JPH02117029A - 真空インタラプタの電極材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＾　産業上の利用分舒 本発明は、電流さい断値や接触抵抗値を長期間に互って
低く保つことが可能な真空インタラプタの電極材料及び
その製造方法に関する。

Ｂ　発明の概要 クロム及びモリブデンの混合粉末上に銅ビスマス合金を
載置し、これらを加熱してクロム及びモリブデンの空隙
部分に銅及びビスマスを溶浸させたのち、急冷してクロ
ム及びモリブデンと銅との界面にビスマスを析出させた
真空インタラプタの電極材料であり、電流さい断値や接
触抵抗値を長期間に互って低い値に保持できるようにし
たものである。

Ｃ１従来の技術 一般に、真空インタラプタの電極材料として要求されろ
主な性能としては、 （１）　　耐溶着性が良いこと （２）電流しゃ断性能が高いこと （３）電流さい断値が低いこと 等を挙げることができる。

しかし、電極材料の電流しゃ断性能を高くすることと電
流さい断値を低くすることとは、互いに矛盾する物理的
特性に起因するため、単一の電極材料で上述した全ての
特性を満たす乙とは難しく、真空インタラプタの仕様に
最も適合した電極材料を選択しているのが現状である。

例えば、特公昭４１−１２１３１号公報等に開示された
銅ビスマス合金は、銅（Ｃｕ）に蒸気圧の高い低融点の
ビスマス（Ｂ　ｉ　）を０．５重量％添加したものであ
り、耐溶着性や電流しゃ断性能が良好であることは周知
の通りである。又、特公昭５４−３６１２１号公報等に
開示されたタングステン銅焼結金属は、ｇｆｉ圧の低い
高融点のタングステン（Ｗ）に銅を２０重量％添加した
ものであり、電流さい断値が低い利点を有する。この電
流さい断値が特に低い電極材料としては、特公昭３５−
１４９７４号公報等に開示された銅ビスマス合金、つま
り鋼にビスマスを２０重量％添加したもの等がある。

Ｄ　発明が解決しようとする課題 銅ビスマス合金でビスマスを０．５重量％含むものは電
流しゃ断性能が良好である反面、電流さい断値が例えば
ＩＯＡと高く、電流しゃ断時にさい断サージを発生する
ことがある。

このため、遅れ小電流を良好にしゃ断することが困難で
あり、負荷側の電気Ｍ器の絶縁破壊を引き起こす虞があ
る。

又、タングステン飼焼結金属や銅ビスマス合金でビスマ
スを２０重量％含むものは、電流さい断値が低い半面、
電流しゃ断性能が悪く、短絡電流の如き大電流をしゃ断
することができない。

待に、上述した銅ビスマス合金はその金属組織のＸ線マ
イクロアナライザによる二次電子像を表す第１０図、こ
の試料における銅の分布状態のＸ線像を表す第１１図及
びビスマスの分布状態のＸ線像を表す第１２図に示すよ
うに、ビスマスは銅にほとんど固溶しないことから、銅
の結晶粒が太き（なってビスマスは銅の結晶粒・間に析
出した状態となる。このため、真空インタラプタの電極
を頻繁に開閉操作した場合、電極表面にビスマスが安定
供給されず、電流さい断値が不安定となってしまう。し
かも、真空インクラブタを製造する過程において真空イ
ンタラプタ内を真空排気する場合、加熱操作によりビス
マスが電極表面に球状に溶融析出し、電没材料の耐溶着
性が悪化すると共に接触抵抗値の増大を招来する虞があ
った。なお、第１１図及び第１２図で白い部分が各金属
元素の存在箇所である。

Ｅ、　課題を解決するための手段 近年、耐電圧特性や電流しゃ断性能の優れた銅クロムモ
リブデン合金が真空インタラプタの電極として採用され
つつあるが、電流さい断値については必ずしも満足でき
るものではない。そこで従来から良く知られている低融
点材料のビスマスを銅クロムモリブデン合金に添加し、
耐電圧特性や電流しゃ断性能を損なうことなく電流さい
断値を改善させろことが考えられる。この場合、銅クロ
ムモリブデン合金が従来では溶浸法で製造されているこ
とから、単にビスマスを銅クロムモリブデン合金に添加
しただけでは、ビスマスを銅クロムモリブデン合金中に
微細に分散させることは難しいと考えられる。つまり、
本発明者らは従来の銅ビスマス合金が溶解法によって作
られていることに着目し、この溶解法にあっては高温の
熱負荷を長時間に亙って受けることから、ビスマスが銅
の結晶粒間に析出してしまい、その均一分散は難しいと
考えた。

そこで、銅クロムモリブデンビスマスを製造するに際し
ては、従来からの溶解法ではなく、高温の熱負荷が短時
間で済む溶浸法により試みた。即ち、クロムとモリブデ
ンとの混合粉末のスケルトンに銅ビスマス合金を溶浸し
、銅クロムモリブデンビスマス複合金属を得るようにし
た。

その結果、クロムとモリブデンとの混合粉末が存在する
ことがら鋼及びビスマスをクロム及びモリブデンのスケ
ルトン内に溶浸させた場合、ビスマスがクロム粒子及び
モリブデン粒子の周囲に分散状態で析出し、銅の結晶粒
間にほとんど存在しないことが判明した。

本発明は上述した知見に基づいてなされたものであり、
本発明による真空インタラプタの電極材料は、スケルト
ンを構成するクロム及びモリブデンと、これらクロム及
びモリブデンのスケルトン内に充填される銅と、乙の銅
と共に前記スケルトン内に充填され且つ前記クロム及び
前記モリブデンと当該銅との界面に分散するビスマスと
からなるものである。

このように、ビスマスをクロム及びモリブデンと銅との
界面に分散状態で析出させろため、本発明による真空イ
ンタラプタの電極材料の製造方法は、クロム及びモリブ
デンの混合粉末上に銅ビスマス合金を載置し、これらを
ビスマス蒸気を含む非酸化性雰囲気にて前記鋼ビスマス
合金の融点以上に加熱保持し、銅及びビスマスを前記ク
ロム及び前記モリブデンの空隙部分に溶浸させたのち、
急冷することを特徴とするものである。

なお、溶浸後の冷却操作は毎分１０度から２０度程度の
降温速度で少なくとも８００℃程度まで続けることが望
ましく、これによってビスマスをクロム及びモリブデン
と銅との界面に効果的に分散状態で析出させることがで
きる。

ここで、銅が２０重量％未満の場合には、導電率が低下
して発熱量が多くなり、逆に銅が７０Ｍ量％を越えろと
、耐溶着性の低下や電流さい断値の増大をもたらす。ク
ロムが２重量％未満の場合やビスマスがＩＭ量％未満の
場合には、電流さい断値がそれぞれ増大することとなる
。更に、クロムやモリブデンがそれぞれ７５重量％を越
える場合には、電流しゃ断性能が低下してしまう。又、
モリブデンが２重量％未満の場合には、耐電圧特性が低
下する。一方、ビスマスが２０重量％を越えると電極及
び真空インタラプタとしての耐久性が急激に低下する。

従って、銅は２０から７０重量％の範囲、クロムは２か
ら７５重量％の範囲、モリブデンは２から７５重量％の
範囲、ビスマスは１から２０重量％の範囲であることが
望ましい。

Ｆ　　作　　　　用 加熱により、まずクロム及びモリブデンの混合粉末が相
互に拡散結合して多孔質化し、これによって形成される
クロム及びモリブデンの空隙部分に銅及びビスマスが溶
浸して行く。溶浸後の急冷操作により、ビスマスは銅の
結晶粒間にではなく、クロム及びモリブデンと銅との界
面に析出するため、ビスマスの分布状態は全体として微
細に分散することとなる。

Ｇ実施例 真空インタラプタは、その概略構造の一例を表す第９図
に示すようなものであり、相互に一直線状をなす一対の
り一ド棒１１，１２の対向端面には、それぞれ電極１３
．１４が一体的に設けである。これら電ｆｆ１１３．１
４を囲む筒状のシールド１５の外周中央部は、このシー
ルド１５を囲む一対の絶縁筒１６゜１７の間に挾まれた
状態で保持されている。

一方の前記リード棒１１；よ一方の絶縁筒１６の一端に
接合された金属端板１８を気密に貫通した状態で、この
金属端板１８に一体的に固定されている。図示しない駆
動装置に連結される他方のリード棒１２は、他方の絶縁
筒１７の他端に気密に接合された他方の金属端板１９に
べ四−ズ２０を介して連結され、駆動装置の作動に伴っ
てＳ極１３，１４の対向方向に往復動可能に可動側の電
極１４が固定側の電極１３に対して開閉動作するように
なっている。

前記電極１３．１４は、りｏム（Ｃｒ）と、モリブデ：
／（ＭＯ）と、Ｍ（Ｃｕ）と、これらクロムと銅との界
面に分散するビスマス（Ｂｉ）とからなる複合金属で構
成される。

この電極材料の製造法の一例を以下に記すと、まず−１
００メツシユの粒度のクロム及びモリブデンの粉末を機
械的に混合し、これを内径６８ｍのアルミナセラミシク
ス製の容器に約１６０ｇ入れろと共に該クロムとモリブ
デンとの混合粉末の上に銅ビスマス合金を約４００　ｇ
ｇ置した状態で容器に蓋を被せ、これらを真空炉内にて
脱ガスしつつ第８図に示す如き加熱処理を施し、まずク
ロム粒子とモリブデン粒子とを相互に拡散結合させ、多
孔質の溶浸母材を得る。しかるのち、この溶浸母材の空
隙部分に銅及びビスマスを溶浸させるが、この際、容器
内はビスマス蒸気を多量に含んｆ！雰囲気となる。そし
て、得られる電極材料を容器から出して所定の寸法形状
に機械加工する。

このようにして Ｃｒ：　　３０重量％ ＭＯ：　　８重量％ Ｂｉ：　　１２重量％ Ｃｕ：　残り からなる電極材料を第一試料として作成し、その金属組
織の状態をＸ線マイクロアナライザにて調べた。金属組
織の二次電子像は第１図に示す通りであり、この試料に
おけろ銅の分布状態を表すＸ１ｌｊ像が第２図、クロム
の分布状態を表すＸ！ｉＩ像が第３図、モリブデンの分
布状態を表すＸ線像が第４図、ビスマスの分布状態を表
すＸ線像が第５図にそれぞれ示されている。第２図〜第
５図で白い部分が各金属元素の存在箇所であり、クロム
とモリブデンとからなる多孔質の溶浸母材の空隙部分に
銅及びビスマスが溶浸すると共にビスマスがクロム及び
モリブデンと銅との界面、つまり第１図からも明らかな
ように、クロム粒子及びモリブデン粒子の周囲に微細に
分散析出していることが判る。

以上の第一試料の他に、 Ｃｒ：　　９重量％ Ｍｏ＝３１重景％ Ｂ重量　　１５重量％ Ｃｕ：　残り からなろ第二試料及び Ｃｒ：　　　９重量％ Ｍｏ：２６重量％ Ｂｉ＝　　１８重量％ Ｃｕ：残や からなろ第三試料を用意し、それぞれ直径５０晴で厚さ
が６．５−の円盤状に加工すると共にその外周縁に４＋
ｍの曲率半径の丸味を付けたものを第９図に示す真空イ
ンタラプタの電極１３．１４として組込み、耐溶着性及
び電流しゃ断性能及び電流さい断値を調べた。

接触抵抗に関しては、２００Ｖ、１２０Ａで真空インタ
ラプタを負荷開閉し、この時の加圧力を１５０　ｋｇｆ
とした場合の百回後、千回後、−万回後、十万回後の接
触抵抗値をそれぞれ求めた結果、第６図に示すように十
万回後でも初期値とほとんど変わらず、１５μΩ程度の
低い値に収まった。なお、Ｏ（）は第一試料、さシが第
二試料、Ｘ−Ｘが第三試料の各接触抵抗値の推移を表す
。又、比較として銅にクロムを５０重量％添加した銅ク
ロム合金の場合を］モで示した。

又、電流しゃ断性能に関しては、？、２ｋＶの電圧条件
にて第一試料では２６　ｋＡ　（ｒ、ｍｓ、）の電流を
しゃ断でき、第二試料では２２　ｋＡ（ｒ、ｍｓ、）の
電流をしゃ断でき、第三試料では２１　ｋＡ　（ｒ、Ｉ
Ｌｓ、　）の電流をしゃ断することができた。

一方、電流さい断値に関しては、２００Ｖ。

１２０Ａで真空インタラプタを負荷開閉し、百回後、千
回後、−万回後、十万回後の電流さい断値をそれぞれ求
めた結果、第７図に示すように十万回後でもＩＡ以下に
収まる好結果が得られた。なお、この第７図に示すＯ印
。

Δ印、ｘ印はそれぞれ５０回測定の平均値を表しており
、ωつが第一試料、シ込が第二試料、Ｘ−Ｘが第三試料
の各電流さい断値の推移を示す。

Ｈｌ　発明の効果 本発明の真空インクラブタの電極材料及びその製造方法
によると、クロム及びモリブデンの混合粉末に胴及びビ
スマスを溶浸させ、これらを急冷してクロム及びモリブ
デンと銅との界面にビスマスを分散析出させたため、十
万回の開閉後でも電流さい断値をＩＡ以下並びに接触抵
抗を１５μΩ程度の低い値にそれぞれ保つことのできる
真空インタラプタを提供できろ。

又、多数回の開閉操作後でも接触抵抗値が低く安定して
いるため、開閉のための操作装置を小形化できろと共に
発熱が少ないことと相俟ってキユービクルを小形化でき
る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空インタラプタの電極材料の一
実施例において、Ｘ線マイクロアナライザによる金属組
織の二次電子像を表す顕微鏡写真、第２図はその銅の分
布状態を表す顕微鏡写真、第３図はクロムの分布状態を
表す顕微鏡写真、＠４図はモリブデンの分布状態を表す
顕微鏡写真、第５図はビスマスの分布状態を表す顕微鏡
写真、第６図は本発明を真空インクラブタに応用した場
合の銅クロム合金及び本実施例の接触抵抗値を比較した
グラフ、第７図は本発明を真空インタラプタに応用した
場合の電流さい断値の特性を表すグラフ、第８図は本実
施例による熱処理操作の過程を表すグラフ、第９図はそ
の真空インタラプタの一例を表す断面図、第１０図はＸ
線マイクロアナライザによる従来の銅ビスマス合金の金
属組織の二次電子像を表す顕微鏡写真、第１１図はその
銅の分布状態を表す顕ｆｆｉ鏡写真、第１２図はビスマ
スの分布状態を表すｗ！＠鋺写真である。 図中の符号で１１，１２ｉよリード棒、１３゜１４は電
極である。 特　　許　　出　　願　　人 株式会社　　明　　　電　　　舎 代 理 人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スケルトンを構成するクロム及びモリブデンと、
   これらクロム及びモリブデンのスケルトン内に充填され
   る銅と、この銅と共に前記スケルトン内に充填され且つ
   前記クロム及び前記モリブデンと当該銅との界面に分散
   するビスマスとからなる真空インタラプタの電極材料。
2. （２）クロム及びモリブデンの混合粉末上に銅ビスマス
   合金を載置し、これらをビスマス蒸気を含む非酸化性雰
   囲気にて前記銅ビスマス合金の融点以上に加熱保持し、
   銅及びビスマスを前記クロム及び前記モリブデンの空隙
   部分に溶浸させたのち、急冷することを特徴とする真空
   インタラプタの電極材料の製造方法。