JPS60110832A - 真空インタラプタの接点材料 - 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】 発明の技術分野 本発明は、電力用真空しゃ断器、真空負荷開閉器等にお
ける真空インタラプタの接点材料に係り、特に低サージ
用真空インクラブタの接点材料に関する。

従来技術と問題点 一船ｇニー雷ｆ′ＩＦＩ１１光ゆ１．や断器等における
真空インタラプタの接点材料としては、以下に述べる特
性を備えることが要求されている。

（１）電流しゃ断能力が高いこと。

（２）耐電圧特性が優れていること。

（３）耐溶着性が優れていること。

（４）さい断電流値が小さいこと。

（５）接触抵抗が小さいこと。

しかし、単一材料ですべての特性を満足することはでき
ず、また純金属でも勿論不可能であり、現在では真空イ
ンタラプタの用途に応じ、他の特性を幾分犠牲にしても
特に必要とする特性を満足する材料を選択することが行
なわれている。

従来、低サージ用真空インクラブタの接点材料としては
、Ｂｉ（ビスマス）、ｓｂ（アンチモン）、Ｐｂ　（ｉ
）等の低融点、高蒸気圧元素の１種あるいは２種以上を
含有するＣｕ＠）合金、または特公昭５１−１−８１゛
８号公報、特公昭５３−６７１０号公報等に記載されて
いるように、高融点、低蒸気圧にりＷＯ（タングステン
カーバイド）からなる基材にＡｇ　（銀）を数十＠量チ
溶浸した焼結合金等が知られている。

しかし、系統の拡張による昇流、昇圧に伴って７ｊＩ：
流しゃ断能力、耐電圧特性および接触抵抗等の他の１１
♀性をも高めつつさい断電流値の小さい接点材料が要求
されるようになっている。

また、Ｈ，！＋、り１′≧インタラプタの製造は、通常
、高真空中（１０＝　Ｐａ　、ＩＨ下）または高蒸気圧
成分の蒸発を防止すべく低真空中（１〜１０　Ｐａ　）
で不活性ガスや還元性ガスを利用し、各構成部材をろう
付接合して行なわれるものであるが、接点がＣｕ−Ｂ１
材からなる場合、真空機器に使用できるいかなるろテ仕
←シ１す引ｈ−真−ｑ−ｉ冊拍條脂←トド→→÷吾う材
でもＢｉの融点より高いため、電極体にろう付できず、
かしめ等の機械的固着手段がとられており、製造コスト
がかかる問題があり、また接点がＡｇ−ＷＣ材からなる
場合、ろう付接合は可能なものの低融点ろう材（Ａｇ系
）を使用しなければならないため他の構成部材とろう何
工程を別にしなければならない問題があり、ろう何工程
を一工程とするには、ろう付温度を低下せしめるべく端
板、シールド等を構成するステンレス鋼等の濡れ性の悪
い部杓の接合面へ事前のニッケルメッキ等の処置が必要
となる等の問題がある。

発明の目的 本発明は、上述した問題に鑑み、接触抵抗および耐電圧
特性等を従来のものと同等もしくは同等以上としながら
、さい断電流値を従来のものと同等にしてかつＪそ期間
に亘って保持し得るとともに、電流しゃ断能力を大幅に
向上し得、かつ他の構成部側とろう何工程等を−にし得
る真空・インタラプタの接点桐料の提供を目的とする。

発明の概要 本発明は、上記目的を達成すべく、１０〜３０休債係の
Ｃｒ１Ｏｓと、１〜１０体ｆ？ｔ％のＣｒ７Ｃ４と、残
部Ｃｕの焼１結合金からなるものであり、かかる焼結合
金は、６．３９〜７．９９　ｇ／ｃｙｌの比重、６２〜
８５　Ｈ几の硬度、１２〜７５チの導電率（ＩＡＣ８）
を示すものでｉ（・）る。

実施例 する。

本発明の接点材料を製造するには、まず、３２５メツシ
ユ以下のＣｕ　（銅）粉と、３２５メツシユ以下のＣｒ
１０１　（三酸化ニクロム）粉と、３２５メツシユ以下
のＣｒ７Ｃ，（三炭化七クロム）粉とをそれぞれ所Σ 定組成となるように一定量（たとえばＫｙ　）秤゛措し
、各粉末を均一に混合するためトリクレンルボスファー
ト（商品名；トリクレン）溶媒中にてアトライター混合
機にて２時間混合を行ない、Ｌ７かる後にトリクレンを
回収して混合粉末とする。

ついで、混合粉末を直径３０調の金型を用い２ｔｏｎ／
ｆｆｌ　（１，９６Ｘ　１０”　ＭＰａ　）の圧力で型
押しして圧粉体とし、しかる後に圧粉体を露点−２０℃
のＢ７（水素）ガス雰囲気中において１０００℃の温度
で３曲Ｍ位枯すス− そして、この焼結体を直径３０ｍｍの金型を用いて４　
ｔｏｎ／ｃＩＩ（３，９２Ｘ　１０２ＭＰａ　）の圧力
でコイニングしてから、高真空中（１０−’〜ＩＣｒ’
　Ｔｏｒｒ＝＝１．３３Ｘ　ＩＣｒ”　〜１、．３３　
Ｘ　１Ｏ−２Ｐａ　）において１０００℃の温度で３時
間焼結１−ｚて脱ガス及び焼結を行なう。

最後に、真空処理した＃ｉ結体を再度直径３０＋ｗのの
金型を用い４　ｔｏｎ／ｃｒｌ　（３−９２Ｘ　１０”
　ＭＰａ　）の圧力でコイニング「ると所望の接点材料
が完成する。

なお、焼１結合金の特性の安定化を図るためには、Ｃｕ
中にＣｒ２Ｏ，とＣｒ、ＣＢを均一に分散させることが
必要である。しかし、ＣｕとＣｒ！０＠とは相互の濡れ
性が悪く、かつ焼結体の密度を高めるためには、粒径な
できるだけ小さく（２μｍ以下）とするとともに、適宜
の混合機（たとえばボールミル、振動ミルまたはアトラ
イター等）を用いて均に混合することか必要である。

また、焼結は、各粉末の融点以下の９００〜１０００℃
の温度範囲（ニして、かつ還元性雰囲気が好ましく、雰
囲気の露点は、焼結性に作用するので一２０℃以下が必
要である。しかし、雰囲気は、還元性雰囲気に限らず、
たとえば高真空中、窒素ガス中またはアルゴンガス中等
であってもよい。

さらに、焼結体の気孔車は、Ｃｒ、ＯＢおよびＣｒ２　
ＣＢの含有量とともに増加し、両者の合計が２０体積（
ｖｏｌ）％では９チ、４０　ｖｏｌ　％では２０％であ
る。このため、焼結体の密度を高めるべく、焼結後、冷
間での鍛造、熱間での鍛造もしくは静水圧プレス工程を
施して残存空隙を減少することが有効である。

次に上述した製法により、Ｃｒ、０．．６丁、Ｃ１およ
びＣｕの組成を変えて製造された溶結合金の特性は、第
１表に示す゛ようになった。

第１表 なお、ＣｒｇＯＢを４０ｖｏ１％以上含有せしめた合金
は、焼結後のコイニングにより側面に亀裂が生じ、製造
が困難であった。

また、前述した製法により製造されたＣｒｏｏｋ。

ＣｒｙＣｌおよびＣｕの焼、結合金の接、点材料として
の特性は、以下に述べるようになった。

第１図は、さい断電流特性図で、横軸にＣｒ２０Ｂのｖ
ｏｌチ、縦軸にさい断電流値（Ａ）をとり、Ｃｒ７Ｃ３
を１０　ｖｏｌ　％、５　ｖｏｌ　％および１　ｖｏｌ
　％としたものをそれぞれ曲線Ａ、ＢおよびＣで、また
Ｃｒ、ＣＩの含有しないものを曲線りで表わしである。

同図から明らかなように、Ｃｒ７Ｃ，が１〜１０ｖＯ１
係で、かつＣｒｇＯＢが１０　ｖｏｌ　１以上であれば
、さい断電流値は１Ａ以下となり、従来の低さい断電流
値を有する接点材料と同等の性能を有すること、また特
に、ＣｒｙＣｌが５〜１０　Ｖ（１１チ含有のものは。

Ｃｒ２Ｃ３が５　ｖｏ１％においても、さい断電流値１
Ａ以下を有していることが判る。

第２図は、小電流開閉回数とさい断電流値との１！９係
図で、横軸に小電流開閉回数（Ｘ　１０’）、縦軸にさ
い断電流値（Ａ）をとり、Ｃｒｔ０３２０　ｖｏｌ　ｑ
６のときのＣｒｙＣｌをそれぞれ１０　ｖｏｌ　％、５
　ｖｏｌ　’ｌｙおよび１ｖｏ１％で、かつ残部Ｃｕと
したものを折れ線Ａ、ＢおよびＣで表わし、またＣｒ７
Ｃ１を含有せしめず、Ｃｒ＠Ｏ＠を２０　ｖｏｌチとし
、かつ残部Ｃｕとしたものを折れ線りで表わしである。

したがって、ＣｒｙＣＢを１〜１０　ｖｏｌ　’７６含
有せしめた場合には、小′屯流の開閉回数の増加に伴っ
て若干の増加傾向にあるが、特にＣｒ、Ｃ，のものが５
ｖｏｌ係のものは２５万回の開閉後においてもＩへ以下
のさい断電流値を維持していることが判り、また、１　
ｖｏ１％ものでも’、　ＣｒｙＣ，を含有しないのに比
べればさい断電流値の増加傾向は少なく、Ｃｒ、Ｃ，を
含有せしめないものは、開閉回数が５万回に達するとさ
い断電流値がＩＡを超えてしまい、１８万回付近までは
その増加傾向が継続され、以後は２Ａの状態で一定とな
ることが判る。

かかる理由は、Ｃｒ１ＣＢを含有しない接点材料は、小
電流しゃ断時のアークによる熱エネルギーにより、Ｃｒ
、Ｏ，がＣｒと０（酸素）と（二分解してペーパライズ
され、とのベーパが電流自然零点までアークを維持して
いるものの、開閉が繰り返されるうちに接点表面のＣｒ
１０Ｂが欠乏し、これによりさい断電流値が増加するも
のと考えられる。

また、　Ｃｒ、Ｃ，、を含有する接点材料は、Ｃｒ、Ｃ
ＢがＣｒ、ＯＢより比較的安定であるため、Ｃｒ、０．
との共存状態で、欠乏するＣｒ、０．を供給する働きを
なす１ （２Ｃｒ、ＣＢ　＋−ＯＨ４７Ｃｒ＠Ｏ＠　＋　６Ｃ）
　ものと考えられる。

なお、２０　ｖｏｌ　９！のＣｒ！ＯＢと、５　ｖｏｌ
　％のＣｒｙＣ４と、残部Ｃｕの焼結合金からなる電極
Ａと、　２０　ｖｏｌチのＣｒ、Ｏ，と残部Ｃｕの焼結
合金からなる電極Ｂとの、小電流２５　Ｘ　１０’回の
開閉前後におけるＸ線回析による接点表面の構造変化は
、第２表に示すようになった〇 第２表 注７）Ａにおいては、小電流開閉後においても、Ｃｒ２
０ｇが多量に存在し、Ｂにおいては、Ｃｒ、０１は少な
く、ＣｒｙＣ４が比較的多い。

第３図は、接点を直径３０群の円板状に形成した場合の
電流しゃ断時性図で、横軸Ｃ二Ｃｒ、Ｏ，のｖｏｌチ、
縦軸にしゃ断電流値（ｋＡ）をとり、Ｃｒ７ＣＢを２〜
８ｖ０１係としたものを直線Ａで、Ｃｒ７Ｃ１を１３〜
１８　ｖｏ１％としたものを直線Ｂで表わしである。

したがって、従来の低さい断電流値を有する接点材料か
らなる同径、同径状の接点のしゃ断電流値が６〜８　ｋ
Ａであることを考慮すれば、ＣｒｙＣ３を２〜８　ｖｏ
１％とし、かツｃｒ、Ｏ，を５　ｖｏｌ　’ｌｙ以上と
することにより、性能が２倍程度となることが判る。

第４図は、接触抵抗特性図で、横軸にＣｒ、Ｏ，のｖｏ
１％、縦軸に接触抵抗値（μΩ）をとり、Ｃｒ、Ｃｓを
１〜１０　ｖｏｌ　％とした場合について表わしである
。

したがって、従来の接点材料（たとえばＡｇ　３５重量
％と残部ＷＣ焼結合金）の接触抵抗値が８０〜４−２０
１番勿悄・結合金÷勿芸鵬条扇０−０−へ１２０μΩで
あることを考慮すれば、ＣｒｙＣ４を１〜１０　ｖｏｌ
チとし、かつＣｒ１Ｏ＠を３０　ｖｏｌ　％以下とする
ことにより、接触抵抗値を１０５μΩ以下にでき、通電
効率をある程度向上し得ることが判る。

第５図は、接点を直径３０１１ＩＩ＋１の円板状（＝形
成するとともに、ギャップを８瓢とした場合の耐電圧特
性図で、＋１へ軸にＣｒ、０８のｖｏ１％、　縦軸に衝
撃波（Ｉｍｐ）絶縁破壊値（ＡＶ）をとり、Ｃｒ、Ｃ１
を１〜１０ｖｏｌ　％とした場合について表わしである
。

同図から明らかなように、Ｃｒ２Ｃ２が１〜１０ｖｏｌ
係で、かつＣｒ、０１が３０　ｖｏｌ　％以下であれば
、従来の接点材料から′なる、同径、同形状の接点と同
等以上の性能を有することが判る。

第６図は、耐溶着特性図で、横軸にＣｒ２０Ｈのｖ０１
チ、縦軸にＣｕの溶着力−（引外し力）を１００チとし
た場合の溶着力比（チ）をとり、Ｃｒ２Ｃ２を１〜１０
ｖｏｌ　％とした場合について表わしである。

したがって、Ｃｒ７（４が１〜１０　ｖｏｌ　％で、か
つ、Ｃｒ１Ｏ１が５　ｖｏ１％以上であれば、耐溶着性
がＣｕの５０％以下となり実使用上問題がないことが判
る。

第７図は、接合強度特性図で、横軸にＣｒ１０Ｂのｖｏ
１％、縦軸に従来のもの（ＣｕとＣｕ）のろう付による
接合強度を１００チとした場合の接合強度比（％）をと
り、Ｃｒ、Ｃ，を１〜１０　ｖｏｌ　ｑ６とした場合に
ついて表わしである。

したがって、Ｃｒｙ（４が１〜１０　ｖｏｌ　％で、か
つ、Ｃｒ２Ｏ２が３０　ｖｏｌ　％以下であれば、従来
のものの７５チ以上の接合強度が有り、実用上問題ない
ことが判る。

Ｔ、ｆお、Ｃｒｔ０３が１０　ｖｏ１％未満であると、
さい断ｌｉ　ｂｉｔ値が））゛り大し、また３０　ｖｏ
ｌチを超えると、焼結性が悪化して十分な機械的強′度
を得ることが困難となり、かつ接触抵抗が大幅に上昇す
るものである。

また、Ｃｒ２Ｃ２が１　ｖｏｌ　１未満では、開閉回数
の増加に伴うさい断？ｆｉ流値の増加を防止する効果が
なく、また１０　ｖｏｌ　％を超えると、しゃ断電流値
が、極端に悪＜７：【るものであり、Ｃｒ７Ｃ４の好ま
しい含有量はしゃ断電流値、さい断電流値の両面からみ
て２〜Ｂ　ｖｏｌチである。

発明の効果 以上の如く本発明によれば、従来技術（二比し以下に述
べる種々の効果を奏する。

（１）　さい断電流値を従来のものと同等としながら、
接触抵抗特性、耐電圧特性、耐溶着性および接合強度特
性を同等もしくは同等以上とし得、特に電流しゃ断能力
を大幅に向上することができる。

（２）融点がＣｕの融点（１０８３℃）より高く、かつ
蒸気圧が従来のものより低いため、他の構成部材と同一
のろう材を用いて同時にろう付接合することができる。

（３）小電流の多数回の開閉を繰り返しても、さい断電
流値を初期値に維埒することができる。

（４）従来の低さい断電流値を有する接点材料Ａｇ−Ｗ
Ｃに比べ、材料価格が安い。

（５）本発明材料を使用する真空インタ２ブタの製造に
おいてろう付は接合工程が従来材料を使用する真空イン
タ２ブタに比べ単純化し、製造コストを安くできる。

【図面の簡単な説明】

１図はさい断電流特性図、第２図は小電流開閉回数とさ
い断電流値との関係図、第３図は電流しゃ断時性図、第
４因は接触抵抗特性図、第５図は耐電圧特性図、第６図
は耐溶着力特性図、第７図は接合強度特性図である。 ｃｒ２ｏ３　ＶＯｚｏｌｏ− 第６図 第７図 Ｃｒ２０３ｖｏＥ！？１０ゝ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　１０〜３０体積チのＣｒ１Ｏ＠と、１〜１０体
   積チのＣｒ、Ｃ，と、残部Ｃｕの焼結合金からなる真空
   インタラプタの接点材料。