JPH0112355Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はアークを安定かつ均一に分布させ、ま
た大電流通電時に発生する電磁反撥力を軽減し、
機械的強度のある安価で量産性に富む真空しや断
器を提供するものである。

通常真空しや断器は第１図に示すように、絶縁
物からなる真空容器１を両端板２１，２２により
閉塞し、一対の電極３，４を相対して設けると共
に、これらを前記端板２１，２２を貫通した導電
棒５，６の端部に取付け、一方の前記導電棒６に
はベローズ７を設けて気密を損なうことなく軸方
向に可動となし、前記電極３，４を互いに接離自
在に構成されている。また、アーク発生に伴ない
生ずる金属蒸発物を捕束するため、シールド８が
設けられている。更に、図示しない操作機構によ
り前記導電棒６を駆動せしめ電路の開閉を行える
ようになつている。

このような構成の真空しや断器において、前記
電極３，４間に発生するアークに対し、並行な磁
界を加えることにより、アークを安定かつ均一に
分布させ得ることは既に知られており、従来これ
を実現するため、第２図ａのように前記電極３，
４の背部にコイル電極３００，４００を設け、導
電棒５，６に流れる電流により、軸方向磁界を発
生する方法がとられていた。あるいは電極背部に
重ね合わせるように円弧状電流通路を有する複数
個の補助電極を設ける等の手段がとられていた。

しかしこれらの従来の例では、電極３，４の表
面に発生しているアークに対し、磁界を発生させ
るコイル電極や補助電極の距離が遠く、アークを
安定させるに十分な大きさの磁界強度を得るには
相当大きなコイルや補助電極を必要としていた。
またそのコイルに大電流が流れた時、その電磁力
により変形することのない機械的強度を確保する
必要があつた。また、電極を貫通する磁束により
電極内に渦電流が発生し、それにより逆方向磁束
を生じて、有効な軸方向磁界を減少させることが
あつたので、渦電流を抑制する対策として電極面
に多数の溝を設ける必要があつた。又、従来の真
空しや断器では前記電極３，４が投入状態で大電
流が流れると、第２図ｂに示す如く、接触点に電
流が集中するため、その電流ｉによる電磁発撥力
Ｆが生じ、前記電極３，４間が浮いて微少間隙を
生ずる現象があつた。これはスノードン力といわ
れるが、もし、大電流通電時に前記電極３，４間
が浮くと、局部アークが発生し電極面を局部溶融
させるため、有害な溶着を発生したり、電極表面
の荒れを促進して耐電圧特性を著しく低下させる
等の障害が生ずる。従つて従来の真空しや断器で
は、これらの電磁反撥力Ｆに打ち勝つて電極の浮
きを防止するいわゆる電極接触力を必要とし、例
えば63KApeakの電流では、140〜160Kgもの電極
接触力を、図示しない操作機構により、前記電極
３，４間に加わえる必要があつた。このため、操
作機構のエネルギーは大きなものとなり、小形、
軽量化の障害となつていた。また、この電極接触
力は、前記電極３，４自身の変形や導電棒５，６
の座くつを発生させるおそれがあるため、必然的
に機械的強度の大きい構成とせざるを得ず、真空
しや断器全体の小形、軽量化、あるいは大容量真
空しや断器を作る上での大きな障害となつてい
た。

この考案は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、電極背部にコイル
電極や補助電極を設けることなく、電極自身に電
流通路を設けて、強力な軸方向磁界を生じさせ、
効果的にアークを安定且つ均一に分布させると共
に通電時においては、電極自身で互いに吸引し合
う構成とし、有害な電磁反撥力を抑制し得る、構
造が極めて簡単で小形安価な機械的強度に富む真
空しや断器を提供することを目的としている。

以下この考案を図について説明する。第３図ａ
は考案の原理的構成を示す真空しや断器の電極構
造の側面図である。第３図ｂは、第３図ａのｂ−
ｂ矢視図、第３図ｃは第３図ａのｃ−ｃ矢視図を
示す。第３図ａ，ｂ，ｃにおいて、５，６は導電
棒、５０，６０は橋絡導体で、夫々上記導電棒
５，６の先端部に固着されている。これらの橋絡
導体５０，６０は長方形を成し、その両端部には
夫々突出部５１，５２，６１，６２が形成されて
いる。３０，４０は一対の電極で、その外周部背
面において上記各橋絡導体５０，６０の突出部５
１，５２，６１，６２に夫々電気的に接続されて
いる。上記各電極３０，４０には、第３図ｂ，ｃ
に示す如く夫々高抵抗領域としての円弧状の溝３
３，３４，４３，４４が所要の間隙を隔てて切り
込まれており、各電極３０，４０には、これらの
溝３３，３４及び４３，４４によつて仕切られた
電極の外側部であるところの円弧状電極部３１，
３２及び４１，４２が形成されている。上記橋絡
導体５０は電極３０の溝３３，３４と交又するよ
う配置され、また橋絡導体６０は電極４０の溝４
３，４４と交又するよう配置され、それぞれの突
出部５１，５２及び６１，６２は各電極の前記円
弧状電極部３１，３２及び４１，４２のほぼ中央
部に電気的及び機械的に取付けられている。

前記橋絡導体５０，６０と電極３０，４０との
間隙は小さい程望ましいが、投入により電極同士
が衝合された時の機械力が弾性変形した時、電極
３０，４０と橋絡導体５０，６０とが互いに接触
しない範囲にとどめておく必要がある。上述した
それぞれの電極３０と４０及び橋絡導体５０と６
０は全く同一形状のものであるが、第３図の実施
例では電極３０と橋絡導体５０に対して、電極４
０と橋絡導体６０を90゜ずらせて相対峠するよう
配してある。

以上のように構成されたこの考案による真空し
や断器において、図示しない操作機構により開極
動作が行われると、両電極３０，４０間にアーク
が発生するが、この場合、導電棒５から、導電棒
６の方向に電流ｉが流れ一方の電極３０のＡ点及
び電極４０のA′点間にアークが発生すると電流
ｉは前記導電棒５から橋絡導体５０を経てその突
出部５１から前記電極３０の円弧状電極部３１を
通り、溝３３と３４の間隙Ｂを経て、アークのＡ
点に至る。即ち、電流ループ→５→５０→５１→
３１→Ｂ→Ａはほぼ１ターンを形成し、しかも５
１−３１−Ｂ−Ａは電極自身で形成するループの
ため、アークのＡ点に至近距離にあり、強力な軸
方向磁界を生ずる。同様に他方の電極４０の
A′点からは電極４０の溝４３と４４の間隙Ｃか
ら円弧状電極部４１を通り、突出部６１を経て橋
絡導体６０を介して導電棒６に電流ｉが流れる。
即ちA′→Ｃ→４１→６１→６０→６なるループ
で１ターンを更に形成し、前述のループと同方向
の軸方向磁界を再度発生させる。これによつて第
３図ａに示す如く矢印φなる強力な合成軸方向磁
束がアークＡ−A′と並行に作用し、アークから
外部へイオン化金属が放出拡散することを有効に
抑制し、十分な量のプラズマ粒子を捕束して、ア
ークを安定させる。一方、前記磁束φにより前記
電極３０，４０内に渦電流が生じて逆方向磁界を
発生し、有効な軸方向磁界を減少させるが、本考
案の場合、前記溝３３，３４及び４３，４４がこ
の渦電流の通路を効果的に分断しているため、特
別な他の渦電流対策を必要としない。

以上は発生するアークが電極３０，４０の溝３
３，３４及び４３，４４により仕切られた中央部
に生じた場合を述べたが、円弧状電極部３１，３
２及び４１，４２の部分で発生した場合は、Ｂ→
Ａ及びA′→Ｃなる電流ループがなくなり相対す
る一対の電極で１ターンを構成するため磁界はや
や弱くなる傾向にある。しかしながら考案者の実
験によれば、前記電極３０，４０の開極に際し多
数のアークスポツトが電極全面に拡がつていき、
前記中央部に発生したアークの分流が作る軸方向
磁界が前記円弧状電極部に発生したアークにも有
効に作用し、安定で均一に分布したアークを得る
ことが確認された。また間隙Ｂの如く溝と溝の突
き合つた間隙でアークが発生した場合、アーク電
流は前記円弧状電極３１及び３２の方へそれぞれ
１／２ずつ分流し、かつ対局する電極４０は、前記
橋絡導体６０と、その突出部６１から円弧状電流
ループを作ることなくアーク電流が供給されるた
め、有効な軸方向磁界が発生しない。従つて、ア
ークが不安定となり、アーク電圧が高まり、その
他の軸方向磁界が作用している部分の安定した低
電圧アーク部分の、電流の負担が増すようにな
り、遂には間隙Ｂのアークは消滅する。

従つて通常は間隙Ｂにアークが発生することに
対し特別の対策を必要としないが、電極表面の間
隙Ｂの近辺、即ち溝と溝との突き合つた間隙部分
をやや陥没させた凹状に加工しておけば、その部
分では互いの電極が接触しないのでアークがそこ
から発生することはなく、前述したような不安定
アークをアーク開始頭初から発生させないように
することも可能である。また間隙Ｂではなく前記
橋絡導体５０の突出部５１，５２に接続された前
記円弧状電極部３１，３２の電極表面側に凹部を
設けても同様の効果が得られる。これらは相対向
する電極のいずれか一方にこの対策を施しておけ
ば十分であるが、電極３０，４０の双方に上記対
策を施しても勿論よい。

次に本考案による第２の作用について述べる。
前記電極３０，４０が投入状態で事故大電流が流
れた場合、第２図ｂに示すように接触点では電流
集中による電磁発撥力Ｆが生じ、前記電極３０，
４０間を浮かそうとするが、一方の電極３０の円
弧状電極部３１における突出部５１→間隙Ｂへの
電流方向と、他方の電極４０の前記円弧状電極部
分４１における間隙Ｃ→突出部６１の電流方向が
同一であるため、前記両円弧状電極部３１，４１
は強力に吸引し合う効果をもつ。現実には前記電
極３０，４０の投入状態では、多数の接触点が電
極表面に分散するため、前記両円弧状電極部３
１，３２及び４１，４２の全域に亘つて極めて強
力な電磁吸引力を生ずるため、前述した接触点の
電流集中による電磁反撥力を有効に相殺する効果
がある。

このため、図示しない操作機構によつて前記電
極３０，４０間に加わる電極接触力を大巾に軽減
することが出来るため、操作機構の小形軽量化に
大きく貢献する。例えば、63KApeakの電流では
従来140〜160Kgもの電極接触力を必要としたが、
考案者の実験では同一条件で本考案にはわずか
100Kgで達成することが可能となつた。また、電
極構造に要求される機械的強度も従来のものに比
べて大巾に軽減されることになつた。

第４図ａ，ｂは第３図の原理的構成をもとに考
案したこの考案の一実施例を示す。

即ち、一般にこの種の電極材料としては導電率
の高い銅系や銀系が使用されるが、これらは機械
的に弱く、価格も高いため、第４図ａ，ｂに示す
実施例では橋絡導体５０と電極３０間に補強材５
５を介在させて電極構造の薄肉化を実現したもの
である。又、前記電極３０の中央部３５をやや突
出させて、円弧状電極部３１，３２や前記橋絡導
体５０の腕部に開閉時の機械力が加わらないよう
構成している。上記補強材５５としては、電極材
料よりも導電率の低い、例えばステンレススチー
ルが好ましい。更に、電極３０の中央部３５を耐
溶着又は高耐圧電極材料で形成し、円弧状電極部
３１，３２を通常の銅で形成しても良い。

又、第４図ａ，ｂでは一方の電極３０及び橋絡
導体５０のみを示しているが、対向する電極及び
橋絡導体の双方を第４図ａ，ｂに示す構造と同一
の構成とし、一方の電極を流れる電流により形成
される磁界と他方の電極を流れる電流により形成
される磁界とが同一方向となるように両電極の角
度をずらせて対向させる。第５図はその状態を示
す斜視図であり、電流軌跡と共に示している。

第６図ａ，ｂは第５図の電極構造を上面から見
た電流軌跡を示し、第６図ｃは電流軌跡と電流軌
跡により発生する磁界の方向を示している。

また第７図のように、２本以上の円弧状の溝３
３１〜３４３を、溝と溝の間隙を覆うように交叉
させて設けることにより、軸方向磁界を発生させ
る場所を増加させることも可能である。

更に、各実施例において溝内に高抵抗材料を充
填しても良い。

以上のようにこの考案によれば電極の背部では
なく、電極自身で軸方向磁界を発生させることが
できるので、より効果的であり、複雑なコイル電
極を必要とせず簡単な構成で、アークを安定かつ
均一に分布させることができ、しかも渦電流によ
る軸方向磁界の減少もない構成が可能となつた。
また電極自身で生ずる電極吸引力により、従来必
要とした電極接触力を大巾に軽減できるため、操
作エネルギーの小さい小形で経済的な真空しや断
器が製作可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空しや断器の基本的な構造を示す縦
断面図、第２図ａは従来の真空しや断器の一例を
示す縦断面図、第２図ｂは電極投入状態で大電流
が流れる様子を示す電極の局部拡大断面図、第３
図ａ，ｂ，ｃは本考案の原理的基本構成を示す電
極部分の拡大図で、ａは側面図、ｂはａのｂ−ｂ
矢視図、ｃはａのｃ−ｃ矢視図である。第４図
ａ，ｂはこの考案の一実施例を示す側断面図と平
面図、第５図はこの考案の一実施例の斜視図、第
６図は第５図の構成における電流軌跡と磁界の方
向を示す図、第７図はこの考案の他の実施例を示
す電極構造の平面図である。 １……真空容器、２１，２２……端板、３，
４，３０，４０……電極、５，６……導電棒、７
……ベローズ、８……シールド、３００，４００
……コイル電極、３１，３２，４１，４２……電
極の外側部であるところの円弧状電極部、３３，
３４，４３，４４……高抵抗領域であるところの
溝、５０，６０……橋絡導体、５１，５２，６
１，６２……突出部、３５……電極中央部、５５
……補強材、なお図中同一符号は同一又は相当部
分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 真空容器内に収容され互いに接離自在でかつそ
   れぞれ導電棒に取り付けられた一対の電極により
   電路を開閉するものにおいて、上記電極は、その
   接触面から裏面にわたつて貫通しかつ電極の周縁
   を横切らないよう形成された一対の円弧状の高抵
   抗領域を有し、この一対の高抵抗領域は互い連結
   されないで電極の中心に対してほぼ対称の位置に
   配置され且つ上記高抵抗領域により仕切られた電
   極の内側部の接触面が他の部分より突出して形成
   され、上記電極と導電棒とを電気的および機械的
   に接続する橋絡導体は、電極の裏面で両端部が上
   記一対の高抵抗領域により仕切られた電極の外側
   部にそれぞれ電気的に接続されると共に上記一対
   の高抵抗領域を跨いで配置されそのほぼ中央部で
   導電棒に電気的に接続され、更に上記橋絡導体と
   電極との間に電極材料より低い導電率の補強材を
   挿入してなり、上記一対の電極は双方をほぼ同一
   の構成とし、一方の電極を流れる電流により形成
   される磁界と他方の電極を流れる電流により形成
   される磁界とが同一方向となるように両電極の角
   度をずらせて対向させたことを特徴とする真空し
   や断器。