(57)【要約】【課題】耐弧成分の測定方法から導電成分が固溶した耐弧成分を把握し、耐電圧特性や遮断特性を向上させる。【解決手段】真空の絶縁容器２内に接離自在の一対の接点１３ａ、１３ｂを有する真空バルブに用いられる導電成分と耐弧成分と必要により補助成分とで構成される真空バルブ用接点材料において、湿式化学分析法により求めた耐弧成分の含有率をＡとし、光学顕微鏡の組織写真から求めた耐弧成分の含有率をＢとしたとき、これらの間には、Ｂ≧１．１×Ａの関係があり、前記耐弧成分に前記導電成分が固溶し、遮断特性、耐電圧特性を向上させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電成分と耐弧成分と必要により補助成分とで構成される真空バルブ用接点材料において、
湿式化学分析法により求めた耐弧成分の含有率をＡとし、
光学顕微鏡の組織写真から求めた耐弧成分の含有率をＢとしたとき、
これらの間には、Ｂ≧１．１×Ａの関係があり前記耐弧成分に前記導電成分が固溶していることを特徴とする真空バルブ用接点材料。
【請求項２】
導電成分と耐弧成分と必要により補助成分とで構成される真空バルブ用接点材料において、
湿式化学分析法により求めた耐弧成分の含有率をＡとし、
電子顕微鏡による組成分析から求めた耐弧成分の含有率をＣとしたとき、
これらの間には、Ｃ≧１．１×Ａの関係があり前記耐弧成分に前記導電成分が固溶していることを特徴とする真空バルブ用接点材料。
【請求項３】
前記真空バルブ用接点材料は、非酸化性雰囲気中の焼結法で製造されたものであり、その焼結温度は、前記導電成分の溶融温度を基準として、−１８３℃以上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】
前記真空バルブ用接点材料は、液相焼結後に非酸化性雰囲気中での熱処理が実施されたものであり、その熱処理温度は、前記導電成分の溶融温度を基準として、−２０℃以下、−４００℃以上である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】
前記導電成分は、少なくともＣｕまたはＡｇのどちらか一方を主成分と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】
前記耐弧成分は、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏおよびこれらの炭化物のうちの少なくとも一種類を含有してい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】
前記補助成分は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂのうちの少なくとも一種類を含有している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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空遮断器などに使用される真空バルブの接点材料に要求される特性のうち、耐電圧特性と遮断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】
真空バルブ用接点材料に要求される特性としては、耐電圧特性、遮断特性、耐溶着特性などがあるが、単一の金属材料によって全ての特性を満足させることは困難である。そこで、導電成分と耐弧成分とを組合わせるなど二種類以上の金属材料からなる接点材料が開発されてきた。この一例として、導電成分のＣｕ中に、粒径が数〜十数μｍの微細な耐弧成分を存在させ、耐電圧特性と遮断特性とを向上させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３２０３６号公報  （第３〜５ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来の接点材料においては、次のような問題がある。  
微細な耐弧成分を導電成分中に存在させることにより、耐電圧特性と遮断特性とを向上させることができるものの、微細な耐弧成分だけを使用すると、耐弧成分の総表面積が極端に増大し、接点製造後にガス含有量が増大し、遮断特性を低下させてしまうことがある。耐弧成分には、原料粉末を使用することが多く、ガス含有量が増加する傾向にある。
【０００４】
そこで、微細な耐弧成分を存在させるだけでなく、その耐弧成分に導電成分を固溶させ、ガス含有量を低減させることが好ましい。しかしながら、耐弧成分に導電成分を固溶させると、接点製造後の耐弧成分の測定において、耐弧成分の含有率が各測定方法によって必ずしも一致しないことが起きる。
【０００５】
ここでは、耐弧成分の測定方法として、湿式化学分析法とその後の誘導結合型プラズマ発光分光分析の組合わせによる耐弧成分の含有率をベースに、光学顕微鏡での観測による耐弧成分の含有率の比、および電子顕微鏡での簡易分析による耐弧成分の含有率の比を求め、導電成分が固溶した耐弧成分を測定方法の違いから検討した。即ち、耐弧成分に導電成分が固溶すると、光学顕微鏡や電子顕微鏡では、耐弧成分を多く含有しているように測定されることがある。光学顕微鏡では、可視光線の波長までの測定ができ、また、電子顕微鏡では、電子線が持つ波長までの分解能があり、これらが影響しているものと考えられる。このため、測定方法の違いから導電成分が固溶した耐弧成分を把握できることが望まれていた。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、測定方法の違いから導電成分が固溶した耐弧成分を把握し、耐電圧特性や遮断特性を向上させた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、導電成分と耐弧成分と必要により補助成分とで構成される真空バルブ用接点材料において、湿式化学分析法により求めた耐弧成分の含有率をＡとし、光学顕微鏡の組織写真から求めた耐弧成分の含有率をＢとしたとき、これらの間には、Ｂ≧１．１×Ａの関係があり前記耐弧成分に前記導電成分が固溶していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、耐電圧特性と遮断特性を向上させた真空バルブ用接点材料を提供することができる。
【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詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
本発明の実施例を説明するが、はじめに、本発明の接点材料が適用される真空バルブの構成を図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接点材料が適用され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接点材料が適用される接離自在の一対の接点の一方の構成を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、１は遮断室を示し、この遮断室１は、絶縁材料により筒状に形成された絶縁容器２と、この両端に封着金具３ａ、３ｂを介して設けた金属製の蓋体４ａ、４ｂとで真空気密に構成されている。そして、遮断室１内には、導電棒５、６の対向する端部に取り付けられた一対の電極７、８が配設され、図示上部の電極７を固定電極、下部を可動電極としている。また、電極８の導電棒６には、伸縮自在のベローズ９が取り付けられ、遮断室１内を真空気密に維持しながら電極８の軸方向の移動を可能にしている。ベローズ９の図示上部には、金属製のアークカバー１０が取り付けられ、ベローズ９がアーク蒸気で覆われることを防止している。１１は、電極７、８を覆うようにして遮断室１内に設けられた金属製のアークシールドであり、絶縁容器２がアーク蒸気で覆われることを防止している。さらに、電極８は、図２に示すように、導電棒６端にロウ付け部１２によって固定されるか、または、かしめによって圧着接続されている。接点１３ａは、電極８にロウ付け部１４で固定されている。なお、図１における１３ｂは固定側の接点であり、接点１３ａと接離自在となる。
【００１２】
次に、表１を参照して、本発明に係る真空バルブ用接点材料の実施例、比較例を説明する。
【表１】
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【００１３】
（比較例１、実施例１）
比較例１では、焼結溶浸法でＣｕ−５０％Ｃｒ接点を製造した。平均粒径１００μｍのＣｒ粉末を相対密度５０％になるようにφ６０ｍｍの金型で加圧成形し、この圧粉体を非酸化性雰囲気中である真空雰囲気中で、１０００℃×１時間の条件で仮焼結した。そして、Ｃｒスケルトンに溶浸材であるであるＣｕブロックを載せ、１１５０℃×１時間の条件で溶浸させ、円柱状のＣｕ−５０％Ｃｒ合金を複数枚得た。
【００１４】
このようにして得られたＣｕ−５０％Ｃｒ合金を底部に垂直な面で切断し、湿式化学分析法とその後の誘導結合型プラズマ発光分光分析と、光学顕微鏡の組織写真とにより、Ｃｒ含有率（重量比）を求めた。湿式化学分析法では、例えば１ｇの所定量のＣｕ−Ｃｒ合金を、硝酸によりＣｕのみを溶解させることによりＣｕ相とＣｒ粒子とを分離させ、中和滴定でおおまかなＣｕ含有率を求めた。その後、Ｃｕ相中とＣｒ粒子中の微量成分を誘導結合型プラズマ発光分光分析装置で求めた。微量成分には、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ相中のＣｒ、Ｃｒ相中のＣｕなどがある。その結果、Ｃｒ含有率Ａは、１００％からＣｒ以外の成分の含有率、即ち、Ｃｕ含有率（湿式分析で求めたおおまかなＣｕ含有率と誘導結合プラズマ発光分光分析で求めたＣｒ粒子中のＣｕ含有率の和）や微量成分の含有率の総和を差し引いて、Ａ＝４９．５ｗｔ％であった。
【００１５】
また、光学顕微鏡では、数百倍に拡大した断面組織写真の全体から、画像処理装置によりＣｒの面積比、即ち体積比を求めた。その結果、ＣｕとＣｒの密度から、Ｃｒ含有率Ｂは、Ｂ＝５３．２ｗｔ％であった。
【００１６】
なお、これらは、複数回測定し、平均値を求めた。そして、誘導結合型プラズマ発光分光分析と光学顕微鏡とで求めたＣｒ含有率の比を求めると、Ｂ／Ａ＝１．０７であった。なお、湿式化学分析法、光学顕微鏡の測定は、以降、同様である。
【００１７】
また、残りのＣｕ−５０％Ｃｒ合金を、φ５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの接点形状に加工し、真空バルブに組み込んで遮断試験と耐電圧試験を実施した。遮断試験は、５ｋＡから徐々に電流を上げていく方法で最大遮断電流値を測定した。耐電圧試験は、接点間距離を例えば５ｍｍの一定として絶縁破壊電圧を数十回測定し、その平均値を求めた。比較例１での最大遮断電流値と破壊電圧値は、例えば上述した特許文献１に示されているような接点材料での値であり、これを基準の１．０とし、これから以降で説明する測定結果は相対値で示した。
【００１８】
実施例１では、比較例１より微細粒径を有する平均粒径５０μｍの原料Ｃｒ粉末を使用して、比較例１と同一工程でＣｕ−５０％Ｃｒ合金を製造した。このＣｕ−５０％Ｃｒ合金のＣｒ含有率は、湿式化学分析法（その後の誘導結合プラズマ発光分光分析法を含む）ではＡ＝４９．７ｗｔ％、光学顕微鏡ではＢ＝５７．７ｗｔ％であり、これらの比は、Ｂ／Ａ＝１．１７であった。電気試験結果では、遮断特性が１．０倍、耐電圧特性が１．１倍であった。
【００１９】
このように焼結溶浸法で製造したＣｕ−５０％Ｃｒ合金のＣｒ含有率を測定方法で比較したところ、Ｂ／Ａが１．１倍以上の１．１７倍のとき、遮断特性と耐電圧特性が比較例１と同等以上に向上することが分かった。なお、測定方法でＣｒ含有率が異なるのは、光学顕微鏡では、耐弧成分を多く含有しているように測定されると考えられる。また、Ｃｕマトリックスに接しているＣｒ粒子の表面積の総量が大きいほど、即ちＣｒ粒子が微細なほどＣｕマトリックスとＣｒ粒子の反応が促進されるので、Ｃｒ粒子に固溶するＣｕの固溶量が増大したものと考えられる。このように、測定方法によってＣｒ含有率が異なるのは、Ｃｒ５０％を基準に製造するものの、Ｃｒ粒子に固溶するＣｕの固溶量が増大し、材料組織が異なってくるためと考えられる。
【００２０】
（比較例２、実施例２）
比較例２では、固相焼結法でＣｕ−５０％Ｃｒ接点を製造した。Ｃｕ粉末とＣｒ粉末とを重量比１：１とし、φ６０ｍｍの金型で７ｔ／ｃｍ２で成形した圧粉体を、非酸化性雰囲気中である水素雰囲気中にて１０００℃×５時間の条件で固相焼結し、円柱状のＣｕ−５０％Ｃｒ合金を複数枚得た。
【００２１】
このようにして得られたＣｕ−５０％Ｃｒ合金を、比較例１と同様に、底部に垂直な面で切断し、湿式化学分析法（その後の誘導結合プラズマ発光分光分析法を含む）と、電子顕微鏡とにより、Ｃｒ含有率（重量比）を求めた。湿式化学分析法では、Ｃｒ含有率Ａが、Ａ＝５０．４ｗｔ％であった。
【００２２】
また、Ｃｕ−Ｃｒ５０％合金の電子顕微鏡での測定では、付属のエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）の組成分析によりＣｒ含有率を求めた。その結果、Ｃｒ含有率Ｃは、Ｃ＝５４．９ｗｔ％であった。湿式化学分析法と電子顕微鏡とのＣｒ含有率の比を求めると、Ｃ／Ａ＝１．０９であった。なお、電子顕微鏡での測定は、以降、同様である。また、残りのＣｕ−５０％Ｃｒ合金を、真空バルブに組み込んで遮断試験と耐電圧試験を実施した。この結果、遮断特性１．０倍、耐電圧特性０．９倍であった。
【００２３】
実施例２では、比較例２と同様の固相焼結でＣｕ−５０％Ｃｒ合金を製造したが、その製造工程は、加圧工程と焼結工程とをそれぞれ二回繰り返して実施した。このＣｕ−５０％Ｃｒ合金のＣｒ含有率は、湿式化学分析法ではＣｒ含有率Ａ＝５０．１であり、電子顕微鏡ではＣｒ含有率Ｃ＝５８．４ｗｔ％であった。そして、Ｃ／Ａ＝１．１７であった。残りのＣｕ−５０％Ｃｒ合金を、真空バルブに組み込んで遮断試験と耐電圧試験を実施した結果、遮断特性１．０倍、耐電圧特性１．１倍と、比較例２よりも向上した。
【００２４】
このように固相焼結法で製造したＣｕ−５０％Ｃｒ合金のＣｒ含有率を測定方法で比較したところ、Ｃ／Ａが１．１倍以上の１．１７倍のとき、遮断特性と耐電圧特性が比較例２と同等以上に向上することが分かった。なお、測定方法でＣｒ含有率が異なるのは、加圧と焼結を二回繰り返すことにより、固溶量が増大したものと考えられる。測定方法によってＣｒ含有率が異なるのは、Ｃｒ粒子に固溶するＣｕの固溶量が増大し、材料組織が異なってくるためと考えられる。
【００２５】
（比較例３、実施例３〜５）
比較例１、２、実施例１、２では、焼結温度１０００℃と１１５０℃の二通り、即ち、導電成分Ｃｕの融点（１０８３℃）を基準にして±９０℃以内の温度で焼結をしたが、本発明の主旨はこれに限るものではない。
【００２６】
比較例３、実施例３、４では、焼結温度をそれぞれ８５０℃、９００℃、１２５０℃とし、Ｃｕ−２５％Ｃｒ接点を製造した。三種類のＣｕ−２５％Ｃｒ合金のＣｒ含有率を湿式化学分析法と光学顕微鏡で求めたところ、それぞれのＣｒ含有率の比は、Ｂ／Ａ＝１．１０、１．１５、１．３０であった。
【００２７】
遮断特性と耐電圧特性では、比較例３が両特性とも１．０倍であった。これは、焼結温度が低いために焼結が進まず、相対密度が８５％と低くなったためである。実施例３では、両特性とも１．１倍、実施例４では、両特性とも１．２倍であった。このため、焼結温度は、Ｃｕの融点（１０８３℃）の−１８３℃以上から良好となる。なお、実施例４では、Ｂ／Ａ＝１．３０となり、測定方法の違いによる最大値を示し、遮断特性、耐電圧特性とも安定して向上させることができる。実施例５では、１８００℃の真空溶解法で製造したものであり、Ｃｒ含有率の比はＣ／Ａ＝１．２５であった。遮断特性と耐電圧特性は、それぞれ１．２倍であった。
【００２８】
（実施例６〜１０）
実施例６〜１０では、Ｃｕ−２０％Ｃｒ接点を真空雰囲気中で、９５０℃の固相焼結法で製造した。実施例２と同様に、二回の加圧と焼結を行った後、真空雰囲気中で３０分の熱処理を行った。
【００２９】
実施例６では、焼結後の熱処理が１０７０℃であり、Ｃｒ含有率の比がＢ／Ａ＝１．２３であった。遮断特性は１．２倍、耐電圧特性は１．１倍であった。実施例７では、焼結後の熱処理が１０５０℃であり、Ｃｒ含有率の比がＢ／Ａ＝１．２２であった。遮断特性は１．３倍、耐電圧特性は１．２倍であった。実施例８では、焼結後の熱処理が８５０℃であり、Ｃｒ含有率の比がＢ／Ａ＝１．２４であった。遮断特性は１．３倍、耐電圧特性は１．２倍であった。実施例９では、焼結後の熱処理が７００℃であり、Ｃｒ含有率の比がＢ／Ａ＝１．２３であった。遮断特性は１．２倍、耐電圧特性は１．１倍であった。実施例１０では、焼結後の熱処理が６５０℃であり、Ｃｒ含有率の比がＢ／Ａ＝１．２４であった。遮断特性は１．１倍、耐電圧特性は１．１倍であった。
【００３０】
これらの結果より、固相焼結後に熱処理を行うと、Ｃｒ含有率の比がＢ／Ａ＝１．２以上に大きくなり、特に遮断特性が向上する傾向にあった。熱処理温度は、導電成分Ｃｕの融点（１０８３℃）を基準にして、−２０℃以下〜−４００℃以上のときに遮断特性の向上が顕著となる。
【００３１】
（実施例１１〜１６）
比較例１〜３、実施例１〜１０では、導電成分がＣｕ、耐弧成分がＣｒについて説明したが、本発明の主旨はこれに限るものではない。
【００３２】
実施例１１では、導電成分をＡｇ、耐弧成分をＷＣとし、液相焼結法でＡｇ−６０％ＷＣ接点を製造した。その結果、Ｃｒ含有率の比はＢ／Ａ＝１．２３であり、遮断特性、耐電圧特性は１．１倍以上であった。実施例１２では、導電成分をＡｇとＣｕとし、耐弧成分をＷＣとし、液相焼結法でＡｇ／Ｃｕ−６０％ＷＣ接点を製造した。その結果、Ｃｒ含有率の比はＢ／Ａ＝１．２８であり、遮断特性、耐電圧特性は１．１倍以上であった。実施例１３〜１６では、導電成分をＣｕとし、耐弧成分をそれぞれ７０％Ｗ、４０％Ｎｂ、５０％Ｍｏ、２６％Ｃｒ＋４％Ｗとして、液相焼結法で製造した。その結果、いずれもＣｒ含有率の比はＢ／Ａ＝１．２以上であり、遮断特性、耐電圧特性は１．２倍であった。
【００３３】
（実施例１７〜１９）
比較例１〜３、実施例１〜１６では、導電成分と耐弧成分で構成される接点について説明したが、本願発明の要旨はこれに限るものではない。
【００３４】
実施例１７〜１９では、導電成分Ｃｕ、耐弧成分Ｃｒのほかに、補助成分としてそれぞれＢｉ、Ｔｅ、Ｔｅ＋Ｓｂを用い、焼結溶浸法でそれぞれ接点を製造した。Ｃｒの密度は５０％とした。その結果、いずれもＣｒ含有率の比はＢ／Ａ＝１．２以上であり、遮断特性、耐電圧特性は１．１倍以上であった。なお、この補助成分は、５ｗｔ％以下の微量添加した場合に溶着特性が改善される。一般に５ｗｔ％以上添加すると、導電率が低下するとともに、脆化が顕著となるので、上述の補助成分の添加量は５ｗｔ％以下とした。
【００３５】
なお、実施例１〜１９において、導電成分をＣｕ、Ａｇ、Ｃｕ＋Ａｇで説明したが、ＣｕとＡｇとを主成分とする導電成分なら同様の効果を得ることができる。また、耐弧成分は、Ｃｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏおよびこれらの炭化物のうちの少なくとも一つを使用しても同様の効果を得ることができる。さらに、補助成分も、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂのうちの少なくとも一つを使用しても同様の効果を得ることができる。
【００３６】
上記実施例１の真空バルブ用接点材料によれば、Ｃｒなどの耐弧成分を湿式化学分析法と光学顕微鏡または電子顕微鏡とで測定し、これらの測定から耐弧成分の含有率の比を求めることにより、導電成分が固溶した耐弧成分を把握することができ、耐電圧特性や遮断特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に係る接点材料が適用され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接点材料が適用される接離自在の一対の接点の一方の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  遮断室
２  絶縁容器
３ａ、３ｂ  封着金具
４ａ、４ｂ  蓋体
５、６  導電棒
７、８  電極
９  ベローズ
１０  アークカバー
１１  アークシールド
１２、１４  ロウ付け部
１３ａ、１３ｂ  接点
【図１】
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【図２】
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