JPH0398222A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、真空バルブに係り、特に低サージ性能および
大電流遮断性能に優れた電極構造を有する真空バルブに
関する。

（従来の技術） 従来、低サージ性能を考慮した真空バルブとしては、例
えば特開昭５８−３８４２５号公報に示すものが公知で
ある。この真空バルブの構造は、第７図に示すように、
絶縁円筒１の両端開口部を端板２，３で気密に封着して
真空容器４を形成し、この内部に接離自在とした一対の
電極５，６を配設して構威したもので、電極５の固定通
電軸７は端板２に固定して取付けられ、電極６の可動通
電軸８は端板３にベローズ９を介して移動自在に取付け
られ、電極５，６の周りを囲むアークシールド１０は絶
縁円筒１に取付けられ、ベローズカバ−１１は可動通電
軸８に取付けられている。

次に、電極５．６の構造を第８図および第９図を参照し
て説明する。電極体１４．１５は、対向する接触面が銀
−タングステンカーバイト（以下、Ａｇ−ＷＣと表記）
焼結材からなり、接点を兼ねたもので、この裏面に通電
部１６ａ．１７ａにより電気的に接続されたコイル電極
１６．１７が設けられている。このコイル電極１６．１
７には、固定および可動通電軸７，８からの電流が直線
状の分流腕部１６ｂ，１７ｂにより分流され、円弧状の
コイル円弧部１　６　ｃ，　　１　７　ｃに流れる。こ
のコイル円弧部１５ｃ，１７ｃに流れる電流により、電
極空間に軸方向の磁界が発生する。この軸方向の磁界は
、接点間に点弧したアークを一様に拡散させ、接点の損
傷を軽微にするため、平板電極やスパイラル電極，コン
トレイト電極よりも大電流を遮断することが可能であっ
た。

しかも、電極体１４．１５の対向する接触面が低サージ
接点材例えばＡｇ−ＷＣ焼結材から形成され、接点を兼
ねているので、さい断電流をＩＡ以下に抑制することの
できる低サージ性能を併せ有していた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、Ａｇ−ＷＣのような低サージ接点材は、
一般的に熱伝導率が低く、かつ、タングステンカーバイ
ト（以下、ＷＣと表記）の微粉末の焼結材であるため、
脆く銅（以下、Ｃｕと表記）や銅−クロム（以下、Ｃｕ
−Ｃｒと表記）、銅タングステンカーバイト（以下、Ｃ
ｕ−ＷＣと表記）に比べて熱衝撃に弱く、遮断限界電流
が比較的小さい。

したがって、Ａｇ−ＷＣのような低サージ接点材は、Ｃ
ｕ，Ｃｕ−Ｃｒ，Ｃｕ−ＷＣ等と同程度の大電流遮断性
能を併せ有する構造とはなり得なかった。

そこで、本発明の目的は、低さい断電流特性を有して低
サージ性能に優れ、しかも大電流遮断性能にも優れた真
空バルブを提供することにある。

［発明の構威］ （課題を解決するための手段） 本発明は、真空容器の内部に接離自在に対向配設した固
定電極および可動電極を有し、この両電５ 極は、中心から半径方向に伸びる直線状の分流腕部をｎ
本等配し、その先端から円弧状に伸びるコイル円弧部を
ｎ本等配し、等価的に１／ｎの電流が円周方向電流経路
を得るようにしたコイル電極を配設し、このコイル電極
を流れる電流により電極空間に一様な軸方向磁界を発生
する縦磁界電極を有する真空バルブにおいて、電極表面
に、ＡｇおよびＣｕの高導電性成分とＷＣの耐弧性或分
とを含むＡｇ−Ｃｕ−ＷＣ系真空バルブ用接点を設け、
この接点は、高導電性成分の含有量がＡｇとＣｕとの総
計量（Ａｇ十Ｃｕ）が２５〜６５重量％で、ＡｇとＣｕ
との総計量中に占めるＡｇの比率［Ａｇ／　（Ａｇ＋Ｃ
ｕ）］が４０〜８０重量％であり、耐弧性成分の含有量
は３５〜７５重量％であり、その接点材料の組織は、高
導電性或分のマトリックスおよび厚さまたは幅５μｍ以
下の不運続相と、１μｍ以下の耐弧性成分の不連続粒と
からなり、高導電性或分の不連続相が、そのマトリック
ス中で５μｍ以下の間隔で、微細にかつ均一に分散され
ている材料から形成され、接点の面積中心６ を電極の直径の少なくとも１／２以上外周部に配置し、
かつ、接点を電極の直径の少なくとも４０％以内の電極
表面には存在しないようにし、コイル電極のコイル円弧
部の中心径より中心側で接点を配置しない電極表面部に
は、Ｃｕの高導電性或分と、Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｏ２Ｃ
，Ｃｏの少なくとも１つを用いた耐弧性成分を有する材
料から形成した電極部材を設けたものである。

（作　用） 以上のように構戊することにより、低さい断電流特性を
有し、低サージ性能に優れ、しかも大電流遮断性能にも
優れた真空バルブが得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。本発明も、概略構或は従来と同じであり、可動電極
，固定電極とも構造が同じであるため、以下、可動電極
についてのみ説明し、固定電極についてはその説明を省
略する。

第１図は、本発明の一実施例の可動電極を右半分切断し
て接点面側から見た平面図であり、第２図はこの可動電
極を切断して側面側から見た断面図である。

両図において、可動電極２０は、可動通電軸８の端部に
一端が固着され、軸方向磁界を発生するためのコイル電
極２１と、このコイル電極２１の他端に固着された電極
体２２と、この電極体２２に固着された接点２３と、電
極体２２に固着された電極部材２４で構威されている。

コイル電極２１は、中心部２１ａから２本の直線状の分
流腕部２ｌｂが半径方向に伸び、その先端から円弧状の
コイル円弧部２１ｃが他の分流腕部２ｌｂに接触しない
位置まで伸び、この先端部に軸方向に一体的に設けられ
た突出部２１ｄまたは導電性の良好な通電ピンを介して
電極体２２の裏面で電気的に接続される。

また、このコイル電極２１による縦磁界強度は、電極中
心部で６０ガウス／ＫＡ以上となるようにする。

電極体２２は、Ｃｕからなり、表面側の中央に円形凹部
が設けられ、この円形凹部に接点２３と電極部材２４が
固着される。

接点２３は、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣより環状に形成され、電
極部材２４より１〜２ｍｍ突出しており、その外周部は
テーパあるいは円弧面状（第２図に示す）に電極体２２
の直径の４０％以上中心より外側に配置されている。

また、接点２３の材料は、ＡｇおよびＣｕの高導電性成
分と、ＷＣの耐弧性成分とを含むＡｇＣｕ−ＷＣ系真空
バルブ用接点材料であって、この接点材料の高導電性成
分の含有量はＡｇとＣｕとの総計量（Ａｇ＋Ｃｕ）が２
５〜６５％であり、耐弧性或分の含有量は３５〜７５重
量％であり、かつ、その接点材料の組織は、高導電性成
分のマトリックスおよび厚さまたは幅５μｍ以下の不連
続相と、１μｍ以下の耐弧性成分の不連続粒とからなり
、高導電性成分の不連続相か、そのマ｝　ＩＪックス中
で５μｍ以下の間隔で、微細にかつ均一に分散されてい
る材料（特願昭６３−２０５９６５号参照）で接点２３
が形成されている。

電極部材２４は、接点２３の内径より内側に配９ 置され、Ｃｕの高導電性成分と、Ｃｒ，　ＭＯ，　Ｗ，
ＷＣ，Ｍｏ２Ｃ，Ｃｏの少なくとも一種を用いた耐弧性
成分により構威された材料から形成され、表面に１〜１
０μｍのＡｇまたはＣｕ，Ｎｉの何れかによる表面層を
付着させるようにしてよい。この付着方法としては、イ
オンプレーティング等の方法が用いられる。

電極体２２には、接点２３と電極部材２４を含めて半径
方向の７０％以上の長さとし、半径方向に伸びる２本以
上の直線状のスリット２５が設けられている。

可動通電軸８は、第２図において図示しない操作機構部
により、可動通電軸８が図示しない固定電極に向って投
入されたとき、電極部材２４の表面から１〜２ｍｍ突出
するように設けられた接点２３同士が接触するように配
置されている。

なお、接点２３に用いる材料、すなわち、ＡｇＣｕ−Ｗ
Ｃの添加材として、１０重量％以下のＣＯを含有させる
こともできる。

次に、以上のように構成された真空バルブの電１０ 極の作用について説明する。相聞短絡や地絡事故などが
発生し、数万アンペアの大電流を遮断するため、図示し
ない操作機構部により可動電極２０が固定電極から引き
離されると、接点２３上にアークが点弧する。この場合
、大電流は、可動通電軸８から可動電極２０へ流れ、電
極間のアークを介して固定電極から固定通電軸７へと流
れる（または逆方向に流れる）。この時、固定および可
動コイル電極のコイル円弧部に流れる電流により、発生
する縦方向磁界強度の分布を第３図に示す。

同図には、円周方向の位置での最大値と最小値を示して
いる。

ところで、縦磁界強度アーク電圧の関係はＶ特性を示す
ため、接点２３上に点弧したアークは、アーク電圧が低
く安定する内側へ広がり、電極部材２４との境界へと拡
散する。

さらに、縦磁界を印加した場合の接点２３と電極部材２
４にＣｕ−Ｃｒを用いた場合のアーク電流−アーク電圧
特性は第４図に示すように各接点固有の逆Ｌ字形特性を
示す。すなわち、あるアー１１ ク電流値まではアーク電圧はほぼ一定であるが、アーク
電流値が大きくなると、アーク電圧は急増する傾向を示
す。

このアーク電圧の急増するアーク電流値は、材料により
異なり、低サージ性を有する材料ほど小さくなる傾向を
示す。接点２３に用いたＡｇＣｕ−ＷＣと、電極部材に
用いたＣｕ−ＣｒとではＡｇ−Ｃｕ、−ＷＣの方が小さ
くなる。このように特性の異なる２種の材料を同一電極
内に配置した場合の各々の電流分担は、第５図に示すよ
うになる。すなわち、同図において、アークの拡散によ
り遮断電流の小さい所では、両接点に電流は分担される
が、遮断電流値が大きくなると、ＡｇＣｕ−ＷＣのアー
ク電圧が急増するため、Ｃｕ−Ｃｒの電流分担率が増加
し、Ａｇ−Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣでの電流分担値は、一定の
飽和現象を示す。

すなわち、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣに流れるアーク電流値は、
ある電流値以上増加しない。したがって、大電流遮断時
、接点２３での電流分担率が軽減され、Ａｇ−Ｃｕ−Ｗ
Ｃからなる接点２３の損傷が１２ 軽微に抑制される。さらに大電流遮断容量を向上させる
ためには、大電流のピーク時に開極する場合を考える必
要がある。この場合には、大電流で開極した場合、アー
クは、まず接点２３上にのみ存在する。この状態からア
ークが拡散し、電極部材２４と接点２３との電流分担が
同図に示す電流分担になるまでの時間が問題となる。

つまり、この時間が長いということは、接点２３で大電
流を負担する時間が長くなるため、接点２３への損傷か
大きくなり遮断性能を低下させる。

従来、一般に低サージ接点として広く用いられているＡ
　ｇ−ＷＣ材では、陰極点の移動速度が遅いため、接点
２３から電極部材２４へのアークの移動が遅くなり、大
電流を接点２３のみで負担する時間が長くなる。

このため、接点２３の損傷が大きくなり、遮断性能を低
下させていた。

これに比べ、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ材では、アークの移動速
度が速く、速に接点２３から電極部材１３ ２４ヘアークが移動するため、大電流ピーク時で開極し
ても接点２３の損傷を小さくすることができる。

また、このような大電流遮断時の接点２３と電極部材２
４との電流分担を生じさせるためには、磁界強度とアー
ク電圧の関係でアーク電圧が最小となる磁界強度より強
くする必要があるが、本実施例ではコイル電極２１によ
り発生する縦磁界強度を６０ガウス／ＫＡ以上としてい
るので、接点２３での分担電流が減少し、接点の損傷が
小さくなり、遮断性能が向上する。

また、Ｃｕ−Ｃｒを電極部材として用いた場合、Ｃｒが
酸化しやすい材料であるため、真空バルブの製造工程中
での熱処理、特に電極部材をロウ付する工程で表面が酸
化する場合がある。この酸化を防止するために、従来で
は高真空中でロウ付する方法、またはロウ付後に表面酸
化膜を加工により取り除く方法などが行われていた。し
かしながら、上記表面層を付着させることにより、表面
にはＣｒ粒子が存在しない。したがって、ロウ付処１４ 理中でもＣｒを酸化させることがない。Ｃｒの酸化物が
存在すると、アークが点弧した場合にガス放出が多くな
って再発弧の原因となるが、表面層によってアークによ
るガス放出を低減でき、遮断性能を向上することができ
る。

ここで、表面層の厚さが１０μｍより厚くなると、アー
ク点弧時に発生する陰極点の大きさ（数１０μｍ）より
深くなるため、電極部材に用いた材料の特性が損なわれ
、表面層の材料により左右されるアーク形態となり、十
分な電流分担の効果か表れなくなる。また、表面層の厚
さが１μｍより薄くなる場合には、ロウ付行程中での熱
処理により表面層の材料の接点内部への拡散により表面
層が失われてしまい、酸化防止の効果がなくなってしま
う。

さらに、表面層の付着時には、その処理行程での酸化や
不純物の混入があると、逆に性能を低下さてしまう。こ
のようなことから、真空中で処理を行うイオンプレーテ
ィング法を採用するのが最もよい。

なお、上記した実施例では、接点を環状に形成ｌ５ して電極体と同心円状に配置したが、第６図に示すよう
に複数の円板状の接点を配置するようにしてもよい。す
なわち、同図において、可動電極の接点３１は、上記し
た実施例の接点２３と同じ材料から形成され、電極体３
２の直径の４０％以上外側に配置され、円板状に形成し
た複数個のものを等配して電極体３２に固着している。

なお、同図の符号３３は電極部材を示す。一方、固定電
極の接点（破線で示す）３４も、同様にその電極体の直
径の４０％以上外側に配置され、円板状に形成した複数
個のものを等配して電極体に固着している。しかして、
接点３１に対する接点３４の配置関係は、可動電極を投
入状態にしたとき、同図に示すように互いにその一部が
接触するようにし、この接触部は各々の接点の面積の１
／２以下となるようにする。

このような接点構威とした場合、接点３１または３４上
にアークが点弧し、アークが接点表面全体に広がると、
その陽極側はアークの１／２以上が電極部材の位置とな
る。アーク集中が接点３１，１６ ３４上で発生しても陽極側の電極部材は、接点材料であ
るＡｇ−Ｃｕ−ＷＣに比べ、熱伝導率が優れているため
、陽極部での熱集中を防止でき、遮断性能を向上するこ
とができる。

また、上記電極部材３３には、上記した実施例と同様に
１〜１０μｍのＡｇまたはＣｕ，Ｎｉの何ずれかによる
表面層を付着させるようにしてもよい。Ｃｕ−Ｃｒを電
極部材として用いた場合、Ｃｒが酸化しやすい材料であ
るため、真空バルブの製造行程中での熱処理，特に電極
部材をロウ付する行程で表面が酸化する場合がある。こ
の酸化を防止するために、従来では高真空中でロウ付す
る方法、９００℃以上の高温でロウ付する方法、または
ロウ付後に表面酸化膜を加工により取除く方法等が行わ
れていた。しかしながら、上記表面屓を付着させること
により、表面にはＣｒ粒子が存在しない。したがって、
ロウ付処理中でもＣｒを酸化させることがない。Ｃｒの
酸化物が存在すると、アークが点弧した場合にガス放出
が多くなって、再発弧の原因となるが、表面層によって
ア１７ −クによるガス放出を低減でき、遮断性能を向上するこ
とができる。

ここで、表面層の厚さが１０μｍより厚くなると、アー
ク点弧時に発生する陰極点の大きさ（数十μｍ）より深
くなるため、電極部材に用いた材料の特性が損なわれ、
表面層の材料により左右されるアーク形態となり、十分
な電流分担の効果が表れなくなる。また、表面層の厚さ
が１μｍより薄くなる場合には、ロウ付行程中での熱処
理により表面層の材料の接点内部への拡散により表面層
が失われてしまい、酸化防止の効果がなくなってしまう
。さらに、表面層の付着時には、その処理行程での酸化
や不純物の混入があると、逆に性能を低下させてしまう
。このようなことから、真空中で処理を行うイオンプレ
ーティング法を採用することが最もよい。

以上述べた大電流遮断時の効果だけではなく、低サージ
特性を考える場合、数アンペアから数百アンペアの範囲
の比較的小さい電流を遮断する場合には、低電流さい断
特性を維持する必要がある。

１８ 小電流流域では、第４図に示すようにＡｇ−ＣｕＷＣの
方がＣｕ−Ｃｒの電極部材に比べ、アーク電圧は低く安
定しているしたがって、アークはＡｇ−Ｃｕ−ＷＣ上に
点弧する。Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣは、Ｃｕ−Ｃｒに比べ熱伝
導が悪く、かつ、アークを維持するために電極間に放出
される金属蒸気成分がＡｇおよびＣｕであり、Ａｇのみ
で構成されるＡｇ−ＷＣＩ＝比べ、Ａｇ−Ｃｕ−ＷＣ（
７）方がＡｇ−Ｃｕの融点は低くなるため、金属蒸気の
発生が盛んになる。したがって、アーク電流が小さくな
ってもアークは安定し、電流さい断特性は小さく維持さ
れ、低サージ特性となる。

［発明の効果］ 以上説明した本発明によれば、低サージ特性の改善，接
点構威および縦磁界強度の最適化を・行うことにより、
低サージ性能および大電流遮断性能を併せ有する真空バ
ルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の可動電極を右半分を切断し
て示す平面図、第２図は第１図の断面図、１９ 第３図は本発明に関連する軸方向磁束密度と分布を示す
線図、第４図は本発明に関連する接点材料Ａｇ−Ｃｕ−
ＷＣおよびＣｕ−ＣｒのＶ一Ｉ特性図、第５図は電流遮
断時のＡｇ−Ｃｕ−ＷＣおよびＣｕ−Ｃｒ接点における
電流分担図、第６図は本発明の他の実施例の電極構造を
示す平面図、第７図は従来の真空バルブの構威を示す断
面図、第８図は従来の真空バルブの電極構造を示す平面
図、第９図は第８図のＡ−０−Ａ線に沿って切断した断
面図である。 ４・・・真空容器 ２０・・・可動電極 ２１・・・コイル電極 ２２・・・電極体 ２３・・・接点 ２４・・・電極部材 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） ２０ ｌコ　　　　〜 寸　　１″′ ０ 享径ｈ尚力徂暑 茅 ３ 圀 １．０ Ｏ 第 ４ 図 ア一７電鹿 時間 特開平３ ９８２２２　（８）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器の内部に、接離自在に対向配設した固定
   電極および可動電極を有し、この両電極は、中心から半
   径方向に伸びる直線状の分流腕部をｎ本等配し、等価的
   に１／ｎの電流が円周方向電流経路を得るようにしたコ
   イル電極を配し、このコイル電極を流れる電流により前
   記電極空間に一様な軸方向磁界を発生する縦磁界電極を
   有する真空バルブにおいて、前記電極表面に、Ａｇおよ
   びＣｕの高導電性成分とＷＣの耐弧性成分とを含むＡｇ
   −Ｃｕ−ＷＣ径真空バルブ用接点を設け、この接点は、
   高導電性成分の含有量がＡｇとＣｕとの総計量（Ａｇ＋
   Ｃｕ）が２５〜６５重量％で、ＡｇとＣｕとの総計量中
   に占めるＡｇの比率［Ａｇ／（Ａｇ＋Ｃｕ）］が４０〜
   ８０重量％であり耐弧性成分の含有量は３５〜７５重量
   ％であり、該接点材料の組織は、高導電性成分のマトリ
   ックスおよび厚さまたは幅５μｍ以下の不連続相と１μ
   ｍ以下の耐弧性成分の不連続粒とからなり、高導電性成
   分の該不連続相が、該マトリックス中で５μｍ以下の間
   隔で、微細にかつ均一に分散されている材料から形成さ
   れ、前記接点の面積の中心を前記電極の直径の少なくと
   も１／２以上外周部に配置し、かつ、前記接点が前記電
   極の直径の少なくとも４０％以内の電極表面には存在し
   ないようにし、前記コイル電極のコイル円弧部の中心径
   より中心側で前記接点を配置しない電極表面部には、Ｃ
   ｕの高導電性成分と、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、ＷＣ、Ｍｏ＿２
   Ｃ、Ｃｏの少なくとも１つを用いた耐弧性成分を有する
   材料から形成した電極部材を設けたことを特徴とする真
   空バルブ。
2. （２）コイル電極による縦磁界強度が、電極中心部で６
   ０ガウス／ＫＡ以上であることを特徴とする第１項記載
   の真空バルブ。
3. （３）電極部材の表面に、１〜１０μｍのＡｇ、Ｃｕ、
   Ｎｉの少なくとも１つからなる表面層を付着させた第１
   項および第２項記載の真空バルブ。