JPS59201332A - 真空しや断器用接点材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、大電流しゃ断性能に優れ、かつ耐電圧性能
の良好な真空しゃ断器用接点材料に関するものである。

真空しゃ断器は、その無保守、無公害性、優れたしゃ断
性能等の利点を持つため、適用範囲が急速に拡大して来
ている。また、それに伴い、より大きなしゃ断容量や高
い耐電圧が要求されている。

一方、真空しゃ断器の性能は真空容器内の接点材料によ
って決定される要素がきわめて大である。

真空しゃ断器用接点材料の満足すべき特性として、（１
）シゃ断容量が大へいこと、（２）耐電圧が高いこと、
（３）接触抵抗が小さいこと、（４）溶着力が小さいこ
と、（５）接点消耗量が小さいこと、（６）さい断電流
値が小さいこと、（））加工性が良いこと、（８）十分
な機械的強度を有すること、等がある。

実際の接点材料では、これらの特性を全て満足させるこ
とは、かなり困難であって、一般には用途に応じて特に
重要な特性を満足させ、他の特性をある程度犠牲にした
材料を使用しているのが実状である。

従来、この種の接点材料として銅−ビスマス（以下ｃ、
　−Ｂ、と表示する。他の元素および元素の組み合せか
らなる材料についても同様に元素記号で表示する）、０
ｕ−Ｏｒ−Ｂ、　、　０ｕ−Ｃｏ−Ｂ、、　Ｃｕ−０，
等が使用されていた。しかし、Ｃｕ−Ｂ１等の低融点金
属を含有する接点では排気工程中の高温加熱により、そ
の一部が接点内から拡散、蒸発し、真空容器内の金鵜シ
ールドや絶縁容器に付着する。

これが真空しゃ断器のｉｔｔ圧を劣化させ亀る大きな因
子の一つになっている。また、負荷開閉や大電流しゃ断
時にも低融点金属の蒸発、飛散が牛じて耐電圧の劣化、
しゃ断性能の低下が見られる。上記の欠点を除くために
真空耐電圧に優れたＯｒ、ｃ。

などを添加したＯｕ−０，−Ｂ、などにおいても低融点
金属による上記の欠点は根本的に解決されず、高電圧、
大電流には対応できない。一方、ｃｕ−Ｏｒなどのよう
に真空耐電圧に優れた金属（ａｒ、　Ｃｏなど）と電気
伝導度に優れたｃｕとの組み合せからなる材料は耐溶着
性能に関しては低融点金属を含有する接点材料に比較し
て、やや劣るが、しゃ断性能や耐電圧性能が優れている
ため、高電圧、大電流域ではよく使用されている。さら
に、ｃｕ−ｃｒなどにおいても、しゃ断性能には限界が
あるために接点の形状を工夫し、接点部の電流経路を操
作することで、磁場を発生させ、この力で大電流アーク
を強制駆動して、しゃ断性能を上げる努力がなされてい
た。

しかし、大電流化、高電圧化への要求はさらにきびしく
、゛従来の接点材料では要求性能を十分満足させること
が困難となっている。又、真空しゃ断器の小型化に対し
ても同様に従来の接点性能で−は十分でなく、よシ優れ
た性能を持つ接点材料が求められていた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、大電流しゃ断性能に優れ、かつ耐
電圧性能の良好な真空しゃ断器用接点材料を提供するこ
とを目的としている。

発明者等はＣｕに種々の金属９合金、金属間化合物を添
加した接点材料を試作し、真空スイッチ管に組み込んで
種々の実験を行なった。これまでに、先行技術（特願昭
５’ｉ’−１９２’７８５号明細書）として、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｔ８から構成されている材料のしゃ断性能が従来品
（ａｕ−２５重量％Ｏｒ合金）に比較して非常に優れて
いることを見出しているが、従来品のしゃ断容量に対し
て１．５倍のしゃ断容量を得るためにはＴ、を５〜２５
重量係の範囲添加させなければならなかった。

そこで、この一般に高価な材料である・Ｔ、の添加量を
できるだけ少なくして、有効にしゃ断性能を向上させる
ために種々の実験を行なった。この結果、００Ｏｒ、Ｔ
、を主成分として、Ａｊ？を少量添加した場合にＴ、量
を少なくしても非常にしゃ断性能が優れ、耐電圧性能が
良好であることがわかった。さらに、少量のＡｆ添加に
よってＴｌｌ量のある範囲でＡｌを添加しない場合に比
べて著しく、シや断性能が向上することも見出した。こ
の発明の真空しゃ断器用接点材料はＣｕを含有すると共
に、他の成分としてＯｒが１０〜３５重量％、Ｔ、が１
〜２０重量％以下で、かつ、Ａｊ？が３重量係以下の範
囲含有することを特徴としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明するＯ 第１図は真空スイッチ管の構造図で、真空絶縁容器ｆｉ
＋と、この真空絶縁容器ｆｔｌの両端を閉塞する端板（
２）および（３）とにより形成された容器内部に電極（
４）および（ｂ＋が、それぞれ電極棒（６）および（７
）の一端に、お互いが対向するよう配置されている。前
記電極（７）は、ベローズ（８）を介して前記端板（３
）に気密を損うことなく軸方向の動作が可能なように接
合されている。シールド（９）および（ｌＯ）がアーク
により発生する蒸気で汚染されることがないよう、それ
ぞれ前記真空絶縁容器（１）の内面および前記ベローズ
（８ｉを覆っている。電極（５）は第２図のように、そ
の背面で電極棒（７）にろう材Ｇ１）を介挿してろう付
されている。前記電極［４１、（５１はこの発明のＣｕ
−Ｃｒ−Ｔ、　−Ａｌ系接点材料から成っている。

第３図は合金中のＣｒ量を２５重量％に固定し、さらに
Ｔ１量をＯ，ｌ、　５．１０．１５．２０．．２５重量
％に固定した合金に添加したＡＡ’量としゃ断容量の関
係を示したものでちる。

図の縦軸は従来品（Ｃｕ−２５０，品）のしゃ断容量を
１と［７た場合の比率を示し、横軸はＡｌの添加量を示
す。図中（Ａ）は従来品（Ｃｕ−２５Ｃｒ品）のしゃ断
容量である。図かられかるように各Ｔｌ量に対してＡｌ
の添加ｉは０．６重量−のとき、しゃ断容量のピークが
あり、ＡＩ！の籏加によってしゃ断性能の向上が見られ
るが、Ｔ８量が２０重量％以上になるとＡｌの効果がな
くなシ、むしろ、しゃ断性能の低下が生じる。また、Ａ
ｌ添加の効果はＴ。

量が少ないほど有効であり、Ｔａｋが１重量％に対して
Ａｉ　ｔｒ：　ｏ、ｅ　ｘ量チ加えた場合は従来品（Ｃ
。

−２５重量％Ｃ，，品）の１．３５倍のしゃ断容量を示
す。

また、Ｔ＆量が１０重量％の場合にはＡｌ量０．６重量
％添加することにより、従来品の１．８５倍以上のしゃ
断容量が得られる。即ち　Ｔ、量の比較的少ない場合に
はＡｌが他の元素と適度に反応して形成される合金や化
合物が均一微細に分散して、しゃ断性能を著しく上昇さ
せ、しかもＣｕ量が十分にあるので電気伝導度や熱伝導
度を低下させることもないので、アークによる熱入力を
すみやかに放散することができる。しかしＴ、量が多く
なると、必然的にＣｕ量の割合が低下するので、そのｃ
ｕとＡＩ！が反応して形成される化合物そのものはしゃ
断性能を上昇させる要素を持っていても電気伝導度や熱
伝導度を低下させる悪影響のほうが大きくなり、Ａｌと
他の元素の反応で生じるしゃ断性能向上要素を打ち消し
て、トータルとしてのしゃ断性能は向上しないためであ
ると思われる。又同じＴｌｌ量ではＡｌが効果を示す適
度な量を越えて多量になるとやはり電気伝導度や熱伝導
度が著しく低下するので好ましくない。また、各Ｔ、に
対して、しゃ断性能から見ると、ＡＩ！は０．６重量％
添加するのが最も好ましい。なお、この実験に使用した
、Ｏｕ−Ｏｒ−Ｔ、　−Ａ１合金はＯｕＴ　Ｏｒ　Ｔ　
Ｔａ　＊　Ａｌ粉を各々必要量配合した混合粉を成形、
焼結して得られたものである。

なお、第３図の縦軸は従来品（ｃｕ−２５０，品）のし
ゃ断容量を１とした場合の比率を示し、横軸はＡｌの添
加量を示す。図中（蜀は従来品（Ｏｕ−２５０゜品）の
しゃ断容量である。

第４図は合金中のＣｒ量を２５重量％に固定し、さらに
、Ａｌ量をＯ、Ｏ，，６、１，０、１，５、３，０重量
％に固定した場合のＴ１量としゃ断容量との関係を示し
たものであり、図の縦軸は従来品（ｃｕ−２５０゜品）
のしゃ断容量を１とした場合の比率を示し、横軸はＴ、
の添加量を示す。第４図かられかるように、Ａｊ’量が
０．６重量％のときＡＩ！添加によるしゃ断容量増大の
効果が見られるのはＴ、量が２０重量％以下で最も広範
囲である。一方、Ａ７添加量はＴ、量が非常に少ない場
合（２重量％以下）には３重量％以下の範囲で効果的で
あるが、３重量％を越えるとしゃ断性能や接触抵抗など
が低下して好ましくない。

以上の結果からＯｕ−Ｏｒ−Ｔ、０３３元合金対して、
ｈｌを添加することによって３元合金のしゃ断性能をよ
シ向上させるためにはＡｆは０．８重量％以下、Ｔ１量
は５〜１８重量−の範囲が望ましい。

さらに、Ｔ、の添加量をできるだけ低減して、優れたし
ゃ断性能を得る条件としてはＴｌｌ量が１５重量％以下
の範囲が望ましい。

発明者らは第３図、第４図に示すような実験をＣｒ量を
種々変化させて行なったが、ｃ、量が１０〜３５重量％
の範囲でＡｌ添加によるしゃ断性能の向上が見られたが
、Ｃ，量が１０重量％より少ない範囲ではＡｌを添加し
ても変化はなく、逆にＣ２量が３５重量％を越えるとし
ゃ断性能の低下も生じる。

一方、Ｏｕ−０，−Ｔａ−Ａｌ系合金でｃ、を１０〜３
５重蓋チ、Ｔ、を２０重量％以下、Ａｌを３重量％以下
の範囲含有する接点材料は従来品（０，−２５０，品）
と比較して、接触抵抗も劣ることはなく、耐電圧性能も
同等に良好であることを図示しないが種々の実験で確認
している。

また、図示しないが、上記合金にＢ、　、　Ｔ、　、　
Ｓ、。

Ｔ７．　Ｐ、　、　８．、　Ｃ，及びＣ１のうちの少な
くとも１つの低融点金属、その合金、その金属間化合物
、並びにその酸化物のうち少なくとも１種を２０重量チ
以下添加した低さい断真空しゃ断器用接点においても、
前記実施例と同様にしゃ断性を上昇させる効果があるこ
とを確認している。

なお、低融点金属、その合金、その金属間化合物、並び
にその酸化物のうち少なくとも１種を２０重量％以上添
加した場合には著しく、シゃ断性能が低下した。又、低
融点金属がＣ０あるいはＣ１の場合は若干特性が劣る。

なお上記実施例では、この発明をＣｕ−Ｃｒ−Ｔ、−１
’合金により説明したが、上記合金の各元素が単体、囲
者、三者もしくは王者の合金、四省、三者もしくは王者
の金属間化合物又はそれらの複合体として分布している
場合にも所期の目的を達することは明らかである０ 以上のように、この発明によれば、銅を含有すると共に
他の成分としてクロムが１０〜３５重量％タンタルが２
０′Ｍ量以下で、かつアルミニウムが３重量％以下の範
囲含有することを特徴とするものであるので、Ｔａ量を
少なくしても、しゃ断性能に優れ、かつ良好な耐電圧性
能を有する真空しゃ断器用接点材料が得られる効果があ
る。

さらにタンタルを５〜１８重量％、アルミニウムを０．
８重量％以下の範囲に限定すると、チタンを添加しない
場合よりしゃ断性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な真空スイッチ管の構造を示す断面図、
第２図はその第１図の電極部分の拡大断面図、第３図は
この発明の実施例の接点材料におけるＣｒ量を２５重量
％に固定し、Ｔ、量を０．１，５、１０．．１５．２０
．２５重量％に固定した合金に対してＡｊ？添加量を変
化させた時のしゃ断容量の変化を示す特性図、第４図は
この発明の実施例の接点材料におけるＣ１量を２５重量
％に固定し、Ａ７？量を０゜０．６　、１．０　、１．
５　、３．０重量％に固定した合金に対してＴ８量を変
化させた時のしゃ断容量の変化を示す特性図である。 図において、（１）は真空絶縁容器、＋２１　、　ｆａ
ｔは端板、＋４１　、　＋５１は電極、＋６１　、　（
７１は電極棒、（８）はベローズ、＋９＋　１　（ｔｏ
）はシールド、（５１）はろう材、（Ａ）は従来品（Ｃ
ｕ−２５０ｒ品）のしゃ断容量である。 第１図 第２図 第３図 Ａノ　法ｌｕ　　量（飯　量％〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉｌ　　鋼を含有すると共に、他の成分としてクロム
   が１０〜３５重量係、タンタルが２０重量係以下で、か
   つアルミニウムが３Ｎ量チ以下の範囲含有することを特
   徴とする真空しゃ断器用接点材料。 （２）　　アルミニウムがｏ、ｓ重ｉｓ以下の範囲含有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空
   しゃ断器用接点材料。 （３）　　タンタルが５〜１８重ｉｉｔ％の範囲含有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に
   記載の真空しゃ断器用接点材料。　１（４）　　タンタ
   ルが５〜１５重ｉ％の範囲含有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項に記載の真空しゃ断器用
   接点材料。 （５）　ビスマス、テルル、アンチモン、タリウム。 鉛、セレン、セリウム及びカルシウムのうちの少なくと
   も１つの低融点金属、その合金その金属間化合物、並び
   にその酸化物のうちの少なくとも１種を２０重量％以下
   含有していることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第４項のいずれかに記載の真空しゃ断器用接点材料
   。