JPS6010525A - 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
に係シ、特に所定の組成比で銅、およびフェライト系ス
テンレス＠全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、真空インタ２プメの電極にあっては、（１）大
電流とじゃ期する能力が高いこと、（２）絶縁１酎力が
高いこと、 （３）耐溶着性が良好なこと、 （４）小電流を良好にしゃ断できること等の条件全満足
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が現状である。

例えば、銅に微量の高蒸気圧材料（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４１−
１２１３１号（米国特ｔ−Ｆ第３２４６９７９号）に示
されているような銅に０．５％のビスマス（以下Ｏｕ　
Ｏ，５Ｂｉ電極という）を含有してなる電極、または特
公昭４・８−３６０７１号（米国特許８３５９６０２７
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、上記のようにビスマスの如き高蒸気圧材
料（低融点材料）ｔｌ−含有してなる電極（以下（！ｕ
−（１５Ｂｉｔｉ極という）にあっては、大電流のしゃ
断能力、耐溶着性、及び導電率に優れてはいるものの、
絶縁耐力・特にしゃ折径の絶縁耐力が著しく低下する欠
点があり、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
流全良好にしゃ断し得す、負荷の電気機器の絶縁破壊全
招来するおそれがある等の問題があった。

このような高蒸気圧材料（低融点材料）？含有する０ｕ
−０，５Ｂｉ電極の欠点を解消すべく、銅と低蒸気圧材
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５４−３６１２１号（米国特＃’Ｆｉ３８１１
１Ｊ８９号）に示されているような８０％のタングステ
ンと２０％の銅とからなる電極２０Ｃｕ−８０Ｗ電極と
いう）、または特開昭５４−１５７２８４号（英国公開
ｆｉ８ｆｆ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、上記のような２００ｕ−８０Ｗ電極等に
あっては、絶縁耐力は高くなる利点はあるものの、事故
電流の如き大電流をしゃ断することが困難となる等の問
題があった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、電極を２
０〜７０魚量チの銅、ａｏ−ｇ、ｏ重量％のフェライト
系ステンレス鋼からなる複合金属材料にて形成すること
によシ、耐浴着性が良好であって、特に絶縁耐力が優れ
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）〜（４）の手段によって達成したも
のである。

（１１２０〜７０重量％の銅と、３０〜８０重量％のフ
ェライト系ステンレス鋼とからなる複合全屈にて電極材
料？形成した。

（２）８０〜８０３１％のフェライト系ステンレス鋼の
粉末を相互に拡散結合した多孔質の基材に、２０〜７０
重ｔ％の銅を溶浸させて複合金属の電極材料を形成した
。

（３）　非酸化性雰囲気中においてフェライト系ステン
レス鋼の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晶相全形成せしめ、ついでこの
基材に銅を非酸化性雰囲気中で溶浸せしめる方法によっ
て複合金属の電極材料全形成した。

（４）　フェライト系ステンレス鋼の粉末と銅とを非酸
化性基囲気に納置し、まず銅の融点以下の温度で加熱し
てフェライト系ステンレス鋼の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且
つ鉄の融点以下の温度で加熱して銅を基材に溶浸せしめ
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
えた真空インクラックの縦断面図で、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ｌ
＋ｌｋｓそれぞれの両端に固着したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金等の金属からなる薄肉円環状の封着金具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、そして両開口部を他方の封着金具２を介してステン
レス鋼等からなる円板状の金属端板３，３によ、！７１
Ｍ’１塞し、かつ内部を高真空にＨト気して真空容器弘
を形成し、この真空容器≠内に１対の円板状の電極Ｓ、
Ｓが、各金属端板３，３の中央部から真空容器ｌ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の内一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は金属ベローズ、♂は各電極Ｓ
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ｗＬＳは、２０〜７０重量％の銅、３０〜８０重
量％のフェライト系ステンレス鋼を含有する複合金属か
らなるものである。

なお、このフェライト系ステンレス鋼としては、５ＵＳ
４０５，５ＵＳ４２９，５Ｕｓ４ａｏ、５ＵＳ４ＢＯＦ
、８ＵＳ４３４などを示し、主成分としてＦｅ、Ｏｒか
らなり、他にＯ、Ｓｔ、　Ｍｎ、　Ｐ。

Ｓ、Ｍｏ等を微量添加物として含有する鋼である。

すなわち、電極夕は、−１００メツシユのフェライト系
ステンレス鋼粉末を加熱し、相互に拡散結合して多孔質
の基材を形成し、この基材に２０〜７０重量％の＠を溶
浸してなるものである。

次にかかる電極材料全製造する方法について説明する。

（］）第１の方法 第１の方法は、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）にて、まず鉄粉末と
クロム粉末とをフェライト系ステンレス鋼の粉末を融点
以下の温度で加熱して相互に結合し多孔質の基材を形成
し、次いで別の非酸化性雰囲気中にて基材に銅を溶浸し
て電極材料全形成するものである。

すなわち、まず融点以下の温度で相互に拡散結合スべく
フェライト系ステンレス鋼粉末の粒径を一１００メツシ
ュとする。

ついで、このフェライト系ステンレス鋼１分末を、この
ステンレス鋼及び銅と反応しない材料（例えばアルミナ
）からなる円形の容器に収納する。そしてこ几を非酸化
性雰囲気中（例えば５　Ｘ　１’０−ＩＳＴｏｒｒＳ下
の圧力の真空中）においてフェライト系ステンレス鋼の
融点（約１５００℃）以下の温度にて加熱保持（例えば
６００〜１０００℃で５〜６０分間程度）シ、こｎによ
ってフェライト系ステンレス鋼粉末を相互に拡散結合し
て多孔質の基材を形成する０ 次に非酸化性雰囲気中（例えば５　Ｘ　１０−’　Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力の真空中）にて、１１００℃または銅の
融点（１０８３℃）以上の温度で５〜２０分間程度加熱
して、銅をフェライト系ステンレス鋼からなる多孔質の
基材に溶浸させて電極材料を形成するものである。

なお、この第１の方法は、多孔質の基材の形成作業と銅
の溶浸作業とが、工程を分けて行なわれる場合を示した
ものである。上述した実施例に限らず５例えば、水素ガ
ス等のガス中にてまず多孔質基＠全形成し、そして真空
引きして銅を溶浸することでもよい。または予じめフェ
ライト系ヌ、テンレス銅粉末金拡散結合してなる比較的
大形の多孔質基材を形成し、そしてこの多孔質基材を電
極用として所要の小形円板状に切断し、これに銅を非酸
化性雰囲気中にて溶浸することでもよい。

（２）第２の方法 第２の方法は、非酸化性雰囲気中において、フェライト
系ステンレス鋼粉末とを結合して多孔質の基材を形成す
ると共にこの基材に銅を溶浸して電極を形成するもので
あシ、基材の形成と溶浸とを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スべき
フェライト系ステンレス鋼粉末の粒径を一１００メツシ
ュとする。ついで、このフェライト系ステンレス鋼粉末
を、このステンレス鋼及び銅のいずれとも反応しない材
料（例えばアルミナからなる円形の容器に収納すると共
にこれら粉末の上に銅のブロックを載置する。そしてこ
れを非酸化性雰囲気中（例えば５　Ｘ　１０”　Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力の真空中）にてまず銅の融点（１０８８℃
）以下の温度にて加熱保持（例えば６００〜１０００１
？：で５〜６０分間程度）シ、これによってフェライト
系ステンレス鋼粉末を相互に拡散結合して多孔質の基材
を形成する。

次に銅の融点（１０８３℃）以上で且つ７エライト系ス
テンレス鋼の融点（約１５００℃）以下の温度（例えば
１ｉｏｏ℃）で、５〜２０分間程度加熱して、銅ｆ、フ
ェライト系ステンレス鋼からなる多孔質の基材に溶浸さ
せて電極材料を形成するものである。

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ある。もちろん真
空中以外のガス中にて製造した場合にあっても真空イン
タラプタの電極として実用上問題はない。

また、金属粉末の相互拡散結合に要する、加熱温度と時
間は、炉の条件、形成する多孔質基材の形状大きさ等の
条件、及び作業性等を考慮し、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ア夛、
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業が行なわれるものである。

次に各組成からなる電極材料の実施例の特性写真を説明
する。なお、これらの電極材料は前述の第２の製造方法
によシ５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ　の真空中において形
成されたものである 第２図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（ａ）　、　ＣＤ）は
、７エ２イト系ステンレス鋼８ＵＳ４１４および銅の組
成割合を５０貞量チずつとした組成の電極材料の特性写
真である。

第２図（Ａ）の特性写真は、Ｘ線マイクロアナライザに
よる二次電子像であシ、また、第２図（Ｂ）の特性写真
は鉄Ｆｅの分散状態を示すＸ線マイクロアナライザによ
る特性Ｘ線像で島状に点在する白い部分が鉄である。さ
らに、第２図（０）の特性写真はクロムＣｒの分散状態
を示すＸ線マイクロアナライザによる特性Ｘ線像で、島
状に点在する白い部分がクロムである。また、第２図（
Ｄ）の特性写真は、銅Ｏｕの分散状態を示すＸ線マイク
ロアナライザによる特性Ｘ線像で、白い部分が銅である
。

従って、第２図ＣＢ）　、　（０）　、　（Ｄ）から判
るように、５ＵＳ４８４の主成分である鉄Ｆｅ　、クロ
ムＯｒの合金粒子は、はぼ均一に分散し、且つ各粒子は
相互に拡散結合した状態で多孔質の基材を形成しておシ
、シかもこの基材に溶浸された銅Ｏｕが５ＵＳ４８４の
粒子に拡散結合し、全体として強固な結合体を形成して
いる。

次に各種実験の結果を示す。

なお、実験は、材料の組成比が、 （実施例−１）５００ｕ−５０ｓＵＳ４８４　（重量％
）（実施例−２）７ＵＯｕ−８０ＳＵＳ４３４　（、’
　）（実施例−：３　）２００ｕ−８０ＳＵＳ４８４　
（’　）の３種類のものを前述の第２の方法で且つ５ｘ
１０””Ｔｏｒｒ　の真空中にて形成し、これを直径５
０％厚み６．５％にし、且つ周縁を４％アールの円板状
の電極にし、そしてこれを前述の第１図に示すような構
成の真空インタラプタに一対の電極として組込んで行な
った。

（１）各実施例電極材料の導電率（工Ａｃｅ　）は、５
〜３０％、硬度は８０〜１８２Ｈｖ　（１＃　）であっ
た。

（２）　耐浴着性 各実施例の電極は、１８０ｋｇの加圧下で、２５ＫＡ（
ＲＭＳ）の電流を８秒間通電（工ＥＣ短時間電流規格）
した後に、２００＃の静的な引き外し力で問題なく引き
出すことができ、その後の接触抵抗の増加は、５〜１０
％にとどまった。

また１０００＃の加圧下で、５０ＫＡ（ＲＭＳ）の電流
を３秒間通電した後の引き出しも問題なく行なえ、その
後の接触抵抗の増加は、２〜６ヂにとどｔ−シ、十分な
耐浴着性能を備えていた。

（３）　さい断電流値 試験電流としてＢＯＡを通電して行なったところ実施例
−１の電極の場合には、平均ａ６Ａ（σｍｘ２．９　ｎ
＊１００　）であった。また実施例−２の電極の場合に
は平均６．ＯＡ、実施例−３の電極の場合には平均ａＯ
Ａであった。

（４）　大電流しゃ断能力 各実施例の電極は、１２ＫＡ（ＲＭＥＩ）の電流をしゃ
断することができた。

（５）絶縁強度 極間ギャップを３％に保持し、インパルス耐電圧試験を
行なったところ、 ＋　１１０ＫＶ　（／＜／Ｆ　７−＃”−１０ＫＶ）実
施例−１の電極は−１２０ 実施例−２の電極は一９０ＫＶ（”） 実施例−８の電極は一１２０ＫＶ（’　）の絶縁耐力を
示した。

（６）シゃ新装の絶縁強度 １２ＫＡを通電して複数回しゃ断した後に極間ギャップ
を３％に保持し、インパルス耐電圧試験上行なったとこ
ろ、 ＋　１１０ 実施例−１の電極は　ＫＶ　（バフツキ−１０ＫＶ）１
２０ 実施例−２の電極は一９０ＫＶ（） ＋ 実施例−８の電極は一１２０ＫＶ（＃　）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で小電流開閉試験ｔ−１００００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 試験（ＪＥ０１８１）を１００００回行なったが、各実
施例の電極は、再点弧がなかった。

上記電極材料において、銅及びフェライト系ステンレス
鋼の組成比が変更された場合のさい′ＵＴ電流１１Ｍ（
試験電流ＢＯＡ通電時における平均値）と、極間ギャッ
プ８％時のインパルス耐電圧値の変化を表に示す。

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タラプタは、優れた能力を
有するものであシ、従来の０ｕ−０，５Ｂ１電極を備え
た真空インクラブタとの諸性能を比較し、たところ、次
のようになった。

（ａ）　大電流しゃ断能力 両者同程度である。

（ｂ）、Ｐ縁耐力 Ｏｕ　０．５Ｂｉ電極が１０％ギャンプのときの絶縁耐
力と１本発明にかがる電極が３％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、本発明に係る電
極は、　Ｏｕ−０，５Ｂｉ電極の約３倍の絶縁耐力を有
する。

（ｃ）　耐溶着性 本発明に係る電極は、　Ｏｕ　−０，５Ｂｉ電極の７゜
裂程度の性能であった。しかし実用上端んど問題なく、
必要ならば多少電極開離瞬時の引き外し力を増加させれ
ばよい。

（ａ）　進み小電流しゃ断能力 本発明に係る電極は、Ｏｕ−α５Ｅｉ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−０，５Ｂ１
電極のさい断電流値の％〜％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
なる電極によっては、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、
フェライト系ステンレス銅が８０止量チ未満の場合には
、電流さい断値が犬きくなシ、また８０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、フェライト系ステンレス鋼が３０重量％未満、
もしくは８ＯＮ量チを超える場合には、さい断電流値が
大きくな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２０重量−未満の場合には、導電率の低下
が急激に太きくなシ、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
ー熱の発生が大きいので実用性が低下した。

また、銅が７０Ｍ量％全超える場合には、絶縁耐力が低
下するとともに、耐浴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、８０〜８
０恵量チのフェライト系ステンレス鋼からなる複合金属
にて真空インタラプタの電極全形成したものであるから
、耐溶着性に優れ、特に従来の０ｕ−０５Ｂｉ等の高蒸
気圧材料を含有してなる電極に比べて絶縁耐力を著しく
向上でき、ｉた従来の２００ｕ−ｓｏｗ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、フェライト系ステンレス鋼粉末の相互拡散結合に
よ多形成される多孔質の晶相に銅−ｔｍ浸させて電極材
料を形成しているので、機械的強度の向上が図れる。

更にまた、７エライト系ステンレス鋼粉末とを非酸化性
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て形成し、この基材に銅を非酸化
性雰囲気中にて溶浸させて製造するようにしているので
、各金属間の結合が良好に行われ、その分散状態を均一
にでき、優れた電気的特性と機械的特性金得ることがで
きる。

更に上記電極の製造に際して、７エライト系ステンレス
鋼粉末ならびに調音所定の容器に納置し、混合粉末の相
互拡散結合、及び銅の溶浸金回じ非酸化性雰囲気中で行
なうようにすれば、上記の製造方法に伴う効果に加えて
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真空
インタラプタの縦断面図、第２図（Ａ）　ｌ　（Ｂ）　
１（Ｃ）　、　（Ｄ）はフェライト系ステンレス鋼５０
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（、ｋ）はＸ線マイクロアナライザによ
る二次電子像、同図（Ｂ）　、　（０）は夫々鉄、クロ
ムの分散状態を示すＸ線マイクロアナライザによる特性
Ｘ線像である。同図（Ｄ）は銅の分散状態を示すＸ線マ
イクロアナライザによる特性Ｘ線像である。 ｌ・・・絶縁筒、２・・・封着金具、３・・・金属端板
、弘・・・真空容器、Ｓ・・・電極ｓ６・・・電極棒、
７・・・金属ベローズ、ｔ・・・シールド。 第１図 第２図 （Ａ）　（ｓ） （’＝’）（ｐン Ｃｆ　２伊　Ｃｕ　′２ａｙ〜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１２０〜７０１量チの銅と、３０〜８０嵐量チのフ
   ェライト系ステンレス鋼との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。 （２）８０〜８０Ｊｉｉｉ％のフェライト系ステンレス
   鋼の粉末を相互に拡散結合した多孔質基材に２０〜７０
   重量饅の銅を溶浸させた複合金属からなること全特徴と
   する真空インタラプタの電極材料。 （３）非酸化性雰囲気中においてフェライト系ステンレ
   ス鋼の粉末を、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合金属とした
   こと全特徴とする真空インタラプタの製造方法。 （４）フェライト系ステンレス鋼の粉末と銅と全非酸化
   性雰囲気中に納置し、まず銅の融点以下の温度で加熱し
   てフェライト系ステンレス鋼の粉末を相互に拡散結合し
   て多孔質の基材全形成せしめ、ついで銅の融点以上の温
   度で加熱して銅を基材に溶浸せしめて複合金属としたこ
   とを特徴とする真空インタラプタの製造方法。