JPS649690B2

JPS649690B2 -

Info

Publication number: JPS649690B2
Application number: JP56215827A
Authority: JP
Inventors: Eizo Naya; Toshiaki Horiuchi; Yasushi Takeya; Koichi Inagaki; Michinosuke Izumi; Mitsuhiro Okumura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-12-28
Filing date: 1981-12-28
Publication date: 1989-02-20
Also published as: EP0083245B1; EP0083245A3; US4486631A; JPS58115728A; EP0083245B2; DE3269919D1; EP0083245A2

Description

【発明の詳細な説明】この発明は高耐圧および大電流特性に優れた真
空しや断器用接点に関するものである。

真空しや断器の接点が満足すべき特性として (1) しや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) 消耗が小さいこと、 (6) さい断電流値が小さいこと、が挙げられる。しかし実際の接点でこれらの特性
を全て満足させることは困難であり、一般に用途
に応じて特に重要な特性を満足させ、他の特性を
幾分犠性にした接点を使用している。

例えば従来真空しや断器用接点として、銅―ク
ロム合金（以下Cu―Crと表示する。他の元素お
よび元素の組合せからなる合金についても同様に
元素記号で表示する。）Cu―Co，Cu―Bi，Cu―
Cr―Bi，Cu―Co―Bi等が用いられていたが、
我々の実験によると、Cu―Cr等の低融点金属を
含まない接点はしや断性能は良好であるが、溶着
力が幾分大きい値を示し、又、Cu―Bi等の低融
点金属を含む接点では、低融点金属の含有量が１
重量％以下であると、さい断電流値が幾分大き
く、１重量％以上であると、しや断性能，耐圧性
能を疎外するという欠点を有していた。

又、これら従来の接点合金は電気伝導度を下げ
ないようにするため、電気伝導度のよいCuと、
Cuにほとんど固溶しな元素Cr，Co，Bi等により
構成されていた。それ故、これら接点合金を溶解
法により製造した場合、非常大きい結晶粒が粗く
分布する析出型の金属組織を示すことになる。一
般に、接点合金の金属組織は均一微細になればな
る程、しや断性能，耐圧性能，さい断電流値等は
良くなるため、溶解法により得られた合金は熱処
理を行う方法や、一担この合金を粉砕し焼結する
という方法で均一微細な金属組織を持つ合金を得
ていた。又、粉末焼結法ではあらかじめ粒径の小
さな原料粉を用いることで均一微細な金属組織を
持つ合金組織を得ていた。

しかし、これら従来の接点用合金はそれ自身の
耐圧性能，大電流特性，さい断電流値，金属組織
の均一微細化等に限界があり、よりよい性能を持
つた接点用合金が求められていた。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、耐圧性能，大電流
特性に優れた真空しや断器用接点を提供すること
を目的としている。

我々はCuを第１成分とし、これに第２，３成
分として様々な金属を添加した合金を試作し、真
空しや断器に組み込んで実験を行つた。この結
果、Cuに元素周期律表第ａ族の元素Cr，Mo，
Ｗのうちの少なくとも２つを添加した合金は、結
晶の微細均一化が著しく進み、加えて高融点金属
を含有しているため、耐圧特性および大電流特性
に優れていることがわかつた。この発明による真
空しや断器用接点は、Cuを第１成分とし、第２
成分としてCrを含有し、他の成分としてMoもし
くはＷを含有し、これらの他の成分は、Crが10
〜40重量％、Ｗが0.3〜30重量％、Moが0.3〜20
重量％の範囲にある事を特徴としたものである。

また、これらの真空しや断器用接点は、望まし
くは、Bi，Te，Sb，Tl，Pb等の低融点金属もし
くはこれらの合金、又はそれらの金属間化合物の
うちの少なくとも１つを20重量％以下含有する事
を特徴としたものである。

以下、この発明の一実施例について説明する。
第１図ａに従来のCu―Cr合金の金属組織写真
（倍率100）を示す。これはCu粉とCr粉をそれぞ
れ75重量％，25重量％で混合、成形し、焼結して
得られたCu―Cr合金である。雲形状の大きなCr
結晶粒が粗く分布している。第１図ｂに本発明の
一実施例によるCu―Cr―Ｗ合金の金属組織写真
（倍率100）を示す。これはCu粉，Cr粉とＷ粉を
それぞれ71重量％，24重量％，５重量％を混合、
成形し、焼結して得られたCu―Cr―Ｗ合金であ
る。Cr結晶粒は雲形状であるが、第１図ａに比
べはるかに小さく、均一に分布している。Cuも
又、小さく均一に分布している。これら第１図
ａ，ｂに示した合金の原料粉はCu，Cr共同一で
ある。又、溶解法により得られた合金も同一の傾
向を示す。第２図ａに溶解法により得られた従来
のCu―Cr合金の金属組織写真（倍率100）、第２
図ｂにこの発明の一実施例によるCu―Cr―Ｗ合
金の金属組織写真（倍率100）を示す。第２図ａ
のものの合金成分は第１図ａのものと、又第２図
ｂのものの合金成分は第１図ｂのものに対応す
る。これら写真からＷが結晶の微細均一化に大き
な効果をもつことがわかる。Cu―25重量％Crを
ベースとしＷ量を変化させると、Ｗ量が0.3重量
％あたりから結晶の微細均一化が始まる。ここ
で、Cu―25重量％Crをベースとしたのは、Cu―
Cr2元素合金に於ては電流しや断性能が最も優れ
た成分比率はCu―25重量％Crであり（第７図に
おいてW0重量％）、耐電圧性能や耐溶着性能とい
つた他の性能が向上すれば、好ましい接点材料が
得られることに鑑み、３元素以上の合金に於ても
Cu―25重量％CrをベースとしてＷ添加量を変化
させることとした。このＷ含有量と結晶微細均一
化が進むに従つて、その合金の特性が徐々に変化
する。以下にＷ量と各種性能の関係を示す。

第３図はＷ含有量と硬度の関係を示したもの
で、横軸はCu―25重量％Crに添加したＷ含有量
を表わし、縦軸はCu―25重量％Crの硬さを基準
とした際の規格化した硬度を表わしている。第３
図よりＷ含有量が増加すると硬度が上昇している
ことがわかる。そしてこの硬度の上昇は第３図よ
り明らかな如くＷ含有量が0.3重量％付近から顕
著に現われており、これはＷ添加による組織の均
一微細化により得られたものである。

また、第４図はＷ含有量を耐電圧性能の関係を
示したもので、横軸は第３図と同じくＷ含有量を
表わし、縦軸はCu―25重量％Crの耐電圧性能を
基準とした際の規格化した耐電圧を表わしてい
る。第４図よりＷ含有量が増加すると耐電圧性能
が向上していることがわかる。この耐電圧性能の
向上も第４図に示す如くＷ含有量が0.3重量％付
近から顕著に現われており、組織の均一微細化に
よるものである。また第３図、第４図に於てＷ添
加による組織の均一微細化が起こらなかつた場合
を仮定すると、各図における性能を示す曲線は単
純に増加するだけで、Ｗ含有量が0.3重量％程度
ではほとんど変化せず、緩慢な上昇率に止まると
考えられる。

第５図はＷ含有量と接触抵抗の関係を示したも
ので、横軸は第３図と同じくＷ含有量、縦軸は
Cu―25重量％Crの接点を接触させた時の抵抗値
を基準とした際の規格化した接触抵抗を表わして
いる。第５図より、Ｗ含有量が増加すると接触抵
抗が増加していることがわかる。しかし、先の硬
度や耐電圧性能で示したように、Ｗ含有量0.3重
量％付近の急激な変化は現われていない。これは
接点材料の電気伝導度が組織の均一微細化にはあ
まり関係なく、電気の良導体であるCuの量に依
存するためである。

第６図はＷ含有量と耐溶着性の関係を示した図
であり、横軸はＷ含有量、縦軸はCu―25重量％
Crの溶着引き外し力を基準とし、規格化した溶
着引き外し力を耐溶着性として示す。第６図よ
り、Ｗ含有量としては30重量％までは従来材より
低い値、すなわち溶着引き外し力が低く、性能が
優れていることが判り、30重量％以上では性能が
劣つていることが判る。

先に述べたように、耐電圧性能の向上や耐溶着
性の向上は第４図及び第６図に示す如くＷ含有量
が0.3重量％から表われ、これは組織が均一微細
になるため、接点表面も微細な組織となり、Cu
の分散が非常に良くなり耐電圧性能に影響を及ぼ
す接点表面上のミクロな突起がさらに小さくなる
といつた効果や、接点表面上の比較的大きなCu
どうしの溶着が低減されるといつた効果によるも
のと思われる。

尚、Ｗ含有量が多くなると15重量％を境いに耐
溶着性が劣化して行くのは接触抵抗が増加して行
くため、電流通電により発生したジユール熱が効
き初め、組織の微細化による効果を上回つて影響
を及ぼすためと考えられる。

第７図はCr含有量及びＷ含有量としや断性能
の関係を示したもので、横軸にCr含有量、縦軸
にCu―45重量％Crのしや断容量を基準とし規格
化したしや断容量を表わし、図中にＷ含有量を変
化させた時のしや断容量の変化を表わしている。
第７図よりしや断容量はＷ含有量が増加して行く
と低下していく傾向があり、Ｗ含有量が40重量％
の場合、しや断容量のピークでCu―25重量％Cr
と比較して約15％程度の減少となる。一方、図示
していないがＷ含有量が10重量％程度まではほと
んどしや断容量に変化はなく、図中のW0重量％
のデータとほぼ同一であり、低下はあまり見られ
ない。一方、Cr含有量は10重量％から40重量％
の範囲であればCu―25重量％Crと比較して最大
14％のしや断容量の減少であるが、耐電圧性能が
向上していることを考慮すると実用上の問題はな
い。

第８図はMo含有量と耐溶着性の関係を示した
もので、横軸がMo含有量を示している以外は第
６図と同様である。第８図よりMo含有量として
は20重量％までは従来材より低い値を示し、性能
が優れているが20重量％以上になると性能が劣つ
ていることがわかる。尚、第８図に示す如くMo
含有量としては0.3重量％付近から性能向上が現
れており0.3〜20重量％の範囲で耐溶着性に優れ
ている。また、耐電圧性能，硬度についてもＷの
場合と同じく0.3重量％付近から顕著な性能向上
が見られ、これらは組織の均一微細化によるもの
と思われる。

第９図はCr含有量及びMo含有量としや断性能
の関係を示してもので横軸と縦軸は第７図と同一
である。第９図よりMo含有量が増加して行くと
しや断容量が低下して行く傾向があるが、Mo含
有量が20重量％程度までなら実用上問題はない。

なお、前記実施例において第３図乃至第６図に
示したものはCu―25重量％Crをベースとして示
したが、他のCr量でも同じような結果が得られ
る。また、これら合金にBi，Te，Sb，Tl，Pb等
の低融点金属を添加した低さい断真空しや断器用
接点においても上記実施例と同様に結晶が均一微
細化する効果があり、加えて低融点金属も大きく
凝集することなく、均一微細に分布し、負荷開閉
回数に依らず、常に低いさい断電流を維持する事
が判明している。

前述した合金の組織が微細均一になる条件は次
の事が考えられる。

(1) Cuを第１成分とし、第２成分としてCrを含
有し、他の成分としてMoもしくはＷを含んで
いる事、また、Cr，Mo，Ｗは各々等晶系の状
態図をもち、全率固溶する。

(2) 焼結法ではCuの融点（1083℃）以上はもち
ろん以下でも起こる。

これより、結晶が微細均一になる理由は、Cr，
Mo，Ｗが全率固溶すること、および拡散の効果
等によると考えられる。

以上のようにこの発明によれば、銅を第１成分
とし、第２の成分としてクロムを含有し、他の成
分としてモリブデンもしくはタングステンを含有
し、これらの他の成分を所定範囲の量を含有する
ことにより、結晶の微細化の進行によつて耐溶着
性性能、耐電圧性能等の点で従来のものより性能
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは焼結法により製造した従来のCu―
25重量％Cr合金の金属写真、第１図ｂは本発明
の一実施例によるCu―24重量％Cr―５重量％Ｗ
合金の金属写真を示す。第２図ａは溶解法により
製造した従来のCu―25重量％Cr合金の金属写真、
第２図ｂは本発明の他の実施例によるCu―24重
量％Cr―５重量％合金の金属写真を示す。第３
図はCu―25重量％Cr合金をベースにしＷ添加量
を変化させた時の硬度の変化を示す特性図、第４
図はCu―25重量％Cr合金をベースにしＷ添加量
を変化をさせた時の耐圧性能の変化を示す特性
図、第５図はCu―25重量％Cr合金をベースにし
Ｗ添加量を変化させた時の接触抵抗の変化を示す
特性図、第６図はCu―25重量％Cr合金をベース
にしＷ添加量を変化させた時の耐溶着性能の変化
を示す特性図、第７図はCuをベースにしCr添加
量を変化させた時のしや断容量の変化を示す特性
図、第８図はCu―25重量％Cr合金をベースにし
Mo添加量を変化させた時の耐溶着性性能の変化
を示す特性図、第９図はCuをベースにしMo添加
量を変化させた時のしや断容量の変化を示す特性
図である。

Claims

【特許請求の範囲】１銅を第１成分とし、第２成分としてクロムを
含有し、他の成分としてモリブデンもしくはタン
グステンを含有し、これらの成分は、クロムが10
〜40重量％、タングステンが0.3〜30重量％、モ
リブデンが0.3〜20重量％の範囲にあることを特
徴とする真空しや断器用接点。２ビスマス、テルル、アンチモン、タリウム、
鉛の低融点金属もしくはそれらの合金、又はそれ
らの金属間化合物のうち少なくとも１つを20重量
％以下含有したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の真空しや断器用接点。