JP2000149732A

JP2000149732A - 真空遮断器とそれに用いる真空バルブ及びその電極

Info

Publication number: JP2000149732A
Application number: JP10321665A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kikuchi; 菊池　　茂; Masahito Kobayashi; 将人小林; Katsuhiro Komuro; 勝博小室; Toru Tanimizu; 徹谷水; Yoshimi Hakamata; 好美袴田; Katsuzo Kuroda; 勝三黒田; Hitoshi Okabe; 均岡部; Noboru Baba; 馬場　　昇
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-11-14
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、製造工程を短縮でき、小型で
高性能の真空遮断器とそれに用いる真空バルブ及び真空
バルブ用電極を提供することにある。【解決手段】本発明は、固定側電極及び可動側電極は互
いに向き合う全面が耐火性金属と高導電性金属とを有す
る合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支持する
高導電性金属からなる電極棒とを有し、前記アーク電極
と電極棒とは固相による拡散接合によって一体に形成さ
れていることを特徴とする真空遮断器とそれに用いる真
空バルブとその電極にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な真空遮断器
とそれに用いる真空バルブ及びそれに用いるその電極に
関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器に設置される真空バルブ内の
電極構造は、一対の固定側電極及び可動側電極からなっ
ている。上記固定側及び可動側電極の構造は、電気接点
と該電気接点に連なる電極棒からなり、該電気接点の裏
面にはしばしばステンレス等の板が補強板として設けら
れる。

【０００３】大電流，高電圧遮断用接点材料としては、
Ｃｒ−Ｃｕの複合金属あるいはこれにＷ，Ｃｏ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｎｂ等を少量添加した複合金属材料が多く用いられ
る。この電気接点の製造方法は、各成分の金属粉末ある
いはこれらの混合粉を所定の組成，形状，空孔量に成
形，焼結後、焼結体のスケルトンにＣｕあるいはその合
金溶湯をしみこませるいわゆる溶浸法が、あるいは溶浸
前の焼結工程で高密度にするいわゆる粉末冶金法により
製造された電気接点部材を、更に機械加工して所定形状
とする。

【０００４】一方、電極棒は、純Ｃｕ素材から所定形状
に切り出し加工される。

【０００５】このようにして機械加工された各部品を組
立後、ろう付けして一連の電極構造となるが、ろう付け
接合を用いて構成される電極は、各部材の機械加工とろ
う付けのための組立に非常な手間と時間がかかり、併せ
て、ろう付け不良による電極材の破壊や脱落の事故原因
となる。

【０００６】この対応策として、製造過程において前述
の電気接点及び電極棒を一体化する方法として、電気接
点の構成成分からなる混合粉末を所定の組成，形状，空
孔量に成形したスケルトン上に、電極棒を構成する高導
電性金属を載置し、これらを加熱し電気接点部材に高導
電性金属を溶浸するとともに、高導電性金属の残部をも
って電極棒を形成する、いわゆる一体溶浸法が開発され
た。この製法は特開平7−29461号に開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一体溶浸法によれば、
ろう付けのための部品組立及びろう付け作業が不要とな
り、工程が大幅に削減できるとともに、ろう付け不良に
よる電極の破壊や脱落がなく、信頼性及び安全性に優れ
た電極が得られる。しかしその一方、得られる電極の電
気接点成分が拡散，固溶により電極棒側に侵食されるた
め、電気接点部材のスケルトンを減少量分だけ厚く作製
する必要があり、製造コストが大きくなる。また、電気
接点部材の減少量はスケルトン内における組成や空孔量
のばらつきにより顕著に変化するため、電気接点と電極
棒との界面位置が不規則になり、製造歩留まりが低下す
る。

【０００８】更に、溶浸後のインゴットには上部に大き
な引け巣ができ、この引け巣を除いた部分から電極を切
り出さなければならないため、材料の無駄が多い。

【０００９】前述の電気接点には、発生したアークに駆
動力を与えて、アークを一箇所に停滞させずに電極の外
周部へ移動させるためのスリット溝が設けられ、羽根型
に分離されている。このスリット溝は溶浸後にエンドミ
ル等で機械加工により作製されるが、曲線形状を持つ溝
であるため、加工に多大な時間を要する。

【００１０】さらには、得られた電気接点部材を電極棒
に接合する際、組立に時間を要し、またろう材を用い、
ろう付け工程が必要となるためコストがかかるととも
に、ろう付け時の加熱によりろう材成分が揮散し、接点
表面に付着することで遮断性能が不安定になるという問
題があった。

【００１１】本発明の目的は、製造工程を短縮でき、小
型で高性能の真空遮断器とそれに用いる真空バルブ及び
真空バルブ用電極を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、真空容器内に
固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブと、該真
空バルブ内の前記固定側電極と可動側電極との各々に前
記真空バルブ外に接続された導体端子と、好ましくは前
記可動側電極に接続された絶縁ロッドを介して前記可動
側電極を駆動する開閉手段とを備えた真空遮断器におい
て、前記固定側電極及び可動側電極は互いに向き合う全
面が耐火性金属と高導電性金属とを有する合金からなる
アーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電極よ
り細径である裏導体及び該裏導体より大径である外部接
続導体を有する高導電性金属からなる電極棒とを有し、
前記アーク電極と電極棒とは固相による拡散接合によっ
て好ましくしはアーク電極の焼結による形成と同時に一
体に形成されていることを特徴とする。

【００１３】更に、本発明は、前記固定側電極と可動側
電極は互いに向き合う面において電極中心部を除く内周
側から外周側にかけて形成された複数本の溝を有し、該
溝は前記アーク電極部を貫通するものであり、前記アー
ク電極の前記面の前記中心部に凹部が形成されているこ
とを特徴とする真空遮断器にある。

【００１４】更に、本発明は前述の固定側電極及び可動
側電極を備えた真空バルブにあり、またこれらの電極に
よって構成される真空バルブ用電極にある。

【００１５】本発明は、真空容器内好ましくは筒状の絶
縁容器内に一対の固定側電極及び可動側電極として備え
た真空バルブにおいて、前記固定側及び可動側電極は、
耐火性金属と高導電性金属からなる合金粉末、あるいは
耐火性金属粉末と高導電性粉末との混合粉末を、好まし
くはスリット溝によって分離された羽根型で中心に凹部
を有する形状に加圧成形したアーク電極となる成形体と
し、高導電性金属又は合金からなり中心軸上に凸部を有
する前述の構造の電極棒とを、該成形体の凹部と該電極
棒の凸部を嵌め合わせた状態で該高導電性金属の融点以
下の温度に加熱することにより、成形体を焼結すると同
時にアーク電極と電極棒とを金相学的に固相による拡散
接合によって一体に接合されたものである。

【００１６】前記アーク電極の裏面には、中心孔を有す
るオーステナイト系ステンレス鋼からなる補強板が設け
られる。該補強板は、前記成形体と前記電極棒との間に
設けられ、電極棒の凸部が挿入されてアーク電極の焼結
と同時に加熱することにより、該アーク電極の裏面に拡
散接合によって固定される。

【００１７】前記成形体をなす前記耐火性金属はＣｒ，
Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｂｅ，Ｈｆ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｚ
ｒ，Ｔｉ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｉ，Ｒｈ及びＲｕの１種又は
２種以上の混合物あるいはこれらの化合物からなり、前
記高導電性金属はＣｕ，ＡｇまたはＡｕあるいはこれら
を主にした合金からなるのが好ましい。

【００１８】また、前記耐火性金属と高導電性金属から
なる合金粉末、あるいは耐火性金属粉末と高導電性粉末
との混合粉末は、１５〜４０重量％の該耐火性金属と、
６０〜８５重量％の該高導電性金属からなるのが好まし
い。

【００１９】さらに、前記耐火性金属と高導電性金属か
らなる合金粉末、あるいは耐火性金属粉末と高導電性粉
末との混合粉末の粒径は１０４μｍ以下がよく、前記成
形体の凹部と前記電極棒の凸部との嵌め合い公差は、該
合金粉末あるいは混合粉末の粒径が１０４μｍ以下６１
μｍ以上の場合には該凹部寸法の０.５〜４％，６０μ
ｍ以下の場合には該凹部寸法の１.５〜９％の値をとる
ことが望ましい。

【００２０】前記成形体を焼結することにより金相学的
に一体化された前記アーク電極と前記電極棒との嵌め合
わせ方向における引き離し強度は、２００kgf 以上であ
ることが好ましく、これにより相手側電極と溶着した場
合にも接合部分からアーク電極部分の欠落を防止するこ
とができる。

【００２１】本発明における真空バルブ用電極は、アー
ク電極とそれに連なる前述の電極棒からなり、アーク電
極には発生したアークを移動させるための曲線形状を持
つスリット溝が設けられ、好ましくは羽根型に分離され
ている。このスリット溝は、スリット溝を形成して羽根
型を形作ることのできる金型に、アーク電極を構成する
原料粉末を充填して加圧成形することで、簡単に短時間
で得ることができる。また、加圧成形により得られた羽
根型の成形体を、構成成分である高導電性金属の融点以
下の温度で焼結することにより、前述のスリット溝を持
つ羽根型の形状を保ったままでアーク電極を得ることが
できる。これにより、焼結後の機械加工による溝切りが
不要となり、加工時間が大幅に短縮できる。なお、スリ
ット溝の外周側端部は成形，焼結までつないだ形状と
し、焼結後に外周切削により溝端部を切り離すことによ
って、焼結収縮時の変形を防止することができる。

【００２２】また前記成形体の中心には金型成形により
凹部が形成され、電極棒の中心軸上に設けられた凸部と
嵌め合わせた状態で焼結することにより、成形体が収縮
して固相により拡散接合されるいわゆる焼き嵌めの状態
となり、アーク電極と電極棒を焼結過程で金相学的に一
体化することが可能となる。これにより、ろう付け工程
が不要となるとともに、ろう材を用いないので遮断時の
アーク加熱による接合部の欠陥が防止でき、さらにはろ
う材成分の飛散による遮断性能の低下が防止できる。

【００２３】本発明におけるアーク電極は、耐火性金属
と高導電性金属とを有する合金からなるが、電極棒側に
高導電性金属のみで構成される層があっても良く、これ
によりアーク電極の電気抵抗を小さくでき、原料コスト
を低減できる。また、アーク電極の裏面にはオーステナ
イト系ステレンス鋼の補強板が設けられ、電極開閉時の
衝撃によるアーク電極の変形，破壊を防止できる。この
補強板は、中心に前記成形体凹部と同形状同寸法の穴を
設けておき、成形体と電極棒の間に載置して電極棒の凸
部に嵌め合わせて焼結することにより、電気接点の裏面
に固定することが可能となる。

【００２４】前記成形体の成形圧力は１.５〜４ton／cm
²がよく、これより小さいと成形密度が小さくなり成形
体が崩れやすく、これより大きいと成形密度が高くなり
焼結時の収縮率が小さくなるので、成形体の収縮による
電極棒との接合が困難になる。

【００２５】前述の耐火性金属と高導電性金属との配合
比は耐火性金属を１５〜４０重量％，高導電性金属を６
０〜８５重量％とすることで、遮断性能，耐電圧特性に
優れ、電気抵抗が比較的小さい真空バルブ用が得られ
る。

【００２６】さらに成形体を構成する耐火性金属と高導
電性金属からなる原料粉末の粒径を１０４μｍ以下とす
ることで、電気接点表面が均一な微細組織となり、優れ
た遮断性能，耐電圧，耐溶着性が得られるとともに、成
形体の収縮率が大きくなり、電極棒との強固な接合が可
能となる。原料粉末の流動性が悪く、型充填が困難な場
合には、適当なバインダーを添加し、スプレードライ法
などにより造粒して顆粒状にしてもよい。また成形体に
設けた凹部と電極棒の凸部との嵌め合い公差は、成形体
の原料粉末の粒径が１０４μｍ以下６１μｍ以上の場合
には凹部寸法の０.５〜４％、６０μｍ以下の場合には
１.５〜９％の値とすることで適正な接合状態が得られ
る。即ち、嵌め合い公差の値を上記範囲より小さくとる
と成形体の焼結収縮に支障を来たし、健全な焼結体が得
られず、また上記範囲より大きいと電極棒の凸部を焼き
嵌めする効果が小さくなり、十分な接合強度が得られな
い。本発明は、真空容器好ましくは絶縁容器内に固定側
電極と可動側電極とを備えた真空バルブと、該真空バル
ブ内の前記固定側電極と可動側電極との各々に前記真空
バルブ外に接続された導体端子と、好ましくは前記可動
側電極に接続された絶縁ロッドを介して前記可動側電極
を駆動する開閉手段とを備えた真空遮断器において、前
記固定側電極及び可動側電極は耐火性金属粒子と高導電
性金属と好ましくは低融点金属とを含む合金からなるア
ーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金属から
なる電極支持部と、該電極支持部より細径である裏導体
及び該裏導体より大径である外部接続導体を有する高導
電性金属からなる電極棒とを有し、前記電極支持部と電
極棒とは焼結と同時に又は固相による拡散接合によって
一体に形成される。アーク電極と電極支持部は好ましく
は前記耐火性金属粒子は全耐火性金属に対して重量で粒
径１４０μｍ以上が５％以下，７０μｍ〜１４０μｍ未
満が４５〜９０％，４０μｍ〜７０μｍ未満が７〜３５
％及び４０μｍ未満が０.５〜１５％であることが好ま
しい。

【００２７】前記アーク電極は前述の耐火性金属のうち
特にＣｕに対して固溶量が３重量％以下である１８００
℃以上の融点のＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａの１種又は２種
以上の混合物が好ましく、Ｃｕ，Ａｇ及びＡｕの１種か
らなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電性合金
との複合材料からなり、前記電極支持部は前記高導電性
金属又は合金からなるのが好ましい。

【００２８】更に、前記アーク電極は耐火性金属として
Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａの１種又は２種以上の合計量１
５〜４０重量％と高導電性金属としてＣｕ，Ａｇ及びＡ
ｕの１種又はこれらを主にした合金６０〜８５重量％と
の複合材料、また、前記電極支持部，裏導体及び外部導
体接続部はＣｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｚ
ｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅの１種又は２種以上
の合計量が２.５重量％以下好ましくは０.５〜２.０重
量％とＣｕ，Ａｇ又はＡｕとの合金とし、特に耐力を大
幅に高めることができるので好ましい。その結果、電極
間の接触圧力の増大，電極開閉時の衝撃力に充分対応で
き、経時的な変形も解決できる。

【００２９】本発明におけるアーク電極は耐火性金属と
高導電性金属との複合合金よりなり、前記アーク電極と
電極棒又は電極支持部とはアーク電極の形成時の焼結又
は拡散接合によって一体に形成される。

【００３０】本発明における電極支持部は０.２％耐力
が１０kg／mm²以上で、比抵抗が2.8μΩcm以下のものが
好ましい。

【００３１】本発明は、前記固定側電極と可動側電極は
互いに接触するアーク電極部の中央に真円の凹部が設け
られているものである。

【００３２】前記アーク電極と電極支持部とは粉末冶金
による焼結によって形成すると同時に電極棒を固相接合
によって一体に形成するものである。

【００３３】前述のスリット溝は複数本、好ましくは３
〜６本であり、スパイラル状を有する。従ってアーク電
極はスリット溝によって分離された前述の羽根型の形状
が好ましい。

【００３４】前記アーク電極又はアーク電極と電極支持
部に設けられる。スリット溝は直線状のスリット溝でも
よい。

【００３５】本発明の電極の中央部側から外周側方向に
延びた外周端側より電極側面に達する前述の複数のスリ
ット溝は、各スリット溝間に形成した複数のアーク走行
面と、上記スリット溝外周側とアーク走行面外周端との
間のスリット溝を跨いで両アーク走行面と一体に連絡
し、且つ両アーク走行面から流れる電流の通路が一方側
アーク走行面の方が他方側アーク走行面より長くした両
アーク走行面と同抵抗値を有する連絡部とを備え、上記
連絡部の断面積を調整して両アーク走行面から上記連絡
部に流れる電流を制御するように形成するのが好まし
い。

【００３６】本発明は、真空容器内に固定側電極と可動
側電極とを備えた真空バルブと、該空気バルブ内の前記
固定側電極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に
接続された導体端子と、前記可動側電極を駆動する開閉
手段とを備えた真空遮断器において、前記固定側電極及
び可動側電極は耐火性金属粒子と高導電性金属とを有す
る合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支持し、
該アーク電極より細径である裏導体及び該裏導体より大
径である外部接続導体を有する高導電性金属からなる電
極棒又は前記アーク電極と前記電極棒との間に導電材か
らなる電極支持部とを有し、前記アーク電極と電極棒又
は電極支持部とは焼結又は固相拡散接合によって一体に
形成され、前記絶縁容器は円筒であり、定格電圧（ｋ
Ｖ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値（ｙ）が
前記絶縁容器外径ｘ（mm）に基づいて以下の（１）式に
よって求められる値以下及び（２）式によって求められ
る値以上の範囲内にあることを特徴とする。

【００３７】ｙ＝１１.２５ｘ−５２５ …（１）ｙ＝５.３５ｘ−２４２ …（２）本発明は、前記アーク電極の直径ｙ（mm）は定格電圧
（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｘ
(ｋＶＡ×１０³）に基づいて以下の（３）式及び（４）
式によって求められる値以上の範囲内であることを特徴
とする。

【００３８】ｙ＝０.１５ｘ＋２２ …（３）ｙ＝０.０７７ｘ＋２０ …（４）本発明は、前記真空容器は円筒であり、該真空容器の外
径ｙ（mm）は前記アーク電極の直径ｘ（mm）に基づいて
以下の（５）式によって求められる値以下及び（６）式
によって求められる値以上の範囲内にあることを特徴と
する。

【００３９】ｙ＝１.２６ｘ＋１０ …（５）ｙ＝１.２６ｘ＋３０ …（６）前記真空バルブは３相に対しては３組あり、該３組の真
空バルブを横に並べて樹脂の絶縁筒によって一体に組込
んだものが好ましい。

【００４０】また、本発明は、高真空に保たれた真空容
器内に固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブに
おいて、前記両電極は耐火性金属粒子と高導電性金属
と、更に好ましくは低融点金属とを含む複合部材よりな
るアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金属
からなる電極支持部と、該電極支持部より細径である裏
導体及び該裏導体より大径である外部接続導体を有する
高導電性金属からなる電極棒とを有し、前記電極支持部
と電極棒とは焼結又は拡散接合によって一体に形成され
ていることを特徴とする。

【００４１】本発明における真空バルブ用電極の構成は
前述と同様である。

【００４２】アーク電極支持部には純Ｃｕが好ましい
が、強度が小さいことからこれら各部材の変形防止対策
として鉄系材料の純Ｆｅ，ステンレス鋼で補強し電極の
変形防止を図ることが好ましい。

【００４３】また、アーク電極と電極支持部以降の２層
構造とし、電極支持部以降はアーク電極を補強支持する
もので、その半分以上の厚さとするのが好ましく、特に
それと同等以上の厚さとすることが好ましい。耐火金属
としては特に、耐電圧特性を高めるためにＣｒに対して
０.１〜１０重量％、好ましくは０.５〜２重量％のＮ
ｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｚｒの１種又は２種以上を含むこ
とができる。

【００４４】本発明のアーク電極は重量で特にＣｒ３０
〜６０％，Ｎｂ０.５〜５.０％、好ましくは０.５〜３.
０％を有するＣｕ又はこれにＰｂ０.１〜０.５％を含む
Ｃｕ合金からなるのが好ましい。

【００４５】以上のように、アーク電極材とアーク電極
支持部材以降とは非接合であるとともに金相学的に連続
した一体化構造にしたことと、上記核部材の高強度化の
組み合わせにより従来の電極構造に比べて悪影響を除去
したより信頼性及び安全性の高い真空遮断器を提供でき
る。

【００４６】前述のようにアーク電極には発生したアー
クを移動させるための曲線形状を持つスリット溝が設け
られ、羽根型とするのが好ましい。このスリット溝は、
スリット溝を形成して羽根型を形作ることのできる金型
に、電気接点を構成する原料粉末を充填して加圧成形す
ることで、簡単に短時間で得ることができる。また、加
圧成形により得られた羽根型の成形体を、構成成分であ
る高導電性金属の融点以下の温度で焼結することによ
り、前述のスリット溝を持つ羽根型の形状を形成でき
る。なお、スリット溝の外周側端部は焼結収縮時の変形
防止のために、成形，焼結まで溝端部をつないだ形状と
し、焼結後に外周切削により溝端部を切り離しても良
い。

【００４７】電極棒側に高導電性金属のみで構成される
層があっても良く、これにより電気接点の電気抵抗を小
さくでき、原料コストを低減できる。また、電極棒側に
更にＣｕが主成分でＮｉ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｃｄ及び
Ｂｅの１種又は２種以上を含む合金粉末よりなる層を設
けても良く、これにより電気接点の強度が向上し、電極
開閉時の衝撃による電気接点の変形を防止できる。

【００４８】アーク電極及びアーク電極支持部と電極棒
とは、焼結過程において金相学的に一体に接合するのが
望ましい。具体的には、所望の形状に加工した電極棒と
アーク電極とその支持部の接合すべき側の面に載置し、
真空中あるいは還元雰囲気中で焼結することにより拡散
接合される。また、アーク電極支持部に凹部を設けて成
形し、電極棒に設けた凸部をはめ合わせ、電気接点の焼
結収縮により電極棒の凸部を締め付けて接合すれば、よ
り強固な接合状態が得られる。

【００４９】アーク電極支持部と電極棒の間には、必要
に応じてステンレス等の補強板を配置することができ
る。これは、電気接点に設けた凹部と同寸法の穴を補強
板に設け、電極棒の凸部を補強板の穴を通して電気接点
の凹部にはめ合わせ、焼結することで補強板を固定する
ことができる。また、電気接点成分と同じ主成分を持つ
補強板であれば、拡散接合も可能である。

【００５０】以上のように本発明によれば、電気接点及
び電極棒を焼結過程においてろう材を用いずに一体化す
ることが可能であり、一体溶浸法と異なり電気接点成分
が電極棒側へ固溶，拡散することが無く、所望の電気接
点寸法が安定して得られる。真空遮断器は、断路器，接
地開閉器，避雷器，変流器等とともに用いられ、高層ビ
ル，ホテル，地下街，石油コンビナート，各種工場，変
電所，駅，病院，会館，車輌，上下水道等の公共設備な
どの電源として欠かせない高圧受変電設備内に用いられ
る。

【００５１】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明に係
わる電極の部品を示す平面図と断面図である。（ａ）が
アーク電極の平面図及び（ｂ）が側面図である。図中、
１が焼結後にアーク電極となるＣｕ−２５重量％Ｃｒ成
形体、２が成形体のスリット溝、（ｃ）がオーステナイ
ト系ステンレス補強板３、（ｄ）がＣｕの電極棒４、ス
テンレス補強板３の成形体１の反対側の外周には補強用
のリング状突起７が設けられ、接合用の穴９が設けられ
る。電極棒４はアーク電極となる成形体１との接合用支
持部１０，嵌合においてストッパとなるとともに裏導体
１１，電極棒の強度を保つ強度補強部１２及びそれより
太径の補強部１３を有する。１５は外部導体との接続と
なるネジである。

【００５２】製造方法は次の通りである。成形体１はス
リット溝２を形成して羽根型を形作ることのできる金型
に、Ｃｕ粉とＣｒ粉を７５：２５の重量比で予め混合し
た混合粉を入れ、充填した混合粉末を油圧プレスにより
１.５ton／cm²の圧力で加圧成形した。ここで、原料の
Ｃｕ粉は粒径が１０４μｍ以下、Ｃｒ粉は６１〜104μ
ｍのものを用い、混合粉の金型への充填量は焼結後に所
望の厚さを得るために必要な量とする。なお、成形体の
相対密度は６８％であった。

【００５３】オーステナイト系ステンレス補強板３と電
極棒４は予め機械加工により作製されたものであり、電
極棒４は無酸素銅の塑性加工材である。酸洗浄の後に成
形体１及び補強板３の穴と電極棒４の凸部を嵌め合わせ
て載置する。これを６.７×１０^-3Ｐａ以下の真空中で
１０５０℃×１２０分間加熱し、成形体１を焼結させて
アーク電極５を得るとともに電極棒４の凸部を固定して
アーク電極５，補強板３及び電極棒４を図２に示す様に
固相により一体に拡散接合する。この後、アーク電極５
の外周部を切削加工し、スリット溝２の端部を切り離し
て開いた溝のアーク電極５が得られる。なお、アーク電
極５は焼結体で気孔が多く、切削油を用いると気孔内に
入り除去が困難となるので、切削油を用いずに加工し、
アーク電極を図３の羽根型の形状とした。（ａ）はアー
ク電極の平面図、（ｂ）は全体の断面図である。１６は
アーク電極５に凹部が形成され、アークの駆動を容易に
する後述するボタンとなるものである。

【００５４】上記で得られたアーク電極５の組織を観察
したところ、各原料粒子は焼結により結合されており、
相対密度は７６％であった。更に、アーク電極５と電極
棒４との接合界面組織を観察したところ、隙間等の欠陥
はなく、両者が金相学的に接合されていることが確認さ
れた。

【００５５】このように本発明によれば、アーク電極に
成形過程で溝入れが可能であり、焼結によってアーク電
極の組織が強固に結合されると同時に、電極棒との一体
化が可能となる。

【００５６】（実施例２）図４は、本発明に係わる電極
の部品を示す平面図と断面図である。（ａ）がアーク電
極の平面図及び（ｂ）が断面図である。図中、１ａはア
ーク電極となる成形体１のＣｕ−２５％Ｃｒ層、１ｂは
アーク電極支持部となるＣｕ層である。

【００５７】製造方法は次の通りである。成形体１はス
リット溝２を形成して羽根型を形作ることのできる金型
に、まずＣｕ粉とＣｒ粉を７５：２５の重量比で予め混
合した混合粉を入れ、ほぼ平らにならし、続いてＣｕ粉
末を充填して油圧プレスにより１.５ton／cm²の圧力で
加圧成形し、Ｃｕ−２５％Ｃｒ層とＣｕ層とを一体に成
形した。ここで、原料のＣｕ粉は粒径が１０４μｍ以
下、Ｃｒ粉は６１〜104μｍのものを用い、Ｃｕ−２５
％Ｃｒ混合粉及びＣｕ粉の金型への充填量は焼結後に所
望の厚さを得るために必要な量とする。なお、成形体の
相対密度は６９％であった。

【００５８】成形体１のＣｕ−２５％Ｃｒ層が接点面と
なるようにして、実施例１と同様の方法により、先ず図
５の様に焼結と同時にアーク電極，アーク電極支持部及
び電極棒を一体とした。その後切削加工により図６に示
す羽根型の真空バルブ用電極を得た。図中の符号は実施
例１と同じである。

【００５９】上記で得られたアーク電極５の組織を観察
したところ、各原料粒子は焼結により結合され、Ｃｕ−
２５％Ｃｒ層とＣｕ層との界面は一体化しており、相対
密度は７７％であった。更に、アーク電極５と電極棒４
とは実施例１と同様に固相にて拡散接合されその接合界
面組織を観察したところ、隙間等の欠陥はなく、両者が
金相学的に接合されていることが確認された。

【００６０】このように本発明によれば、２層からなる
アーク電極の場合にも成形過程で溝入れが可能であり、
焼結によってアーク電極の組織が強固に結合され、２層
間の界面が一体化されると同時に、電極棒と一体化が可
能となる。

【００６１】（実施例３）図７は、第１実施例で得られ
た電極において、成形体の凹部と電極棒の凸部の嵌め合
い公差を変化させた場合の、アーク電極と電極棒の引き
離し力を測定した結果の一例である。本実施例では粒度
の異なる３種の原料粉末を用い、成形体の外径を４９m
m，中央に設けた穴の内径を９.１５mm とし、電極棒凸
部の径を変えることによって嵌め合い公差を変化させ
た。

【００６２】アーク電極と電極棒の引き離し力は嵌め合
い公差の値が小さいほど大きくなるが、公差が小さ過ぎ
ると嵌め合わせ作業の効率が悪くなるとともに、成形体
の焼結収縮に支障を来たし、健全なアーク電極が得られ
なくなる。また、嵌め合い公差の値が大きすぎると引き
離し力が不足し、電極が溶着した際に接合部分でアーク
電極が欠落する。このため、引き離し力は２００kgf 以
上を有することが望ましい。適正な嵌め合い公差は、原
料粉末の粒径のみならず、粒度分布あるいは嵌め合い部
寸法などによっても変わるが、図７に示す如く成形体の
凹部寸法の0.5〜９％が良く、詳しくは原料粉末の粒径
が６１〜１０４μｍの場合には０.５〜４％，６０μｍ
以下の場合には１.５〜９％の範囲で公差をとるのが望
ましい。このように本発明による嵌め合い公差をもつこ
とで、適切な強度をもち、健全な接合部を有したアーク
電極と電極棒との一体化が可能となる。

【００６３】（実施例４）図８は実施例１及び２で製作
した真空バルブ用電極を用いた真空バルブの断面図であ
る。絶縁材より絶縁筒体３５の上・下開口部に上・下一
体をなすシールリング３８ａ，３８ｂを設けて真空室を
形成する真空容器を構成し、上記シールリング３８ａの
中程に固定電極３０ａを垂設し、この固定電極３０ａの
直下に位置する上記シールリング３８ｂの中程に可動電
極３０ｂの一部を形成する可動側の電極棒３４を昇降自
在に設け、上記固定電極３０ａのアーク電極に対して上
記可動電極３０ｂのアーク電極を接離するようにし、上
記可動側の電極棒３４の周りに位置する上記シールリン
グ３８ｂの内側に金属製のベローズ３７を伸縮するよう
にして被冠して設け、さらに、上記両アーク電極の周り
に円筒状をなす金属板のシール部材３６を絶縁筒体３５
の真空容器によって設置し、このシール部材３６は上記
絶縁筒体３５の真空容器の絶縁性を損なわないようにし
て構成したものである。固定電極３０ａにはネジ穴４５
ａが設けられるが、可動電極３０ｂは外部への接続用電
極棒３４にろう付けされる構造である。固定電極と同様
にネジによって固定することも可能である。

【００６４】絶縁筒体３５からなる真空容器には陶器，
ガラス，セラミックス焼結体が用いられる。絶縁筒体３
５からなる真空容器はシールリング３８ａ，３８ｂにコ
バール等のガラス，セラミックスの熱膨脹係数に近い合
金板を介してろう付けされ、１０^-6mmＨｇ以下の高真空
に保たれる。

【００６５】いずれの電極においても外部導体接続部に
はネジ４５ａ，４５ｂが設けられ、外部端子に接続さ
れ、電流の通路となる。排気管（図示なし）はシールリ
ング３８ａに設けられ、排気のとき真空ポンプに接続さ
れる。ゲッタは真空容器内部に微量のガスが発生した場
合に吸収して真空を保つ働きとして設けられる。シール
部材３６はアークによって発生した主電極表面の金属蒸
気を付着させ、冷却させる働きを有し、また付着した金
属はゲッタ作用を有する真空度保持の働きを有する。

【００６６】図中の寸法は４３が絶縁筒の外径、４４が
その長さ、１６は所望の深さを有する真円の凹部からな
るボタンである。

【００６７】（実施例５）図９は、本発明の方法で試作
した、電極の断面を示すものである。図中、２１が電気
接点のアーク電極となるＣｕ−２５％Ｃｒ層、２２がア
ーク電極支持部となるＣｕ−４０％Ｎｉ合金層、２３が
外部導体接続部となるＣｕの電極棒であり、２４がスリ
ット溝である。（ａ）は一部断面を示す正面図、（ｂ）
はアーク電極の平面図である。

【００６８】製造方法は次の通りである。スリット溝２
４はアーク電極２１及びアーク電極支持部２２を貫通し
て羽根型を形作ることのできる金型に、ＣｕとＣｒを７
５：２５の重量比で混合した混合粉を入れ、金型内でブ
ラシを用いてほぼ平らにならし、更にＣｕ−４０％Ｎｉ
合金の粉末を充填して平らにならす。ここで、それぞれ
の粉末は、焼結後に所望寸法を得るために必要な量を充
填する。充填した粉末を油圧プレスにより３ton／cm²の
圧力で成形し、スリット溝２４を有した羽根型の成形体
を得た。なお、成形体の相対密度は７９％である。

【００６９】次に、得られた成形体のＣｕ−Ｎｉ層側の
面に、予め所望形状に加工したＣｕの外部導体接続部と
なる電極棒２３を載置し、６.７×１０^-3Ｐａ以下の真
空中で１０５０℃×１２０分間保持し、アーク電極２１
と電極支持部２２を焼結させるとともに、電極棒２３を
拡散接合させた。

【００７０】上記で得られた電気接点の組織を観察した
ところ、各原料粒子は焼結により結合されており、相対
密度は８７％であった。更に、電極支持部２２と電極棒
２３との界面組織を観察したところ、両者の結晶が金相
学的に接合されていることが確認された。アーク電極２
１の中心には円形の凹部１６が設けられる。凹部は遮断
時にアークが電極間で発生した場合に、外周側に容易に
移動できる作用を有し、大電流遮断が可能となる。

【００７１】このように本発明によれば、電気接点に成
形過程で溝入れが可能であり、焼結によって電気接点の
組織が強固に結合されると同時に、電極棒との一体化が
可能となる。

【００７２】（実施例６）図１０は本発明の方法で試作
した電極の断面を示すものである。図中、アーク電極支
持部２２はステンレス製の補強板であり、電気接点のア
ーク電極２１及びアーク電極支持部２２は中央の円形の
穴２５が貫通した形状を持つ。

【００７３】製造方法は次の通りである。スリット溝２
４を形成して羽根型を形作ることのできる金型に、Ｃｕ
とＣｒを７５：２５の重量比で混合した混合粉を充填
し、平らにならす。ここで、粉末は焼結後に所望寸法を
得るために必要な量を充填する。充填した粉末を油圧プ
レスにより３ton／cm²の圧力で成形することで、中央の
穴２５が貫通し、スリット溝２４を有した羽根型の成形
体を得た。なお、成形体の相対密度は７７％である。ア
ーク電極２１の表面には実施例５と同様に凹部１６が形
成される。

【００７４】次に、得られた成形体の電極棒側の面に、
予め所望形状に加工したアーク電極支持部２２を重ねて
載置し、更に、外部導体接続部となる電極棒２３の凸部
をアーク電極支持部２２と成形体の穴にはめ込み、６.
７×１０^-3Ｐａ以下の真空中で１０５０℃×１２０分
間保持し、アーク電極２１を焼結させるとともに、電極
棒２３を拡散接合させ、アーク電極支持部２２を固定し
た。このとき、電極棒２３の凸部の径をアーク電極２１
の焼結後の穴の径より大きく設定し、焼結後のはめ合い
部には径方向に圧縮応力が残るようにする。

【００７５】上記で得られたアーク電極２１の組織を観
察したところ、各原料粒子は焼結により結合されてお
り、相対密度は８４％であった。また、アーク電極２１
と電極棒２３との界面組織を観察したところ、両者の結
晶が金相学的に接合されていることが確認された。更
に、アーク電極支持部２２はアーク電極２１と電極棒と
の間で強固に固定されていた。

【００７６】このように本発明によれば、電気接点の凹
部と電極棒の凸部をはめ合わせて焼結することにより、
接合部に焼結収縮を利用した機械的圧縮力が加わり、よ
り強固な接合状態が得られる。

【００７７】（実施例７）図１１は実施例５及び６と同
様に製造した本実施例におけるスパイラル型電極の平面
図及び図１２はその断面図である。電極はこれらの図に
示すように更に切削加工によって電極中央部の真円の凹
部２５Ａと互いの接触面を兼ねるようにその外側にアー
ク走行面２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄを一体に設け、各アー
ク走行面２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ間には凹部２５Ａから
アーク走行面２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄの外周端２５Ｅの
手前までに３本のスリット溝２４Ａ〜２４Ｃを螺旋状に
アーク電極２１とアーク電極支持部２２に切られてい
る。このスパイラル構造の溝は３本であるが４本でも５
本でもよく、曲線又は直線でもよい。真円の凹部２５Ａ
は裏導体１１の直径とほぼ同じ径とするのが好ましい。

【００７８】複数のスリット溝２４Ａ〜２４Ｃは凹部２
５Ａからスリット溝の外周側先端部２４Ｅより電極側面
に達している。各スリット溝間に複数のアーク走行面２
５Ｂ〜２５Ｄを形成している。連絡部２７は外周側先端
部２４Ｅとアーク走行面外周端２５Ｅとの間のスリット
溝２４Ａ〜２４Ｃを跨いでいる。つまり橋の役割をして
いる。連絡部２７は両アーク走行面２５Ｂ〜２５Ｄと一
体に形成すると共に、両アーク走行面２５Ａ〜２５Ｃと
同じ抵抗値を有している。

【００７９】このため、アークＡが各アーク走行面と連
絡部２７とを流れ時の発生熱が少なく、電極の電流容量
を向上することができる。連絡部２７は両アーク走行面
25Ｂ〜２５Ｄと一体に形成することは、連絡部２７と両
アーク走行面２５Ｂ〜２５Ｄとの表面を等しい高さにで
きるので、軸方向を縮小できるばかりか、また電界集中
がなく、電界を緩和することができるので、更に遮断電
流容量を向上することができる。

【００８０】一方側アーク走行面例えば２５Ｂを流れる
電流ｉ₁の電流通路の方が他方側アーク走行面２５Ｄを
流れる分流電流ｉ₂の電流通路より長く形成されている
時に、一方側アーク走行面２５Ｂから他方側アーク走行
面２５Ｄに電流ｉ₁が流れるように上記連絡部２７を調
整して電流を制御する。例えば連絡部２７の外径と内径
との間の幅Ｌを設定する。具体的には、連絡部２７の外
径寸法Ｄ₁と内径寸法Ｄ₂とのＤ₂／Ｄ₁の関係が０.９
を超え、１を下回る幅Ｌ寸法に設定する。又連絡部２７
は一方側アーク走行面例えば５Ｂを流れる電流ｉ₁の電
流通路の方が他方側アーク走行面２５Ｄを流れる分流電
流ｉ₂の電流通路より長くなるように設けられているこ
とになる。

【００８１】この固定電極と可動電極とを、電極内を流
れる電流ｉ₁の経路を制御して、ほぼ周方向に往復の電
路を構成することができる。この電路に電流ｉ₁が流れ
る時に発生する磁界Ｈにより、電極間に発生したアーク
Ａは電極の円周方向に駆動され、アーク走行面上を移動
する。

【００８２】例えばアーク走行面２５Ｂ上を移動し、ア
ーク走行面２５Ｄとの境界に来た時、アークＡは連絡部
２７を通過して、アーク走行面２５Ｄに移行するはずで
あるが、アーク走行面２５Ｄの電流ｉ₁はスリット溝２
４Ａを介して分流する所謂分流電流ｉ₂が流れる。分流
電流ｉ₂はアーク走行面２５Ｂの電流ｉ₁がアーク走行
面２５Ｄに流れるのを阻止する働きをし、アーク電極２
１が連絡部２７付近で停滞し、電極の局部加熱，局部溶
融になり、遮断不能を生じることがあることに本発明者
達は気付いた。

【００８３】そこで、本発明者達は、連絡部２７の断面
積例えば幅，厚み等を調整して、電流ｉ₁，分流電流ｉ
₂が連絡部２７に流れるのを制御することで、上述の課
題を解決した。即ち、連絡部２７の外径寸法Ｄ₁と内径
寸法Ｄ₂とのＤ₂／Ｄ₁の関係が０.９を超え、１を下回
る幅Ｌ寸法に設定した。この結果、アークＡは電極の円
周方向に駆動され、アーク走行面上を磁気駆動して、著
しく遮断電流容量を増加することができるようになっ
た。例えば連絡部２７の幅Ｌを調整しない従来技術の電
極の遮断電流容量を１とすれば、本発明の電極の遮断電
流容量を２にすることができるようになった。この分、
本発明の電極は従来技術の電極に比べて小型化及び軽量
化を図ることができるようになった。

【００８４】この理由は、連絡部２７の幅Ｌ寸法が０.
９以下になると、幅寸法が広くなり、分流電流ｉ₂が
電流ｉ₁より多く流れ、電流ｉ₁が連絡部２７付近で停
滞して、遮断不能を生じる。連絡部２７の幅寸法が１以
上になると、上述とは逆に連絡部２７の幅寸法が狭くな
り、連絡部２７を電流ｉ₁が流れ過ぎて、磁界Ｈが強く
なり、アークＡが電磁力Ｆにより電極より外部に飛び出
してシールド１０に衝突し、遮断器として使用できな
い。従って、外径寸法Ｄ₁と内径寸法Ｄ₂とのＤ₂／Ｄ₁
の関係が０.９を超え、１を下回る幅Ｌ寸法に設定する
と、電流ｉ₁と分流電流ｉ₂が連絡部２７に流れるのを
適宜に制御することができる。この場合、分流電流ｉ₂
を制御する方が、電流ｉ₁に比べて連絡部２７の幅を狭
くできるので、電極の重量を軽くできる利点がある。こ
の結果、上述の効果を達成することができる。このこと
は、幅Ｌを調整するだけで遮断電流容量の増減，遮断電
流容量の増減に応じた電極寸法及び重量を任意設計でき
る。連絡部２７の調整は幅Ｌと下記厚みとを調整すれば
より好ましい。連絡部２７の幅Ｌを調整する場合には、
作業者が連絡部２７の幅Ｌを見ながら微調整ができるの
で、調整作業がやりやすく、作業能率が良い。

【００８５】（実施例８）表１は各種定格における真空
バルブの諸元を示すものである。本実施例における真空
バルブ用電極は実施例１〜３及び５〜７に示す組成及び
構造によって得られるものである。

【００８６】図１３は表１に示すＮo.１の真空バルブ、
図１４はＮo.４の真空バルブの断面図である。

【００８７】

【表１】

【００８８】絶縁材で形成された絶縁筒体３５の上・下
開口部に上・下一体をなすシールリング３８ａ，３８ｂ
を設けて真空室を形成する真空容器を構成し、上記シー
ルリング３８ａの中程に固定電極３０ａを垂設し、この
固定電極３０ａの直下に位置する上記シールリング３８
ｂの中程に可動電極３０ｂの一部を形成する可動側の電
極棒３４を昇降自在に設け、上記固定電極３０ａのアー
ク電極３１ａに対して上記可動電極３０ｂのアーク電極
３１ｂを接離するようにし、上記可動側の電極棒３４の
周りに位置する上記シールリング３８ｂの内側に金属製
のベローズ３７を伸縮するようにして被冠して設け、さ
らに、上記両アーク電極の周りに円筒状をなす金属板の
シール部材３６を絶縁筒体３５の真空容器によって設置
し、このシール部材３６は上記絶縁筒体３５の真空容器
の絶縁性を損なわないようにして構成したものである。

【００８９】さらに、上記アーク電極３１ａ，３１ｂは
前述と同様に得られたアーク電極支持部３２ａ，３２ｂ
に一体固着され、更に外部導体接続部３３ａ，３３ｂ及
び裏導体３９ａ，３９ｂによって構成されている。絶縁
筒体３５からなる真空容器にはガラス，セラミックス焼
結体が用いられる。絶縁筒体３５からなる真空容器はシ
ールリング３８ａ，３８ｂにコバール等のガラス，セラ
ミックスの熱膨脹係数に近い合金板を介してろう付けさ
れ、１０^-6mmＨｇ以下の高真空に保たれる。

【００９０】いずれの電極においても外部導体接続部に
はネジ４５ａ，４５ｂが設けられ、外部端子に接続さ
れ、電流の通路となる。排気管（図示なし）はシールリ
ング３８ａに設けられ、排気のとき真空ポンプに接続さ
れる。ゲッタは真空容器内部に微量のガスが発生した場
合に吸収して真空を保つ働きとして設けられる。シール
部材３６はアークによって発生した主電極表面の金属蒸
気を付着させ、冷却させる働きを有し、また付着した金
属はゲッタ作用を有する真空度保持の働きを有する。

【００９１】図中の寸法は４３が絶縁筒の外径、４４が
その長さ、４１が電極裏導体直径、４０が電極本体の直
径、４２が電極の厚さである。４６はガイド、４７はボ
タンである。ボタン４７は所望の深さを有する真円から
なる凹部で、図１５に示す凹部５Ａと同じものである。

【００９２】表１に示すように、本発明に係る真空バル
ブは定格の遮断容量の違いによって絶縁筒の外径，長
さ，裏導体の直径，電極本体の直径，厚さ，凹部径，凹
部深さ，スパイラル溝本数及びスパイラルが異なるもの
である。

【００９３】図１５は遮断電圧電流実効値（ｙ）と絶縁
筒外径（ｘ）との関係を示す線図である。遮断電圧電流
実効値は遮断電圧(ｋＶ)と遮断電流実効値(ｋＡ)とを乗
算したものである。図１５に示すように遮断電圧電流実
効値(ｙ）は１１.２５ｘ−５２５と５.３５ｘ−２４１.
５とで求められる値の間に入るように遮断電圧電流実効
値に対して絶縁筒外径とするのが好ましい。

【００９４】図１６はアーク電極直径（mm）と遮断電圧
電流実効値(×１０³ｋＶＡ）との関係を示す線図であ
る。遮断電圧電流実効値（ｘ）に対してアーク電極直径
（ｙ）は、０.１５ｘ＋２２と０.０７７ｘ＋２０とで求
められる値の間に設定することが好ましい。

【００９５】図１７は絶縁筒外径（ｙ）とアーク電極直
径（ｘ）との関係を示す線図である。絶縁筒外径（ｙ）
は１.２６ｘ＋１０と１.２６ｘ＋３０とで求められる値
の間に設定することが好ましい。本実施例においてはｙ
＝１.２６ｘ＋１９.６によって求められる値にほぼ設定
されている。

【００９６】図１８はアーク電極直径（ｙ）と凹部直径
（ｘ）又は電極裏導体直径（ｘ）との関係を示す線図で
ある。アーク電極直径(ｙ）は２.４ｘ＋６.４と２.３２
ｘ−３.０とで求められる値の間に設定するのが好まし
い。

【００９７】（実施例９）図１９は本発明に係る実施例
４及び８に記載の真空バルブ５９とその操作機とを示す
真空遮断器の構成図である。

【００９８】操作機構部を前面配置とし、背面に真空バ
ルブを支持する３相一括型の３組の耐トラッキング性を
有するエポキシレジン筒６０を配置した小型，軽量な構
造である。

【００９９】各相端はエポキシレジン筒，真空バルブ支
持板で水平に支持された水平引き出し形である。真空バ
ルブは、絶縁操作ロッド６１を介して、操作機構によっ
て開閉される。

【０１００】操作機構部は、構造が簡単で、小型，軽量
な電磁操作式の機械的引外し自由機構である。開閉スト
ロークが少なく、可動部の質量が小さいために衝撃は僅
少である。本体前面には、手動連結式の二次端子のほ
か、開閉表示器，動作回数計，手動引外しボタン，手動
投入装置，引出装置およびインターロックレバーなどが
配置されている。

【０１０１】（ａ）閉路状態遮断器の閉路状態を示し、電流は上部端子６２，主電極
３０，集電子６３，下部端子６４を流れる。主電極間の
接触力は、絶縁操作ロッド６１に装着された接触ばね６
５によって保たれている。

【０１０２】主電極の接触力，早切ばねの力および短絡
電流による電磁力は、支えレバー６６およびプロップ６
７で保持されている。投入コイルを励磁すると開路状態
からプランジャ６８がノッキングロッド６９を介してロ
ーラ７０を押し上げ、主レバー７１を回して接触子を閉
じたあと、支えレバー６６で保持している。

【０１０３】（ｂ）引外し自由状態開離動作により可動主電極が下方に動かされ、固定・可
動両主電極が開離した瞬間からアークが発生する。アー
クは、真空中の高い絶縁耐力と激しい拡散作用によって
短時間に消弧される。

【０１０４】引外しコイル７２が励磁されると、引外し
レバー７３がプロップ６７の係合を外し、主レバー７１
は早切ばねの力で回って主電極が開かれる。この動作
は、閉路動作の有無には全く関係なく行われる機械的引
外し自由方式である。

【０１０５】（ｃ）開路状態主電極が開かれたあと、リセットばね７４によってリン
クが復帰し、同時にプロップ６７が係合する。この状態
で投入コイル７５を励磁すると（ａ）の閉路状態にな
る。７６は排気筒である。

【０１０６】真空遮断器は高真空中でアーク遮断し、真
空の持っている高い絶縁耐力と、アークの高速拡散作用
により優れた遮断性能を有しているが、反面無負荷のモ
ートル，変圧器を開閉する場合電流が零点に達する以前
に遮断してしまい、いわゆるさい断電流を生じ、この電
流とサージインピーダンスの積に比例する開閉サージ電
圧を発生する場合がある。このため３ｋＶ変圧器や３ｋ
Ｖ，６ｋＶ回転機などを真空遮断器で直接開閉するとき
は、サージアブソーバを回路に接続してサージ電圧を抑
制し、機器を保護する必要がある。サージアブソーバと
しては、コンデンサを標準としますが、負荷の衝撃波耐
電圧値によって、ＺｎＯ非直線抵抗体を使用することも
できる。

【０１０７】以上の本実施例により、圧力１５０kg，遮
断速度０.９３ｍ／秒で、７.２ｋＶ，３１.５ｋＶの遮
断が可能となる。

【０１０８】図２０は本実施例の真空遮断器２段積スイ
ッチギアの内部構造を示すものである。９１は上段遮断
器コンパートメント、９２はメタルクラッドフレームコ
ンパートメント、９３は下段遮断器コンパートメント、
９４は母線コンパートメント、９５は変流器、９６は接
続導体、９７はケーブルコンパートメント、９８は制御
引込ケーブル部、９９はサージアブソーバである。真空
遮断器は電源が３相であるので一電源に対して紙面に対
して奥行きに３個有する。

【０１０９】本実施例によれば、真空バルブを同じ遮断
容量で比較して小型化が可能となり、従ってその電極自
身が小型となるとともに顕著に重量が軽くなることから
操作機構が軽量となり、正確な操作ができること、更に
電極径を小さくできたことから電極間の遮断間隔を小さ
くできる効果が得られる。

【０１１０】

【発明の効果】本発明によれば、簡単に短時間で所望形
状の電気接点が得られ、材料費，加工コストが大幅に低
減できる。また、電気接点と電極棒とは電気接点の焼結
過程において一体に接合されるため、ろう材を必要とせ
ず、組立及びろう付の工程を削減できる。更に、一体溶
浸法と異なり電気接点成分が電極棒側へ固溶，拡散する
ことが無く、所望の電気接点寸法が安定して得られる。

【０１１１】また、従来のろう付け接合に伴う各部材の
機械加工工程及び組立工程の低減とろう付け接合不良に
よる電極材の破壊や脱落を防止するとともに強度向上に
も役だち、電極変形に伴う溶着障害を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係わる電極の各部品の平面
図とその断面図。

【図２】実施例１にて得た電極の断面図。

【図３】実施例１で得た電極の平面図と断面図。

【図４】本発明の実施例２に係わる電極の各部品の平面
図とその断面図。

【図５】実施例２で得た電極の断面図。

【図６】実施例２で得た電極の平面図と断面図。

【図７】成形体と電極棒との嵌め合い公差と引き離し力
の関係を表す線図。

【図８】実施例４の真空バルブの断面図。

【図９】本発明の実施例５に係わる真空バルブ用電極の
断面図。

【図１０】本発明の実施例６に係わる真空バルブ用電極
の断面図。

【図１１】本発明の実施例７に係わるスパイラル溝を有
する真空バルブ用電極の平面図。

【図１２】図１１の断面図。

【図１３】真空バルブの断面図。

【図１４】真空バルブの断面図。

【図１５】遮断電圧電流実効値と絶縁筒外径との関係を
示す線図。

【図１６】アーク電極直径と遮断電圧電流実効値との関
係を示す線図。

【図１７】絶縁筒外径とアーク電極直径との関係を示す
線図。

【図１８】アーク電極直径と凹部直径又は電極裏導体直
径との関係を示す線図。

【図１９】真空遮断器の全体構成図。

【図２０】真空遮断器２段積スイッチギアの構成図。

【符号の説明】

１…成形体、１ａ…Ｃｕ−２５％Ｃｒ層、１ｂ…Ｃｕ
層、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｅ…スリット溝、３…ス
テンレス補強板、４，２３，３３ａ，３３ｂ，３４…電
極棒、５，２１，３１ａ，３１ｂ，…アーク電極、７…
リング状突起、８，９…穴、１０…接合用支持部、１
１，３９ａ，３９ｂ…裏導体、１２…強度補強部、１３
…補強部、１５…ネジ、２２…アーク電極支持部、２５
Ａ…凹部、２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄ…アーク走行面、２
５Ｅ…電極外周端、２７…連絡部、Ｌ…幅、３０ａ…固
定電極、３０ｂ…可動電極、３３ａ，３３ｂ…外部導体
接続部、３５…絶縁筒体、３６…シール部材、３７…ベ
ローズ、３８ａ，３８ｂ…シールリング、３９ａ，３９
ｂ…裏導体、６０…エポキシレジン筒、６１…絶縁操作
ロッド、６２…上部端子、６３…集電子、６４…下部端
子、６５…接触ばね、６６…支えレバー、６８…プラン
ジャ、７１…主レバー、７２…引外しコイル、７５…投
入コイル、７６…排気筒。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小室勝博茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者谷水徹茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者袴田好美茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者黒田勝三茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者岡部均茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者馬場昇茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 5G026 EA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動側電極を駆動する開閉手段とを備
えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側電
極は互いに向き合う全面が耐火性金属と高導電性金属と
を有する合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支
持し、該アーク電極より細径である裏導体及び該裏導体
より大径である外部接続導体を有する高導電性金属から
なる電極棒とを有し、前記アーク電極と電極棒とは固相
による拡散接合によって一体に形成されていることを特
徴とする真空遮断器。
【請求項２】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動側電極を駆動する開閉手段とを備
えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側電
極は互いに向き合う全面が耐火性金属と高導電性金属と
を有する合金からなるアーク電極とによって構成され、
該アーク電極を支持し、該アーク電極より細径である裏
導体及び該裏導体より大径である外部接続導体を有する
高導電性金属からなる電極棒とを有し、前記アーク電極
と電極棒とは固相による拡散接合によって一体に形成さ
れ、前記固定側電極と可動側電極は互いに向き合う面に
おいて電極内周側から外周側にかけて形成された複数本
の溝を有し、該溝は前記アーク電極部とを貫通している
ことを特徴とする真空遮断器。
【請求項３】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブにおいて、前記両電極は互いに向き合
う全面が耐火性金属と高導電性金属とを有する合金より
なるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電
極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である外
部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒とを有
し、前記アーク電極と電極棒とは固相による拡散接合に
よって一体に形成され、前記固定側電極と可動側電極は
互いに向き合う面において電極内周側から外周側にかけ
て形成された複数本の溝を有し、該溝は前記アーク電極
部と電極支持部とを貫通していることを特徴とする真空
バルブ。
【請求項４】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブにおいて、前記両電極は互いに向き合
う全面が耐火性金属と高導電性金属とを有する合金より
なるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電
極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である外
部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒とを有
し、前記アーク電極と電極棒とは固相による拡散接合に
よって一体に形成され、前記固定側電極と可動側電極は
互いに向き合う面において電極内周側から外周側にかけ
て形成された複数本の溝を有し、該溝は前記アーク電極
を貫通していることを特徴とする真空バルブ。
【請求項５】固定側電極と可動側電極とを有する真空バ
ルブ用電極において、前記両電極は互いに向き合う全面
が耐火性金属と高導電性金属との合金からなるアーク電
極と、該アーク電極を支持し、該アーク電極より細径で
ある裏導体及び該裏導体より大径である外部接続導体を
有する高導電性金属からなる電極棒とを有し、前記アー
ク電極と電極棒とは固相による拡散接合によって一体に
形成されていることを特徴とする真空バルブ用電極。
【請求項６】固定側電極と可動側電極とを有する真空バ
ルブ用電極において、前記両電極は互いに向き合う全面
が耐火性金属と高導電性金属とを有する合金からなるア
ーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電極より
細径である裏導体及び該裏導体より大径である外部接続
導体を有する高導電性金属からなる電極棒とを有し、前
記アーク電極と電極棒とは固相による拡散接合によって
一体に形成され、前記固定側電極と可動側電極は互いに
向き合う面において電極内周側から外周側にかけて形成
された複数本の溝を有し、該溝は前記アーク電極を貫通
していることを特徴とする真空バルブ用電極。
【請求項７】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動側電極を駆動する開閉手段とを備
えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側電
極は互いに向き合う全面が耐火性金属と高導電性金属と
を有する合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支
持し、該アーク電極より細径である裏導体及び該裏導体
より大径である外部接続導体を有する高導電性金属から
なる電極棒とを有し、前記アーク電極と電極棒とは固相
による拡散接合によって一体に形成され、前記固定側電
極と可動側電極は互いに向き合う面において電極中心部
を除く内周側から外周側にかけて形成された複数本の溝
を有し、該溝は前記アーク電極部を貫通するものであ
り、前記アーク電極の前記面の前記中心部に凹部が形成
されていることを特徴とする真空遮断器。
【請求項８】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブにおいて、前記両電極は互いに向き合
う全面が耐火性金属と高導電性金属とを有する合金から
なるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電
極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である外
部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒とを有
し、前記アーク電極と電極棒とは固相による拡散接合に
よって一体に形成され、前記固定側電極と可動側電極は
互いに向き合う面において電極内周側から外周側にかけ
て形成された複数本の溝を有し、該溝は前記アーク電極
部を貫通するものであり、前記アーク電極の前記面の中
心部に凹部が形成されていることを特徴とする真空バル
ブ。
【請求項９】固定側電極と可動側電極とを有する真空バ
ルブ用電極において、前記両電極は互いに向き合う全面
が耐火性金属と高導電性金属とを有する合金からなるア
ーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電極より
細径である裏導体及び該裏導体より大径である外部接続
導体を有する高導電性金属からなる電極棒とを有し、前
記アーク電極と電極棒とは固相による拡散接合によって
一体に形成され、前記固定側電極と可動側電極は互いに
向き合う面において電極内周側から外周側にかけて形成
された複数本の溝を有し、該溝は前記アーク電極を貫通
するものであり、前記アーク電極の前記面の中心部に凹
部が形成されていることを特徴とする真空バルブ用電
極。
【請求項１０】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電
極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続され
た導体端子と、前記可動電極を駆動する開閉手段とを備
えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側電
極は耐火性金属粒子と高導電性金属とを有する合金から
なるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金
属からなる電極支持部と、該電極支持部より細径である
裏導体及び該裏導体より大径である外部接続導体を有す
る高導電性金属からなる電極棒とを有し、前記電極支持
部と電極棒とは固相による拡散接合によって一体に形成
されていることを特徴とする真空遮断器。
【請求項１１】前記固定側電極と可動側電極は互いに接
触する前記アーク電極部中央に真円の凹部が設けられて
いる請求項１〜３のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項１２】前記アーク電極，前記電極支持部及び電
極棒は互いに焼結によって一体に形成されている請求項
１〜４のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項１３】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電
極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続され
た導体端子と、前記可動電極を駆動する開閉手段とを備
えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側電
極は耐火性金属粒子と高導電性金属とを有する合金から
なるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電
極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である外
部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒又は前
記アーク電極と前記電極棒との間に導電材からなる電極
支持部とを有し、前記アーク電極と電極棒又は電極支持
部とは固相による拡散接合によって一体に形成され、前
記絶縁容器は円筒であり、定格電圧(ｋＶ)と遮断電流実
効値(ｋＡ)とを乗算した値（ｙ）が前記絶縁容器外径ｘ
（mm）に基づいて以下の（１）式より求められる値以下
及び（２）式によって求められる値以上の範囲内にある
ことを特徴とする真空遮断器。ｙ＝１１.２５ｘ−５２５ …（１）ｙ＝５.３５ｘ−２４２ …（２）
【請求項１４】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電
極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続され
た導体端子と、前記可動側電極を駆動する開閉手段とを
備えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側
電極は耐火性金属粒子と高導電性金属とを有する合金か
らなるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク
電極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である
外部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒又は
前記アーク電極と前記電極棒との間に導電材からなる電
極支持部とを有し、前記アーク電極と電極棒又は電極支
持部とは固相による拡散接合によって一体に形成され、
前記アーク電極の直径ｙ（mm）は定格電圧（ｋＶ）と遮
断電流実効値（ｋＡ）とを乗算した値ｘ(ｋＶＡ×１
０³）に基づいて以下の（３）式によって求められる値
以下及び（４）式によって求められる値以上の範囲内で
あることを特徴とする真空遮断器。ｙ＝０.１５ｘ＋２２ …（３）ｙ＝０.０７７ｘ＋２０ …（４）
【請求項１５】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブと、該空気バルブ内の前記固定側電
極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続され
た導体端子と、前記可動側電極を駆動する開閉手段とを
備えた真空遮断器において、前記固定側電極及び可動側
電極は耐火性金属粒子と高導電性金属とを有する合金か
らなるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク
電極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である
外部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒又は
前記アーク電極と前記電極棒との間に導電材からなる電
極支持部とを有し、前記アーク電極と電極棒又は電極支
持部とは固相による拡散接合によって一体に形成され、
前記真空容器は円筒であり、該絶縁容器の外径ｙ（mm）
は前記アーク電極の直径ｘ（mm）に基づいて以下の
（５）式によって求められる値以下及び（６）式によっ
て求められる値以上の範囲内にあることを特徴とする真
空遮断器。ｙ＝１.２６ｘ＋１０ …（５）ｙ＝１.２６ｘ＋３０ …（６）
【請求項１６】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属
粒子と高導電性金属とを有する複合部材よりなるアーク
電極と、該アーク電極を支持する高導電性金属からなる
電極支持部と、該電極支持部より細径である裏導体及び
該裏導体より大径である外部接続導体を有する高導電性
金属からなる電極棒とを有し、前記電極支持部と電極棒
とは固相による拡散接合によって一体に形成されている
ことを特徴とする真空バルブ。
【請求項１７】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属
粒子と高導電性金属とを有する複合部材よりなるアーク
電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電極より細径
である裏導体及び該裏導体より大径である外部接続導体
を有する高導電性金属からなる電極棒又は前記アーク電
極と前記電極棒との間に導電材からなる電極支持部とを
有し、前記アーク電極と電極棒又は電極支持部とは固相
による拡散接合によって一体に形成され、前記絶縁容器
は円筒であり、定格電圧（ｋＶ）と遮断電流実効値（ｋ
Ａ）とを乗算した値（ｙ）が前記真空容器外径ｘ（mm）
に基づいて以下の（１）式によって求められる値以下及
び（２）式によって求められる値以上の範囲内にあるこ
とを特徴とする真空バルブ。ｙ＝１１.２５ｘ−５２５ …（１）ｙ＝５.３５ｘ−２４２ …（２）
【請求項１８】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属
粒子と高導電性金属と低融点金属とを有する複合部材よ
りなるアーク電極と、該アーク電極を支持し、該アーク
電極より細径である裏導体及び該裏導体より大径である
外部接続導体を有する高導電性金属からなる電極棒又は
前記アーク電極と前記電極棒との間に導電材からなる電
極支持部とを有し、前記アーク電極と電極棒又は電極支
持部とは固相による拡散接合によって一体に形成され、
前記アーク電極の直径ｙ(mm)は定格電圧(ｋＶ）と遮断
電流実効値（ｋＡ)とを乗算した値ｘ(ｋＶＡ×１０³）
に基づいて以下の（３）式によって求められる値以下及
び（４）式によって求められる値以上の範囲内であるこ
とを特徴とする真空バルブ。ｙ＝０.１５ｘ＋２２ …（３）ｙ＝０.０７７ｘ＋２０ …（４）
【請求項１９】真空容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属
粒子と高導電性金属とを有する複合部材よりなるアーク
電極と、該アーク電極を支持し、該アーク電極より細径
である裏導体及び該裏導体より大径である外部接続導体
を有する高導電性金属からなる電極棒又は前記アーク電
極と前記電極棒との間に導電材からなる電極支持部とを
有し、前記アーク電極と電極棒又は電極支持部とは固相
による拡散接合によって一体に形成され、前記絶縁容器
は円筒であり、該絶縁容器の外径ｙ（mm）は前記アーク
電極の直径ｘ(mm)に基づいて以下の（５）式によって求
められる値以下及び（６）式によって求められる値以上
の範囲内にあることを特徴とする真空バルブ。ｙ＝１.２６ｘ＋１０ …（５）ｙ＝１.２６ｘ＋３０ …（６）