JPH07335092A

JPH07335092A - 真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと電気接点並びに製造法

Info

Publication number: JPH07335092A
Application number: JP8363995A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Komuro; 勝博小室; Yoshiyuki Kojima; 慶享児島; Noboru Baba; 馬場　　昇; Shunkichi Endo; 俊吉遠藤; Toru Tanimizu; 徹谷水; Yoshimi Hakamata; 好美袴田; Katsuzo Kuroda; 勝三黒田; Yukio Kurosawa; 幸夫黒沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-04-11
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】小型，長寿命のアーク電極を用いた真空遮断器
を提供する。【構成】アーク電極構成基材の少なくとも１つが接合部
で固相拡散により金相学的に一体に形成されている真空
遮断器。【効果】ろう付け接合部がないため比抵抗が従来のもの
に比べ小さく、強度のばらつきも少なく、また従来に比
べ大きい縦磁界によるアーク分散効果の優れた電極が得
られるため、小型高性能の真空遮断器が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高電圧，大電流遮断用と
して信頼性の高い真空遮断器用電極を備えた真空遮断器
及びその製造方法，真空バルブ，電気接点とその製造法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高電圧，大電流遮断用の真空遮断器は、
絶縁され高真空に保たれた容器内に固定側電極と可動側
電極とを備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固
定側電極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接
続された導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロ
ッドを介して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え
た構造になっている。上記固定電極及び可動電極の構造
は、アーク電極と該アーク電極を支持するアーク電極支
持部材と該アーク電極支持部材に連なり、アークを電極
全面に分散させる働きをするコイル電極材とコイル電極
端部の電極棒の４つの部材、更に用途によっては、電極
の強度を増すための補強部材を追加する場合もある。

【０００３】上述したアーク電極材は、高電圧，大電流
を開閉遮断するため直接アークにさらされる。アーク電
極材に要求される特性としては、遮断容量が大きいこ
と、耐電圧値が高いこと、接触抵抗値が小さいこと（電
気伝導に優れていること）、耐溶着性に優れているこ
と、接点消耗量が少ないこと及び裁断電流値が小さいこ
とがあげられる。従来の電極はＣｒ，Ｃｕ，Ｗ，Ｃｏ，
Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂあるいはこれらの合金粉末を所定の組
成，形状，空孔量に成形、焼結後、焼結体の骨格にＣｕ
あるいはＣｕ合金溶湯を含浸させて作製している（以
下、溶浸法と称する）が、上記特性のうち耐電圧値を改
善するため特開昭63−62122号，同63−202813号公報で
は、溶浸前の焼結工程で密度をあげ、空孔率をできるだ
け少なくする熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理によりアー
ク電極材を製造する方法が開示されている。前記熱間等
方圧加圧処理により作製されたアーク電極材は、Ｃｕ合
金溶湯を含浸させて作製したアーク電極材に比べ耐電圧
が高く、耐電圧値の製品によるばらつきも少ないという
特徴を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術ではアーク
電極の製法が溶浸法であると熱間等方圧加圧処理法であ
るとにかかわらず、アーク電極と該アーク電極を支持す
るアーク電極支持部材と該アーク電極支持部材に連なる
コイル電極材とコイル電極端部の電極棒の４つの部材を
各部品ごとに作製し機械加工を行った後、それらをろう
付けして電極を作製していた。ろう付けはアーク電極と
該アーク電極を支持するアーク電極支持部材と該アーク
電極支持部材に連なるコイル電極材とコイル電極端部の
電極棒のそれぞれの間に接合材と濡れ性の良好なろう材
を入れ、真空中あるいは還元性雰囲気中で昇温し、ろう
付け接合される。ろう付け接合を用いて構成される電極
は、各部材の機械加工工程と、ろう付けするための部品
組立て時の各部品の芯合わせに時間がかかり、また、ろ
う付け不良による電極材の破壊や脱落の事故原因となっ
ていた。更に、今後の真空遮断器の高電圧，大電流化を
考えた場合、接合面のろう材の電気抵抗が電極材に比べ
て高いことによるろう付け部からの局部発熱の問題も危
惧される。

【０００５】更に、近年の遮断性能の向上の一環として
遮断器開閉速度の向上が試みられているが、遮断速度が
早くなると電極開閉時に電極に大きな衝撃応力がかか
り、電極の変形も起こりうる。そのため、電極各部材の
接合部強度が問題となり、従来のろう付けでは接合強度
の大きさに不安も生じてきた。

【０００６】また、高電圧，大電流対応の真空遮断器の
電極は直径が１００ｍｍ以上のものも要求されるが、従
来の各部材をろう付けで作製する方法では、この径以上
のものは、ろう付け欠陥による強度不足のため実用的に
は歩留の問題等から作製が困難であった。

【０００７】また、アーク電極と該アーク電極を支持す
るアーク電極支持部材には電極開閉時に発生するアーク
を電極全体に分散させ、電極寿命を向上させるため、電
極中心軸に並行な磁界（縦磁界という）を発生させるよ
う電極の側面部に溝がきってあった。これは電流が金属
表面を流れることを利用したもので、電流は溝の切って
いない部分に沿って流れるため、その流れのまわりに渦
状の磁界が生じ、これにより上記縦磁界を生じさせるも
のである。縦磁界を効率良く発生させるためには上記溝
がアーク電極及び前記アーク電極支持部材の側面部にお
いて連続していることが最も有効である。従来のろう付
けによる電極では、ろう付け界面を横断して溝が切られ
ていると、アーク発生時にアークが溝の底部にある、ろ
う付け面まで達し、ろう付け部の温度が上昇し、ろう材
が溶け出すという問題点があった。そのため、アーク電
極支持部材の側面のみに溝がきってあった。十分な縦磁
界の発生のためには電極自体を大きくする必要があり、
小型の電極を作製するための障害となっていた。

【０００８】本発明の目的は、ろう材を使用せず、一体
で電極を作製することにより、上記問題を解決し、小型
で長寿命を有する真空遮断器及びそれに用いる真空バル
ブと電気接点並びに製造法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はアーク電極部材
と該アーク電極を支持するアーク電極支持部材及び該支
持部材あるいはこれに連なるコイル電極部材又はアーク
電極部材と通電電極棒とを備える真空遮断器用電極にお
いて、前記アーク電極部材と前記アーク電極支持部材、
前記アーク電極部材とアーク電極支持部材とコイル電極
部材又はアーク電極部材と通電電極棒とが、固相拡散に
より金相学的に一体に固相接合されている真空遮断器電
極とした。

【００１０】更に上記電極のうち望ましいものとして
は、前記アーク電極部材は、２０〜７０重量％がＣｒ，
Ｗ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｆｅの群の中から選ばれた１種以上の
金属成分からなり、２０〜７０重量％がＣｕ，Ａｇ，Ａ
ｕの群から選ばれた１種以上の金属成分からなる合金よ
りなるものがある。

【００１１】また、前記アーク電極部材は、０.５〜５
重量％がＶ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｓｉの群の中か
ら選ばれた１種以上の金属成分からなり、３０〜７０重
量％がＣｕ，Ａｇ，Ａｕの群から選ばれた１種以上の金
属成分からなる合金よりなるものも好ましい。

【００１２】また、前記アーク電極支持部材，コイル電
極部材及び通電電極棒は、１.０重量％以下（０は除
く）がＣｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ，Ｂｅの群の中
から選ばれた１種以上の金属成分からなり、残部がＣ
ｕ，Ａｇ，Ａｕの群から選ばれた１種以上の金属成分か
らなる合金よりなるものも好ましい。

【００１３】また、上記構造の真空遮断器用電極におい
て、前記アーク電極及び前記アーク電極支持部材に縦磁
界発生用の複数本の溝を有し、かつ、その溝がアーク電
極及び前記アーク電極支持部材の側面部において連続し
ており、かつ前記アーク電極部材と前記アーク電極支持
部材，コイル電極部材及び通電電極棒とは前述のように
固相拡散により金相学的に一体に固相接合されているこ
とにより更に性能を向上させることができる。

【００１４】また、上記真空遮断機用電極は、前記アー
ク電極部材と前記アーク電極支持部材，コイル電極部材
及び通電電極棒のうちの少なくとも１つの接合部を熱間
等方圧加圧により一体に固相接合することにより製造さ
れる。

【００１５】上記製造方法は、熱間等方圧加圧の加熱温
度が、バルク材を構成するＣｕ，Ａｇ，Ａｕの群から選
ばれた１種以上の金属成分からなる合金の融点以下で行
い、固相拡散により、金属基材を一体に形成することが
望ましい。

【００１６】上記製造方法は、各種金属粉末を金属製カ
プセル内に入れ、カプセル内部を加熱脱気し密封する行
程を含むことが望ましい。この工程をキャニング(Canni
ng）と称する。

【００１７】更に、本発明は前述真空遮断器において、
前記固定側電極及び可動側電極は耐火性金属と高導電性
金属との合金からなるアーク電極部材と、該アーク電極
部材を支持する高導電性金属からなるアーク電極支持部
材又は前記アーク電極部材と通電電極棒とを有し、前記
アーク電極部材とアーク電極支持部材又は通電電極棒と
は固相接合によって一体に形成され、前記電極支持部の
０.２％耐力が４kg／cm²以上で比抵抗が２.８μΩcm以
下であることを特徴とするものである。

【００１８】本発明は、高真空に保たれた絶縁容器内に
固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブにおい
て、前記両電極は耐火性金属と高導電性金属との複合部
材よりなるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支持
する高導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通電
電極棒とを有し、前記アーク電極とアーク電極支持部材
又は通電電極部材とは固相接合によって一体に形成され
ていることを特徴とする真空バルブにある。

【００１９】前記固定側電極と可動側電極の少なくとも
一方の電極は前記電極支持部材に高導電性金属からなる
縦磁界発生コイルが設けられていることが好ましい。

【００２０】前記縦磁界発生コイルは円筒状であり、そ
の円周面にスリット溝が設けられた形状又は横断面が略
卍状であるのが好ましい。

【００２１】前記固定側電極及び可動側電極はそれらの
外周部がスリット溝によって分離された羽根型を有する
のが好ましい。

【００２２】本発明は高真空に保たれた絶縁容器内に固
定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブにおいて、
前記両電極は耐火性金属と高導電性金属との複合部材よ
りなるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支持する
高導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通電電極
部材とを有し、前記アーク電極部材とアーク電極支持部
材又は通電電極棒とは固相接合によって一体に形成さ
れ、前記電極支持部材の０.２％耐力が４kg／cm²以上
で比抵抗が２.８μΩcm以下であることを特徴とするも
のである。

【００２３】本発明は耐火性金属と高導電性金属との合
金からなるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支持
する高導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通電
電極棒とが固相接合によって一体に形成されていること
を特徴とする電気接点にある。

【００２４】前記アーク電極部材はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及び
Ｔａの１種又は２種以上の混合物と、Ｃｕ，Ａｇ又はＡ
ｕからなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電性
合金からなり、前記電極支持部材又は通電電極棒は前記
高導電性金属又は合金からなものが好ましい。

【００２５】前記アーク電極部材はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及び
Ｔａの１種又は２種以上の合計量５０〜８０重量％とＣ
ｕ，Ａｇ又はＡｕ２０〜５０重量％とを含む複合合金か
らなり、前記電極支持部材又は通電電極棒はＣｒ，Ａ
ｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｔ
ｉ，Ｃｏ及びＦｅの１種又は２種以上の合計量が２.５
重量％以下及び残部Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕである高導電性
合金からなるものが好ましい。

【００２６】本発明は、耐火性金属と高導電性金属との
合金からなるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支
持する高導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通
電電極棒とが固相接合によって一体に形成され、前記電
極支持部の０.２％耐力が４kg／mm²以上で比抵抗が２.
８μΩcm以下であることを特徴とする電気接点にある。

【００２７】本発明は、耐火性金属と高導電性金属との
合金からなるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支
持する高導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通
電電極棒とを有する電気接点の製造法において、前記ア
ーク電極部材は耐火性金属粉，前記高導電性金属粉とを
含む混合粉末を加圧成形した後、該成形体と前記アーク
電極支持部材又は通電電極棒とを熱間等方圧加圧により
固相接合することを特徴とするものである。

【００２８】

【作用】真空遮断器用電極を、前記アーク電極部材と前
記アーク電極支持部材，コイル電極部材及び通電電極棒
の接合部のうちの少なくとも１つの接合部基材を熱間等
方圧加圧(Hot Isostatic Press，HIPと略称する)により
一体に形成することにより、アーク電極部材と前記アー
ク電極支持部材、アーク電極部材とアーク電極支持部材
とコイル電極部材又はアーク電極部材と通電電極棒の４
部材のうちの少なくとも２つ以上の部材間をろう材を用
いることなく接合することができる。この場合、接合部
の強度が問題となるが接合部の基材（Ｃｕ合金）が固相
拡散により金相学的に一体に固相接合されていれば、強
度も十分得られ、また使用時の接合部での発熱の問題も
生じない。ここで固相拡散により金相学的に連続、又は
金相学的に一体に固相接合するとは、上記部材の接合部
において基材（この場合は純Ｃｕ）の結晶（柱状に成長
している結晶で、一つ一つは単結晶）が接合部において
も連続しており、接合境界部が明瞭に示さない状態をい
う。固相拡散を用いて金相学的に一体とした場合、特徴
的なのは基材中に分散しているＣｒなどの高融点金属の
形状が、原料粉の形状をそのまま保っていることであ
る。すなわち、原料粉は破砕等により粒径を小さくする
ため、粒の形状が角ばっていることが多いが、固相拡散
を用いた場合は焼結温度が低く、Ｃｒなどの高融点金属
がほとんど反応しないため粒の形状が角ばったままとな
る。一方、基材を溶融含浸させて接合する方法によって
も接合部が金相学的に一体とすることもできるが、この
場合は、高温で処理するため、Ｃｒなどの高融点金属の
一部が反応し、粒の形状が丸くなる。これらの違いを顕
微鏡で観察すると色の濃い部分がＣｒ粒子であり、白っ
ぽく見えるマトリックスがＣｕ合金である。高融点金属
の一部が反応した場合は、その元素が基材のＣｕ合金中
に拡散するため、基材の電気伝導率が低下する。電極材
料は高電圧，大電流を流すため、電気伝導率のわずかな
低下が、エネルギーロスにつながるため好ましくない。
固相拡散により一体に形成する部材は、４つの部材のう
ちの２つ以上の部材に適用でき、製造コストとの関係
で、一部の接合をろう付けとすることもできる。

【００２９】また、熱間等方圧加圧で一体製造すること
により、従来の製造法では不可能であった、アーク電極
材を任意の組成勾配をもつようにすることができる。こ
れにより、各材質の熱膨張係数の違いによる熱応力を緩
和することができ、電極使用時の熱応力による割れの発
生を抑制することができる。

【００３０】電極は使用時は常に電流が流れているた
め、電気エネルギーの損失ができるだけ少ないように、
電気抵抗のできるだけ小さい材料を用いることが好まし
いが、純Ｃｕでは融点がアーク温度より低いため使用中
に溶け出し使用中に溶着してしまう。できるだけ電気抵
抗を上昇させない範囲で、溶着性を向上させるような元
素として従来より、前記Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｃｏ元素が用いられている。こ
れらの金属は、従来構造の電極に用いられるものと同じ
ものが使われる。これらは融点が１８００℃以上の高融
点金属、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｔ
ｉ，Ｓｉ，Ｃｏなどが単体またはこれらの群から選ばれ
た２種以上の合金をＣｕ等の基材に添加して用いられ
る。含有量は合計量が２０〜７０重量％が好ましい。遮
断速度が速く強度が要求されるようなものに対しては、
含有量を多くするなど電極の要求特性に応じ、含有量を
加減することが望ましい。

【００３１】また、Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｔｉ，Ｓｉ
の群から選ばれた一種以上の元素を、その合計の含有量
が０．２〜５重量％の範囲で添加し、導電性材料として
Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕの群から選ばれた１種以上の合金粉を
用い合計量３０〜８０重量％であることが望ましい。こ
れらの元素は使用時のアーク発生によってＣｕ等と高融
点の金属間化合物を作り、耐溶着性及び遮断特性を向上
させる目的で従来より添加されているものである。これ
らの元素も電極の要求特性に応じて、その種類，量を調
整して用いられる。

【００３２】また、ＨＩＰによる一体製造では、加熱温
度は基材の融点以下とすることが必要である。融点以上
とすると、アーク電極部材中のＣｒなどがアーク支持部
材に拡散し、電気伝導率を低下させるため好ましくな
い。ＨＩＰの方法としては金属粉末を金属製のカプセル
に入れ、カプセル内部を加熱脱気して密封することによ
り、焼結体中の残留気体をほとんどなくすることができ
る。焼結体中の残留気体は、真空遮断器使用中に電極よ
り放出され、遮断器内の真空度を下げる働きをするため
好ましくない。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）粒径４４μｍ〜１５０μｍのＣｒ粉末と粒
径４４μｍ〜１５０μｍのＣｕ粉末と粒径４４μｍ〜９
０μｍのＮｂ粉末を重量比で６５％Ｃｒ−３５％Ｃｕ−
５％ＮｂとなるようにＶ型ミキサーを用いて混合した。
この混合粉末を金型につめ、油圧プレスを用いて、約３
ton／cm²の加圧力で成形し、６０mmφ，厚さ１０mmの成
形体とした。この時の成形体の気孔率は、かさ密度の測
定から２３〜２８％である。一方、粒径４４μｍ〜１５
０μｍのＣｕ粉末のみを約２.５ton／cm²の加圧力でプ
レス成形し、６０mmφ，厚さ５０mmの成形体とした。こ
の時の成形体の気孔率は２２〜２７％である。このよう
にして成形したＣｒ−Ｃｕ−Ｎｂ成形体とＣｕ粉成形体
を密着させて軟鋼カプセルに入れ、真空封止後ＨＩＰ処
理を行った。なお、軟鋼カプセル，真空封止施工及びＨ
ＩＰ処理等の条件は以下の通りである。肉圧３mmの軟鋼
製カプセルを用いて、約６００〜７００℃に加熱し、真
空排気脱ガスを施しながら真空度５×１０^-5torr以下に
なるまで脱気後、真空封止した。なお、Ｃｒ−Ｃｕ−Ｎ
ｂ成形体とＣｕ粉成形体の密着面の清浄化に関しては十
分な注意を払った。Ｃｒ−Ｃｕ−Ｎｂ混合成形体のＨＩ
Ｐ処理後の金属組織観察結果、及びＨＩＰ処理後のＣｒ
−Ｃｕ−Ｎｂ混合成形体とＣｕ粉成形体の界面の金属組
織観察結果、いずれも色の濃い粒子のＣｒと、白っぽい
マトリックスのＣｕ合金が見られ、ＨＩＰ処理後の混合
成形体及びＣｕ粉成形体は気孔部も観察されず固相拡散
による固相接合によりほぼ１００％に近い理論密度が得
られている。また、混合成形体とＣｕ粉成形体の接合部
においてもＣｕ基材は金相学的に一体に固相接合されて
いる、すなわちＣｕ基材には結晶粒が不連続な境界部が
見られないものであった。なお、Ｃｕ粉成形体の強度を
大きくするためＣｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｆｅの粉末を０.
８重量％添加した混合粉成形体においても同様の結果
が得られることを確認した。また、Ｃｒ粒子は角ばった
形状を有し、細長いもの，長方形状，四角形状のもの等
種々有するが、粒の大きさを長さの大きい径で表わし、
100〜200μｍ，５０〜１００μｍ未満及び５０μｍ未満
のものに分けると各々の面積率では約７８％，２０％及
び２％であった。

【００３４】（実施例２）粒径４４μｍ〜１５０μｍの
Ｃｒ粉末と粒径４４μｍ〜１５０μｍのＣｕ粉末と粒径
４４μｍ〜９０μｍのＴａ粉末を重量比で４０％Ｃｒ−
５５％Ｃｕ−５％Ｔａ，３５％Ｃｒ−６１％Ｃｕ−４％
Ｔａ，３０％Ｃｒ−６７％Ｃｕ−３％Ｔａ，２５％Ｃｒ
−７３％Ｃｕ−２％Ｔａ，２０％Ｃｒ−７９％Ｃｕ−１
％Ｔａ，１５％Ｃｒ−８４％Ｃｕ−１％Ｔａとなるよう
にそれぞれＶ型ミキサーを用いて混合した。次にφ６０
の金型を用いて厚さ０.５mm になるようにまず４０％Ｃ
ｒ−５５％Ｃｕ−５％Ｔａ混合粉を成形する。次に３５
％Ｃｒ−６１％Ｃｕ−４％Ｔａ混合粉を０.５mm 厚さに
なるように成形し積層する。このようにして最終層がＣ
ｕ粉成形体となるようにφ６０mm，厚さ４.５mm の９組
成積層成形体とした。一方、積層成形体とは別にＣｕ粉
のみをプレス成形し、φ６０mm，厚さ４０mmの成形体と
した。このようにして成形された積層成形体のＣｕ面と
Ｃｕ粉成形体とを接触させ実施例１の条件下でキャニン
グ施工後、温度１０００℃、加圧力２０００kg／cm²で
ＨＩＰ処理を行った。ＨＩＰ処理後の積層成形体１５％
Ｃｒ−８４％Ｃｕ−１％ＴａとＣｕ粉成形体接触部の金
属組織観察結果、各組成の積層面あるいはＣｕ面接触部
のいずれも固相拡散焼結により緻密化されＣｕ基材は金
相学的に一体化した固相接合構造になっており、境界部
がみられないものであった。Ｃｒ粒子の形状及び分布は
実施例１と同様であった。

【００３５】（実施例３）粒径４４μｍ〜１５０μｍの
Ｃｒ粉末と粒径４４μｍ〜１５０μｍのＣｕ粉末と粒径
４４μｍ〜９０μｍのＺｒ粉末を重量比で５０％Ｃｒ−
４５％Ｃｕ−５％ＺｒとなるようにＶ型ミキサーを用い
て混合した。この混合粉を約３ton／cm²の加圧力でプレ
ス成形し、φ６０mm，厚さ２０mmの成形体とした。この
時の成形体の気孔率はかさ密度で２３〜２５％である。
このようにして成形された５０％Ｃｒ−４５％Ｃｕ−５
％Ｚｒ成形体とφ６０mm，長さ３０mmの純Ｃｕ棒とを接
触させて軟鋼カプセルに入れ、真空封止後ＨＩＰ処理を
行った。なお、真空封止条件及びＨＩＰ処理条件は実施
例１と同様である。ＨＩＰ処理後の５０％Ｃｒ−４５％
Ｃｕ−５％Ｚｒ成形体の金属組織観察結果及びＨＩＰ処
理後の５０％Ｃｒ−４５％Ｃｕ−５％Ｚｒ成形体と純Ｃ
ｕ棒接触界面の金属組織観察結果、成形体は固相拡散焼
結により緻密化されており、更に成形体と純Ｃｕ棒接触
界面は実施例２と同様にＣｕ基材が金相学的に一体とな
っていた。なお、純Ｃｕ棒のかわりにＣｒ，Ａｇ，Ｗ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｃｏ，Ｔ
ｉ，Ｆｅを０.９％含有したＣｕ合金棒を使用しても同
様の結果が得られることを確認した。このような元素を
添加したＣｕは、時効硬化処理により、材料の硬度，強
度が向上し、電極使用時の変形が少なくなる。但し、添
加量の増加に伴い電気伝導性が低下するため、添加量は
できるだけ少なくすることが望ましい。このように本発
明によればアーク電極，アーク電極支持部，コイル電極
部及び通電棒とが一体構造で構成され、接合部は基材が
金相学的に一体となっている電極が作製可能であること
がわかる。

【００３６】（実施例４）表１は実施例１〜３で実施し
た方法についてＨＩＰ処理温度とＨＩＰ処理加圧力との
関係を示したものである。表中○印は成形体の理論密度
比が９８％以上であることを示し、半分塗りつぶしたも
のは９５〜９８％未満、●印は９５％未満を示す。ま
た、△印は接触界面での基材が金相学的に一体であるこ
とを示し、△印の塗りつぶしたものは接合されていない
もの、その半分のものは接合が不十分なものを示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１に示すように成形体の理論密度は実施
例１〜３ともＨＩＰ処理温度が７５０℃以下及びＨＩＰ
処理加圧力１０００ｋｇ／cm²以下であると極端に低下
し、800℃以上及び１０００kg／cm²以上であれば９８
％以上になることがわかる。一方、接触界面は８５０℃
以上及び１１００kg／cm²以上で接触界面での基材が金
相学的に一体となることがわかる。

【００３９】（実施例５）図１はＨＩＰ処理状態とその
ＨＩＰ処理材を用いて製作した電極形状を示したもので
ある。キャニング条件及びＨＩＰ処理条件は実施例１と
ほぼ同様である。Ｎo.２は、実施例３に対し、純Ｃｕ棒
２はφ８０mm，長さ１２０mmとし、混合成形体１ａ，１
ｂはφ８０mm，厚さ１５mmを２ヶ用意した。ＨＩＰ処理
温度は1000℃、保持時間は１２０分とし、その他キャニ
ング条件等は実施例３とほぼ同様である。このようにし
て得られたＨＩＰ処理材より(a）型(b）型の電極を作製
した。(a）型は、アーク電極材７，アーク電極支持部材
８及びコイル電極材９を一体構造とし、電極棒１０をろ
う付けにより接合１１したものである。また、(b）型
は、(a）型に対し中心に純Ｆｅからなる補強材１２を設
けたものである。補強材は電極支持部８と電極棒１０に
各々ろう付けされる。Ｎo.３はＮo.２に対し純Ｃｕ棒１
３を長さ５０mmとし、形状を凹にしたものである。Ｎo.
３のＨＩＰ処理材からは(a）型及び(b）型の電極形状を
作製した。Ｎo.４はＮo.２に対し、φ４０mm，長さ８０
mmの純Ｃｕ棒１７を付加したものである。Ｎo.４のＨＩ
Ｐ処理材からは(c）型の電極はろう付け接合を使用せず
とも電極棒２０を含めた一体構造の電極構成が可能であ
る。Ｎo.４のＨＩＰ処理材からは(c）型以外にも(a）型
及び(b）型の電極構造を切削加工によって作製できる。

【００４０】Ｎo.５は実施例１と実施例３を組み合わせ
たものである。つまり純Ｃｕ粉を成形するときにラッパ
型２０の鉄芯を入れて成形体１９とし、成形体１９の上
部に純Ｃｕ棒１８を設置してキャニングした。この鉄芯
に関してはＣｕの融点より高いものであり、形状にはこ
だわらない。Ｎo.５のＨＩＰ処理材からは(d）型と(c）
型の電極を作製した。(d）型電極は(c）型電極の中心に
鉄芯２０を鋳ぐるんだ形状である。(e）型電極は(b）型
電極の補助棒１２のかわりに鉄芯を鋳ぐるんだ形状の電
極である。

【００４１】（実施例６）表２はアーク電極（組成：６
１重量％Ｃｒ−３９重量％Ｃｕ）と純Ｃｕ材を従来方法
であるろう付け接合（条件：温度８００℃，真空中，Ｎ
ｉ系ろう材）した場合の接合部（厚さ約３μｍ）の電気
抵抗及び強度の測定結果(比較例１)、及び８００℃で焼
鈍した純Ｃｕの電気抵抗及び強度の測定結果（比較例
２）と実施例３と同様の条件でＨＩＰ処理したＮo.６〜
１５で得たＨＩＰ処理材の電気抵抗及び強度測定結果を
示したものである。電気抵抗値はアーク電極部材とアー
ク電極支持部材における値であり、強度はアーク電極支
持部材での値である。

【００４２】

【表２】

【００４３】電気抵抗測定は４点式抵抗測定法で、強度
測定はアームスラ引張試験機を用いて実施した。従来方
法でろう付け接合した界面の強度は１２〜２２kg／mm²
とばらつきが大きく、強度１２kg／mm²の試験片にはろ
う付け不良部が確認された。また、界面部を含む電気抵
抗値は４.８２μΩ・cm と純Ｃｕ材（比較例２）に比べ
約３〜４倍の高い抵抗値である。それに対しＮo.６〜１
５の界面強度は２０〜２１kg／mm²と安定した強度を示
し、試験片の欠陥は観察されなかった。比較例１のアー
ク電極の相手材が純Ｃｕに対し、Ｎo.６の相手材にはＣ
ｒが約０.６０％含むＣｕ合金であるにもかかわらず、
ろう付け接合部がないので、比抵抗は１.９０μΩ・cm
と比較例１より低い値であり、大電流を流す遮断器電極
として好適であることがわかる。

【００４４】一方、比較例２の純Ｃｕの強度は最大値２
２〜２３kg／mm²に対し０.２％耐力は４〜５kg／mm²と
低く、アーク電極支持部材あるいはコイル電極材に使用
した場合には衝撃的な荷重によって経時的に変形してし
まう恐れがあるが小容量に対しては使用可能である。こ
れに対し、ＣｒあるいはＡｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，
Ｗ，Ｂｅをそれぞれ含有したＣｕ合金であるＮo.７〜１
５の電気抵抗値は、焼鈍純Ｃｕに比較すれば約１.５〜
２.０倍の抵抗値を示したが、従来技術のろう付け接合
界面抵抗値と比較すると約半分以下であり十分に実機真
空遮断器用電極材に使用可能である。また、Ｎo.７〜１
５の強度は、いずれも最大強度２０〜２５kg／mm²と純
Ｃｕとあまりかわっていないが０.２％耐力値において
Ｎo.１４以外は９〜１３kg／mm²と２倍に強度向上がは
かられている。

【００４５】このように、本発明によるＣｒあるいはＡ
ｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ，Ｂｅをそれぞれ含有す
るＣｕ合金をアーク電極支持部材，コイル電極材及び電
極棒等に用いることにより、電極開閉時の衝撃的荷重の
繰返しによる変形が生じないため変形に伴う溶着障害を
防止して信頼性及び安全性の向上が図られる。

【００４６】また、比抵抗は合金元素を加えることによ
って増加するが、電極支持部，コイル電極部及び通電棒
の比抵抗はできるだけ小さくすることによって通電中の
電極温度を低く押さえること及び遮断時のアーク発生に
伴うアーク熱を電極棒を通して冷却する必要があり、そ
の熱伝導率を高くする必要がある。アーク電極支持部，
コイル電極部材及び通電棒の比抵抗は２.５μΩ・cm 以
下とするのが好ましく、各元素の含有量を重量比でＣｒ
１.１８％，Ａｇ１.０％，Ｖ１.０％，Ｎｂ1.0％，Ｚｒ
０.８％，Ｓｉ０.５％，Ｗ１.０％，Ｂｅ１.０％を上限
として含有させることが好ましい。

【００４７】（実施例７）図２は本発明に係るアーク電
極を用いた真空バルブの断面図である。絶縁材で形成さ
れた絶縁筒体３５の上下開口部に上下一体をなす端板３
８ａ，３８ｂを設けて真空室を形成する真空容器を構成
し、上記上端板３８ａの中程に固定電極３０ａの直下に
位置する上記下端板３８ｂの中程に可動電極３０ｂの一
部を形成する可動導電棒３４ｂを昇降自在に設け、この
可動導電棒３４ｂに上記縦磁界発生コイル３３ｂ及びア
ーク電極３１ｂを付設し、上記固定電極３０ａのアーク
電極３１ａに対して上記可動電極３０ｂのアーク電極３
１ｂを接離するようにし、上記可動電極棒３４ｂの周り
に位置する上記下端板３８ｂの内側に金属製ベローズ３
７を伸縮するようにして被冠して設け、さらに上記両ア
ーク電極の周りに円筒状をなす金属板のシールド部材３
６を絶縁筒体３５によって設置し、このシールド部材３
６は上記絶縁筒体１の絶縁性を損なわないようにして構
成したものである。

【００４８】更に、上記アーク電極３１ａ，３１ｂは前
述の実施例１〜６のＨＩＰ処理によって得られた電極支
持部材３２ａ，３２ｂに一体固着され、各縦磁界発生コ
イル３３ａ，３３ｂに純鉄からなる補強部材３９ａ，３
９ｂによって補強されてろう付けされる。補強部材３９
ａ，３９ｂとして他にオーステナイト系ステンレス鋼が
用いられる。絶縁筒体３５にはガラス，セラミックス焼
結体が用いられる。絶縁筒体３５は金属製端板３８ａ，
３８ｂにコバール等のガラス，セラミックスの熱膨張係
数に近い合金板を介してろう付けされ、１０^-6mmＨｇ以
下の高真空に保たれる。

【００４９】固定導電棒３４ａは端子に接続され、電流
の通路となる。排気管（図示なし）は上端板３８ａに設
けられ、排気の時真空ポンプに接続される。ゲッタは真
空容器内部に微量のガスが発生した場合に吸収して真空
を保つ働きとして設けられる。シールド部板３６はアー
クによって発生した主電極表面の金属蒸気を付着させ、
冷却させる働きを有し、また付着した金属はゲッタ作用
を有する真空度保持の働きを有する。

【００５０】図３は電極の詳細を示す断面図である。固
定電極及び可動電極のいずれもほぼ同じ構造を有する。
アーク電極部３１は実施例４に示す電極支持部３２をＨ
ＩＰ処理によって一体化したものである。この一体構造
のものを図のように切削加工によって得た。電極支持部
３２には更に非磁性のオーステナイト系ステンレス鋼か
らなる補強の平板４０をろう付けするとともに、コイル
電極３３は純Ｃｕからなるもので、前述のろう材より低
融点のろう材を用いて導電棒３４及び電極に各々ろう付
けした。

【００５１】本実施例における電極支持部３２は純Ｃｕ
によって形成したもので、その支持部３２へのＣｒ，Ａ
ｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ，Ｂｅ量は前述の通りで
あり、要求される強度と電気抵抗とを考慮して決められ
る。なお、電気抵抗は熱処理により金属間化合物を析出
させることによって強度を下げずに小さくすることがで
きる。

【００５２】図４は本実施例における電極部とコイル電
極３３との別の例の結合状態を示す斜視図である。可動
電導棒３４ｂが軸方向に移動させると可動電極３０ｂは
固定電極３０ａと電気的に接離すると同時に両電極間に
アーク電流４９が生じ、金属蒸気を発生する。

【００５３】金属蒸気は絶縁筒３５に支持されている中
間シールド３６に附着すると共に、円筒状コイル電極３
３の軸方向磁界により分散して、消弧する。円筒状コイ
ル電極３３は固定および可動電極３０ａ，３０ｂに取付
けられているが、少なくとも一方側に設ければよい。

【００５４】アーク電極部材４１はアーク電極支持部材
４８が前述と同様にＨＩＰによって一体に固相接合さ
れ、その裏面に取付けられた円筒状コイル電極３３は、
一端に開口を有する円筒部４２から構成されている。円
筒部４２は一端に底面１３を他端に開口を有している。
補強部材３９は、高抵抗部材たとえばＦｅ，ステンレス
等から成り、底面４３とアーク電極部材４１との間に配
置されている。主電極側の円筒部１２の開口端面４５
は、２個の突出部４６，４７を形成し、アーク電極部材
４１は突出部４６，４７に電気的に接続している。突出
部は主電極に形成してもよい。一方の突出部４６と他方
の突出部４７との間の半円弧状の円筒部４２は、円弧状
スリット５０，５１を切込んで、２本の円弧状電流通路
５２，５３を形成している。電流通路５２，５３の一方
端たとえば入力端５４は突出部４６，４７に、他方端た
とえば出力端５５は底面４３を介して導電棒３４に接続
している。入力端５４と出力端５５とがラップする円筒
部１２の入力端５４と出力端５５との間には、傾斜状ス
リット５６を形成している。傾斜状スリット５６の一端
は、円弧状スリット片端５０と連通し、他端は円弧状ス
リット片端５７と対応する開口端面４５との間に切込ん
で形成している。したがって、入力端５４と出力端５５
とは、傾斜状スリット５６により電気的に区分されてい
る。出力端５５は底面４３のロッド附近まで延ばしたス
リット５８を形成して、軸方向磁界Ｈによる渦電流を防
止する。

【００５５】次に、可動電極３０ｂを固定電極３０ａか
ら引離してしゃ断すると、アーク電流４９が両電極間に
点弧する。アーク電流４９は、矢印方向で示す如く、突
出部４６，４７から入力端５４および電流通路５２，５
３を流れて、出力端５５から底面４３を通って導電棒３
４に流れる。

【００５６】この電流経路で、電流通路５２，５３及び
ラップする入力端５４と出力端５５とに流れる電流は、
１ターンを形成したことになり、１ターンの電流により
発生した軸方向磁界Ｈは、主電極全面に渡って均一に印
加され、アーク電流４９は主電極全面を均一に分散し、
しゃ断性能を向上させることができると共に、主電極全
面を有効に利用できるので、この分真空しゃ断器を小形
化できる。

【００５７】図５は、本実施例で作製した真空バルブを
用いた、真空遮断器の全体図を示す。操作機構部を前面
配置とし、背面に真空バルブを支持する３相一括型の３
組の耐トラッキング性エポキシ筒６０を配置した小型，
軽量な構造である。各相端はエポキシレジン筒，真空バ
ルブ支持板で水平に支持された水平引き出し形である。
真空バルブは、絶縁操作ロッド６１を介して、操作機構
によって開閉される。操作機構部は、構造が簡単で、小
型軽量な電磁操作式の機械的引きはずし自由機構であ
る。開閉ストロークが少なく、可動部の質量が小さいた
めに衝撃が少ない。本体前面には、手動連結式の二次端
子のほか、開閉表示器，動作回数計，手動引きはずしボ
タン，手動投入装置，引き出し装置及びインターロック
レバーなどが配置されている。

【００５８】(a）閉路状態遮断器の閉路状態を示し、電流は上部端子６２，主電極
３０，集電子６３，下部端子６４を流れる。主電極間の
接触力は、絶縁ロッド６１に装着された接触バネ６５に
よって保たれている。

【００５９】主電極の接触力，早切りバネの力および短
絡電流による電磁力は、支えレバー６６およびプロップ
６７で保持されている。投入コイルを励磁すると開路状
態からプランジャ６８がノッキングロッド６９を介して
ローラ７０を押し上げ、主レバー７１を回して接触子を
閉じた後、支えレバー６６で保持している。

【００６０】(b）引きはずし自由状態開離動作により可動主電極が下方に動かされ、固定・可
動両主電極が開離した瞬間からアークが発生する。

【００６１】アークは、真空中の高い絶縁耐力と激しい
拡散作用によって短時間に消弧される。引きはずしコイ
ル７２が励磁されると、引きはずしレバー７３がプロッ
プ６７の係合をはずし、主レバー７１は早切りバネの力
で回って主電極が開かれる。この動作は、閉路動作の有
無には全く関係無く行われる機械的引きはずし自由方式
である。

【００６２】(c）開路状態主電極が開かれたあと、リセットバネ７４によってリン
クが復帰し、同時にプロップ６７が係合する。この状態
で投入コイル７５を励磁すると(a）の閉路状態になる。
７６は排気筒である。

【００６３】真空遮断器は高真空中でアーク遮断し、真
空の持っている高い絶縁耐力と、アークの高速拡散作用
により優れた遮断性能を有しているが、反面無負荷のモ
ーター，変圧器を開閉する場合電流が零点に達する以前
に遮断してしまい、いわゆる裁断電流を生じ、この電流
とサージインピーダンスの積に比例する開閉サージ電圧
を発生する場合がある。このため３ｋＶ変圧器や３ｋ
Ｖ，６ｋＶ回転機などを真空遮断器で直接開閉するとき
は、サージアブソーバを回路に接続してサージ電圧を抑
制し、機器を保護する必要がある。サージアブソーバと
しては、コンデンサを標準としますが、負荷の衝撃波耐
電圧値によって、ＺｎＯ非直線抵抗体を使用することも
できる。

【００６４】以上の実施例により、圧力１５０kg，遮断
速度０.９３ｍ／秒で、７.２ｋＶ，３１.５ｋＡの遮断
が可能となる。

【００６５】(実施例８)図６は、アーク電極がドーナツ
型をしているカップ型電極を示し、アーク電極側面部ま
で溝を有する真空電極の斜視図である。このように電極
側面部まで溝をきることによって、発生する縦磁界の強
度を大きくすることができる。この図では図３に示した
ようなアーク電極が円板状となっているのと異なってい
る。このような形状の電極をカップ型電極と称している
が、図３の電極構造でも、電極上部まで連続して溝を形
成して、縦磁界の発生を強めることができる。図７に磁
束密度とアーク電圧の関係を示す。アーク電圧は、電流
によって変化する一定磁界により、最小値をとることが
わかる。遮断電流値が大きくなるとアーク電圧を最低に
するために要する磁束密度が大きくなることがわかる。
大電流を切断する遮断器では大きな縦磁界が必要とされ
るが、上記のように電極側面部まで溝をきることによっ
て、同じ径をもつアーク電極を比較した場合、従来構造
の電極に比べ大きな縦磁界を得ることができる。すなわ
ち、本発明で得られる構造の電極は、同性能でより小型
化が可能になる。

【００６６】図６に示すように、電極溝５０を電極表面
まで設けることにより、電極に生ずる縦磁界は電極表面
まで溝が達していない電極に比べ、縦磁界の強度が大き
くなり、アークの分散性が良くなる。これは、電極寿命
の向上と電極の耐電圧の向上をはかることができ、信頼
性の向上につながる。図６は、図３に示すような通常の
電極構造のものに同様な螺旋溝を設けても、上記と同様
の効果が得られる。また、同一性能の真空遮断器の場合
は従来のろう付け電極に比べ電極の小型化、すなわち真
空遮断器の小型化を図ることが可能となる。これは、Ｈ
ＩＰによる一体成形方法により、アーク電極とアーク電
極支持部材のＣｕ，Ａｇ，Ａｕの合金よりなる基材が金
相学的に一体構造になっている。

【００６７】図８は実施例７と同じ真空バルブを用いて
直流回路を遮断する主回路構成を示す図である。８０は
直流電源、８１は直流負荷、８２は真空バルブ、８３は
ショートリング、８４は電磁反発コイル、８５は転流コ
ンデンサ、８６は転流リアクトル、８７はトリガギャッ
プ、８８は静止形過電流引外し装置、８９はＺｎＯ非直
線抵抗体である。

【００６８】本実施例においては、次の特徴が得られ
る。

【００６９】(1）遮断時に気中アークを発しないので、
騒音を発生せず、防災効果が大きい。 (2）開極時間が短いため（約１ｍｓ）規格値を上まわる
突進率の事故電流の遮断が可能で、限流値を小さく抑え
ることができる。

【００７０】(3）真空バルブの使用により高周波のコン
デンサ放電電流の遮断が可能で、アーク時間が極めて短
く（約０.５ｍｓ）接点消耗が少なくできる。

【００７１】(4）静止形過電流引外し装置の採用により
電流目盛を精度良く設定でき、経年変化がない。

【００７２】(5）ラッチ式の電動ばね操作器の採用によ
り、操作電流が大幅に低減するとともに保持電流が不要
となる。

【００７３】(6）占有面積が約１／４となり、変電所ス
ペースの縮小が可能となる。

【００７４】（実施例９）図９は他の例の電極構造を示
す図である。（a）は平面図及び(b）は(a）のＢ−Ｂ断
面図である。

【００７５】対向面から見て互いに重なり合うようにな
っており、各々右巻と左巻のスパイラル形電極である。
１００は相互に接離可能な部材でアーク電極部の接触部
と呼ばれる。１０１はアークランナーである。スパイラ
ル溝１０２は接触部１００に終端を有し、アークランナ
ー１０１をそれぞれ区分している。各アークランナーは
その先端部１０３にて電極外周部と接している。なお、
アークランナーの枚数は任意である。電極はたとえばＣ
ｕ−Ｃｒ（銅−クロム）合金をアーク電極部材１０４と
アーク電極支持部材１０５の銅とを前述と同様にＨＩＰ
によって固相接合により一体形に作られている。溝１０
２は機械加工によって形成することができる。

【００７６】図示しないが、短絡電流１２.５ｋＡ以下
の真空遮断器の電極にはスパイラル溝１０２の無い単純
な、いわゆる平板形構造が用いられる。平板形構造にお
いて、接触部，アークランナーに相当するテーパー部、
および電極外周部を有し、これらは一体形に作られてい
る。

【００７７】主電極はろう付された電極棒を通じて、真
空容器外部の電極端子に接続される。

【００７８】図９はスパイラル形電極で交流回路の短絡
電流１２.５〜５０ｋＡを遮断する場合の動作を説明す
る。まず、一対の電極が開極を始めると、主電極の接触
部１００から発弧する。この開極点からの経過時間と共
に電極間アークは接触部１００からアークランナー１０
１を経てアークランナー先端部１０３へと移動してい
く。この際、スパイラル形電極構造の特性から、電極空
間に半径方向の磁界が形成され、この磁界の向きはアー
クの向きと直角であるから、この磁界は横磁界と呼ばれ
る。横磁界による駆動効果によって電極上のアークの移
動が促進され、電極の不均一な消耗が防止される。

【００７９】（実施例１０）図１０は他の電極構造を示
す断面図である。（ａ）は正面図で、（ｂ）は(ａ)のＡ
−Ａ部の正面図である。

【００８０】本実施例では実施例６と同様にアーク電極
部材９２をＣｒ−Ｃｕ合金とし、表面のアーク電極部材
９２に純銅からなる電極支持部材９４を形成したもので
ある。このアーク電極部材９２に対して縦磁界発生コイ
ル電極９１をろう付したものであり、純鉄又はステンレ
ス鋼から補強部材９６のろう付によって補強される。９
０は導電棒である。主電極９２はコイル電極９１の凸状
部９５でろう付される。

【００８１】アーク電極は電極開の際にアークが生じる
が、このアークは通常最も電流の流れやすい点より発生
する。電極上に摩耗粉等の異物があった場合や固定電
極，可動電極の最も距離の近い点から優先的にアークが
発生し、その部分が優先的に劣化していき、全体の寿命
が短くなるという問題が生じる。これを防ぐため、アー
クを電極全面から一様に発生させるように、電極軸に並
行に磁界をかけている。これを縦磁界と称しているが、
この磁界を発生させるため電極の周囲にコイル電極を設
けている。図１０（ａ）は電極の横断面構造で図１０
（ｂ）のＢ−Ｂ′での横断面を示す。アーク電極はアー
ク電極支持部材とろう付け面９２を介して接合してい
る。（ｂ）図はコイル電極９１を上方から見た図であ
る。電流は電極棒９０よりコイル電極９１にそって４分
割されアーク電極面に平行に流れるため縦磁界が発生す
る。４分割された電流はアーク電極支持部材９４とろう
付けされた面９５からアーク電極部材に流れる。このよ
うにコイル電極に溝（この例の場合は、溝を設けるとい
うよりは電極をコイル状にしている）を設けることによ
って、有効な縦磁界を発生させている。また、単に溝を
設けても同様の効果が得られる。この溝は図に示すよう
に、接合面９２より下まで(図中Ａ−Ａで示す線まで)設
けられている。アーク電極，アーク電極支持部材自体に
は溝は形成されていない。また、固相拡散により、ろう
付けを用いない一体構造の電極においては、溝を電極面
まで設けても、ろうの溶け出しは生じない。この点か
ら、アーク電極,アーク電極支持部材、コイル電極の各
部材を固相拡散により一体に形成するものである。

【００８２】（実施例１１）図１１はＨＩＰ処理によっ
て多数の電極を一度に製作するキャニングした断面図を
示したものである。キャニング条件及びＨＩＰ処理条件
は実施例１とほぼ同様である。実施例３に対し、純Ｃｕ
棒２又はＣｕ粉加圧成形体はφ８０mm，長さ１２０mmと
し、混合成形体１ａ，１ｂはφ８０mm，厚さ１５mmを２
ヶ用意した。ＨＩＰ処理温度は１０００℃、保持時間は
１２０分とし、その他キャニング条件等は実施例３とほ
ぼ同様である。このようにして得られたＨＩＰ処理材よ
り図１に示すＮo.２の（ａ）型（ｂ）型の電極を作製し
た。（ａ）型は、アーク電極材７，アーク電極支持部材
８及びコイル電極材９を一体構造とし、電極棒１０をろ
う付けにより接合１１したものである。また、（ｂ）型
は、（ａ）型に対し中心に純Ｆｅからなる補強材１２を
設けたものである。補強材は電極支持部８と電極棒１０
に各々ろう付けされる。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、アーク電極と該アーク
電極を支持するアーク電極支持部材また、これに該支持
部材に連なるコイル電極とを有する固定側電極及び可動
側電極を備えた真空遮断器において、前記アーク電極と
上記アーク電極支持部材、更にコイル電極材、好ましく
はアーク電極部材と通電棒とは非接合からなるＨＩＰ処
理による金相学的に一体の固相接合構造を有し、前記支
持部材，コイル電極又は通電棒は好ましくは１.１８〜
０.１重量％のＣｒ，Ａｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，
Ｗ，Ｂｅ等を含有したＣｕ合金によって構成されるの
で、ろう付け接合に伴う各部材の機械加工工程及び組立
て工程の低減とろう付け接合不良による電極材の破壊や
脱落を防止するとともに、アーク電極支持部材及びコイ
ル電極材の強度向上により電極変形に伴う溶着障害を防
止できることからより信頼性，安全性の高い真空遮断器
とそれに用いる真空バルブ及び電気接点を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＨＩＰ処理状態と電極形状を示す図。

【図２】真空バルブの断面図。

【図３】電極の断面図。

【図４】真空バルブ用電極の斜視図。

【図５】真空遮断器全体の構成図。

【図６】アーク電極まで縦磁界発生用溝が連続している
電極の斜視図。

【図７】磁束密度とアーク電圧の関係を示す図。

【図８】直流真空遮断器を用いた回路図。

【図９】他の例の真空バルブ用電極の正面図と断面図。

【図１０】他の例の真空バルブ用電極の正面図と断面
図。

【図１１】電極製造におけるキャニングの断面図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…成形体、２，８，１９，３２ａ，３２ｂ，
３２…アーク電極支持部材、３…ＢＮコーティング層、
４…キャニング用カプセル、５…真空脱ガス孔、７，３
１ａ，３１ｂ，３１…アーク電極、９，１３，３３ａ，
３３ｂ，３３…コイル電極、１０，１６，１７，３４
ａ，３４ｂ，３４…電極棒、１１，４２…ろう付け部、
１２，２０，３９ａ，３９ｂ，３９…補強部材、３５…
真空容器、３６…シール部材、３７…ベローズ、５０…
電極溝、６０…エポキシレジン筒、６１…絶縁操作ロッ
ド、６２…上部端子、６３…集電子、６４…下部端子、
６５…接触バネ、６６…支えレバー、６８…プランジ
ャ、７１…主レバー、７２…引きはずしコイル、７５…
投入コイル、７６…排気筒、８０…直流電源、８１…直
流負荷、８２…真空バルブ、８３…ショートリング、８
４…電磁反発コイル、８５…転流コンデンサ、８６…転
流リアクトル、８７…トリガギャップ、８８…静止型過
電流引外し装置、８９…ＺｎＯ非直線抵抗体。

フロントページの続き (72)発明者遠藤俊吉茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者谷水徹茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者袴田好美茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者黒田勝三茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所国分工場内 (72)発明者黒沢幸夫茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材と該支持部材に連なるコ
イル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を備
えた真空遮断器において、前記アーク電極部材と前記アーク電極支持部材、前記ア
ーク電極部材とアーク電極支持部材とコイル電極部材、
又は前記アーク電極部材と通電電極棒とは固相接合によ
り一体に形成されていることを特徴とする真空遮断器。
【請求項２】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材と該支持部材に連なるコ
イル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を備
えた真空遮断器において、前記アーク電極部材は高導電性金属中に該高導電性金属
よりも高融点である耐火性金属粒子が分散した合金から
なり、前記耐火性金属粒子は面積率で長径で１００μｍ
以上を有するものが７０％以上、長径で１００μｍ未満
を有するものが３０％未満であることを特徴とする真空
遮断器。
【請求項３】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材と該支持部材に連なるコ
イル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を備
えた真空遮断器において、前記アーク電極部材は、２０〜７０重量％のＣｒ，Ｗ，
Ｍｏ，Ｃｏ，Ｆｅから選ばれた１種以上の金属と、２０〜７０重量％のＣｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれた１種
以上の金属とを有する合金よりなり、前記アーク電極部材と前記アーク電極支持部材、前記ア
ーク電極部材とアーク電極支持部材とコイル電極部材又
は前記アーク電極部材と通電電極棒とは固相接合により
一体に形成されていることを特徴とする真空遮断器。
【請求項４】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材と該支持部材に連なるコ
イル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を備
えた真空遮断器において、前記アーク電極部材は、２０〜７０重量％のＣｒ，Ｗ，
Ｍｏ，Ｃｏ，Ｆｅから選ばれた１種以上の金属と、０.
５〜５重量％のＶ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｓｉか
ら選ばれた１種以上の金属と、３０〜７０重量％のＣｕ，Ａｇ，Ａｕから選ばれた１種
以上の金属とを有する合金よりなり、前記アーク電極部材と前記アーク電極支持部材、前記ア
ーク電極部材とアーク電極支持部材とコイル電極部材又
は前記アーク電極部材と通電電極棒とは固相接合により
一体に形成されていることを特徴とする真空遮断器。
【請求項５】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材と該支持部材に連なるコ
イル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を備
えた真空遮断器において、前記アーク電極支持部材，コイル電極部材又は通電電極
棒は、１.０重量％以下のＣｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓ
ｉ，Ｗ，Ｂｅの群の中から選ばれた１種以上の金属を含
み、残部がＣｕ，Ａｇ，Ａｕの群から選ばれた１種以上の金
属からなる合金により構成されていることを特徴とする
真空遮断器。
【請求項６】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材と該支持部材に連なるコ
イル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を備
えた真空遮断器において、前記アーク電極及び前記アーク電極支持部材が、縦磁界
発生用の複数本の溝を有し、該溝が前記アーク電極及び
前記アーク電極支持部材の側面部において連続してお
り、前記アーク電極部材と前記アーク電極支持部材、前
記アーク電極部材とアーク電極支持部材とコイル電極部
材又は前記アーク電極部材と通電電極棒とは固相接合に
より一体に形成されていることを特徴とする真空遮断
器。
【請求項７】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極とを
備えた真空バルブと、該真空バルブ内の前記固定側電極
と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続された
導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを介
して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備え、前記固
定側電極と可動側電極がアーク電極部材と該アーク電極
を支持するアーク電極支持部材及び該支持部材に連なる
コイル電極部材又は前記アーク電極部材と通電電極棒を
備えた真空遮断器の製造方法において、前記アーク電極部材と前記アーク電極支持部材、前記ア
ーク電極部材とアーク電極支持部材とコイル電極部材又
は前記アーク電極部材と通電電極棒とは熱間等方圧加圧
により一体に固相焼結することを特徴とする真空遮断器
の製造方法。
【請求項８】熱間等方圧加圧の加熱温度は、前記アーク
電極部材を構成するＣｕ，Ａｇ，Ａｕの群から選ばれた
１種以上の金属の、融点以下であることを特徴とする請
求項７に記載の真空遮断器の製造方法。
【請求項９】前記アーク電極部材は該電極部材を構成す
る金属粉末を加圧成形した後、金属製カプセル内に入
れ、カプセル内部を加熱脱気し密封した後前記焼結する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載の真空遮断器の
製造方法。
【請求項１０】絶縁容器内に固定側電極と可動側電極と
を備えた真空バルブと、該空気バルブ内の前記固定側電
極と可動側電極との各々に前記真空バルブ外に接続され
た導体端子と、前記可動電極に接続された絶縁ロッドを
介して前記可動電極を駆動する開閉手段とを備えた真空
遮断器において、前記固定側電極及び可動側電極は耐火
性金属と高導電性金属との合金からなるアーク電極部材
と、該アーク電極部材を支持する高導電性金属からなる
アーク電極支持部材又は前記アーク電極部材と通電電極
棒とを有し、前記アーク電極部材とアーク電極支持部又
は通電電極棒とは固相接合によって一体に形成され、前
記電極支持部の０.２％耐力が４kg／cm²以上で比抵抗
が２.８μΩcm以下であることを特徴とする真空遮断
器。
【請求項１１】高真空に保たれた絶縁容器内に固定側電
極と可動側電極とを備えた真空バルブにおいて、前記両
電極は耐火性金属と高導電性金属との複合部材よりなる
アーク電極部材と、該アーク電極部材を支持する高導電
性金属からなるアーク電極支持部材又は通電電極棒とを
有し、前記アーク電極とアーク電極支持部材又は通電電
極部材とは固相接合によって一体に形成されていること
を特徴とする真空バルブ。
【請求項１２】前記固定側電極と可動側電極の少なくと
も一方の電極は前記電極支持部材に高導電性金属からな
る縦磁界発生コイルが設けられている請求項１１に記載
の真空バルブ。
【請求項１３】前記縦磁界発生コイルは円筒状であり、
その円周面にスリット溝が設けられた形状又は横断面が
略卍状である請求項１１又は１２に記載の真空バルブ。
【請求項１４】前記固定側電極及び可動側電極はそれら
の外周部がスリット溝によって分離された羽根型を有す
る請求項１１に記載の真空バルブ。
【請求項１５】高真空に保たれた絶縁容器内に固定側電
極と可動側電極とを備えた真空バルブにおいて、前記両
電極は耐火性金属と高導電性金属との複合部材よりなる
アーク電極部材と、該アーク電極部材を支持する高導電
性金属からなるアーク電極支持部材又は通電電極部材と
を有し、前記アーク電極部材とアーク電極支持部材又は
通電電極棒とは固相接合によって一体に形成され、前記
電極支持部材の０.２％耐力が４kg／cm²以上で比抵抗が
２.８μΩcm以下であることを特徴とする真空バルブ。
【請求項１６】耐火性金属と高導電性金属との合金から
なるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支持する高
導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通電電極棒
とが固相接合によって一体に形成されていることを特徴
とする電気接点。
【請求項１７】前記アーク電極部材はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及
びＴａの１種又は２種以上の混合物と、Ｃｕ，Ａｇ又は
Ａｕからなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電
性合金からなり、前記電極支持部材又は通電電極棒は前
記高導電性金属又は合金からなる請求項１５に記載の電
気接点。
【請求項１８】前記アーク電極部材はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及
びＴａの１種又は２種以上の合計量５０〜８０重量％と
Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕ２０〜５０重量％とを含む複合合金
からなり、前記電極支持部材又は通電電極棒はＣｒ，Ａ
ｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｔ
ｉ，Ｃｏ及びＦｅの１種又は２種以上の合計量が２.５
重量％以下及び残部Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕである高導電性
合金からなる請求項１７に記載の電気接点。
【請求項１９】耐火性金属と高導電性金属との合金から
なるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支持する高
導電性合金からなるアーク電極支持部材又は通電電極棒
とが固相接合によって一体に形成され、前記電極支持部
の０.２耐力が４kg／mm²以上で比抵抗が２.８μΩcm 以
下であることを特徴とする電気接点。
【請求項２０】耐火性合金と高導電性金属との合金から
なるアーク電極部材と、該アーク電極部材を支持する高
導電性金属からなるアーク電極支持部材又は通電電極棒
とを有する電気接点の製造法において、前記アーク電極
部材は耐火性金属粉前記高導電性金属粉とを含む混合粉
末を加圧成形した後、該成形体と前記アーク電極支持部
材又は通電電極棒とを熱間等方圧加圧により固相接合す
ることを特徴とする電気接点の製造法。