JPH0510782B2

JPH0510782B2 -

Info

Publication number: JPH0510782B2
Application number: JP59035025A
Authority: JP
Inventors: Yoshuki Kashiwagi; Taiji Noda; Kaoru Kitakizaki
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1984-02-25
Filing date: 1984-02-25
Publication date: 1993-02-10
Also published as: KR850007163A; KR920004798B1; JPS60180026A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、真空インタラプタの電極材料とその
製造方法に関する。

従来技術一般に、真空インタラプタの電極材料は、次に
示す）〜）の諸特性が要求されている。

しや断性能が高いこと耐電圧が高いこと消耗が少ないことさい断値が低いこと接触抵抗が小さいこと溶着力が小さいこと電極材料は、真空インタラプタの性能を決定す
るに最も重要なものであり、上記各特性を全て満
足することが望ましい。

従来、例えば特公昭41−12131号公報（米国特
許第3246979号）に開示されているように、銅
（Cu）に0.5重量％のビスマス（Bi）を含有した
合金からなる電極（以下「Cu−0.5Bi電極」とい
う）、または特公昭48−36071号公報（米国特許第
3596027号）に開示された、Cuに微量の高蒸気圧
材料（低融点材料）を含有した合金からなる電極
が知られている。

しかしながら、かかるCu−0.5Bi電極等は、大
電流しや断能力、耐溶着性および導電率に優れて
はいるものの、絶縁耐力、特にしや断後の絶縁耐
力が著しく低下する欠点があり、しかもさい断電
流値が10Aと高いためにしや断時にさい断サージ
を発生することがあつて遅れ小電流を良好にしや
断し得ず、負荷の電気機器の絶縁破壊を招来する
虞れがある等の問題があつた。

一方、このような高蒸気圧材料を含有するCu
−0.5Bi電極等の欠点を解消すべく、例えば特公
昭54−36121号公報（米国特許第3811939号）に開
示されているように、20重量％のCuと80重量％
のタングステン(W)とからなる材料により形成した
電極（以下「20Cu−80W電極」という）、または
特開昭54−157284号公報（英国公開特許第
2024257号）に開示された、Cuと低蒸気圧材料
（高融点材料）との合金からなる高電圧用の電極
が知られている。

しかしながら、かかる20Cu−80W電極等にあ
つては、絶縁耐力は高くなる利点はあるものの、
事故電流の如き大電流をしや断することが困難に
なる等の問題があつた。

発明の目的本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、大電流および高電圧のしや断に供し得
るとともに、特にさい断電流が低いことにより遅
れ小電流を良好にしや断できるような真空インタ
ラプタの電極とその製造方法を提供することを目
的とする。

発明の概要かかる目的を達成するために、本発明は、真空
インタラプタの電極材料およびその製造方法を以
下に示す(1)〜(3)の構成としたものである。

(1) 真空インタラプタの電極材料を、銅20〜80重
量％、クロム５〜45重量％、鉄５〜45重量％お
よび炭化クロム0.5〜20重量％よりなる複合金
属で構成した。

(2) 上記(1)の複合金属を、クロム、鉄および炭化
クロムの各粉末を混合し、この混合粉末を非酸
化性雰囲気中にて前記各粉末の融点以下の温度
で加熱し相互に拡散結合せしめて多孔質の基材
を形成し、次いでこの基材に銅を非酸化性雰囲
気中にて銅の融点以上の温度で加熱して溶浸せ
しめて製造した。

(3) 上記(1)の複合金属を、クロム、鉄および炭化
クロムの各粉末を混合し、この混合粉末の上に
銅を載置するとともに非酸化性雰囲気中に収納
し、先ず銅の融点以下の温度で加熱し前記混合
粉末を相互に拡散結合せしめて多孔質の基材を
形成し、次いで銅の融点以上の温度で加熱して
前記基材に銅を溶浸せしめて製造した。

実施例以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明に係る電極材料により形成され
た電極を備えた真空インタラプタの縦断面図であ
る。第１図に示すように、この真空インタラプタ
は、円筒状に形成したガラスまたはセラミツクス
等の絶縁物からなる２本の絶縁筒１，１を、それ
ぞれの両端に固着した鉄（Fe）−ニツケル（Ni）
−コバルト（Co）合金またはFe−Ni合金等の金
属からなる薄肉円環状の封着金具２，２，…の一
方を介し同軸的に接合して１本の絶縁筒にすると
ともに、その両端開口部を他方の封着金具２，２
を介しステンレス鋼等からなる円板状の金属端板
３，３により閉塞し、かつ内部を高真空（例えば
５×10^-5Torr以下の圧力）に排気して真空容器
４が形成されている。

そして、この真空容器４内には、１対の円板状
の電極５，５が、各金属端板３，３の中央部から
真空容器４の気密性を保持して相対的に接近離反
自在に導入した対をなす電極棒６，６を介し、接
触離反（接離）自在に設けられている。なお、第
１図において、７は金属ベローズ、８は各電極５
等を同心状に囲繞する中間電位のシールドであ
る。

ここに、前記各電極５は、Cu20〜80重量％、
クロム（Cr）５〜45重量％、鉄（Fe）５〜45重
量％および炭化クロム0.5〜20重量％よりなる複
合金属で形成されている。なお、この複合金属
は、５〜30％の導電率（IACS％）を有するもの
である。

特に、この複合金属の組織状態が、Cr、Feお
よび炭化クロムの各粉末が拡散結合した多孔質の
基材にCuが溶浸された状態であれば最も好まし
い。

次に、上記電極材料の各種製造方法について説
明する。

第１の方法は、例えば粒径がそれぞれ−100メ
ツシユである、Cr，Feおよび炭化クロムを所定
量機械的に混合する。次に、この混合粉末をCr，
Fe、炭化クロムおよびCuのいずれとも反応しな
い材料（例えばアルミナ等）からなる容器に収納
する。そして、この混合粉末を、非酸化性雰囲気
中（例えば５×10^-5 _Tprr以下の圧力の真空中、また
は水素ガス中、窒素ガス中およびアルゴンガス
中）にて前記各粉末の融点以下の温度で加熱保持
（例えば600〜1000℃で５〜60分間程度）し、相互
に拡散結合せしめて多孔質の基材を形成する。

その後、この多孔質の基材の上にCuのブロツ
クを載置し、前述の如き非酸化性雰囲気中にて
Cuの融点以上の温度で加熱保持（例えば1100℃
で５〜20分間程度）し、前記基材にCuを溶浸さ
せる。

なお、この第１の方法は、多孔質の基材の形成
作業とCuの溶浸作業とは、工程を分けて行なわ
れる場合を示したものである。また、Cuの溶浸
方法は、上述の実施例に限定されず、例えば水素
ガス等のガス中にてまず多孔質の基材を形成し、
その後真空引きによりCuを溶浸させてもよい。

これに対し、第２の方法は、例えば粒径がそれ
ぞれ−100メツシユである、Cr，Feおよび炭化ク
ロムを所定量機械的に混合する。次に、この混合
粉末をCr，Fe、炭化クロムおよびCuのいずれと
も反応しない材料（例えばアルミナ等）からなる
容器に収納するとともに、混合粉末の上にCuの
ブロツクを載置する。そして、これらを前述の如
き非酸化性雰囲気中にて、まずCuの融点以下の
温度で加熱保持（例えば600〜1000℃で５〜60分
間程度）し、前記混合粉末を相互に拡散結合せし
めて多孔質の基材を形成し、次いでCuの融点以
上の温度で加熱保持（例えば1100℃で５〜20分間
程度）して基材にCuを溶浸せしめる。

ここに、第１および第２の方法ともに、金属粉
末の粒径は、−100メツシユ（149μm以下）に限定
されるものでなく、−60メツシユ（250μm以下）
であればよい。ただ、粒径が60メツシユより大き
くなると、各金属粉末粒子を拡散結合させる場
合、拡散距離の増大に伴つて加熱温度を高くした
りまたは加熱時間を長くしたりすることが必要と
なり、生産性が低下することとなる。一方、粒径
の上限が低下するにしたがつて均一な混合（各金
属粉末粒子を均一な分散）が困難となり、また酸
化し易いため、その取扱いが面倒であるとともに
その使用に際して前処理を必要とする等の問題が
あるので、おのずと限界があり、粒径の上限は、
種々の条件のもとに選定されるものである。

さらに、前記電極材料は、上述の第１および第
２の製造方法のほかに、例えばCr，Feおよび炭
化クロムの金属粉末にCuをも粒末としてCuを含
めた混合粉末を形成し、これをプレス形成し、
Cuの融点以下またはCuの融点以上でかつ他の金
属の融点以下の温度に加熱保持する方法により製
造してもよい。この際、プレス成形した素体の上
に、さらにCuを載置してもよく、この場合には
加熱温度がCuの融点以上である必要がある。

なお、前記第１および第２の方法いずれにあつ
ても、非酸化性雰囲気としては、真空の方が加熱
保持の際に脱ガスが同時に行なえる利点があつて
好適なものである。勿論、真空中以外のガス中に
て製造した場合にあつても真空インタラプタの電
極材料として実用上問題はないものである。ま
た、金属粉末の相互拡散結合に要する、加熱温度
と時間は、炉の条件、形成する多孔質基材の形
状、大きさ等の条件および作業性等を考慮し、か
つ所望の電極材料としての性質を満足するように
加熱保持されるものであり、例えば600℃で１〜
２時間、または1000℃で10〜60分間といつた加熱
条件で作業が行なわれるものである。

次に、前述の第２の製造方法により、５×10^-5
Torrの真空中にて、まず1000℃で60分間加熱保
持して多孔質の基材を形成し、次いで1100℃で20
分間加熱保持してCuを溶浸せしめた場合の３種
の本発明電極材料（複合金属）の組織状態を第２
図から第４図までに示すＸ線写真を用いて説明す
る。

なお、各電極材料の成分組成（重量％）は、以
下に示す３種のものである。

実施例１ Cu50−Cr5−Fe40−Cr₃C₂５実施例２ Cu50−Cr20−Fe20−Cr₃C₂10 実施例３ Cu50−Cr40−Fe5−Cr₃C₂５第２図Ａ〜Ｅ，第３図Ａ〜Ｅおよび第４図Ａ〜
Ｅは、それぞれ実施例１、実施例２および実施例
３の各成分組成の複合金属の組織状態を示すもの
で、第２図Ａ，第３図Ａおよび第４図ＡのＸ線写
真は、Ｘ線マイクロアナライザによる二次電子像
で、CrとFeとCr₂C₂との各粉末が相互に拡散結合
し均一に分散して一体化された島状の粒子とな
り、かつ各島状の粒子が相互に結合して多孔質の
基材を形成するとともに、この基材の孔（空隙）
にCuが溶浸されている。

また、各図ＢのＸ線写真は、Crの分散状態を
示す特性Ｘ線像で、島状に点在する白色の部分が
Crである。各図ＣのＸ線写真は、Feの分散状態
を示す特性Ｘ線像で、島状に点在する白い部分が
Feである。各図ＤのＸ線写真は、炭素(C)の分散
状態を示す特性Ｘ線像で、わずかに白く点在する
部分がＣの存在を示す。さらに、各図ＥのＸ線写
真はCuの分散状態を示す特性Ｘ線像で、白い部
分がCuである。

第２図から第４図で判るように、Cr，Feおよ
びCr₃C₂の各粉末が、相互に拡散結合して粒子と
なり、各粒子がほぼ均一に分散した状態で互いに
結合して多孔質の基材を形成し、この基材に溶浸
されたCuが、Cr等と相互に拡散結合し、全体と
して強固な結合体（複合金属）を形成している。

一方、前述の如く、第２の方法により製造した
実施例１の成分組成からなる本発明の電極材料
を、直径50mm、厚さ6.5mmの円板に形成しかつそ
の周縁を４mmアールの丸味を付けた電極にし、こ
れを第１図に示すような構成の真空インタラプタ
に１対の電極として組込んで諸性能の検証を行な
つた。その結果は、下記に示すようになつた。

(1) 電流しや断能力しや断条件が、定格電圧12kV（再起電圧21kV，
JEC−181），しや断速度1.2〜1.5m／ｓの時に
12kA（ｒ・ｍ・ｓ）の電流をしや断することがで
きた。

なお、実施例２および３の成分組成のものも実
施例１のものと同様の結果を示した。

(2) 絶縁耐力ギヤツプを３mmに保持し、衝撃波を印加する衝
撃波耐電圧試験を行なつたところ、±110kV（バラ
ツキ±10kV）の絶縁耐力を示した。また、大電
流（12kA）の複数回しや断後に同様の試験を行
なつたが、絶縁耐力に変化はなかつた。さらに、
進み小電流（80A）のしや断後に同様の試験を行
なつたが、絶縁耐力は殆んど変化しなかつた。

なお、実施例２および３の成分組成のものの絶
縁耐力は、いずれも実施例１のものと同様の結果
を示した。

(3) 耐溶着性 130Kgの加圧下で、25kA（ｒ・ｍ・ｓ）の電流
を３秒間通電（IEC短時間電流規格）した後に、
200Kgの静的な引き外し力で問題なく引き外すこ
とができ、その後の接触抵抗の増加は、４〜10％
にとどまつた。また、1000Kgの加圧下で、50kA
（ｒ・ｍ・ｓ）の電流を３秒間通電した後の引き
外しも問題なく、その後の接触抵抗の増加は、０
〜６％にとどまり、十分な耐溶着性を備えてい
た。

なお、実施例２および３の成分組成のものの耐
溶着力も、実施例１と同様の結果を示した。

(4) 遅れ小電流（誘導性の負荷）のしや断能力 84×1.5／√３kV，30Aの遅れ小電流試験（JEC− 181）を行なつたところ、電流さい断値は、平均
1.1A（標準偏差σ_o＝1.2，標本数ｎ＝100）を示し
た。

なお、実施例２の成分組成のものの電流さい断
値は、平均1.4A（σ_o＝1.2，ｎ＝100）を示し、ま
た、実施例３の成分組成のものの電流さい断値
は、平均1.3A（σ_o＝1.2，ｎ＝100）を示した。

(5) 進み小電流（容量性の負荷）のしや断能力電圧，85×1.25／√３kV，80Aの進み小電流試験（JEC−181）を、10000回行なつたが再点弧は０
回であつた。

(6) 導電率８〜11％の導電率（IACS％）を示した。

なお、実施例２および３の成分組成のものも、
実施例１のものと同様の結果を示した。

(7) 硬度硬度は、112〜194Hv（１Kg）を示した。

なお、実施例２および３の成分組成のものの硬
度も実施例１のものと同様の結果を示した。

さらに、実施例１の成分組成の電極材料を用い
た真空インタラプタと、従来のCu−0.5Bi電極を
備えた真空インタラプタとの諸性能を比較したと
ころ、下記に示すようになつた。

(1) 電流しや断能力両者同程度であつた。

(2) 絶縁耐力従来のCu−0.5Bi電極のものは、10mmのギヤツ
プで、実施例１の成分組成による電極の真空イン
タラプタと同じ絶縁耐力であつた。したがつて、
本発明に係る電極を備えた真空インタラプタは、
従来のCu−0.5Bi電極のものの、約３倍の絶縁耐
力を有していた。

(3) 耐溶着性本発明に係る電極の耐溶着性は、従来のCu−
0.5Bi電極のそれの70％であるが実用上殆んど問
題なく、必要ならば多少電極開離瞬時の引き外し
力を増加させればよい。

(4) 遅れ小電流のしや断能力本発明に係る電極の電流さい断値は、従来の
Cu−0.5Bi電極の電流さい断値の約1/10と小さい
ので、さい断サージが殆んど問題とならず、かつ
開閉後もその値が変化しない。

(5) 進み小電流のしや断能力本発明に係る電極は、従来のCu−0.5Bi電極に
比して２倍のキヤパシタンス容量の負荷をしや断
することができる。

なお、前記実施例２および３の成分組成に係る
電極も、従来のCu−0.5Bi電極との比較におい
て、上述した実施例１の成分組成に係る電極とほ
ぼ同様の性能を示した。

また、前記実施例においては、炭化クロムとし
てCr₃O₂を用いたが、本発明はかかる実施例に限
定されるものではなく、Cr₇C₃またはCr₂₃C₆を用
いてもほぼ同様の結果が得られる。

ところで、複合金属の成分組成が、Cu20〜80
重量％、Cr5〜45重量％、Fe5〜45重量％および
炭化クロム0.5〜20重量％の組成範囲以外の場合
には、満足する諸特性を得ることができなかつ
た。

すなわち、Cuが20重量％未満の場合には、導
電率の低下が急激に大きくなり、短時間電流試験
後の接触抵抗が急激に大きくなるとともに、定格
電流通電時におけるジユール熱の発生が大きいの
で実用性が低下した。また、Cuが80重量％を越
える場合には、絶縁耐力が低下するとともに、耐
溶着性が急激に悪化した。

また、Crが５重量％未満の場合には、電流さ
い断値が高くなり、遅れ小電流しや断能力が低下
し、45重量％を越える場合には、大電流しや断能
力が急激に低下した。Feが５重量％未満の場合
には、さい断電流値が高くなり、45重量％を越え
る場合には、大電流しや断能力が急激に低下し
た。さらに、炭化クロムが0.5重量％未満の場合
には、電流さい断値が急激に高くなり、20重量％
を越える場合には、大電流しや断能力が急激に低
下した。

発明の効果以上のように、本発明の真空インタラプタの電
極材料は、Cu20〜80重量％、Cr5〜45重量％、
Fe5〜45重量％および炭化クロム0.5〜20重量％よ
りなる複合金属であるので、従来の、例えばCu
−0.5Bi電極と同様の優れたしや断能力を発揮で
き、しかも絶縁耐力をも飛躍的に向上させること
ができる。また特に、さい断電流値が従来のもの
に比し極めて低いので、遅れ小電流を良好にしや
断することができる。

さらに、この複合金属の組織状態が、Cu以外
の金属の各粉末が拡散結合した多孔質の基材に、
Cuが溶浸された状態であれば、機械的強度およ
び導電率を一層高めることができる。

一方、本発明の真空インタラプタの電極材料の
製造方法によれば、複合金属を構成する各金属間
の結合が良好に行なわれ、その分散状態を均一に
でき、本発明の電極材料の有する前記電気的特
性、特にさい断電流値を著しく低くでき、また機
械的特性の向上も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空インタラプタの電極材料
による電極を備えた真空インタラプタの縦断面
図、第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ、第３図Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅおよび第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそ
れぞれ本発明の電極材料の異なる成分組成におけ
る組織状態を示すＸ線写真である。４……真空容器、５……電極棒、６……電極。

Claims

【特許請求の範囲】１銅20〜80重量％、クロム５〜45重量％、鉄５
〜45重量％および炭化クロム0.5〜20重量％より
なる複合金属であることを特徴とする真空インタ
ラプタの電極材料。２前記複合金属の組織状態が、クロム、鉄およ
び炭化クロムの各粉末が拡散結合した多孔質の基
材に銅が溶浸された状態であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の真空インタラプタの
電極材料。３クロム、鉄および炭化クロムの各粉末を混合
し、この混合粉末を非酸化性雰囲気中にて前記各
粉末の融点以下の温度で加熱し相互に拡散結合せ
しめて多孔質の基材を形成し、次いでこの基材に
銅を非酸化性雰囲気中にて銅の融点以上の温度で
加熱して溶浸せしめ、銅20〜80重量％、クロム５
〜45重量％、鉄５〜45重量％および炭化クロム
0.5〜20重量％よりなる複合金属としたことを特
徴とする真空インタラプタの電極材料の製造方
法。４クロム、鉄および炭化クロムの各粉末を混合
し、この混合粉末の上に銅を載置するとともに非
酸化性雰囲気中に収納し、先ず銅の融点以下の温
度で加熱し前記混合粉末を相互に拡散結合せしめ
て多孔質の基材を形成し、次いで銅の融点以上の
温度で加熱して前記基材に銅を溶浸せしめて、銅
20〜80重量％、クロム５〜45重量％、鉄５〜45重
量％および炭化クロム0.5〜20重量％よりなる複
合金属としたことを特徴とする真空インタラプタ
の電極材料の製造方法。