JPH06267379A - パッファ形ガス遮断器とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 十分な機械的強度を備えながら、しかも、ア
ークに晒された際の破損または消耗を防止して、その絶
縁性能および遮断性能の低下を最小限に抑制可能な絶縁
ノズルを備えたパッファ形ガス遮断器とその製造方法を
提供する。 【構成】 絶縁ノズル３を、無機充填剤２２を含む四フ
ッ化エチレン樹脂２１から構成する。絶縁ノズル３にお
ける無機充填剤２２の局部的な密度を、絶縁ノズル３の
全ての部分において１０重量％以下とする。そして、絶
縁ノズル３における無機充填剤２２の局部的な密度を、
パッファシリンダ４に固着する部分の近傍において５重
量％以下とするか、あるいは、スロート２４の内壁近傍
において５重量％以下とする。四フッ化エチレン樹脂粉
末および無機充填剤粉末を混合した粉末原料を容器内に
注入する際に、この２種類の粉末原料の混合比を漸次変
化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パッファ形ガス遮断器
に係り、特に、そのノズルの耐アーク性を向上するため
に絶縁ノズルの構成を改良したパッファ形ガス遮断器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】短絡電流を遮断する場合などに使用され
るガス遮断器においては、電流を遮断する動作を行った
際に、その固定・可動接触子間にアークが発生する。こ
のアークを消弧するために、従来、可動接触子部にパッ
ファピストンとパッファシリンダとを設けてパッファ室
を構成し、このパッファ室内で圧縮したＳＦ₆ ガスなど
の消弧性ガスを、パッファシリンダと一体的に固着され
た絶縁ノズル内に導き、前記固定・可動接触子間に発生
したアークに吹き付けて消弧させる消弧室を有する、い
わゆるパッファ形ガス遮断器が使用されている。

【０００３】このようなパッファ形ガス遮断器における
一般的な消弧室の構造の一例を図７および図８に示す。
まず、図７は、投入状態を示している。図中１，２は、
固定接触子および可動接触子であり、投入状態におい
て、これらの固定・可動接触子１，２は、接触状態にあ
り、電流はこれらの固定・可動接触子１，２を通じて流
れる。また、可動接触子２は、絶縁ノズル３、パッファ
シリンダ４とともに、操作ロッド５に一体的に固着され
ており、これらの可動部は、図中右側に配置された（図
示していない）操作機構部によって一体的に駆動される
ようになっている。さらに、パッファシリンダ４と図示
していない固定部に固定されたパッファピストン６とで
パッファ室７が構成されている。これらの消弧室部材
は、ＳＦ₆ などの消弧性ガス８が充填された（図示して
いない）密閉容器内に収納されている。

【０００４】このような消弧室に遮断指令が付与される
と、操作機構部が作動し、操作ロッド５を介して可動接
触子２を図中右側に駆動する。この結果、固定接触子１
と可動接触子２は開離する。図８は、このような遮断途
中状態を示している。両接触子１，２が開離した結果、
この接触子１，２間にはアーク９が発生している。一
方、操作ロッド５の動作に伴い、パッファシリンダ４も
図中右側に駆動され、それによってパッファ室７内の消
弧性ガス８が圧縮され、その圧力が上昇する。パッファ
室７内で圧縮された消弧性ガス８は、絶縁ノズル３を介
してアーク９に吹き付けられ、このアーク９を消弧して
電流遮断を達成する。

【０００５】以上のような動作原理から明らかなよう
に、絶縁ノズル３は、アーク９に直接晒される。以上の
ようなパッファ形ガス遮断器によって遮断される短絡電
流は、現在の日本国内の送電系統では６０ｋＡを越す場
合もあり、このような大電流を遮断する際に発生するア
ークの温度は２００００℃にも達する。したがって、絶
縁ノズル３の材料としては、電気絶縁性のみならず耐熱
性にも優れたフッ素樹脂が使用されている。これに対
し、電気絶縁性が要求されない他の部材、すなわち、接
触子２，３やパッファシリンダ４、操作ロッド５、パッ
ファピストン６などの部材は、金属製とされている。

【０００６】また、前述の説明から明らかなように、絶
縁ノズル３は、パッファシリンダ４と一体的に固着され
なければならない。この場合、絶縁ノズル３はフッ素樹
脂製であり、パッファシリンダ４は金属製であるため、
金属部材同士を接続する場合とは異なり、両者を固着す
る方法はかなり限定されるが、一般的には、図９および
図１０に示すような方法が用いられている。

【０００７】すなわち、図９においては、パッファシリ
ンダ４の端部にボルト孔４ａが設けられるとともに、絶
縁ノズル３に幅の広いフランジ部３ａが設けられてお
り、さらに、フランジ部３ａにおけるパッファシリンダ
４のボルト孔４ａに対応する位置には貫通孔３ｂが設け
られている。そして、絶縁ノズル３の貫通孔３ｂを介し
てパッファシリンダ４のボルト孔４ａにボルト１１が挿
入されることにより、絶縁ノズル３がパッファシリンダ
４に締結されている。

【０００８】一方、図１０においては、パッファシリン
ダ４の端部にボルト孔４ａが設けられ、絶縁ノズル３に
幅の狭いフランジ部３ｃが設けられるとともに、絶縁ノ
ズル３のフランジ部３ｃの外周部に押え金具１２が設け
られており、さらに、この押え金具１２におけるパッフ
ァシリンダ４のボルト孔４ａに対応する位置にはボルト
孔１２ａが設けられている。そして、押え金具１２によ
って絶縁ノズル３のフランジ部３ｃが押えられた状態
で、この押え金具１２のボルト孔１２ａを介してパッフ
ァシリンダ４のボルト孔４ａにボルト１１が挿入される
ことにより、絶縁ノズル３がパッファシリンダ４に締結
されている。

【０００９】ところで、以上のようなパッファ形ガス遮
断器において、フッ素樹脂からなる絶縁ノズルがアーク
に晒されると、アークから放射されたエネルギーがフッ
素樹脂の内部にまで浸透して吸収されるため、絶縁ノズ
ル内部にボイドあるいは炭化現象を引き起こす。その結
果、絶縁ノズルの絶縁性能を低下させるとともに、絶縁
ノズルを消耗させ、ガス流路断面積を増大させるため、
ガスの吹き付け効果が低下して遮断性能を低下させる可
能性がある。

【００１０】従来、このようなアークエネルギーに基づ
く絶縁ノズル内部のボイドの発生あるいは炭化現象を防
止するために、各種の技術が提案されている。例えば、
特公平１−４５６９０号公報の技術においては、絶縁ノ
ズル中の少なくともアークに晒される部分の表層部を、
高い熱伝導性を有する無機粉末および１μｍ以下の平均
粒径を有する顔料粒子とを含むフッ素樹脂により構成
し、顔料粒子により吸収されたアークエネルギーを無機
粉末により速やかに拡散するとともに、粒径の小さな顔
料粒子をフッ素樹脂および無機粉末粒子の間隙に充填す
ることにより、絶縁ノズルにおけるボイドの発生を防い
でいる。

【００１１】また、特公平１−３７８２２号公報の技術
においては、絶縁ノズル内部にボイドの発生あるいは炭
化現象を引き起こす原因、すなわち、アークエネルギー
が絶縁ノズル内部に侵入して吸収される点に着目し、絶
縁ノズルを、高い光反射性を有する窒化ホウ素粉末を含
むフッ素樹脂から構成して、絶縁ノズルの光反射率を６
０％以上とすることにより、アークエネルギーが絶縁ノ
ズルに吸収されることを防止している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の材質の絶縁ノズル３を使用して、図９およ
び図１０に示すようにしてパッファシリンダ４に固着す
る構成では、現在の使用においては問題ないものの、将
来的にパッファ形ガス遮断器が高電圧・大容量化した場
合には、絶縁ノズル３におけるフランジ部の機械的強度
が不十分となることが予想される。この点について以下
に説明する。

【００１３】すなわち、パッファ形ガス遮断器において
は、６０ｋＡを越す大電流を交流電圧の数サイクル以内
に遮断する必要から、その可動部は極めて高速で駆動さ
れなければならない。この開極速度は、場合によっては
秒速数メートルあるいはそれ以上にも達することがある
ため、可動部には大きな加速度が加わることになる。こ
れに対して、絶縁ノズル３は、図９および図１０に示す
ように、フランジ部３ａあるいは３ｃによってパッファ
シリンダ４に固着されているため、可動部に加わる加速
度によって、フランジ部３ａ，３ｃに大きな衝撃力が加
わることになる。

【００１４】この場合、前述した従来技術においては、
いずれも、絶縁ノズル３の材料として四フッ化エチレン
樹脂中に無機充填剤を混入しているため、四フッ化エチ
レン樹脂のみを使用した場合に比べて絶縁ノズルの機械
的強度が低くなっている。それは、無機充填剤と四フッ
化エチレン樹脂との間に接着性がほとんどないために、
無機充填剤が多いほど絶縁ノズル３の機械的強度が低下
するからである。一例として、四フッ化エチレン樹脂に
混入する無機充填剤の量を変化させた場合の引張り強度
を実測した結果を図１１に示す。

【００１５】そして、以上のような従来の材質の絶縁ノ
ズル３の機械的強度は、現在の使用においては十分の裕
度があるものの、将来的に計画されているより高電圧・
大容量のパッファ形ガス遮断器における、開極速度の一
層の高速化に伴う衝撃力の増大に対しては、十分の裕度
が得られないものと予想される。その場合には、現在よ
り格段に増大した加速度によって、絶縁ノズル３のフラ
ンジ部３ａ，３ｃに対して現在より格段に増大した衝撃
力が加わることにより、絶縁ノズル３の破損などを引き
起こし、その結果、絶縁ノズル３の絶縁性能または遮断
性能が低下する可能性がある。

【００１６】一方、従来技術においては、前述したよう
に、いずれも、絶縁ノズル３の材料として四フッ化エチ
レン樹脂中に無機充填剤を混入しているが、この無機充
填剤は、高い光反射性を有する反面、高い熱伝導性を有
する。そのため、アーク９から放射される熱が無機充填
剤によって絶縁ノズル３内部に吸収され、その結果、絶
縁ノズル３の消耗量が増大し、ガス流路断面積を増大さ
せることにより、ガスの吹き付け効果が低下して遮断性
能を低下させる可能性がある。すなわち、無機充填剤を
混入することにより、絶縁ノズル３内部におけるボイド
あるいは炭化現象の発生を防止できるという効果が得ら
れる反面、絶縁ノズル３の消耗量が増大するという不都
合な効果をもまた生じている。従来は、絶縁ノズル３の
消耗量を抑制するために、この相反する効果の妥協点を
取ってこれに相当する量を充填することが提案されてい
る。このような技術については、例えば、１９８９年刊
行のＩＥＥＥ（ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅ
ｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）の論文誌「Ｔｒａｎｓａｃｔｉ
ｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ」、第４
巻、第３号、１７３８〜１７４４頁に記載の論文“Ｋｅ
ｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏ
ｐｉｎｇ ａ ４２０ｋＶ ５０ｋＡ ＧＣＢ”に記載
されている。

【００１７】しかしながら、以上のように、単順に妥協
点を取って無機充填剤を混入する方法においては、結
局、ボイドの発生あるいは炭化現象を防止する点につい
ても、絶縁ノズル３の消耗量を抑制する点についても、
最適条件とはほど遠い充填量となる。そのため、将来的
に計画されているより高電圧・大容量のパッファ形ガス
遮断器において、より大電流のアークエネルギーに晒さ
れた場合には、十分に対応できず、絶縁ノズル３に破損
または消耗を生じ、その結果、絶縁ノズル３の絶縁性能
または遮断性能が低下する可能性がある。

【００１８】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
十分な機械的強度を備えながら、しかも、アークに晒さ
れた際の破損または消耗を防止して、その絶縁性能およ
び遮断性能の低下を最小限に抑制可能な絶縁ノズルを備
えたパッファ形ガス遮断器とその製造方法を提供するこ
とである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明によるパッファ形
ガス遮断器は、消弧性ガスを充填した容器内に接離可能
な固定接触子および可動接触子を有し、可動接触子部に
設けられたパッファピストンとパッファシリンダとから
なるパッファ室を圧縮することによって消弧性ガスを圧
縮して前記パッファシリンダと一体的に固着された絶縁
ノズル部に導き、前記固定・可動接触子間に発生したア
ークに吹き付けて消弧させる消弧室を有するパッファ形
ガス遮断器において、次のような特徴を有するものであ
る。

【００２０】すなわち、請求項１に記載のパッファ形ガ
ス遮断器は、前記絶縁ノズルが、無機充填剤を含む四フ
ッ化エチレン樹脂からなり、この絶縁ノズルにおける前
記無機充填剤の局部的な密度が、前記絶縁ノズルの全て
の部分において１０重量％以下となり、かつ、前記絶縁
ノズルを前記パッファシリンダに固着する部分の近傍に
おいて５重量％以下となるように構成されたことを特徴
としている。また、請求項２に記載のパッファ形ガス遮
断器は、前記絶縁ノズルが、無機充填剤を含む四フッ化
エチレン樹脂からなり、この絶縁ノズルにおける前記無
機充填剤の局部的な密度が、前記絶縁ノズルの全ての部
分において１０重量％以下となり、かつ、前記絶縁ノズ
ルのスロートの内壁近傍において５重量％以下となるよ
うに構成されたことを特徴としている。

【００２１】一方、請求項３に記載のパッファ形ガス遮
断器の製造方法は、消弧性ガスを充填した容器内に、接
離可能な固定接触子および可動接触子と、可動接触子部
に設けられたパッファピストンとパッファシリンダとか
らなるパッファ室と、前記パッファシリンダと一体的に
固着された絶縁ノズルを備えた消弧室を有するパッファ
形ガス遮断器の製造方法において、次のような特徴を有
するものである。すなわち、前記絶縁ノズルの製造にあ
たって、四フッ化エチレン樹脂粉末および無機充填剤粉
末を混合した粉末原料を容器内に注入する注入ステップ
と、注入した粉末原料を加圧成型する加圧成型ステップ
と、加圧成型した原料の一部を切削して絶縁ノズルを形
成する切削ステップとを備え、かつ、前記注入ステップ
を、前記四フッ化エチレン樹脂粉末と前記無機充填剤粉
末との混合比を漸次変化させ、その結果、前記絶縁ノズ
ルにおける無機充填剤の局部的な密度分布が所定の密度
分布となるように行うことを特徴としている。

【００２２】

【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は次の
通りである。すなわち、請求項１および請求項２のパッ
ファ形ガス遮断器においては、絶縁ノズルの大部分にお
ける無機充填剤の密度を１０重量％以下としているた
め、絶縁ノズルの機械的強度の低下を抑制することがで
きる。この場合、無機充填剤をほぼ１０重量％近く充填
することにより、絶縁ノズル内部へのアークエネルギー
の侵入を防止できるため、絶縁ノズル内部におけるボイ
ドあるいは炭化現象の発生を防止することができる。

【００２３】そして、請求項１のパッファ形ガス遮断器
においては、特に、絶縁ノズルのパッファシリンダとの
固着部分における無機充填剤の密度を５重量％以下とし
ているため、この固着部分の機械的強度の低下を最小限
に抑制することが可能となり、開極時の加速度によって
この固着部分に大きな衝撃力が加わった場合でも、絶縁
ノズルの破損を生じる恐れはない。また、請求項２のパ
ッファ形ガス遮断器においては、特に、高い熱伝導性を
有する無機充填剤の密度を、絶縁ノズルのスロートの内
壁近傍において局部的に５重量％以下としているため、
このスロートの内壁部分における熱伝導性を低くするこ
とが可能となり、この部分が大電流のアークエネルギー
に晒された場合でも、四フッ化エチレン樹脂の昇華によ
る絶縁ノズルの消耗を生じる恐れはない。

【００２４】一方、請求項３のパッファ形ガス遮断器の
製造方法においては、粉末状の四フッ化エチレン樹脂粉
末および無機充填剤粉末を混合した粉末原料を容器内に
注入する際に、四フッ化エチレン樹脂粉末と無機充填剤
粉末との混合比を漸次変化させて、絶縁ノズルにおける
無機充填剤の局部的な密度分布が所定の密度分布となる
ようにすることにより、請求項１または請求項２に記載
の無機充填剤の密度分布を有する絶縁ノズルを容易に効
率よく製造することができる。

【００２５】

【実施例】以下には、本発明によるパッファ形ガス遮断
器の実施例について図面を参照して具体的に説明する。

【００２６】（１）第１実施例…図１、図２ 図１は、請求項３に記載の製造方法によって、請求項１
に記載のパッファ形ガス遮断器を製造した一実施例（第
１実施例）を示す図であり、特に、その絶縁ノズル３の
組成を示す模式図である。なお、絶縁ノズル３以外の部
分の構成については、前記図７および図８に示した従来
のパッファ形ガス遮断器と同様の構成とされている。こ
の図１において、絶縁ノズル３は、主材料である四フッ
化エチレン樹脂２１中に、無機充填剤として窒化ホウ素
２２が充填されている。より詳細には、絶縁ノズル３の
フランジ部２３には窒化ホウ素２２が１重量％充填さ
れ、それ以外の部分には１０重量％充填されている。

【００２７】また、以上のような窒化ホウ素２２の密度
分布を有する絶縁ノズル３は、図２に示すようにして製
造されている。すなわち、まず、容器３０内に、四フッ
化エチレン樹脂粉末と窒化ホウ素粉末とを混合した粉末
原料を注入する。この場合、窒化ホウ素粉末を１重量％
含む粉末原料と、窒化ホウ素粉末を１０重量％含む粉末
原料という混合比の異なる２種類の粉末原料を予め用意
しておき、注入初期には、窒化ホウ素粉末を１重量％含
む粉末原料を注入して、容器３０の底部に、窒化ホウ素
粉末を１重量％含む第１の領域３１を形成し、この上
に、窒化ホウ素粉末を１０重量％含む粉末原料を注入し
て、領域３１の上に、窒化ホウ素粉末を１０重量％含む
第２の領域３２を形成する。続いて、このように注入し
た粉末原料を容器３０ごと加圧成型した後、図中３３と
して示す外形に沿って切削し、図１に示すような絶縁ノ
ズル３を製造する。

【００２８】以上の構成を有する本実施例の作用は次の
通りである。まず、絶縁ノズル３におけるフランジ部２
３以外の大部分については、窒化ホウ素の密度を１０重
量％としているため、機械的強度の低下を抑制できると
ともに、アーク９から放射されるエネルギーの侵入を防
止でき、絶縁ノズル３内部におけるボイドあるいは炭化
現象の発生を防止できる。それに加えて、本実施例の絶
縁ノズル３は、固着部分であるフランジ部２３の窒化ホ
ウ素の密度が１重量％と低いため、図９および図１０に
示すように、この絶縁ノズル３をフランジ部２３によっ
てパッファシリンダ４に固定した場合でも、フランジ部
２３の機械的強度を十分に高く維持することができる。
したがって、将来的に計画されているより高電圧・大容
量のパッファ形ガス遮断器において、開極時の加速度に
より、このフランジ部２３に大きな衝撃力が加わった場
合でも、絶縁ノズル３の破損などを生じる恐れはない。

【００２９】このように、本実施例によれば、絶縁ノズ
ル３の大部分については十分に窒化ホウ素を充填し、か
つ、固着部分であるフランジ部２３の窒化ホウ素の密度
を局部的に低くしたことにより、絶縁ノズルの機械的強
度を十分に維持できるとともに、アークに晒された際の
絶縁性能および遮断性能の低下を最小限に抑制できる。
また、混合比の異なる２種類の粉末原料を用意して、こ
れらの粉末原料の注入時にその注入量と順序を選択して
いるため、所定の密度分布を有する絶縁ノズルを容易に
効率よく製造することができるという効果も得られる。

【００３０】なお、前記第１実施例においては、フラン
ジ部２３における窒化ホウ素の充填量を１重量％とした
が、フランジ部２３における窒化ホウ素の充填量を１重
量％未満とすることも可能である。例えば、フランジ部
２３を四フッ化エチレン樹脂のみで１００％構成するこ
とも可能であり、この場合には、フランジ部２３の機械
的強度をさらに高くすることができる。また、逆に、フ
ランジ部２３における窒化ホウ素の充填量を、１重量％
を越える充填量とすることも可能である。すなわち、図
１１に示すように、固着部分であるフランジ部２３にお
ける窒化ホウ素の充填量が５重量％を越えた場合には、
機械的強度がかなり低下してしまうが、５重量％以下で
あれば、機械的強度の低下を十分に抑制することができ
る。さらにまた、フランジ部２３以外の部分における窒
化ホウ素の充填量についても、１０重量％に限定される
ものではなく、１０重量％以下の適当な値を選択するこ
とができる。

【００３１】（２）第２実施例…図３〜図６ 図３は、請求項３に記載の製造方法によって、請求項２
に記載のパッファ形ガス遮断器を製造した一実施例（第
２実施例）を示す図であり、特に、その絶縁ノズル３の
組成を示す模式図である。なお、絶縁ノズル３以外の部
分の構成については、前記図７および図８に示した従来
のパッファ形ガス遮断器と同様の構成とされている。こ
の図３において、絶縁ノズル３は、主材料である四フッ
化エチレン樹脂２１中に、無機充填剤として窒化ホウ素
２２が充填されている。より詳細には、絶縁ノズル３の
中央のスロート部２４には窒化ホウ素２２が１重量％充
填され、それ以外の上流部２５および下流部２６には１
０重量％充填されている。

【００３２】また、以上のような窒化ホウ素２２の密度
分布を有する絶縁ノズル３は、図４に示すようにして製
造されている。すなわち、まず、容器３０内に、四フッ
化エチレン樹脂粉末と窒化ホウ素粉末とを混合した粉末
原料を注入する。この場合、窒化ホウ素粉末を１重量％
含む粉末原料と、窒化ホウ素粉末を１０重量％含む粉末
原料という混合比の異なる２種類の粉末原料を予め用意
しておき、注入初期には、窒化ホウ素粉末を１０重量％
含む粉末原料を注入して、容器３０の底部に、窒化ホウ
素粉末を１０重量％含む第１の領域４１を形成し、この
上に、窒化ホウ素粉末を１重量％含む粉末原料を注入し
て、容器３０の中央部に、窒化ホウ素粉末を１重量％含
む第２の領域４２を形成し、さらにその上に、窒化ホウ
素粉末を１０重量％含む粉末原料を注入して、容器３０
の上部に、窒化ホウ素粉末を１０重量％含む第３の領域
４３を形成する。続いて、このように注入した粉末原料
を容器３０ごと加圧成型した後、図中４４として示す外
形に沿って切削し、図３に示すような絶縁ノズル３を製
造する。

【００３３】以上の構成を有する絶縁ノズル３を備えた
本実施例のパッファ形ガス遮断器の作用を、図５および
図６を参照して説明する。まず、図５においては、投入
状態におけるパッファ形ガス遮断器の固定・可動接触子
１，２と絶縁ノズル３の状況を示している。この投入状
態においては、電流は接触状態にある固定・可動接触子
１，２を通して流れており、固定・可動接触子１，２間
にアークは存在しない。

【００３４】そして、この状態でパッファ形ガス遮断器
に遮断指令が与えられ、図示していない操作機構部が作
動して遮断動作を行うと、図６に示すように、可動接触
子２と絶縁ノズル３が一体的に図中右側に駆動される。
この結果、固定接触子１と可動接触子２が開離し、量接
触子１，２間にアーク９が発生する。前述したように、
送電系統における短絡電流は、６０ｋＡを越す場合もあ
り、このような大電流を遮断する際に発生するアーク９
の温度は２００００℃にも達する。このような高温のア
ーク９の周囲にある絶縁ノズル３は、アーク９から放射
されるエネルギー、すなわち、熱エネルギーに晒され
る。

【００３５】一般に、熱の移動には、対流・放射・熱伝
導の三種類があることはよく知られている。このうち、
対流は、高温のガスの移動に伴う熱の移動であり、パッ
ファ形ガス遮断器においては、図６に図示していないパ
ッファシリンダ内のガスの圧縮に伴い、絶縁ノズル３
の上流部２５から、絶縁ノズル３のスロート２４と固定
接触子１との間隙部分を介して絶縁ノズル３の下流部２
６へ流れるガス流５１と、絶縁ノズル３の上流部２５
から、可動接触子２の中空部を通して、図中右側へ流れ
るガス流５２という二つのガス流５１，５２に依存し、
絶縁ノズル３とアーク９の間の熱の授受には寄与しな
い。そして、放射および熱伝導が、絶縁ノズル３とアー
ク９の間の熱の授受に寄与する。

【００３６】ここで、絶縁ノズル３内部の断面積とアー
ク径の関係を検討すると、図６に示すように、スロート
部２４ではアーク９は絶縁ノズル３の内部空間を満た
し、アーク９の境界が絶縁ノズル３の内壁と接触してい
る。一方、絶縁ノズル３の上流部２５および下流部２６
では、アーク９の境界は、絶縁ノズル３の内壁から開離
しており、アーク９と絶縁ノズル３の内壁との間にはガ
ス層が介在している。

【００３７】このような状態での熱伝導現象を考察す
る。まず、アーク９から発生した熱は周囲の物質を介し
て拡散していく。絶縁ノズル３の内部空間において、ア
ーク９から発生した熱は、アーク９の境界が内壁と接触
しているスロート部２４においては、そのままスロート
部２４に吸収されるが、他の部分２５，２６において
は、一旦周囲のガス層に吸収されるものの、絶縁ノズル
３に熱伝導されることはない。すなわち、パッファ形ガ
ス遮断器では、上流側のガス圧力が十分に高く、ガス流
は超音速乃至は音速に近い速度となっているため、この
ガス層の温度が上昇してさらにこれから絶縁ノズル３へ
と熱伝導が起こる前に、ガス流が絶縁ノズル３の外部へ
流出してしまうからである。したがって、ガスから絶縁
ノズル３への熱伝導は起こり得ないため、アーク９と絶
縁ノズル３との間に熱伝導による熱の授受が発生し得る
のは、スロート部２４のみに限定されることがわかる。
そして、このような熱伝導により絶縁ノズル３の温度が
上昇して四フッ化エチレン樹脂の昇華温度に達すると、
四フッ化エチレン樹脂の昇華による絶縁ノズル３の消耗
が生じる。

【００３８】一方、放射による熱放散は、アーク９全体
から光エネルギーとして行われ、その大部分は透明なガ
ス層を透過して絶縁ノズル３に到達する。この光エネル
ギーは、絶縁ノズル３内部に吸収されて、その主材料で
ある四フッ化エチレン樹脂のＣ−Ｃ結合鎖を断ち切り、
それによって低分子量の誘導体が生成される。これは、
光アブレーションと呼ばれる現象であり、これもまた、
絶縁ノズル３の消耗の大きな要因となる。

【００３９】以上の考察により、絶縁ノズル消耗のメカ
ニズムとして、光エネルギーによる光アブレーションが
絶縁ノズル３の内壁全体で発生し、スロート部２４で
は、これに加えて、熱伝導による温度上昇に基づく昇華
がスロート部で集中的に発生することが理解できる。

【００４０】これに対して、本実施例においては、次の
ような作用が得られる。まず、絶縁ノズル３における上
流部２５および下流部２６については、高い光反射性を
有する窒化ホウ素の密度を１０重量％としているため、
絶縁ノズル３の機械的強度の低下を抑制できるととも
に、アーク９から放射される光エネルギーの侵入を防止
でき、前述の光アブレーション現象を抑制できる。それ
に加えて、絶縁ノズル３のスロート部２４については、
高い熱伝導性を有する窒化ホウ素の密度を１重量％と低
くしているため、スロート部２４の内壁部分における熱
伝導性を低くすることができる。したがって、このスロ
ート部２４が大電流のアークエネルギーに晒された場合
でも、四フッ化エチレン樹脂の昇華による絶縁ノズル３
の消耗を生じる恐れはない。

【００４１】このように、本実施例によれば、絶縁ノズ
ル３の大部分については十分に窒化ホウ素を充填し、か
つ、アーク９と接触する部分であるスロート部２４の窒
化ホウ素の密度を局部的に低くしたことにより、絶縁ノ
ズルの機械的強度を十分に維持できるとともに、アーク
に晒された際の絶縁性能および遮断性能の低下を最小限
に抑制できる。また、前記第１実施例と同様に、混合比
の異なる２種類の粉末原料を用意して、これらの粉末原
料の注入時にその注入量と順序を選択しているため、所
定の密度分布を有する絶縁ノズルを容易に効率よく製造
することができるという効果も得られる。

【００４２】なお、前記第２実施例においては、スロー
ト部２４における窒化ホウ素の充填量を１重量％とした
が、スロート部２４における窒化ホウ素の充填量を１重
量％未満とすることも可能である。例えば、スロート部
２４を四フッ化エチレン樹脂のみで１００％構成するこ
とも可能であり、この場合には、スロート部２４の熱伝
導性を極めて低くすることができ、アークエネルギーに
よるスロート部２４の消耗を極力低減することができ
る。また、逆に、スロート部２４における窒化ホウ素の
充填量を、１重量％を越える充填量とすることも可能で
ある。すなわち、アーク９に晒されるスロート部２４に
おける窒化ホウ素の充填量が５重量％を越えた場合に
は、熱伝導性が高くなり過ぎて、スロート部２４の消耗
量が大きくなってしまうが、５重量％以下であれば、熱
伝導性を十分に抑制することができ、スロート部２４の
消耗量を抑制することができる。さらにまた、スロート
部２３以外の部分における窒化ホウ素の充填量について
も、１０重量％に限定されるものではなく、１０重量％
以下の適当な値を選択することができる。

【００４３】（３）その他の実施例 なお、本発明は、前記第１、第２実施例に限定されるも
のではなく、例えば、窒化ホウ素の密度を、３段階以上
に変化させることも可能である。この場合には、窒化ホ
ウ素の密度の種類に合わせた数の混合比の粉末原料を用
意して順次注入を行うことにより、容易に絶縁ノズルを
製造できる。また、絶縁ノズルのフランジ部とスロート
部の両方を、ともに５重量％以下とすることも可能であ
り、その場合には、前記第１、第２実施例の作用効果を
合わせた作用効果が得られる。さらに、本発明において
は、無機充填剤として窒化ホウ素以外の材料を使用する
ことも可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、絶縁ノズルにおける無機充填剤の密度を局部的に変
えるという簡単な構成の改良により、十分な機械的強度
を備えながら、しかも、アークに晒された際の破損また
は消耗を防止して、その絶縁性能および遮断性能の低下
を最小限に抑制可能な絶縁ノズルを備えたパッファ形ガ
ス遮断器を提供することができる。また、粉末原料を容
器内に注入する際に、四フッ化エチレン樹脂粉末と無機
充填剤粉末との混合比を漸次変化させることにより、所
定の密度分布を有する絶縁ノズルを容易に効率よく製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項３に記載の製造方法によって、請求項１
に記載のパッファ形ガス遮断器を製造した一実施例（第
１実施例）を示す図であり、特に、その絶縁ノズルの組
成を示す模式図。

【図２】図１の絶縁ノズルの製造工程を示す図であり、
特に、粉末原料の注入工程を示す断面図。

【図３】請求項３に記載の製造方法によって、請求項２
に記載のパッファ形ガス遮断器を製造した一実施例（第
２実施例）を示す図であり、特に、その絶縁ノズルの組
成を示す模式図。

【図４】図３の絶縁ノズルの製造工程を示す図であり、
特に、粉末原料の注入工程を示す断面図。

【図５】図３の絶縁ノズルを使用したパッファ形ガス遮
断器の投入状態における固定・可動接触子と絶縁ノズル
の状況を示す断面図。

【図６】図５の固定・可動接触子と絶縁ノズルの遮断途
中状態における状況を示す断面図。

【図７】パッファ形ガス遮断器における一般的な消弧室
の構造の一例を示す図であり、特に、投入状態を示す断
面図。

【図８】図７の消弧室の遮断途中状態を示す断面図。

【図９】図７の消弧室における絶縁ノズルとパッファシ
リンダの一般的な固着方法の一例を示す断面図。

【図１０】図７の消弧室における絶縁ノズルとパッファ
シリンダの一般的な固着方法の一例を示す断面図。

【図１１】四フッ化エチレン樹脂に混入する無機充填剤
の量を変化させた場合の引張り強度を実測した結果を示
すグラフ。

【符号の説明】

１…固定接触子 ２…可動接触子 ３…絶縁ノズル ３ａ，３ｃ…フランジ部 ３ｂ…貫通孔 ４…パッファシリンダ ４ａ…ボルト孔 ５…操作ロッド ６…パッファピストン ７…パッファ室 ８…消弧性ガス ９…アーク １１…ボルト １２…押え金具 １２ａ…ボルト孔 ２１…四フッ化エチレン樹脂 ２２…窒化ホウ素 ２３…フランジ部 ２４…スロート部 ２５…上流部 ２６…下流部 ３０…容器 ３１，３２，４１〜４３…領域 ３３，４４…外形 ５１，５２…ガス流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 嘉彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 池田 久利 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 中本 哲哉 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消弧性ガスを充填した容器内に接離可能
   な固定接触子および可動接触子を有し、可動接触子部に
   設けられたパッファピストンとパッファシリンダとから
   なるパッファ室を圧縮することによって消弧性ガスを圧
   縮して前記パッファシリンダと一体的に固着された絶縁
   ノズル部に導き、前記固定・可動接触子間に発生したア
   ークに吹き付けて消弧させる消弧室を有するパッファ形
   ガス遮断器において、 前記絶縁ノズルが、無機充填剤を含む四フッ化エチレン
   樹脂からなり、この絶縁ノズルにおける前記無機充填剤
   の局部的な密度が、前記絶縁ノズルの全ての部分におい
   て１０重量％以下となり、かつ、前記絶縁ノズルを前記
   パッファシリンダに固着する部分の近傍において５重量
   ％以下となるように構成されたことを特徴とするパッフ
   ァ形ガス遮断器。
2. 【請求項２】 消弧性ガスを充填した容器内に接離可能
   な固定接触子および可動接触子を有し、可動接触子部に
   設けられたパッファピストンとパッファシリンダとから
   なるパッファ室を圧縮することによって消弧性ガスを圧
   縮して前記パッファシリンダと一体的に固着された絶縁
   ノズル内に導き、前記固定・可動接触子間に発生したア
   ークに吹き付けて消弧させる消弧室を有するパッファ形
   ガス遮断器において、 前記絶縁ノズルが、無機充填剤を含む四フッ化エチレン
   樹脂からなり、この絶縁ノズルにおける前記無機充填剤
   の局部的な密度が、前記絶縁ノズルの全ての部分におい
   て１０重量％以下となり、かつ、前記絶縁ノズルのスロ
   ートの内壁近傍において５重量％以下となるように構成
   されたことを特徴とするパッファ形ガス遮断器。
3. 【請求項３】 消弧性ガスを充填した容器内に、接離可
   能な固定接触子および可動接触子と、可動接触子部に設
   けられたパッファピストンとパッファシリンダとからな
   るパッファ室と、前記パッファシリンダと一体的に固着
   された絶縁ノズルを備えた消弧室を有するパッファ形ガ
   ス遮断器の製造方法において、 前記絶縁ノズルの製造にあたって、四フッ化エチレン樹
   脂粉末および無機充填剤粉末を混合した粉末原料を容器
   内に注入する注入ステップと、注入した粉末原料を加圧
   成型する加圧成型ステップと、加圧成型した原料の一部
   を切削して絶縁ノズルを形成する切削ステップとを備
   え、かつ、前記注入ステップを、前記四フッ化エチレン
   樹脂粉末と前記無機充填剤粉末との混合比を漸次変化さ
   せ、その結果、前記絶縁ノズルにおける無機充填剤の局
   部的な密度分布が所定の密度分布となるように行うこと
   を特徴とするパッファ形ガス遮断器の製造方法。