JPH0435545B2

JPH0435545B2 -

Info

Publication number: JPH0435545B2
Application number: JP5380784A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Sekiguchi; Isao Okutomi
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1992-06-11
Also published as: JPS60197840A

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は真空遮断器の接点材料として用いられ
る焼結合金に関する。（従来の技術）真空遮断器に用いられる接点には、遮断特性が
良いこと、裁断電流値が小さいこと、溶着性が良
いことが重要な特性として要求されている。このため、このような要求に応えるべく真空遮
断器用接点材料として、焼結合金からなるものが
用いられている。従来、真空遮断器用接点を形成するための焼結
合金として、高導電性に資する成分として銀
（Ag）および銅（Cu）からなる群から選ばれた
１種または２種、耐アーク性に資する成分として
タングステン（Ｗ）、モリブデン（Mo）、クロム
（Cr）、チタン（Ti）およびこれらの炭化物から
なる群から選ばれた１種または２種以上とからな
る焼結合金が提案されている。この焼結合金は、タングステン、モリブデン、
クロム、チタンおよびこれらの炭化物により、耐
アーク性および耐消耗性を付与するのである。この焼結合金は耐アーク性に優れたものである
が、真空遮断器用接点として重要な特性の１つで
ある優れた遮断特性を持たせることが難しく、こ
の点につき改良が望まれていた。本発明の発明者らは、真空遮断器用接点に用い
る焼結合金について種々研究を重ねた結果、高導
電性に資する成分および耐アーク性に資する成分
に加えて、コバルトとビスマスおよび鉛からなる
群から選ばれた１種または２種をある特定の割合
をもつて添加し、かつこのビスマス（鉛でも同様
である）を基地組織中に固溶および微細に分散さ
せることにより、優れた遮断特性を得られるとと
もに、電流裁断性および耐溶着性の維持向上を図
ることができることを見出だしたものである。（発明の目的）本発明は、前記の研究に基づいてなされたもの
であり、優れた遮断特性を有し、併せて電流裁断
特性および耐溶着性の向上を図つた真空遮断器接
点用として最適な焼結合金を提供することを目的
とする。［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の真空遮断器接点用焼結合金は、銀およ
び銅からなる群から選ばれた１種または２種30〜
45重量％と、コバルト0.2〜6.5重量％と、ビスマ
スおよび鉛からなる群から選ばれた１種または２
種0.01〜0.5重量％と、残部タングステン、モリ
ブデン、クロム、チタンおよびこれらの炭化物か
らなる群から選ばれた１種または２種以上とから
なることを特徴とするものである。銀および銅は、接点における高導電性に資する
成分として用いられるもので、これら高導電性に
資する成分は30〜45重量％で構成する。これらは
30重量％以上で低い接触抵抗を安定してもたら
し、この効果は45重量％まで耐アーク性を損ねる
ことなく維持される。耐溶着性および耐アーク性
が重視される場合には銅を、低接触抵抗が要求さ
れる場合には銀を主成分として用いる。タングステン、モリブデン、クロム、チタンお
よびこれらの炭化物は、耐アーク性に資する成分
として用いられ、特に炭化タングステン（WC）
が多く用いられる。これら耐アーク性に資する成
分は、前述した高導電性に資する成分および後述
するコバルト、ビスマスおよび鉛の残部をなす量
で構成される。また、焼結合金を形成するために
用いる耐アーク性に資する成分の粉末の平均粒径
は、1.5〜3.0μｍの範囲である。この平均粒径の
範囲は、耐アーク性に資する成分の粉末粒子が焼
結合金の基地組織中に均一に分散できる大きさで
ある。コバルトは、基地組織において銀および銅の粒
子、タングステン、モリブデン、クロム、チタン
およびこれらの炭化物の粒子を粒界で結合する結
合剤の役目をなすものである。コバルトは0.2〜6.5重量％の割合で添加する。コバルトは0.2重量％以上で添加の効果を顕著
に示して改善し、この効果は、6.5重量％まで電
気抵抗の著しい増大を伴うことがなく維持でき
る。好ましくは0.7〜3.0重量％である。ビスマスおよび鉛は、遮断特性を付与するとと
もに、電流裁断特性および耐溶着性を維持向上さ
せる効果をもたらす。ビスマスおよび鉛は、この
目的を達成すつために、0.01〜0.5重量％の割合
で添加する。ビスマスおよび鉛は、0.01重量％以上で添加の
効果を示し、この効果は、0.5重量％まで安定し
て得られる。ビスマスはあまり多いと偏析を生ず
ることがあるが、この場合は遮断特性の低下およ
びばらつきを生じやすい。好ましくは0.1〜0.3重
量％の範囲で添加する。また、ビスマスおよび鉛
は一部は固溶し一部は析出するが、析出している
粒子の平均粒径はおおむね3μｍ以下であり、こ
のような微細な分散が本発明の効果に寄与するも
のであると考えられる。しかして、本発明の焼結合金において、ビスマ
スおよび鉛は、それぞれ単独で存在すると微細な
ものであり、かつ両者が同時に存在しても微細な
状態を確保できる。また、コバルトが高導電性に
資する成分および耐アーク性に資する成分の粒子
を結合するので、これら各成分の基地組織中に均
一に分散できる。これによりビスマスおよび鉛
を、基地組織中における高導電性に資する成分お
よび耐アーク性に資する成分の粒子間に、微細な
状態で均一に分散することができる。そして、ビ
スマスおよび鉛のいずれか一方または両方を前記
の割合で添加することにより、前記の分散状態と
相まつて、焼結合金に対して遮断特性を付与し、
かつ電流裁断特性および耐溶着性を維持改善する
ことができる。これは、適切な蒸気圧値を有する
材料を微細にかつ均一に分散させることにより、
遮断時のアークが接点面上の特定の場所に局部的
にとどまることを防ぎアークが接点面上に均一に
広がることを促進させる効果をもたらすものと考
えられる。したがつて、本発明の焼結合金は、遮
断特性、電流裁断特性および耐溶着性に優れたも
ので、真空遮断器接点用の接点材料として最適で
ある。本発明の接点材料は次のようにして得られる。
例えば、所定組成の材料粉末に粘結剤（パラフイ
ンなど）を添加混合し、100〜400メツシユ程度に
調整した原料粉を得、この原料粉を１〜７トン／
cm²の圧力で成形し、成形体を非酸化性雰囲気中
1000〜1300℃程度の温度で焼結して、空〓率20〜
50容量％程度の圧粉焼結体を得る。この圧粉焼結
体に、別途用意した耐溶着性に資する成分を含む
銀および銅の１種または２種からなる溶湯を例え
ば黒鉛容器中1100〜1300℃で含浸させ、その後、
所定形状に加工して接点とする。圧粉成形原料中の粘結剤の代わりに、あるいは
これとともに、銀および銅の１種または２種から
なる高導電性材料の一部を用い、これと耐アーク
性に資する成分からなる粉末との混合粉末から得
た圧粉焼結体に、耐溶着性に資する成分を含む高
導電性材料の残部の溶湯の含浸させる方法をとる
こともできる。第１図は、本発明の接点材料を適用する真空遮
断器の一構成例を示す正断面図であり、第２図
は、その要部拡大図である。遮断室１は、セラミ
ツクなどの絶縁材料によりほほ円筒状に形成され
た絶縁容器２と、この両端に密閉機構３，３ａを
介して設けた金属製蓋体４，５とで真空気密に区
画されている。しかして、この遮断室１内には一
対の電極棒６，７の互いに対向する端部にそれぞ
れ固定電極８および可動電極９が配設されてい
る。また、上気可動電極９の電極棒７には、ベロ
ーズ１０が取り付けられ、遮断室１内を真空気密
に保持しながら、電極９の往復動による一対の電
極８，９の開閉を可能にしている。またこのベロ
ーズ１０はフード１１により覆われ、アーク蒸気
の被着を防止しており、また遮断室１内にはさら
に円筒状金属容器１２が設けられ、絶縁容器２へ
のアーク蒸気の被着を防止している。一方、可動電極９は、その拡大構造を第２図に
示すように、導電棒７にロウ材１３によつて固定
されるか、またはかしめによつて圧着接続（図示
せず）されており、その上には可動接点１４がロ
ウ材１５によつて接合されている。また固定電極
８の詳細な構造（図示せず）も向きが逆となるの
みでほぼ同様であり、これには固定接点１４ａが
設けられている。本発明の接点材料は、上記したような接点１
４，１４ａの双方またはいずれか一方を構成する
のに適したものである。（実施例）以下、本発明の実施例を説明する。Ｗ、Mo、Cr、Tiおよびこれらの炭化物の１種
または２種以上からなる粉末およびCo、さらに
必要に応じてAgおよびCuの１種または２種を添
加混合して得た100〜400メツシユの粒度分布を有
する原料粉末を得、この原料粉末を１〜７トン／
cm²の圧力で成形し、成形体を非酸化性雰囲気中約
1200℃の温度で焼結して所望の異なる空〓率を有
する圧粉焼結体を44種得た。この焼結体にBiお
よびPbの１種または２種を含むAgおよびCuの１
種または２種を水素雰囲気中1100〜1300℃で含浸
させることにより下表に組成を示す44種の接点材
料を得た。次いで、これら接点材料から、それぞ
れ所定形状の試験片を切り出し、それらの材料に
ついて以下の方法により遮断特性および裁断電流
値をそれぞれ測定した。 ●遮断特性直径70mmの接点を有するテスト用モデルバル
ブを開閉装置に取り付けるとともに、モデルバ
ルブを12kVの回路に接続して遮断試験を行つ
た。アークの広がりは、前記のモデルバルブを
破壊して、接点表面を目視により観察したもの
である。 ●裁断電流値直径10mm、厚さ４mmで一方は平面、他方は
200mmＲの球面を有する一対の供試接点に400℃
のベーキング、放電エージングを行つた後、こ
れらに直列に挿入した同軸形シヤントの電圧降
下をシンクロスコープで観測した。接点には、
Ｌ、Ｃ回路を経て44Aの交流を与え、接触圧力
10Kgで300回の開閉における裁断電流値のばら
つき範囲を測定したものである。

【表】

【表】表から明らかなように試料番号１〜８は、いず
れも遮断特性が良好で、裁断電流値も小さいのに
対して、試料番号９〜12は、遮断特性および裁断
電流値の一方または両方が十分とは言えず、真空
遮断器接点用焼結合金として不適である。そして、遮断特性の向上に関して見れば、ビス
マスが0.005重量％（試料番号10）では顕著な効
果が見られない。ビスマスは0.01〜0.5重量％含
有する（試料番号１〜３）ことが必要であり、ビ
スマスが0.6重量％（試料番号11）では、遮断特
性のばらつき幅が多くなり、好ましくない。銀
は、20重量％では接触抵抗が不安定になり、30〜
45重量％を含有する（試料番号４、５）ことが必
要である。この効果はビスマスの代わりに鉛を含
むもの（試料番号６）でも同様であり、高導電性
に資する成分は銀に限らず銅を含むもの（試料番
号７、８）でも同様に得られる。なお、ビスマスまたは鉛は、遮断後の接点表面
の観察の結果、アークの広がりに寄与すること
が、ビスマスまたは鉛を0.01重量％以上含む場合
に認められ、遮断特性に役立つている。なお、ビ
スマスは合金中に均一に分散しやすく、この点で
より好ましい。さらに他の実施例として、前述した実施例の方
法により試料番号13〜25に示す組成を有した13種
類の接点材料を作成した。これら接点材料から、
それぞれ所定形状の試験片を切り出し、それらの
試験片について前述した実施例の測定方法により
遮断特性および裁断電流値をそれぞれ測定した。
この測定結果を表に示す。表から明らかなように試料番号13〜20のもの
は、いずれも遮断特性が良好で、裁断電流値も小
さい。これに対して、試料番号21〜25のものは、
遮断特性および裁断電流値の一方または両方が十
分とは言えず、真空遮断器接点用焼結合金として
不適である。さらに他の実施例として、前述した実施例の方
法により試料番号26〜44に示す組成を有した19種
類の接点材料を作成した。これら接点材料から、
それぞれ所定形状の試験片を切り出し、それらの
試験片について前述した実施例の測定方法により
遮断特性および裁断電流値をそれぞれ測定した。
この測定結果を表に示す。表から明らかなように試料番号26〜37のもの
は、いずれも遮断特性が良好で、裁断電流値も小
さい。これに対して、試料番号38〜44のものは、
遮断特性および裁断電流値の一方または両方が十
分とは言えず、真空遮断器接点用焼結合金として
不適である。［発明の効果］以上説明したように本発明の真空遮断器接点用
焼結合金は、高導電性に資する成分と耐アーク性
に資する成分とからなる焼結合金に、ビスマスお
よび鉛の１種または２種を分散した状態で添加す
ることにより、遮断特性を付与するとともに、電
流裁断性および耐溶着性を向上でき、これにより
高い信頼性を有する真空遮断器用接点が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の焼結合金からなる接点を適用
する真空遮断器の一構成例を示す正断面図、第２
図はその接点部を拡大して示す説明図である。１……遮断室、２……絶縁容器、６，７……電
極棒、８……固定電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１銀および銅からなる群から選ばれた１種また
は２種30〜45重量％と、コバルト0.2〜6.5重量％
と、ビスマスおよび鉛からなる群から選ばれた１
種または２種0.01〜0.5重量％と、残部タングス
テン、モリブデン、クロム、チタンおよびこれら
の炭化物からなる群から選ばれた１種または２種
以上とからなることを特徴とする真空遮断器接点
用焼結合金。