JPS59214121A - 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、電流しやＩｌ／ｒ性能及び耐電圧性能に優
れた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、よシ大きなしゃ断容量や高
い耐電圧が要求されている。

−万、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犬である。

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）接点消耗が少ないこと、（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。

実際の接点倒斜では、これらの特性を全て満足きせるこ
とは、かなＱ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
−Ｃｏ　、　Ｃｕ−Ｃｒ　、　Ｃｕ−Ｃｏ−Ｂ１＋Ｃｕ
−Ｃｒ−Ｂ１　、　Ｃｕ−Ｂｅなどが使用されていた。

Ｃｕ−Ｂ１は電気伝導度に優れるＣｕとＣｕに対してほ
とんど固溶しない低融点金属（Ｂｉ）を固溶限以上添加
したもので、しゃ断性能と対溶着性を期待したものであ
るが、耐圧性能はかなり劣る。即ち、最も融点の高いも
のがＣｕであシ、低融点金属は当然負荷開閉時、大電流
しゃ断時および開極状態での高電圧印加時には蒸発、飛
散が生じ耐電圧の低下が見られ、かつ、しゃ断性能にも
悪影響を及ぼす。さらに、この材料を接点とした場合に
は排気工程中の高温加熱によシ低融点金属の一部が接点
内から拡散、蒸発し真空容器Ｐ９の金属シールドや絶縁
容器に付着し、真空しゃ断ばｇの耐電圧劣化の一因にも
なシ得る。従って、この種の材料はしゃ断電流が大きく
なり、同時に高電圧を要求されるしゃ断器用の接点とし
ては不向きである。

Ｃｕ−Ｃｏ、Ｃｕ−Ｃｒなどのように真空耐電圧（こ優
れた金属（Ｃｏ　、　Ｃｒ　Ｆｅなどを云う）とＣｕと
の組み合せからなる材料は当然耐電圧性能に優れ、かつ
Ｃｕがある程度以上台まれていれば、しゃ断性も非常に
優れておシ、高電圧、大電流域ではよく使用されている
が、耐溶着性能にやや劣る。

Ｃｕ−Ｃｏ−Ｂ１　、　Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂ１などは上記２
種類の中間的な性能を有するもので、耐電圧性能、しや
断性能も比較的優れ、Ｂｉなどを含有しているため、耐
溶着性も良く、広範に使用されているが、低融点金属を
含むため逆に使用可能な電流や電圧に制限があるのは当
然である。

また、上記の内、最もしゃ断性能のよい材料を用いても
急速に高まる高性能化の要求にこたえるためには十分で
なく、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、それでもまだ、さらにきびしくなる高電圧化、
大電流化への要求に対しては従来の接点材料では十分で
なく、より優れた性能を持つ接点材料が求められていた
。

又、真壁しゃ断器の小型化に列しても同様である。

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）かつ高
耐電圧性能を有する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。

我々は従来品を上回るしゃ断性能、耐電圧性能を持つ接
点材料を見出すため、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。この結果、次のよう
なことがわかった。一般に真空耐電圧性能を有するとさ
れるＣｏやＦｅとＣｕを組み合せた材料において、ＣＯ
やＦｅの含有量ヲ増せば耐電圧性能が向上する。しかし
、ｃｏやＦｅの含有量の増加と共に、電気伝導度が著し
く低下し、しゃ断性能も低下する。従って、ＣｕとＣｏ
やＦｅの組み合せで材料を製造した場合、しゃ断性能を
重視する時はｃｏやＦｅを２０〜８０重量％以下にしな
ければならず、耐圧性能は当然劣る。

我々の目的とするところは、しゃ断性能に優れ、かつ高
耐電圧性能を有する材料を得ることであるが、Ｃｕを第
１成分とし、第２成分としてＮｂ　、第８の成分として
Ｃｏおよび、Ｆｅのうちの少なくとも１種を含有してい
る接点材料が上記目的を十分満足することがわかった。

この発明の真空しゃ断器用接点材料は、Ｃｕを第１の成
分とし、第２の成分としてＮｂを４０重量％以下、第８
の成分として、ＣｏｄよびＦｅの内の少なくとも１種を
４０重量％以下で、かつ第２成分と第８成分の合計が１
０重量％以上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（０）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＠１１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００がアークに
よ）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（４）および（５）の構成を第
２図に示す、電極（５）はその背面で電極棒（７）にろ
う材（ｉｉＩｌを介挿してろう付されてい・る。前記電
極（４）＋　＜ｓＩはこの発明の接点材料から成ってい
る。

第８図は比較例として従来のＣｕ　−Ｃｏ合金接点材料
の倍率が１００の金属組織写真を示す、これはＣｏ粉と
Ｃｏ粉をそれぞれ８０重量％、２０重量％で混合、成形
し焼結して得られたＣｕ　−Ｃｏ合金である。

第４図はこの発明の一実施例としてＣｕ　−Ｃｏ　−Ｎ
ｂ合金接点材料の倍率が１００の金属組織写真を示す、
これはＣｏ粉、Ｃｏ粉、Ｎｂ粉を各に’１８Ｍ１８重量
％重量％、７重量％で混合、成形し焼結して得らしｔ：
　Ｃｕ　−Ｃｏ−Ｎｂ合金である。なお、焼結はｃ。

およびＮｂの一部が反応してＣｏ　２Ｎ　ｂを形成する
条件とした。第４図の合金はＣｕ中にＣｏ　、　Ｎｂ　
、　ＣｏｔＮｂなどが均一微細に分布していることがわ
かる。

以下に種々の試験を行なった結果について説明する。

まず、我々の実験結果からＣｕとＣｏの２元からなる合
金中で、しゃ断容量がよく、その他の特性も比較的良好
なものとして、Ｃｕ　　２０重量％　Ｃ。

合金を従来例として用いた。

第６図は合金中ｔ７）Ｃｏ量を０．５，２０，８０．４
０　ｉ量チに各々固定した場合の添加したＮｂ量としゃ
断容量の関係を示す。なお、縦軸は従来例（Ｃｕ　−２
０重量％Ｃｏ合金）のしゃ断容量を１としｔ、：比率を
任意スケールで示し、横軸は添加したＮｂ量を示す。

また、図中、実線はほとんどばらつきのない値を示し、
破線はばらつきがあったことを示す。図から次のような
ことがわかる。

まず、Ｃｏ量をＯにした場合、即ち、Ｃｕ　−Ｎｂ　Ｚ
元合金でも従来品（Ｃｕ　−２０重量％Ｃｏ合金）のし
ゃ断各量を上回る領域がある。しかしＮｂ量は４ＯＮ量
チ以下が望ましい。

次にＣＯとＮｂが共存する場合は著しいしゃ断容量の増
大が見られる。特にＣｏ量が２０重量％のとき、Ｎｂ量
を１２重量％とした合金は他の比率配合した合金に比べ
ても高いしゃ断容量を示す。また、各Ｃｏ量で各々、ピ
ークを持ち、ＣＯとＮｂの適正な配合比率が存在する。

さらに、Ｃｏ量を４０重量％に固定した場合はＮｂを１
０重量％以下とすれば、従来品のしゃ断性能を上回るこ
とは可能であるがその値はおまシ高くなく、確実なしゃ
断性能を期待するためにはＣｏ量を４０重量％以上にす
るのが望ましい。

従来のＣｕ　−Ｃｏ　２元合金のしゃ断性能が、Ｃｏ量
が２０重量％程度のときに優れ、以後Ｃｏｆｄの増加と
共にしゃ断性能が低下するのはこの合金のしゃ断性能を
電気伝導度の高いマトリックスのＣｕに頼ってお９、Ｃ
Ｏが耐電圧などしゃ断以外の特性だけに寄与していたた
めである。

このことに対し、ＣＯとＮｂが共存する場合は、この２
元素が複雑な相互作用を示して、著しく、しゃ断性能を
向上させておシ、従来品よシミ気伝導度の低いＣｕ−Ｃ
ｏ−Ｎｂ合金でも従来品をはるかに上回るしゃ断性能を
示していることは、Ｃｕ　−Ｃ。

−Ｎｂ系の合金のしゃ断性能が単にＣｕの電気伝導性、
熱伝導性のみに頼っているのではないと考えられる。

しかし、この発明の接点材料についても、ＣＯとＮｂの
合計量が必要以上増加すると、しゃ断性能を低下させる
ことになる。

これは、ＣｏとＮｂの共存によって得られる効果に対し
て、相対的にＣｕ量が減少することによって生じる電気
伝導度、熱伝導度の低下がアークによる熱人力をすみや
かに放散する作用をさまたげる効果が非常に犬さくなっ
て、逆にしゃ断性能を悪くさせるためであると思われる
。また、この発明の実施例では、通常の焼結法を用いて
いるため、ＣｏとＮｂの合計が５０重量％を越えると焼
結性が悪くなシ、シゃ断性能の低下にも影響を与えるの
で、ＣＯとＮｂの合計は５０重量％以下が望ましい。逆
に合計が１０重量％以上ではほとんどしゃ断性能向上に
効果がない。

第６図は合金中のＣｏｉを０　、１０　、２０　、５０
重量％に各々固ボした場合の添加したＮｂｉと耐電圧性
能の関係を示す。なか、縦軸は従来品（Ｃｕ　−２０重
量％Ｃｏ合金）の耐電圧の値を１とした任意スケールを
示し、横軸は添加したＮｂ量を示す０図中実線はほとん
どばらつきのない値を示し、破線はばらつきがあったこ
とを示す。

第６図かられかるようにＣＯとＮｂの共存で著しく耐電
圧性能が向上している。例えばＣＯを２０重量％と固定
した場合、少量Ｎｂを共存させるだけで従来Ｃｏ量を５
０重量％以上も添加し、しゃ断性能を犠牲にしていたと
きの耐電圧性能を十分なしゃ断性能を満足させながら得
られる。

一部、ｃｏ量が少ない場合、十分な耐電圧性能を得るた
めにはＮｂ量を多くしなければならず、Ｃａ量は１０重
量％以上が望ましい。また、ＣＯとＮｂの合計量は耐圧
性能からみて１０重量−以上が望ましい。

第５図と第６図の総合的な性能から見ると、ｃ。

は１０〜８０重量％、Ｎｂは５〜８０重量％の範囲で最
も効果的にしゃ断性能、耐電圧性能を向上する。

また、接触抵抗を測定した他の実験から、ＣＯとＮｂの
合計が８５重量％以下の範囲含有する場合が最も接触抵
抗が低く安定して、実用上有利であった。

なお、前記第６図、第６図の実験例ではＣＯとＮｂから
なる金属間化合物、即１０Ｃ０２Ｎｂ　を形成しておシ
、Ｃｕ中にＣｏ、ＮｂおよびＣｏ２Ｎｂが均一微細に分
布した合金の緒特性について示したが、焼結温度を低く
するなどして、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｂがほとんど単体として
分布している合金においても１はぼ同様の傾向を示し、
従来のＣｕ　−２０重量％Ｃｏ合金に比較して著しく大
きなしゃ断性能を有する。これは合金中でＣｏｚＮｂな
ど形成していなくともアーク発生中にＣｏ　、　Ｎｂが
相互作用を生ずるためであるしかし、同一の配合で混合
、成形、焼結されたＣｕ　−Ｃ。

−Ｎｂ合金ではＣｏ、Ｎｂの金属間化合物を形成してい
るもののほうがしゃ断性能に優れていることがわかった
。また、この発明の一実施例の接点材料の合金の製造方
法としては溶解鋳造によることも可能でほぼ同様の効果
があることを確認している。

また図示しないが、Ｃｏの全部または一部をＦｅで置き
かえてもほぼ同様の効果があった。これはＦｅがＣｏと
同様ｆ’ｅ２Ｎｂを形成することからもＮｂと共存して
相互作用によりしゃ断性能向上に効果的であると思われ
る。

また箋上記合金に’ｆ’ｉ、ＺｒおよびＡ１のうちの少
なくとも１種を５重ｉ％以下添加した合金は添加しない
合金に比較して、しゃ断性能を上昇させる効果があった
。これは、Ｔｉ、ＺｒおよびＡＩが上記合金中に存在し
、しゃ断性能に効果的な成分を形成するためである。５
重量係を越えると、Ｃｕマトリックスとの反応が進み過
ぎ、電気伝導度を蓄しく低下きせるためにしゃ断性能や
接触抵抗を悪化させた。

また、Ｂｉ　、　Ｔｅ　、　ｓｂ　、　ＴＩ　、　Ｐｂ
　、　Ｓｅ　、　Ｃｅ及びＣａミノの少なくとも一つの
低融点金属、その合金、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材料に於いても、前記実施例と同
様にしゃ断性能や耐電圧性能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、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
た場合は著しり、シゃ断性能が低下した。

又、低融点金鵡がＣｅあるいはＣａの場合は若干特性が
落ちた。

以上のように、この発明によれば、銅を第１の成分とし
、第２成分とし、てニオブを４０重量−以下第８成分と
して、コバルトおよび鉄の少なくとも１種を４０重量％
以下で、かつ第２成分と第８成分の合計が１ＯＮ量係以
上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、かつ高耐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８図は
焼結法によシ製造した従来のＣｕ　−２０重量％ＣＣ接
接合金の１００倍の金属組織写真、第４図は比較的高温
で焼結したこの発明の一実施例ノＣｕ　−２０重量％Ｃ
ｏ−７ｉ量％Ｎｂ接点材料の１００倍の金属組織写真、
第５図はこの発明の実施例の接点倒斜におけるＣｏ量を
０．５，２０，８０．４０ｉ量チに各々円建した場合の
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、第６図はこの発明の実施例の接点材料におけるＣ
ｏ量を０．１０，２０゜５０重量係に各々固した場合の
Ｎｂ添加量を変化させた時の耐電圧の変化を示す特性図
である。 （１）は真空絶縁容器、（２）　ｌ　（３）は端板、（
４１、（５〕は電極、（６）　、　（７）は電極棒、（
８）はベローズ、（９）　、　Ｏ（Ｉはシールド、優り
はろう材である。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 第３１４ 第４１４ 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−８８４２７号２、発
明の名称 真空しゃ断器用接点材料 ３、補正をする者 ５、　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ａ　補正の内容 （１）　　明細書の第８頁第１１行の「犠牲」を「犠牲
」に訂正する。 （２）同第３頁第２０行の「対Ｍ層性」ａｒ耐溶着性」
に訂正する。 （３）同第４頁第１行の「耐圧性能」？「＃電圧性能」
に訂正する。 （４）同第４頁＠１４行の「ＣｒＦｅなど」ｐｒｃｒ。 Ｆｅなど」に訂正する。 （５）　　同第８頁第１７行の「しゃ断容量がよく？「
しゃ断容量が大きく」に訂正する。 早上

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅を第１の成分とし、第２の成分としてニオブを
   ４０重量％以下、第８の成分としてコバルト及び鉄のう
   ちの少なくとも１種を４０重量％以上で、かつ第２の成
   分と第８の成分の合計が１０重量％以上の範囲含有する
   ことを特徴とする真空しゃ断器用接点材料。
2. （２）第２の成分と第８の成分の合計が５０重量％以下
   であ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）第２の成分が１０〜８０重量％、及び第８の成分
   が５〜８０重量％の範囲であ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・
4. （４）第２の成分と第８の成分の合計が８６重量％以下
   であ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。
5. （５）チタン、ジルコニウムおよびアルミニウムのうち
   の少なくとも１種を５重量％以下含有することを特徴と
   する特許コ青求の範囲第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。
6. （６）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内の少なくとも
   一つの低融点金属、その合金、金属間化合物１並びに酸
   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５
   項のいずれかに記載の真空しゃ断器用接点材料・