JP2013044023A

JP2013044023A - 多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法

Info

Publication number: JP2013044023A
Application number: JP2011182834A
Authority: JP
Inventors: Haruka Sasaki; 遥佐々木; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Takashi Kusano; 貴史草野; Naoki Asari; 直紀浅利; Kosuke Sasage; 浩資捧
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2013-03-04
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: JP5764011B2

Abstract

【課題】多元系合金からなる接点材料の絶縁破壊電圧特性の組成依存性を短時間で測定する。
【解決手段】接点材料に用いられるＣｕ、Ｃｒ、Ａｇなどの複数の金属系物質を加熱して蒸気化し、それを基板５に蒸着させ、成分が順次変化した薄膜６を形成し、この薄膜６を平板電極として接地し、薄膜６と所定のギャップを持って針電極１１を対向配置し、薄膜６を針電極１１の軸方向と直交する方向に所定間隔で移動させながら、針電極１１と薄膜６間の絶縁破壊電圧を測定する。変化した成分量と絶縁破壊電圧の関係を求める評価方法である。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、真空バルブなど開閉器の接点に用いられる多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法に関する。

材料開発のためには、目標とする特性を満たす組成系を系統的に調査する必要があるため、多くの時間と労力を要する。真空バルブの接点に用いる金属材料開発では、成分量を変化させた試料をそれぞれ試作、評価する一連の作業を繰り返すことによって、組成の最適化が達成される。しかしながら、この方法では、考慮する成分数が多くなるほど試作、評価の回数が増大し、材料開発が遅延する要因となっている。一方、無機材料分野では、コンビナトリアルケミストリーを適用し、蒸着などの方法で形成した薄膜を利用し、材料合成、評価方法が試みられている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許第３７５２５３４号公報特許第４２６３９６４号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空バルブの接点などに用いられる複数の金属材料を同時に合成して絶縁破壊電圧を連続的に測定し、絶縁破壊電圧の組成依存性を短時間で評価できる多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法を提供することにある。即ち、無機材料分野に適用されている手法を金属材料に適用しようとするものである。

上記課題を解決するために、実施形態の多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法は、複数の金属系物質の成分を順次変化させた薄膜を準備し、前記薄膜を平板電極として接地し、前記薄膜と所定のギャップを持って針電極を対向配置し、前記薄膜を前記針電極の軸方向と直交する方向に所定間隔で移動させながら、前記針電極と前記薄膜間の絶縁破壊電圧を測定することを特徴とする。

本発明の実施例に係る多元系合金の薄膜を作る蒸着装置の概要説明図。本発明の実施例に係る多元系合金の成分分布を示す特性図。本発明の実施例に係る多元系合金の絶縁破壊電圧を測定する回路図。本発明の実施例に係る多元系合金の絶縁破壊電圧特性図。本発明の実施例に係る多元系合金から一成分を抽出した絶縁破壊電圧特性図。

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多元系合金の絶縁破壊電圧の測定方法を図１〜図５を参照して説明する。なお、多元系合金をＣｒとＣｕを用いて説明する。

先ず、ＣｒとＣｕの蒸着方法を説明する。図１に示すように、蒸着装置は、加熱によりＣｒの蒸気を発生させる第１の蒸発源１と、加熱によりＣｕの蒸気を発生させる第２の蒸発源２と、これらの図示上方向に設けられ、所定の大きさの蒸気通過孔３を有して蒸気の拡散角度を制御する制御板４と、制御板４の図示上方向に設けられ、蒸気通過孔３を通過した蒸気を蒸着させる基板５とで構成されている。基板５には、ガラス、石英、アルミナなどを用い、厚さμｍオーダーで直径数１０ｍｍの薄膜６を形成させる。

薄膜６には、ＣｒとＣｕの蒸気が図示点線で示すように拡散して蒸着し、図２に示すように、成分量が順次変化した組成となる。成分量は、薄膜６の中心部を通る所定の直線上をＸ線マイクロアナライザで測定した。測定する位置が大きくなるにつれて、規則的かつ連続的に変化し、Ｃｒの成分量が増加してＣｕの成分量が低下し、これらは略中央位置でクロスする。

次に、絶縁破壊電圧の測定方法を説明する。図３に示すように、真空容器１０内に薄膜６を平板電極として接地し、針電極１１の先端を対向配置させて絶縁破壊電圧を測定した。針電極１１は、所定の曲率を有するステンレス、タングステンのような高溶融点材料を用い、保護抵抗１２を介して直流電圧１３を印加した。薄膜６を形成させた基板５は、針電極１１の軸方向と直交する方向の水平方向に移動する移動装置１４に固定されている。ギャップ長ｇは、０．１ｍｍとした。なお、ｇ＝０．０１〜１ｍｍの範囲で設定できる。

真空容器１０には、排気弁１５を介して真空ポンプ１６が接続され、１０^−３Ｐａ以下の真空に保たれる。また、絶縁破壊時の成分を測定する質量分析計１７が接続されている。絶縁破壊電圧は、分圧器１８で測定する。

ＣｒとＣｕの成分が図２のように分布した薄膜６の絶縁破壊電圧特性を図４に示す。絶縁破壊電圧は、数１０回の平均値であり、全長に対して１０％間隔の位置で求めた。その結果、６０％の位置にピークがあることが分かる。このデータを、Ｃｒ成分をベースに整理して図５に示す。なお、Ｃｒ成分０質量％は平板電極がＣｕ板、Ｃｒ成分１００質量％は平板電極がＣｒ板である。Ｃｒが６０質量％（Ｃｕ：４０質量％）のとき最も絶縁破壊電圧が高く、最適な混合比であることが分かる。

質量分析計１７では、絶縁破壊電圧の測定と同時に、放電によって蒸発、放出される成分を分析し、絶縁破壊の要因などを調査する。これにより、絶縁破壊の評価を迅速に行うことができる。

上記実施例の多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法によれば、ＣｒとＣｕの成分量が順次変化する薄膜６を基板５上に蒸着させ、これを平板電極として接地し、成分が変化している所定の直線上の絶縁破壊電圧を測定しているので、ＣｒとＣｕの混合比による絶縁破壊電圧特性を短時間で得ることができ、真空バルブの接点材料の最適化を図ることができる。

上記実施例では、接点材料をＣｒ、Ｃｕを用いて説明したが、Ａｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｂｉなどを含めた複数の金属系の物質に用いることができる。

また、絶縁破壊電圧の測定を真空中で行ったが、絶縁ガス中、空気中で行うことができ、それぞれに対応した開閉器に用いることができる。

以上述べたような実施形態によれば、多元系合金で構成される接点材料の材料開発を迅速に行うことができる。

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第１の蒸発源
２第２の蒸発源
３蒸気通過孔
４制御板
５基板
６薄膜
１０真空容器
１１針電極
１４移動装置

Claims

複数の金属系物質の成分を順次変化させた薄膜を準備し、
前記薄膜を平板電極として接地し、
前記薄膜と所定のギャップを持って針電極を対向配置し、
前記薄膜を前記針電極の軸方向と直交する方向に所定間隔で移動させながら、
前記針電極と前記薄膜間の絶縁破壊電圧を測定することを特徴とする多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法。
前記薄膜は、金属系物質の蒸気を発生させる複数の蒸発源と、
前記金属系物質の蒸気の拡散角度を制御する制御板と、
前記制御板を通過した蒸気を蒸着させる基板とで構成される蒸着装置で形成されることを特徴とする請求項１に記載の多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法。
前記金属系物質は、ＣｒとＣｕとであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法。
前記絶縁破壊電圧を真空中で測定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１項に記載の多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法。
前記絶縁破壊電圧の測定時に、放電によって蒸発、放出される成分を分析することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の多元系合金の絶縁破壊電圧の評価方法。