JPH09194967A - 銀−酸化物系焼結電気接点材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接触抵抗の安定性、耐溶着性および耐消耗性
に優れるだけでなく、高い導電率をも有する銀−酸化物
系焼結電気接点材料およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明の銀−酸化物系焼結電気接点材料
の製造方法は、銀を含む原料粉末を成形、焼結した後、
高圧内部酸化する方法において、該焼結した後、緻密化
加工し、次に、該高圧内部酸化した後、得られた内部酸
化体を、該高圧内部酸化の酸素分圧より低い酸素分圧の
雰囲気または実質的に酸素を含まない雰囲気、および該
高圧内部酸化の温度より高く、かつ４００〜９６０℃の
温度で熱処理することを特徴とする。また、本発明の銀
−酸化物系焼結電気接点材料は、上記銀−酸化物系焼結
電気接点材料の製造方法で製造され、導電率が６０％
（ＩＡＣＳ）以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銀−酸化物系焼結
電気接点材料およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】銀−酸化物系電気接点材料は、リレー、
コンダクター安全ブレーカー、配線用遮断器、気中遮断
器などにおいて、小〜大電流にわたって使用されてい
る。従来、銀−酸化物系電気接点材料として、Ａｇ−Ｃ
ｄＯ系の材料が知られている。この材料は、溶解・鋳造
材であるＡｇ−Ｃｄ合金中のＣｄを、酸素分圧が大気圧
〜３０気圧程度の低酸素分圧下で内部酸化する方法で製
造される。そして、電気接点材料に必要な性質である、
低接触抵抗、高耐溶着性および高耐消耗性を比較的バラ
ンスよく備えている。

【０００３】しかし、Ａｇ−ＣｄＯ系電気接点材料は、
人体に対して有害なＣｄを含んでいるため、Ｃｄをでき
るだけ使用しないで、上記と同様、溶解・鋳造材中にＳ
ｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｎ等の元素を添加し、これらの添加
元素を低酸素分圧下で内部酸化する方法で製造する銀−
酸化物系電気接点材料が開発されている。しかし、上記
銀−酸化物系電気接点材料は、電気接点材料として要求
される性能向上に対して、十分応え得るものではなかっ
た。すなわち、次の欠点があった。

【０００４】（１）材料の内部になるほど、酸化物が粗
大化し、酸化物粒子の分散状態が不均一となるため、安
定した接点性能が得られない。 （２）材料の中心部に酸化物の稀薄な層が生じるため、
電気接点としての寿命が短い。 （３）材料の耐消耗性や耐溶着性を向上させるために、
溶解・鋳造材中の添加元素の濃度を増大することが考え
られる。しかし、添加元素の濃度の上限には、銀中に固
溶可能な範囲という限度がある上、固溶可能な範囲内で
あっても、内部酸化の工程でかなりの時間を要し、時に
は材料表面に酸化物の緻密な層が生じ内部酸化が進行し
なくなることがある。

【０００５】上記（１）の理由は、次のように考えられ
る。すなわち、酸化物の粒径は、内部酸化の先端が通過
するときの核生成速度と、核生成に続く粒子の成長速度
および粗大化速度との競合によって決まる。このため、
低酸素分圧下の内部酸化では材料の表面から内部に内部
酸化が向かうにつれ、酸素の拡散速度が低下し、酸化物
粒子は粗大化する。このようにして酸化物の分散状態が
不均一になった電気接点材料では、接点の開閉時に生ず
るアークによる消耗の進行とともに接触部分の酸化物の
分散状態が変化するため、銀成分の偏析が進み、耐溶着
性などの特性に影響を与える。

【０００６】また、上記（２）および（３）の理由は、
次のように考えられる。すなわち、材料中心部における
酸化物の稀薄な層の生成および材料表面における酸化物
の緻密な層の生成は、いずれも、酸素の拡散速度が低下
したため、添加元素が表面に向かって拡散したことによ
る。上記のような、溶解・鋳造材中の添加元素を、酸素
分圧が大気圧〜３０気圧程度の低酸素分圧下で内部酸化
する方法で生ずる欠点は、酸素分圧が数百気圧という高
酸素分圧下で内部酸化する方法を採ることにより解消で
きる。

【０００７】この理由は、次のように考えられる。すな
わち、高酸素分圧下での内部酸化により、酸素の拡散速
度の低下を極度に抑え、低酸素分圧下の内部酸化では粗
大化し易かった酸化物粒子を微細に分散させることがで
きる。また、添加元素が表面に向かって拡散し難いため
に、材料の中心部に酸化物の稀薄な層が生じず、高い元
素濃度の材料でも材料表面に酸化物の緻密な層が生じな
くなる。

【０００８】しかし、この方法には、次の欠点が別に生
じたり残る。すなわち、 （１）材料中に内部酸化物が波状に析出するため、耐消
耗性になお問題がある。 （２）導電率が、上記低酸素分圧下で内部酸化する方法
で製造した材料より低い。 （３）接触抵抗の安定性にもなお問題がある。 （４）高硬度のため、所定の接点形状に加工するのが困
難である。

【０００９】上記のような溶解・鋳造法を利用する方法
の欠点を解消するため、粉末冶金法を利用する方法が提
案されている。すなわち、銀を含む原料粉末を成形、焼
結した後、高酸素分圧下で内部酸化する方法が知られて
いる。この方法において、添加元素を酸化物状で原料粉
末中に含むようにすると、上記高酸素分圧下で内部酸化
する工程で１μｍ以下の酸化物粒子が微細に、かつ均一
に析出し、材料の高温強度の増加をもたらす。従って、
接点開閉時に生ずるアークによる消耗が抑えられ、特に
高い添加元素濃度の材料に起きる内部酸化物の波状析出
（上記（１））が起こらず、耐消耗性が著しく改善され
た材料を製造することができる。しかしながら、この方
法により製造した銀−酸化物系焼結電気接点材料は、導
電率がまだ低いという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、上
記事情に鑑み、接触抵抗の安定性、耐溶着性および耐消
耗性に優れるだけでなく、高い導電率をも有する銀−酸
化物系焼結電気接点材料およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１のもの（以
下、第１発明という）は、銀を含む原料粉末を成形、焼
結した後、高圧内部酸化する方法において、該高圧内部
酸化して得られた内部酸化体を、該高圧内部酸化の酸素
分圧より低い酸素分圧の雰囲気または実質的に酸素を含
まない雰囲気、および該高圧内部酸化の温度より高く、
かつ４００〜９６０℃の温度で熱処理することを特徴と
する銀−酸化物系焼結電気接点材料の製造方法である。
ここで、高圧内部酸化とは、酸素分圧５０〜５００気
圧、温度２００〜９００℃の条件で行う内部酸化を意味
する。

【００１２】また、本発明の第２のもの（以下、第２発
明という）は、第１発明において、得られた焼結体を、
銀−酸化物系焼結電気接点材料の耐消耗性をさらに向上
させるために緻密化加工した後、内部酸化する方法であ
る。そして、本発明の第３のもの（以下、第３発明とい
う）は、上記第１発明または第２発明の銀−酸化物系焼
結電気接点材料の製造方法で製造され、導電率が６０％
（ＩＡＣＳ）以上である銀−酸化物系焼結電気接点材料
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】第１発明および第２発明の銀−酸
化物系焼結電気接点材料の製造方法において、Ａｇに添
加される添加元素としては、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｌ、
Ｃｄ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃ
ｅ、Ｂｅ、Ｔｈ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｐ
ｂ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏよりなる群から選ばれた少な
くとも１種が挙げられる。第２発明における緻密化加工
は、製造される銀−酸化物系焼結電気接点材料の耐消耗
性を向上させるために行うもので、具体的には、圧縮加
工、鍛造加工、押出し加工等が挙げられる。

【００１４】粉末冶金法に供する原料粉末には、通常、
上記添加元素を、酸化物状で１〜３０重量％、金属状で
０．５〜２０重量％含ませる。上記酸化物が１重量％未
満では、銀−酸化物系焼結電気接点材料の導電率は高
く、接触抵抗は小さくなるものの、耐消耗性と耐溶着性
が悪化し、一方、３０重量％を超えると、耐消耗性と耐
溶着性は向上するものの、導電率が低下し、さらに接触
抵抗が大きく、かつ不安定になる。

【００１５】第１発明および第２発明において、高圧内
部酸化した後、得られた内部酸化体を、該高圧内部酸化
の酸素分圧より低い酸素分圧の雰囲気または実質的に酸
素を含まない雰囲気、および該高圧内部酸化の温度より
高く、かつ４００〜９６０℃の温度で熱処理することが
重要である。このように熱処理することによって、第３
発明である、導電率が６０％（ＩＡＣＳ）以上の銀−酸
化物系焼結電気接点材料を製造することができる。

【００１６】この理由は、次のように考えられる。すな
わち、高圧内部酸化の際、高酸素分圧下で酸素を材料中
に過剰に拡散させるため、高圧内部酸化後も酸素が材料
中に過飽和に固溶している。この過飽和に固溶した酸素
が銀−酸化物系焼結電気接点材料の導電率を低下させ
る。上記のように熱処理することによって、上記過飽和
に固溶した酸素が放出され、導電率が６０％（ＩＡＣ
Ｓ）以上の銀−酸化物系焼結電気接点材料を製造するこ
とができると考えられる。この熱処理の温度が４００℃
未満では、上記酸素の放出が十分でなく、導電率が６０
％（ＩＡＣＳ）以上の銀−酸化物系焼結電気接点材料を
製造し難く、また９６０℃を超えると、材料の溶融が目
立ってくる。上記熱処理における雰囲気は、酸素分圧
０．２１気圧以下の雰囲気または実質的に酸素を含まな
い雰囲気とするのが、雰囲気調製が簡便で好ましい。上
記熱処理によって、銀−酸化物系焼結電気接点材料の導
電率が向上するため、接点開閉時の温度上昇も少なくな
り、従って、接触抵抗もより低く、かつより安定するこ
とになる。

【００１７】

【実施例】以下、第２発明、第３発明の実施例、比較例
および従来例について説明する。 ［実施例１］Ｓｎを９重量％含み、残部が実質的にＡｇ
からなる溶湯を、冷却速度を１０４〜１０５℃／ｓとす
るヘリウムガスアトマイズ法によりアトマイズして、平
均粒径１０μｍ以下のＡｇ−Ｓｎ合金粉末を作製した。
この合金粉末に、ＳｎＯ₂ 粉末（平均粒径０．１μｍ以
下）とＡｌ₂Ｏ₃粉末（平均粒径０．１μｍ以下）を夫々
１１重量％、４重量％添加し、ボールミルで混合した。
得られた原料粉末を金型を用いて圧粉成形した後、成形
体を真空雰囲気中で焼結し、さらに、押し出し加工によ
り緻密化加工してビレットを得た。上記押し出しビレッ
トから線材を経て、リベットを得た。

【００１８】次にリベットを温度５００℃、酸素分圧３
００気圧の条件で高圧内部酸化した。得られた内部酸化
体に対して、導電率を測定した（導電率の測定方法は、
以後、他の実施例、比較例、従来例でも同様である）。
その後、余剰酸素を除去するために、温度９００℃、保
持時間１６時間、雰囲気窒素気流（酸素分圧０気圧）中
の条件で、内部酸化体を熱処理した。得られた電気接点
に対して、接触抵抗と導電率を測定した（接触抵抗の測
定方法は、以後、他の実施例、比較例、従来例でも同様
である）。さらに、この電気接点の接点特性を調べるた
め、この電気接点を銅台金に溶接した後、電磁接触器を
用いて開閉試験を行った。その試験条件は、ＡＣ２２０
Ｖ、５０Ｈｚ、リアクトル負荷１５０Ａ、開閉頻度０．
１秒ＯＮ−２．９秒ＯＦＦ、開閉回数３００００回（最
高）とした。開閉試験後、接触抵抗を測定し、また、開
閉試験前後の電気接点重量の差として、消耗量を算出し
た。得られた結果を表１に示す。

【００１９】［実施例２〜９］Ａｇ−Ｓｎ合金粉末に、
ＳｎＯ₂ 粉末（平均粒径０．１μｍ以下）と表１に示し
た酸化物粉末（いずれも、平均粒径０．１μｍ以下）を
夫々１１重量％、４重量％添加し、ボールミルで混合し
た以外は、実施例１と同様に試験した。結果を表１に示
す。

【００２０】［実施例１０］Ａｇ−Ｓｎ合金粉末に、Ｓ
ｎＯ₂ 粉末（平均粒径０．１μｍ以下）を１５重量％添
加し、ボールミルで混合した以外は、実施例１と同様に
試験した。結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】［実施例１１〜１９］ （１）Ｚｎを９重量％含み、残部が実質的にＡｇからな
る溶湯を、冷却速度を１０４〜１０５℃／ｓとするヘリ
ウムガスアトマイズ法によりアトマイズして、平均粒径
１０μｍ以下のＡｇ−Ｚｎ合金粉末を作製したこと、
（２）（１）のＡｇ−Ｚｎ合金粉末に、ＺｎＯ粉末（平
均粒径０．１μｍ以下）と表２に示した酸化物粉末（い
ずれも、平均粒径０．１μｍ以下）を夫々１１重量％、
４重量％添加し、ボールミルで混合したこと、および
（３）余剰酸素を除去するために、温度９００℃、保持
時間１６時間、雰囲気大気（酸素分圧０．２１気圧）中
の条件で、内部酸化体を熱処理したこと以外は、実施例
１と同様に試験した。結果を表２に示す。

【００２３】［実施例２０］Ａｇ−Ｚｎ合金粉末に、Ｚ
ｎＯ粉末（平均粒径０．１μｍ以下）を１５重量％添加
し、ボールミルで混合した以外は、実施例１１と同様に
試験した。結果を表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】［実施例２１〜２９］ （１）Ｉｎを９重量％含み、残部が実質的にＡｇからな
る溶湯を、冷却速度を１０４〜１０５℃／ｓとするヘリ
ウムガスアトマイズ法によりアトマイズして、平均粒径
１０μｍ以下のＡｇ−Ｉｎ合金粉末を作製したこと、お
よび（２）（１）のＡｇ−Ｉｎ合金粉末に、Ｉｎ₂Ｏ₃粉
末（平均粒径０．１μｍ以下）と表３に示した酸化物粉
末（いずれも、平均粒径０．１μｍ以下）をそれぞれ１
９重量％、１重量％添加し、ボールミルで混合したこと
以外は、実施例１と同様に試験した。結果を表３に示
す。

【００２６】［実施例３０］Ａｇ−Ｉｎ合金粉末に、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃粉末（平均粒径０．１μｍ以下）を２０重量％添
加し、ボールミルで混合した以外は、実施例２１と同様
に試験した。結果を表３に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】［従来例］溶解・鋳造法により溶湯を鋳造
して、Ａｇ−Ｃｄ合金インゴットを作製した。この合金
インゴットを圧延して線材を得、線材からリベットを得
た。次にリベットを温度５００℃、酸素分圧３００気圧
の条件で高圧内部酸化した。得られた電気接点は、１３
重量％のＣｄＯを含んでいた。この電気接点に対して、
接触抵抗と導電率を測定した。さらに、この電気接点の
接点特性を調べるため、実施例１と同様にして開閉試験
を行った。また、開閉試験後、接触抵抗を測定し、ま
た、開閉試験前後の電気接点重量の差として、消耗量を
算出した。得られた結果を表４に示す。

【００２９】［比較例１］溶解・鋳造法により溶湯を鋳
造して、Ａｇ−Ｓｎ合金インゴットを作製した。この合
金インゴットを圧延して線材を得、線材からリベットを
得た。次にリベットを温度５００℃、酸素分圧３００気
圧の条件で高圧内部酸化した。得られた内部酸化体は、
１５重量％のＳｎＯ₂ を含んでいた。この内部酸化体に
対して、導電率を測定した。その後、余剰酸素を除去す
るために、温度９００℃、保持時間１６時間、雰囲気窒
素気流（酸素分圧０気圧）中の条件で、内部酸化体を熱
処理すること以後は、実施例１と同様に試験した。得ら
れた結果を表４に示す。

【００３０】［比較例２］ （１）溶解・鋳造法により溶湯を鋳造して、Ａｇ−Ｚｎ
合金インゴットを作製したこと、および（２）余剰酸素
を除去するために、温度９００℃、保持時間１６時間、
雰囲気大気（酸素分圧０．２１気圧）中の条件で、内部
酸化体を熱処理したこと以外は、比較例１と同様に試験
した。なお、内部酸化体は、１５重量％のＺｎＯを含ん
でいた。結果を表４に示す。

【００３１】［比較例３］溶解・鋳造法により溶湯を鋳
造して、Ａｇ−Ｉｎ合金インゴットを作製したこと以外
は、比較例１と同様に試験した。なお、内部酸化体は、
２０重量％のＩｎ₂Ｏ₃を含んでいた。結果を表４に示
す。

【００３２】

【表４】

【００３３】表１〜４から次のことがいえる。すなわ
ち、実施例１〜３０で製造された電気接点は、いずれも
従来例のＡｇ−ＣｄＯ系の電気接点に匹敵する導電率と
接触抵抗の安定性を有し、かつ優れた耐溶着性と耐消耗
性を兼ね備えていた。これに対して、比較例で製造され
た電気接点は、いずれも耐溶着性と耐消耗性が十分なも
のではない。

【００３４】

【発明の効果】本発明の銀−酸化物系焼結電気接点材料
およびその製造方法によって製造された銀−酸化物系焼
結電気接点材料によれば、導電率、耐消耗性、耐溶着性
に優れ、しかも接触抵抗が安定した銀−酸化物系焼結電
気接点材料を提供することができる。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銀を含む原料粉末を成形、焼結した後、
   高圧内部酸化する方法において、該高圧内部酸化して得
   られた内部酸化体を、該高圧内部酸化の酸素分圧より低
   い酸素分圧の雰囲気または実質的に酸素を含まない雰囲
   気、および該高圧内部酸化の温度より高く、かつ４００
   〜９６０℃の温度で熱処理することを特徴とする銀−酸
   化物系焼結電気接点材料の製造方法。
2. 【請求項２】 銀を含む原料粉末を成形、焼結した後、
   高圧内部酸化する方法において、該焼結した後、緻密化
   加工し、次に、該高圧内部酸化した後、得られた内部酸
   化体を、該高圧内部酸化の酸素分圧より低い酸素分圧の
   雰囲気または実質的に酸素を含まない雰囲気、および該
   高圧内部酸化の温度より高く、かつ４００〜９６０℃の
   温度で熱処理することを特徴とする銀−酸化物系焼結電
   気接点材料の製造方法。
3. 【請求項３】 緻密化加工は、圧縮加工、鍛造加工また
   は押出し加工である請求項２に記載の銀−酸化物系焼結
   電気接点材料の製造方法。
4. 【請求項４】 熱処理する際の酸素分圧は、０．２１気
   圧以下である請求項１、２または３に記載の銀−酸化物
   系焼結電気接点材料の製造方法。
5. 【請求項５】 原料粉末は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ａｌ、
   Ｃｄ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃ
   ｅ、Ｂｅ、Ｔｈ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｈｆ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｐ
   ｂ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏよりなる群から選ばれた少な
   くとも１種の元素を、酸化物状で１〜３０重量％、金属
   状で０．５〜２０重量％含む請求項１〜４のいずれかに
   記載の銀−酸化物系焼結電気接点材料の製造方法。
6. 【請求項６】 高圧内部酸化は、酸素分圧５０〜５００
   気圧、温度２００〜９００℃の条件で行う請求項１〜５
   のいずれかに記載の銀−酸化物系焼結電気接点材料の製
   造方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの方法で製造さ
   れ、導電率が６０％（ＩＡＣＳ）以上である銀−酸化物
   系焼結電気接点材料。