JPH04505986A - 真空電磁接触器並びに付属接触材用のＣｕＣｒ接触材の製法 - 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】 真空電磁接触器並びに付属接触材用のＣｕＣｒ接触材の製法本発明は主としてＣ ｕを５０〜７０重量％及びＣｒを３０〜５０重量％の割合で含む鋼及びクロムか らなる真空ｔｒＬｊ１接触器の接触片用接触材の製法並びにこのようにして製造 される接触材に関する。

中電圧範囲、すなわち約７．２〜４０ｋＶの範囲における真空開閉原理が指導的 な開閉原理として世界的に普及して以来、！磁接触器の使用に関しても日増しに その重要性が増してきている。またこの間約１〜１０ｋＶの電圧範囲用高圧電磁 接触器に次いで低圧用真空電磁接触器も開発されかつ使用されてきた。

真空電磁接触器及び真空中圧遮断器に対する要求は原理的に異なっている。すな わち電磁接触器の場合全負荷電流下に少な（とも１００万回の電気開閉運動が要 求される。この場合転極のような投入脱落も抑制されなければならないことから 、遮断時に特に直接相短絡を生じる可能性のある電気的再点弧のような欠陥が生 じてはならない、これに対して遮断器からは例えば全負荷電流の開閉運動が２ｏ ｏｏｏ回であるような明らかに少ない開閉回数が予測される。転極は遮断器では 一般に生じない。

を磁接触器の場合全負荷電流よりも数倍高い電流でもなお確実に遮断されまた融 解することなく接続され得ることが必要である。しかし電磁接触器は直列接続ヒ ユーズを有することから、遮断器の場合のような短絡電流の遮断能力はまったく 要求されない。

遮断器に比べて！磁接触器の開閉特性に対する要求は片寄っていることから、そ の接触材に対する要求もまた異なる。真空遮断器の場合最適材料としてＣｕＣｒ をベースとする接触材が普及している。これに対して真空電磁接触器に関しては 、特に開閉数の増加につれてその開閉能力及び絶縁耐力が弱くなるにもかかわら ず依然としてＷＣｕ、ＭｏＣｕ又はＷＣＡｇのような材料（場合によっては別の 添加剤を含んでいてもよい）が一般的である。ｔｍ接触器にＣ，ｕＣｒ材料を使 用しまた常に変わらない高い開閉能力、良好なゲンター性又は大きな絶縁耐力の ようなその利点を利用する研究において、従来完成されたＣｕＣｒ材料（例えば ドイツ連邦共和国特許出願公開！２９１４１８６号、同第３４０６５３５号、同 第２５２１５０４号明細書又は欧州特許出願公開第０１７８７９６号明細書に記 載されているような）はこの期待を満たすものではないことを示した。この焼結 材又は焼結−含浸材の場合、高い開閉数での焼損状態によって種々の問題が生じ る。すなわち燃焼の際に生じる材料損失は許容限界値を越え、それにより所望の 全負荷電流開閉数はもはや得られない、更に開閉面に著しい亀裂構造が生じ、こ れは電気的再点弧の形で誘電損率をもたらす傾向と結び付く。

欧州特許第０１７２４１１号明細書には初めてＣｕＣｒ接触材からなる接触片を 有する真空電磁接触器及びこの接触片の製法が記載されている。この場合接触材 はアーク放電中での再融解により製造され、その際クロムは銅マトリツクス中に 極めて微細かつ均一に分散されておりまた画成分間には傑出した結合が生じる、 この特殊性によりこの種のＣｕ　Ｃｒ接触材の耐焼損性は明らかに高くなり、そ の結果これは真空電磁接触器の運転中の諸要件を満足する。同時に接触片の焼損 は一様に生じ、従って電流零後の再点弧の原因は除かれる。

アーク放電による再融解法は直径の大きな再融解電極の場合にのみ経済的に使用 することができる。しかし電磁接触器には比較的小さな直径ををする接触片が必 要とされる。その結果再融解された材料の利用率は極めて低く、これは経済性を 悪化させる。

従って本発明の課題は、同様に真空電磁接触器に使用するためのＣｕＣｒをベー スとする接触材を製造することができる他の方法並びにこうして製造された接触 材を提供することにある。

この課題は本発明によれば、各成分の粉末混合物を製造し、粉末混合物を、真の 気孔率が得られるまで圧縮及び焼結し、引続き焼結体を冷間加工することにより 解決される。

本発明により製造されたＣｕＣｒ材の場合、真の気孔率は一般に９２％以上の空 間占有率を有する。空間占有率がこれより低い焼結体はその見かけ気孔率により 部材内部へのガス又は空気交換を許容することになる。こうして取り入れられた ガス又は空気含有分は次の冷間加工に際して大部分閉じ込められ、接触片の開閉 特性に悪影響を及ぼす。

本発明により真空電磁接触器に遺したＣｕＣｒ材が提供されるが、これはその製 法により特に価格面で利点を有する。接触マトリックスとしての適性に関する前 提条件、すなわち銅及びクロム成分の緊密で障害のない結合はこの場合融解工程 によってではなく、接合成分の冷間融解によって達成される。このため有利には 焼結されたＣｕＣｒ粉末混合物から出発して、この混合物を引続き１つの形に冷 間圧縮するが、この場合圧縮に際して少な（とも４０％の変形率を達成すること が重要である。この変形処理中に銅及びクロム成分は著しく変形される。すなわ ち各成分間の界面は破裂され、冷間融解される。その結果生じる両成分の結合は 、真空１ｉ磁接触器における接触片用としてこの材料を使用する際の諸要件を驚 くほど十分に満足する強度を有する。

未発明方法で達せられる最終圧縮物はいずれの場合にも９９％以上の空間占有率 を有する。

この方法の場合材料利用率は極めて高い、焼結体の容積は圧縮型の容積に適合さ せることができ、圧縮型はその寸法において接触片の最終形状に可能な限り近付 られ、従って表面を僅かに切削する必要があるだけである。従って上記方法は陽 めて経済的に操作することができる。

必要とされる材料の硬化を冷間融解により得るために、圧縮処理の代わりに冷間 流動又は圧延処理を選択することもできるが、この場合にも同様に２４０％の最 小変形率は維持されなければならない。

本発明の他の詳細な説明及び利点については、光学顕微鏡による組織図との関連 において以下に記載する実施例により明らかにする。

廻−上 粒径分布く６３μｍのＣｕ粉末及び粒径分布く４０μｍのＣｒ粉末を６０：４０ の割合で乾燥下に混合し、例えば８００ＭＰａの圧力で、その直径がほぼその高 さに等しい円筒形にプレスする。プレス加工品を約４０５０℃で高真空下にｐ≦ １０−’ｍバールの圧力で約３時間焼結処理する。これにより空間占有率は約９ ４％となる。引続き焼結体を空気中で、直径がその高さのほぼ５倍である形に圧 縮する０表面を切削した後、切断により円盤形をした個別の接触片が生じる。

丘記実施例の１変法は、圧縮型の形状を介して例えば丸味、斜面及び／又はくぼ みのような接触片の特殊な輪郭を直接製造することにあり、この場合後からの材 料の削除処理は不要である。

奥−呈 粒径分布く６３μｍのＣｕ粉末及び粒径分布く６３μｍのＣｒ粉末を５５：４５ の割合で乾燥下に混合し、アイソスタチックに約３０００バールの圧力で直径８ ０ｍｍの円筒形に冷間プレス加工する。プレス加工品を一６０℃未満の露点を有 する高純度の水素下で１０００”Ｃに加熱し、約」０３０℃で高真空下に約６時 間ｐ≦１０−’ｍバールの圧力で焼結処理する。その結果空間占有率は約９５％ となる。引続き焼結体を完全前進流動プレス法により直径３５ｍｍのストランド に変形するが、その際変形率は約６５％である。母面を切削した後このストラン ドを高さ５ｍｍの円盤に切断することにより多数の接触片を得る。

これに関する岨ｖａ図から銅マトリツクス１中にクロム粒子２が埋め込まれてい ることは明かである。特に焼結体を圧縮により変形処理することによって、元来 不規則に形成されまた焼結ブリッジにより部分的に結合されたクロム粒子は大部 分列状に延ばされ、クロム粒子を取り囲む銅で冷間融解される。この冷間融解に よって真空電磁接触器における接触材の良好な使用特性がもたらされる。

国際調査報告 −１−一幻−１１ｗ−，ＰＣＴ／ＤＥ　８９１００３４４国際調査報告

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．主としてＣｕを５０〜７０重量％及びＣｒを３０〜５０重量％の割合で含む 銅（Ｃｕ）及びクロム（Ｃｒ）からなる真空電磁接触器の接触片用接触材を製造 するに当り、 −各成分の粉末から粉末混合物を製造し、−粉末混合物を、真の気孔率が得られ るまで、圧縮及び焼結し、−引続き焼結体を冷間加工する 各工程を有する接触材の製法。
2. ２．冷間加工時の変形率が少なくとも４０％であることを特徴とする請求の範囲 １記載の方法。
3. ３．焼結体の冷間加工を圧縮により行うことを特徴とする請求の範囲１又は２記 載の方法。
4. ４．接触片の所望の幾何字形状に近い輪郭を有する圧縮型を使用することを特徴 とする請求の範囲１ないし３の１つに記載の方法。
5. ５．各成分の粉末混合物を、接触片に必要な材料分をほぼ含有する円筒状成形体 に圧縮することを特徴とする請求の範囲１ないし４の１つに記載の方法。
6. ６．円筒状成形体を４００〜１０００ＭＰａ、有利には８００ＭＰａの圧力で圧 縮することを特徴とする請求の範囲５記載の方法。
7. ７．焼結体の冷間加工を流動圧縮により行うことを特徴とする請求の範囲１ない し２記載の方法。
8. ８．各成分の粉末混合物をアイソスタチックに２０００バール以上の圧力で、接 触片に必要な材料分の少なくとも２０倍を含む円筒状成形体に圧縮することを特 徴とする請求の範囲１ないし７の１つに記載の方法。
9. ９．粉末プレス加工品を銅の融点未満の温度、特に１０００℃〜１０７０℃で高 真空中において圧力ｐ≦１０１−４ｍバールで焼結処理することを特徴とする請 求の範囲１ないし８の１つに記載の方法。
10. １０．焼結処理を少なくとも部分的に高純度の水素中で行うことを特徴とする請 求の範囲９記載の方法。
11. １１．銅及びクロムからなる粉末混合物に接触片の開閉特性を改善する他の添加 物、例えばアルミニウム（ＡＩ）、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（ Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウ ム（Ｚｒ）及び／又はテルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、ア ンチモン（Ｓｂ）を含めることを特徴とする請求の範囲１ないし１０の１つに記 載の方法。
12. １２．鋼（Ｃｕ）及びクロム（Ｃｒ）をベースとする真空電磁接触器の接触片用 接触材において、これを有利には請求の範囲１ないし１１の１つに基づき粉末冶 金法で製造し、クロム粒子（２）を銅マトリックス（１）に埋め込みまたクロム 粒子をこれを囲む銅で融解したことを特徴とする接触材。
13. １３．クロム粒子（２）が銅マトリックス（１）中に列状に延びていることを特 徴とする請求の範囲１２記載の接触材。