(57)【要約】【課題】取り扱い容易な電気接点用粉末、電気接点用成形体、電気接点及び電気接点用粉末の製造方法を提供する。【解決手段】電気接点用粉末１０は、複合粒子１５を含む。複合粒子１５は、導電性を有する第１粒子１１と、第１粒子１１に固着された第２粒子１２と、導電性を有し、第１粒子１１及び第２粒子１２それぞれを覆う複数の第３粒子１３とを有する。第２粒子１２を構成する材料の融点は、酸化スズの融点より高い。【選択図】図１
2020059906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合粒子を含む電気接点用粉末であって、
前記複合粒子は、
導電性を有する第１粒子と、
前記第１粒子に固着された第２粒子と、
導電性を有し、前記第１粒子及び前記第２粒子それぞれを覆う複数の第３粒子と、
を有し、
前記第２粒子を構成する材料の融点は、酸化スズの融点より高い、
電気接点用粉末。
【請求項２】
前記第２粒子を構成する材料の融点は、酸化亜鉛の融点より高い、
請求項１に記載の電気接点用粉末。
【請求項３】
前記第１粒子を構成する材料は、銀又は銅である、
請求項１又は２に記載の電気接点用粉末。
【請求項４】
前記第２粒子を構成する材料は、タングステン、炭化タングステン、酸化マグネシウム、及びモリブデンから選択される１種である、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項５】
前記第３粒子を構成する材料は、銀又は銅である、
請求項１乃至４のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項６】
前記第１粒子の含有率は、３０質量％以上である、
請求項１乃至５のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項７】
前記第２粒子の含有率は、０．５質量％以上である、
請求項１乃至６のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項８】
前記第２粒子の含有率は、１０質量％以下である、
請求項１乃至７のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項９】
前記第１粒子の平均粒径は、前記第２粒子及び第３粒子それぞれの平均粒径より大きい、
請求項１乃至８のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項１０】
前記第３粒子の平均粒径は、前記第２粒子１２の平均粒径より大きい、
請求項９に記載の電気接点用粉末。
【請求項１１】
前記第２粒子の平均粒径は、前記第１粒子の平均粒径の１／１００以下である、
請求項９又は１０に記載の電気接点用粉末。
【請求項１２】
前記第３粒子の平均粒径は、前記第１粒子の平均粒径の１／１０以下である、
請求項９乃至１１のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項１３】
複合粒子を含む電気接点用成形体であって、
前記複合粒子は、
導電性を有する第１粒子と、
前記第１粒子に固着された第２粒子と、
導電性を有し、前記第１粒子及び前記第２粒子それぞれを覆う複数の第３粒子と、
を有し、
前記第２粒子を構成する材料の融点は、酸化スズの融点より高い、
電気接点用成形体。
【請求項１４】
互いに連結された複数の複合相によって構成される電気接点であって、
前記複数の複合相それぞれは、
導電性を有する材料によって構成される第１相と、
前記第１相の周囲に配置される第２相と、
導電性を有する材料によって構成され、前記第１相及び前記第２相を取り囲む第３相と、
を有し、
前記第２相を構成する材料の融点は、酸化スズの融点より高い、
電気接点。
【請求項１５】
導電性を有する第１粒子によって構成される第１粉末と、酸化スズより融点の高い第２粒子によって構成される第２粉末とを混合することによって、前記第１粒子に前記第２粒子を固着させる第１混合工程と、
前記第２粒子が固着した前記第１粒子と、導電性を有する第３粒子とを混合することによって、前記第１粒子及び前記第２粒子それぞれを複数の第３粒子で覆う第２混合工程と、
を備える電気接点用粉末の製造方法。
【請求項１６】
前記第１混合工程における混合時間は、前記第２混合工程における混合時間より長い、
請求項１５に記載の電気接点用粉末の製造方法。
【請求項１７】
前記第１混合工程では、高速気流中衝撃法によって前記第１粉末と前記第２粉末とを混合する、
請求項１５又は１６に記載の電気接点用粉末の製造方法。
【請求項１８】
前記第２混合工程では、高速気流中衝撃法によって前記第１粉末と前記第３粉末とを混合する、
請求項１５乃至１７のいずれかに記載の電気接点用粉末の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接点用粉末、電気接点用成形体、電気接点及び電気接点用粉末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る。特許文献１では、接点特性強化のために、非Ａｇ粒子（例えば、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ、ＷＣ）とＡｇ粒子とを機械的複合化処理で造粒することによって、十分な量の非Ａｇ粒子をＡｇ中に分散させた複合粒子からなる電気接点用粉末の製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４―１４７９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の複合粒子では、すべての非Ａｇ粒子をＡｇ粒子中に埋設することは困難であり、一部の非Ａｇ粒子はＡｇ粒子の外表面から露出してしまう。そのため、非Ａｇ粒子が、空気中で発熱する性質、空気中で加熱により分解する性質、或いは、水に溶解する性質などを有する場合には、複合粒子の取り扱いに注意を要する。
【０００５】
本発明は、取り扱い容易な電気接点用粉末、電気接点用成形体、電気接点及び電気接点用粉末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】
【０００６】
本発明に係る電気接点用粉末の一つの態様は、複合粒子を含む電気接点用粉末である。複合粒子は、導電性を有する第１粒子と、第１粒子に固着された第２粒子と、導電性を有し、第１粒子及び第２粒子それぞれを覆う複数の第３粒子とを有する。第２粒子を構成する材料の融点は、酸化スズの融点より高い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一つの態様によれば、取り扱い容易な電気接点用粉末、電気接点用成形体、電気接点及び電気接点用粉末の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、電気接点用粉末、電気接点用成形体及び電気接点の構成及び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】
【０００９】
図１は、本実施形態に係る電気接点用粉末１０、電気接点用成形体２０及び電気接点３０の構成及び製造方法を説明するための模式図である。以下、図１を参照しながら、電気接点用粉末１０、電気接点用成形体２０及び電気接点３０の製造工程に沿って順次説明する。
【００１０】
（原料準備工程）
まず、第１粒子１１を含む粉末と、第２粒子１２を含む粉末と、第３粒子１３を含む粉末とを準備する。
【００１１】
第１粒子１１は、導電性を有する材料によって構成される。第１粒子１１は、電気接点に用いられる周知の母材によって構成することができる。具体的には、第１粒子１１は、例えば、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）から選択される少なくとも１種の材料によって構成することができる。Ａｇ及びＣｕは、入手容易性と柔軟性とを両立できるため好適である。
【００１２】
第２粒子１２は、電気接点３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性の少なくとも一方を向上させられる材料によって構成される。第２粒子１２を構成する材料の融点は、ＳｎＯ２（酸化スズ）の融点（すなわち、１６３０℃）より高い。第２粒子１２を構成する材料の融点は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）の融点（すなわち、１９６０℃）より高いことが好ましい。
【００１３】
具体的には、第２粒子１２は、例えば、ＮｂＣ（炭化ニオブ）、ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）、Ｗ（タングステン）、ＮｂＢ２（二硼化ニオブ）、ＺｒＮ（窒化ジルコニウム）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＢ２（二硼化チタン）、ＷＣ（炭化タングステン）、ＶＣ（炭化バナジウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｍｏ２Ｃ（炭化モリブデン）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、Ｍｏ（モリブデン）、ＣａＯ（酸化カルシウム）、ＢａＺｒＯ３（ジルコン酸バリウム）、ＣｒＢ２（二硼化クロム）、ＷＯ３（酸化タングステン）、ＣｒＢ（硼化クロム）、Ｂ４Ｃ（炭化ホウ素）、ＶＮ（窒化バナジウム）、Ｌａ２Ｏ３（酸化ランタン）、ＣａＣ２（炭化カルシウム）などから選択される少なくとも１種の材料によって構成することができる。
【００１４】
これらの材料のうち、Ｗは空気中で発熱する性質を有し、ＷＣは空気中で加熱により分解する性質を有し、ＭｇＯは水に溶解する性質を有し、Ｍｏは空気中で加熱により酸素と反応する性質を有するため、一般的には取り扱いに注意を要する。しかしながら、後述するように、本実施形態に係る電気接点用粉末１０を構成する複合粒子１５では、第２粒子１２が第３粒子１３によって覆われる。そのため、第２粒子１２を構成する材料として、Ｗ、ＷＣ、ＭｇＯ、及びＭｏから選択される１種を用いたとしても、電気接点用粉末１０の取り扱いを容易にすることができる。このような効果は、Ｗ、ＷＣ、ＭｇＯ、及びＭｏで第２粒子１２を構成した場合に限らず、何らかの理由で取り扱いに注意を要する材料で第２粒子１２を構成する場合に得ることができる。
【００１５】
第２粒子１２は、電気伝導性を有していてもよいし、電気伝導性を有していなくてもよい。第２粒子１２は、第１粒子１１又は第３粒子１３より硬くてもよいし、第１粒子１１又は第３粒子１３より柔らかくてもよい。
【００１６】
第３粒子１３は、導電性を有する材料によって構成される。第３粒子１３は、電気接点に用いられる周知の母材によって構成することができる。具体的には、第３粒子１３は、例えば、Ａｇ、Ｃｕから選択される少なくとも１種の材料によって構成することができる。Ａｇ及びＣｕは、入手容易性と柔軟性とを両立できるため好適である。
【００１７】
準備する第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３の総量（以下、「総量」と略称する。）に対する第１粒子１１の割合は、８．５質量％以上８０質量％以下とすることができる。電気接点３０の耐酸化性、耐熱性及び耐衝撃性を維持することを考慮すると、総量に対する第１粒子１１の割合は、３０質量％以上が好ましい。
【００１８】
総量に対する第２粒子１２の割合は、０．５質量％以上１５質量％以下とすることができる。電気接点３０の電気伝導度を維持することを考慮すると、総量に対する第２粒子１２の割合は、１０質量％以下が好ましい。電気接点３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性を向上させることを考慮すると、総量に対する第２粒子１２の割合は、０．５質量％以上が好ましい。
【００１９】
総量に対する第３粒子１３の割合は、１５質量％以上９０質量％以下とすることができる。電気接点３０の耐酸化性、耐熱性及び耐衝撃性を維持することを考慮すると、総量に対する第３粒子１３の割合は、７０質量％以下が好ましい。
【００２０】
第１粒子１１の平均粒径は、第２粒子１２の平均粒径より大きいことが好ましい。これにより、後述する第１混合工程において、第１粒子１１の表面上に第２粒子１２を広く分布させることができるため、耐溶着性及び耐アーク消耗性をより向上させることができる。この観点から、第２粒子１２の平均粒径は、第１粒子１１の平均粒径の１／１００以下であることがより好ましい。
【００２１】
第１粒子１１の平均粒径は、第３粒子１３の平均粒径より大きいことが好ましい。これにより、後述する第２混合工程において、第１粒子１１及び第２粒子１２それぞれを複数の第３粒子１３によって効率的に覆うことができる。この観点から、第３粒子１３の平均粒径は、第１粒子１１の平均粒径の１／１０以下であることがより好ましい。
【００２２】
第３粒子１３の平均粒径は、第２粒子１２の平均粒径より大きいことが更に好ましい。これによって、後述する第２混合工程において、第２粒子１２を第３粒子１３によって更に効率的に覆うことができる。この観点から、第２粒子１２の平均粒径は、第３粒子１３の平均粒径の１／１０以下であることがより好ましい。
【００２３】
第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの平均粒径の値は特に制限されないが、例えば、第１粒子１１の平均粒径は１μｍ以上１００μｍ以下とすることができ、第２粒子１２の平均粒径は１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができ、第３粒子１３の平均粒径は０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。
【００２４】
なお、原料としての第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの平均粒径は、レーザー回折散乱法を用いたレーザー回折式粒度分布測定装置（例えば、島津製作所社製、型式ＳＡＬＤ−２３００）により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ５０径）である。
【００２５】
（第１混合工程）
上記の原料準備工程に続いて、第１粒子１１と第２粒子１２とを混合することによって、第１粒子１１に第２粒子１２を固着させる第１混合工程を実施する。
【００２６】
第１粒子１１と第２粒子１２との混合には、高速気流中衝撃法を用いることが好ましい。高速気流中衝撃法とは、高速気流中に複数種の粉末どうしを乾式で分散させながら、衝撃力を主体とする力によって、ある種の微粒子の表面を他種の微粒子で表面改質又は複合化する技術である。高速気流中衝撃法を用いた混合機としては、例えばハイブリダイゼーションシステム（奈良機械製作所社製、型式ＮＨＳ−０）を用いることができる。このような高速気流中衝撃法を用いることにより、従来のボールミリングに比べて、メディア（ボール）などからのコンタミネーションを防ぎながら、第１粒子１１の表面に第２粒子１２を均一かつ効率的に固着させることができる。その結果、電気接点３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性をより向上させるとともに、電気接点３０への不純物混入も抑制することができる。
【００２７】
第１混合工程において第１粒子１１と第２粒子１２とを混合する時間は、後述する第２混合工程において第２粒子１２が固着した第１粒子１１と第３粒子１３とを混合する時間より長いことが好ましい。これにより、第１粒子１１の表面に第２粒子１２を強固かつ均一に固着させることができる。
【００２８】
なお、第１粒子１１と第２粒子１２との混合方法は、高速気流中衝撃法に限られず、第１粒子１１に第２粒子１２を固着させられる手法であればよい。従って、例えば従来のボールミリング法を用いて、第１粒子１１と第２粒子１２とを混合してもよい。
【００２９】
図１では、１つの第１粒子１１に複数の第２粒子１２が固着する様子が例示されているが、１つの第１粒子１１に固着する第２粒子１２の数は特に制限されない。また、すべての第１粒子１１に第２粒子１２が固着していることが好ましいが、第２粒子１２が固着していない第１粒子１１が存在していてもよい。
【００３０】
図１に示すように、第２粒子１２は、第１粒子１１の表面にめり込むことによって固着される。第２粒子１２が第１粒子１１の表面にめり込む深さは、特に制限されない。また、すべての第２粒子１２が第１粒子１１の表面に固着されていることが好ましいが、第１粒子１１の表面に付着しているだけの第２粒子１２が存在していてもよい。
【００３１】
第１粒子１１の表面には、複数の第２粒子１２が均一に配置されることが好ましい。複数の第２粒子１２は、第１粒子１１の表面を覆うように層状に配置されてもよいし、それぞれが離れていてもよい。
【００３２】
（第２混合工程）
次に、第２粒子１２が固着した第１粒子１１と第３粒子１３とを混合することによって、第１粒子１１及び第２粒子１２を第３粒子１３で覆う第２混合工程を実施する。これにより、電気接点用粉末１０を構成する複合粒子１５が形成される。
【００３３】
複合粒子１５において、第３粒子１３は、第１粒子１１及び第２粒子１２を覆っている。これによって、耐溶着性及び耐アーク消耗性の向上のために添加された第２粒子１２が取り扱いに注意を要する材料によって構成される場合であっても、第３粒子１３によって第２粒子１２を空気や水から隔離できるため、複合粒子１５の取り扱いを容易にすることができる。
【００３４】
複合粒子１５において、第３粒子１３は、第１粒子１１の表面の全体を覆っていることが好ましいが、第１粒子１１の表面の一部は、第３粒子１３から露出していてもよい。複合粒子１５において、第３粒子１３は、第１粒子１１の表面に固着された全ての第２粒子１２の表面を覆っていることが好ましいが、第１粒子１１の表面に固着された一部の第２粒子１２の表面は、第３粒子１３から露出していてもよい。
【００３５】
複合粒子１５において、第３粒子１３は、第１粒子１１及び第２粒子１２の表面に付着していればよいが、第１粒子１１又は第２粒子１２の表面に固着された第３粒子１３が存在していてもよい。
【００３６】
第２粒子１２が固着した第１粒子１１と第３粒子１３との混合には、上述した高速気流中衝撃法を用いることが好ましい。これにより、従来のボールミリングに比べて、メディア（ボール）などからのコンタミネーションを防ぎながら、第３粒子１３を均一かつ効率的に付着させることができる。
【００３７】
第２混合工程では、第３粒子１３を第１粒子１１及び第２粒子１２の表面に付着させればよく、めり込ませる必要がないので、第２混合工程における混合時間は、上述した第１混合工程における混合時間より短くてもよい。
【００３８】
なお、第２粒子１２が固着した第１粒子１１と第３粒子１３との混合方法は、高速気流中衝撃法に限られず、第１粒子１１及び第２粒子１２に第３粒子１３を付着させられる手法であればよい。従って、例えば従来のボールミリング法を用いて、第２粒子１２が固着した第１粒子１１と第３粒子１３とを混合してもよい。
【００３９】
電気接点用粉末１０における、第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの割合は、原料準備工程にて説明したとおりである。電気接点用粉末１０における各粒子の割合は、ＳＥＭ−ＥＤＳ（走査型電子顕微鏡／エネルギー分散型Ｘ線分光器）による観察・分析によって測定することができる。
【００４０】
電気接点用粉末１０における、第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの平均粒径は、原料準備工程にて説明したとおりである。電気接点用粉末１０の粒子の平均粒径は、ＳＥＭ−ＥＤＳによる観察において、無作為に選択した２５個の粒子の直径を算術平均することによって算出することができる。
【００４１】
電気接点用粉末１０の平均粒径（すなわち、複合粒子１５の平均粒径）は特に制限されないが、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【００４２】
（成形工程）
次に、複数の複合粒子１５を含む電気接点用粉末１０を成形することによって、電気接点用成形体２０を形成する。具体的には、静水圧プレス機を用いて電気接点用粉末１０をプレス成形する。プレス成形に必要な圧力は、例えば０．５〜１．５ＭＰａ程度である。
【００４３】
電気接点用成形体２０の密度（充填率）は特に制限されないが、例えば７０〜９５体積％とすることができる。電気接点用成形体２０の外形及びサイズは特に制限されない。
【００４４】
電気接点用成形体２０における複合粒子１５の平均粒径は、上述の第２混合工程にて説明したとおりである。電気接点用成形体２０における第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの平均粒径は、上述の原料準備工程にて説明したとおりである。電気接点用成形体２０における第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの平均粒径は、電子顕微鏡による観察およびＳＥＭ−ＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【００４５】
電気接点用成形体２０における第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの含有量は、上述の原料準備工程にて説明したとおりである。電気接点用成形体２０における第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの含有量は、電子顕微鏡による観察およびＳＥＭ−ＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【００４６】
（焼結工程）
次に、プレス成形された電気接点用成形体２０を焼結することによって、電気接点３０を形成する。具体的には、電気接点用成形体２０を非酸化雰囲気の熱処理炉に投入し、処理温度６５０〜７５０℃、処理時間２時間程度で電気接点用成形体２０を焼結する。
【００４７】
電気接点３０の断面をＳＥＭで拡大（例えば、倍率５００００倍）すると、電気接点３０を構成する複数の複合相が観察される。複数の複合相は、互いに連結されている。
【００４８】
各複合相は、第１相と、第１相の周囲に配置される第２相と、第１相及び前記第２相を取り囲む第３相とを有する。第１相は、上述した第１粒子１１の材料によって構成される。第２相は、上述した第２粒子１２の材料によって構成される。第３相は、上述した第３粒子１３の材料によって構成される。従って、第１相及び第３相それぞれは導電性を有する材料によって構成され、第２相を構成する材料の融点は酸化スズの融点より高い。第２相を構成する材料の融点はＳｎＯ２の融点より高い。第２相を構成する材料の融点は、ＺｎＯの融点より高いことが好ましい。
【００４９】
電気接点３０における第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの含有量は、上述の原料準備工程にて説明したとおりである。電気接点３０における第１粒子１１、第２粒子１２及び第３粒子１３それぞれの含有量は、電子顕微鏡による観察およびＳＥＭ−ＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０      電気接点用粉末
１１      第１粒子
１２      第２粒子
１３      第３粒子
１５      複合粒子
２０      電気接点用成形体
３０      電気接点
【図１】
2020059906.tif 000003