JP6145285B2 - Electrical contact material, method for producing the same, and electrical contact - Google Patents
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Description
本発明は、電気機器や電気回路等の電気接点に利用される電気接点材料およびその製造方法、ならびに、それを用いた電気接点に関する。電気接点は、電気回路の遮断器、断路器および開閉器等の各種開閉機器において使用されてよい。 The present invention relates to an electric contact material used for an electric contact of an electric device or an electric circuit, a manufacturing method thereof, and an electric contact using the same. The electrical contacts may be used in various switching devices such as electrical circuit breakers, disconnectors and switches.
送配電や受配電網などの高圧大電流回路に使用する遮断器、断路器および開閉器等に用いる電気接点として、WとCuの複合材料や、WとAgの複合材料を用いた電気接点などが提案されている。 As electrical contacts used for circuit breakers, disconnectors and switches used in high-voltage, high-current circuits such as power transmission and distribution networks, electrical contacts using W and Cu composite materials, W and Ag composite materials, etc. Has been proposed.
大電流の開閉時には、開閉する二つの電気接点間にアーク(電弧)が生じる。 When a large current is opened and closed, an arc is generated between the two electrical contacts that are opened and closed.
接点の開閉により生じたアークが消弧するまでには、時間がかかる。このため、アークの両端に位置する接点部分は、消弧までの間、連続的に高熱にさらされる。この現象は、装置内をアークが消失しやすい雰囲気(例えばSF6ガス中)で満たしても、容易には解決されない。 It takes time for the arc generated by opening and closing the contacts to extinguish. For this reason, the contact portions located at both ends of the arc are continuously exposed to high heat until the arc is extinguished. This phenomenon is not easily solved even if the inside of the apparatus is filled with an atmosphere in which the arc is likely to disappear (for example, in SF 6 gas).
接点材料は、良導体であることが好ましい。加えて、電気接点は、アークによって溶融・蒸発しにくい材料が用いられることが好ましい。しかし、単一素材を用いての前記問題の解決は難しい。そこで、良導体と高融点・高沸点の材料とを組み合わせたCu−W材料や、Ag−W材料がその用途に主に用いられている。 The contact material is preferably a good conductor. In addition, the electrical contact is preferably made of a material that is difficult to melt and evaporate by an arc. However, it is difficult to solve the problem using a single material. Therefore, a Cu-W material or an Ag-W material, which is a combination of a good conductor and a material having a high melting point and a high boiling point, is mainly used for the application.
例えば、Cu−W材料は、Cuマトリックス中にWが分散している構造ではなく、連続した開気孔を有するWのスケルトン中にCuが充填された構造を有する場合がある。この構造において、WはもちろんCuも連続している。WやMoがスケルトン構造を有していれば、融点の低いCuやAgが溶融しても、WやMoが脱粒しない(隣り合うWやMo粒子で保持された状態で残る)ので、接点材料の消耗は進行しにくい。これに対して、WやMoが、CuやAg中に分散した構造であれば、融点の低いCuやAgが溶融した際に、粒子状態のWやMoが脱粒して接点材料の消耗が進行しやすい。 For example, the Cu—W material may not have a structure in which W is dispersed in a Cu matrix, but may have a structure in which Cu is filled in a skeleton of W having continuous open pores. In this structure, not only W but also Cu is continuous. If W or Mo has a skeleton structure, even if Cu or Ag having a low melting point is melted, W or Mo does not shed (remains in a state held by adjacent W or Mo particles). The exhaustion of is difficult to progress. On the other hand, if W or Mo is dispersed in Cu or Ag, when Cu or Ag having a low melting point is melted, W or Mo in a particle state is shed and the contact material is consumed. It's easy to do.
このように、電気接点の開閉によって生じるアークは、電気接点を大きく蒸発・消耗させることがあるので、寿命が十分でないという問題がある。 As described above, the arc generated by opening and closing of the electrical contact may cause the electrical contact to largely evaporate and wear, so that there is a problem that the life is not sufficient.
そこで、多くの先行文献において、Cu−W材料を基本的な材料とした電気接点材料が示されている。このような電気接点材料は、Cu−W材料に、様々な物質を添加することによって得られる。 Therefore, in many prior art documents, electrical contact materials using a Cu—W material as a basic material are shown. Such an electrical contact material can be obtained by adding various substances to the Cu-W material.
特許文献1には、W基またはWC基合金、希土類元素または希土類酸化物などからなる耐アーク性導電材料が開示されている。特に希土類酸化物を含有した電気接点材料では、接点消耗量が大幅に低下することが記載されている。また、希土類酸化物の添加は、W基材料中のAgとの濡れ性を悪化させ、気孔を発生しやすくさせる。そこで、Fe、Co、Ni、Cuをさらに添加することによって、気孔を減少することが開示されている。
特許文献2には、W、Moからなる第1成分と、銀(Ag)または銅(Cu)からなる第2成分と、ホウ化ストロンチウムやホウ化ランタンなどのホウ化物からなる第3成分とを含む電気接点材料が開示されている。また、前記電気接点材料の第2成分に、Cr、Fe、Rh、Ru、Irのいずれかを添加することによって、電気接点材料の特性を向上させ得ることが記載されている。
上記の組成を有する材料を用いて電気接点を作製すれば、電気接点の消耗量、耐溶着性、および、接触抵抗を改善することができる。 If an electrical contact is produced using a material having the above composition, the consumption amount of the electrical contact, the welding resistance, and the contact resistance can be improved.
しかし、本発明者の検討の結果、従来の電気接点では、電気接点の開閉により発生するアークによって消耗が進み易い場合があることがわかった。 However, as a result of the study by the present inventor, it has been found that in the conventional electrical contact, wear may easily proceed due to an arc generated by opening and closing of the electrical contact.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、良好な電気伝導性を維持しながら高い耐アーク特性を発揮できる電気接点を提供することをその目的とする。また、電気接点の開閉により発生するアークに対して、消耗がより抑制される電気接点材料を提供することをその目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the electrical contact which can exhibit a high arc-proof characteristic, maintaining favorable electrical conductivity. It is another object of the present invention to provide an electrical contact material that can further suppress wear against an arc generated by opening and closing the electrical contact.
本発明の実施形態による電気接点材料は、次の(イ)(ロ)(ハ)の質量の和が総質量の95質量%以上100質量%以下を占める材料からなる電気接点材料である。(イ):5〜50質量部のM1、(ロ):M2および鉄族金属元素を必ず含み、(イ)と合計して100質量部のM2、鉄族金属および/またはM2と鉄族金属との合金、(ハ):(イ)と(ロ)の合計質量100質量部に対して0.05〜8外部質量部のM3のホウ酸化物および/または前記M3のホウ酸化物の構成物。ただし、前記M1は、CuまたはAgのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、前記M2は、WまたはMoのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、前記M3は、Ca、Sr、Ba、Mg、希土類金属のいずれか1種または2種以上の金属であり、前記M3のホウ酸化物の構成物は、酸化ホウ素と、前記M3の酸化物および/または炭酸化物とを含む。 The electrical contact material according to the embodiment of the present invention is an electrical contact material made of a material in which the sum of the masses of the following (A), (B), and (C) occupies 95% by mass to 100% by mass of the total mass. (A): 5 to 50 parts by mass of M1, (b): M2 and an iron group metal element are necessarily included, and (a) in total, 100 parts by mass of M2, an iron group metal and / or M2 and an iron group metal And (c) 0.05 to 8 external parts by mass of M3 borate and / or the composition of M3 borate with respect to 100 parts by mass of the total mass of (a) and (b) . However, M1 is any one or two of Cu or Ag and alloys thereof, M2 is any one or two of W or Mo and alloys thereof, and M3 is One or more of Ca, Sr, Ba, Mg, and rare earth metals, and the composition of the M3 borate includes boron oxide, the M3 oxide, and / or carbonate. including.
ある実施形態において、前記(ハ)のM3のホウ酸化物の一部または全部が分解しており、酸化ホウ素(B2O3、B2O2、B4O3・2H2O、B4O5のいずれか1種以上)と、M3酸化物(M32O3、M3O2)および/またはM3の炭酸化物(M3CO3)のいずれか1種または2種以上の形態とで、存在している。 In one embodiment, part or all of the M3 borate of (c) is decomposed, and boron oxide (B 2 O 3 , B 2 O 2 , B 4 O 3 .2H 2 O, B 4 is used. Any one or more of O 5 ) and any one or more of M3 oxide (M3 2 O 3 , M3O 2 ) and / or M3 carbonate (M3CO 3 ). ing.
ある実施形態において、鉄族金属の質量と、M2と鉄族金属との合金の質量との合計が、前記(イ)と前記(ロ)の合計質量100質量部に対して、0.005〜1質量部を占める。 In one embodiment, the total of the mass of the iron group metal and the mass of the alloy of M2 and the iron group metal is 0.005 to 100 parts by mass of the total mass of (A) and (B). Occupies 1 part by mass.
ある実施形態において、前記(ハ)のホウ酸化物は、M3aBbOcと表すことができ、a=2、b=2、c=5で示される第1のホウ酸化物と、a=1、b=2、c=4で示される第2のホウ酸化物とのいずれかまたは両方を含む。 In one embodiment, the borate of (c) can be represented as M3 a B b O c, and the first borate represented by a = 2, b = 2, c = 5, and a = 1, b = 2, and / or a second borate represented by c = 4.
本発明の実施形態による電気接点は、上記のいずれかの電気接点材料を用いて構成された電気接点である。 An electrical contact according to an embodiment of the present invention is an electrical contact configured using any of the electrical contact materials described above.
本発明の実施形態による電気接点材料の製造方法は、(イ):5〜50質量部のM1、を用意する工程と、(ロ):(イ)と合計して100質量部のM2および鉄族金属、を用意する工程と、(ハ):(イ)と(ロ)の合計質量100質量部に対して0.05〜8外部質量部のM3のホウ酸化物および/または前記M3のホウ酸化物の構成物、を用意する工程とを包含する。ただし、前記M1は、CuまたはAgのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、前記M2は、WまたはMoのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、前記M3は、Ca、Sr、Ba、Mg、希土類金属のいずれか1種または2種以上の金属であり、前記M3のホウ酸化物の構成物は、酸化ホウ素と、前記M3の酸化物および/または炭酸化物とを含む。また、前記(ロ)と前記(ハ)とを用いてスケルトン合金を形成する工程と、前記スケルトン合金に前記(イ)を溶浸させる工程と、を包含する。 The manufacturing method of the electrical contact material according to the embodiment of the present invention includes (b): 5 to 50 parts by mass of M1, and (b): (b) and 100 parts by mass of M2 and iron. A step of preparing a group metal, and (c) 0.05 to 8 parts by mass of M3 borate and / or M3 boron with respect to 100 parts by mass of the total mass of (a) and (b) Providing an oxide component. However, M1 is any one or two of Cu or Ag and alloys thereof, M2 is any one or two of W or Mo and alloys thereof, and M3 is One or more of Ca, Sr, Ba, Mg, and rare earth metals, and the composition of the M3 borate includes boron oxide, the M3 oxide, and / or carbonate. including. Moreover, the process of forming a skeleton alloy using said (b) and said (c), and the process of infiltrating said (a) to the said skeleton alloy are included.
ある実施形態において、前記(ハ)を用意する工程は、前記M3のホウ酸化物の構成物として、前記酸化ホウ素の粉末と、前記M3の酸化物または炭酸化物の粉末とを用意する工程と、前記酸化ホウ素の粉末と、前記M3の酸化物または炭酸化物の粉末とを混合し、熱処理する工程とを包含する。 In one embodiment, the step of preparing (c) comprises preparing the boron oxide powder and the M3 oxide or carbonate powder as a constituent of the M3 borate, A step of mixing and heat-treating the boron oxide powder and the M3 oxide or carbonate powder.
本発明の実施形態によれば、主として大電流を遮断する遮断器、断路器および開閉器等の各種開閉機器の接点として好適に用いられる電気接点材料を得ることができる。本発明の実施形態による電気接点材料を用いて作製される電気接点は、従来の電気接点に対して、遮断器等の開閉による消耗が比較的少なく、寿命が比較的長い。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain an electrical contact material that is suitably used as a contact point of various switchgear devices such as a circuit breaker, a disconnector, and a switch that mainly cut off a large current. An electrical contact manufactured using the electrical contact material according to the embodiment of the present invention is relatively less consumed by opening and closing of a circuit breaker or the like than a conventional electrical contact, and has a relatively long life.
本発明の実施形態によれば、M1−M2の接点材料の基本構成(一例としてCu−Wが挙げられる)に加えて、鉄族金属(およびM2と鉄族金属の合金)と、M3のホウ酸化物とを含む電気接点材料が提供される。 According to an embodiment of the present invention, in addition to the basic configuration of the contact material of M1-M2 (an example is Cu-W), an iron group metal (and an alloy of M2 and an iron group metal), and an M3 boron An electrical contact material comprising an oxide is provided.
ここで、M1は、CuまたはAgのいずれか1種または2種およびそれらの合金を指す。M2は、WまたはMoのいずれか1種または2種およびそれらの合金を指す。M3は、Ca、Sr、Ba、Mg、希土類金属のいずれか1種または2種以上の金属を指す。また、前記鉄族金属とは、Fe、Co、Niのいずれか1種または2種以上の金属を指す。 Here, M1 refers to any one or two of Cu or Ag and alloys thereof. M2 refers to any one or two of W or Mo and alloys thereof. M3 refers to any one or more of Ca, Sr, Ba, Mg, and rare earth metals. Moreover, the said iron group metal points out any 1 type, or 2 or more types of metals of Fe, Co, and Ni.
上記のM3のホウ酸化物(例えば、SrB2O4)は、その一部または全部が分解された状態で、接点材料中に存在していてもよい。また、上記のM3のホウ酸化物は、これに代替可能な複数の材料から構成されていても良い。本明細書では、これらの材料を「M3のホウ酸化物の構成物」と呼ぶことがある。「M3のホウ酸化物の構成物」は、M3の酸化物(例えば、SrO2)および/または炭酸化物(例えば、SrCO3)と、酸化ホウ素(例えば、B2O3)とを含む。本発明の実施形態による接点材料は、「M3のホウ酸化物」および「M3のホウ酸化物の構成物」のいずれかのみを含んでいても良いし、もちろん、両方を含んでいても良い。ただし、典型的には、M3のホウ酸化物を含む。 The M3 borate (for example, SrB 2 O 4 ) may be present in the contact material in a partially or completely decomposed state. The M3 borate may be composed of a plurality of alternative materials. In the present specification, these materials may be referred to as “a constituent of M3 borate”. The “M3 borate composition” includes M3 oxide (eg, SrO 2 ) and / or carbonate (eg, SrCO 3 ) and boron oxide (eg, B 2 O 3 ). The contact material according to the embodiment of the present invention may include only one of “M3 borate” and “M3 borate composition” or, of course, both. However, typically, M3 borate is included.
以下、電気接点を有する開閉器を閉状態から開状態に変化させる過程について、主に図2〜図5を用いて説明する。 Hereinafter, a process of changing a switch having an electrical contact from a closed state to an open state will be described mainly with reference to FIGS.
図2は、開閉器と、この開閉器を内蔵する密閉容器5とを含む遮断器10の模式図である。図2の上方において、先端に電気接点1を有する第1接点(遮断器部材)1Aが示されている。また、図2の下方において、同じく電気接点1を有する第2接点1Bが示されている。第1接点1Aおよび第2接点1Bは、密閉容器5の中に収容されている。また、密封容器5は、SF6ガス4によって満たされている。
FIG. 2 is a schematic diagram of a
第1接点1Aおよび第2接点1Bは、それぞれ、先端でアークの開閉を行なう電気接点1、電気接点1を保持する良導体であるシャンク2、シャンク2と密閉容器外の回路を電気的に接続するリード3を有する。
The first contact 1A and the
この開閉器にて大電流を遮断する(すなわち、接点を閉状態から開状態にする)と、第1接点1Aと第2接点1Bとの間にアークが発生する。アークの発生状態は直接の観察が難しい。そのために、発生時の詳細な挙動は不明である。しかし、その挙動は、使用後の第1接点1Aおよび第2接点1Bを観察することによって、推定することができる。
When a large current is interrupted by this switch (that is, the contact is changed from the closed state to the open state), an arc is generated between the first contact 1A and the
図3(a)は、使用前の接点の模式図(断面図)を示す。また、図3(b)、(c)、(d)は、使用後の接点の模式図(断面図)を示す。 Fig.3 (a) shows the schematic diagram (sectional drawing) of the contact before use. FIGS. 3B, 3C, and 3D are schematic views (cross-sectional views) of the contacts after use.
使用後においては、図3(b)に示すように、接点が均一に消耗されることが好ましいが、実際には、図3(c)および(d)に示すように、接点部分はアークによって全体に均一に消耗するとは限らない。図3(c)および(d)に示す例では、対向する接点との距離が近い電気接点1の一部が極端に消耗している一方で、対向する接点との同等の距離や形状の部分でも、ほとんど消耗していない部分が存在する。消耗が激しい場合、図3(d)に示すように、電気接点において、消耗部分6がシャンク2にまで達したり、多数のクラック7が生じることもある。このような消耗の不均衡が起る理由を、図4(a)〜(d)を用いて説明する。
After use, as shown in FIG. 3 (b), it is preferable that the contacts are evenly consumed, but actually, as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), the contact portions are arced. It is not always consumed evenly throughout. In the example shown in FIGS. 3C and 3D, a part of the
図4(a)〜(d)は、電気接点材料として、Cu−Wの複合材料を用いた場合における、接点の表面近傍を示す断面図である。接点が開き、隙間が生じた瞬間からアーク12が発生し始める(図4(a))。このとき、仕事関数の低い部分において最初にアークが発生しやすい。各組成の仕事関数は、低い順に、Ag、Cu(M1)<Mo、W(M2)であるので、最初のアークはCuやAgから生じやすい。また、接点は一般に表面に凹凸がないように滑らかな面として仕上げ加工されている。そのために、電気接点表面部11における最初のアークの発生箇所はランダムである。
4A to 4D are cross-sectional views showing the vicinity of the contact surface when a Cu-W composite material is used as the electrical contact material. The
発生したアーク12により、CuやAgおよびその周りの箇所において、融点の低い材料は高温となることで蒸発し、融点の高いWやMoの一部のみが残存する(図4(b))。このとき、電気接点表面部11において、消耗した部分6が存在する。電気接点の表面は、アーク発生前と比較して荒れている。そして、そこには主としてWやMoからなる凹凸表面が形成される。
Due to the generated
その次に発生するアークの発生点は、仕事関数が低い部分と、面が粗く先端が突出した部分のいずれかから選択される。 The generation point of the next generated arc is selected from one of a part having a low work function and a part having a rough surface and a protruding tip.
最初のアーク発生の際には、前述のように接点表面は滑らかに仕上げられた表面であるので、アークの発生箇所はランダムである。しかし、電気接点表面は、一旦、最初のアークが起った後には、最初のアークにより蒸発消耗が起っているために、面に凹凸が生じている。電気接点表面の凹凸のうちの凸の部分において、次回のアークが極めて発生しやすい。これは、建物への落雷が、突出した避雷針に落ちる現象と同様である。アークの発生は、それ以前のアーク発生で蒸発・消耗した箇所から生じやすくなる(図4(c))。そのために、電気接点は局所的な消耗がますます進行しやすくなる(図4(d))。接点の寿命(使用回数やアークの発生回数)は、局所的な消耗が生じた結果、より低下しやすい。 At the time of the first arc generation, as described above, the contact surface is a smoothly finished surface, so that the arc generation location is random. However, the surface of the electrical contact surface has unevenness after the first arc has occurred, since the evaporation is consumed by the first arc. The next arc is very likely to occur in the convex part of the irregularities on the surface of the electrical contact. This is similar to the phenomenon where a lightning strike to a building falls on a protruding lightning rod. The generation of an arc is likely to occur from a portion that has evaporated and consumed due to the previous generation of the arc (FIG. 4C). For this reason, the electric contact is more likely to be locally consumed (FIG. 4D). Contact life (number of uses and number of arcs) is more likely to decrease as a result of local wear.
この現象を回避するには、凸部が発生した際にも、その次に発生するアークをその凸部以外の別の箇所に発生させればよい。そのためには、より仕事関数の低い箇所(典型的には、極端に仕事関数の低い箇所)を表面に多数設ければよい。図5(a)〜(d)に、Cu−Wの複合材料中に仕事関数の低い粒子13が分散された構造の材料を示す。このような構造とすることで、最初にアーク12が発生した後(図5(a)および(b))、次のアーク12は、電気接点の表面に多数設けられた仕事関数の低い部分から発生する(図5(c)および(d))。よって、電気接点の表面全体に満遍なくアークの発生、蒸発・消耗が起り、長寿命となる。
In order to avoid this phenomenon, when a convex portion is generated, the next generated arc may be generated at another location other than the convex portion. For this purpose, a large number of locations with lower work functions (typically locations with extremely low work functions) may be provided on the surface. FIGS. 5A to 5D show materials having a structure in which
発明者らは、より仕事関数の低い物質として、Ca、Sr、Ba、Mg、希土類金属のいずれか1種または2種以上の金属のホウ酸化物を選択した。また、それらのホウ酸化物の一部または全部が、酸化ホウ素およびCa、Sr、Ba、Mg、希土類金属の酸化物または炭酸化物のいずれか1種または2種以上に分解しており、上述したホウ酸化物の構成物の形態を為していても良いことを発見した。 The inventors selected a borate of one or more metals of Ca, Sr, Ba, Mg, and rare earth metals as a material having a lower work function. In addition, part or all of those borates are decomposed into one or more of boron oxide and Ca, Sr, Ba, Mg, rare earth metal oxides or carbonates, and are described above. It has been discovered that it may be in the form of a borate oxide composition.
ホウ酸化物の仕事関数は測定が困難であり、その数値自体を得ることは困難である。しかしながら、それらの仕事関数は、後述の実施例から推測できるように、従来技術に開示されているホウ素、ホウ酸、酸化物などよりも低いと推定される。 The work function of borate is difficult to measure and it is difficult to obtain the numerical value itself. However, their work functions are estimated to be lower than those disclosed in the prior art, such as boron, boric acid, and oxide, as can be inferred from the examples described later.
電気接点材料を、(イ)5〜50質量部のM1(Ag、Cu)と、(ロ)50〜95質量部(=(イ)と合計して100質量部)のM2、鉄族金属、および/または、M2と鉄族金属の合金とを含むように構成した理由は、融点が高くアークによる蒸発・消耗が起りにくい(ロ)を50〜95質量部とすることで、アークにより広範囲が一度に消耗しないという特長を得るためである。また、(ロ)は融点が高いために、開閉時に対向する接点と溶着を起こさない。もし(ロ)が50質量部未満であれば、比較的低融点金属である(イ)の量が増える。そのために、電気接点はアークによる消耗が激しくなり、さらに、対向する接点と溶着しやすくなる。逆に(ロ)が95質量部を超える組成は、導電性が落ち、耐衝撃性が低下することからやはり望ましくない。 The electrical contact materials are (i) 5 to 50 parts by mass of M1 (Ag, Cu), (b) 50 to 95 parts by mass (= 100 parts by mass in total with (a)), iron group metal, And / or the reason why it is configured to include an alloy of M2 and an iron group metal is that the melting point is high and evaporation / consumption due to the arc is difficult to occur (b) 50 to 95 parts by mass, so that a wide range is achieved by the arc. This is to obtain the feature that it is not consumed at once. In addition, (b) has a high melting point, so that it does not weld with the contact point facing when opening and closing. If (b) is less than 50 parts by mass, the amount of (a) which is a relatively low melting point metal increases. For this reason, the electrical contacts are heavily consumed by the arc, and more easily welded to the opposing contacts. On the contrary, a composition in which (B) exceeds 95 parts by mass is also undesirable because the conductivity is lowered and the impact resistance is lowered.
なお、M2の量が例えば75〜95質量部と高い場合は、電気接点材料の焼結性および溶浸性が低下し、製造が困難となることがある。そこで、(ロ)に鉄族金属を追加することによって、この低下した焼結性および溶浸性を補うことができる。すなわち、組成に鉄族金属を加えることにより、M2のスケルトン構造の製造がより容易になる。 In addition, when the amount of M2 is as high as 75 to 95 parts by mass, for example, the sinterability and infiltration of the electrical contact material may be reduced, and the manufacture may be difficult. Therefore, by adding an iron group metal to (b), the reduced sinterability and infiltration can be compensated. That is, the addition of an iron group metal to the composition makes it easier to manufacture the M2 skeleton structure.
鉄族金属の一部または全部は、M2金属と合金化して焼結性をより高める効果を示す。その一方で、鉄族金属および鉄族金属とM2との合金は、その電気伝導性が低い。そのため、鉄族金属および/または鉄族金属とM2との合金を一定量以上添加すると、接点の電気的特長に悪影響を及ぼすおそれがある。前記の利点が十分に現れ、かつ、電気的特性が低下しない範囲は、原料段階で例えば0.005〜1質量部程度である。 Part or all of the iron group metal is alloyed with the M2 metal and exhibits an effect of further improving the sinterability. On the other hand, iron group metals and alloys of iron group metals and M2 have low electrical conductivity. Therefore, when a certain amount or more of an iron group metal and / or an alloy of iron group metal and M2 is added, there is a risk of adversely affecting the electrical characteristics of the contact. The range in which the above-described advantages are sufficiently exhibited and the electrical characteristics are not deteriorated is, for example, about 0.005 to 1 part by mass in the raw material stage.
(ハ)の添加の効果、種類選定についての理由は前述した。その量としては(イ)(ロ)の質量の合計を100質量部として、0.05〜8外部質量部がよい。(ハ)の量がこの範囲であれば、アーク発生時点で数多くの(ハ)粒子が接点表面に露出しており、そこがアーク発生の基点となりやすい。(ハ)の量が0.05外部質量部未満であると、接点表面に十分な数が常に露出せず、添加の効果は限られる。また、ホウ酸化物は一般に焼結や溶浸を阻害する働きがある。そのために、(ハ)が8外部質量部を超えると、十分に緻密な電気接点材料を得るのは困難である。電気接点材料が緻密でなく、表面や内部に気孔を有していると、その周辺がアークの発生点になりやすく、均一な消耗を阻害する。このことを防止することが、前記(ロ)に鉄族金属を加える目的の一つでもある。鉄族金属を含有させることによって、ホウ酸化物による焼結や溶浸の阻害を抑える効果が期待できる。 The effect of adding (c) and the reason for selecting the type have been described above. The amount is preferably 0.05 to 8 external parts by mass, with the total mass of (A) and (B) being 100 parts by mass. If the amount of (c) is within this range, a large number of (c) particles are exposed on the contact surface at the time of arc occurrence, and this tends to be the origin of arc generation. When the amount of (c) is less than 0.05 external parts by mass, a sufficient number is not always exposed on the contact surface, and the effect of addition is limited. Further, borate generally has a function of inhibiting sintering and infiltration. Therefore, if (c) exceeds 8 external mass parts, it is difficult to obtain a sufficiently dense electrical contact material. If the electrical contact material is not dense and has pores on the surface or inside, the periphery of the material is likely to be an arc generation point, which inhibits uniform wear. Preventing this is also one of the purposes of adding an iron group metal to the above (b). By containing an iron group metal, an effect of suppressing the inhibition of sintering and infiltration by borate can be expected.
図1は、本発明の実施形態による電気接点用材料の組織を示す模式図である。(イ)、(ロ)はそれぞれに連続した構造を有している(模式図では切れているように見えるが、3次元組織ではそれぞれ連続している)。また、(ロ)のスケルトン構造の隙間を(イ)が埋める構造を有している。さらに(イ)(ロ)の粒界部や、(イ)の粒子内を中心に(ハ)が分散した構造を有している。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a structure of an electrical contact material according to an embodiment of the present invention. (A) and (b) each have a continuous structure (it appears to be broken in the schematic diagram, but is continuous in the three-dimensional structure). In addition, (b) fills the gap in the skeleton structure of (b). Furthermore, (c) has a structure in which (c) is dispersed around the grain boundary part of (b) and (b) and the inside of the particle of (b).
(ハ)は、一部または全部が分解して、酸化ホウ素(B2O3、B2O2、B4O3・2H2O、B4O5)およびM3の酸化物(M32O3、M3O2)や炭酸化物(M3CO3)の状態で存在していてもよい。 (C) is partially or completely decomposed to form boron oxide (B 2 O 3 , B 2 O 2 , B 4 O 3 .2H 2 O, B 4 O 5 ) and an oxide of M3 (M3 2 O 3 , M3O 2 ) or a carbonate (M3CO 3 ).
前述のように、(ハ)のホウ酸化物は、ホウ酸化物そのままの形態で電気接点材料中に分散していることが、仕事関数の点からは最も望ましい。しかしながら、焼成や溶浸の工程中や、整形加工時の過熱などによって、その一部または全部が分解して酸化ホウ素およびM3酸化物、M3炭酸化物に分解する場合がある。 As described above, it is most desirable from the viewpoint of work function that the borate (c) is dispersed in the electrical contact material in the form of the borate as it is. However, some or all of them may be decomposed into boron oxide, M3 oxide, or M3 carbonate during the firing or infiltration process or due to overheating during shaping.
分解により生成された酸化ホウ素およびM3酸化物(またはM3炭酸化物)は、M3ホウ酸化物ほどではないが、両方が一定量存在することにより、効果が得られる十分な程度に仕事関数を低くすることが可能である。したがって、M3酸化物、M3炭酸化物あるいは酸化ホウ素など(M3ホウ酸化物の構成物)を所定の量だけ含む場合も本発明の範囲内である。なお、M3ホウ酸化物の構成物は、M3ホウ酸化物の分解により生成されたものに限られず、原料として添加された酸化ホウ素およびM3酸化物(またはM3炭酸化物)であってもよい。 Boron oxide and M3 oxide (or M3 carbonate) produced by decomposition are not as high as M3 borate, but the presence of a certain amount of both lowers the work function to a sufficient extent to be effective. It is possible. Therefore, the case where a predetermined amount of M3 oxide, M3 carbonate, boron oxide, or the like (a constituent of M3 borate) is included within the scope of the present invention. The constituents of M3 borate are not limited to those produced by decomposition of M3 borate, but may be boron oxide and M3 oxide (or M3 carbonate) added as raw materials.
M3のホウ酸化物は、一般に「M3aBbOc」の形で表されるが、入手の容易性や化学的安定性の面から、前記式で「a=2、b=2、c=5」「a=1、b=2、c=4」のいずれか1種または両方を含むことが望ましい。前者としては例えばSr2B2O5が挙げられ、後者としては例えばSrB2O4が挙げられる。 The borate of M3 is generally expressed in the form of “M3 a B b O c ”. From the viewpoint of easy availability and chemical stability, “a = 2, b = 2, c = 5 "" a = 1, b = 2, c = 4 "It is desirable to include one or both of them. Examples of the former include Sr 2 B 2 O 5 , and examples of the latter include SrB 2 O 4 .
以上に示した組成を持つ電気接点材料を電気接点として用いれば、電気特性の劣化を防止しながら、寿命を向上させることができるので、好適である。 Use of the electrical contact material having the composition shown above as an electrical contact is preferable because it can improve the life while preventing deterioration of electrical characteristics.
本発明の実施形態による電気接点材料および電気接点は、例えば、以下に説明する工程にて得ることができる。 The electrical contact material and electrical contact according to the embodiment of the present invention can be obtained, for example, by the steps described below.
(1)M2スケルトン製造
M2スケルトンは、M2であるWまたはMoの粉末に、鉄族金属粉末とホウ酸化物粉末を混合したものから作製することができる。すなわち、Cu、Ag以外の電気接点材料の成分は、M2スケルトンを製造する段階で添加してよい。
(1) M2 Skeleton Production The M2 skeleton can be produced from a mixture of W2 or Mo powder, which is M2, and iron group metal powder and borate powder. That is, components of the electrical contact material other than Cu and Ag may be added at the stage of manufacturing the M2 skeleton.
W粉末、Mo粉末としては、平均粒子径が、0.1〜100μm程度で純度が99%以上のものを選定することが好ましい。 As the W powder and the Mo powder, those having an average particle diameter of about 0.1 to 100 μm and a purity of 99% or more are preferably selected.
なお、本明細書において、「平均粒子径」は、レーザー解析法により求められる、d50平均粒子径(累積50%のメジアン径)を意味する。 In the present specification, “average particle diameter” means a d50 average particle diameter (a median diameter of 50% cumulative) obtained by a laser analysis method.
鉄族金属は、凝集が起らないように、できるだけ粒子径の細かいものを選定することが好ましい。使用に好適なものは平均粒子径が200μm以下のものであるが、100μm以下がより望ましい。 It is preferable to select an iron group metal having a particle diameter as small as possible so that aggregation does not occur. Those suitable for use are those having an average particle size of 200 μm or less, more preferably 100 μm or less.
この混合工程よりも前に、所望のホウ酸化物粉末を準備するが、ホウ酸化物粉末としては、例えば、市販されている粉末を用いることができる。 Prior to this mixing step, a desired borate powder is prepared. As the borate powder, for example, a commercially available powder can be used.
あるいは、Ca、Sr、Baや希土類金属の酸化物および/または炭酸化物と、炭化ホウ素や炭酸ホウ素などのホウ素を有する物質とを混合し、酸化雰囲気中で熱処理を行なうことによって、Ca、Sr、Ba、希土類金属のホウ酸化物を得ることもできる。この際の酸素濃度や熱処理温度によって、形態の違う(前記a、b、cの数が異なる)ホウ酸化物が得られる。また、得られたホウ酸化物を酸化雰囲気などの非還元雰囲気中、アトライターなどで粉砕することにより、より粒子径の小さいホウ酸化物粉末を得ることもできる。 Alternatively, Ca, Sr, Ba, rare earth metal oxides and / or carbonates, and a boron-containing substance such as boron carbide or boron carbonate are mixed and heat-treated in an oxidizing atmosphere, whereby Ca, Sr, Ba and rare earth metal borates can also be obtained. Depending on the oxygen concentration and the heat treatment temperature at this time, borates having different forms (the numbers of a, b and c are different) can be obtained. Further, the obtained borate can be pulverized with an attritor or the like in a non-reducing atmosphere such as an oxidizing atmosphere to obtain a borate powder having a smaller particle diameter.
得られたホウ酸化物粉末と、M2粉末および鉄族金属粉末と混合する。混合にはアトライターやブレンダー、ヘンシェルミキサー、ボールミル、らいかい機などを用いることができる。この混合に際し、W粉末やMo粉末は酸化しやすいので、メタノール雰囲気などの非酸化雰囲気中での処理を行うことが望ましい。鉄族金属粉末とホウ酸化物粉末とが均一に混合されるように十分に混合することが好ましい。 The obtained borate powder is mixed with M2 powder and iron group metal powder. For mixing, an attritor, a blender, a Henschel mixer, a ball mill, a raking machine, or the like can be used. In this mixing, W powder and Mo powder are easily oxidized, so it is desirable to perform treatment in a non-oxidizing atmosphere such as a methanol atmosphere. It is preferable to sufficiently mix the iron group metal powder and the borate powder so that they are uniformly mixed.
ここで、(イ)(ロ)(ハ)以外の成分を故意に添加する場合は、前記ホウ酸化物の添加と同様の手順にて行なうことができる。すなわち、M2スケルトンの製造の際に粉末状態で添加する。添加できる成分は、例えば、酸化物やホウ化物、Cr、Ti、Zr、Taなどの金属である。これらの成分は付加的に含まれていても良いが、基本的に電気接点の性能を向上させる働きはないために、本説明では(イ)(ロ)(ハ)以外の成分を故意に添加する場合の説明は以後省略する。 Here, when components other than (A), (B), and (C) are intentionally added, the same procedure as the addition of the borate can be performed. That is, it is added in a powder state when the M2 skeleton is manufactured. Components that can be added are, for example, oxides, borides, metals such as Cr, Ti, Zr, and Ta. These components may be included in addition, but because there is basically no function to improve the performance of electrical contacts, in this description, components other than (a), (b) and (c) are intentionally added. A description of the case will be omitted hereinafter.
得られた混合粉末を、必要に応じて成形用バインダーを加えた上で、5〜150MPa程度で金型プレスまたは冷間静水圧プレス成形し、H2雰囲気などの還元性の雰囲気にて900〜1600℃程度に加熱する。接触したM2の粒子同士がネッキングを開始した状態に至っていれば十分である。この時点で、M2粒子間の気孔は連続状態にあり、またハンドリングに十分な強度を持っている。こうしてM2のスケルトンが得られる。 The obtained mixed powder is subjected to a die press or cold isostatic press molding at about 5 to 150 MPa after adding a molding binder as necessary, and 900 to 900 to a reducing atmosphere such as an H 2 atmosphere. Heat to about 1600 ° C. It is sufficient if the particles of M2 that have come into contact have reached the state where necking has started. At this point, the pores between the M2 particles are in a continuous state and have sufficient strength for handling. Thus, the M2 skeleton is obtained.
添加された鉄族金属は、WやMoとの合金を形成し、M2粒子のネッキングを助ける。これによって、緻密化を進め、スケルトン強度を増すことができる。一方、ホウ酸化物は、M2との濡れ性が極めて低く、M2粒子の軟化やネッキングを妨げる。このため、ホウ酸化物を添加すると、崩れやすく、ハンドリング性に問題があるM2スケルトンが生成されやすかった。このため、本発明の実施形態では、前述のように鉄族金属を添加することによって、ホウ酸化物を添加していても、ハンドリングやその後の製造処理に十分な強度のM2スケルトンが得られるようにしている。 The added iron group metal forms an alloy with W or Mo and assists the necking of the M2 particles. Thereby, densification can be promoted and the skeleton strength can be increased. On the other hand, borate has extremely low wettability with M2 and hinders softening and necking of M2 particles. For this reason, when a borate was added, it was easy to produce | generate and the M2 skeleton which has a problem in handling property was easy to be produced | generated. For this reason, in the embodiment of the present invention, by adding an iron group metal as described above, an M2 skeleton having sufficient strength for handling and subsequent manufacturing processing can be obtained even when a borate is added. I have to.
(2)M1のM2への溶浸
(1)で得られたM2スケルトンに、M1であるCu、Agを溶浸する。
(2) Infiltration of M1 into M2 Cu and Ag as M1 are infiltrated into the M2 skeleton obtained in (1).
M1:Cu、Agの場合、M2スケルトンの連続気孔の径がある程度小さければ、M1の融点以上の温度では毛細管現象により溶浸を行なうことができる。 In the case of M1: Cu, Ag, if the diameter of the continuous pores of the M2 skeleton is small to some extent, infiltration can be performed by capillary action at a temperature equal to or higher than the melting point of M1.
溶浸は、セラミックスやカーボンなどの耐熱容器を用いて、溶浸に十分な量のM1の中にM2スケルトンを埋設し、その状態でH2雰囲気などの還元雰囲気にてCuの融点である1084℃やAgの融点である962℃以上に加熱することによって行われてよい。毛細管現象によりM2スケルトンにM1が十分溶浸されれば、材料は完成する。このように、M1が溶融した状態でM2スケルトンと接する状態に設置することによって溶浸を行うことができる。 Infiltration is performed using a heat-resistant container such as ceramics or carbon, and M2 skeleton is embedded in a sufficient amount of M1 for infiltration, and in this state, the melting point of Cu is 1084 in a reducing atmosphere such as an H 2 atmosphere. It may be carried out by heating to 962 ° C. or higher, which is the melting point of ° C. or Ag. If M1 is sufficiently infiltrated into the M2 skeleton by capillary action, the material is completed. Thus, infiltration can be performed by installing in a state where M1 is melted and in contact with the M2 skeleton.
得られた材料を所望の電気接点形状に加工することにより、本発明の電気接点材料を得ることができる。 The electrical contact material of the present invention can be obtained by processing the obtained material into a desired electrical contact shape.
また、この材料から溶浸余剰のM1を取り除き、必要に応じて所望の形状に加工し、さらに必要に応じて台金金属と接合することにより本発明の電気接点を得ることができる。 Moreover, the electrical contact of this invention can be obtained by removing the excessive infiltration M1 from this material, processing it into a desired shape as necessary, and further joining with a base metal as necessary.
以下、本発明の電気接点材料の実施例を説明する。 Examples of the electrical contact material of the present invention will be described below.
(実施例1)
Wスケルトンを作製する原料として、平均粒子径が約4μmのWの粉末と、平均粒子径が約1μmのCoおよびSrのホウ酸化物の粉末を準備した。Srホウ酸化物としては、平均粒子径が約5μmの市販のSrB2O4(ホウ酸ストロンチウム)粉末を使用した。
Example 1
As raw materials for producing the W skeleton, W powder having an average particle size of about 4 μm and Co and Sr borate powders having an average particle size of about 1 μm were prepared. As Sr borate, commercially available SrB 2 O 4 (strontium borate) powder having an average particle diameter of about 5 μm was used.
これらの粉末を、ヘンシェルミキサーにて30分間混合し、混合粉末を得た。 These powders were mixed with a Henschel mixer for 30 minutes to obtain a mixed powder.
次に、混合粉末に対して50MPaの圧力にて金型プレスを行い、直方体の成形体を得た。 Next, a die press was performed on the mixed powder at a pressure of 50 MPa to obtain a cuboid shaped body.
酸化物耐熱容器に成形体が十分収まる凹状部の部位を設け、その中に成形体を設置し、H2雰囲気1150℃にて60分間焼結を行ない、理論密度比で約65%のスケルトン(気孔が約35%)を得た。 The oxide heat-resistant container is provided with a concave portion where the molded body can be sufficiently accommodated, the molded body is placed therein, sintered at H 2 atmosphere at 1150 ° C. for 60 minutes, and a skeleton having a theoretical density ratio of about 65% ( The pores were about 35%).
このスケルトン上に、溶浸に十分な量の板状のCuを設置し、この状態でH2雰囲気、1100℃にて20分間溶浸を行い、本発明の実施例の電気接点材料を得た。 On this skeleton, a sufficient amount of plate-like Cu for infiltration was installed, and in this state, infiltration was performed at 1100 ° C. for 20 minutes in an H 2 atmosphere to obtain an electrical contact material of an example of the present invention. .
得られた電気接点材料において、(イ)のCuが20.0質量部を占め、(ロ)のWが79.9質量部、Coが0.1質量部を占め、(イ)と(ロ)の合計で100質量部であった。これに加えて、(ハ)として1.0外部質量部のSrB2O4が含まれていた。(ロ)については、CoとWが一部合金化していた。 In the obtained electrical contact material, Cu in (a) occupies 20.0 parts by mass, W in (b) occupies 79.9 parts by mass, Co occupies 0.1 parts by mass, ) In total was 100 parts by mass. In addition, 1.0 (c) contained 1.0 part by mass of SrB 2 O 4 . Regarding (b), Co and W were partially alloyed.
得られた材料から溶浸しきれなかった余分なCuを取り除いて直方体状とし、さらにフライス盤にて切削加工を行なうことによって、図3(a)に示すような直方体の一つの面の4角部の周りが滑らかな孤の形状となるように面取りされた電気接点が得られた。 Excessive Cu that could not be infiltrated from the obtained material was removed to form a rectangular parallelepiped shape, and by cutting with a milling machine, the four corners of one surface of the rectangular parallelepiped as shown in FIG. The electrical contact chamfered so that the surrounding shape is a smooth arc was obtained.
次に、電気接点1を、銅のシャンク2に鋳包み固着(internal chill casting)して、シャンク2の先端に接合した。その後にシャンク2を鍛造にて硬化処理した。
Next, the
以上の手順にて、試料1として、本発明の実施例の電気接点を有する遮断器部材を得た。この遮断器部材の2つを、図2に示すように電気接点部を対向させて、電気の正極および負極をリード3を介してそれぞれの端点につないだ。両遮断器部材を高圧のSF6ガス4が封入された密閉容器中5に固定して、遮断器をつないだ状態(電流が流れる状態)とした。印加した電流は2500アンペア、電圧は230ボルトである。対向した面に対する垂直方向において規定される電気接点の厚さは5mmである。この試料を試料1とする。
The circuit breaker member which has the electrical contact of the Example of this invention was obtained as a
この状態で、密閉容器中の遮断基部材の操作機構を作動させることにより、電流の遮断および開閉を10回繰り返す試験を行った。 In this state, by operating the operating mechanism of the blocking base member in the airtight container, a test was performed in which the interruption and opening / closing of the current was repeated 10 times.
試験後に通電を止め、SF6ガスを排気した後に、遮断器部材を取り出し、接点部分の調査を行なった。 After the test, the energization was stopped and the SF 6 gas was exhausted. Then, the circuit breaker member was taken out and the contact portion was investigated.
外観を観察したところ、図3(b)に示すように、開閉した電気接点1同士の対向する面の全面において、なだらかな消耗が発生していた。測定の結果、電気接点1の消耗量は2.63mm3であった。
As a result of observing the appearance, as shown in FIG. 3B, gentle wear occurred over the entire surface of the opposed
また、試料2の実施例は、試料1と他の条件は同じで、(ハ)がSrB2O4、B2O3およびSrO2を含むように構成されている実施例である。SrB2O4は市販されているが、純度が高いものは高価である。そこで、安価であるB2O3およびSrO2の粉末を購入し、両者を混合した状態で酸化雰囲気にて熱処理して同等のものを得ることを考えた。熱処理後に得られた粉末は、完全なSrB2O4となっておらずに、分析の結果B2O3およびSrO2がそれぞれ10質量%ずつ残る混合物であった。試料2は、この混合物を市販のSrB2O4の代りに用いた試料である。
In the example of
この試料2についても試料1と同様の試験を行ったが、接点の表面において全面的になだらかな消耗が起っており、消耗量は2.66mm3であった。
This
(実施例2)
次に、下記の表1〜3に示すように、電気接点材料のみを変更して、実施例1と同様の試験を行った。試料3〜50は本発明の実施例にかかる試料、比較試料101〜132は本発明の範囲外の比較試料である。(ロ)については、M2と鉄族金属との一部または全部が合金化しているが、どのような形態で最終的に存在するかは観察するのが困難であるために、原料投入時点での質量分率を記載した。最終生成物としては、M2(単体)、鉄族金属、M2と鉄族金属の合金、のいずれかの形態で(ロ)としての相を形成している。
(Example 2)
Next, as shown in the following Tables 1 to 3, the same test as in Example 1 was performed by changing only the electrical contact material. Samples 3 to 50 are samples according to examples of the present invention, and comparative samples 101 to 132 are comparative samples outside the scope of the present invention. Regarding (b), although part or all of M2 and the iron group metal are alloyed, it is difficult to observe in what form it finally exists, so at the time of starting the raw material The mass fraction of was described. As the final product, the phase as (b) is formed in any form of M2 (simple substance), an iron group metal, and an alloy of M2 and an iron group metal.
また、M1と鉄族金属との間で若干の反応が起こり、例えばCu−Coの合金を作ることがわかっているが、(イ)(ロ)の界面を中心に限られた領域でのみ合金化すると考えられるために、最終生成物のこれらの合金の形態については考慮していない。 In addition, it is known that a slight reaction occurs between M1 and the iron group metal, for example, to form an alloy of Cu—Co, but the alloy is only in a limited region centering on the interface of (a) and (b). The form of these alloys in the final product is not considered because they are considered to be.
それぞれの試料について、まずは比較試料から説明する。 Each sample will be described first from a comparative sample.
表3に示す比較試料101は、従来から多用されているCu−Wのみからなる電気接点材料である。比較試料101は、Wスケルトン中にCuが充填された構造を持つ。 The comparative sample 101 shown in Table 3 is an electrical contact material made only of Cu-W that has been widely used conventionally. The comparative sample 101 has a structure in which Cu is filled in a W skeleton.
比較試料111〜114は、Cu−Wにホウ化物(例えば、ホウ化ストロンチウム)や希土類金属酸化物を加えることによって作製された従来の電気接点材料である。 Comparative samples 111-114 are conventional electrical contact materials made by adding a boride (for example, strontium boride) or a rare earth metal oxide to Cu-W.
また、比較試料115、116は、Cu−Wに、鉄族金属と、Y、Laの酸化物とを加えた、またはさらに鉄族金属を加えた電気接点材料である。 Comparative samples 115 and 116 are electrical contact materials in which an iron group metal and an oxide of Y and La are added to Cu-W, or an iron group metal is further added.
次に本発明の実施例について説明する。 Next, examples of the present invention will be described.
試料3〜7は、試料1の(イ)であるCuと、(ロ)であるW(またはMo)との配合比をそれぞれ変更したものである。また、試料8は、試料5のCuに替えてAgを用いた例である。なお、比較試料102は、(イ)(ロ)の質量比が本発明の範囲外である。試料6は、M2としてMoを用いた例である。
Samples 3 to 7 are obtained by changing the mixing ratio of Cu (I) and W (or Mo) (B) of
試料21〜試料26は、(イ)(ロ)について優れた性能を示した試料5において、(ハ)の分量(外部質量部)を様々に変更した試料である。なお、本発明の範囲外の(ハ)の分量とした比較試料は、比較試料131、132とした。
表2に示す試料31〜試料34は、(ハ)として最も優れた性能を示した試料23をもとに、(ハ)の種類を変えて試験を行った。また、(ロ)に含まれる鉄族金属(Fe、Co、Ni)の種類を適宜選択している。 The samples 31 to 34 shown in Table 2 were tested by changing the type of (c) based on the sample 23 that showed the most excellent performance as (c). In addition, the type of iron group metal (Fe, Co, Ni) contained in (b) is appropriately selected.
試料41〜試料44は、試料23で用いたSrB2O4の一部または全部を、SrO2と、B2O3またはSrCO3とで置換した試料とした。なお、試料41では、(ハ)のうち10質量%ずつのSrO2およびB2O3で置換し、試料42ではそれぞれ25質量%ずつのSrO2およびB2O3で置換し、試料43では全てのSrB2O4を50質量%ずつのSrO2およびB2O3で置換した。試料44では、全てのSrB2O4を50質量%ずつのB2O3とSrCO3で置換した。なお、ホウ酸化物以外の成分は、表2〜3中の「その他」の欄に記載した。 Samples 41 to 44 were samples in which part or all of SrB 2 O 4 used in Sample 23 was replaced with SrO 2 and B 2 O 3 or SrCO 3 . Sample 41 is replaced with 10% by mass of SrO 2 and B 2 O 3 in (c), sample 42 is replaced with 25% by mass of SrO 2 and B 2 O 3 , and sample 43 is replaced with sample 43. All SrB 2 O 4 was replaced with 50% by weight of SrO 2 and B 2 O 3 . In sample 44, all SrB 2 O 4 was replaced with 50% by mass of B 2 O 3 and SrCO 3 . In addition, components other than borate were listed in the column “Others” in Tables 2 to 3.
試料45〜49は、試料31の組成中の(ロ)に含まれる鉄族金属の量や種類を変更した試料である。試料31の(ロ)は、W69.9質量部+Co0.1質量部であるが、この組成をWを69.0〜69.995質量部の範囲で変化させ、鉄族金属を0.005〜1.0質量部の範囲で変化させた。なお、試料48は、鉄族金属としてNiを用いた例であり、試料48は、鉄族金属としてCoとNiとの両方を用いた例である。また、試料50は、W68.0質量部+Co2.0質量部の例である。 Samples 45 to 49 are samples in which the amount and type of the iron group metal contained in (b) in the composition of the sample 31 are changed. (B) of sample 31 is W69.9 parts by mass + Co 0.1 parts by mass, but this composition was changed in the range of 69.0 to 69.995 parts by mass, and the iron group metal was changed to 0.005 to It changed in the range of 1.0 mass part. Sample 48 is an example using Ni as the iron group metal, and sample 48 is an example using both Co and Ni as the iron group metal. Sample 50 is an example of W68.0 parts by mass + Co 2.0 parts by mass.
電極材消耗量の評価は、電気接点部分を3次元形状測定器で測定することによって行った。使用前の体積から使用後の体積の値を引き、消耗量(mm3)を求めた。 The electrode material consumption was evaluated by measuring the electrical contact portion with a three-dimensional shape measuring instrument. The volume after use was subtracted from the volume before use to determine the amount of wear (mm 3 ).
また、全体的に均一に消耗しているかどうかの評価を併せて行なった。この評価は、図3(c)、(d)に示すような局所的な消耗が起っているかを目視にて判断することによって行った。局所的に消耗した試料にはXを、図3(b)のように接点が対向した面が均一に消耗している試料にはAを付与した。結果を表4〜表6に示す。 In addition, it was also evaluated whether or not it was consumed evenly as a whole. This evaluation was performed by visually observing whether local consumption as shown in FIGS. 3C and 3D occurred. X was given to the sample that was locally consumed, and A was given to the sample that was evenly consumed on the surface facing the contact as shown in FIG. The results are shown in Tables 4-6.
試料3〜試料7および比較試料102の結果は、大電流を遮断するには、(イ)(ロ)の比として、(イ)Cuが5〜50質量部、(ロ)Wが50〜90質量部が良好であること示している。比較試料102は、溶着や銅製のシャンク部分までの消耗やクラックの到達はなかったが、試料1、2と比較すると消耗が大きかった。比較試料102よりも(イ)を増やすと、さらに消耗量が増え、使用が難しいことは明白であった。 The results of Sample 3 to Sample 7 and Comparative Sample 102 show that, in order to cut off a large current, the ratio of (A) and (B) is as follows: (A) Cu is 5 to 50 parts by mass, and (B) W is 50 to 90. It shows that the mass part is good. The comparative sample 102 did not wear or reach the copper shank, and the crack was not reached. It was clear that increasing (A) over the comparative sample 102 further increased the amount of consumption and was difficult to use.
消耗やクラックの発生において、特に優れていたのは(イ)が30質量部、(ロ)が70質量部の試料であった。 In terms of the occurrence of wear and cracks, the sample (a) was 30 parts by mass and (b) was 70 parts by mass was particularly excellent.
試料3は、(ロ)であるWの質量割合が最も多い試料であるが、試験後の表面には多くのクラックが観察された。Wは融点が高い一方で、脆い金属であり、延性が低い。脆いWの割合が高い組成であると、Wからなるスケルトンの構造が緊密で変形しにくい構造となる。そのスケルトン中にCuを溶浸しても延性の向上はできない。そのために、アークの衝撃でスケルトンにクラックが発生しやすく、また発生したクラックが伝播しやすい。結果として、これよりもWの質量割合を高くした組成では、アークによりクラックが発生しやすく、そのクラックから電気接点が欠損しやすくなり、使用に耐えにくいと判断できる。 Sample 3 was the sample with the largest mass ratio of W (b), but many cracks were observed on the surface after the test. While W has a high melting point, it is a brittle metal and has low ductility. When the composition has a high ratio of brittle W, the structure of the skeleton made of W is a tight structure that is difficult to deform. Even if Cu is infiltrated into the skeleton, ductility cannot be improved. Therefore, a crack is easily generated in the skeleton due to the impact of the arc, and the generated crack is easily propagated. As a result, it can be judged that a composition in which the mass ratio of W is higher than this is likely to generate a crack due to the arc, and the electric contact is easily lost from the crack, so that it is difficult to endure use.
試料8は、試料5のCuに代えてAgを用いた例である。M1としてAgを使用した試料の方が、同じくCuを使用した試料と比較してさらに消耗は少なかった。
比較試料101は、CuとWのみからなる、従来の電気接点材料である。 The comparative sample 101 is a conventional electrical contact material made only of Cu and W.
試料21〜試料26および比較試料131、132は、(イ)(ロ)について優れた特性を示した試料5の比率を採用するとともに、(ハ)の分量(外部質量部)を様々に変更したものである。
(ハ)の配合割合を変えて試験した試料21〜試料26および比較試料131、132について、最も消耗が小さい試料は(ハ)であるSrB2O4が1.0外部質量部の試料23であった。最も(ハ)の量が少ない比較試料131では、添加の効果がほとんど見られず、比較試料101とほぼ同様の消耗であった。
Of the
(ハ)の添加量を0.05外部質量部とした試料21からは添加の効果が明確に見られ、アークによる消耗は電気接点が対向する面ほぼ全部に亘りなだらかに起っていた。この効果は、1.0外部質量部まで、添加量の増加とともにその特性を示すが、8質量部を超えた比較試料132については、焼結性が著しく劣化しており、製造が困難であった。
The effect of the addition was clearly seen from the
試料31〜試料34は、(ハ)として特に優れた性能を示した試料23をもとに、(ハ)の種類を変えた試験を行った。(ハ)として用いたホウ酸化物は、それぞれ、LaBO3、BaB2O4、Mg3(BO3)2、CaB2O4である。 Samples 31 to 34 were subjected to a test in which the type of (c) was changed based on the sample 23 that showed particularly excellent performance as (c). The borate used as (c) is LaBO 3 , BaB 2 O 4 , Mg 3 (BO 3 ) 2 , and CaB 2 O 4 , respectively.
これらはいずれも添加することにより、Cu−W材料や従来の技術よりも顕著な電気接点の消耗を低く抑えることができ、クラックの発生も同じく改善されている。 By adding any of these, it is possible to suppress the consumption of the electrical contact, which is more conspicuous than that of the Cu-W material and the conventional technology, and the occurrence of cracks is also improved.
試料41〜44は、(ハ)のホウ酸化物の一部または全部を、酸化ホウ素と、M3酸化物(M32O3、M3O2)またはM3の炭酸化物(M3CO3)のいずれかに置換した試料である。いずれの試料も(ハ)がホウ酸化物である場合とほぼ同様の消耗であり、優れた特性を示した。 In Samples 41 to 44, part or all of the borate of (c) was replaced with boron oxide and either M3 oxide (M3 2 O 3 , M3O 2 ) or M3 carbonate (M3CO 3 ). This is a sample. All of the samples showed almost the same consumption as when (C) was a borate and exhibited excellent characteristics.
試料45〜49および試料50は、(ロ)の総量は変えずに、(ロ)に含まれる鉄族金属の量や種類を変更した試料である。試験結果から、鉄族金属の量が(イ)(ロ)の合計100質量部に対して0.005〜1.0質量部の範囲で特に良好であることが確認された。この範囲内であれば、焼結や溶浸が特に良好であった。また、アークによって蒸発しやすい鉄族金属の量が好適であるので、より鉄族金属の量が多い場合(試料50)に比べて、アークに対する電極接点の消耗を、より十分に少なくすることができた。なお、M2と鉄族金属との合金が形成される場合には、鉄族金属の量と、M2と鉄族金属との合金の量との合計が、(イ)(ロ)の合計100質量部において0.005〜1.0質量部の範囲内に設定されていることが好ましい。 Samples 45 to 49 and Sample 50 are samples in which the total amount of (B) is not changed and the amount and type of the iron group metal contained in (B) are changed. From the test results, it was confirmed that the amount of the iron group metal was particularly good in the range of 0.005 to 1.0 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of (A) and (B). Within this range, sintering and infiltration were particularly good. Moreover, since the amount of the iron group metal that is easily evaporated by the arc is suitable, the consumption of the electrode contact with respect to the arc can be sufficiently reduced as compared with the case where the amount of the iron group metal is larger (sample 50). did it. When an alloy of M2 and an iron group metal is formed, the total of the amount of the iron group metal and the amount of the alloy of M2 and the iron group metal is 100 masses in total of (A) and (B). It is preferable to set within the range of 0.005 to 1.0 part by mass in the part.
(実施例3)
実施例2に示した試料41の電気接点材料を、図6に示すような棒材とカップ材の形状の組合せから構成される、アークが多点から発生する構造の電気接点1に使用した。
(Example 3)
The electrical contact material of the sample 41 shown in Example 2 was used for the
実施例3の遮断器10においても、密閉容器5内に配置される電気接点1およびシャンク2の形状などは異なっているが、図2に示した遮断器10と同様に、電気接点材料の消耗を好適に制御することができた。なお、図6に示す遮断器10では、断面U字型(いわゆる、チューリップ型)の遮断器部材(図の右側)には、電極を押し引きする機構8が接続されている。
Also in the
このような形態を有する遮断器においても、本発明の実施形態による電気接点1は好適に利用される。
Even in the circuit breaker having such a configuration, the
本発明の実施形態による電気接点材料は、例えば、電気回路の遮断器、断路器および開閉器等の各種開閉機器において好適に利用される。 The electrical contact material according to the embodiment of the present invention is suitably used in various switching devices such as an electrical circuit breaker, disconnector, and switch.
1 電気接点
2 シャンク
3 リード
4 SF6ガス
5 密閉容器
6 電気接点の消耗した部分
7 クラック
8 押し引き機構
10 遮断器
11 電気接点表面部
12 アーク
13 仕事関数の低い粒子
First
Claims (7)
(イ):5〜50質量部のM1
(ロ):M2および鉄族金属元素を必ず含み、(イ)と合計して100質量部のM2、鉄族金属および/またはM2と鉄族金属との合金
(ハ):(イ)と(ロ)の合計質量100質量部に対して0.05〜8外部質量部のM3のホウ酸化物および/または前記M3のホウ酸化物の構成物、
ただし、
前記M1は、CuまたはAgのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり
前記M2は、WまたはMoのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、
前記M3は、Ca、Sr、BaまたはMgのいずれか1種または2種以上の金属であり、
前記M3のホウ酸化物の構成物は、酸化ホウ素と、前記M3の酸化物および/または炭酸化物とを含む、電気接点材料。 An electrical contact material made of a material that is used for an electrical contact and occupies 95% by mass to 100% by mass of the total mass of the following (A), (B), and (C):
(I): 5 to 50 parts by mass of M1
(B): M2 and an iron group metal element must be included, and (b) in total, 100 parts by mass of M2, an iron group metal and / or an alloy of M2 and an iron group metal (c): (a) and ( (B) 0.05 to 8 parts by mass of M3 borate and / or the composition of M3 borate with respect to 100 parts by mass of the total mass of
However,
The M1 is any one or two of Cu or Ag and an alloy thereof. The M2 is any one or two of W or Mo and an alloy thereof.
Wherein M3 is, Ca, Sr, is any one or more metals of Ba or Mg,
The constituent of the M3 borate comprises boron oxide and the M3 oxide and / or carbonate.
酸化ホウ素(B2O3、B2O2、B4O3・2H2O、B4O5のいずれか1種以上)と、
M3酸化物(M32O3、M3O2)および/またはM3の炭酸化物(M3CO3)のいずれか1種または2種以上の形態と
で存在している、請求項1に記載の電気接点材料。 A part or all of the M3 borate of (c) is decomposed;
Boron oxide (any one or more of B 2 O 3 , B 2 O 2 , B 4 O 3 .2H 2 O, B 4 O 5 ),
The electrical contact material according to claim 1, wherein the electrical contact material is present in one or more of M3 oxide (M3 2 O 3 , M3O 2 ) and / or M3 carbonate (M3CO 3 ). .
a=2、b=2、c=5
で示される第1のホウ酸化物と、
a=1、b=2、c=4
で示される第2のホウ酸化物と
のいずれかまたは両方を含む、請求項1から請求項3のいずれかに記載の電気接点材料。 The borate of (c) can be expressed as M3 a B b O c ,
a = 2, b = 2, c = 5
A first borate represented by
a = 1, b = 2, c = 4
The electric contact material in any one of Claims 1-3 containing either or both with the 2nd borate shown by these.
(ロ):(イ)と合計して100質量部のM2および鉄族金属、を用意する工程と、
(ハ):(イ)と(ロ)の合計質量100質量部に対して0.05〜8外部質量部のM3のホウ酸化物および/または前記M3のホウ酸化物の構成物、を用意する工程と、
前記(ロ)と前記(ハ)とを用いてスケルトン合金を形成する工程と、
前記スケルトン合金に前記(イ)を溶浸させる工程とを包含し、
ただし、
前記M1は、CuまたはAgのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、
前記M2は、WまたはMoのいずれか1種または2種およびそれらの合金であり、
前記M3は、Ca、Sr、BaまたはMgのいずれか1種または2種以上の金属であり、
前記M3のホウ酸化物の構成物は、酸化ホウ素と、前記M3の酸化物および/または炭酸化物とを含んでいる、電気接点材料の製造方法。 (I): preparing 5 to 50 parts by mass of M1,
(B): a step of preparing 100 parts by mass of M2 and an iron group metal in total with (a);
(C) Prepare 0.05 to 8 parts by mass of M3 borate and / or M3 borate composition with respect to 100 parts by mass of the total mass of (A) and (B). Process,
Forming a skeleton alloy using (b) and (c);
Infiltrating the (a) into the skeleton alloy,
However,
Said M1 is any one or two of Cu or Ag and their alloys,
M2 is any one or two of W or Mo and alloys thereof.
Wherein M3 is, Ca, Sr, is any one or more metals of Ba or Mg,
The composition of the M3 borate includes a boron oxide and the M3 oxide and / or carbonate.
前記M3のホウ酸化物の構成物として、前記酸化ホウ素の粉末と、前記M3の酸化物または炭酸化物の粉末とを用意する工程と、
前記酸化ホウ素の粉末と、前記M3の酸化物または炭酸化物の粉末とを混合し、熱処理する工程と
を包含する、請求項6に記載の製造方法。 The step of preparing (c)
Preparing the boron oxide powder and the M3 oxide or carbonate powder as a constituent of the M3 borate;
The method according to claim 6, further comprising: mixing the boron oxide powder and the M3 oxide or carbonate powder and heat-treating the powder.
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