(57)【要約】【課題】  交流汎用リレーや自動車搭載用リレーなどの様々な負荷を制御できる汎用性を備え、小型化リレーであっても優れた耐久特性を有する電気接点材料を提供する。【解決手段】  本発明は、５．１〜８．０重量％のＺｎ、０．０１〜５．０重量％のＳｎ、０．０１〜１．５重量％のＴｅ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｔｅ合金を内部酸化したＡｇ−酸化物系電気接点材料、或いは、０．０１〜５．０重量％のＺｎ、５．１〜８．０重量％のＳｎ、０．０１〜１．５重量％のＴｅ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｔｅ合金を内部酸化したＡｇ−酸化物系電気接点材料とした。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
５．１〜８．０重量％のＺｎ、０．０１〜５．０重量％のＳｎ、０．０１〜１．５重量％のＴｅ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｔｅ合金を内部酸化したことを特徴とするＡｇ−酸化物系電気接点材料。
【請求項２】
０．０１〜５．０重量％のＺｎ、５．１〜８．０重量％のＳｎ、０．０１〜１．５重量％のＴｅ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｔｅ合金を内部酸化したことを特徴とするＡｇ−酸化物系電気接点材料。
【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構成材料とした電気接触子を備えることを特徴とした継電器。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の電気接点材料を構成材料とした電気接触子を備え、交流電圧８０Ｖ〜３００Ｖ、定格電流５〜３０Ａの抵抗負荷の制御をすることを特徴とする交流汎用リレー。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電気接点材料を構成材料とした電気接触子を備え、直流電圧５Ｖ〜３０Ｖ、定格電流３〜３０Ａの抵抗負荷の制御をすることを特徴とする自動車搭載用リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｇ−酸化物系電気接点材料に関し、特に、交流汎用リレー或いは自動車搭載用リレーに好適な電気接点材料に関する。
【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】
この電気接点を用いた電気製品の代表例であるリレーは、その使用範囲が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範囲にわたっている。そのため、リレーに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実現できる電気接点及びそれを使用したリレーの開発が進められ、非常に多くの種類が市場に供給されている。
【０００４】
この電気接点が使用されるリレーとは、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である。これらリレーは、家電、空調、音響、通信機器等に組み込まれ、様々な負荷条件および環境下で、安定した開閉動作を保証できることが要求されている。
【０００５】
近年、家電、空調、音響、通信機器等の高機能・高性能化および低消費電力化に伴い、これらを構成する部品の小型化が急激に進められている。リレーも例外ではなく、このリレーの小型化に伴い、接点の接触力および開離力が非常に小さくなることから、接点材料自体が曝される環境は極めて厳しいものとなっている。
【０００６】
一般的な交流負荷で使用されるリレーの中に組み込まれる電気接点材料としては、Ａｇ−ＣｄＯ系電気接点材料が古くから知られている。このＡｇ−ＣｄＯ系接点材料は、電気接点材料が具備すべき特性である耐溶着性、耐消耗性および接触抵抗安定性を高い次元でバランス良く満足したものである。しかしながら、Ｃｄは人体に有毒な元素であり、昨今の環境問題等も考慮して、その製造および使用は好まれない。そのため、Ｃｄを含有しない電気接点材料の開発が求められ、このような従来技術としては次に示すようなものがある。
【０００７】
交流負荷の交流汎用リレーなどに用いられ、Ｃｄを含有しない材料としては、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Ａｇ−酸化物系電気接点材料が古くから知られている（特許文献１、２）。この中でも、Ａｇ−ＳｎＯ２系の電気接点材料は、突入電流が発生する容量性負荷において、特に優れた耐溶着性を示すことが従来より知られている。ところが、誘導性負荷においては、従来のＡｇ−ＣｄＯ系電気接点材料に比べると、Ａｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料では耐消耗特性がやや劣るため、Ａｇ−ＣｄＯ系電気接点材料と同等或いはそれ以上の耐久性を確保することが困難であった。また、Ａｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料にＩｎ２Ｏ３を更に含有したＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料では、Ａｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料の抵抗負荷または誘導性負荷に対する耐消耗性が著しく改善されており、Ａｇ−ＣｄＯ系電気接点材料と同様に、様々な負荷に対してバランスの良い耐久特性を備えていることが知られており、Ｃｄフリーの電気接点材料として広く使用されている。
【特許文献１】特開昭５４−１１０１２４号公報
【特許文献２】特公昭５５−４８２５号公報
【０００８】
ところが、このＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料の原料であるＩｎは、地球皮部（地球全質量の約０．７％）を構成する元素の割合を算出したクレーク数が全元素中の６８位という希少金属である。また、昨今の液晶やプラズマなどの表示装置におけるＩＴＯ透明電極の原料として多く使用されていることから、今後の使用量を検討すると、２０１０年には地球上に存在するＩｎ資源の枯渇が懸念されているという問題がある。このようなことから、現在Ｉｎ価格の高騰が生じており、電気接点材料の製造価格へも重大な影響を与えている状況である。このＩｎ資源の枯渇及び高コストの問題から、Ｉｎフリーの電気接点材料の開発も急務となっているのが現状である。
【０００９】
このＩｎフリーの電気接点材料としては、Ａｇ−ＺｎＯ−ＳｎＯ２系電気接点材料が知られている（特許文献３）。この電気接点材料は、接点の接触力や開離力を大きく取れる比較的大型のリレーにあっては、Ａｇ−ＣｄＯ系電気接点材料に匹敵する良好な耐久性を備えているが、昨今の小型リレーにおいては、その耐溶着性の問題から、開閉動作の初期段階において、極めて容易に溶着故障を引き起こす傾向がある。そのため、このＡｇ−ＺｎＯ−ＳｎＯ２系電気接点材料が交流汎用リレーに使用される例は殆ど見られないのが現状である。
【特許文献３】特公昭５６−２２０８６号公報
【００１０】
また、自動車搭載用リレーに関しては、自動車に搭載される電装品や駆動系部品の制御に多く使用されている。例えば、２．０Ｌクラスの自動車では、およそ５０個ものリレーが使用され、これらリレーの負荷としては、ヘッドライトに代表される容量性負荷、リアデフォッガーに代表される抵抗負荷、ブロアモータに代表される誘導性負荷というように、多種多様の負荷が存在する。そして、この自動車搭載用リレーについては、一つの電気接点材料により全ての負荷に対して開閉動作を実現できるリレーであることを要求される。
【００１１】
このような自動車搭載用リレーには、現在、上述したＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料が多く使用されている。Ａｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料は、自動車搭載用リレーとして古くから使用されているが、上述した交流汎用リレーと同様に、直流の誘導性負荷に対する耐消耗性に劣るため、特定の負荷に限定して使用されている。そして、Ａｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料は、容量性負荷、抵抗負荷、誘導性負荷の全てを満足できる汎用特性を備えるものとして、自動車搭載用リレーに好適であることが知られている。しかし、上述したように、Ｉｎ資源の枯渇やＩｎ価格の高騰の問題があり、自動車搭載用リレーにおいてもＩｎフリーの電気接点材料の開発が要請されているのが現状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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、ＣｄやＩｎを含まず、交流汎用リレーや自動車搭載用リレーなどの様々な負荷を制御できる汎用性を備え、従来よりもさらに小型化したリレーであっても優れた耐久特性を有する電気接点材料を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明者らは、Ａｇ−ＺｎＯ−ＳｎＯ２系電気接点材料に関する組成及び添加元素について種々の実験、研究を重ねた結果、本発明に係る電気接点材料を見出すに至った。本発明は、５．１〜８．０重量％のＺｎ、０．０１〜５．０重量％のＳｎ、０．０１〜１．５重量％のＴｅ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｔｅ合金を内部酸化したＡｇ−酸化物系電気接点材料であり、或いは、０．０１〜５．０重量％のＺｎ、５．１〜８．０重量％のＳｎ、０．０１〜１．５重量％のＴｅ、残部がＡｇからなるＡｇ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｔｅ合金を内部酸化したＡｇ−酸化物系電気接点材料である。
【００１４】
本発明に係るＡｇ−酸化物系電気接点材料では、耐溶着性と耐消耗性に関し、Ａｇ素地中に均一に分散したＺｎＯとＳｎＯ２とが主に役割を果たすものであるが、加えてＴｅＯ２が存在すると、さらに耐溶着性を向上させることができるのである。このＡｇ−酸化物系電気接点材料における耐溶着性は、Ａｇ素地中の酸化物の粒径、分散度に大きく依存することから、酸化物を均一且つ微細に分散させるほど耐熱性を向上させることができ、その結果、耐溶着性の向上が図れることとなる。ところが、酸化物が微細になると材料自体の加工性が悪くなるため、酸化物の粒径は０．５μｍ〜２．０μｍ程度であることが望ましい。
【００１５】
耐溶着性の重要なファクターとなる電気接点材料の耐熱性は、Ａｇ素地中に分散した酸化物の熱安定性に大きく影響されるもので、ＺｎＯ、ＳｎＯ２ともに、大気中１５００℃まで安定なため、耐熱性を向上させる作用を備えている。ところが、熱安定性の高い酸化物は、一般に溶融Ａｇとの濡れ性が悪いとされており、リレーの開閉動作時に発生するアーク放電により接点表面の一部が溶解した場合、接点を構成するＡｇと酸化物とが分離する現象が生じ、Ａｇリッチ部と酸化物凝集部とが形成される。このような分離現象が生じると、Ａｇリッチ部同士、或いは酸化物凝集部同士とが接触する可能性が非常に高くなり、耐溶着性や接触抵抗の安定性を著しく劣化させることになる。しかしながら、本発明のＡｇ−酸化物系電気接点材料では、添加されたＴｅが、溶融Ａｇとの濡れ性が悪いＺｎＯやＳｎＯ２の接触界面に作用し、濡れ性を改善する効果を有するものと考えられる。そのため、本発明のＡｇ−酸化物系電気接点材料であると、アーク等により接点表面の一部が一時的に溶解した状態となった場合であっても、Ａｇと酸化物との分離を最小限に抑制でき、その後の開閉動作において、良好な耐溶着性、接触抵抗の安定性を維持することができるものとなる。
【００１６】
本発明に係るＡｇ−酸化物系電気接点材料は、内部酸化によりＡｇ素地中に形成される酸化物が、即ちＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｅＯ２が均一且つ微細に分散していることが望ましい。そして、これらの酸化物量は、耐溶着性、加工性の点より、次のような組成量であることが望ましい。まず、ＺｎＯを形成するＺｎ量は、５．１〜８．０重量％であることが好ましく、このＺｎ量の場合は、ＳｎＯ２を形成するＳｎ量が０．０１〜５．０重量％であることが好ましい。そして、ＴｅＯ２を形成するＴｅ量は０．０１〜１．５重量％であることが好ましい。Ｚｎ量が５．１重量％未満であると、実用的なレベルの耐溶着性を実現できなくなり、８．０重量％を超えると、内部酸化した際に酸化物の厚い層（酸化バンド）が形成される傾向があり加工性が劣化する。Ｓｎ量が０．０１重量％未満であると、ＺｎＯとの相乗効果による耐溶着性の向上が得られなくなり、５．０重量％を超えると、Ｚｎと同様に内部酸化した際に酸化バンドが形成される傾向となり、加工性が低下する。また、Ｔｅ量が０．０１重量％未満であると、良好な耐溶着性を維持できなくなり、１．５重量％を超えると加工性と耐消耗性が劣化し、実用的でなくなる。
【００１７】
また、本発明のＡｇ−酸化物系電気接点材料は、ＺｎとＳｎとの組成量が上記した場合の逆であってもよい。つまり、ＺｎＯを形成するＺｎ量は０．０１〜５．０重量％であることが好ましく、このＺｎ量の場合、ＳｎＯ２を形成するＳｎ量が５．１〜８．０重量％であることが好ましい。ＴｅＯ２を形成するＴｅ量は上記の場合と同様に０．０１〜１．５重量％であることが好ましい。ＺｎＯとＳｎＯ２とは電気接点材料の特性を決めるための作用がほぼ同等であると考えられるため、Ｚｎ量とＳｎ量とが上記と逆転する組成量であっても、良好な耐溶着性や加工性を備えたものとなるのである。Ｚｎ量が０．０１重量％未満であると、実用的なレベルの耐溶着性を実現できなくなり、５．０重量％を超えると、内部酸化した際に酸化物の厚い層（酸化バンド）が形成される傾向があり加工性が劣化する。Ｓｎ量が５．１重量％未満であると、ＺｎＯとの相乗効果による耐溶着性の向上が得られなくなり、８．０重量％を超えると、内部酸化した際に酸化バンドが形成される傾向となり、加工性が低下する。Ｔｅ量については、上述した理由と同様である。
【００１８】
尚、本発明に係る−酸化物系電気接点材料では、Ａｇ素地中に分散したＺｎＯ、ＳｎＯ２の一部、或いはその大部分がＺｎ２ＳｎＯ４の複合酸化物として分散していても、電気接点材料の特性には大きな差異は生じないものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＣｄやＩｎを含まないため、環境問題やＩｎ資源枯渇などの影響を受けることがなく、交流汎用リレーや自動車搭載用リレーなどの様々な負荷を制御できる汎用性を備え、従来よりもさらに小型化したリレーであっても優れた耐久特性を有する電気接点材料を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の好ましい実施形態について、以下に記載する実施例及び従来例に基づいて説明する。実施例１〜５は、表１に示す組成の電気接点材料であり、従来例１〜３は、実施例との比較のための電気接点材料である。
【００２１】
【表１】
2007012570.tif 000002
【００２２】
実施例１〜５及び従来例１〜３の電気接点材料は、通常の高周波溶解炉を用いて製造した。各組成のＡｇ合金を溶製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、その線材を焼鈍（７００℃）と伸線を繰り返しながら、φ２ｍｍまで引き延ばし加工を行い、長さ２ｍｍに切断することで、φ２ｍｍ×２ｍｍＬのチップを作成した。そして、このチップを酸素圧０．５ＭＰａ、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、圧縮成型してφ５０ｍｍの円柱ビレットを作製した。
【００２３】
そして、上記のようにして得られた各円柱ビレットを、円筒容器に納め、円柱長手方向から圧力を加えることで、円柱ビレットを圧縮加工した。この圧縮加工では、円柱ビレットの側面が円筒容器によって拘束されているため、円柱長手方向における変形は可能とされているが、それと垂直方向になる円柱側面方向への変形はできないようにした。この圧縮加工に続き、９００℃、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。
【００２４】
このような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２．３ｍｍの線材とし、ヘッダーマシンによって、頭径３．２ｍｍ、頭厚１ｍｍのリベット接点を作製した。
【００２５】
作製したリベット接点（実施例１，２，４，５，従来例１〜３）については、フレクシャータイプのリレーに組み込み、表２及び表４に示す交流負荷条件により耐久試験を行った。この耐久試験は、５台以上のリレーを使用して各リレーが故障するまで開閉回数を測定した。その耐久試験の結果を表３（表２の試験条件の結果）および表５（表４の試験条件の結果）に示す。尚、このフレクシャータイプのリレーは、通常市販されているリレーよりもＯＮバウンスが大きくでるために、本耐久試験が加速試験的な意味合いが強いものと考えられる。過去の経験から、このフレクシャータイプのリレーと市販リレーとの耐久性能については整合性が取れていることから、市販リレーの耐久性を満足するために必要な、フレクシャータイプのリレーにおいて要求される目標耐久回数を要求寿命とし、各リベット接点の耐久性を調査した。各耐久試験における要求寿命としての耐久回数を表２及び表４に示す。後述する表６、表８に関する耐久試験についても同様に要求寿命を示している。
【００２６】
【表２】
2007012570.tif 000003
【００２７】
【表３】
2007012570.tif 000004
【００２８】
【表４】
2007012570.tif 000005
【００２９】
【表５】
2007012570.tif 000006
【００３０】
表３及び表５に示す耐久試験結果より、交流負荷においては、従来例１のＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料と、従来例２のＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料とが、実用的な耐久性能を有していることが確認された。そして、本実施例の電気接点材料は、従来例と比較しても、同等或いはそれ以上の耐久性能を備えていることが判明した。
【００３１】
次に、上記の各リベット接点に関し、フレクシャータイプのリレーに組み込んで、自動車搭載用負荷条件における耐久試験を行った。この耐久試験条件は表６（実施例２、４、５及び従来例１、２）及び表８（実施例３、４及び従来例１、２）に示す。また、耐久試験については、５台以上のリレーを使用して各リレーが故障するまで開閉回数を測定し、その平均耐久寿命回数を調べた。各耐久試験の結果を表７（表６の耐久試験の結果）および表９（表８の耐久試験の結果）に示す。
【００３２】
【表６】
2007012570.tif 000007
【００３３】
【表７】
2007012570.tif 000008
【００３４】
【表８】
2007012570.tif 000009
【００３５】
【表９】
2007012570.tif 000010
【００３６】
表７に示す耐久試験結果より、容量性負荷であるハロゲンランプ耐久試験では、従来例１のＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料と従来例２のＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料とが、実用的な耐久性を有していることが確認された。そして、本実施例の電気接点材料は、従来例と比較しても、同等の耐久性を備えていることが判明した。表９に示す耐久試験結果では、従来例１のＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料が要求寿命を満足しなかった。従来例１のＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料は、表６に示す容量性であるハロゲンランプ負荷においては優れた耐久性を示すが、表８に示す誘導性のモータ負荷の耐久性を同時には満足できないため、汎用性が求められる自動車搭載用リレーへの使用が困難であることが確認された。また、従来例２のＡｇ−ＳｎＯ２−Ｉｎ２Ｏ３系電気接点材料が、表８に示す負荷条件において実用的な耐久性能を示していることから、Ｉｎ２Ｏ３の添加が誘導性負荷に対する耐久性向上の効果を有することが確認された。つまり、従来例１のＡｇ−ＳｎＯ２系電気接点材料は、Ｉｎ２Ｏ３の添加がないため、汎用特性を要求される自動車搭載用リレーの電気接点材料としては好適ではないことが示された結果となった。これに対し、これに対して、実施例３及び実施例４の電気接点材料は、表８の誘導性であるモータ負荷における耐久性も実用上何ら問題がないことが判明した。本耐久試験結果より、本発明に係るＡｇ−ＺｎＯ−ＳｎＯ２−ＴｅＯ２系電気接点材料は、Ｉｎ２Ｏ３を含むことなく、汎用特性が要求される自動車搭載用リレーに好適であることが判明した。