JPH01246733A - 真空遮断器用接点並びにその製造方法及び真空遮断器 - Google Patents

真空遮断器用接点並びにその製造方法及び真空遮断器

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JPH01246733A
JPH01246733A JP63074146A JP7414688A JPH01246733A JP H01246733 A JPH01246733 A JP H01246733A JP 63074146 A JP63074146 A JP 63074146A JP 7414688 A JP7414688 A JP 7414688A JP H01246733 A JPH01246733 A JP H01246733A
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隆二 渡辺
Hisashi Ando
寿 安藤
Kiyoji Iwashita
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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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〕 本発明は、高耐電圧性及び耐溶着性に優れた真空遮断器
用接点並びにその製造方法及び真空遮断器に関する。
〔従来の技術〕
真空遮断器用電極接点としては、従来から種々の材料が
開発されてきている。主な材料として、代表されるもの
にはCuをベースとした溶解合金(Cu−Pb、Cu−
B1.Cu−Co−B1Pbなど)、あるいは特開昭5
4−73284号のような粉末冶金的に作られるW C
−A gや特公昭45−35101号に開示されるよう
なCr −Cu系溶浸合金が知られている。
以上の背景で、最近、真空遮断器は益々高電圧化、大電
流遮断の要望が高まりつつあり、現在は後者のCr−C
u系、あるいはその改良材が非常に多く提案されつつあ
る。特にこのCr −Cu材は原料が安く、I2造法も
簡単であるところから需要も伸びている。
ところが、近年になり原子力や核融合などの大出力発電
設備が普及されるようになってから、更に大容量の電源
遮断器が必要となってきている。
従来であると、高電圧用としてはガス遮断器が使われて
いたが、将来は小型で大電流遮断が可能で、しかも無騒
音、メンテナンスフリーな真空遮断器が適用されると考
えられる。このためには上記したような従来の電極接点
材料では耐電圧及び耐溶着特性の点で限界が出始めてい
る。
現在、具体的に提案されている高耐電圧材料には、粉末
冶金的に作られるC r −Cu−セラミックス系とし
て種々の材料が開示されている。例えば、特開昭61−
148726号、同61−253730号、同51−1
16981号、同59−58723号、同60−131
723号、同60−197840号、同52−1203
71号、同55−143731号、同60−89020
号及び同60−180026号などは耐溶着性、あるい
はセラミックス粉末の種類によっては裁断サージを低く
できるなど、比較的有望な材料とみられる。しかし、上
記材料はいずれもCuを含んだものから成るため、耐電
圧に限界がある。つまり、Cr−Cu−セラミックス系
の材料はCr −Cu系に対し幾分かの改良は望めるも
のの、Cuが含まれている限りは、Cu分量に支配され
た耐電圧特性になってしまっていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の電極材料では、耐溶着性を持たせるために、それ
自身が脆く剥離しゃすいCrを分散させ。
または骨格としていた。しかし、大電流遮断を繰り返す
と、それでも電接面の溶着は避けられなかった。これを
強制剥離させると電接部の面荒れが進行し電界集中の原
因となる無数の突起物が形成され、この結果、徐々に耐
電圧性を劣化させてしまう傾向にあった。
また、Cr −Cu系に各種セラミックスを含む材料が
開示されているが、たしかにセラミックスを僅かでも添
加されたものは耐溶着性は向上する傾向にある。しかし
、従来材料は必ず、多かれ少なかれ、Cuが含まれたも
のであった。このCuは融点がそれほど高くないため、
繰返しの遮断アーク熱によって面荒れを助長するもので
あった。
従って、Cuを含む限りは、既述の如く、Cu自体も耐
電圧が良くないことからして、より高耐電圧、大電流化
を図る上では限界しこきていた。
一方、単にセラミックスを含有させれば良いというもの
ではない。すなわち、真空遮断器にあっては常に大電流
を通電したり、その遮断を繰返している。このため、電
接部分の導電性は常に良好なものでなければ接触抵抗が
増大し、発熱の原因となり、これも面荒れのおおきな要
因となってしまうからである。
本発明の目的は、上記したような従来材料の耐溶着性を
改善し、それと同時に優れた耐電圧性と電流遮断性能を
発揮させることができる真空遮断器用接点を提供するこ
とにある。また、そのような接点の製造方法及び真空遮
断器を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明に係る真空遮断器用接
点は、銅より融点の高い金属間化合物と導電性セラミッ
クスから成るものである。そして、真空遮断器は前記接
点を備え、たものである6導電性のセラミックスの量は
1〜20重量%の範囲とするのがよい。また、導電性セ
ラミックスとしてはTi、Zr、Mo又はWのボライド
、カーバイド、ナイトライド又はシリサイドが挙げられ
、金属間化合物としてはNiAl又はN i、A Qが
挙げられる。すなわち、NiAu−TiB2.NiAl
−TiN、NiAl−TiC等の複合材料である。
前記金属間化合物を具体的に示すと、 NiA Q 、 Ni、A Qの他に、N i2A Q
 3 y F e A Q HF e A Q 2 *
 F e z A Q s + F e A Q 3 
s COA I2 tCozA Q、、 Cr、A Q
tl、 Cr、A Q9. CrA Q、等がある。こ
れらの融点は、いずれもCuやAgより高<Mo、W、
Ta等よりも低いものであり。
これらを一種又は二種以上混合させて用いる。また、前
記導電性セラミックスを具体的に示すと、TiB2.Z
rBz+ HfB2.VB2.NbBzeT a B 
2 # Cr B z HM o B 21 W2 B
 HT x N pZ rN、HfN、VN、NbN、
TaN、Cr2N、Mo、N、WN、Ti Si、、Z
rSi、。
HfSi、、VSi2.NbSi2.TaSi2゜Cr
Si2.MoSi、、wsi、’ric、ZrC。
HfC,NbC,TaC,Cr3G2.Mo2C。
WCのいずれか一種以上よりなるものである。
真空遮断器用接点の製造方法としては、金属間化合物及
び導電性セラミックスの粉末を混合して成形した後、焼
結し1次いで減圧して脱ガスする工程よりなり、前記各
工程のいずれか一種以上の工程を経た後、熱間静水圧加
圧(HIP)、冷間静水圧加圧(CIP)、又はホット
プレス(HP)等の加圧処理をして高密度化する工程を
含む製造方法がある。
〔作用〕
複合材において、NiAlのような金属間化合物は、と
くに優れた良導電性を有し、しかも高融点物質であり、
1600℃台の高い融点を持つ。
したがって、耐熱性が良好で、従来のCuやAgベース
材に比ベアーク熱によって接点fiJ1の溶融が少なく
、溶着も起こりにくい。また、NiAl化合物は電気抵
抗も低く、導電率に換算すると約15〜20IAC8%
(100IAC8%は電気抵抗値に換算すると1.7X
10−’Ω・■)を有し、接点材料としてそのままでも
利用できるものである。
更に、NiA1等の金属間化合物の粒子の周囲に分散さ
れた各種導電性セラミックスは、それ自身が導体であっ
て、なおかつN i A 1などの金属間化合物よりも
高い融点を有している。このため。
アーク熱による接点溶着を防ぐことができるばかりでな
く、電接面の荒れを少なくし、常に滑らかな面を維持さ
せることができる。従って、電界集中の原因となる突起
物の発生も少ないため耐電圧性が高く、安定している。
また、接点材料をなす構成物質がいずれも導電性を有し
、W、Mo、Ta程に熱電子放射性が大きくないので絶
縁回復特性が良く、大電流遮断性能も優れるという大き
なメリットも有する。
なお、ボライドやナイトライドそれ自体は仕事関係の低
い物質であるので、これらの導電性セラミックスを重量
比で約10%とすると、熱電子放射が多くなり遮断性能
はその分だけ低下する。ただし、この現象と合わせて裁
断サージも下がる傾向にあるので、導電性セラミックス
の含有量を適量選ぶことによって1種々のVCB (真
空遮断器)の電極特性を発揮させることができる。つま
り、通常は高耐電圧・大電流と、低サージ化は互いに相
反する性質を持つことが知られているように。
従来は両者の特性を同時に高度に満足させるような電極
材はなかった。ところが1本発明材によれば、高融点金
属間化合物と導電性セラミックス量比を適宜選ぶことに
よって広範囲の電極特性を引き出すことができることに
なる。
以上を纏めてみると、VCB電極としては、導電性セラ
ミックスが1〜10重量%のもので高耐電圧・耐溶着性
を発揮し、10〜20重量%で低サージ性を発揮するも
のである。従って、導電性セラミックスの含有量は1〜
20重量%の範囲とする。
次に1本発明に係り真空遮断器用接点の製造方法は・H
IP処理等の加圧処理工程を含むため、金属間化合物及
び導電性セラミックスとも共有結合性の物質であること
から、通常の金属粉末のような自己焼結性に乏しい物質
に対しても、高密度化し得る。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を示す。
実施例1 高周波真空溶解したNiA1合金(化合物組成;Ni−
31,5wt%Al)を粉砕し、   200mesh
の粉末を得た。第1図に示す工程により、このNiAl
粉とTiB、粉を自動乳鉢を用いて30分混合し1次に
、この混合粉末を油圧プレスを用いて直径50−1厚さ
30mnの寸法に金型成形した0次いでこの成形体を若
干還元性を持たせるために(A r + 4 v o 
1%H,)の混合ガス雰囲気中で1400℃で1時間の
仮焼結を行なった。更にこの成形体を軟鋼性をカプセル
に温度300℃。
圧力10−2〜l O−’torrで脱気しながら減圧
封入し、このカプセルを温度1400℃、圧力2000
 kg/cdの条件下でHIP処理した。この結果、上
記仮焼結体はカプセル毎1強制圧縮され、理論密度に対
し98〜99%の緻密な複合材料が得られた。
次に、このHIP処理材の軟鋼性カプセルを皮むきし、
放電加工機を用いて直径20I(球R30付)、厚さ5
閣の一対の電極接点を採取した。
各種電極接点の遮断特性試験方法としては、第2図に示
す真空バルブを用いた。この真空バルブは、筒状のセラ
ミックス製の絶縁ケース1とステンレス製の端子板2,
3とによって容器が構成され、その内部は10−6〜1
0−”torr台の高真空に保たれている。この容器内
部には1対の電極、すなわち固定電極4と、ベローズ6
を介して動けるようにした可動電極5が設けられている
。さらに円筒状のシールド7は前記電極4.5を囲むよ
うに設けられ、このシールド7は、電極構成部材が遮断
アークにより蒸発、荒散した場合、それらが絶縁ケース
1の内壁に付着することを防止する役目を持つ。電極4
,5はCu製の補助電極板8゜9に銀ロー付けされてい
る。10.11はホルダー、12はベローズシールド、
13は排気管を示す、つまり、本実施例の電極接点は直
径20mm。
厚さ5mmのチップ状接点として用いられている。
各種電気的性能試験において、耐電圧試験方法としては
、交流300Aを10回遮断後、インパルス電圧を5k
Vステツプで増加しながら印加し。
極間が絶縁破壊に至る放電電圧値を測定することである
。遮断性能試験は、直径20IIfiの電極において、
交流電流を50OAステツプで増加しながら遮断し、遮
断が不能となる限界電流値を求めることである。更に、
裁断電流試験は、交流2〜8Aの小電流を遮断した場合
に発生する裁断電流を100回測定し、その最大値と平
均値を求めるようにした。゛第1表は以上の接点を用い
て上記vCB電極特性を測定した結果である・ 実施例1では、主に、NiA1化合物粉末とTiの各種
導電性粉末(ボライド、ナイトライド、シリサイド、カ
ーバイド)との複合材料を取り上げた。
表中に従来材料との比較としてCu−Co−B1Pb、
Cr−Cu合金を挙げているが1本発明材はとくに耐電
圧性が優れていることがわかる。
すなわち、[NiAl−導電性セラミックス]複合材料
はいずれも耐電圧が100kV以上を有し、これはCu
−Go−BiPb溶解合金に対し2〜2.5倍、Cr−
Cu溶浸合金に対しても約3割増しの高耐電圧性を持つ
ことが判明した。
尚、耐電圧はNiA1に1〜5wt%の導電性セラミッ
クスが入っても効果はあるが、おおよそ10vt%で最
大を示し、それ以上の量では逆に下がる傾向にある。た
だし、10〜20wt%のセラミックスが入ると裁断電
流特性が改善され、約1〜2Aの低サージ特性が得られ
ている。また、電流遮断性能を見ると、いずれとも8〜
l0KAの範囲にあり、この値も従来のCu−Go−B
iPbやCr−Cu合金に比べても全く遜色ない高い遮
断能力を有していると言える。
実施例2 第2表は他のNiとAtの化合物であるNi。
AIにTiボライド、Tiナイトライドを複合化したも
のや、N i A l化合物と他の導電性セラミックス
であるMo、W、Zrなどのボライド、ナイトライド、
シリサイド、カーバイドとの各種複合材料を検討した結
果である。試験方法は、実施例1と同様である。
表から明らかなように、いずれも実施例1と同様な傾向
を持ち、優れた耐電圧性、高遮断能力があり、また導電
性セラミックス量が増えると低サージ性も発揮すること
が分かった。
〔発明の効果〕
以上、本発明によれば、従来の電極接点に比べて耐電圧
特性が向上し、更に大電流遮断性能、耐溶着性能のいず
れも優れた真空遮断器用接点を得ることか出来る。また
、導電性セラミックスを20重量%近く含ませることに
よって低サージタイプの接点を得ることも出来る。
本発明に係る製造方法によれば、自己焼結性に乏しいセ
ラミックス等を原料としても、容易に高密度化させて接
点を得ることができる。
更に、本発明に係る真空遮断器は、上記接点を備えてい
るため、信頼性が向上し、高電圧化、大電流遮断の要請
に応えることができる。
第  1  表 第  2  表
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電極接点の製造方法の工程図。 第2図は本発明の真空遮断器用真空バルブの断面構成図
を示す。 4・・・固定電極(接点)、5・・・可動電極(接点)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、銅より融点の高い金属間化合物と導電性セラミック
    スから成ることを特徴とする真空遮断器用接点。 2、導電性セラミックスが1〜20重量%で、残りが金
    属間化合物及び不可避的不純物である請求項1記載の真
    空遮断器用接点。 3、導電性セラミックスがTi、Zr、Mo又はWのボ
    ライド、カーバイド、ナイトライド又はシリサイドであ
    り、金属間化合物はNiAl又はNi_3Alである請
    求項2記載の真空遮断器用接点。 4、金属間化合物及び導電性セラミックスの粉末を混合
    して成形した後、焼結し、次いで減圧して脱ガスする工
    程よりなり、前記各工程のいずれか一種以上の工程を経
    た後、加圧処理して高密度化する工程を含むことを特徴
    とする真空遮断器用接点の製造方法。 5、請求項1記載の真空遮断器用接点を備えた真空遮断
    器。
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