(57)【要約】【課題】本発明は、Ｓｉの含有量を多くした場合であっても導電率を高くすることが可能なＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１は、Ａｇ相２と、Ａｇ相２中に分散したＳｉ相３とを有する。このような構造を有するＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１において、Ｓｉ相３は、Ｓｉ相３を半導体にするための不純物元素を含み、Ｓｉ相３における不純物元素の含有量が１ｐｐｍ以上５０，０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇ相と、前記Ａｇ相中に分散したＳｉ相とを有するＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料であって、
前記Ｓｉ相が、前記Ｓｉ相を半導体にするための不純物元素を含み、前記Ｓｉ相における前記不純物元素の含有量が１ｐｐｍ以上５０，０００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料。
【請求項２】
前記不純物元素が、前記Ｓｉ相をｐ型半導体にするための不純物元素であることを特徴とする請求項１に記載のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料。
【請求項３】
前記不純物元素がホウ素であることを特徴とする請求項１に記載のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料。
【請求項４】
前記Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料における前記Ｓｉ相の含有量が３０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気中用遮断器、開閉器などに用いられるＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｇを主成分とする電気接点材料は、電気接点としての性能（例えば、耐溶着性、耐消耗性、接触抵抗など）を向上させるために、一般的に、酸化物、炭化物などの添加物を微細分散化させている。添加物を微細分散化させる方法としては、粒径が小さな粒子を原料として用いる方法、共晶反応を利用する方法（例えば、特許文献１参照）などが知られている。
【０００３】
共晶反応を利用した電気接点材料としては、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料がある。このＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料は、Ａｇ−酸化物系電気接点材料に必須の酸化処理が不要であるにも関わらず、Ｓｉが硬いため、Ａｇ−酸化物系電気接点材料と同程度の耐摩耗性を得ることができるという利点がある。また、Ｓｉは、仕事関数が比較的大きい物質であるため、含有量を増加させることで耐アーク性を向上させることができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−７７４３９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、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料においてＳｉの含有量を多くすると、電気抵抗が増大する（導電率が低下する）ため、電気接点として用いることができない。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、Ｓｉの含有量を多くした場合であっても導電率を高くすることが可能なＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、Ａｇ相にＳｉ相が分散した構造を有するＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料において、Ｓｉ相を半導体にするための不純物元素を特定の割合でＳｉ相にドープすることにより、導電率を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、Ａｇ相と、前記Ａｇ相中に分散したＳｉ相とを有するＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料であって、前記Ｓｉ相が、前記Ｓｉ相を半導体にするための不純物元素を含み、前記Ｓｉ相における前記不純物元素の含有量が１ｐｐｍ以上５０，０００ｐｐｍ以下であることを特徴とするＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ｓｉの含有量を多くした場合であっても導電率を高くすることが可能なＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料の断面模式図である。
【図２】溶融合金の微粒化に用いられるノズルの先端の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
図１は、本実施の形態のＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料の断面模式図である。
一般に、ＳｉはＡｇに固溶せず、Ａｇと共晶を作り易い。そのため、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１は、図１に示すように、Ａｇ相２と、Ａｇ相２中に微細に分散したＳｉ相３とを有する構造となる。
【００１１】
Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１において、Ｓｉ相３は、Ｓｉ相３を半導体にするための不純物元素を含む（図示していない）。一般に、Ｓｉは真性半導体として知られており、Ｓｉに不純物元素（ドーパント）を微量添加（ドーピング）することによって不純物半導体を形成する。例えば、ドーピングする不純物元素の種類によって、キャリアが正孔（ホール）であるｐ型半導体、キャリアが電子であるｎ型半導体とすることができる。そのため、Ｓｉ相３を半導体にするための不純物元素をＳｉ相３に含有させることにより、Ｓｉ相３を不純物半導体とすることができる。その結果、Ｓｉ相３の電気抵抗が低下し、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の導電率を高めることができる。特に、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１においてＳｉの含有量を多くした場合であっても、Ｓｉ相３が不純物半導体となるため、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の導電率が高い。
【００１２】
Ｓｉ相３に含有される不純物元素としては、Ｓｉに固溶し易く且つＳｉにドーピングした場合に不純物半導体を形成し得る元素であれば特に限定されない。具体的には、Ｓｉ相３をｐ型半導体にするための不純物元素、Ｓｉ相３をｎ型半導体にするための不純物元素などを用いることができる。
【００１３】
Ｓｉ相３をｐ型半導体にするための不純物元素としては、不純物半導体の分野において公知の各種元素を用いることができる。Ｓｉ相３をｐ型半導体にするための不純物元素の例としては、Ｂ（ホウ素）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）などが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。その中でも、コストなどの観点から、Ｓｉ相３をｐ型半導体にするための不純物元素としてＢを用いることが好ましい。
【００１４】
Ｓｉ相３をｎ型半導体にするための不純物元素としては、不純物半導体の分野において公知の各種元素を用いることができる。Ｓｉ相３をｎ型半導体にするための不純物元素の例としては、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。その中でも、コストなどの観点から、Ｓｉ相３をｎ型半導体にするための不純物元素としてＰ又はＡｓを用いることが好ましい。
【００１５】
Ｓｉ相３における不純物元素の含有量は、所望の導電率を有するＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１を得る観点から、１ｐｐｍ以上５０，０００ｐｐｍ以下である。不純物元素の含有量が１ｐｐｍ未満であると、キャリアが十分に形成されず、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の導電率を十分に高めることができない。一方、不純物元素の含有量が５０，０００ｐｐｍを超えると、Ｓｉ相３に対する不純物元素の固溶限を超え、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１中に不純物元素が単体として析出してしまう。その結果、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の導電率を十分に高めることができない。
【００１６】
Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１におけるＳｉ相３の含有量（平均含有量）は、特に限定されないが、好ましくは３０質量％以下である。Ｓｉ相３の含有量が３０質量％を超えると、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１においてＳｉ相３が微細分散化せず、導電率が低くなるため、電気接点材料として有用でない場合がある。
【００１７】
次に、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の製造方法について説明する。
まず、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の原料であるＡｇ、Ｓｉ及び不純物元素を加熱溶融して溶融合金を得る（第１工程）。
加熱温度は、特に限定されないが、一般に１４００〜２２００℃である。加熱温度が１４００℃未満であると、原料の溶融が不十分となり、均一な共晶組織を有するＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１を得ることができない場合がある。一方、加熱温度が２２００℃を超えると、Ａｇの沸点を超えてしまい、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の組成を制御することが難しくなる場合がある。
また、加熱時間も同様に、特に限定されず、原料の種類、量などに応じて適宜設定すればよい。加熱温度は、一般に０．５〜１０時間である。
【００１８】
加熱方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いて行うことができる。例えば、高周波誘導加熱を用いることにより、原料を容易に加熱溶融させることができる。
なお、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の組成は、原料の配合量を反映させることができるので、目的とするＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１の組成に応じて原料の配合量を調整すればよい。
【００１９】
次に、第１工程で得られた溶融合金を微粉化してＡｇ−Ｓｉ系合金粉末を得る（第２工程）。
微粉化方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、ガスアトマイズ法などの方法を用いることにより、溶融合金を容易に微粉化させることができる。
図２は、第２工程を説明するための図であり、溶融合金の微粒化に用いられるノズルの先端の断面模式図を示す。
ここで、図２のノズル１０は、溶融合金１１を微粒化してＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３を得る手段の１つを例示したに過ぎず、溶融合金１１を微粒化してＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３を得ることが可能なものであれば他の手段を用い得ることは言うまでもない。
【００２０】
図２において、ノズル１０は、溶融合金１１を噴霧する部分と、ガス１２を吹き付ける部分とを備えている。このノズル１０を用い、ガス１２を吹き付けながら溶融合金１１を噴霧すると、溶融合金１１とガス１２とが合流する領域において、溶融合金１１が急冷凝固してＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３が生成する。
溶融合金１１に吹き付けるガス１２としては、特に限定されず、各種ガスを用いることができる。ガス１２の例としては、酸化性ガス、不活性ガス（例えば、アルゴンガス、窒素ガス）などが挙げられる。その中でも、副反応などを防止する観点から、不活性ガスを用いることが好ましい。
また、溶融合金１１を急冷凝固させる際、冷却効率を高める観点から、水などの冷却媒体を併用してもよい。水などの冷却媒体を用いる冷却方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。
【００２１】
上記のようにして得られるＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３は概ね球状である。ただし、球状以外の形状を有してもよいことは言うまでもない。また、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３は、Ａｇ相２中に、不純物元素をドーピングしたＳｉ相３が微細に分散した構造を有する。
Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３の平均粒径としては、特に限定されないが、一般に数μｍ以上数十μｍ以下、好ましくは２μｍ以上１００μｍ以下である。ここで、本明細書において「平均粒径」とは、レーザー回折・散乱式の粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定されたＤ５０（メジアン径）のことを意味する。Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３の平均粒径が２μｍ未満であると、次の工程（プレス焼結）の際に、緻密な成形体が得られ難くなることがある。一方、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３の平均粒径が１００μｍを超えると、急冷凝固の際に、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３の表面と内部との間で凝固速度の差が大きくなり、組織にムラが生じ易くなることがある。
Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３の平均粒径は、溶融合金１１を噴霧する際の噴霧圧力、温度などによって制御することができるので、使用する装置の種類に応じて適宜調整すればよい。
【００２２】
次に、第２工程で得られたＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３を熱間押出加工する（第３工程）。
熱間押出加工としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の押出加工装置を用いて行うことができる。
【００２３】
押出加工装置は、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３を収容する本体と、収容されたＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３を加圧して押出加工するピストンと、押出加工の際に加熱する加熱ヒータとを一般に備える。Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３は、押出加工装置の本体に充填され、ピストンによって加圧される。また、加圧の際、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末１３は加熱ヒータによって加熱される。このようにしてＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３を熱間押出加工することにより、押出材としてのＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１を得ることができる。
【００２４】
熱間押出加工の際の条件は、特に限定されず、使用する押出加工装置及びＡｇ−Ｓｉ系合金粉末１３の種類に応じて適宜調整すればよい。
例えば、押出圧力は、特に限定されないが、一般に少なくとも１００ＭＰａ、好ましくは５０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下、より好ましくは７０ＭＰａ以上７００ＭＰａ以下である。５０ＭＰａ未満では、Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料１を十分に緻密化させることができない場合がある。
また、加熱温度は、特に限定されないが、一般に１０００℃未満、好ましくは２００℃以上９００℃以下、より好ましくは３００℃以上８５０℃以下である。
【００２５】
上記のようにして得られるＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料１は、Ａｇ相２中にＳｉ相３が微細に分散しており、不純物元素のドーピングによってＳｉ相３を不純物半導体としているため、Ｓｉの含有量を多くした場合であっても導電率を高くすることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例及び比較例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
ＡｇとＳｉとの質量比が９６．９：３．１であるＡｇ及びＳｉに、表１に示す量のＢ（表１の「Ｂの添加量」は、「Ｓｉ相におけるＢの含有量」に相当する）を添加した原料を準備し、原料を高周波誘導加熱によって１４５０℃に加熱して溶融させ、溶融合金を得た。
次に、図２に示したノズル１０を用い、溶融合金にアルゴンガスを吹き付けながら微粒化して急冷凝固させ、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末を得た。得られたＡｇ−Ｓｉ系合金粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、１３μｍであった。
次に、押出加工装置を用い、Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末を熱間押出加工して押出材であるＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料を得た。熱間押出加工では、押出圧力を１００ＭＰａ、加熱温度を８００℃、押出材の形状を５ｍｍ×５ｍｍ×４ｍｍの板状とした。
【００２７】
得られたＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料について導電率を測定した。導電率の測定は、ＪＩＳ Ｈ０５０５に準拠して室温にて行った。
また、得られたＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料について、電圧２２０Ｖ、電流５０Ａ、力率０．５、開閉頻度３秒／回、開閉回数１００００回の条件にて開閉試験を行った際の溶着の有無を評価した。
導電率及びの溶着の有無の結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１に示されているように、Ｂの添加量が１ｐｐｍ以上５０，０００ｐｐｍ以下の範囲であるＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料（試験Ｎｏ．４〜１２）は、導電率が高く且つ溶着が無かった。これは、Ｓｉ相Ｂを含有させることによってＳｉ相がｐ型半導体となり、電気抵抗が低下したためであると考えられる。
これに対してＢの添加量が当該範囲から外れるＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料（試験Ｎｏ．１〜３及び１３〜１４）は、導電率が低く且つ溶着も観察された。これは、Ｂの添加量が１ｐｐｍ未満であると、Ｂの添加効果が十分に得られず、また、Ｂの添加量が５０，０００ｐｐｍを超えると、Ｂが単体として析出したためであると考えられる。そして、このＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料は、電気抵抗が高いため、接点が発熱し易くなった結果、溶着が生じたものと考えられる。
【００３０】
以上の結果からわかるように、本発明によれば、Ｓｉの含有量を多くした場合であっても導電率を高くすることが可能なＡｇ−Ｓｉ系電気接点材料を提供することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１  Ａｇ−Ｓｉ系電気接点材料、２  Ａｇ相、３  Ｓｉ相、１０  ノズル、１１  溶融合金、１２  ガス、１３  Ａｇ−Ｓｉ系合金粉末。
【図１】
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【図２】
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