JPH11260209A

JPH11260209A - 遮断器用構成部材

Info

Publication number: JPH11260209A
Application number: JP10053460A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥富; Keisei Seki; 経世関; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Takashi Kusano; 貴史草野
Original assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高導電率で高強度の通電軸および電極や耐電
圧特性の優れたシールド等の遮断器用構成部材を提供し
ようとするものである。【解決手段】溶解法により調製されたＣｒおよびＣｕ
を主成分とする材料からなることを特徴とする。また、
Ｃｒ含有量が５〜５０体積％である。また、Ｗ、Ｍｏ、
ＴａおよびＮｂから選ばれる少なくとも１つの元素を３
体積％以下含有する。また、Ｂ、Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓ
ｉ、ＭｇおよびＺｒから選ばれる少なくとも１つの元素
を１体積％以下含有する。また、Ｃｒの一部をＦｅ、Ｃ
ｏおよびＶから選ばれる少なくとも１つの元素により置
換した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遮断器用構成部材
に関し、特に、通電軸、電極等の高強度かつ高導電率を
有する部材や、シールド、電極等の遮断性能・耐電圧を
支配する部材の改良に係わる。

【０００２】

【従来の技術】例えば遮断器の構成部品である真空バル
ブは、次のような構造を有する。遮断室は、絶縁材料か
らなるほぼ円筒状の絶縁容器と、この絶縁容器の両端に
封止材を介して気密に固定された金属製蓋体とで構成さ
れている。前記遮断室内には、外部から挿入された一対
の通電軸の端部に取付けられた一対の電極が互いに対向
して配設されている。上部の電極は、固定電極として、
下部の電極は可動電極として、それぞれ機能する。前記
通電軸を前記遮断室内に真空気密を保持しながら移動さ
せるベローズと、このベローズをアーク蒸気から保護す
る金属製のベローズ保護用アークシールドが前記遮断室
内に配置されている。また、金属製アークシールドは前
記各電極および前記保護用アークシールドを覆うように
前記遮断室内に配置され、前記絶縁容器がアーク蒸気に
曝されるのを防いでいる。前記各電極は、前記通電軸に
ろう付けにより固定されている。これら電極が対向する
面には、接点がろう付けにより固定されている。

【０００３】前述した真空バルブにおいて、電極および
通電軸は通電性および強度を有することが重要である。
しかしながら、一般に使用されている純銅やＣｒ量の少
ないクロム銅を使用した場合には、高温での強度が十分
ではなく、遮断などの複数回の開閉によって変形する問
題があった。

【０００４】このようなことから、より高強度のＣｕ−
Ｗ合金を用いることが試みられている。しかしながら、
この合金は強度的に満足するが、電路を形成する部分の
抵抗が高くなり、遮断器として満足する結果を得られな
かった。

【０００５】また、前述した真空バルブにおいてシール
ドや接点、電極は、遮断性能と耐電圧特性が重要であ
る。接点は、ＣｕＣｒ系が主流であるものの、このＣｕ
Ｃｒ系材料は溶浸法や固相焼結等の粉末冶金法により作
られるのが一般的である。しかしながら、この製法で円
筒状の薄板からなるシールド部材を作ることが困難であ
るばかりか、シールドの内面の耐電圧特性が不均一にな
る。その結果、遮断性性能および耐電圧特性を有するシ
ールドを得ることが困難であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、通電
軸や電極等の高強度と高導電率を兼ね備えた材料とし
て、より適切なものはなかった。また、シールド材料に
ついても、焼結法にて製造されたものが主体であり、耐
電圧的に劣るという欠点があった。本発明は、高導電率
で高強度の通電軸および電極や耐電圧特性の優れたシー
ルド等の遮断器用構成部材を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる遮断器用
構成部材は、溶解法により調製されたＣｒおよびＣｕを
主成分とする材料からなることを特徴とするものであ
る。本発明に係わる遮断器用構成部材において、Ｃｒ含
有量が５〜５０体積％であることが好ましい。

【０００８】本発明に係わる遮断器用構成部材におい
て、Ｗ，Ｍｏ，ＴａおよびＮｂから選ばれる少なくとも
１つの元素を３体積％以下含有することが好ましい。本
発明に係わる遮断器用構成部材において、Ｂ，Ｃ，Ａ
ｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，ＭｇおよびＺｒから選ばれる少なくと
も１つの元素を１体積％以下含有することが好ましい。

【０００９】本発明に係わる遮断器用構成部材におい
て、Ｃｒの一部をＦｅ，ＣｏおよびＶから選ばれる少な
くとも１つの元素により置換することを許容する。本発
明に係わる別の遮断器用構成部材は、溶解法により調製
されたＦｅ，ＣｏおよびＶから選ばれる少なくとも１つ
の元素とＣｕとを主成分とする材料からなることを特徴
とする。

【００１０】本発明に係わる各遮断器用構成部材におい
て、前記溶解法としては真空中での高周波誘導溶解法、
アーク溶解法または連続鋳造法が採用される。本発明に
係わる各遮断器用構成部材において、溶解後の材料を所
定の部材寸法に至るまでに熱間鍛造、熱問圧延および熱
間押出しから選ばれる少なくとも一つの塑性加工を施す
ことが好ましい。本発明に係わる各遮断器用構成部材に
おいて、溶解後の材料を溶体化処理と時効処理を施すこ
とが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる遮断器用構
成部材を真空バルブを例にして詳細に説明する。図１
は、真空バルブを示す断面図、図２は下部電極付近を示
すの拡大断面図である。遮断室１は、絶縁材料からなる
ほぼ円筒状の絶縁容器２と、この絶縁容器２の両端に封
着材３ａ，３ｂを介して気密に固定された金属製蓋体４
ａ，４ｂとで構成されている。前記遮断室１内には、一
対の電極５ａ，５ｂが配設され、これら電極５ａ，５ｂ
は両端の前記蓋体４ａ，４ｂを貫通して挿入された通電
軸６ａ，６ｂの対向する端部に取り付けらている。上部
の電極５ａは、固定電極として、下部の電極５ｂは可動
電極として、それぞれ機能する。

【００１２】金属製のベローズ保護用アークシールド７
は、前記遮断室１内に位置する前記可動電極５ｂの通電
軸６ｂの上部付近に取付けられている。ベローズ８は、
前記可動電極５ｂの通電軸６ｂを包囲するようにその上
端が前記アークシールド７内面に取付けられ、かつ下端
が前記下部蓋体４ｂに取付けられている。このようなベ
ローズ８により前記通電軸６ｂを前記遮断室１内に真空
気密を保持しながら移動させることを可能にするととも
に、前記ベローズ保護用アークシールド７により前記ベ
ローズ８がアーク蒸気に曝されるのを防止している。

【００１３】金属製アークシールド９は、前記各電極５
ａ，５ｂおよび前記保護用アークシールド７を覆うよう
に前記遮断室１内に前記絶縁容器２に対して同心円状に
配置され、前記絶縁容器２がアーク蒸気に曝されるのを
防いでいる。

【００１４】前記下部電極５ｂは、図２に示すように前
記通電軸６ｂにろう材１０により固定されている。前記
上部電極５ａは、前記通電軸６ａに図示しないろう材に
より固定されている。なお、これら電極５ａ, ５ｂと通
電軸６ａ, ６ｂとの固定はかしめにより行ってもよい。
これら電極５ａ，５ｂの対向する面には、接点１１ａ，
１１ｂがろう材１２により固定されている。

【００１５】前記電極は、図２に示す構造に限らず、図
３の（Ａ）, （Ｂ）に示すように電路を形成する例えば
３つの円弧状コイル１３を等しい周角度で配置した構造
にしてもよい。

【００１６】本発明に係わる構成部材は、前述した遮断
器の電極５ａ, ５ｂ、通電軸６ａ,６ｂやアークシール
ド７, ９に適用される。前記構成部材は、溶解法により
調製されたＣｒおよびＣｕを主成分とする材料から作ら
れる。この溶解法としては、例えば真空中での高周波誘
導溶解法、アーク溶解法または連続鋳造法が挙げられ
る。

【００１７】前記材料中のＣｒ含有量は、強度向上と耐
電圧特性の安定化の観点から５〜５０体積％にすること
が好ましい。このようなＣｒ含有量を規定した材料は、
前記構成部材の中で特に通電軸およびアークシールドに
適用することが望ましい。

【００１８】前記材料中には、強度と耐電圧特性をより
向上させるためにＷ，Ｍｏ，ＴａおよびＮｂから選ばれ
る少なくとも１つの元素を３体積％以下、またはＢ，
Ｃ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，ＭｇおよびＺｒから選ばれる少
なくとも１つの元素を１体積％以下含有させることが好
ましい。前者の元素の含有量が３体積％を超えると、材
料の加工性が低下する恐れがある。より好ましい前者の
元素の含有量は、２体積％以下である。後者の元素の含
有量が１体積％を超えると、抵抗が高くなる恐れがあ
る。より好ましい後者の元素の含有量は、０．５体積％
以下である。

【００１９】前記材料は、耐電圧特性をより向上するた
めにそのＣｒの一部をＦｅ，ＣｏおよびＶから選ばれる
少なくとも１つの元素により置換することを許容する。
この元素の置換量は、２５〜８０体積％にすることが好
ましい。

【００２０】また、前記構成部材は溶解法により調製さ
れたＦｅ，ＣｏおよびＶから選ばれる少なくとも１つの
元素とＣｕを主成分とする材料から作られる。この溶解
法としては、例えば真空中での高周波誘導溶解法、アー
ク溶解法または連続鋳造法が挙げられる。

【００２１】前記材料中のＦｅ，ＣｏおよびＶから選ば
れる少なくとも１つの元素の含有量は、５〜５０体積％
にすることが好ましい。なお、本発明に係わる遮断器用
構成部材において、溶解後の材料を所定の部材寸法に至
るまでに熱間鍛造、熱問圧延および熱間押出しから選ば
れる少なくとも一つの塑性加工を施すことがミクロ組織
の均質化（強度向上）や歩留まりの向上の点から好まし
い。

【００２２】本発明に係わる各遮断器用構成部材におい
て、溶解後の材料を溶体化処理と時効処理を施すことが
組織の均質化（強度向上等）の点から好ましい。以上説
明した本発明の遮断器用構成部材は、溶解法により調製
されたＣｒおよびＣｕを主成分とする材料、または溶解
法により調製されたＦｅ，ＣｏおよびＶから選ばれる少
なくとも１つの元素とＣｕとを主成分とする材料により
なるため、例えば通電軸および電極では高導電率で高強
度の特性を有し、シールドでは優れた耐電圧特性を有す
る。

【００２３】特に、前記シールドと前記通電軸および前
記電極とはそれらの要求特性に見合った成分組成を有す
る材料から作ることがより効果的である。なお、本発明
に係わる構成部材は前述した真空バルブに限らず、気中
遮断器等の一般的な遮断器にも適用される。

【００２４】

【実施例】以下、好ましい実施例を詳細に説明する。（実施例１、２）まず、ＣｒおよびＣｕをＣｕ−１体積
％Ｃｒ，Ｃｕ−５体積％Ｃｒになるように配合し、これ
ら原料を高周波溶解法により溶解して母材を調製した。
これら母材を熱間押し出しを行った後、加工処理して直
径６２ｍｍの一対のコイル付き電極を製作した。つづい
て、溶浸法により調製したＣｕ−５０体積％Ｃｒを加工
して直径４５ｍｍの一対の接点を製作し、これら接点を
前記各電極の対向する面にそれぞれろう付けした。

【００２５】また、前記各母材を熱間押し出しを行った
後、加工処理して直径２４ｍｍの一対の通電軸を製作し
た後、これら通電軸を前記各電極の接点と反対の面にそ
れぞれろう付けした。

【００２６】さらに、前記各母材を熱間押し出しを行っ
た後、加工処理してシールドを製作した。次いで、前記
接点付き電極が取着された通電軸およびシールドを円筒
状セラミック容器内に配置し、前記容器の両端開口部に
蓋体を取付けることにより前述した図１に示す２種の真
空バルブを組み立てた。

【００２７】（実施例３〜５）まず、ＣｒおよびＣｕを
Ｃｕ−２５体積％Ｃｒ，Ｃｕ−５０体積％ＣｒおよびＣ
ｕ−７５体積％Ｃｒになるように配合し、これら原料を
アーク溶解法により溶解して母材を調製した。これら母
材を熱間鍛造を行った後、加工処理して前記実施例１,
２と同様なコイル付き電極、通電軸およびシールドをそ
れぞれ製作した。なお、前記電極および通電軸は、実施
例１, ２と同様な方法により接点付き電極取着通電軸と
した。このような接点付き電極取着通電軸およびシール
ドを用いて実施例１, ２と同様に前述した図１に示す３
種の真空バルブを組み立てた。

【００２８】（比較例１）無酸素銅を加工処理して前記
実施例１, ２と同様なコイル付き電極、通電軸およびシ
ールドをそれぞれ製作した。なお、前記電極および通電
軸は、実施例１,２と同様な方法により接点付き電極取
着通電軸とした。このような接点付き電極取着通電軸お
よびシールドを用いて実施例１, ２と同様に前述した図
１に示す真空バルブを組み立てた。

【００２９】（比較例２）平均粒径７０μｍのＣｒ粉末
と平均粒径４４μｍのＣｕ粉末を３：１の割合で混合
し、７トン／ｃｍ² の成形圧力で成形し、水素雰囲気中
で１０５０°、１時間焼結してＣｕ−２５体積％Ｃｒ素
材を調製した。この素材を直接加工することにより前記
実施例１, ２と同様なコイル付き電極、通電軸およびシ
ールドをそれぞれ製作した。なお、前記電極および通電
軸は、実施例１, ２と同様な方法により接点付き電極取
着通電軸とした。このような接点付き電極取着通電軸お
よびシールドを用いて実施例１, ２と同様に前述した図
１に示す真空バルブを組み立てた。

【００３０】（比較例３）前記比較例２で得た素材を熱
間押し出し後、加工することにより前記実施例１, ２と
同様なコイル付き電極、通電軸およびシールドをそれぞ
れ製作した。なお、前記電極および通電軸は、実施例
１, ２と同様な方法により接点付き電極取着通電軸とし
た。このような接点付き電極取着通電軸およびシールド
を用いて実施例１, ２と同様に前述した図１に示す真空
バルブを組み立てた。

【００３１】実施例１〜５および比較例１〜３の真空バ
ルブにおける各構成部材について、次のような評価を行
った。（１）端子間抵抗真空バルブに外部から一定の荷重を加え、真空バルブの
両端の端子間抵抗を測定した。その結果を下記表１に示
す。

【００３２】（２）電極および通電軸の変形真空バルブの端子間に４０ｋＡの電流を通電しながら１
０回遮断した後の電極および通電軸の変形を目視で観察
した。

【００３３】（３）耐電圧特性電流１０Ａ, 回復電圧３６ｋＶの条件で進み小電流試験
を５００回行った後の再点弧呼発生率を調べることによ
り耐電圧特性を測定した。

【００３４】これらの結果を下記表１に示す。なお、端
子間抵抗および耐電圧特性は比較例１を基準とする相対
値で示した。耐電圧特性は、その値が小さいほど、良好
である。

【００３５】

【表１】

【００３６】前記表１から明らかなように実施例１〜５
の真空バルブは、比較例１の真空バルブに比べて端子間
抵抗が僅かに高くなるものの、比較例１に比べて良好な
再点弧発生率（耐電圧特性）を示すことがわかる。通電
軸を含む電極に関しては、実施例１の真空バルブにおい
て電極の変形が認められたものの、実施例２〜５では電
極の変形が認められなかった。ただし、実施例５の真空
バルブでは全体的に特性向上が認められるものの、その
ばらつきが大きかった。

【００３７】これに対し、比較例２, ３の真空バルブ
は、比較例１に比べて素子間抵抗が高くなると共に、耐
電圧特性も劣ることがわかる。また、比較例３のように
粉末冶金法で得た素材を熱間押し出した電極は変形が抑
えられるものの、比較例２のように前記素材そのものを
加工した電極は亀裂が発生した。

【００３８】（実施例６，７）ＣｒとＣｕとＦｅをＣｕ
−５体積％Ｃｒ−２０体積％Ｆｅの組成になるように配
合し、真空中で高周波溶解法により溶解し、さらに１５
０ＴｏｒｒまでＡｒを導入し、低真空Ａｒ雰囲気にした
後、所定量の０．７体積％のＭｇ，０．３体積％のＴｉ
および０．０５体積％のＢを添加することによりＣｕ−
５体積％Ｃｒ−２０体積％Ｆｅ−０．１体積％Ｍｇ−
０．２体積％Ｔｉからなる母材（実施例６）を調製し
た。

【００３９】また、ＣｒとＣｕをＣｕ−５体積％Ｃｒの
組成になるように配合し、真空中で高周波溶解法により
溶解し、さらに１５０ＴｏｒｒまでＡｒを導入し、低真
空Ａｒ雰囲気にした後、０．２体積％のＡｌおよび０．
３体積％のＳｉを添加することによりＣｕ−５体積％Ｃ
ｒ−２０体積％Ｆｅ−０．１体積％Ａｌ−０．１体積％
Ｓｉからなる母材（実施例７）を調製した。

【００４０】前記各母材を熱間加工し、さらに所定の溶
体化処理と時効処理を行った後、加工処理して前記実施
例１, ２と同様なコイル付き電極、通電軸およびシール
ドをそれぞれ製作した。なお、前記電極および通電軸
は、実施例１, ２と同様な方法により接点付き電極取着
通電軸とした。このような接点付き電極取着通電軸およ
びシールドを用いて実施例１, ２と同様に前述した図１
に示す２種の真空バルブを組み立てた。

【００４１】（実施例８〜１２）Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎ
ｂ，Ｆｅ，Ｃｏ，ＶおよびＣｕをＣｕ−５体積％Ｃｒ−
３体積％Ｍｏ（実施例８）、Ｃｕ−５体積％Ｃｒ−１体
積％Ｗ−１体積％Ｎｂ（実施例９）、Ｃｕ−３体積％Ｃ
ｒ−２体積％Ｆｅ（実施例１０）、Ｃｕ−３体積％Ｃｒ
−２体積％Ｃｏ（実施例１１）およびＣｕ−５体積％Ｖ
（実施例１２）の組成になるように配合し、真空中で高
周波溶解法により溶解して５種の母材を調製した。

【００４２】前記各母材を加工処理して前記実施例１,
２と同様なコイル付き電極、通電軸およびシールドをそ
れぞれ製作した。なお、前記電極および通電軸は、実施
例１, ２と同様な方法により接点付き電極取着通電軸と
した。このような接点付き電極取着通電軸およびシール
ドを用いて実施例１, ２と同様に前述した図１に示す２
種の真空バルブを組み立てた。

【００４３】実施例６〜１２の真空バルブにおける各構
成部材について、実施例１, ２と同様に端子間抵抗、電
極、通電軸の変形および耐電圧特性を評価した。その結
果を下記表２に示す。なお、表２には前述した比較例１
を併記した。

【００４４】

【表２】

【００４５】前記表２から明らかなように、実施例６〜
９の真空バルブは、比較例１に比べて端子間抵抗が若干
高くなるものの、電極等の変形がなく、しかも耐電圧特
性がより一層改善されることがわかる。

【００４６】また、実施例１０〜１２の真空バルブは前
述した実施例と同様な優れた特性を有することがわか
る。以上の結果から本発明の構成部材は、従来の導電性
構成部材に比べて、電極コイルの変形を抑制でき、また
は、シールド材料に使用することで耐電圧特性を改良で
きることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
導電率で高強度の通電軸および電極や耐電圧特性の優れ
たシールド等の遮断器用構成部材を提供することができ
る。第1 図は本発明が適用される真空バルブの断面図、
第2 図は接点部の拡大断面図である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成部材が適用される遮断器の一例で
ある真空バルブを示す断面図。

【図２】図１の真空バルブの要部拡大断面図。

【図３】図１の真空バルブに組込まれる電極の他の形態
を示す図。

【符号の説明】

１…遮断室、２…絶縁容器、４ａ，４ｂ…蓋体、５ａ，５ｂ…電極、６ａ，６ｂ…通電軸、７，９…シールド、１１ａ, １１ｂ…接点、１３…円弧状コイル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本敦史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者草野貴史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解法により調製されたＣｒおよびＣｕ
を主成分とする材料からなることを特徴とする遮断器用
構成部材。
【請求項２】Ｃｒ含有量が５〜５０体積％であること
を特徴とする請求項１記載の遮断器用構成部材。
【請求項３】Ｗ，Ｍｏ，ＴａおよびＮｂから選ばれる
少なくとも１つの元素を３体積％以下含有することを特
徴とする請求項１または２記載の遮断器用構成部材。
【請求項４】Ｂ，Ｃ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ｍｇおよび
Ｚｒから選ばれる少なくとも１つの元素を１体積％以下
含有することを特徴とする請求項１ないし３いずれか記
載の遮断器用構成部材。
【請求項５】Ｃｒの一部をＦｅ，ＣｏおよびＶから選
ばれる少なくとも１つの元素により置換したことを特徴
とする請求項１ないし４項いずれか記載の遮断器用構成
部材。
【請求項６】溶解法により調製されたＦｅ，Ｃｏおよ
びＶから選ばれる少なくとも１つの元素とＣｕとを主成
分とする材料からなることを特徴とする遮断器用構成部
材。
【請求項７】前記溶解法は、真空中での高周波誘導溶
解法、アーク溶解法または連続鋳造法であることを特徴
とする請求項１ないし６いずれか記載の遮断器用構成部
材。
【請求項８】溶解後の材料を所定の部材寸法に至るま
でに熱間鍛造、熱問圧延および熱間押出しから選ばれる
少なくとも一つの塑性加工を施すことを特徴とする請求
項１ないし７いずれか記載の遮断器用構成部材。
【請求項９】溶解後の材料を溶体化処理と時効処理を
施したことを特徴とする請求項１ないし８いずれか記載
の遮断器用構成部材。