JP2013241632A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

【課題】アークによる接点割れを抑制するとともに、相対密度を向上させたＡｇ−ＷＣ系接点材料を得る。
【解決手段】接離自在の一対の接点５、６を有する真空バルブあって、この接点５、６をＡｇとＷＣと結合助材となるＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも１種類を含有する接点材料を用いる。製造においては、これらの混合粉末を所定圧力で成形し、Ａｇの融点以下の温度で焼結し、この焼結体にＡｇを溶浸するものであり、室温からＡｇの融点までの熱膨張率を温度上昇とともに上昇していく特性とすることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブに用いられる真空バルブ用接点材料に関する。

真空バルブの特性は、接点材料に依存するところが大きく、特に低サージ性を重視する真空バルブでは、導電成分にＡｇを使用し、耐アーク成分にＷＣを使用するＡｇ−ＷＣ系接点材料が用いられている。但し、Ａｇ−ＷＣ系接点材料は、Ｃｕ−Ｃｒ系接点材料などの他の接点材料に比べて耐電圧性能や遮断性能が劣る傾向にある。

この要因として、導電成分であるＡｇがＣｕと比較して、蒸気圧が高く且つ低融点であるため、アークによる蒸気発生量が過多になる。また、耐アーク成分であるＷＣが炭化物の非金属成分であるため、高温まで固体であり熱電子放出が大きくなることなどが考えられる。更には、遮断試験などを行った後の接点表面を観察すると、接点内部まで進展した割れが見られる。なお、Ｃｕ−Ｃｒ系接点材料では、溶融凝固に起因すると思われる割れが観察されるものの、接点内部まで進展するものは見られない。

このようなＡｇ−ＷＣ系接点材料の製造方法は、一般的に次の二通りがある。

一つは、先ず、ＡｇとＷＣと焼結助材（Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ）を混合、成形した後、水素雰囲気中で仮焼結を行い、仮焼結体を得る。次いで、仮焼結体の残存空孔中にＡｇを水素雰囲気中で溶浸してＡｇ−ＷＣ合金を得る方法（溶浸法）である（例えば、特許文献１参照。）。

もう一つは、ＡｇとＷＣを混合、成形した後、真空雰囲気中で相変体を伴わない焼結を行い、Ａｇ−ＷＣ合金を得る方法（固相法）である（例えば、特許文献２参照。）。また、これに類似した方法として、通電軸と接点を一体製造するものがある（例えば、特許文献３参照。）。

二方法につき、接点割れを調査したところ、溶浸法では割れが発生し易く、固相法では割れが発生し難い傾向にあった。しかしながら、固相法では、接点の相対密度が低く、通電軸とのろう付け時にろう材が接点中に吸い込まれ、十分な接合強度が得られないことがあった。

特開平５−７４２８４号公報 特開２００８−１９４８１号公報 特開２００７−３２３８５０号公報

上述したように、溶浸法ではアークエネルギーにより内部まで進展する接点割れが発生し易く、固相法では接点割れは発生し難いが、相対密度が低下する傾向にあった。そこで、本発明が解決しようとする課題は、アークによる接点割れを抑制するとともに、相対密度を向上させたＡｇ−ＷＣ系接点を用いた真空バルブ用接点材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態の真空バルブ用接点材料は、ＡｇとＷＣとを含有する真空バルブ用接点材料において、室温からＡｇの融点までの熱膨張率特性が温度上昇とともに上昇していくことを特徴とする。

本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を用いた真空バルブ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。

先ず、真空バルブの構成を図１を参照して説明する。図１に示すように、アルミナ磁器からなる筒状の絶縁容器１の両端開口端面には、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、一方の電路となる固定側通電軸４が貫通固定され、絶縁容器１内の端部に固定側接点５が固着されている。必要により、固定側接点５には、固定側コイル５ａ、固定側電極５ｂが設けられる。固定側接点５に対向し、接離自在の可動側接点６が可動側封着金具３の開口部を移動自在に貫通する他方の電路となる可動側通電軸７端部に固着されている。固定側と同様に、必要により、可動側接点６には、可動側コイル６ａ、可動側電極６ｂが設けられる。可動側通電軸７の中間部には、ベローズカバー８と、伸縮自在のベローズ９の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３の開口部に封着されている。これにより、絶縁容器１の真空を保って可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。接点５、６の周りには、金属蒸気などが絶縁容器１内面に付着しないように筒状のアークシールド１０が設けられている。

次に、接点割れという事象を材料物性面から考えると、アークによる熱衝撃が挙げられる。このため、熱膨張率を測定してみると、固相法では、熱膨張率の測定可能なＡｇの融点近傍まで、温度上昇とともに上昇していく傾向にあった。溶浸法では、温度依存性が小さく、温度が上昇しても熱膨張率の変化は少なく、温度４００〜６００℃あたりで最大値を示し、それ以降は低下していく傾向にあった。溶浸法での熱膨張率の温度依存性が小さい要因としては、ＷＣと焼結助材の反応により、焼結体のＷＣ同士の結合力が強固になり、靭性が低下したためと考えられる。これらのことより、接点割れに対しては、熱膨張率を評価することが有効であることが分かった。

以下、製造方法を種々検討し、熱膨張率を測定した。Ａｇ含有量は３２〜４０質量％、焼結助材Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの合計含有量は１質量％以下、残部をＷＣとした。

（比較例１）
平均粒径３．５μｍのＷＣ粉末と、＃３２５以下の焼結助材のＣｏ粉末と、＃３２５以下のＡｇ粉末を原料とし、７９質量％ＷＣ−１質量％Ｃｏ−２０質量％Ａｇの配合比で混合した。１ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形した後、十分に露点の低い非酸化性雰囲気の水素雰囲気中で１２００℃×１Ｈｒの焼結条件で焼結を行い、焼結体（仮焼結体）を得た。この焼結体の残存空孔部に水素雰囲気中で１１００℃×２０ｍｉｎの条件でＡｇを溶浸した。

この接点は、３７質量％Ａｇ−０．６質量％Ｃｏ−残部ＷＣであった。相対密度は９９％であり、ろう付けおよび通電上、問題ないレベルであった。室温の５０℃を基準として熱膨張率を測定したところ、温度４００〜５００℃でピークを示すものであった。２００℃：１０×１０−６／Ｋ、４００℃：１０．８×１０−６／Ｋ、８００℃：９．８×１０−６／Ｋ。

（実施例１）
比較例１と同様の混合粉末を２ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形した後、水素雰囲気中でＡｇの融点以下の８００℃×３Ｈｒの条件で焼結を行い、焼結体（仮焼結体）を得た。その後、この焼結体を再度８ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で再成形した後、この再成形焼結体の残存空孔部に水素雰囲気中で１０００℃×２０ｍｉｎの条件でＡｇを溶浸した。

この接点は、３６質量％Ａｇ−０．６質量％Ｃｏ−残部ＷＣであった。相対密度は９９％であり、ろう付けおよび通電上、問題ないレベルであった。５０℃を基準として熱膨張率を測定したところ、温度の上昇とともに熱膨張率が大きくなる傾向にあった。２００℃：１０×１０−６／Ｋ、４００℃：１０．６×１０−６／Ｋ、８００℃：１２．５×１０−６／Ｋ。

（比較例２）
平均粒径９μｍ、３．５μｍ、１μｍのＷＣ粉末と、＃３２５以下の焼結助材のＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ粉末と、＃３２５以下のＡｇ粉末を原料とした。ＷＣ総量を６６質量％、Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅを１質量％、Ａｇを３３質量％とした混合粉末を２ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形した後、水素雰囲気中で８５０℃×３Ｈｒの条件で焼結（仮焼結）し、更に、８ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で再成形した。その後、上記と同一条件で再度焼結をした。この接点は、相対密度が８５％以下であり、接点として満足できるものではなかった。

（実施例２）
平均粒径３．５μｍのＷＣ粉末と、＃３２５以下のＣｏ粉末と、＃３２５以下のＡｇ粉末を原料とした。９４質量％ＷＣ−１質量％Ｃｏ−５質量％Ａｇの配合比で混合し、２ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で成形した後、水素雰囲気中で８００℃×３Ｈｒの条件で焼結を行い、焼結体（仮焼結体）を得た。その後、再成形を行わず、焼結体の残存空孔部に水素雰囲気中で１０００℃×２０ｍｉｎの条件でＡｇを溶浸した。

この接点は、３９質量％Ａｇ−０．６質量％Ｃｏ−残部ＷＣであった。相対密度は９５％であり、ろう付けおよび通電上、問題ないレベルであった。相対密度９５％以上がろう付け性を阻害しないものとなる。５０℃を基準として熱膨張率を測定したところ、温度の上昇とともに熱膨張率が大きくなる傾向にあった。２００℃：１０．５×１０−６／Ｋ、４００℃：１１．５×１０−６／Ｋ、８００℃：１３．６×１０−６／Ｋ。

上記実施例の真空バルブ用接点材料によれば、ＷＣ−Ｃｏ系の混合粉をＡｇの融点以上の１２００℃という高温で焼結すると、ＷＣとＣｏの結合が促進され、熱膨張率の温度依存性が小さくなり、熱衝撃に対する良好な特性を得難くなる。しかしながら、Ａｇの融点以下の８００℃という低温で焼結すると、ＷＣとＣｏの結合が抑制され、熱膨張率が温度上昇とともに直線的に上昇し、熱衝撃による接点割れを防止することができる。また、低温で焼結した焼結体にＡｇを溶浸することによって、相対密度を所定に維持することができ、ろう付け性を向上させることができる。

なお、上述の実施例のほかにも、本組成範囲内であれば、溶浸工程でＡｇを溶浸させていることから、Ａｇが溶融し、ＷＣとＣｏが著しく結合しないような温度に設定すれば、焼結体を再成形することによって、実施例のような熱膨張率が温度上昇とともに上昇する熱膨張率特性を得ることができる。

また、比較例２に記載した固相法の成形、焼結を複数回繰り返すことによっても、成形雰囲気、焼結体の保管雰囲気などを考慮することによってろう付けを阻害しない密度を得ることができる。Ａｇ−ＷＣ系接点材料であって温度上昇とともに上昇する熱膨張率特性と、ろう付け性を阻害しない相対密度とが得られれば、特に、接点の製造方法を特定するものではない。

以上述べたような実施形態によれば、Ａｇ−ＷＣ系接点材料であって、温度上昇とともに上昇する熱膨張率特性と、ろう付け性を阻害しない相対密度とを得ることにより、アークによる接点割れを抑制することができる。

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 絶縁容器
２、３ 封着金具
４、７ 通電軸
５、６ 接点
５ａ、６ａ コイル
５ｂ、 ６ｂ 電極
８ ベローズカバー
９ ベローズ
１０ アークシールド

Claims (5)

1. ＡｇとＷＣとを含有する真空バルブ用接点材料において、室温からＡｇの融点までの熱膨張率特性が温度上昇とともに上昇していくことを特徴とする真空バルブ用接点材料。
2. ＡｇとＷＣとを含む混合粉末を所定圧力で成形し、非酸化性雰囲気中にてＡｇの融点以下の温度で焼結し、この焼結体に非酸化性雰囲気中にてＡｇを溶浸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. ＡｇとＷＣとを含む混合粉末を所定圧力で成形し、非酸化性雰囲気中にてＡｇの融点以下の温度で焼結して焼結体とし、この焼結体を所定圧力で再成形し、この再成形焼結体に非酸化性雰囲気中にてＡｇを溶浸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。
4. ＡｇとＷＣとの混合粉末は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの少なくとも１種類を含有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項に記載の真空バルブ用接点材料。
5. Ａｇ量が３２〜４０質量％、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅの合計量が１質量％以下、残部がＷＣであ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項に記載の真空バルブ用接点材料。

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