JP2557143B2 - 銀−錫酸化物複合材料の製造方法 - Google Patents
銀−錫酸化物複合材料の製造方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、銀−錫酸化物複合材料
の製造方法に関し、特に電気接点材料、溶接用電極材料
等として好適な銀−錫酸化物複合材料の製造方法に関す
る。
の製造方法に関し、特に電気接点材料、溶接用電極材料
等として好適な銀−錫酸化物複合材料の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】銀に酸化錫を添加した銀−錫酸化物複合
材料は、強度が大きく向上するため、大気中で使用され
る交流、直流用リレー、開閉器、電流遮断器等の電気接
点材料として使用され、特に中負荷用開閉電気接点材料
として適したものとして使用されている。従来、銀−錫
酸化物複合材料は、銀−錫合金を内部酸化させる方法、
銀粉末と錫酸化物粉末を粉末冶金法で焼結させる方法に
よって製造されてきた。
材料は、強度が大きく向上するため、大気中で使用され
る交流、直流用リレー、開閉器、電流遮断器等の電気接
点材料として使用され、特に中負荷用開閉電気接点材料
として適したものとして使用されている。従来、銀−錫
酸化物複合材料は、銀−錫合金を内部酸化させる方法、
銀粉末と錫酸化物粉末を粉末冶金法で焼結させる方法に
よって製造されてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記の内部酸化法は、
銀−錫の固溶合金をその融点以下で加熱し、酸素分圧を
高めることによって酸素を合金中に拡散させ、酸素親和
力が相対的に高い錫を酸化錫として銀母基質中に微粒子
として析出させるものである。しかし、この内部酸化法
によって製造することができる複合材料は銀含有量約4
重量%程度までが限界である上に、酸素の固溶合金中へ
の拡散速度が極めて小さいため製造に長時間を要すると
いう不利がある。酸化錫の含有量を約4重量%より大き
くするには、酸化速度を高める必要があり、In, Bi等の
酸化を促進する元素を添加して内部酸化に供することが
行われている。しかし、この場合でも例えば、片面より
約2mm厚の合金層を酸化するのに要する時間は約1カ月
の長時間であった。
銀−錫の固溶合金をその融点以下で加熱し、酸素分圧を
高めることによって酸素を合金中に拡散させ、酸素親和
力が相対的に高い錫を酸化錫として銀母基質中に微粒子
として析出させるものである。しかし、この内部酸化法
によって製造することができる複合材料は銀含有量約4
重量%程度までが限界である上に、酸素の固溶合金中へ
の拡散速度が極めて小さいため製造に長時間を要すると
いう不利がある。酸化錫の含有量を約4重量%より大き
くするには、酸化速度を高める必要があり、In, Bi等の
酸化を促進する元素を添加して内部酸化に供することが
行われている。しかし、この場合でも例えば、片面より
約2mm厚の合金層を酸化するのに要する時間は約1カ月
の長時間であった。
【0004】また、内部酸化によると、酸素の固溶合金
中への拡散量が表面から深さの二乗に反比例して減少す
るので、表面に近いところほど酸化錫粒子が緻密となる
反面、深部では粗大な酸化錫粒子の低濃度の合金相が生
じることは避けがたい。したがって、得られる銀−錫複
合材料は、酸化錫粒子の分布が不均一であるばかりでな
く、その粒径も不均一で深くなるほど大きくなる。この
ように酸化錫粒子の粒径が不揃いでしかも偏析している
ために、得られる複合材料の強度の向上には限界があ
り、一層の改良が求められていた。
中への拡散量が表面から深さの二乗に反比例して減少す
るので、表面に近いところほど酸化錫粒子が緻密となる
反面、深部では粗大な酸化錫粒子の低濃度の合金相が生
じることは避けがたい。したがって、得られる銀−錫複
合材料は、酸化錫粒子の分布が不均一であるばかりでな
く、その粒径も不均一で深くなるほど大きくなる。この
ように酸化錫粒子の粒径が不揃いでしかも偏析している
ために、得られる複合材料の強度の向上には限界があ
り、一層の改良が求められていた。
【0005】粉末冶金法による銀−錫酸化物複合材料の
製造は、耐熱性の高い SnO2 粉末と銀粉末を銀の固相温
度で焼結するものであるため、銀相と錫酸化物粒子との
間に強い結合は得られないし、錫酸化物が有する結晶構
造の欠陥も改善されない。したがって、得られる焼結体
は機械的強度、特に高温での強度が低く、これは熱間押
出、鍛造等の後処理を施しても改良することができな
い。かかる粉末焼結法による銀−錫酸化物複合材料の改
良方法として、低級酸化物を形成するW, W0 等の添加が
試みられているが、逆に接点材料として用いたときに接
触抵抗を増し、又溶着し易くなるため殆ど改良は期待で
きない。また、MnO, CaO, ZrO 等の耐熱性酸化物の添加
による改良が考えられるが、これらは焼結性を損なう結
果焼結体の機械的な強度はかえって低下する。
製造は、耐熱性の高い SnO2 粉末と銀粉末を銀の固相温
度で焼結するものであるため、銀相と錫酸化物粒子との
間に強い結合は得られないし、錫酸化物が有する結晶構
造の欠陥も改善されない。したがって、得られる焼結体
は機械的強度、特に高温での強度が低く、これは熱間押
出、鍛造等の後処理を施しても改良することができな
い。かかる粉末焼結法による銀−錫酸化物複合材料の改
良方法として、低級酸化物を形成するW, W0 等の添加が
試みられているが、逆に接点材料として用いたときに接
触抵抗を増し、又溶着し易くなるため殆ど改良は期待で
きない。また、MnO, CaO, ZrO 等の耐熱性酸化物の添加
による改良が考えられるが、これらは焼結性を損なう結
果焼結体の機械的な強度はかえって低下する。
【0006】そこで、本発明の課題は、錫酸化物微粒子
が銀母基質と良好な濡れ状態で結合し、銀母基質中に均
一に分散してなる銀−錫酸化物複合材料を比較的短時間
で製造できる、生産性に優れた製造方法を提供すること
になる。
が銀母基質と良好な濡れ状態で結合し、銀母基質中に均
一に分散してなる銀−錫酸化物複合材料を比較的短時間
で製造できる、生産性に優れた製造方法を提供すること
になる。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、銀−錫系の内
部酸化を行う際に、系を液相と固相の共存する状態にお
くことによって、酸素の拡散速度を高めることができ、
しかも目的とする錫酸化物微粒子が銀母基質と良好な濡
れ状態で結合し、銀母基質中に均一に分散してなる銀−
錫酸化物複合材料を得ることができることを見出した。
部酸化を行う際に、系を液相と固相の共存する状態にお
くことによって、酸素の拡散速度を高めることができ、
しかも目的とする錫酸化物微粒子が銀母基質と良好な濡
れ状態で結合し、銀母基質中に均一に分散してなる銀−
錫酸化物複合材料を得ることができることを見出した。
【0008】銀−鍋酸化物複合材料 すなわち、本発明の方法は、銀母基質と、(a)金属換
算で1〜20重量%の錫酸化物と、場合によっては存在
する(b)金属換算で0.01〜8重量%のMg、Z
r、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiからなる群
から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物及び/又は
(c)金属換算で0.01〜15重量%のCd、Sb、
In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群から選ばれる
少なくとも1種の元素の酸化物とからなり、(a)の錫
酸化物、及び場合によっては存在する前記(b)及び/
又は前記(c)の元素の酸化物が硬質で緻密な結晶構造
を有する微粒子状態で銀母基質の表面から深部に到るま
で該銀母基質と良好な濡れ性を有する結合状態で該銀母
基質中に均一に分散されている銀−錫酸化物複合材料を
提供する。
算で1〜20重量%の錫酸化物と、場合によっては存在
する(b)金属換算で0.01〜8重量%のMg、Z
r、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiからなる群
から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物及び/又は
(c)金属換算で0.01〜15重量%のCd、Sb、
In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群から選ばれる
少なくとも1種の元素の酸化物とからなり、(a)の錫
酸化物、及び場合によっては存在する前記(b)及び/
又は前記(c)の元素の酸化物が硬質で緻密な結晶構造
を有する微粒子状態で銀母基質の表面から深部に到るま
で該銀母基質と良好な濡れ性を有する結合状態で該銀母
基質中に均一に分散されている銀−錫酸化物複合材料を
提供する。
【0009】本発明の複合材料が錫酸化物のほかに前記
(b) の元素の酸化物及び/又は前記(c) の元素の酸化物
を含有する場合には、通常、これらの酸化物は共役酸化
物(即ち、複合酸化物)を形成して存在している。
(b) の元素の酸化物及び/又は前記(c) の元素の酸化物
を含有する場合には、通常、これらの酸化物は共役酸化
物(即ち、複合酸化物)を形成して存在している。
【0010】本発明の複合材料は高温における強度が優
れ、例えば大気中で使用される交流、直流用リレー、開
閉器、電流遮断器等の電気接点材料として有用である。
特に、上記(b) の元素の酸化物は複合材料の耐熱性を高
めるので、(b) の金属酸化物を含むものは例えば電気溶
接用電極材料として適する。また、(c) の金属は後述す
るように製造方法において錫などの酸化を促進させる作
用を有するほか、この酸化物は錫などと共役酸化物を形
成して低電流領域における接触抵抗の安定化に有効であ
る。
れ、例えば大気中で使用される交流、直流用リレー、開
閉器、電流遮断器等の電気接点材料として有用である。
特に、上記(b) の元素の酸化物は複合材料の耐熱性を高
めるので、(b) の金属酸化物を含むものは例えば電気溶
接用電極材料として適する。また、(c) の金属は後述す
るように製造方法において錫などの酸化を促進させる作
用を有するほか、この酸化物は錫などと共役酸化物を形
成して低電流領域における接触抵抗の安定化に有効であ
る。
【0011】本発明の複合材料は、(a)錫及び、場合
によっては存在する(b)及び/又は(c)の元素を含
む場合には、(a)の元素及び(b)、(c)の元素の
酸化物を合計で約50重量%以下が実用的で、好ましく
は約30重量%以下である。約50重量%を超えると複
合材料の導電性が損なわれる。
によっては存在する(b)及び/又は(c)の元素を含
む場合には、(a)の元素及び(b)、(c)の元素の
酸化物を合計で約50重量%以下が実用的で、好ましく
は約30重量%以下である。約50重量%を超えると複
合材料の導電性が損なわれる。
【0012】以下に説明するように、本発明の複合材料
としては、種々の態様があげられる。いずれの態様の場
合も、(a) 錫酸化物、及び態様によって存在する前記
(b) の元素の酸化物及び/又は(c) の元素の酸化物は上
述した状態で均一に銀母基質中に分散している。
としては、種々の態様があげられる。いずれの態様の場
合も、(a) 錫酸化物、及び態様によって存在する前記
(b) の元素の酸化物及び/又は(c) の元素の酸化物は上
述した状態で均一に銀母基質中に分散している。
【0013】本発明の複合材料の第一の態様では、該複
合材料は、銀母基質と、金属錫換算で1〜20重量%量の
錫酸化物とからなる。
合材料は、銀母基質と、金属錫換算で1〜20重量%量の
錫酸化物とからなる。
【0014】本発明の複合材料の第二の態様では、該複
合材料は、銀母基質と、(a) 金属錫換算で1〜20重量%
量の錫酸化物と、(b)金属換算で0.01〜8重量%の、
Mg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiからなる群から選ば
れる少なくとも1種の元素の酸化物とからなり、これら
の(a) 及び(b) の酸化物が共役酸化物を形成している。
合材料は、銀母基質と、(a) 金属錫換算で1〜20重量%
量の錫酸化物と、(b)金属換算で0.01〜8重量%の、
Mg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiからなる群から選ば
れる少なくとも1種の元素の酸化物とからなり、これら
の(a) 及び(b) の酸化物が共役酸化物を形成している。
【0015】本発明の複合材料の第三の態様では、銀母
基質と、(a) 金属錫換算で1〜20重量%量の錫酸化物
と、(c) 金属換算で0.01〜15重量%のCd、Sb、In、Bi、
Zn及び鉄族金属からなる群から選ばれる少なくとも1種
の元素の酸化物とからなり、これらの(a) 及び(c) の酸
化物が共役酸化物を形成している。
基質と、(a) 金属錫換算で1〜20重量%量の錫酸化物
と、(c) 金属換算で0.01〜15重量%のCd、Sb、In、Bi、
Zn及び鉄族金属からなる群から選ばれる少なくとも1種
の元素の酸化物とからなり、これらの(a) 及び(c) の酸
化物が共役酸化物を形成している。
【0016】本発明の第四の態様では、銀母基質と、
(a) 金属錫換算で1〜20重量%量の錫酸化物と、(b) 金
属換算で0.01〜8重量%の、Mg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、
Mn及びTiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素
の酸化物と、(c) 金属換算で0.01〜15重量%のCd、Sb、
In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群から選ばれる少なく
とも1種の元素の酸化物とからなり、これらの(a) 、
(b) 及び(c) の酸化物が共役酸化物を形成している。
(a) 金属錫換算で1〜20重量%量の錫酸化物と、(b) 金
属換算で0.01〜8重量%の、Mg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、
Mn及びTiからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素
の酸化物と、(c) 金属換算で0.01〜15重量%のCd、Sb、
In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群から選ばれる少なく
とも1種の元素の酸化物とからなり、これらの(a) 、
(b) 及び(c) の酸化物が共役酸化物を形成している。
【0017】上記の第二〜第四の態様においては、通
常、形成された共役酸化物は、通常硬質で緻密な結晶構
造を有し、粒径 0.1μm以下の微粒子状態で銀母基質の
表面から深部に到るまで該銀母基質と良好な濡れ性を有
する結合状態、即ち、空隙のない密着した結合状態で該
銀母基質中に均一に分散されている。
常、形成された共役酸化物は、通常硬質で緻密な結晶構
造を有し、粒径 0.1μm以下の微粒子状態で銀母基質の
表面から深部に到るまで該銀母基質と良好な濡れ性を有
する結合状態、即ち、空隙のない密着した結合状態で該
銀母基質中に均一に分散されている。
【0018】銀−錫酸化物複合材料の製造方法 本発明の方法においては、銀及び錫を含む出発材料が液
相と固相が共存する状態に置かれる。この状態において
は系の一部が液相状態で存在しているが、この液相部が
酸素の良好な運搬経路の役割を演じるため、従来の内部
酸化法に比較して速やかな酸素の拡散が行われ、表面か
ら深部に到るまで比較的短時間で均一な酸化が進行す
る。
相と固相が共存する状態に置かれる。この状態において
は系の一部が液相状態で存在しているが、この液相部が
酸素の良好な運搬経路の役割を演じるため、従来の内部
酸化法に比較して速やかな酸素の拡散が行われ、表面か
ら深部に到るまで比較的短時間で均一な酸化が進行す
る。
【0019】(A) 銀と、(a) 金属換算で1〜20重量%の
金属状及び/又は酸化物状の錫と、並びに場合によって
はさらに(b) 金属換算で0.01〜8重量%の金属状及び/
又は酸化物状のMg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiから
なる群から選ばれる少なくとも1種の元素及び/又は
(c) 金属換算で0.01〜15重量%の金属状及び/又は酸化
物状のCd、Sb、In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群から
選ばれる少なくとも1種の元素とを含有する混合物を、
加熱し、かつ酸素分圧を高めることにより液相と固相が
共存する状態に置き、これにより金属状のものが存在す
る場合には錫、並びに場合によって存在する前記(b) の
元素及び/又は前記(c) の元素の金属状のものの全量を
酸化物として析出させる工程、及び (B) 次にこのように処理された混合物を冷却しかつ酸素
分圧を低下させる工程を有する。
金属状及び/又は酸化物状の錫と、並びに場合によって
はさらに(b) 金属換算で0.01〜8重量%の金属状及び/
又は酸化物状のMg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiから
なる群から選ばれる少なくとも1種の元素及び/又は
(c) 金属換算で0.01〜15重量%の金属状及び/又は酸化
物状のCd、Sb、In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群から
選ばれる少なくとも1種の元素とを含有する混合物を、
加熱し、かつ酸素分圧を高めることにより液相と固相が
共存する状態に置き、これにより金属状のものが存在す
る場合には錫、並びに場合によって存在する前記(b) の
元素及び/又は前記(c) の元素の金属状のものの全量を
酸化物として析出させる工程、及び (B) 次にこのように処理された混合物を冷却しかつ酸素
分圧を低下させる工程を有する。
【0020】この方法において、(A) 工程で出発材料と
して使用される混合物は、例えば銀、錫、並びに場合の
よっては必要に応じさらに添加される前記(b) の元素及
び/又は前記(c) の元素からなる合金の状態でもよい
し、粉末冶金法により作製された焼結体の状態でもよ
い。前記(b) の元素は酸素との親和性が高く、析出する
酸化物粒子の微細化に有効であり、その結果得られる複
合材料の耐火性を向上させる働きがある。錫が比較的少
なく、(b) の元素の含有量が多い混合物は一般に酸化が
困難であるが、本発明の方法によれば容易に酸化が進行
し、耐火性が高く、溶接用電極材料として好適な複合材
料が得られる。前記(c) の元素は酸化促進に有効であ
る。複合材料に含有せしめ得る酸化物の量にはほとんど
制限はないが、前記のように通常50重量%以下であ
る。
して使用される混合物は、例えば銀、錫、並びに場合の
よっては必要に応じさらに添加される前記(b) の元素及
び/又は前記(c) の元素からなる合金の状態でもよい
し、粉末冶金法により作製された焼結体の状態でもよ
い。前記(b) の元素は酸素との親和性が高く、析出する
酸化物粒子の微細化に有効であり、その結果得られる複
合材料の耐火性を向上させる働きがある。錫が比較的少
なく、(b) の元素の含有量が多い混合物は一般に酸化が
困難であるが、本発明の方法によれば容易に酸化が進行
し、耐火性が高く、溶接用電極材料として好適な複合材
料が得られる。前記(c) の元素は酸化促進に有効であ
る。複合材料に含有せしめ得る酸化物の量にはほとんど
制限はないが、前記のように通常50重量%以下であ
る。
【0021】出発混合物として使用する焼結体として
は、例えば銀粉末と、銀、錫、及び必要に応じてさらに
前記(b) の元素及び/又は前記(c) の元素からなる合金
粉末とから製造された焼結体が挙げられる。
は、例えば銀粉末と、銀、錫、及び必要に応じてさらに
前記(b) の元素及び/又は前記(c) の元素からなる合金
粉末とから製造された焼結体が挙げられる。
【0022】また、出発混合物としての上記の焼結体と
しては、銀粉末と、(a) 錫、及び前記(b) 及び/又は
(c) からなる合金粉末とから製造された、焼結体も挙げ
られる。
しては、銀粉末と、(a) 錫、及び前記(b) 及び/又は
(c) からなる合金粉末とから製造された、焼結体も挙げ
られる。
【0023】上記の方法を実施する際には、合金又は焼
結体である混合物の表面を銀又は銀を主体とする銀合金
(他の成分金属が1重量%以下の低濃度)で被覆するの
が好ましい。というのは、錫を5〜20重量%含有する銀
混合物に高酸素圧を適用すると表面に SnO2 が集積し、
酸素の混合物内部への透過、侵入を妨げる恐れがある。
これを防止するためには酸素分圧を目標値まで徐々に高
めていくことが必要で、酸化処理に長時間を必要とする
ことになる。しかし、上記のような被覆を予め施してお
くことにより表面層での SnO2 の集積を防止することが
できるので、最初から必要な酸素圧で処理を開始するこ
とができ、酸化処理を短時間で終えることができる利点
がある。
結体である混合物の表面を銀又は銀を主体とする銀合金
(他の成分金属が1重量%以下の低濃度)で被覆するの
が好ましい。というのは、錫を5〜20重量%含有する銀
混合物に高酸素圧を適用すると表面に SnO2 が集積し、
酸素の混合物内部への透過、侵入を妨げる恐れがある。
これを防止するためには酸素分圧を目標値まで徐々に高
めていくことが必要で、酸化処理に長時間を必要とする
ことになる。しかし、上記のような被覆を予め施してお
くことにより表面層での SnO2 の集積を防止することが
できるので、最初から必要な酸素圧で処理を開始するこ
とができ、酸化処理を短時間で終えることができる利点
がある。
【0024】この方法において、出発混合物として、錫
1〜20重量%で、残部銀からなる銀混合物を使用するこ
とにより、前記第一態様の複合材料が得られる。
1〜20重量%で、残部銀からなる銀混合物を使用するこ
とにより、前記第一態様の複合材料が得られる。
【0025】また、この方法において、出発混合物とし
て、(a) 錫1〜20重量%、前記(b) の元素0.01〜8重量
%及び残部銀からなる銀混合物を使用することにより前
記第二の態様の複合材料が得られる。系が液相と固相が
共存する状態に置かれたとき、酸化の進行に伴い(a) 及
び(b) の金属の全量が酸化物として析出する。
て、(a) 錫1〜20重量%、前記(b) の元素0.01〜8重量
%及び残部銀からなる銀混合物を使用することにより前
記第二の態様の複合材料が得られる。系が液相と固相が
共存する状態に置かれたとき、酸化の進行に伴い(a) 及
び(b) の金属の全量が酸化物として析出する。
【0026】さらに、この方法において、出発混合物と
して、(a) 錫1〜15重量%、前記(c) の元素0.01〜15重
量%の酸化物及び残部銀からなる銀混合物を使用するこ
とにより前記第三の態様の複合材料が得られる。系が液
相と固相が共存する状態に置かれたとき、酸化の進行に
伴い(a) 及び(c) の金属の全量が酸化物として析出す
る。
して、(a) 錫1〜15重量%、前記(c) の元素0.01〜15重
量%の酸化物及び残部銀からなる銀混合物を使用するこ
とにより前記第三の態様の複合材料が得られる。系が液
相と固相が共存する状態に置かれたとき、酸化の進行に
伴い(a) 及び(c) の金属の全量が酸化物として析出す
る。
【0027】さらにまた、この方法において、出発混合
物として、 (a)錫1〜20重量%、前記(b) の元素0.01〜
8重量%、前記(c) の元素0.01〜15重量%及び残部銀か
らなる銀混合物を使用することにより前記第四の態様の
複合材料が得られる。系が液相と固相が共存する状態に
置かれたとき、酸化の進行に伴い(a) 、(b) 及び(c) の
金属の全量が酸化物として析出する。
物として、 (a)錫1〜20重量%、前記(b) の元素0.01〜
8重量%、前記(c) の元素0.01〜15重量%及び残部銀か
らなる銀混合物を使用することにより前記第四の態様の
複合材料が得られる。系が液相と固相が共存する状態に
置かれたとき、酸化の進行に伴い(a) 、(b) 及び(c) の
金属の全量が酸化物として析出する。
【0028】本発明の製造方法においては、(A) 工程で
使用される出発混合物に使用される錫、前記(b) の元素
及び前記(c) の元素の各々は、その一部又は全部が粒径
0.1μm以下の酸化物として存在してもよい。したがっ
て、本発明の方法の別の態様として、(A) 工程で使用の
前記混合物が、銀粉末と、(a) 粒径 0.1μm以下の錫酸
化物粉末、必要ならばさらに前記(b) の元素の粒径 0.1
μm以下の酸化物粉末及び/又は前記(c) の元素の粒径
0.1μm以下の酸化物粉末とから製造された焼結体であ
る方法があげられる。
使用される出発混合物に使用される錫、前記(b) の元素
及び前記(c) の元素の各々は、その一部又は全部が粒径
0.1μm以下の酸化物として存在してもよい。したがっ
て、本発明の方法の別の態様として、(A) 工程で使用の
前記混合物が、銀粉末と、(a) 粒径 0.1μm以下の錫酸
化物粉末、必要ならばさらに前記(b) の元素の粒径 0.1
μm以下の酸化物粉末及び/又は前記(c) の元素の粒径
0.1μm以下の酸化物粉末とから製造された焼結体であ
る方法があげられる。
【0029】この態様の場合には、銀母基質中に分散さ
れる(a) の酸化錫、及び場合により存在する(b) の元素
及び/又は(c) の元素の酸化物は予め粒径 0.1μm以下
の酸化物粉末の状態で使用される。系が一部液相となる
状態に置かれると、出発材料である焼結体中に存在する
銀粒子や酸化物粒子の間や周囲に存在する微細な空隙が
液相で満たされるので、緻密な組織になり、得られる複
合材料の強度が向上する。
れる(a) の酸化錫、及び場合により存在する(b) の元素
及び/又は(c) の元素の酸化物は予め粒径 0.1μm以下
の酸化物粉末の状態で使用される。系が一部液相となる
状態に置かれると、出発材料である焼結体中に存在する
銀粒子や酸化物粒子の間や周囲に存在する微細な空隙が
液相で満たされるので、緻密な組織になり、得られる複
合材料の強度が向上する。
【0030】この態様において、前記の焼結体が、銀粉
末と、金属換算で1〜20重量%の錫酸化物粉末とから製
造された焼結体である場合には、前記第一の態様の複合
材料が得られる。
末と、金属換算で1〜20重量%の錫酸化物粉末とから製
造された焼結体である場合には、前記第一の態様の複合
材料が得られる。
【0031】また、この態様において、前記の焼結体と
して、銀粉末と、(a) 金属換算で1〜20重量%の錫酸化
物粉末と、金属換算で0.01〜8重量%のMg等の(b) の元
素の酸化物粉末とから製造された焼結体を使用すると、
前記第二の態様の複合材料が得られる。
して、銀粉末と、(a) 金属換算で1〜20重量%の錫酸化
物粉末と、金属換算で0.01〜8重量%のMg等の(b) の元
素の酸化物粉末とから製造された焼結体を使用すると、
前記第二の態様の複合材料が得られる。
【0032】さらに、この態様において、前記の焼結体
として、銀粉末と、(a) 金属換算で1〜20重量%の錫酸
化物粉末と、金属換算で0.01〜15重量%のCd等の(c) の
元素の酸化物とから製造された焼結体を使用すると、前
記第三の態様の複合材料が得られる。
として、銀粉末と、(a) 金属換算で1〜20重量%の錫酸
化物粉末と、金属換算で0.01〜15重量%のCd等の(c) の
元素の酸化物とから製造された焼結体を使用すると、前
記第三の態様の複合材料が得られる。
【0033】さらにまた、前記の焼結体として、銀粉末
と、(a) 金属換算で1〜20重量%の錫酸化物粉末と、金
属換算で0.01〜8重量%のMg等の(b) の元素の酸化物粉
末と、金属換算で0.01〜15重量%のCd等の(c) の元素の
酸化物とから製造された焼結体を使用すると、前記第四
の態様の複合材料が得られる。
と、(a) 金属換算で1〜20重量%の錫酸化物粉末と、金
属換算で0.01〜8重量%のMg等の(b) の元素の酸化物粉
末と、金属換算で0.01〜15重量%のCd等の(c) の元素の
酸化物とから製造された焼結体を使用すると、前記第四
の態様の複合材料が得られる。
【0034】
【作用】図1に、銀−酸素系の温度対圧力状態図を示
す。本発明の方法において、出発混合物が錫、(b) 及び
/又は(c) の元素を金属状態で含む場合は、ある程度異
なった状態図になる。しかし、図1の状態図は、本発明
の方法を理解するのに役立つ。系が、液相と固相が共存
する状態(図1においてα+Lと示された領域)に置か
れると、銀相が部分的に液相化しているので、外側の酸
素圧によって酸素が系の中に浸透、拡散を起こしやす
い。この酸素拡散速度は、従来の内部酸化法で固溶体に
酸素を拡散する速度にに比し著しく大きい。酸素は液相
を通って運搬される。もし、系中に錫、(b) の元素及び
/又は(c) の元素が金属状態で存在すると、これらは酸
化されることになる。酸化は系の表面から進行する。例
えば、系中に錫が存在すると、酸化の進行に伴い、液相
化した銀−錫の溶体から錫が酸化されて SnO2 微粒子と
して析出して純銀相が生成する。このプロセスが順次表
面から深部へ向かって進行し、終には系全体が銀母基質
中に錫酸化物微粒子が均一に分散した状態になると考え
られる。
す。本発明の方法において、出発混合物が錫、(b) 及び
/又は(c) の元素を金属状態で含む場合は、ある程度異
なった状態図になる。しかし、図1の状態図は、本発明
の方法を理解するのに役立つ。系が、液相と固相が共存
する状態(図1においてα+Lと示された領域)に置か
れると、銀相が部分的に液相化しているので、外側の酸
素圧によって酸素が系の中に浸透、拡散を起こしやす
い。この酸素拡散速度は、従来の内部酸化法で固溶体に
酸素を拡散する速度にに比し著しく大きい。酸素は液相
を通って運搬される。もし、系中に錫、(b) の元素及び
/又は(c) の元素が金属状態で存在すると、これらは酸
化されることになる。酸化は系の表面から進行する。例
えば、系中に錫が存在すると、酸化の進行に伴い、液相
化した銀−錫の溶体から錫が酸化されて SnO2 微粒子と
して析出して純銀相が生成する。このプロセスが順次表
面から深部へ向かって進行し、終には系全体が銀母基質
中に錫酸化物微粒子が均一に分散した状態になると考え
られる。
【0035】温度対圧力状態図は、錫、前記(b) の元素
及び/又は前記(c) の元素の存在又は不存在、並びに含
有量によって異なるので、液相が現れる温度及び圧力は
一概には言えない。しかし、一定の出発混合物について
温度及び圧力を高めて行くことによって固相のみの状態
から固相と液相とが共存する状態へ移行するので、かか
る状態はいずれの系についても当業者は容易に見出すこ
とができる。系のごく一部でも液相化すれば酸素の拡散
速度は飛躍的に増大する。したがって、液相が存在する
限り、低い圧力、温度でよい。このような条件が、エネ
ルギー消費が小さく有利である。固相と液相は広範囲の
状態(特に一定の温度範囲においては圧力の上限はな
い)において共存するが、温度 350〜830 ℃、圧力 100
〜450 気圧の範囲で、共存状態を見出して本発明の方法
を行うのが実際的である。
及び/又は前記(c) の元素の存在又は不存在、並びに含
有量によって異なるので、液相が現れる温度及び圧力は
一概には言えない。しかし、一定の出発混合物について
温度及び圧力を高めて行くことによって固相のみの状態
から固相と液相とが共存する状態へ移行するので、かか
る状態はいずれの系についても当業者は容易に見出すこ
とができる。系のごく一部でも液相化すれば酸素の拡散
速度は飛躍的に増大する。したがって、液相が存在する
限り、低い圧力、温度でよい。このような条件が、エネ
ルギー消費が小さく有利である。固相と液相は広範囲の
状態(特に一定の温度範囲においては圧力の上限はな
い)において共存するが、温度 350〜830 ℃、圧力 100
〜450 気圧の範囲で、共存状態を見出して本発明の方法
を行うのが実際的である。
【0036】出発混合物を目的とする温度及び酸素分圧
の状態に持っていく方法は何ら限定されないが、例えば
まず温度を必要な温度に調節し、次にα領域からα+L
領域の方へ酸素分圧を所要値に制御する方法でもよい。
又、酸素分圧をある目標まで高めた後にα+Ag2 O領
域からα+L領域の方へ温度を徐々に挙げる方法でもよ
い。
の状態に持っていく方法は何ら限定されないが、例えば
まず温度を必要な温度に調節し、次にα領域からα+L
領域の方へ酸素分圧を所要値に制御する方法でもよい。
又、酸素分圧をある目標まで高めた後にα+Ag2 O領
域からα+L領域の方へ温度を徐々に挙げる方法でもよ
い。
【0037】
【実施例】実施例1〜10 各実施例の試料を下記の方法A−Eのいずれかの方法で
作製した。各実施例の試料の組成及び製造方法を表2に
示す。 方法A:所定の割合で錫を含有する銀−錫合金を、厚さ
1/10の純銀層を裏張した状態で、通常の熱間圧延法
で厚さ1mmに圧延し、得られた板から寸法4.5mm
φ×1mmのディスクを打抜きする。このディスクの全
表面にバレル銀メッキ法で厚さ3ミクロンに銀メッキを
施し、試料を調製する。 方法B:Mg、Zr、Cd、Sb等の前記(a)群及び
/又は(b)群の少なくとも1種を含む銀−錫合金の溶
解湯を、炭素板鋳型に設けられた直径4.5mm、深さ
1.0mmの穴で鋳造した後、金型で急冷し、寸法4.
5mmφ×1mmのディスクを作る。得られたディスク
の全表面にバレル銀メッキ法で厚さ5ミクロンに銀メッ
キを施し、試料を調製する。 方法C:錫30重量%を含有する銀−錫合金の溶湯を窒
素ガス中に噴射して粉末状にした。得られた銀−合金粉
末と銀粉末を、錫の割合が所定値になるように混合した
のち、振動ミルで粉砕する。得られた混合粉末を、1ト
ンの加圧下で寸法4.5mmφ×1.1mmのディスク
の成形する。得られた圧粉成形体を窒素雰囲気中、75
0℃に1時間保持して仮焼結後、再成形して寸法を4.
5mmφ×1.0mmに調整し、試料とする。 方法D:錫75重量%と残部Mg、Zr、Ca、Al、
Ce、Cr、Mn及びTiの少なくとも1種とからなる
金属間化合物の溶湯を窒素ガス中に噴射して粉末状にし
た。得られた錫合金粉末と銀粉末を、錫及びMg等の量
が所定値になるように混合したのち、振動ミルで粉砕す
る。得られた混合粉末を方法Cと同様にして圧粉成形、
仮焼結、再成形に供し、試料とする。 方法E:銀粉末、酸化錫粉末及び必要に応じて使用され
る他の金属酸化物の粉末を各成分が金属換算で所定量に
なるように混合したのち、振動ミルで粉砕する。得られ
た混合粉末を方法Cと同様にして圧粉成形、仮焼結、再
成形に供し、試料とする。 実施例1〜10の試料の耐熱性ステンレス鋼製の耐熱容
器に入れ、密閉し、酸素気流中で510℃まで昇温後、
徐々に酸素分圧を414気圧まで上げ、8時間保持し
た。その後、500℃、500気圧の条件で10分間保
持した。その後、減圧し、徐々に冷却した。上記実施例
で得られた複合体を切断し、切断面を検査したところ、
粒径0.1μm以下の酸化物粒子が均一に分散し、銀母
基質と密着して空隙がないことがわかった。
作製した。各実施例の試料の組成及び製造方法を表2に
示す。 方法A:所定の割合で錫を含有する銀−錫合金を、厚さ
1/10の純銀層を裏張した状態で、通常の熱間圧延法
で厚さ1mmに圧延し、得られた板から寸法4.5mm
φ×1mmのディスクを打抜きする。このディスクの全
表面にバレル銀メッキ法で厚さ3ミクロンに銀メッキを
施し、試料を調製する。 方法B:Mg、Zr、Cd、Sb等の前記(a)群及び
/又は(b)群の少なくとも1種を含む銀−錫合金の溶
解湯を、炭素板鋳型に設けられた直径4.5mm、深さ
1.0mmの穴で鋳造した後、金型で急冷し、寸法4.
5mmφ×1mmのディスクを作る。得られたディスク
の全表面にバレル銀メッキ法で厚さ5ミクロンに銀メッ
キを施し、試料を調製する。 方法C:錫30重量%を含有する銀−錫合金の溶湯を窒
素ガス中に噴射して粉末状にした。得られた銀−合金粉
末と銀粉末を、錫の割合が所定値になるように混合した
のち、振動ミルで粉砕する。得られた混合粉末を、1ト
ンの加圧下で寸法4.5mmφ×1.1mmのディスク
の成形する。得られた圧粉成形体を窒素雰囲気中、75
0℃に1時間保持して仮焼結後、再成形して寸法を4.
5mmφ×1.0mmに調整し、試料とする。 方法D:錫75重量%と残部Mg、Zr、Ca、Al、
Ce、Cr、Mn及びTiの少なくとも1種とからなる
金属間化合物の溶湯を窒素ガス中に噴射して粉末状にし
た。得られた錫合金粉末と銀粉末を、錫及びMg等の量
が所定値になるように混合したのち、振動ミルで粉砕す
る。得られた混合粉末を方法Cと同様にして圧粉成形、
仮焼結、再成形に供し、試料とする。 方法E:銀粉末、酸化錫粉末及び必要に応じて使用され
る他の金属酸化物の粉末を各成分が金属換算で所定量に
なるように混合したのち、振動ミルで粉砕する。得られ
た混合粉末を方法Cと同様にして圧粉成形、仮焼結、再
成形に供し、試料とする。 実施例1〜10の試料の耐熱性ステンレス鋼製の耐熱容
器に入れ、密閉し、酸素気流中で510℃まで昇温後、
徐々に酸素分圧を414気圧まで上げ、8時間保持し
た。その後、500℃、500気圧の条件で10分間保
持した。その後、減圧し、徐々に冷却した。上記実施例
で得られた複合体を切断し、切断面を検査したところ、
粒径0.1μm以下の酸化物粒子が均一に分散し、銀母
基質と密着して空隙がないことがわかった。
【0038】実施例11及び12 実施例11及び12の試料を前記の方法Aで作製した。試料
の組成は表1に示す。この試料を 700℃、酸素分圧 200
気圧の条件に5時間保持した。次に、該圧力を 350気圧
まで高め、該気圧に10分間保持した後、1気圧まで減圧
後冷却した。
の組成は表1に示す。この試料を 700℃、酸素分圧 200
気圧の条件に5時間保持した。次に、該圧力を 350気圧
まで高め、該気圧に10分間保持した後、1気圧まで減圧
後冷却した。
【0039】比較例1及び2 表1に示す組成を有する銀合金を700 ℃、酸素分圧10気
圧の条件で内部酸化に供した。
圧の条件で内部酸化に供した。
【0040】比較例3及び4 それぞれ、実施例11及び12と同様に作製した比較例
3、4の試料を700℃、酸素分圧30気圧の条件に5
時間保持した。酸化は表面から1mm以下の深さで停止
しており、酸化不可能と判定した。
3、4の試料を700℃、酸素分圧30気圧の条件に5
時間保持した。酸化は表面から1mm以下の深さで停止
しており、酸化不可能と判定した。
【0041】上記実施例及び比較例で処理済の試料の硬
度、電導度を測定した。結果を表1に示す。
度、電導度を測定した。結果を表1に示す。
【0042】さらに、試料を接点支持合金に、Ag-In 15
%-Sn 13%(重量)の組成である銀ローで溶着し、下記
の電気的試験を行った。
%-Sn 13%(重量)の組成である銀ローで溶着し、下記
の電気的試験を行った。
【0043】1) 開閉試験 ASTM試験機を用いて、誘導負荷の過負荷条件で開閉
試験を行った。交流 220 V, 電流 50 A, 力率 0.28,
開閉頻度 60 回/分、接触荷重 400 gf/組, 開離力 600
gf, 回数3万回の条件で行う。ただし、接点に異常消
耗又は溶着が認められた時点で中止する。接点に使用し
た試料の消耗重量を測定し、接点の試験後の表面状態を
肉眼で観察した。
試験を行った。交流 220 V, 電流 50 A, 力率 0.28,
開閉頻度 60 回/分、接触荷重 400 gf/組, 開離力 600
gf, 回数3万回の条件で行う。ただし、接点に異常消
耗又は溶着が認められた時点で中止する。接点に使用し
た試料の消耗重量を測定し、接点の試験後の表面状態を
肉眼で観察した。
【0044】2)溶着試験 充電式コンデンサーを使用して放電による耐溶着電流の
最大値を測定した。コンデンサー放電によるピーク電流
値を500 A ずつ上昇させていった。接点接触圧力 500 g
/組を超え、開離に必要な力が1500g を超えた時、溶着
と判定した。結果を表2に示す。
最大値を測定した。コンデンサー放電によるピーク電流
値を500 A ずつ上昇させていった。接点接触圧力 500 g
/組を超え、開離に必要な力が1500g を超えた時、溶着
と判定した。結果を表2に示す。
【0045】
【0046】
【0047】(注)本発明の実施例の複合材料を使用し
た接点では、従来のものに比較してアーク量が少なく、
遮断時間が短縮されていた。
た接点では、従来のものに比較してアーク量が少なく、
遮断時間が短縮されていた。
【0048】
【発明の効果】本発明により提供される、銀−錫酸化物
複合材料は、従来の内部酸化法によって製造されたもの
とは異なり、酸化錫等が硬質で緻密な結晶構造を有する
微粒子状態で銀母基質の表面から深部に到るまで該銀母
基質と良好な濡れ性を有する結合状態で該銀母基質中に
均一に分散しているので、物理的、化学的に強度が優れ
ている。また、従来の内部酸化法では約4重量%程度の
酸化錫の添加しかできなかったが、本発明の複合材料は
1〜15重量%の酸化錫を含有せしめることができ、さら
に強度の向上が可能である。
複合材料は、従来の内部酸化法によって製造されたもの
とは異なり、酸化錫等が硬質で緻密な結晶構造を有する
微粒子状態で銀母基質の表面から深部に到るまで該銀母
基質と良好な濡れ性を有する結合状態で該銀母基質中に
均一に分散しているので、物理的、化学的に強度が優れ
ている。また、従来の内部酸化法では約4重量%程度の
酸化錫の添加しかできなかったが、本発明の複合材料は
1〜15重量%の酸化錫を含有せしめることができ、さら
に強度の向上が可能である。
【0049】また、従来の内部酸化法では錫などの酸化
に長時間を必要としていた。特に、肉厚材料の製造は困
難であった。しかし、これに比較して本発明の複合材料
を製造する方法によれば、著しく短時間で製造を行うこ
とができ、生産性が大きく改善され、しかも肉厚の複合
材料も容易に製造できる。
に長時間を必要としていた。特に、肉厚材料の製造は困
難であった。しかし、これに比較して本発明の複合材料
を製造する方法によれば、著しく短時間で製造を行うこ
とができ、生産性が大きく改善され、しかも肉厚の複合
材料も容易に製造できる。
【図1】銀−酸素系の温度対圧力状態図である。
Claims (9)
- 【請求項1】銀母基質と、(a)金属換算で1〜20重
量%の銀酸化物とからなり、(a)の銀酸化物が粒径
0.1μm以下の微粒子状態で銀母基質の表面から深部
に至るまで該銀母基質と良好な濡れ性を有する結合状態
で該銀母基質中に均一に分散されてなる銀−錫酸化物複
合材料の製造方法であって、 (A)銀と、(a)金属換算で1〜20重量%の金属状
及び/又は酸化物状の錫とを含有する混合物を、加熱
し、かつ酸素分圧で高めることにより液相と固相が共存
する状態に置き、これにより金属状の錫が存在する場合
にはその全量を酸化物として析出させる工程、及び (B)次にこのように処理された混合物を冷却しかつ酸
素分圧を低下させる工程 を有する銀−錫酸化物複合材料の製造方法。 - 【請求項2】銀母基質と、(a)金属換算で1〜20重
量%の錫酸化物と、(b)金属換算で0.01〜8重量
%のMg、Zr、Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びT
iからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化
物及び/又は(c)金属換算で0.01〜15重量%の
Cd、Sb、In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる群
から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物とからな
り、(a)の錫酸化物並びに(b)及び/又は(c)の
金属の酸化物が粒径0.1μm以下の微粒子状態で銀母
基質の表面から深部に到るまで該銀母基質と良好な濡れ
性を有する結合状態で該銀母基質中に均一に分散されて
なる銀−錫酸化物複合材料の製造方法であって、 (A)銀と、(a)金属換算で1〜20重量%の金属状
及び/又は酸化物状の錫と、(b)金属換算で0.01
〜8重量%の金属状及び/又は酸化物状のMg、Zr、
Ca、Al、Ce、Cr、Mn及びTiからなる群から
選ばれる少なくとも1種の元素及び/又は(c)金属換
算で0.01〜15重量%の金属状及び/又は酸化物状
のCd、Sb、In、Bi、Zn及び鉄族金属からなる
群から選ばれる少なくとも1種の元素とを含有する混合
物を、加熱し、かつ酸素分圧を高めることにより液相と
固相が共存する状態に置き、これにより金属状のものが
存在する場合には錫、並びに前記(b)の元素及び/又
は前記(c)の元素の金属状のものの全量を酸化物とし
て析出させる工程、及び (B)次にこのように処理された混合物を冷却しかつ酸
素分圧を低下させる工程 を有する銀−錫酸化物複合材料の製造方法。 - 【請求項3】請求項1又は2の方法であって、(A)工
程で使用の前記混合物が合金である方法。 - 【請求項4】請求項1又は2の方法であって、(A)工
程で使用の前記混合物が焼結体である方法。 - 【請求項5】請求項4の方法であって、前記焼結休が、
銀粉末と、銀及び錫からなる合金粉末とから製造された
焼結体である方法。 - 【請求項6】請求項4の方法であって、前記焼結体が、
銀粉末と、銀、(a)錫、並びに前記(b)の元素及び
/又は前記(c)の元素からなる合金粉末とから製造さ
れた焼結体である方法。 - 【請求項7】請求項4の方法であって、前記焼結体が、
銀粉末と、(a)錫、並びに前記(b)の元素及び/又
は前記(c)の元素からなる合金粉末とから製造された
焼結体である方法。 - 【請求項8】請求項1の方法であって、(A)工程で使
用の前記混合物が、銀粉末と、(a)粒径0.1μm以
下の錫酸化物粉末とから製造された焼結体である方法。 - 【請求項9】請求項2の方法であって、(A)工程で使
用の前記混合物が、銀粉末と、(a)粒径0.1μm以
下の錫酸化物粉末と、前記(b)の元素の粒径0.1μ
m以下の酸化物粉末及び/又は前記(c)の元素の粒径
0.1μm以下の酸化物粉末とから製造された焼結体で
ある方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2414428A JP2557143B2 (ja) | 1989-12-26 | 1990-12-26 | 銀−錫酸化物複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1-338005 | 1989-12-26 | ||
JP33800589 | 1989-12-26 | ||
JP2414428A JP2557143B2 (ja) | 1989-12-26 | 1990-12-26 | 銀−錫酸化物複合材料の製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8073257A Division JPH08239725A (ja) | 1989-12-26 | 1996-03-04 | 銀−錫酸化物複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04128331A JPH04128331A (ja) | 1992-04-28 |
JP2557143B2 true JP2557143B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=26575976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2414428A Expired - Lifetime JP2557143B2 (ja) | 1989-12-26 | 1990-12-26 | 銀−錫酸化物複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2557143B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3799977A1 (en) | 2019-10-01 | 2021-04-07 | ABB Schweiz AG | Method for manufacturing an ag-based electrical contact material, an electrical contact material and an electrical contact obtained therewith |
CN115725871A (zh) * | 2022-11-08 | 2023-03-03 | 浙江福达合金材料科技有限公司 | 一种银氧化锡电触头材料的制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4452651A (en) * | 1982-07-08 | 1984-06-05 | Chugai Denki Kogyo K.K. | Electrical contact materials and their production method |
JPS63250431A (ja) * | 1987-04-08 | 1988-10-18 | Tokuriki Honten Co Ltd | 銀−金属酸化物系接点用材料およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-12-26 JP JP2414428A patent/JP2557143B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04128331A (ja) | 1992-04-28 |
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