JPH0521964B2

JPH0521964B2 -

Info

Publication number: JPH0521964B2
Application number: JP58127254A
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: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1993-03-26
Also published as: JPS6021354A

Description

【発明の詳細な説明】

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。一般に、真空インタラプタの電極は、１大電流をしや断する能力が高いこと、２絶縁強度が大きいこと、３耐溶着性が良好なこと、及び４小電流を良好にしや断できること（さい断電
流値が小さいこと）等の電極条件を満足することが要求されている。従来、上記の電極条件を満足すべく、種々の電
極材料が提案されている。が、いずれの電極材料
も、上記の電極条件を十分には満足しないのが現
状である。例えば、銅に微量の高蒸気圧材料（低融点材
料）を含有せしめた種々の電極、例えば、特公昭
41−12131号公報（米国特許証第3246979号参照）
に示されている、銅に0.5重量％のビスマスを含
有せしめてなるもの（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
証第3596027号参照）に示されているもの等が知
られている。これら高蒸気圧材料を含有してなる電極にあつ
ては、上記の電極条件から観て、大電流しや断能
力、耐溶着性及び導電率に優れているものの、絶
縁強度、特に大電流しや断後の絶縁強度が著しく
低下する欠点があり、しかも、さい断電流値が
10Aと高いために電流しや断時にさい断サージを
発生することがあるので、遅れ小電流を良好にし
や断し得ない欠点があり、したがつて、負荷側の
電気機器の絶縁破壊を引起す虞れがあつた。また、例えば、上記高蒸気圧材料を含有する電
極の上述したような欠点を解消するのを企図した
電極として、銅と低蒸気圧材料（高融点材料）と
の合金からなるもの、例えば、特公昭54−36121
号公報（米国特許証第3811939号参照）に示され
ている、20重量％の銅と80重量％のタングステン
とからなるもの、または、特開昭54−1572843号
公報（英国特許出願公開第2024257号公報参照）
に示されているもの等が知られている。これら低蒸気圧材料を含有してなる電極にあつ
ては、上記の電極条件から観て、絶縁強度が大き
くなる利点はあるものの、短絡電流のような大電
流をしや断することが困難となる欠点があつた。本発明は、上述した技術水準に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、耐溶着性を不
都合とならない程度に良好に維持しつつ、絶縁強
度を大きくし得るとともに大電流および小電流の
いずれをも良好にしや断し得るようにした、真空
インタラプタの電極材料とその製造方法を提供す
ることである。上記の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の組成とその製造方法に
関するものである。特定発明は、電極材料を、29〜70重量％のフエ
ライト系ステンレス鋼と、合計で１〜10重量％に
達し、かつ、一方が少なくとも0.5重量％含まれ
る、モリブデンおよびタングステンと、残り銅と
の複合金属で構成した。また、電極材料に関する他の発明は、29〜70重
量％のフエライト系ステンレス鋼粉末と、合計で
１〜10重量％に達し、かつ、一方が少なくとも
0.5重量％含まれる、モリブデンおよびタングス
テン粉末とを相互に拡散結合した多孔質基材に残
り重量％の銅を溶浸させた複合金属で構成した。そして、特定発明にかかる電極材料の製造方法
に関する一の発明は、まず、非酸化性雰囲気中に
おいて、フエライト系ステンレス鋼とモリブデン
とタングステンとの混合粉末をフエライト系ステ
ンレス鋼の融点より低い温度で加熱して、上記混
合粉末の各金属を相互に拡散結合することにより
多孔質基材を形成し、ついで、非酸化性雰囲気中
において、上記多孔質基材上に銅材を置くと共に
多孔質基材および銅材をフエライト系ステンレス
鋼の融点より低い温度で、かつ、銅の融点以上の
温度で加熱して、銅材を多孔質基材に溶浸させて
複合金属を形成する方法である。また、特定発明にかかる電極材料の製造方法に
関する他の発明は、まず、フエライト系ステンレ
ス鋼とモリブデンとタングステンとの混合粉末と
銅材とを共に非酸化性雰囲気中に納置し、つい
で、これら混合粉末および銅材を銅の融点より低
い温度で加熱して上記混合粉末の各金属を相互に
拡散結合することにより多孔質基材を形成し、つ
いで銅の融点以上で、かつ、フエライト系ステン
レス鋼の融点より低い温度で上記多孔質基材およ
び銅材を加熱することにより銅材を上記多孔質基
材に溶浸させて複合金属を形成する方法である。以下、図面および写真等の図を参照して、本発
明の実施例を詳細に説明する。第１図は、本発明にかかる電極を備えた真空イ
ンタラプタの縦断面図である。真空インタラプタ
は、円筒状に成形したガラスまたは絶縁セラミツ
クス等の絶縁物から成る複数（本実施例において
は２本）の絶縁筒１，１を、各絶縁筒１の両端に
固着したFe−Ni−Co合金等の金属から成る薄肉
円環状の封着金具２，２…の一方を介し、同軸的
に接合することにより一体の絶縁筒とするととも
に、この一体の絶縁筒の両開口部を、他方の封着
金具２，２を介し、ステンレス鋼等から成る円板
状の両金属端板３，３により閉塞し、かつ、一体
の絶縁筒と両金属端板３，３とから成る容器の内
部を高真空に排気して真空容器４を形成し、この
真空容器４内に、一対の円板状の電極５，５を、
各金属端板３の中央部から、真空容器４の気密性
を保持しつつ、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）
自在に設けて概略構成されている。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。各電極５は、29〜70重量％のフエライト系ステ
ンレス鋼と、合計で１〜10重量％に達し、かつ、
一方が少なくとも0.5重量％含まれる、モリブデ
ンおよびタングステンと、残り銅とからなる複合
金属の材料から成る。この電極材料は、−100メツシユのフエライト系
ステンレス鋼粉末29〜70重量％と、合計で１〜10
重量％に達し、かつ、一方が少なくとも0.5重量
％含まれる、−100メツシユのモリブデンおよびタ
ングステン粉末とを相互に拡散結合することによ
り多孔質基材を形成し、この基材に残り重量％の
銅を溶浸させた金属組織を有する。なお、フエライト系ステンレス鋼としては、例
えば、JIS規格でSUS405，SUS429、SUS430、
SUS430F又はSUS434が好適である。列挙したフ
エライト系ステンレス鋼は、いずれも、鉄及びク
ロムを主成分とし、炭素、硅素、マンガン、リ
ン、硫黄、モリブデン及びアルミニウムのうち幾
つかを少量添加成分として含むものである。以下、上述した電極材料を製造する方法につい
て説明する。第１の製造方法まず、フエライト系ステンレス鋼29〜70重量
％、モリブデンおよびタングステンの合計で１〜
10重量％に達し、かつ、一方が少なくとも0.5重
量％の組成比となるように調整され、かつ、粒径
を−100メツシユとした、フエライト系ステンレ
ス鋼粉末と、モリブデン粉末と、タングステン粉
末とを所定量（例えば、加工しろを加味した電極
１個分相当）機械的に混合する。ついで、得られた金属混合粉末を、フエライト
系ステンレス鋼、モリブデン、タングステン、お
よび銅のいずれとも反応しない材料、例えば、ア
ルミナから成る円形断面の容器に収納し、この収
納物を、非酸化性雰囲気中（例えば、５×
10^-5Torr以下の圧力の真空中、水素ガス中、窒
素ガス中またはアルゴンガス中等）において、フ
エライト系ステンレス鋼の融点（約1500℃）より
低い温度で加熱保持（例えば、600〜1000℃で５
〜60分間程度）し、これにより、フエライト系ス
テンレス鋼粉末とモリブデン粉末とタングステン
粉末とを相互に拡散結合して、多孔質基材を製造
する。次に、上記拡散結合工程と同一または異なる非
酸化性雰囲気中において、上記多孔質基材上に銅
ブロツクまたは銅粉末等の銅材を置き、かつ、多
孔質基材と銅材とを銅の融点（1083℃）以上で、
かつ、フエライト系ステンレス鋼の融点（約1500
℃）より低い温度で５〜20分間程度加熱保持し
て、溶融した銅材を多孔質基材に溶浸させる。こ
れにより、フエライト系ステンレス鋼、モリブデ
ン、タングステンおよび銅から成る複合金属材料
を製造する。前述の第１の製造方法は、多孔質基材の形成
（拡散結合）工程と、この多孔質基材への銅材の
溶浸工程とが完全に分離していることに特徴があ
り、容器中で多孔質基材を拡散結合形成している
時には、この容器中に銅材は納置されていない。したがつて、第１の製造方法では、多孔質基材
の形成を水素ガス、窒素ガス又はアルゴンガス等
のガス中で行い、この多孔質基材への銅材の溶浸
を真空引き下で行うことでも良い。また、各種非酸化性雰囲気中において電極多数
個分に相当する多孔質の柱状基材を製造し、この
多孔質の柱状基材を所要厚さ、および、形状に切
断して例えば１個の電極用の多孔質基材に加工し
た後に、この多孔質基材への銅材の溶浸を真空引
き下で行うことでも良い。第２の製造方法第２の製造方法は、フエライト系ステンレス鋼
粉末とモリブデン粉末とタングステン粉末との混
合粉末は、銅材とを同一容器内に納置し、上記混
合粉末の拡散結合工程および銅材の溶浸工程を同
一非酸化性雰囲気中での加熱温度の変更のみで一
貫して行う点に特徴がある。すなわち、第２の製造方法にあつては、まず、
フエライト系ステンレス鋼が29〜70重量％、モリ
ブデンおよびタングステンが合計で１〜10重量％
に達すると共に一方が少なくとも0.5重量％の組
成比となるように調整され、かつ、粒径を−100
メツシユとした、フエライト系ステンレス鋼粉末
と、モリブデン粉末と、およびタングステン粉末
とを所定量機械的に混合する。ついで、得られた金属混合粉末を、フエライト
系ステンレス鋼、モリブデン、タングステンおよ
び銅のいずれとも反応しない材料、例えば、アル
ミナから成る円形断面の容器に収納するととも
に、金属混合粉末上に銅材を載置する。ついで、容器中の収納物を非酸化性雰囲気中
（例えば、５×10^-5Torr以下の圧力の真空中）に
おいて、まず、銅の融点より低い温度で加熱保持
（例えば、600〜1000℃で５〜60分間程度）し、こ
れにより、フエライト系ステンレス鋼粉末とモリ
ブデン粉末とタングステン粉末とを相互に拡散結
合して、多孔質基材を製造する。ついで、得られた多孔質基材と銅材とを銅の融
点（1083℃）以上で、かつ、フエライト系ステン
レス鋼の融点（約1500℃）より低い温度（例えば
1100℃）で、５〜20分間程度加熱保持し、溶融し
た銅材を多孔質基材に溶浸させる。これにより、
フエライト系ステンレス鋼、モリブデン、タング
ステンおよび銅から成る複合金属の材料を製造す
る。なお、第１，第２の方法いずれの場合にあつて
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。もちろん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
極として実用上問題はないものである。また、上
記各金属粉末における各金属粒子の径を−100メ
ツシユとした理由は、各金属粒子が電極材料の金
属組織中で均一に分散し、且つ相互拡散結合が良
好となるようにするためである。また、金属粉末の相互拡散結合に要する、加熱
温度と保持時間は、炉の条件、形成する多孔質基
材の形状、大きさ等の条件、及び作業性等を考慮
し、且つ所望の電極材料としての性質を満足する
ように決定保持されるものであり、例えば600℃
で60分間、または1000℃で５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（ただし、非酸化
性雰囲気は、５×10^-3Torrの真空中）により製
造した電極材料の実施例にかかる金属組織を第２
図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦに示す。第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦは、フエラ
イト系ステンレス鋼のSUS434が42重量％、モリ
ブデンが４重量％、タングステンが４重量％、及
び銅が50重量％の組成比とした電極材料のＸ線マ
イクロアナライザによる特性写真であり、第２図
Ａは、金属組織の二次電子像を示す特性写真であ
る。またSUS434の主成分である鉄Fe、クロムCrの
分散状態は、第２図Ｂ，Ｃ，から明らかであり、
第２図Ｂの白の部分（白点）がFe、第２図Ｃの
白い部分（白点）がCrである。更に第２図Ｄは
分散したモリブデンMoを、また第２図Ｅは分散
したタングステンＷを示す特性Ｘ線像であり、点
在する白い部分（白点）がMo，Ｗである。また
第２図Ｆは、溶浸された銅Cuの特性Ｘ線像で、
白い部分がCuである。この第２図から判るように、SUS434、モリブ
デンMo、タングステンＷの、各粉末（粉体）
は、相互拡散結合して多孔質基材を形成してお
り、そしてこの多孔質基材の孔（間隙）に銅Cu
が溶浸されることによつて全体として強固な結合
体の複合金属を形成していることが判る。以上の通り図示し詳述した金属組織を有する電
極材料を、直径50mm、厚み6.5mmの円板に形成し、
かつ、その周縁にＲ＝４mmの丸味を付けた電極と
し、この電極を一対第１図に示す構成の真空イン
タラプタに組込んで、この真空インタラプタの諸
性能を検証した。この検証結果は、以下の通りで
あつた。１電極材料の導電率（IACS）３〜25％であつた。２耐溶着性両電極５，５同士を130Kgｆの力加圧し、これ
ら電極５，５間に25kArmsの電流を３秒間通電
した（IEC短時間電流規格）後に、両電極５，５
は、200Kgｆの静的な引外し力で問題なく引外す
ことができ、その後の接触抵抗の増加は、２〜８
％に止まつた。また、両電極５，５同士を1000Kgｆの力で加圧
し、これら電極５，５間に50kArmsの電流を３
秒間通電した後に、両電極５，５を、200Kgｆの
静的な引外し力で問題なく引外すことができ、そ
の後の接触抵抗の増加は、２〜７％に止まつた。したがつて、耐溶着性は、実用上不都合となら
ない程度に良好に維持された。３さい断電流値試験電流として30Aを通電して行なつたところ
さい断電流値は、平均3.8A（標準偏差σ_o＝1.3、標
本数ｎ＝100）であつた。４大電流しや断能力 11kArmsの電流をしや断することができた。５絶縁強度極間ギヤツプを3.0mmに維持し、インパルス耐
電圧試験を行なつたところ、±120kV（バラツキ±
10kV）の耐電圧値を示した。６しや断後の絶縁強度 11kAを通電して複数回しや断した後に極間ギ
ヤツプを3.3mmに維持し、インパルス耐電圧試験
を行つたところ、±110kV（バラツキ10kV）の耐
電圧値を示した。７小電流開閉後の絶縁強度電流80Aで小電流連続開閉試験を10000回行な
つた。耐電圧値は、初期〜10000回の間において、
ほとんど変化しなかつた。８進み小電流しや断能力電圧

【式】電流80Aの進み小電流しや断試験（JEC181）を10000回行なつた。両
電極５，５間に再点弧は発生しなかつた。上記電極材料において、フエライト系ステンレ
ス鋼の種類および組成比と、モリブデン＋タング
ステン、および銅の各組成比とを変更した場合の
さい断電流値およびインパルス耐電圧値を表に示
す。

【表】なお、SUS434は少量のMoを含有するもので
あるが、SUSが含有するMoは微量であるので、
これとは無関係にMoを添加した。上述の１〜８項から判るように、本発明の電極
材料から成る電極を有する真空インタラプタは、
優れた諸性能を有するものであり、本発明にかか
る電極と同一形状のCu−0.5Bi電極を有する真空
インタラプタの諸性能と比較したところ、下記の
通りであつた。ａ大電流しや断能力両者同一である。ｂ絶縁強度一対のCu−0.5Bi電極が極間ギヤツプ10mmにお
いて示すインパルス耐電圧値と、本発明にかかる
一対の電極が極間ギヤツプ3.0mmにおいて示すイ
ンパルス耐電圧値とは同一であつた。したがつ
て、本発明にかかる電極は、Cu−0.5Bi電極の３
倍強の絶縁強度を有する。ｃ耐溶着性本発明にかかる電極の耐溶着性は、Cu−0.5Bi
電極の耐溶着性の70％である。が、実用上ほとん
ど問題なく、必要ならば、電極開離瞬時の引外し
力を若干増加させればよい。ｄ進み小電流しや断能力本発明にかかる電極は、Cu−0.5Bi電極に比較
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。ｅさい断電流値本発明にかかる電極のさい断電流値は、Cu−
0.5Bi電極のさい断電流値の30％と小さくなつた。また、表に示す図示以外の組成の電極も、Cu
−0.5Bi電極との比較において、第２図Ａ〜Ｆに
示す組成のものとほぼ同様の性能を示した。しかして、フエライト系ステンレス鋼は、29重
量％未満の場合にさい断電流値が急激に大きくな
り、他方、70重量％を超える場合に大電流しや断
能力が急激に低下した。また、モリブデンおよびタングステンが合計で
１重量％未満の場合には、絶縁強度が急激に低下
し、他方、10重量％を超える場合には、大電流し
や断能力が急激に低下した。しかして、モリブデンが0.5重量％の場合及び
タングステンが0.5重量％未満の場合には、とも
にさい断電流値が大きくなると共に機械的強度が
低下した。また、銅が20重量％未満の場合には、短時間電
流試験の結果から判るように通電後の接触抵抗が
急激に大きくなり、すなわち、電極の導電率が急
激に低下するので、定格電流通電時のジユール熱
が急激に大きくなり、銅20重量％未満の電極の実
用性が低下した。他方、銅が70重量％を超える場合には、絶縁強
度が急激に低下するとともに、耐溶着性が急激に
低下した。以上の如く、特定発明は、29〜70重量％のフエ
ライト系ステンレス鋼と、合計で１〜10重量％に
達し、かつ、一方が少なくとも0.5重量％含まれ
るモリブデンおよびタングステンと、20〜70重量
％の銅材との複合金属を材料とする真空インタラ
プタの電極であるから、この電極は、Cu−0.5Bi
電極のように高蒸気圧材料を含有して成る従来の
電極に比して、前記の性能比較で明らかにしたよ
うに真空インタラプタの絶縁強度は３倍強と飛躍
的に大きくし、かつ、さい断電流値は、その30％
小と飛躍的に小さくすることができる。また大電
流しや断能力は従来の20Cu−80W等の如き低蒸
気圧材料を含有してなる電極は0.6KA以下（特公
昭52−12382号）であるが、本発明は、これに比
べて約２倍の大電流しや断を良好に行うことがで
きる。したがつて、特定発明にかかる電極材料
は、大電流しや断、進み小電流しや断および遅れ
小電流しや断を良好に行うことができる。また、電極材料に関する他の発明は、29〜70重
量％のフエライト系ステンレス鋼粉末と、合計で
１〜10重量％に達し、かつ、一方が少なくとも
0.5重量％のモリブデンおよびタングステン粉末
とを相互に拡散結合した多孔質基材に20〜70重量
％重量％の銅材を溶浸させてなる、真空インタラ
プタの電極材料であるから、上述した種々の効果
に加えて、電極の機械的強度の向上を図ることが
できる。また、特定発明にかかる電極材料の製造方法に
関する一の発明は、フエライト系ステンレス鋼と
モリブデンとタングステンとの混合粉末を非酸化
性雰囲気中で、かつ、所定温度で所定時間保持
し、相互に拡散結合させて多孔質基材とし、この
基材上に銅材を置き、この銅材を非酸化性雰囲気
中で多孔質基材に溶浸させて電極材料を製造する
ようにしているので、各金属間の結合が良好に行
われ、その分散状態を均一にでき、電極材料の電
気的特性および機械的特性を優れたものとするこ
とができる。また、特定発明にかかる電極材料の製造方法に
関する他の発明は、フエライト系ステンレス鋼と
モリブデンとタングステンとの混合粉末と銅材と
を共に所定の容器中に納置し、その後に、同一非
酸化性雰囲気中で混合粉末の相互拡散結合および
銅材の溶浸を温度調節のみで一貫して行うように
しているので、上記製造方法に関する一の発明に
伴う効果に加えて、作業工程の一部を省略できる
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる電極材料により成る
電極を有する真空インタラプタの縦断面図、第２
図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦは、フエライト系
ステンレス鋼のSUS434が42重量％、モリブデン
が４重量％、タングステンが４重量％、および銅
が50重量％の組成を有する複合金属から成る電極
材料のＸ線マイクロアナライザによる特性写真
で、第２図Ａは、電極材料の二次電子像を示し、
第２図Ｂ，Ｃ，Ｄ，ＥおよびＦは、それぞれ分散
状態にある、鉄、クロム、モリブデン、タングス
テンおよび溶浸された銅の特性Ｘ線像を示す。

Claims

【特許請求の範囲】１ 29〜70重量％のフエライト系ステンレス鋼
と、合計で１〜10重量％に達し、かつ、一方が少
なくとも0.5重量％含まれる、モリブデンおよび
タングステンと、残り銅との複合金属から成る真
空インタラプタの電極材料。２ 29〜70重量％のフエライト系ステンレス鋼粉
末と、合計で１〜10重量％に達し、かつ、一方が
少なくとも0.5重量％含まれる、モリブデンおよ
びタングステン粉末とを相互に拡散結合した多孔
質基材に残部銅を溶浸させた複合金属から成る真
空インタラプタの電極材料。３まず、非酸化性雰囲気中においてフエライト
系ステンレス鋼粉末とモリブデン粉末とタングス
テン粉末との混合粉末を容器に収納し、フエライ
ト系ステンレス鋼の融点より低い温度で加熱し
て、上記混合粉末の各金属を相互に拡散結合する
ことにより多孔質基材を形成し、ついで、非酸化
性雰囲気中において上記多孔質基材上に銅ブロツ
クまたは銅粉末等の銅材を置くと共に、多孔質基
材および銅材をフエライト系ステンレス鋼の融点
より低い温度で、且つ、銅の融点以上の温度で加
熱して、銅材を多孔質基材に溶浸させて複合金属
とした真空インタラプタの電極材料の製造方法。４まず、フエライト系ステンレス鋼とモリブデ
ンとタングステンとの混合粉末と、銅ブロツクま
たは銅粉末等の銅材とを共に同一容器に収納して
非酸化性雰囲気中に納置し、ついで、これら混合
粉末および銅材を銅の融点より低い温度で加熱し
て上記混合粉末の各金属を相互に拡散結合するこ
とにより多孔質基材を形成し、ついで、銅の融点
以上で、かつ、フエライト系ステンレス鋼の融点
より低い温度で上記多孔質基材および銅材を加熱
することにより銅材を上記多孔質基材に溶浸させ
て複合金属とした真空インタラプタの電極材料の
製造方法。