JPS6141091B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、真空遮断器用接点に関する。 一般に真空遮断器用接点においては、次の特性
を満足することが要請される。 １ 遮断性能が大きいこと ２ 耐圧が高いこと ３ 接触抵抗が小さいこと ４ 溶着力が小さいこと ５ さい断値が小さいこと ６ 消耗が少ないこと 而して現実にはこれらの特性がすべて優れた接
点を得ることは困難であり、このため通常は用途
に応じて特に必要な特性を十分に満足せしめ他の
特性を多少犠性にした接点を使用するようにして
いる。例えば従来の真空遮断器用接点において
は、その材質としてCuBi合金が主として用いら
れているが、Biの含有量が0.5重量％以下の場合
にはさい断値が大きくなり、逆にBiの含有量が
0.5重量％を越える場合には耐圧が相当低くな
る。 本発明は以上の如き事情に鑑み、高耐圧大電流
用として優れた特性を有する真空遮断器用接点を
提供するものである。 以下図面によつて本発明の実施例を説明する。 本発明においては、平均粒径が５μ以上のCu
粉末と、平均粒径100μ以下のCr粉末と、Bi粉末
とを混合し、この混合体を粉末冶金法により水素
ガス雰囲気中にて焼結せしめることにより前記
Cu，Cr及びBiの三者の合金焼結体を得、この焼
結体を材質として真空遮断器用接点を構成せしめ
る。 本発明接点は以上のようにCrを含有するため
耐圧を高くすることができる。真空中における
Crの耐圧が高いことは公知であるが、Crは耐熱
性金属であるため熱電子放射特性が強く、従つて
Crのみより成る接点には大きな遮断性能を有せ
しめることができず、又Crは導電率が小さい金
属であるからそのままでは接点が大きな接触抵抗
を有するものとなり、大電流容量の真空遮断器用
接点としては温度上昇の点で実用に供し得ない。 斯かるCrの欠点は、本発明の如くにCuを添加
することにより著しく改善される。即ちCu，Cr
合金より成る接点は高耐圧大電流用として優れた
特性を有する。しかしさい断値及び溶着力が大き
い欠点が残る。本発明においては更にBiが添加さ
れるため、この欠点も解消される。即ちBiは、主
として低融点を有すること等の理由によりさい断
値低減材料として有効であり、同時に、主にして
負の熱膨脹係数を有すること等の理由により溶着
力低減材料として有効である。従つてBiの添加に
より、CuCrより成る接点に対してその優れた特
性を保持せしめたままさい断値及び溶着力を大幅
に低減せしめることができる。 而してBiのCuに対する個溶限度は実験で確認
したところ0.5重量％であり、従つてCuCrBi合金
焼結体におけるBi含有量がCuに対して0.5重量％
を越えるときにはBiの一部は合金組織粒界に単体
として存在する状態となる。斯かる状態の焼結体
より成る接点は、BiのすべてがCuと固溶状態に
ある焼結体より成る場合に比して、はるかに小さ
いさい断値と溶着力を有するものとなり、Bi添加
による効果を大きく確実に得ることができるが、
一方耐圧は後者より低下する。従つて、さい断値
及び溶着力が小さいことが要請される場合には、
Cuに対して0.5重量％を越える量のBiを添加した
焼結体により接点を構成せしめ、又耐圧が高いこ
とを犠性にすべきでない場合には0.5重量％以下
のBiを添加した焼結体により接点を構成せしめれ
ばよい。尤も何れの場合においても、総合的に従
来より優れた特性を具えた接点が得られる。 本発明接点の材料である焼結体は粉末冶金法に
より得られるものであるから、成分であるCu，
Cr，Biの三者が互に十分に均一に分散した状態
とすることが容易であつて安定した特性を得るこ
とができる、従来この分野においては鋳造法が採
られているが、鋳造法を用いた場合には、Biの融
点が270℃とCu又はCrに対して極端に低いこと等
の理由により、十分に三者が均一に分散した状態
の合金を得ることは極めて困難である。第３図Ａ
及びＢは夫々参考のために掲げたCu−Bi系の状
態図である。 又本発明においては用いるCu粉末の平均粒径
が５μ以上であるため、例えば平均粒径３μ程度
のCu粉末を用いた場合に比して水素還元減量及
び低沸点不純物の何れをも大幅に減少せしめるこ
とができ、従つて酸素含有量及び低沸点不純物含
有量を平均粒径３μのCu粉末に比較して大きく
減じることができる。これは、不可避不純物が混
入することによる接点材料の性能の低下を防止す
るだけでなく、真空遮断器を製造する際のロー付
等の工程において、接点以外の部品をそれら不純
物による汚染から保護する意味からも非常に重要
であり、最終製品としての真空遮断器の性能を低
下させないために、原材料を吟味する必要があ
る。本発明において、発明者らは種々のCu粉末
を調査したがその結果平均粒径５μ以上のCu粉
末であれば水素還元減量が少なく、低沸点不純物
の含有量が非常に小さいことを実験で確認した。 第４図はCu粉末の平均粒径と水素還元減量及
びPb含有量との関係を夫々実線及び破線で示す
曲線図である。この図から明らかなように、平均
粒径５μのCu粉末を用いたときの水素還元減量
及びPb含有量は、平均粒径３μのCu粉末を用い
た場合に比して夫々50％以下及び10％以下とな
り、平均粒径５μ以上のｕ粉末を用いることによ
つて確実に所期の好適な合金が得られることが理
解される。 更にCrは合金においてCuマトリツクス中に均
一に分散されることが必要であるが、本発明にお
いては、平均粒径が100μ以下のCr粉末を用いる
ためCrを十分にCuに分散せしめることが容易で
ある。又、実際に真空遮断器として電流を開閉す
る場合、接点表面に形成される電流アークスポツ
トは、電流が大きい場合には余り問題がないが数
百Ａまでの電流領域ではスポツトサイズが100μ
ｍ以下となる。従つてCr粒子の大きさが100μｍ
より大きくなると、スポツトが全てCr粒子に当
る確率が高くなる。これは先に述べたようにCr
の熱電子放射特性が強いため、遮断性能に悪影響
を及ぼす可能性がある。本発明では合金の均一分
散と特性面からCr粉末の平均粒径を100μｍ以下
とすることで良好な接点を得た。 又Crは優れた高耐圧材料であるが同時に非常
に酸化され易く、このため鋳造法によつて
CuCrBi合金を得ることは困難である。然るに本
発明においては当該合金を、強力な還元作用を有
する水素ガス雰囲気中で焼結せしめることにより
製造し、これを材質として使用するためCrが酸
化されることがなく、特性の良好な接点が得られ
る。又Biは優れたさい断値及び溶着力低減材料で
あるが同時に低融点の高蒸気圧材料であつて真空
焼結法によりその合金を得ることは困難である。
しかし本発明に従い、大気圧以上の水素ガス雰囲
気中において焼結することによりBiの蒸発飛散を
防止することができ、所望の成分割合を有する
CuCrBi合金を得ることができる。 次に本発明接点の特性に関する実験について説
明する。 下表に従つて合金９種類の試料接点ａ〜ｉを作
製した。ここに用いたCuは平均粒径５μ、Crは
平均粒径100μのものである。製造方法は目標の
配合比にCu粉末、Cr粉末、Bi粉末を秤量し、ボ
ールミルで２時間混合を行つた。続いて、所望の
形状の金型に上記混合粉末を充填し、単位面積当
り1Tonの荷重を加え、圧粉体をを得た。これら
圧粉体を水素雰囲気中1080℃で２時間焼結し、接
点材料を得た。これら焼結体を機械加工した後、
真空遮断器に組込み、テストを行つた。

【表】 以上の試料接点ａ〜ｉのさい断値を調べた結果
を第１図に示す。この第１図から明かなように、
Biを含有する本発明接点のさい断値は、BiのCu
に対する割合の増加と共に小さくなり、基本的に
Biを含有しない試料接点ａ〜ｃ、Biを含有するが
Cuの固溶限度以下の接点ｄ〜ｆ及びCuの固溶限
度を越えたBiを含有する接点ｇ〜ｉの３群に分類
することができ、更にCuに対して１重量％のBi
を含有する接点ｇ〜ｉのさい断値は最大1.5A、
平均1.05Aと極めて小さい、従来真空電磁接触器
用として使用されているAg−WC合金より成る接
点ｘ、或いは数十％ものBiを含有すCuBiより成
る接点のさい断値に比してなお十分に小さい値と
なる。 又前記９種の試料接点について一定電圧を一定
時間印加したときの放電回数により耐圧を調べた
結果を第２図に示す。この図から明らかなよう
に、さい断値についての場合と同様にBiの添加量
によつて３群に分類することができ、しかもBiを
Cuに対して0.5重量％含有する試料接点ｅ、ｆに
ついては、Biを含有しない試料接点ａ〜ｃに匹敵
する耐圧を有する。 これらの結果より、BiがCuにすべて固溶して
いる接点（試料ｅ，ｆ）はBiを含有しない接点と
比較して、耐電圧性能を低下させず、さい断値を
低下させることができる。一方BiをCuに対する
固溶限以上含有した接点（試料ｇ、ｈ、ｉ）は、
耐電圧性能は若干劣つているがさい断値を大きく
低下させることができる。また耐溶着性能につい
てはBiを0.3重量％程添加することで、Biを含有
しない接点と比較して10分の１以下の操作力で引
外すことが出きることを確認した。従つてBi添加
量を任意に変えることで各々の用途に適した接点
を供給することが出来る。 以上のほか、表面硬度、接触抵抗、遮断時のア
ーク時間等他の特性についても調べたが、その何
れについても本発明による試料接点は優れてい
た。また、発明者らは、これら合金の分析を行
い、CuとCrとBiの状態を調査した。この結果Bi
含有量がCuに対し0.3，0.5重量％の試料や第５図
Ａに示すようにCuにCrが分散している状態が観
察され、BiはCuの中に溶け込んでいることが判
つた、一方Bi含有量がCuに対し１重量％の試料
は第５図Ｂに示すようにBiがCuの結晶粒界もし
くはCuとCrの粒界に析出しており、Cuの中にも
溶け込んでいることが判つた。 以上のように本発明によれば、高耐圧大電流用
として極めて優れた諸特性を有する真空遮断器用
接点を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は接点の組成とさい断値との関係を示す
特性図、第２図は接点の組成と耐圧との関係を示
す特性図、第３図Ａ及びＢは夫々Cu−Bi系及び
ｒ−Bi系の状態図、第４図はCu粉末の平均粒径
と水素還元減量及びPb含有量との関係を示す特
性曲線図、第５図Ａ及びＢはCu−Cr−Biの三元
系合金焼結体における拡大組織図で、ＡはBiの固
溶状態を、ＢはBiが一部単体状態をそれぞれ示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平均粒径が５μ以上の銅粉末と、平均粒径が
   100μ以下のクロム粉末と、前記銅粉末に対して
   0.5重量％以下のビスマス粉末との混合体を水素
   ガス雰囲気中で焼結する混合焼結によつて得られ
   る焼結体より成り、ビスマスのすべてが銅に固溶
   していることを特徴とする真空遮断器用接点。 ２ 平均粒径が５μ以上の銅粉末と、平均粒径が
   100μ以下のクロム粉末と、前記銅粉末に対して
   0.5重量％を越える量のビスマス粉末との混合体
   を水素ガス雰囲気中で焼結する混合焼結によつて
   得られる焼結体より成り、ビスマスの一部が単体
   状態で含有されていることを特徴とする真空遮断
   器用接点。