JPH0574284A

JPH0574284A - 真空バルブ用接点材料

Info

Publication number: JPH0574284A
Application number: JP3233613A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Isao Okutomi; 功奥冨; Keisei Seki; 経世関
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1993-03-26
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JP2904452B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電流裁断特性に優れた真空バルブ用接点材料
を得る。【構成】ＡｇまたはＣｕの少なくとも１つからなり、
含有量が２０〜６５ｖｏｌ％でこのうちＡｇの割合が３
０ｗｔ％以上の高導電成分と、ＷＣ、Ｍｏ₂Ｃ、Ｔａ
Ｃ、Ｃｒ₂Ｃ₃、ＴｉＣのうちの少なくとも１つ以上よ
りなる耐弧材と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも
１つ以上よりなり、含有量が１ｗｔ％以下の焼結助材と
からなり、この材料組識は粒径が３μｍ以下の耐弧材が
高導電成分中に微細かつ均一に分散している第１の領域
と、幅あるいは粒径が１０μｍ以上の高導電成分が主体
の第２の領域とで構成され、第１の領域の全組識中に占
める割合が８０ｖｏｌ％以上にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流裁断特性に優れた
真空バルブ用接点材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中でのアーク拡散性を利用して、高
真空中で電流遮断を行わせる真空バルブの接点は、対向
する固定、可動の２つの接点から構成されている。この
真空バルブを用いて電動機負荷などの誘導性回路の電流
を遮断する時、過度の異常サージ電圧が発生して負荷機
器を破壊させる恐れがある。この異常サージ電圧の発生
原因は、例えば、真空中における小電流遮断時に発生す
る裁断現象（交流電流波形の自然ゼロ点を待たずに強制
的に電流遮断が行われる事）、あるいは高周波消弧現象
などによるものである。裁断現象による異常サージ電圧
の値Ｖs は、回路のサージインピースダンスＺｏ・Ｉｃ
で表される。従って、異常サージ電圧Ｖsを低くするた
めには電流裁断値Ｉｃを小さくしなくてはならない。

【０００３】上記の要求に対して、炭化タングステン
（ＷＣ）と銀（Ａｇ）とを複合化した合金の接点を用い
た真空開閉器が開発され（米国特許第３６８３１３８
号）実用化されている。このＡｇ−ＷＣ系合金の接点に
は、次のような特徴がある。（１）ＷＣの介在が電子放射を容易にさせる。（２）電界放射電子の衝突による電極面の加熱に基づく
接点材料の蒸発を促進させる。（３）接点材料の炭化物がアークにより分解し、荷電体
を生成してアークを接続する。

【０００４】また、低裁断電流特性を発揮する他の接点
材料として、ビスマス（Ｂｉ）と銅（Ｃｕ）とを複合化
した合金が製造され、この材料が真空バルブに実用化さ
れている（特公昭３５−１４９７４号、米国特許第２９
７５２５６号、特公昭４１−１２１３１号、米国特許第
３２４６９７９号）。この合金のうちＢｉを１０重量％
（以下ｗｔ％）としたもの（特公昭３５−１４９７４
号）はその適度な蒸気圧特性を有するので、低い裁断電
流特性を発揮し、またＢｉを０．５ｗｔ％とした（特公
昭４１−１２１３１号）ものは、結晶粒界に偏析して存
在する結果、合金自体を脆化し低い溶着引き外し力を実
現し大電流遮断性に優れている。

【０００５】低裁断電流特性を得る他の接点材料とし
て、ＡｇとＣｕとの比率をほぼ７：３とした、Ａｇ−Ｃ
ｕ−ＷＣ合金がある。この合金において従来にない限定
をしたＡｇとＣｕとの比率を選択するので、安定した裁
断電流特性を発揮する。また、耐弧性材料の粒界（例え
ば、ＷＣの粒界）を０．２〜１μｍとすることにより、
低裁断電流特性の改善に有効であることもわかってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】真空遮断器には低サー
ジ性が要求され、そのためには、低裁断電流特性が要求
されていた。

【０００７】しかしながら、真空バルブは、近年、大容
量電動機等の誘導性回路に適用されることが一層増える
と共に、高サージ・インピーダンス負荷も出現したた
め、真空バルブは、一層安定した低裁断特性を持つこと
が望まれるようになってきた。ＷＣとＡｇを複合化した
合金の接点（米国特許第３６８３１３８号）では、裁断
電流が十分に低いとはいえない。

【０００８】１０ｗｔ％のＢｉとＣｕとを複合化した合
金（特公昭３５−１４９７４号、米国特許第２９７５２
５６号）では、開閉回路の増大と共に電極空間への金属
蒸気の供給量が減少し低裁断電流特性の劣化が現れ、高
蒸気圧元素量に依存して耐電圧特性の劣化も指摘されて
いる。０．５ｗｔ％のＢｉとＣｕとを複合化した合金
（特公昭４１−１２１３１号、米国特許第３２４６９７
９号）も、低裁断電流特性が不十分である。

【０００９】また、ＡｇとＣｕとの重量比率はほぼ７：
３としたＡｇ−Ｃｕ−ＷＣ合金および耐弧性材料の粒径
が０．２〜１μｍとする合金では、その平均的な電流裁
断特性については、ある程度改善されているものの、多
数回開閉した場合の裁断電流値の最大値についての配慮
は不十分である。

【００１０】本発明は、上述の背景に基づきなされたも
のであり、その目的とするところは、極めて低い電流裁
断特性を有する真空遮断器用接点材料を提供し、苛酷化
する真空遮断器への要求に応えることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、Ａｇまたは／およびＣｕよりなる高導電成
分と、ＷＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＴａＣ、Ｃｒ₂Ｃ₃、ＴｉＣの
うちの少なくとも１つ以上よりなる耐弧材と、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉのうち少なくとも１つ以上よりなる焼結助材に
より構成され、その組成は、高導電成分が２０〜６５ｖ
ｏｌ％であり、高導電成分のうちのＡｇの割合が３０ｗ
ｔ％以上であり、かつ、焼結助材が１ｗｔ％以下であ
り、その組識は、粒径が３μｍ以下の耐弧材が高導電成
分中に微細かつ均一に分散している第１の領域と、幅あ
るいは粒径が１０μｍ以上の導電成分が主体の第２の領
域よりなり、第１の領域が全組識中に占める割合が８０
ｖｏｌ％以上であるようにした真空バルブ用接点材料で
ある。

【００１２】

【作用】焼結系接点材料のような複合材料接点では、そ
の電流裁断特性が材料組成のみならず、その組識に大き
く影響される。それは、電流裁断現象が陰極点と呼ばれ
る極めて小さな領域のエネルギーおよび物質のバランス
の崩壊によって発生する現象であるためと考えられる。
この陰極点の大きさは、例えば、Ａｇ−ＷＣ−Ｃｏとい
った接点材料に代表される本発明に示されるような接点
材料の場合、電流裁断瞬時には、その直径が１０μｍ程
度まで小さくなる。このため、材料組識がこのオーダー
まで完全に均質でない場合には、電流裁断時に陰極点が
存在していた場所の組成により裁断特性が異なってしま
い、その裁断電流値の統計的分布形態は、図３に示すご
とく、いくつかの分布の複合分布となってしまう。従っ
て十分に低くかつ安定した裁断電流値を発生させるため
には、接点材料の組識も少なくともこのオーダーまで微
細化することが必要である。すなわち、接点材料表面の
ほとんどの部分において、直径１０μｍの内部の組成が
特許請求の範囲で示されている組成範囲となるように、
その組識をコントロールする必要がある。

【００１３】本発明に示されている組成の接点材料は、
高融点の耐弧材を導電成分中に適量添加することにより
裁断電流値を平均的に低減している。したがって導電成
分が偏在し、耐弧材料が相対的に低くなっている部分
は、裁断特性において不利である。すなわち、本発明に
示すごとく、このような導電成分の偏在領域が低減され
るように組識をコントロールすることが重要である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、真空バルブの断面図、図２は、真空バル
ブの電極部の拡大断面図である。

【００１５】図１において、遮断室１は、絶縁材料によ
りほぼ円筒状に形成された絶縁容器２と、この両端に封
止金具３ａ、３ｂを介して設けた金属製の蓋体４ａ、４
ｂとで真空気密に構成されている。前記遮断室１内に
は、導電棒５、６の対向する端部に取付けられた一対の
電極７、８が配設され、上部の電極７を固定電極、下部
の電極８を可動電極としている。またこの電極８の電極
棒６には、ベローズ９が取付けられ遮断室１内を真空密
に保持しながら電極８の軸方向の移動を可能にしてい
る。またこのベローズ９上部には金属製のアークシール
ド10が設けられ、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。また、前記電極７、８を覆うよう
に、遮断室１内に金属製のアークシールド１１が設けら
れ、これにより絶縁容器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に拡大して示す
如く、導電棒６にろう付け部１２によって固定されるか
又は、かしめによって圧着接続されている。接点13ａは
電極８にろう付け14によってろう付けで取付けられる。
なお、接点13ｂは、電極７にろう付けにより取付けられ
る。

【００１６】次にこの接点材料の製造方法の１例につき
説明する。製造に先立って必要粒径別に耐弧性成分およ
び補助成分を分類する。分類作業は、例えば、ふるい分
けと沈降法とを併用して行うことで容易に所定粒径の粉
末を得る。まず所定粒径のＷＣとＣｏおよび／またはＣ
を所定量および、所定粒径のＡｇを所定量の一部用意
し、これらを混合し、その後加圧成形して粉末成形体を
得る。ついで、この粉末成形体を露点が、−５０℃以下
の水素雰囲気あるいは、１．３×１０^-1Ｐａ以下で、所
定温度、例えば１１５０℃、１時間の条件にて仮焼結
し、仮焼結体を得る。

【００１７】ついで、この仮焼結体の残存空孔中に所定
量および所定比率のＡｇ−Ｃｕを１１５０℃、１時間で
溶浸しＡｇ−Ｃｕ−Ｃｏ−ＷＣ合金を得る。溶浸は主と
して真空中で行うが、水素中でも可能である。

【００１８】尚、合金中の導電成分量の比率Ａｇ／（Ａ
ｇ＋Ｃｕ）の制御は、次の様にして行った。例えばあら
かじめ所定比率のＡｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）を有するインゴ
ットを、温度１２００℃、真空度１．３×１０^-2Ｐａで
真空溶解を行い、切断し溶浸用素材として用いた。導電
成分の比率Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）の制御の他の方法は、
仮焼結体を作る際、あらかじめ、所定量の一部をＷＣ中
に混合させることでも、所望組成の接点合金を得ること
ができる。

【００１９】また、ＷＣの平均粒子間距離は、導電成分
の全体量、仮焼結時にＷＣに予備配合される導電成分量
（以下、予備配合量とする）、ＷＣ粒径、およびＣｏ含
有量を調整することにより制御される。

【００２０】次に、本発明実施例データを得た電流裁断
特性の評価方法、および評価条件につき述べる。各接点
を取付けて１０^-3Ｐａ以下に排気した組立て式バルブを
製作し、この装置を０．８ｍ／秒の開極速度で開極させ
遅れ小電流を遮断した時の裁断電流を測定した。遮断電
流は、２０Ａ（実効値）、５０Ｈｚとした。開極位相は
ランダムに行い、５００回遮断されたときの裁断電流を
接点数３個につき測定し、その平均値および最大値を表
１乃至表４に示した。尚、数値は、実施例３の裁断電流
値の平均値を１．０とした場合の相対値で示し、裁断電
流値の最大値が３．５以下の場合、良好であると判断し
た。まず、組成条件を一定とし、組識条件をパラメータ
として検討する。実施例１〜３、比較例１〜２

【００２１】導電成分の全量を約５０ｖｏｌ％、導電成
分中のＡｇの占める割合を約７２ｗｔ％、焼結助材はＣ
ｏで約０．７ｗｔ％、耐弧材はＷＣとして、これらの組
成条件を一定とした上で、粒径が０．８μｍの耐弧材が
高導電成分中に微細かつ均一に分散している第１の領域
が組識全体に占める割合を変化させ、裁断特性を調べ
た。

【００２２】その結果、表１乃至表２のごとく第１の領
域の割合が８０ｖｏｌ％以上である実施例１〜３では、
裁断電流値の最大値がいずれも２．５以下で良好である
のに対して、これが８０ｖｏｌ％以下の比較例１〜２で
は、平均値は比較的低いにもかかわず、最大値が著しく
高くなっている。これは、粗大でかつ導電成分主体であ
るため局所的な裁断特性の悪い第２の領域において電流
裁断が発生する確率が高いためと推定される。実施例４〜６、比較例３

【００２３】導電成分の全量を約５０ｖｏｌ％、導電成
分中のＡｇの占める割合を約７２ｗｔ％、焼結助材はＣ
ｏで約０．７ｗｔ％とし、耐弧材はＷＣとし、耐弧材が
高導電成分中に微細かつ均一に分散している第１の領域
が組識全体に占める割合を８２〜８７面積％の範囲と
し、耐弧材の粒径をパラメータとして裁断特性を評価し
た。

【００２４】その結果、表１乃至表２のごとくＷＣ粒径
が３μｍ以下である実施例３〜６では、裁断電流値の最
大値がいずれも３．０以下で良好であるのに対して、こ
れが９μｍの比較例３では、平均値１．２と比較的低い
にもかかわず、最大値６．０と著しく高くなっている。
このような極めて高い裁断電流値は、裁断特性の悪い粗
大な耐弧材上において発生するものと推定される。

【００２５】次に、組識条件を一定とし、組成を変えた
場合の、裁断特性について検討した。まず焼結助材をＣ
ｏ、耐弧材をＷＣとした、Ａｇ／Ｃｕ−ＷＣ−Ｃｏ接点
材料系について検討した。一定とする組成条件は、ＷＣ
粒径については０．８μｍとし、また、耐弧材が微細か
つ均一に導電成分中に分散している第１の領域が８０面
積％となるようにした。実施例７〜９、比較例４〜５

【００２６】導電成分中のＡｇの占める割合を７２ｗｔ
％とし、Ｃｏ含有量を０．７ｗｔ％として、導電成分の
全量のみを変化させた場合の、裁断特性について示す。
表１乃至表２のごとく、導電成分量が２０〜６５ｖｏｌ
％の範囲にある実施例７〜９は、裁断電流値が２．９以
下で良好であるが、導電成分量が約７１ｖｏｌ％の比較
例４では、裁断電流値は平均値、最大値ともに高い値と
なっている。これは、耐弧材の量が少ないためその添加
による効果が十分に得られないためである。一方、導電
成分量が約１７ｖｏｌ％の比較例５では、裁断電流値の
平均値はそれほど高くないにもかかわらず、その最大値
は極めて高い値となっている。これは、耐弧材同士の間
隔が非常に接近してしまったため、繰り返し放電により
導電成分が蒸発消耗してしまった部分が、粗大がＷＣ粒
子と同様な特性となってしまったためである。実施例１０〜１２、比較例６〜７

【００２７】導電成分量を約５０ｖｏｌ％とし、Ｃｏ含
有量を０．７ｗｔ％として、導電成分中にＡｇの占める
割合のみを変化させた場合の、裁断特性について示す。
表１乃至表２のごとく、Ａｇの割合が３０ｗｔ％以上で
ある実施例１０〜１２は、裁断電流値の最大値が３．４
以下で良好であるが、これが３０ｗｔ％以下の比較例６
〜７では、裁断電流値は平均値、最大値ともに高い値と
なっている。実施例１３〜１５、比較例８

【００２８】導電成分量を約５０ｖｏｌ％とし、導電成
分中にＡｇの占める割合を約７２ｗｔ％として、Ｃｏ含
有量のみを変化させた場合の、裁断特性について示す。
表１乃至表２のごとく、Ｃｏ含有量が１ｗｔ％以下であ
る実施例１３〜１５は、裁断電流値の最大値が３．４以
下で良好であるが、これが１．９ｗｔ％の比較例８で
は、裁断電流値は平均値、最大値ともに高い値となって
いる。次に、耐弧材としてＭｏ₂Ｃ、ＴａＣを用いた場
合および焼結助材としてＮｉ、Ｆｅを用いた時の裁断特
性について表３乃至表４に示す。実施例１６〜１７

【００２９】実施例３とほぼ等しい、導電成分量、導電
成分中のＡｇの割合、Ｃｏ含有量、および耐弧材粒径
で、耐弧材成分がＭｏ₂Ｃ、ＴａＣ、Ｃｒ₂Ｃ₃および
ＴｉＣの実施例１６、１７、１８および１９は、裁断電
流値の最大値がそれぞれ２．６、２．３、２．５および
２．８で、いずれも良好な電流裁断特性を示した。実施例１８〜１９

【００３０】実施例３とほぼ等しい、導電成分量、導電
成分中のＡｇの割合、焼結補助成分含有量、およびＷＣ
粒径で、焼結補助成分がＮｉおよびＦｅの実施例１８お
よび１９は、裁断電流値の最大値がそれぞれ２．５およ
び２．６で、ともに良好な電流裁断特性を示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明は、ＡｇまたはＣｕ
の少なくとも１つからなる高導電成分と、ＷＣ、Ｍｏ₂
Ｃ、ＴａＣ、Ｃｒ₂Ｃ₃、ＴｉＣのうちの少なくとも１
つ以上よりなる耐弧材と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少
なくとも１つ以上よりなる焼結助材とからなる真空バル
ブ用接点材料において、高導電成分が２０〜６５ｖｏｌ
％でこのうちＡｇの割合が３０ｗｔ％以上であり、焼結
助材が１ｗｔ％以下であるとともに、その組識は、粒径
が３μｍ以下の耐弧材が高導電成分中に微細かつ均一に
分散している第１の領域と、幅あるいは粒径が１０μｍ
以上の高導電成分が主体の第２の領域よりなり、第１の
領域の全組識中に占める割合が80ｖｏｌ％以上であるよ
うにしたので、安定して低い優れた電流裁断特性を有す
る真空バルブ用接点材料を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す真空バルブの断面図。

【図２】〔図１〕の電極成分の拡大断面図。

【図３】代表的な真空バルブ用接点材料の電流裁断値−
頻度特性図。

【符号の説明】

７，８…電極、１３ａ，１３ｂ…接点。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＡｇまたはＣｕの少なくとも１つからな
る高導電成分と、ＷＣ、Ｍｏ₂Ｃ、ＴａＣ、Ｃｒ
₂Ｃ₃、ＴｉＣのうちの少なくとも１つ以上よりなる耐
弧材と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの少なくとも１つ以上
よりなる焼結助材とから成る真空バルブ用接点材料にお
いて、前記高導電成分が２０〜６５ｖｏｌ％で、このう
ちＡｇの割合が３０ｗｔ％以上であり、前記焼結助材が
１ｗｔ％以下であるとともに、その組識は、粒径が３μ
ｍ以下の前記耐弧材が前記高導電成分中に微細かつ均一
に分散している第１の領域と、幅あるいは粒径が１０μ
ｍ以上の前記高導電成分が主体の第２の領域によりな
り、前記第１の領域の全組識中に占める割合が80ｖｏｌ
％以上であることを特徴とする真空バルブ用接点材料。