JPH02160322A - 真空インタラプタ - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタに係り、特に低融点金属を
含有する電極とリード棒とのロウ付接合に関したもので
ある。

Ｂ０発明の概要 本発明は、 Ｃｕ（銅）が　２０〜７０重量％ Ｃｒ（クロム）が　　２〜７５重量％ Ｗ（タングステン）が　　２〜７５重量％Ｂｉ（ビスマ
ス）が　　１〜１８重量％の成分からなる電極を、 Ｔｉ（チタン）、　Ａｌ　　（アルミニウム）を主成分
としだロウ材にて、Ｃｕ（銅）を主成分としたり−ド棒
に接合した真空インタラプタである。

Ｃ１従来の技術 真空インタラプタに要求される性能の一つに、低さい断
時性がある。

この特性を満足せんがために、従来種々の電極材料の開
発が行われており、その一つにＣｕ−Ｂ１系の電極があ
る。

この種電極の特徴は、優れた電流しゃ断性能を有するが
、低さい断時性のためにはＢｉ（ビスマス）を１重量％
以上含有させる必要がある。

しかし、Ｂｉの様な低融点金属を多く含む電極の場合に
は、リード棒とのロウ付接合の点で問題があった。

すなわち、加熱時に、ロウ材の流動温度以下でＢｉが接
合部の界面に析出（または溶出）し、ロウ材の１ぬれ性
」を阻害して、結果としてロウ付出来ない現象を引き起
こしていた。

また、接合出来たとしても、低融点金属がロウ付接合部
に存在すると、接合強度が著しく低下し、容易に取れて
しまうものであった。

上述のようなことから、低融点金属を含有する金属部材
の接合は、変形（例えば「かしめ」）させるか、ネジ止
め、といった機械的な手段で行っているのが現状である
。

Ｄ３発明が解決しようとする課題 ところで、ＢｉはＣｕにほとんど固溶しないことから、
Ｃｕの結晶粒が大きくなってＢｉはＣｕ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多数回開閉した場
合には、電極表面にＢｔが安定供給されず、さい断電流
値が不安定となってしまう問題があった。

またＢｉを含有する電極とリード棒との接合を機械的な
手段で行った真空インタラプタにあっては、多数回の開
閉により、接合強度が低下して接触抵抗が増加したり、
またそれに伴う発熱の発生等の問題があった。

さらには７、電極が脱落してしまう場合もあり、耐久性
は悪いものであった。

８１課題を解決するための手段 発明者らは、種々実験を行った結果、 ■電極をＣｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステ
ン）、Ｂｉ（ビスマス）で形成すれば、安定した低さい
断時性の電極が得られることを見出した。

すなわち、ＣｕとＢｉを、ＣｒとＷからなるからなる溶
浸母材（スケルトン）内に溶浸した場合、ＢｉがＣｒ及
びＷ粒子の周囲に分散状態で析出し、Ｃｕの結晶粒間に
はほとんど存在しないことが判明した。この結果、Ｂｉ
が電極表面に安定供給され、低さい断時性の安定維持に
作用していることが判明した。

■ロウ材を、ＴｉとＡｌとで形成すれば、多量の低融点
金属を含有しでいても、安定にロウ付接合できることを
見出した。

しかも、ＴｉまたはＡｌと共晶を作る材料（第３成分）
を添加すると、Ｔｉ、Ａｌの拡散層を安定化でき、接合
を一層確実なものにできることを見出した。

すなわち、ロウ付部にＴｉ、Ａｌの拡散層が存在するこ
とで低融点金属の接合界面への侵入を効果的に防止でき
、安定にロウ材できることが判った。

従って、本発明は、低融点金属を含有する電極と、この
電極をＣｕを主成分とするリード棒に接合するロウ材で
あり、 （１）電極を、 Ｃｕ（銅）が　２０〜７０重量％ Ｃｒ（クロム）が　　２〜７５重量％ Ｗ（タングステン）が　　２〜７５重量％Ｂｉ（ビスマ
ス）が　　１〜１８重量％で形成する。

（２）ロウ材を、 （ａ）２０〜９０重量％のＴｉと、１０〜８０重量％の
Ａｌとで形成する。

（ｂ）ＴｉとＡｌと、これらＴｉまたはＡｌのいずれか
と共晶を作る材料からなる第３成分とからなり、Ｔｉと
Ａｌとを合計で２０重量％以上含有し、且つ重量比で、
Ｔｉ／Ａｌ＝２０／８０〜９０／１０として形成する。

の要件からなるものである。

しかして、電極において、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｗ、　　Ｂ　ｉ
の割合、ロウ材において、ＴｉとＡｌとの割合、及びＴ
ｉとＡｌと第３成分との割合が上記の関係より外れる場
合には、真空インタラプタとしての諸性性が悪化し、ま
た安定したロウ付特性を得ることが出来なかった。

なお、ロウ材において、 ■ＴｉまたはＡｌのいずれかと共晶を作る材料（第３成
分）としては、例えば、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム
）、Ｎｉにッケル）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）の
うちの少なくとも１種類が該当する。

■ロウ材は、各成分の混合粉末状のもの、粉末を溶射処
理したもの、合金、といった形で使用する。

Ｆ１作用 Ｂｉは溶浸母材（スケルトン）を形成するＣｒ及びＷ粒
子の周囲に分散状態で析出するので、電極表面にＢｉを
安定供給することができ、低さい断時性を安定に維持で
きる。

また、ロウ付接合部にＴｉ、Ａｌの拡散層が存在するこ
とで、電極が含有するＢｉの接合界面への侵入を効果的
に防止して、電極とリード棒とを安定にロウ付接合でき
るので、長期間に渡って安定した低さい断時性を維持で
きる。

Ｇ、実施例 本発明を以下の実施例に基づいて詳細に説明する。

まず、後述する電極材料と同じ組成の金属部材を製作し
、この部材で行ったロウ付特性について説明する。

（実施例−１） Ｃｕが４５重量％、Ｃｒが３５重量％、Ｗが４重量％、
Ｂｉが１６重量％の成分からなる金属部材と無酸素銅か
らなるＣｕ部材との接合例である。

（ａ）Ｂｉ金含有金属部材について 一１００メツシュの粒径のＣｒ（クロム）粉末とＷ（タ
ングステン）粉末との混合粉末を、アルミナ容器に入れ
、このＣｒ−Ｗ混合粉末上にＣｕ−Ｂ１合金を載置し、
容器に蓋をかぶせ、これを真空炉内にて脱ガスと共にＣ
ｕ−Ｂ１合金の融点以下の温度で加熱処理して、まずＣ
ｒ、Ｗの粒子を拡散結合させて多孔質の溶浸母材（スケ
ルトン）を形成する。

その後温度を上げて、Ｃｕ、Ｂｉを溶浸母材に溶浸させ
る。

この際にアルミナ容器内は、Ｂｉ蒸気を含んだ雰囲気と
なり、Ｂｉを多量に含有した金属材料が得られる。

こうして得られた金属材料を、容器から取り出１２、外
面を機械加工して、所定の形状にする。

（ｂ）ロウ材について −３２５メツシユの粒径のＴｉとＡｌの粉末と、これら
Ｔｉ、Ａｌと共晶を作る第３成分としてのＣｕ粉末（−
３２５メツシユ）とを用意し、Ｔｉが３５重１％、Ａｌ
が３０重量％、Ｃｕが３５重量％となるように混合する
。

この混合粉末を圧縮成形して、０　、５　ｘｘの箔状の
ロウ材に加工する。

（Ｃ）ロウ材について 上記ロウ材を、Ｂｉ金含有金属部材と、Ｃｕ部材との間
に入れ、真空炉にて加熱処理（９５０°Ｃ２１５分間）
して接合した。

（ｄ）ロウ材の結果について 上記のようにして得られた接合物は、強固に接合されて
おり、しかもロウ材も十分に流動していることが確認さ
れた。

また、Ｘ線マイクロアナライザにて接合部の断面を観察
すると、Ｔｉ、Ａｌの拡散層によって、Ｂｉの界面への
析出は防止され、安定したロウ付接合層が形成されてい
ることが確認された。

（実施例−２〜３８） 上述の実施例−１と同様な条件で、ロウ材の成分を変え
てロウ付接合について調べた。

その結果は第１図及び表−１に示す通りであった。

表−１ なお、実施例−３０〜３５．３７．３８における、接合
強度は良好であり、引っ張り試験の結果、ロウ付部では
なく、接合した母材の部分が破壊する結果であった。

従って、これらの結果から、 ■ロウ材をＴｉとＡｌとで形成し、且つ両者の成分化（
Ｍ量比）を、Ｔ　ｉ　／　Ａ　！が２０／８０〜９０／
１０とすれば良いことが判った。

■Ｔｉ、Ａｌと共晶を作る第３成分を添加すると、Ｔｉ
、Ａｌの拡散層を安定化させる効果があり、含有させる
上限は８０重里％であることが判った。

■好ましい組成は、ＴｉとＡｌと共晶を作る材料（第３
成分）との組み合わせであり、且つ成分比（重量比）を
、 Ｔ　ｉ　／　Ａ　Ｉ　＝ ４０／６０〜８０／２０ （Ｔｉ＋Ａｌ）／（第３成分）＝ ２０／８０〜９０／１０ とすれば良いことが判った。

（比較例） 比較のために一般的に知られている、Ａ　ｇ　−Ｃｕ−
Ｉｎ系ロウ材、及びＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系ロウ材を用い、
温度条件を前者は８００°Ｃ１後者は９５０℃とし、且
つ他の条件は上記実施例−１と同様にしてロウ材を試み
た・が、いずれも剥離し、ロウ材ができなかった。

（真空インタラプタにおける実施例） 次に、真空インタラプタの電極のロウ材について説明す
る。

真空インタラプタは、その概略構造の一例を示す第３図
のような構成であり、絶縁筒１１．．１２、端板１３，
１４からなる真空容器ＩＯに気密に貫通して、一方が軸
方向に可動する一対のリード棒１５．１６が設けである
。これらリード棒１５゜Ｉ６の内端部には、谷々電極１
７．１８が一体的に設けである。２０はシールド、２１
はベローズである。

このような構成において、可動側の電極１８を往復可動
することにより、電流の開閉を行うものである。

一対の電極１７．１８の材料は、上述の実施例−］と同
じ手段により製造し、そして、外面を機械加工して、直
径５０ｘｍ、厚さ（３，５ｘｘ、外周縁４ｚｉ＋の曲率
半径の丸みを付けた電極１７，１８を形成した。

電極は、表−２に示す３種類の組成のものを製作し前述
の実施例−１のロウ材及びロウ付条件にて、電極１７．
１８とリード棒１５．１６とを接合した。

ここで、 ■７，２ｋＶの電圧条件にて、電流しゃ断性能を調べた
。

その結果は表−２に示すが、多１のＢｉを含有するにも
かかわらず良好な結果が得られた。

■２００Ｖ、１２０Ａの条件で真空インクラブタを負荷
開閉し、百回後、千回後、−万回後、十万回後のさい断
電流値について調べた。

その結果は、第２図に示すように、十万回後でも、１Δ
程度に収まる好結果が得られ、しかもロウ付強度が十分
であって耐久性が極めて良好であることが確認できた。

なお、第２図に示す○印、△印、Ｘ印は各々５０回測定
の平均値を表しており、○−Ｏが試料−１、△−△が試
料−２、ｘ−ｘが試料−３の各さい断電流値の推移を示
す。

表−２（重量％） Ｈ１発明の効果 本発明の真空インクラブタにおける、電極材料、電極と
り−ド棒の接合ロウ材によると、ロウ材が、Ｔｉ、Ａｌ
を主成分としていることから、ロウ付部にＴｉ、Ａｌの
拡散層を形成し、この拡散層が電極の含有するＢｉの接
合界面への侵入を効果的に防止できることから、従来ロ
ウ材が不可能であった多量（１，０重量％以上）のＢｉ
を含有する電極のロウ材を確実に行え、真空インタラプ
タの耐久性を著しく向上できる。

しかも、Ｔｉ、Ａｌと共晶を作る金属材料を添加すると
ロウ付接合を一層、安定に行うことができる。

また、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｗ、Ｂ　ｉの組成により、ＢｊがＣ
ｒ、Ｗの粒子とＣｕとの界面に析出することから、さい
断電流値を十万回の開閉後でも、ＩＡ程度の低い値に保
つことができ安定した特性の真空インタラプタを得るこ
とができる。

従って、低さい断時性、接触抵抗の低減、安定化及び発
熱防止、を図ることができ、さらには、耐久性の向上が
図れ、真空インタラプタの品質向上に寄与できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、各実施例におけるロウ材と評価の説明図、 第２図は、実施例におけるさい断電流値の特性図、 第３図は、真空インタラプタの断面図である。 １５．１６はリード棒、１７．１８は電極。 外２名 第１図 実施例におけるロウ蒋成分と評価の説明図ｕ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕを主成分とするリード棒の内端に低融点金属
   を含有した電極を具備する真空インタラプタにおいて、 前記電極を、Ｃｕが２０〜７０重量％ Ｃｒが２〜７５重量％ Ｗが２〜７５重量％ Ｂｉが１〜１８重量％ の成分にて形成し、該電極を、ＴｉとＡｌとを主成分と
   するロウ材を介して前記リード棒に接合したことを特徴
   とする真空インタラプタ。
2. （２）ロウ材が、２０〜９０重量％のＴｉと、１０〜８
   ０重量％のＡｌとからなることを特徴とする請求項１記
   載の真空インタラプタ。
3. （３）ロウ材が、ＴｉとＡｌと、これらＴｉまたはＡｌ
   のいずれかと共晶を作る材料からなる第３成分とからな
   り、 ＴｉとＡｌとを合計で２０重量％以上含有し、且つ重量
   比で、Ｔｉ／Ａｌ＝２０／８０〜９０／１０としたこと
   を特徴とする請求項１記載の真空インタラプタ。