(57)【要約】【課題】電気接点の熱的損傷を抑制可能な電気接点用粉末、電気接点用成形体、及び電気接点を提供する。【解決手段】電気接点用粉末１０は、母材と、結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な蓄熱材とを備える。【選択図】図１
2020059907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材と、
前記母材に固着され、結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な蓄熱材と、
を備える、
電気接点用粉末。
【請求項２】
前記蓄熱材は、遷移金属化合物セラミックスである、
請求項１に記載の電気接点用粉末。
【請求項３】
前記遷移金属化合物セラミックスは、二酸化バナジウムである、
請求項２に記載の電気接点用粉末。
【請求項４】
前記母材によって構成される母材粒子と、前記蓄熱材によって構成される蓄熱材粒子とを含む複合粒子を有する、
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】
前記複合粒子の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項４に記載の電気接点用粉末。
【請求項６】
前記母材粒子の平均粒径は、１μｍ以上１０００μｍ以下である、
請求項４又は５に記載の電気接点用粉末。
【請求項７】
前記蓄熱材粒子の平均粒径は、０．１μｍ以上１００μｍ以下である、
請求項４乃至６のいずれかに記載の電気接点用粉末。
【請求項８】
母材と、
結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な蓄熱材と、
を備える、
電気接点用成形体。
【請求項９】
母材と、
結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な蓄熱材と、
を備える、
電気接点。
【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、及び電気接点に関する。
【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。電気接点用の材料粉末としては、Ａｇ−金属酸化物系の電気接点用粉末が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ＳｎＯ２（酸化スズ）、Ｌａ２Ｏ３（酸化ランタン）、ＣｕＯ（酸化銅）及びＣｄＯ２（酸化カドミウム）を混合したナノ複合粉体とＡｇ（銀）粉とを含むＡｇ−ＳｎＯ２系の電気接点用粉末を製造する手法が提案されている。このような電気接点用粉末を用いて電気接点を作製することで、接点開閉時に発生するアーク放電による熱的損傷（例えば、接点の溶着、接触抵抗の増大など）を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９６９０３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、アーク放電は、電気接点中を熱が伝わる速度より遙かに短時間で発生するため、電気接点はアーク熱によって瞬間的に加熱されてしまう。従って、特許文献１に記載の電気接点用粉末を用いても、電気接点の熱的損傷を抑制するには限界がある。
【０００６】
本発明は、電気接点の熱的損傷を抑制可能な電気接点用粉末、電気接点用成形体、及び電気接点の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電気接点用粉末の一つの態様は、母材と、結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な蓄熱材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一つの態様によれば、電気接点の熱的損傷を抑制可能な電気接点用粉末、電気接点用成形体、及び電気接点を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】
【００１０】
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。
【００１１】
（原料準備工程）
まず、原料として、母材粒子１１と、蓄熱材粒子１２とを準備する。
【００１２】
母材粒子１１は、電気伝導性及び熱伝導性を有する材料によって構成される。母材粒子１１は、一般的な電気接点に使用さ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、母材粒子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。
【００１３】
蓄熱材粒子１２は、結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な材料によって構成される。本明細書では、結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な材料のことを、以下「蓄熱材」と略称する。
【００１４】
本実施形態に係る蓄熱材は、顕熱を蓄熱する材料に比べて蓄熱密度が高く、化学反応を利用して蓄熱する材料に比べて安定かつ安全であるため、電気接点３０の原料として好適である。また、本実施形態に係る蓄熱材は、固液相転移或いは気液相転移ではなく、結晶構造の相転移（すなわち、固固相転移）を利用して蓄熱するため、固体状態で用いられる電気接点３０の原料として好適である。さらに、本実施形態に係る蓄熱材は、一定の温度で相転移を反復するだけであるため、耐久性にも優れている。
【００１５】
蓄熱材粒子１２を構成する蓄熱材は、結晶構造の相転移によって潜熱を蓄熱可能な材料であればよく、遷移金属化合物セラミックス、合金及び有機化合物のいずれでもよいが、結晶構造の相転移が生じる温度（以下、「相転移温度」という。）が電気接点３０の実使用環境に適した遷移金属化合物セラミックスが好適である。
【００１６】
遷移金属化合物セラミックスとしては、例えば、ＶＯ２、ＶＸ−１ＷＸＯ２（ただし、Ｘは０より大きい。）、Ｖ２Ｏ３、Ｖ４Ｏ７、Ｖ６Ｏ１１、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＶＳ２、ＬｉＶＯ２、ＮａＮｉＯ２、ＬｉＲｈ２Ｏ４、Ｔｉ４Ｏ７、ＳｍＢａＦｅ２Ｏ５、ＥｕＢａＦｅ２Ｏ５、ＧｂＢａＦｅ２Ｏ５、ＴｂＢａＦｅ２Ｏ５、ＤｙＢａＦｅ２Ｏ５、ＨｏＢａＦｅ２Ｏ５、ＹＢａＦｅ２Ｏ５、ＰｒＢａＣｏ２Ｏ５．５、ＤｙＢａＣｏ２Ｏ５．５４、ＨｏＢａＣｏ２Ｏ５．４８、ＹＢａＣｏ２Ｏ５．４９などから選択される少なくとも１種の材料を挙げることができる。これらの遷移金属化合物セラミックスのうち、ＶＯ２（二酸化バナジウム）は相転移温度が６４℃であり、電気接点３０の一般的な実使用環境に適しているため特に好適である。
【００１７】
蓄熱材粒子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。蓄熱材粒子１２は、母材粒子１１より硬くてもよいし、母材粒子１１より柔らかくてもよい。
【００１８】
母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２の総量に対する蓄熱材粒子１２の割合は、２質量％以上１５質量％以下とすることができる。電気接点３０の開閉時に発生するアーク放電に伴うアーク熱を蓄熱材粒子１２によって効率的に吸熱することを考慮すると、総量に対する蓄熱材粒子１２の割合は、２質量％以上が好ましく、４質量％以上がより好ましい。また、電気伝導度を考慮すると、総量に対する蓄熱材粒子１２の割合は、１０質量％以下が好ましく、５質量％以下がより好ましい。
【００１９】
母材粒子１１の平均粒径は、蓄熱材粒子１２の平均粒径より大きいことが好ましい。これにより、後述する混合工程において、母材粒子１１の表面上あるいは内部に蓄熱材粒子１２を広く分布させることができる。この観点から、蓄熱材粒子１２の平均粒径は、母材粒子１１の平均粒径の１／１０以下であることが好ましい。
【００２０】
母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２それぞれの平均粒径の値は特に制限されないが、例えば、母材粒子１１の平均粒径は１μｍ以上１０００μｍ以下とすることができ、蓄熱材粒子１２の平均粒径は１００ｎｍ以上１００μｍ以下とすることができる。
【００２１】
なお、原料としての母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２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。
【００２２】
（混合工程）
上記の原料準備工程に続いて、母材粒子１１と蓄熱材粒子１２とを混合する混合工程を実施する。この混合工程によって、母材粒子１１と蓄熱材粒子１２とを含む複合粒子１３が形成される。その結果、母材と蓄熱材とを備える電気接点用粉末１０が作製される。
【００２３】
母材粒子１１と蓄熱材粒子１２との混合には、母材粒子１１中に蓄熱材粒子１２を埋設させる手法、又は、母材粒子１１に蓄熱材粒子１２を固着させる手法を用いることができる。
【００２４】
母材粒子１１中に蓄熱材粒子１２を埋設させる手法としては、周知のボールミリング法を用いることができる。
【００２５】
母材粒子１１に蓄熱材粒子１２を固着させる手法としては、高速気流中衝撃法を用いることができる。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、母材粒子１１に蓄熱材粒子１２を均一かつ効率的に固着させることができる。
【００２６】
図１では、高速気流中衝撃法を用いた場合が図示されており、蓄熱材粒子１２は、母材粒子１１の表面にめり込むことによって固着されている。蓄熱材粒子１２が母材粒子１１の表面にめり込む深さは、特に制限されない。また、一部の蓄熱材粒子１２は、母材粒子１１中に埋設されてもよい。
【００２７】
図１では、１つの複合粒子１３が複数の蓄熱材粒子１２を含む場合が図示されているが、１つの複合粒子１３に含まれる蓄熱材粒子１２の個数は特に制限されない。
【００２８】
複合粒子１３の平均粒径は特に制限されないが、例えば、１μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。複合粒子１３の「平均粒径」は、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。
【００２９】
複合粒子１３における母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２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。複合粒子１３における母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２それぞれの平均粒径は、電子顕微鏡による観察およびＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【００３０】
（成形工程）
次に、複数の複合粒子１３を含む電気接点用粉末１０を成形することによって、母材と蓄熱材とを備える電気接点用成形体２０を形成する。
【００３１】
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。
【００３２】
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６０〜９０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。
【００３３】
電気接点用成形体２０における複合粒子１３の平均粒径は、上述の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における母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２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における母材粒子１１、蓄熱材粒子１２及び複合粒子１３それぞれの平均粒径は、電子顕微鏡による観察およびＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【００３４】
電気接点用成形体２０における母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２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における母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２それぞれの含有量は、電子顕微鏡による観察およびＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【００３５】
（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、母材と蓄熱材とを備える電気接点３０を形成する。
【００３６】
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。
【００３７】
このように形成される電気接点３０は、蓄熱材を備えているため、接点開閉時に発生するアーク放電に伴うアーク熱を、結晶構造の相転移という作用によって速やかに吸収することができる。従って、電気接点３０がアーク熱によって瞬間的に加熱されることを抑制できるため、電気接点３０に熱的損傷（例えば、接点の溶着、接触抵抗の増大など）が生じることを抑制できる。
【００３８】
また、蓄熱材に蓄熱された熱が母材に拡散すると、蓄熱材は、相転移温度未満の温度になって元の結晶構造に戻るため、再び熱を吸収可能な状態に速やかに復帰できる。従って、吸熱及び放熱のための特殊な機構を必要としないため、簡便に熱的損傷に強い電気接点３０を形成することができる。
【００３９】
電気接点３０における母材及び蓄熱材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における母材及び蓄熱材それぞれの含有量は、電子顕微鏡による観察およびＥＤＳによる元素分析によって測定することができる。
【００４０】
（変形例）
上記実施形態では、電気接点用粉末１０、電気接点用成形体２０及び電気接点３０それぞれが、母材及び蓄熱材を備えることとしたが、母材及び蓄熱材以外の添加物を備えていてもよい。電気接点用粉末１０、電気接点用成形体２０及び電気接点３０それぞれは、電気接点の耐久性向上のために用いられてきた周知の添加物（例えば、ＳｎＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＣｕＯ及びＣｄＯ２など）を含有していてもよい。これらの添加物の総量は特に制限されないが、母材粒子１１及び蓄熱材粒子１２の総量に対して、例えば、１５質量％以下とすることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１０      電気接点用粉末
１１      母材粒子
１２      蓄熱材粒子
１３      複合粒子
２０      電気接点用成形体
３０      電気接点
【図１】
2020059907.tif 000003