JPS6047011B2 - 電気接点素材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気接点材料、特に銀−酸化ビスマスを主
成分とする複合接点材料の製造方法に関するものである
。

従来より、放電を伴なう中電流用ないし大電流用の接
点としては、銀−酸化カドミウムが、電気接点に要求さ
れる耐溶着性、耐消耗性、接触抵抗 などの諸特性に優
れているために、広く用いられている。

しかしながら、この銀−酸化カドミウム材料には、その
製造上、溶解、熱間加工、洗浄等の処理工程において、
カドミウムが外部に排出されやすいという問題があつて
、公害防止対策上好ましくなく、また一般社会的にも、
適合しにくい材料になりつつある。そこで、カドミウム
による公害問題を解消し、しかも銀−酸化カドミウムに
匹敵する新しい接点材料の開発が強く要求される・に至
り、近年、にわかに各種の研究開発が行なわれている。
発明者らは、すでに銀−酸化ビスマス系の複合材料を
開発し、この材料によつて、銀−酸化カドミウムの代替
が可能であるとの見通しを得たが、その製造については
粉末焼結法に限られ、その結果、接点特性上においては
、消耗量が多いという問題が存在した。

すなわち、通常、銀−酸化物系複合材料の製造法とし
ては、銀一酸化カドミウムを例にとるならば、銀−カド
ミウム合金のインゴットを作り、これを加工して最終接
点形状に近いものとし、酸化雰囲気中にて加熱して、カ
ドミウムを選択的に内部酸化させ、次にこれを素材とし
て、所望の接点形状に仕上げるいわゆる内部酸化法と、
銀粉末と酸化カドミウム粉末を均質に混合し、その後、
これを金型に装填してプレス成型し、加熱焼結するいわ
ゆる焼結法に大別される。

近年、接点特性上の耐消耗性などの点から、小型の接点
製造においては、ほとんど内部酸化法が利用され、大型
の形状で内部酸化にきわめて長時間を要する場合のみ焼
結法が用いられるというのが実情である。しかるに、上
述したような銀一酸化ビスマス複合材料は、銀−ビスマ
ス合金がビスマスの固溶限界内すなわち５．１重量％以
下（６００℃）であつても、冷間加工が極めて困難な材
料である。その加工が可能な方法は熱間鍛造、熱間押出
しのような加熱状態における加工法である。そのために
、最終的に内部酸化できるような形状まで加工すること
は、製造条件、製造設備にかなりの配慮が必要であつて
、これらの方法によつても困難なものである。ビスマス
合金が難加工材であるのは、ビスマスが脆い金属であり
、そして銀−ビスマス系の合金においては、結晶粒界ビ
スマスが偏析しやすく、したがつて、より難加工性材料
になつているためである。

銀−ビスマス合金接点材料は、これまでにもいくつかそ
の例が見受けられる。それらのほとんどは、ビスマス含
有量が１重量％以下のものであつて、いずれもビスマス
濃度が上昇すると、加工が困難になることを指摘してい
る。また、上記材料では、ビスマスが粒界に析出する現
象を利用して、ビスマスを酸素のキャリアとして使用し
、酸化の遅い他の合金添加元素を酸化させて、所望の内
部酸化を達成するという方法がとられている。しかるに
、本発明の対象とする材料は、酸化ビスマスが主要成分
で、かつ、銀マトリクス中に均質に分散することが望ま
れ、上述のようなビスマスが結晶粒界に析出されるなら
ば、接点特性上において、所望の特性が得られなくなる
のは明白である。

本発明は、ビスマスを１重量％以上含む銀一酸化ビスマ
ス系接点材料の加工上における難点を解決し、内部酸化
法によつて得られる接点特性を享受し得る製造法を提供
するものである。

本発明の対象となるビスマス酸化物は、各種の接点用添
加一物として利用される金属酸化物の中では、下記のよ
うに比較的硬度の低い酸化物と考えてよい。酸化カドミ
ウム・・・・・・３．０（鉱物スケール）酸化銅
・・・４．０酸化ビスマス ・・・・・４．５ 酸化亜鉛 ・・・・４．５ 酸化錫 ・・・・・６．５ 酸化インジウム・・・・・・７．０ 酸化アルミニウム・・・９．０ （サムソノフ監修、日ソ通信社、１酸化物便覧ョより）
したがつて、酸化ビスマスを銀マトリクスに均質に分散
すれば、比較的、加工性のよい材料が得・られるものと
予測される。

発明者らは、この点について、種々実験研究した結果、
下記のような手法によれ、銀マトリクス中に、酸化ビス
マスを均質に分散させることが可能であることを見い出
した。まず、所望の組成比の銀−ビスマス合金を溶解し
てから、これを鋳造する。

鋳型は、水冷が望ましく、また水冷によらない場合には
、鋳込み量の１０〜２＠の重量を有する鉄製の鋳型が好
ましい。これは、溶湯を急冷鋳込みすることによつて、
ビ″スマスが偏析することを防止するためである。これ
により作製されるインゴットは、ただちに、圧延ロール
機によつて、荒粉砕し、合金粒とする。合粒の形状とし
ては、厚さが０．７〜２ＴＧ１好ましくは１．０〜１．
５ＴｆｒＩｎ（７）鱗片状が好ましい。鱗片状とするに
は、圧延ロール機を用いて行なうが、合金の加工能が低
いため、圧延によりインゴットにクラックが入り、随時
適当な鱗片状粒子に転化される。次に、鱗片状の合金粒
に内部酸化処理を施し、合金中に含まれるビスマスを酸
化物とし、さらにその他の卑金属が含有されておれば、
それらをも含めて酸化物として銀地中に析出させる。内
部酸化処理は、酸化雰囲気中において６００〜８００℃
の加熱処理によつて行なわれる。次に、この内部酸化粒
を、再度圧延ロール機によつて厚さ０．７ＴＩｒ１ｎ以
下て先の荒粉砕時の粒子厚さの好ましくは５０％以下と
する。このときに、上記酸化処理によつて銀マトリクス
中に分散した酸化物粒子は、粉砕され微細化されて、最
終線材としたときの機械加工性付与に大きな影響を及ぼ
す。０．７Ｔｎ！ｎ以下の厚さに圧延された粉粒チップ
は、洗浄されたのち、円筒型に装填され、成型され、次
いで焼結される。

このようにして、作られた焼結円筒ビルツトは、温間押
出しによつて、素線材に加工される。このようにして作
製された素線材は、通常銀マトリクス中に１０〜１５重
量％の酸化物を含む状態において１０〜２０％の伸び率
を示し、接点鋲を作製するためのヘッダー加工などに十
分供し得る接点素材となる。前述の本発明の製法をより
明確にするために、次にその実施例をあげて説明する。

主要成分である銀，ビスマス，さらには必要に応じて、
他の添加金属を加えて総重量２００ｇとし、それを溶解
した。

溶解は、アルミナるつぼを使用し、アルゴン雰囲気にて
、高周波炉を用いて行なわれた。溶湯は、１５×３０×
７０ｗ１ｍ３の寸法の製鉄鋳型に鋳込まれた。鋳型重量
は４ｋ９程であり、インゴットが急冷され、ビスマスの
偏析が生じないように配慮した。このようにして作製し
たインゴットを、ただちに圧延機を用いて厚さ２〜０．
７？の小片に荒粉砕した。ビスマスを１重量％以上含む
銀合金は、冷間加工性がほとんどないため、厚さ１５Ｔ
＄Ｌのインゴットを圧延すると、おのずとクラックが入
り、鱗片状のチップに粉砕された。これを６５０′Ｃの
空気中にて、６Ｃ＄１１１間加熱し、ビスマスおよびそ
の他に添加されている卑金属成分を選択的に酸化した。
この実施例においては、表に示すように、ビスマス以外
の卑金属元素として、錫，亜鉛，インジウムなどを使用
した。次に、これを再度圧延ロール機によつて、厚さを
前記小片の５０％以下となるように粉砕圧延した。これ
を、溶剤にて洗浄した後、２０７７！７７！径の円筒型
に装填し、８トン／Ｃ！ｌの圧力で成型し。次いで、こ
の成型体を８００℃の温度で、空気中にて２時間加熱焼
結した。さらに、この焼結体を径２０．５７７！７７！
の温間加熱型に装填して、４００℃、８トン／Ａｉの圧
力で成型し、再度８００′Ｃの温度で空気中において４
時間焼結した。その後、この焼結体は、５５０℃の温間
押出しにより、３Ｔ＄ｔ径の線材に加工された。この線
材は、引き続いて２ｗ０ｎ径まで冷間伸線され、機械強
度、すなわち、引張り強さ、伸びを測定した。参考まで
に、この種の線材において、加工性の優れている銀一酸
化カドミウム（１鍾量％）の値を示す。この表の結果に
示されるように、本発明の製造法によれば、銀一酸化ビ
スマス系接点素線材においても、十分な加工性を有する
材料が得られるものであり、銀一酸化ビスマス系接点の
実用価値を５大巾に高めることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銀およびビスマスを主成分とする合金の溶湯を鋳造
   し、それを冷却してインゴットとし、このインゴットを
   、圧延ロール機で荒粉砕して小片とし、これを内部酸化
   し、さらに、鱗片状の薄片に再度圧延してから、成型焼
   結してビレツトを作り、これを押出して、接点の素材を
   得ることを特徴とする電気接点素材の製造方法。 ２ 銀およびビスマスを主成分とする合金がビスマスを
   少なくとも１重量％以上含むことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電気接点素材の製造方法。 ３ 圧延ロール機にて荒粉砕された小片の厚さが０．７
   〜２ｍｍの厚さであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電気接点素材の製造方法。 ４ 圧延ロール機にて再粉砕された鱗片状チップの厚さ
   が、荒粉砕された小片の厚さの５０％以下であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気接点素材の
   製造方法。