JPS585928A - 真空しや断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 を有する真空しゃ断器に関する。

真空しゃ断器の特有の現象としてさい新現象がある。

これは回路しゃ断、特て小電流しゃ断時に電流が自然に
零点に下がる前に突然切れて零になる現象である。突然
切れるに至ったときの電流をさい断電流と呼ぶ。さい新
現象が生じると負荷側の機器たとえば回転機やトランス
に異常に高いサージ電圧が発生し絶縁破壊が起こりやす
くなる。さい断電流値が太きりほど絶縁破壊は起こりや
すい。

他方、真空しゃ断器には常に定格電流が流れるのではな
く、ときには定格電流をはかるに上まわる短絡電流が流
れる。このｉ合にも真空しゃ断器は正常に動作し、短絡
電流をしゃ断することが必が小さく低サージであるとと
もに大電流をしゃ断できることが望まれる。大電流をし
ゃ断できるようにすることを以下、しゃ断性能と総称す
る。しゃ断性能がすぐれるほどすなわちしゃ断可能な電
流値が大きいほど、真空しゃ断器は短絡事故時のしゃ断
が可能となり、事故に対する安全性が高まる。

かかるさい断電流及びしゃ断性能を改善するために、従
来から主に電極の材質の改良が試みられている。たとえ
ば米国特許第３，０１４，１１０号明細書、米国特許第
３，６８３，１３８号明細書及び米国特許第３．９９３
，４８１号明細書にはさい断電流に着目して電極材料を
改良した例が示されている。米国特許第３．６８３，１
３８号明細書には、銀とタングステンカーバイドとの焼
結合金からなる接点が示され、米国特許第３，９９３，
４８１号明細書にはコバルトと他の元素との共昂合金か
らなる基地にチル乞ビスマス。

鉛などを分散させた合金からなる接点が示されている。

しかし、一般的にさい断電流が小さいものはしゃ断性能
が悪く、反対にしゃ断性能のよいものはさい断電流が大
きいというように一長一短がある。

本発明の目的は、銀とタングステンカーバイドの焼結合
金の接点を有する真空しゃ断器にくらべてさい断電流が
それほど高くなり、シゃ断性能が著しくすぐれている真
空しゃ断器を提供するにある。

本発明は、真空しゃ断器の電極を接点部材と導電性部材
との張り合わせ構造とし、かつ前記接点部材を鉄族元素
のスケルトンの空隙に下記（１）〜（３）の少なくとも
１つを含浸した材料で構成したものである。

（１）　　銀、 （２１銀とテルル、セレン、ビスマス、鉛、タリウム、
インジウム、カドミウム、錫及びアンチモノの少なくと
も１つとの合成。

（３）銀、！：テルル、セレン、ビスマス、鉛、タリウ
ム、インジウム、カド１ミウム、錫及びアンチモンの少
なくとも１つとの金属間化合物。

真空しゃ断器の電極は、通常、厚さ数調〜士数閣の平板
状を有し、同一の材料で一体的に作られている。前記接
点材料は鉄族元素のスケルトンを有するため、一般の銅
又は銀を主成分とする電極材料にくらべると電気抵抗が
高い。従って、この材料で電極を一体的に作ると通電容
量を大にできない。この材料を接点部分にだけ用い、導
電部材との張り合わせ構造の電極とすることにより、通
電容量を犬にでき、広い分野に適用しつるようになる。

張り合わせ、？５法としては、ろう付、ねじ締め或は導
電性部材に凹みを設けて、そこへ凹みよりも若干大きめ
の前記部材を押し込む方法などが適用できる。勿論、こ
れらの方法に限定されるものではない。前記部材の製造
時に導電性部材と複合化させてもよいし、又は溶接、加
熱圧着等の手段によって複合化してもよい。

本発明を見出すにあたっては、次の発見があった。すな
わち、鉄族元素の電極はタングステンカーバイドの電極
よりもしゃ断性能がすぐれ、かっ低さい断電流を有する
ことの発見である。しかし、真空しゃ断器の電極として
使うためには、更にさい断電流を低くする必要があった
。

そこで、鉄族元素よりも低さい断電流でかつ鉄族元素と
溶は合わない元素として銀を選び混合したところ、しゃ
断性能を落とさずにさい断電流を下げることができ、低
サージ型真空しゃ断器への適用が可能となった。この電
極に更にさい断電流を下げる目的で低融点、高蒸気圧元
素を添加したところ、銀合金及び／又は銀との金属間化
合物の形で含まれ、鉄族元素と溶は合わないものであれ
ば、しゃ断性能をそれほど悪くせずにさい断電流全率さ
くできることがわかった。このような元素トシてハ、テ
ルル（Ｔｅ）、セレン（Ｓｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、鉛
（Ｐｂ）、タリウム（ＴＡ）　、インジウム（Ｉｎ）、
カドミウム（ｃｄ）、錫（Ｓｎ）及びアンチモン（Ｓｂ
）があった。

鉄族元素は、他の元素と実質的に溶は合わず、鉄族元素
単独のものとして存在することが必要である。鉄族元素
以外の元素との合金の形にすると、て脆いものになって
しまう。

張り合わせ構造の電極において、接点部材はリング状に
成形するのがよい。リング状にすると、リングの表面か
らアークが集中的に発生するようになる。又、リングで
囲まれた凹みの底の部分にアーク駆動用の溝を設けると
、電極内を流れる電流が前記溝の影響によって所定の軌
跡をえかくようになり、その電流の軌跡によって磁界が
生じ、前記アークが磁界の作用によって円周方向に高速
で回転するようになる。この結果、リング状の接点部分
に発生したアークが電極表面の全域に広がるのが防止さ
れ、リング状の接点の表面が局部的に溶融するようにな
る。このように加熱され溶融する部分が局部に限られる
のでアークが切れやすくなる。

他方、さい新現象を考えると、アーク中には金属蒸気が
存在し、その金属蒸気によってアークがさい断されるの
を防止した方がよい。

この−見矛盾する両方の性質を具備させるには、磁界の
強さをアークがリング部以外に広がらない程度の強さに
とどめ、リング状をした部分からだけ金属蒸気が放出さ
れるようにすることが考えられる。本発明における接点
部材は磁性体であるために、この部材でリング部を形成
すると、磁束の一部、がリングの内部［有］通るように
なる。このためアークを回転させるために作用する磁界
が弱まり、アークの回転が弱壕って金属蒸気がとぎれに
くくなる。従って、さい断しにくくなり、さい断電流が
小さくなる。

本発明において、鉄族元素とは鉄、コバルト及びニッケ
ルを意味する。これらは単体金属或は鉄族元素同志の合
金の形で含まれる。

鉄族元素のスケルトンは、前述の形を有する粉末或は、
ワイヤ状の原料を混合し、バインダーによって結合或は
焼結によって一体化することによって作られる。この際
、スケルトンの空隙に充ｌする材料の一部又は全部を一
緒に混ぜることが可能である。

スケルトンの空隙率は１０〜９０％が望ましい。

空隙率が１０％よりも高いとアークにより加熱されても
変形しに〈＜、元の形状を保つことができる。空隙率が
９０％以下であれば銀、銀合金、銀の金属間化合物によ
るさい断防止の効果が十分に発揮される。

鉄族元素のスケルトンに充填する材料は、溶融状態にし
たものを鉄族元素のスケルトンの空隙に含浸させること
によって充填することができる。

或は前述のようにスケルトンを作るときに同時に混合す
ることによっても充填させることができる。

接点部材の特に望ましい成分構成は、コバルト。

鉄、ニッケルの単体金属或はコバルト−鉄合金からなる
スケルトンの空隙に、銀が充填され、更に銀とテルル及
び／又はセレンの金属間化合物が充填されたものである
。

本発明の真空しゃ断器は、１ｏ″ｔｏｒｒ以下の雰囲気
中で効果的に使用でき、すぐれたさい断電流特性及びし
ゃ断性能を発揮する。

本発明の真空しゃ断器において、１００Ｖの回路でＩＯ
Ａ以下の電流をしゃ断した模擬試験におけるさい断電流
の測定値が最大で３Ａ以下、平均で１．５Ａ以下である
ものは、３．６〜３６ＫＶの定格電圧と８〜２０ＫＡの
定格電流を有する真空しゃ断器に適用した場合に、米国
特許第３，６８３，１３８号明細書に記載されたものに
較べてもそん色のないさい断電流特性番有し、かつ著し
くすぐれたしゃ断性能を有する。

接点部材の望ましい製造法は、次の各工程を順次経て製
造されることである。

（１）鉄族元素の粉末或はそれと銀粉末とを混合し、金
型知人れる。必要に応じて圧縮成形する。圧縮成形の前
に水素中で適当な温度に加熱して還元処理して粉末表面
を清浄にしておくのは望ましい。

（２）次いで還元処理し、更に真空中で加熱処理して焼
結されたスケルトンを得る。かかる処理によりスケルト
ンは清浄になり、ガスが実質的に存在しなくなる。ガス
が含まれなくなることはきわめて望ましいことである。

（３）充填材料を前述のスケルトンの空隙て適当な方法
で含浸させる。銀とテルル及び／又はセレンを充填する
場合には、これらを−緒にして溶融状態にして、スケル
トンの空隙に含浸させるＱがこのようにすると、含浸の
際にテルル、セレンなどが蒸発し損失するのを阻止でき
る。充填材料の溶解も又、真空中などの非酸化性雰囲気
中で行なうとよい。

（４）充填作業を終えたならば、機械加工を行なって所
定の形状に仕上げる。その後、必要に応じて導電性部材
と張り合わせる。

このようにして製造したものは、鉄族元素のスケルトン
の空隙の奥深くまで充填材料が充填されるようになる。

スケルトンの空隙にガス溜りが生じないので、しゃ断時
のガス放出が殆どない。従って、ガス放出によって充填
材料が電極表面に押し出され、テルル、セレンなどの低
融点材料が必要以上に溶解、蒸発してしまうことがない
。

本発明の真空しゃ断器は、たとえば第１図に示す構造を
有する。

かかる真空しゃ断器は、セラミックのように絶縁材でで
きた筒状ケース１を有し、その内部に一対の電極すなわ
ち固定側電極２と可動側電極３１ｒ：有する。電極２及
び３はいずれも張り合わせ構造となっている。接点部材
４，５は、鉄族元素のスケルトンの空隙に濡述の銀、銀
合金、銀の金属間化合、物の少なくとも１種を充填した
ものからなる。

導電性部材６．７の材質はたとえば純銅である。

ケース１は外気の影響を受けないように両端をキャップ
８，９で密封してあり、キャップの一方に排気管１０が
設けられている。筒状ケースとキャップ及び排気管によ
って真空容器が構成される。

排気管１０を真空ポンプに接続することによってケース
１内は真空に排気される。電極２．３はホルダー１１．
１２に固定される。可動側電極３に固定されたホルダー
１２の一部とキャップ９との間にはベローズ１３が設け
られ、ホルダー１２とキャップ９の隙間から外気が入り
気密が損なわれるのを防止している。ケース１内には一
対の電極を取り囲むようにシールド板１４が設けられ、
しゃ断時に電極構成部材が蒸発してケース１の内壁に付
着するのを防止している。

第２図は電極２の斜視図であシ、第３図は電極３の斜視
図である。かかる電極はいずれもリング状を有する接点
部材４，５を導電性部材６，７に張り合わせ、かつ導電
性部材の表面にアーク駆動用の溝１５，１６を設けたも
のである。

実施例１ 第２，３図に示す構造の電極が、コノ（ルト製スケルト
ンの空隙に銀−テルル合金溶湯を含浸したものからなる
リング状の接点部材と純銅の導電性部材とによって作ら
れた。接点部材はコノくルト粉末を混合し、成形してリ
ング状のスケルトンを作り、スケルトンの空隙へ銀−テ
ルル合金の溶湯を含浸させることにより製造された。そ
して導電性部材にろう付された。固体の状態における接
点部材の構成は、コバルトと銀及び銀・テルルの金属間
化合物からなるものであり、コノ（ルトが５０重量％、
銀が４５重量％及び銀・テルルの金属間化合物５重量％
からなる組成を有していた。

床 かかる電極を有する定格電Ａ７．２に■、定格しや断電
流１２．５ＫＡの真空しゃ断器は、さい断電流が最大で
も２八以下であり、回転機やトランスの実際の負荷試験
を通して性能が満足された。

実施例２ 鉄族元素のスケルトンの空隙に銀、銀とテルル及び、／
又はセレンの金属間化合物を充填した部材で７種類の接
点を作り、純銅製の導電性部材と張り合わせたのちさい
断電流及びしゃ断性能をテストした。接点部材は以下の
ようにして製造した。

コバルト粉末を水素中５００〜５５０Ｃで還元し、所定
の気孔率が得られるように内径３０＋ｎ＋ｎφで高さ１
３０ｆｉの金型に入れて加圧し、所定の空隙率を有する
スケルトンを作った。加圧力は０．４〜８．　Ｏｔｏｎ
／ｃｒｎ２の範囲で種々調瞥し、空隙率が６０％以下の
任意の大きさになるようにした。その後、水素中で９０
０〜１０００ｔ：”で還元処理し、次いで真空中１００
０〜１１００ｔＺ’で脱ガス処理した。

次いで真空溶解した銀、銀−テルル合金、銀−セレン合
金及び銀−テルル゛−セレン合金ヲ前記スケルトンの空
隙に含浸させた。含浸方法は、真空に保たれた溶解炉内
で９５０〜１ｏｏｏｔ：’に保持された前記溶湯中にコ
バルトからなるスケルトンを入れ、直ちにアルゴンガス
を封入し、溶湯表面を１〜１．５気圧で加圧することに
より行なった。含浸終了後、機械加工して板状の純銅製
導電性部材とろう付し、最終的に直径２０■φ、高さ２
５■の円形をした試験用電極を得た。

コバルト７０重量％、銀２７重量％、残りテルルからな
る化学組成を有する電極の顕微鏡組織図（倍率約５００
倍）を第４図に示す。符号２０がコバルト相、２１が銀
とテルルの金属間化合物及び２２が銀である。テルルと
金属間化合物を作らなかった残りの銀がこのように単体
の形で存在する。

試験用電極を真空排気セット中のホルダに取付け３００
Ｃの脱ガス用ベーキングを施した。この後、最大６０Ｋ
Ｖの高電圧を電極間に印加し電極表面のクリ゛−ニング
を施した。そしてさい断電流としゃ断性能を測定した。

さい断電流測定は約５０Ｈｚの１００Ｖ回路でＩＯＡ以
下の小電流全しゃ断した際に、最大のさい断電流が発生
するように電流を調節しておき、この小電流しゃ断時の
さい断電流金１００回測定し最大値と平均値を求めた。

しゃ断性能試験は周波数的５０Ｈｚで高電圧（６０００
〜７０００Ｖ）をかけ、しゃ断電流を約５０．０〜１０
００Ａステツプで増加させながらしゃ断し、この時限界
となるしゃ断電流全求めるようにした。

接点部材の化学組成及び試験結果を第１表に示す。同表
には比較のために米国特許第３，６８３，１３８に記載
された銀−タングステンカーバイド焼結合金接点及び銅
−鉛一ビスマス合金接点の測定結果も示した。

なお、しゃ断性能の値は、銀−７０重量％タングステン
カーバイド焼結合金接点の限界しゃ断電流の値を１００
％とし、それに対する割合で示した。

第　　　１　　　表 実施例３ 第２表に示す成分組成を有する接点部材を有する電極が
実施例２と同じようにして作られた。かかる電極？用い
実施例２と同じ条件でさい断電流及びしゃ断性能を試験
した。試験結果を第２表に示す。しゃ断性能は実施例２
の銀−７０重量％りングステンカーバイド接点のしゃ断
性能ｆ：ｌｏＯ％とし、それに対する割合で表した。

以上の実施例から明らかなように、本発明によれば、さ
い断電流が小さくかつしゃ断性能のすぐれた真空しゃ断
器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による真空しゃ断器の断面図
、第２図及び第３図は電極の斜視図及び第４図は本発明
の一実施例による接点部材の顕微鏡組織図である。 １・・・筒状ケース、２，３・・・電極、４，５・・・
接点部材、６，７・・・導電性部材’、８．９・・・キ
ャップ、１０・・・排気管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空容器とその容器内に配置された一対の電極を有
   する真空しゃ断器において、前記電極の少なくとも一方
   は、鉄族元素のスケルトンの空隙に下記（１）〜（３）
   の少なくとも１つが充填された材料からなる接点部材と
   導電性部材との張り合せ構造を有することを特徴とする
   真空しゃ断器。 （１）銀、 （２）銀、！：テルル、セレン、ビスマス、鉛、タリウ
   ム、インジウム、カドミウム、錫及びアンチモンの少な
   くとも１つとの合金、 ＋３１　１：テルル、セレン、ビスマス、鉛、タリウム
   、インジウム、カドミウム、錫及びアンチモンの少なく
   とも１つとの金属間化合物。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記鉄族元素の空
   隙にテルル及びセレンの少なくとも１つと銀との金属間
   化合物及び銀示充填されていることを特徴とする真空し
   ゃ断器。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記鉄族元素がコ
   バルトからなることを特徴とする真空しゃ断器。 ４、特許請求の範囲第２項において、前記鉄族元素がコ
   バルトと鉄の合金からなることを特徴とする真空しゃ断
   器。 ５、特許請求の範囲第２項において、前記鉄族元素がニ
   ッケルからなることを特徴とする真空しゃ断器。 ６、特許請求の範囲第２項において、前記鉄族元素が鉄
   からなることを特徴とする真空しゃ断器。 ７、特許請求の範囲第１項において、前記スケルトンは
   鉄族元素の粉末成型品からなることを特徴とする真空し
   ゃ断器。 ８、特許請求の範囲第１項又は第７項において、前記ス
   ケルトンの空隙率が１０〜９０％からなることを特徴と
   する真空しゃ断器。 ９、特許請求の範囲第１項において、前記接点部材がリ
   ング状を有することを特徴とする真空しゃ断器。 １０、特許請求の範囲第９項において、前記導電性部材
   の前記接点部材との張り合わせ面にアーク駆動溝を有す
   ること全特徴とする真空しゃ断器。