JPS59214123A - 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、電流しゃ断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犬である。

声、空しゃ断器用接点材料の満足すべき特性として、（
１）シゃ断容爪が大きいこと、（２）Ｉｌｊｔ電圧が高
いこと、（３）接触抵抗が小さいこと、（４１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　、　Ｃｔｒ−Ｃｏ−Ｂｉ　。

Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂ１　、　Ｃｕ−１３ｅなどが使用されて
いた。

Ｃｕ　−Ｂｉ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
でおるが、耐圧性能はがなり劣る。即ち１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、蒸発し真空容器内の金属シールドや絶
縁容器に付着し、真空しゃ断器の耐電圧劣化の一因にも
なり得る。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
圧に優れた金属（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がある程度以上含まれていれば、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１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、それでもまた、さらにきひしくなる高電圧化、
大型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倒斜が求められていた
。

又、真空しゃ断器の小型化に対しても同様である。

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７に量を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。

シ、シゃ断性能も低下する。従って、ＣｕとＣｏ　−？
　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、耐圧性能は尚熱劣る。

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Ｔ１、第８の成分としてＣ
ＯおよびＦｅのうちの少なくとも１種を含有している接
点材料が上記の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Ｔａを６０重ｊｔ％以下、第
８の成分として、ｃｏおよびＦｅの内の少なくとも１種
を５０７ｔｉ％以下で、かつ第２成分と第８成分の合計
が１０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図は真空スイッチ雷の構造図で、真空絶縁容器（１
１とこの真空絶縁容器（Ｌｌの両端を閉塞する端板（２
）および（３）とによυ形成された容ａｇ内部に電極（
４）および（５１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１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００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（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（６１）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
ＣＱ粉をそれぞれ８０重量係、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（Ｅｕ　−Ｃｏ　−
Ｔａ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、ＣＱ粉、Ｔａ粉を各々７８重量係、２０
重最多、７重量％で混合、成形し焼結して得られた。

Ｃｕ−Ｃｏ−Ｔａ合金である。なお、焼結はＣｏおよび
Ｔａの一部が反応してＣｏ２Ｔａを形成する条件とした
。

第４図の合金はＣｕ中Ｋ　Ｃｏ　、　Ｔａ　、　Ｃｏ２
Ｔａなどが均一微細に分布していることがわかる。

以下をこ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ＣＱ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重凰％　Ｃ。

合金を従来例として用いた。

第５図は合金中）Ｃｏ量を０　、５　、２０　、８０　
、４０　、５０重量％に各々固定した場合の添加したＴ
ａ量としゃ断容量の関係を示す。なお、縦軸は従来例（
Ｃｕ　−２０重量％Ｃｏ合金）のしゃ断容量を１とした
比率を任意スケールで示し、横軸は添加したＴａ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　ｉｉを０にした場合、即ち、Ｃｕ　−Ｔａ
　２元合金でも従来品（Ｃｕ−２ｏＢ量％Ｃｏ合金）の
しゃ断容量を上回る領域がある。しかし、その値は従来
品に対して、著しく上回るほどではない。Ｔａ量は６０
重量％以下か望ましい。

次にＣｏとＴａが共存する場合は著しい、しゃ断容敞の
増大が見られる。特（こＣｏ舐が２０重量％のとき、Ｔ
ａ量を１５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Ｔａの適正な配合比率が存在す
る。

さらに、Ｃｏ量を６０重量％に固定した場合はＴａ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あま勺高くなく、確実なしゃ
断性能を期待するためにはＣｏ量を５ｏ重ｆｆｉ％以下
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ｃｏｍ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Ｆ）、Ｃ
ｏが耐電圧なとしゃ所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′ｒａ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
を向上させてあ・シ、従来品よシミ気伝導度の低いＣｕ
　−Ｃｏ　−Ｔａ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　−Ｃｏ　−Ｔａ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Ｔａ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Ｔａ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入力をすみや
かに放散する作用をさまたげる効果が非常に大きくなっ
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Ｔａの合計が６ＯＮ量係を越えると焼
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Ｔａの合計は６０１．量係以下が望ましい。

逆に合計が１０重量％以下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Ｃｏ址を０．５，２０，５０ｉｉ％に
各々固尾した場合の添加したＴａ量と耐電圧性能の関係
を示す、なお、縦軸は従来品（Ｃｕ　−２０重ｉ％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Ｔａ量を示す。図中実線は、はとんどばら
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Ｔａ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Ｔａ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。

一方、Ｃｏ量が少ない場合、十分な耐電圧性能を得るた
めにはＴａ量を多くしなければならず、Ｃｏ量は５重量
％以上が望ましい。また、ｃｏとＴａ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、ＣＯｌけ５
〜８０重量％、Ｔａ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ｆコ他の実験から、ＣｏとＴａ
の合計が４０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５図、＠６図の実験例ではＣＯと１ｈから
なる金属間化合物、即ちＣｏｚＴａを形成し２てお９、
Ｃｕ中＋ｃ　Ｃｏ　、　Ｔａ　ｓｙよひＣｏ２Ｔａ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　、　’Ｉ
’ａがほとんど単体として分布している合金においても
、はぼ同様の傾向を示し、従来のＣｕ　−２０重量％Ｃ
ｏ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Ｃｏ２Ｔａなどを形成していなくともアー
ク発生中にＣＯ，Ｔａ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
ｏ　−Ｔａ合金ではＣｏ、Ｔａ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Ｆｅ２Ｔａを形成することからもＴａと共存して相
互作用によシしゃ断性能向上に効果的である。

また、上記合金にＴＩ、ＺｒおよびＡ１のうちの少なく
とも１種を５重ｆｉ％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
％を越えると、Ｃｕマトリックスとの反応が進み過ぎ、
電気伝導度を著しく低下さ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おいても、１１１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、合金、金属間化合物、並ひ（こその
酸化物のうち少なくとも１種を２０重量％以上添加した
場合は著しく、シゃ断性能が低下した。

又、″低融点金属が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成分としてタンタルを６０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５０重量
％以下で、かつ第２成分と第８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ものであるので
、しやｌ１ｉＩｉ性能に優れ、かつ置耐圧性能を有する
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値 面図、第８図は焼結法によシ製造した従来のＣｕ　−２
０重量％ＣＣ接接合金の１００倍の金属組織写真１第４
図は比較的高温で焼結したこの発明の一実施例のＣｕ−
２０重量％Ｃｏ−７重量％Ｔａ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材料にお
けるＣｏ量を０　、５　、２０　、８０　、４０　、５
０重量係に各々固定した場合のｌ１ｌａ添加量を変化さ
せた時のしゃ断谷坦の変化を示す特性図１第６図はこの
発明の実施例の接点刊料におけるＣｏ量を０，５゜２０
　、５０重量φに各々固した場合のＴａ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）　、　（３）は端板、（
４）　＋　（ｓンは電極、（ら）　、　（７）は電極棒
、（８）はベローズ、（９）　、　ＱＯはシールド、い
わはろう材である。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 才うａ −一〜ヘ ナｆ図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　特願昭５８−８８４２８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 生　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ５、　補正の内容 （１）　　明細書第３頁第１１行の「犠牲」全犠牲」に
訂正する。 （２）　　同第８頁第２０行の「対溶青性」を「耐溶着
性」に訂正する。 （３）同第４頁第１行の「耐圧性能」ヲ「耐電圧性能」
に訂正する。 （４）　　同第８頁第１７行の「しゃ貯容量がよく」？
「シゃ貯容量が大きく」に訂正する。 以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１銅を第１の成分とし、第２の成分としてタンタル
   を６０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５０重量％以下で、かつ第２の
   成分と第３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）第２の成分と第８の成分の合計が６０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〇 （３）第２の成分が５〜８０重量％、及び第８の成分が
   ５〜３０１ｉｔ％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等 （４）第２の成分と第８の成分の合計が４０重ｉ％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）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。 （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、並びにそ
   の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。