(57)【要約】 【課題】  環境問題に関わるＣｄを使用することなく、従来の電気接点材料における接触抵抗の不安定性に起因する温度上昇と、耐溶着性及び耐消耗性、加工性の各特性を改善した汎用スイッチに好適な電気接点材料を提供する。【解決手段】  交流電圧８０Ｖ〜３００Ｖ、定格電流５〜２５Ａの負荷を制御する、汎用スイッチに使用されるＡｇ−酸化物系電気接点材料において、３．８〜１０．５重量％のＣｕＯと、１．０〜６．０重量％のＺｎＯと、残部Ａｇとから構成されるものとした。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧８０Ｖ〜３００Ｖ、定格電流５〜２５Ａの負荷を制御する、汎用スイッチに使用されるＡｇ−酸化物系電気接点材料において、
３．８〜１０．５重量％のＣｕＯと、１．０〜６．０重量％のＺｎＯと、残部Ａｇとから構成されることを特徴とする電気接点材料。
【請求項２】
３．０４〜８．６６重量％のＣｕと、０．８２〜４．９４重量％のＺｎと、残部ＡｇとからなるＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金を内部酸化することにより得られる請求項１に記載の電気接点材料。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電気接点材料を電気接触子として使用する汎用スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる家電製品、住宅およびOA機器内等で使用される汎用スイッチに好適な電気接点材料に関する。環境問題に関わるＣｄを含まない電気接点材料であることは当然なことであるが、特にスイッチを小型化しても、耐溶着性、耐消耗性に優れ、かつ接触抵抗を低く抑え、通電中の温度上昇を極力抑えることが可能な電気接点材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、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特性や、切り離した際に支障なく開離できる特性を満足する必要がある。そして、この電気接点は構造的に簡単ではあるが、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、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、転移等の非常に複雑な現象を伴い、学問的にも未解明な点が多い。これらの現象が生じると、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。
【０００３】
その中でも、いわゆる家電製品、住宅およびOA機器内等で使用される汎用スイッチは、近年急速に小型化が進み、従来技術を用いた電気接点材料では、耐溶着性、耐圧性、温度上昇の規格を満足することにおいて明らかに限界が見えていた。
【０００４】
現在、この汎用スイッチには、ほとんどの場合、Ａｇ−ＣｄＯ系接点材料が使われている。このＡｇ−ＣｄＯ系接点材料は、汎用スイッチとして求められる接点である耐溶着性、耐消耗性および接触抵抗の安定性についてバランス良く満足したものとして、良く知られている。
【０００５】
汎用スイッチは、その用途から連続通電での使用が多く、通電時接点部の電圧降下による発熱に起因する火傷および火災等の恐れがあることから、接点部の温度上昇特性が非常に重要視されている。Ａｇ−ＣｄＯ系接点材料は、接点閉成時の接触抵抗が低く安定していることから、特にこの温度上昇特性に優れることが広く知られている。この温度上昇特性は、ＵＬ規格において、そのスイッチの定格電流を連続通電した時の温度上昇が、周囲温度から３０℃以下でなくてはならないと規定されている。
【０００６】
しかし、Ｃｄは人体に有害な元素であり、昨今の環境問題等も影響して、その製造および使用は好まれていない。また、２００６年７月より、欧州での使用が禁止されることになっており、汎用スイッチにおいて、Ａｇ−ＣｄＯ系接点材料に代わる接点材料が求められている。
【０００７】
次にＣｄを使用していない電気接点材料としては、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ系の電気接点材料が知られている。このＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ系の電気接点材料は、リレーに使用した際の耐溶着性や耐消耗性に優れるので、リレー等では多数の実用化の実績があるものの、接触抵抗が不安定であるとの指摘がされている。また、実際にこれらの電気接点材料をスイッチに適用した場合には、温度上昇が３０℃以下であるというＵＬ規格を満足できないことが明らかになっている。
【０００８】
さらに接触抵抗が低く安定する電気接点材料としては、Ａｇ−ＣｕＯ系の電気接点材料が知られている。このＡｇ−ＣｕＯ系の電気接点材料は、スイッチに使用した際の接触抵抗が低く安定し、温度上昇に関してはＵＬの規格を満足できる優れた素材である。しかし、素材の耐溶着性や耐消耗性については十分に満足した特性を有していないために、耐溶着性、耐消耗性をいかに向上させるかが技術的な課題とされてきた。
【０００９】
この技術的課題に対して、例えば、特許文献１にあるように、ＩｎやＳｎ等の第３の金属元素を添加する方法や、特許文献２にあるように、Ｍｎ、ＳｂやＧｅ等の第３の金属元素を添加する方法が開発された。しかし、これらの先行技術はＡｇ−ＣｄＯ系接点材料と比較すると実使用上満足できない特性が多く、実際には、Ａｇ−ＣｄＯ系接点材料の代替材として使用される例をほとんど見ない。
【特許文献１】特開昭５１−１３６１７１号公報
【特許文献２】特開昭５１−１３７８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、従来から用いられているＡｇ−ＣｄＯ系電気接点材料の環境問題と、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯ系電気接点材料の欠点である接触抵抗の不安定性に起因する温度上昇と、Ａｇ−ＣｕＯ系電気接点材料の欠点である耐溶着性、耐消耗性とについて、その全て問題点を改善した電気接点材料を提供するものである。そして、本発明の電気接点材料を用いることによって、従来よりもさらに小型化しても、優れた耐溶着性、耐消耗性、低接触抵抗等を有する汎用スイッチを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ね、次のような電気接点材料を見出すに至った。具体的には、交流電圧８０Ｖ〜３００Ｖ、定格電流５〜２５Ａの負荷を制御する、汎用スイッチに使用されるＡｇ−酸化物系電気接点材料において、３．８〜１０．５重量％のＣｕＯと、１．０〜６．０重量％のＺｎＯと、残部Ａｇとから構成されるものとした。また、本発明に係る電気接点材料は、３．０４〜８．６６重量％のＣｕと、０．８２〜４．９４重量％のＺｎと残部がＡｇからなるＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金を内部酸化することにより得られるものである。そして、本発明に係る電気接点材料は、汎用スイッチの電気接触子として極めて好適なものとなる。
【００１２】
本発明に係る電気接点材料では、Ａｇ中にＣｕＯが分散するＡｇ‐ＣｕＯ系の電気接点材料を改良したものである。本発明者らは、従前の研究において、Ａｇ‐ＣｕＯ系の電気接点材料の耐溶着性を向上させるために、ＴｅまたはＢｉを添加することが有効であること、さらにＴｅまたはＢｉを添加することにより引き起こされた加工性の劣化を改善するために、加えてＩｎまたはＺｎをそれぞれ添加することが有効であることを見出した。
【００１３】
その後、本発明者らは、耐溶着性と耐消耗性との両特性のバランスを有し、汎用スイッチに使用するための実用上最適な電気接点材料組成の探索を行った。その際、汎用スイッチにおいては、その耐溶着性がリレーの場合ほど高いレベルの特性を要求されないことを前提にした。つまり、リレー等では接点を遮断するときにバネの力を使うために、小型化したリレーの引き離し力はより小さくなり、さらに超小型リレーでは引き離し力が１０ｇ以下にもなり、耐溶着性に優れている必要がある。一方、汎用スイッチは人間が手動で操作することが通常であるため、５０ｇ以上の引き離し力を容易に確保できる。そのため、汎用スイッチに用いる電気接点材料は、リレーの場合に要求されるような高いレベルの耐溶着性を有している必要がないことが判った。
【００１４】
即ち、汎用スイッチに適する電気接点材料に要求される特性は、（１）接触抵抗が低く、スイッチの使用期間中にその接触抵抗値が安定していること、（２）スイッチの使用期間中に電気接点材料の消耗量が少ないこと、つまり、消耗が少ないことがそのまま耐久寿命の長さに相関し、また、消耗粉が少ないことが耐電圧特性を維持するため、（３）そして、耐溶着性はリレーの場合に要求されるほど高レベルである必要がないこと、の３つであることが判った。
【００１５】
このような汎用スイッチの電気接点材料に要求される特性を考慮し、本発明者らは、Ａｇ−ＣｕＯ系の電気接点材料に、ＴｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯをそれぞれ添加して、上記３つの特性と加工特性への影響度を調べた。その結果を表１に示す。本発明者らは、上記４つの酸化物の中で、接触抵抗の安定性、耐消耗性、そして加工性との特性のバランスがよく、さらに耐溶着性を含めた４つの特性のトータルバランスのとれた電気接点材料にすることができる酸化物はＺｎＯであることを、またその他の３つの酸化物は、接触抵抗の安定化の観点から考察して、添加しなくても良いことを見出した。そして、この調査結果に基づき、本発明者らは、本発明に係る電気接点材料を開発したのである。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
本発明に係る電気接点材料は、ＣｕＯ量が３．８重量％未満であると実用的レベルの特性を有した電気接点材料にすることが難しくなり、１０．５重量％を越えると、実負荷での開閉中の消耗量も増加することにより、スイッチに使用した場合の耐電圧劣化が顕著となる。実用上３．０〜７．０重量％の範囲であることがより好ましいものとなる。
【００１８】
本発明に係る電気接点材料のＺｎＯは、接触抵抗の安定性を大きく悪化させずに耐消耗性を向上させる添加物であるが、６．０％を越えると接触抵抗が不安定になる。また、１．０％未満であると実用上十分な耐消耗性が得られないことになる。実用上２．０〜５．０重量％の範囲であることがより好ましいものとなる。
【００１９】
そして、本発明に係る電気接点材料は、３．０４〜８．６６重量％のＣｕと、０．８２〜４．９４重量％のＺｎと残部がＡｇからなるＡｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金を内部酸化することにより、Ａｇ中に上記含有量範囲のＣｕＯ及びＺｎＯの酸化物を含有させることができ、上記した３つの特性と加工特性とのトータルバランスがとれた電気接点材料とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、接触抵抗を低く安定して維持でき、かつ、非常に優れた耐消耗性を有し、さらに汎用スイッチに適した耐溶着特性も備え、加工特性にも優れる４つの特性のトータルバランスがとれた電気接点材料となる。そして、本発明の電気接点材料により電気接触子を構成すると、従来よりも小型化したスイッチであっても接触抵抗の安定性や長寿命化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について、以下に記載する実施例に基づいて説明する。実施例１〜２は表２に示す組成（重量％）の電気接点材料であり、比較例１〜２、従来例１〜５は、実施例との比較のための電気接点材料を示している。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
実施例１〜２、比較例１〜２及び従来例１〜４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た。次にそのインゴットを熱間押し出し法にてφ６ｍｍの線材に加工した。続いて、その線材を焼鈍と伸線を繰り返しながらφ２ｍｍまで加工を行い、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７００℃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、圧縮成形して、φ５０ｍｍの円柱ビレットを形成した。
【００２４】
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６回繰り返して行った。表３に各材料の内部酸化後の組成（重量％）を示す。
【００２５】
【表３】
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【００２６】
この圧縮加工及び焼結処理を施したビレットは、再度熱間押し出し法により、φ６ｍｍの線材にした。続いて、線引き加工にて直径２．３ｍｍの線材まで加工し、ヘッダー機によって、頭径３．５ｍｍ、頭厚１ｍｍのリベット接点を作成した。
【００２７】
以上で説明したリベット接点は、接触力１００ｇの開閉機構を有する温度上昇測定試験機に組み込まれ、ＡＣ２５０Ｖ、２０Ａの抵抗負荷で１．２万回の予備開閉を行った後、２０Ａ連続通電中の温度上昇値を測定した。測定は各接点材料について２個づつ行った。なお、接点閉成時の接触点は、開閉毎に異なることから、各サンプルについて３回の測定を行った。これらの、温度上昇測定値は、実際の汎用スイッチでの値とほぼ一致することを確認している。
【００２８】
表４に温度上昇測定結果を示す。ＵＬの規格においては、温度上昇が３０℃を越えたものが１つでもあると、その認定を受けられないことから、温度上昇特性は温度上昇測定値の最大を評価する必要がある。表４を見ると判るように実施例１、２、比較例２そして従来例１、２は、実用化可能レベルであるが、従来例４、５は６９℃と飛び抜けて温度上昇値が高くなった。このことは、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３−ＮｉＯおよびＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料では、スイッチに適用した場合に、温度上昇の規格を満足させることが難しいことを示している。また、今回実施例であるＡｇ−ＺｎＯ−ＣｕＯ系接点材料においては、ＺｎＯ添加量が増えるほど温度上昇特性が悪化し、ＣｕＯ量が多いほど安定する結果が得られた。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
また、上述した実負荷での開閉中の消耗量を調査したところ、実施例１〜４では実用上問題なく、特に実施例２及び３の場合は耐消耗量に優れていることが確認された。
【００３１】
最後に、金属断面組織（倍率４００倍）を観察した結果について説明する。図１は実施例１の断面組織を、図２、３はそれぞれ従来例１、４の断面組織を示している。図１に示す実施例１の断面組織では、比較的大きい酸化物が分散している状態が確認され、この組織は、図２に示す従来例１のＡｇ−ＣｄＯ電気接点材料と同じような断面組織であることが判明した。一方、図３に示す従来例４の断面組織は、非常に微細な酸化物が分散している状態であることが観察された。一般的に、接点開閉中に発生するアークにより接点表面が溶融した場合、細かい酸化物の方が酸化物の凝集を起こし易く、その凝集が温度上昇を引き起こすと言われているが、今回の断面組織観察結果からも、その理論の妥当性が裏付けられたものと考えられる。
【００３２】
本実施例１の電気接点材料は、比較的大きな酸化物が分散していることから、通電に伴う温度上昇に対して有利と考えられる。そして、このような温度上昇に対する良好な特性を備えた上で、さらに耐消耗性を確保するために、良好な温度上昇特性を損なわない程度のＺｎを添加することにより、従来のＡｇ−ＣｕＯ系電気接点材料における耐消耗性および耐溶着性の問題を解消した、汎用スイッチの好適な電気接点材料を実現したものである。
【００３３】
以上のことをまとめると、本発明に係る電気接点材料は、環境問題（カドミウムを使用していないこと）、温度上昇の問題（接触抵抗が安定性していること）、耐消耗性の問題（耐久寿命が長いこと）、加工性劣化の問題、これら４つの課題を同時に解消できる汎用スイッチに好適な、非常に優れた電気接点材料といえる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例３の金属断面組織観察結果。
【図２】従来例１の金属断面組織観察結果。
【図３】従来例４の金属断面組織観察結果。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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