(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００℃〜９６０℃の範囲の高温酸化雰囲気下において使用される高温電気伝導体であって、フェライト系ステンレス鋼製の金属母材の表面にＮｉメッキを施し、その上で銀メッキを施すことにより、上記金属母材の表面に銀被膜を形成してなることを特徴とする高温電気伝導体。
【請求項２】
請求項１に記載の高温電気伝導体を、燃料電池の電流取り出し端子として用いたことを特徴とする高温電気伝導体。
【請求項３】
請求項１に記載の高温電気伝導体を、電気伝導ワイヤとして用いたことを特徴とする高温電気伝導体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温雰囲気下で使用することのできる高温電気伝導体に係り、特に燃料電池の電流取り出し端子や高温用の電気伝導ワイヤとして使用するのに有効な高温電気伝導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温雰囲気下で使用する電気伝導体として、従来では、主に白金やパラジウムが用いられてきた。白金やパラジウムは、融点が高く、耐酸化性があり、電気伝導度も高いからである。
【０００３】
また、高温下で耐酸化性を発揮する他の電気伝導体として、Ｎｉ基合金やＣｏ基合金が知られている。これらＮｉ基合金やＣｏ基合金は、６００℃以上の高温酸化雰囲気においても高い電気導電性を維持することができる。その理由は、高温酸化雰囲気において表面に酸化被膜を生成することにより、合金内部への酸化をくい止めることができ、それにより合金母材としての電気導電性の低下を阻止することができるためである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、白金やパラジウムは高価であり、特に大電流を流す場合にはジュール熱による溶融のおそれを排除するためにワイヤ（リード線）の断面を大きくしなくてはならないから、使用するのが困難なことが多かった。
【０００５】
また、Ｎｉ基合金やＣｏ基合金は、６００℃以上の高温酸化雰囲気下で表面に酸化被膜（錆）が生成し表面の電気伝導性が低下するため、２つの部材の表面を接触させて導通をとる場合に導通性能が悪化するという問題があった。
【０００６】
従って、従来においては、高温雰囲気で使用することのできる実用的な電気伝導体がなかった。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮し、安価に入手することができて、それにより大電流を流す用途にも、断面を大きくして容易に対応することができ、しかも、高温雰囲気下で使用しても表面の電気伝導度が低下することがなく、それにより相手部材と接触導通を図る場合にも高い電気導通度を維持することの可能な実用的な高温電気伝導体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の高温電気伝導体は、５００℃〜９６０℃の範囲の高温酸化雰囲気下において使用される高温電気伝導体であって、フェライト系ステンレス鋼製の金属母材の表面にＮｉメッキを施し、その上で銀メッキを施すことにより、上記金属母材の表面に銀被膜を形成してなることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の高温電気伝導体を、燃料電池の電流取り出し端子として用いたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１に記載の高温電気伝導体を、電気伝導ワイヤとして用いたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の高温電気伝導体は、表面が銀の被膜で覆われているため、高温酸化雰囲気下（ただし、銀の融点９６０℃以下）で使用しても、表面が酸化されることがなく、表面の電気伝導性が落ちることもない。従って、高温酸化雰囲気下において２つの部材の表面を接触させても電気的導通性能が落ちる心配がなく、そのような用途に使用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の高温電気伝導体１は、Ｆｅ（鉄）基合金、Ｎｉ（ニッケル）基合金、Ｃｏ（コバルト）基合金等の高融点の金属母材（例えばステンレス鋼等）２の表面に、銀メッキにより銀被膜３を形成してなるものである。この場合、銀メッキを施す前に予めＮｉメッキを施してＮｉ層４を下地層として形成しておき、その上で銀メッキを施すことにより銀被膜３を形成している。
【００１６】
このように本実施形態の高温電気伝導体１は、部材の表面が銀被膜３で覆われているため、例えば５００℃〜９６０℃（銀の融点）の範囲の高温酸化雰囲気下で使用しても、表面が酸化されることがなく、表面の電気伝導性が落ちることがない。従って、高温酸化雰囲気下において２つの高温電気伝導体１同士の表面を接触させて相互の導通を図った場合も、電気的導通性能が落ちる心配がなく、そのような用途に使用することができる。また、金属母材２として、安価に入手可能なＦｅ基、Ｎｉ基、Ｃｏ基合金等を使用してるため、大電流を流すために伝導体の断面積を大きくする場合でも、コストの上昇を抑えることができる。
【００１７】
図２は、この高温電気伝導体１のひとつの用途を示している。図において、１０は燃料電池であり、その発電部１１からの電流取り出し端子１２として、前記の高温電気伝導体が使用されている。燃料電池１０の電流取り出し端子１２は、その使用条件が、高温酸化雰囲気で大電流が流れるという条件であるから、比較的大径断面に形成されている。しかし、大径断面であるものの、白金のような高価な材料で製作しているものではないから、コスト増加を抑えることができる。また、電流取り出し端子１２には接続部材１３が接続されており、接続部材１３を介して外部に電流が取り出されるようになっている。
【００１８】
図３（ａ）、（ｂ）は端子１２と接続部材１３の接続部の拡大図である。端子１２を構成する高温電気伝導体１の表面は、銀メッキによる銀被覆３で覆われているので、高温酸化雰囲気下であっても、表面が酸化されない。従って、表面の電気伝導度が落ちることがなく、接続部材１３との接触導通性能の低下がない。なお、接続部材１３側の端子１２との接触面にも、銀メッキ等による耐酸化防止処理が施されているものとする。
【００１９】
上記高温電気伝導体１の他の用途としては、高温下で使用可能なリード線（耐熱電気伝導ワイヤ）としての用途や、電気炉ヒータ線を接続するための接続ワイヤ（耐熱電気伝導ワイヤ）としての用途等が挙げられる。
【００２０】
例えば、スーパーカンタルヒータ線をつなぐメッシュ状の接続ワイヤは、従来はアルミニウム製や耐熱合金製のものが用いられていた。この場合、炉外部の低温部分において、上記スーパーカンタルヒータ線を接続ワイヤで接続しているが、その接続ワイヤがアルミニウム製のものである場合にはヒータ線の熱により当該接続ワイヤが溶けて断線することがある。
また、接続ワイヤとして耐熱合金製のものを用いた場合には当該接続ワイヤの表面が酸化して抵抗が増大するため、電気的導通性が悪くなることがある。
したがって、上記接続ワイヤに上述した高温電気伝導体１を使用することにより、当該接続ワイヤの表面に酸化被膜が形成されることがなくなるとともに、溶断されることもなくなるので、上記ヒータ線の接続状態を電気抵抗の少ない状態に安定的に維持することができる。
【００２１】
なお、前述の銀被膜３は、メッキによって形成するのが一番好ましいが、その他の薄膜形成技術によって形成してもよい。
【００２２】
【実施例】
次に、この発明の実施例を説明する。表１は、本発明の実施例１〜７と、比較例１〜９について耐熱性等の実験を行った結果を示している。
【００２３】
【表１】
0003918611.tif 000002
【００２４】
（１）  実験内容
▲１▼  実施例１〜７
実施例１は、SUS410製の金属母材の表面にNiめっきによる下地層を形成し、さらにその上に銀めっきによる銀被覆層を形成したものである。
また、実施例２〜７は、SUS316製、SUS304製、SUS430製、インコネル600（商品名）製、インコネル625（商品名）製およびヘインズアロイ188（商品名）製のそれぞれの金属母材の表面に、実施例１と同様に、Niめっきによる下地層および銀めっきによる銀被覆層を形成したものである。
【００２５】
▲２▼  比較例１〜９
比較例１および比較例２は、SUS304製およびSUS430製のそれぞれの金属母材の表面にNiめっきによる下地層を形成し、さらにその上にそれぞれ金めっきおよび白金めっきによる金被覆層を形成したものである。
また、比較例３〜９は、SUS410製、SUS316製、SUS304製、SUS430製、インコネル600製、インコネル625製およびヘインズアロイ188製の金属母材をめっきを施すことなくそのまま使用したものである、
【００２６】
▲３▼  上記金属母材の形状等
金属母材としては、縦×横×厚さが２０×４０×２ｍｍの板状の試験片を用いた。
また、めっきは、金属母材の全表面に施した。
【００２７】
▲４▼  上記各金属母材の成分組成
SUS410＝Cr：13wt%（重量％）、Ｃ(炭素)：0.15wt%以下、Si（ケイ素）：1.0wt%以下、Mn（マンガン）：1.0wt%以下、残Feおよび不可避不純物
SUS430＝Cr：18wt%、Ｃ：0.12wt%以下、Si：0.75wt%以下、Mn：1.0wt%以下、P（リン）：0.04wt%以下、S（硫黄）：0.03wt%以下、残Feおよび不可避不純物
SUS304＝Cr：18wt%、Ni：9wt%、Ｃ：0.08wt%以下、Si：1.0wt%以下、Mn：2.0wt%以下、P：0.045wt%以下、S：0.03wt%以下、残Feおよび不可避不純物
SUS316＝Cr：18wt%、Ni：12wt%、Mo（モリブデン）：2wt%、Ｃ：0.08wt%以下、Si：1.0wt%以下、Mn：2.0wt%以下、P：0.045wt%以下、S：0.03wt%以下、残Feおよび不可避不純物
インコネル600＝Cr：15.5wt%、Fe：7wt%、Ｃ：0.1wt%以下、Si：0.5wt%以下、Mn：1.0wt%以下、残Niおよび不可避不純物
インコネル625＝Cr：21.5wt%、Fe：2.5wt%、Mo：9wt%、Ｃ：0.1wt%以下、Si：0.5wt%以下、Mn：0.5wt%以下、Al（アルミニウム）：0.4wt%以下、Ti（チタン）：0.4wt%以下、Nb（ニオブ）＋Ta（タンタル）：3.7wt%、残Niおよび不可避不純物
ヘインズアロイ188＝Ni：22wt%、Cr：22wt%、Ｗ（タングステン）：14.5wt%、Fe：3wt%以下、Ｃ：0.1wt%以下、Si：0.35wt%以下、Mn：1.25wt%以下、残Coおよび不可避不純物
【００２８】
▲５▼  加熱条件、実験結果の評価方法等
７５０℃の空気雰囲気下において、５００時間保持した後に、表面状態の目視による検査、表面の電気抵抗の検査、めっきの固着の程度を検査した。なお、電気抵抗は、２枚の白金メッシュ（面積１ｃｍ2 ）に試験片を挟み、荷重をかけてミリオームメータにより、比電気抵抗（単位：ｍΩ・ｃｍ2 ）として測定した。また、めっきの固着の程度は、紙ヤスリによる研磨によって行った。
【００２９】
（２）  考察
表１に示した実験結果の通り、各金属母材にNiめっきを施した後、銀めっきを施した実施例１〜７のものは、加熱試験後においても金属光沢性にすぐれ、表面の電気抵抗が小さく、かつ銀めっきの固着性に優れたものであった。すなわち、実施例１〜７のものは、高温耐酸化性において極めて優れた特性を有するものであることが確認できた。そして、特にフェライト系のステンレス鋼であるSUS430を金属母材とする実施例４のものは、めっきの固着性において、他の実施例のものよりさらに優れたものとなった。
【００３０】
これに対して、SUS304の金属母材にNiめっきおよび金めっきを施した比較例１のものや、SUS430の金属母材にNiめっきおよび白金めっきを施した比較例２のものは、加熱試験後においては表面が黒く酸化した状態になっており、電気抵抗も大きなものとなった。
【００３１】
また、めっきを施していないFe基合金の比較例３〜６のものは、当該Fe基合金の酸化が著しく、黒く焼けこげて酸化スケールが表面に多く付着した状態になっており、電気的導通は無かった。
さらに、めっきを施していないNi基合金やCo基合金の比較例７〜９のものは、多少の金属光沢が残るものの、黒く変色した状態になっており、また電気抵抗も数Ω・ｃｍ2 と増大した。
【００３２】
以上のように、Fe基合金、Ni基合金、Co基合金の金属母材にNiめっきを施した後、銀めっきを施すことによって、高温酸化雰囲気下においても、各金属母材の表面の酸化を防止することができ、当該表面における電気的導通性を高く維持することができることが確認できた。また、加熱試験後における銀めっきの金属母材への固着性は、インコネル625を用いた実施例６を除いて優れていた。中でもフェライト系のステンレス鋼であるSUS430を金属母材とする実施例４のものは、銀めっきが最も強固に固着するものとなった。
したがって、フェライト系のステンレス鋼であるSUS430製の金属母材は、Niめっきおよび銀めっきを施して高温における電気伝導性を良好に維持する高温電気伝導体を構成するのに最も適した金属母材であるといえる。
また、フェライト系のステンレス鋼であれば、上記SUS430以外であっても、Crを１１〜３２wt%有し、残部がFeおよび不可避不純物となるような成分組成を有するものであれば、フェライト相をもつものとなるので、上記金属母材として用い、Niめっきおよび銀めっきを施すことにより、上述した実施例４と同様の高温耐酸化性を有し、表面の金属光沢性、電気導通性、めっきの固着性等の優れたものを得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属母材の表面に銀被膜（銀メッキ等）を形成しているので、母材にＦｅ基、Ｎｉ基、Ｃｏ基合金等の安価な金属材料を使用しながら、高温酸化雰囲気下での耐熱性・耐酸化性を有する高温電気伝導体を提供することができる。例えば、高温酸化雰囲気下で使用しても、表面が酸化されることがないため、２つの部材の表面を接触させて導通を図る場合にも全く問題なく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の高温電気伝導体の説明図である。
【図２】その用途として、燃料電池の電流取り出し端子に用いた例を示す図である。
【図３】（ａ）は図２の部分拡大図、（ｂ）はその断面図である。
【符号の説明】
１  高温電気伝導体
２  金属母材
３  銀被膜
１０  燃料電池
１２  電流取り出し端子
【図１】
0003918611.tif 000003
【図２】
0003918611.tif 000004
【図３】
0003918611.tif 000005