(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高導電性金属からなるマトリックス中に偏平板形状を有する耐火性金属粉が分散する組織を成し、前記耐火性金属粉は偏平面が一方向に配向し、前記耐火性金属粉の偏平面と平行な面を接点面とすることを特徴とする電気接点部材。
【請求項２】
請求項１において、偏平板形状を有する耐火性金属粉は、偏平面の最大長さをそれに垂直な面の最小寸法で除した値が３〜３０であることを特徴とする電気接点部材。
【請求項３】
請求項１又は２において、偏平板形状を有する耐火性金属粉のうちの９０重量％以上が、偏平面が接点面に対して＋４０°〜−４０°の範囲に配向することを特徴とする電気接点部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、偏平板形状を有する耐火性金属粉はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｒｈ及びＲｕの中の１種叉は２種以上の混合物あるいはこれらの化合物からなり、高導電性金属はＣｕ、Ａｇ又はＡｕあるいはこれらを主にした合金からなることを特徴とする電気接点部材。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、偏平板形状を有する耐火性金属粉は酸素を５０〜２０００ｐｐｍ、Ａｌを５０〜３０００ｐｐｍ、Ｓｉを１００〜２５００ｐｐｍ含むことを特徴とする電気接点部材。
【請求項６】
１５〜４０重量％の偏平板形状を有する耐火性金属粉と、６０〜８５重量％の高導電性金属からなる請求項１〜５に記載の電気接点部材。
【請求項７】
接点面における偏平板形状を有する耐火性金属粉が占める面積比は３０〜５０％、接点面と垂直な面における偏平板形状を有する耐火性金属粉が占める面積比は１４〜２５％であることを特徴とする請求項１〜６に記載の電気接点部材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記偏平板形状を有する耐火性金属粉は含有酸素量が２５００ｐｐｍ以下であることを特徴とする電気接点部材。
【請求項９】
偏平板形状を有する耐火性金属粉と高導電性金属粉との混合粉末を、１２０〜５００ＭＰａで加圧成形して成形体を作製し、該成形体を真空中又は不活性雰囲気中において前記高導電性金属粉の融点以下で焼結し、成形過程の加圧面と平行に接点面とすることを特徴とする電気接点部材の製法。
【請求項１０】
偏平板形状を有する耐火性金属粉と高導電性金属粉との混合粉末を、押出し圧縮成形により連続的な板状あるいは棒状の成形体を作製し、該成形体を不活性雰囲気中において前記高導電性金属粉の融点以下で連続的に焼結し、押出し方向と平行な面を接点面とすることを特徴とする電気接点部材の製法。
【請求項１１】
請求項９又は１０において、高導電性金属粉の粒径は８０μｍ以下であることを特徴とする電気接点部材の製法。
【請求項１２】
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において、前記固定側電極及び前記可動側電極に請求項１〜８に記載の電気接点部材を使用したことを特徴とする真空バルブ。
【請求項１３】
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において、前記両電極は請求項１〜８に記載の電気接点部材を使用した電気接点と、それに連なる電極棒からなり、前記真空容器は円筒であり、定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｙが前記真空容器外径ｘ（ｍｍ）に基づいて以下の（１）式によって求められる値以下及び（２）式によって求められる値以上の範囲内にあることを特徴とする真空バルブ。
ｙ＝１１．２５ｘ−５２５                   …（１）
ｙ＝５．３５ｘ−２４２                     …（２）
【請求項１４】
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において、前記両電極は請求項１〜８のいずれかに記載の電気接点部材を使用した電気接点と、それに連なる電極棒からなり、前記電気接点の直径ｙ（ｍｍ）は定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｘ（ｋＶＡ×１０3）に基づいて以下の（３）式によって求められる値以下及び（４）式によって求められる値以上の範囲内にあることを特徴とする真空バルブ。
ｙ＝０．１５ｘ＋２２                       …（３）
ｙ＝０．０７７ｘ＋２０                     …（４）
【請求項１５】
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において、前記両電極は請求項１〜８のいずれかに記載の電気接点部材を使用した電気接点と、それに連なる電極棒からなり、前記真空容器は円筒であり、該真空容器の外径ｙ（ｍｍ）は前記電気接点の直径ｘ（ｍｍ）に基づいて以下の（５）式によって求められる値
以下及び（６）式によって求められる値以上の範囲内にあることを特徴とする真空バルブ及びそれを用いた真空遮断器。
ｙ＝１．２６ｘ＋３０                       …（５）
ｙ＝１．２６ｘ＋１０                       …（６）
【請求項１６】
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、該真空バルブ内の前記固定側電極と前記可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された絶縁ロッドを介して前記可動側電極を駆動する開閉手段とを備えた真空遮断器において、前記真空バルブが請求項１３〜１５のいずれかに記載の真空バルブからなることを特徴とする真空遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空遮断器、真空開閉器等に用いられる新規な電気接点部材及びその製法並びにそれを用いた真空バルブ、真空遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空遮断器等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から成っている。上記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からなり、該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】
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。
【０００４】
この電気接点の製造方法は、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後、焼結するいわゆる粉末冶金法により製造された電気接点部材を、更に機械加工して所定形状とする。なお、電気接点に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ずに電極の外周部へ移動させるための３本以上のスリット溝が設けられ、羽根型に分離された形状を有する。また、電気接点の中央でアークが発生して停滞しないように、電気接点の中央には凹部が設けてある。
【０００５】
上述した電気接点は、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が、これらの特性を全て満足することは困難であって、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。
【０００６】
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り、Ｃｕを多くした組成とすることで対処できるが、耐電圧性能を上げる成分であるＣｒが減るため耐電圧値は低くなり、耐溶着性も低下する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
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るようになった。例えばＣｒ−Ｃｕ複合金属材料を電気接点に用いる場合には、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。しかし、Ｃｒ量を多くすると導電率は低下し、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。
【０００８】
特開２０００−２３５８２５号公報には、偏平状の耐火性金属粒子を有する電極部材の開示があるが、これは高導電性金属と耐火性金属の複合金属を接点面に溶射することにより形成したものである。しかし、溶射法では溶射ガスや大気を巻き込むため、得られた溶射膜はガス含有量が多くなり、電流遮断時のアーク加熱によりガスが放出し、このガスを介してアークが持続してしまい、遮断不能を生ずる恐れがある。また、溶射膜における耐火性金属粒子の大きさや形状の制御が困難で不規則になるため、遮断性能が不安定になる。さらに、溶射膜の形成には多くの時間を要し、生産性あるいはコストの点で問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、大電流遮断性能と高耐電圧特性及び耐溶着性能を兼ね備え、製造コストが低く、生産性に優れた電気接点部材とその製法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは、電流遮断を行なう接点面において耐電圧成分が大きな面積を占めるような材料組織を考案した。すなわち、Ｃｒ−Ｃｕ電気接点の場合には、Ｃｒ粒子が偏平板形状を成し、Ｃｕマトリックスの中でＣｒ粒子の偏平面が接点面に平行になるように配向させる。これにより、Ｃｒ含有量を少なくし、高導電率を維持しつつも、接点面にはＣｒ粒子が多く露出するので、高耐電圧特性を得ることができる。また、Ｃｒ粒子とＣｕマトリックスとの化学的結合は弱いため、Ｃｒ粒子の偏平面に垂直方向の強度は小さくなり、耐溶着性が向上する。
【００１１】
本発明の要旨は以下のとおりである。
【００１２】
本発明の電気接点部材は、高導電性金属からなるマトリックス中に偏平板形状を有する耐火性金属粉が分散する組織を成し、前記耐火性金属粉は偏平面が一方向に配向し、前記耐火性金属粉の偏平面と平行な面を接点面とするものである。
【００１３】
本発明に関わる偏平板形状を有する前記耐火性金属粉は、偏平面の最大長さをそれに垂直な面の最小寸法で除した値が３〜３０の範囲にあるものである。
【００１４】
また、本発明の電気接点部材において、偏平板形状を有する前記耐火性金属粉のうちの９０重量％以上は、偏平面が接点面に対して＋４０°〜−４０°の範囲に配向し、また７５重量％以上は、偏平面が接点面に対して＋２０°〜−２０°の範囲に配向するものである。
【００１５】
本発明に関わる前記耐火性金属粉はＣｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｒｈ及びＲｕの中の１種叉は２種以上の混合物あるいはこれらの化合物からなり、前記高導電性金属はＣｕ、Ａｇ又はＡｕあるいはこれらを主にした合金からなるものである。
【００１６】
また、前記耐火性金属粉は酸素を５０〜２０００ｐｐｍ、Ａｌを５０〜３０００ｐｐｍ、Ｓｉを１００〜２５００ｐｐｍ含むものである。
【００１７】
本発明の電気接点部材は、１５〜４０重量％の前記耐火性金属粉と、６０〜８５重量％の前記高導電性金属からなるものである。
【００１８】
本発明の電気接点部材において、接点面における前記耐火性金属粉が占める面積比は３０〜５０％、接点面と垂直な面における前記耐火性金属粉が占める面積比は１４〜２５％の範囲にあるものである。
【００１９】
本発明の電気接点部材は、含有酸素量が２５００ｐｐｍ以下であり、また、接点面に垂直方向の引張り強さが１５０ＭＰａ以下、接点面に平行方向の引張り強さが１５０ＭＰａ以上であり、さらに、比抵抗は５．５μΩ・ｃｍ以下を有するものである。
【００２０】
本発明の電気接点部材の製法は、前記耐火性金属粉と前記高導電性金属粉との混合粉末を、１２０〜５００ＭＰａで加圧成形して成形体を作製し、該成形体を真空中または不活性雰囲気中において前記高導電性金属粉の融点以下で焼結し，成形過程の加圧面と平行に接点面とするものである。
【００２１】
また、本発明の電気接点部材の製法は、得られた電気接点部材を成形過程と同方向に４００ＭＰａ以上で加圧して緻密化するものである。
【００２２】
本発明の電気接点部材の製法は、前記耐火性金属粉と前記高導電性金属粉との混合粉末を、押出し圧縮成形により連続的な板状あるいは棒状の成形体を作製し、該成形体を不活性雰囲気中において前記高導電性金属の融点以下で連続的に焼結し，押出し方向と平行な面を接点面とするものである。
【００２３】
また、本発明の電気接点部材の製法は、得られた電気接点部材をさらに連続的に圧延処理し，圧延した面と平行に接点面とするもので、この圧延処理は常温あるいは前記高導電性金属の融点以下で行なうものである。
【００２４】
さらに、本発明の電気接点部材の製法は、押出し方向と垂直に打抜き加工することにより所望形状を得るものである。
【００２５】
本発明の電気接点部材の製法において、前記高導電性金属粉の粒径は８０μｍ以下とするものである。
【００２６】
本発明の電気接点部材は、真空バルブにおける一対の固定側電極及び可動側電極を構成する部材として用いられ、この真空バルブは真空遮断器、真空開閉器等に用いられるものである。
【００２７】
本発明における真空バルブは、定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｙが前記真空容器外径ｘ（ｍｍ）に基づいて以下の（１）式によって求められる値以下及び（２）式によって求められる値以上の範囲内にあるものである。
ｙ＝１１．２５ｘ−５２５                   …（１）
ｙ＝５．３５ｘ−２４２                     …（２）
【００２８】
また、本発明における電気接点は、その直径ｙ（ｍｍ）が定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｘ（ｋＶＡ×１０3）に基づいて以下の（３）式によって求められる値以下及び（４）式によって求められる値以上の範囲内にあるものである。
ｙ＝０．１５ｘ＋２２                       …（３）
ｙ＝０．０７７ｘ＋２０                     …（４）
【００２９】
さらに、本発明における真空バルブは、その真空容器の外径ｙ（ｍｍ）が前記電気接点の直径ｘ（ｍｍ）に基づいて以下の（５）式によって求められる値以下及び（６）式によって求められる値以上の範囲内にあるものである。
ｙ＝１．２６ｘ＋３０                       …（５）
ｙ＝１．２６ｘ＋１０                       …（６）
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の電気接点部材の組織は、高導電性金属からなるマトリックス中に偏平板形状を有する耐火性金属粉が分散し、この耐火性金属粉は偏平面が一方向に配向したものである。この電気接点部材を電極に使用する場合、一方向に配向した耐火性金属粉の偏平面と平行な面を接点面として用いることが望ましい。これにより、耐火性金属含有量を増やすことなく高導電率を維持しつつも、接点面においては耐火性金属粒子が多く露出するので、高耐電圧特性を得ることができる。また、耐火性金属粒子と高導電性金属マトリックスとの化学的結合は弱いため、接点面に垂直方向の強度は小さく、電流遮断時のアーク加熱により電極が溶着した際にも剥離開極しやすくなり、耐溶着性が向上する。
【００３１】
上記の偏平板形状を有する耐火性金属粉は、偏平面の最大長さをそれに垂直な面の最小寸法で除した値が３〜３０の範囲にあることが望ましく、電気接点部材に含まれる耐火性金属粉のうち、９０重量％以上は偏平面が接点面に対して＋４０°〜−４０°の範囲に配向し、また７５重量％以上は偏平面が接点面に対して＋２０°〜−２０°の範囲に配向することで、大電流遮断性能と高耐電圧特性及び耐溶着性能を両立させる上記の効果を発揮することができる。
【００３２】
電気接点部材を構成する耐火性金属粉はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂｅ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔｅ，Ｓｉ，Ｒｈ及びＲｕの１種叉は２種以上の混合物あるいはこれらの化合物とし、高導電性金属はＣｕ，ＡｇまたはＡｕあるいはこれらを主にした合金とすることが望ましい。また、耐火性金属粉と高導電性金属との配合比は、耐火性金属粉を１５〜４０重量％、高導電性金属を６０〜８５重量％とすることで、遮断性能、耐電圧特性に優れ、健全な材料組織をもつ電気接点部材が得られる。
【００３３】
耐火性金属粉には、酸素を５０〜２０００ｐｐｍ、Ａｌを５０〜３０００ｐｐｍ、Ｓｉを１００〜２５００ｐｐｍ含むことが望ましく、これらの成分によって遮断時に優れた消弧作用が得られ、遮断性能が向上する。なお、Ａｌ，Ｓｉはそれぞれ酸化物として存在してもよく、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。酸素、Ａｌ，Ｓｉそれぞれが上記の量より少ないと、Ａｌ，Ｓｉ酸化物の生成量が少なくなり、性能向上に対する効果が小さい。また、上記の量より多いと、遮断時のアーク加熱により酸化物が分解した場合の発生ガス量が多くなり、耐電圧及び遮断性能が低下する。
【００３４】
本発明による電気接点部材における耐火性金属粉が占める面積比は、接点面では３０〜５０％、接点面と垂直な面では１４〜２５％の範囲にあることが望ましく、これにより高導電率を維持しながら高耐電圧特性を発揮することができ、耐溶着性も向上する。
【００３５】
また、この電気接点部材の含有酸素量は２５００ｐｐｍ以下とすることで、電流遮断時のガス放出を抑制し、ガスを介したアーク持続による遮断不能を防止することができる。
【００３６】
さらに、接点面に垂直方向の引張り強さは１５０ＭＰａ以下、接点面に平行方向の引張り強さは１５０ＭＰａ以上であることで、電流遮断時のアーク加熱による溶着時に開極方向に剥離しやすくなり、耐溶着性が向上する。
【００３７】
なお、電気接点部材の比抵抗は５．５μΩ・ｃｍ以下であることが望ましく、電気的特性は高導電性金属の含有量にほぼ依存するため、異方性はない。この比抵抗値を有することで、良好な遮断性能を維持することができる。
【００３８】
電気接点部材の製法は、耐火性金属粉と高導電性金属粉との混合粉末を、圧力１２０〜５００ＭＰａで加圧成形して成形体を作製し、この成形体を真空中または不活性雰囲気中において高導電性金属粉の融点以下で焼結することが望ましい。成形圧力が１２０ＭＰａより小さいと成形密度が小さくなり成形体が崩れやすく、５００ＭＰａより大きいと金型寿命が短くなり生産性も低下する。また、真空中または不活性雰囲気中において焼結することにより、健全な焼結組織と適正なガス含有量が得られる。偏平板形状の耐火性金属粉は，成形過程の加圧面に平行に配向する傾向にあるため，加圧面に平行な面を接点面として用いることが望ましく，これにより目的とする特性が得られる。
【００３９】
さらに、得られた電気接点部材を成形過程と同方向に圧力４００ＭＰａ以上で加圧することにより、より緻密化することができ、電極性能の安定化につながる。また，偏平板形状を有する耐火性金属粉の配向性が強まり，目的とする特性がより向上する。
【００４０】
また、本発明の電気接点部材の製法は、耐火性金属粉と高導電性金属粉との混合粉末を、押出し圧縮成形によって連続的な板状あるいは棒状の成形体を作製し、この成形体を不活性雰囲気中において高導電性金属の融点以下で連続的に焼結してもよい。この方法により、低コストで生産性の高い電気接点部材の製造が可能となる。また，偏平板形状の耐火性金属粉は，押出し方向と平行に配向する傾向にあるため，押出し方向に平行な面を接点面として用いることが望ましく，これにより目的とする特性が得られる。
【００４１】
得られた電気接点部材を、さらに連続的に圧延処理することにより緻密化することができ、電極性能の安定化が可能となる。この圧延処理は常温でも可能であるが、高導電性金属の融点以下の温間圧延によって、割れなどの材料欠陥を防止することができる。また，圧延により偏平板形状を有する耐火性金属粉の配向性が強まり，目的とする特性がより向上する。
【００４２】
さらに、得られた電気接点部材を押出し方向に垂直に打抜き加工することによって，短時間で効率よく所望の電極形状を得ることができる。
上記の電気接点部材の原料となる高導電性金属粉の粒径は、８０μｍ以下とすることが望ましい。高導電性金属粉の粒径がこれより大きいと、混合粉末の成形過程において、耐火性金属粉に配向性を持たせることが困難となり、目的とする材料特性が得られなくなる。
【００４３】
本発明における真空バルブは、定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｙが前記真空容器外径ｘ（ｍｍ）に基づいて以下の（１）式によって求められる値以下及び（２）式によって求められる値以上の範囲内にあることが好ましい。
ｙ＝１１．２５ｘ−５２５                   …（１）
ｙ＝５．３５ｘ−２４２                     …（２）
【００４４】
また、本発明における電気接点は、その直径ｙ（ｍｍ）が定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｘ（ｋＶＡ×１０3）に基づいて以下の（３）式によって求められる値以下及び（４）式によって求められる値以上の範囲内にあることが好ましい。
ｙ＝０．１５ｘ＋２２                       …（３）
ｙ＝０．０７７ｘ＋２０                     …（４）
【００４５】
さらに、本発明における真空バルブは、その真空容器の外径ｙ（ｍｍ）が前記電気接点の直径ｘ（ｍｍ）に基づいて以下の（５）式によって求められる値以下及び（６）式によって求められる値以上の範囲内にあることが好ましい。
ｙ＝１．２６ｘ＋３０                       …（５）
ｙ＝１．２６ｘ＋１０                       …（６）
【００４６】
又、本発明は、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、該真空バルブ内の前記固定側電極と前記可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された絶縁ロッドを介して前記可動側電極を駆動する開閉手段とを備えた真空遮断器において、前記真空バルブが前述に記載の真空バルブからなることを特徴とする。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４７】
[実施例１]
本発明に関する実施例として、耐火性金属をＣｒ、高導電性金属をＣｕとし、組成が２５Ｃｒ−７５Ｃｕの電気接点部材を作製した。この電気接点部材の製造方法は次の通りである。
【００４８】
耐火性金属であるＣｒ粉末は、所定の隙間寸法に設定したローラー圧縮により偏平化し、偏平面の最大長さをそれに垂直な面の最小寸法で除した値(以下、アスペクト比という)が３，１０，３０，４０（比較例）のＣｒ偏平粉を作製した。又、別の比較例として、原料Ｃｒ粉のままを用いてアスペクト比1とした。なお、用いたＣｒ粉末には酸素が１１００ｐｐｍ、Ａｌが８００ｐｐｍ、Ｓｉが４４０ｐｐｍ含まれている。
【００４９】
高導電性金属であるＣｕ粉末には，粒径が８０μｍ以下のものと８０μｍ以上のものを用いた。
上記のＣｒ偏平粉とＣｕ粉末を組合せ、表１に示す１０種類の電気接点部材を作製した。
【表１】
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まず、Ｃｒ偏平粉とＣｕ粉末を重量比で２５：７５の割合にＶ型混合器で混合した。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の円面にかけて加圧成形した。成形体の寸法は直径６０ｍｍ×厚さ１２ｍｍで、相対密度は７３％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、表1に示す電気接点部材を作製した。焼結加熱後の相対密度はいずれも９７〜９８％であった。
【００５０】
図1は、作製した電気接点部材の組織の一例として示したもので、試料番号Ｃ（Ｃｒ粉アスペクト比：１０，Ｃｕ粉粒径：８０μｍ以下）の組織写真である。電気接点部材の円面（以下、接点面という）とそれに垂直な断面について、光学顕微鏡を用いて観察した。
【００５１】
図1において、（a）は接点面と平行な面の組織、(ｂ)は接点面と垂直な断面の組織である。（a）の接点面ではＣｒ粒子の偏平面が比較的大きな面積を占め、また(ｂ)の接点面に垂直な断面ではＣｒ粒子の偏平面が接点面にほぼ平行に配向していることが確認された。これにより、偏平板形状を有するＣｒ粉は加圧方向に垂直に配向する傾向にあり、加圧面と平行に接点面とすることで、本発明の目的とする材料組織が得られることが実証された。
【００５２】
得られた１０種類の電気接点部材の接点面と、それに垂直な断面を光学顕微鏡により観察し、接点面に対して±４０°及び±２０°の範囲に配向しているＣｒ粒子の割合を求めた。Ｃｒ粒子の割合はそれぞれの角度範囲にあるＣｒの面積を画像処理により求め、含まれるすべてのＣｒに対する重量比として算出した。
【００５３】
表1にそれぞれの角度範囲にあるＣｒの割合を示すが、Ｃｕの粒径が８０μｍ以上の場合には、Ｃｒ粉のアスペクト比が３〜４０の場合に９０重量％以上が＋４０°〜−４０°の範囲に配向し、さらに７５重量％以上は＋２０°〜−２０°の範囲に配向することが確認された。
【００５４】
これに対し、Ｃｕの粒径が８０μｍ以下の場合には、Ｃｒ粉のアスペクト比が４０の場合にも＋４０°〜−４０°の範囲のＣｒは９０重量％に満たず、＋２０°〜−２０°の範囲のＣｒも７５重量％に満たないことが確認された。
以上から、偏平Ｃｒ粉末を所望方向に配向するには、Ｃｕの粒径は８０μｍ以下が望ましいことが証明された。
【００５５】
得られた電気接点部材の接点面及びそれに垂直な断面における、Ｃｒが占める面積の割合(面積占有率)を画像処理により求めた結果を表１に併記するが、Ｃｕの粒径が８０μｍ以下の場合には、Ｃｒ粉のアスペクト比が３〜４０の場合に接点面で３０％以上、垂直断面で１４〜２５％の面積占有率を持つことが確認された。ただし、Ｃｒ粉のアスペクト比が４０の場合(試料番号Ｅ)には、接点面におけるＣｒの面積占有率が５０％以上となり、電極として用いた場合に相手側電極との間の接触抵抗が大きくなり、通電性能が低下するため好ましくない。従って、Ｃｒ粉のアスペクト比は３〜３０が望ましい。
【００５６】
なお、以上の傾向は耐火性金属がＣｒ以外のＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｒｈ及びＲｕの中の１種叉は２種以上の混合物あるいはこれらの化合物であり、高導電性金属がＣｕ以外のＡｇまたはＡｕあるいはこれらを主にした合金である場合にも同様であることを確認した。
【００５７】
[実施例２]
本発明に関する別の実施例として、耐火性金属をＣｒ、高導電性金属をＣｕとし、Ｃｒ含有量を１０重量％から４５重量％まで変えて、５種類の電気接点部材を作製した。Ｃｒ粉のアスペクト比は１５、Ｃｕ粉末の粒径は８０μｍ以下とした。この電気接点部材の製造方法は、実施例１と同様である。得られた電気接点部材の焼結加熱後の相対密度はいずれも９７〜９８％であった。
【００５８】
表２に，作製した電気接点部材の組成と共に、接点面に対して±４０°及び±２０°の範囲に配向しているＣｒ粒子の割合、また接点面とそれに垂直な断面におけるＣｒ面積占有率を示す。
【表２】
0003825275.tif 000003
いずれの組成においても、９０重量％以上のＣｒが＋４０°〜−４０°の範囲に配向し、さらに７５重量％以上は＋２０°〜−２０°の範囲に配向することが確認された。しかし、組成１０Ｃｒ−Ｃｕ（試料Ｋ）では接点面のＣｒ面積占有率が３０％以下、垂直断面は１４％以下となり、遮断性能と高耐電圧特性を両立させる本発明の目的を達成することが出来なくなる。また、組成４５Ｃｒ−Ｃｕ(試料Ｏ)では接点面が５０％以上となり、通電性能が低下するため好ましくない。従って、組成はＣｒが１５〜４０重量％、Ｃｕが６０〜８５重量％が適当であることが確認された。
【００５９】
なお、以上の傾向は耐火性金属がＣｒ以外のＷ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｂｅ、Ｈｆ、Ｉｒ、Ｐｔ，Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｒｈ及びＲｕの中の１種叉は２種以上の混合物あるいはこれらの化合物であり、高導電性金属がＣｕ以外のＡｇまたはＡｕあるいはこれらを主にした合金である場合にも同様であることを確認した。
【００６０】
[実施例３]
本発明に関する第３実施例として、実施例１及び実施例２で作製した電気接点部材のうち、試料番号Ａ〜Ｄ及びＬ〜Ｎについて、接点面に対して垂直方向と平行方向の引張り強さ及び比抵抗を測定した。
【００６１】
表３に、それぞれの測定結果を示した。
【表３】
0003825275.tif 000004
【００６２】
原料粉末のままのＣｒを用いた試料番号Ａに比べて、いずれも接点面に垂直方向の引張り強さは１５０ＭＰａ以下であるのに対し、平行方向の引張り強さは１５０ＭＰａ以上の値を示した。従って、接点面に対して垂直方向の強度が小さいことから、相手側電極と溶着した際に剥離破壊しやすく、耐溶着性が向上する。
【００６３】
また、比抵抗には顕著な異方性は見られない。これは、電気的特性は組成によってほぼ支配されるため、Ｃｒ粉末が偏平形状をなしていても導電性に方向性はなく、遮断性能を従来組織と同等に維持できることを示す。
【００６４】
以上から、本発明に関する電気接点部材は、接点面に対して垂直方向に比較的剥離しやすく、導電性には異方性がないことが確認された。
【００６５】
[実施例４]
本発明に関する第４実施例として、実施例１及び実施例２で作製した電気接点部材のうち、試料番号Ａ〜Ｅ及びＫ〜Ｏの部材を用いて、真空バルブに適用するための電極を作製した。
【００６６】
図２は、作製した電極の構造を示す。図２において、１は電気接点、２はアークに駆動力を与えて停滞させないようにするためのスパイラル溝、３はステンレス製の補強板、４は電極棒、５はろう材である。
電極の作製方法は次の通りである。実施例１及び実施例２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、これを８．２×１０-4Ｐａ以下の真空中で９８０℃×８分間加熱し、図２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。
【００６７】
[実施例５]
実施例４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。
図３は、本実施例に係わる真空バルブの構造を示す。図３において、１ａ，１ｂはそれぞれ固定側電気接点、可動側電気接点、３ａ，３ｂは補強板、４ａ，４ｂはそれぞれ固定側電極棒、可動側電極棒で、これらをもってそれぞれ固定側電極６ａ、可動側電極６ｂを構成する。可動側電極６ｂは、遮断時の金属蒸気等の飛散を防ぐ可動側シールド８を介して可動側ホルダー１２にろう付け接合される。これらは、固定側端板９ａ、可動側端板９ｂ、及び絶縁筒１３によって高真空にろう付け封止され、固定側電極６ａ及び可動側ホルダー１２のネジ部をもって外部導体と接続される。絶縁筒１３の内面には、遮断時の金属蒸気等の飛散を防ぐシールド７が設けられ、また、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が設けられる。可動側シールド８と可動側端板９ｂの間にはべローズ１０が設けられ、真空バルブ内を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出来る。本実施例では、固定側電極６ａ及び可動側電極６ｂに、実施例４で作製した図２に示す構造の電極を用いて、図３に示す真空バルブを作製した。
【００６８】
[実施例６]
実施例５で作製した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結果を表４に示す。
【表４】
0003825275.tif 000005
【００６９】
表４におけるそれぞれの性能は、原料のままのＣｒを用いた従来材の組織を有する試料Ａの値を１として相対比較して表した。
【００７０】
試料Ａ〜Ｅにおいて、Ｃｒ粉のアスペクト比が変化しても遮断性能は変わらない。これは表３に示すように比抵抗にほとんど変化が無いためである。一方、アスペクト比が大きくなるにつれて耐電圧性能は大きくなる。これは表１に示すように、接点面におけるＣｒの面積占有率が大きくなるためである。また、アスペクト比が大きくなるにつれて耐溶着性能も大きくなるが、これはＣｒ面積占有率が大きいことと、表３に示すように接点面に垂直方向の引張り強さが小さくなり、剥離開離しやすいためである。ただし、Ｃｒ粉のアスペクト比が４０である試料Ｅは、接点面におけるＣｒ面積占有率が大きいために、電極間の接触抵抗が大きくなり、通電抵抗が大きく好ましくない。従って、Ｃｒ粉のアスペクト比は３〜３０の場合に、遮断性能を維持したまま、耐電圧特性と耐溶着性能を向上させることに効果があることが実証された。
【００７１】
試料Ｋ〜Ｏにおいて、試料Ｎの遮断性能は従来組織をもつ試料Ａより小さく０．９であるが、定格遮断電流２０ｋＡ用真空遮断器への適用は可能である。しかし、試料Ｏは遮断性能不足で、定格遮断電流２０ｋＡ用真空遮断器への適用は困難であった。また、Ｃｒ量が少なくなると、耐電圧性能が低下し、それに伴うアーチ再発孤により遮断性能が低下し、試料Ｋは定格電圧７．２ｋＶの真空遮断器への適用は困難であった。従って、Ｃｒ量は１５〜４０重量％が適当である。
なお、実施例１及び実施例２で作製した電気接点部材を再度金型に入れ、４００，６００，及び８００ＭＰａで加圧した電気接点を用い、実施例４と同様の方法で作製した電極についても同様の性能評価を行った。ここで、いずれの圧力で加圧した電気接点部材も、相対密度は９８．５％以上であった。その結果、上記の結果と同様の傾向が得られ、遮断性能は更に安定化する傾向にあった。これは焼結後に再度加圧することで緻密化が進み、内部欠陥や内在ガス量が減少したためである。
【００７２】
以上から、本発明に係わる電気接点部材は、遮断性能、高耐電圧特性、耐溶着性を両立させるために有益であることが実証された。
【００７３】
[実施例７]
本発明に関する別の製造方法として、実施例１及び実施例２と同様の電気接点部材を作製した。図４は、本実施例の製造方法と製造装置を示す概略図である。図４において、１４は原料混合粉末１５を入れるための容器、１６は容器１４から充填された原料混合粉末１５を連続的に押出し成形するための成形機、１７は回転しながら原料混合粉末１５を成形すると共に送り出すためのローラー、１８は成形された板状の連続成形体、１９は連続成形体１８を不活性雰囲気中で連続して加熱焼結するためのトンネル炉、２０は加熱焼結して得られた連続焼結体、２１は連続焼結体２０を圧延して緻密化するための圧延ローラー、２２は圧延された電気接点部材、２３は電気接点部材２２から所望形状の電気接点２４を打ち抜くための金型、２５は打ち抜き加工により得られた電気接点２４を連続的に搬送移動するためのベルトである。
【００７４】
本実施例における成形圧力、焼結温度、焼結後の圧延時の圧力等は、実施例１及び実施例２とほぼ同様になるように設定して行った。
【００７５】
本実施例で得られた電気接点部材の組織、引張り強さ、比抵抗などについて検討したところ、実施例１及び実施例２で得られた電気接点部材とほぼ同等の結果が得られた。
【００７６】
従って本製造方法によれば、連続して大量の電気接点部材の製造が可能で、低コストで生産性に優れ、さらに遮断性能、高耐電圧特性、耐溶着性を両立した本発明の目的に合致した電気接点部材が得られることが確認された。
【００７７】
[実施例８]
表５は、試料Ｂの部材を電気接点１ａ，１ｂに用いて作製した、各種定格の真空バルブの諸元を示すものである。
【表５】
0003825275.tif 000006
【００７８】
図５は、遮断電圧電流実効値（ｙ）と真空容器外径（ｘ）との関係を示す線図である。遮断電圧電流実効値は遮断電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ)とを乗算したものである。図５に示すように、遮断電圧電流実効値（y)は１１．２５ｘ−５２５と５．３５ｘ−２４２とで求められる値の間に入るように遮断電圧電流実効値に対して真空容器外径とするのが好ましい。
【００７９】
図６は、電気接点直径（ｙ）と遮断電圧電流実効値（ｘ）との関係を示す線図である。遮断電圧電流実効値（ｘ）に対して電気接点直径（ｙ）は、０．１５ｘ＋２２と０．０７７ｘ＋２０とで求められる値の間に入るように設定することが好ましい。
【００８０】
図７は、真空容器外径（ｙ）と電気接点直径（ｘ）との関係を示す線図である。真空容器外径（ｙ）は１．２６ｘ＋３０と１．２６ｘ＋１０とで求められる値の間に設定することが好ましい。本実施例においては、ｙ＝１．２６ｘ＋１９．６によって求められる値にほぼ設定されている。
【００８１】
【発明の効果】
本発明による電気接点部材は、偏平板形状を有する耐火性金属粉が高導電性金属からなるマトリックスの中で接点面に平行に配向した組織を有するため、接点面における耐火性金属粉の占有面積が大きくなり、遮断性能を低下させずに、高耐電圧特性及び耐溶着性能を向上させることが出来る。
また、本発明による製法によれば、上記の材料組織をもつ電気接点部材が効率よく大量生産できるため、製造コストの低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１に係わる電気接点部材の組織の一例を示す写真である。
【図２】  本発明の実施例４に係わる電極の構造を示す。
【図３】  本発明の実施例５に係わる真空バルブの構造を示す。
【図４】  本発明の実施例７に係わる製造方法と製造装置を示す。
【図５】  本発明の実施例８に係わる真空バルブの遮断電圧電流実効値と真空容器外径との関係を示す。
【図６】  本発明の実施例８に係わる真空バルブの電気接点直径と遮断電圧電流実効値との関係を示す。
【図７】  本発明の実施例８に係わる真空バルブの真空容器外径と電気接点直径との関係を示す。
【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…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、１４…容器、１５…原料混合粉末、１６…成形機、１７…ローラー、１８…連続成形体、１９…トンネル炉、２０…連続焼結体、２１…圧延ローラー、２２…電気接点部材、２３…金型、２４…電気接点、２５…ベルト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003825275.tif 000010
【図５】
0003825275.tif 000011
【図６】
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【図７】
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