JP2000173416A

JP2000173416A - 真空バルブ用接点材料およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000173416A
Application number: JP10342431A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥富; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Takashi Kusano; 貴史草野
Original assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2000-06-23

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流遮断特性、裁断特性、大電流通電特性を
向上させる。【解決手段】真空容器内の接離自在の一対の電極７，
８の対向表面に配置された接点１３ａ，１３ｂの材料
は、３５〜６０vol ％の含有量でＣｕを主成分とする導
電性分と、６５〜４０vol ％の含有量でＴｉＣおよびＶ
Ｃのうちの少なくとも１種類を含み粒径が８μｍ以下で
ある耐弧成分とＣｕ量に対して０．２〜２．０wt％のＣ
ｒで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大電流遮断特性、
裁断特性、通電特性、大電流通電特性にすぐれた真空バ
ルブ用接点材料およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中でのアーク拡散性を利用して、高
真空中で電流遮断を行わせる真空バルブの接点は、対向
する固定、可動の２つの接点から構成されている。この
真空バルブを用いて、電動機負荷などの誘導性回路の電
流を遮断する時、過度の異常サージ電圧が発生し、負荷
機器を破壊させる恐れがある。

【０００３】この異常サージ電圧の発生原因は、例え
ば、真空中における小電流遮断時に発生する裁断現象
（交流電流波形の自然ゼロ点を待たずに強制的に電流遮
断が行われる事）、あるいは高周波消弧現象などによる
ものである。裁断現象による異常サージ電圧の値Ｖｓ
は、回路のサージインピーダンスＺｏ・Ｉｃで表され
る。従って、異常サージ電圧Ｖｓを低くするためには電
流裁断値Ｉｃを小さくしなくてはならない。

【０００４】低裁断電流特性を有する接点には、主とし
て溶解法によって作られるＣｕ−Ｂｉ系の接点と焼結溶
浸法によって作られるＡｇ−ＷＣ系接点とがある。Ａｇ
−ＷＣ系合金接点は、（１）ＷＣの介在が電子放射を容易にさせる。（２）電界放射電子の衝突による電極面の加熱に基づく
接点材料の蒸発を促進させる。（３）接点材料の炭化物がアークにより分解され、荷電
体を生成してアークを接続する。などの点で優れた低裁断電流特性を発揮し、この合金接
点を用いた真空開閉器が開発され、実用化されている。

【０００５】また、この接点にＣｕを複合化し、Ａｇと
Ｃｕとの比率をほぼ７：３とした、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ合
金が提案されている（特公昭６３−５９２１２）。この
合金においては、従来にない限定をしたＡｇとＣｕとの
比率を選択するので、安定した裁断電流特性を発揮す
る。

【０００６】さらに、特公平５−６１３３８には、耐弧
性材料の粒径（例えば、ＷＣの粒径）を０．２〜１μｍ
とすることにより、低裁断電流特性の改善に有効である
ことが示唆されている。

【０００７】一方、Ｃｕ−Ｂｉ系合金接点では、Ｂｉの
選択蒸発により電流裁断特性を改善している。この合金
のうちＢｉを１０重量％（以下、wt％とする。）とした
もの（特公昭３５−１４９７４）は、適度な蒸気圧特性
を有するので、低い裁断電流特性を発揮する。また、Ｂ
ｉを０．５wtとした例えば特公昭４１−１２１３１は、
Ｂｉが結晶粒界に偏析して存在する結果、合金自体を脆
化し、低い溶着引き外し力を実現し、大電流遮断性に優
れている。

【０００８】ところで、真空遮断器は本来の責務として
大電流遮断が行えなければならない。大電流遮断のため
には、接点材料表面全体にアークを点弧させ、接点材料
の単位表面積あたりの熱入力を小さくすることが重要と
なってくる。その一手段として、接点材料をマウントし
ている電極部において、極間の電界と平行な方向に磁界
を発生させる縦磁界電極構造がある。特公昭５４−２２
８１３によれば、このような方向に磁界を適度に生じさ
せることにより、アークプラズマを接点表面に均一に分
布させることが可能となり、大電流遮断能力が高められ
るとされている。

【０００９】また、接点材料自体について、特開平４−
２０６１２１によれば、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ−Ｃｏ系接点
材料において、ＷＣ−Ｃｏの粒子間距離を０．３〜３μ
ｍ程度とすることにより、アーク陰極点の易動度が良好
となり、大電流遮断特性の向上がはかれると示されてい
る。また、Ｃｏなど鉄属の補助成分の含有量を高めるこ
とにより、遮断性能が高められることが示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】真空遮断器には低サー
ジ性が要求され、従来では、上述のように低裁断電流特
性（低チョッビング特性）が要求されていた。しかしな
がら、真空バルブは、近年、大容量電動機等の誘導性回
路に適用されることが一層増えると共に、高サージ・イ
ンピーダンス負荷も出現したため、一層安定した低裁断
特性を持つことが望まれるのは勿論のこと、大電流遮断
特性についても兼備しなくてはならない。

【００１１】ところが、１０wt％のＢｉとＣｕとを複合
化した合金（特公昭３５−１４９７４）では、開閉回数
の増大と共に電極空間への金属蒸気の供給量が減少して
低裁断電流特性の劣化が現れ、高蒸気圧元素量に依存し
て耐電圧特性の劣化も指摘されている。０．５wt％のＢ
ｉとＣｕとを複合化した合金（特公昭４１−１２１３
１）では、低裁断電流特性が不十分である。このよう
に、高蒸気圧成分の選択蒸発のみによっては、安定した
低裁断性を有することは不可能である。

【００１２】また、Ａｇ−ＷＣ−ＣｏのようなＡｇを導
電成分とする接点材料では比較的良好な裁断特性を示す
ものの蒸気圧が高すぎるため、十分な遮断性能が得られ
ない。さらに、ＡｇとＣｕとの重量比率をほぼ７：３と
したＡｇ−Ｃｕ−ＷＣ合金（特公昭６３−５９２１
２）、およびこの合金のＷＣ等の耐弧性成分の粒径を
０．２〜１μｍとする合金（特公平５−６１３３８）等
のＡｇを主成分とする導電成分を有する接点材料では、
優れた遮断特性および裁断特性を示すものの、高価なＡ
ｇを主成分としているため、接点の価格も高くなってし
まう。また、これらの接点材料のＣｏ含有量を増加させ
ることにより遮断性能の向上をはかった場合には、これ
により低電流裁断特性が阻害されてしまう。一方、安価
なＣｕを導電成分として用いた場合には、遮断特性は比
較的良好となるが、耐弧成分量を高めなければ良好な裁
断特性は得られない。たとえば、Ｃｕ−ＷＣ−Ｃｏの場
合では、ＷＣスケルトンの焼結時にＣｏを添加すること
により、ＷＣスケルトンの空隙率を低め、空隙に溶浸さ
れるＣｕの量を抑制している。

【００１３】しかし、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉといった炭化物
の焼結促進成分は、Ｃｕの導電率を低下させるため、通
電特性がはなはだしく損なわれてしまう。本発明の目的
は、優れた遮断特性、低裁断特性と通電特性を兼備した
真空バルブ用接点材料およびその製造方法を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に関する発明は、５０〜７０wt％の含有量で
Ｃｕを主成分とする導電性分と、５０〜３０wt％の含有
量のＴｉＣとＶＣのうちの少なくとも１種類を含み平均
粒径が８μｍ以下である耐弧成分と、Ｃｕ量に対して
０．２〜２．０wt％のＣｒまたはＺｒで構成され水素含
有量が０．２〜５０ｐｐｍの範囲であることを要旨とす
る。ＣｕはＡｇより軽元素かつ低蒸気圧であるので、Ｃ
ｕを導電成分とした接点は、Ａｇ−ＷＣのようなＡｇを
導電成分とした接点材料に比べ、遮断後の絶縁回復特性
が優れているが、反面低裁断性が劣る。そこで、ＷＣよ
り低裁断性に優れたＴｉＣの採用により、Ａｇ−ＷＣと
同程度の低裁断性を維持することが可能となる。Ｃｕと
ＴｉＣは通常濡れ性が悪いが、Ｃｕ液相中にＣｒまたは
Ｚｒが含有されている場合にはＣｒまたはＺｒがＴｉＣ
／Ｃｕ界面に介在することにより、両者の濡れ性を改善
し、溶浸法による製造を可能とする。Ｃｕ−ＴｉＣ系接
点では水素含有量が多いと著しく大電流遮断特性を損ね
るので、水素量は５０ｐｐｍ以下に制限することが肝要
である。一方さらに、拡散ポンプのような一般的に真空
熱処理に使用される排気系で到達可能な１０^-2Ｐａ以上
の真空雰囲気でこの材料を製造した場合では、水素含有
量は０．２ｐｐｍ以上となり、これ以上の高度の真空雰
囲気での熱処理は多大なコストを生ずる上、炭化物の分
解により、ＴｉＣ／Ｔｉ比が増大し、裁断特性の低下を
招くため好ましくない。この発明により得られるＣｕ−
ＴｉＣ−ＣｒまたはＣｕ−ＴｉＣ−Ｚｒ接点材料は優れ
た遮断特性、通電性能およびＡｇ−ＷＣ並みに優れた低
裁断特性との兼備を実現し、しかもＣｕを用いているの
で安価である。

【００１５】また、請求項２に関する発明は、この材料
を耐弧成分スケルトンへ導電成分を溶浸させて製造する
方法であって、溶浸させる導電成分が０．２〜２．０wt
％のＣｒまたはＺｒを含むＣｕ基の合金であることを要
旨とする。ＣｒをＣｕ／ＴｉＣ界面へ作用させる方法と
してはＣｒまたはＺｒをＣｕと合金化した溶浸材を溶浸
するのが最も簡便であり、均質に作用させるのに最良の
方法である。

【００１６】また、請求項３に関する発明は、同じくこ
の材料を耐弧成分スケルトンへ導電成分を溶浸させて製
造する方法であって、スケルトンを形成する耐弧成分粉
末に、粉末全体の０．２５〜２．３wt％のＣｒまたはＺ
ｒを添加したことを要旨とする。ＣｒおよびＺｒは溶浸
時にＣｕ液相中に含有されていればＣｕ／ＴｉＣ界面の
濡れ性改善に有効に作用するので、スケルトンを形成す
る粉末に添加した場合でも、溶浸と同時にＣｕ液相中に
溶解し、有効に作用させることが可能である。また、請
求項４に関する発明は、同じくこの材料を耐弧成分スケ
ルトンへ導電成分を溶浸させて製造する方法であって、
スケルトンを形成する耐弧成分粉末に、粉末全体の１０
〜４０wt％のＣｕを添加したことを要旨とする。このよ
うにＣｕをスケルトンを形成する粉末に予め添加してお
くと、溶浸時のＣｕとＴｉＣとの濡れ性がさらに向上す
る。

【００１７】また、請求項５に関する発明は、この材料
を焼結、溶浸する際に、真空雰囲気を選択し、この真空
雰囲気内でカーボン材と焼結体および溶浸材が接触しな
いことを要旨とする。Ｔｉは水素吸蔵材料であるためＡ
ｇ−ＷＣなどの製造に用いられているような水素雰囲気
中での焼結、溶浸処理を行うと雰囲気より水素がＴｉＣ
中に取り込まれ、著しく遮断特性を損ねる。そこで、焼
結、溶浸処理は真空雰囲気で行うことが必要である。さ
らに、ＣｒまたはＺｒを添加したＣｕ−ＴｉＣを水素で
処理した場合には、水素を介して炉材やるつぼのカーボ
ンと溶浸材中のＣｒまたはＺｒが反応し、溶浸材表面に
Ｃｒ炭化物またはＺｒ炭化物の膜が生成されるため、溶
浸する液相の流動性が損なわれ、溶浸が不完全となるた
め、製造上においても水素雰囲気での溶浸処理は不適で
ある。

【００１８】また、請求項６および７に関する発明は、
この材料を焼結、溶浸する際に、真空雰囲気を選択し、
この真空雰囲気内でカーボン材と焼結体および溶浸材が
接触しないことを要旨とする。溶浸材にはＣｒまたはＺ
ｒが含まれているため、溶浸材がるつぼなどのカーボン
材と接触すると、溶浸材がより濡れ易いこれらの材料に
引き寄せられ、スケルトンへの溶浸が不完全となる。こ
のため、溶浸材がカーボン材と接触しないように、カー
ボン材を用いないかあるいはアルミナのしき粉などで両
者を遮蔽するかのいずれかの方法をとる必要がある。

【００１９】さらに、請求項８に関する発明は、この材
料を成形する際に、割り金型を用いることを要旨とす
る。ＡｇベースのＡｇ−ＷＣ−Ｃｏ等の接点の場合、Ｃ
ｏの焼結促進作用によってＷＣスケルトンの焼結密度を
高め、スケルトン空隙を低くし、空隙に溶浸される導電
成分の量を低くおさえることが可能となり、結果として
耐弧成分量を高めている。しかし、導電成分をＣｕベー
スとした場合には、Ｃｏ，Ｆｅ，Ｎｉといった焼結促進
成分が、Ｃｕに固溶し導電率を低下させてしまうため、
通電性能が甚だしく損なわれてしまう。また、Ｃｏが耐
弧成分粒子の表面を覆うため、耐弧成分の熱電子放出を
阻害し、裁断電流特性も劣化させてしまう。本発明で
は、このような通電性能および低電流裁断性能の低下を
防止するために、焼結促進材を用いず、成形時に耐弧成
分スケルトンの密度を高めている。通常、炭化物粉末
は、粗いほど成形密度を高めることが容易であるが、炭
化物粉末の粒径が粗いと裁断特性のばらつきが大きくな
るため、安定して低い裁断特性を得ようとする場合に
は、細かい粒径の炭化物粉末を使用する必要がある。こ
の細かい炭化物粉末の成形密度を上げるためには高い成
形圧力で成形することが必要となる。通常、接点材料の
成形の際には、金型に押し出し型を利用するが、炭化物
の粉末は高圧力で成形した場合、型から押し出して抜く
際に割れが生じ易い。この割れを防止するためにパラフ
ィンなどの炭化水素系バインダ材を使用した場合には、
パラフィン自体に含まれる水素およびパラフィンを除去
する工程において雰囲気として用いる水素ガスなどによ
り、材料中に水素が取り込まれ、遮断特性をはなはだし
く低下させる。本発明では、割り金型を用い、金型を成
形体からはずすことにより、パラフィンを用いることな
く高密度の健全な成形体を得ることを可能とするもので
ある。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を具体的
に説明する。（供試真空バルブの構成）図１は、本実施例を説明する
ための真空バルブの断面図、図２は図１の電極部分の拡
大断面図である。

【００２１】図１において、遮断室１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、この両端に封
止金具３ａ、３ｂを介して設けた金属製の蓋体４ａ、４
ｂとで真空気密に構成されている。遮断室１内には、導
電棒５，６の対向する端部に取付けられた一対の電極
７，８が配設され、上部の電極７を固定電極、下部の電
極８を可動電極としている。またこの電極８の導電棒６
には、ベローズ９が取付けられ遮断室１内を真空気密に
保持しながら電極８の軸方向の移動を可能にしている。
また、このベローズ９上部には金属製のアークシールド
１０が設けられ、ベローズ９がアーク蒸気で覆われるこ
とを防止している。また、電極７，８を覆うように、遮
断室１内に金属製のアークシールド１１が設けられ、こ
れにより絶縁容器２がアーク蒸気で覆われることを防止
している。

【００２２】さらに、電極８は、図２に拡大して示す如
く、導電棒６にろう付け部１２によって固定されるか、
又はかしめによって圧着接続されている。接点１３ａは
電極８にろう付け１４によってろう付けで取付けられ
る。なお、接点１３ｂは、電極７にろう付けにより取付
けられる。

【００２３】次に、本発明の一実施例を説明するデータ
を得た評価方法、および評価条件について説明する。こ
こで、表１〜表２には各接点の製造条件を示し、表３〜
表４には各接点の組成および特性を示した。（１）電流裁断特性各接点を取付けて１０^-5Ｐａ以下に排気した組立て式バ
ルブを製作し、この装置を０．８ｍ／秒の開極速度で開
極させ遅れ小電流を遮断した時の裁断電流を測定した。
遮断電流は、２０Ａ（実効値）、５０Ｈｚとした。開極
位相はランダムに行い、５００回遮断されたときの裁断
電流を接点数３個につき測定し、その最大値を表４に示
した。尚数値は、実施例２の裁断電流値の最大値を１．
０とした場合の相対値で示し、この相対値が２．０未満
のものを合格とした。（２）通電特性通電電流１０００Ａで、真空バルブの温度が一定となる
まで行い、その温度上昇値により評価した。表４に通電
特性として、実施例２の温度上昇値を１．０とした場合
の相対値を示し、この相対値が２．０未満のものを合格
とした。（３）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た。

【００２４】まず、これらの接点の製造方法について説
明する。実施例および比較例はすべて、耐弧成分をＴｉ
Ｃとした場合の接点の試作例である。試作方法を、表１
〜表２にまとめて示す。

【００２５】製造に先立って必要粒径別に耐弧性成分Ｔ
ｉＣおよび補助成分を分類する。分類作業は例えばふる
い分けと沈降法とを併用して行うことで容易に所定粒径
の粉末を得る。まず所定粒径のＴｉＣの所定量を用意
し、実施例１３〜１５、比較例８，９では所定粒径で所
定量のＣｒを、また、実施例１６〜１８および比較例１
０，１１では所定粒径のＣｕの所定量の一部を用意し、
加圧成形して粉末成形体を得る。成形に用いる金型は、
比較例１５を除いて全て割り金型を使用した。比較例１
５では押し出し金型を用いた。

【００２６】ついで、この粉末成形体を所定温度で所定
時間、例えば１１５０℃、１時間の条件にて仮焼結し、
仮焼結体を得る。ついで、この仮焼結体の残存空孔中に
実施例１３〜１５および比較例７〜８ではＣｕを、それ
以外ではＣｕ−Ｃｒ合金を、１１５０℃、１時間で溶浸
し所定の合金を得る。溶浸は比較例１１，１２および実
施例２０では水素中で行い、それ以外では真空中で行っ
た。真空中での溶浸は、比較例３を除いて全て、拡散ポ
ンプと油回転ポンプを用いて排気した雰囲気内で行っ
た。この場合１０００℃での真空度は１．３×１０^-2Ｐ
ａである。比較例３では比較的小型の炉を用い、ターボ
ポンプと油回転ポンプにより排気した雰囲気内で溶浸を
行った。この場合の、１０００℃での真空度は１．７×
１０^-3Ｐａである。

【００２７】尚、Ｃｕ等の溶浸素材は、所定温度で、所
定比率で真空溶解して得たインゴットを切断して用い
た。使用した炉は、実施例２１のみアルミナ製の炉心管
のものを用い、それ以外は全て、ステンレス製の炉で内
部にカーボン材の耐熱材を有するものを用いた。また、
炉内のボートも、実施例２０ではアルミナ製ボートを用
い、他は全てカーボン製ボートとした。ボート内のしき
粉は、比較例１４および実施例２０では使用せず、それ
以外では全てアルミナのしき粉をボートにしいて行っ
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】次に、各接点の材料組成およびその対応す
る特性データについて表１〜表４を参照しながら考察す
る。（実施例１〜３および比較例１，２）いずれの場合も溶
浸材の組成をＣｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧成分の平均粒
径を０．８μｍとし、スケルトンの相対密度の調節によ
り、耐弧成分量を２４．２〜５３．３wt％の範囲で変え
た。

【００３３】耐弧成分量が３０〜５０wt％の範囲内であ
る実施例１〜３では遮断特性、裁断特性、通電特性は全
て良好であるが、これらより耐弧成分を多く含む比較例
１では、遮断性能は不合格で、逆にこれらより耐弧成分
が少ない比較例２では、裁断電流値の最大値の相対値が
２．０以上までが高くなってしまう。

【００３４】（実施例４〜６および比較例３，４）いず
れの場合も溶浸材の組成をＣｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧
成分の平均粒径を０．８μｍとし、最終的な接点材料中
の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が６０wt％，耐弧成分量
（ＴｉＣ）が４０wt％程度で組成比が一定となるように
して、原料ＴｉＣ粉が開封から溶浸までの間に大気にさ
らされる期間および溶浸直前の１００℃における真空度
を調整することにより、Ｃｕ−ＴｉＣ中の水素含有量を
０．１〜７０ｐｐｍの範囲で変えた。

【００３５】Ｃｕ−ＴｉＣ中の水素含有量が０．２〜５
０ｐｐｍの範囲内である実施例４〜６では遮断特性、裁
断特性、通電特性は全て良好であるが、０．１ｐｐｍと
した比較例３では、裁断特性が悪く不適である。このよ
うに水素含有量を低減するためには１．７×１０^-3Ｐａ
といった高真空下での溶浸が必要となるが、このような
高真空下では、ＴｉＣが脱炭され、Ｔｉが生成してしま
うため、裁断特性が悪化してしまう。また、高い真空度
を実現するための設備も量産においては非常に高価なも
のとなり、製造コストの上昇を招き、経済性も悪い。逆
に７０ｐｐｍとした比較例４では、遮断時の水素ガス放
出により遮断特性が不合格となっている。

【００３６】（実施例７〜９および比較例５）いずれの
場合も溶浸材の組成をＣｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧成分
の平均粒径を０．８μｍとし、最終的な接点材料中の導
電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が６０wt％，耐弧成分量（Ｔｉ
Ｃ）が４０wt％程度で組成比が一定となるようにし、耐
弧成分粒径を０．８〜１０μｍの範囲で変化させた。組
成の制御は成形圧力の調整により行った。粒径が８ｍ以
下の実施例７〜９では遮断特性、裁断特性ともに良好で
あるが、粒径１０μｍの比較例５では遮断特性が不合格
であった。

【００３７】（実施例１０〜１２および比較例６〜７）
いずれの場合も溶浸材の組成をＣｕ−１wt％Ｃｒ合金、
耐弧成分の平均粒径を０．８μｍとし、最終的な接点材
料中の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が６０wt％，耐弧成分
量（ＴｉＣ）が４０wt％程度で組成比が一定となるよう
にし、耐弧成分の粒径を０．８μｍとし、溶浸する導電
成分中のＣｒ量をＣｕ量に対して０．１５〜２．９０wt
％の範囲で変化させた。Ｃｕ中のＣｒ量が０．２〜２．
０wt％の範囲にある実施例１０〜１２ではいずれも耐弧
成分スケルトンが導電成分に良好に溶浸されているが、
導電成分中のＣｒがＣｕ量に対して０．１５wt％の比較
例６では、Ｃｒの作用が十分でなく、ポアの多い組織と
なっており、通電性能が不十分となっている。また、こ
のＣｒ量の割合が２．９０wt％と過剰な比較例７では、
導電成分のＣｕに過剰にＣｒが固溶してしまうため、導
電率が著しく低く通電性能が悪く遮断特性も不合格とな
る。

【００３８】（実施例１３〜１５および比較例８〜９）
いずれの場合も溶浸材の組成をＣｕ、耐弧成分の平均粒
径を０．８μｍとし、最終的な接点材料中の導電成分量
（Ｃｕ＋Ｃｒ）が６０wt％，耐弧成分量（ＴｉＣ）が４
０wt％程度で組成比が一定となるようにし、耐弧成分の
粒径を０．８μｍとし、スケルトンにＣｒを配合する量
を調整することにより、導電成分中のＣｒ量をＣｕ量に
対して０．１５〜３．５０wt％の範囲で変化させた。Ｃ
ｕ中のＣｒ量が０．２５〜２．５wt％の範囲にある実施
例１３〜１５ではいずれも耐弧成分スケルトンが導電成
分に良好に溶浸されているが、導電成分中のＣｒがＣｕ
量に対して０．１５wt％の比較例８では、Ｃｒの作用が
十分でなく、ポアの多い組織となっており、通電性能が
不十分となっている。また、このＣｒ量の割合が３．５
wt％と過剰な比較例９では、導電成分のＣｕに過剰にＣ
ｒが固溶してしまうため、導電率が著しく低く通電性能
が悪く遮断特性も不合格となる。

【００３９】（実施例１６〜１８および比較例１０〜１
１）耐弧成分の平均粒径は０．８μｍで一定で、スケル
トンにＣｕを５．５〜４２．５wt％の範囲で変化させて
配合し、いずれの場合も溶浸材の組成をＣｕ−１wt％Ｃ
ｒ合金、耐弧成分の粒径を０．８μｍとし、最終的な接
点材料中の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が６０wt％，耐弧
成分量（ＴｉＣ）が４０wt％程度で組成比が一定となる
ように相対密度を調整した。スケルトンに配合されるＣ
ｕ量が１０〜４０wt％の範囲にある実施例１６〜１８で
はいずれも耐弧成分スケルトンが導電成分に良好に溶浸
されているが、このＣｕ量が５．５wt％と少ない比較例
１０では、溶浸が不完全であり、特性評価用の試料が得
られなかった。また、このＣｕ量が４２．５wt％と過剰
な比較例１１では、組織的な不均質が著しくなり裁断電
流値の最大値が相対値２．０を超えてしまうため不適で
ある。

【００４０】（実施例１９および比較例１２）耐弧成分
の平均粒径は０．８μｍで一定で、スケルトンにＣｕを
約１６vol ％配合し、いずれの場合も溶浸材の組成をＣ
ｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧成分の粒径を０．８μｍと
し、最終的な接点材料中の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が
６０wt％，耐弧成分量（ＴｉＣ）が４０wt％程度となる
ように相対密度を調整し、炉内にカーボン材が存在する
炉内においてカーボン製ボート上にアルミナのしき粉を
しいた上に焼結体および溶浸材をおき、真空中および水
素中で溶浸を行った。溶浸を真空中で行った実施例１９
では耐弧成分スケルトンが導電成分に良好に溶浸されて
いるが、水素中で実施した比較例１２では、溶浸材表面
にＣｒ炭化物の被膜が生成したため不完全な状態となっ
ており評価用試料が得られなかった。

【００４１】（実施例２０および比較例１３）耐弧成分
の平均粒径は０．８μｍで一定で、スケルトンにＣｕを
約１６vol ％配合し、いずれの場合も溶浸材の組成をＣ
ｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧成分の粒径を０．８μｍと
し、最終的な接点材料中の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が
６０wt％，耐弧成分量（ＴｉＣ）が４０wt％程度となる
ように相対密度を調整し、溶浸を炉内にカーボン材が存
在する炉およびアルミナのみで構成される炉を用い、カ
ーボン製ボート上にアルミナのしき粉をしいた上あるい
はアルミナ製ボート上にそのまま焼結体および溶浸材を
おき、水素中で溶浸を行った。アルミナのみで構成され
る炉でアルミナボート上で実施した実施例２０では、耐
弧成分スケルトンが導電成分に良好に溶浸されている
が、溶浸を炉内にカーボンが存在する炉でカーボン製ボ
ート上行った比較例１３では溶浸材表面にＣｒ炭化物の
被膜が生成したため不完全な状態となっており評価用試
料が得られなかった。

【００４２】（実施例２１および比較例１４）耐弧成分
の平均粒径は０．８μｍで一定で、スケルトンにＣｕを
約１６vol ％配合し、いずれの場合も溶浸材の組成をＣ
ｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧成分の粒径を０．８μｍと
し、最終的な接点材料中の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が
６０wt％，耐弧成分量（ＴｉＣ）が４０wt％程度となる
ように相対密度を調整し、炉内にカーボン材が存在する
炉内においてカーボン製ボート上にアルミナのしき粉を
しいた上あるいはしかずに直接焼結体および溶浸材をお
き、真空中で溶浸を行った。溶浸をアルミナしき粉の上
で行った実施例１６では耐弧成分スケルトンが導電成分
に良好に溶浸されているが、アルミナのしき粉を用いず
直にボート上に焼結体と溶浸材をおいて実施した比較例
１２では、溶浸材表面にＣｒ炭化物の被膜が生成したた
め不完全な状態となっており評価用試料が得られなかっ
た。

【００４３】（実施例２２および比較例１５）耐弧成分
の平均粒径は０．８μｍで一定で、スケルトンにＣｕを
約１６vol ％配合し、いずれの場合も溶浸材の組成をＣ
ｕ−１wt％Ｃｒ合金、耐弧成分の粒径を０．８μｍと
し、最終的な接点材料中の導電成分量（Ｃｕ＋Ｃｒ）が
６０wt％，耐弧成分量（ＴｉＣ）が４０wt％程度となる
ように相対密度を調整し、成形の際に割り金型および押
し出し金型を用いて実施した割り金型を用いた実施例２
２では、良好な成形体が得られているが。押し出し金型
を用いた比較例１５では、成形体にクラックが入り、組
織的に不均質な材料状態となってしまったため評価用試
料が得られなかった。

【００４４】以上の実施例においては、耐弧成分をＷＣ
として調べた結果について示したが、耐弧成分をＶＣと
した場合および、ＴｉＣとＶＣの複合耐弧成分を用いた
場合においても同様な効果が得られている。また、以上
の実施例では導電成分への添加元素がＣｒの場合のみ示
しているがＺｒを添加した場合においても同様の効果が
得られる。

【００４５】このように、真空バルブ用接点材料を粉末
の成形、焼結による耐弧成分スケルトンの形成と、スケ
ルトンへの導電成分の溶浸によって製造する製造方法に
おいて、耐弧成分のＴｉＣあるいはＶＣにＣｒを微量添
加し、この添加したＣｒが炭化されない雰囲気で溶浸す
ることにより、Ｃｒの作用によりＴｉＣとＣｕの濡れ性
を改善し、スケルトンへのＣｕの溶浸が可能となるとい
う知見を得、本発明を完成するに至った。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に関する発明に
よれば、３５〜６０vol ％の含有量でＣｕを主成分とす
る導電性分と、６５〜４０vol ％の含有量でＴｉＣおよ
びＶＣのうちの少なくとも１種類を含み粒径が８μｍ以
下である耐弧成分とＣｕ量に対して０．２〜２．０wt％
のＣｒで構成され水素含有量が０．２〜５０ｐｐｍの範
囲である接点材料としたので、大電流遮断特性、裁断特
性、大電流通電特性を向上させた真空バルブ用接点材料
を得ることができる。

【００４７】また、請求項２に関する発明は、耐弧成分
スケルトンへ導電成分を溶浸させ、溶浸させる導電成分
を０．２〜２．０wt％のＣｒを含むＣｕとＣｒの合金と
したので、大電流遮断特性、裁断特性、大電流通電特性
を向上させた真空バルブ用接点材料の製造方法を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す真空バルブ用接点材
料が適用される真空バルブの断面図

【図２】［図１］の要部拡大断面図。

【符号の説明】

７，８... 電極、１３ａ，１３ｂ... 接点

フロントページの続き (72)発明者山本敦史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者草野貴史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内Ｆターム(参考） 5G023 AA05 AA20 BA11 CA33 5G026 BA01 BA03 BB02 BB05 BB13 BB14 BB18 BB30 BC04 BC09 5G050 AA02 AA07 AA13 AA48 AA50 AA54 AA60 BA01 BA03 CA01 DA03 EA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】５０〜７０wt％の含有量でＣｕを主成分
とする導電性分と、３０〜５０wt％の含有量のＴｉＣ及
びＶＣのうちの少なくとも一方からなる平均粒径が８μ
ｍ以下である耐弧成分と、Ｃｕ量に対して０．２〜２．
０wt％のＣｒまたはＺｒで構成され、水素含有量が０．
２ｐｐｍ〜５０ｐｐｍ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】３０〜５０wt％の含有量のＴｉＣ及びＶ
Ｃのうちの少なくとも一方からなる平均粒径が８μｍ以
下である耐弧成分スケルトンへ５０〜７０wt％の含有量
でＣｕを主成分とする導電成分の溶浸材を溶浸させ、前
記溶浸させる導電成分が０．２〜２．０wt％のＣｒまた
はＺｒを含むＣｕ基の合金とし、水素含有量を０．２ｐ
ｐｍ〜５０ｐｐｍであ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３】前記スケルトンを形成する耐弧成分の原
料ＴｉＣ粉末の平均粒径が８μｍ以下で、前記ＴｉＣ粉
末に、粉末全体の０．２５〜２．３wt％のＣｒまたはＺ
ｒを添加したことを特徴とする請求項２記載の真空バル
ブ用接点材料の製造方法。
【請求項４】前記スケルトンを形成する耐弧成分粉末
に、粉末全体の１０〜４０wt％のＣｕを添加したことを
特徴とする請求項２又は請求項３記載の真空バルブ用接
点材料の製造方法。
【請求項５】前記耐弧成分スケルトンへの前記導電成
分の溶浸を真空雰囲気好ましくは１×１０^-1Ｐａより低
い圧力下で行う請求項２乃至請求項４のいずれかに記載
の真空バルブ用接点材料の製造方法。
【請求項６】酸化物および窒化物で耐熱材、ルツボの
炉内に配置される部材を備えたことを特徴とする請求項
５記載の真空バルブ用接点材料の製造方法。
【請求項７】Ｃを耐熱材又はルツボに使用し、炉材あ
るいはルツボのＣ材と溶浸材および焼結体とをＡｌ₂ Ｏ
₃ の板、ブロックあるいは粉末で隔ててＣに対して溶浸
材および焼結体が接触しないように配置したことを特徴
とする請求項５記載の真空バルブ用接点材料の製造方
法。
【請求項８】前記耐弧成分スケルトンを成形する際に
用いる金型の外型が、複数の部分に分割されていること
を特徴とする請求項２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の製造方法。