(57)【要約】【課題】Ｃｕ−Ｃｒ系合金の表面に摩擦攪拌処理を施し、Ｃｒ粒子の微細化を図る。【解決手段】回転装置に固定される軸部１と、軸部１の端部に固定された基部２と、基部２に固定されるとともに、外周に軸方向に対して斜めに横切る攪拌溝４を設けた先端部３とを備えた摩擦攪拌処理用工具であって、先端部３は、基材にＷ、Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｒｅのいずれか１つの材料を用い、基材よりも硬い硬質セラミックス粒子を分散させており、主に真空バルブに用いられるＣｕ−Ｃｒ系合金を摩擦攪拌し、Ｃｒ粒子の微細化を図ることを特徴とする。【選択図】  図１
2011140060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転装置に固定される軸部と、
前記軸部の端部に固定された基部と、
前記基部に固定されるとともに、外周に軸方向に対して斜めに横切る攪拌溝を設けた先端部とを備えた摩擦攪拌処理用工具であって、
前記先端部は、基材にＷ、Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｒｅのいずれか１つの材料を用い、前記基材よりも硬い硬質セラミックス粒子を分散させていることを特徴とする摩擦攪拌処理用工具。
【請求項２】
前記硬質セラミックス粒子は、ＰＣＢＮ、ダイヤモンド、ＷＣのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌処理用工具。
【請求項３】
前記硬質セラミックス粒子を５〜４０ｗｔ％としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の摩擦攪拌処理用工具。
【請求項４】
接離自在の一対の接点を有する真空バルブ用接点材料であって、
前記接点は、Ｃｕ−Ｃｒ系合金であり、
前記Ｃｕ−Ｃｒ系合金は、基材にＷ、Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｒｅのいずれか１つの材料を用い、前記基材よりも硬い硬質セラミックス粒子を分散した摩擦攪拌処理用工具により摩擦攪拌処理され、その表面の前記Ｃｒが微細化されていることを特徴とする真空バルブ用接点材料。
【請求項５】
前記Ｃｕ−Ｃｒ系合金中に、前記Ｗ、前記Ｍｏ、前記Ｗ−Ｒｅ、前記Ｍｏ−Ｒｅのいずれか１つの金属が含有されていることを特徴とする請求項４に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項６】
前記Ｃｒは、１０〜５０ｗｔ％含有されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の真空バルブ用接点材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌処理によりＣｕ−Ｃｒ系合金中のＣｒ粒子を微細化する摩擦攪拌処理用工具、およびこの摩擦攪拌処理により製造された真空バルブ用接点材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、突き合わせた接合部に回転する摩擦攪拌工具を挿入し、摩擦熱によって軟化させつつ攪拌することにより、一対の金属板を接合する方法が知られている。摩擦攪拌工具には、被接合金属材料よりも硬質のものが採用され、アルミニウム材のようなものでは工具鋼、鋼材のようなものでは多結晶ＣＢＮ（ＰＣＢＮ）が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、真空バルブ用接点材料においては、Ｃｕ−Ｃｒ系合金が多用されており、Ｃｒ粒子を微細化するほど、耐電圧特性を向上させることが知られている。Ｃｒ粒子の微細化においては、接点表面に高エネルギーの電子ビームを照射する方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、電子ビームでの処理では、設備、処理時間などの面から高コストとなり、工業的には困難さを伴っていた。そこで、Ｃｒ粒子の微細化に、低コストが期待できる摩擦攪拌処理を検討する必要性が出た。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２９７４１８号公報  （第５ページ、図１）
【特許文献２】特開平６−３４９３８７号公報  （第３ページ、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来の摩擦攪拌工具を用いて真空バルブ用接点材料を処理する場合においては、次のような問題がある。Ｃｕ−Ｃｒ系合金では、Ｃｒが硬質金属粒子のため、工具鋼を用いると、消耗量が大きくなる。また、ＰＣＢＮでは、消耗量を抑えることができるものの、硬質金属粒子同士の衝突により、亀裂が生じたり破損することがある。
【０００７】
このため、Ｃｕ−Ｃｒ系合金を摩擦攪拌処理しても、これに耐え得る消耗量の少ない摩擦攪拌処理用工具、およびＣｒ粒子の微細化ができ、耐電圧特性の向上を図ることのできる真空バルブ用接点材料を得ることが望まれていた。なお、Ｃｒ−Ｃｒ系合金中に摩擦攪拌処理用工具が磨耗した成分が含有されることは許容する。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、Ｃｕ−Ｃｒ系合金の表面に摩擦攪拌処理を施し、Ｃｒ粒子の微細化を図ることのできる摩擦攪拌処理用工具、およびその摩擦攪拌処理により製造される真空バルブ用接点材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の摩擦拡散処理用工具は、回転装置に固定される軸部と、前記軸部の端部に固定された基部と、前記基部に固定されるとともに、外周に軸方向に対して斜めに横切る攪拌溝を設けた先端部とを備えた摩擦攪拌処理用工具であって、前記先端部は、基材にＷ、Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｒｅのいずれか１つの材料を用い、前記基材よりも硬い硬質セラミックス粒子を分散させていることを特徴とする。  
また、本発明の真空バルブ用接点材料は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブ用接点材料であって、前記接点は、Ｃｕ−Ｃｒ系合金であり、前記Ｃｕ−Ｃｒ系合金は、基材にＷ、Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ、Ｍｏ−Ｒｅのいずれか１つの材料を用い、前記基材よりも硬い硬質セラミックス粒子を分散した摩擦攪拌処理用工具により摩擦攪拌処理され、その表面の前記Ｃｒが微細化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、硬質の分散粒子を含有した摩擦攪拌処理用工具を用い、Ｃｕ−Ｃｒ系合金の表面を摩擦攪拌処理するので、摩擦攪拌処理用工具の消耗量が少なく、Ｃｒ粒子を微細化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る摩擦攪拌処理用工具の構成を示す図。
【図２】本発明の実施例に係る摩擦攪拌処理用工具の組織を説明する図。
【図３】本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料の組織を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
摩擦攪拌処理用工具は、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｏを主成分とする合金または純金属に、ＰＣＢＮ、ダイヤモンド、ＷＣの粒子などの硬質セラミックス粒子からなる分散粒子を含有したものである。また、真空バルブ用接点材料は、Ｃｕ−Ｃｒ系合金であり、接離する表面が摩擦攪拌処理され、Ｃｒ粒子の微細化が図られている。以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１３】
本発明の実施例に係る摩擦攪拌処理用工具および真空バルブ用接点材料を図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る摩擦攪拌処理用工具の構成を示す図、図２は、本発明の実施例に係る摩擦攪拌処理用工具の組織を説明する図、図３は、本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料の組織を説明する図である。
【００１４】
（摩擦攪拌処理用工具）
図１に示すように、摩擦攪拌処理用工具は、図示しない回転装置に固定される軸部１と、軸部１の端部（軸面）に固定された軸部１よりも直径の大きい円柱状の基部２と、基部２の反軸部１側の中央部に固定された基部２よりも底部の直径が小さい円錐状の先端部３とで構成されている。先端部３の外周には、軸方向に対して斜めに横切るねじ状の攪拌溝４が設けられている。攪拌溝４の幅および深さは、それぞれ１ｍｍである。先端部３の高さは６ｍｍ、底部の直径は１２ｍｍである。なお、軸部１と基部２と先端部３とは、軸線上に配置される。
【００１５】
また、図２に示すように、先端部３の基材５は、Ｗ、Ｍｏの純金属、またはこれらとＲｅとの合金からなっている。また、ほぼ均一に分散させる分散粒子６としては、一辺数１０μｍのＰＣＢＮ粒子、ダイヤモンド粒子、ＷＣ粒子などの硬質セラミックス粒子を含有させた。分散粒子６は、鋭角になり易いので、大きさを辺の長さで表した。分散粒子６は、基材５よりも硬質であり、また、基材５は、Ｃｕ−Ｃｒ系合金よりも硬質である。
【００１６】
（摩擦攪拌処理用工具の評価方法）
軸部１の回転速度６００ｒｐｍ、移動速度１ｍｍ／ｓとし、基部２の面が被摩擦攪拌面に接する程度まで押圧しながら一方向に１００ｍｍ移動させたときの消耗量を測定した。先端部３は全周に亙って消耗するが、先端部３の高さの消耗が５％以下（０．３ｍｍ以下）のときを良好とした。
【００１７】
（Ｃｕ−Ｃｒ系合金の微細性）
図３に示すように、Ｃｕマトリックス７中に粒径数１００μｍの第１のＣｒ粒子８を分散させたＣｕ−Ｃｒ系合金の表面を摩擦攪拌処理し、微細化された第２のＣｒ粒子９の大きさを計測した。断面を走査電子顕微鏡で観察し、所定の線上に形成されたＣｕ／Ｃｒ界面の数をカウントした。そして、摩擦攪拌処理前と比較して１０倍以上の界面が形成されているものを良好とした。
【００１８】
以下、表１を参照して、基材５の材質、および分散粒子６の材質を種々変えたときの結果を説明する。
【００１９】
（比較例１、実施例１）
比較例１では、先端部３の基材５にＰＣＢＮの純金属を用い、Ｃｕ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金を摩擦攪拌処理した。第２のＣｒ粒子９は、Ｃｕ／Ｃｒの界面数が１５倍と微細化されているが、消耗率が３０％と大きかった。
【００２０】
実施例１では、先端部３の基材５にＷ−Ｒｅ合金を用い、分散粒子６としてＰＣＢＮを１０ｗｔ％含有させ、Ｃｕ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金を摩擦攪拌処理した。その結果、消耗率は２％であり、第２のＣｒ粒子９は１１倍に微細化されていた。これは、基材５が回転し、Ｃｒ粒子８、９に衝突しても、ＰＣＢＮ粒子の方が硬く、更にＷ−Ｒｅ合金でその衝撃を吸収するので、破損による消耗が軽減されたものと推察できる。また、先端部３が円錐状であり、軸方向に対して斜めに横切る攪拌溝４を設けているので、消耗を抑えながら、攪拌溝４により攪拌が促進されたものと推察できる。
【００２１】
（実施例２〜４）
基材５に、実施例２ではＭｏ−Ｒｅ合金、実施例３ではＷ、実施例４ではＭｏを用い、分散粒子６にＰＣＢＮを１０ｗｔ％含有させ、Ｃｕ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金を摩擦攪拌処理した。その結果、消耗率はいずれも２％であり、第２のＣｒ粒子９は１０倍以上に微細化され、良好であった。
【００２２】
（実施例５、６）
実施例５では、Ｗ−Ｒｅ合金の基材５に、分散粒子６としてダイヤモンドを１０ｗｔ％含有させ、Ｃｕ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金を摩擦攪拌処理した。また、実施例６では、Ｗ−Ｒｅ合金の基材５に、分散粒子６としてＷＣを１０ｗｔ％含有させ、Ｃｕ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金を摩擦攪拌処理した。その結果、消耗率はいずれも２％であり、第２のＣｒ粒子９は１３倍以上に微細化され、良好であった。
【００２３】
（比較例２、３、実施例７〜９）
比較例２、３、実施例７〜９では、Ｗ−Ｒｅ合金の基材５に、分散粒子６としてＰＣＢＮを２〜５０ｗｔ％含有させ、Ｃｕ−２５ｗｔ％Ｃｒ合金を摩擦攪拌処理した。その結果、ＰＣＢＮを５〜４０ｗｔ％含有させた実施例７〜９において、消耗率が５％以下であり、第２のＣｒ粒子９が１０倍以上に微細化され、良好であった。
【００２４】
比較例２では、ＰＣＢＮが２ｗｔ％であり、第２のＣｒ粒子９を微細化することができるものの、消耗率が１５％と大きかった。比較例３では、ＰＣＢＮが５０ｗｔ％であり、工具の欠損が抑制できず、消耗率が１０％と大きかった。
【００２５】
なお、表１には記していないが、実施例１と同様なＷ−Ｒｅ合金に、ＰＣＢＮを１０ｗｔ％含有させた工具を用い、Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｃｒ合金、およびＣｕ−５０ｗｔ％Ｃｒ合金の摩擦研磨処理を行った。いずれの合金も、工具の消耗率が２％以下であり、第２のＣｒ粒子９の微細化を図ることができた。
【００２６】
このようにＣｕ−Ｃｒ系合金中の第１のＣｒ粒子８を摩擦攪拌処理によって、第２のＣｒ粒子９のように微細化することができるので、この接点を用いた真空バルブは耐電圧特性を向上させることができる。Ｃｕ−Ｃｒ系合金中には、補助成分としてＢｉ、Ｔｅ、Ｓｂなどを添加し、諸特性を向上させることもできる。
【００２７】
なお、微細化された第２のＣｒ粒子９側は、真空バルブ用接点材料の接離面となり、微量の基材５材料と分散粒子６が含有されることになる。今回の場合、その含有率は、消耗量と同様のほぼ５ｗｔ％以下となる。基材５としては、Ｗ、Ｍｏ、Ｗ−Ｒｅ合金、Ｍｏ−Ｒｅ合金があり、また、分散粒子６としては、ＰＣＢＮ、ダイヤモンド、ＷＣがあるが、先端部３の成分量から基材５に用いた材料の方の量が多いものとなる。しかしながら、この種の材料の混入で耐電圧特性を低下させるものではない。
【００２８】
上記実施例の摩擦攪拌処理用工具によれば、ＰＣＢＮ、ダイヤモンド、ＷＣなどの分散粒子６（硬質セラミックス粒子）を基材５中に分散させ、摩擦攪拌処理によりＣｕ−Ｃｒ系合金のＣｒ粒子８、９を微細化するので、工具の消耗量が少なく、また、低コストで真空バルブ用接点材料を製造することができる。
【表１】
2011140060.tif 000003
【符号の説明】
【００２９】
１  軸部
２  基部
３  先端部
４  攪拌溝
５  基材
６  分散粒子
７  Ｃｕマトリックス
８  第１のＣｒ粒子
９  第２のＣｒ粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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