JPH0877856A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電流裁断特性および大電流遮断特性を向上さ
せることができる真空バルブ用接点材料を得る。 【構成】 ＡｇおよびＣｕの内の少なくとも１種から成
る高導電性成分と、Ｗ，Ｚｒ，ＨｆおよびＴａの炭化物
の内のいずれか１種から成る耐弧性成分と、Ｃｏ，Ｆｅ
およびＮｉの内の少なくとも１種から成る第１の補助成
分と、Ｔｉ，Ｚｒ，ＮｂおよびＶの内の少なくとも１種
から成る第２の補助成分とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空バルブ用接点材料に
関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中でのアーク拡散性を利用して、高
真空中で電流遮断を行わせる真空バルブの接点は、対向
する固定、可動の２つの接点から構成されている。この
真空バルブを用いて、電動機負荷などの誘導性回路の電
流を遮断する時、過度の異常サージ電圧が発生し、負荷
機器を破壊させる恐れがある。

【０００３】この異常サージ電圧の発生原因は、例え
ば、真空中における小電流遮断時に発生する裁断現象
（交流電流波形の自然ゼロ点を待たずに強制的に電流遮
断が行われる事）、あるいは高周波消弧現象などによる
ものである。裁断現象による異常サージ電圧の値Ｖｓ
は、回路のサージインピーダンスＺｏ・Ｉｃで表され
る。従って、異常サージ電圧Ｖｓを低くするためには電
流裁断値Ｉｃを小さくしなくてはならない。

【０００４】低裁断電流特性を有する接点には、主とし
て溶解法によって作られるＣｕ−Ｂｉ系の接点と焼結溶
浸法によって作られるＡｇ−ＷＣ系接点とがある。Ａｇ
−ＷＣ系合金接点（米国特許第３６８３１３８号）は、
（１）ＷＣの介在が電子放射を容易にさせ、（２）電界
放射電子の衝突による電極面の加熱に基づく接点材料の
蒸発を促進させ、更に（３）接点材料の炭化物がアーク
により分解し、荷電体を生成してアークを接続する、な
どの点で優れた低裁断電流特性を発揮し、この合金接点
を用いた真空開閉器が開発され、これが実用化されてい
る。

【０００５】また、この接点にＣｕを複合化し、Ａｇと
Ｃｕとの比率をほぼ７：３とした、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ合
金が提案されている（特開昭５８−１５７０１５号）。
この合金において従来にない限定をしたＡｇとＣｕとの
比率を選択するので、安定した裁断電流特性を発揮する
と記載されている。

【０００６】さらに、特開昭６２−７７４３９号には、
耐弧性材料の粒界（例えば、ＷＣの粒界）を０．２〜１
μｍとすることにより、低裁断電流特性の改善に有効で
あることが示唆されている。

【０００７】Ｃｕ−Ｂｉ系合金接点（特公昭３５−１４
９７４号、米国特許第２９７５２５６号、特公昭４１−
１２１３１号、米国特許第３２４６９７９号）では、Ｂ
１の選択蒸発により電流裁断特性を改善している。この
合金のうちＢｉを１０重量％（以下ｗｔ％）としたもの
（特公昭３５−１４９７４号）は、その適度な蒸気圧特
性を有するので、低い裁断電流特性を発揮し、またＢｉ
を０．５ｗｔ％とした（特公昭４１−１２１３１号）
は、結晶粒界に偏析して存在する結果、合金自体を脆化
し、低い溶着引き外し力を実現し、大電流遮断性に優れ
ている。

【０００８】一方、真空遮断器は本来の責務として大電
流遮断が行えなければならない。大電流遮断のために
は、接点材料表面全体にアークを点弧させ、接点材料の
単位表面積あたりの熱入力を小さくすることが重要とな
ってくる。その一手段として、接点材料をマウントして
いる電極部において、極間の電界と平行な方向に磁界を
発生させる縦磁界電極構造がある。特公昭５４−２２８
１３によれば、このような方向に磁界を適度に生じさせ
ることにより、アークプラズマを接点表面に均一に分布
させることが可能となり、大電流遮断能力が高められる
とされている。

【０００９】また、接点材料自体については、Ａｇ−Ｃ
ｕ−ＷＣ−Ｃｏ系接点材料において、ＷＣ−Ｃｏの粒子
間距離を０．３〜３μｍ程度とすることにより、アーク
陰極点の易動度が良好となり、大電流遮断特性の向上が
はかれることが特開平４−２０６１２１に示されてい
る。また、Ｃｏなど鉄属の補助成分の含有量を高めるこ
とにより、遮断性能が高められることが示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】真空遮断器には低サー
ジ性が要求され、そのためには、従来では上述のように
低裁断電流特性（低チョッピング特性）が要求されてい
た。しかしながら、真空バルブは、近年大容量電動機等
の誘導性回路に適用されることが一層増えると共に、高
サージ・インピーダンス負荷も出現したため、真空バル
ブは一層安定した低裁断特性を持つことが望まれるのは
勿論のこと、大電流遮断特性についても兼備しなくては
ならない。従来、これらの両特性を同時に満足させる接
点材料はなかった。

【００１１】１０ｗｔ％のＢｉとＣｕとを複合化した合
金（特公昭３５−１４９７４号、米国特許第２９７５２
５６号）では、開閉回数の増大と共に電極空間への金属
蒸気の供給量が減少し、低裁断電流特性の劣化が現れ、
高蒸気圧元素量に依存して耐電圧特性の劣化も指摘され
ている。０．５ｗｔ％のＢｉとＣｕとを複合化した合金
（特公昭４１−１２１３１号、米国特許第３２４６９７
９号）では、低裁断電流特性が不十分である。このよう
に、高蒸気圧成分の選択蒸発のみによっては、安定した
低裁断性を有することは不可能である。

【００１２】ＷＣとＡｇを複合化した合金の接点（米国
特許第３６８３１３８号）、ＡｇとＣｕとの重量比率を
ほぼ７：３としたＡｇ−Ｃｕ−ＷＣ合金（特開昭５８−
１５７０１５号）、およびＷＣ等の耐弧性成分の粒径を
０．２〜１μｍとする合金（特開昭６２−７７４３９
号）では、大容量遮断特性の改善に何等配慮がなされて
いない。また、このような焼結法によるＡｇ−ＷＣ系の
接点材料では、組織的なばらつきは避けられず、安定し
た低裁断電流特性が得難い。

【００１３】接点材料のＣｏ含有量の増加により遮断性
能の向上をはかった場合には、これにより低電流裁断特
性が阻害されてしまうため、やはり大電流遮断特性と低
裁断電流特性とを兼備することはできない。本発明の目
的は、優れた低裁断特性と大電流遮断特性を兼備した真
空バルブ用接点材料を提供することにある。

【００１４】

【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、ＡｇおよびＣｕの内の少なくとも１種から
成る高導電性成分と、Ｗ，Ｚｒ，ＨｆおよびＴａの炭化
物の内のいずれか１種から成る耐弧性成分と、Ｃｏ，Ｆ
ｅおよびＮｉの内の少なくとも１種から成る第１の補助
成分と、Ｔｉ，Ｚｒ，ＮｂおよびＶの内の少なくとも１
種から成る第２の補助成分とを備えたことを要旨とす
る。

【００１５】

【作用】接点材料が遮断不能に至る原因の１つに接点材
料の割れの問題がある。特に、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ−Ｃｏ
系接点のように、セラミックスの耐弧材を用いた接点の
場合には、このような割れが大電流遮断の可否を決める
場合が多い。焼結溶浸法により製造されるＡｇ−Ｃｕ−
ＷＣ−Ｃｏ系接点材料の場合、接点材料の機械的強度
は、補助成分であるＣｏの含有量に強く依存している。
これは、ＷＣの焼結時にその粒子間に介在するＣｏがＷ
Ｃと反応し、ＷＣ粒子どうしの濡れ性を改善して焼結を
促進し、その結果、強固なＷＣのスケルトンを形成させ
ることによるものである。

【００１６】このようなことからＣｏの大量添加はＷＣ
の焼結時を促進させ大電流遮断特性を改善するには好都
合な元素であるが、前述したように、裁断電流値を増大
させてしまうといった難点がある。これはＣｏがＷＣの
表面状態を変化させ、裁断電流値を低いレベルに抑える
のに必要な熱電子放出能力を低下させてしまうためであ
る。

【００１７】Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂといった元素はＣ
ｏ，Ｎｉ，Ｆｅといった鉄族の元素と反応し、金属間化
合物を生成しやすい。従って、鉄族を十分添加して耐弧
材を強固に焼結した後、これらの元素を添加した導電成
分を溶浸した場合、鉄族と反応して金属間化合物（例え
ば、ＣｏＴｉ）を生成する。その結果、ＷＣはＣｏから
分離され、良好な裁断特性を発揮できるようになる。

【００１８】また、Ｔｉ等のこれらの元素は、ガス成分
ともよく反応し、いわゆるゲッター作用を示す。このよ
うな作用は、絶縁回復を妨げる大電流遮断時の接点材料
中からの放出ガスを低減することにも寄与し、さらに安
定した遮断能力の発揮に寄与する。

【００１９】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説
明する。まず、本発明の一実施例を示す真空バルブ用接
点材料が適用された真空バルブについて説明する。図１
はその真空バルブの断面図、図２は図１の真空バルブの
電極部の拡大断面図である。

【００２０】図１において、遮断室１は、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製の蓋体４ａ，４
ｂとで真空気密に構成されている。

【００２１】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。また、電極８の導電棒６にはベローズ９が取付けら
れ、遮断室１内を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ている。

【００２２】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、電極７，８を覆うように
遮断室１内には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。

【００２３】さらに、電極８は、図２に拡大して示す如
く、導電棒６にろう付け部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ている。接点１３ａは
電極８にろう付け部１４によってろう付けで取付けられ
る。なお、接点１３ｂについても電極７にろう付けによ
り取付けられる。

【００２４】次に、本実施例のデータを得た評価方法、
および評価条件につき述べる。 （１）電流裁断特性 各接点を取付けて１０^-5Ｐａ以下に排気した組立て式バ
ルブを製作し、この装置を０．８ｍ／秒の開極速度で開
極させ、遅れ小電流を遮断した時の裁断電流を測定し
た。遮断電流は、２０Ａ（実効値）、５０Ｈｚとした。
開極位相はランダムに行い、５００回遮断されたときの
裁断電流を接点数３個につき測定し、その最大値を表
１，表２に示した。なお、数値は実施例２の裁断電流値
の最大値を１．０とした場合の相対値で示した。 （２）大電流遮断特性 遮断試験をＪＥＣ規格の５号試験により行い、これによ
り遮断特性を評価した。

【００２５】次に、Ａｇ−ＷＣ−Ｃｏ−Ｔｉを例にあ
げ、この接点材料の製造方法について説明する。製造に
先立って、必要粒径別に耐弧性成分および補助成分を分
類する。分類作業は、例えばふるい分けと沈降法とを併
用して行うことで容易に所定粒径の粉末を得る。まず、
所定粒径のＷＣとＣｏおよび／またはＣを所定量、およ
び所定粒径のＡｇを所定量の一部用意し、これらを混合
し、その後加圧成形して粉末成形体を得る。

【００２６】ついで、この粉末成形体を露点が、１．３
×１０^-1Ｐａ以下で、所定温度、例えば１１５０℃、１
時間の条件にて仮焼結し、仮焼結体を得る。ついで、こ
の仮焼結体の残存空孔中に所定量および所定比率のＡｇ
−Ｔｉを１１５０℃、１時間で溶浸し、Ａｇ−ＷＣ−Ｃ
ｏ−Ｔｉ合金を得る。溶浸は主として真空中で行うが、
水素中でも可能である。

【００２７】なお、溶浸素材は、温度１２００℃、真空
度１．３×１０^-2Ｐａにおいて所定比率で真空溶解して
得たインゴットを切断して用いた。表１，表２に供試接
点の材料内容とその対応する特性データを示す。表のよ
うに合金中の補助成分１と補助成分２の比を１０：５か
ら１０：１５まで、補助成分１および２の量を３mol ％
から３０mol ％まで、導電成分量を２０vol ％から５５
vol ％まで、それぞれ変化させて調べた。また、Ｃｕを
導電成分とした場合、Ｎｉ，Ｆｅを補助成分１とした場
合、Ｎｂ，Ｚｒ，Ｖを補助成分２とした場合のそれぞれ
についても調査した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】実施例−１，２，３および比較例−１，２ 補助成分１をＣｏ、補助成分２をＴｉとし、両者のモル
比を１０：５から１０：１５の範囲で変化させ、補助成
分１の量を１０ mol％、高導電性成分をＡｇでその量を
約４０ vol％、その残部を耐弧成分ＷＣとして評価を行
った。補助成分１と補助成分２の比が１０：８から１
０：１２の実施例１，２および３では、裁断特性、遮断
特性ともに良好である。

【００３１】しかしながら、補助成分１と補助成分２の
比が１０：１５の比較例１では、遮断特性が合格してい
るものの裁断特性が過大になる。これは、金属間化合物
とならない補助成分１が存在し、裁断特性に悪影響を与
えるためである。また、この比が１０：５の比較例２に
おいても、遮断特性が合格しているが裁断特性が過大に
なる。これは、過剰な補助成分２が導電成分のイオン生
成能力に悪影響を与えるためである。

【００３２】実施例−４，５および比較例−３，４ 補助成分１のＣｏおよび補助成分２のＴｉをほぼ同じモ
ル比として、それらの量を３〜２０ mol％の範囲で変化
させ、高導電性成分をＡｇとし、その含有量を約４０ v
ol％、残部を耐弧成分ＷＣとして評価を行った。補助成
分１，２の量が５〜１５の実施例４，５では、裁断特
性、遮断特性ともに良好であるが、その量が３ mol％の
比較例３では、裁断特性が良好であるものの、遮断特性
が不良となる。これは、補助成分１の量が少ないため焼
結が十分進まず、接点材料の機械的強度が不十分なため
遮断特性が発揮されないことによるものである。また、
その量が２０ mol％の比較例４でも、裁断特性が良好で
あるにもかかわらず、遮断特性が不良である。これは、
補助成分のいずれかが過剰となり、イオン生成能力に悪
影響を与えることによる。

【００３３】実施例−６，７および比較例−５，６ 高導電成分をＡｇとし、その量を２０〜５５ vol％の範
囲で変化させ、補助成分１のＣｏおよび補助成分２のＴ
ｉをほぼ同じモル比として、それらの量を１０mol％と
し、残部を耐弧成分ＷＣとして評価を行った。高導電成
分の量が２５〜５０ vol％以上の実施例６，７では、裁
断特性、遮断特性ともに良好であるが、高導電性成分の
含有量が２０ vol％の比較例５では、裁断特性が不良と
なる。これは、蒸気圧Ａｇの含有量が少なすぎ、イオン
生成量が不足してしまうためである。一方、高導電性成
分の含有量が５５ vol％の比較例６でも、裁断特性が不
良となる。これは、ＷＣ量が少なすぎ、熱電子放出能力
が低いためである。

【００３４】実施例−８〜１７ 以上の実施例では、Ａｇ−ＷＣ−Ｃｏ−Ｔｉについて示
したが導電成分が７２ｗｔ％、Ａｇ−Ｃｕ合金およびＣ
ｕの実施例−８，９、耐弧成分がＴａＣ，ＨｆＣおよび
ＺｒＣの実施例１０，１１および１２、補助成分１がＮ
ｉおよびＦｅの実施例−１３および１４、補助成分−２
がＺｒ，ＶおよびＮｂの実施例−１５，１６および１７
についても同様に評価した結果、裁断特性、遮断特性と
もに良好であった。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Ａｇおよ
びＣｕの内の少なくとも１種から成る高導電性成分と、
Ｗ，Ｚｒ，ＨｆおよびＴａの炭化物の内のいずれか１種
から成る耐弧性成分と、Ｃｏ，ＦｅおよびＮｉの内の少
なくとも１種から成る第１の補助成分と、Ｔｉ，Ｚｒ，
ＮｂおよびＶの内の少なくとも１種から成る第２の補助
成分とを備えたので、電流裁断特性および大電流遮断特
性を向上させた真空バルブ用接点材料を得ることができ
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
が適用された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、１
３ｂ…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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡｇおよびＣｕの内の少なくとも１種か
   ら成る高導電性成分と、Ｗ，Ｚｒ，ＨｆおよびＴａの炭
   化物の内のいずれか１種から成る耐弧性成分と、Ｃｏ，
   ＦｅおよびＮｉの内の少なくとも１種から成る第１の補
   助成分と、Ｔｉ，Ｚｒ，ＮｂおよびＶの内の少なくとも
   １種から成る第２の補助成分とを有する真空バルブ用接
   点材料。
2. 【請求項２】 前記高導電性成分の含有量が２５〜５０
   容積％であ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】 前記第１の補助成分の含有量が前記耐弧
   性成分の含有量の５〜１５mol ％であることを特徴とす
   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】 前記第２の補助成分の含有量が前記第１
   の補助成分の含有量（mol ％）の±２０％であることを
   特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の真空
   バルブ用接点材料。