JP5559183B2 - 電気接点用半完成品の製造方法、及び、電気接点用半完成品、及び、電気接点部材 - Google Patents

Description

本発明は、電気接点形成用の銀ベース複合材料でなる上面と、前記複合材料中に埋め込まれた一以上の金属酸化物又はカーボンと、前記複合材料がその上に位置される半田付け又は接合が容易な支持層とを有する、電気接点用の半完成品の製造方法に関する。

金属酸化物又はカーボン粒子が埋め込まれてなる銀ベース複合材料は、接合又は半田付けできないか、又は非常な困難を伴う。この理由で、電気接点用の半完成品を製造するときには、接点材料の下面は、金属を半田付け又は接合容易な支持層が備えられる。銀の支持層は、銀の帯をメッキすることにより接点材料に比較的容易に適用できるが、かなり安価な銅又は他の卑金属でなる接合可能な支持層を適用するには、かなりの問題を生じる。銀に対して、銅酸化物は空気にさらされると非常に早く酸化し、酸化層のため、例え圧力をかけたり温度を上げても銅の帯は接点材料に付着しないか、非常に付着しにくい。

特許文献１から、不活性ガス雰囲気又は減圧雰囲気下で、温度を上げて金属箔又は金属粉末層と共に小さな接点板にプレスすることによって、金属酸化物粒子が半田付け又は接合可能な支持層に埋め込まれた銀ベース複合材料でなる小さな接点板を与えることが知られている。１つのプレス技術を用いた半完成品の製造が特許文献２からも知られている。これは、銅粉末でなる下層と銀および金属酸化物でなる複合粉末で作られた上層を互いにプレスし、次いで不活性雰囲気中で焼結することによる２層成形の製造を開示している。

ＥＰ ０ ２９９ ０９９ Ｂ１号公報 ＤＥ ３２ １２００５ Ｃ２号公報（日本の特開昭５８−１８１８０６号公報が対応）

本発明の目的は、電気接点形成用の銀ベース複合材料でなる上面と、半田付け又は接合が容易な卑金属でなる下面を有する、電気接点用の帯状半完成品を安価に製造可能な方法を示すことにある。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法により達成される。本発明の有利な改良は、従属クレームの主題である。

本発明によれば、電気接点形成用の銀ベース複合材料でなる上面と、半田付け又は接合が容易な卑金属でなる下面を有する、電気接点用の帯状半完成品が安価に製造可能となる。

本発明による方法においては、先ず、粉末冶金プロセスを用いて、例えば、銀の粉末を金属酸化物の粉末と混合し、プレスし、次いで焼結することによって、銀ベース複合材料でなるブロックが製造される。例えば、銀の粉末を卑金属の粉末と混合し、プレスし、次いで酸化雰囲気中で焼結することにより、金属酸化物の粒子が卑金属粒子の酸化によって製造されるようにすることも可能である。

２番目のステップで、粉末冶金で製造された前記ブロックは、仕上された半完成品中で支持層を形成することを意図された半田付け又は接合が容易な卑金属でなる粉末によって回りをカバーされ、次いで、好ましくは５００ｂａｒから２５００ｂａｒの圧力で、静水圧プレスされる。支持層を形成するために用いられる卑金属は、ニッケル、鉄又は銅及びこれらの金属の合金であることができ、銅及び銅ベース合金、特に真鍮が好ましい。

好ましくは静水圧プレスされた前記ブロックは、次の製造ステップで、非酸化条件下で焼結される。このプレスされたブロックは、例えば、減圧雰囲気、不活性雰囲気又は真空中で焼結される。焼結は、複合材料の銀と銀ベース複合材料で作られたブロックの回りをカバーする卑金属との液体共晶相の形成を防ぎながら行われる。

液体共晶相の形成は、共晶形成温度よりも低い温度、例えば、銅を卑金属として用いるときには銀−銅共晶の形成温度である７７９℃よりも低い温度で焼結を行うことによって容易にほぼ防止される。液体共晶相の形成は、しかしながら、複合材料でなるブロックと卑金属粉末で形成されたカバーの間に拡散障壁として作用する中間層を与えることによっても防止される。そのような中間層は、特に、複合材料で作られたブロックを、拡散障壁を形成する材料でなる箔で包むことによっても形成される。複合材料ブロックを包んだ後、この包まれたブロックの周りに卑金属粉末が与えられ、静水圧プレスにより結合されることもできる。特に、鉄、ニッケル又はコバルト及びこれらの金属の合金でなる中間層が拡散障壁として適当であり、ニッケルとニッケル合金が特に好ましい。拡散障壁として作用する中間層の寸法は、仕上られた半完成品中で、少なくとも厚み３μｍ、特に少なくとも厚み５μｍ、より好ましくは厚み１０μｍ〜５０μｍであることが好ましい。

特に好ましい実施形態において、焼結は、先ず、減圧雰囲気、特に水素中で、７００℃より低い温度で行われ、次いで、不活性雰囲気下、特に、窒素下、又は真空中で、より高い温度、好ましくは少なくとも７５０℃で行われる。このようにして、最初の減圧雰囲気下での焼結ステップで、複合材料の金属酸化物粒子、例えば錫酸化物や亜鉛酸化物を減らすことなく、卑金属粉末、例えば銅の粒が存在する可能性がある酸化物層が減らされる。

２番目の不活性雰囲気下又は真空下での焼結ステップで、金属粉末の粒が互いに及び複合材料ブロックにしっかり結合するよう、焼結温度を上げることができる。

焼結後、ブロックは押出成形によって、加工、好ましく熱間加工される。その後、複合材料の上面と、卑金属でなる半田付け又は接合容易な下面を有する少なくとも１つの部分ストランドが製造される。押出成形によって形成されたストランドを、その長手方向に分割することによって、好ましくは２つのそのような部分ストランドが作られる。勿論、分離面に対して垂直な追加の長手方向分割を行うことも可能である。好ましくは２つの部分ストランドが作られるという情報は、少なくとも２つを意味すると解釈されるべきである。しかしながら、押出成形によって形成されたストランドの一方側の卑金属を、例えばフライス削りによって除去して、複合材料でなる表面を曝すことにより、ただ１つの部分ストランドを生成することも可能である。

焼結後、卑金属は、通常、十分な強度でブロックに付着し、その結果、ブロックは、押出し型中に正確に適合して挿入されるよう、成形される。例えば、プレスし次いで焼結することによって、ほぼシリンダ状のブロックが製造され、その側面領域は、押出成形前に旋盤加工するプロセスが行われ、押出し型の寸法への適合が達成される。ブロックは、好ましくは、押出成形によってシリンダ状から矩形断面を有する形状に加工される。

押出成形は、好ましくは少なくとも６００℃の温度、特に７００℃と９５０℃の間で行われる。この方法は、押出成形によって有利な高い圧縮が達成されるという利点を有する。特に、ストランドが理論的に可能な密度の９９．９％の相対密度を有することが達成されるので好ましい。

押出成形によって形成されたストランドを長手方向に分割することによって、接点形成用半完成品の上面を形成する銀ベース複合材料でなる層と、半田付け又は接合容易な卑金属でなる支持層を有する半完成品が得られる。

ストランドの接点形成用上面から、半田付け及び接合容易な下面に伸びるストランドの２つの側面は、好ましくは、特に切断又はフライス削りによってトリミングされる。このようにして、半完成品の更なる処理、又は半完成品と共に製造された電気接点の後での使用の際に、支持層の材料が接点面に到達せず、その機能を損なわないことが保証される。押出成形によって形成されたストランドの側面は、ストランドの長手方向分割の前又は後に任意にトリミングされる。

押出成形によって形成されたストランドの厚みを圧延、特に冷間圧延によって減少させることが好ましい。このようにして、帯状半完成品が特に有利に製造される。ストランドを長手方向に分割した後で、部分ストランド（単数又は複数）が圧延されることが特に好ましい。更に、ストランドの厚みは、半完成品の機械的性質が不利に損なわれるのを避けるため、圧延の際に、元の厚みの５０％以下に減少させないことが好ましい。特に厚みを５０％より多く減少させると、材料が硬くなり過ぎるリスクがある。ストランドの厚みは、圧延の際に元の厚みの３０〜５０％減少させることが特に好ましい。

本発明の有利な改良により、酸化が防止された金属粉末が複合材料ブロックの回りをカバーするのに用いられる。即ち、複合材料でなるブロックの回りがカバーされる卑金属でなる粉末の粒子は、有機コーティングによって酸化から防止される。このようにして、焼結プロセスを邪魔する干渉酸化層の形成に対抗することができる。有機コーティングは、好ましくは、焼結の際に残りを生じることなく揮発、例えば蒸発するように選択される。

本発明の方法において、複合材料として、好ましくは、銀−金属酸化物複合材料が用いられる。用いられる金属酸化物は、特に、錫酸化物、及び／又は、亜鉛酸化物、及び／又は、インジウム酸化物、及び／又は、カドミウム酸化物であることができる。例えば、ビスマス酸化物又はタングステン酸化物を用いることも可能である。本発明に従って用いられる複合材料を、複数の金属酸化物で構成することも可能である。同様に、複合材料は、唯一つの単一の金属酸化物を含むことも可能である。複合材料の金属酸化物成分は、好ましくは、先ず錫酸化物であることが好ましい。他の選択肢として、又はこの金属酸化物に加えるものとして、使用される銀ベース接点材料は、例えばグラファイトの形であるカーボンを含むことも可能である。

卑金属粉末によって回りがカバーされた複合材料ブロックは、好ましくは冷間静水圧プレスされる。冷間静水圧プレスは、室温で困難を伴うことなく行われる。一般的に、冷間静水圧プレスは、高い温度でも行われるが、卑金属が雰囲気中の酸素の存在下で殆ど酸化されないような温度で行われることが望ましい。

［実施例１］
銀粉末と錫酸化物の粉末を混合し、冷間で静水圧プレスし、次いで焼結することによって、銀ベース接点材料でなるシリンダ状ブロックが製造された。このブロックは、例えば、重量で８〜１４％の金属酸化物を含み、残りが銀であることができる。

この複合材料ブロックは、ニッケル又はニッケル鉄合金でなる箔によって包まれた。この包まれたブロックは、次いで、酸化保護された銅又は真鍮の粉末によって回りをカバーされ、冷間静水圧プレスされた。

この静水圧プレスされたブロックは、減圧雰囲気中、例えば水素下で、７００℃の温度で、例えば３０分間〜１時間焼結され、次いで、窒素下で８００℃から９００℃で、例えば２〜５時間焼結された。この焼結されたブロックは、次いで、旋盤加工され、押出プレス中に正確に適合して挿入されるようにされた。次いで、このブロックは押出成形で、７５０℃から７７５℃の温度で、そのシリンダ形状から矩形断面を持つ形状に成形された。

このようにして製造されたストランドの側面は切断され、次いでストランドが長手方向に分割された。このようにして形成された部分ストランドは、次いで冷間圧延され、その厚みを３０〜５０％、例えば４５％減少された。このようにして製造された帯状半完成品は、複合材料層の厚みのほぼ１０〜２０％の厚みの支持層を有し、半完成品の部分を切断し、特定の適用分野の要請に従って成形することにより、電気接点部材を製造するのに用いられた。

［実施例２］
銀の粉末とグラファイトの粉末を混合し、冷間で静水圧プレスし、次いで焼結することによって、銀ベース接点材料でなるシリンダ状のブロックが製造された。このブロックは、例えば、重量で２〜５％のカーボンを含み、残りは銀であることができる。この複合材料ブロックは、銅又は銅ベース合金でなる粉末で回りをカバーされ、水素雰囲気下で７５０℃〜７７５℃で数時間焼結された。この焼結されたブロックは、更に、上記の実施例で記載されたように処理される。

Claims (24)

1. 電気接点形成用の銀ベース複合材料でなる上面と、前記複合材料中に埋め込まれた一以上の金属酸化物又はカーボンと、前記複合材料を支持する、半田付け又は接合が容易な卑金属でなる支持層とを有する、電気接点用の、ストランド状、又は、帯状の少なくともいずれか一方の半完成品の製造方法であって、
   粉末冶金プロセスを用いて銀ベース複合材料からシリンダ状のブロックを製造するステップと、
   複合材料でなる該ブロックの回りを、半田付け又は接合が容易な卑金属の粉末でカバーするステップと、
   該卑金属の粉末で回りがカバーされた前記ブロックを静水圧プレスして該卑金属の粉末を圧縮するステップと、
   該プレスされたブロックを、前記複合材料の銀と、前記銀ベース複合材料でなるブロックの回りをカバーする卑金属との液体共晶相の形成を防止する減圧雰囲気中、不活性雰囲気中、又は、真空中で焼結するステップと、
   該焼結されたブロックを押出成形によって矩形断面を持つ形状に成形するステップと、
   複合材料でなる上面と卑金属でなる下面を有する部分ストランドを生成するステップと、
   を有することを特徴とする電気接点用半完成品の製造方法。
2. 前記押出成形によって形成された矩形断面のストランドを、その長手方向に分割することによって、２つの部分ストランドを生成することを特徴とする請求項１に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
3. 前記複合材料が銀−金属酸化物複合材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
4. 前記銀ベース複合材料が、錫酸化物、及び／又は、亜鉛酸化物、及び／又は、インジウム酸化物、及び／又は、カドミウム酸化物を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
5. 前記焼結が、まず、減圧雰囲気中で７００℃より低い温度で行われ、次いで、不活性雰囲気又は真空中で、７００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項３又は４に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
6. 前記銀ベース複合材料でなるブロックの回りをカバーするために使用される卑金属の粉末が、ニッケル、鉄、銅又は銅ベース合金でなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
7. 前記銅ベース合金として、銅と銀、又は、銅と錫、又は、銅とニッケルの合金が用いられることを特徴とする請求項６に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
8. 前記卑金属の粉末の粒子が、有機コーティングによって酸化から保護されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
9. 前記有機コーティング及び焼結条件が、焼結の間に、前記コーティングが残りなく揮発するように選択されていることを特徴とする請求項８に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
10. 前記回りをカバーされたブロックが冷間静水圧プレスされていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
11. 雰囲気酸素の存在下で前記卑金属が殆ど酸化されない温度で前記冷間静水圧プレスが行なわれることを特徴とする請求項１０に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
12. 銀と卑金属の液体共晶相が形成されない温度で、前記焼結が行なわれることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
13. 前記押出成形が、少なくとも６００℃以上で行われることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
14. 前記押出成形によって生成されるストランド又は部分ストランドの厚みが、圧延によって減少させられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
15. 圧延の間に、前記厚みが５０％以上減少させられないことを特徴とする請求項１４に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
16. 接点形成上面から、前記支持層を形成するストランドの半田付け又は接合が容易な下面に延びるストランドの２つの側面が、切断又はフライス削りによりトリミングされていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
17. 前記焼結されたブロックの側面領域が、押出成形の前に旋盤加工されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
18. 前記複合材料のブロックと、卑金属粉末で形成されたカバーの間に、拡散障壁として作用する中間層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
19. 複合材料でなる前記ブロックを、前記拡散障壁を形成する材料で作られた箔で包むことによって前記中間層が形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
20. 前記拡散障壁として作用する中間層が、該中間層用の粉末状金属を、前記複合材料ブロックの周りにカバーとして与え、これを静水圧プレスで結合することによって形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の電気接点用半完成品の製造方法。
21. 前記拡散障壁として作用する中間層が、鉄、ニッケル及び／又はコバルトで形成されていることを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
22. 前記拡散障壁として作用する中間層の寸法が、仕上げられた半完成品中で、少なくとも厚み３μｍとされていることを特徴とする請求項１８乃至２１のいずれかに記載の電気接点用半完成品の製造方法。
23. 請求項１乃至２２のいずれかに記載の方法で製造された電気接点用半完成品。
24. 請求項２３による半完成品を切断して部分を形成することによって製造された電気接点部材。