JPH0760623B2 - 真空バルブ用接点合金 - Google Patents

真空バルブ用接点合金

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JPH0760623B2
JPH0760623B2 JP61010486A JP1048686A JPH0760623B2 JP H0760623 B2 JPH0760623 B2 JP H0760623B2 JP 61010486 A JP61010486 A JP 61010486A JP 1048686 A JP1048686 A JP 1048686A JP H0760623 B2 JPH0760623 B2 JP H0760623B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は真空バルブに関し、より詳細には真空バルブ
に接点として用いることのできる合金材料に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
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、しゃ断に対する各性能で示される基本三要
素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、かつ大電流用あるいは高電圧用等のように特定の
用途に合った接点材料の開発が行なわれ、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十分満足する真空バ
ルブ用接点材料は未だ得られていないのが実情である。
たとえば、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
が知られている（特公昭41−12131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、しゃ断後の表面荒れが大きく、加工成形が困難で
ある等の問題点を有している。また、大電流化を指向し
た他の接点材料として、Cu-Te合金も知られている（特
公昭44−23751号公報）。
この合金は、Cu-Bi系合金が持つ上記問題点を緩和して
はいるが、Cu-Bi系合金に比較して雰囲気に対し、より
敏感なため接触抵抗等の安定性に欠ける。さらに、これ
らCu-Te、Cu-Bi等の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
野への応用に対しては、必ずしも満足でないことが明ら
かとなってきた。
一方、高耐圧化を指向した接点材料として、Cu（または
Ag）等の高導電成分とCrとの焼結合金が知られている。
しかしながら、Crは極めて酸化しやすい金属であるた
め、粉末あるいは成形体の管理が重要であることはいう
までもないが、仮焼結、溶浸時の雰囲気の条件も材料特
性を左右する。例えば、各焼結、溶浸時の温度や時間を
充分管理して得られたCu-Cr合金でも、接触抵抗或いは
温度上昇特性にばらつきや不安定性があるのが実情であ
り、これらのばらつきをなくし安定性のあるものが望ま
れている。
〔発明の目的〕
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、接触抵抗
特性および温度上昇特性を安定させ得る真空バルブ用接
点材料を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
研究によれば、Cu（Ag）‐Cr,Cu−Ti,Cu-Zr系接点材料
の上記不安定性は、Cu（Ag）‐Cr,Cu-Ti,Cu-Zr合金中
の組成の変動、Cr,Ti,Zr粒子の粒径、粒度分布、偏析
の程度、合金中に存在する空孔の程度に依存すること
が判明し、これらの解決は原料Cr,Ti,Zrの選択と焼結技
術の管理が有効であることを認められている。
しかしながら、これらの管理だけでは十分な安定性が得
られなかった。本発明者らは、従来見落されていた合金
中のCu（Ag）マトリックスに含まれる他の主成分元素で
あるCr,Ti,Zrの量の影響について注目した。すなわち合
金中に含まれるCr,Ti,Zrの全体の量（20〜80wt％）に注
目するのでは充分な特性が得られず、むしろ前述Cu（A
g）マトリックス中に微量に存在するこれら主成分元素C
r,Ti,Zrの量に注目することがこの発明の目的達成に有
効であることを見出し、この発明を完成するに到った。
すなわち、この発明の真空バルブ用接点合金は、Cuまた
は／およびAgよりなる導電材料とTi,ZrおよびCrの少な
くとも一種よりなる耐アーク材料とを含む原料を熱処理
して得られた合金であって、この合金の導電材料マトリ
ックス中に存在する耐アーク材料量が0.35重量％以下で
あることを特徴とするものである。
この発明の好ましい態様として、耐アーク材料量を0.01
〜0.35重量％とすることができる。
以下、この発明をより詳細に説明する。
この発明の合金は、導電材料と耐アーク材料とを含む原
料を熱処理して得られたものであり、その熱処理とし
て、例えば、溶浸、焼結、焼成などがある。熱処理の条
件はその原料の種類、処理の目的応じて適宜変更でき
る。
例えば、接点合金を得る為の加熱条件はCu、Agの溶融点
以下で完了する方式と、Cu,Agの溶融点以上に加熱しこ
れを溶浸させる方式のいずれの条件でもよい。いずれに
しても合金中の導電材料マトリックス中の耐アーク材料
の存在量は本発明の範囲に制御される。
本発明に於いて使用する原料は、充分脱ガスされかつ表
面に清浄化されたCr,Ti,Zr粉の少なくとも一種よりから
なる耐アーク材料と、CuおよびAgの両方またはいずれか
一方からなる導電性材料とから成る。なお、これらCr,T
i,Zr,Cu,Agの他に接点用途に応じ10％程度以下のTe,Bi,
Sbなど耐溶着性材料W,Mo,Vなどの耐アーク材料を補助成
分として添加してもよい。Cr,Ti,Zrの粒径は、250μｍ
を越えると純Cu,Ag部同志の接触の確率が高くなり溶着
問題の点で好ましくないが、粒径の下限は、本発明方法
の効果を発揮させる上での粒径の下限は存在しなく、む
しろ活性度が増すなど取扱上で決定される。
原料Crは、例えば電解Cuをアルゴンガス中などの不活性
雰囲気中で粉砕、篩いわけをして使用する。原料Cr,Ti,
Zrについても、混入する不純物例えばFe,Si,Alなどの極
力少ない、好ましくはこれらの総量が1000ppm又は、100
0ppm以下の状態のものを使用する。
合金中のCu（Ag）マトリックス中のCr（又は、Ti,Zr）
量は、本発明者らの知見によれば使用する原料Cu中に
初めから含まれているCr（又は、Ti,Zr）、他の主成
分であるCr（又は、Ti,Zr）からCu（Ag）中へ侵入するC
r（又は、Ti,Zr）に依存する。従って、本発明の耐アー
ク材料（Cr,Ti,Zr）量に制御するために、前者に対し
ては、不純物元素の含有の極力少ない原料Cu（Ag）を採
用するか或いは、通常の原料Cu（Ag）に対しては、事前
に、帯溶融法によって高純度化し、後者に対しては、
Cu（Ag）とCr（又は、Ti,Zr）との合金化過程での高温
処理の温度を低くするか、時間を短かくすることが有効
であり、又、合金化過程後の冷却過程を合理的に制御す
ることが有効である。
合金中の導電材料マトリックス中の耐アーク材料の存在
量は0.35重量％以下であり、好ましくは0.01〜0.35重量
％である。この上限を超えると、真空バルブ接点特性
（温度上昇特性、接触抵抗特性）が不安定となり、下限
未満は製造上困難な点があるからである。
〔実施例〕
この発明を、実施例によって具体的に説明する。
実施例１ 平均125μｍのCrを２トン／cm2の圧力で成形して得られ
た成形体をカーボン容器に収納し真空中1000℃１時間で
仮焼結を行なう。この仮焼結体の下側にCuからなる溶浸
材を配置し、この後、真空1200℃、１時間で行なう溶浸
工程に移す。次に溶工程終了後、接点合金素材を1200℃
より冷却して、Cu-49.7Cr系合金を得た。
このCu-49.7Cr系合金について、Cuマトリックス中に含
まれるCrの存在量を測定すると、0.01重量％であった。
また、この合金材料から所定の接点形状に加工し、これ
を着脱式試験装置に取り付け、温度上昇特性および接触
抵抗特性を評価した。
その結果を第２表に示す。
なお、接触抵抗特性および温度上昇特性は次のようにし
て求めている。接触抵抗特性は、表面荒さを５μｍに仕
上げた直径50mmのフラット電極と同じ表面荒さを持つ曲
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電極の着脱可能な真空容器内に取付け3k
gの荷重を与える。そして両電極10Aの交流を与えたとき
の電位降下から接触抵抗を求める。なお、接触抵抗値は
測定回路を構成する配線材、開閉器、測定器などの抵抗
又は接触抵抗を回路定数として含んだ値である。
一方、温度上昇特性は、上記と同じ電極条件の電極を対
向させ、10-5Torrの真空容器のなかで、接触力500kgで4
00Aを１時間連続通電させたときの最高温度を可動軸部
で求めた。尚、温度は周囲温度約25℃を含んだものであ
り、かつ電極を取りつけるホルダーの熱容器の影響も含
んだ比較値である。
又、接触抵抗の値は、着脱式真空開閉装置自体の軸部の
抵抗1.8〜2.5μΩ、磁界発生用コイル部の抵抗5.2〜6.0
μΩを含むもので残部が接点部（接点合金の抵抗、同接
触抵抗）値である。
さらに、接点合金中の導電材料（Cu,Ag）マトリックス
に含有される耐アーク材料の存在量は、下記のように求
めた条件を示す。なお、Cu-Cr合金以外の合金について
はCu-Cr合金についての手法とほぼ同じ手法で求めたも
ので、ここではCu-Cr合金の例を代表例として示す。
Cu-Cr合金を切り粉状に調製しその1gをビーカーに入れ3
Nの硝酸50mlを加え100℃30分間加熱し、冷却後、溶液を
濾過し、未分解Cr粒とCu相を分離し濾液は蒸溜水で希釈
しCu相中の不純物定量用試液とし、これを誘導結合プラ
ズマ発光分光法を用いて下記第１表条件によって定量し
た。
第１表 誘導結合プラズマ発光分光法の測定条件 周波数 27.12 MHz 高周波出力 1.３ kW 冷却ガス 16.５ l/min ネブライザガス 0.４ l/min プラズマガス 0.８ l/min 測定波長 Cr:267.7nm 実施例２〜14、比較例１〜２ 第２表に示した導電材料と耐アーク材料とについて、接
点合金と実施例１と同様に製造し、試験した。
その結果を第２表に示す。
考察 第２表から判るように、Cuマトリックス中のCr量が増加
するに従い、温度の上昇が見られるが、特にCr量が0.35
％以下（実施例１〜４）では、その可動軸部の温度上昇
値が70℃以下であるのに対し、0.49％（比較例１）では
70℃を超える。ここで70℃で区別する厳密な説明は困難
であるが、本実験に供した組立式の開閉装置は、一般の
真空バルブに極く近い熱的構成（部材の配置及び熱容量
など）としてあり、或る程度の対応が得られているもの
で、数値は目安としてなら活用できるものである。すな
わち製品の真空バルブでは、65℃の上昇を一つの目安と
しており、実験的換算によれば、本着脱式開閉装置の70
℃の略々、対応する。
上記傾向は、Cu-Cr合金中の全Crが略50％の接点につい
ての調査結果であるが、Cr量が、61.4％（実施例‐
５）、79.6％（実施例‐６）に増加しても、Cuマトリッ
クス中のCrの量が略0.35％以内の場合には、安定した温
度上昇特性が見られる。Cu-Cr合金中の全Crの量が92.4
％の接点では、例えCuマトリックス中のCrの量が0.35％
以下（比較例‐２）であっても、安定した温度特性は確
保出来ない。接触抵抗特性もCuマトリックス中のCr量が
0.35％以下（実施例‐４）のときには、低い接触抵抗値
を維持しているが、Cr量が0.35％以上の比較例１および
全Cr量が80％を超える比較例２では、高い接触抵抗特性
を示す。
上記はCu-Cr合金についての測定例であったが、本発明
接点の主旨である導電材料マトリックス中の耐アーク材
料の量を一定値以内に抑制する思想は、Cu-Ti合金（実
施例‐７）、Cu-Zr合金（実施例‐８）に於ても、耐ア
ーク材料の量を0.35％以内にするときには、同様の効果
が得られ、更に高導電性材料がCuのみでなくAgの場合で
も同じ効果が得られる（実施例‐９〜11）。接触抵抗に
ついても同様の効果が得られる（実施例‐７〜11）。
また、耐溶着防止成分の一例としてBi（実施例13）また
はTe（実施例14）を含有した接点合金に対しても同様の
効果が得られる。
Cu-Cr,Cu-Ti,Cu-Zr合金中の全Cr量、Ti量、Zr量が少な
いときには、高い導電性と低い硬さ特性とを維持するた
めCu-Crの場合の実施例‐12のように温度上昇特性、接
触特性については、全く問題なく、良好な特性を確保す
る。むしろ耐アーク材料の下限は接点の耐消耗性、耐溶
着性、しゃ断性能などの他の面から決定される場合が多
い。
以上によって導電材料マトリックス（Cu-Cr合金のとき
にはCu）中の耐アーク材料（Cu-Cr合金のときにはCr）
の量の上限は0.35％が好ましいことがわかる。
〔発明の効果〕
以上詳記したように本発明によれば、接触抵抗特性およ
び温度上昇特性を安定させ得る真空バルブ用接点材料を
提供でき、また接点合金のばらつき幅を縮小することが
できて品質管理上に有効である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 務 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−5867（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−86690（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】Cuおよび／またはAgの導電材料とTi、Zrお
    よびCrの少なくとも１種の耐アーク材料とからなる温度
    上昇特性および接触抵抗特性が安定な合金であって、 この合金の導電材料マトリックス中に存在する耐アーク
    材料の量が0.01〜0.35重量％であることを特徴とする、
    真空バルブ用接点合金。
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