JP3428416B2 - 真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと電気接点並びに製造方法 - Google Patents

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、更にそれに用いられる電気
接点並びに製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器内の電極構造は、一対の固定
電極及び可動電極からなっている。上記固定及び可動電
極の構造は、アーク電極と該アーク電極を支持するアー
ク支持部材と、該アーク支持部材に連なるコイル電極材
とコイル電極端部には電極棒の４部品から構成されてい
る。

【０００３】上述したアーク電極材は、高電圧，大電流
を開閉遮断するために直接アークにさらされる、アーク
電極に要求される満足すべき特性は、遮断容量が大きい
こと、耐電圧値が高いこと、接触抵抗値が小さいこと
(電気伝導に優れていること)、耐溶着性に優れているこ
と、接点消耗量が少ないこと及び裁断電流値が小さいこ
と、等基本的な要件が挙げられる。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
牲にした材料が使用されている。大電流，高電圧遮断用
アーク電極材料としては、特開昭63−96204 号公報には
Ｃｒ又はＣｒ−ＣｕスケルトンにＣｕを溶浸させる方法
が開示されている。また、同様の製法は特公昭50−2167
0 号公報にも開示されている。

【０００４】また、特開平6−330101 号では、銅−クロ
ム材が用いられている。銅粉末とクロム粉末とをクロム
粉末が５〜５０重量％となるように配合し、不活性ガス
雰囲気中でメカニカルアロイングし、得られたメカニカ
ルアロイング粉末を冷間成形し、成形体を水素ガス中又
は真空中において５００℃以上で焼結し、焼結材を１０
０℃以下で冷間鍛造し、次に、鍛造材を５００℃以上で
再焼結し真密度比９６％の銅−クロム系複合材の製造が
記載されている。また、メカニカルアンイグによる接点
材料の製造法とし特開平3−266319 号がある。

【０００５】クロム粉末と銅粉末との混合体を粉末冶金
法によって焼結体として形成されたり、多孔質のクロム
仮焼結体に銅に溶浸させて溶浸材として成形されたもの
や溶解法によって溶製材として成形されたものが使用さ
れている。しかし、これらの手法で作製した多孔質の混
合金属成形体の金属粒子間の結合力が弱いため、成形体
のハンドリング等の取り扱いに問題がある。また、この
成形体に高導電性金属である銅を溶融含浸した複合体中
の耐孤性金属である結合力の脆弱なクロム粒子は軽いた
め、遊離浮上し、電極支持部（銅）中に溶け込み複合材
の脱クロム現象がみられる。また、アーク電極部（複合
部材）と電極支持部との界面に凹凸の食われ現象が著し
い。更に、成形体の減肉あるいは組成の不均一性が生じ
真空遮断器用電極部材としての性能を劣化させる恐れが
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電極材料として使用さ
れる銅合金において、一般的に、耐溶着性，耐電圧性を
向上させるためにクロムなど添加されている。しかし、
大きいクロム粉末粒子を用いて金型成形した成形体は脆
弱である。また溶浸した電極材料はアーク電極材と電極
支持材との界面に凹凸の食われ現象が生じるとともに減
肉される恐れがある。

【０００７】本発明の目的は、上記の問題点を解決し電
極部材を構成する銅基地中の微細クロム粒子等の均一分
散性を向上させ、真空遮断器の遮断性能及び耐電圧性能
のばらつきを低減でき、真空遮断器の信預性を向上させ
る真空遮断器それに用いる真空バルブと電気接点並びに
製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、銅及びクロム
粉末等をボールミルを用いたメカニカルグラインディン
グ法により微細化にし、さらに放電焼結法で成形体を作
製することにより、複合部材（アーク電極）と銅（アー
ク電極支持部材）との界面の浸食がない、また、溶浸に
際し、成形体の減肉も少なく、従来銅合金よりも優れた
電気特性が得られる。

【０００９】本発明は、ボールミル法により微細に粉砕
した銅微粒子，クロム微粒子を分散してなる金属粉末を
用いて、加圧放電焼結法（ＰＡＳ）で作製した成形体を
用いて焼結又は銅を溶浸させるのが好ましい。

【００１０】本発明は、Ｃｕ等の高導電性金属の粉末
と、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ、及びＴａ等の耐火金属粉末の１種
又はそれ以上で構成される合金粉末において、高導電性
金属の粉末に比べてＣｒ，Ｗ，Ｍｏ、及びＴａ等の耐火
性金属粉末の粒径を５〜６０μｍのものを７０重量％以
上、好ましくは８０重量％以上、より好ましくは９０重
量％以上としたものである。

【００１１】前記合金は、融点１８００℃以上のＣｒ，
Ｗ，Ｍｏ、及びＴａの１種又は２種以上の耐火性金属の
合計が２０〜８０重量％とＣｕ等の高導電性金属を２０
〜８０重量％とするのが望ましい。

【００１２】前記合金は、Ｐｂを１０重量％以下、Ｓ
ｂ，Ｂｉの少なくとも１種以上の金属の合計が１０重量
％以下、Ｔｉを１０重量％以下添加することができる。

【００１３】本発明は、前記混合粉末をホットプレス，
ＨＩＰあるいは放電焼結法のいずれかを用い焼結する
か、又は高導電性金属を耐火金属成形体に溶浸すること
によって得られる。

【００１４】本発明は、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、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と高導電性金属との前述の合金から
なるアーク電極を有することを特徴とする真空遮断器に
ある。

【００１５】電極材料は、耐火性金属とＣｕ等を主にし
た高導電性金属との複合合金からなり、前者にはＣｒ，
Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ等の約１８００℃以上の高融点の耐火性
金属が用いられ、Ｃｕに対して固溶量として３％以下の
小さいものが好ましい。

【００１６】耐火性金属は２０〜８０重量％、特に５５
〜７５重量％とＣｕ２５〜４５重量％を含む合金である
ことが望ましい。耐火性金属としては特に、Ｃｒに対し
て１〜１０重量％のＮｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｏの１種以上を
含むのが好ましい。

【００１７】前記アーク電極はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａ
の１種又は２種以上の混合物と、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、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種又は２種以
上との合金からなり、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。

【００１８】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，Ｚｒ，Ｓ
ｉ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅの１種又は２種以上の合計
量が２.５ 重量％以下とＣｕ，Ａｇ又はＡｕとの合金か
らなるものが好ましい。

【００１９】本発明におけるアーク電極は多孔質耐火金
属中に含浸した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支持部，裏導体及び外部導体接続部
とは好ましくは前記高導電金属の溶融によって一体に形
成されているのが好ましい。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2.8μΩc
m以下のものが好ましい。

【００２０】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中央に真円の凹部が設けら
れているものである。

【００２１】前記アーク電極，電極支持部，裏導体及び
外部導体接続部は前記高導電性金属の溶融凝固又は粉末
冶金による固相接合によって一体に形成することが好ま
しい。

【００２２】前記アーク電極及び電極支持部に複数本、
好ましくは３〜６本のスパイラル状のスリット溝、又は
直線状のスリット溝が設けられているのが好ましい。

【００２３】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。

【００２４】また、本発明は上述のスリット溝を備え、
上記連絡部の外径寸法Ｄ₁ と内径寸法Ｄ₂ とのＤ₂ ／Ｄ
₁ の関係が０.９ を超え、１を下回る幅寸法にすること
が好ましい。

【００２５】また、本発明は上述のスリット溝を備え、
上記連絡部の厚さ寸法を０.５(mm）〜５（mm）の範囲に
設定することが好ましい。

【００２６】また、本発明は、上記アーク走行面の外周
端に形成したＲ面を０.５(mm）〜１.５Ｒ(mm）の範囲に
設定することが好ましい。

【００２７】上記連絡部の外周端に形成したＲ面を０.
５(mm）〜１.５Ｒ(mm）の範囲に設けるのが好ましい。

【００２８】また、本発明は、上記連絡部の厚み寸法を
０.５(mm）〜５（mm）の範囲に、上記アーク走行面の外
周端に形成したＲ面を０.５(mm）〜１.５Ｒ(mm）の範囲
に、それぞれに設定することが好ましい。

【００２９】本発明は、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
側電極は前述の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を有し、前記アーク
電極と電極支持部とは前記高導電性金属によって一体に
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）より以下の（１）式及び
（２）式によって求められる値の範囲内にあることを特
徴とする。

【００３０】 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 ）より以下の（３）及び（４）式によ
って求められる値の範囲内であることを特徴とする。

【００３１】 ｙ＝０.１５ｘ＋２２ …（３） ｙ＝０.０７７ｘ＋２０ …（４） 本発明は、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）より以下の
（５）及び（６）式によって求められる値の範囲内にあ
ることを特徴とする。

【００３２】 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。

【００３３】また、本発明は、高真空に保たれた絶縁容
器内に固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブに
おいて、前記両電極は前述の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導体接続部を
有し、前記アーク電極と電極支持部，裏導体及び外部導
体接続部とは前記高導電性金属によって一体に形成され
ていることを特徴とする。

【００３４】本発明における真空バルブの電極の構成は
前述と同様である。

【００３５】本発明は、前述の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導体接続部を有し、
前記アーク電極と電極支持部，裏導体及び外部導体接続
部とは前記高導電性金属の溶融又は固相拡散接合によっ
て一体に形成されていることを特徴とする電気接点にあ
る。

【００３６】本発明の電気接点の製造法として、前記ア
ーク電極は前述の粒径を有する耐火性金属を有する多孔
質焼結体上に前記高導電性金属を載置し、該高導電性金
属を溶融又は固相拡散接合して前記多孔質体中に溶浸又
は拡散接合させることにより形成し、前記電極支持部以
降は前記溶浸後に残留する前記高導電性金属の厚さ又は
高導電性金属部分を前記電極支持部以降として必要な厚
さに設定することによって形成することが好ましい。特
に、本発明の溶浸においては前述の多孔質体の焼結時に
低融点金属の融点付近の固相状態で十分な時間加熱する
ことによりその金属を耐火性金属粒子及び高導電性金属
粒子に拡散接合させて、溶浸での低融点金属の脱落を防
止するものである。その加熱温度としては融点より３０
〜１００℃低い温度で加熱するのが好ましい。

【００３７】また、本発明の溶浸においては、前記アー
ク電極及び電極支持部を前記高導電性金属に溶浸させて
凝固させて形成後、所望の温度に保持させて前記高導電
性金属中に過飽和に固溶した金属又は金属間化合物を析
出させる熱処理工程を有することが好ましい。

【００３８】前記電気接点は真空バルブの固定側電極又
は可動側電極に用いることができる。

【００３９】真空遮断器の電極構造は、アーク電極，ア
ーク電極支持部材，裏導体及び外部導体接続部からな
り、アーク電極は前述の粒径を有する耐火金属と導電性
金属との複合合金からなり、前者にはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，
Ｔａ等の約１８００℃以上の高融点の金属が用いられ、
高導電性金属としてのＣｕ，Ａｇ，Ａｕに対して固溶量
として３％以下の小さいものが好ましい。アーク電極支
持部材以降には特に純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に努めて
いる。

【００４０】耐火金属は２０〜８０重量％、特に好まし
くは３５〜６５重量％とＣｕ，Ａｇ及びＡｕの１種又は
これらを主にした合金２０〜８０重量％、好ましくは３
５〜６５重量％と、Ｐｂ等を１重量％以下、好ましくは
０.１〜０.６重量％とを含む合金で、特に前者の多孔質
焼結体又は若干の１０重量％以下の高導電性金属を含む
多孔質焼結体中に高導電性金属を溶融含浸させた複合材
とするのが好ましい。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。
多孔質焼結体は空隙率を５０〜７０％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Ｎｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｚｒの１種又は２種
以上を含むことができる。

【００４１】本発明のアーク電極は特に重量でＣｒ３０
〜６０％，Ｎｂ０.５〜５.０％好ましくは０.５〜３.０
％及びＰｂ０.１〜０.５％を含むＣｕ溶浸合金からなる
のが好ましい。

【００４２】本発明はアーク電極材とアーク電極支持部
材以降の部材とは金相学的に連続した一体構造で構成と
するものである。この結果、前述のスリット溝をアーク
電極支持部まで形成でき、遮断時のアーク発生による発
熱による従来のろう付けによる問題が生じないのでより
小型化が可能となるとともに高い電流の遮断が可能にな
った。

【００４３】また、本発明によれば、電極を構成するア
ーク電極材，アーク電極支持部材及び外部導体接続部コ
イル電極材は、金相学的に連続した一体構造で構成され
ると同時に一体構造の電極製造と同一工程内で形成され
るアーク電極支持部材以降の高導電性金属には、０.０
１〜２.５重量％のＣｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｚｒ，Ｓｉ，
Ｍｏ，Ｔａ，Ｂｅ，Ｎｂ，Ｔｉの１種又は２種以上をＡ
ｕ，Ａｇ，Ｃｕ中に含有せしめたものを用いることがで
きる。したがって、アーク電極支持部材以降の材料の電
気導伝性をあまり低下させずに機械的強度、特に耐力を
大幅に高めることができる。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も充分対応でき、経時
的な変形も解決できる。

【００４４】このように、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。

【００４５】本発明における溶浸法によれば、Ｃｒ，
Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ粉末とＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂ粉末とＣ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ粉末あるいは他の任意の金属粒子とを所
定組成に混合し、その混合粉を所定の空隙含有率になる
ように成形後、焼結し多孔質焼結体を形成する。その
後、純Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ又はこれらの合金からなるブロ
ックを前記焼結体上に載置し、溶融させて多孔質焼結体
の空隙に純Ｃｕ又はＣｕ合金等の金属を溶浸させる。そ
の時、溶融溶浸材中への焼結体組成元素の液相拡散を積
極的に利用し、溶融溶浸材を前述の含有量となるように
合金化する。溶浸完了後の鋳塊を所定形状の電極に加工
する。

【００４６】高導電性金属の溶浸に際しては溶浸の温度
と保持時間によって高導電性金属への多孔質体金属の溶
解量をコントロールでき、特に電極支持部以降に対する
比抵抗と強度とを考慮して温度及び時間が設定される。
勿論高導電性金属に対して予め合金元素を加えた合金を
用いることもできるので、両者を考慮して決定される。
その結果、前述の強度が高く、比抵抗の低いものが得ら
れることから高い性能のものが得られる。

【００４７】本発明における電極は前述の如く所望の形
状で溶浸と鋳造技術との組み合わせによって求めるもの
を作ることができるが、前述した最終形状として切削加
工によって得られる。

【００４８】本発明は、微細金属混合粉末を放電焼結，
ホットプレス，ＨＩＰあるいは圧粉成形のいずれかを用
い成形することを特徴とする。

【００４９】真空遮断器用電極部材の製造において、従
来の圧粉成形法で作製した高多孔質な混合金属成形体は
粒子間の結合力が非常に脆弱であり、取り扱いに苦慮す
る。またこの前記成形体に高導電性成分である銅系，銀
系金属を溶融含浸した複合部材は、成形体のクロムが銅
中に溶け込む脱クロムによる組成の不均一、あるいは溶
浸部界面の浸食による減肉等の現象が生じ好ましくな
い。

【００５０】本発明の該真空遮断器用電極部材では上記
の問題は解決される。

【００５１】本発明において、ボールミル法により、高
導電成分である銅，金，銀の１種または２種，耐孤成分
としてのクロム，タングステン，モリブデン，鉄の１種
または２種，耐電圧性に有効な粒子であるニオブ，バナ
ジウム，チタン，タンタル，ジルコニウム，硅素の１種
以上からなる金属粉末。更に高導電成分である銅，金，
銀の１種または２種，耐孤成分としてのクロム，タング
ステン，モリブデン，鉄の１種または２種，耐電圧性に
有効な粒子であルニオブ，バナジウム，チタン，タンタ
ル，ジルコニウム，硅素の１種以上，耐溶着成分，低融
点材の鉛，ビスマス，アンチモン，テルルの１種または
２種以上の金属粉末からなるのが好ましい。該金属粉末
を鉄製ボールとともに収納し、該鉄製容器を長時間回転
させることによって前記鉄製ボールの遠心力による前記
金属粉末を塑性変形させるに十分な押し圧力を与え、前
記金属粉末を微細に粉砕させ、かつ均一に分散，混合さ
せるに十分な押し圧力を与え、前記金属粉末を微細に粉
砕させ、かつ均一に分散，混合させることを特徴とする
真空遮断器用電極部材用金属粉末の製造法にある。粉砕
粒子としては、微細粒子になるほど耐電圧性，耐溶着
性，遮断特性など十分な効果が得られる。しかし、生産
性及び経済性を考慮すると、耐孤成分である粒子は５３
μｍ以下が好ましい。その含有量は高導電性成分に対し
て、耐孤成分が２０〜６０重量％、耐電圧性成分は１〜
１０重量％、耐溶着性成分は０.１〜１重量％が好まし
い。

【００５２】本発明において、ボールミル法により微細
に粉砕した前記金属粉末を放電焼結法で高多孔質で結合
力の強い成形体を製造することを特徴とする真空遮断器
用電極部材の製造法にある。前記成形体は従来の圧粉成
形体と異なり、該微細金属粉子間の結合力が強いのでハ
ンドリングなどの取り扱いが容易である。ＰＡＳ法で作
製した高多孔質成形体の密度は、通電電流，成形圧力，
焼結時間などを変化させることにより任意に選択でき、
空隙率は４０〜７０％が好ましい。成形体の製造時間も
短時間である。

【００５３】本発明において、前記高多孔質成形体に高
導電性成分である金属を溶融含浸した複合部材には、ク
ロム粒子が遊離し浮上することなく銅（電極支持部）中
への溶け込み、あるいは溶浸部との界面の浸食等による
減肉等の現象を顕著に防止でき、高導電性金属中に微細
な高孤性金属が均一に分散した健全な真空遮断器用電極
部材を提供できる。

【００５４】本発明によれば、クロム，タングステン，
モリブデン，タンタル粉末と鉛，ビスマス，テルル，ア
ンチモン粉末と銅，銀，金合金粉末あるいは他の任意の
金属粒子とを所定組成に混合し、その混合粉を所定の空
隙率になるように多孔質成形体を作製する。その後、
銅，銀，金又はこれらの合金からなるブロックを前記成
形体に載置し、溶融させて多孔質成形体の空隙に銅又は
銅合金等の金属を溶浸させる。その時、溶融溶浸材中へ
の成形体組成元素の液相拡散を積極的に利用し、溶融溶
浸材を前述の含有量となるように合金化する。溶浸完了
後の鋳塊を所定形状の電極に加工する。

【００５５】高導電性金属の溶浸に際しては溶浸の温堂
と保持時間によって高導電性金属への多孔質成形体の溶
解量をコントロールでき、特に電極支持部，コイル電極
に対する比抵抗と強度とを考慮して温度及び時間が設定
される。勿論高導電性金属に対して予め合金元素を加え
た合金を用いることもできるので、両者を考慮して決定
される。その結果、前述の強度が高く、比抵抗の低いも
のが得られることから高い性能のものが得られる。

【００５６】

【発明の実施の形態】（実施例１）粒径１５０μｍ以
下，純度９９.９９％ のクロム粉末４０.０ 重量％，粒
径７５〜４５μｍ，純度９９.９％ のニオブ粉末２.０
重量％との混合粉末を高エネルギーSUS304ボールミルに
より微細に粉砕し分散，混合させるものである。ボール
ミルによる粉砕は、混合粉末及びSUS304鉄製のボールを
納めたSUS304鉄製のボールミル容器を１００〜２００℃
の温度域に保持し、同時に容器内を１０^-2〜１０^-3Torr
脱ガス処理し、次いで、純度９９.９％ 以上のアルゴン
ガス又は窒素ガス置換を行い、その後、室温付近での回
転数１５０〜２００rpm で１０〜120時間の機械的粉砕
混合処理を行った。この混合した粉末をふるいによって
分級し５３μｍアンダーのものを用いた。

【００５７】機械的粉砕混合処理で得られた分級した微
細粉砕混合粉末に粒径１５０μｍ以下，純度９９.９９
％ の電解銅粉末を加えて同様にボールミルによって混
合し、黒鉛製ダイに充填し電極を兼ねた上下パンチに挟
んだ後、容器内を５×１０^-2Torrに排気し、粉末等に吸
着しているガス等を除去し、粉体を８０００kg／cm²の
成形圧力で加圧する。続いて、パルス電流印加により、
粉体表面の酸化物を除去し、活性化したあと、直流電流
２６００Ａを印加し、微細粉砕混合粉末を焼結する。成
形体の形状は直径４０mm，厚さ９mmである。成形体の空
隙率は１０時間混合処理したもの７０％、３０時間のも
の６５％、５０時間のもの６０％、８０時間のもの５５
％、１００時間のもの５０％、１１０時間のもの４５
％、１２０時間のもの４０％であった。

【００５８】図１に本発明の実施例１から実施例７で製
造した粒径５３μｍ以下の微細粉末の収率を示すもので
ある。粒径５３μｍ以下の微細粉末の収率は、ＭＧ時間
とともに増加し、１００時間で７８％の収率である。し
かし、１００時間以上になると造粒形態となり、微細粒
子の収率が悪くなる。ＭＧ時間としては、５０〜100時
間が好ましい。特に、粒径５３μｍ以下の微細粉末の収
率の高い１００時間がより好ましい。

【００５９】本実施例におけるＣｒ粉末は粒径５〜５３
μｍのものが約９５重量％以上を有し、粒径５μｍ未満
のものはわずか５重量％以下である。また、粒径２２〜
５３μｍのものは６０〜９０重量％であり、更に、分級
して２２μｍアンダーのものを得ることができ、粒径５
〜２２μｍのものを９０重量％以上、それ以下の粒径の
ものを１０重量％以下とするより微細なものとすること
が遮断特性を高める上でより好ましいものである。

【００６０】更に、上記の粉末に粒径１５０μｍ以下，
純度９９.９９％ の電解銅粉末を加えて同様に機械的粉
砕混合処理を行うことによっても同様の粉末及び成形体
を得ることが出来る。

【００６１】図２は、上述の成形体を用いて本発明の一
体構造電極の製造方法を示す断面図である。図中、黒鉛
製鋳型に微細粉砕混合金属成形体を下部に置き、その上
に、溶浸用の銅を載置したものである。微細粉砕混合金
属粉末は、直径８０mmの金型を用いて、成形圧力２.０
トン／cm²で直径４８mm，厚さ９mmの成形体を作製し
た。その成形体の空隙率は約７０％で、１０^-5Torr以下
の真空中で焼結温度1050℃×１２０分間で焼結を行っ
た。１０５０℃までの加熱に当たっては鉛の融点近傍の
固相下で長時間保持した後に所定の温度に加熱した。こ
の時の空隙率は６５％である。内径９０mm，外径１００
mm，高さ１００mmの黒鉛鋳型の低面中央に上記多孔質焼
結体を置き、純銅からなる直径８０mm，長さ１００mmの
溶浸用銅を載置した。溶浸用銅には、直径２８mm，長さ
２５mmの溶浸材と押湯部を形成する銅からなる部材を設
けた。黒鉛容器と純銅からなる２種の部材の側面及び溶
浸材及び押湯部となる部材上部にはＡｌ₂Ｏ₃粉末を充填
する。溶浸条件は１×１０^-5Torrの真空中で焼結温度１
１５０×６０分間保持し、銅溶融するとともに溶浸材が
多孔質混合金属成形体のスケルトン中に均一にしみ込ま
せた後、真空中で放冷凝固させた。図３は、凝固後に黒
鉛製容器から取り出した鋳塊の断面外観である。

【００６２】図４は、切削加工後のアーク電極１とアー
ク電極支持部２，外部導体接続部３及び裏導体４を示
す。切削加工後のアーク電極１とアーク電極支持部２と
の両者の界面部の断面の顕微鏡組織写真により観察した
結果、本発明の組織は、銅のマトリックス中に微細なク
ロム粒子が均一に分布し、平滑な界面状態を示し、また
放電焼結せずに単に圧粉成形したものの組織は、大きな
クロム粒子が分布し、凹凸のうねりが大きい界面形態と
なっていた。

【００６３】このように本発明方法によればアーク電極
１とアーク電極支持部２，外部導体接続部３及び裏導体
４とが一体構造で構成される。アーク電極１とアーク電
極支持部２とは同等の厚さであり、両者の間にはこれら
より径の小さい細径を有する裏導体４が設けられる。ま
た、アーク電極材とアーク電極支持部材との界面は金相
学的に完全に連続一体化がなされており、ろう付け等に
よる接合が不必要であることがわかる。また、アーク電
極１の断面のＰｂを分析した結果、Ｐｂが均一に分散さ
れていた。

【００６４】鋳型を３段にすることによって一度に３個
のものを製造することができる。３個に限らず、所望の
個数を一度に製造することができる。

【００６５】図４に示すように切削により得た電極はア
ーク電極支持部２と、アーク電極１との境界層は合金を
形成しており、ろう材例えば銀ろうより融点が高く、溶
融しにくく、耐アークに強く電流遮断容量の向上に上述
と共に寄与することができる。

【００６６】図５は、溶融含浸した後のアーク電極９の
減肉量を示す。本発明部材の減肉量は１.５ｍ に対し
て、従来部材は３.０mm と大きく減肉している。このこ
とから、本発明部材は溶浸によっても複合部材（アーク
電極）の浸食がない良好な部材である。

【００６７】（実施例２）図６は、本発明に係わるアー
ク電極を用いた真空バルブの断面図である。絶縁材で形
成された絶縁筒体８の上・下開口部に上・下一体をなす
シールリング２７を設けて真空室を形成する真空容器を
構成し、上記シールリングの中程に固定電極２１の一部
を形成する固定側の電極棒２４を垂設し、この固定側の
電極棒２４の直下に位置する上記シールリングの中程に
可動電極２３の一部を形成する可動側の電極棒を昇降自
在に設け、上記固定電極２１のアーク電極２に対して上
記可動電極２３のアーク電極に接離するようにし、上記
可動側の電極棒２４の周りに位置する上記シールリング
の内側に金属製のベローズ２６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２５を絶縁筒体２８の真空容
器によって設置し、このシール部材２５は上記絶縁筒体
２８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。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１に示す試料Ａ〜Ｋは本発明の実施例、
試料Ｌ〜Ｏは比較例である。

【００７０】遮断試験は、一対の供試電極を遮断試験部
に組み込み、遮断試験部を真空排気しながら３００℃で
２時間のベーキングを行う。その後、ギャップ２.５mm
の電極間に最大６０ｋＶ交流電圧を印加しながら放電し
易い低耐電圧部分を除去するコンデーショニングを２回
行う。３００Ａの小電流遮断後のインパルス耐圧試験
は、ＡＣ１００Ｖ，３００Ａでアーク点弧１０回を行っ
た後、電極ギャップ2.5mmにおける最小の放電電圧を測
定する。この点弧１０回と耐電圧測定を１０回繰り返し
て小電流遮断後の耐電圧特性とした。裁断電流測定で
は、遮断時の電流波形をデジタルメモリーに記憶させた
後シンクロスコープに再現させて裁断電流値を読み取
り、これを５０回繰り返して最大値と平均値を求めた。
遮断試験では、ＬＣ共振回路設備を用い、回路定数の関
係から遮断電流の周波数５８Ｈｚ、過渡回復電圧の周波
数は約１１Ｈｚとし、遮断電流が５００〜１０００Ａス
テップで増加するように試験電圧１〜５.６ｋＶ の範囲
で順次増加させて遮断不能となるまで試験を続行した。
試験途中で遮断不能が起きた場合は、遮断電流を一旦下
げて遮断試験を行い電極表面をクリーングした後、遮断
電流を上昇しこれ以上の遮断が困難と思われる遮断電流
の限界値をもって遮断性能とした。大電流遮断後のイン
パルス耐電圧測定では、試験後に電極ギャップ２.５mm
における最小インパルス耐電圧を測定し、大電流遮断後
の耐電圧特性とした。大電流小電流遮断あとの耐電圧試
験を行った。測定では、電極面にＡＣ１００Ｖ，３００
Ａでアーク点孤し、電極ギャップ２.５mm における最小
インパルス耐電圧を測定する。この小電流１０回遮断と
耐電圧測定を１０回繰り返し大電流小電流遮断後の耐電
圧特性とした。

【００７１】

【表２】

【００７２】表２に遮断及び耐電圧試験結果を示す。特
性は、試料Ａの特性基準値（１.０とする）として示
す。試料Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋは試料Ａの１.５ 倍の遮断およ
び耐電圧性が得られる。この結果から、銅粉末，クロム
粉末，ニオブ粉末の粒径はいずれも５３〜３２μｍ，３
２〜２２μｍ及び２２μｍ以下が好ましい。しかし、粒
径２２μｍ以下になると成形性，生産性，コストの点で
問題があるので、５３〜２２μｍが特に好ましい。

【００７３】（実施例３）図７はＣｒ粉末又はこれに
Ｖ，Ｎｂ又はＷ粉末との混合粉末を実施例１と同様に粉
砕処理し、これを２２μｍアンダーに分級したものを用
いて前述と同様に溶浸によって最終的に図４の形状にし
たもので、更に本実施例におけるスパイラル型電極の平
面図及び図８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５Ａ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５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを一体に設け、各アーク走行面
５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ間には凹部５Ａからアーク走行面５
Ｂ，５Ｃ，５Ｄの外周端５Ｅの手前までに３本のスリッ
ト溝１３Ａ〜１３Ｃを螺旋状にアーク電極１とアーク電
極支持部に切られている。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５Ａは裏導体４の直径とほぼ同じ径とす
るのが好ましい。

【００７４】複数のスリット溝１３Ａ〜１３Ｃは凹部に
なっているアーク走行面５Ａからスリット溝の外周側先
端部１３Ｅ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５Ａ〜５Ｃを形成している。連絡
部１４は外周側先端部１３Ｅと電極外周端のアーク走行
面５Ｅとの間のスリット溝１３Ａ〜１３Ｃを跨いでい
る。つまり橋の役割をしてい。連絡部１４は両アーク走
行面５Ｂ〜５Ｄと一体に形成すると共に、両アーク走行
面５Ａ〜５Ｃと同じ抵抗値を有している。

【００７５】このため、アークＡが各アーク走行面と連
絡部１４とを流れる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１４は両アーク走行
面５Ｂ〜５Ｄと一体に形成することは、連絡部１４と両
アーク走行面５Ｂ〜５Ｄとの表面を等しい高さにできる
ので、軸方向を図８に比べて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。

【００７６】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５Ｄ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５Ｂから他方側アーク走行面５
Ｄに電流ｉ₁ が流れるように上記連絡部１４を調整して
電流を制御する。例えば連絡部１４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１４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１４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５Ｄ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。

【００７７】この固定電極と可動電極とを後述の図８及
び図９のように対応配置すれば、電極内を流れる電流ｉ
₁ の経路を制御して、ほぼ円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。例
えばアーク走行面５Ｂ上を移動し、アーク走行面５Ｄと
の境界に来た時、アークＡは連絡部１４を通過して、ア
ーク走行面５Ｄに移行するはずであるが、アーク走行面
５Ｄの電流ｉ₁ はスリット溝１３Ａ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
５Ｂの電流ｉ₁ がアーク走行面５Ｄに流れるのを阻止す
る働きをし、アーク２１が連絡部１４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。

【００７８】そこで、本発明者達は、連絡部１４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１４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１４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１０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。

【００７９】この理由は、連絡部１４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１４付近で停
滞して、遮断不能を生じる。連絡部１４の幅寸法が１以
上になると、上述とは逆に連絡部１４の幅寸法が狭くな
り、連絡部１４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／Ｄ
₁ 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１４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ｉ
₂ を制御する方が、電流ｉ₁ に比べて連絡部１４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１４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１４の幅Ｌを調整する場合に
は、作業者が連絡部１４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。

【００８０】本実施例の成形体組成はＮo.１：５０Ｃｒ
−４７.５Ｃｕ−２Ｎｂ−０.５Ｐｂ，Ｎo.２：５０Ｃｒ
−４７Ｃｕ−２Ｎｂ−１Ｐｂ及びＮo.３：５０Ｃｒ−4
6.5Ｃｕ−２Ｎｂ−１.５Ｐｂ である。

【００８１】溶浸後のアーク電極材のＰｂ分布はＰｂ添
加量１％及び１.５ ％材ではアーク電極材のＰｂ分布は
勾配を持ち安定したアーク電極材を供給することができ
ない。一方、Ｐｂ添加量０.５％ 材はアーク電極材にほ
ぼ均一に分布していた。

【００８２】このように本発明方法によればＰｂ添加量
０.５％ 材はアーク電極材にほぼ均一に分布することが
でき、安定したアーク電極材を供給することができる。

【００８３】また、Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂについても同様
の方法で検討した結果、Ｐｂの分布結果と同様であっ
た。

【００８４】一方、健全かつ、目的の鋳塊寸法を得るた
めには、鋳塊の冷却速度のコントロールが重要である。
鋳塊側面からの冷却速度より鋳塊上部の冷却速度を大き
くする必要がある。本発明を達成する第２条件として、
鋳塊上部の冷却速度を大きくする保温剤としてアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）等の比熱が大きく、Ｃｕ溶湯と反応しない
セラミックス粒子が適当である。この時のセラミックス
粒径が大き過ぎたり，小さ過ぎたりすると溶湯はセラミ
ックス粒子間を通して流れ出てしまい鋳型の役目をなさ
ない。最適粒径は２０メッシュから３２５メッシュであ
る。また、保温のためのセラミックス粒子の必要量は、
目的の鋳塊直径寸法の２／３以上の厚さが必要である。

【００８５】表３は、各種組成の溶浸したままのものに
おいて溶浸温度を種々に変えた場合の鋳塊中のＣｒ量を
分析した結果と、多孔質焼結体及びアーク電極支持部材
のそれぞれの組成を変化させた場合の鋳塊中のそれぞれ
の組成元素を分析した結果を示したものである。なお、
溶湯用Ｃｕ供給及び押湯８は同じ組成である。

【００８６】Ｎo.１〜Ｎo.３は、多孔質焼結体の組成Ｃ
ｒ−５Ｃｕ材に純Ｃｕを溶浸する時の溶浸温度を変え、
１２０分保持した場合の鋳塊中のＣｒ量である。溶浸温
度１２５０℃の場合の鋳塊組成は１.６５％ Ｃｒを含有
するＣｕ合金になることがわかる。

【００８７】Ｎo.４，５，９，１０，１１，１３は、多
孔質焼結体の組成をＣｒ−５Ｃｕ一定とし、溶浸材の組
成をそれぞれＣｕ−Ａｇ，Ｃｕ−Ｚｒ，Ｃｕ−Ｓｉ，Ｃ
ｕ−Ｂｅ合金を用いた場合の鋳塊中の元素分析結果であ
る。各鋳塊ともＣｒを約0.6％程度を含む３元Ｃｕ合金
になることが分かる。

【００８８】Ｎo.６，７，８，１２は、溶浸材を純Ｃｕ
一定とし多孔質焼結体の組成をそれぞれＣｒ−５Ｃｕに
Ｖ，Ｎｂ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗを添加した場合の鋳塊中の元素
分析結果である。各鋳塊ともＶ，Ｎｂ，Ｗの含有量は
０.０２％ 以下であり、鋳塊組成は１.０％ 程度のＣｒ
を含むＣｕ合金であることが分かる。

【００８９】

【表３】

【００９０】Ｎo.１〜１３で得た鋳塊の電気抵抗及び強
度を、電気抵抗測定は４点式抵抗測定法で、強度測定は
アームスラ引張試験機を用いて実施した。

【００９１】従来方法でろう付け接合した界面の強度は
２２〜１２kg／mm² とばらつきが大きく、強度１２kg／
mm² の試験片にはろう付け不良部が確認された。また、
界面部を含む電気抵抗値は４.８２μΩ・cm と純銅材
（比較例２）に比べ約３〜４倍の高い抵抗値である。そ
れに対しＮo.１１の界面強度は２４〜２５kg／mm² と安
定した強度を示し、試験片の欠陥は観察されなかった。
また、本発明の実施例では界面を含む電気抵抗値は測定
できないものである。Ｎo.１の相手材にはＣｒが約０.
６２％ 含むＣｕ合金であるにもかかわらず、界面がな
いので、比抵抗は１.９５μΩ・cm と低い値である。こ
れは従来技術のろう付け接合部界面の抵抗値が非常に大
きいことが分かる。

【００９２】一方、純Ｃｕの強度は最大値２２〜２３kg
／mm² に対し０.２％ 耐力は４〜５kg／mm² と非常に軟
弱であり、アーク電極支持部材あるいはその他の部材に
使用した場合には衝撃的な荷重に耐えきれず経時的に変
形してしまうが、ＣｒあるいはＡｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，
Ｓｉ，Ｗ，Ｂｅをそれぞれ含有したＣｕ合金からなるＮ
o.２〜１３の電気抵抗値は、焼鈍純Ｃｕに比較すれば約
１.５〜２.０倍の抵抗値を示したが、従来技術のろう付
け接合界面抵抗値と比較すると約半分以下であり充分に
実機真空遮断器用電極材に使用可能である。またこれら
の強度は、いずれも最大強度２２〜２５kg／mm² と純Ｃ
ｕとあまり変っていないが０.２％ 耐力値において１０
〜１４kg／mm² と２倍に強度向上が図られている。

【００９３】溶浸温度が１１５０℃では０.５５〜０.７
５％，１２００℃では０.９〜１.０％，１２５０℃では
１.６〜１.７％とＣｒの固溶量が増加する。

【００９４】このように、本発明によるＣｒあるいはＡ
ｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ及び、Ｂｅをそれぞれ含
有するＣｕ合金製アーク電極支持部材，裏導体及び外部
導体接続部は、電極開閉時の衝撃的荷重の繰り返しによ
る変形が生じないため変形に伴う溶着障害を防止して信
頼性及び安全性の向上が図られる。

【００９５】Ｃｕ中への合金元素の含有量と０.２％耐
力との関係を検討すると、Ｃｒ０.６％の含有により９k
g／mm²の耐力が得られ、１.６％で１１.５kg／mm²と直
線的に増加する。そして、Ｃｒの他に他の合金元素を含
有することによってその量の増大によって強化される。
各元素の含有量としてＡｇ０.１％，Ｚｒ０.１％，Ｓｉ
０.１％，Ｂｅ０.０５％，Ｎｂ，Ｖ，Ｗは各々０.０１
％ 以上とすることにより１０kg／mm² 以上の耐力が得
られる。

【００９６】０.２％ 耐力と比抵抗との関係を検討する
と、Ｃｕ中への全固溶量の増大によって強度の向上とと
もに比抵抗も増すので、比抵抗の増加を少なくして強度
の向上を図るにはＣｒ単独よりも他の元素を加えること
によって得られることが分かる。特に、Ｓｉ以外は比抵
抗が小さくて高強度が得られる。特に、０.２％ 耐力を
１０kg／mm²以上、比抵抗１.９〜２.８μΩ・cmが好ま
しい。

【００９７】Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｚｒ，Ａｇ，Ｎｂ，Ｖ
及びＷ量と比抵抗との関係を検討すると、比抵抗は合金
元素をＣｒ＋３.４Ｓｉ＋３.５Ｂｅ＋１.２Ｚｒ＋０.６
Ａｇ＋１５（Ｎｂ＋Ｖ＋Ｗ）の比率で加えることによっ
てその含有量を０.５７ 倍して１.６１ 加えた値に添っ
て増加するが、電極支持部及びその他の比抵抗はできる
だけ小さくすることによって通電中の電極温度を低く抑
えることができること及び遮断時のアーク発生に伴うア
ーク熱を電極棒を通して冷却する必要があり、その熱伝
導を高くする必要があることから熱伝導率を高く維持す
ることができる。本実施例においては所望の比抵抗を図
によっておおよその値のものを求めることができる。Ｃ
ｒをアーク電極として用いる場合にはＣｒの溶浸量を考
慮し、各元素の含有量をＳｉ０.５％，Ｂｅ０.５％，Ｚ
ｒ１.５％，Ａｇ２.５％，Ｎｂ，Ｖ，Ｗは各々０.１％
を上限として含有させることが好ましい。比抵抗として
３.０μΩcm 以下とするのが好ましい。

【００９８】（実施例４）粒径１２５〜１４９μｍのＣ
ｕ粉末と、９８重量％以上が粒径５〜２２μｍであるＣ
ｒ粉末、粒径１２５〜１４９μｍのＰｂ粉末を用い、５
０重量％Ｃｕ−５０重量％Ｃｒ，４９.５ 重量％Ｃｕ−
５０重量％Ｃｒ−０.５ 重量％Ｐｂ，４８重量％Ｃｕ−
５０重量％Ｃｒ−２重量％Ｐｂ，４５重量％Ｃｕ−５０
重量％Ｃｒ−５重量％Ｐｂの４種類の組成の粉末を、そ
れぞれ混合後ボールミル中に装荷し１×１０^-4Torrに脱
気後Ａｒ置換し、Ａｒ雰囲気中で２００時間撹拌混合し
た。

【００９９】得られた混合粉末を実施例１と同様に１×
１０^-2Torrに脱気後、８０kg／cm²の圧力を加え３８０
０Ａで５分間通電し、焼結を行った。

【０１００】（実施例５）粒径１２５〜１４９μｍのＣ
ｕ粉末４０重量％と、９８重量％以上が粒径５〜２２μ
ｍであるＣｒ粉末６０重量％を混合後、ボールミル中に
装荷し１×１０^-4Torrに脱気後Ａｒ置換し、Ａｒ雰囲気
中で２００時間撹拌混合した。得られた混合粉末をを金
型につめ、油圧プレスを用いて、約３ton／cm²の加圧力
で成形し、６０mmφ，厚さ１０mmの成形体とした。この
時の成形体の気孔率は、かさ密度の測定から２３〜２８
％である。一方、粒径４４μｍ〜１５０μｍのＣｕ粉末
のみを約２.５ton／cm² の加圧力でプレス成形し、６０
mmφ，厚さ５０mmの成形体とした。この時の成形体の気
孔率は２２〜２７％である。このようにして成形した合
金粉末成形体とＣｕ粉成形体を密着させて軟鋼カプセル
に入れ、真空封止後熱間静水圧焼結（ＨＩＰ）処理を行
った。なお、軟鋼カプセル，真空封止施工及びＨＩＰ処
理等の条件は以下の通りである。肉圧３mmの軟鋼製カプ
セルを用いて、約５００〜６００℃に加熱し、真空排気
脱ガスを施しながら真空度５×１０^-5Torr以下になるま
で脱気後、真空封止した。昇温速度は約１０℃／min ，
焼結圧力２０００kg／cm² ，焼結温度１０００℃で２時
間保持し焼結を行った。ＨＩＰ処理後の電極材料の真密
度は、９９％であった。

【０１０１】（実施例６）表４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。本実施例における電極
は実施例１〜５に示す組成及び構造と同様である。

【０１０２】図９は表４に示すＮo.１の真空バルブ、図
１０はＮo.４の真空バルブの断面図である。

【０１０３】

【表４】

【０１０４】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。

【０１０５】さらに、上記アーク電極３１ａ，３１ｂは
前述の溶浸によって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，３
３ｂ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張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。

【０１０６】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。

【０１０７】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５に示す凹部５Ａと同じものである。

【０１０８】表４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。

【０１０９】図１１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１１に示すように遮断電圧電
流実効値(ｙ）は１１.２５ｘ−５２５と５.３５ｘ−２
４１.５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。

【０１１０】図１２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。

【０１１１】図１３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。

【０１１２】図１４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。

【０１１３】表５は各種電極材料として図４に示す溶浸
一体型構造のものを製造し性能試験（電極直径２０mmの
要素試験）を行ったものである。本性能試験における電
極構造は図４に対して電極中心部にボタンを形成して行
ったものである。耐電圧特性はＣｒ量が低いと低下する
が、遮断性能としての遮断電流実効値は高いものが得ら
れる。そして、Ｎｂを入れることによって、また更にＰ
ｂを含有させることによって両者とも高いものが得られ
ることが明らかである。従って、本発明の如く、更にス
パイラル溝を設けることによりより一層高い性能が得ら
れることは明らかである。スパイラル溝は等間隔で規則
正しく設けられる。

【０１１４】

【表５】

【０１１５】図１５は本発明に係る真空バルブ５９とそ
の操作機とを示す真空遮断器の構成図である。

【０１１６】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。

【０１１７】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。

【０１１８】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。

【０１１９】（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。

【０１２０】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。

【０１２１】（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。

【０１２２】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。

【０１２３】（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。

【０１２４】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。

【０１２５】以上の本実施例により、圧力１５０kg，遮
断速度０.９３ｍ／秒で、７.２ｋＶ，３１.５ｋＡの遮
断が可能となる。

【０１２６】図１６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。

【０１２７】（実施例７）図１７は実施例６と同じ真空
バルブを用いて直流回路を遮断する主回路構成を示す図
である。８０は直流電源、８１は直流負荷、８２は真空
バルブ、８３はショートリング、８４は電磁反発コイ
ル、８５は転流コンデンサ、８６は転流リアクトル、８
７はトリガギャップ、８８は静止型過電流引外し装置、
８９はＺｎＯ非直線抵抗体である。

【０１２８】本実施例においては、次の特徴が得られ
る。

【０１２９】(1）遮断時に気中アークを発生しないの
で、騒音を発生せず、防災効果が大きい。

【０１３０】(2）開極時間が短いため（約１ｍｓ）規格
値を上まわる突進率の事故電流の遮断が可能で、限流値
を小さく抑えることができる。

【０１３１】(3）真空バルブの使用により高周波のコン
デンサ放電電流の遮断が可能で、アーク時間が極めて短
く(約０.５ｍｓ）接点消耗が少なくできる。

【０１３２】(4）静止型過電流引外し装置の採用により
電流目盛を精度良く設定でき、経年変化がない。

【０１３３】(5）ラッチ式の電動ばね操作器の採用によ
り、操作電流が大幅に低減するとともに保持電流が不要
となる。

【０１３４】(6）占有面積が約１／４となり、変電所ス
ペースの縮小が可能となる。

【０１３５】

【発明の効果】本発明によれば、アーク電極と該アーク
電極を支持する支持部材と該支持部材に連なるコイル電
極とを有する固定側電極及び可動側電極を兼ね備えた真
空遮断器において、結晶粒径が５３μｍ以下になるよう
に機械的に粉砕混合したことを特徴とする微細金属混合
粉末を放電焼結，ホットプレス，ＨＩＰのいずれかを用
い焼結を行うことで、高導電性金属，耐孤性金属，耐電
圧性金属及び耐溶着性金属ともに結晶粒が微細になり、
初期性能の良い高性能電極部材が得られ、さらに、前記
アーク電極と上記アーク電極支持部材，コイル電極材、
好ましくは導電棒とは非接合からなる焼結又は摩擦圧力
接合処理による金相学的に一体の構造を有し、前記支持
部材及びコイル電極のろう付けが不要となるので、アー
ク電極支持部材及びコイル電極材の強度向上により電極
変形に伴う溶着障害を防止できることからより信頼性，
安全性の高い真空遮断器が得られる。

【０１３６】本発明によれば、アーク電極と該アーク電
極を支持する支持部材以降とを有する固定側電極及び可
動側電極を備えた真空遮断器において、前記アーク電極
と上記アーク電極支持部材以降の高導電性金属とは非接
合からなる溶融又は固相拡散接合によって一体の構造を
有する。また、好ましくは前記支持部材以降として溶融
によって一体にするものでは、０.０１〜２.５重量％の
Ｃｒ，Ａｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ及びＢｅ等を含
有したＣｕ合金から構成されるのが好ましく、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。更に、アーク電極内にＰｂ等の低融点金
属を多く含有でき溶着を防止できることからより小型
で、信頼性及び安全性の高い真空遮断器とそれに用いる
真空バルブ及び電気接点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の機械的による粉砕金属微細粉末（粒径
５３μｍ以下）の収率を示すグラフ。

【図２】本発明の真空遮断器用電極部材の製造方法を示
す断面図。

【図３】本発明の溶融後の電極の断面図。

【図４】本発明の切削加工後の電極の断面図。

【図５】電極部材作製後のアーク電極部の減肉量の比較
図。

【図６】真空バルブの断面図。

【図７】本発明のスパイラル溝を有する電極の平面図。

【図８】本発明のスパイラル溝を有する電極の断面図。

【図９】真空バルブの断面図。

【図１０】真空バルブの断面図。

【図１１】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１２】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１３】絶縁筒外径とアーク電極直径との関係を示す
線図。

【図１４】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１５】真空遮断器の全体構成図。

【図１６】真空遮断器２段積スイッチギアの構成図。

【図１７】直流真空遮断器を用いた回路図。

【符号の説明】

１，３１ａ，３１ｂ…アーク電極、２…アーク電極支持
部、３,３３ａ,３３ｂ…外部導体接続部、４，３９ａ，
３９ｂ…裏導体、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ…アー
ク走行面、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…スリット溝、１４
…連絡部、Ｌ…幅、２１，３０ａ…固定電極、２３，３
０ｂ…可動電極、２４，３４…電極棒、２８，３５…絶
縁筒体、３６…シール部材、２６，３７…ベローズ、２
７，３８ａ，３８ｂ…シールリング、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、８０
…直流電源、８１…直流負荷、８２…真空バルブ、８３
…ショートリング、８４…電磁反発コイル、８５…転流
コンデンサ、８６…転流リアクトル、８７…トリガギャ
ップ、８８…静止型過電流引外し装置、８９…ＺｎＯ非
直線抵抗体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (56)参考文献 特開 平９−237555（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−278703（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 33/68 H01H 1/04 H01H 11/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、上記真空バルブ内の上記固定側電
   極と可動側電極との各々に接続された外部導体端子と、
   上記可動側電極に接続された絶縁ロッドを介して上記可
   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、上記固定側電極及び可動側電極は粒径５〜６０μ
   ｍのものが７０重量％以上である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、上記ア
   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、上記電極支持部より細径である裏導体及び上記裏導
   体より大径である外部導体接続部を有し、上記アーク電
   極と電極支持部，裏導体及び外部導体接続部とは上記高
   導電性金属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。
2. 【請求項２】高真空に保たれた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において、上記両電
   極は粒径５〜６０μｍのものが７０重量％以上である耐
   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、上記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、上記電極支持部より細径であ
   る裏導体及び上記裏導体より大径である外部導体接続部
   を有し、上記アーク電極と電極支持部，裏導体及び外部
   導体接続部とは上記高導電性金属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。
3. 【請求項３】粒径５〜６０μｍのものが７０重量％以上
   である耐火性金属と高導電性金属との低融点金属とを有
   する合金からなるアーク電極と、上記アーク電極を支持
   する高導電性金属からなる電極支持部と、上記電極支持
   部より細径である裏導体及び上記裏導体より大径である
   外部導体接続部を有し、上記アーク電極と電極支持部，
   裏導体及び外部導体接続部とは上記高導電性金属によっ
   て一体に形成されていることを特徴とする電気接点。