JPS59201334A - 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８ＡＩ′ｉ、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　　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Ｃｕ
−Ｂ１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）、Ｃｕ
　−Ｃｒ−Ｂｉ　％Ｃｕ−Ｃｏ−Ｂ１　、　Ｃｕ−Ｃｒ
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′内の金属
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。捷
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Ｃｒ、
Ｃｏなどを添加したＣｕ　−Ｃｒ−Ｂｉ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−Ｃｒなど
のように真空耐電圧に優れた金属（Ｃｒ、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。

発明者等けＣｕに種々の金属、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
７−２０２５３０号明細書）としてＣｕ％Ｃｒ、Ｎｂか
ら構成されている材料のしゃ断性能が従来品（Ｃｕ−２
５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、さらにＮｂを有効に活用するために多
くの実験をくり返した結果、Ｃｕ１Ｃｒ、Ｎｂを主成分
として、Ｔｉを少量添加した場合に一段としゃ断性能が
優れ、耐電圧性能が良好であることがわかった。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Ｃｒが１０〜３５重量％、Ｎｂが１５重
量％以下で、かつＴｉが１重量％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。

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（１）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
型ａｉ（７）は、ベローズ（８）を介して前記端板（３
）Ｋ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（１０）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
（８）を覆っている。電極（５）は￥１２図のようにそ
の背面で電極棒（７）にろう材（５１）を介挿してろう
益されている。前記電極（４）、（５）はこの発明のＣ
ｕ−Ｃｒ−Ｎｂ　−Ｔ　＋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Ｋ
Ｎｂ量を０．１．３．５．１０．１５．２０重量％に固
定した場合に添加したＴｉ量としゃ断谷量の関係を示し
たものである。

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Ｔｉの添加量を示す
。図中囚は従来品（Ｃｕ−２５Ｃｒ品）のしゃ新客量で
ある。第３図かられかるように各Ｎｂ量に対して添加し
たＴｉ量と共にしゃ新客量が上昇して、Ｔｉ量が０．５
重量％のとき、しゃ新客量のピークに達する。しかし、
Ｎｂ量が１５重量％のときけＴｉ量が０．５重量％以下
では、しゃ断性能に変化はなく、Ｔｉが０．５重量％を
越えるとむしろ、しゃ断容量の低下が生じる。また、　
Ｎｂ量が２０重量％になると、Ｔｉを添加すると共にし
ゃ断容量が低下する。即ち、Ｔｉ添加によるしゃ断性能
向上の効果はＮｂ量が１５重量％以下で有効であり、Ｎ
ｂ量が３重量％の場合にはＴｉをＯ５重量％添加するこ
とによって、従来品（Ｃｕ　−２５Ｃｒ品）の１．９倍
のしゃ断容量に達する。しかし、この場合も必要以上に
Ｔｉを添加するとむしろ、しゃ断性能の低下が生じる。

これは、Ｎｂ量の比較的少ない場合にはＴｉ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
ることができるが、Ｎｂ叶が多くなると、必然的にＣｕ
量が減少するので、そのＣｕとＴｉが反応して形成され
る合金、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って、Ｔｉ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
けしや断性能の向上は生じないし、むしろ、低下させる
ためであると思われる。又Ｔｉ量が必要以上添加された
場合も同様にして、Ｃｕの電気伝導度や熱伝導度を低下
させる方向に強く働くためであると思われる。

なお、この実験に使用したＣｕ　−Ｃｒ　−Ｎｂ　−Ｔ
　ｉ合金はＣｕ、Ｃｒ１Ｎｂ、Ｔｉ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。

第４図は合金中のＣｒ量を２５重量％に固定し、さらに
、Ｔｉ量を０．０．５．１．０．１．５重量％に固定し
た場合の添加したＮｂ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−２５Ｃｒ品）の
しゃ断容量を１とした場合の比率を示し、横軸けＮｂ１
７）添加量を示す。第３図、第４図かられかるように、
Ｔｉ量が０．５重量％の七きＴｉ添加によるしゃ断容量
向上の効果が見られるのはＮｂ量が１５重量％以下の範
囲の時である。一方、Ｔｉ量が１重量％ではＮｂ量が１
重量％程度の場合にのみ、しゃ断性能を向上させる効果
がある。よって、Ｔｉの添加は１重量％以下が望ましい
。捷た、Ｔｉ量が０．５重量％以下のときＮｂ量の最も
広い範囲、即ち、１５重量％以下の範囲で、しゃ断性能
向上の効果がある。

Ｃｕ　−Ｃｒ−Ｎｂの３元合金に対して、Ｔｉ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
ことを目的とした場合、３元合金のしゃ断容量のピーク
値を越える条件としてはＴｉはＯＢ重量％以丁、Ｎｂは
２〜７重量％の範囲が望ましい。

発明者等は第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、Ｃｒｉが１０〜３５重鮭％
の範囲でＴｉ添加によるしゃ断性能の向上が見られたが
、Ｃｒ量が１０重量％より少ない範囲ではＴｉ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、Ｃｕ−Ｃｒ　−Ｎｂ−Ｔｉ系合金でＣｒを１０〜
３５重量％、Ｎｂが１５重量％以下、Ｔｉが１重量％以
下の範囲含有する接点材料は従来品（Ｃｕ−２５Ｃｒ品
）と比較して、接触抵抗も劣ることはなく、耐電圧性能
も劣らないことを図示しないが種々の実験で確認しｌＯ
島 ている。

また、図示しないが、上記合金にＢｉ　、　Ｔｅ、　Ｓ
ｂ。

Ｔｚ、Ｐｂ％Ｓｅ、Ｃｅ、及びＣａのうちの少なくとも
一つの低融点単体金属、その合金、その金属間化合物、
並び釦その酸化物のうち少なくとも１種を２０重量％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能の上昇や良好な耐電圧性能
があることを確認している。

なお、上述の低融点単体金属、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、しゃ断性能や耐電圧
性能が低下した。又、低融点単体金属がＣｅあるいはＣ
ａ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　−Ｎ
ｂ−Ｔｉ合金により説明したが、上記合金の各元素が単
体、囲者、王者もしくけ王者の合金、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。

以上のように、この発明によれば、銅を含有す（１０） ると共に他の成分としてクロムが１０〜３５重量％、二
オシが１５重量％以下で、かつチタンが１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、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。

【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いて、Ｃｒ量を２５重
量％に固定し、Ｎｂ量を０．１．３．５．１０．１５．
２０重量％に固定した合金に対してＴｉ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いて、Ｃｒ量を２５重量％
に固定し、Ｔｉ量を０．０，５．１．０．１．５重量％
に固定した合金に対してＮｂ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、（２）　（３）は
端板、（４）　（５）は電極、（６）（７）は電極棒、
（８）はベローズ、（９Ｘ１０）（１１） はシールド、（５１）はろう材、（５）は従来品（Ｃｕ
−２５Ｃｒ品）のしゃ断容量である。 代理人大岩　増雄 （１２） 第１図 第２図 第３図 全 く

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅を含有すると共に、他の成分としてクロムが１
   ０〜３５重量％、ニオブが１５重量％以下で、かつチタ
   ンが１重量％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. （２）チタンが０．８重量％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. （３）ニオブが２〜７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. （４）ビスマス、テルル、アンチモン、タリウム、鉛、
   セレン、セリタム、及びカルシタムのうちの少なくとも
   １つの低融点単体金属、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
   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３項のいずれかに記載の真空しゃ断器用接点材
   料。