JP2009245684A

JP2009245684A - 配電機器の電極

Info

Publication number: JP2009245684A
Application number: JP2008089586A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Ito; 博光伊藤; Mitsuhiro Kitaori; 光博北折; Masato Ishiwatari; 正人石渡; Yuji Kakui; 祐司角井; Masato Nitto; 正人日當
Original assignee: Fuji Manufacturing Co Ltd; Energy Support Corp
Current assignee: Fuji Manufacturing Co Ltd; Energy Support Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2009-10-22

Abstract

【課題】バインダー及び分散剤を使用することなく、耐摩耗性を確保することができる配電機器の電極を提供する。
【解決手段】配電機器の電極２２，３３は、電極２２，３３の表面に対し銀めっき層２，３を形成するとともに、銀めっき層３に対し黒鉛粉体を高速噴射し、該噴射によって発生する熱により銀めっき層３の表面を溶融し、同溶融された銀めっき層３の表面に前記黒鉛粉体を積層させた黒鉛潤滑層５を形成する。
【選択図】図４

Description

この発明は、配電機器の電極に関する。

開閉器、遮断器等の配電機器は、固定電極と、該固定電極と接触することで通電する可動電極とを備えている。該可動電極は、回動可能に支持されており、投入方向への回動に伴い固定電極に接触し、開放方向への回動に伴い固定電極から離間する。これにより、配電機器は、電路の開閉を行う。そこで、配電機器の電極には、摺動面の摺動抵抗を低下させるとともに、耐摩耗性や耐久性を確保することができる表面処理が施されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１に記載の電極では、電極の母材表面に銀めっき層が形成され、該銀めっき層上にパーフロロポリエーテルあるいはパーフロロアルキルポリエーテル等のフッ素系高分子材料をバインダーとしてグラファイトと混合した潤滑剤を電極に塗布することでグラファイト層が形成されている。

また、特許文献２に記載の電極では、電極の摺動接触面に銀−グラファイトの複合めっき層が形成されている。
特開２００２−３４３１６８号公報特開平４−１２６３１４号公報

ところで、特許文献１の潤滑剤を塗布した電極を用い負荷開閉を行なった場合、開閉時に発生するアークによる熱により潤滑剤内にバインダーとして含まれるフッ素系高分子材料は、耐熱性が高いものの徐々に蒸発し可動電極と固定電極の接触部の接触抵抗（電気抵抗）が大きくなるおそれがある。また、経年劣化による固化、固渋によって動作が低下するおそれがある。

また、特許文献２の銀−グラファイトの複合めっき処理に用いられるめっき液内には、人工有機系フッ素化合物〔ＰＦＯＳ（ペリフルオロオクタンスルホン酸）〕を含む分散助剤が使用されている。この人工有機系フッ素化合物は、最近の研究によって、自然的変化や生物学的代謝を受けないとされており、きわめて壊れにくい（分解しにくい）物質であることが解ってきた。これにより人工有機系フッ素化合物の環境残留性が問題視されるようになっており、使用を規制する検討が行われ始めている。そのため、人工有機系フッ素化合物等を含む分散助剤を使用しない代替技術の開発が望まれている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的はバインダー及び分散助剤を使用する表面処理技術を使用することなく、耐摩耗性を確保することができる配電機器の電極を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、電極の表面に対し銀めっき層を形成するとともに、同銀めっき層に対し黒鉛粉体を高速噴射し、該噴射によって発生する熱により前記銀めっき層の表面を溶融させ、同溶融された銀めっき層の表面に前記黒鉛粉体を積層させた黒鉛潤滑層を形成する配電機器の電極であることをその要旨としている。

同構成によれば、摩擦係数の低い黒鉛による黒鉛潤滑層が摺動接触面である銀めっき層の表面に形成されるため、耐磨耗性に優れる。また、黒鉛潤滑層は、分散剤を用いずに銀めっき層の表面に直接黒鉛粉体を高速噴射することによって形成するため、分散剤となるＰＦＯＳ等を使用しない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の配電機器の電極において、前記銀めっき層と前記黒鉛潤滑層との間には、前記銀めっき層に前記黒鉛が入り込んだ前記銀と前記黒鉛が混在する中間層が形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、銀と黒鉛とが混在する中間層が形成されるため、黒鉛のみからなる黒鉛潤滑層が摺動によって削り取られたとしても、中間層があることによって銀めっき層に入り込んだ黒鉛により摩擦の増大が抑制される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の配電機器の電極において、前記銀めっき層は、硬質銀めっきを用いて形成されることをその要旨としている。
同構成によれば、硬質銀めっきは、硬度が高くかつ融点が低いため、軟質銀めっきと比較して齧りに対する耐磨耗性を向上させることができる。また、黒鉛粉体を噴射すると、銀めっき層に軟質銀めっきと比較して大きな凹凸ができるため、効率よく黒鉛潤滑層を形成することができる。なお、硬質銀めっきとはビッカース硬度が１００Ｈｖ以上の銀めっきをいい、軟質銀めっきとはビッカース硬度が１００Ｈｖ未満の銀めっきをいう。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の配電機器の電極において、前記銀めっき層は、電極の表面に軟質銀めっき層が形成されるとともに、同軟質銀めっき層の上層として硬質銀めっき層が形成されてなる二層であることをその要旨としている。

硬質銀めっき層のみを形成した場合には、齧りに対する耐摩耗性を向上できる一方で、接触抵抗（電気抵抗）が大きくなるおそれがある。そこで、上記構成によれば、軟質銀めっき層の上層として硬質銀めっき層が形成されるため、上層の硬質銀めっき層により耐磨耗性を維持しつつ、接触抵抗（電気抵抗）の増大を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の配電機器の電極において、前記軟質銀めっき層の厚みが前記硬質銀めっき層の厚みと比較して厚く形成されることをその要旨としている。

同構成によれば、軟質銀めっき層の厚みを硬質銀めっき層より厚く形成されるため、より接触抵抗の増大を抑制することができる。

バインダー及び分散剤を使用することなく、耐摩耗性を確保することができる配電機器の電極を提供することができる。

以下、本発明にかかる配電機器の電極を開閉器に具体化した一実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１〜図３に示されるように、開閉器は、本体ケース１０の互いに対向する両側壁に対しそれぞれ電源側ブッシング２１及び負荷側ブッシング３１が互いに対向するように貫通支持されている。電源側ブッシング２１の内端部には棒状の固定電極２２が突設されている。負荷側ブッシング３１の内端部には導電棒３２が突設されており、その先端部には軸ピン６１を介して可動電極３３が回動可能に支持されている。可動電極３３の先端下部には耐弧メタル３４が固定されている。可動電極３３は、平行平板状の一対の接触刃３３ａ，３３ｂからなるブレード状可動電極である。軸ピン６１は、接触刃３３ａ，３３ｂのそれぞれの外面から側方に突出している。この軸ピン６１の突出している部分の外周にスプリング６３がそれぞれ介装されるとともに、軸ピン６１の両端部にねじ６１ａがそれぞれ螺着され、スプリング６３が固定されている。可動電極３３には、軸ピン６２を介して操作ハンドル（図示略）の操作に連動して駆動される作動リンク５１が設けられている。この軸ピン６２の外周にはスプリング６４が介装されるとともに、軸ピン６２の両端部にねじ６２ａがそれぞれ螺着され、スプリング６３が固定されている。作動リンク５１が駆動されると、可動電極３３は軸ピン６１を中心に上方又は下方に回動する。これにより、可動電極３３の開放及び投入が行われる。可動電極３３は、投入時には、スプリング６３，６４の付勢力に基づき所定の接触圧で固定電極２２を両側から接触状態で狭圧する。固定電極２２の両側面は、八の字状のテーパ面とする案内部２３ａとなっている。固定電極２２の両側面の近傍（図３のハッチング部分）は、投入状態における可動電極３３との通電接触面２２ａ（接触部）となっている。

次に、固定電極２２及び可動電極３３の表面処理について図４を参照して説明する。固定電極２２及び可動電極３３は、母材が銅１よりなり、この銅１の表面に二層の銀めっき層２，３及び更に黒鉛潤滑層５が形成されてなる。まず、二層の銀めっき層２，３について説明する。母材の銅１の表面に、ビッカース硬度が８０Ｈｖとなる軟質銀めっきを施し、厚さが１２μｍの軟質銀めっき層２を形成する。そして、軟質銀めっき層２の上層として、ビッカース硬度が１００Ｈｖとなる硬質銀めっきを施し、厚さが３μｍの硬質銀めっき層３を形成する（図４（ａ）参照。）。なお、軟質銀めっき層２と硬質銀めっき層３とのそれぞれの厚さは、上記に限られるものではなく、少なくとも軟質銀めっき層２の上層として硬質銀めっき層３が形成された二層構造とし、硬質銀めっき層３の厚みを軟質銀めっき層２の厚みより厚くすることも可能である。

次に、硬質銀めっき層３の表面に形成される黒鉛潤滑層５の形成方法について説明する。硬質銀めっき層３の表面に、噴射ノズルを用いて圧縮気体とともに黒鉛粉体を噴射圧力１．０〜１．５ＭＰａ、噴射速度２２０〜２７０ｍ／ｓｅｃで高速噴射することによって黒鉛潤滑層５を形成する（図４（ｂ）参照。）。ここで、噴射圧力とは噴射ノズルの入口における気体の圧力を指し、噴射速度とは噴射ノズル出口における気体の速度を指す。前記噴射速度は、噴射ノズル出口から噴射される黒鉛粉体の速度とは必ずしも一致せず、実際には黒鉛粉体の速度は前記噴射速度より多少低くなる。また、その他の噴射条件としては、硬質銀めっき層３の表面と噴射ノズルとの距離を３０〜５０ｍｍ、噴射時間を２０〜９０ｓｅｃとする。黒鉛粉体は、日本黒鉛商事株式会社製のＣＰＢと呼ばれる鱗状黒鉛粉末を用いる。ＣＰＢは、炭素成分９０％以上、粒径が１〜１００μｍの範囲内で分布し、平均粒径が約１９μｍである。

黒鉛粉体を高速で硬質銀めっき層３の表面に噴射すると、硬質銀めっき層３の表面は、黒鉛粉体の衝突によって加熱され、この熱によって溶融し、粗面状態、すなわち微小な凹凸が形成される。黒鉛粉体は、硬質銀めっき層３の表面全体に凹凸を形成しながら、該凹凸が形成された硬質銀めっき層３の表面全体に積層する。この結果、図４（ｂ）の拡大図に示されるように、硬質銀めっき層３の表面には、銀と黒鉛とが混在する中間層４と、厚さが１μｍ未満の黒鉛潤滑層５とが形成される。すなわち、黒鉛粉体の噴射により、硬質銀めっき層３の内部に黒鉛粉体が入り込み、硬質銀めっき層３の表面で銀めっきと黒鉛粉体との中間層４（混在層）が生成されるとともに、前記凹凸によって硬質銀めっき層３内部へ混在する深さが部分ごとに異なる黒鉛潤滑層５が形成される。なお、噴射前の黒鉛の形状は１〜１００μｍ（平均粒径１９μｍ）の鱗片形状であるが、噴射後の黒鉛は元の形状が変化し、厚み方向（深さ方向）に押しつぶされ平坦化された形状となる。黒鉛潤滑層５を形成する黒鉛は、フォンデルワールス力によって結合している。

次に、可動電極３３の動作について説明する。図２に示される開放状態から図示しない操作ハンドルの操作に連動して作動リンク５１が下方に駆動されると、可動電極３３は投入方向へ回動する。すると、可動電極３３は固定電極２２の案内部２３ａとの摺接に基づきスプリング６３，６４の付勢力に抗して拡開され、摺接しながら、可動電極３３が更に投入方向へ回動されると、可動電極３３の接触刃３３ａ，３３ｂは、図３に示されるように、固定電極２２の通電接触面２２ａにそれぞれ両側から所定の接触圧でもって接触する。一方、図３に示される投入状態から操作ハンドルの駆動に連動して作動リンク５１が上方に駆動されると、可動電極３３は開放方向へ回動する。すると、可動電極３３は固定電極２２に摺接しながら、固定電極２２から離間し、図２に示される開放状態となる。上記のような開放状態から投入状態への投入操作及び投入状態から開放状態への開放操作を複数回行うと、最表面に形成された黒鉛潤滑層５は摺動によって削り取られる。しかしながら、銀めっきと黒鉛が混在した中間層４は残るため、硬質銀めっき層３のみでの摩擦抵抗より低く摩擦抵抗を抑えられる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）摩擦数の低い黒鉛による黒鉛潤滑層５が摺動接触面である硬質銀めっき層３の表面に形成されるため、耐磨耗性に優れる。また、黒鉛潤滑層５は、硬質銀めっき層３の表面に直接黒鉛粉体を高速噴射することによって形成するため、バインダー及びＰＦＯＳ等を含む分散剤を使用する必要はない。

（２）銀と黒鉛とが混在する中間層４が形成されるため、黒鉛のみからなる黒鉛潤滑層５が摺動によって削り取られたとしても、中間層４があることによって硬質銀めっき層３に入り込んだ黒鉛により摩擦の増大が抑制される。

（３）硬質銀めっき層３を黒鉛潤滑層５の下層となるように形成した。硬質銀めっきは、硬度が高くかつ融点が低いため、軟質銀めっきと比較して齧りに対する耐磨耗性を向上させることができる。また、黒鉛粉体を噴射すると、銀めっき層に軟質銀めっきと比較して大きな凹凸ができるため、効率よく黒鉛潤滑層５を形成することができる。

（４）軟質銀めっき層２の上層として硬質銀めっき層３が形成されるため、上層の硬質銀めっき層３により耐磨耗性を維持しつつ、接触抵抗（電気抵抗）の増大を抑制することができる。

（５）軟質銀めっき層２の厚みを硬質銀めっき層３より厚く形成されるため、より接触抵抗（電気抵抗）の増大を抑制することができる。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。

・上記構成において、固定電極２２及び可動電極３３の両方に本発明の電極を適用したが、片方にのみ適用してもよい。
・上記実施形態では、開閉器に本発明を適用したが、遮断器等の他の配電機器に適用してもよい。

開閉器の電極部の平面図。開閉器の電極部の側面図（開放時）。開閉器の電極部の側面図（通電時）。（ａ）黒鉛潤滑層形成前の電極表面の断面図、（ｂ）黒鉛潤滑層形成後の電極表面の断面図。

符号の説明

１…銅、２…軟質銀めっき層、３…硬質銀めっき層、４…中間層、５…黒鉛潤滑層、１０…本体ケース、２１…電源側ブッシング、２２…固定電極、３１…負荷側ブッシング、３２…導電棒、３３…可動電極、５１…作動リンク。

Claims

電極の表面に対し銀めっき層を形成するとともに、同銀めっき層に対し黒鉛粉体を高速噴射し、該噴射によって発生する熱により前記銀めっき層の表面を溶融させ、同溶融された銀めっき層の表面に前記黒鉛粉体を積層させた黒鉛潤滑層を形成する
ことを特徴とする配電機器の電極。
請求項１に記載の配電機器の電極において、
前記銀めっき層と前記黒鉛潤滑層との間には、前記銀めっき層に前記黒鉛が入り込んだ前記銀と前記黒鉛とが混在する中間層が形成されることを特徴とする配電機器の電極。
請求項１又は２に記載の配電機器の電極において、
前記銀めっき層は、硬質銀めっきを用いて形成される
ことを特徴とする配電機器の電極。
請求項１又は２に記載の配電機器の電極において、
前記銀めっき層は、電極の表面に軟質銀めっき層が形成されるとともに、同軟質銀めっき層の上層として硬質銀めっき層が形成されてなる二層である
ことを特徴とする配電機器の電極。
請求項４に記載の配電機器の電極において、
前記軟質銀めっき層の厚みが前記硬質銀めっき層の厚みと比較して厚く形成される
ことを特徴とする配電機器の電極。