JPH11250783A - 真空バルブ用接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流裁断特性と遮断特性の両方に優れ、且つ
価格が安価な真空バルブ用接点材料を得ること。 【解決手段】 ［Ｃｕ−ＴｉＣ］系合金、［Ｃｕ−Ｔｉ
Ｃ−Ｃ］系合金に対して、補助成分としてＡｌを添加し
［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋
Ａｌ合金とし、特に［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ合金で
は、化学量論的な形態、ＴｉＣの大きさ（平均粒子直
径）、更に［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系合金中に非固溶状態
若しくは化合物非形成状態で存在しているＣ量、Ｃの大
きさ、Ｃの分散度を、好ましい範囲に制御すると共に、
補助成分としてＡｌを合金化させることによって、電流
裁断特性と遮断特性の両方に優れた安定な接点母材が得
れた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧または大電
流を開閉する真空遮断器などの電極接点に用いられる真
空バルブ用接点材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から真空遮断器の真空バルブ内の接
点は、耐溶着特性、耐電圧特性、遮断特性で代表される
基本三要件の他に、裁断（さい断）特性、耐消耗性、接
触抵抗特性、温度上昇特性などを維持向上させるために
種々の素材元素から構成されている。

【０００３】しかし、上述基本三要件は一般に互いに相
反する材料物性を要求する場合が多いことから、１つの
元素で十分満足させることは不可能とされている。そこ
で、材料の複合化、素材張合わせなどによって、大電流
遮断用途、高耐電圧用途、低裁断用途などのように、特
定用途に合った真空バルブ用接点材料（以降、単に接点
材料と称することもある）の開発が行われ、それなりに
優れた特性を発揮しているのが現状である。

【０００４】汎用の真空遮断器の基本三要件を満たすた
めの大電流遮断用接点材料として、例えばＢｉやＴｅの
ような溶着防止成分を５重量％以下含有するＣｕ−Ｂｉ
合金，Ｃｕ−Ｔｅ合金が知られている（特公昭４１−１
２１３１号、特公昭４４−２３７５１号）。Ｃｕ−Ｂｉ
合金では、結晶粒界に析出した脆いＢｉ、Ｃｕ−Ｔｅ合
金は結晶粒界及び粒内に析出した脆いＣｕ₂ Ｔｅが合金
自体を脆化させ低溶着引き外し力が実現したことから大
電流遮断特性にも優れている。この合金のうちＢｉを例
えば１０重量％程度とした接点では、適度な蒸気圧特性
を有するので、優れた電流裁断特性を発揮している（特
公昭３５−１４９７４号）。

【０００５】しかしながらＣｕ−Ｂｉ合金、Ｃｕ−Ｔｅ
合金では、耐溶着性、大電流遮断特性としては優れてい
るものの、耐電圧特性に対しては満足するものではな
い。

【０００６】同じく基本三要件を満たした高耐圧、大電
流遮断用接点材料としては、Ｃｕ−Ｃｒ合金が知られて
いる。この合金は前記Ｃｕ−Ｂｉ合金，Ｃｕ−Ｔｅ合金
よりも、構成成分間の蒸気圧差が少ないため、均一な性
能発揮を期待し得る利点があり、使い方によっては優れ
たものである。しかしながらＣｕ−Ｃｒ合金では、高耐
圧、大電流遮断特性としては優れてはいるものの、耐溶
着性に対しては満足するものではない。

【０００７】一方、近年、高信頼度形化と小形化を志向
する真空遮断器としては下記裁断特性と遮断特性とを一
層改善することが必要となっている。

【０００８】第１としては、真空中でのアークの拡散性
を利用して、高真空中で電流遮断（あるいは電流開閉）
を行わせる真空バルブの接点は、対向する固定、可動２
つの接点から構成されている。真空バルブを十分な配慮
なしに電動機負荷など誘導性回路に用いて電流を遮断す
る時、過渡の異常サージ電圧が発生して負荷機器の絶縁
性に影響を与える場合がある。

【０００９】この異常サージ電圧の発生原因は、真空中
に於ける小電流遮断時に、低電流側で発生する裁断（さ
い断）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こと、あるいは高周波消弧現象
などによるものである。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と電流裁断値Ｉｃに比例
する。従って異常サージ電圧の値Ｖｓを低く抑制するた
めの１手段として電流裁断値Ｉｃを低くする必要があ
る。上記Ａｇ−ＷＣ合金がこの要求に対して有益な接点
合金の１つとして利用されている。

【００１０】この低裁断性用接点材料として、ＷＣの熱
電子放出効果とＡｇの適度の蒸気圧との相乗的作用によ
って優れた低裁断性を発揮するＡｇ−ＷＣ合金（Ａｇが
４０％）が知られている（特願昭４２−６８４４７
号）。また、耐弧成分材料の粒子直径（例えばＷＣの粒
径）を０．２〜１μｍとした接点材料の採用により、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
（特公平５−６１３３８号）。 更に、ＷＣ−Ｃｏの粒
子間距離を０．３〜３μｍとした接点材料の採用によ
り、アーク陰極点の易動度が良好となり、大電流遮断特
性の向上を計った接点材料も知られている（特開平４−
２０６１２１号）。しかしながら、これらＡｇーＷＣ系
合金では裁断特性としては優れてはいるものの、大電流
遮断特性及び裁断特性と大電流遮断特性との両立性に対
しては満足するものではない。

【００１１】第２としては、真空遮断器には電流遮断
後、真空バルブ内で閃絡が発生し、接点間が再び導通状
態になる（その後放電は継続しない）現象を誘起する場
合がある。この現象を再点弧と呼び、その発生メカニズ
ムは未解明であるが、電気回路が一度電流遮断状態とな
った後に導通状態に急激に変化するため、異常過電圧が
発生しやすい。また、再点弧の発生によって電流遮断特
性を著しく低下させることになる。更に、大電流遮断を
行った接点の表面は、亀裂の生成や選択的な蒸発、脱落
など著しく損傷し、その結果材料の損耗を招くものであ
り、このような損耗（消耗）した表面をもつ接点が次の
開閉あるいは遮断時には、２次的な多くの不利益を持た
らすことになる。そのため大電流を遮断してもなお安定
した損耗の少ない接点を実現することも、遮断特性の向
上と共に求められている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記したような真空バ
ルブ用の低裁断型接点材料としては、前記したＣｕ−Ｂ
ｉ合金，Ｃｕ−Ｔｅ合金、Ｃｕ−Ｃｒ合金に優先してＡ
ｇ−ＷＣ合金を適用してきたが、さらに強まる低裁断化
と電流遮断特性とを両立させる要求に対しては、十分な
接点材料とはいえないが実情であり、両特性をより高度
に両立させることが重要な課題とされている。更にＡｇ
−ＷＣ合金では、効果なＡｇを多量に含有するため、素
材価格の低減も重要な課題とされている。

【００１３】例えば、真空遮断器をコンデンサ回路に適
応した場合では、通常の２倍、３倍の電圧が印加される
関係上、電流遮断、電流開閉時のアークによって接点の
表面が著しく損傷し、その結果、接点の表面荒れや脱落
消耗も遮断特性の低下を招いている。低裁断性Ａｇ−Ｗ
Ｃ合金においても同様の現象が見られ、一層の低裁断化
と一層の遮断特性をも兼備する接点材料の開発改良が急
務となっている。即ち、電流遮断特性として好ましいＡ
ｇ−ＷＣ合金を搭載した遮断器であっても、コンデンサ
バンクを遮断させて再点弧を発生させる実験によれば、
極めて大きな過電圧の発生や、過大な高周波電流の発生
が観測されるため、極度に電流遮断特性が低下する。そ
の結果、Ａｇ−ＷＣ合金に対して再点弧発生を抑制し、
遮断特性を向上させる技術の開発が求められている。

【００１４】Ａｇ−ＷＣ合金の再点弧現象の発生メカニ
ズムは未だ知られていないが、筆者らの実験観察によれ
ば、再点弧は真空バルブ内の接点／接点間、接点／ア一
クシールド間でかなり高い頻度で発生している。そのた
め筆者らは、例えば接点がアークを受けた時に放出され
る突発性ガスの抑制技術、接点表面形態の最適化技術な
ど、再点弧の発生抑制に極めて有効な技術を明らかに
し、再点弧発生の抑制に貢献した。例えばＡｇ−ＷＣ合
金の加熱過程で放出されるガス総量、ガスの種類並びに
放出形態に注目し、再点弧発生との相関を詳細に観察を
行ったところ、溶融点近傍で極めて短時間ではあるがパ
ルス状に突発的に放出されるガスが多い接点では、再点
弧発生率も高くなり、極度に遮断特性が低下した。

【００１５】そこでＡｇの溶融温度以上にて加熱するな
ど、予めＡｇ−ＷＣ合金中の突発的ガス放出の一因を除
去しておくことや、Ａｇ−ＷＣ合金の合金中のポアや組
織的偏析を抑制するように焼結技術を改良することなど
によって、再点弧現象の発生を低減させて真空遮断器の
遮断特性を向上させた。しかし、近年では適応する電
圧、電流範囲の拡大や多様化する負荷への適応拡大な
ど、過酷化した条件での使用機会が増大した結果、上記
した従来技術に付加するさらなる新技術の開発が必要と
なってきた。

【００１６】本発明は、上述の如き従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的は、従来のＡｇーＷ
Ｃ接点材料より低価格であって、且つ従来のＡｇ−ＷＣ
接点材料の特性を凌駕する電流裁断特性と遮断特性とを
兼備した真空バルブ用接点材料を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】筆者等が上記目的を達成
すべく検討を重ねた結果、これに用いる第１の発明の特
徴は、耐弧成分として、ＴｉＣを３０〜７０％（容積
％）、Ｃｕよりなる導電成分を７０〜３０％（容積％）
で構成された［Ｃｕ−ＴｉＣ］接点合金であって、Ａｌ
よりなる補助成分を、前記耐弧成分量に対して、０．０
０５〜０．７５％（重量％）含有した［Ｃｕ−ＴｉＣ］
＋Ａｌ系真空バルブ用接点材料にある。

【００１８】第２の発明の特徴は、耐弧成分として、
０．１〜１０μｍの平均粒径を有するＴｉＣが３０〜７
０％（容積％）、Ｃｕよりなる導電成分が７０〜３０％
（容積％）、大きさが０．０１〜５μｍ（球に換算した
時の直径）の範囲にあり、かつ，非固溶状態若しくは化
合物非形成状態にあるＣ（以下Ｃ）が、前記ＴｉＣ量に
対して、１．０％（重量％）以下（好ましくは０．００
５〜１．０％）で構成された［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］接点
合金であって、Ａｌよりなる補助成分を前記耐弧成分量
に対して、０．００５〜０．７５％（重量％）含有した
［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａ１真空バルブ用接点材料にあ
る。

【００１９】本発明の好適な一態様の特徴は、前記［Ｃ
ｕ−ＴｉＣ］系合金中の前記非固溶状態若しくは非化合
物形成状態にあるＣは、そのＣ粒子の間隙Ｌは、最隣接
するＣ粒子の大きさｄと同等、若しくはそれ以上大きく
隔離（Ｌ≧ｄ）し、［Ｃｕ−ＴｉＣ］系合金中に高度に
分散分布していることにある。

【００２０】本発明の好適に他の態様の特徴は、前記
［Ｃｕ−ＴｉＣ］系合金中のＴｉ炭化物の化学量論的な
比率Ｔｉ：Ｃは，１：１〜１：０．７（ＴｉＣ₁〜_0.7
の範囲にあることを特徴とする真空バルブ用接点材料に
ある。

【００２１】本発明の好適な他の態様の特徴は、前記
［Ｃｕ−ＴｉＣ］系合金中のＴｉ炭化物の一部または総
てをｖ炭化物（バナジウム炭化物：ＶＣ）で置換したこ
とにある。

【００２２】本発明の好適な他の態様の特徴は、Ｂｉ，
Ｓｂ，Ｔｅの少なくとも１っを前記Ｃｕ−ＴｉＣ系合金
中に、０．０５〜０．５％（重量％）含有したことにあ
る。本発明の好適な他の態様の特徴は、Ａｌよりなる補
助成分は、所定量（最終的に必要とするＡ１量０．００
５〜０．５％の総て、若しくはその一部のＡ１をＣｕ，
ＴｉＣ，Ｃよりなる構成成分の少なくとも１つと、予め
複合若しくは合金化した後、得られた該複合体若しくは
合金若しくは化合物を、前記［Ｃｕ−ＴｉＣ］、［Ｃｕ
−ＴＩＣ−Ｃ］＋Ａｌ系真空バルブ用接点材料の製造用
原料素材として供することにある。

【００２３】上記したように、Ａｇ−ＷＣ合金は低裁断
接点材料として安定した特性を発揮する接点として使用
されている。しかし、上記した裁断特性と遮断特性とを
同時に改善する要求に対しては更に改良する必要があ
る。近年の遮断器では両特性を同時に向上させる共に、
特に裁断特性においては、所定回数を開閉させた後もそ
の値を低い範囲（特性良好）にすること、そのばらつき
幅も小さくすることが極めて重要となっている。

【００２４】真空バルブの接点に外部磁界（例えば縦磁
界技術）を与えた状態で、電流を遮断した場合、遮断に
より発生したアークはアーク電圧の低い部分に停滞及び
集中することが抑止されるため、接点電極面上を移動す
る。この真空バルブに本発明の［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系
接点を搭載した時、合金中のＣは、合金中に非固溶状態
若しくは化合物非形成状態として存在するため、接点面
上の材料組成を平均化（均一化）させる方向に作用し、
これによって裁断特性の特にバラツキ幅を小さくするの
に寄与する。更にＣは、合金中に非固溶状態若しくは化
合物非形成状態として存在するので、接点電極上のアー
クは容易に移動するため、アークの拡散が促進され、こ
れにより、アークの停滞と集中が低減化される結果、遮
断電流を処理し得る接点面積の実質的増加につながり、
遮断特性の向上にも寄与する。

【００２５】更にＣは、合金中に非固溶状態若しくは化
合物非形成状態として存在するため、アークの停滞及び
集中が低減化される結果、接点電極の局部的異常蒸発現
象の阻止、表面荒れの軽減化の利益も得られ、耐消耗性
の向上にも寄与する。

【００２６】しかし、一定値以上の電流値を遮断する
と、アークは予測出来ない一点若しくは複数点の場所で
停滞し、異常融解させ遮断限界に至る。また異常融解
は、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系接点材料の瞬時的爆発的な
蒸発によって発生した金属蒸気が開極過程にあった真空
遮断器の絶縁回復性を著しく阻害するため、遮断限界の
一層の劣化を招く。更に異常融解は、巨大な融滴を作っ
て接点電極面の荒れを招き耐電圧特性の低下、再点弧発
生率の増加、材料の異常な消耗をも招く。

【００２７】これらの現象の原因となるアークが、接点
電極面上のどこで停滞するかは前述したように全く予測
出来ない以上、発生したアークを停滞させることなく移
動拡散できるような表面条件を接点に与えることが望ま
しい。その望ましい条件として、本例では、［Ｃｕ−Ｔ
ｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ合金中のＣ（Ｃ量など）の存在形態を
最適化すると共にＡｌ量を最適化した。その結果，Ａｌ
の添加効果による一層の遮断特性の向上と、ＣとＡｌと
の相乗効果による裁断特性と遮断特性との両立を達成し
た。

【００２８】即ちＡｌは、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金、［Ｃ
ｕ−ＴｉＣ−Ｃ］合金中において、主としてＣｕに作用
して遮断（遮断）特性の改善に関与する。遮断特性を支
配する因子の１つとして、接点表面温度を支配する熱伝
導度などの熱物性が挙げられる。導電率の低下は接点表
面温度の上昇を招き、遮断瞬時に過度の蒸気を放出し、
遮断性能の低下をもたらす。即ち所定量範囲のＡｌは、
［Ｃｕ一ＴｉＣ」合金、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］合金中の
Ｃｕの平衡蒸気圧が上昇するのを抑制および低減する効
果を発揮し、その結果遮断特性の向上に寄与する。Ａｌ
が所定量以下の時には、Ａｌの均一分散が困難なため、
遮断特性にバラツキが大きく現れる。Ａｌが所定量以上
の時には、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］合金の導電率の著しい
低下のため、遮断電流値の著しい低下（特性劣化）が現
れ、更に、所定条件に制御したＣとＡｌとの添加による
相乗的効果は、ＴｉＣ粒子とＣ粒子との密着強度の向上
や接点材料中のＣｕとＴｉＣとの組織的均一性をも図っ
た。

【００２９】その結果アークを受けた時に選択的に優先
して蒸発、飛散するＣｕを少なくなるように制御するの
みならず，被アーク時の熱衝撃によっても接点面上に
は、再点弧発生に対して有害で著しい亀裂発生も抑止さ
れ、ＴｉＣ粒子の飛散脱落も軽減された。特に非固溶状
態若しくは化合物非形成状態にあるＣ量をＴｉＣ量に対
して１．０％（重量％）以下、好ましくは０．００５〜
１．０％に最適量化し、且つその大きさを０．０１〜５
μｍ以下（球に換算した時の直径）に制限した上で、Ａ
ｌを最適範囲とした。この接点合金組織が再点弧特性の
劣化を最小限に止めた上で、裁断特性向上と安定化及び
遮断特性向上と安定化に寄与した。

【００３０】なお、非固溶状熊若しくは化合物非形成状
態にあるＣ量をＴｉＣ量に対して好ましくは０．００５
％以上とするのは、裁断特性の特に開閉後半（１９９０
０〜２００００回開閉中）におけるバラツキ幅が若干増
加する傾向が見られてるのを抑止できるためである。

【００３１】以上は主として「Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系合
金を代表例として示したが、「Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌに
対しても，所定条件のＣ及びＣとＡｌの存在は同じ傾向
の効果を得る。

【００３２】なお筆者らの実験によれば、［Ｃｕ−Ｔｉ
Ｃ］中でのＣの量や大きさ、Ａｌの量を最適化すること
によって、合金組織中でのＣｕ、ＴｉＣ、Ｃの均一分布
化、Ｃｕ、ＴｉＣ、Ｃの互いの密着強さ等の改良を図っ
たので、アークを受けた後でも再点弧発生に有害となる
巨大溶融痕跡、飛散損傷などが少なくなると共に再点弧
抑止上で重要な影響を及ぼす接点表面荒れも少なくな
り、耐アーク消耗性の向上にも有益となった。耐アーク
消耗性の向上は接点表面の平滑化を持たらし、多数回開
閉後でも裁断特性及び遮断特性のばらつき幅の縮小に有
益となっている。これらの相乗的効果によって、裁断特
性を向上させた上で［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金の遮断特性と
耐消耗性の向上を得た。

【００３３】所定比率の［Ｃｕ−ＴｉＣ］系合金中に存
在するＣが非固溶状態若しくは化合物非形成状態にある
ことが好ましく、このような状態にないと、多数回開閉
後の裁断特性安定性特にそのバラツキ幅が増大する傾向
となると共に、多数回開閉後の遮断特性に大きなバラツ
キを生じさせしまう。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。［Ｃｕ−ＴｉＣ］系接点および［Ｃｕ−Ｔ
ｉＣ−Ｃ］系接点を搭載した真空バルブにおいて、補助
的成分としてのＡｌは、Ａｌ量を所定量まで増加させる
と裁断特性を維持したまま電流遮断特性が向上するが、
Ａｌ量が所定量を越えると、遮断特性は急速に低下（劣
化）する。

【００３５】後者の［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系接点を搭載
した真空バルブにおいて、補助的成分としてのＣは、Ｃ
量を所定量まで増加させると、裁断特性は前者［Ｃｕ一
ＴｉＣ］系より一層向上するが、遮断特性はＣ量が所定
量までは向上するが、所定量を越えると急速に劣下する
等の傾向を示す。

【００３６】また［Ｃｕ−ＴｉＣ］系接点および［Ｃｕ
−ＴｉＣ−Ｃ］系接点を搭載した真空バルブの一般的傾
向として、裁断特性単独では、前者［Ｃｕ−ＴｉＣ］系
接点より、後者［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系接点の方が有利
の傾向であり、遮断特性単独では、後者［Ｃｕ−ＴｉＣ
−Ｃ］系接点の方が有利の傾向である。裁断特性と遮断
特性を同時に考慮する場合には、Ａｌ量の制御及びＣの
存在形態の管理がポイントとなっている。

【００３７】本例では、従来の耐弧成分ＷＣに替わって
ＴｉＣ（若しくはＶＣ）を採用すると共に接点素材価格
の改善のために導電成分として、Ｃｕを採用したもので
あり、両者の面でＴｉＣ（若しくはＶＣ）はＷＣより優
位にあることが判った。

【００３８】更に本例では、真空バルブの電流裁断特性
（低裁断化とその安定化）と遮断特性の向上とを同時に
達成させるために、［Ｃｕ−ＴｉＣ］中に存在するＣを
非固溶状態若しくは化合物非形成状態とし、その量をＴ
ｉＣ量（耐弧成分がＶＣの時にはＶＣ量）に対して０．
００５〜０．５（重量％）の範囲に管理すると共に、接
点中に存在するその大きさを０．０１〜５μｍ（球に換
算した時の直径）の範囲に管理すと共に、Ａｌの量も所
定量に管理して前記効果を得たものである。従って、
［Ｃｕ−ＴｉＣ］系接点材料中のＣの存在形態（平均粒
径と量とその分散度）とＡｌ量の制御とが重要なポイン
トとなる。以下に本例の効果を明らかにした評価条件、
評価方法などを示す。

【００３９】（１）裁断特性 直径２０ｍｍ、厚さ４ｍｍで、一方は平面、他方が５０
ｍｍＲの所定接点を着脱式の裁断電流テスト用真空遮断
器に装着する。１０−３Ｐａ以下に排気し、接点表面を
ベーキング、放電エージングなどで清浄化した後、この
装置を０．８ｍ／秒の開極速度で開極させた。裁断電流
値はＬＣ回路を経て５０Ｈｚ、実効値４４Ａの回路電流
を開閉中の初期（１〜１００回開閉中）および後期（１
９９００〜２００００回開閉中）の接点に直列に挿入し
た同軸型シャントの電圧降下を観測することによって求
めたものである。なお、測定結果は実施例２の裁断電流
値の平均値を１．０とし、その値と相対比較したもので
ある。この裁断電流値はその値が小さく、ばらつき範囲
も小さい程優れた裁断特性を有している。

【００４０】（２）遮断特性 表面粗さを５μｍに仕上げたフラット接点と、同じ表面
粗さを持つ曲率半径１ＯＯＲの凸状接点とを対向させ
る。両接点を開閉機構を持つ真空度１０−３Ｐａ．以下
に排気した着脱可能な真空遮断実験装置に取り付け、４
０ｋｇの荷重を与えた上で、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡ
の電力を投入、遮断する。この投入、遮断を１０回繰り
返した時、溶着や再点弧の発生状況を評価し、遮断特性
を判断した。投入、遮断の回数が、１０回に至る前に溶
着の発生や著しい再点弧の発生が見られた時には、テス
トを中止した。

【００４１】（３）耐アーク消耗性 各接点を着脱式の真空遮断器に装着し、接点電極表面の
ベーキング、電流、電圧エージング、開極速度条件を一
定同一とした後、７．２ｋＶ、４．４ｋＡを１０００回
遮断前後の表面凹凸から損失重量を求め、耐アーク消耗
性を判断した。次に本例の接点材料の製造に供した方法
例について説明する。

【００４２】本例の接点材料の製造方法を大別すると、
ＴｉＣとＣあるいはＴｉＣとＣとＡｌとで構成したスケ
ルトンに、ＣｕまたはＣｕ−Ａｌを溶かして流し込む溶
浸法と、ＴｉＣとＣ粉とＣｕ粉とＡｌ粉を所定割合で混
合した粉末を焼結または成型焼結する焼結法がある。ま
た原料としてのＡｌは、金属Ａｌ以外に予めＣｕ、Ｔｉ
Ｃ）Ｃ粉の表面にＡｌを被覆した複合金属であっても、
また単にＣｕ、ＴｉＣ、Ｃ粉とＡｌとを混合した混合金
属であっても差支えない。その状態は合金化していて
も，また化合物を形成しいても、また単に混合の状態で
あっても問題なく、前記合金製造時のＡｌ源として使用
できる。

【００４３】本例では、再点弧発生率の引き金の１つと
されているＣｕ−ＴｉＣ合金中でのＡｌ量やＣ（非固溶
若しくは化合物非形成状態）の存在状態（例えばその
量）とを最適化し、裁断特性と遮断特性との両立を可能
としたもので、従って、その製造方法は合金中でのＣの
存在状態を左右するので重要となる。

【００４４】即ち、本発明の実施の形態において、好適
なＴｉＣ粉は、例えば加熱処理温度及び時間、雰囲気な
どを制御することによって、非固溶若しくは化合物非形
勢状態にあるＣ量及びその粒径、粒度分布を調整すると
共に化学量論的には（ＴｉＣ₁〜_0.7 ）の範囲にあるＴ
ｉＣを選択する。また粒径、粒度分布は、機械的粉砕及
び篩わけも併用して調整した。

【００４５】本例では、Ｃ、Ａｌ量を微量な範囲で制御
しなくてはならない。著しく微量なＣ（非固溶若しくは
化合物非形成状態）量の範囲を制御する技術としては、
上記したＴｉＣ粉を雰囲気、温度などを調節しながらＴ
ｉＣを加熱処理し、一部分解させたり再析出させる方法
以外には、例えばＴｉＣと共にある種の有機物を熱分解
させた時、ＴｉＣ表面に分解析出したＣを利用すること
によって微量のＣ量を制御しながら得ることが出来る。
またＴｉＣ表面にＣスパッタ膜を付着させた後、これを
原料ＴｉＣとして利用する方法も選択した。同様に著し
く微量なＡｌの量の制御も同様にＣｕ、ＴｉＣの表面に
Ａｌをスパッタさせり、イオンプレーティングさせるこ
とによって行った。

【００４６】この［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金中のＣ（非固溶
若しくは化合物非形成状態）の量及び大きさは、Ｃ量を
多くすると裁断特性には影響が少ないが、遮断特性は劣
化する傾向にある。なお［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金中のＴｉ
Ｃの総量も多くすると同様に遮断特性は低下する傾向に
ある。

【００４７】Ａｌ量は、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金、［Ｃｕ
−ＴｉＣ−Ｃ］合金の遮断特性を向上させるが、過度の
存在は遮断特性を急速に劣化させる。［Ｃｕ−ＴｉＣ］
合金の製造方法は、Ｃの量およびＡｌの量が、ＴｉＣ
量、Ｃｕ量に比較し、極めて少量なため、均質混合性を
良くすることが重要な技術課題となる。その均質混合性
を良くする手段として、本例では、例えば最終的に必要
なＴｉＣ量（３０〜７０容積％）の内の一部から取り出
した極く少量のＴｉＣとＣ粉若しくはＡｌ粉とを（好ま
しくは近似の容積）を混合（必要によりＢｉ、Ｓｂ、Ｔ
ｅの少なくとも１つを追加しても良い）して得た第１次
混合粉を得る（必要によりこれを第ｎ次混合まで繰り返
す）。

【００４８】この第１次混合粉（または第ｎ次混合粉）
と残りのＴｉＣ粉とを再度混合し、最終的に十分に良好
な混合状態にある［ＴｉＣ、Ｃ］粉、［ＴｉＣ、Ａｌ］
粉、［ＴｉＣ、Ｃ、Ａｌ］粉を得る。この［ＴｉＣ、
Ｃ］粉または［ＴｉＣ、Ａｌ］粉、［ＴｉＣ、Ｃ、Ａ
ｌ］粉と所定量のＣｕ粉とを混合の後、水素雰囲気中
（真空中でも可）で、例えば９３０℃の温度での焼結と
加圧とを１回若しくは複数回組合せて、［Ｃｕ−ＴｉＣ
−Ｃ］接点素材（または［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ、［Ｃ
ｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ接点素材など）を製造（以下
［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌで代表）し、所定形状に加工し
て接点とした（製法例１）。

【００４９】別の合金化の方法として、逆に最終的に必
要なＣｕ量の内の一部から取り出した極く少量のＣｕと
Ａｌ粉（またはＣ粉、または両者）とを（好ましくは近
似の容積）を混合（必要によりＢｉを追加）して得た第
１次混合粉を得る（必要によりこれを第ｎ次混合まで繰
り返す）。この第１次混合粉（または第ｎ次混合粉）と
残りのＣｕ粉とを再度混合し、最終的に十分に良好な混
合状態にある［Ｃｕ、Ｃ］粉を得る。この［Ｃｕ、Ｃ］
粉と所定ＴｉＣ粉（最終的に必要なＴｉＣ量）とを混合
した後、水素雰囲気中（真空中でも可）で、例えば９４
０℃の温度での焼結と加圧とを１回若しくは複数回組合
せて、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］接点素材または［Ｃｕ−Ｔ
ｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ接点素材を製造した（製法例２）。

【００５０】他の製造方法としては、上記方法で製造し
た第ｎ次混合［ＴｉＣ、Ｃ］粉または［ＴｉＣ、Ｃ、Ａ
ｌ］粉を、１２００℃の温度で焼結して所定空隙率を持
っ｛ＴｉＣ、Ｃ｝スケルトン、｛ＴｉＣ、Ｃ、Ａｌ｝ス
ケルトンを作製し、その空孔中にＣｕ（必要によりＢｉ
も追加）を例えば１１５０℃の温度で溶浸し、［Ｃｕ−
ＴｉＣ−Ｃ］接点素材または［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａ
ｌ接点素材を製造した（製法例３）。

【００５１】また別の合金化の方法としては、［Ｔｉ
Ｃ、Ｃ］粉または［ＴｉＣ、Ｃ、Ａｌ］粉を１０００℃
の温度で焼結し、所定空隙率を持つスケルトンを作製
し、その空孔中に別途用意したＣｕを例えば１１５０℃
の温度で溶浸し［Ｃｕ−ＴｉＣーＣ］接点素材、［Ｃｕ
−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ接点素材を製造した（製法例
４）。

【００５２】また別の合金化の方法としては、イオンプ
レーティング装置を用いた物理的方法或いはボールミル
装置を用いた機械的方法で、Ｔｉ粉（ＴｉＣ粉、Ｃｕ粉
でも良い）の表面にＣを被覆（必要によりＢｉも同時
に）したＣ被覆Ｔｉ粉を得て、このＣ被覆Ｔｉ粉とＣｕ
粉（必要によりＢｉを同時に添加）とを混合の後、水素
雰囲気中（真空中でも可）で、例えば１０５０℃の温度
での焼結と加圧とを１回若しくは複数回組合せて、［Ｃ
ｕ−ＴｉＣ−Ｃ］接点素材を製造した（製法例５ａ）。

【００５３】また別の合金化の方法としては、イオンプ
レーティング装置を用いた物理的方法或いはボールミル
装置を用いた機械的方法で、Ｔｉ粉（ＴｉＣ粉、Ｃｕ粉
でも良い）の表面にＡｌを被覆（必要によりＢｉも同時
に）したＡｌ被覆Ｔｉ粉を得て、このＡｌ被覆Ｔｉ粉と
Ｃｕ粉（必要によりＢｉを同時に添加）とを混合の後、
水素雰囲気中（真空中でも可）で、例えば１０５０℃の
温度での焼結と加圧とを１回若しくは複数回組合せて、
［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ接点素材を製造した（製法
例５ｂ） また別の合金化の方法としては、特にＣｕ粉、ＴｉＣ粉
とＣ粉とＡｌ粉との均一混合技術において、揺動運動と
撹拌運動とを重畳させる方法も有益である。これによっ
て、混合粉は一般に行われているアセトンなど溶剤使用
時に見られる固まりとなったり凝集体となったりする現
象がなく、作業性も向上する。また混合作業での撹拌容
器の撹拌運動の撹拌数Ｒと撹拌容器に与える揺動運動の
揺動数Ｓとの比率Ｒ／Ｓをほぼ１０〜０．１程度の好ま
しい範囲に選択すれば、解砕、分散、混合中の粉末への
エネルギー入力が好ましい範囲となり、混合作業での粉
末の変質や汚染の程度を低く押さえることができる特徴
を有する。

【００５４】従来のらいかい機などによる混合、粉砕で
は粉体を押し潰す作用が加わるが、揺動運動と撹拌運動
とを重畳させる本方法では、前記Ｒ／Ｓ比率がほぼ１０
〜０．１程度に分布しているため、粉体同士が絡み合う
程度の混合となり、良好な通気性を持つため焼結性が向
上し、良質な成型体または焼結体あるいはスケルトンを
得る。更に必要以上のエネルギー入力がなく、粉体が変
質することがない。このような状態の混合粉を原料とす
れば、焼結、溶浸後の合金も低ガス化が可能となり、裁
断特性、遮断性能の安定化に寄与している（製法例
６）。

【００５５】［Ｃｕ−ＶＣ−Ｃ］の場合も同じ製法を選
択し、［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ接点素材、［Ｃｕ−Ｔｉ
Ｃ−Ｃ］＋Ａｌ接点素材を製造することができる。後述
する本発明の実施例、比較例では、これらの方法を適宜
選択し採用したもので、いずれの技術の選択でも本発明
の効果を発揮する接点材料を得ることができる。

【００５６】以下に本発明の実施の形態の実施例を図１
の表図に示した評価条件及び図２の表図に示した評価結
果を参照して説明する。

【００５７】まず、遮断テスト用実験バルブの組立ての
概要を示す。端面の平均表面粗さを約１．５μｍに研磨
したセラミックス製絶縁容器（主成分：Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を
用意し、このセラミックス製絶縁容器に対して組立て前
に１６５０℃の前加熱処理を施した。セラミックス製絶
縁容器の主成分がＳｉ０₂ であっても問題無い。

【００５８】封着金具として、板厚さ２ｍｍの４２％Ｎ
ｉ−Ｆｅ合金を用意した。

【００５９】ロウ材として、厚さ０．１ｍｍの７２％Ａ
ｇ−Ｃｕ合金板を用意した。

【００６０】上記用意した各部材を被接合物間（セラミ
ックス製絶縁容器の端面と封着金具）に気密封着接合が
可能のように配置して、５×１０^-4Ｐａ．の真空雰囲気
で封着金具とセラミックス製絶縁容器との気密封着工程
に供する。

【００６１】次いで、供試接点材料の内容、評価内容と
結果などを表図１、２に示す。

【００６２】実施例１〜３及び比較例１、２ １．３μｍの平均粒径を有する１５〜８５％（容積％）
のＴｉＣ_1.0 粉、補助成分として０．０５％（重量％）
のＡｌ、Ｃ粒子の分散度をＬ＞ｄ（但し、Ｌは再近接す
る２っのＣ粒子若しくはＣ集団の間隙、ｄは小さい方の
Ｃ粒子または小さい方のＣ集団の直径を示している。）
としたＣｕ−ＴｉＣ合金を、前記製造法１〜６の方法を
適宜選択または組み合わせながら、Ａｌ量を０．０５重
量％ととした［Ｃｕ−１５〜８５容積％ＴｉＣ］＋Ａｌ
合金よりなる接点素材を製造した。これらの素材を厚さ
３ｍｍ、接触面の平均表面粗さを０．３μｍの所定形状
に加工した試験片を得て、裁断特性、遮断特性、耐消耗
性を測定し、その内容を表１（評価条件）と表２（結
果）に示した。なお、本発明では、便宜上ＴｉＣと残部
のＣｕを容積％とし、他の元素は作業上便利なため、重
量％（ＴｉＣ量に対する割合）として実施した。

【００６３】ＴｉＣ量を３０〜７０容積％とした［Ｃｕ
−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金では、裁断特性、遮断特性、耐消
耗特性のいずれもが良好な特性を発揮している（実施例
１〜３）。

【００６４】即ち、裁断特性は実効値４４Ａの回路を１
〜１００回開閉中１００回（開閉初期）の裁断値の平均
値（０．９５〜１．３）と最大値（１．０５〜１．４
５）とは、その値が接近し安定している。同様に１９９
００〜２００００回開閉中１００回（開閉後期）の裁断
値の平均値と最大値との幅も小さく安定し、好ましい状
熊を示している。更に開閉初期と開閉後期との裁断値の
変化も少なく安定している。

【００６５】７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入・
遮断させた時の遮断特性は、再点弧の発生、溶着の発生
もなく、遮断成功し、「合格」と判断される。

【００６６】７．２ｋＶ−４．４ｋＡを１０００回遮断
させ、その前後の接点の重量変化（重量損失）を測定し
て耐消耗特性とした評価（実施例２の重量損失値を１．
０とした）においても、実施例２と比較した相対値が、
１．０〜１．２５の範囲にあり安定した消耗特性を示し
た。

【００６７】ー方、ＴｉＣ量を１５容積％とし，残部を
Ｃｕとした［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金（比較例１）に
おいて、同様の評価を実施したところ、遮断特性は前記
７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、遮断中に２回
程軽微な溶着の発生が認められたものの実用上では問題
なく遮断に成功した。しかし、耐消耗性は標準としてい
る実施例２と比較して、比較対象としている実施例２の
５．２倍に大幅に増加（特性劣化）した。裁断特性は最
大値において変動が見られた。

【００６８】更に、ＴｉＣ量を８０容積％とし残部をＣ
ｕとした［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金（比較例２）にお
いて、同様の評価を実施したところ、開閉初期（１〜１
００回開閉中）、開閉後期（１９９００〜２００００回
開閉中）の裁断電流値は標準とする実施例２の特性と比
較しても同等以上の極めて良好な特性を示したが、耐消
耗性を示す遮断前後の重量損失は、実施例２と比較して
１．３倍程度の消耗であり、許容限度内であったが、遮
断後の接点表面には著しい亀裂の生成が有り、この亀裂
などの表面劣化が一因となって、７．２ｋＶ−３１．５
ｋＡを１０回投入、遮断させた時に、３回程再点弧の発
生が見られ、遮断特性は「不合格」と判断される。顕微
鏡観察の結果によれば、接点表面にはＣｕの不在部分の
点在、ＴｉＣの凝集とＴｉＣの脱落が見られた。

【００６９】従って、裁断特性と遮断特性と耐消耗性の
バランスを得るためには実施例１〜３で示したＴｉＣ量
３０〜７０容積％の範囲において、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合
金におけるＡｌ添加の効果が有効に発揮される。

【００７０】実施例４〜８、比較例３〜４ 上記した実施例１〜３、比較例１〜２では、［Ｃｕ−Ｔ
ｉＣ］系合金中のＡｌの存在効果について、ＴｉＣの平
均粒径（粒子を球体とした時の直径）を３μｍとした場
合について示したが、本発明Ａｌの存在効果は、ＴｉＣ
の平均粒径が３μｍに限ることなく発揮される。

【００７１】ＴｉＣの平均粒径を０．０１〜１０μｍと
した時には、裁断特性、遮断特性、耐消耗特性のいずれ
もが良好な特性を発揮している（実施例４〜８）。

【００７２】即ち、裁断特性は実効値４４Ａの回路を１
〜１００回開閉中１００回（開閉初期）の裁断値の平均
値の幅（１．０〜１．５）と最大値の幅（１．１５〜
１．５５）は小さく安定している。同様に１９９００〜
２００００回開閉中１００回（開閉後期）の裁断値の平
均値の幅（１．２〜１．４）と最大値の幅（１．３〜
１．９）も小さく安定し、好ましい状態を示している。
更に開閉初期と開閉後期との裁断値の変化も小さく安定
している。

【００７３】７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、
遮断させた時の遮断特性は、再点弧の発生、溶着の発生
もなく遮断成功し、「合格」と判断される。また７．２
ｋＶ−４．４ｋＡを１０００回遮断させ、その前後の接
点の重量変化（重量損失）を測定して耐消耗特性とした
評価（実施例２の重量損失値を１．０とした）において
も、実施例２と比較した相対値が、０．９〜１．３の範
囲にあり、安定した消耗特性を示した。

【００７４】これに対して、ＴｉＣの平均粒径を０．０
１μｍ以下とした時には（比較例３）、１〜１００回開
閉中１００回（開閉初期）の裁断値の平均値（１．１）
と最大値（１．２５）は小さく安定している。しかし、
０．０１μｍ以下の平均粒径を有するＴｉＣを含む前記
［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金を、一定厚さを持っ接点素
材を工業的規模で量産化するには、製造コストの観点か
ら好ましくないので（開閉後期）の裁断特性、遮断特
性、耐消耗性試験の各々を中止した（比較例３）。 ま
た、ＴｉＣの平均粒径を２５μｍとした時には（比較例
４）、開閉初期の裁断値では、平均値（２．０５）と最
大値（２．３５）は、やや増大の傾向を示している上
に、開閉後期の裁断特性の特に最大値が著しく増大の傾
向（６．５５を示し、開閉回数の経過による裁断特性に
不安定性が見られる。また、遮断特性においては２０ｋ
Ａで遮断不能を多発するなど、遮断特性にもバラツキが
見られ「不合格」と判断されると共に接触抵抗特性にも
バラツキが見られた。

【００７５】実施例９〜１１、比較例５〜６ 前記実施例１〜８、比較例１〜４では、［Ｃｕ−Ｔｉ
Ｃ］合金中のＴｉＣの量、ＴｉＣの平均粒子直径を制御
して、Ａｌ量を０．０５％に一定とした時の本例の主眼
であるＡｌの存在効果にっいて示したが、このＡｌの存
在効果は、Ａｌ量が０．０５％に限ることなく発揮され
る。即ちＡｌ量を、０．００５％〜０．７５％として同
様の評価を実施したところ、ＴｉＣ量を５０容積％とし
た［Ｃｕ−ＴｉＣ＋Ａｌ］合金では、裁断特性、遮断特
性、耐消耗特性のいずれもが良好な特性を発揮している
（実施例９〜１１）。

【００７６】即ち、裁断特性は実効値４４Ａの回路を１
〜１００回開閉中１００回（開閉初期）の裁断値の平均
値の幅（１．１〜１．２５）と最大値の幅（１．１５〜
１．３）とは小さく安定している。同様に１９９００〜
２００００回開閉中１００回（開閉後期）の裁断値の平
均値（１．２〜１．３５）と最大値の幅（１．３〜１．
５）の幅も小さく安定して好ましい状態を示している。
更に開閉初期と開閉後期との裁断値の変化も小さく安定
している。

【００７７】７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、
遮断させた時の遮断特性は、再点弧の発生、溶着の発生
もなく、遮断成功し、「合格」と判断された。

【００７８】また７．２ｋＶ−４．４ｋＡを１０００回
遮断させ、その前後の接点の重量変化（重量損失）を測
定して耐消耗特性とした評価においても、実施例２と比
較した相対値が、０．９５〜１．０の範囲にあり，極め
て安定した消耗特性を示した。 一方、Ａｌ量を０．０
０５％以下とした５０重量％ＴｉＣと残部Ｃｕの合金
（比較例５）においても同様の評価を実施したところ、
裁断特性、耐消耗特性共に極めて安定した好ましい特性
を示したが、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡのテストに進む
前の、２５ｋＡの遮断で既に遮断不能が多発したため、
７．２ｋＶ−３１．５ｋＡの投入、遮断テストは実施出
来ず、遮断特性は「不合格」と判断された。 従って、
［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金の遮断特性の向上に対するＡｌの
存在効果は、Ａｌ量が０．００５％以下では十分には発
揮されない。

【００７９】更に、Ａｌ量を５％とした５０重量％Ｔｉ
Ｃと残部Ｃｕの合金（比較例６）において同様の評価を
実施したところ、比較例５と同様に裁断特性、耐消耗特
性共に極めて安定した好ましい特性を示したが、７．２
ｋＶ−３１．５ｋＡのテストに進む前の、２０ｋＡの遮
断で，既に遮断不能が多発したため、７．２ｋＶ−３
１．５ｋＡの投入，遮断テストは実施できず、遮断特性
は「不合格」と判断された。

【００８０】［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金の遮断特性の向上に
対するＡｌの存在効果は、Ａｌ量が５％では、素材の導
電率の著しい低下などが一因なって［Ｃｕ−ＴｉＣ］合
金の遮断特性を向上させる効果はないことが判った。従
って、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金の遮断特性を向上させるた
めのＡｌは、Ａｌ量を０．００５〜０．７５％重量％の
範囲とすることによって、裁断特性と耐消耗特性を維持
た上で、遮断特性を向上させることができる。

【００８１】実施例１２〜１５、比較例７ 前記実施例１〜１１、比較例１〜１６では、［Ｃｕ−Ｔ
ｉＣ］合金の遮断特性の向上のための一施策として、Ａ
ｌの存在効果について示した。本例の主眼であるＡｌの
存在効果は、前記した［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金以外に［Ｃ
ｕ−ＴｉＣ−Ｃ］合金に対しても、その効果が発揮され
ている。［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金中に、非固溶状態も若し
くは化合物非形成状態にあるＣを、該合金の構成成分と
して０．００５〜１．０％（重量％）含有させた［Ｃｕ
−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ合金において、同等かそれ以上の
好ましい効果を発揮した（実施例１２〜１５）。

【００８２】ＴｉＣ量を５０％（容積％）、その平均粒
子直径を３．０μｍに一定とし、Ｃ量を０．００５％〜
１．０％（重量％）とした［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ
合金では、裁断特性、遮断特性、耐消耗特性のいずれも
が良好な特性を発揮している（実施例１２〜１５）。即
ち、裁断特性は実効値４４Ａの回路を１〜１００回開閉
中１００回（開閉初期）の裁断値の平均値の幅（０．８
５〜１．０）と最大値の幅（１．１〜１．２５）は、小
さく安定している。同様に１９９００〜２００００回開
閉中１００回（開閉後期）の裁断値の平均値の幅（１．
１〜１．２５）と、最大値の幅（１．２５〜１．４５）
の幅も小さく安定し、両者とも好ましい状態を示してい
る。更に開閉初期と開閉後期との裁断値の変化も小さ
く、開閉回数の経過に対しても安定している。

【００８３】７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、
遮断させた時の遮断特性は、再点弧の発生、溶着の発生
もなく、遮断成功であった。また７．２ｋＶ−４．４ｋ
Ａを１０００回遮断させ、その前後の接点の重量変化
（重量損失）を測定して耐消耗特性とした評価（実施例
２の重量損失値を１．０とした）においても、実施例２
と比較した相対値が、１．０〜１．２の範囲にあり極め
て安定した消耗特性を示した。これに対して、［Ｃｕ−
ＴｉＣ］合金において、非固溶状態若しくは化合物非形
成状態にあるＣ量を５．５％にした時には、裁断特性は
１〜１００回開閉中１００回（開閉初期）の裁断値の平
均値の幅（０．７５）と最大値の幅（０．９５）は小さ
く安定している。同様に１９９００〜２００００回開閉
中１００回（開閉後期）の裁断値の平均値の幅（０．９
５）と最大値の幅（１．１）の幅も小さく安定し、好ま
しい状態を示している。更に開閉初期と開閉後期との裁
断値の変化も小さく安定している。

【００８４】しかし、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡのテス
トに進む前の、７．２ｋＶ−２０ｋＡの遮断で既に遮断
不能が多発したため、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡの投
入、遮断テストは実施せず、遮断特性は「不合格」と判
断した。

【００８５】また７．２ｋＶ−４．４ｋＡを１０００回
遮断させ、その前後の接点の重量変化（重量損失）を測
定した耐消耗特性においても、（実施例２の重量損失値
を１．０とした〕、実施例２と比較した相対値が４．６
倍を示し、消耗特性は好ましくなかった（比較例６）。

【００８６】以上より、本例の主眼であるＡｌ添加によ
る遮断特性の向上効果は、前記［Ｃｕ一ＴｉＣ］合金の
みでなく、非固溶状態若しくは化合物非形成状態にある
Ｃ量を０．００５〜０．７５％の範囲に制御した［Ｃｕ
−ＴｉＣ−Ｃ］合金に対しても、所定条件のＡｌを添加
させた［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ合金においても、有
効に発揮された（実施例１２〜１５）。

【００８７】実施例１６〜１７、比較例８ 前記実施例１〜１５、比較例１〜８では、ＴｉとＣとの
化学量論的な比率として、ＴｉＣ_1.0 を使用した合金中
について、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金、［Ｃｕ−ＴｉＣ−
Ｃ］合金に対して、本例の主眼であるＡｌの存在効果を
示したが、本例で使用するチタン炭化物は、ＴｉＣ_1.0
に限ることなく実施できる。ＴｉＣとして、Ｔｉ
Ｃ_0.95、ＴｉＣ_0.70においても同様に効果を示した（実
施例１６〜１７）。 即ち、上記同様の評価を実施した
ところ、裁断特性としては開閉初期（１〜１００回開閉
中）では、１．１５〜１．３、開閉後期（１９９００〜
２００００回開閉中）でも、１．２５〜１．５の範囲で
あり、許容される範囲内であった。遮断特性も、７．２
ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、遮断させた時の遮断
特性は、再点弧の発生、溶着の発生もなく、遮断［合
格］と判断される。耐消耗性（７．２ｋＶ、４．４ｋＡ
を１０００回遮断させた後の重量変化）も、標準として
いる実施例２の消耗を１．０とした時の消耗特性は、ほ
ぼ変化のない１．０倍の消耗量を示した。以上、いずれ
もがほぼ同等の良好な特性を発揮している（実施例１６
〜１７）。

【００８８】これに対して、ＴｉとＣとの化学量諭的な
比率として、ＴｉＣ_0.55（比較例１８）のチタン炭化物
を原料として使用した時には、開閉初期の裁断値では、
平均値（１．５）と最大値（１．８５）は、許容の範囲
を示しているが、開閉後期の裁断特性では、平均値
（２．３５）と最大値（２．８５）を示し、後半に増大
の傾向にあった。また、耐消耗性は１．２倍程度であっ
たが、遮断特性においては、目標としている７．２ｋＶ
−３１．５ｋＡのテストに進む前の、２５ｋＡで遮断不
能を多発するなど、遮断特性にバラツキが見られ「不合
格」と判断された（比較例８）。

【００８９】実施例１８〜２１、比較例９ 前記実施例１〜１７、比較例１〜８では、［Ｃｕ−Ｔｉ
Ｃ］合金、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］合金中のＣの大きさは
格別には制御しなかったが、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金、
［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］合金へのＡｌ添加の効果を十分発
揮させるためには、合金中で非固溶状態若しくは化合物
非形成状態で存在しているＣの大きさ（Ｃの粒径、Ｃが
凝集している時にはその集団を指す。Ｃが不定形の時に
はその不定形を球に換算した時の直径で示す）も、所定
条件範囲内に管理することによって、遮断特性の安定化
に有益であることが判った。

【００９０】即ち、合金中のＣの大きさが０．０１〜５
μｍ（実施例１８〜２１）では、裁断特性、耐消耗特性
を好ましい範囲に維持した上で、Ａｌ添加の効果が十分
発揮され、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、遮
断させた時の遮断特性は、再点弧の発生、溶着の発生も
なく遮断「合格」となった。しかし、合金中のＣの大き
さが２５μｍ（比較例９）では、裁断特性は、開閉初期
（１〜１００回開閉中）では平均値が０．９、最大値は
１．８を示して問題はなかったが、開閉後期（１９９０
０〜２００００回開閉中）では、平均値が２．５、最大
値は３．４５に増大（特性劣化）した上、耐消耗性
（７．２ｋＶ、４．４ｋＡを１０００回遮断させた後の
重量変化）も、標準としている実施例２の消耗を１、０
とした時の消耗率の、６．３倍に達し、大幅な消耗量の
増加（特性劣化）を示すと共に、７．２ｋＶ−３１．５
ｋＡを１０回投入、遮断させる遮断テストにおいて、１
０回の投入、遮断中に５回程再点弧の発生が見られ、遮
断「不合格」の判断となった（比較例９）。

【００９１】なお、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金、［Ｃｕ−Ｔ
ｉＣ−Ｃ］合金中に、補助成分としてＡｌとＣとを同時
に存在させる相乗効果は、耐溶着性の大幅な改善にあ
る。即ち［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌと、［Ｃｕ−ＴｉＣ−
Ｃ］＋Ａｌとでは、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを遮断さ
せた場合に、両者が同時に存在する［Ｃｕ−ＴｉＣ−
Ｃ］＋Ａｌの方が、前者［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌより
も、溶着時の溶着引き外し力が約２０％〜３０％低減さ
れ、機器の小型化に寄与している。

【００９２】一方、［Ｃｕ−ＴｉＣ］合金中の補助成分
がＡｌのみの［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金の特徴は、Ａ
ｌとＣとを同時に存在た［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌと
比較して、前記７．２ｋＶ−３１．５ｋＡの１０回の投
入、遮断テストを更に続けた場合に、再点弧の発生率な
ど遮断性能に余裕が見られることにある。従って補助成
分をＡｌのみとするか、ＡｌとＣの両者にするかは、適
宜に目的に応じて選択することができる。

【００９３】なお、顕微鏡観察の結果によれば、Ｃの平
均粒径を２５μｍとした比較例９では、接点表面にＣの
凝集とＣの欠落部分が存在した。

【００９４】実施例２２〜２４、比較例１０ 前記実施例、比較例において、［Ｃｕ−ＴｉＣ］系接点
材料、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系接点材料に対して、前記
所定条件のＡｌの添加は遮断特性の向上に有益であるこ
とを示した。また［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系接点材料で
は、合金中に非固溶状態若しくは化合物非形成状態で存
在しているＣの存在形態もＡｌの遮断特性の向上効果に
影響を与えることを示した。前記実施例１２〜２１、比
較例７〜９では、合金中でのＣの分散度（最近接するＣ
粒子間の間隔）を、最近接する２個のＣ粒子またはＣ集
合体間の間隔Ｌが、２個のＣ粒子またはＣ集合体の内の
小さい方の直径ｄ以上に隔離している場合（Ｌ＞ｄ）記
号；Ｘ）について示した。しかし、本例のＡｌの存在効
果は、前記Ｘに限ることなく遮断特性の向上効果を得る
（以下Ｃ粒子はＣ集合体を包含）。

【００９５】即ち、Ｃの分散度として、最近接する２個
のＣ粒子間の間隔Ｌが、２個のＣ粒子の内の小さい方の
Ｃ粒子の直径ｄ以上に隔離しているＬ＞ｄの場合（記
号；Ｘ）、最近接する２個のＣ粒子間の間隔Ｌが、２個
のＣ粒子の内の小さい方のＣ粒子の直径ｄと同等かそれ
以上に隔離しているＬ≧ｄの場合（記号；Ｙ）、最近接
する２個のＣ粒子間の間隔Ｌが、２個のＣ粒子の内の小
さい方のＣ粒子の直径ｄ以下しか隔離していないＬ＜ｄ
の場合（記号；Ｚ）の各々にっいて、同様の評価を実施
した。

【００９６】その結果Ｘ、Ｘ〜Ｙ、Ｙ−Ｚの場合には、
裁断特性、耐消耗特性を好ましい値に維持した上で、
７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、遮断させた時
の遮断特性も、再点弧の発生、溶着の発生もなく遮断し
「合格」となった（実施例２２〜２４）。しかし、最近
接する２個のＣ粒子間の間隔Ｌが、Ｃ粒子の直径ｄと比
較してＬ＜ｄの場合（記号；Ζ）には、裁断特性は好ま
しい値の範囲にあったが、耐消耗性（７．２ｋＶ、４．
４ｋＡを１０００回遮断させた後の重量変化）は、標準
としている実施例２の消耗を１、０とした時の消耗率の
２．４倍に達し、消耗量の増加（特性劣化）を示すと共
に、７．２ｋＶ−３１．５ｋＡを１０回投入、遮断させ
る遮断テストにおいて、１０回の投入、遮断中に４回
程、再点弧の発生が見られ、「不合格」の判断となった
（比較例９）。Ｃの分散度が逆に近接する２個のＣ粒子
間の間隔Ｌが、２個のＣ粒子の内の小さい方のＣ粒子の
直径ｄ以下に近接しているＬ≦ｄの場合（記号；Ζ）で
は、著しい特性の低下を示し、好ましくなかった（比較
例１１）。

【００９７】実施例２５〜２６ 前記実施例１〜２４では、接点合金中の耐弧成分とし
て、チタン炭化物（ＴｉＣ）を使用した場合について示
したが、本発明ではＴｉＣの一部若しくは総てをバナジ
ウム炭化物（ＶＣ）に置換しても全く同等の特性効果を
得ることができる。

【００９８】実施例２７〜２９ ［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌと、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａ
ｌに対して、所定量のＢｉ、Ｔｅ、Ｓｂを添加した合金
では、実施例２の標準材料と比較して、７．２ｋＶ−３
１．５ｋＡを遮断させた場合に、溶着引き外し力が約１
／２〜１／５に低減されて、機器の小型化に寄与した
（実施例２７〜２９）。

【００９９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明であ
る真空バルブ用接点材料によれば、［Ｃｕ−ＴｉＣ］系
合金、［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系合金に対して、補助成分
としてＡｌを添加して［Ｃｕ−ＴｉＣ］＋Ａｌ合金、
［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ合金としたので、裁断特
性、耐消耗特性を好ましい値に維持た上で、遮断特性を
向上さることができ、接点材料としての性能を大幅に向
上させることができる。

【０１００】特に［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］＋Ａｌ合金で
は、化学量論的な形態、ＴｉＣの大きさ（平均粒子直
径）、更に［Ｃｕ−ＴｉＣ−Ｃ］系合金中に非固溶状態
若しくは化合物非形成状態で存在しているＣ量、Ｃの大
きさ、Ｃの分散度を、好ましい範囲に制御すると共に、
補助成分としてＡｌを合金化させることによって、安定
した素材を得て、接点特性の安定性を向上させることが
できる。

【０１０１】また、非固溶状態若しくは化合物非形成状
態にあるＣ量とＣ粒子の間隙の最適化を図ることによ
り、その結果アークを受けた時に選択的に優先して蒸
発、飛散するＣｕを少なくなるように制御するのみなら
ず、被アーク時の熱衝撃によっても接点面上には、再点
弧発生に対して有害で著しい亀裂発生を抑止することが
でき、ＴｉＣ粒子の飛散脱落を軽減することができる。

【０１０２】このように合金組織の均一化等の改良を図
ったので、アークを受けた後でも接点表面の溶融、飛散
損傷が少なくなり、再点弧抑止に重要な影響を及ぼす接
点表面荒れを少なくし、耐アーク消耗性の向上にも有益
となり、裁断特性、耐消耗特性を維持した上で、遮断特
性をも向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空バルブ用接点材料の実施例及び比
較例の各評価条件を一覧として示した表図である。

【図２】本発明の真空バルブ用接点材料の実施例及び比
較例の各評価結果を一覧として示した表図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敦史 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 関 経世 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 大島 巖 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 本間 三孝 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 染井 宏通 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３０〜７０容積％の含有量のＴｉＣより
   なる耐弧成分と、 ７０〜３０容積％の含有量のＣｕよりなる導電成分とを
   有し、 Ａｌよりなる補助成分を、前記耐弧成分量に対して、
   ０．００５〜０．７５重量％含有することを特徴とする
   真空バルブ用接点材料。
2. 【請求項２】 ３０〜７０容積％の含有量で、０．１〜
   １０μｍの平均粒径のＴｉＣよりなる耐弧成分と、 ７０〜３０容積％の含有量で、球に換算した時の直径が
   ０．０１〜５μｍの範囲にあり、且つ、非固溶状態若し
   くは化合物非形成状態であり、前記ＴｉＣ量に対して、
   ０．００５〜１．０重量％のＣｕよりなる導電成分とを
   有し、 Ａｌよりなる補助成分を前記耐弧成分量に対して、０．
   ００５〜０．７５重量％含有することを特徴とする真空
   バルブ用接点材料。
3. 【請求項３】 前記ＣｕとＴｉＣと、これらにＡｌを添
   加して構成される合金、または前記ＣｕとＴｉＣとＣ
   と、これらにＡｌを添加して構成される合金中の非固溶
   状態若しくは非化合物形成状態にあるＣにおける各Ｃ粒
   子の間隙Ｌは、最隣接するＣ粒子の大きさｄと同等、若
   しくはそれ以上大きくし、前記合金中に高度に分散分布
   していることを特徴とする請求項１または２記載の真空
   バルブ用接点材料。
4. 【請求項４】 前記ＣｕとＴｉＣと、これらにＡｌを添
   加して構成される合金、または前記ＣｕとＴｉＣとＣ
   と、これらにＡｌを添加して構成される合金中のＴｉ炭
   化物の化学量論的な比率Ｔｉ：Ｃは、１：１〜１：０．
   ７の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至３いずれ
   か１記載の真空バルブ用接点材料。
5. 【請求項５】 前記ＣｕとＴｉＣと、これらにＡｌを添
   加して構成される合金、または前記ＣｕとＴｉＣとＣ
   と、これらにＡｌを添加して構成される合金中のＴｉ炭
   化物の一部または総てをバナジウム炭化物であるＶＣで
   置換したことを特徴とする請求項１乃至４いずれか１記
   載の真空バルブ用接点材料。
6. 【請求項６】 前記ＣｕとＴｉＣと、これらにＡｌを添
   加して構成される合金、または前記ＣｕとＴｉＣとＣ
   と、これらにＡｌを添加して構成される合金中に、Ｂ
   ｉ、Ｓｂ、Ｔｅの少なくとも１つを０．０５〜０．５重
   量％含有することを特徴とする請求項１乃至５いずれか
   １記載の真空バルブ用接点材料。
7. 【請求項７】 前記補助成分のＡｌとして、最終的に必
   要とするＡｌ量の全て若しくは一部を、Ｃｕ，ＴｉＣ，
   Ｃよりなる構成成分の少なくとも一つと予め複合化また
   は合金化して複合体または合金若しくは化合物にしたも
   のを用いることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１
   記載の真空バルブ用接点材料。