用於直流負載的觸點結構和具有該結構的開關器的製作方法
2023-07-26 12:46:01 1
專利名稱：用於直流負載的觸點結構和具有該結構的開關器的製作方法
技術領域：
本發明涉及打開關閉直流負載的觸點結構和具有該結構的繼電器和開關等開關器。
背景技術：
現在，作為打開關閉電路的繼電器和開關的觸點材料，從其性能和價格的觀點看，一般可以使用AgCdO合金。若將它們作為可動觸點和固定觸點的材料使用，無論在直流阻抗負載或直流電感負載任一種直流負載下經過長時間都不會發生以下問題，如由於觸點的消耗產生的導通不良、由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移引起的鎖定、觸點間的熔敷及電弧的異常持續。但是，由於AgCdO觸點含有有害物質鎘，近年來用戶方面有了加強排斥採用含有鎘觸點的繼電器和開關的趨勢。在該趨勢中開發使用代替AgCdO觸點的觸點材料的開關器成了當務之急。
現在，作為不含鎘的觸點材料(以下稱為「無鎘觸點材料」)正在開發使用銀-氧化錫-氧化銦系觸點(以下稱為AgSnO2In2O3系觸點)、銀-氧化錫系觸點(以下稱為AgSnO2系觸點)、銀-鎳系觸點(以下稱為AgNi系觸點)、銀-氧化鋅系觸點(以下稱為AgZnO系觸點)等技術。採用這樣的技術，上述觸點材料可單獨作為可動觸點和固定觸點通用的觸點材料使用。然而，在開關器上使用這種技術存在有適用和不適用的負載範圍，上述觸點材料並非在直流阻抗負載和直流電感負載任一種直流負載下都能代替AgCdO觸點。詳細地講，將不含鎘的上述觸點材料單獨作為可動觸點和固定觸點通用的觸點材料使用時，在直流電感負載下產生①由於觸點的消耗產生的導通不良；②由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移引起的鎖定；③觸點間的熔敷和④電弧的異常持續。在直流阻抗負載下發生上述②～④的問題。這樣通過將無鎘的上述觸點材料單獨作為上述通用觸點材料使用，在上述任何一種負載條件下都能與AgCdO觸點置換是非常困難的。
特別在上述無鎘觸點材料中AgZnO系觸點由於以下原因雖然有時用於開關次數較少的斷路器等上，但幾乎不在開關次數較多的繼電器等開關器上使用。
(1)AgZnO系觸點耐消耗性差，有絕緣惡化的危險。
(2)AgZnO系觸點耐消耗性差，壽命次數短。
(3)AgZnO系觸點硬度非常高，小觸點加工困難。
由於AgSnO2In2O3觸點打開關閉直流電感負載時觸點的轉移多，因此經常引起電弧異常持續的問題，對直流電感負載很難適用。
為了使無鎘觸點材料在直流阻抗負載和直流電感負載任何一種直流負載下，與AgCdO觸點都能置換，雖然進行了大幅度地重新認識開關器結構的嘗試，但存在不知道需要花費研究多少時間和費用的問題。
雖然進行了使用不同的無鎘材料作為可動觸點和固定觸點的材料的嘗試，但還是不能在直流阻抗負載和直流電感負載雙方的負載下，總能代替AgCdO觸點。即，在上述雙方的負載下，並非總能解決①～④的問題。
因此，考慮預先準備使用只在沒有電感性的直流阻抗下能防止上述問題發生的觸點材料的開關器，和只在具有電感性的直流電感負載下能防止上述問題發生的觸點材料的開關器，根據負載有無電感性分別使用它們。然而觸點材料的選擇不是根據適用開關器負載的電感性有關，而是根據負載電感性的大小(一般是時間常數和電感係數的大小)進行。也就是說即使是直流電感負載，負載電感性的大小根據負載的種類也是各式各樣的，儘管將在具有特定電感性的直流電感負載下不產生上述問題的開關器用於直流電感負載，即使適用於具有與上述電感不同電感性的直流電感負載也不一定不發生上述問題。因此，實際上觸點材料的選擇必須隨著確認適用預定的負載電感性的大小進行，其麻煩的程度是顯見的。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於直流負載的觸點結構和具有該結構的開關器。其是鑑於上述情況提出的，適用於直流電感負載和直流阻抗負載中任一種直流負載，經過長時間也不會發生①由於觸點的消耗產生的導通不良；②由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移引起的鎖定；③觸點間的熔敷和④電弧的異常持續，而能打開關閉電路。
該說明書中①的所謂「由於觸點的消耗產生的導通不良」是指由於觸點的消耗，可動觸點和固定觸點不接觸的現象或可動觸點和固定觸點只接觸不導通的現象。考慮到在直流電感負載下斷開觸點時，由於貯存在負載中的比較大的能量(電弧的放電能量)一下子放出，觸點材料不僅引起後述②的轉移，還產生往觸點周邊部附著，結果一方的觸點(陰極方)消耗，以至導通不良。在直流阻抗負載下，由於不產生在直流電感負載下那麼大能量的電弧放電，故不會引起那樣的導通不良。
②的「從一方的觸點(陰極側)到另一方觸點(陽極側)的材料轉移而引起的鎖定」是指在不同觸點的表面間由於觸點材料的轉移生成的凹部和凸部，掛絆可動觸點和固定觸點不能分開或分開延遲的現象。這種現象雖然可以在直流的電感負載和阻抗負載任一種負載下發生，但在直流電感負載下的轉移幾乎從陰極側向陽極側在一個方向上發生，而在直流阻抗負載下的轉移在從陰極側向陽極側的方向和與其相反的方向雙向發生。
③的所謂「觸點間的熔敷」是指由於觸點表面的熔融產生的可動觸點和固定觸點粘住，不能分開或分開延遲的現象，在直流阻抗負載和直流電感負載任一種直流負載下都可能發生。
④由於觸點的消耗產生的導通不良；②由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移引起的鎖定；③觸點間的熔敷和④電弧的異常持續。的「電弧的異常持續」是指可動觸點和固定觸點完全斷開，但在可動觸點和固定觸點之間電弧放電持續比較長的時間(例如超過數百ms)的現象，在直流阻抗負載和直流電感負載任一種直流負載下都可能發生。
本發明涉及用於直流負載的觸點結構和具有該結構的繼電器、開關等用於直流負載的開關器。其特徵在於，具有互為相對的可動觸點和固定觸點，可動觸點由至少含有Ag、SnO2和In2O3的金屬氧化物總含量為重量的8～1 5％、SnO2含量為重量6～10％及In2O3含量為重量的1～5％的AgSnO2In2O3合金組成，固定觸點由至少含有Ag及ZnO的ZnO含量為重量的7～11％的AgZnO合金組成，假設可動側的極性為(+)、固定側的極性為(-)。
該說明書中在表示觸點材料的組成時「Ag-xM」意味著是由Ag和M組成的合金，M的含量佔整個重量的X％。例如「Ag-8ZnO」意味著是Ag和ZnO組成的合金，ZnO的含量是整個重量的8％。又如「Ag-8SnO2-3In2O3」意味著是由Ag和SnO2及In2O3組成的合金，SnO2的含量相對總重量佔8％，In2O3的含量相對總重量佔3％。
圖1是表示作為具有本發明的觸點結構的開關器的電磁繼電器整體結構的縱剖面概圖；圖2是表示作為具有本發明的觸點結構的開關器的開關整體結構的縱剖面概圖。
符號說明1底板部，2線圈端子，3a通用端子，3b固定觸頭，4可動鐵片，5電磁鐵，6固定支架，7可動觸頭，8固定觸點，9可動觸點，10盒體，11繼電器，12盒體，13固定觸頭，14通用端子，15操作鈕，16可動觸頭，17可動觸點，18固定觸點，19開關。
具體實施例方式
本發明的用於直流負載的觸點結構具有可以打開關閉電路中直流負載的轉換功能，是構成繼電器、開關等用於直流負載的開關器的一部分。本發明用於直流負載的觸點結構具有互為相對的可動觸點和固定觸點，可動觸點由AgSnO2In2O3合金組成，固定觸點由AgZnO合金組成。若用AgZnO合金組成可動觸點，用AgSnO2In2O3合金組成固定觸點，在直流阻抗負載和直流電感負載至少一種負載會比較早地產生諸如由於觸點的消耗產生的導通不良、由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移引起的鎖定、觸點間的熔敷和電弧的異常持續問題。
形成可動觸點的AgSnO2In2O3合金是至少包括Ag、SnO2和In2O3的合金。只要能達到本發明上述目的，也可包含其它微量元素(金屬或金屬氧化物)。
在AgSnO2In2O3合金中含有的金屬氧化物(如SnO2、In2O3)的總含量是重量的8～15％，最好是重量的10～12％。若在Ag觸點中添加SnO2和In2O3，觸點分開時的電弧的遮擋能力提高，添加量越多效果越好。如在觸點分開時電弧的持續時間在觸點材料是單獨的Ag時較長為15.8ms，而用Ag-8SnO2-3In2O3觸點時是13.5ms。因此，若這樣的金屬氧化物的總含量過少，由於觸點分開時電弧的持續時間變長，轉移量變多，結果容易發生電弧的異常持續。另一方面，若金屬氧化物的總含量過多，對觸點形狀的加工變得困難。另外，由於觸點的接觸阻抗加大，作為開關器不耐用。
SnO2的含量是AgSnO2In2O3合金總重量的6～10％，最好是總重量的7～9％。SnO2比In2O3便宜，硬度高，提高了耐熔敷性。因此，若SnO2含量過少，為了達到上述金屬氧物的總含量，產生增大In2O3的含量需求，製造成本提高。另一方面，若SnO2含量過多，為了達到上述金屬氧物的總含量，產生減少In2O3的含量的需要，合金的硬度變大，對觸點形狀的加工很困難。
In2O3的含量是AgSnO2In2O3合金總重量的1～5％，最好是總重量的2～4％。若In2O3含量過少，對觸點的加工變得困難。另一方面，若含量過多，會產生製造成本提高的問題。
形成固定觸點的AgZnO合金是至少包含Ag和ZnO的合金。只要能達到本發明的上述目的，也可以包含其它微量元素(金屬或金屬氧化物)。
ZnO含量是AgZnO合金重量的7～11％，最好是8～10％。對於直流電感負載，在Ag觸點中添加ZnO的情況下，在觸點分開時的電弧的遮擋能力提高，添加量越多效果越好。如在觸點分開時的電弧的持續時間相對觸點材料只是Ag時的15.8ms，而在Ag-8ZnO時為12.8ms，在Ag-10ZnO時為12.4ms。這被認為是由於ZnO比Ag容易蒸發，消費更多的電弧能的緣故。其證據被認為表現在ZnO比Ag的蒸汽壓高(ZnO在1673K時是400Pa，Ag在1673K時是133Pa)。但是，若ZnO含量過少就不能充分得到這一效果，在直流電感負載下電弧的持續時間變得比較長，轉移變大。然後產生電弧的異常持續。另一方面，若ZnO含量過多，AgZnO合金的加工性變差，製造困難。
只要AgSnO2In2O3合金和AgZnO合金的各種成份含有規定的量，用什麼樣的公認的方法調製都可以。例如既可以用粉末冶金的方法調製，也可以用內部氧化法調製。
本發明也涉及開關器。本發明開關器是用於直流負載的，只要具有如上用於直流負載的觸點結構，可以具有任何結構。例如可以是繼電器、開關等。
例如用圖1對本發明的開關器是繼電器時的一實施例進行說明。圖1是表示作為本發明的開關器的電磁繼電器的整體結構的縱剖面概圖。在圖1中，1是底板部，插通固定著線圈端子2、通用端子3a和固定觸頭3b。4可搖動地安裝在固定支架6的前端部，是通過電磁鐵5驅使搖動的可動鐵片，由彈簧材料組成的可動觸頭7保持在該可動鐵片4上。8是固定在上述固定觸頭3b前端部的固定觸點。與該固定觸點8相對，打開、閉合自如的可動觸點9面對固定觸點8安裝在上述可動觸頭7的前端部上。10為包覆上述各結構部件並裝在上述底板1上的盒體。
又如用圖2說明本發明的開關器是開關時的一實施例。圖2是表示作為本發明的開關器的開關的整體結構的縱剖面概圖。在圖2中，12是用電絕緣樹脂成形的開關盒體，插通固定著固定觸頭13和通用端子14，同時滑動自如地貫通保持著開關操作鈕15。16是響應上述開關操作鈕15的操作而動作的觸頭，可動觸點17安裝在其前端部上。18是相對上述可動觸點17打開關閉自如的固定觸點，面對可動觸點17固定在上述固定觸頭13的前端部上。
本發明的用於直流負載的觸點結構和開關器將可動觸點的極性設為(+)、固定觸點的極性設為(-)使用。所謂「將可動觸點的極性設為(+)、固定觸點的極性設為(-)使用」意味著連接使用觸點結構和開關器，使得在直流負載下使用時，可動觸點連接在直流電源的陽極側，固定觸點連接在陰極側。例如在直流電感負載條件下使用圖1的本發明的繼電器時，只要將通用端子3a接在直流電源的陽極側，該通用端子3a與具有可動觸點9的可動觸頭7電連接；將固定觸頭3b連接在直流電源的陰極側，該觸頭3b具有固定觸點8，就可以使用該繼電器。
以上的本發明的用於直流負載的觸點結構和開關器無論在直流阻抗負載和直流電感負載任一種直流負載條件下使用，經過較長時間都不會引起，由於觸點的消耗產生的導通不良，由於從一方的觸點向另一方觸點的材料轉移產生的鎖定，觸點間的熔敷和電弧的異常持續等問題，能夠打開關閉電路。而且本發明的用於直流負載的觸點結構和開關器即使將可動觸點和固定觸點之間的打開力設定在0.03～0.7N，接觸力設定在0.05～0.5N的比較低的值，經過長時間也不會引起上述問題，可以打開關閉電路。所謂分開力是可動觸點從固定觸點離開時所需要的可動觸點的驅動力，是預先設定的初始設定項目之一。所謂接觸力是可動觸點與固定觸點接觸時所需要的可動觸點的驅動力，是預先設定的初始設定項目之一。
本發明的用於直流負載的觸點結構和開關器可用於從家用弱電裝置到工廠用的強電裝置的所有的電器電子裝置的直流電路。如對電流值為2～30A，特別是2A以上，不到20A的直流電路的打開關閉是有效的。
實施例(實驗例1～22)將由表中所述的觸點材料結構的鉚接點(可動觸點、固定觸點)分別鉚接在可動觸頭和固定觸頭上，通過將這些部件裝入繼電器而得到圖1所示結構的繼電器。表中觸點材料除所述的金屬和金屬氧化物外，不含其它的金屬和金屬氧化物。
將得到的繼電器以可動側的極性做成規定極性的方式連接，在下面的①和②負載條件下進行評價。詳細地講，對於各繼電器進行30萬次開關，在①的直流阻抗負載的條件下，沒有產生由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移產生的鎖定和觸點間的熔敷和電弧的異常持續，在②的直流電感負載的條件下沒有產生由於觸點的消耗產生的導通不良，和由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移產生的鎖定，以及觸點間的熔敷和電弧的異常持續，對於在這兩種條件下的繼電器是「良好」的。評價在各種條件下對5個繼電器進行。在表中顯示了良好的繼電器的個數。例如「1/5」意味著在評價的5個繼電器中，一個繼電器是「良好」。對於本發明，在條件①和②雙方的條件下，若是「5/5」則該觸點材料合格。
①DC30V，10A，阻抗負載，分開力0.5N/接觸力0.2N②DC30V，5A，電感負載(T＝7ms)，分開力0.5N/接觸力0.2N表1
*實驗例13和15的繼電器具有本發明的結構。
由上表根據實驗可以確認13、15項(本發明)的繼電器與負載的電感性無關，在什麼時候都能在大範圍的直流負載下使用。
13、15項以外的繼電器不能滿足直流電感負載和直流阻抗負載的至少一方。
例如，除可動觸點和固定觸點的極性改變外，與本發明的繼電器相同的繼電器(14、16項)和觸點材料和極性的組合與本發明的繼電器相同，可動觸點材料和固定觸點材料的組合進行交換的繼電器(18、20項)不能滿足直流阻抗負載和直流電感負載的雙方。
又如21、22項的繼電器除可動觸點材料或固定觸點材料改變外與13項的繼電器是相同的，但不能通過直流阻抗負載和直流電感負載雙方。
本發明的用於直流負載的觸點結構和開關器(例如繼電器、開關等)具有以下效果。
(1)將本發明的觸點結構和開關器適用於直流阻抗負載和直流電感負載的任一種直流負載，經過長時間都不會發生導通不良、觸點熔敷、鎖定和電弧異常持續等問題。因此，由於不必根據每一負載的電感性的大小選擇觸點材料，可以使觸點材料通用，結果可以提供總能適用於大範圍的直流負載的觸點結構和開關器。
(2)由於不使用對環境有害的材料，安全性好。
(3)由於不必附加特別的結構，而不會使成本上升。
權利要求
1.一種用於直流負載的觸點結構，其特徵在於，具有互為相對的可動觸點和固定觸點，可動觸點由至少含有Ag、SnO2和In2O3的金屬氧化物總含量為重量的8～15％、SnO2含量為重量6-10％及In2O3含量為重量的1～5％的AgSnO2In2O3合金組成，固定觸點由至少含有Ag及ZnO的ZnO含量為重量的7～11％的AgZnO合金組成，設定可動側的極性為(+)、固定側的極性為(-)。
2.一種用於直流負載的開關器，其具有如權利要求1所述的觸點結構。
3.一種繼電器，其具有如權利要求1所述的觸點結構。
4.一種開關，其具有如權利要求1所述的觸點結構。
全文摘要
一種用於直流負載的觸點結構和具有該結構的開關器，其適用於直流電感負載和直流阻抗負載的任一種直流負載，經過長時間也不會發生以下問題，①由於觸點的消耗產生的導通不良；②由於從一方的觸點到另一方觸點的材料轉移引起的鎖定；③觸點間的熔敷和④電弧的異常持續。其特徵在於，具有互為相對的可動觸點和固定觸點，可動觸點由至少含有Ag、SnO
文檔編號H01H1/0237GK1444242SQ0311987
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月10日 優先權日2002年3月11日
發明者森哲也, 船木健治, 高橋康佑, 前西鋼三 申請人:歐姆龍株式會社