(57)【要約】【課題】  高いレベルの電気特性、耐溶着性、耐消耗性が要求される電気自動車用リレー等の電気接点材料として好適に用いられるアルミナ分散強化銀棒材を、低コストで提供する。【解決手段】  本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法は、アルミニウム−銀合金粉末を内部酸化させる工程と、内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を銅容器に封入してビレットを形成する工程と、ビレットを押出加工してアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成する工程と、アルミナ分散銀−銅複合棒材から銅外皮部を切削除去する工程とを含んでいる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム−銀合金粉末を内部酸化させる工程と、
内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を銅容器に封入してビレットを形成する工程と、
ビレットを押出加工してアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成する工程と、
アルミナ分散銀−銅複合棒材から銅外皮部を切削除去する工程とを含んでいる、アルミナ分散強化銀棒材の製造方法。
【請求項２】
アルミニウム−銀合金粉末の内部酸化を、大気中、５５０〜９００℃で０．５〜１０時間加熱することにより行う、請求項１記載のアルミナ分散強化銀棒材の製造方法。
【請求項３】
アルミニウム−銀合金粉末として粒径１０〜３００μｍのものを用いる、請求項１または２記載のアルミナ分散強化銀棒材の製造方法。
【請求項４】
アルミニウム−銀合金粉末として、アルミニウムの成分比が０．０８〜１．０％のものを用いる、請求項１〜３のいずれか１つに記載のアルミナ分散強化銀棒材の製造方法。
【請求項５】
内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を、粒径２５〜３００μｍに粉砕してから銅容器に封入する、請求項１〜４のいずれか１つに記載のアルミナ分散強化銀棒材の製造方法。
【請求項６】
アルミナ分散銀−銅複合棒材の全体径に対する銅外皮部の径の比を０．０４〜０．５とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載のアルミナ分散強化銀棒材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法によって製造されている、アルミナ分散強化銀棒材。
【請求項８】
請求項７記載のアルミナ分散強化銀棒材から形成されている、電気接点材料。
【請求項９】
請求項７記載のアルミナ分散強化銀棒材から形成された接点部を備えている、電気自動車用リレー。
【請求項１０】
アルミニウム−銀合金粉末を内部酸化させる工程と、
内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を銅容器に封入してビレットを形成する工程と、
ビレットを押出加工してアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成する工程とを含んでいる、アルミナ分散銀−銅複合棒材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法によって製造されている、アルミナ分散銀−銅複合棒材。
【請求項１２】
請求項１１記載のアルミナ分散銀−銅複合棒材から形成されている、抵抗溶接用電極材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナ分散強化銀の棒材およびその製造方法に関する。また、本発明は、アルミナ分散強化銀棒材を利用した電気接点材料および電気自動車用リレーに関する。
さらに、本発明は、アルミナ分散銀−銅複合棒材およびその製造方法、ならびに該複合棒材を利用した抵抗溶接電極に関する。
なお、本発明にいう「棒材」には、一般に線材と称される径の小さい長尺材も含まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
スイッチ、リレー、遮断機、ブレーカといった電気接点には、導電性等の電気特性に加えて、耐溶着性や耐消耗性が必要とされる。これらの特性を向上させて、より優れた電気接点を得るための材料開発が、従来より盛んに行われている。また近年、地球環境問題等に対応するため、電気自動車（ハイブリッド車を含む）の開発が進められているが、電気自動車に使用するリレーには、上述した各特性が更に高いレベルで要求される。
【０００３】
このような電気接点材料として、Ａｇマトリックス中にＡｌ２Ｏ３の粒子が分散したアルミナ分散強化銀よりなるものが知られている。
【０００４】
アルミナ分散強化銀よりなる電気接点材料の製造方法としては、Ａｇ粒子とＡｌ２Ｏ３粒子とを混合して成形した後、焼結し、得られた焼結体を熱間押出した後、伸線加工するものがある（下記特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、上記の製造方法は、工程が複雑である上、熱間押出後に不要部分として除去される押出頭尾部等も材料費の高いアルミナ分散銀によって構成されるため、合理的とはいえず、それだけコストが高くつくという問題があった。
【特許文献１】特開平８−１４３９８９号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明の主たる目的は、高いレベルの電気特性、耐溶着性、耐消耗性が要求される電気自動車用リレー等の電気接点材料として好適に用いられるアルミナ分散強化銀棒材を、低コストで提供することにある。
【０００７】
本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法は、アルミニウム−銀合金粉末を内部酸化させる工程と、内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を銅容器に封入してビレットを形成する工程と、ビレットを押出加工してアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成する工程と、アルミナ分散銀−銅複合棒材から銅外皮部を切削除去する工程とを含んでいるものである。
【０００８】
上記の製造方法によれば、従来技術と比べて工数が少なくなる。しかも、上記方法は、アルミナ分散銀粉末を銅容器に封入して形成したビレットを押出加工してアルミナ分散銀−銅複合棒材を得た後、アルミナ分散銀−銅複合棒材から銅外皮部を切削除去するものであり、従って、押出頭尾部や押出時の酸化や押し込みによって不要となる部分が、材料費が安くかつ押出性の良い銅で構成されるため、合理的である。したがって、本発明の方法によれば、電気特性、耐溶着性および耐消耗性に優れたアルミナ分散強化銀棒材を、従来技術と比べて安価に製造することが可能である。
【０００９】
本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法において、アルミニウム−銀合金粉末の内部酸化を、大気中、５５０〜９００℃（より好ましくは７００〜８００℃）で、０．５〜１２時間（より好ましくは１〜２時間）加熱することにより行うのが好ましい。
【００１０】
アルミニウム−銀合金粉末の場合、内部酸化を大気中で行っても、銀は酸化しないので、その方が余分なコストがかからない。また、加熱温度および時間を上記の数値範囲で実施すれば、アルミニウム−銀合金粉末の内部酸化が良好に行われ、電気接点材料として好適なアルミナ分散強化銀棒材が得られる。
【００１１】
本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法において、アルミニウム−銀合金粉末として粒径１０〜３００μｍ（より好ましくは３０〜５０μｍ）のものを用いるのが好ましい。
【００１２】
上記粉末の粒径が１０μｍ未満であると、粉末表面の汚れを材料中に持ち込みやすくなる。一方、上記粉末の粒径が３００μｍを超えると、粉末中心まで内部酸化するのに必要な酸素拡散距離が長くなり、ひいては処理時間が長くなるので、生産上不利となる。
【００１３】
本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法において、アルミニウム−銀合金粉末として、アルミニウムの成分比（重量比）が０．０８〜１．０％のものを用いるのが好ましい。
【００１４】
アルミニウムの成分比が０．０８％未満であると、内部酸化後の材料強度および耐熱性が不十分となる。一方、上記比が１．０％を上回ると、粉末中心まで内部酸化するのに時間がかかり、生産性が低下する。
【００１５】
本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法において、内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を、粒径２５〜３００μｍに粉砕してから銅容器に封入するのが好ましい。
【００１６】
アルミナ分散銀粉末の粒径が２５μｍ未満であると、細かすぎて舞い上がり処理し難く、表面の汚染も増えてしまう。一方、上記粒径が３００μｍを超えると、粗すぎて銅容器への充填率が低下してしまう。なお、銅容器としては、純銅製の容器の他、銅合金製の容器を用いることも可能である。
【００１７】
本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法において、アルミナ分散銀−銅複合棒材の全体径に対する銅外皮部の径の比を０．０４〜０．５とするのが好ましい。
【００１８】
上記比が０．０４未満であると、押出中に外皮部（銅）が破れるおそれがある。一方、上記比が０．５を上回ると、押出中に内部材料（アルミナ分散強化銀）が付いて行かず途切れてしまういわゆるカッピングが生じるおそれがある。
【００１９】
本発明には、上記方法によって製造されたアルミナ分散強化銀棒材が含まれる。
【００２０】
本発明のアルミナ分散強化銀棒材は、特別な設備を必要とせずに従来技術より少ない工数で歩留まり良く製造されるため、電気特性、耐溶着性、耐消耗性に優れた電気接点材料として安価に提供することが可能である。
【００２１】
また、本発明には、上記のアルミナ分散強化銀棒材から形成されている電気接点材料も含まれる。
【００２２】
この電気接点材料は、少ない工数で歩留まり良く製造されたアルミナ分散強化銀棒材によって形成されているため、電気特性、耐溶着性、耐消耗性に優れている上、コストも安くつく。
【００２３】
さらに、本発明には、上記のアルミナ分散強化銀棒材から形成された接点部を備えている電気自動車用リレーも含まれる。
【００２４】
この電気自動車用リレーは、少ない工数で歩留まり良く製造されたアルミナ分散強化銀棒材から接点部が形成されているため、ハイレベルの電気特性、耐溶着性、耐消耗性を備えていて、溶着、スパーク、摩耗が生じ難い上、低コストで提供することが可能である。
【００２５】
その他、本発明には、アルミニウム−銀合金粉末を内部酸化させる工程と、内部酸化によって得られたアルミナ分散銀粉末を銅容器に封入してビレットを形成する工程と、ビレットを押出加工してアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成する工程とを含んでいる、アルミナ分散銀−銅複合棒材の製造方法が含まれる。
【００２６】
上記の方法によれば、芯部がアルミナ分散銀で構成され、その周囲の外皮部が銅で構成された複合棒材を、上述した本発明によるアルミナ分散強化銀棒材の製造方法に使用する設備を用いて、容易にかつ低コストで製造することができる。
なお、本発明によるアルミナ分散銀−銅複合棒材の製造方法においても、本発明によるアルミナ分散銀棒材の製造方法に関して上述した内部酸化、アルミニウム−銀合金粉末の粒径および成分比、銅容器に封入するアルミナ分散銀粉末の粒径ならびに複合棒材の外皮部の径の比率に関する好適な条件が、そのまま当て嵌まる。
【００２７】
また、本発明には、上記方法によって製造されているアルミナ分散銀−銅複合棒材が含まれる。
【００２８】
本発明のアルミナ分散銀−銅複合棒材は、その芯部が電気特性、耐溶着性、耐消耗性に優れたアルミナ分散銀で構成され、外皮部がコストの安い銅で構成されているため、これを例えば抵抗溶接用電極材料として使用した場合には、低コストでありながら優れた性能が得られる。
【００２９】
加えて、本発明には、上記アルミナ分散銀−銅複合棒材から形成されている抵抗溶接用電極材料が含まれる。
この抵抗溶接用電極材料によれば、導電性、耐熱性、耐摩耗性および耐溶着性が要求される部分が複合棒材のうちアルミナ分散銀よりなる芯部で構成され、残りの部分が複合棒材のうち銅よりなる外皮部で構成されるので、それだけコストを下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明によるアルミナ分散銀棒材の製造方法の実施形態を以下に説明する。
【００３１】
ａ．粉末化工程：
Ａｌ−Ａｇ合金鋳塊から、水アトマイズによって、粒径約４５μｍの０．５５WT％Ａｌ−Ａｇ合金粉末を形成した。なお、水アトマイズに代えて、ガスアトマイズにより、上記鋳塊を粉末化してもよい。また、アトマイズ以外の方法として、鋳塊粉砕法を採用することも可能である。
【００３２】
ｂ．内部酸化工程
次に、得られたＡｌ−Ａｇ合金粉末を、大気炉において７００〜８００℃で２時間加熱した。これにより、Ａｌ−Ａｇ合金粉末が内部酸化して、Ａｇマトリックス中にＡｌ２Ｏ３粒子が均一に分散したアルミナ分散強化銀粒子が得られた。
【００３３】
ｃ．粉砕工程
次に、得られたアルミナ分散強化銀粒子を、それらの粒径が約２５〜３００μｍとなるように粉砕した。粉砕は、前記粒子を厚手のビニール袋に入れて木ヅチで叩くことにより行ったが、ジョークラッシャやターボミル等の粉砕器を用いて行うことも可能である。
【００３４】
ｄ．ビレット形成工程
次に、粉砕したアルミナ分散強化銀粒子を、純銅製の円筒状容器に封入して、ビレットを形成した。容器への封入に際しては、アルミナ分散強化銀粒子を１００ｇ投入する毎にプレスで７．５トンの圧力を加えて、充填率がほぼ７０％となるようにした。なお、容器へのアルミナ分散強化銀粒子の封入は、ＣＩＰ（冷間等方圧加工法）、ＨＰ（ホットプレス）またはＨＩＰ（熱間等方圧加工法）により行うようにしてもよい。
【００３５】
ｅ．押出および抽伸・スエージング工程
その後、ビレットを押出加工して、直径１５ｍｍのアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成し、更に同棒材を直径１０ｍｍになるまで抽伸加工した。なお、抽伸加工に代えて、スエージング加工を行ってもよい。こうして得られたアルミナ分散銀−銅複合棒材におけるアルミナ分散銀芯部の直径を測定したところ、約８ｍｍであった。よって、アルミナ分散銀−銅複合棒材の全体径に対する銅外皮部の径の比は、約０．２となる。
【００３６】
ｆ．切削除去工程
次に、旋盤を用いて、アルミナ分散銀−銅複合棒材から銅外皮部を切削除去した。この際、銅外皮部が完全に除去されるように、アルミナ分散銀芯部の最外周部分も併せて切削除去する。こうして、直径約７ｍｍのアルミナ分散強化銀棒材を得た。
【００３７】
上記の通り、本発明の方法によれば、従来技術よりも少ない工数で、アルミナ分散強化銀棒材を製造することが可能である。
【００３８】
また、最終工程ｆにおいてアルミナ分散銀−銅複合棒材から切削除去される銅外皮部は、押出頭尾部や押出時に酸化や押し込みといった欠陥が生じる外周部を含むものであって、いずれも製品として不要とされる部分である。従来技術では、このような不要部分も材料費の高いアルミナ分散強化銀によって構成されていたが、本発明では、上述の通り材料費の安い銅によって構成されているので、その分だけアルミナ分散強化銀棒材の製造コストを抑えることができる。
【００３９】
上記工程を経て得られたアルミナ分散強化銀棒材を、１〜５ｍｍの長さに切断して、電気自動車用リレーの接点部を構成するチップ状の電気接点材料を得た。こうして得られた電気接点材料の硬度をビッカース硬さ試験機によって測定したところ、ＨＶ＝１５０であった。また、この電気接点材料の導電率を日本グリンゲルンベルク（株）製のＳＩＧＭＡＴＥＳＴ２．０６７によって測定したところ、８０％ＩＡＣＳを示した。
【００４０】
なお、この実施形態では、アルミナ分散銀棒材を形成して、この棒材より電気自動車用リレーの接点部を製造する方法を説明したが、上記粉末化工程〜押出および抽伸・スエージング工程を経てアルミナ分散銀−銅複合棒材を形成し、該複合棒材を所要の形状に鍛造、切削すれば、導電性、耐熱性、耐摩耗性および耐溶着性に優れかつ安価な抵抗スポット溶接用電極を得ることができる。