JPS59201336A - 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、かなシ困難であって、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−Ｂ１　、　Ｃｕ　−Ｃｏ−Ｂｉ
　、　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Ｋ
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　＠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−
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、さらにＮｂを有効に活用するために
多くの実験全くシ返した結果、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｂを主成
分として、Ａ／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けＣｕを含有すると共に
、他の成分としてＣｒが１０〜３５重量％、Ｎｂが２０
重量％以下で、かつＡ／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
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（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）は第２図のようにその背
面で電極棒（ηにろう材（５１）を介挿してろう付され
ている。前記電極（４）、（５）はこの発明のＣｕ−Ｃ
ｒ−Ｎｂ−Ａｔ系接点材料から成っている。

第３図は合金中のＣｒ量を２５重景％に固定し、さらに
Ｎｂ量を０，１．３．５．１０．１５．２０重景％に固
定した場合に添加したＡｔ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（Ｃｕ−２５Ｃｒ品）のしゃ断容量を
１とした場合の比率を示し、横軸はＡｚの添加量を示す
。図中（４）は従来品（Ｃｕ−２５Ｃｒ品）のしゃ断容
量である。第３図かられかるように各Ｎｂ量に対しかし
、Ｎｂ量が２０重重量の吉きはＡｔ量が０．５重量％以
下では、しゃ断性能に変化はなく　、Ａ４が０．６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％を越えると、Ａｔを添加する
と共にしゃ断容量が低下する。即ち、Ａｔ添加によるし
ゃ断性能向上の効果はＮｂ量が２０重量％以下で有効で
あり、Ｎｂ量が３重量％の場合にはＡｔを０．６重量％
添加することによって、従来品（Ｃｕ−２５Ｃｒ品）の
１．８倍近くのしゃ断容量に達する。しかし、この場合
も必要以上にＡｔ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Ａ
４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量が多くなると、
必然的にＣｕ量が減少するので、そのＣｕとＡｔ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、Ａ４　　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々思われる又Ａｔ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−Ａ１
合金はＣｕ１Ｃｒ、　Ｎｂ、　Ａｔ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
、Ａｔ量を０　、０．６．１．０．重量％に固定した場
合の添加したＮｂ量七しゃ断容量との関係を示したもの
であシ、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、横軸はＮｂの添加
量を示す。第３図、第４図かられかるようにＡｔ量が０
．６重量％のときＡｔ添加によるしゃ断容量向上の効果
が見られるのけＮｂ量が２０重量％以下の範囲の時であ
る。一方、Ａｌ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、Ａｔの添加は１重量％以下が望ましい。まだ、Ａ
ｌ量が０．６重量％以ＦのときＮｂ量の最も広い範囲、
即ち、２０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、Ａｔ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Ａｔけ０．７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、＠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、Ｃｒ量が１０〜３５重量％
の範囲でＡｔ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％より少ない範囲でけＡｔ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−Ａｔ系合金でＣｒを１０〜
３５重量％、Ｎｂが２０重量％以下、Ａｔ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く９
） ている。

捷た、図示しないが、上記合金にＢｉ　、　Ｔｅ　、　
５ｂｓＴｌ、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、なお、上記実施例で
はこの発明をＣｕ−Ｃｒ　−Ｎｂ　−Ａ１合金によシ説
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、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％、（１０） ニオブが２０重量％以下で、かつアルミニウムが］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、ｇＫ３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０．１１３．５．１０．１５
．２０重量％に固定した合金に対してＡｅ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
の発明の実例の接点材料において、　Ｃｒ量を２５重量
％に固定し、　Ａｔ量を０，０．６．１．０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、（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、（９）（１０）はシールド、（５１
）はろう材、囚は従来品（Ｃｕ−２５（１１） Ｃｒ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 Ａｌｌ　　ラ禾カロ量　　（皇　量２）第４図 ｏ　　　　ｔｏ　　　２ｔ）　　　３ＯＮｂ量（１量３
） １、事件の表示　　　特願昭５８−７６７２２号３、補
正をする者 代表者片山仁へ部 ５、　補正の対象 明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面
の簡単な説明の欄 ６、　補正の内容 （１）明細四の特許請求の範囲を別紙のとおり訂正する
。 （２）同第８頁第１行の「ある犠牲」を「ある程度犠牲
」に訂正する。 （３）同第１１頁第１８行の「実例」を「実施例」に訂
正する。 ７、　添付督類の目録 補正後の特許請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２０重重盪以下で、かつアル
ミニウムが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）アルミニウムが０．７重量９６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重盪重量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ュラムのうちの少なく
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重重
盪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項のいずれかに訂載の真空しゃ断器用接
点材料。

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２０重量％以下で、かつアル
   ミニウムが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）アルミニウムが０．７車量％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、セリウ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。