(57)【要約】真空遮断器として要求される電気的特性をより一層向上できる真空遮断器用電極材料及びその製造方法を提供する。  アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末と、２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と、５重量％の電解Ｃｕ粉末を混合して固相焼結し、固相焼結体の総Ｃｒ含有量が３０〜５０％の真空遮断器用電極材料にする。真空遮断器用電極材料を製造する際は、各粉末を混合処理してから、混合粉末を圧縮成形処理して圧縮成形体を形成し、圧縮成形体を非酸素雰囲気の状態中でＣｕの融点温度以下の温度で固相焼結し、固相焼結体を得る。
2010050352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末と、２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と、５重量％の電解Ｃｕ粉末とを固相焼結し、固相焼結体の総Ｃｒ含有量を３０〜５０％としたことを特徴とする真空遮断器用電極材料。
【請求項２】
アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末と２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と５重量％の電解Ｃｕ粉末とを混合処理してから、前記混合粉末を圧縮成形処理して圧縮成形体を形成し、前記圧縮成形体を非酸素雰囲気の状態中でＣｕの融点温度以下の温度で固相焼結処理し、固相焼結体の総Ｃｒ含有量を３０〜５０％にしたことを特徴とする真空遮断器用電極材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空遮断器用電極材料及びその製造方法に係り、特にＣｕ（銅）−Ｃｒ（クロム）合金材料を用いる真空遮断器用電極材料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、真空遮断器用電極材料には、導電性の良好なＣｕと耐アーク性成分のＣｒとを適切な割合で混合した粉末混合物を、所定の形状に圧縮成形してから、真空中等の非酸素雰囲気で焼結を施してＣｕ−Ｃｒ焼結合金を作り、これを加工して使用している。
そして、このようなＣｕ−Ｃｒ焼結合金製の真空遮断器用電極材料は、Ｃｒ粒径を微細して均一な組織とすると、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性が向上し、好適であることが知られている。
電気的特性の良い高Ｃｒ含有量のＣｕ−Ｃｒ焼結合金を作るため、Ｃｒ含有量を４０重量％以上にすると、焼結時に空孔が多くなって焼結密度が上がらなくなる。この対策として、Ｃｕ−Ｃｒ焼結合金を圧延して密度を上げても不十分であり、Ｃｒの凝集があって均一な組織にできない欠点がある。
また、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末を混合し、通常の固相焼結でＣｕ−Ｃｒ焼結合金を製作する場合、Ｃｒ粉の粒径が１０μｍ以下のものを使用すると、Ｃｒ粉の酸化が進んでしまい、焼結が難しくかつ酸素含有量が多くなるため、遮断電流性能や耐電圧性能等の電気的特性の低下をきたすことになる。
上記した欠点を改善するため、日本の特許公開公報平成４−９５３１８号（特許文献１）に電気接点材料とその製造方法が提案されている。この特許文献１では、Ｃｕ−Ｃｒ焼結合金には、Ｃｕ粉末に０．１〜３７重量％のＣｒ粉末を混合し、この混合粉末を不活性ガス雰囲気又は真空中で溶融し、溶湯を各種のアトマイズを用いて急冷凝固させて製造し、Ｃｕ母材（マトリックス）中に平均粒径５μｍ以下のＣｒが分散したアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末を使用する。
そして、Ｃｒ含有量が５〜２０重量％のアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末を焼結し、焼結成形体のＣｕ母材中におけるＣｒの平均粒径が２〜２０μｍで、Ｃｒ粒径が微細で分布も均一な電極材料とし、電流遮断性能等の電気的特性を向上できるようにしている。
上記した特許文献１に記載の如くアトマイズ製法によりＣｕ−Ｃｒ合金粉末を製作し、固相焼結した真空遮断器用電極材料は、良好な電気的特性を有する利点がある。しかし、Ｃｕ−Ｃｒ焼結合金は、Ｃｒ粒径が微細で分布も均一にして総Ｃｒ含有量を３０％以上にするには製造が難しく、高Ｃｒ含有量のＣｕ−Ｃｒ焼結合金の製作ができないという問題がある。
また、通常使用する量産用のアトマイズ装置では、Ｃｕ−２０重量％Ｃｒ合金粉末を製造するのが限界である。これ以上のＣｒの含有量にすると、アトマイズ装置の溶湯を噴霧するノズルが詰まってしまう問題が生ずる。
しかも、アトマイズＣｕ−Ｃｒ球状粉末の焼結性を向上させるため、プレス成形性やからみの良いＣｕ粉末を添加して製造すると、Ｃｕ−Ｃｒ焼結合金中の総Ｃｒ含有量が著しく低下してしまい、良好な電気的特性が得られなってしまう欠点がある。
本発明の目的は、真空遮断器として要求される接触抵抗値の小さく大電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性を向上できる真空遮断器用電極材料及びその製造方法を提供することにある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明の真空遮断器用電極材料は、アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末と、２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と、５重量％の電解Ｃｕ粉末とを固相焼結し、固相焼結体の総Ｃｒ含有量を３０〜５０％としたことを特徴としている。
また、本発明の真空遮断器用電極材料の製造方法は、アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末と２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と５重量％の電解Ｃｕ粉末とを混合処理してから、前記混合粉末を圧縮成形処理して圧縮成形体を形成し、前記圧縮成形体を非酸素雰囲気の状態中でＣｕの融点温度以下の温度で固相焼結処理し、固相焼結体中の総Ｃｒ含有量を３０〜５０％にしたことを特徴としている。
発明の効果
本発明の真空遮断器用電極材料によれば、Ｃｕ−Ｃｒ焼結合金中の総Ｃｒ含有量を増加でき、しかもＣｕ母材中に微小粒径のＣｒを分散させ、大きな粒径のＣｒを存在させた組織にできる。このため、接触抵抗値の増加を抑えて大電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性をより一層向上した真空遮断器用電極材料とすることができる。
また、本発明の真空遮断器用電極材料の製造方法によれば、Ｃｒが高密度で含有量のＣｕ−Ｃｒ焼結合金を、均一な組織で容易に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の一実施例である真空遮断器用電極材料の顕微鏡写真の模式図である。
【図２】（ａ）から（ｃ）は本発明の一実施例である真空遮断器用電極材料の製造方法の工程を示す概略図である。
【図３】Ｃｕ−Ｃｒ真空遮断器用電極材の大電流遮断性能、耐電圧性能、接触抵抗値の特性図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の真空遮断器用電極材料は、アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末と、２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と、５重量％の電解Ｃｕ粉末とを用い、これらを混合して圧縮成形してから固相焼結し、固相焼結体の総Ｃｒ含有量を３０〜５０％としたものである。
【実施例１】
【０００６】
以下、本発明の真空遮断器用電極材料及びその製造方法について説明する。真空遮断器用電極材料は、主原料に公知のアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末を用いる。このアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末は、Ｃｕ−Ｃｒ混合物を不活性ガス雰囲気又は真空中で溶融し、この溶湯をアトマイザと称される噴霧ノズルから噴出させ、圧縮ガス（ガスアトマイズ）又は水流ジェット（水アトマイズ）で急冷し、Ｃｕ母材中にＣｒを分散させたものである。
そして、このアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末には、酸化Ｃｒを還元処理して作ったテルミットＣｒ粉末と、電解法により作った電解Ｃｕ粉末とを、適切な割合で加えて混合して使用する。
これらの粉末を後述する製造手順よって、原材料を混合して最終的に固相焼結して形成したとき、通電性能を低下させることのない微小粒径のＣｒと、遮断性能や耐電圧性能の向上に役立つ大粒径Ｃｒを適切に分散させた組織で、しかも総Ｃｒ含有量が３０〜５０％のＣｕ−Ｃｒ固相焼結体を作り、真空遮断器用電極材料にしている。
Ｃｕ−Ｃｒ固相焼結体中の総Ｃｒ含有量が３０〜５０％ある真空遮断器用電極材料とするには、Ｃｒ含有量を上げるためのテルミットＣｒ粉末は３０重量％、成形性や密度を上げるのに役立つ電解Ｃｕ粉末は５重量％にし、これらをアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末に加えて混合して使用する。
このようにすれば、固相焼結加工して固相焼結体を作ったとき、アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末のＣｒ量にテルミットＣｒ粉末が加わっているので、真空遮断器用電極材料となる固相焼結体中の総Ｃｒ含有量を３０〜５０％にして容易に作ることができる。
本発明の真空遮断器用電極材料となるＣｕ−Ｃｒ固相焼結体は、図１の顕微鏡写真の模式図のように、薄墨塗りで示すＣｕ母材中に１μｍ程度の微細なＣｒが分散したアトマイズＣｕ−Ｃｒとの隙間に、白抜きで示す平均粒径が８０μｍ程度のテルミットＣｒを存在させた均一な組織にすることができた。なお、図１の特にアトマイズＣｕ−ＣｒとテルミットＣｒの境界付近等の黒塗り部分は、焼結時に生じた空隙Ｇである。
本発明の真空遮断器用電極材料は、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示す処理手順で各処理を実施して製造する。まず、図２（ａ）に示す如く、既知の製法にて製造したアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末に、２０〜３０重量％のテルミットＣｒ粉末と５重量％の電解Ｃｕ粉末を加え、粉末の状態で均一になるように良く混合する混合処理を実施する。
次に、図２（ｂ）に示す如く、混合粉末を所定の形状の金型に入れて、プレス等により例えば４ｔ／ｃｍ２程度、１０秒以下の加圧時間で圧縮成形処理を施し、密度を高めた圧縮成形体を形成する。
最後に、図２（ｃ）に示す如く、圧縮成形体を不活性ガスや真空等の非酸素雰囲気の状態中で加熱を行って、Ｃｕの融点温度以下の温度で固相焼結処理を施し、固相焼結体の総Ｃｒ含有量が３０〜５０％のＣｕ−Ｃｒ固相焼結体を形成する。
このように、アアトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末に、電解Ｃｕ粉末を５重量％加えると、混合粉末の成形性が良好になるし、また焼結密度も向上させることができる。また、圧縮成形体をＣｕの融点温度以下の温度で固相焼結処理すると、圧縮成形体全体が凝集して空隙が大幅に少ない均一な組織にできる。
しかも、アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末にテルミットＣｒ粉末を加え、固相焼結処理した固相焼結体を製造して真空遮断器用電極材料にすると、微細なＣｒがＣｕ母材中に散在したアトマイズＣｕ−Ｃｒとの隙間に、大粒径のテルミットＣｒを散在させた均一な組織にすることができる。
また、総Ｃｒ含有量が３０〜５０％のＣｕ−Ｃｒ固相焼結体を製造した後に、一般に良く知られている熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）加工の処理を施すと、固相焼結体を高密度化できるため、真空遮断器用電極材料としてより効果的である。
図３は、横軸のＣｕ−Ｃｒ固相焼結体中の総Ｃｒ含有量に対して、縦軸のＣｒを含まないＣｕ真空遮断器用電極材料の大電流遮断性能、耐電圧性能、接触抵抗値を１とした倍数としたとき、Ｃｒ粒径の違う試料でそれぞれの電気的特性を示す特性図である。
この図３では、Ｃｕ−Ｃｒ固相焼結体中のＣｒ粒径が、５０〜１００μｍ程度ある従来法による試料Ａで測定した△印を結ぶ大電流遮断性能の特性をＡｉ、□印を結ぶ耐電圧性能の特性をＡｖ、○印を結ぶ接触抵抗値の特性をＡｒで示している。
また、同様にＣｕ−Ｃｒ固相焼結体中のＣｒ粒径が、５０〜１００μｍ程度と数μｍ以下が混在した本発明による試料Ｂで測定した▲印を結ぶ大電流遮断性能の特性をＢｉ、■印を結ぶ耐電圧性能の特性をＢｖ、●印を結ぶ接触抵抗値の特性をＢｒで示している。
これらの特性線から明らかなように、大粒径のＣｒのみの試料Ａでは、大電流遮断性能特性Ａｉは、総Ｃｒ含有量が３０重量％でピークとなってその後は減少していき、□印を結ぶ耐電圧性能特性Ａｖは次第に増加して行くが、接触抵抗値特性Ａｒは２０重量％を過ぎると急上昇する傾向にある。
これに対して、大粒径と小粒径のＣｒの双方を含む組織となっている本発明の試料Ｂでは、大電流遮断性能の特性Ｂｉが、総Ｃｒ含有量が増すにつれて試料Ａと同傾向であるが倍数値は大きくなり、また耐電圧性能特性Ｂｖも試料Ａより倍数値は大きくなるし、接触抵抗値特性Ｂｒは試料Ａより倍数値の増加が大幅に少ない望ましい電気的特性になっている。
本発明の真空遮断器用電極材料は、アトマイズＣｕ−Ｃｒ合金粉末を主成分にし、テルミットＣｒ粉末と電解Ｃｕ粉末を加えた混合粉末を固相焼結して形成し、半分程度が微細化Ｃｒで残りを大粒径Ｃｒとし、かつ総Ｃｒ含有量が３０〜５０％にしている。このため、従来の真空遮断器用電極材料に比べて大電流遮断性能や耐電圧性能が向上し、接触抵抗値の増加が少ない優れた電気的特性の状態で使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０００７】
本発明の真空遮断器用電極材料及びその製造方法は、高電圧大電流の真空遮断器用として広く適用できるため効果的であり、またＣｒが高密度で含有量のＣｕ−Ｃｒ焼結合金を製作するのに好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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