JPS6386835A - 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） 本発明は、真空バルブに係り、特に温度上背特性ならび
に接触抵抗特性の双方が改良された真空バルブ用接点合
金に関する。 （従来の技術）　　　　′ 真空バルブ用接点材料に要求されるＲ性としては、耐溶
着、耐電圧、しゃ断に対づる各性能ぐ示される基本三要
件とこの他に温度上昇、接触抵抗が低く安定しているこ
とが重要な要件となっＣいる。しかしながら、これらの
要件の中には相反づるものがある関係上、単一の金属種
に五つＣ仝Ｃの要件を満足させることは不可能である。 このため、実用されている多くの接点材料において（よ
、不足する性能を相互に補えるような２種以上の元素を
組合せ、かつ大電流用あるいは高電ｊ１用等のように特
定の用途に合った接点材料の開発が行なわれ、それなり
に優れた特性を有ツるものが開発されているが、さらに
強まる高耐圧化、１３よび大電流化の要求を充分満足り
る真空バルブ用接点材料は未だ得られていないのが実情
−〇ある。 たとえば、大電流化を指向した接烈材料どして、Ｂｉの
ような溶着防止成分を５％以下のけで含有するＣｕ−３
ｉ合金が知られている（特公昭４１−１２１３１号公報
）が、Ｃｕ母相に対するＢｉの溶解度が極めて低いため
、しばしば偏析を生じ、しゃ断接の表面荒れが大きく、
加工成形が困難である等の問題点を有している。 また、大電流化を指向した他の接点材料として、Ｃｕ−
Ｔｅ合金も知られている（特公昭４４−２３７５１号公
報）。この合金は、Ｃｕ−Ｂ１系合金が持つ上記問題点
を緩和してはいるが、Ｃｕ−３ｉ系合金に比較して雰囲
気に対し、より敏感なため接触抵抗等の安定性に欠ける
。さらに、これらＱｕ−１”ｅＳＣｕ−Ｂｉ等の接点の
共通的特徴として、耐溶着性に優れているものの、耐電
圧−特性が従来の中電圧クラスへの適用には充分である
としても、これ以上高い電圧分野への応用に対しては、
必ずしも満足でないことが明らかとなってぎた。 一方、ｎ耐圧化を指向した接点材料として、ＣＵ＜また
は△Ｑ）等の高尋電成分とＣｒとの焼結合金が知られて
いる。しかしながら、Ｃｒは極めて酸化しやづ−い金属
であるため、粉末あるいｔよ成形体の管理が重要である
ことはいうまでもないが、仮焼結、溶浸時の雰囲気の条
件も材料１￥牲を左右する。例えば、仮焼結、溶浸時の
温度や時間を充分管理して得られたＣｕ−Ｃｒ合金Ｃも
、接触抵抗或いは温度上昇特性にばらつきや不安定ｆ［
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。 これらの問題の解決手段として、従来、ＣＩ」−Ｃｒ合
金接点の接触面にＣＵまたはＡ　＜３などからなる薄層
をメッキなどによって形成する技術、或いは、同接点の
接触面表面に露出しているＯｒ粉粒子取除く技術などが
行なわれている。 （発明が解決しようとする問題点） 従来の接点の表面にＣｕなどの薄層°を形成する技術に
於いては、その厚さが充分なときには安定した接触抵抗
特性が得られるものの、薄層の形成のみでは、温度上昇
特性の安定化を得ることはできない。 上記知見及び特性の不安定性がＣｕ−（：ｒ素ｌの［４
０ツトとの相関も認められているので、これらを併考す
ると、接烈素拐の影響度が人きいことが示唆される。 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、接触
抵抗特性および温度上昇特性の双方を安定させ得る真空
バルブ用接六合金月料を提供することを目的としている
。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するだめの手段および作用）本発明に係
る真空バルブ用接点合金は、（イ）焼結またはくおよび
）溶浸１程を経て得られたＣｕまたはくおよび）Ａｇか
らなる鳥導電性材料と、（０）ＭＯｌＷ、Ｖ、Ｎｂおよ
びＴａから選ばれる少なくとも１種を５０重量％以下含
み、残部がＣｒからなるＣｒ１ｌ耐アークＨ料とからな
る合金であって、前記品導電性材料中に固溶づるＣｒの
量が０．０１〜０．３５重１％であることを特徴として
いる。 このように本発明に係る接点合金は、Ｃｕ（又は／及び
Ａｉ　　−Ｃｒ￥５（Ｏｒに対しで５０ｗｔ％以下、ｏ
、１ｗｔ％以上のＭＯＳＷ、Ｖ、Ｎｂ。 Ｔａの少なくとも１種を含有）合金中のＣｕ（又は／及
びＡｌ相中に固溶しているＣｒ　ｆｄを０．０１〜０．
３５ｗｔ％の範囲に限定したので、この合金を真空バル
ブ用接貞合金として使用したとき安定したｍｔｍ上昇特
性及び接触抵抗特性が得られる。 更に本発明においては、原料Ｃｒ中の△１、Ｓ＋、Ｖ及
びＣａｆｆ１を、夫々１０ｐｐｍ以下、２０ｐｐ＋ａ以
下、１０ｐｐｍ以下及び１０ｐｐｍ以下含有ＪるＣｒを
使用することによって、上記特性の安定化を一層促進す
ることができる。 （発明の詳細な説明） 以下、本発明に係る真空バルブ用接点合金につき更に詳
細に説明する。 尚、本発明に於いては、ＭＯ，Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａの少
なくとも１種を所定量含有したＣｕ（又は／及びＡＯ）
−Ｃｒ合金を総称してＣＬＪ（又は／及びＡＱ＞−Ｃｒ
基接点材料とする。 研究によれば、Ｃｕ−Ｃｒ１ｊ接貞材料の上記不安定性
は、■Ｃｕ　−Ｃｒ基合金中の組成の変動、■Ｃｒ粒子
の粒径、粒度分布、偏析の程庭、■前記合金中に存在す
る空孔の程度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、より一層の安定性の維持を向上させ
るためには上記■、■、■に加えて更に細かな素材及び
焼結技術の管理が必要であることが判った。１なわち上
記特性の不安定性はＣｕ相中にわずかに含まれるＯｒの
但の差異と相関性があることを見出した。 つまりＣｕ−ＣｒＷ合金中のＣｕ部分に含まれるＣｒの
革を後述する方法による半定酪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基合金では、
一般に０．５〜０．２Ｓｉｔ％の範囲にばらついている
のに対し後述覆る本発明に係る安定した特性を示すＣＵ
−ＣｒＭ合金のそれは、０．２％近傍の値を示していた
。この数（ｌｌ′ｌツなわちＭＯｌＷ、ＶｌＮｂ、Ｔａ
の少なくとも１つを所定ｔａ金含有たＣｕ（又は／及び
Ａｏ＞−Ｃｒ基接貞材料中のＣｕ部分に固溶するＣｒ量
を所定範囲内すなわらｏ、ｏｉ〜０．３５重量％に厳密
に制限することが、温度上昇特性並びに接触抵抗特性の
向、Ｌ或いは、ばらつき幅の稲少化に極めて有効である
ことが見出された。 すなわち真空バルブの再点弧現象、再発弧現象の軽減化
に対して、合金中のＡ　Ｉ　、３　ｉ　１７の抑ａ、１
１が効果があり注目を浴びているが、これらの数値を一
定の水準例えば１０ｐｐｍ〜２０　ｐｐＩＩｌ以下に保
ったとしても、尚真空バルブのトータルの信頼性として
、前記温度上昇特性、並びに接触抵抗特性の安定化に対
しては不安が残り、本発明者らは、従来見落され勝ちで
あった合金中のＣＩＪ相中に含まれる他の主成分元素で
あるＣｒの量の影冑について注目した、すなわら合金中
に含まれるＣｒの全体のＭ（２０〜８Ｑｗｔ％〉に注目
するのＣは充分な特性が得られず、むしろ前述したＣｔ
Ｊ相中に微量に存在するこれら主成分元素Ｃｒの１に注
目することが重要であるという知見を得た。合金中のＣ
ｕ相中のＣｒ量は、本発明者らの知見によれば■使用す
る原料Ｃｒ中に初めから含まれているＣｒ、■他の主成
分であるＯｒからＣｕ中へ侵入するＣｒに依存する。Ｃ
ｕ相中のこれらＣｒを極力少なくする施策として、前者
■に対しては、不純物元素の含有の極力少ない原料Ｃｕ
を採用するが、或いは、通常の原料Ｃ−ｕに対しては、
事前に、帯溶融法によって高純度化することが効果的で
あり、後者■に対しては、ＣｕとＯｒとの合金化過程ぐ
のＢ湯処理の温度を低く覆るか、時間を短くすることが
有効であり又、合金化過程後の冷却過程を合理的に制御
することが有効である。 真空バルブでは、一般に所定の電流値を与えたときの、
バルブ端子部での濡洩上昇が一定値以下であることが望
まれ、これが重要特性の１つに挙げられている。 温度上昇値は、主として通電電流値、主回路の熱伝導率
、放熱効率、電気抵抗なとぐ決まるが、特に電気抵抗値
は重要な因子である。電気抵抗は、導電軸の抵抗（通常
はＣｕ、比抵抗−１，７μΩα）及び接点の抵抗（本発
明に於いては、２０〜８０％Ｃｕ−Ｃｒ合金）によって
構成されるが、接点表面に皮膜などがある場合の接触抵
抗、選択する荷重に依存する接触抵抗などを加える必要
があり、更に磁界発生コイルく通常はＣｕ）が存在する
場合にはこの抵抗も加えたものが、主回路の電気抵抗と
なる。ここで、導電軸の抵抗は没轟）上の寸法によって
定まり一定値とすることが出来、又接触抵抗も充分な接
触荷ｔ■を与えるなら、安定した一定値を得ることが出
来、更に磁界発生コイルも設計上の寸法によって定まり
一定値とすることが出来る。従って主回路間の電気抵抗
は、特に本発明の接点材料自体の素材の抵抗のばらつき
の程度がポイントと考えられ、このばらつきの程度が先
に述べたＣｕ−Ｃｒ１接点材料中のＣｕ相中のＣｒの量
に相関づることが、本発明者らの実験によって判明した
。 （実施例） 次に、本発明の実施例に係る接点合金を製造法も含めて
更に具体的に説明する。 本発明に於いて使用する原料は、充分脱ガスされかつ表
面に清浄化されたＣｒならびにＭｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂまた
はＴａからなる耐弧材料ど、ＣＵおよびＡＱの両方また
はいずれか一方からなる導電性材料とから成る。なお、
これらＣｒ、Ｑｕ。 Ａｏの他に接点用途に応じ１０％程度以下のＴｅ、Ｂｉ
、Ｓｂなどからなる耐溶着性材料あるいはＦｅ、Ｃｏを
補助成分としで添加してもよい。 Ｃｒの粒径は、２５０μｍを越えると純Ｑｕ。 ＡＱ部同志の接触の確率が高くなり耐溶着性の点で好ま
しくないが、本発明の効果を発揮さヒる上での粒径の下
限は存在せず、むしろ活性度の増加等の取扱上の観点で
下限が決定され得る。 また、接点合金を得る為の加熱条件は、ＣＬＪ。 Ａｏの溶融点以下で完了する方式と、Ｃｕ、ＡＱの溶融
点以上に加熱しこれを溶浸させる方式のいずれをもとり
得るが、いずれの方法においても、合金中のＣｕ部材（
又はＡＱ部分）中のＣｒの開を制御することは、前述し
た本発明目的を達成づるために極めて重要である。 一方、スケルトンはＭＯ１Ｗ１■、Ｎ　ｒ＞、Ｔｄの少
なくとも一種を含有したＣｒよりなる場合又は、これら
にあらかじめ少１ｄのＣＵ又は／及びＡｇを配合した場
合のいずれであっても、本発明接点材料としては同様の
効果が得られる。 原料Ｃｕは、例えば電１ｃｕをアルゴンガス中などの不
活性雰囲気中で粉砕、篩いわけを行なったものを使用す
るのが好ましい。 原料Ｏｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａについても混入す
る不純物、例えばＡＩ、３ｉ、Ｃａなどが極力少ないも
のを使用ツることが好ましい。 なお、本発明における接触抵抗特性および温度上昇特性
は次のようにして求めている。 接触抵抗特性は、表面荒さを５μｍに仕上げた直径５０
Ｍのフラット電極と同じ表面荒さを持つ曲率半径１００
Ｒの凸状電極とを対向さ

【長、両電極を開閉機構を持つ
１０−５Ｔｏ　ｒ　ｒの電極の♀ｊ脱可能な真空容器内
に取付け３　Ｋｇの荷重を与える。 そして両ｍ１４１０Ａの交流を与えたときの電位効果か
ら接触抵抗を求める。なお、接触抵抗値は測定回路を構
成−４る配線材、開閉器、測定器などの抵抗又は接触抵
抗を回路定数として含んだ値である。 一方、ｍ度上昇特性は、上記と同じ電極条件の電極を対
向させ、１０’Ｔｏｒｒの真空容器のなかで、接触力５
００　Ｋｇで４００Ａを１時間連続通電させたときの最
高温度を可動軸部で求めた。尚、ｍ度は周囲温肛約２５
℃を含んだものであり、かつ電極を取りつけるホルダー
の熱容黴の影響も含んだ比較値である。 また、接触抵抗の値は、着脱式真空開閉装置自体の軸部
の抵抗１．８〜２．５μΩ、磁界発生用コイル部の抵抗
５．２〜６．０μΩを含むもので、残部が接点部（接点
合金の抵抗、同接触抵抗）値である。 また、Ｃｕ−Ｃｒ話接点林料中のＣｕ相中のＯｒの含有
ｔ？１は下記のようにし−（求めた（尚、各ＣＵ　−Ｑ
ｒ基接点材料ともほぼ同じ手法で求めたので、ここでは
代表例を示す）。 すなわち、ｃｕ−ｃｒｕ接点材料を切削して粉状に［１
しその１ｇをご一方に入れ３Ｎの硝酸５０ｄを加えて１
００℃において３０分間加熱し、冷却後、溶液を濾過し
未分解Ｃｒ粒とＣＬＪ相を分離し、さらに濾液は蒸留水
で希釈してＣｕ相中の不純物定量用試液とし、これを誘
導結合プラズマ発光分光法を用いて下記第１表の条件に
よって定量した。 第１表（誘導結合プラズマ発光分光 法の測定条件） 周　　　波　　　数　　　　２７．　１２ＭＨｚ高周波
出力　　１．３ＫＷ 冷　　却　　ガ　　ス　　　　１６．５　　　ｊ／ＩＱ
ｉｎネプライザガス　　　０．４　　ρ／…１０プラズ
マガス　　０．８　　ｊ）／ｍｉｎ測　　定　　波　　
長　　　　Ｃｒ：２６７、　７ｎｍまず、接点合金を製
造する前工程として、平均１２５μｍのＯｒを２トン／
　ｃｍの圧力で成型して■１られた成型体をカーボン容
器に収納し真空中１０００℃、１時間で仮焼結を行なう
。この仮焼結体の下側にＣｕからなる溶浸拐を配置し、
この後、真空１２００℃、１時間で行なう溶浸工程に移
す。次に溶浸工程終了後、接点合金木材を１２００℃よ
り冷ｆＪｌづる。 約４０ｗｔ％程度のＣｒ及び約ｉｏｗｔ％程度のＭＯを
含有するＣｕ−Ｃｒｕ接点材料に於いて、Ｃｕ相中のＯ
ｒの世を種々選出し、所定接点形状に加工後前記着脱式
試験装；ｄに各合金試料を取りつけ、前記所定条件の通
電テストに供した。下記第２表の結果かられかるように
、Ｃｕ相中のＣｒ吊が増加するに従い、温１度の上昇が
見られるが、特にＣｒ吊が０．３５％以下（実施例１〜
４）では、その可動軸部の温度上昇値が７０℃以下であ
るのに対し、０．５９％（比較例２）では７０℃を眉え
ることが判った（第２表）。ここで７０℃で区別づる厳
密な説明は困難であるが、本実験に供した組立式の開閉
装置は、一般の真空バルブに極く近い熱的構成（部材の
配置及び熱容Ｒなど）を有していることから、成る程度
の対応が得られてるものとみなし得る。すなわち、通常
の真空バルブでは、６５℃の上昇を一つの目安と１ノで
おり、実験的換粋によれば、本着脱式開閉装置の７０℃
が略対応する。 上記傾向は、Ｃｕ−Ｃｒ塁接点材料中の全Ｃｒが略４０
％の接点についての調査結果ぐあるが、Ｃ１ｌが５５．
２％、かつＭＯがほぼ１０％（実施例５）、６９．２％
かつＭＯがほぼ１０％（実施例６）に増加しても、Ｃｕ
相中のＯｒの闇が略０．３５％以内の場合には、安定し
た温痘上昇特性が見られるが、Ｃｕ−ＣｒＬ８接点材料
中の金Ｃｒの岳が８０．７％かつＭＯがほぼ１０％（比
較例３）の接点合金では、例えＣｕ部材中のＣｒの世が
０．３５％以下（比較例３）であっても、安定な温度特
性は確保出来ない。接触抵抗特性も、Ｃｕ相中のＣｒの
爪が０．３５％以下（実施例１〜４）のときには低い接
触抵抗値を維持しているが、０．３５％以上の比較例２
では、高い接触抵抗特性を示づ−０ 尚、Ｃｒｆｉ）が約４０％、Ｍｏｌが約１０％である実
施例１〜４、及び比較例２に示したＣｕ−Ｃｒ基接点材
料の耐電圧特性は、ＭＯを曾有しないｃｕ−ｃｒ接点材
料（比較例１）より約３０％程度、優位である。この傾
向は、実施例５．６（Ｃｒ！ｉｋが約５０〜７０％、Ｍ
ｏ１ｎが約１０％）との対比でも認められる。更に実施
例７のように・Ｃｏｆｄが０．１％程度であっても優位
性が認められ、本発明では、耐電圧の観白から耐アーク
材料中でのＭＯの存在はイ■効であり、Ｃｏ吊が実施例
９のように更に多Ｈ１に存在するＣ　ｕ　−Ｃｒ　’Ｉ
ｔ接点材料に於いても有効である（第２表）。 上記は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｏ接自白材料つき示したもので
あったが、本発明接点材料の主１１であるＣＩ」又は／
及び／ｌ相中のＣｒｆｆ１を所定値以内すなわち０．３
５１℃％以内に抑制する場合には、他のＣｕ−ＣｒＷ接
点材料すなわち、第３表に示づようにｃｕ−Ｃｒ−Ｗ（
実施例１ｏ）、ｃｕ−Ｃｒ−Ｔａ（実施例１３）系の接
点月料に於いても同様の効果が認められている（実施例
１０〜１８）。 また、高導電性材料としてＡｇを使用してもＡＱ相中の
Ｃｒｆｆ１を所定は以内に制御するとき同等の効果が得
られる（実施例１７〜１８）。 以上述べたように、本発明のＣｕ　−（：、　ｒ　ｉ４
及びＡｏ−Ｃｒｕの接点合金材料では、潟１哀上昇特性
、接触抵抗特性とも、＾導電性材料（Ｃｕ又は／及びＡ
ｇ相）中のＣｒｆｉを所定量以内に１−１＠することに
よって良好な特性が発現する。耐アーク性材料の下限量
は、接点の耐消耗性、耐溶着性しゃ所持性など他の面か
ら決定される場合が多いが、特に、ＣＵ又は／及びＡｇ
の８イ１電性材料は、２０％未満の場合では、十分なし
ゃ所持性が確保出来ず、また８０％以上では、耐消耗性
、耐電圧特性の観点で、不十分となる。 また、Ｃｒと他の耐アーク性材料（すなわちＷ、Ｍｏ、
■、Ｎｂ、’ｒａ）の聞は、前述高導電性Ｈ料（Ｃｕ又
は／及びＡｇ＞の残余の吊であるが、これらの比率（Ｗ
、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｂ１Ｔａの少なくとも１つとＣｒとの比
率）１よ、特に大容量しゃ断性能の確保の観点からＣｒ
が５０％以上存在づることが必須である。 以上によってＣｕ又は／及びＡｇ−Ｃｒｕ４接にべ材料
に於いてＣｕ又は／及びＡ９】相中のＣｒ１Ｍの上限は
、０．３５ｗｔ％が妥当であり、その下限ｉｉ＋はより
低い方が好ましいが’ＦＪ　Ｎ時（焼結又は／及び溶浸
時）に成る程１哀の侵入が避ｔＪられず、ｏ、ｏ１ｗｔ
％程度は不可避的に存在し、これが実質上の下限と考え
られる。 尚、原料Ｃｒ中のＡＩ、３ｉ及びＣａｆｆ１も、再点弧
特性の軽減に対し重要な影響を持ち、例えば本実施例に
使用したＣｒ中のＡｌは１１００ｐｐ以下、Ｓｉは２０
　ｐｐｌ以下、Ｃａは１０ｐｐｍ以下のものであり、こ
のような上限を設けるごとにより本発明の効果が一層促
進される。 〔発明の効果〕 上記実施例の結果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は、接触抵抗特性および温度上昇
特性の双方の安定化においてすぐれた効果を有している
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（イ）焼結または（および）溶浸工程を経て得られ
   たＣｕまたは（および）Ａｇからなる高導電性材料と、
   （ロ）Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、ＮｂおよびＴａから選ばれる少な
   くとも１種を５０重量％以下含み、残部がＣｒからなる
   Ｃｒ基耐アーク材料とからなる合金であつて、前記高導
   電性材料中に固溶するＣｒの量が０．０１〜０．３５重
   量％であることを特徴とする真空バルブ用接点合金。 ２、原料Ｃｒ中の、Ａｌを１０ｐｐｍ以下、Ｓｉを２０
   ｐｐｍ以下、Ｖを１０ｐｐｍ以下、Ｃａを１０ｐｐｍ以
   下に制限する、特許請求の範囲第１項の合金。