JP2001222934A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐弧成分粒子が接点表面から離脱することを
抑制し、遮断性能を向上させること。 【解決手段】 可動側接点１３ａと固定側接点１３ｂの
材料として、少なくともＣｕ及びＡｇの内のいずれか一
方を主成分とする導電成分と、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｍｏ及びこれらの炭化物の内の少なくとも１種類
から成る耐弧成分とを備え、耐弧成分と導電成分の界面
が凹凸を有し、その凹凸の範囲は耐弧成分の粒子径の３
〜２０％とした材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遮断性能を向上さ
せた真空バルブ用接点材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空バルブ用接点材料に要求される特性
としては、遮断特性，耐溶着特性，耐電圧特性に対する
各性能で示される基本三要件と、この他に電気抵抗（バ
ルク抵抗と接触抵抗）と温度上昇が低く安定しているこ
とが重要な要件となっている。しかしながら、これらの
要件のなかには相反するものがある関係上、単一の金属
種によって全ての要件を満足させることは不可能であ
る。このため、実用化されている多くの接点材料におい
ては、不足する性能を相互に補えるような２種以上の元
素、例えば導電成分と耐弧成分、を組合せて大電流用ま
たは高電圧用等のように特定の用途に合った接点材料の
開発が行われ、それなりに優れた特性を有するものが開
発されている。開閉器という使用目的から、高確率で電
流の開閉が可能であることは言うまでもない。近年の真
空バルブ用接点材料としては、例えばＣｕ−Ｃｒ系接点
材料がよく知れれている。遮断特性を向上させるには、
電流遮断時において、対向する接点空間内に原子，イオ
ン，電子等の物質が極端に多く存在することは好ましく
なく、特に接点表面からのＣｒ等の耐弧成分の離脱粒子
やＣｕ等の導電成分を主成分とする液滴が存在しないこ
とが望ましい。

【０００３】しかし、従来の接点材料では、遮断電流値
が大きくなるにつれて、Ｃｒ等の耐弧成分の離脱粒子の
発生確率が上昇し、期待していた遮断性能が得られない
ことがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の接点材料では、電流遮断時にＣｒ等の耐弧成分の離脱
粒子により遮断特性が低下することがあった。本発明
は、Ｃｒ等の耐弧成分粒子が接点表面から離脱すること
を抑制し、真空遮断器等に使用される真空バルブの接点
材料に要求される特性である遮断特性を向上させた真空
バルブ用接点材料を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、少なくともＣｕ及びＡｇの内のいずれか一
方を主成分とする導電成分と、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｍｏ及びこれらの炭化物の内の少なくとも１種類
から成る耐弧成分とを備え、耐弧成分と導電成分の界面
が凹凸を有し、その凹凸の範囲は耐弧成分の粒子径の３
〜２０％であることを特徴とする。前述したように、真
空バルブ用接点材料、例えばＣｕ−Ｃｒ接点の遮断特性
を向上させるには、Ｃｒ等の耐弧成分粒子が接点表面か
ら離脱することを抑制する必要がある。本発明の特徴
は、Ｃｕ−Ｃｒ接点中のＣｒ粒子の表面を凹凸形状にす
ることにより、Ｃｒ粒子とＣｕマトリックス相との結合
力を強化することである。Ｃｕ-Ｃｒ接点中のＣｒ粒子
が凹凸を有する手段としては、表面に凹凸を有する原
料Ｃｒ粉末の使用，原料Ｃｒ粉末の表面の一部をＣ
ｒ，Ｗ，Ｎｂ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｃ等の第３の物質を付着さ
せた粉末の使用，Ｃｕ−Ｃｒ接点への高温または長時
間の熱処理，が挙げられる。このような構成において、
接点材料中の耐弧成分粒子と導電成分マトリックス相と
の結合力が強化され、電流遮断時の耐弧成分粒子の脱落
が抑制され、遮断特性を向上させることができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的実施態様に基づいて説明するが、はじめに、本
発明の接点材料が適用される真空バルブの構成を、図１
を参照しながら説明する。同図において、１は遮断室を
示し、この遮断室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、この両端に封着金具３ａ，３ｂ
を介して設けた金属性の蓋体４ａ，４ｂとで真空気密に
構成されている。上記遮断室１内には、導電棒５，６の
対向する端部に取り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、この可動電極８の電極棒６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８の軸方向の移動を可能にし、このベロー
ズ９上部には金属性のアークシールド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。１１は、上記電極７，８を覆うようにして遮断室１
内に設けられた金属性のアークシールドで、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。さらに、
電極８は、第２図に拡大して示すように、導電棒６にロ
ウ付け部１２によって固定されるか、また、かしめによ
って圧着接続されている。接点１３ａは、電極８にロウ
付け１４で固着されている。なお、第１図における１３
ｂは固定側接点である。

【０００７】次に、本実施の形態による真空バルブ用接
点材料について、表１を参照しながら、製造方法及び遮
断特性の測定結果について説明する。

【０００８】

【表１】 （比較例１〜２，実施例１〜２）比較例１では、焼結溶
浸法でＣｕ−Ｃｒ接点を製造した。表面が滑らかな(表
面の凹凸形状が少ない)従来のＣｒ粉末を加圧成形した
後、水素雰囲気中で、1150℃×１時間の条件で焼結して
製造したＣｒスケルトンと溶浸材Ｃｕを坩堝内で上下に
配置し、水素雰囲気中で1150℃で加熱し、導電成分であ
るＣｕを溶浸させることにより、Ｃｒを50wt%含んだＣ
ｕ-Ｃｒ合金を製造した。このＣｕ-Ｃｒ合金を所定の接
点形状(φ50mm，ｔ5mm)に加工した後、真空バルブに組
み込んで遮断試験を実施した。遮断試験は、5ｋＡから
徐々に電流値を上げていく方法で最大遮断電流を測定し
た。この比較例１の測定結果を基準とし、その他の測定
結果は相対値で示した。実施例１では、Ｃｒの粉砕工程
において表面を凹凸形状にさせたＣｒ粉末を使用して、
比較例１と同一の製造工程でＣｕ−50wt%Ｃｒ接点を製
造した。この接点の断面組織の代表例は第３図に示すよ
うに、Ｃｒ粒子表面に凹凸が観察され、その凹凸の範囲
はＣｒ粒子径の５％程度であった(Ｃｒの粒子径が100μ
ｍの場合は周囲のＣｒ粒子とＣｕ相界面の凹凸は５μｍ
程度，以下の例でも同様に測定)。この接点の最大遮断
電流は、若干向上し、比較例１の1.1倍であった。

【０００９】実施例２では、表面が滑らかな(表面の凹
凸形状が少ない)従来のＣｒ粉末の表面の一部にＣｒを
スパッタで付着させ、表面を凹凸形状にさせたＣｒ粉末
を使用して、Ｃｕ−50ｗｔ％接点を製造した。この接点
の断面組織では、Ｃｒ粒子表面に凹凸が観察され、その
凹凸の範囲はＣｒ粒子径の１５％であった。これらの接
点の最大遮断電流は、比較例１，実施例１よりも若干向
上し、比較例１の１.０倍であった。比較例２では、Ｃ
ｒの粉砕工程により実施例１よりも表面が凹凸形状が激
しいＣｒ粉末を使用して、Ｃｕ−50ｗｔ％接点を製造し
た。この接点の断面組織では、Ｃｒ粒子表面に凹凸が観
察され、その凹凸の範囲はＣｒ粒子径の３０％であっ
た。これらの接点の最大遮断電流は比較例１の１.０倍
であった。比較例４が比較例１と同等の最大遮断電流し
か得られなかったのは、粉末の表面積増大に伴いガス含
有量が増大したために、その分、遮断特性が低下したと
考えられる。 （比較例３，実施例３〜４）比較例３では、球体に近い
形状を多く含んでいる原料Ｃｒ粉末を使用してＣｕ−50
Ｃｒ接点を製造した。その接点の断面組織では、１つの
Ｃｒ粒子の重心からそのＣｒ粒子の外周までの距離が、
最長距離Ｒ(以下Ｒと記載)と最短距離ｒ(以下ｒ記載)と
の比(Ｒ／ｒ)が１.1以上であるＣｒ粒子の割合が全体の
０.７３(適度な倍率の断面組織写真を５枚撮影して測定
した結果、以下の例でも同様に測定)であり、最大遮断
電流を測定した結果は比較例１と同等であった。

【００１０】実施例３〜４では、球体とはかけ離れた形
状を多く含んでいる原料Ｃｒ粉末を使用してＣｕ−50Ｃ
ｒ接点を製造した。それらの接点の断面組織では、Ｒ／
ｒ≧１.１を満足するＣｒ粒子の割合は、それぞれ０.８
２と０.９５であり、最大遮断電流は、実施例３では１.
１倍、実施例４では１.２倍であった。 （比較例４，実施例５〜６）比較例４では、表面が滑ら
かでかつ球体に近い形状を多く含んでいる原料Ｃｒ粉末
を使用してＣｕ−50Ｃｒ接点を製造した。その接点の断
面組織では、１つのＣｒ粒子の周長Ｓ(以下Ｓと記載)
が、その耐弧成分粒子と等価の面積を有する円の周長ｓ
(以下ｓと記載)の１.１倍以上(Ｓ／ｓ≧１.１)であるＣ
ｒ粒子の割合が全体の０.７５(適度な倍率の断面組織写
真を５枚撮影して測定した結果、以下の例でも同様に測
定)であり、最大遮断電流を測定した結果は比較例１と
同等であった。実施例５〜６では、表面に凹凸を有し、
かつ球体とはかけ離れた形状を多く含んでいる原料Ｃｒ
粉末を使用してＣｕ−50Ｃｒ接点を製造した。それらの
接点の断面組織では、Ｓ／ｓ≧１.１を満足するＣｒ粒
子の割合は、それぞれ０.８４と０.９２であり、最大遮
断電流は、実施例５では１.１倍、実施例６では１.２倍
であった。

【００１１】（実施例７〜９）前記比較例１〜４と実施
例１〜６では、接点材料を水素雰囲気中の焼結溶浸法で
製造した事例について述べたが本発明の主旨はこれに限
るものではない。実施例７では真空雰囲気中の焼結溶浸
法によりＣｕ−50Ｃｒを製造した。表面に凹凸形状を有
するＣｒ粉末を使用して、Ｃｒ粉末を加圧成形した後、
水素雰囲気中で、1150℃×１時間の条件で焼結して製造
したＣｒスケルトンと溶浸材Ｃｕを坩堝内で上下に配置
し、真空雰囲気中で1150℃で加熱し、導電成分であるＣ
ｕを溶浸させることにより、Ｃｕ−50Ｃｒ合金を得た。
このＣｕ−50Ｃｒ合金を所定の形状(φ50mm，ｔ5mm)に
加工し、接点材料とした。この接点の断面組織では、Ｃ
ｒ粒子表面に凹凸が観察され、その凹凸の範囲はＣｒ粒
子径の５％であり、最大遮断電流は、比較例１の１.１
倍であった。実施例８では、真空雰囲気中の固相焼結法
によりＣｕ−50Ｃｒ接点を、表面に凹凸形状を有するＣ
ｒ粉末を使用して製造した。このＣｒ粉末にＣｕ粉末を
重量比１：３となるように混合してφ60mmの坩堝に充填
した後、１０−３Ｐａオーダの真空中で、1000℃×５時
間の条件で焼結した。得られた焼結体をφ60mmの金型で1
0ｔ／ｃｍ２で成形した後、再度同一条件で焼結し、Ｃ
ｕ−25Ｃｒ合金を得た。このＣｕ−25Ｃｒ合金を所定の
形状(φ50mm，ｔ5mm)に加工し、接点材料とした。この
接点の断面組織では、Ｃｒ粒子表面に凹凸が観察され、
その凹凸の範囲はＣｒ粒子径の５％であり、の最大遮断
電流は、、比較例１の１.１倍であった。

【００１２】実施例９では、真空雰囲気中の液相焼結法
によりＣｕ−50Ｃｒ接点を、表面に凹凸形状を有するＣ
ｒ粉末を使用して製造した。このＣｒ粉末にＣｕ粉末を
重量比で１：１となるように混合して、φ60mmの金型で
10ｔ／ｃｍ２で加圧した圧粉体をφ60mmの坩堝にアルミ
ナ粉と共に、アルミナ粉が圧粉体の全面を覆うように入
れて、１０−３Ｐａオーダの真空中で、1150℃×１時間
の条件で焼結し、Ｃｕ−50Ｃｒ合金を得た。このＣｕ−
50Ｃｒ合金を所定の形状(φ50mm，ｔ5mm)に加工し、接
点材料とした。この接点の断面組織では、Ｃｒ粒子表面
に凹凸が観察され、その凹凸の範囲はＣｒ粒子径の５％
であり、の最大遮断電流は、、比較例１の１.２倍であ
った。さらに焼結時の雰囲気を水素雰囲気や真空だけで
はなく、アルゴン雰囲気等の非酸化性雰囲気で実施して
も、同様の効果が得られた。 （比較例５〜６，実施例１０〜１１）前記比較例１〜４
と実施例１〜９では、焼結温度を1150℃または1030℃、
即ち導電成分Ｃｕの融点(1083℃)を基準にして±70℃以
内の温度で実施している事例について述べたが、本発明
の主旨はこれに限るものではない。

【００１３】比較例５，実施例１０〜１１，比較例９で
は焼結温度を、それぞれ900℃，950℃，1200℃，1300℃
でＣｕ−50Ｃｒ接点を、表面に凹凸形状を有するＣｒ粉
末を使用して製造した。この内1300℃で焼結した比較例
６では、ＣｕとＣｒが分離してしまったので、遮断特性
の評価に値しないと判断した。残りの３種類の接点につ
いて遮断特性を評価した結果、最大遮断電流は、比較例
５では０.９５倍，実施例１０では１.１倍，実施例１１
では１.２倍であった。 （実施例１２〜１７）前記比較例１〜６と実施例１〜１
１では、耐弧成分がＣｒであり、導電成分がＣｕである
接点材料の事例について述べたが、本発明の主旨はこれ
に限るものではない。実施例１２では、耐弧成分をＷと
し導電成分をＣｕとしたＣｕ−20wt%Ｗ接点を、表面に
凹凸形状を有するＷ粉末を使用し、真空雰囲気中の固相
焼結法で製造し、遮断特性を評価した結果、最大遮断電
流は、表面が滑らかなＷ粉末を使用した時のＣｕ−Ｗ接
点の１.１倍であった。実施例１３〜１５では、耐弧成
分をそれぞれＮｂ，ＷＣ，Ｃｒ+Ｗとし、導電成分をＣ
ｕとして、実施例１２と同様な条件で、接点材料を製造
して遮断特性を評価した結果、最大遮断電流は、実施例
１３〜１５全て、表面が滑らかな耐弧成分粉末を使用し
た時の接点の１.１倍であった。

【００１４】実施例１６〜１７では、導電成分をそれぞ
れＡｇ，Ａｇ+Ｃｕとし、耐弧成分をＷＣとして、表面
に凹凸形状を有するＷＣ粉末を使用し、水素雰囲気中の
焼結溶浸法で製造し、遮断特性を評価した結果、最大遮
断電流は、比較例１６，１７共に、表面が滑らかなＷＣ
粉末を使用した時の接点の１.１倍であった。 （実施例１８〜２０）前記比較例１〜６と実施例１〜１
７では、導電成分と耐弧成分で構成される、接点材料の
事例について述べたが、本発明の主旨はこれに限るもの
ではない。実施例１８〜２０では、補助成分としてそれ
ぞれＢｉ，Ｔｅ，Ｔｅ+Ｓｅとし、表面に凹凸形状を有
するＣｒ粉末を使用し、真空雰囲気中の固相焼結法で、
補助成分を１ｗｔ％程度含有したＣｕ−５０wt%Ｃｒを
製造し、遮断特性を評価した結果、最大遮断電流は、実
施例１８〜２０全て、比較例１の１.１倍であった。以
上の結果が示すように、本実施の形態による真空バルブ
用接点材料であれば、遮断特性を向上させることが可能
となる。なお、耐弧成分については、Ｃｒ，Ｗ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｔｉ，Ｍｏ及びこれらの炭化物の内の少なくとも
１つを副耐弧成分として使用しても、同様の効果が得ら
れる。

【００１５】また導電成分については、ＣｕまたはＡｇ
を主成分とするならば、同様の効果が得られる。さら
に、補助成分については、発明実施の形態では、Ｂｉ，
Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓｂ，Ｃｏの内の少なくとも１つを補助成
分としても、同様の効果が得られる。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、少
なくともＣｕ及びＡｇの内のいずれか一方を主成分とす
る導電成分と、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ及び
これらの炭化物の内の少なくとも１種類から成る耐弧成
分とを備え、耐弧成分と導電成分の界面が凹凸を有し、
その凹凸の範囲は耐弧成分の粒子径の３〜２０％とした
ので、耐弧成分粒子が接点表面から離脱することを抑制
し耐弧成分粒子と導電成分マトリックス相との結合力を
強化することから、遮断特性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態を示す真空バルブ用接点
材料が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。

【図３】 本発明の実施の形態を示す真空バルブ用接点
材料の図。

【符号の説明】

１…遮断室，５，６…導電棒，７…固定電極，８…可動
電極 １３ａ…可動側接点，１３ｂ…固定側接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｓ (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 府中事業所内 (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 府中事業所内 Ｆターム(参考） 4K018 AA02 AA04 AA06 AA20 AA21 AA40 AB02 AC10 BA01 BA02 BA03 BA09 BA11 BA20 CA11 DA11 DA31 DA32 FA23 FA32 FA36 5G026 BA01 BA04 BB02 BB03 BB12 BB14 BB15 BB16 BB17 BB18 BB24 BB25 BB27 BC02 BC03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくともＣｕ及びＡｇの内のいずれか
   一方を主成分とする導電成分と、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔ
   ａ、Ｔｉ、Ｍｏ及びこれらの炭化物の内の少なくとも１
   種類から成る耐弧成分とを備え、前記耐弧成分と導電成
   分の界面が凹凸を有し、その凹凸の範囲は前記耐弧成分
   の粒子径の３〜２０％であることを特徴とする真空バル
   ブ用接点材料。
2. 【請求項２】 前記耐弧成分の粒子の重心から、当該耐
   弧成分粒子の外周までの距離を測定した時に、最長距離
   と最短距離の比が１.１以上である粒子が全粒子数の８
   ０％以上を占めることを特徴とする請求項１記載の真空
   バルブ用接点材料。
3. 【請求項３】 前記耐弧成分の粒子の周長が、当該耐弧
   成分粒子と等価の面積を有する円の周長の１.１倍以上
   である粒子が全粒子数の８０％以上を占めることを特徴
   とする請求項１記載の真空バルブ用接点材料。
4. 【請求項４】 Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓｂ及びＣｏの内の
   少なくとも１種類が５ｗｔ％以下含有することを特徴と
   する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の真空バル
   ブ用接点材料。