JPH04137326A - 電極材料の製造方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、低融点金属の分布のばらつきが少ない均質な
電極材料の製造方法に関し、特にビスマスを添加した銅
−クロム系の電極材料に応用して好適なものである。

Ｂ１発明の概要 銅よりも高融点の金属粉末上に銅よりも低融点の金属粉
末と銅粉末とを混合して加圧成形したものを載置するか
、或いは更に銅塊を載置し、これらを非酸化性雰囲気に
て加熱保持し、低融点金属の蒸散を抑制しつつ高融点金
属の空隙部分に銅及び低融点金属を溶浸させることによ
り、所望の性能を有する均質な電極材料を製造し得るよ
うにした方法である。

Ｃ０従来の技術 真空インタラプタの電極材料として要求される重要な性
能の一つとして、電流遮断性能の高いことが挙げられる
。

近年、この電流遮断性能が非常に優れている鋼−クロム
系の材料に、電流遮断後の接触抵抗値の上昇を抑制する
目的でビスマスを添加したものを、真空インタラプタの
電極材料として使用することが試みられている。

従来、このビスマスを添加した銅−クロム系の電極材料
の製造方法としては、銅とクロムとビスマスとの混合粉
末を一括して焼結するようにしたものや、容器内に充填
されたクロムとビスマスとの混合粉末上に銅塊を載置し
、これらを非酸化性雰囲気にて銅の融点以上に加熱し、
クロム及びビスマスの空隙部分に銅塊を溶浸させるよう
にしたもの、或いは予め焼結された銅とクロムとからな
る多孔質の溶浸母材の空隙部分にビスマスを溶浸させる
ようにしたもの等が知られている。

なお、ビスマスを添加した銅−クロム系の電極材料の組
成として一般的には、銅が２０から９８重量％の範囲、
クロムが２から８０重量％の範囲、ビスマスが０．１か
ら１５重量％の範囲に調整されている。

Ｄ９発明が解決しようとする課題 ビスマスを添加した銅−クロム系の金属材料に対する従
来の製造方法の内、銅とクロムとビスマスとの混合粉末
を一括して焼結するようにした方法や、クロム及びビス
マスの空隙部分に銅塊を溶浸させるようにした方法では
、ビスマスは蒸気圧が高くて融点が低いことから、銅塊
を溶浸させる加熱工程において銅よりも融点の低いビス
マスの蒸発量が非常に多く、一つの容器内で製造される
電極材料中のビスマスの分布が著しく不均一となって製
品の均質性を損なう虞がある上、電極材料中に占めるビ
スマスの割合を設計通りに保つことが困難である。

又、銅とクロムとの焼結体の空隙部分にビスマスを溶浸
させるようにした方法では、上述の如き不具合はないも
のの、所定量のビスマスを含有する電極材料を製造する
ためには、銅とクロムとの焼結体の空隙率の調整が極め
て重要となる。しかし、従来の方法では銅とクロムとの
焼結体を所望の空隙率に調整することが非常に難しいこ
とに加え、一つの焼結体内での空隙率のばらつきも多い
ことから、電極材料中のビスマスの分布が不均一となっ
て、製品の均性を損なう虞があった。

Ｅ０課題を解決するための手段 第一番目の本発明による電極材料の製造方法は、銅及び
この銅よりも低融点の低融点金属の粉末を混合して加圧
成形してなる成形体を前記鋼よりも高融点のスケルトン
を構成する高融点金属の粉末上に載置し、これらを非酸
化性雰囲気にて加熱保持し、前記銅及び低融点金属を前
記高融点金属の空隙部分に溶浸させるようにしたことを
特徴とするものである。

又、第二番目の本発明による電極材料の製造方法は、第
一番目の発明の構成に加えて更に高融点金属の粉末上に
銅塊を載置したことを特徴とするものである。

なお、前記低融点金属としてはビスマス等を挙げること
ができる。又、前記高融点金属としてはクロム等を挙げ
ることができる。ここで、低融点金属としてビスマスを
採用すると共に高融点金属としてをクロム採用したもの
において、銅が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９８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
、ビスマスが０．１重量％未満の場合には、電流遮断後
の接触抵抗値を抑制する効果が薄れてしまい、逆にビス
マスが１５重量％を越えると、耐電圧特性等の真空イン
タラプタとしての性能に悪影響を及ぼす。一方、クロム
が２重量％未満の場合には、電流さい断値が増大し、逆
にクロムが８０重量％を越える場合には、電流遮断性能
が低下してしまう。

従って、低融点金属としてビスマスを採用すると共に高
融点金属としてクロムを採用したものにおいては、銅は
２０から９８重量％の範囲、ビスマスは０．１から１２
５量％の範囲、クロムは２から８０重量％の範囲にそれ
ぞれあることが望ましい。

但し、さい断電流値に注目した場合、ビスマスの添加量
とさい断電流値との関係を表す第３図に示すように、２
Ａ以下のさい断電流値を得るためにはビスマスの添加量
を少な（とも２重量％にしなければならない。そして、
ＩＡ以下のさい断電流値を得るためには、ビスマスを６
重量％以上添加する必要があるが、このビスマスを１２
重量％以上添加しても、さい断電流値をそれ以上に減少
させることが困難となることから、ビスマスは６から１
２重量％の範囲に収めることが特に有効となる。

Ｆ０作用 銅とこの銅よりも低融点の金属とを混合した場合、これ
らの融点が純粋な銅の融点よりも低下することは、周知
の事実である。

例えば、純粋な銅の融点は１０８３℃であり、純粋なビ
スマスの融点は２７１°Ｃである。

ここで、銅に対するビスマスの混合割合とこの時のこれ
らの融点との関係を表す第４図に示すように、ビスマス
の混合割合が増大するにつれて、これらの融点が次第に
低下するような傾向を持つことが判る。

このため、銅と低融点金属との成形体を非酸化性雰囲気
にて加熱すると、純粋な銅の融点よりも低い温度で成形
体が溶融し、これが高融点金属の空隙部分に溶浸する。

この場合、低融点金属の大部分は銅で囲まれた状態とな
るため、低融点金属の蒸゛発が抑制される。但し、銅塊
を更に載置したものでは、銅と低融点金属との成形体が
溶融した後に、二〇銅塊が高融点金属の表面全体から溶
浸を始める。

上記加熱操作に伴って、高融点金属の粉末の空隙部分か
らガスが放出され、先に述べたようにして高融点金属の
空隙部分に銅と低融点金属とが次第に溶浸して行く。低
融点金属は電極材料自体の機械的強度を下げ、この電極
材料自体を変形し易くして電流遮断後の接触抵抗値の上
昇を抑制する。

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
リード棒１１．１２の対向端面には、それぞれ電極１３
．１４が一体的に設けである。これら電極１３．１４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を囲む一対の絶縁筒１６゜１７の間に挟まれた状態
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．　ｌ　４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するビスマス（Ｂ
ｉ）とからなる複合金属で構成される。

本発明によるこの電極材料の製造方法の一例を第１図に
基づいて以下に記すと、まず−１００メツシユの粒度の
クロムの粉末を内径６８ｍｍのアルミナセラミックス製
の容器Ａ中に１７０ｇ入れ、これを５　Ｘ　１０−’Ｔ
ｏｒｒの真空炉内で脱ガスしながら１２００℃に加熱保
持し、クロム粒子を相互に拡散結合させて多孔質の溶浸
母材Ｂを得る。

一方、−２７５メツシユの粒度の銅の粉末１５０ｇとビ
スマスの粉末７０ｇとを混合攪拌し、これを内径が６０
ｍｍの金型に装入して１ａＩｒ当たり２ｔの圧力で加圧
成形し、直径が６０ｍｍの円板状をなす成形体Ｃを作成
した。

そして、この成形体Ｃを容器Ａ内の溶浸母材Ｂに載置し
、更にこの成形体Ｃの上に直径が６０＋＋ｍの円板状を
なす銅塊りを重ねた後、容器Ａにアルミナセラミックス
製の蓋板Ｅを被せ、この容器Ａ内を密閉状態に保持した
。

しかるのち、これらを５　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒの真空
炉内にて脱ガスしつつ１１００℃に２０分間加熱処理し
、多孔質の溶浸母材Ｂの空隙部分に銅及びビスマスを溶
浸させ、得られる電極材料を容器Ａから出して直径６０
Ｂで厚さが１０ｍｍの円板状に機械加工した。

このようにして、 Ｃｕ・４５重量％ Ｃｒ：４５重量％ Ｂｉ：１０重量％ からなる電極材料を作成した。

この方法によって、合計で２５の試料を作成し、電極材
料中に占めるビスマスの割合を調査した結果、ビスマス
の割合の平均値が１０重量％でその標準偏差が０．０２
％となり、ビスマスの割合のばらつきが非常に小さいこ
とが判明した。

なお、本実施例では溶浸母材Ｂであるクロムの多孔質焼
結体の上に、成形体Ｃ及び銅塊りを載置するようにした
が、クロムの焼結工程を省略し、その粉末上に成形体Ｃ
及び銅塊りを載置し、これらをクロムの空隙部分に溶浸
させても同様な結果を得ることができる。

又、本実施例では成形体Ｃ及び銅塊りを溶浸させるよう
にしたが、銅の割合を多くした成形体Ｃのみをクロムの
空隙部分に溶浸させるようにすることも当然可能である
。

Ｈ０発明の効果 本発明の電極材料の製造方法によると、銅及びこの銅よ
りも低融点の低融点金属の粉末を混合して加圧成形して
なる成形体を高融点金属の粉末上に載置し、これらを加
熱して高融点金属の空隙部分に銅と低融点金属とを溶浸
させるようにしたので、低融点金属の蒸発量を従来の方
法よりも大幅に抑制することが可能となり、電極材料中
の低融点金属の分布が均一となって製品の均質性が向上
し、電極材料中に占める低融点金属の割合を設計通りに
保つことができる。

この結果、所望のさい断電流値を有する電極材料を製造
できると共に多数回の開閉操作後でも接触抵抗値が低（
安定しているため、開閉のための操作装置を小形化でき
る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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電極材料の製造方法の一実施例を
表す断面図、第２図は真空インタラプタの一例を表す断
面図、第３図はビスマスの添加量とさい断電流値との関
係を表すグラフ、第４図は銅に対するビスマスの割合と
これらの融点との関係を表すグラフである。 又、図中の符号でＡは容器、Ｂは溶浸母材、Ｃは成形体
、Ｄは銅塊、Ｅは蓋板、１１．１２はり−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　弁理士　光石英俊（他１名） 第１図 本発明による電極材料の 製造方法の一実施例を 表わす断面図 Ａ：容器 Ｂ　：　、ＩＩ！母材 Ｃ：成形体 り二鯛塊 Ｅ：蓋板 第２図 真空インタラプタの断面図 第３図 さＬ１断電流値の変化を表わすグラフ ビスマス添加量（重量％） 第４ 図 変化を表すグラフ 鯛に対するビスマスの割合で重量％）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）銅及びこの銅よりも低融点の低融点金属の粉末を
   混合して加圧成形してなる成形体を前記銅よりも高融点
   のスケルトンを構成する高融点金属の粉末上に載置し、
   これらを非酸化性雰囲気にて加熱保持し、前記銅及び低
   融点金属を前記高融点金属の空隙部分に溶浸させるよう
   にしたことを特徴とする電極材料の製造方法。
2. （２）銅及びこの銅よりも低融点の低融点金属の粉末を
   混合して加圧成形してなる成形体と銅塊とを前記銅より
   も高融点のスケルトンを構成する高融点金属の粉末上に
   載置し、これらを非酸化性雰囲気にて銅の融点以上に加
   熱保持し、前記銅及び低融点金属を前記高融点金属の空
   隙部分に溶浸させるようにしたことを特徴とする電極材
   料の製造方法。
3. （３）低融点金属がビスマスであることを特徴とする請
   求項（１）又は（２）に記載した電極材料の製造方法。
4. （４）高融点金属がクロムであることを特徴とする請求
   項（１）又は（２）に記載した電極材料の製造方法。