JPH02225637A - 電気接点材料を調製する方法及び当該材料を含有する接点素子を製造する方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、概して連続して開閉するスイッチング装置に
使用するのに適した、例えばペレット状の電気接点の製
造に関する。

本発明は、より詳細には接点材料を調製する方法の改良
、及び当該材料を含有するペレットやバーなどのような
接点素子の製造に関する。

〔従来の技術・発明が解決しようとする課題〕電気機械
制御装置を作動中に開閉すると、アークが発生する。ア
ークが繰り返されると、徐々に接点が腐食すると共に、
接点の表面組成が変わり、それにより接触抵抗が変化す
るため、安全上望ましくない加熱の危険が住しる。さら
に、特に、閉じる時にそのようなアークが生じると、２
つの接点素子を相互に力学的に接合または溶接する危険
が生じる。

低電圧電気ｉ械装置に最もよく使用される接点材料は、
Ａｇ）１ｅＯａで記される銀／酸化金属材料からなる。

銀は優秀な導電体であり、空気中で酸化されず、しかも
種々の機械的衝撃を受けるような環境に置かれてもｍ傷
なく当該衝撃に耐えるのに十分な展性を有する。酸化金
属は主に、純銀を使用した場合に生じる接合の危険性を
減少させるために存在する。さらに、これらの複合材料
のアークによる腐食は純銀の場合よりも遅い速度で緩慢
である。

これまで、電力制御装置用の大部分の接点は銀／酸化カ
ドミウム複合材料（ＡｇＣｄＯ）がら製造されてきた。

しかしながら、カドミウムの有毒性のため、さらにはこ
れらの材料の品質を改善するために、カドミウムを他の
金属に置換する試みがなされてきた。そして、幾つかの
点で錫が適切であることが判明した。

しかしながら、ＡｇＳｎ　Ｏ！材料は、２つの対向ペレ
ット間の接触抵抗が増加するため、装置内で熱くなる傾
向があることが判明した。

従って、この欠点を軽減するために接点素子に別の酸化
物、−ａにＷＯｌやｌ′１ｏＯ１を添加するのが通常で
ある。

しかしながら、この添加は、接点の製造が複雑になると
共に、当該製造経費がより高くなる点で不利である。

本発明の目的は、従来技術のこれらの欠点を軽減するこ
と、並びに改良特性を有するＡｇ／ＳｎＯ。

タイプの接点材料を得ることができる調製方法を提供す
ることにある。

より詳細には、銀を基にした複合材料中にＳｎｕｇをそ
れ自体で使用することに関する上記欠点にもかかわらず
、出願人はへｇＳｎＯｘ複合材料を探究し続け、機械的
且つ電気的挙動に関してはＩｇｃｄ　Ｏ複合物と少なく
とも同程度満足であるＡｇＳｎ　Ｏｚ複合物を成る条件
下で得ることができること、並びにこれはアーク問題を
回避するためにＷＯ３やｈｏｏ。

などのような追加の酸化物を加える必要性なく行うこと
ができることを発見した。

〔課題を解決するための手段〕

従って、本発明は銀と酸化錫からなる接点材料を調製す
る方法を提供し、当該方法は次の段階よりなる。

懸濁状の溶存硝酸銀粒子と酸化錫粒子を含有する水溶液
を調製すること、但し、ＢＥＴ方法を用いる比表面積に
よって測定した前記粒子の大きさは約２〜６ｒｄ／ｇで
ある。

素早く強塩基を添加して攪拌することによって硝酸銀を
水酸化銀として沈澱させること、但し、水酸化銀は不安
定で、徐々に酸化銀に変換する。

溶液からイオンを除去し、乾燥生成物を得るためにさら
に水を除去すること。

酸化銀を金属銀に還元するために約２００〜５００℃の
温度に乾燥生成物を加熱すること。

さらに、本発明の調製方法の好ましい態様は次の通りで
ある。

最終接点材料中のｔａ度は約８４〜９２重量％で、残り
は酸化錫である。

強塩基は濃水酸化ナトリウムである。

乾燥生成物を加熱する段階は、根と酸化錫が凝固するよ
うな温度且つ時間で行う。

本発明はさらに上記方法によって！ｌ製した材料と純銀
の薄い基層とからなる接点素子の製造シこ関する。より
詳細には、本発明は、当該材ｔ４及び基層が次の操作を
受ける方法を提供する。

約３ｔ／ｃ−での圧縮。

約８４０　’Ｃの温度での３０〜４０分間の焼結。

約１０ｔ／ｃｄでの第一修正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
）。

約９００　’Ｃでの約３０分間の第一アニーリング。

約１２１／Ｃ−での第二修正。

約９４０゛Ｃでの約３０分間の第二アニーリング。

本発明はさらに純銀の薄い基層を用いることを特徴とす
る製造方法を提供する。当該方法は次の段階からなるこ
とを特徴とする。

低濃度の酸化銅を調製材料に添加すること。

前記素子を形成するために得られる材料を前記基層と共
に圧縮し、素子が液相中で焼結されるような液相の生成
が最小限になるように９４０〜９６０℃の温度に前記素
子を加熱すること。

この製造方法の好ましい態様は次の通りである。

硝酸銅を水溶液に添加すると沈澱段階時に水酸化銅が沈
澱し、続いて酸化銅に変換するので、硝酸銅を添加する
ことによって酸化銅を調製材料に添加する。

酸化銅は約０．１〜１．０重量％の濃変で調製材料中に
存在する。

前記方法は後続の圧縮による修正段階を有する。

前記方法は応力を緩和するための、並びにバーからペレ
ットを切断できるようなバーを製造するための最終アニ
ーリング段階を有する。

本方法はさらに少なくとも一回圧延且つアニーング段階
を有する。

本発明の他のＢ様、目的及び利点は、非限定例として述
べた次の本発明の好ましい実施例の詳細な記載を読むこ
とで一層明確になる。

（実施例） 出願人によって行われた探究により、溶接及び腐食に関
しては銀／酸化カドミウム接点の性能に相当するかまた
はそれよりも優れた性能を有する！Ｉ／酸化錫材料Ａｇ
５ｎＯｔから接点素子を製造することができること、並
びにこれは接触抵抗が許容レベルに低く保持された状態
で達成されることが判明した。

本発明の本質的Ｌｉ様によれば、これらの有利な特徴は
次により得られる。

（ａ）約１ａｍ以内の粒度を有する銀と酸化錫の極微粒
子を使用すること。

■）２つの複合物を橿めて高度に分散させること。

同時に、（Ｃ）ペレットの機械的特性が適切になるよう
な、特にペレットが余り硬（なくても機械的衝撃に耐え
得るような十分な大きさの粒度を選定することが必要で
ある。

要件（樽と（Ｃ）は相反するので、特に酸化錫粒子の大
きさを変えると同時に、銀粒子の大きさを比較的小さい
ままにしておくことによって妥協点を求めることが必要
である。

より詳細には、５ｎＯｘ粒子が非常に小さい場合、ペレ
ットは非常に硬いため脆く、高接触抵抗を有するため過
熱の危険が生じるが、力学的溶接の危険が大幅に減る。

これに対し、Ｓｎ０１粒子がより大きい場合、ペレット
は一層展性を呈するため、衝撃に十分に耐えると共にそ
の接触抵抗が低くなるが、力学的溶接の危険が大幅に増
える。

出願人によって行われた研究により、ＢＥＴ方法を用い
て比表面積によって測定した粒度が２〜６ｎ（７ｇの範
囲にあるようなＳｎＯ□粉末を用いて材料を調製する場
合に満足な妥協点が得られることが判明した。

本発明の本質的態様によれば、適切な細かさの銀粒子を
も確実に得るには、必要粒度を有する酸化錫の水性懸濁
液中に酸化銀が沈澱するような水相沈澱工程を使用する
。

二の調製方法を実施する具体例を以下に述べる。

ス星班 上述の粒度を有する酸化錫粉末の懸濁液中に酸化ＭＡｇ
ｔＯを沈澱させるための水相沈澱工程を用いて銀と酸化
錫の粉末を調製した。

原理は次の通りである。所望量の粉末酸化錫を硝酸銀の
水溶液に添加する。この溶液に水酸化ナトリウムのよう
な強塩基を添加することによって酸化銀を沈澱させ、次
の反応を生起させる。

（ＡｇＮＯｓ）　＋　（ＮａＯＨ）　→＜　ＡＢＯＨ＞
÷（ＮａＮＯｊ）ｆ１３式中、（）は溶液中の化学種を
示し、 〈　〉は不溶性化学種を示す。

水酸化銀ＡｇＱＨは不安定であり、次の反応に従って酸
化銀を生じる。

２　＜ＩｇＯＮ＞　　→　＜Ａｇ□ｏ＞＋（Ｈｔｏ）　
　（２）ＡｇｚＯの微粒子を得るために、当該方法では
次のことが必要である。

低温度、例えば約θ〜４０℃、特に外界温度で操作する
こと。

非常に高濃度の溶液を使用すること。

水酸化ナトリウムを硝酸銀と素早く且つ均一に反応させ
ること、従って、溶液の連続攪拌及び水酸化ナトリウム
の迅速な添加を必要とする。

反応後得られる生成物は、高濃度のＨａ’　、ＮＯｘイ
オンを有する水中のＳｎｏ！を伴ったＡｇ、ｏ　（反応
（２）が進行した程度によってはＡｇ０１を含むことも
ある）の懸濁液である。

続く洗浄及び分離操作によってこれらのイオンを除去す
る。

最後の分離操作後、２０〜９５％の水を含有するペース
トが得られるが、水分は加熱による乾燥または真空中乾
燥などの適当な方法を用いて乾燥することによって除去
する。このようにして粉末を得る。

加熱によって乾燥を行う場合、酸化銀粒子の成長を制限
するためにできるだけ迅速に乾燥を行うことが重要であ
る。

得られる粉末において、酸化銀を金属銀に転化させるこ
とがさらに必要である。この操作は、約２００〜５００
℃の温度で酸化銀を還元する熱処理によって行う、この
段階も粉末を凝固させることができるので、自動機械で
粉末を容易に調合できる。

好適には、開始溶液中の硝酸銀と酸化錫の量は、最終材
料が約８４〜９２重量％の銀を含有し、残りが酸化銀か
らなるような量である。

次に、上記の如く得た接点材料を含有する接点ペレット
またはバーを製造する好ましい方法について記載する。

接点ペレットは通常は数百μｍの厚さを有する純銀の基
層で構成され、そのため例えば１〜３閣の厚さを有する
接点材料の層と共にペレットをその支持体上に結合する
ことができる。

これらの２つのタイプの構成要素（基層及びペレット）
は通常は圧縮、焼結及び修正によって接合されるので、
非常に優秀な１着特性が得られる。

しかしながら、かかる従来工程は本発明の新規な接点材
料に十分には適合しないことが判明した。

また、相互に押圧された２つの構成要素は焼結時に全く
異なる挙動を示すことが判明した。すなわち、ｍ基層は
体積が僅かに減少するだけで理論的に期待される密度に
焼結するのに対し、へｇｓｎ０１層は体積が大幅に減少
して焼結するにもかかわらず、理論密度に到達しない、
結果として、焼結後にペレットは著しくドーム形状にな
る。

さらに、ベレ・ントのＡｇＳｎ　Ｏ！接点部分の脆さの
ため、焼結工程時の過変の変形により、ペレットを平坦
にするためにさらに圧縮を続いて行う（修正）時にペレ
ットが割れる。

本発明のｗ４様によれば、ペレットを徐々にその最大密
度にすることができる一連の段階によってベレ・２トを
製造する。より詳細には、本発明によれば、次の一連の
段階を使用する。

約３ｔ／ｃ＋ｊでの圧縮。

約８４０℃の温度での３０〜４０分間の焼結。

約１０ｔ／ｃ艷での第一修正。

約９００　’Ｃでの約３０分間の第一アニーリング。

約＋２ｔ／ｃ艷での第二修正。

約９４０’Ｃでの約３０分間の第二アニーリング。

この方法は、実質上圧縮及び修正操作時に密度が増加す
る点で有利である。このことは、材料の高温焼結が非常
に遅いこと、並びに根粒１間で形成される結合がほとん
どないことを意味する。得られるペレットは実際にはよ
り嚢危くなっているが、その脆さは銀−酸化カドミウム
タイプの接点材料の場合よりも優れた電気的挙動を示す
程に十分に低いｂのである。

本発明の別の本質的態様に従って、次に上記新規な接点
材料を含有するペレットを製造する第二の方法について
記載する。

最終生成物が圧延に適していないような第一の製造方法
とは異なり、当該方法ではバー状の接点を提供できる。

さらには製造に要する段階数を減らすことができる。

本発明では、液相焼結技術を使用するため、焼結速度及
び得られる焼結の品質が共に相当に向上する。

より詳細には、焼結されるＡｇＳｎ　Ｏ□材料の含有量
が非常に少ない液相が生じる。従って、粒子は液体中に
浸漬し、これは、当該液相部分の形状を依然保持しつつ
、より素早い変換が可能になることを意味する。

具体例として、焼結前に酸化′＃ｇ４ｃｕｏを複合物に
添加することによって液相を得る。得られる液体がＡｇ
１（１２）混合物またはＡｇ／Ｃｕ１（１２）混合物で
あるかどうかを決定するのが不可能であったが、液相が
空気中で約９４０　’Ｃ１すなわち銀の融点よりも２０
゛Ｃ低い温度で生成されることが実証された。

酸化銅は０．１〜１．０重量％、例えば約０．２重量％
の濃度で添加することが好ましい、液体生成温度（すな
わち９４０℃）と銀の融点（すなわち９６０’Ｃ）との
間の温度に焼結温度を上げることによって顕著なペレッ
ト焼結がみられる６例えば、約９４０〜９５０　’Ｃの
温度を選定してもよい、数分間で、へｇ／５ｎＯ１混合
物の実密度が実質上その理論密度に等しくなる。さらに
、比較的小さい初粒度にもかかわらず、高度な展性のあ
る材料が得られ、それにより例えば個々のペレットを修
正することまたはバーを圧延することなどの後続の操作
を相当単純化できる。

別の好ましい特徴によれば、接点材料を得る方法に関し
て上述した沈澱段階時に所望濃度の酸化銅を添加する。

この目的のために、硝酸銀と同時に硝酸銅Ｃｕ（ＮＯｚ
）ｚを溶液中に入れることで必要量の胴を添加するｙｍ
の場合に起こる様態に頚偵して、水酸化ナトリウムと銅
との間でさらに反応が起こり、Ｃｕ　（ＯＨ）　！を生
じ、Ｃｕ　（ＯＨ）　！は粉末の熱処理時にＣｕＯに変
換する。

これにより、混合物中におけるＣｕＯの最適分散がもた
らされ、その結果として混合物中に生成された液体の均
一な拡散が得られると共に、焼結時に粒子間の均一な結
合効果が得られる。

本発明では、液相中で焼結が起こるのに十分な量の酸化
銅を添加するが、この量が非常に少ないため、酸化銅は
得られるペレットまたはバーの電気的挙動にはほとんど
影響を及ぼさない。

ペレットを製造する方法の上記改良に関して、有利な一
連の段階は次の通りであってもよい。

３ｔ／ｃｊでの圧縮。

９４０℃での液相焼結。

１２ｔ／ｃｄでの修正。

必要ならば、修正による応力を緩和するために最終アニ
ーリング段階を加えてもよい。

バーからペレットを製造するために、さらに続けて次の
段階を使用してもよい。

約２〜３【／ｉでの圧縮。

９４０　’Ｃでの液相焼結。

所望断面を得るための圧延及びアニーリング操作。

ペレットへの切断。

以下に表１は、上述の２つの製造方法に従って得た２つ
の接点ペレット（サンプル１．２）の性能を、従来技術
の接点材料、すなわち銀と１２％の酸化カドミウムを有
する材料、並びに銀、酸化錫及び酸化タングステンから
なる市販の材料を用いて製造した２つの接点ペレット（
サンプルＡ、Ｂ）と比較するものである。

但し、全てのペレットは同じ大きさである。

第一試験（１００Ａ試験）では、接点は１００ａｓｐｓ
　ｒｍｓを通電する間は開き、６００　ａｓｐｓ　ｒ＋
ｍｓの電流下では閉じた。但し、全てのサンプルに関し
て予め設定した同一のはね返りを有する。

各閉操作後、接点を開くのに要する力（力学的溶接力）
を接触抵抗として測定すると共に、試験時に計量により
接点腐食を３回測定し、これを開閉操作当たりの重量損
失で示した。

１０００Ａでの第二試験では、接点は工０００ａｓｐｓ
　ｒｍｓ下で閉じ、０電流下で開いた。そして、同様の
測定を行った。

各タイプの測定に関して本発明に従って製造したペレッ
トは両方共従来技術のペレットの少なくとも１つよりも
優れており、この改良は＋００ＯＡ試験でより一層顕著
であることが分かる。

勿論、本発明は上記記載事項に如何なる点においても限
定されることはな（、当業者は本発明の概念に従って変
形及び変更を行うことができる。

〔以下余白］

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）銀と酸化錫からなる接点材料を調製する方法であ
   って、次の段階からなることを特徴とする方法。 溶存硝酸銀粒子と懸濁状の酸化錫粒子を含有する水溶液
   を調製すること。但し、ＢＥＴ方法を用いて比表面積に
   よって測定した前記粒子の大きさは約２〜６ｍ＾２／ｇ
   である。 素早く強塩基を添加して攪拌することにより硝酸銀を水
   酸化銀として沈澱させること。但し、水酸化銀は不安定
   であり、徐々に酸化銀に変換する。 溶液からイオンを除去し、乾燥生成物を得るためにさら
   に水を除去すること。 酸化銀を金属銀に還元するために約２００〜５００℃の
   温度に乾燥生成物を加熱すること。
2. （２）最終接点材料中の銀濃度が約８４〜９２重量％で
   あり、残りが酸化錫であることを特徴とする請求項（１
   ）記載の方法。
3. （３）強塩基が濃水酸化ナトリウムであることを特徴と
   する請求項（１）記載の方法。
4. （４）銀と酸化錫が凝固するような温度且つ時間で乾燥
   生成物を加熱する段階を行うことを特徴とする請求項（
   １）記載の方法。
5. （５）請求項（１）記載の方法によって調製した材料と
   純銀の薄い基層とを有するペレットなどのような接点素
   子を製造する方法であって、当該材料及び基層が次の操
   作を受けることを特徴とする方法。 約３ｔ／ｃｍ＾２での圧縮。 約８４０℃の温度での３０〜４０分間の焼結。 約１０ｔ／ｃｍ＾２での第一修正。 約９００℃での約３０分間の第一アニーリング。 約１２ｔ／ｃｍ＾２での第二修正。 約９４０℃での約３０分間の第二アニーリング。
6. （６）ペレットを製造するために、後続の圧縮による修
   正段階を有することを特徴とする請求項（５）記載の方
   法。
7. （７）応力を緩和するための最終アニーリング段階を有
   することを特徴とする請求項（６）記載の方法。
8. （８）バーからペレットを切断できるようなバーを製造
   するために、さらに少なくとも一回圧延及びアニーリン
   グ段階を有することを特徴とする請求項（５）記載の方
   法。
9. （９）請求項（１）記載の方法によって調製した材料と
   純銀の薄い基層とを有するペレットまたはバーなどのよ
   うな接点素子を製造する方法であって、次の段階からな
   ることを特徴とする方法。 低濃度の酸化銅を調製材料に添加すること。 前記素子を形成するために得られる材料を前記基層と共
   に圧縮し、素子が液相中で焼結されるような液相の生成
   が最小限になるように９４０〜９６０℃の温度に前記素
   子を加熱すること。
10. （１０）沈澱段階時に水酸化銅として沈澱し、続いて水
    酸化銅が酸化銅に変換する硝酸銅を水溶液に添加するこ
    とにより酸化銅を調製材料に添加することを特徴とする
    請求項（９）記載の方法。
11. （１１）酸化銅は約０．１〜１．０重量％の濃度で調製
    材料中に存在することを特徴とする請求項（９）記載の
    方法。
12. （１２）ペレットを製造するために、圧縮による修正の
    後続段階を有することを特徴とする請求項（９）記載の
    方法。
13. （１３）応力を緩和するための最終アニーリング段階を
    有することを特徴とする請求項（１２）記載の方法。
14. （１４）バーからペレットを切断できるようなバーを製
    造するために、さらに少なくとも一回圧延及びアニーリ
    ング段階を有することを特徴とする請求項（９）記載の
    方法。