(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する可動接点および固定接点を有してなり、可動接点が少なくともAg、SnO2およびIn2O3を含む金属酸化物総含有量8〜15重量％、SnO2含有量6〜10重量％およびIn2O3含有量1〜5重量％のAgSnO2In2O3合金からなり、固定接点が少なくともAgおよびZnOを含むZnO含有量7〜11重量％のAgZnO合金からなり、可動側の極性を（＋）とし、固定側の極性を（−）とする直流負荷用構成接点構成であり、直流誘導負荷および直流抵抗負荷のいずれの直流負荷にも適用可能なことを特徴とする直流負荷用接点構成。
【請求項２】
請求項1に記載の接点構成を有した直流負荷用開閉器。
【請求項３】
請求項1に記載の接点構成を有したリレー。
【請求項４】
請求項1に記載の接点構成を有したスイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は直流負荷を開閉する接点構成および該構成を有したリレー、スイッチ等の開閉器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、電気回路を開閉するリレーやスイッチの接点材料としては、その性能と価格の観点からAgCdO合金が一般的に使用されてきた。これらを可動接点および固定接点の材料として使用すると、直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷でも、接点の消耗による導通不良、一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、接点間の溶着、およびアークの異常継続の問題は長期にわたって起こらなかった。しかしながら、AgCdO接点は有害物質であるカドミウムを含有するため、近年ではカドミウムを含有する接点を用いたリレーやスイッチを排除する動きがユーザーから高まっている。このような動きの中で、AgCdO接点を代替する接点材料を用いた開閉器の開発が急務になっている。
【０００３】
カドミウムを含まない接点材料（以下「カドミウムフリー接点材料」という）として、銀-酸化スズ-酸化インジウム系接点（以下「AgSnO2In2O3系接点」という）、銀-酸化スズ系接点（以下「AgSnO2系接点」という）、銀-ニッケル系接点（以下「AgNi系接点」という）、銀-酸化亜鉛系接点（以下「AgZnO系接点」という）などを使用する技術がこれまでに開発されている。かかる技術では上記接点材料は単独で可動接点および固定接点の共通の接点材料として使用される。しかしながら、このような技術では開閉器に得意、不得意の負荷領域が存在し、上記接点材料は直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷でもAgCdO接点を代替できるというわけではなかった。詳しくは、カドミウムを含まない上記接点材料を単独で可動接点および固定接点の共通の接点材料として使用すると、直流誘導負荷で▲１▼接点の消耗による導通不良、▲２▼一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、▲３▼接点間の溶着および▲４▼アークの異常継続の問題が生じた。また直流抵抗負荷では上記▲２▼〜▲４▼の問題が生じた。このようにカドミウムフリーの上記接点材料を単独で上記共通の接点材料として使用することによって、上記いずれの負荷条件下でもAgCdO接点と置き換え可能とすることは非常に困難であった。
【０００４】
特に、上記カドミウムフリーの接点材料の中でもAgZnO系接点は以下の理由から、開閉回数が比較的少ないブレーカなどで使用されることはあったが、開閉回数が比較的多いリレー等の開閉器で使用されることはほとんどなかった。
（1）AgZnO系接点は耐消耗性が悪く、絶縁劣化の危険性がある。
（2）AgZnO系接点は耐消耗性が悪く、寿命回数が短い。
（3）AgZnO系接点は非常に硬度が高く、小さな接点への加工が難しい。
【０００５】
AgSnO2In2O3接点は直流誘導負荷を開閉すると接点の転移が多く、そのことによってしばしばアークが異常継続するという問題を起こす接点であるため、直流誘導負荷に対して適用困難なものであった。
【０００６】
カドミウムフリーの接点材料を直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷でもAgCdO接点と置き換え可能とするために、開閉器の構造を大幅に見直す試みがなされたが、多大な検討時間と費用を要するという問題があった。
【０００７】
また、可動接点および固定接点の材料として異なるカドミウムフリーの材料を使用する試みがなされているが、やはり直流抵抗負荷および直流誘導負荷の両方の負荷でAgCdO接点をいつも代替できるというわけではなかった。すなわち、上記両方の負荷で上記▲１▼〜▲４▼の問題をいつも解決できるわけではなかった。
【０００８】
そこで、誘導性を有さない直流抵抗負荷でのみ上記問題の発生を防止できる接点材料を用いた開閉器と、誘導性を有する直流誘導負荷でのみ上記問題の発生を防止できる接点材料を用いた開閉器とを予め用意し、これらを負荷の誘導性の有無によって使い分けることが考えられる。しかしながら、接点材料の選択は、開閉器が適用される負荷の誘導性の有無によってではなく、負荷の誘導性の大きさ（一般に時定数やインダクタンスの大きさ）によってなされる必要があった。すなわち、直流誘導負荷といっても負荷の誘導性の大きさは負荷の種類によって様々であり、特定の誘導性を有する直流誘導負荷で上記問題が起こらない開閉器を、直流誘導負荷に適しているからといって、上記誘導性とは異なる誘導性を有する直流誘導負荷に適用しても、上記問題が起こらないとは限らなかった。このため、実際には接点材料の選択は適用予定の負荷の誘導性の大きさを確認しながら行わなければならず、その煩雑さは顕著なものであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、直流誘導負荷および直流抵抗のいずれの直流負荷に適用されても、長期にわたって、▲１▼接点の消耗による導通不良、▲２▼一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、▲３▼接点間の溶着および▲４▼アークの異常継続の問題を引き起こすことなく、電気回路を開閉できる直流負荷用接点構成および該構成を有した開閉器を提供することを目的とする。
【００１０】
本明細書中、▲１▼「接点の消耗による導通不良」とは接点の消耗により可動接点と固定接点とが接触しない現象あるいは可動接点と固定接点とは接触しているのに導通しない現象をいう。直流誘導負荷で接点を開離する時、負荷に貯えられた比較的大きなエネルギー（アーク放電エネルギー）が一気に放出されるため、接点材料が後述の▲２▼の転移だけでなく、接点周辺部への付着も起こし、結果として一方の接点（陰極側）が消耗し、導通不良に至ると考えられる。直流抵抗負荷では直流誘導負荷においてほど大きなエネルギーのアーク放電は起こらないため、そのような導通不良は起こらない。
▲２▼「一方の接点（陰極側）から他方の接点（陽極側）への材料の転移によるロッキング」とは、異なる接点の表面間での接点材料の転移により生じた凹部と凸部とがひっかかって可動接点と固定接点とが開離できなくなったり、開離が遅れたりする現象をいう。そのような現象は直流の誘導負荷および抵抗負荷のいずれの負荷でも起こり得るが、直流誘導負荷で転移はほとんど陰極側から陽極側への一方向で起こり、直流抵抗負荷で転移は陰極側から陽極側への方向とその逆の方向との双方向で起こる。
【００１１】
▲３▼「接点間の溶着」とは、接点表面の溶融により可動接点と固定接点とが引っ付いて開離できなくなったり、開離が遅れたりする現象をいい、直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷でも起こり得るものである。
▲４▼「アークの異常継続」とは、可動接点と固定接点とが完全に開離しているのに、可動接点と固定接点との間でアーク放電が比較的長時間（例えば数百ms以上）にわたって継続する現象をいい、直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷でも起こり得るものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに対向する可動接点および固定接点を有してなり、可動接点が少なくともAg、SnO2およびIn2O3を含む金属酸化物総含有量8〜15重量％、SnO2含有量6〜10重量％およびIn2O3含有量1〜5重量％のAgSnO2In2O3合金からなり、固定接点が少なくともAgおよびZnOを含むZnO含有量7〜11重量％のAgZnO合金からなり、可動側の極性を（＋）とし、固定側の極性を（−）とすることを特徴とする直流負荷用接点構成および該構成を有したリレー、スイッチ等の直流負荷用開閉器に関する。
【００１３】
本明細書中、接点材料の組成表示について、「Ag-xM」はAgとMからなる合金であって、Mの含有量が全重量に対してｘ重量％であるものを意味する。例えば、「Ag-8ZnO」はAgとZnOからなる合金であって、ZnO含有量が全重量の8重量％であるものを意味する。また例えば、「Ag-8SnO2-3In2O3」はAgとSnO2とIn2O3からなる合金であって、SnO2含有量が全重量に対して8重量％であり、In2O3含有量が全重量に対して3重量％であるものを意味する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の直流負荷用接点構成は電気回路中の直流負荷を開閉し得るスイッチング機能を有し、リレー、スイッチ等の直流負荷用開閉器の一部を構成するものである。そのような本発明の直流負荷用接点構成は互いに対向する可動接点および固定接点を有してなり、可動接点がAgSnO2In2O3合金からなり、固定接点がAgZnO合金からなる。可動接点をAgZnO合金から、固定接点をAgSnO2In2O3合金から形成すると、直流抵抗負荷および直流誘導負荷の少なくとも一方の負荷で接点の消耗による導通不良、一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、接点間の溶着およびアークの異常継続等の問題が比較的早期に起こる。
【００１５】
可動接点を形成するAgSnO2In2O3合金は少なくともAg、SnO2およびIn2O3を含んでなる合金であり、本発明の上記目的を達成できる限り、他の微量な元素（金属あるいは金属酸化物）を含有してもよい。
【００１６】
AgSnO2In2O3合金に含有される金属酸化物（例えば、SnO2、In2O3の総含有量は8〜15重量％であり、好ましくは10〜12重量％である。Ag接点中にSnO2やIn2O3を添加すると、接点開離時のアーク遮断能力が向上し、添加量が多いほどその効果は大きくなる。例えば、接点開離時のアーク継続時間は接点材料がAg単独の時で15.8msであるのに大して、Ag-8SnO２-3In２O３接点の時で13.5msである。そのため、そのような金属酸化物の総含有量が少なすぎると、接点開離時のアーク継続時間が長くなるので転移量が多くなり、その結果アークの異常継続が生じやすくなる。一方、金属酸化物の総含有量が多すぎると、接点形状への加工が困難になる。また接点の接触抵抗が増大するため、開閉器としての使用に耐えない。
【００１７】
SnO2の含有量はAgSnO2In2O3合金全重量の6〜10重量％であり、好ましくは7〜9重量％である。SnO2はIn2O3より安価であり、硬度が大きく、耐溶着性の向上効果が大きい。このため、SnO２含有量が少なすぎると、上記金属酸化物の総含有量を達成するためにIn2O3含有量を増大する必要が生じ製造コストが上昇する。一方、SnO２含有量が多すぎると、上記金属酸化物の総含有量を達成するためにIn2O3含有量を減少する必要が生じ、合金の硬度が大きくなって接点形状への加工が困難になる。
【００１８】
In2O3の含有量はAgSnO2In2O3合金全重量の1〜5重量％であり、好ましくは2〜4重量％である。In2O3含有量が少なすぎると、接点形状への加工が困難になる。一方、含有量が多すぎると、製造コストが上昇するという問題が生じる。
【００１９】
固定接点を形成するAgZnO合金は少なくともAgおよびZnOを含んでなる合金であり、本発明の上記目的を達成できる限り、他の微量の元素（金属あるいは金属酸化物）を含有してもよい。
【００２０】
ZnOの含有量はAgZnO合金全重量の7〜11重量％であり、好ましくは8〜10重量％である。直流誘導負荷において、Ag接点にZnOを添加すると接点開離時のアーク遮断能力が向上し、添加量が多いほど、その効果は大きくなる。例えば、接点開離時のアークの継続時間は、接点材料がAg単独のときで15.8msであるのに対して、Ag-8ZnOのときで12.8msであり、Ag-10ZnOのときで12.4msである。これはZnOがAgより蒸発しやすく、アークエネルギーを多く消費しているためだと考えられる。この裏付けはZnOがAgより蒸気圧が高いことに現れていると考えられる（ZnO:1673Kで400Pa、Ag:1630Kで133Pa)。しかしながら、ZnO含有量が少なすぎると、この効果が十分得られず、直流誘導負荷でアークの継続時間が比較的長くなり、転移が大きくなる。その後、アークの異常継続が生じる。一方、ZnO含有量が多すぎると、AgZnO合金の加工性が悪くなり、製造が困難である。
【００２１】
AgSnO2In2O3合金およびAgZnO合金は各成分が所定量含有される限り、いかなる公知の方法によって調製されたものであってよく、例えば、粉末冶金法によって調製されたものであっても、内部酸化法によって調製されたものであってもよい。
【００２２】
本発明は開閉器にも関する。本発明の開閉器は直流負荷用であり、以上のような直流負荷用接点構成を有する限り、いかなる構成を有していてよく、例えば、リレー、スイッチ等であってよい。
【００２３】
例えば、本発明の開閉器がリレーであるときの、一実施形態を図1を用いて説明する。図1は本発明の開閉器としての電磁リレーの全体構成を示す概略縦断面図である。図1において、1はベース部で、コイル端子2、コモン端子3aおよび固定接触子3bが挿通固定されている。4は固定アーム6の先端部に揺動可能に取着され、電磁石5を介して駆動揺動される可動鉄片で、該可動鉄片4にバネ材からなる可動接触子7が保持されている。8は上記固定接触子3bの先端部に固着された固定接点であり、この固定接点8に対して開離閉成自在な可動接点9が、固定接点8に対向して上記可動接触子7の先端部に取り付けられている。10は上記各構成部材を被包するように上記ベース部1に嵌着させたケースである。
【００２４】
また例えば、本発明の開閉器がスイッチであるときの、一実施形態を図2を用いて説明する。図2は本発明の開閉器としてのスイッチの全体構成を示す概略縦断面図である。図2において、12は電気絶縁性の樹脂から成形されたスイッチケースであり、固定接触子13およびコモン端子14が挿通固定されているとともに、スイッチ操作ボタン15が摺動自在に貫通保持されている。16は上記スイッチ操作ボタン15の操作に応動する可動接触子であり、その先端部に可動接点17が取り付けられている。18は上記可動接点17に対して開離閉成自在な固定接点であり、可動接点17に対向して上記固定接触子13の先端部に固着されている。
【００２５】
本発明の直流負荷用接点構成および開閉器は可動接点の極性を（＋）とし、固定接点の極性を（−）として使用する。「可動接点の極性を（＋）とし、固定接点の極性を（−）として使用する」とは直流負荷条件での使用に際して、可動接点が直流電源の陽極側に連結され、固定接点が陰極側に連結されるように接点構成および開閉器を接続して使用することを意味する。例えば、図１の本発明のリレーを直流誘導負荷条件で使用する場合には、可動接点9を有する可動接触子7と電気的に連結されたコモン端子3aを直流電源の陽極側に接続し、固定接点8を有する固定接触子3bを直流電源の陰極側に接続して、当該リレーを使用すればよい。
【００２６】
以上のような本発明の直流負荷用接点構成および開閉器は直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷条件下で使用されても、比較的長期にわたって、接点の消耗による導通不良、一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、接点間の溶着およびアークの異常継続等の問題を起こすことなく、電気回路を開閉可能である。さらに、本発明の直流負荷用接点構成および開閉器は可動接点と固定接点との間の開離力が0.03〜0.7N、接触力が0.03〜0.5Nの比較的低い値に設定されても、長期にわって上記問題を起こすことなく電気回路を開閉可能である。開離力とは可動接点が固定接点から離れるときに要する可動接点の駆動力であり、予め設定される初期設定項目の一つである。接触力とは可動接点が固定接点と接触している時に要する可動接点の駆動力であり、予め設定される初期設定項目の一つである。
【００２７】
本発明の直流負荷用接点構成および開閉器は家庭用の弱電装置から工場用の強電装置までのあらゆる電気・電子装置の直流電気回路に適用可能であり、例えば、電流値2〜30A、特に2A以上20A未満の直流電気回路の開閉に有効である。
【００２８】
【実施例】
（実験例1〜22）
表に記載の接点材料からなるリベット接点（可動接点、固定接点）をそれぞれ可動接触子、固定接触子にかしめ、それらの部品をリレーに組込んで、図1に示す構成のリレーを得た。表中、接点材料は記載の金属および金属酸化物以外に他の金属および金属酸化物を含有しない。
【００２９】
得られたリレーを可動側の極性が所定の極性になるように接続し、以下の▲１▼および▲２▼の負荷条件下で評価した。詳しくは、各リレーにつき30万回の開閉を行い、▲１▼の直流抵抗負荷については一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、接点間の溶着およびアークの異常継続が起こらなかったものを、▲２▼の直流誘導負荷については接点の消耗による導通不良、一方の接点から他方の接点への材料の転移によるロッキング、接点間の溶着およびアーク継続が起こらなかったものを「良好」とした。なお、評価は各条件下で5個のリレーについて行い、「良好」なリレーの個数を表に示した。例えば、「1/5」は評価した5個のリレーの中で1個のリレーが「良好」であったことを意味する。本発明においては▲１▼および▲２▼の両方の条件で「5/5」であれば、当該接点材料は合格とする。
▲１▼DC30V、10A、抵抗負荷、開離力0.5N/接触力0.2N
▲２▼DC30V、5A、誘導負荷(τ＝7ms)、開離力0.5N/接触力0.2N
【００３０】
【表１】
0004089252.tif 000002
【００３１】
以上より、No.13,15（本発明）のリレーは、負荷の誘導性に関係なく、広範囲の直流負荷での使用がいつでも可能であることが実験により確認することができた。
No.13,15以外のリレーは直流抵抗負荷、直流誘導負荷の少なくとも一方を満足することができなかった。
例えば、可動接点および固定接点の極性を変えたこと以外、本発明のリレーと同様のリレー(No.14,16)や、接点材料と極性との組合わせを本発明のリレーと同じにして、可動接点材料と固定接点材料との組合わせを入れ変えたリレー(No.18,20)は、直流抵抗負荷、直流誘導負荷の両方を満足することはできなかった。
また例えば、No.21,22のリレーは可動接点材料または固定接点材料を変えたこと以外、No.13のリレーと同様であるが、直流抵抗負荷、直流誘導負荷の両方をクリアすることはできなかった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の直流負荷用接点構成および開閉器（例えば、リレー、スイッチ等）は以下の効果を奏する。
（1）本発明の接点構成および開閉器を直流抵抗負荷および直流誘導負荷のいずれの直流負荷に適用しても、導通不良、接点の溶着、ロッキングおよびアークの異常継続などの問題は長期にわたって発生しない。このため、負荷ごとに負荷の誘導性の大きさによって接点材料を選択する必要がなくなるので、接点材料を共通化でき、結果として広範囲の直流負荷にいつも適用可能な接点構成および開閉器を提供できる。
（2）環境に悪影響を与える材料を使用しないので、安全性が高い。
（3）特別な構造等を付加する必要がないため、コストアップにつながることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の接点構成を有した開閉器としての電磁リレーの全体構成を示す概略縦断面図を示す。
【図２】  本発明の接点構成を有した開閉器としてのスイッチの全体構成を示す概略縦断面図を示す。
【符号の説明】
1：ベース部、2：コイル端子、3a：コモン端子、3b：固定接触子、4：可動鉄片、5：電磁石、6：アーム、7：可動接触子、8：固定接点、9：可動接点、10：ケース、11：リレー、12：ケース、13：固定接触子、14：コモン端子、15：ボタン、16：可動接触子、17：可動接点、18：固定接点、19：スイッチ。
【図１】
0004089252.tif 000003
【図２】
0004089252.tif 000004