JPS6050827A - 真空インタラプタ - 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】 産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタに係り、特にアークと平行
な軸方向磁界（縦磁界）を発生させる手段を備えた、い
わゆる縦磁界方式の真空インタラプタにおける電極の改
良に関する。

従来技術 縦磁界方式の真空インタ２ブタは、アークにこれと平行
な縦磁界を印加することによシ、アークを電極面上に分
散せしめてその局部的な集中を防止し、もって電極の過
度の溶融を防ぐことによシミ流しゃ断能力の向上を図る
もので、真空容器内に１対の電極棒を相対的に接近離反
自在に導入するとともに、各電極棒の内端部にアーク拡
散部と接触部とからなる！極をそれぞれ固着し、縦磁界
発生手段としてのコイルを、特公昭４２−１３０４５号
公報等に記載されているように前記真空容器の外部に備
えたシ、またけ特公昭５３−４１７８３号公報、特公昭
５４−２２８１３号公報もしくは特開昭５６−１３００
３７号公報等に記載されているように真空容器内におけ
る各電極の背部に備えたシ、さらには実開昭５６−５７
４４３号公報等に記載されているように真空容器内にお
ける１対の電極の外周に備えたシして構成されている。

しかして、従来の縦磁界方式の真空インタラプタの電極
においては、アーク拡散部を銅によ多形成するとともに
、このアーク拡散に、縦磁界の鎖交によシ生ずるうず電
流を抑制すべく、特開昭５０−５２５６２号公報等に記
載されているように径方向の複数のスリットを設けであ
る。

ところが、銅の引張強度が約２０＃ｆ／−と小さく、か
つ複数のスリットが設けられていることも相俟って、ア
ーク拡散部は、投入・しゃ断時の衝撃および大電流アー
クの電磁力によって生ずる衝撃等による変形防止のため
、その軸方向寸法（厚さンおよびＴＬｉ−の増大を招来
している。

また、スリットの縁部にアークおよび電界が集中し、電
流しゃ断能力と絶縁耐力、特にしゃ断後の絶縁耐力（動
的絶縁耐力］が低下するとともにアーク拡散部の消耗が
大となる問題がある。

なお、接触部は、大電流低電圧用とし特公昭４１−１２
１３１号公報等に記載されている銅に微少のビスマスを
含有せしめ７’ｃＣｕ−Ｂｉ　合金（たとえばＣｕ　−
０，５Ｂｉ合金）により形成されたシ、１だ小電流高電
圧用とし特公昭５４−３６１２１号公報等に記載されて
いる銅にタングステンヲ含有せしめたＣｕ−Ｗ合金（た
とえば２０Ｃｕ−８０Ｗ合金）により形成されたシして
いるものである。

発明の目的 本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、小形、軽量にしてかつ電流しゃ断
能力および耐久性を向上し得る電極を備えた縦磁界方式
の真空インタラプタを提供するにある。

発明の構成 本発明は、上記目的を達成するため、真空容器内に１対
の電極棒を相対的に接近離反自在に導入するとともに、
各電極棒の内端部にアーク拡散部と接触部とからなる電
極をそれぞれ固着し、前記真空容器の外部または真空容
器の内部にアークに対しこれと平行な軸方向磁界を印加
するコイルを備えてなる真空インタラプタにおいて、前
記各電極における少なくともアーク拡散部を２０〜７０
重ｉ％の銅、５〜４０重ｔ％のクロムおよび５〜４０！
ｆｉｔ％の鉄の複合金属により形成したものである。

実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す真空インタラプタの縦
断面図で、この真空インタラプタは、真空容器１内にそ
の軸線上に位置せしめて１対の電極棒２，２を相対的に
接近離反自在に導入し、各電極棒２の内端部に笠形円板
状の対をなす電極３．３を絶縁スペーサを介在せしめて
機械的に固着し、各電極棒２と電極８とを電極８の背部
に配設されかつ電極棒２に流れる軸方向（第１図におい
て上下方向）の電流を電極棒２を中心とするループ電流
に変更して縦磁界を発生するコイル５．５により電気的
に接続して概略構成されている。

すなわち、真空容器１は、ガラスまたはセラミックスか
らなる円筒状の２本の絶縁筒５，５を両端に固着したＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等からなる薄肉円
環状の封着金具６．６．・・・その両開口端を他方の封
着金具６．６を介し円板状の金属端板７．７により閉塞
し、かつ内部を高真空（たとえば５Ｘ１０Ｔｏｒｒ以下
の圧力）に排気して形成されている。そして、真空容器
１内には、前記各電極棒２がそれぞれの金属端板７の中
央から真空容器１の気密性を保持して相対的に接近離反
自在に導入されている。

なお、一方（第１図において上方）の電極棒２は、一方
の金属端板７に気密に挿着されているものであり、他方
の電極棒２は、金属ベローズ８を介し真空容器１の気密
性を保持して他方の金属端板７を軸方向へ移動自在に挿
通されているものである。また、第１図において９およ
び１０は軸シールドおよびベローズシールド、１１は主
シールド、■２は補助シールドである。

前記各電極棒２の内端部には、第２図および第８図に示
すように、銅の如く高４′ａ率の材料からなるとともに
、電極棒２の直径より適宜大径の円板状の取付ベース４
ａと、取付ベース４ａの外周の相対する位置から半径方
向（第２図において左右方向）外方へ延在する２本のア
ーム４ｂと、各アーム４ｂの端部から取付ベース４ａを
中心とし同一方向へ円弧状に湾曲した円弧部４Ｃとから
なるｌ／２分流タイプのコイル４が、取付ベース４ａの
一方（第２図において下方）の面に形成した凹部１８を
介しろう付により固着されている。そして、コイル４は
、電極棒２の内端外周にろう付により低層したリング状
の取付部１４ａと、取付部１４、８の外周から半径方向
外方へ放射状に延伸した複数の支持腕１４ｂと、各支持
腕１４ｂの端部を連結するリング状の支持部１４ｃとか
らなるコイル補強体１４とろう付されて補強されている
。

なお、コイル補強体１４は、ステンレス鋼の如く機械的
強度大にしてかつ低導電率の材料からなるものである。

前記コイル４の取付ベース４ａの他方の面には、円形の
四部１５が設けられており、この凹部１５には、ステン
レス鋼またはインコネルの如く機械的強度大にしてかつ
低導電率の材料により短円筒状に形成した絶縁スペーサ
１６が、その一端に形成した小径フランジ１６ａを介し
ろう付により固着されている。そして、絶縁スペーサ１
６の他端に形成した大径フランジ１６ｂには、この大径
フランジ１６ｂより適宜大径にしてかつ絶縁スペーサ１
６の内径とほぼ同径の透孔な有する円輪板状の取付ベー
ス１７ａと、取付ベース１７ａの外周の相対する位置か
ら半径方向外方へ延在した２本のアーム１７ｂと、各ア
ーム１７ｂの端部からコイル４の円弧部４Ｃとはぼ等し
い曲率半径にしてかつこれとは逆の同一方向へ適宜の長
さで円弧状０ に湾曲した円弧部１７Ｇとからなり、銅の如く高導電率
の材料により形成された補助コイル１７が、取付ベース
１７Ｈの一方（第２図において下方）の面に設けた係合
段部１８を介しろう付により固着されている。そして、
補助コイル１７とコイル４とは、補助コイル１７の各円
弧部１７Ｃの端部に設けた凹部１９に一端を固着し、か
つ他端をコ透 イル４の各円弧部４Ｃの端部に設けた誘孔２１に挿着し
た軸方向の通電ビン２０を介し電気的に接続されている
。

前記補助コイル１７には、コイル４の直径とほぼ同径に
形成した前記電極８が、背面中央に設けた凹部２２を介
しろう付により取付ベース１７ａと接合されるとともに
、背面を介しろう付により各アーム１７ｂおよび円弧部
１７Ｇと接合されて１ いる。電極８は、対向面（第２図において上面）中央に
円形の四部２Ｂを設けかつ周辺に近づ（につれて漸次薄
肉となる笠形円板状に形成されたアーク拡散部８ａと、
対向面に平坦な円形の接触面を有するとともに周辺に近
づくにつれて漸次薄肉となる笠形円板状に形成されかつ
アーク拡散部８ａの四部２８にろう付により固着された
接触部８ｂとからなり、全体として笠形円板状に設けら
れている。

前記電極８のアーク拡散部８ａは、２０〜７０重量％の
銅と、５〜４０重ｉ％のクロムと、５〜４０重量％の鉄
とからなる複合金属により形成されており、この成分お
よび組成範囲の複合金属は、５〜８０ｓの４４率（ＩＡ
Ｃ８ｑｂ）、８０に９ｆ／ｍ−以上の引張強度および１
００〜１７０　）１ｖ（１ｋｇ）２ の硬度を有するものである。

また、接触部８ｂは、従来のＣｕ−Ｂ１合金（例えばＣ
ｕ−Ｑ、５Ｂｉ合金）またはＣｕ−Ｗ合金（たとえば２
０Ｃｕ−８０Ｗ合金）からなるものである。

なお、アーク拡散部８ａを形成する複合金属は、以下に
述べる各種の方法により製造されるものである。

（１）　例、ｔば一１００メツシュのクロム粉末と一１
００メツシュの鉄粉末とを所定量混合し、この混合粉末
をクロム、鉄および銅と反応しない材料（たとえばアル
ミナ）からなる容器に入れるとともにその上に所定量の
銅のブロックを載置し、しかる後に真空中（５ｘ　１０
−５Ｔｏｒｒ　）においてまず１０００℃で１０分間加
熱して脱ガスするとともに８ り四部と鉄とからなる多孔質の基材を形成し、ついで銅
の融点（１０８３℃）以上の温度の１１００′Ｃで１０
分間加熱し銅を多孔質の基材に溶浸して行なう。

（２）　クロムと鉄を粉末にし、これらを所定量混合す
るとともに、この混合粉末をアルミナ等からなる容器に
入れ、かつ非酸化性雰囲気中（たとえば真空中、水素ガ
ス中、窒素ガス中またはアルゴンガス中等）において、
各金属の融点以下（たとえば粉体上に鋼材をあらかじめ
載置している場合には銅の融点以下、また銅材をあらか
じめ載置していない場合には他の金属の融点以下）の温
度で加熱保持（たとえば６００〜ｉ　ｏ　ｕ　ｏ　’ｏ
で５〜６０分間程度）して多孔質の基材を形成し、しか
る後に上記雰囲気中において銅の融点以上に加熱保持４ （たとえば１１０℃で５〜２０分間程度）してこの基材
に銅を浴浸し一体結合して行なう。

（３）各金属を粉末にし、所要金属粉末を所定量混合す
るとともに、この混合粉末をプレス成型して混合素体を
形成し、しかる後にこの混合素体を非酸化性雰囲気中に
おいて銅の融点以下（たとえば１０００℃）または銅の
融点以上でかつ他の金属の融点以下（たとえば１１００
　′Ｏ）の温度で加熱保持（５〜６０分間程度）し各金
属粉末粒子を一体結合して行なう。

ここに、金属粉末の粒径は、−１００メツシユ（１４９
μｍ以下）に限定されるものではなく、−６０メツシユ
（２５０μｍ以下）であればよい。

ただ粒径が６０メツシユより太き（なると、各金属粉末
粒子を拡散結合させる場合、拡散距離の増５ 大に対処すべく加熱温度を高くしたりまたは加熱時間を
長くしたりすることが必要となり、生産性が低下するこ
ととなる。一方粒径の上限が低下するにしたがって均一
な混合（各金属粉末粒子の均一な分散）が困難となり、
また酸化しやすいためその取扱いが面倒であるとともに
その使用に際して前処理を必要とする等の問題があるの
で、おのづと限界があり、粒径の上限は、種々の条件の
もとに選定されるものである。

また、前述した製造方法２．８のいずれにあっても非酸
化性雰囲気としては、真空雰囲気の方が加熱保持の際に
脱ガスを同時に行なえる利点があって好適である。しか
し、真空雰囲気以外の非酸化性雰囲気中で製造した場合
であっても真空インタラプタの電極としては性能上差異
はないもので６ ある。

次に、製造方法ｌにより製造したアーク拡散部８ａを形
成するＩ−Ａ成分組成（５０重量％の銅、１０重ｆチの
クロムおよび４０重量％の鉄からなる）、Ｉ−Ｂ成分組
成（５０重量％の銅、２５重量％のクロムおよび２５重
４１の鉄からなる）およびＩ−Ｃ成分組成（５０重量％
の銅、４０重量％のクロムおよび１０重量％の鉄）の複
合金属の組織状態はそれぞれ第４図囚〜（Ｄ、第５図囚
〜（Ｄおよび第６図囚〜（ＤＪに示す特性写真のように
なった。

すなわち、第４図、第５図および第６図の囚の写真は、
二次電子像であり、また各図の（Ｂｌの写真はクロムＣ
ｒの分散状態を示す特性Ｘ線像で、島状に点在する灰色
の部分がクロムである。さらに７ 各図のｆｃｌの写真は、鉄１ｉ’　ｅの分散状態を示す
特性Ｘ線像で、島状に点在する白または灰色の部分が鉄
である。また各図の（１）ｌの写真は、銅Ｃｕの分散状
態を示す特性Ｘ線像で、白い部分が銅である。

したがって、クロムと鉄の粒子は、相互に拡散結合して
多孔質の基材を形成しており、しかもこの基材の孔（空
隙）に鋼が溶浸されて強固に結合した複合金属となって
いることが判る。

また、アーク拡散部８ｂを形成する■成分組成、■成分
組成および■成分組成の複合金属の緒特性の試験結果は
、以下に述べるようになった。

（１）導電率（ＩＡＣ８％） ８〜１０％ （２）　引張強度 ８０　ｋｇ　ｆ　／１１１１　以上 ８ （３）硬度 １００〜１７０ＨＶ（１ｋｇ） 銅の約４ＱＨｖ　（１＃）に比し十分に硬い。

（４）絶縁耐力 直径１００　ｍ１ｍ、厚さ６．５　ｍ　／　ｍの周辺を
丸（した１対の円板を、５　ｘ　１０−５Ｔｏｒｒの圧
力の下において３　ｍ　／　ｍのギャップで対向して衝
撃波耐電圧試験を行なったところ、±１２０　ｋＶ　の
絶縁耐力を示した。

さらに、アーク拡散部８ａを■成分組成の複合金属によ
り、直径１００　ｍ１ｍの笠形円板状に形成するととも
に、接触部８ｂを２０Ｃｕ−８０Ｗ合金またはＣｕ−Ｑ
、５Ｂｉ合金により直径６０ｒｒ￥ｍの笠形円板状に形
成して第２図に示す電極８を形成し、この１対の電極８
を組込んで第１図に示す９ 真空インタラプタとして行なった電流しゃ断能カと絶縁
耐力の検証結果は、アーク拡散部を銅にょル、６本のス
リン）１有する直径１０Ｑｍ／ｍの笠形円板状に形成す
るとともに、接触部を２０Ｃｕ−８０Ｗ合金またはＣｕ
　−０，５Ｂ　ｉ合金にヨシ、直径６Ｑｍ／ｍの笠形円
板状に形成した従来のものの同−東件での検証結果を併
記する表下表のようになった。

表 なお、電流しゃ断能力は、しゃ断速度１．２〜１゜５　
ｍ　／　ｓにして、定格電圧１２ｋＶ（再起電圧１２に
■、ＪＥＣ−１８１）および定格電圧８４ｋｖ（再起’
！圧１４８ｋＶ　、ＪＲＣ−１８１）（７）Ｌや断試験
により、また、絶縁耐力は、ギャップを８０ｍ／ｍに保
持し衝撃波を印加する衝撃波電圧試験によった。

また、アーク拡散部８ａを■成分組成および■成分組成
の複合金属により形成したもの、■成分組成の複合金属
により形成したものと同様の値を示した。

また、しゃ断耐久回数は、従来品が５００回であるのに
対し発明品が１００００回となり、飛躍的に増大した。

しかしながら、アーク拡散部８ａを形成する複１ 合金属の成分組成範囲が、銅２０〜７０重量％、クロム
が５〜４０重量％、鉄が５〜４０重量％の範囲以外の場
合には、各成分元素の利点が活きず、電流しゃ断能力、
絶縁耐力、機械的強度等の低下が著しいものであった。

すなわち、銅が２０重１ｌｔｔｓより少ない場合には、
電流しゃ断能力が著しく低下し、一方７０重量％を超え
る場合には、機械的強度および絶縁耐力が著しく低下す
るとともに、導電率が大きくなって電流しゃ断能力が低
下した。また、クロムが５重量％より少ない場合には、
導電率が大きくなって電流しゃ断能力が低下するととも
に絶縁耐力が著しく低下し、一方４０］ｉ量チを超える
場合には、機械的強度が著しく低下した。さらに、鉄が
５重量％より少ない場合には、機械的強度が著しく低ｚ 下し、一方４０ｉ量係を超える場合には、電流しゃ断能
力が著しく低下した。

第７図は本発明の他実施例を示す真空インタラプタの要
部の縦断面図で、この実施例のものは、前述した実施例
のものが、アーク拡散部８ａと接触部８ｂをそれぞれ異
なる材料により笠形円板状に形成したものであるのに対
し、アーク拡散部８ａを、導電率２０〜８０％にしてか
つ２０〜７０重量％の銅と、５〜４０重量％のクロムと
、５〜４０重量％の鉄とからなる複合金属により笠形円
板状に形成するとともに、このアーク拡散部８ａの対向
面に形成される平坦な円形の面を接触部８ｂとしたもの
であり、前述した実施例のものと同様の効果を奏する。

なお、他の構成は、前述した実施例のものと同Ｂ −の構成であるので、同一符号を付してその説明を省略
する。

なお、前述した各実施例における複合金属の導電率は、
クロムと鉄とからなる多孔質の基材に対する銅の溶浸時
の加熱保持時間等により変化するものである。

また、前述した各実施例においては、コイル４を１／２
分流タイプとした場合について述べたが、コイル４はこ
れに限定されるものではなく、たとえばｌターンまたは
１／８分流タイプもしくは１／４分流タイプとしてもよ
いものである。さらに、電極８とコイル４との電気的接
続は、電極８の背部に接合した補助コイル１７を用いる
場合に限らず、たとえば特公昭５８−４１７８８号公報
等に記載されているようにコイルの一端を電極の背面４ 中央と直接に接続してもよいものである。また、コイル
４を電極８の背部に配設する場合に限らず、たとえば実
開昭５６−５７４４８号公報等に記載されているように
コイルを１対の電極を囲繞するように配設したり、また
は特公昭４２−１８０４５号公報等に記載されているよ
うにコイルを真空容器の外部に配設してよいのは勿論で
ある。

発明の効果 以上の如く本発明によれば、電極における少なくともア
ーク拡散部を、２０〜７０重量％の銅と、５〜４０重量
％のクロムと、５〜４０重量％の鉄とからなる複合金属
により形成したので、アーク拡散部を銅により形成する
とともに、このアーク拡散部にうず電流の発生を抑制す
べく複数のスリットを設けた従来のものに比し、以下に
述べる種５ 々の効果を奏する。

（１）アーク拡散部の引張強度の向上により、電極の厚
さおよび重量を著しく低減することができる。

（２）アーク拡散部が低導電率となることにより、うず
電流の発生を著しく低減することができるとともに、ス
リットを設ける必要がないので、上記（１）の効果を一
層助長することができるとともに、電流しゃ断能力を大
幅に向上することができる。

（３）アーク拡散部が硬度が高くかつ各成分が均一に分
散した複合金属により形成されていることにより、また
アーク拡散部にスリットがないことも相俟ってアーク拡
散部の過度の溶融を防止でき、その消耗を大幅に低減で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す真空インタラ６ ブタの縦断面図で、第２図および第８図はそれぞれその
要部の縦断面図および分解斜視図、第４図（３）、　（
Ｂｌ　、　（Ｃ１、（口、第５回内、　（Ｂｌ　、　Ｔ
ｅｌ　、　＋ＤＩおよび第６図ＩＡ）　、　ｉｌｌ　、
　（Ｑ　、■）はそれぞれアーク拡散部を形成する複合
金属の異なる組成の組織状態を示す特性写真、第７図は
本発明の他実施例を示す真空インタラプタの要部の縦断
面図である。 ｌ・・・真空容器、２・・・電極棒、８・・・電極、８
ａ・・・アーク拡散部、８ｂ・・・接触部、４・・・コ
イル。 ７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空容器内に１対の電極棒を相対的に接近離反自
   在に導入するとともに、各電極棒の内端部にアーク拡散
   部と接触部とからなる電極をそれぞれ固着し、前記真空
   容器の外部または真空容器の内部にアークに対しこれと
   平行な軸方向磁界を印加するコイルを備えてなる真空イ
   ンタラプタにおいて、前記各電極における少なくともア
   ーク拡散部を２０〜７０重量−の銅、５〜４０重量％の
   クロムおよび５〜４０重量−の鉄の複合金属により形成
   したことを特徴とする真空インタラプタ。