JP2000164082A - 真空遮断器用接点材料および真空遮断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成成分の硬度差に起因する接点特性の低下
を防止し、耐溶着性と耐電圧特性の双方の向上が図られ
た接点材料を提供すること。 【課題を解決するための手段】 高導電性成分としての
銅相と耐弧成分としてのクロム相とを含んでなる真空遮
断器用接点材料であって、前記銅相のビッカース硬度が
前記クロム相のビッカース硬度の０．８〜１．２倍であ
ることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空遮断器用接点
材料に関し、特に耐電圧特性ならびに耐溶着性が改善さ
れたＣｕ−Ｃｒ系真空遮断器用接点材料ならびにこの接
点材料を具備する真空遮断器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器は平常状態の電路を開閉した
り、接地事故や短絡事故などの異常時に、故障状態を検
知する過電流継電器などを組み合わせて、自動的に瞬時
に電路を遮断するために、電力設備、変電所内機器、高
速鉄道車両等に広く使用されている。特に、真空遮断器
は、１０^-4Ｐａ程度の高真空に維持した容器（真空バル
ブ）内に対向配置した１対の接点部材を開閉することに
より、電路の開閉を行うものである。

【０００３】図１は、一般的な真空遮断器の構造例を示
す断面図である。図１において真空遮断器は接点の開閉
動作が行われる遮断室１と、絶縁材料からなり、ほぼ円
筒状に形成された絶縁容器２と、この絶縁容器２の上下
端に封止金属３ａ、３ｂを介して設けた金属製の蓋体４
ａ、４ｂとによって区画形成された真空気密に構成され
ている。遮断室１内には軸方向に対向するように一対の
導電棒５、６が配置され、その各導電棒５、６の対向す
る端部に、一対の電極７、８が取り付けられている。こ
の図においては上部側の電極７を固定電極とする一方、
下部側の電極８を可動電極としている。また、可動電極
８の導電棒６には、伸縮自在のベローズ９が装着されて
おり、遮断室１内を真空気密に保持した状態で、可動電
極８の軸方向における往復動を可能にしている。このベ
ローズ９の上部には金属製のアークシールド１０が設け
られており、このアークシールド１０によってベローズ
９がアーク蒸気によって覆われることを防止している。

【０００４】また、遮断室１内には、対向する一対の電
極７、８を覆うように金属製のアークシールド１１が配
設されており、このアークシールド１１によって絶縁容
器２がアーク蒸気によって覆われることが防止される。

【０００５】また、図２に拡大して示すように、電極８
は導電棒６の端部に形成されるろう付け部１２に加熱接
合により固定されるか、または、かしめ加工によって圧
着接続される。接点材料１３ａは電極８の端面中央部に
ろう材１４を介して一体に固着されている。なお、図２
に示す固定側接点材料１３ｂも同様に、固定電極７の端
面にろう材を介して一体に接合されている。

【０００６】上記構成の真空遮断器によれば、高真空中
における高い絶縁耐力を利用できるため、対向する接点
部材の開閉ストロークを短くできるという特徴を有して
いる。

【０００７】上記のような接点部材としては、高頻度に
わたる接点の開閉時に発生するアークによって溶着しな
いよう耐アーク性（耐弧性）や耐溶着性が必須の条件と
なる一方、低接触抵抗を維持するために高い導電特性を
有することが必須の要件とされる。このような耐弧性と
高導電性とを共に具備する具体的な接点構成材料として
は、たとえば、Ａｇ系材料、Ａｇ−Ｃｕ系材料、Ａｇ−
Ｃｄ系材料、３０％Ｃｕ−Ｗ系材料、５０％Ｃｕ−Ｃｒ
系材料などが使用されている。

【０００８】特に、Ｃｕ−Ｃｒ系材料からなる接点材料
としては、Ｃｒ粉末と銅粉末の混合物を成形し、この成
形物を焼結することによって製造する技術が知られてい
る。

【０００９】しかしながら、本発明者らの知見によれ
ば、Ｃｕ−Ｃｒ系材料からなる接点材料を従来の粉末焼
結により製造する場合、これら両金属の硬度の相違に起
因して、加工後の接点材料の特性に特定の影響が現れる
ことが判明している。

【００１０】すなわち、Ｃｕ−Ｃｒ系材料からなる接点
材料のＣｕ相とＣｒ相の硬度は、接点とした場合の耐溶
着性および耐電圧特性と密接な関係を有しており、Ｃｕ
相の硬度が低いと加工時に表面からのＣｒ相の脱落等に
より凹凸が生じやすくなり、接点の接触抵抗が増大し、
ジュール熱が発生することになり、このため電流遮断特
性が劣化する。また、上記のような凹凸が発生した部分
は電力集中が起こり易く、このため耐電圧特性もいきお
い低下することとなる。さらに、本発明者らの知見によ
れば、このような硬度差に起因する欠陥部位においては
局部的な溶融が生じやすくなり、このため耐溶着特性に
も影響を与えることが判明している。

【００１１】上記のような、接点の諸特性に与える影響
を考慮することは、近年の接点の小型化に伴う単位面積
当たりの負荷電流の増大が要請される接点材料において
は特に重要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、構成成分
の硬度差に起因する接点特性の低下を防止し、耐溶着性
と耐電圧特性の双方の向上が図られた接点材料を提供す
ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明による真空遮断器用接点材料は、高導電性
成分としての銅相と耐弧成分としてのクロム相とを含ん
でなる真空遮断器用接点材料であって、前記銅相のビッ
カース硬度が前記クロム相のビッカース硬度の０．８〜
１．２倍であることを特徴とするものである。

【００１４】さらに、本発明による真空遮断器は、真空
容器内に対向して配置した１対の接触子の開閉動作によ
って電路を開閉する真空遮断器であって、前記接触子
が、上記の接点材料からなることを特徴とするものであ
る。

【００１５】このように、本発明による真空遮断器用接
点材料においては、クロム相に対する銅相の硬度を特定
の範囲内に厳格に制御しているので、この接点材料を加
工して接触子を形成した場合において、銅相とクロム相
の硬度差に起因する接触子表面の凹凸等の欠陥部位の発
生を効果的に防止することができる。このため、構成成
分の硬度差に起因する接点特性の低下を防止し、耐溶着
性と耐電圧特性の双方の向上が図られた接点材料を提供
することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明による真空遮断器用接点材
料を製造方法とともに具体的に説明する。

【００１７】本発明による真空遮断器用接点材料は、高
導電性成分としての銅相と耐弧成分としてのクロム相と
を含んでなる真空遮断器用接点材料であって、前記銅相
のビッカース硬度が前記クロム相のビッカース硬度の
０．８〜１．２倍であることを特徴とする。ビッカース
硬度が上記範囲外であると加工後銅相、クロム相のいず
れかの相の表面に凹凸等の欠陥部位が生じる。

【００１８】本発明に係る接点材料は、構成金属の粉末
を混合して得られた粉末混合物を成形し焼結することに
よって得ることができる。本発明においては、構成金属
成分としてのクロム、銅の他に硬度を調整する添加成分
を特定量含み、この添加成分によって、クロム相に対す
る銅相の硬度比を上記の特定範囲に制御することができ
る。

【００１９】本発明の接点材料の製造に際しては、ま
ず、所定粒度のＣｒ粉末およびＣｕ粉末を用意し、さら
にこれに硬度を調整する成分としての金属粉末を添加
し、これらを混合して粉末混合体を得る。

【００２０】ＣｕとＣｒの組成比としては、３０：７０
〜８０：２０の範囲が好ましく、さらに好ましくは、３
５：６５〜７５：２５である。

【００２１】硬度を調整する成分の添加量は、添加する
成分種によっても異なるが、上記の範囲の硬度比範囲を
得るためには、通常、接点材料の合計重量に対して、
０．２〜１．５重量％の範囲が好ましく、さらに好まし
くは０．３〜１．４重量％である。

【００２２】この硬度調整成分としては、特に限定され
るものではないが、例えばＷがあげられる。

【００２３】これら原料粉末を好ましくは不活性雰囲気
中において混合して、さらにこの原料混合体を金型プレ
ス等によって所定の圧力下で成形して所定の形状の成形
体を得る。次いで、得られた成形体を加熱炉等の加熱手
段によって、好ましくは真空雰囲気中において加熱す
る。加熱温度は、９００〜１０８０℃の範囲で１〜４時
間が適当である。また、Ｗ等の硬度調整成分は、実質的
にＣｕ相に固溶したりあるいはＣｕとの間で金属間化合
物を形成したりすることがなく、しかもＣｕ相の硬度を
増大させることに寄与するため、導電特性を低下させる
ことなく、Ｃｕ相の硬度を上述した最適範囲に調整する
ことが可能となる。

【００２４】

【実施例】以下に、本発明の実施例を示すが、本発明
は、下記の実施例の態様に限定されるものではない。

【００２５】実施例１〜６ クロム粉末、銅粉末およびタングステン粉末を表１に示
す重量比でそれぞれ秤量した。そして、ボールミルのポ
ット中に、上記粉末を投入して、不活性ガス雰囲気中で
回転混合して各原料混合体とした。次に、得られた各原
料混合体を金型プレス機に充填して、７００ＭＰａの加
圧条件でプレス成形してＣｕ−Ｃｒ−Ｗ成形体とした。
さらに、このＣｕ−Ｃｒ−Ｗ成形体を加熱炉に装填し
て、真空雰囲気中で温度１０５０℃で３時間焼結して実
施例１〜６に係る接点材料を作製した。

【００２６】従来例１〜３ クロム粉末、銅粉末を表１に示す重量比でそれぞれ秤量
した。そして、ボールミルのポット中に、上記粉末を投
入して、不活性ガス雰囲気中で回転混合して各原料混合
体とした。次に、得られた各原料混合体を金型プレス機
に充填して、７００ＭＰａの加圧条件でプレス成形して
Ｃｕ−Ｃｒ成形体とした。さらに、このＣｕ−Ｃｒ成形
体を加熱炉に装填して、真空雰囲気中で温度１０５０℃
で３時間焼結して従来例１〜３に係る接点材料を作製し
た。

【００２７】比較例１〜３ クロム粉末、銅粉末およびタングステン粉末を表１に示
す重量比でそれぞれ秤量した。そして、ボールミルのポ
ット中に、上記粉末を投入して、不活性ガス雰囲気中で
回転混合して各原料混合体とした。次に、得られた各原
料混合体を金型プレス機に充填して、７００ＭＰａの加
圧条件でプレス成形してＣｕ−Ｃｒ−Ｗ成形体とした。
さらに、このＣｕ−Ｃｒ−Ｗ成形体を加熱炉に装填し
て、真空雰囲気中で温度１０５０℃で３時間焼結して比
較例１〜３に係る接点材料を作製した。

【００２８】上記のようにして作製した実施例１〜６、
従来例１〜３および比較例１〜３の各接点材料を加工し
て接触子とし、これを用いた真空遮断器を組み立てた。
そして、各接点材料の遮断特性を比較評価するために、
接触子の硬度をＪＩＳ規格に規定する方法で測定すると
ともに、各真空遮断器について繰り返して遮断操作を実
施し、その再点弧最低電流値および耐電圧を測定して、
表１に示す結果を得た。なお、各測定値は、従来例１〜
３の各組成比に対応する接点材料を使用した場合の値を
それぞれ基準値１．００として相対値で示している。

【００２９】

【表１】 表１に示す結果から明らかのように、各実施例に係る接
触子においては、添加するＷ量を調整することによりＣ
ｕ相の硬度をＣｒ相の硬度に対して比率で０．８〜１．
２とすることが可能となり、その結果、再点弧発生電流
最低値、耐電圧特性が共に良好であることが判明した。

【００３０】

【発明の効果】上記実施例の結果からも明らかなよう
に、本発明による真空遮断器用接点材料においては、ク
ロム相に対する銅相の硬度比を０．８〜１．２の範囲に
制御することによって耐電圧特性ならびに耐溶着性の双
方が改善されたＣｕ−Ｃｒ系真空遮断器用接点材料を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る接点材料を適用する真空遮断器の
構造を示す断面図。

【図２】図１に示す接点および電極部を拡大して示す断
面図。

【符号の説明】

１ 遮断室 ２ 絶縁容器（真空容器、真空バルブ） ３ａ，３ｂ 封止金属 ４ａ，４ｂ 蓋体 ５，６ 導電棒 ７ 電極（固定電極） ８ 電極（可動電極） ９ ベローズ １０，１１ アークシールド １２ ろう付け部 １３ａ，１３ｂ 接点材料 １４ ろう材（Ａｇろう材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀 江 宏 道 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 5G026 BA02 BA04 BB02 BB12 BB14 BC09 5G050 AA12 AA13 AA51 BA05 DA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高導電性成分としての銅相と耐弧成分とし
   てのクロム相とを含んでなる真空遮断器用接点材料であ
   って、前記銅相のビッカース硬度が前記クロム相のビッ
   カース硬度の０．８〜１．２倍であることを特徴とす
   る、真空遮断器用接点材料。
2. 【請求項２】３０〜７０重量％のクロムを含有する、請
   求項１に記載の真空遮断器用接点材料。
3. 【請求項３】前記接点材料が、構成金属の粉末を混合し
   て得られた粉末混合物を成形し焼結することによって得
   られたものである、請求項１または２に記載の真空遮断
   器用接点材料。
4. 【請求項４】硬度を調整する添加成分によって前記硬度
   範囲に調整されてなる、請求項１または２に記載の真空
   遮断器用接点材料。
5. 【請求項５】前記添加成分がタングステンである、請求
   項４に記載の真空遮断器用接点材料。
6. 【請求項６】真空容器内に対向して配置した１対の接触
   子の開閉動作によって電路を開閉する真空遮断器であっ
   て、前記接触子が、請求項１〜５のいずれか１項に記載
   の真空遮断器用接点材料からなることを特徴とする、真
   空遮断器。