JPS63150822A - 真空バルブ用接点合金の製造方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、ガスおよびボア（空孔）が少ないＣｕまた
は／およびＡｇ−Ｃｒ合金の製造方法に関し、特に再点
弧発生開度を軽減化することのできる真空バルブ用接点
合金の製造方法に関する。

（従来の技術） 真空バルブ用接点に要求される特性は、耐溶着、耐電圧
、高しゃ断性である。

しかしこれら３要件に対しては相反する物理的性質が要
求されるので理想的に両立させることは困難であり、適
用する回路の優先要件を第１にして、他の要件は若干犠
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おいては、
溶着防止成分（ＢｉＳＴｅ、Ｐｂなど）を５重量％以下
含有するＣｕ合金を電極接点として具備したものが知ら
れている（特公昭４１−１２１３１号公報）。

ところが、近年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、真空しゃ断器は小形軽量、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３６ＫＶ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ので、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□重要視さ
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。

これらの観点からいえば、前述のＣｕ−Ｂ１合金は満足
できるものではない。

また従来使用されている他の接点材料であるＣｕ−Ｗ接
点またはＣｕ−ＷＣ接点は耐電圧的にはかなり優れてい
るもののこの焼結系接点合金は、製造方法的にいって気
泡が残存し易く、また熱電子放出も盛んなため再点弧現
象が発生し易いという欠点がある。

一方、高耐圧かつ大電流しゃ断を要求する分野では、Ｃ
ｕ−Ｃｒ合金の適用が行われている。

Ｃｕ−Ｃｒ合金は、他の接点材料はどには、構成元素間
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、その特徴は十分利用する
ことの出来る接点合金である。

このＣｕ−Ｃｒ系接点合金は、概ね、次のように製造さ
れている。例えば、特公昭５９−３０７６１号公報によ
れば、Ｃｒ粉末と少量のＣｕ粉末を混合し、この混合粉
をダイ型に充填して小圧力をかけてプレス成形し、この
成形体をダイ型から取出したのち、−これを真空焼結し
て、Ｃｒスケルトンを形成し最後にＣｕを溶浸するとい
う方法がある。

また、最近では、型の中にＣｒ粉末を注加し、その上に
Ｃｕペレットを載置し、全体を脱ガスしたのち減圧下で
溶浸処理を行うという方法も開示されている（特開昭５
９−２５９０３号公報参照）。

更に、初めから最終目標値のＣｕとＣｒとを混合し、こ
れより得た成形体をＣｕの溶融点又はそれ以下で固相焼
結することによってＣｕ−Ｃｒ合金を得る方法も行われ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、これらの合金は、上記のように一般に粉
末冶金手法によって製作され、再点弧発生に関与するそ
の原料粉末管理、焼結技術、および溶浸技術が十分に確
立されていないために、再点弧発生頻度の点で未だ充分
満足のいくものではない。

この発明は、再点弧の発生頻度の著しい低減化が図られ
た真空バルブ用接点合金の製造方法を提供することを目
的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、真空バルブ用接点合金の再点弧発生頻度を
軽減化及び導電率特性の安定化のために、この製造方法
の原料Ｃｒの選択、焼結条件、溶浸条件、および冷却条
件を検討し研究した結果、この発明を完成するに到った
。

本発明の真空バルブ用接点合金の製造方法は、下記の工
程（ａ）〜（ｆ）を含むことを特徴とする。

（ａ）　　原料Ｃｒを非酸化性雰囲気中において、１３
００℃〜融点近傍の温度範囲で少なくとも１回加熱処理
する工程、 （ｂ）　　加熱処理済の原料Ｃｒを粉砕して、平均粒径
５〜２５０μｍ１酸素ならびに窒素の含有二が夫々２０
０ｐｐｍ以下のＣｒ粉を得る工程、（Ｃ）　　このよう
にして得られたＣｒ扮を、８トン／Ｃシ以下の外部圧力
もしくは該Ｃｒ粉の自重の圧力で成形する工程、 （ｄ）　　焼結用容器に収容された前記Ｃｒ粉成形体を
、Ｃｒスケルトンを得るために焼結用容器と共に非酸化
性雰囲気中で焼結する工程、（ｅ）　　得られたＣ「ス
ケルトン中の空隙にＣｕまたは／およびＡｇを溶浸する
工程、（ｆ）　　溶浸された合金素材を、導電率を調整
するように冷却する工程。

（発明の詳細な説明） 以下、本発明を前記各工程に則して詳細に説明する。

Ｃｒ粉の不純物管理 本発明者らは、接点材料を加熱する過程で放出されるガ
スの総量ならびに放出の形態について詳細な観察を行っ
たところ、これら要因と再点弧現象の発生には重要なｔ
０関があり、特に接点材料を構成する原材料の個々につ
いて、これらガスの放出、なかでも融点近傍で突発的に
発生するガスの放出を制御することにより、再点弧現象
を効果的に抑制できることを見出した。

すなわち、接点材料を加熱していくと、吸着ガスのほと
んどは溶融点以下で脱ガスされ、溶融点近傍で固溶した
ガスが放出されるが、さらに溶融点以上で加熱放置する
と、極めて短時間（例えば数ミリ秒程度）ではあるがパ
ルス的な突発性ガスの放出（数回ないし数百回突発する
）が観察される。

これら突発性ガスにはＣ２Ｈ２、ＣＨ４等が若干含まれ
るが、主体はＣＯ５ＣＯ２，０２等の酸素系であること
から、これら突発性ガスは接点材料に含まれる酸化物の
分解により放出されるものと考えられる。

本発明者らの研究によれば、再点弧現象の多く発生する
接点材料には、突発性ガスの放出も多い。

従って上述の知見よりすれば、接点材料をその融点以上
の温度で保持して、この突発性ガスを予め放出させてお
くことにより、再点弧現象の発生を軽減することが考え
られる。

しかしながら、真空しゃ断器用接点材料はＣｕをＦｉｌ
当量含有し、これらの酸化物を分解して除くためには、
たとえば１０’〜１０−’Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの真空度にお
いて約１２００℃以上の温度が必要となるので、蒸気圧
の高いＣｕなどの高導電性材料やＢｉ、Ｔｅなどの溶着
防止材料を含む接点材料について上記の様な熱処理を与
えることは成分の変動を招き接点特性の管理の面で不都
合を生ずることがある。

例えば、溶着防止材として、Ｂｉを加熱して行くと、４
００〜５５０℃近傍で極めて激しく複数種のガスを放出
する。

このような放出ガスの一部は、昇温過程にあるＣｕ等と
結合し、比較的安定な化合物を作り溶解作業中に一部は
分解するが、他の一部はなお残存し突発性ガスの一因と
なる。

このような突発性ガスの放出は、たとえば純度９９．９
９９９％のＢｉを原料として使用しても、酸化あるいは
ガス吸着が進行する状態で放置しておく場合にはなお認
められる。

上述のような観察は、溶着防止材を含む接点材料におい
て、Ｃｕ等の高導電性材料と溶着防止成分材とについて
個別の熱処理により突発性ガスの原因とする不純物を予
め除いておくことの必要性を示唆すると共に、接点合金
の製造または熱処理過程において一部または全体が液体
状態にある接点合金の液相が直接接するるつぼ、ボート
、板などからの放出ガスにより接点合金が受ける汚染も
管理する必要性を示唆している。

前者の知見に対して本発明者らは、突発性ガスの軽減に
対し構成元素を個別に熱処理することは、成る程度有効
で、それに伴い再点弧発生確率も減少する傾向にあるこ
とを認めている。

後者の知見に対して本発明者らは液相に接するるつぼ等
の材質及びその表面の物理的化学的状態が突発性ガスの
放出形態に影響を与え、かつ再点弧確率にも関連するこ
とを認めると共に特に前者の接点の構成元素レベルでの
管理による突発性ガス放出の軽減効果を後者によって、
確実かつ効率的に向上させるのに必須であることを認め
た。

上記した再点弧に対する二三の知見は、その軽減化に対
して有効であるが、より一層の再点弧の軽減化と大しゃ
新客量化の要求に対しては、尚改善の必要性を認めると
共に上記知見技術効果を効率的に発揮させるための他の
施策の開発が、望まれている。

例えば前記二、三の知見を重畳させてＣｕ−Ｃｒ合金を
製作すると、単独のときより効果が大きく相乗され、従
って一連の工程を総合的に管理する必要性を示唆してい
る。特に原料技術及び冷却技術は、充分把握する必要が
ある。すなわち、先に示した突発性ガスの原因の１つと
して原料Ｃｒ、Ｃｕなどの内容（不純物）、状態（表面
酸化、混在物の有無）が重要と考えられる。

初めから酸化物の形態を持ち、原料粉中に単に混入して
いる酸化物などの異物については、原料粉との比重差を
利用した沈降法による除去、或いは粒径の違いを利用し
、主として篩いわけで予め除去するか、スケルトン中に
高導電性材料を溶浸する際の溶浸工程を一方向から行う
ことで前記酸・化物などの異物を一カ所に集めることが
出来る。

これらの作業を与えることによって同じく再点弧現象の
発生の軽減化に対して好結果を示した。

しかし問題は、原料中に固溶或いは析出して存在する不
純物である。これらは篩いわけ、比重差或いは溶浸工程
では、除去することが出来ず潜在的な再点弧の一要因を
占めていることが考えられた。しかしそれでもその解決
の一つの手段として原料粉（Ｃｒ粉）を十分吟味し不純
物のより少ない原料粉を選択することで再点弧現象の発
生は、より一層軽減化される傾向にあることを認めた。

このように、不純物（ここでは主として酸化物）の少な
い原料粉の選択は、再点弧現象の軽減に対して効果は認
めたものの厳密な実験を進めると未だ改善の余地のある
ことを本発明者らは認めた。

すなわち、Ｃｒ粒粉中不純物が実質的に認められないロ
フトを選択し、これをＣｒ原料とし、ＣＬＩについても
同様に十分吟味したロットを原料として夫々を使用して
Ｃｕ−Ｃｒ合金を製造したにもかかわらず、合金中に析
出物の存在を認めるものと析出物の存在のないものとが
得られ、これらの再点弧発生開度を比較したところ前者
析出物の存在する合金を使った真空バルブに、より多く
発生していることが判った。

このような析出物は、Ｃｒ粒粉中固溶していた成る種の
元素と、焼結又は／及び溶浸中の雰囲気との反応によっ
て生成した不純物であると推考される。従って再点弧特
性の一層の改善には、原料に単に混入している酸化物な
どの不純物以外に、原料中に特に固溶している或種の元
素（固溶状態にあるため顕微鏡的には、一般に検出確認
出来ない）に注目する必要性のあることを示唆している
。

すなわち特にＣｕ−Ｃｒ合金の製造に於ては一連の工程
を通して管理する必要性を示唆している。

一連の工程とは焼結又は／及び溶浸によってＣｕ−Ｃｒ
合金を製作する工程に於て所定条件を備えた原料の選択
であり、さらにＣｒ又は／及びＣｕスケルトンの製作、
焼結又は／及び溶浸条件の制御の各技術を意味する。

本発明方法の実施に於て、Ｃｒ粒粉中不純物の種類なら
びにその量は他の工程へも影響を与え極めて重要である
。既に述べたように、突発性ガスの原因となる酸化物（
Ａ１２ｏ３．５１０２、ＣａＯ１ｖ２０５）或いはＣｒ
粒粉中固溶している金属（Ａ　Ｉ、Ｓ　ｉ、Ｃａ、Ｖ）
と、焼結又は／及び溶浸中の雰囲気との反応によって新
たに生成した酸化物が特に問題である。再点弧現象の発
生頻度の高いＣｕ−Ｃｒ合金は、先にも述べたようにＣ
ｒ中のこれらの量が多く、相関性が得られた。

他の工程とも関連づけ再点弧発生開度を検討すると、Ａ
１、Ｓｔ、Ｃａの含有量は夫々１１００ｐｐ以下、■は
１１０１）Ｉ）以下があることが目安であり、更に接点
が開離し、消弧後極めて短時間に発弧する現象の抑制ま
でも考慮するときには、より厳しくＡＩ、Ｓｉ、、Ｃａ
、Ｖを管理する必要があり、夫々１０ｐｐｍ、２０ｐｐ
ｍ、１０ｐｐｍ、１０ｐｐｍ以下が目安である。また、
Ｃｒ中の酸素、窒素の含有量も少なくとも夫々１０００
ｐｐｍ以下が好ましい。Ａ１、Ｓｉ。

Ｃａ、Ｖなどがこれらの数値を上まわる場合には、後の
工程に於ける焼結又は／及び溶浸工程での雰囲気ガスと
の反応による生成物の生成量も多く、再点弧、及び発弧
に対して好ましくない。

原料Ｃｒの調製 現在、工業的に供給されている金属Ｃ「の精錬法は、Ｆ
ｅＣｒ　ＯＭｇＣｒ２Ｏ４などの２４ゝ Ｃｒ鉱石をＡ１或いはＳｔなど他の金属で還元し金属Ｃ
ｒを得る方法（還元法）、及び前記Ｃｒ鉱石を溶解し未
溶解の非金属不純物の分離を行い、これを電解液として
電気分解し金属Ｃｒを得る方法（電解法）の両方法が主
体である。

しかし前者の還元法によって得られたＣｒは、ガス量（
酸素、窒素）が１，０００ｐｐｍ程度、Ａｌ５ＳｉＳＦ
ｅなど不純物を数１．　０００ｐｐｍ〜１０，０００ｐ
ｐｍ程度含有している。

一方、後者の電解法によるＣｒは、逆にガス量（酸素、
窒素）が１，０００ｐｐｍ〜 １０、ＯＯＯｐｐｍと著しく多く、Ａ１等の不純物が比
較的少なく、例えば１１００ｐｐ程度以下含有するのが
一般である。

このような事情に鑑みて、本発明の方法においては、原
料Ｃｒを粉末にする前に、該原料Ｃｒに特定の処理を施
すことが好ましい。

本発明者らの研究によれば、Ｃｒ中の不純物の除去を粉
末化工程の後に行なうことは好ましくない。なぜなら、
Ｃｒ粉末に対して更に加熱処理を施した場合（脱ガスに
充分な温度に加熱したとしても）、Ｃ「粒子が凝集し粗
大してしまい、再び粉砕工程が必要となるからであり、
またＣｒの比表面積が大きいため、表面皮膜量が増大し
て脱ガス効率が低下するからである。更に、焼結時（ス
ケルトン形成時）に不純物除去のための付加的な熱処理
を行なうことは、組成の変動をもたらすため、やはり好
ましくない。

本発明においては、前記還元決着しくは電解法で得た金
属Ｃｒを、金属Ｃｒ集合体に加工する前の段階、同加工
中の段階及び同加工後（粉末化工程前）の各段階の少な
くとも１の工程に於て、例えば真空、水素など非酸化性
雰囲気で、特に１３００℃以上かつ原料Ｃ「の融点近傍
以下の温度で少なくとも１回、加熱処理を行なう。これ
によって前記粉末状態のＣｒになってから加熱処理を行
なう場合の欠点、不利益を回避し再点弧の軽減化に有効
な金属Ｃ「を得ることが出来る。

１３００℃未満の温度では、金属Ｃｒ集合体の脱ガス効
率が劣り再点弧の軽減化に対して効果が小さい。１５０
０℃またはそれ以上では、その効果が大であり特に有効
であるが、蒸発も激しくなる為、処理中の雰囲気は、真
空中より雰囲気ガスの選択が有利となる。このように加
熱処理を粉末化工程の前に行なうことで、Ｃｒ粉末にな
ってから行なうより有利に再点弧の軽減化が得られる。

真空バルブの一層の高性能化のためには、前記金属Ｃｒ
集合体に加工する前段階で行なうのみでなく、更にその
後の段階でも前述加熱処理を重畳させることは有効であ
る。

Ｃｒ粉の調製 前記加熱処理した金属Ｃｒ集合体をよごさずかつ所定の
粒径を持つＣ「粉とする。Ｃｒ粉の粒径は、真空バルブ
としての接点特性及び焼結など接点製造技術上から制限
を受ける。Ｃｒ粉の平均粒径は、５〜２５０μｍが好ま
しい。Ｃｒ粉の平均粒径が５μｍ未満では、焼結又は／
及び溶浸後のスケルトン又は／及び接点素材中に好まし
くない気孔が生じ易くなり、また、それに応じてガスも
多く残存する傾向にあり、真空バルブとしての接点特性
（例えば、再点弧特性）に対して好ましくない状態とな
る。

また、２５０μｍを超えるＣｒ粒径では、耐溶着性、耐
電圧特性、しゃ断時性のいずれに対しても著しいばらつ
きが見られる。接点素材にも偏析が見られるようになり
、真空バルブの信頼性の観点から好ましくない。

一方、Ｃｒ粉中の酸素、窒素ガスは、夫々２００ｐｐｍ
以下に抑制した状態が望ましい。これらのガスは、Ｃｒ
中に含有されガスと吸着しているガスとの総量で構成さ
れる。前者の含有しているガスは、前記原料Ｃｒの加熱
処理工程で極少化された状態となっているので、本工程
では特に後者の吸着ガスを少なくすることが肝要である
。

即ち、よごさずに粉砕することが重要なポイントであり
、粉砕中の条件は、粉砕エネルギーによってＣｒ粉が過
度に、発熱し酸化が進むことのないことが重要である。

従って、大きな摩擦熱の発生するような激しい粉砕は避
けるべきである。また非酸化性雰囲気中の粉砕も有効で
ある。特にＣｒ粒径が１００μｍ又はそれ以下になる場
合は、このような点に充分配慮する必要がある。

前記ガス量が２００ｐｐｍ以上の場合、これらの原料Ｃ
ｒ粉を使用してＣｕ−Ｃｒ合金としても、同合金中のガ
ス量を好ましい低い水準（例えば２００ｐｐｍ以下、望
ましく１１００ｐｐ以下）に維持することは難かしい。

すなわち真空バルブ用接点を焼結又は／及び溶浸すると
きに選定する熱処理温度では、原料Ｃｒの精製を進行さ
せるには、やや不足である。Ｃｕ−Ｃｒ合金中のガス量
（この場合、酸素）が２００ｐｐｍ以上のときには、再
点弧現象の発生が多発する場合がある。

前記のような原料Ｃｒの加熱処理工程を採用することに
よって、粉末化後に脱ガス加熱処理する場合に見られる
Ｃｒ粉の飛散を無くすことができ、設備汚染を防止する
ことができる。

付加的成分 Ｃｒ中に他の元素すなわちＦｅｓＣｏｓＭｏｓＷ、、Ｖ
ＳＮｂ、Ｔａ％　Ｔｉ、Ｚｒは、本発明の工程を経て作
製するＣｕ−Ｃｒ合金の耐電圧特性の向上に有益である
。Ｃｒに対してこれらの金属が５０％未満の量であれば
、Ｃｕ−Ｃｒ合金に於けるＣｒの機能を損うことがない
。ＣｒはＣｕと同等の蒸発性を持つため、電流しゃ断後
の接点表面の平滑化の機能を持ち耐電性に好ましい影響
を与えるものであり、Ｃｒ中の他の元素と、Ｃｒとの比
はＣ「が５０％以上存在することが望ましい。

更に、本発明においては、Ｃｒ粉とＣｕまたは／および
Ａｇ粉との混合粉末を成形体の原料粉末として用いても
よい。この場合、混合粉末中のＣｕまたは／およびＡｇ
粉の量は３０重量９６以下であることが好ましい。

成形 上記のＣｒ粉から、８トン／ｃｄ以下の外部圧力もしく
は該Ｃｒ粉の自重の圧力で成形体を形成する。

成形体を得るときの成形圧力は、Ｃｕ−Ｃｒ合金中のＣ
ｒｔｋを決定する要因であり、本発明方法において特徴
点の一つである。

Ｃｕ（または／およびＡｇ）−Ｃｒ合金中のＣｒｍは、
２０〜８０重量％の範囲内で選択され得る。この為の成
形圧力は、８トン／ｃｍ２以下、好ましくは７．５トン
／ｃｄ以下、より好ましくは７トン／　ｃｄ以下である
。これは８トン／Ｃ−を超える圧力では溶浸後のＣｒ量
が８０％を超えるため、本発明に於ける主旨を離脱する
ため除外する。８０％近傍の高Ｃｒ量を確保するには、
スケルトンとして純Ｃ「以外にＣｕを配合したＣｒでも
対処可能であるが２０％近傍の低Ｃｒｍの合金を確保す
るには、スケルトンとして純Ｃｒの選択は不可能であり
、Ｃｒに対してＣｕを適量配合したＣ「＋Ｃｕ混合粉を
採用することで達成される。この際の成形圧力は、混合
するＣｕ粉の量によって８トン／ｃｍ２以下の圧力が自
由に選択され得る。

また、成形圧力が８トン／ｃｄを超えると、加熱時に成
形体中に亀裂が生ずる場合があるため好ましくない。

焼結 このようにして得られた成形体を、焼結用容器と共に加
熱炉内に設置して焼結する。焼結雰囲気は、非酸化性雰
囲気であることが必要で、例えば真空または水素中であ
る。これらの雰囲気のうち、充填したＣｒ粉末、プレス
した成形体や容器などに吸蔵されている酸素、窒素を除
去するという点では、真空（Ｉ　Ｘ　１０−５Ｔｏ　ｒ
　ｒ以上）雰囲気が好適である。

適用する焼結温度、焼成時間は、焼結体であるスケルト
ンの密度、逆に言えばスケルトンの空隙率に影響を与え
る。例えばＣｒスケルトンとその空隙内に溶浸されるＣ
ｕ量との関係を、重量比で５０　：　５０に近接させる
ためには、空隙率を４０〜５０％とするのがよく、その
ためには、焼結温度８００°〜１０５０℃、好ましくは
９００”〜９５０℃、焼結時間０．２５〜２時間、好ま
しくは０．　１〜１時間の範囲が好ましい。上記条件は
、ＣｒとＣｕとの比に応じて適宜選択される。

溶浸 得られたスケルトンの上面又は／及び下面に、溶浸材で
あるＣｕ又は／及びＡｇを載置し全体を例えば真空中（
Ｉ　Ｘ　１０’〜Ｉ　Ｘ　１０−６Ｔｏ　ｒ　ｒ）で加
熱してＣｕ又は／及びＡｇをスケルトン空隙中に溶浸さ
せる。

溶浸時の温度は、Ｃｕ又は／及びＡｇの溶融点以上の温
度である。Ｃｕの場合１１００’〜１３００℃、Ａｇの
場合１０００°〜１１００℃の範囲であることが好適で
ある。また溶浸時間は、スケルトン中の空隙に、これら
融液が完全に含浸されるに充分な時間を設定する。

なお、上記溶浸工程においてはスケルトンの表面の少な
くとも一部に溶浸金属の層を同時に形成することによっ
て、得られる接点合金の銀ロウ接合性（導電棒のロウ付
けする際の）をすぐれたものとすることができる。

冷却 上記工程で溶浸された合金素材は、導電率を調整するよ
うに冷却される。

焼結および溶浸後の冷却条件は、Ｃｕ−Ｃｒ合金の材料
の基本特性、特に導電率を決める要因であり、この発明
の方法における特徴の一つである。

Ｃｒは極めて酸化しやすい金属であるため、原料粉末あ
るいは成形体の管理が重要であることはいうまでもなく
、焼結、溶浸時の雰囲気の条件も材料特性を左右する。

しかしながら、焼結、溶浸時の温度や時間を充分管理し
て得られたＣｕ−Ｃｒ合金でも、比抵抗、接触抵抗或い
は温度上昇特性にばらつきや不安定性があるのが実情で
あり、これらのばらつきをなくし安定性のあるものが望
まれている。

研究によれば、Ｃｕ−Ｃｒ系接点材料の上記不安定性は
、■Ｃｕ−Ｃｒ合金中の組成の変動、■Ｃｒ粒子の粒径
、粒度分布、偏析の程度、■合金中に存在する空孔の程
度、更には■原料Ｃ「の品質、に依存することが判明し
た。そして、これらの解決は原料Ｃｒの選択と焼結技術
の管理が有効であることを認めたが、より一層安定性を
向上させるためには、上記■、■、■、■に加えて更に
細かな焼結技術の管理が必要であることが判った。

すなわち上記特性の不安定性はＣｕ中にわずかに含まれ
るＣｒの量の差異と相関性があることを見出した。つま
りＣｕ−Ｃｒ合金中のＣｕ部分に含まれるＣｒの量をＸ
線微小分析法による半定量法によって推定すると前記特
性が不安定な値を示したＣｕ−Ｃｒ合金では、一般に０
．２〜０．５ｗｔ％の範囲にばらついているのに対し後
述する本発明技術により、安定して特性を示すＣｕ−Ｃ
ｒ合金のそれは、０．２％以下代表値として０゜１％以
下を示していた。この差異はＣｕ−Ｃｒ合金の特に焼結
又は溶浸後の熱履歴に依存することを認めると共に、こ
の条件を細かく管理することによりＣｕ−Ｃｒ合金の導
電率の改良とそのばらつき幅の縮小化に効果が大きいこ
とを明らかにした。なお、ここで言う焼結又は溶浸後の
熱履歴とは、実質的に接点自体が受ける冷却速度特性で
代表して表わすことができる。すなわち接点の大きさ、
炉の特性によってばらついている冷却速度を所定条件に
管理することを指すものである。

次いで、Ｃｕ−Ｃｒ合金の導電率を改善する冷却の態様
を以下に示す。

上記溶浸工程で得られた素材の冷却を、好ましくは、８
００℃〜４００℃の温度区間のうち少なくとも１００℃
の温度差間を０．　６〜ｂの冷却速度で行なう。ここで
、０．　６℃／ｌｌ１１ｎ未満の冷却速度では、導電率
特性に対するディメリットはないが、製造時間が長時間
化し経済的に不利となる。また、６℃／１ｎを超える冷
却速度では、Ｃｕ−Ｃｒ合金中のＣｕ相に固溶するＣｒ
二が増加し、導電率の減少を招き、好ましくない。

例えば、Ｃｕ−５０％Ｃ「合金中のＣｕ相中のＣｒｍが
約０．　５％を越えると、導電率は０．　１％の場合１
／２に低下する。（０，１％の場合の導電率は４０％Ｉ
ＡＣＳであるのに対し、０．　５％では２０％ＩＡＣＳ
がそれ以下に低下する。）別の態様として、この発明の
方法の冷却工程において、好ましくは、４００’Ｃがら
常温までの冷却は不活性ガスを吹き付けて急冷する。こ
のように急冷することによって、一般に上記範囲は、炉
あるいは試料の熱容量などによって決まる冷却時間に依
存するため極めて長時間を要し、急冷によって生産効率
の向上となる。

さらに、この発明の方法の冷却工程において、８００〜
４００℃の温度区間のうち、いずれがの温度で少なくと
も０．２５時間少なくとも一回加熱保持を行なう。この
ように加熱保持を行なうことによって、焼結、溶浸終了
後、特に導電率の劣る接点を発見したときには、再生（
導電率の回復、向上）させることが容易にできる。

反応防止材 前記焼結工程、溶浸工程においては、成形体と焼結用容
器との間、およびスケルトンと溶浸用容器との間に、こ
れら部材間の反応および（または）濡れを低減するため
に、反応防止材を介挿することか好ましい。上記のよう
な反応、濡れを防止することによって、合金の特性を更
に向上させることができる。

このような反応防止材としては、少なくとも４００℃で
前加熱されたＡ　Ｉ　　ＯＳ　ｉＯ２か２　３ゝ ら選択された粒状もしくは繊維状の耐熱性無機材料の少
なくとも１種からなることが望ましい。例えば反応防止
材を、繊維状セラミックスからなるものとすることがで
きる。

他の好ましい態様として、反応防止材をセラミックス繊
維束からなるものとすることができる。

別の態様として、反応防止材をセラミック繊維の織編物
からなるものとすることができる。

この発明における好ましい態様として、上記繊維状セラ
ミ・ンクを直径５〜１００μｍの長繊維から得られたも
のとしてもよい。

この発明において用いられる、好ましい反応防止材は繊
維状セラミックスであり、このセラミックスは、好まし
くはＡ　１２０３または／およびＳｉＯを主成分とする
。これは、Ａｌ２Ｏ３およびＳ　ｉｏ　２がこの耐熱性
および作業性にすぐれているからである。Ａｌ２Ｏ３お
よびＳ　Ｉ　Ｏ２の含有量は望ましくは５０％以上、よ
り好ましくは９０％以上である。ＡＩ　　ＯおよびＳ　
ｉＯ２以外に許容される成分として、ＴｉＯ２、ＭｇＯ
。

ＣａＯ１Ｆｅ２０３、Ｂ２Ｏ３、ＳｒＯなどがある。こ
れらの含有量はそれぞれ最大２０％である。

この発明において繊維状セラミックは、複数本の繊維を
束ねたセラミック繊維束、またセラミック繊維から得ら
れた織編物として直接接触部材として用いられる。この
部材が熱処理時に用いられる形態は、種々あるが、例え
ば、熱処理容器と彼　　−熱処理材料との間にセラミッ
ク繊維束または／およびセラミック織編物を介在させる
形態、また、セラミック織編物を容器状に成形し、それ
を熱処理容器として用いる形態などがあり、いずれにし
ても被熱処理材料はセラミック繊維と直接接触する。

この繊維状セラミックは、直径０．１〜３００μｍ、好
ましくは５〜１００μｍの長繊維から得られるものであ
る。このような範囲の繊維を用いるのは、これより太い
直径では容器としての可撓性が劣り、作業性を害するか
らである。

合金の組成比 最終的に得られる接点合金の各成分は、下記の範囲が好
ましい。

Ｃｕまたは／およびＡｇ　：　８０〜２０重量％Ｃｒ　
　　　　　　　　　：２０〜８０重量％合金中のＣｒｆ
ｎが８０２６より大のときにはジュール溶着の多発があ
り、再点弧に関係の深い表面荒れに対して好ましくない
のみならず、電圧７．２ＫＶに於て４０ＫＡのしゃ断が
困難になる。

逆にＣｒｆｆ１が２０％未満のときには、例えば４０Ｋ
Ｖをしゃ断したとき耐アーク性が維持できず大きいアー
ク消耗を示し好ましくない。

また、上記組成範囲において、高導電性成分であるＣｕ
または／およびＡｇ相中に固溶するＣｒの量は０．０１
〜０．３５重量部％であることが、導電率特性を安定化
させる上で好ましい。

処理雰囲気 上記各工程における処理は、非酸化性雰囲気中で行なう
ことが好ましく、具体的には、アルゴンガス等の不活性
ガス、Ｈガス、Ｎ２ガス中、もしくは真空中で行なわれ
る。

真空バルブ 次いでこの発明の方法によって得られた合金に適用でき
る真空バルブ（真空しゃ断器）を添付図面によって説明
する。

第１図は、本発明に係る接点材料を適用する真空しゃ断
器の構成例を示すもので、同図に於いて、１はしゃ新字
を示し、このしゃ新字１は絶縁材料によりほぼ円筒状に
形成された絶縁容器２と、この両端に封止金具３ａ、３
ｂを介して設けた金属性の蓋体４ａ、４ｂとで真空気密
に構成されている。しかして前記しゃ新字１内には、導
電環５゜６の対向する端部に取付けられた１対の電極７
゜８が配設され、上部の電極７を固定電極、下部の電極
８を可動電極としている。またこの可動電極８の電極棒
６には、ベローズ９が取付けられしゃ新字１内を真空気
密に保持しながら電極８の軸方向の移動を可能にしてい
る。またこのベローズ９上部には金属性のアークシール
ド１０が設けられ、ベローズ９がアーク蒸気で覆われる
ことを防止している。また、１１は、前記電極７，８を
覆うようにしてしゃ新字１内に設けられた金属性のアー
クシールドで絶縁容器２がアーク蒸気で覆われることを
防止している。さらに電極８は、第２図に拡大して示す
如く、導電棒６にろう材部１２によって固定されるか、
または、かしめによって圧着接続されている。接点１３
ａは、電極８にろう付け１４で固着されている。なお、
第１図における１３ｂは固定側接点である。

本発明の接点材料は、上記したような接点１３ａ、１３
ｂ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。

（実施例） 高炭素フェロクロムを硫酸に溶解し、これを電解、還元
して得た金属Ｃｒ板を大きさ約０，５〜２ｍｍの粒に粉
砕した（試料１）。

試料１を２ｘｌＯ−５Ｔｏｒｒの真空中で、温度１４５
０℃で２時間の加熱処理を与えた（試料２）、同真空中
で３５０℃で２４時間処理を行った（試料１１）。

試料１を集め常温にて１リケツト・マシンにて成形し約
２０關Ｘ２５ＩＩ１１％厚さが約８１１１１１の大きさ
を有するブリケット状の金属Ｃｒ集合体を作製した（試
料３）。

試料２を集め、ブリケット・マシンにて成形し、約２０
ｏｍＸ２５關、厚さが約８ＩＩ１１の大きさを有するブ
リケット状の金属Ｃｒ集合体を作製した（試料４）。

試料３を２Ｘ１０−５Ｔｏｒｒの真空中で１４５０℃で
、約２時間の加熱処理を与えた（試料７）。

試料４を２Ｘ１０’Ｔｏｒｒの真空中で１４５０℃で約
２時間の加熱処理を与えた（試料８）。

試料１を集め、熱処理用耐火セラミック容器に収容し２
Ｘ１０’Ｔｏｒｒの真空中で１３００℃に加熱しながら
直径約２０＋ｏｍ高さ８關の大きさを有する金属Ｃｒ集
合体を作製した（試料５）。常温に冷却した試料５に再
度同じ熱処理を与えた（試料９）。

試料２を集め、熱処理用耐火セラミック容器に収容し、
２Ｘ１０−”Ｔｏｒｒの真空中で、１３００℃に加熱し
ながら直径約２０器、高さ８ｉｎの大きさを有する金属
Ｃｒ集合体を作製した（試料６）。常温に冷却した試料
６に、再度同じ加熱処理を与えた（試料１０）。

次いで、得られた試料１〜１１について、アルゴンガス
を充填したボールミル中で６時間粉砕し、篩によって５
〜２５０μｍの範囲の粒子を選出し“　　た。この時点
で、Ｃｒ粉は、試料１を除いて、総て酸素、窒素の夫々
が２００ｐｐｍ以下であった。

Ａ１、Ｓｉは夫々１１００ｐｐ以下、Ｃａは１０ｐｐｍ
以下であった。

試料１〜１１のＣｒ粉末のうち７４〜１０５μｍの粒子
を選別し、これを黒鉛容器に自然充填した後、該黒鉛容
器と共に試料１〜１１の夫々を水素中で９５０℃で１時
間加熱し、空隙容積が約５５％の各Ｃｒスケルトンを得
た。

該Ｃｒスケルトンの空隙に、別に真空脱ガスしたＣｕを
ｌＸ１Ｏ−５Ｔｏｒｒの真空中、１１５０℃で１時間に
て溶浸させ約５０ｗｔ％のＣｕ−Ｃｒ合金を得た。この
溶浸処理に於ては、該試料１〜８と溶浸用熱処理容器と
の間には両者の濡れを防止するために８５％Ａ１２ｏ３
−１５％Ｓ　ｉｏ　２製の繊維状のセラミック・ファイ
バーをシート状に織った反応防止シートを介挿した。

上記溶浸処理終了後、溶浸作業温度１１５０℃より８０
０℃までは自然冷却させた後、８００℃から４００℃の
間の冷却速度を３℃／分に制御した条件で、前記試料１
〜８を冷却した。

これらの接点素材から接点片を作製し、組立式の真空バ
ルブに装着した。

このようにして得た接点素材のガス量を比較すると共に
前記組立式真空バルブに該試料１〜１１の接点を装着し
後述する評価方法、条件にて再点弧特性を評価した。

下記第１表にその結果を示すように、電解Ｃｒを粉砕し
たままのＣｒ粉でＣｕ−Ｃｒ合金を作製した場合（比較
例−１）及び同じＣｒ粉を処理せずブリケットマシンで
金属Ｃｒ集合体を作りこれを粉砕して得たＣｒ粉でＣｕ
−Ｃｒ合金を作製した場合（比較例−２）は、いずれも
再点弧発生頻度が２％以上と多発している。これに対し
金属Ｃｒ集合体を作る前・後の段階或いは、成形中（金
属Ｃｒ集合体を製造中）に加熱処理を与えた場合には、
いずれも大幅に再点弧発生頻度が減少している（実施例
１〜８）。尚、加熱処理条件が好ましくない場合には、
効果が発揮されず再点弧発生が見られる（比較例−３）
。

第１表 無水クロム酸をＡｔ還元して得た金属Ｃｒ塊を、大きさ
約０．５〜２ｍｍの粒に揃えた。尚この金属Ｃｒ塊中の
Ａｌ５Ｓｉなどの不純物は、充分取除いである（試料２
１）。

試料２１を２Ｘ　１０’Ｔｏ　ｒ　ｒの真空中で、温度
１４５０℃で２時間の加熱処理を与えた（試料２２）。

同真空中で３５０℃で２４時間の加熱処理を与えた（試
料３１）。

試料２１を集め常温にて圧縮プレス機にて成形し約２０
ｍｍＸ　２５ｍ１１．厚さが約８ｍｍの大きさを有する
ブリケット状の金属Ｃｒ集合体を作製した（試料２３）
。

試料２２を集め圧縮プレス機にて成形し約２０ＨＩＸ２
５ｍｍ、厚さが約８市の大きさを有するブリケット状の
金属Ｃｒ集合体を作製した（試料２４）。

試料２３を２Ｘ１０−５Ｔｏｒｒの真空中で、１４５０
℃で約２時間の加熱処理を行なった（試料２７）。

試料２４を２Ｘ　１０’Ｔｏ　ｒ　ｒの真空中で１４５
０℃で約２時間の加熱処理を行った（試料２８）。

試料２１を集め、熱処理用耐火セラミック容器に収容し
２Ｘ１０−５Ｔｏ　ｒ　ｒの真空中で１３００℃にて加
熱しながら直径約２０ｍｍ高さ８ｍｍの大きさを有する
金属Ｃｒ集合体を作製した（試料２５）。常温に冷却し
た試料２５に、再度同じ熱処理を与えた（試料２９）。

試料２２を集め熱処理用耐火セラミック容器に収容し２
Ｘ１０−５Ｔｏｒｒの真空中で１０００℃にて加熱しな
がら直径約２０關高さ８關の大きさを有する金属Ｃｒ集
合体を作製した（試料２６）。

常温に冷却した試料２６に再度同じ熱処理を与えた（試
料３０）。

次いで得られた試料２１〜３１についてアルゴンガスを
充填したボールミル中で１２時間粉砕し篩によって５〜
２５０μｍの範囲の粒子を選出した。この時点で試料２
１を除く各Ｃｒ粉は、総て酸素、窒素の夫々が２００ｐ
ｐｍ以下であった。

Ａ１、Ｓｉは夫々１１００ｐｐ以下、Ｃｕは１０ｐｐｍ
以下であった。

試料２１〜３１のＣｒ粉末から、７４〜１０５μｍの粒
子を選別した。４００℃で水素還元処理したほぼ同じ粒
径を持つ電解銅を用意した。前記Ｃｒ粉と電解Ｃｒ粉と
をＣ「が２５％になるよう混合し、４トン／　ｃｄで成
形後、８００℃までは水素気流中で仮焼結を行い、その
後１０４０℃で２時間真空中で焼結を行い接点素材とし
た。固相焼結法であるためＣｒとＣｕの比率は、任意に
選択出来るがここでは代表例として前記２５％Ｃｒ−Ｃ
ｕ合金を示したものである。

１０４０℃で真空焼結後の焼結材を常温近傍にまで冷却
後、真空中５５０℃で９０分間再加熱処理を加え、接点
素材とした。

これらの接点素材から接点片を作製し、接点素材のガス
量を比較すると共に、組立式の真空バルブに該試料片２
１〜３１の接点を装着し、後述する評価方法、条件にて
再点弧特性を評価した。

その結果、ＡＩ還元したＣ「を粉砕したままのＣｒ粉で
、Ｃｕ−Ｃｒ合金を焼結法によって作製した場合（比較
例−２１）及び同じＣｒ粉を処理せず圧縮成形機で金属
Ｃｒ集合体を作り、これを粉砕して得たＣｒ粉で、Ｃｕ
−Ｃｒ合金を作製した場合（比較例−２）は、いずれも
再点弧発生頻度が５％以上と多発していた。尚、両者の
Ｃｒ粉のガス量は酸素が７７０〜１４００ｐｐｍ、窒素
が３００〜４２０ｐｐｍであり、２５％Ｃｒ−Ｃｕ中の
ガス量は酸素が１１０〜２００ｐｐｍ。

窒素が８８〜１８０ｐｐｍであった。

これに対して、金属Ｃ−ｒ集合体を作る前・後の段階或
いは成形中（真空ホットプレス）に加熱処理を与えた場
合には、いずれも大幅に再点弧発生頻度が減少し、０．
５％又はそれ以下に減少した（試料２２、試料２４〜３
０）。しかし加熱処理条件が好ましくない場合には、効
果が発揮されず２％以上の再点弧が見られた（試料３１
）。

加熱処理温度として１４５０℃の例を主体に述べたが、
この処理温度が、更に高い場合には、本発明が目的とし
ている再点弧抑制効果は一層向上するが、一方に於て、
第２の工程での粉砕作業に時間を要する傾向にある。ま
た１３００℃より低い処理温度では、再点弧軽減の効果
が劣る傾向にある。

また、Ｃｒ中にＡＩが４２０ｐｐｍ、、Ｓｉが１７０ｐ
ｐｍＳＣａが７ｏｐｐｍ含有したＣ「を集め金属Ｃｒ集
合体とし、これを粉砕し原料Ｃ「粉とし、焼結／溶浸法
によってＣｕ−５０％Ｃｒ合金を作製した。この場合１
４５０℃×２時間の加熱処理を与えたが、再点弧発生率
の低減は得られず５％以上の頻度であった。

また本発明で得られる真空バルブ用合金では、再点弧の
発生率の低減のみならず、各真空バルブ毎の発生率のば
らつきも縮少出来た。

評価条件 真空バルブ用接点材料の評価は下記に示す評価条件によ
って再点弧発生を評価した。

径３０ｍ、厚さ５ＩＩＩ１１の円板状接点片を、ディマ
ウンタプル形真空バルブに装着し、６ＫＶｘ５００Ａの
回路を２０００回しゃ断した時の再点弧発生頻度を測定
し、２台のしゃ断器（バルブとして６本）のばらつき幅
（最大および最小）で示した。接点の装着に際しては、
ベーキング加熱（４５０℃、３０分）のみ行い、ろう材
の使用ならびにこれに伴う加熱は行わなかった。

〔発明の効果〕

上記実施例の結果からも理解されるように、本発明に係
る真空バルブ用接点合金の製造方法は、得られる接点合
金の再点弧発生頻度が著しく低減する点できわめてすぐ
れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の接点材料が適用される真空しゃ断器
の断面図であり、第２図は、接点部の拡大断面図である
。 １・・・しゃ断器、２・・・絶縁容器、３ａ、３ｂ・・
・封止金具、４ａ、４ｂ・・・蓋体、５，６・・・導電
棒、７・・・電極（固定電極）、８・・・電極（可動電
極）、９・・・ベローズ、１０．１１・・・アークシー
ルド、１２・・・ロウづけ部、４３ａ、１３ｂ・・・接
点、１４・・・取付は部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下記の工程（ａ）〜（ｆ）を含むことを特徴とする
   真空バルブ用接点合金の製造方法。 （ａ）原料Ｃｒを非酸化性雰囲気中において、１３００
   ℃〜融点近傍の温度範囲で少なくとも１回加熱処理する
   工程、 （ｂ）加熱処理済の原料Ｃｒを粉砕して、平均粒径５〜
   ２５０μｍ、酸素ならびに窒素の含有量が夫々２００ｐ
   ｐｍ以下のＣｒ粉を得る工程、（ｃ）このようにして得
   られたＣｒ粉を、８トン／ｃｍ＾２以下の外部圧力もし
   くは該Ｃｒ粉の自重の圧力で成形する工程、 （ｄ）焼結用容器に収容された前記Ｃｒ粉成形体を、Ｃ
   ｒスケルトンを得るために焼結用容器と共に非酸化性雰
   囲気中で焼結する工程、 （ｅ）得られたＣｒスケルトン中の空隙に Ｃｕまたは／およびＡｇを溶浸する工程、 （ｆ）溶浸された合金素材を、導電率を調整するように
   冷却する工程。 ２、前記（ｄ）工程の焼結が、少なくとも ８００℃の温度で行なわれる、特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３、前記（ｆ）工程の冷却を、８００℃〜 ４００℃の温度区間のうちの少なくとも１００℃の温度
   差間を０．６〜６℃／ｍｉｎの冷却速度で行なう、特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ４、前記（ｆ）工程の冷却において、不活性ガスの吹き
   付けによる急冷を行なう、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ５、前記（ｆ）工程の冷却において、８００℃〜４００
   ℃の温度区間のうちいずれかの温度で少なくとも０．２
   ５時間少なくとも一回加熱保持を行なう、特許請求の範
   囲第１項記載の方法。 ６、前記（ｂ）工程で得られるＣｒ粉が、そのＣｒ粉中
   に不純物として、Ａｌを１００ｐｐｍ以下、Ｓｉを１０
   ０ｐｐｍ以下、Ｃａを１０ｐｐｍ以下、酸素を２００ｐ
   ｐｍ以下、窒素を２００ｐｐｍ以下含有する、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ７、前記（ｃ）工程で得られる成形体が、 Ｃｒ粉とＣｕまたは／およびＡｇ粉との混合物からなる
   、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８、前記（ｄ）工程の焼結において、前記の成形体と焼
   結用容器との間に、その両者の反応または／および濡れ
   を低減化するための反応防止材を介挿する、特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ９、前記（ｅ）工程の溶浸において、前記のＣｒスケル
   トンと溶浸用容器との間に、その両者の反応または／お
   よび濡れを軽減化するための反応防止材を介挿する、特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 １０、前記の反応防止材が、少なくとも ４００℃で前加熱されたＡ１＿２Ｏ＿３、ＳｉＯ＿２ら
   選択された粒状もしくは繊維状の耐熱性無機材料の少な
   くとも１種からなる、特許請求の範囲第８項または第９
   項記載の方法。 １１、前記（ａ）工程の原料Ｃｒが更にＦｅ、Ｃｏ、Ｍ
   ｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＴｉおよびＺｒからなる群か
   ら選ばれた少なくとも１種を５０重量％未満含有するＣ
   ｒ基合金からなる、特許請求の範囲第１項記載の方法。 １２、前記（ａ）工程のＣｒ原料が、電解法または還元
   法で得られたものである、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 １３、前記（ａ）および（ｄ）工程における非酸化性雰
   囲気が、Ｈ＿２ガス、Ｎ＿２ガス、希ガスもしくは真空
   である、特許請求の範囲第１項記載の方法。 １４、得られる接点合金のＣｕまたは／およびＡｇ相中
   に固溶するＣｒの量が０．０１〜０．３５重量％になる
   ように制御する、特許請求の範囲第１項記載の方法。