JPS60258437A - 電気接点材料 - 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】 本発明は、銀−酸化物接点材料、特に銀−酸化ビスマス
錫系の接点材料に関し、その特性を改良することを目的
とするものである。

銀−酸化物系接点材料として、銀−酸化カドミウム接点
が広く利用されている。銀−酸化カドばラム接点は、接
点材料に要求される接触抵抗、耐溶着、耐消耗などの性
能に対して、平均的に優れ′た特性を示すとともに、機
械加工性も実用上十分であるために、継電器、ノーヒユ
ーズブレーカや家庭用電化機器の電源スィッチなど数ア
ンペア以上の負荷電流域に多く利用されている。しかし
ながら、近時、各種の電源開閉機器に対して安全上の規
制が厳しくなるにつれて、接点材料に対してより以上の
特性がめられつつある。また他方、銀−酸化カドミウム
接点は、成分中にカドミウムを含むため、製造上あるい
は一般社会的にも好１しくない材料になりつつあろう 本発明は、以上の様な点に鑑みて、銀−酸化カドばラム
接点に代り得る新規な接点材料を提供しようとするもの
であって、基本的には、銀−ビスマス錫酸化物接点材料
の特性改良に関して提案するものである。

銀地中に、酸化ビスマスを分散させた接点材料は、特開
昭５２−１３３６６９号公報に明らかにされているよう
に、接触抵抗の低い、耐溶着性の優れた接点材料である
が、その問題点として消耗量が多いということが見受け
られた。発明者等は、この点の改良のため種々検討を重
ね、銀地中に、ビスマスの酸化物の他に錫の酸化物を添
加し、これら両酸化物を反応させてビスマス錫の酸化物
（Ｂｉ２５ｎ２０．　）とし、これを分散させた材料（
特願昭５２−１３９３０９号）、さら［に、錫の酸化物
に加えて、銅、亜鉛、インジウムなどの酸化物を添加し
、機械加工性を向上させた材料（特願昭５２−１５１２
８４号）（特願昭５３−２００７３）などを開発した。

これらの材料は、耐溶着、耐消耗性に対し良好な特性を
示し、特に、後者の材料は、機械加工性があるため、種
々の形状に加工することができるものであり、より実用
的な材料であると言える。しかしながら、後者の材料に
ついては、機械加工能が向」ニジた反面、銅、亜鉛など
の酸化物が添加されることに゛より、衝撃力の大きい開
閉機構において接点表面の荒れが生じたり、あるいは、
開閉速度が遅い機構では、消耗量が増大するなどの短所
が生ずる傾向が見られる。

本発明の目的とするところは、このような欠陥を改良し
ようとするもので、機械加工能を損なわずに、より接点
特性を伸長せんとするものである。

本発明の材料の構成は、銀地中に少なくともビスマス錫
の酸化物を分散させた複合材料であり、構成金属成分が
、上記材料と同じく、銀、ビスマス、錫、インジウム、
銅と亜鉛とによって構成されるグループのうちの１種以
上に加えて、新たに、マグネ／ウム、アルミニウム、チ
タン、希土類金属（ランタン、セリウム、プラセオジム
、ネオジウム）Ｋよって構成されるグループの中の１種
よりなる。したがって、本発明の構成における特徴は、
すてに発明者等によって開発された桐料にマグネシウム
、アルミニウム、チタン、希土類金属の１種を加えると
ころにある。

次に、本発明の材料について具体的に説明する。

本発明にかかる接点材料は、銀地中に金属酸化物の粒子
を均質に分散させた複合接点材料であるが、その金属酸
化物とその効果、特徴を１とめて述べると次のとおりで
あろう （１）　ビスマス錫酸化物（Ｂｉ２Ｓｎ２０．　）　・
　ビスマスの酸化物（Ｂ　１２０　ｓ　）と錫の酸化物
（ＳｎＯ，、）を、モル比で１＝２の割合にして７００
〜９００″Ｃ１より望１しくけ７５０〜９００　’Ｃの
範囲内の温度で加熱することにより、黄縁石構造をもつ
酸化物として生成する。その融点に１２００″Ｃ以上で
あり、昇華性を示す。銀地中に、このビスマス錫酸化物
が分散すると、Ｆｒｒ結晶性が薄れ、通常の焼鈍後にお
いても比較的（１Φ度が高くなる。

この特性は、衝撃力の強い開閉接点機構に利用された場
合に、接点の表面変形、摩耗が少ないという特性を示す
。

俊）　インジウムの酸化物・・・　他の含有されている
酸化物と反応することが少なく、他の酸化物の働きを阻
害することも少ない。接点特性的には１耐アーク消耗の
改良効果が見られ、寸た、素材的には、添加による機械
加工性の降下が比較的少ない。錫の酸化物に比べた場合
には、アーク消耗にχｊする効果は劣るが、機械加工性
に長所が認められる。従って、より加工性をめられる場
合に錫酸化物の一部装置き換えて利用できる。本発明に
おいてに、後述のマグネシウム等の硬質酸化物を利用し
ているために、これらによる加工性降下を低減する働き
に対し有効な成分を構成している。

（３）　ビア、　７　／（銅酸化物（タトえは、ＣｕＢ
１２０４）　。

ビスマス亜鉛酸化物（たとえは、ＺｎＢ１，０７　）・
・ピノマスの酸化物（Ｂ１２０３）と銅酸化物（Ｃｕｂ
）あるいは亜鉛酸化物（ＺｎＯ）を６００’ｃ以上で加
熱してやると生成し、通常酸化ビスマス（Ｂ１２０５）
の融点８２６°Ｃより低い融点を有している。これらの
酸化物が存在すると、先のビスマス錫酸化物か銀地中に
分散して再結晶性が薄れた状態に再結晶性を与える傾向
があり、加工性が著しく改善される。しかしながら、酸
化物粒子が肥大化しゃすく、このため、耐アーク消耗が
降下したり、前記の強衝撃カ接点開閉機構において、表
面荒れ、変形などが生じゃすくなる。

（４）　マグネシウム、アルミニウム、チタンおよび希
土類金属の中の１８！の酸化物・　これらの酸化物は、
添加されることにより接点材料としての耐溶着性を改善
する効果が認められる。−！た、上記（２）のビスマス
銅酸化物あるいはビスマス亜鉛酸化物の粒子を微細化さ
せる効果があり、先に述べた接点表面の荒れ、変形を軽
減する傾向が認められる。しかし、ビスマス銅、あるい
はビスマス亜鉛の酸化物が添加されていない場合に、こ
れらの酸化物が加えられると、加工性が降下し、たとえ
ば、冷間伸線、Ｈ−延、ヘッダー加工等がかなり困難と
なる。したがって、その加工方法は、熱間押出し、切削
等になる。このような難加工材の状態は、他方において
硬度が高く、消耗、変形がより少ない特徴が見い出され
る。

（６）本発明材においては、上記酸化物の他に、組成比
率によっては、複合酸化物として反応せずに、単独ｖｃ
りとえばビスマス酸化物（Ｂｉ２０３）　。

錫酸化物（ＳｎＯ２）、銅酸化物（Ｃｕｂ）、亜鉛酸化
物（ＺｎＯ）として存在する場合がある。これらの酸化
物で、錫酸化物と亜鉛酸化物が単独にて存在し得るよう
な場合には、時として、これら両酸化物が反応し尖晶石
型構造の５ｎＺｎ２ｏ４が生成し、銀−酸化物複合材の
硬度が高くなり、加工性を阻害するとともに接触抵抗を
異常に増大させる場合がある。前記酸化物の中で、ビス
マス酸化物が単独で存在する場合に、耐溶着性が向上す
るが消耗量は増加する。他方、錫酸化物が単独で存在す
る場合は、むしろこの逆の傾向を示す。捷た、錫の酸化
物は、単独で存在した場合でも、あるいは、ビスマス酸
化物、亜鉛酸化物などと反応し複合酸化物となった場合
においても、大よそ機械加工性を降下させる傾向の強い
酸化物である。そのため、より加工性を改善するために
錫酸化物の一部分をインジウム酸化物に置き変えてイン
ジウム酸化物量を増大させることになる。しかし、この
場合には、若干、面］消耗性が劣る傾向があることに留
意しなければならない。

以上に説明したよう［、本発明の材料においては、銀地
中に数種の酸化物を微細均質に分散させて、それら酸化
物単独の性質の他にいくつかの複合化された酸化物の相
乗作用によって優れた接点特性を得ているものである。

本発明の材料における有効な組成範囲は次の通りである
。

本発明の電気接点材料を得ようとする場合、後述のよう
に内部酸化法によって製造することが可能であｊ７，１
．５〜６．０重量％のビスマス、０．５〜４．０重量％
の錫、１．０〜６．０重量％のインジウム。

Ｑ、０５〜１．０重量％の銅あるいに亜鉛によって構成
されるグループの１種、０．０１〜０．５重量％のマグ
ネシウム、アルミニウム、チタン、希土類金属によって
構成されるグループのなかの少なくとも１種、および残
部銀で構成されている銀合金が内部酸化前における組成
範囲である。

これらの組成範囲において、それぞれの最小値に、先に
示した酸化物としての各添加効果が認められる下限を示
すものである。−１た、それぞれの最大値について言え
ば、ビスマスは、その添加量が増大するに連れて耐溶着
性は向上するが、銀合金内において偏析しやすくなり、
これがビスマス酸化物が単独で存在し、かつ粗大粒子化
を招きやすいため、消耗量が増太し望ましい結果を期待
できなくなる。錫は、その添加増大による最大の難点が
機械的加工性を悪化させることであり、機械的加工性を
重視し後述するような製法によるとすれば、上記した組
成υ下に留めざるを得ない。インジウムは、錫の置換と
して利用され耐消耗性、加工性の改良のために添加され
るが、過多の添加はこれら両特性に逆効果を招きやすく
なる。銅および亜鉛は、そ、の添加目的が加工性付与の
ためであり、必要最小量に制限されるべきであり、過多
に添加することは、いたずらにアーク消耗を増やしたり
、接点表面荒れ、変形を招くのみである。

加えて、亜鉛酸化物は、錫酸化物の量との係り合いで前
述したように加工性を逆に阻害したり、接触抵抗を上昇
させるなどの不具合な面も生じゃすい。マグネシウム、
アルミニウム、チタンおよび希土類金属は、上記ビスマ
スと亜鉛あるいは銅の酸化物を微細化し、接点表面の荒
れ、変形を軽減し、加えて耐溶着、耐アーク消耗性に改
良効果を示すが、一方で、これらの金属の酸化物は熱的
に安定で、かつ硬質であるために接触抵抗上列に結びつ
いたり、機械加工性を降下させるなどの逆効果を引き起
す性質を有するものであり、過多な添加は好ましくない
。このような理由によって、それぞれの組成上限が設定
されたものである。次に、本発明の材料の製法について
説明する。

本発明の材料は、一般の銀−金属酸化物系接点材料の製
法と同じ方法で製造するこ菰ができる。

すなわち、銀、ビスマス、錫、インジウム、マグネシウ
ム、アルミニウム、チタン、希土類金属。

銅、亜鉛等の金属元素より、本発明の組成に従って選択
された金属成分の合金を内部酸化して製造することがで
きる。内部酸化法による場合合金属元素の酸化速度が異
なり、特に錫は酸化されにくいので、ビスマス酸化物と
の複合酸化物が形成されるように、加熱温度、酸化雰囲
気、加熱時間を十分な条件に設定する必要がある。大略
の適当な条件は、酸′化雰囲気が大気の場合、温度７０
０〜９００℃で、２ｏ〜２００時間である。温度は、低
い融点の酸化物が生成する場合は７５０°Ｃ以下の方が
望ましい。

本発明の材料を具体的に示すために、実施例をあげて説
明する。

〔実施例１〕 本発明の組成に従って、銀、ビスマス、錫、インジウム
、マグネン、ウム、アルミニウム、チタン。

希土類金属、銅、亜鉛より選択された金属成分を溶解し
、銀−ビスマス−錫を主成分とするインゴットを作製し
た。溶解量は２００７で、アルミするつぼを使用し、ア
ルゴン雰囲気にて高周波Ｅを用いて溶解した。なお、一
部添加金属については、アルミニウムー銅、チタン−銅
、ミノシュメタル（ランタン、セリウム、ネオジウム、
プラセオジムなどの希土類金属を９３重量％以上含有す
る）などを母金、金として使用した。溶湯は、１６×３
０×７０１１１Ｍ’の金型に鋳込捷れた。このように作
られたインゴットを、ただちに圧延機で、厚さ０．２〜
Ｑ、５　Ｍ：Ｉの鱗片状のチップに粉砕したのち、２０
１＋１ｆｆ径の円筒型に装填し、２トン／Ｃｍ２の圧力
で成型した。次に、この成形体を酸素気流中にて７００
　’Ｃで２０〜６０時間加熱し、焼結させた。

また、同時にチップの内部酸化を施した。さらに、この
焼結体を８トン／Ｃｌｌ１２の圧力で圧縮成型したのち
、空気中にて８３０°Ｃで５時間焼結させた。

この焼結体を引き続いて５５０’Ｃで熱間押出し、１０
朋径の円筒棒に加工した。その後、伸線と焼鈍を繰返し
ながら、６羽径の線材に加工した。最後に、曲率半径７
朋の球面の接点鋲に加工し、それを７００°Ｃで１時間
焼鈍した。このようにして作られた接点鋲を後述の接点
開閉試験に供した。

〔実施例２〕 上記実施例１において、熱間押出しされｉ１０朋径の円
筒棒を、さらに引き続いて５肩肩径の線材に再度熱間押
出し、その後、曲率半径７騎の球面の接点鋲に切削加工
した。それを７ｏｏ′Ｃで１時間焼鈍した。そして、実
施例１と同じ開閉試験に供した。

接点特性は、下記条件で、２Ｘ１０回開閉中の溶着回数
および２Ｘ１０’回開閉後の消耗量によって評価した。

その結果を第１表にまとめて示す。

開閉試験条件（ＡＳＴＭ型試験機による）電圧　ＡＣｌ
ｏＱＶ 電　流　６０Ａ（力率ＣＯ８ψ＝１） 接触力　３０ｐ 開離力　４０ｆ 試料数　６対 第１表には、各特性値の最小値および最大値を示１７た
。参名までに、比較試料として、銀−酸化カドミウム（
内部酸化法）の試験結果もあわせて示す。

（以下余白） 表に示すように、本発明の材料は、耐溶着、耐消耗性の
いずれにおいても、銀−酸化カドミウム接点より優れた
性能を示し、実用的価値の極めて高いものであろう

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 錫マトリクスに金属酸化物が分散している銀−酸化物複
   合材料であって、この材料に含有されている金属酸化物
   は少なくともビスマス−錫酸化物を含み、さらに含有さ
   れている金属成分組成が、金属換算値でビスマス１．５
   〜６．０重量％、錫０．５〜４．０重量％、インジウム
   １．０〜６．０重量％、銅あるいは亜鉛によって構成さ
   れるグループのなかの１種を０．０５〜１．０重量％、
   マグネシウム、アルミニウム、チタン、希土類金属によ
   って構成されるグループのなかの少なくとも１ｆ小を０
   ．０１〜０．５重量％、および残部銀で構成されている
   ことを特徴とする電気接点材料。