(57)【要約】【課題】安定した遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備えた電気接点部材、それを用いた真空バルブ、それらを用いた真空遮断器を提供すること。【解決手段】電極接点部材において、１５〜４０重量％のＣｒと、６０〜８５重量％のＣｕと、不可避の不純物とを有し、Ｃｕ中のＣｒ固溶量が５００ｐｐｍ　以下であることを特徴とする。これにより耐電圧特性及び耐溶着性能を向上させるために耐火性金属成分の含有量を多くしても、導電性を向上させることができ、遮断性能を確保することができる。耐火性金属であるＣｒ量を多くしても導電率の改善が得られるので、遮断性能，耐電圧性能及び耐溶着性能を併せ持つ真空バルブを作製することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５〜４０重量％のＣｒと、
６０〜８５重量％のＣｕと、不可避の不純物とを有し、
Ｃｕ中のＣｒ固溶量が５００ｐｐｍ　以下であることを特徴とする電気接点部材。
【請求項２】
前記Ｃｒは、不純物として５０〜２０００ｐｐｍ　の酸素と、５０〜３０００ｐｐｍ　のＡｌと、４００〜２５００ｐｐｍ　のＳｉと、を含有することを特徴とする請求項１に記載の電極接点部材。
【請求項３】
前記電極接点部材は、酸素を４００〜５０００ｐｐｍ　含有することを特徴とする請求項１記載の電気接点部材。
【請求項４】
１５〜４０重量％のＣｒと６０〜８５重量％のＣｕ及び不可避の不純物からなり、比抵抗ｙ（μΩ・ｃｍ）がＣｒの重量分率ｘに基づいて以下の（１）式によって求められる値以下であることを特徴とする電気接点部材。
ｙ＝２５．４ｘ４−６２．１ｘ３＋３２．６ｘ２＋６．９ｘ＋１．６９８　…（１）
（但し、０．１５≦ｘ≦０．４）
【請求項５】
１５〜４０重量％のＣｒと、６０〜８５重量％のＣｕと、不可避の不純物とを有する焼結体若しくは溶浸体を形成する工程と、
前記焼結体若しくは溶浸体を４５０℃以上６００℃以下の温度で加熱する工程と、を有することを特徴とする電気接点の製造方法。
【請求項６】
前記溶浸体を形成する工程は、Ｃｒの粉末とＣｕの粉末及び不可避の不純物からなる成形体を作製する工程と、
前記作製された成形体に前記Ｃｕを載置し、前記Ｃｕを加熱溶融して前記成形体中に含浸させて溶浸体を形成する工程と、を有することを特徴とする請求項５記載の電気接点の製造方法。
【請求項７】
前記溶浸体を４５０℃以上６００℃以下で加熱する工程は、
真空中にて行われることを特徴とする請求項６記載の電気接点の製造方法。
【請求項８】
前記溶浸体を４５０℃以上６００℃以下で加熱する工程は、
３０分以上３時間以内の時間加熱することを特徴とする請求項６記載の電気接点の製造方法。
【請求項９】
前記溶浸体を４５０℃以上６００℃以下で加熱する工程は、
真空中にて３０分以上３時間以内の時間加熱することを特徴とする請求項６記載の電気接点の製造方法。
【請求項１０】
前記焼結体を形成する工程は、１５〜４０重量％のＣｒと、６０〜８５重量％のＣｕと、不可避の不純物とを有する粉末を１２０〜５００ＭＰａで加圧成形することにより焼結体を形成することを特徴とする請求項５記載の電気接点の製造方法。
【請求項１１】
前記焼結体を４５０℃以上６００℃以下で加熱する工程は、
真空中にて行われることを特徴とする請求項１０記載の電気接点の製造方法。
【請求項１２】
前記焼結体を４５０℃以上６００℃以下で加熱する工程は、
３０分以上３時間以内の時間加熱することを特徴とする請求項１０記載の電気接点の製造方法。
【請求項１３】
前記焼結体を４５０℃以上６００℃以下で加熱する工程は、
真空中にて３０分以上３時間以内の時間加熱することを特徴とする請求項１０記載の電気接点の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気接点部材、それを用いた真空バルブ、それらを用いた真空遮断器、それらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空遮断器に設置される真空バルブ内の電極構造は、一対の固定側電極及び可動側電極を有して構成されている。固定側及び可動側電極の構造は、電気接点と該電気接点に連なる電極棒とを有し、電気接点の裏面にはしばしばステンレス等の板が補強板として設けられる。
【０００３】
電気接点は高電圧，大電流を開閉遮断するために直接アークにさらされる。電気接点に要求される特性は、遮断容量が大きいこと、耐電圧値が高いこと、耐溶着性に優れることなどが挙げられる。特に年々、配電の高電圧化が進む中、真空遮断器あるいは真空開閉器等においても、大電流遮断と高耐電圧特性及び耐溶着性能の両立が求められている。
【０００４】
大電流，高電圧遮断用電気接点部材としては、Ｃｒ−Ｃｕの複合金属材料が多く用いられる。この電気接点部材の製造方法としては、各成分の金属粉末あるいはこれらの混合粉を所定の組成で、例えば円板等の単純形状に成形及び焼結するいわゆる粉末冶金法と、成形したスケルトンにＣｕあるいはその合金溶湯をしみこませ、機械加工して所定形状とするいわゆる溶浸法とがあり、これら製造方法については特開平９−２１３１５３号公報，特願２０００−１８８０４５号公報等に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載されている電気接点部材であっても、これらの特性を全て満足することにおいては未だ解決課題を有しており、一般には用途に応じて特に重要な特性を重視し、他の特性はある程度犠牲にした材料が用いられる。例えばＣｒ−Ｃｕの複合金属材料において、遮断容量を大きくするためには導電率が大きいことが必要であるがＣｕ量を多くした組成とすることで対処できる。しかしながら一方で耐電圧性能を上げる成分であるＣｒ量が減ってしまうため耐電圧値，耐溶着性が低下してしまう。反対にＣｒ量を多くすることで耐電圧値と耐溶着性を向上させることができるが、Ｃｒ量を多くするとＣｕ量が減ってしまうため導電率は低下し、遮断性能が不十分となり、大電流遮断性能と高耐電圧特性及び耐溶着性能を両立するのは極めて困難であった。
【０００６】
以上、本発明の目的は安定した遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備えた電気接点部材、それを用いた真空バルブ、それらを用いた真空遮断器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、電極接点部材において、１５〜４０重量％のＣｒと、６０〜８５重量％のＣｕと、不可避の不純物とを有し、Ｃｕ中のＣｒ固溶量が５００ｐｐｍ　以下であることを特徴とする。これにより耐電圧特性及び耐溶着性能を向上させるために耐火性金属成分の含有量を多くしても、導電性を向上させることができ、遮断性能を確保することができる。耐火性金属であるＣｒ量を多くしても導電率の改善が得られるので、遮断性能，耐電圧性能及び耐溶着性能を併せ持つ真空バルブを作製することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、粉末冶金法あるいは溶浸法等により得られた電気接点部材に高真空雰囲気での熱処理を施すことで、製造過程においてマトリックス中に固溶した耐火性金属成分あるいは他の不純物が晶出し、Ｃｕマトリックスの導電性が向上し、遮断性能が向上することを見出した。これにより、耐電圧特性及び耐溶着性能を向上させるために耐火性金属成分の含有量を多くしても、導電性を向上させることができ、遮断性能を確保することができる。また、溶浸法あるいは焼結法で作製した電気接点部材を用いた真空バルブに対して、大気中，不活性ガス流中または真空中で熱処理を施した場合にも、同様の効果が得られることを見出した。従って耐火性金属であるＣｒ量を多くしても導電率の改善が得られるので、遮断性能，耐電圧性能及び耐溶着性能を併せ持つ真空バルブを作製することができる。
【０００９】
具体的な態様としては、電気接点部材を１５〜４０重量％のＣｒと６０〜８５重量％のＣｕ及び不可避の不純物とからなり、Ｃｕ中におけるＣｒ固溶量が５００ｐｐｍ　以下であるものとする。または１５〜４０重量％のＣｒと６０〜８５重量％のＣｕ及び不可避の不純物とからなり、比抵抗ｙ（μΩ・ｃｍ）がＣｒの重量分率ｘに基づいて以下の（１）式によって求められる値以下であるものとする。
【００１０】
ｙ＝２５．４ｘ４−６２．１ｘ３＋３２．６ｘ２＋６．９ｘ＋１．６９８　…（１）
（但し、０．１５≦ｘ≦０．４）
また、不純物として酸素を５０〜２０００ｐｐｍ　、Ａｌを５０〜３０００ｐｐｍ　、Ｓｉを４００〜２５００ｐｐｍ　含むＣｒを用いる。これら不純物成分は遮断時における優れた消弧作用を得るために有用であり、これにより遮断性能が安定する。若しくは電気接点部材を４００〜５０００ｐｐｍ　の酸素を含有することが有用である。なおＡｌ，Ｓｉはそれぞれ酸化物として存在してもよい。高融点で硬質の微細なＡｌ，Ｓｉ酸化物が均一に分散していることにより優れた耐溶着性，耐電圧特性が得られるからである。但し、酸素量が４００ｐｐｍ　より少ないとアークの移動速度が低下し、電極上の特定個所に停滞しやすくなり、遮断不能を引き起こす可能性が大きくなり、また５０００ｐｐｍ　より多いと電流遮断時のガスの放出量が多くなり、ガスを介したアーク持続により遮断不能を引き起こす。
【００１１】
また真空バルブを、真空容器内に固定側電極と可動側電極とを備えたもので、この固定側電極及び可動側電極には、上記に記載した電気接点部材を用いたものとする。
【００１２】
さらに、真空遮断器を、真空容器内に固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブと、この真空バルブ内の固定側電極と可動側電極との各々に真空バルブ外に接続された絶縁ロッドを介して前記の可動側電極を駆動する開閉手段とを備えたものとし、この真空遮断器における真空バルブは、上記に記載の真空バルブからなるものとする。
【００１３】
またこの電気接点部材の製造方法として、Ｃｒ粉末とＣｕ粉末からなる成形体上にＣｕを載置し、これを耐火容器内に充填し、Ｃｕを加熱溶融して成形体中に含浸させることにより溶浸体を形成し、この溶浸体を真空中において４５０℃以上６００℃以下の温度で３０分以上３時間以内の時間加熱する。また別の電気接点部材の他の製造方法として、前記のＣｒ粉末と前記のＣｕ粉末からなる成形体を真空中又は不活性雰囲気中においてＣｕの融点以下で焼結することにより焼結体を形成し、この焼結体を真空中において４５０℃以上６００℃以下の温度で
３０分以上３時間以内の時間加熱することとする。４５０℃以上６００℃以下の温度で行う熱処理は真空中で行うことによって、電気接点部材の含有ガス量を適正値に制御することができる。また、熱処理温度が４５０℃より低いと同様の効果を得るための熱処理時間が膨大となり生産性の低下を招き、６００℃より高いと上記の効果が得られない。熱処理温度を４５０℃以上６００℃以下の範囲とすることで、３０分以上３時間以内という比較的生産性の良い処理時間で上記の効果を得ることができるのである。また、上記の電気接点部材の製造方法において、成形体はＣｒ粉末とＣｕ粉末とを含む混合粉末を１２０〜５００ＭＰａで加圧成形することとする。成形圧力が１２０ＭＰａより小さいと成形体密度が小さくなり成形体が崩れやすく、これより大きいと成形体にラミネーション割れが発生し、健全な成形体が得られないことによる。
【００１４】
また真空バルブを、上記に記載の電気接点部材の製法によって製造された電気接点部材を用いて固定側電極及び可動側電極を形成する。これにより真空バルブは、真空容器内に固定側電極と可動側電極とを備え、この固定側電極及び可動側電極の少なくとも一方を上記の電気接点部材とすることで、遮断性能と耐電圧特性、並びに耐溶着性を両立する優れた性能を発揮することができる。
【００１５】
また、本発明の真空バルブは、固定側電極及び可動側電極として溶浸法あるいは粉末冶金法で得られた電気接点部材を用い、組み立てられた後の真空バルブを４５０℃以上６００℃以下の温度で３０分以上３時間以内の時間加熱してもよく、これにより電気接点部材のみを熱処理した場合と同様の効果が得られ、上記と同様に遮断性能と耐電圧特性、並びに耐溶着性を両立する優れた性能を発揮することができる。なお、電気接点部材が位置する真空バルブ内は真空雰囲気に保たれているので、真空バルブを熱処理する際の雰囲気は大気中でもよく、生産コストを低く抑えることができ、電気接点部材の含有ガス量は適正に保たれる。但し、外観保持のための表面酸化防止策として、真空中や不活性ガス流中で熱処理してもよい。
【００１６】
以下に実際に電極接点部材，電極，真空バルブ，真空遮断器を用いた例を示し、詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
第１の実施例として、Ｃｒ量が１５，２５及び４０重量％の電気接点部材を作製した。また、比較のために、Ｃｒが５，１０，５０及び６０重量％の電気接点部材を併せて作製した。これらの電気接点部材の製造方法は次の通りである。
【００１８】
まず、Ｃｒ粉末とＣｕ粉末とを、所望の配合比でＶ型混合器により混合した。この際用いられたＣｒ粉末には酸素が１１００ｐｐｍ　、Ａｌが８００ｐｐｍ　、Ｓｉが４４０ｐｐｍ　含まれており、粒径は１０４μｍ以下であった。また用いたＣｕ粉末は粒径が８０μｍ以下の電解粉であった。
【００１９】
次にこの混合粉を直径６０ｍｍの金型に充填し、油圧プレスにより２５０ＭＰａの圧力を直径６０ｍｍの円面にかけ加圧成形した。成形体の寸法はおよそ直径６０ｍｍ×厚さ１２ｍｍで、相対密度はＣｒとＣｕの配合比で異なるが、およそ６５〜
７７％であった。これを６．７×１０−３Ｐａ　以下の真空中で１０５０℃×１２０分間加熱し、焼結体を得た。さらに、得られた焼結体を６．７×１０−３Ｐａ　以下の真空中において、５００℃で２時間加熱する熱処理を施し、電気接点部材を作製した。作製した電気接点部材の組成，相対密度，Ｃｕマトリックス中のＣｒ固溶量及び比抵抗を表１に示す。なお表１には比較のため、５００℃×２時間の熱処理前後のＣｒ固溶量及び比抵抗を併せて示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
Ｃｒの配合量が多いほど、熱処理前のＣｒ固溶量が多くなっていることがわかる。これは焼結過程で加熱される際、ＣｒがＣｒ粉表面からＣｕマトリックス中に固溶するためである。熱処理後のＣｒ固溶量は、Ｃｒ配合量に関わらず数１０ｐｐｍ　レベルに低減される。これはＣｕマトリックス中に固溶したＣｒが熱処理により晶出するためである。また、いずれの組成においても固溶Ｃｒの晶出により熱処理前に比べて熱処理後の比抵抗が小さくなる。この熱処理後の比抵抗の値ｙ（μΩ・ｃｍ）は、Ｃｒの重量分率ｘに基づいて以下の（１）式によって求められる値以下となっている。一方で、比抵抗が（１）式で求められる値ｙ（μΩ・ｃｍ）より大きいと、上述したように導電率の低下により遮断性能が低下する結果となる。
【００２２】
ｙ＝２５．４ｘ４−６２．１ｘ３＋３２．６ｘ２＋６．９ｘ＋１．６９８　…（１）
（但し、０．１５≦ｘ≦０．４）
以上から、本発明における電気接点部材は、真空中において４５０℃以上６００℃以下の温度で３０分以上３時間以内の時間加熱する熱処理を施すことにより、Ｃｕマトリックス中のＣｒ固溶量が５００ｐｐｍ　以下となり、比抵抗が小さくなるため電気接点部材の導電性を良好に保ち、優れた遮断性能を確保することができる。但し、Ｃｕ中におけるＣｒ固溶量が５００ｐｐｍ　を超えると、高導電性成分であるＣｕマトリックスの比抵抗が大きくなり、導電性が低下してしまう。
【００２３】
以上により、遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備えた電極を得ることができる。なお、以上の傾向は、電気接点部材を溶浸法で作製した場合にも確認された。
【００２４】
（実施例２）
本実施例では実施例１で作製した表１に示す電気接点部材を用いて真空バルブに適用するための電極を作製した。図１は作製した電極の構造を示す図である。図１における電極は、発生したアークに駆動力を与えてアークを一箇所に停滞させないための３本のスパイラル溝２及び中央に設けられる凹部を有し羽根型に分離された形状を有する電気接点１と、電気接点１を補強するステンレス製の補強板３と、電気接点１と補強板３に嵌め合わされる電極棒４と、を有して構成される。なお、電極接点１と補強板３との間、補強板３と電極棒４の間には、これらを接着させるろう材５が存在する。なお、スパイラル溝は３本以上であれば望ましく、特に本実施例の本数に限られることはない。なお図１に係る電極は真空バルブの固定側電極，可動側電極いずれにも適用可能である。
【００２５】
電極の作製方法は次の通りである。実施例１で作製した電気接点部材を機械加工により所望形状に加工して電気接点１を得る。電極棒４を無酸素銅で、また、補強板３をＳＵＳ３０４であらかじめ機械加工により作製しておき、電気接点１及び補強板３の中央孔と電極棒４の凸部とを、ろう材５を介して嵌め合わせ、また電気接点１と補強板３との間にもろう材５を載置し、８．２×１０−４Ｐａ　以下の真空中で９８０℃×８分間加熱し、図１に示す電極を作製した。なお、この電極は定格電圧７．２ｋＶ　，定格電流６００Ａ，定格遮断電流２０ｋＡ用の真空バルブに用いられる電極である。
【００２６】
以上により、遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備えた電極を得ることができる。
【００２７】
（実施例３）
本実施例では、実施例２で作製した電極を搭載した真空バルブを作製した。真空バルブの仕様は、定格電圧７．２ｋＶ　，定格電流６００Ａ，定格遮断電流２０ｋＡである。
【００２８】
図２は本実施例に係る真空バルブの構造を示す図である。図２における真空バルブは固定側電極接点１ａ，固定側補強板３ａ，固定側電極棒４ａ、を有する固定側電極６ａと、可動側電極接点１ｂ，可動側補強板３ｂ，可動側電極棒４ｂを有し、固定側電極６ａと対向して配置される可動側電極６ｂと、遮断時の金属蒸発等による飛散を防ぐ側部のシールド７及び可動側シールド８と、可動側シールド８を介して可動側電極６ｂとろう付け接合される可動側ホルダー１２と、真空バルブ内を高真空で保持できるよう封止するための固定側端板９ａ，可動側端板９ｂ，絶縁筒１３と、を有している。なお可動側端板９ｂと可動側ホルダー１２の間には摺動部分を支えるためのガイド１１が設けられ、さらに可動側シールド８と可動側端板９ｂの間にはベローズ１０が設けられており、真空バルブ内を高真空に保ったまま可動側ホルダー１２を上下させ、固定側電極６ａと可動側電極６ｂを開閉させることができる。
【００２９】
本実施例では、固定側電極６ａ及び可動側電極６ｂに、実施例２で作製した図１に示す構造の電極を用いて、図２に示す真空バルブを作製した。
【００３０】
以上により、遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備えた真空バルブを得ることができた。
【００３１】
（実施例４）
本実施例では実施例１で作製した表１に示す電気接点部材のうち、熱処理なしの部材（試料番号：Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ１，Ｆ１，Ｇ１）を用いて電極を作製し、これを搭載した真空バルブをさらに作製した。そしてこの真空バルブに対して大気中において５００℃で２時間加熱する熱処理を施した。なお、電極及び真空バルブの作製方法は、それぞれ実施例２及び実施例３と同様である。これら真空バルブを真空遮断器に組み込んで、各種性能試験を実施した。この結果を表２に示す。なお、表２におけるそれぞれの性能は、試料番号Ｃ１（組成：
１５Ｃｒ−８５Ｃｕ，電気接点部材及び真空バルブの熱処理なし）の値を１として相対比較して表したものである。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
電気接点部材のＣｒ配合量が１５重量％以上の場合、電気接点部材あるいは真空バルブに対して熱処理を施すと、遮断性能が向上する。これは、電気接点部材の製造過程においてＣｕマトリックス中に固溶したＣｒあるいは不純物が、熱処理により晶出され、導電性が向上したことによる。電気接点部材のＣｒ配合量が１５重量％より少ない場合において遮断性能の向上が見られないのはＣｒ配合量が少ないために電気接点部材の製造過程におけるＣｕマトリックス中へのＣｒの固溶が少ないためである。なおいずれの組成においても熱処理による耐電圧性能及び耐溶着性能の変化は見られなかった。
【００３４】
一方、電気接点部材のＣｒ配合量が４０重量％以上の場合において、電気接点部材及び真空バルブへの熱処理がない場合には、Ｃｒ量が多いために電気接点部材の導電率が小さくなり、遮断性能は低下する。しかしながら、試料番号Ｅ１，Ｅ２のように熱処理により遮断性能が向上するので、優れた耐電圧特性及び耐溶着性を維持しながら、十分な遮断性能を有する真空バルブを得ることができる。但しＣｒ配合量がこの場合においても４０重量％を超える場合は、たとえ熱処理を加えた場合であっても、Ｃｒ量が多すぎて熱処理による導電率向上の効果が十分ではない。
【００３５】
なお、真空バルブに対する熱処理を真空中及びアルゴンなどの不活性ガス流中で行った際にも、上記と同様の効果が確認された。
【００３６】
以上から、本発明に係わる電気接点部材及び真空バルブは、優れた遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性を併せ持つことが実証された。
【００３７】
【発明の効果】
以上により安定した遮断性能，耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備えた電気接点部材、それを用いた真空バルブ、それらを用いた真空遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第２実施例に係わる電極の構造を表す図。
【図２】本発明の第３実施例に係わる真空バルブの構造を表す図。
【符号の説明】
１…電気接点、１ａ…固定側電気接点、１ｂ…可動側電気接点、２…スパイラル溝、３，３ａ，３ｂ…補強板、４，４ａ，４ｂ…電極棒、５…ろう材、６ａ…固定側電極、６ｂ…可動側電極、７…シールド、８…可動側シールド、９ａ…固定側端板、９ｂ…可動側端板、１０…ベローズ、１１…ガイド、１２…可動側ホルダー、１３…絶縁筒。
【図１】
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【図２】
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