(57)【要約】本発明は、導電性金属で作られた母材と該母材中に導入された不安定成分とを有する電気接点材料に関する。前記不安定成分は、前記電気接点の動作温度と前記金属の融点との間で分解してアークを不安定化させることのできるガスを放出する性質を有する。  本発明は、−導電性金属と、該電気接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解してアークを不安定化することのできるガスを放出する不安定成分とのブレンド物を調製し、−該ブレンド物を圧縮し、−用途に従って圧縮体を成形することを特徴とする、電気接点材料の製造方法にも関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性金属でできた母材とこの母材に導入された不安定成分とを有する電気接点材料において、該不安定成分が、該電気接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解し、アークを不安定化することのできるガスを放出する性質を有することを特徴とする電気接点材料。
【請求項２】
前記金属が銀又は銅であることを特徴とする、請求項１に記載の電気接点材料。
【請求項３】
前記不安定成分が少なくとも一種の水素化物を含有することを特徴とする、請求項１及び２のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項４】
前記水素化物が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Mg、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、La、及びYよりなる群から選択される元素の少なくとも一種を基材とするものであることを特徴とする、請求項３に記載の電気接点材料。
【請求項５】
前記不安定成分が前記材料の体積の５〜50％を占めることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項６】
前記電気接点材料がさらに耐火成分を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項７】
前記耐火成分が、CdO、SnO２、ZnO、Fe２O３、Ni、Fe、W、Mo、C、WC、及びMgOよりなる群から選択される少なくとも一種の成分であることを特徴とする、請求項６に記載の電気接点材料。
【請求項８】
前記耐火成分と前記不安定成分とで前記材料の体積の５〜50％を占めると共に、前記不安定成分が前記体積の少なくとも２％を占めることを特徴とする、請求項６及び７のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項９】
−導電性金属と、該電気接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解してアークを不安定化することのできるガスを放出する不安定成分とのブレンド物を調製し、
−該ブレンド物を圧縮し、
−用途に従って圧縮体を成形する
ことを特徴とする、電気接点材料の製造方法。
【請求項１０】
前記ブレンド物が、さらに、耐火性化合物を含有することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ブレンド物の前記成分が粉末の形態であることを特徴とする、請求項９及び１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記不安定成分が前駆体の形態で与えられることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記前駆体が前記導電性金属と共に合金化されていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ブレンド物が溶融され、バルクインゴット又はビレットの形態に鋳造することによって圧縮されることを特徴とする、請求項１２及び１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ブレンド物が、一軸方式もしくは静水圧モードのいずれかにおける冷間プレス、一軸加熱プレス、又は衝撃圧縮によって圧縮されることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記ブレンド物が圧縮された後に、前記不安定成分が分解しない雰囲気、圧力、及び温度条件下で焼結操作に付されることを特徴とする、請求項９、１０、１１及び１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ブレンド物が圧縮された後に、水素不存在下の高温で行われる焼結操作に付されることを特徴とする、請求項１２、１３及び１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記ブレンド物が圧縮された後に、水素存在下の高温で行われる焼結操作に付されることを特徴とする、請求項１２、１３及び１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記ブレンド物が、再圧縮、圧延又は押し出しによって成形されることを特徴とする、請求項１４、１６及び１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ブレンド物が成形された後に、水素化熱処理に付されることを特徴とする、請求項１４、１７及び１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気接点の分野に関する。さらに詳しくは、消弧効果を有する接点材料とその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
このような型の材料は、「低電圧」接点と称されるものの製造に主として使用される。「低電圧」接点とは、その動作範囲が約10〜1000ボルト、及び１〜10,000アンペアにある接点のことをいう。このような接点は、ＤＣ用およびＡＣ用の両方について、家庭用、工業用、及び自動車分野でのスイッチ、リレー、接触器及び回路遮断機として一般に使用されている。
【０００３】
一対の電気接点要素が電圧のかかっている状態で開いても、電流が一方の接点要素から他方の接点要素に流れ続けて、電流が通過するところの気体をイオン化する。通常「アーク」と称される、このイオン化されたガスの柱は、ガスの性質及び圧力、端子にかかる電圧、接点材料、装置の形状、回路のインピーダンス等の様々な要因に応じて最大の長さを有する。
【０００４】
アークから放出されるエネルギーは、接点要素の構成材料を融かすのに十分であり、これは、金属部品を劣化させるのみならず、時として金属部品を溶接してしまうことがあり、その結果、機器が固定されてしまう。
【０００５】
ＡＣ電源機器では、ゼロを通過する電圧によってアークのカットオフが容易になる。しかしながら、ある種の保護装置にあっては、非常に高い電流をカットオフしなければならず、その結果、接点を損傷するのに十分なエネルギーのアークが発生する。
【０００６】
一方、ＤＣ電源機器の場合は、特に電圧が10ボルトを実質的に上回っているときには、アークは非常に安定している。アークをカットオフする１つの方法は、アークが不安定になってそれ自身によって消滅するように、アークの長さを増すことである。14ボルトの電圧に対しては、１ミリメートルのオーダーの距離があれば十分である。一方、42ボルトに対しては、特に誘導負荷が存在しているときには、この距離は数センチメートルになる。このことがカットオフ装置の構築を複雑にし、生成されたアークの持続時間がその寿命を著しく短くする。
【０００７】
その数が益々増えている、車に使用される電気装置（高級車には、100個にも及ぶモータが搭載されている）用に42ボルトのDC回路を使用することを検討している、特に自動車業界において問題が発生する。このような電圧では、アークに関連する問題を制限することの恩恵は非常に大きくなる。
【０００８】
したがって、電気接点の材料は、以下の３つの要件を満たさなくてはならない。
−電流が流れているときの過熱を防ぐための、低い接触抵抗、
−アークの存在下での、溶接への優れた抵抗性、及び
−アークの効果の下での低い浸食性。
【０００９】
これらの、部分的に矛盾する要件を満たすための１つの方法は、銀又は銅の母材に、ほぼ１〜５ミクロンの大きさの耐火性粒子（例えば、Ni, C, WC, CdO, SnO２）約20容量％からなる成分を挿入した擬似合金を使用することである。このようにして得られた材料は、アークによって発生する熱に対してより抵抗性が高い。この方法は有用な問題解決法を提供するのではあるが、短期又は中期的に、融解と、繰り返しに起因する接点要素の浸食及び溶接の問題とを制限することができない。
【００１０】
さらに、非常に高い電流をカットオフすることのできるＡＣ保護装置（回路遮断機）を製造する場合は、アークを消去する、又はアークが再発生するのを防ぐのを助ける補助手段、即ち、空気的又は電磁気的消去手段を使用することが提案されてきた。また、２つの接点を隔てる空間にあるガスを、ＳＦ６などの、非常に安定で、それ故に容易にイオン化することのできないガスに置換することも提案されてきた。しかしながら、これら全ての方法は、実施するには複雑であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、短期的にも長期的にも、その動作がアークのエネルギーによって損なわれない接点要素を製造することを可能にする、電気接点材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
より正確には、本発明の、消弧効果を有する接点材料は、導電性金属でできた母材とこの母材に導入された不安定成分とを有してなり、該不安定成分は、該接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解し、アークを不安定化することのできるガスを放出する性質を有する。
【００１３】
本発明は、また、前記材料を製造する方法に関する。該方法は
−前記の導電性金属と不安定成分とを有するブレンド物を調製し、
−このブレンド物を圧縮し、そして
−用途に応じて成形する
ことから実質的になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の他の特徴は、以下の記載より明らかになるであろう。なお、本願明細書には図面は添付されていない。
【００１５】
本発明の接点材料は、以下の３つの成分より実質的になる。
−一般的には銀又は銅である、導電性金属からなる母材、
−900℃を超える温度で安定であり、好ましくは以下の群から選択される耐火成分：
CdO、SnO２、ZnO、Fe２O３、Ni、Fe、W、Mo、C、WC、MgO、並びに
−200〜900℃の温度で分解して、アークを冷却することのできるガスを放出し、好ましくは、金属の水素化物（TiH２、ZrH２、MgH２）並びにTi、Zr、Hf、V、Nb、Mg、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、La、及びYを基材とする多金属水素化物より選択することのできる不安定成分。
【００１６】
前記不安定成分がアーク冷却ガスを放出して、その分解が主として空気中で起こると、その残渣は、空気中で部分的に又は完全に酸素及び窒素と反応した金属であり、耐火成分を完全に又は部分的に代替することができる。したがって、耐火成分は、接点材料の必須の成分ではない。
【００１７】
耐火成分が存在しない場合は、不安定成分がそれ自体で、接点材料の体積の５〜50％を占める。
【００１８】
耐火成分が存在する場合は、２つの成分が接点材料の体積の５〜50％を占めるが、不安定成分の割合が少なくとも２容量％である必要がある。
【００１９】
本発明の接点材料は、さらに、材料の性質を最適化するように選択されたドーパントを少量含有すると好ましい。このようなドーパントとしては、例えば、Bi２O３、CuO又はReを挙げることができる。
【００２０】
接点要素の対は、同じ組成の材料を用いても、又、異なる組成の材料を用いても製造することもできる。この場合、２つの接点要素の内、１つのみが不安定要素を含有することができる。
【００２１】
即ち、上記のように好ましくは分解された不安定成分が水素化物である場合は、アークによって作られる熱の効果によって、水素から実質的に形成されるガスを放出する電気接点を本発明は提案する。このガスはアークを冷却して不安定化するので、アークは急速に消滅する。
【００２２】
それでも、アークが生成されてしまった以上、各接点要素の一部分はその熱によって溶融し、融着してしまっている可能性がある。このようなことが起こってしまったとしても、不安定成分からのガスの放出によって溶融した接点要素の表面が多孔質になり、それ故に脆くなることを考慮すると、接点要素間の融着は、次に接点が開いたときに容易に破断する。このことが、本発明による材料の主要な効果である。
【００２３】
一般に、ここまで記述してきた接点材料を製造する方法は、
−前記基材成分、即ち、導電性金属、と不安定成分と、要すれば耐火成分とのブレンド物を調製し、
−該ブレンド物を圧縮し、
−任意に、得られた圧縮体を焼結し、
−用途に従って圧縮体を成形し、
−任意に、最終的な熱処理を施し、
−要すれば、用途に向けて仕上げをする
という処理を順に行う。
【００２４】
第一の好ましい態様によると、材料の基材成分は粉末の形状をしており、材料粉末は、乾式混合もしくは湿式混合され、又は「機械的合金化」と呼ばれる技術を用いてブレンドされる。このようにして、粒子を融着させてその成分をより小さな粒子に粉砕する。これらの３つ方法は、当業者にはよく知られている。
【００２５】
次いで、一軸冷間プレス、又は高過ぎない温度で、任意に加圧水素下での加熱プレス、即ち、不安定成分が分解しない水素温度及び圧力条件下での加熱プレス、或いは衝撃圧縮（断熱圧縮法）によって、得られたブレンド物はペレットの形状に圧縮される。得られた圧縮体は、次に、高過ぎない温度で、任意に加圧水素下で焼結される。この処理操作は、圧縮が高過ぎない温度でなされた場合、又は衝撃圧縮によって行われた場合には、任意である。最後に、圧縮体は冷間再プレスによって形成される。
【００２６】
第二の好ましい態様によると、処理プロセスは、上記態様と同じ第一の処理ステップを繰り返す。しかしながら、今回は、ブレンド物を短冊状に加圧することによって圧縮する。加圧は一軸方式で、冷間又は高過ぎない温度で行われ、そして、得られた圧縮体は高過ぎない温度で、任意に加圧水素下で焼結される。第一の態様と同様に、加圧が高過ぎない温度で行われていれば、焼結は必要ない。最終的に、圧縮体は圧延によって成形される。
【００２７】
第三の好ましい態様によると、静水圧モードにおける冷間プレス又は高過ぎない温度でのプレスによって、同じ初期ブレンド物をビレットの形状に圧縮する。得られた圧縮体は、次に、再び高過ぎない温度で、任意に加圧水素下で焼結される。加圧が高過ぎない温度でなされていれば、焼結は任意である。最後に、高過ぎない温度で、圧縮体を短冊又はワイヤへと押し出す。そして、この製造物は、当業者に公知のあらゆる方法によって、接点部品に変換される。
【００２８】
第四の態様によると、処理プロセスは上記と同じ第一ステップを繰り返すが、ブレンド物は焼結することなく冷間プレスに付される。得られた圧縮体は、前記技術の１つを用いて最終的に成形される。
【００２９】
第五の態様によると、この態様でも様々な成分が粉末形状で提供される。しかしながら、不安定成分はその最終形状をしておらず、前駆体の形状をしている。即ち、不安定成分の金属原子は全く酸化されていない状態にある。例えば、粉末は、TiH２ではなくTi、ZrH２ではなくZr、MgH２ではなくMgの形態にある。前駆体は遊離状態であってもよいし、母材と共に合金化されていてもよい。そして、これら様々な粉末は、乾式混合、湿式混合又は機械的合金化によってブレンドされる。次いで、ブレンド物は、冷間一軸プレス、加熱プレス、又は衝撃圧縮によって、ペレットの形状に圧縮される。加熱プレス又は衝撃圧縮によって加圧がなされた場合には任意であるが、不安定成分の前駆体を水素化するための水素雰囲気下での熱処理に付す前に、水素を存在させることなく、圧縮体を高温で焼結する。最後に、圧縮体を冷間再プレスによって成形する。変形例として、焼結を水素雰囲気下で直接行ってもよく、このようにすると前記水素化処理を省くことができる。
【００３０】
第六の態様によると、前記第五の態様で記載したのと同じブレンド物を、冷間静水圧プレス又は加熱一軸プレスによって、圧縮する。そして、圧縮が加熱プレスで行われた場合は任意であるが、得られた圧縮体を高温で焼結し、又は水素雰囲気中で焼結して不安定成分の前駆体の水素化を行う。これを行うに際し、水素が圧縮体の中央に入ることができるように、圧縮されたビレットは十分に多孔質である必要がある。焼結が、水素なしで高温で行われた場合は、圧縮体は、水素化処理に付される前に高温押し出しで成形される。焼結が水素雰囲気下で行われた場合は、高過ぎない温度で押し出すことによって圧縮体を成形する。
【００３１】
第七の態様によると、前記第六の態様で記載したのと同じブレンド物が、冷間一軸プレス又は加熱プレスによって、短冊の形状に圧縮される。加圧が加熱プレスで行われた場合は任意であるが、得られた圧縮体を高温で焼結し、又は水素雰囲気下で焼結して、不安定成分の前駆体を水素化する。圧縮体は、水素化処理が必要な場合はそれに付される前に、圧延によって成形される。
【００３２】
第八の態様によると、材料の様々な成分が、不安定成分の前駆体を含有するバルク合金の形状で提供される。次に、合金は溶融されてビレット又はインゴットの形態に鋳造される。そして、最終的な水素化の前に、ビレットの場合は高温、通常900℃で押し出され、インゴットの場合は、随時熱処理を行いながらの連続する塑性変形操作（圧延、線引き、ハンマー延ばし等）によって短冊又はワイヤに変えられる。
【００３３】
前記第八の態様によると、押し出されたビレット、又は短冊もしくはワイヤ状になったインゴットは、例えば、切断、成形、研磨、膨張熱処理等の従来の最終処理に付される。
【００３４】
これまでに記載してきた様々な態様は、全ての例を網羅してはいない。各処理ステップに対して提案されている様々な手段の他の組み合わせも、任意に、用いることができる。
【００３５】
記載した全ての態様において、接点部品が使用されるときになされる溶接及び蝋付け操作を実施するのを容易にする目的で、圧縮に際して、使用されている導電性金属（通常、銀又は銅）とほぼ同じ組成の薄い亜層を追加することも可能である。
【００３６】
勿論、不安定成分は、該成分の形成用として上記で提案された要素の内のいくつかからなっていてもよいし、大きさの異なる粒子を有する前記要素の１つからなっていてもよい。このようにして、製造された材料が幅広い条件下で機能することができるように、不安定成分の分解率を様々に違えることも可能である。
【００３７】
以上、要約すると、本発明は、２つの接点要素の間に発生するアークを不安定化させ、放出される熱によって接点要素が長期的に損なわれることがないようにすることのできる電気接点材料を提案する。さらに、この材料を製造する方法は、その大きな柔軟性故に、現行の材料に対して使用されている製造手段と同じ手段を用いて、あらゆる標準的な形態をした接点部品を製造するのを可能にする。
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月14日(2005.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は電気接点の分野に関する。さらに詳しくは、接点材料と、消弧におけるその使用とに関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
より正確には、本発明の、消弧効果を有する接点材料は、銀でできた母材とこの母材に導入された不安定成分とを有してなる。該不安定成分としては、Ti、Hf、V、Nb、Mg、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、La、及びYよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を基材とする少なくとも一種の水素化物を挙げることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
導電性金属でできた母材には、前記接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解し、アークを不安定化することのできるガスを放出する性質を有する不安定成分と耐火成分とが導入される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
以上、要約すると、本発明は、２つの接点要素の間に発生するアークを不安定化させ、放出される熱によって接点要素が長期的に損なわれることがないようにすることのできる電気接点材料とその使用とを提案する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀でできた母材とこの母材に導入された不安定成分とを有する電気接点材料において、該不安定成分が、Ti、Hf、V、Nb、Mg、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、La、及びYよりなる群から選択される元素の少なくとも一種を基材とする少なくとも一種の水素化物であることを特徴とする電気接点材料。
【請求項２】
前記不安定成分が前記材料の体積の５〜50％を占めることを特徴とする、請求項１に記載の電気接点材料。
【請求項３】
導電性金属でできた母材とこの母材に導入された、該電気接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解してアークを不安定化することのできるガスを放出する性質を有する不安定成分とを有する電気接点材料において、該母材がさらに耐火成分を含有することを特徴とする電気接点材料。
【請求項４】
前記金属が銀又は銅であることを特徴とする、請求項３に記載の電気接点材料。
【請求項５】
前記不安定成分が少なくとも一種の水素化物を含有することを特徴とする、請求項３及び４のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項６】
前記水素化物が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Mg、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、La、及びYよりなる群から選択される元素の少なくとも一種を基材とするものであることを特徴とする、請求項５に記載の電気接点材料。
【請求項７】
前記不安定成分が前記材料の体積の５〜50％を占めることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項８】
前記耐火成分が、CdO、SnO２、ZnO、Fe２O３、Ni、Fe、W、Mo、C、WC、及びMgOよりなる群から選択される少なくとも一種の成分であることを特徴とする、請求項３〜７のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項９】
前記耐火成分と前記不安定成分とで前記材料の体積の５〜50％を占めると共に、前記不安定成分が前記体積の少なくとも２％を占めることを特徴とする、請求項３〜８のいずれか一項に記載の電気接点材料。
【請求項１０】
導電性金属でできた母材とこの母材に導入された不安定要素とを有し、２つの接点要素の間に発生するアークを不安定化させるための電気接触材料であって、該２つの接点要素の内の一方が少なくとも該電気接触材料でできている、電気接触材料の使用において、前記不安定成分が該電気接点の動作温度と前記金属の溶融温度との間の温度で分解してアークを不安定化することのできるガスを放出する性質を有する不安定成分とを有することを特徴とする使用。
【請求項１１】
前記金属が銀又は銅であることを特徴とする、請求項１０に記載の使用。
【請求項１２】
前記不安定成分が少なくとも一種の水素化物を含有することを特徴とする、請求項１０及び１１のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１３】
前記水素化物が、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Mg、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Co、Ni、La、及びYよりなる群から選択される元素の少なくとも一種を基材とするものであることを特徴とする、請求項１２に記載の使用。
【請求項１４】
前記不安定成分が前記材料の体積の５〜50％を占めることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１５】
前記電気接点材料がさらに耐火成分を含むことを特徴とする、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の使用。
【請求項１６】
前記耐火成分が、CdO、SnO２、ZnO、Fe２O３、Ni、Fe、W、Mo、C、WC、及びMgOよりなる群から選択される少なくとも一種の成分であることを特徴とする、請求項１５に記載の使用。
【請求項１７】
前記耐火成分と前記不安定成分とで前記材料の体積の５〜50％を占めると共に、前記不安定成分が前記体積の少なくとも２％を占めることを特徴とする、請求項１５及び１６のいずれか一項に記載の使用。
【国際調査報告】
2005533175.tif 000002
2005533175.tif 000003
2005533175.tif 000004
2005533175.tif 000005