JPH076671A - 真空バルブ用接点材料およびその製造方法 - Google Patents

真空バルブ用接点材料およびその製造方法

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JPH076671A
JPH076671A JP5142432A JP14243293A JPH076671A JP H076671 A JPH076671 A JP H076671A JP 5142432 A JP5142432 A JP 5142432A JP 14243293 A JP14243293 A JP 14243293A JP H076671 A JPH076671 A JP H076671A
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JP
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powder
component
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arc
contact material
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JP5142432A
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English (en)
Inventor
Keisei Seki
経世 関
Isao Okutomi
功 奥冨
Atsushi Yamamoto
敦史 山本
Takanari Sato
能也 佐藤
Tadahiro Aihara
督弘 相原
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches

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  • Manufacture Of Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐電圧特性の向上、特に再点弧発生頻度を低
減させた真空バルブ用接点材料およびその製造方法を得
る。 【構成】 遮断室1内を接離自在に配設された固定電極
7、可動電極8の接点13b,13aの接点材料を、25〜70
体積%のNbから成る耐弧成分と、 0.3体積%であって
耐弧成分との合量で75体積%以下のCrから成る補助成
分と、残部がCuから成る導電成分とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、真空バルブ用接点材料
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】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・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、これらの要件のなかには、相反するものがある関
係上、単一金属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
以上の元素を組合わせ、且つ大電流用または高耐圧用な
どのように特定の用途にあった接点材料の開発が行わ
れ、それなりに優れた特性を有するものが開発されてい
るが、さらに強まる諸要求特性に対しては、未だに満足
できないこともあるのが実状である。
【0003】最近の顕著な傾向として、リアクトル回路
・コンデンサ回路等への適用回路の拡大があげられ、そ
れに伴う接点材料の開発・改良が急務となっている。特
にコンデンサ回路には、通常回路の2倍の電圧が印加さ
れる関係上接点の耐電圧特性、特に再点弧発生の抑制と
いう問題が浮上してきた。
【0004】これに対応するために、従来では一般的に
耐圧に優れている高融点材料であるWと導電成分である
Cuとから構成された接点材料を使用し、また遮断性能
を重視する場合には耐電圧特性を軽視してCu−Cr接
点を使用していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Cu−
Cr接点は勿論のこと、Cu−W等の接点においても、
ある程度の高耐圧分野には適応できるが、より苛酷な高
耐圧領域および突入電流を伴う回路においては再点弧の
発生という問題がある。
【0006】高耐圧接点であるCu−W接点における再
点弧の発生要因は、耐弧材料が導電成分と充分に濡れな
いために耐弧材の粒子と導電成分の密着強度が不十分と
なることに起因する。すなわち、電極が開極状態にもか
かわらず、耐弧材料が電荷を帯びて接点表面から放出さ
れたり、濡れ不十分のために発生する接点内部のポアか
らガスが突出したりして再点弧が発生する。さらに、投
入時に発生する高周波電流等による局所的な溶着が発生
した場合に前述の耐弧材料と導電成分の界面強度が弱い
ことと局所的なポアの存在のため、電極引き外し時に接
点表面に移転を生じ、それが電界集中等を引起こして再
点弧を発生させる場合もある。
【0007】この再点弧が発生すると、適用している回
路にも影響を及ぼし、強いては重大事故を招く可能性が
ある。本発明の目的は、耐電圧特性の向上、特に再点弧
発生頻度を低減させた真空バルブ用接点材料およびその
製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、遮断特性と耐電圧特性に優れたNbを耐弧
材料とし、さらにNbと導電成分であるCuとの密着性
を強化するためにCrを添加することを要旨とする。
【0009】
【作用】前述したように再点弧の発生は、耐弧材料が導
電成分と充分に濡れないために耐弧材の粒子と導電成分
の密着強度が十分ではないことに起因し、この界面強度
を向上させることと内部ポアを低減させることが、再点
弧の発生頻度を低減することに重要となる。
【0010】従来から使用されているW等の耐弧材料は
Cuと全く固溶または反応しないので、十分な界面強度
が得られないと考えられている。そこで本発明者らは、
この問題を解決するために、耐弧材料であるNbとも反
応し、かつ導電成分Cuにも反応する補助成分Crを添
加することを発明した。
【0011】すなわち、補助成分と耐弧材料が反応し、
さらに補助成分は導電成分とも反応するために、耐弧成
分と導電成分はより密に接合される。その結果として、
耐弧粒子の表面からの放出・溶着発生時の著しい凹凸の
発生・接点内部のポアの低減が実現され、再点弧の発生
を抑制することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は本発明の一実施例を示す真空バルブの断面
図、図2は図1の電極部分の拡大図である。図1におい
て、遮断室1は、絶縁材料によりほぼ円筒上に形成され
た絶縁容器2と、この両端に封止金具3a・3bを介し
て設けた金属製の蓋体4a・4bとで真空に保たれ構成
されている。
【0013】遮断室1内には、導電棒5・6の対向する
端部に取付けられた一対の電極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。この電極8の電極棒6にはベローズ9が取付けら
れ、遮断室1内を真空密に保持しながら電極8の軸方向
の移動を可能にしている。ベローズ9の上部には金属製
のアークシールド10が設けられ、ベローズ9がアーク蒸
気で覆われることを防止している。また、前記電極7・
8を覆うように遮断室1内に金属製のアークシールド11
が設けられ、これにより絶縁容器2がアーク蒸気で覆わ
れることを防止している。
【0014】一方、電極8は、図2に示すように、導電
棒6にロウ付け部12によって固定されるか、又はかしめ
によって圧着接続され、接点13aは電極8にロウ付け14
によって取付けられる。なお、接点13bも同様にして電
極7にロウ付けにより取付けられる。
【0015】次に、本発明の接点の製造方法の一例につ
いて説明する。接点材料の製造方法には、耐弧粉末等で
構成したスケルトンに導電成分を溶かして流し込む溶浸
法と、所定の配合で混合した粉末を成型・焼結する焼結
法がある。
【0016】溶浸法の場合には、Nb粉末及びCr粉末
の混合粉末にて、例えば真空雰囲気で焼結してスケルト
ンを製作し、そのスケルトンに例えば真空雰囲気でCu
を溶浸して接点を製造する。また、Nb粉末でのみ製作
したスケルトンにCr−Cu合金を溶浸することによっ
ても接点を製造できる。
【0017】焼結法の場合は、所定量配合したNb粉末
・Cu粉末・Cr粉末の混合粉末を例えば真空中で焼結
して接点を製作する。また溶浸法・焼結法のいづれの場
合も、Nb粉末にCrを表面被覆した粉末、及びNbと
Crとの合金粉末を用いても接点の製造は可能である。
【0018】次に、後述する具体的な実施例を得た評価
方法、及び評価条件につき説明する。前述したような背
景から、再点弧発生頻度にて本発明接点と従来接点との
比較を行った。径30mm、厚さ5mmの円板状接点片をディ
マンタブル形真空バルブに装着し、6KV× 500Aの回路
を2000回遮断した時の再点弧発生頻度を測定し、2台の
遮断器(バルブとして6本)を測定し、再点弧発生率で
示した。接点の装着に際しては、ベーキング加熱( 450
°×30分)のみを行い、ろう材の使用ならびにこれに伴
う加熱は行わなかった。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】以下、上記した表1〜表4について詳細に
説明する。なお、表1〜表3の製造では単一金属粉末を
使用しており、溶浸法のスケルトンはNb粉末またはC
r粉末で製作し、溶浸材には無酸素銅を使用した。 実施例1−3、比較例1−2(表1参照) 耐弧材料のNb含有量を25体積%一定として、補助成分
のCr添加量を0, 0.3,25,50,65体積%の接点を製
造した(各々比較例1、実施例1,2,3、比較例
2)。Nb粉末とCr粉末の混合粉末を原料粉末とした
比較例1と実施例1は、焼結法にて製造した。具体的に
は、Nb粉末・Cr粉末・Cu粉末を混合・成型した
後、所定の温度で焼結して製作した。
【0024】実施例2,3、比較例2は、溶浸法にて製
造した。具体的には、Nb粉末とCr粉末を混合・成型
・焼結し、スケルトンを製作する。次いで、無酸素銅を
溶浸して試験片とした。これらの試験片を加工し、ディ
マンタブルチャンバに組込み、再点弧発生確率を測定し
た。
【0025】その結果、表1に示すように、Cr無添加
の比較例1は再点弧発生確率が1−2%であったのに対
して、Crを 0.3,25,50%添加した実施例1,2,3
は 0.5− 0.8%であり、改善傾向を示した。Crを65%
添加した比較例2も再点弧発生確率は 0.8%と改善され
たが、導電成分が少ないためか接触抵抗が大きく、実用
には困難な状態であった。なお、Cr無添加の溶浸法に
よるNb−Cu接点も比較のために製作することを試み
たが、表面酸化の影響のためか溶浸性が劣った。 実施例4−6、比較例3−4(表2参照) 補助成分のCr添加量を3体積%一定として耐弧成分の
Nb含有量を10,25,50,70,90体積%の接点を製造し
た(各々、比較例3、実施例4,5,6、比較例4)。
接点製造方法は、比較例3と実施例4は前述の比較例1
・実施例1と同じ焼結法、実施例5,6と比較例4は実
施例2と同様の溶浸法である。いずれの試験片も、再点
弧発生確率は 0.5− 0.8%であり改善が見られるが、N
b含有量10%の比較例3は遮断能力の低下が著しく、ま
たNb含有量90%の比較例4は前述の比較例2と同様に
接触抵抗が大きく、実バルブに組込めるものではなかっ
た。 実施例7、比較例5(表3参照) Cuマトリクス中のCr含有量について検討する。45N
b−3Crの組成で製作したスケルトンにCuを溶浸
し、さらに熱処理を加えることによってCuマトリクス
中のCr含有量を各々 0.6, 1.5体積%と変化させた2
種類の接点を製作した(各々、実施例7、比較例5)。
いずれの接点も、再点弧発生頻度は 0.3,0.7程度であ
り、良好な特性を示した。しかし、Cu相中のCr含有
量が 1.5体積%の比較例5は接触抵抗が大きく、実バル
ブに組込めるものではなかった。 実施例8−11(表4参照) 次に製造方法について検討する。実施例8はNb粉末と
Cr粉末を9:1の割合で配合・混合した後、無酸素銅
を溶浸して接点を製作したものである。実施例9はNb
粉末のみでスケルトンを製作した後、予め製作しておい
た2%Cr−Cu合金を溶浸したものである。実施例10
はNb/Crの合金粉末とCu粉末を混合して焼結しス
ケルトンを製作したものに、新たに無酸素銅を溶浸した
ものである。実施例11はCrにてNb粉末を表面被覆し
たものをCu粉末と混合・成型した後に焼結を施し接点
を製作したものである。これら接点の再点弧発生確率は
いずれも 0.5− 0.8%であり、良好な結果であった。
【0026】これらの種々の製造方法により製作した接
点材料の断面組織を光学顕微鏡及び電子顕微鏡にて観察
すると、Cr粒子が単独で存在する場合もあるが、いず
れもNbの周囲をCrが包囲する傾向にあり、CrがN
b粒子とCuマトリクスとの結合の役目を果たしている
ことが確認できた。特に、この傾向は溶浸法にて製造し
た接点材料に顕著に認められた。その結果が焼結法によ
り製造した接点材料の再点弧発生確率が大体 0.8%であ
るのに対して、溶浸法にて製作した接点材料の場合は
0.5%であることにも反映しているように推定できる。
従って、焼結法にて接点材料を製作する場合には焼結温
度をCuの融点以上にすることが望ましく、融点に満た
ない場合にも、なるべく融点に近付けた方が再点弧発生
の抑制に有効である。
【0027】また断面組織観察を導電マトリクスに向け
ると、Cuマトリクス内部の所々にCrが溶融あるいは
析出した部分が観察され、CrとCuが強固に接合され
ていることが確認できた。この現象も、溶浸法接点材料
に顕著に認められた。
【0028】以上の実施例の検討結果から、本発明の製
造方法は本実施例のみに限定されず、本実施例の部分的
な組合わせによっても同様の結果が得られるのは明白で
ある。
【0029】
【発明の効果】以上のように第1の発明によれば、25〜
70体積%のNbから成る耐弧成分と、0.3体積%以上で
あって耐弧成分との合量で75体積%以下のCrから成る
補助成分と、残部がCuから成る導電成分とを有するよ
うにしたので、耐電圧特性の向上、特に再点弧発生頻度
を低減させた真空バルブ用接点材料を得ることができ
る。
【0030】また第2、第3の発明によれば、上記の耐
弧成分と補助成分とを混合または複合粉末として製作し
たスケルトンに導電成分を溶浸させるか、あるいは上記
の混合または複合粉末と導電成分粉末とを混合し、成型
・焼結するようにしたので、耐電圧特性の向上、特に再
点弧発生頻度を低減させた真空バルブ用接点材料が得ら
れる真空バルブ用接点材料の製造方法を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す真空バルブの断面図。
【図2】[図1]の部分拡大断面図。
【符号の説明】
7…固定電極、8…可動電極、13a,13b…接点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 能也 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 相原 督弘 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 25〜70体積%のNbから成る耐弧成分
    と、 0.3体積%以上であって前記耐弧成分と合量で75体
    積%以下のCrから成る補助成分と、残部がCuから成
    る導電成分とを有する真空バルブ用接点材料。
  2. 【請求項2】 前記耐弧成分であるNbの周囲を前記補
    助成分であるCrで包囲した状態と、前記Cuを主成分
    とした導電成分マトリクスとを有することを特徴とする
    請求項1記載の真空バルブ用接点材料。
  3. 【請求項3】 前記耐弧成分であるNbと前記補助成分
    であるCrを合金化させるとともに、前記導電成分であ
    るCuに対して1体積%以下のCrを含有したことを特
    徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の真
    空バルブ用接点材料。
  4. 【請求項4】 25〜70体積%のNbから成る耐弧成分
    と、 0.3%体積%以上であって前記耐弧成分との合量で
    75体積%以下のCrから成る補助成分とを混合または複
    合粉末として製作したスケルトンに、前記Cuから成る
    導電成分を溶浸させたことを特徴とする真空バルブ用接
    点材料の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記スケルトンは、前記耐弧成分と補助
    成分とを混合または複合粉末とし、これとCu粉末とで
    製作したことを特徴とする請求項4記載の真空バルブ用
    接点材料の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記スケルトンにCrを含有したCuを
    溶浸させたことを特徴とする請求項4または請求項5の
    いずれかに記載の真空バルブ用接点材料の製造方法。
  7. 【請求項7】 25〜70体積%のNbから成る耐弧成分
    と、 0.3体積%以上であって前記耐弧成分との合量が75
    体積%以下のCrから成る補助成分との混合または複合
    粉末と、導電成分であるCu粉末とを混合し、これを成
    型焼結したことを特徴とする真空バルブ用接点材料の製
    造方法。
  8. 【請求項8】 前記複合粉末は、前記耐弧成分であるN
    b粉末を前記補助成分であるCrで被覆した粉末である
    ことを特徴とする請求項4、請求項5または請求項7の
    いずれかに記載の真空バルブ用接点材料の製造方法。
JP5142432A 1993-06-15 1993-06-15 真空バルブ用接点材料およびその製造方法 Pending JPH076671A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006233298A (ja) * 2005-02-25 2006-09-07 Toshiba Corp 真空バルブ用接点材料およびその製造方法
CN107796559A (zh) * 2016-08-31 2018-03-13 中国石油化工股份有限公司 真空室的真空度检测方法

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