(57)【要約】【課題】電気的特性を維持可能な電気接点材料、及びその製造方法を提供する。【解決手段】第２電気接点材料３０は、ＡｇとＣｕとを含有する第１領域２１と、第１領域上に配置され、Ａｇを含有する第２領域２２とを備える。第２領域２２におけるＣｕの含有率は、第１領域２１におけるＣｕの含有率より小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｇとＣｕとを含有する第１領域と、
前記第１領域上に配置され、Ａｇを含有する第２領域と、
を備え、
前記第２領域におけるＣｕの含有率は、前記第１領域におけるＣｕの含有率より小さい、
電気接点材料。
【請求項２】
前記第２領域上に配置され、ＣｕＯを含有する第３領域を備える、
請求項１に記載の電気接点材料。
【請求項３】
前記第２領域の厚みは、３μｍ以下である、
請求項１又は２に記載の電気接点材料。
【請求項４】
ＡｇＣｕ系合金に酸素含有雰囲気中で熱処理を施すことによって電気接点材料を形成する熱処理工程を備え、
前記電気接点材料は、
ＡｇとＣｕとを含有する第１領域と、
前記第１領域上に配置され、Ａｇを含有する第２領域と、
前記第２領域上に配置され、ＣｕＯを含有する第３領域と、
を有し、
前記第２領域におけるＣｕの含有率は、前記第１領域におけるＣｕの含有率より小さい、
電気接点材料の製造方法。
【請求項５】
前記第３領域を除去する除去工程を備える、
請求項４に記載の電気接点材料の製造方法。
【請求項６】
前記除去工程では、バレル研磨によって前記第３領域を除去する、
請求項５に記載の電気接点材料の製造方法。
【請求項７】
前記第２領域の厚みは、３μｍ以下である、
請求項５又は６に記載の電気接点材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接点材料、及び電気接点材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチ、電磁リレー及び遮断器などの電気製品では、電気回路に電流を断続させるための電気接点が用いられている。一般的に、電気接点材料としては、Ｃｕを含む合金が用いられている。Ｃｕを含む合金の表面には、電気抵抗率の高い酸化被膜が形成されやすいため、接触抵抗が上昇するという問題がある。Ｃｕを含む合金の表面に貴金属（Ａｇ及びＡｕなど）めっき層を形成することによって酸化皮膜が形成されることを抑制できるが、製造コストが増大してしまう。
【０００３】
そこで、特許文献１では、電気接点材料の製造方法として、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｃｒ又はこれらの合金からなる複数の金属層を基材上に積層し、かつ、最も酸化されにくい金属層を最表層に配置した後に酸化雰囲気で加熱処理する手法が提案されている。この手法によれば、最表層の金属層より下に位置する金属層の金属が最表層の金属層に拡散して合金層が形成されるとともに、合金層の表面が酸化されて導電性酸化物層が形成される。この導電性酸化物層は、導電性を有し、かつ、剥離しにくいため、安定した接触抵抗を長期間維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２２６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、合金層の表面に導電性酸化物層が形成されるため、電気接点材料の電気的特性を向上させるにも限界がある。
【０００６】
そのため、良好な電気的特性と製造コスト低減とを両立可能なＡｇＣｕ系合金を電気接点材料として用いることが望まれるが、上述のとおり、ＡｇＣｕ系合金の表面には酸化皮膜が形成されやすく、またＡｇＣｕ系合金の表面に貴金属めっき層を形成すると製造コストが増大してしまう。
【０００７】
本発明は、電気的特性を維持可能な電気接点材料、及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電気接点材料の一つの態様は、ＡｇとＣｕとを含有する第１領域と、第１領域上に配置され、Ａｇを含有する第２領域とを備える。第２領域におけるＣｕの含有率は、第１領域におけるＣｕの含有率より小さい。
【０００９】
本発明に係る電気接点材料の製造方法の一つの態様はＡｇＣｕ系合金に酸素含有雰囲気中で熱処理を施すことによって電気接点材料を形成する熱処理工程を備える。電気接点材料は、ＡｇとＣｕとを含有する第１領域と、第１領域上に配置され、Ａｇを含有する第２領域と、第２領域上に配置され、ＣｕＯを含有する第３領域とを有する。第２領域におけるＣｕの含有率は、第１領域におけるＣｕの含有率より小さい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一つの態様によれば、電気的特性を維持可能な電気接点材料、及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、電気接点材料の製造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、第１電気接点材料２０及び第２電気接点材料３０の製造方法を説明するための模式図である。図１では、ＡｇＣｕ系合金１０、第１電気接点材料２０及び第２電気接点材料３０それぞれの表面付近の拡大断面が図示されている。
【００１３】
以下においては、図１を参照しながら、本実施形態に係る第１及び第２電気接点材料２０，３０の構成について、これらの製造方法にしたがって説明する。
【００１４】
（ＡｇＣｕ系合金１０の準備）
まず、少なくともＡｇ（銀）及びＣｕ（銅）を含むＡｇＣｕ系合金１０を準備する。ＡｇＣｕ系合金１０は、少なくともＡｇとＣｕとを含むＡｇＣｕ系合金によって構成される。ＡｇＣｕ系合金１０において、ＣｕはＡｇ基材中に分散されている。ＡｇＣｕ系合金１０の表面には、酸化被膜が形成されていないことが好ましい。
【００１５】
ＡｇＣｕ系合金１０は、第１及び第２電気接点材料２０，３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性の向上のために、金属酸化物を含んでいてもよい。金属酸化物としては、例えばＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＣｄＯ２から選択される少なくとも１種を用いることができるが、これらには限られない。第１及び第２電気接点材料２０，３０の耐溶着性を向上させるにはＳｎＯ２が金属酸化物として好適であり、入手性を考慮するとＺｎＯが金属酸化物として好適である。
【００１６】
ＡｇＣｕ系合金１０におけるＡｇの含有率は特に制限されないが、例えば、８．５質量％以上８０質量％以下とすることができる。また、第１及び第２電気接点材料２０，３０の製造コストを低減させる観点から、Ａｇの含有率は、１５質量％以下が好ましく、３０質量％以下がより好ましい。
【００１７】
ＡｇＣｕ系合金１０におけるＣｕの含有率は特に制限されないが、例えば、１５質量％以上９０質量％以下とすることができる。また、第１及び第２電気接点材料２０，３０の耐酸化性、耐熱性及び耐衝撃性を維持する観点から、Ｃｕの含有率は、７０質量％以下が好ましい。
【００１８】
ＡｇＣｕ系合金１０が金属酸化物を含む場合、ＡｇＣｕ系合金１０における金属酸化物の含有率は特に制限されないが、例えば、０．５質量％以上１５質量％以下とすることができる。第１及び第２電気接点材料２０，３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性を向上させる観点から、金属酸化物の割合は、０．５質量％以上が好ましい。また、第１及び第２電気接点材料２０，３０の電気伝導度を維持する観点から、金属酸化物の割合は、１５質量％以下が好ましい。
【００１９】
ＡｇＣｕ系合金１０におけるＡｇＣｕ及び金属酸化物それぞれの含有率は、ＡｇＣｕ系合金１０の断面をエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＥＤＳ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ)を用いて分析することによって測定される。ＥＤＳには、ＪＥＯＬ社製、型式ＪＥＤ−２３００が用いられる。
【００２０】
（熱処理工程）
次に、ＡｇＣｕ系合金１０に酸素含有雰囲気中で熱処理を施すことによって、第１電気接点材料２０を形成する。第１電気接点材料２０は、本発明に係る電気接点材料の一例である。
【００２１】
熱処理工程の条件は、以下の通りである。
【００２２】
・酸素含有雰囲気（例えば、大気雰囲気）
・熱処理温度：２２５℃以上３５０℃以下
・熱処理時間：１時間以上
【００２３】
図１に示すように、第１電気接点材料２０は、第１領域２１と、第２領域２２と、第３領域２３とを有する。
【００２４】
第１領域２１は、ＡｇＣｕ系合金１０の本体部である。第１領域２１は、ＡｇＣｕ系合金１０の大部分を占める。第１領域２１は、少なくともＡｇとＣｕとを含有する。第１領域２１は、実質的にＡｇ及びＣｕのみによって構成されていてもよい。第１領域２１において、ＣｕはＡｇ基材中に分散されている。第１領域２１は、金属酸化物を含有していてもよいが、金属酸化物を実質的に含有していなくてもよい。
【００２５】
なお、本明細書において、「組成Ｘを実質的に含有しない」とは、電気接点材料の断面をＥＤＳで分析した場合に、組成Ｘの含有率が５質量％以下であることを意味する。
【００２６】
第１領域２１の厚みは特に制限されず、製品形状に応じて適宜設定可能である。
【００２７】
第２領域２２は、第１領域２１上に配置される。第２領域２２は、第１領域２１と第３領域２３との間に配置される。第２領域２２は、層状あるいは膜状に形成される。第２領域２２は、第１領域２１の表面全面を覆っていてもよいし、第１領域２１の表面を部分的に覆っていてもよい。第２領域２２は、少なくともＡｇを含有する。第２領域２２は、実質的にＡｇのみによって構成されていてもよい。第２領域２２は、Ｃｕを含有していてもよいが、Ｃｕを実質的に含有していなくてもよい。第２領域２２は、金属酸化物を含有していてもよいが、金属酸化物を実質的に含有していなくてもよい。
【００２８】
第２領域２２の厚みは特に制限されず、第１領域２１の厚みよりも薄ければよい。第２領域２２の厚みは、例えば３μｍ以下とすることができる。第２領域２２の厚みは、熱処理の時間を長くするほど、或いは、熱処理の温度を高くほど、厚くすることができる。なお、第２領域２２の厚みは、第１電気接点材料２０の表面に垂直な断面における第２領域２２の表面（すなわち、第２領域２２と第３領域２３との界面）のうち１０μｍの範囲を最小二乗法で直線化し、当該直線に垂直な方向における当該直線からの距離を測定することで得られる。
【００２９】
第３領域２３は、第２領域２２上に配置される。第３領域２３は、第１電気接点材料２０の最表層である。第３領域２３は、層状あるいは膜状に形成される。第３領域２３は、第２領域２２の表面全面を覆っていてもよいし、第２領域２２の表面を部分的に覆っていてもよい。第３領域２３は、少なくともＣｕＯを含有する。第３領域２３は、実質的にＣｕＯのみによって構成されていてもよい。第３領域２３は、Ａｇを含有していてもよいが、Ａｇを実質的に含有していなくてもよい。第３領域２３は、金属酸化物を含有していてもよいが、金属酸化物を実質的に含有していなくてもよい。
【００３０】
第３領域２３の厚みは特に制限されない。第３領域２３の厚みは、熱処理の時間を長くするほど、或いは、熱処理の温度を高くほど、厚くすることができる。
【００３１】
なお、第３領域２３は、電気伝導性の低いＣｕＯを含有しているが、第２領域２２から容易に剥離しやすく、電気接点として実際に使用されれば初期段階で自然に除去されうる。そのため、第１電気接点材料２０は、電気接点材料として十分に実用可能である。
【００３２】
ここで、第２領域２２におけるＣｕの含有率は、第１領域２１におけるＣｕの含有率より小さい。そのため、第２領域２２は、第１領域２１に比べて化学的に安定している。このように、化学的に安定した第２領域２２によって第１領域２１が覆われているため、第１電気接点材料２０が空気と接触したとしても、第２領域２２に含まれるＣｕが酸化してしまうことを抑制できる。よって、第１電気接点材料２０の電気的特性を長期間にわたって維持することができる。
【００３３】
第１領域２１及び第２領域２２それぞれにおけるＣｕの含有率は、第１電気接点材料２０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳを用いて分析することによって測定される。ＥＤＳには、ＪＥＯＬ社製、型式ＪＥＤ−２３００が用いられる。
【００３４】
第１領域２１におけるＣｕの含有率は特に制限されないが、例えば、15質量％以上90質量％以下とすることができる。また、第１及び第２電気接点材料２０，３０の耐酸化性、耐熱性及び耐衝撃性を維持する観点から、第１領域２１におけるＣｕの含有率は、70質量％以下が好ましい。
【００３５】
第２領域２２におけるＣｕの含有率は特に制限されないが、例えば、15質量％以下とすることができる。第２領域２２の化学的安定性を向上させる観点から、第２領域２２におけるＣｕの含有率は、5質量％以下が好ましい。
【００３６】
第１領域２１及び第２領域２２それぞれにおける酸素の含有率は、第１電気接点材料２０の表面に垂直な断面において、ＥＤＳを用いて分析することによって測定される。ＥＤＳには、ＪＥＯＬ社製、型式ＪＥＤ−２３００が用いられる。
【００３７】
（除去工程）
次に、第１電気接点材料２０の最表層である第３領域２３を除去することによって、第２電気接点材料３０を形成する。
【００３８】
第３領域２３は、例えば、バレル研磨、ショットブラストなどによって除去することができる。効率的かつ簡便な除去という観点から、バレル研磨によって第３領域２３を除去することが好ましい。
【００３９】
第２電気接点材料３０は、本発明に係る電気接点材料の一例である。第２電気接点材料３０は、第１領域２１と、第２領域２２とを有する。第１領域２１及び第２領域２２の構成は、上述のとおりである。
【００４０】
第２電気接点材料３０は、電気伝導性の低いＣｕＯを含有する第３領域２３を備えていないので、より電気的特性の良好な電気接点材料であるといえる。
【００４１】
第２電気接点材料３０には、周知の伸線加工及び線材加工（又はリベット加工）が施されて電気接点として製品化される。
【符号の説明】
【００４２】
１０      ＡｇＣｕ系合金
２０      第１電気接点材料
２１      第１領域
２２      第２領域
２３      第３領域
３０      第２電気接点材料
【図１】
2020200503.tif 000003