JPH07220560A

JPH07220560A - 真空インタラプタ用電極の製造方法

Info

Publication number: JPH07220560A
Application number: JP1073594A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Yoshioka; 信行吉岡; Taiji Noda; 泰司野田
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-02-02
Filing date: 1994-02-02
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】金属粉末を成形し、次いで焼結して真空イン
タラプタ用電極を得る方法において、成形体のカケやワ
レの発生を防止する。【構成】ダイ１１と上パンチ１２の界面に潤滑剤１３
を塗布し、だい１１と上パンチ１２とが形成する空間に
原料粉末１４を投入し、上下のパンチ１２、１５によ
り、成形密度が理論密度の７０％になるように加圧成形
し、得られた成形体１６を真空圧下で焼結し、そのまま
電極とする焼結体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溝を有する真空インタ
ラプタ用電極の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、真空インタラプタ用電極として
は、図３に示すように磁気駆動によりアークを拡散する
形状（以下、スパイラル形状と呼ぶ）が用いられてい
る。このような電極１は、おもに素材を機械加工（表面
加工スパイラル溝加工）することにより得られていた。
図中、２がスパイラル溝であり、３がペダルである。

【０００３】しかし、機械加工を行うことは価格上昇に
なることから、粉末冶金法による無加工をめざし、価格
低下を図った電極材料の製造方法として、特開昭５３−
１４９６７６号公報等に開示のものが提供されている。
この方法は、金属の粉末材料をスパイラル形電極形状に
加圧成形し、これを焼結するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記粉末冶金
法により種々の粉末を混合して電極の製作を試みた結
果、電極が溝２を有していることから以下のような問題
点があることがわかった。

【０００５】電極形状が図３に示したような異形のスパ
イラル形状であるため、粉体を圧縮成形する際、金型と
粉体あるいは成形体との接触面積が大きく摩擦が大きい
ことから、粉体等と金型のカジリが生じやすい。

【０００６】上記カジリが発生すると、高価な金型の寿
命が短くなり、かえってコスト高となってしまう。特
に、図４に示すように成形体５を型４から抜き取る際、
金型４の溝形成部４ａの付け根部４ｂに力が集中し、金
型４が破損するおそれがある。このため、電極の溝２を
深くすることはできない。

【０００７】また、成形体５を金型４から取り出す際、
成形体のペダル先端部の強度より摩擦力が優ると、図５
に示すようにペダル先端部にカケ，ヒビ６が発生し、電
極として使用できなくなってしまう。

【０００８】上記のような欠点の生じない電極形状とし
て、例えば図６に示すようなペダル３の溝２が浅く、先
端のＲ部分７が大きい形状が考えられるが、これではペ
ダル３が短くなってアークの駆動が不十分となり、遮断
性能が低下してしまうことになる。

【０００９】この問題点を解決するため、加圧力を小さ
くして成形した結果、カケは防止できたが、成形体取り
出し後のハンドリングでペダルが折れやすいという別の
問題が生じた。つまり、図７に示すように、ハンドリン
グの際にはペダル３の付け根部分に力が加わるため、こ
の部分で破損するおそれが生じたのである。図中、８が
破損部である。

【００１０】また、成形圧力が小さいと、焼結後の収縮
が大きくなる。スパイラル形状は異形であるため、収縮
が成形時と相似形とはならず、このため焼結後電極形状
が所望の形状と異なったものとなってしまう。また、各
ペダルごとの変形が生じ、遮断時のアーク駆動が異な
り、遮断が不安定となる。

【００１１】さらに、摩擦力を低減するため粉末冶金法
では、一般的に、有機物又は有機金属塩の潤滑剤（例え
ば、ステアリン酸亜鉛等）を少量（０．１重量％程度）
混合しているが、焼結工程でこの潤滑剤が除去できない
と、遮断性能が著しく低下する。

【００１２】一方、潤滑剤を金属粉に混入する際、金属
粉と潤滑剤とを均一に混合するにはかなりの技術とそれ
に適した混合器とが必要となる。即ち、潤滑剤は金属粉
に比べ比重が小さく、混合の際、粒子同士が凝集して塊
状になってしまうため、金属粉中へ均一に混ざりにく
い。例えば、Ｖ字型混合器にて混合を試みた結果、混合
器の中で金属粉の上面に潤滑剤が浮いて混合できないと
いう事態が生じた。

【００１３】このため、強制攪拌のシャベル状の羽根を
持った混合器により混合を試みた結果、均一な混合が可
能となった。しかしながら、このシャベル状の羽根を持
った混合器は一般にバッチ式であるため、金属粉の取り
出しの作業性が悪く、また、異なる組成の粉を用いる際
には混合器内の清掃が必要となる。更に、混合器自体も
高価なものである。このように、潤滑剤の均一なる混合
には、高度の技術と高価な設備が必要となる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題にかんがみ、電
極の出発原料の組成、成形密度に着目し、これらを変え
て電極材料を成形し、その成形後のハンドリングの際の
破損の有無、外観形状を調べた。又、成形体の焼結後の
状態、強度、電気的性質について調べた。更に、粉体の
成形前の手間のかかる作業である金属粉と潤滑剤との混
合工程の省略についても検討した。

【００１５】その結果得られた本発明は、ダイの中の原
料粉体を上下のパンチで加圧して溝を有する成形体を成
形し、得られた成形体を焼結する真空インタラプタ用電
極の製造方法において、前記ダイと前記下パンチとの界
面に潤滑剤を塗布し、前記ダイに装入された原料粉体を
前記上下のパンチで加圧して成形体を得ることを特徴と
するものである。

【００１６】また、ダイの中の原料粉体を上下のパンチ
で加圧して溝を有する成形体を成形し、得られた成形体
を焼結する真空インタラプタ用電極の製造方法におい
て、前記ダイと前記下パンチとの界面に潤滑剤を塗布
し、前記ダイに装入された原料粉体を前記上下のパンチ
により、成形体密度が理論密度の７０％以上となるよう
に加圧成形することを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】ダイと下パンチとの界面に潤滑剤を塗布するの
で、成形体とダイ及びダイと下パンチ間の摩擦力が減少
し、成形時にカケ、ワレ、ヒビなどが生じなくなる。

【００１８】成形体の成形時の理論密度を７０％以上に
することにより、成形体のハンドリングに支障がなくな
る。

【００１９】

【実施例】次に、本発明に係る真空インタラプタ用電極
の製造方法の一実施例について説明する。先ず、図１の
（Ａ）に示すように、ダイ１１の表面１１ａと下パンチ
１２の表面１２ａとを同一面とし、この状態で下パンチ
１２とダイ１１との合わせ部に潤滑剤１３を塗布する。
潤滑剤１３は、下パンチ１２とダイ１１との合わせ面に
浸透する。この後、下パンチ１２の表面１２ａの潤滑剤
１３をスポンジ等で拭き取る。下パンチ１２に付着した
潤滑剤３を拭き取るのは、焼結の際の残留潤滑剤による
ガスの放出を抑えるためである。

【００２０】次に、図１（Ｂ）に示すように、下パンチ
１２を所定量下降させたる。この下パンチ１２の下降に
よりダイ１１の内周面は、潤滑剤１３により濡らされ
る。次に、下パンチ１２、ダイ１１が作る空間に出発原
料であるＣｕ粉１４を投入する。出発原料としてのＣｕ
粉１４としては、電解製法により得られ、ふるい分けさ
れた粒径が１００μｍ以下のＣｕ粉を用いる。尚、下パ
ンチ１２にはスパイラル溝を形成する部分が設けられて
いる。

【００２１】次に、上パンチ１５を下降し、かつ下パン
チ１２を上昇させ、上下のパンチ１２、１５でＣｕ粉１
４を、密度が理論密度の７０％以上となるように加圧成
形する。加圧力は、例えば２．６〜２．８ｔｏｎ／ｃｍ
²で行う。成形密度が理論密度の７０％以下では、成形
体のハンドリングが困難であり、取扱い時に損傷等が起
こりやすい。更に、焼結後の密度が低く、真空インタラ
プタ用電極として使用できなくなってしまう。

【００２２】次に、得られた成形体１６を真空炉におい
て、真空中（例えば、５×１０^-5Torr）、９８０°Ｃ下
で２時間加熱し、焼結体とする。炉内に成形体を多量に
設置に設置して真空焼結を行う場合には、６００°Ｃ付
近までは成形体からのガス放出が多いため、６００°Ｃ
あるいは最高焼結温度（９８０±７０°Ｃ）までは、不
活性ガスを発生ガス分圧以上にして流しながら焼結を行
う。

【００２３】最高焼結温度での急激なガス放出を避ける
ため昇温過程で少なくとも１回、好ましくは２回以上の
加熱保持を行う。加熱保持する温度は、吸着水分、ガ
ス、有機物放出のため６００°Ｃ以下の温度とする。ま
た、焼結時のガス発生を抑止するため、昇温速度を小さ
くする。例えば、最高加熱温度より２００°Ｃくらい低
い温度から最高加熱温度までを０．５〜０．７°Ｃ／ｍ
ｉｎくらいの速度で昇温する。尚、最高焼結温度で急激
なガス放出が発生すると、焼結温度では、電極（成形
体）表面が活性化しているため、放出ガスにより表面が
変質（酸化、窒化、炭化等）するおそれがある。

【００２４】得られた焼結体はそのまま真空インタラプ
タ用電極として採用される。上記方法で成形密度を種々
変えて成形、焼結し、その特性を調べた結果を表１に示
す。

【００２５】

【表１】

【００２６】この表１から、成形体の理論密度に対する
成形密度を７０％以上にすれば、ハンドリングに支障が
なくなること、また、焼結後の導電率の面でも問題のな
いことがわかった。また、Ｃｕが５０重量％以下では、
導電率、焼結後の密度が低くなって電極材料として使用
できなくなってしまう。

【００２７】尚、表中、Ｎｏ．４の電極を真空インタラ
プタに組み込み、遮断性能試験を実施した結果、機械加
工により得た同一形状のものと同等の性能が得られた。
また、従来の方法で得た電極、つまりＣｕ粉に潤滑剤を
混入させたものを成形、焼結させて得た電極と、本発明
方法により得られた電極とを同一条件で試験した結果、
本発明に係る電極の方が遮断性能で３０％優れていた。

【００２８】図２には、成形体を得る別の方法を示す。
図２（Ａ）に示すように、下パンチ１２をダイ１１に対
し粉体充填位置より下げた状態とし、この状態でダイ１
１の内面１１ｂ及び下パンチ１２の上面１２ａに潤滑剤
を塗布する。

【００２９】次に、下パンチ１２を上昇させて、その上
面１２ａをダイ１１の上面１１ａと同一高さとし、下パ
ンチ１２の上面１２ａの潤滑剤をスポンジ等により拭き
取る。以後は、図１（Ｂ）以降と同様の工程を行い、成
形体を得る。ダイ１１の内周面に直接潤滑剤を塗布する
ので、上下のパンチ１２、１５による加圧成形の際の成
形体とダイの内周面との摩擦力の低下はより確実とな
る。

【００３０】潤滑剤としては、金型の隙間に入り込むこ
とが必要であることから、浸透性、潤滑性が良好である
ものが好ましい。また、揮発性のある方がよい。更に、
その成分としては、残留しても電気的性能に影響を与え
ないものを用いる。潤滑剤の例としては、パーフルオロ
アラキル化合物とモリブデン等を含む極圧添加剤を石油
系溶剤に添加したものなどがあげられる。

【００３１】次に、他の実施例として、原料粉体として
Ｃｕ−Ｃｒ合金粉体とＣｕ粉体との混合粉体を使った場
合について説明する。ここで採用したＣｕ−Ｃｒ合金粉
体は、ＣｕとＣｒの混合物を真空中で加熱溶解後、アル
ゴンガスにより５〜８ＭＰａの圧力で噴霧して得られた
ものである。このＣｕ−Ｃｒ合金粉体の粒径は、１５０
μｍ以下であり、成分は初期の混合物と同等である。ま
た、この合金粉末を電子顕微鏡で観察すると、５μｍ以
下のＣｒ粒子が均一に分散していることがわかる。上記
合金粉末に電解Ｃｕ粉末（粒径５０μｍ）を５〜５０重
量％の範囲で混合して原料粉体とした。

【００３２】上記混合粉末を前述の図１又は図２に示し
た方法により加圧成形し、焼結した。Ｃｕ−Ｃｒ合金粉
体におけるＣｕとＣｒの組成を変え、Ｃｕの添加量を変
え、更に成形体の理論密度に対する密度を変えて、成形
体、焼結体を製作し、特性を調べた結果を表２に示す。
表２には表していないが、Ｃｕ−Ｃｒ合金製の電極材料
としては、Ｃｒの含有量が接触抵抗比、耐溶着値に影響
を及ぼすことが知られ、実用性のあるＣｒ含有量は５〜
２０重量％であることから、採用した混合粉末は、Ｃｒ
の含有量が１０〜２０％ものである。尚、焼結は前述と
同様にして行ったが、焼結温度は、１０５０±３０°Ｃ
とした。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２より、Ｃｕ−Ｃｒ合金粉体について
は、Ｃｕ粉末を一定の割合で混合し、それを、金型に潤
滑剤を塗布した方法により、理論密度の７０％の密度で
成形し、それを焼結することにより、成形後において
は、先端にカケなどなく、しかもハンドリングに支障を
来すこともなく、更に焼結後においても良好な性能が得
られた。Ｃｕ粉末の添加量を増すことにより、電極であ
る焼結体の充填密度、導電率は増加する。得られた電極
を真空インタラプタに組み込み、遮断試験を実施した結
果、従来方法により得たものに比べ、良好な性能が得ら
れた。特に、Ｃｕ粉体２０％添加までは性能の向上が顕
著であった。

【００３５】次に、更なる他の実施例として、原料粉体
としてＣｕと耐火金属粉体との混合粉体を使った場合に
ついて説明する。出発原料として、粒径が１００μｍ以
下のＣｕ粉と粒径１５０μｍ以下のＣｒ粉を採用し、こ
れらの重量比を種々変えた混合粉末を前述の図１又は図
２に示した方法により、成形密度を変えて加圧成形し、
得られた成形体を加熱焼結し、焼結体を得た。成形体、
焼結体について、カケ、密度、特性等を調べた結果を表
３に示す。

【００３６】Ｃｕ粉とＣｒ粉との混合は、Ｖ型混合器で
１時間十分に行った。Ｃｕ粉としては、電解方法により
得られたものが、加圧成形時粉が絡みやすく、かつつぶ
れやすいため好ましい。尚、焼結は前述と同様に、真空
下でＣｕの融点直下の温度（１０３０±５０°Ｃ）で行
った。

【００３７】

【表３】

【００３８】表３より、Ｃｕと耐火金属との混合粉末に
ついては、Ｃｕ粉末を５０重量％以上とし、それを、金
型に潤滑剤を塗布した方法により、理論密度の７０％の
密度で成形し、それを焼結することにより、成形後にお
いては、先端にカケなどなく、しかもハンドリングに支
障を来すこともなく、更に焼結後においても良好な性能
が得られた。尚、Ｃｕ粉末は、５０重量％以下では、導
電率、焼結後の密度が低くなって電極材料として使用で
きなくなってしまうので、５０重量％以上とする。

【００３９】一例として、表３中の８０Ｃｕ−２０Ｃｒ
の組成のものより得た成形体の成形密度と、その焼結体
の曲げ応力を表４に示す。成形密度が７０％で充分な曲
げ応力をか得られる。

【００４０】

【表４】

【００４１】８０Ｃｕー２０Ｃｒの組成で成形密度を８
０％とした焼結体をそのまま電極として真空インタラプ
タに組み込み、遮断性能試験を行ったところ、良好な遮
断性能が確認された。また、この真空インタラプタを操
作機構に取り付けて開閉寿命試験を２００００回実施し
たが、電極にカケ、ワレ等の異常は発生しなかった。

【００４２】上記例は、耐火金属として、Ｃｒを用いた
ものであるが、そのほかにＭｏ、Ｗ、Ｔｉ、ＳＵＳ、Ｆ
ｅ、Ｔａ、Ｎｂなどを１種類もしくは２種類以上混合し
たものを採用することもできる。ただし、２種類以上含
む場合は、耐火金属間で固溶、拡散、金属間化合物を形
成しないものの組合せであることが必要である。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係る真空インタラプタ用電極の
製造方法によれば、潤滑剤の混合工程が不要となるの
で、電極の生産能率が大幅に向上する。また、成形時の
粉体と金型との摩擦の低減及び理論密度に対する成形密
度の適正化により、カケやワレ等のない成形体、ひいて
は電極である焼結体を得ることができる。原料である金
属粉には潤滑剤を混入させないので、そのための設備、
混合のための技術が不要となり、コストの低減が図れ
る。更に、有機潤滑剤を使用する場合に比べ、ガスの放
出が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空インタラプタ用電極の製造方
法の一実施例の説明図である。

【図２】本発明に係る真空インタラプタ用電極の製造方
法の他の実施例の説明図である。

【図３】スパイラル溝を有する真空インタラプタ用電極
の平面図と断面図である。

【図４】成形時の欠陥発生を示す部分的説明図である。

【図５】ペダル先端部に発生したカケ、ワレの説明図で
ある。

【図６】溝を浅くした成形体の一例の平面図である。

【図７】ペダル根元部に発生する破損部の説明図であ
る。

【符号の説明】

１１ダイ１２下パンチ１３潤滑剤１４原料粉体１５上パンチ１６成形体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイの中の原料粉体を上下のパンチで加
圧して溝を有する成形体を成形し、得られた成形体を焼
結する真空インタラプタ用電極の製造方法において、前
記ダイと前記下パンチとの界面に潤滑剤を塗布し、前記
ダイに装入された原料粉体を前記上下のパンチで加圧し
て成形体を得ることを特徴とする真空インタラプタ用電
極の製造方法。
【請求項２】ダイの中の原料粉体を上下のパンチで加
圧して溝を有する成形体を成形し、得られた成形体を焼
結する真空インタラプタ用電極の製造方法において、前
記ダイと前記下パンチとの界面に潤滑剤を塗布し、前記
ダイに装入された原料粉体を前記上下のパンチにより、
成形体密度が理論密度の７０％以上となるように加圧成
形することを特徴とする真空インタラプタ用電極の製造
方法。
【請求項３】前記原料粉体として、銅粉又は銅とクロ
ムとの合金の粉体又は銅と耐火金属との混合粉体を使用
することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真
空インタラプタ用電極の製造方法。