JPH0443521A - 真空バルブ用接点 - 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） 本発明は、真空バルブ用接点に係り、特に耐溶着特性及
び耐電圧特性を改良した真空バルブ用接点に関する。

（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大電流遮
断或いは定格電流開閉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
。

このような真空バルブ用接点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。しかし、さらに強まる高耐
圧化及び大電流化の要求を充分満足する真空バルブ用接
点は未だ得られていないのが実状である。

例えば、大電流化を指向した接点としてＢ１のような溶
着防止成分を５％以下の量で含有するＣｕ　’−Ｂ　ｉ
合金が知られている（特公昭４１−１２１３１号公報）
。しかし、このＣｕ−Ｂ１合金は、Ｃｕ母相に対するＢ
１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、また加工成形が困難であるな
どの問題点を有している。

また、大電流化を指向した他の接点として、Ｃｕ−Ｔｅ
合金が知られている（特公昭４４−２３７５１号公報）
。この合金は、Ｃｕ−Ｂ１合金が持つ上記問題点を緩和
してはいるが、Ｃｕ−Ｂ１合金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。

さらに、これらＣｕ−Ｔｅ、Ｃｕ−Ｂ　ｆ等の材料から
なる接点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
。

一方、Ｃｒを含有したＣｕ−Ｃｒ合金が真空バルブ用接
点材料として、知られている。このＣｕ−Ｃｒ合金接点
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。即ち、Ｃｕ−Ｃｒ合金は、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。

しかしながら、Ｃｕ−Ｃｒ合金は、遮断器用接点として
一般に多用されている前述したＢｉを５％程度以下添加
したＣｕ−Ｂ１合金と比較して、耐溶着特性が大幅に劣
っている。

ここで溶着現象とは、接点同士の接触面に発生するジュ
ール熱により接点が溶融しその後に凝固する場合と、開
閉の瞬間に発生するアーク放電により接点が気化しその
後に凝固する場合の２通りにおいて発生する。

Ｃｕ−Ｃｒ合金においては、上記何れの場合も凝固する
段階でＣｒとＣｕが１μｍ以下の微粒子となり互いに入
り乱れた状態で数μｍ〜数百μｍ程度の層を形成する。

一般に、組織の超微細化は、材料の強度向上に寄与する
要因の一つであり、この場合も例外ではない。しかして
、この超微細Ｃｕ−Ｃｒ層の強度がＣｕ−Ｃｒ合金のマ
トリクスの強度に優れ、かつ、マトリクス強度が設計さ
れた引外し力を超えたときにも溶着が発生する。

したがって、Ｃｕ−Ｃｒ合金の接点を用いた真空バルブ
を駆動させる操作機構は、Ｃｕ−Ｂ１合金接点を用いた
ものに比べ引外し力を大きく設計する必要があり、小形
化や経済性の点で困難である。

また、Ｃｕ−Ｃｒ合金の耐溶着性を改良した接点として
、Ｃｕ−Ｃｒ合金にＢｉを添加したＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１合
金接点が知られている（特公昭６１−４１０９１号公報
）。このＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１合金接点は、−船釣にＣｕ−
Ｃｒ合金の耐溶着性の改善には効果を示すが、Ｂｉ添加
の影響のため、素材が著しく脆化し、耐圧特性の低下及
び再点弧発生確率の増加を再発させる欠点を有する。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂ１合金の接点は一般的
にＣｕ−Ｃｒ合金の接点と比較して、耐溶着性は改善さ
れるが、耐電圧及び再点弧発生の面で問題が残っている
。

そこで、本発明は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂ１合金接点の持つ耐
溶着性を維持したまま、耐電圧の低下及び再点弧発生確
率の低下を極力抑えることのできる真空バルブ用接点を
提供することを目的とする。

［発明の構成］ （Ｒ題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明の真空バルブ用接点
は、第１に、Ｃｒ含有量が２０〜６０重量％であり、Ｂ
ｉ含有量がＣｕ含有量の０，０５〜１．０重量％である
（ｕ、Ｂｉ及びＣ「から構成される接点材料を接点形状
に加工し、真空熱処理を施してなることを要旨とする。

第２に、前記真空熱処理の温度は、３００乃至１０８３
℃であることを要旨とする。

（作用） Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂｉ金合金接点において、Ｂｉの存在形態
は次の４つに分類される。■Ｃｕへの固溶、■Ｃｒ粒子
とＣｕを主成分とする導電材料（Ｃｕマトリクス）界面
への存在、■Ｃｕマトリクス結晶粒界への存在、■Ｃｕ
マトリクス結晶粒内への存在である。これら存在形態の
うち接点強度に一番強い影響を与えるのは、Ｃｕマトリ
クス結晶粒界へのＢｉの存在であり、ここへのＢｉ量が
多い程接点強度が脆く結果として耐電圧の低下及び再点
弧発生確率の助長が促される。

これに対し、本発明では、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂ１の接点材料
を接点形状に加工した後、真空中での熱処理を施すこと
により、接点表層部のＢｉが除去され、これとともに、
熱処理前までＢｉを介して接触していたＣｕを主成分と
する結晶粒及び／又はＣ「粒子の一部分或いは全てが、
Ｂｉの排除によって、より密接に接合される。この結果
、表面強度が向上し、接点表面の脆化が抑制され、耐電
圧及び再点弧発生確率の低下が抑えられる。また、Ｂｉ
の除去は接点表層部のみで行われ、表層部直下の部分に
は、なお規定量のＢｉが存在してその部分から溶着１外
しが行われて耐溶着性は殆んど低下しない。そして、（
Ｃｕ＋Ｂｉ）中のＢｉ含有量が０．０５重量％より少な
いと上記の耐溶着性の改善はみられず、またＢｉ含有量
が１．０重量％より大きいと熱処理を施す効果が認めら
れず耐電圧及び再点弧発生確率の低下が著しくなる。

また、真空熱処理の温度に関しては、３００℃より低い
と接点表層部のＢｉの除去が不十分となって耐電圧の向
上及び再点弧発生確率の改善が不十分となる。一方、Ｃ
ｕの融点を越えると接点表面の荒れが著しくなる。した
がって真空熱処理は３００〜１０８３℃の温度範囲がよ
く、この熱処理は、接点形状への加工後、１回以上が行
われる。

Ｃｒ含有量に関しては、２０重量％より少ないと、Ｃｕ
含有量が多くなり過ぎて耐電圧が低下する。また、６０
重量％より多いと、Ｃｒ量過多となって真空熱処理によ
る接点表面の脆化防止が不可能となり、耐電圧及び再点
弧発生確率の低下を抑制し得なくなる。

上述の要因により、本発明の真空バルブ用接点は、Ｃｕ
−Ｃｒ−Ｂ１接点材料を接点形状に加工した後、真空熱
処理を施すことによって、耐溶着特性を維持したまま、
Ｃｕ−Ｃｒ接点材料とほぼ同等の耐電圧、再点弧発生確
率とすることが可能となる。

（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。

まず、本実施例に係る接点の製造方法について説明する
。本実施例のＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１合金接点の製造方法は２
つに大別され、その１つは溶浸法であり、もう１つは固
相法である。

まず溶浸法の一例について記す。

所定粒径のＣｒ粉末を加圧成形して粉末成形体を得る。

次いで、この粉末成形体を露点が一５０℃以下の水素雰
囲気又は真空度がｌＸ１Ｏ−３Ｔ。

「ｒ以下で、所定温度、例えば９５０℃×１時間にて仮
焼結し、仮焼結体を得る。

次いで、この仮焼結体の残存空孔中に予め所定のＢｉ量
を含有したＣｕ−Ｂ１合金材料を例えば１１００℃Ｘ３
０分で溶浸した後、所定の冷却方法で冷却凝固し、Ｃｕ
−Ｃｒ−Ｂ１合金材料を得る。溶浸は主として真空中で
行うが、水素中でも行い得る。

ここで、焼結熱処理又は／及び溶浸熱処理温度を高めに
選択すると、Ｃｕ及びＢ１の蒸発が激しく、その成分量
の制御が重要となる。しかし、炉の性能、又は−度に熱
処理する素材の量、大きさ、熱容量などによって熱処理
温度は変動するので、その温度を普遍的に表現すること
は無理である。

そして実際には残存するＣｕ量を、例えばＸ線法によっ
て直接的に決定し管理する方法が取られ得るが、概して
１３００℃以上の温度の選択はＣｕの存在を少なくし、
好ましくないことが明らかになっている。

一方、下限温度は、焼結熱処理においては、原料又は成
形体の脱ガスの観点から６００℃以上、好ましくは９０
０℃以上を必要とし、また溶浸熱処理においては、スケ
ルトンを脱ガスし、かっＣｕを溶融する必要性から少な
くとも１１００℃を必要とする。

以上のようにして溶浸法のＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１接点材料を
得る。

次いで、固相焼結法の一例について記す。

所定のＣｒ粉末Ｃｕ粉末及びＢｉ粉末を混合した後、プ
レス機にて圧粉体を成形し、次ＬＮで露点が一５０℃以
下９水素雰囲気又は１×１０″３ＴＯｒｒ以下の真空雰
囲気にて焼結する。このプレス工程と焼結工程を複数回
繰り返し、目的とするＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１接点材料を得る
。

このようにして製造された溶浸法又は固相焼結法のＣｕ
−Ｃｒ−Ｂ１接点材料を所定の接点形状に加工し、その
後、例えば８００℃×３０分の熱処理を例えば１０″５
Ｔｏｒｒの真空度にて行う。

このようにして製造されたＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１合金接点は
、耐圧特性がＢｉ無添加のＣｕ−Ｃｒ合金接点と同等で
あり、真空バルブ用接点として最適である。

次に、第１図の表を用いて、以上のようにして製造され
た各接点例を比較例と対比して示す。なお、この各接点
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）耐溶着性 外径２５ｍｍφの一対の円板状試料に、外径２５ｍｍφ
で先端が１０ＯＲの球面をなす加圧ロッドを対向させ、
１００Ｋｇの荷重を加え１０′５ｍｍＨｇの真空中にお
いて５０Ｈｚ、２０ＫＡの電流を２０ミリ秒間通電し、
その時の試料−ロッド間の引外しに必要な力を測定し耐
溶着性の判断をした。なお、評価は、比較例１に示した
溶浸上りのＣｕ−Ｃｒ合金材料の溶着１外し力を１．０
０としたときの相対的な値で比較した。表中の各側には
上記接点数３個の測定値におけるばらつき幅を示す。

（２）耐電圧特性 各接点合金についてパフ研磨により鏡面仕上をしたＮｉ
針を陽極とし、同じように鏡面仕上をした後、真空熱処
理を施した各試料を陰極とし、両極間のギャップを０．
５ｍｍとし、１０−’ｍｍＨｇの真空において徐々に電
圧を上昇しスパークを発生したときの電圧値を測定し、
静耐圧値を求めた。表中に示す測定データは、３回の繰
返しテストを行ったときのばらつき値を含めて、溶浸上
りのＣｕ−Ｃｒ合金の静耐圧値を１．００　（比較例１
）としたときの相対的な値で示した。

（３）再点弧特性 外径３Ｑｍｍ、厚さ５ｍｍの円板状接点片を、デイマウ
ンタプル形真空バルブに装着し、６ＫＶＸ５００Ａの回
路を２０００回しゃ断した時の再点弧発生頻度を測定し
、２台のしゃ断器（バルブとして６本）のばらつき幅（
最大及び最小）で示した。

実施例１〜３、比較例１〜４ Ｃｒ量置駒Ｑｗｔ％、Ｂｉ／（Ｃｕ＋Ｂｉ）置駒Ｑ、５
ｗｔ％の接点を用い、熱処理条件を、なし、２００℃×
ＩＨ「、３００℃×ＩＨ「、８００℃ＸＩＨｒ、１０５
０℃ＸＩＨｒ、１２００℃ＸＩＨｒとし、各特性を評価
した（各々比較例−２，３、実施例１〜３、比較例４）
。各々の特性は表中に示す通り、耐溶着特性に関しては
Ｂｉを添加していないＣｕ−Ｃｒ接点（比較例−１）に
比べて大幅に良好となっているが耐電圧特性並びに再点
弧発生確率は熱処理温度に大きく依存した。

即ち、接点加工後の熱処理を実施しなかったもの（比較
例−２）及び熱処理温度が２ＣＯ℃のもの（比較例−３
）は、接点表面のＢｉ除去が不十分なため、耐電圧の向
上及び再点弧発生確率の改善が見られなかった。また、
熱処理温度がＣｕの融点を越えたもの（比較例−４）は
、接点表面の荒れが著しく、各特性を測定する事が不可
能であった。これに対し、熱処理温度３００℃、８００
℃、１０５０℃のもの（実施例−１，２，３）は、耐電
圧特性、再点弧発生確率とも向上が認られた。

実施例２．４．５、比較例５〜６ Ｃｒ量５０　ｗ　ｔ％、Ｂｉ／（Ｃｕ＋Ｂｉ）量を、０
．０１．０，０５．０．４３．０．９７．５．６ｗｔ％
と変化させたＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１接点の特性を評価した（
比較例−５、実施例４．２．５、比較例−６）。表中に
示すようにＢｉ含有量の少ないものく比較例−５）は耐
電圧特性、再点弧発生確率は良好であったが、耐溶着性
の改善は殆んど見られなかった。一方、Ｂｉ含有量の多
いもの（比較例−６）では、熱処理を施す効果は認めら
れす、再点弧発生確率及び耐電圧特性の低下が著しかっ
た。以上よりＢｉ／（Ｃｕ＋Ｂｉ）量は０．０５〜ｌ、
Ｑｗｔ％が適当であると言える。

実施例６〜８−比較例７．８ Ｃｒ含有量の有効範囲について検討する。Ｃｒ含有量を
１２．３．２２．５．４７，９．５９゜１．８７．６ｗ
ｔ％となるＣｕ−Ｃｒ−Ｂ１合金接点につき検討した（
比較例７、実施例６〜８、比較例８）。各接点例につい
て諸特性を評価したところ、耐溶着性は全て良好であっ
た。しかし、耐電圧の面では、Ｃｒ量１２．３ｗｔ％（
比較例−７）なる接点はＣｕ量が多すぎたため、著しい
耐電圧の低下が認められた。但し再点弧発生の面では問
題がなかった。また、８７．６ｗｔ％Ｃｒ量の接点（比
較例８）ではＣｒ量過多のため、熱処理による接点表面
の脆化防止が不可能であり、耐電圧特性、再点弧発生確
率とも良好な結果を得られなかった。一方、Ｃｒ量２２
．５．４７．９．５９．１ｗｔ％の接点（実施例６〜８
）は全て良好な結果を示した。以上の結果より、Ｃ「％
は２０〜６０　ｗ　ｔ％が望ましい。

以上で述べた各実施例は、接点単体につき熱処理を施し
たものであるが、本発明の特徴である熱処理は、接点単
体にて実施するだけではなく、真空バルブに組み立てる
までの何れの工程で実施しても上記と同様な諸特性の改
善を得られることは明らかである。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、真空バルブ用Ｃｕ
−Ｃｒ−Ｂ１合金接点の耐溶着性を維持したまま、耐電
圧特性及び再点弧発生確率の低下を極力抑えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空バルブ用接点の各実施例で得
られる耐溶着特性、耐電圧特性及び再点弧発生確率の各
特性データを比較例と対比して示す表である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ含有量が２０〜６０重量％であり、Ｂｉ含有
   量がＣｕ含有量の０．０５〜１．０重量％であるＣｕ、
   Ｂｉ及びＣｒから構成される接点材料を接点形状に加工
   し、真空熱処理を施してなることを特徴とする真空バル
   ブ用接点。
2. （２）前記真空熱処理の温度は、３００乃至１０８３℃
   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。