JP2555409B2 - 真空遮断器用接点並びにその製造方法及び真空遮断器 - Google Patents

真空遮断器用接点並びにその製造方法及び真空遮断器

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JP2555409B2
JP2555409B2 JP63074146A JP7414688A JP2555409B2 JP 2555409 B2 JP2555409 B2 JP 2555409B2 JP 63074146 A JP63074146 A JP 63074146A JP 7414688 A JP7414688 A JP 7414688A JP 2555409 B2 JP2555409 B2 JP 2555409B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高耐電圧性及び耐溶着性に優れた真空遮断
器用接点並びにその製造方法及び真空遮断器に関する。
〔従来の技術〕
真空遮断器用電極接点としては、従来から種々の材料
が開発されてきている。主な材料として、代表されるも
のにはCuをベースとした溶解合金(Cu−Pb,Cu−Bi,Cu−
Co−BiPbなど)、あるいは特開昭54−73284号のような
粉末冶金的に作られるWC−Agや特公昭45−35101号に開
示されるようなCr−Cu系溶浸合金が知られている。
以上の背景で、最近、真空遮断器は益々高電圧化、大
電流遮断の要望が高まりつつあり、現在は後者のCr−Cu
系、あるいはその改良材が非常に多く提案されつつあ
る。特にこのCr−Cu材は原料が安く、製造法も簡単であ
るところから需要も伸びている。
ところが、近年になり原子力や核融合などの大出力発
電設備が普及されるようになってから、更に大容量の電
源遮断器が必要となってきている。従来であると、高電
圧用としてはガス遮断器が使われていたが、将来は小型
で大電流遮断が可能で、しかも無騒音、メンテナンスフ
リーな真空遮断器が適用されると考えられる。このため
には上記したような従来の電極接点材料では耐電圧及び
耐溶着特性の点で限界が出始めている。
現在、具体的に提案されている高耐電圧材料には、粉
末冶金的に作られるCr−Cu−セラミックス系として種々
の材料が開示されている。例えば、特開昭61−148726
号、同61−253730号、同51−116981号、同59−58723
号、同60−131723号、同60−197840号、同52−120371
号、同55−143731号、同60−89020号及び同60−180026
号などは耐溶着性、あるいはセラミックス粉末の種類に
よっては裁断サージを低くできるなど、比較的有望な材
料とみられる。しかし、上記材料はいずれもCuを含んだ
ものから成るため、耐電圧に限界がある。つまり、Cr−
Cu−セラミックス系の材料はCr−Cu系に対し幾分かの改
良は望めるものの、Cuが含まれている限りは、Cu分量に
支配された耐電圧特性になってしまっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の電極材料では、耐溶着性を持たせるために、そ
れ自身が脆く剥離しやすいCrを分散させ、または骨格と
していた。しかし、大電流遮断を繰り返すと、それでも
電接面の溶着は避けられなかった。これを強制剥離させ
ると電接部の面荒れが進行し電界集中の原因となる無数
の突起物が形成され、この結果、徐々に耐電圧を劣化さ
せてしまう傾向にあった。
また、Cr−Cu系に各種セラミックスを含む材料が開示
されているが、たしかにセラミックスを僅かでも添加さ
れたものは耐溶着性は向上する傾向にある。しかし、従
来材料は必ず、多かれ少なかれ、Cuが含まれたものであ
った。このCuは融点がそれほど高くないため、繰返しの
遮断アーク熱によって面荒れを助長するものであった。
従って、Cuを含む限りは、既述の如く、Cu自体も耐電圧
が良くないことからして、より高耐電圧、大電流化を図
る上では限界にきていた。
一方、単にセラミックスを含有させれば良いというも
のではない。すなわち、真空遮断器にあっては常に大電
流を通電したり、その遮断を繰返している。このため、
電接部分の導電性は常に良好なものでなければ接触抵抗
が増大し、発熱の原因となり、これも面荒れのおおきな
要因となってしまうからである。
本発明の目的は、上記したような従来材料の耐溶着性
を改善し、それと同時に優れた耐電圧性と電流遮断性能
を発揮させることができる真空遮断器用接点を提供する
ことにある。また、そのような接点の製造方法及び真空
遮断器を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明に係る真空遮断器用
接点は、銅より融点の高い金属間化合物と導電性セラミ
ックスから成るものである。そして、真空遮断器は前記
接点を備えたものである。導電性のセラミックスの量は
1〜20重量%の範囲とするのがよい。また、導電性セラ
ミックスとしてはTi,Zr,Mo又はWのボライド、カーバイ
ド、ナイトライド又はシリサイドが挙げられ、金属間化
合物としてはNiAl又はNi3Alが挙げられる。すなわち、N
iAl−TiB2,NiAl−TiN,NiAl−TiC等の複合材料である。
前記金属間化合物を具体的に示すと、NiAl,Ni3Alの他
に、Ni2Al3,FeAl,FeAl2,Fe2Al5,FeAl3,CoAl,Co2Al5,Cr5
Al8,Cr4Al3,CrAl3等がある。これらの融点は、いずれも
CuやAgより高くMo,W,Ta等よりも低いものであり、これ
らを一種又は二種以上混合させて用いる。また、前記導
電性セラミックスを具体的に示すと、TiB2,ZrB2,HfB2,V
B2,NbB2,TaB2,CrB2,MoB2,W2B,TiN,ZrN,HfN,VN,NbN,TaN,
Cr2N,Mo2N,WN,TiSi2,ZrSi2,HfSi2,VSi2,NbSi2,TaSi2,Cr
Si2,MoSi2,WSi,TiC,ZrC,HfC,NbC,TaC,Cr3C2,Mo2C,WCの
いずれか一種以上よりなるものである。
真空遮断器用接点の製造方法としては、金属間化合物
及び導電性セラミックスの粉末を混合して成形した後、
焼結し、次いで減圧して脱ガスする工程よりなり、前記
各工程のいずれか一種以上の工程を経た後、熱間静水圧
加圧(HIP)、冷間静水圧加圧(CIP)、又はホットプレ
ス(HP)等の加圧処理をして高密度化する工程を含む製
造方法がある。
〔作用〕
複合材において、NiAlのような金属間化合物は、とく
に優れた良導電性を有し、しかも高融点物質であり、16
00℃台の高い融点を持つ。したがって、耐熱性が良好
で、従来のCuやAgベース材に比べアーク熱によって接点
表層の溶融が少なく、溶着も起こりにくい。また、NiAl
化合物は電気抵抗も低く、導電率に換算すると約15〜20
IACS%(100IACS%は電気抵抗値に換算すると1.7×10-6
Ω・cm)を有し、接点材料としてそのままでも利用でき
るものである。
更に、NiAl等の金属間化合物の粒子の周囲に分散され
た各種導電性セラミックスは、それ自身が導体であっ
て、なおかつNiAlなどの金属間化合物よりも高い融点を
有している。このため、アーク熱による接点溶着を防ぐ
ことができるばかりでなく、電接面の荒れを少なくし、
常に滑らかな面を維持させることができる。従って、電
界集中の原因となる突起物の発生も少ないため耐電圧性
が高く、安定している。
また、接点材料をなす構成物質がいずれも導電性を有
し、W,Mo,Ta程に熱電子放射性が大きくないので絶縁回
復性が良く、大電流遮断性能も優れるという大きなメリ
ットも有する。
なお、ボライドやナイトライドそれ自体は仕事関係の
低い物質であるので、これらの導電性セラミックスを重
量比で約10%とすると、熱電子放射が多くなり遮断性能
はその分だけ低下する。ただし、この現象と合わせて裁
断サージも下がる傾向にあるので、導電性セラミックス
の含有量を適量選ぶことによって、種々のVCB(真空遮
断器)の電極特性を発揮させることができる。つまり、
通常は高耐電圧・大電流と、低サージ化は互いに相反す
る性質を持つことが知られているように、従来は両者の
特性を同時に高度に満足させるような電極材はなかっ
た。ところが、本発明材によれば、高融点金属間化合物
と導電性セラミックス量比を適宜選ぶことによって広範
囲の電極特性を引き出すことができることになる。
以上を纏めてみると、VCB電極としては、導電性セラ
ミックスが1〜10重量%のもので高耐電圧・耐溶着性を
発揮し、10〜20重量%で低サージ性を発揮するものであ
る。従って、導電性セラミックスの含有量は1〜20重量
%の範囲とする。
次に、本発明に係り真空遮断器用接点の製造方法は、
HIP処理等の加圧処理工程を含むため、金属間化合物及
び導電性セラミックスとも共有結合性の物質であること
から、通常の金属粉末のような自己焼結性に乏しい物質
に対しても、高密度化し得る。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を示す。
実施例1 高周波真空溶解したNiAl合金(化合物組成;Ni−31.5w
t%Al)を粉砕し、−200meshの粉末を得た。第1図に示
す工程により、このNiAl粉とTiB2粉を自動乳鉢を用いて
30分混合し、次に、この混合粉末を油圧プレスを用いて
直径50mm、厚さ30mmの寸法に金型成形した。次いでこの
成形体を若干還元性を持たせるために(Ar+4vol%H2
の混合ガス雰囲気中で1400℃で1時間の仮焼結を行なっ
た。更にこの成形体を軟鋼性をカプセルに温度300℃、
圧力10-2〜10-3torrで脱気しながら減圧封入し、このカ
プセルを温度1400℃、圧力2000kg/cm2の条件下でHIP処
理した。この結果、上記仮焼結体はカプセル毎、強制圧
縮され、理論密度に対し98〜99%の緻密な複合材料が得
られた。
次に、このHIP処理材の軟鋼性カプセルを皮むきし、
放電加工機を用いて直径20mm(球R30付)、厚さ5mmの一
対の電極接点を採取した。
各種電極接点の遮断特性試験方法としては、第2図に
示す真空バルブを用いた。この真空バルブは、筒状のセ
ラミックス製の絶縁ケース1とステンレス製の端子板2,
3とによって容器が構成され、その内部は10-6〜10-8tor
r台の高真空に保たれている。この容器内部には1対の
電極、すなわち固定電極4と、ベローズ6を介して動け
るようにした可動電極5が設けられている。さらに円筒
状のシールド7は前記電極4,5を囲むように設けられ、
このシールド7は、電極構成部材が遮断アークにより蒸
発、飛散した場合、それらが絶縁ケース1の内壁に付着
することを防止する役目を持つ。電極4,5はCu製の補助
電極板8,9に銀ロー付けされている。10,11はホルダー、
12はベローズシールド、13は排気管を示す。つまり、本
実施例の電極接点は直径20mm、厚さ5mmのチップ状接点
として用いられている。
各種電気的性能試験において、耐電圧試験方法として
は、交流300Aを10回遮断後、インパルス電圧を5kVステ
ップで増加しながら印加し、極間が絶縁破壊に至る放電
電圧値を測定することである。遮断性能試験は、直径20
mmの電極において、交流電流を500Aステップで増加しな
がら遮断し、遮断が不能となる限界電流値を求めること
である。更に、裁断電流試験は、交流2〜8Aの小電流を
遮断した場合に発生する裁断電流を100回測定し、その
最大値と平均値を求めるようにした。第1表は以上の接
点を用いて上記VCB電極特性を測定した結果である。
実施例1では、主に、NiAl化合物粉末とTiの各種導電
性粉末(ポライド、ナイトライド、シリサイド、カーバ
イド)との複合材料を取り上げた。
表中に従来材料との比較としてCr−Co−BiPb、Cr−Cu
合金を挙げているが、本発明材はとくに耐電圧性が優れ
ていることがわかる。すなわち、[NiAl−導電性セラミ
ックス]複合材料はいずれも耐電圧が100kV以上を有
し、これはCu−Co−BiPb溶解合金に対し2〜2.5倍、Cr
−Cu溶浸合金に対しても約3割増しの高耐電圧性を持つ
ことが判明した。
尚、耐電圧はNiAlに1〜5wt%の導電性セラミックス
が入っても効果はあるが、おおよそ10wt%で最大を示
し、それ以上の量では逆に下がる傾向にある。ただし、
10〜20wt%のセラミックスが入ると裁断電流特性が改善
され、約1〜2Aの低サージ特性が得られている。また、
電流遮断性能を見ると、いずれとも8〜10KAの範囲にあ
り、この値も従来のCu−Co−BiPbやCr−Cu合金に比べて
も全く遜色ない高い遮断能力を有していると言える。
実施例2 第2表は他のNiとAlの化合物であるNi3AlにTiボライ
ド、Tiナイトライドを複合化したものや、NiAl化合物と
他の導電性セラミックスであるMo,W,Zrなどのボライ
ド、ナイトライド、シリサイド、カーバイドとの各種複
合材料を検討した結果である。試験方法は、実施例1と
同様である。
表から明らかなように、いずれも実施例1と同様な傾
向を持ち、優れた耐電圧性、高遮断能力があり、また導
電性セラミックス量が増えると低サージ性も発揮するこ
とが分かった。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば、従来の電極接点に比べて耐電
圧特性が向上し、更に大電流遮断性能、耐溶着性能のい
ずれも優れた真空遮断器用接点を得ることが出来る。ま
た、導電性セラミックスを20重量%近く含ませることに
よって低サージタイプの接点を得ることも出来る。
本発明に係る製造方法によれば、自己焼結性に乏しい
セラミックス等を原料としても、容易に高密度化させて
接点を得ることができる。
更に、本発明に係る真空遮断器は、上記接点を備えて
いるため、信頼性が向上し、高電圧化、大電流遮断の要
請に応えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電極接点の製造方法の工程図、第2図
は本発明の真空遮断器用真空バルブの断面構成図を示
す。 4……固定電極(接点)、5……可動電極(接点)。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】銅より融点の高い金属間化合物と導電性セ
    ラミックスから成ることを特徴とする真空遮断器用接
    点。
  2. 【請求項2】導電性セラミックスが1〜20重量%で、残
    りが金属間化合物及び不可避的不純物である請求項1記
    載の真空遮断器用接点。
  3. 【請求項3】導電性セラミックスがTi,Zr,Mo又はWのボ
    ライド、カーバイド、ナイトライド又はシリサイドであ
    り、金属間化合物はNiAl又はNi3Alである請求項2記載
    の真空遮断器用接点。
  4. 【請求項4】金属間化合物及び導電性セラミックスの粉
    末を混合して成形した後、焼結し、次いで減圧して脱ガ
    スする工程よりなり、前記各工程のいずれか一種以上の
    工程を経た後、加圧処理して高密度化する工程を含むこ
    とを特徴とする真空遮断器用接点の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1記載の真空遮断器用接点を備えた
    真空遮断器。
JP63074146A 1988-03-28 1988-03-28 真空遮断器用接点並びにその製造方法及び真空遮断器 Expired - Lifetime JP2555409B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110330266A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 湖南省美程陶瓷科技有限公司 新能源动力电池继电器陶瓷材料及其制备方法

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