JPH0510783B2

JPH0510783B2 -

Info

Publication number: JPH0510783B2
Application number: JP3502684A
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: JPS60180027A

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
示されているような、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、特にさい断電流値が低いことにより
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５〜70重量％、モリブデン５〜70
重量％および炭化クロム0.5〜20重量％、炭化
モリブデン0.5〜20重量％の１種または２種
（２種の場合合計で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、モリブデンお
よび炭化クロム、炭化モリブデンの１種または
２種の各粉末を混合し、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、モリブデンお
よび炭化クロム、炭化モリブデンの１種または
２種の各粉末を混合し、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）５〜70重量％、モリブデン（Mo）
５〜70重量％および炭化クロム0.5〜20重量％、
炭化モリブデン0.5〜20重量％の１種または２種
（ただし、炭化クロムおよび炭化モリブデン両者
を含有する場合には、両者合計で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、20〜60％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、Moお
よび炭化クロム、炭化モリブデンの１種または２
種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，Moおよび炭化クロム、炭化
モリブデンの１種または２種を所定量機械的に混
合する。次に、この混合粉末をCr，Mo、炭化ク
ロム、炭化モリブデンおよび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^-5Torr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，Moおよび炭化
クロム、炭化モリブデンの１種または２種を所定
量機械的に混合する。次に、この混合粉末をCr，
Mo、炭化クロム、炭化モリブデンおよび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
属粉末粒子の均一な分散）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。

また、CrおよびMoの粉末は、先にCrとMoと
の合金を製造し、この合金を例えば粒径が−100
メツシユの粉末として用いてもよい。

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，Mo等の金属
粉末にCuをも粉末として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−Cr10−Mo35−Mo₂C5 実施例２ Cu50−Cr20−Mo20−Cr₃C₂５−Mo₂
C5 実施例３ Cu50−Cr30−Mo10−Cr₃C₂10 第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは、実施例１の
成分組成からなる複合金属のＸ線写真で、第２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、後述の第２図Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥ
から判るように、CrとMoとMo₂Ｃ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、第２図ＢのＸ線写真は、Crの分散状態
を示す特性Ｘ線像で、島状に点在する白い部分が
Crである。第２図ＣのＸ線写真は、Mo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Moである。第２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である。第２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。

また、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは、実施
例２の成分組成からなる複合金属のＸ線写真で、
第３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、後述の第３図Ｂ，Ｃ，Ｄお
よびＥから判るように、CrとMoとCr₃C₂とMo₂
Ｃとの各粉末が相互に拡散結合して一体化された
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。

第３図ＢのＸ線写真は、Crの分散状態を示す
特性Ｘ線像で、白で縁取られた島状の部分がCr
であり、CrとMo等とが均一に拡散した灰色の部
分と、Crリツチな白い部分およびMoリツチな黒
い部分からなる、第３図ＣのＸ線写真は、Mo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Moである。第３図ＤのＸ線写真は、Ｃ
の分散状態を示す特性Ｘ線像で、わずかに白い部
分がＣの存在を示す。第３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。

さらに、第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥは、実
施例３の成分組成からなる複合金属のＸ線写真
で、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、後述の第４図Ｂ，Ｃ，
ＤおよびＥから判るように、CrとMoとCr₃C₂と
の各粉末が相互に拡散結合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。

第４図ＢのＸ線写真は、Crの分散状態を示す
特性Ｘ線像で、島状に点在する白い部分がCrで、
このCrの中で灰色の部分がMoリツチの部分であ
る。第４図ＣのＸ線写真は、Moの分散状態を示
す特性Ｘ線像で、島状の白い部分がMoである。
第４図ＤのＸ線写真は、Ｃの分散状態を示す特性
Ｘ線像で、わずかに白い部分がＣである。第４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、Mo並び
にCr₃C₂および／またはMo₂Ｃ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、±120kV（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＋110kV，−120kVを示した。

(3) 耐溶着性 130Kgの加圧下で、27kA（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、２〜８％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、０〜５％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
1.3A（標準偏差σ_o＝0.20，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1.1A（σ_o＝0.15，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1.2A（σ_o＝0.18，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：84×1.25／√３kV，80Aの進み小電流試験（JEC−181）を、10000回行なつたが再点孤は０
回であつた。

なお、実施例２および３の成分組成のものも、
実施例１と同様の結果を示した。

(6) 導電率 36〜43％の導電率（IACS％）を示した。

なお、実施例２の成分組成のものは28〜34％、
実施例３の成分組成のものは25〜30％の導電率を
示した。

(7) 硬度硬度は、106〜182Hv（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80％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13％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Cr₃C₂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。さらに、炭化
モリブデンについても、MoCが適用できる。

ところで、複合金属の成分組成が、Cu20〜80
重量％、Cr5〜70重量％、Mo5〜70重量％および
炭化クロム0.5〜20重量％、炭化モリブデン0.5〜
20重量％の１種または２種（２種の場合合計で
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。

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、70
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。

また、Moが５重量％未満の場合には、絶縁耐
力が急激に低下し、70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、炭化モリブデンの１種ま
たは２種が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％、Cr5〜70重量％、
Mo5〜70重量％および炭化クロム0.5〜20重量％、
炭化モリブデン0.5〜20重量％の１種または２種
（２種の場合合計で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５〜70重量％、モリ
ブデン５〜70重量％および炭化クロム0.5〜20重
量％、炭化モリブデン0.5〜20重量％の１種また
は２種（２種の場合合計で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、モリブ
デンおよび炭化クロム、炭化モリブデンの１種ま
たは２種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、モリブデンおよび炭化クロム、炭化
モリブデンの１種または２種の各粉末を混合し、
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５〜70
重量％、モリブデン５〜70重量％および炭化クロ
ム0.5〜20重量％、炭化モリブデン0.5〜20重量％
の１種または２種（２種の場合合計で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、モリブデンおよび炭化クロム、炭化
モリブデンの１種または２種の各粉末を混合し、
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、銅20〜80
重量％、クロム５〜70重量％、モリブデン５〜70
重量％および炭化クロム0.5〜20重量％、炭化モ
リブデン0.5〜20重量％の１種または２種（２種
の場合合計で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。