JP2015207456A - 真空バルブ用接点材料及び真空バルブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】真空バルブ用接点材料1は、ベース材2とベース材2上に形成された接触層3とを有する。ベース材2は、Cr粒子4、並びにNb粒子及びTa粒子から選択される少なくとも1つの金属粒子5がCu母材6中に分散した組織構造を有する。接触層3は、粒径が1μm以下であるCr微粒子7、並びに粒径が1μm以下であり且つCr2Nb微粒子及びCr2Ta微粒子から選択される少なくとも1つの金属間化合物微粒子8がCu母材6中に分散した組織構造を有する。
【選択図】図1
Description
また、本発明は、上記の真空バルブ用接点材料からなる接点を有することを特徴とする真空バルブである。
図1は、本実施の形態の真空バルブ用接点材料(以下、「接点材料」と省略する。)の断面模式図である。
図1に示すように、接点材料1は、ベース材2と、ベース材2上に形成された接触層3とを有する。ベース材2は、Cr粒子4及び金属粒子5がCu母材6中に分散した組織構造を有する。また、接触層3は、Cr微粒子7及び金属間化合物微粒子8がCu母材6中に分散した組織構造を有する。なお、ベース材2及び接触層3には、原料に含まれる微量の不可避的不純物(Ag、Al、Fe、Si、Pなど)が含有されていてもよい。
金属粒子5としては、Nb粒子、Ta粒子又はこれらの組み合わせが用いられる。このような金属粒子5を用いることにより、耐電圧性能を向上させると同時に、ベース材2を表面処理することによってベース材2上に特定の組織構造を有する硬い接触層3を形成することができる。
例えば、溶浸法を用いる場合、Cr粒子4から成るCr粉末、金属粒子5から成る金属粉末、及び任意につなぎ材としてCu粉末を混合し、成形及び焼結して多孔質焼結体を得た後、多孔質焼結体にCu溶浸することによって作製することができる。
成形後の焼結方法としては、特に限定されないが、成形体を真空又は水素雰囲気などの非酸化性雰囲気中で1100℃以上1200℃以下の焼結温度に加熱すればよい。焼結温度が1100℃未満であると、焼結が不十分となり、接点材料1が脆くなることがある。一方、焼結温度が1200℃を超えると、粉末(特に、Cu粉末)が溶融して形状維持性が低下してしまうことがある。また、焼結時間は、作製する接点材料1の大きさ等に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
これに対して、本実施の形態の接点材料1に形成される接触層3は、Cr微粒子7及び金属間化合物微粒子8がCu母材6中に分散した組織構造を有しているため、ベース材2に比べて表面が硬くなる。すなわち、接触層3は、柔らかいCu母材6中に、Cu母材6よりも硬いCr微粒子7及び金属間化合物微粒子8が微細に分散しているため、ベース材2よりも表面が硬くなる。このような硬い表面を有する接触層3を有する接点材料1であれば、進み小電流遮断において、接点の溶着を引き剥がす際の溶着痕の引き延ばしを抑制し、耐電圧性能の低下を防止することができる。
金属間化合物微粒子8としては、Cr2Nb微粒子、Cr2Ta微粒子又はこれらの組み合わせが用いられる。このような金属間化合物微粒子8を用いることにより、接点の溶着を引き剥がす際の溶着痕の引き延ばしを抑制し、耐電圧性能の低下を防止することができる。
なお、アーク溶解の際の条件は、使用するアーク溶解装置の種類などに依存するため、使用するアーク溶解装置の種類に応じて適宜設定する必要がある。
なお、真空バルブにおいてベース材2の表面をアーク溶解する場合、アーク溶解の程度は、遮断する電流の大きさに依存する。遮断する電流の大きさは、真空バルブの種類によって異なるため、使用する真空バルブの種類に応じて適宜設定する必要がある。
本実施の形態の真空バルブは、実施の形態1の接点材料1からなる接点を有することを特徴とする。
以下、本実施の形態の真空バルブについて図面を用いて説明する。
図2は、本実施の形態の真空バルブの断面模式図である。図2において、真空バルブ10は、遮断室11を内部に備えている。遮断室11は、円筒状に形成された絶縁容器12と、封止金具13a,13bによって絶縁容器12の両端に固定された金属蓋14a,14bとから区画形成され、真空密封されている。遮断室11内には、固定電極棒15と可動電極棒16とが、互いに対向するように設けられている。固定電極棒15及び可動電極棒16の対向面には、固定電極17及び可動電極18がそれぞれロウ付けによって取り付けられている。固定電極17と可動電極18との接触部には、固定接点19及び可動接点20がそれぞれロウ付けによって取り付けられている。可動電極棒16には、遮断室11の内部を真空気密に保持しながら、可動電極18を軸方向に移動可能とするベローズ21が取り付けられている。ベローズ21の上部には、ベローズ21にアーク蒸気が付着することを防止するために、金属製のベローズ用アークシールド22が設けられている。また、遮断室11内には、絶縁容器12がアーク蒸気で覆われることを防止するために、固定電極17及び可動電極18を覆うように、金属製の絶縁容器用アークシールド23が設けられている。
(実施例1)
目空き径45μmのふるいに通して45μm以下の粒径としたCr粉末、Nb粉末及びCu粉末(つなぎ材)を混合した後、金型内に充填して140MPaの圧力で加圧成形した。次に、成形体を水素ガス雰囲気中、1190℃で3時間焼結させることによって多孔質焼結体を得た。次に、多孔質焼結体の表面にCu板を配置し、水素ガス雰囲気中、1090℃で加熱し、Cu板を溶解して多孔質焼結体の内部に浸透させることによってベース材を得た。
次に、ベース材を外径25mm、厚さ8mmの大きさに機械加工した後、図2に示す真空バルブの固定接点19及び可動接点20として取り付けた。次に、真空バルブにおいて、電流を遮断する際に発生するアークを利用してベース材の表面をアーク溶解して接触層を形成させた。ここで、電流を10kA、電流の遮断を5回以上としてアーク溶融を行った。また、固定接点19及び可動接点20の両方の接点材料に接触層を形成させるために、極性を切り替えて電流を遮断した。
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例1の0.8倍としたこと以外は実施例1と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(実施例3)
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例1の0.6倍としたこと以外は実施例1と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
実施例1で用いた原料粉末の配合割合を変えて所定の組成のベース材を作製した。このベース材を用いたこと以外は実施例1と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(実施例6)
原料粉末として、Nb粉末の代わりにTa粉末(粒径45μm以下)を用いたこと以外は実施例1と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(実施例7)
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例6の0.8倍としたこと以外は実施例6と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例6の0.6倍としたこと以外は実施例6と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(実施例9及び10)
実施例6で用いた原料粉末の配合割合を変えて所定の組成のベース材を作製した。このベース材を用いたこと以外は実施例6と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
実施例1で作製したベース材を接点材料として用いた。
(比較例2)
実施例6で作製したベース材を接点材料として用いた。
(比較例3)
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例1の約1.2倍としたこと以外は実施例1と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(比較例4)
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例6の約1.2倍としたこと以外は実施例6と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例1の2.0倍としたこと以外は実施例1と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(比較例6)
アーク溶融を行う際、遮断する電流の大きさを実施例6の2.0倍としたこと以外は実施例6と同様にして接点材料及び真空バルブを作製した。
(比較例7)
目空き径45μmのふるいに通して45μm以下の粒径としたCr粉末及びCu粉末(つなぎ材)を混合した後、金型内に充填して140MPaの圧力で加圧成形した。次に、成形体を水素ガス雰囲気中、1190℃で3時間焼結させることによって多孔質焼結体を得た。次に、多孔質焼結体の表面にCu板を配置し、水素ガス雰囲気中、1090℃で加熱し、Cu板を溶解して多孔質焼結体の内部に浸透させることによって接点材料を得た。次に、接点材料を外径25mm、厚さ8mmの大きさに機械加工した。
また、真空バルブに用いた接点材料について、GD−OES(グロー放電発光分析)を用いて表面の接触層の組成を同定すると共に、SEMを用いて接触層の厚さ及び接触層に分散した微粒子の最大粒子径を測定した。ここで、接触層に分散した微粒子の最大粒子径とは、Cr微粒子、Cr2Nb微粒子又はCr2Ta微粒子の中で最も大きな微粒子の粒子径を意味する。
上記の評価結果を表1に示す。
これに対して比較例1、2及び7の接点材料は、接触層を形成しなかったため、再点弧発生回数が多くなった。これは、接点材料の表面に柔らかいCu母材が多く露出しており、接点の溶着を引き剥がす際にCu母材において溶着痕が引き延ばされてしまったためであると考えられる。
比較例3〜6の接点材料は、接触層が所望の微細化組織を有していないため、再点弧発生回数が多くなった。これは、接触層に分散された微粒子の最大粒径が1μmよりも大きく、接触層における微粒子の分散性が低下したため、接点の溶着を引き剥がす際にCu母材において溶着痕が引き延ばされてしまったためであると考えられる。
Claims (5)
- Cr粒子、並びにNb粒子及びTa粒子から選択される少なくとも1つの金属粒子がCu母材中に分散したベース材と、
前記ベース材上に形成された接触層であって、粒径が1μm以下であるCr微粒子、並びに粒径が1μm以下であり且つCr2Nb微粒子及びCr2Ta微粒子から選択される少なくとも1つの金属間化合物微粒子がCu母材中に分散した接触層と
を有することを特徴とする真空バルブ用接点材料。 - 前記接触層の厚さが100μm以下である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。
- 前記接触層において、前記Cr微粒子の含有量が20質量%以上50質量%以下、前記金属間化合物微粒子の含有量が1質量%以上20質量%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の真空バルブ用接点材料。
- 前記ベース材におけるCr粒子及び金属粒子の粒径が1μm超過100μm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の真空バルブ用接点材料。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の真空バルブ用接点材料からなる接点を有することを特徴とする真空バルブ。
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