JP2012134014A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

【課題】導電成分と耐弧成分の組成のバラツキを抑え、遮断特性を向上し得る接点材料を提供する。
【解決手段】Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種類からなる導電成分と、炭化物の耐弧成分と、必要により補助成分を添加した接離自在の一対の接点５、６を有する真空バルブに用いられる接点材料において、接点５、６を構成する接点材料は、導電成分、耐弧成分、補助成分のそれぞれの平均粒径の差が５０％以内で同等であるとともに、合金中において、耐弧成分と化合していないカーボン、所謂、非金属カーボン化合物が０．０５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、低サージ形真空遮断器に使用される真空バルブ用接点材料に関する。

従来、真空遮断器の開閉時に発生するサージ電圧を抑制するため、Ａｇ−ＷＣ系接点材料が用いられることが知られている。この合金は、ＷＣの熱電子放出とＡｇの適度な蒸気圧との相乗的な効果によって裁断電流値を低減するとされている。Ａｇ−ＷＣ接点は、原料Ａｇ粉末と原料ＷＣ粉末を出発材料とし、混合、加圧、焼結の工程を経て製造される（例えば、特許文献１参照。）。また、カーボン化合物を混合し、裁断特性を向上させたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−１９４８１号公報 特開平１０−２４５６５２号公報

上記の従来のＡｇ−ＷＣ系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。Ａｇ粉末とＷＣ粉末の粒径が所定以上に大きく異なっていると、裁断特性にバラツキが発生し、結果的に遮断特性が低下してしまう。例えば、混合時では、大きい粒子の間に小さな粒子が入り込み、均一な混合が困難となり、組成にバラツキを生じる。また、加圧時や焼結時では、加圧力の伝搬阻害や、焼結後の縮みの不均一から密度向上が抑制される。

また、カーボンを混合するものでは、Ｗのような金属成分と化合物を形成していないもの、所謂、カーボン単体、Ｏ（酸素）やＨ（水素）と結合した気体成分が内包されていると、遮断特性を低下させる。このようなカーボンは、遮断時に接点間に浮遊し、絶縁破壊を起こすとされている。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、遮断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、実施形態の真空バルブ用接点材料は、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種類からなる導電成分と、炭化物の耐弧成分と、必要により補助成分を添加した真空バルブ用接点材料において、前記導電成分、前記耐弧成分、前記補助成分のそれぞれの平均粒径が同等であるとともに、合金中の非金属カーボン化合物が０．０５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする。

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の接点の構成を示す断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を図１、図２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の接点の構成を示す断面図である。

先ず、接点材料が使用される真空バルブを図１を参照して説明する。筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、固定側封着金具２と可動側封着金具３が封着されている。固定側封着金具２には、中央部に固定側通電軸４が貫通固定され、その端部に固定側接点５が固着されている。固定側接点５に対向して、接離自在の可動側接点６が可動側封着金具３の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７の端部に固着されている。可動側通電軸７の中間部には、伸縮自在の筒状のベローズ８の自由端が封着され、固定端が可動側封着金具３に封着されている。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７を軸方向に移動させることができる。また、固定側接点５と可動側接点６を包囲するように筒状のアークシールド９が設けられ、金属蒸気が真空絶縁容器１内面に付着することを防いでいる。

次に、接点構成を固定側を例にとり説明する。図２に示すように、例えば縦磁界を発生させる電極１０の一方端には固定側接点５がろう付け部１１で固着され、他方端には固定側通電軸４がろう付け部１１で固着されている。なお、可動側も同様の構成である。以下、このような接点５、６を構成する接点材料を説明する。

（実施例１）
平均粒径２．５μｍの導電成分のＡｇ粉末と、平均粒径３μｍの炭化物の耐弧成分のＷＣ粉末を質量比１：１で混合し、Ａｇ−５０ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料ＷＣ粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０７ｍａｓｓ％であった。混合粉は、φ５０ｍｍの金型で７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とした。これを真空雰囲気中で９５０℃×２時間の条件で固相焼結した。

得られたＡｇ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０４ｍａｓｓ％であった。この量は、原料ＷＣ粉末に混入する量を抑えることにより、制御できる。

次に、Ａｇ−ＷＣ合金を所定形状（φ４５ｍｍ×２ｍｍ）に機械加工し、真空バルブに組み込み、遮断特性を評価した。５ｋＡから段階的に電流値を上げていき、最大遮断電流を測定した。この結果、従来と比べて約１０％向上させることができた。従来とは、従来技術で説明した粒径６〜１２μｍと粒径０．８〜５μｍのＷＣをＡｇマトリックス中に分散させた接点である。

これは、ＡｇとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが０．０４ｍａｓｓ％と少なかったためと考えられる。ここで、Ａｇの平均粒径２．５μｍ、ＷＣの平均粒径３μｍであるが、平均粒径の差は５０％以内であり、これを平均粒径が同等と称する。以降、実施例９までに用いたＡｇ粉末、ＷＣ粉末、他の粉末の平均粒径の差は５０％以内であるので同等と称する。また、Ｗと化合物を形成していないカーボンとは、カーボン単独で存在するもの（最も多い）、一酸化炭素（ＣＯ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）のように気体で存在するもの、メタン（ＣＨ_４）のように有機化合物で存在するものをいう。これらをまとめて非金属カーボン化合物と称する。

（実施例２）
平均粒径２μｍのＡｇ粉末と、平均粒径１．５μｍおよび２μｍのＷＣ粉末を質量比４：１：５で混合し、Ａｇ−６０ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料ＷＣ粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、１．５μｍで０．０８ｍａｓｓ％、２μｍで０．０４ｍａｓｓ％であった。混合粉は、φ５０ｍｍの金型で５ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とした。これを水素雰囲気中で１１００℃×１時間の条件で液相焼結した。

得られたＡｇ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０３ｍａｓｓ％であった。これにより、ＡｇとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。

（実施例３）
平均粒径７μｍのＡｇ粉末と平均粒径９μｍのＷＣ粉末を質量比１：３で混合し、Ａｇ−７５ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料Ａｇ粉末は真空雰囲気中、原料ＷＣ粉末は水素雰囲気中で加熱した後、混合した。酸素の還元や吸着ガスの放出による低ガス化と、単独のカーボンが気体成分となり低減化することができる。混合粉は、φ５０ｍｍの金型で５ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とした。これを真空雰囲気中で８７５℃×１時間の条件で固相焼結し、その後、焼結体を８ｔ／ｃｍ^２で加圧し、１０５０℃×１時間の条件で液相焼結した。

得られたＡｇ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０１ｍａｓｓ％であった。これにより、ＡｇとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。

（実施例４）
平均粒径５μｍのＡｇ粉末と平均粒径４μｍのＷＣ粉末を質量比３：７で混合し、Ａｇ−７０ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料ＷＣ粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０７ｍａｓｓ％であった。混合粉は、ニアネットシェイブ用金型を用い、７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とした。これを真空雰囲気中で１０００℃×１時間の条件で液相焼結し、表面を約０．１ｍｍ削り落とし、接点表面とした。

得られたＡｇ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０５ｍａｓｓ％であった。これにより、ＡｇとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。

（実施例５）
平均粒径２μｍのＡｇ粉末と平均粒径１．５μｍのＷＣ粉末を質量比４５：５５で混合し、Ａｇ−５５ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料ＷＣ粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０７ｍａｓｓ％であった。混合粉は、７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とし、水素雰囲気中で１２５０℃×１時間の条件で液相焼結した。

得られたＡｇ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０４ｍａｓｓ％であった。これにより、ＡｇとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。実施例１〜５の焼結温度をまとめると、Ａｇの溶融温度（９６０℃）に対し、焼結する温度は、−８５℃〜＋２９０℃となる。

（実施例６）
平均粒径３μｍのＡｇ粉末と平均粒径４．５μｍのＷＣ粉末を質量比３５：６５で混合し、Ａｇ−６５ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料ＷＣ粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０３ｍａｓｓ％であった。混合粉は、７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とし、真空雰囲気中で９５０℃×３時間の条件で固相焼結した後、更に真空中で８００℃×３０分の熱処理を行った。

得られたＡｇ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０２ｍａｓｓ％であった。これにより、ＡｇとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。

（実施例７）
これまでの実施例では導電成分にＡｇを用いたが、ここでは、導電成分にＣｕを用いた。平均粒径１０μｍのＣｕ粉末と平均粒径９μｍのＷＣ粉末を質量比１：１で混合し、Ｃｕ−５０ｍａｓｓ％ＷＣを製造した。なお、原料ＷＣ粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０６ｍａｓｓ％であった。混合粉は、７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とし、真空雰囲気中で１０５０℃×３時間の条件で固相焼結した。

得られたＣｕ−ＷＣ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０３ｍａｓｓ％であった。これにより、ＣｕとＷＣの平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。導電成分は、ＣｕとＡｇの合金でもよい。

（実施例８）
これまでの実施例では炭化物の耐弧成分にＷＣを用いたが、ここでは、Ｍｏ_２Ｃを用いた。他に、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣを用いることができる。平均粒径４μｍのＡｇ粉末と平均粒径５μｍのＭｏ_２Ｃ粉末を質量比３：２で混合し、Ａｇ−４０ｍａｓｓ％Ｍｏ_２Ｃを製造した。なお、耐弧成分粉末におけるＭｏと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０７ｍａｓｓ％であった。混合粉は、７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とし、水素雰囲気中で１０００℃×１時間の条件で液相焼結した。

得られたＡｇ−Ｍｏ_２Ｃ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０３ｍａｓｓ％であった。これにより、導電成分と耐弧成分の平均粒径が同等であり、Ｍｏと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。

（実施例９）
これまでの実施例では導電成分と耐弧成分のみで構成された接点であったが、ここでは補助成分Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒを添加した。平均粒径３μｍのＡｇ粉末、平均粒径２．５μｍのＷＣ粉末、平均粒径２μｍのＣｏ粉末を質量比３９：６０：１で混合し、Ａｇ−６０ｍａｓｓ％ＷＣ−１ｍａｓｓ％Ｃｏを製造した。なお、耐弧成分粉末におけるＷと化合物を形成していないカーボン（Ｃ）粉末は、０．０８ｍａｓｓ％であった。混合粉は、７ｔ／ｃｍ^２で成形し、圧粉体とし、水素雰囲気中で１１００℃×１時間の条件で液相焼結した。

得られたＡｇ−ＷＣ−Ｃｏ合金について、Ｗと化合物を形成していないカーボン量を湿式分析で測定した結果、０．０３ｍａｓｓ％であった。これにより、導電成分と耐弧成分の平均粒径が同等であり、Ｗと化合物を形成していないカーボンが少なく、遮断特性を向上させることができる。補助成分は、５ｍａｓｓ％まで添加できる。

実施例１〜９までの導電成分、耐弧成分、必要により添加した補助成分の合金の中で、金属成分と化合物を形成していないカーボン量をまとめると、０．０５ｍａｓｓ％以下であり、少ないカーボン量となる。

上記実施例の真空バルブ用接点材料によれば、導電成分と炭化物の耐弧成分、必要により添加する補助成分の平均粒径を同等とし、金属成分と化合物を形成していないカーボンの量を少なくしているので、接点組成の密度を向上させることができ、遮断特性などを安定させて向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

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 固定側接点
６ 可動側接点
７ 可動側通電軸
８ ベローズ
９ アークシールド
１０ 電極
１１ ろう付け部

Claims (6)

1. Ａｇ、Ｃｕの少なくとも１種類からなる導電成分と、炭化物の耐弧成分と、必要により補助成分を添加した真空バルブ用接点材料において、
   前記導電成分、前記耐弧成分、前記補助成分のそれぞれの平均粒径が同等であるとともに、合金中の非金属カーボン化合物が０．０５ｍａｓｓ％以下である真空バルブ用接点材料。
2. 前記平均粒径が同等とは、粒径差が５０％以内である請求項１に記載の真空バルブ用接点材料。
3. 前記耐弧成分は、ＷＣ、Ｍｏ_２Ｃ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＴｉＣ、ＶＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣの少なくとも１種類を含有している請求項１または請求項２に記載の真空バルブ用接点材料。
4. 前記補助成分は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒの少なくとも１種類を含有している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ用接点材料。
5. 前記導電成分、前記耐弧成分を、メーカから購入後、水素もしくは真空雰囲気中で熱処理をして混合した請求項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。
6. 前記導電成分、前記耐弧成分、必要により前記補助成分を混合した混合粉をニアネットシェイブ用金型で圧粉体にし、焼結した請求項１乃至請求項５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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