JP3068880B2 - 真空バルブ用接点 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空バルブの接点材
料に用いられる焼結合金に関し、特に電流さい断特性お
よび高周波消弧特性を改良した真空バルブ用接点に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】真空中でのア―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―ジ電圧が発生
し、負荷機器を破壊させる恐れがある。

【０００３】この異常サ―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。

【０００４】さい断現象による異常サ―ジ電圧の値Ｖｓ
は、回路のサ―ジインピ―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―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。

【０００５】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
た真空開閉器が開発され（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、更に、（３）接点材料の炭化物が
ア―クにより分解し、荷電体を生成してア―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。

【０００６】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− 12131号、米国特許第 3246979号）。こ
の合金のうち、Ｂｉを10重量％（以下wt％と記載す
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％としたもの（特公昭41− 12131
号）は、Ｂｉが結晶粒界に偏析して存在する結果、白金
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。

【０００７】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（特開昭58−157015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。

【０００８】更に、特開昭62− 77439号公報には、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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】真空しゃ断器には低サ
―ジ性が要求され、そのため従来では、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。

【００１０】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、
高サ―ジインピ―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、高周波消弧特性（高周波電流しゃ断
能力）についても兼備し満足しなくてはならない。これ
は、電流さい断によるサ―ジ以外に繰返し高周波再発弧
によるサ―ジが負荷の絶縁にとって脅威となることが判
明したからである。

【００１１】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、前記電流さい断による
サ―ジ（過電圧）は、電流さい断値を小さくすることに
より改善できるが、一方の繰返し高周波再発弧によるサ
―ジは、電流さい断後、電極間で絶縁破壊が発生した時
に回路条件により流れる高周波電流をしゃ断すること
で、回復電圧値が増大し、更に、電極間での絶縁破壊が
発生する過程の繰返しによって回復電圧値が増大し、過
大なサ―ジ電圧を発生させるものである。この場合で
は、高周波電流を消弧させるために発生するものであ
り、高周波消弧特性をサ―ジ電圧が小さくなるように改
善させることにより、発生サ―ジを低減させることがで
きるため、高周波数電流放電の続弧特性の改良・安定化
を計る必要がある。

【００１２】ＷＣとＡｇとを複合化した合金の接点（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、高周波消弧特性の改善に対して何等
の配慮がなされていない。

【００１３】10wt％のＢｉとＣｕとを複合化した合金
（特公昭35− 14974号、米国特許第 2975256号）では、
開閉回数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、
高周波消弧特性を十分に満足していない。0.5wt％のＢ
ｉとＣｕとを複合化した合金（特公昭41− 12131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。

【００１４】また、ＡｇとＣｕとの重量比率をほぼ７：
３としたＡｇ−Ｃｕ−ＷＣ合金（特開昭58−157015号）
および耐弧性材料の粒径を 0.2〜１μｍとする合金（特
開昭62− 77439号）では、高周波消弧特性を十分に満足
していない。本発明の目的は、低さい断電流特性と高周
波消弧特性に優れた真空バルブ用接点を提供することに
ある。 ［発明の構成］

【００１５】

【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成するために本発明は、高導電性成分と耐ア―ク性成分
とから成る合金中の空隙度を２容量％以下に抑制した第
１の接触領域と高導電性成分と、耐ア―ク性成分とから
成る合金中の空隙度を５〜40容量％の範囲に調整した第
２の接触領域との二種類の接触領域が同じ円状に配され
たことを特徴とする真空バルルブ用接点である。また、
第１の接触領域から第２の接触領域方向に連続的に又は
段階的に空隙度を変化した材料で構成されたことを特徴
とする真空バルブ用接点である。

【００１６】さらに、高導電性成分は、10〜60重量％の
Ａｇ又は／及びＣｕを主成分とする金属・合金よりな
り、耐ア―ク性成分は40〜90重量％のＷを主成分とする
炭化物よりなり、必要に応じてＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１つ
よりなる補助成分が１wt％以下含有された真空バルブ用
接点である。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は真空バルブの断面図、図２は真空バ
ルブの電極部の拡大断面図である。図１において、しゃ
断室１は絶縁材料によりほぼ円筒状に形勢された絶縁容
器２と、この容器の両端に封止金具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。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―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―ズ９上部には金
属性のア―クシ―ルド10が設けられ、ベロ―ズ９がア―
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―クシ―
ルド11が設けられ、これにより絶縁容器２がア―ク蒸気
で覆われることを防止している。更に電極８は、図２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。

【００１９】次に、この接点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Ｗ炭化物（以下代表的にＷＣの場合
について述べる）を所定量、および所定粒径の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^-1Ｐ
ａ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。この仮焼結体の残存空孔中に所定
量および所定比率のＡｇ又は及びＣｕを1150℃×１時間
で溶浸しＡｇ又は及び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。

【００２０】上記プロセスによって素材中の空隙度が２
vol％以下のＡｇ又は／及びＣｕ−ＷＣ合金を得て、そ
のまま又は一部更に空隙度を調整して第１の接触領域に
供する接点素材とする。

【００２１】また第２の接触領域を構成する空隙度が５
〜40 vol％以下の接点素材の製造の一例を示す。先に２
vol％以下の空隙度を有する素材を所定形状に加工後、
該２vol％空隙度素材の一面を平滑に加工し、その面
と、清浄平滑面を持つ例えばＣｕ（板、ブロック）の一
面とを充分密着（必要により加圧密着）させ一体化す
る。

【００２２】これら一体化した両素材を非酸化性雰囲気
でＡｇ−ＷＣに於ては約1000℃以上、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ
に於ては約 800℃以上、Ｃｕ−ＷＣに於ては約1000℃以
上の温度で加熱する。その結果Ａｇ又は／及びＣｕ−Ｗ
Ｃ中の一部の高導電性成分は、接触している面を通って
Ｃｕ（板、ブロック）へ移動する。Ａｇ又は／Ｃｕ−Ｗ
Ｃ中には移動した高導電性成分の量に応じた空隙が発生
する。この時の移動の量は、処理温度と時間の制御によ
って容易に調整できる。空隙度を詳細に制御するには、
最初の工程である成形圧力の制御も重要である。得られ
た５〜40 vol％の空隙度を持つＡｇ又は／及びＣｕ−Ｗ
Ｃ素材を所定形状に加工後、先の２ vol％未満の空隙度
を持つＡｇ又は／及びＣｕ−ＷＣ素材とを一体化し接触
面を形成させ、第１の接触面と、第２の接触面を持つ接
点を得る。

【００２３】ところで、Ｗを主成分とする炭化物とは、
ＷＣ又は／及びＷ₂Ｃであり（以下説明ではＷＣで代
表）該接点中の第１の接触領域中の組織に於けるＷＣ粒
子の平均粒子径を 0.1〜10μｍから選択するものであ
る。その理由は 0.1μｍ以下のＷＣ径では、ＷＣに吸着
するガス（特に酸素）の量が極端に多く健全な接点素材
を得るのに困難なことに起因したしゃ断性能の低下があ
る為である。10μｍ以上のＷＣ径では、同時に混在して
いる10μｍより著しく巨大なＷＣ粒子の脱落による接点
表面の幾何学的損傷，巨大ＷＣ粒子部分を中心として、
しゃ断が行なわれたときに見られる接点面の局部的過熱
等により引起こされる耐圧の劣化、しゃ断特性の低下が
ある為である。

【００２４】また、該接点中の特に第２の接触領域中に
配置する空隙径の好ましい大きさは10μｍ以下とするべ
きである。これより大きい時には、上記した巨大ＷＣ径
が存在する時の欠陥と同じ現象が見られると共に素材の
強度の低下も見られ好ましくない。

【００２５】この発明の一態様では、必要により該接点
中にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１つよりなる補助成分を１wt％
以下存在する。補助成分の粒子径は、５μｍ以下又はＷ
Ｃ粒子径程度であることが好ましくこれより大のときに
は、補助成分の偏析により第１の接触領域ではしゃ断性
能のばらつきの一因となり、第２の接触領域では、裁断
特性の劣化の一因となる。

【００２６】第１の接触領域を構成する接点、第２の接
触領域を構成する接点のいずれの合金中に於ても200ppm
以下にガス量を抑制し該合金中の空隙中にはガスの存在
は極力少なく抑制されることが必要で、その意味に於
て、該合金の製造は溶融するＡｇ又は／及びＣｕをＷＣ
スケルトン中へ溶浸する方法が最も安定した製造方法と
なる。 （発明の具体的説明）

【００２７】電流さい断特性の改善には、電流さい断値
自体をより低い値に維持すること以外に、そのばらつき
幅を縮め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―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、電流さい断値のばらつき幅が増大する現象が見られ
る。

【００２８】一方、Ａｇ−ＷＣ系に於ては、ＷＣの沸点
におけるＡｇの蒸気量に左右されるものの他方、前記Ｃ
ｕ−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ＷＣか）ア―
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。

【００２９】このように電流さい断終期の接点面の急激
な温度低下をＡｇと耐ア―ク性成分との組合わせのみに
よる合金によって阻止しア―クを維持させることは限界
であると考えられた。更に、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開昭58−157015
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が提案さ
れている。そして、この技術により飛躍的に特性の安定
化が図られた。この場合、ア―クが主として固着する位
置が、耐ア―ク性成分の場合と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、耐ア―
ク性成分に固着した場合には、若干のばらつきが発生し
た。

【００３０】一方、耐ア―ク性成分をより微細化するこ
とで、ばらつき幅の改善がみられる。従って、耐ア―ク
性成分の粒径が電流さい断現象に重要な役割を果たすこ
とを示唆すると共に、耐ア―ク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、耐ア
―ク性成分の粒径に特定の範囲があることを示唆してい
る。

【００３１】しかしなから、特開昭58−157015号明細書
のように、ＡｇとＣｕとの量およびＷＣの粒径を所定の
値に制御することによる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および高周波
消弧特性の確保、特に高周波消弧特性の改善は得られな
かった。

【００３２】前述の様に、繰返し高周波再発弧によるサ
―ジは、電流さい断後、電極間で絶縁破壊が発生した時
に回路条件により流れる高周波電流をしゃ断すること
で、回路電圧値が増大し、更に、電極間での絶縁破壊が
発生する過程の繰返しによって回復電圧値が増大し、過
大なサ―ジ電圧を発生させるものである。過大なサ―ジ
電圧を抑制するためには、微小電極間ギャップでの絶縁
破壊時に流れる高周波電流放電を消弧させることなく、
商用周波数の負荷電流が立ち上がってくるまで、続弧さ
せるのが望ましい。

【００３３】この商用周波数の負荷電流が立ち上がれ
ば、次の電流ゼロ点を向える時までには、しゃ断器は充
分な電極間ギャップ長に開離しているため、この電流ゼ
ロ点後に電極間で絶縁破壊を生じることなくまた繰返す
ことなくしゃ断が完了する。このために前述したような
過大なサ―ジ電圧の発生はない。

【００３４】また、続弧には至らなくとも、高周波消弧
能力を小さくすれば、高周波再発弧によるサ―ジが小さ
くなる。すなわち、本発明者らは、微小電極間ギャップ
での高周波電流放電の続弧特性を改善すればよいとの着
眼を得た。

【００３５】この続弧特性を改善する為に本発明ではま
ず第１に空隙度を異にする２種の接触領域を作る。外部
磁界又は自己電流磁界の作用によって空隙度の低い（２
ｖｏｌ％以下）第１の接触領域では、主として大電流
の遮断を、空隙度の高い（５〜４０ｖｏｌ％）第２の接
触領域では小電流の開閉を分担する。

【００３６】接点中に存在する空隙度を調整することに
よって接点の局部的な熱伝導を調節し、遮断又は開閉時
に電極空間に放出される金属蒸気量を制御し、続弧特性
を制御し高周波消弧特性の改善に寄与している。

【００３７】更に空隙は、その大きさを直径換算で約10
μｍ以下としかつ不連続空隙とし均一に分散させること
によってア―クスポット径の大きさに比べ同等若しくは
それ以下となるよう設計される。これによって電極空間
の金属蒸気量の制御を補足している。

【００３８】次いで、第２に、本発明においては、Ｗ炭
化物粒（たとえばＷＣ粒）の平均粒径は、10μｍ以下、
好ましくは、 3.0μｍ以下、より好ましくは 1.0μｍ以
下に設定する。この要件により、高導電性成分の分散
を、より一層高度微細分散状態にするのが促進される。
すなわち、本発明者らの知見によれば、単に、高導電性
成分（Ａｇ又は及びＣｕ）の含有量あるいはその比率の
み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、低さい断特性と高周波消弧特性との両立
が得られない。本発明により、Ｗ炭化物（たとえば、Ｗ
Ｃ粒）の平均粒径を所定の値とすることで、前記した空
隙の存在の効果を一層引出し、かつ安定化させることが
可能となる。

【００３９】この様な改善された続弧特性を有するため
に、微小電極間ギャップ時、絶縁破壊が発生しても商用
周波数の負荷電流が立ち上がり易くなり、結果的に 0.5
サイクルア―ク時間を延長することになって、電極が充
分に開極した後に電流ゼロ点時を迎えるために、過大な
サ―ジ電圧の発生を迎えることができるのである。この
様に、本願発明の接点中の空隙度の制御、および存在状
態また、高導電成分の量を更に、耐弧性成分のＷ炭化物
（たとえば、ＷＣ）の粒径また素材中のガスの量を所定
値以下とすることにより、低さい断特性と高周波特性と
を同時に改良することができるのである。

【００４０】ここで、高導電性成分の含有量、すなわち
Ａｇ又は及びＣｕの総計量は、10〜60wt％の範囲とす
る。ＡｇＣｕ量が少なすぎると、さい断特性の発生を抑
制する機能を有するＡｇ、ＡｇＣｕが少なくなること
で、開閉の進展によって、これらの元素が欠乏する場合
も見られるため、さい断特性のばらつきが大となり、ま
た多数回のしゃ断を繰り返すとさい断特性が劣化する傾
向がみられ、さらに高周波消弧特性も劣化する。一方、
Ａｇ又は及びＣｕ量が多過ぎると、熱伝導度が大きくな
るためＡｇ、ＡｇＣｕの蒸発を促す機能が低下するた
め、さい断特性の低下を招くと共に耐電圧性の低下も招
く。

【００４１】また本発明では、先にも述べた所定条件の
空隙の存在が不可欠である。空隙の表面層は、電極空間
に適度の量の高導電性成分を放出するだけの量に相当す
る厚さの高導電性成分が皮覆されている。放出によって
欠乏したときには毛細管現象によって補給を受け満され
る。すなわち空隙の存在は熱伝導度の調整のみならず、
電極空間に放出される高導電性成分の一部の供給源とし
ての機能を持ち、その結果さい断特性の安定化にも寄与
している。次に、本発明実施例デ―タを得た評価方法、
および評価条件につき述べる。 （（１）電流さい断特性）

【００４２】各接点を取付けて10^-3Ｐａ以下に排気した
組立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ない 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
および最大値を表１〜３に示した。尚、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）高周波消弧特性）

【００４３】遅れ力率の小電流を開閉したとき、電流さ
い断によって負荷側に過電圧が発生すると、真空バルブ
の極間にはその過電圧と電源電圧の差が加わる。もし極
間の電圧が接点間隙の耐電圧値を超えると絶縁破壊して
放電し、接点には過渡的な高周波電流が流れる。この高
周波電流がしゃ断されると再び最初の段階に戻って過電
圧が現われ、それがまた接点間隙に放電を起こさせると
いうくり返しになる。このようなくり返しの現象は多重
再発弧現象としてよく知られている。真空しゃ断器のよ
うに高周波消弧能力の高いしゃ断器では、回路条件によ
っては多重再発弧により大きなサ―ジ電圧が発生し、負
荷機器（電動機や変圧器）の絶縁をおびやかすことがあ
る。一般に高周波消弧能力が小さいほど、再発弧をくり
返し難く、発生するサ―ジは小さくなると言われてい
る。

【００４４】この高周波消弧特性を各接点について調べ
るために、各接点を取付けて10^-3Ｐａ以下に排気した真
空バルブを製作し、この真空バルブを組込んだしゃ断器
で 6.6kV、150KVAの単相変圧器の負荷電流しゃ断試験を
行った。しゃ断器と変圧器間は長さ 100ｍの 6.6kV単心
ＣＶケ―ブル（導体断面積 200mm² ）で接続した。負荷
電流は10Ａ（実効値）、しゃ断器の開極速度は 0.8ｍ／
秒（平均）とし、しゃ断器の開極位相を制御し、多重再
発弧が発生する位相でしゃ断させた。多重再発弧時に接
点に流れる過渡的な高周波電流はしゃ断器廻りのインダ
クタンスと電源側、負荷側の浮遊キャパシタンスにより
決まる周波数をもち、今回の試験では過渡的な高周波電
流の周波数は約 100ＫＨｚであった。高周波消弧能力の
測定は各接点につき20回のしゃ断試験を行ない、開極後
１ms経過時の高周波消弧能力の平均値を求めた。表中の
値は、実施例２の高周波消弧能力（上記条件で電流しゃ
断した電流零点時の電流減少率ｄｉ／ｄｔ〔Ａ／μ
秒〕）を 100とした場合の相対値を示す。 （（３）供試接点の内容）表１に供試接点の材料内容と
その対応する特性デ―タを示す。

【００４５】表のように、Ａｇ又は／及びＣｕ−ＷＣ合
金中のＡｇ又は及びＣｕ量を10％未満〜87wt％、の範囲
に変化させ、かつ接点の接触面を表１のような組成を持
つ第１の接触領域と第２の接触領域とに別けた。第１の
接触領域には大きさを10μｍとした空隙を 0.5〜２ vol
％存在させ、第２の接触領域中には大きさを１〜 100μ
ｍの範囲とした空隙を 0.5〜40 vol％存在させこれら第
１、第２の接触領域を適宜組合せて接点とした。更に、
使用するＷ炭化物（ＷＣ，Ｗ₂ Ｃ）の粒径が 1 0.1μｍ
〜44μｍの接点につき評価し、その効果を検討した。こ
れらの条件と対応する結果を表１に示した。 （実施例１〜４，比較例１〜３）

【００４６】平均粒径 0.8μｍのＷＣ粉又は、必要によ
りＷＣ粉に高導電性成分の一部の量を所定比率混合した
ＷＣ粉を用意する。この粉末を８トン／cm² 以下の成形
圧を適宜選択しながら成形する。被成形体を例えば 950
℃で焼結、1100℃で溶浸し 0.5％の空隙度を持つＡｇ−
ＷＣ合金を得て、第１の接触領域に供する素材とする。

【００４７】第２の接触領域に供する素材は、例えば前
述で得た第１の接触領域に供する素材にＣｕ板を配加熱
処理する方法で、内部の導電成分の所定量だけ外部へ移
動させ空隙度を５〜40％となるよう温度及び時間の制御
によって調節する。この場合第２の接触領域素材中の空
隙度の大きい実施例−１（空隙度34〜40 vol％）、比較
例１（空隙度50〜65 vol％）では、Ａｇ−ＷＣ素材の一
面にＣｕ板を接触させた後加熱温度を高めにかつ加熱時
間を長く設定する。また補助技術としてＷＣ粉を成形す
るときの成形圧力も低目に設定する方法を併用する。実
施例−４（空隙度34〜40 vol％）、比較例３（空隙度34
〜40 vol％）でも同様である。

【００４８】一方、第２の接触領域素材中の空隙度の小
さい実施例２（空隙度５〜10 vol％）、比較例（空隙度
0.5〜２ vol％）では、Ｃｕ板を接触させたＡｇ−ＷＣ
素材の加熱温度を低目にかつ加熱時間も短かく設定し、
Ａｇ−ＷＣ中の高導電成分の移動量を低く制御する。

【００４９】このようにＡｇ−ＷＣへの再加熱温度・加
熱時間を調整することによって第２の接触領域素材とし
て 0.5〜２ vol％から50〜65 vol％の空隙度を有する素
材を作製した。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、さい断特性および高
周波消弧特性を評価した。

【００５０】前記したように、さい断特性の評価は、 5
00回しゃ断させたときの特性で評価した。表１の比較例
１〜３、実施例１〜４に示すようにさい断値は実施例２
の平均値を 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、第２の接触領
域中の空隙度が多い（比較例１，空隙度50〜65％）で
は、最大値が、上昇しているのに対し第２の接触領域中
の空隙度が少ない（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。

【００５１】尚、比較例２に示した空隙度 0.5以下の接
点では、表−１に示すように好ましい特性を示すが、通
常の工業的な製造に於ては、空隙度を0.5 vol％以下と
することは、技術的には容易であるが経済的負担が大と
なり本発明実施範囲から除外した。

【００５２】一方、高周波消弧特性の評価を行なうと、
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、実施例１〜３，比較例１〜２のいずれもが、第１の
接触領域中の空隙度が 0.5 vol％と一定の為、高周波消
弧特性は表−１の如く大差ないことが判る。以上から接
点中の第２の接触領域の空隙度は５〜40 vol％（実施例
１〜３）が好ましい。 （実施例５〜９，比較例４〜５）

【００５３】平均粒径 0.8μｍのＷＣ粉，平均粒径３μ
ｍのＡｇ粉を用意し、これらを混合後、成形圧をゼロ〜
８トン／cm² の範囲で、適宜選択しながら成形する。こ
の時の成形圧の選択はＡｇ−ＷＣ合金中の導電成分の量
の決定と、最終的に合金中に作る空隙度にも影響を与え
る。この場合、合金中のＡｇ量の多い実施例７（Ａｇ＝
57〜60wt％）、比較例５（Ａｇ＝82〜87wt％）では、成
形圧を特に、低くするか、若しくはあらかじめＡｇ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
方法を採用する。これらの混合粉を成形後、実施例５、
比較例４では、例えば1100〜1300℃で焼結し、ＷＣ又は
ＷＣ−Ａｇ焼結体を得る。実施例６〜９、比較例５では
これより低い焼結温度で焼結し焼結体を得る。この後の
工程で焼結体中に、Ａｇを溶浸する（又は必要により焼
結のみとし溶浸を中止することもある）。最終的にＡｇ
−Ｗ合金中のＡｇ量が、10未満〜87wt％（比較例４〜
５、実施例５〜９）の合金を得るように、該合金を 900
℃以上、好ましくは1000℃以上で再加熱し、該合金中の
組成と空隙度を調整する。これらの接点素材を所定の形
状に加工後、空隙度を確認し空隙度が約 0.5 vol％の素
材、及び３〜10 vol％の素材を選出し、これらを組合せ
第１，第２の接触領域を構成させ縦磁界コイルを有する
組立式の真空バルブ装置に組込み前述した評価方法、条
件にて、さい断特性および高周波消弧特性を評価した。

【００５４】前記したように、さい断特性の評価は、 5
00回しゃ断させたときの特性で比較した。表１の比較例
４〜５、実施例５〜９に示すように合金中のＡｇ量での
さい断値の平均値は実施例２（Ａｇ＝34〜36wt％、第２
の接触領域中の空隙度20〜25vol％）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＝10wt％未満（比較例４）およびＡ
ｇ＝82〜87wt％（比較例５）では、最大値が、上昇して
いるのに対しＡｇが10〜87wt％（実施例５〜９）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＝10wt％未満（比較例４）のようにＡｇ量が少ない
接点のさい断特性は、更に多数回のしゃ断を行なうと約
2000回開閉前後より、さい断特性が劣化するのが見られ
る。

【００５５】一方、高周波消弧特性の評価を行なうと、
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量が10〜60wt％（実施例５〜９）では安定した
特性を示すが、Ａｇ量が10wt％未満（比較例４）および
82〜87wt％（比較例５）では、前記相対値が増加（特性
の劣化）の傾向にあり、相対値が 200を越すことが認め
られる。従ってＡｇ−ＷＣ合金中のＡｇ量は、さい断特
性および高周波消弧特性の両観点から10〜60wt％の範囲
が好ましい。尚、実施例２の特性は、従来のＡｇ−ＷＣ
と同等以上の特性を示した。 （実施例８，16，17）

【００５６】一方、上記した実施例１〜７，実施例８は
総て補助成分のないＡｇ−ＷＣであったが、ＡｇとＷＣ
との間の濡れ性の調整に基く焼結温度の選択の範囲或い
は合金中の空隙度の制御の為に若干の好ましくは１wt％
以下のＣｏの添加は有益である。この程度のＣｏの添加
は実施例８に示すように電流裁断特性，高周波消弧特性
に影響を与えない、後述する実施例16〜17（補助成分Ｆ
ｅ＝ 0.6wt％，Ｎｉ＝0.7wt％）に於ても同様である。 （実施例10〜12，比較例６）

【００５７】実験の結果本発明構成に於ける接点では、
第１の接触領域の状態は、主として高周波消弧特性に影
響を与えている傾向にある。前述した実施例１〜９で
は、第１の接触領域中の空隙度は 0.5 vol％、その大き
さは３μｍ以下の素材を選択し評価したが、空隙の大き
さは３〜10μｍ程度（実施例−10）までは両特性に影響
を与えず良好であった。しかし空隙の大きさは一定値よ
り大となると電流裁断特性，高周波消弧特性共に、ばら
つき幅の増大として表われ好ましくない。一方、前述し
た実施例１〜10では素材中の高導電成分は総てＡｇとし
た例を示したが、Ｃｕが存在しても実施例11の如く安定
した両特性を示した。

【００５８】また、前述した実施例１〜11では第１の接
触領域中の空隙度は総て 0.5 vol％のものを選択した例
を示したが、空隙度が 1.7〜 2.0 vol％程度までは、高
周波消弧特性への影響はほとんどなく良好な特性範囲と
なる（実施例−12）。しかし空隙度がこれより多い３〜
10 vol％（比較例−６）では電流裁断特性への悪影響は
少ないものの高周波消弧特性の劣化が著しいことが判っ
た（比較例−６）。これらより第１の接触領域中の空隙
度は 2.0 vol％以下、空隙の大きさは10μｍ以下の素材
を選択する必要がある。 （実施例−13）前述した実施例１〜12では、選択したＷ
炭化物は総てＷＣの例を示したが、ＷＣのみならずＷ₂
Ｃであっても両特性共、好ましい範囲の特性が得られて
いる（実施例−13）。 （実施例14〜15，比較例７）

【００５９】前記した実施例１〜13では、Ｗ炭化物（実
施例１〜12ではＷＣ）の粒子の大きさ（平均粒子直径μ
ｍ）は、総て 0.8μｍの場合を試作したが、粒子径は電
流裁断値及び高周波消弧特性のいずれにも影響を与え
る。本発明構成に於ては粒子径が大きすぎると両特性の
劣化と共にばらつきが著しくなる。すなわち粒子径が実
施例１〜13より小さい 0.1〜0.3μｍの場合には、粒子
の吸着ガスを充分除去すれば充分好ましい特性である
（実施例−14），実施例１〜13より大きい６〜10μｍの
場合も好ましい範囲である（実施例−15）。しかしこれ
より粒子径が大きい44μｍの場合（比較例７）では電流
裁断特性にばらつきが表われるのみならず高周波特性も
劣化する。

【００６０】従って本発明の第１，第２の接触領域に用
いるＷＣの粒子径は、10μｍ以下であることが好まし
く、その下限は、脱ガス技術によって決められ、その目
安は 0.1μｍ程度が限度となる。 0.1μｍ以下では取扱
いの面で工業的でないのみならず焼結性も過度に進行し
素材特性が安定しない。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【表２】

【００６３】

【表３】

【００６４】

【表４】

【００６５】以上述べた実施例のように、接点中の空隙
度が小さい第１の接触領域と、空隙度の大きい第２の接
触領域とで接触面を構成し、接点局部の熱伝導度を調整
することによってまた、この特性を効率よく発揮させる
ために高導電性成分の量，ＷＣの量と粒子径とを制御す
ることによって電流さい断特性を低く維持出来かつばら
つきも少なく管理することが出来、さらに高周波消弧特
性も同時に充分低く維持することができる。

【００６６】

【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
く維持出来かつばらつきも少なく管理することが出来
る。さらに高周波消弧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、電流さい断特性およびしゃ断特性の
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用接点を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空バルブ用接点が適用された真空バ
ルブの断面図。

【図２】［図１］の電極部分の拡大断面図。

【符号の説明】

13ａ…可動側接点 13ｂ…固定側接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−93018（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−41254（ＪＰ，Ｂ１) 国際公開90／15424（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 33/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高導電性成分と耐ア―ク性成分とから成
   る合金中の空隙度を２容量％以下に抑制した第１の接触
   領域と、前記高導電性成分と耐ア―ク性成分とから成る
   合金中の空隙度を５〜40容積％の範囲に調整した第２の
   接触領域とを有し、これらの接触領域が同心円状に配さ
   れたことを特徴とする真空バルブ用接点。
2. 【請求項２】 前記第１の接触領域から前記第２の接触
   領域の方向に連続的に又は段階的に空隙度を変化した材
   料で構成されたことを特徴とする請求項１記載の真空バ
   ルブ用接点。
3. 【請求項３】前記高導電性成分は10〜60重量％のＡｇ又
   は／及びＣｕを主成分とする金属・合金よりなり、前記
   耐アーク性成分は40〜90重量％のＷを主成分とする炭化
   物よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項２のい
   ずれかに記載の真空バルブ用接点。
4. 【請求項４】 Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの１つよりなる補助成
   分が１重量％以下含有することを特徴とする請求項３記
   載の真空バルブ用接点。