(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金系の電気接点を備えた自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレーにおいて、
電気接点は、金属換算で、５．０〜１０．０重量％のＳｎと、２．０〜５．０重量％のＩｎと、残部がＡｇの組成であるＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ合金を小片化して内部酸化処理し、内部酸化処理されたＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金の小片を焼結処理し、その後、押出加工することによって形成されたものであり、
該電気接点を密閉空間内に配置したことを特徴とする自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレー。
【請求項２】
Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ合金系の電気接点を備えた自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレーにおいて、
電気接点は、金属換算で、５．０〜１０．０重量％のＳｎと、２．０〜５．０重量％のＩｎと、０．０１〜０．５０重量％のＮｉと、残部がＡｇの組成であるＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ−Ｎｉ合金を小片化して内部酸化処理し、内部酸化処理されたＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ合金の小片を焼結処理し、その後、押出加工することによって形成されたものであり、
該電気接点を密閉空間内に配置したことを特徴とする自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレー。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に対して、非常に優れた耐久性を有する自動車搭載リレー用の電気接点材料に関し、また、それを用いた自動車搭載リレーに関するものである。
背景技術
電気回路を機械的に開閉する電気接触子は、一般に電気接点と呼ばれる。この電気接点は、金属と金属とが接触することで、接点に流れる電流・信号を支障なく伝えることや、切り離した際に支障なく開離できるものでなければならない。
電気接点は、構造的に簡単なものではあるが、その接点表面では、物理的或いは化学的な種々の現象を生じることが知られている。例えば、吸着、酸化、硫化、有機化合物の合成、さらには、放電を伴う溶融、蒸発、消耗、転移等が挙げられ、その現象は非常に複雑なものであり、学問的にも未解明な部分が多いものである。
これらの現象が発生すると、電気接点の接触機能が阻害され、場合によっては接触機能が停止（例えば、溶着）してしまい、電気接点を組み込んだ電気製品等の性能や寿命を決定する。これは、電気接点が電気製品等の寿命や性能を決定する重要な部品の一つであることを意味するものである。
近年、電子・電気工学の著しい発展に伴い、電気接点の使用範囲は、電信電話や各種電子機器などの弱電分野から、大電流を遮断する電気機器などの強電分野に至るまで広い範囲にわたっている。そのため、要求される機能も千差万別で、使用目的にあわせた特性を有する電気接点の開発が進められ、非常に多くの種類のものが市場に供給されている。
このような電気接点のうち、本発明に関連する自動車搭載用のリレーやスイッチについての従来技術は下記に示す如きである。リレーやスイッチに組み込まれる電気接触子は、いわゆる開閉接点と呼ばれ、この開閉接点に用いられる電気接点材料には、特に、安定した開閉機構を維持するための耐消耗性や耐転移性、安定した接触状態を維持するための低接触抵抗性が要求される。
従来より知られている自動車搭載用のリレーやスイッチに用いられているものは、Ａｇ−Ｃｕ系（１〜２５重量％のＣｕと残部Ａｇとからなる合金）、Ａｇ−ＳｎＯ２系（５〜１５重量％のＳｎＯ２と残部Ａｇとからなる合金）、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系などの電気接点材料がある。
これらの電気接点材料は、単独でそのまま用いられることもあるが、下地層としてのＣｕ又はＣｕ合金の上に積層した、二層から三層張りのクラッドリベット接点や、或いは、下地層としてのＣｕ又はＣｕ合金の上に積層した、二層から五層張りのクラッドクロスバー接点などに加工して使用されることが多い。このクラッドリベット接点やクラッドクロスバー接点は、直流、交流、インパルスなどの形で加えた電気信号によりコイル磁束を発生させ、その磁気力で可動鉄片を吸引することで、可動鉄片の動きに応じて電気接点が開閉する継電器、つまり、リレーに組み込まれて使用されている。
この従来の電気接点材料は、自動車における直流負荷に対して、耐消耗性、耐転移性、低接触抵抗性を実用的なレベルで満足したものであるが、次のような新たな問題が指摘されている。まず、これらの電気接点材料が、小型化要求に対応した材料ではないという点である。自動車の高機能・高性能化に伴い、搭載する電気部品量が増加し、部品自体の小型化が進行している。そのため、コスト的な面も考慮されて、リレーやスイッチ自体の小型化が要望されているものの、従来の電気接点材料では、その小型化に対応しきれないのである。
即ち、リレーの小型化を図るために、電気接点材料の体積を小さくすると、導通・遮断時における仕事量が材料単位体積で大きく増加してしまう結果、従来のものでは材料自体の溶着現象が早期に発生するのである。
また、近年の自動車搭載用のリレーやスイッチでは、小型化のほかにも、汎用化、長寿命化などの改善要求もある。汎用化に関しては、突入電流の流れるランプ負荷（ヘッドライトランプ負荷やディスチャージドランプ負荷）、抵抗負荷（リアデフォッガー負荷）、さらに、アーク継続時間が長くなるソレノイド負荷（マグネットクラッチ負荷）など、多種類の負荷に対応して、汎用的に使用できる電気接点材料が求められている。
そして、長寿命化に関しては、例えば、自動車用エアコンの使用形態変化を代表例として要望されている課題であるが、従来にない電気製品の使用形態であっても長期間使用できる電気接点材料の要求がある。過去における自動車用エアコンは夏季のみの使用が普通であったが、現在はオートエアコンとなり一年を通じて使用されることが殆どである。そのため、リレーやスイッチの使用頻度は当然に増加するとともに、使用期間も長期化し、それに対応できる開閉接点の電気接点材料が求められている。
現在、一般的に使用されている自動車搭載用リレーは、ＩＳＯ（International Standardization
Organization）リレー、ミニＩＳＯリレー、マイクロＩＳＯリレーなどがあり、Ａｇ−ＳｎＯ２系のもの、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系のものを使用することで、かなりの小型化を図ることは実現されている。ところが、現在の自動車用エアコンのマグネットクラッチに使用する自動車搭載用リレーでは、耐久寿命の点で満足した特性を有しておらず、汎用化、長寿命化という点でも満足できるものとはいえないのが現状である。
具体的には、自動車用エアコンのマグネットクラッチの誘導性負荷（５０Ｗ）に使用される自動車搭載用リレーは、開放型のリレーが用いられており、この開放型のリレーでは、４０万回程度の開閉回数の耐久寿命しか実現できていないのが現状である。そのため、上記した理由により使用頻度が多くなっても、十分に実用化できるように、１００万回以上の開閉回数に耐えうる自動車搭載用リレーが要求されている。
以上のような事情を背景として本発明はなされたものであり、本発明は、自動車用エアコンのマグネットクラッチの誘導性負荷に使用した際に、非常に優れた耐久性を備えた自動車搭載リレー用の電気接点材料を提供することを目的としており、それにより従来にない高耐久性を有する自動車搭載用リレーを実現せんとするものである。
発明の開示
上記課題を解決するために、本発明者らは、自動車用エアコンのマグネットクラッチの誘導性負荷に使用する電気接点材料の組成及びその使用環境について、種々の実験、研究を重ねることによって、次のような自動車搭載用リレー（以下、自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレーと称する場合もある）を見出すに至った。
本発明は、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金系の電気接点を備えた自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレーにおいて、電気接点は、金属換算で、５．０〜１０．０重量％のＳｎと、２．０〜５．０重量％のＩｎと、残部がＡｇの組成であるＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ合金を小片化して内部酸化処理し、内部酸化処理されたＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金の小片を焼結処理し、その後、押出加工することによって形成されたものであり、該電気接点を密閉空間内に配置したものとした。
また、もう一つの本発明は、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ合金系の電気接点を備えた自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレーにおいて、電気接点は、金属換算で、５．０〜１０．０重量％のＳｎと、２．０〜５．０重量％のＩｎと、０．０１〜０．５０重量％のＮｉと、残部がＡｇの組成であるＡｇ−Ｓｎ−Ｉｎ−Ｎｉ合金を小片化して内部酸化処理し、内部酸化処理されたＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ合金の小片を焼結処理し、その後、押出加工することによって形成されたものであり、該電気接点を密閉空間内に配置したものとした。
これらの本発明に係る自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に使用される自動車搭載リレーによれば、その耐久性を飛躍的に向上でき、さらに、ランプ負荷のような他の自動車搭載用用途として使用する場合においても、従来と同様な耐久性を示し、長寿命化、小型化にも十分に対応できるのである。
マイクロＩＳＯリレーに代表される自動車搭載用リレーの電気接点材料では、電気接点材料が大気と接触する状態、即ち開放型で使用されるものである。ところが、このマイクロＩＳＯリレーに代表される自動車搭載用リレーの電気接点材料について、その組成及び使用環境を検討した結果、本発明におけるＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金或いはＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ合金系の電気接点材料を密閉空間で使用するものとすると、自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に使用する際に、従来の２倍以上の耐久性を有する自動車搭載用リレーとすることができることを見出したのである。
本発明に係る自動車用エアコンのマグネットクラッチ制御リレーによるとその耐久性が飛躍的に向上する理由は、エアコン用マグネットクラッチの誘導性負荷に使用した際における電気接点材料の消耗形態に依存していると、本発明者らは考えている。
一般に自動車に搭載される電源（直流１４Ｖ）での電気接点材料の消耗形態は、次の２つに分類されるものである。その一つは、（１）金属相アークにより、陽極材料が摩耗粉として周りに飛散したり、陽極から陰極へ材料の転移が生じる場合である。また、（２）金属相アークに引き続き発生するガス相アークにより、陰極材料が摩耗粉として周りに飛散したり、陰極から陽極へ材料の転移が生じる場合である。
実際の用途では、ヘッドライトに代表されるランプ負荷、リアデフォッガー（自動車後方ガラスの曇り取り用熱線）に代表される抵抗負荷では、前者（１）の消耗形態となり、自動車用エアコンのマグネットクラッチに代表される誘導性負荷では、後者（２）の消耗形態をとることが知られている。
本発明者らの研究によると、自動車搭載用リレーに用いるＡｇ系の電気接点材料では、後者（２）の消耗形態に対して開放状態で使用をすると、アークが電気接点材料の一部に集中し、開閉初期時に、接点表面へ突起とクレータとが形成されることを突き止めた。そして、この突起とクレータを一旦形成してしまうと、さらに、アークはこの突起に集中するようになり、突起とクレータの成長が進行するのである。また、突起とクレータの成長は接点ギャップ（接点間の最小距離）を小さくしてアーク継続時間を長くすることになり、突起とクレータの成長を助長して加速的に接点を劣化させる。ついにはロッキング（突起とクレータとが機械的に引っかかる状態）で故障に至るか、又は容易に溶着が生じたりする。突起を形成している部分は、陰極から陽極への材料転移により形成されるので、初期の電気接点材料の金属組織に比べると酸化物が脱落した酸化物の希薄な状態となっている。耐溶着性は電気接点材料に含まれる酸化物量に依存するが、このように酸化物が希薄な状態の突起は耐溶着性が低下して、容易に溶着現象を生じるのである。
このような研究結果をもとに、開閉初期に生じる突起とクレータとの形成の解消を図るため、その組成及び使用環境を検討して、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金或いはＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ合金系の電気接点材料を密閉空間で使用することとしたのである。そして、このように密閉空間とする際には、その密閉空間には、大気のような酸素を含むガス以外のもの、即ち、非酸素ガスを充満させると、耐久性の向上を安定的に得られることを突き止めたのである。さらに、この非酸素ガスには、アルゴンガスや窒素ガスを用いることが実用的に好適であることも確かめられた。
この本発明の自動車搭載リレー用の電気接点材料が開閉初期に生じる突起とクレータの形成を解消できるのは、次のメカニズムによるものと考えられる。
通常、Ａｇ系の電気接点材料を開放状態で自動車搭載用リレーに使用する場合、接点表面では、リレーが開離するときに発生する金属相アーク、それに引き続き発生するガス相アークにより、Ａｇに溶融部が発生する。Ａｇ中への酸素の固溶限度は、溶融Ａｇで０．３２重量％（９６０．５℃）であるため、溶融Ａｇは速やかに酸素を固溶する。続いて、熱が周辺部に拡散することで、溶融Ａｇの凝固が始まる。固体Ａｇへの酸素固溶限度は、０．０１重量％（９３９℃）と溶融Ａｇの場合に比べかなり低いため、凝固の際、固体Ａｇに固溶できない酸素の放出が生じ、ガスの発生が起こる。このとき、Ａｇは発泡した状態で凝固することになる。そして、次にリレーが開閉すると、発泡した状態でＡｇが凝固している部分に、アークが再び発生することになり、ガス相アークの作用により発泡したＡｇが陰極から陽極に転移し、陽極表面に堆積する。そして、この現象が繰り返されることにより、接点部へ、突起とクレータを形成するのである。
しかしながら、本発明の自動車搭載リレー用の電気接点材料によれば、密閉空間にあるため上記したＡｇの発泡現象が生じなく、アークの集中も起こらなくなり、結果として、突起とクレータの形成がなくなるのである。そのため、電気接点材料の耐久性が飛躍的に向上することになる。
本発明の自動車搭載リレー用の電気接点材料は、ＡｇをベースとしたＡｇ系のものであるが、ここで、その他の構成金属であるＳｎ、Ｉｎ、Ｎｉを含有させる効果及びその含有量範囲を決定した理由について、それぞれ説明する。
Ｓｎは、電気接点材料中にＳｎＯ２として存在し、ランプ負荷などの突入電流が生じる用途において、耐溶着性の向上に寄与するものとなる。Ｓｎの含有量を５．０〜１０．０重量％とするのは、５．０％未満であると、自動車搭載リレーの電気接点材料として実用的なレベルの耐溶着性を維持できなくなり、その傾向はランプ負荷に使用する場合特に顕著になるからである。そして、１０．０重量％を越えるものすると、加工性が悪くなり接点製造上問題が生じるからである。自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に密閉空間として使用する場合、このＳｎの含有量は６．５〜９．０重量％とすることが接点特性上最も好ましいものである。
Ｉｎは、電気接点材料中にＩｎ２Ｏ３として存在し、エアコン用マグネットクラッチの誘導性負荷に使用する際に、その電気接点材料の耐消耗性向上に寄与するものとなる。Ｉｎの含有量を２．０〜５．０重量％とするのは、２．０重量％未満であるとエアコン用マグネットクラッチの誘導性負荷に使用する際の電気接点材料の耐消耗性が低下し、実用的な耐久性を満足できなくなり、５．０重量％を越えるとＩｎが高価なため製品コストの増加に繋がるからである。自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に密閉空間として使用する場合、このＩｎの含有量は３．６〜４．５重量％とすることが接点特性上最も好ましいものである。
Ｎｉは、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３合金において内部酸化処理をする場合、Ａｇ中の酸化物を微細に析出させる働きを担い、電気接点材料の耐溶着性や耐消耗性をさらに向上させる作用を有する。Ｎｉの含有量を０．０１〜０．５０重量％とするのは、０．０１重量％未満であると酸化物の微細析出させる効果が生じなくなるからである。また、ＡｇとＮｉとは溶融状態では二相分離状態となるため、０．５０重量％を越えると、溶解鋳造時にＮｉの偏析が生じ、品質上好ましくない問題を生じることがあるためである。自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に密閉空間として使用する場合、このＮｉの含有量は０．０５〜０．２０重量％とすることが接点特性上最も好ましいものである。
当然のことであるが、本発明の自動車搭載リレー用の電気接点材料を用いて密閉型の自動車搭載用リレーにすると、自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に対して使用しても、従来の２倍以上の耐久性を有するものとすることができる。
発明を実施するための最良の形態
本発明の一実施形態について、以下に記載する実施例１〜８により説明する。実施例１〜８は表１に示す組成の電気接点材料で密閉型リレーとして形成した。また、表１中に記載する従来例１〜８は、実施例と同組成の電気接点材料を開放型リレーとして形成したものである。
【表１】
0003590611.tif 000002
実施例１〜８及び従来例１〜８の電気接点材料は、通常の高周波溶解炉を用い、各組成のＡｇ合金を溶解後インゴットに鋳造して、熱間押し出し加工により、φ６ｍｍの線材とした。続いて、その線材をφ２ｍｍまで線引き加工を行い、長さ２ｍｍで切断することで、φ２ｍｍ×２ｍｍＬのチップを作成した。そして、このチップを酸素圧５気圧、温度７５０℃で４８時間、内部酸化処理を行い、内部酸化処理後のチップを集め、圧縮加工してφ５０ｍｍの円柱ビレットを形成した。
この圧縮加工に続いて、８５０℃、４時間の焼結処理を行った。この圧縮加工及び焼結処理は、４回繰り返して行った。
この圧縮加工及び焼結処理を施したビレットは、熱間押し出し加工により、φ７ｍｍの線材に形成した（押出面積比約５１：１）。続いて、線引き加工にて直径２．０ｍｍの線材とし、ヘッダーマシンによって、頭径２．８ｍｍ、頭厚０．６ｍｍのリベット接点を作成した。
以上のようにして作製したリベット接点は、実施例は密閉型リレーに、従来例は開放型リレーに組み込み、表２に示す条件により、自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷に使用する際に対応する耐久試験を行った。この耐久試験は、最低でも４台のリレーを使用して行い、最初の１台目が故障した際の耐久寿命開閉回数を測定した。また、実施例７以外の他の全てのリレーが１００万回以上の開閉回数を示した場合には、１００万回を越えた時点で試験を打ち切り、耐久寿命開閉回数を１００万回以上とした。実施例７については、２００万回まで試験を行った。この耐久試験の結果を、表３に示す。
【表２】
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【表３】
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表３に示す耐久試験結果から本実施例の各組成の電気接点材料は次のような特性を有することが判明した。実施例１〜８における電気接点材料は、実負荷の自動車用エアコンのマグネットクラッチの誘導性負荷に対して、全てのものが１００万回以上の耐久寿命を示すことが判明した。一方、従来例の開放型のものでは、最初の１台目の故障が５４万回未満の開閉回数で生じ、目標とする１００万回以上の耐久特性を有しないことが確認された。
次に、実施例２及び実施例７について、ランプ負荷に対する耐久性試験を行った。このランプ負荷における耐久試験も、最低で４台のリレーを使用して行い、最初の１台目が故障した際の耐久寿命回数を測定することによった。また、全てのリレーが目標耐久寿命回数の２倍以上の開閉回数を示した場合、その開閉回数を越えた時点で試験を打ち切り、耐久寿命回数は目標耐久寿命回数の２倍以上とした。このランプ負荷に対する耐久試験結果を表４に示す。
【表４】
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表４で示すように、実施例２及び実施例７では、ランプ負荷に対して目標耐久寿命回数の２倍の開閉回数に、十分に耐え得るものであることが判明した。
最後に、自動車用エアコンのマグネットクラッチ負荷のリレーとして耐久試験を行った際における接点状態を観察した結果について説明する。図１及び図２には、実施例７を用いてリレー耐久試験を行った際、２００万回の耐久寿命を有したリレーから取り出した可動側の接点及び固定側の接点の断面観察写真（倍率２５倍）を示している。また、図３及び図４には、従来例７を用いてリレー耐久試験を行った際、最も耐久寿命回数の多かった８０万回の耐久寿命を有したリレーから取り出した可動側の接点、及び固定側の接点の断面観察写真（倍率２５倍）を示している。
この接点断面観察写真を見ると判るように、開放型の従来例７のリレーでは、最も耐久寿命に優れたものであっても、可動側接点に発泡した状態の断面形状が確認された。そして、これに対応する固定側接点では、接点材料の転移が生じて、クレータ状のえぐられた断面形状が観察された。一方、密閉型の実施例７では、従来例７のような接点の変形は全く見られなかった。
産業上の利用可能性
本発明に係る自動車搭載リレー用の電気接点材料は、自動車用エアコンのマグネットクラッチの誘導性負荷に対して、画期的な耐久特性を有し、自動車搭載用リレーの寿命を大幅に延ばすことが可能となる。また、ランプ負荷のような他の用途として使用する場合においても、従来と同様な耐久性を示し、電気接点材料の長寿命化、小型化にも十分に対応できるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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