JPS6026823B2 - 電気接点材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気接点材料、特にＡｇ合金マトリクスに金属
酸化物を分散した複合接点材料に関するものである。

金属酸化物を利用した複合接点材料として、Ａｇ−Ｃｄ
○接点材料が広く使用されている。

Ａｇ−Ｃｄ○接点材料は、接点材料に要求される接触抵
抗、耐落着、耐アーク消耗などに平均的に優れた性能を
示すことから、継電器、家庭用電子機器の電源スイッチ
、自動車電装品用スイッチなど、数アンペア以上の負荷
電流域に多用されている。しかしながら、各種の電源開
閉器に対して、近年、安全上の規制に伴なう接触信頼性
の改良、あるいは、使い易さの面から軽燥作性、小型化
などが要求され、加えて、経済性の面から接点の大きさ
をより小さくする傾向があり、結果的には、接点材料の
開閉性能に、大中な改良の期待が寄せられている。本発
明は、上記したＡｇ−Ｃｄ○接点材料に代表される酸化
物複合接点材料に関するものであり、特に、自動車電装
品用スイッチのように、負荷が直流で、かつ閉成時に突
入電流の印加される開閉器に有用な接点材料に関するも
のである。

このような負荷の開閉においては、一般に開閉用接点に
かなりの移転が生じ、また、溶着も発生しやすいことか
ら、接点材料に要求される特性には厳しいものがある。
加えて、接点を駆動する機構面において、接点間に侵入
して釆るダストなどの爽雑物により、接触信頼性が低下
することを防止するために、階動動作を接点に与えるこ
とが多く、耐摩耗性などの機械的強度の向上を図ること
が望まれている。本発明は、上記した点に鑑みて、基本
的にはＡｇ−Ｂｉ２０３接点材料の特性改良に関して提
案するものである。

Ａｇマトリクス中に、Ｂｉ２Ｑを分散させた接点材料は
、袴関昭５２一１３３５６ｙ号公報に明らかにされてい
るように、接触抵抗が低く、耐溶着性の優れた接点材料
であるが、欠点として、アーク消耗量が多いということ
が見受けられた。

発明者らは、この点の改良のため、種々検討を重ねＡｇ
マトリクス中において、Ｂｉ２ＱとＳｎ０２を分散反応
させ、ＢｉとＳｎの複合酸化物（Ｂｉ２Ｓｎ２０７）に
転換させた材料が、アーク消耗性を著しく改善させ、か
つ耐溶着性の面においても、改良効果を示すことを見し
、出した。さらにまた、前記したように、接点形状を４
・型化する傾向がＡｇの価格高騰に伴い見られるが、こ
れによる耐溶着性の降下を防止するには、上記、Ｂｉ，
Ｓｎの酸化物の他に、ｌｎの酸化物を添加することが、
効果のあることを見し、出した。しかしながら、上述し
たように、直流負荷の如き、移転の生ずる条件で、かつ
接点の動作機構に十奪動などを伴った場合には、酸化物
含有材料の通弊として、移転し増量した側の競点（自動
車電装用スイッチにおいては、一般に負極側）に酸化物
の抜けたＡｇに富む層が、接点表面に生成し、これが情
勤動作によって摩耗しやすいために、接点周辺部に摩耗
粉として飛散し、スイッチ接点間の耐電圧劣化を招来す
る。また、Ａｇに富む層は、欧質であるため、時として
、接点双方の凝着を生じ、スイッチの開閉不能などの障
害を至らしめる。本発明は、以上のことから、移転した
接点表面生成物が、耐摩耗性材料であれば、上記欠点を
大中に改善し得ることに着目し、ＡｇマトリクスをＡｇ
合金マトリクスとして、合金硬化により耐摩耗の向上、
凝着の防止を計り、かつＢｉ酸化物などにより耐漆着性
を保持した特徴を有する接点材料を提供しようとするも
のである。

次に本発明の材料の構成を詳述する。

本発明の材料は、Ａｇ−Ｎｉ合金マトリクス中にＢｉ−
Ｓｎの複合酸化物を主たる酸化物として分散し、さらに
、ＢｉとＳｎの組成比率によって、Ｓｎの酸化物あるい
は、Ｂｉの酸化物を若千量含有する材料である。

そして、特に耐消耗性をより強く望まれる場合には、上
記酸化物の他に、ｌｎの酸化物が添加される。本発明の
材料は上述の如き構成のものであるが、これら構成材料
の含有量は、材料の金属元素の重量比でＡｇ−Ｎｉ合金
マトリクスのＮｉが２〜３の重量％、各酸化物が金属換
算値でＢｉｌ．５〜５重量％，Ｓｎｏ．５〜８重量％そ
してＡｇが残部である。ｌｎの酸化物を加える場合は、
上記に金属換算値で１〜５重量％の量が添加され得る。
本発明の材料において、Ａｇ合金マトリクスを構成する
Ａｇ−Ｎｉ合金は、先にも託した如く、直流負荷を開閉
することによって生成する移転生成物に、機械的強度を
付与し、耐摩耗、擬着を減少させる効果を示すが、加え
て、Ｎｉそのものも移転減少効果を、ある程度示す。

従って、その相乗作用によってスイッチ接点としての開
閉に対する信頼性は大中に上昇する。Ａｇ合金マトリク
ス中のＮｉ添加量の下限は、上述の効果を引き出すため
の最少量によって決められる。他方、その上限として、
機械的な加工熊によって制限を受ける。０また、接舷抵
抗特性もアーク放電によって劣化し易くなる。

本発明の材料に含まれる主たる酸化物のＢｉ−Ｓ叫酸化
物（Ｂｉ２Ｓ山０７）は、Ｂｉの酸化物（Ｂｉ２０３）
とＳｎの酸化物（Ｓｎ０２）をモル比で１：２の割合に
て７００℃〜９００℃の範囲で加熱することにより黄緑
右横造を持つ酸化物として生成する。

その融点は１２００℃以上にあり、昇華性を示しＡｇ−
Ｎｉ合金マトリクス中に分散させることにより、耐溶着
性，耐消耗性の改善効果が大きいＡｇ−Ｎｉ合金マトリ
クス中に、上許旧ｉ−Ｓｎの酸化物、あるいはさらに加
えてｌｎの酸化物を分散させる手法としては、ＡｇにＢ
ｉ，Ｓｎ，さらにはｌｎを添加した合金粉を作り、これ
を酸化雰囲気中にて加熱して、Ｂｉ，Ｓｎ，ｌｎを選択
的に酸化させる、いわゆる内部酸化法を取り、内部酸化
合金粉とし、これに別途作製したＮｉ粉を加えて、均質
に混合し、ざらに焼結し、Ａｇ−Ｎｉ合金マトリクス中
に、酸化物を分散する方法を取る。この方法において前
記燈ｉ−Ｓｎの酸化物は最初にＡｇをマトリクスとした
合金粉中に生成させるが、Ｂｉ−Ｓｎの酸化物を複合酸
化物Ｂｊ２Ｓｎ２０７の状態で生成させるためには、前
記モル比より換算し、Ｂｉ重量ｘ，Ｓｎ重量ｙとした時
、ｙ／ｘ±０．５７の関係にある必要がある。しかしな
がら、Ｂｉは合金中において偏析しやすいために、内部
酸化処理において確実にＢｉ２Ｓｎ２０７の状態に転化
させることは困難であり、Ｂｉの酸化物（Ｂｉ２０３）
，Ｓｎの酸化物（Ｓｎ０２）が若干量単独で存在するこ
ともある。また、当然のことながら上記ｙ／ｘ値が０．
５７より大きくなればＢｉ酸化物が単独で存在する機会
が少なくなり、Ｓｎの酸化物含有量が増加して来る。ｙ
／ｘの値が０．５７より４・さくなれば、この逆の煩向
になることは明らかである。しかして、本発明の材料が
主としてその用途とされる開閉電流の大きな４・型接点
においては、上記ｙ／ｘの値が０．５７より大きく、Ｓ
ｎの酸化物がＢｉ−Ｓｎ酸化物と共存している状態で消
耗量が少ない。しかし、Ｓｎ酸化物が増加すると、加工
性が悪化しやすく、特により消耗量を少なくするために
、ｌｎの酸化物を加えた場合はその懐向が著しい。した
がって、Ｓｎ量は、ｙ／ｘ＝２程度まで抑えることが総
合的にメリットをもたらすと言える。先に記した酸化物
に転化させる金属成分の組成比は、上述の如き条件下で
求められたもので、Ｂｉ，Ｓｎ，ｌｎの各最少量は、本
発明にかかる材料の目的とした用途に対して添加効果す
なわちＢｉは耐溶着性Ｓｎはアーク消耗性そしてｌｎは
、接点形状が小型で単位面積当りの負荷電流が大きい場
合の耐溶着性アーク消耗性の特性維持に対する各々効果
の認められる量である。他方、各成分は適量になるに従
ってＢｉでは後述の実施例に示すように、合金粉を作製
する際に粉体間の組成変動を招き、Ｂｉが単独で偏折し
、これが、内部酸化後、ビスマス酸化物の粗大粒子とな
って接点特性面でアーク消耗の著しい増大を来たし、Ｓ
ｎ及びｌｎは、Ａｇ−Ｎｊ合金マトリクスに酸化物とし
て分散した状態における加工能が低下し、特に後述する
ような、冷間における伸線接点鍵加工にて破断、割れを
生じ実用が困難な状況となる。各成分と最多量はこれら
の状態から制限を受ける値である。以上説明した本発明
の材料について、より具体的に実施例にもとづいて説明
する。本発明の組成に従って、Ａｇ，Ｎｉ，Ｂｉ，Ｓｎ
およびｌｎを合量２００多秤量する。

Ｎｉは２００〜３２５メッシュ程度の粉体を用いる。他
の材料は内部酸化合金粉を作製するために、溶解し、加
圧窒素ガスによる溶傷贋霧装置にて粉化し、５０〜１０
０メッシュ程度の粉体とする。これを、７００ｑ○，５
餌時間、大気中にて加熱処理し、ＡｇマトリクスにＢｉ
，Ｓｎ，ｌｎなどが選択的に酸化された内部酸化合金粉
とする。この合金粉を、先に用意したＮｉ粉と均質に混
合したのち、２仇舷径の円筒型に装填し、８トン／地の
圧力で成型する。次いで、この成型体を非酸化雰囲気中
（窒素あるいはアルゴンガス）で９００℃、３時間加熱
処理し、競結する。そして、競結体を５５０〜６０ぴ○
の温間押出しによって、２仇蛇径から３側径の線材に加
工する。その後、１．５肋径まで冷間伸線し、最終５０
０ｏ０１時間の熱処理を施し接点秦線材とする。上述の
如くにして得られた素材は、径３肌，曲率半径６柵の球
面頭部を有する接点鋲に加工され、接点開閉試験に供さ
れた。

なお、一部、鏡加工の困簸な組成については、上記温間
押出し材をそのまま切り出し、曲率半径６側の球面頭部
に機械加工し、試験に供した。

接点特性は、第１図に示した回路によって行なった試験
により評価された。すなわち、第１図は接点開閉試験機
の電気回路を示すものである。図中、３は供試用のスイ
ッチである。スイッチ３が開いている時にスイッチ４を
一時閉成し、サィリスタ８を通してコンデンサ１０を充
電し、スイッチ３が閉成した時、コンデンサ１０の電荷
がダイオード７および抵抗５を通して放電するように突
入電流印加回路を構成した。電池１の電圧を２８Ｖ，抵
抗２を２．８０，コンデンサ１ ０の容量を１１４０ム
Ｆ，抵抗５を０．４６０として、定常電流１瓜Ｌ 突入
電流７船設定した。なお、６，７はサィリス夕８の動作
制御用の抵抗である。第２図は接点開閉試験機の主要部
を示す概略正面図である。上記のように接続された供試
用のスイッチ３は、矢印１９方向に動く供誌可動接点１
１とベアリング１５の外周に取り付けられた板状の連結
材１６の一端に固着された供試固定接点１２とにより構
成されている。ベアリング１５の外周にはコイル状の接
触力設定バネ１８を付加した板状の連結材１７が取り付
けられている。ベアリング１５を固定すると共に供試用
の接点１１，１２の開離力を設定する板バネ１４をベア
リング１５の軸に取り付ける。

このようにすることにより、供試固定接点１２の上を供
試可動接点１１が情動したとき、供試固定接点１２がベ
アリング１５を軸として容易に回転できるようにすると
共に接触力設定バネ１８により供試用の接点１１，１２
間の接触力を５０のこ設定する。供試用の接点１１，１
２が開離するときの開離力を板バネ１４により２００の
こ設定する。ストッパ１３は供試固定接点１２の高さを
規定し、両接点の摺動が確実に行なえるように働くもの
である。接点開閉条件 ‘１｝ 接 触 力 ５０夕■ 開
離 力 ２００９｛３’ 開閉速
度 ５肋／秒（４ー 電 圧
Ｄ０２８Ｖ■ 定常電流
１０Ａ【７｝ 突入電流
７Ｍ接点特性の評価は、上記条件にて、
３×１ぴ回開閉した時の落着回数、すなわち、接点を関
擁するのに２００夕を越える力を要した回数、および２
×ｌび回開閉後の接点の消耗量により行った。

試験数量は各３対であり、表には落着回数および正極の
減量の最小値と最大値を示した。なお、参考試料として
Ａｇ，Ａｇ−Ｎｉ（８０重量％Ａｇ）合金、Ａｇ−Ｃｄ
○（１３重量％Ｃｄ０）合金についても同様の試験を試
みたが、ＡｇおよびＡｇ−Ｎｉ合金は溶着が多発し、ま
たＡｇ−ＣｄＯ合金は接点開閉時に当接する部分が、機
械的摩耗，材料移転などにより面荒れを生じ階勤動作が
不能となり、各参考試料は１．５×１ぴ回で試験を中止
した。表 ※接点の開閉が１．５×ｌｏ４回で、いずれも摺動動作
か不能とをつをため測定不能となった。

表の結果から明らかなように、本発明による接点材料は
、接点が情動動作をする開閉器に対しては特に優れた耐
摩耗性能を有するものである。また、単なる対向開閉条
件下においても本発明による接点材料は良好な性能を発
揮した。以上、本発明によれば、耐摩耗性，耐溶着性，
耐ァーク消耗性に優れ、しかも安価な接点材料を提供す
ることができる。

さらに、本発明による接点材料を接点が雁勤動作を行な
うように構成した開閉器の接点に用いた場合、特に優れ
た耐摩耗性を有する開閉器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は接点材料の特性を評価するための接点開閉試験
機の電気回路図、第２図は同機の試験機構の主要部を示
す概略正面図である。 １・・・・・・電池、２，５，６，７…・・・抵抗、３
・・・・・・供試用のスイッチ、４・・・・・・スイッ
チ、８…・・・サイリスタ、９……ダイオード、１０…
…コンデンサ、１１…・・・供謎可動接点、１２・・…
・供議固定接点、１３・・・・・・ストツパ、１４・・
・・・・板バネ、１５・・・…ベアリング、１６，１７
・・・・・，板状の連結材、１８・・・・・・接触力設
定バネ、１９……供試可動接点１１の階動万向。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａｇ合金マトリクスに金属酸化物を分散させた電気
   接点材料において、金属酸化物が金属換算値にして、Ｂ
   ｉを１．５〜５重量％、Ｓｎを０．５〜８重量％含み、
   さらに、Ａｇ合金マトリクス成分として、Ｎｉを２〜３
   ０重量％含有することを特徴とする電気接点材料。 ２ Ａｇ合金マトリクスに金属酸化物を分散させた電気
   接点材料において、金属酸化物が金属換算値にして、Ｂ
   ｉを１．５〜５重量％、Ｓｎを０．５〜８重量％、Ｉｎ
   を１〜５重量％含み、さらに、Ａｇ合金マトリクス成分
   として、Ｎｉを２〜３０重量％、含有することを特徴と
   する電気接点材料。