JPS6376838A - 電気接点材料およびその製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、電気を通電開閉する機器に使用する電気接
点材料およびその製造方法、より詳しくは、優れた特性
を有する銅−硅化均一グラファイトからなる電気接点材
料およびその製造方法に関する。

〈従来の技術と発明が解決しようとする問題点〉従来、
電気接点材料として、低接触抵抗で耐溶着性に優れてい
る銅−グラファイト系合金が知られている。

しかしながら、この電気接点材料は、グラファイトが接
点開閉時のアーク熱により大気中の酸素と反応して一酸
化炭素（Ｃｏ）となり易く、グラファイトの消耗が多い
という欠点がある。

一方、グラファイトの消耗が少ない電気接点材料として
、上記銅−グラファイト系合金に硅化物を加えたものも
知られている。

しかしながら、この電気接点材料は、従来公知の方法で
製造すると、接点合金中のグラファイト粒子が大きく、
しかもグラファイト粒子が連なっているので、接点開閉
時のアーク熱でグラファイトが大気中の酸素と反応して
一酸化炭素ＣＣ０）となり、グラファイトが必要以上に
抜けて減少する。そして、上記グラファイトの抜けによ
り接点合金内部に気泡や亀裂が発生してグラファイトの
消耗が著しく助長され、必要以上にＣＯガス化反応が進
むので、アーク切れを悪くしたり、開閉が進むにつれて
グラファイトが不足し、ひいては硅化物の分解や酸化が
起り、接触抵抗が増加する等、多くの問題があった。

さらに、接点合金中のグラファイトや硅化物が不均一に
分散しているものにあっては、偏析個所で溶着が起り、
耐溶着性に劣るという問題があった。

〈発明の目的〉 この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あり、耐消耗性、低接触抵抗、耐溶着性およびアーク切
れに優れた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。

く問題点を解決するための手段および作用〉上記従来の
問題点を解決するため、第１の発明の電気接点材料は、
銅、元素周期律表ＩＶａ、Ｖａ。

ＶＩａ族から選ばれた金属の硅化物およびグラファイト
を、銅：上記金属の硅化物：グラファイトー５０〜９７
重量部二３〜５０重量部：０．１〜１０重量部の比率で
含をする合金であって、上記グラファイトの粒子が、３
μｍ以下であると共に均一に分散している。

上記の構成よりなる第１の発明によれば、グラファイト
粒子が３μｍ以下と小さく、しかも均一に分散している
ので、開閉時のアーク熱により大気中の酸素と反応する
グラファイト量が必要最小限に押えられると共に、内部
までＣＯガス化反応が進まず、耐消耗特性が著しく向上
する。また、酸素との反応に際し、グラファイトの不足
が生じないので、硅化物の酸化も起りに＜＜、電気接点
材料は低接触抵抗となる。さらには、硅化物やグラファ
イトが均一に分散しているので、偏析による溶着もなく
なり、耐溶着性に著しく向上する。

また、製造方法に関する第２の発明は、銅−硅化物−グ
ラファイト系接点材料のもつ優れた特性を生かしつつ、
上記接点材料の欠点を改善するものであり、銅粉、元素
周期律表ＩＶａ　ＳＶａ　、　ＶＩａ族から選ばれた金
属の硅化物粉、グラファイト粉をメカニカルアロイング
し、得られた混合粉を加圧成形した後、不活性雰囲気中
で焼結し、焼結晶を再加圧する電気接点材料の製造方法
により、上記従来の問題点を解決するものである。

上記の構成よりなる第２の発明によれば、銅粉と、上記
金属の硅化物粉およびグラファイト粉を、メカニカルア
ロイングにより混合するので、銅粉末中に硅化物粉とグ
ラファイト粉を象眼状に埋め込むことができ、上記グラ
ファイトの粒子が所定の大きさで均一に分散した混合粉
が得られる。また、上記混合粉を加圧成形、焼結等の工
程で処理することにより、特定の粒子径を有するグラフ
ァイト粒子が均一に分散した電気接点材料が得られる。

以下に、この発明の詳細な説明する。

第１の発明の電気接点材料は、銅、元素周期律表ＩＶａ
　、　Ｖａ　、　ＶＩａ族から選ばれた金属の硅化物お
よびグラファイトを、銅：上記金属の硅化物：グラファ
イト−５０〜９７重量部＝３〜５０ｆｆｆ量部：０．１
〜１０重量部の比率で含有している。

上記鋼としては、硬銅、半硬鋼等、各種のものが使用で
きる。これらの銅の含Ｑ−ｆｆｌが、上記５０重量部未
満であると、導電性、熱伝導性が小さくなり、電気接点
材料としての諸特性が十分でなくなる。また、９７重量
部を越えると実用的な電気接点材料を得ることが困難と
なる。

また、上記金属の硅化物は、元素周期律表ＩＶａ。

Ｖ　ａ　％　Ｖ’ｌ　ａ族からなる群から選ばれた金属
の硅化物であり、合金中に一種または二種以上含有され
ている。これらの硅化物としては、ハフニウム、トリウ
ムなども使用できるが、接触抵抗を小さくすると共に、
耐消耗性を大きくするため、チタン、ジルコニウム、ク
ロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニオブ
、タンタルが好ましい。

上記金属の硅化物は、合金中に３〜５０重量部含存され
ているのが好ましい。金属硅化物の含有量が、３重量部
未満であると耐消耗性が十分でなく、５０重量部を越え
ると接触抵抗が大きくなり好ましくない。

また、耐溶着性をよくするため、合金は、グラファイト
を含有している。上記グラファイトは、合金中、０．１
〜１０重量部、好ましくは、１〜５重量部含有している
。グラファイトの含ｆｆ８が０．１重量部未満であると
グラファイトの含有量が不足して、耐溶着性が悪くなる
と共に接触抵抗が大きくなり好ましくない。また１　０
１ｆｉ量部を越えるとグラファイトの含有量が多すぎ、
グラファイトの消耗が大きくなるとともにアーク切れも
悪くなる。

なお、ここにいうグラファイトは、無定形のカーボンを
も含む意味に用いる。

そして、上記グラファイトは、合金中で、３μｍ以下の
粒子径を有しており、均一に分散している。

上記グラファイト粒子の大きさが３μｍを越えると、前
記ＣＯガス化反応が必要以上に起り易く、アーク切れが
悪くなると共にグラファイトの消耗が増加して実用性に
乏しくなる。

−１：記の銅、金属の硅化物およびグラファイトを含有
する合金によれば、従来の接点合金のように、大きな粒
子径を宵するグラファイト粒子が連なることなく、グラ
ファイト粒子が３μｍ以下と小さく、しかも合金中に均
一に分散しているので、開閉時のアーク熱により大気中
の酸素と反応するグラファイト量が必要最小限に押えら
れる。また、接点合金の内部までＣＯ化反応が進行せず
、耐消耗特性が著しく向上する。また、酸素との反応に
際し、グラファイトの不足が生じないので、硅化物の酸
化も起りに＜＜、低接触抵抗を示す。さらには、硅化物
やグラファイトが均一に分散しているので、偏析による
溶着もなくなり、耐溶着性も著しく向上する。

なお、上記合金は、所望により、電気接点材料として用
いられる金、銀、イリジウム、パラジウム等を適宜量含
有していてもよい。

以下に、製造方法に関する第２の発明について説明する
。

第２の発明は、銅粉、元素周期律表ＩＶａ、ＶａｓＶｌ
ａ族から選ばれた金属の硅化物粉およびグラファイト粉
をメカニカルアロイングするメカニカルアロイング工程
と、メカニカルアロイング工程により得られた混合粉を
加圧成形する加圧成形工程と、不活性雰囲気中で焼結す
る焼結工程と、焼結物を再加圧する加圧工程とからなる
。

上記メカニカルアロイング工程においては、銅粉、元素
周期律表ＩＶａ　、　Ｖａ　、Ｖｉａ族から選ばれた金
属の硅化物粉およびグラファイト粉を用い、機械的に衝
撃を加えながら混合し、上記銅粉に、前記金属の硅化物
粉およびグラファイト粉を象眼状に埋め込み、グラファ
イト粉が３μｍ以下の粒子径を有し、かつ均一に分散し
た混合粉を得る。上記銅粉、元素周期律表ＩＶａ　、　
Ｖａ　、　Ｖｉａ族から選ばれた金属の硅化物粉および
グラファイト粉は、銅粉５０〜９７重量部：金属の硅化
物扮３〜５０重量部：グラファイト粉０．１〜ＩＯ重量
部の比率で混合するるのが好ましい。上記金属の硅化物
およびグラファイトの使用量が、上記範囲を外れると、
前記第１の発明の項で述べたと同様の問題が生じる。な
お、上記金属の硅化物は、一種または２種以上混合して
用いられる。

また、上記銅粉、硅化物、グラファイト粉としては、上
記メカニカルアロイング工程でグラファイト粉等が粉砕
されると共に、焼結工程で銅粉等が焼結されるので、適
宜の大きさのものが使用できる。また、メカニカルアロ
イング工程では、従来公知の混合機、例えば、ボールミ
ル等を用いることができる。

上記メカニカルアロイング工程は、適宜の温度、例えば
、０〜１００℃の温度で１〜２４時間混合することによ
り行なわれる。

なお、上記メカニカルアロイング工程に先だって、上記
銅粉、金属の硅化物粉およびグラファイト粉を予め均一
に混合するため、予備混合工程を採用するのが好ましい
。この予備混合工程を採用することにより、上記メカニ
カルアロイング工程において、上記金属の硅化物および
グラファイトを銅粉中に、より一層均−に埋め込むこと
ができる。この予備混合工程は、従来公知のブレンダー
を用い、適宜の時間、例えば、１０分〜２４時間混合す
ることにより行なわれる。

上記メカニカルアロイング工程の後、得られた混合粉を
加圧成形工程で所定形状に成形する。この加圧成形工程
は、従来公知の方法、例えば、５〜５００　ｔｏｎの圧
力を負荷して行なわれる。また、上記加圧成形工程は、
所望により、適宜の温度、例えば、１００〜１０００℃
の温度で行なうことができる。

次いで、上記加圧成形工程の後、焼結二［程において、
得られた成形品を焼結する。この焼結ゴー程は、上記銅
粉、金属の硅化物やグラファイトが酸化するのを防止す
るため、不活性雰囲気、例えば、水素ガス雰囲気等の還
元性雰囲気や真空中で行なわれる。上記焼結工程は、上
記成形品を焼結させるのに必要な適宜の温度、例えば、
７００〜１５００℃の温度で所定時間待なわれる。

また、上記焼結工程の後、得られた焼結品の気孔率を低
減させるため、再加圧する。この再加圧工程は、上記焼
結品を１〜１００　ｔｏｎ程度の圧力で加圧することに
より行なわれ、緻密な構造を“ｑする電気接点材料が得
られる。

上記の電気接点材料の製造方法によれば、メカニカルア
ロイングにより、銅粉末中に硅化物粉とグラファイト粉
を象眼状に埋め込むことができ、得られた混合粉は、上
記グラファイトの粒子が所定の大きさで均一に分散して
いる。従って、上記混合粉を加圧成形、焼結等の工程で
処理することにより、特定の粒子径を有するグラファイ
ト粒子が均一に分散し、耐消耗性、低接触抵抗、耐溶着
性およびアーク切れに優れた電気接点材料が得られる。

なお、この発明の電気接点材料は、上記のように優れた
特性を有しているので、弱電用、強電用のいずれにも使
用することができ、高負荷、中負荷、軽負荷用電気接点
材料として好適である。

〈実施例〉 以下、実施例に基き、この発明をより詳細に説明する。

実施例１〜８および比較例 表１に示す割合で、銅粉、金属の硅化物およびグラファ
イトを混合した後、ボールミルを用いてメカニカルアロ
イングし、上記組成よりなる粉末を作製し、得られた粉
末を型押した。その後、；３度９００℃の水素雰囲気中
で焼結し、得られた焼結体を再加圧して、気泡孔率０を
有するこの発明の電気接点材料を作製した（実施例１〜
８）。

また、比較例として、表１に示す割合で、上記実施例と
同様にして従来の電気接点材料を作製した。

そして、上記実施例、比較例の電気接点材料の特性を、
以下の条件で調べたところ、表１に示す結果を得た。

試験条件： 試験機　　、ＡＳＴＭ接点試験機 試料の寸法；　５Ｘ５Ｘ　　１．５ＸＲ試験方法、ＡＳ
ＴＭ試験　ＡＣ２２０Ｖ　、　１００Ａ。

ｐｉ’　０．７５．２００００回開閉 なお、評価は、試料を専用治具に取付け、酸素を十分に
除去した後、行なった。

表１から明らかなように、比較例の電気接点材料はグラ
フフィトの粒子径が大きく、電気接点材料としての特性
が十分でない。これに対して、実施例１〜８の電気接点
材料は、いずれもグラファイトの粒子径が３μｍ以下で
あり、接触抵抗が小さく、アーク切れに優れ、溶管、消
耗が著しく少ないことか判明した。

なお、実施例１〜８の電気接点材料は、いずれも上記グ
ラファイト粒子かそれぞれ独立して均一に分散していた
。また、比較例のものは、グラファイト粒子が連なって
いた。

〈発明の効果〉 以上のように、第１の発明の電気接点材料によれば、銅
、金属の硅化物およびグラファイトを含有゛する接点合
金中に、３μＣ以下の粒子径を存するグラファイト粒子
が均一に分散しているので、耐消耗性、低接触抵抗、耐
溶着性およびアーク切れに優れている。

また、第２の発明によれば、メカニカルアロイングによ
りグラフフィトが均一に分散させた後、加圧成形、焼結
等の処理を施しているので、接点合金中に、グラファイ
ト粒子を３μｍ以下に均一に分散させることができ、上
記のような優れた種々の特性ををする電気接点材料を程
供することができるという特をの効果を奏する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、銅、元素周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ族 から選ばれた金属の硅化物、およびグラ ファイトを、銅：上記金属の硅化物：グ ラファイト＝５０〜９７重量部：３〜５０重量部：０．
   １〜１０重量部の比率で含有する焼結合金であって、上
   記グラファイトの粒 子が、３μｍ以下であると共に均一に分散 していることを特徴とする電気接点材料。 ２、金属の硅化物が、タングステン、モリ ブデン、タンタル、ニオブ、チタン、ク ロム、ジルコニウム、バナジウムからな る群から選ばれた一種または二種以上の 金属の硅化物である上記特許請求の範囲 第１項記載の電気接点材料。 ３、銅粉、元素周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ 族から選ばれた金属の硅化物粉、グラフ ァイト粉をメカニカルアロイングし、得 られた混合粉を加圧成形した後、不活性 雰囲気中で焼結し、焼結品を再加圧する ことを特徴とする電気接点材料の製造方 法。 ４、銅粉、元素周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ 族から選ばれた金属の硅化物粉、および グラファイトを、銅粉：上記金属の硅化 物粉：グラファイト粉＝５０〜９７重量部：３〜５０重
   量部：０．１〜１０重量部の比率で混合する上記特許請
   求の範囲第３項記載 の電気接点材料の製造方法。 ５、銅粉、元素周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ 族から選ばれた金属の硅化物粉、グラフ ァイト粉を予め混合した後、メカニカル アロイングする上記特許請求の範囲第３ 項記載の電気接点材料の製造方法。