JPH0456020A - エンジンスタータ用直流接点 - 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】 （１）産業上の利用分野 本願の発明は、耐環境性に優れた長寿命のエンジンスタ
ータ用直流接点に関するものである。

（２）従来の技術 エンジンスタータ用直流接点の構造は、第１図に示すと
おりであり、１個の円板状の可動接点２と一対の固定接
点１ａ、ｌｂとからなる。

従来のエンジンスタータ用直流接点では、可動接点側と
固定接点側とをいずれも同じタフピッチ銅で作ったもの
と、可動接点側をタフピッチ銅で固定接点側を銅−タン
グステン合金で作ったものとが知られている。

自動車のイグニション・キーを回したときに、引き込み
コイル５が形成する電磁石の作用によって、可動接点２
は固定接点１ａ、ｌｂに強く押し付けられ、その圧力は
、１ｍｍ”当たり２５ｇ（２，５Ｋｇ／ｌ　００ｍｍ”
）またはそれ以上であって、通常の電気回路における接
点の接触圧力の１００倍以上にもなる。また、固定接点
のうちのバッテリー側接点（ｌａ）には、電流切断時に
瞬間的に１２０ＯＡにも達する過大な電流が流れてその
消耗を激しくさせる。

スタータ用接点の材料の一つとして、従来、固定接点、
可動接点共にそれらの材料として、タフピッチ鋼が採用
されてきた。この組み合わせの接点では、通常の雰囲気
および通常の負荷電流のもとでは約５万回の使用に耐え
、通常の運転条件による使用の要求を充分満足するもの
である。

また、さらに長期間の使用に耐える接点として、可動接
点にタフピッチ銅を用い、固定接点に銅−タングステン
を用いる組合わせがその後開発された。この組合わせの
接点は、通常の使用雰囲気と負荷電流のもとでは、共に
タフピッチ銅を用いる接点に較べて３〜４倍の使用に耐
えるが、強い酸化性の雰囲気、高温と低温に繰り返し曝
される寒冷地の環境、海岸付近の塩水を含む湿った雰囲
気中では、酸化あるいは腐食が生じて導通不良を起こす
ことがあった。

また、開閉回数が多く長寿命が要求される中負荷用の接
点、例えばエレベータ、エス力し−ク用接点の材料とし
て、特開昭５０−２１６５号公報には、Ｃｕ、Ａｇのい
ずれか１種に１５Ｉｉ量％以上のＣを含む合金からなる
一方の接点と、Ｃｒ０１〜１．５重量％、Ｚｒ　　０．
１〜１．０重量％およびＳｉ　　Ｏ，００５〜１．０重
量％のうちのいずれか２種を含む銅合金からなる他方の
接点との組み合わせが記載されている。しかし、この接
点は、本願発明の接点と使用の条件、従って合金組成を
全く異にするものである。

さらに、特公昭５６−９２５７号公報によって約ｌＯ万
回の開閉に耐えるＳｎ　　３〜９重量％、Ｉｎ　　１〜
３重量％、ＣｄＯ，２〜１重量％、Ｎｉ　　Ｏ，０１〜
１重量％、残部Ａｇからなる合金を内部酸化してなる材
料が公知であるが、これは中負荷交流用の開閉器用接点
であって低い接触圧力の下で使用され、本願の発明のよ
うに直流用で高い接触圧力を受けるという苛酷な条件下
で使用に供することを意図するものではない。ちなみに
、この先行技術の明細書を見れば明らかであるが、その
実施例において、そこに記載の材料を直流用接点として
使用した場合の評価試験は全くなされていない。

また、半導体装置のリード材として特公昭６３−３８４
１４号の材料が公知である。この材料は、Ｃｒ０．０５
−１重量％、Ｚｒ　　Ｏ，００５〜０．３重量％、Ｃ５
〜６０ｐｐｍ、必要により、Ｎｆ、Ｓｎ、Ｆｅ、Ｃｏお
よびＢｅからなる群から選ばれた１種以上の元素をｏ、
ｏｏｓ〜２重量％、残部Ｃｕからなり、リード材の製造
及び使用のために優れたプレス打抜性、耐熱性、放熱性
、強度、導電性等の諸性質を同時に具備するこきを意図
するものであるが、電気接点きして使用することを全く
意図していない。

（３）発明が解決しようとする問題点 上述の従来技術に鑑み、タフピッチ鋼と銅−タングステ
ンとを組み合わせた接点よりもさらに寿命が長く、しか
も強い酸化性の雰囲気、高温と低温に繰り返し曝される
環境、塩水を含む湿った雰囲気中でも安全に作動する接
点材料の開発が強く望まれて米Ｉこところである。

（４）問題点を解決するだめの手段 そこで、本願発明の発明者らは、上述のように、エンジ
ンスタータ用直流接点に要求される苛酷な使用条件を満
足する材料の組み合わせについて鋭意研究の結果、次の
ような接点材料の組み合わせを開発したものである。す
なわち、■　少なくとも一方の固定接点が、錫２〜１０
重量％、インジウム１〜５重量％、カドミウム０゜２〜
６重量、鉄族元素の１種以上０．０１−１重量％、残部
銀および不可避不純物からなる合金を内部酸化して得た
材料である、一対の固定接点と銅系材料の可動接点と からなるエンジンスタータ用直流接点。

■　可動接点がクロム０．０５〜１重量％、ジルコニウ
ムｏ、ｏｏｓ〜０．５重量％、炭素５〜６０ｐＩ）ｍｍ
マグネシウム０．００１−０．２重量％、ケイ素０．０
０１〜０．２重量％、残部鋼および不可避不純物からな
る上記（１）記載のエンジンスタータ用直流接点。

である。

すなわち、まず固定接点については、従来のタフピッチ
銅と銅−タングステンとの組み合わせ接点において、さ
らに２倍に寿命を伸ばすために固定接点の銅−タングス
テンと置換し得る材料を何種類も検討し、試験を繰り返
して最終的に上記の銀−酸化物系の材料が最も適してい
ることが判明した。銅−タングステン系材料は、酸化性
の雰囲気、海水を含む湿った雰囲気、高温と低温に繰り
返し曝される環境では、タングステンが選択的に酸化、
または酸化されて導通不良を起こすことがある。

これに対して、銀−酸化物系材料では、骨格材である５
ｎ０２−Ｉｎ、０．は最初から酸化物であるために、い
かなる使用雰囲気に対しても極めて安定であり、一方銀
は酸化していても或は硫化物、塩化物層が生じていても
使用時の接触圧力が極めて高いために、それらの絶縁被
膜は容易に破壊され、導通不良を起こすおそれは全くな
いことが判明した。したがって、苛酷な使用条件の下で
通常の使用回数の数倍にも達する開閉に耐える材料とし
て最適である。本願発明において、この材料を固定接点
用として多数の候補材料の中から唯一選択したのはこの
ような理由による。

つぎに可動接点について、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系材料を選
択した理由は以下のとおりである。まず相手材料の固定
接点としてより硬い銀−酸化物系材料が採用されたこと
により、タフピッチ銅より優れた耐溶着性とたわみに対
する高い抵抗性が要求されることとなったが、Ｃｕ−Ｃ
ｒ−Ｚｒ糸材料はこの要求を良く満たすものである。そ
の他、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｚｒ系材料は、熱伝導性に富み、高
温特性にも優れているので、接点として使用した場合、
熱変形が避けられるという利点がある。本願発明におい
て、この材料を可動接点用に選択したのはこのような理
由による。

なお、実際の接点材料の組み合わせにおいては、一対の
固定接点のうち、耐アーク性についてモータ側と比較し
て使用条件が極端に厳しいバッテリー側固定接点のみを
銀−酸化物系材料とするだけで、充分に長い寿命が得ら
れることが分かっている。

（５）作用 以上の固定接点および可動接点の各材料について、各成
分の含有量を特許請求の範囲に限定した範囲に選択した
理由は、以下のとおりである。

（以下、％は重量％を表す。） ■可動接点材料について （ａ）Ｃｒ Ｃｒは鋼中に約０．４％まで固溶し銅の軟化温度（２０
０℃前後）を約５００℃にまで上昇させる。このため、
Ｃｒには、剛性（耐たわみ性）、耐熱変形性を向上させ
る作用があるが、その含有量が０．０５％未満では所望
の効果が得られず、一方、その含有量が１％以上になる
と、導電性が低下するようになることから、その含有量
を０゜０５〜１％と定めた。

（ｂ）Ｚｒ Ｚｒは、銅とＣｒとの合金の粒界に析出し、異種金属と
接触したときに溶着を防止する効果がある。その含有量
がｏ、ｏｏｓ％未満では所望の効果が得られず、一方、
０．５％以上になると溶解時に偏析を生じ加工性を極端
に劣化させるので５その含有量をｏ、ｏｏｓ〜０．５％
の範囲に定めた。

（ｃ）　に の成分は炭化物を形成して、結晶粒の微細化、マｔ・リ
ックス中の介在物の寸法の微細化に寄与し、剛性を向上
させる作用があるが、その含有量が５ｐｐｍ以下では所
望の剛性を得ることはできず、一方、６０ｐｐｍを越え
ると加工性が劣化するようになるので、その含有量の範
囲を５〜６０ｐｐｍに定めた。

（ｄ）ＭｇおよびＳｉ これらの成分には、いずれも脱酸作用があるほか、導電
性を向上させる作用があるが、その含有量が０．００１
％未満では所望の作用が得られず、一方その含有量が０
．２％を越えると、前記作用が劣化する傾向が現れるの
で、これらの元素の含有量の範囲を、それぞれ、０．０
０１〜０．２％に定めた。

■固定接点について （ａ）Ｓｎ 溶製時のＳｎの含有量は２〜１０％が好ましく、２％未
満では電流遮断特性が充分でなく、１０％を越えると接
触抵抗が過大になると共に製造時の酸化処理が困離にな
る。

（ｂ）Ｉｎ 溶製時のＩｎの含有量は１〜５％が適当であって、１％
未満ではＳｎの酸化を助長する効果は少なく、また、中
負荷ないし重負荷用としての耐溶着性、耐アーク消耗性
を強化するためにも１％以上が好ましい。また５％を越
えると耐アーク消耗性が低下するので上限を５％とした
。

（ｃ）Ｃｄ Ｃｄの添加によって溶製合金の鋳造性が向上する。溶製
時のＣｄの含有量は、０．２〜６％が好ましく、０．２
％未満では、Ａｇ−Ｃｄ台金なみの鋳造性を維持するの
に不充分であり、また、Ｃｄ含有量が６％を越えると、
耐アーク消耗性が劣化するため上限を６％未満とした。

（ｄ）鉄族元素 溶製時の鉄族元素は、他の酸化物を微細に分散せしめＡ
ｇマトリックスを微細化する添加物として知られており
、本願発明においては０．０１〜１％の含有が適当であ
る。その含有量が０．０１％未満では添加の効果が現れ
ず、一方、１％を越えるとＡｇ中に酸化物の均一な分散
が行われなくなるためである。

（６）実施例 以下に、本願発明を、実施例によって具体的に説明する
。

下記の表１に示す組成をもつ各材料を図面に示す形状に
加工して組み合わせ接点を作り、これらの接点に対して
、耐久試験（実施例１）および環境試験（実施例２）を
実施した。

実施例　１　（耐久試験） 表１に掲載された材料を種々組み合わせた接点について
、下記の試験条件で耐久試験を行った。

通電時の電カニ直流２４ポルト、５０アンペア接触カニ
５００　　ｇ 開離力＋１０００　　ｇ 開閉頻度：１２００回／時間 環境二室内の大気雰囲気 試験開閉回数：１０，０００回 接点試験片の形状：第２図に示すように、固定接点、可
動接点ともに同じリベット状とする。

大形リレーを使用して１０，０００回開閉した後の可動
接点および固定接点の試験片の合計の消耗量および接触
抵抗値を表２に示す。

従来の接点のうち、タフピッチ銅とタフピッチ銅とを組
み合わせた接点では、最終的に使用不能に陥る原因が接
触部分の減耗による導通不良ある。

また、タフピッチ鋼と銅−タングステン合金の組み合わ
せの接点では、最終的に使用不能に陥る原因は減耗によ
る導通不良であるが、寿命回数にバラツキがあり、高温
、高湿の環境下や腐食性ガスを含む雰囲気中では、腐食
することがある。

これに対して、本願発明におけるＡｇ−５ｎＩｎ系合金
を出発材料とする銀−酸化物系合金の固定接点とタフピ
ッチ銅の可動接点との組み合わせ接点では、前述のよう
に添加したクロムのマトリックスの強化作用とクロムと
ジルコニウムそれぞれが生成する硬い金属間化合物の溶
着防止作用とによって、従来品のタフピッチ銅とタフピ
ッチ銅の組み合わせ接点に較べて約４倍の寿命回数を示
し、また、本願発明におけるＡｇ−５ｎ−１％系合金を
出発材料とする銀−酸化物系合金の固定接点と銅−クロ
ム−ジルコニウム系合金の可動接点との組み合わせ接点
では、焼き付きが皆無となることに基づいて寿命回数は
さらに向上する。

実施例２（スタータ用接点の環境試験）表１に掲載され
た材料を種々組み合わせた接点について、下記の試験条
件で耐環境性試験を行った。

固定接点と可動接点との種々の組み合わせのうち、固定
接点としてＡｇ−５ｎ−Ｉｎ系合金（内部酸化処理の前
の組成で表示）を使用し、可動接点としてタフピッチ銅
または銅−クロム−ジルコニウム系合金を用いたものが
本願発明の接点である。

環境試験の結果を表３に示す。

表３　ｙ１境試験（各種雰囲気中で５００時間放置）各
接点を、■オゾン雰囲気、■大気雰囲気中で高温（１２
０°Ｃ）と低温（−３０℃）が繰り返される冷熱サイク
ル、■噴霧された塩水の雰囲気に、それぞれ、５００時
間曝した後、それらの接触抵抗値を測定した。

固定接点、可動接点共にタフピッチ銅を用いた接点は、
上記３種の雰囲気のいずれにおいても接触抵抗値が高く
なり、接触面に劣化層（主として酸化被膜）が生じ易い
ことを示している。

つぎ１こ、固定接点に銅−タングステン、可動接点にタ
フピッチ銅を用いた接点は、冷熱サイクルを受ける環境
および噴霧された塩水の雰囲気の下で良好な耐環境性を
示し接触抵抗は低い値に保たれるが、オゾンを含む雰囲
気では、銅−タングステンの腐食がやや大きいことが分
かる。

これに対して、本願発明の接点、すなわち、銀−酸化物
系合金の固定接点とタフピッチ銅または銅−クロム−ジ
ルコニウム系合金の可動接点との組み合わせによる接点
は、上記３種のすべての雰囲気中において安定した低い
接触抵抗値を示している。

（７）発明の効果 以上詳述のとおり、本願発明の接点は、頻繁に開閉を繰
り返すエンジンスタータ用直流接点として、高い酸化性
の雰囲気において、また、寒冷地の使用環境において、
さらには海岸付近の塩害の強い使用環境において充分な
耐食性を示し、スタタ用接点として最適のものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エンジンスタータ用直流接点の構造を示す図
である。 第２図は、耐久試験に使用する接点試験片の形状を示す
図である。 Ｉｎ、ｌｂ、、、固定接点、　　２１１．可動接点、３
０３９作動スイッチ、　　　４０８．バッテリー５９０
．引き込みコイル、　　６８０．支持コイル、７００．
モータ、　　　　　　Ｌ１１作動軸。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一方の固定接点が、錫２〜１０重量％
   、インジウム１〜５重量％、カドミウム０．２〜６重量
   、鉄族元素の１種以上０．０１〜１重量％、残部銀およ
   び不可避不純物からなる合金を内部酸化して得た材料で
   ある、一対の固定接点と銅系材料の可動接点と からなるエンジンスタータ用直流接点。
2. （２）可動接点がクロム０．０５〜１重量％、ジルコニ
   ウム０．００５〜０．５重量％、炭素５〜６０ｐｐｍ、
   マグネシウム０．００１〜０．２重量％、ケイ素０．０
   ０１〜０．２重量％、残部銅および不可避不純物からな
   る特許請求の範囲第１項記載のエンジンスタータ用直流
   接点。