JPS6017823A - 真空インタラプタの電極材料とその製造方法 - Google Patents

真空インタラプタの電極材料とその製造方法

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JPS6017823A
JPS6017823A JP12416683A JP12416683A JPS6017823A JP S6017823 A JPS6017823 A JP S6017823A JP 12416683 A JP12416683 A JP 12416683A JP 12416683 A JP12416683 A JP 12416683A JP S6017823 A JPS6017823 A JP S6017823A
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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
に関する。
一般に、真空インタラプタの電極は、 1) 大電流をしゃ断する能力が高いこと、2)絶縁強
度が大きいこと、 3)耐溶着性が良好ガこと、及び 4)小電流を良好にしゃttJiできること(さい断電
流値が小さいこと) 等の電極条件を満足することが要求されている。
従来、上記の電極条件を満足すべく、種々の電極材木1
が扶案されている。が、いずれの電極材料も、上記の電
極条件を十分には満足し々いのが現状である。
例えは、銅に微量の高蒸気圧わ料(低融点材料)を含南
−1,j7 Lめた槓々の′tIL極、例えば、特公昭
41−12131号公報(米国特許肛第3.246.9
79号参照)に示されている、銅に0.5重量%のビス
マスを含有せしめてなるもの(以下、Cu 0.513
1電極という)、または、特公昭4B−36071−号
公報(米国特許註第3.596.027号参照)に示さ
れているもの等が知られている。
これら島蒸気圧I@を含有して力る電極にあっては、上
記の電極条件から歓て、大電流しやWf能力、耐溶着性
及び導電率に優れているものの、絶縁強度、特に大電流
しゃ断後の絶縁強度が著しく低下する欠点がおり、しか
も、さい断電流値が1OAと高いために電流しゃ断時に
さい断サージを発生することがおるので、遅れ小電流を
良好にしゃ断し得々い欠点がおり、したがって、負荷側
の電気機器の絶縁破壊を引起す虞れがあった。
また、例えば、上記高蒸気圧材料を含有する電極の上述
し九ような欠点を解消するのを企図した電極として、銅
と低蒸気圧材料(高融点材料)との合金からなるもの、
例えば、特公昭54−36121号公報(米国特許1第
3.811.939号参照)に示されている、20重量
−の銅と80重量%のタン−ゲステンとからなるもの、
または、特開昭 。
54−1572843号公報(英国特許出願公開第2.
024.257号公報参照)に示されているもの等が知
られている。
これら低蒸気圧材料を含有してなる電極にあっては、上
記の電極条件から観て、絶縁強度が大きくなる利点Fi
あるものの、短絡電流のような大電流をしゃ断すること
が困難とカる欠点があった。
本発明は、上述しfc技術水準に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、耐溶着性全不都合とならな
い程度に良好に維持しつつ、絶縁強腋を大きくし得ると
ともに大電流および小電流のいずれtも良好にし中断し
得るようにした、真空インタラプタの%i、極材料とそ
の製造方法を提供することである。
法に関゛するものである。
特定発明は、真空インタラプタの電極材料¥i−5〜4
0庫jit%の鉄と、5〜40重量%のクロムと、合計
で1〜10重量%に達し、かつ、一方が少なくとも0.
5 重ti%: %含まれるモリブデンおよびタングス
テンと、残り重上−チの銅との複合金属で構成した。
また、上記電極材料に関する他の発明は、5〜40重量
%の1粉末と、5〜40重量%のクロム粉末と、合計で
1〜10重lsに達し、かつ、一方が少なくとも0.5
ffii!%含まれる、モリブデンおよびタングステン
粉末とを相互に拡散結合した多孔質基材に残り重量%の
銅を溶浸させた複合金属で構成した。
そして上記特定発明にかかる電極材料の製造方法に関す
る−の発明は、まず、非酸化性雰囲気中において、鉄と
クロムとモリブデンどタングステンとの混合粉末を鉄の
融点より低い温度で加熱して、これらの金属を相互に拡
散結合することにより多孔賀基材を形成し、ついで、非
酸化性雰囲気中において、上記多孔質基材上に鋼材を置
くと共にかつ、多孔質基材および鋼材を鉄の融点より低
い温度で、かつ、銅の融点以上の温度で加熱して、銅U
を多孔質基材に溶浸させて複合金属を形成する方法であ
る。
筐だ、特定発明にかかる電極材料の製造方法に関する他
の発明は、鉄とクロノ、とモリブデンとタングステンと
の混合粉末と鋼材とを共に非酸化性雰囲気中に納置し、
まず、銅の融点より低い温度で加熱して上記混合粉末の
各金属を相互に拡散結合することにより多孔質基材を形
成し、ついで、銅の融点以上で、かつ、鉄の融点より低
い温度で上記基材及び鋼材を加熱することにより鋼材を
基材に溶浸させて複合音PAを形成する方法である。
以下、図n口及び写真等の図を参照し王、本発明の実施
例會詐細に説明する。
第1図は、本発明にかかる電極を備えた真空インタラプ
タの縦断1m図である。真空インタラプタは、円筒状に
成形し九ガラスまたは絶縁セラミックス等の絶縁物から
表る複数(本実施例においては2本)の絶縁間1.1を
、各絶縁筒1の両端に固着したli”e −Ni −c
o金合金の金属から彦る薄肉円環状の@瘤金X2.2.
・・・の一方を介し、同軸的に接合することに」こり一
体の絶縁筒とするとともに、この一体の絶縁筒の両開口
部を、他方の封泗金具2.2を介し、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、一
体の絶縁筒と金属端板6,6とから成る容器の内部1C
篩真空に排気して真空容器4を形成I〜、この真空容器
4内に、一対の円板状の電極5,5を、各金属端板3の
中央部から、真空容器4の気密性を保持しつつ、相対的
に接近離反自在に導入した対ff1fiす電極棒6,6
″fr:介し、接触離反(接離)自在に設けて概略構成
されている。
なお、第1図において、7は金属ベローズ、8は各電極
5等全同心状に囲繞する中間電位のシールドである。
!電極は、5〜40重量−の鉄と、5〜40重量%のク
ロムと、合計で1〜10重量%に達し、かつ、一方が少
なくとも0.5重量%含筐れる、モリブデンおよびタン
グステンと、残り銅とからなる複合金属の材料から成る
この電極材料は、−100メツシユの鉄粉末5〜40重
量%と、−100メツシユのクロム粉末5〜40嵐量チ
と、合計で1〜10亜量饅に達し、かつ、一方が少なく
とも0.5重量%含まれる、モリブデンおよびタングス
テン粉末とを相互に拡散結“合することにより多孔゛質
系@全形成し、この基材に残り重1チの銅を溶浸させた
金属組織金有する。
次に、上述しfC,電極材料を製造する方法について説
明する。
第1の製造方法 まず、鉄が5〜40鴛、it%、クロムが5〜40重量
%、モリブデンおよびタングステンが合計で1〜10重
量%に達し、かつ、一方が少なくとも0.5重fチの組
成比となるようにpl整され、かつ、粉径’tl−−1
00メツシュとした、鉄粉末と、クロム粉末と、モリブ
デン粉末と、タングステン粉末と全所定1.(例えば、
後加工の切削しろを加味した電@!1個分相当)機械的
に混合する。
ついで、得られた金属混合粉末を、鉄、クロノ1、モリ
ブデン、タングステン、および銅のいずれとも反応し力
い材料、例えば、アルミナから成る円形断m1の容器に
収納し、この収納物を、非酸化性雰囲気中(例えは、5
X]、0 ’Torr以下の圧力の真空中、水素ガス中
、窒素ガス中またはアルゴンガス中等)において、鉄の
融点(1,535℃)より低い温度で加熱保持(例えば
、600〜i、ooooCで5〜60分間程度)シ、こ
れにより、鉄粉末とクロム粉末とモリブデン粉末とタン
グステン粉末とを相互に拡散結合して、多孔質基材を製
造する。
次に、上記拡散結合工程と同一または異なる非酸化性雰
囲気中において、上記多孔質基材上に銅ブロックまたは
銅粉末等の鋼材を置き、かつ、多孔質基材と銅材とを銅
の融点(1,0839C)以上で、かつ、鉄の融点(1
,535℃)より低い温度で5〜20分間程度加熱保持
して、溶融した鋼材を多孔質基材に溶浸させる。これに
より、鉄、クロム。
モリブデン、タングステンおよび銅から成る複合金属材
料を製造する。
前述の第1の製造方法は、多孔質基材の形成(拡散結合
)工程と、この多孔質基材への鋼材の溶浸工程とが完全
に分離していることに特徴があり、容器中で多孔質基材
を拡散結合形成している時には、この容器中に鋼材は納
置されていない。
したがって、第1の製造方法では、多孔質基材の形成を
水素ガス、窒素ガス又はアルゴンガス等のガス中で行い
、この多孔質基材への剣劇の溶浸’eJ−空引き下で行
うことでもよい。
また、各柚非酸化性雰囲気中において電極多数個分に相
当する多孔質の柱状基材を製造し、この多孔質の柱状基
材を所要岸さ、および−形状に切断して例えば1個の電
極用の多孔質基材に加工した後に、この多孔質の基材へ
の鋼材の溶浸を真空引き下で行うことでもよい。
第2の製造方法 第2の製造方法は、鉄粉末とクロム粉末とモリブデン粉
末とタングステン粉末との混合粉末と、鋼材とを同一容
器内に納置し、上記混合粉末の拡散結合工程および組材
の溶浸工程を同一非酸化性雰囲気中での加熱温度の変更
のみで一貫して行う点に特徴がある。
す力わち、第2の製造方法にあっては、まず、鉄が5〜
4OX量チ、り11ムが5〜40重−級係、モリブデン
およびタングステンが合百1゛で1〜10重量−チに達
し、かつ、一方が少なくとも0.5東量チの組成比とな
るように6jら整され、かつ、粒径を一100メツシュ
とした、鉄粉末と、クロム粉末と、モリブデン粉末と、
およびタングステン粉末とを所定量機械的に混合する。
ついで、得られた金塊混合粉末を、鉄、クロム。
モリブデン、タングステンおよび銅のいずれとも反応し
ない材料、例えば、アルミナから成る円形断面の容器に
収納するとともに、金属混合粉末上に鋼材を載置する。
ついで、容器中の収納物を非酸化雰囲気中(例えば、5
 X 10−[1Torr以下の圧力の真空中)におい
て、まず、銅の融点より低い温度で加熱保持(例えば、
600〜i、o o o℃で5〜60分間程度)し、こ
れにより、鉄粉末とクロム粉末とモリブデン粉末とタン
グステン粉末とt相互に拡散結合して、多孔質基材を製
造する。
ついで、得られた多孔質基材と鋼材とを銅の融点(1,
083℃)以上で、かつ、鉄の融点(1,5356C)
より低い温度(例えば1,100℃)で、5〜20分間
程度加熱保持し、溶紅I〜だ鋼材を多孔IX基材に溶浸
させる。これにより、鉄、クロム、モリブデン、タング
ステンおよび銅から成る複合金属の材料を製造する。
なお、第1.第2の方法いずれの場合にあっても、非酸
化性雰囲気としては、真空の方が加熱保持の除に脱ガス
が同時に行がえる利点がおって好適なものである。もら
ろんX空中以外のガス中にて製造し′fc場合にあって
も真空インタラプタの電極として実用上問題はないもの
である。また上記各金塊粉末における各金塊粒子の径’
f−100メツシュとした理由は、基金属粒子が電極材
料の金属組織中で均一に分散し且つ相互拡散結合が良好
となるようにするためである。
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
しての性質全満足するように加熱保持されるものであり
、例えば600℃で60分間、または1,000℃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、前述の第2の製造方法(友だし、非酸化性雰囲気
は、5 X 10 ”l’orrの真空中)により製造
した電極材料の実施例にかかる金属組織を第2図(4)
、 (B)、 (C)、 G))、(ト)および■に示
す。
第2図い)、(均、(C)、(D)、(ト)および(ト
)は、鉄が21重旦饅、クロムが21重量%、モリブデ
ンが4東量チ、タングステンが4重量%および銅が50
重it%の組成比とした電極材料のX線マイクロアナラ
イザによる特性写真である。第2図囚は、金属組織の二
次電子像を示す特性写真であり、また第2図(13)は
、分散した鉄の特性X線像で、島状に白く存在する部分
が鉄Ii’eでおる。第2図(C)は、分散したクロム
の特性X線像で、点在する白い部分がクロムCrである
。第2図0は分散したモリブデンの特性X@像で、点在
する白い部分が< リブデンMOである。第2図(2)
は、分散したタングステンの特性X線像で点すれする白
い部分がタングステンWでおる。また第2図ψ゛〕は、
浴浸された銅の特性X線像で、白いtsIL分が銅Cu
である。
この第2図から判るように、鉄Fe 、クロムCr。
モリブデンMOおよびタングステンWの各粉末(粉体)
は、相互拡散結合して多孔質基材を形成し浸されること
によって全体として強固な結合体の複合金鵜全形成しで
いることが判る。
ガお、第2図CB)ないI7第2図(0において、白い
部分は各々元素を示すものでちるが、白い部分(白点)
が多い部分Vj1、その元素の濃度が高いことを示して
いる。
以上の通り図示【2鮮述した金楓絹織をもする電イへ材
料を、!IJ、 ?p 50 mM%厚み6.5記の円
板に形成し、かつ、その周縁にR=4闘の丸味を付けた
電極と(〜、この電極を一対第1図に示す構成の真空イ
ンタラプタに組込んで、この真空インタラプタの諸性能
を検旺した。この検証結釆は、以下の通りてらった。
1)電極材料の尋電率CIAC8) 3〜30襲であった。
2)耐接着性 両電極5,5回士を130 kgfのカで加圧し、これ
ら電植5,5間に25 kArmsの電流を3秒間通電
した(IEC短時間電流規格)後に、両電極5.5は、
200kgfの静的な引外しカで問題なく引外すことが
で会、その後の接触抵抗の増加は、2〜8f)に止まっ
た。
また、両電極5,5間士を1,000 kgfの刀で加
圧し、これら電極5.5間に50 kArmsの電流を
3秒間通電した候に、1nto ’[1m 5 、5 
k、200 kgfの静的な引外し力で問題なく引外す
ことがでさ、その後の接触抵抗の増加ケ」、2〜7%に
止まった。
したがつて、耐浴肩性は、実用上不都合とならない程度
に良好に維持された。
3)さい断電流値 試験電流として30A全通電して行なったどころさい断
電流、 (+11は平均3.9 A (標準偏差C1=
1.3、椋本叡n = 100 ) 4)大電流しや1iJi能力 12 kArmsの’m! ンR′fr:レヤW丁する
ことができた。。
5ノ 絶心咬 リDiIん( 極間キャップ(f−3,0mm K維持し、インパルス
酊電圧試験を行なったところ、±120kV(バラツキ
±L OkV )のili’l電圧値會示した。
6)シゃ断後の絶縁強度 12 kA 通電して複数回しゃ断後に極間ギャップ全
3.0鮨に維持し、インパルス耐電圧試験全行ったとこ
ろ、±110kV(バラツキ10 kV )の耐電圧値
會示した。
7)小電流開閉後の絶縁強度 電流80Aで小電流連続開閉試験−1io、ooo回行
在った。耐電圧値は、初期〜10,000回の間におい
て、はとんど変化しんかった。
8)う(Lみ小電流しゃ断能力 しゃ断口1(験(JECI 81 J ilO,000
00回行ナラ両11f極5,5間に再点弧は発生しなか
った。
上記電極材料において、鉄、クロム、モリブデン、タン
グステンおよび銅の各組成比を変更した場合のさい@電
流値(30八通電時における平均値)およびインパルス
樹1電圧値’kWに示す。
(1,・だE余白) Fe、 Cr、 M、o、 Wおよびcuの各組成表 
比とさいlQi %lj:l個:よびインパルス耐(注
1和成比は亜−kil襲、極間ギャップは3.0闘)上
述の1)〜8)項から判るように、本発明の電極材料か
ら成る電極を有する真空インタラプタは、優れ−fc諸
性能を有するものであり、本発明にかかる電極と同一形
状の(:u−Q、5Bi電極を有する真空インタラプタ
の諸性能と比較したところ、下記の通りであった。
a)大電流しゃ断能力 両者間−である。
b) P、線強度 一対のCu−0,5Bi電極が極間ギャップ10罷にお
いて示すインパルス劇−ttt圧値と、本発明にかかる
一対の電極が極間ギャップ3.0 mmにおいて示すイ
ンパルス耐電圧値とは同一であった。したがって、本発
明にかかる電極は、Cu−0,5Bi @極の3倍強の
絶縁強度會有する。 ′ C)耐溶眉性 本発明にがかる電極の耐溶着性は、CI+ −0,5B
i電極の而づ浴着性の70%でおる。が実用上はとんど
問題力<、必要ならば、電極開離瞬時の引外し力ヲ着干
増加させればよい。
d)進み小電流しゃ断能力 本発明にがかる′v6.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
ことができる。
e)さい断電流値 本発明にかかる電極のさい断電流値は、Cu−0,5B
i電極のさいlff1電流値め3o%と小さくなった。
ま友、表に示す図示以外の組成の電極も、Ci −−α
5Bi電極との比較において、第2図(4)〜(F)に
示す組成のものとほぼ同様の性能を示した。
しかして、鉄が5重量−未満の場合には、さい断電流値
が急激に大きくなり、他方、400重量%を超える場合
には、大電流しゃ断面刃が急激に低下した。
また、クロムが5重it%未満の場合には、さい断電流
値が急激に大きくなり、他方、400重量%超える場合
には、大電流しゃ断面刃が急激に低下した。
また、モリブデンおよびタングステンが合計で1重量−
未満の場合には、絶縁強度が急激に低下し、他方、10
重量−を超える場合には、大電流しゃ断面刃が急激に低
下した。
しかして、モリブデンが0.5重量%未渦の場合及びタ
ングステンが0.5重t%未満の場合には、ともにさい
断電流値が大きくなると共に機徐的強度が低下した。
また、銅が10也−一未満の場合には、知時間電流試験
の結果から判るように通電後の接触抵抗が急に大きくな
り、すなわち、電極の導電率が急に低下するので、定格
電流通電時のジュール熱が急激に大きくなり、銅10m
童−未満の電極の実用性が低下した。
他方、銅が89%會超える場合には、絶縁強度が急に低
下するとともに、耐溶着性が急に低下した。
以−ヒの如く、特定発明は、5〜40重量%の鉄と、5
〜40 東部%のクロムと、合計で1〜10重量%に達
し、かつ、一方が少なくとも0.5重にチ含まれるモリ
ブテンおよびタングステンと、10〜89重量%の銅と
の複合金属を材料とする真空インクラックの電極である
から、この電極は、Cu−0,5Bltt極のように高
蒸気圧材料を含有して成る従来の電極に比して、真空イ
ンタラプタの絶縁強度を飛躍的に大きくし、がっ、さい
断電流値を飛躍的に小さくすることができる。また従来
の20(::u−80W等の如き低蒸気圧材料金含有し
てなる電極に比べて大電流しゃ断を良好に打力うことが
できる。したがって、特定発明にかかる電極材料は、大
電流しゃ断、進み小電流しゃ断および遅れ小電流しゃ断
を良好に行うことができる。
また、電極材料に関する5〜40重量%の鉄粉末と、5
〜40重量−のクロム粉末と、合計で1〜10重f%に
達し、かつ、一方が少なくとも0.5重量%のモリブデ
ンおよびタングステン粉末と金相力に拡散結合した多孔
質基材に10〜89重量−の鋼材を溶浸させてなる、真
空インタラプタの電極材料でおるから、上述した種々の
効果に加えて、電極の機械的強度の向上を図ることがで
きる。
iた、電極材料の製造方法に関する−の発明は、鉄とク
ロムとモリブデンとタングステンとの混合粉末を非酸化
性雰囲気中で、かつ、所定温度で所定時間保持し、相互
に拡散結合させて多孔質基材とし、この基材上に鋼材を
置き、この鋼材を非酸化性雰囲気中で多孔質基材に溶浸
させて電極材料を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、
電極材料の電気的特性および機械的特性を優れたものと
することができる。
また、電極材料の製造方法に関する他の発明は、t<ト
クロムとモリブデンとタングステンとの混合粉末と鋼材
と金共に所定の容器中に納置し、その後に、同一非酸化
性雰囲気中で混合粉末の相互拡散結合および鋼材の溶浸
全温度調節のみで一貫して行うようにしているので、上
記−の発明に伴う効果に加えて、作業工程の一部を省略
できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明にかかる電極材料により成る電極を有
する真空インタラプタの縦断面図、第2図(4)、 (
B)、 (C)、 O))、(ト)およびいは、鉄が2
1重量%、クロムが21重i%、モリブデンが4重量%
、タングステンが4重量%および銅が50重量%の組成
を有する複合金属から成る電極材料のX線マイクロアナ
ライザによる特性写真で、第2図(4)は、電極材料の
二次電子像を示し、第2図G3)、 (C)、 Q))
。 (Dおよびψ)は、それぞれ分散状態にある、鉄、クロ
ム、モリブデン、タングステンおよび溶浸鋼の特性X線
像を示す。 第1 11 第2図(11) ]のこ 第2図(D) jか−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 5〜40重量−の鉄と、5〜40重量%のクロ
    ムと、合計で1〜10重i%に達し、かつ、一方が少な
    くとも0.5 M量チ含まれる、モリブデンおよびタン
    グステンと、残り銅との複合金属から成る真空インタラ
    プタの電極材料。
  2. (2)5〜40重量%の鉄粉末と、5〜40重量%のク
    ロム粉末と、合計で1〜10重量%に達し、かつ、一方
    が少なくとも0.5重量%含まれる、モリブデンおよび
    タングステン粉末とを相互に拡散結合した多孔質基材に
    残り重量−の銅を溶浸させfc複合金属から成る真空イ
    ンタラプタの電極材料。
  3. (3) まず、非酸化性雰囲気中において鉄とクロムと
    モリブデンとタングステンとの混合粉末を鉄の融点より
    低い温度で加熱して、これらの金属を相互に拡散結合す
    ることにより多孔質基材を形成し、ついで、非酸化性雰
    囲気中において、上記多孔質基材上に鋼材を置くと共に
    、多孔質基材および鋼材金鉄の融点より低い温度で、か
    つ、銅の融点以上の温度で加熱して、鋼材を多孔質基材
    に溶浸させて複合金属とした真空インタラプタの電極材
    料の製造方法。 (へ)まず、鉄とクロムとモリブデンとタングステンと
    の混合粉末と鋼材とを共に非酸化性雰囲気中に納置し、
    ついで、銅の融点エリ低い温度で加熱して上記混合粉末
    の各金属を相互に拡散結合することにより多孔質基材を
    形成し、ついで銅の融点以上で、かつ、鉄の融点より低
    い温度で上記基材及び鋼材を加熱することにより剣劇を
    基材に溶浸させて複合金属とした真空インタラシタの電
    極材料の製造方法。
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