JPS61279018A - 真空バルブ用接点材料 - 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〕 この発明は、真空バルブ用接点材料に関し、より詳しく
は截断電流が小さい真空バルブ用接点材料に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

真空バルブ用接点材料として要求される性能は、高導電
性の他に、耐溶着性に優れること、耐圧特性が大きいこ
と、遮断性能が大きいこと、截断電流が小さいこと、ガ
ス含有量が小さいことなどがあげられる。

一般に、接点材料の主成分には、高導電性で安価なＣｕ
が用いられ、これに上記性能を満足するように種々の元
素が添加される。

接点材料として最も重要な性能の一つに耐溶着性がある
。これを満足するために、例えば特公昭Ｑ／　−１２１
３１号公報で知られているように、Ｃｕマトリックスに
固溶しない低融点元素Ｂｌ、Ｐｂなどを微量添加した合
金がある。

他方、Ｂｌ、Ｐｂの添加は単に耐溶着性のみでなく、截
断電流を小さくする効果もある。

この効果を発揮させるためには、例えば特公昭ｊＪ−，
２−２−２Ａｊ号公報に知られているように、多量のＢ
ｉ、Ｐｂを含有させることが必要である。

一般に接点材料は、遮断時、電流の自然零点を迎える前
に突如として電流が零になる電流截断現象があり、截断
電流が高いと負荷側に異常電圧を発生し、機器の絶縁を
破壊する。この異常電圧はサージインピーダンスく比例
した値となるので、截断電流は小さい程よい。この電流
截断現象は、遮断時に発生するアークの安定性に関係し
、接点間に介在する金属原子の量が少ないとアークが不
安定となり、突如として電流が零になる。したがって、
截断電流を小にするためには、上記の特公昭！ｒ３−λ
ココ６３号公報に記載されているように、接点間に容易
に蒸発する元素、例えばＢｉ、Ｐｂ、Ｔｓ＋。

Ｓ＠などを多量に添加すればよい。

しかしながら、これら低融点元素を多量に含ませる結果
、接点と電極軸のロウ付、さらに脱ガス処理といった真
空バルブ製造工程に際し、Ｂｌ。

ｐｂ　あるいはＢ１−Ｐｂ合金等の添加元素が滲み出し
、あるいは蒸発する。

これは、次のようなメカニズムによるものと考えられる
。截断電流を少さくするための接点材料に添加されるＢ
ｔ（ｍ、ｐ、コア／℃）、Ｐｂ（ｍ、ｐ、７２７℃）、
Ｂｉ−Ｐｂ（共晶点温度１８℃）などは、いずれも低融
点である。他方、真空バルブ製造におけるロウ付温度は
一般に約ｇｏｏ℃であり、脱ガスは１Ｉｏｏ℃以上の温
度、真空雰囲気中で長時間実施される。したがって、Ｂ
ｉやｐｂなとの低融点元素は、例えば脱ガス温度（約ダ
００℃以上）に加熱すると液化し、この添加元素がＣｕ
マ）　ＩＪソックス固溶しないので、結晶粒界や粒内で
凝集し、その粒界や結晶の欠陥部な通って表面に滲み出
る。また、滲み出た低融点元素、すなわち高蒸気圧材料
は雰囲気中に蒸発して真空バルブ内部に付着し、耐電圧
特性の劣化、およびロウ付不良による真空機密低下を招
く。

〔発明の目的〕

この発明の共通の目的は、真空バルブ製造工程において
高含有低融点元素の滲み出しおよび蒸発がない真空バル
ブ用接点材料を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明者は、截断電流を小さくするために多量に添加す
べき低融点元素を、高融点の金属間化合物として添加す
れば、この発明の目的に有効であることを見い出しこの
発明を完成するに到った。

すなわち、この発明の第一の真空バルブ用接点材料は、
Ｂｉ、Ｓ・、Ｔ・、Ｍｎ、およびＭｇよりなる群の中か
ら選ばれた少なくとも４を金属間化合物として含有し、
Ｃｕ、ＡｇまたはＣｕ−Ａｇ合金を前記金属間化合物の
マトリックスとして構成されたことを特徴とするもので
ある。

耐溶着性を改善ししかも截断電流を小さくするために添
加される元素の種類には、Ｂｉ、９ｅ、Ｔ・。

ＭｎおよびＭｇなどがあり、この発明に従って、これら
の元素は金属間化合物として接点材料に含まれる。化合
する元素の種類は、真空バルブの用途に反しない限り任
意であるが、金属間化合物を形成して高融点化するもの
が好ましい。この発明に用いることのできる金属間化合
物を例示すれば、Ｂｉ２５ｓ、（ｍ、ｐ、約７００℃）
、Ｂ　ｌ　２　Ｔｅ　５　（ｍ　、ｐ　、約ｒｇｏ℃）
、ＭｎＢｌ（ｍ、ｐ、約１ｏｚｏ℃）、Ｍｇ、Ｂｉ２（
ｍ、ｐ、約ｇｏθ℃）などがある。この金属間化合物の
含量は、好ましくは３０重量−以下である。この範囲を
超えるとし中断特性などが劣化するからである。

この発明の接点材料において用いられる高導電性物質は
、Ｃｕ、ＡｇまたはＣｕ　−Ａｇ　　合金であり、この
発明の接点材料の用途に反しない限りそれ以外の元素を
含めることができる。この高導電性物質中に前記の金属
間化合物は固溶化せず、この接点材料においてこの高導
電性物質はその金属間化合物のマトリックスとして構成
される。

この第一の発明の真空バルブ用接点材料は、次のよ５に
働くと考えられる。耐溶着性を改善し、しかも截断電流
を小さくするために添加される元素を、接点材料中に高
融点の金属間化合物として含有せしめるので、真空バル
ブ製造における脱ガスが一般に真空雰囲気下、ダＯＯ〜
１００℃の温度で実施されても、またロウ付が一般に水
素雰囲気下、約１００℃の高温で実施されても、金属間
化合物は溶融することもなく、また、結晶粒界や結晶内
の欠陥を通ってその表面に滲み出て蒸発することも殆ん
どない。他方、真空バルブ使用時には、接点間に容易に
蒸発する元素として、截断電流を小さくする。

従来のＣｕマトリックスに固溶しない旧、Ｐｂなとの低
融点元素を多量に含有する接点材料は、上述した問題点
を有すると共にその元素が粗大化した状態で存在してい
る。この粗大化した添加元素は、真空バルブ使用中に電
流しゃ断をくり返すと選択的に蒸発し、截断電流の増加
をもたらす。

第二の発明の目的は、真空バルブ製造工程（ロウ付工程
および脱ガス工程）において高含有低融点元素の滲み出
しおよび蒸発がない真空バルブ用接点材料を提供するこ
とと共に、真空バルブ使用後も低截断特性を維持するこ
とのできる接点材料を提供することである。

本発明者は、例えばＢなどの元素を添加すれば、意外に
も、高導電性物質のマトリックスの結晶粒が均一に微細
化し、また、金属間化合物も微細かつ均一に分布した組
織になることを見い出し第二の発明を完成するに到った
。

この第二の発明の真空パルプ用接点材料は、Ｂｌ、Ｓｓ
、Ｔｏ、Ｍｎ、およびＭｇよりなる群の中から選ばれた
少なくとも一種を金属間化合物として、また、Ｂ、　Ｖ
、およびＴ１　よりなる群の中から選ばれた少なくとも
７種を添加元素として含有し、Ｃｕ。

ＡｇまたはＣｕ　−Ａｇ合金を前記金属間化合物のマト
リックスとして構成されたものである。

第二の発明において用いられる添加元素には、Ｂ、　Ｖ
、およびＴ１　があり、それらのうちの少なくとも７種
を添加することができる。添加量は、目的に応じて適宜
変更することができるが、組織微細化のためには０゜ｏ
ｏｒ〜コ重！：％であることが好ましい。これは０．Ｏ
Ｏタチ未満では微細化の効果がなく、逆にコチを超える
と溶解上に困難が生じるからである。

この発明において、低融点元素を用いながらもその存在
形態を金属間化合物として高融化したので、真空バルブ
製造中での問題点を解消し、さらにＢなどの添加元素を
含めて金属組織を微細化したので、真空バルブ使用中の
電流遮断時における添加物の選択的蒸発をなくし、多数
回遮断における截断電流の増加を防ぐことができる。

〔発明の実施例〕

例／ 旧とＳｅの原料を、Ｂ　１２　Ｓ　ｅ　３を生成するの
に必要な重量を各々秤量し、カーボンルツボの中に入れ
、／気圧のＡｒ雰囲気中で溶解加熱し、金属間化合物Ｂ
１２５０３を製造した。この金属間化合物を細かく粉砕
して粉末を得た。

次に無酸素銅を高周波加熱により真空溶解して充分に脱
ガスした後、Ａｒガスを／！ＯＴｏｒｒ入れ、溶げたＣ
ｕ中に前記のＢ１２５ｓ、粉末を添加して、Ｃｕ−／ｊ
％Ｂｉ、、Ｓｅ３インゴットを作製した。

このインゴットから直径３０Ｗ、厚さ５ｍの接点を加工
し、電極とのロウ付を共晶銀ロウでｖｏｏ”ｃ、７０分
間の水素中ロウ付を行なった。その際、接点表面へのＢ
ｉ２Ｓｅ３の滲み出しが認め得なかった。

次に真空バルブに上記電極を組込み、ダθ０℃、９時間
の脱ガス処理を行なった。その際、バルブ内壁へのＢｉ
２５＠、蒸着および接点表面への滲み出しは認め得なか
った。

脱ガス処理後の添加元素の蒸発について接点表面のＢｌ
量をＸ線で分析した。その結果、そのＢｌ量は７％であ
り、殆んど蒸発していないことがわかった。また、これ
は低截断特性を示すに有効なりｉ　量であった。

これらの結果を第１表に示す。

実施例コ〜７ 金属間化合物の種類および含量、高導電性物質の種類が
異なること以外、実施例／と同様に行なった。その結果
を第１表に示す。

比較例／〜λ 従来の接点材料による接点について実施例と同様に試験
した。その結果を第１表に示す。

この表から明らかなように、ロウ付後および脱ガス後に
滲み出しがあり、また、脱ガス処理中に殆んどＢ１が蒸
発して表面Ｂｉ量が。、／（ｆｉ以下に減少していた。

実施例ｊ Ｂ１２Ｓ＠、粉末と共にＢ粉末を溶融Ｃｕ中中温添加て
、Ｃｕ　−／！ｒ　％　Ｂ　ｉ　２　Ｓ　＠ｓ　−０、
／　％　Ｂのインゴットを作製したこと、ならびに、裏
作した真空パルプについて電圧？　、　Ｊ　ｋＶ　、電
流１０Ｋムで１回遮断したのち裁断電流を測定し、次に
７０回遮断したのち再度裁断電流を測定したこと以外、
実施例／と同様に行った。

その結果を第−表に示す。

実施例９〜／ｊ 第−表に示すように、高導電性物質の種類、金属間化合
物の種類および含量、添加元素の種類を変えたこと以外
、実施例Ｓと同様に行った。

その結果を第２表に示す。

比較例３〜ｌＩ 従来の接点材料について、実施例ざと同様に試験した。

その結果を第−表に示す。

この表から明らかなよ５に、比較例と比べて実施例の接
点材料では、ロウ付および脱ガス工程における滲み出し
や蒸発がな（、しかも真空バルブ使用時において裁断電
流の変化が殆んど認められず、安定した性能を示してい
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の接点材料は、Ｂｌ　の
ような高蒸気圧元素を添加物の構成要素としながらも、
その存在形態を金属間化合物として高融点化したことを
特徴とするものである。

その結果、次のような効果を得ることができる。

（１）真空バルブのロウ付工程および脱ガス工程におけ
る添加物の滲み出しや蒸発をなくすことができる。

（２）添加物の滲み出しもしくは蒸発によって起る真空
バルブの耐電圧特性向上、真空不良の発生を防止するこ
とができる。

第二の発明の接点材料は、さらに、Ｂ等の元素を添加し
て金属組織の微細化をはかったものである。

したがって、前記（１）および（２）の効果を発揮する
とともに、次の効果を得ることができる。

（３）多数回の電流遮断後においても、截断電流値は変
化せず、安定した低截断特性を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＭｎおよびＭｇよりなる群の中
   から選ばれた少なくとも２種を金属間化合物として含有
   し、Ｃｕ、ＡｇまたはＣｕ−Ａｇ合金を前記金属間化合
   物のマトリックスとして構成された真空バルブ用接点材
   料。 ２、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｍｎ、およびＭｇよりなる群の
   中から選ばれた少なくとも２種を金属間化合物として、
   また、Ｂ、Ｖ、およびＴｉよりなる群の中から選ばれた
   少なくとも１種を添加元素として含有し、Ｃｕ、Ａｇま
   たはＣｕ−Ａｇ合金を前記金属間化合物のマトリックス
   として構成された真空バルブ用接点材料。