JP2014154352A - Arc-extinguishing plate and air circuit breaker - Google Patents

Arc-extinguishing plate and air circuit breaker Download PDF

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Tomoaki Kato
智明 加東
Motoki Masaki
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an arc-extinguishing plate having excellent arc-extinguishing performance and durability and also to provide an air circuit breaker equipped with the arc-extinguishing plate.SOLUTION: A ceramic arc-extinguishing plate 10 includes: low thermal expansion ceramics 30 having pores 30b on a surface 30a; a ceramic filling layer 20 which seals the pores 30b; and an arc cooling layer 11 which is formed on the surface 30a of the low thermal expansion ceramics 30 and discharges moisture by heating. By providing this configuration, the ceramic arc-extinguishing plate 10 has excellent arc-extinguishing performance and durability.

Description

本発明は、消弧板および気中遮断器に関するものであり、より特定的には、消弧性能および耐久性に優れる消弧板、および当該消弧板を備える気中遮断器に関するものである。   The present invention relates to an arc extinguishing plate and an air circuit breaker, and more particularly to an arc extinguishing plate excellent in arc extinguishing performance and durability, and an air circuit breaker including the arc extinguishing plate. .

車両用機器回路や送変電に用いられる遮断器は、接点を開閉させることにより電流の遮断および投入を行う。通常、遮断器において電流を遮断するために接点を開放すると、接点間にアーク放電が発生し、これにより遮断器が損傷する可能性がある。そのため、発生したアーク放電を速やかに消滅(消弧)させるために、遮断器には通常消弧室が組み込まれている。特に、大気中で電流を遮断する気中遮断器では、消弧室内に消弧板が組み込まれていることが一般的であり、当該消弧板により発生したアークを冷却しながら引き延ばし、アーク抵抗を高めることにより遮断を容易にするという方法が採られている。   Circuit breakers used for vehicle equipment circuits and power transmission and substations cut off and turn on current by opening and closing contacts. Normally, when a contact is opened to interrupt current in a circuit breaker, arcing occurs between the contacts, which can damage the circuit breaker. Therefore, in order to quickly extinguish (extinguish) the generated arc discharge, an arc extinguishing chamber is usually incorporated in the circuit breaker. In particular, in an air circuit breaker that cuts off current in the atmosphere, an arc extinguishing plate is generally incorporated in the arc extinguishing chamber, and the arc generated by the arc extinguishing plate is extended while being cooled, and the arc resistance is reduced. A method of facilitating shut-off by increasing the value is adopted.

消弧板には、電気絶縁性、アーク発生時の圧力、温度および振動などに対する耐久性、アークを冷却するための消弧性能などの特性が要求され、金属材料、セラミックス材料または有機系材料などが構成材料として用いられる。特に、1000℃を超えるアーク放電に対する優れた耐熱性、およびアーク放電の発生から消弧までという極めて短い時間における温度変化に対する耐熱衝撃性が要求される。   Arc extinguishing plates are required to have characteristics such as electrical insulation, durability against pressure, temperature and vibration at the time of arc generation, arc extinguishing performance for cooling the arc, metal materials, ceramic materials or organic materials, etc. Is used as a constituent material. In particular, excellent heat resistance against arc discharge exceeding 1000 ° C. and heat shock resistance against temperature change in an extremely short time from generation of arc discharge to extinction are required.

たとえば特公平7−43975号公報(以下、特許文献1という)では、酸化アルミニウムと珪石を混ぜて粒度10μm以下に粉砕した粉末に対し、2.5%〜2.7%の酸化マグネシウムを焼結助剤として添加し、1400℃〜1600℃の温度にて高圧焼結したセラミックスを素材として用いた消弧板が開示されている。また、特公昭61−41089号公報(以下、特許文献2という)では、積層された無機質基材と接着剤から一体成形された結着剤が、ホウ酸、酸化亜鉛または酸化カルシウムを含むことを特徴とする消弧板の製造方法が開示されている。   For example, in Japanese Examined Patent Publication No. 7-43975 (hereinafter referred to as Patent Document 1), 2.5% to 2.7% magnesium oxide is sintered to a powder obtained by mixing aluminum oxide and silica and pulverizing to a particle size of 10 μm or less. An arc extinguishing plate using ceramics added as an auxiliary agent and sintered at high pressure at a temperature of 1400 ° C. to 1600 ° C. is disclosed. In Japanese Patent Publication No. 61-41089 (hereinafter referred to as Patent Document 2), the binder integrally formed from the laminated inorganic base material and the adhesive contains boric acid, zinc oxide or calcium oxide. A featured arc extinguishing plate manufacturing method is disclosed.

特公平7−43975号公報Japanese Patent Publication No. 7-43975 特公昭61−41089号公報Japanese Examined Patent Publication No. 61-41089

上記特許文献1では、酸化アルミニウム(アルミナ)を主成分とするセラミックスが消弧板の素材として用いられているため、消弧板の熱膨張率が大きくなっている。そのため、消弧板が耐熱衝撃性に劣り、アーク放電による急加熱および消弧後の急冷の繰り返しにより破壊される可能性が高いという問題がある。   In Patent Document 1, ceramics mainly composed of aluminum oxide (alumina) are used as a material for the arc extinguishing plate, so that the coefficient of thermal expansion of the arc extinguishing plate is increased. Therefore, there exists a problem that an arc extinguishing board is inferior to a thermal shock resistance, and there is a high possibility that it will be destroyed by repeated rapid heating by arc discharge and rapid cooling after arc extinction.

また、上記特許文献2では、熱分解により水分などを発生する成分を消弧板に組み込むことによりアーク冷却効果を高め、消弧性能を高めた消弧板が開示されている。しかし、この場合には、消弧性能には優れるものの、消弧板が十分な強度を有さないため、振動が加わる遮断器には適用することが困難であるという問題がある。このように、従来では、消弧性能および耐久性の両方において優れる消弧板を得ることが困難であった。   Further, Patent Document 2 discloses an arc extinguishing plate in which an arc cooling effect is enhanced by incorporating a component that generates moisture or the like by thermal decomposition into the arc extinguishing plate, thereby improving arc extinguishing performance. However, in this case, although the arc extinguishing performance is excellent, the arc extinguishing plate does not have sufficient strength, so that there is a problem that it is difficult to apply to a circuit breaker to which vibration is applied. Thus, conventionally, it has been difficult to obtain an arc extinguishing plate that is excellent in both arc extinguishing performance and durability.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、消弧性能および耐久性に優れる消弧板および当該消弧板を備える気中遮断器を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an arc extinguishing plate excellent in arc extinguishing performance and durability and an air circuit breaker including the arc extinguishing plate.

本発明に従った消弧板は、表面に孔部を有するセラミック体と、上記孔部を封止する目止め層と、セラミック体の上記表面上に形成され、加熱により水分を放出する冷却層とを備えている。   An arc-extinguishing plate according to the present invention includes a ceramic body having holes on the surface, a sealing layer that seals the holes, and a cooling layer that is formed on the surface of the ceramic body and releases moisture by heating. And.

本発明に従った気中遮断器は、上記本発明に従った消弧板を備えている。   The air circuit breaker according to the present invention includes the arc extinguishing plate according to the present invention.

本発明に従った消弧板によれば、加熱により水分を放出する冷却層と、セラミック体のの孔部を封止する目止め層とを備えることにより、消弧性能および耐久性に優れる消弧板を提供することができる。また、本発明に従った気中遮断器によれば、消弧性能および耐久性に優れる上記本発明に従った消弧板を備えることにより、消弧性能に優れ、かつ信頼性の高い気中遮断器を提供することができる。   According to the arc extinguishing plate according to the present invention, the arc extinguishing plate having the arc extinguishing performance and durability is provided by including the cooling layer that releases moisture by heating and the sealing layer that seals the hole of the ceramic body. An arc plate can be provided. Moreover, according to the air circuit breaker according to the present invention, by providing the arc extinguishing plate according to the present invention, which is excellent in arc extinguishing performance and durability, the air is excellent in arc extinguishing performance and highly reliable. A circuit breaker can be provided.

本実施の形態に係る気中遮断器の構造を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the air circuit breaker which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係るセラミック消弧板の構造を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the ceramic arc-extinguishing board which concerns on this Embodiment.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

まず、本発明の一実施の形態に係る気中遮断器1の概略的な構造および動作について説明する。図1を参照して、気中遮断器1は、ベース筐体2と、固定導体3と、可動子4と、端子導体5と、消弧装置6とを主に備えている。   First, the schematic structure and operation of the air circuit breaker 1 according to an embodiment of the present invention will be described. With reference to FIG. 1, the air circuit breaker 1 mainly includes a base housing 2, a fixed conductor 3, a mover 4, a terminal conductor 5, and an arc extinguishing device 6.

固定導体3は、ベース筐体2に固定されている。固定導体3の一端部には固定接点3aが固着されており、また他端部はベース筐体2の外部に配置されて電源側端子3bを構成している。可動子4の一部には可動接点4aが固着されており、当該可動接点4aは固定接点3aと対向している。端子導体5は、固定導体3と同様にベース筐体2に固定されている。端子導体の一端部はベース筐体2の外部に配置されて負荷側端子5aを構成している。端子導体5は、可橈性導体(図示しない)により可動子4と接続されている。   The fixed conductor 3 is fixed to the base casing 2. A fixed contact 3a is fixed to one end of the fixed conductor 3, and the other end is disposed outside the base casing 2 to constitute a power supply side terminal 3b. A movable contact 4a is fixed to a part of the movable element 4, and the movable contact 4a faces the fixed contact 3a. The terminal conductor 5 is fixed to the base housing 2 similarly to the fixed conductor 3. One end portion of the terminal conductor is disposed outside the base housing 2 to constitute the load side terminal 5a. The terminal conductor 5 is connected to the mover 4 by a flexible conductor (not shown).

消弧装置6は、固定接点3aと可動接点4aとの間の電流を遮断した場合に両接点間に発生したアークを冷却するためのものであり、複数のセラミック消弧板10を並べて構成されている。ここで、セラミック消弧板10は、消弧性能および耐久性に優れる本実施の形態に係る消弧板である。したがって、当該セラミック消弧板10を備える気中遮断器1は、消弧性能に優れ、かつ信頼性の高いものとなっている。なお、セラミック消弧板10の詳細な構造については後述する。   The arc extinguishing device 6 is for cooling an arc generated between both contacts when the current between the fixed contact 3a and the movable contact 4a is interrupted, and is configured by arranging a plurality of ceramic arc extinguishing plates 10 side by side. ing. Here, the ceramic arc extinguishing plate 10 is an arc extinguishing plate according to the present embodiment that is excellent in arc extinguishing performance and durability. Therefore, the air circuit breaker 1 including the ceramic arc extinguishing plate 10 has excellent arc extinguishing performance and high reliability. The detailed structure of the ceramic arc extinguishing plate 10 will be described later.

気中遮断器1では、過大な電流が検知された場合において、開閉機構(図示しない)を作動させ、可動子4を図1中矢印方向に回動させる。これにより、固定接点3aと可動接点4aとが開離した状態となり、両接点の間を流れる電流が遮断される。そして、電流が遮断された後に両接点間においてアークが発生し、当該アークが消弧装置6に誘引されて消弧される。このようにして、気中遮断器1が動作する。   In the air circuit breaker 1, when an excessive current is detected, an open / close mechanism (not shown) is operated to rotate the mover 4 in the arrow direction in FIG. As a result, the fixed contact 3a and the movable contact 4a are separated from each other, and the current flowing between the two contacts is interrupted. And after an electric current is interrupted | blocked, an arc generate | occur | produces between both contacts, the said arc is attracted to the arc-extinguishing apparatus 6, and is extinguished. In this way, the air circuit breaker 1 operates.

次に、本実施の形態に係るセラミック消弧板10の構造について説明する。図2を参照して、セラミック消弧板10は、アーク冷却層11と、セラミック目止め層20と、低熱膨張セラミック(セラミック体)30とから主に構成されている。   Next, the structure of the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment will be described. Referring to FIG. 2, the ceramic arc extinguishing plate 10 is mainly composed of an arc cooling layer 11, a ceramic sealing layer 20, and a low thermal expansion ceramic (ceramic body) 30.

アーク冷却層11は、低熱膨張セラミック30との間にセラミック目止め層20を挟むように、低熱膨張セラミック30の表面30a上に形成されている。アーク冷却層11は、母材12と、低熱膨張フィラー13とを含んでいる。アーク冷却層11を構成する母材12および低熱膨張フィラー13は、耐熱性および耐久性に優れた無機材料より構成されることが好ましく、これによりセラミック消弧板10がアーク放電による高温に曝された場合でも長期間に亘り安定してアーク冷却機能を発揮させることができる。   The arc cooling layer 11 is formed on the surface 30 a of the low thermal expansion ceramic 30 so that the ceramic sealing layer 20 is sandwiched between the arc cooling layer 11 and the low thermal expansion ceramic 30. The arc cooling layer 11 includes a base material 12 and a low thermal expansion filler 13. The base material 12 and the low thermal expansion filler 13 constituting the arc cooling layer 11 are preferably made of an inorganic material having excellent heat resistance and durability, whereby the ceramic arc extinguishing plate 10 is exposed to a high temperature due to arc discharge. Even in this case, the arc cooling function can be exhibited stably over a long period of time.

母材12は、たとえば水ガラス(珪酸ソーダ)を主原料として硬化させたものなど、加熱により水分を放出する材料から構成されている。これにより、母材12がアーク放電により高温加熱された場合に水分を放出することができる。また、水ガラスに含まれる結晶水が加熱により発泡し、蒸発することにより気化熱を奪うことができる。このような現象を積極的に利用したものとしては、たとえば水ガラス層を封入、積層した防火ガラスが広く用いられている。このようなアーク冷却層11の冷却機能により、発生したアーク放電を効率良く冷却し、消弧することができる。   The base material 12 is made of a material that releases moisture by heating, such as a material obtained by hardening water glass (sodium silicate) as a main raw material. Thus, moisture can be released when the base material 12 is heated at high temperature by arc discharge. Moreover, the water of crystallization contained in the water glass foams by heating and can evaporate to evaporate. For example, a fire glass made by enclosing and laminating a water glass layer is widely used as one that actively uses such a phenomenon. With such a cooling function of the arc cooling layer 11, the generated arc discharge can be efficiently cooled and extinguished.

低熱膨張フィラー13は、母材12中に分散して配置されており、その含有率は30体積(vol)%以上70体積%以下となっている。また、低熱膨張フィラー13は、アーク放電による高温に対して耐熱性を有し、かつ水ガラスよりも熱膨張係数が小さい材料からなることが好ましく、たとえばリン酸ジルコニウムからなっている。フィラー材としてはマンガン窒化物などもあるが、大気中において300℃以上の温度で酸化し、性能が低下することからセラミック消弧板10に用いることは困難である。このように、硬化した水ガラスからなる母材12と、低熱膨張フィラー13とから構成されるアーク冷却層11は、優れた消弧機能を有するとともに耐熱性および耐久性に優れたものとなっている。   The low thermal expansion filler 13 is arranged in a dispersed manner in the base material 12, and the content thereof is 30 volume (vol)% or more and 70 volume% or less. The low thermal expansion filler 13 is preferably made of a material that has heat resistance to a high temperature caused by arc discharge and has a smaller thermal expansion coefficient than water glass, and is made of, for example, zirconium phosphate. As the filler material, there is manganese nitride or the like, but it is difficult to use for the ceramic arc extinguishing plate 10 because it is oxidized at a temperature of 300 ° C. or higher in the atmosphere and its performance is lowered. Thus, the arc cooling layer 11 composed of the base material 12 made of hardened water glass and the low thermal expansion filler 13 has an excellent arc extinguishing function and is excellent in heat resistance and durability. Yes.

低熱膨張セラミック30は、消弧板の耐熱衝撃性を向上させる観点から、熱膨張率が小さく耐熱衝撃性に優れたセラミック材料からなることが好ましい。より具体的には、低熱膨張セラミック30は、コージェライト(熱膨張率:2ppm/℃)、β−スポジュメン(熱膨張率:1ppm/℃)、チタン酸アルミ(熱膨張率:1ppm/℃)およびジルコン(熱膨張率:3ppm/℃)からなる群より選択される一の材質からなることが好ましい。また、熱膨張率をより小さくする観点から、上記材質に添加物がさらに加えられていてもよい。これにより、アーク放電の発生時や消弧完了後における急激な温度変化に対しても破損することなく形状を維持することができる。   From the viewpoint of improving the thermal shock resistance of the arc extinguishing plate, the low thermal expansion ceramic 30 is preferably made of a ceramic material having a small thermal expansion coefficient and excellent thermal shock resistance. More specifically, the low thermal expansion ceramic 30 includes cordierite (thermal expansion coefficient: 2 ppm / ° C.), β-spodumene (thermal expansion coefficient: 1 ppm / ° C.), aluminum titanate (thermal expansion coefficient: 1 ppm / ° C.) and It is preferably made of one material selected from the group consisting of zircon (thermal expansion coefficient: 3 ppm / ° C.). Moreover, the additive may be further added to the said material from a viewpoint of making a thermal expansion coefficient smaller. As a result, the shape can be maintained without being damaged even by a rapid temperature change at the time of occurrence of arc discharge or after completion of arc extinction.

一般に、熱膨張率が小さく耐熱衝撃性に優れたセラミック材料は、気孔率が高い多孔質(ポーラス)材料である。そのため、図2に示すように、低熱膨張セラミック30は、表面30aにおいてポア30b(孔部)を有している。そして、低熱膨張セラミック30の表面30a上には、当該ポア30bを封止するようにセラミック目止め層20が形成されている。セラミック目止め層20は、たとえば石英ガラスなどの低熱膨張セラミック30よりもさらに熱膨張率が小さい材料からなっており、当該ポア30bを目止めする機能を有する。   In general, a ceramic material having a small coefficient of thermal expansion and excellent thermal shock resistance is a porous material having a high porosity. Therefore, as shown in FIG. 2, the low thermal expansion ceramic 30 has pores 30b (holes) on the surface 30a. A ceramic filler layer 20 is formed on the surface 30a of the low thermal expansion ceramic 30 so as to seal the pore 30b. The ceramic sealing layer 20 is made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the low thermal expansion ceramic 30 such as quartz glass, and has a function of sealing the pores 30b.

ここで、セラミック目止め層20を形成することなく、低熱膨張セラミック30上に直接アーク冷却層11を形成した場合には、アーク冷却層11の成分がポア30bを通じて低熱膨張セラミック30の内部に侵入する。上述のように、アーク冷却層11は水ガラスからなる母材12を含むため、当該アーク冷却層11がアーク放電により高温に加熱された場合には、低熱膨張セラミック30の内部に侵入した水ガラス成分が急激に発泡および体積膨張し、その結果低熱膨張セラミック30の内部に応力が発生し、クラックが生じる。そして、アーク放電がセラミック消弧板10に対して繰り返し加わることにより低熱膨張セラミック30内に生じたクラックが徐々に進行し、その結果セラミック消弧板10が破壊されてその機能が失われてしまう。   Here, when the arc cooling layer 11 is formed directly on the low thermal expansion ceramic 30 without forming the ceramic sealing layer 20, the components of the arc cooling layer 11 penetrate into the low thermal expansion ceramic 30 through the pores 30b. To do. As described above, since the arc cooling layer 11 includes the base material 12 made of water glass, when the arc cooling layer 11 is heated to a high temperature by arc discharge, the water glass that has entered the inside of the low thermal expansion ceramic 30. The components abruptly foam and expand in volume, and as a result, stress is generated inside the low thermal expansion ceramic 30 and cracks are generated. Then, when arc discharge is repeatedly applied to the ceramic arc extinguishing plate 10, cracks generated in the low thermal expansion ceramic 30 gradually progress, and as a result, the ceramic arc extinguishing plate 10 is destroyed and its function is lost. .

これに対して、セラミック消弧板10では、低熱膨張セラミック30のポア30bがセラミック目止め層20により予め目止めされている。これにより、アーク冷却層11の成分がポア30bを通じて低熱膨張セラミック30内に侵入することを防止することができる。その結果、アーク放電によりセラミック消弧板10が加熱された場合に、低熱膨張セラミック30内における応力の発生が抑制され、当該応力の発生に起因した低熱膨張セラミック30の破壊を未然に防止することができる。このように、本実施の形態に係るセラミック消弧板10は、アーク冷却層11により優れた消弧性能を有するとともに、セラミック目止め層20により上述のような消弧板の破壊が防止され、繰り返しの電流の遮断に対する耐久性を有する消弧板となっている。   On the other hand, in the ceramic arc extinguishing plate 10, the pores 30 b of the low thermal expansion ceramic 30 are preliminarily sealed by the ceramic sealing layer 20. Thereby, the component of the arc cooling layer 11 can be prevented from entering the low thermal expansion ceramic 30 through the pore 30b. As a result, when the ceramic arc extinguishing plate 10 is heated by arc discharge, generation of stress in the low thermal expansion ceramic 30 is suppressed, and destruction of the low thermal expansion ceramic 30 due to the generation of the stress is prevented. Can do. Thus, the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment has an arc extinguishing performance superior to the arc cooling layer 11, and the ceramic sealing layer 20 prevents the arc extinguishing plate from being broken as described above. The arc extinguishing plate has durability against repeated interruption of current.

以上のように、本実施の形態に係るセラミック消弧板10は、表面30aにポア30bを有する低熱膨張セラミック30と、当該ポア30bを封止するセラミック目止め層20と、低熱膨張セラミック30の表面30a上に形成され、加熱により水分を放出するアーク冷却層11とを備えている。   As described above, the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment includes the low thermal expansion ceramic 30 having the pore 30b on the surface 30a, the ceramic sealing layer 20 that seals the pore 30b, and the low thermal expansion ceramic 30. The arc cooling layer 11 is formed on the surface 30a and releases moisture by heating.

本実施の形態に係るセラミック消弧板10は、アーク放電などによる発熱(加熱)により水分を放出するアーク冷却層11を備えているため、消弧性能が高くアークを効率的に冷却することができる。また、上述のように、セラミック目止め層20を形成することにより、アーク冷却層11の成分がポア30bを通じて低熱膨張セラミック30の内部に侵入し、当該内部で膨張することに起因した低熱膨張セラミック30の破壊が抑制されている。このように、本実施の形態に係るセラミック消弧板10は、消弧性能および耐久性に優れる消弧板となっている。   Since the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment includes the arc cooling layer 11 that releases moisture by heat generation (heating) due to arc discharge or the like, the arc extinguishing performance is high and the arc can be efficiently cooled. it can. Further, as described above, by forming the ceramic sealing layer 20, the components of the arc cooling layer 11 enter the inside of the low thermal expansion ceramic 30 through the pores 30b, and are expanded due to the expansion inside the ceramic. The destruction of 30 is suppressed. Thus, the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment is an arc extinguishing plate excellent in arc extinguishing performance and durability.

また、上記本実施の形態に係るセラミック消弧板10において、低熱膨張セラミック30は、上述のようにコージェライト、β−スポジュメン、チタン酸アルミおよびジルコンからなる群より選択される一の材質からなっていてもよい。これにより、十分な機械的強度を有すると共に、アーク放電による加熱および消弧後の急冷に対しても破損し難い耐熱衝撃性に優れたセラミック消弧板10を得ることができる。   In the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment, the low thermal expansion ceramic 30 is made of one material selected from the group consisting of cordierite, β-spodumene, aluminum titanate, and zircon as described above. It may be. As a result, it is possible to obtain the ceramic arc extinguishing plate 10 that has sufficient mechanical strength and is excellent in thermal shock resistance that is not easily damaged by heating by arc discharge and rapid quenching after arc extinction.

また、上記本実施の形態に係るセラミック消弧板10において、アーク冷却層11は、上述のように硬化した水ガラスからなる母材12と、水ガラスよりも熱膨張係数が小さい低熱膨張フィラー13とを含んでいてもよい。このように加熱により水分を放出する水ガラスを含むことにより、発生したアークを効果的に冷却することができる。また、低熱膨張フィラー13を含むことにより、アーク放電発生時の加熱および消弧後の冷却に起因した膨張および収縮の繰り返しによるアーク冷却層11の破損、脱落(剥がれ)を抑制することができる。   In the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment, the arc cooling layer 11 includes a base material 12 made of water glass cured as described above, and a low thermal expansion filler 13 having a smaller thermal expansion coefficient than water glass. And may be included. Thus, the generated arc can be effectively cooled by including water glass that releases moisture by heating. Further, by including the low thermal expansion filler 13, it is possible to suppress breakage and dropout (peeling) of the arc cooling layer 11 due to repeated expansion and contraction resulting from heating at the time of arc discharge and cooling after extinguishing.

また、上記本実施の形態に係るセラミック消弧板10において、アーク冷却層11における低熱膨張フィラー13の含有率は、上述のように30体積%以上70体積%以下であることが好ましい。上記含有率が30体積%未満または70体積%を超える場合には、アーク冷却層11の剥がれが生じるという問題がある。このような理由から、上記含有率は、30体積%以上70体積%以下であることが好ましい。   In the ceramic arc extinguishing plate 10 according to the present embodiment, the content of the low thermal expansion filler 13 in the arc cooling layer 11 is preferably 30% by volume or more and 70% by volume or less as described above. When the said content rate is less than 30 volume% or exceeds 70 volume%, there exists a problem that peeling of the arc cooling layer 11 arises. For these reasons, the content is preferably 30% by volume or more and 70% by volume or less.

まず、コージェライト、β−スポジュメン、チタン酸アルミおよびジルコンの焼結体からなる低熱膨張セラミックをそれぞれ準備した。次に、セラミック目止め層を形成するために、上記焼結体をガラス塗料(液体ガラス タートルy.k社製)中に浸した。そして、上記焼結体を取り出した後、室温で約2日放置して硬化させた。これにより、上記焼結体の表面に形成された気孔(ポア)内に石英ガラスが浸透し、セラミック目止め層が形成される。なお、ポア内に浸透した石英ガラスは、熱膨張率が非常に小さいため(0.5ppm/℃)、低熱膨張セラミック内に侵入した場合でもその機能を損なうことなく目止めすることが可能である。   First, low thermal expansion ceramics composed of sintered bodies of cordierite, β-spodumene, aluminum titanate and zircon were prepared. Next, in order to form a ceramic sealing layer, the sintered body was immersed in a glass paint (manufactured by Liquid Glass Turtle yk). And after taking out the said sintered compact, it was left to stand at room temperature for about 2 days, and was hardened. Thereby, quartz glass permeates into pores (pores) formed on the surface of the sintered body, and a ceramic sealing layer is formed. Note that quartz glass that has penetrated into the pore has a very low coefficient of thermal expansion (0.5 ppm / ° C.), so even if it penetrates into the low thermal expansion ceramic, it can be observed without impairing its function. .

次に、リン酸ジルコニウムからなる低熱膨張フィラー(共立マテリアル社製 ZP−F30)を水ガラスに対して30体積%〜70体積%の含有率で添加し、十分に撹拌混合した。そして、セラミック目止め層を形成した低熱膨張セラミック上に当該水ガラスを塗布し、200℃で2時間加熱することにより硬化させた。このようにして、セラミック目止め層上にアーク冷却層を形成した。以上のようにして、低熱膨張セラミックの材質および低熱膨張フィラーの含有率が異なる実施例1〜12および比較例3〜10のセラミック消弧板を作製した(表1参照)。また、比較例1および2として、アーク冷却層を有さないセラミック消弧板も作製した(表1参照)。   Next, a low thermal expansion filler made of zirconium phosphate (Kyoritsu Material Co., Ltd., ZP-F30) was added at a content of 30% by volume to 70% by volume with respect to the water glass, and was sufficiently stirred and mixed. And the said water glass was apply | coated on the low thermal expansion ceramic in which the ceramic sealing layer was formed, and it was hardened by heating at 200 degreeC for 2 hours. In this way, an arc cooling layer was formed on the ceramic filler layer. As described above, ceramic arc extinguishing plates of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 3 to 10 having different materials for the low thermal expansion ceramic and different contents of the low thermal expansion filler were produced (see Table 1). Moreover, the ceramic arc-extinguishing board which does not have an arc cooling layer was also produced as comparative examples 1 and 2 (refer Table 1).

そして、作製した各セラミック消弧板に対してアーク放電中における暴露試験を行った。アーク発生条件は、電圧(AC)値を600V、最大電流値を10kA、通電を0.5サイクルとした。アーク電圧は、暴露試験時の0.5サイクルの通電波形から、電流値が0となる点を外挿により求めたものにより定義した。表1は、作製した22種類のセラミック消弧板について、低熱膨張セラミックの材料(セラミック材料)、アーク冷却層の有無、および水ガラス中の低熱膨張フィラーの含有率を示し、また各セラミック消弧板のアーク電圧および試験後の消弧板の状態を示している。   And the exposure test in arc discharge was done with respect to each produced ceramic arc-extinguishing board. The arc generation conditions were a voltage (AC) value of 600 V, a maximum current value of 10 kA, and energization of 0.5 cycles. The arc voltage was defined by the extrapolation of the point at which the current value becomes 0 from the energized waveform of 0.5 cycles during the exposure test. Table 1 shows the material of the low thermal expansion ceramic (ceramic material), the presence or absence of the arc cooling layer, and the content of the low thermal expansion filler in the water glass for the 22 types of ceramic arc extinguishing plates produced. The arc voltage of a board and the state of the arc-extinguishing board after a test are shown.

Figure 2014154352
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表1から明らかなように、アーク冷却層を有するセラミック消弧板(実施例)では、アーク冷却層を有さないセラミック消弧板(比較例1および2)に比べて明らかにアーク電圧が増加し、発生したアークに対してアークを維持するための電圧が上昇し、消弧性能が高くなることが分かった。これは、アーク発生時の熱によりアーク冷却層から水蒸気が発生し、アークが冷却されたためであると考えられる。また、比較例2の結果に示すように、低熱膨張セラミックがジルコニア(熱膨張率:11ppm/℃)からなり、アーク冷却層が形成されない場合には、暴露試験後に消弧板が破壊された。   As is clear from Table 1, the arc voltage is clearly increased in the ceramic arc extinguishing plate having the arc cooling layer (Example) as compared with the ceramic arc extinguishing plates having no arc cooling layer (Comparative Examples 1 and 2). As a result, it was found that the voltage for maintaining the arc increased with respect to the generated arc, and the arc extinguishing performance was improved. This is considered to be because water vapor was generated from the arc cooling layer due to heat at the time of arc generation, and the arc was cooled. Further, as shown in the result of Comparative Example 2, when the low thermal expansion ceramic was made of zirconia (thermal expansion coefficient: 11 ppm / ° C.) and no arc cooling layer was formed, the arc extinguishing plate was broken after the exposure test.

また、比較例3〜10のセラミック消弧板では、アーク冷却層に含まれる低熱膨張フィラーの含有率が30体積%〜70体積%の範囲外であるため、消弧性能の向上は見られるものの、暴露試験後にアーク冷却層の剥がれが発生することが分かった。このアーク冷却層の剥がれは、低熱膨張フィラーが十分に機能しなかったためであると考えられる。また、セラミック目止め層を省略した場合では、低熱膨張セラミックの表面付近において亀裂が確認された。以上より、低熱膨張セラミックと、当該低熱膨張セラミックの表面に導入されたセラミック目止め層と、低熱膨張フィラーを30体積%〜70体積%の含有率で含むアーク冷却層とを備えることにより、消弧性能および耐久性に優れるセラミック消弧板が得られることが分かった。   Moreover, in the ceramic arc extinguishing plates of Comparative Examples 3 to 10, since the content of the low thermal expansion filler contained in the arc cooling layer is outside the range of 30% by volume to 70% by volume, the arc extinguishing performance is improved. It was found that peeling of the arc cooling layer occurred after the exposure test. This peeling of the arc cooling layer is considered to be because the low thermal expansion filler did not function sufficiently. Further, when the ceramic sealing layer was omitted, cracks were confirmed near the surface of the low thermal expansion ceramic. From the above, by providing a low thermal expansion ceramic, a ceramic sealing layer introduced on the surface of the low thermal expansion ceramic, and an arc cooling layer containing a low thermal expansion filler in a content of 30% by volume to 70% by volume, It was found that ceramic arc extinguishing plates with excellent arc performance and durability can be obtained.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の消弧板および気中遮断器は、消弧性能および耐久性に優れることが要求される消弧板および当該消弧板を備える気中遮断器において、特に有利に適用され得る。   The arc extinguishing plate and the air circuit breaker of the present invention can be applied particularly advantageously in an arc extinguishing plate that is required to have excellent arc extinguishing performance and durability and an air circuit breaker including the arc extinguishing plate.

1 気中遮断器、2 ベース筐体、3 固定導体、3a 固定接点、3b 電源側端子、4 可動子、4a 可動接点、5 端子導体、5a 負荷側端子、6 消弧装置、10 セラミック消弧板、11 アーク冷却層、12 母材、13 低熱膨張フィラー、20 セラミック目止め層、30 低熱膨張セラミック、30a 表面、30b ポア。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Air circuit breaker, 2 Base housing, 3 Fixed conductor, 3a Fixed contact, 3b Power supply side terminal, 4 Movable element, 4a Moving contact, 5 Terminal conductor, 5a Load side terminal, 6 Arc extinguishing device, 10 Ceramic arc extinguishing Plate, 11 Arc cooling layer, 12 base material, 13 low thermal expansion filler, 20 ceramic sealing layer, 30 low thermal expansion ceramic, 30a surface, 30b pore.

Claims (5)

表面に孔部を有するセラミック体と、
前記孔部を封止する目止め層と、
前記セラミック体の前記表面上に形成され、加熱により水分を放出する冷却層とを備える、消弧板。
A ceramic body having holes on the surface;
A sealing layer for sealing the hole,
An arc extinguishing plate comprising a cooling layer formed on the surface of the ceramic body and releasing moisture upon heating.
前記セラミック体は、コージェライト、β−スポジュメン、チタン酸アルミおよびジルコンからなる群より選択される一の材質からなる、請求項1に記載の消弧板。   The arc-extinguishing plate according to claim 1, wherein the ceramic body is made of one material selected from the group consisting of cordierite, β-spodumene, aluminum titanate, and zircon. 前記冷却層は、硬化した水ガラスと、前記水ガラスよりも熱膨張係数が小さいフィラーとを含む、請求項1または2に記載の消弧板。   The arc-quenching plate according to claim 1 or 2, wherein the cooling layer includes a hardened water glass and a filler having a smaller thermal expansion coefficient than the water glass. 前記冷却層における前記フィラーの含有率は、30体積%以上70体積%以下である、請求項3に記載の消弧板。   The arc-extinguishing plate according to claim 3, wherein a content of the filler in the cooling layer is 30% by volume or more and 70% by volume or less. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の消弧板を備える、気中遮断器。   An air circuit breaker comprising the arc extinguishing plate according to any one of claims 1 to 4.
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