JPS59201331A - 真空しや断器用接点材料 - 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】 この発明は、大電流しゃ断性能に優れ、かつ耐電圧性能
の良好な真空しゃ断器用接点材料に関するものである。

真空しゃ断器は、その無保守、無公害性、優れたしゃ断
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、より大きなしゃ断容量や高
い耐電圧が要求されている。

一方、真空しゃ断器の性能は真空容器内の接点材料によ
って決定される要素がきわめて大である〇真空しゃ断器
用接点材料の満足すべき特性として、（１）シゃ断容量
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
を有するとと、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、かなり困難であって、一般には用途に応じて特に
重要な特性を満足させ、他の特性をある種度犠牲にした
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０ｕ
−Ｂｉ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）、０ｕ
−Ｏｒ−Ｂｉ、　０ｕ−Ｃｏ−Ｂｉ、　０ｕ−Ｏｒ等が
使用されていた。しかし、（！ｕ−Ｂｉ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。これが真空しゃ断器の耐電
圧を劣化させる大きな因子の一つになっている。また、
負荷開閉や大電流しゃ断時にも低融点金属の蒸発、飛散
が生じて耐電圧の劣化、しゃ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Ｏｒ、　Ｏ
ｏなどを添加した０ｕ−Ｏｒ−Ｂｉなどにおいても低融
点金属によると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、０ｕ−Ｏｒなどのよ
うに真空耐電圧に優れた金属（Ｏｒ、　Ｃｏなど）と電
気伝導電に優れたＯｕ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、しゃ断性能や耐電圧性能が優れてい
るため、高電圧、大軍、流域ではよく使用されている。

さらに、０ｕ−Ｃ！ｒなどにおいても、しゃ断性能には
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、しゃ断性能を上げる努力かがさ
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
困難となっている。父、真空しゃ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、大電流しゃ断性能に優れ、かつ耐
電圧性能の良好な真空しゃ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Ｏｕ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、真空スイッチ管に組み込んで
種々の実験を行なった。これまでに、先行技術（特願昭
５１−１９２７８５号明細書）として、Ｏｕ、　Ｏｒ、
　Ｔａから構成されている材料のしゃ断性能が従来品（
Ｏｕ−２５重量％Ｏｒ合金）に比較して非常如優れてい
ることを見出しているが、従来品のしゃ断容量に対して
１．５倍のしゃ断容量を得るためにはＴａを５〜２５重
量％の範囲添加させなければならなかった。

そこで、この一般に高価な材料であるＴａの添加量をで
きるだけ少なくして、有効にしゃ断性能を向上させるた
めに種々の実験を行なった。この結果、Ｃｕ、　（！ｒ
、　Ｔａを主成分として、Ｔ１を少量添加した場合にＴ
ａ量を少なくしても非常にしゃ断性能が優れ、耐電圧性
能が良好であることがわかった〇さらに、少量のＴ１添
加によってＴａ量のある範囲でＴ１を添加しない場合に
比べて著しく、しゃ断性能が向上することも見出した。

この発明の真空しゃ断器用接点材料は、Ｏｕ金含有ると
共に、他の成分としてＯｒが１０〜３５重量％、及びＴ
ａが２０重量％以下、Ｔ１が５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Ｏ 第１図は真空スイッチ管の構造図で、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
１１７）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姉接合さ
れている。シールド（９）および００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
覆っている。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Ｃｕ　−
０ｒ−Ｔａ−Ｔｉ系接点材料から成っている。

第３図は合金中のＣｒ量を２５重量％に固定し、さらに
’ｒａ量をＯ，ｌ、　　５，１０，４５，２０．２５重
量９６に固定した合金に添加したＴ１量としゃ断容量の
関係を示したものである。図の縦軸は従来品（Ｃｕ−２
５０ｒ品）のしゃ断容量を１とした場合の比率を示し、
横軸はＴ１の添加量を示す。図中（Ａ）は従来品（Ｏｕ
−２５０ｒ品）のしゃ断容量である。図かられかるよう
に各Ｔａ量に対して、　Ｔｉの添加量は０．５重量％の
とき、しゃ断容量のピークがあり、Ｔｉの添加によって
しゃ断性能の向上が見られるが、Ｔａ　ｔが２０重量％
以上になるとＴ１の効果がなくなり、むしろ、しゃ断性
能の低下が生じる。また、Ｔ１添加の効果はＴａ量が少
ないほど有効であＶ）　、Ｔａ量が１重量％に対してＴ
１を０．５重量％加えた場合は従来品（０ｕ−２５重量
％Ｃｒ品）の１５倍のしゃ断容量を示す。また、Ｔａ量
が１０重量％の場合にはＴａ量０．５重量％添加するこ
とにより、従来品の１．９倍以上のしゃ断容量が得られ
る。即ち、Ｔａ量の比較的少ない場合にはＴｉ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、しゃ断性能を著しく上昇させ、しかもＣｕ
惜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Ｔａ量が多くなると、必然的
にＣｕ量が低下するので、そのＯｕ、！：Ｔｉが反応し
て形成される化合物そのものはしゃ断性能を上昇させる
要素を持っ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、Ｔｉと他の元素の反応で生
じるしゃ断性能向上要素を打ち消してトータルとしての
しゃ断性能が向上しないためであると思われる。又同じ
Ｔａ量ではＴ１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
好壕しくない。また、各Ｔａ量に対して、しゃ断性能か
ら見るとＴ１は０．５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０ｕ−Ｏｒ　−Ｔａ−Ｔｉ
合金はＯｕ、　Ｏｒ、　Ｔａ、　Ｔａ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。

第４図は、合金中のＣｒ量を２５重量％に固定し、さら
に、Ｔｉ量を０．０．５．１．０．１．５．３．５重量
％に固定した場合の添加したＴａ量としゃ断容量との関
係を示したものであり、図の縦軸は従来品（Ｏｕ−２５
０ｒ品）のしゃ断容量を１とした場合の比率を示し、横
軸はＴａの添加量を示す。第４図かられかるように、Ｔ
ｉ量が０．５重量％のときＴ１添加によるしゃ断容量増
大の効果が見られるのはＴａ量が２０重量％以下である
。一方、Ｔ１添加量はＴａ量が非常に少ない場合Ｃ１重
量％程度）には５重量％以下の範囲で効果はあるが、３
重量％を越えると接触抵抗が増大する傾向にあり、使用
条件によっては３重量％以下が望ましい。また、Ｔｉ量
が１．０重量％のとき、効果が見られるのはＴａ量が５
重置％以下の範囲であり、Ｔｉ量が１．５重量％のとき
は、効果が見られるのはＴａ量が３重量％以下の範囲で
ある。一方Ｔ１量が２重量％を越えるとＴａ量が１重量
％程度のときのみ、しゃ断性能的に効果がある。これら
如対し、Ｔｉ量が０．５重量％以下の範囲ではＴａ量の
最も広い範囲、即ち２０重量９６以下の範囲に対し、し
ゃ断性能向上の効果がある。

以上の結果からＧ！ｕ−ｃｒ−Ｔａの３元合金？（対し
て、Ｔ１を添加することによって３元合金のしゃ断性能
をより向上させるためにはＴ１は０．８重量％以下、Ｔ
ａ量は３．５〜１８重量％の範囲が望ましい。さらに、
Ｔａの添加量をできるだけ低減して、優れたしゃ断性能
を得る条件としては’ｒａ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Ｃｒ量を
種々変化させて行なったが、Ｃｒ量が１０〜３５重量％
の範囲でＴ１添加によるしゃ断性能の向上が見られたが
、Ｃｒ量が１０重量％より少ない範囲ではＴ１を添加し
ても変化はなく、逆にＣｒ量が３５重量％を越えるとし
ゃ断性能の低下も生じる。

一方、０ｕ−Ｏｒ　−Ｔａ−Ｔｉ系合金でＯｒを１０〜
３５重量％、Ｔａを２０重骨形以下、Ｔ１を５重量９６
以下の範囲含有する接点材料は従来品（Ｃａ−２５ａｒ
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Ｂｉ、　Ｔｅ、　Ｓｂ
。

ＴＩ！、　Ｐｂ、　Ｓｅ、　Ｏθ及びＯａ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ゃ断器用接点においても、
前記実施例と同様にしゃ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、しゃ断性能が低下した。又、低
融点金属がＣθあるいはＯａ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Ｃｕ−０ｒ−Ｔａ−
Ｔｉ合金により説明したが、上記合金の各元素が単体、
囲者、三者もしくは王者の合金、囲者、王者もしくは王
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。

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、かつチタンが５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、Ｔａ量を少な
くしても、しゃ断性能に優れ、かつ良好な耐電圧性能を
有する真空しゃ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３．５〜１８重量％、チタンを０．
８重量％以下の範囲に限定すると、チタンを添加しない
場合よりしゃ断性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な真空スイッチ管の構造を示す断面図、
第２図はその第１図のｔｉ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Ｏｒ量を２５重槍
形に固定し、Ｔａ量を０．１．５゜１０、１５．２０．
２５重槍形に固定した合金に対してＴ１添加量を変化さ
せた時のしゃ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ｃｒｔを２５重量％に
固定し、Ｔｉ量を０．０．５゜１．０．１．５．３．５
重敗％に固定した合金に対してＴａ量を変化させた時の
しゃ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、（２１，（３）は端
板、（４）、　ｆ５）は電極、ｆ６＞　、　（７）は電
極棒、（８）はベローズ、（９）　、　０１はシールド
、（５１）はろう材、（Ａ）は従来品（Ｏｕ−２５０ｒ
品）のしゃ断容量である。 代理人　大岩増雄 第１図 第２図 第３図 ０　　０．５　　１．０　　１．５ Ｔｉ　　誉トカロ１Ｅ（絞量＝／−） 第４図 ０　　　１０　　　２０　　３０　　４０Ｔａ　ｔ　（
東１１°ム）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｒｌ）　　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
   つチタンが５重量％以下の範囲含有することを特徴とす
   る真空しゃ断器用接点材料。 （２）　　チタンが３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項記載の真空しゃ断器用
   接点材料。 （３）チタンが０．８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項記載の真空しゃ断器用
   接点材料。 （４）　　タンタルが３．５〜１８重量％、チタンが０
   ．８重量％以下の範囲含有することを特徴とする特許請
   求の植囲第１項記載の真空しゃ断器用接点材料。 （５）　　タンタルが３．５〜１５重量％、チタンが０
   ．８重量％以下の範囲含有することを特徴とする特許請
   求の節回＠１項記載の真空しゃ断器用接点材料。 （６）　　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ウチの少なくと
   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の少なくとも１種を２０重量９６Ｉ
   、１．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５項のいずれかに記載の真空しゃ断器用
   接点材料。