JP2509799B2 - 電気接点に使用する銀−金属酸化物材料 - Google Patents

電気接点に使用する銀−金属酸化物材料

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気接点への使用に適した銀−金属酸化物
材料に関する。
従来の技術 銀−金属酸化物材料は、導電率が高く、接点間に生じ
る溶着に対する耐性を有するため、電気装置のリレー等
の接点として広く使用されている。銀は高い導電率を有
し、金属酸化物は耐溶着性を有する。現在、所望の導電
率と耐溶着性を有し、かつ容易に生成し得るという理由
から、銀−カドミウム酸化物が接点材料として選択的に
用いられている。銀−カドミウム酸化物から成る接点材
料は概ね、約7重量パーセントから約13重量パーセント
の酸化物を含む。
最近、気中のカドミウム及びカドミウム酸化物粒子の
毒性に対する不安が高まり、製造環境におけるこれら粒
子の許容量を低減させるいくつかの法的規定が提案され
ている。これらの規定に適合するためには、製造工程の
変更が必要となり、このため商業上販売される銀−カド
ミウム酸化物の価格が非常に高くなるであろう。結果的
に、銀−カドミウム酸化物は、接点材料としては次第に
排除される傾向にある。こうした事態になった場合、理
論的に次に使用されるのは銀−錫酸化物である。銀−錫
酸化物は、銀−カドミウム酸化物のような毒性に対する
不安がなく、かつ、優れた接点特性を有する。いくつか
の適用例では、銀−錫酸化物は7重量パーセントの酸化
物から10重量パーセントの酸化物を含有することが適当
であるが、多くの場合は適度の耐溶着性をもたせるため
に少なくとも約10重量パーセントの錫酸化物の含有が要
求される。
銀−錫酸化物接点材料の製造法にはいくつかある。最
も簡明な製造法は、銀−錫合金中の錫を酸化する方法で
ある。しかしながら、銀−錫合金を酸化条件下におく
と、好ましくない難分離性の保護酸化物被膜を形成し、
このため内部酸化が妨げられる。結果として、この製法
では約8重量パーセントを超える錫酸化物を含有する材
料を生成することができない。こうした制限を克服する
ため、高圧純水酸素雰囲気中で銀−錫合金を酸化しよう
という努力がなされているが未だ成功には至っていな
い。
米国特許第4,472,211号には銀−錫合金の内部酸化方
法が開示されている。この方法においては、先ず銀−錫
合金を、真空、水素及びアルゴン雰囲気のような非酸化
または還元雰囲気のもとで高温として、部分的昇華、還
元、もしくは抽出によって合金表面の溶質金属または酸
化物の濃度を低下させる。その後、酸素雰囲気中、高温
下で銀−錫合金を内部酸化する。
銀−錫酸化物材料は、銀酸化物粉末および銀粉末を混
合及び圧縮して得られる。この方法により生成された材
料は、10重量パーセントを超える錫酸化物を含有する。
しかしながら、それら銀−錫酸化物材料は電気接点の使
用に不適な割れを有することが多い。例えば、電気接点
製造のための冷間加工時に錫酸化物粒子の凝集がき裂や
他の物理的欠陥を生じさせることがある。この凝集が起
こるのは、錫酸化物粉末と銀粉末とを均一に混合するの
が困難なためである。この混合性を改善するため、錫酸
化物粉末の粒径を変化させるという試みがなされている
が、未だ成功していない。混合された銀−錫酸化物材料
に見られる他の欠陥は、個々の錫酸化物粒子中の内部割
れによるものである。これらの割れは、特に粒径が5μ
mを超えるものに多く見られ、電気接点製造のための冷
間加工時に銀−錫酸化物材料にき裂や他の物理的欠陥を
引き起こす。
銀−錫酸化物材料の製造法としては、他に少なくとも
二つの方法がある。一つは、水溶液から不溶性の錫化合
物を銀粉末上に析出する方法である。この錫化合物は錫
酸化物に変換され、銀−錫酸化物材料は固めて適当な形
状に成形する。もう一つの方法は、錫と銀酸化物を水溶
液から共析出する方法である。一つ目の方法と同様に、
共析出物の錫化合物は錫酸化物に変換され、その材料は
固めて適当な形状に成形する。これらいずれの方法も適
当な銀−錫酸化物材料を生成できるが、コスト高であ
り、商業ベースで製造するのは困難である。
したがって、この分野において、適当量の酸化物を含
み電気接点に使用できる銀−金属酸化物接点材料の製造
法が求められている。
発明の説明 本発明は、適当量の酸化物を含み、電気接点に使用で
きる銀−金属酸化物接点材料の製造法に関するものであ
る。
本発明の一つの特徴は、銀と、通常の酸化条件下で保
護酸化物被膜を形成する溶質金属とから成る銀−溶質金
属合金を、酸化雰囲気中で、合金の融点以下の温度まで
加熱して酸化することによって、銀−金属酸化物材料を
得る構造法にある。その酸化雰囲気は、酸素と、合金周
囲の保護酸化物被膜の形成を妨げるのに充分な量の気体
のハロゲン化物とを含有する。銀−金属酸化物材料中の
金属酸化物は、溶質金属の酸化物である。銀−金属酸化
物材料は電気接点への使用に好適である。
本発明の別の特徴は、上記の製造法によって得られた
銀−金属酸化物材料にある。
本発明の更に別の特徴は、上記の銀−金属酸化物材料
から成る電気接点にある。
本発明のこれら及び他の特徴並びに利点は、以下の記
載及び添付図面によってより明らかとなる。
図面の簡単な説明 第1図は、従来技術により酸化された銀−錫合金粉末
を示す電子顕微鏡写真である。
第2図は、本発明の製造法により摂氏649度(華氏120
0度)で酸化された銀−錫合金粉末を示す電子顕微鏡写
真である。
第3図は、本発明の製造法により摂氏732度(華氏135
0度)で酸化された銀−錫合金粉末断面を示す電子顕微
鏡写真である。
第4図は、第3図の銀−錫合金粉末断面のX線図であ
り、合金粉末中の錫酸化物粉末の位置を示す。
発明の最適実施態様 本発明は、通常の酸化条件下において保護酸化物被膜
を形成する溶質金属と銀との合金を用いることができ
る。好適な溶質金属としては、銀、鉛、インジウム、モ
リブデン、タンタル、ジルコニウム、ニオブ、ニッケ
ル、タリウム、タングステン、チタンなどがあげられ
る。本発明はまた、特に添加される金属が約5重量パー
セント以下、好ましくは約2重量パーセント以下などの
ように少量である場合、二種類以上の溶質金属から成る
合金を使用することが可能である。該合金は、例えば、
電気接点製造においては公知のように、焼結助剤として
少量のモリブデン、タングステン、チタンもしくはベリ
リウムを含んでもよい。これらの金属は、合金が酸化条
件下におかれた時溶質金属と共に酸化される。該合金
は、粉末、綿材、コンゴットのような処理し易い物理的
形状とするか、または他の従来の形状としてもよい。好
ましくは、粉末状とし、酸化される表面積を増大させ
る。粉末粒子の粒径は問わないが、例えば約−325メッ
シュ(44μmシーブ)から約+235メッシュ(63μmシ
ーブ)とする。小粒径の粒子は、表面積を増大するので
望ましい。
本発明の特徴は、少量の気体ハロゲン化物を含む雰囲
気中で銀−金属合金を酸化することにある。該ハロゲン
化物は、腐食剤として作用し、合金表面に均一な保護酸
化物被膜が形成されるのを防止する。結果的に、酸素は
合金に侵入して溶質金属と反応し、合金中に均一に分散
した金属酸化物粒子を形成する。この製造法によって得
られる金属酸化物の量は、合金中の溶質金属の量のみに
よって決まる。本発明では、いかなるハロゲン化物も適
用できる。中でも酸化物は、腐食性が高く扱い易いた
め、好ましいハロゲン化物である。酸化雰囲気中のハロ
ゲン化物の量は特には限定されない。例えば、ハロゲン
化物の濃度は0.001ppm以下から1000ppm以上までの範囲
にあってもよい。好適な酸化雰囲気は、約0.01ppmから
約1000ppmのハロゲン化物を含む。該ハロゲン化物はど
のような方法で酸化雰囲気中に取り込まれてもよい。例
えば、塩化ナトリウム、フッ化ナトリウム、塩化カリウ
ム、フッ化カリウム、塩化アンモニウム等のハロゲン化
物含有塩を合金粉末と混合し、これを酸化することがで
きる。このハロゲン化物塩は、合金上に平衡な気体濃度
を形成し、ハロゲン化物含有雰囲気を生成する。もしく
は、ハロゲン化物塩または他のハロゲン化物含有化合物
を合金近傍に置いても酸化雰囲気中で平衡濃度を得るこ
とがでる。また、気体ハロゲン化物を酸化雰囲気中に取
り込むには、合金を収容した酸化炉内に塩化水素等のハ
ロゲン化物含有化合物の水溶液を発泡放出する方法があ
る。
銀−金属合金は、この分野で公知の酸化炉等の装置を
使用して、広範囲の条件の下で酸化することができる。
酸化雰囲気としては、溶質金属を酸化するのに充分な酸
素と、保護酸化物被膜の形成を防止するのに充分な気体
ハロゲン化物とを含む雰囲気でもよい。空気は好適な供
給源であるが、望ましくは、酸素の豊富な空気、また
は、純水酸素を用いるのがよい。その圧力は大気圧から
超大気圧まで所望によって使用し得る。温度は合金の融
点以下であって、適正な時間内に酸化が完了しうる温度
であればよく、酸化反応がゆっくり進行する低温が望ま
しい。例えば、約摂氏677度(華氏1250度)ないし約摂
氏788度(華氏1450度)の温度が望ましい。緩慢な酸化
は、多数の小粒径の酸化物粒子が材料中に均一に分散し
て形成されるのを促進する。気体ハロゲン化物が固体塩
によって供給される場合、酸化温度は、溶融塩の急速な
腐食作用を避けるため固体塩の融点以下でなければなら
ない。
本発明の銀−金属酸化物材料を製造するには、少量の
気体ハロゲン化物を含む酸化雰囲気中で、適当な形状を
有する銀−金属合金を適当な酸化温度まで加熱する。酸
化条件は所望の金属酸化物が生成されるまで維持する。
金属酸化物の生成に要する時間は、酸化雰囲気の温度と
酸化分圧とによって決まる。所望であれば、溶質金属の
一部を非酸化状態で残存させ、生成材料の電気抵抗、合
金硬度、もしくは他の性質を高めることができる。その
ため一つの方法は、すべての溶質金属が酸化する前に酸
化雰囲気からハロゲン化物を除去することである。ハロ
ゲン化物が除去されると、合金表面に保護酸化物被膜が
形成され、そこで酸化反応が中止される。酸化を中止さ
せる別の方法は、酸化雰囲気から合金を取り出すことで
ある。銀−金属酸化物材料の残留ハロゲン化物は、ハロ
ゲン化物を酸化雰囲気から除去した後で材料を短時間加
熱し続けるか、または、材料を充分に洗浄してハロゲン
化物をすべて洗出することによって除去することができ
る。ハロゲン化物が塩化物の場合この工程は特に重要で
ある。これはハロゲン化物が非常に腐食性が強いためで
ある。生成材料中の残留ハロゲン化物は、材料を経時的
に劣化させるか、あるいは周辺機器を損なう虞がある。
銀−金属酸化物材料は、公知の方法によって電気接点や
他の部品に成形し得る。例えば、銀−金属酸化物粉末
は、インゴットに固めに後ワイヤに延伸される。このワ
イヤは適当な寸法に切断されて、有頭の電気接点に成形
される。これらまたは他の技術による材料の冷間加工
は、材料中の酸化物分布を良化し、それによって材料の
性質を向上させる。
下記の実施例は、本発明の範囲を限定することなく、
本発明を説明するために示されるものである。
実施例1 従来技術の内部酸化法の欠点を説明するために、以下
の合金生成を行った。−325メッシュ(44μmシーブ)
の銀−錫合金粉末1gを空気中で摂氏649度(華氏1200
度)及び大気圧下に酸化した。合金の錫含有量は当初9.
7重量パーセントであった。この酸化条件において70時
間後、半分をやや上回る量の錫が錫酸化物に変化し、6.
6重量パーセントの錫酸化物を含有する材料が生成され
た。酸化合金はなお、4.4重量パーセントの未酸化の錫
を含有していた。錫の酸化は、粉末粒の周囲に厚さ0.4
μmの均一な保護酸化物被膜が形成されることによって
制限される。酸化物被膜は、第1図に示されるように合
金粒子の周りの白い外殻である。
実施例2 本発明を説明するために、以下の合金生成を行った。
実施例1で用いた銀−錫粉末1gを空気中で摂氏649度及
び大気圧下に70時間酸化した。塩化ナトリウム25mgを銀
−錫粉末に添加して、約6.2ミリパスカル(0.0046ト
ル)の塩化ナトリウム分圧を得た。この時、塩化ナトリ
ウム濃度は約12ppmであった。70時間後、粉末を酸化雰
囲気から除去し、冷却し、生成分析を行った。分析の結
果、材料が11.0重量パーセントの錫酸化物と約0.8重量
パーセントの非酸化錫を含有することが判明した。第2
図は、酸化粉末粒子の表面に不規則な、充分に付着して
いない被膜を矢印で示している。この被膜は、第1図に
示したものとは異なって、合金粒子内部の酸化物粒子の
形成を妨げなかった。
実施例3 実施例1で使用した銀−錫粉末1gを空気中で摂氏732
度(華氏1350度)及び大気圧下で4時間酸化した。塩化
ナトリウム25mgを添加して、酸化雰囲気中に低温度の気
体塩化ナトリウムを生じさせた。この酸化条件において
4時間後、粉末を酸化雰囲気から除去し、冷却し、成分
分析した。分析の結果、材料が11.0重量パーセントの錫
酸化物と約0.8重量パーセントの非酸化錫を含有するこ
とが判明した。合金粒子の一つを切断して、その中心部
の錫酸化物粒子を示した。第3図は、研磨及び腐食処理
後の切断粒子の電子顕微鏡写真である。このサンプルに
おいても、実施例2のサンプルに見られた多孔性の、ゆ
るく付着した被膜が見られる。第4図は切断粒子のX線
図である。矢印が示す暗い中央部の背景に対する白い部
分は、内部の錫酸化物粒子である。
実施例4 実施例1で使用した銀−錫粉末1gを空気中で摂氏788
度(華氏1450度)及び大気圧下で2時間酸化した。塩化
ナトリウム25mgをこの合金粉末に混合して、酸化雰囲気
中に低濃度の気体塩化ナトリウムを生じさせた。この酸
化条件において2時間酸化した後、粉末を酸化雰囲気か
ら除去し、冷却し、分析した。分析の結果、材料が11.5
重量パーセントの錫酸化物と約0.4重量パーセントの非
酸化錫を含有することが判明した。
実施例5 塩化物を除く他のハロゲン化物が同様に保護酸化物被
膜の形成を有効に妨げることを説明するために、実施例
1で使用した銀−錫粉末1gを空気中で摂氏732度(華氏1
350度)及び大気圧下で4時間酸化した。フッ化ナトリ
ウム25mgをこの合金粉末に混合して、酸化雰囲気中に低
濃度の気体フッ化ナトリウムを生じさせた。この酸化条
件において4時間酸化した後、粉末を酸化雰囲気から除
去し、冷却し、分析した。分析の結果、99.8パーセント
の錫が酸化物に変化したことが示された。
本発明は、従来技術よりも多くの利点を有するもので
ある。第一に、銀−金属合金表面の保護酸化物被膜の形
成を妨げるハロゲン化物腐食剤を使用することによっ
て、内部酸化により多量の酸化物を含有する材料の生成
を可能にする。この結果、本発明の銀−金属酸化物材料
は、広範囲にわたる適用において電気接点として使用さ
れるのに好適である。
第二に、内部酸化は、銀−金属酸化物材料中に均一に
分布した小粒径の金属酸化物粒子を形成する。結果的
に、本発明の材料は、電気接点を製造する際に割れや他
の物理的欠陥を引き起こさない。
第三に、本発明は、比較的低温で大気中において内部
酸化を行わしめる。結果として、本願発明の製造法によ
れば従来必要とされた精巧な装置を減じ得る。更に、従
来技術と比較して、低温にもかかわらず、多量の酸化物
含有量を短時間で得られる。

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通常の酸化条件下で保護酸化物被膜を形成
    する溶質金属と銀とを含有する銀−溶質金属合金を、該
    合金表面での保護酸化物被膜の形成を妨げるのに充分な
    量の気体ハロゲン化物と酸素とを含有する酸化雰囲気中
    で、該合金を融点以下の温度まで加熱して酸化し、これ
    によって銀−金属酸化物材料を生成するとともに、該銀
    −金属酸化物材料中の該金属酸化物は該溶質金属の酸化
    物であることを特徴とする、電気接点への使用に好適な
    銀−金属酸化物材料の製造法。
  2. 【請求項2】該合金中の該溶質金属は、錫、亜鉛、イン
    ジウム、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、ニオ
    ブ、ニッケル、サリウム、タングステン、及びチタンか
    ら成るグループから選択されることを特徴とする請求項
    1記載の製造法。
  3. 【請求項3】該合金は、モリブデン、タングステン、チ
    タン、及びベリリウムから成るグループから選択された
    焼結助剤を含み、該焼結助剤が酸化雰囲気中で酸化する
    ことを特徴とする請求項1記載の製造法。
  4. 【請求項4】該合金は、約−325メッシュ(44μmシー
    ブ)ないし約+235メッシュ(63μmシーブ)の粉末状
    であることを特徴とする請求項1記載の製造法。
  5. 【請求項5】該酸化雰囲気はまた空気を含むことを特徴
    とする請求項1記載の製造法。
  6. 【請求項6】更に有効量のハロゲン化物含有化合物を該
    合金と混合することによって、該酸化雰囲気中で該ハロ
    ゲン化物を生成する工程を含む請求項1記載の製造法。
  7. 【請求項7】更に有効量のハロゲン化物含有化合物を酸
    化雰囲気中に置くことによって、該酸化雰囲気中で該ハ
    ロゲン化物を生成する工程を含む請求項1記載の製造
    法。
  8. 【請求項8】更に有効量のハロゲン化物含有化合物の水
    溶液を酸化雰囲気中に発泡放出させることによって、該
    酸化雰囲気中で該ハロゲン化物を生成する工程を含む請
    求項1記載の製造法。
  9. 【請求項9】該酸化雰囲気は約0.001ppmないし1000ppm
    のハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項1記載の
    製造法。
  10. 【請求項10】該ハロゲン化物が塩化物であることを特
    徴とする請求項1記載の製造法。
  11. 【請求項11】該銀−金属酸化物材料は少なくとも約11
    重量パーセントの金属酸化物を含むことを特徴とする請
    求項1記載の製造法。
  12. 【請求項12】更に該銀−金属酸化物材料を洗浄して残
    留ハロゲン化物を除去する工程を含む請求項1記載の製
    造法。
  13. 【請求項13】更に該銀−金属酸化物材料を電気接点に
    成形する工程を含む請求項1記載の製造法。
  14. 【請求項14】銀と通常の酸化条件下で保護酸化物被膜
    を形成する溶質金属とを含有する銀−溶質金属合金を、
    酸素と該合金表面での保護酸化物被膜の形成を妨げるの
    に充分な量の気体ハロゲン化物とを含有する酸化雰囲気
    中で、該合金を融点以下の温度まで加熱して酸化し、こ
    れによって銀−金属酸化物材料を生成するとともに、該
    銀−金属酸化物材料中の該金属酸化物が該溶質金属の酸
    化物であることを特徴とする銀−金属酸化物材料の製造
    法。
  15. 【請求項15】該合金中の該溶質金属は、錫、亜鉛、イ
    ンジウム、モリブデン、タンタル、ジルコニウム、ニオ
    ブ、ニッケル、サリウム、タングステン、及びチタンか
    ら成るグループから選択されることを特徴とする請求項
    14記載の銀−金属酸化物材料。
  16. 【請求項16】該合金は、約−325メッシュ(44μmシ
    ーブ)ないし約+235メッシュ(63μmシーブ)の粉末
    状であることを特徴とする請求項14記載の銀−金属酸化
    物材料。
  17. 【請求項17】該酸化雰囲気は、約0.001ppmないし1000
    ppmのハロゲン化物を含むことを特徴とする請求項14記
    載の銀−金属酸化物材料。
  18. 【請求項18】該ハロゲン化物が塩化物であることを特
    徴とする請求項14記載の銀−金属酸化物材料。
  19. 【請求項19】少なくとも約11重量パーセントの金属酸
    化物を含むことを特徴とする請求項14記載の銀−金属酸
    化物材料。
  20. 【請求項20】請求項14記載の該材料から成る電気接
    点。
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