JPH0653899B2 - 真空バルブ用接点素子の製造方法 - Google Patents

真空バルブ用接点素子の製造方法

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JPH0653899B2
JPH0653899B2 JP12568086A JP12568086A JPH0653899B2 JP H0653899 B2 JPH0653899 B2 JP H0653899B2 JP 12568086 A JP12568086 A JP 12568086A JP 12568086 A JP12568086 A JP 12568086A JP H0653899 B2 JPH0653899 B2 JP H0653899B2
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【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素子の製造方法に関し、更に
詳しくは、接点特性が優れていると同時に台金との接合
性も良好であるため高い信頼性を備えた真空バルブ用接
点素子の製造方法に関する。
(従来の技術) CrをスケルトンとしCuを溶浸して成る接点素子は真
空バルブ用として優れた接点特性を有することが知られ
ている。とくに、重量比でCr:Cu=50:50のも
のは優れている。
このCr−Cu系接点素子は概ね次のようにして製造さ
れている。例えば、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C
rスケルトンを形成し、最後にCuを溶浸するという方
法である。
また、最近では、型の中にCr粉末を注加し、その上に
低酸素銅のペレットを載置し、全体を脱ガスしたのち減
圧下で溶浸処理を行なうという方法も開示されている
(特開昭59−25903号公報参照)。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、これらCr−Cu系接点素子は、近時強
く要求されはじめている接点特性の向上,とりわけ遮断
後の耐圧が高く再アーク現象の軽減化の向上という点か
らみた場合、未だ満足すべき状態にはない。また、接点
素子は通常Cu電極である台金に例えば銀ろうでろう付
けされて実用に供されているが、その接合信頼性は必ず
しも高いとはいえず、使用時に台金から剥落するという
事故が起きている。
更に製造工程の面からすると、溶浸工程に問題がある。
すなわち、溶浸は通常例えば黒鉛製の溶浸用容器の内壁
底面に例えばAl粉を敷きつめ、ここにCrスケ
ルトンを載置して減圧下で行なわれているが、しかしこ
の場合、そもそもAl粉を用いるので減圧下でこ
れらが炉内に飛散して炉,真空ポンプ等を損傷する事態
が起り、また溶浸後の素子にAl粉が固着して後
加工を必要とするなどの問題である。
本発明は上記した問題を解決し、接点特性が優れている
ことはもち論、台金との接合信頼性も高く、そして製造
が従来方法に比べて容易である、真空バルブ用接点素子
を製造する方法の提供を目的とする。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段・作用) 本発明者らは上記目的を達成すべく従来から知られてい
る工程に関し鋭意検討を加えた結果、Cr−Cu系接点
素子における接合特性は、原料粉の選定,溶浸時の問
題,溶浸後の冷却時における冷却速度などの因子によっ
て左右されるとの事実を見出し、また台金との接合信頼
性は接点素子の台金との接合面Cuのみで構成すれば向
上するとの着想を抱き、それを可能たらしめる方法につ
いて種々の検討を加え、本発明方法を開発するに到っ
た。
すなわち、本発明の真空バルブ用接点素子の製造方法
は、Al 100ppm 以下,Si 100ppm 以下,V
100ppm 以下,Ca 10ppm 以下(ただし、いず
れの場合もゼロは含まない)を不純物として含有し、か
つ平均粒径が5〜150μmであるCr粉末を選択する
工程(第1工程); 該Cr粉末を自重のみで、その内壁底面の略中央部に台
地状突起を備えている容器、又は内壁底面は平坦でその
略中央部に所定厚みの銅ペレットが載置されている容器
のいずれかである焼結用容器に充填する工程(第2工
程); 該Cr粉末を該焼結用容器と一緒に非酸化性雰囲気中で
焼結してCrスケルトンにする工程(第3工程); 該Crスケルトンを、Al又は/及びSiO
主成分とするシート状部材又は繊維状部材を介して溶浸
用容器内に載置したのち、Al100ppm 以下,Si
100ppm 以下,Mg100ppm 以下(ただし、いずれ
の場合もゼロは含まない)を不純物として含有するCu
又は/及びAgを溶浸する工程(第4工程); 冷却に際しては、800〜400℃の冷却温度域を0.
6〜6℃/分の冷却速度で冷却する工程(第5工程); とを具備することを特徴とする。
以下、各工程を追って本発明方法を説明する。
まず、第1工程はスケルトン用のCr原料粉を選定する
工程である。Cr粉中の不純物は、Al 100ppm 以
下,Si 100ppm 以下,V 100ppm 以下,Ca
10ppm 以下(ただし、いずれもゼロは含まない)で
あることが必要である。これらの不純物元素はいずれも
酸素との結合力が強く、これら元素が多いということは
同時に酸素含有量も多いということを意味する。そし
て、含有酸素は接点作動時に接点の再アーク現象を多発
せしめて接点特性の低下を招く。このようなことから、
不純物の含有量が上記範囲に設定する。本発明方法で用
いるCr原料粉は、具体的には公知の電解法で製造した
ものが好適である。
また、Cr粉は、その平均粒径があまり小さいものの場
合には、得られるCrスケルトンのガス含有量が大とな
り、逆にあまり大きいものの場合には焼結性が悪くなる
というような不都合が生ずるので、平均粒径5〜150
μmの範囲のものが選定される。好ましくは50〜13
0μmのものである。
第2工程は、Cr原料粉を焼結用容器内に充填する工程
である。充填に際しては、容器にCr原料粉を所定量注
加するのみであり何らの圧力も加えないことが必要であ
る。すなわち、容器内に充填されているCr原料粉に印
加されている力は自重のみである。これは、後工程で製
造されるCrスケルトンにおける空隙率を可及的に大た
らしめ、Cuの溶浸量を大たらしめて接点素子の特性,
とりわけ導電性を向上せしめるために行なう処置であ
る。上記した平均粒系のCr原料粉を用いた場合、自重
のみによる嵩密度は通常3.4〜3.8g/cm3とな
る。
このときに用いる焼結用容器は次のような態様のもので
ある。
第1の態様の容器は、その内壁底面の略中央部に台地状
の突起が形成されているものであり、その1例を断面図
として第1図に示す。図で1が容器であり、2は充填さ
れているCr原料粉である。
第2の態様の容器は、その内壁底面は平坦でその略中央
に所定厚みのCuペレットが載置されているものであ
り、その1例を断面図として第2図に示す。図で1は容
器,2はCr原料粉であり、3がCuペレットである。
いずれの態様の場合であっても、Cr原料粉の充填によ
って形成されている粉体ブロックの下方端面はその中央
部に凹部が形成されていることになる。
第3工程はCrスケルトンを形成する工程である。すな
わち、Cr原料粉が充填されている焼結用容器を加熱炉
内に設置して焼成する。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。
これら雰囲気のうち、充填したCr粉末や容器などに吸
蔵されている酸素を除去するという点では真空(1×1
-5〜1×10-6Torr)雰囲気が好適である。適用する
焼結温度,焼結時間は焼結体であるCrスケルトンの焼
結密度,逆にいえばスケルトンの空隙率に影響を与える
が、Crスケルトンとその空隙内で溶浸される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、それは焼結温度85
0〜1050℃,好ましくは900〜950℃,焼結時
間0.25〜2時間,好ましくは0.5〜1時間とする
ことにより達成される。
得られたCrスケルトンの形状は、第2工程の焼結用容
器が前述した第1の態様の場合にはスケルトンの下方端
面中央に凹部が形成されており、また容器が第2の態様
の場合にはスケルトンの下方部分にはCuが溶浸した状
態でかつスケルトン下方端面にはCrが存在しない凹部
が形成されている。
第4工程は、焼結用容器からCrスケルトンを取出し、
これを溶浸用容器に凹部側を下方にして載置しCu又は
/及びAgをスケルトンの空隙に溶浸せしめる工程であ
る。
溶浸用容器としては、従来から用いられるものであれば
何であってもよく格別限定されるものではない。例えば
黒鉛製である。
本発明においては、Crスケルトンと容器との間にAl
又は/及びSiOを主成分とするシート部材,
繊維状部材を介在させることが必要である。これらの部
材は後述するCu又は/及びAgの融液とCrスケルト
ンとの反応を防止する機能を果たす。
Crスケルトンの上面にCu又は/及びAgのペレット
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をスケルトンの
空隙に溶浸せしめる。
このときに用いるCu又は/及びAgは、いずれもAl
100ppm 以下,Si 100ppm 以下,Mg 10
0ppm 以下(いずれもゼロは含まない)の純度を有する
ものであることが必要である。その理由は、第1工程の
Cr原料粉選定時における理由と基本的に同じである。
溶浸時の温度は、Cu,Agの融点以上の温度であるこ
とはいうまでもなく、具体的には、Cuの場合1100
〜1300℃,Agの場合1000〜1100℃である
ことが好適である。また溶浸時間はCrスケルトンの空
隙にこれら融液が完全に含浸されるに必要な時間を設定
する。
この溶浸により、Crスケルトンの下方端面に形成され
ていた凹部内には溶浸せしめたCu又は/及びAgが充
填されることになる。すなわち、得られる素子の前駆体
は前方部分がCu又は/及びAgとCrスケルトンとの
コンポジットとなっており、株の中央部分(凹部)には
Cu又は/及びAgのみが充填された状態になってい
る。
第5工程は全体を冷却する工程である。本発明方法にお
いては、800℃から400℃までに冷却する過程を制
御する。すなわち、800〜400℃の冷却温度域の列
客速度を0.6〜6℃/分に制御するのである。理由は
定かでないが、このような制御によって接点素子の導電
率が向上しひいては前述した接点特性を向上せしめるか
らである。
溶浸時の温度から800℃まで、400℃から室温まで
の冷却は限定されることなく任意に行なえばよい。
かくして、室温下に取出された素材は、Crスケルトン
とCu又は/及びAgとのコンポジットの中央凹部にC
u又は/及びAgが一体的に埋設された構成になってい
る。
その後、この素材に所定の機械加工を施して所定状に仕
上げて2層構造の接点素子が得られる。
(実施例) 不純物として、Al 10ppm 以下,Si 20ppm 以
下,V 10ppm 以下,Ca 10ppm 以下,O
000ppm 以下,N 1000ppm 以下含有するCr
粉末を用意した。このCr粉を、内径50mmφ,内壁高
さ10mmで、底面の中央に直径45mmφ高さ3mmの円形
台地を有する黒鉛製の焼結用容器の中に自然充填した。
充填Cr粉の上面は軽くならして水平とした。
ついで、これを真空加熱炉内に挿入し、真空度1×10
-5Torr,温度900℃の条件下で1時間焼成した。Cr
粉は焼結して下面中央に直径45mmφ,深さ3mmの凹部
を有し空隙率50%であるCrスケルトンが得られた。
黒鉛製の溶浸用容器の内壁底に、Al,SiO
を主成分とするシートを敷き、このシートの上に、上記
のCrスケルトンをその凹部を下に載置し上面には、表
示した不純物を含有するCuのペレットを載置した。
全体を真空加熱炉内に挿入し、真空度1×10-5Torr,
温度1100℃の条件下で約1時間かけてCuペレット
をCrスケルトンに溶浸せしめた。
ついで、加熱炉の作動を停止し800℃まで冷却したの
ち、800℃から400℃までは3℃/分の冷却速度を
維持し、その後はNガスで強制冷却した。
得られた素材を炉から取り出し、機械加工して直径40
mmφ,厚み5mmの接点素子とした。この素子は、Cr−
Cuコンポジットの部分とその片面に添着されているC
u部分とから成る2層構造であり、CrとCuとは重量
比で50:50,Cu部分の厚みは0.5mmであった。
この素子のCu面側をCu台金とAgろうで接合した。
得られた接点につき、各合金から真空バルブ用の接点を
加工し、これらの遮断特性を測定した。測定条件は、円
板状接点片をデイマウンタブル型(接点の着脱自由)の
真空者断装置に装着し、接触力30kgで、7.2kV−2
0kAの遮断電流を遮断した時の遮断状況を観察し、再点
孤の有無,アーク時間の長短,遮断不能などによって合
格,不合格を測定した。また、Agろうとのぬれ性を超
音波探傷器にて接合面積チェックの点で判断し、更には
接合信頼性はハンマー(打撃)による剥離性を観察して
判断した。以上の結果を一括して表に示した。
[発明の効果] 以上の説明で明らかなように、本発明方法は、再点孤発
生率,発孤率が極めて小さく接点特性に優れ、しかも台
金との接合性も良好である高信頼性の真空バルブ用接点
素子を提供することができるので、その工業的価値は大
である。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図はいずれも、本発明方法で使用する焼結
用容器の態様を表わす図である。 1……容器、2……充填したCr粉末 3……Cuペレット

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム100ppm 以下,ケイ素10
    0ppm 以下,バナジウム100ppm 以下,カルシウム1
    0ppm 以下(ただし、いずれの場合もゼロは含まない)
    を不純物として含有し、かつ平均粒子径が5〜150μ
    mであるクロム粉末を選択する工程; 該クロム粉末を自重のみで、その内壁底面の略中央部に
    台地状突起を備えている容器、又は内壁底面は平坦でそ
    の略中央部に所定厚みの銅ペレットが載置されている容
    器のいずれかである焼結用容器に充填する工程; 該クロム粉末を該焼結用容器と一緒に非酸化性雰囲気中
    で焼結してクロムスケルトンにする工程; 該クロムスケルトンを、アルミナ又は/及び二酸化ケイ
    素を主成分とするシート状部材又は繊維状部材を介して
    溶浸用容器内に載置したのち、アルミニウム100ppm
    以下,ケイ素100ppm 以下,マグネシウム100ppm
    以下(ただし、いずれの場合もゼロは含まない)を不純
    物として含有する銅又は/及び銀を溶浸する工程; 冷却に際しては、800〜400℃の冷却温度域を0.
    6〜6℃/分の冷却速度で冷却する工程; とを具備することを特徴とする真空バルブ用接点素子の
    製造方法。
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CN105087981B (zh) * 2015-07-31 2017-05-24 陕西斯瑞新材料股份有限公司 一种抗熔焊、抗烧蚀Cu‑纳米Al2O3‑Cr触头材料的制备方法

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