真空バルブ用接点の製造方法
【課題】 本発明では、水素ガス中における溶浸の場合でも内部のポアが少なく密度の高い接点の製造方法を提供する。また、スケルトンを積み重ねて溶浸する場合に、積み重ねの境界部の接合状態を健全にすると同時に内部のポアも少なくできる接点の製造方法を提供する。
【解決手段】 外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス中で焼結してスケルトンを形成する工程と、該スケルトンにＣｕを水素ガス雰囲気中で溶浸する工程を備え、該圧粉体の厚みを３ｍｍないし５ｍｍとする。また、スケルトンを積み重ねて溶浸する場合は、上記で得られた２つのスケルトンの間に溶浸用のＣｕ板を挟んで積み重ね、Ｃｕ板の体積が該スケルトン２つ分の気孔体積の少なくとも１．０５倍とし、下段の該スケルトンの側面に溶融Ｃｕ流出防止剤をコーティングした構成とする。
【解決手段】 外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス中で焼結してスケルトンを形成する工程と、該スケルトンにＣｕを水素ガス雰囲気中で溶浸する工程を備え、該圧粉体の厚みを３ｍｍないし５ｍｍとする。また、スケルトンを積み重ねて溶浸する場合は、上記で得られた２つのスケルトンの間に溶浸用のＣｕ板を挟んで積み重ね、Ｃｕ板の体積が該スケルトン２つ分の気孔体積の少なくとも１．０５倍とし、下段の該スケルトンの側面に溶融Ｃｕ流出防止剤をコーティングした構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に高耐圧性能を要求される真空バルブ用接点の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧向けの真空バルブ用接点では、高耐圧の性質を有するＣｒを高導電体のＣｕやＡｇに分散させたＣｕ−Ｃｒ系、Ａｇ−Ｃｒ系の材料がよく用いられている。その製造方法としてはＣｒ粉末とＣｕ粉末またはＡｇ粉末を混合して焼結する方法や、Ｃｒ粉末を主体して構成されるスケルトンを予め焼結しておいてこれにＣｕを溶浸させる方法などが知られている。高い耐圧性能を得るには接点内部のポアを少なくして接点の密度を高める必要があり、焼結法よりも溶浸法の方が高密度化しやすい傾向にあるため、高耐圧接点の製造法としてよく利用されている（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１１４５０２
【特許文献２】特開平８−７７８５５
【特許文献３】特開平５−１０１７５２
【特許文献４】特開平５−２２５８５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の溶浸法によるＣｕ−Ｃｒ系接点の製造では、Ｃｒ粉末を主体として構成されるスケルトンにＣｕを溶浸させる工程において、雰囲気が水素ガス中よりも真空中の方が内部のポアが少なくなることが示されている（特許文献１）。さらに、同じ真空中の溶浸でも、真空度が高い方が、接点の密度が高くなることが示されている（特許文献２）。これは、真空中での溶浸の場合、溶融ＣｕがＣｒのスケルトンに浸透していく過程で仮にクローズドポアが局所的に形成されたとしても、該ポアの内部が真空であるためにある程度の時間が経てば溶融Ｃｕがその部分に入り込んで塞がってしまう状況となるのに対し、水素ガス中での溶浸の場合はいったん形成されたクローズドポアは内部が水素ガスであるために気圧が障害となって時間が経っても溶融Ｃｕがその中に入り込むことができず、この状況の差により真空中の方が水素ガス中の溶浸よりもポアが少なくなるものと考えられる。しかしながら、真空中の溶浸はＣｕの蒸気が炉内の至るところに蒸着してしまい、設備の保守管理の負担が大きいとともに、バッチ式の製造となるため生産性が低くなる問題がある。また、真空中の溶浸でもポアが多量に観察されるケースがあることが指摘されており（特許文献２）、その場合、同時にＣｒリッチな領域が観測されることが報告されている。これは、内部組織にある程度の不均一性が発生すると真空中であっても均一な溶浸が行えずに内部にポアが残ってしまうことを示しており、この場合は真空中の溶浸であっても高密度の接点を得ることができない。
【０００５】
一方、水素ガス中の溶浸におけるポアの低減の試みもなされており、溶融ＣｕとＣｒのスケルトンとの濡れ性向上の効果を有するＢｉを添加することが検討されている（特許文献３）。しかしながら、Ｂｉは低融点のため真空バルブの耐圧性能を悪化させる傾向にあり、必ずしも特性改善につながるとは言えない。
【０００６】
さらに、接点内部のポアを低減するために別の視点からの改善策も検討されており、Ｃｒのスケルトンを上下に２つ積み重ねた状態とすることによりＣｕ溶浸時の最終凝固部分が積み重ねの境界部に来るようにし、その部分に欠陥を濃縮させることで相対的に接点表面側のポアの濃度を減らす試みがなされている（特許文献４）。それによれば、溶浸に供するＣｕの量が過剰でないことが肝要であり、もしＣｕが過剰であるとＣｒのスケルトンの内部を満たすよりも早くスケルトンの外周周囲を濡らす傾向にあり、その結果、該スケルトン内部にランダムにポアが形成されてしまう問題があると指摘している。しかしこれは、溶浸に供するＣｕ板の外径が該スケルトンよりも大きい場合に生じる現象であり、もしＣｕ板の外径が該スケルトンよりも小さい場合には、溶融したＣｕは毛細管現象の作用で速やかにスケルトン上の設置面から吸収されていくためこのような問題は生じず、むしろ積み重ね境界部において、溶融Ｃｕが上下のスケルトンに吸われてしまうために該境界部のＣｕが欠乏してしまい（引け巣が発生）、健全な接合状態を得ることができなくなる問題がある（図３）。
【０００７】
本発明では、水素ガス中における溶浸の場合でも内部のポアが少なく密度の高い接点の製造方法を提供することを目的とする。特に接点の外径が３０ｍｍ以上になると内部のポアが多発するようになって接点の健全性を保つことが急激に困難になるため、その点を解決できる製造方法を提供する。
【０００８】
また、Ｃｒのスケルトンを積み重ねて溶浸する場合、積み重ねの境界部で発生するＣｕの引け巣の問題を解決し、接合状態を健全にすると同時に内部のポアも少なくできる接点の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
水素ガス中の溶浸では、接点内部にクローズドポアがいったんできるとそれが消えずに最後まで残ってしまい、特に外径が３０ｍｍ以上になると残留ポアが多発する現象が見られることを述べたが、その原因を明らかにするため溶浸メカニズムを詳細に調べた結果、Ｃｒのスケルトンに溶融Ｃｕが上部から浸透していく場合に、最初に上面部の表層に溶融Ｃｕが染みこんだ後、内部中央に浸透するよりも早く、スケルトンの側面部表層へ浸透し、次いで底面部表層へ溶融Ｃｕが先行して回り込む現象のあることがわかった（図１）。このことが、接点内部の中央付近にクローズドポアを発生させて接点の密度を低下させた原因といえる。側面部で先行する溶融Ｃｕの浸透厚を調べた結果、Ｃｒの粒径にもよるが、概ね８〜１２ｍｍの範囲であり、また、底面部の同浸透厚は２〜３ｍｍであることがわかった。このことから、接点の外径が３０ｍｍよりも小さい場合は、該スケルトンの側面部で先行する溶融Ｃｕの浸透厚が中央付近まで達するので溶融Ｃｕの回り込み現象が生じにくいが、外径がさらに大きくなると、スケルトンの側面部で先行する溶融Ｃｕの浸透厚が中央まで及ばなくなるため溶融Ｃｕの回り込みが生じて中央にクローズドポアが発生しやすくなるといえる。従ってこの現象は接点の外径が３０ｍｍ以上の場合に生じる特有の問題とわかった。なお、該スケルトンの内部中央の溶融Ｃｕの浸透が周囲に比べて遅いのは、その部分の密度が周囲に比べて低く（低密度領域の発生）、毛細管現象の作用力が相対的に小さくなっているためと考えられる。この低密度領域が発生する理由は、Ｃｒのスケルトンの製造過程でＣｒ粉末を圧縮成形する際、金型に充填された粉末は上下面と側面から加圧力を受けて圧縮されるが、粉末の流動性の具合で加圧力が内部中央まで充分に伝わらない状況が生じたためと考えられる。
【００１０】
そこでこの問題を解決するための本発明の真空バルブ用接点の製造法は、外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス中で焼結してスケルトンを形成する工程と、該スケルトンにＣｕを水素ガス中で溶浸する工程を備え、該圧粉体の厚みを３ｍｍないし５ｍｍとする（図２）。
【００１１】
また、２つのＣｒのスケルトンを上下に積み重ねて溶浸する場合にそれらの接合状態を健全にするには、２つのスケルトンに溶融Ｃｕが完全に浸透し終わった後に、両スケルトンの境界部に余剰のＣｕが滞留するような状況をつくれば良い。
【００１２】
そこで、本発明の真空バルブ用接点の製造法は、外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス中で焼結してスケルトンを形成する工程と、２つの該スケルトンの間に溶浸用のＣｕ板を挟んで積み重ねる工程と、積み重ねた２つの該スケルトンと溶浸用Ｃｕ板を水素ガス雰囲気中でＣｕの融点以上に加熱する工程を備え、該圧粉体の厚みを３ｍｍないし５ｍｍとし、Ｃｕ板の外径を２つの該スケルトンの外径よりも小さくし、Ｃｕ板の体積を該スケルトン２つ分の気孔体積の少なくとも１．０５倍とし、下段の該スケルトンの側面に溶融Ｃｕ流出防止剤をコーティングした構成とする（図４）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される寸法としているため、圧粉体内部中央の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕの浸透が均一に内部に進行し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、内部にポアのない健全な接点を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の別の構成によれば、溶浸用のＣｕ板の量を、２つのＣｒのスケルトンが溶融Ｃｕで完全に充填される量の１．０５倍としているので、２つのスケルトンに溶融Ｃｕが完全に浸透し終わった後に、両スケルトンの境界部に余剰のＣｕが滞留できるようになり、かつ下段のＣｒのスケルトン側面を通して溶融Ｃｕが流出するのを防止するコーティングを施しているので、２つの該スケルトンの境界部に発生しがちなＣｕ欠乏層（引け巣）を解消することができる。そのため、２つのＣｒのスケルトンを上下に積み重ねて溶浸した場合に、両者の接合状態が健全な接点を得ることができる。また、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される寸法としているため、圧粉体内部中央の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。さらに、溶浸用のＣｕ板の外径を２つのＣｒのスケルトンの外径よりも小さくしているため、溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトンの外周部から回り込むことがない。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕのスケルトン内部への浸透が均一に進行し、内部にポアのない健全な接点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の接点の製法において、Ｃｒのスケルトンの内部へ溶融Ｃｕが浸透していく状況を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【図２】本発明の接点の製法において、Ｃｒのスケルトンの内部へ溶融Ｃｕが浸透していく状況を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【図３】従来の接点の製法において、上下に積み重ねた２つのＣｒのスケルトンの内部へＣｕを溶浸する前と後の状態を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【図４】本発明の別の構成において、上下に積み重ねた２つのＣｒのスケルトンの内部へＣｕを溶浸する前と後の状態を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１７】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０ｍｍの金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍの圧粉体を形成した。圧粉体の板厚は充填量を変えることにより調整し、３〜５ｍｍの厚みの圧粉体を得た。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、外径８５ｍｍのＣｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、外径９０ｍｍ×板厚３〜５ｍｍの６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。また、比較のため、金型への粉末の充填量を増やして板厚７〜１５ｍｍの圧粉体を成形し、その後は上記と同様の工程を経て外径９０ｍｍ×板厚７〜１５ｍｍの６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、サンプルは板厚の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径８０×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出して真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にはＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００１８】
表１に評価結果を示す。表１の実施例１−１〜３に示すようにサンプルの板厚が３〜５ｍｍでは内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られた。一方、比較例１−１〜４に見られるように、板厚が７ｍｍ以上になると急激に内部に存在するポアの総面積が大きくなり、９９％以上の高い密度が得られなくなった。耐圧性能については、表１の破壊電圧の飽和値に示すように、実施例１−１〜３で１４９〜１５６ｋＶ程度の値を示し、他の比較例に比べて非常に高い値であった。
【００１９】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される３〜５ｍｍとしているため、圧粉体中央部の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、内部にポアのほとんどない高密度の接点を得ることができ、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。
【００２０】
【表１】
【実施例２】
【００２１】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０ｍｍの金型内に充填して所定の圧力で加圧し、外径７５ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。圧粉体の内部の気孔率を、加圧力を８〜２５ＭＰａの範囲で変えることにより調整し、種々の気孔率を有する圧粉体を得た。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って種々の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、外径７０ｍｍのＣｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、Ｃｒ量が異なる種々の組成のＣｕ−Ｃｒ溶浸サンプルを得た。また、比較のため、加圧力を６ＭＰａで圧粉体を成形し、その後は上記と同様の工程を経て７０ｗｔ％Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、サンプルは組成の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径７０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出して真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にはＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００２２】
表２に評価結果を示す。表２の実施例２−１〜７に示すようにサンプルのＣｒ組成が３５〜６５ｗｔ％では、内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られた。一方、比較例２−１に見られるように、Ｃｒ組成が３０ｗｔ％になると、急激に内部に存在するポアの総面積が大きくなり、９９％以上の高い密度が得られなくなった。耐圧性能については、表２の破壊電圧の飽和値に示すように、実施例２−１〜７で１４９〜１６１ｋＶ程度の値を示し、比較例２−１に比べて非常に高いことがわかった。
【００２３】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される５ｍｍとしているため、圧粉体中央部の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、Ｃｒ組成が３５〜６５ｗｔ％の範囲においても内部にポアのほとんどない高密度のＣｕ−Ｃｒ接点を得ることができ、この結果、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。なお、Ｃｒ組成が３０ｗｔ％の場合にポアが多くなって密度が低下するのは、Ｃｒ組成が低すぎるのでＣｒのスケルトン構造の維持が困難になり、内部に局所的に構造が不均一になる部分が発生し、溶融Ｃｕの浸透性が不均一になるためと考えられる。
【００２４】
【表２】
【実施例３】
【００２５】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、種々の内径を有する金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径３０〜１０５ｍｍ×板厚４．５ｍｍの圧粉体を形成した。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、Ｃｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、外径が異なる種々の６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、Ｃｕ板は該スケルトンのサイズに応じて外径を変えて使用し、具体的には該スケルトンの外径に応じてそれよりも２〜５ｍｍ小さい外径のものを用いた。また、サンプルは外径の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径２５ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出しての真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にはＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００２６】
表３に評価結果を示す。表３の実施例３−１〜６に示すようにいずれの外径のサンプルにおいても、内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られることがわかった。耐圧性能については、表３の破壊電圧の飽和値に示すように、１４９〜１５５ｋＶ程度の高い値を示した。
【００２７】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される４．５ｍｍとしているため、圧粉体中央部のやや密度が低い領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、接点の外径が３０〜１０５ｍｍの範囲においても内部にポアのほとんどない高密度のＣｕ−Ｃｒ接点を得ることができ、この結果、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。
【００２８】
【表３】
【実施例４】
【００２９】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０の金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。また、Ｃｒ粉末を目空き径７５μmと４５μmのふるいに通して、４５μm以上７５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０の金型内に充填して９ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。また、Ｃｒ粉末を目空き径１２５μmと７５μmのふるいに通して、７５μm以上１２５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０の金型内に充填して８ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、外径８５ｍｍのＣｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、Ｃｒ粉末粒径の異なる６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、サンプルはＣｒ粉末粒径の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径８０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出して真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００３０】
表４に評価結果を示す。表４の実施例４−１〜３に示すようにいずれのサンプルにおいても、内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られることがわかった。耐圧性能については、表４の破壊電圧の飽和値に示すように、１５６〜１５９ｋＶ程度の高い値を示した。
【００３１】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される５ｍｍとしているため、圧粉体中央部のやや密度が低い領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、Ｃｒの粉末粒径が、ふるい分級による２０μm以上４５μm以下の場合、４５μm以上７５μm以下の場合、７５μm以上１２５μm以下の場合、のいずれについても、内部にポアのほとんどない高密度のＣｕ−Ｃｒ接点を得ることができ、この結果、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。
【００３２】
【表４】
【実施例５】
【００３３】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径７５ｍｍの金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径７５ｍｍ×板厚４ｍｍの圧粉体を２つ形成した。得られた２つの圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、該スケルトン２つ分の気孔体積の１．０５倍になるよう外径７０ｍｍ×板厚６．１ｍｍのＣｕ板を用意し、これを図４（ａ）に示すように上下に積み重ねた２つの該スケルトンの間に挟んで、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。また、該スケルトン２つ分の気孔体積の１．０８倍になるよう外径７０ｍｍ×板厚６．４ｍｍのＣｕ板を用意し、前記と同様に上下に積み重ねた２つの該スケルトンの間に挟んで、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行って６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、これらのサンプルは、溶浸の前に下段のスケルトンの側面に、粒径２μmのアルミナ粉末を溶剤に分散させたペースト状のものを、溶融Ｃｕの流出防止剤として予めコーティングしておいた。溶浸後のサンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行った結果、いずれのサンプルも図４（ｂ）に示すように２つのスケルトンの境界部には厚み０．０５ｍｍ程度のＣｕ層が形成されており、内部に引け巣などの欠陥は見られなかった。よって、溶浸用のＣｕ板の体積が溶浸対象のＣｒのスケルトンの気孔体積よりも５％または１０％の余剰がある状態にした場合、境界部の接合状態は健全になっていることがわかった。なお、下段のＣｒのスケルトンの下部には溶融Ｃｕの余剰分が残留していたが、サンプルの内部組織への影響は特に見られなかった。
【００３４】
一方、比較のために上記と同様の２つのスケルトンを用意し、該スケルトン２つ分の気孔体積と同じになるよう外径７０ｍｍ×板厚５．８ｍｍのＣｕ板を用意し、これを図３（ａ）に示すように上下に積み重ねた２つの該スケルトンの間に挟んで、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。溶浸後のサンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行った結果、図３（ｂ）に示すように２つのスケルトンの境界部には厚み０．１ｍｍ程度のＣｕ層が形成されていたが、Ｃｕ層の外縁や内部に引け巣が見られ、特に外縁部の引け巣は内径方向に数ｍｍにわたって発生していた。よって、溶浸用のＣｕ板の体積が溶浸対象のＣｒのスケルトンの気孔体積と同じ場合、境界部の接合状態が悪くなることがわかった。
【００３５】
以上から、本実施例では溶浸用のＣｕ板の量を、２つのＣｒのスケルトンが溶融Ｃｕで完全に充填される量の１．０５倍または１．１倍としているので、２つのスケルトンに溶融Ｃｕが完全に浸透し終わった後に、両スケルトンの境界部に余剰のＣｕが滞留できるようになり、かつ下段のＣｒのスケルトン側面を通して溶融Ｃｕが流出するのを防止するコーティングを施しているので、２つの該スケルトンの境界部に発生しがちなＣｕ欠乏層（引け巣）を解消することができる。そのため、２つのＣｒのスケルトンを上下に積み重ねて溶浸した場合に、両者の接合状態が健全な接点を得ることができる。
【００３６】
なお、溶融Ｃｕの流出を防止するためのコーティング剤として本実施例では、アルミナ粉末を溶剤に分散させたものを用いたが、粉末としてはこれに限られることなく、シリカ粉末や、マグネシア粉末、ジルコニア粉末等の酸化物粉末や窒化ボロン粉末、窒化シリコン粉末等の窒化物粉末を用いることができる。
【００３７】
また、本実施例では圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される寸法としているため、圧粉体内部中央の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体が得られる。さらに、溶浸用のＣｕ板の外径を２つのＣｒのスケルトンの外径よりも小さくしているため、溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトンの外周部から回り込むことがない。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕのスケルトン内部への浸透が均一に進行し、内部にポアのない健全な接点が得られる。
【符号の説明】
【００３８】
１：Ｃｒのスケルトン、２：溶浸用のＣｕ板、３：クローズドポアの多発領域、４：Ｃｕで溶浸されたＣｒのスケルトン、５：境界部のＣｕ凝固層、６：引け巣、７：溶融Ｃｕ流出防止剤コート、８：溶融Ｃｕの余剰分の残留物、９：台座
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特に高耐圧性能を要求される真空バルブ用接点の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧向けの真空バルブ用接点では、高耐圧の性質を有するＣｒを高導電体のＣｕやＡｇに分散させたＣｕ−Ｃｒ系、Ａｇ−Ｃｒ系の材料がよく用いられている。その製造方法としてはＣｒ粉末とＣｕ粉末またはＡｇ粉末を混合して焼結する方法や、Ｃｒ粉末を主体して構成されるスケルトンを予め焼結しておいてこれにＣｕを溶浸させる方法などが知られている。高い耐圧性能を得るには接点内部のポアを少なくして接点の密度を高める必要があり、焼結法よりも溶浸法の方が高密度化しやすい傾向にあるため、高耐圧接点の製造法としてよく利用されている（特許文献１〜４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１１４５０２
【特許文献２】特開平８−７７８５５
【特許文献３】特開平５−１０１７５２
【特許文献４】特開平５−２２５８５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の溶浸法によるＣｕ−Ｃｒ系接点の製造では、Ｃｒ粉末を主体として構成されるスケルトンにＣｕを溶浸させる工程において、雰囲気が水素ガス中よりも真空中の方が内部のポアが少なくなることが示されている（特許文献１）。さらに、同じ真空中の溶浸でも、真空度が高い方が、接点の密度が高くなることが示されている（特許文献２）。これは、真空中での溶浸の場合、溶融ＣｕがＣｒのスケルトンに浸透していく過程で仮にクローズドポアが局所的に形成されたとしても、該ポアの内部が真空であるためにある程度の時間が経てば溶融Ｃｕがその部分に入り込んで塞がってしまう状況となるのに対し、水素ガス中での溶浸の場合はいったん形成されたクローズドポアは内部が水素ガスであるために気圧が障害となって時間が経っても溶融Ｃｕがその中に入り込むことができず、この状況の差により真空中の方が水素ガス中の溶浸よりもポアが少なくなるものと考えられる。しかしながら、真空中の溶浸はＣｕの蒸気が炉内の至るところに蒸着してしまい、設備の保守管理の負担が大きいとともに、バッチ式の製造となるため生産性が低くなる問題がある。また、真空中の溶浸でもポアが多量に観察されるケースがあることが指摘されており（特許文献２）、その場合、同時にＣｒリッチな領域が観測されることが報告されている。これは、内部組織にある程度の不均一性が発生すると真空中であっても均一な溶浸が行えずに内部にポアが残ってしまうことを示しており、この場合は真空中の溶浸であっても高密度の接点を得ることができない。
【０００５】
一方、水素ガス中の溶浸におけるポアの低減の試みもなされており、溶融ＣｕとＣｒのスケルトンとの濡れ性向上の効果を有するＢｉを添加することが検討されている（特許文献３）。しかしながら、Ｂｉは低融点のため真空バルブの耐圧性能を悪化させる傾向にあり、必ずしも特性改善につながるとは言えない。
【０００６】
さらに、接点内部のポアを低減するために別の視点からの改善策も検討されており、Ｃｒのスケルトンを上下に２つ積み重ねた状態とすることによりＣｕ溶浸時の最終凝固部分が積み重ねの境界部に来るようにし、その部分に欠陥を濃縮させることで相対的に接点表面側のポアの濃度を減らす試みがなされている（特許文献４）。それによれば、溶浸に供するＣｕの量が過剰でないことが肝要であり、もしＣｕが過剰であるとＣｒのスケルトンの内部を満たすよりも早くスケルトンの外周周囲を濡らす傾向にあり、その結果、該スケルトン内部にランダムにポアが形成されてしまう問題があると指摘している。しかしこれは、溶浸に供するＣｕ板の外径が該スケルトンよりも大きい場合に生じる現象であり、もしＣｕ板の外径が該スケルトンよりも小さい場合には、溶融したＣｕは毛細管現象の作用で速やかにスケルトン上の設置面から吸収されていくためこのような問題は生じず、むしろ積み重ね境界部において、溶融Ｃｕが上下のスケルトンに吸われてしまうために該境界部のＣｕが欠乏してしまい（引け巣が発生）、健全な接合状態を得ることができなくなる問題がある（図３）。
【０００７】
本発明では、水素ガス中における溶浸の場合でも内部のポアが少なく密度の高い接点の製造方法を提供することを目的とする。特に接点の外径が３０ｍｍ以上になると内部のポアが多発するようになって接点の健全性を保つことが急激に困難になるため、その点を解決できる製造方法を提供する。
【０００８】
また、Ｃｒのスケルトンを積み重ねて溶浸する場合、積み重ねの境界部で発生するＣｕの引け巣の問題を解決し、接合状態を健全にすると同時に内部のポアも少なくできる接点の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
水素ガス中の溶浸では、接点内部にクローズドポアがいったんできるとそれが消えずに最後まで残ってしまい、特に外径が３０ｍｍ以上になると残留ポアが多発する現象が見られることを述べたが、その原因を明らかにするため溶浸メカニズムを詳細に調べた結果、Ｃｒのスケルトンに溶融Ｃｕが上部から浸透していく場合に、最初に上面部の表層に溶融Ｃｕが染みこんだ後、内部中央に浸透するよりも早く、スケルトンの側面部表層へ浸透し、次いで底面部表層へ溶融Ｃｕが先行して回り込む現象のあることがわかった（図１）。このことが、接点内部の中央付近にクローズドポアを発生させて接点の密度を低下させた原因といえる。側面部で先行する溶融Ｃｕの浸透厚を調べた結果、Ｃｒの粒径にもよるが、概ね８〜１２ｍｍの範囲であり、また、底面部の同浸透厚は２〜３ｍｍであることがわかった。このことから、接点の外径が３０ｍｍよりも小さい場合は、該スケルトンの側面部で先行する溶融Ｃｕの浸透厚が中央付近まで達するので溶融Ｃｕの回り込み現象が生じにくいが、外径がさらに大きくなると、スケルトンの側面部で先行する溶融Ｃｕの浸透厚が中央まで及ばなくなるため溶融Ｃｕの回り込みが生じて中央にクローズドポアが発生しやすくなるといえる。従ってこの現象は接点の外径が３０ｍｍ以上の場合に生じる特有の問題とわかった。なお、該スケルトンの内部中央の溶融Ｃｕの浸透が周囲に比べて遅いのは、その部分の密度が周囲に比べて低く（低密度領域の発生）、毛細管現象の作用力が相対的に小さくなっているためと考えられる。この低密度領域が発生する理由は、Ｃｒのスケルトンの製造過程でＣｒ粉末を圧縮成形する際、金型に充填された粉末は上下面と側面から加圧力を受けて圧縮されるが、粉末の流動性の具合で加圧力が内部中央まで充分に伝わらない状況が生じたためと考えられる。
【００１０】
そこでこの問題を解決するための本発明の真空バルブ用接点の製造法は、外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス中で焼結してスケルトンを形成する工程と、該スケルトンにＣｕを水素ガス中で溶浸する工程を備え、該圧粉体の厚みを３ｍｍないし５ｍｍとする（図２）。
【００１１】
また、２つのＣｒのスケルトンを上下に積み重ねて溶浸する場合にそれらの接合状態を健全にするには、２つのスケルトンに溶融Ｃｕが完全に浸透し終わった後に、両スケルトンの境界部に余剰のＣｕが滞留するような状況をつくれば良い。
【００１２】
そこで、本発明の真空バルブ用接点の製造法は、外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス中で焼結してスケルトンを形成する工程と、２つの該スケルトンの間に溶浸用のＣｕ板を挟んで積み重ねる工程と、積み重ねた２つの該スケルトンと溶浸用Ｃｕ板を水素ガス雰囲気中でＣｕの融点以上に加熱する工程を備え、該圧粉体の厚みを３ｍｍないし５ｍｍとし、Ｃｕ板の外径を２つの該スケルトンの外径よりも小さくし、Ｃｕ板の体積を該スケルトン２つ分の気孔体積の少なくとも１．０５倍とし、下段の該スケルトンの側面に溶融Ｃｕ流出防止剤をコーティングした構成とする（図４）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される寸法としているため、圧粉体内部中央の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕの浸透が均一に内部に進行し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、内部にポアのない健全な接点を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の別の構成によれば、溶浸用のＣｕ板の量を、２つのＣｒのスケルトンが溶融Ｃｕで完全に充填される量の１．０５倍としているので、２つのスケルトンに溶融Ｃｕが完全に浸透し終わった後に、両スケルトンの境界部に余剰のＣｕが滞留できるようになり、かつ下段のＣｒのスケルトン側面を通して溶融Ｃｕが流出するのを防止するコーティングを施しているので、２つの該スケルトンの境界部に発生しがちなＣｕ欠乏層（引け巣）を解消することができる。そのため、２つのＣｒのスケルトンを上下に積み重ねて溶浸した場合に、両者の接合状態が健全な接点を得ることができる。また、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される寸法としているため、圧粉体内部中央の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。さらに、溶浸用のＣｕ板の外径を２つのＣｒのスケルトンの外径よりも小さくしているため、溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトンの外周部から回り込むことがない。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕのスケルトン内部への浸透が均一に進行し、内部にポアのない健全な接点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の接点の製法において、Ｃｒのスケルトンの内部へ溶融Ｃｕが浸透していく状況を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【図２】本発明の接点の製法において、Ｃｒのスケルトンの内部へ溶融Ｃｕが浸透していく状況を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【図３】従来の接点の製法において、上下に積み重ねた２つのＣｒのスケルトンの内部へＣｕを溶浸する前と後の状態を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【図４】本発明の別の構成において、上下に積み重ねた２つのＣｒのスケルトンの内部へＣｕを溶浸する前と後の状態を示したＣｕ−Ｃｒ接点の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１７】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０ｍｍの金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍの圧粉体を形成した。圧粉体の板厚は充填量を変えることにより調整し、３〜５ｍｍの厚みの圧粉体を得た。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、外径８５ｍｍのＣｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、外径９０ｍｍ×板厚３〜５ｍｍの６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。また、比較のため、金型への粉末の充填量を増やして板厚７〜１５ｍｍの圧粉体を成形し、その後は上記と同様の工程を経て外径９０ｍｍ×板厚７〜１５ｍｍの６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、サンプルは板厚の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径８０×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出して真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にはＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００１８】
表１に評価結果を示す。表１の実施例１−１〜３に示すようにサンプルの板厚が３〜５ｍｍでは内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られた。一方、比較例１−１〜４に見られるように、板厚が７ｍｍ以上になると急激に内部に存在するポアの総面積が大きくなり、９９％以上の高い密度が得られなくなった。耐圧性能については、表１の破壊電圧の飽和値に示すように、実施例１−１〜３で１４９〜１５６ｋＶ程度の値を示し、他の比較例に比べて非常に高い値であった。
【００１９】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される３〜５ｍｍとしているため、圧粉体中央部の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、内部にポアのほとんどない高密度の接点を得ることができ、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。
【００２０】
【表１】
【実施例２】
【００２１】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０ｍｍの金型内に充填して所定の圧力で加圧し、外径７５ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。圧粉体の内部の気孔率を、加圧力を８〜２５ＭＰａの範囲で変えることにより調整し、種々の気孔率を有する圧粉体を得た。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って種々の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、外径７０ｍｍのＣｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、Ｃｒ量が異なる種々の組成のＣｕ−Ｃｒ溶浸サンプルを得た。また、比較のため、加圧力を６ＭＰａで圧粉体を成形し、その後は上記と同様の工程を経て７０ｗｔ％Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、サンプルは組成の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径７０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出して真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にはＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００２２】
表２に評価結果を示す。表２の実施例２−１〜７に示すようにサンプルのＣｒ組成が３５〜６５ｗｔ％では、内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られた。一方、比較例２−１に見られるように、Ｃｒ組成が３０ｗｔ％になると、急激に内部に存在するポアの総面積が大きくなり、９９％以上の高い密度が得られなくなった。耐圧性能については、表２の破壊電圧の飽和値に示すように、実施例２−１〜７で１４９〜１６１ｋＶ程度の値を示し、比較例２−１に比べて非常に高いことがわかった。
【００２３】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される５ｍｍとしているため、圧粉体中央部の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、Ｃｒ組成が３５〜６５ｗｔ％の範囲においても内部にポアのほとんどない高密度のＣｕ−Ｃｒ接点を得ることができ、この結果、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。なお、Ｃｒ組成が３０ｗｔ％の場合にポアが多くなって密度が低下するのは、Ｃｒ組成が低すぎるのでＣｒのスケルトン構造の維持が困難になり、内部に局所的に構造が不均一になる部分が発生し、溶融Ｃｕの浸透性が不均一になるためと考えられる。
【００２４】
【表２】
【実施例３】
【００２５】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、種々の内径を有する金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径３０〜１０５ｍｍ×板厚４．５ｍｍの圧粉体を形成した。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、Ｃｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、外径が異なる種々の６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、Ｃｕ板は該スケルトンのサイズに応じて外径を変えて使用し、具体的には該スケルトンの外径に応じてそれよりも２〜５ｍｍ小さい外径のものを用いた。また、サンプルは外径の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径２５ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出しての真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にはＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００２６】
表３に評価結果を示す。表３の実施例３−１〜６に示すようにいずれの外径のサンプルにおいても、内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られることがわかった。耐圧性能については、表３の破壊電圧の飽和値に示すように、１４９〜１５５ｋＶ程度の高い値を示した。
【００２７】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される４．５ｍｍとしているため、圧粉体中央部のやや密度が低い領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、接点の外径が３０〜１０５ｍｍの範囲においても内部にポアのほとんどない高密度のＣｕ−Ｃｒ接点を得ることができ、この結果、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。
【００２８】
【表３】
【実施例４】
【００２９】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０の金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。また、Ｃｒ粉末を目空き径７５μmと４５μmのふるいに通して、４５μm以上７５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０の金型内に充填して９ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。また、Ｃｒ粉末を目空き径１２５μmと７５μmのふるいに通して、７５μm以上１２５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径９０の金型内に充填して８ＭＰａで加圧し、外径９０ｍｍ×板厚５ｍｍの圧粉体を形成した。得られた圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、外径８５ｍｍのＣｕ板を該スケルトン上に乗せて、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、Ｃｒ粉末粒径の異なる６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、サンプルはＣｒ粉末粒径の種類ごとに、内部組織（ポアの状態）観察用、密度測定用、耐圧性能評価用（破壊電圧測定用）の３個をそれぞれ作製した。内部組織の観察では、サンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行い、撮影した写真から断面中央部２ｍｍ×２ｍｍの領域に見られるポアの総面積を計測した。また、密度測定では、板厚方向の中央部から外径８０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出してアルキメデス法を用いて密度を評価し、真密度と比較して密度比を求めた。また、耐圧性能試験では、板厚方向の中央部から外径２０ｍｍ×板厚２．５ｍｍの円板を切り出して真空バルブに組み付けて接点間距離２ｍｍの条件でインパルス電圧を徐々に上げながら破壊電圧を計測し、電圧印加回数の増加に伴う破壊電圧の増大プロファイルを計測してその飽和値から耐圧性能を評価した。なお、破壊電圧の計測の前にＡＣ１００ｋＶの電圧コンディショニングを行った。
【００３０】
表４に評価結果を示す。表４の実施例４−１〜３に示すようにいずれのサンプルにおいても、内部のポアの総面積が小さく、密度比９９％以上の高値が得られることがわかった。耐圧性能については、表４の破壊電圧の飽和値に示すように、１５６〜１５９ｋＶ程度の高い値を示した。
【００３１】
以上から本実施例では、圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される５ｍｍとしているため、圧粉体中央部のやや密度が低い領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体を得ることができる。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトン内部に均一に浸透し、従来のように局所的に溶浸から取り残される部分が発生しない。このため、Ｃｒの粉末粒径が、ふるい分級による２０μm以上４５μm以下の場合、４５μm以上７５μm以下の場合、７５μm以上１２５μm以下の場合、のいずれについても、内部にポアのほとんどない高密度のＣｕ−Ｃｒ接点を得ることができ、この結果、真空バルブでは高い耐圧性能を得ることができる。
【００３２】
【表４】
【実施例５】
【００３３】
Ｃｒ粉末を目空き径４５μmと２０μmのふるいに通して、２０μm以上４５μm以下の粒径とし、これにつなぎ材として数μmの粒径のＣｕ粉末を少量添加して撹拌混合した後、内径７５ｍｍの金型内に充填して１０ＭＰａで加圧し、外径７５ｍｍ×板厚４ｍｍの圧粉体を２つ形成した。得られた２つの圧粉体を水素ガス雰囲気中、１１００℃で２時間の焼結を行って所定の気孔率を有するＣｒを主体とするスケルトンを作製した。その後、該スケルトン２つ分の気孔体積の１．０５倍になるよう外径７０ｍｍ×板厚６．１ｍｍのＣｕ板を用意し、これを図４（ａ）に示すように上下に積み重ねた２つの該スケルトンの間に挟んで、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。また、該スケルトン２つ分の気孔体積の１．０８倍になるよう外径７０ｍｍ×板厚６．４ｍｍのＣｕ板を用意し、前記と同様に上下に積み重ねた２つの該スケルトンの間に挟んで、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行って６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。なお、これらのサンプルは、溶浸の前に下段のスケルトンの側面に、粒径２μmのアルミナ粉末を溶剤に分散させたペースト状のものを、溶融Ｃｕの流出防止剤として予めコーティングしておいた。溶浸後のサンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行った結果、いずれのサンプルも図４（ｂ）に示すように２つのスケルトンの境界部には厚み０．０５ｍｍ程度のＣｕ層が形成されており、内部に引け巣などの欠陥は見られなかった。よって、溶浸用のＣｕ板の体積が溶浸対象のＣｒのスケルトンの気孔体積よりも５％または１０％の余剰がある状態にした場合、境界部の接合状態は健全になっていることがわかった。なお、下段のＣｒのスケルトンの下部には溶融Ｃｕの余剰分が残留していたが、サンプルの内部組織への影響は特に見られなかった。
【００３４】
一方、比較のために上記と同様の２つのスケルトンを用意し、該スケルトン２つ分の気孔体積と同じになるよう外径７０ｍｍ×板厚５．８ｍｍのＣｕ板を用意し、これを図３（ａ）に示すように上下に積み重ねた２つの該スケルトンの間に挟んで、水素ガス雰囲気中、１１５０℃で１時間の加熱を行い、該Ｃｕ板を溶かして該スケルトン内部に浸透させ、６０ｗｔ％Ｃｕ−４０ｗｔ％Ｃｒ溶浸サンプルを得た。溶浸後のサンプルを直径方向に切断して光学顕微鏡により観察を行った結果、図３（ｂ）に示すように２つのスケルトンの境界部には厚み０．１ｍｍ程度のＣｕ層が形成されていたが、Ｃｕ層の外縁や内部に引け巣が見られ、特に外縁部の引け巣は内径方向に数ｍｍにわたって発生していた。よって、溶浸用のＣｕ板の体積が溶浸対象のＣｒのスケルトンの気孔体積と同じ場合、境界部の接合状態が悪くなることがわかった。
【００３５】
以上から、本実施例では溶浸用のＣｕ板の量を、２つのＣｒのスケルトンが溶融Ｃｕで完全に充填される量の１．０５倍または１．１倍としているので、２つのスケルトンに溶融Ｃｕが完全に浸透し終わった後に、両スケルトンの境界部に余剰のＣｕが滞留できるようになり、かつ下段のＣｒのスケルトン側面を通して溶融Ｃｕが流出するのを防止するコーティングを施しているので、２つの該スケルトンの境界部に発生しがちなＣｕ欠乏層（引け巣）を解消することができる。そのため、２つのＣｒのスケルトンを上下に積み重ねて溶浸した場合に、両者の接合状態が健全な接点を得ることができる。
【００３６】
なお、溶融Ｃｕの流出を防止するためのコーティング剤として本実施例では、アルミナ粉末を溶剤に分散させたものを用いたが、粉末としてはこれに限られることなく、シリカ粉末や、マグネシア粉末、ジルコニア粉末等の酸化物粉末や窒化ボロン粉末、窒化シリコン粉末等の窒化物粉末を用いることができる。
【００３７】
また、本実施例では圧粉体の厚みを、圧縮成形時の加圧力が粉末内部に充分に伝達される寸法としているため、圧粉体内部中央の低密度領域の発生が解消され、均質性に優れた圧粉体が得られる。さらに、溶浸用のＣｕ板の外径を２つのＣｒのスケルトンの外径よりも小さくしているため、溶浸時に溶融Ｃｕがスケルトンの外周部から回り込むことがない。そのため、Ｃｕ溶浸時に溶融Ｃｕのスケルトン内部への浸透が均一に進行し、内部にポアのない健全な接点が得られる。
【符号の説明】
【００３８】
１：Ｃｒのスケルトン、２：溶浸用のＣｕ板、３：クローズドポアの多発領域、４：Ｃｕで溶浸されたＣｒのスケルトン、５：境界部のＣｕ凝固層、６：引け巣、７：溶融Ｃｕ流出防止剤コート、８：溶融Ｃｕの余剰分の残留物、９：台座
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス雰囲気中で焼結してスケルトンを形成する工程と、該スケルトンにＣｕを水素ガス雰囲気中で溶浸する工程を備え、該圧粉体の成形厚さが３ｍｍないし５ｍｍであることを特徴とする真空バルブ用接点の製造方法。
【請求項２】
圧粉体の成形圧が８〜２５ＭＰａであり、Ｃｒ組成が３５ｗｔ％以上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の製造方法。
【請求項３】
外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス雰囲気中で焼結してスケルトンを形成する工程と、２つの該スケルトンの間に溶浸用のＣｕ板を挟んで積み重ねた状態で水素ガス雰囲気中でＣｕの融点以上に加熱する工程を備え、該圧粉体の厚みが３ｍｍないし５ｍｍであり、Ｃｕ板の外径が２つの該スケルトンの外径よりも小さく、Ｃｕ板の体積が該スケルトン２つ分の気孔体積の少なくとも１．０５倍であり、下段の該スケルトンの側面に溶融Ｃｕ流出防止剤がコーティングされていることを特徴とする真空バルブ用接点の製造方法。
【請求項１】
外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス雰囲気中で焼結してスケルトンを形成する工程と、該スケルトンにＣｕを水素ガス雰囲気中で溶浸する工程を備え、該圧粉体の成形厚さが３ｍｍないし５ｍｍであることを特徴とする真空バルブ用接点の製造方法。
【請求項２】
圧粉体の成形圧が８〜２５ＭＰａであり、Ｃｒ組成が３５ｗｔ％以上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の製造方法。
【請求項３】
外径３０ｍｍ以上のＣｕ−Ｃｒ接点の溶浸法による製造において、Ｃｒを主体とする粉末を金型で加圧して圧粉体を成形する工程と、該圧粉体を水素ガス雰囲気中で焼結してスケルトンを形成する工程と、２つの該スケルトンの間に溶浸用のＣｕ板を挟んで積み重ねた状態で水素ガス雰囲気中でＣｕの融点以上に加熱する工程を備え、該圧粉体の厚みが３ｍｍないし５ｍｍであり、Ｃｕ板の外径が２つの該スケルトンの外径よりも小さく、Ｃｕ板の体積が該スケルトン２つ分の気孔体積の少なくとも１．０５倍であり、下段の該スケルトンの側面に溶融Ｃｕ流出防止剤がコーティングされていることを特徴とする真空バルブ用接点の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−９６４９７（Ｐ２０１１−９６４９７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４８８６９（Ｐ２００９−２４８８６９）
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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