(57)【要約】【課題】  電気接点材料等に要求される種々の特性を向上させ得る分散強化合金をスポット的に形成することを可能にして、高性能の電気接点材料等を低コストで提供する。【解決手段】  本発明は、基材2の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜3を形成する方法であって、基材2の表面に第１の金属の膜と第２の金属の膜とを少なくとも１層ずつ形成する工程と、熱処理によって第１の金属の膜と第２の金属の膜との間で相互拡散を起こさせる工程と、酸化雰囲気中での熱処理によって第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜を形成する方法であって、
前記基材の表面に、前記第１の金属の膜と前記第２の金属の膜とを少なくとも１層ずつ交互に形成する工程と、
熱処理によって、前記第１の金属の膜と前記第２の金属の膜との間で相互拡散を起こさせる工程と、
酸化雰囲気中での熱処理によって、前記第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいることを特徴とする、分散強化合金膜の形成方法。
【請求項２】
基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜を形成する方法であって、
前記基材の表面に、前記第１の金属の膜と前記第２の金属の膜とを少なくとも１層ずつ交互に形成する工程と、
酸化雰囲気中での熱処理によって、前記第１の金属の膜と前記第２の金属の膜との間で相互拡散を起こさせるとともに、前記第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいることを特徴とする、分散強化合金膜の形成方法。
【請求項３】
基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜を形成する方法であって、
前記基材の表面に、前記第１の金属の膜と前記第２の金属の酸化物の膜とを少なくとも１層ずつ交互に形成する工程と、
熱処理によって、前記第１の金属の膜と前記第２の金属の酸化物の膜との間で相互拡散を起こさせる工程とを含んでいることを特徴とする、分散強化合金膜の形成方法。
【請求項４】
基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜を形成する方法であって、
前記基材の表面に、前記第１の金属と前記第２の金属の酸化物とを同時蒸着させることを特徴とする、分散強化合金膜の形成方法。
【請求項５】
基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜を形成する方法であって、
前記基材の表面に、前記第１の金属と前記第２の金属とを同時蒸着させる工程と、
酸化雰囲気中での熱処理によって、前記第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいることを特徴とする、分散強化合金膜の形成方法。
【請求項６】
第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜であって、請求項１〜５のいずれか１つの方法によって基材の表面に形成されていることを特徴とする、分散強化合金膜。
【請求項７】
基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜が、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法によって少なくとも１層形成され、前記膜によって接点部が構成されていることを特徴とする、電気接点。
【請求項８】
前記接点部が、前記基材の表面の複数箇所に分散して形成されていることを特徴とする、請求項７記載の電気接点。
【請求項９】
前記第１の金属がＡｇであり、前記第２の金属の酸化物がＡｌ２Ｏ３であることを特徴とする、請求項７または８記載の電気接点。
【請求項１０】
前記基材が、合成樹脂、ガラスまたはセラミックスであることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１つに記載の電気接点。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属マトリックス中に金属酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜およびその形成方法に関する。また、本発明は、分散強化合金膜を適用した電気接点に関する。
【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要求される。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きた。
その１つとして、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を電気接点材料として使用することが提案され、実用化されている（下記特許文献１等参照）。
【０００３】
従来、アルミナ分散強化銀の製造には、粉末冶金法、即ち、Ａｇ粒子とＡｌ２Ｏ３粒子とを混合して成形した後、焼結する方法が採用されていた。
【０００４】
しかしながら、上記の製造方法は、工程が複雑であった。しかも、この方法による場合、電気接点全体がアルミナ分散強化銀によって形成されることになるため、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】
【０００５】
本発明の目的は、電気接点材料等に要求される種々の特性を向上させ得る分散強化合金を、スポット的に使用することを可能にして、高性能の電気接点材料等を低コストで提供することにある。
【０００６】
本発明は、基材の表面に、第１の金属よりなるマトリックス中に第２の金属の酸化物の粒子が分散した分散強化合金の膜を形成する方法に関するものであって、その第１の方法は、基材の表面に、第１の金属の膜と第２の金属の膜とを少なくとも１層ずつ交互に形成する工程と、熱処理によって、第１の金属の膜と第２の金属の膜との間で相互拡散を起こさせる工程と、酸化雰囲気中での熱処理によって、第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいることを特徴とするものである。
【０００７】
上記第１の方法によれば、第１の金属よりなるマトリックス中に分散した第２の金属の酸化物の粒子によって、耐溶着性、耐摩耗性等の特性が向上した分散強化合金の膜を容易に形成することができる。
【０００８】
本発明による第２の分散強化合金膜の形成方法は、基材の表面に、第１の金属の膜と第２の金属の膜とを少なくとも１層ずつ交互に形成する工程と、酸化雰囲気中での熱処理によって、第１の金属の膜と第２の金属の膜との間で相互拡散を起こさせるとともに、前記第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいるものである。
【０００９】
上記第２の方法によっても、耐溶着性、耐摩耗性等の特性が向上した分散強化合金の膜を容易に形成することができる。
【００１０】
本発明による第３の分散強化合金膜の形成方法は、基材の表面に、第１の金属の膜と第２の金属の酸化物の膜とを少なくとも１層ずつ交互に形成する工程と、熱処理によって、第１の金属の膜と第２の金属の酸化物の膜との間で相互拡散を起こさせる工程とを含んでいるものである。
【００１１】
上記第３の方法によっても、前二者と同様に、耐溶着性、耐摩耗性等の特性が向上した分散強化合金の膜を容易に形成することができる。
【００１２】
上記第１〜第３の方法において、第１の金属の膜と、第２の金属またはその酸化物の膜とは、少なくとも１層ずつ形成すれば足りるが、好ましくは、第１の金属の膜、第２の金属またはその酸化物の膜の順で形成されるとともに、最外層が第２の金属またはその酸化物の膜によって構成される、即ち、２種類の膜が同数形成される。上記の順序でそれぞれの膜が形成されていれば、次工程の相互拡散がより良好に行われる。基材の表面に形成する第１の金属の膜の厚さは、金属の種類、膜の用途、層数等によっても変動するが、通常、１〜５０μｍ程度となされる。同様に、第２の金属またはその酸化物の膜の厚さも、金属の種類、膜の用途、層数等によって変動するが、通常、１〜５０μｍ程度となされる。
【００１３】
上述した第１〜第３の分散強化合金膜の形成方法は、いずれも、第１の金属の膜と第２の金属またはその酸化物の膜とを別々に積層形成した後、熱処理によって層間で相互拡散を起こさせるものであるが、本発明には、次のような方法によって分散強化合金膜を形成するものも含まれる。
即ち、本発明による第４の分散強化合金膜の形成方法は、基材の表面に、第１の金属と第２の金属の酸化物とを同時蒸着させるものである。
【００１４】
上記第４の方法によれば、第１の金属よりなるマトリックス中に分散した第２の金属の酸化物の粒子によって耐溶着性、耐摩耗性等の特性が向上した分散強化合金の膜を容易に形成することができる。特に、上記方法の場合、第１の金属と第２の金属の酸化物の成膜速度を制御することによって、これらの成分比を容易に調製することができる上、単一の工程によって分散強化合金膜が形成されるので、製造効率が良く、コストを抑えられるという点でも有利である。
【００１５】
また、本発明による第５の分散強化合金膜の形成方法は、基材の表面に、第１の金属と第２の金属とを同時蒸着させる工程と、酸化雰囲気中での熱処理によって、第２の金属を内部酸化させる工程とを含んでいるものである。
【００１６】
上記第５の方法によれば、耐溶着性、耐摩耗性等に優れた分散強化合金の膜を容易に形成することができる上、第１の金属と第２の金属の成膜速度を制御することによって、これらの成分比を容易に調製することができるという利点もある。
【００１７】
本発明による第１〜第５の方法において、マトリックスを構成する第１の金属としては、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等が挙げられる。
第２の金属は、第１の金属よりなるマトリックス中に酸化物粒子として分散することにより、耐溶着性や耐消耗性等の要求特性を向上させ得るものであれば特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｗ等が挙げられる。
【００１８】
また、本発明には、上述した本発明による第１〜第５の方法のいずれか１つによって基材の表面に形成されている分散強化合金膜が含まれる。
【００１９】
上記の分散強化合金膜は、基材の表面のうち任意の箇所に任意の形状で形成することができるため、例えば電気接点材料や耐摩耗材料として好適に用いることができ、また、それによって製品のコストダウンを図ることができる。
【００２０】
さらに、本発明には、基材の表面に、上述した本発明による第１〜第５の方法によって分散強化合金膜が少なくとも１層形成され、同膜によって接点部が構成されている電気接点が含まれる。
【００２１】
上記の電気接点にあっては、接点部が分散強化合金膜によって形成されるため、従来技術と比べてコストを大幅に抑えることができる。
【００２２】
本発明による電気接点において、基材の表面に形成する分散強化合金膜の厚さは、通常１〜１００μｍ程度、好ましくは５〜５０μｍ程度となされる。
【００２３】
本発明による電気接点において、分散強化合金膜よりなる接点部が、基材の表面の複数箇所に分散して形成される場合がある。
【００２４】
本発明による電気接点において、第１の金属がＡｇであり、第２の金属の酸化物がＡｌ２Ｏ３である場合がある。
【００２５】
上記の電気接点の場合、Ａｇマトリックス中に分散したＡｌ２Ｏ３粒子の存在により、導電性等の電気特性に加えて、耐溶着性および耐消耗性が向上する。
【００２６】
また、本発明による電気接点において、基材が、合成樹脂、ガラス、またはセラミックスである場合がある。
【００２７】
電気接点の基材の材料としては、通常、Ｃｕ、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ系）、Ｆｅ、ＳＵＳ等の金属が用いられるが、本発明による電気接点の場合、合成樹脂、ガラス、セラミックス等も基材の材料として使用可能であり、それによって、更にコストダウンを図ることができる。上記の合成樹脂としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂、フェノール樹脂（ベーク）、アクリル樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂等が挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は、本発明の実施形態を示すものである。図１において、本発明による電気接点(1)は、２つの接点部(11)を備えている。これらの接点部(11)は、基材(2)の表面の２箇所に分散して形成されたアルミナ分散強化銀膜(3)によって構成されている。
【００２９】
上記の電気接点(1)の製造は、次のようにして行われる。
即ち、まず、ＰＥＥＫ樹脂等の耐熱樹脂板(21)の片面に、互いに平行な２本の直線状配線パターン(22)を形成して、基材(2)を作製する。配線パターン(22)は、耐熱樹脂板(21)の片面にＡｇを物理蒸着（真空蒸着、スパッタリング等）させることによって形成する。なお、配線パターン(22)の材料としては、Ａｇに代えて、ＣｕまたはＡｕを用いることも可能である。耐熱樹脂板(21)の厚さは約１ｍｍ、配線パターン(22)の厚さは約１μｍとする。
【００３０】
次に、基材(2)の片面に２つの配線パターン(22)の先端部を除いてマスキングを施しておいてから、該先端部に、Ａｇの膜と、Ａｌの膜とを、この順序で１層ずつ形成する。Ａｇ膜およびＡｌ膜の形成は、それぞれ真空蒸着、スパッタリング等の物理蒸着によって行う。Ａｇ膜は厚さ約１０μｍとなされ、Ａｌ膜は厚さ約５μｍとなされる。
【００３１】
次いで、片面にＡｇ膜およびＡｌ膜が積層形成された基材(2)を熱処理し、Ａｇ膜とＡｌ膜との間で相互拡散を起こさせる。熱処理は、中性雰囲気中、２００〜３００℃で、５〜２０時間実施する。
【００３２】
そして、Ａｇ膜−Ａｌ膜間で相互拡散が生じた基材(2)を、酸化雰囲気中で熱処理し、Ａｌを内部酸化させる。熱処理は、大気またはＯ２雰囲気中、２００〜５５０℃で、０．５〜６時間実施する。これにより、基材(2)の片面における２つの配線パターン(22)の各先端部に、Ａｇマトリックス中にＡｌ２Ｏ３粒子が分散したアルミナ分散強化銀の膜(3)が生成される。
【００３３】
こうして、アルミナ分散強化銀膜(3)によって構成された２つの接点部(11)を有する電気接点(1)が得られる（図１参照）。この電気接点(1)は、各接点部(11)がアルミナ分散強化銀膜(3)によって構成されているため、導電性等の電気特性に優れている上、耐溶着性および耐消耗性にも優れている。
【００３４】
上述の方法によって基材(2)表面にアルミナ分散強化銀膜(3)を形成する場合において、Ａｌを内部酸化させる工程の熱処理条件（温度および時間）と、得られたアルミナ分散強化銀膜の硬度との関係について、以下の実験を行った。
【００３５】
まず、サンプル片として、Ａｇ板の片面にＡｌを蒸着させた後、熱処理によってＡｇ板中にＡｌを拡散させ、更に、温度および時間が異なる複数の条件下での熱処理によりＡｌを内部酸化させたものを用意した。Ａｇ板としては、大きさが１．２ｍｍ×１．２ｍｍ、厚さが３２０μｍのＳＶ９５０を使用した。拡散工程は、恒温炉において、２５０℃、１２時間実施した。内部酸化工程は、マッフル炉を使用し、大気雰囲気中、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、７００℃、８００℃の各温度で、０．５時間、１時間、３時間の各時間実施した。
【００３６】
次に、各サンプル片におけるＡｌ蒸着側の表面を顕微鏡で観察した。また、該表面の硬度（ＨＫ）を、微小硬さ試験機（ヌープ硬度計）を使用して測定した。この際、圧子力は、１０ｇ、２５ｇ、５０ｇの中で最も良い圧痕となるものを選択した。測定は、各サンプルについて１０〜２０回実施した。結果を図２〜７に示す。
【００３７】
図２〜７から明らかなように、内部酸化工程の処理温度が４５０℃および５００℃の場合、相対的に高い硬度が得られており、中でも４５０℃×３時間の時に最も高い硬度となっている。また、処理温度が６００℃以上の場合、表面に細かい凹凸や黒色の斑点が形成されていて、表面状態が悪く、電気接点材料としては不適切なものであった。
【００３８】
また、処理温度４５０℃、５００℃、５００℃の各サンプル片について、断面上の硬度（ＨＫ）を、同様に微小硬さ試験機（ヌープ硬度計）によって測定した。サンプル片の断面を観察したところ、アルミナ分散強化膜の形成により複数の層に分かれていたので、各層を測定できるように測定箇所を決定した。結果を図８〜１０に示す。
【００３９】
図８〜１０から明らかなように、各サンプル片の断面において、Ａｌ蒸着側の面から約２０μｍの深さ付近で、硬度が最も大きくなっていた。
【００４０】
また、内部酸化工程の処理温度との関係において、４５０℃のサンプル片では、全ての処理時間のものについて、最大硬度が３００（ＨＫ）以上となっており、他のサンプル片と比べて突出していた。それに次いで、５００℃のサンプル片も、相対的に大きな硬度が得られていた。
【００４１】
以上の実験結果からみて、Ａｌ内部酸化工程における熱処理条件を３００〜５００℃×０．５〜３時間とすると、表面状態が良好で、大きな硬度を有するアルミナ分散強化合金膜が得られると考えられる。
【００４２】
次に、電気接点(1)の２つの接点部(11)を構成するアルミナ分散強化銀膜(3)の形成方法の別の態様を、以下に説明する。
即ち、まず、基材(2)については、前述の方法と同様にして作製する。
【００４３】
次に、基材(2)の片面に２つの配線パターン(22)の先端部を除いてマスキングを施しておいてから、該先端部に、ＡｇとＡｌ２Ｏ３とを同時蒸着させる。具体的には、１つの蒸着室内にＡｇ用ルツボとＡｌ２Ｏ３用ルツボとを配置した蒸着装置を用いることによって実施する。ＡｇとＡｌ２Ｏ３の成分比は、それぞれの成膜速度を制御することによって、Ａｌ２Ｏ３／Ａｇ＝０．２〜１．０重量％に調製する。
【００４４】
これにより、基材(2)の片面における２つの配線パターン(22)の各先端部に、Ａｇよりなるマトリックス中にＡｌ２Ｏ３の粒子が分散したアルミナ分散強化銀の膜(3)が生成される。
【００４５】
上記の形成方法を採用した場合、ＡｇとＡｌ２Ｏ３の成分比を容易に調製することができ、また、単一の工程によって分散強化合金膜が形成されるので、製造効率が良く、コストを抑えられるという点で特に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る電気接点を示すものであって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明に関する実験データを示すものであって、Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が４５０℃の場合のサンプル片表面の顕微鏡写真および表面硬度測定結果をまとめた表である。
【図３】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が５００℃の場合のサンプル片表面の顕微鏡写真および表面硬度測定結果をまとめた表である。
【図４】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が５５０℃の場合のサンプル片表面の顕微鏡写真および表面硬度測定結果をまとめた表である。
【図５】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が６００℃の場合のサンプル片表面の顕微鏡写真および表面硬度測定結果をまとめた表である。
【図６】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が７００℃の場合のサンプル片表面の顕微鏡写真および表面硬度測定結果をまとめた表である。
【図７】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が８００℃の場合のサンプル片表面の顕微鏡写真および表面硬度測定結果をまとめた表である。
【図８】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が４５０℃の場合のサンプル片の断面上の硬度測定結果をまとめた表である。
【図９】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が５００℃の場合のサンプル片の断面上の硬度測定結果をまとめた表である。
【図１０】Ａｌ内部酸化工程の熱処理温度が５５０℃の場合のサンプル片の断面上の硬度測定結果をまとめた表である。
【符号の説明】
【００４７】
(1)…電気接点
(11)…接点部
(2)…基材
(3)…アルミナ分散強化銀膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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