JPS60170122A - 真空しや断器用接点材料 - 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〕 この発明は、大電流しゃ断時性に優れ、かつ高耐圧性能
を有する真空しゃ断器用接点材料に関するものでおる。

〔従来技術〕

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、適用節回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、しゃ断電流
の大容量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材料の満足すべき特性として、（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こと、（６）さい断電流
値が小さいこと、（７）加工性が良いこと、（３）十分
ガ機械的強度を有すること、等がある。

実際の接廃材料では、これらの特性を全て満足させるこ
とは、かなり困難でちって、一般には用途に応じて特に
重要な特性を満足させ、他の特性をおる程度慢性にした
材料を使用しているのが実状である。

従来、この釉の接点材料として銅−ビスマス（以下Ｏｕ
　−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。）　
、Ｏｕ　−Ｏｒ　−Ｂｉ　、　Ｏｕ　−Ｃｏ　−Ｂｉ　
＋ｃｕ　−ｃｒ　等が使用されていた。しかし、（３ｕ
−Ｂｉ等の低融点金属を含有する合金接点では排気工程
中の高温加熱によシ、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制電、圧に優れたＯｒ。

ＣＯなどを添加したＯｕ　−Ｏｒ　−Ｂｉなどにおいて
も、低融点金族による上記の欠点は根本的に解決されず
、高電圧、大電流には対応できない。一方、ｃｕ−Ｏｒ
などのように真空耐電圧Ｋｇ＃ねた金属（（ｌｒ。

ＣＯなど）と電、り伝導度に優れたＯｕとの組み合せか
らなる拐料は側溶着性能に僕−シては低融点金属を含有
する接点材料に比較して、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−Ｏｒ
金合金どにおいても、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１流経路を操作するこ
とで、磁場を発生させ、この力で大電汁アークを強制駆
動して、しゃ断性症を上げる努力がなされていた。

しかし、高電圧化、大電流化への敬求はさらにきびしく
、従来の接点材料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々く、よシ優れた性
能を持つ接点材料がめられていた。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来のものの欠Ａを除去するた
めになされたもので、大電流しゃ断性性に優れ、かつ高
耐電圧性能を有する真空しゃ断器用接点材料を提供する
ことを目的としている。

我々はＯｕＫ種々の金属１合金、金属間化合物を添加し
た接点材料を試作し、真空しゃ断器に組み込んで稀々の
実験を行なった。この結果、Ｃｕ中に他の成分としてＣ
ｏおよびＦｅＯ内の少なくとも１種並びに元素周期律表
の■ａ族の金属の内の少なくとも１種を含有し、各々単
体金属２合金。

金属間化合物およびそれらの接合体として分布している
接点材料は非常にしゃ断性能が優れていることがわかっ
た。この発明の真空しゃ断器用接点材料は、Ｃｕを含有
すると共に、他の成分として、ＣＯおよびＦｓの内の少
なくとも１務を５〜ｓｏｂ［、％の範囲含有し、かつ元
素周期律表の■＆族の金属の内の少なくとも１釉を５重
量％以下の師、囲含有していることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する０ 第１図は真空スイッチ管の禍“遣口で、真空絶縁容器（
１）、この真空絶縁容器（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（５）が、それぞれ電極棒（６１および（７
）の一端に、お互いが対向するよう上清されている。前
記電極（７）は、ベローズ（３）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に接
合されている。シールド（９）およびＱＯがアークにょ
多発生する蒸気で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）の内面および前言１ベローズ（
３）を罹っている。電極（４）および（５）の搗成を第
２図に示す。電極（５）はその背面で電極棒（７）にろ
う材（５１）を介挿してろう付されている。前記電極（
４）。

（５）はこの発明に係るＯｕ系接点材料から成っている
。

以下に秒々の測定あるいは試験を行なつ産結果について
説明する。

第３図は合金中のＣｏ量を加重量％に固定したものに元
素周期律表■ａ族の金属としてＴ１を添加した場合の添
加したＴ１量としゃ断容量の関係を示したものであり、
Ｔｉ量が５重１ｔ％以下の範囲で従来品（Ｏｕ−２０重
ｉ％ＣＯ仝金）に比較してしゃ断性能が著しく上昇して
いることがわかる。

Ｔ１の添加量としては１重量％以下の範囲でピークを示
し、それ以上添加量を増加するとしゃ断容量は減少の傾
向を示す。即ち、Ｃｕ中にＣｏとＴ１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Ｔ１を増加させるとＯｕとＴ１が化合物などを多量
に生じてＯｕマトリックスの電気伝導度や熱伝導度が著
しく低下し、アークによる熱入力をすみやかに放散する
ことが困ｉｆになる。しかも、ＣｕとＴ１からなる合金
ではＴ１量の増加と共に融点が低下する傾向にあり、接
点表面からの金属蒸発が過剰になる。これらの要因が種
々型なってしゃ断性能を低下させるためである。この現
象は特にＴｉ量が５重量％を越えると非常に顕著になる
。大電流用に使用する場合、Ｔｉｐとして、しゃ断容都
がピーク（即ち、従来品の１．５〜１．７倍）を示す０
．５〜１重量−の範囲が最も望ましい。

なお第３図の縦軸は従来品の（ｕ−２０ｉ１ｉ−量％Ｃ
Ｏ合金のしゃ断容量の値を１とした比率を示し、横軸は
Ｔ１添加量を示す。

第４図は同様にＴ１添加量と電気伝導度ρ関係を示すも
のである。図から明らかなようにＴ１−３３が２重量％
以下では従来品（Ｏｕ−加重量％　Ｃｏ合金）とほとん
ど差がないが、添加量が２重量％以上になると低下傾向
が見られ５１Ｊ′量チを越えるとかなり悪くなる。即ち
、Ｔｉ量が５重量゛チを越えると負荷開閉中及びしゃ断
器の通電にも悪影響を及ぼすことになるためＴ１の添加
量としては５重量％以下が望ましい。さらに、望ましく
はほとんど電気伝導度の低下の見られない２Ｔｉ量％以
下の範囲である。

なお第４図の縦軸は従来品（ａｕ　−２０重量％Ｃｏ合
金）の電気伝導度の値を１とした比率を示す。

第５図は同様にＴ１添加量と硬度性能（Ａ）及び耐電圧
性能（日との関係を示すものである。図から明らか々よ
うにＴ１［が２重量％以下では硬度の上昇はごくわずか
であり、２重１チを越えるとしだいに硬度が上昇する。

これはＴ１什金物の生成量がＴ１１２重Ｍ％を越えると
接点表面のマクロな硬変上昇に寄与する程に増加してい
ることを示すものである。一方、耐電圧性能は硬度の上
昇曲線とは関係な（’ｒｉ景の増加と共に性能が向上し
ている。これはＴ１化合物の生＃″都がそねほど著しく
ない範囲（Ｔ１１２重量％以下）でも接点を構成する各
元素からなるミクロな組成及び組織が耐電圧性能には影
響していることを示すものである。

なお、Ｔｉ量が２Ｎ量チを越える範囲での副電圧性能は
マクロな硬度上昇に起因するものかも知れない。しかし
、耐電圧性能の上昇曲線はＴ１５Ｓ量％以下の急激な上
昇に比べ、５１量係を越えてからの上昇はだんだん鈍化
している。々お第５図の縦軸は従来品（Ｃｕ−２０Ｔｏ
′量％Ｃｏ合金）の硬度及び耐電圧の値を１とした比率
を示す。

発明者らは第３図に示したようなＴ１添加量としゃ断容
量の関係をＣｏ量を種々変化させた合金についても実験
したが、Ｃｏ（％が４０重量％以下の範囲でＴ１督０．
５〜１重量％程度がしゃ断容量のピークであることを見
出した。そこでＴ１−３％を０．７重量％に固定して、
Ｃｏ量を変什させた実験から次のこ、とが明らかになっ
た。即ち、Ｃｏ量が３０升量″チ以下の範囲で従来品（
Ｏｕ−加重Ｉ％ＣＯ合金）のしゃ断容景を上回る結果が
得られたが、−・万ＣＯ量が５重量％未満の場合には、
耐溶着性、耐雷、圧が不十分でしゃ断器用接点として不
適であった。

従って、Ｃｏ量は５〜３０重量％の範囲が望ましい。

また、以上のような実験をＣＯの一部または全部をＦｅ
に置き換えて行なったがほぼ同様の結果が得られた。従
って、ｃｏおよびＦｅＯ内の少なくとも１種の望ましい
範囲は５〜３０重１′チである。

一方、これまでは■ａ族金属としてＴ１を例に説明して
きたが、Ｔ１の一部または全部をＺｒ、Ｈｆなと、他の
ＩＶａ族金属で置き換えても同様の効果がめった。

第６図は合金中ＯＣＯ量を２０重量％に固定したものに
元素周期律表■ａ族の金属としてＺｒを添加した場合の
添加したＺｒ量としゃ断容量の関係を示したものであり
、ｚｒＪＪＪ′が５重量−以下のか囲で従来品（Ｏｕ−
２０重ｉｔ％ｏｏ合金）に比較してしゃ断性能が著しく
上昇していることがわかる。

Ｚｒの添加量としては１重量％以下の範囲でピークを示
し、それ以上添加量を増加するとしゃ断容量は減少の傾
向を示す。従ってＩＶａ族の金属の内の少なくとも１種
の望ましい範囲は５１彊多以下の範囲であり、さらに望
ましい範囲としては２１襲チ以下、最も望ましいのけ１
１彌チ以下の範囲である。

また、図示しないが、上１ピ合金にＢｉ　、　Ｔｅ　、
　８ｂ。

Ｔｌ、　Ｐｂ　、Ｂｅ　、　Ｃｅ及びＯａのうちの少々
くとも１つの低融点単体金属、その合金、その金属間化
合物、並びにその酸化物のうち少なくとも１９を加Ｎ彊
チ以下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、その合金、その金属間化合一、首び
にその酸化物のうち少なくとも１ｓＩを加ル量チ以上添
加した場合には著しく、シゃ断性能が低下した。又、低
融点全脂がＯｓあるいはＣａの場合は若干特性が劣る。

なお、発明者らはこの発明の真空しゃ断器用接点材料を
、真空中、非酸化性雰囲気中、還元性雰囲気中のいずれ
においても上記金属を所定量配合した混合粉を焼結する
ことにより得ることができ、かつそのものが上記緒特性
を有していることを確認した。捷た、真空中、非酸化性
雰囲気中、還元性雰囲気中のいずれにおいても焼結法と
して加圧焼結法、押出法を適用すると、上記緒特性がよ
り一層効果的に得られることも確認した。即ち、加圧焼
結法は具体的にはホットプレス、熱間静水圧プレス法外
とによって行なったもので、極めて高密度の接点材料が
得られ、しゃ断性能、耐電圧性能をより効果的に高める
ことができるためである。

また、押出法によれば接点材料の組織を押出方向にそろ
えることも可能で、添加物の櫛類や量によっても効果の
大小はあるが、しゃ断性能や耐電圧性能、電気伝導度な
ど種々の性能をより効果的に高められる。

〔発明の効果］ 以上のように、この発明罠よれば、銅を含有すると共に
他の成分として、ｃｏおよびＦｅの内の少々くとも１種
を５〜３０１匍チの範囲含有し、かつ、元素周期律表の
ＩＶａ族の金属の内の少なくとも１種を５聾量チ以下の
範囲含有することを特徴としているのでしゃ断性能に優
れ、かつ、高耐電圧性能を有する＄穿しゃ断器用接点材
料が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な真空スイッチ管の構造を示す断面図、
第２図はその第１図のＮ極部分の拡大断面図、第３図は
この発明の一実施例の接点材料におけるＣｏ０Ｎ量を加
算蓋チに固定した場合のＴ１添加量としゃ断容量の変化
を示す特性図、第４図はこの発明の一実施例の接点材料
におけるｃｏの重量を加重負チに固定した場合のＴ１添
加謳と電気伝導度の変化を示す特性図、第５図はこの発
明の一実施例の接点材料におけるＣＯの重量を加重１％
に固定した場合のＴ１添加量と硬度及び耐電圧の変化を
示す特性図、第６図はこの発明の一実施例の接点材料に
おけるｃｏの重量を２）重相チに固定した場合のＺｒ添
加量としゃ断容量の変イヒを示す特性図である。 （１）・・・真空絶縁容器、（２）　、　（３）・・・
端物、（４）　、　（５）・・・矩極、（６）　、　（
７）・・・電極棒、（８）・・・ベローズ、（９）　、
　（１（１・・・シールド、（５１）・・・ろう材、（
Ａ）・・・伸度特性、（→・・・１市圧特性。 なお、図中同一符号は各々同−又は相当部分を示す。 代理人　大岩　増雄 第１図 第２図 第３図 Ｔｉ力怪カＤ１ヒ　（飯童％） Ｔ・添加量（を童％）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅を含有すると共に、他の成分としてコバルト及
   び鉄の内の少なくとも１ｓを５〜３０重量％並びに元素
   周期律表■ａ族金属の内の少なくとも１種を５重量−以
   下の範囲含有することを特徴とする真空しゃ断器用接点
   材料。
2. （２）元素周期律表■ユ族金属の内の少なくとも１種を
   ２重量％以下の範囲含有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の真空しゃ断器用接点材料。
3. （３）　元素周期律表■ａ族金属の内の少なくとも１ａ
   ！を１重量％以下の範囲含有することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の真空しゃ断器用接点材料。
4. （４）　ビスマス、テルル、アンチモン、タリウム。 鉛、セレ／、セリウム及びカルシウムのうちの少なくと
   も１つの低融点単体金属、その合金その金属間化合物、
   並びにその酸化物のうちの少カくとも１種を（イ）重量
   ％以下含有していることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の真空しゃ断器用接
   点材料。