JPH09274835A

JPH09274835A - 真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと電気接点

Info

Publication number: JPH09274835A
Application number: JP8494896A
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; Hitoshi Okabe; 均岡部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-08
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】高強度で経時変化の小さい信頼性の高い電極と
その製造法及びそれを使用した真空バルブとそれを用い
た真空遮断器を提供する。【解決手段】本発明は、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、支持部材と連なるコイル
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、アーク電極とアーク電極支持部及びコ
イル電極とは非接合からなる溶融一体の構造とし、アー
ク電極を耐火性金属粒子と高導電性金属と低融点合金と
を有する合金によって構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な真空遮断器
とそれに用いる真空バルブ、更にそれに用いられる電気
接点及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器内の電極構造は、一対の固定
電極及び可動電極からなっている。上記固定及び可動電
極の構造は、アーク電極と該アーク電極を支持するアー
ク支持部材と、該アーク支持部材に連なるコイル電極材
とコイル電極端部には電極棒の４部品から構成されてい
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に直接アークにさらされる、アーク
電極に要求される満足すべき特性は、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、等基本的な要件が挙げられる。しかし、これらの特
性を全て満足させることは困難であって一般には用途に
応じて特に重要な特性を重視し、他の特性はある程度犠
牲にした材料が使用されている。大電流，高電圧遮断用
アーク電極材料としては、特開昭63−96204 号公報には
Ｃｒ又はＣｒ−ＣｕスケルトンにＣｕを溶浸させる方法
が開示されている。また、同様の製法は特公昭50−2167
0 号公報にも開示されている。

【０００４】一方、耐溶着性に優れていること、裁断電
流値が小さいことを目的にＣｒ又はＣｒ−Ｃｕスケルト
ンにＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂ等の低融点金属を添加し
たスケルトンにＣｕを溶浸させ、スケルトン内に均一に
Ｐｂ等の低融点金属を均一に分散含有させることは、比
重差が大きいために難しい。

【０００５】また、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂ等の低融
点金属を添加した焼結体あるいは溶成材をアーク電極材
として、電極支持部材とろう付けすると、ろう付け性が
悪く、アーク電極材と電極支持部材のろう付け界面の強
度が弱くなる。

【０００６】一方、アーク電極支持部材は、アーク電極
の補強部材の役目とともに支持部材の形状を工夫するこ
とで縦磁界を発生させる効果も持っている。そして使用
される材料は導伝性の良好な純Ｃｕが使用されている。

【０００７】更に、コイル電極材は、特公平3−17335号
公報にも開示されているようにアーク電極及び支持部材
の補強部材の役目もあるが主な役目としてはコイル電極
形状を種々に工夫することでアーク電極に縦磁界を発生
させ、縦磁界によりアーク電極に発生するアークをアー
ク電極全体に拡散させるとともに強制遮断する部材であ
る。使用される材料はアーク支持部材と同様に純Ｃｕで
ある。

【０００８】一方、これらアーク電極，アーク電極支持
部，コイル電極及び電極棒で構成される電極の製造工程
は、アーク電極材の製造と機械加工，アーク電極支持部
材，コイル電極材及び電極棒のそれぞれの機械加工と各
部品の組立てとろう付け作業の工程を経て電極が完了す
る。

【０００９】前述のアーク電極の製造方法は、Ｃｒ粉
末，Ｃｕ粉末，Ｗ粉末，Ｃｏ粉末，Ｍｏ粉末，Ｖ粉末，
Ｎｂ粉末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、焼結体のスケルトンにＣｕ
あるいは合金溶湯をしみ込ませるいわゆる溶浸法が、あ
るいは溶浸前の焼結工程で密度を１００％にするいわゆ
る粉末冶金法により製造されたアーク電極材を、更に機
械加工して所定形状とする。

【００１０】アーク電極支持部，コイル電極及び電極棒
は、純Ｃｕ素材から縦磁界の発生し易いように工夫され
た所定形状にそれぞれ切り出し加工される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このようにして溶浸後
機械加工された各部品を、組立後、ろう付けして一連の
電極構造となる。しかし、ろう付け方法は、アーク電
極，アーク電極支持部，コイル電極及び電極棒のそれぞ
れの間に接合材とぬ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
が、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時の各部品
の芯合わせ等に非常な手数と時間がかかり、合わせて、
従来方法によるＰｂ等の低融点金属を含むアーク電極材
とアーク電極支持部材とのろう付けはアーク電極内のＰ
ｂの偏析とアーク電極材とアーク電極支持部材界面のＰ
ｂの存在によりぬれ性の悪化、また、電極大口径になる
ほどろう付け不良による電極材の破壊や脱落の事故原因
となる。このように従来方法で製造された電極構造は、
電極材特性の均一性，信頼性及び安全性が劣っている。

【００１２】また、最近では材料開発とともに真空遮断
器の設計仕様上から大電流，高電圧を開閉遮断しようと
する試みがなされている。一例として、開閉遮断速度を
速くすることで遮断性能向上がなされている。しかし、
これら遮断速度を速くすることでアーク電極間の接触力
増大と電極開閉時には電極全体に衝撃的な応力がかか
り、経時的には電極材は変形する。一般に、アーク電極
材には遮断特性あるいは溶着特性に優れた高強度のアー
ク電極材が使用されているが、アーク支持部材，コイル
電極材及び電極棒には純Ｃｕを使用されている。純Ｃｕ
材は耐力が非常に小さいことと、さらには上述したよう
に縦磁界の発生を目的に横断面への溝切が設けられ、特
に衝撃的な応力に耐えきれず経時的には変形することに
なる。そして、電極部材の変形は、電極開閉動作の不都
合やアーク電極の溶着障害やアーク電極の破壊，脱落を
招き、緊急時の開閉動作に支障をきたすことにもなる。

【００１３】本発明の目的は、経時的な変形が少なく信
頼性の高い電極を備えた真空遮断器とそれに用いる真空
バルブ及びそれに用いる電気接点とその製造法を提供す
るにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、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粒子と高導電性金属と
低融点金属との合金からなるアーク電極と、該アーク電
極を支持する高導電性金属からなる電極支持部とを有
し、前記アーク電極と電極支持部とは前記高導電性金属
の溶融によって一体に形成され、前記耐火性金属粒子は
全耐火性金属に対して重量で粒径１４０μｍ以上が５％
以下，７０μｍ〜１４０μｍ未満が４５〜９０％，４０
μｍ〜７０μｍ未満が７〜３５％及び４０μｍ未満が
０.５〜１５％であることを特徴とする真空遮断器にあ
る。

【００１５】前記アーク電極はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａ
の１種又は２種以上の混合物と、Ｃｕ，Ａｇ及びＡｕの
１種からなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電
性合金と、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種又は２種以
上との合金からなり、前記電極支持部は前記高導電性金
属又は合金からなるのが好ましい。

【００１６】更に、前記アーク電極はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及
びＴａの１種又は２種以上の合計量４０〜８０重量％と
Ｃｕ，Ａｇ及びＡｕの１種又はこれらを主にした合金２
０〜６０重量％と、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種又
は２種以上の合計量１.０重量％以下とを含む合金から
なり、前記電極支持部はＣｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅの１種
又は２種以上の合計量が２.５重量％以下とＣｕ,Ａｇ又
はＡｕとの合金からなるものが好ましい。

【００１７】本発明におけるアーク電極は多孔質耐火金
属中に含浸した高導電性金属との複合合金よりなり、前
記アーク電極と電極支持部とは前記高導電金属の溶融に
よって一体に形成されているのが好ましい。

【００１８】本発明における電極支持部は０.２％耐力
が１０kg／mm²以上で、比抵抗が2.8μΩcm以下のものと
する。

【００１９】本発明は、前記固定側電極と可動側電極の
少なくとも一方は前記電極支持部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ものである。

【００２０】前記縦磁界発生コイルは前記電極支持部に
ろう付け又は前記高導電性金属の溶融凝固によって一体
に形成することができる。

【００２１】前記縦磁界発生コイルは円筒状でその円周
面にスリット溝が設けられた形状又はその横断面が略卍
状である形状がある。

【００２２】前記真空バルブは３相に対しては３組あ
り、該３組の真空バルブを横に並べて樹脂の絶縁筒によ
って一体に組込んだものが好ましい。

【００２３】また、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粒子と高導電性金属と
低融点金属との複合部材よりなるアーク電極と、該アー
ク電極を支持する高導電性金属からなる電極支持部とを
有し、前記アーク電極と電極支持部とは前記高導電性金
属の溶融によって一体に形成され、耐火性金属粒子は前
述の粒径を有することを特徴とする真空バルブにある。

【００２４】本発明における真空バルブの電極，磁界発
生コイルの構成は前述と同様である。

【００２５】本発明は、前述のアーク電極と、該アーク
電極を支持する高導電性金属からなる電極支持部とが前
記高導電性金属の溶融によって一体に形成されているこ
とを特徴とする電極接点にある。

【００２６】本発明における電気接点のアーク電極の構
成は前述と同様である。

【００２７】本発明は、前述の耐火性金属粒子と高導電
性金属と低融点金属との合金からなるアーク電極と、該
アーク電極を支持する高導電性金属からなる電極支持部
とを有する電気接点の製造法において、前記アーク電極
は耐火性金属を有する多孔質焼結体上に前記高導電性金
属を載置し、該高導電性金属を溶融して前記多孔質体中
に溶浸させることにより形成し、前記電極支持部は前記
溶浸後に残留する前記高導電性金属の厚さを前記電極支
持部として必要な厚さに設定することによって形成する
ことを特徴とする電気接点の製造法にある。特に、本発
明は前述の多孔質体の焼結時に低融点金属の融点付近の
固相状態で十分な時間加熱することによりその金属を耐
火性金属粒子及び高導電性金属粒子に拡散接合させて、
溶浸での低融点金属の脱落を防止するものである。その
加熱温度としては融点より３０〜１００℃低い温度で加
熱するのが好ましい。

【００２８】また、本発明は、前記アーク電極及び電極
支持部を前記高導電性金属の溶浸させて凝固させて形成
後、所望の温度に保持させて前記高導電性金属中に過飽
和に固溶した金属又は金属間化合物を析出させる熱処理
工程を有するものである。

【００２９】前記電気接点は真空バルブの固定側電極又
は可動側電極に用いることができる。

【００３０】本発明は、前記電極支持部に高導電性金属
からなる縦磁界発生コイルを有し、前記高導電性金属の
前記多孔質体への溶浸後に残留する厚さと形状を前記電
極支持部及び縦磁界発生コイルの形状に合わせて溶融凝
固によって形成することができる。

【００３１】真空遮断器の電極構造は、アーク電極，ア
ーク電極支持部材及び電極棒からなり、必要に応じてコ
イル電極から構成される。アーク電極は耐火金属と導電
性金属との複合合金からなり、前者にはＣｒ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｔａ等の約１８００℃以上の高融点の金属が用いら
れ、高導電性金属としてのＣｕ，Ａｇ，Ａｕに対して固
溶量として３％以下の小さいものが好ましい。アーク電
極支持部材，コイル電極材及び電極棒には特に純Ｃｕが
好ましいが、強度が小さいことからこれら各部材の変形
防止対策として鉄系材料の純Ｆｅ，ステンレス鋼で補強
し電極の変形防止に努めている。

【００３２】耐火金属は４０〜８０重量％、特に５５〜
６５重量％とＣｕ，Ａｇ及びＡｕの１種又はこれらを主
にした合金２０〜６０重量％、好ましくは３０〜５０重
量％と、Ｐｂ等を１重量％以下、好ましくは０.１〜０.
６重量％とを含む合金で、特に前者の多孔質焼結体又は
若干の１０重量％以下の高導電金属を含む多孔質焼結体
中に高導電性金属を溶融含浸させた複合材とするのが好
ましい。

【００３３】また、アーク電極と電極支持部の２層構造
とし、電極支持部はアーク電極を補強支持するもので、
その半分以上の厚さとするのが好ましく、特にそれと同
等以上の厚さとすることが好ましい。多孔質焼結体は空
隙率を５０〜７０％とすることが好ましい。耐火金属と
しては特に、耐電圧特性を高めるためにＣｒに対して
０.１〜１０重量％、好ましくは０.５〜２重量％のＮ
ｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｔｉ，Ｚｒの１種又は２種以上を含むこ
とができる。

【００３４】本発明のアーク電極は重量でＣｒ４０〜６
０％，Ｎｂ０.５〜２.０％及びＰｂ０.１〜０.５％を含
むＣｕ溶浸合金が好ましい。

【００３５】コイル電極には高導電性金属をろう付け又
は電極支持部とともに多孔質耐火金属中への溶浸の際に
同時に鋳造技術と同様の方法で製造することができ、ア
ーク電極材，アーク電極支持部材、及びコイル電極材と
は金相学的に連続した一体構造で構成できる。この結
果、各部材の機械加工工程，ろう付け時の各部材組立工
程の低減、また、非接合であることから従来のろう付け
部の極部発熱，ろう付け不良によるアーク電極材の破
壊，脱落等の問題がなくなる。コイル電極をろう付けに
て形成する場合にはセラミックス粒子を分散した複合材
を用いることができる。

【００３６】また、本発明によれば、電極を構成するア
ーク電極材，アーク電極支持部材及びコイル電極材は、
金相学的に連続した一体構造で構成されると同時に一体
構造の電極製造と同一工程内でアーク電極支持部材及び
コイル電極材が得られ、0.01〜２.５重量％のＣｒ，Ａ
ｇ，Ｗ，Ｖ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｂｅ，Ｎｂ，Ｔ
ｉの１種又は２種以上をＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ中に含有せし
めたものを用いることができる。したがって、アーク電
極支持部材及びコイル電極材の電気導伝性をあまり低下
させずに機械的強度、特に耐力を大幅に高めることがで
きる。その結果、電極間の接触圧力の増大，電極開閉時
の衝撃力にも充分対応でき、経時的な変形も解決でき
る。

【００３７】このように、アーク電極材，アーク電極支
持部材及びコイル電極材とは非接合であるとともに金相
学的に連続した一体化構造にしたことと、上記核部材の
高強度化の組み合わせにより従来の電極構造に比べて悪
影響を除去したより信頼性及び安全性の高い真空遮断器
を提供できる。

【００３８】本発明によれば、Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ粉
末とＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂ粉末とＣｕ，Ａｇ，Ａｕ粉
末あるいは他の任意の金属粒子とを所定組成に混合し、
その混合粉を所定の空隙含有率になるように成形後、焼
結し多孔質焼結体を形成する。その後、純Ｃｕ，Ａｇ，
Ａｕ又はこれらの合金からなるブロックを前記焼結体上
に載置し、溶融させて多孔質焼結体の空隙に純Ｃｕ又は
Ｃｕ合金等の金属を溶浸させる。その時、溶融溶浸材中
への焼結体組成元素の液相拡散を積極的に利用し、溶融
溶浸材を前述の含有量となるように合金化する。溶浸完
了後の鋳塊を所定形状の電極に加工する。

【００３９】高導電性金属の溶浸に際しては溶浸の温度
と保持時間によって高導電性金属への多孔質体金属の溶
解量をコントロールでき、特に電極支持部，コイル電極
に対する比抵抗と強度とを考慮して温度及び時間が設定
される。勿論高導電性金属に対して予め合金元素を加え
た合金を用いることもできるので、両者を考慮して決定
される。その結果、前述の強度が高く、比抵抗の低いも
のが得られることから高い性能のものが得られる。

【００４０】本発明における電極は前述の如く所望の形
状で溶浸と鋳造技術との組み合わせによって求めるもの
を作ることができるが、前述した最終形状として切削加
工によって得られる。

【００４１】真空遮断器は、断路器，接地開閉器，避雷
器，変流器とともに用いられ、高層ビル，ホテル，イン
テリジェントビル，地下街，石油コンビナート，各種工
場，駅，病院，会館，地下鉄，上下水道等の公共設備な
どの電源として欠かせない高圧受変電設備として用いら
れる。

【００４２】

【発明の実施の形態】

実施例１図１（ａ）は、本発明の方法で試作した一体構造電極の
鋳塊断面を示すものである。図中、１がアーク電極、２
がアーク電極支持部及びコイル電極部、３が溶浸用Ｃｕ
の供給材と押湯の部材である。

【００４３】４.５重量％のＣｕ粉末と重量で粒径１４
０〜１７０μｍ２％，９５〜１４０μｍ未満４０％，７
０〜９５μｍ未満３０％，６０〜７０μｍ未満１１％，
４０〜６０μｍ未満８％及び４０μｍ未満１０％を有す
る９５重量％のＣｒ粉末と０.５重量％のＰｂ粉末をＶ
型ミキサーにより混合後、直径８０mmの金型を用いて、
成形圧力３.０ton／cm²で直径８０mm，厚さ９mmの成形
体を作製した。その成形体の空隙率は７５％で、１０^-5
トル以下の真空中で焼結温度１０５０℃×１２０分で焼
結を行った。１０５０℃までの加熱に当ってはＰｂの融
点近傍の固相下で長時間保持した後に所定の温度に加熱
した。この時の焼結体空隙率は６５％である。次に図１
（ｂ）は電極の製造法を示す図で、図に示すように、１
００メッシュ〜３２５メッシュのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
粉４を１０mm程度に敷いた内径９０mm×外径１００mm×
高さ１００mmの黒鉛容器５の底面中央に上記多孔質焼結
体６を置き、純Ｃｕからなる直径８０mm，長さ１００mm
のアーク電極支持部及びコイル電極部２を前記多孔質焼
結体６と同一円心上に載置した。次に直径２８mm，長さ
２５mmの溶浸材及び押湯部を形成するＣｕからなる部材
８を前記部材２と同一円心上に設置する。黒鉛容器５と
純Ｃｕからなる２種の部材２，８の側面及び溶浸材及び
押湯部となる部材８上部にはＡｌ₂Ｏ₃粉末９を充填す
る。Ｃｒ粉末は重量で粒径１４０μｍ以上２％，７０〜
１４０μｍ未満７０％，４０〜７０μｍ未満１９％及び
４０μｍ未満が１０％である。

【００４４】溶浸条件は、１×１０^-5トル以下の真空中
で１１５０℃×６０分間保持し、アーク電極支持部及び
コイル電極部材２と溶浸用Ｃｕ供給及び押湯８が溶融す
るとともに溶浸材が多孔質焼結体６のスケルトン中に均
一にしみ込ませた後、真空雰囲気中で放冷凝固させる。
図１（ａ）は、凝固後に黒鉛製容器から取り出した鋳塊
の断面外観である。また図１（ｃ）には切削加工後のア
ーク電極１とアーク電極支持部及びコイル電極部２とを
示し、両者の界面部を顕微鏡組織写真により観察した結
果、Ｃｒ粒子焼結体の空孔にＣｕが溶浸しており、Ｃｒ
粒子は互いに複数個結合しているが、粒子としての元の
原形が見られ、その粒径の大きさを測定できることが分
かった。

【００４５】このように本発明方法によれば図１（ａ）
及び図１（ｃ）からもわかるようにアーク電極とアーク
電極支持部及びコイル電極部とが一体構造で構成される
電極が十分作製可能であることがわかる。アーク電極と
電極支持部とは同等の厚さである。また、アーク電極材
とアーク電極支持部材の界面は金相学的に完全に連続一
体化がなされており、ろう付け等による接合が不必要で
あることがわかる。また、アーク電極１の断面のＰｂを
分析した結果、Ｐｂが均一に分散されていた。図２は図
１（ｂ）の鋳型を３段にしたもので、一度に３個のもの
を製造することができる。３個に限らず、所望の個数を
一度に製造することができる。

【００４６】実施例２実施例１と異なるのは成形体の本焼結工程の前に仮焼結
工程を設けたことである。仮焼結条件は、１×１０^-5ト
ル以下の真空中でＰｂの融点以下の３００℃で１２０分
間保持した。その後本焼結を行った。本焼結条件は、１
×１０^-5トル以下の真空中で１０５０℃×１２０分間保
持した。次の、一体溶浸条件は、１×１０^-5トル以下の
真空中で１０５０℃×６０分間保持し、アーク電極支持
部及びコイル電極部材と溶浸用Ｃｕ供給及び押湯８が溶
融するとともに溶浸材が多孔質焼結体６のスケルトン中
に均一にしみ込ませた後、真空雰囲気中で放冷凝固させ
る。実施例１と同様に切削加工後のアーク電極１とアー
ク電極支持部２とコイル電極部材の両者の界面部を顕微
鏡組織写真により観察した結果、実施例１と同様に、焼
結体の空孔にＣｕが溶浸し、界面は金相的に連続一体化
していることが明らかとなった。また、アーク電極１か
ら分析試料を切り出しＰｂの分析を行った結果、Ｐｂ含
有量は０.７％であった。

【００４７】このように本発明方法によれば、アーク電
極，アーク電極支持部材及びコイル電極部とが一体構造
で構成される電極が十分作製可能であることがわかる。
また、アーク電極材とアーク電極支持部材の界面は金相
学的に完全に連続一体化がなされており、ろう付け等に
よる接合が不必要であることがわかる。また、アーク電
極１から分析試料を切り出しＰｂの分析を行った結果か
らも分かるようにＰｂ含有量は０.７％であった。本焼
結の前に低融点金属の融点直下の固相で仮焼結を行うこ
とにより高導電性金属の溶浸においてアーク電極１にＰ
ｂを均一に分散含有させることができる。

【００４８】実施例３図３は、成形体に添加したＰｂ量と溶浸後のアーク電極
材のＰｂ分布を示したものである。仮焼結条件，本焼結
条件及び溶浸条件は実施例１とほぼ同様である。また、
成形体組成はＮo.１：５０Ｃｒ−４７.５Ｃｕ−２Ｎｂ
−０.５Ｐｂ，Ｎo.２：５０Ｃｒ−４７Ｃｕ−２Ｎｂ−
１Ｐｂ及びＮo.３：５０Ｃｒ−４６.５Ｃｕ−２Ｎｂ−
１.５Ｐｂである。

【００４９】溶浸後のアーク電極材のＰｂ分布方法はア
ーク電極材とアーク電極支持部材の界面を基準とし、そ
れぞれ１mmずつ切削し分析した。図３に示すようにＰｂ
添加量１％及び１.５％材ではアーク電極材のＰｂ分布
は勾配を持ち安定したアーク電極材を供給することがで
きないことが分かる。一方、Ｐｂ添加量０.５％材はア
ーク電極材にほぼ均一に分布していることが分かる。

【００５０】このように本発明方法によればＰｂ添加量
０.５％材はアーク電極材にほぼ均一に分布することが
でき、安定したアーク電極材を供給することができる。

【００５１】また、Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂについても同様
の方法で検討した結果、Ｐｂの分布結果と同様であっ
た。

【００５２】一方、健全かつ、目的の鋳塊寸法を得るた
めには、鋳塊の冷却速度のコントロールが重要である。
鋳塊側面からの冷却速度より鋳塊上部の冷却速度を大き
くする必要がある。本発明を達成する第２条件として、
鋳塊上部の冷却速度を大きくする保温剤としてアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）等の比熱が大きく、Ｃｕ溶湯と反応しない
セラミックス粒子が適当である。この時のセラミックス
粒径が大き過ぎたり，小さ過ぎたりすると溶湯はセラミ
ックス粒子間を通して流れ出てしまい鋳型の役目をなさ
ない。最適粒径は２０メッシュから３２５メッシュであ
る。また、保温のためのセラミックス粒子の必要量は、
目的の鋳塊直径寸法の２／３以上の厚さが必要である。

【００５３】実施例４図４は、実施例３の溶浸温度を種々に変えた場合のアー
ク電極中のＰｂ量を分析した結果を示したものである。

【００５４】Ｎo.４は焼結体組成５０Ｃｒ−４７.５Ｃ
ｕ−２Ｎｂ−０.５Ｐｂ、で溶浸温度１１５０℃ で６０
分保持したもの、Ｎo.５は焼結体組成５０Ｃｒ−４７.
５Ｃｕ−２Ｎｂ−０.５Ｐｂの溶浸温度１２００℃で６
０分保持したもの、Ｎo.６は焼結体組成５０Ｃｒ−４
７.５Ｃｕ−２Ｎｂ−０.５Ｐｂの溶浸温度１２５０℃で
６０分保持したものの溶浸後のアーク電極材中のＰｂ量
の分析結果である。

【００５５】図４に示すように溶浸温度１１５０℃〜１
２５０℃でＰｂの分布状態を検討した結果、溶浸温度が
高いほど若干Ｐｂ量が低下するが、ほぼ同等である。

【００５６】表１は、アーク電極（組成：５９重量％Ｃ
ｒ−４１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、Ｎｉ系ろう
材）した場合（厚さ約３μｍ）の接合部の電気抵抗及び
強度の測定結果（比較例１）、及び８００℃で焼鈍した
純銅の電気抵抗値（比較例２）とＮo.１〜６で得たアー
ク電極とアーク電極支持部材一体溶浸界面の電気抵抗及
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。

【００５７】

【表１】

【００５８】従来方法でろう付け接合した（比較例１）
界面の強度は２２〜１２kg／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・c
m と純銅材（比較例２）に比べ約３〜４倍の高い抵抗値
である。一方、Ｎo.１〜６で一体溶浸させたＰｂを含む
アーク電極材とアーク電極支持部材の強度は界面強度は
２３〜２４kg／mm²と比較例３に示すＰｂの含まない一
体溶浸材と同等の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.１〜６のアーク電極支持部材にはＣｒ
が約０.６２％含むＣｕ合金であるにもかかわらず、界
面がないので、比抵抗は１.９５μΩcm と比較例１より
低い値である。これは従来技術のろう付け接合部界面の
抵抗値が非常に大きいことがわかる。

【００５９】一方、比較例２の純Ｃｕの強度は最大値１
２〜１５kg／mm²に対し０.２％耐力は４〜５kg／mm²
と非常に軟弱であり、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耐えきれず
経時的に変形してしまうことがわかる。これに対し、Ｎ
o.１〜６のアーク電極支持部材にはＣｒを含有したＣｕ
合金であるためいずれも最大強度２２〜２５kg／mm²と
純Ｃｕに比較すると２倍以上高く、０.２％耐力値にお
いて１０〜１４kg／mm²と２倍に強度向上がはかられて
いる。Ｃｒの代わりにＡｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，
Ｗ，Ｂｅをそれぞれ含有したＣｕ合金であっても同様の
強度であった。

【００６０】実施例５図５は、溶浸状態とその鋳塊を用いて製作した各種電極
形状を示したものである。溶浸条件は実施例１とほぼ同
様である。

【００６１】Ｎo.７は、実施例１に対し黒鉛容器５の長
さを１５０mmにし、アーク電極支持部材及びコイル電極
部材１１の長さを４５mmとした。このようにして得た鋳
塊から（ａ）及び（ｂ）型の電極を作製した。つまり
（ａ）型は、アーク電極１２，アーク電極支持部１３及
びコイル電極１４を一体構造とし、電極棒１５をろう付
けにより接合１６したものである。また、（ｂ）型は、
（ａ）型に対し中心に純Ｆｅからなる補強部材１７を設
けたものである。補強部材１７は電極支持部１３と電極
棒１５に各々ろう付けされる。

【００６２】Ｎo.８はＮo.７に対しアーク電極支持部材
及びコイル電極部材１９の形状を凹形にするとともに、
溶浸用Ｃｕ供給及び押湯１８を排除した状態で溶浸し
た。Ｎo.３の鋳塊からは（ａ）型の電極形状を製作し
た。

【００６３】Ｎo.９はＮo.７に対し溶浸用Ｃｕ供給及び
押湯２０の長さを１００mmとし、黒鉛容器５の長さを２
００mmとした。Ｎo.９の鋳塊からは（ｃ）型の電極を作
製した。（ｃ）型の電極はろう付け接合を使用せずとも
電極棒２２を含めた一体構造の電極構成が可能である。
Ｎo.８の鋳塊からは（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。

【００６４】Ｎo.１０はＮo.９に対しアーク電極支持部
材及びコイル電極部材２３及び溶浸用Ｃｕ供給及び押湯
２４の中心に焼結体２６に向ってラッパ型の鉄芯を入れ
たものである。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.１０の鋳塊か
らは（ｄ）型と（ｅ）型の電極を作製した。(ｄ)型電極
は（ｃ）型電極の中心に鉄芯を鋳ぐるんだ形状である。
（ｅ）型電極は（ｂ）型電極の補強部材１７の替りに鉄
芯を鋳ぐるんだ形状の電極である。

【００６５】以上の結果において、それぞれの鋳塊寸法
と溶浸前の状態の寸法変化を測定した結果、アーク電極
支持部材及びコイル電極部材の寸法は溶浸前の状態と溶
浸後の鋳塊寸法の差異はほとんどなかった。一方、押湯
部材の寸法測定結果、溶浸前の状態で２５mmに対し、溶
浸後の鋳塊寸法は１０mmに減少した。このように本発明
を達成させる第１条件として、アーク電極支持部材及び
コイル電極部材と溶浸用Ｃｕ又はＣｕ合金供給及び押湯
部材とを２重構造にすることである。

【００６６】また健全かつ、目的の鋳塊寸法を得るため
には、鋳塊の冷却速度のコントロールが重要である。鋳
塊側面からの冷却速度より鋳塊上部の冷却速度を大きく
する必要がある。本発明を達成する第２条件として、鋳
塊上部の冷却速度を大きくする保温剤としてアルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）等の比熱が大きく、Ｃｕ溶湯と反応しない
セラミックス粒子が適当である。この時のセラミックス
粒径が大き過ぎたり，小さ過ぎたりすると溶湯はセラミ
ックス粒子間を通して流れ出てしまい鋳型の役目をなさ
ない。最適粒径は２０メッシュから３２５メッシュであ
る。また、保温のためのセラミックス粒子の必要量は、
目的の鋳塊直径寸法の２／３以上の厚さが必要である。

【００６７】実施例６表１は、実施例２のＮo.２の溶浸したままのものにおい
て溶浸温度を種々に変えた場合の鋳塊中のＣｒ量を分析
した結果と、多孔質焼結体６及びアーク電極支持部材及
びコイル電極部材のそれぞれの組成を変化させた場合の
鋳塊中のそれぞれの組成元素を分析した結果を示したも
のである。なお、溶湯用Ｃｕ供給及び押湯８は同じ組成
である。

【００６８】Ｎo.６〜Ｎo.８は、多孔質焼結体６の組成
Ｃｒ−５Ｃｕ材に純Ｃｕを溶浸する時の溶浸温度を変
え、１２０分保持した場合の鋳塊中のＣｒ量である。溶
浸温度１２５０℃の場合の鋳塊組成は１.６５％Ｃｒを
含有するＣｕ合金になることがわかる。

【００６９】Ｎo.９，１０，１４，１５，１６，１８
は、多孔質焼結体６の組成をＣｒ−５Ｃｕ一定とし、溶
浸材の組成をそれぞれＣｕ−Ａｇ，Ｃｕ−Ｚｒ，Ｃｕ−
Ｓｉ，Ｃｕ−Ｂｅ合金を用いた場合の鋳塊中の元素分析
結果である。各鋳塊ともＣｒを約０.６％程度を含む３
元Ｃｕ合金になることが分かる。

【００７０】Ｎo.１６，１７，１８，１９は、溶浸材
７，８の組成を純Ｃｕ一定とし多孔質焼結体６の組成を
それぞれＣｒ−５ＣｕにＶ，Ｎｂ，Ｖ，Ｎｂ，Ｗを添加
した場合の鋳塊中の元素分析結果である。各鋳塊とも
Ｖ，Ｎｂ，Ｗの含有量は０.０２％以下であり、鋳塊組
成は１.０％程度のＣｒを含むＣｕ合金であることが分
かる。

【００７１】

【表２】

【００７２】Ｎo.１１〜２３で得た鋳塊の電気抵抗及び
強度を、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。

【００７３】従来方法でろう付け接合した界面の強度は
２２〜１２kg／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 と純銅材
（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.１１の界面強度は２４〜２５kg／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。
また、本発明の実施例では界面を含む電気抵抗値は測定
できないものである。Ｎo.１１の相手材にはＣｒが約
０.６２％含むＣｕ合金であるにもかかわらず、界面が
ないので、比抵抗は１.９５μΩcm と低い値である。こ
れは従来技術のろう付け接合部界面の抵抗値が非常に大
きいことが分かる。

【００７４】一方、純Ｃｕの強度は最大値２２〜２３kg
／mm²に対し０.２％耐力は４〜５kg／mm²と非常に軟
弱であり、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耐えきれず経時的に変
形してしまうが、ＣｒあるいはＡｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，
Ｓｉ，Ｗ，Ｂｅをそれぞれ含有したＣｕ合金からなるＮ
o.１２〜２３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充分
に実機真空遮断器用電極材に使用可能である。またこれ
らの強度は、いずれも最大強度２２〜２５kg／mm²と純
Ｃｕとあまり変っていないが０.２％耐力値において１
０〜１４kg／mm²と２倍に強度向上が図られている。

【００７５】溶浸温度が１１５０℃では０.５５〜０.７
５％，１２００℃では０.９〜１.０％，１２５０℃では
１.６〜１.７％とＣｒの固溶量が増加する。

【００７６】このように、本発明によるＣｒあるいはＡ
ｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ及び、Ｂｅをそれぞれ含
有するＣｕ合金製アーク電極支持部材，コイル電極材及
び電極棒は、電極開閉時の衝撃的荷重の繰り返しによる
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。

【００７７】Ｃｕ中への合金元素の含有量と０.２％耐
力との関係を検討すると、Ｃｒ０.６％の含有により９k
g／mm²の耐力が得られ、１.６％で１１.５kg／mm²と直
線的に増加する。そして、Ｃｒの他に他の合金元素を含
有することによってその量の増大によって強化される。
各元素の含有量としてＡｇ０.１％，Ｚｒ０.１％，Ｓｉ
０.１％，Ｂｅ０.０５％，Ｎｂ，Ｖ，Ｗは各々０.０１
％以上とすることにより１０kg／mm²以上の耐力が得
られる。

【００７８】０.２％耐力と比抵抗との関係を検討する
と、Ｃｕ中への全固溶量の増大によって強度の向上とと
もに比抵抗も増すので、比抵抗の増加を少なくして強度
の向上を図るにはＣｒ単独よりも他の元素を加えること
によって得られることが分かる。特に、Ｓｉ以外は比抵
抗が小さくて高強度が得られる。特に、０.２％耐力を
１０kg／mm²以上、比抵抗１.９〜２.８μΩcmが好まし
い。

【００７９】Ｃｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｚｒ，Ａｇ，Ｎｂ，Ｖ
及びＷ量と比抵抗との関係を検討すると、比抵抗は合金
元素をＣｒ＋３.４Ｓｉ＋３.５Ｂｅ＋１.２Ｚｒ＋０.６
Ａｇ＋１５（Ｎｂ＋Ｖ＋Ｗ）の比率で加えることによっ
てその含有量を０.５７倍して１.６１加えた値に添っ
て増加するが、電極支持部及びコイル電極の比抵抗はで
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
く抑えることができ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
熱伝導を高くする必要があることから熱伝導率を高く維
持することができる。本実施例においては所望の比抵抗
を図によっておおよその値のものを求めることができ
る。Ｃｒをアーク電極として用いる場合にはＣｒの溶浸
量を考慮し、各元素の含有量をＳｉ０.５％，Ｂｅ０.５
％，Ｚｒ１.５％，Ａｇ２.５％，Ｎｂ，Ｖ，Ｗは各々
０.１％を上限として含有させることが好ましい。比抵
抗として３.０μΩcm以下とするのが好ましい。

【００８０】実施例７図６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。

【００８１】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38ａ，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の一部を形成する固定側の電極棒
３４ａを垂設し、この固定側の電極棒３４ａに縦磁界発
生コイル３３ａ及びアーク電極３１ａを設け、上記固定
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側の電極棒３４ｂ
を昇降自在に設け、この可動側の電極棒３４ｂに上記縦
磁界発生コイル３３ａ及びアーク電極３１ｂと同形等大
の縦磁界発生コイル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３１ｂを接離するように
し、上記可動側の電極棒３４ｂの周りに位置する上記下
端板３８ｂの内側に金属製のベローズ３７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部材３６を絶縁筒体の
真空容器３５によって設置し、このシール部材３６は上
記絶縁筒体の真空容器の絶縁性を損なわないようにして
構成したものである。

【００８２】さらに、上記アーク電極３１ａ，３１ｂは
前述の溶浸によって得られたアーク電極支持部３２ａ，
３２ｂに一体固着され、各縦磁界発生のコイル電極３３
ａ，３３ｂに純鉄からなる補強部材３９ａ，３９ｂによ
って補強されてろう付けされる。補強部材３９ａ，３９
ｂ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。絶縁筒体の真空容器３５にはガラス，セラミックス
焼結体が用いられる。絶縁筒体の真空容器３５は金属製
端板３８ａ，３８ｂにコバール等のガラス，セラミック
スの熱膨脹係数に近い合金板を介してろう付けされ、１
０^-6mmＨｇ以下の高真空に保たれる。

【００８３】固定側の電極棒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、排気のとき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。

【００８４】図７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１に示すＣｕからなる電極支
持部をＣｕの溶浸によって一体化したものである。この
一体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にも同様の平板をろう付けした。コイル電
極３３は純銅からなるもので、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。

【００８５】本実施例における電極支持部３２は純銅を
溶浸によって形成したもので、その支持部３２へのＣｒ
量は溶浸温度によって異なること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。
尚、電気抵抗は熱処理によって化合物を析出させること
によって強度を下げずに低めることができる。特に、本
実施例においては純銅を溶浸後、９００℃まで放冷し、
その温度から７００〜８００℃付近までを３時間及びそ
の温度から更に６００〜７００℃付近までを２時間かけ
てゆっくり冷却することによってＣｒの析出物を形成さ
せた。

【００８６】図８は本実施例における電極部とコイル電
極３３との結合状態を示す斜視図である。可動側の電極
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。

【００８７】金属蒸気は絶縁筒の真空容器３５に支持さ
れている中間シール３６に付着するとともに、円筒状コ
イル電極３３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，３
０ｂ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。

【００８８】主電極４１の裏面に取付けられた円筒状の
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，ステンレス等からなり、底面４３と主電極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、主電極
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。

【００８９】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。

【００９０】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は主電極全面に均一に分散し、
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型
化できる。

【００９１】本実施例でのコイル電極３３は純Ｃｕを用
いたものであるが、実施例１〜６に示すようにアーク電
極支持部とコイル電極とを一体の溶浸によって得たもの
は同様の効果が得られることが確認された。

【００９２】図９は本発明に係る真空バルブ５９とその
操作機とを示す真空遮断器の構成図である。

【００９３】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を
有するエポキシレジン筒６０を配置した小型，軽量な構
造である。

【００９４】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。

【００９５】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外し自由機構である。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は僅
少である。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，手動引外しボタン，手動
投入装置，引出装置およびインターロックレバーなどが
配置されている。

【００９６】（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、絶縁操作ロッド６１に装着された接触バネ６
５によって保たれている。

【００９７】主電極の接触力，早切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６
７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
じたあと、支えレバー６６で保持している。

【００９８】（ｂ）引外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。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。

【００９９】引外しコイル７２が励磁されると、引外し
レバー７３がプロップ６７の係合を外し、主レバー７１
は早切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なく行われる機械的引
外し自由方式である。

【０１００】（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。

【０１０１】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
ートル，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、いわゆるさい断電流を生じ、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。

【０１０２】以上の本実施例により、圧力１５０kg，遮
断速度０.９３ｍ／秒で、７.２ｋＶ，３１.５ｋＡの遮
断が可能となる。

【０１０３】図１０は本実施例の真空遮断器２段積スイ
ッチギアの内部構造を示すものである。９１は上段遮断
器コンパートメント、９２はメタルクラッドフレームコ
ンパートメント、９３は下段遮断器コンパートメント、
９４は母線コンパートメント、９５は変流器、９６は接
続導体、９７はケーブルコンパートメント、９８は制御
引込ケーブル部、９９はサージアブソーバである。真空
遮断器は電源が３相であるので一電源に対して紙面に対
して奥行きに３個有する。

【０１０４】実施例８図１１は実施例４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
静止型過電流引外し装置、８９はＺｎＯ非直線抵抗体で
ある。

【０１０５】本実施例においては、次の特徴が得られ
る。

【０１０６】(1）遮断時に気中アークを発生しないの
で、騒音を発生せず、防災効果が大きい。

【０１０７】(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。

【０１０８】(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。

【０１０９】(4）静止型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。

【０１１０】(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。

【０１１１】(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。

【０１１２】実施例９図１２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。

【０１１３】本実施例では実施例１と同様に主電極９２
をＣｕ−Ｃｕ−Ｐｂ多孔質焼結体からなる表面のアーク
電極に純銅を溶浸して電極支持部を形成したものであ
る。この主電極９２に対して縦磁界発生コイル電極９１
をろう付けしたものであり、純鉄又はステンレス鋼から
補強部材９６のろう付けによって補強される。９０は導
電棒である。主電極９２はコイル電極９１の凸状部９５
でろう付けされる。

【０１１４】実施例１０図１３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。

【０１１５】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１０４と電極支
持部１０５を銅の溶浸によって形成した一体形に作られ
ている。溝102は機械加工によって形成することができ
る。

【０１１６】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。

【０１１７】主電極はろう付け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。

【０１１８】図１２の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
ともに電極間アークは接触部１００からアークランナー
１０１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。

【０１１９】

【発明の効果】本発明によれば、アーク電極と該アーク
電極を支持する支持部材と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、好ましくは、コイル電極材とは非接合からなる溶融
一体の構造を有し、前記支持部材及びコイル電極は0.01
〜２.５重量％のＣｒ，Ａｇ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，
Ｗ及びＢｅ等を含有したＣｕ合金から構成されるので、
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、更に、アーク電極内にＰｂ等の低融点金属を多く含
有でき溶着を防止できることからより信頼性及び安全性
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】本発明の電気接点の製造法を示す工程図。

【図２】３個の電気接点を一度に製造する場合の鋳型の
断面図。

【図３】Ｐｂ量と距離との関係を示す図。

【図４】Ｐｂ量と距離との関係を示す図。

【図５】各種電極の形状とその製造鋳型の関係を示す断
面図。

【図６】真空バルブの断面図。

【図７】真空バルブ用電極の断面図。

【図８】真空バルブ用電極の斜視図。

【図９】真空遮断器の全体構成図。

【図１０】真空遮断器２段積スイッチギアの構成図。

【図１１】直流真空遮断器を用いた回路図。

【図１２】他の例の真空バルブ用電極の構造を示す断面
図と正面図。

【図１３】他の例の真空バルブ用電極の正面図と断面
図。

【符号の説明】

１，１２，３１ａ，３１ｂ，４１，９２，１０４…アー
ク電極、２，１３，３２ａ，３２ｂ，４８，９４，１０
５…アーク電極支持部、４，９…アルミナ粉、５…黒鉛
容器、６…多孔質焼結体、７…溶浸材、８，２０，２４
…押湯、１４，３３ａ，３３ｂ，４２，９１…コイル電
極、１５，２２，３４ａ，３４ｂ，９０，１０６…電極
棒、１７，２７，４４，９６…補強部材、３５…真空容
器、３６…シール部材、３７…ベローズ、５６…スリッ
ト溝、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…引外しコイル、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、８４…
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２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (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)発明者岡部均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

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
金属粒子と高導電性金属と低融点金属とを有する合金か
らなるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性
金属からなる電極支持部とを有し、前記アーク電極と電
極支持部とは前記高導電性金属の溶融によって一体に形
成され、前記耐火性金属粒子は全耐火性金属に対して重
量で粒径１４０μｍ以上が５％以下，７０μｍ以上１４
０μｍ未満が４５〜９０％，４０μｍ以上７０μｍ未満
が７〜３５％及び４０μｍ未満が０.５〜１５％である
ことを特徴とする真空遮断器。
【請求項２】前記耐火性金属はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａ
の１種又は２種以上の混合物からなり、前記高導電性金
属はＣｕ，Ａｇ及びＡｕの１種からなる金属又はこれら
を主にした合金及び前記低融点金属はＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ
及びＳｂの１種以上からなり、前記電極支持部は前記高
導電性金属又は合金からなる請求項１に記載の真空遮断
器。
【請求項３】前記アーク電極はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａ
の１種又は２種以上の合計量４０〜８０重量％とＣｕ２
０〜６０重量％とを含む複合合金からなり、前記電極支
持部はＣｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｚｒ，
Ｓｉ，Ｂｅ，Ｃｏ，Ｆｅの１種又は２種以上の合計量が
２.５重量％以下，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種又
は２種以上の合計量１.０重量％以下及びＣｕ，Ａｇ又
はＡｕとの合金からなる請求項２に記載の真空遮断器。
【請求項４】前記固定側電極と可動側電極の少なくとも
一方は前記電極支持部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１〜３のいずれかに記
載の真空遮断器。
【請求項５】前記縦磁界発生コイルは前記電極支持部に
ろう付け又は前記高導電性金属の溶融凝固によって一体
に形成されている請求項４に記載の真空遮断器。
【請求項６】前記縦磁界発生コイルは円筒状でその円周
面にスリット溝が設けられた形状又はその横断面が略卍
状である請求項４又は５に記載の真空遮断器。
【請求項７】前記真空バルブは３組あり、該３組の真空
バルブを横に並べて樹脂の絶縁筒によって一体に組込ま
れている請求項１〜６のいずれかに記載の真空遮断器。
【請求項８】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
金属粒子と高導電性金属と低融点金属とを有する合金か
らなるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性
金属からなる電極支持部とを有し、前記アーク電極と電
極支持部とは前記高導電性金属によって一体に形成さ
れ、前記電極支持部の０.２％耐力が１０kg／mm²以上
で比抵抗が２.８μΩcm以下であり、前記耐火性金属粒
子は全耐火性金属に対して重量で粒径１４０μｍ以上が
５％以下，７０μｍ〜１４０μｍ未満が４５〜９０％，
４０μｍ〜７０μｍ未満が７〜３５％及び４０μｍ未満
が０.５〜１５％であることを特徴とする真空遮断器。
【請求項９】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
極は耐火性金属粒子と高導電性金属と低融点金属とを有
する複合部材よりなるアーク電極と、該アーク電極を支
持する高導電性金属からなる電極支持部とを有し、前記
アーク電極と電極支持部とは前記高導電性金属の溶融に
よって一体に形成され、前記耐火性金属粒子は全耐火性
金属に対して重量で粒径１４０μｍ以上が５％以下，７
０μｍ〜１４０μｍ未満が４５〜９０％，４０μｍ〜７
０μｍ未満が７〜３５％及び４０μｍ未満が０.５〜１
５％であることを特徴とする真空バルブ。
【請求項１０】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９に記載の真
空バルブ。
【請求項１１】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９又は１０に記載の真空バルブ。
【請求項１２】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９に記載の真空バルブ。
【請求項１３】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
電極は耐火性金属粒子と高導電性金属と低融点金属とを
有する複合部材よりなるアーク電極と、該アーク電極を
支持する高導電性金属からなる電極支持部とを有し、前
記アーク電極と電極支持部とは前記高導電性金属によっ
て一体に形成され、前記電極支持部の０.２％耐力が１
０kg／mm²以上で比抵抗が２.８μΩcm 以下であり、前
記耐火性金属粒子は全耐火性金属に対して重量で粒径１
４０μｍ以上が５％以下，７０μｍ〜１４０μｍ未満が
４５〜９０％，４０μｍ〜７０μｍ未満が７〜３５％及
び４０μｍ未満が０.５〜１５％であることを特徴とす
る真空バルブ。
【請求項１４】耐火性金属粒子と高導電性金属と低融点
金属とを有する合金からなるアーク電極と、該アーク電
極を支持する高導電性金属からなる電極支持部とが前記
高導電性金属の溶融によって一体に形成され、前記耐火
性金属粒子は全耐火性金属に対して重量で粒径１４０μ
ｍ以上が５％以下，７０μｍ〜１４０μｍ未満が４５〜
９０％，４０μｍ〜７０μｍ未満が７〜３５％及び４０
μｍ未満が０.５〜１５％あることを特徴とする電気接
点。
【請求項１５】前記耐火性金属粒子はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及
びＴａの１種又は２種以上、前記高導電性金属はＣｕ，
Ａｇ及びＡｕの１種又はこれらを主にした合金、及び前
記低融点金属はＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種以上か
らなり、前記電極支持部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１６】前記アーク電極はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴ
ａの１種又は２種以上の合計量４０〜８０重量％とＣ
ｕ，Ａｇ及びＡｕの１種又はこれらを主にした合金２０
〜５０重量％とＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種又は２
種以上の合計量１.０重量％とを含む複合合金からな
り、前記電極支持部はＣｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍ
ｏ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ｔｉ，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Ｃ
ｕ，Ａｇ又はＡｕである高導電性合金からなる請求項１
６に記載の電気接点。
【請求項１７】耐火性金属と高導電性金属と低融点金属
との合金からなるアーク電極と、該アーク電極を支持す
る高導電性金属からなる電極支持部とが前記高導電性金
属によって一体に形成され、前記電極支持部の０.２％
耐力が１０kg／mm²以上で比抵抗が２.８μΩcm 以下で
あり、前記耐火性金属粒子は全耐火性金属に対して重量
で粒径１４０μｍ以上が５％以下，７０μｍ〜１４０μ
ｍ未満が４５〜９０％，４０μｍ〜７０μｍ未満が７〜
３５％及び４０μｍ未満が０.５〜１５％であることを
特徴とする電気接点。
【請求項１８】耐火性金属粒子と高導電性金属と低融点
金属とを有する合金からなるアーク電極と、該アーク電
極を支持する高導電性金属からなる電極支持部とを有す
る電気接点の製造法において、前記アーク電極を全耐火
性金属に対して重量で粒径140μｍ以上が５％以下，７
０μｍ〜１４０μｍ未満が４５〜９０％，４０μｍ〜７
０μｍ未満が７〜３５％及び４０μｍ未満が０.５〜１
５％である耐火性金属粉，高導電性金属粉及び低融点
金属粉を有する多孔質仮焼結体に前記高導電性金属を溶
融して含浸させることにより形成し、前記電極支持部は
前記含浸後に残留する前記高導電性金属の厚さを前記電
極支持部として必要な厚さに設定することによって形成
することを特徴とする電気接点の製造法。
【請求項１９】前記アーク電極及び電極支持部は前記高
導電性金属を溶浸凝固させて形成後、所望の温度に保持
させて前記高導電性金属中に過飽和に固溶した金属又は
金属間化合物を析出させる熱処理工程を有する請求項１
８に記載の電気接点の製造法。
【請求項２０】前記電極支持部に高導電性金属からなる
縦磁界発生コイルを有する電気接点の製造法において、
前記高導電性金属の前記多孔質仮焼結体への溶浸後に残
留する厚さと形状を前記電極支持部及び縦磁界発生コイ
ルの形状に合わせて溶融凝固によって形成する請求項１
８又は１９に記載の電気接点の製造法。