JPH04324219A - 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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遮断性能及び再点弧発
生頻度を改良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、これらの要件の中には相反するものがある関係上
、単一の金属種によって全ての要件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
料においては、不足する性能を相互に補えるような２種
以上の元素を組合せ、かつ大電流用又は高電圧用などの
ように特定の用途に合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が、
さらに強まる高耐圧化および大電流化の要求を充分満足
する真空バルブ用接点材料は未だ得られていないのが実
状ある。

【０００３】例えば、大電流化を指向した接点材料とし
てＢｉのような溶着防止成分を５％以下の量で含有する
Ｃｕ−Ｂｉ合金材料が知られている（特公昭４１−１２
１３１　号公報）がＣｕ母相に対するＢｉの溶解度が極
めて低いため、しばしば偏析を生じ、遮断後の表面荒れ
が大きく、加工成形が困難であるなどの問題点を有して
いる。

【０００４】また、大電流化を指向した他の接点材料と
して、Ｃｕ−Ｔｅ合金材料も知られている（特公昭４４
−２３７５１　号公報）。この合金は、Ｃｕ−Ｂｉ系合
金材料が持つ上記問題点を緩和してはいるが、Ｃｕ−Ｂ
ｉ系合金材料に比較して雰囲気に対し、より敏感なため
接触抵抗などの安定性に欠ける。

【０００５】さらに、これらＣｕ−Ｔｅ、Ｃｕ−Ｂｉ等
の接点材料の共通的特徴として、耐溶着性に優れている
ものの、耐電圧特性が従来の中電圧クラスへの適用には
充分であるとしても、これ以上高い電圧分野への適用に
対しては、必ずしも満足でないことが明らかとなってき
た。

【０００６】一方、Ｃｒを含有したＣｕ−Ｃｒ合金材料
が真空バルブ用接点材料として、知られている。この接
点材料は、高温下でのＣｒとＣｕとの熱特性が好ましい
状態で発揮されるため高耐圧大電流用として優れた特性
を有している。すなわち、Ｃｕ−Ｃｒ合金材料は、高耐
圧特性と、大容量遮断とを両立させ得る接点として多用
されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなＣｕ−Ｃｒ
系真空バルブ用接点材料は、遮断によって接点表面が溶
融しＣｕ−Ｃｒ溶液を形成して冷却凝固を行っている。 ところが、Ｃｒは溶融Ｃｒにほとんど固溶せず、Ｃｕ−
Ｃｒ溶液が二相分離状態を形成するので、Ｃｒを多量に
含有した微粒子が接点表面に析出する。このため、再点
弧が発生することがあった。本発明の目的は、再点弧発
生を抑制するとともに遮断性能に優れた真空バルブ用接
点材料を提供することにある。 ［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段と作用】上記目的を達成す
るために本発明は、Ｃｕから成る高導電性成分と、Ｍｎ
とＣｒから成りＭｎとＣｒとの総計量（Ｍｎ＋Ｃｒ）が
２０〜６０重量％である耐弧性成分から成るので、再点
弧発生を抑制し遮断性能も良好になる。さらに、Ｂｉ，
Ｐｂ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅの少なくとも１種から成る補助
成分を１重量％以下含有させて、耐容着性も良好になる
。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的実施態様に基
づいて説明するが、はじめに本発明の接点材料が適用さ
れる真空バルブの構成を図１および図２を参照して説明
する。

【００１０】図１は、本発明の接点材料を適用する真空
バルブの構成例を示すもので、同図に於いて、１は遮断
室を示し、この遮断室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とで真空気
密に構成されている。しかして、上記遮断室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、この可動電極８の電
極棒６には、ベローズ９が取付けられ遮断室１内を真空
気密に保持しながら電極８の軸方向の移動を可能にし、
このベローズ９上部には金属性のアークシールド１０が
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。１１は、上記電極７，８を覆うようにして
遮断室１内に設けられた金属性のアークシールドで、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。 さらに、電極８は、第２図に拡大して示すように、導電
棒６にろう付部１２によって固定されるか、またかしめ
によって圧着接続されている。接点１３ａは、電極８に
ろう付け１４で固着されている。なお、第１図における
１３ｂは固定側接点である。本発明に係る接点材料は、
上記したような接点１３ａ，１３ｂの双方または何れか
一方を構成するのに適したものである。

【００１１】次に、本発明に係る接点材料の製造方法に
ついて説明する。本発明のＣｕ−Ｃｒ−Ｍｎ接点材料は
次に述べる固相焼結法によって製造するのが望ましい。 一例について記す。

【００１２】所定のＭｎ粉末とＣｒ粉末とＣｕ粉末を混
合した後、プレス機にて圧粉体を成形し、次いで露点が
−５０℃以下の水素雰囲気または、１×１０−５Ｐａ以
下の真空雰囲気にて例えば８５０　℃×１Ｈｒの条件で
焼結する。 場合によってはプレス工程、焼結工程を複数回繰り返し
、目的とするＣｕ−Ｃｒ−Ｍｎ接点材料を得る。

【００１３】この様にして製造された接点材料はＣｕマ
トリクス内にＭｎ粒子とＣｒ粒子が均一分散しており、
遮断特性がＣｕ−Ｃｒ接点と同等で、かつ、再点弧発生
率がＣｕ−Ｃｒ接点よりも少なく真空バルブ用接点材料
として最適である。以下にその理由を説明する。

【００１４】まず、再点弧発生率の抑制について記す。 前述した様に、Ｃｕ−Ｃｒ接点の遮断後の接点表面には
Ｃｒを主成分とした微粒デンドライトが析出し、これが
再点弧の引き金となる。この微粒デンドライトの析出は
ＣｕとＣｒが固溶せず、かつ、Ｃｕ融点（１３５６Ｋ）
とＣｒ融点（２１３０Ｋ）の温度差が有る事に起因する
。これに対し、第３の元素を添加したＣｕ−Ｃｒ−Ｍｎ
系ではＭｎがＣｕにもＣｒにも固溶する為、遮断後の接
点表面溶融部には、顕著な耐弧組成の微粒子析出が認め
られず、Ｃｕ−Ｃｒ系に比して再点弧発生率も少なくな
る。

【００１５】一方、遮断性能については、Ｃｕ−Ｃｒ接
点が遮断能力に優れているのは、Ｃｒのゲッター作用に
よるところが大である。また、ＭｎもＣｒと同等のゲッ
ター作用を有し、Ｃｒの一部をＭｎに置き換えても従来
接点と同等の遮断能力を有する。

【００１６】以上の様にして製造された各接点材料を比
較例と対比しながら、表１および表２を参照して説明す
る。なお、この各例において評価したときの条件方法は
、次の通りである。 （１）遮断試験

【００１７】内径φ１１０　のセラミック円筒を絶縁円
筒とし、接点寸法φ４０×５ｔ　とし、所定のアークシ
ールド、ベローズ等の部品とともに、ほぼ図１に示す形
状の真空バルブを製作し、供試バルブとした。同バルブ
を遮断器に取りつけ、閉状態にて７．２　ＫＶ，３１．
５ＫＡの遮断電流にてＪＥＣ４号の遮断試験を実施し、
その結果にて遮断能力を評価した。 （２）再点弧試験

【００１８】進み小電流試験にて評価した。前述の遮断
試験と同様の遮断器を使用し、給与電圧１２ＫＶ、遮断
電流１００　Ａとし、“０”責務１００　回での再点弧
発生回数にて評価した。 （比較例−１）

【００１９】従来のＣｕ−Ｃｒ接点（Ｃｒ％　　５０ｗ
ｔ％）をバルブに組込み、遮断試験及び、再点弧発生状
態を試験した結果、良好な遮断試験結果を得たが、数回
の再点弧の発生が認められた。 （実施例−１〜３、比較例２〜３）

【００２０】Ｃｒ＋Ｍｎ含有量の有効範囲について検討
する。Ｍｎ＋Ｃｒ含有量を１１．６ｗｔ％（比較例−２
）、２０．８ｗｔ％（実施例−１）、４７．８ｗｔ％（
実施例−２）、５９．３ｗｔ％（実施例−３）、８２．
８ｗｔ％（比較例−３）と変化させたＣｕ−Ｃｒ−Ｍｎ
合金の接点を製作し、各々の接点を真空バルブに取付け
て各特性を評価した。遮断試験に於いて、Ｃｒ＋Ｍｎ％
の少ないもの（Ｍｎ＝３．４　％、Ｃｒ＝８．２　％、
Ｍｎ＋Ｃｒ＝１１．６％、比較例−２）は、耐弧材のゲ
ッター作用が少なく遮断不能となり、一方、Ｃｒ＋Ｍｎ
％の多いもの（Ｍｎ＝３２．１％、Ｃｒ＝５０．７％、
Ｍｎ＋Ｃｒ＝８２．８％、比較例−３）は導電率の低下
が著しく、溶着が発生した。他のＣｒ＋Ｍｎ％＝２０．
８，４７．８，５９．７ｗｔ％（各々実施例−１，２，
３）は遮断試験合格であった。

【００２１】また、再点弧発生率に於いては、Ｍｎ＋Ｃ
ｒ％の著しいもの（Ｍｎ＋Ｃｒ＝８２．８％、比較例−
３）に数回の発生が認められた他は、全て、従来のＣｕ
−Ｃｒ接点よりも良好な特性を示した。以上の実験結果
からＣｒ＋Ｍｎ％＝２０〜６０ｗｔ％が望ましい。 （実施例−２，４、比較例−４）

【００２２】次に、Ｍｎの存在形態について検討する。 前述した様にＭｎはＣｕへ固溶し、その結果、著しい導
電率の低下をきたす。本実験例は、そのＭｎの存在形態
の影響につき検討したものであり、表中の（Ｃｕへの固
溶Ｍｎ）／（全Ｍｎ）とは、組成分析によって得られた
Ｍｎ％に対するＣｕ相へ固溶しているＭｎ％の比率を示
したものである。このＣｕ相へ固溶しているＭｎ％は、
組成分析によって得られたＣｒ＋Ｍｎ％から、画像処理
装置を用いて求めたＣｒ＋Ｍｎ粒子％を差し引く事によ
って得たものである。

【００２３】Ｃｒ＋Ｍｎ　　５０ｗｔ％一定として（Ｃ
ｕへの固溶Ｍｎ）／（全Ｍｎ）をパラメータとした３種
類の接点につき評価した。即ち、（Ｃｕへの固溶Ｍｎ）
／（全Ｍｎ）が各々１％，９％，３１％（各々実施例−
２，４、比較例−４）のＣｕ−Ｃｒ−Ｍｎ接点である。

【００２４】遮断試験を実施したところ、（Ｃｕへの固
溶Ｍｎ）／（全Ｍｎ）＝１％，９％（実施例−２，４）
は合格であったが、（Ｃｕへの固溶Ｍｎ）／（全Ｍｎ）
＝３１％のものは、開極時に溶着を発生し、遮断試験不
合格であった。一方、再点弧発生回数は３接点全て１回
ずつで従来のＣｕ−Ｃｒ接点よりも良好な特性を得た。 以上の結果から（Ｃｕへの固溶Ｍｎ）／（全Ｍｎ）は１
０％以下が望ましい。 （実施例−２，５、比較例−５）

【００２５】Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ接点の相対密度について
検討する。Ｍｎ＋Ｃｒ％５０ｗｔ％一定として、相対密
度が９５．６，８５．７，７３．６％（各々実施例−２
，５、比較例−５）の３種類の接点を製作し、評価した
。いずれの接点も遮断試験は合格であったが、相対密度
が低下するにつれて再点弧発生回数が増加する傾向に有
り、相対密度９５．６％（実施例−２）では１回、同８
５．７％（実施例−５）では２回と、従来のＣｕ−Ｃｒ
接点よりも良好な特性を示したが、相対密度７３．６％
（比較例−５）では５回の再点弧発生を示した。以上よ
り、８５％以上の相対密度が望ましいと言える。 （実施例−６，２，７）

【００２６】Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ接点のＣｒとＭｎの組成
比について検討する。Ｃｒ＋Ｍｎ％５０ｗｔ％一定とし
て、Ｃｒ／Ｍｎ＝８．５　（実施例−６）、Ｃｒ／Ｍｎ
＝２．０　（実施例−２）、Ｃｒ／Ｍｎ＝０．１５（実
施例−７）の種類の接点を製作し、評価した。いずれの
接点も遮断試験合格かつ、再点弧発生回数が少なく、良
好な特性を示した。以上より、ＣｒとＭｎの組成比につ
いて特に限定する必要はない。 （実施例−８）

【００２７】Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ系への溶着防止成分の添
加について検討する。実施例−８に示す様に３３．６Ｃ
ｒ−１４．３Ｍｎ−０．２　Ｂｉ−Ｃｕの成分を得た接
点につき、同様の評価を行ったところ、遮断試験、再点
弧発生回数ともに満足するものであり、更に遮断試験に
於いては、機構部の開極力を弱めて合格であった。以上
の実験結果から、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ系接点へのＢｉ，Ｔ
ｅ，Ｓｅ，Ｓｂ，Ｐｂの溶着防止成分の添加は有効であ
ると言える。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】このように本発明は、Ｃｕから成る高導
電性成分と、ＭｎとＣｒから成りＭｎとＣｒとの総計量
（Ｍｎ＋Ｃｒ）が２０〜６０重量％である耐弧性成分か
ら成るので、再点弧発生を抑制し且つ遮断性能も良好に
なる。さらに、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｅ，Ｓｂ，Ｓｅの少なく
とも１種から成る補助成分を１重量％以下含有すること
により、耐溶着性も良好になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空バルブ用接点材料が適用される真
空バルブの断面図。

【図２】［図１］の接点部の拡大断面図。

【符号の説明】

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃｕから成る高導電性成分と、Ｍｎと
   Ｃｒから成りＭｎとＣｒとの総計量（Ｍｎ＋Ｃｒ）が２
   ０〜６０％である耐弧性成分から成ることを特徴とする
   真空バルブ用接点材料。
2. 【請求項２】　　前記耐弧性成分であるＭｎの前記高導
   電性成分であるＣｕへの固溶量が、前記Ｍｎの含有量の
   １０％以下であることを特徴とする請求項１記載の真空
   バルブ用接点材料。
3. 【請求項３】　　該接点の相対密度が８５％以上である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の真空バ
   ルブ用接点材料。
4. 【請求項４】　　前記接点材料が、Ｂｉ，Ｐｂ，Ｔｅ，
   Ｓｂ，Ｓｅの少なくとも１種から成る補助成分を１重量
   ％以下含有することを特徴とする請求項１〜請求項３記
   載の真空バルブ用接点材料。