JPS6362122A - 真空遮断器用電極の製造法 - 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〕 本発明は、真空遮断器用電極の製造法に係り、特に原料
粉末を混合し焼結して製造する方法の改良に関する。

本発明は、クロムを主成分とし、更に銅を含むクロム−
銅系電極の製造に使用するのに好適である。このクロム
−銅系真空遮断器用電極は、車両用切替え開閉遮断器、
汎用真空遮断器などのように広い用途に使用できる。

〔従来の技術〕

調成は銀よりなる導電性金属と、該導電性金属よりも高
融点の耐火性金属とにより実質的に構成された真空遮断
器用電極は、高耐電圧大電流遮断に適することが知られ
ている。耐火性金属としては、たとえばクロム、コバル
ト、ニッケル、鉄。

タンタル、タングステン、モリブデンなどが用いられて
おり、なかでもクロムが最も多く用いられている。

真空遮断器用電極の製造法としては、原料を溶解し凝固
させて合金とする溶解法或は原料粉末を混合して焼結す
る焼結法が一般に使用されている。

電極材料のうちで、銅とクロムの組み合せのように溶解
度が低く合金にしにくいもの或は銅と鉄。

銅とコバルトの組み合せなどのように溶解すると二相分
離してしまうものでは、通常、焼結法が用いられる。特
開昭５０−５５８７０号公報には、導電性金属と耐火性
金属とよりなる電極を焼結法によって作ることについて
詳しく記載されている。

真空遮断器用電極を焼結法によって作る方法の多くは、
前記特開昭５０−５５８７０号公報に記載の方法もそう
であるように原料粉末を混合し成型してから焼結する方
法が主流である。

焼結法によって電極を製造する方法においては、常に酸
化の問題がつきまとう。

特開昭５０−５５８７０号公報では、酸化の防止対策と
して、高真空中或は還元雰囲気中で焼結することを提案
している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、導電性金属と耐火性金属とからなる電極
を焼結により製造したものは、耐電圧のばらつきが大き
いことを確認した。原料粉末を予め脱ガス処理したり、
或は真空中或は還元性雰囲気中で焼結を行っても、耐電
圧のばらつきを殆ど改善するすることはできなかった。

これらの事実から、従来の焼結法による電極製造技術は
、高耐電圧電極の製造法としては不適当であることがわ
かった。

特開昭５０−５５８７０号公報には、耐電圧特性につい
ては全く記載されていないし、耐電圧特性と焼結技術と
の関連についても全く示唆されていない。

本発明の目的は、導電性金属と耐火性材料とから実質的
に構成され、高耐電圧を有し且つ耐電圧のばらつきが少
ない真空遮断器用電極の製造法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、導電性金属粉末と該導電性金属粉末よりも高
融点の耐火性材料粉末とを混合し、成型したのち水素雰
囲気中で仮焼結し、その後、熱間静水圧加圧処理を行っ
て焼結することにある。

熱間静水圧加圧処理工程では、導電性金属の融点以上、
耐火性材料の融点以下の温度に加熱して液相焼結を行い
、導電性金属を溶融させて焼結体表面の一部を浸み出さ
せる。

本発明は、真空遮断器用電極の焼結手段として熱間静水
圧加圧処理（以下、ＨＩＰ処理という）を採用して液相
焼結を行い、且つＨＩＰ処理に先立って水素雰囲気中で
仮焼結を施すことによって。

電極の高耐電圧化を達成でき、しかも耐電圧のばらつき
を少なくできるという事実の究明に基づいている。

原料粉末を混合しＨＩＰ処理しただけでは、耐電圧特性
の向上或は耐電圧特性のばらつきを殆ど改善することは
できず、原料粉末を真空中或は還元雰囲気中で焼結する
方法と大差ない。

本発明で用いる電極材料は、実質的に導電性金属と耐火
性材料との二者よりなるが、このほかに鉛、ビスマン、
錫などの低融点金属を含有することができる。

導電性金属は、銅と銀から選ばわ、これらを単独又は複
数で用いることができる。銅と銀の合金粉末にして用い
てもよいし、銅粉末と銀粉末とを混合して用いてもよい
。

耐火性材料は、導電性金属の融点よりも高い融点を有す
ることが条件であり、特に、導電性金属よりも高耐圧の
クロム、コバルト、鉄、モリブデン、タングステン、タ
ンタル、ニッケルから選ぶことが好ましい。これらの中
ではクロムが最も好ましい。

耐火性材料は、金属に限ることなく、セラミックスを用
いでることもできる。セラミックスとしては、各種の金
属酸化物、金属炭化物、金属窒化物、金属はう化物、金
属けい化物などを用いることができる。

クロムを含み、焼結法によって作られた電極は、クロム
が高耐電圧を有することのほかに、クロム焼結体が非常
に脆弱であるために接点開離時に容易に引き離すことが
でき耐溶着性もすぐれている。

耐火性材料としてコバルトや鉄などを用いた場合には、
耐溶着性を高めるために鉛、ビスマスなどの低融点金属
を含有する必要があるが、クロムを用いた場合には低融
点金属の含有を省略でき、電極材料の成分構成を単純化
できる。

本発明は、真空遮断器用電極の高耐圧化を目的としてい
るので、導電性金属と耐火性材料との成分組成比は、耐
火性材料を多口にした方がよい。

廖 具体的には、耐火性材料が電極材料金重量の５０〜９０
％を占めるようにすることが好ましい。

鉛或はビスマスなどの低融点金属を含むときには、その
量を電極全重量の５％以下に押えることが望ましい。

原料粉末の粒径は、高密度の焼結体を得るためにできる
だけ微粒であることが望ましく、２００μｍ以下、特に
１００μｍ以下であることが望ましい。

真空遮断器用電極を焼結法により製造するに当たりＨＩ
Ｐ処理を施すことは、たとえば特公昭５４−８６０ｉ号
公報に記載されているように、既に知られている。しか
し、かかる既知の方法では、原料粉末をカプセルに封入
してＨＩＰ処理しており、ＨＩＰ処理処理板焼結を行わ
ない。又、特公昭５４−８６０１号公報に記載の発明で
は低融点金属材料を必須の成分として含む電極を対象と
している。原料粉末をそのままカプセルに密封しＨＩＰ
処理によって焼結する方法を、導電性金属と耐火性金属
とからなる電極の製造に適用しても高耐電圧化および耐
電圧特性のばらつき防止の効果は不十分である。

〔作用〕

本発明は、既に述べたようにＨＩＰ処理の前に水素雰囲
気中で仮焼結し、且っＨＩＰ処理処理源電性金属の融点
以上、耐火性材料の融点以下の温度に加熱する液相焼結
を施すことを要件としている。

かかる製造法により耐電圧の向上および耐電性の 特性、ばらつきの改善がなされる理由の１つとしては、
電極が高度に清浄化され、酸素等のガスの混入或は酸化
物の混入が著しく少なくなったことが大きく影響してい
ると思われる。

又、仮焼結工程で十分に脱ガスしてからＨＩＰ処理工程
に移行するので、欠陥の少ない緻密な焼結体が得られる
ことも耐電圧特性の改善に寄与していると思われる。

本発明の電極製造法において、原料粉末を予め電極形状
にプレス成型し、この成型体を水素雰囲気中で仮焼結し
て酸化物を還元しておくことは、ＨＩＰ処理処理源極形
状の形くずれを防止し、電極仕上げ加工の切削量を少な
くして材料歩留りを高めるためにも有効である。

原料粉末のままカプセルに入れてＨＩＰ処理したのでは
、所望の電極形状に成型するのが難しく、ＨＩＰ処理後
、電極形状に仕上げるために大幅な機械切削を必要とす
る。

脱 仮焼結を行う前に、原料粉末を予め真空傘ガス処理或は
還元雰囲気知で加熱処理して、脱ガスしておくことは、
緻密な高密度焼結体にするうえで非常に好ましい。

仮焼結は、水素雰囲気中で行うことが必要である。真空
中で仮焼結を行ったのでは酸化物の還元が不十分である
。特にクロム酸化物の還元は不十分である。このように
真空中で仮焼結したものをＨＩＰ処理しても、耐電圧特
性の改善は殆どなされない。

仮焼結工程では１Ｍ料粒粉末溶解させないで固相焼結す
ることが望ましい、好適な仮焼結温度は導電性金属の融
点直下の温度が望ましい。

仮焼結を行う水素雰囲気の露点は、−７０度以下とし、
高度に清浄化された水素雰囲気で酸化物の還元を行うこ
とが好ましい。

仮焼結体の気孔率は、２０％以下とすることが望ましい
。このようにすることによって、後のＨＩＰ処理で、ガ
ス吸蔵が少なく、酸化物残渣等の欠陥の少ない焼結体を
得ることができる。

このように予め水素雰囲気中で仮焼結したのちＨＩＰ処
理を施し且つ液相焼結を行うことにより、緻密な高密度
焼結体を製造することができる。緻密な焼結体が得られ
るのは、仮焼結時に大部分の酸化物が還元されており、
空孔内にガスが殆ど吸蔵されていないためＨＩＰ処理に
よって空孔が潰れ易いことが効いている。又、ＨＩＰＩ
Ｐ処理時電性金属が溶融して耐火性材料粉末の周囲を覆
うことにより酸化物除去効果が高まることも効いている
。

導電性金属とセラミックスの組み合せはぬれ性が悪く、
一般的な焼結法では緻密なものを得にくいが、本発明の
ＨＩＰ処理によれば真空遮断器電極として十分使用する
に足りる強度をもった焼結体にすることができる。

）（ＩＰ処理時の加熱温度は、導電性金属が溶融し、耐
火性金属が溶融しない温度範囲とする。実際には、導電
性金属の融点よりも２００℃程度高い温度まで辿めるの
がよい。

銅粉末とセラミックス粉末を水素雰囲気で仮焼結し、金
属カプセルに封入して約２００ｋｇ／ｃｍ”の静水圧を
付加してＨＩＰ処理した実験によれば。

焼結体中の吸蔵ガスは著しく少なく、且つきわめて高密
度であった。

なおＨＩＰ処理の際には、仮焼結体をカプセルに入れ、
真空中で加熱脱ガス排気しながらカプセルを密封するこ
とが望ましい、このようにすることによって、冷却時に
再び酸化されるのを防止でき、カプセル内の脱ガス効果
が非常に高まる。

ＨＩＰ処理は、アルゴン又は窒素ガスなどを用いて行う
ことができる。その後、カプセルを除去し、所定の電極
形状に機械切削して仕上げる。

〔実施例〕

実施例１ 約７０μｍの粒径のクロム粉末と、約５０μｍの粒径の
銅粉末を用い、クロムの量が６０重量％。

８０重量％および９０重量％、残りが銅になるように乾
式で混合した。そして第１図に示す製造工程にしたがっ
て電極を製造した。

混合は自動乳鉢を使用し、約１時間実施した。

この混合粉末をおおよそ３トン／ｃｍｉの加圧力でプレ
ス成形し、約５０ｍｍφ、厚さ１０ｍｍの成形体とした
。この成形体の気孔率は２５〜３０％である。この成形
体を露点が一７０度以下に精製された高純度水素雰囲気
にて１０００℃で１時間保持するという焼結を実施した
。この仮焼結終了後の気孔率は５〜１５％であった。更
にこの後、ＨＩＰ処理を行なうための前処理として、第
２図に示すような真空カプセル封止を行なった。すなわ
ち、上記仮焼結のままではまだ十分に密度が上がってい
ないため仮焼結体の内部も完全に閉気孔になっていない
。従って、カプセルを用いずに仮焼結体をそのままＨＩ
Ｐ処理したのでは緻密化はされない。このためカプセル
に入れ、なお且つ真空封入し、カプセルととＨＩＰ処理
した。

本実施例では肉厚３ｍｍの軟鋼カプセル２を用い、約９
００℃に加熱し、真空排気説ガスを施しながら真空封止
している。なお、カプセル中に同時に複数個の仮焼結体
１を入れてＨＩＰ処理すると、それぞれの仮焼結体が接
着されてしまい剥れなくなってしまう。このため、第２
図に示すように、軟鋼カプセル及びおのおのの焼結体の
間隙にアルミナ粉末３をつめている。なお符号４はチャ
ンバー、５は加熱炉である。

以上のようにして封じられたカプセルを第２図に示すよ
うにしてＨＩＰ処理を施した。加圧媒体はアルゴンガス
であり、約２０００ｋｇ／Ｃｍ”の圧縮力とした。第２
図中の矢印はアルゴンガスによって静水圧が加えられる
ことを示している。加熱温度は１３００℃である。この
ＨＩＰ処理によって焼結体中の銅成分は完全に液相とな
り、液相焼結がなされた。

以上のようにして製造した電極を用い、真空遮断器用電
極としての電気的性能を調べた。結果を表に示す、なお
、比較材として、クロム粉末の多孔質焼結体に銅を溶浸
して作った電極の性能を示した。

耐電圧測定はＡＣ３００Ａを１０回遮断させて電極をク
リーニングした後、インパルス電圧を５ｋＶステツプで
印加して放電電圧を測定した。この時の電極間隙は２．
５ｍ＠であった。測定は１０回行なった。

さい断電流の測定は、１００Ｖ低圧回路で１００回実施
し、最大値と平均値を求めた。しゃ断性能試験は、しゃ
断電流が約５００−１００ＯＡステツプで増加するよう
に電圧も同時に増加させるように印加し、このときの限
界となるしゃ断電流を求めた。この時の電極直径は２０
＋ａｍとした。

本発明によるＮｎｌ−３の電極は、比較材の＆４にくら
べていずれも耐電圧が高く且つ耐電圧特性のばらつきが
少ない、さい断電流および遮断限界は、Ｎａ　１〜４の
電極とも大差がなかった。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば高耐電圧を有し、耐
電圧特性のばらつきの少ない真空遮断器用電極を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造工程を示すフロー図、第２図は熱
間静水圧加圧処理装置の概略図である。 １・・・仮焼結体、２・・・軟鋼カプセル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、銅および銀の１種以上よりなる導電性金属粉末と、
   該導電性金属粉末よりも高融点の耐火性材料粉末とを混
   合し、熱間静水圧加圧処理により焼結して真空遮断器用
   電極を製造する方法において、前記熱間静水圧加圧処理
   前に前記混合物を成型し水素雰囲気中で原料粉末の固相
   温度で仮焼結する段階を含み、且つ前記熱間静水圧加圧
   処理時に前記導電性金属粉末を溶融させて一部を焼結体
   表面に浸み出させることを特徴とする真空遮断器用電極
   の製造法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記仮焼結段階を
   露点が−７０度以下の高純度水素雰囲気で実施すること
   を特徴とする真空遮断器用電極の製造法。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記耐火性材料粉
   末がクロムよりなることを特徴とする真空遮断器用電極
   の製造法。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記仮焼結体の気
   孔率を２０％以下とすることを特徴とする真空遮断器用
   電極の製造法。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記熱間静水圧加
   圧処理における加熱温度の上限を前記導電性金属の融点
   よりも２００℃高い温度とすることを特徴とする真空遮
   断器用電極の製造法。 ６、特許請求の範囲第１項において、前記熱間静水圧加
   圧処理時に、前記仮焼結体をカプセル内に入れ真空排気
   しながら加熱脱ガスしつつカプセルを密封する段階を含
   むことを特徴とする真空遮断器用電極の製造法。