JPS6335049B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は真空インタラプタの電極とその製造方
法に関する。 一般に、真空インタラプタの電極は、 (1) 大電流をしや断する能力が高いこと、 (2) 絶縁耐力が高いこと、 (3) 耐溶着性が良好なこと、 (4) 小電流を良好にしや断できること、 等の条件を満足することが要求される。 従来、上述した条件を満たすべく、銅に微量の
高蒸気圧材料（低融点材料）を含有せしめた合金
材料からなる電極、たとえば米国特許3246979（特
公昭41―12131）に示す銅に0.5％のビスマスを含
有せしめてなる電極（以下、「Cu―0.5Bi電極」
と称す。）および米国特許3596027（特公昭48―
36071）に示すもの等が知られているが、かかる
Cu―0.5Bi電極等は、大電流しや断能力、耐溶着
性および導電率に優れてはいるものの、絶縁耐
力、特にしや断後の絶縁耐力が著しく低下すると
ともに、電流さい断値が10Aと高いため、しや断
時にさい断サージを発生することがあり遅れ小電
流を良好にしや断し得ず、負荷の電気機器の絶縁
破壊を招来するおそれがある等の問題がある。 また、Cu―0.5Bi電極等の欠点を解消すべく、
銅と低蒸気圧材料（高融点材料）との合金材料か
らなる電極、たとえば米国特許3811939（特公昭54
―36121）に示す80％のタングステンと20％の銅
とからなる電極（以下、「20Cu―80W電極」と称
す。）および英国公開特許2024257（特開昭54―
157284）に示すもの等が知られているが、かかる
20Cu―80W電極等は、絶縁耐力は高くなるもの
の、事故電流の如き大電流をしや断することが困
難となる等の問題がある。 本発明は上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、耐溶着性を良好に
維持しつつ、特に絶縁耐力は優れるとともに、大
電流および小電流を良好にしや断し得るようにし
た真空インタラプタの電極とその製造方法を提供
するにある。以下、図面等を参照してこの発明の
実施例を詳細に説明する。 第１図は本発明に係る電極を備えた真空インタ
ラプタの縦断面図で、この真空インタラプタは、
円筒状に成形したガラスまたはセラミツクス等の
絶縁物からなる複数（本実施例においては２本）
の絶縁筒１，１を、それぞれの両端に固着したコ
バール等の金属からなる薄肉円環状の封着金具
２，２，…の一方を介し同軸的に接合して１本の
絶縁筒とするとともに、両開口部を他方の封着金
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３，３により閉塞し、かつ内部を高真空
に排気して真空容器４を形成し、この真空容器４
内に、１対の円板状の電極５，５を、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等を同心状に囲繞する中間電位のシール
ドである。 前記各電極５は、20〜70重量％の銅、10〜70重
量％のモリブデンおよび10〜70重量％のクロムの
合金からなる。すなわち、各電極５は、−100メツ
シユのモリブデンの粉末10〜70重量％と、同様に
−100メツシユのクロムの粉末10〜70重量％とを、
それぞれの融点以下の温度で相互に拡散結合して
多孔質の基材を形成し、この基材に20〜70重量％
の銅を溶浸させて設けられ、または10〜70重量％
のモリブデンと10〜70重量％のクロムとの合金粉
末を、その融点以下の温度で相互に結合して多孔
質の基材を形成し、この基材に20〜70重量％の銅
を溶浸させて設けられている。 かかる電極５を製造する第１の方法は、まず融
点以下の温度で相互に拡散結合すべく粒径を−
100メツシユとしたモリブデンとクロムの粉末を、
所定量機械的に混合する。ついで、モリブデンと
クロムの混合粉末を、モリブデン、クロムおよび
銅のいずれとも反応しないアルミナ等からなる円
形の容器に収納するとともに、５×10^-5Torr以
下の圧力の真空雰囲気中または水素ガス中、窒素
ガス中およびアルゴンガス中等の非酸化性雰囲気
中で800℃の温度で60分間加熱するか、または
1000℃の温度で10分間程度加熱し、相互に拡散結
合して多孔質の基材を形成する。最後に、この多
孔質の基材とともに銅を、５×10^-5Torr以下の
圧力の真空雰囲気中で1100℃または銅の融点
（1083℃）以上の温度で５〜20分間程度加熱し、
銅を基材に溶浸させると所望の電極５が完成す
る。 また、電極５を製造する第２の方法は、第１の
製造方法と同様に、まず、融点以下の温度で相互
に拡散結合すべく−100メツシユのモリブデンお
よびクロムの粉末を、所定量機械的に混合すると
ともに、このモリブデンとクロムの混合粉末を、
モリブデン、クロムおよび銅のいずれとも反応し
ないアルミナ等からなる円形の容器に収納し、か
つ容器に収納された混合粉末上に銅のブロツクを
載置する。ついで、混合粉末および銅ブロツクを
収納した容器を、５×10^-5Torr以下の圧力に保
持自在の真空炉中に納置する。そして、真空炉を
600℃の温度で60分間運転してモリブデン粉末等
の脱ガス処理を最初に行ない、ついで真空炉を
800℃の温度で30分間運転するとともに、温度を
1000℃に上昇して30分間運転してモリブデンとク
ロムの粉末を相互に拡散結合せしめて多孔質の基
材を形成し、最後に真空炉を1100℃で20分間運転
して銅を多孔質の基材に溶浸させると所望の電極
５が完成する。 さらに、電極５を製造する第３の方法は、ま
ず、所定組成割合のモリブデンとクロムの合金を
製造するとともに、このモリブデンとクロムの合
金を粉砕し、−100メツシユの粉末とする。つい
で、モリブデンとクロムの合金粉末を、モリブデ
ン、クロムおよび銅のいずれとも反応しないアル
ミナ等からなる容器に収納するとともに、５×
10^-5Torr以下の圧力の真空雰囲気中または水素
ガス等の非酸化性雰囲気中でかつその融点以下の
温度で所定時間加熱し、相互に結合して多孔質の
基材を形成する。最後に、この多孔質の基材に、
５×10^-5Torr以下の圧力の真空雰囲気中で所定
量の銅を溶浸させると所望の電極５が完成する。 ここで、モリブデン、クロムおよび銅の組成割
合を変えた各組成の電極５は、それぞれ第２図
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄおよび第
４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに示す特性写真のようになつ
た。すなわち、第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、モリブ
デン、クロムおよび銅の組成割合を40重量％、10
重量％および50重量％とした組成の電極５の特
性写真で、第２図Ａの特性写真は、Ｘ線マイクロ
アナライザによる二次電子像で、後述の第２図
Ｂ，Ｃ，Ｄから判るように、モリブデンMoの粉
末とクロムCrの粉末と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）に銅Cu
が溶浸されている。また、第２図Ｂの特性写真
は、モリブデンMoの分散状態を示すＸ線マイク
ロアナライザによる特性Ｘ線像で島状に点在する
白い部分がモリブデンである。さらに、第２図Ｃ
の特性写真は、クロムCrの分散状態を示すＸ線
マイクロアナライザによる特性Ｘ線像で、島状に
点在する白い部分がクロムである。また、第２図
Ｄの特性写真は、銅Cuの分散状態を示すＸ線マ
イクロアナライザによる特性Ｘ線像で、白い部分
が銅である。 また、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、モリブデン、
クロムおよび銅の組成割合を25重量％、25重量％
および50重量％とした組成の電極５の特性写真
で、第３図Ａの特性写真は、Ｘ線マイクロアナラ
イザによる二次電子像で、後述の第３図Ｂ，Ｃ，
Ｄから判るようにモリブデンMoの粉末がクロム
Crの粉末中に入り込んだようにクロムがモリブ
デンリツチの部分を比較的薄く囲繞するが如くし
両者が相互に結合して一体化された島状の粒子
と、モリブデン粉末とクロム粉とが前述した第２
図に示すように均一に拡散結合した島状の粒子と
からなり、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）に銅Cuが溶浸されている。また、第３図Ｂ
の特性写真はモリブデンMoの分散状態を示すＸ
線マイクロアナライザによる特性Ｘ線像で、島状
に点在する白い部分がモリブデンである。さら
に、第３図Ｃの特性写真は、クロムCrの分散状
態を示すＸ線マイクロアナライザによる特性Ｘ線
像で、白で縁取られた島状の部分がクロムであ
り、モリブデンとクロムが均一に拡散した灰色の
部分と、クロムリツチな白い部分およびモリブデ
ンリツチな黒い部分からなる。また、第３図Ｄの
特性写真は、銅Cuの分散状態を示すＸ線マイク
ロアナライザによる特性Ｘ線像で、白い部分が銅
である。 さらに、第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、モリブデ
ン、クロムおよび銅の組成割合を10重量％、40重
量％および50重量％とした組成の電極５の特性
写真で、第４図Ａの特性写真は、Ｘ線マイクロア
ナライザによる二次電子像で、後述の第４図Ｂ，
Ｃ，Ｄから判るようにモリブデンMoの粉末がク
ロムCrの粉末中に入り込んだようにクロムがモ
リブデンリツチな部分を比較的厚く囲繞するが如
くし両者が相互に拡散結合した島状の粒子と、ク
ロムのみからなる島状の粒子とからなり、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）に銅Cuが溶浸
されている。また、第４図Ｂの特性写真は、モリ
ブデンMoの分散状態を示すＸ線マイクロアナラ
イザによる特性Ｘ線像で、島状の白い部分がモリ
ブデンである。さらに、第４図Ｃの特性写真は、
クロムCrの分散状態を示すＸ線マイクロアナラ
ライザによる特性Ｘ線像で、島状に点在する白い
部分がクロムで、このクロム中の灰色の部分がモ
リブデンリツチの部分である。また、第４図Ｄの
特性写真は、銅Cuの分散状態を示すＸ線マイク
ロアナライザによる特性Ｘ線像で、白い部分が銅
である。 したがつて、モリブデンの粉末とクロムの粉末
とが、各図Ｂ，Ｃから判るように、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銅が、各図Ｃ，Ｄから判るよ
うに、クロムと相互に拡散結合し、全体として強
固な結合体を形成していることが判る。 また、直径50m／ｍにしてかつ周縁を４アール
の円板状に形成した組成の材料からなる１対の
電極５を有する真空インタラプタの諸性能の検証
結果は、下記に示すようになつた。 (i) 大電流しや用能力 12KA（RMS）の電流をしや断することがで
きた。 (ii) 絶縁耐力 ギヤツプを3m／ｍに保持し、衝撃波耐電圧
試験を行なつたところ、±120KV（バラツキ±
10KV）の絶縁耐力を示した。また、大電流
（12KA）のしや断後に同様の試験を行なつた
が、絶縁耐力に変化はなかつた。さらに、進み
小電流（80A）の開閉後に同様の試験を行なつ
たが、絶縁耐力は殆んど変化しなかつた。 なお、組成の電極５の絶縁耐力は、いずれ
もギヤツプ3m／ｍで、＋110KV、−120KVを示
した。 (iii) 耐溶着性 130Kgの加圧下で、25KA（RMS）の電流を
３秒間通電（IEC短時間電流規格）した後に、
200Kgの静的な引き外し力で問題なく引き外す
ことができ、その後の接触抵抗の増加は、２〜
８％にとどまつた。また、1000Kgの加圧下で、
50KA（RMS）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、０〜５％にとどまり、十分な耐溶着性を備
えていた。 (iv) 遅れおよび進み小電流しや断能力 遅れ小電流（誘導性の負荷）のしや断能力
電流さい断値は、平均3.9A（σn＝0.96、ｎ＝
100）を示した。 なお、組成のものの電流さい断値は、平
均3.7A（σn＝1.26、ｎ＝100）を示し、また、
組成のものの電流さい断値は、平均3.9A
（σn＝1.5、ｎ＝100）を示した。 進み小電流（容量性の負荷）のしや断能力
電圧；

【式】 80Aの進み小電流試験（JEC181）を、10000
回行なつたが、再点弧は０回であつた。 (v) 導電率 導電率は、20〜50％（IACS）を示した。な
お、、組成のものも同様の値を示した。 (vi) 硬 度 硬度は、106〜182Hv（１Kg）を示した。 なお、、の組成のものも同様の値を示し
た。 さらに、組成の電極を有する真空インタラプ
タと、従来のCu―0.5Biの電極を有する真空イン
タラプタとの諸性能を比較したところ、下記に示
すようになつた。 (i) 大電流しや断能力 両者同程度である。 (ii) 絶縁耐力 Cu―0.5Bi電極のものは、10m／ｍのギヤツ
プで組成の電極の真空インタラプタと同じ絶
縁耐力となる。したがつて、本発明に係る電極
を備えた真空インタラプタは、Cu―0.5Bi電極
のものの、約３倍の絶縁耐力を有する。 (iii) 耐溶着性 本発明に係る電極の耐溶着性は、Cu―0.5Bi
電極のそれの80％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。 (iv) 遅れおよび進み小電流しや断能力 遅れ小電流しや断能力 本発明に係る電極の電流さい断値は、Cu
―0.5Bi電極の電流さい断値の40％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。 進み小電流しや断能力 本発明に係る電極は、Cu―0.5Bi電極に比
して２倍のキヤパシタンス容量の負荷をしや
断することができる。 なお、前記組成および組成の電極も、
Cu―0.5Bi電極との比較において上述した
組成のものとほぼ同様の性能を示した。 しかして、モリブデンが、10重量％未満の
場合には、絶縁耐力が急激に低下し、かつ70
重量％を超える場合には、大電流しや断能力
が急激に低下した。 また、クロムが、10重量％未満の場合に
は、電流さい断値が大きくなり、遅れ小電流
しや断能力が低下し、かつ70重量％を超える
場合には、大電流しや断能力が急激に低下し
た。 したがつて、モリブデンが10重量％未満
で、クロムが70重量％を超える場合には、上
述した結果からも判るように大電流しや断能
力および絶縁耐力が急激に低下し、またクロ
ムが10重量％で、モリブデンが70重量％を超
える場合には、同様に大電流しや断能力が急
激に低下するとともに電流さい断値が高くな
る。 さらに、銅が20重量％未満の場合には、導
電率の低下が急激に大きくなり、短時間電流
試験後の接触抵抗が急激に大きくなるととも
に、定格電流通電時におけるジユール熱の発
生が大きいので実用性が低下した。 また、銅が70重量％を超える場合には、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。 以上の如く本発明は、20〜70重量％の銅、10〜
70重量％のモリブデンおよび10〜70重量％のクロ
ムの合金からなる真空インタラプタの電極である
から、従来のCu―0.5Bi電極に比して、真空イン
タラプタの絶縁耐力を飛躍的に高めることができ
るとともに、真空インタラプタを大電流のしや断
能力に優れ、かつ遅れおよび進み小電流のしや断
能力にも優れたものとすることができる。 また、10〜70重量％のモリブデン粉末と10〜70
重量％のクロム粉末とを相互に拡散結合した多孔
質の基材に、20〜70重量％の銅を溶浸させてなる
真空インタラプタの電極であるから、前述したも
のの効果に加えて機械的強度および導電率を高め
ることができる。 さらに、モリブデンとクロムの混合粉末を融点
以下の温度で加熱して相互に拡散結合せしめて多
孔質の基材を形成するようにし、この基材に銅を
真空中で溶浸せしめるようにしたから、モリブデ
ンとクロムとの結合を良好に行ない得るととも
に、クロムと銅との結合を良好に行ない得、かつ
三者の分散状態を均一にすることができる。 また、モリブデンとクロムの混合粉末ならびに
銅を真空中に納置し、まず銅の融点以下の温度で
加熱して混合粉末を相互に拡散結合して多孔質の
基材を形成せしめるようにし、ついで銅の融点以
上の温度で加熱して銅を基材に溶浸せしめるよう
にしたから、上述した製造方法の加えてその作業
工程の一部を省略できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電極を備えた真空インタ
ラプタの縦断面図、第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはモリ
ブデン40重量％、クロム10重量％および銅50重量
％の組成割合の電極の特性写真で、同図ＡはＸ線
マイクロアナライザによる二次電子像、同図Ｂ，
Ｃ，Ｄはそれぞれモリブデン、クロム、銅の分散
状態を示すＸ線マイクロアナライザによる特性Ｘ
線像、第３図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはモリブデン25重量
％、クロム25重量％および銅50重量％の組成割合
の電極の特性写真で、同図ＡはＸ線マイクロアナ
ライザによる二次電子像、同図Ｂ，Ｃ，Ｄはそれ
ぞれモリブデン、クロム、銅の分散状態を示すＸ
線マイクロアナライザによる特性Ｘ線像、第４図
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはモリブデン10重量％、クロム40
重量％および銅50重量％の組成割合の電極の特性
写真で、同図ＡはＸ線マイクロアナライザによる
二次電子像、同図Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれモリブデ
ン、クロム、銅の分散状態を示すＸ線マイクロア
ナライザによる特性Ｘ線像である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 20〜70重量％の銅、10〜70重量％のモリブデ
   ンおよび10〜70重量％のクロムの合金からなる真
   空インタラプタの電極。 ２ 10〜70重量％のモリブデン粉末と10〜70重量
   ％のクロム粉末とを相互に拡散結合した多孔質の
   基材に、20〜70重量％の銅を溶浸させてなる真空
   インタラプタの電極。 ３ モリブデンとクロムの混合粉末を融点以下の
   温度で加熱して相互に拡散結合せしめて多孔質の
   基材を形成するようにし、この基材に銅を真空中
   で溶浸せしめるようにした真空インタラプタの電
   極の製造方法。 ４ モリブデンとクロムの混合粉末ならびに銅を
   真空中に納置し、まず銅の融点以下の温度で加熱
   して混合粉末を相互に拡散結合して多孔質の基材
   を形成せしめるようにし、ついで銅の融点以上の
   温度で加熱して銅を基材に溶浸せしめるようにし
   た真空インタラプタの電極の製造方法。