JP2001236865A

JP2001236865A - 真空バルブ

Info

Publication number: JP2001236865A
Application number: JP2000048530A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥富; Takashi Kusano; 貴史草野; Atsushi Yamamoto; 敦史山本
Original assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】大電流遮断特性および再点弧特性に優れた特
性を発揮する接点を備えた真空バルブを提供する。【解決手段】（ａ）：Ｃｕ粉とＣｒ粉の混合体、
（ｂ）：Ｃｕ粉とＣｒ粉の成型体、（ｃ）：ＣｕＣｒ合
金、のいずれかからなるＣｕ成分とＣｒ成分に、少なく
とも１．５トン／ｃｍ²の外力を与えてＣｕＣｒ素材を
得る第１の工程と、この第１の工程の後のＣｕＣｒ素材
に対して、１１２０℃〜１３５０℃の加熱処理を与える
第２の工程とから接点を製造し、これを真空バルブの接
点として用いる。これにより、大電流遮断特性および再
点弧特性に優れた真空バルブが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、大電流遮断特性
および再点弧特性に優れた特性を発揮する接点を備えた
真空バルブに関する。

【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。

【０００３】真空遮断器には、大電流断性能、耐電圧性
能、耐溶着性能の基本的３要件の他に接点の耐消耗特性
が重要な要件となっている。しかしながら、これらの要
件の中には相反するものがある関係上、単一の金属種に
よって総ての要件を満足させることは不可能である。こ
の為、実用されている多くの接点材料に於いては、不足
する性能を相互に補完するような２種以上の元素を組合
せることによって、例えば大電流用、高耐圧用などのよ
うに特定の用途に合った接点材料の選択採用が行われて
いる。それなりに優れた特性を持つ真空バルブが開発さ
れているが、更に強まる要求を充分満足する真空バルブ
は未だ得られていないのが実情である。

【０００４】従来より、大電流遮断性を目的とした接点
としては、Ｂｉを０．５ｗｔ％（重量％）含有させたＣ
ｕ−Ｂｉ合金（特公昭４１−１２１３１号）が知られて
いる。これは微量のＢｉを結晶粒界に偏析して存在させ
合金自体を脆化させる結果、耐電圧特性を大幅に劣化さ
せることなく、溶着引きはずし力（耐溶着性）を改善
し、大電流断性を実現している。

【０００５】大電流遮断性を目的とした他の接点とし
て、Ｃｕ−Ｔｅ合金（特公昭４４−２３７５１号）も知
られている。これは結晶粒界粒内に析出したＣｕ₂Ｔｅ
が同ように合金自体を脆化させる結果、耐溶着性を改善
し大電流遮断性を実現している。

【０００６】大電流遮断性を目的とした他の接点とし
て、Ｃｒを５０ｗｔ％程度含有させたＣｕ−Ｃｒ合金
（特公昭４５−３５１０１号）が知られている。この合
金は、Ｃｒ自体がＣｕと略同等の蒸気圧特性を保持し、
かつ強力なガスのゲッタ作用を示す等の効果で、高電圧
で大電流断性を実現している。この合金は、活性度の高
いＣｒを使用していることから、接点素材の製造（焼結
工程など）、接点素材から接点片へと加工する時などに
於いて、原料粉の選択、不純物の混入、雰囲気の管理な
どに配慮しながら製造している。しかし近年の高耐圧特
性と大容量遮断とを同時に満たす要求に対しては、必ず
しも完全な技術とはなっていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に真空遮断器に
は、大電流断性能、耐電圧性能、耐溶着性能の基本的３
要件の他に接触抵抗性能、耐消耗性能、電流裁断性能等
が要求される。近年の使用条件の過酷化や適用範囲の拡
大、負荷の大容量化によって、最近では大電流断性能と
特に再点弧特性とを兼備しなくてはならなくなってきて
いる。

【０００８】大電流遮断を可能とする要求に対しては、
材料中のガス含有量が少いこと、放出した蒸気を素早く
拡敵させなければならないことは勿論、接点の温度上昇
を低く抑える必要性から導電率値にも配慮することも必
要である。

【０００９】研究によれば、ＣｕＣｒ合金の接点特性
は、合金中のＣｒ量の変動、Ｃｒ粒子の粒度、粒度分
布、Ｃｒの偏析の程度、合金中に存在する空孔の程度な
どに依存することが判明した。しかしその最適化を進め
ているにも拘らず、上述した近年の適応状況では、再点
弧特性と大電流遮断特性の両特性を兼備した真空バルブ
の要求に対しては十分ではない。

【００１０】再点弧特性を向上させる要求に対しては、
上記接点材料の組成成分のみでは十分な対応が不可能と
なって来ており、前記組成成分と共にその製造技術の高
度化が必要である。

【００１１】すなわち、組成成分的に好ましい範囲にあ
る接点材料であっても、その製造条件によって、大電流
断性能や再点弧特性は著しく変動すると共に著しいばら
つきも見られ、組成成分でのみで一義的に決定されない
ことが判った。

【００１２】そこで、本発明者らが、目標性能を持つ健
全な接点材料を得ることと、それによる優れた大電流遮
断特性および再点弧特性を発揮する真空バルブを得るこ
とを目的に、特性の変動やばらつきに及ぼす製造条件の
影響を検討したところ、従来主として重要視されてきた
原料粉の純度、粒度分布など原材料技術以外に、従来見
落しがちだった加圧成型加工技術と基本的焼結技術（加
熱処理温度など）との相互の関連が、特性（例えば再点
弧特性、耐溶着特性、大電流断性能などのばらつき幅）
に重大な影響を与えていることが判った。

【００１３】例えば、熱処理温度を高く選択すると、合
金の再点弧発生の頻度は低減し改善の傾向にあるが、Ｃ
ｕ−Ｃｒ合金の場合のＣｒ、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂｉ合金の場
合のＢｉのように、該合金中で蒸気圧の高い成分に組成
変動が起こり、その結果前記特性の低下やばらつきとし
て表れている。この場合、蒸気圧の高い成分の組成変動
幅を安定させる技術として、熱処理温度を低く、その温
度幅も小さく制御すると有益であるが、熱処理後の材料
特性、特に合金中の内蔵ガス量が大となり、その結果前
記特性のばらつきとして表れる。このように熱処理温度
を高くすると再点弧特性を安定化させプラスとなるが、
逆に合金中の高蒸気圧成分の制御にはマイナスとなる如
く、二律背反的な関係にあることが判った。

【００１４】このような不都合さは、健全な接点素材あ
るいは部品の製造に対して障害となり、問題となってい
る。

【００１５】ＣｕＣｒ接点は、ＣｕとＣｒが高温度での
蒸気圧特性が近似していることなどの効果で、電流遮断
後でも比較的平滑な表面状態を得て、安定した電気持牲
を発揮している。しかし近年では、より大容量化した設
備での一層の大電流遮断やコンデンサーなど過酷な高電
圧印加が行われる可能性のある回路への適応が日常的に
行われ、接点には大きな熱エネルギーの注入がなされ
る。その結果、接点表面近傍のみならず接点素材の数１
００μｍ以上の内部にまでも著しい熱影響を受ける。そ
の際にはその素材内部からは大量の溶融金属や金属蒸気
の噴出や多量のガスの放出を伴い、これらは再発弧現象
や再点弧現象を起こし易い状態を作る。従って、この素
材内部から放出されるガス量をより低く抑制すること
は、再発弧や再点弧の発生の低減化に有効となる。

【００１６】そこで、所定のＣｕ−Ｃｒ素材に対して、
Ｃｕ−Ｃｒ素材に、所定の以上の加圧力を与えＣｒ粒
子同志を十分に接触させ、耐電圧特性に有利な高密度状
能の素材とすると共に、Ｃｕの融解温度より高い１１
５０℃〜１３５０℃での加熱処理（焼結）を与えること
によって、接点素材中に残存するガス（例えば酸素ガ
ス）は液相状のＣｕ相中を高速度で拡散し効率的に脱ガ
スされる。

【００１７】このの相乗的効果によって、残存する
ガスが原因となっている再点弧についてはその抑制に有
効に寄与する。Ｃｕの融解温度（１０８１℃）を越えれ
ば液相状Ｃｕを得る。しかし融解温度直上の１０９０℃
〜１１５０℃未満では、Ｃｒなど耐弧性成分に関係する
酸化物を十分には還元若しくは分解することができず、
Ｃｒなど耐弧性成分中には酸化物がガス源として残存す
る。これが大電流遮断や高電圧印加時のエネルギー注入
によって放出され、再点弧現象を起こす一因となる。

【００１８】拡散速度をより高めガス排出を高効率とす
る為に、更に高い温度１１５０℃以上を選択する時に
は、Ｃｕの融解温度以下の焼結温度を選択する時より
も、大幅に高いガス排出（脱ガス）効率を得る。一方、
１３５０℃以上の加熱処理温度（焼結）を選択する時に
は、脱ガス性は大幅に改善するものの、接点製造工程中
でのＣｒなどの蒸発損失が大となり、接点成分の変動と
共に加熱処理炉の著しい汚染は避けられない。

【００１９】この発明は、このような点に鑑み為された
もので、その目的は、大電流遮断特性および再点弧特性
とに優れた特性を発揮する接点を備えた真空バルブを提
供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】真空遮断器に於いて、電
流遮断後真空バルブ内で閃絡が発生し接点間が再び導通
状態になる（その後放電は継続しない）現象を再点弧と
呼び、その発生メカニズムは未解明であるが、電気回路
が一度電流遮断状態となった後に導通状態に急激に変化
する為、異常過電圧が発生しやすい。特にコンデンサバ
ンクの遮断時に再点弧を発生させる実験によれば、極め
て大きな過電圧の発生や、過大な高周波電流が流れる
為、再点弧の発生抑制が求められている。

【００２１】上記したように、再点弧現象の発生メカニ
ズムは未だ知られていないが、本発明者らの実験観察に
よれば、再点弧は真空バブル内の接点／接点間、接点／
アークシールド間でかなり高い頻度で発生している。そ
の為、本発明者らは、例えば接点がアークを受けた時に
放出される突発性ガスの抑制、接点表面形態の最適化な
どを進め、再点弧の発生抑制に極めて有効な技術を明ら
かにし、再点弧発生数を大幅に低減した。しかし、近年
の真空バルブに対する高耐電圧化要求、大電流遮断化要
求、小形化要求には上記接点の改良のみではすでに限界
と考えられ、これら以外に於いて改良最適化が必要とな
ってきた。

【００２２】再点弧の発生に対する本発明者らの前記模
擬再点弧発生実験により詳細に解析した結果、接点材料
が直接的に関与する場合と、電極構造、シールド構造な
ど設計に関与する場合と、予期しない高電圧暴露など電
気的機械的外部条件などが関係していた。

【００２３】本発明者らは、セラミックス製絶縁容器外
管、接点、アークシールド、金属蓋体、通電軸、封着金
具、ベローズなど各構成部材を、適宜装着したり取外し
したりしながら模擬再点弧発生実験を行ったところ、直
接アークを受ける接点の組成、材質と、その状態、その
製造条件などが再点弧発生に対して重要であるとの知見
を得た。

【００２４】本発明者らが観察した再点弧発生状況は、
（イ）接点組織およびその状態（偏析、均一性）につい
ては、製造プロセスの特に混合条件の最適化と相関し、
電流遮断開閉の経過回数とは関係無くランダムな再点弧
現象の発生がみられる特徴がある。（ロ）接点表面に付
着、吸着したガスや水分の量、状態については、あらか
じめ仕上げられた接点の加工後の管理環境の問題であっ
て、直接焼結技術が関与するものではないが、電流遮断
開閉回数の比較的初期から再点弧現象の発生がみられる
特徴がある。（ハ）接点内部に内蔵している異物の量、
状態などの接点内部の状態については、原料粉末の品質
（導電性成分粉［Ａ］、前記耐弧性成分粉［Ｂ］の選
択）及び原料の成形状熊がポイントとなり、電流遮断回
数の経過の比較的後半に発生する再点弧の発生原因と考
えられるなどが示唆される。

【００２５】以上から、再点弧現象の発生の時期は、電
流遮断回数の進展に対して見掛け上では関係無く見える
が、上記（イ）（ロ）（ハ）のように各発生の時期によ
ってその原因は異なっていることが判明した。このこと
が各真空バルブ毎に再点弧現象の発生にばらつきが生じ
ていた重要な一因と考えられた。

【００２６】従って、再点弧の各発生の時期の総てを抑
制もしくは軽減化するには、品質的に好ましい状態のＣ
ｕＣｒ素材を得た後、これに所定の外力を与える第一の
工程と、所定の温度範囲の熱処理を与える第２の工程と
を備えて製造した接点合金を使用するのが有効であっ
た。

【００２７】上記発明の目的を達成する為に、請求項１
に記載の本発明は、Ｃｕ成分とＣｒ成分に少なくとも
１．５トン／ｃｍ²の外力を与えてＣｕＣｒ素材を得る
第１の工程と、この第１の工程の後のＣｕＣｒ素材に対
して、１１２０℃〜１３５０℃の加熱処理を与える第２
の工程とから製造した接点を備えたことを特徴とする真
空バルブである。

【００２８】すなわち、第１の工程でのＣｕ成分とＣｒ
成分に与える外力を、１．５トン／ｃｍ²未満とする
と、接点合金とした時に高耐電圧性を維持するに十分な
密度を得ることができず、再点弧特性の低下が見られる
からである。また第２の工程での加熱処理温度を１１２
０℃未満とした時には、Ｃｒ酸化物の分解したり還元す
る能力が十分でないのみならず、合金中からのガスの排
気（脱ガス）も十分でなく、やはり再点弧発生の一因と
なる。１３５０℃を越えた処理では、例えばＣｕの蒸発
損失が大となりＣｕ成分が不足する。このような時には
遮断特性が低下するのみならず、また製造ロット間に合
金中の成分の変動が現れ、やはり遮断特性が変動する。
なお、第１の工程での雰囲気選択は、例えば、通常の１
気圧の空気中雰囲気で実施する。素材中のガス成分は第
２の工程で脱ガスされ、製品を製造することができる。

【００２９】上記発明の目的を達成する為に、請求項２
に記載の本発明は、第１の工程が、非酸化性雰囲気、も
しくは０．８気圧以下の空気中雰囲気で、所定の外力を
与えることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブで
ある。

【００３０】すなわち、第１の工程での雰囲気選択は、
通常１気圧の空気中雰囲気で実施することができるが、
ＣｕＣｒ素材に加える外力を、例えば８トン／ｃｍ²の
ように高い値を選択する時には、外力を与える前に素材
中に含有したり吸着したガスは、取り残される場合があ
り、再点弧発生の一因となる。従って、第１の工程での
素材の取扱いは、空気中雰囲気である時は、好ましくは
０．８気圧以下の空気中雰囲気を選択する。また、好ま
しくは非酸化性の雰囲気を選択する。これによって、８
トン／ｃｍ²程度の高い外力を与えても安定な再点弧特
性を示す。

【００３１】請求項３に記載の本発明は、Ｃｕ成分とＣ
ｒ成分の状態が、（ａ）：Ｃｕ粉とＣｒ粉の混合体、
（ｂ）：Ｃｕ粉とＣｒ粉の成型体、（ｃ）：ＣｕＣｒ合
金のいずれかであることを特徴とする請求項１または請
求項２に記載の真空バルブである。

【００３２】すなわち、第１の工程で与える外力と第２
の工程で与える加熱処理とによって、接点として適応可
能なほぼ９０％以上の相対密度とすることが出来るの
で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のいずれも使用が可能であ
る。（ａ）より（ｂ）、（ｂ）より（ｃ）の順に相対密
度が大となると共に再点弧特性も向上する。そこで再点
弧の起き易いコンデンサー回路への適応などの場合に
は、（ｃ）を選択するのが好ましい。逆に製造コスト、
生産性はこの順に低下する。従って適応する電気的負荷
条件に応じて適宜選択した上で第１の工程に供する。

【００３３】更に請求項４に記載の本発明は、第１の工
程における外力を、一方向加圧、二方向加圧、等方向加
圧のいずれかによって与えることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の真空バルブである。

【００３４】すなわち、第１の工程に於いて、ＣｕＣｒ
素材に対して、一方向加圧、二方向加圧、等方向加圧の
いずれでも、前記ＣｕＣｒ素材（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に対して、１．５トン／ｃｍ²の外力を与えること可能
であるので、Ｃｕ粉とＣｕ粉、Ｃｒ粉とＣｒ粉、Ｃｕ粉
とＣｒ粉は互いに、十分に接触したり近接した状態が得
られるので適応が可能である。

【００３５】一方向加圧を選択した時には、作業上は最
も安価であり、準備する型なども最も安価である利点が
ある反面、一方向からの加圧の為、成型密度分布が加圧
面と非加圧面とではある程度の差異が生じ、第２の工程
の後の接点密度に影響を与え、再点弧発生の頻度にばら
つきと成って表れる等の不利な点もある。

【００３６】二方向加圧を選択した時には、上記した一
方向加圧時に見られた欠点（加圧面と非加圧面とでの再
点弧発生のばらつきの問題）は、両面が加圧面となる
為、解消される利点がある反面、成形型が一方向の場合
より高価となる。

【００３７】等方向加圧を撰択した時には、逆に作業上
は最も繁雑であり、設備的にも最も高価である欠点があ
る反面、静水圧式の成型機によって成型密度分布に方向
性の無い素材を得て、第２の工程の後の密度分布が均一
となり再点弧発生頻度のばらつきが小さく成って表れる
等の利点がある。

【００３８】なお、一方向加圧、二方向加圧では、外周
部と内部とで密度に差異が存在し、接点面の場所に再点
弧発生がばらつくという共通の欠点が存在する。しか
し、等方向加圧ではこのような接点面の場所によるばら
つき問題は解消される。

【００３９】従って、電気的使用条件、要求に応じて一
方向加圧、二方向加圧、等方向加圧を適宜選択した上
で、第１の工程に供する。

【００４０】また請求項５に記載の本発明は、接点を、
第２の工程の後の工程として、少なくとも１．５トン／
ｃｍ²の外力を再度与える第３の工程を加えて製造した
ことを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記
載の真空バルブである。

【００４１】すなわち、第２の工程の後に、再度外力を
与える第３の工程の効果は、遮断特性は一定の範囲内を
維持するものの、再点弧発生頻度を一層小とし、そのば
らつき幅も小とする。

【００４２】更に請求項６に記載の本発明は、接点を、
前記第３の工程の後の工程として、Ｃｕの融解温度（１
０８１℃）以下で加熱処理を再度与える第４の工程を加
えて製造したことを特徴とする請求項５に記載の真空バ
ルブである。

【００４３】すなわち、第３の工程の後Ｃｕの融解温度
（１０８１℃）以下、例えば１０７５℃以下で８００℃
以上の温度で加熱処理を与える第４の工程の効果は、遮
断特性，再点弧特性の両特性の向上を得る。その場合は
加熱処理の温度をＣｕの融解温度以下とする効果は、第
３の工程でＣｕ−Ｃｒ素材が受けた歪みを回復させると
共に素材中の残存ガスを一層除去する効果として、遮断
特性、再点弧特性を安定化する。

【００４４】また請求項７に記載の本発明は、接点が、
耐弧性成分としての５〜６０％（重量）のＣｒ成分と、
導電性成分としての残部がＣｕとで構成されたものであ
ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに
記載の真空バルブである。

【００４５】すなわち、本技術をＣｒが５％未満のＣｕ
−Ｃｒ接点に適応すると、接触抵抗と温度上昇特性は一
層向上するものの、耐アーク消耗性、再点弧特件の大幅
な低下を招く。またＣｒが６０％を越えるＣｕ−Ｃｒ接
点に適応すると耐アーク消耗性はより向上するものの、
遮断特性の低下を招く。

【００４６】更に請求項８に記載の本発明は、接点を、
耐弧性成分が、Ｃｒ成分と、５０％以下のＸ成分（Ｘ＝
Ｔｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗの１つ）とからなり、
導電性成分としての残部がＣｕで構成されたものとした
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記
載の真空バルブである。

【００４７】すなわち、５０％以下のＸ成分とＣｒ成分
との共存は、耐アーク消耗性、再点弧特性を安定化させ
る。

【００４８】更に請求項９に記載の本発明は、接点を、
耐弧性成分が、Ｃｒ成分とＸ成分（Ｘ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｔ
ａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗの１つ）とからなり、それらの合計
が５〜６０％であり、導電性成分としての残部がＣｕで
構成されたものとしたことを特徴とする請求項８に記載
の真空バルブである。

【００４９】すなわち、６０％以下のＣｒとＸ（Ｘ＝Ｔ
ｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗの１つ）より成る耐弧性
成分と、Ｃｕ（導電性成分）との合金接点を搭載するこ
とによって、耐アーク消耗性を向上させると共に再点弧
特性の安定化に寄与する。Ｃｒ成分とＸ成分を６０％以
上とした場合には、ＣｕとＣｒの選択的蒸発を進め、加
速させ、接点の表面荒れとＣｕとＣｒの蒸発損失を招
く。その結果、再点弧発生頻度の増加とばらつき幅の増
大を招く。

【００５０】また請求項１０に記載の本発明は、接点
が、Ｂｉ，Ｐｂ、Ｓｂの１つを１％以下、若しくはＴ
ｅ、Ｓｅの１つを５％以下含有したものであることを特
徴とする請求項７または請求項８に記載の真空バルブで
ある。

【００５１】すなわち、上記耐溶着性成分の存在は、特
に大電流遮断後の接点表面を安定化し、再点弧発生頻度
のばらつき幅を縮小する。

【００５２】更に請求項１１に記載の本発明は、接点
は、接点面の中央部のＣｒ量が、３０％以下のＣｒ−Ｃ
ｕ合金よりなり、接点面の中央部のＣｒ量より、接点面
の外周部のＣｒ量を多くしたものであることを特徴とす
る請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の真空バル
ブである。

【００５３】すなわち、「接点面の中央部のＣｒ量＜接
点面の外周部のＣｒ量」なる構成によって、接点面全体
を「中央部と同じＣｒ量」とするよりも再点弧発生頻度
を縮小する。接点面全体を「外周部と同じＣｒ量」とす
るよりも接触抵抗と温度上昇特性が安定化し、より大き
な定格電流通電を得ると共に、遮断電流特性も改善され
る。逆の構成すなわち「中央部のＣｒ量＞外周部のＣｒ
量」なる構成では、上述の効果は得られない。

【００５４】また請求項１２に記載の本発明は、Ｃｕ成
分とＣｒ成分が、５０〜２３０ｍｅｓｈの範囲の粒子直
径を持つ第１のＣｒ粉が５０％以上、３２５ｍｅｓｈ以
下の粒子直径を持つ第２のＣｒ粉が５０％以下、前記第
１のＣｒ粉と第２のＣｒ粉との間の粒子直径を持つ第３
のＣｒ粉３が１０％以下（ゼロを含む）として構成さ
れ、これらのＣｒの合計が５〜６０％（重量）であり、
残部がＣｕであるＣｕ−Ｃｒ系合金であることを特徴と
する請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の真空バ
ルブである。

【００５５】すなわち、Ｃｒの粒度分布を上記した範囲
に第１のＣｒ粉と第１のＣｒ粉と第３のＣｒ粉とを制御
することによって、Ｃｒの粒度分布を制御しない時と比
べて、少なくとも１０％の再点弧発生数の低減が得られ
ると共に、ばらつき幅も約１０％縮小し、信頼性の向上
に有益となる。同時に遮断特性も安定化する。

【００５６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を詳細に説
明する。なお、実施例及び比較例の試作の条件を図１及
び図２に、またこれらの実施例及び比較例の評価結果を
図３及び図４に示す。

【００５７】まず特性評価の条件、方法を示す。（１）遮断特性各条件で製造した直径７０ｍｍの接点を装着した遮断テ
スト用実験バルブを開閉装置に取り付けると共に、べー
キング、電圧エージング等を与えた後、２４ｋＶ、５０
Ｈｚの回路に接続し、電流をほぼ１ｋＡずつ増加しなが
ら遮断限界を真空バルブ３本につき比較評価した。２４
ｋＶの回路を遮断させた時、再点弧無しでアーク時間が
１ミリ秒以内で遮断に成功した時の電流値を求めた。

【００５８】遮断テスト後の実験バルブについて、破壊
してアークの拡がりの程度も観察し、遮断性能の判断の
一助とした。（２）再点弧特性直径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状接点片を、ディマウ
ンタブル型真空バルブに装着し、２４ｋＶ×５００Ａの
回路を２０００回遮断した時の再点弧発生頻度を２台の
遮断器（真空バルブとして６本）のバラツキ値を考慮し
て表示した。

【００５９】なお、実施例５の発生数を１．０とした時
の倍率が、０．１未満を（イ）、０．１〜０．８を
（ロ）、０．８〜１．２を（ハ）、１．２〜１．５を
（ニ）、１．５〜１０を（ホ）、１０〜１００を
（ヘ）、１００以上を（ト）とした。（イ）（ロ）
（ハ）（ニ）の時合格、（ホ）（ヘ）（ト）の時不合格
である。

【００６０】（実施例１〜５、比較例１）まず、遮断テ
スト用実験バルブの組立ての概要を示す。端面の平均表
面粗さを約１．５μｍに研磨したセラミックス製絶縁容
器（主成分：ＡＬ₂０₃）を用意し、このセラミックス製
絶縁容器に対して組立て前に１６５０℃の前加熱処理を
施した。封着金具として、板厚さ２ｍｍの４２％Ｎｉ−
Ｆｅ合金を用意した。ロウ材として、厚さ０．１ｍｍの
７２％Ａｇ−Ｃｕ合金板を用意した。上記用意した各部
材を被接合物間（セラミックス製絶縁容器の端面と封着
金具）に気密封着接合が可能なように配置して、５×ｌ
０^-4Ｐａの真空雰囲気で封着金具とセラミックス製絶縁
容器との気密封着工程に供する。

【００６１】次いで、供試接点材料の内容、製造条件に
ついて示す。

【００６２】Ｃｕ粉とＣｒ粉の状態を（ａ）：Ｃｕ粉と
Ｃｒ粉の混合体、（ｂ）：Ｃｕ粉とＣｒ粉の成型体、
（ｃ）：Ｃｕ−Ｃｒ合金体とする。（ａ）には与える外
力として３．５トン／ｃｍ²（実施例４）、及び外力な
し（比較例１）を与えた。（ｂ）にも与える外力として
３．５トン／ｃｍ²（実施例５）を与えた。（ｃ）には
与える外力として１．５〜８トン／ｃｍ²（実施例１〜
３）を与え、Ｃｕ−２５％Ｃｒの素材を得た後、次い
で、第２の工程として１２２０℃の加熱処理を与えてＣ
ｕ−２５％Ｃｒ合金を得た。

【００６３】なお、評価はＣｕ粉、Ｃｒ粉の成型体に対
して、３．５トン／ｃｍ²の外力を与えて得たＣｕＣｒ
素材（実施例５）に１２２０℃の加熱処理を与えてＣｕ
−２５％Ｃｒ合金とした実施例５の特性を標準とし、そ
の相対値で行った。

【００６４】これらの接点合金について前記条件による
再点弧特性、遮断特性を評価したところ、前記外力の値
が１．５以上の時には（ロ）〜（ニ）の範囲を示し安定
した再点弧特性を示した。（実施例１〜５）。これに対
して、前記外力の値がゼロの時の再点弧特性は（へ）〜
（ト）を示し、著しい低下を示した（比較例１）。遮断
特性は、前記外力の値が１．５以上の時には１６〜２４
ｋＡの安定した高い遮断特性を発揮した（実施例１〜
５）。これに対して、前記外力の値がゼロの時には５ｋ
Ａを示し、遮断特性は著しい低下を示した（比較例
１）。

【００６５】なお、Ｃｕ粉とＣｒ粉の状態は（ａ）のＣ
ｕ粉とＣｒ粉の混合体、（ｂ）のＣｕ粉とＣｒ粉の成型
体、（ｃ）のＣｕ−Ｃｒ合金体いずれであっても、実施
例１〜５が示すように、好ましい特性を得る。

【００６６】再点弧特性を評価した後の接点表面の顕微
鏡観察によると、外力の大きい８トン／ｃｍ²（実施例
３）の接点の表面の損傷は、Ｃｒ粒子の脱落などは見ら
れず、平坦な損傷であるのに対して、外力の大きさがゼ
ロ（比較例１）の接点の表面の損傷は、うろこ状のＣｕ
片の脱落やＣｒの著しい脱落と共に接点部を貫通し接点
自体を支持している台金部Ｃｕにまで至るアークの集中
孔が見られ、接点表面は激しい凹凸が発生している。第
２の工程での１２２０℃では、ＣｕマトリックスとＣｒ
粒子との十分な界面強さが得られていないことによるＣ
ｒ粒子の脱落の現象と考えられる。

【００６７】（実施例６〜１０）前記実施例１〜５で
は、ＣｕＣｒ素材に外力を与える雰囲気は、通常の大気
中１気圧の空気中で実施した例について示したが、本発
明の技術はこれに限らずその効果を発揮する。

【００６８】すなわち、ＣｕＣｒ素材に外力を与える雰
囲気を、０．８気圧の空気中（実施例６）で実施すると
ともに、非酸化性雰囲気として、１気圧の水素中、窒素
中、アルゴン中（実施例７〜９）、及び真空度２×１０
^-1Ｐａ（実施例１０）で実施したところ、再点弧特性
は、（イ）〜（ハ）の範囲で安定した再点弧特性を示し
た（実施例６〜１０）。遮断特性は１６〜２４ｋＡの安
定した高い遮断特性を発揮した（実施例６〜１０）。

【００６９】（実施例１１〜１２）前記実施例１〜１０
では、ＣｕＣｒ素材の上面下面（２方向加圧）から外力
を与えた例について示したが、本発明の技術はこれに限
らずその効果を発揮する。

【００７０】すなわち、外力を与える時の方向を１方向
加圧、等方向加圧として前記評価を実施したところ、実
施例５の特性を標準とした再点弧特性は、（ロ）〜
（ハ）の範囲で安定した再点弧特性を示した（実施例１
１〜１２）。例えば等方向加圧させた場合の実施例１２
では、更に安定した再点弧特性を示した。遮断特性は１
６〜２４ｋＡの安定した高い遮断特性を発揮した（実施
例１１〜１２）。例えば実施例１２では、２４ｋＡ以上
の遮断特性を示した。

【００７１】再点弧特性を評価した後の接点表面の顕微
鏡観察によると、Ｃｒ粒子の脱落などは見られず良好な
状態である。

【００７２】（実施例１３〜１４、比較例２〜３）前記
実施例１〜１２では、第２の工程での加熱処理の温度と
して１２２０℃を選択した例について示したが、本発明
の技術はこれに限らずその効果を発揮する。

【００７３】すなわち加熱処理の温度として１１２０
℃、１３５０℃を選択して、前記評価を実施したとこ
ろ、実施例５の特性を標準とした再点弧特性は、１１２
０℃については（ハ）〜（ニ）、１３５０℃については
（イ）の範囲で安定した再点弧特性を示した（実施例１
３〜１４）。これに対して、加熱処理の温度として９５
０℃、１４５０℃を選択して、前記評価を実施したとこ
ろ、９５０℃については、（ホ）〜（ヘ）、１４５０℃
では（ハ）〜（ホ）の範囲で著しく劣化した再点弧特性
を示した（比較例２〜３）。

【００７４】一方遮断特性は、前記第２の工程での加熱
処理の温度として１１２０℃については１６ｋＡ、１３
５０℃については１６〜２０ｋＡの範囲の安定した高い
遮断特性を発揮した（実施例１３〜１４）。しかし、加
熱処理の温度として９５０℃、１４５０℃を選択して、
前記評価を実施したところ、９５０℃については、８〜
１２ｋＡ、１４５０℃については５〜１６ｋＡに著しく
低下した。再点弧特性、遮断特性とも低下した一因は、
９５０℃の素材ではガス量が十分に除去出来ないこと、
また１４５０℃の素材では組織変動が大であることにあ
る（比較例２〜３）。

【００７５】（実施例１５〜１６）前記実施例１〜１４
では、前記第１の工程での外力と、第２の工程の加熱処
理の温度を選択することによって接点合金を得る例につ
いて示したが、本発明の技術はこれに限らずその効果を
発揮する。

【００７６】前記第２の工程の加熱処理後のＣｕＣｒ素
材に対して、再度外力（第３の工程）を与えることによ
って特性の安定化に有益である。

【００７７】すなわち、第３の工程として、１．５トン
／ｃｍ²（実施例１５）、８トン／ｃｍ²（実施例１６）
の外力を与えた場合の再点弧性は、（ハ）〜（ニ）を示
すと共に遮断特性も２０〜２４ｋＡ（以上）を示し、両
特性の安定化が見られる。特に実施例１６では、極めて
安定した遮断特性を示した。

【００７８】（実施例１７〜１８）前記第３の工程で再
度外力を与えることを示したが、この前記第３の工程の
後に、再度加熱処理（第４の工程）を与えることによっ
て、更に特性の安定化に有益である。

【００７９】すなわち第４の工程として、８００℃（実
施１７）、１０５０℃（実施例１８）の加熱処理を与え
た場合の再点弧特性は、（ロ）〜（ハ）を示すと共に、
遮断特性も２４ｋＡ以上の極めて安定した遮断特性を示
した。

【００８０】（実施例１９〜２３、比較例４〜５）前記
実施例１〜１８では、製造する接点合金としてＣｕ−２
５Ｃｒ接点合金を得る例について示したが、本発明の技
術はこれに限らずその効果を発揮する。

【００８１】すなわち５〜６０％Ｃｒ−Ｃｕ合金（実施
例１９〜２３）の製造に対しても、再点弧特性は、
（イ）〜（ニ）の好ましい範囲を示すと共に、遮断特性
も１６〜２０ｋＡの好ましい安定した遮断特性を示し
た。

【００８２】しかし、１．２％Ｃｒ−Ｃｕ合金の製造に
対しては、再点弧特性が（ニ）〜（ト）を示し大きく低
下した（比較例４）。遮断特性も１２〜１６ｋＡに低下
した。一方８５Ｃｒ−Ｃｕ合金の製造に対しては、再点
弧特性は（イ）〜（ロ）を示し極めて良好な特性を発揮
したにもかかわらず、遮断特性では１２ｋＡに低下し、
好ましくなかった（比較例５）。

【００８３】再点弧特性、遮断特性とも低下した一因
は、比較例４では遮断テスト中の一部に溶着の発生を認
めると共に接点のアークによる材料消耗も大となったこ
と、比較例５では、温度上昇、接触抵抗の増加が大であ
ったこともある。

【００８４】（実施例２４〜３１、比較例６）前記実施
例１〜２３では、製造する接点合金としてＣｕ−Ｃｒ系
接点合金を得る例について示したが、本発明の技術はこ
れに限らずその効果を発揮する。すなわちＣｒに対し
て、Ｘ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗの１つを所定
量含有したＣｕ−ＣｒＸ合金（実施例２４〜３１）の製
造に対しても、再点弧特性は（イ）〜（ロ）の範囲の極
めて良好な特性を発揮し、遮断特性も１６〜２０ｋＡの
好ましい安定した遮断特性を示した。しかし、比較例６
に対しては、再点弧特性が（イ）〜（ロ）を示し良好な
特性を発揮したにもかかわらず、遮断特性が１２ｋＡに
低下した。

【００８５】（実施例３２、比較例７）上記した実施例
１〜３１では、接点面の組成分は、接点全面総てが同一
組成の接点を使用したが、本発明の技術はこれに限らず
その効果を発揮する。

【００８６】すなわち、Ｃｒ量が、接点面の中央部を２
５％Ｃｒ、外周部を５５％としたＣｕＣｒ合金では、再
点弧特性は（ロ）の極めて良好な特性を発揮した。更に
遮断特性も２０ｋＡを示し、良好な遮断特性を発揮した
（実施例３２）。これに対して、逆に接点面の中央部の
Ｃｒ量を８５％としたＣｕＣｒ合金では、再点弧特性は
（イ）〜（ロ）の極めて良好な特性を発揮したが、遮断
特性に於いて１２ｋＡ（以下）を示し、好ましくない特
性となった（比較例７）。

【００８７】（その他の実施例）なお、上記各実施例に
おいて、耐溶着性成分として、Ｂｉ，Ｐｂ、Ｓｂの１つ
を１％以下、若しくはＴｅ、Ｓｅの１つを５％以下含有
させることもできる。

【００８８】すなわち、上記耐溶着性成分の存在は、特
に大電流遮断後の接点表面を安定化し、再点弧発生頻度
のばらつき幅を縮小する。

【００８９】また、Ｃｕ成分とＣｒ成分として、５０〜
２３０ｍｅｓｈの範囲の粒子直径を持つ第１のＣｒ粉が
５０％以上、３２５ｍｅｓｈ以下の粒子直径を持つ第２
のＣｒ粉が５０％以下、前記第１のＣｒ粉と第２のＣｒ
粉との間の粒子直径を持つ第３のＣｒ粉３］が１０％以
下（ゼロ含む）として構成され、これらのＣｒの合計が
５〜６０％（重量）であり、残部がＣｕであるＣｕ−Ｃ
ｒ系合金を用い、このＣｕ−Ｃｒに少なくとも１．５ト
ン／ｃｍ²の外力を与えてＣｕＣｒ素材を得る第１の工
程と、この第１の工程の後のＣｕＣｒ素材に対して、１
１２０℃〜１３５０℃の加熱処理を与える第２の工程と
から接点を製造することもできる。

【００９０】このように、Ｃｒの粒度分布を上記した範
囲に第１のＣｒ粉と第１のＣｒ粉と第３のＣｒ粉とを制
御することによって、Ｃｒの粒度分布を制御しない時と
比べて、少なくとも１０％の再点弧発生数の低減が得ら
れると共に、ばらつき幅も約１０％縮小し、信頼性の向
上に有益となる。同時に遮断特性も安定化する。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大電流遮断特性および再点弧特性に優れた特性を発揮す
る接点を備えた真空バルブを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空バルブの実施例１〜１８及
び比較例１〜３の評価条件を示す表図。

【図２】本発明に係る真空バルブの実施例１９〜３２
及び比較例４〜７の評価条件を示す表図。

【図３】本発明に係る真空バルブの実施例１〜１８及
び比較例１〜３の評価結果を示す表図。

【図４】本発明に係る真空バルブの実施例１９〜３２
及び比較例４〜７の評価結果を示す表図。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ２２Ｆ 1/08 Ｃ２２Ｆ 1/08 Ｂ 1/11 1/11 Ｈ０１Ｈ 1/02 Ｈ０１Ｈ 1/02 Ｃ 11/04 11/04 Ｂ // Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２７Ｃ２２Ｆ 1/00 ６２７６６１６６１Ａ６９１６９１Ｂ 1/02 1/02 (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 (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Ｆターム(参考） 4K018 AA04 BA02 BA20 BB04 BC12 CA02 JA03 KA34 5G023 AA05 BA11 CA08 CA21 5G026 BA01 BB02 BB14 BC04 BC05 BC07 5G050 AA12 AA13 BA01 CA01 CA19 DA03 EA01 EA06 EA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃｕ成分とＣｒ成分に少なくとも１．５ト
ン／ｃｍ²の外力を与えてＣｕＣｒ素材を得る第１の工
程と、この第１の工程の後のＣｕＣｒ素材に対して、１
１２０℃〜１３５０℃の加熱処理を与える第２の工程と
から製造した接点を備えたことを特徴とする真空バル
ブ。
【請求項２】前記第１の工程は、非酸化性雰囲気、もし
くは０．８気圧以下の空気中雰囲気で、前記所定の外力
を与えることを特徴とする請求項１に記載の真空バル
ブ。
【請求項３】前記Ｃｕ成分とＣｒ成分の状態が、Ｃｕ粉
とＣｒ粉の混合体、Ｃｕ粉とＣｒ粉の成型体、Ｃｕ−Ｃ
ｒ合金体のいずれかであることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項４】前記第１の工程における外力は、一方向加
圧、二方向加圧、等方向加圧のいずれかによって与える
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空
バルブ。
【請求項５】前記接点は、前記第２の工程の後の工程と
して、少なくとも１．５トン／ｃｍ ²の外力を再度与え
る第３の工程を加えて製造したことを特徴とする請求項
１乃至請求項４のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項６】前記接点は、前記第３の工程の後の工程と
して、Ｃｕの融解温度以下で加熱処理を再度与える第４
の工程を加えて製造したことを特徴とする請求項５に記
載の真空バルブ。
【請求項７】前記接点は、耐弧性成分としての５〜６０
％（重量）のＣｒ成分と、導電性成分としての残部がＣ
ｕとで構成されたものであることを特徴とする請求項１
乃至請求項６のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項８】前記接点は、耐弧性成分が、Ｃｒ成分と、
５０％以下のＸ成分（Ｘ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｗの１つ）とからなり、導電性成分としての残部が
Ｃｕで構成されたものであることを特徴とする請求項１
乃至請求項６のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項９】前記接点は、耐弧性成分が、Ｃｒ成分とＸ
成分（Ｘ＝Ｔｉ，Ｖ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｗの１つ）と
からなり、それらの合計が５〜６０％であり、導電性成
分としての残部がＣｕで構成されたものであることを特
徴とする請求項８に記載の真空バルブ。
【請求項１０】前記接点は、Ｂｉ，Ｐｂ、Ｓｂの１つを
１％以下、若しくはＴｅ、Ｓｅの１つを５％以下含有し
たものであることを特徴とする請求項７または請求項８
に記載の真空バルブ。
【請求項１１】前記接点は、接点面の中央部のＣｒ量
が、３０％以下のＣｒ−Ｃｕ合金よりなり、接点面の中
央部のＣｒ量より、接点面の外周部のＣｒ量を多くした
ものであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の
いずれかに記載の真空バルブ。
【請求項１２】前記Ｃｕ成分とＣｒ成分は、５０〜２３
０ｍｅｓｈの範囲の粒子直径を持つ第１のＣｒ粉が５０
％以上、３２５ｍｅｓｈ以下の粒子直径を持つ第２のＣ
ｒ粉が５０％以下、前記第１のＣｒ粉と第２のＣｒ粉と
の間の粒子直径を持つ第３のＣｒ粉３が１０％以下（ゼ
ロを含む）として構成され、これらのＣｒの合計が５〜
６０％（重量）であり、残部がＣｕであるＣｕ−Ｃｒ系
合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の
いずれかに記載の真空バルブ。