JPS6054124A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は新規な真空しゃ断器用真空パルプに係シ、特に
溶浸合金接点を用いるのに好適な接合構造を有した電極
に関する。

〔発明の背景〕

真空しゃ断器用接点のうち、発明者らが出願した例えば
、低サージ用としてあげられるＣｏ−Ａｇ−Ｔ’ｅｌＳ
ｅ系の溶浸合金からなる接点は優れた低サージ性（さい
断電流値が低く、チョッピングカレントが小さいため負
荷側機器に対するサージ電圧が低いという性質）を有し
、しかもｉ１１電圧特性及び大電流しゃ断能力とも高い
。この合金は、ｃｏ粉末をあらかじめ非酸化性の雰囲気
下で軽度に焼結しておき、この気孔部にＡｇ−ＴｅｌＡ
ｇ−８ｅ系合金等を真空溶浸することによって製造して
いる。真空しゃ断器用真空パルプの電極として用いる場
合、それらはホルダ、あるいは補助電極板等に接合しな
ければならない。仁の接合はろう付によって行っている
。発明者らが柚々のろう付性を検討したところ、’Ｉ’
ｅ、Ｓｅ等の含有量が少ない溶浸合金においては一般的
なＡｇろう付（ＪＩＳ規格、ＢＡｇ−８）にて接合可能
である。しかし、’ｌ’ｅ、Ｓｅ量が１０重量％を越え
ると、はとんどろう付ができないことを見い出した。

これは溶浸合金中のＴｅ、Ｂｅが接合層に入シ込み、層
全体を脆くするためであると考えられる。

又、Ｔｅ、　Ｓｅが上記以下の少ない含有量であっても
通常のろう付接合強度以下となる傾向がある。

さらに溶浸合金接点内部にろう材が拡散、浸透する傾向
があシ、この結果、初期の組成が維持できず接点性能も
変動するという問題もみられた。このような現象はＣｏ
以外の多孔質焼結体（例えばｐｅ、　Ｎｉ、Ｑｒなどン
中にＡｇ−Ｐｂ、Ａｇ−Ｂ１．ｈｇ−ｃｃｉ合金のいず
れかを溶浸した接点をＡｇろう付した場合にも生ずる傾
向にあった。

このように高融点金属焼結体にＡｇ合金’ｔ−居浸した
接点材料は、低サージ用真空しゃ断器電極として優れた
特性１ａ揮するにもかかわらず、ろう付性に問題があっ
た。そこで、発明者らは、接点の接合性を良くするため
、種々の電極構造及び接合方法を検討した。発明者らは
特願昭５７−１５０．７５３号に積層型の電極として例
えばＣｏ−Ａｇ−８ｅ系接点であれば、接点の上層部（
電接面側）のみを本来のＡｇ−８ｅ溶浸層とし、下層部
（接合面側）を緻密な純ＣＯ層とするものを出願しｆｃ
ｏすなわち、上記接点をホルダもしくは補助’Ｆ［極板
上にろう付する場合、ろう材と接点の溶浸層との拡散、
反応を防ぐ方法として上記緻密なＣｏ層をバリヤとした
ものであシ、接合はこのＣｏ層を介して行なわれる。さ
らに、このＣｏ層と溶浸層は相互の焼結力によって接着
されているというものである。このような電極接合構造
によれば、溶浸層の組成が変動することもなく、接点性
能も安定し、ある程度の接合力も得られていた。

発明者らは、この接合法によシ組立てた真空パルプを用
いて、種々の電気的性能試験を実施した。

その結果、通常の定格電流しゃ断においては、接点の剥
離や脱落などの問題はみられず、性能も良好であった。

しかし、短時間電流通電試験（太きな短絡電流を２′〜
３秒間通電し、接点の溶着特性音調べる試験）を実施し
たところ、電極自体の溶着の問題はなかうたが、上記し
た積層製電極の積層部において、若干の剥離現象がみら
れた。すなわち、一般のしゃ断操作に比べ、上記大電流
通電試駆においては、接点部に非常に苛酷な熱衝撃力と
、大きな引きはがし力が加わる。このために、積層部に
おいて割れが入ったものとみられる。接点が脱落すると
いう大きな問題には至らなかったが、真空しゃ断器の信
頼性、安全性からみると、なおも改善をはかるべき必要
性がある。このためには、下部のバリヤ層であるｃｏ緻
密層と上部の溶浸層とをさらに強力に接合する方法及び
構造を見い出す必要があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、溶浸合金を接点とし、その支持部材に
対する接合性の高い接点を有する真空しゃ断器全提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明は対向して配置された一対の電極を備えた真空し
ゃ断器において、前記電極は耐火性拐料からなる多孔質
焼結体に導電性金属全溶浸してなる複合金属接点が補助
支持電極に接合されるとともに、該補助支持電極が支持
電極に接合され、かつ前記電極の開閉方向に対して複合
金属接点と補助支持電極とが互いに剥離全妨害する邪）
ば物が設けられていること全特徴とする真空しゃ断器に
ある。

第１図は本発明に関する一例を示す真空しゃ断器用真空
パルプの縦断面構造である。溶浸合金接層１３，１４は
補助電匝板１８．１８’にろう付によって張シ合わせる
構造となっているう第２図は発明者らが出願した特願昭
５７−１５０７５３号に示した積層型電極の接合構造で
ある。図から分かるように、接点は溶浸層からなる部分
２０と、ろう付バリヤ層となるｃｏ緻密層２１とからな
シ、それらは焼結によシ一体化されている。この図に示
すように、接点は平らな電極板２３の上に載せ、この電
極板と接点間にろう材２２ｔ−はさみ込んだものを全体
加熱し、接合が達せられている。このようにして組立、
てられた電極及び接合部分の顕微鏡組織ｔミクロ的にみ
て良好な接合がなされていることがわかる。

このような接合方法によシ、はぼ所定の接合強度が得ら
れる。しかし、苛酷な熱ｆｆ４撃カに対し、て若干問題
があった。、そこで、更に上記熱衝撃方に対ｊ−ても十
分な接合強度を有する電極接合構造を探紫した結果、以
下に述べるような本発明を生むに至った。すなわち、第
３及び第４図に示すように、補助支持軍［３１はろう付
３２のバリヤとして設けるもので、さらに（Ａ）図のご
とく上部に対し突起させて邪魔物３１′を形成させる。

しかもこの突起は第３図の（Ａ）図のように、（Ｂ）図
に示す溶浸合金からなる複合合金接点３０が剥離、脱落
しないようにテーパ状となっている。

この構造の接点の製作方法の概要金−例を用いて説明す
れば、まず、円板状のＣｏ板（溶製材、焼結材のいずれ
でもよい）Ｋ機械加工によシ突起を形成させる。このＣ
ｏ板を突起が上になるように黒鉛るつほの中に入れ、更
にこの上に振動を与えなからＣｏ粉末を充てんする。充
てん高さは後で用いる接点の厚みに相当する分でよい。

次に、上記るつは全体を非酸化性雰囲気下で加熱し、い
わゆる仮焼結を行なう。この加熱温度は上記Ｃｏ粉末が
仮焼結されるだけの温度とし、緻密化が進行しない程度
とする。この後、中みを取シ出すと、上記Ｃｏ板３１と
Ｃｏ粉末についても仮焼結が進み、両者が一体化され念
複合焼結体となる。次にこの複合焼結体全所定の温度で
脱ガスし、その後に、非酸化性雰囲気下において、Ｃｕ
ｌ　Ａｇあるいはそれらの合金、いわゆる導電性金属全
溶浸してやる。この結果、上記Ｃｏ板以外の粉末仮焼結
部の気孔部分は導電性金属が高密度に充てんされる。Ｃ
ｏ板とＣｏ粉末の界面もすき間なく溶浸される。第３図
のＣＢ）が溶浸後の接点形状であシ、この接点は（Ｃ）
図に示すように、Ａｇろう３２によシ導電性部材３３に
ろう付接合される。このような接合構造にすれば、八ｇ
ろうと溶浸部との反応もないので接合層が脆くなる仁と
もなく、更に、Ｃｏ板上のテーパ部分等を導電性金属で
鋳ぐるむような構造・となっているので、従来の単純な
積層構造に比べ、きわめて接合力が大きい。とくに萌述
したような苛酷な熱衝撃力に対して非常に強く、剥離等
の問題が解決されることが分かった。

なお、本発明の接合構造は上記のテーパ状突起以外に種
々の形状が考えられる。例えば第４図はＣｏ板をプーリ
ー状とし、上部プーリー鍔を小さくシ、その上にＣｏ粉
末を充てんしたものであシ、この形状でも同様な接合効
果が得られることを確認している。更に第５図のとと＜
Ｃｏ板上部をネジ状としたものもよい。あるいは特殊な
場合として、接点がリング状であれば、第６図のように
プーリー状Ｃｏ板の内側ヲ〈シ抜いた形状のものでもよ
い。

以上のような突起状のＣｏ板に対し、逆に溶浸層に突起
を形成させる方法でも良い。例えば第７及び第８図に示
すように、Ｃｏ板上部に窪みを設け、この上にＣｏ粉末
を充てんし、焼結及び溶浸したものも同様な効果が生ま
れる。したがって、第４図のプーリー状、及び第５図の
ネジ状突起を、逆にくぼみ状とすることでもよい。もち
ろん、以上述べた突起の形状は代表例であり、この他の
種種の複雑なものでもよい。本発明の意図する突起とは
、下部Ｃｏ板と、上部溶浸部材のいずれにあってもよく
、すなわち両者が相互にかみ合う構造を有していればよ
い。又、基本的には、上記したように、あらかじめＣｏ
板付きの複合焼結体を作っておぎ、その後に導電性全屈
を溶浸することを述べたが、特殊なケースとして、Ｃｏ
板なしの溶浸合金円板接点全作っておき、後で前述した
よりな突起付きのＣｏ板をネジ式に押込む方法、あるい
は突起付きのＣｏ板を接点とカシめる方法である程度の
接合の目的が達せられる。

〔発明の実施例〕

実施例１ 本発明に係る電極を採用した真空しゃ断器用真空バルブ
の（１１１造の一例金第１図に示す。１１、空バルブは
、セラミックスもしくは結晶化ガラスなどのような絶縁
筒１１を有し、その両端を金属製の端子板１２．１２’
によって封じ、その内部は高真空に保たれている。その
中に、一対の電極、すなわち、本発明の複合合金接点１
３．１４にろう付接合した固定支持型＋＠１８と、ベロ
ーズ１６を介し、開閉できるようにした可動側電極１８
′とからなっている。端子板の一方には排気管１５を設
け、真空に排気され、所定の圧力貰で排気後チップオフ
される。電極をとシ囲むように設けられた円筒状のシー
ルド１７け、しゃ断時に電極構成物質が蒸発、飛散し、
それらが絶縁筒１１に耐着することによって絶縁を劣化
することを防止するためのものである。

本発明の複合金属接点は以下の方法で製造される。

１０μｍ以下の粒径のＣｏ粉末をプレス成形後、真空焼
結し、この結果得られた理論密度比９５チ以上のＣｏ焼
結円板（直径４０門、厚さ５間）を第４図に示したよう
な一端の鍔が小さいプーリー状ＯＣＯ板に切削加工した
。このＣｏ板を直径４１Ｔ＋Ｉ＋黒鉛製のるつばの底に
敷き、更にこの上に−２００、〜＋３２５　ｍｅｓｈの
Ｃｏ粉末を振動全力えながら約５ｍ高さまで充てんし、
その上面におもシをのせ、水素雰囲気中にて９００′Ｃ
で１時間加熱した。この後、更に高真空中にて、１００
０Ｃで３時ｍｌの脱ガス処理ｆ：施した。この後、黒鉛
るつぼ中から上記仮焼結体を取シ出すと、約直径４０ｍ
ｍ、１０＋＋＋ｍ高さの複合焼結体、すなわち、ろう何
時のバリヤとなるＣｏ板と、ポーラスなＣ。

粉末の仮焼結層とが一体化された複合焼結体ができ上が
る。次に、この複合焼結体中にあらかじめ溶融法によシ
製作しておいたＡｇとＳＣの合金（本実施例ではＡｇ２
Ｓｅ化合物を主成分としたもの）を真空中で溶浸させた
。この結果、上記複合焼結体の上層部の粉末ポーラス層
には上ｎ１２ｋｇ・ｆ３ｅ合金が高密度に溶浸され、一
方、下層の突起付Ｃｏ板は健全な形状であシ、その内部
にはＡｇ・Ｓｅは入シ込んでいないこと確認した。なお
、溶浸接点の顕微鏡組織によれば、プーリー状Ｃｏ板の
奥のくほみまで溶浸がいきとどいていること、あるいは
Ｃｏ板とＣｏ粉末の界面において未溶浸、いわゆる欠陥
らしきものも生じていないことがわかった。

次に、上記溶浸合金接点を機械により所定の寸法に加工
し、第４図の（Ｃ）に示すようにＡｇろう３６をはさみ
、真空中８００〜８５０Ｃの温度で炉中ろう付を行なっ
た。本実施例の場合は、純ＣＯとＣｕとのＡｇろう付を
行なって°いることであシ、上記ろう付性は非常に良好
であった。ちなみに、ろう付接合強度を調べるために、
第９図に示すような構造で、比較の単［＆積層タイプの
ものと、本発明の接合構造との引張強度を比較してみた
。表に示すように、本発明の引張強度は比較のものの約
２．５倍ある。しかも、比較の積層タイプでは、Ｃｏ板
と溶浸層との接着界面とから破断するが、本発明の接合
物では、溶浸層そのもの、いわゆる母材破断することが
確認された。すなわち、Ｃｏ板接着強度、及びろう付接
合強度とも、接点自体の強度以下であると言える。なお
、引張試験後の外観をみても、Ｃｏ板と溶浸層との接着
界面には剥離や割れなどの欠陥はきわめて少ないことが
わかった。

第４図に示したような接合構造を採用し、直径４０調の
接点を定格７．２ｋＶ・１２．５　ｋ　Ａ真空バルブに
組込み、各種電気的性能試験及び連続負荷開閉によるラ
イフ試験を実施してみた。この結果、定格電圧、定格短
絡電流しゃ断性能を十分に満足し、又、上記接点材料の
特徴とされる低サージ特性も実証された。さらに本発明
の目的とする電極接合特性も良好で、合計１０，０００
回の開閉試験を実施しても接点の剥離、脱落等の問題は
生じないことが確認された。

表 実施例２ 実施例１と同様な方法にて、第３図に示すようなテーパ
状の突起を設けたＣｏ板を用い、ＡｇｚＳｅｔ主成分と
したＡｇ合金を溶浸した電極接合構造の真空バルブで各
種検証試験を実施した。この結果、実施例１と同様に各
種電気的性能、及び接合特性とも良好なことを確認した
。

実施例３ 実施例工と同様に、プーリー状の突起を設けたｐｅ、　
Ｎｉ、　Ｃｒ板上にそれぞれ同種又は異種の組合せでＦ
ｅ、　Ｎｉ、　Ｃｒの各粉末を充てんし、それらを水素
ガス雰囲気中にて一体化焼結した。

それぞれの複合焼結体中にＡｇ−５Ｐｂ、Ａｇ−５Ｂｉ
合金全溶浸した接点を、実施例１と同様な接合構造の電
極で、真空バルブに組込み各種検証試験を実施した。こ
の結果、良好な電気的性能、及び接合特性が得られた。

実施例４ 実施例１と同様に、プーリー状の突起を設けたＷ、ＷＣ
板上にそれぞれＷ、ＷＣの各粉末を充てんし、実施例３
よシも高温で真空中にて一体化焼結した。それぞれの複
合焼結体中にＡ　ｇ　−１０’ｌ”ｅ。

Ａｇ−３７Ｔｅ合金を溶浸し、得られたそれぞれの接点
を実施例１と同様な接合構造の電極とし、各種真空バル
ブに組込み、検証試験を実施した。

この結果、良好な電気的性能及び接合特性が得られた。

〔発明の効果〕

以上、本発明の接合構造によれば、低サージ型真空しゃ
断器用接点としてとシあげた溶浸合金からなる複合金属
接点を、捕取電極板上に強固に接合することができ、更
に本発明の接合構造では、接合時、ろう材等が溶浸合金
接点中に拡散、浸入することを防止でき、本来の接点性
能を維持することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空しゃ断器用真空パルプの一例
を示す縦断面図、第２図は比較の積層型電極の縦断面及
び外観図、第３．４，５，６．７及び８図は本発明に係
る各種電極接合構造全示す縦断面図、第９図は比較の積
層型と本発明に係る電極の接合強度を比較するための引
張試験片の構造を示す断面図である。 ２０．３０，３４，３８，４２，４６，５０゜６３．８
０・・・複合金属接点、２１，３１，３５゜３９．４３
，４７，５１，６２．６７・・・補助支持電極、１８．
１８’　、２４，３３，３７，４１゜４５．４９．５３
・・・支持電極。 代理人　弁理士　高橋明夫 窮２ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向して配置された一対の電極を備えた真空しゃ断
   器において、前記電極は耐火材料からなる多孔質焼結体
   に導電性金属を溶浸してなる複合金属接点が補助支持電
   極に接合されるとともに、該補助支持電極が支持電極に
   接合され、かつ前記電極の開閉方向に対して前記複合金
   属接点と補助支持電極とが互いに剥離を妨害する邪魔物
   が設けられていることを特徴とする真空しゃ断器。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記耐火性材料は
   Ｆｅ、　Ｎｔ、Ｃｏ、　Ｃｒ、ＭＯ，Ｔａの１種又は２
   種以上を主成分とすることを特徴とする真空しゃ断器、
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記耐火性材料は
   ＭＯ，Ｗ、Ｔａのそれぞれの炭化物の１種又は２種以上
   を主成分とすることを特徴とする真空しゃ断器。 ４．４？許請求の範囲第１項において、前記溶浸される
   導電性金属はＣｕ、Ａｇもしくはそれらの合金であるこ
   とを特徴とする真空しゃ断器。 ５、特許請求の範囲第５項において、前記溶浸される導
   電性金属はＣｕ及びＡｇの少なくとも１種にＰｂ、Ｂｉ
   、’］：’ｅ、　Ｓｅ、ｓｂ、Ｃｄのうちのいずれか全
   １種以上含むことを特徴とする真空しゃ断器。 ６ｏ　特許請求の範囲第５項において、前記Ａｇ合金は
   、Ａｇカルコゲナイドを主成分とす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、前記多孔質焼結体
   は、空孔率がｌθ〜７０チであシ、前記導電性金属の溶
   浸は非酸化性の雰囲気で行なわれたものであることを特
   徴とする真空しゃ断器。 ８、特許請求の範囲第１項において、前記複合金属接点
   と補助支持電極とはＡｇろうによシ接合されている真空
   しゃ新盤。 ９、特許請求の範囲第１項において、前記複合金属接点
   と補助支持電極とはネジ込み、もしくはカシメによシ接
   着される構造を備えた真空しゃ断器。