TANAKA的企業努力

以貴金屬的技術實現環保材料

(2009年 秋季)

創業至今已擁有124年歷史的田中貴金屬,歷來一直透過提供貴金屬材料與應用技術,一路堅持並支持著先進工業產品的進化。現在,我們也很快速地投入了全球高度重視的環境、能源領域之事業內容。其中一項就是「環保材料的開發」。關於其具體的動向,我們訪問到的是田中貴金屬董事技術開發部門部長─田中秀昌以及與環保材料相關的四位公司職員。

座談會情形

座談會情形

田中 秀昌 田中貴金屬工業 董事 技術開發部門部長

田中 秀昌
田中貴金屬工業
董事 技術開發部門部長

環保材料的開發

─所謂的「環保材料」

田中

廣義來說,所謂的環保材料,是指使用了不會對環境造成負擔的物質之材料。我們在環境、能源事業上,進行「新能源」、「資源循環」、「環境淨化」的同時,另一項重點課題就是「環保材料的開發」(圖1)。我們除了從現有材料中去除對環境有害的物質,以及積極開發替代材料之外,更預計開發使用於各種生產機械且同時能幫助減輕環境負擔的材料。在這個部分,不用說是材料本身就已經不會造成環境負擔,在材料的製造工程及開發工程中,也是以不對環境造成負擔來作為前提。

圖1 田中貴金屬集團的環境、能源事業的四大支柱

圖1 田中貴金屬集團的環境、能源事業的四大支柱

排除開關及繼電器中的鎘

─請告訴具體的環保材料範例。

田中

圖2 無Cd接點的外觀圖2 無Cd接點的外觀 不含有害物質材料的其中一個例子,就是被用於處理中高領域較大電流的電路開關,稱為繼電器的零件接點材料(圖2)。過去,中高電流領域的交流電路用開關及繼電器的接點都是採用AgCdO(銀氧化鎘)。之所以使用內含被視為有毒物質Cd(鎘)的AgCdO,是因為開關時所產生的電弧放電及焦耳熱會因焊接等問題發生接點無法開離的故障情形,而鎘則可以避免這種故障發生。CdO(氧化鎘)可以藉由昇華等特性,抑制電弧放電、焦耳熱的發生。(圖2 無Cd接點的外觀)
不過,我國的其中一項公害病就是由Cd所引起。最近,在歐洲的「RoHS指令」中,更是被規定為禁止使用於工業產品的物質項目之一,所以世界各地對於Cd的規範也逐漸擴大。趁著這個時機,電子機器的無Cd化成了當務之急,最近世界各國的企業也開始積極開發替代材料。而本公司大約從20年前,就已經開始開發無Cd材料,並致力於滿足顧客需求的產品製造。

實現凌駕於傳統產品的特性

― 請具體說明在新能源的領域之中,貴金屬材料所起的作用。

真田

在開發無Cd的接點材料時,我們的課題就是要同時解決防止焊接造成接點無法開離的障礙,以及接觸電阻的安定化等相互矛盾的問題。我們以達到具有凌駕於傳統AgCdO接點之特性的材料為目標,開始以SnO2(二氧化錫)、In2O3(氧化銦)等氧化銀類的合金材料為探討的主軸。現在,已達到了具備目標性能的材料,並大致完成了產品陣容。具體方面,為了可以對應各種多樣化的電氣性負荷條件,我們已經開發出各式種類的替代材料(表1)。
尤其是最近,於汽車用電裝機器的自動化日漸發展的同時,用來控制該裝置的繼電器需求正急速增加。雖然汽車用繼電器使用於直流電路,但我們知道只要調整上述替代材料的氧化物量,就可以適用於汽車用裝置。而託這個福,繼電器專用的接點材料市場也就有了更大幅地擴展。

真田 荘紀 田中貴金屬工業 AuAg類事業部

真田 荘紀
田中貴金屬工業
AuAg類事業部

表1. 無Cd接點的材料構成與主要用途

表1. 無Cd接點的材料構成與主要用途

也開發馬達用無Cd材料

吉田

除了繼電器及開關之外,Cd也使用於DVD播放器及遊戲機的驅動馬達、行動電話的震動用小型馬達等裝置上所設置的整流子之滑動接點,也就是和馬達軸芯同時轉動的整流子與固定住的電刷所接觸的部位。馬達轉動時電刷和整流子各自進行機械磨損的同時,也會被兩者之間所產生的電弧放電所磨耗。
為了減少這樣的問題,電刷主要採用了耐磨損性較優良的Ag(銀)-Pd(鈀)合金。不過,傳統的整流子都是採用含Cd且與Ag-Pd合金電刷相容性較好、具有放電抑制效果的Ag-Cd合金,或者是Ag-Cu(銅)合金。因此,我們透過與大型馬達製造商共同開發的方式,以含有可以廉價取得的Cu和Ni(鎳)之Ag-Cu-Ni合金為基底,開發了全新的無Cd合金。在謀求合金組成最佳化的同時,我們還透過添加微量元素來抑制材料成本,性能更是凌駕了傳統的含Cd合金。

吉田 一晴 田中貴金屬工業 AuAg類事業部

吉田 一晴
田中貴金屬工業
AuAg類事業部

田中

在中高電流用繼電器及開關用接點材料的全球市場中,本公司約擁有40%的市占率,且其中約有95%的材料都已經更換為無Cd材料了。甚至,我們更預定在2011年3月之前,將提供給國內市場的接點全面更換為無Cd材料。而在小型馬達用滑動接點材料市場中,本公司也擁有50%以上的高市占率。關於這部份的滑動接點材料,大約已經於1年前全面更換為無Cd的替代材料了。今後,我們也會繼續以將有害添加物質替代化的方式,對環境作出最大的貢獻。

以電解方式生成有益環境的電解水

―貴公司也致力於開發生成減輕環境負擔的物質時所使用的材料,
 請您告訴我們具體的範例。

田中

其中一個例子,就是在利用電解生成有益於環境的電解水時所使用的電極。自來水經過電解後,陰極端的水會具有強鹼性。這種水被稱為鹼離子水。如果將食鹽水取代自來水進行電解,就可以產生鹼性更強的強鹼離子水。這種強鹼離子水能發揮出極高的洗淨能力,並大幅減輕對環境的負擔。電極材料的基材採用耐腐蝕性素材的Ti(鈦),所使用的電極表面則以Pt(白金)或Ir(銥)等進行過電鍍,間接性地對減輕環境負擔作出貢獻。

西尾

過去,在半導體等的洗淨工程中都是使用甲苯等有機溶劑,但是,因為甲苯等有機溶劑對人體有害,所以自某時期開始便被禁止使用了。之後,界面活性劑成了洗淨的主流。然而,含有界面活性劑的洗淨液,必須在洗淨後進行清洗處理,因此無論如何還是會增加廢水。而可以解決這種問題的東西就屬強鹼離子水。這種強鹼離子水對於油脂性的髒汙有極高的洗淨能力,而且因為它沒有發泡性,所以可以省略清洗處理的程序。藉由這種方式,不僅可以大幅減少廢水,更能夠大幅減少對環境所造成的負擔。
此外,電解自來水或食鹽水的時候,陽極端會生成酸性水,不過這種酸性水也具有洗淨能力。在家庭中,這種水可用來清洗餐具或蔬菜,而且因為酸性水具有高殺菌能力,所以也適合用來清洗醫療儀器。若酸性水可以代替傳統使用的化學洗淨劑,就可以減輕環境負擔。
再者,因電解等而劣化的電極可藉由以把鉑再重新鍍層的方式,使之重新再生為電極。這部分也與環境、能源領域中四大支柱之一的「資源循環」政策息息相關。

西尾 一郎 田中貴金屬工業 化學事業部

西尾 一郎
田中貴金屬工業
化學事業部

貢獻於維護海水環境

田中

針對工廠或船舶的廢水所造成的海水汙染之對策,以及防止海水設施所造成的汙染之對策等方面,自來水及食鹽水的電解技術也有很大的助益。本公司將維持海水環境定位於重大課題之一,正積極開發適合各種用途的電極材料。

松井

松井 雄司 田中貴金屬工業 化學事業部

松井 雄司
田中貴金屬工業
化學事業部

圖3 不溶性電極

圖3 不溶性電極

維持海水環境對策中的其中一個項目,就是運送石油用的油輪裡的壓艙水處理。所謂油輪的壓艙水,就是指運送石油回航途中,為了維持吃水線所裝載的海水。在目的地所裝載的壓艙水於回港後會排出,但是,壓艙水中含有目的地的海生生物,如果胡亂排出,有可能會破壞海洋的生態。這樣的問題在IMO(國際海事組織)會議上也探討過管制規範,目前的規定是,油輪有義務在距離沿岸200浬的海域交換壓艙水。不過,2009年新建造的船隻將搭載壓艙水處理裝置,而且,這項義務也預定在2016年全面實施,因此,技術的確立便成了當務之急。
目前已經有幾個壓艙水處理方法的提案,其中一個就是電解處理方式。這是一種藉由海水的電解,生成具抑菌作用的電解水,並處理海生生物的方法。我們現在正全新開發可適用於這種處理裝置的電極材料之鈦白金類電極等不溶性電極(圖3)。

田中

貴金屬還潛藏了各式各樣的可能性。對於解決全球性的環境問題方面,貴金屬及相關應用技術應該可以貢獻出許多助益。我們亦會一如以往,願對社會的發展有所貢獻而探究貴金屬的可能性,同時持續提供適用於各種領域的環保材料。

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