JPH03149719A

JPH03149719A - 真空スイツチ用接点材料およびその製法

Info

Publication number: JPH03149719A
Application number: JP1286916A
Authority: JP
Inventors: Eizo Naya; 納谷　榮造; Mitsuhiro Okumura; 奥村　光弘
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1989-11-02
Publication date: 1991-06-26
Also published as: EP0426490B1; KR910010570A; EP0426490A2; EP0426490A3; US5130068A; KR930007118B1; DE69021505D1; DE69021505T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利川分野］本発明は、電流しゃ断性能および耐電圧性能に優れ、さ
い断電流値および溶着用外し力が低く、消耗量が少く、
しかも安定した性能を有する真空スイッチ用接点材料と
その製法に関する。

【従来の技術］従来から真空スイッチに用いられている接点材料として
は、Ｃｕ−Ｏｒ接点材料やＡｇ−ＶＣ接点材料などがあ
げられる。このうち、たとえばＣｕ−Ｃｒ接点材料は電
流しゃ断性能および耐電圧性能には優れているものの、
さい断電流値が３Ａ以上と高く、溶岩引外し力も高いと
いう欠点を有している。また、たとえばＡｇ−ＶＣ接点
材料はさい断電流値がＩＡ付近という優れた特性を有す
るものの、電流しゃ断性能および耐電圧性能が低いとい
う欠点を有している。したがって、ｅｕ−Ｃｒ接点材料
は主にしゃ断器に用いられ、Ａｇ−ｖｅ接点材料は主に
モーターなどの負荷開閉に用いられている。

しかし、前記のように用途ごとに接点材料を使い分ける
と、接点材料の種類が増し、取扱いが煩雑になるだけで
なく、接点材料の変更に合わせた真空スイッチの構造変
更が必要になり、さらにはその変更に合わせた真空しゃ
断器のａ構および構造の変更が必要になるといったよう
に、いくつもの複雑な変更が必要になる。

また、Ｃｕ　−Ｃｒ２Ｏ３接点材料も知られているが、
この接点材料にはその組織を模式的に示す断面図である
第４図に示すように空孔（７）が多数存在するため、電
気性能が安定しないという欠点がある。

第４図中、（６）はＣｒ２Ｏ３、（２）はＣｕである。

すなわち、たとえば大電流しゃ断のばあい、アークが接
点表面を溶融させ、空孔申に残留ガスが存在するばあい
残留ガスが相対する２つの接点間に吹き出して真空を劣
化させ、しゃ断失敗に陥いることがあり、続いて大電流
しゃ断を行なうと、接点表面は一度溶融しているため、
今度はしゃ断成功となる。このように大電流しゃ断を繰
返し行なうと、新しい空孔が溶融によりつぶされる度に
しゃ断失敗を起こすことになる。また、小電流開ａ１の
際には、アークが小さいため、大電流しゃ断のときのよ
うに接点全面を溶融することはないが、アークが当った
ところは微小溶融するため、この場所に残留ガスが存在
する空孔があるばあいには残留ガスを放出して耐電圧性
能を低下させる。そして真空スイッチは電流の大切を繰
返し行なう装置であるので、接触部としての接点は開閉
により徐々に消耗して、新鮮な表面が次々に出てきて新
鮮な空孔が接点表面にあられれる。

この空孔が存在する理由はＣｒ２Ｏ３とＣｕとの濡些性
が非常にわるいためであるが、常法で製造したばあいに
は、空孔の存在割合を低べおさえることは困難である。

一方、本発明者らは前記の種々の特性を満足させうる接
点材料を開発すべく実験を行なってきており、たとえば
特開昭５９−２１５１ｆ２１号公報に一部記載のＣｕ−
Ｃｒ−Ｃｒ２Ｏ　Ｂ接点材料を開発している。しかし、
この接点材料は、接点材料に要求される種々の特性にお
いて非常に優れた性能を示すが、電流しゃ断性能が一定
しないといったような性能のばらつきを有することがそ
の後の実験で確認された。

ｒ発明が解決しようとする課ｍ１以上のように、従来の真空スイッチ用接点材料は、接点
材料に要求される特性のすべてを満足するものではない
ため、劣っている特性が接点の性能に影響しないように
用途に合わせて規程もの接点材料を使い分けることが必
要である。また要求される特性のすべてを満足しうる接
点材料であっても安定性に欠けるという問題点を有して
いる。

本発明は前記のような間頂点を解消するためになされた
ものであり、電流しゃ断性能および耐電圧性能に優れ、
さい断電流値および溶着引外し力が低く、消耗量の少な
い安定した性能を有する真空スイッチ用接点材料とその
製法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段１本発明は、ＣｕとＣｒ　　Ｏ（ｘ−ｌ　〜２、ｙ−０〜３）とから
な　　　ｙす、Ｃｒ　　Ｏが粒状であって、その中心部が　　　ｙＣｒ２Ｏ５（ｘ−２、ｙ−３）、外周部がＣｒ（ｘ−ｌ
　、ｙ−Ｏ）の形態で存在することを特徴とする真空ス
イッチ用接点材料、Ｃｒ２Ｏ３粉末の圧粉体を水素雰囲気中で熱処理してＣ
ｒ２Ｏ３粉末の表面をＣｒに還元し、えられた圧粉体中
の空隙にＣｕを溶浸することを特徴とする真空スイッチ
用接点材料の製法、 −Ｃｒ２Ｏ３粉末を水素雰囲気中で熱処理してＣｒ２Ｏ
３粉末の表面をＣｒに還元したのち、えられた粉末から
圧粉体を製造し、この圧粉体中の空隙にＣｕを溶浸する
ことを特徴とする真空スイッチ用接点材料の製法、Ｃｒ２Ｏ３粉末を水素雰囲気中で熱処理してＣｒ２Ｏ３
粉末の表面をＣｒに還元したのち、えられた粉末とＣｕ
粉末とを混合したものから圧粉体を製造して焼結するこ
とを特徴とする真空スイッチ用接点材料の製法およびＣｒ２Ｏ３粉末を水素雰囲気中で熱処理してＣｒ２Ｏ３
粉末の表面をＣｒに還元したのち、えられた粉末とＣｕ
粉末とを混合したものを金型に充填してＣｕの融点以下
の温度でホットプレスすることを特徴とする真空スイッ
チ用接点材料の製法に関する。

［実施例１本発明の真空スイッチ用接点材料は、第１ａ図に示すよ
うに、Ｃｕ（２］とＣｒｘＯｙ（ｘ−１〜２、ｙ−ｙ０〜３　）　（１）とからなる。なお、第１ａ図は接点
材料の組織を模式的に表わした断面図である。

　前記Ｃｒ　　Ｏは粒状であり、中心部がＣｒ２Ｏ３で
、　　　ｙＣｕとの濡れ性を良好にするため外周部がＣｒの形態で
存在する。

該Ｃｒ　　Ｏは、その断面を模式的に示すとたと　　　
ｙえば第１ｂ図に示すような、中心部がＣｒ２Ｏｘ（１４
）でその外側にＣｒｘＯｙとＣｒ２Ｏ３の混在する層０
、ＣｒＮｉ０２）が順に存在しているようなものであり
、さらに通常Ｃｒ層（ロ）の表面に、ＣＵ（２）との接
触によりＣｒとＣｕとの反応層ＯＤが形成されている。

しかしながら、実際には前記の各層は明確な境界なしに
Ｃｒ２Ｏ３からＣｒへと変化している。

したがって、前記各層の厚さを−概に決めることはでき
ず、またとくに限定もされない。また、前記Ｃｒ　　Ｏ
の平均粒子径にもとくに限定はない。

　　　　ｙ接点材料中におけるＣｒ　　Ｏの含有割合はｌＯ〜Ｆ６５体積％、さらには３４〜■体積％であるのが好まし
い。該割合がｌＯ体積％未満ではしゃ断性能が低く、さ
い断電流値が高くなる傾向があり、６０体積％をこえる
としゃ断性能が低くなる傾向がある。

本発明の接点材料中のＣｒ　　Ｏは、前記のよう　　　
ｙに外周部がＣｕとの濡れ性の良好なＣｒで、空孔が非常
に存在しにくい形態をとっているため、接点材料の空隙
率が通常−２％以下になる。

前記のように本発明の接点材料は、空孔が非常に少ない
ため、常に安定した大電流しゃ断性能、耐電圧性能、低
さい断電流値を有しており、溶着用外し力も小さく、消
耗量も少ない接点材料である。

つぎに本発明の接点材料の製法４種を順次説明する。

まず第１の製法として、Ｃｒ２Ｏ１粉末の圧粉体を水素
雰囲気中で熱処理してＣｒ２Ｏ３粉末の表面をＣｒに還
元し、えられた圧粉体中の空隙にＣｕを溶浸する方法を
説明する。

前記Ｃｒ２Ｏ１粉末としては、純度９９％以上、平均粒
子径０．５〜３摩のものが好ましい。

前記圧粉体は、たとえば金型プレスなどの常法により成
形することができる。

前記熱処理の雰囲気は、Ｃｒ２Ｏ１の還元の意味から水
素が好ましく、露点は−６０℃以下、さらには処理時間
や還元による８２Ｏの発生の点から−９０℃以下の供給
ガスが好ましい。

前記熱処理の温度−は１０００℃以上が好ましく、さら
には処理時間の点から１２Ｏ０−１３００℃が好ましく
、処理時間は０．５〜１時間が好ましい。

前記圧粉体中の空隙にＣｕを溶浸する方法にはとくに限
定はな−く、たとえば前記熱処理ずみの圧粉体上に銅を
のせて水素などの雰囲気中で加熱してＣｕを溶融させ、
圧粉体中の空隙に浸込ませるなどの方法が用いられる。

溶浸の際の条件としては、通常、加熱温度が１２Ｏ０〜
１３００℃、加熱時間が０．５〜１時間であるのが好ま
しい。

第２の製法として、Ｃｒ２Ｏｘ粉末を水素雰囲気中で熱
処理してＣｒ２Ｏ３粉末の表面をＣｒに還元したのち、
えられた粉末から圧粉体を製造し、この圧粉体中の空隙
にＣｕを溶浸する方法を説明する。

前記Ｃｒ２Ｏ３粉末としては、第１の製法と同様のＣｒ
２Ｏ１粉末が用いら些る。

前記熱処理の条件は第１の製法と同一でよい。

なお、表面の還元されたＣｒ２Ｏ３粉末が集まって大き
な粒子を形成しているばあいには、これをたとえばボー
ルミルなどで粉砕してほぐしてから用いるのが好ましい
。

前記圧粉体中の空隙にＣｕを溶浸する方法は、第１の製
法と同様でよい。

第３の製法として、Ｃｒ２Ｏ３粉末を水素雰囲気中で熱
処理してＣｒ２Ｏ３粉末の表面をＣｒに還元したのち、
えられた粉末とＣｕ粉末とを混合したものから圧粉体を
製造して焼結する方法を説明する。

前記Ｃ′ｒ２Ｏ３粉末およびその表面をＯｒに還元する
方法は、第２の製法と同様でよい。

前記表面が還元されたＣｒ２Ｏ５粉末と％　Ｃｕ粉末と
は、たとえばボールミルなどの常法により混合すればよ
い。

前記Ｃｕ粉末は、純度９９％以上、平均粒子径１＃１１
のものが好ましい。

前記圧粉体はたとえば金型プレスなどの常法により成形
することができる。

前記圧粉体の焼結方法にはとくに限定はないが、焼結温
度はＣｕの融点近傍が好ましく　、１０００〜１１００
℃、焼結時間は２〜３時間であるのが好ましい。

また、雰囲気としては、水素ガス雰囲気、真空などをあ
げることができる。

第４の製法として、Ｃｒ２Ｏ３粉末を水素雰囲気中で熱
処理してＣｒ２Ｏ３粉末の表面をＣｒに還元したのち、
えられた粉末とＣｕ粉末とを混合したものを金型に充填
して銅の融点以下の温度でホットプレスする方法を説明
する。

−前記Ｃｒ２Ｏ３扮末、その表面をＣｒに還元する方法
および還元された粉末とＣｕ粉末とを混合する方法は、
第３の製法と同様でよい。

前記ホットプレスに用いる金型にはとくに限定はなく、
たとえばカーボンダイスなどを用いることができる。

前記ホットプレスの温度は、Ｃｕの融点以下の温度であ
ればよいが、処理時間の点から９５０〜ｌｏｓｅ℃であ
るのが好ましい。ホットプレスの圧力は、１００〜５０
０ｋｇ　／　ｃｄ、加圧時間は０．５〜１時間であるの
が好ましい。また、雰囲気としては、水素、真空が好ま
しく、真空のばあい、酸化防止の点からｌＧ−３Ｔｏｒ
ｒ以下の真空が好ましい。

つぎに本発明の接点材料およびその製法を実施例によっ
てさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実施例のみ
に限定されるものではない。

実施例１Ｃｒ２Ｏ１粉末（平均粒径１ｍ＋、純度９９％、以下同
様）を、金型プレスを用いて単位面積当りｌｏｏｏｋｇ
の条件で成形し、空孔率５０％の圧粉体をえた。この圧
粉体を水素雰囲気中、１３００℃で０．５時間熱処理し
、圧粉体を構成するＣｒ２Ｏ１粉末の表面を還元した。

熱処理されたＣｒ２ｓ圧粉体を研磨し、１１４Ａで分析
したところ１つのＣｒ２Ｏ５粉末表面は酸素がなく、中
心部には酸素が存在していた。

続いてこの熱処理済の圧粉体上に純度９９．８％のＣｕ
をのせて水素雰囲気中１２５０℃にて１時間保持し、Ｃ
ｕを溶融させ、圧粉体中の空隙に浸込ませて接点材料を
えた。

えられた接点材料のＣｒ２Ｏ５含有率（未還元状態での
値、以下同様）は６０体積％であった。えられた接点材
料の密度を測定したところ、９８．３％であり、空隙率
が２％以下であった。

実施例２Ｃｒ２Ｏ３粉末を水素雰囲気中１３００ｃで０．５時間
熱処理し、Ｃｒ２Ｏｘ粉末の表面を還元した。

熱処理終了後、えられた粉末をボールミルで粉砕し、造
粒していたものをほぐした。つづいて、この粉末を、金
型プレスを用いて単位面積当り１０００−の条件で成形
し、空孔率５０％の圧粉体をえた。この圧粉体の上に純
度が９９．８％のＣｕをのせて水素雰囲気中１２５０℃
で１時間保持し、Ｃｕを溶融させ、圧粉体中の空隙に浸
込ませて接点材料をえた。

えられた接点材料のＣｒ２Ｏ５含有率は６０体積％であ
り、空隙率は２％以下であった。

実施例３実施例２と同様にして表面が還元されたＣｒ２Ｏ３粉末
を作製した。続いて該Ｃｒ２Ｏ３粉末と、ｅｕ粉末（平
均粒子径１摩、純度９９％、以下同様）とをボールミル
で混合し、金型プレスを用いて単位面積当り３０００ｋ
ｇの条件で成形し、空孔率２５％の圧粉体をえた。この
圧粉体を、水素雰囲気中１０１１３℃付近で３時間焼結
し、接点材料をえた。

えられた接点材料のＣｒ２Ｏ１含有率は２５体積％であ
り、空隙率は２％以下であった。

実施例４実施例３と同様にして表面が還元されたＣｒ２Ｏ３粉末
とＣｕ粉末との混合粉末を作製し、カーボンダイスに充
填してｉｏ−Ｔｏｒｒの真空中１０５０℃で２Ｏ０ｋｌ
Ｚ／Ｃ−の圧力で３時間保持した。

えられた接点材料のＣｒ２Ｏ３含有率は４０体積％であ
り、空隙率は１％以下であった。

比較例ＩＣｒ２Ｏ５粉末を金型プレスを用いて単位面積当り１０
００ｋｇの条件で成形し、空孔率５０％の圧粉体をえた
。この圧粉体の上に純度９９．８％のＣｕをのせて水素
雰囲気中、１２５０℃で１時間保持し、Ｃｕを溶融させ
、圧粉体中の空隙に浸込ませようとした。しかし、Ｃｕ
は溶融したものの、圧粉体外周部に溶融したＣｕが溜っ
ただけで、内部には浸込まなかった。

比較例２Ｃｒ２Ｏ３粉末２５ｇとＣｕ粉末７５ｇをボールミルで
混合し、金型プレスを用いて単位面積当りａｏｏｏｍの
条件で成形して空孔率２５％の圧粉体をえた。この圧粉
体を水素雰囲気中１０５０℃で３時間焼結し、接点材料
をえた。

えられた接点材料の空隙率は１２％であった。

比較例３比較例２と同様にして圧粉体を作製し、水素雰囲気中１
１００℃で３時間焼結した。しかし、圧粉体中のＣｕが
溶融し、圧粉体中からはじき出されてＣｕとＣｒ２（ｈ
とに分離してしまった。

比較例４比較例２と同様にして混合粉末を作製したのち、カーボ
ンダイスに充填し、ｌｏ−３Ｔｏｒｒの真空中１０５０
℃で２ＤＯｋｇ　／　（ｊの圧力で３時間保持した。

えられた接点材料の空隙率は７％であった。

実施例１〜４および比較例１〜４から、本発明の接点材
料の製法によると空隙率が２％以内という空隙率の低い
良好な接点材料をうろことができ、一方、従来の接点材
料の製法によると空隙率を低　”く押えることができな
いことがわかる。このように、従来法で空隙率を小さく
することができない理由としては、ＣｕとＣｒ２Ｏ１と
の濡れ性が非常にわるいためＣｕを溶融させるばあいに
はＣｒ２Ｏ５圧粉体からはじき出され、Ｃｕを溶融させ
ないばあいには焼結が進行しにくいことがあげられる。

本発明の接点材料が安定した電気性能を有していること
は先に述べたが、次に、さらに詳しく電気性能について
示す。

実施例５ＣｕとＣｒ２Ｏｘ粉末の使用割合をかえたほかは実施例
１〜４と同様にして様々なＣｒ２Ｏ１含有率の接点材料
を作製した。なお、実施例１．２に示した第１、第２の
製法は溶浸法であるためＸＣＬｌ量が６０体積％以下の
接点材料の製造に適しており、一方、実施例３．４に示
した第３、第４の製法ではＣｕｌｌが６０体積％以上の
接点材料の製造に適している。

そこで、Ｃｕ量が６０体積％未満の材料は第１および第
２の製法（いずれの製法でも同様の特性の材料かえられ
る）で作製し、Ｃｕ量が６０体積％の材料は第１〜４の
製法（いずれの製法でも同様の特性の材料かえられる）
で作製し、Ｃｕ量が６０体積％をこえる材料は第３およ
び：Ｊｉ４の製法（いずれの製法でも同様の特性の材料
かえられる）で作製した。

えられた接点材料を電極形状に機械加工したのち真空ス
イッチ管に組込み二さらにこの真空スイッチ管を操作機
構に取付けて真空しゃ断器を作製した。えられた真空し
ゃ断器を用いて各電気的特性を下記に示した方法により
調べた。電流しゃ断性能を第２図に、さい断電流性能を
Ｎ３図に示す。

なお、第２ｖ７Ｊ中、縦軸は従来から電流しゃ所用に用
いられているＣｕ−２５重量％Ｃｒ接点材料のしゃ断電
流値を基準にしたばあいのしゃ断電流値を示し、横軸は
接点材料中のＣｒ２Ｏ５の含有率を示している。

また、第３図中、縦軸はさい断電流値、横軸は接点材料
のＣｒ２Ｏ３含を率を示す。

（電流しゃ断性能）単相合成しゃ断試験を行ない、７．２ｋＶで電流を２．
５ｋＡきざみで上昇させ、電流しゃ断成功の最終電流を
しゃ断性能限界として判定した。

（さい断電流性能）２ＯＡの電流を入切し、さい断発生時の電流値を測定し
た。　　′ 第２図より、本発明の接点材料の電流しゃ断性能が従来
のＣｕ　−２５ｇＸ！１％Ｃｒ接点材料の電流しゃ断性
能を上回るのは、Ｃｒ２Ｏ３の含有率が１０〜６０体積
％の範囲内であり、４０体積％付近に性能のピークがあ
ることがわかる。

また、第３図より、本発明の接点材料は従来のＣｕ−２
５重量％Ｃｒ接点材料よりさい断電流値が低く優れてお
り、従来のＡｇ−ＶＣ接点材料と比較しても、Ｃｒ２Ｏ
３含有率が３３体積％以上では優れた性能を有している
ことがわかる。

また、その他の電気性能についても、耐電圧性能は従来
のＣｕ　−２５重量％Ｃｒ接点材料と同等であり、溶着
用外し力については従来のＣｕ−２５ｍｊ１％Ｃｒ接点
材料のｌ／４と弱い力で引外すことができ、消耗量も１
万回開閉を行なったあとでも０．１■■と優れた性能を
有することを確認した。

［発明の効果］以上のように、本発明の真空スイッチ用接点材料はＣｕ
とＣｒ　　Ｏ（ｘ＝１〜２、ｙ−０〜３）とｙからなり、ＣｒｘＯｙが、その中心部がＣｒ２Ｏ３で外
周部がＣｒとなる形態で存在しているので、電流しゃ断
性能に優れており、さい断電流値および溶着用外し力が
低く、消耗量が少く、しかも安定した性能を有している
。また、本発明の製法によれば、空隙率が小さく、前記
のごとく優れた特性を有する接点材料を製造することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第ｔａ図は本発明の接点材料の組織を模式的に示す断面
図、第ｔｂ図は第１ａ図中に示したＣｒ　　Ｏ粉および
その周囲を模式的に詳細に示した断面図、第２図は本発
明の接点材料の電流しゃ断性能を示すグラフ、第３図は
本発明の接点材料のさい断電流性能を示すグラフ、第４
図は従来の接点材料の組織を模式的に示す断面図である
。（図面の主要符号）（１）　：　Ｃｒ　　Ｏ（２）：Ｃｕ才１ａ図才１ｂ団 −１才２図ｌ　　　　　　　　　　　　／本発明の接点材料＝・［」Ｃｒ２Ｏ３含有割合（体積％）牙３図言Ｃｒ２Ｏ３含有割合（体積％）第４口ｔ　　　　　　／

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ＣｕとＣｒ＿ｘＯ＿ｙ（ｘ＝１〜２、ｙ＝０〜３
）とからなり、Ｃｒ＿ｘＯ＿ｙが粒状であって、その中
心部がＣｒ＿２Ｏ＿３（ｘ＝２、ｙ＝３）、外周部がＣ
ｒ（ｘ＝１、ｙ＝０）の形態で存在することを特徴とす
る真空スイッチ用接点材料。
（２）Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末の圧粉体を水素雰囲気中で熱
処理してＣｒ＿２Ｏ＿３粉末の表面をＣｒに還元し、え
られた圧粉体中の空隙にＣｕを溶浸することを特徴とす
る真空スイッチ用接点材料の製法。
（３）Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末を水素雰囲気中で熱処理して
Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末の表面をＣｒに還元したのち、えら
れた粉末から圧粉体を製造し、この圧粉体中の空隙にＣ
ｕを溶浸することを特徴とする真空スイッチ用接点材料
の製法。
（４）Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末を水素雰囲気中で熱処理して
Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末の表面をＣｒに還元したのち、えら
れた粉末とＣｕ粉末とを混合したものから圧粉体を製造
して焼結することを特徴とする真空スイッチ用接点材料
の製法。
（５）Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末を水素雰囲気中で熱処理して
Ｃｒ＿２Ｏ＿３粉末の表面をＣｒに還元したのち、えら
れた粉末とＣｕ粉末とを混合したものを金型に充填して
Ｃｕの融点以下の温度でホットプレスすることを特徴と
する真空スイッチ用接点材料の製法。