JPS5975520A - 真空遮断器用接触子の製造方法 - 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、真空遮断器用接触子に係り、特に補助成分材
あるいは鑞材の接点表面へのしみ上り現象を軽減した信
頼性の高い接触子の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

真空遮断器は小型軽量、メンテナンスフリ、環境調和な
どの点で、他の遮断器に比べ役れた特徴を有するため近
年その適用範囲を拡大している。

真空遮断器用接点に対しては。

■　浴着力が小さいこと、 ■　耐電圧が高いこと、 ■　遮断特性がよいこと、 が基本的三要件として求められ、この他にの　截断電流
値が小さいこと、 ■　接触抵抗が低く安定していること、■　耐消耗性が
よいこと。

等々も重要とされている。

しかしながら、単一の金属にてこれらの必要要件を十分
に満足する接点は皆無であるため、＆々の機能を持った
合金接点が開発され実用化されている。

例えば、大電流化を指向した接点合金としてＢｉ　等の
溶着防止成分を５％以下含有したＣｕ　−Ｂｉ　合金が
知られている（特公昭４１−１２１３１号）。

この合金はＣｕ母相に対して溶着防止成分の固溶度が極
めて小さいため、高い電気体専任と優れた耐溶着性を示
す旧材であると共に、溶着防止成分量を合理的に設定し
たとぎには、耐電圧特性も優れた水準に維持できる合金
であることが知られ、一部の遮断器に使用されている。

〔背景技術の問題点〕

Ｃｕ−Ｂ１合金には上記に列誉したような特徴を持つが
、他方において１次に述べる欠陥が存在するため適用範
囲を限定して使用しているのが現状である。

すなわちＣｕ−Ｂ１合金の決定的欠陥は、Ｃｕ−Ｂ１　
合金の結晶粒界を通して接合材料（銀鑞）がＣｕ−Ｂ１
合金内を貫通し、表面層（接触面）にしみ出る現象があ
る。この現象は、鑞付は熱処理等の加熱によって溶融点
に達した溶融Ｂｉ　が結晶粒界を腐蝕し粒大化させる結
果として、鐘打のしみ上りを助長する。しみ上った鉤、
材は、接点表面の平滑化を損うなど電界の集中、耐電圧
特性の低下を招くと共に、耐溶着性の低下にも関係し、
その改善が望まれている。

〔発明の目的〕

本発明は、従来手段のか入る難点に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、接合材料の接触面へのし
み上りを防止した接触子を製造する方法を提供すること
を、その目的とする。

本発明になる接触子を得ることにより、真空バルブの品
質の向上および歩留を向上させ、原価低減を達成した真
空遮断器が得られる。

〔発明の概要〕

本発明は、　ＣｕまたはＣｕ合金よりなる高専電性の主
要成分相と、ｎ＋　、　Ｔｅ　、　ｐｂ　、　ｓｂ　　
の少な（とも１つの溶着防止成分を含む補助成分材とを
合金化してなる接点４］料と、この接点材料へのチ臘材
料の接合材料の浸入拡散を阻止するためその接点材料の
一面に設けられた金属プレートとで構成された接触子お
よびこの接触子を保持する電極または導電軸とを具備し
た真空遮断器において。

前記接点材料と金属プレートとを鑞材料なしの接合によ
って、前もって接続し接触子を形成し、かつこの接触子
と前記電極または導電軸とを鑞材斜接合によって接する 真空遮断器用接触子の製造方法である。

さらに本発明は、前記鑞材料なしの接合が、例えば超音
波接合、スポットウェルド接合、熱拡散接合の１つまた
はこれらの組合せよりなる技術によって接続する真空遮
断器用接触子の製造方法である。

さらにまた本発明は、前記金属プレートがＣｕ。

Ｃｕ県台金、Ｎｉでなる真空遮断器用接触子の製造方法
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面を参照しながら詳述する。

第１図は、本発明に係る真空遮断器バルブの一構成例を
示す断面図である。

第１図において、■は遮断室を表わし、この遮断室１は
絶縁材料によりはｙ円筒状に形成された絶縁容器２と、
この両端に密閉機購３，３′を介して設けた金属製蓋体
４，５とで、真空気密に構成されている。

しかして、前記遮断室１円には導電棒６，７０対向する
端部に取刊けられた１対の電極８，９が配設され、一方
の電極を固定電極８．他方の電極を可動電極９としてい
る。

前記可動覧４ｆ１．９の電極軸７には、ベローズｌＯが
取＋Ｊけられ遮断室１内を真空気密に保持しながら、電
極９の往役動を可能にしている。また前記ベローズｌＯ
がアーク蒸気で穏われることを防止している。さらに１
２は前記電極８，９をｃ３５ように遮断室１内に設けら
れた円筒状の余日容器で、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。

第２図は、第１図の接触子を電極に接続した断面図であ
る。

銀鑞なしの接合１５によって接点１４と金属プレート１
６が接続され、金属プレート１６の他端とｒｔ電極は銀
鑞接合１３され、電極９の他端と導電軸７とも銀錯ｚ接
合１７されている様子を示すものである。

第３図は、第１図の接触子を導電軸に接続した断面図で
ある。

銀鑞なしの接合１５によって接点１４と余日プレート１
６が接続され、金い；プレー目６と導′−１軸７が銀鑞
接合１８されている打子を表わすものである。

なお、本発明方法を実施するときの超音波接合時の条件
は、例えば出力１〜１．ＯｋＷ、周波０１〜５０ＫＨｚ
　、荷重０．５〜１０に２／σ２．接合時間０．１〜１
０秒が妥当である。

実施例では出力４ｋｌ、周波％１２０　Ｋ　Ｈｚ　を荷
重４．８Ｋｇ／ｃｒｕ２．接合時間２秒、振幅ωμｍ　
（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ　）で行なった。

第４図ｔ′！：、接点拐料と金属プレートよりなる接触
子を示す７Ｊ−１祝図である。

接点旧材１４と金属プレート１６を重ね合せて、第５図
に表わすような態様で超音波接合を行なう。

第５図は、超音波接合によって接点材料と金部プレート
とを接続する状態を示す模式側面図である。

第５図に従い超音波接合の態様を説明すると、超音波発
振器３１から発生する高周波電流な振動子３２により超
音波振動に変換し、この超音波振動をホヒン３３を介し
てチップあに伝え、チップ調に横振動を起こす。　　、 一方、このチップあとアンビル３５との間には、前述し
た接点材料１４と金属プレート１６を挿入し、荷重３６
をかげつ瓦接合する。３７は接触子３８（接点材料１４
と金属プレート１６の接合体からなる）を置く台である
。

さらに、実施例におけるスーット接合の条件も、通常の
スポラトウエルダーを使用し、　Ｃ’ｕ−７０％Ｗ電極
の間に、前記接点材料１４と金属プレーＨ６を挿入し、
　２　Ｋｇ／ｌ、ｘ２で加圧しつ〜電圧】２ゼルト、電
流１５００アンペアの電力で行なったものである。

本発明に係る接触子において、接触子３８を構成する接
点材料Ｊ４と金属プレート１６とを、鑞材料なしの接合
忙よって前もって接続し、かつ接触子と電極または導電
軸とを鑞材斜接合によって接続する必要理由について述
べる。

Ｂｉ　、　Ｔｅ　、　Ｐｂ　、　Ｓｂ　等の溶着防止成
分は、ＣｕまたはＣｕ合金に対して固溶度が低いため、
その大部分は結晶粒界に析出し合金を脆（する。

さ１．Ｘ空バルブの製造過程で加えられる熱処理によっ
て融体化した前記両前防止成分（以下、簡便のためＢｉ
　を代表例に挙げて説明するカｔ、他の成分も現象的に
は実質上同じである）Ｂｉ　は。

結晶粒界をｇ蝕しその幅を数倍またはそれ以上に太くす
る現象を呈すると共に、結晶粒界をミクロ的に荒す結果
、銀像（例えば７８％Ａｇ−Ｃｕ、６０％Ａｇ　−（：
：ｕ　、　７０％Ａｇ　−Ｃｕ　−ｔｏ％ｐｄ）が９粒
界を通って表面へしみ上る現象を増長する。このしミ上
りの現象を１且止することは、通常では田面りである。

しみ上りを助長する他の原因は、Ｂｉ　　等の溶着防止
成分が前記（役材料成分中に加わると、鎚材料自体の溶
融点の低下をもたらし、相対的に粘性を低くする結果、
粒界を連したしみ上る速度を加速する現象も考えられる
。

このような原因による真空ｊ融断器用接点の接触面への
銀像月料のしみ上りは、真空遮断器用接点としての機能
に対して、予想以上に悪影響を及ぼすことが判った。

すなわち、しみ上った銀鑞成分は接触面に残存すれば盛
り上りを形成し、また、脱落、蒸発すれば窪みを容易に
形成する結果、接触面の平滑性を阻害し、耐電圧的な欠
陥（例えば耐電圧値の低下や再点弧現象の発生確率の増
加など）に関与する。

さらに、しみ上りによる他の悪影響は、接点の厚さに亘
って、その粒界に点在するＢｉ　の大部分な銀像１成分
がしみ上る移動中に次々と、上方へつまり接触面の方向
へ押上げ、接触面近傍と内部粒界とで、Ｂｉ　の濃度に
大幅な違いが出るすなわち接触面近傍の方が大きくなる
ことが判った。

このような場所によるＢｉ　濃度の違いは接点の使用過
程での消耗の進展状況で、耐浴着特性が異なることを意
味すると共に品質のばらつきを意味するＯ さらに、しみ上りによる他の悪影響は、接合面からの銀
錬成分の欠乏を意味し、結果的に接合強さの低下を招（
場合が多い。

さら忙また、しみ上りによる他の悪影響は、前述の接点
表面に盛り上った鍋鑞成分は、）々ルブ製作の最終段階
での加熱排気工程（ベーキング）のときに１選択的に蒸
発し真空容器内面（例えばシールド）および内部絶縁容
器に付着し、耐電圧特性の低下を招く。

以上列配した悪影響は総で銀峰成分のしみ上りによって
助長されることが判った結果、この銀像成分のしみ上り
現象を防止することが、信頼性の高い真空バルブの製造
に対して不可欠と判断される。その意味で金属プレート
１６の存在は、しみ上り現象を阻止する障壁の役割を持
ち、配置は有効なものである。しかし、接点材料１４と
金属プレート１６との接続に接合材料を使用することは
、上述の理由によって避けなければ“なら１へいのは明
白である。以上によって、金属プレート１６の必要理由
並びに金属プレート１６と接点旧材１４との接続には。

銀像材料なしの接合を行なう必要理由が理解される。

銀蝋材料なしの接合の具体例は、超音波接合。

スポットｅ接、拡散接合などが好ましい。これらの技術
は条件を管理することによって、接点材料の組織的変化
を与えることなく笑施できる利点を持つからである。

一方、接点材料１４と電極９または導電軸７０間に介挿
する金属プレート１６の材質は、銀像成分１３゜１８が
接点材料１４へしみ上るのを阻止またはしみ上り時間を
遅らせるのが主旨であり、広（選択できるが、接合の強
さ１等電性への配慮等からＣｕ　。

Ｃｕ遅金合金Ｃｕ−０，８％Ｃｒ　）　Ｃｕ−０，１５
％８ｉ。

Ｃｕ−０＊３％ｚｒなど）またはＮｉ　が実質的に好ま
しい。その厚さは銀像接合熱処理時に、接触子（１４〜
１６）と電極９または導電１１’１ｆ１７の間に存在す
る虚成分（１３、１，８）が接点羽料１４表面に容易に
拡散するのを防ぐに十分な量ならその機能を果すので、
その目安はＣｕでは加μｍ以上ｔｃｕｘ合金では１０μ
ｍ以上、Ｎｉでは２μｍ以上を要する。

しかし、接触子（１４〜１６）と電極９または導電ｌｌ
ｌ！１７との接続には、格別な新規技術を費することは
なく、従来から十分信頼性が確立されている通常の鑞接
合でよい。

なお、本発明で使用する採点材料１４は、例えば次のよ
うにして製作する。

真空度５　Ｘ　１０　１１　Ｈｇ　ｓ温度１２００℃で
主要成分材（ＣｕまたはＣｕ合金）を溶解後、　Ａｒ　
によって増圧してから所定の溶着防止成分（Ｂｉ、Ｔｅ
、Ｐｂ。

Ｓｂ）を添加、撹拌後再び排気し、カーゼン坩堝中で冷
却、固化して得る。また必要によって更に真空中１２０
０℃で２１１１１　／分のｙ−ηｈ速度で一端から冷却
固化して得る。

接点材料１４と金属プレート１６とを超音波接合等銀像
なしの接合を行なう前または後に１両者の接触外周部を
高エネルギ密度を持つビーム（例えばエレクトロン・ビ
ーム）を照射しシール溶接を行ない、しかる後電極９ま
たは導電軸７と離接合してもよい。

以下、本発明の実施例について詳述する。

約５　Ｋ９のＣｕ　をカーゼン坩堝中で、温度約１２０
０℃、真空度約５×１０１Ｈｇで３０分間溶融させた後
、真空槽の中を約１５０朋）ＩｇのＡｒで置換し、１０
０、！９のｎｉ　　を投入し、約１０分間中分に攪拌後
再び真空槽の中を真空にしながら７０φのｄａ型に鋳造
した。

得られた７０φの鋳塊を一方向凝固装置に移し、カーボ
ン坩堝中、約１１５０℃ｓ　８　Ｘ　１０　　＊ＴＡＨ
ｇの条件で、２ＩｌｌＩＺ分の速度で冷却部に移動させ
ながら一端から固化し接点素材を作製した。

残存したＢｉの分析価は０．４４％であった。これを接
点として加工し、試験用真空バルブに組込んで評価を行
なうと共に、他のテスＩｃも供した。

（１）銀像成分のしみ上り評価 接点表面へのく艮離成分のしみ上りの程度の評価は、前
記素材からｉば径３Ｑ＋ｍ、厚さ３龍の円板を切出し、
その片面に厚さ１００μ、直径３０闘の７８％Ａｇ−Ｃ
ｕ無材を重ね合せ、水素中８１０℃×１５分間加熱後接
点の他の面へしみ出た鑞材中のＡｇ（別のＸ−ＭｍＡ実
Ｊｆｉ）２によってＡｇと確認している）の数を目視に
よって測った場合（比較例−１）、および同じ寸法の接
点円板と谷金鵬プレート（比較例−２〜５．実施例−１
〜８）とを超音波接合によって接合し、各金属プレート
の面に、同じ寸法と材質の鑞材を重ね合せて、前述と同
様に水垢中８１０℃×１５分間加熱後、接点表面へしみ
出た鑞材中のＡｇの数を目視によって測り、その結果を
表−１〜−＆−３に示した。

これらの表から明らかなように、金幌プレートのない場
合（比較例−１）と金属プレートの厚さが薄い場合（比
較例２〜５、厚さの下限は材質により異なり、Ｎｉ　　
では実施例−１のように２μ。

Ｃｕでは実施例−３のように加μ、　Ｃｕ基合金では実
施例−６，７，８のように１０μ）では、銀像中のＡｇ
が金属プレートを貫通し、接点表面に多数しみ出した。

しみ出しの形態は目視による判断のためほぼ０．１寵直
径以上のっぷが計算されている。

一方、上記は、接点円板１４と金属プレート１６とを超
音波接合によって接続した例を述べたが、スデット・ウ
エルダーによる溶接した実施例−９および熱拡散部ｑ（
表面を酸洗い処理した接点円板と金属フレートとを重ね
合せて、例えば１００　Ｋ９／ｃＩＩＬ２程度の圧力で
加圧しつつ水素中７００℃３時間の加熱拡散処理を予め
施す）を加えた実施例−１０では、親鑞中のＡｇのしみ
上りはな（、接点としての他の機能を十分果した。しか
し比較例−６のように単に重ね合せて、単に所定の加熱
条件（８００’　Ｘ１５分）内では、十分な強度が得ら
れず、接点とプレートとは剥離し脱落した。

上述の実施例１〜１０．比較例１〜６はＣｕ　−０，４
４Ｂｉを代表接点として述べたが、他の成分を持つＢｉ
（実ｔｑ例−１１）、他の溶着防止材Ｔｅ　、　ｐｂ。

ｓｂ　の場合に対しても、前述と同じ効果が得られる。

（２）静溶着特性 耐溶着性の測定は、外径２５闘の円板状の試料に。

外径２５朋の円柱の先端が１０ＯＲの球面をなす加圧ロ
ッドを対向させ、１００にノの荷重を加え１（ｌ　　ｍ
ｍＨｇの真空中において５０Ｈｚ　、　２０　ＫＡの電
流を与え、その時の引ぎはすし力（Ｋ２）を３回求め、
ばらつき幅をもって耐溶着性の判断とした。

表−１から判るように、しみ上り個所（数）が多く数え
られた金属プレート１６の薄い比較例２゜３．４，５お
よび全面が銀地成分で僚われた比較例−Ｊでは、前述条
件で評価した引ぎはすし力がほぼ４０Ｋｙまたはそれ以
上を示したが、しみ上り個所の少ないケースではほぼ数
１０に９以下の引きはずし力を示し、接点表面にしみ出
た銀線成分の量と耐溶着性が、よい一致を示すことが判
った。接点材料中のＣｕと銀像成分中のＡｇとの共晶形
成による低融点相の生成が耐溶着性低下の一因と考えら
れる。

（３）静耐圧特性 靜耐圧特性は、パフ研磨したＮ！針を陽極とし、同様に
研磨した各試料を陰極とし、両極間のギャップをＱ、５
ｇ＋＋ｘ、真空度１１０−６ｊｌｌＨテ昇Ｒ圧すル過程
でスパークを発生したとぎの電圧値を持って評価した。

表−１〜３から明らかなように、接点表面・＼銀像材料
のしみ上りの個所の多い比較例−２，３゜４．５および
全面に銀像材料のしみ上りのあった比較例−１のそれぞ
れでは、静耐圧値が関＼６０ＫＶ以下であるのに対し、
しみ上り量の少ない実施例−１〜１６は総てにおいてほ
ぼ６０ＫＶ以上を示し、接点表面にしみ出た銀地成分の
量と靜耐圧特性に一定の相関性を認めた。しみ上りによ
る接点表面の平滑度の変化およびＡｇ　を主体としたし
み上り物、溶着防止成分を含んだしみ上り物の凝集にょ
る蒸気圧の高い物質の点在等が原因となって静耐圧特性
の低下を招いたものと推考される。

（４）再点弧特性 一部の接点については、再点弧特性を評価しその傾向を
求めた。評価条件は、直径３０朋の接点片を組立式真空
バルブに組込んで６ＫＶＸ４１５Ａを２０００回、開閉
した時の再点弧発生頻度を調査した。

１台の遮断器（・々ルブとしては３本の最大・最小）の
ばらつき幅を示した。

表−１〜３より明らかなように、しみ上りの傾向との相
関性を認めた。先に静耐圧低下の原因を推定した各項目
以外に、シールド等へ飛散したＡｇ録酸成分、再点弧発
生に関与するものと考えられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、接点材料１４と金−プレート１６と
の接続に対して銀像月料によって接合したときには、銀
地成分が接点を貫通し接点表面にはい上り、点在するは
い上り場所の個数と耐溶着性および耐電圧特性に相関性
があることを認めた。この障害を軽減するために、材質
によって異なる所定厚さの金属プレート１６の配置が有
効であり、特にＣＬＩ　、　Ｃｕ　、４合金、Ｎｉ　が
効果的であり、かつ接点材料１４と金属プレート１６と
の接続には、超音波接合、ス？ット溶接、熱拡散が有効
であり、このような接合手段をとらない場合には、比較
例−６のように接点材料１４と金属プレート１６とは十
分な強度を持って接続されず、剥離、脱落し、好ましく
ないことを認めた。上述のように、事前（電極９または
導電軸７と接触子１４〜１６の鑞付は作業前）に接点拐
料１４と金属プレート１６とをさきの接続手段によって
接続しておくことが本発明の主旨であり、必要不可欠の
工程であって、か（して本発明によれば、銀像成分のは
い上りを軽減した信頼性の高い真空バルブが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空遮断器の一部である真空バル
ブの構成例を示す断面図、第２図は第１図の接触子を電
極に接続した断面図、第３図は第１図の接触子を導電軸
に接続した断面図、第４図は接点材料と金属プレートよ
りなる接触イを示す斜視図、第５図は超音波接合によっ
て接点材料と金；ｔプレートとを接続する状態を示す模
式側面図である。 １・・・遮断室、２・・・絶縁容器、３．３’・・・密
閉機構。 ４．５・・・金属製蓋体、６，７・・・導電棒、８，９
・・・電極、ｉｏ・・・ベローズ、１１・・・ベローズ
カバー。 １２・・・シールド、　１３　、１７　、１８・・・銀
像接合、１４・・・接点拐料、１５・・・銀像のない接
合、１６・・・金属プレート。 ３１・・・超音波発振器、３２・・・振動子、３３・・
・ホーン。 ３４・・・チップ、３５・・・アンビル、３６・・・荷
車、３７・・・接触子置台。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　ＣｕまたはＣｕ合金よりなる主要成分材料と。 Ｂｒ　、　ｒｅ　、　ｐｂ　、　ｓｂ　　の少なくとも
   １つの溶着防止成分を含む補助成分材とを合金化してな
   る接点拐科と、 この接点材料への鑞材の浸入を阻止するためその接点材
   料の一面に設けられた金属プレートと、 で構成された接触子およびこの接触子を保持する電極ま
   たは導電１１１１とを具備した真を遮断器において。 前記接点材料と金属プレートとを鋪１材料なしの接合に
   よって前もって接続して接触子を形成し、かつ前記接触
   子と前記電極または導電軸とを殉拐料接合によって接続
   することを特徴とする真空遮断器用接触子の製造方法。 ２、前記鑞材なしの接合は、超音波接合、スポット・ウ
   ェルド接合、熱拡散接合の１つまたはこれらの組合せよ
   りなる手段によって接続する特許請求の範囲第１項記載
   の真空遮断器用接触子の製造方法。 ３前記金川プレートはＣｕ　、　Ｃｕ　Ｊ４合金、Ｎｉ
   　である特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載の真
   空遮断器用接触子の製造方法。 ４、前記金属プレートはＣｕにおいて加μｍ以上。 Ｃｕ基合金では１０μｍ以上、Ｎｉでは２μｍ以上の厚
   さを有する特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載の
   真空遮断器用接ｈ（１（子の製造方法。