JP2016181476A

JP2016181476A - 真空バルブ用接点および真空バルブ用接点の製造方法、並びに真空バルブ

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Publication number: JP2016181476A
Application number: JP2015062430A
Authority: JP
Inventors: 貴之見持; Takayuki Kenmochi; 充紀藤田; Mitsunori Fujita; 荒木　健; Takeshi Araki; 健荒木; 越智　聡; Satoshi Ochi; 聡越智
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-13

Abstract

【課題】ろう付け性に優れた真空バルブ用接点および真空バルブ用接点の製造方法を得る。【解決手段】高融点成分を主体とする粒子と、粒子の間隙に充填されたＣｕあるいはＡｇを主体とする母相とからなる接点層と、接点層から、ろう材との接触面側に延びて、母相により形成された母相成分層とを有する真空バルブ用接点であり、多孔質体内の気孔総量より体積が大きいＣｕあるいはＡｇを主体とする溶浸材を多孔質体内に溶浸させて接点素板とするとともに、溶浸工程において形成された溶浸材の溶け残り部を加工してろう材との接触面として用いることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、電流遮断用の真空遮断器に適用される真空バルブ、真空バルブに用いられる真空バルブ用接点および真空バルブ用接点の製造方法に関するものである。

真空遮断器の大容量化、高耐圧化、小型化に伴い、真空遮断器に搭載される真空バルブの性能向上が要求されている。真空バルブは、高真空に保たれた絶縁容器内部で、固定電極と可動電極とが同軸対向配置された構造を有している。これにより、過負荷電流または短絡電流が発生した際には、これらの電極が瞬時に開極されることで電流を遮断することができる。

このような真空バルブの固定電極と可動電極との接触部に使用される接点材料には、遮断性能、耐電圧性能、低サージ性能が主に要求される。接点材料に要求されるこれらの性能は、互いに相反する性質であるため、接点材料を単一の元素からなる材料を用いて製造することは困難である。そのため、従来の接点材料は、二種以上の元素を組み合わせた材料を用いて製造されている。

例えば、低サージ向けの真空バルブ用接点材料には、電子放出成分であるＷＣ（タングステンカーバイト）を、高導電性成分のＣｕまたはＡｇに分散させたＣｕ−ＷＣ系、Ａｇ−ＷＣ系の接点材料が一般に用いられている。

このような、従来の接点材料の製造方法として、原料粉末を成形および焼結して多孔質体を得た後に、多孔質体の片面にＣｕ、Ａｇ等からなる溶浸材を設置して溶浸材の融点以上に加熱することで、多孔質体内部の気孔に溶浸材を溶浸し、この結果得られる接点素板を接点形状に加工することで接点を得るものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−９０８３５号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法で得られた接点材料では、接点表面におけるＷＣ等のろう材とのなじみの悪い成分の割合が大きい場合、接点をろう付けする際に接点が脱落してしまうという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ろう付け性に優れた真空バルブ用接点および真空バルブ用接点の製造方法、並びにこの真空バルブ用接点を用いた真空バルブを得ることを目的とする。

本発明に係る真空バルブ用接点は、ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相と、母相の融点より高い融点を有する高融点成分を主体とする粒子とからなり、母相は粒子の間隙に充填された構造を有する接点層と、接点層から、ろう材との接触面側に延びて、母相により形成された母相成分層とを有するものである。

また、本発明に係る真空バルブ用接点の製造方法は、高融点成分を主体とする粉末を成形および焼結して多孔質体を得る成形および焼結工程と、多孔質体内の気孔総量より体積が大きい溶浸材を多孔質体内に溶浸させて、多孔質体内に形成された、ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相と、多孔質体の表面に形成された、溶浸材の溶け残り部とを有する接点素板を得る溶浸工程と、接点素板表面の溶け残り部を加工して、ろう材との接触面として用いられる母相成分層を得る加工工程と、母相成分層を台金にろう付けするろう付け工程とを有するものである。

本発明によれば、高融点成分を主体とする粒子の間隙に充填されたＣｕあるいはＡｇを主体とする母相により形成された母相成分層を、ろう材との接触面として用いることにより、ろう付け性に優れた真空バルブ用接点を得ることができる。

また、高融点成分を主体とする粉末を成形および焼結して多孔質体を得た後、多孔質体内の気孔総量より体積が大きいＣｕあるいはＡｇを主体とする溶浸材を多孔質体内に溶浸させて接点素板とするとともに、溶浸工程において形成された溶浸材の溶け残り部を加工してろう材との接触面として用いることにより、ろう付け性に優れた真空バルブ用接点の製造方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点を備えた真空バルブの断面模式図である。本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の断面模式図である。本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法における溶浸工程を示す模式図である。本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法における加工工程を示す模式図である。本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法におけるろう付け工程を示す模式図である。

以下、本発明における真空バルブ用接点および真空バルブ用接点の製造方法、並びに真空バルブの好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点を備えた真空バルブ１の断面模式図である。図１において、真空バルブ１は、遮断室２を内部に備えている。遮断室２は、円筒状に形成された絶縁容器３と、封止金具４ａ，４ｂによって絶縁容器３の両端に固定された金属蓋５ａ，５ｂとから区画形成され、真空密封されている。

遮断室２内には、固定電極棒６ａと可動電極棒６ｂとが、互いに対向するように設けられている。固定電極棒６ａの対向面には、固定電極７ａがろう付けによって取り付けられている。また、可動電極棒６ｂの対向面には、可動電極７ｂがろう付けによって取り付けられている。また、固定電極７ａと可動電極７ｂとの接触部において、固定電極７ａには、固定接点８ａがろう付けによって取り付けられ、可動電極７ｂには、可動接点８ｂがろう付けによって取り付けられている。

可動電極棒６ｂには、遮断室２の内部を真空気密に保持しながら、可動電極７ｂを軸方向に移動可能とするベローズ１２が取り付けられている。ベローズ１２の上部には、ベローズ１２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１３が設けられている。

また、遮断室２内には、絶縁容器３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７ａおよび可動電極７ｂを覆い囲むように、金属製の絶縁容器用アークシールド１４が設けられている。

図２は、本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の断面模式図である。図２の真空バルブ用接点８（以下、「接点８」と省略することがある）は、図１に示した可動接点８ｂに対応した方向で示されている。本実施の形態１の接点８は、高融点成分を主体とする粒子２１と、粒子２１の間隙に充填されたＣｕあるいはＡｇを主体とする母相２２とからなる接点層２３と、接点層２３から可動電極７ｂ側に延びて、母相２２により形成された層であって、ろう材との接触面として用いられる母相成分層２４とを有している。

このように、ろう材とのなじみの悪いＷＣ等の成分が含まれない母相成分層２４を、ろう材との接触面として用いることで、接点をろう付けする際に接点が脱落してしまうことを防ぐことができる。

なお、粒子２１は、母相２２よりも融点が高い高融点成分を主体とするものであれば特に限定されず、ＣｕやＡｇよりも融点の低い成分を含んでいてもよい。高融点成分としては、例えば、Ｃｒ粉末、Ｍｏ粉末、Ｗ粉末、またはこれらの炭化物粉末、あるいはこれらの組み合わせからなる粉末を含むことができる。また、つなぎ材として、Ｃｕ粉末あるいはＡｇ粉末を含むこともできる。また、接点８中には、原料に含まれる微量の不可避不純物（Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｏ、Ｎ、Ｈ等）が含まれていてもよい。

接点層２３は、理論密度に対する相対密度が９５％以上、好ましくは９８％以上である。ここで、本明細書において「理論密度に対する相対密度」とは、理論密度に対する測定密度の密度比のことを意味する。密度の測定方法としては、特に限定されないが、例えば、アルキメデス法を用いて測定することができる。

相対密度が９５％以上であれば、接点８内部の残留ガスが十分に少なく、遮断性能の低下を防止することができる。一方、相対密度が９５％未満であると、接点８内部の残留ガスが多くなり、十分な遮断性能を得ることができない。

本実施の形態１の真空バルブ用接点は、以下に示す工程を経て製造される。
（１）成形および焼結工程：高融点成分を主体とする粉末を成形および焼結して多孔質体を得る。
（２）溶浸工程：多孔質体内の気孔総量より体積が大きい溶浸材を多孔質体内に溶浸させて、多孔質体内に形成された、ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相２２と、多孔質体の表面に形成された、溶浸材の溶け残り部とを有する接点素板を得る。
（３）加工工程：ろう材との接触面として用いられる母相成分層２４を、溶浸工程において形成された溶浸材の溶け残り部を加工することによって得る。
（４）ろう付け工程：母相成分層２４を電極棒等の台金にろう付けする。

成形および焼結工程は、溶浸法を用いた接点８の製造方法において一般に行われている工程であり、このような公知の方法に準じて行うことができる。

高融点成分を主体とする粉末を成形する方法としては、特に限定されないが、例えば、粉末をプレス成形機の金型に充填し、所定の圧力で加圧成形すればよい。加圧成形時の圧力としては、特に限定されないが、好ましくは１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下である。

成形後の焼結方法としては、特に限定されないが、成形体を真空または水素雰囲気等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８が脆くなることがある。また、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。焼結時間は、作製する材料の成分、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。

図３は、本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法における溶浸工程を示す模式図である。

溶浸工程は、焼結工程で得られた多孔質体２５に、ＣｕあるいはＡｇを主体とする溶浸材２６を溶浸して接点素板を得る工程であり、本実施の形態１の溶浸工程は、溶浸材２６の体積が多孔質体２５内部の気孔体積の総量より大きいことを特徴としている。このようにすることで、溶浸後に得られる接点素板の表面に、ＣｕあるいはＡｇを主体とする溶浸材２６の溶け残り部が形成されるので、この溶け残り部を加工して図２に示す母相成分層２４を得ることができる。

溶浸材２６の体積は、多孔質体２５内部の気孔体積の合計の１．０２倍以上１．２倍以下であることが望ましい。１．０２倍未満の場合は、溶浸後に接点素板表面に溶浸材２６の溶け残り部が十分に形成されない。一方、１．２倍より大きい場合は、溶浸後の接点素板表面の溶け残り部に溶浸材２６中への溶解ガスが残留する懸念がある。

つまり、溶浸材２６の体積が、多孔質体２５内部の気孔体積の合計の１．０２倍以上１．２倍以下であることにより、ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相成分層２４が、同じＣｕあるいはＡｇを主体とする接点層２３の母相２２から連続的に形成されることとなる。

表１は、本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法における溶浸工程において、多孔質体２５内部の気孔体積に対する溶浸材２６の体積を変えて、接点８を製造した実施例および比較例である。

実施例１では、目空き径４５μｍのふるいに通して４５μｍ以下の粒径としたＣｒ粉末と、つなぎ材としてのＣｕ粉末とを混合した後、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体２５を得た。

次に、多孔質体２５の表面に、多孔質体２５内部の気孔の１．０２倍の体積を有するＣｕ板を溶浸材２６として配置し、水素ガス雰囲気中、１０９０℃で溶浸した。以上のようにしてＣｕ−４５Ｃｒ接点素板を得た。

このようにして得られた実施例１の接点素板は、溶浸材２６の溶け残り部が接点素板表面を完全に覆っており、溶け残り部の内部にガスの残留も見られなかった。加工後のろう付け性は良好であった。

実施例２〜５および比較例１〜５では、実施例１と同様の方法により、溶浸工程において、多孔質体２５の表面に配置する溶浸材２６の、多孔質体２５内部の気孔に対する体積比率を変えて、接点素板を作製した。

実施例２〜５では、多孔質体２５内部の気孔に対する溶浸材２６の体積比率が１．０２倍以上１．２倍以下の範囲内で適正であるため、溶浸後に溶浸材２６の溶け残り部が接点素板表面を完全に覆い、溶け残り部の内部に残留ガスも見られなかった。加工後のろう付け性も良好であった。

一方、比較例１および２では、多孔質体２５内部の気孔に対する溶浸材２６の体積比率が１．０２倍未満で十分ではないため、溶浸後に溶浸材２６の溶け残り部が接点素板表面を完全に覆う状態とならないので、母相成分層２４が形成されず、接点素板表面が露出している部分が見られた。そのため、加工後のろう付け後、ろう付け面にろう材が存在しない部分が見られた。

比較例３〜５では、多孔質体２５内部の気孔に対する溶浸材２６の体積比率が１．２倍を超えて過剰であるため、溶浸後に溶浸材２６の溶け残り部の内部にガスの残留が見られた。ガスが残留した部分は加工後に凹みとして残るため、母相成分層２４がひずんだ形状となることから、ろう付け時にろう材が行き渡ることができなかった。

溶浸温度としては、ＣｕあるいはＡｇの融点以上であれば特に限定されないが、Ｃｕを主体とする溶浸材の場合に１２００℃を超える、あるいは、Ａｇを主体とする溶浸材の場合に１１００℃を超えると、溶浸材の表面張力が低くなり、溶浸性が低下することがある。

溶浸時間としては、多孔質体内部の気孔に溶浸材を浸透させるのに十分な時間であれば特に限定されない。

溶浸構成としては、例えば、図３に示したように、多孔質体２５の上面に溶浸材２６を設置して溶浸する方法が考えられる。溶浸中の溶け残り部の流出を防止するために、多孔質体２５に流出防止コートを施してもよく、全体を容器内で実施してもよい。

図４は、本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法における加工工程を示す模式図である。

加工工程は、溶浸工程で得られた接点素板２７を、真空バルブ１に搭載する接点形状に加工して接点８を得る工程であり、本実施の形態１の加工工程は、図４に示すように、溶浸材の溶け残り部２８を含むように接点８を切り出すことを特徴としている。このようにすることで、溶け残り部２８から、接点８の表面にＣｕあるいはＡｇを主体とする母相成分層２４を、界面に間隙を含むことなく連続的に形成することができる。

加工方法としては、特に限定されるものではなく、切削加工や研削加工などの一般的な機械加工方法を用いることができる。

図５は、本発明の実施の形態１に係る真空バルブ用接点の製造方法におけるろう付け工程を示す模式図である。図５では、図４に示した接点８を、上下反転させて示している。

ろう付け工程は、接点８を、ろう材３０により、電極棒等の台金３１に接合する工程であり、本実施の形態１のろう付け工程は、ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相成分層２４を、ろう材３０との接触面とすることを特徴としている。このようにすることで、ろう材３０とのなじみを良好に保つことができ、ろう付け後の接点８の脱落を防止することができる。

ろう付け方法としては、例えば、台金３１の上にＡｇ系ろう材３０の板材を設置し、その上に接点８をＣｕあるいはＡｇを主体とする母相成分層２４を接触面として設置し、水素雰囲気中で７８０℃以上に加熱しすることで接合する方法が挙げられる。

以上のように、実施の形態１によれば、高融点成分を主体とする粒子の間隙に充填されたＣｕあるいはＡｇを主体とする母相により形成された母相成分層を、ろう材との接触面として用いることにより、ろう付け性に優れた真空バルブ用接点を得ることができる。

また、溶浸材の体積を、多孔質体内の気孔総量の体積の１．０２倍以上１．２倍以下とすることで、片面に溶浸材の溶け残り部を有し、残留ガスやろう付け性について所望の仕様を満たす接点素板を得ることができる。

１真空バルブ、２遮断室、３絶縁容器、４ａ，４ｂ封止金具、５ａ，５ｂ金属蓋、６ａ固定電極棒、６ｂ可動電極棒、７ａ固定電極、７ｂ可動電極、８ａ固定接点、８ｂ可動接点、８接点、１２ベローズ、１３ベローズ用アークシールド、１４絶縁容器用アークシールド、２１粒子、２２母相、２３接点層、２４母相成分層、２５多孔質体、２６溶浸材、２７接点素板、２８溶け残り部、３０ろう材、３１台金。

Claims

ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相と、前記母相の融点より高い融点を有する高融点成分を主体とする粒子とからなり、前記母相は前記粒子の間隙に充填された構造を有する接点層と、
前記接点層から、ろう材との接触面側に延びて、前記母相により形成された母相成分層と、
を有する真空バルブ用接点。
高融点成分を主体とする粉末を成形および焼結して多孔質体を得る成形および焼結工程と、
前記多孔質体内の気孔総量より体積が大きい溶浸材を前記多孔質体内に溶浸させて、前記多孔質体内に形成された、ＣｕあるいはＡｇを主体とする母相と、前記多孔質体の表面に形成された、前記溶浸材の溶け残り部とを有する接点素板を得る溶浸工程と、
前記接点素板表面の前記溶け残り部を加工して、ろう材との接触面として用いられる母相成分層を得る加工工程と、
前記母相成分層を台金にろう付けするろう付け工程と、
を有する真空バルブ用接点の製造方法。
前記溶浸材の体積は、前記多孔質体内の気孔総量の体積の１．０２倍以上１．２倍以下である
請求項２に記載の真空バルブ用接点の製造方法。
前記高融点成分を主体とする粉末は、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、またはこれらの炭化物粉末、あるいはこれらの組み合わせからなる粉末である
請求項２または３に記載の真空バルブ用接点の製造方法。
請求項１に記載の真空バルブ用接点を備えた
真空バルブ。