JPH04324220A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低融点金属の分布のば
らつきが少なく高融点金属の割合を任意に変更可能な電
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。

【０００２】

【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。

【０００３】近年、この電流遮断性能が非常に優れてい
る銅−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等の低融点金属を添加した
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。

【０００４】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、或いは容器内に充填されたク
ロムの粉末上に銅とビスマスとの合金を載置し、これら
を非酸化性雰囲気にてこれらの融点以上に加熱し、クロ
ムの空隙部分に銅及び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。

【０００５】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２から１５重量％の範囲に調整されている。

【０００６】

【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
うにした方法及び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。

【０００７】又、クロムの空隙部分に銅とビスマスとの
合金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、クロムの空隙部分に銅とビスマスとの
合金を溶浸させる必要上、クロムの体積割合を５０％程
度に抑えて空隙部分を確保しなければならず、電極材料
中に占めるクロムの割合を任意に設定することが困難で
あった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、低融点金属の分布のばらつき
が少なく、しかも高融点金属の混合割合を任意に調整し
得る電極材料、特にビスマスを添加した銅−クロム系の
電極材料を製造する方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による電極材料の
製造方法は、銅の粉末とこの銅よりも高融点の高融点金
属の粉末とを混合してなる溶浸母材の上に銅とこの銅よ
りも低融点の低融点金属との合金を載置し、これらを非
酸化性雰囲気にて前記合金の融点以上に加熱保持し、前
記合金を前記溶浸母材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。

【００１０】なお、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。又、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。ここで、高融点金属とし
てクロムを採用すると共に低融点金属としてビスマスを
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、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。一方、ビスマ
スが２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。

【００１１】従って、高融点金属としてクロムを採用す
ると共に低融点金属としてビスマスを採用したものにお
いては、銅は２０から９８重量％の範囲、クロムは２か
ら８０重量％の範囲、ビスマスは２から１５重量％の範
囲にそれぞれあることが望ましい。

【００１２】但し、電極材料中に占めるビスマスの割合
とさい断電流値との関係を表す図２に示すように、ビス
マスの割合が２重量％の場合には、さい断電流値が２Ａ
（アンペア）以下となるが、６重量％の場合でもさい断
電流値は１Ａ以下を確保することができることから、ビ
スマスの割合を６重量％以上としても良く、逆に１２重
量％を越える場合には低融点金属が著しく析出し、得ら
れる電極材料中の低融点金属の量にばらつきを生じる虞
がある上、さい断電流値を減少させる効果が余り得られ
ない。以上のような観点から、銅とビスマスとの合金中
に占めるビスマスの割合を、６から１２重量％の範囲に
収めることが特に有効となる。

【００１３】

【作用】銅と低融点金属との合金中に占める低融点金属
の一部は、銅の結晶粒中に固溶している。固溶限界を越
えた低融点金属は銅の結晶粒界に析出するが、この析出
状態の低融点金属は合金表面のみならず合金内部にも当
然存在する。

【００１４】このような状態の銅と低融点金属とを銅と
高融点金属との混合粉末上に載置してこれらを加熱する
と、銅と低融点金属との合金から低融点金属が蒸発する
のは、銅の結晶粒界に沿ってこの銅と低融点金属との合
金の表面からだけとなり、銅と低融点金属との合金中の
銅が溶けるまでは、低融点金属の蒸発が抑制された状態
となる。

【００１５】この加熱操作に伴い、銅と高融点金属との
混合粉末の空隙部分からガスが放出され、銅及び高融点
金属の空隙部分に銅と低融点金属との合金が溶浸して行
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。

【００１６】

【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３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が一体的に設けてある。これら電極１
３，１４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１３，１４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。

【００１７】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（Ｂｉ）とからなる複合金属で構成される。

【００１８】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１５０から２
５０メッシュの範囲の粒度のものが全体の８０％を占め
るクロムの粉末と−３２５メッシュの粒度のものが全体
の８０％を占める銅の粉末とを用意し、クロムの粉末が
２５重量％で銅の粉末が７５重量％となるようにこれら
を均一に攪拌混合する。

【００１９】そして、この混合粉体を内径７０ｍｍのア
ルミナセラミックス製の容器Ａに１３０ｇ入れ、これを
５×１０−４Ｔｏｒｒの真空炉内で脱ガスしながら１１
３０℃に１時間加熱保持し、クロム粒子及び銅粒子を相
互に拡散結合させて多孔質の溶浸母材Ｂを得る。

【００２０】一方、５×１０−５Ｔｏｒｒの真空溶解炉
にて銅を１１００℃に溶融させ、所定量のビスマスを銅
の溶湯中に添加してこれらを攪拌した後、冷却してビス
マスが１８重量％含まれた銅ビスマス合金を得る。

【００２１】しかるのち、前記アルミナセラミックス製
の容器Ａ内に形成された溶浸母材Ｂの上に、上述した方
法により作られた１２０ｇの銅ビスマス合金Ｃを載置し
、この状態で容器Ａにアルミナセラミックス製の蓋Ｄを
被せ、これらを５×１０−４Ｔｏｒｒの真空炉内にて脱
ガスしつつ１１３０℃に３０分加熱処理し、多孔質の溶
浸母材Ｂの空隙部分に銅ビスマス合金Ｃを溶浸させ、こ
れによって得られた電極材料を容器Ａから取り出し、所
定の寸法形状に機械加工する。

【００２２】このようにして、 Ｃｕ：７１．４３重量％ Ｃｒ：１９．９２重量％ Ｂｉ：　　８．６５重量％ からなる電極材料を作成した。

【００２３】この電極材料を第３図に示した真空インタ
ラプタに組み込み、さい断電流値を測定した結果、これ
が１Ａ以下であることを確認した。

【００２４】なお、上述した実施例では予め銅とクロム
との混合粉末を焼結し、これによって得られる溶浸母材
に対して銅ビスマス合金を溶浸させるようにしたが、容
器内に装入された銅とクロムとの混合粉末上に銅ビスマ
ス合金を載置し、この容器内を蓋により密閉状態のまま
加熱して銅及びクロムの粉末の空隙部分に銅ビスマス合
金を溶浸させるようにしても、同様な結果を得ることが
できる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の電極材料の製造方法によると、
銅と高融点金属との混合体の上に銅と低融点金属との合
金を載置し、これらを加熱して銅及び高融点金属の空隙
部分に銅と低融点金属との合金及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。

【００２６】又、予め高融点金属に銅を混ぜておくこと
により、電極材料中に占める高融点金属の割合を従来の
ものより多く設定しても、これらの空隙部分に銅と低融
点金属との合金を確実に溶浸させることが可能となり、
電極材料中に占める高融点金属の割合を任意に設定する
ことができる。

【００２７】この結果、電流遮断後における接触抵抗値
や電流遮断性能等の特性が全体的に向上した電極材料を
得ることができる。特に、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
を小形化できると共に発熱が少ないことと相俟ってキュ
ービクルを小形化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電極材料の製造方法の一実施例を
表す断面図である。

【図２】電極材料中に占めるビスマスの割合とそのさい
断電流値との関係を表すグラフである。

【図３】真空インタラプタの一例を表す断面図である。

【符号の説明】

Ａは容器、Ｂは溶浸母材、Ｃは銅ビスマス合金、Ｄは蓋
、１１，１２はリード棒、１３，１４は電極である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　銅の粉末とこの銅よりも高融点の高融
   点金属の粉末とを混合してなる溶浸母材の上に銅とこの
   銅よりも低融点の低融点金属との合金を載置し、これら
   を非酸化性雰囲気にて前記合金の融点以上に加熱保持し
   、前記合金を前記溶浸母材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. 【請求項２】　　高融点金属がクロムであることを特徴
   とする請求項１に記載した電極材料の製造方法。
3. 【請求項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に記載した電極材料の製造方法。