特許 6657655 電極材料の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6657655

(24)【登録日】2020年2月10日

(45)【発行日】2020年3月4日

(54)【発明の名称】電極材料の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 1/04 20060101AFI20200220BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20200220BHJP

   B22F 3/02 20060101ALI20200220BHJP

   B22F 3/10 20060101ALI20200220BHJP

   H01H 33/664 20060101ALI20200220BHJP

   C22C 9/00 20060101ALN20200220BHJP

【ＦＩ】

   C22C1/04 P

   C22C1/04 E

   C22C1/04 A

   B22F1/00 P

   B22F1/00 L

   B22F1/00 R

   B22F3/02 P

   B22F3/10 F

   B22F1/00 K

   H01H33/664 B

   !C22C9/00

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-161482(P2015-161482)

(22)【出願日】2015年8月19日

(65)【公開番号】特開2017-39967(P2017-39967A)

(43)【公開日】2017年2月23日

【審査請求日】2018年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(72)【発明者】

【氏名】林 将大

(72)【発明者】

【氏名】石川 啓太

(72)【発明者】

【氏名】山村 健太

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 光佑

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１０８３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１３８６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３３４８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８０１５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２１４５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０６５０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ９／００

Ｃ２２Ｃ １／０４

Ｃ２２Ｃ ３０／０２

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｂ２２Ｆ ３／０２− ３／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１．９９〜２９．９９重量％の耐熱元素と、
４．９９〜４７．９８重量％のＣｒと、
３９．８８〜８９．９６重量％のＣｕと、を含有し、残部が不可避的不純物から構成された混合粉末と、
前記混合粉末１００重量部に対して０．０５〜０．３重量％の金属粉末と、を混合し、当該金属粉末が混合された混合粉末を焼結してなる電極材料の製造方法であって、
前記耐熱元素は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒのうち少なくとも１種であり、
前記金属粉末は、Ｔｅ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｓｂのうちの少なくとも１種であり、
前記耐熱元素粉末のメディアン径は、１０μｍ以下であり、
前記Ｃｒ粉末のメディアン径は、前記耐熱元素粉末のメディアン径より大きく、８０μｍ以下であり、
重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で耐熱元素粉末とＣｒ粉末とを混合し、
混合して得られた耐熱元素粉末とＣｒ粉末との混合粉末を焼結し、
焼結して得られた耐熱元素とＣｒとを含有する固溶体を粉砕して、粒子径が９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上である固溶体粉末とし、
前記固溶体粉末と、Ｃｕ粉末と、メディアン径が５μｍ以上４０μｍ以下の金属粉末と、を混合し、
当該金属粉末が混合された混合粉末を成形し、焼結する
ことを特徴とする請求項に記載の電極材料の製造方法。

【請求項2】

前記電極材料の充填率は９０％以上であり、
前記電極材料のブリネル硬度は５０以上である
ことを特徴とする請求項１に記載の電極材料の製造方法。

【請求項3】

前記Ｃｕ粉末のメディアン径は、１００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２記載の電極材料の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、真空インタラプタ等の電極に用いられる電極材料及び電極材料の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

真空インタラプタの接点材料は、（１）遮断容量が大きいこと、（２）耐電圧性能が高いこと、（３）接触抵抗が低いこと、（４）耐溶着性能が高いこと、（５）接点消耗量が低いこと、（６）裁断電流が低いこと、（７）加工性に優れること、（８）機械強度が高いこと、等の特性を満たす必要がある。

【0003】

これらの特性のなかには相反するものがある関係上、上記の特性をすべて満足する接点材料はない。Ｃｕ−Ｃｒ電極材料は、遮断容量が大きく、耐電圧性能が高い、耐溶着性能が高い等の特長を有することから、真空インタラプタの接点材料として広く用いられている。また、Ｃｕ−Ｃｒ電極材料において、Ｃｒ粒子の粒径が細かい方が、遮断電流や接触抵抗の面において優れるとの報告がある（例えば、非特許文献１）。

【0004】

近年、真空遮断器の電流消弧を行う真空インタラプタの小型化、大容量化が進んでおり、真空インタラプタの小型化に必須となる、従来のＣｕ−Ｃｒ電極より優れた耐電圧性能を有するＣｕ−Ｃｒ系接点材料の需要が増加している。

【0005】

例えば、特許文献１では、電流遮断性能や耐電圧性能等の電気的特性の良好なＣｕ−Ｃｒ系電極材料として、基材として用いられるＣｕと電気的特性を向上させるＣｒ及びＣｒ粒子を微細にする耐熱元素（Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ）の各粉末を混合した後、混合粉末を型に挿入して加圧成形し、焼成体とした電極材料の製造方法が記載されている。具体的には、２００〜３００μｍの粒子サイズを有するＣｒを原料としたＣｕ−Ｃｒ系電極材料に、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｚｒ等の耐熱元素を添加し、微細組織技術を通してＣｒを微細化し、Ｃｒ元素と耐熱元素の合金化を促進させ、Ｃｕ基材組織内部に微細なＣｒ−Ｘ（耐熱元素を固溶しているＣｒ）粒子の析出を増加させ、直径２０〜６０μｍのＣｒ粒子を、その内部に耐熱元素を有する形態でＣｕ基材組織内に均一に分散させている。

【0006】

また、特許文献２では、微細組織技術を通さず、耐熱元素の反応生成物である単一の固溶体を粉砕した粉末を、Ｃｕ粉末と混合し、加圧成形し、焼結して、電極組織内にＣｒ、耐熱元素を含有した電極材料を製造している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−１８０１５０号公報

【特許文献2】特開平４−３３４８３２号公報

【特許文献3】特開２０１１−１０８３８０号公報

【非特許文献】

【0008】

【非特許文献1】Rieder, F. u.a.、”The Influence of Composition and Cr Particle Size of Cu/Cr Contacts on Chopping Current, Contact Resistance, and Breakdown Voltage in Vacuum Interrupters”、IEEE Transactions on Components, Hybrids, and Manufacturing Technology、Vol. 12、1989、273-283

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献２に記載されているような耐弧金属の微細分散組織を形成することで、耐電圧性能及び遮断性能が向上するが、耐溶着性能が悪くなり、閉極時に大電流通電した際、電極間で溶着することとなる。この耐溶着性能の低下が真空遮断器の大型化の要因となり、量産化への課題となっていた。

【0010】

そこで、ＭｏＣｒ微細分散組織を有する電極材料に低融点金属（例えば、Ｔｅ等）を添加することで、優れた耐電圧性能及び耐溶着性能を有する電極材料の製造を試みた。

【0011】

しかしながら、低融点金属を添加したＭｏＣｒ微細分散電極材料の焼結工程において、電極内部に空孔が発生し、電極材料の充填率が低下するおそれがあった。電極材料に空孔が発生し、電極材料の充填率が低下すると、ロウ付け工程において電極内部の空孔へロウ材（例えば、Ａｇ）が吸われてしまい、電極材料のロウ付けが困難となるおそれがある。

【0012】

上記事情に鑑み、本発明は、耐溶着性能及びロウ付け性に優れた電極材料を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記目的を達成する本発明の電極材料の一態様は、１．９９〜２９．９９重量％の耐熱元素と、４．９９〜４７．９８重量％のＣｒと、３９．８８〜８９．９６重量％のＣｕと、を含有する混合粉末と、前記混合粉末に対して０．０５〜０．３重量％の低融点金属粉末と、を混合し、当該低融点金属粉末が混合された混合粉末を焼結してなる電極材料であって、重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で耐熱元素とＣｒを含有する耐熱元素とＣｒの固溶体を粉砕して得られる、粒子径が９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上の固溶体粉末と、Ｃｕ粉末と、メディアン径が５μｍ以上４０μｍ以下の低融点金属粉末と、が混合された混合粉末を焼結してなることを特徴としている。

【0014】

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の他の態様は、上記電極材料において、前記電極材料の充填率は９０％以上であり、前記電極材料のブリネル硬度は５０以上であることを特徴としている。

【0015】

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の一態様は、１．９９〜２９．９９重量％の耐熱元素と、４．９９〜４７．９８重量％のＣｒと、３９．８８〜８９．９６重量％のＣｕと、を含有する混合粉末と、前記混合粉末に対して０．０５〜０．３重量％の低融点金属粉末と、を混合し、当該低融点金属粉末が混合された混合粉末を焼結してなる電極材料の製造方法であって、重量比で耐熱元素＜Ｃｒの割合で耐熱元素粉末とＣｒ粉末とを混合し、混合して得られた耐熱元素粉末とＣｒ粉末との混合粉末を焼結し、焼結して得られた耐熱元素とＣｒとを含有する固溶体を粉砕して、粒子径が９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上である固溶体粉末とし、前記固溶体粉末と、Ｃｕ粉末と、メディアン径が５μｍ以上４０μｍ以下の低融点金属粉末と、を混合し、当該低融点金属粉末が混合された混合粉末を成形し、焼結することを特徴としている。

【0016】

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記耐熱元素粉末のメディアン径は、１０μｍ以下であることを特徴としている。

【0017】

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記Ｃｒ粉末のメディアン径は、前記耐熱元素粉末のメディアン径より大きく、８０μｍ以下であることを特徴としている。

【0018】

また、上記目的を達成する本発明の電極材料の製造方法の他の態様は、上記電極材料の製造方法において、前記Ｃｕ粉末のメディアン径は、１００μｍ以下であることを特徴としている。

【0019】

また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタは、上記電極材料を電極接点として可動電極または固定電極に備えたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0020】

以上の発明によれば、電極材料の耐溶着性能及びロウ付け性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法のフローを示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタの概略断面図である。

【図3】原料のＴｅ粉末の粒度分布と実施例１の電極材料の製造に用いたＴｅ粉末の粒度分布を示す図である。

【図4】実施例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真である。

【図5】比較例１に係る電極材料の製造方法のフローを示す図である。

【図6】参考例１に係る電極材料の断面顕微鏡写真である。

【図7】比較例２乃至比較例５に係る電極材料の製造方法のフローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の実施形態に係る電極材料及び電極材料の製造方法並びに本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明において、特に断りがない限り、メディアン径ｄ５０及び体積相対粒子量は、レーザー回折式粒度分布測定装置（シーラス社：シーラス１０９０Ｌ）により測定された値を示す。また、粉末の粒子径の上限（または、下限）が定められている場合は、粒子径の上限値（または、下限値）の目開きを有する篩により分級された粉末であることを示す。

【0023】

発明者らは、本発明に先だって、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末と、Ｃｕ粉末とを用いて焼結法により電極材料を作製した（例えば、特願２０１５−９３７６５）。この電極材料は、Ｃｕ基材中にＭｏＣｒ合金が微細分散した組織を有し、従来のＣｕＣｒ電極材料と比べて優れた耐電圧性能、及び耐溶着性能を有する電極材料であった。また、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末を用いると、重量比でＣｒ＜Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末を用いた場合と比較して、耐溶着性能が高い電極材料となった。

【0024】

真空遮断器において電極の開閉動作を行う操作機構を小型化するためには、さらに耐溶着性能を向上させて電極材料が溶着した際の引き剥がし力を低減させることが望ましい。そのためには、Ｃｕ粉末とＭｏＣｒ固溶体粉末の混合粉末に低融点金属を添加することが考えられる（例えば、特許文献３）。しかしながら、低融点金属を加えた場合、電極材料の充填率が下がるため、電極接点と電極棒のロウ付け性が不良となるおそれがある。

【0025】

上記事情に基づいて発明者らは鋭意検討を行い、本発明の完成に至ったものである。本発明は、Ｃｕ−Ｃｒ−耐熱元素（Ｍｏ，Ｗ，Ｖ等）−低融点金属（Ｔｅ，Ｂｉ等）電極材料の組成制御技術に係る発明であって、低融点金属粉末のメディアン径を限定することにより、従来の低融点金属を含有する電極材料と比較して、電極材料の充填率を向上させ、電極材料のロウ付け性を向上させるものである。本発明の電極材料は、耐電圧性能及び耐溶着性能に優れ、ロウ付け性に優れた電極材料である。よって、本発明の電極材料を真空インタラプタの電極接点として用いることで、真空インタラプタ及び真空遮断器の小型化が可能となる。

【0026】

耐熱元素は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、バナジウム（Ｖ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、ロジウム（Ｒｈ）及びルテニウム（Ｒｕ）等の元素から選択される元素を単独若しくは組み合わせて用いることができる。特に、Ｃｒ粒子を微細化する効果が顕著であるＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒを用いることが好ましい。耐熱元素を粉末として用いる場合、耐熱元素粉末のメディアン径ｄ５０を、例えば、１０μｍ以下とすることで、電極材料にＣｒを含有する粒子（耐熱元素とＣｒの固溶体を含む）を微細化して均一に分散させることができる。耐熱元素は、電極材料に対して１．９９〜２９．９９重量％、より好ましくは１．９９〜１０．００重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。なお、電極材料に含まれる低融点金属量は、微量であるので、低融点金属粉末が混合される粉末に含有される耐熱元素の含有量を電極材料に含まれる耐熱元素の含有量とみなすことができる（Ｃｒ及びＣｕも同様である）。

【0027】

低融点金属は、例えば、テルル（Ｔｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、セレン（Ｓｅ）、アンチモン（Ｓｂ）等の元素から選択される元素を単独若しくは組み合わせて用いることができる。低融点金属は、電極材料（耐熱元素、Ｃｒ、Ｃｕの合計重量）に対して０．０５〜０．３０重量％含有させることで、電極材料の耐溶着性能を向上させることができる。低融点金属を粉末として用いる場合、低融点金属粉末のメディアン径ｄ５０は、５μｍ以上４０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上１１μｍ以下とすることで、電極材料の充填率が向上する。

【0028】

クロム（Ｃｒ）は、電極材料に対して４．９９〜４７．９８重量％、より好ましくは４．９９〜１５．９９重量％含有させることで、機械強度や加工性を損なうことなく、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を向上させることができる。Ｃｒ粉末を用いる場合、Ｃｒ粉末のメディアン径ｄ５０は、耐熱元素の粉末のメディアン径よりも大きければ特に限定されない。例えば、メディアン径が８０μｍ以下のＣｒ粉末が用いられる。

【0029】

銅（Ｃｕ）は、電極材料に対して３９．８８〜８９．９６重量％、より好ましくは７９．７６〜８９．９６重量％含有させることで、耐電圧性能や電流遮断性能を損なうことなく、電極材料の接触抵抗を低減することができる。Ｃｕ粉末のメディアン径ｄ５０は、例えば、１００μｍ以下とすることで、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末とＣｕ粉末とを均一に混合することができる。なお、焼結法により作製される電極材料では、耐熱元素とＣｒの固溶体粉末に混合するＣｕ粉末の量を調整することにより、Ｃｕの重量比を任意に設定することができる。したがって、電極材料に対して添加される耐熱元素、低融点金属、Ｃｒ及びＣｕの合計は、１００重量％を超えることはない。

【0030】

本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法について、図１のフローを参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、耐熱元素としてＭｏを例示し、低融点金属としてＴｅを例示して説明するが、他の耐熱元素及び低融点金属の粉末を用いた場合も同様である。

【0031】

Ｍｏ−Ｃｒ混合工程Ｓ１では、耐熱元素粉末（例えば、Ｍｏ粉末）とＣｒ粉末を混合する。Ｍｏ粉末とＣｒ粉末は、Ｃｒ粉末の重量がＭｏ粉末の重量より多くなるように混合する。例えば、重量比率でＭｏ／Ｃｒ＝１／４〜１／１（Ｍｏ：Ｃｒ＝１：１は含まず）の範囲で、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末とを混合する。

【0032】

焼成工程Ｓ２では、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の混合粉末の焼成を行う。焼成工程Ｓ２では、例えば、混合粉末の成形体を、真空雰囲気中で９００〜１２００℃の温度で１〜１０時間保持してＭｏＣｒ焼結体を得る。混合粉末におけるＣｒ粉末の重量がＭｏ粉末の重量より多い場合、焼成後にＭｏと固溶体を形成しないＣｒが残存することとなる。よって、焼成工程Ｓ２では、ＭｏへＣｒが固相拡散したＭｏＣｒ合金と残存したＣｒ粒子とを含有する多孔体（ＭｏＣｒ焼結体）が得られる。

【0033】

粉砕・分級工程Ｓ３では、焼成工程Ｓ２で得られたＭｏＣｒ焼結体をボールミル等で粉砕する。ＭｏＣｒ焼結体を粉砕して得られるＭｏＣｒ粉末は、例えば、目開き２００μｍ、より好ましくは、目開き９０μｍの篩で分級し、粒子径の大きい粒を取り除く。特願２０１５−９３７６３号明細書に詳述しているが、Ｃｕ粉末に混合するＭｏＣｒ粉末を、２００μｍ以下、より好ましくは、粒子径９０μｍ以下の粒子の体積相対粒子量が９０％以上となるように調整することで、鱗片状ＭｏＣｒ（Ｃｒ）粒子を除去し、耐電圧性能、耐溶着性能に優れた電極材料を製造することができる。なお、粉砕・分級工程Ｓ３における粉砕時間は、例えば、ＭｏＣｒ焼結体１ｋｇあたり２時間で行う。粉砕後のＭｏＣｒ粉末の平均粒子径は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末の配合比によって異なることとなる。

【0034】

Ｃｕ混合工程Ｓ４では、粉砕・分級工程Ｓ３で得られたＭｏＣｒ粉末と、低融点金属粉末（例えば、Ｔｅ粉末）及びＣｕ粉末との混合を行う。

【0035】

プレス成形工程Ｓ５は、Ｃｕ混合工程Ｓ４で得られた混合粉末の成形を行う。プレス金型成形にて成形体を作製すると、成形体を焼結後加工が不要であり、そのまま電極（電極接点）とすることができる。

【0036】

本焼結工程Ｓ６は、プレス成形工程Ｓ５で得られた成形体を焼結し、電極材料を作製する。本焼結工程Ｓ６では、例えば、非酸化性雰囲気中（水素雰囲気や真空雰囲気等）で、Ｃｕの融点（１０８３℃）以下の温度で成形体の焼結を行う。本焼結工程Ｓ６の焼結時間は、焼結温度に合わせて適宜設定される。例えば、焼結時間は、２時間以上に設定される。

【0037】

なお、本発明の実施形態に係る電極材料を用いて真空インタラプタを構成することができる。図２に示すように、本発明の実施形態に係る電極材料を有する真空インタラプタ１は、真空容器２と、固定電極３と、可動電極４と、主シールド１０と、を有する。

【0038】

真空容器２は、絶縁筒５の両開口端部が、固定側端板６及び可動側端板７でそれぞれ封止されることで構成される。

【0039】

固定電極３は、固定側端板６を貫通した状態で固定される。固定電極３の一端は、真空容器２内で、可動電極４の一端と対向するように固定されており、固定電極３の可動電極４と対向する端部には、本発明の実施形態に係る電極材料である電極接点８が設けられる。電極接点８は、固定電極３の端部にロウ材（例えば、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材）により接合される。

【0040】

可動電極４は、可動側端板７に設けられる。可動電極４は、固定電極３と同軸上に設けられる。可動電極４は、図示省略の開閉手段により軸方向に移動させられ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。可動電極４の固定電極３と対向する端部には、電極接点８が設けられる。電極接点８は、可動電極４の端部にロウ材により接合される。なお、可動電極４と可動側端板７との間には、ベローズ９が設けられ、真空容器２内を真空に保ったまま可動電極４を上下させ、固定電極３と可動電極４の開閉が行われる。

【0041】

主シールド１０は、固定電極３の電極接点８と可動電極４の電極接点８との接触部を覆うように設けられ、固定電極３と可動電極４との間で発生するアークから絶縁筒５を保護する。

【0042】

［実施例１］
実施例１の電極材料を図１のフローにしたがって作製した。実施例１の電極材料は、図３に示すように、原料粉末であるメディアン径４８μｍのＴｅ粉末を分級して、メディアン径を９μｍとしたＴｅ粉末を用いて作製した電極材料である。なお、実施例１の電極材料に作製するにあたり、メディアン径が１０μｍ以下のＭｏ粉末、メディアン径が８０μｍ以下のテルミットＣｒ粉末、及びメディアン径が１００μｍ以下のＣｕ粉末を用いた（他の実施例、比較例及び参考例も同じ粉末を用いた）。

【0043】

まず、ＭｏとＣｒの混合比率を重量比率でＭｏ：Ｃｒ＝１：４となるようにＭｏ粉末とＣｒ粉末とを混合した。混合終了後、得られた混合粉末をアルミナ容器に移し、真空炉で１１５０℃−６時間焼結を行った。焼結して得られた反応生成物である多孔体を粉砕・分級して９０μｍアンダーの粉末を得た。

【0044】

このＭｏＣｒ粉砕粉末と、Ｔｅ粉末と、Ｃｕ粉末を、重量比率で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ：Ｔｅ＝８０：２０：０．１の割合で混合し、Ｖ型混合機を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、混合粉末を加圧成形し成形体とし、この成形体をＣｕの融点よりも低い温度で焼結して電極材料を作製した。

【0045】

図４に実施例１の電極材料の断面顕微鏡写真を示す。また、表１に実施例１の電極材料の諸特性を示す。表１における充填率は、焼結体の密度を実測し、（実測密度／理論密度）×１００（％）で算出した。耐電圧性能の評価は、各電極材料を真空インタラプタの電極（電極接点）として、５０％フラッシオーバ電圧を計測して行った。なお、参考例１の耐電圧性能は、比較例１の電極材料を基準（基準値１．０）とした相対値を示している。また、耐溶着性能は、短時間耐電流（ＳＴＣ）試験を行い、電極間が溶着するか否かで評価を行った（以下、耐溶着性能の試験という）。ロウ付け性は、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材で電極材料とＣｕ製リードとのロウ付けを行い、フィレットが形成されたか否か、及びロウ付けした電極材料をハンマーで叩いて電極材料がリードから脱落しないか否かの２点で評価を行った。

【0046】

【表1】

【0047】

表１に示すように、実施例１の電極材料では、ロウ材のフィレットが確認され、ロウ付け性は良好であった。ロウ材の体積は、１２０ｃｍ³であり、電極材料におけるロウ付け部面積は２．９ｃｍ²であった（実施例２，３、参考例１、比較例１も同様である）。

【0048】

［実施例２］
実施例２の電極材料は、原料となるＴｅ粉末を分級して、メディアン径を１１μｍとしたＴｅ粉末を使用したこと以外は、実施例１の電極材料と同様の方法で作製した電極材料である。つまり、実施例２の電極材料を図１のフローにしたがって作成した。表１に示すように、実施例２の電極材料のロウ付け性を確認した結果、ロウ材のフィレットが確認され、ロウ付け性は良好であった。

【0049】

［実施例３］
実施例３の電極材料は、原料となるＴｅ粉末を分級して、メディアン径を３７μｍとしたＴｅ粉末を使用したこと以外は、実施例１の電極材料と同様の方法で作製した電極材料である。つまり、実施例３の電極材料を図１のフローにしたがって作成した。表１に示すように、実施例３の電極材料のロウ付け性を確認した結果、ロウ材のフィレットは確認できなかったものの、電極がリードから剥がれることなくロウ付けできた。

【0050】

［比較例１］
比較例１の電極材料は、耐熱元素を含有しない電極材料である。比較例１の電極材料を作製するにあたり、図３に示すようなメディアン径が４８μｍのＴｅ粉末を用いた。

【0051】

比較例１の電極材料を図５に示すフローにしたがって作製した。

【0052】

まず、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末及びＴｅ粉末を、重量比率でＣｕ：Ｃｒ：Ｔｅ＝８０：２０：０．０５としてＶ型混合機を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、混合粉末を加圧成型して成形体とし、この成形体を、Ｃｕの融点よりも低い温度で焼結して比較例１の電極材料を作製した。表１に示すように、ロウ材のフィレットが確認され、ロウ付け性は良好であった。

【0053】

［参考例１］
参考例１の電極材料は、Ｃｕ混合工程Ｓ４で混合するＴｅ粉末のメディアン径が異なること以外は、実施例１と同様の方法で作成した電極材料である。つまり、参考例１の電極材料は、メディアン径が４８μｍのＴｅ粉末を用い、図１に示すフローにしたがって作製した電極材料である。

【0054】

図６に参考例１の電極材料の断面写真を示す。また、表１に示すように、参考例１の電極材料のロウ付け性を確認した結果、ロウ材のフィレットが形成されず、ロウ付け性は悪く、リードから電極が剥がれた。

【0055】

参考例１の電極材料は、比較例１の電極材料（すなわち、現状のＣｕＣｒＴｅ電極材料）よりも優れた耐電圧性能と耐溶着性能を有するものの、充填率とブリネル硬度が低下した。これは、参考例１の電極材料では、焼結工程におけるＭｏとＣｒの拡散反応、及びＴｅの揮発によって内部空孔がＣｕＣｒＴｅ電極に比べて多くなることによるものと考えられる。このように電極材料の内部空孔が増加すると、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材成分であるＡｇが電極の内部空孔に吸われてしまうためロウ付けができなくなるものと考えられる。

【0056】

これに対して、実施例１−３の電極材料は、図４の顕微鏡写真から明らかなように、Ｔｅが揮発した後に発生する空孔が小さくなっている。このように、内部空孔が小さくなったことで充填率とブリネル硬度が比較例１の電極材料と同程度まで向上した。その結果、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ材によるロウ付けが可能となった。実施例１−３の電極材料は、耐電圧試験及び耐溶着試験を実施していないが、参考例１の電極材料と比較して充填率とブリネル硬度が上昇していることから、参考例１の電極材料を上回る耐電圧性能及び耐溶着性能を有しているものと考えられる。

【0057】

［低融点金属の添加量の検討］
次に、低融点金属の添加量を変えた電極材料を作成し、電極材料の特性評価を行った。なお、参考例２乃至参考例１６の電極材料及び比較例２乃至比較例５の電極材料の作製において、メディアン径４８μｍのＴｅ粉末を用いた。したがって、各電極材料のロウ付け性は良好でないものと考えられる。そこで、各電極材料を真空インタラプタに搭載するにあたり、ロウ付け温度の高いＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉロウ材とＣｕ−Ａｇロウ材を合わせてロウ付けを行った。このように充填密度の低い電極材料であってもロウ材を工夫することで、ロウ付けを行うことができる。しかしながら、複数のロウ材を用いるとロウ材配置の順番ミスやロウ材の入れ間違い等が発生するおそれがあり、量産化には適用することが困難となるおそれがある。

【0058】

［参考例２乃至参考例５］
参考例２乃至参考例５の電極材料は、メディアン径４８μｍのＴｅ粉末を用いたこと、及び電極材料に含有させるＴｅの重量が異なること以外は、実施例１と同じ方法により作製した電極材料である。よって、実施例１の電極材料の製造方法と同じ製造工程については説明を省略する。参考例２乃至参考例５の電極材料は、同じ組成を有し、同じ方法により作製された電極材料であり、耐溶着性能の試験における圧接力が異なる試料である。なお、圧接力は、最も圧接力の小さい試料（すなわち、後述の参考例６）の圧接力（αＮ）を基準値とした相対値で示す。

【0059】

図１のフローにしたがって、参考例２乃至参考例５の電極材料を作製した。Ｃｕ混合工程Ｓ４では、Ｃｕ粉末と、ＭｏＣｒ粉砕粉末と、Ｔｅ粉末と、を重量比率で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ：Ｔｅ＝８０：２０：０．０５の割合で混合し、Ｖ型混合機を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、成形体を作製し、Ｃｕの融点よりも低い温度で焼結して参考例２乃至参考例５の電極材料を得た。

【0060】

参考例２の電極材料を固定電極及び可動電極として搭載した真空インタラプタを真空遮断器に取り付けた。そして、真空インタラプタの電極間に作用させる圧接力をα＋２０Ｎとして耐溶着性能の試験を行った。同様に、参考例３乃至参考例５の電極材料を真空インタラプタの固定電極及び可動電極にそれぞれ搭載した。そして、真空インタラプタの電極間に作用させる圧接力をα＋６４Ｎ（参考例３）、α＋８７Ｎ（参考例４）、α＋１３１Ｎ（参考例５）に変化させ真空遮断器に対して耐溶着性能の試験を行った。表２に、参考例２乃至５の耐電圧性能及び耐溶着性能の試験結果を示す。なお、参考例２乃至１６及び比較例２乃至６の耐電圧性能は、比較例１の電極材料を基準（基準値１．０）とした相対値を示している。

【0061】

【表2】

【0062】

表２に示すように、参考例２乃至参考例５のいずれの電極材料においても溶着せず、参考例２乃至参考例５は、耐溶着性能に優れた電極材料であることがわかる。

【0063】

［参考例６乃至参考例１１］
参考例６乃至参考例１１の電極材料は、Ｃｕ混合工程Ｓ４におけるＣｕ粉末とＭｏＣｒ粉砕粉末とＴｅ粉末の混合比率が異なること以外は、参考例２の電極材料と同様の方法で作製した電極材料である。よって、異なる部分について詳細に説明する。参考例６乃至参考例１１の電極材料は、同じ組成を有し、同じ方法により作製された電極材料であり、耐溶着性能の試験における圧接力が異なる試料である。

【0064】

図１のフローにしたがって参考例６乃至参考例１１の電極材料を作製した。Ｃｕ混合工程Ｓ４では、Ｃｕ粉末と、ＭｏＣｒ粉砕粉末と、Ｔｅ粉末を、重量比率で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ：Ｔｅ＝８０：２０：０．１の割合で混合した。

【0065】

参考例２の電極材料と同様に、参考例６乃至参考例１１の電極材料を真空インタラプタの固定電極及び可動電極にそれぞれ搭載した。そして、真空インタラプタを真空遮断器に取り付け、真空インタラプタの電極間に作用させる圧接力を、αＮ（参考例６）、α＋２０Ｎ（参考例７）、α＋４４Ｎ（参考例８）、α＋６４Ｎ（参考例９）、α＋８７Ｎ（参考例１０）、α＋１３１Ｎ（参考例１１）と変え、耐溶着性能の試験を行った。表２に示すようにすべての圧接力において電極は溶着しなかった。

【0066】

［参考例１２乃至参考例１６］
参考例１２乃至参考例１６の電極材料は、Ｃｕ混合工程Ｓ４におけるＣｕ粉末とＭｏＣｒ粉砕粉末とＴｅ粉末の混合比率が異なること以外は、参考例２の電極材料と同様の方法で作製した電極材料である。よって、異なる部分について詳細に説明する。参考例１２乃至参考例１６の電極材料は、同じ組成を有し、同じ方法により作製された電極材料であり、耐溶着性能の試験における圧接力が異なる試料である。

【0067】

図１のフローにしたがって参考例１２乃至参考例１６の電極材料を作製した。Ｃｕ混合工程Ｓ４では、Ｃｕ粉末と、ＭｏＣｒ粉砕粉末と、Ｔｅ粉末を、重量比率で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ：Ｔｅ＝８０：２０：０．３の割合で混合した。

【0068】

参考例２の電極材料と同様に、参考例１２乃至参考例１６の電極材料を真空インタラプタの固定電極及び可動電極にそれぞれ搭載した。そして、真空インタラプタを真空遮断器に取り付け、真空インタラプタの電極間に作用させる圧接力を、α＋２０Ｎ（参考例１２）、α＋４４Ｎ（参考例１３）、α＋６４Ｎ（参考例１４）、α＋８７Ｎ（参考例１５）、α＋１３１Ｎ（参考例１６）と変え、耐溶着性能の試験を行った。

【0069】

表２に示すように、圧接力がα＋２０Ｎ、α＋４４Ｎ、α＋８７Ｎのとき、電極間で溶着した。一方、圧接力がα＋６４Ｎ、α＋１３１Ｎのとき、電極間は溶着しなかった。なお、圧接力がα＋４４Ｎのとき、溶着した電極を引き剥がす力は２４５０Ｎ必要であった。

【0070】

［比較例２乃至比較例５］
比較例２乃至比較例５に係る電極材料は、耐熱元素（Ｍｏ）を含有しない電極材料である。比較例２乃至比較例５の電極材料は、比較例１の電極材料と同じ組成を有し、同じ方法により作製された電極材料であり、耐溶着性能の試験における圧接力が異なる試料である。

【0071】

図５のフローにしたがって比較例２乃至比較例５の電極材料を作製した。

【0072】

Ｃｕ：Ｃｒ：Ｔｅ＝８０：２０：０．０５の重量比で、Ｃｒ粉末と、Ｔｅ粉末と、Ｃｕ粉末と、を混合し、Ｖ型混合機を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、成形体を作製し、Ｃｕの融点よりも低い温度で焼結して比較例２乃至比較例５の電極材料を得た。

【0073】

参考例２の電極材料と同様に、比較例２乃至比較例５の電極材料を真空インタラプタの固定電極及び可動電極にそれぞれ搭載した。そして、真空インタラプタを真空遮断器に取り付け、真空インタラプタの電極間に作用させる圧接力を、α＋４４Ｎ（比較例２）、α＋６４Ｎ（比較例３）、α＋８７Ｎ（比較例４）、α＋１３１Ｎ（比較例５）と変え、耐溶着性能の試験を行った。

【0074】

表２に示すように、比較例２乃至比較例４の電極材料において、電極間が溶着し、比較例５の電極材料では電極間は溶着しなかった。なお、圧接力が一番小さいα＋４４Ｎのとき、溶着した電極を引き剥がす力は２０１６Ｎ必要であった。

【0075】

［比較例６］
比較例６に係る電極材料は、低融点金属（例えば、Ｔｅ）を含有しない以外、参考例２と同様の方法により作成した電極材料である。したがって、図１に示した参考例２の電極材料の製造工程と同様の製造工程については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0076】

図７のフローにしたがって比較例６の電極材料を作製した。

【0077】

Ｃｕ混合工程Ｓ７では、粉砕・分級工程Ｓ３で得られたＭｏＣｒ固溶体粉末とＣｕ粉末とを、重量比率で、Ｃｕ：ＭｏＣｒ＝４：１の割合で混合し、Ｖ型混合機を用いて均一になるまで十分に混合した。混合終了後、成形体を作製し、Ｃｕの融点よりも低い温度で焼結して比較例６の電極材料を得た。

【0078】

参考例２の電極材料と同様に、比較例６の電極材料を真空インタラプタの固定電極及び可動電極にそれぞれ搭載した。そして、真空インタラプタを真空遮断器に取り付け、真空インタラプタの電極間に作用させる圧接力をα＋１９４Ｎとし、耐溶着性能の試験を行った。表２に示すように、電極間で溶着し、溶着した電極を引き剥がす力は４０８０Ｎであった。

【0079】

表２から明らかなように、参考例２乃至参考例１６及び比較例６の電極材料は、ＭｏＣｒ合金の微細分散組織をＣｕ相中に形成することにより、現状の電極材料である比較例２乃至比較例５の電極材料と比べて耐電圧性能が向上した。

【0080】

しかしながら、比較例６の電極材料は、優れた耐電圧性能を有しているが、耐溶着性能が低く、高い圧接力にも拘らず電極間で溶着した。つまり、比較例６の電極材料は、溶着した電極を引き剥がす力が高いため真空インタラプタを組み込む真空遮断器の大型化が必要となり、製造コストが増加するおそれがある。

【0081】

そこで、参考例２から参考例１１の電極材料のように、電極材料に低融点金属であるＴｅを添加すると、耐電圧性能を損なうことなく比較例６の電極材料と比較して耐溶着性能を向上させることができる。これは、電極材料に低融点金属を添加すると、Ｃｕ−Ｃｒ粒界及びＣｕ−ＭｏＣｒ粒界に空孔が発生することで粒界の結合強度が低下し、電極材料の耐溶着性能が向上しているものと考えられる。ただし、参考例１２から参考例１６の電極材料のように、電極材料におけるＴｅの添加量が増加すると、電極材料の耐電圧性能が低下するおそれがある。これは、低融点金属の添加量の増加にしたがって電極材料中の空孔の発生が多くなり、著しい電極材料の密度低下を引き起こすことに起因するものと考えられる。電極材料の密度が低下することで、電極材料の耐電圧性能が低下し、接触抵抗が増大することとなる。ゆえに、電極材料に添加する低融点金属は、電極材料に対して０．３重量％以下とすることで、耐電圧性能や電流遮断性能を低下させることなく、耐溶着性能に優れた電極材料を得ることができるものと考えられる。

【0082】

このように、ＣｕＣｒＭｏ電極材料に微量の低融点金属（例えば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｍｏの合計重量に対して０．０５〜０．３重量％のＴｅ）を添加することで、電極材料の耐溶着性能を向上させることができる。

【0083】

しかしながら、粒界に空孔が発生することで粒界の結合強度が低下するものの、電極材料の充填率の低下を招くおそれある。例えば、表１の参考例１の電極材料では、充填率が８９．２％である。このように、電極材料の充填率が低下すると、電極材料のロウ付け性が低下するおそれがある。

【0084】

これに対して、実施例１乃至実施例３の電極材料のように、メディアン径を５μｍ以上４０μｍ以下に調整したＴｅ粉末を用いることで、ＣｒＭｏ合金の微細分散組織を形成したＣｕＣｒＭｏＴｅ電極の焼成工程で発生する気孔を小さくすることができ、電極材料の硬度及び充填率を向上させることができる。

【0085】

すなわち、本発明の実施形態に係る電極材料及び電極材料の製造方法によれば、メディアン径を５μｍ以上４０μｍ以下とした低融点金属粉末を用いることで、電極材料の耐電圧性能及び電流遮断性能を低下させることなく、耐溶着性能及びロウ付け性に優れた電極材料を得ることができる。その結果、従来の低融点金属粉末を使用した電極材料では実現できなかったＡｇ−Ｃｕ系ロウ材でロウ付けができるようになった。また、ロウ付け性が優れることで、量産における製造コストの削減と歩留りが向上する。

【0086】

さらに、本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法によれば、充填率が９０％以上、ブリネル硬度が５０以上の電極材料を得ることができる。このような密度及び硬度が高い電極材料は、耐電圧性能に優れ、電極損耗量が少ない電極材料となる。

【0087】

また、本発明の実施形態に係る電極材料の製造方法によれば、充填率が高い電極材料を製造することができる。この電極材料は、ＭｏＣｒ微細分散組織を有することによる優れた耐電圧性能と、現状のＣｕ−Ｃｒ電極よりも高い耐溶着性能を有することで、真空インタラプタの小型化が可能となる。つまり、本発明の電極材料を、例えば、真空インタラプタ（ＶＩ）の固定電極及び可動電極の少なくとも一方に設けることで、真空インタラプタの電極接点の耐電圧性能が向上する。電極接点の耐電圧性能が向上すると、従来の真空インタラプタよりも開閉時の可動側電極と固定側電極のギャップが短くでき、さらに、電極と絶縁筒とのギャップも短くすることが可能であることから、真空インタラプタの構造を小さくすることが可能となる。また、電極材料の耐溶着性能が向上することで、真空遮断器の開閉動作を行う操作機構を小型化することができ、真空遮断器の小型化に貢献する。

【0088】

以上、実施形態の説明では、本発明の好ましい態様を示して説明したが、本発明の電極材料の製造方法や電極材料は、実施形態に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲において適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。

【0089】

例えば、ＭｏＣｒ固溶体粉末は、Ｍｏ粉末とＣｒ粉末を仮焼結したものを粉砕・分級して製造されたものに限定されず、重量比でＣｒ＞Ｍｏの割合でＭｏとＣｒを含有するＭｏＣｒ固溶体粉末を用いることができる。また、ＭｏＣｒ固溶体粉末は、例えば、累積５０％で８０μｍ以下の粉末を用いることで、耐電圧性能に優れた電極材料を製造することができる。

【符号の説明】

【0090】

１…真空インタラプタ
２…真空容器
３…固定電極
４…可動電極
５…絶縁筒
６…固定側端板
７…可動側端板
８…電極接点（電極材料）
９…ベローズ
１０…主シールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】