JPH0547928B2

JPH0547928B2 -

Info

Publication number: JPH0547928B2
Application number: JP58117870A
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: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1993-07-20
Also published as: JPS6010521A

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
製造方法に係り、特に所定の組成比で銅、鉄、及
びクロムを含有する電極材料とその製造方法に関
したものである。

一般に、真空インタラプタの電極にあつては、 (1) 大電流をしや断する能力が高いこと、 (2) 絶縁耐力が高いこと、 (3) 耐溶着性が良好なこと、 (4) 小電流を良好にしや断できること等の条件を満足することが要求されている。

従来、上述した条件を満たすべく種々の電極材
料が提案されているが、いずれの電極材料にあつ
ても上記の条件を十分に満足するものでないのが
現状である。

例えば、銅に徴量の高蒸気圧材料（低融点材
料）を含有せしめた合金材料からなる電極、たと
えば特公昭41−12131号（米国特許第3246979号）
に示されているような銅に0.5％のビスマス（以
下Cu−0.5Bi電極という）を含有してなる電極、
または特公昭48−36071号（米国特許第3596027
号）に示されているものなどが知られている。

しかしながら、上記のようにビスマスの如き高
蒸気圧材料（低融点材料）を含有してなる電極
（以下Cu−0.5Bi電極という）にあつては、大電
流のしや断能力、耐溶着性、及び導電率に優れて
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
おそれがある等の問題があつた。

このような高蒸気圧材料（低融点材料）を含有
するCu−0.5Bi電極の欠点を解消すべく、銅と低
蒸気圧材料（高融点材料）との合金材料からなる
電極、たとえば、特公昭54−36121号（米国特許
第3811939号）に示されているような80％のタン
グステンと20％の銅とからなる電極（20Cu−
80w電極という）、または特開昭54−157284号
（英国公開特許第2024257号）に示されているもの
が知られている。

しかしながら、上記のような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
困難となる等の問題があつた。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、
電極を20〜70重量％の銅、５〜45重量％の鉄及び
５〜45重量％のクロムからなる複合金属材料にて
形成することにより、耐溶着性が良好であつて、
特に絶縁耐力が優れると共に大電流および小電流
を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を目
的としたものである。

本発明にあつては、この目的のために電極材料
及び製造方法を以下の(1)〜(4)の手段によつて達成
したものである。

(1) 20〜70重量％の銅と、５〜45重量％の鉄と、
５〜45重量％のクロムとからなる複合金属にて
電極材料を形成した。

(2) ５〜45重量％の鉄粉末と、５〜45重量％のク
ロム粉末とを相互に拡散結合した多孔質の基材
に、20〜70重量％の銅を溶浸させて複合金属の
電極材料を形成した。

(3) 非酸化性雰囲気中において鉄とクロムの混合
粉末を鉄の融点以下の温度で加熱して相互に拡
散結合せしめて多孔質の基材を形成せしめ、つ
いでこの基材に銅を非酸化性雰囲気中で溶浸せ
しめる方法によつて複合金属の電極材料を形成
した。

(4) 鉄とクロムの混合粉末と銅とを非酸化性雰囲
気に納置し、まず銅の融点以下の温度で加熱し
て混合粉末を相互に拡散結合して多孔質の基材
を形成せしめ、ついで銅の融点以上で且つ鉄の
融点以下の温度で加熱して銅を基材に溶浸せし
める方法によつて複合金属の電極材料を形成し
た。

次に図面等を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第１図は、本発明からなる材料にて形成された
電極を備えた真空インタラプタの縦断面図で、こ
の真空インタラプタは、円筒状に形成されたガラ
スまたはセラミツクス等の絶縁物からなる複数
（実施例では２本）の絶縁筒１，１を、それぞれ
の両端に固着したFe−Ni−Co合金等の金属から
なる薄肉円環状の封着金具２の一方を介して同軸
的に接合することによつて１本の絶縁筒に形成
し、そして両開口部を他方の封着金具２を介して
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、かつ内部を高真空に排気して真空
容器４を形成し、この真空容器４内に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の内端部
に設けられ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。

前記電極５は、20〜70重量％の銅、５〜45重量
％の鉄、５〜45重量％のクロムを含有する複合金
属からなるものである。

すなわち、電極５は、−100メツシユの鉄の粉末
５〜45重量％と、−100メツシユのクロムの粉末５
〜45重量％とを加熱し、相互に拡散結合して多孔
質の基材を形成し、この基材に20〜70重量％の銅
を溶浸してなるものである。

次にかかる電極材料を製造する方法について説
明する。

(1) 第１の方法第１の方法は、非酸化性雰囲気中（真空中、水
素ガス中、窒素ガス中、アルゴンガス中等）に
て、まず鉄粉末とクロム粉末とを相互拡散結合し
て多孔質の基材を形成し、次いで別の非酸化性雰
囲気中にて基材に銅を溶浸して電極材料を形成す
るものである。

すなわち、まず融点以下の温度で相互に拡散結
合すべく粒径を−100メツシユとした鉄粉末とク
ロム粉末とを所定量機械的に混合する。

ついで、この鉄とクロムの混合粉末を、鉄、ク
ロム及び銅と反応しない材料（例えばアルミナ）
からなる円形の容器に収納する。そしてこれを例
えば非酸化性雰囲気中（例えば５×10^-5Torr以
下の真空中）において鉄の融点（1535℃）以下の
温度にて加熱保持（例えば600〜1000℃で５〜60
分間）し、これによつて鉄粉末とクロム粉末とを
相互に拡散結合して多孔質の基材を形成する。

次に非酸化性雰囲気中（例えば５×10^-5Torr
以下の圧力の真空中）にて、1100℃または銅の融
点（1083℃）以上で且つ鉄の融点（1535℃）以下
の温度で５〜20分間程度加熱して、銅を鉄とクロ
ムとからなる多孔質の基材に溶浸させて電極材料
を形成するものである。

なお、この第１の方法は、多孔質の基材の形成
作業と銅の溶浸作業とが、工程を分けて行なわれ
る場合を示したものである。上述した実施例に限
らず、例えば、水素ガス等のガス中において基材
を形成し、そして真空引きして銅を溶浸してもよ
い。または予じめモリブデン粉末およびクロム粉
末からなる比較的大形の多孔質基材を形成し、そ
してこの多孔質基材を電極用として所要の小形円
板形状に切断し、これに銅を非酸化性雰囲気中に
て溶浸してもよい。

(2) 第２の方法第２の方法は、非酸化性雰囲気中において、鉄
粉末とクロム粉末とを結合して多孔質の基材を形
成すると共にこの基材に銅を溶浸して電極を形成
するものであり、基材の形成と溶浸とを同じ雰囲
気中において行なうものである。

すなわち、まず融点以下の温度で相互に拡散結
合すべき粒径を−100メシシユとした鉄粉末とク
ロム粉末とを所定量機械的に混合する。ついで、
この鉄とクロムとの混合粉末を、鉄、クロム及び
銅のいずれとも反応しない材料（例えばアルミ
ナ）からなる円形の容器に収納すると共にこれら
粉末の上に銅のブロツクを載置する。そしてこれ
を非酸化性雰囲気中（例えば５×10^-5Torr以下
の圧力の真空中）にてまず銅の融点（1083℃）以
下の温度にて加熱保持（例えば600〜1000℃で５
〜60分間）し、これによつて鉄粉末とクロム粉末
とを相互に拡散結合して多孔質の基材を形成す
る。

次に1100℃または銅の融点（1083℃）以上で且
つ鉄の融点（1535℃）以下の温度で、５〜20分間
程度加熱して、銅を鉄とクロムからなる多孔質の
基材に溶浸させて電極材料を形成するものであ
る。

なお、第１、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中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、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、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
加熱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。

次に各組成からなる電極材料の実施例の特性写
真を説明する。なお、これらの電極材料は前述の
第２の製造方法により５×10^-5Torrの真空中に
おいて形成されたものである。

第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、鉄、クロムおよび銅
の組成割合を45重量％、５重量％および50重量％
とした組成の電極材料の特性写真である。第２図
Ａの特性写真は、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から判る
ように、鉄Feの粉末とクロムCrの粉末とが相互
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）に銅Cuが溶浸されている。また、第２図
Ｂの特性写真は鉄Feの分散状態を示すＸ線マイ
クロアナライザによる特性Ｘ線像で島状に点在す
る白い部分が鉄である。さらに、第２図Ｃの特性
写真はクロムCrの分散状態を示すＸ線マイクロ
アナライザによる特性Ｘ線像で、島状に点在する
白い部分がクロムである。また、第２図Ｄの特性
写真は、銅Cuの分散状態を示すＸ線マイクロア
ナライザによる特性Ｘ線像で、白い部分が銅であ
る。

したがつて、鉄の粉末とクロムの粉末とが、第
２図Ｂ，Ｃから判るように、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
に溶浸された銅が、第２図Ｄから判るように、ク
ロム及び鉄の部分と相互に拡散結合し、全体とし
て強固な結合体を形成していることが判る。

次に各種実験の結果を示す。

なお、実験は、材料の組成比が、（実施例１） Cu50−Fe45−Cr ５（重量％）（実施例２） Cu50−Fe25−Cr25（〃）（実施例３） Cu50−Fe ５−Cr25（〃）の３種類のものを前述の第２の方法で且つ５×
10^-5Torrの真空中にて形成し、これを直径50
ｍ／ｍ、厚み6.5ｍ／ｍにし、且つ周縁を４ｍ／
ｍアールの円板状の電極にし、そしてこれを前述
の第１図に示すような構成の真空インタラプタに
一対の電極として組込んで行なつた。

(1) 各実施例の電極材料の導電率（IACS）は、
８〜10％、硬度は106〜182Hv（１Kg）であつ
た。

(2) 耐溶着性各実施例の電極とも、130Kgの加圧下で、
25KA（RMS）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
で問題なく引き出すことができ、その後の接触抵
抗の増加は、５〜10％にとどまつた。

また1000Kgの加圧下で、50KA（RMS）の電流
を３秒間通電した後の引き出しも問題なく行な
え、その後の接触抵抗の増加は、５〜６％にとど
まり、十分な耐溶着性能を備えていた。

(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、実施例−２の電極の場合には、平均3.5A（σ
ｍ＝2.8n＝100）であつた。また実施例−１の電
極の場合には平均4.4A、実施例−３の電極の場
合には平均5.2Aであつた。

(4) 大電流しや断能力各実施例の電極は、12KA（RMS）の電流をし
や断することができた。

(5) 絶縁強度ギヤツプ３ｍ／ｍに保持し、インパルス耐電圧
試験を行なつたところ、各実施例の電極は、±
110KV₃（バラツキ±10KV）の絶縁耐力を示し
た。

(6) しや断後の絶縁強度 12KV通電して複数回しや断後にギヤツプ３
ｍ／ｍの保持し、インパルス耐電圧試験を行なつ
たところ、各実施例の電極は、±110KV₃（バラツ
キ±10KV）の絶縁耐力を示した。

(7) 小電流開閉後の耐電圧能力電流80Aで小電流開閉試験を10000回行なつた
が、各実施例の電極の耐電圧性能は、初期〜
10000回の間においてほとんど変化がなかつた。

(8) 進み小電流のしや断能力電圧84×1.25／√３KV、電流80Aの進み小電流試験（JEC181）を10000回行なつたが、各実施例の電
極は、再点弧がなかつた。

以上の(1)〜(8)項から判るように本発明の材料か
らなる電極を備えた真空インタラプタは、優れた
能力を有するものであり、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、次のようになつた。

(a) 大電流しや断能力両者同程度である。

(b) 絶縁耐力 Cu−0.5Bi電極が10ｍ／ｍギヤツプのときの絶
縁耐力と、本発明にかかる電極が３ｍ／ｍギヤツ
プのときの絶縁耐力とが同程度であつた。したが
つて、本発明に係る電極は、Cu−0.5Bi電極の約
３倍の絶縁耐力を有する。

(c) 耐溶着性本発明に係る電極は、Cu−0.5Bi電極の70％程
度の性能であつた。しかし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。

(d) 進み小電流しや断能力本発明に係る電極は、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
ことができた。

(e) さい断電流値本発明に係る電極のさい断電流値は、Cu−
0.5Bi電極のさい断電流値の1/2〜1/3と小さくな
つた。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る
材料からなる電極によつては、従来知られている
電極に比較して種々の点で優れた特徴を有するも
のである。しかして、クロムが、５重量％未満の
場合には、電流さい断能力が急激に低下した。

また鉄の場合も同様に、５重量％未満の場合に
は、電流さい断値が大きくなり、また45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。

従つて、クロムが５重量％未満で、鉄が45重量
％を超える場合、及び鉄が５重量％未満で、クロ
ムが45重量％を超える場合には、ともにさい断電
流値が大きくなると共に大電流しや断能力が急激
に低下するものである。

さらに、銅が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熱の発生が大きいので実用
性が低下した。

また、銅が70重量％を超える場合には、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。

以上の如く本発明は、20〜70重量％の銅、５〜
45重量％の鉄、及び５〜45重量％のクロムからな
る複合金属にて真空インタラプタの電極を形成し
たものであるから、耐溶着性に優れ、特に従来の
Cu−0.5Bi等の高蒸気圧材料を含有してなる電極
に比べて絶縁耐力を著しく向上でき、また従来の
20Cu−80w等の低蒸気圧材料を含有してなる電
極に比べて大電流しや断を良好に行なうことがで
きる。

また、鉄粉末とクロム粉末との相互拡散結合に
より形成される多孔質の基材に銅を溶浸させて電
極材料を形成しているので、機械的強度の向上が
図れる。

更にまた、鉄粉末とクロム粉末とを非酸化性雰
囲気中で所定温度で所定時間保持し、相互に拡散
結合して多孔質の基材として形成し、この基材に
銅を非酸化性雰囲気中にて溶浸させて製造するよ
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、優れた電気的特
性と機械的特性を得ることができる。

更に上記電極の製造に際して、鉄とクロムの混
合粉末ならびに銅を所定の容器に納置し、混合粉
末の相互拡散結合、及び銅の溶浸を同じ非酸化性
雰囲気中で行なうようにすれば、上記の製造方法
に伴う効果に加えてその作業工程の一部を省略で
きる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る材料からなる電極を備
えた真空インタラプタの縦断面図、第２図Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは鉄45重量％、クロム５重量％および
銅50重量％の組成割合の電極材料の特性写真で、
同図ＡはＸ線マイクロアナライザによる二次電子
像、同図Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々鉄、クロム、銅の分散
状態を示すＸ線アナライザによる特性Ｘ線像であ
る。１……絶縁筒、２……封着金具、３……金属端
板、４……真空容器、５……電極、６……電極
棒、７……金属ベローズ、８……シールド。

Claims

【特許請求の範囲】１５〜45重量％の鉄粉末と、５〜45重量％のク
ロム粉末とを相互に拡散結合した多孔質の基材
に、20〜70重量％の銅を溶浸させた複合金属から
なることを特徴とする真空インタラプタの電極材
料。２非酸化性雰囲気中において５〜45重量％の鉄
と５〜45重量％のクロムの混合粉末を鉄の融点以
下の温度で加熱して相互に拡散結合せしめて多孔
質の基材を形成せしめ、ついでこの基材に20〜70
％の銅を非酸化性雰囲気中で溶浸せしめて複合金
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。３５〜45％の鉄と５〜45％のクロムの混合粉末
と、20〜70％の銅とを共に非酸化性雰囲気中に納
置し、まず銅の融点以下の温度で加熱して前記混
合粉末を相互に拡散結合して多孔質の基材を形成
せしめ、ついで銅の融点以上で且つ鉄の融点以下
温度で加熱して銅を基材に溶浸せしめて複合金属
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。