JP3382000B2 - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

真空バルブ用接点材料

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、再点弧発生頻度を低減
した真空バルブ用接点材料に関する。 【0002】 【従来の技術】真空バルブ用接点材料に要求される特性
としては、耐溶着・耐電圧・遮断に対する各性能で示さ
れる基本三要件と、この他に温度上昇・接触抵抗が低く
安定していることが重要な要件となっている。しかしな
がら、これらの要件のなかには、相反するものがある関
係上、単一金属によって全ての要求を満足させることは
不可能である。このため、実用されている多くの接点材
料に於いては、不足する性能を相互に補えるような2種
以上の元素を組み合わせ、且つ大電流用または高耐圧用
などのように、特定の用途にあった接点材料の開発が行
われ、それなりに優れた特性を有するものが開発されて
いる。しかしながら、さらに強まる諸要求特性に対して
は、未だに満足できない点もあるのが実状である。 【0003】最近の顕著な傾向として、リアクトル回路
・コンデンサ回路等への適用回路の拡大が挙げられ、そ
れに伴う接点材料開発・改良が急務となっている。特
に、コンデンサ回路には、通常回路の2倍の電圧が印加
される関係上、接点の耐電圧特性、特に再点弧発生の抑
制という問題が浮上してきた。これに対応するために、
従来では、一般的に遮断性能に優れ、耐電圧特性も比較
的良好なCu−Cr接点材料を用いてきた。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなCu−Cr接点材料では、ある程度の高耐圧分野に
は適応できるが、より過酷な高耐圧領域及び突入電流を
伴う回路に於いては、再点弧の発生という問題がある。
Cu−Cr接点材料が高耐圧領域に於いて必ずしも十分
な特性を示さない原因の一つには、接点間の開閉によっ
て接点表面に発生するCu−Cr微細相が接点母材より
も機械的に高強度になり、突入電流によって局所的に発
生する微溶着によって接点母材部分からの剥離が発生し
て著しい凹凸を形成し、電界集中・クランプが発生する
ことが考えられている。従って、接点母材強度を高める
ことによって再点弧発生確率は低減できると考えられ
る。 【0005】Cr粉末とCu粉末を混合・焼結して製造
した固相焼結Cu−Cr接点よりも、Cr粉末を焼結し
て製作したCrスケルトンにCuを溶浸して得た溶浸C
u−Cr接点の方が低い再点弧発生率を示した。また、
CuCrで製作した消耗電極をアーク溶解したCu−C
r接点は、それ以上に低い再点弧発生率を示した。 【0006】しかしながら、アーク溶解法にて製作した
Cu−Cr接点には、凝固冷却時に発生するCuリッチ
液相とCrリッチ液相の二相分離の発生により、局所的
な接点組織の不均一が形成される。このCrリッチ部分
は材料的に脆いために、接点開閉時に割れ・欠落を発生
し、再点弧発生の原因となる。本発明の目的は、再点弧
発生頻度を低減できる真空バルブ用接点材料を提供する
ことにある。 【0007】 【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、導電成分であるCuが49〜75体積%、
耐弧成分であるCrが20〜50体積%、W、Mo、T
a、Nbのうち1種又は2種以上からなる補助成分が1
〜10体積%からなる溶解原料に対しCrリッチ相の発
生しない冷却速度での急冷凝固法を行って製造したこと
を要旨とする。 【0008】 【作用】急冷凝固溶解法によってCrリッチ相が発生す
る原因は、溶融液相が凝固するまでにCuリッチ液相と
Crリッチ液相が二相分離し、比重の小さいCrリッチ
液相が浮いてくることにある。従って、本発明者らは、
液相が凝固するまでの時間短縮と二相間の比重差の縮小
によって、Crリッチ相の発生を抑制することが可能に
なると考えた。凝固時間短縮は、凝固核の増加によって
可能になると考えられる。また、比重差の縮小について
は、Crよりも比重が大きく、且つCrに固溶する成分
を添加することによって可能になると考えられる。 【0009】以上のような事項に注目し、CuとCr
に、更にW・Mo・Ta・Nbのうちの少なくとも1種
を添加して急冷凝固を実施することによって、Crリッ
チ部分を排除できる。 【0010】 【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は本発明の真空バルブ用接点材料を適用し
た真空バルブの断面図、図2は図1の要部拡大図であ
る。これらの図において、しゃ断室1は、セラミック等
の絶縁材料によりほぼ円筒状に形成された絶縁容器2
と、この両端に密閉機構3a,3bを介して設けた金属
製蓋体4および5とで真空気密に密閉されている。 【0011】さらに、しゃ断室1内には一対の電極棒
6,7の互いに対向する端部にそれぞれ固定電極8およ
び可動電極9が配設されている。また、上記可動電極9
の電極棒7には、ベローズ10が取付けられ、しゃ断室1
内を真空気密に保持しながら、電極9の往復動による一
対の電極8,9の開閉を可能にしている。 【0012】また、このベローズ10はフード11により覆
われ、アーク蒸気の被着を防止しており、またしゃ断室
1内にはさらに円筒状金属容器12が設けられ、絶縁容器
2へのアーク蒸気の被着を防止している。 【0013】一方、可動電極9は、図2に示すように、
導電棒7にろう材13によって固定されるか、またはかし
めによって圧着接続(図示せず)されており、その上に
は可動接点14bがろう材15によって接合されている。 【0014】また、固定電極8も向きが逆説なるのみで
ほぼ同様であり、これには固定接点14aが設けられてい
る。本実施例における接点の製造方法の一例について述
べる。例えば、急冷凝固法の一つとして、アーク溶解法
の製造方法について述べる。接点目標組成の消耗電極を
粉末冶金法、板材積層法等で製作する。この電極をアー
ク溶解の消耗電極(陽極側)として、例えばアーク炉容
器内を10-3(Pa)に真空引きした後、溶融金属の蒸
気化を抑制するために、例えば高純度Arを注入し、2
×104 (Pa)程度の真空度を得る。所定のアーク電
圧・アーク電流、所定の消耗量により、対向する水冷C
u坩堝に所定組成のインゴットを得る。 【0015】次に、後述する具体的な実施例を得た評価
結果及び評価方法について述べる。前述したような背景
から、再点弧発生頻度にて本接点及び従来接点との比較
を行った。径30mm、厚さ5mmの円板状接点片をディマン
タブル型真空バルブに装着し、6KV× 500Aの回路を
2000回遮断した時の再点弧発生頻度を測定し、2台の遮
断器(バルブとして6本)を測定し、再点弧発生率で示
した。接点の装着に際しては、ベーキング加熱(450 ℃
×30分)のみを行い、ロウ材の使用ならびに、これに伴
う加熱は行わなかった。次に、表1を参照しながら評価
結果について考察する。 【0016】 【表1】 実施例1−2、比較例1−3 耐弧材料のCr含有量を50体積%一定として、補助成分
のNbを0,0.1 ,1,10,30体積%と残部がCuの組
成の消耗電極を積層板で製作した(各々比較例1,2、
実施例1,2、比較例3)。約35Vのアーク電圧、1.5
KAのアーク電流で、Arを2×104 (Pa)の真空
雰囲気にて製作した。前述した接点形状に加工し、チャ
ンバに組み込み再点弧発生率を評価した。その結果、表
に示すように、Nb無添加の比較例1とNbをほんの微
少量添加した比較例2はいずれも再点弧発生率が 1.5%
であったのに対して、Nbを1,10%添加した実施例
1,2は、再点弧発生率が 0.6− 0.7%であり、良好な
特性を示した。しかし、Nbを30%添加した比較例3
は、再点弧発生率は 0.8と良好であったものの、接触抵
抗が大きく実用的なものではなかった。 実施例2−3、比較例4−5 補助成分であるNb含有量を10体積%一定として、主耐
弧成分であるCrの添加量を10,20,50,70体積%とし
た接点をアーク溶解法にて製造した。アーク電流・電圧
は、前述実施例1と同様である。Cr添加量が10%の比
較例4は、再点弧発生率が 0.7%と良好であったもの
の、遮断能力的不十分であった。Cr添加量が20,50%
の実施例3,2は再点弧発生率が 0.6,0.7 %であっ
た。Cr添加量が70%の比較例5は再点弧発生率は改善
されたものの接触抵抗が大きいという欠点を有してい
た。 実施例4−6 以上の実施例1−3はCr−Nb−Cu系に関するもの
であるが、Nbの替わりに、Mo,Ta,Wを添加して
も、実施例4−6に示すように、再点弧発生の低減に対
して良好な特性を示す。また、急冷凝固法に於いても、
アーク溶解法ばかりではなく、実施例5−6に示すよう
に、エレクトロスラグ法によって製造してもアーク溶解
法と同様に良好な特性を示す。従って、このように急冷
凝固を満たす他の製造方法によって接点材料を製作して
も、同様な効果が得られるのは明白である。 【0017】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、導電成分
であるCuが49〜75体積%、耐弧成分であるCrが
20〜50体積%、W、Mo、Ta、Nbのうち1種又
は2種以上からなる補助成分が1〜10体積%からなる
溶解原料に対しCrリッチ相の発生しない冷却速度での
急冷凝固法を行って製造するようにしたので、再点弧発
生頻度を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の一実施例を示す真空バルブ用接点材料
を適用した真空バルブの断面図。 【図2】[図1]の電極9の拡大断面図。 【符号の説明】 8,9…電極、14a,14b…接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 1/00 - 49/14 H01H 33/66

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】導電成分であるCuが49〜75体積%、
    耐弧成分であるCrが20〜50体積%、W、Mo、T
    a、Nbのうち1種又は2種以上からなる補助成分が1
    〜10体積%からなる溶解原料に対しCrリッチ相の発
    生しない冷却速度での急冷凝固法を行って製造したこと
    を特徴とする真空バルブ用接点材料。
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