JP6381860B1 - 接点材料、その製造方法及び真空バルブ - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施の形態1による接点材料を適用した真空バルブの一例を示す模式断面図である。真空バルブ1は遮断室2を備えている。この遮断室2は、円筒状に形成された絶縁容器3とその両端に封止金具4a、4bにより固定された金属蓋5a、5bとで構成され、真空気密となっている。遮断室2内には、固定電極棒6と可動電極棒7とが対向するように取り付けられている。固定電極棒6及び可動電極棒7の端部には、固定電極8及び可動電極9がそれぞれロウ付により取り付けられ、それぞれの接触部には、固定接点10及び可動接点11がロウ付により取り付けられている。可動電極棒7には、ベローズ12が取り付けられ、遮断室2の内部を真空気密に保持しながら可動電極9の軸方向の移動を可能にしている。ベローズ12の上部には、金属製のベローズ用アークシールド13が設けられ、ベローズ12にアーク蒸気が付着することを防止している。また、固定電極8及び可動電極9を覆うように、遮断室2内に金属製の絶縁容器用アークシールド14が設けられ、絶縁容器3の内壁がアーク蒸気に晒されることを防止している。
相対密度(%)=(接点材料の測定密度/組成分析値から求めた接点材料の理論密度)×100
ステップS2での熱処理によりNi合金被覆WC粉末の軽い焼結が進むため、Cu粉末と混合する前に、撹拌擂潰機等でNi合金被覆WC粉末の解砕を行う(ステップS3)。
その後、ステップS3で得られたNi合金被覆WC粉末と、Cu粉末とを混合する(ステップS4)。ここでの混合方法は、均一な混合物が得られる方法であればよく、例えば、撹拌機、ミキサー等を用いる公知の方法が挙げられる。原料となるCu粉末としては、1μm以上100μm以下、好ましくは30μm以上50μm以下の平均粒径を有するものを用いる。Cu粉末の平均粒径が1μm未満であると、圧縮時の密度が低くなるため、好ましくない。一方、Cu粉末の平均粒径が100μmを超えると、材料の比重の差で、混合が不均一になり易いため、好ましくない。
3μmの平均粒径を有するWC粉末に無電解Ni−Pめっき液を用いて無電解Niめっき処理を施した。狙いめっき膜厚は50nmとした。無電解Niめっき処理後に、ICP発光分析法により、Ni合金被膜中のP濃度を測定したところ、3.1質量%であった。図5は、無電解Niめっき処理後のWC粉末の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。図6は、無電解Niめっき処理後のWC粉末の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。また、図7は、図6に示した部分の元素マッピングである。図7より、WC粉末の周囲にNiが存在することが分かるが、図6ではNi合金被膜の膜厚がはっきりしないほど薄く均一に形成されていることが分かる。
軽い焼結が進んだNi合金被覆WC粉末をアルミナ製容器から取り出し、撹拌擂潰機に入れ、10分解砕を行った。
解砕後、Ni合金被覆WC粉末67.6質量%(WC:63.9質量%、Ni合金:3.7質量%)と、15μmの平均粒径を有するCu粉末32.4質量%とを撹拌機で4時間混合した。
5μmの平均粒径を有するWC粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてNi合金で被覆されたWC粉末を調製した。次に、Ni合金で被覆されたWC粉末66.1質量%(WC:63.9質量%、Ni合金:2.2質量%)と、15μmの平均粒径を有するCu粉末33.9質量%とを撹拌機で4時間混合した。この粉末混合物を用いて実施例1と同様にして圧縮及び焼結を行ったところ、相対密度が97.1%の実施例2の接点材料が得られた。
9μmの平均粒径を有するWC粉末を用いたこと以外は実施例1と同様にしてNi合金で被覆されたWC粉末を調製した。次に、Ni合金で被覆されたWC粉末65.1質量%(WC:63.9質量%、Ni合金:1.2質量%)と、15μmの平均粒径を有するCu粉末34.9質量%とを撹拌機で4時間混合した。この粉末混合物を用いて実施例1と同様にして圧縮及び焼結を行ったところ、相対密度が97.6%の実施例3の接点材料が得られた。
無電解Niめっき処理を施さなかったこと以外は実施例1と同様にして、相対密度が95%の比較例1の接点材料(WC:63.9質量%、Cu:36.1質量%)が得られた。
狙いめっき膜厚を0.1μmに変更したこと以外は実施例1と同様にしてNi合金で被覆されたWC粉末を調製した。次に、Ni合金で被覆されたWC粉末71.6質量%(WC:63.9質量%、Ni合金:7.7質量%)と、15μmの平均粒径を有するCu粉末28.4質量%とを撹拌機で4時間混合した。この粉末混合物を用いて実施例1と同様にして圧縮及び焼結を行ったところ、相対密度が96.2%の比較例2の接点材料が得られた。
狙いめっき膜厚を10nmに変更したこと以外は実施例1と同様にしてNi合金で被覆されたWC粉末を調製した。次に、Ni合金で被覆されたWC粉末65質量%(WC:64質量%、Ni合金:1質量%)と、15μmの平均粒径を有するCu粉末35質量%とを撹拌機で4時間混合した。この粉末混合物を用いて実施例1と同様にして圧縮及び焼結を行ったところ、相対密度が95.3%の比較例3の接点材料が得られた。
実施例及び比較例で得られた接点材料を加工して図8に示される形状の引張強度試験用試験片を作製した。図8に示されるように、引張応力がかかる中央部分が幅2mm、長さ12mm、厚さ1mmの形状をしている。12mmの両端はR2mmで加工しており、試験片の両端は、せん断応力に耐えるため幅6mmとした。また、バリなどが無いように鏡面加工仕上げを行った。引張試験は直径4mmの丸棒2本ずつで、図8に示される試験片のR2の部分を挟み、丸棒を介して試験片に上下方向の引張応力を印加した。試験片が破断した時の引張応力を破断強度とした。引張試験は各試験片につき2回(n=2)実施した。結果を表1に示す。
実施例及び比較例で得られた接点材料を機械加工して直径20mm及び厚さ3mmの接点を作製した。端部から2mmまでに部分は表面に対して約15°のテーパーを付けたため、実質的な接触面は直径16mmとなった。この接点を可動接点及び固定接点の2組として、導体にロウ付けしてから真空バルブを組み立てた。この真空バルブを用いて裁断電流試験、限界遮断電流試験及び遮断試験後の裁断電流試験を行い、遮断特性を評価した。
裁断電流試験は、AC200V電源を用い、抵抗20Ωと評価用真空バルブとを直列に回路を組み、10A通電した状態からバルブを開極した際の裁断電流を測定した。遮断試験は、充電したコンデンサバンクからの放電を利用して通電電流値を制御した。2kAから遮断電流を1kAずつ上げて遮断試験を行い、遮断失敗になる電流の1つ前の遮断電流値を限界遮断電流とした。裁断電流試験は20回実施し、その平均値をとった。結果を表1に示す。
Claims (6)
- Cuの母材中に、Ni合金で被覆されたWC粒子が分散した接点材料であって、Ni合金の含有量が接点材料に対して1.2質量%以上3.7質量%以下の範囲であり且つ相対密度が理論密度の90%以上であることを特徴とする接点材料。
- 前記Ni合金がNi−P合金であることを特徴とする請求項1に記載の接点材料。
- 前記Ni合金の含有量が接点材料に対して1.2質量%以上3.7質量%以下の範囲であり、残部がCu、WC及び不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の接点材料。
- 無電解Niめっき法により2μm以上10μm以下の平均粒径を有するWC粉末の表面に40nm以上110nm以下の膜厚を有するNi合金被膜を形成する工程と、500℃以上860℃以下の温度で脱ガスのための熱処理を行う工程と、熱処理後のNi合金被覆WC粉末を解砕する工程と、解砕されたNi合金被覆WC粉末と、1μm以上100μm以下の平均粒径を有するCu粉末とを混合する工程と、得られた混合物を圧縮し、1083℃超1455℃未満の温度で焼結する工程とを有することを特徴とする接点材料の製造方法。
- 得られた焼結体を再度圧縮し、1083℃超1455℃未満の温度で再焼結する工程を更に有することを特徴とする請求項4に記載の接点材料の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の接点材料からなる接点を備えることを特徴とする真空バルブ。
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