JP6507830B2 - 電極材料の製造方法及び電極材料 - Google Patents

Description

本発明は、真空インタラプタ等の電極に用いられる電極材料の製造方法及び電極材料に関する。

真空インタラプタの接点材料は、（１）遮断容量が大きいこと、（２）耐電圧性能が高いこと、（３）接触抵抗が低いこと、（４）耐溶着性が高いこと、（５）接点消耗量が低いこと、（６）裁断電流が低いこと、（７）加工性に優れること、（８）機械強度が高いこと、等の特性を満たす必要がある。

これらの特性のなかには相反するものがある関係上、上記の特性をすべて満足する接点材料はない。Ｃｕ−Ｃｒ電極材料は、遮断容量が大きく、耐電圧性能が高い、耐溶着性が高い等の特長を有することから、真空インタラプタの接点材料として広く用いられている。また、Ｃｕ−Ｃｒ電極材料において、Ｃｒ粒子の粒径が細かい方が、遮断電流や接触抵抗の面において優れるとの報告がある（例えば、非特許文献１）。

近年は、真空インタラプタに対する需要家の使用条件が厳しくなり、コンデンサ回路への真空インタラプタの適用拡大が進んでいる。コンデンサ回路では、通常の２〜３倍の電圧が電極間に印加されるため、電流遮断、電流開閉時のアークによって接点表面が著しく損傷し、再点弧が発生しやすくなる。そのため、従来のＣｕ−Ｃｒ電極材料より優れた遮断性能、耐電圧性能を有する電極材料の需要が増加している。

例えば、特許文献１では、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性の良好なＣｕ−Ｃｒ系電極材料として、基材として用いられるＣｕと電気的特性を向上させるＣｒ及びＣｒ粒子を微細にする耐熱元素（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ）の各粉末を混合した後、混合粉末を型に挿入して加圧成形し、焼成体とした電極材料の製造方法が記載されている。具体的には、２００〜３００μｍの粒子サイズを有するＣｒを原料としたＣｕ−Ｃｒ系電極材料に、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ等の耐熱元素を添加し、微細組織技術を通してＣｒを微細化し、Ｃｒ元素と耐熱元素の合金化を促進させ、Ｃｕ基材組織内部に微細なＣｒ−Ｘ（耐熱元素を固溶しているＣｒ）粒子の析出を増加させ、直径２０〜６０μｍのＣｒ粒子を、その内部に耐熱元素を有する形態でＣｕ基材組織内に均一に分散させている。また、特許文献１には、真空インタラプタ用の電極材料において、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性を向上させるためには、Ｃｕ系電極材料におけるＣｕ基材中のＣｒや耐熱元素の含有量を多くし、かつＣｒ等の粒径を微細化して均一に分散させることが重要であることが記載されている。

また、特許文献２においては、微細組織技術を通さず、耐熱元素の反応生成物である単一の固溶体を粉砕した粉末を、Ｃｕ粉末と混合し、加圧成形し、焼結して、電極組織内にＣｒ、耐熱元素を含有した電極材料を製造している。

特開２００２−１８０１５０号公報 特開平４−３３４８３２号公報 特開２００３−７７３７５号公報

Rieder, F. u.a.、"The Influence of Composition and Cr Particle Size of Cu/Cr Contacts on Chopping Current, Contact Resistance, and Breakdown Voltage in Vacuum Interrupters"、IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology、Vol. 12、1989、273-283

しかしながら、特許文献２に記載されているように、粉砕した耐弧金属（耐熱元素及びＣｒ元素）粉末とＣｕ粉末とを混合すると、耐熱元素粉末とＣｒ粉末との配合比率によっては、耐弧金属が電極組織内に凝集し、耐電圧性能及び遮断性能の低下を引き起こすおそれがある。

また、特許文献３に記載のように、同じ組成の電極材料であっても、Ｃｕ粉末と混合するＣｒ粉末（及び、耐熱元素粉末）の粒度分布によっても電極材料の遮断特性や導電率が異なることとなる。

上記事情に鑑み、本発明は、電極材料に要求される特性のうち耐電圧性能の向上に貢献する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の一態様は、重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で、耐熱元素粉末とＣｒ粉末を混合し、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成し、焼成して得られた、耐熱元素とＣｒが固溶した固溶体を含有する焼結体を粉砕し、粉砕して得られる固溶体粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように分級し、分級された固溶体粉末１０〜６０重量部と、Ｃｕ粉末９０〜４０重量部と、を混合して焼結することを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記分級された固溶体粉末は、粒子径が９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記耐熱元素粉末のメディアン径は、１０μｍ以下であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記Ｃｒ粉末のメディアン径は、前記耐熱元素粉末のメディアン径より大きく、８０μｍ以下であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記Ｃｕ粉末のメディアン径は、１００μｍ以下であることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記耐熱元素は、Ｍｏであることを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の電極材料は、重量比で、４０〜９０％のＣｕと、５〜４８％のＣｒと、２〜３０％の耐熱元素と、を含有する電極材料であって、重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で、耐熱元素粉末とＣｒ粉末を混合し、耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成し、焼成して得られた、耐熱元素とＣｒが固溶した固溶体を含有する焼結体を粉砕し、粉砕して得られた固溶体粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように分級し、分級された固溶体粉末とＣｕ粉末を混合して焼結したことを特徴としている。

また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタは、上記電極材料からなる電極接点を可動電極または固定電極に備えたことを特徴としている。

以上の発明によれば、電極材料の耐電圧性能が向上する。

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタの概略断面図である。 比較例１に係る電極材料の製造方法のフローを示す図である。 （ａ）比較例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真、（ｂ）実施例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真、（ｃ）比較例３に係る電極材料の断面顕微鏡写真である。 分級前と分級後のＭｏＣｒ粉末の粒度分布を示す図である。 粒径５００μｍ付近のＭｏＣｒ粉末の顕微鏡写真である。

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法及び電極材料について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明において、特に断りがない限り、粒子径（メディアン径ｄ５０）、平均粒子径、粒度分布、及び体積相対粒子量等は、レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス社：シーラス１０９０Ｌ）により測定された値を示す。また、粉末の粒子径の上限（または、下限）が定められている場合は、粒子径の上限値（または、下限値）の目開きを有する篩により分級された粉末であることを示す。

本発明は、Ｃｕ−Ｃｒ−耐熱元素（Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等）電極材料の組成制御技術に係る発明であって、ＭｏＣｒ反応生成物の粉砕条件（高融点金属の粒度分布）を最適化することにより、従来の電極（Ｃｕ−Ｃｒ電極）と比較して、充填率や導電率を損なうことなく、耐電圧性能を向上させるものである。本発明の電極材料によれば、真空インタラプタの高耐圧化及び大容量化が可能となる。

耐熱元素は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）等の元素から選択される元素を単独若しくは組み合わせて用いることができる。特に、Ｃｒ粒子を微細化する効果が顕著であるＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒを用いることが好ましい。耐熱元素を粉末として用いる場合、耐熱元素粉末のメディアン径ｄ５０を、例えば、１０μｍ以下とすることで、電極材料にＣｒを含有する粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体を含む）を微細化して均一に分散させることができる。耐熱元素は、電極材料に対して２〜３０重量％、より好ましくは２〜１０重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。なお、本発明では、電極材料の製造工程において、分級を行うため電極材料における耐熱元素（及びＣｒ）の重量を正確に規定することはできない。しかしながら、分級工程で除外される耐熱元素及びＣｒを含有する粉体は、粉体全体の４％以下であり、分級による耐熱元素（及びＣｒ）の混合比率の変化量は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏの配合比率でみると±１％未満となる。よって、分級によって耐熱元素とＣｒの配合比率は変化するものの電極性能に影響しない程度であり、原料の耐熱元素（及びＣｒ）の重量を、電極材料の組成とみなすことができる。

クロム（Ｃｒ）は、電極材料に対して５〜４８重量％、より好ましくは５〜１６重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。Ｃｒ粉末を用いる場合、Ｃｒ粉末のメディアン径ｄ５０は、耐熱元素の粉末のメディアン径よりも大きければ特に限定されない。例えば、メディアン径が８０μｍ以下のＣｒ粉末が用いられる。

銅（Ｃｕ）は、電極材料に対して４０〜９０重量％、より好ましくは８０〜９０重量％含有させることで、耐電圧性能や電流遮断性能を損なうことなく、電極材料の接触抵抗を低減することができる。Ｃｕ粉末のメディアン径ｄ５０は、例えば、１００μｍ以下とすることで、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末とＣｕ粉末とを均一に混合することができる。なお、焼結方法により作製される電極材料では、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末に混合するＣｕ粉末の量を調整することにより、Ｃｕの重量比を任意に設定することができる。したがって、電極材料に対して添加される耐熱元素、Ｃｒ及びＣｕの合計は、１００重量％を超えることはない。

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法について、図１のフローを参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、Ｍｏを例示して説明するが、他の耐熱元素の粉末を用いた場合も同様である。

Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１では、耐熱元素粉末（例えば、Ｍｏ粉末）とＣｒ粉末を混合する。Ｍｏ粉末とＣｒ粉末は、Ｃｒ粉末の重量がＭｏ粉末の重量より多くなるように混合する。例えば、重量比率でＭｏ／Ｃｒ＝１／４〜１／１（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：１は含まず）の範囲で、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末とを混合する。

焼成工程Ｓ２では、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末の焼成を行う。焼成工程Ｓ２では、例えば、混合粉末の成形体を、真空雰囲気中で９００〜１２００℃の温度で１〜１０時間保持してＭｏＣｒ焼結体を得る。混合粉末におけるＣｒ粉末の重量がＭｏ粉末の重量より多い場合、焼成後にＭｏと固溶体を形成しないＣｒが残存することとなる。よって、焼成工程Ｓ２では、ＭｏへＣｒが固相拡散したＭｏＣｒ合金と残存したＣｒ粒子とを含有する多孔体（ＭｏＣｒ焼結体）が得られる。

粉砕・分級工程Ｓ３では、焼成工程Ｓ２で得られたＭｏＣｒ焼結体をボールミル等で粉砕する。ＭｏＣｒ焼結体を粉砕して得られるＭｏＣｒ粉末は、例えば、目開き９０μｍの篩で分級し、粒子径の大きい粒を取り除く。なお、粉砕・分級工程Ｓ３における粉砕時間は、例えば、ＭｏＣｒ焼結体１ｋｇあたり２時間で行う。粉砕後のＭｏＣｒ粉末の平均粒子径は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の配合比によって異なることとなる。

Ｃｕ混合工程Ｓ４では、粉砕・分級工程Ｓ３で得られたＭｏＣｒ粉末と、Ｃｕ粉末との混合を行う。

プレス成形工程Ｓ５は、Ｃｕ混合工程Ｓ４で得られた混合粉末の成形を行う。プレス金型成形にて成形体を作製すると、成形体を焼結後加工が不要であり、そのまま電極（電極接点材）とすることができる。

本焼結工程Ｓ６は、プレス成形工程Ｓ５で得られた成形体を焼結し、電極材料を作製する。本焼結工程Ｓ６では、例えば、非酸化性雰囲気中（（水素雰囲気や真空雰囲気等））で、Ｃｕの融点（１０８３℃）以下の温度で、成形体の焼結を行う。

なお、本発明の実施形態に係る電極材料を用いて真空インタラプタを構成することができる。図２に示すように、本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタ１は、真空容器２と、固定電極３と、可動電極４と、主シールド１０と、を有する。

真空容器２は、絶縁筒５の両開口端部が、固定側端板６及び可動側端板７でそれぞれ封止されることで構成される。

固定電極３は、固定側端板６を貫通した状態で固定される。固定電極３の一端は、真空容器２内で、可動電極４の一端と対向するように固定されており、固定電極３の可動電極４と対向する端部には、本発明の実施形態に係る電極材料である電極接点材８が設けられる。

可動電極４は、可動側端板７に設けられる。可動電極４は、固定電極３と同軸上に設けられる。可動電極４は、図示省略の開閉手段により軸方向に移動させられ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。可動電極４の固定電極３と対向する端部には、電極接点材８が設けられる。なお、可動電極４と可動側端板７との間には、ベローズ９が設けられ、真空容器２内を真空に保ったまま可動電極４を上下させ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。

主シールド１０は、固定電極３の電極接点材８と可動電極４の電極接点材８との接触部を覆うように設けられ、固定電極３と可動電極４との間で発生するアークから絶縁筒５を保護する。

［比較例１］
比較例１に係る電極材料として、Ｃｕ−Ｃｒ電極材料を作製した。Ｃｕ−Ｃｒ電極材料は、図３に示すフローにしたがって作製した。比較例１に係る電極材料では、メディアン径が８０μｍ以下のテルミットＣｒ粉末とメディアン径が１００μｍ以下のＣｕ粉末を用いた。

まず、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｃｕ：Ｃｒ＝４：１の割合で混合し、Ｖ型混合器を用いて均一になるまで十分に混合した（ステップＴ１）。

混合終了後、プレス金型成形にて成形体を作製し（ステップＴ２）、１０７０℃−２時間非酸化性雰囲気中で本焼結して電極材料を得た（ステップＴ３）。

図４（ａ）に示すように、比較例１に係る電極材料は、Ｃｕ相内にＣｒ粒子が均一に分散した組織を有する電極材料であった。また、比較例１に係る電極材料の諸特性（耐弧成分の粒度分布、充填率、ブリネル硬度、導電率、耐電圧性能、耐弧成分の分散性）を表１に示す。耐弧成分の粒度分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス社：シーラス１０９０Ｌ）で測定し、充填率は、焼結体の密度を実測し、（実測密度／理論密度）×１００（％）で算出した。耐電圧性能の評価は、各電極材料を真空インタラプタの電極（電極接点材）として、５０％フラッシオーバ電圧を計測して行った。実施例（及び、参考例、他の比較例）の耐電圧性能は、比較例１の電極材料を基準（基準値１．０）とした相対値を示している。また、耐弧成分の分散性は、電子顕微鏡画像を観察し、凝集した粒子の有無により評価した。

［実施例１］
実施例１に係る電極材料を、図１に示すフローにしたがって作製した。実施例１に係る電極材料では、メディアン径が１０μｍ以下のＭｏ粉末と、メディアン径が８０μｍ以下のテルミットＣｒ粉末、及びメディアン径が１００μｍ以下のＣｕ粉末を用いた。なお、他の実施例、参考例及び比較例に係る電極材料も同様の原料を用いて電極材料を作製した。

まず、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：４の割合で混合し、Ｖ型混合器を用いて均一に混合した。

混合終了後、このＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末をアルミナ容器内に移し、非酸化性雰囲気にて１１５０℃−６時間熱処理した。得られた反応生成物である多孔体を粉砕後、目開き９０μｍの篩で分級し、ＭｏＣｒ粉末を得た。図５に示すように、粉砕したＭｏＣｒ粉末を分級することで、ＭｏＣｒ粉末は、粒子径９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量（積算値）が９４％となっていた。

次に、Ｃｕ粉末と、分級したＭｏＣｒ粉末とを、重量比で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ＝４：１の割合で均一に混合し、プレス金型成形にて成形体を作製し、１０７０℃−２時間非酸化性雰囲気中で本焼結して電極材料を得た。

図４（ｂ）に示すように、実施例１に係る電極材料は、Ｍｏ−Ｃｒ混合粉末の焼成工程で残存したＣｒと合金化した微細なＭｏＣｒ粒子がＣｕ相内に凝集することなく均一に分散していた。

また、実施例１に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、実施例１に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して、電極硬度が１９％上昇し、真空インタラプタに組み込んだ際の耐電圧性能が３０％上昇した。

［実施例２］
実施例２に係る電極材料は、Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１におけるＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なることを除いて、実施例１に係る電極材料と同じ方法で作製した電極材料である。

Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｍｏ：Ｃｒ＝２：３の割合で混合し、図１に示したフローにしたがって電極材料を作製した。

実施例２に係る電極材料を電子顕微鏡により観察したところ、電極組織内にＭｏＣｒ、Ｃｒの凝集は見られず、ＭｏＣｒ粒子及びＣｒ粒子が均一に分散した組織を有する電極材料であった。

また、実施例２に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、実施例２に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して電極硬度が９％上昇していることから、比較例１の電極材料と同等以上の耐電圧性能を有しているものと考えられる。

［参考例１］
参考例１に係る電極材料は、Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１におけるＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なることを除いて、実施例１に係る電極材料と同じ方法で作製した電極材料である。

Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｍｏ：Ｃｒ＝１：１の割合で混合し、図１に示したフローにしたがって電極材料を作製した。

参考例１に係る電極材料を電子顕微鏡により観察したところ、電極組織内にＭｏＣｒ、Ｃｒの凝集は見られず、ＭｏＣｒ粒子及びＣｒ粒子が均一に分散した組織を有する電極材料であった。

また、参考例１に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、参考例１に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して、同等の電極硬度を有していることから、比較例１の電極材料と同等の耐電圧性能を有しているものと考えられる。

［比較例２］
比較例２に係る電極材料は、Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１におけるＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なることを除いて、実施例１に係る電極材料と同じ方法で作製した電極材料である。

Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｍｏ：Ｃｒ＝３：２の割合で混合し、図１に示したフローにしたがって電極材料を作製した。

比較例２に係る電極材料を電子顕微鏡により観察したところ、電極組織内に５００μｍ程度のＭｏＣｒ凝集体が確認された。

また、比較例２に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、比較例２に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して充填率が１２％低かった。電極材料の充填率が低下すると、電極材料を電極接点材として用いる場合に、ろう付け材が電極材料に吸われてしまうこととなり、電極材料のろう付け性が低下する要因となる。また、比較例２に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して電極硬度が低下していることから、比較例１の電極材料よりも耐電圧性能が低いものと考えられる。

［比較例３］
比較例３に係る電極材料は、Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１におけるＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率が異なることを除いて、実施例１に係る電極材料と同じ方法で作製した電極材料である。

Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比で、Ｍｏ：Ｃｒ＝９：１の割合で混合し、図１に示したフローにしたがって電極材料を作製した。

図４（ｃ）に示すように、比較例３に係る電極材料を電子顕微鏡により観察したところ、電極組織内に５００μｍ程度のＭｏＣｒ凝集体が確認された。

また、比較例３に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、比較例３に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して充填率が１０％低かった。よって、比較例２の電極材料と同様に、比較例３に係る電極材料もろう付け性が低下するものと考えられる。また、比較例３に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して電極硬度が低下していることから、比較例１の電極材料よりも耐電圧性能が低いものと考えられる。

［実施例３］
実施例３に係る電極材料は、Ｃｕ混合工程Ｓ４におけるＣｕ粉末とＭｏＣｒ粉末の混合比率が異なることを除いて、実施例１と同じ方法で作製した電極材料である。

実施例３に係る電極材料は、図１に示したフローのＣｕ混合工程Ｓ４において、粉砕・分級工程Ｓ３で粉砕（及び分級）した粉末を、Ｃｕ粉末と重量比で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ＝１７：３の割合で均一に混合した。そして、プレス金型成形にて成形体を作製し、１０７０℃−２時間非酸化性雰囲気中で本焼結した。

実施例３に係る電極材料を電子顕微鏡により観察したところ、ＭｏＣｒ粒子やＣｒ粒子の凝集体は確認されず、均一分散した組織を有する電極材料であった。

また、実施例３に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、実施例３に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して、電極硬度及び導電率が１５％程度向上した。ゆえに、実施例３に係る電極材料は、耐電圧性能が高く、真空インタラプタの接触抵抗を低下させることができる電極材料であるものと考えられる。

［実施例４］
実施例４に係る電極材料は、Ｃｕ混合工程Ｓ４におけるＣｕ粉末とＭｏＣｒ粉末の混合比率が異なることを除いて、実施例１と同じ方法で作製した電極材料である。

実施例４に係る電極材料は、図１に示したフローのＣｕ混合工程Ｓ４において、粉砕・分級工程Ｓ３で粉砕（及び分級）した粉末を、Ｃｕ粉末と重量比で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ＝９：１の割合で均一に混合した。そして、プレス金型成形にて成形体を作製し、１０７０℃−２時間非酸化性雰囲気中で本焼結した。

実施例４に係る電極材料を電子顕微鏡により観察したところ、ＭｏＣｒ粒子やＣｒ粒子の凝集体は確認されず、均一分散した組織を有する電極材料であった。

また、実施例４に係る電極材料の諸特性を表１に示す。表１に示すように、実施例４に係る電極材料は、比較例１の電極材料と比較して、導電率が２６％向上した。また、実施例４に係る電極材料は、電極硬度が比較例１の電極材料と比較して僅かに向上しており、比較例１の電極材料と同等以上の耐電圧性能を有しているものと考えられる。

以上のような、本発明の電極材料の製造方法によれば、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を重量比でＭｏ＜Ｃｒとなるように混合することで、導電率及び耐電圧性能に優れた電極材料を得ることができる。

つまり、特許文献３に示すように、同じ組成の電極材料であっても電極材料中に分散される耐弧金属（ＭｏＣｒ固溶体やＣｒ）の粒度分布の違いにより電極材料の特性が異なることとなる。そこで、本発明に係る電極材料の製造方法では、重量比でＭｏ＜Ｃｒとなるように混合したＭｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成することで、Ｃｒが残存するＭｏＣｒ固溶体を作製し、得られた固溶体を粉砕することで、ＭｏＣｒを主成分とする耐弧金属（粒径ｘ１近傍の粒子群）と、残存Ｃｒを主成分とする耐弧金属（粒径ｘ２近傍の粒子群）と、の異なる粒径を有する耐弧金属を容易に調整することができる。その結果、電極組織中に耐弧金属が凝集体を作ることなく均一に分散した組織を有し、従来の電極材料と比較して優れた導電性または耐電圧性能を有する電極材料を製造することができる。

例えば、図５に示すように、実施例１の電極材料では、粉砕・分級工程Ｓ３で得られたＭｏＣｒ粉末は、ｘ１＝１３μｍ、ｘ２＝６６μｍに極大値（最頻値）を有する粒度分布となっている。この粉末をＸ線回折により分析したところ、Ｃｒが存在していることが確認された。これにより、粒径ｘ１近傍の粒子群は、ＭｏＣｒの固溶体を主成分とする粒子群であり、粒径ｘ２近傍の粒子群は、残存したＣｒを主成分とする粒子群であることがわかる。

なお、図６に示すように、分級する前のＭｏＣｒ粉末の粒度分布は、粒径ｘ３＝５００μｍ付近に極大値を有している。この粒径ｘ３近傍の粒子群は、鱗片状ＭｏＣｒ（Ｃｒ）を主成分とする粒子群であるものと考えられ、プレス成形性、耐電圧性能、遮断性能、及び耐溶着性の悪化の原因となるものと考えられる。

そこで、本発明に係る電極材料の製造方法では、粉砕後の分級によって、鱗片状ＭｏＣｒ（Ｃｒ）粒子を除去している。このように、Ｃｕ粉末に混合するＭｏＣｒ粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように調整する、より好ましくは、粒子径９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上となるように調整することで、電極材料の導電性及び耐電圧性能等の特性が向上する。

また、比較例２，３の電極材料では、Ｃｕ粉末と混合するＭｏＣｒ粉末は、予め９０μｍ以下に分級した粉末を用いているにもかかわらず、電極組織中に５００μｍ程度の凝集体が確認されている。このような電極組織に分散することなく凝集した状態で存在する高融点金属（Ｃｒ、Ｍｏ、ＭｏＣｒ固溶体）は、耐電圧性低下、耐溶着性低下の原因となる。

これに対して、本発明に係る電極材料の製造方法では、Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１で混合されるＭｏ粉末とＣｒ粉末の重量比を、Ｍｏ＜Ｃｒとすることで、本焼結工程Ｓ６におけるＭｏＣｒ固溶体と残存Ｃｒの凝集体の発生を抑制し、電極材料の導電性及び／または耐電圧特性を向上させている。なお、電極材料中に含有されるＭｏ粉末とＣｒ粉末との混合比により電極材料の耐電圧性はそれほど変わらないものの、耐溶着性が異なることが知られている。よって、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合比率を、重量比でＭｏ＜Ｃｒとすることで、Ｍｏ＞Ｃｒの場合と比較して、耐溶着性に優れた電極材料を製造することができる。

また、ＭｏＣｒ粉末の粒度分布を最適化し、電極材料に対するＣｕ粉末の重量比を、８０％以上９０％以下、より好ましくは、８５％以上９０％以下とすることで、電極材料の硬度及び導電率を向上させることができる。その結果、真空インタラプタの高耐圧化及び大容量化が可能となる。

例えば、耐熱元素（例えば、Ｍｏ）粉末のメディアン径を１０μｍ以下、Ｃｒ粉末のメディアン径を８０μｍ以下とすることで、焼成工程Ｓ２及び粉砕・分級工程ｓ３により得られた粉末の粒度分布において、少なくとも粒径ｘ１（ｘ１＝８μｍ以上１５μｍ以下）と、粒径ｘ２（ｘ２＝５６μｍ以上７０μｍ以下）の２点で極大値を有するＭｏＣｒ粉末を得ることができる。さらに、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を、重量比で、Ｍｏ＜Ｃｒの割合で混合することで、粒径ｘ１の頻度ｙ１と粒径ｘ２の頻度ｙ２とが、少なくともｙ１／ｙ２＜１．６を満たすこととなる。ｙ１／ｙ２＜１．６となるように、Ｃｕ粉末と混合するＭｏＣｒ粉末の粒度分布（及び粉砕条件や粉砕方法等）を調整することで、Ｃｕ粉末と、ＭｏＣｒ粉末との混合粉末を焼結して電極材料を得るときに、ＭｏＣｒ（Ｃｒ）凝集体の生成が抑制される。

以上、実施形態の説明では、本発明の好ましい態様を示して説明したが、本発明の電極材料の製造方法及び電極材料は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。

また、本発明の電極材料を、例えば、真空インタラプタ（ＶＩ）の固定電極及び可動電極の少なくとも一方に設けることで、真空インタラプタの電極接点の耐電圧性能が向上する。電極接点の耐電圧性能が向上すると、従来の真空インタラプタよりも開閉時の可動側電極と固定側電極のギャップが短くでき、さらに、電極と絶縁筒とのギャップも短くすることが可能であることから、真空インタラプタの構造を小さくすることが可能となる。

１…真空インタラプタ
２…真空容器
３…固定電極
４…可動電極
５…絶縁筒
６…固定側端板
７…可動側端板
８…電極材料（電極接点）
９…ベローズ
１０…主シールド

Claims (8)

1. 重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で、耐熱元素粉末とＣｒ粉末を混合し、
   耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成し、
   焼成して得られた、耐熱元素とＣｒが固溶した固溶体を含有する焼結体を粉砕し、
   粉砕して得られた固溶体粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように分級し、
   分級された固溶体粉末１０〜６０重量部と、Ｃｕ粉末９０〜４０重量部と、を混合して焼結する
   ことを特徴とする電極材料の製造方法。
2. 前記分級された固溶体粉末は、粒子径が９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電極材料の製造方法。
3. 前記耐熱元素粉末のメディアン径は、１０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極材料の製造方法。
4. 前記Ｃｒ粉末のメディアン径は、前記耐熱元素粉末のメディアン径より大きく、８０μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極材料の製造方法。
5. 前記Ｃｕ粉末のメディアン径は、１００μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電極材料の製造方法。
6. 前記耐熱元素は、Ｍｏである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電極材料の製造方法。
7. 重量比で、４０〜９０％のＣｕと、５〜４８％のＣｒと、２〜３０％の耐熱元素と、を含有する電極材料であって、
   重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で、耐熱元素粉末とＣｒ粉末を混合し、
   耐熱元素粉末とＣｒ粉末の混合粉末を焼成し、
   焼成して得られた、耐熱元素とＣｒが固溶した固溶体を含有する焼結体を粉砕し、
   粉砕して得られた固溶体粉末を粒子径が２００μｍ以下となるように分級し、
   分級された固溶体粉末とＣｕ粉末を混合して焼結した
   ことを特徴とする電極材料。
8. 請求項７に記載の電極材料からなる電極接点を可動電極または固定電極に備えた
   ことを特徴とする真空インタラプタ。