JPS6336092B2 - - 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Cu―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）、Cu―Cr―Bi，Cu―Co―Bi，Cu―
Cr等が使用されていた。しかし、Cu―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
Cr，Coなどを添加したCu―Cr―Bi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、
Cu―Crなどのように真空耐電圧に優れた金属
（Cr，Coなど）と電気伝導度に優れたCu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、Cu―Cr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Cu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、Cu、Cr、Taから構成されている材料のしや
断性能が従来品（Cu―25重量％Cr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Ta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Ta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、Cu，Cr，Taを主成分として、Tiを少量添
加した場合にTa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Ti添加によつてTa量のあ
る範囲でTi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、Cu含有すると共
に、他の成分としてCrが10〜35重量％、及びTa
が20重量％以下、Ti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。

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Cu
―Cr―Ta―Ti系接点材料から成つている。

第３図は合金中のCr量を25重量％に固定し、
さらにTa量を０，１，５，10，15，20，25重量
％に固定した合金に添加したTi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
（Cu―25Cr品）のしや断容量を１とした場合の比
率を示し、横軸はTiの添加量を示す。図中Ａは
従来品（Cu―25Cr品）のしや断容量である。図
からわかるように各Ta量に対して、Tiの添加量
は0.5重量％のとき、しや断容量のピークがあり、
Tiの添加によつてしや断性能の向上が見られる
が、Ta量が20重量％以上になるとTi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、Ti添加の効果はTa量が少ないほど有効であ
り、Ta量が１重量％に対してTiを0.5重量％加え
た場合は従来品（Cu―25重量％Cr品）の1.5倍の
しや断容量を示す。また、Ta量が10重量％の場
合にはTi量0.5重量％添加することにより、従来
品の1.9倍以上のしや断容量が得られる。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、しや断性能を著しく上昇させ、しか
もCu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
Ta量が多くなると、必然的にCu量が低下するの
で、そのCuとTi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、Ti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Ta量ではTi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
Ta量に対して、しや断性能から見るとTi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Cu―Cr―Ta―Ti合金はCu，Cr，
Ta，Ti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
（Cu―25Cr品）のしや断容量を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
らわかるように、Ti量が0.5重量％のときTi添加
によるしや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、Ti添加量はTa
量が非常に少ない場合（１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
よつては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重量％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Ti量が２重量％を越える
とTa量が１重量％程度のときのみ、しや断性能
的に効果がある。これらに対し、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％以下の範囲に対し、しや断性能向上の効果
がある。

以上の結果からCu―cr―Taの３元合金に対し
て、Ti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Tiは0.8重量％
以下、Ta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
れたしや断性能を得る条件としてはTa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つたが、Cr量が10〜
35重量％の範囲でTi添加によるしや断性能の向
上が見られたが、Cr量が10重量％より少ない範
囲ではTiを添加しても変化はなく、逆にCr量が
35重量％を越えるとしや断性能の低下も生じる。

一方、Cu―Cr―Ta―Ti系合金でCrを10〜35重
量％、Taを20重量％以下、Tiを５重量％以下の
範囲含有する接点材料は従来品（Cu―25Cr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，Tl，Pb，Se，Ce及びCa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CeあるいはCa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―Cr―
Ta―Ti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。

以上のように、この発明によれば、銅を有する
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Cr量を25重量％に固定し、Ta量を０，１，
５，10，15，20，25重量％に固定した合金に対し
てTi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Cr量を25重量％に固定し、Ti量を
０，0.5，1.0，1.5，３，５重量％に固定した合金
に対してTa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
（Cu―25Cr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
   徴とする真空しや断器用接点材料。 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項記載の真空しや
   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
   や断器用接点材料。 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
   の範囲第１項記載の真空しや断器用接点材料。 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
   の範囲第１項記載の真空しや断器用接点材料。 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５項のいずれかに
   記載の真空しや断器用接点材料。