JPS6367536B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は新規な電気接点材料に関するもので、
特に従来、比較的小電流の継電器から電磁開閉器
や遮断器などの大電流域まで広汎に用いられてき
たAg−CdO系接点材料に代つて、CdOを排し代
替酸化物を含有させるようにしたAg酸化物系接
点材料に係るものである。 従来、電気接点材料として種々のものが用いら
れているが、特にAg−CdO系材料は電気接点と
して要求される耐溶着性、耐消耗性、接触抵抗の
安定性などの諸性能にすぐれているため、その需
要も年々上昇し、材料面の改良が重ねられてお
り、またこれらに関する学術的研究も多く、いわ
ばこの系の材料、製造技術の進歩は極限にまで達
しているといえよう。 しかし、このAg−CdO系接点材料は、既知の
ようにその製造上、溶解、熱間加工、高温内部酸
化、分析及び回収などCdを系外に排出し易い多
数の工程を含んでいるため、当然その排出防止に
努めなけれならない。 この結果、殊に生産設備の拡大に伴なつて莫大
な公害防止設備が必要となり、当該防止のために
多大なエネルギーが消費され、生産価格にまで重
大な影響を与えることになる。 Ag中にCdOを分散させることは、接点表面の
清浄化作用、溶着力の低減などの性能を改善する
ものとして効果的であるが、このような効果を十
分に果すのは特に交流回路においてであり、極性
の変化しない直流回路において当該接点材料を使
用したときは、比較的耐溶着性に乏しく開閉回数
が増すと接触抵抗が増加するなどの難点がある。 その原因は、一方の極から他方の極に接点材料
が移転し、接点表面に接点母材と異なる変質層が
形成されるためと提唱されており、この欠点は
Ag−CdO系接点を用いる限り解消できない宿命
といえよう。 そこで、Ag−CdO系接点材料に匹敵する新し
い材料の開発が注目されるに至り、近年各種の研
究がなされつつあり、Ag中Laの酸化物を分散さ
せた電気接点材料なども発表されている。 そこで本願人は既に、上記の諸点に鑑み、Cd
成分を含まない酸化物の接点特性に寄与する役割
について研究を重ねた結果、電気接点の表面にお
ける清浄化作用やアークに対する諸現象、例えば
消弧作用などが、添加する酸化物の物性、特にそ
の蒸気圧の温度特性に最も関係が深いとする考え
方に想到し、高性能Ag−酸化物系接点材料の開
発に必要な指針を得た。 このような思考を基盤として蒸気圧がCdOのそ
れに近い酸化物に着目し、Sb、Mn、Sn、In、
Teなどの酸化物をAg中に含有させることによ
り、Ag−CdO系接点と同等以上の接点表面清浄
化作用を発揮させ得ることを確認することができ
た。 さらに、Ni、Feなどを加えることによつて相
乗的効果が発揮され得ることについても、各種の
提案を発表している。 本発明は以上のような研究経過に基づいてなさ
れたものであり、Ag中に約500〜1500℃の温度範
囲でCdOより高い蒸気圧をもつSbの酸化物、約
1500〜4000℃の温度範囲でCdOより高い蒸気圧を
もつSn酸化物、約500〜4000℃の温度範囲でCdO
より低い蒸気圧をもつIn、Mnの酸化物を組合せ
て分散させることにより、優れた接点特性を発揮
し得るようにしたものである。 さらに、本発明の重要な点は、上記元素にさら
にTeを加えた酸化物を分散させることにより、
Ag−CdO系接点のもつているような欠陥を改善
しようとするにある。 すなわち既知の如く機器の頻繁な運転に伴い、
その開閉を司るスイツチにあつては、その接点表
面がアーク熱やジユール熱によつて溶融する程の
高温に熱せられ、これが夜間などの運転休止時に
は室温まで降温することになるから、高温と室温
の熱サイクルが繰返されることになる。 ところで当該接点は、片側をAg層としてCu、
Cu−Znなどによる台材に、ろう付されることに
なるが、Agや上記台材、接点材（Ag−CdO）の
熱膨張率には差があり、このため上記の如き頻繁
な熱サイクルによる膨張、収縮が繰返されると、
接点が弯曲変形するという現象を生じ、これによ
り接点が台材から剥離し、剥離部分が欠落消耗あ
るいは温度上昇を起すことになる。 既述のTeの添加は、Ag中に当該酸化物を均一
微細に分散させる効果があり、前記剥離消耗現象
を軽減する。 そこで発明(1)は0.2〜6.2重量％Sb、0.1〜2.0重
量％Mn、0.5〜5.0重量％Sn、0.1〜5.0重量％In、
0.01〜1.2重量％Teで、かつその総和が5.0〜15.0
重量％の範囲である元素成分が酸化物として分散
しており、残部Agであることを特徴としている。 このような電気接点材料の製造には既知のよう
に焼結法（粉末治金法）と内部酸化法とがある
が、内部酸化の方が耐消耗性にすぐれていること
から後者が多用されている。 内部酸化合金接点の製法は、AgとSb、Su、
In、Mn、TeとのAg基合金を溶解によつて作製
し、これを酸素雰囲気中で高温に保持させること
により、合金の表面から酸素を侵入させ、添加元
素を選択的に酸化させて、Ag中に酸化物として
均一微細に分散させる。 成分元素としてのSbは0.2〜6.2重量％でなくて
はならず、ここでAgへのSbの添加量の上限を6.2
重量％に限定しなければならない理由は、合金の
α固溶体におけるSbの最大固溶限が、300℃で6.2
重量％であり、この添加量を越えるSbを添加し
た場合には著しく冷間加工性を阻害することとな
り、電気接点材料の量産が困難となるからであ
る。 一方、0.2重量％未満の添加量であると、顕著
な添加効果が得られず、その目的を達成し得な
い。 さらにMnを添加すると、Mn酸化物は約2000
℃以上の高温で、SbやSn酸化物よりも低い蒸気
圧であるため、これら酸化物のアークなどにより
揮発損耗を抑制する効果がある。 そしてMnの添加上限を2.0重量％とした理由
は、Mnを添加することにより、結晶粒界に酸化
物を析出することを抑制する効果があるが、上記
2.0重量％の上限を越えると、この傾向が現れ、
結晶粒界近傍で酸化物の分散が希薄になるので、
接点特性に悪影響を与えることになるからであ
り、0.1重量％の下限値は、効果発揮の最低限を
示している。 成分元素としてのSnは0.5〜5.0重量％の範囲で
なければならない。 このような範囲に限定しなければならない理由
は、Snを添加した合金を内部酸化すると、当該
酸化物は針状を呈するが、5.0重量％を越えた添
加では、当該酸化物が層状に表面近傍にて形成さ
れ、内部酸化処理が困難となり、一方、0.5重量
％未満の場合は、Snを添加した効果が明瞭に現
れないからである。 Inを含んだ合金は、Snと同様内部酸化すると、
針状の酸化物となるが、Sbその他の元素と組合
せた合金にあつてはInが5.0重量％を越えて添加
されると、内部酸化時に、表面に緻密な酸化被膜
を形成し、これが内部酸化を困難にすることにな
るため、上限を5.0重量％としなければならなず、
0.1重量％未満では、添加の効果が明瞭とならな
い。 本発明では、さらに前記の如くTeを添加する
が、その添加による効果は前記の通り熱サイクル
による熱歪を小さくし、接点の剥離、異常損耗を
解消し得る。 その上限を1.2重量％とした理由は、溶解試料
においてTeとAgの金属間化合物が形成されるた
め加工性が低下し、1.2重量％以上のTe添加にお
いては加工が困難となつてくるためである。 下限の0.01重量％は効果発揮の最低限を示して
いる。 このように、Sb、Mn、Sn、In、Teを複合添
加することにより、単体添加では得られない相乗
効果が得られることになり、すぐれた接点性能を
発揮することになる。 さらに、添加元素成分の総和が15.0重量％を越
えると内部酸化によつて酸化物を均一微細に分散
させることが極めて困難になる。 一方、総和が5.0重量％以下では、接点性能改
善への効果が明瞭に現れていない。 次に発明(2)にあつては、上記(1)の発明内容に加
えて、金属成分が0.01〜0.5重量％となるNi、金
属成分が0.01〜1.0重量％となるFeの一種または
二種の酸化物をも分散しており、残部Agである
ことを特徴としている。 ここで上記の如くNi、Feを添加することの役
割は、酸化物粒子を微細化し、整えることにあ
り、この際上記の如く0.5重量％を上限としたの
は、これを越えて添加すると溶解によつて均一な
合金が得難くなるからである。 また下限としての0.01重量％は、前記の如き酸
化物粒子微細化の効果を発揮し得る最低限を意味
している。 さらに、添加成分の総和が15.0重量％を越える
と、内部酸化によつて酸化物を均一微細に分散さ
せることが極めて困難になる。 一方総和が5.0重量％以下では接点性能改善へ
の効果が明瞭に現れてこない。 ここで発明(1)についての実施例を示せば、99.5
重量％以上の純度を有する成分材料を原料とし
て、これを大気中にて溶解することにより、 (1) Ag−1.5Sb−1.0Mn−3.0Sn−3.0In−0.5Te
（総和8.7） (2) Ag−1.0Sb−1.5Mn−4.0Sn−3.0In−0.8Te
（総和10.3） (3) Ag−3.0Sb−1.0Mn−1.5Sn−2.0In−0.6Te
（総和8.1） (4) Ag−0.23Sb−0.5Sn−2.0In−0.01Te（総和
7.74） (5) Ag−6.0Sb−2.0Mn−2.0Sn−4.0In−0.05Te
（総和14.05） (6) Ag−4.0Sb−0.2Mn−2.0Sn−0.1In−1.2Te
（総和7.5） の鋳塊を製造し、この鋳塊の表層を面削後、その
一面に薄い純銀板を熱圧着して、ろう付け用の銀
層を形成する。 次に当該素材を冷間圧延して厚さ２mmの板にし
た後、プレス機により直径８mmφの円盤状に打抜
き、これを内部酸化炉に入れ、酸素を炉内に導入
しながら、750℃で180時間加熱し、Sb、In、
Mn、Teを酸化させて本発明合金を作製した。 また発明(2)に係る実施例としては、上記発明(1)
について実施したと同じ工程により、 (7) Ag−2.0Sb−1.5Mn−3.0Sn−2.5In−0.3Te−
0.3Ni（総和9.6） (8) Ag−5.0Sb−1.0Mn−2.0Sn−1.0In−0.3Te−
0.3Fe（総和9.6） (9) Ag−1.5Sb−1.0Mn−4.0Sn−3.0In−0.3Te−
0.2Ni−0.2Fe（総和10.2） (10) Ag−0.3Sb−0.1Mn−4.0Sn−0.5In−0.2Te−
0.05Ni（総和5.15） (11) Ag−0.5Sb−0.1Mn−0.5Sn−5.0In−0.1Te−
0.49Ni−0.01Fe（総和6.7） による本発明合金を作製した。 そして上記(1)〜(11)につき接点試験用として当該
合金の裏側に形成されたAg層と接点保持用の台
材とをAgろう付けして試料とし、接点試験には
ASTM接点試験機を用い、電圧AC100V、電流
20A、力率0.6、接触力150ｇ、解離力300ｇの条
件で、従来使用されている代表的な接点材料と比
較しながら第１表にあげた各項について試験を行
なつた。

【表】

【表】 Sb、Mn、Sn、In、Teの酸化物を所定範囲内
の添加量だけAg中に分散させることにより、Ag
−CdO系接点と比較すると、その消耗量ではこれ
を可成り低減でき、しかも溶着回数を大幅に低下
させることができたものであり、また前記した熱
サイクルによる剥離消耗の点でも改善効果が得ら
れ、さらにNi、Feを添加することにより、酸化
物粒子を整え、溶着回数についての、改善を促進
させることができた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 0.2〜6.2重量％Sb、0.1〜2.0重量％Mn、0.5
   〜5.0重量％Sn、0.1〜5.0重量％In、0.01〜1.2重量
   ％Teで、かつその総和が5.0〜15.0重量％の範囲
   である元素成分が酸化物として分散しており、残
   部Agであることを特徴とする銀−酸化物系接点
   材料。 ２ 0.2〜6.2重量％Sb、0.1〜2.0重量％Mn、0.5
   〜5.0重量％Sn、0.1〜5.0重量％In、0.01〜1.2重量
   ％Teに、さらに0.01〜0.5重量％Ni、0.01〜0.5重
   量％Feの一種あるいは二種を加えて、その総和
   が5.0〜15.0重量％の範囲である元素成分が酸化
   物として分散しており、残部Agであることを特
   徴とする銀−酸化物系接点材料。