JPS59201335A - 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、＋Ｉ
ＩＬ、や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Ｏｕ
　−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）、０
ｕ−Ｏｒ−Ｂｉ、　Ｃｏｘ−Ｃｏ−Ｂｉ　、　０ｕ−（
：’ｒ等が使用されていた。しかし、０１１−　Ｂｉ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。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わ
たＯｒ、Ｃｏなどを添加したＯｕ　−Ｏｒ　−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、Ｏｕ
　−Ｏｒなどのように真空耐電圧に優れた金属（Ｏｒ　
、　Ｏｏなど）と電気伝導度に優れたＯｕ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、０ｕ−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。

発明者等はＯｕ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
７−２０２５３０号明細書）としてＯｕ、Ｏｒ、Ｎｂか
ら構成されている材料のしゃ断性能が従来品（Ｏｕ　−
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、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、Ｏｕ、Ｏｒ、Ｎｂを主成
分として、Ｚｒ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Ｏｕを含有すると共に
、他の成分としてＯｒが１０〜３５重量％、Ｎｂが１５
重量％以下で、かつＺｒが０．８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（１１と
この真空絶縁容器１１）の両端を閉塞する端板（２）お
よび（３１とにより形成された容器内部に電極（４１お
よび１５）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１９１および（１０１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（１１の内面および前記ベローズ（８１
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（５１）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Ｏｕ　
−Ｏｒ−Ｎｂ　−Ｚｒ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
Ｎｂ量を０．１．３．５．１０．１５．２０重量％に固
定した場合に添加したｚｒ量としゃ断容量の関係を示し
たものである。図の縦軸は従来品（Ｏｕ　−２５０ｒ品
）のしゃ断容量を１とした場合の比率を示し、横軸はＺ
ｒの添加量を示す。図中（Ａｌは従来品（Ｏｕ−２５０
ｒ品）のしゃ断容量である。第３図かられかるように各
Ｎｂ量に対して添加したＺｒ量と共にしゃ断容量が上昇
して、Ｚｒ量が０．４重量％のとき、しゃ断容量のピー
クに達する。しかし、Ｎｂ量が１５重量％のときはＺｒ
量が０．４重量％以下ではしゃ断性能に変化はな（、Ｚ
ｒが０．４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、Ｚｒを
添加すると共に、しゃ断容量が低下する。即ち、Ｚｒ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、Ｎｂ量が３重量％の場合にはＺｒを０
．４重量％添加することによって、従来品（Ｏｕ　　２
５０ｒ品）の１．８５倍のしゃ断容量に達する。しかし
、この場合も必要以上にＺｒ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Ｏｕ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量が多
くなると、必然的にｃｕｔが減少するので、そのＯｕと
Ｚｒ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、Ｚ
ｒ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、トータルとしてはしゃ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わる。又Ｚｒ
量が必要以上添加された場合も同様にして、山の電気伝
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０ｕ−Ｏｒ　−Ｎｂ　−Ｚｒ
合金はＯｕ、　Ｏｒ、　Ｎｂ、　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。

第４図は合金中のＯｒ量を２５重量％に固定し、さらに
、Ｚｒ量を０　、０．４．０．８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（Ｏｕ−２５０ｒ品）のしゃ断
容量を１とした場合の比率を示し、横軸は邪の添加量を
示す。第３図、第４図かられかるように、Ｚｒ量が０．
４重量％のときＺｒ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、Ｚｒ量が０．８重量％では隅量が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、Ｚｒの添加は０．８重量％以下が望ましい。また
、Ｚｒ量が０．４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。

Ｏｕ　−Ｏｒ　−Ｎｂの３元合金に対して、Ｚｒ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Ｚｒは０．６５重量％以下、
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Ｏｒ量を
種々変化させて行なったが、Ｏｒ量が１０〜３５重量％
の範囲でＺｒ添加によるしゃ断性能の向上が見られたが
、Ｏｒ量が１０重量％より少ない範囲ではＺｒを添加し
ても変化はなく、逆にＯｒ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　−Ｏｒ　−Ｎｂ　−Ｚｒ系合金でＯｒを１
０〜３５重量％、　Ｎｂが１５重量％以下、Ｚｒが０８
重量％以下の範囲含有する接点材料は従来品（Ｏｕ−２
５０ｒ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
認している。

また、図示しないが、上記合金にＢｉ　、　Ｔｅ　、　
８ｂ　。

に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Ｏｅあるいは鍬
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Ｏｕ　−Ｏｒ　−Ｎ
ｂ−Ｚｒ合金により説明したが、上記合金の各元素が単
体、囲者、王者もしくは王者の合金、囲者、王者もしく
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、銅を含有すると共に
他の成分としてクロムが１０〜３５重量％、ニオブが１
５重量％以下で、かつジルコニウムが０．８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、Ｏｒ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Ｚｒ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、Ｏｒ量を２５重量％
に固定し、Ｚｒ量を０　、０．４　、、０．８重量％に
固定した合金に対してＮｂ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である。 図において、（１１は真空絶縁容器、＋２１　＋３１は
端板、（４＋　１５１は電極、＋６１　＋７１は電極棒
、（８１はベローズ、＋９１　ＣＯＩはシールド、（５
１）はろう材、（Ａ＋は従来品（Ｏｕ−２５０ｒ品のし
ゃ断容量）である。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 第３図 ００・５　　　／、０　　１５ ２、毒力ロ量　（製ｆｚ） 第４図 θ　　　７０　　２０　　３θ Ｎｂ量（重量） 手続補正書（自発） ２、発明の名称 真菟しゃ断器用接点材料 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者片山仁八部 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号５
６　　補正の対象 明Ｉ￥ｌＩＩ書の特許請求の範囲および発明の詳細な説
明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書のｆｉＦＦＦｔ４求の範囲を別紙のとおり
訂正する。 （２）同第１Ｏ頁第６行の「低い断」を「低さい断」に
訂正する。 ７、　添付書類の目録 補正後の時計１１求の範囲を記載した書面１通 以上 特許請求の範囲 （１）銅を含有すると共に、他の成分としてクロムが１
０〜８５重量％、ニオブが１６重量％以下で、かつジル
コニウムが０，８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）ジルコニウムが０．６５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）ニオブが２〜７重盪％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）ビス′ンス、テルル 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８項の何れかに記載の真空しゃ断器用接点材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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、かつジル
   コニウムが０．８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。 （２１ジルコニウムが０．６５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）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）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つの低融点単体金属、その合金の金属間化合物、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項の何れかに記載の真空しゃ断器用接点材料。