JPH06506559A - 炭素をもつ銀で作られた電気接点のための素材 - 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】 発明の名称　炭素をもつ銀で作られた電気接点のための素材炭素、特にグラファ イトをもつ銀をベースとする接点素材は、接点の溶接に高い安全性を与える理由 から、低電圧電力技術における保護スイッチとして広く使用されている。多くの 場合、接点素材は、粉末としての炭素を含む。銀と炭素とは、固体相または液相 では、互いに溶融しないから、そのような素材は、粉末冶金によってのみ作られ ることができる。銀粉末とグラファイト粉末とを互いに混ぜ、前記混合物を圧縮 し、境結し、そして、再度圧縮してコンポーネンツを作るか、または、粉末混合 物を均質に冷間プレスし、焼結し、押し出し成形してブロックを作り、その結果 、グラファイト粒子は、押し出し方向に配向され、繊維状の塊りを形成すること が知られている（Ａ．Ｋｅｉｌ他″ＥｌｅｃｔｒｌｓｃｈｅＫｏｎｔａｋｔｅｕ ｎｄ　Ｉｂｒｅ　Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ″，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ　 （＋９８４）、　１９５頁，および、インプリント４／９０で出願人により出版 された”Ｇｒａｐｈｏｒ　ＫＯｎｔａｋｔｖｅｒｋｓｔｏｆｆｅ　ａｕｓ　Ｓｌ ｌｂｅｒ−Ｇｒａｐｈｌｔ″と題する会社出版物参照）：前記塊りは、グラファ イト繊維として文献にしばしば記載されている。そのような繊維状構造の生成は 、グラフィアト粉末を充填したンース状ワイヤの反復押し出し加工により作られ るＡｇＣマテリアルに特に顕著である（Ｋ．ミューラおよびＤ，訃フケル独定期 刊行物”メタル”３Ｂ（１９８２）、　７４３Ｎ参照）。

他方、銀−グラフィアト素材は、溶接に極めて高い抵抗を有するが、腐食に対し 、また不満足な抵抗力を育するもので、これが、欠点である。グラファイトコン テントが増加すると、溶接に対する抵抗力が増えるのみならず腐食も進行する。

このような理由で、溶接に対する高い抵抗力と、腐食度合いが低いとの条件が銀 一グラフィアト接点マテリアルにおいて互いに邪魔をする。

接点マテリアルにおいて、グラファイト粉末は、散乱焼き入れに類似した焼き入 れの結果であり、そのため、該マテリアルは、延性が低く、接点要素の成形は、 極めてコストが高い。

高融点マテリアルの繊維を組み合わせて接点マテリアルの腐食抵抗度を高める試 みがなされている（米国特許３，２５４．１８９；米国特許４，θ９９，７６３ ；公開ドイツ出願２，０５７．６１８）。公開ドイツ出願２０　５７　６１８に は、カーボンまたはグラファイトの連続した繊維または炭素繊維の”ウール”の 使用が開示されている。前記繊維には、溶融された銀または銅が含浸されており 、スライド接点の潤滑特性を改善するために、０．５から４重量％のフレーク状 のグラファイトからなる添加物を含む。グラファイトは、銅、銀および、これら の合金によって湿潤されないため、チタンのようなカーバイド生成剤を添加する 必要がある。このような湿潤剤を使用しても繊維バンドルまたは炭素繊維ウール の含浸によって相当するマテリアルを作ることは極めて難しいことが実際面で判 明している。前記困難性は、米国特許４，８９９．７８３に記載された方法で回 避できるもので、そのプロセスにおいては、銀粉末、グラファイト繊維および各 種の添加剤を混ぜてスリップ状に形成し、複数の粉末冶金操作で処理されて小さ いプレート状の接点を作る。そのようなマテリアルは、公開ドイツ出願２０　５ ７　Ｇ＋８に記載されているような真の炭素繊維の形態の炭素または米国特許４ ，　６９９，　７６３に記載されているようなグラファイト繊維の形態である炭 素を含み、使用状態でのそれらのテストは、粉末グラファイトで作られた複合マ テリアルよりも腐食に対しては顕著な高い抵抗力を育するが、溶接に対する抵抗 力は、低下度が激しい事を示している。このような理由で、米国特許４，６９９ ，７６１によって作られたマテリアルが使用されたことは知られていない。

発明の目的は、炭素またはグラファイトを有する銀をベースとし、対腐食性と加 工度については、グラファイト粉末を存する銀をベースとする既知の接点マテリ アルよりも優れているが、溶接に対する抵抗力については、銀と炭素繊維をベー スとする接点マテリアルのンビアな欠点を有していない接点マテリアルを提供す ることである。

その目的は、請求の範囲１に記載の特徴をもつマテリアルによって達成される。

発明の望ましい他の特徴は、従属請求の範囲の主題である。

発明による接点マテリアルは、粉末状のコンテントと組み合わされているピース 状の繊維の形態である炭素を含むことを顕著なものとする。発明によるマテリア ルにおいては腐食の値と溶接に対する抵抗の値が、炭素粉末に対する炭素繊維の 選択された比率に混合物のルールを適用することによるものよりも遥かに好まし いものであることが驚くべきことに見い出されている。炭素繊維と炭素粉末とを 併用することによって、個々の成分の知られた効果から期待できない結果が生じ ている。

炭素繊維のフンテントは、あまり低すぎるものであってはならず、何故ならば、 低すぎると、それらの腐食を減らす好ましい影響と延性を増加させる好ましい影 響の度合いが引く過ぎてしまうからである。他方、炭素粉末のコンテントは、あ まり低すぎるものであってはならず、何故ならば、溶接への抵抗が不十分となる からである。しかし、炭素粉末のコンテントは、高過ぎてもならず、何故ならば 、該マテリアルは、成形が困難となるからである。これらの点に鑑みて、炭素フ ンテントの総量は、０．５重量％から１０重量％であるべきであり、炭素繊維に 対する炭素粉末のマスレ７オは、１０：１および１：１０の間の値、好ましくは 、１：１および３：１の間の値に限定されるべきであり、繊維または繊維砕片と 異なる炭素粉末を使用するには粒子形状ならびに粒子サイズに関して注意を払う べきであり、何故ならば、これが、発明により作られる結果の達成に多大な貢献 をするからである。接点マテリアルにおける繊維ピースの長さは、グラファイト 粉末粒子の直径の少なくとも２倍であるべきである。該繊維ピースの長さは、１ ０から１００のファクターによって、炭素粉末の平均直径を越えることが好まし い。該繊維の直径は、粉末粒子の平均直径の少なくとも２倍であるべきである。

該繊維の直径は、１マイクロメーターから５０マイクロメーターの範囲、好まし くは、４から２５マイクロメーターの範囲にあるのが適当である。炭素粉末また はグラファイト粉末は、平均粒子直径が０．２から４０マイクロメーター、好ま しくは、１から１０マイクロメーターである市販の粉末からなる。炭素繊維また はグラファイト繊維は、既知のプロセスで作ることができる。そこで使用される 長さは、銀粉末と均一に混合できるような短いものである。長さが３０がら６０ ００マイクロメーターの繊維が適当なものであり、５００ｎｍを越えないものが 好ましい。プレス操作、特に、押出操作が後続するものによって、繊維は、より 小さなピースに破砕され、その結果、最終接点マテリアルにおいては、繊維の平 均長さは、該繊維の最初の平均長さよりも短くなっている。

粗い繊維のコンテントにより、接点マテリアルは、延性があり、耐腐食性がある 。溶接に対しての好ましい抵抗は、該繊維と共存する微細な炭素粉末によるもの であり、その目的のためのそのフンテントは、炭素繊維を含まず、炭素粉末また はグラファイト粉末のみを含むマテリアルにおけるよりも低い。

発明によるマテリアルの金属マトリックスは、銀からなるものが好ましく、また は、銀をベースとする合金、即ち、銀を主体とする合金で、電気導電性を不当に 阻害しない他の合金要素を含むものからなるものでもよい。銅とニッケルは、銀 との合金に特に適している金属である。そのような金属は、銀と合金できるもの であり、粉末冶金プロセスによって銀と組み合わせることができる。

マテリアルの炭素コンテントは、１０重量％を越えてはならない。炭素は、わず か約２ｇ／ｃ１１３の密度を有ｔ〜それは、銀のそれよりも低いから、容積当た りの炭素コンテントは、重量当たりのフンテントよりも遥かに高いことを心すべ きことである。１０重量％を越える炭素コンテントは、マテリアルを危脆化し、 ０．５重量％以下の炭素コンテントは、溶接抵抗力を十分に改善しない。

腐食を減少するために、発明によるマテリアルは、一つまたは複数の付加的な金 属、即ち、ビスマス、カルシウム、鉛、アンチモニイおよび／またはテルリウム を２重量％を越えない量で含むことが好ましい。銀−グラファイト・マテリアル において金属を添加することは、米国特許４，６９９，７６３に記載されている が、そこに記載の添加されたものは、ニッケル、コバルト、銅および／または金 からなり、それらは、腐食を減らすことよりも、粉末粒子のシンタリングを容易 にするため（添加されたものは、ウエノティング剤として作用する）に用いられ ている。金属添加物は、少なくとも０．０５％の量で使用されることが好ましい 。２重量％以上に金属添加物を添加してはならず、さもなければ、接点マテリア ルの導電性は、大幅に減少する。

最適の炭素コンテントは、２重量％から７重量％の間であり、炭素粉末に対する 炭素繊維の最適マスレシオは、１：１および３：１の間である。

炭素は、種々のモディフィケー／ｉＩンで使用できる。例えば、該粉末は、カー ボンブラックからなる。最も望ましい挙動は、炭素粉末と炭素繊維との両者がグ ラファイトからなる場合に、該マテリアルによって示される。

発明による接点マテリアルは、溶接に対する抵抗と低い腐食度が組み合わされて いる利点を有するのみならず、その延性により、特に、後加工の成形により、よ り簡単に処理でき、その結果、接点要素を作ることと、それらを接点キャリヤに 結合することが容易であり、コストもかからない。

発明によるマテリアルの高度の延性により、発明によるマテリアルは、接点キャ リヤにハンダつけ、または、溶接するのに必要な銀裏打ちを本来的に有する半完 成品を作るのに単純な態様で使用される。コンベンシジナルな銀−グラファイト 接点マテリアルは、焼結された銀の層にプレス加工で個々に結合されるか、また は、押し出された接点マテリアルに、グラフディトが一面的に燃え尽きた／＼ン ダ付は可能な背面が設けられる（ドイツブック：”Ｅｌｅｋｔｒｌｓｃｈｅ　Ｋ ｏｎｔａｋｔｅ　ｕｎｄＩｈｒｅ　ＷｅｒｋｓｔｏＮｅ″Ａ、Ｋｅｌｌ　ｅｔ　 ａｌ、、　Ｓｐｒｌｎｇｅｒ−Ｙｅｒｌａｇ　１９８４，１９５−１９［ｉ頁） もの■■ るが、発明による銀バッキングを有する半完成品は、コーエクストルージョンに より簡単に作られ、そこでは、発明によるマテリアルで作られた好ましくはンリ ンドリカルなブロックが銀で鞘状に包まれ、ついで、エクストルーダーに入れら れ、それによって、エクストルーダーのダイで長さ方向にスリットがいれられる か、または、後加工でスリットがいれられる複合押し出し品が作られる。あるい はまた、該ブロックは、ＡｇＮ　１マテリアルで鞘状に包まれてもよい。その実 施例は、接点小片が、抵抗溶接によって接点キャリヤに付加される付加的技術利 点を与える。

実施例 １、市販の銀粉末９６．２重量％、直径１５マイクロメーターのグラファイト化 された炭素繊維２．３重量％および平均粒子径が２マイクロメーターのグラフデ ィト粉末１．５重量％を乾燥状態で混合し、アイソスタティック冷間プレスにか けてビレットを作り、これを保護ガスの下で焼結し、ニッケル１０重量％を含む 銀で鞘状に包み、リバースフ−エクストルージョンにより厚さ２．５ｍｍｚ幅２ ０ｍｍのストリップに成形する。前記ストリップは、ついで、ロール圧延されて 仕上がり厚さ０．８ｍｍにされる。前記ストリップは、所望の接点幅に応して長 さ方向にスリットされ、接点エレメントに切断され、直ちに接点キャリヤに溶接 される。

押し出し方向にそって平行に伸びるマテリアルのポリブシュされた一部を図３、 図４に示すもので、図３においては、５０倍に拡大され、図４においては、５０ ０倍に拡大されている。銀マトリックスに粗いグラファイト繊維と微細なグラフ ディト粉末とを組み合わせた状態が顕著になっている。

２、市販の銀粉末９５重量％、熱分解で作られた炭素繊維３．５重量％、平均粒 径が約１マイクロメーターであるグラファイト粉末１重量％およびビスマス粉末 ０．５重量％を混合し、第１の実施例に記載した工程で処理して、半完成接点ス トリップを形成した。

対照実施例： 比較のため、二つの半完成接点ストリップが作られ、それらは、実施例１と同じ 組成であるが、一方のものは、３．８％の炭素コンテントがグラファイト粉末の みからなるものであり、他方のものは、グラファイト化された炭素繊維のみから なるものであった。前記半完成品は、腐食度および溶接抵抗に関して、実施例１ で作られた半完成品と比較された。結果は、図１と図２に示されている。図１は 、発明による半完成品に対する溶接力は、炭素繊維のみを含む対照半完成品のそ れよりも、炭素粉末のみを含む対照半完成品のそれにぐっと近いものであること を示している。図２は、腐食について、発明による半完成品が炭素繊維のみを含 む対照半完成品とほぼ同じように良好であることを示している。

フロントページの続き （７２）発明者　メイヤー・カール、エルドイツ連邦共和国　ディー−７５３０ プフオルツハイム、ヨセフーバーダーーシュトラーセ　２３ （７２）発明者　サエガー・カール ドイツ連邦共和国　ディー−７５３０プフオルツハイム、ガルテンベグ　６４ （７２）発明者　ホーニゲ・トーマス ドイツ連邦共和国　ディー−７５３３ティーフェンブロン、ウーランドシュトラ ーセ（７２）発明者　ミカエル・ローランドドイツ連邦共和国　ディー−７５３ ３プフオルツハイム、クレーヘンシュトラーセ　８

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．金属組成として、銀または銀を含む合金または銀を含む複合マテリアルと０ ．５から１０重量％の炭素とからなる電気接点のための複合マテリアルであって 、１０：１から１：１０のマスレシオで、炭素繊維と組み合わされた炭素粉末が 粉末状の金属組成物と共に粉末冶金処理されて、炭素繊維の平均長さが炭素粉末 粒子の平均直径の２倍以上であるマテリアルに形成されていることを特徴とする もの。
2. ２．該繊維の長さが１０から１００のファクターにより、粉末粒子の平均直径を 越えていることを特徴とする請求の範囲１によるマテリアル。
3. ３．該繊維の長さが炭素粉末粒子の平均直径の少なくとも２倍であることを特徴 とする請求の範囲１または２によるマテリアル。
4. ４．該繊維の直径が４から２０のファクターにより粉末粒子の平均直径を越えて いることを特徴とする先行請求の範囲いずれかによるマテリアル。
5. ５．該繊維の平均直径が４から２５マイクロメーターの間であり、粉末粒子の平 均直径が１および１０マイクロメーターの間であることを特徴とする先行請求の 範囲いずれかによるマテリアル。
6. ６．炭素粉末に対する炭素繊維のマスレシオが１：３および３：１、好ましくは 、１：１および３：１の間であることを特徴とする先行請求の範囲いずれかによ るマテリアル。
7. ７．炭素コンテントのトータルが２から７重量％であることを特徴とする先行請 求の範囲いずれかによるマテリアル。
8. ８．銀ベース合金マテリアルが銅および／またはニッケルを含むことを特徴とす る先行請求の範囲いずれかによるマテリアル。
9. ９．０から２重量％の金属添加物を含み、金属添加物が金属Ｂｉ，Ｃａ，Ｐｂ， ＳｂおよびＴｅの一つまたは、それ以上のものであることを特徴とする先行請求 の範囲いずれかによるマテリアル。
10. １０．金属添加物が少なくとも０．０５重量％の量で存在することを特徴とする 先行請求の範囲いずれかによる半完成品のマテリアル。
11. １１．請求の範囲１から１０のいずれかによるマテリアルがコーエクストルージ ョンにより、半完成品のバッキングを構成する銀または銀−ニッケルに結合され ることを特徴とする電気接点のための半完成品を製造する方法。