Un elemento de contacto y un conjunto de contacto.

Un elemento de contacto para hacer un contacto eléctrico con un miembro de contacto para permitir que fluya una corriente eléctrica entre dicho elemento de contacto y dicho miembro de contacto

(2, 6, 7, 18), comprendiendo dicho elemento de contacto (1, 5, 14, 15, 16, 25) un cuerpo (3) que tiene al menos una superficie de contacto del mismo recubierta con una capa de contacto para aplicarse contra dicho miembro de contacto, comprendiendo dicha capa de contacto (4) una película de nanocompuesto que tiene una matriz de carbono amorfo y nanocristales, esto es, con dimensiones en el intervalo de 1 a 100 nm, de al menos un carburo metálico embebidos en la misma, caracterizado porque la hibridación de dicha matriz de carbono amorfo tiene un elevado cociente de enlaces sp2/sp3 entre átomos de carbono de dicha matriz de carbono amorfo, siendo dicho cociente superior a 0,6

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SE2006/000769.

Solicitante: Impact Coatings AB (Publ.).

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: Westmansgatan 29 582 16 Linköping SUECIA.

Inventor/es: JANSSON, ULF, Wilhelmsson,Ola, LEWIN,ERIK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > H01H9/00 (Detalles de los dispositivos de conmutación no cubiertos por H01H 1/00 - H01H 7/00)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Contactos (contactos líquidos H01H 29/04) > H01H1/36 (por deslizamiento)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CONEXIONES CONDUCTORAS DE ELECTRICIDAD; ASOCIACION... > Detalles de dispositivos de acoplamiento de los tipos... > H01R13/03 (caracterizados por el material, p. ej. material de enchapado o de revestimiento)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > H01L23/00 (Detalles de dispositivos semiconductores o de otros dispositivos de estado sólido (H01L 25/00 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS... > Contactos (contactos líquidos H01H 29/04) > H01H1/027 (que contiene fibras o partículas de carbón)

PDF original: ES-2476841_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Un elemento de contacto y un conjunto de contacto Campo tïcnico de la invenciïn y tïcnica anterior

La presente invenciïn se refiere a un elemento de contacto para hacer un contacto elïctrico con un miembro de contacto para permitir que fluya una corriente elïctrica entre dicho elemento de contacto y dicho miembro de contacto, comprendiendo dicho elemento de contacto un cuerpo que tiene al menos una superficie de contacto del

mismo recubierta con una capa de contacto para aplicarse contra dicho miembro de contacto, asï como un conjunto de contacto elïctrico deslizante, esto es, un conjunto de contacto en el cual dos superficies de contacto adaptadas para aplicarse una contra otra para establecer un contacto elïctrico pueden deslizarse relativamente entre sï al establecer y/o interrumpir y/o mantener la acciïn de contacto.

Tal elemento de contacto puede tener muchas aplicaciones diferentes, en las cuales dicha capa de contacto se dispone para establecer un contacto elïctrico con un miembro de contacto con propiedades deseadas, tales como una baja resistencia de contacto, una alta resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricciïn con respecto al material del miembro de contacto con el que va hacer contacto, etc. Tales aplicaciones son, por ejemplo, realizar contactos para dispositivos semiconductores en una oblea de uno o mïs de dichos dispositivos, para establecer e interrumpir un contacto elïctrico en seccionadores y disyuntores mecïnicos, y para establecer e interrumpir contactos elïctricos en conjuntos de contactos de tipo enchufable. Tales elementos de contacto elïctrico, que pueden establecer contactos deslizantes o contactos estacionarios, tienen preferiblemente un cuerpo fabricado, por ejemplo, de cobre o Al. Es sabido recubrir dicho cuerpo con una capa de contacto metïlica para proteger las superficies de contacto del elemento de contacto contra el desgaste y la corrosiïn. Sin embargo, se ha descubierto que los metales utilizados hasta ahora para tal capa de contacto muestran una tendencia a quedarse adheridos a la superficie del miembro de contacto contra el que apoyan, lo que puede dar como resultado daïos en la superficie cerca de porciones del elemento de contacto y/o miembro de contacto, cuando fuerzas de tracciïn intentan mover el elemento de contacto con respecto al miembro de contacto, por ejemplo como consecuencia de una diferencia en el coeficiente de expansiïn tïrmica del material del elemento de contacto y del miembro de contacto tras cambios de temperatura, o cuando el elemento de contacto y el miembro de contacto se mueven relativamente entre sï en un contacto deslizante. Este problema se ha resuelto lubricando las superficies de contacto del elemento de contacto y del miembro de contacto con un lubricante. Tal lubricante puede tener un aceite o grasa como base, aunque existen igualmente lubricantes sïlidos, tales como el grafito. Sin embargo, los lubricantes sïlidos presentan una conductividad elïctrica mala y a menudo se desgastan cuando las superficies deslizan una contra otra.

El documento WO 01/41167 divulga una soluciïn a estos problemas mediante el diseïo de dicha capa de contacto como una pelïcula continua que comprende un material laminado de mïltiples elementos.

Un elemento de contacto de acuerdo con el preïmbulo de la reivindicaciïn 1 se conoce del documento US

2003/087096 A1. Es muy ventajoso utilizar una pelïcula de nanocompuesto como capa de contacto gracias a la naturaleza de la matriz de carbono amorfo que permite una adaptaciïn fïsica de la superficie de intercara de la capa de contacto a una capa de contacto correspondiente u otra de dicho miembro de contacto en combinaciïn con los cristales de carburo metïlico embebidos en la misma, lo que reduce la resistividad de la capa de contacto con relaciïn a la capa que es tan solo de carbono amorfo. La presencia del carburo metïlico en la matriz o fase ligante 45 de carbono amorfo aumenta igualmente la resistencia al desgaste de tal capa de contacto.

Aunque estas caracterïsticas preferidas estïn en el elemento de contacto descrito en dicho documento, existe por supuesto un intento en curso para mejorar tal elemento de contacto todavïa mïs con respecto a las caracterïsticas que constituyen el contacto del mismo.

Sumario de la invenciïn El objeto de la presente invenciïn es, por lo tanto, proporcionar un elemento de contacto de acuerdo con el preïmbulo de la nueva reivindicaciïn adjunta 1 que es una mejora de al menos una caracterïstica que constituye el

contacto con respecto a tales elementos de contacto ya conocidos.

Este objeto se obtiene de acuerdo con la invenciïn proporcionando dicho elemento de contacto en el que dicha matriz de carbono amorfo tiene un cociente elevado de enlaces sp2/sp3 entre ïtomos de carbono de dicha matriz de carbono amorfo, siendo dicho cociente superior a 0, 6. La denominada hibridaciïn de la matriz de carbono amorfo 60 caracterizada por tal cociente elevado hace que la matriz sea mïs similar al grafito que al diamante, lo que da como resultado una mayor conductividad elïctrica que en el caso opuesto. Este hecho, combinado con el hecho de que la matriz serï al mismo tiempo mïs blanda, mejorando la adaptabilidad de la superficie de la capa de contacto a la superficie del miembro de contacto al presionarlos entre sï, contribuye a un valor total reducido de la resistividad de la capa de contacto y de la resistividad del contacto cuando el elemento de contacto se presiona hacia el miembro 65 de contacto de lo que ocurrirïa si no existiera tal elevado cociente.

En esta descripciïn, “matriz” se interpretarï no solo en relaciïn a una fase mayoritaria continua, en la cual estïn contenidas partïculas de carburo. La matriz de carbono puede ser asimismo una fase minoritaria y ni siquiera continua, y esta matriz puede consistir tan sïlo, en el caso extremo, en unas pocas capas atïmicas alrededor de los granos de carburo. Asï pues, la matriz debe ser interpretada como este tipo de fase ligante.

Las diferentes propiedades de la matriz de carbono amorfo y de los nanocristales de carburo metïlico hacen posible, por supuesto, optimizar la capa de contacto para cada uso pretendido del elemento de contacto cambiando principalmente el cociente carburo metïlico/matriz de carbono. La dureza de la capa de contacto aumentarï con el aumento de tal cociente, mientras que la resistividad de la misma disminuirï con un cociente carburo metïlico/matriz de carbono creciente. Sin embargo, la resistencia de contacto cambiarï con dicho cociente creciente.

De acuerdo con un modo de realizaciïn de la invenciïn, dicho metal es un metal de transiciïn, esto es, un elemento de los grupos 3 al 12 de la tabla periïdica. Se ha encontrado que tal metal otorga excelentes propiedades a la capa de contacto, especialmente con relaciïn a una baja resistencia de contacto. Como ejemplo de metales adecuados para dichos carburos metïlicos de nanotamaïo se pueden mencionar el niobio y el titanio.

De acuerdo con otro modo de realizaciïn de la invenciïn, dicha pelïcula solo comprende un metal, esto es, se trata de un sistema binario. Se ha descubierto que es suficiente principalmente tener tan solo un metal que forme un carburo metïlico embebido en dicha matriz de carbono amorfo para tener las propiedades de la capa de contacto que se persiguen.

De acuerdo con otro modo de realizaciïn de la invenciïn, dicha pelïcula comprende nanocristales de un carburo de al menos un segundo metal adicional. Este metal puede ser ventajosamente un metal de transiciïn. Se ha encontrado que aïadir dicho segundo metal mejora las posibilidades de adaptar las propiedades de la capa de contacto a las exigencias sobre el elemento de contacto para el uso pretendido. A veces,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un elemento de contacto para hacer un contacto elïctrico con un miembro de contacto para permitir que fluya una corriente elïctrica entre dicho elemento de contacto y dicho miembro de contacto (2, 6, 7, 18) , comprendiendo dicho elemento de contacto (1, 5, 14, 15, 16, 25) un cuerpo (3) que tiene al menos una superficie de contacto del mismo recubierta con una capa de contacto para aplicarse contra dicho miembro de contacto, comprendiendo dicha capa de contacto (4) una pelïcula de nanocompuesto que tiene una matriz de carbono amorfo y nanocristales, esto es, con dimensiones en el intervalo de 1 a 100 nm, de al menos un carburo metïlico embebidos en la misma, caracterizado porque la hibridaciïn de dicha matriz de carbono amorfo tiene un elevado cociente de enlaces sp2/sp3 entre ïtomos de carbono de dicha matriz de carbono amorfo, siendo dicho cociente superior a 0, 6.

2. Un miembro de contacto de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizado porque dicho metal es un metal de transiciïn, esto es, un elemento de los grupos 3 a 12 de la tabla periïdica.

3. Un elemento de acuerdo con la reivindicaciïn 2, caracterizado porque dicho metal es niobio o titanio.

4. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pelïcula solo comprende un metal.

5. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque dichas pelïculas comprenden nanocristales de un carburo de al menos un segundo metal adicional.

6. Un elemento de contacto de acuerdo con la reivindicaciïn 5, caracterizado porque dicho segundo metal es un

metal de transiciïn. 25

7. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque dichos cristales tienen una dimensiïn diametral en el intervalo de 5 a 50 nm.

8. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 y 5, 6 y 7, caracterizado porque dicha matriz comprende ademïs un tercer metal adicional, dispuesto en una fase embebida en el carbono de dicha matriz y separado con respecto al carbono de dicha matriz.

9. Un elemento de contacto de acuerdo con la reivindicaciïn 8, caracterizado porque dicho tercer metal adicional es

un metal de transiciïn. 35

10. Un elemento de contacto de acuerdo con la reivindicaciïn 9, caracterizado porque dicho tercer metal adicional es Ag.

11. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3 y 5-10, caracterizado porque dichos cristales de carburo contienen una soluciïn sïlida de un metal dïbil o que no forma carburo.

12. Un elemento de contacto de acuerdo con la reivindicaciïn 11, caracterizado porque dicho metal dïbil o que no forma carburo es un metal de transiciïn de los grupos 7 a 12 de la tabla periïdica o Al, o combinaciones de los mismos.

13. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el grosor de dicha pelïcula se encuentra en el intervalo de 0, 05 a 10 μm.

14. Un elemento de contacto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pelïcula se deposita sobre dicho cuerpo mediante el uso de una tïcnica de deposiciïn en fase vapor.

15. Un elemento de contacto de acuerdo con la reivindicaciïn 14, caracterizado porque dicha pelïcula se deposita sobre dicho cuerpo mediante deposiciïn en fase de vapor (PVD) o deposiciïn quïmica en fase de vapor (CVD) .

16. Un elemento de contacto de acuerdo con con cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizado porque dicha pelïcula se forma sobre dicho cuerpo mediante un procedimiento de soluciïn tal como sol-gel.

17. Un conjunto de contacto elïctrico deslizante, esto es, un conjunto de contacto en el cual dos superficies de contacto adaptadas para aplicarse una contra otra para establecer un contacto elïctrico pueden deslizar relativamente entre sï cuando se establece y/o interrumpe y/o mantiene la acciïn de contacto, caracterizado porque tiene un elemento de contacto (1, 5, 14, 15, 16, 25) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con dicha pelïcula de nanocompuesto dispuesta para formar un contacto seco con un bajo coeficiente de fricciïn, inferior a 0, 3, preferiblemente inferior a 0, 2, con un miembro de contacto.

18. Un conjunto de acuerdo con la reivindicaciïn 17, caracterizado porque dicho miembro de contacto (2) tiene asimismo una superficie de contacto recubierta con dicha capa de contacto que comprende dicha pelïcula de nanocompuesto.

19. Un conjunto de acuerdo con la reivindicaciïn 17 o 18, caracterizado porque las superficies del elemento de contacto (1) y el miembro de contacto (2) adaptadas para aplicarses una contra otra para establecer dicho contacto elïctrico pueden moverse relativamente entre sï como consecuencia de diferentes coeficientes de expansiïn tïrmica de los materiales de porciones de superficie del elemento de contacto y del miembro de contacto tras cambios de temperatura del elemento de contacto y el miembro de contacto.

20. Un conjunto de acuerdo con la reivindicaciïn 19, caracterizado porque el elemento de contacto (1) y el miembro 10 de contacto (2) estïn adaptados para ser presionados entre sï para establecer dicho contacto elïctrico 21. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17-20, caracterizado porque comprende medios (7) para cargar por resorte el elemento de contacto (5) y el miembro de contacto (6) uno contra el otro para realizar

dicho contacto elïctrico. 15

22. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17-19, caracterizado porque estï adaptado para establecer un contacto elïctrico en un cambiador de tomas (17) de un transformador para realizar un contacto a diferentes espiras del bobinado del transformador.

23. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17-20, caracterizado porque el elemento de contacto y el miembro de contacto pertenecen a dos piezas (25, 26) de un seccionador separables entre sï para desconectar dos terminales del mismo.

24. Un conjunto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17-20, caracterizado porque dicho elemento de contacto y dicho miembro de contacto pertenecen a piezas (21, 22) movibles relativamente entre sï en un relï para establecer un contacto elïctrico entre ambas cuando el relï actïa.