JP6053162B2 - パッファシリンダの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明はパッファシリンダの製造方法に係り、特に、アルミニウムで形成されるものに好適なパッファシリンダの製造方法に関する。
電力用のパッファ型ガス遮断器は、消弧性気体を充填した容器内に、固定接触子と、これに接離する可動接触子と、該可動接触子に連結されたパッファシリンダと、該パッファシリンダの内壁面と相対的に移動するピストンと、前記消弧性気体を吸引するための吸引孔及び前記接触子方向に噴出するための噴出孔を有するパッファ室と、前記ピストンの外周部に前記パッファシリンダの内壁面と摺動するウェアリングとを備え、前記噴出孔より噴出する前記消弧性気体を前記固定及び可動接触子の開離によって発生するアークに吹き付けて消滅させるように構成されている。
このように構成されるパッファ型ガス遮断器は、パッファシリンダに軽量化のためアルミニウム合金が用いられることが多い。しかし、アルミニウムは摩耗しやすい材料であり、摺動部の摩耗を防ぐために各種表面処理が施されることがある。
一般に、アルミニウム合金の耐摩耗性を高めるには、アルマイト処理、めっき処理或いは各種コーティングを行うことが知られている。
アルミニウム合金の耐摩耗性を高める技術として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１には、パッファシリンダと操作ロッド及び押え板をアルミニウム又はアルミニウム合金で形成し、これらの部品が相接する部分にアルマイト処理による酸化アルミニウムの被膜を形成することが記載されている。
また、特許文献２には、ガス容器の貫通部でシールロッドを摺動可能に支持し、ガス容器内の消弧ガスが操作機構側に流出するのを防止するための合成ゴム又はフッ素樹脂から成るシール部材のシールロッドと摺動する摺動面に、耐摩耗で、かつ、低摩擦の材料である非晶質炭素又はダイヤモンドライクカーボンのコーティング層を形成することが記載されている。
更に、特許文献３には、固定アーク接触子と可動アーク接触子を開離動作する際に摺動するシリンダの外周面に、摩擦を低減するために潤滑性のシリコーングリスを塗布することが記載されている。
特開昭６３−１８４２２３号公報 特開２００８−２７７０１４号公報 特開２００７−２５８１３７号公報
しかしながら、上述した特許文献１に記載された技術では、パッファシリンダと操作ロッド及び押え板が相接する部分にアルマイト処理が行われているが、アルマイト処理により形成されるアルマイト被膜は、耐食性や耐摩耗性に優れているものの、アルマイト処理に陽極酸化を必要とするため、設備に掛る電力が嵩み、また、硫酸を使用する場合は排水処理の設備が必要であり、コスト的な問題がある。
また、特許文献２に記載された技術では、非晶質炭素又はダイヤモンドライクカーボン等の低摩擦材料のコーティングにより、摺動部材の耐摩耗性を高めているが、これらは高周波プラズマＣＶＤ法によるコーティングであるため、パッファシリンダに適用しようとした場合、パッファシリンダを処理できるだけの大きさを有する真空装置が必要となる。
更に、特許文献３に記載された技術では、摺動部であるシリンダの外周面に潤滑性のシリコーングリスを使用しているため、長期間の使用になるとシリコーングリスの劣化を考慮しなければならないため、周期的なメンテナンスが必要である。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、低コストで、かつ、耐摩耗性に優れアルミニウムの摩耗粉を抑制できるパッファシリンダの製造方法を提供することにある。
本発明のパッファシリンダの製造方法は、上記目的を達成するために、固定側アーク接触子と接離する可動側アーク接触子に連結されると共に、内部にはピストンが嵌合され、前記ピストンの外周部にウェアリングが設けられ、前記ピストンが消弧性気体を吸引又は噴出するために前記ウェアリングを介して内壁面を摺動しながら移動するアルミニウム製のパッファシリンダを製造するに当たって、前記パッファシリンダの前記ピストンが前記ウェアリングを介して摺動する部分より広い範囲の内壁面、或いは前記パッファシリンダの全体に化成処理によって形成されるアルミニウムの水和酸化物被膜の表面に、針状又は花弁状の凸部及びピット状の凹部が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、低コストで、かつ、耐摩耗性に優れアルミニウムの摩耗粉を抑制できる効果がある。
本発明のパッフア型ガス遮断器の実施例１における電流投入状態を示す図である。 本発明のパッフア型ガス遮断器の実施例１における電流遮断状態を示す図である。 本発明のパッファ型ガス遮断器の実施例２における水和アルミニウム処理を行う範囲を示す図１に相当する図である。 本発明のパッフア型ガス遮断器の実施例１におけるパッフアシリンダの内壁面の断面形状の例を示す図である。 本発明のパッファ型ガス遮断器の実施例１におけるパッファシリンダの内壁面の断面形状を示す図である。
以下、図示した実施例に基づいて本発明のパッファシリンダの製造方法を説明する。
図１は、本発明のパッファ型ガス遮断器の実施例１であり、電流投入状態を示すものである。
該図に示す如く、本実施例のパッファ型ガス遮断器は、固定側アーク接触子１と、この固定側アーク接触子１の外部に配置された固定側主接触子２とにより固定側通電部を構成し、この固定側通電部と接する可動側通電部は、可動側アーク接触子５と、その可動側アーク接触子５の外側に配置された可動側主接触子４で構成され、パッファシリンダ６に固定されている。
パッファシリンダ６の中央部にはシリンダシャフト７が設置され、このシリンダシャフト７は、リンク１８を介して絶縁操作ロッド１４に接続され、この絶縁操作ロッド１４を操作器（図示せず）により駆動することで、固定側通電部と可動側通電部との閉極又は開極の動作を行う。また、パッファシリンダ６の外周部には外部集電子８が配置され、この外部集電子８は、絶縁筒（図示せず）により支持される可動側主回路導体（図示せず）に接続される。
一方、パッファシリンダ６の内部にはピストン１０が嵌合されており、パッファシリンダ６の内面とシリンダシャフト７の外面及びピストン１０で囲まれて、消弧性気体を圧縮するためのパッファ室１３が形成されている。パッファシリンダ６はアルミニウム製であり、ピストン１０はアルミニウムまたは鉄等の金属性である。本実施例では、ピントン１０はアルミニウム製とした。ピストン１０の外周部には、径の異なるウェアリング１１及び１２がそれぞれ設けられており、ピストン１０の移動に伴い、ウェアリング１１及び１２を介して、ピストン１０とパッファシリンダ６の内面及びピストン１０とシリンダシャフト７の内面が摺動する。
図２は、図１の電流投入状態から電流遮断動作を行った時の状態を示している。この電流遮断動作の際には、パッファシリンダ６が図２の右方向に移動し、それに伴い、固定側アーク接触子１と可動側アーク接触子５が離れると共に、ピストン１０が移動してパッファ室１３の容積が小さくなるように圧縮されることで、絶縁ノズル３から消弧性気体が、固定側アーク接触子１と可動側アーク接触子５間に発生するアークに吹付けられるため、アークが消滅するものである。
このように構成される本実施例のパッファ型ガス遮断器では、パッファシリンダ６のウェアリング１１及び１２と摺動する部分よりも広い範囲（符号１５で示す）に、水和アルミニウムを形成する処理を行った。
この水和アルミニウムを形成する処理方法として、機械加工後、脱脂洗浄を行ったパッファシリンダ６を、９５℃以上に加熱した純水に所定の時間浸漬した。この処理時間を適正化することにより、図４に示すように、アルミニウム製のパッファシリンダ６の内壁面である表面には、１μｍ以下の微細な針状あるいは花弁状の凸部２０が形成され、１μｍ以上、望ましくは約５μｍのピット状の凹部２１が形成された。
このとき、ひずみ度Ｓｋは−１.２、油溜りＲｖｋは３.６μｍであった。この表面をＸ線回折装置により分析すると、ベーマイト（Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）やバイヤライトが形成されていた。つまり、ひずみ度Ｓｋが正であると表面が粗く、相手材を摩耗させやすくなる。油溜り深さＲｖｋが１μｍ未満であると相手材の移着が少なくなる。パッファシリンダ６の表面にピット状に凹部２１を形成することで、図５に示すように、凹部２１の周囲にも水和アルミニウム被膜２２が形成された。
このような本実施例によれば、低コストで、かつ、アルミニウム製のパッファシリンダ６に微細な凹凸或いは微細な凹凸と、それよりも大きい凹凸から成る被膜を形成することで、ウェアリング材の移着を促進させ、アルミニウムの摩耗粉を抑制できるので、耐摩耗性が向上する。
図３に、本発明のパッファ型ガス遮断器の実施例２を示す。該図に示す本実施例では、パッファシリンダ６の全体１７に水和アルミニウムを形成したものである。処理条件は実施例１と同様である。
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる。
本実施例では、実施例１の純水に少量のアンモニアを加えた水溶液を用いて、パッファシリンダ６に水和アルミニウムの形成を行ったものである。
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果を得ることができることは勿論、本実施例の水溶液を使うことで、パッファシリンダ６を９５℃以上にした水溶液中に浸漬する時間を短縮することができる。
なお、本実施例ではアンモニアを使用したが、この他にアミンや水溶液をアルカリ性にする液体や固体を使用しても構わない。
本実施例では、実施例１と同様にパッファシリンダ６に水和アルミニウムを形成する処理を行い、実施例１よりも処理時間を長くしたものである。この時のひずみ度Ｓｋは−０.３、油溜りＲｖｋは２.７μｍであり、実施例１と同様にベーマイトやバイヤライトが形成されていた。
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果を得ることができる。
［比較例１］
比較例１として、実施例１よりも処理時間を短くしたものを比較例１とした。この時のひずみ度Ｓｋは−０.９、油溜りＲｖｋは０.９μｍである。
［比較例２］
比較例２として未処理のアルミニウムを用いた。
この時のひずみ度Ｓｋは−０.０３、油溜りＲｖｋは０.２μｍである。
実施例１乃至４及び比較例１及び２をそれぞれガス遮断器に組み込み摺動試験を行った。相手材はＰＴＦＥを主成分とし、ガラス等の充填材を含まないウェアリングを用いた。この結果を表１に示す。
Figure 0006053162
表１から明らかな如く、実施例１乃至３では、パッファシリンダ６及びウェアリング１１及び１２共に異常摩耗は見られなかった。実施例４では、パッファシリンダ６に異常摩耗はないが、ウェアリング１１及び１２が実施例１に比べやや摩耗していた。これは、ひずみ度が小さくなったことで表面の平滑性が実施例１よりも劣り、粗くなっているためである。各実施例とも、摺動部を観察すると、表面の微細な凹凸や、ピット上の深い凹み内にＰＴＦＥが移着していることが確認された。水滴を滴下してみると接触角は１００〜１１０度を示したことからもＰＴＦＥの移着が確認できる。表面の微細な凹凸やピット状の凹みがウェアリング１１及び１２を初期に摩耗させ、その摩耗粉を保持することで、アルミニウム製のパッファシリンダ６の耐摩耗性を高めている。
比較例１では処理時間が短く、油溜りＲｖｋも０.９μｍと他の実施例に比べ小さいため、十分な水和アルミニウムの被膜が形成されず、パッファシリンダが摩耗し、アルミニウムの摩耗粉によりウェアリングも摩耗していた。
比較例２の未処理のアルミニウムも比較例１以上に摩耗していた。ウェアリングも摩耗していた。
本実施例は、パッファシリンダ６に実施例１と同様の方法で水和アルミニウムを処理して、ウェアリング１１及び１２にＰＥＥＫ樹脂を用いた。この組合せで摺動試験を行っても、パッファシリンダ６とウェアリング１１及び１２に顕著な摩耗は見られなかった。
本実施例は、パッファシリンダ６に実施例１と同様の水和アルミニウムを処理して、ウェアリング１１及び１２にポリアセタール樹脂を用いた。この組合せで摺動試験を行っても、パッファシリンダ６に顕著な摩耗は見られなかった。
このように、アルミニウムの表面に水和アルミニウムを形成すると、未処理に比べパッファシリンダ６の耐摩耗性が向上し、本発明のパッファ型ガス遮断器の動作条件では、アルマイトや無電解Ｎｉ−Ｐめっきと同等の耐摩耗性を示しており、アルマイト等に比べ簡易な設備で被膜の形成処理や廃液処理ができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１…固定側アーク接触子、２…固定側主接触子、３…絶縁ノズル、４…可動側主接触子、５…可動側アーク接触子、６…パッファシリンダ、７…シリンダシャフト、８…外部集電子、１０…ピストン、１１、１２…ウェアリング、１３…パッファ室、１４…絶縁操作ロッド、１７…パッファシリンダの全体、１８…リンク、２０…凸部、２１…凹部、２２…水和アルミニウム被膜、３０…試験装置、３１…ピン状試験片、３２…カバー、３３…ディスク試験片、３４…押し付け荷重、３６…連通穴、３７…窒素ガス。

Claims (2)

  1. 固定側アーク接触子と接離する可動側アーク接触子に連結されると共に、内部にはピストンが嵌合され、前記ピストンの外周部にウェアリングが設けられ、前記ピストンが消弧性気体を吸引又は噴出するために前記ウェアリングを介して内壁面を摺動しながら移動するアルミニウム製のパッファシリンダを製造するに当たって、
    前記パッファシリンダの前記ピストンが前記ウェアリングを介して摺動する部分より広い範囲の内壁面、或いは前記パッファシリンダの全体に化成処理によって形成されるアルミニウムの水和酸化物被膜の表面に、針状又は花弁状の凸部及びピット状の凹部が形成されていることを特徴とするパッファシリンダの製造方法。
  2. 請求項１に記載のパッファシリンダの製造方法において、
    前記パッファシリンダは、該パッファシリンダの内壁面にひずみ度（Ｓｋ）の値が負であり、かつ、油溜り深さ（Ｒｖｋ）の値が１μｍ以上である化成処理が施されたアルミニウムの表面粗さを有することを特徴とするパッファシリンダの製造方法。
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