JPH042737A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （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、より詳細には、電流さい所持性および高周波
消弧特性を改良した真空バルブ用接点材料に関する。

（従来の技術） 真空中でのアー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、過度の異常サージ電圧が発生し、負荷機器を破
壊させる恐れがある。

この異常サー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新現象（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
。

さい新現象による異常サージ電圧の値Ｖｓは、回路のサ
ージインピーダンスＺｏと、電流さい断値１ｃの積、す
なわちＶｓ−Ｚｏ争１ｃで表される。従って、異常サー
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。

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（特願昭４２−６８４４７号、米国特許箱３６
８３１３８号）、これが実用化されている。

このＡ　ｇ　−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ー
クにより分解し、荷電体を生成してアークを接続する等
の点で優れた低さい断電流特性を発揮する。

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３２４６９
７９号）。

この合金のうち、Ｂｉを１０重量％（以下ｗｔ％）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４１−１
２１３１号）は、Ｂｉが結晶粒界に偏析して存在する結
果、合金自体を脆化し、低い溶着用外力を実現し大電流
しゃ断性に優れている。

低さい断電流特性を得る他の接点材料として、ＡｇとＣ
ｕ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。

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。

（発明が解決しようとする課題） 真空しゃ断器には、低サージ性が要求され、そのために
、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）か要求されていた。

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、高サージイ
ンピー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
い断によるサージ以外に繰返し高周波再発弧によるサー
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。

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ージ（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ージは、電流さい断器
、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二とて、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、過大なサージ電圧を発生さ
せるものである。この場合では、高周波電流を消弧する
ために発生するものであり、高周波消弧特性をサージ電
圧か小さくなるように改善させることにより、発生サー
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。

ＷＣとＡｇとを複合化した合金の接点（特願昭４２−６
８４４７号、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。

１０ｗｔ％のＢｉとＣｕとを複合化した合金（特公昭３
５−１４９７４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。

Ｑ、５ｗｔ％のＢｉ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。

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。

この発明は上述の背景に基づきなされたものであり、そ
の目的とするところは、優れた低さい断電流特性と高周
波消弧特性を兼備し、苛酷化する真空しゃ断器への要求
に応える接点材料を提供することである。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段および作用）この発明者は
、上記の課題解決のために研究開発を進めた結果、Ａｇ
−Ｃｕ−金属珪化物系接点材料において、ＡｇとＣｕと
の含有量、その比率および存在状態を最適化すると共に
、耐弧性成分の金属珪化物の粒径及び量を最適化すれば
、この発明の目的達成に有効であるとの知見を得て、こ
の発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の真空バルブ用接点材料は、Ａｇおよ
びＣｕの高導電性成分と金属珪化物の耐弧性成分とを含
むＡｇ−Ｃｕ−金属珪化物系真空バルブ用接点材料であ
って、 （ｉ）　　高導電性成分の含有量は、ＡｇとＣｕとの総
計量（Ａｇ＋Ｃｕ）が１０〜７０ｗｔ％であり、Ａｇと
Ｃｕとの総計量中に占めるＡｇの比率（Ａｇ／　（Ａｇ
＋Ｃｕ））が４０〜９０ｗｔ％てあり、 （１１）　　耐弧性成分の含有量は、３０〜９０ｗｔ％
であり、 （ｉｆｔ）　　この接点材料の組織は、高導電性成分の
マトリックスおよび厚さまたは幅５μｍ以下の不連続相
と、１０μｍ以下の好ましくは３μｍ以下の耐弧性成分
の不連続粒とからなり、高導電性成分の不連続相が、マ
トリックス中で５μｍ以下の間隔て微細にかつ均一に分
散されていること、を特徴とするものである。

尚、ここで示した金属珪化物とは、Ｔ　ｌ　ｓ　Ｖ　％
Ｃｒ、Ｚｒ％　Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｌａからなる群
から選ばれた金属の珪化物、例えばＴｉＳｉ　　　ＶＳ
ｉ　　　ＣｒＳｉ２、ＺｒＳｉ２．２ゝ　　　２ゝ ＮｂＳｉ　　　ＭｏＳｉ　　　ＴａＳｉ２、Ｗ　Ｓ　ｌ
　２．２ゝ　　　　２ゝ Ｌ　ａ　Ｓ　１２などである。

また、上記高導電性成分であるＡｇとＣｕとの総計ｆｆ
ｉ（Ａｇ＋Ｃｕ）は、重量比で、金属珪化物が珪化チタ
ンの場合では１０〜５０％、ジルコニウム珪化物では１
５〜６０％、バナジウム珪化物では１５〜６０９６、ニ
オブ珪化物では１５〜６０％、タンタル珪化物では２０
〜７０％、クロム珪化物では１５〜６０％、モリブデン
珪化物では１５〜７０％、ランタン珪化物では１５〜７
０％、タングステン珪化物では２０〜７０％の範囲にあ
ることが好ましい。

二の発明の一態様では、高導電性成分の厚さまたは幅５
μｍ以下の不連続相かマトリックス中で５μｍ以下の間
隔で微細にかつ均一に分散されている存在状態を示す部
分において、高導電性成分のマトリックスおよび不連続
相が、各々、Ａｇを溶解したＣｕ固溶体およびＣｕを溶
解したＡｇ固溶体もしくは、Ｃｕを溶解したＡｇ固溶体
およびＡｇを溶解したＣｕ固溶体である。

この発明の望ましい更に別の態様において、高導電性成
分について、厚さまたは幅５μｍ以下の不連続相がマト
リックス中で５μｍ以下の間隔て微細にかつ均一に分散
されている存在状態は、高導電性成分総計量のうちの少
なくとも５０面積％占める。

発明の詳細な説明 電流さい断時性の改善には、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。前述の電流さい新現象は、接点
間の蒸気ｆｆ１（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か深いとされ、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が、あるいは供
給し易い材料で接点を作成すれば電流さい新現象が緩和
できることが判明した。上述のＣｕ−Ｂ１系合金はこう
した観点に立つもので、低いさい断値を有する。しかし
ながら、致命的な欠点として、Ｂｉが持つ低融点（２７
１℃）のために通常真空バルブで行われる６００℃近傍
のベーキング或いは８００℃の銀ろう付は作業時に、Ｂ
ｉの溶融による移動・凝集の結果、電流さい断時性を維
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
。

一方、Ａ　ｇ　　Ｗ　Ｓ　ｌ　２で代表されるＡｇ−耐
弧性材料合金では、耐弧性材料（この場合金属珪化物）
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Ｃｕ−Ｂ１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か耐弧性
材料か）アー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。

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と耐弧性材料との組合わせのみによる合金によって
阻止しアー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、アークが主として固着する位置が、耐弧
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新現象
の緩和（改良）が行われるが、耐弧性成分に固着した場
合には、若干のばらつきが発生した。

一方、耐弧性成分をより微細化することで、ばらつき幅
の改善か見られる。従って、耐弧性成分の粒径が電流さ
い新現象に重要な役割を果たすことを示唆すると共に、
耐弧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、耐弧性成分の粒径に特定の
範囲があることを示唆している。

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。

前述の様に、繰返し高周波再発弧によるサージは、電流
さい断器、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、過大なサージ電圧
を発生させるものである。過大なサージ電圧を抑制する
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
荷電流か立ち上がってくるまで、続弧させるのが望まし
い。

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ージ電
圧の発生はない。

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ージが小さくなる。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。

この続弧特性の改善の為に、本発明では、まず第１に、
高導電性成分のＡｇとＣｕとを共存させることを特徴と
している。しかも、本発明においては、合金組織が、■
Ｃｕを溶解したＡｇ固溶体および■Ａｇを溶解したＣｕ
固溶体の、もしくは、■Ａｇを溶解したＣｕ固溶体およ
び■Ｃｕを溶解したＡｇ固溶体の、マトリックスおよび
不連続相（層状組織、または棒状組織）を形成し、この
不連続相の幅または厚みを５μｍ以下とし、かつこの不
連続相をマトリックス中で５μｍ以下の間隔で微細にか
つ均一に分散させることによって、アークスポット径の
大きさに比べて同等若しくは好ましくはそれ以下となる
ように設計される。その結果、アークを維持・持続させ
る機能を主として分担しているＡｇとＣｕ成分（以下、
アーク維持材）の融点を低下させると同時に蒸気圧を上
昇させることができる。

次いで、第２に、本発明においては、金属珪化物粒（た
とえばＷ　Ｓ　１２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１．０μ
ｍ以下に設定する。この要件により、アーク維持材の分
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、アーク
維持材（Ａｇと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、低さい断時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、金属珪化物（たとえば、Ｗ　
Ｓ　１２粒）の平均粒径を所定の値と組合わせて初めて
アーク維持材（ＡｇとＣｕ）の組織を高度に微細化した
効果を一層引出し、かつ安定化させることが可能となる
。

ところで、一般に、蒸気圧の高い材料の真空アーク中で
のイオンの電荷は低くなる傾向にある（参照、Ｃ，Ｗ、
　Ｋｉａ＋ｂｌｉｎ著ｒＥｒｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉ
ｏｎｉｚａ−ｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｃａｔｈｏｄｅ
　５ｐｏｔ　Ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆＶａｃｕｕｍＡｒｃｓ
Ｊ　、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ、　Ｖｏｌ、　４４゜Ｎｏ、　７．　ｐ３０７４
．１９７３）　、すなわち、蒸発量が増加するだけでな
く、イオン価数の低いイオンがアーク中に多く存在する
こととなる。従って、微小電極間ギャップでの高周波電
流放電の際、電流ゼロ点を迎えるとき、微小電極間ギャ
ップ中に存在する残留プラズマ量は、アーク維持材かＡ
ｇのみ、或いはＣｕのみの場合よりも、ＡｇとＣｕとが
所定の条件で存在する場合の方が多いことになる。

これは、この発明の目的である低さい所持性と高周波消
弧特性との同時確保において好ましい。

更に、ＡｇよりもＣｕのイオンの方が質量が軽いが電流
ゼロ点時のイオンドリフト速度（Ｃｕでは９３０ｍ／ｓ
ｅｅ　ＳＡｇでは６３０　ｍ／ｓｅｅ　）が大きい為に
（前記文献）、電極に衝突する時のエネルギーでは、Ｃ
ｕのエネルギーの方が大きくなる。このイオンインパク
トにより電極が局部的に加熱され、先に述べた残留プラ
ズマ量の効果と相乗して高周波小電流放電時に、電流ゼ
ロ点時を迎えても、新たにカソードとなる電極表面では
、新たにカソードスポットを生成し易くなり、高周波小
電流放電時での続弧特性は改善される。

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
一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、過大なサージ電圧
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ＡｇとＣｕとの含有量、その比率および存在状態
、更に、耐弧性成分の金属珪化物（たとえば、ＷＳｉ２
）の粒径を一層微細化することにより、低さい所持性と
高周波特性とを同時に改良することかできるのである。

すなわち、本発明による真空バルブ用接点材料は、Ａｇ
およびＣｕからなる高導電性成分と金属珪化物からなる
耐弧性成分とを含んでなるＡｇ−Ｃｕ−金属珪化物系真
空バルブ用接点材料であって、前記高導電性成分の含有
量は、ＡｇとＣｕとの総計量（Ａｇ＋Ｃｕ）が１０〜７
０重量％であり、ＡｇとＣｕとの総計量中に占めるＡｇ
の比率［Ａｇ／　（Ａｇ＋Ｃｕ）］が４４０〜９０重量
であり、前記耐弧性成分の含有量は、３０〜９０重量％
であり、該接点材料の組織は、高導電性成分のマトリッ
クスおよび厚さまたは幅５μｍ以下の不連続相と、１０
μｍ以下の耐弧性成分の不連続粒とからなり、高導電性
成分の該不連続相が、該マトリックス中で５μｍ以下の
間隔て微細にかつ均一に分散されていること、を特徴と
するものである。

ここで、高導電性成分の含有量、すなわちＡｇとＣｕと
の総計量は、１０〜７０ｗｔ％の範囲とする。Ａｇ＋Ｃ
ｕ量が少なすぎると、さい所持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、さい所持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所持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＋Ｃｕｆ
ｆ１が多過ぎると、熱伝導度が大きくなるためＡｇ、Ａ
ｇＣｕの蒸発を促す機能が低下するため、さい所持性の
低下を招くと共に耐電圧性の低下も招く。

また、ＡｇとＣｕとの総計量中に占めるＡｇの比率（Ａ
ｇ／　（Ａｇ＋Ｃｕ））　は、４０〜９゜ｗｔ％の範囲
とする。これは、Ａｇの比率が低過ぎると、主として蒸
気源となるＡｇの量的不足によってさい所持性が低下し
、一方、Ａｇの比率か高すぎると、熱伝導性が高くなり
すぎ、前記と同様にさい所持性の低下を招く。

次に、図面を参照しつつ、この発明をより具体的に説明
する。

真空バルブ 第１図は真空バルブの断面図、第２図は真空バルブの電
極部の拡大断面図である。

第１図に於いて、しゃ断室１は、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。

前記しゃ新字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、ベローズ９が取付けられ
しゃ新字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。またこのベローズ９上部には金
属性のアークシールド１０か設けられ、ベローズ９がア
ー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器１内に金属性のアークシ
ールド１１か設けられ、これにより絶縁容器２がアーク
蒸気で覆われることを防止している。更に電極８は、第
２図に拡大して示す如く導電棒６にろう何部１２によっ
て固定されるが、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。

接点材料の製造 次に、この接点材料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
用して行うことて容易に所定粒径の粉末を得る。まず所
定粒径の金属珪化物（以下代表的にＷ　Ｓ　ｌ　２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か一５０℃以下の水素雰
囲気或いは真空度が、１．３Ｘ１０”Ｐａ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。

ついで、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−Ｃｕを１１５０℃×１時間で溶浸しＡｇ−
Ｃｕ−ＷＳｉ２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。

尚、合金中の導電成分の比率Ａｇ／　（Ａｇ十Ｃｕ）の
制御は、次の様にして行った。例えばあらかじめ所定比
率Ａ　ｇ　／　（Ａ　ｇ　＋　Ｃｕ　）を有するインゴ
ットを、温度１２００℃、真空度１．３×１Ｏ−２Ｐａ
で真空溶解を行ない、切断し溶浸用素材として用いた。

導電成分の比率Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）の制御の他の方法
は仮焼結体を作る際、あらかじめ、所定量の一部をＷＳ
ｉ２中に混合させておき後から残余のＡｇまたはＡ　ｇ
　＋　Ｃｕを溶浸させることでも、所望組織の接点合金
を得ることか出来る。

（実施例） 次に、本発明実施例データを得た評価方法、および評価
条件につき述べる。

（１）電流さい所持性 各接点を取付けて１Ｏ−３Ｐａ以下に排気した組立て式
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 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か流れる。

この高周波電流かしゃ断されると再び最初の段階に戻っ
て過電圧か現われ、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ージ電圧が発生
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。

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１Ｏ−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６．６
ｋＶ、１５０　ＫＶＡ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ケーブル（導体断面積２００ａＩｌｉ）
で接続した。負荷電流は１０Ａ（実効値）、シゃ断器の
開極速度は０．８ｍ７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１００　ＫＨｚ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１〜３に供試接点の材料内容とその対応する特性デー
タを示す。

表のように、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＳｉ２合金中のＡｇ十Ｃｕ
量を１３．２ｗｔ％〜８８．６ｗｔ％、ＡｇとＣｕとの
比率Ａ　ｇ　／　（Ａ　ｇ　＋　Ｃｕ　）を０〜１００
ｗｔ％の範囲に変化させ、かつＡｇとＣｕとの存在状態
が、すなわち、高導電性成分の厚さまたは幅５μｍ以下
の不連続相（層状または／および棒状組織）がマトリッ
クス中で５μｍ以下の間隔で微細にかつ均一に分散され
ている存在状態の領域の占める割合を、例えば７５〜１
００面積％、５０面積％、２５面積％、１０面積％以下
に区別けした。これらは各接点の冷却過程に於ける冷却
速度、すなわち１０００℃又はそれより高い温度より７
７０℃までの間の温度区域のうちの、任意の温度での温
度差１００℃間の平均冷却速度を上記面積％となるよう
調整しながら得る。例えば好ましくは６℃／分より早い
速度で冷却しながら凝固させることによって得る。０．
６℃／分より遅い速度ではＡｇとＣｕの分散に不利とな
る。

更に、使用する金属珪化物（例えばＷ　Ｓ　ｌ　２で代
表）の粒径が０．１μｍ〜１７０μｍ（８０ｍｅｓｈ）
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〜表３に示した。

実施例１〜３、比較例１〜２ 平均粒径４μｍのＷ　Ｓ　ｌ　２粉末を用意する。必要
によりこれらを所定比率混合後、焼結後の残存空隙量を
調整するよう成形圧をゼロ−８トン／ｃｄの範囲で適宜
選択しながら成形する。この場合、合金中のＡｇ十Ｃｕ
量の多い実施例３（Ａｇ十Ｃｕ−７０，０ｗｔ％）、比
較例２　（Ａｇ十Ｃｕ＝８７．３ｗｔ％）では、成形圧
を特に、低くするが、若しくはあらかじめＡｇ＋Ｃｕの
一部をＷ　Ｓ　ｌ　２と共に混合した混合粉を経て、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１、比較例１では、例えば１１００〜１３００
℃で焼結し、Ｗ　Ｓ　ｌ　２又はＷ　Ｓ　ｌ　２Ａｇ−
Ｃｕ焼結体を得る。実施例２〜３、比較例２ではこれよ
り低い焼結温度で焼結し焼結体を得る。このようにして
空隙量の異なる焼結体の空隙中に、Ａｇ＋Ｃｕを溶浸し
く又は必要によりＡｇのみを溶浸することもある）最終
的にＡｇ−ＣｕＷ　Ｓ　ｌ　２合金中の（Ａｇ＋Ｃｕ）
量が、１２．５〜８７．３ｗｔ％（比較例１〜２、実施
例１〜３）の合金を得る。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、さい断時性
および高周波消弧特性を評価した。

前記したように、さい断時性の評価は、５００回しゃ断
させたときの特性で評価した。表１の比較例１〜２、実
施例１〜３に示すように合金中の（Ａｇ十Ｃｕ）ｉｎで
のさい断値の平均値は実施例２　（Ａｇ十Ｃｕ−４６，
５ｗｔ％、Ａｇ／　（Ａｇ＋Ｃｕ）−７３，８％）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＋Ｃｕ＝１２．５
ｗｔ％（比較例１）およびＡｇ＋Ｃｕ−８７，３ｗｔ％
（比較例２）では、最大値が、上昇しているのに対しＡ
ｇ＋Ｃｕが２０〜７０ｗｔ％（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。特に
Ａｇ十Ｃｕ−１２，５ｗｔ％（比較例１）のようにＡｇ
＋Ｃｕ量が少ない接点のさい断時性は、更に多数回のし
ゃ断を行うと約２０００回開閉前後より、さい断時性が
劣化するのが見られる。

一方、高周波消弧特性の評価を行うと、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＋Ｃｕ量
が２０〜７０ｗｔ％（実施例１〜３）では安定した特性
を示すが、Ａｇ＋Ｃｕ量か１２．５ｗｔ％（比較例１）
および８７．３ｗｔ％（比較例２）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−Ｃｕ−ＷＳｉ２合金
中のＡｇ＋Ｃｕｊ；ｌは、さい断時性および高周波消弧
特性の両観点から２０〜７０ｗｔ％の範囲が好ましい。

尚、実施例２の特性は、従来のＡｇ−Ｃｕ−ＷＣと同等
又はそれ以上の特性を示した。

実施例４〜８、比較例３〜６ 前述したようにＡｇ＋Ｃｕｊｌが好ましい範囲、すなわ
ち２０〜７０　ｗ　ｔ％の範囲であってもＡｇＣｕ　　
Ｗ　Ｓ　ｉ２合金中のＡｇとＣｕとの比率が適切でない
と、さい断時性および高周波消弧特性が劣化することが
判った。すなわち、Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）の値が９０〜
４０ｗｔ％（実施例４〜８）では、好ましいさい断時性
（相対値が２゜０以下）と高周波消弧特性（相対値が２
００以下）が得られた。

尚、Ａｇ／（Ａｇ十Ｃｕ）の値が９７．．４ｗｔ％およ
び１００ｗｔ％（比較値３〜４）では熱伝導性が高くな
りすぎ、また一方Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）の値が２２．７
ｗｔ９６〜ゼロ（比較例５〜６）では、主として蒸気源
となるＡｇの量的不足によってさい断時性の低下が見ら
れている。

実施例１〜８、比較例１〜６に於いては、さい断時性お
よび高周波消弧特性共にＡｇ＋Ｃｕ量、Ａｇ／（Ａｇ＋
Ｃｕ）比に対し、同じ傾向を示している。

実施例９〜１０、比較例７〜８ Ａｇ−Ｃｕ−ＷＳｉ２合金中のＡｇ−Ｃｕ部分の存在状
態すなわち、高導電性成分の厚さまたは幅５μｍ以下の
不連続相（層状又は／および棒状組織）がマトリックス
中で５μｍ以下の間隔で微細にかつ均一に分散されてい
る存在状態の領域の占める割合を、前記通常の方法でＡ
ｇ＋Ｃｕを４０ｗｔ％近傍、Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）を７
０ｗｔ％近傍に作成した接点に対し、溶浸後の冷却速度
および８００℃〜１０００℃に約１時間、再加熱保持の
熱処理を与えることによって各面積割合（％）を有する
接点とした。この面積割合が５０％以上（実施例９．１
０）では、低いさい断時性の範囲にある上に、高周波消
弧特性も良好な値を示しているのに対し、この面積割合
が少ない比較例７〜８では、さい断時性の劣化特に最大
値の大幅な上昇（劣化）が見られると共に、高周波消弧
特性も上昇（劣化）した。従って、ＡｇとＣｕとの存在
状態の前記面積割合は、Ａｇ＋Ｃｕ相中に５０％以上と
することが好ましい。

実施例１１〜１３、比較例９〜１０ ＷＳｉ　　の粒径は、Ａ　ｇ　　Ｃｕ　−Ｗ　Ｓ　１２
合金のさい断時性、高周波消弧特性に重要な関係を示す
。Ｗ　Ｓ　１２粒径が２２５μｍ、１００μｍ　（比較
例９，１０）では、さい断値の観点からは相対値が平均
値、最大値共に２．０以上、高周波消弧特性に於いても
（相対値が２００以上）劣化が見られた。

一方、Ｗ　Ｓ　ｌ　２の粒径か１０μｍ以下（実施例１
１〜１３）では、さい断値の平均値、最大値とも著しく
安定しかつ高周波消弧特性も極めて好ましい相対値を示
した。従ってＷ　Ｓ　ｌ　２の粒径は１０〜０．１μｍ
（実施例１〜１３）の範囲が好ましい。Ｗ　Ｓ　ｌ　２
の粒径が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て素材特性が安定し
ない。

実施例１４〜２２ 上述した実施例１〜１３、比較例１〜１０は、総てタン
グステン珪化物を金属珪化物として使用したが、チタン
、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロ
ム、モリブデン、ランタンの各金属珪化物に於ても所定
のＡｇ＋Ｃｕ量、Ａｇ／　（Ａｇ＋Ｃｕ）ｆｆｉ及び所
定の存在形態を有するＡｇとＣｕの割合の夫々が、好ま
しい所定範囲にあるときには、前記Ｗ　Ｓ　ｌ　２と同
様の効果が得られる（表−３、実施例１４〜２１）。

尚、Ａｇ−Ｃｕ−金属珪化物中の（Ａｇ十Ｃｕ）の量は
、金属珪化物の種類によってその最適値は若干変動した
。すなわち（Ａｇ十Ｃｕ）　量は、タングステン珪化物
では２０〜７Ｑｗｔ％であったが、電流さい断時性と高
周波消弧特性の両者を満足するには、同様の方法による
テストの結果チタン珪化物（例えばＴｉ５１２）では　
　　１０〜５Ｑｗｔ％ジルコニウム珪化物（例えばＺ　
ｒ　Ｓ　ｌ　２　）では１５〜６０ｗｔ％バナジウム珪
化物（例えばＶ　Ｓ　ｌ　２　）では　　１５〜６０ｗ
ｔ％ニオブ珪化物（例えばＮｂＳ　ｉ２）では　　　１
５〜６０ｗｔ％タンタル珪化物（例えばＴ　ａ　Ｓ　ｌ
　２）では　　２０〜７０ｗｔ％クロム珪化物（例えば
Ｃｒ５ｔ２）では　　　１５〜６０ｗｔ％モリブデン珪
化物（例えばＭｏ　Ｓ　ｌ　２）では　１５〜７０ｗｔ
％ランタン珪化物（例えばＬａ　Ｓ　ｌ　２）では　　
１５〜７０ｗｔ％であった。

更に、この効果は、複合珪化物でも同様に得られた（実
施例２２）。

以上述べた実施例のようにＡｇとＣｕとからなる高導電
性材料の総計量（Ａｇ＋Ｃｕ）と、ＡｇとＣｕとの比率
Ａ　ｇ　／　（Ａ　ｇ　＋　Ｃｕ　）比とを所定値に制
御し、かつ金属珪化物の平均粒径を１０μｍ以下、好ま
しくは１μｍ以下としＡｇとＣｕとの存在形態を、高度
均一分布させることによって、電流さい所持性を低く維
持できかつばらつきも少なく管理することができ、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。

〔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、電流さい所持性を低く維持できかつ
ばらつきも少なく管理することができる。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
、電流さい所持性およびしゃ所持性の良い真空バルブが
得られ、電流さい所持性の安定性をより一層向上した真
空バルブ用接点材料を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空バルブ用の接点材料か適用さ
れる真空バルブの断面図、第２図は第１図に示す真空バ
ルブの電極部分の拡大断面図である。 １・・・しゃ新字、２・・・絶縁容器、３ａ、３ｂ・・
・封止金具、４ａ、４ｂ・・・蓋体、５．６・・・導電
棒、７．８・・・電極、９・・・ベローズ、１０，１１
・・・アークシールド、１２・・・ろう何部、１３ａ、
１３ｂ・・・接点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ＡｇおよびＣｕからなる高導電性成分と金属珪化物
   からなる耐弧性成分とを含んでなるＡｇ−Ｃｕ−金属珪
   化物系真空バルブ用接点材料であって、 前記高導電性成分の含有量は、ＡｇとＣｕとの総計量（
   Ａｇ＋Ｃｕ）が１０〜７０重量％であり、ＡｇとＣｕと
   の総計量中に占めるＡｇの比率〔Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）
   〕が４０〜９０重量％であり、 前記耐弧性成分の含有量は、３０〜９０重量％であり、 該接点材料の組織は、高導電性成分のマトリックスおよ
   び厚さまたは幅５μｍ以下の不連続相と、１０μｍ以下
   の耐弧性成分の不連続粒とからなり、高導電性成分の該
   不連続相が、該マトリックス中で５μｍ以下の間隔で微
   細にかつ均一に分散されていることを特徴とする、真空
   バルブ用接点材料。 ２、前記金属珪化物が、ＷＳｉ＿２である、請求項１に
   記載の真空バルブ用接点材料。 ３、前記高導電性成分の厚さまたは幅５μｍ以下の不連
   続相がマトリックス中で５μｍ以下の間隔で微細にかつ
   均一に分散されている存在状態を示す部分において、前
   記高導電性成分のマトリックスおよび不連続相が、各々
   、Ａｇを融解したＣｕ固溶体およびＣｕを溶解したＡｇ
   固溶体、もしくは、Ｃｕを融解したＡｇ固溶体およびＡ
   ｇを溶解したＣｕ固溶体であることを特徴とする、請求
   項１または２に記載の真空バルブ用接点材料。 ４、前記接点材料の組織において、前記高導電性成分の
   厚さまたは幅５μｍ以下の不連続相がマトリックス中で
   ５μｍ以下の間隔で微細にかつ均一に分散されている存
   在状態が、高導電性成分総計量のうちの少なくとも５０
   面積％占めることを特徴とする、請求項１乃至３のいず
   れか１項に記載の真空バルブ用接点材料。 ５、前記金属珪化物が、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、 Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＬａからなる群から選ば
   れた金属の珪化物の少なくとも１種よりなる、請求項１
   に記載の真空バルブ用接点材料。 ６、前記高導電性成分であるＡｇとＣｕとの総計量（Ａ
   ｇ＋Ｃｕ）が、重量比で、金属珪化物が珪化チタンの場
   合では１０〜５０％、ジルコニウム珪化物では１５〜６
   ０％、バナジウム珪化物では１５〜６０％、ニオブ珪化
   物では１５〜６０％、タンタル珪化物では２０〜７０％
   、クロム珪化物では１５〜６０％、モリブデン珪化物で
   は１５〜７０％、ランタン珪化物では１５〜７０％、タ
   ングステン珪化物では２０〜７０％の範囲にある、請求
   項１に記載の真空バルブ用接点材料。