JPH05101752A

JPH05101752A - 真空バルブ用接点の製造方法

Info

Publication number: JPH05101752A
Application number: JP25880891A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥冨; Keisei Seki; 経世関; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Shigeaki Sekiguchi; 薫旦関口; Yoshiko Majima; 淑子馬島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-23

Abstract

(57)【要約】【目的】再点弧の発生頻度を著しく低減することがて
きる真空バルブ用接点合金の製造方法を得る。【構成】空隙率が35〜55容量％の第１のＣｒスケルト
ンと、空隙率が25〜65容量％の第２のＣｒスケルトン
と、脱ガス処理を行ったＣｕ溶浸材とを、第１のスケル
トン・第２のスケルトン・Ｃｕ溶浸材又はＣｕ溶浸材・
第１のスケルトン・第２のスケルトン又は第１のスケル
トン・Ｃｕ溶浸材・第２のスケルトンのいずれかの順で
重ね合せ、この第１又は第２のＣｒスケルトンが有する
空隙中にＣｕ溶浸材を溶浸させると共に界面には厚さが
少なくとも１μｍのＣｕ溶浸材の境界層を設けるように
して真空バルブ用接点合金を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガスおよびポア（空
孔）が少ないＣｕまたは／およびＡｇ−Ｃｒ合金の製造
方法に関し、特に再点弧発生頻度を軽減化することので
きる真空バルブ用接点の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空バルブ用接点に要求される特性は、
耐溶着、耐電圧、高しゃ断性である。

【０００３】しかし、これら３要件に対しては相反する
物理的性質が要求されるので理想的に両立させることは
困難であり、適用する回路の優先要件を第１にして、他
の要件は若干犠牲にして対応しているのが現状である。

【０００４】例えば従来、高耐圧、大容量真空しゃ断器
においては、溶着防止成分（Ｂｉ、Ｔｅ、Ｐｂなど）を
５重量％以下含有するＣｕ合金を電極接点として具備し
たものが知られている（特公昭41− 12131号公報）。と
ころが、近年高電圧化要求に対しては、耐電圧の面で十
分ではない。

【０００５】すなわち、真空しゃ断器は小形軽量、メン
テナンスフリ―、環境調和など、他のしゃ断器に比べ優
れた特徴を有するために、年々、その適用範囲も拡大さ
れ、従来一般的に使用されていた36KV以下の回路から更
に高電圧の回路への適用が行われると共に、特殊回路例
えばコンデンサ回路を開閉する需要も急増しているの
で、一層の耐高電圧化が必要となっている。その達成を
阻害している重要な要因の１つとして再点弧現象、再発
弧現象が挙げられる。

【０００６】再点弧現象は、製品の信頼性向上の観点か
ら重要視されているにもかかわらず、未だ防止技術は勿
論のこと直接的な発生原因についても明らかになってい
ない。上記高耐圧化に伴って、接点材料に対しても、更
に高耐圧でかつ再点弧現象の発生頻度の低い特性を持つ
ことが要求されている。

【０００７】接点材料の高耐圧化、無再点弧化を図るに
は、耐圧的に欠陥となる脆弱な溶着防止成分の量そのも
のを極力少なくしたり、過度に集中するのを避けるこ
と、ガス不純物やピンホ―ル等を極力少なくすること、
接点合金自体の強度を大きくすること等々が望ましい。
これらの観点からいえば、前述のＣｕ−Ｂｉ合金は満足
できるものではない。

【０００８】また従来使用されている他の接点材料であ
るＣｕ−Ｗ接点またはＣｕ−ＷＣ接点は耐電圧的にはか
なり優れているものの焼結系接点合金は、製造方法的に
いって気泡が残存し易く、また熱電子放出も盛んなため
再点弧現象が発生し易いという欠点がある。

【０００９】一方、高耐圧かつ大電流しゃ断を要求する
分野では、Ｃｕ−Ｃｒ合金の適用が行われている。Ｃｕ
−Ｃｒ合金は、他の接点材料ほどには、構成元素間の蒸
気圧差が少ないため均一な性能発揮を期待し得る利点が
あり、使い方によっては、その特徴は十分利用すること
の出来る接点合金である。

【００１０】このＣｕ−Ｃｒ系接点合金は、概ね、次の
ように製造されている。例ば、特公昭59− 30761号公報
によれば、Ｃｒ粉末と少量のＣｕ粉末を混合し、この混
合粉をダイ型に充填して小圧力をかけてプレス成形し、
この成形体をダイ型から取出したのち、これを真空焼結
して、Ｃｒスケルトンを形成し最後にＣｕを溶浸すると
いう方法がある。

【００１１】また、最近では、型の中にＣｒ粉末を注加
し、その上にＣｕペレットを載置し、全体を脱ガスした
のち減圧下で溶浸処理を行うという方法も開示されてい
る（特開昭59− 25903号公報）。

【００１２】更に、初めから最終目標値のＣｕとＣｒと
を混合し、これより得た成形体をＣｕの溶融点又はそれ
以下で固相焼結することによってＣｕ−Ｃｒ合金を得る
方法も行われている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の合金は、上記のように一般に粉末冶金手法によって製
作され、再点弧発生に関与するその原料粉末管理、焼結
技術、および溶浸技術が十分に確立されていないため
に、再点弧発生頻度の点で未だ充分満足のいくものでは
ない。本発明は、再点弧の発生頻度の著しい低減化が図
られた真空バルブ用接点合金の製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、真空バルブ
用接点合金の再点弧発生頻度を軽減化のために、製造方
法の焼結条件、溶浸条件、を検討し研究した。本発明の
真空バルブ用接点合金の製造方法は、下記の工程（ａ）
〜（ｅ）を含むことを特徴とする。（ａ）空隙率が35〜55容量％（以下 vol％）のＣｒス
ケルトンＩを作る第１の工程（ｂ）空隙率が25〜65 vol％のＣｒスケルトンIIを作
る第２の工程（ｃ）充分脱ガス処理をしたＣｕよりなる溶浸材Ａを
準備する第３の工程（ｄ）前記ＣｒスケルトンＩ，IIと溶浸材ＡとをＩ・
II・Ａ又はＡ・Ｉ・II又はＩ・Ａ・IIの順に重ね合せる
第４の工程

【００１５】（ｅ）前記ＣｒスケルトンＩ又は／及び
IIの有する空隙中に溶浸材Ａを溶浸すると共に前記スケ
ルトンＩとIIとの界面に厚さが少なくとも１μｍの溶浸
材Ａのリッチな境界層を得る第５の工程よりなる各工程を経てＣｕ−Ｃｒ合金を得ることを特徴
する真空バルブ用接点の製造方法。

【００１６】

【作用】本発明者らは、接点材料を加熱する過程で放出
されるガスの総量ならびに放出の形態について詳細な観
察を行ったところ、これら要因と再点弧現象の発生には
重要な相関があり、特に接点材料を構成する原材料の個
々について、これらガスの放出、なかでも融点近傍で突
発的に発生するガスの放出を制御することにより、再点
弧現象を効果的に抑制できることを見出した。

【００１７】すなわち、接点材料を加熱していくと、吸
着ガスのほとんどは溶融点以下で脱ガスされ、溶融点近
傍で固溶したガスが放出されるが、さらに溶融点以上で
加熱放置すると、極めて短時間（例えば数ミリ秒程度）
ではあるがパルス的な突発性ガスの放出（数回ないし数
百回突発する）が観察される。

【００１８】これら突発性ガスにはＣ₂Ｈ₂、ＣＨ₄等
が若干含まれるが、主体はＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂等の酸素
系であることから、これら突発性ガスは接点材料に含ま
れる酸化物の分解により放出されるものと考えられる。
本発明者らの研究によれば、再点弧現象の多く発生する
接点材料には、突発性ガスの放出も多い。

【００１９】従って上述の知見よりすれば、接点材料を
その融点以上の温度で保持して、この突発性ガスを予め
放出させておくことにより、再点弧現象の発生を軽減す
ることが考えられる。

【００２０】しかしながら、真空しゃ断器用接点材料は
Ｃｕを相当量含有し、これらの酸化物を分解して除くた
めには、たとえば10^-3〜10^-4Torrの真空度において1200
℃以上の温度が必要となるので、蒸気圧の高いＣｕなど
の高導電性材料やＢｉ、Ｔｅなどの溶着防止材料を含む
接点材料について上記の様な熱処理を与えることは成分
の変動を招き接点特性の管理の面で不都合を生ずること
がある。例えば、溶着防止材として、Ｂｉを加熱して行
くと、 400〜 550℃近傍で極めて激しく複数種のガスを
放出する。

【００２１】このような放出ガスの一部は、昇温過程に
あるＣｕ等と結合し、比較的安定な化合物を作り溶解作
業中に一部は分解するが、他の一部はなお残存し突発性
ガスの一因となる。

【００２２】このような突発性ガスの放出は、たとえば
純度99.9999 ％のＢｉを原料として使用しても、酸化あ
るいはガス吸着が進行する状態で放置しておく場合には
なお認められる。

【００２３】上述のような観察は、溶着防止材を含む接
点材料において、Ｃｕ等の高導電性材料と溶着防止成分
材とについて個別の熱処理により突発性ガスの原因とす
る不純物を予め除いておくことの必要性を示唆すると共
に、接点合金の製造または熱処理過程において、一部ま
たは全体が液体状態にある接点合金の液相が直接接する
るつぼ、ボ―ト、板などからの放出ガスにより接点合金
が受ける汚染も管理する必要性を示唆している。

【００２４】前者の知見に対して本発明者らは、突発性
ガスの軽減に対し構成元素を個別に熱処理することは、
或る程度有効で、それに伴い再点発生確率も減少する傾
向にあることを認めている。

【００２５】後者の知見に対して本発明者らは液相に接
するるつぼ等の材質及びその表面の物理的化学的状態が
突発性ガスの放出形態に影響を与え、かつ再点弧確率に
も関連することを認めると共に特に前者の接点の構成元
素レベルでの管理による突発性ガス放出の軽減効果を後
者によって、確実かつ効率的に向上させるのに必須であ
ることを認めた。

【００２６】上記した再点弧に対する二三の知見は、そ
の軽減化に対して有効であるが、より一層の再点弧の軽
減化と大しゃ断容量化の要求に対しては、尚改善の必要
性を認めると共に上記知見技術効果を効率的に発揮させ
るための他の施策の開発が、望まれている。

【００２７】例えば前記二、三の知見を重畳させてＣｕ
−Ｃｒ合金を製作すると、単独のときより効果が大きく
相乗され、従って一連の工程を総合的に管理する必要性
を示唆している。すなわち、先に示唆した突発性ガスの
原因の１つとして原料Ｃｒ、Ｃｕなどの内容（不純
物）、状態（表面酸化、混在物の有無）、以外に溶浸後
のＣｕ−Ｃｒ合金の内容（合金内部のポア、ガス）が重
要と考えられる。

【００２８】この合金内部のポア、ガスの制御に対して
は、スケルトン中に高導電性材料を溶浸する際の溶浸工
程を一方向から行うこと前記酸化物などの異物を一カ所
に集めることが出来る。これらの作業を与えることによ
って同じく再点弧現象の発生の軽減化に対して或る程度
の抑制効果を示したが、未だ満足なレベルには至らな
い。すなわち、前述したポアは、全く発生しないもの
と、発生するものが現われるのみならず、発生する場合
にはその大きさ或いは発生する場所が全くランダムであ
ることから、再点弧発生に対する同一ロット素材間のば
らつきの原因と考えられている。

【００２９】このように、原料Ｃｒ，Ｃｕの内容、Ｃｕ
−Ｃｒ合金の内容が重要と考えられるが、再点弧現象の
軽減に対して効果は認めたものの厳密な実験を進めると
未だ改善の余地のあることを本発明者らは認めた。

【００３０】すなわち、同一ロットのＣｕ−Ｃｒ合金で
再点弧発生頻度が大の接点と、頻度が小の接点とを夫々
複数個選び、その断面組織を精密に調査したところ、前
者の接点には、その一部のものにポアの存在が見られ
た。

【００３１】このようなポアの存在は原料Ｃｒ，Ｃｕの
表面状態，焼結，溶浸時の雰囲気によって生成した表面
不純物，焼結，溶浸条件（加熱時条件，冷却時条件）な
どに注目する必要性のあることを示唆しているが、前述
のように問題は、発生する場合にその発生の場所が全く
ランダムであることである。材料内部に存在する場合に
は、直接ア―クにさらされることがないのでガス放出の
原因とはなり難いが、表面層又は表面近傍の場合には直
接ア―クを受けること、ア―クによる表面凹凸の変化を
大きく受けること、など再点弧の要因に対して重要な影
響を与える。

【００３２】すなわち、合金中に発生するポアが場所的
に全くランダムであることが、同一ロットでも再点弧発
生の程度にばらつきが表われ、かつ再点弧発生を制御で
きない一因と推察される。

【００３３】従ってポアの発生を総ての接点に於て全く
なくすことは経済的見地から不可能であり、極く一部の
合金ではその存在を認めざるを得ない。そこで本発明は
上記のように一部の合金に存在するポアを場所的に常に
一定の位置に生成するように制御し、その部分を接点と
しては使わず結果的に接点間のばらつきをなくする技術
を提供する。そこで本発明では、ポアの存在位置を所定
の決った位置すなわちＣｒスケルトンＩ，Ｃｒスケルト
ンIIの界面に生成させるようにしたものである。

【００３４】すなわち図３のようにＣｒスケルトンＩ，
溶浸材Ａ，ＣｒスケルトンIIのように重ね合せた後、溶
浸材Ａの溶融温度以上の温度で溶浸処理を行うことで、
溶浸材ＡがＣｒスケルトンＩの空隙中に溶浸されると共
にＣｒスケルトンIIの空隙中にも溶浸されＣｒスケルト
ンＩとIIが一体化されるときその両者の界面には、溶浸
材Ａのリッチな境界層が表われる。この境界層を詳細に
分析すると成分的には前記のように溶浸材Ａの組成より
なり、顕微鏡的に観察すると調査した合金のうちの複数
個のものに於てポアの存在を認めた。しかしＣｒスケル
トンＩの内部に溶浸された溶浸材成分で構成される導電
成分中にはポアの存在は、ほとんど認められなかった。
ＣｒスケルトンIIのなかも同じ傾向にあった。すなわち
ここで重要なのは境界層にポアが集中し、溶浸されたＣ
ｕ−Ｃｒ合金の部分にはポアがほとんど存在しないこと
である。従って本発明では、このＣｒスケルトンＩとII
の境界層（24）から切断し、ＣｒスケルトンＩの部分に
製造されたＣｕ−Ｃｒ合金（21Ｂ）を切出し接点として
使用する。

【００３５】溶浸作業によって境界層（24）にポアが集
中する冶金的な経過は、溶浸工程に於て溶浸材ＡがＣｒ
スケルトンＩ，IIに溶浸され、一体化したＣｕ−Ｃｒ合
金が形成された後の冷却工程に於て形成されたＣｕ−Ｃ
ｒ合金は、Ｃｕ−Ｃｒ合金（25）の外周部周囲図４の斜
線（26）の部分から冷却され更に冷却の経過と共に同図
の斜線（27）の部分も冷却固化される。冷却固化の進行
で存在する不純物を液相部へ移動させると共に吸着ガス
も移動させ欠陥部が液相部へ移動する。このようにＣｕ
−Ｃｒ合金（25）の周囲から固化し最後まで液相が存在
しているのは、中央部すなわちＣｒスケルトンＩ，IIの
境界層（24）である。

【００３６】更に、温度が降下しこの境界層（24）が固
化するときそれまで液相中に固溶していたガスを放出し
ポアが形成される。同時に予想外の不純物元素もこの部
分に集積される。

【００３７】このような傾向はスケルトンと溶浸材の重
ね方が図５のようにＣｒスケルトンＩ（21Ａ），Ｃｒス
ケルトンII（23Ａ），溶浸材Ａ（22）の順であっても、
また、図６のように溶浸材Ａ（22），ＣｒスケルトンＩ
（21Ａ），ＣｒスケルトンII（23Ａ）の順であっても、
前記と同様の効果が得られる。この場合でもＣｒスケル
トンＩ，IIの境界層（24）から切断し前記と同様、Ｃｒ
スケルトンＩ（21Ａ）の部分に製造されたＣｕ−Ｃｒ合
金を切出し接点として使用する。必要によりＣｒスケル
トンII（23Ａ）の部分のＣｕ−Ｃｒ合金も接点として使
用してもよい。

【００３８】第１の工程に於てＣｒスケルトンＩの空隙
率を35〜55容積％とする理由は、ＣｒスケルトンＩのな
かの空隙率は溶浸後製造されるＣｕ−Ｃｒ合金中のＣｕ
の量すなわち高導電性成分の量の制御に直接関係するた
め、空隙率を35％より低いＣｒスケルトンＩを用いる
と、しゃ断電流特性を維持するために必要なＣｕの量を
確保出来ないからであり、空隙率が55％より大きい場合
には、電流さい断特性を劣化させるためである。

【００３９】第２の工程に於て、ＣｒスケルトンIIのな
かの空隙率を25〜65 vol％とする理由は、まず第１に、
ＣｒスケルトンIIのＣｕ−Ｃｒ合金製造に於ける役割に
よって説明される。本発明に於てはＣｕリッチの境界層
（最後に固化する）を作ることがポイントである。すな
わちポアなどの欠陥部をこの所定の場所に集める必要が
あり、そのためその部分は最後に固化する必要があり、
ＣｒスケルトンＩの一端が、容器に直接的に触れるとき
には、容器の方向に放熱されそこが固化されてはＣｒス
ケルトンＩの内部のどこかが最後に固化することになり
そこに欠陥部が集まり、前述としたようにの場所はＣｒ
スケルトンＩのランダムの位置に存在することになる。
すなわちＣｒスケルトンIIの機能は、所定の場所である
境界部を蓄熱，保温し最後に固化させるために存在す
る。

【００４０】空隙率が25 vol％より低いＣｒスケルトン
IIを用いると、若し、この部分を電極或いは導電軸など
と接合する場合には接合性が著るしく劣ること及び必要
によりこのＣｒスケルトンIIの部分より製造されたＣｕ
−Ｃｒ合金を接触面とするときにはしゃ断電流特性が著
しく劣り接触抵抗特性も劣ることによる。

【００４１】また必要により若干の電流さい断電流値の
増加（特性の低下）が許される範囲の機器，回路への使
用に限っては空隙率は65％を有するＣｒスケルトンによ
って製造したＣｕ−Ｃｒであっても使用が可能である。
従って境界層より切断しＣｒスケルトンＩの部分より製
造したＣｕ−Ｃｒに加えてＣｒスケルトンIIの部分より
製造したＣｕ−Ｃｒ部分も接点として使用する設計のと
きには上述のようにＣｒスケルトンIIの空隙率は25〜65
vol％の範囲まで使用することが出来る。

【００４２】第５の工程に於て得る境界層の厚さを少な
くとも１μｍとする理由は、この境界層に集めるポアな
どの欠陥が意図した様にならずＣｒスケルトンＩのなか
のランダムな部分に生成する傾向があるためである。す
なわちＣｒスケルトンＩとIIの対向面を可能な限り充分
接触させるよう平滑に研摩し、夫々を対向させ溶浸させ
たときこの傾向が見られる。境界層が１μｍより厚いと
きにはこの境界層及びその極く近傍にポアなど欠陥が集
合した。同様に、ＣｒスケルトンＩとIIとの対向面を可
能な限り平滑にしかつこの面をあらかじめ摩擦圧接など
で接続一体化した場合も同様に溶浸させても境界部には
ポアなどが集中することなくＣｒスケルトン内部にラン
ダムに欠陥が分布する。

【００４３】境界層の厚さが１μｍ又はそれ以上となる
ような過剰な量の溶浸材Ａを使うと、スケルトン以外へ
流出する溶浸材の量が多くなり、溶浸されたＣｕ−Ｃｒ
は、複数個が一体化したり、炉の汚染が著しくなるなど
生産上好ましくないのみならず、このように過剰な溶浸
材の存在は溶浸開始と共に、Ｃｒスケルトンの内部を満
すよりも早くＣｒスケルトンの外周々囲を濡らす傾向に
あり、その結果Ｃｒスケルトン内部にはランダムにポア
が生成される。

【００４４】

【実施例】第１及び第２の工程でのＣｒスケルトンＩ，
IIの製造に於て使用するＣｒ粉は次のように考える。Ｃ
ｒ粉の粒径は、真空バルブとしての接点特性及び焼結な
ど接点製造技術上から制限を受ける。Ｃｒ粉の平均粒径
は、５〜250μｍが好ましい。Ｃｒ粉の平均粒径が５μ
ｍ未満では、焼結又は／及び溶浸後のスケルトン又は／
及び接点素材中に好ましくない気孔が生じ易くなり、ま
た、それに応じてガスも多く残存する傾向にあり、真空
バルブとしての接点特性（例えば、再点弧特性）に対し
て好ましくない状態となる。

【００４５】また、 250μｍを超えるＣｒ粒径では、耐
溶着性、耐電圧特性、しゃ断特性のいずれに対しても著
しいばらつきが見られる。接点素材にも偏析が見られる
ようになり、真空バルブの信頼性の観点から好ましくな
い。

【００４６】一方、Ｃｒ粉中の酸素、窒素ガスは、夫々
200ppm以下に抑制した状態が望ましい。これらのガス
は、Ｃｒ中に含有されガスと吸着しているガスとの総量
で構成される。前者の含有しているガスは、原料Ｃｒの
加熱処理工程で極少化された状態となっているので、特
に後者の吸着ガスを少なくすることが肝要である。即
ち、よごさずに粉砕することが重要なポイントであり、
粉砕中の条件は、粉砕エネルギ―によってＣｒ粉が過度
に、発熱し酸化が進むことのないことが重要である。従
って、大きな摩擦熱の発生するような激しい粉砕は避け
るべきである。また非酸化性雰囲気中の粉砕も有効であ
る。特にＣｒ粒径が100μｍ又はそれ以下となる場合
は、このような点に充分配慮する必要がある。

【００４７】前記ガス量が200ppm以上の場合、これらの
原料Ｃｒ粉を使用してＣｕ−Ｃｒ合金としても、同合金
中のガス量を好ましい低い水準（例えば200ppm以下、望
ましく100ppm以下）に維持することは難かしい。すなわ
ち真空バルブ用接点を焼結又は／及び溶浸するときに選
定する熱処理温度では、原料Ｃｒの精製を進行させるに
は、やや不足である。Ｃｕ−Ｃｒ合金中のガス量（この
場合、酸素）が200ppm以上のときには、再点弧現象の発
生が多発する場合がある。（付加的成分）

【００４８】Ｃｒ中に他の元素すなわちＦｅ、Ｃｏ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒは、本発明の工程
を経て作製するＣｕ−Ｃｒ合金の耐電圧特性の向上に有
益である。Ｃｒに対してこれらの金属が50％未満の量で
あれば、Ｃｕ−Ｃｒ合金に於：けるＣｒの機能を損うこ
とがない。ＣｒはＣｕと同等の蒸発性を持つため、電流
しゃ断後接点表面の平滑化の機能を持ち耐電性に好まし
い影響を与えるものであり、Ｃｒ中の他の元素と、Ｃｒ
との比はＣｒが50％以上存在することが望ましい。

【００４９】更に、本発明においては、Ｃｒ粉とＣｕま
たは／およびＡｇ粉との混合粉末を成形体の原料粉末と
して用いてもよい。この場合、混合粉末中のＣｕまたは
／およびＡｇ粉の量は30重量％以下であることが好まし
い。（成形）上記のＣｒ粉から、８トン／cm² 以下の外部
圧力もしくは該Ｃｒ粉の自重の圧力で成形体を形成す
る。成形体を得るときの成形圧力は、Ｃｕ−Ｃｒ合金中
のＣｒ量を決定する要因であり、本発明方法において特
徴点の一つである。

【００５０】Ｃｕ（または／およびＡｇ）−Ｃｒ合金中
のＣｒ量は、20〜80重量％の範囲内で選択され得る。こ
の為の成形圧力は、８トン／cm² 以下、好ましくは 7.5
トン／cm² 以下、より好ましくは７トン／cm² 以下であ
る。これは８トン／cm² を超える圧力では溶浸後のＣｒ
量が80％を超えるため、本発明に於ける主旨を離脱する
ため除外する。80％近傍の高Ｃｒ量を確保には、スケル
トンとして純Ｃｒ以外に微量のＣｕを配合したＣｒでも
対処可能であるが20％近傍の低Ｃｒ量の合金を確保する
には、スケルトンとして純Ｃｒの選択は不可能であり、
Ｃｒに対して多量のＣｕを適量配合したＣｒ＋Ｃｕ混合
粉を採用することで達成される。この際の成形圧力は、
混合するＣｕ粉の量によって８トン／cm² 以下の圧力が
自由に選択され得る。また、成形圧力が８トン／cm² を
超えると、加熱時に成形体中に亀裂が生ずる場合がある
ため好ましくない。（焼結）

【００５１】このようにして得られた成形体を、焼結用
容器と共に加熱炉内に設置してＣｒスケルトンＩ及びII
を得る為に焼結する。焼結雰囲気は、非酸化性雰囲気で
あることが必要で、例えば真空または水素中である。こ
れらの雰囲気のうち、充填したＣｒ粉末、プレスした成
形体や容器などに吸蔵されている酸素、窒素を除去する
という点では、真空（１×10^-5Torr以上）雰囲気が好適
である。

【００５２】適用する焼結温度、焼成時間は、焼結体で
あるスケルトンの密度、逆に言えばスケルトンの空隙率
に影響を与える。例えばＣｒスケルトンＩとその空隙内
に溶浸されるＣｕ量との関係を、重量比で50：50に近接
させるためには、空隙率を40〜50％とするのがよく、そ
のためには、焼結温度 800°〜1050℃、好ましくは 900
°〜 950℃、焼結時間 0.25 〜２時間、好ましくは 0.1
〜１時間の範囲が好ましい。上記条件は、ＣｒとＣｕと
の比に応じて適宜選択される。（溶浸）

【００５３】得られたスケルトンのＩ，IIを重ね合せそ
の上面又は下面に、或いはスケルトンのＩとIIの中間に
溶浸材であるＣｕ又は／及びＡｇを載置し全体を例えば
真空中（１×10^-4〜１×10^-6Torr）で加熱してＣｕ又は
／及びＡｇをスケルトン空隙中に溶浸させる。

【００５４】溶浸時の温度は、Ｃｕ又は／及びＡｇの溶
融点以上の温度である。Ｃｕの場合1100°〜1300℃、Ａ
ｇの場合1000°〜1100℃の範囲であることが好適であ
る。また溶融時間は、スケルトン中の空隙に、これら融
液が完全に含浸されるに充分な時間を設定する。（合金の組成比）最終的に得られる接点合金の各成分
は、下記の範囲が好ましい。ＣｒスケルトンＩに於て
は、Ｃｕ又は／及びＡｇが40〜60wt％（重量％）、残部
ＣｒＣｒスケルトンIIに於ては、Ｃｕ又は／及びＡｇが30〜
70wt％（重量％）、残部Ｃｒとする必要がある。合金中
のＣｕ又は／及びＡｇを40wt％、30wt％の合金とするた
めには、空隙率は35 vol％（容積％）、25 vol％（容積
％）とすることが必要である。

【００５５】ここで合金中のＣｕ又は／及びＡｇの量が
30wt％以下のときには特に大きな電流をしゃ断する可能
性のある回路への適用は、しゃ断特性の観点から除外す
べきである。またジュ―ル溶着の多発も見られ、再点弧
に関係の深い表面荒れ現象に対して好ましくない。

【００５６】逆に合金中のＣｕ又は／及びＡｇの量が70
wt％以上のときには、しゃ断時の耐ア―ク性に難点がみ
られ、大きなア―ク消耗を示し好ましくは60wt％以下が
よい。（処理雰囲気）

【００５７】上記各工程における処理は、非酸化性雰囲
気中で行うことが好ましく、具体的には、アルゴンガス
等の不活性ガス、Ｈ₂ガス、Ｎ₂ガス中、もしくは真空
中で行われる。（真空バルブ）次いでこの発明の方法によって得られた
合金に適用できる真空バルブ（真空しゃ断器）を添付図
面によって説明する。

【００５８】図１は、本発明の製造方法に係る接点材料
を適用する真空しゃ断器の構成例を示すもので、同図に
於いて、１はしゃ断室を示し、このしゃ断室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、この両
端に封止金具３ａ，３ｂを介して設けた金属性の蓋体４
ａ，４ｂとで真空気密に構成されている。しかして前記
しゃ断室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―ズ９が取付けられ
しゃ断室１内を真空気密に保持しなが電極８の軸方向の
移動を可能にしている。またこのベロ―ズ９上部には金
属性のア―クシ―ルド10が設けられ、ベロ―ズ９がア―
ク蒸気で覆われることを防止している。また、11は、前
記電極７，８を覆うようにしてしゃ断室１内に設けられ
た金属性のア―クシ―ルドで絶縁容器２がア―ク蒸気で
覆われることを防止している。さらに電極８は、図２に
拡大して示す如く、導電棒６にろう付部12によって固定
されるか、または、かしめによって圧着接続されてい
る。接点13ａは、電極８にろう付け14で固着されてい
る。なお、図１における13ｂは固定側接点である。本発
明の接点材料は、上記したような接点13ａ，13ｂの双方
またはいずれか一方を構成するのに適したものである。
本発明は、実際に次のようにして接点材料を製造し試験
を行った。高炭素フェロクロムを硫酸に溶解し、これを
電解、還元して得た金属Ｃｒ板を大きな約 0.5〜２mmの
粒に粉砕した。このＣｒ粒を集め、ブリケット・マシン
にて成形し、約20mm×25mm、厚さが約８mmの大きさを有
するブリケット状の金属Ｃｒ集合体を作製した。更に、
上記金属Ｃｒ集合体を２×10^-5Torrの真空中で1200℃
で、約２時間の加熱処理を与えた。

【００５９】次いで、得られた上記Ｃｒ集合体につい
て、アルゴンガスを充填したボ―ルミル中６時間粉砕
し、篩によって５〜 250μｍの範囲の粒子を選出した。
この時点で、Ｃｒ粉は、総て酸素、窒素の夫々が200ppm
以下であった。

【００６０】上記Ｃｒ粉末を黒鉛容器に自然充填した粉
末又は、必要により所定圧力で成形した成形体を黒鉛容
器と共に水素中で 950℃で１時間加熱し空隙率が20〜70
容積％を持つＣｒスケルトンを作製し、このなかからＣ
ｒスケルトンＩとして空隙率35〜55 vol％（実施例１〜
３）を選択した。

【００６１】同様に、上記Ｃｒ粉を、黒鉛容器に自然充
填又は必要により所定圧力で成形し空隙率を調整した成
形体を黒鉛容器と共に水素中で 950℃で１時間加熱し空
隙率が20〜70 vol％を持つＣｒスケルトンを作製し、こ
のなかからＣｒスケルトンIIとして空隙率25〜65 vol％
（実施例４〜５）を選択した。該Ｃｒスケルトンの空隙
に、別に真空脱ガスしたＣｕを１×10^-5Torrの真空中、
1150℃で１時間にて溶浸させＣｕ−Ｃｒ合金を得た。

【００６２】すなわち、上記のようにして作製したＣｒ
スケルトンＩとＣｒスケルトンIIの間に上述真空脱ガス
Ｃｕを配置しＣｕをＣｒスケルトンＩとIIへ溶浸させる
ことを意味する。

【００６３】この溶浸に於てはＣｒスケルトンＩ，IIと
溶浸材Ａとの配置の仕方はＩ／Ａ／IIの順（実施例１〜
７、５〜12、比較例１〜４，５）であっても、またＩ／
II／Ａの順（実施例８）であっても、またＡ／Ｉ／II／
の順（実施例９）であってもＣｒスケルトンＩ，IIの界
面に境界層が生成されこの境界層から切断し、接点素材
とし接点片を作製し組立式の真空バルブに装着した。（実施例１〜３、比較例１〜２）表１乃至表４に供試接
点の材料内容と、その対応する特性デ―タを示す。尚評
価条件は後述した。

【００６４】表のようにＣｕ−Ｃｒ合金に於て、Ｃｒス
ケルトンＩの部分の空隙率（ vol％）を20〜70％の範囲
に変化させたときの諸特性を調査した（実施例１〜３，
比較例１〜２）。

【００６５】尚、この場合溶浸材としては純Ｃｕを用い
ＣｒスケルトンＩとIIの間に該Ｃｕを挿入したＩ／Ｃｕ
／IIの構成でＣｕをＣｒスケルトンＩ，IIへ溶浸した。
すなわち、ＣｒスケルトンＩの製造は空隙率の大きい70
vol％（比較例２）では、Ｃｒスケルトンは成形せず、
また揮発性質固形物を混合し容器中に挿入し水素中で10
00℃で焼結した。他のＣｒスケルトンＩは、成形圧力を
調整しながら目標の空隙率を持つＣｒスケルトンを作製
した。

【００６６】このようにして作製した各Ｃｒスケルトン
Ｉと、別に作製した空隙率が45 vol％を持つＣｒスケル
トンIIとを前記純銅（溶浸材）をはさみＣｒスケルトン
Ｉ／Ｃｕ／IIの構成とし黒鉛容器に入れ真空中1150℃×
１時間の条件で溶浸させＣｒスケルトンＩとIIの境界層
から切離しＣｒスケルトンＩの部分が接点となるよう加
工し評価に供した。ＣｒスケルトンＩとIIとの間に介挿
する溶浸材の大きさは、ＣｒスケルトンＩの空隙率の小
さい方から順にその厚さ大きく調整したものを配置し
た。

【００６７】その結果ＣｒスケルトンＩの空隙率が小さ
い場合、すなわち20vol％（比較例１）では、温度上昇
特性が規定の値を越えて好ましくなく、一方空隙率が大
きい場合すなわち70 vol％（比較例２）では、開閉回数
が増加すると共に電流さい断特性，高周波消弧特性にば
らつきが現われる傾向にあり好ましくない。すなわちＣ
ｒスケルトンＩの空隙率は35〜55 vol％のスケルトンの
ときＣｒスケルトンＩのなかにはほとんどポアが存在せ
ず諸特性が良好である傾向を示した。（実施例４〜５、比較例３〜４）

【００６８】上記同様、ＣｒスケルトンＩとIIと溶浸材
Ｃｕとの構成をＩ／Ｃｕ／IIとし、ＣｒスケルトンＩを
45 vol％と、一定にしたとき、ＣｒスケルトンIIの内容
（空隙率）の影響はＣｒスケルトンIIの空隙率が低目の
20 vol％（比較例３）では、境界層のなかに存在するポ
ア以外に境界層に近いＣｒスケルトンＩのなかにポアが
存在し評価した約20％の接点に、温度上昇特性にばらつ
きが見られ信頼性維持の観点から好ましい範囲から除外
した。一方ＣｒスケルトンIIの空隙率を70％と多くした
比較例４では、溶浸材の多くはＣｒスケルトンIIの空隙
内に溶浸される場合が生じＣｒスケルトンＩのなかには
局部的にポアが見られる場合が存在した（比較例４）。

【００６９】従って、ＣｒスケルトンIIの溶浸前の空隙
率は25〜65 vol％の範囲とすべきである。Ｃｒスケルト
ンIIの空隙率が70 vol％の場合では高周波消弧特性も劣
る傾向にあった。（実施例６〜７）

【００７０】上記した特性は、ＣｒスケルトンＩとIIの
容積％をほぼ一定とした45 vol％Ｃｕ−Ｃｒの場合の溶
浸材の影響を、溶浸材Ａを28Ｃｕ−Ａｇ，純Ａｇを変え
て調査したが特性は良好である。（実施例８〜９）

【００７１】前記した実施例１〜７、比較例１〜４の場
合は総てＣｒスケルトンＩとIIと溶浸材との重ね合せ方
はＣｒスケルトンＩ／溶浸材／ＣｒスケルトンIIなる構
成であったが、本発明ではこの順にこだわることなくＣ
ｒスケルトンＩ／II／溶浸材であっても、また溶浸材／
ＣｒスケルトンＩ／ＣｒスケルトンIIの順の構成であっ
ても接点中りポアは境界層のなかに存在し接点内部には
ほとんど存在せず良好であった。（実施例10〜13、比較例５）

【００７２】ＣｒスケルトンＩとIIとの境界層の厚さが
１μｍ以下（比較例５）のときには、電流さい断特性、
温度上昇特性には影響はないが、高周波消弧特性にばら
つきが出る傾向になった。すなわちＣｒスケルトンＩと
IIの界面に生成した境界層の大きさが充分でなく最後凝
固する部分がＣｒスケルトンＩのなかであったりＣｒス
ケルトンIIのなかでありポアがランダムに存在し境界層
を存在させる効果が十分発揮されない為である。

【００７３】これに対し境界層の厚さが１〜３μｍ（実
施例10）あれば、この部分が最後に凝固するため、ポア
はこの領域に集中するためＣｒスケルトン内部にはポア
はなく良好な素材とすることが出来る。この厚さが10〜
100μｍ， 300〜1000μｍ（実施例11〜12）であっても
同じ効果が見られた。

【００７４】更に、溶浸材の材質はＣｕ，Ａｇ以外にも
Ｃｕ−Ｂｉ合金であってもまたＣｕ−Ｔｅ合金などのよ
うに少量の溶着防止成分を含有する場合でも同じ効果が
得られた（実施例13〜14）。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【表２】

【００７７】

【表３】

【００７８】

【表４】次に、本発明実施例デ―タを得た評価方法、および評価
条件につき述べる。（１）電流さい断特性

【００７９】各接点を取付けて10^-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〜表４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

【００８０】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が流れる。この高
周波電流がしゃ断されると再び最初の段階に戻って過電
圧が現われ、それがまた接点間隙の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―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。

【００８１】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10^-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たしゃ断器
で 6.6kV、 150kVA 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―ブル（導体断面積 200mm² ）で接続した。負
荷電流は10Ａ（実効値）、しゃ断器の開極速度は 0.8ｍ
／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
数電流の周波数は約 100kHz 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
の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）温度上昇特性

【００８２】表面粗さを５μｍに仕上げた直径20mmのフ
ラット電極と同じ表面粗さを持つ曲率半径 100Ｒの凸状
電極とを対向させ、両電極を開閉機構を持つ10^-5Torrの
真空容器内の取付け接触力30kg、開離力20kgで 400Ａの
電流を20回開閉後、固定側電極の側面にあらかじめ明け
てある直径 1.5mm、深さ４mm測定穴に熱電対を挿入し測
定したものである。尚、測定は周囲温度約25℃含んだも
のであり、かつ電極を取りつけるホルダ―の熱容量の影
響も含んだ比較値でありその値が85℃を越えたものを不
合格の目安とし、それ以下を合格として表に示した。（４）再点弧特性このようにして得た接点素材から接点を加工し前記組立
式真空バルブに該接点を装着し後述する評価方法、条件
にて再点弧特性を評価した。

【００８３】尚、ＣｒスケルトンＩとＣｒスケルトンII
との間の境界層の厚さは、溶浸材Ａの量及び対向するＣ
ｒスケルトンＩとIIの接触面の粗さを調整することによ
って得た。

【００８４】

【発明の効果】以上のように本発明に係る真空バルブ用
接点の製造方法において、再点弧発生頻度が著しく低減
した真空バルブ用接点を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により得られる真空バルブ用接点が適用
される真空遮断器の断面図。

【図２】［図１］の電極部の拡大断面図。

【図３】本発明の溶浸工程を示す図。

【図４】本発明の溶浸工程を示す図。

【図５】本発明の溶浸工程を示す図。

【図６】本発明の溶浸工程を示す図。

【符号の説明】

７，８…電極 13ａ，13ｂ…接点 21Ａ…ＣｒスケルトンＩ 22…溶浸材 23Ａ…ＣｒスケルトンII 24…境界層 25…Ｃｒ−Ｃｕ合金 28…容器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者関口薫旦神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者馬島淑子神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空隙率が35〜55容量％（以下 vol％）の
ＣｒスケルトンＩを作る第１の工程と、空隙率が25〜65
vol％のＣｒスケルトンIIを作る第２の工程と、充分脱
ガス処理をしたＣｕよりなる溶浸材Ａを準備する第３の
工程と、前記ＣｒスケルトンＩ，IIと溶浸材ＡとをＩ・
II・Ａ又はＡ・Ｉ・II又はＩ・Ａ・IIのいずれかの順に
重ね合せる第４の工程と、前記ＣｒスケルトンＩ及びII
の有する空隙中に溶浸材Ａを溶浸すると共に前記スケル
トンＩとIIとの界面に厚さが少なくとも１μｍの溶浸材
Ａのリッチな境界層を得る第５の工程とからなることを
特徴とする真空バルブ用接点の製造方法。
【請求項２】前記ＣｒスケルトンＩ及びIIは、Ｃｒス
ケルトンＩ又はIIの少なくとも一方の空隙中に最終的に
必要とするＣｕ量又はＡｇ量の一部をあらかじめ配合し
たものであることを特徴とする請求項１記載の真空バル
ブ用接点の製造方法。
【請求項３】前記第３の工程の溶浸材は、１％以下の
Ｂｉを含有するＣｕよりなる溶浸材又は５％以下のＴｅ
を含有するＣｕよりなる溶浸材であることを特徴とする
請求項１〜２記載の真空バルブ用接点の製造方法。
【請求項４】前記Ｃｕの一部又は総てがＡｇであるこ
とを特徴とする請求項１〜３記載の真空バルブ用接点の
製造方法。