JPH0253896B1 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は低サイダン電流特性が要求される真空
開閉器に関し、銅（以下Cuと書く）と例えばビ
スマス（以下Biと書く）、鉛（以下Pbと書く）な
どの低融点金属で形成される電極材料に関するも
のである。 〔従来の技術〕 従来この種の接点用合金として、銅−ビスマス
合金（以下Cu−Biと書く。他の元素の組合せの
合金についても、同様に元素記号の組合せで表示
する。）、Cu−Pb、Cu−SbやCu−Co−Bi、Cu−
Cr−Bi等があつた。低サイダン電流特性が要求
されない場合は、Bi等の低融点金属の含有量は
１％（重量％で示す。以下同じ。）内外と低くお
さえて低サイダン特性よりはむしろ耐溶着性に重
点がおかれ、一方1A以下の低いサイダン電流特
性が要求される場合には、Bi等の低融点金属の
含有量を10〜20％のオーダで多量に含有させる事
が行われていた。またCo、Cr、Ni、Ti、Ｗ、Fe
等は耐電圧特性を向上させる事を目的として付加
されていた。しかしながら、Bi、Pb、In等の低
融点金属は常温状態でCuにほとんど固溶せず、
Cuの粒界に凝集した金属組織として析出してい
るため、必然的に大電流しや断の際はその多量の
低融点金属の蒸気が災いし、しや断特性を大幅に
減ずると共に、粒界に析出した低融点金属が合金
の機械的強度を著しく劣化させる欠点を有してい
た。また、電極棒へのろう付（700〜800℃）の際
にはその接合部に低融点金属が侵入し、その接合
強度が極端に低下し、かつ真空容器に組み込み
400〜600℃で脱ガス排気する場合にも、低融点金
属が蒸発飛散して容器内面を汚染するため、耐電
圧特性が低下する等の欠点を有していた。 さらに、負荷電流の開閉と共に低融点金属が選
択的に蒸発飛散し、接点表面が徐々に銅リツチに
なるにつれ、そのサイダン電流値が上昇する致命
的な欠点をも有していた。 〔発明が解決しようとする課題〕 この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、多量の低融点金属
の含有による弊害を抑制することにより、多数回
の電流開閉でも安定した低サイダン電流特性を維
持しうると共に、しや断性能やろう付強度を向上
させる真空開閉器用接点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〕 本願発明は銅を主成分とし、副成分として、20
重量％以下の範囲で添加されるビスマス、鉛、ビ
スマスとテルルの金属間化合物Bi₂Te₃の中から
選ばれるいずれか１つの金属を添加し、かつ第１
の金属としてテルル、ビスマスとテルルの金属間
化合物Bi₂Te₃、チタンとテルルの金属間化合物
TiTe₂の中から選ばれるいづれか１つの金属（た
だし副成分が鉛のときはテルルは除く）を添加し
て合金化し、第２の金属として、クロム、コバル
トのいづれか１つの金属を添加し、更に第３の金
属であるチタン、チタンとテルルの金属間化合物
TiTe₂のいづれか１つの金属を添加した真空開閉
器用電極材料を提供することにより課題を解決す
るものである。 〔作用〕 副成分である低融点金属は、低サイダン電流特
性となるように作用し、第１の金属は、低融点金
属のかたまりの形成を防止して低サイダン電流特
性やろう付け性の改善に作用し、第２の金属は耐
電圧特性を向上させるように作用し、第３の金属
は、しや断特性や耐電圧特性を向上させるよう作
用する。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例について説明する。第
１図は真空スイツチ管の構造図で、１は真空絶縁
容器、前記真空絶縁容器１の両端を閉塞する端板
２および３とにより形成された容器内部に電極４
および５が、それぞれ電極棒６および７の一端
に、お互いが対向するよう配設されている。前記
電極棒６の他端は前記端板２に気密に固着され、
一方の前記電極７は、ベローズ８を介して前記端
板３に気密に損うことなく軸方向の動作が可能な
ように接合されている。シールド９および１０が
アークにより発生する蒸気で汚染されることがな
いよう、それぞれ前記真空絶縁容器１の内面およ
び前記ベローズ８を覆つている。電極４および５
の構成を第２図に示す。電極５はその背面で電極
棒７にろう材５１を介挿してろう付されている。
本発明に係る真空開閉器の電極４，５は銅を主成
分とし、副成分として低融点金属であるBi、Pb、
Bi₂Te₃の中から選ばれる１種を20重量％以下の
範囲で添加し、第１の金属としてTe、Bi₂Te₃、
TiTe₂の中から選ばれるいづれか一種を添加する
と共に、第２の金属としてCr、Coの中から選ば
れるいづれか一種を添加し、更に第３の金属とし
て、Ti、TiTe₂のうちいづれか１種を添加したも
のである。この接点用合金はそれぞれの材料とな
る金属の粉末を所定の配合比でボールミルにより
混合した後、３トン／cm²の圧力で成形し、高純度
水素雰囲気炉内で約1000℃の温度で焼結して作ら
れる。副成分である低融点金属は主成分である
Cuに対し、常温状態ではほとんど固溶せず、主
として低サイダン電流特性を確保できる低融点金
属が選ばれる。第１の金属は、低融点金属と合金
化させたとき、その合金の融点が低融点金属の融
点より高くなるものから選ばれる添加金属で低融
点金属と溶融することで、低融点金属のかたまり
を防いで微細均一化し、低サイダン電流特性やろ
う付性の改善を図るものである。例えば、低融点
金属としてBi、第１の金属としてTeを選んだも
のが前述の例であり、Biは、融点が273℃である
が、Teとの間で585℃の融点の金属間化合物
（Bi₂Te₃）を、又、413℃の融点の共晶合金（Te
−Bi₂Te₃）を形成することが出来る。又第１の
金属は前記低融点金属と第１の金属の合金の融点
以下で主成分であるCuとの間で、金属間化合物
あるいは共晶合金を形成するようなものが望まし
い。例えば、TeはCuTe、Cu₂Te、Cu₄Te₃等の
金属間化合物や共晶合金を形成することができ、
この要求を満たしている。第２の金属は融点が高
く、耐電圧特性を向上させるための補助添加金属
である。第３の金属はTiやTiTe₂であり、Tiは
良く知られているようにゲツター作用を有してい
るものでもありしや断時のガス吸着能力による特
性向上を期待することが出来、しや断特性や耐電
圧特性を改善するものとして適している。 従来のCu−Bi−Crの場合では、粉末混合段階
で、いかに微細かつ均一な分散の混合物を得て
も、成形−焼結完了後にはBiの凝集したかたま
りが粗く分布する金属組織をもつ合金しか得られ
なかつた。これは焼結過程で、融点の低いBi（融
点273℃）のみが昇温初期に溶融し、しかもCuへ
の溶解度が低い温度域（273〜600℃）では、焼結
前（成形時）に空隙が存在しているため、容易に
この溶融Biが流動して、大きな凝集組織を形成
するためである。700℃以上になると、BiはCuへ
の溶解度を急速に増し、焼結も促進される。しか
しながら、約1000℃の焼結後冷却過程ではCuに
固溶したBiがCuの粒界に急速に析出されるため、
凝集した組織は温存され、一層その度を強め、最
終的には、Biの凝集体が粗く分布する合金状態
となつていた。これらの傾向はPbやIn、Li等に
も見られる。 本実施例によれば、昇温過程では、混合段階で
微細均一に分散したBi（副成分）とTe（第１の金
属）が互いに溶解しあう。Teの融点450℃近辺迄
は、Te粒子自身は全溶せず、その位置にとどま
りつつ、近傍のBiの溶解量を増していくのみで
あり、従来のような多量の溶融Biの流動は生じ
ない。一方、主成分であるCuは第１の金属であ
るTeと360℃近辺で反応を始め互いに溶解し合う
ため、主成分であるCuの焼結を促進する。即ち
Te粒子はBiより高い融点を持ちながら、その融
点ではCuへの大きな溶解度を持つため、溶融流
動を生ずることがない。しかもTeはBiとも急速
に溶解し合いBi₂Te₃なる金属間化合物の融点585
℃迄Biも大きな流動性を生じないで焼結は進む。
更に温度が上がると、Bi₂Te₃は完全な溶融状態
となるが、溶融Biよりその流動性は低いもので
あり、かつその温度領域ではBi、Te共Cuに十分
溶解し得るため、凝集組織を作ることなく焼結が
完了する。冷却過程はこの逆を辿るのみであり、
微細均一な分布を持つBiとTeが析出すると共に
Bi₂Te₃及びCu₂TeやCu₄Te₃、CuTe等の金属間化
合物、あるいはBiとTe、CuとTeの共晶合金が微
細に分散して析出する。BiやTeの単体としての
析出量と、金属間化合物と共晶合金の析出量の割
合はそれぞれの投入配合量や、冷却速度等で決定
されるが、従来例に比べて、微細かつ均一な組織
が得られることには変りはない。 なお上記実施例では、低融点金属としてBi、
第１の金属としてTeの場合について説明したが、
低融点金属としてもBiに限らず、Pbでも同様効
果が得られる。また、低融点金属と第１の金属の
金属間化合物であるBi₂Te₃や第３の金属と第１
の金属の金属間化合物であるTiTe₂等の合金粉末
を最初から使用しても、同様の効果が得られた。
いずれの場合も第２の金属としてCr、Co、のい
づれか１つを含有し、更に第３の金属としてTi、
TiTe₂のいづれか１種を含有していると耐電圧特
性やしや断特性が一層向上する。 次に従来例と本発明の実施例との比較におい
て、本発明の効果について説明する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、主成分であ
る銅に対し、常温ではほとんど固溶しないサイダ
ン電流低減効果を有する副成分としてBi、Pb、
Bi₂Te₃の中から選ばれるいづれか１つの金属と、
この副成分と合金化し、その融点を高め、しかも
主成分に溶解する第１の金属としてTe、Bi₂Te₃、
TiTe₂の中から選ばれるいづれか１つの金属と、
第２の金属としてクロムまたはコバルトのいづれ
かを添加し、更に第３の金属としてチタンまたは
チタンとテルルの金属間化合物TiTe₂のいづれか
を添加することにより電極材料を構成したので、
副成分が微細均一に分散した低サイダン電流特性
の電極が得られ、また、しや断特性、耐電圧特
性、ろう付性等も著しく改善される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、真空スイツチ管の構造図、第２図
は、電極部分の拡大断面図である。 １……真空絶縁容器、２，３……端板、４，５
……電極、６，７……電極棒、８……ベローズ、
９，１０……シールド、５１……ろう材。なお、
図中同一符号は各々同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 以下の(a)〜(e)の成分よりなる真空開閉器用電
   極材料。 (a) 主成分として銅 (b) 副成分として、20重量％以下の範囲で添加さ
   れるビスマス、鉛、ビスマスとテルルの金属間
   化合物Bi₂Te₃の中から選ばれるいずれか１つ
   の金属 (c) 第１の金属として、テルル、ビスマスとテル
   ルの金属間化合物Bi₂Te₃、チタンとテルルの
   金属間化合物TiTe₂の中から選ばれるいずれか
   １つの金属（ただし副成分が鉛のときはテルル
   は除く） (d) 第２の金属としてクロム、コバルトのいずれ
   か１つの金属 (e) 第３の金属としてチタン、チタンとテルルの
   金属間化合物TiTe₂のいずれか１つの金属。