JPS6010521A - 真空インタラプタの電極材料とその製造方法 - 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】 本発明は、輿望インタラプタの電極材料とその製坑方法
に係り、荷に所足の組成比で銅、鉄、及びクロムを含有
する電通材料とその製造方法に関したものである。

＋ｉに、興空インタラプタの′岨１帽こあっては、（１
）大’Ｍ法こをしゃ断する牝カが高いこと、（２）絶縁
耐力が高いこと、 （３）耐溶７ｒ性が良好なこと、 （４）小市、流を良好にしゃ断できること浄の条件を／
ｉ１〜足することが要ボされている。

ｒｌｆ米、上述した条件をイ両たすべく種々の成極材料
が怪案されているか、いずれの成極材料にあっても上記
のφ件を十分に満足するものでないのが現状である。

例えは、−刊に徴ｈｉの尚蒸気圧材料（低１独点材料）
を含有せしめた合金材料からなる屯、愼、たとえば゛１
．′１′公昭４１−１２１３１号（米国！待針第３２４
６９７９号）に示されているような銅に０．５係のビス
マス（以下０ｕ−０，５Ｂｉ直Ａ、％という）を含有し
てなる電・呼、または特公昭１８−３６０７１号（米国
％許箪３５９６０２７号）に示されているものなどが知
られている。

しかしながら、上呂己のようにビスマスの如き高蒸気圧
材料（１戊り皿型４２４→）を言・角してなる亀・劃（
以下０ｕ−（１，５Ｂｉ　屯’＋Ｍという）にあっては
、犬１ｕｉｌｌＴｉ：のしや−ｒＩＪヒカ、耐溶府件、
及び尋−５牽に優れてはいるものの、を色縁１１１げ力
・１時にしや一丁菌の絶、懺１＋ｉｔ力が著しく低下す
る欠点があり、しかもさい１ｕ自ｈ：流値が１（）Ａと
筒いためにしや困「時にさい山「−ケージを冗生−２１
−ることがあって遅れ小山、計７を良好にしゃ断し得ず
、負可の電気１幾器の絶ψ服灰を招来するおそれがある
等の問題があった。

このような旨蒸気圧材料（低融点拐料）を含有するＣ！
ｕ−０，５Ｂｉ　Ｌｌｊ　極の欠点をノｆｒ　ｎ４すべ
く、銅と低蒸気圧材料（晶１独点利科）との合金材料か
らなる゛市軸、たとえば、特公昭５４−３６１２１号（
米国Ｑ−＜＋許り１λ３８１１９３９号）に示されてい
るような８０％のタングステンと’ｔｏ係のｍ１１ｕと
からなる′電極（’２（ｌｏｕ−８０Ｗ　’ｉｊｆ　極
という）、寸たは％開昭５４−１５７２８４号（英１ｍ
公１プｉｌ−［’Ｆａ２０２４２５７号）に示されてい
るものが９；ｌられている。

しかしながら、上「、己のような２ｏｃｕへ８０Ｗ　ｌ
亀俟等にあっては、絶縁耐力は茜くなる利点はあるもの
の、小数′亀流の如き人屯流をしゃ５Ｊｒすることが困
難となる青の問題があった。

本５ｔ１明は、上記の点に鐵みてなされたもので、１１
．４蛎を２０〜７０Ｍ０〜７０重遺憾４５重Ｊｄ係の妖
及び５〜４５屯力１幅のクロムからなる被合金相材料に
て形成することにより、耐浴着性／）≦良好であって、
峙に絶諜耐力が１嚢れると共に大＋ｉｆ、　ｂｉｔ、お
よび小な流を良好にしゃ断しイ÷Ｉるよう？こした真ろ
！インタラプタの賊・面相イご１とての製イｄ力法を提
供することを目的としたものである。

本発明にあっては、この目的のために市・襖桐料及び＝
＜　）・ａ方法を以下の（１）〜（４）の手段によって
庇成したものである。

（］）　２０〜７０市蛍係の銅と、５〜４５．囃量係の
鉄と、５〜４５点世係のクロムとからｌｃる俵合金属に
て電極材料を形成した。

（２）５〜４５重遺憾の鉄粉末と、５〜４５重−姓係の
クロム粉末とを相互に拡酸結合した多孔質の基材に、２
０〜７０市ｉλ係の〕１１すを潜没させて破合金ノｍの
市軸材料を形成しまた。

（３）　非酸化性雰囲気中において鉄とクロムの混合層
〕末を鉄の融点以下の温度で加熱して相互に拡散結合せ
しめて多孔質の剛材を形成せしめ、ついでこの補材に銅
を非削化性雰囲気中で溶浸せしめる方法によってｔ反合
金橋の電極拐料を形成した。

（４）鉄とクロムの混合Ｍ末と銅とを非酸化性雰囲−（
に納Ｍ　Ｌ　、まず網の１慎点以下の温度で加熱して混
合粉末を相互に拡散結合して多孔質の基材を形成せしめ
、ついで銅の融点以上で旦つ鉄の融点以下の温ｊ隻で加
熱して銅を基材に浴役せしめる方法によって俵合金Ｍの
市１．池材料を形成した。

次に図面８を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明ハ為らなる拐料にて形成された電極を
備えた真空インクラブタのａ新面［４で、この真空イン
タラプタは、円筒状に閣成さ、ｊｌ、たガラス甘たはセ
ラミックス等の杷（環４勿からなる１便数（環状の封４
金具２の一力を弁して同ｌｌｌ１ｌＩ的に接台すること
によって１本の絶ｄ面に形成し、セして両ｉ、ｉｉ］［
ｊ部を他方の捌渚ζ１２具２を介してステンレス都１等
からなるＰコ板状の金、属端板３，３により１ぢ”−ｊ
基し、かつ内部を旨真空に排気して真空に４１１を形成
し、この真空容器４同に１対の円４反状の山−４ス５，
５が、各く１刈・、・慝Ｖｉ１１ｆ板３　、：（の中央
部／ハ１；−白、：′１゛う百　ｔ：：’ｒ　’Ｉ　σ
〕　Ｉ（・呂性を保持して相対的に接近−Ｗ反目任に尋
人した対をなす１杭極棒６，６の内端部に設け、らイし
て・、ａ輪禍ＩＪｅされている。

なお、Ｅ４τ１図において７は（ｉ總ベローズ、８は谷
屯倹５那を回心状に囲繞する中間市位のシールドである
。

前さ己゛市・麻５は、２０〜７ｏ−虫量係の銅、５〜４
５亜ｊ〕目の鉄、５〜４５京九係のクロムを含有する複
合金属からなるものである。

１−すわち、市’、　他５は、−１００メツシユの鉄の
初ボ５〜４５重山を係と、−１００メツシユのクロムの
粉末５〜４５重簾係とを加熱し、相互に拡散結合して多
孔質のシと材を形成し、この基材に２０〜７０−小ｈｔ
ｈ係のｊｌｌｄを溶浸してなるものである。

次にがかる′ＩＪｊ、極材利を遁逅する方法について説
明する。

（１）７４↓１の方法 ８１ｏ〕方法は、非酸化性雰囲気中（真空中、水素ガス
中、窒素ガス中、アルゴンガス中等）ｖｒて、まず鉄粉
末とクロム粉末とを相互拡散結合して多孔質の基材欠形
成し、次いで別σ〕非酸化性雰囲気中にて基材ｒ銅を浴
浸しで′ｄ極材料を形成するものである。

すなわち、まず融点以下σ〕温度で相互拡散結合すべく
粒径ンー１００メツシュとした鉄粉末とクロム粉末とン
所定量機械的に混合する。

ついで、この鉄とクロムの混合扮木ケ、鉄、クロム及び
銅と反応しない材料（例えばアルミナ）からなる円形の
茶器に収納する。そしてこオ′シ欠例えば非酸化性雰囲
気中（例えば５　Ｘ　１．０−５Ｔｏｒｒ以下σ〕真空
中）Ｖｒおいて鉄の融点（１５３５°Ｃ）以下の温度ｔ
ｒｒｒｍ熱保持（例えば６００〜１０００℃で５〜６０
分間）し、こ′ｒ′Ｌｖｒよって鉄粉末とクロム粉末と
を相互Ｖｒ拡故結合して多孔質Ｑ）基材を形成する。

矢に非酸化性雰囲気中（例えば５　Ｘ　１０　Ｔｏｒｒ
以下の圧力嬶、江突中）にて、１１００°ＣまたＱ１銅
の融点（１０８３℃）以上で且つ鉄σＪ融点（１５３５
℃）以下。

σ〕湿温度５〜２０分間程度加熱して、錫を鉄とクロム
とからなる多孔質σ〕基材に６浸させて宙極材料欠形成
するものである。

なお、こσ〕第１の方法に、多孔質σ】基材の形成性だ
と銅σ〕潜没作業とが、工程を分けて行なわｔろ場合７
示したもσ〕である。上述した実施例に限らず、例えは
、水素ガス等σ〕ガス中にて基材を形１戊し、そしてル
空引きして銅を７容浸してもよい。

または予じめモリブデン粉末およびクロム粉末からなる
比較的大形の多孔！躍材を形成し、そしてこの多孔質基
材を重接用として新装Ｑ）小形円板形状に切断し、こｆ
ｌ、に銅を非酸化性雰囲気中にて潜侵してもよい。

（２１第２の方法 第２の方法は、非酸化性雰囲気中ｖおいて、鉄粉末とク
ロム粉末とを結合して多孔質σ〕基材を形成すると共に
こσ〕基材ｖｒ銅を温浸して璽極ケ形成するものであり
、基材の形；Ｊｙと＠浸とに同じ雰囲気中にて行なうも
のである。

すなわち、まず融点以下の温度で相互に拡散結合すべき
粒径ンー１００メ゛ソシュとした鉄粉末とクロム粉末と
を所定量機械的に混合てろ。ついで、こり〕鉄とクロム
との混合粉水火、鉄、クロム及び銅のいずｎとも反応し
ない材料（例えば°アルミナ）からなる円形の容器に収
納すると共にこれら粉末σ）上に銅のブロックケ装置す
る。そしてこれを非酸化性雰囲気中（例えば５×１Ｏ−
５ＴＯｒｒ以下σ）圧力のα空中）Ｆでまず銅θ〕融点
（１０８３℃）以下の１１□Ａ度にて加熱保持（例えば
６００〜１０００℃で５〜６０分間）し、こｎｖｒ、Ｊ
：つて鉄粉末とクロム粉末と７相互に拡散結合して多孔
質の基材乞形成１−ろ。

欠ｖｒ１１．００“′Ｃまたに銅の融点（１０８３℃）
以上で且つ鉄Ｑ】融点（１５３５℃）Ｌ、１．下の温度
で、５〜２０分間桿度加熱して、　ｉ、（ｉＱケ鉄とク
ロムとからなる多孔ｄ（’ｖ＋基材Ｖｒ浴浸潜没じてポ
極材料ケ形成するもＱ〕である。

なお、第１．第２の方法いずれにあっても非酸化性雰囲
気としては真空中の方が加熱保持σ】際に脱ガスが同時
ｖｒ−ｒｉなえろ利点があって好適なもσ】である。も
ちろん真空中以外σ〕ガス中にて・製造した場合にあっ
ても真空インクラブタθ〕′市、極として実用上問題Ｑ
工ないものである。

また、金属粉末の相互拡散結合ｖｒ要する、加熱温度と
時間は、炉Ｑ〕条件、形成する多−ｆＬ質基材Ｑ〕形状
大きさ等の条件、及びイ／「梁性等を考１惠し、且つ所
望の６極材料としイσ】性質を満足するように加熱保持
さ肚るもσ〕であり、例えを１６００ＪＣで６０分間、
またシエ１０００℃で５分１昌ｊといった加熱条件で作
梨が行なわ几ろもσ〕である。

矢に各組成からなろ電極材料σ）実′施ψ１（１）特性
写真ケ、況明する。なお、こ几らｏ）、ｉｆ４柩材料を
工前述σ〕第２σ〕鯛造方法により５　Ｘ　１０　Ｔｏ
ｒｒ　（１）真空中において形成されたもσ〕である。

第２図＋Ａｌ　、　ＩＢＩ　、　ＩｃＩ　、　＋Ｄ１は
、鉄、クロムおよび少ＩＩうの組成側合を４５重世％、
５市叶％および５０重１に％としたＥ！成の電極材料の
特注写真である。第２図（Ａ１の特性写真は、Ｘ／ｆＭ
マイグロアナライザによる二次゛醒子像で、後述の第２
図ｆＢｌ　、　ｆｃｌ　、　（Ｄｉから判るように、鉄
Ｆ。の粉末とクロムｃｒの粉末とが相〃ｆ拡散結合し均
−ｆ分散して一体化さルた４７％状の粒子となり、かつ
各島状σ〕粒子が相ｇｆ結合して多孔質の基材乞形成す
るとともに、こＱ）基材の孔（９随）Ｖｒ銅Ｃｕが溶浸
さ肚ている。また、第２図＋Ｂｌθ）特性写真は鉄Ｆ。

の分数状態を示すＸ純マイクロアナライザによる特ｉ生
Ｘ線１ψで島状に点在する白い部分か鉄である。さらに
、第２図１０）の時性゛写真９ニクロムＣｒ　σ）分散
状態ｌ示すＸ＋ｉマイクロアナライザによろ峙往Ｘ＠像
で、島状に点在ｆ　６　白い部分がクロムである。また
、第２図ＩＤＩの特性写真（工、銅Ｃｕσ）分散状態ケ
示すＸｆｌ芽マイクロアナライザによろ特１生ｘ緑像で
、白いネ邦分７＋］’　ｔｉＡである。

したがって、鉄σ】粉末とクロムσ〕粉末と力（、第２
　図ｔＢｌ　、　ｔｃｌカラｆ−１ｎ　！　’）　Ｆ、
　、Ｉ’［Ｅｆｆ拡散結合して粒子となり、各粒子がほ
ぼ均−ｆ分散した状態で互いに結合して多孔質σ〕基材
ｙ（杉成し、ご０）＆材に溶浸された銅が、第２図（ｌ
〕）から狙するように、クロム及び鉄の部分と相互に拡
散結合し、全体とじ−で強固な結合体χ形成しているこ
とカー判る。

次に各（１■の結＃ケ示す。

なお、実１験は、材料σ）組成比′／）ミ、（実施例−
１）Ｃｕ５０−Ｆｅ４５−Ｃｒ　５（重量％）（実施例
−２）Ｃｕ５０−Ｆｅ２５−Ｏｒ２５（ｔｔ　）（実施
例−３）Ｃｕ５０−Ｆｅ　５−ｃｒ４ｓ（ｔｔ　）０３
７４　ｍのものＺ前述σＪ第２σ】方法で且つ５　Ｘｌ
０−”ＴＯｒｒ　の真空中にて形成し、こネ７１区径５
０１１１／Ｉｎ＋厚み６．　ｓ　ｒＪｍ　［ｃ、、１つ
周縁’ｆ　４　Ｉｎ／ｒｎアールσ〕円板状の′直極に
し、そしｆこｎを０１１述σ】第１１図に示すような構
成の真空インタラプタに一対σ〕′市軸として組込んで
行なった。

１１）　各実施例の゛成極材料σ）導屯嘉（ｘＡｃｓ）
＆工、８〜１０％、硬度は１０６〜１８２Ｈｖ（１に、
９）であった。

（２）耐溶着性 各実施例ｏ】＠、極とも、１３０崎ｏ〕ＤＯ圧下で、２
５ＫＡ（ＲＭＳ）σ〕直直流７紗 ぷｉ時間電流規格）した後に、２００切Ｑ〕静的な引き
外し力で問題なく引き出すこと力ｔでき、そσ】設σ〕
接１１１１ＪＩ砥抗σ〕増加（工、５〜ｌＯ％にとどま
つた０ またｌ　０　０　０　ｔｃ９σ）加圧下で、５　０　Ｋ
　Ａ（　ＲＭＳ　’）の電流ｔ３秒間通′藏した後σｊ
弓１き出しも１川−なく行なえ、そσ〕後σ）接触抵抗
σ〕増７Ｊロ昏工、２〜６％にとどまり、十分な耐溶着
性日旨ン１浦えていた。

（３）　さい断′＃流値 試ゆ富流として３ＧＡ火通゛市しで行なったところ、実
施例−２σＪ濱極σ〕場合ｖｒシエ、５Ｖ−均３．５Ａ
（σｃｎ＝＝　２．８　ｎ　＝　１　００　）であった
。また実施ｆｉｔ−１Ｑ〕蔽極の場合ｖｒｈ′ｉ平均４
．　４　Ａ　、実施１ダｉ−３σ〕′ぽ，極の場合Ｋ（
工平均５．２人であった。

（４）大市流しゃ断能カ 各実施例の′Ｍ極に工、１　２ＫＡ（　ＲＭＳ）σ〕′
宿流をしゃ断することカーできた。

（５１　絶縁強度 キャップ３ｏ１／Ｉ１１に保持し、インパルス耐重圧試
験夕行なったところ、各実施例σ】ｇ極は、±１１ｏｉ
ｃＶｓ（バラツキｔ　］　０ＫＶ）　（／、）絶縁耐力
を示した。

１６）シゃ断後の絶縁強度 １２ＫＶ通市ルて籾数回しゃ断後にギャップ３　＋ｎ／
ｍ　Ｖｒ　保ｎ　Ｌ、インパルス耐電圧試験を行なった
ところ、各実施例の電極は、±ｌｌ０ＫＶ（バラツキ±
１．　ＯＫ　Ｖ　）の絶縁耐カン示した。

（７）小電流開閉後の耐電圧能力 電流８０Ａで小電流開閉後１験を１００００回行なった
が、各実施例のｉ［＠の耐゛ｄ圧性能に、初期〜１００
００回の間においてほとんど変化がなかった。

（８）　進み小電流のしゃ断能ヵ 試験（ＪＥ０１８１　）ｗ　ｕｏｏｏ’ｏ回行なツタが
、各実施例の電極は、再点弧がなかった。

以上のｉｌｌ〜１８）項から判るようｆ本発明の材料か
らなる電極を備えた貝空インタラプタは、優ねた能力を
有するものであり、従来σｌ　Ｃｕ−０，５Ｂｉ（社）
極を備えた真空インタラプタとの諸性能ケ比較したとこ
ろ、次のようになった。

ｔａ）大電流しゃ断能力 両者同程度である。

ｆｂｌ　絶縁耐力 Ｃｕ−０，５Ｂｉ纜極が１０　ｍ／ｍギャップのときの
絶縁耐力と、本発明にかかる電極か３１ｎ／ｍギャップ
のときの絶縁耐力とが同程度であった。したがって、本
発明に係るｄ極に、Ｃｕ−０，５Ｂｉ　’成極σ】約３
倍σ）絶縁耐カケ有する。

ｔｅｌ　耐溶着性 本発明に係る電極は、Ｃｕ−０，５Ｂ１宙極の７０％程
度の性能であった。しかし実用上殆んど問題なく、必要
ならば多少電極開離瞬時の引き外しカン増加させればよ
い。

１ｄｌ　進み小′ｍ流ｌ−や断能力 本発明に係る！極は、Ｃｕ−０，５Ｂｉ京極に比較して
２倍σ）キャパシタンス容量の賃荷ンしゃ断することが
できた。

ｔｅｌ　さい断電流値 本発し！ＡＫ係る電極のさい断電流値は、Ｃｕ−０，５
Ｂｉ’＋ド極σ）さい断６ｆ流１１げのＸ〜％と小さく
なった。

以上σ〕説明から明らかなように、本発明に係る材料か
らなる電極によっては、従来知らｎている電極ｒ比較し
て種々の点で優ｎた特徴を有するものである。しかして
、クロムが、５Ｍ吋％未１ｔ！ｌ：ｉ　Ｑ）場合Ｋｆ工
、ぼ流さい断能力が急激ｆ低下した。

また鉄の場合も同様に、５Ｎ成％未胸の場合には、ぽ流
さい断値が大きくなり、また４５重重量ケ超える場合ｖ
ｒは大電流しゃ断能力が急激に低下した。

従ッて、クロムが５取量％未満で、鉄が４５重量％を超
える場合、及び鉄が５重吋％未満で、クロムが４５重量
％を超える場合Ｖ＆工、ともにさい断電流値か大きくな
ると共に大電流しゃ断能力が急０に低下するものである
。

さらに、銅が２０重置割未満の場合には、導宙惠の低下
が急激に大きくなり、短時間市、流試験後の接触抵抗が
急激に大きくなるとともに、定格電流通常時ｒおけるジ
ュー熱の発生が大きいので実用性が低下した。

また、銅が７０重量％を超える場合には、絶縁耐力が低
下するとともに、耐溶着性が急＃に感化した。

以上の如く本発明を工、２０〜７０重量％の銅、５〜４
５取縫％の鉄、及び５〜４５重竜％のクロムからなる僅
合金ス見にて真空インタラプタの電極を形成したもので
あるから、耐溶着性に優ｎ、特に従来のＣｕ−０，５８
ｉ等の高蒸気圧材料を含有してなろ電極に比べて絶縁耐
力を著しく向上でき、また従来の２０Ｃｕ−８０Ｗ　等
の低蒸気圧材料を含有してなる電極π比べて大電流しゃ
断を良好に行なうことができる。

また、鉄粉末とクロム粉末との相互拡散結合ｆより形成
される多孔質の基材ｖｒ銅アン溶浸せて電極材料を形成
しているので、１械的強度の向上が図ねる。

更Ｋまた、鉄粉末とクロム粉末とケ非凛化件雰囲気中で
所定温度で所定時間保持し、相互に拡散結合して多孔質
の基材としで形成し、この基材に銅を非酸化性雰囲気中
にて４浸させて製造するようｆしイいるので、各金属間
の結合が良好に行ね几、七〇）分散状態を均一にでき、
没れた電気的特性とＯ械的特性を得ることができる。

ψに上記電極の製造に際して、鉄とクロムの混合粉末な
らびに銅を所定の容５に納置し、混合粉本の相互拡散結
合、及び銅の溶浸夕闇じ非酸化性雰囲気中で行なうよう
Ｋすれば、上記の製造方法ｒ伴う効果に加えてその作業
工程の一部を省略できる等の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る材料からなる電極を備えた↓↓
空インタラプタの縦断面図、第２図＋Ａｌ　、　＋Ｂｌ
ｆｃ’）　、　ｆＤｌは鉄４５重量％、クロム５重量％
および銅５０重量％の組成割合の電極材料の特性写真で
、同図ｔＡｌ＆ＹＸ線マイクロ子マイクロアナライザ電
子１象、同図ｔＢｌ　、　ｆｃｌ　、　ｆＤｌは夫々鉄
、クロム、銅の分散状態ケ示すＸ線アナライザＴＦＪ１
．る特性Ｘ線像である。 １・・・絽轍筒、２・・・封着金具、３・・・金属端板
、４・・・α９容器、５・・・直唖、６・・・電極棒、
７・・・金属ベローズ、８・・・シールド。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　２０〜７０重量係の鋼と、５〜４５軍量係の鉄
   と、５〜４５重世係のクロムとの複合金属からなること
   を特徴と２Ｉ−る輿望インタラプタの電極材不斗。
2. （２）５〜＠５か皺係の鉄粉末と、５〜４５車涛係のク
   ロム粉末とを相互に拡散結合した多孔質の基材に、２０
   〜７０重量係の鋼を溶浸させた複合金属からなることを
   特徴とする真空インタラプタの亀イへ材料。
3. （３）非酸化性雰囲気中において鉄とクロムの混合粉末
   を鉄の融点以下の温度で加熱して相互に拡散結合せしめ
   て多孔質の基材を形成せしめ、ついでこの基材に銅を非
   酸化性雰囲気中で溶浸せしめて複曾金属七したことを特
   徴とする真空インタラプタ、の雷極祠科の製造方法。
4. （４）妖とクロムの混合粉末と、銅とを共に非酸化性雰
   囲気中に制置し、瞥ず銅の融点以下のａ段で加熱して前
   記混合粉末を中互ｌと拡散結合し７て多孔質の奏材娶形
   成せしめ、ついで銅の融点以上で且つ鉄の融点以下温度
   で７ＪＩ］熱して銅を基材に溶浸せしめて拶合金属とし
   、たことを特許とする具荒インタラプタの電Ｐｉ！、拐
   科の製造方法。