JPS60180026A - 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】 技術分野 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。

従来技術 一般に、真空インタラプタの電極材料は、次に示す１）
〜Ｉｉν１）の緒特性が要求されている。

１）しゃ断性能が高いこと ＩＩ　ｌ耐電圧が高いこと １１１）　消耗が少ないこと ｌｖ　）さい断値が低いこと ■）接触抵抗が小さいこと ｖｌ　ｌ溶着力が小さいこと 電極材料は、真９インタラプタの性能を決定するに最も
重要なものであり、上記各特性を全て満足することが望
ましい。

従来１例えば特公昭４１−１２１３１号公報（米国特許
第３．２４６．９７９号）に開示されているように、銅
（Ｏｕ）に０．５重ｔｈｔ係のビスマス（Ｂ１）を含有
した合金からなる電極（以下［０ｕ−０，５Ｂｉ　を極
」という）、または特公昭４８−３６０７１号公報（米
国特許第３．５９６．０２７号）に開示された、Ｏｕ　
に微量の高蒸気圧拐料（低融点拐料）を含有した合金か
らなる電極が知られている。

しかしながら、かかる０ｕ−０，５Ｂｉ電極等は、大電
流しゃ断能力、耐溶着性および導電率に優れてはいるも
のの、絶縁耐力％特にしゃ断接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
破壊を招来する虞れがある等の問題があった。

一万、このような高蒸気圧月利を含有する（３ｕ−０，
５Ｂｉ電極等の欠点を解消すべく、ρりえば特公昭５４
−３６１２１号公報（米国％許第３．８１１．９３９号
）に開示されているような、２０重ｉ［のＯｕと８０重
量係のタングステン（Ｗ）とからなる材料により形成し
た電極Ｃ以下ｒ　２０Ｃｕ−８０ｗ電極」という）。

または特開昭５４−１５７２８４号公＠（英国公開特許
第２．０２４．２５７号）に開示された、Ｏｕと低蒸気
圧拐料（高融点材料）との合金からなる高電圧用の電極
が知られている。

しかしながら、かかる２０（ｌｕ−８０ｗ　ｉｌ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になる等の問
題があった。

発明の目的 本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、・大電流および高電圧のしゃ断に供し得るとともに、
特にさい断電流値が低いことにより遅れ小電流を良好に
しゃ断できるような真空インクラブタの電極とその製造
方法を提供することを目的とする。

発明の概要 かかる目的を達成するために、本発明は、真空インタラ
プタの電極材料およびその製造方法を以下に示す（１）
〜（３）の構成としたものである。

（１）真空インタラプタの電極材料を、銅２０〜８０重
量係、クロム５〜４５重責係、鉄５〜４５重ｇ９ｇおよ
び炭化クロムＯ１５〜２０重量係よりなる複合金属で構
成した。

（２）上記（］）の蝮金合金を、クロム、鉄および炭化
クロムの各粉末を混合し、この混合粉末を非酸化性雰囲
気中にて前記各粉末の融点以下の温度で加熱し相互に拡
散結合せしめて多孔質の基材を形成し、次いでこの基材
に銅を非酸化性雰囲気中にて銅の融点以上の温度で加熱
して溶浸せしめて製造し友。

（３）上記（１）の複合金属を、クロム、鉄および炭化
クロムの各粉末を混合し、この混合粉末の上に銅を載置
するとともに非酸化性雰囲気中に収納し、先ず銅の融点
以下の温度で加熱し前記混合粉末を相互に拡散結合せし
めて多孔質の基材を形成し、次いで銅の融点以上の温度
で加熱して前記基材に銅を溶浸せしめて製造した。

実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照（７て貌１明する。

第１図は本発明に係る電極材料により形成された電極を
備えた真壁インクラブタの縦断面図である。第１図に示
すように、この真空インタラプタは１円筒状に形成した
ガラスまたはセラミックス等の絶縁物からなる２木の絶
縁筒１，１を、それぞれの両端に固着した鉄（Ｆｅ　）
−ニッケル（Ｎ１）−コバルト（Ｃｏ）合金またはＦｅ
−Ｎｉ合金等の金属からなる薄肉円環状の刺着金具２，
２．・・・の一方を介し同軸的に接合して１本の絶縁筒
にするとともに、その両端開口部を他方の＠層金具２，
２を介しステンレス鋼等からなる円板状の金ＰＡ端板３
，３により閉塞し、かつ内部を高真空（例えば５Ｘ１０
−’ＴＯｒｒ　以下の圧力）に排気して真空容器４が形
成されている。

そして、この真空容器４内には、１対の円板状の電極５
，５が、各金属端板３，３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を介し、接触離反（接離）自在に設けら
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等を同心状に囲繞する中間′螺位のシール
ドである。

ここに、前記各電極５は、Ｃｕ２Ｏ〜８０重量係。

クロム（Ｏｒ）５−４５重鴛係、鉄（Ｆｅ）５−４５重
量係および炭化クロム０．５〜２０重ｉ％よりなる複合
金属で形成されている。なお、この複合金属は、５〜３
０チの導電率（工ＡＯ８％　）を有するものである。

特に、この複合金属の組織状態が、Ｏｒ、Ｆｅおよび炭
化クロムの各粉末が拡散結合した多孔質の基−材にＯｕ
が溶浸された状態であれば最も好ましい。

次に、上記電極材料の各種製造方法について説明する。

第１の方法は、例えば粒径がそれぞれ一１００メツシュ
である、Ｏｒ、Ｆｅおよび炭化クロムを所定量機械的に
混合する。次に、この混合粉末をＯｒ。

Ｆｅ、炭化クロムおよびＯｕ　のいずれとも反応しない
材料（例えばアルミナ等）からなる容器に収納する。そ
して、この混合粉末を、非酸化性雰囲気中（例えば５　
、Ｘ　１０−’　以下の圧力の真空中、またｏｒｒ は水素ガス中、窒素ガス中およびアルゴンガス中）にて
前記各粉末の融点以下の温度で加熱保持（例えば６００
〜１０００°℃で５〜６０分間程度）し、相互に拡散結
合せしめて多孔質の基祠を形成する。

その後、この多孔質の基材の上ＶｃＯｕのブロックを載
置し、前述の如き非酸化性雰囲気中にてａＵの融点以上
の温度で加熱保持（例えば１１００”Ｃで５〜２０分間
程度）し、前記基材にＯｕを溶浸させる。

なお、この第１の方法は、多孔質の基材の形成作業とａ
Ｕ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。また、Ｏｕの溶浸方法は、上述の実施例
に限定されず、例えば水素ガス等のガス中にてまず多孔
質の基材を形成し、その後真輩引きによりＯｕを溶浸さ
せてもよい。

これに対し、第２の方法は、例えば粒径がそれぞれ一１
００メツシュである、Ｏｒ、Ｆｅおよび炭化クロムを所
定量機械的に混合する。次Ｖこ、この混合粉末をＯｒ、
Ｆｅ　、　Ｍ化りロムおよびＯｕのいずれとも反応しな
い材料（例えば゛Ｙルミナ等）からなる容器に収納する
とともに、混合粉末の上ＶこＯｕのブロックを載置する
。そして、これらを前述の如き非酸化性雰囲気中にて、
まずＯ，ｕの一点以下の幅度で加熱保持（例えば６００
〜］　０００”Ｃで５〜６０分間程厩）シ、前記混合粉
末を相互に拡散結合せしめて多孔質の晶相を形成し、次
いでＯｕの融点以上のね夏で加熱保持（例えばｎｏｏ′
ｃで５〜２０分間程ｔｘ）シて基材にＣｕを溶浸せしめ
る。

ここに、第１および第２の方法ともに、金属粉末の粒径
は、−１００メツシユ（１４９μｍ以下）に限定される
ものではなく、−６０メツシユ（２５０μｍ以下）であ
ればよい。ただ、粒径が６０メツシユより大きくなると
、各金属粉末粒子を拡散結合させる場合、拡散距離の増
大に伴って加熱温度を高くしたりまたは加熱時間を長く
したりすることが必要となり、生産性が低下することと
なる。一方、粒径の上限が低下するにしたがって均一な
混合（各金属粉末粒子の均一な分散）が困難となり、ま
た酸化し易いため、その取扱いが面倒であるとともにそ
の使用に際して前処理を必要とする等の問題があるので
、おのずと限界があり、粒径の上限は、種々の条件のも
とに選定されるものである。

さらに、前記電極材料は、上述の第１および第２の製造
方法のほかに、例えば（Ｊｒ、Ｆｅおよび炭化クロムの
金属粉末にＯｕをも粒末としてＯｕを含めた混合粉末を
形成し、これをプレス形成し、Ｏｕの融点以下またはＯ
ｕの融点以上でかつ他の金属の融点以下の温度に加熱保
持する方法により製造してもよい。この際、プレス成形
した素体の上［、さらにＯｕを載置してもよく、この場
合には加熱温度がＯｕの融点以上である必要がある。

なお、前記第１および第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。勿
論、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材料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、
大きさ等の条件および作業性等を考慮し、かつ所望の電
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
のであり、例えば６００℃で１〜２時間、または１００
０”Ｃで１０〜６０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の製造方法により、５　Ｘ　１０−”
ＴＯｒｒの真空中にて、まず１０００’Ｃで６０分間加
熱保持して多孔質の基材を形成し、次いで１１００″Ｃ
で２０分間加熱保持してＯｕを溶浸せしめた場合の３種
の本発明電極材料（複合金属）の組織状態を第２図から
第４図までに示すＸ線写真を用いて説明する。

なお、各電極材料の成分組成（重量俤）は、以下に示す
３種のものである。

実施例１　（、’ｕ５０−Ｏｒ５−Ｆｅ４０−Ｏｒ、０
．５実施例２０ｕ５０−Ｏｒ２０−Ｆｅ２０−Ｏｒｌｏ
、１０実施例３　０ｕ５０−Ｏｒ４０−Ｆｅ５−Ｏｒ　
ｓ　Ｏｓ　５第２図（Ａｌ−（Ｆｌ）　＃第３図（Ａｌ
−（］Ｉｌ）および第４図（Ａ）〜（Ｂ）は、それぞれ
実施例１．実施例２および実施例３の各成分組成の複合
金属の組織状態を示すもので、第２図（Ａ）、第３図（
Ａ）および第４図（Ａ）ノＸ線写真は、Ｘ線マイクロア
ナライザによる二次電子像で、ＯｒとＦｅと（ＪｒｌＯ
ｌとの各粉末が相互に拡散結合し均一に分散して一体化
された島状の粒子となり、かつ各島状の粒子が相互に結
合して多孔質の基材を形成するとともに、この基材の孔
（空隙）にＯｕが溶浸されている。

また、各図（ＢｌのＸ線写真は、Ｏｒの分散状態を示す
特性Ｘ線像で、島状に点在する白色の部分がＯｒである
。各図（（３１のＸ線写真は、　Ｆｅの分散状態を示す
特性Ｘ線像で、島状に点在する白い部分がＦｅである。

各図（Ｔ））のＸ線写真は、炭素（Ｃ１の分散状態を示
す特性Ｘ線像で、わずかに白く点在する部分が０の存在
を示す。さらに、各図（ＥｌのＸ＄４真はＯｕの分散状
態を示す特性Ｘ線像で、白い部分がａＵである。

第２図から第４図で判るように、Ｏｒ、ＦｅおよびＯｒ
、、ＣＩの各粉末が、相互に拡散結合して粒子となり、
各粒子がほぼ均一に分散した状態で互いに結合して多孔
質の基材を形成し、この基材に溶浸されたＯｕが、Ｏｒ
等と相互に拡散結合し、全体として強固な結合体（複合
金属）を形成している。

一方、前述の如く、第２の方法により製造した実施例１
の成分組成からなる本発明の電極材料を、直径５０１．
厚さ６．５　ｒａの円板に形成しかつその周縁を４１ア
ールの丸味を付けた電極にし、これを第１図に示すよう
な構成の真空インタ２ブタに１対の電極として組込んで
諸性能の検証を行なった。その結果は、下記に示すよう
になった。

（１）電流しゃ断能力 しゃ新条件が、定格電圧１２に−Ｖ　（再起゛電圧２１
１ｋｖ。

ＪＩＩＩＯ−１８１）　＃　Ｌや断速度１．２−１．５
　Ｖｓの時に１２ｋＡ　（ｒ−ｍ−８・）の電流をしゃ
断することができた。

なお、実施例２および３の成分組成のものも実施例１の
ものと同様の結果を示した。

（２）絶縁耐力 ギャップを３鶴に保持し、衝撃波を印加する衝撃波耐電
圧試験を行なったところ、±１１０ｋＶ　（バラツキ±
１０ｋＶ　）の絶縁耐力を示した。また、大電流（１２
］ｃＡ　）　の複数回しゃ断後に同様の試験を行なった
が、絶縁耐力に変化はなかった。さらに、進み小電流（
８０Ａ）のしゃ断後に同様の試験を行なったが、絶縁耐
力は殆んど変化しなかった。

なお、実施例２および３の成分組成のものの絶縁耐力は
、いずれも実施例」のものと同様の結果を示した。

（３）耐溶着性 １．３（ＩＰの加圧下で、２５ｋＡ（ｒ−ｍ・８・）の
電流を３秒間通電（工ＥＯ短時間鑞流規格）した後に、
２００すの静的な引き外し力で問題なく引き外すこと力
Ｓでき、その後の接触抵抗の増加は、４〜１０％にとど
まった。また、１０００にノの加圧下で、５ＱｋＡ（ｒ
−ｍ−８・１の電流を３秒間通電した後の引き外しも問
題なく、その後の接触抵抗の増加は、０〜６係にとどま
り、十分な耐溶着性を備えていた。

゛　なお、実施例２および３の成分組成のものの耐溶着
力も、実施例１と同様の結果を示した。

（４）遅れ小電流（誘導性の負荷）のしゃ断能力８４×
ＬＬｋ■、３０Ａの遅れ小電流試験（Ｊｇａ−１８１）
１丁 を行なったところ、電流さい断値は、平均１．１Ａ（標
準偏差σ。＝　１．２　’　、標本数ｎ　＝　１００　
）を示した。

なお、実施例２の成分組成のものの電流さい断値は、平
均１．４Ａ（ｆｆ。＝１．２　、　ｎ＝１００１を示し
、また、実施例３の成分組成のものの電流さい断値は、
平均１．３　Ａ　（σ１１＝　１．２　、　ｎ＝　１０
０　）を示した。

（５）進み小電流（答凰件の負荷）のしゃ断能力電圧、
８４×月’ｋＶ　、　８０　Ａの進み小電流試験（４「 、ｙＩＩｉｏ−１８１１を、１ｏｏｏｏ回行なったが杓
点弧は０回であった。

（６）導電率 ８〜１１チの導電率（ＩＡＯ８係）を示した。

なお、実施例２および３の成分組成のものも、実施例１
のものと同様の結果を示した。

（７）硬度 硬度は、１１２−１９４Ｈｖ　（１，ＫＰ　ｌを示した
。

なお、実施例２および３の成分組成のものの硬度も実施
例１のものと同様の結果を示した。

さらに、実施例１の成分組成の電極材料を用いた真空イ
ンタラプタと、従来の（Ｊｕ−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、下記に
示すようになった。

（１）ｆｉ流しゃ断能力 両者同程度であった。

（２）絶縁耐力 従来のＯｕ−０，５Ｂ　ｉ電極のものは、ｌＯｍのギャ
ップで、実施例１の成分組成による電極の真空インタラ
プタと同じ絶縁耐力であった。したがって、本発明に係
る電極を備えた真空インタラプタは、従来の０ｕ−０，
５Ｂｉ　ｔｌ！極のものの、約３倍の絶縁耐力を有して
いた。

（３）耐溶着性 本発明に係る電極の耐溶着性は、従来の０ｕ−３，５Ｂ
１　電極のそれの７０係であるが実用上殆んど問題なく
、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。

（４）遅れ小電流のしゃ断能力 本発明に係る電極の電流さい断値は、従来の０ｕ−０，
５Ｂｔ　電極の電流さい断値の約１／１０　と小さいの
で、さい断サージが殆んど問題とならず、かつ開閉後も
その値が変化しない。

（５）進み小電流のしゃ断能力 本発明に係る電極は、従来のＯｕ−’０．５Ｂｉ電極に
比して２倍のキヤパンタンス答量の負荷をしゃ断するこ
とができる。

なお、前記実施例２および３の成分組成に係る電極も、
従来の（３ｕ’−０，５Ｂｉ電極との比較において、上
述した実施例１の成分組成に係る電極とほぼ同様の性能
を示した。

また、前記実施例においては、炭化クロムとしてＯｒ、
０２を用いたが、本発明はかかる実施例に限定されるも
のではなく、Ｃｒｙ（ｊｌまたはＯｒ！３　（３６を用
いてもほぼ同様の結果が得られる。

ところで、複合金属の成分組成が、０ｕ２０〜８０重量
係、Ｏｒ５〜４５　重量憾（、≦訃Ｆｅ５〜４５重量係
および炭化クロム０．５〜２０重量係の組成範囲以外の
場合には、満是する緒特性を得ることができなかった。

すなわち、Ｏｕが２０重量％未満の場合Ｖこは、導電率
の低下が急激に大きくなり、短時間・ＨｔＨ，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′醒
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
した。また、Ｏｕが８０重量係を越える場合には、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。

また、Ｏｒ　が５重量係未満の場合には、電流さい断値
が高くなり、遅れ小電流しゃ断能力が低下し、４５重量
係を越える場合には、大電流しゃ断能力が急激に低下し
た。Ｆｅが５重量係未満の場合には、さい断電流値が高
くなり、４５重量係を越える場合には、大電流しゃ断能
力が急激に低下した。さらに、炭化クロムが０．５重量
係未満の場合には、電流さい断値が急激に高くなり、２
０重量係を越える場合には、大電流しゃ断能力が急激に
低下した。

発明の効果 以上のように、本発明の真空インタラプタの電極材料は
、０ｕ２０−８０重量％　、　ａｒ！５−４５重量係。

Ｆθ５〜４５重量係および炭化クロム０．５〜２０重Ｊ
１重上１なる複合金属であるので、従来の、例えば０ｕ
−０，５Ｂ１１Ｍ、極と同様の優れたしゃ断能力を発揮
でき、しかも絶縁耐力をも飛躍的に向上させることがで
きる。また特に、さい断′成流値が従来のものに比し極
めて低いので、遅れ小電流を良好にしゃ断することがで
きる。

さらに、この複合金属の組織状態が、Ｏｕ　以外の金属
の各粉末が拡散結合した多孔質の基材に、Ｏｕが溶浸さ
れた状態であれば、機械的強度および導電率を一層高め
ることができる。

一方、本発明の真空インタラプタの電極材料の製造方法
によれば、複合全編を構成する各金属間の結合が良好に
行なわれ、その分散状態を均一にでき、本発明の電極材
料の有する前記電気的特性、特にさい断電流値を著しく
低くでき、また機械的特性の向上も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空インタラプタの電極材料による電
極を備えた真空インタラプタの縦断面図、第２図（Ａ）
　、　（Ｂｌ　、　（ｏｌ　、　（ｎ）　＊　（Ｋｌ、
第３図（Ａｌ　、　（Ｂｌ　、　（ｏｌ　。 （Ｄｉ　、　（Ｉ）および第４図（Ａｌ　、　（Ｂｌ　
、　Ｕ　、　（Ｄ）　、　＠）はそれぞれ本発明の電極
材料の異なる成分組成における組織状態を示すＸ線写真
である。 ４・・・真空容器、５・・電極棒、６川電極。 第１図 ０Ｐ 第４　図（Ｃ２） 第４図（１）） 図ＣＢ 第４図（Ｄ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅２０〜８’Ｏ重量係、クロム５〜４５重量係、
   鉄５〜４５重量％および炭化クロム０．５〜２０重１に
   係よりなる複合金属であることを特徴とする真空インタ
   ラプタの電極材料。
2. （２）前記複合金属の組織状態が、クロム、鉄および炭
   化クロムの各粉末が拡散結合した多孔質の基材に銅が溶
   浸された状態であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の真空インタラプタの電極材料。
3. （３）クロム、鉄および炭化クロムの各粉末を混合し、
   この混合粉末を非酸化性雰囲気中にて前記各粉末の融点
   以下の温度で加熱し相互に拡散結合せしめて多孔質の基
   材を形成し、次いでこの基材に銅を非酸化性雰囲気中に
   て銅の融点以上の温度で加熱して溶浸せしめ、銅２０〜
   ８０重量噛、クロム５〜４５重量係、鉄５〜４５重ｉ［
   および炭化クロム０．５〜２０重量嗟よりなる複合金属
   とした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。
4. （４）　クロム、鉄および炭化クロムの各粉末を混合し
   、この混合粉末の上に銅を載置するとともに非酸化性雰
   囲気中に収納し、先ず銅の融点以下の温度で加熱し前記
   混合粉末を相互に拡散結合せしめて多孔質の基材を形成
   し、次いで銅の融点以上の温度で加熱して前記基材に銅
   を溶浸せしめ、銅２０〜８０重量嗟、クロム５〜４５重
   量％、鉄５〜４５重量重量上び炭化クロム０．５〜２０
   重量％よりなる複合金属とした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。