JPH10162697A - 真空バルブ及びその接点及びこの接点の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空遮断器の接点材は耐弧特性、遮断特性の
いずれか一方を最良にする方法は知られていたが、一方
を最良のものにすると他方がやや劣るものしか製造でき
なかった。 【解決手段】 コイル電極１２、２２を備えた真空バル
ブの接点１３、２３は、接点の面の端部に最初にアーク
が発生し、接点の中央部でアークが消滅する点に着目
し、接点材の端部表面を対弧特性の良い第２の接点材１
７ａ、２７ａで作り、接点の中央部の表面は遮断特性を
最良にした第１の接点材１８ａ、２８ａで作る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は軸方向磁界発生用
のコイル電極を備えた真空バルブ用電極の遮断性能の改
良、およびこの電極の製法、この電極を用いた真空バル
ブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】真空バルブは電流裁断特性が優れている
ため、電流遮断時に発生するサージが大きく、これによ
つて接続された回路に不具合が生じることがある。これ
を適度なものとし、なおかつその電極の消耗性を向上す
るために従来から種々の工夫がなされている。このよう
な工夫の１つに例えば特公平２−３０１３２号公報に示
す軸方向磁界発生コイル（以下コイル電極と言う）を備
えた電極がある。図８〜図１３は上記公報に示されたも
のと類似の従来の真空バルブの電極の構造・機能を説明
するものであり、図８は真空バルブに備えられた２つの
電極の内の片側（可動電極）の構造を示す分解説明図、
図９は真空バルブに備えられた２つの電極の側面断面
図、図１０は図９のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。

【０００３】図に於いて、２０は真空バルブ（図示しな
い）の内部に取付けられた可動電極である。２１は可動
電極２０を保持する電極棒で図示しない機構によって真
空バルブの外部から図に向って上下に駆動される。２２
は電極棒２１に取付けられたコイル電極、２４はコイル
電極２２のアーム部、２３は円盤状の接点である。ま
た、１０は固定電極で、１１は固定電極１０を保持する
電極棒、１２は電極棒１１に取付けられたコイル電極、
１４はコイル電極１２のアーム部、１３は円盤状の接点
である。

【０００４】コイル電極１２、２２はそれぞれ電極棒１
１、２１から、径方向に延びるアーム部１４、２４と、
アーム部１４、２５の先端から円周方向に延び軸方向磁
界を発生する円弧部１５、２５と、円弧部１５、２５の
先端から軸方向に延び接点１３、２３が接合される接合
部１６、２６で構成されている。真空バルブの接点１
３、２３の開閉時には、可動電極２０が上下動して接点
１３、２３が接離し回路が開閉される。

【０００５】次に動作について図１１〜図１３により説
明する。図１１と図１２は電流の流れ方を説明する図、
図１３は電流によって生じる磁界について説明する図で
ある。図１１及び図１２に於いてアークスポットがＰ点
に発生した場合について（実際にはアークは接触面の周
辺部で最初に発生することが多い）説明する。電流は同
図に矢印で示すように電流経路Ｒに沿って、Ｐ点から図
９に示すコイル電極１２、２２のアーム部１４、２４、
接合部１６、２６を経て電極棒１１、２１に流れ、これ
によりアンペアの右ねじの法則による軸方向磁界が図１
３に示すように発生する。図１３に示すこの軸方向磁界
は、真空バルブで大電流を遮断する際に真空容器内に自
然拡散するプラズマを効果的に抑えることができるの
で、遮断時の接点間のアーク電圧を低減できると共に、
アークが接点表面のどこで発生しても、発生箇所に集中
せず、中央へ引込まれるので、遮断能力を飛躍的に向上
させることができる。

【０００６】以上のような電極構造の構造的改良による
特性の向上の他に、接点として用いられる金属の製法に
よる改良も従来から行われている。たとえば、接点を構
成する金属は代表例として粉末状の銀（以下Ａｇと記
す）とタングステンカーバイト（以下ＷＣと記す）、ま
たは銅（以下Ｃｕと記す）とＷＣ、またはＡｇとＣｕと
ＷＣとの混合粉末をホットプレス法などにより加熱しな
がら加圧、圧縮して（これら工程を全て含めてここでは
焼成と言う）製造される。ここでＷＣは特にアークに耐
える（アークによる接点の消耗を少なくする）ようにす
るために用いられているので耐弧材料と呼ばれ、その耐
弧特性を高くするにはＷＣの粒径が３μｍないし１００
μｍのものを用いる方がよい。しかし、特開平４−１３
２１２７号公報、特開平４−２０６１２１号公報に示さ
れている如く、低サージ特性を改善して遮断特性を改良
すると言う観点からは、ＷＣ粉末の粒径を微細化（０．
３μｍ〜３μｍ）する方がよい。当然、この場合には耐
弧特性が悪くなり、結局両特性を共に満足する材料は得
られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の真空バルブ接点
は、上記のように大電流遮断時の接点の消耗性を改善す
るためにはＷＣの粒径を大きく、他方、低サージ特性を
改善するためにはＷＣの粒径を小さくした方が良いとい
う矛盾した性質があるため、全ての特性を共に満足させ
るものとすることができなかった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、接点の消耗性も低サージ性も共
に優れた真空バルブの接点を得ること、又その接点の製
造方法を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る真空バ
ルブの接点は、接点の周囲又は後方にコイル電極を備
え、少なくともＡｇ粉末かＣｕ粉末の一方又は両方とＷ
Ｃ粉末との混合粉末を焼成して構成された真空バルブ用
接点に於いて、この接点はこの接点の接触面の中央付近
に設けられ上記ＷＣとして第１の粒径を有する粉末を用
いた第１の面と、この接触面の外周部に設けられ上記Ｗ
Ｃとして第１の粒径より大なる第２の粒径を有する粉末
を用いた第２の面を有する。

【００１０】第２の発明に係る真空バルブの接点は、内
径が接点の接触径より小さく、外径が接点の接触径より
大きくなるように構成されたコイル電極を備えた接点に
於いて、第１の面と第２の面の境界は前記コイル電極の
内径より大きく、前記接点の前記接触径より小さくした
ものである。

【００１１】第３の発明による真空バルブの接点は、第
１の粒径のＷＣ粉末の粒径は０．３μｍ以上３μｍ未満
であり、第２の粒径は３μｍ〜１００μｍとしたもので
ある。

【００１２】第４の発明は接点の製造方法であって、カ
ーボンダイス内に、ＷＣ粉末として第１（又は第２）の
粒径のＷＣ粉末を用いた少なくともＡｇ粉末かＣｕ粉末
の一方又は両方とＷＣ粉末との混合粉末を投入する第１
の手順と、第１の手順で投入した上記粉末の上面の一部
分のみにＷＣ粉末として粒径が第１（又は第２）の粒径
であるＷＣ粉末と異なる第２（又は第１）の粒径のＷＣ
粉末を用いた上記混合粉末を積重ねる第２の手順と、こ
のカーボンダイスをホットプレスして中央の表面には第
１の粒径のＷＣ粉末からなる第１の面、周辺部の表面に
は第２の粒径のＷＣ粉末から焼成された第２の面からな
る平滑な接触面を有する接点を得る第３の手順とを含む
ものである。

【００１３】第５の発明はこの発明の第１の発明による
接点を使用した真空バルブである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１による真
空バルブの接点について図により説明する。図１は本発
明の実施の形態１による電極全体の構成を示す側面断面
図である。１０は図示しない真空バルブ内に固定された
固定電極、１１は真空バルブに固定された電極棒、１４
は電極棒１１に接続されたアーム部、１５はアーム部１
４に支えられた軸方向の磁界を発生するコイル円弧部、
１６は円弧部１５の先端に設けられた接合部、１３は接
合部１５に保持された接点である。アーム部１４と円弧
部１５と接合部１６でコイル電極１２を構成している。

【００１５】２０は可動電極である。２１は図示しない
機構によって真空バルブの外部から上下に駆動される電
極棒、２４は電極棒２１に接続されたアーム部、２５は
アーム部２４に支えられた軸方向の磁界を発生するコイ
ル円弧部、２６は円弧部２５の先端に設けられた接合
部、２３は接合部２５に保持された接点である。アーム
部２４と円弧部２５と接合部２６でコイル電極２２を構
成している。電極棒２１が上下に駆動されることによっ
て、これに接続されたコイル電極２２、接点２３などが
全て上下に移動して回路が開閉される。上記に於いて例
えば電極棒１１は固定側の電極棒、電極棒２１は可動側
の電極棒などと称すべきであるが、いちいち限定しなく
ても混乱は生じないので、以下上記〜側のと言う呼称は
省略して説明する。

【００１６】接点１３、２３は従来例で説明したように
Ａｇ−ＷＣ又はＣｕ−ＷＣ又はＡｇ−Ｃｕ−ＷＣの混合
粉末（これら以外の金属粉が混合されていても良い）に
より製作されている。そして図１に於いて、接点１３、
２３の接触面の中央部は、耐弧材料（即ちＷＣ粉末）の
粒径が例えば０．３μｍ以上３μｍ未満のものを用いた
混合粉末による第１の接点材１８ａ、２８ａで形成され
ている。また、接点１３、２３の外周部は、耐弧材料
（即ちＷＣ粉末）の粒径が３μｍ〜１００μｍのものを
用いた混合粉末による第２の接点材１７ａ、２７ａで形
成されている。

【００１７】ここで、接点１３、２３の第１の接点材１
８ａ、２８ａの表面を第１の表面１８、２８、第２の接
点材１７ａ、２７ａの表面を第２の表面１７、２７と呼
ぶ。

【００１８】このように構成された真空バルブ接点の動
作について説明する。図１において、一般に電流遮断時
に接点が開離すると、接点１３と２３は完全に製作され
ていることは少ないので接点の周辺部が最後に切れ、ア
ークは先ず第２の表面１７、２７間に発生する。その後
接点１３、２３間の距離が大きくなるにつれてアークは
コイル電極１２、２２の発生する磁界（図１１参照）の
作用により接点の中央部、即ち第１の表面１８、２８に
向って移動し、ついには消滅（即ち電流しゃ断）する。

【００１９】そして、アーク電流は、その発生から消滅
までの間一般には時間に対してほぼ直線的に減少する。
即ち、第２の表面１７、２７にアークがあるときの電流
は大きく、第１の表面１８、２８にあるときには小さく
なっている。そして、図１のものにあっては、第２の表
面１７、２７は、耐弧特性にすぐれた粒径の大きい材料
で構成され、第１の表面１８、２８は低サージ性（遮断
特性という場合もある）にすぐれた粒径の小さい材料で
構成されている。そこで、第１の表面１８、２８は低サ
ージ性特性に優れた性質を示し、第２の表面１７、２７
は対弧特性に優れた性質を示す。このことによって、こ
の電極全体としては、耐弧特性と低サージ性の両方にす
ぐれた接点が得られる。

【００２０】ここで第２の表面１７、２７は、アークが
最初に発生する位置（即ち接触径の最外部）を含み、又
第１の表面１８、２８はアークが最後に消滅する位置
（即ち接点の中央付近）を含んでいることが必須であ
る。そして第１の表面１８、２８と第２の表面１７、２
７の境い目の位置は上記必須条件を満すように選定され
てさえおれば、それ程問題にすべきことではない。もっ
とも、この境目の位置を適切に選定すれば両特性をもつ
とも効率よく発揮する構造が得られることになるので、
これについて実施の形態２で説明する。

【００２１】なお、これらの面の素材は、アークによっ
て消耗しないわけではないので第１の表面と第２の表面
を構成する素材の厚みは、適度な厚み例えば２ｍｍ程度
は必要である。接点１３と２３とは上下逆向きに取付け
られている以外には、寸法的、構造的、組成的な差は全
くない。

【００２２】また、上記の接点を真空バルブの接点とし
て用いることによって、遮断特性と対弧特性が共に優れ
た真空バルブを得ることができる。なお、特性の改善の
ために良く知られた他の金属を微量に混合してもよい。

【００２３】実施の形態２．図２に本発明の実施の形態
２の電極の構成を示す側面断面図を示す。図２におい
て、接点の接触径（図中φで示す）はコイル電極の内外
径の間に来るように製作されている。接点１３、２３は
２枚の金属板を重ねたように見える構造になっており、
接点の外周部とその表面１７、２７は耐弧材料（即ちＷ
Ｃ）の粉末の粒径が大きく耐弧特性が特に優れた材料で
形成し、中央部とその表面１８、２８は材料の粒径が小
さく、しゃ断性能のよい材料で形成されている。さら
に、第１の表面１８、２８の外径は接点の接触径φより
小さくコイル電極の内径（図中ｒで示す）より大きい。

【００２４】このように構成された真空バルブの動作に
ついて説明する。すなわち、図２において、電流遮断時
に接点が開離するとアークは先ず接点の接触径の最外部
に発生する。その理由は、一般に接点１３、２３は互い
に完全に平行に製造されているということはないので、
接触中は面接触していても、開くとき最後には周辺の一
点で接触する状態から離れていくことになるからであ
る。その後接点１３と接点２３間の距離が大きくなるに
つれてアークはコイル電極１２、２２の発生する磁界の
作用により、接点１３、２３の中央部に向かって移動
し、第１の表面１８、２８に至る。この時、アークは第
１の表面１８、２８へ向かって電流値が減少しながら速
やかに広がるので、図１に示す実施例１と同様の効果を
奏する。

【００２５】以上の実施例では、接点１３、２３とコイ
ル電極の接合部１６、２６の間に例えば特開昭５７−２
０５９２５号公報に示すような環状の銅板がない電極構
造の場合を示したが環状の銅板がある電極構造でも同様
の効果がある。また、コイル電極の形状は図１、図２に
示したものとは異なる形状の電極であってもよく、例え
ば円弧部１５、２５の数が図３に示すものと異なるコイ
ル電極でもよい。

【００２６】実施の形態３．図３〜図７により、以上に
説明したこの発明による接点の製造方法の１つについて
説明する。実施の形態１〜２で説明した図１〜図２に示
す接点は第１の面１８、２８を構成する材料１８ａ、２
８ａと第２の面１７、２７を構成する材料１７ａ、２７
ａの金属板を別々に製作し、例えば溶着により互いに張
合わせることでも得ることができる。しかし、上記のよ
うな方法では２つの金属板の間に隙間ができたり、その
間に段が付くなどして接点としての品質は満足できるも
のでなく、後に成形の手間が掛かるなどの無駄がある。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すものは、以下に説明する
この発明による製法により得られた接点の断面を示すも
のである。

【００２７】図４、５と図６、７は、それぞれ、この発
明の製法の第１〜第３の手順を説明する図で、それぞれ
少し違った方法について説明している。図４に於いて、
３１はホットプレス法により粉末状の金属を焼成するた
めのカーボンダイス、３０はカーボンダイス３１に装着
されピストン状に運動できる押棒であり、従来から知ら
れているものである。。なお、図には示さないがこれら
は全体として必要な温度に加熱され、また、必要な雰囲
気（例えば真空中とか不活性ガス中）で使用される。

【００２８】まず、第１の手順として、図４に示す第２
の接点材１７ａの粉末、例えばＡｇと粒径３μｍないし
１００μｍ例えば４μｍのＷＣとの混合粉末１７ａをダ
イス３１内に投入する。このとき中央部は周辺よりやや
低くなるようにする。次に第２の手順として、第１の接
点材の粉末１８ａ、例えばＡｇと粒径０．３μｍ以上〜
３μｍ未満、例えば２μｍのＷＣとの混合粉末を図４の
ように、中央部のみに積上げる。このとき、第１の接点
材１８ａは多すぎも少なすぎもしないように適量に投入
する。多すぎると第２の接点材１７ａの表面全体が第１
の接点材１８ａによって覆われてしまうし、少なすぎる
と完成後の第１の接点材１８ａの表面積が少なくなりす
ぎる。

【００２９】混合粉末の投入方法、即ち第１、第２の手
順は、図６のようにしてもよい。即ち第１の手順に於い
て、まず、第１の接点材１８ａの粉末を中央部が高くな
るように投入する。次に第２の手順として第２の接点材
粉末１７ａを周辺部のみに投入する。

【００３０】以上のように第１、第２の手順はその順番
はどちらが先でも良いのである。次に第３の手順とし
て、ホットプレスの条件を整えたうえで図５又は図７の
ように加圧して成形すると、上面が平坦な面であって、
且つ、中央部の表面に第１の接点材１８ａの表面１８つ
まりＷＣとして粒径が小さいＷＣ粉末を用いた混合粉末
の表面、周辺部の表面に第２の接点材１７ａの表面つま
り粒径の大きいＷＣを用いた混合粉末による表面１７を
持つ接点金属が一挙に得られる。このようにして得られ
た接点は第１の接点材１８ａと第２の接点材１７ａの接
合がきわめてなめらかに行われているので、アークの移
動がスムースであるという効果も得られる。接点として
使用する際には必要に応じて図３（ａ）、（ｂ）に示す
ように切削加工して成形し使用する。実施の形態３の説
明では固定接点の側だけについて説明したが可動接点２
０でも同じである。

【００３１】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、接点
を開くときにアークが最初に発生する接点の外周部には
耐弧特性の良好な材料（粒径の大きいＷＣ粉末の混合粉
末）を用いた第２の面、アークが最後に消滅する接点の
中央付近には低サージ特性の良好な接点材料（粒径の小
さいＷＣ粉末の混合粉末）を用いた第１の面を設けたの
で、低サージ性、耐弧特性が共に優れた接点を得ること
ができる。

【００３２】第２の発明によれば、内径が接点の接触径
より小さく、外径が接点の接触径より大きくなるように
構成されたコイル電極を備えた電極の接点に於いて、第
１の面と第２の面との境界はコイル電極の内径より大き
く、接触径より小さくしたので、低サージ性、耐弧特性
が共に最も効率よく発揮される接点が得られる。

【００３３】第３の発明によれば、第１の粒径は０．３
μｍ以上３μｍ未満であり、第２の粒径は３μｍないし
１００μｍとしたので、低サージ性、耐弧特性ともに最
も効率よく発揮される接点が得られる。

【００３４】この発明の第４の発明による接点の製法に
よれば、カーボンダイス内に第１の素材と第２の素材と
を投入して一挙に焼成して製造するので、両素材の接合
部がきわめてなめらかなものを容易に得ることができ
る。

【００３５】この発明の第５の発明によれば、第１の発
明による接点を用いているので、遮断特性に優れ低サー
ジ性、接点の消耗性ともに優れた真空バルブを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による接点の断面図
である。

【図２】 この発明の実施の形態２による接点の断面図
である。

【図３】 実施の形態３に示す製法により得られる接点
の断面図である。

【図４】 実施の形態３に示す接点の製法を示す説明図
である。

【図５】 実施の形態３に示す接点の製法を示す説明図
である。

【図６】 実施の形態３に示す接点の製法を示す説明図
である。

【図７】 実施の形態３に示す接点の製法を示す説明図
である。

【図８】 従来の真空バルブの電極構造を示す分解斜視
図である。

【図９】 従来の真空バルブの電極の断面図である。

【図１０】 図９の電極の部分断面図である。

【図１１】 図８〜図１０の従来の電極の電流経路を説
明する図である。

【図１２】 図１１に対応する磁界の発生状態を説明す
る図である。

【図１３】 図１２に対応する磁界の発生状態説明図で
ある。

【符号の説明】

１０：固定電極 ２０：可動電極 １１、２１：電極棒 １２、２２：コイル
電極 １３、２３：接点 １４、２４：アーム
部 １５、２５：円弧部 １６、２６：接続部 １７、２７：第２の表面 １８、２８：第１の表面 １７ａ、２７ａ：第２の接点材 １８ｂ、２８ｂ：第１の接点材 尚、図中、同一の符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接点の周囲又は後方にコイル電極を備
   え、少なくとも銀（Ａｇ）粉末か銅（Ｃｕ）粉末又はそ
   の両方とタングステンカーバイト（ＷＣ）粉末との混合
   粉末を焼成して構成された真空バルブ用接点に於いて、
   この接点は、この接点の接触面の中央付近に設けられ上
   記タングステンカーバイト粉末として第１の粒径を有す
   る粉末を用いた第１の表面と、この接触面の外周部に設
   けられ上記タングステンカーバイト粉末として第１の粒
   径より大なる第２の粒径を有する粉末を用いた第２の表
   面を有するものであることを特徴とする真空バルブ用接
   点。
2. 【請求項２】 内径が接点の接触径より小さく、外径が
   接点の接触径より大きくなるように構成されたコイル電
   極を備えた請求項１に記載の接点に於いて、第１の面と
   第２の面の境界は前記コイル電極の内径より大きく、前
   記接触径より小さいことを特徴とする請求項１記載の真
   空バルブ用接点。
3. 【請求項３】 タングステンカーバイト粉末の第１の粒
   径は０．３μｍ以上３μｍ未満であり、第２の粒径は３
   μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載
   の真空バルブ用接点。
4. 【請求項４】 カーボンダイス内に、タングステンカー
   バイト粉末として第１（又は第２）の粒径の粉末を用い
   た少なくとも銀粉末か銅粉末又はその両方とのタングス
   テンカーバイト混合粉末を投入する第１の手順と、 第１の手順で投入した上記粉末の上面の一部分のみに、
   タングステンカーバイト粉末として粒径が前記第１（又
   は第２）の粒径と異なる第２（又は第１）の粒径のタン
   グステンカーバイト粉末を用いた上記混合粉末を積重ね
   る第２の手順と、 このカーボンダイスをホットプレスして中央の表面には
   第１の粒径のタングステンカーバイト粉末からなる第１
   の表面、周辺部の表面には第２の粒径のタングステンカ
   ーバイト粉末から焼成された第２の表面からなる平滑な
   接触面を有する接点を得る第３の手順とを含むことを特
   徴とする真空バルブ用接点の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の真空バルブ用接点を備
   えた真空バルブ。