(57)【要約】【課題】導電性成分中の耐弧性成分の微細化を図り、遮断特性や耐電圧特性などを向上させる。【解決手段】接離自在の一対の接点１２、１４を有する真空バルブの接点材料であって、導電性成分と耐弧性成分のうち少なくとも導電性成分で構成された接点１２、１４を構成する基材の表面に、導電性成分マトリックス中に耐弧性成分粒子を分散させた肉盛材を回転させる摩擦肉盛処理を施し、耐弧性成分粒子を微細化させた肉盛層を形成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空バルブ用接点材料であって、
導電性成分と耐弧性成分のうち少なくとも導電性成分で構成された基材の表面に、
導電性成分マトリックス中に耐弧性成分粒子を分散させた肉盛材を回転させる摩擦肉盛処理を施し、
肉盛層を形成したことを特徴とする真空バルブ用接点材料。
【請求項２】
前記導電性成分は、Ｃｕであり、
前記耐弧性成分は、ＣｒとＭｏのうちの少なくとも一方を用い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】
前記肉盛層の厚さを、溶着引き外し力に耐え得るものにす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】
導電性成分と耐弧性成分のうち少なくとも導電性成分で構成された基材の表面に、
導電性成分マトリックス中に耐弧性成分粒子を分散させた肉盛材を押し当てながら回転させるとともに、前記基材を移動させて塑性流動を起こし、
少なくとも前記耐弧性成分粒子を微細化させた肉盛層を形成したことを特徴とする真空バルブ用接点材料の製造方法。
【請求項５】
前記肉盛材は、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｍｏのいずれかであり、焼結法、溶解法のいずれかの方法で製造した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の製造方法。
【請求項６】
前記基材は、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｍｏのいずれかであり、焼結法、溶浸法、溶解法のいずれかの方法で製造した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の製造方法。
【請求項７】
前記基板表面の塑性流動を、シールドガス雰囲気中で行うことを特徴とする請求項４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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断特性や耐電圧特性などを向上し得る真空バルブ用接点材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空開閉機器はその環境調和性により適用範囲の拡大が図られており、高電圧領域への適用が試みられている。真空バルブの接点材料としては、導電性成分のマトリックス中にＣｒ、Ｍｏなどの耐弧性成分粒子を分散させた複合材料が一般的に使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
高電圧領域で接点材料を使用する場合、接点間での絶縁破壊メカニズムとしては、耐弧性成分などの粒子が離脱することが挙げられる。特に、Ｃｒのような脆性の耐弧性成分では、接点表面に露出している耐弧性成分粒子が開閉により破砕し、絶縁破壊の原因となる微粒子が発生する。このため、耐弧性成分粒子を微粒子化させ、接点表面に露出しないように導電性成分マトリックス中に微細に分散させている。
【０００４】
微細に分散させる方法としては、耐弧性成分粒子と導電性成分粒子とを焼結法により製造する方法、耐弧性成分粒子の粒子間に溶解した導電性成分を溶浸する方法、あるいは導電性成分と耐弧性成分の両者を溶解し、急冷して耐弧性成分を導電性成分中に微細に晶出させる方法などがある。
【０００５】
一方、金属部材表面に摩擦攪拌処理を施し、摩擦熱と回転体の攪拌作用によって表面改質を行い、靭性などの機械的強度を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、金属部材表面の金属組織を粗状態から緻密状態にするものに過ぎず、上述のように導電性成分や耐弧性成分などの異なる成分粒子を微細に分散させるものではない。
【特許文献１】特開２００６−２３３２９８号公報  （第４〜５ページ、図１）
【特許文献２】特開２００４−６８６８１号公報  （第３〜４ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来の接点材料においては、耐電圧特性に加えて通電特性や遮断特性が要求され、主たる耐弧性成分としては、ＣｒやＭｏなどが選択されている。しかしながら、これらの耐弧性成分は比較的酸化し易く、微粒子を原料とした焼結法による製造は困難である。このため、耐弧性成分の微細化には、アーク溶解法や真空溶解法が用いられる。しかしながら、これらの製造方法による分散の微細化には限界があり、更なる耐弧性成分を微細化できる接点材料とその製造方法が望まれていた。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、耐弧性成分の微細化を図り、遮断特性や耐電圧特性などを向上し得る真空バルブ用接点材料およびその製造方法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】
【０００８】
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、真空バルブ用接点材料であって、導電性成分と耐弧性成分のうち少なくとも導電性成分で構成された基材の表面に、導電性成分マトリックス中に耐弧性成分粒子を分散させた肉盛材を回転させる摩擦肉盛処理を施し、肉盛層を形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、導電性成分中に耐弧性成分を分散させた肉盛材で摩擦肉盛処理を施し、接点の表面に肉盛層を形成しているので、耐弧性成分が微細化されて分散し、耐電圧特性や遮断特性を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】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１１】
本発明の実施例に係る真空バルブ用接点材料を図１乃至図３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の一方の接点の構成を示す断面図、図３は、本発明の実施例に係る真空バルブ用接点の製造方法を説明する図である。
【００１２】
図１に示すように、真空絶縁容器１の両端には、封止金具２を介して蓋体３が封着され、互いの通電軸４、５の対向する端部に一対の電極６、７が配設されている。上部の電極６を固定電極、下部の電極７を可動電極としている。通電軸５には、伸縮自在のベローズ８が取り付けられ、真空絶縁容器１内を真空に保持しながら通電軸５の軸方向の移動を可能にしている。ベローズ８の上部には、金属製のアークシールド９が設けられ、また、電極６、７を包囲するように金属製の筒状のアークシールド１０が設けられている。更に、可動側の電極７には、図２に示すように、通電軸５端がろう付け部１１によって固定され、接点１２もろう付け部１３により固定されている。固定側の接点１４も可動側と同様に固定されている。
【００１３】
このような接点１２、１４の製造方法を図３を参照して説明する。
【００１４】
図３に示すように、接点１２、１４となるＣｕなどの基材１５の表面に、耐弧性成分を分散させた肉盛材１６を回転させながら所定の面圧で押し付け、肉盛層１７を形成させる。この摩擦肉盛処理においては、図示しない回転装置で肉盛材１６を約１０００ｒｐｍで回転させながら、基材１５を約５００ｍｍ／ｍｉｎの速度で平行移動させる。肉盛材１６と基材１５との接触面では、塑性流動が起こり、冷却すると基板１５表面に耐弧性成分が微細化された肉盛層１７が形成される。なお、アルゴンガスを用いたシールドガス１８の吹き付けは、所定圧力のガスが摩擦面に当たるように実施した。
【００１５】
肉盛材１６が基材１５表面を流動する過程において、導電性成分マトリックス中に分散されている耐弧性成分粒子が変形し粉砕される。粉砕は導電性成分に包含された状態で進められるため、耐弧性成分が周囲の雰囲気によって酸化あるいは窒化される機会が少なくなる。したがって、低ガス含有量で、組織が微細化された接点材料を得ることができる。
【００１６】
ここで、肉盛層１７内の耐弧性成分粒子は、基材１５中と肉盛材１６中に含まれるものであり、基材１５にＣｕだけを用いたものでは肉盛材１６中のものとなる。耐弧性成分粒子は、肉盛材１６の軸方向と直交する端面を基材１５面と平行させると、摩擦する面積が大きくなり、微細化され易くなる。
【００１７】
接点１２、１４の製造においては、所定形状の基材１５に肉盛層１７を形成してもよく、これよりも大なる面積の基材１５に肉盛層１７を形成し、それを所定形状に加工してもよい。特に、後者においては、接点１２、１４の端部まで肉盛層１７が均一に形成されるので好ましいものとなる。
【００１８】
このような方法で製造した肉盛層１７の評価は、以下の通りである。  
１）酸素含有量
赤外線吸収法により測定した。  
２）平均粒子間距離
断面組織写真の縦横に複数の補助線を引き、耐弧性成分の粒子間距離を測定し、平均値を求めた。  
３）厚さと硬さ
断面組織写真から厚さを測定した。また、肉盛材１６のビッカース硬さと、基材１５のビッカース硬さとの比を求めた。  
４）無負荷開閉後の耐電圧特性
電気的特性評価用の真空バルブに組み込み、無負荷開閉を１００回実施後、ギャップ長を８ｍｍとし、電圧上昇法により絶縁破壊電圧を求めた。後述する実施例１の結果を基準（１．０）とし、他の実施例と比較例を相対値で示し、０．９以上を合格とした。  
５）投入溶着引き外し後の耐電圧特性
後述する実施例８、９、比較例３について、投入時にアークを発生させて溶着させ、その状態を機械的に引き外し、４項と同様の耐電圧特性を求めた。  
６）遮断特性
後述する実施例１０、比較例４について、ギャップ長を８ｍｍとし、１２ｋＶ印加条件での合成試験を実施し、電流を段階的に徐々に上昇させたときの再点弧が発生しない上限の遮断電流値を求めた。  
これらの結果を表１を参照して説明する。
【００１９】
（実施例１および比較例１）
実施例１では、溶解法によって製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒの基材１５に、同様の組成で焼結法により作製した肉盛材１６を用いて摩擦肉盛処理を施し、接点１２、１４を製造した。比較例１では、溶解法によって製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒで接点１２、１４を製造した。この結果、実施例１では、図３の丸印で示すように肉盛層１７内でＣｒ粒子が微細化されて均一に分散し、平均粒子間距離が０．５μｍと比較例１よりも短くなった。また、酸素含有量が５００ｐｐｍであり、比較例１の１００ｐｐｍと比べて多いが、耐電圧特性は比較例１よりも上昇した。この実施例１の耐電圧値が基準となる。
【００２０】
（実施例２、３）
実施例２では、溶浸法によって製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒの基材１５に、同様の組成で焼結法により作製した肉盛材１６を用いて摩擦肉盛処理を施し、接点１２、１４を製造した。実施例３では、焼結法によって製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒの基材１５に、同様の組成で溶解法により作製した肉盛材１６を用いて摩擦肉盛処理を施し、接点１２、１４を製造した。この結果、肉盛材１６のビッカース硬さが実施例３の方が硬くなったが、両者共、Ｃｒ粒子は微細化され、良好な耐電圧特性が得られた。
【００２１】
（実施例４、５および比較例２）
基材１５をＣｕとし、Ｃｒの含有量を２５、５０、７５ｗｔ％と変化させた肉盛材１６を焼結法で製造した。いずれも肉盛材１６のＣｒ含有量が基材１５よりも多いため、耐電圧特性は良好であった。しかし、比較例２では、肉盛材１６のビッカース硬さが基材１５の２．２倍となり、Ｃｒ粒子が均一に分散された肉盛層１７が形成されなかった。粒子間距離のバラツキが大きく、接点１２、１４に適する状態でなかったので、表中には肉盛層１７が形成されずと表示した。このため、肉盛材１６のビッカース硬さの比は、基材１５の２倍以下が好ましい。
【００２２】
（実施例６、７および比較例３）
基材１５を焼結法で製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒとし、Ｃｒの含有量を５、３５、５０ｗｔ％と変化させた肉盛材１６を焼結法で製造した。ビッカース硬さの比は１前後であり、実施例６、７では粒子間距離が０．２〜０．３μｍで、耐電圧特性が良好であった。しかし、実施例３では、肉盛材１６のＣｒ含有量が少なく粒子間距離が増大し、耐電圧特性が不充分であった。
【００２３】
（実施例８、９および比較例４）
溶解法によって製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒの基材１５に、同様の組成で焼結法により作製した肉盛材１６を用いて、厚さを０．５、１、３ｍｍと変化させた肉盛層１７を形成した。厚さは、肉盛材１６の押圧と基材１５の移動速度で制御した。いずれも無負荷開閉後の耐電圧特性は良好であった。しかし、投入溶着引き外し後の耐電圧特性は、実施例８、９よりも肉盛層１７厚さ０．５ｍｍの比較例４が低かった。実施例８を１．０とすると、実施例９では１．１倍、比較例４では０．５倍であった。このため、溶着が起き得るものでは、投入溶着引き外し力に耐え得るように、肉盛層１７の厚さを１ｍｍ以上にすることが好ましい。投入溶着引き外し力は、一般的に数１００ｋｇｆとなる。
【００２４】
（実施例１０および比較例５）
溶解法によって製造したＣｕ−２５ｗｔ％Ｃｒの基材１５に、同様の組成で焼結法により作製した肉盛材１６を用いて、アルゴンガスの噴き付けの有無について評価した。いずれも無負荷開閉後の耐電圧特性は良好であった。しかし、遮断特性では、シールドガス１８を用いた実施例１０の方が比較例５よりも遮断電流値が高かった。実施例１０を１．０とすると、比較例５では０．７倍であった。このため、シールドガス１８を用いての摩擦肉盛処理は、酸素含有量を低減でき、耐電圧特性とともに、遮断特性を向上させることができる。また、シールドガス１８の吹き付けにより、冷却を促進させることができる。
【００２５】
（実施例１１、１２）
実施例１１では、溶解法によって製造したＣｕ−２０ｗｔ％Ｍｏの基材１５に、同様の組成で焼結法により作製した肉盛材１６を用いて摩擦肉盛処理を施した。実施例１２では、溶解法によって製造したＣｕ−１０ｗｔ％Ｍｏ−１２．５ｗｔ％Ｃｒの基材１５に、同様の組成で焼結法により作製した肉盛材１６を用いて摩擦肉盛処理を施した。いずれも耐電圧特性は良好であり、接点材料にＣｕ−Ｃｒ合金のほかに、Ｃｕ−Ｍｏ合金、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｒ合金を用いることができる。
【００２６】
上記実施例の真空バルブ用接点材料によれば、接点１２、１４を構成する基材１５の表面に肉盛材１６を回転させる摩擦肉盛処理を施して肉盛層１７を形成しているので、耐弧性成分が粉砕され微細化されて分散し、低ガス量となり、耐電圧特性や遮断特性を向上させることができる。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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の一方の接点の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施例に係る真空バルブ用接点の製造方法を説明する図。
【符号の説明】
【００２８】
１  真空絶縁容器
２  封着金具
３  蓋体
４、５  通電軸
６、７  電極
８  ベローズ
９、１０  アークシールド
１１、１３  ろう付け部
１２、１４  接点
１５  基材
１６  肉盛材
１７  肉盛層
１８  シールドガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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