JPH1116454A - 真空バルブ用接点材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は信頼性の高い真空バルブ用接点材料
の製造方法を提供することを課題としている。 【解決手段】 本発明の真空バルブ用接点材料の製造方
法は、Ｃｕを含有する導電成分と、Ｃｒ，Ｖ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｆｅのうち少なくとも１種類以上を含
有する耐弧成分を含有した接点材料素材を、導電成分融
点から耐弧成分融点の範囲内で溶解したのち鋳造して得
られることを特徴としている。 【効果】 本発明により真空バルブ用接点材料の製造方
法の性能を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐電圧特性を改良
した真空バルブ用接点材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空バルブ用接点材料に要求される特性
としては、耐溶着特性・耐電圧・遮断に対して示される
基本三用件と、この他に温度上昇や接触抵抗が低く安定
していることが重要な用件となっている。

【０００３】しかしながら、これらの用件のなかには、
相反するものがある関係上、単一の金属種によって全て
の要件を満足させることは不可能てある。このため、実
用化されている多くの接点材料においては、不足する性
能を相互に補えるような２種類以上の元素を組み合わ
せ、かつ、大電流用または高電圧用などのように特定の
用途に合った接点材料の開発が行なわれ、それなりに優
れた特性を有するものが開発されているが、更に強まる
高電圧化・大電流遮断化の要求を充分満足する真空バル
ブ用接点材料は未だ得られていないのが実情である。

【０００４】例えば、大電流化と耐溶着性を改良した接
点材料として、ＣｕＢｉ接点材料（特公昭４１−１２１
３１号）、ＣｕＴｅ接点（特公昭４４−２３７５１号）
が知られている。また、大電流化と高耐圧化を指向した
接点としてＣｕＣｒ接点が知られている（特公昭４５−
３５１０１）。またＣｕＣｒ接点の耐溶着性を改良した
接点としてＣｕＣｒＢｉ接点が知られている（特公昭６
１−４１０９１号）。しかしながらそれなりに優れた特
性を有する接点材料が開発されてはいるが、更に強まる
高耐圧化、特に再点弧発生頻度の抑制や大電流遮断化の
要求を充分満足する接点材料は未だ得られていないのが
実状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、耐電
圧特性特に再点弧発生の抑制とそのバラツキの低減した
接点材料を提供しなければならないという問題を有して
いる。

【０００６】本発明は、真空バルブ用接点材料に係わ
り、特に、耐電圧特性を低下させることなく、更に耐電
圧特性のばらつきが小さい真空バルブ用接点材料の製造
方法を供給することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の真空バルブ用接
点材料の製造方法は、上述問題を解決するために以下の
手段を用いる、即ち、 （１）Ｃｕを含有する導電成分と、Ｃｒ（クロム），Ｖ
（バナジュウム），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブ
デン），Ｔａ（タンタル），Ｎｂ（ニオブ），Ｆｅ
（鉄）の内、少なくとも１種類以上を含有する耐弧成分
を含有した接点材料素材を、導電成分融点から耐弧成分
融点の範囲内で溶解した後、鋳造して得られることを特
徴とする真空バルブ用接点材料の製造方法。

【０００８】（２）導電成分が４０〜９０体積％である
ことを特徴とする請求項１記載の真空バルブ用接点材料
の製造方法。

【０００９】（３）耐弧成分原料は、平均粒径が１μｍ
−１０ｍｍの粉体・粒体を含むことを特徴とする真空バ
ルブ用接点材料の製造方法。

【００１０】（４）Ｂｉ（ビスマス），Ｉｎ（インジュ
ウム），Ｓｎ（錫），Ｔｅ（テルル），Ｐｂ（鉛）の内
少なくともＩ種類以上を０．０５体積％乃至３体積％以
下添加して溶解することを特徴とする真空バルブ用接点
材料の製造方法。

【００１１】（５）Ｂ（ホウ素），Ｃ（炭素），Ｔｉ
（チタン），Ｚｒ（ジルコニュウム），Ｙ（イットニュ
ウム），Ａｌ（アルミニュウム）のうち、少なくとも１
種類以上を０．０１体積％乃至５体積％添加して溶解す
ることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の真空バ
ルブ用接点材料の製造方法。

【００１２】（６）鋳型は、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｆｅ、Ｆ
ｅ合金の内少なくとも１つであることを特徴とする真空
バルブ用接点材科の製造方法。

【００１３】（７）鋳型深さＬは、鋳型直径Ｄの１．５
倍以上であることを特徴とする真空バルブ用接点材料の
製造方法。

【００１４】（８）鋳型は、側面に複数個の貫通穴を有
することを特徴とする真空バルブ用接点材料の製造方
法。

【００１５】（９）溶解法は、真空溶解法または連続鋳
造法であることを特徴とする真空バルブ用接点材料の製
造方法。

【００１６】を解決の手段としている。

【００１７】真空バルブに於ける再点弧発生は、以前か
ら問題視されており、その発生原因は解明されてはいな
いが、その主たる要因としては、接点表面からの微粒子
の放出や突発的なガス放出が考えられている。後者に関
しては、接点中のガス含有量を低減する方向で試作評価
が進められている。

【００１８】一方、接点表面からの微粒子の放出は、微
溶着等によって生じる接表面に形成される凹凸や、局所
的な耐弧成分の脱落によるものと推定されている。これ
を改善する方法として、例えば、導電成分と耐弧成分間
の密着強度を強固にするなどの手法が考案されている。

【００１９】もうーつの問題として再点弧発生のバラツ
キがある。この原因としては、接点ミクロ組織の不均一
化が問題であり、その為に例えば数ミクロンオーダーの
微細な耐弧成分原料を使用して粉末冶金法にて接点を製
造することが試みられている。

【００２０】しかし、この手法を用いると、今度はガス
含有量が多くなり、耐電圧特牲を低下させるという問題
が残存する。そこで、耐弧成分と導電成分を溶解・造塊
し、よりミクロな接点組織を得ることによってこの問題
を解決した。

【００２１】さらに、このような組成系に於いて、悪化
が著しい歩留まり改善を達成するために、耐弧成分原料
や第三元素の添加や鋳型材質形状に創意工夫を凝らし本
発明を達成した。

【００２２】まず、耐弧成分原料を１μｍから１０ｍｍ
とすることによって、導電成分中への均一な溶解と分布
を可能とした。また、Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｎ等の低融点元素
を添加することによって、固体状態での加熱中に耐弧成
分同士が密着することを防止した。また、Ｂ，Ｃ等の軽
元素を添加することによって、一層の信頼性を向上させ
た。更に、鋳型冷却を円滑に行うと共に、残存ガス排除
のために、特殊な鋳型形状とした。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に本発明の真空バルブ用接点材
料の製造方法電子機器収納装置の実施の形態を説明す
る。はじめに、本発明の接点材料が適用される真空バル
ブの構成を図１及び図２を参照して説明する。

【００２４】図１は本発明の接点材料を適用する真空バ
ルブの構成例を示すもので、同図に於て１は遮断室を示
し、この遮断室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
して設けた金属性の蓋体４ａ，４ｂとで真空気密に構成
されている。

【００２５】しかして、遮断室１内には導電棒５、６の
対向する端部に取り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、この可動の電極８の導電棒６には
ベローズ９が取り付けられ、遮断室１の中を真空気密に
保持しながら電極８の軸方向の移動を可能にし、このべ
ローズ９の上部には金属性のアークシールド１０が設け
られ、べローズ９がアーク蒸気で覆われることを防止し
ている。

【００２６】１１は電極７，８を覆うようにして遮断室
１に設けられた金属性のアークシールドで、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に拡大して示すように、導電棒６にロウ付
け部１２によって固定されるか、また、かしめによって
圧着接続されている。接点１３ａは電極８にロウ付け１
４で固着されている。なお、図１における１３ｂは固定
側の接点てある。

【００２７】本発明に係わる接点材料は、上記したよう
な接点１３ａ，１３ｂの双方または何れか−方を構成す
るのに適したものてある。次に、各接点の評価方法を述
べる。

【００２８】耐弧特性は直径４５ｍｍの接点を所定の形
状に加工した後、所定の真空バルブに組み込み、進み小
電流試験にて再点弧発生率を評価した。電流は５００Ａ
であり、回復電圧は１２．５ｋＶである。試験回数は２
０００回である。後述比較例１に示す溶浸法によって製
造したＣｕＣｒ接点の平均値を１．０とし、５本のバル
ブのバラツキをも併せて相対値で記載する。

【００２９】（比較例１）平均粒径１００μｍのＣｒ粉
末をカーボン坩堝に充填後、１０^-2Ｐａ（パスカル）の
真空雰囲気にて１１５０度Ｃ×１時間の焼結条件にて仮
焼結しＣｒスケルトンを得た。その後、無酸素銅をＣｒ
スケルトン上に配置し、同様の真空雰囲気にて、１１３
０度Ｃ×０．５時間の溶浸条件にて溶浸し、５０体積％
ＣｒＣｕ接点を得た。所定の形状に加工した後、前記耐
電圧試験を実施した静耐圧特性と遮断性能の試験を実施
し、この特牲値を今後試作評価した接点の基準値とす
る。

【００３０】（比較例２，実施例１〜４、比較例３）２
０ｍｍ程度に粉砕したＣｒブリケットと無酸素銅を原料
とし、真空雰囲気にて溶解した。Ｃｕの融点以上に加熱
し、Ｃｒの少なくとも一部分を溶解した後、高純度Ａｒ
（アルゴン）を１５０Ｔｏｒｒ点度封入し、鋳鉄の鋳型
に鋳込んだ。この方法でＣｒ添加量を変えたＣｕＣｒイ
ンゴットを製作し、それぞれ、Ｃｕ量が２０，４０，５
０，７０，９０，９８体積％の試料を抽出した（各々比
較例２，実施例１，２，３，４，比較例３）。所定の方
法で再点弧発生頻度を測定した。

【００３１】表１に示すように、溶解法にて製造した接
点は、溶浸法で製作した接点よりもバラツキが小さいこ
とが判った。しかし、ＣｕＣｒ系接点材料の場合には、
Ｃｒ含有量が少なすぎたり、多すぎたりした場合、平均
の再点弧発生率が高くなっていく傾向にあった。前者で
は、接点自休の耐電圧特性が低下し、後者は、Ｃｒの凝
集が進みすぎたためと思われる。

【００３２】

【表１】 （実施例５，６，７，８，比較例４）真空中で溶融した
Ｃｕ液相中に、平均粒径がそれぞれ１μｍ，１００μ
ｍ，１ｍｍのＭｏ粉末，１０ｍｍ，５０ｍｍに粉砕した
Ｍｏ塊を投入し、暫く溶解させた後、Ａｒを１５０ｔｏ
ｒｒ封入し、鋳鉄製鋳型に鋳込んだ（各々実施例５，
６，７，８，比較例４）。

【００３３】インゴットを長手方向に切断し、断面マク
ロ組織を観察したところ、Ｍｏの平均粒径が１μｍ，１
００μｍ，１ｍｍの試料は全体的に均一な組成を有して
いたが、５０ｍｍのＭｏを添加した比較例４では、Ｍｏ
が溶けきれない状態で、偏析が著しかった。平均粒径が
１０ｍｍのＭｏを添加した実施例８も偏析が認められた
が、インゴットの中央部分は、使用可能な状態であっ
た。これらのインゴットから任意の部分から接点を製作
し、再点弧発生率を調査した。インゴットのマクロ組織
と同様に、偏析の少ない物はバラツキも小さかったが、
偏析の大きな接点ではバラツキの大きかった。

【００３４】

【表２】 （比較例５，実施例９，１０，１１，比較例６）平均粒
径が５μｍのＷ粉末と無酸素銅を溶解し、実施例１と同
一条件で溶解・鋳造した（比較例５）。

【００３５】また、Ｂｉを０．０５％，Ｉｎを０．５
％，Ｓｎを１％とＴｅを２％，Ｐｂを１０％予め添加し
たのち溶解した（各々実施例９、１０、１１、比較例
６）。

【００３６】長手方向に切断し、マクロ組織を観察した
ところ、第三元素無添加の比較例５はＷの凝集が著しい
のに対して、Ｂｉ，Ｔｅなどを添加した実施例９、１
０、１１と比較例６は偏析が少なかった。溶融温度まで
のうちにＷの焼結が進み、Ｃｕ液相中で分散できなかっ
たためと思われる。これに対しＢｉ等を添加した材料は
Ｗの分散がうまく進行したものと思われる。しかし、Ｐ
ｂを１０％添加した物は、材料の脆化がかなり進行して
いた。

【００３７】これらのインゴットから任意の部分から接
点を製作し、再点弧発生率を調査した。インゴットのマ
クロ組織と同様に、偏析の少ない物はバラツキも小さか
ったが、偏析の人きな接点ではバラツキの大きかった。
また、Ｐｂを多量に添加した物も良好な電気特性を得ら
れなかった。

【００３８】

【表３】 （比較例７，実施例１２，１３，１４，比較例８）平均
粒径が５μｍのＭｏ粉末と無酸累銅を溶解し、実施例１
と同一条件で溶解・鋳造した（比較例７）。

【００３９】また、Ａｒ封入後Ｂを０．０１％，Ａｌを
０．５％，Ｔｉを２％とＹを３％，Ｚｒを１５％添加し
た、暫く溶解した後に鋳造した（各々実施例１２，１
３，１４，比較例８）。

【００４０】これらのインゴットから任意の部分から接
点を製作し、再点弧発生率を調査した。Ｂ，Ｔｉ等を微
量添加した材料の再点弧発生率は低下する傾向にあった
が、多量に入れすぎると導電率が大幅に低下した。

【００４１】

【表４】 （比較例９，実施例１５，１６，１７，１８）平均粒径
２０ｍｍに粉砕したＣｒと無酸素銅を実施例１と同様に
溶解し、Ａｒ封入した後、鋳鉄に製鋳型に鋳込んだ（比
較例９）。

【００４２】同様にＣｕ製鋳型及び１％Ｃｒ−Ｃｕ製鋳
型に鋳込んだ（各々、実施例１５、１６）。

【００４３】また、容積に対して、内法面積が広くなる
ように、縦長の鋳型に鋳込んだ（実施例１７）。

【００４４】更に実施例１７の鋳型の側面に複数個の貫
通穴を施した鋳型に鋳込んだ（実施例１８）。

【００４５】このようにして製作したインゴット長手方
向の断面マクロ組織を観察した。鋳鉄に鋳込んた比較例
９では、重量偏析か顕著にみとめられたが、Ｃｕ及びＣ
ｕＣｒ合金に鋳込んだインゴットでは、鋳鉄よりも冷却
速度が速いためか、より均質なマクロ組織を得られた。

【００４６】更に表面積を広くした縦長のＣｕ鋳型に鋳
込んだものは、より均質なマクロ組織を得られたが、細
長いためガス抜きがうまく行かなかったせいか、内部に
多くの空孔が認められた。これに対し、縦長のＣｕ鋳型
の側面に、多くの貫通穴をあけたインゴットでは前述の
空孔が少なかった。

【００４７】これらの材料の任意の部分から加工し、同
様に再点弧評価を実施した。再点弧発生頻度に大差は認
められないが、急冷する分バラツキは減少する方向にあ
り、良好な傾向を示すことが判る。

【００４８】

【表５】 以上述べた実施例のみに限らず本実施例以外でも、溶解
法，耐弧成分材料の形態，第３元素添加量，鋳型の材質
形状を組み合わせることによって、再点弧発生頻度を抑
制できること、及び均質なインゴットの製造による材料
歩留まりを向上できることは明白である。また、本発明
が連続鋳造など他の溶解法にも適用できることは勿論で
ある。

【００４９】さらに、本発明で得られたインゴットに任
意の塑性加工・熱処理等を加味して所定の接点に加工で
きることも明白である。

【００５０】以上述べた本発明によれば、再点弧発生を
抑制できる耐電圧特性に優れた接点材料を歩留まり良く
提供することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明により、真空バルブ用接点材料の
製造方法の性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される真空バルブの断面図であ
る。

【図２】図１の接点部の拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 遮断室 ２ 絶縁容器 ３ａ，３ｂ 封止金具 ４ａ，４ｂ 蓋体 ５、６ 導電棒 ７、８ 電極 ９ ベローズ １０、１１ アークシールド １３ａ，１３ｂ 接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 敦史 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 草野 貴史 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｕを含有する導電成分と、Ｃｒ，Ｖ，
   Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｆｅのうち少なくとも１種類以
   上を含有する耐弧成分を含有した接点材料素材を、導電
   成分融点から耐弧成分融点の範囲内で溶解したのち鋳造
   して得られることを特徴とする真空バルブ用接点材料の
   製造方法。
2. 【請求項２】 導電成分が４０乃至９０体積％であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載した真空バルブ用接点材
   料の製造方法。
3. 【請求項３】 耐弧成分原料が平均粒径１μｍ−１０ｍ
   ｍの粉体または粒体を含むことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２記載の真空バルブ用接点材料の製造方法。
4. 【請求項４】 Ｂｉ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｔｅ，Ｐｂのうち少
   なくとも１種類以上を０．０５体積％乃至３体積％以下
   添加して溶解することを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３記載の真空バルブ用接点材料の製造方法。
5. 【請求項５】 Ｂ，Ｃ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，Ａｌのうち少
   なくとも１種類以上を０．０１体積％乃至５体積％以下
   添加して溶解することを特徴とする請求項１乃至請求項
   ４記載の真空バルブ用接点材料の製造方法。
6. 【請求項６】 鋳型がＣｕ，Ｃｕ合金，Ｆｅ，Ｆｅ合金
   のうち少なくとも１つをもって製造されることを特徴と
   する請求項１乃至請求項５記載の真空バルブ用接点材料
   の製造方法。
7. 【請求項７】 鋳型深さＬが鋳型直径Ｄの１．５倍以上
   の長さであることを特徴とする請求項１乃至請求項６記
   載の貞空バルブ用接点材料の製造方法。
8. 【請求項８】 鋳型の側面に複数個の貫通穴を開けたこ
   とを特徴とする請求項１乃至請求項７記載の真空バルブ
   用接点材料の製造方法。
9. 【請求項９】 溶解法が真空溶解法または連続鋳造法で
   あることを特徴とする請求項１乃至請求項８記載の真空
   バルブ用接点材料の製造方法。