JP2010163642A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

【課題】Ａｇ−ＷＣ系接点材料の優れた裁断特性を保ちながら、通電、溶着特性を向上させる。
【解決手段】Ａｇ粉末とＷＣ粉末との圧粉体を、焼結法で接点とする真空バルブ用接点材料において、圧粉体にＡｇ部材を載置して焼結することにより、Ａｇが染み込んでＡｇ含有率が最も高い第１の接点層６ａ、Ａｇ含有率が次いで高い第２の接点層６ｂ、Ａｇ含有率が最も低いとともに所定のＡｇ含有率を有する第３の接点層６ｃが形成され、接点６の接触面にいくほど、Ａｇ含有率を高くしたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空遮断器などの開閉器に使用される真空バルブのＡｇ−ＷＣ系接点材料に係り、特に通電、溶着特性を向上し得る真空バルブ用接点材料に関する。

従来、この種の真空バルブ用Ａｇ−ＷＣ系接点材料は、遮断時に発生するサージ電圧を抑制することが知られている。Ａｇ−ＷＣ合金は、ＷＣの熱電子放出効果とＡｇの蒸気圧との相乗的な効果によって裁断電流値を制御するとされている。Ａｇ−ＷＣ接点素材は原料Ａｇ粉末と原料ＷＣ粉末とを出発物質とし、混合、加圧、焼結の各工程を経て製造され、その後、所定の形状に加工される（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１９４８１号公報 （第２〜４ページ、図１）

上記の従来の真空バルブ用接点材料においては、次のような問題がある。接点材料に要求される特性には、通電、溶着特性、遮断特性、耐電圧特性、裁断特性などがあり、Ａｇ−ＷＣ系接点材料においても、それぞれの特性が所定レベルに達している。しかしながら、焼結の工程において、Ａｇが蒸発し易く、表面付近のＡｇ量が減少し、通電、溶着特性が低下する傾向にあった。

このため、焼結時にＡｇの蒸発があっても、接点接触面付近のＡｇ量を所定値に維持し、Ａｇ−ＷＣ系接点材料による優れた裁断特性を保ちながら、通電、溶着特性の低下を防止するものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、Ａｇ−ＷＣ系接点材料の優れた裁断特性を保ちながら、通電、溶着特性を向上し得る真空バルブ用接点材料を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の真空バルブ用接点材料は、Ａｇ粉末とＷＣ粉末との圧粉体を、焼結法で接点とする真空バルブ用接点材料において、前記接点の接触面にいくほど、Ａｇ含有率を高くしたことを特徴とする。

本発明によれば、Ａｇ−ＷＣ合金の焼結時、Ａｇを載置しているので、Ａｇ−ＷＣ合金の接触面では載置したＡｇが染み込んでＡｇ含有率が上昇し、Ａｇ量の減少を補うことができ、通電、溶着特性を向上させることができる。また、遮断特性も向上させることができる。

本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図。 本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を用いた一方の接点の構成を示す断面図。 本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を用いた接点の製造工程を説明する図。

真空バルブ用接点材料は、Ａｇを載置してＡｇ−ＷＣの粉末体を焼結し、接点の接触面のＡｇ含有率を上昇させるものである。以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を用いた一方の接点の構成を示す断面図、図３は、本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を用いた接点の製造工程を説明する図である。

先ず、真空バルブ用接合材料が用いられる真空バルブを図１を参照して説明する。図１に示すように、筒状の真空絶縁容器１の両端開口面には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とがろう付けにより封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、端部に固定側電極５および固定側接点６が固着されている。固定側接点６に対向して、接離自在の可動側接点７が可動側電極８に固着されている。可動側電極８は、可動側封着金具３の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸９端部に固着されている。また、可動側通電軸９と可動側封着金具３の中央開口部間には、伸縮自在のベローズ１０がろう付けにより封着されている。

これにより、真空絶縁容器１内の真空を保ちながら、可動側通電軸９を軸方向に移動させることができるようになっている。また、接点６、７間を包囲するような筒状のアークシールド１１が設けられ、その外周中間部には環状のサポート１２がろう付けされ、真空絶縁容器１の内面突出部に固定されている。

次に、固定側接点６を図２を参照して説明する。図２に示すように、固定側接点６は、固定側電極５とろう付け部１３で固着されている。固定側接点６の接触面となる略中央部には、機械加工などで凹部１４が設けられている。また、固定側接点６の接触面となる最表面にはＡｇ含有率が最も高い第１の接点層６ａが形成され、その下層には次いでＡｇ含有率が高い第２の接点層６ｂに形成され、固定側電極５側には最もＡｇ含有率が低いとともに、所定のＡｇ含有率を有する第３の接点層６ｃが形成されている。

ここで、第１〜第３の接点層６ａ〜６ｃを段階的に形成させて説明したが、実際にはＡｇ含有率が連続的に変化するものである。なお、接点の構成は、可動側も同様である。

次に、製造工程を図３を参照して説明する。図３（ａ）に示すように、Ａｇ粉末とＷＣ粉末とを混合し、所定圧力で加圧成形した圧粉体１５に所定量のＡｇ部材１６を載置し、所定の温度と時間を加える。すると、溶融したＡｇ部材１６が圧粉体１５内に染み込み、図３（ｂ）に示すように、第１の接点層６ａ、第２の接点層６ｂ、第３の接点層６ｃが形成される。これを機械加工して、所定の形状を得る。図３（ｃ）。

以下、製造工程を種々変化させたときの評価結果を表１を参照して説明する。

評価結果において、Ａｇ量は、厚さ２ｍｍの接点６、（７）を軸方向と平行な深さ方向に切断し、切断面の接離する接触面から０．５ｍｍの線上の複数個所を電子顕微鏡の付属のＥＤＸで定量分析し、接触面側のＡｇ量として求めた。また、接触面から１．５ｍｍの線上を同様に定量分析し、電極面側のＡｇ量として求めた。そして、接触面側の値から電極面側の値を差し引いてＡｇ量を算出した。

導電率は、接触面側と電極面側の導電率を導電率測定器（名称シグマテスタ、ドイツ製）で測定し、接触面側の値から電極面側の値を差し引いて導電率を算出した。

静溶着特性は、φ１０ｍｍ×ｔ５ｍｍの平板電極と、φ５０ｍｍの電気銅の球面電極とを閉極し、１５ｋＡを所定時間通電して溶着させ、開極に要する荷重を引き外し力として測定した。

遮断特性は、接点６、７を真空バルブに組み込み、５ｋＡステップで電流を上昇させ、最大遮断電流値付近からは１〜２ｋＡステップで上昇させ、最大遮断電流値を求めた。

（比較例１、実施例１、２）
比較例１では、液相焼結法でＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ接点を製造した。Ａｇ粉末とＷＣ粉末を重量比１：１で均質混合し、φ５０ｍｍの金型で７ｔ／ｃｍ^２で加圧して圧粉体１５を得る。これを水素雰囲気中で、温度１０００℃×２時間の条件で液相焼結し、円柱状のＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を複数枚製造した。このＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を所定接点形状（φ４５ｍｍ×ｔ２ｍｍ）に加工した。凹部１４は、φ２０ｍｍ×ｔ０．５ｍｍであり切削加工した。

この結果、表１に示すように、Ａｇ含有量となるＡｇ量は、接触面側が平均４５ｗｔ％、電極面側が平均４８ｗｔ％であり、−３ｗｔ％であった。なお、接触面側と電極面側の中間部は、４５〜４８ｗｔ％であり、接触面側からＡｇが蒸発していることを確認した。導電率は、接触面側が３２．１％ＩＡＣＳ、電極面側が３３．６％ＩＡＣＳであり、−１．５％ＩＡＣＳであった。溶着後の引き外し力は、９５６Ｎであり、また、最大遮断電流は、１８．７ｋＡであった。

実施例１では、圧粉体１５にＡｇ部材１６となるＡｇブロックを２ｇ載置し、比較例１と同様の工程でＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。

Ａｇ量は、接触面側が平均５２ｗｔ％、電極面側が平均５０ｗｔ％であり、＋２ｗｔ％であった、なお、中間部は、５０〜５２ｗｔ％であり、Ａｇが染み込んでＡｇ含有量が連続的に変化し、第１〜第３の接点層６ａ〜６ｃを形成していることを確認した。導電率は、接触面側が３５．４％ＩＡＣＳ、電極面側が３４．５％ＩＡＣＳであり、＋０．９％ＩＡＣＳであった。溶着後の引き外し力は、３７Ｎであり、また、最大遮断電流は、２３．６ｋＡであった。

実施例２では、圧粉体１５にＡｇ部材１６となるＡｇ粉末を１ｇ載置し、比較例１と同様の工程でＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。

Ａｇ量は、接触面側が平均５１ｗｔ％、電極面側が平均５０．０ｗｔ％であり、＋１ｗｔ％であった。また、導電率は、接触面側が３５．３％ＩＡＣＳ、電極面側が３４．７％ＩＡＣＳであり、＋０．６％ＩＡＣＳであった。溶着後の引き外し力は、７６Ｎであり、また、最大遮断電流は、２０．１ｋＡであった。

これらより、実施例１、２では、圧粉体１５の焼結時に、Ａｇ部材１６が溶融して接触面側から染み込み、Ａｇの蒸発を補うとともに、Ａｇ含有率を高くさせることが分かった。また、Ａｇ含有率が接触面にいくほど連続的に高くなる接点６においては、通電、溶着特性や遮断特性を向上させることができる。なお、後述する実施例３以降では、Ａｇ部材１６の効果が把握できたので、耐溶着特性と遮断特性の調査を省略した。

（実施例３、４）
実施例３では、メーカから購入したＷＣ粉末を混合前に、水素雰囲気中で加熱し、酸素の還元や吸着ガスの脱処理を行った。その後、Ａｇ粉末と混合し、圧粉体１５にＡｇブロックを２ｇ載置し、液相焼結法でＡｇ−７０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。実施例４では、ＷＣ粉末を真空雰囲気中で酸素の還元や吸着ガスの脱処理を行った。

この結果、実施例３では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．３％ＩＡＣＳ、実施例４では、Ａｇ量が＋２ｗｔ％、導電率が＋０．９％ＩＡＣＳであった。

（実施例５、６）
実施例５、６では、接点６（７）の最終形状に近い圧粉体１５が得られるニアネットシェイブ用金型を用いた。Ａｇ粉末を１ｇ載置し、水素雰囲気中で加熱し、液相焼結法でＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。実施例５では、接触面側を０．１ｍｍ切削加工し、実施例６では、Ａｇを染み込ませたそのままの状態とした。

この結果、実施例５では、Ａｇ量が＋２ｗｔ％、導電率が＋０．８％ＩＡＣＳ、実施例６では、Ａｇ量が＋１ｗｔ％、導電率が＋０．４％ＩＡＣＳであった。切削加工すると、表面近傍の酸化物などが取り除かれ、導電率が改善される。

（実施例７〜１０）
実施例７では、Ａｇ部材１６として酸素含有量６０ｐｐｍのｔ１ｍｍ×Ｌ１０ｍｍのＡｇ板を用いた。実施例８では、スパッタ処理、実施例９では、ペースト処理、実施例１０では、メッキ処理を行った。いずれも水素雰囲気中で加熱し、液相焼結法でＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。

この結果、実施例７では、Ａｇ量が＋４ｗｔ％、導電率が＋２．２％ＩＡＣＳ、実施例８では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．３％ＩＡＣＳ、実施例９では、Ａｇ量が＋２ｗｔ％、導電率が＋１．１％ＩＡＣＳ、実施例１０では、Ａｇ量が＋１ｗｔ％、導電率が＋０．６％ＩＡＣＳであった。

なお、実施例７では、Ａｇ部材１６の酸素含有量を６０ｐｐｍとしたが、１００ｐｐｍ以下において導電率を向上させることができる。即ち、圧粉体１５よりも酸素含有率を低く抑えることで、導電率を向上させることができる。

（比較例２、３、実施例１１〜１３）
比較例２、実施例１１〜１３、比較例３では、焼結温度を８５０℃、９００℃、１１００℃、１２５０℃、１３００℃とし、ｔ１ｍｍ×Ｌ１０ｍｍのＡｇ板を載置して真空雰囲気中で焼結し、Ａｇ−６０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。これは、Ａｇの融点９６０℃を基準に上下に温度を振り分けたものである。

この結果、比較例２では、Ａｇ量が−２ｗｔ％、導電率が−０．８％ＩＡＣＳ、実施例１１では、Ａｇ量が＋１ｗｔ％、導電率が＋０．５％ＩＡＣＳ、実施例１２では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．５％ＩＡＣＳ、実施例１３では、Ａｇ量が＋５ｗｔ％、導電率が＋２．４％ＩＡＣＳであった。比較例３は、圧粉体１５をアルミで包んで焼結したが、ＡｇとＷＣが分離し、評価ができなかった。

（実施例１４〜１８）
実施例１４〜１８では、圧粉体１５にＡｇブロックを３ｇ載置し、水素雰囲気中で液相焼結した後、真空雰囲気中で３０分の熱処理を行い、Ａｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。熱処理温度は、それぞれ９５０℃、９３０℃、８００℃、６００℃、５５０℃である。これは、Ａｇの融点の−２０〜−４００℃の範囲となる。

この結果、実施例１４では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．４％ＩＡＣＳ、実施例１５では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．６％ＩＡＣＳ、実施例１６では、Ａｇ量が＋４ｗｔ％、導電率が＋１．９％ＩＡＣＳ、実施例１７では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．５％ＩＡＣＳ、実施例１８では、Ａｇ量が＋２ｗｔ％、導電率が＋１．０％ＩＡＣＳであった。

（実施例１９〜２３）
実施例１９では、補助成分として３ｗｔ％のＣｏ、実施例２０では、３ｗｔ％のＮｉ、実施例２１では、３ｗｔ％のＢｉ、実施例２２では、３ｗｔ％のＴｅ、実施例２３では、３ｗｔ％のＢｉ、Ｔｅを添加し、圧粉体１５にｔ１ｍｍ×Ｌ１０ｍｍのＡｇ板を載置して水素雰囲気中で固相焼結し、Ａｇ−５５ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。

この結果、実施例１９では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．６％ＩＡＣＳ、実施例２０では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．７％ＩＡＣＳ、実施例２１では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．４％ＩＡＣＳ、実施例２２では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．３％ＩＡＣＳ、実施例２３では、Ａｇ量が＋３ｗｔ％、導電率が＋１．２％ＩＡＣＳであった。

１ 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
４ 固定側通電軸
５ 固定側電極
６ 固定側接点
６ａ 第１の接点層
６ｂ 第２の接点層
６ｃ 第３の接点層
７ 可動側接点
８ 可動側電極
９ 可動側通電軸
１０ ベローズ
１１ アークシールド
１２ サポート
１３ ろう付け部
１４ 凹部
１５ 圧粉体
１６ Ａｇ部材

Claims (5)

1. Ａｇ粉末とＷＣ粉末との圧粉体を、焼結法で接点とする真空バルブ用接点材料において、
   前記接点の接触面にいくほど、Ａｇ含有率を高くしたことを特徴とする真空バルブ用接点材料。
2. 前記粉末体にＡｇ部材を載置し、焼結したことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ用接点材料。
3. 前記Ａｇ部材は、Ａｇブロックであることを特徴とする請求項２に記載の真空バルブ用接点材料。
4. 前記Ａｇ部材は、酸素含有率が１００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の真空バルブ用接点材料。
5. 前記接点をニアネットシェイプ用金型で前記圧粉体に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１項に記載の真空バルブ用接点材料。

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