JPH0458130B2 - - Google Patents

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JPH0458130B2
JPH0458130B2 JP61203699A JP20369986A JPH0458130B2 JP H0458130 B2 JPH0458130 B2 JP H0458130B2 JP 61203699 A JP61203699 A JP 61203699A JP 20369986 A JP20369986 A JP 20369986A JP H0458130 B2 JPH0458130 B2 JP H0458130B2
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JP
Japan
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oxide particles
vacuum circuit
circuit breaker
manufacturing
molten metal
Prior art date
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Application number
JP61203699A
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JPS6360246A (ja
Inventor
Katsuhiro Komuro
Tetsuo Kuroda
Mitsuo Nakamura
Ryuji Watanabe
Yukio Kurosawa
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00Contacts
    • H01H1/02Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕 本発明は、真空遮断器に係り、とくに該真空遮
断器の電極が優れた低さい断電流特性と、高耐電
圧特性および耐溶着性の向上に好適な鋳造合金に
て構成された真空遮断器の製造法に関する。 〔発明の背景〕 真空遮断器の電極接点に要求される基本的要件
は、耐電圧が高いこと、さい断電流値が小さいこ
と、遮断電流が高いこと、さらに耐溶着性をもつ
ことなどが挙げられる。また、耐消耗性も重要な
条件である。 従来から真空遮断器の電極材には、真空溶解し
たCu合金や、焼結、溶浸合金などが多く用いら
れている。 しかし、これらの基本的要件の中には相反する
ものがあり、単一金属種ではすべての要件を満足
させることが不可能である。このため実用化され
ている多くの電極材料は、不足する性能を相互に
補えるような二種以上の元素を組合せ、特定の用
途に供することが行なわれている。 例えば、高耐圧化を図つた材料として注目され
ているものには、特公昭45−35101号公報に開示
されているようなCr−Cu合金がある。これは、
粉末治金的に作られたCrの仮焼結体にCuを溶浸
したものである。しかしCr自体が酸素(O2)と
の親和力が非常に大きいために、Cr粉末、ある
いは、成形体の管理が問題となる。通常、Crの
仮焼結、Cuの溶浸などは、真空中あるいは精製
された水素(H2)中で行なわれるが、それでも
酸化物残渣が存在しやすく特性にばらつきを起こ
しやすい。 一方、この溶浸合金は耐電圧、遮断電流値に優
れて好ましいものであるが、真空遮断器の電極材
料として重要な特性の一つである低さい断電流特
性をもたせることが難しく、この点の改良が望ま
れている。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、電極が優れた低さい断電流特
性をもち、高耐電圧特性及び耐溶着性の向上を可
能とし、かつ、きれつなどの欠陥の発生を少くす
ることを可能とする真空遮断器の製造法を提供す
ることにある。 〔発明の概要〕 上記の目的を達成するために、本発明は一対の
電極が互いに所定の間〓で対向して移動可能に配
置された真空遮断機の製造法において、前記電極
をY2O3,Al2O3,Cr2O3,BeO,ZrO2,TiO2
酸化物粒子を一種または複数種を、体積比で平均
0.5%を超え20%以下含み残部がCuである鋳造合
金からなり、かつ前記酸化物粒子の濃度が互いに
対向する電極接点表層面側から反対側にかけて低
くなるように注湯面をプランジヤーによつて加圧
凝固させて形成するものである。 発明者らの研究によれば、Cr−Cu系溶浸材料
の特性のばらつきの原因は、粉末治金的に作られ
るために生じるものと考えた。なすわち、焼結体
中の吸藏ガスやCr粒子表面の酸化が大きく起因
し、しかも、溶浸終了後にも除去しきれないとい
うことは大きな問題である そこで、真空遮断器に用いる新しい電極材料に
ついて種々研究を重ねた結果、Tiを微量含んだ
Cu合金溶湯中へ各種酸化物粒子を分散した新材
料を見出した。すなわち、Cu合金基地組織中に
微細な酸化粒子が分倣することにより、優れた耐
電圧特性と低さい断電流特性を発揮させることが
判明した。 さらに詳述するとつぎのとおりである。 本発明における真空遮断器の電極に用いる材料
は、高導電性のCuをベースに、後で述べる加圧
鋳造法により酸化物粒子を適切に分散させたもの
であり、しかも、遮断面の表層から内部に向つて
その酸化物の濃度を変化させたものである。この
ように酸化物粒子の濃度勾配をもたせることによ
り表層部分では所定の高耐電圧特性、耐溶着特性
を持たせつつ、内部あるいは接合部分では、ほと
んど純銅に近い高導電性を持たせることができ
る。すなわち、電極としての性能のみならず、ロ
ウ付性も非常に良い。 本発明の鋳造合金では微量のTi添加を行なう
が、このTiは酸化物粒子をCu合金溶湯中へ分散
させるための分散助剤である。ちなみに、Tiを
添加しない場合には、酸化物粒子はCu合金溶湯
中へ分散せず溶湯表面へ浮上分離する。分散機構
はTiが酸化物粒子表面と溶湯とのぬれ性を改善
することによりCu合金溶湯中へ分散するもので
ある。従つて酸化物粒子表面の物理的、化学的付
着物にはTiにより排除され、清浄な粒子表面で
Cu合金中に分散されている。このことは、粉末
治金法で製造されるCr−Cu系電極材料よりもCr
粒子表面がなおいつそう清浄化され、ガスフリー
な材料を得ることができる。 Ti添加量は、本発明の酸化物粒子分散量に対
し0.05〜0.7重量%で充分である。0.7%以上添加
しても酸化物粒子の分散には効果がなく、マトリ
ツクス中に固溶して電気伝導度を低下させるため
好ましくない。またTi以外にCi,Zr,V,Niを
添加しても同様な効果がある。Biはさい断電流
を下げるためと、耐溶着性の向上に寄与する。特
に酸化物粒子との相乗効果によりさい断電流特性
が顕著に向上する。Biの添加量は、0.01〜2重量
%が有効である。0.01%以下の場合には、耐溶着
性の面でBiの効果が発揮される。2%以上にな
るとマトリツクスとの密度差による偏析を防止す
ることができず、鋳塊下部への偏析を生じやすい
0.01〜2%範囲のBiは、酸化物粒子が分散してい
るため、酸化物の粒子間〓に微細な状態で均一に
分散することができ偏析を防止する。また、Bi
以外にPb,Sb,Cd,Te,Se,Inなどの低融点、
耐蒸気圧元素でも同様の効果があることを確信し
た。 Y2O3,Al2O3,CrO3,BeO,ZrO2,TiO2等の
酸化物粒子の一種又は複数種は耐電圧特性の向上
に大きく寄与する。これら耐電圧特性成分である
酸化物粒子の平均粒径は、後述する製造法とも関
係し0.03〜7μmの範囲が有効である。粒子の凝集
を防止し、均一な分散を行わせるには0.03μm以
上が好ましくまた適正な粒子間隔とし良好な電極
特性とするために7μm以下が好ましい。 また、本発明電極材料は鋳造合金であることを
利用してマトリツクス中に分散する酸化物粒子の
分布状態をコントロールすることができる。つま
り、凝固速度をコントロールすることにより遮断
面から内部に向けて濃度勾配をもたせることがで
きる。発明者らの研究によれば、電極材としての
必要な特性をもつ遮断面表層は、遮断面から約5
mm程度の厚さであれば充分である。それ以外の電
極部材を純銅にすることにより、従来のCr−Cu
系溶浸電極材に比較して導電性が改良され、また
電極の接合も非常に簡単にすることがわかつた。 接触面表層5mm間の酸化物粒子分散量は、体積
比で0.01〜90%まで任意に分散することができる
が、0.5%以下の分散量では耐電圧特性にほとん
ど効果が発揮されない。また分散量が80%以上に
なると導電性が低下し電極材としては不向とな
る。従つて、耐電圧特性に有効な分散量の範囲は
体積比で0.5〜80%である。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例について説明する。 電極材料の製造方法について、 はじめに、所定量のCu地金を黒鉛るつぼ内で
溶解しておき、この溶湯中に0.5%のTiを添加し、
溶湯を約1200℃に保持する。次に溶湯を撹拌しな
がら酸化物粒子を溶湯表面から投入添加し溶湯中
へ均一に分散させた後、Biを添加する。この溶
湯を別途用意した金型に鋳込み、金型上部よりプ
ランジヤで溶湯を加圧する。すなわち、一種の加
圧鋳造法により酸化物粒子分散複合電極材料の鋳
塊を得る。加圧鋳造法によるため、鋳塊には鋳造
欠陥が発生せず、健全な鋳造合金を得ることがで
きる。その後、所定形状に加工して電極を形成す
る。 なお、表層から内部方向へ酸化物粒子の濃度勾
配をもたせるには、加工鋳造法の場合、溶湯中に
添加した酸化物粒子が溶湯の撹拌によつて均一に
分散するが、静止すると溶湯上部に浮上する。加
圧によつて急速に凝固させることができるので、
浮上速度を金型への溶湯鋳込後の加圧時間を調整
することにより可能となる。つまり、凝固時間と
加圧時間をコントロールすることにより、所定の
酸化物粒子やBiの濃物勾配を持たせることがで
きる。 このようにして製造された電極材料は第1表に
示すような組成の鋳塊を得た。 インパルス耐電圧値、さい断電流値および遮断
限界電流値の測定について、 上記電極材料の鋳塊から所定形状の試験片を切
り出し、それぞれの材料についてつぎに述べる方
法によりインパルス耐電圧値(KV)、さい断電
流値(A)および遮断限界電流値(KV)をそれ
ぞれ測定した。 まづ、本試験に用いた実験装置は、第1図に示
すように、互いに対向位置に配置され、それぞれ
先端部に第2図に示すような形状をした電極1を
装着する2個の固定ホルダ4aと2個の可動ホル
ダ4bとを設けかつ該2個の固定ホルダ4aと2
個の可動ホルダ4bはそれぞれステンレス管にて
形成された2個のレールド2内に密閉するととも
に該2個のシールド2はその周囲をガラス管3と
その両端部を固定する2個の側板6にて密閉され
ている。また上記2個の可動ホルダ4bと上記側
板6の摺動用間〓をベローズ7にて遮断するとと
もに上記2個の可動ホルダ4b間の上記側板6に
は排気管5が設けられ、該排気管5にて空気を排
出することにより実物の真空バルブを用いずに簡
便に上記電極1を開閉して遮断特性を調べるもの
である。 本試験においては、上記ガラス管3と2個の側
板6により形成された空間内の真空度を1×10-6
〜1×-7Torrに保持している。また各特性の試
験は10回試験したときの最小値と最大値を測定す
る。 電極1間のギヤツプを2.5mmに設定し、5KVス
テツプでインパルス電圧を印加しながら最小放電
電圧を測定する。インパルス電圧は最小値が高い
値であることが必要で、最小と、最大との差が小
さい方が特性のバラツキが小さく良好なものであ
る。 最大のさい断電流が得られるように電流を調節
し、電流しや断時の波形をデジタルメモリに記憶
させたのち、シンクロスコープに再現させてさい
断電流値を測定する。なお、さい断電流は小さい
電流でさい断できるものが良い。 また、遮断電流の周波数を約50Hz、再起電圧周
波数を約10KHz程度になるように調節し、遮断電
流が500〜1000Aステツプで増加するように電圧
を300〜600Vステツプで印加し、遮断限界値を出
す。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は優れた低さい断
電流特性の向上に寄与し、高耐電圧特性及び耐溶
着性の向上を図り、かつしや断時に発生するアー
クによる熱によつて電極の表面の溶解にる変質層
を薄くでき、きれつなどの欠陥の発生を少なくす
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実験装置の一実施例を示す概
略図、第2図は第1図に示す電極の拡大図であ
る。 1……供試電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一対の電極が互いに所定の間〓で対向して移
    動可能に配置された真空遮断器の製造法におい
    て、前記電極をY2O3,Al2O3,CrO3,BeO,
    ZrO2,TiO2の酸化物粒子を一種または複数種を
    体積比で平均0.5%を超え20%以下含み、残部が
    Cuである溶湯を鋳型に注湯後、前記酸化物粒子
    の濃度が互いに対向する電極接点表層面側から反
    対側にかけて低くなるように注湯面をプランジヤ
    ーによつて加圧凝固させて形成することを特徴と
    する真空遮断器の製造法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記Y2O3
    Al2O3,Cr2O3,BeO,ZrO2,TiO2の酸化物粒子
    の径が0.03〜7μmであることを特徴とする真空遮
    断器の製造法。 3 特許請求の範囲第1項において、分散される
    前記酸化物粒子の濃度勾配は、電極接点表層5mm
    までが体積比で0.01〜90%であることを特徴とす
    る真空遮断器の製造法。 4 一対の電極が互いに所定の間〓で対向して移
    動可能に配置された真空遮断器の製造法におい
    て、前記電極をY2O3,Al2O3,Cr2O3,BeO,
    ZrO2,TiO2の酸化物粒子の一種または複数種、
    Bi,Pb,Sb,Te,Se,Cdの一種または複数種
    を重量比で0.01〜2%、Ti,Zr,Cr,V,Nbの
    一種または複数種を重量比で0.01〜0.7%含み残
    部がCuである溶湯を鋳型に注湯後、前記酸化物
    粒子が体積比で0.5%を超え20%以下であり、か
    つ前記酸化物粒子の濃度が互いに電極設定表層面
    側から反対側にかけて低くなるように注湯面をプ
    ランジヤーによつて加圧凝固させて形成すること
    を特徴とする真空遮断器の製造法。
JP20369986A 1986-09-01 1986-09-01 真空遮断器の製造法 Granted JPS6360246A (ja)

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