JPS59201333A - 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。決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
）シゃ断容量が大きいこと、（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、（７）加工性が良いこと、（８）十分
な機械的強度をＭ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ぜ、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、この釉の接点劇料として銅−ビスマス（以下Ｏｕ
−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）、Ｏｕ
−Ｏｒ　”−Ｂ　ｉ＋　Ｃｕ　””　Ｇ　ｇ　Ｌ　Ｂ　
１　＋　Ｏｕ−Ｃｒ等が使用されていた。しかし、０ｕ
−Ｂ、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、
真空容器内の金ハシールドや絶縁容器に付着する。

これが真空しゃ断器の耐電圧を劣化させる大きな因子の
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、飛散が生じて耐電圧の劣化、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ａ、　、　Ｃ６などを添加したＣ、ｕ−
Ｃｒ−ＬなどＧこ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−Ｃ。

などのように真空耐電圧に優れた金属（Ｃ，、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−Ｃ２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、より優れた性
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。

琵ゆ１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’−１９２７８５号明細書）として、ｃｕ、　
ｃｒ、　’ｒ、から構成てれている材料のしゃ断性能が
従来品（Ｏｕ−２５重量％Ｃｒ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、従来品のしゃ耐容量
に対して１．５倍のしゃ耐容量を得るためにはＴ、を５
〜２５重量％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Ｔｌｌ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、Ｏｕ、Ｃ，、
、Ｔ、を主成分として、２．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、向］電圧性
能が良好であることがわかった。さらに、少量の２１添
加によってＴｌｌ量のある範囲でｚｒを添加しない場合
に比べ°（者しく、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Ｃ８を含有す
ると共に、他の成分としてＣ，、が１０−３５重量φ、
Ｔ、が２０重量価以下で、かつｚｒが２重−１ｕ％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０ 第１図は真空スイッチ管の構造図で、真空絶縁容器（１
）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（５）が、それぞれ電極４１　ｆ６１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ｆｉ＋の内面および前記ベロー
ズ（８）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ｎ’　Ｑ５１Ｊを介挿し
てろう付されている０前記電極（４）、（５）はこの発
明のＣｕ−Ｏｒ−Ｔ、−Ｚｒ系接点材料がら成っている
。

第３図は合金中のｃｒＭを２５重量％に固定し、さらニ
Ｔｌｌ量をＱ、１，５，１０，１５，２０．２５重量％
に固定した合金に添加したＺｒ量としゃ新客量の関係を
示したものである。図の縦軸は従来品（ａｕ−２５Ｃｒ
量）のしゃ新客量を１とした場合の比率を示し、横軸は
、ｚｒの添加量を示す。図中（Ａ）は従来品（Ｏｕ−２
５０，品）のしゃ断答量である。図かられかるように各
Ｔａ量に対してｚｒの添加量は０．４重量％のとき、し
ゃ新客量のピークがあり、ｚｒの添加によってしゃ断性
能の向上が見られるが、Ｔａ甘が２０重ｉｔ％以上にな
るとＺｒの効果がなくなり、むしろ、しゃ断性能の低下
が生じる。また、ｚｒ添加の効果はＴ、−１ｉか少ない
ほど有効であり、Ｔ。

量が１Ｎ量％（こ対してｚｒを０．４重量％加えた場合
は従来品（ｃｕ−２５重量％Ｃｒ品）の１．３５倍のし
ゃ新客ｔを示す。また、Ｔ、量が１０重量−の場合には
Ｚｒ量０．５重量％添加することにより、従来品の１．
９倍近いしゃ新客量が得られる。即ち、Ｔａｉの比較的
少ない場合にはＺｒ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Ｃｕとｚｒ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、ｚｒ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が向上しな
いためであると思われる。

又同じＴ、量ではｚｒ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Ｔ１に対して、しゃ断性
能から見ると、ｚｒは０．踵量チ添加するのが最も好ま
しい。なお、この実験に使用した、Ｃｕ−Ｏｒ−Ｔ、　
−Ｚｒ合金はＯｕ、　Ｏｒ、　Ｔ、、Ｚｒ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、第図３の縦軸は従来品（０，、−２５０！、品）
のしゃ新客量を１とした場合の比率を示し、横軸は２、
の添加量を示す。図中（Ａ）は従来品（Ｏｕ−２５０，
品）のしゃ新客量である。

第４図は合金中のＣｒ量を２５重量％に固定し、さらに
、Ｚｒ量を０　、０．４，１．０，２．０重量％に固定
した場合のＴ、量としゃ新客量との関係を示したもので
あり、図の縦軸は従来品（Ｃｕ−２５Ｃｒ品）のしゃ新
客量を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、Ｚｒ量が０．４重量
−のとへｚ１添加によるしゃ新客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、ｚｒ添加量はＴ、量が非常に少ない場合（２重ｉ％
以下）には２重量％以下の範囲で効果的であるが、２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Ｃｕ−Ｃｒ−Ｔ、の３元合金に対して、
Ｔ、を添加することによって３元合金のしゃ断性能をよ
り向上させるためにはｚｒは０．６５重量％以下、Ｔ、
量は４．５〜１８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Ｔ、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Ｔ、添加によるしゃ断性能の向上が見られた
が、０１量が１０重量％より少ない範囲ではＴ、を添加
しても変化はなく、逆にＣｒ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，−Ｔ、　−Ｚｒ系合金でＣ１を１０〜
３５チ、Ｔａを２０重量−以下、ｚｒを２重量％以下の
範囲含有する接点材料は従来品（ｃｕ−２５０ｒ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Ｂｉ、　Ｔ、、　８．
。

ＴＩ　Ｉ　Ｐｌ）　ｌ　Ｓ＠　Ｉ　Ｃ＠及びＣ１のうち
の少なくとも１つの低融点金塊、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、しゃ断性能が低下した。又、低
融点金属がＣ１あるいはＯｌ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０ｕ−Ｏｒ−Ｔ。

−２，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、囲者、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。

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重量−以下で、かつジルコニウムが２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、Ｔ、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４．５〜１８重量％、ジルコニウムを
０．６５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Ｃ１．童を２５重
量％に固定し、Ｔ、量をＯ＋　Ｌ　５＋１０、１５．２
０．２５重量％に固定した合金に対してｚｒ添加量を変
化させた時のしゃ新客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Ｏ、量を２５重量
％に固定し、ｚｒ量を０．０．４．１．０．２．０重量
％に固定した合金に対してＴ、量を変化させた時のしゃ
新客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　、　［８
１は端板、（４）、（５）は電極、ｔｅｌ　、　＋７１
は電極棒、（８）はベローズ、（９１、（１０１はシー
ルド、６ηはろう材、（Ａ）は従来品（Ｃｕ−２５０，
品）のしゃ新客量である。 第１図 第２図 第３図 ０　　　０．５　　１．０　　１．５ Ｚｒ添ｎ１１−１．（鉦篭＝／−）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ０）＠を含有すると共に、他の成分としてクロムがｌＯ
   〜３５重量係、タンタルが２０重量以下で、かつジルコ
   ニウムが２重量係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）　　ジルコニウムが０．６５重ｆｔ％以下の範囲
   含有するこ七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４．５〜１８重量％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。 （４）　　タンタルが４．５〜１５重量％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
   にその階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
   。