JPH08291350A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空バルブ用接点材料の遮断性能を向上させ
る。 【構成】 遮断室１内に配設された固定電極７と可動電
極８の対向表面に形成される可動側接点13ａ又は固定側
接点13ｂの接点材料は、40体積％以上80体積％以下であ
ってＡｇ及びＣｕのうちの少なくとも１種から成る導電
成分と、1200℃以上の融点である金属間化合物とを有
し、金属間化合物は、10体積％以上であってＴｉ，Ｚ
ｒ，Ａｌ及びＹのうち少なくとも１種から成る耐弧成分
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、遮断性能を向上させた
真空バルブ用接点材料に関する。

【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、実用化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、且つ大電流用または高電圧用
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。しかしながら、更に強まる高耐圧化・大電流遮断化
の要求を充分満足する真空バルブ用接点材料は未だ得ら
れていないのが実状である。

【０００３】大電流遮断用接点材料の流れは、ＣｕＢ
ｉ，ＣｕＴｅという耐溶着性を重要視した接点材料から
始まり、次いでＣｕＣｒ系接点材料が主流となってき
た。ＣｕＣｒが良好な遮断性能を示す一要因としては、
Ｃｒが良好なゲッター作用を有するためと考えられてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような知見か
ら、本発明者らはゲッター作用がより良好な耐弧成分と
してＴｉ・Ｚｒ・Ａｌ等に着目し、Ｃｕのような導電成
分との複合化を試みれば、より遮断性能が向上すると推
測した。

【０００５】しかしながら、空間隙での遮断試験では良
好な特性を示したものの、開閉を含む遮断試験では導電
率の低下に起因したジュール溶着が多発した。従って、
ゲッター作用が良好なＴｉ・Ｚｒ・Ａｌ等を耐弧成分と
して採用する場合には、導電率の低下を防ぐことについ
て検討しなければならない。本発明の目的は、ゲッター
作用が良好な成分を用いることにより遮断性能を向上さ
せた真空バルブ用接点材料を提供することにある。

【０００６】

【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、40体積％以上80体積％以下であってＡｇ及
びＣｕのうちの少なくとも１種から成る導電成分と、12
00℃以上の融点である金属間化合物とを有し、前記金属
間化合物は、10体積％以上であってＴｉ，Ｚｒ，Ａｌ及
びＹのうちの少なくとも１種から成る耐弧成分を備えた
ことを要旨とする。

【０００７】

【作用】前述したように、現在主流となっているＣｕＣ
ｒ系接点材料が、良好な遮断性能を有する一要因として
Ｃｒのゲッター作用が挙げられている。この知見から、
Ｃｒよりゲッター効果の大きなＴｉ・Ｚｒ・Ａｌ・Ｙを
導電成分に添加した接点材料を製作し、遮断試験を実施
したところ、定間隙での遮断性能は、ＣｕＣｒ接点と同
等、或はそれ以上の性能を示すものの、実用上重要とな
る開閉を伴う遮断試験では良好な結果を得られなかっ
た。

【０００８】この原因は、Ｔｉ・Ｚｒ等の添加による導
電マトリクスの導電率の低下、さらに融点の低下であ
る。Ｔｉ・Ｚｒ等は、導電成分であるＣｕに固溶し、こ
れが原因で著しい導電率の低下をかもしだす。さらに、
Ｃｕと金属間化合物を形成することから、少量の添加
で、導電マトリクスの体積を減少させてしまう。一方、
この金属間化合物は、Ｃｕの融点よりも低いことから、
添加量が多くなれば著しい接点表面の溶融を引き起こ
し、逆に遮断性能を低下させる恐れもある。

【０００９】以上のように、Ｔｉ・Ｚｒ等を導電成分と
複合化させる場合、導電成分との分離について考慮しな
ければならない。そこで、本発明者らは、導電成分の融
点（1200℃以上）で安定した金属間化合物としてＴｉ・
Ｚｒ等を添加し、導電マトリクスの導電率を低下させる
ことなく、良好な状態でゲッター効果が発揮できること
を見出したのである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を具体的実施態様に
基づいて説明するが、はじめに本発明の接点材料が適用
される真空バルブの構成を図１、図２を参照して説明す
る。

【００１１】図１は本発明の接点材料を適用する真空バ
ルブの構成図である。同図において、１は遮断室であ
り、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４ａ，４ｂとで真空気密に構成されている。し
かして、上記遮断室１内には、導電棒５，６の対向する
端部に取り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。また、この可動電極８の電極棒６には、ベローズ
９が取り付けられ遮断室１内に真空気密に保持しながら
電極８の軸方向の移動を可能にし、このベローズ９上部
には金属性のアークシールド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。11は、上
記電極７，８が覆うようにして遮断室１内に設けられた
金属性のアークシールドで、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。さらに、電極８は、図２
に拡大して示すように、導電棒６にロウ付け部12によっ
て固定されるか、かしめによって圧着接続されている。
接点13ａは、電極８にロウ付け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。

【００１２】本発明に係わる接点材料は、上記したよう
な接点13ａ，13ｂの双方または何れか一方を構成するの
に適したものである。次に、各接点の評価方法を述べ
る。

【００１３】(1) 遮断性能 各接点合金について、φ45mmに加工した一対の接点を前
述真空バルブに組み込んだ後、遮断電流を徐々に増加さ
せる形で遮断試験を実施した。表１に示す測定データ
は、後述比較例に対する相対値で示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】（比較例１）平均粒径 100μｍのＣｒ粉末
をカーボン坩堝にタップ充填したのち、10^-3Paのオーダ
ーの真空雰囲気にて1423Ｋ×１Hr. の条件で仮焼結しＣ
ｒスケルトンを得た。次いで、1403Ｋ×１Hr. の条件に
て無酸素銅を溶浸して、50Ｃｒ−Ｃｕ接点材料を得た。
この接点材料を、前述の遮断試験方法に従って、遮断性
能を評価した。この値を基準値とする（比較例１）。

【００１６】（比較例２、実施例１）平均粒径45μｍの
Ｎｉ粉末と 100μｍのＴｉ粉末と45μｍのＣｕ粉末を所
定量混合したのち、10^-3Paのオーダーの真空雰囲気に
て、８Ton/cm² で成型し1073Ｋ×１Hr. の条件で焼結
し、再度同一条件で成型・焼結を実施して20Ｎｉ−30Ｔ
ｉ−Ｃｕの組成の接点を得た（比較例２）。また、平均
粒径 100μｍの（ＮｉＴｉ）粉末と比較例２と同様のＣ
ｕ粉末を用いて、所定量混合後、10^-3Paのオーダーの真
空雰囲気にて、８Ton/cm² で成型し1223Ｋ×１Hr. の条
件で焼結し、再度同一条件で成型・焼結を実施して50
（ＮｉＴｉ）−Ｃｕ接点を得た（実施例１）。これらの
接点の遮断性能を試験したところ、金属粉末同士を混合
・焼結した比較例２では、試験途中に溶着が発生したの
に対して、実施例１は従来のＣｕＣｒ接点（比較例１）
の約 1.3倍の良好な遮断性能を示した。

【００１７】（比較例３、実施例２，３）平均粒径 100
μｍの（ＮｉＡｌ）粉末とＣｒ粉末と45μｍのＣｕ粉末
を使用して製作した。比較例３と実施例２は所定量の粉
末を混合したのち、実施例１と同一工程の固相焼結法に
て製作し、各々10（ＮｉＡｌ）−40Ｃｒ−Ｃｕと20（Ｎ
ｉＡｌ）−30Ｃｒ−Ｃｕを製作した（比較例３、実施例
２）。また（ＮｉＡｌ）粉末をカーボン坩堝にタップ充
填後、10^-3Paのオーダーの真空雰囲気にて1423Ｋ×１H
r. の条件で仮焼結し（ＮｉＡｌ）スケルトンを得た。
次いで、1403Ｋ×１Hr. の条件にて無酸素銅を溶浸し
て、50（ＮｉＡｌ）−Ｃｕ接点材料を得た（実施例
３）。これらの接点材料の遮断試験を実施したところ、
Ａｌの添加量が少ない比較例３は、ＣｕＣｒと同等の遮
断性能しか示さなかったのに対して、Ａｌ添加量を増加
させた実施例２，３は、各々 1.2倍、 1.3倍の遮断性能
を示し、良好な特性を示した。

【００１８】（比較例４，５、実施例４，５，６）平均
粒径 100μｍの（ＮＩＺｒ）粉末とＶ粉末と平均粒径45
μｍのＣｕ粉末を使用して製作した。いずれも比較例３
と同様の条件・工程にて製作した。遮断試験を実施した
ところ、導電成分量が90体積％と多い10（ＮｉＺｒ）−
ＣｕはＣｕＣｒと同等の遮断性能しか示さなかった（比
較例４）。導電成分量が80−40体積％である20（ＮｉＺ
ｒ）−Ｃｕ、20（ＮｉＺｒ）−20Ｖ−Ｃｕ、20（ＮｉＺ
ｒ）−40Ｖ−Ｃｕは比較例１に対して 1.1− 1.2倍の遮
断性能を示した（各々実施例４，５，６）。しかし、導
電成分量が10体積％と少ない20（ＴｉＺｒ）−70Ｖ−Ｃ
ｕは試験途中で溶着を発生してしまった（比較例５）。

【００１９】（実施例７）平均粒径50μｍの（ＮｉＹ）
粉末と10μｍのＣｏ粉末と５μｍのＭｏ粉末を所定量混
合したのち、カーボン坩堝にタップ充填し、比較例１と
同一条件にて仮焼結を実施しスケルトンを得た。次い
で、1273Ｋ×１Hr. の条件にてＡｇを溶浸して、20（Ｎ
ｉＹ）−５Ｃｏ−25Ｍｏ−Ａｇ接点材料を得た。この接
点材料の遮断性能は、比較例１の 1.1倍であった。

【００２０】（実施例８）平均粒径50μｍの（Ｎｉ₃ Ａ
ｌ）粉末と10μｍのＦｅ粉末と３μｍのＷ粉末を所定量
混合したのち、カーボン坩堝にタップ充填し、比較例１
と同一条件にて仮焼結を実施しスケルトンを得た。次い
で、1273Ｋ×１Hr. の条件にて、予め真空溶解にて製作
しておいた20Ａｇ−Ｃｕ合金を溶浸して、40（Ｎｉ₃ Ａ
ｌ）−５Ｆｅ−５Ｗ−10Ａｇ−Ｃｕ接点材料を得た。こ
の接点材料の遮断性能は、比較例１の 1.1倍であった。

【００２１】（実施例９）平均粒径10μｍの（ＴｉＡ
ｌ）粉末と平均粒径 100μｍの（ＮｂＣｒ₂ ）と平均粒
径45μｍのＣｕ粉末を所定量混合したのち、実施例１と
同一条件・工程にて15（ＴｉＡｌ）−35（ＮｂＣｒ₂ ）
−Ｃｕ接点材料を得た。遮断試験を実施したところ、比
較例１の 1.2倍の性能を示した。

【００２２】（実施例10）平均粒径10μｍの（Ｎｉ₃ Ｔ
ｉ）粉末と平均粒径 100μｍの（ＴａＣｒ₂ ）と平均粒
径45μｍのＣｕ粉末を所定量混合したのち、実施例１と
同一条件・工程にて40（Ｎｉ₃ Ｔｉ）−10（ＴａＣｒ
₂ ）−Ｃｕ接点材料を得た。遮断試験を実施したとこ
ろ、比較例の 1.2倍の性能を示した。

【００２３】（比較例６、実施例11，12）平均粒径 100
μｍの（ＮｉＡｌ）粉末とＣｒ粉末と予め真空溶解にて
製造したＣｕ−Ｂｉ合金を用いて製作した。（ＮｉＡ
ｌ）粉末とＣｒ粉末を所定量配合・混合したのち、カー
ボン坩堝に充填し、10^-3Paのオーダーの真空雰囲気にて
1423Ｋ×１Hr. の条件で仮焼結し、スケルトンを得た。
次いで、２体積％Ｂｉ−Ｃｕ，４Ｂｉ−Ｃｕ，20Ｂｉ−
Ｃｕを1403Ｋ×１Hr. の条件にて溶浸し、20（ＮｉＡ
ｌ）−30Ｃｒ− 0.5Ｂｉ−Ｃｕ，20（ＮｉＡｌ）−29Ｃ
ｒ− 1.0Ｂｉ−Ｃｕ，20（ＮｉＡｌ）−25Ｃｒ− 5.0Ｂ
ｉ−Ｃｕ接点材料を得た。遮断試験を実施したところ、
Ｂｉ添加量が１％以下では、比較例１の 1.2倍の性能を
示し、更に、機構部分への負担が少なかった（実施例1
1，12）。しかし、Ｂｉ添加量が著しい場合には、遮断
性能の向上は認められなかった（比較例６）。

【００２４】（実施例13）実施例11と同じ（ＮｉＡｌ）
粉末とＣｒ粉末を使用し、溶浸材として予め溶解法にて
製造しておいた0.4 Ｔｅ− 0.6Ｓｂ−Ｃｕ合金を使用し
て、実施例11と同じ製造方法にて接点材料を製作し、20
（ＮｉＡｌ）−30Ｃｒ− 0.2Ｔｅ− 0.3Ｓｂ−Ｃｕ接点
を得た。遮断試験を実施したところ、比較例の 1.2倍の
性能を示し、機構部分への負担が少なかった。

【００２５】以上のように、10体積％以上のＴｉ・Ｚｒ
・Ａｌ・Ｙを金属間化合物のかたちで接点材料中に添加
することによって、遮断性能を向上させることができ
る。なお、金属間化合物の種類及び、他の耐弧成分・導
電成分との組合せによらず、良好な遮断性能を示すのは
明らかなことである。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、40体積％
以上80体積％以下であってＡｇ及びＣｕのうちの少なく
とも１種から成る導電成分と、1200℃以上の融点である
金属間化合物とを有し、金属間化合物は、10体積％以上
であって、Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ及びＹのうちの少なくとも
１種から成る耐弧成分を備えたので、遮断性能を向上さ
せることができる。

【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用接点材料
が適用される真空バルブの断面図。

【図２】［図１］の要部拡大断面図。

【符号の説明】

７…固定電極、８…可動電極、13ａ…可動側接点、13ｂ
…固定側接点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 貴史 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 40体積％以上80体積％以下であってＡｇ
   及びＣｕのうちの少なくとも１種から成る導電成分と、
   1200℃以上の融点である金属間化合物とを有し、前記金
   属間化合物は、10体積％以上であってＴｉ，Ｚｒ，Ａｌ
   及びＹのうちの少なくとも１種から成る耐弧成分を備え
   たことを特徴とする真空バルブ用接点材料。
2. 【請求項２】 前記金属間化合物は、Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
   Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｏ及びＮｉのうちの少なくと
   も１種を備えた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】 １体積％以下であってＢｉ，Ｔｅ及びＳ
   ｂのうちの少なくとも１種を備えたことを特徴とする請
   求項１又は請求項２のいずれかに記載の真空バルブ用接
   点材料。