JPH03183735A - 銀―酸化物接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気中で使用される、直流、交流用開閉機器、
電流遮断器等に、使用される電気接点材料に関するもの
である。従来の銀一酸化物系材料は、焼結法、及び内部
酸化によって作られている。

本発明は後者の方法で製作し、軽負荷から大容量負荷の
広い領域で使用され、且つ耐溶着特性を向上する銀−酸
化物電気接点材料である。

［従来の技術］ 今日使用されている同系統の材料は、Ａｇ−Ｃｄｏ、Ａ
ｇ−Ｚｎｏ、Ａｇ−ＳｎＯ２系に代表され、特にＡｇ−
Ｓ４Ｏ２系では、Ｓｎの重量％が５を超へる時、内部酸
化が進行しないため、Ｉｎ、Ｂｉ元素を添加して、内部
酸化を成功せしめる技術を含む材料がある。

此れ等はＳｎＯ２の融点、１６２５℃を、添加元素との
共範酸化物を形成する為に、融点及び高温に於いての、
接点特性を低下する所が夛く認められる。又実用例で直
流囲路用接点として特に、問題となる転移、突超物発生
、溶着、並びに大電流遮断時の消耗、溶着が夛くなる傾
向である。

反面に於いて、Ａｇ＋ＳｎＯ２（８〜１２□）の焼結材
料についての改良研究は、海外の諸々の研究、開発も実
績効果は、除々に進歩の情報もあるが、固相状態での焼
結であるためか、充分な密度及び、凝集力が得られず、
過負荷の繰り返し試験、大電流の遮断試験で満足し得な
いのが現況である ［発明が解明しようとする課題］ 前述の通り　Ａｇ−ＳｎｘＢｉｙＯｚ系で内部酸化法に
よる材料は、実用面でも、品質の安定性で高い評価があ
る。一般の耐熱性を有するために、治全上で許せる範囲
で比重の軽い元まで、Ａｇ，Ｓｎの両元素に合金し得る
Ｃａを投入し、ＣａＪｎＯ３の如く、融点約２０００℃
に到達する酸化物粒子を微細に折出分散し、内部酸化促
進之素のＢｉの物理的劣性をおぎなった上、ＳｎＯ２に
優る耐熱性粒子を銀基質中に、折出、分散する事により
、目標とする、直流、交流、従来特殊使用ともされてい
た。耐熱性接点材料を開発しようとすものである。Ｃａ
の比重は軽く、１．５４ｇ／ｃｃであり、重量比として
、少い量で、銀中に占る容積は大であり、Ｓｎ、Ｃａの
それ等に比し、重量対容積比は約５倍である。金属状態
図的観測からすれば、Ｃａを５．６重量％Ａｇ合金の凝
固点は、６５３℃まで低下する。そしてＡｇの融点から
（９６０℃）冷却されて、６５３℃に達するまでは、液
相と、ＣａＡｇ４又は、その法の化合物の混合固体相の
共存状態にある。此れは、内部酸化温度と重大な関係が
ある。又、凝固相のＸ線解析では、Ａｇと各種の化合物
が混然と存在する。

此の様な合金は、冷却、加熱の工程 で多くの原子欠間を生じ塑性加上性を阻害する一方、酸
素の拡散速度は、内部酸化に当って、上昇する利点もあ
る。そのため、酸化促進剤のＢｉの添加なしで、高圧酸
素下（１０〜５０ＡＴＭ）及び低温（６５０℃近傍）の
加熱により、ある限度の銀合金の内部酸化に成功する。

そしてその銀一酸化物接点材料は、ＣａＳｎＯ３等の耐
熱酸化物粒子の分散により、安定した性能が保証出来る
。

小容量で、直流アーク発生率の高くなる使用条件に、Ｃ
ａＸＳｎＹＯＺ＋Ａｇ合金として、少くともＳｎＯ２の
融点より高く、分散粒子は微細で、拡散範囲が狭い爲に
、均一な分散がある。

前述の通り　Ａｇ−ＳｎＯ２−ＢｉＸＯ３系では、交流
回路では、２２０Ｖｏｌｔ，２０００Ａｍｐの遮断。直
流回路では、２４Ｖｏｌｔ，２０Ａｍｐの開閉を限度と
するため、Ａｇ，Ｓｎ，Ｂｉに合金性を有するＣａＯを
添加する事により、一段の耐久性を有する内部酸化材料
を開発の課題目標とする。

［課題を解決するための手段］ 前段で既でに記載した通り、Ａｇ−Ｓｎ合金にＣａを添
加し、内部酸化の進行機構を成立するために、特許請求
の通り、３項目について、具体的内容を詳しく述べる事
で、手段方法を明らかにする。

（１）特許請求の第１項についての内容説明ＡｇにＳｎ
とＣａの化合物を、合金し、Ｓｎの重量は最少で、少く
とも、２重量％は、酸溶性のため必要であり、最大はＡ
ｇ中への固溶限として、１２重量％とし、Ｃａは０．５
以上で、通常夛用されたＳｎ５重量％に対し、ＣａＳｎ
３（８９．９％ｄＳｎ）最低の化合物を形成し、最大値
は、Ａｇ−Ｃａの共晶点５．２重量％を最値とした。

Ｂｉは、Ｓｎに対して最大固溶限の最大。最少値は、Ｓ
ｎの最小値２重量％のＡｇ−Ｓｎ合金の内部酸化速度を
高めるに必要である値である。ＳｎとＣａの間に形成す
る金属間化合物としては、Ｃａ２Ｓｎ（６０■％Ｓｎ）
、ＣａＳｎ（７４．７■％Ｓｎ）、ＣａＳｎ３（８９．
８■％Ｓｎ）の三種が知られている。

最も安定した結合は、ＣａＳｎであり、その酸化物の特
性も知られている。ＣａＳｎＯ３の融点は約２０００℃
で、ＣａＯ（２６００℃）とＳｎＯ２（１６００℃）の
中間に、ありＣａ成分比が高い程、融点もＣａＯの融点
に近く、ＣａＳｎＯ３の融点もＳｎＯ２、及びＡｇの沸
点殆んどが近接している。第１項ではＡｇ−ＣａＳｎ合
金のＳｎに対して、１４重量％以下のＢｉを添加し、Ｂ
ｉ元素が凝固時にＡｇ−Ｓｎ固溶相からＢｉを折した欠
陥部へ、内部酸化の進行につれ、ＳｎＢｉ共晶合金とし
て、Ｓｎよりも拡散核へ、集中拡散速度を上昇する結果
、良好な分散組織合金が得られる。

（２）特許請求の第２項の内容説明 Ａｇに合金する所の、Ｓｎ，Ｂｉ，Ｃａの三元共晶合金
の成分比にする事により、Ａｇ−合金の凝固点は低下し
、且つ、成分比が一定となり、三元素の内部酸化時の拡
散速度は速く、表面部より中心部に到る濃度■析度が最
も低い合金酸化物を折出する。以上の利点を活す、３元
素の合金濃度は、共晶点で三等比近傍である。Ｂｉ−Ｃ
ａの共晶点は、Ｂｉが４１．５重量％で融点は７８６℃
、Ｓｎ−Ｂｉの共晶点はＢｉが５７重量％で融点は１３
５℃、Ｓｎ−Ｃａの共晶点、Ｃａ−Ｃａ２Ｓｎ間で４０
．６重量％のＳｎ（Ｅ１）．ＣａＳｎ−ＣａＳｎ３の共
晶点はＳｎ８６重量％で（Ｅ２）が存在するが、Ｅ１共
晶点が三元合金量の少い時有利である。平均分配比より
、Ｓｎ量を少し増して成分比率で３等分となる、Ａｇへ
の固溶限度に近い５．０重量％のＢｉは脆性を増し、消
耗量は多く粘着性は少い材料となる。耐溶着性特性を活
かした用途に向く。

（３）特許請求の第３項の内容説明 前項記述の共晶点Ｅ１、Ｅ２のＳｎ−Ｃａ合金について
、Ａｇ−Ｃａ共晶合金として、Ｃａ量が３容量％で融は
８００℃まで低下する、又Ｓｎが５重量％を超へず、内
部酸化が可能であるＳｎを４．５重量％以下で配合され
た、Ａｇ−Ｓｎ−Ｃａ合金の成分が、その範中にあるＥ
１，Ｅ２のＳｎ−Ｃａの共晶点、又は適量のＣａＳｎ化
合物を含む銀合金の鍜造効果により合金中に内部酸化核
となる欠間を形成し、酸素圧力を４０ＡＴＭ位まで高く
、再結晶、結晶成長を少くするため、凝固点より可なり
下方に酸化の低温を接定する。或は、溶融合金粉末を假
焼結し、再成型右に内部酸化する工程が有利である。Ｓ
ｎは少量であるが、Ｃａの比重は小く、銀中に占める酸
化物粒子の表面積は大きくなる。又Ｂｉの様な低融点元
素を含まないので、Ｃａの脆性と耐熱性が、ＳｎＯ２に
加算され、直流回路の開閉等で効果的な特性を有する。

又、Ａｇ−Ｓｎ４％は、内部酸化条件で、重要な高い酸
素圧力でも進行速度は、ＡＧ−Ｓｎ−Ｂｉ系合金に比し
、おそく、折出粒子が鮮明でない。本発明で述ベた、Ｃ
ａ元素を熱間鍜造可能を有する重量は、ＡＧ−Ｓｎ（４
□％）に対し、０．４重量％限度とする実験結果である ので、■銀で表面を覆う、又は熱間押出し等による、加
工率を高くしながら、最終的に、良組織と接点特性が得
られる。

以上、各特許請求の項目の内容説明とする。

［発明の効果］ Ａｇ−Ｓｎ系合金の内部酸化法で製作し得る成分範囲で
、従来のＡｇ−Ｓｎ−Ｂｉ、系合金の様な，Ｂｉ添加の
効果と，反面のマイナル作用を除去する爲，耐熱性の高
い酸化物を形成するＣａとＳｎ結合で耐熱性合金酸化物
（ＣａＸＳｎＹＯＺ）を折出粒子として銀地合に分散す
る事により，ＳｎＯ２より安定した超微粒子の効果作用
を発明の目的とする。勿論．Ａｇ−Ｓｎ（４５％）につ
いても，内部酸化時に，単独合金より．酸素との親和力
の高く，且つ比重の軽いＣａ元素の添加は、内部酸化を
促進し、折出粒子の微細化，耐熱効果を向上する効果作
用がある。補足として、Ｃａの比重の少さい事は、銀中
にＳｎ，Ｃａ等の如く．含有重量を多くしなくとも，大
容量回路での開閉に，交直流をとわず対応し得る電気接
点材料である。

［実施例］ 表−１に於いて．配合銀合金の成分と酸化後の物理接性
の測定値を示す。

（１）銀合金成分と酸化後の物理特性 以上の試料中．ＮＯ−１〜ＮＯ５は，本発明の範中に含
まれる合金であり．可塑性が少い爲に、アルゴン雰囲気
中で、溶解し、４．５ｍ／ｍφ×１ｍ／ｍ深さの形の穴
を有する炭素製鋳型板上に、鋳造し．凝固前に、冷却用
■金型で押圧し、冷却成型した。ＮＯ−６，ＮＯ−７は
３０ｍ／ｍφ×１００ｍ／ｍＬの鋳造物を，１０ｍ／ｍ
φ×１ｍ／ｍＸのテープ状に，７５０℃が予備加熱し、
２００□の圧力で押し出し．そのテープにより、４．５
ｍ／ｍφ中１ｍ／ｍＴのデスク状に、打ちぬいた。ＮＯ
−８〜９は現行品で、０．１ｍ／ＭＴのＡｇ裏張りした
１ｍ／ｍＴの板より４．５ｍ／ｍφにプレスした試料で
ある。ＮＯ−１〜ＮＯ−７，は低温（６７０℃）で４０
ＡＴＭの酸素圧力下で約５０時間，加熱し、内部酸化を
完了したＮＯ−８〜ＮＯ−９は通常の通り７２０℃．１
０ＡＴＭ（Ｏ２）で内部酸化したものである。

電導はシグマテスターによる測定値であり、硬度は，一
般のロックウエル硬度測定器Ｆスケールよる数値である
。組織的には、ＮＯ−１，ＮＯ−７，ＮＯ−８が良好で
あり、他は一般的である。又ＮＯ−１〜ＮＯ−６試料は
，中心部の酸化物稀薄層の少い事が認められた。Ａｇ−
Ｓｎ合金にＣａを添加とする時、合金脆性は、増し、結
晶欠陥を発するのは，Ａｇ−Ｃａ共晶合金で、Ａｇと様
々な分子構造を有する化合物の混合態であり、加工、再
加熱により．分子構造が変化する時，生じる結晶空間，
欠陥等であると推定され内部酸化時に、その欠陥は、酸
素の拡散ルート，及が折出核を代行すると考へられ、Ｓ
ｎ量４重量％でＣａを含む銀−合金の内部酸化組織が鮮
明な粒子折出が確認された。

（２）電気的特性 表−１に示す試料の内，ＮＯ−１〜ＮＯ−７は，Ａｇの
裏張りがないので，Ａｇ−Ｓｎ１０％Ｉｎ１５％のロー
材を用いて、試験用台金（銅）に，ロー付し、ＮＯ−８
ＮＯ−９は一般のロー材を用いた。

試験の条件 （イ）ＡＳＴＭ試験器による接点消耗量交流２２０Ｖｏ
ｌｔ　電流５０Ａｍｐ　力率０．回閉頻度６０回／毎分
　接点圧４００ｇ関離力６００ｇ　関閉数３万回 中間で溶着、異常消耗を発生時点で試験は中止する。

（ロ）溶着試験 接点圧力４００ｇ　充電式コンデンサー放電にピーク電
流値（Ａ）に於いて、１ｋｇ以上の関離力を必要とする
時を溶着とする。１試科について、同電流で３回テスト
を行い、５００Ａ段階で上昇する。

ＡＳＴＭの結果ＮＯ．２及びＮＯ．６が平滑な消耗面で
あり、ＮＯ．１，ＮＯ．２が溶着テスト時のアーク発生
量は少く、遮断器内接点として有利に観察された。

［発明の効果］ 実施例で記載の通り、Ｃａの添加効果は、耐弧性にすぐ
れ、共通して関離時のアークの発生が少い。そのため直
流用パワーリレー用、電流遮器用に対し、電流発生量の
少い事が有利な性能である。

そして従来の銀−酸化物接点材料よりも、その方面の用
途で効果的である事を確認した。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属成分で、２、〜１２、重量％のＳｎと、０．
   ５〜５．０重量％のＣａと、０．１〜１．４重量％の各
   元素を含む銀合金を、内部酸化 した銀−酸化物電気接点材料。
2. （２）金属成分で、それぞれ０．６〜５重量％からなる
   、Ｓｎ，Ｃａ，Ｂｉの三元共晶合金を含む銀合金を内部
   酸化した、銀−酸化した 銀−酸化物電気接点材料。
3. （３）金属成分で、１．０〜４．５重量％のＳｎと０．
   ０１〜３．０重量％のＣａを含む銀合金を内部酸化した
   、銀−酸化物電気接点材料。