JPS5991617A - 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、かつ高耐電圧性能を有
する真空しゃ断器用接点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の満足すべき特性としで、（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仁と、（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、この種の接点として銅−ビスマス（以下Ｃｕ　−
Ｂｉと表示する。他の元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記号で表示する。）、Ｃｕ
　−Ｃｒ−Ｂｉ、　Ｃｕ−Ｃｏ−Ｂ１１Ｃｕ−Ｃｒ等が
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
る大きな因子のひとつになっている。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ν
こは対応できない。一方、Ｃｕ　Ｃｒなどのように真空
耐電圧に優ねた金属（Ｃｒ、Ｃｏなど）と電気伝導度に
優れたＣｕとの組み合わ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
制駆動して、しゃ断性能を上げる努力がなされていた。

しかし、高電圧化、大電流化への要求はさらにきびしく
、従来の接点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、大電流特性に優れ、かつ高耐電圧
性能を有する真空しゃ断器用接点を提供する仁とを目的
としている。

我々は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、真空しゃ断器番と組み込んで種々
の実験を行なった。この結果、「Ｃｕ５ｅｒ、ＮｂＪが
単体金属あるいは「王者もしくは王者」の合金、あるい
は「王者もしくは王者」の金属間化合物、またはそれら
の複合体として分布して０る接点合金は非常にしゃ断性
能が優れていることがわかった。仁の発明による真空し
ゃ断器用接点は「Ｃｕを第１成分とし、他の成分として
Ｃｒを８５重急％以下Ｎｂを４０重量％以下」の範囲に
あり、「６１％Ｃｒ、ＮｂＪが各々単体金属あるいは「
王者もしくは王者」の合金、あるいは「三者もしくは王
者」の金属間化合物として、またはそれらの複合体とし
て分布していることを特徴としている。

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（６）が、それぞれ電極棒（６）および（７）
の一端膓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番ご接合
されている。シールド（９）およびαＱがアー１こより
発生する蒸気で真空絶縁容器（１）の内面及びベローズ
（８）が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（６）はその背面で電極棒（７）にろう材岐を介
挿してろう付されている。前記電ａｉｉ　（４）　、（
５）は本発明薯こ係６　Ｃｕ−Ｃｒ→＾系合金から成っ
ている。

第８図は比較例として従来のＣｕ−Ｃｒ合金接点の金属
組織写真を示す。これはＣｏ粉とＣｒ粉をそｉｔぞれ７
５重量％、２Ｉ）重量％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−Ｎｂ合
金の金属組織写真を示す。これはＣｏ粉とＣｒ粉の配合
を各々７６重量％、２５重量％としｔコ混合粉末にＮｂ
を５重量％加えたものを混合、成形、焼結して得られた
Ｃ　ｕ−Ｃｒ−Ｎｂ合金である。なお、焼結は１１００
℃程度で行ない、ＣｒおよびＮｂの一部が反応してＣｒ
１Ｎｂを形成する条件とした。

第５図は本発明の一実施例としてＣｕ−Ｃｒ−Ｎｂ合金
をＣｒとＮｂが合金あるいは金属間化合物を形成し難い
程度の比較的低温で焼結した場合の金属組織写真を示す
。これは、第４図に示した実施例と同一の配合比からな
るＣｕ−Ｃｒ−Ｎｂ混合粉末を成形、焼結して得られる
合金である。第４図の合金はＣｕ中にＣｒ　、　Ｎｂ　
、　Ｃｒ、Ｎｂが均一微細に分布していることがわかる
。また、第５図の合金はＣｕ中にＣｒ、Ｎｂが主として
単体金属で分布し、Ｃｒ１Ｎｂはほとんど見られない。

以下に種々の測定あるいは試験を行なった結果について
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員が２０〜８０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
、接点材料中のＣｕとＣｒの重量比を常に一定（７５：
２５）とし、これ薯ど添加するＮｂｉを種々変化させた
場合の合金の緒特性の変化について示す。

第６図は合金のＣｕとＣｒの重量比率を７５　：　２５
に固定したものに添加したＮｂ量と電気伝導の関係を示
したものであり、Ｎｂｆｉ　の増加とともにｔＳ電気伝
導度低下しているが、合金中のＣｕとＣｒの重量比率を
７５　：　２５に固定した場合、Ｎｂ量を２０重量％ま
で増加させても実用上問題はない。なお、第６図の縦軸
はＣｕ−Ｃｒの電気伝導度を１とした時の比、横軸はＮ
ｂ添加風を示す。第７図は合金中のＣｕとＣｒの重量比
率を７５：２５に固定したものに添加したＮｂ量と接触
抵抗の関係を示したもので、電気伝導度と同様の傾向を
示すみなお、第７図の縦軸は、従来品のＣｕ−２５重量
％Ｃｒ合金の値を１とした比率を示す。第８図は合金中
のＣｕとＣｒの重量比率を７６：２５に固定したものに
添加したＮｂ量としゃ断容量の関係を示しており、Ｎｂ
を添加したものは従来品（Ｃｕ−２５ｍｔ％Ｃｒ合金）
に比較して著しくしゃ断性能が上昇していることがわか
る。

なお、第８図の縦軸は従来品のＣｕ　−２５ｍｔ％Ｃｒ
合金の値を１とした比率を示す。第８図から明らかなよ
うにＮｂ添加量の増加とともに、しゃ断容量は増加し、
５重量％Ｎｂでは従来品の１．８倍に達し、それ以上Ｎ
ｂを加え石と逆にしゃ断容量の低下が生じる。即ち、Ｎ
ｂとＣｒが共存して、その相互作用により、しゃ断性能
を上昇させるが、ある程度以上ＮｂとＣｒを増加させる
と合金中において、良導電性のＣｕが減少して合金の電
気伝導度や熱伝導度が低下し、アークによる熱入力をす
みやかに放散することが困難になり、逆にしゃ断性能を
悪くさせるためである。第９図は同様にＮｂ添加量と耐
電圧性能の関係を示すものである。図から明らかなよう
にＮｂ量が８重量％以下では従来品（Ｃｕ　−２５ｍｔ
％Ｃｒ合金）と差が見られないが、それ以上添加すｌば
、Ｎｂ添加量の増加とともに耐電圧性能の上昇が見られ
る。

次に合金中のＮｂ量を２６重量％に固定したもののＣｕ
に対するＣｒの重量比率を変化させた場合の合金の特性
の変化について示゛す。第１０図はＣｕに対するＣｒの
重量比率と電気伝導度の関係を示す。

次に合金中（ｎＮｂ添加量を０．１．８．５．１０．２
０゜８０．４０重量％で各々固定とし、各合金でのＣｕ
に対するＣｒの重量比率を変化させた場合のしゃ断性能
とＣｒ重量比率の関係について、第１１図に示す。なお
、縦軸は従来品（Ｃｕ−２５ｍｔ％Ｃｒ合金）の値を１
とした比率を示し、横軸はＣｕに対するＣｒの重量比率
を示す。図かられかるように、従来品のＣｕ−Ｃｒ二元
合金ではＣｒ量が２０〜３０重量％の範囲にしゃ断容量
のピークがあり、Ｎｂ１Ｌを１〜５重量％に固定した一
合も同様の傾向がある。またＮｂ量を５重量％に固定し
た場合には、　Ｃｒの重量比率が１１重量％程度から、
従来品（Ｃｕ−２５ｍｔ％Ｃｒ合金）を上回り、２５重
量％程度まで著しいしゃ断性能の上昇が見られる。一方
、Ｎｂ１ｌを２０重量％に固定した場合にはしゃ断容且
のピークはＣｒの重量比率が５・〜１５重量％の範囲に
あり、そのピーク値はＮｂ量が５重量％の合金よりやや
劣る。

第１２図はＣｕとＮｂの二元合金において、Ｎｂ量と電
気伝導度の関係を示し、第１８図はＣｕとＣｒの二元合
金においてＣｒ；ｉｌと電気電導度の関係を示す。両図
からＮｂ、　Ｃｒの各々が増加するに従い電気伝導度が
低下し、　Ｎｂでは４０重量％程度で、またＣｒでは４
０重量％で一般にしゃ断器用接点として要求される電気
伝導度の限界に達し、それ以上Ｎｂ。

Ｃｒを増加させると通電、シゃ断などから実用上悪影響
を及ぼす。また、第１１図から明らかなように、　Ｎｂ
と共存する場合はＣｒ員が８５重量％以下の範囲でしゃ
断性能の改善が見られ、それ以上Ｃｒ量を増加しても効
果が得られない。一方、　Ｎｂに関しては、Ｃｒとの共
存によって少量の添加でもしゃ断性能の改善が見られ、
Ｎｂ量が４０重皿％以下で実用的である。なお、Ｎｂ量
は４０重態量以上でも、しゃ断性能からみて有効な範囲
があると思われるが、まず、製造上、通常の焼結法では
得難い仁と、次に第１２図から明らかなように４０重量
％Ｔａ以上では電気伝導度が低く、接触抵抗なども上昇
し、特殊用途以外のしゃ断器には実用化が難しい。

さらに、第１１図から、従来品に比較して、しゃ断性能
が著しく　（１，５倍を超える）向上する範囲として、
Ｃｒ量が〜８Ｂ重量％、　Ｎｂ量が１〜８０重量％が望
しい。

なお、前記実施例ではＣｒとＮｂからなる金属間化合物
、即ち、Ｃｒ、Ｎｂを形成しており、　Ｃｕ中にＣｒ。

ＮｂおよびＣｒ２Ｎｂ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　Ｌ／　５ｃｕＨ
Ｃｒ。

Ｎｂ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−２５ｍｔ％Ｃｒ
合金に比較して著しく大きなしゃ断性能を有する。しか
し、同一の配合で混合、成形、焼結されたＣｕ　−Ｃｒ
−Ｎｂ合金ではＣｒ、　Ｎｂの金属間化合物を形成して
いるものの方がしゃ断性能に優れていることがわかった
。

また、図示しないが、上記合金にＢｉ、　Ｔｅ、　Ｓｂ
、ＴＡ！。

Ｐｂ、　Ｓｅ、　Ｃｅ及びＣａ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、低融点金属もし
くはそれらの合金または金属間化合物を各々単独もしく
は複合して２０重量％以上添加した場合は著しり、シゃ
断性能が低下した。

以上のように、この発明によれば、Ｃｕを第１成分とし
、その他の成分としてｓ　Ｃｒ、　Ｎｂを含有し、Ｃｕ
、　Ｃｒ、　Ｎｂが各々単体金属またはこれら王者もし
くは王者の合金、またはこれら王者もしくは王者の金属
間化合物として、またはそれらの複合した状態で分布す
る構成にしたので、しゃ断性能に優れ、かつ、高耐電圧
性能を有する真空しゃ所用接点が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、真空スイッチ間の構造図、第２図は、電極部
分の拡大断面図、第８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図は高
温で焼結した本発明の一実施例によるＣｕ−２５重量％
Ｃｒの母合金にＮｂを５重量％添加した合金の金属組織
写真、第５図は低温で焼結した第４図と同様の配合を持
つ合金組織写真、第６図はＣｕに対するＣｒの重量比率
を７５：２５に固定した合金に対してＮｂ添加量を変化
させた時の電気伝導度の変化を示す特性図、第７図はＣ
ｕに対するＣｒの重量比率を７５：２５に固定した合金
に対してＮｂ添加量を変化させた時の接触抵抗の変化を
示す特性図、第８図はＣｕに対するＣｒの重量比率を７
５：２５に固定した合金に対してＮｂ添加凪を変化させ
た時のしゃ断容量の変化を示す特性図、第９図はＣｕに
対するＣｒの重量比率を７５：２５に固定した合金に対
してＮｂ添加量を変化させた時の耐電圧性能の変化を示
す特性図である。第１θ図は合金中のＮｂｆｆ１を・２
５重量％に固定した場合のＣｕに対するＣｒの重量比率
を変化させた時の電気伝導度の変化を示す特性図である
。第１１図はＮｂ量を０，１゜８、５．１０．２０．８
０．４０重量％に各々固定した場合のＣｕに対するＣｒ
の重量比率を変化させた合金のしゃ断容量の変化を示す
特性図である。第１２図は％Ｃｕ　−Ｎｂ二元合金にお
いてＮｂＪｌと電気伝導度の関係を示し、＠１８図はＣ
ｕ　−Ｃｒ二元合金においてＣｒ量と電気伝導度の関係
を示す。 （１）・・・真空絶縁容器、（２）（３）・・・端板、
　＋４）（５）・・・電極、＋ｅ）　（７）・・・電極
棒、（８）・・・ベローズ、＋９）　（１０・・・シー
ルド、６υ・・・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　　葛　野　信　− 第１図 第２図 第６図 Ｎｂ滲加１（（ｔ−１％） 第７図 Ｎｂ添加１ 第８図 Ｎｂ添ａ−ｉ（會１％） 第９図 ５ｂ−Ｊ−１ｒｔｉ　（東１つ 、　第１０図 ω二対す５ｃｒ９）＊１庄（ま１％） 第１１図 αｌ二丈Ｊす４Ｃｒの重量比（中１％）第１２図 Ｎｂ漆加−１（蜜１％） 第１３図 Ｃｒ体加童（重量％） 手続補正書（自発） 許庁長宮殿 事件の表示　　　　特願昭　５７−２０２５８０号と明
の名称　　　真空しゃ断器用接点 口止をする者 事件との関係　　　特許出願人 代表者庁内１−１八部 （埋入

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅を第１成分とし、他の成分としてクロムを８５
   重量％以下、ニオブを４０重量％以下（０を除く）で、
   クロムとニオブの合計が１０重量％以上の範囲にある材
   料から成ることを特徴とする真空しゃ断器用接点。
2. （２）クロムが８２重量％以下、ニオブが１〜８０重承
   ％の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の真空しゃ断器用接点。
3. （３）銅、クロム、ニオブが各々単体、もしくはこれら
   王者もしくは王者の合金、または、これら王者もしくは
   王者の金属間化合物として、または、それらの複合体と
   して分布していることを特徴とする特許請求範囲第１項
   もしくは第２項に記載の真空しゃ断器用接点。
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ウムの低融点金属、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つを２０重量％以下含有したことを特徴とする
   特許請求範囲第１項、第２項又は第８項のいずれかに記
   載の真空しゃ断器用接点。