JPS5958723A - 真空バルブ用接点材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、凋点弧発生率を軽減できる真空バルブ用接点
材料の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

真空しゃ断器用接点に要求される特性は、耐溶着、耐電
圧、高しゃ断性が基本的に必要とされる三を件である。

しかしこれらは相反する物理的性質が要求されるため、
理想的に両立させることは、相反する物理的性質が要求
されるため、理想的に両立させることは回流、で、適用
する回路の優先要求を第１にして、他の要求は、若干犠
牲にして対応しているのが現状である。

例えば従来、高耐圧、大容量真空しゃ断器に於ては、溶
着防止成分（Ｂ＋　ＨＴｅ　＋　Ｐｂなど）を５重景チ
以下含有するＣｕ合金を電極接点として具備しだものが
知られている。ところが、近年の高電圧化要求に対して
は、耐電圧の面で十分ではない。すなわち、真空しゃ断
器は小型軽量、メンテナンスフリー環境調和など、他の
しゃ断器に比べ優れた特徴を有するために、年々、その
適用範囲も拡大され、従来一般的に使用されていた３６
ｋＶ以下の回路から更に高電圧の回路への適用が行われ
ると共に、特殊回路例えばコンデンサ回路を開閉する需
要も急増しているため、一層の耐高電圧化が必要となっ
ている。その達成を阻害している重要な要因の１つとし
て再点弧現象、再発弧現象が挙げられる。再点弧現象は
、製品の信頼性向上の観点から重散視されているにもか
かわらず、未だ防止技術は勿論のこと直接的な発生原因
についても明らかになっていない。上記高耐圧化に伴っ
て、接点材料に対しても、更に高耐圧でかつ再点弧現象
の発生頻度の低い特性を持つことが要求されている。接
点材料の高耐圧化、無再点弧化を図るには、耐圧的に欠
陥となる脆弱な溶着防止成分の量そのものを極力少なく
したり、過度に集中するのを避けること、ガス不純物や
ピンホール等を極力少なくすること、接点合金自体の強
度を大きくすること等々が望ましい。これらの観点から
前？ｕ　−Ｂ　Ｉ合金は満足でき、も。−Ｃはない。或
いは従来使用されている他の接点材料であるＣｕ−Ｗ接
点は耐電圧的にはかなシ優れているものの通常の粉末冶
金法で作成するものの一部には、なお、空孔が残存し、
品質の安定性に対し改良が望１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、その目的
とするところは、空孔、ガス、不純物を除去［７た９ｉ
’ｌｔ結系接点合金ケ具イＩｉ＃　Ｌ、特に再点弧を軽
減できる真空バルブ用接点材料の製造方法を提供するも
のである。

〔本発明の概戟〕

本発明の特徴はＷ　、　Ｍｏ　、　Ｃｒ及びこれらの炭
化物の１つよシなる第１の材料と、Ａｇ又はＣｕの少な
くとも１つよシなる第２の材料とを粉末冶金法で混合し
て成型体を得る成型工程と、この成型工程の後で前記成
型体を焼結する焼結工程とを有する真空しゃ断器用接点
材料の製造に於て、前記第２の材料は、第１と第２の材
料とを混合する前段階で第２の材料を単独で水素中３０
０〜４５０℃で前加熱する熱処理工程を付加した用接点
材料は、バルブ内の真空度？長期に亘シ維持したシ、し
ゃ断或いは耐電圧性能を向上させるために、溶解法、焼
結法を問わず使用する接点材料中に含有されるガス或い
は表面ガスを極力低くする必要がある。一般にガスがあ
ると空孔が出来やすく、又空孔中にｅまガスが含捷れる
場合が多い。特に後者の粉末を出発原料とする焼結法に
よる場合には、一般に前者の溶解法によるものよシ格段
にガス量が多い。その結果、Ｗ　、　Ｍｏ　、　Ｃｒ及
びこれらの炭化物自身が基本的性質として持っている高
い硬さに起因する高耐電性を一部で示すものの、ばらつ
きなど安定性に欠ける０更に、これらの材料例えばＣｕ
−Ｗ材料で作った電極を真空中で対向させ、両電極間に
徐々に電圧を加えその時の暗電流の様子を観察すると、
かなシ低い電圧部分で暗電流がパルス的に増太す３．る
現象が観察され、これが治まると極めて高い電圧まで低
い安定した増電流が観察される。前記暗電流がパルス的
に増大するときには、０２．ＣＯなどが多量に放出され
ていることが質量分析によって判った。一方、これと対
比させるため、電極を溶解法で作ったＣｕ　−Ｂｉ合金
接点を用いて同じ評価を行うと、Ｃｕ−Ｗ接点で観察さ
れた比較的低い電圧での暗電流の・ぞルス的増大現象は
見られない。しかも耐電圧は、Ｃｕ−Ｗ接点よシはるか
に低い値で絶縁破壊を起こした。これらの観察結果は、
焼結法にょるＣｕ−Ｗ：ｌχ点には、溶解法によるＣｕ
−Ｂ１合金接点Ｊ：ｌｌのガスを吸着或いは内蔵してい
ることを示すもので、成る電圧を印加することでひとた
びガスを除去した後はＣｕ−旧合金接点に比較して充分
高い本来の耐電圧特性を表わしたことを意味する。一方
、真空バルブを使った別の実験によると比較的低い電圧
で、暗電流にパルス的増大のあったロットのＣｕ−Ｗ合
金接点には、ノｆルス的増大の少ないロットのＣｕ−Ｗ
合金接点より再点弧の発生の確率が高い傾向にある実験
結果を得ている。このことから、杓点弧発生と暗電流の
如動とガス量とには、相関性があるものと推考される。

又、ガスの内容は前述のようにＯ２，ＣＯが主体である
ことから、Ｃｕ−Ｗ接点自身の酸化がガスの一つの原因
であることが考えられる。−万、Ｃｕ−Ｗ接点はスケル
トンの製造、或いは溶浸工程等に於て、水素に上る還元
が期待できる葬囲気で焼結が行われるのが通常であシ、
前述酸化物は充分還元される筈であるが、再点弧現象を
論する如く、よシミクロ的に考察するには更に検討の余
地のあることを意味している。Ｃｕ−Ｗ接点のガスの源
を推考すると、ボールミル、振動ミルによるＣｕ、Ｗの
混合、Ｃｕ−Ｗの成型工程、スケルトン作成時の雰囲気
中の微量酸素、同じくスケルトン作成時に配合材として
使用するＣｕ粉溶浸時雰囲気中の微量の酸化性ガス、溶
浸時に溶浸材などに使用するＣｕ等々が挙げられる。し
かしこれらの各工程は製造時には常に一定条件で管理さ
れているので、均一はＣｕ−Ｗ焼結体が得られる筈であ
るにもかかわらず、ガスの点でばらつきがあるのは上記
各工程よシ以前の工程にも原因があるものと推考される
。一方、成型焼結した純銅を水素中３５０℃で加熱処理
した試料■とこれを常温、乾燥空気デシケータ中に２時
間数回した試料■、同４８時間放置した試料■について
室温よ、９１３００℃までの昇温過程でのガス放出を比
較すると■ではＯ２，ＣＯ等の顕著な放出がなく、又放
出ガス総量も低レベルにあるが、■ではガス総量が多い
のみならずＣｕが溶けなければ分解しないような酸化物
系の化合物が生成していることが認められた。■ではＣ
ｕの融点に至るまでに放出ガスは減少し、Ｃｕが溶けて
初めて放出するようなことはない。この観察によってＣ
ｕ、Ｗの混合工程以前のＣｕ管理の状態、不揃いの程度
がガス放出に２１ｔｆｆな影響を与えるものと考えられ
る。このことは溶浸材として使用するＣｕの管理にも同
様にあてはめて考えることが出来る。以上の知見に基き
Ｃｕ−Ｗ接点の再点弧現象の軽減を阻害している要因の
１つとして、スケルトン或いは溶浸の工程で充分除去で
きないで固相表ＷＪＫ存在する酸化物或いはその酸化物
が原因となって生成する気孔を挙げることが出来る。

以上のことは以下に述べる実験結果にもとづく第１表か
ら明らかである。

第１表は各接点拐料について、配合拐Ｃｕ粉の水素生前
加熱処理と再点弧発生確率の関係を示したものである。

尚、実施例１，２，３，１２゜１４　、１．５の２６％
Ｃｕについては、５チに相当するＣｕヲ配合材Ｃｕ粉か
ら供給し残り２１％については、溶泣材Ｃｕ塊から供給
したものである。

同様に５０チＣｕ（実施例−４、実施例−１０）につい
ては、約３０％に相当するＣｕについて配合材Ｃｕ粉か
ら供給し、残シ２０チについては、溶浸材Ｃｕ塊から供
給した。同様に１７ｎＣｕ（実施例−５）については、
約５％’ｊニー配合利Ｃｕ粉から、残シの約１２チを溶
浸拐Ｃｕ塊から夫々供給した。この場合配合材Ｃｕ塊は
７００℃×３０分水素中前加熱処理した直後のものを使
用した、又、配合材Ｃｕ粉は、水素生前加熱処理後Ｗ（
又はＭｏ　＊　Ｃｒ等）との混合工程、成吾υ工程に要
する時間を極力短縮し、２時間以内とし、いづれも一定
とした。以上の条件で作成した各接点材料を直径３０Ｗ
ｒｍ厚さｓ　＋ｎｍ　（Ｄ　接点片とし真空バルブに装
着し、６ｋｖｘ５００Ａの回路を２０００回しゃ断した
ときの再点弧発生頻度を調査した。

その結果ヲ第［戒に示している。２台のしゃ断器（パル
プとして６本）の最高〜最低で示Ｌ７た。

第　　１　　表 この表から明らかなように、配合材Ｃｕ粉の水素生前加
熱処理の温度が３００℃（実施例−１）〜４５０℃（実
施例−３）のとき、再点弧発生率を低く安定させること
ができた。尚、本実験で使用したＣｕ粉末の粒径は一２
００メツシュ〜３２５メツシュの電解銅粒を使用したの
で、例えば比較例−２のように高目の処理温度に設定し
たとき、すてにＣｕ粒子同士の焼結が進みＣｕ−Ｗマト
リックス中にＣｕの凝集部分が存在する結果溶着重性等
への悪影響が表われるので好ｌしくない。

以上ｒｉｃｕ２６チ重量について述べたが、Ｃｕ量はこ
れに眠ることなく有効であり（実施例４〜５）、水素生
前加熱処理が不足すると、ばらつき幅が大きくなる等（
比較例３〜４）その効果が認められない。尚実施例６〜
１１に示すように、他の合金系についてもＣｕ又はＡｇ
粉の水素生前加熱処理は有効である。尚、この配合材Ｃ
ｕ粉の水素生前加熱処理が再点弧軽減に及ぼす効果も、
処理後の保管技術に左右されるのは自然であるが、室温
、乾燥デシケータ中でも約５０〜１２０時間経過したも
のはその効果を減する傾向にあった。真空バルブ用接点
の耐溶着性向上技術として公知のＢｉ＋　Ｔｅ　＋　Ｐ
ｂ　＋　ｓｂ等を含有したＣｕ−Ｗ接点においても実施
例１２〜１５のように同様の効果を得られる。一方、配
合材Ｃｕ粉とＷ粉（平均粒径３μ）とを、所定比率に混
合後前記と同様の温度、時間で水素中加熱処理したもの
であるが、再点弧発生頻度を軽減きせる効果が同様に認
められる。この場合Ｗ粉が、均一分散を阻害するＣｕ同
士の焼結を防ぐ効果があり、処理温度は更に高く例えば
５５０℃でも有効である。

上記、実施例１〜１１で述べた配合材Ｃｕ粉全水素中生
前熱処理する効果は、溶浸材Ｃｕ塊に対しても同じ趣旨
で適用が可能であると共に、前記配合材のように粉状で
ないので焼結への配慮が必要でない。このため、溶浸材
Ｃｕ塊ではＣｕの（或いはＡｇの）融点近傍まで昇温し
た処理も可能である。下限は配合材Ｃｕ粉の場合と同じ
理由で３００℃程度である。

〔発明の効果〕

以上、詳述したように、本発明方法によれば配合材Ｃｕ
粉（又は、同Ａｇ粉）をＷ等と混合する工程の前段階で
配合材Ｃｕ粉を水素中、所定温度範囲で前加熱する熱処
理工程を付与することで、特別の設備を必妥としないで
真空しゃ断器の再点弧発生頻度の低減、特性の安定化に
寄与する効果があり、その工業的価値は大である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　Ｗ”　、　Ｍｏ　、　Ｃｒ及びこれらの炭化
   物の少なくとも１つよＨる第１の材料と、Ａｇ又はＣｕ
   の少なくとも１つよシなる第２の材料とを粉末冶金法で
   混合して成型体を得る成型工程と、この成型工程の後で
   前記成型体を焼結する焼結工程とからなる真空バルブ用
   接点材料の製造方法に於て、前記第２の材料は、第１と
   第２の材料とを混合する前段階で第２の材料を単独で水
   素中３００〜４５０℃で前加熱する熱処理工程を付加し
   たものであることを特徴とする真空しゃ断器用接点材料
   の製造方法。
2. （２）第２の材料は単独で水素中３００〜４５０℃で前
   加熱してなる配合材と、単独で水素中３００℃以上で前
   加熱してなる特許請求の範囲第１項記載の真空バルブ用
   接点材料の製造方法。
3. （３）第２の材料は、Ａｇ又はＣｕの少なくとも１つに
   、Ｂｉ　＊　Ｐｂ　ｒ　Ｔｅ　ｒ　Ｓｂの少なくとも１
   つの元素を含有する導電材料であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の真空バルブ用接点材料の製造
   方法。