(57)【要約】【課題】重負荷領域の電気接点材料には、Ａｇ−ＷもしくはＡｇ−ＷＣ等があり、さらにＧｒを添加したＡｇ−ＷＣ−Ｇｒなどが適用されている。これらの電気接点材料は、焼結法で製造し、難加工材であるために塑性加工ができず、所望寸法の電気接点材料を１個ずつ焼結法により作製しなければならなかった。【解決手段】  Ｎｉを必須添加元素として０．１〜２０質量％含み、さらにＷが１〜３０質量％、ＷＣが１〜３０質量％、Ｇｒが１〜３０質量％の群から選ばれた２種以上を含み、残部がＡｇからなる混合粉末を焼結した粉末焼結材よりなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉを必須添加元素として０．１〜２０質量％含み、さらにＷが１〜３０質量％、ＷＣが１〜３０質量％、Ｇｒが１〜３０質量％の群から選ばれた２種以上を含み、残部がＡｇからなる混合粉末を焼結した粉末焼結材であることを特徴とする電気接点材料。
【請求項２】
Ｎｉを必須添加元素として０．１〜２０質量％含み、さらにＷが１〜３０質量％、ＷＣが１〜３０質量％、Ｇｒが１〜３０質量％の群から選ばれた２種以上を含み、さらに添加酸化物としてＳｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉの群から選ばれた少なくとも１種からなる酸化物を合計で０．１〜３０質量％添加し、残部がＡｇからなる混合粉末を焼結した粉末焼結材であることを特徴とする電気接点材料。
【請求項３】
Ｎｉを必須添加元素として０．１〜２０質量％含み、さらにＷが１〜３０質量％、ＷＣが１〜３０質量％、Ｇｒが１〜３０質量％の群から選ばれた２種以上を含み、残部がＡｇからなる混合粉末を焼結して粉末焼結材とする工程と、前記粉末焼結材を押し出し加工することによって長尺化する工程とを含む請求項１における電気接点材料の製造方法。
【請求項４】
Ｎｉを必須添加元素として０．１〜２０質量％含み、さらにＷが１〜３０質量％、ＷＣが１〜３０質量％、Ｇｒが１〜３０質量％の群から選ばれた２種以上を含み、さらに添加酸化物としてＳｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉの群から選ばれた少なくとも１種からなる酸化物を合計で０．１〜３０質量％添加し、残部がＡｇからなる混合粉末を焼結して粉末焼結材とする工程と、前記粉末焼結材を押し出し加工することによって長尺化する工程とを含む請求項２における電気接点材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接点材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気接点材料は、マグネットスイッチ、ブレ−カ、リレ−等の回路遮断器や電磁開閉器に使用されており、重負荷領域の電気接点材料には、Ａｇ−ＷもしくはＡｇ−ＷＣ等があり、さらにＧｒを添加したＡｇ−ＷＣ−Ｇｒなどが適用されている。これらの電気接点材料は焼結法で製造し、その後、台材に電気接点材料をろう付けまたは溶接することにより、接触子（組立部品）として回路遮断器や電磁開閉器に使用されてきた（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６９５７９号公報
【特許文献２】特公昭４９−３０４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術によると、Ａｇ−Ｗ−ＧｒもしくはＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ等の電気接点材料は難加工材である為に塑性加工ができず、所望寸法の電気接点材料を１個ずつ焼結法により作製しなければならなかった。
このため、従来技術では電気接点材料の精密加工や大量生産には不向きであり、多様な形状の電気接点材料を容易に製造しにくいという問題があった。
さらに、Ｗ、ＷＣ、Ｇｒもしくは各種酸化物等の添加量が増えると、焼結性が低下して脆化するため、これ以上の電気接点材料の各種特性向上が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明は、Ａｇ−Ｗ−Ｇｒ系もしくはＡｇ−ＷＣ−Ｇｒ系等の電気接点材料の塑性加工性を向上させ、低コストかつ大量生産に適した製造方法を開発した。
具体的な製造方法としては、Ａｇ紛、Ｎｉ紛、Ｗ紛、Ｇｒ粉、ＷＣ紛または各種酸化物粉等を所望組成に秤量・混合し、これら混合紛を加圧成形および焼結する。
つぎに、この焼結材に熱間押出し加工を施す。
【０００６】
ここで、混合粉にＮｉを添加する目的は、Ａｇ−ＷＣ−Ｇｒ系焼結材もしくはＡｇ−Ｗ−Ｇｒ系焼結材では塑性加工性に劣り、熱間押出し加工を行うことが困難であるからである。
【０００７】
Ｎｉを添加し、Ａｇ−Ｎｉ−Ｗ−Ｇｒ系焼結材、Ａｇ−Ｎｉ−ＷＣ−Ｇｒ系焼結材もしくはＡｇ−Ｎｉ−Ｗ−ＷＣ−Ｇｒ系焼結材とすることにより材料の流動性が著しく向上し、熱間押出し加工が可能となる。
【０００８】
Ｎｉの添加量は、０．１〜２０質量％が好ましい。Ｎｉの添加量が０．１質量％より少ないと各種添加物が微細に分散せずに凝集しやすく、十分な焼結性が得られずに押出し加工性が低下し、添加量が２０質量％より多いと耐溶着性や耐消耗性が低下し、接触抵抗が増加する。
【０００９】
混合粉にＧｒ（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）を添加する目的は、接触抵抗を低減させ、耐消耗性を向上させるためである。回路遮断器や電磁開閉器の開閉時のアークにより、電気接点材料表面が溶かされると、電気接点材料中に含まれる各種酸化物が電気接点材料表面に凝集する。
【００１０】
そこで、電気接点材料中にＧｒが含まれると、回路遮断器や電磁開閉機の開閉時に大気中の酸素とＧｒが反応してＣＯガスが発生し、電気接点材料表面の各種酸化物をＣＯガスにより還元して分解することで、電気接点材料表面の清浄化作用を有する。これにより接触抵抗を低下させる効果が得られる。
【００１１】
また、この効果により電気接点材料が均一に消耗するために、耐消耗性も向上する。なお、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）などの他の炭素形態でも代用可能である。
【００１２】
Ｇｒの添加量は、１〜３０質量％が好ましい。Ｇｒの添加量が１質量％より少ないと電気接点表面の清浄作用が得られず、添加量が３０質量％より多いと加工性が低下する。
【００１３】
混合粉にＷやＷＣ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ）を添加する目的は、耐溶着性を向上させるためである。ＷやＷＣの添加量は、１〜３０質量％が好ましい。ＷやＷＣの添加量が１質量％より少ないと十分な耐溶着性が得られず、添加量が３０質量％より多いと接触抵抗が増加する。
【００１４】
混合粉に添加酸化物としてＳｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉの酸化物の群から選ばれた少なくとも１種を添加する目的は、耐溶着性を向上させるためである。
前記添加酸化物の添加物量の合計は、０．１〜３０質量％が好ましい。添加量が０．１質量％より少ないと耐溶着性向上の効果が十分に得られず、添加量が３０質量％より多いと塑性加工性が低下する。
【００１５】
なお、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｂｉの群から選ばれた少なくとも２種を含む複合酸化物、もしくは酸化数が異なる酸化物を添加してもよい。
【００１６】
混合粉にＡｇを添加する目的は、接触抵抗を低減させるためである。Ａｇの添加量が少ないと接触抵抗が増加し、添加量が多すぎると他の添加物量が少なくなり耐溶着性等が低下する。この為、他の添加物との釣り合いを考慮して４８〜９７．９質量％が好ましい。
【００１７】
以上のように構成した焼結材を熱間押出し加工後、塑性加工、プレス加工もしくはせん断加工等の所定の加工を施すことにより、所望形状の電気接点材料を容易に製造することに成功した。
【００１８】
また、本発明による熱間押出し加工後の材料は塑性加工を施すことが可能な為、ＣｕやＣｕ合金などの任意の材質からなる長尺材とクラッド加工することも可能となり、該クラッド材にプレス加工もしくはせん断加工等の所定の加工を施して所望形状の接触子を形成することにより、従来必要であった電気接点材料と各台材との接合工程を削減して接触子を容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電気接点材料Ｎｏ.４における断面組織を示す写真
【図２】電気接点材料Ｎｏ.８における断面組織を示す写真
【図３】電気接点材料Ｎｏ.１２における断面組織を示す写真
【図４】電気接点材料Ｎｏ.１７における断面組織を示す写真
【図５】電気接点材料Ｎｏ.３４における断面組織を示す写真
【図６】実施例における電気接点材料の形状を示す説明図
【図７】本発明の電気接点材料の形態例を示す説明図
【図８】本発明の電気接点材料の形態例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施例を説明する。なお、本発明の実施形態は、下記の実施例に限定されるものではなく、目的とする電気接点材料の寸法や特性により適宜調整することができるものである。
【実施例】
【００２１】
本発明の実施例１および従来例を表１に示し、本発明の電気接点材料の加工工程を説明する。なお、実施例１および従来例は電気接点材料種類Ｎｏ．で区別し、各電気接点材料の耐溶着性、耐消耗性および接触抵抗の評価結果を表１に併記する。
【実施例１】
【００２２】
電気接点材料種類Ｎｏ.１〜３４に当該する所望組成の原料粉末を各々配合および混練して均一な混合粉末とし、各混合紛末を６００ＭＰａ以上で外径５０ｍｍのビレットに加圧成形後、不活性雰囲気化にて融点以下で焼結および予備加熱を施した。
なお、本実施例では各電気接点材料を比較検討するために各原料粉末の粒度を３２５ｍｅｓｈに統一しているが、異種原料粉末間や同一原料粉末間で粒度を変更することにより焼結性向上や押出し加工性の向上の効果がある。また、原料粉末に微細粉を用いることにより、電気接点材料の各種特性を向上させる効果がある。
【００２３】
つぎに、予備加熱を施した前記焼結材に熱間押出し加工を施し、幅：３０ｍｍ、板厚：２ｍｍ、長さ５０ｍの寸法を有する条材形状の長尺材とした。本実施例では、いずれの焼結材も熱間押出し加工が可能であった。なお、熱間押出し加工時の形状は板形状や線形状など、目的とする電気接点材料の形状や寸法により調整可能である。
【００２４】
また、熱間押出し加工後の該材料については、Ｎｉ添加量や他の添加物量によるが、熱間押出し加工方向に伸びた繊維状組織となっているために、難加工組成からなる溶製材や焼結材では困難であったあらゆる塑性加工を熱間押出し方向へ施すことが可能である。
【００２５】
つぎに、上記長尺材に表面研磨加工および脱脂洗浄処理を施し、該材料の長さ方向に対して図１に示すような１辺６.０ｍｍの四角形にプレス加工および切削加工を施して、電気接点材料種類Ｎｏ.１〜３４に当該する電気接点材料を作製した。本実施例で作製した電気接点材料の断面組織を金属顕微鏡にて観察した結果を図１〜４に示す。このように、本実施例で作製した電気接点材料は空孔が存在しておらず、各粒子が均一に分散していた。
【００２６】
なお、本実施例では電気接点材料の形状を四角形（図６）で示したが、本発明はこの形状に限定されるものではなく、丸形（図７）や多角形（図８）等の所望の形状や寸法で精密に加工することが可能である。
【実施例２】
【００２７】
本発明は、さらに電気接点材料種類Ｎｏ.１〜３４に当該する電気接点材料が塑性加工可能になったため、実施例１の熱間押出し加工後の該材料を、台材の材質であるＣｕと熱間クラッド加工し、所望形状の接触子にプレス加工した。
これにより、台材とのろう付け工程が不要となり、固定接触子および可動接触子を容易に作製することができた。なお、台材の材質はＣｕ合金等の任意の材質に変更が可能である。
【００２８】
従来例
従来例として、電気接点材料種類Ｎｏ.３５〜４２に当該する所望組成の原料粉末（３２５ｍｅｓｈ）を各々配合および混練して均一な混合粉末とし、加圧成形後、還元雰囲気化で焼結させた。
つぎに、前記焼結材に表面研磨加工および脱脂洗浄処理を施し、図６に示すような１辺６.０ｍｍの四角形を有する電気接点材料種類Ｎｏ. ３５〜４２に当該する電気接点材料を作製した。
上記実施例および従来例にて作製した各電気接点材料を台材にろう付けし、接触子として回路遮断器に組み込み、実機試験を行った。実機試験の評価項目としては、耐溶着性、耐消耗性および接触抵抗について評価した。
【００２９】
耐溶着性の評価条件としては、遮断頻度４回／ｍｉｎとし、ＤＣ３５０Ｖ ３０００Ａにて遮断試験を行った。評価基準としては、溶着するまでの遮断可能回数が５０回以上のものをＡ、４０〜４９回のものをＢ、２０〜３９回のものをＣ、２０回未満のものをＤと評価した。
耐消耗性の評価条件としては、遮断回数１０回（遮断頻度４回／ｍｉｎ）とし、ＤＣ３５０Ｖ ３０００Ａにて遮断試験を行い、試験前後の各電気接点材料の質量変化を測定して評価した。評価基準としては、質量変化（消耗量）が０．１ｍｇ未満のものをＡ、０．１ｍｇ以上０．３ｍｇ未満のものをＢ、０．３ｍｇ以上０．５ｍｇ未満のものをＣ、０．５mg以上のものをＤと評価した。
接触抵抗の評価条件としては、遮断回数１０回（遮断頻度４回／ｍｉｎ）とし、ＤＣ３５０Ｖ ３０００Ａにて遮断試験を行い、上記遮断試験前後の温度上昇分を測定した。
評価基準としては、温度上昇が２０℃未満のものをＡ、２０℃以上４０℃未満のものをＢ、４０以上６０℃未満ものをＣ、６０℃以上のものをＤと評価した。
なお、上記評価項目で評価Ｄが含まれる電気接点材料は、目的とする回路遮断器や電磁開閉器の遮断特性にもよるが、電気接点材料としては好ましくない。
【００３０】
上記の評価試験を行ったところ、本発明のいずれの電気接点材料においても、従来の電気接点材料と比べて良好な特性を示した。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
本発明の電気接点材料によると、従来の製造方法では塑性加工が困難あるいは焼結が困難であった難加工組成からなる電気接点材料に対し、Ｎｉを添加して押し出し加工を施すことにより、大量生産に適した塑性加工を施すことが可能になった。
さらに、電気接点材料の塑性加工性が向上したことにより、電気接点材料の各種特性を向上させる構成元素や各種酸化物を多く添加することが可能となり、貴金属であるＡｇの使用量を減らして材料価格低減を行うことが可能になった。また、各粒子が均一に分散して空孔が存在しておらず、所望の形状や寸法へ精密に加工された電気接点材料が得られた。
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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