JPS62229619A - 真空バルブ用接点合金 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、しゃ断性能が改良されたホウ素（Ｂ、ボロ
ン）含有の真空バルブ用接点合金に関する。

〔従来の技術〕

真空しゃ断器は、小型、軽量１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、近年、次第にその適用範囲が拡大され、従来より一
般に使用されている３６ＫＶ以下の回路から、例えば２
７ＫＶ以上というような更に高圧の回路への適用が行な
われている。

また電流的にも１０〜２ＯＫＡ級回路から４０ＫＡ級と
いうような更に大電流の回路への適用が行なわれている
。このような高圧化、大電流化に伴い、再点弧現象の発
生の少ないかつ、大言ａしゃ断の可能な接点材料の開発
が望まれている。この要求に対しては、従来より高耐圧
、大言迅真空しゃ断器用の接点材料として用いられてい
るＢｉ１ｐｂ、　Ｔｅ、３６，３ｂ等の溶着防止成分を
配合したＣｕ基合金は必ずしも満足すべきものとは云い
難い。

上記した高圧下及び大電流下においても再点弧現象を起
しにくいかつ、大容量しゃ断の可能な接点材料を得るた
めには、一般に（１）耐圧的に欠陥となりやすい脆弱な
溶着防止成分を極力少なくすること、（２）ガス不純物
やピンホール等を極力少なくすること、が望ましい。こ
れに対し、上記したように−Ｂ　ｉ、ｐｂ、Ｔｅ、Ｓｅ
、、Ｓｂなどの蒸気圧の高い元素を含有する接点合金で
は、鋳塊に気泡が発生しやすく、特に径の小さな鋳型に
鋳込む際には、気泡が表面付近に多く発生したり、又内
部に引は巣を生じたりするなどの重大な鋳造欠陥が生ず
ることも多い。このような欠陥を生じさせないために、
一方＠凝固法も採用されているが、この場合も上記溶着
防止成分の添加に伴う弊害は十分には避けられない。特
に上記した溶着防止成分を含む接点合金は、これら成分
の母相への固溶度が低いためしばしば偏析を生ずること
、脆く加工性が劣ること等の欠点がある。

一方、ＣＵまたは／およびＡｇと溶着防止成分との合金
に、０．０００５〜２％程度の極く少量のＢ（ボロン）
を含有させた接点合金が上１ａ問題点の軽減化に有益な
合金であるという知見を、本発明者は得ている。

（発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記合金は上記のようにＢ（ボロン）足
が極めて少量のため、合金中のＢ（ボロン）の含有形態
によって再点弧特性のばらつきを招くことが多く、Ｂ（
ボロン〉を含有した合金の改良が強く望まれている。

この発明は上述した背景にもとすいてなされたものであ
り、その目的とするところは、再点弧特性のばらつきの
ない安定なり（ボロン）含有形態を有する真空バルブ用
接点合金を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らの研究によれば、上述の目的は、少量のＢ（
ボロン）をＣＵまたは／およびＡｇ中に含有した真空バ
ルブ用接点合金において、前記のＢ（ボロン）が、該合
金中に偏析することなく高度に分散された含有形態であ
りかつ所定の寸法の粒子である場合に達せられることが
判った。

すなわち、この発明の真空バルブ用接点合金は、０．０
００５〜２重母％のＢ（ボロン）を含有す（延 るＭｕまたは／およびＡｇよりなる導電性成分と、Ｔｅ
、ｓｅ、Ｂ　ｒ等より選ばれた少なくとも１種の溶着成
分とからなる接点合金であって、前記Ｂ（ボロン）の粒
子が３［性成分からなるマトリックス中に高度に分散し
、かつその平均粒径が０．１μｍ〜７μｍ１好ましくは
、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にあることを特徴とする
ものである。

発明の詳細な説明 以下、この発明を、図面を参照しつつ具体的に説明する
。

真空しゃ断器 第１図は、本発明の接点材料を適用する真空しゃ断器の
一構成例を示す正断面図であり、第２図はその要部拡大
図である。図面を参照して、真空しゃ断器を説明する。

しゃ断器１は、セラミック等の絶縁材料によりほぼ円筒
状形成された絶縁容器２と、この両端に密閉機構３，３
ａを介して設けた全屈製蓋体４および５とで真空気密に
区画されている。しかして、このしゃ断交１内には、一
対の電極棒６，７の互いに対向する端部にそれぞれ固定
電極８および可動電極９が配設されている。

また上記可動電極９の電極棒７には、ベローズ１０が取
付けられ、しゃ断交１内を真空気密に保持しながら、電
極９の往復動による一対の電極８゜９の開閉を可能にし
ている。またこのベローズ１０はフード１１により覆わ
れ、アーク蒸気の被着を防止しており、またしゃ断交１
内には更に円筒状金属容器１２が設けられ、絶縁容器２
へのアーク蒸気の被着を防止している。

一方、可動電極９は、その拡大構造を第２図に示すよう
に、導電棒７にロウ材１３によって固定されるか、又は
かしめによって圧着接続（図示せず）されており、その
上には可動接点１４がＯつ材１５によって接合されてい
る。また固定電極８の詳細構造（図示せず）も向きが逆
となるのみでほぼ同様であり、これには固定接点１４ａ
が設けられている。本発明の接点材料は、上記したよう
な接点１４．１４ａの双方またはいずれか一方を構成す
るのに適したものである。

１１’五丸１■且嘉直塗 この発明の接点合金は、０．０００５〜２重量％のＢを
含有するＣｕ又は／及びＡＱのＣＩ性酸成分、Ｔｅ、Ｓ
ｅ、Ｂ　ｉ等より選ばれた少なくとも１種の溶着成分と
からなる接点合金である。以下、「％」は特記しない限
り重量％を示すものとする。

この発明において導電性成分としては、Ｃｕ又は／およ
びＡＱが通常、主成分として用いられるが、必要に応じ
てこれらの一部を５％（導電性成分基準）未満のＦｅ、
７％未満のＣｏまたは２％未満のＣｒで置換することも
できる。また、この溶着防止成分としては、３ｉ、ｐｂ
、　Ｔｅ、３ｅ、ｓｂの一種以上か用いられる。これら
元素は本発゛明の適用した接点材料中に０．１〜１５％
の出で用いられる。０，１％未満では、大電流に対する
耐溶着性が劣り、また１５％を超えると、製造時に偏析
等を起こし、健全な接点素材が得がたいからである。

この発明において、再点弧防止特性等に優れた接点材料
を得るために、上記した導電性成分および溶着防止成分
に加えて、接点材料には０．００５〜２％、好ましくは
０．０１〜２％の８（ボロン）を含有せしめる。これは
、０．００５％未満では、添加効果が乏しいからである
。一方、２％を超えて添加しても、溶着防止成分との併
用において認められる上記した効果のそれ以上の改善は
得られず、溶解により接点材料を得る場合、Ｂ（ボロン
）が導電性成分との間で偏析を起すようになるからであ
る。

なお、使用される導電性成分材料および溶着防止成分材
料の品位、溶解作業温度、真空度の変動等の影響を考慮
すると、上記Ｂ（ボロン）誦の範囲、特に下限は、添加
母でなく、接点材料中の含量として満されるべきである
。

この発明の真空バルブ用接点合金の重要な特徴の一つは
、前記Ｂ（ボロン）の粒子が合金中で導電性成分からな
る７１−リツクス中に高度に分散していることである。

すなわち、実質的に均一に分散していることである。し
かしながら、この発明において、必ずしも完全な均一性
が要求されず、多少不均一性が残る分散であってもよい
。

この発明の第二の特徴は、マトリックス中のＢ（ボロン
）粒子の平均粒径が０．１〜７μｍ、好ましくは、０．
１〜５μｍの範囲にあることである。この発明において
、Ｂ（ボロン）粒子は、純粋なりのみならず、ホウ素化
合物ならびにこれらの混合物をも含むものとする。

接点合金の製造法 次いで接点合金を製造する方法について説明する。この
合金の製造は、たとえば、真空度約１×１０〜Ｉ　Ｘ　
１０’ｍｆ−Ｉ　Ｑ、１０００〜１３００℃の条件で導
電性成分を溶解した後、所定条件で調製されたＢ（ボロ
ン）源および溶着防止成分を溶解し、均一に溶解した後
鋳型中で冷却固化するが、必要によって指向性凝固を行
なう。Ｂ（ボロン）および溶着防止成分の添加順序は任
意であり、蒸発、飛散を防止するためにこれら成分の添
加はＡｒによって増圧後に行なうこともできる。

Ｂ（ボロン）源の・　１ この発明の接点合金を製造するにあたって、Ｂ（ボロン
）源は、好ましくは、所定の条件の下で調製されたもの
である。

ここで言う所定条件とは、Ｂ（ボロン）の粒径が１μｍ
〜４＃、好ましくは４４μｍ〜３００μｍの範囲にある
ことと共に、その範囲から選択したＢ（ボロン）と、は
ぼ同等の粒径を持つＣｕ（又は／及びＡＱ）とを使用す
ることが第１である。その理由は、Ｂ（ボロン）粒径が
１μｍ以下では、比表面積が大きいことに起因する表面
の酸化の程度が大きく、保管管理の条件によってその状
態が変動し、素材特性に対しＢ（ボロン）の効果を発揮
するに際し、ばらつきを呈するので好ましくないからで
ある。

所定条件の第２は、前記粒径のほぼ揃った両粉末、すな
わちＢ（ボロン）とＣｕ（又は／及びＡＱ）とを特に充
分よく、混合した混合体を作ることである。充分よく混
合するためには、例えばボールミル中で４時間程度回転
、撹拌混合を与える。混合体とする理由は、溶解作業の
効率を上げることと得られた合金の均一性すなわち溶解
作業条件のばらつきに起因する合金特性のばらつきを最
少限に防ぐために重要であり、前記所定条件の第１で述
べた両粉末の粒径をほぼ揃える効果と相まって各合金間
のばらつき及び１個の合金内部のばらつぎも、最少限に
管理するために必要である。

これらの細かい管理はＢ（ボロン）が活性であり、かつ
粒径が小さい粉末を取扱う為に重要な条件である。

所定条件の第３は、上記の混合粉体を一定の集合体とし
て用いる。その理由は、細かいこれら両粉末を効率よく
合金組成どして添加するための作業管理に重要である。

この集合体は、一定の形状に成型して得ることができる
。また、成型体とせず混合体を他の導電性金属箔、好ま
しくは合金の主成分であるＣｕ（又は／及びＡｎ箔で包
むことも、同じ目的を達し得る。

この合金の製造に用いるＢ（ボロン）源は、上記した第
１、第２、第３の所定条件を満ずものである。これは、
Ｂ（ボロン）−Ｃｕ（又は／及びＡＧ）合金の前述した
数多くの利点を効率的に得るのに有効である。

このようにして得たＢ（ボロン）源を溶融中のＣＵ又は
／及びＡｇ（Ｃｕに対しては１１００℃以上、ＡＱに対
しては１０００℃以上、真空度は好ましくは１０−５Ｔ
ｏｒｒ以下）溶湯へ投入するか、又は更に溶着防止成分
も含有した溶湯中へ投入し、約１５分撹拌し、加熱保持
後鋳型中へキャストするが、堆堝中で冷却固化し、溶着
防止成分を含有したＢ（ボロン）−Ｃｕ（又は／及びＡ
（Ｊ）合金素材を得る。

またＢ（ボロン）源のなかのＢ（ボロン）は、Ｂ（ボロ
ン）単体のみならず、たとえばＣｕ−８のような母合金
あるいはＦｅ−８のようなホウ素化合物の形態を有する
粉末であって、これとＣＵ（又は／及びＡｇ）粉とで８
（ボロン）源を形成してもよい。

この発明による接点材料について、必要に応じて、切削
、研摩等の機械加工を行ない、あるいは圧延等の塑性加
工を行なうことにより所望の形状の接点が得られる。

（作　用） ０．０００５〜２重量％のＢを含有するＣｕ又は／及び
ＡＯの導電性成分と、Ｔｅ、３ｅ、３　ｉ等より選ばれ
た少なくとも１種の溶着防止成分とからなる接点合金は
、安定したしゃ所持性を有する。その理由は必ずしも明
らかでないが、接点材料の溶融鋳造における微細組織が
改善されることが一つの原因となっているものと思われ
ている。

すなわち、従来の真空しゃ断器用接点材料（合金）にお
いては、添加されるＢ　ｉ、ｐｂ、Ｔｅ、Ｓｂ等の溶着
防止成分が、Ｃｕ、Ａｃｔ等よりなる高導電性成分マト
リクスに対する固溶度が低く、合金の結晶粒界に析出し
、結晶粒界の脆弱化を招く。

その結果、接点合金の加工時に、欠け、剥離等の加工欠
陥を起し、製品歩留りの低下を招くだけでなく、このよ
うに加工性が悪いことにより生ずる表面荒れが再点弧現
象の発生を促進していると考えられる。また、接点材料
が合金に対してロウ材により接合される場合には、ロウ
材料成分が粒界腐食（ペネトレーション）或いは亀裂を
起した結晶粒界を容易に拡散し、接点材料の接合面と逆
側の表面、すなわち接触面に浸出する現象（ロウ材のは
い上り）を起し、これまた再点弧発生の促進等により信
頼性の低下を招く。これに対し、所定量のＢ（ボロン）
源を添加すると、高導電性成分と溶着防止成分との相溶
性が改善され、溶着防止成分の偏析が防止されるととも
に、結晶粒の微細化ならびに結晶粒界の強化などの微細
組織の改善が行なわれる。このため、加工性の改善のみ
ならず、加工性の改善に伴う表面精度の向上およびロウ
材のはい上り防止を通じ再点弧発生の防止及びしゃ断性
能の向上等の接点特性の改善が得られるものと考えられ
る。本発明により得られる接点材料は、結晶粒界の強化
のため、しゃ断時に接点が受ける機械的、熱的ｆｉｉ撃
により微細なりラックが進展することも少なく、加工時
の条件管理によっては、圧延又は鍛造加工等の塑性加工
も可能となり、更にはＢ（ボロン）の添加により導電率
が低下することもない。

以上に示したように、Ｂ（ボロン）を含有したＣＵ又は
／及びＡＱ合金は真空パルプ用接点合金として数多くの
利点を持っている。しかしながら、素材ロットにＪ：つ
て合金の再点弧特性にばらつきが見られ、Ｂ含有合金の
利点が充分発揮されない場合がある。

この発明の特徴である合金中のＢ（ボロン）の存在形態
、すなわち導電成分のマトリックス中に８粒子が高度に
分散し、その粒子が所定の大きさであることによって、
上述のばらつきを無くしてＢ含有による利点を十二分に
発揮することができる。

（実施例） 以下、この発明を、実施例および比較例によって更に具
体的に説明する。

実施例１〜２、　較例１〜３ 平均粒径が４４μｍの金属ボロンとほぼ同じ粒径を有す
る還元電解銅粉とを夫々１００ｇずつ秤量後、乳ばちで
予備混合した。それをボールミルで約４時間、充分撹拌
混合作業を行ないＢ−Ｃｕ混合体を得た。

上記混合粉体の一部を取り出し、直径５Ｊｌｌ１１の金
型を使用し３．５トン／ｄで成型し、成型体（ボロン源
）を得た。

一方、直径８２ＨＩＲの黒鉛堆堝中で約５幻の銅を３　
Ｘ　１０’ａｗｇＨＱの真空度、１２００℃の温度で溶
解させ、約２０分間保持した後、１５０ａｅ＋ＨＱのＡ
ｒ（アルゴン）で増圧しＣｕ−Ｔｅ母合金（Ｃｕ２Ｔｅ
）を得られる合金中のＴｅａが約４％近傍になるに必要
なごを添加する。撹拌保持後Ｍ［Ｆ３Ｘ１０−”ｓｍＨ
（Ｊｋ：排気したＣｕ−Ｔｅ溶潟中へ、前記に作製した
成型体の一部を適宜投入し、所定ｍのＢ（ボロン）を含
有したＢ−Ｃｕ−Ｔ８合金素材を約１００Ｍ得た。特に
、成型体を前記Ｃｕ−Ｔｅ１ｌ中へ投入する時の溶湯の
温度、冷却を開始する時のＢ−Ｃｕ−Ｔｅｌ瀉温度、Ｂ
−Ｃｕ−Ｔｅ溶潟が凝固するまで、及び凝固点から常温
までの冷却速度、原料として使用するＢ（ボロン）源の
８（ボロン）粒度、などを制御することによって、また
素材の一部は焼結手法を使用することによって合金母相
（マトリックス）中の８（ボロン）粒子の粒子径を０．
１μｍ以下（比較例２）、０．１〜５μｍ（実施例１〜
２）、１０〜２５μｍ（比較例３）の夫々の製作を行な
った。

尚粒径の確認は、顕微ｉｌｔ観察によって行なった。

後述する評価方法、条件によってこれらの接点合金の評
価結果を第１表に示した。

第１表から明らかなように、合金マトリックス中にＢ（
ボロン）がない場合（比較例１）、および合金マトリッ
クス中のＢ（ボロン）粒子の粒径が０．１μｍ以下のと
き（比較例２）には、再点弧発生率が多くしゃ断性能評
価結果の数値に意味を持たない。０．１μｍ以下の場合
には、素材的にもこの粒径にＢ（ボロン）粒子の総てを
揃えることが、製造技術上難しく、０．１μｍ以上の粒
子も成る割合で混在することが避けられずこれが再点弧
のばらつき幅として表われたと推察される。

これに対して合金マトリックス中のＢ（ボロン）粒子の
粒径が０．１〜２μｍ（実施例１）の試料及び１〜５μ
ｍ（実施例２）の試料では、再点弧なし又は再点弧極く
小数で７．２ＫＶ−１２，５ＫＡＬや断に成功している
。一方、Ｂ（ボロン）粒子の粒径が更に大きい１０〜２
５μｍ（比較例３）の試料では、再点弧発生につぎばら
つきが見られ好ましくなかった。これは、Ｂ（ボロン）
粒子が偏析を生じているためだと考えられる。以上によ
って、合金マトリックス中のＢ（ボロン）粒子の粒径に
は再点弧なししゃ断に対して適当な大きざの範囲が存在
していることが示され、その粒径は０．１〜７μｍ１好
ましくは０．１〜５μｍの範囲であることが判る。

実ＩＩ＆３〜５、比較例４ 直径８２１１ＩＮの黒鉛堆渦中で、約５．ＩＫｙの銅を
真空度９Ｘ１０−−Ｈｇ、温度１１５０℃で溶解させ約
３０分間加熱保持、前記実施例１〜２、比較例１〜３で
準備した成型体の一部を分割し、Ｃｕ箔で作った容器に
包んで、前記加熱保持中のＣＬＩ溶渇中へ適岱投入し、
Ｂ（ボロン）量を０．０００５％、０．１％、２％、５
．２％（実施例３〜５、比較例４）含有した素材を得た
。尚この素材の製造に於いて、溶着防止成分のＴｅは、
約４％近傍を目標とした所定間を上述Ｂ（ボロン）−Ｃ
ｕ溶瀉中にＣｕ−Ｔｅ母合金（Ｃｕ２Ｔｅ）の形で投入
しまた、合金マトリックス中の８（ボロン）粒子の粒径
は、前記実施例１〜２、比較例１〜３で述べたようにＢ
−ＣＬＩ−Ｔｅ溶湯の冷却速度、溶湯温度などを一定と
することによって０．３〜２μｍの範囲に一定値に制御
した。

第１表から明らかなように、合金マトリックス中のＢ（
ボロン）粒子の粒径が前述好ましい範囲にあっても接点
合金中のＢ（ボロン）儀が５％（比較例４）の如く、多
ｍのときには、合金中のＢ（ボロン）の分布に偏析、粗
大化現象が見られ再点弧にばらつきが見られるのは、そ
の原因が影響していると推考され、合金マトリックス中
のＢ（ボロン）粒子の粒径を前述０．１〜５μｍの範囲
に制御しても、対象とする接点合金中の８（ボロン）量
には適切な範囲が存在し、その値は０．０００５〜２％
（実施例３〜５）と考えられる。

実施例６〜１５ 以上に示した実施例１〜５、比較例１〜４の合金は溶着
防止成分としてＴｅ（テルル）を選定した場合の本発明
合金マトリックス中のＢ（ボロン〉粒子の粒径の効果に
ついて示したものであるが、溶着防止成分がＢ　ｉ　１
Ｐ　ｂ　−Ｓ　ｅ　１Ｓ　ｂ　−、Ｔ　ｅ　＋Ｓｅ（実
施例６〜１０）であっても少ない再点弧回数Ｔニア、２
ＫＶ、１２．５ＫＡＬ、ｔ＋断が成功シている。同様に
導電性成分がＡＱである場合（実施例１０）、Ｃｕ−Ｇ
ｏ、Ｃｕ−Ｆｅ、Ｃｕ−０ｒである場合（実施例１２〜
１４）であっても少ない再点弧回数以内で７．２ＫＶ〜
１２．５ＫＡのしゃ断に成功した。更に導電性成分がＣ
ｕ−ＡＧである場合（実施例１５）に対しても同様の効
果が得られる。

評価条件 しゃ断性能及び再点弧性能 接点径４５ｍ、厚さ５ｍの円板状接点片を、ディマンウ
タブル型の真空しゃ断装置に装着し、接触力３０Ｋｇで
７．２ＫＶｘ１２．５ＫＡのしゃ断電流につき、″“０
”→ＩＩ　ＣＯＩＩ→“ｃ　ｏ　”及びその後“ＯＩＩ
→“Ｏ”→１１０”の責務を与えたときの状況（し０断
中に再点弧の発生があるがどうが）をｔｉｌ察し、再点
弧なしでしｆ）ｗｆＩが成功したときを合格とした。特
性のよい場合には、更に１０回程度の″“ｃ　ｏ　”を
追加しその状況を観察する。１１０　ＴＴはオーブンを
意味し、投入された状態の１２．５ＫＡのしゃ断電流を
開く。ＣＯ′′は、クローズオーブンを意味し、１２．
５ＫＡの回路を閉じて、かつ開く。

Ｃ発明の効果〕 この発明による真空バルブ用接点合金によって次の効果
を得ることができる。すなわち、Ｂ（ボロン）を含有し
たＣｕ又は／及びＡｇ合金は真空バルブ用接点合金とし
て数多くの利点を持っている。しかしながら、素材ロッ
トによって合金の再点弧特性にばらつきが見られ、Ｂ含
有合金の利点が充分発揮されない場合がある。この発明
の特徴である合金中のＢ（ボロン）の存在形態、すなわ
ち導電成分のマトリックス中に８粒子が高度に分散し、
その粒子が所定の大きさであることによって、上述のば
らつきを無くしてＢ含有による利点を十二分に発揮する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接点材料を適用する真空しゃ断器の一
構成例を示す正断面図、第２図はその要部拡大図である
。 １・・・しゃ新字、２・・・絶縁容器、６．７・・・電
極棒、８・・・固定電極、９・・・可動電極、１４．１
４ａ・・・接点、１３，１５・・・ロウ材。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、０．０００５〜２重量％のＢを含有するＣｕまたは
   ／およびＡｇよりなる導電性成分と、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔｅ
   、ＳｅおよびＳｂより選ばれた少なくとも１種の溶着成
   分とからなる接点合金であって、前記Ｂの粒子が導電性
   成分からなるマトリックス中に高度に分散し、かつその
   平均粒径が０．１μｍ〜７μｍの範囲内にあることを特
   徴とする真空バルブ用接点合金。 ２、平均粒径が０．１μｍ〜５μｍの範囲内にある、特
   許請求の範囲第１項記載の真空バルブ用接点合金。 ３、導電性成分としてＦｅ、ＣｕまたはＣｒを含有する
   、特許請求の範囲第１項または第２項記載の真空バルブ
   用接点合金。