JP3441224B2

JP3441224B2 - 真空バルブ及びその製造方法

Info

Publication number: JP3441224B2
Application number: JP06726595A
Authority: JP
Inventors: 三孝本間; 宏通染井; 英治金子; 憲治渡辺; 工美内山; 純一佐藤; 宜賢影長; 功奥冨; 経世関
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1995-03-27
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2018-08-25
Also published as: JPH08264082A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空バルブに係わり、
特に遮断性能を向上させる真空バルブの電極構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の真空遮断器に用いられる真空バル
ブの構成を図１３に示す。同図に示す様に、従来の真空
バルブ１０は、絶縁円筒１１の両端を固定側フランジ１
２および可動側フランジ１３により閉止して構成される
真空容器内に、接離可能な固定電極１４および可動電極
１５を配置して構成している。ここで、固定電極１４
は、固定通電軸１８の先端に固着されており、真空容器
外部とはこの固定通電軸１８により電気的に接続され
る。また、可動電極１５は可動通電軸１９の一端に固着
されており、真空容器の外部とはこの可動通電軸１９を
介して電気的に接続される。固定電極１４と可動電極１
５の対向面には、それぞれ接触子１６，１７が電気的に
接続されて配設されている。また、可動通電軸１９はベ
ローズ２０を介して可動側フランジ１３に固着されてお
り、真空容器内の真空を維持した状態で図示しない操作
機構部に他端部が接続されて、電極の接離を可能にして
いる。絶縁円筒１１の内面の電極周囲には、アークシー
ルド２２が取付けられている。

【０００３】ところで、真空バルブは、真空の優れた絶
縁耐力を利用しているため、他の絶縁媒体を使用した例
えばＳＦ6 ガス遮断器に比べ、電極間距離を小さくで
き、小形にすることができる。また、遮断容量に対して
も、電極構造の改良により大きくすることができる。こ
の様な真空バルブ１０の遮断性能を向上させるために
は、電極１４，１５間に発生するアークによる電極の局
部加熱を抑え、異常な荷電粒子の発生及び金属蒸気の発
生を抑える必要がある。このためには、電流遮断時に電
極間に発生するアークに対して磁界により力を加える電
極構造を採用することが一般的である。

【０００４】磁界を印加するの電極構造のひとつとし
て、電極１４，１５間に発生するアークに対して平行な
軸方向の磁界を印加する構造があり、一般的に縦磁界電
極と呼ばれている。この場合に電極１４，１５間に発生
したアークは、電極間全体に均一に広がり、局部的な過
大な熱入力を防止でき、遮断性能の優れた電極構造とす
ることができる。また、高電圧に対応して電極１４，１
５間距離が大きな場合でも、磁界強度を適正にすること
により、電極間に安定したアークを点弧することがで
き、遮断性能を向上させることができる。さらに、アー
ク形態が分散アークであるため、大電流遮断時において
も、接触子の消耗が少なく、開閉寿命を長くさせること
ができる。

【０００５】ここで、代表的な縦磁界電極構造について
説明する。平板状の電極１４，１５の前面には接触子１
６，１７を配置され、この電極の背面には図示しないコ
イル電極を配置している。この様な構成により、電流遮
断時にコイル電極のコイル部に流れる電流により、電極
間のアークに対して平行な磁界を発生させることがで
き、更に、コイル部の数を変化させることにより、軸方
向の磁界の強さを変化させることができる。

【０００６】縦磁界電極構造の他の例として、特公平３
−２２００７号公報に示される様に、カップ状の電極の
円筒部分にらせん状のスリットを形成し、軸方向磁界を
発生させる構造が知られている。この場合には、円筒部
の電流経路をらせん状にすることにより電流の円弧方向
成分が発生し、これにより電極間に軸方向磁界を発生さ
せるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、真空バルブを使
用した真空遮断器が広く使用される様になったのに伴
い、系統の大きな場合にも適用される場合がでてきた。
この様な用途に使用する場合には開極時のエネルギーが
大きくなり、接触子１６，１７が損傷される恐れがあ
る。そしてこの様な接触子への損傷はアークを低減させ
て広がりを阻害するため遮断能力を減少する要因となる
ため、遮断容量の増加および通電容量の増加が必要にな
り、電極構造および接触子材料の改良が進められてい
る。遮断性能を向上する接触子材料としては、例えばＣ
ｕＣｒ合金等の特殊な合金が開発されている。一方、接
触子間１６，１７に発生するアークと平行に磁界を発生
させる縦磁界電極構造の研究から、磁界強度とアーク電
圧の関係を調査した結果、ある磁界強度でアーク電圧が
最小値を示すことが明らかになっている。このアーク電
圧が最小値を示す磁界強度を印加することにより、接触
子間で消費されるエネルギーが最小となり、遮断性能が
最大となる。

【０００８】この時、径方向に対する軸方向の磁界分布
は中心部分が高くなる分布となる為、アークの広がりは
電極の周辺部より中心部分の力が若干分担する電流密度
が大きくなるものの、通常の定格遮断電流付近では電極
の溶融等は抑えられ、電流遮断が可能である。しかしな
がら、さらに遮断する電流が大きくなると、軸方向の磁
界の効果により拡散アークであったアーク状態に自己ピ
ンチ力が働き、アークが一層中心部分に集中してくる。
この様にアークが集中し出すことにより接触子１６，１
７が溶融し、電流遮断能力を減少する要因となってい
た。

【０００９】そこで本発明においては、アークを集中さ
せずに拡散状態を安定して制御し、遮断容量を増大させ
るための真空バルブの接触子および電極構造を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１乃至請求項２に
記載の発明は、真空容器内に導電棒を介して接離可能に
一対の円板状電極を設けて、これらのそれぞれに中空リ
ング状の接触子を配置し、接触子の中空部に対応する電
極の表面部分に、接触子と同一の材料から成る蒸着層を
設けたものである。たものである。請求項２は、接触子
の中空部に対応する電極の表面部分に、融点が前記電極
材料よりも高い材料を配置したものである。

【００１１】請求項３乃至請求項６に記載の発明は、中
空形状の電極に使用される補強部材に関するものであ
る。請求項３は、真空容器内に導電棒を介して接離可能
に一対の中空のリング状の電極を設けて、これに中空リ
ング状の接触子を配置し、補強部材の中空部径を約１．
２倍以上としたものであり、請求項４は真空容器内に導
電棒を介して接離可能に一対の中空の円筒状の電極を設
けて、これに中空リング状の接触子を配置し、補強部材
の中空部径を約１．２倍以上としたものである。請求項
５では、補強部材が底部を有する場合に、接触子の表面
から補強部材の底部までの深さが、接触子間の規定ギャ
ップ長の２倍以上とする。請求項６ではさらに、電極の
中空部と接触子の中空部との関係を、電極の中空部内径
を接触子の中空部内径よりも大きくしている。

【００１２】請求項７乃至請求項９に記載の発明は、接
触子の内径に関するものであり、請求項７では最低内径
として１０ｍｍを規定し、請求項８では電極の外径（Ｄ
１）と接触子の中空部内径（Ｄ２）との間の関係を０．１×Ｄ１≦Ｄ２≦０．７×Ｄ１に規定し、請求項９では接触子間に発生するアークに対
して平行な軸方向磁界を発生する電極を備えた場合につ
いて、接触子の中空部内径は電極間に発生する最大軸方
向磁界が半分になる径以下と規定している。

【００１３】

【００１４】請求項１０乃至請求項１２の発明は、接触
子の材質に関するものであり、ＣｕまたはＡｇを含有
し、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗまたはこ
れらの化合物を少なくとも１種含みその合計が２０〜７
０重量％である合金で形成され、さらに請求項１１で
は、化合物を炭化物または硼化物とする。請求項１２で
は接触子にさらにＢｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓｂの少なくとも
一種類を含有させる。

【００１５】請求項１３の発明は、真空バルブの製造方
法に関するものであり、真空バルブの製造過程において
１００Ａ以上の電流遮断を行い、接触子表面に真空アー
クを点弧させる工程を含むものである。

【００１６】

【作用】請求項１乃至請求項２に記載の発明によれば、
一対の電極をそれぞれ円板状に形成し、これらの対向面
に中空リング状の接触子を配置し、接触子の中空部に対
応する表面部分に、接触子と同一の材料から成る蒸着層
を設けることにより、電極を保護することができる。さ
らに、接触子の中空部に対応する表面部分に、電極材料
よりも融点の高い材料を配置することにより電極を保護
することができる。

【００１７】請求項３乃至請求項６の発明によれば、一
対の電極をそれぞれ中空のリング状または中空の円筒状
に形成し、これらの対向面に中空リング状の接触子を配
置した電極に用いられる中空の補強部材の採用により電
極の強度が高まる。さらに、電極の中空部内径を接触子
の中空部内径よりも大きくすることによりこの効果は増
大する。

【００１８】請求項７乃至請求項９に記載の発明によれ
ば、接触子の内径をそれぞれ規定した範囲とすることに
より、アークを拡散状態に安定して制御できる。

【００１９】請求項１０乃至請求項１２の発明は、この
様に構成される真空バルブの接触子材料に関するもの
で、大電流遮断時の溶融を抑制するものである。請求項
１３の発明によれば、真空バルブの製造過程で１００Ａ
以上の電流遮断を行なって、前記接触子表面に真空アー
クを点弧させることにより、接触子表面の材料により電
極の中心部に蒸着層を形成し、この蒸着層がアークの一
部を一時的に分担するので、遮断性能が向上する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の真空バルブに適用される電極
の実施例を図面を参照して説明する。尚、その他の部分
に関しては、図１３に示した従来例と同様である。図２
は本発明の第１実施例を示す斜視図で、図１はそのＡ−
Ａ断面図を示す。また、図３には本発明の縦磁界電極を
用いた場合の第２実施例の分解図であり、図４にはその
断面図を示している。図５は電極の裏面にコイル電極を
配置した縦磁界電極を採用した場合の磁界分布の一例を
示している。

【００２１】第１実施例を示す図１、図２において、通
電軸３０の先端には円板状の電極３１が電気的に接続さ
れて固着され、この前面にはさらに中空のリング状の接
触子３２が電気的に接続されて固着されている。

【００２２】また、第２実施例を示す図３、図４におい
て、通電軸３０の先端には、コイル電極３３を電気的に
接続して固着し、コイル電極３３の前面には電極３１ａ
を電気的に接続されて固着して、この前面にさらに接触
子３２が電気的に接続されて固着される。コイル電極３
３は、中心より放射状に伸びる腕部３３ａと、腕部の先
端より円弧状に伸びるコイル部３３ｂにより形成され、
コイル部３３ｂの先端部は電極３１ａ側に凸部が形成さ
れ、この凸部と電極３１ａの裏面とを接続する。接触子
３２は中空のリング状に形成されており、接触子３２の
表面より接触子の中空部分に現れる電極表面を低くして
いる。

【００２３】以上述べた本発明の第１及び第２実施例に
よる作用および効果を以下に述べる。真空バルブで電流
を開閉する場合は、真空バルブの外部に接続する操作機
構により、接触子３２を開閉することにより行なわれ
る。電流を遮断するために接触子３２を開極する瞬間に
は、接触子３２が中空のリング状に形成されているた
め、接触点は３点以上に分散されることが実験結果から
明らかになっている。この様に接触点を分散することに
より、各接触点での電流密度を低減させることができ、
例えば従来の平板状の接触子で中心の１点で接触してい
た場合に比べると、３点で均一に接触している場合で
は、接触部に流れる分担電流は各々１／３となる。さら
に、エネルギーは電流の２乗に比例するため各々の部分
では、１／９となり、３箇所の合計でも従来の場合に比
べ１／３となる。

【００２４】従って、第１及び第２実施例によれば、開
極時のエネルギーが小さくできることから、接触子３２
の損傷を低減でき、開閉寿命を長くすることができる。
また、開極瞬時のエネルギーによる接触子への損傷に起
因したアークの停滞によりアークの広がりが阻害される
ことがなくなり、遮断性能を向上させることができる。

【００２５】また、一般に電流を遮断するために接触子
３２を開極すると、接触子間に点弧するアークは電流値
が数ｋＡ程度までは拡散アークとなり、電極を局部的に
溶融することはないものの、アークに磁界等の作用のな
い平板の電極では、１０ｋＡ程度を越えると、アークは
ピンチ力により集中を開始することが知られている。

【００２６】これに対して本発明の第１、第２実施例に
よると、アークはまず接触子３２上に点弧して、電流が
増加するに従ってアークにはピンチ力が増加し、電極３
２の中心に集中しようとする。しかしながら、アークの
発生時に陰極側に形成される陰極点は異種の金属には移
動しにくいので、陰極点は接触子３２表面から電極３１
へ移動しにくい。従って、陰極点は接触子３２表面に多
く中心の電極３１表面には少なくなる。このことから、
本発明の第１、第２実施例によると、アークが中心に集
中するのを抑制することができ、電極３１および接触子
３２への過度なアークの集中による熱入力がなく、溶融
を起こさないため遮断性能を向上させることができる。

【００２７】一方で、アーク柱は陰極側、つまり陰極点
が拡散状態であっても陽極側がピンチ力により集中する
場合がある。この様な陽極側のアーク集中が発生した場
合には、陽極での熱の拡散条件により溶融の度合いが異
なるが、本発明の第１、第２実施例によれば、アークの
中心部分では電極３１が露出しているため熱伝導に優れ
ており、溶融が起こりにくく、遮断性能を向上させるこ
とができる。

【００２８】そして、第２実施例の場合にはアークに平
行な磁界をかけることにより、さらに接触子３２上の陰
極点を中心に集中させない効果が増加され、アークの集
中をより一層抑制し、遮断性能をさらに向上させること
ができる。

【００２９】次に、接触子３２に形成される中空部の大
きさについて以下に説明する。中心部のアークの集中
は、約φ１０ｍｍ部分が非常に激しくなる。従って、中
心部分でのアーク集中を抑制するためには、接触子３２
の中空部分の径をφ１０ｍｍ以上にするのが望ましい。

【００３０】また、電極の中心にアークが集中する場合
には、中心部分が２０Ａ／ｍｍ² 〜３０Ａ／ｍｍ² 以上
の電流密度に達すると急激に集中が促進される。この様
な電流集中は、電極３１全体でのアークに対して、中心
の１０％以下の範囲で発生する。また、リング状接触子
の場合アーク集中が中心付近の中空部の周囲の領域に発
生する。このため、中空部の径が電極径の１０％未満で
はアーク集中部のアークの径が小さいため、集中部の周
囲には大きなピンチ力が発生し、さらにアークの集中が
起こる。

【００３１】これより、中心部の径を大きくすることに
よりピンチ力が低減でき、アーク集中を抑制することが
できるので、接触子３２の中空部分の径（Ｄ２）は、電
極３１の外径（Ｄ１）の１０％以上にするのが望まし
い。これにより、効果的にアークの中心部分が、接触子
の中空部分すなわち、電極３１のＣｕ露出部分となる。

【００３２】また、接触子３２の中空部分を大きくする
と、接触子３２全体の面積が減少し、接触子３２の面積
を減少し過ぎると、電流密度が増加し局部的な溶融を引
き起こす。そして全面積が１／２以下となると、中心部
の溶融を抑制し全体を有効に使用した効果と、接触子３
２の表面積の減少分の遮断性能低下の要因が相殺されて
効果が得られなくなる。従って、接触子３２の中空部分
の径は電極３１の外径の７０％以下とする必要がある。
これらの理由により、接触子３２の中空部分の外径（Ｄ
２）と電極３１の外径（Ｄ１）とは、次の関係を満足す
ることにより、遮断性能を向上させることができる。

【００３３】０．１×Ｄ１≦Ｄ２≦０．７×Ｄ１また、電極３１裏面にコイル電極３３を配置した縦磁界
電極を採用した場合の磁界分布は図５に一例を示す様
に、中心部分が高く周辺部分が低い分布を示す。ここ
で、中心部分の磁界の最大値に比べて中空リング状接触
子３２の部分の磁界分布が低すぎると、接触子３２表面
から電極３１の中心部へのアークの移動を抑制する効果
より、中心部分の縦磁界によりアークを安定させる力が
強力になるので、アークは電極３１の中心に点弧してし
まい電流が増加すると集中が起こる。

【００３４】従って、接触子と電極との境界付近の磁界
強度は、少なくとも中心部の磁界強度に対して５０％の
磁界強度を有することが望ましい。このことから、接触
子３２の中空部の径は、磁界強度が中心部の最大磁界強
度より５０％以上となる範囲とすることが望ましい。

【００３５】また、接触子の材料に関しては、Ｃｕまた
はＡｇを主成分とし、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｆｅ，
Ｍｏ，Ｗ，Ｔａまたはその化合物を少なくとも１種以上
含み、その合計が２０〜７０重量％であり、電極３１，
３１ａにはＣｕまたはＡｇを主成分としその含有量が９
０重量％以上含む合金を使用する。この様な材料を使用
することにより、接触子３２の消耗を抑えることが可能
となり、接触子の厚さが少なくて済むので、コイル電極
３３の発生する磁界の効果を低減させることはない。ま
た、接触子３２の消耗が進んで電極部３１，３１ａに発
弧し、アークが広がらなくなるという虞もなくなる。

【００３６】さらに、炭化物または硼化物のような融点
の高い化合物を用いることにより、電流開閉による接触
子材料の消耗量を少なくすることができ、遮断による性
能の低下を防止することができる。

【００３７】また、接触子３２の中空部分の電流３１，
３１ａ表面に融点が電極の材料よりより高い材料を配置
することにより、遮断電流が増加した場合、接触子部分
での電流密度が最大となる中空部の周辺部分のアークに
よる加熱に対して、電極側の溶融を抑制でき、遮断性能
を増加させることができる。

【００３８】さらに、真空バルブの製造過程において１
００Ａ以上の電流遮断を行い、接触子３２の表面に真空
アークを点弧させる製造工程を実施する。これにより、
接触子表面からの吸着ガスの除去ならびに、表層組織を
急熱急冷組織に改質することができる。また、真空中で
アーク放電を点弧させることから、接触子３２の材料を
中心部分の電極３１，３１ａ表面に蒸着させることがで
きる。これにより、電極３１，３１ａ表面には数μｍ以
下の蒸着層が形成される。この蒸着層を形成することに
より、接触子３２から電極にアークの一部が移動しやす
くなる。多くのアークが電極３１，３１ａへ移動する
と、電極表面の蒸着層は除去されるため、接触子３２か
らのアークの移動は限られる。この様にアークの一部を
電極３１，３１ａ部分で負担するため、遮断性能を向上
させることができる。

【００３９】次に、本発明の他の実施例を図面を参照し
て説明する。図６、図７は電極を中空のリング状に形成
した第３実施例の断面図、図８は電極を中空の円筒状に
形成した第４実施例の断面図である。

【００４０】第３実施例を示す図６において、通電軸３
０の先端には中空のリング状に形成した電極３４が電気
的に接続されて固着され、この前面にはさらに中空のリ
ング状の接触子３２が電気的に接続されて固着されてい
る。ここで、接触子３２および電極３４の中心部は、と
もに内径Ｄ２となっている。図７は、図６に示した第３
実施例の変形例であり、電極３５の内径が接触子３２の
内径よりも大きく形成している。

【００４１】また、図８は円筒状電極を用いた第４実施
例の断面図であり、この実施例では接触子３２の背面の
電極３６は円筒状の部分３６ａと円板状の底部３６ｂよ
り構成されている。円筒状の端面３６ｃと接触子３２と
を電気的に接続し、電極の底部３６ｂと通電軸３０ｂと
を電気的に接続する。

【００４２】図９はアークに平行な磁界をかける電極を
用いた場合の第５実施例の各部品の斜視図を示す。接触
子３２は中空のリング状に形成されており、この背後に
は、電流遮断時に接触子３２間に発生するアークに対し
て平行な磁界を発生させるコイル電極３３を電気的に接
続して配設し、これをさらに通電軸３０の先端に電気的
に接続して配設する。コイル電極３３と接触子３２は図
示しないリング状の電極を介して電気的に接続してもよ
い。コイル電極３３は、中心より放射状に伸びる腕部３
３ａと、腕部の先端より円弧状に伸びるコイル部３３ｂ
により形成され、コイル部３３ｂの先端部は接触子側に
凸部が形成され、この凸部と接触子の裏面と接続する。

【００４３】またアークと平行な磁界を発生させる電極
としては、図１０に斜視図で示すカップ状の形状に斜め
にスリット入れた電極を使用しても良い。以上説明した
本発明の第３乃至第５実施例について、その作用および
効果を以下に説明する。

【００４４】接触子３２が中空のリング状あるいは円筒
状に形成された場合には、第１，第２実施例と同様に接
触点は３点以上に分散され、接触点を分散することによ
り、各接触点での電流密度を低減させることができる。
これにより、開極瞬時の接触子３２の局部でのエネルギ
ーを小さくできることから、接触子３２での開極時の損
傷を低減でき、遮断性能を増大させることができる。

【００４５】また、電流を遮断する場合に接触子間に点
弧するアークは、電流値が数ｋＡ程度までは拡散アーク
となり、電極を局部的に溶融することはない。しかしな
がら、電流が増加するに従ってアークにはピンチ力が増
加して、中心に集中しようとする。ここで第３乃至第５
実施例の接触子３２及び電極３３〜３６では中心部が中
空状態であるため、アークの中心部分への集中を抑制す
ることができる。これよりアークは接触子３２の中空部
分の周囲に点弧するため、中心付近でのアーク集中径
が、従来の平板状の場合に比べ大きくなる。従って、ア
ークの集中径が大きくなることにより、アーク集中の要
因であるピンチ力が低減でき、遮断性能を向上させるこ
とができる。

【００４６】さらに第４実施例においては図７に示す様
に、電極３５の中空部分の径を接触子３２の中空部分の
径より大きくすることにより、次の効果がある。すなわ
ち図６に示した様な、電極３４と接触子３２の中空部分
の径を同一にした場合には、アークが中心付近に点弧す
ると、これが接触子３２と電極３４の境界面に発生する
場合がある。これは接触子３２と電極３４の接合時に発
生する微妙なズレが、電気的にアークが点弧しやすい状
態になる場合があるためである。この様に接触子３２と
電極３４の境界面にアークが点弧し、その部分にアーク
集中が発生すると、接触子３２より融点の低い電極３４
を溶融させ、遮断性能の増加が小さくなる。これより、
電極の中空部分の径を接触子の中空部分の径より大きく
することにより、電極と接触子にズレが生じた場合に
も、前述した効果を満足することができるとともに、組
立性を向上させることができる。

【００４７】また、電極を円筒状部と低部円板状部によ
り構成することにより、前述した効果に加えてさらに次
の効果が生じる。すなわち、接触子３２端部でアークが
点弧した場合、電流経路が電極３５の円筒部分から接触
子３２上のアーク点弧部へ流れ、この電極経路は接触子
３２上では外周部から中心方向への電流経路となる。従
って、アークが接触子３２端部に点弧した場合にも、ア
ークに対して中心方向への駆動力が生じるので、アーク
がアークシールドへ点弧することがなく、遮断性能を増
加させることができる。

【００４８】さらにまた、アークに平行な磁界を印加す
る様にした第５実施例では、従来の縦磁界によるアーク
を拡散させる効果のに加えて、第１、第２実施例で説明
した様に接触子３２での陰極点の動きを中心部分に集中
させない効果が増加するので、アークの集中をより一層
抑制し、遮断性能を向上させることができる。

【００４９】また、接触子３２の中空部分の径に関して
は、第１及び第２実施例と同様の理由により中空部分の
径（Ｄ２）は１０ｍｍ以上が望ましく、また、接触子３
２の中空部分の径（Ｄ２）と電極３４〜３６の外径（Ｄ
１）との関係についても、同様の理由で次の関係が成り
立つ。

【００５０】０．１×Ｄ１≦Ｄ２≦０．７×Ｄ１さらに、縦磁界電極３３を利用した場合の磁界強度と接
触子３２の中空部分の径（Ｄ２）との関係についても、
磁界分布は図５と同様に山状になっており、その中心部
付近の縦磁界が最適な磁界強度となっているので、中心
付近の磁界強度を最適磁界とした場合には、アークは中
心付近に移動しようとする。これよりリング状接触子３
２の部分に比べ、中心部分の磁界強度が大きすぎると、
アークは中心の中空部分の側面に集中する。従って、接
触子の中空部分の内径部分の磁界強度は、中心部の磁界
強度に対して５０％の磁界強度を有することが望まし
い。これより、接触子の中空部の径は、磁界強度が中心
部の最大磁界強度より５０％以上となる大きさに設定す
る。

【００５１】さらにまた、接触子３２の材料に関しても
第１及び第２実施例と同様に、ＣｕまたはＡｇを含有
し、Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗまたはそ
の化合物を少なくとも１種含みその合計が２０〜７０重
量％の合金を使用する。接触子３２にＣｕ材を使用した
場合では、リング状接触子の電流密度の大きな中空部周
囲で、アークの熱により溶融が起こる。このため、大電
流遮断により中空部の周囲形状が変化し、遮断回数が制
限される場合がある。これに対して、例えばＣｕＣｒ
（Ｃｒ５０重量％）を使用することにより、アークの熱
による形状変化を抑制でき、大電流の遮断回数を増加さ
せることができる。また、化合物としては、炭化物また
は硼化物にすることにより、接触子の融点を増加でき、
大電流遮断による溶融を抑制することができる。

【００５２】さらに、接触子３２に１０重量％以下のＢ
ｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓｂの少なくとも１種を含有すること
により、溶着力を低減させることができる。これより溶
着力を低減でき、信頼性を高くすることができる。

【００５３】次に接触子の背面に補強部材を配置した第
６実施例を図１１および図１２に示して説明する。図１
１において、通電軸３０の先端にはアークと平行な磁界
をかけるための電極３３と中空円筒状の補強部材３８が
電気的に接続されて配設されており、この補強部材３８
を介して中空のリング状に形成した電極３４が電気的に
接続されて固着され、この前面にはさらに中空のリング
状の接触子３２が電気的に接続されて固着されている。
図１２は補強部材をカップ状の補強部材３９にして配置
したものである。

【００５４】この様に構成された第６実施例のによれ
ば、それぞれ中空の補強部材３８、カップ状の補強部材
３９を配置することにより電極の変形を防止することが
可能となる。

【００５５】また補強部材３８，３９の内径をＤ３と
し、接触子３２の中空部分の径をＤ２とした場合、Ｄ３
≧１．２×Ｄ２とする。さらに円筒状の補強部材３８の
場合には接触子３２表面から通電軸３０先端までの深
さ、カップ状補強部材３９の場合には接触子３２表面か
ら底部までの深さをＬ１とし、接触子間の規定ギャップ
長をＬ２とした場合、Ｌ１≧０．５×Ｌ２とする。

【００５６】これは、補強部材３８，３９は接触子３２
に比べ、耐アーク性能の劣る材料で構成されており、ア
ークが点弧すると溶融し、ガスを放出するため、遮断性
能を低下させるので、補強部分へのアークの点弧を抑制
するためには、接触子上に点弧するアークに対して、補
強の配置を遠くする必要があるからである。つまり、接
触子に点弧するアークより、補強に点弧するのに必要な
アーク長を長くし、アーク抵抗を大きくすることによ
り、補強部材へのアークの点弧を抑制できる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、真空
バルブの接触子間に発生するアークを電極の中心部分に
集中させることなく、アークを拡散状態に安定して制御
できるため、遮断性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の断面図、

【図２】本発明の第１実施例の斜視図、

【図３】本発明の第２実施例の分解図、

【図４】本発明の第２実施例の断面図、

【図５】本発明の第２実施例の磁界強度を表わす図、

【図６】本発明の第３実施例の断面図、

【図７】本発明の第３実施例の変形例の断面図、

【図８】本発明の第４実施例の断面図、

【図９】本発明の第５実施例の分解図、

【図１０】本発明の第５実施例に用いられる電極の別の
例の斜視図、

【図１１】本発明の第６実施例に用いられる電極の斜視
図、

【図１２】本発明の第６実施例に用いられる補強部材の
別の例の斜視図、

【図１３】一般的な真空バルブの構成を示す断面図。

【符号の説明】

３０…通電軸、３１，３４，３５，３６…電極、３２…
接触子、３３，３７…縦磁界電極、３８，３９…補助部
材。

フロントページの続き (72)発明者渡辺憲治東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者内山工美東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者佐藤純一東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者影長宜賢東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者奥冨功東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者関経世東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (56)参考文献特開平１−315914（ＪＰ，Ａ) 特開平１−311524（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−64722（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−148222（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−235319（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−226521（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 33/66 H01H 11/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内に導電棒を介して接離可能に一
対の電極を設け、これらのそれぞれの電極に接触子を備
えてなる真空バルブの、前記一対の電極をそれぞれ円板
状に形成し、これらの対向面に中空リング状の接触子を
配置した真空バルブにおいて、前記電極の内、少なくと
も前記接触子の中空部に対応する表面部分に、前記接触
子と同一の材料からなる蒸着層を設けたことを特徴とす
る真空バルブ。
【請求項２】前記電極の内、少なくとも前記接触子の中
空部に対応する表面部分に、融点が前記電極材料よりも
高い材料を配置したことを特徴とする請求項１に記載の
真空バルブ。
【請求項３】真空容器内に導電棒を介して接離可能一対
の電極を設け、これらのそれぞれの電極に接触子を備え
てなる真空バルブの、前記一対の電極をそれぞれ中空リ
ング状に形成し、これらの対向面に中空リング状の接触
子を配置した真空バルブにおいて、前記電極の接触子配
設面と反対側に中空の補強部材を配置し、この補強部材
の中空部径が前記接触子並びに電極内径の１．２倍以上
としたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項４】真空容器内に導電棒を介して接離可能一対
の電極を設け、これらのそれぞれの電極に接触子を備え
てなる真空バルブの、前記一対の電極をそれぞれ中空の
円筒状に形成し、これらの対向面に中空リング状の接触
子を配置した真空バルブにおいて、前記電極の接触子配
設面と反対側に中空の補強部材を配置し、この補強部材
の中空部径が前記接触子並びに電極内径の１．２倍以上
としたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項５】前記補強部材が底部を有し、前記接触子の
表面から前記補強部材の底部までの深さが、前記接触子
間の規定ギャップ長の２倍以上であることを特徴とする
請求項３または請求項４に記載の真空バルブ。
【請求項６】前記電極の中空部内径を、前記接触子の中
空部内径よりも大きくしたことを特徴とする請求項３ま
たは請求項４記載の真空バルブ。
【請求項７】前記電極部が前記接触子間に発生する前記
接触子のアークに対して平行な縦磁界を発生する電極を
備え、前記接触子の中空部内径を１０ｍｍ以上としたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の真空バルブ。
【請求項８】前記電極部が前記接触子間に発生する前記
接触子のアークに対して平行な縦磁界を発生する電極を
備え、前記電極の外径（Ｄ１）と前記接触子の中空部内
径（Ｄ２）との関係を、０．１×Ｄ１≦Ｄ２≦０．７×Ｄ１とすることを特徴とする請求項１乃至請求項７いずれか
に記載の真空バルブ。
【請求項９】前記電極部が、前記接触子間に発生するア
ークに対して平行な軸方向磁界を発生する電極を備え、
前記接触子の中空部内径を、前記電極間に発生する最大
軸方向磁界が約半分になる径以下とすることを特徴とす
る請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の真空バル
ブ。
【請求項１０】前記接触子はＣｕまたはＡｇを含有し、
Ｃｏ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｆｅ，Ｍｏ，Ｗまたはこれら
の化合物を少なくとも１種含み、その合計が２０〜７０
重量％である合金で形成されたことを特徴とする請求項
１乃至請求項９のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項１１】前記化合物が炭化物または硼化物である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに
記載の真空バルブ。
【請求項１２】前記接触子にＢｉ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓｂの
少なくとも１種類を含有することを特徴とする請求項１
乃至請求項１１のいずれかに記載の真空バルブ。
【請求項１３】真空容器内に導電棒を介して接離可能に
一対の円板状の電極を設け、これらのそれぞれの電極に
中空リング状の接触子を配設して真空バルブを形成した
後に、１００Ａ以上の電流遮断を行なって前記接触子表
面に真空アークを点弧させて、前記接触子の中空部に対
応する表面部分に前記接触子と同一の材料から成る蒸着
層を設けることを特徴とする真空バルブの製造方法。