JPH02117028A - 真空インタラプタの電極材料及びその製造方法 - 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】 紅　産業上の利用分舒 本発明は、電流さい断値や接触抵抗値全長期間に亙って
低く保つことが可能な真空インタラプタの′ｒ４極材料
及びその製造方法に関する。

Ｂ　発明の概要 クロムの粉末上に銅ビスマス合金を載置し、これらを加
熱してクロムの空隙部分に銅及びビスマスを溶浸させた
のち、急冷してクロムと銅との界面にビスマスを析出さ
せた真空インタラプタの電極材料であり、電流さい断値
や接触抵抗値を長期間に互って低い値に保持できろよう
にしたものである。

Ｃ従来の技術 一般に、真空インクラブタの電極材料として要求されろ
主な性能としては、 （１）耐溶着性が良いこと （２１ｊＪ流しゃ断性能が高いこと （３）電流さい断値が低いこと 等を挙げることができる。

しかし、電極材料の１１流しゃ断性能を高くすることと
電流さい断値を低くすることとは、互いに矛盾する物理
的特性に起因するため、単一の電極材料で上述した全て
の特性を満たすことは難しく、真空インタラプタの仕様
に最も適合した電極材料を選択しているのが現状である
。

例えば、特公昭４１−１２１３１号公報等に開示されな
銅ビスマス合金は、鋼（Ｃｕ）に蒸気圧の高い低融点の
ビスマス（Ｂｉ）を０．５重量％添加したものであり、
耐溶着性や電流しゃ断性能が良好であることは周知の通
りである。又、特公昭５４−３６１２１号公報等に開示
されたタングステン鋼焼結金属は、蒸気圧の低い高融点
のタングステン（Ｗ）に銅を２０重量％添加したもので
あり、電流さい断値が低い利点を有する。この電流さい
断値が特に低い電極材料としては、特公昭３５−１４９
７４号公報等に開示された鋼ビスマス合金、つまり銅に
ビスマスを２０重量％添加したもの等がある。

Ｄ、　発明が解決しようとする課題 銅ビスマス合金でビスマスを０．５重量％含むものは電
流しゃ断性能が良好である反面、電流さい断値が例えば
ＩＯＡと高く、電流しゃ断時にさい断サージを発生する
ことがある。

このため、遅れ小電流を良好にしゃ断することが困難で
あり、負荷側の電気機器の絶縁破壊を引き起こす虞があ
る。

又、タングステン鋼焼結金属や銅ビスマス合金でビスマ
スを２０重量％含むものは、電流さい断値が低い半面、
電流しゃ断性能が悪く、短絡電流の如き大電流をしゃ断
することができない。特にこの銅ビスマス合金はその金
属組織のＸ線マイクロアナライザによる二次電子像を表
す第９図、この試料における銅の分布状態のＸ線像を表
す第１０図及びビスマスの分布状態のＸ線像を表す第１
１図に示すように、ビスマスは銅にほとんど固溶しない
ことから、銅の結晶粒が大きくなってビスマスは銅の結
晶粒間に析出した状態となる。

このため、真空インタラプタの電極を頻繁に開閉操作し
た場合、電極表面にビスマスが安定供給されず、電流さ
い断値が不安定となってしまう。しかも、真空インタラ
プタを製造する過程において真空インタラプタ内を真空
排気する場合、加熱操作によりビスマスが電極表面に球
状に溶融析出し、′ｌａ極材料の耐溶着性が悪化すると
共に接触抵抗値の増大を招来する虞があった。なお、第
１０図及び第１１図で白い部分が各金属元素の存在箇所
である。

Ｅ、　課題を解決するための手段 近年、耐電圧特性や電流しゃ断性能の優れた銅クロム合
金が真空インタラプタの＊ｔｉとして採用されつつある
が、電流さい断値については必ずしも満足できるもので
はない。そこで従来から良く知られている低融点材料の
ビスマスを銅クロム合金に添加し、耐電圧特性や電流し
ゃ断性能を損なうことなく電流さい断値を改善させるこ
とが考えられろ。この場合、調クロム合金が従来では溶
浸法で製造されていることから、単にビスマスを銅クロ
ム合金に添加しただけでは、ビスマスを痢クロム合金中
に微細に分散させることは難しいと考えられる。つまり
、本発明者らは従来の銅ビスマス合金が溶解法によって
作られていることに着目し、この溶解法にあっては高温
の熱負荷を長時間に互って受けることから、ビスマスが
銅の結晶粒間に析出してしまい、その均一分散は難しい
と考えた。

そこで、銅クロムビスマスを製造するに際しては、従来
からの溶解法ではなく、高温の熱負荷が短時間で済む溶
浸法により試みた。

即ち、クロム粉末のスケルトンに銅ビスマス合金を溶浸
し、銅クロムビスマス複合金属を得るようにした。

その結果、クロム粉末が存在することから銅及びビスマ
スをクロムのスケルトン内に溶浸させた場合、ビスマス
がクロム粒子の周囲に分散状態で析出し、銅の結晶粒間
にほとんど存在しないことが判明した。

本発明は上述した知見に基づいてなされたものであり、
本発明による真空インタラプタの電極材料は、スケルト
ンを構成するクロムと、このクロムのスケルトン内に充
填される銅と、この銅と共に前記スケルトン内に充填さ
れ且つ前記クロムと当該銅との界面に分散するビスマス
とからなるものである。

このように、ビスマスをクロムと銅との界面に分散状態
で析出させるため、本発明による真空インタラプタの電
極材料の製造方法は、クロムの粉末上に銅ビスマス合金
を載置し、これらをビスマス蒸気を含む非酸化性雰囲気
にて前記鋼ビスマス合金の融点以上に加熱保持し、銅及
びビスマスを前記クロムの空隙部分に溶浸させたのち、
急冷することを特徴とするものである。

なお、溶浸後の冷却操作は毎分１０度から２０度程度の
降温速度で少なくとも８００℃程度まで続けることが望
ましく、これによってビスマスをクロムと銅との界面に
効果的に分散状態で析出させることができる。

ここで、鋼が２０重量％未満の場合には、導電率が低下
して発熱量が多くなり、逆に銅が７０重量％を越えると
、耐溶着性の低下や電流さい断値の増大をもたらす。又
、クロムが２重量％未満の場合やビスマスが１重量％未
満の場合には、電流さい断値がそれぞれ増大することと
なる。更に、クロムが７５重量％を越え−る場合には、
電流しゃ断性能が低下してしまう。一方、ビスマスが２
０重量％を越えるとＢｉ極及び真空インタラプタとして
の耐久性が急激に低下する。従って、銅は２０から７０
重量％の範囲、クロムは２から７５重量％の範囲、ビス
マスは１から２０重量％の範囲であることが望ましい。

Ｆ　　作　　　　　用 加熱により、まずクロムの粉末が相互に拡散結合して多
孔質化し、これによって形成されるクロムの空隙部分に
銅及びビスマスが溶浸して行（。溶浸後の急冷操作によ
り、ビスマスは鋼の結晶粒間にではなく、クロムと銅と
の界面に析出するため、ビスマスの分布状態は全体とし
て微細に分散することとなる。

Ｇ　　実　　施　　例 真空インタラプタは、その概略構造の一例を表す第８図
に示すようなものであり、相互に一直線状をなす一対の
り一ド棒１１，１２の対向端面には、それぞれ電ｌ’ｌ
１３，１４が一体的に設けである。これら電極１３．１
４を囲む筒状のシールド１５の外周中央部は、このシー
ルド１５を囲む一対の絶ｆｉ［１６。

１７の間に挾まれた状態で保持されている。

一方の前記リード棒１１は一方の絶縁筒１６の一端に接
合された金属端板１８を気密に貫通した状態で、この金
属端板１８に一体的に固定されている。図示しない駆動
装置に連結される他方のリード棒１２は、他方の絶縁筒
１７の他端に気密に接合された他方の金属端板１９にベ
ローズ２０を介して連結され、駆動装置の作動に伴って
電極１３．１４の対向方向に往復動可能に可動側の電極
１４が固定側の電極１３に対して開閉動作するようにな
っている。

前記電極１３，１４は、クロム（Ｃｒ）と、銅（Ｃｕ）
　と、これらクロムと銅との界面に分散ずろビスマス（
Ｂｉ）とからなる複合金属で構成される。

この電極材料の製造法の一例を息下に記すと、まず−１
００メツシユの粒度のクロムの粉末を内径６８！１１１
１のアルミナセラミックス製の容器に約１６０８入れる
と共に該クロムの粉末の上に銅ビスマス合金を約４００
ｇ載置した状態で容器に蓋を被せ、これらを真空炉内に
て脱ガスしつつ第７図に示す如き加熱処理を施し、まず
クロム粒子を拡散結合させ、多孔質の溶浸母材を得る。

しかるのち、この溶浸母材の空隙部分に銅及びビスマス
を溶浸させろが、この際、容器内はビスマス蒸気を多量
に含んだ雰囲気となる。そして、得られる電極材料を容
器から出して所定の寸法形状に機械加工する。

このようにして Ｃｒ：　　３８重量％ Ｂｉ：　　１２重量％ Ｃｕ：　残り からなる電極材料を第一試料として作成し、その金属組
織の状態をＸ線マイクロアナライザにて調べた。金属組
織の二次を予検は第１図に示す通りであり、この試料に
おける銅の分布状態を表すＸ線像が第２図、クロムの分
布状態を表すＸｇ像が第３図、ビスマスの分布状態を表
すＸ線像が第４図にそれぞれ示されている。第２図〜第
４図で白い部分が各金属元素の存在箇所であり、クロム
からなる多孔質の溶浸母材の空隙部分に銅及びビスマス
が溶浸すると共にビスマスがクロムと銅との界面に、つ
まり第１図からも明らかなように、クロム粒子の周囲微
細に分散析出していることが判る。

以上の第一試料の他に、 Ｃｒ：　　３５重量％ Ｂｉ：　　１５重量％ Ｃｕ：　残り からなる第二試料及び Ｃｒ：　　３２重量％ Ｂｉ：　　１８重量％ Ｃｕ：　残り からなる第三試料を用意し、それぞれ直径５０胴で厚さ
が６．５＋ｍの円盤状に加工すると共にその外周縁に４
１ｍ１Ｉｌの曲率半径の丸味を付けたものを第７図に示
す真空インタラプタの電極１３．１４として組込み、耐
溶着性及び電流しゃ断性能及び電流さい断値を調べた。

接触抵抗に関ｔ、　Ｔ　１．？、２００Ｖ、１２０Ａで
真空インタラプタを負荷開閉し、この時の加圧力を１５
０ｋｇｆとした場合の百回後、千回後、−万回後、十万
回後の接触抵抗値をそれぞれ求めた結果、第５図に示す
ように十万回後でも初期値とほとんど変わらず、１５μ
Ω程度の低い値に収まった。なお、ωツは第一試料、カ
噛が第二試料、トへが第三試料の各接触抵抗値の推移を
表す。又、比較として銅にクロムを５０重量％添加した
銅クロム合金の場合を］モで示した。

又、電流しゃ断性能に関しては、７．２ｋＶの電圧条件
にて第一試料では２６　ｋＡ　（ｒ、ｍｓ、）の電流を
しゃ断でき、第二試料では２４　ｋＡ（ｒ、ＩＬｓ、）
の電流をしゃ断でき、第三試料では２２　ｋＡ　（ｒ、
ｔｓ、　）の電流をしゃ断することができた。

一方、電流さい断値に関しては、２００Ｖ。

１２０Ａで真空インタラプタを負荷開閉し、百回後、千
回後、−万回後、十万回後の電流さい断値をそれぞれ求
めた結果、第６図に示すように十万回後でもＩＡ以下に
収まる好結果が得られた。なお、この第６図に示すＯ印
。

Δ印、Ｘ印はそれぞれ５０回測定の平均値を表しており
、σ（が第一試料、キシが第二試料、トイが第三試料の
各電流さい断値の推移を示す。

Ｈ発明の効果 本発明の真空インタラプタの電極材料及びその製造方法
によると、クロムの粉末に銅及びビスマスを溶浸させ、
これらを急冷してクロムと銅−との界面にビスマスを分
散析出させたため、十万回の開閉後でも電流さい断値を
ＩＡ以下並びに接触抵抗を１５μΩ程度の低い値にそれ
ぞれ保つことのできる真空インタラプタを提供できる。

又、多数回の開閉操作後でも接触抵抗値が低く安定して
いるため、開閉のための操作装置を小形化できろと共に
発熱が少ないことと相俟ってキユービクルを小形化でき
る等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空インタラプタの電極材料の一
実施例において、Ｘ線マイクロアナライザによる金属組
織の二次電子像を表す顕微鏡写真、第２図はその銅の分
布状態を表す顕微鏡写真、第３図はクロムの分布状態を
表す顕微鏡写真、第４図はビスマスの分布状態を表す顕
ｍ鏡写真、第５図は本発明を真空インタラプタに応用し
た場合の銅クロム合金及び本実施例の接触抵抗値を比較
したグラフ、第６図は本発明を真空インタラプタに応用
した場合の電流さい断値の特性を表すグラフ、第７図は
本実施例による熱処理操作の過程を表すグラフ、第８図
はその真空インタラプタの一例を表す断面図、第９図は
Ｘ線マイクロアナライザによる従来の銅ビスマス合金の
金属組織の二次電子像を表す顕微鏡写真、第１０図はそ
の銅の分布状態を表す！ｉ徹鏡写真、第１１図はビスマ
スの分布状態を表す顕微鏡写真である。 図中の符号で１１，１２１より−ド棒、１３゜１４は電
極である。 特　　許　　出　　願　人 株式会社　　明　　　電　　　舎 代　　　　理　　　　人

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スケルトンを構成するクロムと、このクロムのス
   ケルトン内に充填される銅と、この銅と共に前記スケル
   トン内に充填され且つ前記クロムと当該銅との界面に分
   散するビスマスとからなる真空インタラプタの電極材料
   。
2. （２）クロムの粉末上に銅ビスマス合金を載置し、これ
   らをビスマス蒸気を含む非酸化性雰囲気にて前記銅ビス
   マス合金の融点以上に加熱保持し、銅及びビスマスを前
   記クロムの空隙部分に溶浸させたのち、急冷することを
   特徴とする真空インタラプタの電極材料の製造方法。