JPH0449734B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、大電流しや断性能に優れ、かつ耐
電圧性能の良好な真空しや断器用接点材料に関す
るものである。

真空しや断器は、その無保守、無公害性、優れ
たしや断性能等の利点を持つため、適用範囲が急
速に拡大して来ている。また、それに伴い、より
大きなしや断容量や高い耐電圧が要求されてい
る。一方、真空しや断器の性能は真空容器内の接
点材料によつて決定される要素がきわめて大であ
る。

真空しや断器用接点材料の満足すべき特性とし
て、(1)しや断容量が大きいこと、(2)耐電圧が高い
こと、(3)接触抵抗が小さいこと、(4)溶着力が小さ
いこと、(5)接点消耗量が小さいこと、(6)さい断電
流値が小さいこと、(7)加工性が良いこと、(8)十分
な機械的強度を有すること、等がある。

実際の接点材料では、これらの特性を全て満足
させることは、かなり困難であつて、一般には用
途に応じて特に重要な特性を満足させ、他の特性
をある程度犠性にした材料を使用しているのが実
状である。

従来、この種の接点材料として銅−ビスマス
（以下C_u−B_iと表示する。他の元素および元素の
組み合せからなる材料についても同様に元素記号
で表示する）、C_u−C_r−B_i、C_u−C_p−B_i、C_u−C_r
等が使用されていた。しかし、C_u−B_i等の低融点
金属を含有する接点では排気工程中の高温加熱に
より、その一部が接点内から拡散、蒸発し、真空
容器内の金属シールドや絶縁容器に付着する。こ
れが真空しや断器の耐電圧を劣化させる大きな因
子の一つになつている。また、負荷開閉や大電流
しや断時にも低融点金属の蒸発、飛散が生じて耐
電圧の劣化、しや断性能の低下が見られる。上記
の欠点を除くために真空耐電圧に優れたC_r、C_pな
どを添加したC_u−C_r−B_iなどにおいても低融点金
属による上記の欠点は根本的に解決されず、高電
圧、大電流には対応できない。一方、C_u−C_rな
どのように真空耐電圧に優れた金属（C_r、C_pな
ど）と電気伝導度に優れたC_uとの組み合せから
なる材料は耐溶着性能に関しては低融点金属を含
有する接点材料に比較して、やや劣るが、しや断
性能や耐電圧性能が優れているため、高電圧、大
電流域ではよく使用されている。さらに、C_u−
C_rなどにおいても、しや断性能には限界があるた
めに接点の形状を工夫し、接点部の電流経路を操
作することで、磁場を発生させ、この力で大電流
アークを強制駆動して、しや断性能を上げる努力
がなされていた。

しかし、大電流化、高電圧化への要求はさらに
きびしく、従来の接点材料では要求性能を十分満
足させることが困難となつている。又、真空しや
断器の小型化に対しても同様に従来の接点性能で
は十分でなく、より優れた性能を持つ接点材料が
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、大電流しや断性能
に優れ、かつ耐電圧性能の良好な真空しや断器用
接点材料を提供することを目的としている。

発明者等はC_uに種々の金属、合金、金属間化
合物を添加した接点材料を試作し、真空スイツチ
管に組み込んで種々の実験を行なつた。これまで
に、先行技術（特願昭57−192785号明細書）とし
て、C_u、C_r、T_aから構成されている材料のしや
断性能が従来品（C_u−25重量％C_r合金）に比較
して非常に優れていることを見出しているが、従
来品のしや断容量に対して1.5倍のしや断容量を
得るためにはT_aを５〜25重量％の範囲添加させ
なければならなかつた。

そこで、この一般に高価な材料であるT_aの添
加量をできるだけ少なくして、有効にしや断性能
を向上させるために種々の実験を行なつた。この
結果、C_u、C_r、T_aを主成分として、Z_rを少量添
加した場合にT_a量を少なくしても非常にしや断
性能が優れ、耐電圧性能が良好であることがわか
つた。さらに、少量のZ_r添加によつてT_a量のあ
る範囲でZ_rを添加しない場合に比べて著しく、し
や断性能が向上することも見出した。この発明の
真空しや断器用接点材料はC_uを含有すると共に、
他の成分としてC_rが10〜35重量％、T_aが20重量
％以下で、かつZ_rが２重量％以下の範囲含有する
ことを特徴としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第１図は真空スイツチ管の構造図で、真空絶縁
容器１とこの真空絶縁容器１の両端を閉塞する端
板２および３とにより形成された容器内部に電極
４および５が、それぞれ電極棒６および７の一端
に、お互いが対向するよう配置されている。前記
電極７は、ベローズ８を介して前記端板３に気密
を損うことなく軸方向の動作が可能なように接合
されている。シールド９および１０がアークによ
り発生する蒸気で汚染されることがないよう、そ
れぞれ前記真空絶縁容器１の内面および前記ベロ
ーズ８を覆つている。電極５は第２図のように、
その背面で電極棒７にろう材５１を介挿してろう
付されている。前記電極４，５はこの発明のC_u
−C_r−T_a−Z_r系接点材料から成つている。

第３図は合金中のC_r量を25重量％に固定し、さ
らにT_a量を０，１，５，10，15，20，25重量％
に固定した合金に添加したZ_r量としや断容量の関
係を示したものである。図の縦軸は従来品（C_u
−25C_r品）のしや断容量を１とした場合の比率を
示し、横軸は、Z_rの添加量を示す。図中Ａは従来
品（C_u−25C_r品）のしや断容量である。図から
わかるように各T_a量に対してZ_rの添加量は0.4重
量％のとき、しや断容量のピークがあり、Z_rの添
加によつてしや断性能の向上が見られるが、T_a
量が20重量％以上になるとZ_rの効果がなくなり、
むしろ、しや断性能の低下が生じる。また、Z_r添
加の効果はT_a量が少ないほど有効であり、T_a量
は１重量％に対してZ_rを0.4重量％加えた場合は
従来品（C_u−25重量％C_r品）の1.35倍のしや断容
量を示す。また、T_a量が10重量％の場合にはZ_r
量0.5重量％添加することにより、従来品の1.9倍
近いしや断容量が得られる。即ち、T_a量の比較
的少ない場合にはZ_rが他の元素と適度に反応して
形成される合金や化合物が均一微細に分散して、
しや断性能を著しく上昇させ、しかもC_u量が十
分にあるので電気伝導度や熱伝導度を低下させる
こともないので、アークによる熱入力をすみやか
に放散することができる。しかしT_a量が多くな
ると、必然的にC_u量の割合が低下するので、そ
のC_uとZ_rが反応して形成される化合物そのものは
しや断性能を上昇させる要素を持つていても電気
伝導度や熱伝導度を低下させる悪影響のほうが大
きくなり、Z_rと他の元素の反応で生じるしや断性
能向上要素を打ち消して、トータルとしてのしや
断性能が向上しないためであると思われる。又同
じT_a量ではZ_rが効果を示す適度な量を越えて多
量になるとやはり電気伝導度や熱伝導度が著しく
低下するので好ましくない。また、各T_aに対し
て、しや断性能から見ると、Z_rは0.4重量％添加
するのが最も好ましい。なお、この実験に使用し
た、C_u−C_r−T_a−Z_r合金はC_u、C_r、T_a、Z_r粉を
各々必要量配合した混合粉を成形、焼結して得ら
れたものである。

なお、第３図の縦軸は従来品（C_u−25C_r品）
のしや断容量を１とした場合の比率を示し、横軸
はZ_rの添加量を示す。図中Ａは従来品（C_u−25C_r
品）のしや断容量である。

第４図は合金中のC_r量を25重量％に固定し、さ
らに、Z_r量を０，0.4，1.0，2.0重量％に固定した
場合のT_a量としや断容量との関係を示したもの
であり、図の縦軸は従来品（C_u−25C_r品）のし
や断容量を１とした場合の比率を示し、横軸は
T_aの添加量を示す。第４図からわかるように、
Z_r量が0.4重量％のときZ_r添加によるしや断容量
増大の効果が見られるのはT_a量が20重量％以下
で最も広範囲である。一方、Z_r添加量はT_a量が
非常に少ない場合（２重量％以下）には２重量％
以下の範囲で効果的であるが、２重量％を越える
としや断性能や接触抵抗などが低下して好ましく
ない。

以上の結果からC_u−C_r−T_aの３元合金に対し
て、T_iを添加することによつて３元合金のしや断
性能をより向上させるためにはZ_rは0.65重量％以
下、T_a量は4.5〜18重量％の範囲が望ましい。さ
らに、T_aの添加量をできるだけ低減して、優れ
たしや断性能を得る条件としてはT_a量が15重量
％以下の範囲が望ましい。

発明者らは第３図、第４図に示すような実験を
C_r量を種々変化させて行なつたが、C_r量が10〜35
重量％の範囲でT_i添加によるしや断性能の向上が
見られたが、C_r量が10重量％より少ない範囲では
T_iを添加しても変化はなく、逆にC_r量が35重量％
を越えるとしや断性能の低下も生じる。

一方、C_u−C_r−T_a−Z_r系合金でC_rを10〜35％、
T_aを20重量％以下、Z_rを２重量％以下の範囲含
有する接点材料は従来品（C_u−25C_r品）と比較
して、接触抵抗も劣ることはなく、耐電圧性能も
同等に良好であることを図示しないが種々の実験
で確認している。

また、図示しないが、上記合金にB_i、T_e、S_b、
Tl、P_b、S_e、C_e及びC_aのうちの少なくとも１つ
の低融点金属、その合金、その金属間化合物、並
びにその酸化物のうち少なくとも１種を20重量％
以下添加した低さい断真空しや断器用接点におい
ても、前記実施例と同様にしや断性を上昇させる
効果があることを確認している。

なお、低融点金属、その合金、その金属間化合
物、並びにその酸化物のうち少なくとも１種を20
重量％以上添加した場合には著しく、しや断性能
が低下した。又、低融点金属がC_eあるいはC_aの
場合は若干特性が劣る。

なお、上記実施例では、この発明をC_u−C_r−
T_a−Z_r合金により説明したが、上記合金の各元
素が単体、四者、三者もしくは二者の合金、四
者、三者もしくは二者の金属間化合物又はそれら
の複合体として分布している場合にも所期の目的
を達することは明らかである。

以上のように、この発明によれば、銅を含有す
ると共に他の成分としてクロムが10〜35重量％タ
ンタルが20重量％以下で、かつジルコニウムが２
重量％以下の範囲含有することを特徴とするもの
であるので、T_a量を少なくしても、しや断性能
に優れ、かつ良好な耐電圧性能を有する真空しや
断器用接点材料が得られる効果がある。

さらにタンタルを4.5〜18重量％、ジルコニウ
ムを0.65重量％以下の範囲に限定すると、チタン
を添加しない場合よりしや断性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な真空スイツチ管の構造を示す
断面図、第２図はその第１図の電極部分の拡大断
面図、第３図はこの発明の実施例の接点材料にお
けるC_r量を25重量％に固定し、T_a量を０，１，
５，10，15，20，25重量％に固定した合金に対し
てZ_r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４図はこの発明の実施例の接点材
料におけるC_r量を25重量％に固定し、Z_r量を０，
0.4，1.0，2.0重量％に固定した合金に対してT_a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。 図において、１は真空絶縁容器、２，３は端
板、４，５は電極、６，７は電極棒、８はベロー
ズ、９，１０はシールド、５１はろう材、Ａは従
来品（C_u−25C_r品）のしや断容量である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅を含有すると共に、他の成分としてクロム
   が10〜35重量％、タンタルが20重量以下で、かつ
   ジルコニウムが２重量％以下の範囲含有すること
   を特徴とする真空しや断器用接点材料。 ２ ジルコニウムが0.65重量％以下の範囲含有す
   る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材料。 ３ タンタルが4.5〜18重量％の範囲含有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の真空しや断器用接点材料。 ４ タンタルが4.5〜15重量％の範囲含有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   に記載の真空しや断器用接点材料。 ５ ビスマス、テルル、アンチモン、タリウム、
   鉛、セレン、セリウム及びカルシウムのうち少な
   くとも１つの低融点金属、その合金、その金属間
   化合物、並びにその酸化物のうちの少なくとも１
   種を20重量％以下含有していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の真空しや断器用接点材料。