(57)【要約】【課題】Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面に厚いＣｒ微細分散層を形成して耐電圧や遮断性能を向上できる真空遮断器の電極接点部材、及びＣｒ微細分散層を容易に形成できて、製造が簡単な真空遮断器の電極接点部材の製造方法を提供する。【解決手段】真空遮断器の電極接点部材は、Ｃｕの含有量が４０〜８０重量％とＣｒの含有量が２０から６０重量％とを含むＣｕ−Ｃｒ合金母材１の表面に、摩擦攪拌による表面処理で形成した厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層２を形成する。Ｃｒ微細分散層２は、表面の平坦化処理を施して使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気の遮断室内で対向する電極接点部材であって、前記電極接点部材はＣｕの含有量が４０〜８０重量％とＣｒの含有量が２０〜６０重量％とを含むＣｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、摩擦攪拌による表面処理で形成した厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成したことを特徴とする真空遮断器の電極接点部材。
【請求項２】
請求項１において、前記Ｃｒ微細分散層中のＣｒ粒径は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材中のＣｒ粒径より小さくしたことを特徴とする真空遮断器の電極接点部材。
【請求項３】
請求項１において、前記Ｃｒ微細分散層中のＣｒ粒径は、０．１〜１０μｍであることを特徴とする真空遮断器の電極接点部材。
【請求項４】
Ｃｕの含有量が４０〜８０重量％とＣｒの含有量が２０〜６０重量％とを含むＣｕ−Ｃｒ合金母材を形成し、前記Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面を摩擦攪拌による表面改質処理により厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成し、前記Ｃｒ微細分散層には表面の平坦化処理を施したことを特徴とする真空遮断器の電極接点部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空遮断器の電極接点部材及びその製造方法に係り、特に耐電圧の低下を防いで遮断性能を向上でき、また製造が容易に行える真空遮断器の電極接点部材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、図４に示すように真空遮断器１０は、セラミック等の絶縁材料からなる略円筒状の中空部材１１の両端部に、封鎖金具１２、１３をそれぞれ介在させて金属製の端部板１４及び１５を固着して絶縁容器を形成し、この内部を真空雰囲気の遮断室を構成する。
【０００３】
遮断室の内部には、端部板１４を貫通して気密に固着する固定側の通電導体１６と、端部板１５を貫通する可動側の通電導体１７を配置している。これら通電導体１６及び１７には、それぞれ遮断室内で対向する電極を取り付けている。各電極は例えば図４に示す如く、アークを駆動する磁界発生手段となる円弧溝を備えるコイル電極１９Ａ、２０Ａと、各コイル電極１９Ａ、２０Ａの端面側に固着する電極接点部材１９Ｂ、２０Ｂとから形成されている。
【０００４】
可動側の通電導体１７は、一端を端部板１５に固定すると共に、他端を通電導体側に固定するベローズ１８により気密を保持し、操作装置（図示せず）によって軸方向に移動可能に構成する。そして、操作装置を動作させての電流遮断の際に、電極接点部材１９Ｂ、２０Ｂ間等に発生するアークに基づく悪影響を防止するため、中空部材１１の内面やベローズ１８面を保護するシールド筒２１や２２を配置している。
【０００５】
ところで、コイル電極１９Ａ、２０Ａの対向面に固着する電極接点部材１９Ｂ、２０Ｂは、真空遮断器１０の性能、即ち大電流から小電流まで良好に遮断できて絶縁耐力も高く、しかも耐融着性が良いこと等の性能に大きく影響するため、従来から種々の材料や製造方法が提案されている。
【０００６】
例えば、導電性の良好なＣｕ（銅）と耐アーク性成分のクロム（Ｃｒ）とを適切な割合で含む粉末混合物を、圧縮してから真空中等の非酸素雰囲気で焼結してＣｕ−Ｃｒ焼結合金を作り、これを冷間加工して真空遮断器の電極接点部材を作って、使用することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、真空遮断器の電極接点部材として、Ｃｕ−Ｃｒの混合物を不活性ガス雰囲気中又は真空中で溶融し、この溶湯をアトマイズ法で微細化してＣｕマトリックス中に均一に分散した平均粒径５μｍ以下のＣｒを含み、しかも平均粒径１５０μｍ以下のＣｕ−Ｃｒ合金粉末を得て、このＣｕ−Ｃｒ合金粉末を焼結してＣｒの平均粒径を２から２０μｍとし、遮断電流や対溶着性等の向上を図ることも提案されている。（特許文献２参照）。
【０００８】
更に、Ｃｕ板とＣｒ板との積層体や、Ｃｕ板Ｃｒ粒との積層体、Ｃｕ粒とＣｒ粒との混合体や成形体、Ｃｕ−Ｃｒ合金体の接点表面全面に、高エネルギ密度を有するレーザを所定のオーバラップ率で照射し、急激でしかもピーク温度の極めて高い熱履歴を与えることで、照射表面より深さ５０μｍ程度の領域で、Ｃｕ相中に直径が０．１から５μｍの微細Ｃｒを存在させ、再点弧発生確率を小さくし、遮断特性を向上させる真空遮断器用接点の
製造方法も提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
また更に、真空遮断器の接点部材として、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる第１層と、これと接合するＣｕ−Ｃｒ系複合材料からなる第２層とで作る積層複合材料を用い、高い電気伝導度や熱伝導率及び耐熱性を有し、しかも耐アーク性の良くできるようにすることも提案されている（特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献１】特表平４−５０５９８６号公報
【特許文献２】特開平４−９５３１８号公報
【特許文献３】特開平４−３１２７２３号公報
【特許文献４】特開平１１−２２９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように真空遮断器の電極接点部材は、焼結合金母材中のＣｒの粒径が微細でかつ均一な組織であれば、耐電圧や遮断性能が向上することが知られている。しかし、上記した各特許文献の如き通常の固相焼結による焼結合金母材の製造では、Ｃｒ粉の粒径が１０μｍ程度であると、酸化が進んでしまって焼結が難しく、しかも酸素含有量が増加するため、真空遮断器の性能を低下させてしまうことになる。
【００１２】
また、特許文献２のように真空アーク溶解等により製造するＣｕ−Ｃｒ合金の電極接点部材は、微細で均一な組織となるので、良好な耐電圧や遮断性能を有する。しかし、導電率が低くて真空遮断器の電極接点部材としては接触抵抗が高くなってしまうし、真空アーク溶解は高価でしかも生産性が悪い欠点がある。
【００１３】
更に、３６ｋＶ以上の電圧の真空遮断器では、電極接点部材の表面に電流アークを発生させ、その後急速冷却させてＣｒ微細分散層を生成する方法（電流化成法）もある。この電流化成法では、接点部材面に均一に皮膜を生成させるには、何回かのアーク発生処理が必要である。その上、この処理時のアークによる金属蒸気が、真空遮断器の絶縁容器を構成するセラミック容器の内面を汚損し、真空遮断器の寿命を低下させてしまう欠点がある。しかも、１０から２０μｍの厚さのＣｒ微細分散層を生成するのが限度であって、７２ｋＶ以上の電圧に使用する真空遮断器の電極接点部材では、開閉回数が多くなるに従って、耐電圧の低下が著しくなる問題があり、この改善が要求されていた。
【００１４】
本発明の目的は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、５００μｍ〜３ｍｍ厚さのＣｒ微細分散層を形成し、耐電圧や遮断性能を向上できる真空遮断器の電極接点部材を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、５００μｍ〜３ｍｍの厚いＣｒ微細分散層を容易に形成でき、しかも製造が簡単な真空遮断器の電極接点部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、真空雰囲気の遮断室内で対向する各電極に固着する接点部材であって、前記接点部材はＣｕの含有量が４０〜８０重量％とＣｒの含有量が２０〜６０重量％とを含むＣｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、摩擦攪拌による表面処理で形成した厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成したことを特徴としている。
【００１７】
好ましくは、前記Ｃｒ微細分散層中のＣｒ粒径は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材中のＣｒ粒径より小さくしたことを特徴としており、更に好ましくは、前記Ｃｒ微細分散層中のＣｒ粒径は、０．１〜１０μｍであることを特徴としている。
【００１８】
また本発明による真空遮断器の電極接点部材の製造方法は、Ｃｕの含有量が４０〜８０重量％とＣｒの含有量が２０〜６０重量％とを含むＣｕ−Ｃｒ合金母材を用い、このＣｕ−Ｃｒ合金母材の表面を摩擦攪拌による表面改質処理により厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成し、前記Ｃｒ微細分散層には表面の平坦化処理を施したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の真空遮断器の電極接点部材によれば、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、摩擦攪拌によって厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成しているため、耐電圧が低下するのを防止でき、特に７２ｋＶ以上の電圧の真空遮断器に使用すると効果的である。また、電極接点部材の遮断性能を向上でき、しかもＣｕ−Ｃｒ合金母材は導電率が良好なため、接触抵抗が増加するのを抑制できる利点がある。
【００２０】
また、真空遮断器の電極接点部材の製造方法によれば、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を摩擦攪拌による表面処理で容易に形成でき、加工も簡単に容易に行えるため、真空遮断器の電極接点部材を量産するのに好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の真空遮断器の電極接点部材は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材を用いる。そして、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、摩擦攪拌により形成した厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成している。また、本発明による真空遮断器の電極接点部材の製造方法は、任意の方法で作ったＣｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、摩擦攪拌による表面処理で厚さ５００μｍ〜３ｍｍのＣｒ微細分散層を形成し、このＣｒ微細分散層の表面に平坦化処理を施して製造する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の真空遮断器の電極接点部材を、図１に示している。この電極接点部材は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１とＣｒ微細分散層２の２層構造として形成している。Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１は、粉末状のＣｕとＣｒを所定の割合で混合し、真空或いは不活性ガス中等の非酸素雰囲気で焼結すると共に圧縮して粒体を密着させた焼結Ｃｕ−Ｃｒ合金母材や、所定の割合のＣｕとＣｒを真空溶解して形成したＣｕ−Ｃｒ合金母材を使用する。
【００２３】
Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１は、Ｃｒ含有率が２０重量％より小さいと遮断性能の向上が図れず、耐電圧低下の防止も図れないし、またＣｒ含有率が６０重量％を超えると、抵抗が高くなって導電率の低下や、電極接点部材が高温となって材料が劣化する恐れがある。このため、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１中のＣｕ及びＣｒの割合は、望ましくはＣｕの含有量が４０％〜８０重量％、Ｃｒの含有量が２０〜６０重量％である。これらＣｕ及びＣｒに、必要に応じて周知の如くビスマス（Ｂｉ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、ニオブ（Ｎｂ）、その他の添加用金属材料を適宜加えて形成する。
【００２４】
Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１の表面に形成するＣｒ微細分散層２は、厚さｔが５００μｍ以上、望ましくは５００μｍ〜３ｍｍに形成する。このＣｒ微細分散層２は、金属板間の接合を行う摩擦攪拌接合（例えば、「塑性と加工（日本塑性加工工学会誌）第４３巻  第４９８号（２００２−７）」参照）技術を活用する。本発明のＣｒ微細分散層２は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１の表面に回転加工材の先端を押し当てる摩擦攪拌の加工を活用し、回転加工材の回転時の摩擦熱及び加工熱によって、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１を軟化させて形成する。
【００２５】
そして、Ｃｒ微細分散層２を形成する微細Ｃｒ粒子の粒径は、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１の粒径に比べて小さな粒径の１０μｍ以下にする。より望ましくは、微細Ｃｒ粒子の粒径を、０．１〜１０μｍの粒径となるようにする。
【００２６】
このように電極接点部材を、Ｃｕ−Ｃｒ合金母材１とＣｒ微細分散層２からなる２層構造とし、Ｃｒ微細分散層２の厚さをしかも５００μｍ〜３ｍｍに形成すると、真空遮断器の開閉回数が増えるに従って、耐電圧が低下傾向となるのを抑制することができる。
【００２７】
これを図２に示す電圧７２ｋＶの真空遮断器を使用し、コンデンサバンクの開閉時における投入電流１ｋＡＰ−遮断電流２００Ａｒｍｓで行った、進み小電流開閉試験の特性図により説明する。図２では、電極接点部材のＣｒ微細分散層の厚みｔを、１０、２０、１００、５００μｍと変化させて試験した場合、それぞれ特性曲線Ｔ１０からＴ５００に示すようになった。
【００２８】
即ち、Ｃｒ微細分散層の厚みｔが１０及び２０μｍの電極接点部材では、開閉試験が始まってまもなく耐電圧の低下が始まり、しかも１０μｍの場合は特性曲線Ｔ１０に示す如く開閉回数６０回、また２０μｍの場合は特性曲線Ｔ２０に示す如く開閉回数５００回を超えると、耐電圧が当初の半分以下となる。更に、Ｃｒ微細分散層の厚みｔが１００μｍでも、特性曲線Ｔ１００に示す如く開閉回数が１００回程度から耐電圧の低下が始まってしまっている。
【００２９】
これに対して、本発明のようにＣｒ微細分散層の厚みｔが５００μｍの電極接点部材の場合は、特性曲線Ｔ５００に示す如く耐電圧の低下は著しく遅くなり、開閉回数が１０００回を越えても僅かな耐電圧の低下に抑制できるようになる。
【００３０】
本発明の真空遮断器の電極接点部材は、例えば図３（ａ）から（ｃ）に示すような手順によって２層構造に製造する。即ち、まず図３（ａ）に示す如くＣｕ−Ｃｒ合金母材を形成する。次に、図３（ｂ）示す如くＣｕ−Ｃｒ合金母材の表面に、摩擦攪拌接合で用いるのと同様に、スターロッドと称する回転加工材の先端を押し当て、回転加工材を回転させた時の摩擦攪拌による摩擦熱及び加工熱によって表面を軟化させ、Ｃｒ微細分散層を形成する。
【００３１】
最後に、図３（ｃ）示す如くＣｕ−Ｃｒ合金母材に形成したＣｒ微細分散層の表面部分を、例えば機械加工によって平坦化処理を施し、また必要に応じて通常の電極と同様にアークを駆動する螺旋状溝を形成する。このように形成した電極接点部材は、各コイル電極にＣｕ−Ｃｒ合金母材側を固着させ、Ｃｒ微細分散層の面が互いに対向するよう取り付けて使用する。
【００３２】
このように真空遮断器の電極接点部材を、摩擦攪拌を用いてＣｕ−Ｃｒ合金母材とＣｒ微細分散層の２層構造に製造すると、Ｃｒ微細分散層の厚さを５００μｍ〜３ｍｍ程度に容易にでき、しかも電極接点部材の量産化を簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例である真空遮断器の電極接点部材を示す断面図である。
【図２】電極接点部材のＣｒ微細分散層の異なった厚みで、真空遮断器の進み小電流開閉試験時を行ったときの開閉回数と耐電圧との関係を示す特性図である。
【図３】（ａ）から（ｃ）は本発明の一実施例である真空遮断器の電極接点部材の製造方法を示す工程の概略図である。
【図４】従来の真空遮断器の例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…Ｃｕ−Ｃｒ合金母材、２…Ｃｒ微細分散層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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