JPS6386836A - 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、特に温度上昇特性ならび
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特性としては、耐溶
着、耐電圧、しヤ所に対する各性能で示される基本三要
件とこの他に温度上行、接触抵抗が低く安定しているこ
とが重要な要件となっている。しかしながら、これらの
要件の中には相反するものがある関係上、単一の金ぶ種
によって全て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Ｊ３いて１
よ、不足プる性能を相互に補えるような２種以上の元素
を組合せ、かつ大眉流用あるいは高；’Ｊｉ　Ｉｆ川等
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打プるムのが開発されている
が、さらに強まる高ｎ（圧化および入電流化の要求を充
分満足する真空バルブ用接点材料は未だ得られていない
のが実情である。

たとえば、大電流化を指向した接点材料として、Ｂｉの
ような溶着防止成分を５％以下のａで含有するＣｕ−Ｂ
１合金が知られている（特公昭４１−１２１３１号公報
）が、ＣＬＪ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右している。

また、大電流化を指向した伯の接点材料として、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
を層相してはいるが、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Ｃｕ−Ｔｅ、Ｃｕ−Ｂ１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きた。

一方、高耐圧化を指向した接点材ＩＩとして、Ｃｕ（ま
たはＡＯ）等の高導電成分とＯｒとの焼結合金が知られ
ている。しかしながら、Ｏｒは極めて酸化しやすい金属
であるため、粉末あるいは成形体の管理が重要であるこ
とはいうまでもないが、仮焼結、溶浸時の雰囲気の条件
も材料特性を左右する。例えば、仮焼結、溶浸時の温度
や時開を充分管理して（ｑられたＣ　ｕ　−（：、　ｒ
合金でも、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。

これらの問題の解決手段として、従来、Ｃｕ−Ｃｒ合金
接点の接触面にＣｕまたはＡＱ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ＣＩＪ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ぎ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−Ｃｒ素材の製造ロ
フトとの相関も認められているので、これらを併考する
と、接点素材の影響度が大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
バルブ用接点合金材料を提供することを目的としている
。

（発明の構成） （問題点を解決するた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（および
）溶浸工程を経て得られたＣＵまたは（および）ＡＱか
らなる高導電性材料と、（ロ）ＦｅおよびＣＯから選ば
れる少なくとも１種を５０虫渚％以下含み、残部がＣｒ
からなるＯｒＭＳ耐アーク材料とからなる合金であって
、前記高導電性材料中に固溶するＣｒの量が０．０１〜
０．３５重坦％であることを１Ｓ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
ＡＱ）−ｃｒｕ　（Ｃｒに対して５Ｑｗｔ％以下、０，
１ｗｔ％以上のＦｅおよびＣＯの少なくとも１１３を含
有）合金中のＣｕ（又は／及びＡＧ）相中に固溶してい
るＣｒｆｆ１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点合金として使用
したとき安定した温度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Ａｌ．３ｉ及びＣ
ａｆｆ１を、夫々１０ｐｐＩＩｌ以下、２０　ｐｐｍ以
下、及び１０ｐｐＩ１１以下含有するＣｒを使用するこ
とによって、上記特性の安定化を二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、ＦｅおよびＣｏの少なくとも１
種を所定か含有したＣｕ（又は／及びＡｇ）−Ｃｒ合金
を総称してＣ【」（又は／及びＡｑ）　−〇ｒ基摺接点
材料する。

研究によれば、ｃｕ−ｃｒ繕接点材料の上記不安定性は
、■（：ｕ−Ｃｒ基合金中の組成の変動、■Ｃｒ粒子の
粒径、粒度分布、偏析の程度、■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。すなわら上記
特性の不安定性はＣＬＪ相中にわずかに含まれるＯｒの
Ｍ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
吊を後述する方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ＣＬＪ−Ｃｒ基合金では、
一般に０．５〜０５２重量％の範囲にばらついているの
に対し後述プる本発明に係る安定した特性を示すＣｕ　
−Ｃｒ　ＦＡ合金のそれは、０．２％近傍の値を示して
いた。この数値すなわちＦｅおよびＣｏの少なくとも１
つを所定消含有したＣｕ（又は／及びＡｇ）−Ｃｒ基接
点（イ料中のＣｕ部分に固溶するＣｒｆｆ１を所定範囲
内づなわち０．０１〜０．３５川量％に厳１俗に制限づ
ることが、温度１脣特性並びに接触抵抗特性の向上或い
は、ばらつき幅の縮少化に極めて有効ぐあることが見出
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ＡＩ、５ｉ（６）の抑ｉｔ、１１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１ｏｐｐｎ＋〜２０１）ｌ）Ｉｎ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、
前記温度上界特性、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Ｃｕ相中に含まれる他の主成分元素である
Ｏｒの石の影響について注目した、すなわち合金中に含
まれるＣｒの全体のｆｉ（２０〜３Ｑｗｔ％）に注目す
るのでは充分な特性が得られず、むしろ前述したＣｕ相
中に微量に存在するこれら主成分元素Ｃｒのａ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Ｃｕ相
中のＣｒｆｆ１は、本発明者らの知見によれば■使用づ
゛る原料Ｃｕ中に初めから含まれているＣｒ、■他の主
成分であるＣｒからＣｕ中へ侵入するＣｒに依存する。

Ｃｕ相中のこれらＣｒを極力少なくするＩＡ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ＣＵ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、ＣＬＪとＯｒとの合金化過
程での高温処理の温度を低くするか、日間を短くするこ
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、
バルブ端子部での温度上テｔ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。

温度上屓値は、主として通電電流値、主回路の熱伝導率
、放熱効率、電気抵抗などで決まるが、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−１，７μＱＣＩ１１）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（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ｔ、Ｌ設計上の寸法
によって定まり一定値とすることが出来、又接触抵抗も
充分な接触荷重を与えるなら、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木材の抵抗のば
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−ＣｒＷＪｉ点材料中点材口中中の
Ｏｒの邑に相関することが、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ｌ”ｅおよび（または）
Ｃｏからなる耐弧材料と、ＣｕおよびＡｇ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、ＣＵ、ＡＱ、Ｆｅ、ｃｏの他に接点用途に応
じ１０％程度以下のＴｅ、３ｉ、Ｓｂなどからなる耐溶
着性材料あるいはＦｅ、Ｇｏを補助成分として添加して
もよ。

い。Ｃｒ、　Ｆｅ、Ｃｏの粒径は、２５Ｃ１ｍを越える
と純（：ｕ、Ａｇ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せる上
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、ＣＵ、Ａｇ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の量を制御することは、前述した本発明
目的を達成するために極めて重要である。

一方、スケルトンはＦｅおよびＧｏ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９
倒のＣＵ又は／及びＡＯ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、例えば電解Ｃｕをアルゴンガス申などの不
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Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇｏ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するこ
とが好ましい。

なお、本発明における接触抵抗特性Ｊ３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
ＩＩａのフラット電極と同じ表面荒さを持つ曲率半径１
００Ｒの凸状電極とを対向させ、両電極を開閉機構を持
つ１０’Ｔｏｒｒの電極の着脱可能な真空容器内に取付
け３に！Ｉの荷重を与える。

そして両電極１０Ａ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
する配線材、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、温度上昇特性は、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　Ｋ９で４０ＯＡ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、温度は周囲４度約２５
℃を含んだものであり、かつ電極を取りつけるホルダー
の熱容量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　−Ｑｒ基接点材料中のＣｕ相中のＣｒの含
有Ｍは下記のようにして求めた（尚、各ＣＩＪ　−Ｃｒ
Ｊ、’を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′？ｊ）。

すなわち、ｃｕ−ｃｒ基接点材料を切削して粉状にＷ￥
Ｊしその１ｇをビー力に入れ３Ｎの硝酸５０ｄを加えて
１００℃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Ｃｕ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ｍ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　　　ｆＪ　／
ｍｉｎネプライザガス　　　０．４　　Ｊ／ｗｉｎプラ
ズマガス　　０．８　　Ｎ／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Ｃｒを２トン／
ｃｉの圧力で成型して得られた成型体をｈ−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ＣＬＪからなる溶浸材を配置し、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、接点合金素材を１２００℃より
冷却する。

約４Ｑｗｔ％程度のＣｒ及び約ＩＱｗｔ％程度のＧｏを
含有するＣｕ−Ｃｒ基接点材料に於いて、Ｃｕ相中のＣ
ｒの吊を種々選出し、所定接点形状に加工後前記着脱式
試験装置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量が増加するに従い、温度の上昇が見ら
れるが、特にＣｒｆｔが０．３５％以下（実施例１〜４
）では、その可動軸部の湿度上昇値が７０℃以下である
のに対し、０．５２％（比較例２）では７０℃を超える
ことが判った（第２表）。ここで７０℃で区別する厳密
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
置及び熱容曾など）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。寸なりも、通常の
真空バルブでは、６５℃の上昇を一つの目安としており
、実験的換のによれば、本着脱式開閉装置の７０℃が略
対応する。

上記傾向は、ＣＩＪ　−Ｃｒ基接点材料中の全Ｃｒが略
４０％の接点についての調査結果であるが、Ｃｒｆｉｔ
が５１．６％、かつＣＯがほぼ１０％（実施例５）、６
８．２％かつＣＯがほぼ１０％（実施例６）に増加して
も、Ｃｕ相中のＣｒのかが略０．３５％以内の場合には
、安定した温度上昇特性が見られるが、Ｃｕ−Ｑｒ基接
点材料中の金Ｃｒの曾が８１．９％かつＣＯがほぼ１０
％の接点合金では、例えＣｕ相中のＣｒの量が０．３５
％以下（比較例４）であっても、安定な一度特性は確保
出来ない。接触抵抗特性も、Ｃｕ相中のＣｒの昂が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す。

尚、Ｃｒｆｆ１が約４０％、ＣＯｍ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、ＣＯを含有しないＣＩＪ−Ｃｒ接点
材料（比較例１）より約２０％程度、優位である。この
傾向は、実施例５．６（Ｃｒａが約５０〜７０％、Ｃ０
ｆｉｌが約１０％）と比較例−３（Ｃｏなし）との対比
でも認められる。更に実施例７のようにＣｏｆｆ１が０
．１１％程度であっても優位性が認められ、本発明では
、耐電圧の観点から耐アーク材料中でのＧｏ、　Ｆｅの
存在は有効である。　　・ 上記は、ｃｕ−ｃｒ−ｃｏ接点材料につき示したもので
あったが、本発明接点材料の主旨であるＣｕ又は／及び
△９相中のＣｒｆｆｔを所定値以内すなわち０．３５ｗ
ｔ％以内に抑制する場合には、他のＣｕ　−Ｃｒｔｌ接
点材料すなわち、第２表および第３表に示すようにＣｕ
−Ｃｒ−ＦＩＥ！、Ａｔｇ−Ｃｒ−Ｇｏ、ＡＱ−Ｃｒ−
Ｆｅ系の接点材料に於いても同様の効果が認められてい
る（実施例８〜１０）。

以上述べたように、本発明のｃｕ−Ｏｒ−１及びＡｇ−
０ｒ基の接点合金材料では、温度上Ｒ特性、接触抵抗特
性とも、高導電性材料（ＣＩＪ又は／及びＡＱ相）中の
Ｃｒｆｉｌを所定付以内にυｊｌＩＩ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Ｆは、接
点の耐消耗性、耐溶着性しゃ断性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ＡＱの高導
電性材０は、２０％未満の場合では、十分なしゃ断性性
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Ｆｅおよび
／またはＧｏ）の門は、前述畠導電性材料（Ｃｕ又は／
及びＡａ）の残余の門であるが、これらの比率（Ｆｅお
よびＣＯの少なくとも１つとＣｒとの比率）は、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
することが必須である。

以上によってＣｕ又は／及びＡＱ　−Ｃｒ基接点材料に
於いてＣｕ又は／及びＡＱ相中のＣｒ吊の上限は、０．
３５ｗｔ％が妥当であり、その下限宿はより低い方が好
ましいが製造時（焼結又は／及び溶浸時）に成る程度の
侵入が避けられず、０．０１ｗｔ％程度は不可避的に存
在し、これが実質上の下限と元えられる。

尚、原料Ｃｒ中のＡ＋、Ｓ；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１００１）ｌ）１以下、３ｉは
２０　ｐｐｍ以下、Ｃａはｉｏｐｐｍ以下のものであり
、このような上限を設けるこ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界
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）ＦｅおよびＣｏから選ばれる少なくとも１種を５
   ０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、Ｃａを１０ｐｐｍ以下に制限する、特許請
   求の範囲第１項の合金。