JP2017008381A - 電極材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低融点金属を含有する電極材料の充填率を向上し、電極材料の充填率のばらつきを低減する。
【解決手段】Ｃｕ、Ｃｒ、耐熱元素及び低融点金属を含有する電極材料の製造方法である。重量比でＣｒ＞耐熱元素の割合で、Ｃｒ粉末と耐熱元素粉末を混合する。耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成する。焼成して得られた、耐熱元素とＣｒが固溶した固溶体を含有するＭｏＣｒ固溶体を粉砕し、分級する。分級されたＭｏＣｒ固溶体粉末と、Ｃｕ粉末と、低融点金属粉末と、を混合し、１０１０℃以上１０３８℃未満の温度で焼結して電極材料を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空インタラプタ等の電極に用いられる電極材料の製造方法及び電極材料に関する。

真空インタラプタの接点材料は、（１）遮断容量が大きいこと、（２）耐電圧性能が高いこと、（３）接触抵抗が低いこと、（４）耐溶着性が高いこと、（５）接点消耗量が低いこと、（６）裁断電流が低いこと、（７）加工性に優れること、（８）機械強度が高いこと、等の特性を満たす必要がある。

これらの特性のなかには相反するものがある関係上、上記の特性をすべて満足する接点材料はない。Ｃｕ−Ｃｒ電極材料は、遮断容量が大きく、耐電圧性能が高い、耐溶着性が高い等の特長を有することから、真空インタラプタの接点材料として広く用いられている。また、Ｃｕ−Ｃｒ電極材料において、Ｃｒ粒子の粒径が細かい方が、遮断電流や接触抵抗の面において優れるとの報告がある（例えば、非特許文献１）。

近年、真空遮断器の電流消弧を行う真空インタラプタの小型化、大容量化が進んでおり、真空インタラプタの小型化に必須となる、従来より優れた耐電圧性能を有するＣｕ−Ｃｒ系接点材料の需要が増加している。

例えば、特許文献１では、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性の良好なＣｕ−Ｃｒ系電極材料として、基材として用いられるＣｕと電気的特性を向上させるＣｒ及びＣｒ粒子を微細にする耐熱元素（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ）の各粉末を混合した後、混合粉末を型に挿入して加圧成形し、焼成体とした電極材料の製造方法が記載されている。具体的には、２００〜３００μｍの粒子サイズを有するＣｒを原料としたＣｕ−Ｃｒ系電極材料に、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ等の耐熱元素を添加し、微細組織技術を通してＣｒを微細化し、Ｃｒ元素と耐熱元素の合金化を促進させ、Ｃｕ基材組織内部に微細なＣｒ−Ｘ（耐熱元素を固溶しているＣｒ）粒子の析出を増加させ、直径２０〜６０μｍのＣｒ粒子を、その内部に耐熱元素を有する形態でＣｕ基材組織内に均一に分散させている。

また、特許文献２においては、微細組織技術を通さず、耐熱元素の反応生成物である単一の固溶体を粉砕した粉末を、Ｃｕ粉末と混合し、加圧成形し、焼結して、電極組織内にＣｒ、耐熱元素を含有した電極材料を製造している。

特開２００２−１８０１５０号公報 特開平４−３３４８３２号公報 特開２００５−１３５７７８号公報

Rieder, F. u.a.、"The Influence of Composition and Cr Particle Size of Cu/Cr Contacts on Chopping Current, Contact Resistance, and Breakdown Voltage in Vacuum Interrupters"、IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology、Vol. 12、1989、273-283

しかしながら、特許文献２に記載されているような耐弧金属の微細分散組織を形成することで、耐電圧性能及び遮断性能が向上するが、耐溶着性能が悪くなり、閉極時に大電流通電した際、電極間で溶着することとなる。この耐溶着性の低下が真空遮断器の大型化の要因となり、量産化への課題となっていた。

そこで、ＭｏＣｒ微細分散組織を有する電極材料に低融点金属（例えば、Ｔｅ等）を添加することで、優れた耐電圧性能及び耐溶着性能を有する電極材料の製造を試みた。

しかしながら、低融点金属を添加したＭｏＣｒ微細分散電極材料の焼結工程において、電極内部に空孔が発生し、電極材料の充填率が低下するおそれがあった。また、焼結炉の温度分布によって充填率にばらつきが発生するおそれがあった。電極材料に空孔が発生し、電極材料の充填率が低下すると、ロウ付け工程において電極内部の空孔へロウ材（例えば、Ａｇ）が吸われてしまい、電極材料のロウ付けが困難となるおそれがある。

上記事情に鑑み、本発明は、低融点金属を含有する電極材料の充填率の向上及び電極材料の充填率のばらつきの低減に貢献する技術を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法は、重量比でＣｒ＞耐熱元素の割合でＣｒと耐熱元素とを含有するＣｒと耐熱元素の固溶体粉末、Ｃｕ粉末、及び低融点金属粉末を混合し、得られた混合粉末を成形した成形体を１０１０℃以上１０３８℃未満で焼結することを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法は、上記電極材料の製造方法において、前記固溶体粉末は、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成して得られた焼結体を粉砕したものであり、前記耐熱元素粉末のメディアン径は、１０μｍ以下であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法は、上記電極材料の製造方法において、前記固溶体粉末は、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成して得られた焼結体を粉砕したものであり、前記Ｃｒ粉末のメディアン径は、前記耐熱元素粉末のメディアン径より大きく、８０μｍ以下であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法は、上記電極材料の製造方法において、前記Ｃｕ粉末のメディアン径は、１００μｍ以下であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法は、上記電極材料の製造方法において、前記固溶体粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように分級し、分級された固溶体粉末を、前記Ｃｕ粉末及び前記低融点金属粉末と混合することを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料は、重量比で、３９．８８〜８９．９６％のＣｕと、４．９９〜４７．９８％のＣｒと、１．９９〜２９．９９％の耐熱元素と、０．０５〜０．３０％の低融点金属を含有する電極材料であって、重量比でＣｒ＞耐熱元素の割合でＣｒと耐熱元素とを含有するＣｒと耐熱元素の固溶体粉末、Ｃｕ粉末、及び低融点金属粉末を混合し、得られた混合粉末を、成形し、１０１０℃以上１０３８℃未満で焼結してなることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタは、上記電極材料を電極接点として可動電極または固定電極に備えたことを特徴としている。

以上の発明によれば、低融点金属を含有する電極材料の充填率が向上し、電極材料の充填率のばらつきが低減する。

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタの概略断面図である。 焼結温度と充填率との関係を示す特性図である。 比較例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真である。 実施例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真である。

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法及び電極材料並びに本発明の電極材料を有する真空インタラプタについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明において、特に断りがない限り、粒子径（メディアン径ｄ５０）、平均粒子径等は、レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス社：シーラス１０９０Ｌ）により測定された値を示す。また、粉末の粒子径の上限（または、下限）が定められている場合は、粒子径の上限値（または、下限値）の目開きを有する篩により分級された粉末であることを示す。

発明者らは、本発明に先だって、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末と、Ｃｕ粉末とを用いて焼結法により電極材料を作製した（例えば、特願２０１５−９３７６５）。この電極材料は、Ｃｕ基材中にＭｏＣｒ合金が微細分散した組織を有し、従来のＣｕＣｒ電極材料と比べて優れた耐電圧性能、及び耐溶着性を有する電極材料であった。また、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末を用いると、重量比でＣｒ＜Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末を用いた場合と比較して、耐溶着性が高い電極材料となった。

真空遮断器において電極の開閉動作を行う操作機構を小型化するためには、さらに耐溶着性を向上させて電極材料が溶着した際の引き剥がし力を低減させることが望ましい。そのためには、Ｃｕ粉末とＭｏＣｒ固溶体粉末の混合粉末に低融点金属を添加することが考えられる（例えば、特許文献３）。しかしながら、低融点金属を加えた場合、電極材料の充填率が下がるため、電極接点と電極棒のロウ付け性が不良となるおそれがある。

上記事情に基づいて発明者らは鋭意検討を行い、本発明の完成に至ったものである。本発明は、Ｃｕ−Ｃｒ−耐熱元素（Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等）−低融点金属（Ｔｅ，Ｂｉ等）電極材料の組成制御技術に係る発明であって、電極材料の焼結温度を限定することにより、従来の低融点金属を含有する電極材料と比較して、電極材料の充填率を向上し、充填率のばらつきを抑制するものである。本発明の電極材料は、耐電圧性能及び耐溶着性に優れ、充填率のばらつきが少ない電極材料である。よって、本発明の電極材料によれば、真空インタラプタの歩留りが向上し、真空遮断器の小型化が可能となる。

耐熱元素は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）等の元素から選択される元素を単独若しくは組み合わせて用いることができる。特に、Ｃｒ粒子を微細化する効果が顕著であるＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒを用いることが好ましい。耐熱元素を粉末として用いる場合、耐熱元素粉末のメディアン径ｄ５０を、例えば、１０μｍ以下とすることで、電極材料にＣｒを含有する粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体を含む）を微細化して均一に分散させることができる。耐熱元素は、電極材料に対して１．９９〜２９．９９重量％、より好ましくは１．９９〜１０．００重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。

低融点金属は、例えば、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、セレン（Ｓｅ）、アンチモン（Ｓｂ）等の元素から選択される元素を単独若しくは組み合わせて用いることができる。低融点金属は、電極材料に対して０．０５〜０．３０重量％含有させることで、電極材料の耐溶着性を向上させることができる。低融点金属を粉末として用いる場合、低融点金属の粒径は特に限定されるものではなく、例えば、メディアン径ｄ５０＝４８μｍの低融点金属粉末が用いられる。

クロム（Ｃｒ）は、電極材料に対して４．９９〜４７．９８重量％、より好ましくは４．９９〜１５．９９重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。Ｃｒ粉末を用いる場合、Ｃｒ粉末のメディアン径ｄ５０は、耐熱元素の粉末のメディアン径よりも大きければ特に限定されない。例えば、メディアン径が８０μｍ以下のＣｒ粉末が用いられる。

銅（Ｃｕ）は、電極材料に対して３９．８８〜８９．９６重量％、より好ましくは７９．７６〜８９．９６重量％含有させることで、耐電圧性能や電流遮断性能を損なうことなく、電極材料の接触抵抗を低減することができる。Ｃｕ粉末のメディアン径ｄ５０は、例えば、１００μｍ以下とすることで、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末とＣｕ粉末とを均一に混合することができる。なお、焼結法により作製される電極材料では、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末に混合するＣｕ粉末の量を調整することにより、Ｃｕの重量比を任意に設定することができる。したがって、電極材料に対して添加される耐熱元素、低融点金属、Ｃｒ及びＣｕの合計は、１００重量％を超えることはない。

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法について、図１のフローを参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、耐熱元素としてＭｏを例示し、低融点金属としてＴｅを例示して説明するが、他の耐熱元素及び低融点金属の粉末を用いた場合も同様である。

Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１では、耐熱元素粉末（例えば、Ｍｏ粉末）とＣｒ粉末を混合する。Ｍｏ粉末とＣｒ粉末は、Ｃｒ粉末の重量がＭｏ粉末の重量より多くなるように混合する。例えば、重量比率でＭｏ／Ｃｒ＝１／４〜１／１（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：１は含まず）の範囲で、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末とを混合する。

焼成工程Ｓ２では、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末の焼成を行う。焼成工程Ｓ２では、例えば、混合粉末の成形体を、真空雰囲気中で９００〜１２００℃の温度で１〜１０時間保持してＭｏＣｒ焼結体を得る。混合粉末におけるＣｒ粉末の重量がＭｏ粉末の重量より多い場合、焼成後にＭｏと固溶体を形成しないＣｒが残存することとなる。よって、焼成工程Ｓ２では、ＭｏへＣｒが固相拡散したＭｏＣｒ合金と残存したＣｒ粒子とを含有する多孔体（ＭｏＣｒ焼結体）が得られる。

粉砕・分級工程Ｓ３では、焼成工程Ｓ２で得られたＭｏＣｒ焼結体をボールミル等で粉砕する。ＭｏＣｒ焼結体を粉砕して得られるＭｏＣｒ粉末は、例えば、目開き２００μｍ、より好ましくは、目開き９０μｍの篩で分級し、粒子径の大きい粒を取り除く。なお、粉砕・分級工程Ｓ３における粉砕時間は、例えば、ＭｏＣｒ焼結体１ｋｇあたり２時間で行う。粉砕後のＭｏＣｒ粉末の平均粒子径は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の配合比によって異なることとなる。

Ｃｕ混合工程Ｓ４では、粉砕・分級工程Ｓ３で得られたＭｏＣｒ粉末と、低融点金属粉末（例えば、Ｔｅ粉末）及びＣｕ粉末との混合を行う。

プレス成形工程Ｓ５は、Ｃｕ混合工程Ｓ４で得られた混合粉末の成形を行う。プレス金型成形にて成形体を作製すると、成形体を焼結後加工が不要であり、そのまま電極（電極接点材）とすることができる。

本焼結工程Ｓ６は、プレス成形工程Ｓ５で得られた成形体を焼結し、電極材料を作製する。本焼結工程Ｓ６では、例えば、非酸化性雰囲気中（水素雰囲気や真空雰囲気等）で、１０１０℃以上１０３８℃未満、より好ましくは、１０１０℃以上１０３０℃以下の温度で、成形体の焼結を行う。本焼結工程Ｓ６の焼結時間は、焼結温度に合わせて適宜設定される。例えば、焼結時間は、２時間以上に設定される。

なお、本発明の実施形態に係る電極材料を用いて真空インタラプタを構成することができる。図２に示すように、本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタ１は、真空容器２と、固定電極３と、可動電極４と、主シールド１０と、を有する。

真空容器２は、絶縁筒５の両開口端部が、固定側端板６及び可動側端板７でそれぞれ封止されることで構成される。

固定電極３は、固定側端板６を貫通した状態で固定される。固定電極３の一端は、真空容器２内で、可動電極４の一端と対向するように固定されており、固定電極３の可動電極４と対向する端部には、本発明の実施形態に係る電極材料である電極接点材８が設けられる。電極接点材８は、固定電極３の端部にロウ材（例えば、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材）により接合される。

可動電極４は、可動側端板７に設けられる。可動電極４は、固定電極３と同軸上に設けられる。可動電極４は、図示省略の開閉手段により軸方向に移動させられ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。可動電極４の固定電極３と対向する端部には、電極接点材８が設けられる。電極接点材８は、可動電極４の端部にロウ材により接合される。なお、可動電極４と可動側端板７との間には、ベローズ９が設けられ、真空容器２内を真空に保ったまま可動電極４を上下させ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。

主シールド１０は、固定電極３の電極接点材８と可動電極４の電極接点材８との接触部を覆うように設けられ、固定電極３と可動電極４との間で発生するアークから絶縁筒５を保護する。

［比較例１］
図１に示すフローにしたがって比較例１に係る電極材料を作製した。比較例１の電極材料は、本焼結工程Ｓ６で、成形体を１０５８℃で２時間焼結して作製された電極材料である。比較例１の電極材料の原料として、メディアン径が１０μｍ以下のＭｏ粉末、メディアン径が４８μｍのＴｅ粉末、メディアン径が８０μｍ以下のテルミットＣｒ粉末、及びメディアン径が１００μｍ以下のＣｕ粉末を用いた。なお、実施例１乃至３及び比較例２乃至４に係る電極材料も同様の原料を用いて電極材料を作製した。

まず、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：４の割合で混合し、Ｖ型混合器を用いて均一になるまで十分に混合した。

混合終了後、このＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をアルミナ容器内に移し、真空炉（非酸化性雰囲気）にて１１５０℃−６時間熱処理した。得られた反応生成物である多孔体を粉砕後、目開き９０μｍの篩で分級し、９０μｍアンダーのＭｏＣｒ粉末を得た。

次に、Ｔｅ粉末及びＣｕ粉末と分級したＭｏＣｒ粉末とを、重量比で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ＝４：１、ＣｕＣｒＭｏ：Ｔｅ＝１００：０．１の割合で混合し、Ｖ型混合器を用いて均一になるまで十分に混合した。プレス金型成形にてこの混合粉末を成形し、成形体を作製した。成形体を１０５８℃−２時間非酸化性雰囲気中で本焼結して電極材料を得た。同じ方法で、比較例１の電極材料を３つ作製した（サンプル数Ｎ＝３）。

表１に、比較例１の電極材料の諸特性を示す。また、図３に、焼結温度に対する電極材料の充填率をプロットした図を示す。充填率は、焼結体の密度を実測し、（実測密度／理論密度）×１００（％）で算出した。また、ロウ付け性は、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材で電極材料とリードとのロウ付けを行い、フィレットが形成されたか否か、及びロウ付けした電極材料をハンマーで叩いて電極材料がリードから脱落しないか否かの２点で評価を行った。つまり、ロウ付け時にロウ材（Ａｇ）が電極材料に多量に吸われずにロウ付けされることで、フィレットが形成された良好なロウ付けが行われることとなる。

比較例１の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は８４％であった。また、充填率の標準偏差σは、５．７であった。比較例１の電極材料に対してロウ付け性を確認した結果、ロウ付けができなかった。つまり、ロウ付けを行ったときに、フィレットが形成されず、ハンマーで叩くことで、電極材料がリードから外れた（比較例２−４も同様であった）。

図４に、比較例１の電極材料の断面顕微鏡写真を示す。図４に示すように、比較例１の電極材料は、電極組織に空孔が多く形成されていた。このように、電極組織に空孔が多いと、電極材料の充填率が低くなる。また、ロウ材成分のＡｇが電極内部に吸われてしまうこととなり、電極材料のロウ付け性が低下するものと考えられる。

［比較例２］
比較例２の電極材料は、本焼結工程Ｓ６における焼結温度が異なること以外は、比較例１と同様の方法で作製した電極材料である。

図１に示すフローにしたがって比較例２の電極材料を作製した（サンプル数Ｎ＝３）。本焼結工程Ｓ６では、成形体を１０４５℃で２時間焼結した。

表１及び図３に示すように、比較例２の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は８６％であった。また、充填率の標準偏差σは、４．７であった。比較例２の電極材料に対してロウ付け性を確認した結果、ロウ付けができなかった。

［比較例３］
比較例３の電極材料は、本焼結工程Ｓ６における焼結温度が異なること以外は、比較例１と同様の方法で作製した電極材料である。

図１に示すフローにしたがって比較例３の電極材料を作製した（サンプル数Ｎ＝３）。本焼結工程Ｓ６では、成形体を１０３８℃で２時間焼結した。

表１及び図３に示すように、比較例３の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は８９％であった。また、充填率の標準偏差σは、２．４であった。比較例３の電極材料に対してロウ付け性を確認した結果、ロウ付けができなかった。

［実施例１］
実施例１の電極材料は、本焼結工程Ｓ６における焼結温度が異なること以外は、比較例１と同様の方法で作製した電極材料である。

図１に示すフローにしたがって実施例１の電極材料を作製した（サンプル数Ｎ＝３）。本焼結工程Ｓ６では、成形体を１０３０℃で２時間焼結した。

表１及び図３に示すように、実施例１の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は９１％であった。また、充填率の標準偏差σは、０．４であった。実施例１の電極材料に対してロウ付け性を確認したところ、ロウ付け性は良好であった。つまり、ロウ付けを行ったときに、フィレットが形成され、電極材料をハンマーで叩いてもリードから電極材料が取れることがなかった（実施例２，３も同様である）。

図５に実施例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真を示す。実施例１の電極材料では、比較例１の電極材料と比較して、電極材料組織中の空孔の発生が抑制されていることがわかる。

［実施例２］
実施例２の電極材料は、本焼結工程Ｓ６における焼結温度が異なること以外は、比較例１と同様の方法で作製した電極材料である。

図１に示すフローにしたがって実施例２の電極材料を作製した（サンプル数Ｎ＝３）。本焼結工程Ｓ６では、成形体を１０２０℃で２時間焼結した。

表１及び図３に示すように、実施例２の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は９０％であった。また、充填率の標準偏差σは、０．５であった。実施例２の電極材料に対してロウ付け性を確認したところ、ロウ付け性は良好であった。

［実施例３］
実施例３の電極材料は、本焼結工程Ｓ６における焼結温度が異なること以外は、比較例１と同様の方法で作製した電極材料である。

図１に示すフローにしたがって実施例３の電極材料を作製した（サンプル数Ｎ＝３）。本焼結工程Ｓ６では、成形体を１０１０℃で２時間焼結した。

表１及び図３に示すように、実施例３の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は９０％であった。また、充填率の標準偏差σは、０．４であった。実施例３の電極材料に対してロウ付け性を確認したところ、ロウ付け性は良好であった。

［比較例４］
比較例４の電極材料は、本焼結工程Ｓ６における焼結温度が異なること以外は、比較例１と同様の方法で作製した電極材料である。

図１に示すフローにしたがって比較例４の電極材料を作製した（サンプル数Ｎ＝３）。本焼結工程Ｓ６では、成形体を９９０℃で２時間焼結した。

表１及び図３に示すように、比較例４の電極材料の充填率の平均値（Ｎ＝３）は８８％であった。また、充填率の標準偏差σは、０．５であった。

比較例４の電極材料では、焼結温度が１０００℃以下である。このような低い焼結温度では、焼結時のＣｒとＭｏの拡散反応が抑制されるため、充填率の標準偏差は小さいものの、電極材料自体の焼結が進行しないものと考えられる。その結果、充填率の平均値が実施例１の電極材料と比較して低下することとなり、ロウ付けが困難となっている。

以上のような本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法によれば、本焼結工程の焼結温度を１０１０℃以上１０３８℃未満に限定することで、電極材料の充填率を向上させることができる。

つまり、焼結温度を１０３８℃未満とすることで、焼結時のＣｒとＭｏの拡散反応を抑制することができる。このように焼結時の拡散反応を抑制することで電極材料に形成される空孔が減少し、電極材料の充填率を９０％以上とすることができ、ロウ付け性能に優れた電極材料を製造することができる。

また、焼結時の拡散反応が抑制されることで炉内温度分布による充填率のバラつき（標準偏差）を大幅に小さくすることができ、安定したろう付け性能を有する電極材料を得ることができる。電極材料の充填率のばらつきは、焼結炉の温度分布（例えば、実施例に用いた真空炉では、±１５℃）に起因して発生するものと考えられるが、焼結温度範囲を限定することで、電極材料の充填率のばらつき（標準偏差）を１％以下とすることができる。充填率の標準偏差を小さくすることで、量産における歩留りの向上が可能となる。

すなわち、本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法によれば、充填率が高く、充填率のばらつきの少ない電極材料を製造することができる。この電極材料は、ＭｏＣｒ微細分散組織を有することによる優れた耐電圧性能と、現状のＣｕ−Ｃｒ電極よりも高い耐溶着性能を有することで、真空インタラプタの小型化が可能となる。つまり、本発明の電極材料を、例えば、真空インタラプタ（ＶＩ）の固定電極及び可動電極の少なくとも一方に設けることで、真空インタラプタの電極接点の耐電圧性能が向上する。電極接点の耐電圧性能が向上すると、従来の真空インタラプタよりも開閉時の可動側電極と固定側電極のギャップが短くでき、さらに、電極と絶縁筒とのギャップも短くすることが可能であることから、真空インタラプタの構造を小さくすることが可能となる。また、電極材料の耐溶着性を向上することで、真空遮断器の開閉動作を行う操作機構を小型化することができ、真空遮断器の小型化に貢献する。

Ｃｕ−Ｃｒ−耐熱元素−低融点金属系電極材料において、空孔が生じる要因としては、少なくとも次の二つの要因が考えられる。第１の要因は、残留したＣｒとＭｏが電極焼結時に固相拡散によって反応することで空孔が発生することである。固相拡散は焼結温度が高いほど拡散しやすくなるので焼結温度が高いほど拡散が進行するものと考えられる。また、第２の要因は、低融点金属を添加することによって、焼結時にＣｕ／Ｃｒ若しくはＣｕ／ＭｏＣｒ合金の粒界に低融点金属が侵入するため焼結を阻害し、粒界に空孔が発生しやすくなることである。例えば、Ｔｅの融点は４４５℃と低く、電極材料焼結時には溶融しているため空孔が発生しやすい。つまり、低融点金属を添加すると、そもそも焼結が進みにくく粒界に空孔が発生しやすい。したがって、低融点金属を含有する電極材料では、第１の要因だけでなく、第２の要因により電極材料における空孔の発生が顕著になるものと考えられる。そこで、本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法及び電極材料のように、焼結温度を１０１０℃以上１０３８℃未満に限定することで、Ｍｏ−Ｃｒ拡散と低融点金属の揮発を抑制しつつ、充填率の高い焼結を実施することができる。

なお、本発明の電極材料の製造方法は、本焼結時のＣｒとＭｏ（すなわち、耐熱元素）の拡散反応を抑制することにより空孔を減少させ充填率を向上させるため、ＭｏがＣｒに完全固溶している固溶体粉末を用いた場合は本発明の効果は得られないものと考えられる。しかしながら、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合で混合したＭｏ粉末とＣｒ粉末との固溶体において、Ｍｏの完全固溶は容易ではないため、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏ粉末とＣｒ粉末とを混合し、ＭｏＣｒ固溶体を形成した場合、得られたＭｏＣｒ固溶体粉末はＭｏとＣｒが完全に固溶していない固溶体粉末であるものと考えられる（他の耐熱元素も同様である）。例えば、実施例１の電極材料の焼成工程Ｓ２の処理条件では、Ｍｏは完全固溶していなかった。また、Ｃｒの比率を大きくした場合、仮焼結時にＣｒ同士での焼結反応が起こり易いこともあり、Ｍｏの完全固溶は難しいと考えられる。

以上、実施形態の説明では、本発明の好ましい態様を示して説明したが、本発明の電極材料の製造方法や電極材料は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。

例えば、ＭｏＣｒ固溶体粉末は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を仮焼結したものを粉砕・分級して製造されたものに限定されず、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末を用いることができる。また、ＭｏＣｒ固溶体粉末は、例えば、累積５０％で８０μｍ以下の粉末を用いることで、耐電圧性能に優れた電極材料を製造することができる。

１…真空インタラプタ
２…真空容器
３…固定電極
４…可動電極
５…絶縁筒
６…固定側端板
７…可動側端板
８…電極材料（電極接点）
９…ベローズ
１０…主シールド

Claims (7)

1. 重量比でＣｒ＞耐熱元素の割合でＣｒと耐熱元素とを含有するＣｒと耐熱元素の固溶体粉末、Ｃｕ粉末、及び低融点金属粉末を混合し、
   得られた混合粉末を成形した成形体を１０１０℃以上１０３８℃未満で焼結する
   ことを特徴とする電極材料の製造方法。
2. 前記固溶体粉末は、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成して得られた焼結体を粉砕したものであり、
   前記耐熱元素粉末のメディアン径は、１０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極材料の製造方法。
3. 前記固溶体粉末は、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成して得られた焼結体を粉砕したものであり、
   前記Ｃｒ粉末のメディアン径は、前記耐熱元素粉末のメディアン径より大きく、８０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極材料の製造方法。
4. 前記Ｃｕ粉末のメディアン径は、１００μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極材料の製造方法。
5. 前記固溶体粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように分級し、分級された固溶体粉末を、前記Ｃｕ粉末及び前記低融点金属粉末と混合する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電極材料の製造方法。
6. 重量比で、３９．８８〜８９．９６％のＣｕと、４．９９〜４７．９８％のＣｒと、１．９９〜２９．９９％の耐熱元素と、０．０５〜０．３０％の低融点金属を含有する電極材料であって、
   重量比でＣｒ＞耐熱元素の割合でＣｒと耐熱元素とを含有するＣｒと耐熱元素の固溶体粉末、Ｃｕ粉末、及び低融点金属粉末を混合し、得られた混合粉末を、成形し、１０１０℃以上１０３８℃未満で焼結してなる
   ことを特徴とする電極材料。
7. 請求項６に記載の電極材料を電極接点として可動電極または固定電極に備えた
   ことを特徴とする真空インタラプタ。