JPH01201430A - 改良した銀−すず−インジウム接触材料の製造方法及びその製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気モータ制御回路及び類似の用途において有
用な銀−すず−インジウム酸化物接触材料、及びさらに
特に、主として銀から成る合金中に存在するすず及びイ
ンジウムの内部的酸化によって形成させたかかる材料に
関するものである。

発明の背景 商業的な応用のための好適接触材料は、電気接触環境に
おけるアーク温度が摂氏数千度に達する可能性があるこ
とから、腐食と溶接の両方に対して耐性でなければなら
ない。かくして、このような苛酷な用途に対して適する
ためには、純粋な銀を強化する必要があることが古くか
ら認められている。用いられた最初の、なお今日でも用
いられている、手段の一つは、酸化カドミウムで強化す
る酸化物分散法である。銀−酸化カドミウム接触材料は
種々の方法によって製造されている。

一方法は、銀と酸化カドミウム粉末混合物の調製とそれ
に続く連続的な生成材料の圧縮、焼結及び押出しによる
接触材料の形成から成っている。

一般的に、このような接触材料は、銀マトリックス中に
分散した約５〜約２０％の酸化カドミウムを包含してい
る。焼結した材料は、すぐれた耐溶接性を有しているが
、このような材料の耐腐食性は中程度であるにすぎない
ものと考えられる。この後者の欠点は恐らく上記のよう
にして製造した材料が一般にほぼ２％に至るまでの間隙
空間を含有しているためと思われる。

銀−酸化カドミウム接触材料を形成させるための上記の
方法に代わるものとして、微細な銀を全混合物の重量で
約１３．５％のカドミウムとの合金とし、その後に（ａ
）合金を線状に引延ばし；（ｂ）内部的酸化によって線
中のカドミウムを酸化し；（ｃ）線を粒状に切断し；（
ｄ）粒状物を圧縮し且つ焼結してインゴットとし；且つ
最後に、（ｅ）焼結した線を押出して成形体とすること
によって良好な耐腐食及び耐溶接性の両方を有する接触
材料を生成させることが見出されている。

一般的に、酸化銀は、ある種の他の金属を酸化するため
に要する温度よりも低い温度で分解するから、たとえば
銀マトリックス中のカドミウム（又は実際に種々の金属
）のような、銀合金薄板中のある種の成分を内部的に酸
化することが可能である。すなわち、単に合金を酸素雰
囲気中で約１４００〜約１６００″Ｆ（７６０〜８７０
℃）の温度に加熱することによって合金を内部的に酸化
することにより、銀マトリックス中に分散した他の金属
酸化物の分域を取得することが可能である。

銀−酸化カドミウム接触材料を製造するための第三の従
来の方法は微細な銀を約１３．５％のカドミウムとの合
金とし、合金を押出すか又は圧延することによって薄板
とし、且つその薄板を１５５’Ｆ　（８４０℃）の炉中
で実質的に酸素から成る雰囲気中で酸化することから成
っている。かくして生じた薄板もまた耐腐食性と耐溶接
性を示すけれども、両側から同時に酸化するときには、
薄板は酸化物が枯渇した中心領域を有することが認めら
れている。この効果は拡散形の機構によって生じ且つ最
終製品中に望ましくない不均一性を与えるものと思われ
る。

銀−カドミウム薄板の内部酸化に関しては、内部酸化に
先立って、二枚のかかる薄板を、それらの界面に沿って
気密又は密封的な具合に溶接し且つ内部酸化を行なった
のちに、薄板又は厚板を分離することが提案されている
。この方法は、−表面（すなわち、先に溶接した薄板間
の内部界面）において酸化物枯渇層を有する製品を生じ
させることが認められたが、それはいずれにしても、単
一の酸化物枯渇表面のみを、適当な合板に材料をろう付
は又はその他の方法で冶金的に取り付けるために用いる
ことが可能である限りは、問題はない。この点について
、接触材料として一般に使用する酸化物分散強化した材
料と比較して、純粋な銀は、ろう付け、はんだ付は又は
類似の方法に対する好適表面である。それに対して、こ
のようにして製造した銀−酸化カドミウム薄板の外表面
は、均一な金属酸化物分域を有し、接触材料として用い
るためにもつとも適していた。

銀−カドミウム接触材料の毒性の可能性についての懸念
は、別個の酸化物分散物強化／銀マトリックス材料の配
合物を導いた。たとえば、いずれもシバタに対する米国
特許第３．９３３．４８５及び３，８７４，９４１号は
、電気接点として使用するための銀−すず−インジウム
酸化物材料を開示している。

銀−すず−インジウム酸化物材料は、前記のより一般的
な接触材料と同様に処理することができるけれども、そ
れらは僅かに加工特性が異なっている。たとえば、酸化
カドミウムに関連して先に記したように、両表面を同時
に酸化することによって銀−すず−インジウム薄板の単
一薄板を加工する場合には、酸化物が枯渇した中心領域
が生じ、且つ純粋な銀は薄板の両側にしみ出しく場合に
よっては拡散クリープと呼ばれる）で、付加的な二層の
酸化物枯渇量を与える。この後者の現象は銀／カドミウ
ム材料においては、内部的酸化に際して生じるものとは
思われない。

純粋な銀のしみ出しは、銀表面が素子の使用の初期段階
に粘着溶接する傾向があるという欠点を与えるけれども
、銀に富んだ一表面は、ろう付けのために望ましい表面
特性の達成を助けることができる。

シバタに対する米国特許第４，６４７．３２２号中に記
すように、純粋な銀で被覆した銀−すず−インジウムの
薄板又は厚板を内部的に酸化することは公知である。こ
の特許によれば、純粋な銀の薄板を銀−すず−インジウ
ム板の両表面に圧延結合させ、それによって生じた構造
物を次いで内部的に酸化する。すすとインジウムの酸化
ののちに、構造物は中心に位置する酸化物枯渇区域を示
す。使用可能な接触材料を与えるためには、板を中心の
枯渇区域に沿って薄く切るか又はのこぎりで？き、それ
によって酸化物枯渇層を除いて接触材料の二つの薄板を
得ることができる。

シバタの上記の方法は、内部的に酸化した構造物を、そ
の中心で薄く切るか又はのこぎりでひくことに伴なう費
用及び切断プロセスに伴なう危険性を含む、いくつかの
欠点を有している。

かくして本発明の目的は、銀−すず−インジウム酸化物
接触材料を一層効率的に製造することにある。

本発明の別の目的は、このような材料の製造における機
械加工工程を排除することにある。

本発明のその他の目的は内部酸化後に少なくとも一つの
均一に分散した酸化物表面をもつ銀−すず−インジウム
酸化物接触材料を製造することにある。

本発明のさらに他の目的及び利点は、以下の詳細な説明
、図面及び特許請求の範囲の考察によって容易に明らか
となるであろう。

発明の要約 周囲において密封的に且つ引離すことができるように結
合し且つ内部的に酸化して酸化物分散強化接触材料を形
成させた銀−すず−インジウム合金は、多層体に関して
内部的に配置した表面のあたりに何らの酸化物枯渇層を
も有していないということが見出された。この現象は、
同一組成の単独の薄板の場合には、中心の酸化物枯渇層
、並びに、しみ出しに基づくものと思われる、薄板の両
表面上の外側酸化物枯渇層を示すことにかんがみて、き
わめて驚くべきことである。

さらに詳細には、本発明の銀をマトリックスとする、す
ず−インジウム酸化物接触材料は、銀を約３乃至約ｌθ
％のすず及び約１乃至約７％のインジウムと共に合金と
し；このようにして調製した合金を薄板状に圧延し、そ
れらの薄板を、それらの間の一層の分離材料の層と共に
面と面が向い合う関係で配置し且つ薄板をそれらの縁に
沿って結合して密封的に封じた、すなわち気密な接合を
形成させることによって製造することができる。

上記のようにして形成させた複合体を酸素から成る雰囲
気中で加圧下に内部的に酸化し、その後に二枚の薄板を
分離して内部表面のあたりで実質的に均一に分布した酸
化物分域を与える。

本発明の方法は、合金薄板のロールを用いて実質的に連
続的に、又は多数の別々の薄板を用いて段階的な方式で
、遂行することができる。

約４乃至約８％のすすと約２乃至約５％のインジウムを
含有する合金又は約６乃至約９％のすずと約３乃至約７
％のインジウムを含有する合金は、約０．２０インチに
至るまでの薄板の厚さにおいて、好適な濃度範囲である
。前記の内部酸化工程は約２０乃至約７０ｐｓ　ｉｇの
圧力下に約１２００乃至約１６００″Ｆの温度で約４０
乃至約２００時間にわたって、行なえばよい。

本発明を図面の参照のもとて以下に詳細に説明する。

詳細な説明 本発明は、実質的に酸化物枯渇区域を有していない少な
くとも一表面をもつ銀−すず−インジウム酸化物材料を
製造することを可能とする。内部酸化に先立って、約３
乃至約１０％のすず、約１乃至約７％のインジウム及び
残部としての銀から成る薄板又は厚板を、通常の合金化
方法によって製造する。

実施例１（比較例） この分野で公知の方法によって、６％のすず、４％のイ
ンジウム、その残部としての銀から成る合金を、０．０
７５“の厚さをもつ薄板として、実質的に純粋な酸素雰
囲気中で１５５０°ｃ１５０ｐｓｉｇにおいて８０時間
装いた。次いで試料を取り出して、第２図に示す断面を
与えるように露出面に対して垂直に切断した。第２図か
ら明らかなように、その中心並びに上面及び下面１２，
１４は酸化物枯渇を示す。すなわち、層１０．１２及び
１４は主として純粋な銀から成っている。

実施例２ 第１図は本発明に従って製造した多層構造物１００の構
成を示す。図示のように第一の薄板ｌ。

２と第二の薄板１０４を、面と面を並置した関係で用意
する。内薄板はいずれも約０．０５０インチの厚さのも
のであり且つ６％のすず、４％のインジウム、残部とし
ての銀から成っている。これらの薄板の間に約１〜２ミ
クロンの粒度を有する石灰石（炭酸カルシウム）粉末を
゛配置する。薄板１０２．１０４を、それらのそれぞれ
の周囲１０８．１１０に沿って溶接することによって、
完全に組立てた状態としてすべての四方の側に沿って気
密な周囲の接合部１０４を形成させる。接合部は周辺的
であるにすぎず、界面区域には及んでいないことに注目
すべきである。薄板は任意の適当な方法によって接合す
ることができるが、非消耗性の電極を用いるアーク溶接
又は“無電極”溶接方法が好適である。

四方のすべての縁に沿う気密な接合１１２をもつ組立て
構造物（すなわち、密封的に封じた界面を形成している
）を純酸素の雰囲気を有する加圧炉中に入れる。かくし
て、炉中に３０ｐｓｉｇの圧力を保ちながら、１５５０
″Ｆ′で７０時間にわたって内部的に酸化する。内部酸
化に続いて、周囲の接合１１２を切り、薄板１０２．１
０４を分離する。それらの板は中間に石灰石層１０６が
あるために容易に分離することができる。

第３図は薄板１０４の断面の写真（倍率５０ｘ）である
。この写真から明らかなように、先に層１０６に接する
内側の面であった面１１６は、そこに実質的に酸化物の
枯渇が存在せずに、金属酸化物分域の実質的に均一な分
布が存在する。薄板んの外側の面１１４は純粋な銀、す
なわち酸化物が枯渇した表面を示す。表面１１６は均一
な金属酸化物分域を有し、それ故、それ以上の処理を施
すか又は機械加工することなく、接触表面として用いる
ことができる。所望するならば、圧延結合又はこの分野
の専門家には公知のその他の方法によって、薄板１０４
に純銀の裏板を与えてもよい。

工業的応用 多量に製造する場合には、上記のようにして個別的に接
触材料を製造する代りに、第５図に関連して以下に説明
するように、連続又は半連続的な方法で、材料を製造す
ることが望ましい。

出発点において、図中にＩ乃至■で示した材料の四つの
連続ロールを用意する（送りロールは図中に示してない
）。■及び■は仕上がった製品を合板にろう付けするた
めに用いる純銀裏板であり、■及び■は前実施例におけ
ると同様な銀−すず−インジウム合金のストリップを示
す。■及び■の裏板材料はそれぞれ■及び■に対してあ
らかじめ熱結合させである。ストリップエ乃至■は幅約
６インチ、厚さ０．００７５インチである。所望に応じ
、その他の寸法を選ぶこともできる。Ａ点において、微
粉末（石灰粉）をストリップＩｆ、Ｉの間に導入する。

矢印の方向に沿って、マンドレル２００．２０２の間に
ストリップを送る。かくして全多層構造物２０６をしっ
かりと圧搾したのち、自動溶接装置２０８へと送る。圧
搾ずみのストリップ■、■を装置２０ｇ中で溶接（それ
らの縁のみにおいて）して、分離できる複合体２１０ど
する。溶接は非消耗性の電極を用いるアーク溶接（無電
着溶接）によって行なうことが好ましい、けれども、部
材■、■を結合するための種々のその他の方法を用いる
ことができる。このようにして形成させた複合体２１０
を単一の巻き取りリール２１２上に巻き取る。

５ｍ乃至数ｌｏｏｍの長さとすることができる所望の長
さの複合体を形成し終ったときに、り一層２１２を取り
出して、図中に２１４で示した加圧炉中に入れる。

単に炉内（好ましくは実質的に純粋な酸素雰囲気）を約
３０ｐｓｉｇで１５５０下の温度において１２０時保つ
ことによって、内部酸化を行なう。

このようにして酸化を完了したのち、複合体２１Ｏを第
４図中に示す断面を有する二つの部分に分離する。それ
は、材料をエッヂカッター２１５中に送り、それによっ
て先に２０８で与えた縁の溶接を除くことによって達成
することができる。縁の除去後に、第４図に示すような
断面を有する複合体の両半分２１６．２１８を巻き取り
リール２２０．２２２上に巻く。

ストリップ■、■の末端もまた、末端効果を最低限とす
るために、内部酸化前に溶接しなければならない。

内部酸化の温度は石灰石の実質的な変化又は分解を生じ
させるために必要な温度よりも遥かに低いから、２１５
における切断後に石灰石を容易に除くことができる。こ
れについては、たとえばアルミナ、シリカ、カオリン又
はそれらの混合物のような、その他の適当な耐火物粉末
を、本発明において使用することができる。

本発明を、いくつかの実施形態及び実施例に関連して説
明したけれども、この分野の専門家には、多くの変更は
明白であろう。たとえば、前記のような二枚の合金薄板
を用いる代りに、適当な合金の管をその長さに沿って裂
き且つ圧搾して多層構造物を形成させ、次いでそれを本
発明に従って内部的に酸化することができる。このよう
な変更は特許請求の範囲において規定する本発明の精神
及び範囲内にある。

本発明の主な特徴および態様を記すと次のとおりである
。

１、連続的段階： （ａ）　　銀を重量で約３乃至約１０パーセントのすず
及び約１乃至７パーセントのインジウムと共に合金とし
； （ｂ）　　段階（ａ）の合金を少なくとも二枚の別個の
薄板の形態とし； （ｃ）　　それらの薄板を、それらの間の一層の分離材
料と共に面と面が向い合う関係に配置することによって
、合金薄板から成る少なくとも二層の別個の薄層の接合
できる多層構造物を形成させ； （ｄ）　　多層構造物をその周囲で冶金的に接合するこ
とにより薄板の少なくとも二つの縁に沿ってそれらの間
に密封的な接合を形成させ、それによって薄板は分離可
能のままにとどまっており； （ｅ）　　段階（ｄ）の多層構造物を、酸素含有環境中
で、構造物の両面を酸素含有雰囲気に対してさらしたま
まにして、薄板のすず及びインジウムを酸化することに
より薄板間の界面領域のあたりに実質的に酸化物枯渇区
域を有することなく銀マトリックス内に分散した金属酸
化物部分の分域を形成させるような具合に、内部的に酸
化し；且つ（ｆ）　　薄板間の周囲の接合を切断するこ
とによって薄板を分離する を特徴とする銀をマトリックスとしたすず−インジウム
酸化物から成る接触材料の製造方法。

２、銀を約４乃至約８％のすず及び約２乃至約５％のイ
ンジウムと共に合金とする上記ｌに記載の方法。

３、銀を約６乃至約９％のすず及び約３乃至約７％のイ
ンジウムと共に合金とする上記ｌに記載の方法。

４、該分離材料は耐火物粉末から成る、上記ｌに記載の
方法。

５、該分離材料は粉末状石灰石から成る上記ｌに記載の
方法。

６、−層の純銀層を該多層構造物の内外表面上に圧延結
合する上記ｌに記載の方法。

７、該内部酸化は約１２００″Ｆ乃至約１６００°Ｆの
温度において行なう上記ｌに記載の方法。

８、該内部酸化は約２０乃至約７０ＰＳＩＧの圧力で行
なう上記７に記載の方法。

９、該内部酸化の段階は約４０乃至約４００時間にわた
って行なう上記８に記載の方法。

１０、該分離できる薄板のそれぞれは約０．２００イン
チ以下の厚さを有する上記９に記載の方法。

１１、該薄板は実質的に連続的な薄板であり且つ無電着
アーク溶接によってそれらの縁のあたりで密封的に接合
しである上記ｌに記載の方法。

１２、向い合って面している関係においてそれらの少な
くとも二つの偏重で周囲のあたりで密封的に接合した少
なくとも二層の銀、すず、インジウム合金層を包含する
分離することができる多層構造物を、該二薄板の内面が
実質的に酸化物枯渇区域を有していないような具合に、
内部的に酸化し且つ該二薄板を分離し、それによって先
に相互に面している関係で配置した二薄板の表面区域は
実質的に均一に分布した金属酸化物の分域を有し且つ酸
化物枯渇部分を有していないことを特徴とする銀をマト
リックスとしたすず−インジウム酸化物接触材料の形成
のための方法。

１３、銀を約３乃至約ｌＯ％のすず及び約１乃至約７％
のインジウムと共に合金とする上記１２に記載の方法。

１４、該分離材料は耐火物粉末から成る上記１２に記載
の方法。

１５、該分離材料は粉末状石灰から成る上記１２に記載
の方法。

１６、純銀の層を内部的酸化の以前に該多層構造物の外
表面上に圧延結合する上記１２に記載の方法。

１７、該内部的酸化は約１２００乃至約１６０θ″Ｆの
温度で行なう上記１２に記載の方法。

１８、該内部的酸化は約２０乃至約７０ＰＳＩＧの圧力
で行なう上記１２に記載の方法。

１９、該薄板は実質的に連続的な薄板であり且つ無電着
アーク溶接によってそれらの縦の縁のあたりで密封的に
接合する上記１２に記載の方法。

２０、向い合って面している関係においてそれらの周囲
のあたりでそれらの少なくとも二つの偏重で密封的に接
合した少なくとも二層の銀、すず、インジウム合金層を
包含する分離することができる多層構造物を、該二薄板
の内面が、それを分離したときに、そのあたりに実質的
に酸化物枯渇区域を有していないような具合に、内部的
に酸化することによって形成せしめた、銀をマトリック
スとしてすず−インジウム酸化物分散強化した接触材料
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って部分的に組立てた多層構造物の
遠近図である。 第２図は両面の酸化を経由して内部的に酸化した銀−す
ず−インジウムの板の断面の金属組織の写真である。 第３図は本発明に従って内部的に酸化した銀−すず−イ
ンジウム板の断面の金属組織の写真である。 第４図は圧延結合した付加的な純銀裏板を備えた第３図
におけるような銀−すず−インジウム板の金属組織の写
真である。 第５図は本発明による接触材料を製造するための連続的
方法の概念図である。 特許用ａ人　エンゲルハード・コーポレーショＦＩＧ、
１ ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５　　　　　　　　　ｒ２１２２２０ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、連続的段階： （ａ）銀を重量で約３乃至約１０パーセントのすず及び
   約１乃至７パーセントのインジ ウムと共に合金とし； （ｂ）段階（ａ）の合金を少なくとも二枚の別個の薄板
   の形態とし； （ｃ）それらの薄板を、それらの間の一層の分離材料と
   共に面と面が向い合う関係に配 置することによって、合金薄板から成る少 なくとも二層の別個の薄層の接合できる多 層構造物を形成させ； （ｄ）多層構造物をその周囲で冶金的に接合することに
   より薄板の少なくとも二つの縁 に沿ってそれらの間に密封的な接合を形成 させ、それによって薄板は分離可能のまま にとどまっており； （ｅ）段階（ｄ）の多層構造物を、酸素含有環境中で、
   構造物の両面を酸素含有雰囲気 に対してさらしたままにして、薄板のすず 及びインジウムを酸化することにより薄板 間の界面領域のあたりに実質的に酸化物枯 渇区域を有することなく銀マトリックス内 に分散した金属酸化物部分の分域を形成さ せるような具合に、内部的に酸化し；且つ （ｆ）薄板間の周囲の接合を切断することによって薄板
   を分離する を特徴とする銀をマトリックスとしたすず−インジウム
   酸化物接触材料の製造方法。 ２、向い合って面している関係においてそれらの少なく
   とも二つの側上で周囲のあたりで密封的に接合した少な
   くとも二層の銀、すず、インジウム合金層を包含する分
   離することができる多層構造物を、該二薄板の内面が実
   質的に酸化物枯渇区域を有していないような具合に、内
   部的に酸化し且つ該二薄板を分離し、それによって先に
   相互に面している関係で配置した二薄板の表面区域は実
   質的に均一に分布した金属酸化物の分域を有し且つ酸化
   物枯渇部分を有していないことを特徴とする銀をマトリ
   ックスとしたすず−インジウム酸化物接触材料の形成の
   ための方法。 ３、向い合って面している関係においてそれらの周囲の
   あたりでそれらの少なくとも二つの側上で密封的に接合
   した少なくとも二層の銀、すず、インジウム合金層を包
   含する分離することができる多層構造物を、該二薄板の
   内面が、それを分離したときに、そのあたりに実質的に
   酸化物枯渇区域を有していないような具合に、内部的に
   酸化することによって形成せしめた、銀をマトリックス
   としてすず−インジウム酸化物分散強化した接触材料。