JPH04147901A - 接点材料用Ａｇ複合粒子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば、リレー、マグネットスイッチ、ブ
レーカなど開閉機器の電気接点材料の製造に用いるＡｇ
複合粒子を作る方法に関する。

〔従来の技術および問題点〕

Ａｇ素地接点材料には、Ａｇ−Ｎｉ系接点材料やＡｇ−
Ｗ系接点材料等のいわゆる焼結タイプのもの、Ａｇ−Ｃ
ｄ０系接点材料やＡｇ−５ｎｏｌ系接点材料等のいわゆ
る内部酸化タイプのものがある。焼結タイプのＡｇ−Ｎ
ｉ系接点材料は耐消耗性・加工性が良好であり、Ａｇ−
Ｗ系接点材料は大電流の断続が出来るなど特徴を持つ有
用な材料である。しかしながら、例えば、Ａｇ−Ｎｉ接
点材料は、内部酸化タイプのＡｇ−Ｃｄ０系接点材料や
ＡＡｇ−３ｎｏ系接点材料に比べ、耐溶着性が十分でな
いことから、利用は低負荷用〜中負荷用に限られる傾向
があり、耐溶着性の改善が望まれている。

このＡｇ−Ｎｉ接点材料は、従来、つぎのようにして製
造されている。

それぞれ別々に製造したＡｇ粒子に接点特性強化用非Ａ
ｇ粒子であるＮｉ粒子を添加混合し、圧縮成形して成形
体を得て、ついで、成形体に対し〔焼成−熱間圧縮〕を
２〜３回繰り返し施すという焼結工程を経て、焼結後、
通常、引き伸ばし工程で引き延ばすようにする。引き伸
ばし工程では、普通、焼結体を熱間押し出しした後、さ
らに伸線する。Ｎｉ粒子は引き伸ばし工程で伸線方向に
引き延ばされ、接点材料中に伸線方向に長手方向を向け
た約５ｎ程度の平均径の繊維状で分散する。伸線した後
、短く切断し、伸線方向に対し直角の方向の断面（横断
面）を接点面として使う。すなわち、ＮｉはＡｇ素地中
に平均径５ｎの繊維状で接点面に対し交差する方向に配
向分散しているのである。

耐溶着性を向上させるには、Ｎｉを接点面に微細に満偏
無く分散さセるｄ・要がある。例えば、Ａｇ粒子とＮｉ
粒子の両方を粒径１ｍに、！下の微粒子にすれば、接点
面に微細なＮｉ粒子が局在化せず満偏なく分散するはず
であるが、実際はそうならない。微粒子を混合する段階
で微粒子が凝集して大きな２次粒子になり、結局、大き
なＮｉ粒子として分散することになるからである。普通
１、粒径が５ｎ以下になると粒子凝集が無視できなくな
るのである。

粒子凝集の問題を解消するため、配合するＡｇ、Ｎｉ全
量を一緒に熔かしたｆ４湯を噴霧して、Ｎｉ微粒子分散
のＡｇ粒子を作り、これを成形・焼結することが考えら
れる。この場合、粒子凝集は解消されるけれども、Ａｇ
　　Ｎｉ系接点材料として十分なＮｉ量の確保が難しい
。上記溶湯中でのＡｇ中へのＮｉの固溶限が約６ｉｅｔ
％であるため、Ａｇ粒子のＮｉ含有量を６ｗｔ％以上の
量にすることが困難なのである。溶湯中に６ｗｔ％を超
すＮ　ｉ量を含ませると、得た粒子の中に非常に粒径の
大きい粗大Ｎｉ粒子が混在するようになる。ＡｇＮｉ溶
湯中の未固溶Ｎｉが粗大Ｎｉ粒子となって混在するので
ある。この粗大Ｎｉ粒子は、成形性・焼結性を低下させ
耐溶着性劣化を招く。

Ａｇ−Ｎｉ接点材料以外の焼結タイプの接点材料でも、
接点特性強化用非Ａｇ粒子の微細化分散に関する上記問
題はある。

〔発明が解決しようとする課題〕

この発明は、上記事情に鑑み、微細な接点特性強化用非
Ａｇ粒子が十分な量でＡｇ中に分散したＡｇ複合粒子を
得ることのできる方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、請求項１〜５記載の接点材料
用Ａｇ複合粒子の製造方法では、純Ａｇ粒子と接点特性
強化用非Ａｇ粒子を機械的複合化処理により造粒し非Ａ
ｇ粒子が内部に分散したＡｇ複合粒子を得るようにして
いる。

この発明の機械的複合化処理は、例えば、請求項２のよ
うに、回転可能なドラムを備えるとともにドラム内周面
に臨む曲面を有する固定部材を備えた装置を用い、前記
ドラム内に純Ａｇ粒子および非Ａｇ粒子を投入した状態
でドラムを回転させて両粒子に対し圧縮・剪断を施すこ
とにより行うことができる。

接点特性強化用の非Ａｇ粒子としては、例えば、Ｎ　ｉ
、ｗ、ＭＯｌＣ，ＷＣのうちの少なくとも一つからなる
粒子が挙げられるが、これに限らない。

Ａｇ複合粒子製造用の純Ａｇ粒子および非Ａｇ粒子の平
均粒径は、通常、請求項４のように、純Ａｇ粒子で０．
１〜４５ｍ、非Ａｇ粒子で０．０１〜５μである。

造粒されたＡｇ複合粒子の適切な非Ａｇ粒子含有量（平
均含有量でＡｇ複合粒子全体を１００ｗｔ％とする）は
、非Ａｇ粒子の種類に応じて異なるが、通常、請求項５
のように、３〜２０ｗｔ％程度である。

以下、この発明を、非Ａｇ粒子がＮｉ粒子である場合を
中心により具体的に説明する。

Ａｇ複合粒子作製用のＮｉ粒子は、Ａｇ粒子より小さく
、通常、平均粒径が０．０１〜５ｎ程度である。普通、
Ｎｉ粒子の粒径は、Ａｇ粒子の粒径の１／１０以下程度
である。５罪を超えるとＮｉ微細化が図り難く、０．０
１罪未満だと粒子が高価なためにコストアップが問題に
なる。純Ａｇ粒子は、平均粒径０．１〜４５ｎ程度のも
のを用いる。

４５ｎを超えると造粒困難となり、０．１罪未満だと粒
子が高価なためにコストアップが問題となってくる。

Ａｇ複合粒子のＮｉ含有量（平均含有量でＡｇ複合粒子
全体を１００ｋｔ％とする）は３〜２０ｉｖｔ％程度、
好ましくは６〜２０ｗｔ％程度である。３ｗｔ％未満で
は接点特性作用が弱く、２０ｗｔ％を超えると電気伝導
度の低下で耐溶着性が劣化するようになる。

つぎに、Ａｇ粒子とＮｉ粒子の機械的複合化処理を行う
装置の説明をする。処理装置としては、第２図に示すよ
うな高速・高剪断型ミル（例えば、■ホソカワミクロン
製のメカノフュージョンシステム用オングミル）が用い
られる。

第２図の処理装置２０は、モータ（図示省略）により高
速回転可能なドラム（円筒容器）２１を備え、同ドラム
２１内側に固定アーム２２で支持されたれたセラミック
（例えば硬質アルミナ）製半円柱状固定部材２３が設け
られた構成である。

固定部材２３は半円柱同曲面（曲面）２３ａをドラム内
面２１ａに臨ませた状態で固定されておりドラム２１の
回転中、不動の半円柱同曲面２３ａの前をドラム２１内
面が移動してゆく。この半円柱同曲面２３ａの曲率半径
はドラム内面２１０曲率半径よりも小さい。

複合化処理を行う場合、ドラム２１内に純Ａｇ粒子およ
びＮｉ粒子を（必要に応して加えられる媒体側用ビーズ
と一緒に）投入するとともにドラム２１内を不活性ガス
雰囲気としドラム２１を高速回転させる。そうすると、
第３図にみるように、純Ａｇ粒子およびＮｉ粒子が遠心
力でドラム内面２１ａに押し付けられ、ドラム２１と一
緒に回転して、半円柱同曲面２３ａの前側領域（Ａ−Ｂ
間）で純Ａｇ粒子およびＮｉ粒子が強い圧縮力、剪断力
を受は発生する熱も伴って複合化される。

媒体用ビーズ（例えば、粒径１ｉｎ前後のジルコニアビ
ーズ）を併用する場合、Ｎｉ粒子はまずビーズに付着し
てから純Ａｇ粒子に付着することになる。このように、
Ａｇ複合粒子は市販の処理装置で容易に製造できるので
ある。

ドラムの回転速度は５００〜２０００回／分程度である
。半円柱同曲面２３ａとドラム内面２１ａの間隔ｄは、
通常、１〜５鶴程度である。

続いて、純Ａｇ粒子とＮｉ粒子の複合化の具体的な過程
を、図面を参照しながら説明する。

ドラム２１の回転開始に伴い、第１図（ａ）にみるよう
に、弱い凝集状態にあったＮｉ粒子２・・・が１次粒子
化され、第１図（ｂ）にみるように、純Ａｇ粒子ｌに付
着し、その後、第１図（Ｃ）にみるように、Ｎｉ粒子２
が純Ａｇ粒子１の周囲に規則正しく配列したオーダード
ミクスチャー状態となる。さらに、粒子間に作用する強
い圧縮力と剪断力および発生熱で、第１図（ｄ）にみる
ように、純Ａｇ粒子１の中にＮｉ粒子２が取り込まれて
ゆく過程を経て母粒子が柔らかな純Ａｇであるため造粒
されやすく、本格的な造粒が始まる。すなわち、第１図
（ｅ）にみるように、Ａｇ粒子１′同士が接着し、第１
図（ｆ）にみるように、塑性変形・融合し、第１図（ａ
にみるように、Ａｇ中にＮｉ粒子２が分散した丸い複合
粒子１０が出来る。処理時間は、通常、３０〜１２０分
程度である。

複合粒子中のＮｉ粒子２は、母粒子が柔らかい純Ａｇで
あるため内部に入り易く、しかも、比較的、当初の粒子
状態が保れ易い。

以上は、Ｎｉ粒子の場合についてであるが、他のＷ、Ｍ
ｏ、Ｃ，ＷＣ等の高融点非Ａｇ粒子の場合も同様にＡｇ
複合粒子にすることができる。なお、純Ａｇ粒子に、種
類の異なる非Ａｇ粒子、例えば、Ｗ粒子とＭｏ粒子を一
緒に加え、Ｗ粒子・Ｍｏ粒子の両方が分散されたＡｇ複
合粒子を得るようにしてもよい。

従来のＡｇ　　Ｎｉ接点材料を製造する場合、成形前に
純Ａｇ粒子およびＮｉ粒子をＶ状ミルで混合するが、粒
子は攪拌混合されるだけで複合化されるわけではなく、
混合状態を微細にみると純Ａｇ粒子とＮｉ粒子は個々に
分離した状態である。

つぎに、上記のようにして得たＡｇ複合粒子を用いて焼
結タイプの接点材料を製造するときの様子を説明する。

まず、Ａｇ複合粒子を加圧成形して成形体を作る。

つぎに、この成形体を焼結する。焼結工程では、通常、
成形体に対し〔焼成−熱間圧縮〕を施す処理を２〜３回
繰り返すことにより焼結体化する焼結した後、引き伸ば
し工程に入る。この引き伸ばし工程では、焼結体を熱間
押し出しした後さらに伸線する。引き伸ばしは、普通、
〔引き伸ばし前の断面積〕／〔引き伸ばし後の断面積〕
が１５０以上となるように行う。

Ｎ４粒子は、引き伸ばし工程で伸線方向に細長く引き伸
ばされる。

伸線した後、伸線方向と直角の方向に寸断し、その切断
面を接点面にする。普通、切断してから、リベット加工
を施し電気接点にすることが多いＮｉ粒子を用いた接点
材料の場合、Ａｇ素地中にＮｉが繊維状で接点面（切断
面）に対し交差する方向に配向分散し、接点面には繊維
状Ｎｉがドツト状に露出する。繊維状Ｎ１の平均径は、
当初のＮｉ粒子の粒径・引き伸ばしの程度で決まるが１
ｇ未満であることが好ましい。

〔作　　　用〕

この発明のＡｇ複合粒子では十分な量の接点特性強化用
非Ａｇ粒子が分散している。これは、非Ａｇ粒子材料を
Ａｇ中に溶解させるのではなく機械的複合化処理により
分散させるため、非Ａｇ粒子材料のＡｇに対する固溶限
に起因する制限を受けないからである。

Ａｇ複合粒子中では非Ａｇ粒子が凝集せずに散らばって
存在するため、１次粒径の小さい非Ａｇ粒子を用いるこ
とで微細化が容易に図れる。

このように、個々のＡｇ複合粒子に十分な量で微細な接
点特性強化用非Ａｇ粒子が予め分かち与えられているた
め、同Ａｇ複合粒子を用いて製造された接点材料中でも
微細な非Ａｇ粒子が十分な量で溝部無く分散し、例えば
、Ａｇ−Ｎｉ系接点材料では耐溶着性が向上する。

機械的複合化処理を、回転可能なドラムを備えるととも
にドラム内周面に臨む曲面を有する固定部材を備えた装
置を用い、前記ドラム内に純Ａｇ粒子および非Ａｇ粒子
を投入した状態でドラムを回転させて両粒子に対し圧縮
・剪断を施すことで行えば、優れた接点材料が作れるＡ
ｇ複合粒子を容易に製造することができる。

［実　施　例〕 以下、この発明の詳細な説明する。この発明は下記の実
施例に限らない。

一実施例１− まず、平均粒径０．５μの純Ａｇ粒子および平均粒径０
．０２μのＮｉ粒子を全量（全純Ａｇ粒子と全Ｎｉ粒子
の合計を１００ｗｔ％とする）でみてＮｉ含有量が１５
ｗｔ％になるように秤量し、前述の高速・高剪断型ミル
にて機械的複合化処理しＡｇ複合粒子を得た。なお、機
械的複合化処理の際、ドラム内をＡｒガス雰囲気とし媒
体剤として平均粒径約１ｆｌのジルコニアビーズを使い
、５５００秒処理を行うようにした。

得られたＡｇ複合粒子の粒子断面（金属組織）を第４．
５図に示す。第４．５図は、走査型電子顕微鏡による写
真であって、第４図は２次電子線（ＳＥＭ像）写真、第
５図は特性Ｘ線（Ｎ　ｉ　Ｋα像）写真である。特に、
第５図をみると、白いＮｉ部分が非常に微細で溝部なく
多量に分散していることが良く分かる。

つぎに、このＡｇ複合粒子を使って接点材料を得た。

まず、Ａｇ複合粒子を加圧成形し成形体を得たついで、
焼成−熱間圧縮を３回繰り返し焼結体を得た。なお、１
回目の焼成は真空雰囲気、２・３回目の焼成は窒素雰囲
気で行った。

続いて、焼結体を予め加熱し金型を使って熱間押し出し
して延ばした後、さらに伸線した。伸線後、伸線方向と
直角の方向に寸断してからリベット加工を施し、接点性
能評価用のりベント接点を得た。

一実施例２ 平均粒径５μの純Ａｇ粒子および平均粒径０．２μのＮ
ｉ粒子を全量でみてＮｉ含有量が１０ｗｔ％になるよう
に秤量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用
のリベット接点を得た。

一実施例３ 平均粒径５μの純Ａｇ粒子および平均粒径０．０２ｎの
Ｎｉ粒子を全量でみてＮｉ含有量が６ｗｔ％になるよう
に秤量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用
のリベット接点を得た。

一実施例４− 平均粒径０．１　ｎの純Ａｇ粒子および平均粒径０゜Ｏ
１μのＮｉ粒子を全量でみてＮｉ含有量が３ｉｖｔ％に
なるように秤量した他は、実施例１と同様にして接点性
能評価用のりベント接点を得た。

一実施例５ 平均粒径４５ｎの純Ａｇ粒子および平均粒径５ｎのＮｉ
粒子を全量でみてＮｉ含有量が２０ｗｔ％になるように
秤量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用の
りベット接点を得た。

一実施例６ 平均粒径５ｎの純Ａｇ粒子および平均粒径０．２ｎのＷ
粒子を全量でみてＷ含有量が１５ｗｔ％になるように秤
量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用のり
ヘット接点を得た。

一実施例７− 平均粒径５−の純Ａｇ粒子および平均粒径０．２ｎのＭ
ｏ粒子を全量でみてＭｏ含有量が１０ｗｔ％になるよう
に秤量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用
のりベット接点を得た。

一実施例８ 平均粒径５ｎの純Ａｇ粒子および平均粒径０．２１のＣ
粒子を全量でみてＣ含有量が２０ｗｔ％になるように秤
量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用のり
ヘット接点を得た。

一実施例９ 平均粒径５ｎの純Ａｇ粒子および平均粒径０．２ｎのＷ
Ｃ粒子を全量でみてＷＣ含有量が６ｗｔ％になるように
秤量した他は、実施例１と同様にして接点性能評価用の
りベット接点を得た。

−比較例１− 平均粒径２Ｏｎの純Ａｇ粒子と平均粒径５ｎのＮｉ粒子
とを混合し成形体を得た後は、実施例１と同様にして接
点材料を得た。なお、Ｎｉ含有量は１０ｗｔ％である。

実施例１〜５および比較例工、２のリベット接点につい
て、ＡＳＴＭ試験により耐溶着特性、消耗特性を調べた
（号ンプル数Ｎ＝３）。試験条件は下記の通りである。

試験結果を第１表に示す。

負　　荷：　　　　　抵抗負荷 電　　圧：　　　　　　　　１００Ｖ 電　　　流＝　　　　　　　　　４０Ａ開閉回数：　　
　　　　５万回 第 表 第１表にみるように、実施例の接点材料は、良好な耐消
耗性を持ちながら比較例のものよりも耐溶着性に格段に
優れるものになっている。微細な接点特性強化用非Ａｇ
粒子を十分な量で溝部無く分散させられた結果が接点性
能に反映されていることが良く分かる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明の製造方法によれば、微
細な接点特性強化用非Ａｇ粒子を十分な量で予め分散さ
せたＡｇ複合粒子が得られ、その結果、このＡｇ複合粒
子を用い、微細な接点特性強化用非Ａｇ粒子が十分な量
で溝部無く分散した優れた接点材料を容易に製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法の一例でＡｇ複合粒子を製造
するときの様子を順を追ってあられす説明図、第２図は
、この発明の方法の実施に使う機械的複合化処理装置の
要部構成をあられす概略断面図、第３図は、同装置の機
械的複合化処理中の状態をあられす説明図、第４図およ
び第５図は、実施例１のＡｇ複合粒子断面の金属組織を
あられす電子顕微鏡写真である。 ■・・・純Ａｇ粒子、２・・・Ｎｉ微粒子（非Ａｇ粒子
）１０・・・Ａｇ複合粒子　　２０・・・機械的複合化
処理装置　　２１・・・ドラム　　２１ａ・・・ドラム
内面２３・・・固定部材　　２３ａ・・・半円柱同曲面
（曲面代理人　弁理士　　松　本　武　彦 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　純Ａｇ粒子と接点特性強化用非Ａｇ粒子を機械的複
   合化処理により造粒し非Ａｇ粒子が内部に分散したＡｇ
   複合粒子を得るようにする接点材料用Ａｇ複合粒子の製
   造方法。 ２　機械的複合化処理は、回転可能なドラムを備えると
   ともにドラム内周面に臨む曲面を有する固定部材を備え
   た装置を用い、前記ドラム内に純Ａｇ粒子および非Ａｇ
   粒子を投入した状態でドラムを回転させて両粒子に対し
   圧縮・剪断を施すことにより行う請求項１記載の接点材
   料用Ａｇ複合粒子の製造方法。 ３　非Ａｇ粒子がＮｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ、ＷＣのうちの少
   なくとも一つからなる請求項１または２記載の接点材料
   用Ａｇ複合粒子の製造方法。 ４　純Ａｇ粒子の平均粒径が０．１〜４５μｍ、非Ａｇ
   粒子の平均粒径が０．０１〜５μｍである請求項１から
   ３までのいずれかに記載の接点材料用Ａｇ複合粒子の製
   造方法。 ５　造粒されたＡｇ複合粒子の非Ａｇ粒子含有量が３〜
   ２０ｗｔ％である請求項１から４までのいずれかに記載
   の接点材料用Ａｇ複合粒子の製造方法。