(57)【要約】【課題】良好な遮断性能と溶解系金属のもつ優れた耐電圧性能を維持し、耐溶着特性も向上させる。【解決手段】実施形態の真空バルブは、セラミックス製の筒状の真空絶縁容器と、真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、固定側封着金具に貫通固定された固定電極軸と、固定電極軸に固着された固定側接点と、真空絶縁容器の他方開口部に封着された可動側封着金具と、可動側封着金具を移動自在に貫通する可動電極軸と、可動電極軸に固着されるとともに固定側接点と接離する可動側接点と、可動電極軸の中間部に一方端が封着されるとともに、他方端が可動側封着金具に封着された伸縮自在のベローズと、真空絶縁容器の中間溝部にて封着され、固定側接点と可動側接点を包囲するアークシールドとを備え、固定側接点及び可動側接点は、Ｃｕ母体中にデンドライト状のＣｒ及び所定比率のＴｅを添加物として含むＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金により形成されている。【選択図】図１
2018055928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ母体中にデンドライト状のＣｒ及び所定比率のＴｅを添加物として含むＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金からなる、
真空バルブ用接点材料。
【請求項２】
前記所定比率を０．０３〜０．５重量％とする、
請求項１記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項３】
それぞれ粉末状のＣｕ、Ｃｒ及びＴｅを所定比率となるように秤量する過程と、
前記秤量したＣｕ、Ｃｒ及びＴｅをるつぼに入れて真空雰囲気下で溶解し溶湯とする過程と、
前記溶湯を急冷し、凝固させて所定形状を有する接点として形成する過程と、
を備えた製造方法。
【請求項４】
前記溶湯を急冷する過程及び前記凝固する過程を複数回繰り返して前記接点を形成する、
請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
セラミックス製の筒状の真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、
前記固定側封着金具に貫通固定された固定電極軸と、
前記固定電極軸に固着された固定側接点と、
前記真空絶縁容器の他方開口部に封着された可動側封着金具と、
前記可動側封着金具を移動自在に貫通する可動電極軸と、
前記可動電極軸に固着されるとともに前記固定側接点と接離する可動側接点と、
前記可動電極軸の中間部に一方端が封着されるとともに、他方端が前記可動側封着金具に封着された伸縮自在のベローズと、
前記真空絶縁容器の中間溝部にて封着され、前記固定側接点と前記可動側接点を包囲するアークシールドとを備え、
前記固定側接点及び前記可動側接点は、Ｃｕ母体中にデンドライト状のＣｒ及び所定比率のＴｅを添加物として含むＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金により形成されている、
真空バルブ。
【請求項６】
前記固定側接点および前記可動側接点は円盤形状を有し、横磁界電極あるいは縦磁界電極として構成されている、
請求項５記載の真空バルブ。
【請求項７】
前記固定側接点および前記可動側接点は、前記横磁界電極としてのスパイラル状のスパイラル電極あるいはコントレート電極として構成されている、
請求項６記載の真空バルブ。
【請求項８】
前記固定側接点および前記可動側接点は、前記縦磁界電極としてのカップ型縦磁界電極として構成されている、
請求項６記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、真空バルブ用接点材料、製造方法及び真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空バルブに要求される特性には、基本三要件である遮断性能、耐電圧性能、耐溶着特性がある。そのためこれら全ての特性が良好である真空バルブ用接点材料が求められるが、これらの特性には相反する性質のものがある関係上、単一の金属種によって全ての特性を満足させるのは困難である。
【０００３】
このため、実用化されている真空バルブ用接点材料は、不足する特性を相互に補えるような２種以上の元素、例えば導電成分と耐弧成分を組み合わせて構成され、大電流遮断用や高電圧用等といった所望する用途に応じて使用される。
【０００４】
近年では、多種多様な真空バルブ用接点材料の中でも遮断性能と耐電圧性能を満足する特性を有するものとしては、例えば、特許文献１に記載されているように、導電成分としてのＣｕと耐弧成分としてのＣｒを含むＣｕ−Ｃｒ系真空バルブ用接点材料が知られている。
【０００５】
一方、耐溶着特性の向上を目的とし、ＢｉやＴｅのような溶着防止成分を含有させたＣｕ−Ｂｉ、Ｃｕ−Ｔｅ系真空バルブ用接点材料が知られている（例えば、特許文献２あるいは特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−７１３７５号公報
【特許文献２】特公昭４１−１２１３１号公報
【特許文献３】特公昭４４−２３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、Ｃｕ−Ｃｒ系真空バルブ用接点材料は、遮断性能に優れており、さらに焼結法によるものよりも溶解法によるものの方が耐電圧性能の向上を期待することができるが、耐溶着特性は低いという課題があった。
一方、耐溶着特性に優れたＣｕ−Ｔｅ系、Ｃｕ−Ｂｉ系真空バルブ用接点材料は、再点弧発生確率が高く耐電圧性能が低いという課題があった。
【０００８】
そこで本発明は、良好な遮断性能と溶解系金属のもつ優れた耐電圧性能を維持しつつ、耐溶着特性も向上させることが可能な真空バルブ用接点材料及び真空バルブを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の真空バルブ用接点材料は、Ｃｕ母体中にデンドライト状のＣｒ及び所定比率のＴｅを添加物として含むＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金からなる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態の真空バルブの一部断面図である。
【図２】図２は、Ｔｅ含有量と、溶着力比との関係説明図である。
【図３】図３は、Ｔｅ含有量と、遮断性能比との関係説明図である。
【図４】図４は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金の製造フローチャートである。
【図５】図５は、実施形態及び従来の焼結法によるＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金を比較するための断面顕微鏡写真である。
【図６】図６は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた元素分布解析の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態の真空バルブの一部断面図である。
真空バルブ１０は、円筒形状を有したセラミックス製の真空絶縁容器１１と、真空絶縁容器１１の一端の開口部１１Ａに封着され、固定電極軸１２が嵌め込まれた状態で挿入される開口１３Ａが設けられた円板状の固定側封着金具１３と、真空絶縁容器１１の他端の開口部１１Ｂに封着され、可動電極軸１４が摺動可能に嵌め込まれた開口１５Ａが設けられた可動側封着金具１５と、真空絶縁容器１１内で固定電極軸１２の先端に真空ロウ付けされた固定側接点部材１６と、真空絶縁容器１１内で可動電極軸１４の先端に真空ロウ付けされた可動側接点部材１７と、固定側接点部材１６及び可動側接点部材１７の周囲に配置され、固定側接点部材１６あるいは可動側接点部材１７から蒸発した金属粒子が真空絶縁容器１１内面に蒸着されるのを防止するためのアークシールド１８と、可動電極軸１４の中間部１４Ｍと可動側封着金具１５とに封着されて開口１５Ａを覆うとともに、伸縮自在とされて真空絶縁容器１１内の真空を維持するための金属製のベローズ１９と、を備えている。
【００１２】
上記構成において、固定側接点部材１６及び可動側接点部材１７は、円板形状を有し、固定側接点部材１６及び可動側接点部材１７の外周面から中心軸に徐々に近づくように螺旋状（スパイラル状）に形成されたスリットＳＳがそれぞれ複数本（例えば３本）設けられている。この螺旋状のスリットＳＳによれば、径方向の磁界（横磁界）を発生させることができ、局所的な接点材料の溶融を防止して遮断性能を確保し、向上させることができる。
【００１３】
より詳細には、固定側接点部材１６と可動側接点部材１７との間に発生するアークに径方向の磁界を印加して、この磁界とアーク電流との間に生じるローレンツ力によりアークを電極の円周方向に回転駆動することで固定側接点部材１６あるいは可動側接点部材１７の局所的な溶融を防止し、所望の遮断性能を得ることができるのである。
また、真空バルブ１０において、真空絶縁容器１１内の圧力は、例えば、１０−４Ｐａ以下とされる。
【００１４】
ここで、固定側接点部材１６及び可動側接点部材１７の形成材料について説明する。
固定側接点部材１６及び可動側接点部材１７は、銅（Ｃｕ）を母材とし、クロム（Ｃｒ）及びテルル（Ｔｅ）を含有するＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金で形成されている。
このＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金において、原料金属の含有比は、重量比（重量％）で
Ｃｕ：Ｃｒ：Ｔｅ＝ｘ：ｙ：ｚ  （ｘ＞ｙ＞＞ｚ＞０、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）
とされている。
ここで、Ｔｅ含有量の範囲は、０．０３≦ｚ≦０．５（重量％）とされている。以下、Ｔｅ含有量の範囲をこの範囲に設定した理由を述べる。
【００１５】
図２は、Ｔｅ含有量と、溶着力比との関係説明図である。
ここで、溶着力比とは、Ｔｅを全く含まない状態の溶着力を基準（＝１）とした溶着力の比であり、その値が低いほど溶着しない状態を表している。
【００１６】
図２によれば、Ｔｅ含有量が０．０３（重量％）以上であれば、十分溶着力が低くなっていることが分かる。
この結果、弱い操作力でも容易に溶着引き外しが行える。
【００１７】
図３は、Ｔｅ含有量と、遮断性能比との関係説明図である。
ここで、遮断性能比とは、Ｔｅを全く含まない状態の遮断性能を基準（＝１）とした遮断性能の比であり、その値が高いほど遮断性能を維持している状態を表している。
図３によれば、Ｔｅ含有量が０．５（重量％）以下であれば、十分に遮断性能が維持されている（遮断性能比０．９以上）ことが分かる。
【００１８】
次にＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金の製造方法について概要を述べる。
図４は、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金の製造フローチャートである。
まずＣｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｅ（テルル）を所定重量％（＝所定比率）となるように秤量する（ステップＳ１１）。
【００１９】
次に秤量後の銅、クロム、テルルをるつぼ（坩堝）に入れて真空雰囲気下（真空雰囲気炉）で完全に溶解状態とする（ステップＳ１２）。
続いて、急冷し、凝固させる（ステップＳ１３）。
【００２０】
図５は、実施形態及び従来の焼結法によるＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金を比較するための断面顕微鏡写真である。
図５（ａ）に示すように、本実施形態の溶解法で製造したＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金においては、Ｃｒが溶解する温度まで温度を上昇させているため、凝固中にＣｒは、デンドライト（樹枝状結晶）として析出している。
【００２１】
これに対し図５（ｂ）に示すように従来の焼結法では、Ｃｕが溶解しない温度（Ｃｕの融点１０８４．６℃であるので、例えば、７００℃から１０８０℃）で型に入れて加圧して成形している。このため、Ｃｒ（融点１９０３℃）が溶解しない温度で焼結を行っているため、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金中で、Ｃｒは粒子状態でばらばらに配置された状態となっている。
【００２２】
従って、本実施形態のＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金の方が従来の焼結法によるＣｕ−Ｃｒ−Ｔｅ合金よりも各成分が均一に分布した均質な状態となっている。
これにより、安定した品質の電極を構成することができる。
【００２３】
図６は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた元素分布解析の説明図である。
ところで、光学顕微鏡写真では、微量に添加されたＴｅを特定、同定するのは困難であるため、図６に示すように、ＳＥＭを用いた元素分布解析を行って特定及び同定を行った。
【００２４】
図６（ａ）は、通常のＳＥＭ画像であり、Ｃｕ母体中にデンドライト状のＣｒが分布しており、さらにＣｕ母体中に微量のＴｅが分布している箇所の画像であるが、実際には、このＳＥＭ画像のみからはＴｅが分布しているかを判別することは容易ではない。
そこで、図６（ｂ）〜図６（ｄ）に示すように、特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）を用いて各原子の分布を把握している。
【００２５】
より詳細には、図６（ｂ）に示すように、Ｃｕの特性Ｘ線であるＫ線（Ｃｕ  Ｋ線）を用いてＣｕの分布を把握している。図６（ｂ）中、より黒い部分がＣｕの分布が多いことを示している。
【００２６】
同様に図６（ｃ）に示すように、Ｃｒの特性Ｘ線であるＫ線（Ｃｒ  Ｋ線）を用いてＣｒの分布を把握している。図６（ｃ）中、より黒い部分がＣｒの分布が多いことを示している。
【００２７】
さらに図６（ｄ）に示すように、Ｔｅの特性Ｘ線であるＬ線（Ｔｅ  Ｌ線）を用いてＴｅの分布を把握している。図６（ｄ）中、黒点で示される部分にＴｅが分布していることが分かる。
【００２８】
これらの結果、図６（ａ）に示した様にＣｕ母体中にデンドライト状のＣｒが分布しており、さらにＣｕ母体中に微量のＴｅが分布していることが分かるのである。
【００２９】
以上の説明においては、螺旋状のスリットにより横磁界を発生する構成を採っていたが、適用したい電圧系統ならびに想定される遮断容量により、縦磁界を発生させる縦磁界電極を用いるように構成することも可能である。この場合においても、アークを拡散させるような磁界発生により遮断性能を向上させることができる。
【００３０】
また、以上の説明においては、固定側接点部材１６と可動側接点部材１７として、横磁界電極としてのスパイラル電極を用いた場合について説明したが、同じ横磁界電極に分類されるコントレート電極や、カップ型縦磁界電極等の縦磁界電極を用いても同様に適用が可能である。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１０    真空バルブ
１１    真空絶縁容器
１１Ａ  開口部
１１Ｂ  開口部
１２    固定電極軸
１３    固定側封着金具
１３Ａ  開口
１４    可動電極軸
１４Ｍ  中間部
１５    可動側封着金具
１５Ａ  開口
１６    固定側接点部材
１７    可動側接点部材
１８    アークシールド
１９    ベローズ
ＳＳ    スリット
【図１】
2018055928.tif 000003
【図２】
2018055928.tif 000004
【図３】
2018055928.tif 000005
【図４】
2018055928.tif 000006
【図５】
2018055928.tif 000007
【図６】
2018055928.tif 000008