JP2000173373A - 真空バルブ用接点材料、及びその製造方法 - Google Patents
真空バルブ用接点材料、及びその製造方法Info
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Abstract
接点材料及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 50vol%以下のCuと残部がTiC
からなる真空バルブ用接点材料の、TiCの最大粒径を
10μm以下とすることにより、過大な裁断電流値の発
生を抑制できる。この接点材料は、TiC粉末75〜9
0vol%とCu10〜25vol%とを混合した後、
成形し、Cuを溶浸して製造する。また、接点材料の被
アーク面を50vol%以上のTiCとし、被アーク面
の裏側の面に向かって、Cuの割合を段階的に増加させ
る。これにより、優れた低裁断特性及び大電流遮断特性
が得られる。
Description
点材料に関し、特に、低電流裁断特性及び大電流遮断特
性を兼備した接点材料及びその製造方法に関する。
反面、電流遮断時の急激な電流変化(電流裁断現象)に
より発生するサージが系統や負荷に及ぼす影響が問題で
あった。特に、モーターなどの高サージインピーダンス
の負荷に用いる場合、大きなサージが発生するため、サ
ージ保護装置を併用する場合が多かった。しかし、この
ようなサージ保護装置は、油を含むのが一般的で、真空
遮断器の持つ環境調和及び不燃構造といった利点を阻害
するものとなっていた。
(裁断電流値)が小さい低サージ型真空遮断器が発明さ
れ、7.2kVクラスの分野において使用されるように
なってきた。
o、あるいは、Ag/Cu−WC−CoのようなAgを
主成分とする導電性金属と高融点炭化物のWCとを組み
合わせた接点材料が用いられている。
は非常に優れているが、導電成分の蒸気圧が高すぎるた
め、遮断能力は十分とはいえず、高々20kA級の遮断
器への適用のみにとどまっている。
WC−Coに比べて幾分高い遮断特性を有するが、3
1.5kA及び40kAといったさらに大きな遮断電流
値の定格に適用するにはやはり遮断性能が不十分なた
め、非常に大きな接点を用いざるを得ない。
いCuを用いたCu−TiC接点材料が開発されてき
た。この接点材料では、裁断特性面で不利な蒸気圧の低
いCuを用いながらも、熱電子放出特性の優れたTiC
を耐アーク成分としてWCの替わりに用いることで、低
裁断化を図っている。
−WCに比べ優れた裁断特性と遮断特性を有している
が、その裁断特性が最適な組成領域の接点材料を実現す
るためには解決が必要な製造上の問題がある。
化物50〜60vol%の範囲で最も良好となる。この
炭化物の量は、溶浸前の炭化物スケルトンの空隙量で制
御するのが一般的である。目標の空隙量を、成形圧力の
調整により達成しようとした場合、非常に高い圧力を要
するので、従来Ag−WC−Co接点では、WCの焼結
助材として有効な成分であるCoのスケルトンヘの添加
により、1〜2tonの比較的低い圧力で成形しても焼
結時にスケルトンの空隙が低減し、所定の空隙量にする
ことが可能であった。
用いているため、このようなCo,Fe,Niといった
焼結助材はCuの固溶により導電率を低減させてしま
う。本発明は、第1に、上記の問題に鑑みなされたもの
であり、最適組成のCu−TiCを実現することによ
り、優れた裁断特性を有する接点材料を提供することを
第1の目的とする。
接点の遮断能力の向上である。Cu−TiCの遮断能力
はAg−WCより優れているが、汎用の真空バルブ用接
点であるCu−Crにはまだ及ばない。接点材料の遮断
能力は、遮断瞬時の接点表面の温度が低く、熱電子放出
量や蒸気発生量が少ないほど良好である。従って、Cu
−TiCの場合、TiCの量をある程度減少させた方が
遮断性能は高まるが、同時に裁断特性は低下してしま
う。
ので、接点材料組織形態を最適化することにより、優れ
た裁断特性と同時に遮断特性を兼備させることを、第2
の目的とする。
めに、焼結助材を用いずに、スケルトンの相対密度の必
要な値に到達するには、成形時に密度を高める必要があ
る。そこで、本発明では、原料TiC粉の粒度分布の調
整により、この目的が達成できることを見出した。
料は、50vol%以下のCuと残部がTiCからなる
真空バルブ用接点材料において、TiCの最大粒径が1
0μm以下であることを要旨とする。
制することが可能となる。請求項2の真空バルブ用接点
材料では、50vol%以下のCuと残部がTiCから
なる真空バルブ用接点材料において、TiC粒子の5〜
30vol%の粒径が0.8μm以下で、残りのTiC
粒子の粒径が平均0.8〜10・0μmであることを要
旨とする。
の密度が溶浸後の接点組成を最適組成とするのに適切な
範囲の値とすることが可能となる。このような接点材料
を得るために、請求項3の真空バルブ用接点の製造方法
は、粒径が平均0.4〜0.9μmで最大粒径が5μm
以下の粒度分布を有する粉末10〜50%と、粒径が平
均1.0〜3.0μmで最大粒径が10μm以下である
粉末50〜90%を混合した粉末を成形し、この成形体
にCuを溶浸して製造することを要旨とする。
末の間に細かい粉末が充填され、粉末の充填密度及び成
形密度が高まる。請求項4の真空バルブ用接点の製造方
法は、TiC粉末75〜90vol%とCu10〜25
vol%とを混合した後、成形し、Cuを溶浸して製造
することを要旨とする。
uとTiCとの濡れ性が改善され、空孔の少ない健全な
溶浸体が得られる。一方、第2の目的の達成のために、
請求項5の真空バルブ用接点材料は、被アーク面が50
vol%以下のCuと50vol%以上のTiCを有す
る真空バルブ用接点材料において、接点の厚さ方向にC
uとTiCの比が変化し、被アーク面の裏側の面に向か
って、Cuの割合が段階的に増加することを要旨とす
る。
ol%以上とすることにより、優れた低裁断特性を発揮
させると同時に、接点内部に向かってTiCの割合を減
らすことにより、遮断時に発生する熱を熱伝導によって
接点表面から拡散し易くし、優れた大電流遮断特性を発
揮させることが可能となる。
うに、接点表面のエロージョンを抑制するには、TiC
量を50vol%以上である領域が1mm以上必要であ
る。また、請求項7の真空バルブ用接点材料が示すよう
に、熱伝導の観点から裏面はCuであることが望まし
い。
の真空バルブ用接点材料が示すように、TiC粒子の5
〜30vol%の粒径が0.8μm以下で、残りのTi
C粒子の粒径が平均0.8〜10.0μmであることが
望ましい。
一層優れた低裁断特性が得られる。上記のような接点材
料を製造するために、請求項9の真空バルブ用接点材料
の製造方法においては、異なる成形圧力で成形したTi
C粉末成形体を積層して成形体よりわずかに大きい型に
入れ、重ねた方向に再度成形圧力をかけることにより一
体化した後、Cuを溶浸して製造することを要旨とす
る。
10のように、Cuを溶浸する際、成形体の空隙の体積
より5vol%以上過剰のCuを溶浸して、成形体表面
を覆うCuを残すことにより、被アーク面の裏面側に配
するCuの層を形成することにより、裏面をCuとした
接点の製造が可能となる。
工程において、TiC粉末に10〜25vol%のCu
粉末を添加しておくことにより、CuのTiCに対する
濡れ性が改善され、接点の健金性を高めることが可能と
なる。
施形態について詳細に説明する。なお、以下の図におい
て、同符号は同一部分または対応部分を示す。まず、図
1及び図2を用いて、本発明の実施形態に係る真空バル
ブ用接点材料が適用される真空バルブの構成例を説明す
る。
は、絶縁材料によりほぼ円筒状に形成された絶縁容器2
と、その両端に封止金属3a,3bを介して設けた金属
製の蓋体4a,4bとで真空気密に構成されている。
端部に取り付けられた電極7,8が配設され、図面上部
の電極7は固定電極、下部の電極8は可動電極となって
いる。可動電極8と電極棒6との間にはベローズ9が取
り付けられ、遮断室1内を真空気密に保持しながら、電
極棒6を軸方向に移動可能としている。
ールド10が設けられ、アーク生成物の蒸着膜等がベロ
ーズ9に付着するのを防止している。また、遮断室1内
には、固定電極7及び可動電極8を覆うように、アーク
シールド11が設けられ、アーク生成物の蒸着膜等が絶
縁容器2に付着するのを防止している。
6に、ろう付け層12によりろう付けされ(あるいはか
しめにより)接続されている。電極7、8の接触部に
は、本発明により製造される接点材料が配設されてい
る。図2には、第1、第2、及び第3の層15,16,
17からなる接点13bがろう付け層14により可動電
極8にろう付けされ接続されたものが示されている。
接点材料及びその製造方法を図3及び図4を用いて順に
説明する。図3に、各実施例及び比較例の製造方法につ
いて示す。最大粒径10μmのTiCと平均粒径40μ
mのCuとを体積比で84対16の混合比で混ぜ、6t
onで成形し、1150℃で30分間の熱処理で成形体
の空隙の1.05倍の体積のCuを溶かして溶浸する製
造プロセスを本実施形態の第1の基本プロセスとする。
せ、空隙率の異なる数種類のTiC−Cu混合粉末の成
形体を作成し、これらを積層して成形体よりわずかに大
きい径を有する型に入れ、重ねた方向に再度成形圧力を
加えることにより一体化した後、Cuを溶浸して表面か
ら裏面に段階的にTiC含有量が低下する接点を製造す
るプロセスを第2の基本プロセスとする。
変化させて、種々の接点を製造し、成形時に成形体のク
ラックの有無を調べ、クラック無しあるいはわずかな成
形体のみCuを溶浸し、材料組成、ガス含有量を調べ、
後述の方法に従い、遮断特性及び裁断特性を評価した。
接点材料の材料的特性及び電気的特性のデータを得た方
法及び評価条件について述べる。本発明の製造方法で製
造される接点材料は、大電流遮断特性、裁断特性及び大
電流通電特性の兼備を目的としているので、これらのう
ち大電流遮断特性、裁断特性を下記に示す電気的特性評
価により行った。また、通電特性については接点材料の
導電率を渦電流測定方式の導電率計により測定し評価し
た。 1)大電流遮断特性:遮断試験をJEC規格の5号試験
により行い、これにより遮断特性を評価し、合格、不合
格を図4に示した。 2)電流裁断特性:各接点を取り付けて10-5Pa以下
に排気した組み立て式バルブを作成し、この装置を0.
8m/秒の開極速度で開極させ小電流を遮断した時の裁
断電流値を測定した。遮断電流値は20A(実効値)、
50Hzとした。開極位相はランダムに行い、500回
遮断したときの裁断電流値を電極数3組につき測定し、
その平均値及び最大値を図4に示した。なお、数値は、
実施例2の裁断電流値の平均値及び最大値を1.0とし
たときの相対値で示した。
基本プロセスのCu配合量を6〜30vol%の範囲で
変化させ、6tonで成形して、40〜60vol%の
Cuを含有する接点を作成して調べた。Cu含有量が4
0vol%の比較例1は、成形体にクラックが幾分生じ
た。Cu含有量が45〜50vol%の実施例2〜3で
はクラックが全く発生せず、遮断性能、裁断特性及び通
電性能も良好である。しかし、Cu含有量が60vol
%の比較例2では、裁断特性が不十分となっている。
プロセスのTiCの最大粒径を5〜15μmの範囲で変
化させて調べた。TiCの最大粒径が15μmの比較例
3では、最大裁断電流値が著しく高いが、TiCの最大
粒径が10μm以下の実施例4〜5では遮断性能及び裁
断特性はともに良好である。
平均0.5μmで最大粒径が5μmのTiC粉末5〜6
0vol%と、粒径が平均2.0μmで最大粒径が10
μmのTiC粉末40〜95vol%を配合した混合粉
末を用いて、TiC粒子の3〜35vol%の粒径が
0.8μm以下で、残りのTiC粒子の粒径が平均2.
0μmである混合粉末を作成し、この混合粉末84vo
l%とCu16vol%とを混合した後溶浸後のCuの
含有量が45vol%となるように成形圧力を2〜8t
onの範囲で調整し、Cuを溶浸して接点を製造し調べ
た。
vol%の比較例4では、微細なTic粒子が少ないた
め、平均裁断電流値が高いが、この割合が5〜30vo
l%の実施例6〜7では平均裁断電流値が低く良好で、
遮断性能も良好である。一方粒径が0.8μm以下のT
iCの割合が35vol%の比較例5では、接点中のガ
ス含有量が高く、遮断特性が不合格となっている。また
粉末の成形性も悪いため成形に8ton/cm2 の圧力
が必要である。
ら成る接点を製造する第2の基本プロセスにおいて、第
2層のTiC含有率を40vol%、厚さを1mm、第
3層のTiCの含有率を35%、厚さを1mmとし、被
アーク面となる厚さ1.5mmの第1層のTiC含有率
を45〜60vol%の間で変化させて調べた。
の実施例8〜9では、遮断特性、裁断特性ともに優れて
いるが、TiC量が50vol%より少ない比較例6で
は、裁断特性が不十分である。
層から成る接点を製造する第2の基本プロセスにおい
て、第2層のTiC含有率を40vol%、被アーク面
となる第1層のTiC含有率を55vol%(即ち、第
2層のTiC含有率を、第1層のTiC含有率の2/3
以下)とし、第1層と第2層の厚さの合計を2.5mm
とし、第1層の厚さを0.5mmから1.5mmの間で
変化させて調べた。
11では、遮断特性、裁断特性ともに優れているが、
0.5mmの比較例7では、遮断特性が不十分である。
これは、被アーク面からの熱の放散が不十分なため、接
点の溶融、変形及びエロージョンが激しいためである。
層から成る接点を製造する第2の基本プロセスにおい
て、第1層のTiC含有率を55vol%、厚さを1.
5mmとし、厚さ1mmの第2層のTiCの含有率を3
7〜45vol%の間で変化させて調べた。
(42vol%)以下の実施例12〜13では、遮断特
性、裁断特性ともに優れているが、TiC量が第1層の
3/4(42vol%)より多い比較例8では、遮断特
性が不十分である。
点を製造する基本プロセスにおいて、Cuを溶浸した後
TiC含有量の少ない第2層のTiCスケルトン側の成
形体表面からはみだしたCuを用いて第3層の純Cu層
を形成した接点を製造し、第1層のTiC含有率を55
vol%、厚さを1.5mmとし、第2層のTiCの含
有率を40vol%、厚さ1mmとし、第3層を厚さ1
mmの純Cuとした。比較のため、実施例15として、
この接点と第1、第2層の組成が同じで、第3層のTi
Cの含有率を35%とした接点を実施例8と同じ方法で
製造した。
ともに優れているが、第3層が純Cuの実施例14の方
が、第3層のTiC量が35vol%の実施例15よ
り、遮断特性がより優れている。
造する第2の基本プロセスにおいて、単層の実施例6及
び7と同様に、粒径が平均0.5μmで最大粒径が5μ
mのTiC粉末20vol%と、粒径が平均2.0μm
で最大粒径が10μmのTiC粉末80%を配合した混
合粉末を用いて、TiC粒子の12vol%の粒径が
0.8μm以下で、残りのTiC粒子の粒径が平均2.
0μmである混合粉末を作成し、この混合粉末84vo
l%とCu16vol%とを混合した後3tonで成形
して第1層の成形体を形成し、これに、実施例11と同
様の方法で第2層の成形体を形成し、Cuを溶浸して接
点を製造した。
l%、厚さを1.5mmとし、第2層のTiCの含有率
を40vol%、厚さ1mmとし、第3層を厚さ1mm
の純Cuとした。第1層のTiCが微細粒子を多く含ん
でいるため、平均裁断電流値が低く良好で、また、成形
時の成形圧力が3tonと低く抑えられている。
裁断特性と大電流遮断特性を兼備した接点材料及びその
製造方法が得られる。
材料が適用される真空バルブの一例を示す縦断面図。
材料の構成を示す断面図。
クラックの有無を示す表図。
び電気的特性を示す表図。
Claims (11)
- 【請求項1】50vol%以下のCuと残部がTiCか
らなる真空バルブ用接点材料において、TiCの最大粒
径が10μm以下であることを特徴とする真空バルブ用
接点材料。 - 【請求項2】請求項1に記載の真空バルブ用接点材料に
おいて、TiC粒子の5〜30vol%の粒径が0.8
μm以下で、残りのTiC粒子の粒径が平均0.8〜1
0.0μmであることを特徴とする真空バルブ用接点材
料。 - 【請求項3】請求項2に記載の真空バルブ用接点材料
を、粒径が平均0.4〜0.9μmで最大粒径が5μm
以下の粒度分布を有する粉末10〜50vol%と、粒
径が平均1.0〜3.0μmで最大粒径が10μm以下
である粉末50〜90vol%とを混合した粉末を成形
し、この成形体にCuを溶浸して製造することを特徴と
する真空バルブ用接点材料の製造方法。 - 【請求項4】請求項1に記載の真空バルブ用接点材料
を、TiC粉末75〜90vol%とCu10〜25v
ol%とを混合した後、成形し、Cuを溶浸して製造す
ることを特徴とする真空バルブ用接点材料の製造方法。 - 【請求項5】被アーク面が50vol%以下のCuと5
0vol%以上のTiCを有する真空バルブ用接点材料
において、接点の厚さ方向にCuとTiCの比が変化
し、被アーク面の裏側の面に向かって、Cuの割合が段
階的に増加することを特徴とする真空バルブ用接点材
料。 - 【請求項6】請求項5に記載の真空バルブ用接点材料に
おいて、被アーク面と同じCu/TiC比の部分の厚さ
が1mm以上であり、この部分より被アーク面の裏面側
に位置する部分のTiCのvol%が被アーク面の2/
3以下(ゼロを含む)であることを特徴とする真空バル
ブ用接点材料。 - 【請求項7】請求項5または請求項6の真空バルブ用接
点材料において、被アーク面と同じCu/TiC比の部
分の厚さが1mm以上であり、この部分より厚さ方向に
内部側に位置する部分のTiCのvol%が被アーク面
の3/4以下(ゼロを含む)で、被アーク面の裏面側が
Cuであることを特微とする真空バルブ用接点材料。 - 【請求項8】請求項5乃至請求項7のいずれかに記載の
真空バルブ用接点材料において、被アーク面のTiC粒
子の5〜30vol%の粒径が0.8μm以下で、残り
のTiC粒子の粒径が平均0.8〜10.0μmである
ことを特徴とする真空バルブ用接点材料。 - 【請求項9】請求項5乃至請求項8のいずれかに記載の
真空バルブ用接点材料を製造する際に、異なる成形圧力
で成形したTiC粉末成形体を積層して成形体よりわず
かに大きい型に入れ、重ねた方向に再度成形圧力をかけ
ることにより一体化した後、Cuを溶浸して製造するこ
とを特徴とする真空バルブ用接点材料の製造方法。 - 【請求項10】請求項9に記載の真空バルブ用接点材料
の製造方法において、Cuを溶浸する際、成形体の空隙
の体積より5vol%以上過剰のCuを溶浸して、成形
体表面を覆うCuを残すことにより、被アーク面の裏面
側に配するCuの層を形成することを特徴とする真空バ
ルブ用接点材料の製造方法。 - 【請求項11】請求項9または請求項10の真空バルブ
用接点材料の製造方法において、TiC粉末に10〜2
5vol%のCu粉末を添加しておくことを特徴とする
真空バルブ用接点材料の製造方法。
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---|---|---|---|
JP34961898A JP3790055B2 (ja) | 1998-12-09 | 1998-12-09 | 真空バルブ用接点材料 |
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JP3790055B2 JP3790055B2 (ja) | 2006-06-28 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012134014A (ja) * | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Toshiba Corp | 真空バルブ用接点材料 |
CN101707147B (zh) * | 2009-12-08 | 2012-08-08 | 浙江省冶金研究院有限公司 | 一种CuWC/Cu复合材料及制备工艺 |
-
1998
- 1998-12-09 JP JP34961898A patent/JP3790055B2/ja not_active Expired - Fee Related
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