JPH0528457B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電磁開閉器またはリレーなどのパワ
ー負荷用開閉機器に好適に用いられる封止接点装
置に関する。

背景技術 一般的に開閉機器は、遮断される電流値に関し
て1A以下の微弱電流用開閉機器、１〜5A程度の
抵抗負荷制御用開閉機器、５〜30A程度のパワー
負荷用開閉機器、および30A以上の中大容量負荷
用または特定負荷用開閉機器などに分類される。
これらのなかで一般にはパワー負荷用開閉機器が
多く用いられているが、この場合の遮断電流領域
における遮断動作は、直流電流の遮断において接
点の消耗や溶着を容易に発生していた。

すなわち従来、外気中で用いられている電磁開
閉器では、発生するアークの電圧を十分に高くで
きず、アークの消弧に要する時間がむやみと長く
なつてしまい、用いられる接点がむやみと消耗し
ていた。したがつてこのような接点の形状を比較
的大きくしなければならず、したがつてこのよう
な接点を含む接点装置の構成も大形化してしまう
という問題点があつた。

目 的 本発明の目的は、上述の問題点を解決し、アー
クの消弧に要する時間を短縮できるとともに、構
成が格段に小形化された封止接点装置を提供する
ことである。

発明の構成 本発明は、気密空気が形成されたハウジング５
内に、固定接点２５と、その固定接点２５に対向
する可動接点２１とが配置され、 磁石片２６，２７によつて一方向に磁界が形成
され、 固定接点２５と可動接点２１とは、磁界の方向
に厚み方向を有する偏平な形状を有し、 両接点２５，２１の厚み方向と交差する方向の
周面は、外方に凸の円弧状に形成され、 ハウジング５内には、窒素ガスおよび水素ガス
を含む混合ガスを封入し、混合ガス中の窒素ガス
の混合比率を97〜20％、水素ガスの混合比率を３
〜80％に選ぶようにしたことを特徴とする封止接
点装置である。

実施例 第１図は本発明の一実施例の封止接点装置（以
下接点装置と称する）１の断面図であり、第２図
は第１図の切断面線−から見た断面図であ
る。第１図および第２図を参照して、接点装置１
の構成について説明する。接点装置１は、たとえ
ばセラミクス材料やアルミナなどから形成される
胴部２と、胴部２の軸線方向両端部を被覆して固
定され、たとえば無酸銅や４−２アロイなどの材
料から形成される天井板３と底板４とを含む。こ
れらの胴部２、天井板３および底板４がハウジン
グ５を構成する。

前記底板４には嵌着孔７が形成され、無酸銅な
どから成りたとえば棒状に形成された支持部材６
が嵌入され、かしめられて固定される。また底板
４には排気孔８が形成され、たとえば窒素ガスと
水素ガスとの混合ガスを排気孔８を介して排出す
る排気管９が連結される。この排気管９は固定電
極として構成される。また、底板４にはたとえば
セラミクスなどの電気絶縁性材料から成る絶縁部
材１０が底板４を被覆して設けられ、この絶縁部
材１０には前記支持部材６が挿通する挿通孔１０
ａが形成される。すなわち排気管９、排気孔８お
よび挿通孔１０ａは相互に連通される。

またこの天井板３には、たとえば無酸銅から成
り、可動電極の一部として構成される支持部材１
１が挿通する挿通口３ａが形成されており、この
天井板３の内方表面には、やはりセラミクス材料
から成り、支持部材１１が挿通する挿通口１２ａ
が形成された絶縁部材１２が固定される。

また天井板３の外方表面であつて前記挿通口３
ａの周縁部には、支持部材１１が挿通する挿通孔
１４が形成されたたとえば筒状の案内部材１５が
配置される。この案内部材１５内には、内部に支
持部材１１が挿通し、一端部が案内部材１５に気
密に結合され、他端部が第１図に示すように支持
部材１１に気密に結合され、たとえば２０μｍの
厚みの金属薄膜などから形成される蛇腹部材（ベ
ローフラム）１６が配置される。このようにして
ハウジング５内の空間１７は、排気管９を気密と
した後には、外部とは気密に封止される。

また前記支持部材１１のハウジング５の内部側
端部は拡開し、断面が逆Ｖ字状の固定部１８が形
成され、大略的に円板状であつてたとえばタング
ステンＷなどの材料から形成される可動接点２１
が固定される。一方、支持部材６のハウジング５
内方側端部にも、断面がＶ字状に拡開した固定部
２２が形成され、可動接点２１と同様の材料およ
び対称な形状を有する固定接点２５が固定され
る。これらの可動接点２１および固定接点２５は
両者を接触させたとき、相互に対向する面の第１
図に示す左右方向中央部において、線接触するよ
うに構成される。このようなハウジング５の厚み
方向（第２図の左右方向）両端部に、永久磁石片
２６，２７が配置され、これらを外囲してヨーク
２８が配置される。

ハウジング５内に固定された支持部材６の先端に
固定接点２５を設けて固定電極が構成される。長
手の支持部材１１の先端に、上記固定接点２５に
接触離反自在な可動接点２１が設けられて可動電
極が構成される。 ここで前記蛇腹部材１６は、
固定接点２１および可動接点２５が離間した状態
であつても、支持部材１１をハウジング５の内部
方向に付勢するように構成される。したがつて可
動接点２１を固定接点２５と離間させようとする
とき、図示しない構成によつて支持部材１１をハ
ウジング５の外方側に変位させる。可動接点２１
を固定接点２５に接触させる場合には、前記支持
部材１１をハウジング５の外方側に駆動していた
力を除去すればよい。前述の永久磁石片２６，２
７によつて一方向（第２図の左右方向、第１図の
紙面に垂直方向）に磁界が形成される。固定接点
２５と可動接点２１とは、磁界の方向（第２図の
左右方向、第１図の紙面に垂直方向）に厚み方向
を有する偏平な形状を有しており、前述のように
大略的に円板状であり、したがつてその厚み方向
と交差する方向の周面は、外方に凸の円弧状に形
成される。

前記ハウジング５内の空間１７には、窒素ガス
N₂および水素ガスH₂の混合ガスが封入され、そ
の混合比率は窒素ガス97％〜20％、水素ガス３％
〜80％の間の混合比率が適切に選ばれる。すなわ
ち、第１図示の接点装置１において、可動接点２
１および固定接点２５間を離反する際にアークが
発生する。このようなアークをたとえば冷却する
などして短時間で消滅させるいわゆる消弧能力を
高めるには、接点開離動作を高速にし、かつ可動
接点２１および固定接点２５の表面におけるアー
クの移行を急速に進行させる必要がある。

ハウジング５内の空間１７内にガスを封入した
場合、封入されたガスを熱伝導率が大きな種類に
するに従い、前記アーク移行時間が小さくなるこ
とが知られており、また現存するガスの中で熱伝
導率が最も大きいものは水素ガスであることが知
られている。したがつて水素ガス中でアークを発
生させると、アークに対する前記冷却力は、きわ
めて強いものとなる。

一方、水素ガスは絶縁耐電圧が低いため、水素
ガス中でアークを発生させると、自らの発生した
アーク電圧によつてアークシヨートするいわゆる
弧絡現象が発生する。これを防止するため、前述
したように、前記空間１７内に水素ガスと窒素ガ
スとを混合したガスを封入する。アークの消弧作
用と封入ガスとの相互関係をさらに詳述すると、
水素ガスは熱伝導率が最も高く、アークの冷却能
力が極めて強いため、水素ガス中でアークが発生
すると高いアーク電圧を発生して、さらに磁気駆
動によりアークを引き伸ばすことにより、きわめ
て高いアーク電圧を発生し、その結果素早く回路
を遮断することができる。ところが絶縁耐電圧が
低いために水素ガスだけでは、いわゆる弧絡が起
こりやすく、ひいてはさらに耐電圧劣化をひき起
こすという問題点がある。一方、不活性な窒素ガ
スは絶縁耐電圧が高く、耐電圧改善用として混合
することにしているけれど、窒素ガスは熱伝導率
が低くアークの冷却能力が弱いために、アークが
安定化して動きにくく、アーク電圧が上りにくい
ために遮断時間が長くなるという問題がある。こ
のような理由から水素ガスと窒素ガスの混合ガス
を封入しているのである。

第３図は第１図示の接点装置１において、可動
接点２１および固定接点２５を離間した際のアー
ク電圧の変化を示すグラフである。本件発明者が
行なつた第１例の実験結果が第３図示のグラフで
あり実験条件は、各接点２１，２５の離間時にお
ける電位差が170V、電流は4.5Aであつて、封入
されるガスは窒素ガス100％、１気圧である。

以下、第１図〜第３図を参照して、本実施例の
接点装置１の動作について説明する。可動接点２
１および固定接点２５が、第１図示のように相互
に接触している状態では、可動接点２１および固
定接点２５は相互に導通しており、相互の電位差
は第３図の時刻ｔ１で示す開極時以前のように
0Vである。

第３図時刻ｔ１において、支持部材１１を矢符
Ａ１方向に変位させ、可動接点２１を固定接点２
５から離間させると相互間の距離は大きくなり、
また発生したアークは前記永久磁石片２６，２７
による磁界によつて、可動接点２１および固定接
点２５の相互に対向する表面上を移行し、かつ前
記混合ガスによつて冷却される。時刻ｔ２で接点
２１，２５間の電圧は50Vとなり、時刻ｔ３にお
いて遮断される。このとき可動接点２１および固
定接出点２５は絶縁された状態にあり、この絶縁
電圧は前述したように175Vである。このとき時
刻ｔ１〜ｔ３の遮断期間Ｗ１は、実験的にたとえ
ば1.7ｍsec程度であることが、本件発明者によつ
て検証されている。すなわち第１図を参照して説
明したような構成および封入混合ガスの種類、お
よびその混合比率を上述したように選択すること
によつて、格段に短時間で直流電圧回路の遮断を
行なうことができる。加えて、前記永久磁石片２
６，２７の磁場によつて発生するローレンツ力
は、熱伝導率が良好である水素ガスによつて熱が
奪われて不安定となつたアークを、瞬時に吹飛ば
すことになり、アークの遮断効果は倍増される。

このとき発生するアークによつて、接点２１，
２５を形成する分子が飛散するなどして、ハウジ
ング５内に導電性物質の層が堆積する場合がある
が、この導電性物質層による接点２１，２５と永
久磁石片２６，２７や排気管９などとの前記弧絡
現象の発生が、前記絶縁部材１０，１２によつて
防がれる。

第４図は第３図示の実験例と同様の実験を条件
を変えて行なつた結果を示すグラフである。第４
図示の実験の条件は、印加電圧90V、電流20A、
封入ガスは窒素ガス100％、１気圧である。本実
験例において、時刻ｔ４で可動接点２１を固定接
点２５から離間し、時刻ｔ５において電位差が
50Vとなり、時刻ｔ６において完全に遮断され
る。この時刻ｔ４〜ｔ６の遮断期間Ｗ２は実験的
にたとえば1.7ｍsec程度であることが検証されて
いる。すなわち第４図示のグラフが実現される条
件下であつても、きわめて短時間で遮断動作が実
現される。したがつて前述の実施例の構成で述べ
たような水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを用い
ることによつて、このような遮断期間Ｗ１，Ｗ２
はさらに短縮化することができる。

また接点装置１によつて遮断される電流の容量
が増大した場合、前記固定接点２５および可動接
点２１の形状を大形化する必要があり、したがつ
て接点装置１のたとえば前記空間１７の容積が大
きくなる。この場合、混合ガス中の水素ガスの混
合比率を低減することによつて、ガス漏洩などに
よる爆発を防ぐことができる。また空間１７の容
積が小さい場合には、前記水素ガスの混合比率を
増大することによつて、前述したような遮断性能
は向上される。

第５図は、第１図と同一方向から見た接点２
１，２５を示す側面図である。各接点２１，２５
を円板状とすることによつて、丸棒を輪切り状に
切断して、それらの接点２１，２５を容易に製造
することができる。これらの接点２１，２５を円
板状とすることによつて、上述のように製造が容
易であるという利点が達成されるだけでなく、ア
ークが発生したとき、そのアークを素早く遮断す
ることができるという利点もまた達成される。す
なわち第５図１に示されるように、接点２１，２
５の離間時にアーク３１が発生すると、第５図の
紙面に垂直方向に形成されている磁界によつて、
そのアーク３１が第５図２の参照符３２で示され
るように引き伸ばされ、さらに第５図３の参照符
３３で示されるように引き伸ばされ、したがつて
アークを形成、維持するアーク電圧が上昇し、こ
のようにしてアークを素早く遮断することができ
る。

第６図は、第５図の側面側から見た図である。
接点２１，２５の端面側にアークが発生すると、
そのアークにフレミングの左手の法則により、第
６図の紙面に垂直方向に力が作用し、参照符３
４，３５で示すアークは、第６図１，２の状態か
ら、第５図１，２の状態となるように移動する。
こうして接点２１，２５の端面側にアークが生じ
ても、接点２１，２５の円周面側に移動すること
になる。したがつてこのような第６図１，２で示
す接点２１，２５の端面側にアークが生じても、
アークを素早く遮断することができる。

効 果 以上のように本発明に従う接点装置は、気密に
構成されたハウジングと、ハウジング内の固定位
置に設けられた固定接点と、固定接点に接触／離
反自在な可動接点とを備える。このハウジング内
には、窒素ガスおよび水素ガスを含む混合ガスを
封入し、混合ガス中の窒素ガスの混合比率を20〜
97％内に選ぶようにした。また固定電極と可動電
極の各接点の厚み方向にそれぞれ永久磁石片を配
置して、その磁場によつて発生するローレンツ力
によつて、アークを吹飛ばすように構成してい
る。

したがつてこのような接点装置の開極時におい
て、固定接点および可動接点間に発生するアーク
は、格段に短時間で消弧され、したがつて接点の
消耗の程度は格段に減少され、このような接点装
置の構成を格段に小形化することができる。また
本発明によれば、ハウジング５内では、磁石片２
６，２７によつて一方向に磁界が形成されてお
り、そのハウジング５内に設けられている固定接
点２５と可動接点２１とは、磁界の方向に厚み方
向を有する偏平な形状を有しており、これらの両
接点２５，２１の厚み方向と交差する方向の周面
は、外方に凸の円弧状に形成されているので、た
とえば丸棒を輪切り状に切断してそれらの接点２
５，２１を容易に製造することができ、しかもま
たこのように製造が容易であるという利点が達成
されるだけでなく、アークが発生したとき、その
アークを素早く遮断することができ、したがつて
アーク熱による汚染と、これら接点２５，２１の
損傷が抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の接点装置１の断面
図、第２図は第１図の切断面線−から見た断
面図、第３図は接点装置１の動作に関する実験例
を示すグラフ、第４図は接点装置１の動作に関す
る他の実施例を示すグラフ、第５図および第６図
は、接点２１，２５から発生したアークの消弧動
作を説明するための図である。 １……接点装置、５……ハウジング、６，１１
……支持部材、１５……案内部材、１６……蛇腹
部材、１７……空間、２１……可動接点、２５…
…固定接点、２６，２７……永久磁石片。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気密空間が形成されたハウジング５内に、固
   定接点２５と、その固定接点２５に対向する可動
   接点２１とが配置され、 磁石片２６，２７によつて一方向に磁界が形成
   され、 固定接点２５と可動接点２１とは、磁界の方向
   に厚み方向を有する偏平な形状を有し、 両接点２５，２１の厚み方向と交差する方向の
   周面は、外方に凸の円弧状に形成され、 ハウジング５内には、窒素ガスおよび水素ガス
   を含む混合ガスを封入し、混合ガス中の窒素ガス
   の混合比率を97〜20％、水素ガスの混合比率を３
   〜80％に選ぶようにしたことを特徴とする封止接
   点装置。