JP2003223834A - 電気接点部材とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】遮断性能と耐電圧特性を維持しつつ、耐溶着性
に優れ、生産性の良い電気接点部材とその製法を提供す
ること。 【解決手段】電気接点部材として、高導電性金属からな
るマトリックス中に耐火性金属粉が分散し、かつ微量の
低融点金属を含む組織を有する。 【効果】良好な導電率を有し、安定した遮断性能を確保
することができ、耐電圧特性を低下することなく、耐溶
着性を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空遮断器，真空
開閉器等に用いられる真空バルブ用電気接点部材とその
製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器等に設置される真空バルブ内
の電極構造は、一対の固定側電極及び可動側電極から成
っている。真空バルブ内の電極に関連する文献として、
例えば、特開平１１−１０２６２９号公報や特開平１１
−２５８１４号公報等がある。上記固定側及び可動側電
極の構造は、電気接点と該電気接点に連なる電極棒から
なり、該電気接点の裏面にはしばしばステンレス等の板
が補強板として設けられる。

【０００３】大電流，高電圧遮断用電気接点部材として
は、Ｃｒ−Ｃｕの複合金属材料が多く用いられる。

【０００４】この電気接点の製造方法は、各成分の金属
粉末あるいはこれらの混合粉を所定の組成で、例えば円
板等の単純形状に成形後、焼結するいわゆる粉末冶金法
により製造された電気接点部材を、更に機械加工して所
定形状とする。なお、電気接点には発生したアークに駆
動力を与えて、アークを一箇所に停滞させずに電極の外
周部へ移動させるための３本以上のスリット溝が設けら
れ、羽根型に分離された形状を有する。また、電気接点
の中央でアークが発生して停滞しないように、電気接点
の中央には凹部が設けてある。

【０００５】上述した電気接点は、高電圧，大電流を開
閉遮断するために直接アークにさらされる。電気接点に
要求される特性は、遮断容量が大きいこと，耐電圧値が
高いこと，耐溶着性に優れることなどが挙げられるが、
これらの特性を全て満足することは困難であって、一般
には用途に応じて特に重要な特性を重視した材料が用い
られる。

【０００６】例えば、Ｃｒ−Ｃｕの複合金属材料におい
て、遮断容量を大きくするためには導電率が大きいこと
が必要であり、Ｃｕを多くした組成とすることで対処で
きるが、耐電圧性能を上げる成分であるＣｒが減るため
耐電圧値は低くなり、耐溶着性も低下する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】年々、配電の高電圧化
が進む中、真空遮断器あるいは真空開閉器等において
も、大電流遮断と高耐電圧特性及び耐溶着性能の両立が
求められるようになった。例えばＣｒ−Ｃｕ複合金属材
料を電気接点に用いる場合には、Ｃｒ量を多くすること
で耐電圧値と耐溶着性を向上させることができる。しか
し、Ｃｒ量を多くすると導電率は低下し、遮断性能が不
十分となり、大電流遮断性能と高耐電圧特性及び耐溶着
性能を両立するのは極めて困難であった。

【０００８】本発明者らは、電気接点部材に低融点金属
を微量添加することにより、材料強度が著しく低下し、
電気接点の溶着時に開離しやすくなることを見出した。

【０００９】本発明の目的は、遮断性能と耐電圧特性を
維持しつつ、耐溶着性に優れ、生産性の良い電気接点部
材とその製法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の電気接点部材
は、高導電性金属からなるマトリックス中に耐火性金属
粉が分散し、かつ微量の低融点金属を含む電気接点部材
において、前記耐火性金属粉はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，
Ｎｂ，Ｂｅ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｒ
ｈ及びＲｕの１種又は２種以上の混合物あるいはこれら
の化合物からなり、前記高導電性金属はＣｕ，Ａｇまた
はＡｕあるいはこれらを主にした合金からなり、前記低
融点金属はＴｅであり、１５〜４０重量％の前記耐火性
金属粉と６０〜８５重量％の前記高導電性金属の合計量
に対して、０.０１ 重量％以上，０.０５重量％未満の
Ｔｅを含むものである。

【００１１】また、本発明の電気接点部材は、含有酸素
量が２５００ppm 以下であり、比抵抗は５.５μΩ・cm
以下を有するものである。

【００１２】本発明の電気接点部材の製法は、前記耐火
性金属粉と前記高導電性金属からなる粉末との混合粉末
を、１２０〜５００ＭＰａで加圧成形して成形体を作製
し、該成形体を真空中または不活性雰囲気中において前
記高導電性金属の融点以下で焼結するものである。

【００１３】本発明の電気接点部材の製法において、前
記高導電性金属からなる粉末の粒径は８０μｍ以下とす
るものである。

【００１４】本発明の電気接点部材は、真空バルブにお
ける一対の固定側電極及び可動側電極を構成する部材と
して用いられ、この真空バルブは真空遮断器，真空開閉
器等に用いられるものである。

【００１５】本発明の電気接点部材は、高導電性金属か
らなるマトリックス中に耐火性金属粉が分散し、かつ微
量の低融点金属を含む組織を有するものである。ここ
で、耐火性金属粉はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂ
ｅ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｒｈ及びＲ
ｕの１種又は２種以上の混合物あるいはこれらの化合物
であることが望ましい。これらの比較的高融点の金属粉
が分散することにより、電気接点部材に耐電圧性能を持
たせることができる。また、高導電性金属はＣｕ，Ａｇ
またはＡｕあるいはこれらを主にした合金であることが
望ましい。これにより、良好な導電率を有し、安定した
遮断性能を確保することができる。さらに、低融点金属
としてＴｅを微量含むことにより、耐電圧特性を低下す
ることなく、耐溶着性を向上させることができる。

【００１６】耐火性金属粉と高導電性金属との配合比
は、耐火性金属粉を１５〜４０重量％、高導電性金属を
６０〜８５重量％とすることで、遮断性能及び耐電圧特
性のバランスを保ち、健全な材料組織をもつ電気接点部
材が得られる。また、耐火性金属粉と高導電性金属の合
計量に対して、０.０１重量％以上，０.０５重量％未満
のＴｅを含むことにより、耐溶着性を向上させることが
できる。Ｔｅの量が0.01重量％より少ないと焼結組織内
へのＴｅの均一分散が難しく、耐溶着性向上に対する効
果が小さくなり、０.０５ 重量％以上になると耐電圧特
性が大幅に低下する。

【００１７】この電気接点部材の含有酸素量は２５００
ppm 以下とすることで、電流遮断時のガスの放出を抑制
し、ガスを介したアーク持続による遮断不能を防止する
ことができる。

【００１８】また、この電気接点部材の比抵抗は５.５
μΩ・cm 以下であることが望ましく、この比抵抗値を
有することで、良好な遮断性能を維持することができ
る。

【００１９】電気接点部材の製法は、耐火性金属粉と高
導電性金属からなる粉末との混合粉末を、圧力１２０〜
５００ＭＰａで加圧成形して成形体を作製し、この成形
体を真空中または不活性雰囲気中において高導電性金属
粉の融点以下で焼結することが望ましい。成形圧力が１
２０ＭＰａより小さいと成形密度が小さくなり成形体が
崩れやすく、５００ＭＰａより大きいと金型寿命が短く
なり生産性も低下する。また、真空中または不活性雰囲
気中において焼結することにより、健全な焼結組織と適
正なガス含有量が得られる。

【００２０】上記の高導電性金属からなる粉末の粒径
は、８０μｍ以下とすることが望ましい。高導電性金属
粉末の粒径がこれより大きいと、耐火性金属粉が凝集す
る傾向にあり、均一に分散させることが困難になる。ま
た、高密度が得られず、比抵抗が大きくなる。

【００２１】なお、焼結後の電気接点部材を成形過程と
同方向に圧力４００ＭＰａ以上で加圧することも可能
で、これにより電気接点部材が緻密化され、電極性能の
安定化につながる。

【００２２】また、高導電性金属粉末にアトマイズ粉末
を用いることも可能で、これにより流動性に優れた原料
粉末が得られ、生産性が向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】実施例１ 本発明に関する実施例１として、耐火性金属粉にＣｒ，
高導電性金属にＣｕを用い、耐火性金属粉と高導電性金
属との配合比を重量比で２５：７５とし、耐火性金属粉
と高導電性金属の合計量に対して、０〜１.０ 重量％の
Ｔｅを添加した電気接点部材を作製した。この電気接点
部材の製造方法は次の通りである。

【００２４】用いたＣｒ粉末には酸素が１１００ppm 、
Ａｌが８００ppm、Ｓｉが４４０ppm含まれており、粒径
は１０４μｍ以下である。Ｃｕ粉末としては、粒径が８
０μｍ以下及び８０μｍ以上の２種類の電解粉を用い
た。Ｔｅ粉末には、粒径が１４３μｍ以下のものを用い
た。

【００２５】まず、上記のＣｒ粉末，Ｃｕ粉末およびＴ
ｅ粉末とを、ＣｒとＣｕ（重量比２５：７５）の合計量
に対してＴｅが０〜１.０ 重量％の割合になるように秤
量し、これらをＶ型混合器で混合した。次にこの混合粉
を、直径６０mmの金型に充填し、油圧プレスにより２５
０ＭＰａの圧力を直径６０mmの円面にかけて加圧成形し
た。成形体の寸法は直径６０mm×厚さ１２mmで、相対密
度はいずれもおよそ７３％であった。これを６.７×１
０^-3Ｐａ 以下の真空中で１０５０℃×１２０分間加熱
し、電気接点部材を作製した。得られた電気接点部材の
含有酸素量は、いずれも２０００〜２３００ppm であっ
た。

【００２６】得られた電気接点部材の密度，比抵抗及び
引張強さの測定結果を表１に示す。Ｔｅの添加量が多く
なるにしたがって密度は低下し、それに伴い比抵抗は大
きくなり、引張強さは減少する。これは、焼結過程にお
いて、Ｔｅが原料粉末粒子間に溶融して浸入し、焼結の
進行を妨げるためである。また、試料Ｂ１，Ｂ２に見ら
れるように、Ｔｅを０.０２ 重量％添加しただけでも引
張り強さは大きく減少するため、Ｔｅの微量添加により
溶着した電極の開離が容易になり、耐溶着性が大きく改
善されることがわかる。

【００２７】

【表１】

【００２８】Ｃｕの粒径が８０μｍ以上では、得られる
接点部材の密度が低くなる傾向にあり、導電率も低下す
ることから遮断性能の低下，不安定化が危惧される。従
って、高導電性金属粉末の粒径は８０μｍ以下が望まし
いことが証明された。

【００２９】なお、以上の傾向は、耐火性金属がＣｒ以
外のＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂｅ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｔ，
Ｚｒ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｒｈ及びＲｕの１種又は２種以上の
混合物あるいはこれらの化合物であり、高導電性金属が
Ｃｕ以外のＡｇまたはＡｕあるいはこれらを主にした合
金である場合にも同様であることを確認した。

【００３０】実施例２ 本発明に関する実施例２として、実施例１で作製した電
気接点部材を用いて、真空バルブに適用するための電極
を作製した。図１は、作製した電極の構造を示す図であ
る。図１において、１は電気接点、２はアークに駆動力
を与えて停滞させないようにするためのスパイラル溝、
３はステンレス製の補強板、４は電極棒、５はろう材で
ある。

【００３１】電極の作製方法は次の通りである。実施例
１で作製した電気接点部材を機械加工により、所望形状
に加工して電気接点１を得る。電極棒４を無酸素銅で、
また、補強板３をＳＵＳ３０４であらかじめ機械加工に
より作製しておき、電気接点１及び補強板３の中央孔と
電極棒４の凸部とを、ろう材５を介して嵌め合わせ、ま
た電気接点１と補強板３との間にもろう材５を載置し、
これを８.２×１０^-4Ｐａ以下の真空中で９８０℃×８
分間加熱し、図１に示す電極を作製した。なお、この電
極は定格電圧７.２ｋＶ ，定格電流６００Ａ，定格遮断
電流２０ｋＡ用の真空バルブに用いられる電極である。

【００３２】実施例３ 本発明に関する実施例３として、実施例２で作製した電
極を搭載した真空バルブを作製した。真空バルブの仕様
は、定格電圧７.２ｋＶ ，定格電流６００Ａ，定格遮断
電流２０ｋＡである。

【００３３】図２は、本実施例に係わる真空バルブの構
造を示す図である。図２において、１ａ，１ｂはそれぞ
れ固定側電気接点，可動側電気接点、３ａ，３ｂは補強
板、４ａ，４ｂはそれぞれ固定側電極棒，可動側電極棒
で、これらをもってそれぞれ固定側電極６ａ，可動側電
極６ｂを構成する。可動側電極６ｂは、遮断時の金属蒸
気等の飛散を防ぐ可動側シールド８を介して可動側ホル
ダー１２にろう付け接合される。これらは、固定側端板
９ａ，可動側端板９ｂ、及び絶縁筒１３によって高真空
にろう付け封止され、固定側電極６ａ及び可動側ホルダ
ー１２のネジ部をもって外部導体と接続される。絶縁筒
１３の内面には、遮断時の金属蒸気等の飛散を防ぐシー
ルド７が設けられ、また、可動側端板９ｂと可動側ホル
ダー１２の間には摺動部分を支えるためのガイド１１が
設けられる。可動側シールド８と可動側端板９ｂの間に
はべローズ１０が設けられ、真空バルブ内を真空に保っ
たまま可動側ホルダー１２を上下させ、固定側電極６ａ
と可動側電極６ｂを開閉させることが出来る。本実施例
では、固定側電極６ａ及び可動側電極６ｂに、実施例２
で作製した図１に示す構造の電極を用いて、図２に示す
真空バルブを作製した。

【００３４】実施例４ 本発明に関する実施例４として、実施例３で作製した真
空バルブを真空遮断器に組み込んで、各種性能試験を実
施した結果、表２に示す結果を得た。なお、表２におけ
るそれぞれの性能は、試料番号Ａ１（組成：２５Ｃｒ−
７５Ｃｕ、Ｃｕ粒径：８０μｍ以下）の値を１として相
対比較して表した。

【００３５】

【表２】

【００３６】高導電性金属であるＣｕの粉末の粒径が８
０μｍ以上の場合、粒径８０μｍ以下の場合に比べて耐
溶着性能は高くなるが、遮断性能及び耐電圧性能は低く
なる。これは、密度が低く，比抵抗が大きいためであ
る。従って、高導電性金属の粉末粒径は８０μｍ以下が
望ましい。

【００３７】Ｔｅを０.０２ 重量％添加すると、遮断性
能及び耐電圧性能を維持しつつ、耐溶着性能は大きく向
上する。これは、微量なＴｅ添加で引張強さが低下する
ためである。しかし、Ｔｅの添加量が０.０５ 重量％以
上になると、遮断性能及び耐電圧性能が低下する。これ
は、電流遮断時のアーク加熱により、含まれるＴｅが揮
散するためである。よって、Ｔｅの添加量はできるだけ
少ない方がよく、0.05重量％以上では遮断性能及び耐電
圧性能が低下するため、添加量は０.０１ 重量％以上，
０.０５重量％未満とするのが望ましい。

【００３８】以上から、本発明に係わる電気接点部材
は、遮断性能，耐電圧特性を維持しつつ、耐溶着性能を
向上させるために有益であることが実証された。

【００３９】

【発明の効果】本発明による電気接点部材は、高導電性
金属からなるマトリックス中に耐火性金属粉が分散し、
かつ微量の低融点金属を含む組織を有することにより、
良好な導電率を有し、安定した遮断性能を確保すること
ができ、耐電圧特性を低下することなく、耐溶着性を向
上させることができる。

【００４０】また、本発明による製法によれば、上記の
材料組織をもつ電気接点部材が効率よく大量生産できる
ため、製造コストの低減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例２に係わる電極の構造を表す
図。

【図２】本発明の実施例３に係わる真空バルブの構造を
表す図。

【符号の説明】

１…電気接点、１ａ…固定側電気接点、１ｂ…可動側電
気接点、２…スパイラル溝、３,３ａ,３ｂ…補強板、４
…電極棒、５…ろう材、６ａ…固定側電極、６ｂ…可動
側電極、７…シールド、８…可動側シールド、９ａ…固
定側端板、９ｂ…可動側端板、１０…ベローズ、１１…
ガイド、１２…可動側ホルダー、１３…絶縁筒。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｈ 1/02 Ｈ０１Ｈ 1/02 Ａ Ｃ Ｄ (72)発明者 小林 将人 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者 鈴木 安昭 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者 馬場 昇 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 隆 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者 湖口 義雄 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 Ｆターム(参考） 4K018 AA02 AA04 BA01 BA02 BA20 BB04 DA31 KA34 5G026 BA04 BB12 BB14 BB15 BB16 BB17 BB18 BC09 5G050 AA01 AA03 AA06 AA12 AA13 AA17 AA20 AA25 AA27 AA36 AA38 AA39 AA43 AA46 AA47 AA48 AA51 AA54 BA05 DA03 EA02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高導電性金属からなるマトリックス中に耐
   火性金属粉が分散し、かつ微量の低融点金属を含む電気
   接点部材において、前記耐火性金属粉はＣｒ，Ｗ，Ｍ
   ｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂｅ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔ
   ｉ，Ｓｉ，Ｒｈ及びＲｕの１種又は２種以上の混合物あ
   るいはこれらの化合物からなり、前記高導電性金属はＣ
   ｕ，ＡｇまたはＡｕあるいはこれらを主にした合金から
   なり、前記低融点金属はＴｅであり、１５〜４０重量％
   の前記耐火性金属粉と６０〜８５重量％の前記高導電性
   金属の合計量に対して、０.０１重量％以上，０.０５重
   量％未満のＴｅを含むことを特徴とする電気接点部材。
2. 【請求項２】含有酸素量が２５００ppm 以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の電気接点部材。
3. 【請求項３】比抵抗が５.５μΩ・cm 以下であることを
   特徴とする請求項１及び２に記載の電気接点部材。
4. 【請求項４】前記耐火性金属粉と前記高導電性金属から
   なる粉末とＴｅ粉末との混合粉末を、１２０〜５００Ｍ
   Ｐａで加圧成形して成形体を作製し、該成形体を真空中
   または不活性雰囲気中において前記高導電性金属の融点
   以下で焼結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電気接点部材の製法。
5. 【請求項５】前記高導電性金属からなる粉末の粒径は８
   ０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の電
   気接点部材の製法。
6. 【請求項６】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
   と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
   絶縁ロッドを介して前記可動側電極を駆動する開閉手段
   とを備えた真空遮断器であって、前記固定側電極及び可
   動側電極に請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電
   気接点部材を使用した真空遮断器。