JPH0680569B2

JPH0680569B2 - 真空バルブ用接点合金の製造法

Info

Publication number: JPH0680569B2
Application number: JP61043256A
Authority: JP
Inventors: 功奥富; 誠司千葉; 普三菅井; 信昭中島; 秀夫鈴木; 尚志久津美
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-02-28
Filing date: 1986-02-28
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPS62202425A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、しゃ断性能が改良されたホウ素（Ｂ、ボロ
ン）含有の真空バルブ用接点合金の製造法に関する。

（従来技術およびその問題点）真空しゃ断器は、小型、軽量、メンテナンスフリー、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、近年、次第にその適用範囲が拡大され、従来より一
般に使用されている36KV以下の回路から、例えば72KV以
上というような更に高圧の回路への適用が行なわれてい
る。また電流的にも10〜20KA級回路から40KA級というよ
うな更に大電流の回路への適用が行なわれている。この
ような高圧化、大電流化に伴い、再点弧現象の発生の少
ないかつ、大容量しゃ断の可能な接点材料の開発が望ま
れている。この要求に対しては、従来より高耐圧、大容
量真空しゃ断器用の接点材料として用いられているBi、
Pb、Te、Se、Sb等の溶着防止成分を配合したCu基合金は
必ずしも満足すべきものとは云い難い。

上記した高圧下及び大電流下においても再点弧現象を起
こしにくいかつ、大容量しゃ断の可能な接点材料を得る
ためには、一般に（１）耐圧的に欠陥となりやすい脆弱
な溶着防止成分を極力少なくすること、（２）ガス不純
物やピンホール等を極力少なくすること、が望ましい。
これに対し、上記したようにBi、Pb、Te、Se、Sbなどの
蒸気圧の高い元素を含有する接点合金では、鋳塊に気泡
が発生しやすく、特に径の小さな鋳型に鋳込む際には、
気泡が表面付近に多く発生したり、又内部に引け巣を生
じたりするなどの重大な鋳造欠陥が生ずることも多い。
このような欠陥を生じさせないために、一方向凝固法も
採用されているが、この場合も上記溶着防止成分の添加
に伴う弊害は十分には避けられない。特に上記した溶着
防止成分を含む接点合金は、これら成分の母相への固溶
度が低いためしばしば偏折を生ずること、脆く加工性が
劣ること等の欠点がある。

一方、Cuと溶着防止成分との合金に、0.0005〜２％程度
の極く少量のＢ（ボロン）含有させた接点合金が上記問
題点の軽減化に有益な合金であるという知見を、本発明
者は得ている。しかし、上記合金は上記のようにＢ（ホ
ロン）量が極めて少量のため、合金中のＢ（ボロン）含
有量の制御が難しく、その結果素材特性並びに電気特性
のばらつきを招くことが多くＢ（ボロン）を含有した合
金の製造方法の改善、確立が望まれている。

この発明は上述した背景にもとずいてなされもであり、
その目的とするところは、真空バルブ用接点合金中のＢ
（ボロン）含有量を正確に制御して接点合金の素材特性
が改善されかつ電気特性のばらつきを解消した合金の製
造法を提供することである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らの研究によれば、上述の目的が、Ｂ（ボロ
ン）含有の真空バルブ用接点合金の製造工程において、
Ｂ（ボロン）源として厳密に管理されたものを用い、こ
れを溶湯中に投入することによって達成されることを見
出された。

すなわち、本発明の真空バルブ用接点合金の製造法は、
0.0005〜２重量％のＢ（ボロン）を含有するCu又は／及
びAgの導電性成分と、Bi、Pb、Te、Se、Sbから選ばれた
少なくとも１種の溶着防止成分とを含む真空バルブ用接
点合金を、合金材料の溶融によって製造するに際して、
１μｍ〜4mm、好ましくは44〜300μｍの範囲にある粒径
を有するＢ粉と、それと略同等の粒径を有するCu又は／
及びAg粉との均一混合物との集合体、例えば、成形体ま
たは導電材料で収納包括したものを、前記合金のＢ源と
して用いることを特徴とするものである。

発明の具体的な説明以下、この発明を、図面を参照しつつ具体的に説明す
る。

真空しゃ断器第１図は、本発明の製造方法によって得た接点材料を適
用する真空しゃ断器の一構成例を示す正断面図であり、
第２図はその要部拡大図である。図面を参照して、真空
しゃ断器を説明する。しゃ断室１は、セラミック等の絶
縁材料によりほぼ円筒状に形成された絶縁容器２と、こ
の両端に密閉機構3,3aを介して設けた金属製蓋体４およ
び５とで真空気密に区画されている。しかして、このし
ゃ断室１内には、一対の電極棒6,7の互いに対向する端
部にそれぞれ固定電極８および可動電極９が配設されて
いる。また上記可動電極９の電極棒７には、ベローズ10
が取付けられ、しゃ断室１内を真空気密に保持しなが
ら、電極９の往復動による一対の電極8,9の開閉を可能
にしている。またこのベローズ10はフード11により覆わ
れ、アーク蒸気の被着を防止しており、またしゃ断室１
内には更に円筒状金属容器12が設けられ、絶縁容器２へ
のアーク蒸気の被着を防止している。

一方、可動電極９は、その拡大構造を第２図に示すよう
に、導電棒７にロウ材13によって固定されるか、又はか
しめによって圧着接続（図示せず）されており、その上
には可動接点14がロウ材15によって接合されている。ま
た固定電極８の詳細構造（図示せず）も向きが逆となる
のみでほぼ同様であり、これには固定接点14aが設けら
れている。本発明の製造方法によって製造した前記接点
材料は、上記したような接点14,14a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。

真空バルブ用接点合金この発明の製造方法が適用される接点合金は、0.0005〜
２重量％のＢを含有するCu又は／及びAgの導電性成分
と、Te、Se、Bi等より選ばれた少なくとも１種の溶着成
分とからなる接点合金である。以下、「％」は特記しな
い限り重量％を示すものとする。

この高導電性成分としては、Cu又は／およびAgが通常、
主成分として用いられるが、必要に応じてこれらの一部
を５％（高導電性成分基準）未満のFe、５％未満のCoま
たは１％未満のCrで置換することもできる。また、この
溶着防止成分としては、Bi、Pb、Te、Se、Sbの一種以上
が用いられる。これら元素は本発明の製造方法を適用し
た接点材料中に0.1〜15％の量で用いられる。0.1％未満
では、大電流に対する耐溶着性が劣り、また15％を超え
ると、製造時に偏折等を起こし、健全な接点素材が得が
たいからである。

本発明の製造方法の適用によって、加工性ならびに再点
弧防止特性等に優れた接点材料を得るために、上記した
高導電性成分および溶着防止成分に加えて、接点材料に
は0.005〜２％、好ましくは0.01〜２％のＢ（ボロン）
を含有せしめる。これは、0.005％未満では、添加効果
が乏しいからである。一方、２％を超えて添加しても、
溶着防止成分との併用において認められる上記した効果
のそれ以上の改善は得られず、溶解により接点材料を得
る場合、Ｂ（ボロン）が高導電性成分との間で偏折を起
すようになるからである。

なお、使用される高導電性成分材料および溶着防止成分
材料の品位、溶解作業温度、真空度の変動等の影響を考
慮すると、上記Ｂ（ボロン）量の範囲、特に下限は、添
加量でなく、接点材料中の含量として満されるべきであ
る。

接点合金の製造法次いで接点合金を製造する方法について説明する。この
合金の製造は、たとえば、真空度約１×10^-3〜１×10^-6
mmHg、1000〜1300℃の条件で高導電性成分を溶解した
後、所定条件で調製されたＢ（ボロン）源および溶着防
止成分を溶解し、均一に溶解した後鋳型中で冷却固化す
るが、必要によって指向性凝固を行なう。Ｂ（ボロン）
および溶着防止成分の添加順序は任意であり、蒸発、飛
散を防止するためにこれら成分の添加はArによって増圧
後に行なうこともできる。

Ｂ（ボロン）源の調製この発明の特徴の一つは、Ｂ（ボロン）源が所定条件の
下で調製されることである。

ここで言う所定条件とは、Ｂ（ボロン）の粒径が１μｍ
〜4mm、好ましくは44μｍ〜300μｍの範囲にあることと
共に、その範囲から選択したＢ（ボロン）と、ほぼ同等
の粒径を持つCu（又は／及びAg）とを使用することが第
１である。その理由は、Ｂ（ボロン）粒径が１μｍ以下
では、比表面積が大きいことに起因する表面の酸化の程
度が大きく、保管管理の条件によってその状態が変動
し、素材特性に対しＢ（ボロン）の効果を発揮するに際
し、ばらつきを呈するので好ましくないからである。

所定条件の第２は、前記粒径のほぼ揃った両粉末、すな
わちＢ（ボロン）とCu（又は／及びAg）とを特に充分よ
く、混合した混合体を作ることである。充分よく混合す
るためには、例えばポールミル中で４時間程度回転、攪
拌混合を与える。混合体とする理由は、溶解作業の効率
を上げることと得られた合金の均一性すなわち溶解作業
条件のばらつきに起因する合金特性のばらつきを最小限
に防ぐために重要であり、前記所定条件の第１で述べた
両粉末の粒径をほぼ揃える効果と相まって各合金間のば
らつき及び１個の合金内部のばらつきも、最小限に管理
するために必要である。これらの細かい管理はＢ（ボロ
ン）が活性であり、かつ粒径が小さい粉末を取扱う為に
重要な条件である。

所定条件の第３は、上記の混合粉体を一定の集合体とし
て用いる。その理由は、細かいこれら両粉末を効率よく
合金組成として添加するための作業管理に重要である。
この集合体は、一定の形状に成型して得ることができ
る。また、成型体とせず混合体を他の導電性金属箔、好
ましくは合金の主成分であるCu（又は／及びAg箔）箔で
包むことも、同じ目的を達し得る。

本発明製造方法に用いるＢ（ボロン）源は、上記した第
１、第２、第３の所定条件を満すものである。これは、
Ｂ（ボロン）−Cu（又は／及びAg）合金の前述した数多
くの利点を効率的に得るのに必須である。

このようにして得たＢ（ボロン）源を溶融中のCu又は／
及びAg（Cuに対しては1100℃以上、Agに対しては1000℃
以上、真空度は好ましくは10^-5Torr以下）溶湯へ投入す
るか、又は更に溶着防止成分も含有した溶湯中へ投入
し、約15分攪拌し、加熱保持後鋳型中へキャストする
が、堆堝中で冷却固化し、溶着防止成分を含有したＢ
（ボロン）−Cu（又は／及びAg）合金素材を得る。

またＢ（ボロン）源のなかのＢ（ボロン）は、Ｂ（ボロ
ン）単体のみならず、たとえばCu−Ｂのような母合金あ
るいはFe−Ｂのようなホウ素化物の形態を有する粉末で
あって、これとCu（又は／及びAg）粉とでＢ（ボロン）
源を形成してもよい。

本発明製造方法によって得られた接点材料について、必
要に応じて、切削、研摩等の機械加工を行ない、あるい
は圧延等の塑性加工を行なうことにより所望の形状の接
点が得られる。

（実施例）以下、この発明を、実施例および比較例によって更に具
体的に説明する。

実施例１〜４、比較例１及び５平均粒径が44μｍの金属ボロンとほぼ同じ粒径を有する
還元電解銅粉とを夫々50gずつ秤量後、乳ばちで予備混
合した。それをステンレス製ポットで約４時間、充分攪
拌混合作業を行ないＢ−Cu混合体を得た。

上記混合粉体の一部を取り出し、直径5mmの金型を使用
し3.5トン／cm²で成型し、成型体（ボロン源）を得た。

一方、直径82mmの黒鉛堆堝中で約5.2Kgの銅を1250℃で
溶解する。この溶湯中に前記成型体の一個全部、その一
部、又は複数個を適宜投入し合金中のＢ（ボロン）量
が、0.0005wt％（実施例１）〜2wt％（実施例４）の約1
12mm長のＢ（ボロン）を含有したCu基合金を得た。尚こ
の合金には、溶着防止成分としてTeを選択しその量は約
3.8wt％を目標としたもので、Ｂ（ボロン）源を投入
後、溶着防止成分を投入したものである。後述する評価
方法、条件によってこれらの接点合金の評価結果を第１
表に示した。

第１表から明らかなように、合金中のＢ（ボロン）の量
が0.0005％（実施例１）、0.005％（実施例２）、0.1％
（実施例３）2.0％（実施例４）の場合は本発明製造方
法を適用すると、再点弧発生率を低く押えた上で所定の
しゃ断特性の確保が可能であったのに対し、Ｂ（ボロ
ン）量がゼロ（比較例１）の場合には、本発明製造方法
の適用によっても、前記特性への寄与がなかった。従っ
て本発明製造技術の適用可能な接点合金は、合金中のＢ
（ボロン）の量が0.0005％〜２％に限定される。

特に、合金中のＢ（ボロン）の量が0.005％〜0.1％（実
施例２〜３）の場合には、7.2KV−12KAしゃ断テストに
於いて、所定の４号責務（しゃ断電流12KAをＯ−CO−CO
で試験する。但し、Ｏはオープン、COはクローズオープ
ンを示す）及び５号責務（Ｏ−Ｏ−Ｏ）テスト以外に、
追加したCOテストも30回以上可能であった。

実施例５〜７、比較例２〜３平均粒径が0.2μｍ（比較例２）、１μｍ、300μｍ、4m
m（実施例５〜７）の金属ボロンを60gと、ほぼ同じ粒径
を有する電解銅粉を240gとを夫々用意し、これらをステ
ンレス製ボールミルで充分混合し、各粒径を有するＢ
（ボロン）−Cu混合体を得る。この混合体の一部を取り
出し直径5mmの金型を使用し３トン／cm²で成型し、成型
体を得てボロン源とした。

一方、直径82mmの黒鉛堆堝中で約5Kgの銅を真空度５×1
0^-5Torr、温度1300℃で約10分間溶融した後、この溶湯
中に銅−テルル母合金（Cu₂Te）を合金中の最終組成が
ほぼ4wt％近傍になるよう調整しながら投入しCu−Te溶
湯を得た。

この溶湯中に前記Ｂ（ボロン）源の所定量を適宜投入し
Teを約3.8wt％、Ｂ（ボロン）を0.005wt％含有したCu基
Ｂ−Te合金（比較例２、３、実施例５〜７）を得た。後
述する方法、条件によってこれらの接点合金の製造方法
を適用するのに有効なＢ（ボロン）粉の粒径の検討を行
なった。第１表にその評価結果を示した。

第１表から明らかなように、本発明製造方法を適用する
に於いてその効果を有効的に発揮させるためには、Ｂ
（ボロン）源中のＢ粒の粒径も関与することが判った。
すなわちＢ（ボロン）源中のＢ（ボロン）の平均粒径が
0.2μｍ程度に細かすぎると例え本発明の製造方法を適
用しても得られた接点合金には、再点弧発生が多く見ら
れかつ、特性にばらつきが見られ好ましくないことが判
った（比較例２）。その理由は明らかでないが、先にも
述べたようにＢ（ボロン）が活性な為、微細なものは安
定した保管する管理技術が難しく、表面状態の例えば酸
化の程度にばらつきが生じていることが考えられる。そ
の証拠に比較例２に示したＢ（ボロン）粒径が0.2μｍ
の合金評価結果のなかには、極めて低い再点弧発生を示
したケースもある。しかし、多くのロットを安定して品
質を確保する観点からは、経済性、作業性の点でＢ（ボ
ロン）粒径が0.2μｍ（比較例２）は、除外することが
得策である。逆にＢ（ボロン）粒径の上限はＢ（ボロ
ン）添加後の攪拌技術、溶融中の温度、溶融時間の合理
的選択で、得られた合金中での偏析もなく4mmの場合
（実施例７）に対しても本発明の製造方法を適用するこ
とは効果を発揮する。しかし必要とするＢ（ボロン）量
が少量のため、大きな径のＢ（ボロン）では、添加時の
作業技術上すなわち、合金中のＢ（ボロン）量の制御の
点に問題を生じ4mm程度を用いるべきで、好ましくは300
μｍ程度であれば本発明の製造方法による利点が効果的
に発揮される。

一方、Ｂ（ボロン）源中のＢ（ボロン）粒径が、１μｍ
に対してCu粒径が4mmの如く、両者の粒径に大きな差が
あるときやはり、得られた合金は、再点弧特性にばらつ
きが見られ好ましくなく（比較例３）、逆にＢ（ボロ
ン）粉のみで、Cu粉を使用しないＢ（ボロン）源も、同
じような現象が見られ好ましくない（比較例５）。

以上によってＢ（ボロン）源中のＢ（ボロン）の粒径は
本発明の製造方法に於いて適正値が存在し、その量は１
μｍ〜4mmの範囲、好ましくは44μｍ〜300μｍの範囲が
よく、更に両粉末の粒径の大きさに大きな開きがあるの
は好ましくなく、ほぼ同等の大きさが特に好ましい。

以上示した実施例１〜７及び比較例１〜３、５は溶着防
止成分としてTeを選定した場合の本発明の製造方法の適
用状況を示したものであるが、他の溶着防止成分Bi（実
施例８）、Pb（実施例９）、Se（実施例10）、Sb（実施
例11）についても同等の効果を発揮し、同じく、溶着防
止成分がTe、Seの２成分であっても同等の効果を発揮し
た。更にAg基合金に対しても同等の効果を得た（実施例
13）。

評価条件（１）しゃ断性能及び再点弧性能接点径45mm、厚さ5mmの円板状接点片を、ディマンウタ
ブル型の真空しゃ断装置に装着し、接触力30Kgで7.2KV
×12.5KAのしゃ断電流につき、“O"→“CO"→“CO"及び
その後“O"→“O"→“O"の責務を与えたときの状況（し
ゃ断中に再点弧の発生があるかどうか）を観察し、再点
弧なしでしゃ断が成功したときを合格とした。特性のよ
い場合には、更に10回程度の“CO"を追加しその状況を
観察する。“O"はオープンを意味し、投入された状態の
12.5KAのしゃ断電流を開く。“CO"は、クローズオープ
ンを意味し、12.5KAの回路を閉じて、かつ開く。

（２）第１表中の再点弧発生率は同一組成６組の接点対
を前記真空しゃ断装置に交互に着脱し評価したときのば
らつき幅（最大と最小）で示した。接点の装着に際して
は、ベーキング加熱（450℃30分）を与えた。

（作用および発明の効果） 0.0005〜２重量％のＢを含有するCu又は／及びAgの導電
性成分と、Te、Se、Bi等より選ばれた少なくとも１種の
溶着防止成分とからなる接点合金は、安定したしゃ断特
性を有する。その理由は必ずしも明らかでないが、接点
材料の溶融鋳造における微細組織が改善されることが一
つの原因となっているものと思われている。すなわち、
従来の真空しゃ断器用接点材料（合金）においては、添
加されるBi、Pb、Te、Sb等の溶着防止成分が、Cu、Ag等
よりなる高導電性成分マトリクスに対する固溶度が低
く、合金の結晶粒界に析出し、結晶粒界の脆弱化を招
く。その結果、接点合金の加工時に、欠け、剥離等の加
工欠陥を起し、製品歩留りの低下を招くだけでなく、こ
のように加工性が悪いことにより生ずる表面荒れが再点
弧現象の発生を促進していると考えられる。また、接点
材料が台金に対してロウ材により接合される場合には、
ロウ材料成分が粒界腐食（ペネトレーション）或いは亀
裂を起した結晶粒界を容易に拡散し、接点材料の接合面
と逆側の表面、すなわち接触面に浸出する現象（ロウ材
のはい上り）を起し、これまた再点弧発生の促進等によ
り信頼性の低下を招く。これに対し、所定量のＢ（ボロ
ン）源を添加すると、高導電性成分と溶着防止成分との
相溶性が改善され、溶着防止成分の偏析が防止されると
ともに、結晶粒の微細化ならびに結晶粒界の強化などの
微細組織の改善が行なわれる。このため、加工性の改善
のみならず、加工性の改善に伴う表面精度の向上および
ロウ材のはい上り防止を通じ再点弧発生の防止及びしゃ
断性能の向上等の接点特性の改善が得られるものと考え
られる。本発明の製造方法にしたがい得られる接点材料
は、結晶粒界の強化のため、しゃ断時に接点が受ける機
械的、熱的衝撃により微細なクラックが進展することも
少なく、加工時の条件管理によっては、圧延又は鍛造加
工等の塑性加工も可能となり、更にはＢ（ボロン）の添
加により導電率が低下することもない。

以上に示したように、Ｂ（ボロン）を含有したCu又は／
及びAg合金は真空バルブ用接点合金として数多くの利点
を持っている。しかしながら、素材ロットによって合金
の電気特性にばらつきが見られ、Ｂ含有合金の利点が充
分発揮されない場合がある。

この発明において、Ｂ（ボロン）源として厳密に調製さ
れたものを、上記のＢ含有合金の製造に用いるので、合
金中のＢ（ボロン）含有量を正確に制御できる。したが
って、接点合金の素材ロットによって合金の電気特性が
変動するという従来法の欠点を解消し、Ｂ含有合金の利
点を十二分に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接点材料を適用する真空しゃ断器の一
構成例を示す正断面図、第２図はその要部拡大図であ
る。１…しゃ断室、２…絶縁容器、6,7…電極棒、８…固定
電極、９…可動電極、14,14a…接点、13,15…ロウ材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中島信昭神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜金属工場内 (72)発明者鈴木秀夫東京都府中市東芝町１株式会社東芝府中工場内 (72)発明者久津美尚志東京都府中市東芝町１株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】0.0005〜２重量％のＢを含有するCu又は／
及びAgの導電性成分と、Bi、Pb、Te、Se、Sbから選ばれ
た少なくとも１種の溶着防止成分とを含む真空バルブ用
接点合金を溶融によって製造するにあたって、１μｍ〜
4mmの範囲にある粒径を有するＢ粉と略同等の粒径を有
するCu又は／及びAg粉との均一混合物の集合体を、前記
合金のＢ源として用いることを特徴とする真空バルブ用
接点合金の製造法。
【請求項２】前記Ｂ粉の粒径が、44〜300μｍの範囲に
ある、特許請求の範囲第１項記載の製造法。
【請求項３】前記Ｂ源としての集合体を溶融中の導電性
成分の溶湯に投入する、特許請求の範囲第１項または第
２項記載の製造法。
【請求項４】前記Ｂ源としての集合体を溶融中の導電性
成分と溶着防止成分との溶湯中に投入する、特許請求の
範囲第１項または第２項記載の製造法。
【請求項５】前記集合体が、均一混合物の成形体、また
は前記成形体もしくは前記均一混合物のいずれかを導電
性箔で収納包括したものである、特許請求の範囲第１項
ないし第４項のいずれか１項記載の製造法。