JPS6142828A - 真空コンタクタおよびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、真空コンタクタの真空パルプの中に組み込
むための接点材料として、銅とクロムとから成る溶融生
成材料を新たに使用することに関する。更にこの発明は
、接点材料自身及びその製法、並びにかかる材料から成
る接触子及びその製造方法、並びに真空コンタクタ用真
空バルブの中における特殊な接触子配置にも関する。

［従来の技術］ 銅とクロムとから成る材料は現在の技術水準において周
知である。この材料が接点材料として使用される限りに
おいて、この材料は一貫して真空遮断器のために用いら
れている。かかる遮断器例えば高圧遮断器においては、
ｋＶ領領域おける高い電圧とｋＡ領領域おける大きい電
流とを同様に遮断することが重要である。遮断器におけ
る遮断頻度は比較的小さいので、遮断器の寿命は二。

三万回の遮断回数に設計される。

遮断器の外に真空コンタクタもまた真空開閉機器の部類
に属する。真空コンタクタはその長い寿命に特色があり
、通常は定格電流において百万回以上の遮断回数を０指
している。

真空コンタクタの接触子のための材料については、必要
な長寿命に基づいて特に焼損特性に関して特別に高い要
求が設けられる。一方では全寿命期間巾約５ｋＡの短絡
電流を確実に遮断しなければならず、他方では同時に良
好な溶看特性すなわち低い溶着力を要求されるので、短
絡投入電流の後にでも接触子の開極が保障されている。

最大頻度のさい断電流値はその線用らかに５Ａ未満とす
べきである。

真空コンタクタのための接点材料としてタングステンと
銅とをベースにした複合材料を用いることが知られてい
る。その際タングステン（Ｗ）は高融点の従って特別に
焼損に耐える成分として利用され、一方ｎ４ｃｃｕ）は
電気的及び熱的に伝導性の良い材料として接触面の過熱
を防ぐ、高融点の成分から成る骨組みの焼結とそれに続
く低融点の成分の骨組みへの含浸とによりかかるＷ　−
Ｃｕ材料が作られるので、比較的佛点の低い材料による
骨組み冷却効果も同様に過熱を防ぐために利用できる。

溶着力とさい断電流を低下するために、通常他の金属成
分例えばテルル又はアンチモンが添加される。

タングステンと銅とのペースから成る材料は、遮断電流
的３ｋＡまでの高電圧領域における真、空コンタクタの
ために採用されて好成績である。特に１ｋＶまでの低電
圧領域における遮断電流と遮断回数とに関する高まった
技術的要求により、Ｗ−Ｃｕ材料が条件付きでしか満た
すことができない接点材料の改良が必要である。その理
由はこのシステムの特別な焼損機構にある。すなわちア
ーク負荷の際に陰極足点においては極端に高い温度に起
因して銅とタングステンとが同時に溶融気化するけれど
も、しかしながら比較的温度負荷が少ない足点の周辺に
おいては主として銅が骨組みから蒸発する。それによっ
てごく多数の定格電流遮断又は一連の大電流遮断の経過
後に１組織の中の局部的な銅欠乏従って接触面における
タングステン富化箇所の形成に至る。それ故に頻度の高
い遮断により負荷されたＷ−Ｃｕ接触面の典型的な構造
はき裂の入った領域やうろこ状の領域を含む。

上記の表面構造は絶縁上の理由と熱的な理由とから当然
遮断特性を制限し、従って接点材料の寿命を制限する。

従来適切な組成比と特別な粒度との選択により接点材料
は特別に要求された特性に向けて最適化された。しかし
ながら特に低電圧領域において改善された焼損特性を有
する別の接点材料を探し求めることが要求されている。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は、初期状態においてタングステン−銅（ＷＣ
ｕ）と同様な良好な遮断特性をできる限り有し、しかし
ながらその上に、より良好な焼損特性によって高い短絡
電流強度を一貫して保ちつつ心配のない長寿命を有する
ような、接点材料を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的は、クロムと銅とから成る溶融生成材料を使用
することにより達成される。特開昭５９−１４３０３１
号公報に記載の方法により製造された銅クロム溶融合金
が、低電圧領域及び高電圧領域における真空コンタクタ
の真空バルブの中の接点材料としてすばらしく適してい
ることが発見された。

発明に先立って冶金学的及び特に熱力学的の関係の解析
が行われた。複合の接点材料の有利な特性を利用するた
めに、探し求める材料は複合材料であることが望まれた
。上記のタングステン−銅の不利な焼損機構の原因は、
とりわけ従来使用された両金属の著しく異なる蒸気圧の
せいであることが認められた。この発明は、その構成要
素が他の特性は異なってもできるだけ類似の蒸気圧を有
するような、金属組み合わせを探さなければならないと
いう知見に基づいていた。かかる組み合わせは特にクロ
ムと銅とをベースとする材料により与えられる。

既に述べたようにクロムと銅とをベースとする材料は接
点材料としてそれ自体知られている・しかしながらこの
材料は従来、電流的にもまた電圧的にも高負荷の中圧真
空遮断器の接触子として有利に使用された。この用途に
対しては、有利な平らな焼損形状とそれに由来する良好
な絶縁強度とが利用された。そこでは多い遮断回数が要
求されないので、クロム−銅の大遮断電流のときの高い
焼損率は容易に許容できる。

特に真空遮断器において予想された焼損率に基づいて、
従来クロム−銅材料は専門家達から真空コンタクタに対
しては役に立たないと見なされた６例えば既知の接点材
料のかかる適用区分は。

アー・カイル（Ａ、Ｋｅｉ１）らの研究書゛電気接点と
その材料（Ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅ　Ｋｏｎｔａｋｔｅ
　ｕｎｄ　１ｈｒｅＷｅｒｋｓｔａＨ）　”　、シュプ
リンガ−（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）出版社、１９８４年、第
４．３章、“開閉機器（Ｓｃｈａｌｔｇｅｒａｅｔｅ　
）”、特に第４．７表、第３５９ページから引用できる
。

この発明により驚くべきことに、クロム−銅をベースと
する材料もまた真空コンタクタに使用可能であることが
認められた。それにより専門家達において支配的であっ
た先入観が打破された。

予期に反してこの材料の耐焼損強度が特にコンタクタの
条件の下で証明できた。この条件においてかかる材料は
短絡電流遮断能力を維持しながら、定格電流における要
求された百万回以上の遮断回数を容易に満たす０例えば
６００Ａの定格電流による測定において、約百万回の遮
断の際に焼損高さは接触子当り１ｍｍ未満であった。２
倍の定格電流では遮断回数三十万回において同様に接触
イ邑り１ｍｍ未満の焼損が確認された。

上記の予期しなかった良好な焼損特性の解明は、真空コ
ンタクタにおける遮断器とは異なったアーク形成に探し
求めることができるであろう。

その際特に両成分の非常に近い蒸気圧に基づく類似の気
化特性が重要な根拠となる。

この発明の枠内において重量成分比でクロム約２５％な
いし６０％の組成を有する溶融生成材料が上記の使用に
対し適することが実験により確認できた。好ましくはア
ーク溶融による溶融冶金的な製造の後、かかる接点材料
は十分な特性を有することが判明した。この材料は既に
クロムの樹枝状結晶の列状の配向を有する。このクロム
の樹枝状結晶の列状の配向が接触子の接触面に対し垂直
に延びるように、溶融生成材料は押し出し変形されるの
が有利であり、それによって接触面に対し垂直な指向性
組織が生まれる。押し出し変形は完全前方押し出し成形
機を用い６０％を超える変形率により行われるのが有利
である。

特に低い溶着力と低いさい断電流のような材料について
の要求は、一般的にクロム−銅基本材料に゛より満たす
ことができることが示された。しかしながら特別の場合
には要求された特性がテルル、アンチモン、ビスマス及
び／又はスズの特殊添加物によっても改善できる。かか
る添加物を添加するために種々の方法、例えば溶かし込
み、拡散浸透又は凹所への挿入が可能である。

更に：ｇ断動作における有利な特性を失うことなく、真
空コンタクタの真空バルブが添加物の異なる溶融生成材
料から成る接触子による対になっていない接触子配置を
有することかでさることもまた示された。

［実施例Ｊ この発明の更に別の特徴及び詳細を複数の実施例につい
ての下記の説明の中で述べる。その際部分的に図面を参
照する。

実施例１： 重量成分比で銅（Ｃｕ）６０％及びクロム（Ｃｒ）４０
％の組成の混合粉末から、アーク溶融法により溶融生成
ブロックを作る例を説明す　　　“る０例えばこの素材
は直径８０ｍｍ、長さ４００ｍｍの寸法を持つものとす
る。このために対応する組成の粉末混合物は均衡状態で
３０００ｂａｒの圧力の下でプレスされ、続いて真空中
で銅融点の下すれすれの温度で、又は液相形成の場合は
銅融点の約５０６Ｃ上の温度で焼結される。焼結された
素材は消耗電極としてアーク溶融炉の中に挿入され、保
護ガスとしてのヘリウムの中で溶かし直される。要求さ
れる高いエネルギー密度を達成するために、上記寸法に
おいてアーク電流は少なくとも１００ＯＡでなければな
らない、溶は落ちた電極材料は水冷の銅鋳型の中で凝固
する。

重量成分比で銅６０％とクロム４０％の組成の代わりに
、クロム２５％ないし６０％の範囲の他の組成を選ぶこ
ともできる。

こうしてアーク溶融により造られた溶融生成ブロックか
ら、続いて完全前方押し出し成形機により接触子のため
の半製品が製作される。その際変形率は６０％を超えた
値例えば７８％が適用される。

この場合溶融生成ブロックの押し出し変形により７５ｍ
ｍの素材直径から半製品としての３５ｍｍの棒直径が生
まれる。この半製品は指向性組織を有し、このＭ１＃ｆ
ａにおいて今や特に、材料の中に存在するクロムの樹枝
状結晶が優位偏光方位を有する列状の配向の中に存在す
る。そしてこの棒から、場合によっては汚れた表面の旋
削の後に、例えば５ｍｍの厚さの円板が接触子として切
り出されるので、存在する指向性組織に垂直な接触面が
必然的に生じる。

実施例２： 実施例１に示すような溶融冶金的製造の後に、８０ｍｍ
の直径の溶融生成ブロックが厚さ５ｍｍの円板に切断さ
れる。そしてこの円板から直径３５ｍｍの三つの接触子
を打ち抜くことができる。

実施例１又は実施例２により仕上げられた接触子は真空
コンタクタの真空バルブの中に組み込むことができる。

しかしながら実施例３ないし実施例５で図を引用して記
述したように、前もって特殊な添加成分を接触子の中に
添加することもできる。

実施例３： 重量成分比で銅（Ｃｕ）５８．５％、クロム（Ｃｒ）３
８．５％及びテルル（Ｔｅ）３％の組成の接触子を作る
例を説明する。この目的のためにまず実施例１に従って
アーク溶融と続いて押し出し変形とにより銅とクロムと
から成る接触子が製作される。このために重量成分比で
銅６０％とクロム４０％の組成が選ばれる。押し出し変
形と切断の後に作られた接触子円板の中にテルルを合金
として溶かし込もうとする。

後者の工程を第１図ａ、ｂｔ−参照しながら明らかにす
る。ＣｕＣｒ円板ｌは適切な形状のグラファイトるつぼ
２の中にグラファイト紙３を中間ライナとして挿入され
る。ＣｕＣｒ円板１の上面上にはテルル粉末４が過剰に
載せられる。続いてるつぼ２は１１５０’Ｃに加熱され
、保護ガスの中で約１時間保持される。こうして要求さ
れた組成の接触子５が生まれ、その際提供されたテルル
は定量的に合金として溶かし込まれている。

テルル含有量は溶着力とさい断電流とに対する要求に応
じて０．１％ないし１０％とすることができ６゜ テルル（Ｔｅ）に対して述べた同様な方法で。

アンチモン（Ｓｂ）、　ビスマス（Ｂｉ）又はスズ（Ｓ
　ｎ）又はこれら金属の組み合わせを接触子の中に添加
することができる。

実施例４： 重量成分比で銅（Ｃｕ）４８．５％、クロム（Ｃｒ）４
８．５％及びアンチモン（Ｓｂ）３％の組成の接触子を
作る例を説明する。まず再び重量成分比で銅５０％とク
ロム５０％の組成の接触子が、アーク溶融とそして続い
て押し出し変形とにより造られる０円板に切断分ｇｌ後
アンチモンが拡散により添加される。このために接触子
に凹所が切り込み加工され、この凹所の中にアンチモン
が挿入される。

後者の工程を第２図ａ、ｂにより明らかにする。銅−ク
ロム接触子２０は凹所２１を備えほぼ皿鉢形に形成され
ている。接触子はＡｌ２Ｏ３製の板２２の上に置かれて
いる。接触子２０の凹所の中にアンチモン粉末２３が入
れられる。保護ガスの中で約１０００°Ｃに加熱し約２
時間保持した後に、上記の組成比を有する拡散領域２４
が銅−クロム円板の中に発達する。拡散領域２４の深さ
の形成並びにアンチモン濃度は温度保持時間並びにアン
チモン供給量により制御できる。

第３図ａ、ｂを参照しながら別の可能性を明らかにする
。ここではＡｌ２Ｏ３製のるつぼ３１の中に銅−クロム
円板３０が置かれ、るつぼは炭素から成る板３２をかぶ
せられている。Ａｌ２Ｏ３製るつぼ３１の底面と銅−ク
ロム円板３０との間にはアンチモン粉末３３が過剰に存
在する。約１０００°Ｃに加熱後約２時間保つと、下の
方から拡散領域３４が発達する。拡散領域の深さは期待
される焼損に応じて設定される。

同様な方法でアンチモン（ｓ　ｂ）の代わりに、スズ（
Ｓ　ｎ）もしくはアンチモン、テルル及び／又はスズか
ら成る組み合わせもまた接触子に添加することができる
。

実施例５： 局部的に添加物を添加した接触子を作る例を説１月する
。このために実施例１又は実施例２において記述した方
法により、再び重量成分比で例えば銅５０％とクロム５
０％の組成の円板形接触子がまず造られる。この接触子
の上面の適切な場所に凹所が、例えば中心穴として、又
は複数の穴の形で、又はリング溝として切り込み加工さ
れる。

続いてこの凹所の中に銅−クロム共融混合物の融点より
低い融点を有する金属又は合金が、か粒又は適切な形状
で挿入される。金属；テルル、アンチモン又は合金；テ
ルル化アンチモン、テルル化ビスマス又はテルル化スズ
が有利であることが判明した。添加成分は凹所の中で溶
融される。

後者の工程を第４図ａ、ｂを参照しながら明らかにする
。中心穴４１を有するＣｕ−Ｃｒ円板４０が、蓋４３を
有するグラファイトるっぽ４２の中に置かれる。穴４１
の中に添加成分が入れられる。溶融の後に、接触面とし
て用いられる接触子４０の」二面上の薄い層４６がこの
添加成分から形成される。

末完ＩＪｊによれば、真空コンタクタに適用するために
、対になっていない配置を構成するという可能性が特に
生じる。真空バルブの中に鉛直に組み込むための接触子
配置は、一つの接触子が実施例１又は実施例２に示され
た組成の銅−クロムから成り、一方これに従属する対向
する接触子が特殊な添加物を含有する銅−クロムから成
るように、設計されるのが有利であることが示された。

後者の接触子は実施例３ないし実施例５に相応して構成
することができる。真空バルブにおいて特に上側の接触
子は、゛押し出し変形有り又は無しの純粋な溶融生成材
料から成ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は接触子円板の中に特殊添加物を添
加するための種々の方法を示す説明図である。 １．２０．３０．４０・・・接触子円板、４　、２’３
　、３３　、４５・・・添加物粉末、　　５゜２４．３
４．４６・・・添加領域、　　２１，４１・・―凹所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）低電圧領域及び高電圧領域における真空コンタクタ
   の真空バルブに組み込むための接点材料として、銅とク
   ロムとから成る溶融生成材料を使用することを特徴とす
   る真空コンタクタ用接点材料。 ２）溶融生成材料が重量成分比でクロム （Ｃｕ）２５％ないし６０％の組成を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の接点材料。 ３）溶着力を低減するために金属；テルル （Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス （Ｂｉ）及び／又はスズ（Ｓｎ）もしくはこれらの合金
   の内の少なくとも一つから成る添加物が添加されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の接点材料
   。 ４）添加物の重量成分比が０．１％ないし１％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の接点材料。 ５）アーク溶融により銅とクロムとから成る溶融生成ブ
   ロックが作られることを特徴とする真空コンタクタ用接
   点材料の製造方法。 ６）溶融生成ブロックが溶融冶金工程の後に押し出し変
   形を受け、それにより接触子のための半製品が造り出さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の製造
   方法。 ７）押し出し変形により指向性組織が造り出され、この
   組織においてクロムの樹枝状結晶が一つの優位偏光方位
   に伸びていることを特徴とする特許請求の範囲第６項記
   載の製造方 法。 ８）押し出し変形が完全前面押し出し成形機により行わ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の製造
   方法。 ９）押し出し変形率が６０％を超えることを特徴とする
   特許請求の範囲第８項記載の製造方法。 １０）銅とクロムとから成る溶融生成材料から形成され
   、接触面が指向性組織に垂直に配置されていることを特
   徴とする真空コンタクタ用接触子。 １１）接触子の接触面を出発点として定められた浸透深
   さまで添加物が添加されたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１０項記載の接触子。 １２）添加物が接触子の接触面上の定められた場所にだ
   けに局部的に存在することを特徴とする特許請求の範囲
   第１０項または第１１項記載の接触子。