(57)【要約】【課題】接点の開離、閉成時何れの場合にも安定してアークの発生を抑制する電気接点構造を提供する。【解決手段】一対の接点を対向させた電気接点構造であって、陰極側の電気接点は導電部材と吸熱部材から形成されている。接点台座１０は、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｐｄの何れかを基材とし、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３の何れかが含有されている。円柱導電部１と円柱カシメ部９で多段円柱状に形成され、接点台座１０の導電部１の上部Ｔは凸状である。カシメ部９は、図示していないフランジなどに固定される。陰極側の電気接点は、接点台座１０の導電部１には略中心に陽極側の電気接点と接触する接触部２が形成された吸熱部３が設けられている。該吸熱部３は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｌｉ、共晶はんだの何れかの低融点金属材料である。陽極側の電気接点は、前記導電部１と同一の導電性部で形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の接点を対向させた電気接点構造であって、陰極側の電気接点は導電部材と吸熱部材とが接触して形成され、前記導電部材は少なくとも陽極側の電気接点と接触し、陽極側の電気接点は前記導電部材で形成されていることを特徴とする電気接点構造。
【請求項２】
前記導電部材は、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｐｄの何れかを基材とし、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３の何れかを含有しており、吸熱部材は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｌｉ、共晶はんだの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の電気接点構造。
【請求項３】
前記陰極側の電気接点は、導電部材と吸熱部材とが接触して形成されたクラッド材の吸熱部材側が前記導電部材からなる接点台座に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気接点構造。
【請求項４】
前記陰極側の電気接点は、導電部材と吸熱部材とが接触して形成されたクラッド材の吸熱部材側が前記導電部材からなる接点台座に形成されており、前記クラッド材の導電部材の表面に複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電気接点構造。
【請求項５】
前記陰極側の電気接点は、前記導電部材が前記陽極側の電気接点と接触するように前記吸熱部材が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気接点構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁リレーなどに用いられる電気接点に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電磁リレーなどに用いられる電気接点は、その用途によって開閉容量が異なり種々の材料が区分して使用されている。そのなかで、大容量開閉用として使用されているものは銀酸化複合金などの高融点材料が主である。その理由は、大容量の電流を開閉する時に接点間にアーク放電が生じ、該アーク放電によって電気接点が溶融されることを防止するためである。しかし、前記銀酸化複合金などの高融点材料は静的な接点接触特性が不安定であるという欠点がある。前記銀酸化複合金などの高融点材料は、静的な接点接触特性が不安定であるという問題点を解決する接点バネ組構造がある（例えば、特許文献１参照。）。該接点バネ組構造では、高融点材料と低融点材料が用いられ、接点バネの延在方向にそれぞれ分離して先端側に高融点材料が使用されているものである。また、大容量の電流を開閉する時に接点間に生じるアーク放電を減少させて電気接点が溶融されることを防止するために、電気接点が水素ガス等で封じられているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
実開昭６４−５１２２８号公報
【特許文献２】
特開平９−４５２０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている接点バネ組構造では、以下のような問題点があった。即ち、静的な接点接触特性を安定にするため、即ち接触抵抗を低下するために高融点材料と低融点材料が用いられ、接点バネの延在方向にそれぞれ分離して先端側に高融点材料が使用されている。しかし、低融点材料が用いられていても、先端側に高融点材料が使用されている結果、その時のアーク放電特性は改善されず高融点材料であっても電気接点が溶融されることを防止できない。また、高融点材料と低融点材料が接点バネの延在方向にそれぞれ分離して配設されているために、互いに影響しあうことがない。更に、低融点材料は酸化し易く、長期に使用すると酸化膜のために接触抵抗が増加して、初期の目的が達成できなくなるという問題点もある。
【０００５】
又、特許文献２に開示されている封止接点装置では、以下のような問題点があった。即ち、アーク放電によって生じる陽光柱の冷却がＨ２ガスで行われている。そのために、開離時のように、接点が互いに接触しているか、あるいは近接している時には封入されているガスと陽光柱が接触しており、冷却ガスが有効に作用する。しかし閉成時のように接点が互いに離れている時には、封入されているガスと陽光柱との接触量が微量となり、充分な冷却効果が得られず、閉成時に電気接点が溶融されることを防止できない。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解決して接点の開離、閉成時何れの場合にも安定してアークの発生を抑制して電気接点の溶融が防止できる電気接点構造を提供することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために請求項１記載の電気接点構造は、一対の接点を対向させた電気接点構造であって、陰極側の電気接点は導電部材と吸熱部材とが接触して形成され、前記導電部材は少なくとも陽極側の電気接点と接触し、陽極側の電気接点は前記導電部材で形成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の電気接点構造は、請求項１記載の電気接点構造において、前記導電部材は、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｐｄの何れかを基材とし、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３の何れかを含有しており、吸熱部材は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｌｉ、共晶はんだの何れかであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の電気接点構造は、請求項１又は２に記載の電気接点構造において、前記陰極側の電気接点は、導電部材と吸熱部材とが接触して形成されたクラッド材の吸熱部材側が前記導電部材からなる接点台座に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の電気接点構造は、請求項１から３の何れかに記載の電気接点構造において、前記陰極側の電気接点は、導電部材と吸熱部材とが接触して形成されたクラッド材の吸熱部材側が前記導電部材からなる接点台座に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の電気接点構造は、請求項１又は２に記載の電気接点構造において、前記陰極側の電気接点は、前記導電部材が前記陽極側の電気接点と接触するように前記吸熱部材が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態は、陰極側の電気接点を形成する導電部材が陽極側の電気接点と接触するように吸熱部材を導電部材の周辺に接触するように形成したものである。吸熱部材を導電部材の周辺に接触するように形成したことにより、陰極側の電気接点で発生する熱が効率良く周辺に拡散され、冷却効率が向上する。２０Ａ程度の電流を開閉する電気接点に好適な構造である。図１により第１の実施形態について説明する。図１（ａ）に示すような接点台座１０は、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｐｄの何れかを基材として、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３の何れかが含有されている直径３〜４ｍｍ、高さ１〜２ｍｍの円柱導電部（導電部材）１と直径１．５〜２ｍｍ、高さ３〜４ｍｍの円柱カシメ部９で多段円柱状に形成されている。接点台座１０の導電部１の上部Ｔは凸状に形成されていて、例えば曲率半径１０ｍｍ程度の円形である。導電部１とカシメ部９の形状はこれ以外、例えば多段四角形状であってもよい。前記カシメ部９は、例えば螺子溝の切られたボルト状になっていて、図示していないフランジなどに固定される。
【００１３】
また、図１（ｂ）に示すように、前記陰極側の電気接点は、接点台座１０の導電部１に吸熱部（吸熱部材）３が接触するように形成されている。焼結などの周知の方法で製作された接点台座１０の導電部１に陽極側の電気接点と接触する部分（接触部２）を例えば紫外線硬化樹脂でコーティング加工し、あるいは樹脂テープを貼りつけてマスキングする。該マスクの形状は、例えば接点台座１０の略中心部に直径約１ｍｍの円形に形成する。その後、電気メッキあるいは化学メッキにより吸熱部３が１０〜２０μｍ程度導電部１の全周に形成されてから前記マスキングは取り除かれる。前記吸熱部３は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｌｉ、共晶はんだの何れかの低融点金属材料である。接触部２がＡｇ系の導電部１で形成されている結果、当該接触部２が酸化して酸化膜が形成されても当該接触部２で発生する初期の放電により前記酸化膜が除去され、接触抵抗の増加がない。また、図示していない対向する陽極側の電気接点は、前記陰極側の電気接点に用いる導電部１と同一の導電性部で形成されている。
【００１４】
図１の電気接点を電磁リレーの接点に用いた場合の作用を説明する。接点閉成時には、両電気接点が接点近くに接近すると陰極の接触部２から熱電子が放出され、陽極の電気接点が前記電子により過熱溶融される。この後、前記溶融された金属によって陰極と陽極間が短絡状態になる。その結果、陰極と陽極間を流れる電流によりジュール熱が発生して陰極が加熱される。この時、導電部１に吸熱部３が接触するように形成されているために、熱伝導によって陰極側が受ける熱エネルギーは低融点金属材料である吸熱部３に伝わり、その潜熱により前記陰極側が受ける熱エネルギーが吸熱部３に吸収される。この結果、前記陰極側の接触部２の溶融金属域が拡大されるのが防止され、閉成時のアーク放電が抑制される。
【００１５】
接点開離時には、両電気接点が離れる瞬間から接点の接触面積が減少する。このため、接触部２に電流が集中しジュール熱により溶融金属部が生成される。やがて前記溶融金属部から金属の蒸発が始まると同時に陰極の接触部２から熱電子が放出されてアーク放電が始まる。この時、導電部１に吸熱部３が接触するように形成されているために、熱伝導によって導電部１が受ける熱エネルギーは低融点金属材料である吸熱部３に伝わり、その潜熱により前記導電部１が受ける熱エネルギーは吸熱部３に吸収され導電部１の温度が低下する。この結果、アーク放電の元になる陰極側の溶融金属域の拡大が防止されると共に、アーク発生後も瞬間的に導電部１の熱エネルギーが吸収されて導電部１からの熱電子放出が低減され、開離時のアーク放電が抑制される。
【００１６】
第２の実施形態は、陰極側の電気接点を形成する導電部材が陽極側の電気接点と接触するように、吸熱部材と導電部材が接触するように多段に形成したものである。吸熱部材と導電部材を多段に形成したことにより、加工が容易になり、生産性が向上する。２０Ａ程度の電流を開閉する電気接点に好適な構造である。図２により第２の実施形態について説明する。図２（ｂ）は、陰極側の電気接点構造を説明する図であって、電気接点構造は円形であるが、これ以外に例えば多段四角形状であってもよい。
【００１７】
導電部（導電部材）１１に吸熱部（吸熱部材）３を熱間圧延、または鍛接によって圧着する周知のクラッド技術により張り合わせてクラッド板を製作する。この時、導電部１１は薄いほど熱伝達に有利であるが、使用中の導電部１１の消耗を考慮し、０．１ｍｍ以上とする。また、吸熱部３の厚みは、開閉する電流値が２０Ａ程度の時に略３０μｍである。前記導電部１１は、Ａｇ、Ｗ、Ｃｕ、Ｐｄの何れかを基材とし、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３の何れかが含有されている。前記クラッド板を打ち抜き成形によって図２（ａ）に示すような円形の接点形状にして接点部２０を得る。また、図２（ｂ）に示すように、前記陰極側の電気接点は、接点台座１０の上に前記接点部２０が溶接によって固定されている。
【００１８】
前記接点台座１０の形状、寸法は、図１（ａ）と略同一でよいが、接点台座１０の導電部１の上部と接点部２０の下部は平坦に形成されていて、接点部２０の上部Ｋは凸状に形成されていて、例えば曲率半径１０ｍｍ程度の円形であってもよい。接点部２０がＡｇ系の導電部１１で形成されている結果、当該導電部１１が酸化して酸化膜が形成されても当該導電部１１で発生する初期の放電により前記酸化膜が除去され、接触抵抗の増加がない。また、図示していない対向する陽極側の電気接点は、前記陰極側の電気接点に用いる導電部１１と同一の導電性部で形成されている。
【００１９】
図２の電気接点を電磁リレーの接点に用いた場合の作用について説明する。接点閉成時には、両電気接点が接点近くに接近すると陰極の導電部１１から熱電子が放出され、陽極の電気接点が前記電子により過熱溶融される。この後、前記溶融された金属によって陰極と陽極間が短絡状態になる。その結果、陰極と陽極間を流れる電流によりジュール熱が発生して陰極が加熱される。この時、導電部１１に吸熱部３が接触するように形成されているために、熱伝導によって陰極側が受ける熱エネルギーは導電部１１から低融点金属材料である吸熱部３に伝わり、その潜熱により前記陰極側の導電部１１が受ける熱エネルギーは吸熱部３に吸収される。この結果、前記陰極側の導電部１１の溶融金属域が拡大されるのが防止され、閉成時のアーク放電が抑制される。
【００２０】
接点開離時には、両電気接点が離れる瞬間から接点の接触面積が減少する。このため、接触部に電流が集中しジュール熱により溶融金属部が生成される。やがて前記溶融金属部から金属の蒸発が始まると同時に陰極の導電部１１から熱電子が放出されてアーク放電が始まる。この時、導電部１１に吸熱部３が接触するように形成されているために、熱伝導によって陰極側の導電部１１が受ける熱エネルギーは低融点金属材料である吸熱部３に伝わり、その潜熱により前記陰極側の導電部１１が受ける熱エネルギーは吸熱部３に吸収され導電部１１の温度が低下する。この結果、アーク放電の元になる陰極側の導電部１１における溶融金属域の拡大が防止されると共に、アーク発生後も瞬間的に陰極側の熱エネルギーが吸収されて陰極からの熱電子放出が低減され、開離時のアーク放電が抑制される。
【００２１】
第３の実施形態は、陰極側の電気接点を形成する導電部材が陽極側の電気接点と接触するように、吸熱部材と導電部材が接触するように多段に形成したものである。更に、前記導電部材の表面に複数の溝が形成されている。吸熱部材と導電部材を多段に形成したことにより、加工が容易になり、生産性が向上する。また、表面に形成されている複数の溝により、電極間の接触抵抗が減少すると共に、閉成時の溶接面積が減少し、電極の消耗を防止する。６００〜１０００Ａ程度の大電流を開閉する電気接点に好適な構造である。
【００２２】
図３により第３の実施形態について説明する。図３（ｂ）に示す電気接点構造は円形であるが、これ以外に、例えば多段四角形状であってもよい。導電部（導電部材）１１に吸熱部（吸熱部材）３を熱間圧延、または鍛接によって圧着する周知のクラッド技術により張り合わせてクラッド板を製作する。この時、導電部１１は薄いほど熱伝達に有利であるが、使用中の導電部１１の消耗を考慮し、０．１ｍｍ以上とする。また、吸熱部３は開閉する電流値が６００〜１０００Ａの時には略０．３ｍｍである。前記導電部１１は、Ｗ、Ｃｕ、あるいはＷとＣｕの複合材料の何れかである。また、吸熱部材は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｌｉ、共晶はんだの何れかである。
【００２３】
前記クラッド板の導電部１１の表面には、切削あるいは過熱プレスなどの方法により図３（ａ）に示す波型の溝５が形成されている。該溝は例えばピッチが１ｍｍ、溝の深さが０．５〜０．８ｍｍ、溝の低部から吸熱部３までの厚みが略０．５ｍｍである。該溝５の形状は、各溝の先端が陽極と接触するために、接触する箇所が１点である第１及び第２の実施形態に比べて接触抵抗が減少される作用をなす。前記溝の形状は、接点が接触している時の接触抵抗が増加しないものであれば、波型の溝以外、例えば、三角形、台形であってもよい。
【００２４】
前記溝５が形成されているクラッド板を打ち抜き成形によって円形の接点形状にして接点部２０を得る。また、図２（ｂ）に示すように、前記陰極側の電気接点は接点台座１０の上に前記接点部２０が溶接によって固定されている。前記接点台座１０の接点部２０の直径は１５〜２０ｍｍであり、接点台座１０の導電部１の上部と接点部２０の下部は平坦に形成されている。接点部２０がＡｇ系の導電部１１で形成されている結果、当該導電部１１が酸化して酸化膜が形成されても当該導電部１１で発生する初期の放電により前記酸化膜が除去され、接触抵抗の増加がない。また、図示していない対向する陽極側の電気接点は、前記陰極側の電気接点に用いる導電部１１と同一の導電性部で形成されている。なお、図３の電気接点を電磁リレーの接点に用いた場合の作用については、図２の場合と同一であり、説明を省略する。
【００２５】
【実施例】
図１、図５を用いて本発明の実施例について説明する。本実施例の電気接点構造は図１に示した形状と同一である。また、陰極接点及び陽極接点は同一形状であり、円柱導電部１は、直径３．５ｍｍ、高さ２ｍｍである。接点台座１０の導電部１の接触部２は、曲率半径が１０ｍｍの凸状に形成されていて、直径が０．５ｍｍの円形である。また、陰極接点及び陽極接点の導電部１は、Ａｇを基材とし、ＳｎＯ２とＩｎ２Ｏ３を含有している。吸熱部３はＩｎであり、略中央部には円形の接触部２が形成され、両接点が閉成された時に接触部２内の導電部１が陽極接点と接触する。該両接点に印加される電圧とそこに流れる電流値は、それぞれ４２Ｖ、１０Ａである。また、両接点間の開離速度は５ｃｍ／ｓである。なお、本実施例との比較のために図４に示した従来の電気接点構造の陰極接点は、Ａｇを基材とし、ＳｎＯ２とＩｎ２Ｏ３を含有しており、導電部１は形成されていない。
【００２６】
図４、及び図５は両接点の開離時の特性である。図４に示すように、従来の電気接点構造の場合、接点が符号Ａで開離されるとそこからアーク放電が発生し、符号Ｂで示す点でアーク放電が終了する。この間の時間は約１２．８ｍｓである。一方、本願発明の実施例では、図５（ａ）に示すように、接点が符号Ｃで開離されるとそこからアーク放電が発生し、符号Ｄで示す点でアーク放電が終了する。この間の時間は約８．７ｍｓである。
【００２７】
図５（ｂ）に示すように、前記本願発明の電気接点構造における実施例（１）１０個のアーク放電が終了するまでの平均値は９．３８ｍｓである。一方、従来の電気接点構造における実施例（２）１０個のアーク放電が終了するまでの平均値は、１３．６４ｍｓであり、本願発明の電気接点構造は、従来の電気接点構造に比べて１．４５倍速くアーク放電が終了する。なお、図示していないが、両接点の閉成時の特性は開離時の特性と同様であり、本願発明の電気接点構造は従来の電気接点構造に比べてアーク放電の終了時間が短時間である。
【００２８】
【発明の効果】
本願発明の電気接点構造によれば、陰極側の電気接点は導電部材と吸熱部材とが接触して形成され、前記導電部材は少なくとも陽極側の電気接点と接触することにより、接点の開離、閉成時何れの場合にも安定してアークの発生を抑制することができる。また、導電部材はＡｇ系の基材で形成されていて、少なくとも陽極側の電気接点と接触するので、酸化膜の形成が抑制され接点間の接触抵抗の増加を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、図１（ａ）は導電部の構造、図１（ｂ）は陰極側の電気接点構造である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示し、図２（ａ）は導電部と吸熱部の構造、図２（ｂ）は陰極側の電気接点構造である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示し、図３（ａ）は導電部と吸熱部の断面構造、図３（ｂ）は陰極側の電気接点構造である。
【図４】従来の実施形態におけるアーク放電の消滅する時間の実測値である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるアーク放電の消滅する時間の実測値            （ａ）と１０サンプルでのばらつきの実測値（ｂ）である。
【符号の説明】
１、１１  導電部（導電部材）
２  接触部
３  吸熱部（吸熱部材）
５  溝
９  カシメ部
１０  接点台座
２０  接点部
【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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