JP2020200504A - 電気接点材料用粉末、及び電気接点材料用粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａｇ素地中にＮｉ及びＣｕが一様に分布した電気接点材料を作製可能な電気接点材料用粉末、及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７（電気接点材料用粉末１０）は、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６を含む。Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６は、単一のＡｇ単体粒子１と、Ａｇ単体粒子１の周囲に配置される複数のＮｉ単体粒子２と、Ａｇ単体粒子１の周囲に配置される複数のＣｕ単体粒子３とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気接点材料用粉末、及び電気接点材料用粉末の製造方法に関する。

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。

特許文献１には、Ａｇ（銀）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）の混合粉末によって構成される成形体、又は、ＮｉＣｕ合金を粉砕したチップとＡｇ粉末との混合粉末によって構成される成形体を焼成することにより、電気接点材料を製造する手法が提案されている。

特開昭５８−１３５５０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の手法によって製造された電気接点材料では、Ａｇ素地中においてＮｉ及びＣｕが凝集しやすいため、Ａｇ素地の全体にＮｉ及びＣｕを一様に分布させることが困難である。

本発明は、Ａｇ素地中にＮｉ及びＣｕが一様に分布した電気接点材料を作製可能な電気接点材料用粉末、及びその製造方法の提供を目的とする。

本発明に係る電気接点材料用粉末の一つの態様は、単一のＡｇ単体粒子と、Ａｇ単体粒子の周囲に配置される複数のＣｕ単体粒子と、Ａｇ単体粒子の周囲に配置される複数のＮｉ単体粒子とを有する複合粒子を含む。

本発明に係る電気接点材料用粉末の製造方法の一つの態様は、複数のＣｕ単体粒子及び複数のＮｉ単体粒子の一方とＡｇ単体粒子とを混合する工程と、複数のＣｕ単体粒子及び複数のＮｉ単体粒子の他方とＡｇ単体粒子とを混合する工程とを備える。

本発明の一つの態様によれば、Ａｇ素地中にＮｉ及びＣｕが一様に分布した電気接点材料を作製可能な電気接点材料用粉末、及びその製造方法を提供することができる。

図１は、電気接点材料用粉末、電気接点材料及び電気接点の製造方法を説明するための模式図である。 図２は、電気接点材料用粉末の他の形態を示す模式図である。 図３は、電気接点材料用粉末の他の形態を示す模式図である。

図１は、電気接点材料用粉末１０、成形体２０及び電気接点材料３０の製造方法を説明するための模式図である。以下においては、図１を参照しながら、本実施形態に係る電気接点材料用粉末１０、成形体２０及び電気接点材料３０の構成について、これらの製造方法にしたがって説明する。

（原料準備工程）
まず、Ａｇ単体粒子１からなる粉末と、Ｎｉ単体粒子２からなる粉末と、Ｃｕ単体粒子３からなる粉末と、金属酸化物粒子４からなる粉末とを準備する。

Ａｇ単体粒子１は、Ａｇ（銀）によって構成される。Ｎｉ単体粒子２は、Ｎｉ（ニッケル）によって構成される。Ｃｕ単体粒子３は、Ｃｕ（銅）によって構成される。金属酸化物粒子４は、電気接点材料３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性を向上させるために従来用いられている金属酸化物によって構成される。金属酸化物粒子４としては、例えばＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＣｄＯ_２から選択される少なくとも１種を用いることができるが、これらには限られない。耐溶着性を向上させるにはＳｎＯ_２が金属酸化物粒子４として好適であり、入手性を考慮するとＺｎＯが金属酸化物粒子４として好適である。

準備するＡｇ単体粒子１からなる粉末と、Ｎｉ単体粒子２からなる粉末と、Ｃｕ単体粒子３からなる粉末と、金属酸化物粒子４の総量（以下、「総量」と略称する。）に対するＡｇ単体粒子１の割合は、８．５質量％以上８０質量％以下とすることができる。電気接点材料３０の電気伝導性を維持する観点から、Ａｇ単体粒子１の割合は、３０質量％以上が好ましい。

総量に対するＮｉ単体粒子２の割合に制限はないが、電気接点材料３０におけるＣｕの酸化を抑制する観点と電気伝導度の観点から、Ｎｉ単体粒子２の割合はＣｕ単体粒子３に対し１０
質量％以上３０質量%以下が好ましい。

総量に対するＣｕ単体粒子３の割合は、１５量％以上９０質量％以下とすることができる。電気接点材料３０の耐酸化性、耐熱性及び耐衝撃性を維持する観点から、総量に対するＣｕ単体粒子３の割合は、７０質量％以下が好ましい。

総量に対する金属酸化物粒子４の割合は、０．５質量％以上１５質量％以下とすることができる。電気接点材料３０の電気伝導度を維持する観点から、総量に対する金属酸化物粒子４の割合は、１０質量％以下が好ましい。電気接点材料３０の耐溶着性及び耐アーク消耗性を向上させる観点から、総量に対する金属酸化物粒子４の割合は、０．５質量％以上が好ましい。

Ａｇ単体粒子１の平均粒径は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。Ｎｉ単体粒子２の平均粒径は、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。Ｃｕ単体粒子３の平均粒径は、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。金属酸化物粒子４の平均粒径は、例えば１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。

本実施形態において、「平均粒径」とは、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）を意味する。

Ａｇ単体粒子１の粒径は、Ｎｉ単体粒子２の平均粒径よりも大きいことが好ましい。これにより、後述するＮｉ混合工程において、Ａｇ単体粒子１の表面にＮｉ単体粒子１３を効率的に付着させることができる。Ｎｉ単体粒子２の平均粒径は、Ａｇ単体粒子１の平均粒径の1／10以下がより好ましい。

Ａｇ単体粒子１の粒径は、Ｃｕ単体粒子３の平均粒径よりも大きいことが好ましい。これにより、後述するＣｕ混合工程において、Ａｇ単体粒子１の表面にＣｕ単体粒子３を効率的に付着させることができる。Ｃｕ単体粒子３の平均粒径は、Ａｇ単体粒子１の平均粒径の１／１０以下がより好ましい。

Ａｇ単体粒子１の粒径は、金属酸化物粒子４の平均粒径よりも大きいことが好ましい。これにより、電気接点材料３０の内部に金属酸化物粒子４を広く分布させることができるため、耐溶着性及び耐アーク消耗性をより向上させることができる。金属酸化物粒子４の平均粒径は、Ａｇ単体粒子１の平均粒径の１／１００以下が特に好ましい。

（Ｎｉ混合工程）
次に、Ａｇ単体粒子１からなる粉末とＮｉ単体粒子２からなる粉末とを混合することによって、単一のＡｇ単体粒子１の表面に複数のＮｉ単体粒子２が付着したＡｇ−Ｎｉ複合粒子５からなる粉末を作製する。

各Ｎｉ単体粒子２は、Ａｇ単体粒子１の表面上に配置されていてもよいし、Ａｇ単体粒子１の表面に一部がめり込んでもよい。

Ａｇ単体粒子１の表面は、Ｎｉ単体粒子２によって覆われてもよいし、Ｎｉ単体粒子２から部分的に露出していてもよい。図１では、Ａｇ単体粒子１の表面が、Ｎｉ単体粒子２から部分的に露出した形態が図示されている。

Ａｇ単体粒子１からなる粉末とＮｉ単体粒子２からなる粉末との混合には、高速気流中衝撃法を用いることが好ましい。これにより、従来のボールミリングに比べて、Ａｇ単体粒子１の表面にＮｉ単体粒子２を均一かつ効率的に付着させることができるとともに、メディアなどからのコンタミネーションも防ぐことができる。

高速気流中衝撃法による混合には、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、型式ＮＨＳ−０）を用いることができる。

ただし、Ａｇ単体粒子１からなる粉末とＮｉ単体粒子２からなる粉末との混合には、周知のボールミリング法などを用いてもよい。

（Ｃｕ混合工程）
次に、Ａｇ−Ｎｉ複合粒子５からなる粉末とＣｕ単体粒子３からなる粉末とを混合することによって、単一のＡｇ単体粒子１の表面に複数のＮｉ単体粒子２と複数のＣｕ単体粒子３とが付着したＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６からなる粉末を作製する。

各Ｃｕ単体粒子３は、Ａｇ単体粒子１の表面上に配置されていてもよいし、Ａｇ単体粒子１の表面に一部がめり込んでもよいし、Ｎｉ単体粒子２の表面上に配置されていてもよい。

Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６において、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３は、Ａｇ単体粒子１を覆っていることが好ましい。Ａｇ単体粒子１の表面は、Ｎｉ単体粒子２及びＣｕ単体粒子３によって全面が覆われてもよいし、Ｎｉ単体粒子２及びＣｕ単体粒子３から部分的に露出していてもよい。図１では、Ａｇ単体粒子１の表面全面がＮｉ単体粒子２及びＣｕ単体粒子３によって覆われた形態が図示されている。

Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６において、Ｃｕ単体粒子３は、Ｎｉ単体粒子２に隣接することが好ましい。これにより、後述する焼結工程において、化学的安定性に優れたＮｉ−Ｃｕ合金を効率的に形成することができる。その結果、電気接点材料３０においてＣｕが酸化することを抑制できる。

Ａｇ−Ｎｉ複合粒子５からなる粉末とＣｕ単体粒子３からなる粉末との混合には、高速気流中衝撃法を用いることが好ましい。これにより、従来のボールミリングに比べて、Ａｇ−Ｎｉ複合粒子５の表面にＣｕ単体粒子３を均一かつ効率的に付着させることができるとともに、メディアなどからのコンタミネーションも防ぐことができる。

ただし、Ａｇ−Ｎｉ複合粒子５からなる粉末とＣｕ単体粒子３からなる粉末との混合には、周知のボールミリング法などを用いてもよい。

（金属酸化物混合工程）
次に、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６からなる粉末と金属酸化物粒子４からなる粉末とを混合することによって、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６の表面に複数の金属酸化物粒子４が付着したＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７からなる電気接点材料用粉末１０を作製する。

Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７において、複数の金属酸化物粒子４は、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３を覆っていることが好ましい。これにより、各Ｎｉ単体粒子２及び各Ｃｕ単体粒子３が酸化することを抑制できる。

Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６の表面は、金属酸化物粒子４によって全面が覆われてもよいし、金属酸化物粒子４から部分的に露出していてもよい。図１では、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６の表面全面が金属酸化物粒子４によって覆われた形態が図示されている。

Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６からなる粉末と金属酸化物粒子４からなる粉末との混合には、高速気流中衝撃法を用いることが好ましい。これにより、従来のボールミリングに比べて、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６の表面に金属酸化物粒子４を均一かつ効率的に付着させることができるとともに、メディアなどからのコンタミネーションも防ぐことができる。

ただし、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６からなる粉末と金属酸化物粒子４からなる粉末との混合には、周知のボールミリング法などを用いてもよい。

（成形工程）
次に、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７からなる電気接点材料用粉末１０を成形することによって、成形体２０を形成する。具体的には、静水圧プレス機を用いて電気接点材料用粉末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。

成形体２０の密度（充填率）は特に制限されないが、例えば７０〜９５体積％とすることができる。成形体２０の外形及びサイズは特に制限されない。

（焼結工程）
次に、プレス成形された成形体２０を焼結することによって、電気接点材料３０を形成する。具体的には、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時間程度の条件で成形体２０を焼結する。

その後、電気接点材料３０には周知の伸線加工及び線材加工（又はリベット加工）が施されて電気接点として製品化される。

（特徴）
本実施形態において、成形体２０を構成するＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７（電気接点材料用粉末１０）は、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６を含む。Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６は、単一のＡｇ単体粒子１と、Ａｇ単体粒子１の周囲に配置される複数のＮｉ単体粒子２と、Ａｇ単体粒子１の周囲に配置される複数のＣｕ単体粒子３とを有する。そのため、成形体２０を焼結して形成される電気接点材料３０において、Ａｇ素地中にＮｉ及びＣｕを一様に分布させることができる。また、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６は、Ｎｉ単体粒子２とＣｕ単体粒子３とを有しているため、Ｎｉ−Ｃｕ合金粒子を用いてＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６を作製する場合に比べて、成形工程における電気接点材料用粉末１０の成形性を向上させることができる。

本実施形態において、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３は、単一のＡｇ単体粒子１を覆っている。これにより、Ｃｕ単体粒子３をＮｉ単体粒子２に隣接させやすくなるため、焼結工程において、化学的安定性に優れたＮｉ−Ｃｕ合金を効率的に形成することができる。その結果、電気接点材料３０においてＣｕが酸化することを抑制できる。

本実施形態において、複数の金属酸化物粒子４は、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３を覆っている。これにより、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７において、各Ｎｉ単体粒子２及び各Ｃｕ単体粒子３が酸化することを抑制できる。

（実施形態の変形例）
［変形例１］
上記実施形態では、複数の金属酸化物粒子４を含むＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子７からなる粉末を電気接点材料用粉末１０として用いることとしたが、複数の金属酸化物粒子４を含まないＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６を電気接点材料用粉末１０として用いてもよい。この場合、電気接点材料用粉末１０の製造方法から金属酸化物混合工程は省かれる。

Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６を電気接点材料用粉末１０として用いる場合、電気接点材料用粉末１０は、Ｎｉ単体粒子２及びＣｕ単体粒子３よりも硬度の大きい金属酸化物粒子４を含まないため、成形工程における電気接点材料用粉末１０の成形性をより向上させることができる。

［変形例２］
上記実施形態において、Ａｇ単体粒子１と複数のＮｉ単体粒子２とを混合した後に、Ａｇ単体粒子１と複数のＣｕ単体粒子３とを混合することとしたが、これに限られない。

電気接点材料用粉末１０の製造方法は、複数のＮｉ単体粒子及び複数のＣｕ単体粒子の一方とＡｇ単体粒子とを混合する工程と、複数のＮｉ単体粒子及び複数のＣｕ単体粒子の他方とＡｇ単体粒子とを混合する工程とを備えていればよく、これらの順番は制限されない。

従って、Ａｇ単体粒子１と複数のＣｕ単体粒子３とを混合した後に、Ａｇ単体粒子１と複数のＮｉ単体粒子２とを混合してもよい。この場合、Ａｇ単体粒子１と複数のＣｕ単体粒子３とを混合することによって作製されるＡｇ−Ｃｕ複合粒子からなる粉末とＣｕ単体粒子３からなる粉末とを混合することによって、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子６からなる粉末が作製される。

［変形例３］
上記実施形態において、Ａｇ単体粒子１と複数のＮｉ単体粒子２とを混合し、さらに、Ａｇ単体粒子１と複数のＣｕ単体粒子３とを混合した後に、Ａｇ単体粒子１と複数の金属酸化物粒子４とを混合することとしたが、これに限られない。

電気接点材料用粉末１０の製造方法は、複数のＮｉ単体粒子及び複数のＣｕ単体粒子の一方とＡｇ単体粒子とを混合する工程と、複数のＮｉ単体粒子及び複数のＣｕ単体粒子の他方とＡｇ単体粒子とを混合する工程と、複数の金属酸化物粒子とＡｇ単体粒子とを混合する工程とを備えていればよく、これらの順番は制限されない。

例えば、Ａｇ単体粒子１と複数の金属酸化物粒子４とを混合した後に、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３の一方を混合し、さらにその後、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３の他方を混合することによって、図２に示されるＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子８からなる電気接点材料用粉末１０を作製してもよい。Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子８では、Ａｇ単体粒子１が複数の金属酸化物粒子４によって覆われ、複数の金属酸化物粒子４が複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３によって覆われる。Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子８を電気接点材料用粉末１０として用いる場合、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子８の最表面には、金属酸化物粒子４よりも硬度の小さいＮｉ単体粒子２及びＣｕ単体粒子３が露出するため、成形工程における電気接点材料用粉末１０の成形性をより向上させることができる。

或いは、Ａｇ単体粒子１と複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３の一方とを混合した後に、複数の金属酸化物粒子４を混合し、さらにその後、複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３の他方を混合することによって、図３に示されるＡｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子９からなる電気接点材料用粉末１０を作製してもよい。Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子９では、Ａｇ単体粒子１が複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３の一方によって覆われ、当該一方の粒子が複数の金属酸化物粒子４によって覆われ、さらに、複数の金属酸化物粒子４が複数のＮｉ単体粒子２及び複数のＣｕ単体粒子３の他方によって覆われる。Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子９を電気接点材料用粉末１０として用いる場合、Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子９の最表面には、金属酸化物粒子４よりも硬度の小さいＮｉ単体粒子２又はＣｕ単体粒子３が露出するため、成形工程における電気接点材料用粉末１０の成形性をより向上させることができる。

１ Ａｇ単体粒子
２ Ｎｉ単体粒子
３ Ｃｕ単体粒子
４ 金属酸化物粒子
５ Ａｇ−Ｎｉ複合粒子
６ Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ複合粒子
７，８，９ Ａｇ−Ｎｉ−Ｃｕ−金属酸化物複合粒子
１０ 電気接点材料用粉末
２０ 成形体
３０ 電気接点材料

Claims (12)

1. 複合粒子を含む電気接点材料用粉末であって、
   前記複合粒子は、
   単一のＡｇ単体粒子と、
   前記Ａｇ単体粒子の周囲に配置される複数のＮｉ単体粒子と、
   前記Ａｇ単体粒子の周囲に配置される複数のＣｕ単体粒子と、
   を有する、
   電気接点材料用粉末。
2. 前記複数のＮｉ単体粒子及び前記複数のＣｕ単体粒子は、前記Ａｇ単体粒子を覆う、
   請求項１に記載の電気接点材料用粉末。
3. 前記複合粒子は、前記複数のＮｉ単体粒子及び前記複数のＣｕ単体粒子を覆う複数の金属酸化物粒子を有する、
   請求項２に記載の電気接点材料用粉末。
4. 前記複合粒子は、前記Ａｇ単体粒子を覆う複数の金属酸化物粒子を有する、
   請求項１に記載の電気接点材料用粉末。
5. 前記複数のＮｉ単体粒子及び前記複数のＣｕ単体粒子は、前記複数の金属酸化物粒子を覆う、
   請求項４に記載の電気接点材料用粉末。
6. 前記複数のＣｕ単体粒子それぞれは、前記複数のＮｉ単体粒子それぞれに隣接する、
   請求項１乃至５のいずれかに記載の電気接点材料用粉末。
7. 前記Ａｇ単体粒子の粒径は、前記複数のＮｉ単体粒子の平均粒径よりも大きい、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の電気接点材料用粉末。
8. 前記Ａｇ単体粒子の粒径は、前記複数のＣｕ単体粒子の平均粒径よりも大きい、
   請求項１乃至７のいずれかに記載の電気接点材料用粉末。
9. 前記Ａｇ単体粒子の粒径は、前記複数の金属酸化物粒子の平均粒径よりも大きい、
   請求項３乃至５のいずれかに記載の電気接点材料用粉末。
10. 前記複数の金属酸化物粒子は、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム及び酸化カドミウムから選択される少なくとも１種によって構成される、
    請求項１乃至９のいずれかに記載の電気接点材料用粉末。
11. 複数のＮｉ単体粒子及び複数のＣｕ単体粒子の一方とＡｇ単体粒子とを混合する工程と、
    前記複数のＮｉ単体粒子及び前記複数のＣｕ単体粒子の他方と前記Ａｇ単体粒子とを混合する工程と、
    を備える電気接点材料用粉末の製造方法。
12. 複数の金属酸化物粒子と前記Ａｇ単体粒子とを混合する工程をさらに備える、
    請求項１１に記載の電気接点材料用粉末の製造方法。