JPS6010522A - 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、真空インタラプタの電極材料とその製造方法
に係り、特に所定の組−成孔で銅、鉄、及びクロムを含
有する電極材料とその製造方法に関したものである。

一般に、Ｘ空インタラプタの電極にあっては、（１）大
電流をしゃ断する能力が高いこと、（２）絶縁耐力が高
いこと、 （３）耐溶着性が良好久こと・ （４）小電流を良好にしゃ断できること等の条件を満足
することが要求されている。

従来、上述した条件を満たすべく種々の電極材料が提案
されているが、いずれの電極材料にあっても上記の条件
を十分に満足するものでないの力五現状である。

例えば、銅に微量′の高蒸気圧材＠（低融点゛材料）を
含有せしめた合金材料からなる電極、たとえば特公昭４
１−１２１３１号（米国特許第３２４６９７９号ンに示
されているような絹に０．５ｑｂのビスマス（以下Ｃｕ
−０，５Ｂｉ電極という）を含有してなる電極、または
特公昭４８−３６０７１号（米国特許第３５９６０２７
号）に示されているものなどが知られている。

しかし力から、上記の工、うにビスマスの如き高蒸気圧
材料（低融点材料）全含有してなるｍ極にあっては、大
電流のしゃ断能ツバ耐溶着性、及び感電率に優れてはい
るものの、絶縁耐力、特にしゃ断後の絶縁耐力が者し−
く低下する欠点がおり・しかもさい断電流値がＩＯＡと
高いためにしゃ断時にさい断サージを発生することがあ
って遅れ小電流を良好にしゃ断し得す、負荷の電気機器
の絶縁破壊を招来するおそれがある等の問題がおった。

このような高蒸気圧材料（低融点材料）を含有する電極
の欠点を解消すべく、鉛と低蒸気圧材料（高融点材料］
との合金材料からなる電極、たとえば、特公昭５４−３
６１２１号（米国特許＠３８１１９３９号）に示されて
いるような８０チのタングステンと２０％の銅とからな
る電極（ＺＯＣｕ−８０Ｗ電極という）、または％関昭
５４−１５７２８４号（英国公開狩許第２０２４２５７
号）に示されているものが知られている。

しかしながら、上記の工うな２０Ｃｕ−８０Ｗ％極等に
あっては、や線耐力は高くなる利点はあるものの、事故
電流の如き大電流上しゃ断することが困難とガ乙等の問
題がおった。

本′発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電極を
２０〜７０重量％の銅粉末、５〜４５重量＊ｏ鉄粉末及
び５〜４５重量％のクロム粉末とを焼結した複合金属と
することにより、耐溶着性が良好であって、特に絶縁面
Ｊカが優れると共に大電流および小電流を良好にしゃ断
し得るようにした真空インタラプタの電極材料とその製
造方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、この目的のために電極材料及び製造
方法を以下の（１）〜ｍ）の手段によって遂成したもの
である。

（幻　２０〜７０重量％の銅粉末、５〜４５重Ｈ条の鉄
粉末および５〜４５重ｆｔｋ％のクロム粉末との混合粉
末を焼結して複合金属の電極材料を形成した。

（２）　銅と、モリブデンと、クロムとの混合粉末を非
酸化柾雰囲気中で、鉄の融点以下の温度で加熱焼結する
方法によって複合金属の電極材料を形成した。

次に図面等を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明からなる材料にて形成された電極を備
えた真空インタラプタの縦断面図で、この真空インタラ
プタは、円筒状に形成されたガラスまたはセラミックス
等の絶縁物からなる複数（実施例では２本）の絶縁筒１
，１を、それぞれの両端に固着しｆｃ　Ｆｅ　−Ｎｉ−
Ｃ０合金等の金屑からなる薄肉円環状の到着金具２の一
方を介して同軸的に接合することによって１本の絶縁筒
に形成し、そして両開口部全他方の封着金具２を介して
ステンレス鋼等からなる円板状の金属端板６，６により
閉塞し、かつ内部を高真空に排気して真空容器４を形成
し、この兵望容器４内に１対の円板状の電極５，５が、
各金爲板６．６の中央部から真空容器４の気密性を保持
して相対的に接近離反自在に導入した対をなす電極棒６
，６の内端部に設けられて概略構成されている。

なお、第１図において７は金Ｂ１ベローズ、８は各電極
５等を同心状に囲繞する中間電位のシールドである。

前記電極５は、−１００メツシユの銅の粉末２０〜７０
重量−と、−１００の鉄の粉末５〜４５重量％と、−１
００メツシユのクロムの粉末５〜４５重１１、％とを混
合して加熱焼結した複合金属からなるものである。

次にがかる電極材料を製造する方法について説明する。

（１）第１の方法 まず融点以下の温度で相互に拡散結合すべく粒径を、−
１００メツシユとした銅粉末と鉄粉末とクロム粉末と全
所定量機械的に混合する。

ついで、これを所定の容器に収納すると共に所定の圧力
（例えば２０００〜５０００　Ｋ５／ｃｒｌ）にて加圧
整形する。

そして加圧整形したもの全容器から取り出し、これを非
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）、例えば５　Ｘ　１０−
’Ｔｏｒｒ　以下の圧力の真空中において、鉄の融点（
１５３５℃）以下好ましくは杢実施例では銅の融点（１
０８３℃）以下の温度にて加熱保持（例えは６００〜１
０００℃で５〜６０分間程度］して焼結し１これによっ
て複合金属の電極材料を形成するものである。

（２）第２の方法 第１の方法とほぼ同縁であり、異彦るのは焼結温ｖ＊、
１ｔｏｏ℃又は銅の融点以上で且つ鉄の融点（１５３５
°Ｃ）以下で加熱保持時間全５〜６０分８朕として複合
金８を形成するものである。

なお、非酸化性雰囲気中としては、真空中゛の方が加熱
保持の際に脱ガスが同時に行なえ′る利点があって好適
なものでおる。もちろん、真空中以外のガス中にて製造
しｆｃ場合にあっても真空インタンシタの電極として実
用上問題はないものである。

また、金属粉末の相互結合に要する、加熱温度と時間は
、炉の条件、形成する電極゛材料の形状大きさ等の条件
、及び作条性等を考慮し、且つ所望の電極材料としての
性質を満足するように加熱保持されるものでおり、例え
ば６００℃で６０分間、または１０００℃で５分間とい
った加熱条件で作条が行なわれるものでちる。

次に各＄Ａ実験結果を示す、。

なお、実験は、材料の組成比が、 （実施例−１）　Ｃｕ５Ｏ−Ｆｅ４５−Ｃｒ５　（重−
１１（実施例−２）　Ｃｕ５０．−Ｆｅ２５−Ｃｒ２５
　（重量％）（実施例−３）　Ｃｕ５Ｏ−Ｆｅ５　−Ｃ
ｒ４５　（重量％）の３種熟のもの全前述の第２の方法
で且つ５ＸｌＯ’’ｆｏｒｒ　の真空中にて形成踵これ
ｉ直径ｓ　ｏ　ｍ／ｍ　ｓ厚み６．５　ｘｒＬ／ｍにし
、且つ周縁ｆ４ｍ１ｍアールの円板状の電極にし、そし
てこれを前述の図に示すよう力構成の真空インタラプタ
に一対の電極として粗込んで行なった。

（１）各実施例の電極材料の導電皐（ＩＡＣ８）は、５
〜８％、硬度は１２０〜２１０　ＨＶ　（ｘＫ９）であ
りｉ。

（２）耐溶着性 各実施例の電極とも、１３０〜の加圧下で、２５　ＫＡ
　（ＲＭＳ　）の電流ｆ、３秒間通電（ＩＥＣ短時間電
流規゛格）した後に、２００１’９の静的な引き外しカ
ー問題なく引き外すことができ、その後の接触抵抗の増
加は、５〜１０％にとどまっｆｃ　。

ｔｆｃｔｏｏｏＫ９の加圧下で、５０ＫＡ（ＲＭＳ）の
電流を３秒間通重した後の引き外しも問題なく行なえ、
その後の接触抵抗の増加は、Ｏ−５チにとどまり、十分
力酊溶着性能全備えていた。

（３）　さい断電流値 試験電流として３０Ａを通電して打力っだと」 ころ、実施例−２の電極の場合には、平均３．６Ａ（σ
。−２，９ｎ＝１００）であった。また本実施例−１の
電極の場合には平均４．５Ａ、実施例−３の電極の場合
には平均５．５Ａであった。

（４）大電流Ｑや断能力 各実施例の電極は、ＩＩＫＡ（ＲＭＳ）の電流をしゃ断
することができた。

（５）　絶縁強度 ギャップ３ｍ１ｍに保持し、インク（ルス酬電圧試ｖＬ
を行なったところ、各実施例の電極は、±１２０ＫＶ（
バラツキ±ｌ０ＫＶＪの絶縁耐力を示した。

（６）シゃ所懐の絶縁強度 １１ＫＡ通電して複数回しゃ断した後にギャップ３ｍ／
Ｈに保持し、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、±１２０ＫＶ（バラツキ±１０　Ｋ
Ｖ　）の絶縁耐力を示した。

（７）小電流開閉後の耐電圧能力 電流８０Ａで小電流開閉試ｒｔ−ｔｏｏｏｏ回行なった
が、各実施例の電極の耐電圧性能は、初期〜１００００
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力 １．２５ 電圧８４ｘ″″７￥Ｋｖ−電流８０”０進み小電流試駆
（ＪＥＣ１８１）を１００００回行なったが、各実施例
の電極線、再点弧がなかった。

以上の（１）〜（８）項から判るように本発明の材料か
らなる電極を備えた真空インクツゲタは、優れた能力金
有するものでちり、従来のＣｕ−０，５Ｂｉ電極を備え
た真空インタラプタとの諸性能を比較したところ、次の
ようになった。

（＆）　大電流しゃ断能力 両者同程度でおる。

（ｂ）　絶縁耐力 Ｃｕ−０，５Ｂｉ電極が１０７ｒＬ／ｍギ−？ツブのと
きの絶縁耐力と、本発明にかかる電極が３ｍ／ｍギヤツ
ブのときの絶縁爵ｊ力とが同程度であった。したがって
、本発明に係る電極は、Ｃｕ−０，５Ｂｉ電極の約３倍
の絶縁耐力を有する。

（ｃ）　ｉｔ溶着性 本発明に係る電極は、Ｃｕ−０，５Ｂｉ電極の７０チ程
鼓の性能であった。しかし実用１殆んど問題なく、必要
ならば多少電極開離瞬時の弓１き外し力を増加させれば
よい。

（ｄ）　進み小電流しゃ断能力 本発明に係る電極は、Ｃｕ−０，５Ｂｉ電極に比較して
２倍のキャパシタンス容量の負荷をしゃ断することがで
きた。

（ｅ）　さい断電流値 本発明に係る電極のさい断電流値は、Ｃｕ　−０，５Ｂ
ｉ電極のさい断電流値の１／２〜１／３と小さくなった
。

以上の説明から明らかなように、本発明に係る材料から
なる電極にあっては、従来知られている電極に比較して
種々の点で優れた特徴を有するものである。しかして、
クロムが、５重量％未満の場合には、電流さい断値が大
きくなり、また４５重量％を超える場合には、大電流し
ゃ断能力が急激に低下した。

また鉄の場合も同様に、５重量−未満の場合には、電流
さい断値が大きくなり、まｆｃ４５重量−を超える場合
には大電流しゃ断能力が急激に低下した。

従って、クロムが５重量％未満で、鉄゛が４５重升％を
超える場合−及び鉄が５重量−未満で、クロムが４５重
量％を超える場合には、ともにさい断電流値が大きく力
ると共に大電流しゃ断能力が急激に低下するものである
。

さらに、銅が２００重量％未満場合には、導電率の低下
が急激に大きくなり、短時間電流試験後の接触抵抗が急
激に大きくなるとともに、定格電流通電時におけるジュ
ール熱の発生が大きいので実用性が低下し友。

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、耐溶着性が急激に悪化した。

以上の如く本発明は、２０〜７０重量％の銅粉末、５〜
４５重量％の鉄粉末、及び５〜４５重量％のクロム粉末
との混合粉末を焼結した複合金１１１にて真空インタラ
プタの電極を形成したものでおるから、耐溶着性に優れ
、特に従来のＣｕ−０，５）３１等の高蒸気圧材料を含
有してなるＴｉｉ、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
有してなる電極に比べて大電流しゃ断を良好に行なうこ
とができる。

また、錐粉末と鉄粉末とクロム粉末を所定温度で加熱保
持して焼結し、これによって複合金属の電極材料を形成
しているので、機械的強度の向上が図れる。

更にま友、銅粉末と鉄粉末とクロム粉末との加− 熱焼結による複合金属により電極材料を形成する本発明
によれば、各金鵜間の結合が良好に行われ、その分散状
態を均一にでき、優れｆｃ電気的特性と機械的特性を得
ることができる。

更にまた、銅の融点以下の温度にて加熱焼結した場合に
あっては、導電率の低下が小さく、また経済的である。

また銅の融点以上の温度にて加熱焼結した場合にあって
は、導電率が若干低下するものの、気孔率が低下してボ
イドが少なくなり、強度が向上するものである。

【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真空
インタラ、ブタの縦断面図である。 １・・・絶縁筒、２・・・封着金具、６・・・金鳥端版
、４・・・真空容器、５・・・電極、６・・・電極棒、
７・・・金篇ベローズ、８・・・シールド。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）２０〜７０重量−の銅粉末と、５〜４５重量−の
   鉄粉末および５〜４・５重量−のクロム粉末との混合粉
   末を焼結した複合金属からなることを特徴とする真空イ
   ンタラプタの電極材料。 （２３２０〜７０重ｉ％の銅粉末と、５〜４５重量％の
   鉄粉末と、５〜４５重量−のクロム粉末との混合粉末を
   非酸化性雰囲気中に納置し、ついで鉄の融点以下の温度
   で加熱焼結して複合金属とすることを特徴とする真空イ
   ンタラプタの電極材料の製造方法。