JP2768721B2

JP2768721B2 - 真空バルブ用接点材料

Info

Publication number: JP2768721B2
Application number: JP1049066A
Authority: JP
Inventors: 功奥富; 薫旦関口; 経世関; 敦史山本; 誠司千葉; 幹夫大川; 三孝本間; 能也佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-01
Filing date: 1989-03-01
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH02228438A; CN1019430B; EP0385380B1; KR930001134B1; US5045281A; KR910015712A; CN1045312A; EP0385380A2; EP0385380A3; DE69020383T2; DE69020383D1

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は真空バルブの接点材料に用いられる焼結合金
に関し、より詳細には、電流さい断特性及び接触抵抗特
性の改良が図られた真空バルブ用接点材料に関する。

（従来の技術）真空中でのアーク拡散性を利用して高真空中で電流し
ゃ断を行なわせる真空バルブの接点は、対向する固定、
可動の２つの接点から構成されている。この真空バルブ
を用いて、電動機負荷などの誘導性回路の電流をしゃ断
するとき、過度の異常サージ電圧が発生し、負荷機器を
破壊させる恐れがある。

この異常サージ電圧の発生原因は、例えば、真空中に
おける小電流しゃ断時に発生するさい断現象（交流電流
波形の自然ゼロ点を待たずに強制的に電流しゃ断が行な
われること）、或いは高周波消弧現象などによるもので
ある。

さい断現象による異常サージ電圧の値Vsは、回路のサ
ージインピーダンスZoと、電流さい断値Icの積、すなわ
ちVs＝Zo・Icで表される。従って、異常サージ電圧Vsを
低くするためには電流さい断値Icを小さくしなくてはな
らない。

上記の要求に対して、炭化タングステン（WC）と銀
（Ag）とを複合化した合金の接点を用いた真空密閉器が
開発され（特願昭42−68447号、米国特許第3683138
号）、これが実用化されている。

このAg−WC系合金の接点は、（１）WCの介在が電子放射を容易にさせ、（２）電界放射電子の衝突による電極面の加熱に基づく
接点材料の蒸発を促進させ、さらに、（３）接点材料の炭化物がアークにより分解し、荷電体
を精製してアークを接続する等の点で優れた低さい断電
流特性を発揮する。

また、低さい断電流特性を発揮する他の接点材料とし
て、ビスマス（Bi）と銅（Cu）とを複合化した合金が製
造され、この材料が真空バルブに実用化されている（特
公昭35−14974号、米国特許第2975256号、特公昭41−12
131号、米国特許第324679号）。この合金のうち、Biを1
0重量％（以下wt％と表記する）としたもの（特公昭35
−14974号）は、その適度な蒸気圧特性を有するので、
低いさい断電流特性を発揮し、また、Biを0.5wt％とし
た（特公昭41−12131号）は、結晶粒界に偏析して存在
する結果、合金自体を脆化し、低い溶着引外力を実現し
大電流しゃ断性に優れている。

低さい断電流特性を得る他の接点材料として、AgとCu
との比率をほぼ7:3としたAg−Cu−WC合金が提案されて
いる（特願昭57−39851号）。この合金において、従来
にない限定をしたAgとCuとの比率を選択するので、安定
したさい断電流特性を発揮すると記載されている。

さらに、特願昭60−216648号明細書には、耐弧性材料
の粒径（例えば、WCの粒径）を0.2〜１μｍとすること
により、低さい断電流特性の改善に有効であることが示
唆されている。

（発明が解決しようとする課題）真空しゃ断器には、低サージ性が要求され、そのため
に、従来では、上述のように低さい断電流特性（低チョ
ッピング特性）が要求されていた。

しかしながら、真空バルブは、近年、電動機等の誘導
性回路に適用されることが一層増えると共に、サージイ
ンピーダンス負荷も出現したため、真空バルブは一層安
定した低さい断電流特性を持つことが望まれるのは勿論
のこと、これ以外に、低い接触抵抗特性も兼備し、満足
しなくてはならない。これは、近年真空遮断器の大容量
化が進み、大電流通電による真空バルブの異常温度上昇
が、機器の劣化に対し、脅威となることが判明している
からである。

従来、これらの両特性を同時に満足させる接点材料は
なかった。

すなわち、例えば前記WCとAgとを複合化した合金の接
点では、WCの量を調節することにより電流さい断値を低
く改善できるが、一方、相対的にAgの量が変動してしま
うため、接触抵抗特性も変化する。従って、同一のAg量
であっても、より低く、安定化した接触抵抗特性を得る
よう改善を計る必要がある。

WCとAgとを複合化した合金の接点（特願昭42−68447
号、米国特許第3683138号）では、さい断電流値自体が
不十分であるのみならず、接触抵抗特性の改善に対して
何等の配慮がなされていない。

10wt％のBiとCuとを複合化した合金（特公昭35−1497
4号、米国特許第2975256号）では、開閉回路の増大と共
に電極間空間への金属供給量が減少し、低さい断電流特
性の劣化が現れ、高蒸気圧元素量に依存して耐電圧特性
の劣化も指摘されている。しかも、接触抵抗特性を充分
に満足していない。

0.5wt％のBiとCuとを複合化した合金（特公昭41−121
31号、米国特許第3246979号）では、低さい断電流特性
が不十分である。

また、AgとCuとの重量比率をほぼ7:3としたAg−Cu−W
C合金（特願昭57−39851号）及び耐弧性材料の粒径を0.
2〜１μｍとする合金（特願昭60−216648号）では、接
触抵抗特性を十分に満足していない。

本発明は上述の背景に基づきなされたものであり、そ
の目的とするところは、優れた低さい断電流特性と接触
抵抗特性を兼備し、苛酷化する真空遮断器への要求に応
える接点材料を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明者は、上記の課題解決のために研究開発を進め
た結果、Ag−Cu−WC系接点材料において、AgとCuとの含
有量、その比率及び存在状態を最適化すると共に、耐弧
性成分のWCの粒径を一層微細化し、さらにAgとCuとの存
在状態を改善すれば、本発明の目的達成に有効であると
の知見を得て、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の真空バルブ用接点材料は、Agおよ
びCuの高導電性成分とＷ、WCなどの耐弧性成分とを含む
Ag−Cu−WC（以下、耐弧成分を便宜上WCで代表して表記
する場合がある）系真空バルブ用接点材料であって、（１）高導電性成分の含有量は、AgとCuとの総計量（Ag
＋Cu）が25〜65wt％であり、（２）耐弧性成分の含有量は、35〜75wt％であり、該成
分は、Ｗ、Mo、Cr、Ti、Zr、又はこれらの炭化物ないし
硼化物の少なくとも１種からなり、（３）この接点材料の高導電性成分は、第１の高導電性
成分領域と第２の高導電性成分領域とから構成され、前
者は、厚さないし幅が５μｍ以下の第１の不連続相と、
これをとり囲む第１のマトリックスとからなり、一方、
後者は、厚さないし幅が５μｍ以上の第２の不連続相と
これをとり囲む第２のマトリックスとからなり、さらに（４）前記第１の高導電性成分領域中の第１の不連続相
は第１のマトリックス中において５μｍ以下の間隔で微
細かつ均一に分散され、しかも全高導電性成分中に占め
る前記第２の高導電性成分領域の量、すなわち、が10〜60wt％の範囲であることを特徴とするものであ
る。

本発明の好ましい一態様において、前記耐弧性成分
は、５μｍ以下の平均粒径（0.1μｍ以上）を有し、か
つ、その大部分は、第１の高導電性成分にとり囲まれて
存在することができる。

本発明の好ましい別の態様において、前記高導電性成
分であるAgとCuとの総計量中に占めるAgの比率〔Ag/（A
g＋Cu）〕が40〜80wt％であることができる。

本発明の望ましいさらに別の態様においては、第１又
は／及び第２の高導電性成分領域を構成する不連続相及
びマトリックスが、各々、Agを溶解したCu固溶体及びCu
を溶解したAg固溶体もしくはCuを溶解したAg固溶体及び
Agを溶解したCu固溶体であることができる。

（作用）以下の記載においては、耐弧材料をWCで代表して説明
する。

Ag−Cu−WC系接点材料の電流さい断特性と、接触抵抗
特性とを同時に改善するには、同合金中のAg＋Cu量、Ag
＋Cu比、AgとCuとの存在形態、WC粒径等を好ましい範囲
に制御することが重要であり、特に電流さい断値自体を
より低い値に維持すること以外にも、そのばらつき幅を
縮めることならびに接触抵抗特性、さらには所定の範囲
内に抑えることと共に開閉の経過に伴い変化（抵抗が増
大してゆく）することを避けることも極めて重要であ
る。前述の電流さい断現象は、接点間の蒸気量（材料物
性としては蒸気圧、熱伝導）、接点材料からの放出電子
などと関係が深いとされ、発明者らの実験によれば、前
者の方が寄与が大きいことが判明した。従って、蒸気を
供給し易くするか、あるいは供給し易い材料で接点を作
成すれば電流さい断現象が緩和できることが判明した。
上述のCu−Bi系合金はこうした観点に立つもので、低い
さい断値を有する。しかしながら、致命的な欠点とし
て、Biが持つ低融点（271℃）のために通常真空バルブ
で行なわれる600℃近傍のベーキング或いは800℃の銀ろ
う付け作業時に、Biの溶融による移動・凝集の結果、電
流さい断特性を維持すべきBiの存在が不均一になってし
まう。このため、電流さい断値及び接触抵抗値のばらつ
き幅が増大する現象が見られる。

一方、Ag−WCで代表されるAg−耐弧性材料系合金で
は、耐弧性材料（この場合WC）の沸点おけるAgの蒸気量
に左右されるものの他方、前記Cu−Bi系におけるBiの蒸
気圧よりAgの蒸気圧は著しく低いために接点のどの位置
に（Agか耐弧性材料か）にアークの足が固着するかによ
って、温度不足すなわち蒸気不足を招くことがある。結
果的には、電流さい断値のばらつき幅が現れることが確
認された。このように電流さい断終期の接点面の急激な
温度定価をAgと耐弧性材料との組合わせのみによる合金
によって阻止しアークを維持させることは既に限界であ
ると考えられた。さらに、高性能化するためには、何等
かの補助技術を付与する必要があるとの結論に至った。
この改良の１つの考えとして、前記特願昭57−39851号
明細書では、高導電性成分をAgとCuとの合金にすること
によって結晶粒を細かく分布させる技術を示唆してい
る。この技術により飛躍的に特性の安定化が図られた。
アークが主として固着する位置が、耐弧性成分の場合と
Ag−Cu系合金との場合があり、いずれの場合もAg−Cu蒸
気の供給による電流さい断現象の緩和（改良）が行なわ
れるが、耐弧性成分に固着した場合には、若干のばらつ
きが発生した。

一方、耐弧性成分をより微細化することで、ばらつき
幅の改善が見られる。従って、耐弧性成分の粒径が電流
さい断現象に重要な役割を果すことを示唆すると共に、
耐弧性成分が初期粒径のほぼ10〜20倍程の大きさに偏析
が見られた接点材料では著しいばらつきを示した観察結
果を併せて考慮すると、粒径に特定の範囲があることを
示唆している。

しかしながら、特願昭57−39851号明細書に開示され
た発明のように、AgとCuとの量及びWCの粒径を所定の値
に制御して、さい断電流特性の改善に対しては、重要な
技術的進展が見られたものの、これらの技術から、より
一層の低さい断電流特性の向上及び低く、安定した接触
抵抗特性の確保は、得られなかった。

前述のように、本発明接点材料では、微細なWC粉の採
用、AgとCuとの好ましい存在状態の採用などで、接点組
織の微細化、均一化を達成しているので、安定した電流
さい断特性を示し接触抵抗特性についても同様である。
多数個の開閉回数の経過後でも開閉時のアーク熱によっ
て蒸発するAg、Cuによって安定した電流さい断特性を示
すが、接触抵抗特性では、変動幅が増大し異常に高い接
触抵抗を示す場合が見受けられる。これは本発明者らの
観察によれば、アークによって過熱したWC周辺のAg、Cu
成分の選択的蒸発によってAg、Cuの量が不足しあたかも
WCのみの集合体の存在となり、この部分同士が接触した
とき、接触抵抗が高くなると考えられた。このような場
合でも電流さい断特性が劣化しないのは、前述したAg、
Cuとの特殊な存在形態の寄与と、らに内部からの蒸気状
のAg、Cuの補給による寄与の相乗効果である。上記した
あたかもWCのみの集合体と思われる表面に極めて薄いA
g、Cuの存在が、分析によって認められていることから
支持される。しかしこのように極めて薄いAg、Cuの存在
では、接触抵抗特性の維持に対しては、ほとんど貢献し
ない。そのためにアークによってAg、Cuの補給の効果に
よって電流さい断特性は確保されるが、接触抵抗特性の
維持が困難となっている。

このような状態の改善のため、本発明では、AgとCuと
を共存させるのみならずAgとCuとの存在を単に５μｍ以
下に微細に、均一に存在させるだけでなく、大きさも調
整し特に５μｍ以上のAg、Cuプールを所定比率存在させ
た。このようにすることによって接触抵抗特性は、開閉
回数の経過後も安定化した。しかも、電流さい断特性を
よいレベルに維持したまま両特性の両立が可能となっ
た。

すなわち高導電性成分であるAg、Cuを厚さ又は幅を５
μｍ以下とした第１の不連続相と、これをとり囲むよう
にして存在する第１のマトリックスとからなる第１の高
導電性成分領域によって電流さい断値を低いレベルに安
定化させると共に、厚さ又は幅が５μｍ以上の第２の不
連続相と、これをとり囲むようにして存在する第２のマ
トリックスとからなる第２の高導電性成分領域によって
多数回開閉後の接触抵抗の増加の一因となるAg、Cuの蒸
発欠乏部分への補給の役目を分担することにより、接触
面全面に適度にAg、Cuが存在することになり、これによ
り電流さい断特性と接触抵抗特性との両立化安定化が図
られる。

特に、観察によれば、電流さい断特性を安定化させる
目的で、粒径３μｍ以下のWC粉を使用し、高導電性成分
Ag、Cuを微細に、均一に分断し存在させているため、ア
ークを受けて蒸発した微小部分では、Ag、Cuの損失欠乏
が起こり電流さい断現象を起こすような小電流開閉時の
アークではさらに下部内部からAg、Cuを融出させ埋める
だけのエネルギはなく、せいぜい薄い皮膜程度の補給が
あるのみである。この薄い皮膜程度の補給では、電流さ
い断現象を緩和するのには有効なAg、Cuの量であるが、
接触抵抗値に対しては、Ag、Cuのミクロ的不足が起こ
る。従って開閉回数を多数重ねても、接触抵抗特性を安
定に維持させるには、接触面にAg、Cuの補給源が必要と
なり、実験によれば５μｍ以上のAg、Cuのプール（第２
の高導電性成分領域）を存在させればその効果があるこ
とが判った。しかし、このAg、Cuのプールも実験によれ
ば100μｍより大きいと、このプール同士の接触の確率
が増加し、溶着の傾向も見られる場合があり、あまり大
きいのは好ましくない。またこの場合５μｍ以上のAg、
CuのプールのなかにWCが存在することは、Ag、Cuの補給
をスムーズに行なわせることをさまたげたり、Ag、Cuが
補給されるとき、ばらばらになったWCが電極面上に付着
し、耐圧低下の原因となるなど、好ましくない。

電極さい断特性と接触抵抗特性との両立、改善のため
に、本発明では、まず第１に、高導電性成分のAgとCuと
を共存させる。しかも、Cuを溶解したAg固溶体及び
Agを溶解したCu固溶体の、マトリックス及び不連続相
（層状組織、又は棒状組織）を形成し、この不連続相の
幅又は厚みを５μｍ以下とし、かつこの不連続相をマト
リックス中で５μｍ以下の間隔で微細にかつ均一に分散
させることによって、アークスポット径の大きさに比べ
て同等若しくは好ましくはそれ以下となるように設計さ
れる。その結果、アークを維持・持続させる機能を主と
して分担しているAgとCu成分（以下、アーク維持材）の
融点を低下させると同時に蒸気圧を上昇させる。

次いで、第２に、WC粒の平均粒径を１μｍ以下、好ま
しくは0.8μｍ、より好ましくは0.6μｍ以下に設定され
る。この要件により、アーク維持材の分散を、より一層
高度微細分散状態にするのを促進する。すなわち、た
だ、高導電性成分（AgとCu）の含有量及びその比率を所
定の範囲に選択しても、後述する実施例・比較例に示す
ように、低さい断特性と接触抵抗特性との両立が得られ
ない。この発明により、WC粒の平均粒径を所定の値と組
合わせて初めて高導電性成分（AgとCu）の組織を高度に
微細化した効果を一層引出し、かつ安定化させると共
に、高導電性成分を機能分担させ、目的を達成させてい
る。このように、本願発明のAgとCuとの含有量、その比
率及び存在状態、さらに、耐弧性成分のWCの粒径を一層
微細化することにより、低さい断特性と接触抵抗特性と
を同時に改良することができる。

（実施例）図面を参照しつつ、この発明をより具体的に説明す
る。

第１図は真空バルブの断面図、第２図は真空バルブの
電極部の拡大断面図である。

第１図において、しゃ断室１は、絶縁材料によりほぼ
円筒状に形成された絶縁容器２と、この両端に封止金具
3a,3bを介して設けた金属性の蓋体4a,4bとで真空密に構
成されている。

前記しゃ断室１内には、導電棒5,6の対向する端部に
取付けられた１対の電極7,8が配設され、上部の電極７
を固定電極、下部の電極８を可動電極としている。また
この電極８の電極棒６には、ベローズ９が取付けられし
ゃ断室１内を真空密に保持しながら電極８の軸方向の移
動を可能にしている。またこのベローズ９上部には金属
性のアークシールド10が設けられ、ベローズ９がアーク
蒸気で覆われることを防止している。また、前記電極7,
8を覆うようにしゃ断室１内に金属性のアークシールド1
1が設けられ、これにより絶縁容器２がアーク蒸気で覆
われることを防止している。さらに電極８は、第２図に
拡大して示す如く導電棒６にろう付部12によって固定さ
れるか、またはかしめによって圧着接続されている。接
点13aは電極８にろう付14によってろう付で取付けられ
る。なお、接点13bは電極７にろう付により取付けられ
る。

次に、この接点材料の製造方法の一例につき説明す
る。製造に先立って、必要粒径別に耐弧性成分及び補助
成分を分類する。分類作業は例えば篩分けと沈降法とを
併用して行うことで容易に所定粒径の粉末を得る。まず
所定粒径のWCを所定量及び、所定粒径のAgを所定量の一
部用意し、これらを混合し、その後加圧成型して粉末形
体を得る。

ついで、この粉末成形体を露点が−50℃以下の水素雰
囲気或いは真空度が、1.3×10^-1Pa以下で、所定温度、
例えば1150℃×１時間にて仮焼結し、仮焼結体を得る。

ついで、この仮焼結体の残存空孔中に所定量及び所定
比率のAg−Cuを1150℃×１時間で溶浸しAg−Cu−WC合金
を得る。溶浸は主として真空中で行うが、水素中でも可
能である。なお、高導電性成分中の第１の領域と、第２
の領域の製造及びこれらの量の制御は、例えば次のよう
にして行う。すなわち、先に用意した３μｍ以下の粒径
を有するWC粉を所定比率に区分ける。その一方は、３μ
ｍ以下のWCそのまま、他方は、この３μｍ以下のWCに、
パラフィンのように焼結時に蒸発除去可能な物質を混合
し、両者（３μｍ以下のWCだけのものと、パラフィンを
混合したWC）を所定比率混合し、これをプレス成形す
る。成形時にパラフィンが占めている部分は、WCスケル
トンを作る時の焼結時の加熱で蒸発除去される際、空隙
を残す。この後の溶浸時に前記空隙中に溶浸材（AgとC
u）が侵入し３μｍのWC粒子と３μｍのWC粒子との間に
侵入したAg、Cuより大きいプールとして得られる。この
際、WC粉のみとパラフィンを混合したWC粉との秤量比率
を調整することによって第１の高導電性成分領域の量
と、第２のそれとの量比を調節することができる。すな
わち、WC粉とWC粉との間に侵入したAgとCuが、第１の高
導電性成分領域を形成し、パラフィンが抜けた空隙に侵
入したAgとCuが第２の高導電性成分領域を形成する。

なお、合金中の導電成分の比率Ag/（Ag＋Cu）の制御
は、次のようにして行った。例えばあらかじめ所定比率
Ag/（Ag＋Cu）を有するインゴットを、温度1200℃、真
空度1.3×10^-2Paで真空溶解を行ない、切断し溶浸用素
材として用いた。導電成分の比率Ag/（Ag＋Cu）の制御
の他の方法は仮焼結体を作る際、あらかじめ、所定量の
一部をWC中に混合させておき後から残余のAg又はAg＋Cu
を溶浸させることでも、所望組成の接点合金を得ること
ができる。

次に、本発明実施例データを得た評価方法、及び評価
条件につき述べる。

（１）電流さい断特性各接点を取付けて10^-3Pa以下に排気した組立て式真空
バルブを製作し、この装置を0.8m/秒の開極速度で開極
させ遅れ小電流をしゃ断した時のさい断電流を測定し
た。さい断電流は20A（実効値）、50Hzとした。開極位
相はランダムに行い500回しゃ断されたときのさい断電
流を接点数３個につき測定しその平均値及び最大値を第
１〜３表に示した。なお、数値は、実施例２のさい断電
流値の平均値を1.0とした場合の相対値で示した。

（２）接触抵抗接触抵抗特性は、表面荒さを５μｍに仕上げた直径50
mmのフラット電極と同じ表面荒さを持つ曲率半径100Rの
凸状電極とを対向させ、両電極を開閉機構を持つ真空度
10^-3Pa以下に排気した着脱可能な真空容器内に取付け1.
0kgの荷重及び通電電流100Aを開閉する。そして両電極
間に10Aの交流を与えたときの電位降下から接触抵抗を
求める。なお、接触抵抵抗値は測定回路を構成する配線
材、開閉器などの抵抗又は接触抵抗を回路定数として含
んだ値である。

また、接触抵抗の値は、着脱式真空開閉装置自体の軸
部の抵抗1.8〜2.5μΩ、磁界発生用コイル部の抵抗5.2
〜6.0μΩを含むもので残部が接点部（接点合金の抵
抗、同接触抵抗）値である。

なお、表１〜３の接触抵抗値は、10,000回開閉テスト
中の最初の１〜100回、及び9,900〜10,000回の間のばら
つき幅で示した。

（３）共試接点の内容第１〜第３表に共試接点の材料内容とその対応する特
定データを示す。

表のようにAg−Cu−WC合金中のAg＋Cu量を16.2wt％〜
88.3wt％、AgとCuとの比率Ag/（Ag＋Cu）を０〜100wt％
の範囲で変化させ、かつ全高導電性成分中に占める第２
の高導電性成分領域の量を多くの接点から顕微鏡的な評
価によって、前記量を５％、10〜30％、30〜40％、40〜
60％、60〜90％の夫々を選出した。これらの接点は、前
述したようにスケルトンの焼結加熱中に飛散する物質の
混合量、焼結温度、成形圧力などの制御によって得る。

さらに、使用する耐弧性成分の粒径、耐弧性成分の種
類を変化させ評価した。

これらの条件と対応する結果を表１〜３に示した。

実施例１〜３、比較例１〜２平均粒径0.76μｍのWC粉末及び平均粒径５μｍのAg及
びCu粉末を用意する。これらを所定比率混合後、焼結後
の残存空隙量を調節するよう成形圧をゼロ〜８トン／cm
²の範囲で適宜選択しながら成形する。この場合、合金
中のAg＋Cu量の多い実施例３（Ag＋Cu＝65wt％）比較例
２（Ag＋Cu＝88.3wt％）では、成形圧を特に、低くする
か、若しくはあらかじめAg＋Cuの一部をWC、と共に混合
した混合粉を得て、これを成形する方法を採る。第２の
高導電性成分の量を制御するために、このWC粉の成形に
際しては、全WC粉の一部例えば40％の粉末に対して、例
えばパラフィンをWC粉の表面に、付着させ、これとパラ
フィン付着のない残量のWC粉とを混合、成形、焼結し
た。

実施例１、比較例１では、例えば1100〜1300℃で焼結
し、WC焼結体を得る。実施例２〜３、比較例２ではこれ
より低い焼結温度で焼結し焼結体を得る。このようにし
て空隙量の調節を行いAg＋Cu量を制御すると共に、同時
に空隙の大きさの調節を行い、第１と第２導電性成分領
域の量を制御した。

このような空隙状態の異なるWCスケルトンの空隙中に
Ag＋Cuを1000〜1100℃で溶浸し（又は必要によりCuはあ
らかじめ別に供給し、Agのみを溶浸することもある）最
終的にAg−Cu−WC合金中の（Ag＋Cu）量が、16.2〜88.3
wt％（実施例１〜３、比較例１〜２）の合金を得る。

これらの接点素材を所定の形状に加工後、前述した評
価方法、条件にてさい断特性及び接触抵抗特性を評価し
た。

前記したように、さい断特性の評価は、500回しゃ断さ
せたときの特性で比較した。第１表の比較例１〜２、実
施例１〜３に示すように合金中の（Ag＋Cu）量でのさい
断値の平均値は実施例２（Ag＋Cu＝44.4wt％、Ag/（Ag
＋Cu）＝71.3％）を1.0とした相対値で比較した場合、
2.0倍以下の上昇（特性の劣化）になっているが、Ag＋C
u＝16.2wt％（比較例１）及びAg＋Cu＝88.3wt％（比較
例２）では、最大値が、上昇しているのに対しAg＋Cuが
25〜65wt％（実施例１〜３）では、比較値が2.0倍以下
に安定（特性良好）している。特にAg＋Cu＝16.2wt％
（比較例１）のようにAg＋Cu量が少ない接点のさい断特
性は、さらに多数回のしゃ断を行うと約2000回開閉前後
より、さい断特性が劣化するのが見られる。

一方、接触抵抗特性の評価を行うと、同様に実施例２
の特性を標準とした相対値で検討すると、Ag＋Cu量が25
〜65wt％（実施例１〜３）では安定した特性を示すが、
Ag＋Cu量が16.2wt％（比較例１）及び88.3wt％（比較例
２）では、前記測定値が増加（特性の劣化）の傾向にあ
り、接触抵抗特性の劣化が認められる。特に比較例１で
は、多数回開閉後（9900〜10,000回後の値）では、高導
電性成分の総量の不足により接触抵抗は増加傾向にあ
る。さらに別のテストによれば溶着の発生も見られる。
従ってAg−Cu−WC合金中のAg＋Cu量は、さい断特性及び
高周波消弧特性の両観点から25〜65wt％の範囲が好まし
い。

実施例４〜６、比較例３〜６前述したようにAg＋Cu量が好ましい範囲、すなわち25
〜65wt％の範囲であってもAg−Cu−WC合金中のAgとCuと
の比率が適切でないとさい断特性、及び接触抵抗特性が
劣化することが判った。すなわち、Ag/（Ag＋Cu）の値
が40〜80wt％（実施例４〜６）では、好ましいさい断特
性（相対値が2.0以下）と、好ましい接触抵抗特性（多
数回開閉後でも125μΩ以下）が得られた。

なお、Ag/（Ag＋Cu）の値が90.1wt％及び100wt％（比
較値３〜４）では高い熱伝導性が、またAg/（Ag＋Cu）
の値が22.2wt％〜ゼロ（比較例５〜６）では、主として
蒸気源となるAgの量的不足によってさい断特性の低下が
見られている。

実施例７〜８、比較例７〜８ Ag−Cu−WC合金中の高導電性成分に占める第２の高導
電性成分の領域の量を、前述したようにWCに付着させた
パラフィン量と焼結温度の調節でAg＋Cuを45〜48wt％近
傍、Ag/（Ag＋Cu）を71〜73wt％近傍に揃えた所定の空
隙大きさを有するWCスケルトンに対し、再加圧の圧力、
溶浸温度等の調整によって、第２の高導電性成分領域の
量を５％、10〜30％、40〜60％、60〜90％（比較例７、
実施例７〜８、比較例８）とした接点を選び出し共試片
とした。

表−２のように、前記第２の高導電性成分領域の量が
10〜30％、40〜60％実施例７〜８）では、安定したさい
断特性の範囲にある上に、接触抵抗特性も開閉初期（１
〜100回開閉）、多数回開閉後（9,900〜10,000回開閉）
ともに、大きな差がなく安定した良好値を示しているの
に対し、この第２の高導電性成分領域の量が少ないと比
較例７では、さい断特性については極めて良好な性能を
示したものの特に多数回開閉後（9,900〜10,000回開閉
後）の接触抵抗値が著しく大となり安定性に欠ける傾向
を示した。この状態の接点表面を観察すると、導電性成
分（Ag、Cu、又はAg）の欠乏部分が見られた。なお第２
の高導電性成分領域の量が多い場合（比較例８）では、
開閉初期の接触抵抗は、低く好ましい状況にあるが、多
数回開閉後では、低く好ましい値と、高い値が出現する
など、局部的な表面溶融（第２の高導電性成分領域）や
蒸発による荒れのためにばらつきが出現している。従っ
て、AgとCuとの存在状態の第２の高導電性成分領域の量
は10〜60wt％の範囲とする必要がある。

実施例９〜10、比較例９〜10 上述した実施例１〜８、比較例１〜８は、総て耐弧性
成分の粒径を0.76μｍにつき示したが、耐弧性成分の粒
径は、特にさい断特性の最大値に影響を与える。すなわ
ち、さい断特性は、WC粒径が0.1〜５μｍ（実施例９〜1
0）の範囲において、相対値は2.0以下を維持し問題はな
いが、WC粒径が10μｍ、44μｍ（比較例９〜10）では、
さい断特性は劣化すると共に接触抵抗特性にも、ばらつ
きが見られる。特に44μｍ（比較例10）では、組織全体
の均一性も阻害する。

実施例11〜27 上述した実施例１〜10では、耐弧性成分としてWCを主
体に高導電性成分中に占める第２の高導電性成分領域の
量のさい断特性及び接触抵抗特性への影響につき示した
が、この第２の高導電性成分領域の量の効果は他の耐弧
性成分（実施例11〜27）についても安定して得られるこ
とが判った。

なお、耐弧性成分の大部分は、第１の高導電性成分
に、とり囲まれるようにして存在する。第２の高導電性
成分中に耐弧性成分の多くが存在すると、接触抵抗を低
い範囲に維持する役割の一部を分担する第２の高導電性
成分の硬さを高くし、接触抵抗に不利であると共に、こ
の第２の導電性成分からのAg、Cuの補給時に残った耐弧
性成分が脱落、飛散し耐電圧特性の低下の誘因ともなる
ため、極力耐弧性成分の第２の高導電性成分領域中での
存在は阻止することが不可欠である。

以上述べた実施例から明らかなようにAgとCuとからな
る高導電材料の総計量（Ag＋Cu）と、AgとCuとの比率Ag
/（Ag＋Cu）比とを所定値に制御し、かつWCなど耐弧性
成分の平均粒径を0.5〜１μｍとし、さらに高導電性成
分中の第２の高導電性成分領域の量を所定値に制御する
ことによって、電流さい断特性を低く維持でき、かつ、
ばらつきも少なく管理することができ、さらに、接触抵
抗特性も同時に充分低く維持することができる。なお、
本合金に対し１％未満のCu（コバルト）の添加は焼結性
の改善に有効である。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、次のような効果
を奏する。すなわち、電流さい断特性を低く維持でき、
しかもばらつきも少なく管理することができる。さら
に、接触抵抗特性も同時に充分低く維持することができ
る。

したがって、本発明の接点材料を真空バルブ接点に用
いれば、電流さい断特性及び接触抵抗特性の良い真空バ
ルブが得られ、電流さい断特性の安定性をより一層向上
した真空バルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空バルブ用の接点材料が適用さ
れる真空バルブの断面図、第２図は第１図に示す真空バ
ルブの電極部分の拡大断面図である。１…しゃ断室、２…絶縁容器、3a,3b…封止金具、4a,4b
…蓋体、5,6…導電棒、7,8…電極、９…ベローズ、10,1
1…アークシールド、12…ろう付部、13a,13b…接点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 27/04 １０２Ｃ２２Ｃ 27/04 １０２ 27/06 27/06 29/14 29/14 ＺＨ０１Ｈ 33/66 Ｈ０１Ｈ 33/66 Ｂ // Ｃ２２Ｃ 1/04 Ｃ２２Ｃ 1/04 Ｐ (72)発明者山本敦史東京都府中市東芝町１株式会社東芝府中工場内 (72)発明者千葉誠司東京都府中市東芝町１株式会社東芝府中工場内 (72)発明者大川幹夫東京都府中市東芝町１株式会社東芝府中工場内 (72)発明者本間三孝東京都府中市東芝町１株式会社東芝府中工場内 (72)発明者佐藤能也神奈川県川崎市川崎区浮島町２―１株式会社東芝浜川崎工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C22C 1/04 H01H 33/66 C22C 29/00 - 29/18 C22C 14/00 - 16/00 C22C 27/02 - 27/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】AgとCuとからなる高導電性成分25〜65重量
％と、残部が、Ti、Ｖ、Cr、Zr、Mo、Ｗ、およびこれら
の炭化物ないし硼化物からなる群から選ばれる少なくと
も１種よりなる耐弧性成分とを含む真空バルブ用の接点
材料であって、該接点材料の高導電性成分は、厚さない
し幅が５μｍ以下の第１の不連続相とこれをとり囲む第
１のマトリックスとからなる第１の高導電性成分領域、
及び厚さないし幅が５μｍ以上の第２の不連続相とこれ
をとり囲む第２のマトリックスとからなる第２の高導電
性成分領域とから構成され、前記第１の高導電性成分領
域中の前記第１の不連続相は前記第１のマトリックスに
おいて５μｍ以下の間隔で微細かつ均一に分散され、し
かも全高導電性成分中に占める第２の高導電性成分領域
の量が10〜60重量％の範囲にあることを特徴とする、真
空バルブ用接点材料。
【請求項２】前記耐弧性成分は、0.1〜５μｍ以下の平
均粒径を有し、かつ、その大部分は第１の高導電性成分
にとり囲まれて存在してい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。
【請求項３】前記高導電性成分AgとCuとの合計量中に占
めるAgの比率〔Ag/（Ag＋Cu）〕が、40〜80重量％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。
【請求項４】第１又は／及び高導電性成分領域を構成す
る不連続相及びマトリックスが、各々、（イ）Agを溶解
したCu固溶体及びCuを溶解したAg固溶体もしくは、
（ロ）Cuを溶解したAg固溶体及びAgを溶解したCu固溶体
からな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。