出加工することにより、相対密度を高めることができるとともに、旧粉末粒界が引き延ばされ、高純度の銀粒子同士が接触し、原材料粉末における旧粉末粒界の影響は極めて小さくなる。その結果、９８％以上の相対密度を得ることができるとともに、粒界に残留する不純物の量を少なくすることができるので、電気接点材の導電率と抗折力が向上する。
　予備加熱温度が９００℃未満では、押出材の変形抵抗が大きくなってしまうので、押し出しできない恐れがある。予備加熱温度が９４０℃を超えると、押出時の温度が銀の融点を超えてしまうので、押出材の表面が発泡してしまう恐れがある。予備加熱時間が１時間未満では、材料の内部まで加熱されないので、変形抵抗が大きくなってしまい、押し出しできない恐れがある。予備加熱時間が２時間を超えると、材料が十分に均一に加熱されているので、生産性が悪くなってしまう恐れがある。
　押出圧力が１８０ＧＰａ未満では、押出材の相対密度が低くなってしまう恐れがある。押出圧力が２５０ＧＰａを超えると、押出ダイスが破損してしまう恐れがある。
　なお、特許文献１と特許文献２に記載の電気接点材の製造方法では、焼結体を再加圧することにより、相対密度を向上させている。しかしながら、上述のように、焼結後の電気接点材の粒界には、酸素、炭素などの不純物が集中して残存する。この残存した不純物が材料の導電率と抗折力を低下させるという問題がある。また、焼結体を再加圧する場合、焼結体の外周方向を隙間なく拘束しなければならない。このため、焼結体を一個ずつ金型にセットし、加圧する必要がある。その結果、生産コストが高くなるという問題がある。
　これに対して、上述した本発明の銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系の材料から電気接点材を製造するためには、押出加工法が採用される。このため、量産性の高い方法で９６％以上の相対密度を有する電気接点材を製造することができる。その結果、生産コストを低下させることができる。
　要約すれば、本発明の電気接点材では、耐火物である炭化タングステンを５５質量％を超え８０質量％以下含む材料において高い導電率を得ることができる。これにより、遮断時の発熱を低下させることができるので、耐溶着性、耐消耗性、温度性能を向上させることができる。また、従来の電気接点材に比べて本発明の電気接点材では、抗折力が高いので、接点負荷の大きな短絡試験において接点の破壊を低減することができる。
　以下、上述の実施形態の効果を確認するために行った実施例と比較例とによる比較実験について以下に説明する。
　［実施例］
　本実施例では、上述の実施形態に対応する実施例として、以下の実施例１～１５による固定側の電気接点材３１を作製した。また、従来の製造方法を用いた比較例として、以下の比較例１～４による固定側の電気接点材３１を作製した。これらの電気接点材３１の各々を組み込んで構成された定格電流値が１０００Ａの大電流用ブレーカの各々を用いて過負荷試験と短絡試験による遮断試験を行った。なお、可動側の電気接点材２１は、銀を５０質量％含み、残部が炭化タングステンからなる材料を用いた。
　本発明の実施例と比較例において電気接点材３１を作製するために用いられた（グラファイト（Ｇｒ）粉末の平均粒径、作製された電気接点材３１におけるグラファイト（Ｇｒ）の含有量、炭化タングステン（ＷＣ）粉末の平均粒径、作製された電気接点材３１における炭化タングステン（ＷＣ）の含有量、電気接点材３１の相対密度、酸素含有量、導電率、および、抗折力を以下の表１に示す。また、過負荷試験後の電気接点材３１の消耗率、短絡試験後の電気接点材３１の消耗率、および、温度試験についての評価結果も表１に示す。なお、表１において下線が付されている数値は、本発明の範囲外であることを示す。
　なお、電気接点材３１の相対密度、酸素含有量、導電率、および、抗折力の測定方法、大電流用ブレーカの過負荷試験と短絡試験による遮断試験の方法、これらの遮断試験後の消耗率の評価、および、温度試験の方法と評価については後述する。
　（実施例１～１５）
　実施例１～１５では、表１に示す含有量でグラファイト（Ｇｒ）と炭化タングステン（ＷＣ）を含む銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系材料の電気接点材３１を次のようにして作製した。
　表１に示す平均粒径のグラファイト（Ｇｒ）粉末および炭化タングステン（ＷＣ）粉末と、平均粒径が３μｍの銀（Ａｇ）粉末とを、表１に示すＧｒ含有量およびＷＣ含有量になるように乾式ボールミルを用いて真空中（１００Ｐａ）で４５分間混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力３００ＭＰａを加えることにより、厚みが３００ｍｍ、外径が８０ｍｍの円盤状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を還元性ガス雰囲気である１０５０℃の温度の水素ガス中で１．５時間保持することにより、焼結した。この焼結体を、真密度が９５％以上になるように、１１００ＭＰａの加圧下でコイニング加工した。コイニング加工された焼結体を、還元性ガス雰囲気である９２０℃の温度の水素ガス中で１．５時間保持することにより、予備加熱した後、押出圧力２２０ＧＰａを加えることにより、断面が１０ｍｍ角の棒状体になるように押出加工した。得られた棒状体を１ｍｍの厚みに切断することにより、電気接点材３１を作製した。
　（比較例１）
　比較例１では、表１に示す含有量でグラファイト（Ｇｒ）と炭化タングステン（ＷＣ)を含む銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系材料の電気接点材３１を次のようにして作製した。
　表１に示す平均粒径のグラファイト（Ｇｒ）粉末および炭化タングステン（ＷＣ）粉末と、平均粒径が３μｍの銀（Ａｇ）粉末とを、表１に示すＧｒ含有量およびＷＣ含有量になるように大気中で３０分間、手作業で混合した。得られた混合粉末にプレスで圧力３００ＭＰａを加えることにより、平面形状が１０ｍｍ角で厚みが１ｍｍの板状の圧縮成形体を形成した。この圧縮成形体を９００℃の温度の真空中で１時間保持することにより、焼結した。この焼結体を、真密度が９７％以上になるように、５００ＭＰａの加圧下でコイニング加工した。このようにして、電気接点材３１が得られた。
　（比較例２）
　比較例２では、焼結体をコイニング加工する工程を行わない点を除いては、上記の実施例１～１５と同様の工程に従って、表１に示すように実施例１と同じ平均粒径と含有量でグラファイト（Ｇｒ）と炭化タングステン（ＷＣ）を含む銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系材料の電気接点材３１を作製した。
　（比較例３）
　比較例３では、圧縮成形体を保護ガス雰囲気である９５０℃の温度の窒素ガス中で１時間保持することにより焼結した点を除いては、上記の実施例１～１５と同様の工程に従って、表１に示すように実施例１と同じ平均粒径と含有量でグラファイト（Ｇｒ）と炭化タングステン（ＷＣ）を含む銀－グラファイト－炭化タングステン（Ａｇ－Ｇｒ－ＷＣ）系材料の電気接点材３１を作製した。
　（比較例４）
　比較例４では、銀粉末とグラファイト粉末と炭化タングステン粉末を大気中で混合した点を除いては、上記の実施例１～１５と同様の工程に従って、表１に示すように実施例１と同じ平均粒径と含有量でグラファイト（Ｇｒ）と炭化タングステン（ＷＣ）を含む銀－グラファイト－炭化タングステン（Ａｇ－Ｇｒ－ＷＣ）系材料の電気接点材３１を作製した。
　（相対密度）
　作製された電気接点材の相対密度［％］は、電気接点材の重量を電気接点材の体積（縦寸法×横寸法×厚み寸法の積で得られる算出値）で除することによって算出された密度を、各材質の理論密度で除することによって算出した。
　（酸素含有量）
　作製された電気接点材に残留する酸素含有量［ｐｐｍ］の測定は、株式会社堀場製作所製の酸素分析機器（機種ＢＭＧＡ５２０）を用いて赤外線吸収法によって行った。
　（導電率）
　断面形状が１０ｍｍ角の電気接点材の試料を用いて、シグマテスター（FOERSTER INSTRUMENTS製、品番：SIGMATEST D）で導電率［％ＩＡＣＳ］を測定した。
　（抗折力）
　作製された電気接点材と同じ素材から５ｍｍ×２ｍｍ×３０ｍｍの大きさの抗折試験用の試料を作製した。この試料を用いて、支点間距離１５ｍｍ、ヘッド速度１ｍｍ／ｍｉｎの条件で抗折力［ＭＰａ］を測定した。
　（大電流用ブレーカの遮断試験（過負荷試験））
　過負荷試験は、２２０Ｖの負荷電圧で６００Ａの遮断電流を設定した。試験方法としては、ＣＯ責務（負荷電圧２２０Ｖで６００Ａの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチＯＦＦ状態で強制的にスイッチをＯＮ投入して瞬時に電流を遮断させる試験）を５０回行った。そして、過負荷試験後の電気接点材３１の消耗率を次の式によって算出した。表１には、消耗率の評価として、算出された消耗率が５％以下であるとき「◎」、１０％以下であるとき「○」、１０％を超えるとき「×」で示す。
　（電気接点材の消耗率）＝［[（試験前の電気接点材の厚み）－（試験後の電気接点材の厚み）]／（試験前の電気接点材の厚み）］×１００（％）・・・（式１）
　（大電流用ブレーカの遮断試験（短絡試験））
　短絡試験は、２２０Ｖの負荷電圧で５０００Ａの遮断電流を設定した。試験方法としては、Ｏ責務（ブレーカのスイッチＯＮ状態で遮断電流を流し、電流を遮断させる試験）とＣＯ責務（負荷電圧２２０Ｖで５０００Ａの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチＯＦＦ状態で強制的にスイッチをＯＮ投入して瞬時に電流を遮断させる試験）を次の手順で行った。すなわち、この短絡試験では、動作責務として１回のＯ責務と３回のＣＯ責務をこの順で行った。そして、短絡試験後の電気接点材３１の消耗率を上記の（式１）によって算出した。表１には、消耗率の評価として、算出された消耗率が１０％以下であるとき「◎」、４０％以下であるとき「○」、４０％を超えるとき「×」で示す。
　（大電流用ブレーカの溶着試験）
　溶着試験は、２６５Ｖの負荷電圧で５０００Ａの遮断電流を設定した。試験方法としては、Ｏ責務（ブレーカのスイッチＯＮ状態で遮断電流を流し、電流を遮断させる試験）とＣＯ責務（負荷電圧２６５Ｖで５０００Ａの遮断電流が流れる回路にブレーカをセットし、スイッチＯＦＦ状態で強制的にスイッチをＯＮ投入して瞬時に電流を遮断させる試験）を次の手順で行った。すなわち、この溶着試験では、動作責務として１回のＯ責務と５回のＣＯ責務をこの順で行った。そして、溶着試験中または溶着試験後の電気接点材３１の溶着具合を評価した。表１には、溶着具合の評価として、接点が全く溶着しないとき「◎」、ブレーカのＯＮ／ＯＦＦで簡単に溶着が外れる場合（軽溶着）「○」、ブレーカのＯＮ／ＯＦＦで簡単に溶着が外れない場合（重溶着）「×」で示す。
　（温度試験）
　過負荷試験後および遮断試験後に定格電流を流し、温度が安定したときのブレーカの端子の温度を測定した。表１には、温度上昇が７５Ｋ未満のとき「◎」、７５Ｋ以上８０Ｋ未満のとき「○」、８０Ｋ以上のとき「×」で示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から、銀－炭化タングステン－グラファイト（Ａｇ－ＷＣ－Ｇｒ）系材料の電気接点材３１を用いた、定格電流値が１０００Ａの大電流用ブレーカにおいて、炭化タングステンを５５質量％を超え８０質量％以下、グラファイトを２質量％以上５質量％以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、相対密度が９６．０％以上、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、抗折力が４５０ＭＰａ以上であるように、電気接点材３１（実施例１～１５）を構成することにより、過負荷試験後の消耗率だけでなく、短絡試験後の消耗量をも低減でき、また、短絡試験による遮断試験後における溶着を防止でき、さらに、過負荷試験後および遮断試験後における温度上昇を抑制することができたことがわかる。
　今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
　たとえば、上記の実施形態と実施例では、ブレーカ１０の固定側接点部材３０に本発明の電気接点材３１を適用した例について示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、ブレーカ１０の可動側接点部材２０または固定側接点部材３０のいずれかに本発明の電気接点材を用いてもよい。なお、本発明の電気接点材は、定格電流値が２５０Ａ～３２００Ａ程度のブレーカ１０に組み込まれることが好ましく、定格電流値が８００Ａ以上１６００Ａ未満のブレーカ１０に組み込まれることがより好ましい。
　また、上記の実施形態と実施例では、開閉器の一例としてのブレーカ１０に本発明の電気接点材３１を用いた例について示したが、本発明はこの例に限定されるものではなく、たとえば、電磁開閉器などのブレーカ以外の開閉器（スイッチ機器）に本発明の電気接点材を用いてもよい。
　本発明の電気接点材は、定格電流値が２５０Ａ～３２００Ａの大電流用ブレーカに組み込まれて用いられる。
　１０：ブレーカ、２１，３１：電気接点材。

Claims (3)

  1. 　炭化タングステンを５５質量％を超え８０質量％以下、グラファイトを２質量％以上５質量％以下含み、残部が銀と不可避的不純物を含み、相対密度が９６．０％以上、酸素含有量が６００ｐｐｍ以下、導電率が３０％ＩＡＣＳ以上、抗折力が４５０ＭＰａ以上である、電気接点材（３１）。
  2. 　炭化タングステンの平均粒径が１．５μｍ以上５μｍ以下である、請求項１に記載の電気接点材（３１）。
  3. 　グラファイトの平均粒径が２μｍ以上５０μｍ以下である、請求項１に記載の電気接点材（３１）。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014136617A1 (ja) * 2013-03-05 2017-02-09 株式会社アライドマテリアル 電気接点材およびブレーカ

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2586883B1 (en) * 2010-06-22 2015-11-04 A.L.M.T. Corp. Electrical contact material

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4922592A (ja) * 1972-06-23 1974-02-28
JPS5090993A (ja) * 1973-12-14 1975-07-21
JPS5811754A (ja) 1981-07-15 1983-01-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 電気接点材料
JPS5811753A (ja) 1981-07-15 1983-01-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 電気接点材料
WO2009041246A1 (ja) * 2007-09-25 2009-04-02 A.L.M.T.Corp. 接点部材の製造方法、接点部材および開閉器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0922592A (ja) * 1995-07-03 1997-01-21 Sanyo Electric Co Ltd シンクロナスｄｒａｍ
JPH11269579A (ja) * 1998-03-24 1999-10-05 Nippon Kagaku Yakin Co Ltd Ａｇ−Ｗ／ＷＣ系焼結型電気接点材料およびその製造方法
CN100365747C (zh) * 2003-12-23 2008-01-30 哈尔滨东大电工有限责任公司 一种低压电器用的电触头材料
CN1658346A (zh) * 2005-03-10 2005-08-24 上海大学 一种银－碳化钨－碳电触头材料的制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4922592A (ja) * 1972-06-23 1974-02-28
JPS5090993A (ja) * 1973-12-14 1975-07-21
JPS5811754A (ja) 1981-07-15 1983-01-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 電気接点材料
JPS5811753A (ja) 1981-07-15 1983-01-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 電気接点材料
WO2009041246A1 (ja) * 2007-09-25 2009-04-02 A.L.M.T.Corp. 接点部材の製造方法、接点部材および開閉器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2620515A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014136617A1 (ja) * 2013-03-05 2017-02-09 株式会社アライドマテリアル 電気接点材およびブレーカ

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