JP3431319B2

JP3431319B2 - 真空バルブ用電極

Info

Publication number: JP3431319B2
Application number: JP32205894A
Authority: JP
Inventors: 敦史山本; 功奥冨; 経世関; 貴史草野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 2003-07-28
Anticipated expiration: 2018-07-28
Also published as: JPH08180774A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大電流遮断特性の優れ
た真空バルブ用電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中でのアーク拡散性を利用し、高真
空中で電流遮断を行わせる真空バルブの大電流遮断性能
は、一般に接点材料と電極構造によって決まる。接点材
料は、その用途に応じて多種多様のものがあるが、大電
流遮断特性に優れた接点材料としては、Ｃｕ−Ｃｒ接点
が最も広く用いられている。一方、低サージ性とある程
度の大電流遮断性能を兼備した真空バルブでは、Ａｇ−
ＷＣ系の接点材料が一般的である。

【０００３】また、電極構造としては、例えば特公昭54
-22813で開示されているように、バルブの軸方向に磁界
を発生し、アークを安定化することにより電極全体にア
ークを広げる縦磁界方式電極がよく知られている。

【０００４】ところで、アークは遮断電流が大きいとア
ーク自身より生じた磁場と外部回路の作る磁場との相互
作用により著しく不安定な状態となり、一部分へ集中し
ていく傾向にある。この場合、接点材料の局部的な溶融
と過度な蒸発を引起こし、よりアークを集中させ易い状
況を生み出す。この多量の金属蒸気等を蒸発させること
により容器内の真空度を低下させ、遮断特性を低下させ
る。このため、従来ではＣｕ−Ｃｒ接点材料を採用し、
さらに縦磁界方式の電極構造を併用することにより、上
記現象の回避を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｃｕ−
Ｃｒ接点材料と縦磁界方式の電極構造を併用した場合で
も、ある電流値以上になるとアークの集中を免れること
はできない。また、低サージ性とある程度の遮断性能を
有する真空バルブの場合、接点開極時において、アーク
が接点表面に与える局部的な熱入力が過大なため、この
部分の熱電子放出及び溶融物の放出が激しく、遮断電流
値がある程度大きくなると遮断不能となる。本発明の目
的は、アークの集中を回避し、大電流遮断特性を向上さ
せた真空バルブ用電極を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らが研究開発を
進めた結果、電極表面を高融点金属の炭化物とし、この
電極のアーク電圧以上であるアーク電圧を有する接点を
電極上に配置することにより、上記目的を達成すること
に有効であることが判明し、本発明を完成するに至っ
た。

【０００７】すなわち、本発明は、真空容器内に接離可
能に配置され、極間側の表面がＷ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｚｒ，
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃｒ及びＶの炭化物の内の少なくと
も１種で形成される一対の電極と、この電極の対向側に
固着された接点とを有し、高真空中における接点間のア
ーク電圧が電極間のアーク電圧よりも大きくしたことを
要旨とする。

【０００８】

【作用】このような構成において、一対の電極の極間側
の表面はＷ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ及びＶの炭化物の内の少なくとも１種で形成されるの
で、この部分に金属蒸気が蒸着するとアーク電圧が著し
く低下する。このため、このアーク電圧より大きい接点
上で点弧したアークは電極上に移るので、アークの拡散
が促進されて大電流遮断特性が向上する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例を示す真空バルブ用電
極が適用された真空バルブの断面図、図２は図１の電極
部分の拡大断面図である。

【００１０】これにの図において、遮断室１は、絶縁材
料によりほぼ円筒状に形成された絶縁容器２と、この両
端に封止金具３ａ，３ｂを介して設けた金属製の蓋体４
ａ，４ｂとで真空気密に構成されている。

【００１１】遮断室１内には、導電棒５，６の対向する
端部に取付けられた一対の電極７，８が配設され、上部
の電極７を固定電極、下部の電極８を可動電極としてい
る。また、電極８の導電棒６にはベローズ９が取付けら
れ、遮断室１内を真空気密に保持しながら電極８の軸方
向の移動を可能にしている。ベローズ９上部には金属製
のアークシールド10が設けられ、ベローズ９がアーク蒸
気で覆われることを防止している。また、電極７，８を
覆うように、遮断室１内に金属製のアークシールド11が
設けられ、これにより絶縁容器２がアーク蒸気で覆われ
ることを防止している。

【００１２】一方、電極８は、図２に拡大して示す如
く、導電棒６にろう付部12によって固定されるか、又は
かしめによって圧着接続されている。接点13ａは電極８
にろう付け14によってろう付けで取付けられる。

【００１３】また、無酸素銅の電極８の表面のうち、他
方の電極７との極間側の表面は、高融点炭化物15で形成
する。これは、電極８の少なくとも極間側表面を高融点
炭化物15で構成するようにしてもよいし、電極８の極間
側表面を高融点炭化物15でコーティングするようにして
もよい。コーティングする場合、例えば高純度Ａｒ雰囲
気中において溶射法にてコーティングする。

【００１４】なお、電極７側についても同様である。次
に、本発明実施例データを得た評価方法及び評価条件に
つき述べる。実施例−１〜17および比較例−１，２は、
遮断特性を重視した電極であるので、遮断特性とこれに
加えて溶着特性を評価した。また、実施例−18〜25及び
比較例−３，４については遮断特性と裁断特性の兼備を
目的としているので、遮断特性、裁断特性について評価
した。

【００１５】（１）大電流遮断特性遮断試験をＪＥＣ規格の５号試験により行い、これによ
り遮断特性を評価した。

【００１６】（２）電流裁断特性各接点を取付けて10^-5Pa以下に排気した組立て式バルブ
を製作し、この装置を0.8ｍ／秒の開極速度で開極させ
遅れ小電流を遮断した時の裁断電流を測定した。遮断電
流は、20Ａ（実効値）、50Hzとした。開極位相はランダ
ムに行い、 500回遮断されたときの裁断電流を接点数３
個につき測定し、その最大値を第１表に示した。尚数値
は、実施例18の裁断電流値の最大値を 1.0とした場合の
相対値で示した。

【００１７】（３）溶着特性溶着は接点間で発生するので、接点材料の試験片により
調べた。外径が２５mmφの一対の円盤状試料に外径25mm
φ、先端が 100Ｒの球面をなす加圧ロッドを対向させ、
100kgの荷重を加え10^-5mmHgの真空中において50Hz、 2
00kAの電流を20ms通電し、その時の試料−ロッド間の引
き外しに必要な力を測定し溶着特性を判断した。なお、
評価は、比較例１の溶着引き外し力を１としたときの相
対値で比較した。

【００１８】以上の評価方法に基づく測定結果を表１に
示し、これらの表を参照しながら各実施例、比較例につ
いて考察する。なお、接点材料は、いずれも耐弧成分の
スケルトンの仮焼結後、導電成分を溶浸することによる
製造した。また、導電成分の溶浸時には、必要に応じて
補助成分−１を添加した。さらに、スケルトンの焼結時
には、いくつかの実施例では補助成分−２を焼結助材と
して添加した。

【００１９】

【表１】

【００２０】（実施例−１〜12及び比較例−１）接点材
料は、いずれもＣｕ−50wt％Ｃｒとし、コーティングを
施していない無酸素銅電極について示す比較例−１と、
これを高融点炭化物でコーティングした実施例１〜12を
比較した。比較例−１では遮断特性が不合格であるのに
対し、炭化物でコーティングした電極を用いた実施例１
〜12では、いずれも遮断特性が合格となっている。これ
は、コーティングした結果、電極にアークが移動してア
ークの拡散性が高められ、電極面積あたりのエネルギー
密度が低下したことによるものである。

【００２１】( 実施例−13〜15）接点材料は、導電成分
がいずれもＣｕで、これに耐弧成分として 50vol％のＮ
ｂ，Ｔｉ，Ｗを複合化したものを用いた。電極はいずれ
もＷＣで無酸素銅をコーティングしたものを用いた。い
ずれの場合にも良好な遮断特性及び溶着特性を示してい
る。

【００２２】（実施例−16，17及び比較例−２）接点材
料は、導電成分がいずれもＣｕで、これに耐弧成分とし
て43〜 49.9vol％のＣｒおよび補助成分として 0.1〜６
wt％のＢｉを添加した。電極はいずれもＷＣで無酸素銅
をコーティングしたものを用いた。Ｂｉ量の増加に伴い
溶着特性が向上していくが、Ｂｉ量が５wt％を越えると
遮断特性が不合格となっている。

【００２３】（実施例−18〜20）接点材料は、導電成分
がＡｇ，72wt％Ａｇ−ＣｕおよびＣｕで、耐弧成分が 6
0vol％のＷＣである。電極はいずれもＷＣで無酸素銅を
コーティングしたものを用いた。いずれも良好な遮断特
性、裁断特性を示している。この他、ＨｆＣ，ＴａＣ，
ＴｉＣ，ＶＣ，ＺｒＣ，Ｍｏ₂ Ｃ，Ｃｒ₃ Ｃ₂ を耐弧材
として用いた場合も同様に良好な特性が得られた。

【００２４】（実施例−21，22及び比較例−３接点材料は、導電成分がＡｇ、耐弧成分が48〜 59vol％
のＷＣ、補助成分が耐弧成分に対して１〜12wt％のＣｏ
である。電極はいずれもＷＣで無酸素銅がコーティング
したものを用いた。実施例−21，22はいずれも良好な特
性を示しているが、Ｃｏが耐弧成分の12wt％である比較
例−３では裁断特性が実施例−21，22と比べて高い。

【００２５】（実施例−23，24及び比較例−４）接点材
料は、導電成分がＣｕ、耐弧成分が49〜 56vol％のＷ
Ｃ、補助成分が２〜６wt％のＴｅである。電極はいずれ
もＷＣで無酸素銅をコーティングしたものを用いた。Ｔ
ｅ量の増加と共に裁断特性は向上していくが、５wt％を
越えると遮断特性が不合格となっている。

【００２６】（実施例−25）接点材料は、導電成分がＣ
ｕ、耐弧成分が 58vol％のＷＣ、補助成分が３wt％のＢ
ｉである。電極はいずれもＷＣで無酸素銅をコーティン
グしたものを用いた。補助成分がＢｉの場合も実施例−
23，24と同様良好な遮断特性、裁断特性を示している。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、真空容器
内に接離可能に配置され、極間側の表面がＷ，Ｈｆ，Ｔ
ａ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃｒ及びＶの炭化物の内
の少なくとも１種で形成される一対の電極と、この電極
の対向側に固着された接点とを有し、高真空中における
接点間のアーク電圧が電極間のアーク電圧よりも大きく
したので、大電流遮断特性に優れた真空バルブ用電極を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す真空バルブ用電極が適
用される真空バルブの断面図。

【図２】［図１］の電極部分の拡大断面図。

【符号の説明】

７，８…電極、13ａ，13ｂ…接点、15…高融点炭化物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者草野貴史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (56)参考文献特開昭60−197840（ＪＰ，Ａ) 実開昭57−119436（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 33/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に接離可能に配置され、極間側
の表面がＷ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ及びＶの炭化物の内の少なくとも１種で形成される一
対の電極と、この電極の対向側に固着された接点とを有
し、前記接点が、Ｃｕから成る高導電成分と、Ｃｒ，Ｎ
ｂ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａの内の少なくと
も１種から成る耐弧成分とを備え、高真空中における接
点間のアーク電圧が電極間のアーク電圧よりも大きくし
たことを特徴とする真空バルブ用電極。
【請求項２】総量が 0.1〜２wt％のＢｉ，Ｔｅ及びＳｅ
の内の少なくとも１種を前記接点に含有させたことを特
徴とする請求項１記載の真空バルブ用電極。
【請求項３】真空容器内に接離可能に配置され、極間側
の表面がＷ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｃ
ｒ及びＶの炭化物の内の少なくとも１種で形成される一
対の電極と、この電極の対向側に固着された接点とを有
し、前記接点が、Ａｇ及びＣｕの内の少なくとも１種か
ら成る導電成分と、Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｃｒ
及びＶの炭化物の内の少なくとも１種から成る耐弧成分
とを備え、高真空中における接点間のアーク電圧が電極
間のアーク電圧よりも大きくしたことを特徴とする真空
バルブ用電極。
【請求項４】総量が0.1 〜10wt％のＦｅ，Ｃｏ及びＮｉ
の内の少なくとも１種を前記接点に含有させたことを特
徴とする請求項３記載の真空バルブ用電極。
【請求項５】総量が２〜５wt％のＢｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓ
ｂ及びＩｎの内の少なくとも１種を前記接点に含有させ
たことを特徴とする請求項３または請求項４のいずれか
に記載の真空バルブ用電極。