(57)【要約】【課題】  Ａｇ−ＷＣ系接点材料からなる真空バルブの溶着特性と遮断特性とを向上させる。【解決手段】  導電成分のＡｇマトリックス２１中に粒径の異なる径大ＷＣ粒子２２ａと径小ＷＣ粒子２２ｂとを有する耐弧成分のＷＣ粒子２２が分散するＡｇ−ＷＣ系真空バルブ用接点材料であって、前記径小ＷＣ粒子２２ｂ１、２２ｂ２が、互いに近接する三個の前記径大ＷＣ粒子２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３のそれぞれの中心点を結ぶ三角形状の領域内に存在することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電成分のＡｇマトリックス中に粒径の異なる径大ＷＣ粒子と径小ＷＣ粒子とを有する耐弧成分のＷＣ粒子が分散するＡｇ−ＷＣ系真空バルブ用接点材料であって、
焼結後に、前記径小ＷＣ粒子が互いに近接する三個の前記径大ＷＣ粒子のそれぞれの中心点を結ぶ三角形状の領域内に存在することを特徴とする真空バルブ用接点材料。
【請求項２】
前記径大ＷＣ粒子の平均粒径は、６〜１２μｍであり、前記径小ＷＣ粒子の平均粒径は、０．８〜５．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項３】
前記径大ＷＣ粒子が５０〜９５ｗｔ％、前記径小ＷＣ粒子が５〜５０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項４】
前記径大ＷＣ粒子に０．１１ｗｔ％、および前記径小ＷＣ粒子に０．０２ｗｔ％のフリーカーボンを用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項５】
前記ＷＣ粒子を非酸化雰囲気中で加熱処理することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項６】
前記ＷＣ粒子を、Ａｇの溶融温度に対し、温度−１６０〜９０℃の非酸化雰囲気中で焼結させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項７】
前記Ａｇマトリックス中に前記ＷＣ粒子を分散させて焼結した後、Ａｇの溶融温度に対し、温度−３６０〜−２０℃の非酸化雰囲気中で熱処理を行ったことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項８】
Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃの少なくとも１種からなる補助成分を５ｗｔ％以下含有させたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項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、真空遮断器などの開閉器に使用される真空バルブのＡｇ−ＷＣ系接点材料に係り、特に、耐溶着特性を向上し得る真空バルブ用接点材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の真空バルブ用Ａｇ−ＷＣ系接点材料は、遮断時に発生するサージ電圧を抑制することが知られている。この合金は、ＷＣの熱電子放出効果とＡｇの適度な蒸気圧との相乗的な効果によって裁断電流値を抑制するとされている。ＷＣ粒子は、粒径０．１〜６μｍの微細なものをＡｇマトリックス中に均一に分散させている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４５６５２号公報  （第２〜３ページ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来の真空バルブ用接点材料においては、次のような問題がある。
【０００４】
接点材料に要求される特性には、耐電圧特性、遮断特性、耐溶着特性などがあり、Ａｇ−ＷＣ系接点材料においても、それぞれの特性が所定のレベルに達している。しかしながら、ＷＣ粒子は微細な原料粉末だけを使用しているので、粉末の比表面積が増大するとともに、ガス含有量が増大する。特に、固相焼結法で製造したものでは、その影響が大きく、遮断特性が低下する傾向にあった。更に、ガス含有量が増大しているため、耐溶着特性を向上させることには限界が生じていた。
【０００５】
このため、Ａｇ−ＷＣ系接点材料による低裁断性を保ちながら、接点中のガス量を抑制し、遮断特性を低下させることなく、特に耐溶着特性を向上させる接点材料が望まれていた。なお、微細なＷＣ粒子を用い、遮断特性と耐溶着特性との両特性の向上を目的として組織制御した接点材料については、あまり考慮されているものが見当たらない。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、Ａｇ−ＷＣ系接点材料による低裁断性を保ちながら、耐溶着特性を向上し得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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の真空バルブ用接点材料は、導電成分のＡｇマトリックス中に粒径の異なる径大ＷＣ粒子と径小ＷＣ粒子とを有する耐弧成分のＷＣ粒子が分散するＡｇ−ＷＣ系真空バルブ用接点材料であって、前記径小ＷＣ粒子が、互いに近接する三個の前記径大ＷＣ粒子のそれぞれの中心点を結ぶ三角形状の領域内に存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ａｇマトリックス中にＷＣ粒子を有するＡｇ−ＷＣ系接点材料において、ＷＣ粒子の分散が、互いに近接する三個の径大ＷＣ粒子に径小ＷＣ粒子が囲まれるように組織制御しているので、接点溶着後の引き外し力が低減され、接点の密度が向上し、遮断特性とともに、溶着特性を大きく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。この真空バルブ用接点材料は、導電成分のＡｇマトリックス中に、平均粒径が異なる二種類以上の耐弧成分のＷＣ粒子が均一に分散し、互いに近接する三個の径大ＷＣ粒子に径小ＷＣ粒子が囲まれるように組織制御したＡｇ−ＷＣ系接点材料である。
【実施例】
【００１０】
本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料の微細構造を模式的に示す図である。
【００１１】
先ず、接点材料が使用される真空バルブを説明する。図１に示すように、筒状の真空絶縁容器１の両端開口面には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とが封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、その端部に固定側電極５および固定側接点６が固着されている。固定側接点６に対向して、接離自在の可動側接点７が可動側電極８に固着されている。可動側電極８は、可動側封着金具３の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸９の端部に固着されている。また、可動側通電軸９と可動側封着金具３間には、伸縮自在のベローズ１０が封着されている。
【００１２】
これにより、真空絶縁容器１内を真空に保ちながら、可動側接点７が固定側接点６と接離できるようになっている。なお、接点６、７間を包囲するように筒状のアークシールド１１が設けられている。
【００１３】
次に、接点６、７は、図２に示すように、Ａｇマトリックス２１中に、均一に分散されたＷＣ粒子２２からなっている、更に、ＷＣ粒子２２は、粒子径の大きい径大ＷＣ粒子２２ａと、径大ＷＣ粒子２２ａよりも粒径の小さい径小ＷＣ粒子２２ｂからなっている。そして、径大ＷＣ粒子２２ａと径小ＷＣ粒子２２ｂとを均質に混合して、互いに近接する径大ＷＣ粒子２２ａの三個のそれぞれの中心点を結ぶ三角形状の領域内に、径小ＷＣ粒子２２ｂが存在するようにしている。即ち、互いに最も近いものと、これらに次いで近いものの三個で形成される三角形状の径大ＷＣ粒子２２ａに、径小ＷＣ粒子２２ｂが囲まれるようにしている。
【００１４】
このような径小ＷＣ粒子２２ｂの存在は、接点６、７を軸方向に切断して判定する。図２では、最も大きい径大ＷＣ粒子２２ａ１、次に大きい径大ＷＣ粒子２２ａ２、その次に大きい径大ＷＣ粒子２２ａ３のそれぞれの中心点を結ぶ三角形状の領域内に、比較的小さい径小ＷＣ粒子２２ｂ１が存在し、そしてこれよりも比較的大きい径小ＷＣ粒子２２ｂ２が三角形状の線上に存在している。このような場合には、三角形状の線上の径小ＷＣ粒子２２ｂ２を０．５個とカウントし、径大ＷＣ粒子２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３に囲まれた組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂは、１．５個存在していると判定する。
【００１５】
以下、接点６、７の製造方法と、その溶着特性と遮断特性を説明する。
【００１６】
（比較例１）
Ａｇ粉末と平均粒径５．０μｍのＷＣ粉末とを重量比１：１で均質混合し、φ５０ｍｍの金型に充填し、７ｔｏｎ／ｃｍ２で加圧する。得られた圧粉体を真空雰囲気中で、９００℃×２時間の条件で固相焼結し、円柱状のＡｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造する。これを所定の形状に加工し、溶着特性と遮断特性を求めた。
【００１７】
溶着特性は、一方がφ１０ｍｍ×ｔ５ｍｍの平板状試験片と、他方がφ５０ｍｍの球状試験片とを接触させ、１５ｋＡの電流を通電し、互いの試験片を溶着させ、そして引き外すときの引張荷重を求めた。遮断特性は、φ４０ｍｍ×ｔ５ｍｍの平板状の一対の試験片を真空バルブ内に組み込み、５ｋＡステップで電流値を上昇させ、遮断できるまでの電流値を求めた。これらの結果を基準値の１．０として表１に示す。
【００１８】
また、図２に示すように、均一に分散されたＷＣ粒子２２の互いに近接する三個の径大ＷＣ粒子２２ａに囲まれた径小ＷＣ粒子２２ｂの個数を組織の指標として写真撮影して求めた。この測定においては、径大ＷＣ粒子２２ａと径小ＷＣ粒子２２ｂとの切断される断面がランダムになるので、１０個所の測定を行い、その平均値を求めた。その結果を表１に示すが、比較例１においては、径小ＷＣ粒子２２ｂを特定することができなかったので、０個とした。
【００１９】
なお、溶着特性と遮断特性の試験方法、および径小ＷＣ粒子２２ｂの測定方法は、以下の実施例、比較例において同様である。
【００２０】
（実施例１）
平均粒径１．５μｍと６．０μｍの二種類のＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合し、このＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比５０：５０で均質混合し、真空雰囲気中で９００℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。
【００２１】
結果を表１に示す。組織の指標となる近接する三個の径大ＷＣ粒子２２ａに囲まれた径小ＷＣ粒子２２ｂは、１．８個であった。溶着特性は、比較例１と比べて、１．１倍に向上した。これは、引き外すときに破断の起点となり易い径小ＷＣ粒子２２ｂが径大ＷＣ粒子２２ａに囲まれて多数存在しているので、引張荷重が低下したものと考えられる。遮断特性は、１．０倍であった。
【００２２】
（実施例２）
平均粒径１０μｍのＷＣ粉末をボールミルで粉砕し、更にＷＣ粉末と同等量のＡｇ粉末を添加してボールミルで粉砕混合し、真空雰囲気中で９００℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。ここで、ＷＣ粉末の粉砕においては、粒径１０μｍが残るとともに、１〜３μｍの粒径が存在するように粉砕時間などを制御している。
【００２３】
結果を表１に示す。組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂは、８．１個であった。溶着特性は、比較例１と比べて、１．３倍、遮断特性は、１．２倍にそれぞれ向上した。溶着特性は、実施例１と同様に、引き外すときの破断の起点になり易い径小ＷＣ粒子２２ｂが多数存在していることが考えられる。また、遮断特性は、径大ＷＣ粒子２２ａの間に径小ＷＣ粒子２２ｂが入り込むことにより、ＷＣ粒子２２の密度が向上し、機械的強度や伝導性が向上したためと考えられる。
【００２４】
（比較例２〜３、実施例３〜６）
比較例２〜３、実施例３〜６では、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比５５：４５で均質混合し、真空雰囲気中で９００℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−５５ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。
【００２５】
比較例２では、平均粒径０．６μｍと８．０μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で均質混合した。結果を表１に示すが、組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂは１９．８個と多いものの、遮断特性が０．８倍に低下した。これは、径小ＷＣ粒子２２ｂが細かすぎて、ガス量が増大したためと推測する。なお、酸素含有率は、比較例１の１．５倍であった。
【００２６】
実施例３では平均粒径０．８μｍと８．０μｍ、実施例４では平均粒径３．０μｍと８．０μｍ、実施例５では平均粒径５．０μｍと８．０μｍ、実施例６では平均粒径５．０μｍと１１μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で均質混合した。
【００２７】
結果を表１に示す。実施例３〜６では、いずれも組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが０．７個以上であり、溶着特性、遮断特性とも、比較例１と比べて、１．０倍以上に向上した。
【００２８】
比較例３では、平均粒径５．０μｍと１３μｍのＷＣ粉末を用いた。結果を表１に示すが、遮断特性が低下した。これは、径大ＷＣ粒子２２ａが大き過ぎて、接点６、７の機械的強度が低下したものと考えられる。
【００２９】
（実施例７〜１０）
実施例１、３〜６、比較例１〜３では、粒径の異なる二種類のＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合したが、本発明はこれに限るものではない。
【００３０】
実施例７では、平均粒径３．０μｍと９．０μｍのＷＣ粉末を重量比５：９５、実施例８では重量比２０：８０、実施例９では重量比３０：７０、実施例１０では重量比４５：５０で混合した。そして、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比６０：４０で均質混合し、水素雰囲気中で９００℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−６０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。
【００３１】
結果を表１に示す。実施例７〜１０では、いずれも組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが０．７個以上であり、溶着特性、遮断特性とも、比較例１と比べて、１．１倍以上に向上した。
【００３２】
（実施例１１）
実施例１１では、平均粒径１．５μｍと１０μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合し、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比６５：３５で均質混合し、水素雰囲気中で９００℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−６５ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。ここで、平均粒径１．５μｍのＷＣ粉末には、未結合かつ未固溶のカーボン（フリーカーボン）を０．０２ｗｔ％用い、１０μｍのＷＣ粉末には、未結合かつ未固溶のカーボン（フリーカーボン）を０．１１ｗｔ％用いた。即ち、二種類のＷＣ粉末において、フリーカーボン量が異なる。
【００３３】
結果を表１に示す。組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが４．９個であり、比較例１と比べて、溶着特性が１．４倍、遮断特性が１．２倍に向上した。
【００３４】
（実施例１２、１３）
実施例１２、１３では、貴金属メーカから購入したＷＣ粉末を混合する前に、水素雰囲気または真空雰囲気中の非酸化雰囲気中で加熱処理し、酸素の還元や吸着ガスの脱ガスによる低ガス化処理を行った。低ガス化処理を行った平均粒径３．５μｍと１２μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合し、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比７０：３０で均質混合し、水素雰囲気中で９００℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−７０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。
【００３５】
結果を表１に示す。組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが２．４個以上であり、比較例１と比べて、溶着特性が１．４倍、遮断特性が１．２倍以上に向上した。
【００３６】
（比較例４、５、実施例１４〜１７）
比較例１〜３と実施例１〜１３では、焼結温度を導電成分Ａｇの融点（９６０℃）以下の９００℃としたが、本発明はこれに限るものでない。
【００３７】
比較例４ではＡｇの融点よりも低い温度７５０℃、実施例１４では８００℃、実施例１５では９５０℃、実施例１６ではＡｇの融点よりも高い温度１０００℃、実施例１７では１０５０℃、比較例５では１１００℃で焼結させた。いずれも平均粒径１．０μｍと９．０μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合し、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比６０：４０で均質混合し、水素雰囲気中で焼結させ、Ａｇ−６０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。なお、比較例５では、Ａｇの流れ防止のため、圧粉体をアルミナ粉で包んで焼結をさせたが、焼結後には原形を留めていなかった。
【００３８】
結果を表１に示す。実施例１４〜１７では、いずれも組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが８個以上であり、溶着特性、遮断特性とも、比較例１と比べて、１．０倍以上に向上した。なお、比較例４では、遮断特性が低下した。これは、焼結温度が低過ぎて、焼結が進まなかったと考えられる。これらより、Ａｇの融点に対して温度−１６０〜９０℃の範囲において、溶着特性、遮断特性を向上させることができる。
【００３９】
（実施例１８〜２２）
実施例１８〜２２では、平均粒径２．５μｍと１１μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合し、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比５０：５０で均質混合し、真空雰囲気中で１０００℃×２時間の条件で液相焼結し、Ａｇ−５０ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。その後更に、非酸化雰囲気中の真空雰囲気中で３０分の熱処理を行った。熱処理は、実施例１８では温度９５０℃、実施例１９では９３０℃、実施例２０では８００℃、実施例２１では６００℃、実施例２２では５５０℃である。
【００４０】
結果を表１に示す。実施例１８〜２２では、いずれも組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが３個以上であり、溶着特性、遮断特性とも、比較例１と比べて、１．１倍以上に向上した。このことから、焼結後に熱処理を行うと、導電性が改善され、それぞれの特性を向上させることができる。特に、Ａｇの融点に対し、温度−２０℃〜−３６０℃までにおいて、遮断特性を大きく向上させることができる。
【００４１】
（実施例２３〜２６）
比較例１〜４と実施例１〜２２とでは、ＡｇとＷＣとの合金を説明したが、本発明はこれに限るものではない。
【００４２】
実施例２３〜２６では、平均粒径１．５μｍと１０μｍのＷＣ粉末を重量比５０：５０で混合し、ＷＣ粉末とＡｇ粉末とを重量比５５：４５で均質混合し、更に補助成分を混合して、水素雰囲気中で９５０℃×２時間の条件で固相焼結し、Ａｇ−５５ｗｔ％ＷＣ合金を製造した。補助成分としては、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃ、Ｂｉ＋Ｔｅを５ｗｔ％以下含有させている。
【００４３】
結果を表１に示す。実施例２３〜２６では、補助成分を含有させても組織の指標となる径小ＷＣ粒子２２ｂが５個以上であり、溶着特性、遮断特性とも、比較例１と比べて、１．１倍以上に向上した。
【表１】
2008019481.tif 000003
【００４４】
これらのことから、粒径の異なるＷＣ粒子２２を用いることにより、径大ＷＣ粒子２２ａに囲まれた径小ＷＣ粒子２２ｂによって溶着後の引き外し力が低減され、また、接点６、７の密度が向上して、遮断特性とともに、溶着特性を大きく向上させることができる。この場合、径大ＷＣ粒子２２ａと径小ＷＣ粒子２２ｂとの粒径の差は、実施例５の１．６倍から実施例３の１０倍までの範囲にある。この中でも、実施例２、３、１０〜１３、２０、２１、２３〜２６では、溶着特性が１．３〜１．４倍と大きく向上し、径大ＷＣ粒子２２ａと径小ＷＣ粒子２２ｂとの粒径の差が３．３〜１０の範囲にあり好ましいものとなる。
【００４５】
上記実施例の真空バルブ用接点材料によれば、Ａｇ粉末とＷＣ粉末とを均質混合して焼結させた後、ＷＣ粒子２２の分散が互いに近接する三個の径大ＷＣ粒子２２ａに径小ＷＣ粒子２２ｂが囲まれるように組織制御しているので、溶着後の引き外し力が低減されるとともに密度が向上し、遮断特性とともに、溶着特性を大きく向上させることができる。
【００４６】
上記実施例では、粒径の異なる二種類のＷＣ粒子２２で説明したが、三種類以上のＷＣ粒子を用いても、その中で最も大きいＷＣ粒子が小さい粒子を囲むように組織制御すれば、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料の微細構造を模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４８】
１  真空絶縁容器
２  固定側封着金具
３  可動側封着金具
４  固定側通電軸
５  固定側電極
６  固定側接点
７  可動側接点
８  可動側電極
９  可動側通電軸
１０  ベローズ
１１  アークシールド
２１  Ａｇマトリックス
２２  ＷＣ粒子
２２ａ、２２ａ１、２２ａ２、２２ａ３  径大ＷＣ粒子
２２ｂ、２２ｂ１、２２ｂ２  径小ＷＣ粒子
【図１】
2008019481.tif 000004
【図２】
2008019481.tif 000005