JPH03289018A - 真空遮断器用電極及び真空遮断器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、大電流遮断特性に優れ、かつ高耐電圧性能
を有する真空遮断器用電極及び真空遮断器に関するもの
である。

〔従来の技術〕

真空遮断機用電極の満足すべき特性としては、（１）遮
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（電気伝導が良いこと）、（４）
溶着を起こさないこと、（５）接点消耗量が少ないこと
、（６）裁断電流値小さいこと、等が挙げられる。

しかし、これらの特性を全て満足させることは困難であ
って、一般には用途に応じて特に重要な特性を重視し、
他の特性はある程度犠牲にした電極材料が使用されてい
るのが現状である。

従来、電極材料として種々の開発が行なわれている。Ｃ
ｕ−Ｂ１．Ｃｕ−ＰｂあるいはＣｕ−Ｃｏ−Ｂ１．Ｃｕ
−Ｃｏ−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｂ１．Ｃｕ−Ｃｒ−Ｐｂ等
の材料が開示されているが、これらの電極材は低融点金
属を含有するために、大電流遮断を繰り返すと、電極材
からｐｂあるいはＢｉが飛散、蒸発し、さい断電流特性
及び耐溶着性には有効である。しかし耐電圧あるいは遮
断性能は低下し、高電圧、大電流の遮断には対応できな
い。

一方、高電圧、大電流遮断用電極材料としては。

低融点金属元素を含まない電極材料に比較して耐溶着性
あるいは電流裁断特性にやや劣るが、基本的にはＣｕ　
−Ｃｒ系材料が高電圧、大電流遮断用電極材料として開
示され、実用化されている。しかし、電極材料の製造方
法あるいは遮断中の電極材料からのガス放出等により特
性のバラツキが大きく、また遮断特性に限界がある。そ
のため、電極形状を工夫し、電極表面の電流経路を操作
することで磁場を発生させ、その力で大電流アークを強
制遮断することで遮断特性を向上させている。

また、Ｃｕ−Ｃｒ系を基本とし、第３元素としてＣｏ、
Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、ＦｅＶ等を混合する電極材料が開示さ
れ、実用化に選定使用されている（特開昭６２−２６４
５２６号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、最近、真空遮断器は益々高電圧、大電流遮断の
要望が高まり、また真空遮断機の小型化に対しての要望
も高く、従来の電極材料では要求性能を充分に満足する
ことが困難であり、より優れた特性を持つ材料の開発が
望まれている。

本発明の目的は、上記のような従来の欠点を除去するた
めになされたもので、大電流特性に優れ、高耐圧特性を
有し、かつ、遮断特性のバラツキの少ない安定した真空
遮断器用電極材料及び真空遮断器を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明はＣｕ及びＣｒの少な
くとも一方を主成分とし、残部が実質的に４０重量％以
下のＶより成ることを特徴とする真空遮断器用電極であ
る。また本発明は、Ｃｕが４０〜８０重量％及びＣｒが
１０〜５０重量％の少なくとも一方を主成分とし、残部
が実質的に４０％以下のＶより成ることを特徴とする真
空遮断器用電極である。ここで、Ｃｒが１０〜４５重量
％、■が０．５〜３０重量％、残部がＣｕであるものが
よい。特に、Ｃｒが２０〜４０重量％、■が３〜１０重
量％及び残部が実質的にＣｕからなるものが良い。ここ
で、Ｃｕ、Ｃｒ及びＶは単体金属及び／又は合金として
存在しているものがよい。

また、本発明は、Ｃｕ及びＣｒの少なくとも一方を主成
分とし、残部が実質的に４０重量％以下のＶより成り、
ＶはＣｕマトリックス中に固溶限以上に添加され、該Ｃ
ｕマトリックス中にＶ単体、Ｃｒ−Ｖ合金又はＣｕ　−
Ｃｒ　−Ｖ合金として晶出していることを特徴とする真
空遮断器用電極材料である。ここで、ＣｒもＣｕマトリ
ックス中に固溶限以上に添加され、該Ｃｕマトリックス
中にＣｒ単体も晶出しているものがよい。

また、本発明は、Ｃｕを主成分とし、６０重量％以下の
Ｃｒ及び４０重量％以下のＶを含有し、Ｃｕマトリック
ス中にＣｒ及びＶが晶出した組織を有することを特徴と
する真空遮断器用電極である。また、前記電極において
、更にＢｉ、Ｐｂ。

Ｔｅ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｓｅ、Ｃｅ、Ｃａ及びＡｇの低融点
金属が少なくとも一種が１５重量％以下含有されている
ものがよい。

また、本発明は、固定電極と、この固定電極に接離自在
に設けられた可動電極と、前記両電極を真空下で内包す
る絶縁ケースと、を備えた真空遮断機において、固定電
極及び可動電極はＣｕ及びＣｒを主成分とし、残部が実
質的に４０重量％以下のＶより成る電極で形成されてい
ることを特徴とする真空遮断器である。

なお、これら電極材料の製造法は、真空溶解法あるいは
金属粉末焼結法又は溶浸法において製造することできる
が、金属粉末焼結法あるいは溶浸法後にホットプレス（
ＨＰ）、冷間静水圧加圧（ＣＩＰ）、熱間静水圧加圧（
ＨＩＰ）などのような強制圧縮・高温加熱法も有効であ
る。また、プラズマ照射法においても本発明の電極材料
は得ることができる。Ｃｒ量が２０％以上のときはＶと
の混合粉末からなる焼結によってスケルトンを作り、そ
の空孔にＣｕを溶浸させる方法、それ以下のときは溶解
によって製造するのがよい。

〔作用〕

通常は高耐電圧、大電流遮断、低サージ化は互いに相反
する性質を持つことが知られているように、従来は両者
の特性を同時に高度に満足させるような電極はなかった
。ところが、本発明によれば、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ量比を適
宜選ぶことによって広範囲の電極特性を引き出すことが
できる。

従来のＣｕ−Ｃｒ系電極材料の主成分であるＣｕは融点
がそれほど高くないために、繰返しの遮断アーク熱によ
って面荒れをするものであった。

従って、電界集中の原因となる無数の突起物が形成され
、耐電圧特性を劣化させてしまう。

更にＣｕ中にＶを固溶させた電界材料は、Ｃｕに比べ、
１．５倍以上の融点を有し、またＶがＣｕ中に固溶して
もそれ自体の導伝性はあまり低下しない。このために、
アーク熱による接点溶着を防ぐことができるばかりでな
く、電接面の荒れを少なくし、常に滑らかな面を維持さ
せることができる。従って電界集中の原因となる突起物
の発生も少ないために大電流遮断特性が高く、ＣｒＣｕ
系電極材料に比較して１．８倍以上の特性を有する。ま
た添加するＶ元素は導電性を有するために絶縁回復特性
が良く、大電流遮断性能も優れるという大きなメリット
も有する。

一方、固溶限以上に添加されたＶ元素は、同時に添加さ
れるＣｒ元素と同様にＣυマトリックス中に晶出し、晶
出されたＶ元素はＶ元素単体で晶出分散するか、あるい
はＣｒ−Ｖ合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｖ合金として存在する。

このマトリックス中に晶出されたＶ単体あるいはＣｒ　
−Ｖ合金。

Ｃｕ−Ｃｒ−Ｖ合金は、また別に晶出したＣｒ単体と共
存して、その相互作用により耐電圧特性を向上させる。

また、本発明による電極材料はＶを添加することにより
従来のＣｕ　−Ｃｒ系電極材料に比較して、大電流遮断
特性及び耐電特性のバラツキが非常に小さく安定した特
性を有する特徴を有する。ここで、Ｃｕが２０−８０重
量％、Ｃｒが２０〜７゜重量％で、■が４０重量％以下
のものが、全体的に良好な特性を示す。

〔実施例〕

第１図は各種電極材料の遮断特性試験に用いた真空バル
ブの構造を示す。この真空バルブは、筒状のセラミック
ス製絶縁ケース１とステンレス製端子板２，３によって
容器が構成され、その内部４；１ｌｏ−’〜１０−”ｔ
ｏｒｒ代の高真空に保たれている。

この容器内部には本発明に係る電極材料で形成された一
対の電極、すなわち固定電極４と、ベローズを介して動
けるようにした可動電極５が設けられている。さらに円
筒状のシールド６は、電極構造部材が遮断アークにより
蒸発、飛散した場合、それらが絶縁ケース１の内壁に付
着することを防止する役目を持つ。本発明の両電極４，
５は直径２０■に加工され、それについて、以下の各評
価試験を行なった。

各種電気的性能試験において、耐電圧試験方法は、交流
３００Ａを１０回遮断後、インパルス電圧を５ｋＶステ
ツプで増加しながら印加し、電極間が絶縁破壊に至る放
電電圧値を測定することである。

遮断性能試験は、直径２０閣の電極において、交流電流
を５０ＯＡステツプで増加しながら遮断し、遮断が不能
となる限界電流値を求めることである。さらに、裁断電
流試験は、交流２〜８Ａの小電流を遮断した場合に発生
する裁断電流を１００回測定し、その最大値と平均値を
求めるようにした。

実施例１ 第２図は本発明の実施例として２０重量％Ｃｒ−１０重
量％ｖ−７０重量％Ｃｕ合金の真空溶解材の金属組織写
真（１００倍）を示す。なお溶解温度は１６００〜１８
００℃程度で行ない、ＶがＣｕ中に固溶する条件で行な
った。分析結果からＣｕのマトリックス中には３〜４％
の■及び微量のＣｒが固溶し、固溶限以上のＣｒあるい
はＶはＣｕマトリックス中に晶呂していることを確認し
た。

実施例２ 第３図及び第４図は本発明の実施例としてＣｒと■の粉
末を用いて焼結した後、多孔質の焼結体にＣｕを溶浸さ
せて作製したＣｕ−Ｃｒ−Ｖ合金の金属組織写真（１０
０倍）を示したものであり、第３図は４８重量％Ｃｒ−
４８重量％Ｃｕ−４重量％Ｖ合金、第４図は３０重量％
Ｃｒ−５０重量％Ｃｕ−２０重量％Ｖ合金である。これ
はＣｒ−Ｃｕ−Ｖ混合粉を成形、焼結、Ｃｕ溶浸して得
られた合金で、焼結温度１１００℃程度、Ｃｕ溶浸温度
は１２００℃程度で行なったものである。

固溶限以上のＶ及びＣｒがＶ単体、　Ｃｒ単体、Ｃｒ−
Ｖ合金、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｖ合金として晶出していることを
確認した。

実施例３ 第５図は本発明の実施例としてプラズマ溶射法を用いて
得たＣｕ−Ｃｒ−Ｖ合金の金属組織写真（１００倍）を
示したものである。これは、Ｃｒ−５Ｃｕ−１０Ｖ混合
粉をプラズマ溶射により得た被膜の組織である。

比較例 第６図は比較例として従来のＣｕ−Ｃｒ系合金電極材料
の金属組織写真空示す。５重量％Ｃｕ粉と９５重量％Ｃ
Ｃ粒粉を混合し、密度比６５％になるように仮焼結後、
Ｃｕ溶湯を溶浸させた６０重量％Ｃｒ−４０重量％Ｃｕ
合金である。

第７図は第１図に示した真空バルブを用いて、■添加量
と遮断性能の試験結果を示したものである。比較材とし
ては、Ｃｕ−Ｃｒの二元合金からなる電極材料ではＣｒ
量４０〜６０重量％の範囲で各種性能が非常に優れてい
ることを確認しているので、前記比較例として示したＣ
ｒ６０重量％−Ｃｕ４０重量％材を採用し、本発明の電
極材料中のＣｒとＣｕの重量比も常に一定（６０：４０
）とし、これに添加するＶ量を種々変化させた場合の合
金特性の変化について示す。なお第７図の縦軸は従来品
のＣｕ　−６０重量％Ｃｒ合金の値を１とした比率を示
す。第７図から明らかなように本発明Ｃｒ−Ｃｕ−Ｖ合
金の遮断性能はＶ添加量の増加とともに向上し、７〜１
０重量％■では従来品の１．９倍に達するが、それ以上
Ｖを添加すると徐々に遮断性能は低下し、１５重量％Ｖ
合金以上では低下している。

第８図は同様にＶ添加量と耐電圧性能の試験結果を示し
たものである。なお、比較材としてＶの替りにＦｅＶ（
５５重量％Ｖ合金）を用いた場合のＦｅＶ添加量と耐電
圧特性についても示した。

なお、製造方法は実施例２と同様の方法である。

第８図から明らかなように純■添加電極の場合、Ｖ量が
０．５重量％以下では従来材（Ｃｕ−６０重量％Ｃｒ合
金）との差は見られないが、それ以上添加すれば、■添
加量とともに耐電圧性能は向上し、■添加量２５〜３０
重量％においては従来電極の１．８倍程度の耐電圧値を
示す。しかし、それ以上のＶ添加量では耐電圧特性に悪
影響は及ぼさないものの性能向上はあまり見うけられな
い。

一方、純Ｖに替りＦｅＶ　（５５重量％Ｖ合金）を添加
した電極の耐電圧特性は、ＦｅＶ添加量１０重量％で従
来材の約１．４倍程度に向上するが、それ以上のＦｅＶ
添加量では耐電圧特性の向上は見られなかった。ＦｅＶ
の状態で添加されている電極は純Ｖの状態で添加されて
いる本発明の電極より耐電圧性能は低いことが解る。ま
た、ＦｅＶ添加量１０〜３０重量％材の試験後の接触面
表面は従来材に比べ荒い状態であった。また試験後の接
触面電気導伝率（ＩＡＣ８％）は試験前に比べて低下し
ており試験中のアーク熱によりＦｅＶが分解し、特にＦ
ｅ元素がマトリックスのＣｕに固溶されたものと推定さ
れる。

第９図は同様にＶ添加量と裁断電流性能の関係を示す。

第９図から明らかなようにＶ添加量５〜１０重量％の範
囲で最も良い性能を示す傾向にある。

次に電極材料中のＶ添加量を５重量％及びＣｕ添加量を
９５重量％と一定にした場合のＣｒ添加量と耐電圧性能
の関係を第１０図に示す。第１０図から明らかなように
Ｃｒ添加量１０重量％以下では従来材とあまり差は見ら
れないがそれ以上添加すると耐電圧性能は向上し、Ｃｒ
添加量４０重量％で従来材の１．５倍程度になることが
解る。

また、図示しないが、上記組成の電極材料にＢｉ、Ｐｂ
、Ｔｅ、　　Ｓｂ、Ｔｌ、Ｓｅ、Ｃｅ。

Ｃａ及びＡｇの低融点金属を種々添加した遮断器用材料
においても、前記実施例の電極材料と同様あるいはそれ
以上に遮断性能及び耐電耐性能を向上させる効果がある
ことを確認している。しかし、種々の金属が１５重量％
以上に添加した電極の特性は、接触面の面荒れのために
遮断性能が低下した。特に、２〜７重量％が好ましいこ
とを確認した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｃｕを含有し、その他の成分として、
Ｃｒ及びＶと不可避的不純物だけを含有する電気材料で
あるので、裁断性能及び遮断性能に優れ、かつ、高耐電
圧性能を有する真空遮断器用電極材料が係られる。そし
て、上記性能の向上はＣｕ、Ｃｒ、Ｖが単体金属として
存在しているもの、合金として存在しているもの、それ
らが複合されたものにも見られるので、用途に応じ各成
分の割合を適宜変更して、最適に対応させることができ
る。

また１本発明の電極材料を用いた真空遮断器は小型化の
要望に応じることができ、且つ高電圧、大電流遮断性能
を従来より向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は遮断性能試験に用いた真空遮断器の断面図、第
２図は２０重量％Ｃｒ−１０重量％Ｖ−９０重量％Ｃｕ
の真空溶解材の金属組織写真（１００倍）、第３＠及び
第４図は焼結−Ｃｕ溶浸方法におけるＣｕ−Ｃｒ−Ｖ合
金材の金属組織写真、第５図はプラズマ溶射法を用いた
場合のＣｒ−Ｃｕ−Ｖ合金の金属組織写真、第６図は比
較材として用いたＣｕ−６０重量％Ｃｒ電極材の金属組
織写真、第７図はＶ添加量と遮断性能の関係図、第８図
はＶ添加量と耐電圧性能の関係図、第９図はＶ添加量と
裁断性能の関係図、第１０図はＶ及びＣｕを一定とした
場合のＣｒ添加量と耐電圧の関係図を示す。 １・・・絶縁ケース、４・・・固定電極、５・・・可動
電極。 ６・・・シールド。 第　　１　図 ５−−−−−−一町動Ｖ櫃メ 第 ２ 第 ミ人、 第 図 第 ｊ・Ｋ 第 １ズ 酊ｆ死 （ぴα−ａムたつ 第 図 ■系か量 （１量２） 第 ０ 図 Ｃｒｊ金加量

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃｕ及びＣｒの少なくとも一方を主成分とし、残部
   が実質的に４０重量％以下のＶより成ることを特徴とす
   る真空遮断器用電極。 ２、Ｃｕが４０〜８０重量％及びＣｒが１０〜５０重量
   ％の少なくとも一方を主成分とし、残部が実質的に４０
   重量％以下のＶより成ることを特徴とする真空遮断器用
   電極。 ３、請求項１又は２において、前記Ｃｕ、Ｃｒ及びＶは
   単体金属及び／又はこれらの合金として存在しているこ
   とを特徴とする真空遮断器用電極。 ４、Ｃｕ及びＣｒの少なくとも一方を主成分とし、残部
   が実質的に４０重量％以下のＶより成り、ＶはＣｕマト
   リックス中に固溶限以上に添加され、該Ｃｕマトリック
   ス中にＶ単体、Ｃｒ−Ｖ合金又はＣｕ−Ｃｒ−Ｖ合金と
   して晶出していることを特徴とする真空遮断器用電極。 ５、請求項４において、ＣｒがＣｕマトリックス中に固
   溶限以上に添加され、該Ｃｕマトリックス中にＣｒ単体
   として晶出している真空遮断器用電極。 ６、６０重量％以下のＣｒ及び４０重量％以下のＶを含
   有し、残部が実質的にＣｕであり、マトリックス中にＣ
   ｒ及びＶが晶出した組織を有することを特徴とする真空
   遮断器用電極。 ７、請求項１〜６のいずれかにおいて、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｔ
   ｅ、Ｓｂ、Ｔｌ、Ｓｅ、Ｃｅ、Ｃａ及びＡｇの低融点金
   属が少なくとも一種が１５重量％以下含有されている真
   空遮断器用電極。 ８、固定電極と、この固定電極に接離自在に設けられた
   可動電極と、前記両電極を真空下で内包する絶縁ケース
   と、を備えた真空遮断器において、固定電極及び可動電
   極はＣｕ及びＣｒを主成分とし、残部が実質的に４０重
   量％以下のＶより成る電極で形成されていることを特徴
   とする真空遮断器。