JPH04129119A - 電極材料の製造方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、低融点金属の分布のばらつきが少ない均質な
電極材料の製造方法に関し、特にビスマスを添加した銅
−クロム系の電極材料に応用して好適なものである。

Ｂ１発明の概要 高融点金属の粉末上に銅と低融点金属との合金及び銅塊
を載置し、これらを非酸化性雰囲気にて銅の融点以上に
加熱保持し、前記鋼と低融点金属との合金と前記銅塊と
を前記高融点金属の空隙部分に溶浸させるようにした電
極材料の製造方法であり、低融点金属を銅と合金化する
ことにより、低融点金属の蒸散を抑制しつつ高融点金属
の空隙部分に銅及び低融点金属を溶浸させ、所望の性能
を有する均質な電極材料を製造し得るようにしたもので
ある。

Ｃ０従来の技術 真空インタラプタの電極材料として要求される重要な性
能の一つとして、電流遮断性能の高いことが挙げられる
。

近年、この電流遮断性能が非常に優れている銅−クロム
系の材料に、電流遮断後の接触抵抗値の上昇を抑制する
目的でビスマスを添加したものを、真空インタラプタの
電極材料として使用することが試みられている。

従来、このビスマスを添加した銅−クロム系の電極材料
の製造方法としては、銅とクロムとビスマスとの混合粉
末を一括して焼結するようにしたものや、容器内に充填
されたクロムとビスマスとの混合粉末上に銅塊を載置し
、ごれらを非酸化性雰囲気にて銅の融点以上に加熱し、
クロム及びビスマスの空隙部分に銅塊を溶浸させるよう
にしたもの、或いは予め焼結された銅とクロムとからな
る多孔質の溶浸母材の空隙部分にビスマスを溶浸させる
ようにしたもの等が知られている。

なお、ビスマスを添加した銅−クロム系の電極材料の組
成として一般的には、銅が２０から９８重量％の範囲、
クロムが２から８０重量％の範囲、ビスマスが０，１か
ら１５重量％の範囲に調整されている。

Ｄ０発明が解決しようとする課題 ビスマスを添加した銅−クロム系の金属材料に対する従
来の製造方法の内、銅とクロムとビスマスとの混合粉末
を一括して焼結するようにした方法及びクロム及びビス
マスの空隙部分に銅塊を溶浸させるようにした方法では
、ビスマスは蒸気圧が高くて融点が低いことから、銅塊
を溶浸させる加熱工程において銅よりも融点の低いビス
マスの蒸発量が非常に多く、一つの容器内で製造される
電極材料中のビスマスの分布が著しく不均一となって製
品の均質性を損なう虞がある上、電極材料中に占めるビ
スマスの割合を設計通りに保つことが困難である。

又、銅とクロムとの焼結体の空隙部分にビスマスを溶浸
させるようにした方法ては、上述の如き不具合はないも
のの、所定量のビスマスを含有する電極材料を製造する
ためには、銅とクロムとの焼結体の空隙率の調整が極め
て重要となる。しかし、従来の方法では銅とクロムとの
焼結体を所望の空隙率に調整することが非常に難しいこ
とに加え、一つの焼結体内での空隙率のばらつきも多い
ことから、電極材料中のビスマスの分布が不均一となっ
て、製品の均質性を損なう虞があった。

８０課題を解決するための手段 本発明による電極材料の製造方法は、銅よりも高融点の
スケルトンを構成する高融点金属の粉末上に銅とこの銅
よりも低融点の低融点金属との合金及び銅塊を載置し、
これらを非酸化性雰囲気にて銅の融点以上に加熱保持し
、前記鋼と低融点金属との合金と前記銅塊とを前記高融
点金属の空隙部分に溶浸させる１うにしたことを特徴と
するものである。

なお、前記高融点金属としてはクロム等を挙げることが
できる。又、前記低融点金属としてはビスマス等を挙げ
ることができる。ここで、高融点金属としてクロムを採
用すると共に低融点金属としてビスマスを採用したもの
において、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９８重量％を越える
と耐溶着性の低下や電流さい断値の増大をもたらすっ又
、クロムが２重量％未満の場合には、電流さい断値が増
大し、逆にクロムが８０重量％を越える場合には、電流
遮断性能が低下してしまう。一方、ビスマスが０．１重
量％未満の場合には、電流遮断後の接触抵抗値を抑制す
る効果が薄れでしまい、逆にビスマスが１５重量％を越
えると、耐電圧特性等の真空インタラプタとしての性能
に悪影響を及ぼす。

従って、高融点金属としてクロムを採用すると共に低融
点金属としてビスマスを採用したものにおいては、銅は
２０から９８重量％の範囲、クロムは２から８０重１％
の範囲、ビスマスは０．１から１５重量％の範囲にそれ
ぞれあることが望ましい。

但し、真空インタラプタとしての耐電圧特性等に注目し
た場合、ビスマスを１重量％以下に収めることが特に有
効である。

又、銅と低融点金属との合金において、低融点金属の割
合が０．１重量％未満の場合には、この合金の使用量が
多くなってコスト高を招来し、逆に２０重量％を越える
場合には低融点金属が著しく析出し、得られる電極材料
中の低融点金属の量にばらつきを生じる虞がある。以上
のような観点から、銅と低融点金属との合金中に”占め
る低融点金属の割合は、０．１から２０重量％の範囲に
あることが望ましい。

Ｆ１作用 銅と低融点金属との合金中に占める低融点金属の一部は
、銅の結晶粒中に固溶している。

固溶限界を越えた低融点金属は銅の結晶粒界に析出する
が、この析出状態の低融点金属は合金表面のみならず合
金内部にも当然存在する。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　′（、・たこのような状態の銅と低融点金属
との合金を銅塊と共に高融点金属の粉末上に載置してこ
れらを加熱すると、銅と低融点金属との合金から低融点
金属が蒸発するのは、銅の結晶粒界に沿ってこの銅と低
融点金属との合金の表面からだけとなり、銅と低融点金
属との合金中の銅が溶けるまでは、低融点金属の蒸発が
抑制された状態となる。

この加熱操作に伴い、高融点金属の粉末の空隙部分から
ガスが放出され、高融点金属の空隙部分に銅と低融点金
属とが溶浸して行く。

低融点金属は電極材料自体の機械的強度を下げ、この電
極材料自体を変形し易くして電流這断後の接触抵抗値の
上昇を抑制する。

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２
図に示すようなものであり、相互に一直線状をなす一対
のリード棒１１．１２の対向端面には、それぞれ電極１
３．１４が一体的に設けである。これら電極１３．１４
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の間に挟まれた状
態で保持されている。

一方の前記リード棒１１は、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
ベローズ２０を介して連結され、駆動装置の作動に伴っ
て電極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、クロム（Ｃｒ）と、銅（Ｃｕ）
と、これらクロムと銅との界面に分散するビスマス（Ｂ
ｉ）とからなる複合金属で構成される。

本発明によるこの電極材料の製造方法の一例を第１図に
基づいて以下に記すと、まず−１００メツシユの粒度の
クロムの粉末を内径６８ｕｏのアルミナセラミックス製
の容器Ａに１７０ｇ入れ、これを５　ｘ　Ｉ　Ｏ−’Ｔ
ｏｒｒの真空炉内で脱ガスしながら１２００℃に加熱保
持し、クロム粒子を相互に拡散結合させて多孔質の溶浸
母材Ｂを得る。

一方、５　ｘ　ｌ　Ｏ−”Ｅｏｒｒの真空溶解炉にて銅
を１１００℃に溶融させ、所定量のビスマスを銅の溶湯
中に添加してこれらを攪拌した後、冷却してビスマスが
０．５重量％含まれた銅ビスマス合金を得る。

しかるのち、前記アルミナセラミックス製の容器Ａ内に
形成された溶浸母材Ｂの上に、上述した方法により作ら
れた１７０ｇの銅ビスマス合金Ｃと更にその上に１７０
ｇの銅塊りとを載置し、この状態で容器Ａにアルミナセ
ラミックス製の蓋Ｅを被せ、これらを真空炉内にて脱ガ
スしつつ１１００℃に１時間加熱処理し、多孔質の溶浸
母材Ｂの空隙部分に銅ビスマス合金Ｃと銅塊りとを溶浸
させ、これによって得られた電極材料を容器Ａから取り
出し、所定の寸法形状に機械加工する。

このようにして、 Ｃｕ：５５．００重量％ Ｃｒ：４４．７５重量％ Ｂｉ：０．２５重量％ からなる電極材料を作成した。

この電極材料を第２図に示した真空インタラプタに組み
込み、３０ＫＡの電流遮断操作を２０回行った結果、連
断操作前の接触抵抗値を基準とした場合、遮断操作後の
接触抵抗値は１．８倍程度にしか上昇しなかった。

なお、比較として上述した製造方法と同様な溶浸法によ
り Ｃｕ：５５重量％ Ｃｒ：４５重量％ のビスマスを含まない電極材料を作成し、これを第２図
に示す真空インタラプタに組み込み、３０ＫＡの電流遮
断操作を２０回行った。

ビスマスを０．２５重量％含む上述した本実施例による
遮断操作前の接触抵抗値を基準とした場合、この比較例
における電極材料では遮断操作前の接触抵抗値が１．４
倍であり、遮断操作後の接触抵抗値は３．０倍にも述し
た。

又、上述した本実施例の製造方法により合計で２５の試
料を作成し、電極材料中に占めるビスマスの割合を調査
した結果、ビスマスの割合の平均値が０．２５重量％で
その標準偏差が０．０２％となり、ビスマスの割合のば
らつきが非常に小さいことも判明した。

なお、上述した実施例では予めクロムの粉末を焼結し、
これによって得られる溶浸母材に対して銅ビスマス合金
と銅塊とを溶浸させるようにしたが、容器内に装入され
たクロムの粉末上に銅ビスマス合金と銅塊とを載置し、
この容器内を蓋により密閉状態のまま加熱してクロムの
粉末の空隙部分に銅ビスマス合金と銅塊とを溶浸させる
ようにしても同様な結果を得ることができる。

Ｈ０発明の効果 本発明の電極材料の製造方法によると、スケルトンを構
成する高融点金属の上に銅と低融点金属との合金及び銅
塊を載置し、これらを加熱して高融点金属の空隙部分に
銅と低融点金属との合金及び銅塊を溶浸させるようにし
たので、低融点金属の蒸発量を従来の方法よりも抑制す
ることが可能となり、電極材料中の低融点金属の分布が
均一となって製品の均質性が向上し、電極材料中に占め
る低融点金属の割合を設計通りに保つことができる。

この結果、電流遮断後における接触抵抗値や電流遮断性
能等の特性が全体的に向上した電極材料を得ることがで
きる。特に、多数回の開閉操作後でも接触抵抗値が低（
安定しているため、開閉のための操作装置を小形化でき
る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。

又、銅と低融点金属との合金の他に銅塊を用意するよう
にしたので、銅と低融点金属との合金のみを用いる場合
と比較すると、銅と低融点金属との合金の使用量を少な
くすることができ、生産性の向上に伴う製造コストの低
減を企図し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電極材料の製造方法の一実施例を
表す断面図、第２図は真空インタラプタの一例を表す断
面図である。 又、図中の符号でＡは容器、Ｂは溶浸母材、Ｃは銅ビス
マス合金、Ｄは銅塊、Ｅは蓋、１１゜１２はリード棒、
１３．１４は電極である。 特許出願人　株式会社　明　電　舎 代理人　弁理士　光石英俊（他１名） １裏ｆ図 本発明による電極材料の製造 方法の一実施例を表す断面図 Ａ：容器 Ｂ：溶浸母材 Ｃ：銅ビスマス合金 Ｄ：銅塊 Ｅ：蓋 第２図 真空１′ンタラプタの断面図 １３．１４：電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅よりも高融点のスケルトンを構成する高融点金
   属の粉末上に銅とこの銅よりも低融点の低融点金属との
   合金及び銅塊を載置し、これらを非酸化性雰囲気にて銅
   の融点以上に加熱保持し、前記銅と低融点金属との合金
   と前記銅塊とを前記高融点金属の空隙部分に溶浸させる
   ようにしたことを特徴とする電極材料の製造方法。
2. （２）高融点金属がクロムであることを特徴とする請求
   項（１）に記載した電極材料の製造方法。
3. （３）低融点金属がビスマスであることを特徴とする請
   求項（１）に記載した電極材料の製造方法。