JP2889344B2 - 真空バルブ用接点 - Google Patents
真空バルブ用接点Info
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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、低サージ性および大電流遮断性能に優れた
真空バルブ用接点に関する。
真空バルブ用接点に関する。
（従来の技術） 真空バルブ用接点は、負荷機器の破壊防止および遮断
性能の確保するために、低サージ性および大電流遮断性
を兼ね備えている必要がある。低サージ性を良好にする
には、接点からの蒸気放出を充分にするため導電率をあ
る程度小さくする必要がある。また、大電流遮断性を良
好にするには、放出した蒸気を早く拡散させると共に接
点の温度上昇を低く抑える必要性から導電率をある程度
大きくする必要がある。
性能の確保するために、低サージ性および大電流遮断性
を兼ね備えている必要がある。低サージ性を良好にする
には、接点からの蒸気放出を充分にするため導電率をあ
る程度小さくする必要がある。また、大電流遮断性を良
好にするには、放出した蒸気を早く拡散させると共に接
点の温度上昇を低く抑える必要性から導電率をある程度
大きくする必要がある。
従来の真空バルブ用接点には、例えば銀−炭化タング
ステン（以下、Ag−WCと記す）系接点合金、銅−ビスマ
ス（以下Cu−Biと記す）系接点合金、銀−銅−炭化タン
グステン（以下、Ag−Cu−WCと記す）系接点合金、銅−
クロム（以下、Cu−Crと記す）系接点合金等がある。
ステン（以下、Ag−WCと記す）系接点合金、銅−ビスマ
ス（以下Cu−Biと記す）系接点合金、銀−銅−炭化タン
グステン（以下、Ag−Cu−WCと記す）系接点合金、銅−
クロム（以下、Cu−Crと記す）系接点合金等がある。
（発明が解決しようとする課題） このような真空バルブ用接点では、低サージ性および
大電流遮断性の両者とも優れた特性を得ることはできな
い。
大電流遮断性の両者とも優れた特性を得ることはできな
い。
すなわち、Ag−WC系接点合金・Cu−Bi系接点合金・Cu
−Cr系接点合金については低サージ性が不十分であり、
Ag−Cu−WC系については大電流遮断性が不十分である。
−Cr系接点合金については低サージ性が不十分であり、
Ag−Cu−WC系については大電流遮断性が不十分である。
本発明の目的は、低サージ性にも大電流遮断性にも優
れた真空バルブ用接点を提供することにある。
れた真空バルブ用接点を提供することにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、AgまたはCuのう
ちの少なくとも１種から成る高導電材料と、Ｗ、Ti、Z
r、Hf、Ｖ、Nb、Ta、CrおよびMoの炭化物のうちのいず
れか１種から成る耐弧材料とを有する真空バルブ用接点
において、接点表面の高導電性材料の含有量を接点の高
導電性材料の総含有量の10〜35重量％としたことを要旨
とする。
ちの少なくとも１種から成る高導電材料と、Ｗ、Ti、Z
r、Hf、Ｖ、Nb、Ta、CrおよびMoの炭化物のうちのいず
れか１種から成る耐弧材料とを有する真空バルブ用接点
において、接点表面の高導電性材料の含有量を接点の高
導電性材料の総含有量の10〜35重量％としたことを要旨
とする。
（作用） このような構成において、低サージ性に依存する接点
表面の導電成分量を大電流遮断性に依存する接点全体の
導電成分量より小さくして、接点表面の導電率は小さく
接点全体の導電率は大きくするので、低サージ性および
大電流遮断性の両者とも向上する。
表面の導電成分量を大電流遮断性に依存する接点全体の
導電成分量より小さくして、接点表面の導電率は小さく
接点全体の導電率は大きくするので、低サージ性および
大電流遮断性の両者とも向上する。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の真空バルブの断面図、第２図は本発
明の真空バルブ用接点の断面図である。
明の真空バルブ用接点の断面図である。
なお、本実施例では高導電材がAgおよびCu、耐弧材が
WC、焼結助材がCoである。Ag−Cu−WC−Co接点材料につ
いて説明する。
WC、焼結助材がCoである。Ag−Cu−WC−Co接点材料につ
いて説明する。
第１図に於いて、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を蓋体4a,4bとで真空密に構
成されている。
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を蓋体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、上不の電極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。又、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11
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。更に電極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、又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。
取付けられた１対の電極7,8が配設され、上不の電極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。又、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11
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。更に電極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、又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および補
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とCoおよび／またはＣを所定量および、
WC粒径より十分大きい所定粒径の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成形体を
得る。
る。製造に先立って、必要粒径別に耐弧性成分および補
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とCoおよび／またはＣを所定量および、
WC粒径より十分大きい所定粒径の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成形体を
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。
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のAg−Cu
を1150℃×１時間で溶浸しAg−Cu−Co−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。
を1150℃×１時間で溶浸しAg−Cu−Co−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。
Coを配合しないAg−Cu−WCについても同様でありカー
ボンは、WC或いはAg−Cuといずれか又は双方に、あらか
じめ混合させておき、仮焼結体を得る。
ボンは、WC或いはAg−Cuといずれか又は双方に、あらか
じめ混合させておき、仮焼結体を得る。
尚、Ag及びCuの双方が存在する場合の合金中の導電成
分の比率Ag/（Ag＋Cu）の制御は、次の様にして行っ
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出来る。
分の比率Ag/（Ag＋Cu）の制御は、次の様にして行っ
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出来る。
この様にして作製した組成が均一な接点材料は、バル
ブ組立ての際、導電成分の融点以上の温度においてろう
づけを行うことにより、第３図のように表面のみ導電成
分量を減少させることができる。これは、以下の理由に
よるものである。
ブ組立ての際、導電成分の融点以上の温度においてろう
づけを行うことにより、第３図のように表面のみ導電成
分量を減少させることができる。これは、以下の理由に
よるものである。
接点材料中に含まれる導電成分には、粉末配合時に導
入されたものと、溶浸時に導入されたものの２種類あ
る。前者は接点材料中に島状に分布し、その大きさは配
合時のAg,Cu粉末の大きさ程度でこの場合は約44μｍ、
一方後者は粒子間が５μｍ以下のWCスケルトン間に存在
している。ろうづけを行う前は、接点の加工面にはこの
両者が混在しているが、導電成分の融点以上の温度にお
いてろうづけを行えば導電成分は再溶融するため、表面
張力のつりあいから接点表面のWC粒子間距離の広い部分
からは、導電成分がなくなり（スケルトン内部にひきこ
まれ、その分だけろうづけ部分からしみだす。）結果と
して接点表面の導電成分量は減少する。以上のようにし
て、接点表面の導電成分量は接点からの蒸気放出が充分
になるように（低サージ性を良好にするように）小さく
する。また、接点の平均導電成分量は放出した蒸気を早
く拡散させ且つ大電流通電時に接点の温度上昇を抑える
ように（大電流遮断性を良好にするように）接点表面に
比べ大きくする。
入されたものと、溶浸時に導入されたものの２種類あ
る。前者は接点材料中に島状に分布し、その大きさは配
合時のAg,Cu粉末の大きさ程度でこの場合は約44μｍ、
一方後者は粒子間が５μｍ以下のWCスケルトン間に存在
している。ろうづけを行う前は、接点の加工面にはこの
両者が混在しているが、導電成分の融点以上の温度にお
いてろうづけを行えば導電成分は再溶融するため、表面
張力のつりあいから接点表面のWC粒子間距離の広い部分
からは、導電成分がなくなり（スケルトン内部にひきこ
まれ、その分だけろうづけ部分からしみだす。）結果と
して接点表面の導電成分量は減少する。以上のようにし
て、接点表面の導電成分量は接点からの蒸気放出が充分
になるように（低サージ性を良好にするように）小さく
する。また、接点の平均導電成分量は放出した蒸気を早
く拡散させ且つ大電流通電時に接点の温度上昇を抑える
ように（大電流遮断性を良好にするように）接点表面に
比べ大きくする。
次に、本発明実施例データを得た評価方法、および評
価条件につき第４図を参照して述べる。
価条件につき第４図を参照して述べる。
（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。しゃ断電流は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および最大値を
第４図に示した。
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。しゃ断電流は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および最大値を
第４図に示した。
（２）大電流遮断特性 遮断試験をJEC規格の５号試験で行い、これにより接
点材料の遮断特性を評価した。
点材料の遮断特性を評価した。
（実施例１〜２、比較例１〜２） これらの接点材料の平均組成は、いずれも以下の通り
である。
である。
導電成分:Ag 71.8wt％−Cu 導電成分量:40wt％ Co含有量:0.7wt％ WC粒径:0.8μｍ ただし、接点表面の導電成分量は、５〜40wt％まで変
化している。第４図からわかるように、接点表面の組成
が平均組成にくらべ小さい接点のほうが、均一な接点に
くらべ裁断電流値が低く、従って裁断特性に優れている
ことがわかる。しかも、接点表面の組成が10〜30wt％
で、裁断電流値が最も小さくなっている。また、10wt％
以上においては、接点の遮断性能はほぼ一定である。ま
た、接点表面の組成が5wt％のものでは、遮断性能の低
下が見られるが、これは放電に伴う接点表面の導電成分
の蒸発による消失により、接点表面温度が極端に高くな
るためである。また、この接点では、裁断特性も同時に
劣化しているが、これは、接点表面の導電成分が蒸発に
よる消失した部分にアークがあたって大きな電流値で電
流裁断が発生したためである。
化している。第４図からわかるように、接点表面の組成
が平均組成にくらべ小さい接点のほうが、均一な接点に
くらべ裁断電流値が低く、従って裁断特性に優れている
ことがわかる。しかも、接点表面の組成が10〜30wt％
で、裁断電流値が最も小さくなっている。また、10wt％
以上においては、接点の遮断性能はほぼ一定である。ま
た、接点表面の組成が5wt％のものでは、遮断性能の低
下が見られるが、これは放電に伴う接点表面の導電成分
の蒸発による消失により、接点表面温度が極端に高くな
るためである。また、この接点では、裁断特性も同時に
劣化しているが、これは、接点表面の導電成分が蒸発に
よる消失した部分にアークがあたって大きな電流値で電
流裁断が発生したためである。
（実施例３〜４、比較例３〜４） これらの接点材料の表面の組成は、いずれも以下の通
りである。
りである。
導電成分:Ag 71.8wt％−Cu 接点表面の導電成分量:10wt％ Ｃ含有量:0.7wt％ WC粒径:0.8μｍ ただし、接点平均の導電成分量は、10〜60wt％まで変
化している。第４図からわかるように、接点の平均組成
が20〜50wt％では、良好な遮断性能を示し、かつ、裁断
電流値も低い。しかし接点平均組成が60wt％では、裁断
特性の低下が見られる。これは、接点の平均の熱伝導率
が高すぎるためである。また、10wt％では、接点表面の
導電成分が蒸発による消失した部分にアークがあたって
大きな電流値で電流裁断が発生したためである。
化している。第４図からわかるように、接点の平均組成
が20〜50wt％では、良好な遮断性能を示し、かつ、裁断
電流値も低い。しかし接点平均組成が60wt％では、裁断
特性の低下が見られる。これは、接点の平均の熱伝導率
が高すぎるためである。また、10wt％では、接点表面の
導電成分が蒸発による消失した部分にアークがあたって
大きな電流値で電流裁断が発生したためである。
（実施例５〜７、比較例５〜６） これらの接点材料の組成は、いずれも以下の通りであ
る。
る。
導電成分:Ag−Cu合金 接点表面の導電成分量:20wt％ 接点平均の導電成分量:40wt％ Co含有量:0.7wt％ WC粒径:0.8μｍ ただし、接点平均の導電成分組成は、導電成分中のAg
の成分量が、50〜98wt％まで変化している。第４図から
わかるように、導電成分組成中のAg成分量が60〜95wt％
の接点では、遮断特性、裁断特性共に、良好である。導
電成分組成がAg 50wt％のものでは、裁断電流値の増加
が見られる。これは、接点材料の融点が上昇し過ぎたた
め、接点表面を溶融しながら移動する陰極点を維持する
ためのエネルギーが増大したためである。また導電成分
組成がAg 98wt％のものでは、遮断特性の低下が見られ
ている。これは導電成分中のAg成分量が多くなると、大
電流放電時に陽極からのAg蒸気の過剰な蒸発が起り、こ
れが原因で局部的なアーク集中を引起こすため、遮断が
不能となるためである。
の成分量が、50〜98wt％まで変化している。第４図から
わかるように、導電成分組成中のAg成分量が60〜95wt％
の接点では、遮断特性、裁断特性共に、良好である。導
電成分組成がAg 50wt％のものでは、裁断電流値の増加
が見られる。これは、接点材料の融点が上昇し過ぎたた
め、接点表面を溶融しながら移動する陰極点を維持する
ためのエネルギーが増大したためである。また導電成分
組成がAg 98wt％のものでは、遮断特性の低下が見られ
ている。これは導電成分中のAg成分量が多くなると、大
電流放電時に陽極からのAg蒸気の過剰な蒸発が起り、こ
れが原因で局部的なアーク集中を引起こすため、遮断が
不能となるためである。
（実施例８〜９、比較例７〜８） これらの接点材料の組成は、いずれも以下の通りであ
る。
る。
導電成分:Ag−Cu合金 接点表面の導電成分量:20wt％ 接点平均の導電成分量:40wt％ WC粒径:0.8μｍ ただし、接点のCo含有量は、0.3〜7.0wt％の間で変化
している。表１からわかるように、接点のCo含有量は、
0.3〜3.0wt％のものでは、遮断特性、裁断特性共に、良
好である。しかし、Co含有量が7.0wt％のものでは、裁
断電流値に顕著な低下が見られる。これは、アークを維
持している導電成分の蒸気圧をCoが低下させているため
である。
している。表１からわかるように、接点のCo含有量は、
0.3〜3.0wt％のものでは、遮断特性、裁断特性共に、良
好である。しかし、Co含有量が7.0wt％のものでは、裁
断電流値に顕著な低下が見られる。これは、アークを維
持している導電成分の蒸気圧をCoが低下させているため
である。
（実施例９〜10、比較例９〜10） これらの接点材料の組成は、いずれも以下の通りであ
る。
る。
導電成分:Ag−Cu合金 接点表面の導電成分量:20wt％ 接点平均の導電成分量:40wt％ Co含有量:0.7wt％ ただし、耐弧材のWC粒径は、0.3〜10.0μｍの間で変
化している。第４図からわかるように、耐弧材のWC粒径
が、0.3〜3.0μｍのでは、遮断特性、裁断特性共に、優
れた特性を示している。しかし、耐弧材のWC粒径が、1
0.0μｍのでは遮断特性、裁断特性共に、低下が見られ
る。裁断特性の低下については、耐弧材のWC粒径が大き
くなると、陰極点の動きが妨げられ、アークが接点表面
に速やかに広がっていかないためであり、また、裁断特
性の低下は、電流裁断直前の陰極点の大きさに対し、耐
弧材のWC粒径が同等あるいは、それ以上大きいため、た
またま、陰極点が、WCに点弧した場合、大きな裁断電流
値を示すためである。
化している。第４図からわかるように、耐弧材のWC粒径
が、0.3〜3.0μｍのでは、遮断特性、裁断特性共に、優
れた特性を示している。しかし、耐弧材のWC粒径が、1
0.0μｍのでは遮断特性、裁断特性共に、低下が見られ
る。裁断特性の低下については、耐弧材のWC粒径が大き
くなると、陰極点の動きが妨げられ、アークが接点表面
に速やかに広がっていかないためであり、また、裁断特
性の低下は、電流裁断直前の陰極点の大きさに対し、耐
弧材のWC粒径が同等あるいは、それ以上大きいため、た
またま、陰極点が、WCに点弧した場合、大きな裁断電流
値を示すためである。
以上の実施例および比較例では、耐弧材としてWCを使
用した例につき示したが、2500K以上の高融点物質例え
ば、TiC,ZrC,HfC,VC,NbC,TaC,CrC,MoCの群から選ばれた
物質であっても同じ効果が得られた。
用した例につき示したが、2500K以上の高融点物質例え
ば、TiC,ZrC,HfC,VC,NbC,TaC,CrC,MoCの群から選ばれた
物質であっても同じ効果が得られた。
また、導電成分としては、Ag−Cuにつき示したが、Ag
であっても、（実施例14、比較例９）、またCuであって
も（実施例15、比較例10）同様な効果が得られた。
であっても、（実施例14、比較例９）、またCuであって
も（実施例15、比較例10）同様な効果が得られた。
更に、焼結助材としては、Coにつき示したが、Co以外
には、Fe,Niが有効で同様な効果が得られた。
には、Fe,Niが有効で同様な効果が得られた。
さらに、耐弧材の粒径を1.0μｍ以下とすると効果的
である。
である。
以上で述べたように、本発明はAgまたはCuのうちの少
なくとも１種から成る高導電材料と、Ｗ、Ti、Zr、Hf、
Ｖ、Nb、Ta、CrおよびMoの炭化物のうちのいずれか１種
から成る耐弧材料とを有する真空バルブ用接点におい
て、接点表面の高導電性材料の含有量を接点の高導電性
材料の総含有量の10〜35重量％としたことにより、低サ
ージ性に優れ、かつ、大電流遮断可能な真空バルブ用接
点を得ることができる。
なくとも１種から成る高導電材料と、Ｗ、Ti、Zr、Hf、
Ｖ、Nb、Ta、CrおよびMoの炭化物のうちのいずれか１種
から成る耐弧材料とを有する真空バルブ用接点におい
て、接点表面の高導電性材料の含有量を接点の高導電性
材料の総含有量の10〜35重量％としたことにより、低サ
ージ性に優れ、かつ、大電流遮断可能な真空バルブ用接
点を得ることができる。
第１図は本発明の真空バルブの断面図、第２図は本発明
の真空バルブ用接点の断面図、第３図は第２図の表面の
遮断面、第４図は本発明の真空バルブの特性を示す図で
ある。 5,6…導電棒、7,8…電極、10,11…アークシールド、12,
14…ろう付部、13a,13b…接点、15…接点表面の導電成
分量が少ない部分
の真空バルブ用接点の断面図、第３図は第２図の表面の
遮断面、第４図は本発明の真空バルブの特性を示す図で
ある。 5,6…導電棒、7,8…電極、10,11…アークシールド、12,
14…ろう付部、13a,13b…接点、15…接点表面の導電成
分量が少ない部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−119022（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−77439（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−3073（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01H 33/66
Claims (4)
- 【請求項１】AgまたはCuのうちの少なくとも１種から成
る高導電材料と、Ｗ、Ti、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Crおよ
びMoの炭化物のうちのいずれか１種から成る耐弧材料と
を有する真空バルブ用接点において、 前記接点表面の高導電材料の含有量を前記接点の高導電
材料の総含有量の10〜35重量％としたことを特徴とする
真空バルブ用接点。 - 【請求項２】前記高導電材料は、AgおよびCuから成り、
このうちAg含有量は総含有量（Ag＋Cu）の50〜95重量％
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真
空バルブ用接点。 - 【請求項３】前記接点が補助成分としてCo、NiまたはFe
の少なくとも１種を１重量％以下含有することを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項記載の真空バル
ブ用接点。 - 【請求項４】前記耐弧材料の粒径を１μｍ以下にしたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれ
かに記載の真空バルブ用接点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2249941A JP2889344B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 真空バルブ用接点 |
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