JPS59215621A - 真空しや断器用接点 - 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、大電流特性に優れ、かつ耐溶着性能を有す
る真空しゃ断器用接点に関するもρ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、それに伴いより高耐圧化、大電流化の要
求がきびしくなって来ている。一方、真空しゃ断器の性
能は真空容器内の接あ 点材料によって決定される要素がきわめて大で＝る。

真空しゃ断器用接点の満足すべき特性として、（１）シ
ゃ断容量が大きいこと、（２）耐電圧力；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ｆ
直が小さいこと、（７）加工性か良′いこと、（８）十
ｌＩ土な４浅域的強度を有すること、等がある。

実際の接点では、これらの特性を全て１ｉ）１足させる
ことは、かなり困難であって、一般には用途に１．８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
にした伺刺を使用しているのが実状である。

従来、この種の接点として銅−ビスマス（以下Ｃｕ−Ｂ
１と表示する。他の）し素および元素の組み合せからな
る合金についても同様に元素配りで表示する）、Ｃｕ　
−Ｃｒ−Ｂｉ％Ｃｕ　−Ｃｏ−Ｂｉ、　Ｃｕ−Ｃｒ等力
ζ使用されていた。しかし、Ｃｕ−Ｂ１などの低融点金
属を含有する合金接点では排気工程中の高温加ｉｌＦ！
ζ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
ひとつ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、１牧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−Ｂ１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、Ｃ。

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
接点に比軟して、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１、大電流域ではよく使用さ
れている。さらに、Ｃｕ　−Ｃｒ合金などにおいても、
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紡し又、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、低溶着化への要ｙＪ、はさらにきび
しく、従来の接点では要求性能を十分満岨させることか
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。

この発りＪ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、大電流特性に優れ、かつ耐溶着
性に優れた真空しゃ断器用接点を提供することを目的と
している。

発明者等はＣｕに種々の金属、合金、金属間化合物、金
属酸化物を添加した接点材料を試作し、真空しゃ断器に
組込んで種々の実験を行った。この結果、Ｃｕを主成分
とし、副成分として銅より融点の高い金属を１種以上含
有すると共に銅より融点の高い金属酸化物を１種以上含
有する合金接点は非常にしゃ断性能に優れ、かつ耐溶着
性に優れていることをａＩＣ認した。

以下、本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、（１）真空絶縁容
器、前記真を絶縁容器（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（力は、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（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（５１）を介挿してろう付されている。前記電極（
４）、（５）は本発明に係る合金から成っている。

第３図は比較例として従来のＣｕ−Ｃｒ合金接点の金属
組織写真（１００倍）を、示す。これはＣｏ粉とＣｒ粉
をそれぞれ７５重１Ｌ２５重！Ｊ：　％で混合、成形し
焼結して得られたＣｕ−Ｃｒ合金である。

第４図は本発明の一実施例としてＣｕ　−Ｃｒ−Ｃｒ２
Ｏ３合金の金属組織写真（１００倍）を示す。こｈけＣ
ｏ粉とＣｒ粉を７５重量％、２５重量％とした混合粉と
Ｃｒ２Ｏ３粉を９５重量％、５重量多としたものを混合
、成形、焼結して得られたＣｕ−Ｃｒ−Ｃｒ２Ｏ３合金
である。

第５図は本発明の一実施例としてＣｕ　−Ｃｒ　−Ｔａ
　２０５合金接点の金属組織写真（１００倍）を示す。

これはＣｕ粉とＣｒ粉を７５重量％、２５重量％とした
混合粉とＴａｚ０３粉を９５重Ｍ％、５重量％としたも
のを混合、成形、焼結して得られたｅｕ　−Ｃｒ−Ｔａ
ｚＯ５合金である。

以下に種々の測定あるいは試験を行った結果について説
明する。

まず、我々の実験の結果からＣｕ、Ｃｒの二元合金から
なる接点合金ではＣｒ量が２０〜３０重量％の範囲で各
種の性能が非常に優れていることを確認しているので、
接点材料としてＣｕ−２５Ｃｒをベースとして本発明合
金の緒特性を示す。

第６図〜第８図はＣｕ−２５重量％Ｃｒ合金の緒特性を
１としてＣｕとＣｒの重量比率を７５：２５に固定して
Ｃｒ２０Ｂを添加した合金のＣｒ２Ｏ３の添加量の変化
に対する緒特性を示したものである。

第６図はＣｒ２Ｏ３の添加量と電気伝導度の関係を示し
たものである。図かられかるようにＣｒ　２０３の添加
量が増すと共に電気伝導度が低下している。

とれは電気の良伝導体であるＣｕの減少、逆洗絶縁物で
あるＣｒ２Ｏ３の増加によるものである。

第７図はＣｒ２Ｏ３の添加量としゃ断性能の関係を示し
たものである。図かられかるようにＣｕ−２５重量％Ｃ
ｒ品に比べ著しくしゃ断性能が向上している。

電流しゃ断の現象は非常に複雑であるが簡単Ｋ１−１：
アークの熱エネルギーによシミ極接点からイオン、蒸気
が発生し、これらが交流零点ですみやかに拡散すること
で真空度を回復し、電極接点間の絶縁が回復して、しゃ
断が完ｒする。従って接点の特性として多量のイオン、
蒸気を発生させないこ一２５重量％Ｃｒ品より低いため
、熱伝導も低いと考えられる。これはアークによる熱入
力の伝導による拡散には不利である。又、従来から「真
室しゃ断には酸化物は不適」として、あまり接点に酸化
物は用いられなかった。

本発明合金が優れたしゃ断性能を示した理由として、１
つはアークが発生するとその熱エネルギーにより接点か
ら金属蒸気、イオン、酸素が発生する。次にこれらが対
向する接点間に存在することでアークを維持するが、こ
こに酸素が存在することでアークが安定し、アーク電圧
が低く押えられる。金属蒸気、イオンの量つまり、接点
からの蒸発量はアークによる入力と温度の相乗効果によ
るため、アーク電圧が下がると、その人力及接点の温度
の低下により蒸発ｊｔｔが低く押えられる。従って電流
が交流零点をむかえた際に接点間に存在する蒸気、イオ
ン量が少なく容易に拡散出来ることが考えられる。ただ
し、接点間に酸素が存在し続けた場合にはしゃ断不能と
なるが、本発明合金の場合には酸素が蒸気やイオンとし
て存在する金属とすみやかに再結合し拡散するため、優
れたしゃ断性能を示したものと思われる。又アーク発生
中に金属酸化物が解離し酸素を供給する為には大きい金
属酸化物の解離エネルギーの変化ΔＦ値を持つものは好
ましくない。我々の実験結果によると、２０００℃で金
属酸化物の酸素解離圧がｌＸｌ０−８ｔｏｒｒより高い
ものは良好なしや断性能を示したが、ｌＸ１Ｏ−８ｔｏ
ｒｒより低いもの（例えばＧｅＯ２は２０００℃で１Ｏ
−２４ｔｏｒｒ以下）Ｕ添加量と共にしゃ断容量が低下
した。

第８図はＣｒ２Ｏ３添加量と溶着を起こす確率を示した
もので、添加量が１．５重量％で充分効果があり５〜２
０重量％では溶着を起こさなかった。

又、副成分としてＭｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔａ％Ｎｂ
５Ｔｉ。

が Ｍｏ等を用いた場合にも同様の効果音あることが実験で
判明した。

更に、金属酸化物として、Ｍｎ、　Ｆ−ｅ、　Ｎｉ　、
　Ｃｏ、　Ｎｂ。

Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ等の酸化物を用いた場合にも同様の効果
があることを実験で確認した。

さらに、上記合金にＢｉ、Ｔｅ、Ｓｂ、ＴＩ、Ｐｂなど
の低融点金属あるいはこれらの合金、金属間化合物を各
々単独もしくは複合して添加した低さい断真空しゃ断器
用接点におりても、前記実施例と同様にしゃ断性能を向
上させる効果があることを確認している。なお低融点金
属もしくはこれらの合金または金属同化合物を各々単独
もしくは複合して２０重量％以上添加した場合には著し
くしゃ断性能が低下した。

以上のようにこの発明によれば、Ｃｕを主成分とし副成
分としてＣｕより融点の高い金属を１種以上含有すると
共Ｋ、銅より融点が高＜　２０ＵＯ’Ｃで１×１Ｏ−８
ｔｏｒｒ以上の酸素解離圧を有する金属酸化物を１種以
上含有する合金から成り、しゃ断性能に優れ耐溶着性に
も優れた真空しゃ断器用接点を得るこ々が出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は、真空スイッチ管の構造図、第２図は、真空ス
イッチ管の電極部分の拡大断面図、第３図は焼結法によ
り製造した従来のＣｕ−２５重量％Ｃｒ合金の金属組織
写真、第４図は焼結により得られた本発明の一実施例に
よるＣｕ−２５重量％Ｃｒの母合金にＣｒ２０ｇを５重
量％添加した合金の金属組織写真、＠５図は焼結により
得られた本発明の一実施例によるＣｕ−２５重量％Ｃｒ
の母合金にＴａ２０５を５重量％添加した合金の金属組
織写真、第６〜第８図はＣｕ−２５重量％Ｃｒ合金を基
ｌ＄さし合金中のＣｕとＣｒの重量比率を７５：２５に
固定してＣｒ　２０３を添加した第６図ｒ／′１Ｃｒ２
０３添加量と電気伝導度、第７図けＣｒｚ０３添加量と
１７や断容量そして第８図けＣｒ２Ｏ３添加量と溶着を
起こす確率の間係を示している。 （１）・・・真空絶縁容器、（２バ３）・・・端板、（
４）　（５）・・電極、（６，１（７）・・・電極棒、
（８）・・・ベローズ、（９）　（１０）・シールド、
（５１）・・・ろう材 なお、図中同一符号は各々同−又は相当部分を示す。 代　理　人　　大　　岩　　　増　　雄第１図 第２図 第３図 第す図 第６図 θ　　　、ｆ　　　　／θ　　Ｉｆ Ｃｒ２０ＪＬｔ）ｒｙｆｌ　（ｔ’ｔ％）第７図 Ｃｒ２Ｏ，ｙｋ力１７１　（ｔＪ　％）第８図 Ｃｒｙ　ＯＪ添加童（１ト） 手続補正書（自発） １．事ｆ′ｌの表示　　　′１．１１Ｑｆｉ昭Ｆ＋８−
９１７１’＋５号２　発明の名称 真？１′シしゃ１彷器用接点 ３、補止をする台 小作との関係　　首６．智１”〃［人 代表各片１１１に残部 ４、代理人 ６、　補正の対象 （１１明細書の特許請求の範囲の欄 α　補正の内容 （１）　　明細書の特許請求の範囲？別紙の通り訂正す
る。 ７　添付書類の目録 （１）　　訂正後の特許請求の範囲全記載した書面。 以上 特許請求の範囲 （１）銅を主成分とし、副成分として銅より融点の高い
金属４１種以上含有すると共に、銅より融点が高（２０
００ＣでＩ　Ｘ　１０　　”　ｔｏｒｒ以上の酸素解離
圧ｒ有する金属間化合物１種以上含有する合金から成る
真空しゃ断器用接点 （２）金属酸化物として少々くとも１種は副成分の金属
酸化物であることケ特徴とする特許請求範囲第１項記載
の真空しゃ断器用接点 （３）副成分として、Ｍｎ、　ｐｅ、　Ｃｒ、　Ｎｉ、
ｃｏ、Ｔａ、Ｎｂ。 Ｔｉ、Ｗ、ＭＯのうちの少なくとも一種を用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の真空
しゃ断器周接、欝。 （４）金属酸化物として、Ｍｎ、　ｐｅ、　Ｃｒ、　Ｎ
ｉ、　ｃ、）、’ｒａ。 Ｎｌ）、Ｔｉ、　Ｗ、　ＭＯの酸化物のうちの少なくと
も一種？用いたこと？特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第８項のいず几かに記載の真空しゃ断器出接、（
。 （５）金属の酸化物が２０重量％以下の特許請求の範囲
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。 ＋ｔｌｌ　Ｂｉ、　Ｔ６．　Ｓｂ、　Ｔｌ、Ｐｂ等の吐
出、（金属もしくハ。 そｎもの合金、又はそれらの金属間化合物のうち少なく
とも１種を２０屯量係以下含有したこと？特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第５項のいず扛かに記載の真
空しゃ断器用接点。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅を主成分とし、副成分として銅より融点の高り
   金属を１種以上含有すると共に、銅より融点が高＜　２
   ０００°ＣでＩＸ　１０　’＋ｏｒｒ　　以上の酸素解
   離圧を有する金属酸化物を１種以上含有する合金から成
   る真空しゃ断器用接点
2. （２）金属酸化物として少なくとも１種は副成分の金属
   酸化物であることを特徴とする特許請求範囲第１項記載
   の真空しゃ断器用接点
3. （３）副成分として、Ｍｎ、Ｆｅ１Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、
   Ｔａ、Ｎｂ。 Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏのうちの少なくとも一種を用いたことを
   特徴とする特Ｋ「請求の範囲第１項又は第２項記載の真
   空しゃ断器用接点。
4. （４）金属酸化物として、Ｍｎ、　Ｆｅ、、Ｃｒ、　Ｎ
   ｉ　、　Ｃｏ、　Ｔａ１ＮｂＳＴｉ　、　ＷｌＭｏの酸
   化物のうちの少なくとも一種を用いたことを特徴とする
   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。
5. （５）金属の酸化物が２０重量％以下の特許請求の範囲
   第１項ないし第４項のいずれかに記載の真空しや断器用
   接点。
6. （６）　Ｂｉ　、　Ｔｅ、　Ｓｂ％Ｔｌ　１Ｐｂ等の低
   融点金属もしくは、それらの合金、又はそれらの金属間
   化合物のうち少なくとも１種を２０重量％以下含有した
   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。