JPS61227331A - 真空バルブの接点合金 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は真空バルブ（開閉器）に係り、特に電流さい所
持性を改良した真空バルブの接点合金に関する。

〔発明の技術的背景〕

真空中でのアーク拡散性を利用して高真空中で　・電流
しゃ断を行なわせる真空バルブの接点は、対向する固定
、可動の２つの接点から構成されている。特に電動機負
荷等の誘導回路で電流をしゃ断する時、過度のサージ電
圧を発生させ負荷機器を破壊させる恐れがある。この異
常サージ電圧の発生原因は真空中に於けるしゃ断時に低
電流側に発生する電流さい新現象（交流電流波形の自然
ゼロ点を待たず強制的に電流しゃ断が行なわれること）
によるものである。異常サージ電圧の値ｙｓは回路のサ
ージインピーダンスＺ（＋と、電流さい断値■Ｃの積、
すなわちＶＳ　−２２０ＩＣで表わされる。従って、異
常サージ電圧ｖＳを低くするためには電流さい断値ＩＣ
を小さくしなければならない。

上記要求に対して接点をＷＣとＡＱとを複合化した合金
で構成した真空開閉器が実用化されている（特願昭４２
−６８４４７号）。この合金接点は、 （１）ＷＣの介在が電子放射を容易にさせる、（２）電
界放射電子の衝突による電極面の加熱にもとづく接点材
料の蒸発を促進させる、（３）接点材料中の炭化物がア
ークにより分解し、荷電体を生成してアークを接続する
等々の点ですぐれた電流さい所持性を発揮している。

また、上記電流さい所持性を有する他の接点としてＢｉ
とＱｕとを複合化した合金が製造され、この材料が真空
バルブに実用化されている（特公昭３５−１４９７４号
公報、特公昭４１−１２１３１丹公報）。この合金は （１）重量割合１０％程度の３ｉは、その適度な蒸気圧
特性を有するので、低いさい断電流特性を発揮する（特
公昭３５−１４９４号公報）。

（２）重量割合０．５％程度の８１は、結晶粒界に偏析
して存在する結果、合金自体を脆化し、低い溶着用外力
を実現し大電流しや断性に優れている（特公昭４１−１
２１３１号公報）。

〔背景技術の問題点〕

しかし、近年真空バルブを誘導性回路へ適用する例が従
来より増えると共に、高インピーダンス負荷も出現した
ため真空バルブには一層の安定した電流さい所持性を持
つことが望まれてくるとともに、低コスト化が望まれて
いる。

このような要求に対して、前記接点合金のＡＱ−ｗｃ、
ｃｕ−ｓ＋は、さい断電流値が高いレベルにあり、又は
安定性に欠けるものであった。すなわち、ＡＱ−ＷＣ接
点合金にはＡＱとＷＣとの蒸気圧差が甚しく大きいため
アーク熱などによるＡＱの著しい選択蒸発を招き、この
結果電流古い所持性の不安定性及び接触抵抗の変動を招
く。

一方のＣｕ−Ｂ１接点合金には、３ｉの溶融点が２７１
℃と低いことに起因する本質的問題として真空バルブの
ベーキング、或いは銀ろう付けの加熱時に３ｉが凝集し
接合不良を招く問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、電流さい所持性の安定性をより一層向
上した真空バルブの接点合金を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、銅または銅に亜鉛または炭化物、ホウ化物等
の耐火材料や銀などを含有した導電材料と、この導電材
料中に拡散する熱処理に対して安定しかつ真空バルブ接
点間の蒸気圧および熱伝導の供給の簡単な補助材料、例
えば亜鉛チルライトとから成る真空バルブの接点合金で
ある。

（発明の実施例〕 本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。第
１図は本発明の接点合金を適用する真空しゃ断器の構成
例を示すもので、同図に於いて１はしゃ断交を示し、こ
のしゃ断交１は絶縁材料によりほぼ円筒状に形成された
絶縁容器２と、この両端に封止金具３ａ、３ｂを介して
設けた金属性の蓋体４ａ、４ｂとで真空密に構成されて
いる。

しかして前記しゃ新卒１内には、導電棒５，６の対向す
る端部に取付けられた１対の電極７，８が配設され、上
部の電極７を固定電極、下部の電極８を可動電極として
いる。またこの可動電極８の電極棒６には、ベローズ９
が取付けられしゃ新卒１内を真空密に保持しながら電極
８の軸方向の移動を可能にしている。またこのベローズ
９上部には金属性のアークシールド１０が設けられ、ベ
ローズ９がアーク蒸気で覆われることを防止している。

又１１は、前記電極７，８を覆うようにしゃ断交１内に
設けられた金属性のアークシールドで絶縁容器２がアー
ク蒸気で覆われることを防止している。更に電極８は、
第２図に拡大して示す如く導電棒６にろう件部１２によ
って固定されるか、又はかしめによって圧着接続されて
いる。接点１３ａは電極８にろう付１４によってろう付
で取付けられる。なお、１３ｂは固定側接点であり、固
定側電極８と同様にろう付により取付けられる。

ここで、本発明の接点合金を得るまでの考察について説
明する。電流さい所持性の改善には、電流さい断値自体
をより低い値に維持すること以外に、そのばらつき幅を
縮めることも極めて重要である。上記電流さい新現象は
、接点間の蒸気量（蒸気圧、熱伝導）、接点材からの放
出熱電子などと関係が深いとされ、発明者らの実験によ
れば前者の方が寄与が大であることが判明した。したか
って、蒸気を供給し易くするか、あるいは供給し易い材
料で接点を作成すれば電流さい新現象が緩和できること
が判明した。Ｃｕ−Ｂ１合金はこうした観点に立つもの
で低いさい断値を有するが、致命的な欠点として、Ｂｉ
が持つ低溶融点（２７１℃）のため通常真空バルブで行
なわれる６００℃近傍のベーキング或いは８００℃の銀
ろう付は作業時に、３ｉの溶融による移動、凝集の結果
、電流さい所持性を維持すべきＢ１の存在が不均一にな
ってしまう。このため、電流さい断値のばらつき幅が増
大する現象を確認した。

一方、Ａ　Ｑ−ＷＣで代表されるＡｇ−耐火材料系合金
では、耐火材料（この場合ＷＣ）の沸点におけるＡｌあ
るいはＣｕ）の蒸気量に存在されるものの他方、前記Ｃ
ｕ−３ｉ系におけるＢｉの蒸気圧よりＡｇのそれは著し
く低いため接触点のどの位置（耐火材料がＡｇか）にア
ークの足が固着するかによって、時折は温度不足即ち蒸
気不足を招いてしまう。結果的には電流さい断値のばら
つき幅が現われることが確認された。このように電流し
ゃ断終期の接点面の急激な温度低下を耐火材料とＡＱ（
又はＣｕ）との組合せのみによる合金によって素子しア
ークを持続させることはすでに限界と考えられ、更に高
性能化するためには、補助材料の存在が必要である結論
に至った６゛　このように上記Ｃｕ−３ｉ合金及びＡ　
Ｑ　−ＷＣ合金（ＡＱ−耐火材料系）の２つの考察結果
は、電流さい所持性の安定した接点として、新規の補助
材料が必要で、その条件は、蒸気の供給能力を持った上
で、なおかつベーキングなどの熱処理に於ける安定性を
有することが不可欠であることを示唆している。

したがって本発明では、上述のように一定の条件を持つ
補助材料を積極的に含有させ電流さい所持性の向上を図
っている。そこで、本発明は低いさい断電流特性を得る
ために、ＣＵ、ＣＬＪ−耐火材料、Ｑｕ−ＣｏまたはＦ
ｅのいずれか一方（なおＣＬＩの一部又は全部をＡＱで
置換）の合金に０゜５〜２０％のｚｎＴｅを補助材料と
して添加する。

このＺｎＴｅ中のＴｅはほぼ６６ｗｔ％であるが、Ｔｅ
又はｚｎの若干のずれはＺｎを含有したＣＬＪ−２ｎ固
溶体、ｃｕ−Ｔｅ化合物を含有したＣｕ合金としての共
存が許される。このような状態のとき比較的小さなエネ
ルギで加熱蒸発し適度の金属蒸気がアーク空間に入るの
で−これが電流さい新現象の軽減として作用してその結
果、実用上の満足のいく真空バルブの接点合金となるこ
とを確認した。

次に、この接点合金の製造方法の一例について説明する
。製造に先立って、約１００メツシユのＴｅ及び７−ｎ
粉末を、アルゴンガスを充填したポットに入れて約１２
時間混合した混合粉を４トン／ｒ：ｔＡで成型し、次に
、水素気流中９００℃で２４時間焼結しＺｎＴｅの塊を
得る。このＺｎＴｅを１００〜２００メツシユに粉砕し
原料とする。

次に製造工程を説明する。

第１にｃｕ−ｚｎＴｅ接点材料の製造；必要とするＣＬ
Ｉ量の一部を粉末で用意し、これと共に準備したＺｎＴ
ｅ粉とをポット中で約１２時間混合し２トン／ｃ／ｌで
成型後、水素中９００°Ｃで４時間焼結する。とじて得
られたスケルトンの残存空孔中に、必要とするＣｕ量の
残量を水素中１１２０℃で溶浸して接点素材を得る。又
は必要とするＣｕ量の全量に相当するＣｕ粉末とＺｒ１
Ｔｅ粉末とを約１２時間混合して４トン／ｃｄで成型後
９５０℃の水素中で焼結して接点素材を得る。

第２にＱｕ−ＺｒＹＴｅ−耐火材料（Ｗ、ＭＯ。

Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ）及びこれらの炭化物、
ホウ化物のうちいずれか１つの接点材料の製造：約１０
０メツシユの単位材料粉とＺｎＴｅ粉を混合して成型し
た後、焼結によってスケルトンを得る。次にスケルトン
中の残存空孔にＣＵを溶浸し接点素材を得る。

第３にＣｕ−ＺｎＴｅ−Ｆｅ　（Ｃｏ）の接点材料の製
造：約１００メツシユのＦｅまたはＣＯのうちいずれか
一方の粉とＺｎＴｅ粉とを混合して成型した後、焼結に
よってスケルトルを得る。次に、スケルトン中の残存空
孔にＣｕを溶浸して接点素材を得る。

以上のようにして第１表および第２表に示すような導電
材料（Ｃｕ、Ａｇ＞に補助材料（ＺｎＴｅ　：Ｗ、　Ｍ
ｏ、　Ｔａ、　Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｔｉ、　Ｏｒ等の耐火
材料〉を含有した各接点合金が製造される。

次に上記製造された各接点合金について考察し、その最
良の含有割合を求める。

現在、低電流さい所持性を持った接点合金として比較材
２，３に示すＡＯ−７０％ＷＣおよびＣｕ−１５％３ｉ
合金が実用されている。これは、純ＣＬＪ（比較材−１
）より電流さい所持性は向上するが特にＣｕ−３ｉ系（
比較材−３）では、開閉回数を重ねることにより特性（
さい断電流値の上昇）が著しく劣化する。

一方、Ｃｕ−２ｎＴｅ系は、ＺｎＴｅ量が０゜１２％（
比較材−４）では、電流さい所持性は量特性を示し、Ｚ
ｎＴｅ量は少なくとも０．５％（実施材−１）が必要で
最大２０％（実施材−３）の範囲が必要でめる。この範
囲において電流さい断値の平均値及び最大値のいずれも
低くかつ安定している。ＺｎＴｅ量が３０％を越えたも
のでは電流さい断性には関係ないが、電圧７，２ｋｖで
しゃ断接のしゃ所持性の低下が著しい（比較例−５）。

したがって、ＺｎＴｅ量が０．５〜２０％の範囲では、
しゃ所持性の変化もＡｑ−７０ＷＣ系の特性と比較して
も、低下の程度はわずかであり充分実用的であり最良と
なる。従ってＺｎＴｅの量は０．５〜２０％の範囲に設
定する。

以上のことは、Ｃｕ−ＺｎＴｅ擬二元系に限ることなく
、Ｃｕと耐火材料（Ｗ、ＭＯ，Ｔａ。

Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｒ）とからなるマトリックスにｚ
ｎＴｅが存在しても同様の効果が得られている。このこ
とは実施材−５〜１９と比較材−６〜９との対比すれば
判明する。

更に、導電材料がＣｕに限定するのでな〈実施材−４，
１６，１７に示すようにＡＱであっても又、ＣｕとＡＱ
との共存であっても同様の効果が得られている。

また、実施材−２０に示すようにＣｕマトリックスにＴ
ｅが存在した場合、実施材−２１に示すようにＣｕマト
リックスにＺＬＩが存在した場合でも、その効果は同様
に奏されている。この場合、マトリックスＺｕ又はＴｅ
（実際にはＣｕ２Ｔｅ＞が存在するのは、本発明材料で
あるＺｎＴｅが理想的にＴｅを６６％含有した状態から
れずかにＺｕリッチ又はＴｅリッチにずれたとき残余の
ＺＬＪ又はＴｅとＣｕとの合金化によって発生するもの
である。このことは経済性を加味した工業的製造におい
て通常よく認められるものであるが、接点材料としては
その範囲を２％程度以下に制御するべきであり、これ以
上の存在は接合工程において好ましくないので避けるべ
きである。

以上水したようにｚｎＴｅを含有する接点の最大の特徴
は低い電流さい断時性を示すことのみならず、所定回数
開閉後のそれの変動（さい断電流値、が上昇）が少ない
ことであり、この特性をしかもしゃ断性能をほとんど低
下させずに得られるところにある。その原因は、前述し
たように、ベーキング或いは限ろう付は工程で受ける熱
に対して分解あるいは移動、凝集などの変化が少ないこ
とに起因していると考えられる。したがって、前述した
ＺｎＴｅ！　（６６％Ｔｅ）からずれた２％程度の残り
のｚｎ、あるいはＴｅは、電流開閉あるいは電流しゃ断
によって主としてアーク熱による蒸発のため消耗される
場合もある。従って、この量が多い程、電流さい断値あ
るいはしゃ断、特性の開閉回数に対する変動幅が大きく
なる方向に作用して好ましくなく前記ＺＬＩ、７ｅは２
％を目安に制御するのがよい。

なお、評価の条件は次の通りである。さい断電流；表中
のさい断電流値は供試接点に直列に挿入した同軸型シャ
ントの電圧降下をシンクロスコープで観測したものであ
る。すなわち１０回路を経て実効値４４Ａの交流を与え
実験回数５００回でのさい断電流値の平均値その他を求
めである。その試料はベーキング、放電エージングを行
い測定に移す。エージングの不足は測定回数と共にさい
断値が上昇するので加熱と放電により充分に行う。

試料形態は径２０　ｍ　、厚さ４ｍで一方は平面、他方
は２０ＪＩＩＲで接触圧力は１０Ｋｇである。

しゃ新評価；直径２０ａｉ、キャップ２．５４１１１に
対向させたしゃ断テスト用実験バルブに組込み、ベーキ
ング、電圧エージング等を与えた後７．２ｋｖ５０Ｈｚ
でＩＫＡずつ電流を増加しながらしゃ断限界を比較評価
した。

このように上記一実施例においては、銅または銅に亜鉛
または耐火材料や銀などを含有した導電材料と、この導
電材料中に熱処理に対して安定しかつ真空バルブ接点間
の蒸気圧および熱伝導の供給が簡単な補助材料亜鉛チル
ライトを含有させた接点材料なので、次のような効果を
奏する。すなわち接点合金の製造時あるいはベーキング
、銀ろう付けなど真空バルブ製造時などで受ける熱によ
る変質も少なく安定した電流さい断時性が得られる。さ
らにしゃ断時性も従来の接点材料特性を十分維持するこ
とができる。したがって、本発明の接点材料を真空バル
ブ接点に用いれば、電流さい断時性およびしゃ断時性の
良い真空バルブが得られる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明によれば、電流古い断時性の
安定性をより一層向上した真空バルブの接点合金を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空バルブの接点合金の一実施例を適
用した真空バルブの構成図、第２図は第１図に示す真空
バルブの電極部分の拡大構成図である。 １・・・しヤ断交、２・・・絶縁容器、５，６・・・導
電棒、１３ａ、１３ｂ−・・接点。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電材料と、この導電材料中に所定の割合でもっ
   て拡散し、熱処理に対して安定でかつ真空バルブの接点
   間の蒸気圧および熱伝導の供給の簡単な補助材料とから
   成り、さい断電流特性を向上することを特徴とする真空
   バルブの接点合金。
2. （２）補助材料は、重量割合０．５〜２０％の亜鉛テル
   ライドとする特許請求の範囲第（１）項記載の真空バル
   ブの接点合金。
3. （３）補助材料が重量割合６６％程度の亜鉛テルライド
   で、導電材料が銅または重量割合２％未満の亜鉛を含有
   した銅固溶体または重量割合２％未満の銅−テレル化合
   物を含有した銅合金のうちいずれか１つである特許請求
   の範囲第（１）項記載の真空バルブの接点合金。
4. （４）補助材料が重量割合６６％程度の亜鉛テルライド
   で、導電材料がタングステン、モリブデン、タンタラム
   、ニウビラム、ジルコニウム、チタニウム、クロムの炭
   化物、ホウ化物のうちいずれか１つの耐火材料と銅とか
   ら成る特許請求の範囲第（１）項記載の真空バルブの接
   点合金。
5. （５）補助材料が重量割合６６％程度の亜鉛テルライド
   で、導電材料が鉄またはコバルトのいずれか一方からな
   る耐火材料と銅または重量割合２％未満の亜鉛を含有し
   た銅固溶体または重量割合２％未満の銅−テレル化合物
   を含有した銅合金のうちいずれか１つとから成る特許請
   求の範囲第（１）項記載の真空バルブの接点合金。
6. （６）導電材料は銅に銀を所定の割合で含有するか、ま
   たは銀とする特許請求の範囲第（１）項記載の真空バル
   ブの接点合金。