説明

真空バルブ用接点材料

【課題】粒径を微細化し、比表面積を増大させた耐弧成分を含有する接点材料の耐電圧特性を向上させる。
【解決手段】微細化された耐弧成分の粉末に所定の圧力を加えて圧粉体とし、この圧粉体に少なくとも導電成分のCuを溶浸し、Cuと耐弧成分と必要により第3成分を含有した合金からなる接点6、7を有する真空バルブ用接点材料であって、原料のままの粉末時、所定の圧力を加えて成形した圧粉体時、Cuを溶浸して合金にした時、のいずれかのとき、耐弧成分に付着している酸化物質を除去する熱処理を行うことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、耐弧成分を含有する接点の耐電圧特性を向上し得る真空バルブ用接点材料に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、Cu−W系接点材料は、高融点、高硬度の耐弧成分Wを含有していることから、高耐電圧接点材料として広く用いられている。また、W粒径を数μm以下に微細化することにより、更に、耐電圧特性が向上することが知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
【0003】
しかしながら、Wの微細化、均質性を追求した結果、W粉末の比表面積が増大し、酸素ガスや水分などの吸着や酸化反応が進み、Cuを溶浸後、所定の特性が得られないことがあった。具体的には、Wを微細化したCu−W接点では、酸素量の増加と未溶浸部の発生によるポア(空孔)の生成に伴う密度低下があり、耐電圧特性が低下する傾向にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2004−71436号公報
【特許文献2】特開2006−233298号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、粒径を微細化し、比表面積を増大させた耐弧成分の表面に酸素ガスや水分などが吸着する汚れを低減し、耐電圧特性の向上を図った真空バルブ用接点材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、実施形態の真空バルブ用接点材料は、微細化された耐弧成分の粉末に所定の圧力を加えて圧粉体とし、この圧粉体に少なくとも導電成分のCuを溶浸し、前記Cuと前記耐弧成分との合金とする真空バルブ用接点材料であって、前記粉末、前記圧粉体、前記合金のいずれかのとき、前記耐弧成分に付着している酸化物質を除去する熱処理を行うことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の実施例に係る接点材料を用いる真空バルブの構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
先ず、接点材料を用いる真空バルブを図1を参照して説明する。図1に示すように、アルミナ磁器よりなる筒状の真空絶縁容器1の両端開口部には、固定側封着金具2と可動側封着金具3が封着されている。固定側封着金具2には、固定側通電軸4が貫通固定され、端部に固定側電極5と固定側接点6が固着されている。固定側接点6に対向し、接離自在の可動側接点7が可動側電極8に固着されている。可動側電極8は、可動側封着金具3の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸9端部に固着されている。可動側通電軸9の中間部には、伸縮自在のベローズ10の自由端が封着され、固定端が可動側封着金具3の開口部に封着されている。これにより、真空絶縁容器1の真空を保って可動側通電軸9を軸方向に移動させることができる。接点6、7の周りには、筒状のアークシールド11が設けられている。
【0009】
次に、接点6、7の評価方法を説明する。合金の評価では、組成分析、酸素量の分析、密度測定を行った。耐電圧特性では、真空バルブを模擬した真空チェンバーに各条件で製造した接点を例えば1mmの所定のギャップを持たせて配置し、絶縁破壊電圧を求めた。絶縁破壊電圧は、3〜5回の平均値を算出した。接点形状は、φ20mm×t2mmとした。以下、本発明の実施例を表1を参照して説明する。
【実施例】
【0010】
(比較例1、実施例1、2)
比較例1では、粒径0.1〜9μmで平均粒径0.7μmのW粉末を、例えば1ton/cm2の所定圧力で成形し、相対密度50%の圧粉体を作製した。この圧粉体にCuを載置し、水素雰囲気中で例えば1200℃−30分の所定温度の所定時間保持し、Cuを溶浸し、Cu−50W合金を得た。以下、耐弧成分の粒径、成形方法、溶浸方法は、同様である。W粉末はメーカーから購入した原料のままであり、圧粉体にするときや溶浸後に後述する熱処理を行っていない。その結果、酸素量は350ppm、相対密度は95.7%で空隙率4.3%であった。また、絶縁破壊電圧を求め、これを基準値とした。
【0011】
ここで、粒径0.1〜9μmで平均粒径0.7μmのものを、微細化された耐弧成分と称する。
【0012】
実施例1では、粒径0.1〜9μmで平均粒径0.7μmのW粉末を水素雰囲気中で500℃−30分の熱処理を行い、相対密度50%の圧粉体に成形した。これにCuを溶浸し、Cu−50Wの合金を得た。その結果、酸素量は90ppm、相対密度は99.1%で空隙率0.9%であった。絶縁破壊電圧は、比較例1の1.2倍であった。組織観察では、W粉末の粒径を超えるような大きなポアは見られなかった。これは、W粉末を熱処理することにより、酸素ガスや水分などの汚れが除去され、Cuとの濡れ性が向上したものと考えられる。
【0013】
実施例2では、平均粒径0.7μmのW粉末を相対密度50%の圧粉体に成形し、この圧粉体を真空雰囲気中で1000℃−30分の熱処理を行い、Cuを溶浸し、Cu−50Wの合金を得た。その結果、酸素量は70ppm、相対密度は99.4%で空隙率0.6%であった。絶縁破壊電圧は、比較例1の1.25倍であった。組織観察では、大きなポアは見られなかった。これは、圧粉体を熱処理することにより、酸素ガスや水分などの汚れが除去され、Cuとの濡れ性が向上したものと考えられる。
【0014】
ここで、実施例1、2での熱処理を、加熱により、耐弧成分のWの表面に付着している酸化物質を除去する熱処理と称す。
【0015】
(実施例3〜5)
実施例3では、平均粒径0.7μmのW−Sbの粉末を相対密度50%の圧粉体に成形し、この圧粉体を真空雰囲気中で1000℃−30分の熱処理を行い、Cuを溶浸し、Cu−50W−1Sbの合金を得た。その結果、酸素量は80ppm、空隙率は0.7%であった。絶縁破壊電圧は、比較例1の1.2倍であった。組織観察では、大きなポアは見られなかった。これは、Sbのような第3成分により、Cuを溶浸する際に耐弧成分の表面を清浄化したものと考えられる。第3成分は、Cuに殆ど固溶せず、導電率を大きく低下させないものである。
【0016】
実施例4では、平均粒径0.7μmのMo−Crの粉末を相対密度60%のCu−60Mo−2Crの圧粉体に成形し、この圧粉体を真空雰囲気中で1000℃−30分の熱処理を行い、Cuを溶浸し、Cu−40Mo−1Crの合金を得た。その結果、酸素量は70ppm、空隙率は0.5%であった。絶縁破壊電圧は、比較例1の1.2倍であった。組織観察では、大きなポアは見られなかった。これは、実施例3と同様に、耐弧成分Moの表面を第3成分のCrが清浄化したものと考えられる。
【0017】
実施例5では、平均粒径0.7μmのTiCの粉末を相対密度70%のCu−70TiCの圧粉体に成形し、この圧粉体を真空雰囲気中で1000℃−30分の熱処理を行い、Cu−1Crを溶浸し、Cu−45TiC−0.3Crの合金を得た。その結果、酸素量は70ppm、空隙率は0.5%であった。絶縁破壊電圧は、比較例1の1.2倍であった。組織観察では、大きなポアは見られなかった。これは、実施例3と同様に、耐弧成分TiCの表面を耐弧成分のCrが清浄化したものと考えられる。
【0018】
ここで、実施例3〜5の熱処理を、第3成分により、耐弧成分のW、Mo、TiCの表面に付着している酸化物質を除去する熱処理と称す。
【0019】
(実施例6〜8)
実施例6〜8では、平均粒径0.7μmのW粉末を相対密度50%のCu−50Wの圧粉体に成形し、この圧粉体にCu−1Biを溶浸し、Cu−50W−1Biの合金を得た。ただし、溶浸後には、真空雰囲気中で30分の熱処理を行った。実施例6では700℃、実施例7では900℃、実施例8では1050℃である。その結果、実施例6から順に、酸素量は80ppm、70ppm、50ppm、空隙率は0.7%、0.5%、0.5%であった。絶縁破壊電圧は、1.15〜1.2倍であり、組織観察では大きなポアは見られなかった。導電成分のCuの融点1083℃を基準にし、−380℃〜−30℃の範囲で熱処理による特性向上が見られた。
【0020】
ここで、実施例6〜8での熱処理を、第3成分Biにより、耐弧成分のWの表面に付着している酸化物質を除去する熱処理と称す。
【0021】
上記実施例の真空バルブ用接点材料によれば、耐弧成分の粉末のとき、圧粉体のとき、合金にしたときに、熱処理を行って微細化された耐弧成分に付着している汚れを除去しているので、Cuが満遍なく溶浸して空隙率が低下し、耐電圧特性を向上させることができる。
【0022】
上記の実施例では、耐弧成分にW、Mo、TiCを用いて説明したが、WC、MoC、Mo2Cなどを含めた複数種類を用いることができる。また、第3成分についてもSb、Bi、Cr以外にTeなどを含めた複数種類を用いることができる。
【0023】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【表1】

【符号の説明】
【0024】
1 真空絶縁容器
2 固定側封着金具
3 可動側封着金具
4 固定側通電軸
5 固定側電極
6 固定側接点
7 可動側接点
8 可動側電極
9 可動側通電軸
10 ベローズ
11 アークシールド

【特許請求の範囲】
【請求項1】
微細化された耐弧成分の粉末に所定の圧力を加えて圧粉体とし、
この圧粉体に少なくとも導電成分のCuを溶浸し、
前記Cuと前記耐弧成分との合金とする真空バルブ用接点材料であって、
前記粉末、前記圧粉体、前記合金のいずれかのとき、前記耐弧成分に付着している酸化物質を除去する熱処理を行うことを特徴とする真空バルブ用接点材料。
【請求項2】
前記圧粉体、前記合金にするとき、第3成分のSb、Bi、Te、Crを少なくとも1種類含有していることを特徴とする請求項1に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項3】
前記微細化とは、平均粒径が0.7μm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項4】
前記耐弧成分は、W、Mo、TiC、WC、MoC、Mo2Cであり、少なくとも1種類含有していることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の真空バルブ用接点材料。
【請求項5】
前記合金のときの熱処理は、前記Cuの溶融温度を基準にし、−380℃〜−30℃で実施することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の真空バルブ用接点材料。

【図1】
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【公開番号】特開2013−101786(P2013−101786A)
【公開日】平成25年5月23日(2013.5.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−243990(P2011−243990)
【出願日】平成23年11月7日(2011.11.7)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】